(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と、
前記基体上に設けられた振動緩衝体と、
厚み滑り振動を生じる圧電材料から成り、前記厚み滑り振動の振動方向側が前記振動緩衝体上となるように配設された振動体と、
前記振動体上であって、前記厚み滑り振動の振動方向に対し直交する方向に、この振動体を挟んで互いに対向するように配設された一対の励振電極と、
前記振動体の、前記厚み滑り振動の振動方向側であって、前記振動緩衝体とは反対の側を支持する素子固定材と、を備えたバルク波素子。
【請求項２】
前記振動体の前記素子固定材を配した側に、厚みを調整することによってこの振動体の音響インピーダンスを変化させ、この振動体の振動周波数を調整可能な周波数調整膜が配設された請求項１に記載のバルク波素子。
【請求項３】
相互に電気接続又は振動接続された、複数の請求項１又は請求項２に記載のバルク波素子を備えたバルク波装置。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載のバルク波素子を製造するための方法であって、
振動体の片側主面に第１引き出し部基体をワックスで固着する工程と、
前記振動体を所望の厚みに研磨する工程と、
研磨した前記振動体の他方主面に第２引き出し部基体をワックスで固着する工程と、
前記第１引き出し部基体と前記第２引き出し部基体とに挟まれた前記振動体を、ダイシングによって複数個に切り離す工程と、
前記切り離された、前記第１引き出し部基体と前記第２引き出し部基体とに挟まれた前記振動体を、前記振動緩衝体を設けた前記基体上に載置して接合する工程と、
前記素子固定材を、前記第１引き出し部基体と前記第２引き出し部基体とに挟まれた前記振動体にまたがるように固着させて設けた後、前記ワックスを除去する工程と、を含むバルク波素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通信機器等に内蔵される共振器や周波数帯域フィルタに使用できるバルク波素子とその製造方法及びこのバルク波素子を用いたバルク波装置に関する。
【０００２】
【従来技術とその課題】
近年、電波を利用し通信を行なう電子機器用の帯域通過フィルタ等の周波数フィルタ（以下、単にフィルタともいう）、発信器等の電子部品として、多くの弾性表面波（Surface Acoustic Wave 、以下、ＳＡＷともいう）装置やバルク波（Bulk Acoustic Waveで、以下、ＢＡＷともいう）共振子、ＢＡＷフィルタが用いられている。
【０００３】
特に、移動体通信分野において、携帯電話等の携帯端末装置のＲＦ（Radio Frequency ：無線周波数あるいは高周波）ブロック及びＩＦ（Intermediate Frequency：中間周波数）ブロックのフィルタとして多用されている。また、自動車電話及び携帯電話等の移動体無線機器を使用した通信システムにおけるＩＦブロック上では、移動体通信情報の伝送量増大に伴い、高周波であり広帯域なＩＦフィルタが望まれている。
【０００４】
一般的に、ＩＦフィルタはＳＡＷ若しくはＢＡＷを使用したフィルタで構成される。ＳＡＷフィルタは、圧電基板の表面を伝搬するため携帯電話の低背化できる。ところが、広帯域フィルタを作製するためには伝搬路を大きくする必要があり、これにより素子サイズが大きくなり、装置の実装面積が大きくなるという欠点を有する。
【０００５】
また、ＢＡＷフィルタは、各種様々な波のモードを用いてフィルタを構成させている。例えば、図９R>９に示すように、ＺｎＯ等の圧電薄膜から成る振動体２を基体１上に空隙部４を介して励振電極３で挟み、これに交番電界を加えることで厚み縦振動を励振させ、高周波フィルタを実現させている。ここで、空隙部４でもって振動体２の振動動作を妨げないように工夫している（例えば、Jpn. J. Appl. Phys. Vol.32(1993)pp.2321-2324を参照）。
【０００６】
しかしながら、従来のフィルタに用いる振動体は、波長を短くするための材料の薄膜化が必要であるが、スパッタ法やＣＶＤ法等の薄膜形成法では、周波数制御のための均一な厚み制御が困難であり、また、特性の優れた圧電基板材料を再現性良く成長させることは困難である。
【０００７】
また、従来の厚み縦振動による振動体の周波数調整法は、厚み方向に対向電極を配設し、この対向電極上に薄い樹脂や金属を形成し、これらの周波数調整膜の質量効果により周波数を変化させていた。このため、対向電極自体の質量と周波数調整膜の質量により、厚み縦方向の振動のダンピングが大きく、少量の周波数調整膜で特性劣化が生じ、この劣化の許容範囲、つまり周波数調整範囲が小さくなる。
【０００８】
そこで、本発明は従来の諸問題に鑑みて提案されたものであり、簡便な構成で高性能で且つ信頼に優れたバルク波素子及びそれを用いたバルク波装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のバルク波素子は、基体と、前記基体上に設けられた振動緩衝体と、厚み滑り振動を生じる圧電材料から成り、前記厚み滑り振動の振動方向側が前記振動緩衝体上となるように配設された振動体と、前記振動体上であって、前記厚み滑り振動の振動方向に対し直交する方向に、この振動体を挟んで互いに対向するように配設された一対の励振電極と、前記振動体の、前記厚み滑り振動の振動方向側であって、前記振動緩衝体とは反対の側を支持する素子固定材と、を備えている。
【００１０】
また、本発明のバルク波素子は、上記構成において、前記振動体の前記素子固定材を配した側に、厚みを調整することによってこの振動体の音響インピーダンスを変化させ、この振動体の振動周波数を調整可能な周波数調整膜が配設されている。
【００１１】
さらに、本発明のバルク波装置は、相互に電気接続又は振動接続された、上記バルク波素子を複数備えている。
【００１２】
なお、振動接続とは、振動体を連結させることにより、複数の一対になった対向電極間で発生したバルク波が、振動モードの結合により高次のモード共振を発生させるようにしたことをいう。
【００１３】
そして、本発明のバルク波素子の製造方法は、上記バルク波素子を製造するための方法であって、振動体の片側主面に第１引き出し部基体をワックスで固着する工程と、前記振動体を所望の厚みに研磨する工程と、研磨した前記振動体の他方主面に第２引き出し部基体をワックスで固着する工程と、前記第１引き出し部基体と前記第２引き出し部基体とに挟まれた前記振動体を、ダイシングによって複数個に切り離す工程と、前記切り離された、前記第１引き出し部基体と前記第２引き出し部基体とに挟まれた前記振動体を、前記振動緩衝体を設けた前記基体上に載置して接合する工程と、前記素子固定材を、前記第１引き出し部基体と前記第２引き出し部基体とに挟まれた前記振動体にまたがるように固着させて設けた後、前記ワックスを除去する工程と、を含む。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明に係るバルク波素子及びそれを用いたバルク波装置の実施形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００１５】
図１に断面図、図２に上面平面図にて示すように、本発明に係るバルク波素子Ｓは、基体１上に例えばゴムや樹脂等の高分子材料により振動緩衝体５を形成し、セラミック又は単結晶の厚み滑り振動を生じる圧電材料から成る振動体２を配設して成るものである。また、該振動体２の前記滑り振動の振動方向に対し直交する方向に、互いに対向する一対の電極３を配設して成る。
【００１６】
ここで、振動体２に配設された電極３は、振動緩衝体５及び引き出し部基体９上に形成された引き出し電極６を通じて電気信号を伝送することが可能である。また、周波数調整膜７を配設して振動体２の音響インピーダンスを変化させ、振動体２の振動周波数を調整することも可能である。研磨により薄肉になった振動体２を支持する素子固定材８を配設することも重要である。
【００１７】
上記構成のバルク波素子の複数を、図５に等価回路で示すように、電気接続又は振動接続（振動体を連結させることにより、複数の一対になった対向電極間で発生したバルク波が、振動モードの結合により高次のモード共振を発生させるようにしたこと）してバルク波装置を構成することができる。図３には、複数のバルク波素子をラダー型回路に電気接続したバルク波装置の上面図を示す。
【００１８】
ラダー型回路における直列共振子Ｓ１は、共振周波数を並列共振子Ｓ２の共振周波数より高く設定するため、素子Ｓ１及び素子Ｓ２の振動体の厚みが異なっている。そのため、図３に示す例では直列共振子Ｓ１や並列共振子Ｓ２がそれぞれ圧電材の厚みを一定にするため横並びに配設させた。また、引き出し部基体、振動緩衝体や振動体上に引き出し電極を形成し、ラダー型回路に構成させるよう電極を配設させた。
【００１９】
また、図４に振動モード結合共振器Ｍを形成した場合のバルク波装置の上面平面図を示す。結合共振器Ｍでは、バルク波素子中で振動している波が振動体２を通じて横方向に結合される。図６に、この結合共振器Ｍの振動モードの概念図を示す。図６に示すように、横方向に結合された波は偶振動モードｍ１と奇振動モードｍ２に分解され、それぞれ共振周波数が存在し、その偶奇モード共振周波数間で通過帯域が形成可能である。
【００２０】
なお、上記実施形態では、バルク波装置においてバルク波素子の電気接続を電極の引き回しにより行ったが、電気接続方法はワイヤボンドやＡｕバンプを用いたフリップチップにより接続する若しくは導電性樹脂を塗布し接続を行う構成も可能である。
【００２１】
また、バルク素子を構成する振動体は、ＰＺＴセラミック，タンタル酸リチウム単結晶，ニオブ酸リチウム単結晶，水晶，四ほう酸リチウム単結晶，ランガサイト型結晶構造を有する単結晶，ニオブ酸カリウム単結晶，ガリウム砒素単結晶等が主に適用可能である。
【００２２】
また、電極や引出し電極を構成する材料は、アルミニウム、アルミニウム・銅合金、アルミニウム・チタン合金、アルミニウム・珪素合金、金、銀、銀・パラジウム合金が主に適用できる。また、電極の密着度向上や電気抵抗の削減のため下地材が必要な場合には、クロム，チタン，銅を用いてもよい。
【００２３】
また、振動緩衝体５や周波数調整膜７には、シリコーン樹脂等が好適に使用可能である。
【００２４】
また、素子固定材８には、エポキシ系やシリコーン系の樹脂，Ａｇペースト，金属等の貼り付けなどが使用可能である。
【００２５】
また、本発明は上記形態に限定されるものでなく、共振子及びフィルタだけでなく、デュプレクサにも本発明が適用が可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更は何等差し支えない。
【００２６】
【実施例】
以下により具体的な実施例について説明する。
【００２７】
〔実施例１〕図１に示したバルク波素子Ｓにおいて、振動体としてＰＺＴセラミックを用いた。作製した素子は振動体の厚みを１０μｍ、対向電極の幅を３００μｍ、対向電極の厚みを６００μｍとし、電極は下面にＣｕを２００Å厚みに、上面にＡｇを１００００Åの厚みに蒸着法にて形成した。
【００２８】
この作製工程を図８（ａ）〜（ｈ）に示す。
【００２９】
まず、図８（ａ）に示すように、振動体２の片側主面に電極３を帯状に下地金属膜Ｃｕ（２００Å厚）と主電極金属膜Ａｇ（１００００Å厚）を蒸着で形成した。
【００３０】
次に、図８（ｂ）に示すように、エレクトロンワックス１０を１０μｍ程度に均一になるよう塗布した。その後、図８（ｃ）に示すように、振動体２の電極に見合った電極３と同一形成条件による引き出し電極を形成した引き出し部基体９（第１引き出し部基体）を押し付け、前記ワックス１０と固着させた。そして、振動体２が所望の厚み（１０μｍ）になるまで研磨した。
【００３１】
次に、図８（ｄ）に示すように、振動体２の他方主面に電極３を形成し、エレクトロンワックス１０と該振動体の電極に見合った引き出し電極を形成した引き出し部基体９（第２引き出し部基体）を押し付け、前記ワックス１０と固着させた。その後、図８（ｅ）に示すようにダイシングソーで個々の振動体２となるように切り離した。
【００３２】
一方、図８（ｆ）に示すように基体１にはシリコーン樹脂の振動緩衝体５を塗布しておき、図８（ｇ）に示すように、図８（ｅ）で示した振動体２を含む部位を図８（ｆ）に示すように基体１上に載置した。
【００３３】
その後、素子全体を加圧加熱し、基体１と接合させ、最後に、図８（ｈ）に示すように、エポキシ系樹脂から成る素子固定材８を塗布し加熱固着させ、エレクトロンワックス１０をアルカリ性除去剤で取り払い、引き出し電極をマスク蒸着した。また、引出し電極６に電気端子を接続し、電気特性を測定しつつ、シリコーン樹脂から成る周波数調整膜７を塗布し、バルク波素子Ｓの周波数を調整した。
【００３４】
〔実施例２〕図３に示したバルク波装置は、上記実施例１と同様な構造のバルク波素子Ｓを図３の如くにラダー型回路に電気接続したバルク波装置としたものである。ただし、電極の構造として、直列共振子Ｓ１は振動体の厚みを１０μｍ、対向電極幅を３００μｍ、対向電極厚みを６００μｍとし、並列共振子Ｓ２は振動体の厚みを１１μｍ、対向電極幅を５００μｍ、対向電極の厚みを６００μｍとして作製した。
【００３５】
図７に上記バルク波装置のフィルタ電気特性を示す。ここで、横軸は周波数ｆを中心周波数ｆ0 で割った規格化周波数であり、縦軸は伝送の減衰量である。評価方法は、入出力端子に３．５ｍｍ径のコネクタを接続し、ネットワークアナライザで測定した。その結果、フィルタ特性が中心周波数１７０ＭＨｚ、減衰量２ｄＢ、帯域幅３５ＭＨｚの良好な値を得ることが判明した。
【００３６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、従来のセラミック焼成法や単結晶育成法により得られた優れた圧電基板を、均質に且つ大量に育成された基板をデバイスの所望の厚みに薄片化が可能で、高周波に適用可能なバルク波素子及びそれを用いたバルク波装置を提供できる。
【００３７】
また、周波数調整の範囲の拡大を行うため、厚み滑り振動を用いることで、厚み縦振動の周波数調整と異なり、対向電極の膜上ではなく、振動方向側に周波数調整膜を付加し調整できる。すなわち、振動のダンピングが厚み縦振動の場合と比較すると、対向電極の質量分相当の周波数調整膜を付加しても良好な特性を提供可能であり、周波数調整膜の厚み調整による周波数調整範囲の拡大が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るバルク波素子の断面図である。
【図２】本発明に係るバルク波素子の上面平面図である。
【図３】本発明に係るバルク波素子を用いたバルク波装置であるラダー型フィルタの上面平面図である。
【図４】本発明に係るバルク波素子を用いたバルク波装置である振動モード結合共振器の上面平面図である。
【図５】図３に示すラダー型フィルタの等価回路図である。
【図６】図４に示す振動モード結合共振器の振動モードの概念図である。
【図７】実施例２のバルク波装置の電気特性を示す特性図である。
【図８】（ａ）〜（ｈ）は、それぞれ本発明に係るバルク波素子の作製工程を説明する斜視図である。
【図９】従来のバルク波素子の断面図である。
【符号の説明】
１：基体
２：振動体
３：励振電極
４：空隙部
５：振動緩衝体
６：引き出し電極
７：周波数調整膜
８：素子固定材
９：引き出し部基体
１０：エレクトロワックス
Ｓ：バルク波素子
Ｓ１：バルク波素子の直列共振子
Ｓ２：バルク波素子の並列共振子
Ｍ：振動モード結合共振器
ｍ１：偶振動モード
ｍ２：奇振動モード
【図１】
0003814443.tif 000002
【図２】
0003814443.tif 000003
【図３】
0003814443.tif 000004
【図４】
0003814443.tif 000005
【図５】
0003814443.tif 000006
【図６】
0003814443.tif 000007
【図７】
0003814443.tif 000008
【図８】
0003814443.tif 000009
【図９】
0003814443.tif 000010