專利名稱：板波元件和使用該板波元件的電子設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傳播板波的板波元件和使用該板波元件的電子設(shè)備。
背景技術(shù)：
圖17是專利公報1所公開的現(xiàn)有的板波元件101的截面示意圖。板波元件101具 有基座基板102和形成在基座基板102上的壓電體103。壓電體103形成在基座基板102 的上表面102A上，壓電體103的一部分與基座基板102的上表面102A脫離。在該脫離的部 分，壓電體103的下表面103A隔著空間111與基座基板102的上表面102A相對。作為下 表面103A的背面的壓電體103的上表面1(X3B上形成有梳齒電極104。通過梳齒電極104 激勵板波，可以通過板波元件101構(gòu)成諧振子、濾波器。現(xiàn)有的板波元件101可以不考慮體(〃> ”)發(fā)射所導(dǎo)致的損失，具有可以激勵 高音速的波的可能性?？墒?，現(xiàn)有的板波元件101的頻率溫度特性不太好。又，采用板波元 件101，在通過梳齒電極104激勵板波時，需要將壓電體103的厚度設(shè)置得非常薄，因此其強(qiáng) 度會有些問題，例如在對壓電體103施加應(yīng)力時產(chǎn)生裂紋等?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 國際公開第2007/046236號小冊子

發(fā)明內(nèi)容
—種板波元件具有壓電體；配置于壓電體的上表面的梳齒電極；配置于壓電體 的上表面以覆蓋梳齒電極的介質(zhì)層。梳齒電極激勵蘭姆波作為主要波。介質(zhì)層具有與壓電 體的頻率溫度特性相反的頻率溫度特性。


圖1是本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)1的板波元件的截面示意圖。圖2示出比較例的板波元件的頻率溫度特性。圖3示出實(shí)施形態(tài)1的板波元件的頻率溫度特性。圖4示出實(shí)施形態(tài)1的板波元件的頻率溫度特性。圖5示出實(shí)施形態(tài)1的板波元件的耦合系數(shù)。圖6是具有實(shí)施形態(tài)1的板波元件的設(shè)備的框圖。圖7是本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)2的板波元件的截面示意圖。圖8示出實(shí)施形態(tài)2的板波元件的主要波的位移分布。圖9是實(shí)施形態(tài)2的其他板波元件的截面示意圖。圖10示出圖9所示的板波元件的高次模式的位移分布。圖11是實(shí)施形態(tài)2的另一其他板波元件的截面示意圖。圖12示出圖11所示的板波元件的主要波的機(jī)電耦合系數(shù)。
圖13示出圖11所示的板波元件的位移分布。圖14是實(shí)施形態(tài)2的又一其他板波元件的截面示意圖。圖15是實(shí)施形態(tài)2的又一其他板波元件的截面示意圖。圖16是具有實(shí)施形態(tài)1的板波元件的設(shè)備的框圖。圖17為現(xiàn)有的板波元件的截面示意圖。
具體實(shí)施例方式(實(shí)施形態(tài)1)圖1是實(shí)施形態(tài)1的板波元件105的截面示意圖。板波元件105具有壓電體106、 設(shè)在壓電體106的上表面106A上的梳齒電極107、設(shè)置于壓電體106的上表面106A和梳 齒電極107的上表面107A以覆蓋梳齒電極107的介質(zhì)層108，和設(shè)于壓電體106的下表面 106B的介質(zhì)層109。梳齒電極107設(shè)置在壓電體106的上表面106A的激勵區(qū)域106C。介 質(zhì)層109位于激勵區(qū)域106C的正下方。梳齒電極107激勵壓電體106的激勵區(qū)域106C，使 得壓電體106產(chǎn)生板波并使得板波傳播。板波元件105所傳播的板波的主要成分為蘭姆波。 壓電體106、梳齒電極107、介質(zhì)層108、109在與壓電體106的上表面106A和下表面106B成 直角的法線方向mOl上層疊。壓電體106具有法線方向mOl的厚度H1，介質(zhì)層108、109 具有法線方向mOl的厚度H2。介質(zhì)層109隔著壓電體106與梳齒電極107相對。壓電體106通過Z切割X傳播的鈮酸鋰單晶基板構(gòu)成，但也可以通過鉭酸鋰單晶 基板或鈮酸鉀單晶基板構(gòu)成。又，不限于單晶基板，壓電體106也可由壓電薄膜構(gòu)成。在實(shí)施形態(tài)1中，梳齒電極107由鋁構(gòu)成，但也可以由以鋁為主要成分的合金、或 由銅、銀、金構(gòu)成的單質(zhì)金屬、或者以這些單質(zhì)金屬為主要成分的合金構(gòu)成。在實(shí)施形態(tài)1中，介質(zhì)層108、109由氧化硅(SiO2)構(gòu)成，但只要是由具有與壓電 體106的頻率溫度系數(shù)(TCF)相反的頻率溫度系數(shù)的介質(zhì)構(gòu)成即可。通過由具有與壓電 體106的頻率溫度系數(shù)相反的頻率溫度系數(shù)的氧化硅構(gòu)成的介質(zhì)層108、109，可以減小板 波元件105的頻率溫度系數(shù)，提高頻率溫度特性。而且，蘭姆波的Al模式的位移的傳播方 向的成分，在壓電體106的中央具有振幅的波節(jié)，在壓電體106的表面具有振幅的波腹。因 此，通過介質(zhì)層108、109從壓電體的上表面106A和下表面106B夾著壓電體106，能夠使能 量的大部分集中到壓電體106以及介質(zhì)層108內(nèi)，可以有效地使頻率溫度特性提高。又，設(shè)置在梳齒電極107的上表面107A上以覆蓋梳齒電極107的介質(zhì)層108也具 有保護(hù)壓電體106以及梳齒電極107的效果。因此，通過不對板波元件105氣密封地將電 極引出到介質(zhì)層108或者109的外表面，能夠?qū)宀ㄔ?05安裝于電路基板等。又，實(shí)施形態(tài)1的板波元件105還可以具有設(shè)在介質(zhì)層109的下表面的支承基板。 通過該支撐基板，能夠提高板波元件的強(qiáng)度。通過將硅等用作支承基板，能夠?qū)⒅С谢迦?易地接合到介質(zhì)層109上。關(guān)于圖1所示的實(shí)施形態(tài)1的板波元件105，驗(yàn)證了 Hl/ λ和頻率溫度系數(shù)TCF的 關(guān)系，其中Hl是壓電體106的厚度Η1，λ是通過壓電體106使用鈮氧鋰時的梳齒電極107 激勵的作為彈性波的板波的波長。此時，采用坎貝爾(Campbell)等方法，使用史密斯等的 常數(shù)作為該方法中鈮氧鋰的材料常數(shù)。所謂板波是體波的一種，是一邊在基板的上下表面反復(fù)位移一邊傳播的彈性波。作為板波的一種，有具有較強(qiáng)的速度分散性的蘭姆波、橫波成分為主體的SH波等。蘭姆波 是指SV波和縱波(疏密波)在板的兩面發(fā)生模式變化并復(fù)雜耦合而產(chǎn)生的板波。SH波是 橫波主體的模式。在通過梳齒電極107壓電體106被激勵的板波的模式中，比較有代表性的有，被稱 為彎曲波的AO模式、橫波主體的SHO模式、縱波主體的SO模式、和作為縱波主體的高次模 式的被稱為蘭姆波的Al模式等。SHO模式由于耦合系數(shù)k2大但聲速低，因此難以提供能夠利用于高頻設(shè)備的板波 元件。又，SO、AO模式由于耦合系數(shù)k2小，因此難以提供能夠利用于寬頻帶設(shè)備的板波元 件。因此，通過使用Al模式，對設(shè)備的高頻化以及寬頻帶化是非常有利的。作為傳播Al模 式的蘭姆波的板波元件的蘭姆波元件的諧振頻率，通過壓電體106的厚度和梳齒電極107 所具有的梳齒電極指的周期來確定。因此，通過使用高音速的模式可以容易地提供與更高 的頻率對應(yīng)的板波元件。又，能夠增加壓電體106的厚度H1，能夠容易地制造板波元件，提 高成品率。尤其是，壓電體的厚度Hl在0.4λ以下時，能夠抑制SO模式的諧振所造成的假 信號。因此，將蘭姆波元件用作為濾波器、共用器等時，抑制了假信號的影響所導(dǎo)致的頻率 特性的劣化。圖2示出不具有介質(zhì)層108、109的比較例的板波元件的各個模式下的頻率溫度系 數(shù)TCF和比Hl/λ的關(guān)系。如圖2所示，在0. 1 < Hl/λ < 1. 0時，Al模式的頻率溫度系 數(shù) TCF 為-76ppm/°C _92ppm/°C，并不太好。關(guān)于圖1所示的實(shí)施形態(tài)1的板波元件105，將比Hl/λ設(shè)為0. 15時的介質(zhì)層 108、109的厚度Η2相對于波長λ的比Η2/ λ和頻率溫度系數(shù)TCF的關(guān)系示于圖3中。如 圖3所示，隨著厚度Η2的增加即比Η2/ λ的增加，AO模式和Al模式的頻率溫度系數(shù)與SO 模式、SHO模式相比變小，頻率溫度大大改善。AO模式由于聲速低難以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的高頻化， 因此最好采用Al模式。在Al模式中，比Η2/λ為0.08時，頻率溫度系數(shù)為零。通過減小 頻率溫度系數(shù)使得頻率溫度特性提高，能夠提供一種溫度變化導(dǎo)致特性劣化較少的板波元 件 105。Α1、Α0模式中，位移集中地分布在壓電體106的上表面106Α和下表面106Β。由氧 化硅構(gòu)成的介質(zhì)層108、109具有與壓電體106相反的頻率溫度特性，即具有與壓電體106 的頻率溫度系數(shù)的符號相反的頻率溫度系數(shù)。介質(zhì)層108、109的頻率溫度系數(shù)的絕對值最 好與壓電體106的頻率溫度系數(shù)的絕對值相等。因此，通過分別設(shè)在壓電體106的上表面 106Α和下表面106Β的介質(zhì)層108、109來補(bǔ)償壓電體106的頻率溫度特性的效果大大表現(xiàn) 出來。這樣，通過采用作為反對稱模式的Al模式，且分別在壓電體106的上表面106Α和下 表面106Β分別設(shè)置介質(zhì)層108、109，與采用以SH成分為主要成分的偽彈性表面波或瑞利波 等表面波的元件相比，能夠獲得大幅改善頻率溫度特性的效果。接下來，使壓電體106的厚度Hl變化時的Al模式下介質(zhì)層108、109的厚度Η2相 對于波長λ的比Η2/λ和頻率溫度系數(shù)(TCF)的關(guān)系示于圖4中。如圖4所示，隨著壓電 體106的厚度Hl變薄，介質(zhì)層108、109對頻率溫度特性的改善效果提高。即，壓電體106 的厚度Hl的比Hl/λ為0. 10的情況下，Η2/λ為0.06時，頻率溫度系數(shù)為零。同樣地，比 Hl/ λ為0. 15的情況下，比Η2/ λ為0. 08時，頻率溫度系數(shù)為零。比Hl/ λ為0. 20的情況 下，比Η2/ λ為0. 10時，頻率溫度系數(shù)為零。比Hl/ λ為0. 25的情況下，比Η2/ λ為0. 13時，頻率溫度系數(shù)為零。比Hl/ λ為0. 30的情況下，比Η2/ λ為0. 16時，頻率溫度系數(shù)為零。通過將頻率溫度系數(shù)的絕對值設(shè)為20ppm/°C以下，板波元件105可以提高具有狹 窄的收發(fā)頻率間隔的雙工器的特性。S卩，根據(jù)圖4所示的驗(yàn)證結(jié)果，在比Hl/λ為0.10的情況下，將比Η2/λ設(shè)為 0.048 0.080。又，在比Hl/λ為0. 15的情況下，將比Η2/λ設(shè)為0. 067 0. 108。又，在 比Hl/λ為0. 20的情況下，將比Η2/λ設(shè)為0. 084 0. 136。又，在比Hl/λ為0. 25的情 況下，將比Η2/λ設(shè)為0. 103 0.175。為了實(shí)際制造板波元件105，將比Hl/λ的上述值擴(kuò)展了 士0.025的范圍，并將 上述范圍適用于比Η2/λ。S卩，在比Hl/λ為0.075 0.125的情況下，將比Η2/λ設(shè)定 為0. 048 0. 080。又，在比Hl/λ為0. 125 0. 175的情況下，將比Η2/λ設(shè)為0. 067 0.108。又，在比Hl/λ為0. 175 0. 225的情況下，將比Η2/λ設(shè)為0. 084 0. 136。又， 在比Hl/λ為0. 225 0. 275的情況下，將比Η2/λ設(shè)為0. 103 0. 175。通過將Hl/λ、Η2/λ設(shè)定在這些范圍，將頻率溫度系數(shù)的絕對值設(shè)為20ppm/°C以 下，可以實(shí)現(xiàn)具有良好的頻率溫度特性的板波元件105。又，使壓電體106的厚度Hl變化時的Al模式下機(jī)電耦合系數(shù)和介質(zhì)層108、109 的厚度H2的關(guān)系示于圖5中。隨著介質(zhì)層108、109的厚度H2變厚，機(jī)電耦合系數(shù)k2暫時 增加后減少，取極大值。為了不使機(jī)電耦合系數(shù)k2變小，如圖5所示，在比Hl/λ為0.10 時，設(shè)定比H2/λ使其大于0且小于0.032。又，在比Hl/λ為0. 15時，設(shè)定比Η2/λ使其 大于0且小于0.046。又，在比Hl/λ為0.20時，設(shè)定比Η2/λ使其大于0且小于0. 061。 又，在比Hl/λ為0.25時，設(shè)定比Η2/λ使其大于0且小于0.084。又，在比Hl/λ為0. 30 時，設(shè)定比Η2/λ使其大于0且小于0. 110。與圖4相同地，為了根據(jù)圖5的驗(yàn)證結(jié)果實(shí)際制造板波元件105，將比Hl/λ的上 述值擴(kuò)展了 士0.025的范圍，并將上述范圍適用于比Η2/λ。8口，在比Hl/λ為0.075 0.125的情況下，設(shè)定比Η2/λ使其大于0且小于 0.032。又，在比Hl/λ為0. 125 0. 175的情況下，設(shè)定比Η2/λ使其大于0且小于0. 046。 又，在比Hl/λ為0. 175 0.225的情況下，設(shè)定比Η2/λ使其大于0且小于0. 061。又， 在比Hl/λ為0.225 0.275的情況下，設(shè)定比Η2/λ使其大于0且小于0. 084。又，在比 Hl/λ為0.275 0.325的情況下，設(shè)定比Η2/λ使其大于0且小于0. 110。通過將Hl/λ、Η2/λ設(shè)定在這些范圍，不通過介質(zhì)層108、109減小機(jī)電耦合系數(shù) k2也能夠改善板波元件105的頻率溫度特性。在實(shí)施形態(tài)1中，在壓電體106的上表面160A和下表面106B分別具有介質(zhì)層108、 109，但是實(shí)施形態(tài)1的板波元件也可以不具有介質(zhì)層108、109中的一個，此時，也可以得到
改善頻率溫度特性的效果。在壓電體106是使上表面160A的法線方向WOl與結(jié)晶的c軸一致并切割得到的 壓電單晶基板的情況下，可以有效地提高板波元件105的Al模式的耦合系數(shù)。又，壓電體106的結(jié)晶構(gòu)造是以上表面106A的法線方向WOl為結(jié)晶的c軸并以c 軸為中心的旋轉(zhuǎn)相晶的情況下，可以有效地提高板波元件105的Al模式的耦合系數(shù)，并且 可以防止作為對稱模式的SHO模式難以被激勵和表現(xiàn)為偽響應(yīng)。
圖6是具有實(shí)施形態(tài)1的板波元件105的電子設(shè)備105C的框圖。梯式濾波器或 者DMS濾波器等的濾波器105B具有板波元件105作為諧振器。移動電話等電子設(shè)備105C 具有濾波器105B、與濾波器105B連接的半導(dǎo)體集成電路元件、與該半導(dǎo)體集成電路元件連 接的播放裝置。電子設(shè)備105C具有與板波元件105連接的信號線1105。由此，可以抑制諧 振器(板波元件10 、濾波器105B、以及電子設(shè)備105C的信號損失。板波元件105具有頻 率溫度特性良好的特征，可以適用于移動電話等電子設(shè)備105C中的濾波器、雙工器等。(實(shí)施形態(tài)2)圖7是實(shí)施形態(tài)2的板波元件205的截面示意圖。板波元件205具有壓電體206、 設(shè)置在壓電體206的上表面206A上的梳齒電極207、設(shè)置于壓電體206的上表面206A和梳 齒電極207的上表面207A以覆蓋梳齒電極207的介質(zhì)層208，和設(shè)于壓電體206的下表面 206B的介質(zhì)層209。梳齒電極207設(shè)置在壓電體206的上表面206A的激勵區(qū)域206C。介 質(zhì)層209位于激勵區(qū)域206C的正下方。壓電體206、梳齒電極207、介質(zhì)層208、209在與壓 電體206的上表面206A和下表面206B成直角的法線方向N201上層疊。壓電體206具有法 線方向N201的厚度H21，介質(zhì)層208、209具有法線方向N201的厚度H22。雖然是對介質(zhì)層 208,209的法線方向N201的厚度為相同的厚度H22的情形進(jìn)行說明，但是也可以是不同的 厚度。介質(zhì)層209隔著壓電體206與梳齒電極207相對。梳齒電極207具有法線方向N201 的厚度T11。介質(zhì)層208以比由梳齒電極207激勵的板波的速度更快的速度傳播橫波。介 質(zhì)層209以比在壓電體206傳播板波的速度更快的速度傳播橫波。所謂板波是體波的一種，是一邊在壓電體206的上表面206A和下表面206B反復(fù) 反射一邊傳播的彈性波。作為板波的一種，有具有較強(qiáng)的速度分散性的蘭姆波、橫波成分為 主體的SH波等。蘭姆波是指SV波和縱波(疏密波)在壓電體206的兩面發(fā)生模式變化并 復(fù)雜耦合而產(chǎn)生的板波。在實(shí)施形態(tài)2中，壓電體206通過Z切割X傳播的鈮酸鋰單晶基板構(gòu)成，但也可以 通過鉭酸鋰單晶基板或鈮酸鉀單晶基板構(gòu)成。又，不限于單晶基板，壓電體206也可由壓電 薄膜構(gòu)成。在實(shí)施形態(tài)2中，梳齒電極207由鋁構(gòu)成，但也可以由以鋁為主要成分的合金、或 由銅、銀、金構(gòu)成的單質(zhì)金屬、或者以這些單質(zhì)金屬為主要成分的合金構(gòu)成。介質(zhì)層208、209由金剛石、硅、氮化硅、氮化鋁、或者氧化鋁中的至少一種構(gòu)成。在壓電體206傳播板波的速度由壓電體206的厚度H21以及梳齒電極207的厚度 Tll決定，使得其小于在介質(zhì)層208、209傳播的橫波的速度。板波元件205中，以比由梳齒電極207激勵的板波的速度大的速度在從壓電體206 的上表面206A和下表面206B夾著壓電體206的介質(zhì)層208、209傳播橫波，因此可以得到 將板波封閉至壓電體206的效果。下面，詳細(xì)說明其效果。對采用鈮酸鋰構(gòu)成壓電體206、采用由金剛石構(gòu)成介質(zhì)層208、209時的由梳齒電 極207激勵的板波的位移的分布進(jìn)行驗(yàn)證。其結(jié)果示于圖8中。在圖8中，縱軸表示由峰 值標(biāo)準(zhǔn)化了的位移的振幅，橫軸表示由傳播的板波的波長λ標(biāo)準(zhǔn)化了的在法線方向Ν201 上距離壓電體206的中心的位置，即表示由波長λ標(biāo)準(zhǔn)化的位置。在圖8中，橫軸的正方 向表示從壓電體206向介質(zhì)層208的方向，負(fù)的方向表示從壓電體206到介質(zhì)層209的方 向。梳齒電極207激勵壓電體206，使壓電體206產(chǎn)生具有波長λ的板波并讓其傳播。設(shè)壓電體206的厚度為0. 4 λ，介質(zhì)層208、209的厚度為2 λ。這樣，介質(zhì)層208、209的厚度 Η22比板波的波長λ大。在此，采用坎貝爾(Campbell)等的方法作為解析法計算出振幅， 使用史密斯等的常數(shù)作為鈮氧鋰的材料常數(shù)。在圖8中，所傳播的板波的位移具有相互成 直角的三個成分ul、u2、u3。位移成分ul是與壓電體206的上表面206A、下表面206B平 行且板波傳播的方向的成分。位移成分u2是與壓電體206的上表面206A、下表面206B平 行且與成分ul成直角的方向的成分。位移成分u3是與壓電體206的上表面206A、下表面 206B成直角的法線方向N201的成分。即，成分u3與成分ul、u2成直角。板波的傳播模式 是Al模式，其是以成分ul為主成分的非對稱模式。如圖8所示，板波的能量集中在壓電體 206。通過將介質(zhì)層208、209的厚度H22設(shè)為1 λ以上，板波在介質(zhì)層208的上表面208Α 和介質(zhì)層209的下表面209Β充分地衰減。為了使得圖17所示的現(xiàn)有的板波元件101傳播板波，需要在與基座基板102相對 的壓電體103的面103Α和與壓電體103相對的基座基板102的面102Α之間設(shè)置空間111， 為了保護(hù)設(shè)置有梳齒電極104的壓電體103的面103Β，還需要外殼，因此板波元件101變 厚。而且，壓電體103非常薄，強(qiáng)度不足。實(shí)施形態(tài)2的板波元件205中，由于板波在介質(zhì)層208的上表面208Α和介質(zhì)層 209的下表面209Β充分地衰減，因此可以提供能夠?qū)⒔橘|(zhì)層208、209作為外殼使用、不需要 空隙的薄的板波元件205。又，實(shí)施形態(tài)2的板波元件205，作為壓電元件，可以激勵速度高于以往采用的表 面彈性波元件以及界面波元件的高速度的板波作為主要波。例如，對于采用鈮酸鋰作為壓電體、以漏波等的表面波作為主要波的表面彈性波 元件以及界面波元件領(lǐng)，使由梳齒電極激勵的波高速度化達(dá)到4024m/s以上時，通常會發(fā) 生主要波向厚的壓電體的泄漏。但是，對于實(shí)施形態(tài)2的板波元件205，通過使板波作為主 要波傳播，可以不用在一開始就考慮波向壓電體206方向泄漏，可以激勵高音速的彈性波。 還有，由于采用以比主要波的音速快的速度傳播橫波的介質(zhì)來構(gòu)成介質(zhì)層208、209，因此可 以抑制主要波向介質(zhì)層208、209的泄漏。即，在實(shí)施形態(tài)2的板波元件205中，可以通過以 下這樣的彈性波來傳遞信號，可以實(shí)現(xiàn)抑制了泄漏導(dǎo)致的性能劣化的彈性波元件，其中，上 述彈性波是基于以表面波作為主要波的界面波元件不能得到的4024m/s以上的速度來進(jìn) 行傳播的。另外，介質(zhì)層208、209的厚度最好大致相同。由此，可以減輕相對于應(yīng)力的板波元 件205的翹曲。又，介質(zhì)層208、209最好由同一介質(zhì)構(gòu)成。由此，可以減輕相對于應(yīng)力的板波元件 205的翹曲。還有，壓電體206的結(jié)晶構(gòu)造最好是，使上表面206A的法線方向N201與c軸一致 并以c軸為中心的旋轉(zhuǎn)相晶。此時，防止對作為對稱模式的SHO模式、SO模式的激勵，對其 表現(xiàn)為偽響應(yīng)進(jìn)行了抑制。圖9是實(shí)施形態(tài)2的其他板波元件1205的截面示意圖。在圖9中，在與圖7所示 的板波元件205相同的部分標(biāo)注相同的參照符號，并省略其說明。圖203所示的板波元件 1205最好還具有配置在介質(zhì)層208的上表面208A上的吸音層210、配置在介質(zhì)層209的 下表面209B上的吸音層沈0。吸音層210 J60由抗蝕劑等樹脂構(gòu)成。板波作為主要波傳播時產(chǎn)生的高頻的高次模式的不需要的波可以通過介質(zhì)層208、209引入吸音層210、260來進(jìn) 行壓制。通過驗(yàn)證而求得的高次模式的位移分布在圖10中示出。與圖8相同地，圖10的縱 軸表示由峰值標(biāo)準(zhǔn)化了的位移的振幅，橫軸表示由波長λ標(biāo)準(zhǔn)化了的在法線方向Ν201上 的位置。在此，作為高次模式的傳播模式，選擇以板波的傳播方向的成分ul為主成分的為 對稱模式的S2模式。如圖10所示，高次模式的波的傳播速度大于介質(zhì)層208、209傳播橫波 的速度，因此即便在介質(zhì)層208的上表面208Α和介質(zhì)層209的下表面209Β，高次模式的位 移成分u2也未衰減地存在著。因此，通過確定介質(zhì)層的構(gòu)成、電極的構(gòu)成使得高次模式的 波的速度大于介質(zhì)層208、209傳播橫波的速度，可以將高次模式的波引入吸音層210、260 來對其進(jìn)行抑制。在吸音層210 J60內(nèi)傳播的高次模式的橫波的速度小于在介質(zhì)層208、 209傳播橫波的速度，因此分別經(jīng)由介質(zhì)層208、209進(jìn)入吸音層210、260的波不會返回介質(zhì) 層208、209，可以有效地使該波在吸音層210 J60內(nèi)被吸收。另一方面，在介質(zhì)層208、209 以大于主要波的速度的速度來傳播橫波，因此主要波被封閉在介質(zhì)層208、209中的壓電體 206附近的部分，可以防止其被吸音層210、260吸收。圖11是實(shí)施形態(tài)2的另一其他板波元件2205的截面示意圖。在圖11中，在與圖 7所示的板波元件205相同的部分標(biāo)注相同的參照符號，并省略其說明。圖11所示的板波 元件2205還具有設(shè)置在介質(zhì)層208和壓電體206之間的介質(zhì)層211、設(shè)置在介質(zhì)層209和 壓電體206之間的介質(zhì)層沈1。即板波元件2205具有壓電體206、設(shè)置在壓電體206的 上表面206A上的梳齒電極207、設(shè)置于壓電體206的上表面206A和梳齒電極207的上表 面207A以覆蓋梳齒電極207的介質(zhì)層211、設(shè)置在介質(zhì)層211的上表面的21IA上的介質(zhì)層 208、設(shè)于壓電體206的下表面206B的介質(zhì)層沈1、以及設(shè)置在介質(zhì)層的下表面的^lB 的介質(zhì)層209。梳齒電極207設(shè)置在壓電體206的上表面206A的激勵區(qū)域206C。介質(zhì)層 261、209位于激勵區(qū)域206C的正下方。介質(zhì)層208位于激勵區(qū)域206C的正上方。壓電體 206、梳齒電極207、介質(zhì)層208、209、211、216在與壓電體206的上表面206A和下表面206B 成直角的法線方向N201上層疊。壓電體206具有法線方向N201的厚度H21，介質(zhì)層208、 209具有法線方向N201的厚度H22。介質(zhì)層211、261具有法線方向N201的厚度H23。介 質(zhì)層261隔著壓電體206與梳齒電極207相對。梳齒電極207具有法線方向N201的厚度 T11。板波元件2205可以不設(shè)置介質(zhì)層211、261中的一個。S卩，介質(zhì)層208、209中的一個 可以與壓電體206抵接。介質(zhì)層211、261是以比在介質(zhì)層208、209傳播的橫波的速度小的 速度傳播橫波的低音速層。由此，可以增大板波元件205的耦合系數(shù)，下面對其進(jìn)行說明。通過梳齒電極207在壓電體206被激勵的板波具有波長λ。設(shè)由鈮酸鋰構(gòu)成的壓 電體206的厚度Η21相對于波長λ的比Η21/λ為0. 4。設(shè)由金剛石構(gòu)成的介質(zhì)層208、介 質(zhì)層209的厚度Η22相對于波長λ的比Η22/λ為2。介質(zhì)層211J61由氧化硅構(gòu)成。使 介質(zhì)層211、261的厚度Η23變化時的板波元件205的機(jī)電耦合系數(shù)k2的驗(yàn)證結(jié)果示于圖 12中。圖12的縱軸表示板波元件205的機(jī)電耦合系數(shù)k2，橫軸表示由主要波的波長λ標(biāo) 準(zhǔn)化的介質(zhì)層211、261的厚度Η23即比Η23/λ。在圖12中，Η23/λ為0的板波元件是圖7 所示的板波元件205。如圖12所示，隨著介質(zhì)層211、261的厚度Η23的增大，板波元件205 的機(jī)電耦合系數(shù)k2增大，顯著地得到了改善。接著，未設(shè)置有作為低音速層的介質(zhì)層211、 261的板波元件205與設(shè)置有具有Η23/λ為0. 1的厚度Η23的介質(zhì)層211、206的板波元件2205的位移分布的驗(yàn)證結(jié)果在圖13中示出。與圖8相同地，在圖13中，縱軸表示由峰 值標(biāo)準(zhǔn)化了的振幅，橫軸表示由波長λ標(biāo)準(zhǔn)化了的在法線方向Ν201上的位置。如圖13所 示，通過設(shè)置有作為低音速層的介質(zhì)層211461，可以使位移分布的峰值接近存在有梳齒電 極207的壓電體206和介質(zhì)層211的界面。這樣，通過使位移分布集中在梳齒電極207的 周邊，可以增大板波元件205的機(jī)電耦合系數(shù)k2。介質(zhì)層211J61由氧化硅等、具有與壓電體206的頻率溫度特征相反的頻率溫度 特征的電介質(zhì)構(gòu)成，因此可以減小板波元件2205的頻率溫度系數(shù)，可以提高頻率溫度特 征。在壓電體206為單晶基板的情況下，可以通過直接接合等的技術(shù)將介質(zhì)層209和 壓電體206接合。在壓電體206由薄膜構(gòu)成時，可以在介質(zhì)層209的上表面設(shè)置使壓電體 206能夠定向的緩沖層，采用濺射或者CVD等技術(shù)在該緩沖層的上表面形成成為壓電體206 的壓電薄膜。又，通過采用玻璃、藍(lán)寶石、硅等熱膨脹系數(shù)小的材料作為介質(zhì)層209，可以實(shí) 現(xiàn)頻率溫度系數(shù)小、且頻率溫度特征提高了的板波元件205。圖14是實(shí)施形態(tài)2的另一其他板波元件3205的截面示意圖。在圖14中，在與圖 11所示的板波元件2205相同的部分標(biāo)注相同的參照符號，并省略其說明。圖14所示的板 波元件3205，在壓電體206的上表面206A除了具有激勵區(qū)域206C之外，還具有激勵區(qū)域 206D、206E。上表面206A的激勵區(qū)域206D、206E分別設(shè)置有梳齒電極217、227。介質(zhì)層211 設(shè)置在壓電體206的上表面206A和梳齒電極207、217、227的上表面207A、217A、227A，以 覆蓋梳齒電極207、217、227。壓電體206的位于激勵區(qū)域206C的部分1206具有法線方向 N201的厚度H21。壓電體206的位于激勵區(qū)域206D的部分2206具有法線方向N201的厚度 H31。壓電體206的位于激勵區(qū)域206E的部分3206具有法線方向N201的厚度H41。壓電 體206的厚度H21、H31、H41互不相同，厚度H21小于厚度H31，厚度H31小于厚度H41。在 介質(zhì)層208的上表面208A上設(shè)置有圖9所示的板波元件1205的吸音層210。壓電體206 的部分1206、2206處的下表面206B設(shè)置有介質(zhì)層沈1。壓電體206的部分3206處的下表 面206B沒有設(shè)置介質(zhì)層沈1。在介質(zhì)層沈1的下表面^lB和壓電體的部分3206處的下表 面206B，設(shè)有圖9所示的板波元件1205的吸音層沈0。這樣，由于設(shè)有梳齒電極207、217、 227的激勵區(qū)域206C、206D、206E各處的壓電體206的厚度H21、H31、H41相互不同，因此單 質(zhì)的板波元件3205可以得到不同的多個板波元件的特性。圖15是實(shí)施形態(tài)2的又一其他板波元件4205的截面示意圖。圖15中，在與圖14 所示的板波元件3205相同的部分標(biāo)注相同的參照符號，并省略其說明。圖15所示的板波 元件4205中，梳齒電極217和壓電體206的上表面206A的激勵區(qū)域206D露出。由梳齒電 極217激勵的彈性表面波在激勵區(qū)域206D傳播，壓電體206的部分2206起到彈性表面波元 件的作用。這樣，板波元件4205作為具有板波元件和彈性表面波元件的混合元件起作用。圖16是具有實(shí)施形態(tài)2的板波元件205(1205 4205)的電子設(shè)備205C的框圖。 梯式濾波器或者DMS濾波器等的濾波器205B具有板波元件205 (1205 420 作為諧振器。 移動電話等電子設(shè)備205C具有濾波器205B、與濾波器205B連接的半導(dǎo)體集成電路、與該半 導(dǎo)體集成電路連接的播放裝置。電子設(shè)備205C具有與板波元件205 (1205 420 連接的 信號線1205。由此，可以抑制諧振器(板波元件205、1205 4205)、濾波器205B、以及電子 設(shè)備205C的信號損失。板波元件205 (1205 420 具有頻率溫度特性良好的特征，可以適用于移動電話等電子設(shè)備205C中的濾波器、雙工器等。另外，實(shí)施形態(tài)1、2中，“上表面”、“下表面”、“上方”、“正上方”、“下方”、“正下方”
等的表示方向的用語，表示的是僅依存于壓電體或梳齒電極等的板波元件的構(gòu)成部件的相 對位置關(guān)系的相對的方向，并不是表示上下方向等絕對的方向。產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明的板波元件具有優(yōu)異的頻率溫度特性能夠適用于移動電話等電子設(shè)備中 的濾波器、雙工器等。符號說明
106壓電體
107梳齒電極
108介質(zhì)層(第--介質(zhì)層)
109介質(zhì)層(第二二介質(zhì)層)
206壓電體
207梳齒電極
208介質(zhì)層(第--介質(zhì)層、第三介質(zhì)層)
209介質(zhì)層(第二二介質(zhì)層、第四介質(zhì)層)
210吸音層(第--吸音層)
260吸音層(第二二吸音層)
211介質(zhì)層(第--介質(zhì)層)
261介質(zhì)層(第二二介質(zhì)層)。
權(quán)利要求
1.一種板波元件，其特征在于，具有 壓電體；梳齒電極，其配置在所述壓電體的上表面，激勵蘭姆波作為主要波； 第一介質(zhì)層，其配置在所述壓電體的所述上表面以覆蓋所述梳齒電極，并具有與所述 壓電體的頻率溫度特性相反的頻率溫度特性。
2.如權(quán)利要求1所述的板波元件，其特征在于，還具有第二介質(zhì)層，所述第二介質(zhì)層配 置在所述壓電體的下表面，并具有與所述壓電體的頻率溫度特性相反的頻率溫度特性。
3.如權(quán)利要求1所述的板波元件，其特征在于，所述第一介質(zhì)層由氧化硅構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求3所述的板波元件，其特征在于， 所述壓電體由鈮酸鋰構(gòu)成，所述壓電體的厚度Hl相對于所述蘭姆波的波長λ的比Hl/λ為0.075 0.125的情 況下，所述第一介質(zhì)層的厚度Η2相對于波長λ的比Η2/λ為0. 048 0. 080 ； 在比Hl/ λ為0. 125 0. 175的情況下，比Η2/ λ為0. 067 0. 108 ； 在比Hl/ λ為0. 175 0. 225的情況下，比Η2/ λ為0. 084 0. 136 ； 在比Hl/ λ為0. 225 0. 275的情況下，比Η2/ λ為0. 103 0. 175。
5.如權(quán)利要求3所述的板波元件，其特征在于， 所述壓電體由鈮酸鋰構(gòu)成，所述壓電體的厚度Hl相對于所述蘭姆波的波長λ的比Hl/λ為0.075 0.125的情 況下，所述第一介質(zhì)層的厚度Η2相對于波長λ的比Η2/λ大于0且小于0.032; 在比Hl/ λ為0. 125 0. 175的情況下，比Η2/ λ大于0且小于0. 046 ； 在比Hl/ λ為0. 175 0. 225的情況下，比Η2/ λ大于0且小于0. 061 ； 在比Hl/ λ為0. 225 0. 275的情況下，比Η2/ λ大于0且小于0. 084 ； 在比Hl/ λ為0. 275 0. 325的情況下，比Η2/ λ大于0且小于0. 110。
6.如權(quán)利要求1所述的板波元件，其特征在于，所述壓電體由壓電單晶基板構(gòu)成，所述 壓電單晶基板在以結(jié)晶的c軸為法線的平面被切割。
7.如權(quán)利要求6所述的板波元件，其特征在于，所述壓電體的結(jié)晶構(gòu)造是以所述壓電 體的所述上表面的法線作為c軸且以該法線作為中心的旋轉(zhuǎn)孿晶。
8.如權(quán)利要求1所述的板波元件，其特征在于，所述壓電體由壓電薄膜構(gòu)成，所述壓電 薄膜以所述壓電體的所述上表面的法線為c軸而定向。
9 一種電子設(shè)備，其特征在于，具有 權(quán)利要求1所述的板波元件；與所述板波元件連接的信號線。
10.一種板波元件，其特征在于，具有 壓電體；梳齒電極，其配置在所述壓電體的上表面，并激勵板波；第一介質(zhì)層，其配置在所述壓電體的所述上表面以覆蓋所述梳齒電極，橫波以比所述 板波的速度大的速度在所述第一介質(zhì)層傳播；第二介質(zhì)層，其配置在所述壓電體的下表面，橫波以比所述板波的速度大的速度在所 述第二介質(zhì)層傳播。
11.如權(quán)利要求10所述的板波元件，其特征在于，所述第一介質(zhì)層的厚度以及所述第 二介質(zhì)層的厚度大于所述板波的波長。
12.如權(quán)利要求10所述的板波元件，其特征在于，所述板波的速度由所述壓電體的厚 度以及所述梳齒電極的厚度確定，以使得所述板波的速度比在所述第一介質(zhì)層傳播的橫波 的速度以及在所述第二介質(zhì)層傳播的橫波的速度慢。
13.如權(quán)利要求10所述的板波元件，其特征在于，還具有 配置在所述第一介質(zhì)的上表面的第一吸音層；配置在所述第二介質(zhì)的下表面的第二吸音層。
14.如權(quán)利要求10所述的板波元件，其特征在于，所述梳齒電極激勵蘭姆波作為主要波。
15.如權(quán)利要求10所述的板波元件，其特征在于，所述第一介質(zhì)層的厚度和所述第二 介質(zhì)層的厚度大致相同。
16.如權(quán)利要求10所述的板波元件，其特征在于，所述第一介質(zhì)層和所述第二介質(zhì)層 由同一介質(zhì)構(gòu)成。
17.如權(quán)利要求10所述的板波元件，其特征在于，所述壓電體的結(jié)晶構(gòu)造是以所述壓 電體的所述上表面的法線作為c軸且以該法線作為中心的旋轉(zhuǎn)孿晶。
18.一種電子設(shè)備，其特征在于，具有 權(quán)利要求10所述的板波元件；與所述板波元件連接的信號線。
19.一種板波元件，其特征在于， 壓電體；梳齒電極，其配置在所述壓電體的上表面，并激勵板波；第一介質(zhì)層，其配置在所述壓電體的所述上表面以覆蓋所述梳齒電極；第二介質(zhì)層，其配置在所述壓電體的下表面；第三介質(zhì)層，其配置在所述第一介質(zhì)層的上表面，橫波以比所述板波的速度大的速度 在所述第三介質(zhì)層傳播；和第四介質(zhì)層，其配置在所述第二介質(zhì)層的下表面，橫波以比所述板波的速度大的速度 在所述第四介質(zhì)層傳播，橫波以比在所述第一介質(zhì)層傳播的橫波的速度小的速度在所述第一介質(zhì)層傳播， 橫波以比在所述第四介質(zhì)層傳播的橫波的速度小的速度在所述第二介質(zhì)層傳播。
20.如權(quán)利要求19所述的板波元件，其特征在于，所述第一介質(zhì)層和所述第二介質(zhì)層 由氧化硅構(gòu)成。
21.如權(quán)利要求19所述的板波元件，其特征在于，所述梳齒電極激勵蘭姆波作為主要波。
22.如權(quán)利要求19所述的板波元件，其特征在于，所述第三介質(zhì)層的厚度和所述第四 介質(zhì)層的厚度大致相同。
23.如權(quán)利要求19所述的板波元件，其特征在于，所述第三介質(zhì)層和所述第四介質(zhì)層 由同一介質(zhì)構(gòu)成。
24.如權(quán)利要求19所述的板波元件，其特征在于，所述壓電體的結(jié)晶構(gòu)造是以所述壓電體的所述上表面的法線作為c軸且以該法線作為中心的旋轉(zhuǎn)孿晶。
25. 一種電子設(shè)備，其特征在于，具有 權(quán)利要求19所述的板波元件； 與所述板波元件連接的信號線。
全文摘要
本發(fā)明的板波元件，具有壓電體；配置在所述壓電體的上表面的梳齒電極；介質(zhì)層，其配置在所述壓電體的所述上表面以覆蓋所述梳齒電極。梳齒電極激勵蘭姆波作為主要波。介質(zhì)層具有與壓電體的頻率溫度特性相反的頻率溫度特性。該板波元件具有優(yōu)異的頻率溫度特性。
文檔編號H03H9/25GK102089970SQ20098012804
公開日2011年6月8日 申請日期2009年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月11日
發(fā)明者中村弘幸, 中西秀和, 后藤令 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社