壓電諧振器、壓電濾波器以及通信裝置的製作方法
2023-06-04 09:19:56
專利名稱：壓電諧振器、壓電濾波器以及通信裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及使用於濾波器、振蕩器以及通信裝置等之中的，在VHF頻帶、UHF頻帶以及更高的超高頻帶中能夠在厚度縱向振動而發揮濾波功能的壓電諧振器、壓電濾波器以及採用它們的雙工器、通信裝置。
背景技術：
近年，對於使用於行動電話等通信裝置的高頻(RF、特別是GHz頻帶以上)段中的濾波器，開發使用了各種特性優良的壓電諧振器。上述的各特性是指，小型、量輕、耐振性以及耐衝擊性良好、產品的偏差小、可靠性高、可以實現獲得無需進行電路調整的安裝的自動化以及簡單化，而且，即使實現高頻化，也能夠容易地進行製造。
作為壓電諧振器，可以列舉具有下述構造的壓電諧振器，即，其包括具有開口部或凹部的基片；形成在所述基片的開口部或凹部上的、由絕緣薄膜形成的隔膜(diaphragm)；振動部，形成在該絕緣薄膜上的、並且構造上為至少一對上部電極以及下部電極相對地挾住具有一層以上的壓電薄膜的薄膜部的上下表面(例如，請參照專利文獻1(日本專利2001-168674號公報，
公開日為2001年6月22日))。對於這樣的壓電諧振器，通過將壓電諧振器的壓電體作成薄膜，能夠使得高頻界限擴展到數100MHz～數1000MHz。
對於這樣的壓電諧振器，為了減輕多餘的振動，必須要將電極尺寸限制到一定的範圍內。而且，由于振動能量會限於上述的振動部，則還必須要相對於隔膜的尺寸而減小電極尺寸。因此，當施加大功率時，該功率會集中到尺寸小的振動部，而會使得在上述振動部產生較大的熱量。
然而，以往，由於形成振動部的隔膜是薄膜狀並且熱容量小，故很難散發產生的熱量，大部分熱量會積蓄在振動部而導致振動部溫度上升。振動部的溫度上升會帶來破壞振動部等的影響，還有導致工作穩定性劣化的危險。
發明內容
為了解決上述問題，本發明的壓電諧振器包括具有開口部或凹部的基板；以及具有形成在所述開口部或凹部上，使至少一對上部電極及下部電極相對地挾住具有一層以上的壓電薄膜的薄膜部的上下表面的結構的振動部，其特徵在於，在除了所述振動部以外的位置，且是在所述上部電極和所述壓電薄膜的至少一方上形成散熱膜。
利用上述構造，通過設置散熱膜，能夠減輕壓電諧振器的多餘的振動，同時，能夠提高散熱性、耐高功率性並且能夠改善動作穩定性，以使得即使在施加大功率的情況下，也能夠避免諧振特性發生劣化。
在上述壓電諧振器中，最好是所述散熱膜的熱傳導率在約150W/(m·K)以上。
在上述壓電諧振器中，最好是所述散熱膜由Si、AlN、金剛石等的絕緣材料構成。
在上述壓電諧振器中，最好是所述散熱膜由Cu、Al、Au、Ag等的金屬材料或者以Cu、Al、Au、Ag為主要成分的合金構成。
在上述壓電諧振器中，最好是所述散熱膜與振動部之間的距離為振動部的振動波長的約1/2倍。
在上述壓電諧振器中，可以在除了所述振動部之外、所述開口部或凹部的全體上用所述散熱膜覆蓋。
在上述壓電諧振器中，最好是所述開口部或凹部的周圍被所述散熱膜覆蓋。
在上述壓電諧振器中，最好是所述振動部從厚度方向看的形狀為具有長度不同的邊的多角形，並且至少振動部的最長的邊沿著開口部或凹部的端部形成。
在上述壓電諧振器中，最好是所述振動部的最長的邊的長度，比離所述振動部的開口部或凹部的端部最遠的點與開口部或凹部之間的距離更長。
在上述壓電諧振器中，最好是所述振動部的最長的邊與所述開口部或凹部的端部之間的距離為，振動部的振動波長的約1/2倍。
在上述壓電諧振器中，最好是所述振動部的所有的邊沿著開口部或凹部的端部形成，並且所述振動部的所有的邊與所述開口部或凹部的端部之間的距離為振動部的振動波長的約1/2倍。
在上述壓電諧振器中，最好是所述振動部的、沿開口部或凹部的端部形成的所有的邊的長度之和W、和離所述振動部的開口部或凹部的端部最遠的點與開口部或凹部之間的距離L，滿足L/W≤0.8。
在上述壓電諧振器中，最好是所述振動部分的厚度方向看的形狀為，其長方向為振動部的振動波長的20倍以上、寬方向為振動波長的5倍以下。
在上述壓電諧振器中，最好是所述振動部分的厚度方向看的形狀為等腰三角形。
為了解決上述問題，本發明的另一壓電諧振器，包括具有開口部或凹部的基板；以及具有形成在所述開口部或凹部上，使至少一對上部電極及下部電極相對地挾住具有一層以上的壓電薄膜的薄膜部的上下表面的結構的振動部，其特徵在於，振動部的厚度方向看的形狀為具有長度不同的邊的多角形，並且至少振動部的最長的邊沿著開口部或凹部的端部形成。
利用上述構造，由於使得振動部的至少最長的邊沿著所述開口部或凹部的端部形成，並且所述振動部從厚度方向看的形狀為具有長度不同的邊的多角形，因此，能夠改善振動部的散熱性，並且，即使在施加大功率的情況下，也能夠避免諧振特性的劣化，且能夠提高動作的穩定性。
在上述壓電諧振器中，最好是所述振動部的最長的邊的長度，比離所述振動部的開口部或凹部的端部最遠的點與開口部或凹部之間的距離更長。
在上述壓電諧振器中，最好是所述振動部的最長的邊與所述開口部或凹部的端部之間的距離為，振動部的振動波長的約1/2倍。
在上述壓電諧振器中，最好是所述振動部的所有的邊沿著開口部或凹部的端部形成，並且，所述振動部的所有的邊與所述開口部或凹部的端部之間的距離為，振動部的振動波長的約1/2倍。
在上述壓電諧振器中，最好是所述振動部的、沿開口部或凹部的端部而形成的所有的邊的長度之和W、和離所述振動部的開口部或凹部的端部最遠的點與開口部或凹部之間的距離L，滿足L/W≤0.8。
在上述壓電諧振器中，最好是所述振動部分的厚度方向看的形狀為，其長方向為振動部的振動波長的20倍以上、寬方向為振動波長的5倍以下。
在上述壓電諧振器中，最好是所述振動部分的厚度方向看的形狀為等腰三角形。在上述壓電諧振器中，最好是所述壓電薄膜以ZnO或AlN為主要成分。
為了解決上述問題，本發明的壓電濾波器的特徵在於，具有上述所記載的任意一種壓電諧振器。對於上述壓電濾波器，最好將壓電諧振器作成梯形構造。
為了解決上述問題，本發明的雙工器的特徵在於，具有上述所記載的任意一種壓電諧振器。為了解決上述問題，本發明的通信裝置的特徵在於，具有上述所記載的任意一種壓電諧振器。
在上述的壓電濾波器、雙工器以及通信裝置中，由於具有散熱性好、改善了動作穩定性的壓電諧振器，因此，能夠實現動作的長時間穩定化、提高耐久性。
圖1是表示本發明第1實施形態的壓電諧振器的平面圖。
圖2是表示上述壓電諧振器的A-A』箭頭方向的剖視圖。
圖3是表示上述壓電諧振器中振動部和散熱膜的間隙與散熱性的關係的4是表示上述壓電諧振器中散熱膜的寬度與散熱性的關係的圖。
圖5是表示上述壓電諧振器中的從隔膜鼓出的量與散熱性的關係的圖。
圖6是表示上述壓電諧振器中散熱膜厚度與散熱性的關係的圖。
圖7是表示將上述壓電諧振器適用於梯形壓電濾波器的示例的電路框圖，(a)表示L型梯形濾波器，(b)表示π型梯形濾波器，(c)表示T型梯形濾波器。
圖8是採用上述壓電濾波器的雙工器的框圖。
圖9是表示上述壓電諧振器的一變形示例的剖視圖。
圖10是表示本發明第2實施形態的壓電諧振器以及壓電濾波器的平面圖。
圖11是上述壓電諧振器以及壓電濾波器的B-B』箭頭方向的剖視圖。
圖12是用於說明上述壓電諧振器以及壓電濾波器中的熱傳導性的、長方體形狀的固體的立體圖。
圖13是表示本發明第3實施形態的壓電諧振器以及壓電濾波器的平面圖。
圖14是表示上述壓電諧振器以及壓電濾波器的剖視圖。
圖15是表示上述壓電諧振器以及壓電於濾波器的L/W與散熱性的關係的圖。
圖16是表示本發明第4實施形態的壓電諧振器以及壓電濾波器的平面圖。
圖17是表示上述壓電諧振器以及壓電濾波器的剖視圖。
圖18表示本發明第5實施形態的壓電濾波器，(a)表示電路框圖，(b)是平面圖，(c)是上述(b)中D-D』箭頭方向的剖視圖。
圖19是本發明的通信裝置的電路框圖。
符號說明10支持基板11b振動部14下部電極15壓電薄膜16上部電極18散熱膜具體實施方式
第1實施形態對於本發明的第1實施形態的壓電諧振器，對其製造方法進行說明，則如圖1以及圖2所示，面方向(100)的、由矽形成的大致長方形的支持基板10的兩個表面上，通過熱氧化或濺射法等分別形成二氧化矽(SiO2)膜11、12。
接著，在一方的表面(裡表面)側的SiO2膜12上，形成具有與(110)方向相平行的邊的矩形窗口12a，將具有該窗口12a的SiO2膜12作為掩膜，在TMAH溶液(四甲基氫氧化銨水溶液；tetramethyl ammonium hydroxide)中，在約90℃下對支持基板10的矽進行蝕刻。
該TMAH溶液其蝕刻率很大程度依賴於結晶方向，因此，在進行蝕刻的同時，出現與支持基板10的表面方向即(100)面10b約成55°的(111)面10a，在支持基板10上形成貫通其厚度方向的開口部。
上述蝕刻在達到表面側的SiO2膜11時停止。上述蝕刻由於在SiO2膜11處完全停止，因此，可以獲得平滑的諧振面，而且還能夠進一步正確地設定諧振器整體的厚度。又，在該第1實施形態中，在上述製造階段中，將所殘留的SiO2膜12最終去除，而也可以殘留下該SiO2膜12。
此時，也可以在與支持基板10相對的反面側的SiO2膜11上，利用真空蒸鍍法或濺射法形成氧化鋁膜、氮化鋁膜而作成2層以上的疊層體。由此，上述隔膜11a則面向由(111)面10a形成的支持基板10的開口部(空洞部)。
對於上述隔膜11a，SiO2膜11一般具有正的諧振頻率溫度特性並且產生壓縮應力，而與此相對，Al2O3膜一般具有負的諧振頻率溫度特性並且產生拉伸應力。在形成這樣的隔膜11a的絕緣體上，最好設置有用於提高散熱性的、熱傳導率高的物質。
接著，在上述隔膜11a上，利用真空蒸鍍法或濺射法以及蝕刻，依次形成由鋁(Al)構成的下部電極14、氧化亞鉛(ZnO)或氮化鋁構成(AlN)等構成的壓電薄膜15以及鋁形成的上部電極16。上述壓電薄膜15具備負的諧振頻率溫度特性並且產生壓縮應力。
上述下部電極14形成為帶狀，下部電極14的長方向形成為，將支持基板10的長方向端部作為基部14a、將隔膜11a的中央部分作為尖端部14b。
又，對於下部電極14，為了覆蓋位於下部電極14的兩側的開口部11a的一部分以及該部分的周邊部，從上述兩側起、在下部電極14的寬度方向上分別形成各自延伸的翼部14c。由此，也可以說，下部電極14在隔膜11a上以及其周邊附近是形成為大致的十字形。
另一方面，上部電極16形成為帶狀，上部電極16的長方向形成為，具有相對於所述下部電極14的基部14a成相反側的、支持基板10的長方向端部所作為的基部16a、以及從基部16a起延伸至隔膜11a的中央部的尖端部16b。
又，對於上部電極16的尖端部16b，從上述兩側部起在上部電極16的寬度方向上分別延伸而形成，以使得與下部電極14的尖端部14b相對並且以使得覆蓋位於上部電極16的兩側部的開口部11a的一部分以及該一部分的周邊部。由此，也可以說，上部電極16在隔膜11a上以及其周邊附近大致形成為T字形。
再者，上述電極14的兩翼部14c與上述電極16的尖端部16b，是挾著壓電薄膜15而配置在互不相對的位置上。利用這樣的配置方式，能夠避免振動部11b以外的多餘的振動並且能夠提高振動部的強度。
對於這樣的壓電諧振器，當諧振頻率為2GHz時，將SiO2膜11、下部電極14、壓電薄膜15以及上部電極16的總共厚度設定為3μm左右。
對於上述壓電諧振器，根據振動模式(例如，二次諧振)，設定SiO2膜11的厚度、下部電極14的面積、壓電薄膜15的厚度以及上部電極16的面積。又，通過作成在SiO2膜11上再進一步形成Al2O3膜的多層構造，對於上述壓電諧振器來說，能夠容易地將諧振頻率的溫度係數(ppm/℃)大致設定為0。
在此基礎上，對於上述壓電諧振器，最好，設定下部電極14、壓電薄膜15以及上部電極16以使得壓電薄膜諧振器形成為能量關閉型諧振器。由此，能夠防止振動能量沿著隔膜洩漏到支持基板10中，並且能夠使得產生高Q值的諧振。
對於上述的壓電諧振器，由於能夠將作為絕緣膜(支持膜)的SiO2膜11的厚度作得非常薄，故能夠獲得以基本或低次(例如2次)諧波在100MHz以上的高頻下進行工作的壓電諧振器。再者，對於上述壓電諧振器，由於能夠設定以使得各膜的溫度特性或內部應力相互抵消，故能夠避免溫度變化以及內部應力所帶來的不良影響。
又，對於壓電諧振器，能夠將其隔膜的尺寸作成數百μm以下，非常小，則能夠將壓電諧振器組裝入半導體集成電路內。再者，上述壓電諧振器即使是在數GHz下，也不需要如彈性表面波裝置(SAW器件)那樣形成亞微級的圖案，故能夠使得製造容易、簡單。
而且，對於本發明的壓電諧振器，除了振動部11b上之外、在壓電薄膜15、上部電極16上，例如由Si這樣的絕緣體形成大致為「ロ」字狀的散熱膜18以覆蓋開口部11a。由此，在散熱膜18上，用於露出振動部11b的窗口部18a形成在散熱膜18的大致中央。
在上述構造中，通過設置散熱膜18，能夠提高從振動部11b向支持基板10進行散熱的性能，能夠改善耐電性，能夠提高長時間的動作穩定性。
作為上述散熱膜18，不僅限定於上述Si，此外，還可以列舉AlN、金剛石等的絕緣體，Cu、Al、Au、Ag等的金屬膜或將Cu、Al、Au、Ag作為主要成分的合金這類導體。
對於上述散熱體18，從能夠改善散熱性的方面出發，最好採用熱傳導性高的材料，而只要是具有150W/(m·K)以上熱傳導率的散熱體即可。上述各物質的熱傳導率(單位為W/(m·K))是，Si＝168，AlN＝150，金剛石＝1600，Cu＝403，Al＝236，Au＝319，Ag＝428。作為散熱膜18，其最適合的材料，從僅考慮到熱傳導率的觀點出發，因熱傳導率比其他物質高很多而可以採用金剛石，而從製造方便以及成本方面考慮，則最適合採用Cu、Al、Si。
而且，在對散熱膜18採用Cu或Al等的金屬膜並且散熱膜18與下部電極14以及上部電極16電氣結合的情況下，為了避免下部電極14與上部電極16之間的短路，同下部電極14相接的散熱膜18、與同上部電極16相接的散熱膜18之間相互分開地形成。
又，振動部11b與散熱膜18的間隙，如圖3所示那樣越窄越好，然而，為了防止對振動部11b的振動的不良影響，最好將該間隙設定為振動部11b的振動波長(λ)的1/2左右。上述間隙是指，散熱膜18的窗口部18a的內周部與振動部11b的外緣部之間的、形成振動部11b的各膜14、15、16其表面方向上的距離。
在圖3中，將間隙為0μm時的溫度作為T0，將設置各間隙時的溫度作為T，則表示為T/T0越小散熱性越高。又，在圖3至圖6中，作為散熱膜18的材料，列舉了採用Si的示例。
再者，散熱膜18的圖案的寬度，如圖4所示最好設定得較寬、較大以使得散熱膜18能夠儘量覆蓋隔膜11a的全體。在圖4中，將散熱膜18正好覆蓋隔膜11a全體之時記作為β、將此時的溫度作為T0。將比β時的散熱膜的圖案寬度更小時的溫度作為T，則表示出T/T0越小散熱性越高。
在此基礎上，對於散熱膜18如圖5所示，從隔膜11a不向其表面方向向外鼓出時散熱性會劣化，從此方面出發，考慮到散熱膜18的形成時的製造偏差，最好設定為從隔膜11a向其表面方向向外鼓出。在圖5中，縱(Y)軸表示發熱溫度比，其基準表示鼓出量為0μm時的溫度。
又，散熱膜18的膜厚如圖6所示，從散熱性考慮，則越厚越好，即使使得超過5μm的情況下，散熱效果會發生飽和而散熱性效果不能夠有所提高，當對散熱膜18採用Si時，最好1μm以上、更進一步最好2μm以上、5μm以下。在圖6中，縱(Y)軸表示發熱溫度比，其基準表示為膜厚為0μm時的溫度(T0)。
如圖7(a)～7(c)所示，本發明的壓電諧振器1也可以適用於L型、π型、T型的梯形構造的本發明的壓電濾波器，而且，也能夠適用於將它們的級數增加後的變形例。
在上述梯形構造的壓電濾波器中，能夠使得分別成為衰減極的各壓電諧振器1的反諧振頻率與諧振頻率之間所形成的通帶成為高選擇性的。因此，上述梯形構造的電壓濾波器，在上述通帶的兩側分別具有包含各衰減極、具有急劇衰減特性的阻止域。由此，能夠耐得住連續使用時的發熱，並且還能夠改善隨時間經過的穩定性。
上述本發明的壓電濾波器如圖8所示，能夠使用於雙工器20。雙工器20分別具有發送側的壓電濾波器與接收側的壓電濾波器，發送側與接收側的各通帶相互接近，而且，將具有急劇的衰減特性且熱穩定性好的本發明的壓電濾波器能夠應用於該雙工器。
又，在上述第1實施形態中，列舉了具有在厚度方向貫通支持基板10的開口部的示例，然而，並不僅限於此，如圖9所示，替代上述開口部，也可以在支持基板10上設置在其厚度方向不貫通支持基板10的凹部10c並在上述凹部10c上形成隔膜11a。
第2實施形態其次，參照圖7～12對於本發明的第2實施形態進行說明。又，在以下的各實施形態中，對於具有與上述第1實施形態同樣功能的部件，採用同一部件序號並且省略對它們的說明。
本實施形態的壓電諧振器如圖10以及圖11所示那樣，與上述第1實施形態不同之處在於，省略了散熱膜18(也可以如後述那樣兼用)，將隔膜以及振動部的形狀設定為，使得隔膜11c以及振動部11b中的厚度方向看的形狀為細長形，例如為等腰三角形(也包含作成多角形的變形情況)，並且使得沿振動部11b的長方向的長邊之一沿隔膜11c的邊緣。
對於上述振動部11d的形狀，最好，長邊W1、W2為振動部11d的振動波長(λ)的20倍以上、短邊W3為振動部波長(λ)的5倍以下。在這樣的構造中，如下述那樣，能夠減小振動部11d與支持基板10之間的熱電阻並改善散熱性。
此時，為了避免對振動部11d的振動的影響，使得隔膜11c形成為在同上述振動部11d相對面的邊緣與振動部11d之間具有一定距離(例如，最好為振動部11d的振動波長(λ)的1/2左右)。這樣的振動部11d的形狀為，將下部電極14形成為梯形板狀、將上部電極16作為大致的平行四邊形、並且能夠調整下部電極14與上部電極16的對面位置。
由此，在上述構造中，通過沿著振動部11d的形狀而形成隔膜11c的形狀，由此，與隔膜11c的邊緣接近的振動部11d的長度(W1+W2+W3)會變長，並能夠提高散熱性。又，通過使得振動部11d為細長形狀，由此，傳熱路徑的距離L縮短，變得容易散熱。再者，通過將振動部11d的形狀作成為細長形狀，由於能夠減輕壓電諧振器的亂真振動，故不僅能夠通過減輕亂真振動以改善諧振特性，而且也能夠提高散熱性。
對於本發明的其他壓電濾波器，將2個上述的壓電諧振器如圖7所示配置成L型梯形構造。此時，從小型化方面出發，最好將各壓電諧振器的各振動部11d配置成它們的長方向相互大致平行。而且，從小型化發方面出發，最好，各壓電諧振器的各振動部11d是將連接它們的中心的假想線的中心位置作為對稱點而形成為點對稱。
其次，對於熱傳導的理論進行說明。從圖12所示個體的A面向B面傳遞的熱量Q可以以下式表述。
Q＝λ·W·t·(TA-TB)/L ……(1)λ熱傳導率W傳熱路徑剖面的寬度t傳熱路徑剖面的厚度TAA面的溫度(K)TBB面的溫度(K)L傳熱路徑的距離表示熱傳遞的難易度的熱阻抗R以下式表示。
R＝L/(λ·W·t) ……(2)從該式(2)可知，λ·W·t越大、L越小，則散熱量Q變大(熱阻抗變小)。在本第2實施形態中，λ表示隔膜的熱傳導率、W表示圖12的W1+W2+W3、t表示隔膜的厚度、L表示圖12所示的L(振動部11d中、厚度方向看的形狀的中心與隔膜11c的邊緣之間的距離)。
又，根據式(1)，則λ＝Q·L/{W·t·(TA-TB)}，λ的單位為λ＝W·m/(m2·K)＝W/(m·K)。
在該第2實施形態中，振動部11d的最長的邊與隔膜11c的邊緣之間的距離是，下限為0，理想地為能夠避免妨礙振動部11d的振動的1/2λ。然而，上限值是設計上的目標值，實際上在製造工序中會存在偏差。必須要在上述的上限值上加上處理餘量(process margin)。
設定上述距離的理由如下所述。從散熱性方面出發，振動部11b的最長的邊與隔膜11c的邊緣的距離，越短(理想為0)越好。然而，當將使得該距離為0時，對振動部11d的振動會產生影響，而導致特性發生劣化。從特性的方面出發，振動部11d的最長的邊與隔膜11c的邊緣之間的距離，最好分開有一定距離。對(特性與散熱性具有折中的關係)特性不產生影響的距離是1/2λ。
又，考慮到散熱性與振動特性這兩方面，振動部11d的最長的邊與隔膜11c的邊緣的距離理想上為1/2λ，然而，對於實際的製造餘量，不可能製造得精度很高，上述距離相對於設定值幾乎一定會存在偏差。因此，這裡則是作為「約」1/2λ。下面可以供作參考對於處理餘量，在溼蝕刻加工的情況下為～35μm、在幹蝕刻加工的情況下為～20μm。
例如，條件為1.9GHz頻帶、2倍波、膜構造〔上部電極(Al0.18μm)/作為壓電薄膜的ZnO膜(1.6μm)/下部電極(Al0.18μm)/AlN膜(1.8μm)/SiO2膜(0.6μm)〕的情況下，λ＝4.3μm、，35μm＝8.1λ，20μm＝4.7λ。即，相對於理想的1/2λ＝2.15μm，存在35μm＝8.1λ，20μm＝4.7λ的餘量。振動波長λ因頻帶、膜構造、使用材料、所利用的振動波的級數(基次波、2倍波……)等而產生不同。另一方面，處理餘量與頻率無關而為恆定。(然而，若加工方法變化時，餘量也變化)。當頻帶增高時，其偏差量變大。
漏出的振動的振幅當離開振動波長的1/2λ時變小。當在離開振動部分1/2λ的地方設置固定端(隔膜11c的邊緣)時，則對振動的影響變小、特性的劣化也變小。又，當使得振動部11d過遠地離開於隔膜11c的邊緣(固定端)以及其他的振動部11d等時，散熱性會產生劣化，同時，雖然使得對其振動特性產生的影響減輕或者沒有，其尺寸也會增大。
根據上述的構造，能夠獲得足夠的散熱性，據此，可以像第1實施形態那樣在除了振動部11d之外的壓電薄膜15、上部電極16上形成散熱膜，由此，散熱性可以變得更好。
(第3實施形態)在本第3實施形態中，如圖13以及圖14所示，形成為在厚度方向上看為長方形的、在1個隔膜11e上由2個壓電諧振器構成的L型梯形構造的壓電濾波器。此時，振動部11f與上述第2實施形態同樣地形成為等腰三角形並且分別配置使得振動部11f的一長邊沿著隔膜11e的邊緣。
由此，對於該第3實施形態的壓電諧振器以及壓電濾波器，也能夠發揮與第2實施形態相同的效果，同時，與對每一壓電諧振器分別形成隔膜的情況相比，能夠減小元件整體的面積、可以實現小型化。
其次，研究圖13所示的L與W之比(L/W)和發熱溫度(溫度比)的關係。其結果如圖15所示，上述L相當於將面對隔膜11e的振動部11f的長邊作為底邊時的振動部11f的高度，即相當于振動部11f中的、離膜11e邊緣最遠的點與上述邊緣之間的距離。上述W是面對隔膜11e的振動部11f的長邊的長度。又，在圖15的溫度比與L/W的圖中，以L/W為1.19(近似正三角形)時為基準，作為溫度比表示相對於此時的溫度之比。
如圖15可知，當L/W越小、溫度越低、L/W為0.8以下時，發熱溫度大大下降。
第4實施形態在第4實施形態中，如圖16以及圖17所示，與上述第3實施形態相同地設置1個隔膜11g，並且在該隔膜11g上形成上述第3實施形態所示的、相當於2個振動部11f的各振動部11h，上述隔膜11g沿著面向各振動部11h的外方的各邊形成。
由此，在本第4實施形態中，與上述第2以及第3實施形態相同地，能夠提高散熱性並且實現小型化。
第5實施形態在該第5實施形態中，如圖18所示，在支持基板10上並列地設有2個與上述第3實施形態相同的隔膜11e，並且在這些隔膜11e上分別形成上述第3實施形態所示的2個振動部11f即2個壓電諧振器。上述各隔膜11e沿著與各振動部11f的長方向幾乎相垂直的方向並列形成。
由此，在該第5實施形態中，採用4個振動部11f並且將各壓電諧振器1a、1b以及各壓電諧振器1c、1d相互串聯連接，因此，形成為將L型梯形的壓電濾波器2級重疊的壓電濾波器。
在該第5實施形態中，在壓電諧振器1a上形成作為輸入端的下部電極14a、設置作為各壓電諧振器1a、1b、1c的公共端的上部電極16a、形成作為壓電諧振器1b的GND端的下部電極14b。再者，設置利用各壓電諧振器1c、1d的公共端而形成的下部電極14c、形成作為壓電諧振器1d的GND端的上部電極16b。
由此，在本第5實施形態中，與上述第2～第4實施形態相同地，能夠提高散熱性並且同時實現小型化。
又，上述第1～第5實施形態的壓電諧振器以及使用它的壓電濾波器，能夠適用於圖8所示的雙工器20。又，在上述中，對於第1實施形態與第2～第5實施形態分別作了說明，然而，也可以將第1實施形態與第2～第5實施形態分別進行組合。
其次，根據圖19對於採用本發明的壓電諧振器、壓電濾波器的通信裝置進行說明，如圖19所示，上述通信裝置200在構造上，作為接收信號的接收側(Rx側)，設置有天線201、天線共用部/RFTop濾波器202、放大器203、Rx級間濾波器204、混頻器205、第1IF濾波器206、混頻器207、第2IF濾波器208、第1+第2局部合成器(local synthesizer)211、TCXO(溫度補償型晶體振蕩器，temperature compensated crystal oscillator)212、分頻器(divider)213、局部濾波器214(local filter)。從Rx級間濾波器204到混頻器205，如圖19中以雙線所示的那樣，為了確保平衡性，利用各平衡信號進行發送。
又，上述通信裝置200中，作為發送信號的發送側(Tx側)，在共用上述天線201以及上述天線共用部/RFTop濾波器202的同時，設置有TxIF濾波器221、混頻器222、Tx級間濾波器223、放大器224、耦合器225、去耦器226、APC(automatic power control，自動功率控制)227。
這樣，對於上述的天線共用部/RFTop濾波器202、Rx級間濾波器204、第1IF濾波器206、TxIF濾波器221、Tx級間濾波器223，能夠很好地適用上述本發明的第1～第5實施形態所記載的壓電諧振器或壓電濾波器。
本發明的壓電諧振器如上所述，在構造上，在具有形成在開口部或凹部上的並且有一層以上壓電薄膜的薄膜部的振動部、上部電極以及下部電極的壓電諧振器中，在除了所述振動部之外的位置並且在所述上部電極以及所述薄膜部的至少一方上形成散熱膜。
由此，上述構造中，由於設置有散熱膜，能夠發揮下述效果，即能夠減輕壓電諧振器的多餘的振動，同時，能夠提高散熱性以及耐大功率性並且能夠改善動作的穩定性，以使得即使在增大功率時也能夠避免諧振特性的劣化。
本發明的其他壓電諧振器如上所述，在構造上，具有振動部，該振動部形成在開口部或凹部上並且至少一對上部電極以及下部電極相對挾住具有一層以上壓電薄膜的薄膜部的上下表面，在這樣的壓電諧振器中，振動部從厚度方向看的形狀為，具有不同長度的邊的多角形，並且，至少振動部的最長的邊是沿著開口部或凹部的端部形成。
根據上述構造，對於從厚度方向看的形狀為具有長度不同的邊的多角形的振動部，至少使得其最長的邊沿著開口部或凹部的端部形成，由此，能夠改善振動部的散熱性，並且即使在施加大功率時也能夠避免諧振特性的劣化，還能夠提高動作的穩定性。
權利要求
1.一種壓電諧振器，包括具有開口部或凹部的基板；以及具有形成在所述開口部或凹部上，使至少一對上部電極及下部電極相對地挾住具有一層以上的壓電薄膜的薄膜部的上下表面的結構的振動部，其特徵在於，在除了所述振動部以外的位置，且是在所述上部電極和所述壓電薄膜的至少一方上形成散熱膜。
2.如權利要求1所述的壓電諧振器，其特徵在於，所述散熱膜的熱傳導率在約150W/(m·K)以上。
3.如權利要求2所述的壓電諧振器，其特徵在於，所述散熱膜由Si、AlN、金剛石等的絕緣材料構成。
4.如權利要求2所述的壓電諧振器，其特徵在於，所述散熱膜由Cu、Al、Au、Ag等的金屬材料或者以Cu、Al、Au、Ag為主要成分的合金構成。
5.如權利要求1或2所述的壓電諧振器，其特徵在於，所述散熱膜與振動部之間的距離為振動部的振動波長的約1/2倍。
6.如權利要求1或2所述的壓電諧振器，其特徵在於，除了所述振動部之外，所述開口部或凹部的全體由所述散熱膜覆蓋。
7.如權利要求5所述的壓電諧振器，其特徵在於，所述開口部或凹部的周圍被所述散熱膜覆蓋。
8.如權利要求1或2所述的壓電諧振器，其特徵在於，所述振動部從厚度方向看的形狀為具有長度不同的邊的多角形，並且至少振動部的最長的邊沿著開口部或凹部的端部形成。
9.如權利要求8所述的壓電諧振器，其特徵在於，所述振動部的最長的邊的長度，比離所述振動部的開口部或凹部的端部最遠的點與開口部或凹部之間的距離更長。
10.如權利要求8所述的壓電諧振器，其特徵在於，所述振動部的最長的邊與所述開口部或凹部的端部之間的距離為，振動部的振動波長的約1/2倍。
11.如權利要求10所述的壓電諧振器，其特徵在於，所述振動部的所有的邊沿著開口部或凹部的端部形成，並且所述振動部的所有的邊與所述開口部或凹部的端部之間的距離為振動部的振動波長的約1/2倍。
12.如權利要求8所述的壓電諧振器，其特徵在於，所述振動部的、沿開口部或凹部的端部形成的所有的邊的長度之和W、和離所述振動部的開口部或凹部的端部最遠的點與開口部或凹部之間的距離L，滿足L/W≤0.8。
13.如權利要求8所述的壓電諧振器，其特徵在於，所述振動部分的厚度方向看的形狀為，其長方向為振動部的振動波長的20倍以上、寬方向為振動波長的5倍以下。
14.如權利要求8所述的壓電諧振器，其特徵在於，所述振動部分的厚度方向看的形狀為等腰三角形。
15.一種壓電諧振器，包括具有開口部或凹部的基板；以及具有形成在所述開口部或凹部上，使至少一對上部電極及下部電極相對地挾住具有一層以上的壓電薄膜的薄膜部的上下表面的結構的振動部，其特徵在於，振動部的厚度方向看的形狀為具有長度不同的邊的多角形，並且至少振動部的最長的邊沿著開口部或凹部的端部形成。
16.如權利要求15所述的壓電諧振器，其特徵在於，所述振動部的最長的邊的長度，比離所述振動部的開口部或凹部的端部最遠的點與開口部或凹部之間的距離更長。
17.如權利要求15或16所述的壓電諧振器，其特徵在於，所述振動部的最長的邊與所述開口部或凹部的端部之間的距離為振動部的振動波長的約1/2倍。
18.如權利要求17所述的壓電諧振器，其特徵在於，所述振動部的所有的邊沿著開口部或凹部的端部形成，並且所述振動部的所有的邊與所述開口部或凹部的端部之間的距離為振動部的振動波長的約1/2倍。
19.如權利要求15或16所述的壓電諧振器，其特徵在於，所述振動部的、沿開口部或凹部的端部而形成的所有的邊的長度之和W、和離所述振動部的開口部或凹部的端部最遠的點與開口部或凹部之間的距離L，滿足L/W≤0.8。
20.如權利要求15或16所述的壓電諧振器，其特徵在於，所述振動部分的厚度方向看的形狀為，其長方向為振動部的振動波長的20倍以上，寬方向為振動波長的5倍以下。
21.如權利要求15或16所述的壓電諧振器，其特徵在於，所述振動部分的厚度方向看的形狀為等腰三角形。
22.如權利要求1、2、15或16任意一項所述的壓電諧振器，其特徵在於，所述壓電薄膜以ZnO或AlN為主要成分。
23.一種壓電濾波器，其特徵在於，採用權利要求1、2、15或16任意一項所述的壓電諧振器。
24.一種壓電濾波器，其特徵在於，將權利要求1、2、15或16任意一項所述的壓電諧振器作成梯形構造。
25.一種雙工器，其特徵在於，採用權利要求1、2、15或16任意一項所述的壓電諧振器。
26.一種通信裝置，其特徵在於，具有權利要求1、2、15或16任意一項所述的壓電諧振器。
全文摘要
本發明提供一種散熱性好、耐高功率的壓電諧振器、壓電濾波器、雙工器以及通信裝置。設置具有開口部或凹部的支持基板(10)。設置形成在所述開口部或凹部上的、一層以上的壓電薄膜(15)。設置振動部(11b)，振動部(11b)具有這樣的構造，即使得至少一對上部電極(16)以及下部電極(14)相對地挾住壓電薄膜(15)的上下表面。在除了振動部(11b)以外的位置並且在上部電極(16)以及壓電薄膜(15)的至少一方上設置散熱膜(18)。
文檔編號H03H9/00GK1497842SQ0316035
公開日2004年5月19日 申請日期2003年9月25日 優先權日2002年9月25日
發明者野村忠志, 山田一, 久保龍一, 一 申請人:株式會社村田製作所