弹性波器件的制作方法

弹性波器件
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2020年4月29日提交的美国专利申请no.63/017,100的优先权。该申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
3.本发明涉及在压电膜下方包括腔部的弹性波器件。


背景技术：

4.常规地，已知使用在由linbo3或litao3制成的压电膜中传播的板波的弹性波器件。例如，下述专利文献1公开了使用兰姆波(lamb wave)作为板波的弹性波器件。这里，压电基板设置在支撑件上。在支撑件(即，支撑基板)中设置有腔部。压电基板与腔部重叠。压电基板由linbo3或litao3制成。idt电极设置在压电基板的上表面上。在idt电极的连接到一个电位的多个电极指和idt电极的连接到另一电位的多个电极指之间施加电压。因此，兰姆波被激发。在idt电极的两侧设置有反射器。因此，提供了使用板波的弹性波谐振器。
5.[现有技术文献]
[0006]
[专利文献]
[0007]
[专利文献1]日本专利申请公开no.2012-257019


技术实现要素：

[0008]
[本发明解决的问题]
[0009]
为了减小弹性波器件的尺寸，可以考虑减少电极指的数量。然而，当电极指的数量减少时，q值会降低。
[0010]
此外，在专利文献1中描述的包括腔部的弹性波器件中，当idt电极的母线的一部分位于腔部上方时，在母线的角部处的压电膜可能发生破裂。
[0011]
本发明的优选实施例提供了一种弹性波器件，其即使在减小弹性波器件的尺寸的情况下，也能够提高q值，并减少或防止压电膜的破裂。
[0012]
[解决问题的手段]
[0013]
根据本发明的优选实施例，一种弹性波器件包括：支撑基板，包括第一主表面和向第一主表面开口的凹部；压电膜，由铌酸锂或钽酸锂制成，层叠在支撑基板的第一主表面上，并与凹部和支撑基板一起限定腔部；以及电极，位于压电膜上，并包括第一母线和第二母线、连接到第一母线的第一电极指、以及连接到第二母线的第二电极指；其中，当在俯视图中观察时，第一母线和第二母线包括位于腔部内的多个角部；弹性波器件使用厚度滑移模式的体波；并且用于在第一母线和第二母线的角部中的至少一个角部处缓和压电膜上的压力的压力缓和部设置在角部与腔部的外边缘之间。
[0014]
根据本发明的优选实施例，一种弹性波器件包括：支撑基板，包括第一主表面和向第一主表面开口的凹部；压电膜，由铌酸锂或钽酸锂制成，层叠在支撑基板的第一主表面
上，并与凹部和支撑基板一起限定腔部；以及电极，位于压电膜上，并包括第一母线和第二母线、连接到第一母线的第一电极指、以及连接到第二母线的第二电极指；其中，当在俯视图中观察时，第一母线和第二母线包括位于腔部内的多个角部；当压电膜的厚度为d，并且相邻的第一电极指和第二电极指的中心之间的距离为p时，d/p约为0.5或更小；并且用于在第一母线和第二母线的角部中的至少一个角部处缓和压电膜上的压力的压力缓和部设置在角部与腔部的外边缘之间。
[0015]
[本发明的效果]
[0016]
根据本发明的优选实施例，能够提供一种弹性波器件，其即使在减小弹性波器件的尺寸的情况下，也能够提高q值，并减少或防止压电膜的破裂。
[0017]
根据以下参考附图对优选实施例的详细描述，本发明的上述和其它元件、特征、步骤、特性和优点将变得更显而易见。
附图说明
[0018]
图1是根据本发明的第一优选实施例的弹性波器件的正截面图。
[0019]
图2是根据本发明的第一优选实施例的弹性波器件的俯视图。
[0020]
图3a是用于说明在常规的弹性波器件的压电膜中传播的兰姆波的示意性正截面图，并且图3b是用于说明在根据本发明的第一优选实施例的弹性波器件中的压电膜中传播的厚度滑移模式的体波的示意性正截面图。
[0021]
图4是示出了厚度滑移模式的体波的振幅方向的图。
[0022]
图5是示出了当相邻电极的中心之间的距离或相邻电极的中心之间的距离的平均距离为p且压电层的厚度为d时，d/2p与作为谐振器的特定频带之间的关系的图。
[0023]
图6是用于说明常规的弹性波器件的问题的局部剖切俯视图。
[0024]
图7是用于说明根据本发明的第二优选实施例的弹性波器件的主要部分的局部剖切俯视图。
[0025]
图8是用于说明根据本发明的第三优选实施例的弹性波器件的主要部分的局部剖切俯视图。
[0026]
图9是用于说明根据本发明的第四优选实施例的弹性波器件的主要部分的局部剖切俯视图。
[0027]
图10是用于说明根据本发明的第五优选实施例的弹性波器件的主要部分的局部剖切俯视图。
[0028]
图11是根据本发明的第六优选实施例的弹性波器件的局部剖切俯视图。
具体实施方式
[0029]
在下文中，将通过参照附图说明本发明的优选实施例来阐明本发明。
[0030]
应当注意，本文描述的优选实施例中的每一个都是示例性的，并且在不同的优选实施例之间可以进行部分替换或配置组合。
[0031]
(第一优选实施例)
[0032]
图1是根据本发明的第一优选实施例的弹性波器件的正截面图，并且图2是其俯视图。弹性波器件1包括支撑基板2、压电膜3和电极4。压电膜3设置在支撑基板2上。电极4设置
在压电膜3上。
[0033]
凹部2b设置在支撑基板2的第一主表面2a上。凹部2b被压电膜3封闭，并且设置有凹部2b的部分为腔部10。腔部10可以穿透支撑基板2。
[0034]
支撑基板2可以包括彼此层叠的多个层。具体地，例如，支撑基板2可以包括支撑层和层叠在支撑层上的中间层。在这种情况下，凹部可以设置在中间层的与支撑层侧相反的主表面上，该主表面是支撑基板的第一主表面。
[0035]
图2中的虚线a表示腔部10的外周边缘。虽然没有特别限制，但在本优选实施例中，例如，凹部2b的开口形状(即，腔部10的面对压电膜3的部分的平面形状)为矩形或大致矩形。腔部10的外周边缘包括沿与第一电极指13和第二电极指14的延伸方向正交或基本正交的方向延伸的第一边a1和第二边a2，以及沿第一电极指13和第二电极指14的延伸方向延伸的第三边a3和第四边a4。
[0036]
电极4包括第一母线11和第二母线12。至少一个第一电极指13的一端连接到第一母线11。至少一个第二电极指14的一端连接到第二母线12。
[0037]
虽然电极4在本优选实施例中是idt电极，但它也可以包括一对第一电极指和第二电极指。
[0038]
在弹性波器件1中，通过在第一电极指13与第二电极指14之间施加ac电压，来激发稍后描述的厚度滑移模式(thickness slip mode)的振动作为弹性波。为了不干扰这种振动，腔部10设置在压电膜3下方。
[0039]
然而，在包括腔部10的弹性波器件1中，第一母线11和第二母线12的角部在俯视图中可以位于腔部10的内侧。在这种情况下，压力集中在角部处的压电膜上，并且可能发生破裂。这将参考图6进行描述。
[0040]
图6是用于说明常规的弹性波器件的问题的局部剖切俯视图。
[0041]
在idt电极110中，第一电极指113的一端和第二电极指114的一端分别连接到第一母线111和第二母线112。idt电极110设置在压电膜115上，并且腔部设置在压电膜115下方。图6中的虚线b示出了在俯视图中观察时的腔部的外周边缘。这里，第一母线111和第二母线112包括由圆圈x1和x2包围的角部(在俯视图中母线的外接线在母线的端部处彼此相交的部分)。当在俯视图中观察时，这些角部位于腔部的内侧。
[0042]
同时，第一母线111和第二母线112设置在压电膜115上，但物理耦接到支撑基板。在这样的结构中，当压电膜115覆盖支撑基板的开口部时，压电膜115相对于腔部的外周边缘容易在中央部侧膨胀。因此，在第一母线111和第二母线112的角部处压电膜115侧被施加较大压力，并且压电膜115可能发生破裂。
[0043]
在图2所示的弹性波器件1中，为了防止破裂，弯曲部c1和c2设置在第一母线11和第二母线12的角部处，从而在俯视图中位于腔部的内侧。即，弯曲部c1和c2限定并用作压力缓和部。由于设置了弯曲部c1和c2，因此在角部处可以减小压电膜3上的压力。因此，压电膜3不易发生破裂。在第一母线11中，弯曲部c3还设置在与弯曲部c1相反的端部处。因此，压电膜3不易在弯曲部c3处发生破裂。
[0044]
弯曲部c1、c2和c3不受特别限制，只要第一母线11和第二母线12的角部不是由彼此邻接的直线限定即可。然而优选地，例如，在角部处被倒圆的弯曲部c1、c2和c3的曲率半径在约4微米或更大且约20微米或更小的范围内。另外，例如，当弯曲部c1、c2和c3为扇形
时，中心角优选地为约60度或更大且约270度或更小。
[0045]
在弹性波器件1中设置有压力缓和部，并且下面将描述弹性波器件1中使用的振动模式。
[0046]
顺便提及，在压电膜3上没有设置反射器。弹性波器件1不需要反射器，因为弹性波器件1使用厚度滑移模式的体波。
[0047]
在驱动时，在多个第一电极指13与多个第二电极指14之间施加ac电压。更具体地，在第一母线11与第二母线12之间施加ac电压。因此，可以使用在压电膜3中激发的厚度滑移模式的体波来获得谐振特性。此外，在弹性波器件1中，例如，当压电膜3的厚度为d，并且多对第一电极指13和第二电极指14中的任何一对的相邻的第一电极指13和第二电极指14的中心之间的距离为p时，d/p优选地约为0.5或更小。因此，厚度滑移模式的体波被有效地激发，并且可以获得良好的谐振特性。更优选地，例如，d/p约为0.24或更小，并且在这种情况下，可以获得更好的谐振特性。在如本优选实施例那样第一电极指13和第二电极指14中的至少一个设置有多个的情况下(即，当第一电极指13和第二电极指14被视为电极对时，设置1.5对或更多对第一电极指13和第二电极指14)，相邻的第一电极指13和第二电极指14的中心之间的距离p是指相邻的第一电极指13和第二电极指14的中心之间的距离的平均距离。
[0048]
由于本优选实施例的弹性波器件1具有上述配置，因此即使为了减小尺寸而减少第一电极指13和第二电极指14的对数，q值也不易降低。这是因为弹性波器件1是不需要在两侧设置反射器且具有较小传播损失的谐振器。此外，不需要上述反射器的原因是使用了厚度滑移模式的体波。将参照图3a和图3b描述在常规弹性波器件中使用的兰姆波和厚度滑移模式的体波之间的差异。
[0049]
图3a是用于说明在专利文献1中描述的弹性波器件的压电膜中传播的兰姆波的示意性正截面图。这里，波在压电膜201中传播，如箭头所示。这里，在压电膜201中，第一主表面201a和第二主表面201b彼此面对，并且连接第一主表面201a和第二主表面201b的厚度方向为z方向。x方向是idt电极的电极指对齐的方向。如图3a所示，在兰姆波中，波沿x方向传播。波是板波。因此，虽然压电膜201作为整体振动，但波沿x方向传播，因此在两侧设置反射器以获得谐振特性。因此，会产生波的传播损失，并且当减小尺寸时(即，减少电极指的对数时)，q值降低。
[0050]
另一方面，如图3b所示，在本优选实施例的弹性波器件中，在厚度滑移方向上产生振动位移，使得波在连接压电膜3的第一主表面3a和第二主表面3b的方向上(即，z方向上)或在大致z方向上传播并谐振。即，波的x方向分量显著地小于z方向分量。由于谐振特性是通过波在z方向上的传播来获得的，因此不需要反射器。因此，不存在当波传播到反射器时的传播损失。因此，即使为了实现尺寸减小而减少包括第一电极指13和第二电极指14的电极对的对数，q值也不易降低。
[0051]
如图4所示，在包括在压电膜3的激发区中的第一区451与包括在激发区中的第二区452之间，厚度滑移模式的体波的振幅方向相反。在图4中，示意性地示出了在第一电极指13与第二电极指14之间施加使第二电极指14具有比第一电极指13更高的电位的电压时的体波。第一区451是在虚平面vp1与第一主表面3a之间的激发区中的区域，该虚平面vp1与压电膜3的厚度方向正交或基本正交并且将压电膜3一分为二。第二区452是在虚平面vp1与第二主表面3b之间的激发区中的区域。
[0052]
如上所述，在弹性波器件1中，设置有包括第一电极指13和第二电极指14的至少一对电极，但波不沿x方向传播。因此，包括第一电极指13和第二电极指14的电极对的对数不一定为多对。即，只要设置至少一对电极即可。
[0053]
例如，第一电极指13是连接到热电位的电极，并且第二电极指14是连接到地电位的电极。然而，第一电极指13可以连接到地电位，并且第二电极指14可以连接到热电位。在本优选实施例中，如上所述，至少一对电极包括连接到热电位的电极和连接到地电位的电极，并且未设置浮动电极。
[0054]
顺便提及，当压电膜3的厚度为d且第一电极指13和第二电极指14的电极中心之间的距离为p时，如上所述，在本优选实施例中，例如，d/p优选地为约0.5或更小，并且更优选地为约0.24或更小。这将参考图5进行描述。
[0055]
通过改变d/2p得到多个弹性波器件。图5是示出了弹性波器件的d/2p与作为谐振器的特定频带之间的关系的图。
[0056]
从图5可以清楚地看出，当d/2p超过约0.25时，即当d/p＞约0.5时，即使调整d/p，特定频带也小于约5％。另一方面，当d/2p≤约0.25时，即当d/p≤约0.5时，通过在该范围内改变d/p，可以将特定频带设置为约5％或更大，即，可以获得具有高耦合系数的谐振器。此外，当d/2p为约0.12或更小时，即当d/p为约0.24或更小时，特定频带可以增加至约7％或更大。另外，如果在该范围内调整d/p，则可以获得具有更宽特定频带的谐振器，并且可以获得具有更高耦合系数的谐振器。因此可以看出，通过将d/p设置为约0.5或更小，可以提供使用厚度滑移模式的体波的具有高耦合系数的谐振器。
[0057]
如上所述，至少一对电极可以是一对，并且在一对电极的情况下，p是相邻的第一电极指13和第二电极指14的中心之间的距离。在1.5对或更多对电极的情况下，相邻的第一电极指13和第二电极指14的中心之间的距离的平均距离可以是p。
[0058]
在弹性波器件1中，设置有多个第一电极指13和多个第二电极指14，但电极指的数量没有特别限制，并且弹性波器件1只需要包括至少一个第一电极指和至少一个第二电极指。
[0059]
压电膜3优选地由例如linbo3膜制成，但例如也可以使用诸如litao3之类的钽酸锂。压电膜3的厚度没有特别限制，但优选地例如为约40nm或更大且约1000nm或更小。在此范围内，可以有效地激发厚度滑移模式，并且可以获得良好的谐振特性。
[0060]
(第二优选实施例)
[0061]
图7是示出了根据本发明的第二优选实施例的弹性波器件的主要部分的局部剖切俯视图。在弹性波器件21中，突出部22和23作为压力缓和部设置在第一母线11和第二母线12的一端处，以便连接到角部f1和f2。即，在俯视图中，角部f1和f2是位于腔部内的角部。
[0062]
所有突出部22和23都从角部f1和f2延伸到腔部内，特别是在远离第一母线11和第二母线12的方向上延伸。这里，“设置为在远离第一母线11和第二母线12的方向上延伸”例如是指以下情况：突出部22和23的至少一部分设置在与第一电极指13和第二电极指14的侧面相对的区域中，其中连接第一母线11的角部f1和第二母线12的角部f2的直线介于突出部22和23的该至少一部分与第一电极指13和第二电极指14的该侧面之间。突出部22和23设置在第一母线11和第二母线12与腔部的外周边缘(具体地，在第一母线11和第二母线12的延伸方向所在的外周边缘的第三边a3)之间。具体地，突出部22和23设置为其一部分与第一母
线11和第二母线12的角部f1和f2接触，而其它部分设置在第一母线11和第二母线12(角部f1和f2)与腔部的外周边缘的第三边a3之间。换言之，突出部22和23的至少一部分设置在第一母线11和第二母线12与腔部的外周边缘的第三边a3之间。通过以此方式设置突出部22和23，能够缓和压电膜3的角部f1和f2处的压力集中，并且能够减少或防止压电膜3的破裂的发生。
[0063]
如图7所示，可以在突出部22和23中在腔部的外边缘侧的部分处设置弯曲部。在这种情况下，由于可以设置弯曲形状以减轻压电膜的最易变形区的从腔部的外边缘到中心部的应力，因此更容易减少或防止压电膜3的破裂的发生。
[0064]
(第三优选实施例)
[0065]
图8是用于说明根据本发明的第三优选实施例的弹性波器件的主要部分的局部剖切俯视图。
[0066]
在第三优选实施例的弹性波器件31中，在第二母线12的一端侧设置有作为压力缓和部的突出部32，该突出部32还限定或用作电极指。突出部32以与第二电极指14相同或基本相同的方式和相同或基本相同的工艺形成。在第二母线12中，作为压力缓和部的突出部32连接到第二母线12的一端侧上的角部d，并且包括进入腔部的部分。因此，角部d处的压力被缓解，使得压电膜不易发生破裂。
[0067]
(第四和第五优选实施例)
[0068]
图9是用于说明根据本发明的第四优选实施例的弹性波器件的主要部分的局部剖切俯视图。
[0069]
在弹性波器件41中，在第一母线11和第二母线12的一端侧上设置有压力缓和构件42和43。压力缓和构件42和43设置在第一母线11的进入腔部的角部g1与腔部的外周边缘的第三边a3之间。类似地，压力缓和构件43设置在第二母线12的位于腔部内侧的角部g2与腔部的外周边缘的第三边a3之间。在本优选实施例中，压力缓和构件42和43由金属膜制成。通过设置压力缓和构件42和43，可以缓和集中在角部g1和角部g2的压力。因此，角部g1和g2附近的压电膜3不易发生破裂。
[0070]
压力缓和构件42和43可以由与第一电极指13和第二电极指14相同或基本相同的金属材料制成。在这种情况下，可以在不增加步骤数和材料的情况下设置压力缓和构件42和43。然而，压力缓和构件42和43可以由其他金属制成。另外，压力缓和构件42和43不限于金属，并且例如可以由诸如氧化硅和氮氧化硅之类的陶瓷以及诸如热固性光敏聚酰亚胺和环氧树脂之类的树脂制成。
[0071]
此外，压力缓和构件42和43具有例如与第一电极指13和第二电极指14延伸的方向平行或基本平行地延伸的矩形或大致矩形形状，但压力缓和构件的形状不限于此。例如，如在图10中示出的本发明的第五优选实施例的弹性波器件51中那样，可以使用具有圆形平面形状的压力缓和构件52和53。
[0072]
此外，压力缓和构件不一定必须独立地设置在相应的第一母线11和第二母线12的附近。例如，可以将图9所示的压力缓和构件42和压力缓和构件43连接并集成。
[0073]
(第六优选实施例)
[0074]
图11是根据本发明的第六优选实施例的弹性波器件的局部剖切俯视图。在弹性波器件61中，在第一母线11与第二母线12之间设置有公共母线62。公共母线62设置有朝向第
一母线11延伸的第三电极指63。公共母线62设置有朝向第二母线12延伸的第四电极指64。弹性波器件61还可以包括这样的公共母线62以及第三电极指63和第四电极指64。在这种情况下，腔部的外周边缘由a所示的虚线示出。
[0075]
在本优选实施例中，弯曲部c1和c2设置在第一母线11和第二母线12的位于腔部内侧的角部处。即，由于弯曲部c1和c2被设置为压力缓和部，因此压电膜3如第一优选实施例那样不易发生破裂。
[0076]
如第六优选实施例这样，弹性波器件的电极结构除了第一母线11和第二母线12以及第一电极指13和第二电极指14之外，还可以包括第三电极指63和第四电极指64以及公共母线62。
[0077]
如上所述，在第一优选实施例至第六优选实施例中，公开了由设置在支撑基板的第一主表面上的凹部限定腔部的配置，但根据本发明的优选实施例的弹性波器件的结构不限于此。例如，代替在支撑基板的第一主表面上设置凹部，可以通过使压电膜在从支撑基板的第一主表面远离的方向上变得突出，来限定腔部。
[0078]
虽然上面已经描述了本发明的优选实施例，但是应该理解，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，各自变化和修改对于本领域技术人员是显而易见的。因此，本发明的范围仅由所附的权利要求确定。
[0079]
[附图标记说明]
[0080]
1 弹性波器件
[0081]
2 支撑基板
[0082]
2a 第一主表面
[0083]
2b 凹部
[0084]
3 压电膜
[0085]
3a、3b 第一主表面和第二主表面
[0086]
4 电极
[0087]
10 腔部
[0088]
11、12 第一母线和第二母线
[0089]
13、14 第一电极指和第二电极指
[0090]
21 弹性波器件
[0091]
22、23 突出部
[0092]
31 弹性波器件
[0093]
32 突出部
[0094]
41 弹性波器件
[0095]
42、43 压力缓和构件
[0096]
51 弹性波器件
[0097]
52、53 压力缓和构件
[0098]
61 弹性波器件
[0099]
62 公共母线
[0100]
63、64 第三电极指和第四电极指
[0101]
110 idt电极
[0102]
111、112 第一母线和第二母线
[0103]
113、114 第一电极指和第二电极指
[0104]
115 压电膜
[0105]
201 压电膜
[0106]
201a、201b 第一主表面和第二主表面
[0107]
451 第一区
[0108]
452 第二区
[0109]
a1、a2 第一边和第二边
[0110]
a3、a4 第三边和第四边
[0111]
c1、c2、c3 弯曲部
[0112]
d 角部
[0113]
f1、f2 角部
[0114]
g1、g2 角部
[0115]
vp1 虚平面。