[发明专利]压电薄膜共振元件以及利用它的电路部件

说明书

技术领域

本发明涉及FBAR(Film Bulk Acoustic Resonator，薄膜腔声谐振)型 或SMR(Solidly Mounted Resonator，固态装配谐振)型的压电薄膜共振 元件，以及利用该压电薄膜共振元件的滤波器或分波器等电路部件。

背景技术

众所周知，压电薄膜共振元件具有如下构造：用电极夹持压电膜的上 表面及下表面，在下表面电极的下部设置空隙或者声学多层膜。压电薄膜 共振元件具有以下功能：在压电膜的上表面电极与下表面电极之间输入电 信号，通过压电膜将其变换成机械位移，并且通过压电膜、上表面电极及 下表面电极各部分的膜厚和下表面电极下部的空隙或声学多层膜，仅提取 特定频率的机械位移，将该机械位移再次变换为电信号而输出到外部。

在压电薄膜共振元件中，在下表面电极的下部设置了空隙的类型被称 为“FBAR(Film Bulk Acoustic Resonator，薄膜腔声谐振)”，在下表面 电极的下部形成了声学多层膜的类型被称为“SMR(Solidly Mounted Resonator，固态装配谐振)”。

例如，FBAR型压电薄膜共振元件作为基本构造而具有图22、图23 所示的构造。另外，图22是FBAR型的压电薄膜共振元件的平面图，图 23是图22的X-X线截面图。图22的绘有小点的部分表示压电薄膜共振元 件的共振部。

压电薄膜共振元件100的主要结构元件有：基板101、下表面电极 102、压电膜103、上表面电极104、端子电极102A以及端子电极104A。 下表面电极102、压电膜103以及上表面电极104呈矩形形状，在基板 101的上表面上按上面的次序被层叠起来。下表面电极102和上表面电极 104具有大致相同的面积，压电膜103具有比下表面电极102和上表面电 极104大的面积。在基板101的、下表面电极102和上表面电极104所面 对的位置处，形成有空隙105，该空隙105具有比该面对部分稍大的开口 面。

当在上表面电极104与下表面电极102之间施加高频信号时，在压电 膜103的内部会由于逆压电效应而激发出弹性波。该弹性波包括：沿着压 电膜103的膜厚方向的面(图23中的zy面)而振动的波106b(以下称为 “纵向振动波”。)、和沿着与压电膜103的膜平行的方向的面(图22 中的xy面)而振动的波106a(以下称为“横向振动波”。)。

由于纵向振动波106b分别在压电膜103的上表面电极104侧的端面和 下表面电极102侧的端面上反射，因此在压电膜103内，通过压电膜 103、上表面电极104以及下表面电极102的各膜厚之和H以及由它们的 材料所确定的弹性波的传播速度V而确定的规定频率的纵向弹性波106b 发生共振，而其他频率的纵向弹性波106b衰减。因此，纵向弹性波106b 的频率f包括满足f＝n×V/2H(n为整数)的关系的频率(共振频率)， 该共振频率的纵向弹性波106b被再次变换为电信号而被输出到外部。

如上所述，压电薄膜共振元件100包括：利用逆压电效应和基于机械 构造的共振现象将高频的电信号(电能)变换成特定频率的弹性波(机械 能)的构造；和将特定频率的弹性波(机械能)再次变换为该频率的电信 号(电能)的构造。在由电能-机械能变换的部分所产生的弹性波中，横向 弹性波106a的机械能难以被再次变换为电能，因此横向弹性波106a在压 电薄膜共振元件的能量变换动作中导致了能量损失。

此外，横向弹性波106a使得在压电薄膜共振元件100的共振特性中产 生寄生，使得该共振特性中的振幅特性以及相位特性发生恶化。其结果 是，例如在组合多个压电薄膜共振元件100而形成的滤波器的通过频带中 产生波纹，并且成为导致插入损失或群时延的特性等恶化的主要原因。

然而，压电薄膜共振元件是适用于从高频的电信号中提取特定频率的 滤波器的元件，例如在损失比利用SAW(Surface Acoustic Wave，声表面 波)的共振元件低、在耐电力性或ESD(electro-static discharge；静电释 放)特性等方面优异，因此作为便携式无线电设备的收发用的滤波器或分 波器等的结构元件而需求日益增高。

并且，由于在便携式无线电设备的发送用的滤波器或分波器中要求低 功耗，在接收用的滤波器中要求高接收灵敏度，因此要求压电薄膜元件减 少能量损失并提高Q值。