本發(fā)明的特定方面涉及聲波器件和模塊。

背景技術(shù)：

已知壓電基板被接合在支撐基板上以使用壓電基板的表面聲波改進聲波器件的頻率-溫度特性。日本專利申請公開No.2004-186868(專利文獻1)公開了一種技術(shù)，該技術(shù)使用鉭酸鋰基板作為壓電基板并且使用藍寶石基板作為支撐基板，當壓電基板在室溫下被接合在支撐基板上時，使得支撐基板的厚度比壓電基板的厚度大三倍，并且壓電基板的厚度比表面聲波的波長大十倍。日本專利申請公開No.2012-105191(專利文獻2)公開了這樣一種技術(shù)：與壓電基板相同，使用鉭酸鋰基板用于支撐基板。日本專利申請公開No.2015-92782(專利文獻3)公開了將介質(zhì)層定位在支撐基板與壓電基板之間。

當壓電基板在室溫下被接合在支撐基板上時，由于通過在支撐基板與壓電基板之間的邊界面反射的體波導(dǎo)致的雜散(spurious)成為問題。當支撐基板和壓電基板由相同材料制成時(如專利文獻2中公開的)，或者當介質(zhì)層被插入支撐基板與壓電基板之間(如專利文獻3中公開的)時，不發(fā)生體波通過邊界面的反射。如專利文獻1中公開的，為了減少雜散，使得壓電基板的厚度比表面聲波的波長大十倍。然而，當使基板變薄以減小其尺寸時，支撐基板的厚度相對于基板厚度減小。這降低了頻率-溫度特性的改進程度。此外，基板更容易被熱循環(huán)破壞。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種聲波器件，所述聲波器件包括：支撐基板；壓電基板，所述壓電基板在室溫下接合在所述支撐基板的上表面上并且由與所述支撐基板不同的材料制成；梳狀電極，所述梳狀電極形成在所述壓電基板的上表面上并且激發(fā)聲波；以及非晶層，所述非晶層形成在所述支撐基板與所述壓電基板之間。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種模塊，所述模塊包括：以上聲波器件。

附圖說明

圖1是根據(jù)第一實施方式和比較示例的聲波器件的立體圖；

圖2A和圖2B是當膜厚度T1+T2分別是150μm和100μm時支撐基板的膜厚度T1和壓電基板的膜厚度T2關(guān)于頻率的曲線圖；

圖3A至圖3D是導(dǎo)納相對頻率的曲線圖；

圖4A和圖4B是衰減相對頻率的曲線圖；

圖5A至圖5C是當膜厚度T1+T2分別是150μm、100μm和50μm時支撐基板的膜厚度T1和壓電基板的膜厚度T2關(guān)于頻率的曲線圖；

圖6A是根據(jù)第二實施方式的梯形濾波器的電路圖，并且圖6B是根據(jù)第二實施方式的變型例的多路復(fù)用器的框圖；以及

圖7是根據(jù)第三實施方式的包括模塊的系統(tǒng)的框圖。

具體實施方式

將參考附圖描述本發(fā)明的實施方式。

圖1是根據(jù)第一實施方式和比較示例的聲波器件的透視圖。如圖1中所示，具有膜厚度T2的壓電基板12被定位在具有膜厚度T1的支撐基板10的上表面上，并且壓電基板12的下表面接合在支撐基板10的上表面上。支撐基板10是藍寶石基板。壓電基板12是鉭酸鋰基板。非晶層14形成在支撐基板10的上表面與壓電基板12的下表面之間。非晶層14的厚度非常薄，諸如10nm或更少，并且從而相對于膜厚度T1和T2幾乎可忽略。

一個端口諧振器18形成在壓電基板12的上表面上。所述一個端口諧振器18包括叉指式換能器(IDT)17a和反射電極17b，反射電極17b由鋁(Al)制成的金屬層16形成并且形成在壓電基板12上。IDT 17a包括兩個梳狀電極。反射電極17b被定位在IDT 17a的兩側(cè)。IDT 17a的梳狀電極激發(fā)表面聲波(主要是SH波)。所激發(fā)的聲波由反射電極17b反射。聲波在壓電基板12的晶體取向中沿X軸方向傳播。由IDT17a激發(fā)的表面聲波的波長λ對應(yīng)于DIT 17a的電極指的節(jié)距(pitch)的兩倍。根據(jù)第一實施方式，表面聲波是有助于聲波器件的功能的聲波。由IDT 17a激發(fā)的聲波可 以是邊界聲波或者勒夫波。

支撐基板10和壓電基板12在室溫下被接合在一起。給出在室溫下接合支撐基板10和壓電基板12的方法的示例的描述。首先，用惰性氣體的離子束、中性束或者等離子體照射支撐基板10的上表面和壓電基板12的下表面。該處理在支撐基板10的上表面和壓電基板12的下表面上形成幾十納米或更少的非晶層。懸鍵(dangling bond)形成在非晶層的表面上。懸鍵使得支撐基板10的上表面和壓電基板12的下表面為活性(active)。支撐基板10的上表面上的懸鍵被接合到壓電基板12的下表面上的懸鍵。從而，支撐基板10和壓電基板12在室溫下被接合在一起。非晶層14被整體插入在接合后的支撐基板10與接合后的壓電基板12之間。非晶層14具有例如1nm至8nm的厚度。在此，室溫是100℃或更少和-20℃或更多，更優(yōu)選地是80℃或更少以及0℃或更多。

由于支撐基板10和壓電基板12在室溫下被接合在一起，施加至支撐基板10和壓電基板12的應(yīng)力減小。例如，當使用聲波器件時，高于或低于室溫的溫度被施加至聲波器件。室溫接合的聲波器件可以減小在高溫和低溫二者下的熱應(yīng)力。室溫接合的聲波器件防止基板在重復(fù)高溫(例如，150℃)和低溫(例如，-65℃)的溫度循環(huán)測試中破裂。通過殘余應(yīng)力的溫度依賴性檢驗聲波器件是否在室溫下被接合。即，殘余應(yīng)力在執(zhí)行接合的溫度下變?yōu)樽钚　?/p>

鉭酸鋰的晶體取向的X軸具有16.1ppm/℃的線性熱膨脹系數(shù)。從而，旋轉(zhuǎn)的Y切割X傳播鉭酸鋰基板在聲波的傳播方向上具有大的線性熱膨脹系數(shù)。當聲波器件用鉭酸鋰基板形成時，鉭酸鋰基板根據(jù)溫度膨脹和收縮。從而，聲波器件的頻率(諸如，諧振頻率)的溫度依賴性增加。在圖1中所示的結(jié)構(gòu)中，藍寶石基板具有小的7.7ppm/℃的線性熱膨脹系數(shù)。從而，支撐基板10禁止壓電基板膨脹和收縮。從而，聲波器件的頻率的溫度依賴性降低。

當支撐基板10是藍寶石基板并且壓電基板12是鉭酸鋰基板時，使得支撐基板10的厚度比壓電基板12的厚度大三倍，以改進如在專利文獻1中公開的聲波器件的頻率-溫度特性。

當壓電基板12在室溫下被接合在支撐基板10上時，壓電基板12和支撐基板10之間的邊界面變得平坦。從而，當IDT 17a激發(fā)表面聲波時所激發(fā)的體波由壓電基板12和支撐基板10之間的邊界面的非晶層14反射。當所反射的體波到達IDT 17a時， 其形成雜散。

如在專利文獻1中公開的，為了減少由于體波的反射導(dǎo)致的雜散，使壓電基板12的厚度比由IDT 17a激發(fā)的表面聲波的波長大十倍。

為了減小聲波器件的尺寸，還將考慮減小支撐基板10和壓電基板12的總膜厚度T1+T2。圖2A和圖2B是當膜厚度T1+T2分別是150μm和100μ時支撐基板10的膜厚度T1和壓電基板12的膜厚度T2關(guān)于頻率的曲線圖。為了減少由于體波導(dǎo)致的雜散，壓電基板12的膜厚度T2被構(gòu)造為比聲波的波長λ大十倍。支撐基板10是藍寶石基板，壓電基板12是42°旋轉(zhuǎn)的Y切割X傳播鉭酸鋰基板，并且SH波的聲速度是4000m/s。

如圖2A和圖2B中所示，隨著頻率減小，T1與T1+T2的比率減小。從而，禁止壓電基板12的膨脹和收縮的支撐基板10的功能被干擾。例如，如專利文獻1中所示，示出了T2/T1＝1/3的實線30。根據(jù)專利文獻1，當壓電基板12的膜厚度T2大于由實線30指示的厚度時，支撐基板的功能被干擾。當基板厚度T1+T2是150μm并且聲波具有1000MHz或更小的頻率時，支撐基板10是無功能的(non-functional)。當基板厚度T1+T2是100μm并且聲波具有1500MHz或更小的頻率時，支撐基板10是無功能的。如上所述，基板厚度T1+T2的減小使得難以保持支撐基板10的功能。

如上所述，難以減小專利文獻1中公開的T1和T2之間的范圍內(nèi)的基板厚度。這是因為，當使得壓電基板12的膜厚度是10λ或更小時，由于由邊界面反射的體波所導(dǎo)致的雜散增加。

當支撐基板10和壓電基板12是鉭酸鋰基板(如專利文獻2中公開的)時，或者當介質(zhì)層被插入在室溫下不被接合在一起的支撐基板10和壓電基板12之間(如專利文獻3中公開的)時，不發(fā)生由于由邊界面反射的體波所導(dǎo)致的雜散。專利文獻3公開了由于SH波的高階聲波所導(dǎo)致的雜散。然而，由于SH波的高階聲波所導(dǎo)致的雜散看起來在比主響應(yīng)大1.2至1.5倍的頻率(由于SH波所導(dǎo)致的諧振頻率和反諧振頻率)處，并且不同于由于由邊界面反射的體波在主響應(yīng)中或者主響應(yīng)的緊鄰中發(fā)生的雜散。

發(fā)明人的研究揭示，當使壓電基板12的膜厚度T2為λ或更小時，由于體波所導(dǎo)致的雜散減少。這挑戰(zhàn)了專利文獻1中公開的普遍認知。此后，將給出在實際使用梳狀電極的聲波器件的600MHz至3000MHz之間的頻率處的研究結(jié)果的說明。

在以下條件下模擬關(guān)于頻率的導(dǎo)納。

支撐基板10：藍寶石基板，厚度T1是無限的。

壓電基板12：42°旋轉(zhuǎn)的Y切割X傳播鉭酸鋰基板，膜厚度T2是10λ、1λ、0.8λ和0.5λ。

IDT 17a：波長λ是4μm，電極指的占空比(線/(線+空間))是50％，對的數(shù)量是120對，并且孔徑長度是30λ。

圖3A至圖3D是導(dǎo)納相對頻率的曲線圖。頻率是歸一化的頻率。如圖3A中所示，當壓電基板12具有10λ的厚度T2時，在高于諧振頻率的頻率處觀察到由于體波導(dǎo)致的雜散32。如圖3B中所示，當T2是1λ時，很難觀察到由于體波導(dǎo)致的雜散32。如圖3C和圖3D中所示，當T2是0.8λ和0.5λ時，觀察不到由于體波導(dǎo)致的雜散。如上所述，當使得壓電基板12的膜厚度T2是λ或更小時，由于通過邊界面反射體波導(dǎo)致的雜散減少。而且，當T2是0.8λ或更小時，進一步減少雜散。

然后，在以下條件下模擬關(guān)于頻率的衰減。

支撐基板10：藍寶石基板，厚度T2約為152μm。

壓電基板12：42°旋轉(zhuǎn)的Y切割X傳播鉭酸鋰基板，在第一實施方式中，膜厚度T2是0.65λ，在第一比較示例中膜厚度T2是8.7λ。

IDT 17a：波長λ是4.6μm，電極指的占空比(線/(線+空間))是50％，對的數(shù)量是120對，并且孔徑長度是30λ。

圖4A和圖4B是衰減相對頻率的曲線圖。圖4B是圖4A的放大圖。如圖4A和圖4B中所示，在第一比較示例中，在高于反諧振頻率的頻率區(qū)域中出現(xiàn)雜散。在第一實施方式中，沒有出現(xiàn)雜散。

如上所述，這揭示出，當使得壓電基板12的膜厚度T2是λ或更小時，由于體波導(dǎo)致的雜散被減少。原因不清楚，但是可以認為是因為當T2是λ或更小時膜厚度方向上的體波的傳播減少。

圖5A至圖5C是當膜厚度T1+T2分別是150μm、100μm和50μm時支撐基板10的膜厚度T1和壓電基板12的膜厚度T2關(guān)于頻率的曲線圖。壓電基板12的膜厚度T2是聲波的波長λ。其它條件與圖2A和圖2B中的那些相同。

如圖5A至圖5C中所示，隨著頻率增加，T1與T1+T2的比率減小。然而，在任何頻率處，T2都低于實線30。即，支撐基板10可以在任何頻率處實現(xiàn)禁止壓電基板 12的膨脹和收縮的功能。如圖5C中所示，甚至當T1+T2是50μm時，雜散減少，并且支撐基板10保持其功能。

對T1+T2約為150μm的樣本進行溫度循環(huán)測試。通過室溫、-65℃、室溫、+150℃和室溫的循環(huán)重復(fù)1000次進行溫度循環(huán)測試。第一實施方式和第一比較示例的膜厚度如下。

第一實施方式：T1＝150μm，T2＝3μm

第一比較示例：T1＝115μm，T2＝40μm

芯片尺寸：1.04mm×0.88mm(發(fā)送濾波器)、1.04mm×0.50mm(接收濾波器)

作為溫度循環(huán)測試的結(jié)果，在第一比較示例中形成裂縫，但是在第一實施方式中沒有形成裂縫。這是因為隨著支撐基板11變得越薄，在支撐基板10中更容易形成裂縫，并且隨著壓電基板12變得越厚，來自壓電基板12的熱應(yīng)力增加。

由支撐基板10和壓電基板12之間的邊界面反射體波的問題是當支撐基板10和壓電基板12由不同材料(具有不同聲阻抗)制成并且在室溫下接合在一起時發(fā)生的唯一問題。當假設(shè)在壓電基板12的膜厚度T2是λ或更小時由于體波導(dǎo)致的雜散減少的原因是因為體波在膜厚度方向上的傳播減少時，支撐基板10可以不是藍寶石基板，并且壓電基板12可以不是鉭酸鋰基板。

如上所述，當由不同于支撐基板10的材料制成的壓電基板12在室溫下被接合在支撐基板10的上表面上時，由于由邊界面反射的體波導(dǎo)致的雜散出現(xiàn)。第一實施方式將壓電基板12的厚度T2配置為等于或者小于由梳狀電極激發(fā)的聲波(表面聲波)的波長λ。該配置減少了由于由邊界面反射的體波導(dǎo)致的雜散。

壓電基板12的厚度T2優(yōu)選地比波長λ大少于0.8倍，更優(yōu)選地比波長λ大少于0.5倍。聲波的波長λ可以是梳狀電極的電極指的平均節(jié)距(電極指的平均節(jié)距是IDT的兩倍)。

支撐基板10可以是例如硅基板、尖晶石基板、或者氧化鋁基板。壓電基板12可以是鈮酸鋰基板、晶體基板、或者硅酸鎵鑭基板。例如，硅具有3.9ppm/°的熱膨脹系數(shù)。從而，當壓電基板12是鉭酸鋰基板并且支撐基板10是藍寶石基板時，聲波器件的溫度特性被改進。

當支撐基板10是藍寶石基板并且壓電基板12是鉭酸鋰基板時，支撐基板10和壓電基板12的總厚度T1+T2可以是150μm或更小，如圖5A中所示。另選地，如圖 5B和圖5C中所示，T1+T2可以被配置成100μm或更小、或者50μm或更小。

為了減少由于溫度循環(huán)測試導(dǎo)致的裂縫，T2/T2優(yōu)選地是0.07或者更小，更優(yōu)選地是0.05或更小，并且進一步優(yōu)選地是0.03或更小。

支撐基板10可以包括多層。即，支撐基板10可以包括基板和由不同于基板的材料制成并且形成在基板上的層，并且壓電基板12可以在室溫下被接合在上表面上。在該情況下，壓電基板12由不同于基板和層的材料制成。多層可以形成在基板上。

壓電基板12和支撐基板10可以通過使用在日本專利申請公開No.2011-233651中公開的離子注入去除方法的方法被接合在一起。即，諸如氫的離子被注入到壓電基板12的表面中。離子注入的表面和支撐基板10在室溫下被接合在一起。然后，進行熱處理。該處理去除壓電基板12，同時留下期望厚度的表面。以上處理在室溫下將壓電基板12接合在支撐基板10上。

第二實施方式

第二實施方式使用第一實施方式的諧振器用于濾波器或者雙工器。圖6A是根據(jù)第二實施方式的梯形濾波器的電路圖。如圖6A中所示，串聯(lián)諧振器S1至S4在輸入端子In和輸出端子Out之間串聯(lián)連接。并聯(lián)諧振器P1至P3在輸入端子In和輸出端子Out之間并聯(lián)連接。串聯(lián)諧振器S1至S4和并聯(lián)諧振器P1至P3中的至少一個可以是第一實施方式的諧振器。串聯(lián)諧振器和并聯(lián)諧振器的數(shù)量和連接可以適當?shù)嘏渲?。多模式濾波器可以采用第一實施方式的諧振器。

圖6B是根據(jù)第二實施方式的變型例的多路復(fù)用器的框圖。如圖6B中所示，發(fā)送濾波器80連接在公共端子Ant和發(fā)送端子Tx之間。接收濾波器82連接在公共端子Ant和接收端子Rx之間。發(fā)送濾波器80將從發(fā)送天線Tx輸入的信號中的在發(fā)送帶內(nèi)的信號發(fā)送到公共端子Ant并且抑制其它帶中的信號。接收濾波器82發(fā)送從公共端子Ant輸入的信號中的在接收帶內(nèi)的信號，并且抑制其它帶中的信號。發(fā)送濾波器80和接收濾波器82中的至少一個可以是第二實施方式的濾波器。雙工器被描述為多路復(fù)用器的示例，但是單纖三向器件(triplexer)或者單纖四向器件(quadplexer)中的至少一個可以是第二實施方式的濾波器。

第三實施方式是包括根據(jù)第二實施方式的梯形濾波器的示例性模塊。圖7是包括根據(jù)第三實施方式的模塊的系統(tǒng)的框圖。如圖7中所示，該系統(tǒng)包括模塊50、集成電路52和天線54。模塊50包括單纖雙向器件7、開關(guān)76、雙工器60和功率放大器 66。單纖雙向器件70包括低通濾波器(LPF)72和高通濾波器(HPF)74。LPF 72連接在端子71和73之間。HPF 74連接在端子71和75之間。端子71連接至天線54。LPF 72允許由天線54發(fā)送/接收的信號中的低頻率信號通過并且抑制高頻信號。HPF74允許由天線54發(fā)送/接收的信號中的高頻信號通過，并且抑制低頻信號。

開關(guān)76將端子73連接至端子61中的一個。雙工器60包括發(fā)送濾波器62和接收濾波器64。發(fā)送濾波器62連接在端子61和63之間。接收濾波器64連接在端子61和65之間。發(fā)送濾波器62允許發(fā)送帶內(nèi)的信號通過，并且抑制其它信號。接收濾波器64允許接收帶內(nèi)的信號通過并且抑制其它信號。功率放大器66放大并且輸出發(fā)送信號。低噪聲放大器68放大輸出到端子65的接收信號。

雙工器60的發(fā)送濾波器62和接收濾波器64中的至少一個是第二實施方式的濾波器。第三實施方式描述了用于移動通信端子的前端模塊作為模塊的示例，但是該模塊可以是其它類型的模塊。

雖然已經(jīng)詳細地描述了本發(fā)明的實施方式，但是將理解，可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下作出多種改變、替換和更改。