DE10102153B4

DE10102153B4 - Oberflächenwellenbauelement, sowie dessen Verwendung und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE10102153B4
Application number: DE10102153A
Authority: DE
Inventors: Norio Taniguchi
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2000-01-18
Filing date: 2001-01-18
Publication date: 2004-11-11
Anticipated expiration: 2021-01-19
Also published as: JP2001203556A; CN1157849C; US20010008387A1; JP3387469B2; US6489863B2; DE10102153A1; CN1306345A

Abstract

Oberflächenwellenbauelement mit folgenden Merkmalen:
einem piezoelektrischen Substrat (5; 10; 30); und
zumindest einem Interdigitalwandler (2; 101), der auf dem piezoelektrischen Substrat (5; 10; 30) angeordnet ist und eine Mehrzahl von Elektrodenfingern (6; 102) aufweist;
wobei das piezoelektrische Substrat (5; 10; 30) derart remanent polarisiert ist, dass sich die Polarisationsrichtung des piezoelektrischen Substrats in zumindest einem Spaltabschnitt zwischen zwei Elektrodenfingern (6; 102) des Interdigitalwandlers (2; 101) von der Polarisationsrichtung in anderen Spaltabschnitten zwischen Elektrodenfingern (6; 102) auf dem gleichen Ausbreitungsweg unterscheidet.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Oberflächenwellenbauelement, das als Oberflächenwellenfilter, beispielsweise als ein Resonator- und ein Bandpaßfilter verwendet werden kann, und auf ein Verfahren zum Herstellen des Oberflächenwellenbauelements.
In jüngeren Jahren wurde mit der Zunahme von Teilnehmern und verschiedener Dienste sowohl die Frequenzbänder zum Senden als auch zum Empfang verbreitert, wodurch sich die Sendefrequenzen und Empfangsfrequenzen einander annäherten. Folglich ist erforderlich, daß bei Bandpaßfiltern, die bei tragbaren Telefonen verwendet werden, die Filter breitbandig und die Dämpfungscharakteristika in der Nähe von Durchlaßbändern hervorragend sind. Wenn ein EGSM-System (EGSM = European Groupe Speciale Mobile) als ein tragbares Telefonsystem in Europa als ein Beispiel genommen wird, weist das Sendeseitenfrequenzband 880 MHz bis 915 MHz und das Empfangsseitenfrequenzband 925 MHz bis 960 MHz auf.
Sendesignale werden in Empfangsseite-Schaltungen zu Rauschsignalen. Folglich ist es bei den Bandpaßfiltern, die in Empfangsseite-Schaltungen verwendet werden, notwendig, Signale in dem Band von 925 MHz bis 960 MHz durchlässig zu machen und Signale in dem Band von 880 MHz bis 915 MHz zu dämpfen. Das heißt, daß Filtercharakteristika erforderlich sind, die ein Durchlaßband von 925 MHz bis 960 MHz und ein Dämpfungsband von 880 MHz bis 915 MHz aufweisen. Folglich beträgt der Frequenzunterschied zwischen dem Durchlaßband und dem Dämpfungsband lediglich 10 MHz, obwohl die Durchlaßbandbreite ein breites Band von 35 MHz aufweisen muß.
Andererseits wird bei den Oberflächenwellenfiltern, die bei den tragbaren Telefonen als ein Bandpaßfilter verwendet werden, ein Substrat mit einem 36°-Schnitt aus LiTaO₃ verwendet. Bei diesem Substrat liegt eine Temperaturabhängigkeit der Frequenz in einem Bereich von –30 ppm/°C bis 35 ppm/°C. Folglich ist es notwendig, daß eine Spanne einer Temperaturänderung beim Entwerfen von Schaltungen, die Oberflächenwellenbauelemente umfassen, vorgesehen wird.
Wenn ferner Frequenzveränderungen während einer Herstellung in Betracht gezogen werden, wird der Frequenzabstand zwischen dem Durchlaßband und dem Dämpfungsband viel geringer. Folglich ist es wichtiger, die Steilheit der Filtercharakteristik in der Nähe des Durchlaßbands zu erhöhen.
Die Bandbreite eines Oberflächenwellenfilters und die Steilheit in der Nähe des Durchlaßbands sind annähernd einzig durch den elektromechanischen Kopplungskoeffizienten eines piezoelektrischen Substrats festgelegt. Allgemein gesagt, können, wenn der elektromechanische Kopplungskoeffizient groß ist, Breitbandfiltercharakteristika erhalten werden, während, wenn der elektromechanische Kopplungskoeffizient klein ist, Filtercharakteristika mit hervorragender Steilheit erhalten werden können.
Wenn folglich piezoelektrische Substrate mit unterschiedlichen elektromechanischen Kopplungskoeffizienten entsprechend Elementen in Oberflächenwellenfiltern verwendet werden, können gemäß diesen Kombinationen steile und relativ breitbandige Filtercharakteristika erhalten werden.

In der japanischen ungeprüften Patentanmeldung Nr. 7-283688 ist ein Verfahren zum Einstellen von elektromechanischen Kopplungskoeffizienten auf eine solche Art und Weise durchgeführt, daß sich bei einem Oberflächenwellenfilter eines Schaltungsaufbaus eines Leitertyps die Oberflächenwellenausbreitungsrichtung in einem Reihe-Arm-Resonator von demjenigen in einem Parallel-Arm-Resonator unterscheidet. Bei einem Substrat mit einem 36°-Y-Schnitt aus LiTaO₃ ist der elektromechanische Kopplungskoeffizient von der Oberflächenwellenausbreitungsrichtung abhängig. Wenn angenommen wird, dass die Oberflächenwellenausbreitungsrichtung entlang der X-Achse gerichtet ist, wird der elektromechanische Kopplungskoeffizient ein Maximum, während der elektromechanische Kopplungskoeffizient kleiner wird, wenn die Oberflächenwellenausbreitungsrichtung von der X-Achse abweicht. Wie es in 16 gezeigt ist, verringert sich folglich beispielsweise bei einem Oberflächenwellenfilter, der einen Schaltungsaufbau eines Leitertyps aufweist, der Abstand zwischen einer Resonanzfrequenz und einer Antiresonanzfrequenz in der Resonanzcharakteristik A des Parallel-Arm-Resonators, verglichen mit der Charakteristik (die durch eine gestrichelte Linie Aa gezeigt ist) des Falls, bei dem die Ausbreitungsrichtung des Parallel-Arm-Resonators nicht von der X-Achse abweicht, und verglichen mit der Resonanzcharakteristik B des Reihe-Arm-Resonators, wenn die Ausbreitungsrichtung in dem Reihe-Arm-Resonator entlang der X-Achse gerichtet ist und die Ausbreitungsachse in dem Parallel-Arm-Resonator von der X-Achse abweicht. Folglich kann eine Filtercharakteristik mit einer hervorragenden Steilheit erhalten werden, wie es durch eine gestrichelte Linie in 17 gezeigt ist. Ferner zeigt die durchgezogene Linie D in 17 die Charakteristik, bei der sich die Oberflächenwellenausbreitungsrichtung in dem Reihe-Arm-Resonator und Parallel-Arm-Resonator nicht unterscheidet.

Andererseits ist in der japanischen ungeprüften Patentanmeldung Nr. 8-65089 ein Verfahren zum Hinzufügen einer Kapazität zu jedem Resonator in einem Oberflächenwellenfilter eines Schaltungsaufbaus eines Leitertyps offenbart. Wenn die Kapazität parallel zu einem Oberflächenwellenresonator hinzugefügt ist, erniedrigt sich eine Antiresonanzfrequenz und der Abstand zwischen einer Resonanzfrequenz und einer Antiresonanzfrequenz ist auf die gleiche Art und Weise wie in dem Fall des Verfahrens, das in der japanischen ungeprüften Patentanmeldung Nr. 7-283688 offenbart ist, ver schmälert. Folglich ist zu erwarten, daß eine Filtercharakteristika mit hervorragender Steilheit erhalten werden kann.

Bei den Oberflächenwellenfiltern, die in der japanischen ungeprüften Patentanmeldung Nr. 7-283688 und der japanischen ungeprüften Patentanmeldung Nr. 8-65089 offenbart sind, traten jedoch verschiedene Probleme auf.

Beispielsweise trat bei der ersten ein Problem auf, derart, daß, wenn in einem Substrat mit einem 36°-Y-Schnitt aus LiTaO₃ die Ausbreitungsrichtung einer Oberflächenwelle von der X-Achse abweicht, sich der Leistungsflußwinkel als ein Winkelunterschied zwischen der Richtung der Ausbreitung der Oberflächenwelle und der Richtung des Energieübertrags erhöht, wodurch sich der Leckverlust der Energie von dem Wellenleiter und der Verlust erhöht. Da es ferner notwendig ist, eine Mehrzahl von Oberflächenwellenresonatoren mit unterschiedlichen Ausbreitungsrichtungen auf dem gleichen piezoelektrischen Resonator bereitzustellen, nimmt die Größe des Oberflächenwellenfilters stark zu. Ferner traten Fälle auf, bei denen unterschiedliche Resonatoren akustisch teilweise gekoppelt sind, wodurch sich die Charakteristika aufgrund der Kopplung verschlechtern.

Andererseits war bei dem Verfahren, das in der japanischen ungeprüften Patentanmeldung Nr. 8-65089 beschrieben ist, um eine Kapazität hinzuzufügen, die Chipgröße stark erhöht. Da ferner die Filtercharakteristika nicht verändert werden können, nachdem die Elektroden gebildet sind, konnte die Frequenz nicht eingestellt werden.

Aus der US-4,636,678 ist ein Interdigitalwandler bekannt, bei dem durch Anlegen einer Gleichspannung Frequenzeinstellungen vorgenommen werden, um Umwelteinflüsse zu kompensieren.

Aus der US-3,743,953 ist ein Oberflächenwellenelement bekannt, das mehrere Interdigitalwandler aufweist, wobei Elektrodenfinger unterschiedlicher Interdigitalwandler in verschiedenen Richtungen angeordnet sind.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Konzept zu schaffen, um bei einem Oberflächenwellenbauelement, das eine kleine Größe aufweist, hervorragende Filtercharakteristika zu erhalten, ohne erhöhte Verluste und verschlechterte Charakteristika zu bewirken, sowie Verwendungen und ein Herstellungsferfahren für ein solches Bauelement anzusehen.

Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Anspruchs 1 bzw. mit den Verwendungen nach Anspruch 5, 7 oder 8 bzw. mit dem Verfahren nach dem Anspruch 9 gelöst. Die Unteransprüche sehen Ausführungsarten der Erfindung an.

Um die obig beschriebenen Probleme zu überwinden, schafft die Erfindung ein Oberflächenwellenbauelement; bei dem die obig genannten Nachteile des Stands der Technik gelöst sind, ohne eine größere Größe, erhöhte Verluste und verschlechterte Charakteristika zu bewirken, derart, daß die Steilheit in der Nähe des Durchlaßbands hervorragend ist, wenn dasselbe als ein Bandpaßfilter verwendet wird, und ein Verfahren zum Herstellen für ein solches Oberflächenwellenbauelement.

Andere bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung liefern ein Oberflächenwellenfilter, das durch einen geringen Verlust, hervorragende Filtercharakteristika, eine sehr kleine Größe und eine hervorragende Steilheit in der Nähe des Durchlaßbands gekennzeichnet ist.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Oberflächenwellenbauelement ein piezoelektrisches Substrat, das aus LiTaO₃ besteht, und zumindest einen Interdigitalwandler, der auf dem Substrat angeordnet ist und eine Mehrzahl von Elektrodenfingern aufweist. Die Polarisationsrichtung in zumindest einem Spaltabschnitt zwischen Elektrodenfingern des zumindest einen Interdigitalwandlers unterscheidet sich von der Polarisationsrichtung in anderen Spaltabschnitten zwischen Elektrodenfingern auf dem gleichen Ausbreitungsweg.

Gemäß der einzigartigen Struktur und Anordnung dieses bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ist der elektromechanische Kopplungskoeffizient stark reduziert verglichen mit dem Fall, bei dem die Polarisationsrichtung von allen Spaltabschnitten bei dem Interdigitalwandler gleich ist. Folglich ist ein Frequenzabstand zwi schen einer Resonanzfrequenz und einer Antiresonanzfrequenz stark verschmälert, wobei die Steilheit in der Nähe des Durchlaßbands stark erhöht ist, wenn eine Verwendung als ein Oberflächenwellenfilter vorgesehen ist.

Bei dem Oberflächenwellenbauelement können die Elektrodenfinger des zumindest einen Interdigitalwandlers entnommen sein, so daß der elektromechanische Kopplungskoeffizient durch das Entnehmen reduziert ist. In diesem Fall kann der Abstand zwischen einer Resonanzfrequenz und einer Antiresonanzfrequenz viel stärker reduziert werden, wobei bei einer Verwendung als ein Oberflächenwellenfilter die Steilheit der Filtercharakteristika in der Nähe des Durchlaßbands viel stärker erhöht werden kann.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Oberflächenwellenfilter vorzugsweise ein piezoelektrisches Substrat und eine Mehrzahl von Ein-Tor-Oberflächenwellenelementen, die jeweils einen Interdigitalwandler aufweisen, der auf dem piezoelektrischen Substrat angeordnet ist. Die Mehrzahl von Ein-Tor-Oberflächenwellenelementen ist eine Schaltung eines Leitertyps die zumindest einen Parallel-Arm-Resonator und zumindest einen Reihe-Arm-Resonator aufweist. Die Polarisationsrichtung in zumindest einem Spaltabschnitt zwischen Elektrodenfingern in dem Interdigitalwandler von einem der Ein-Tor-Oberflächenwellenelemente unterscheidet sich von der Polarisationsrichtung in anderen Spaltabschnitten zwischen den Elektrodenfingern.

Gemäß einem noch weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Oberflächenwellenresonatorfilter ein piezoelektrisches Substrat und eine Mehrzahl von Interdigitalwandlern, die auf dem piezoelektrischen Substrat vorgesehen sind. Bei dem Interdigitalwandler eines der Ein-Tor-Oberflächenwellenelemente, unterscheidet sich die Polarisationsrichtung in zumindest einem Spaltabschnitt zwischen Elektrodenfingern von der Polarisations richtung in anderen Spaltabschnitten zwischen den Elektrodenfingern.

Gemäß dieser einzigartigen Strukturen und Anordnungen ist bei dem zumindest einen Oberflächenwellenelement der Frequenzabstand zwischen einer Resonanzfrequenz und einer Antiresonanzfrequenz verschmälert. Folglich ist die Steilheit in der Nähe des Durchlaßbands des Oberflächenwellenfilters stark erhöht.

Wenn sich beispielsweise bei einem Parallel-Arm-Resonator die Polarisationsrichtung in zumindest einem Spaltabschnitt von der Polarisationsrichtung in einem anderen Spaltabschnitt unterscheidet, wie es oben beschrieben wurde, nimmt die Resonanzfrequenz in dem Parallel-Arm-Resonator und die Steilheit der Filtercharakteristik auf der Seite einer tieferen Frequenz des Durchlaßbands zu. Wenn sich die Polarisationsrichtung in den Spaltabschnitten voneinander unterscheidet, ist bei einem Reihe-Arm-Resonator die Steilheit auf der Seite einer höheren Frequenz des Durchlaßbands eines Oberflächenwellenfilters stark erhöht, wie es oben beschrieben wurde.

Bei den Filtern kann ein Abschnitt der Elektrodenfinger des zumindest einen Interdigitalwandlers entnommen sein. Alternativ kann sich bei zumindest einem der Interdigitalwandler die Ausbreitungsrichtung einer Oberflächenwelle von der Ausbreitungsrichtung anderer Interdigitalwandler unterscheiden.

In diesem Fall ist der elektromechanische Kopplungskoeffizient des Oberflächenwellenbauelements durch den Ausdünnungsprozeß wesentlich erniedrigt, wodurch die Steilheit der Filtercharakteristika wirksamer erhöht werden kann.

Das Verfahren zum Herstellen eines Oberflächenwellenbauelements, das zumindest ein piezoelektrisches Substrat und zumindest einen Interdigitalwandler umfaßt, der auf dem Sub strat vorgesehen ist, wobei derselbe eine Mehrzahl von Elektrodenfingern aufweist, umfaßt bevorzugt die Schritte eines Bildens mindestens eines der Interdigitalwandler auf dem piezoelektrischen Substrat und ein Anlegen einer Gleichspannung, so daß an dem zumindest einen Interdigitalwandler eine elektrische Feldstärke von etwa 50 V/μm oder mehr anliegt. Für den Fall kann eine Frequenzeinstellung ferner durch ein Anlegen der Gleichspannung durchgeführt werden.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine Draufsicht, die den Aufbau von Elektroden in einem Ein-Tor-Oberflächenwellenresonator zeigt, der bei einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eingebaut ist;

2 eine schematische Draufsicht, um die Polarisationsrichtung in dem Spalt zwischen Elektrodenfingern darzustellen, wenn bei einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Gleichspannung an einem Interdigitalwandler anliegt;

3 das Verhältnis zwischen einer elektrischen Feldstärke und einem elektromechanischen Kopplungskoeffizienten, wenn eine Gleichspannung an einen Interdigitalwandler anliegt ist;

4 einen Interdigitalwandler, bei dem Elektrodenfinger entnommen sind;

5 einen Oberflächenwellenfilter, bei dem sich die Ausbreitungsrichtung von einigen Resonatoren von anderen unterscheidet;

6 eine Draufsicht eines Oberflächenwellenfilters des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;

7 eine typische vergrößerte Draufsicht, die den Aufbau von Elektroden bei einem Interdigitalwandler eines Parallel-Arm-Resonators zeigt, der bei dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird;

8 eine Draufsicht, um den Zustand darzustellen, bei dem ein Oberflächenwellenfilterelement des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels in einem Gehäuse befestigt ist;

9 die Impedanzfrequenzcharakteristik (durchgezogene Linie), bevor bei einem Oberflächerwellenfilter des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung eine Gleichspannung angelegt wird, und die Impedanzfrequenzcharakteristik (gestrichelte Linie), nachdem eine Gleichspannung an den Parallel-Arm-Resonator angelegt wurde;

10 die Dämpfungswert-Frequenz-Charakteristik (gestrichelte Linie) eines Oberflächenwellenbauelements des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels und die Dämpfungswert-Frequenz-Charakteristik (durchgezogene Linie) eines Oberflächenwellenfilters, der auf die gleiche Art und Weise, außer dass keine Gleichspannung angelegt wurde, aufgebaut ist, wobei derselbe für einen Vergleich vorbereitet wurde;

11 eine Draufsicht, um ein Oberflächenwellenfilter gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darzustellen;

12 eine typische vergrößerte Draufsicht, um das Verfahren zum Anlegen einer Gleichspannung an einen Reihe-Arm-Resonator bei dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darzustellen;

13 die Dämpfungswert-Frequenz-Charakteristik (gestrichelte Linie) eines Oberflächenwellenfilters des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels und die Dämpfungswert-Frequenz-Charakteristik (durchgezogene Linie) eines Oberflächenwellenbauelements, das auf die gleiche Art und Weise, außer daß keine Gleichspannung an einen Reihe-Arm-Resonator angelegt wurde, aufgebaut ist, wobei derselbe für einen Vergleich vorbereitet wurde;

14 einen schematischen Aufbau, der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Antennenduplexers zeigt, der durch eine Verwendung eines Oberflächenwellenfilters gemäß weiterer bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist;

15 ein schematisches Blockdiagramm einer Kommunikationsvorrichtung, die unter Verwendung eines Antennenduplexers gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist;

16 die Impedanzfrequenzcharakteristik eines Resonators bei einem herkömmlichen Oberflächenwellenfilter; und

17 die Dämpfungsfrequenzcharakteristik eines Oberflächenwellenfilters eines herkömmlichen Aufbaus einer Schaltung eines Leiter-Typs.

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung entdeckten, daß, wenn eine Gleichspannung über ein Paar von kammförmigen Elektroden, die einen Interdigitalwandler bilden, angelegt wird, so daß eine elektrische Feldstärke von etwa 50 V/μm oder mehr zwischen denselben anliegt, der elektromechanische Kopplungskoeffizient wesentlich verändert werden kann. Gemäß diesem Verfahren kann ein Oberflächenwellenfilter, das eine kleine Größe aufweist, realisiert werden, ohne zuzulassen, daß sich der Verlust erhöht. Dieses Prinzip ist unter Bezugnahme auf die 1 und 2 dargestellt.
1 zeigt eine Basisstruktur eines Oberflächenwellenresonators 1, der bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Der Oberflächenwellenresonator 1 umfaßt vorzugsweise einen Interdigitalwandler 2 und ein Paar von Reflektoren 3, die auf einem piezoelektrischen Substrat 5 angeordnet sind. Das Paar von Reflektoren ist auf beiden Seiten des Interdigitalwandlers 2 angeordnet. Das Paar von Reflektoren 3 kann abhängig von den erforderlichen Resonatorcharakteristika weggelassen werden. Der Interdigitalwandler umfaßt eine Mehrzahl von Elektrodenfingern 6. Die Mehrzahl von Elektrodenfingern 6 sind abwechselnd mit Sammelschienen (bus bars) 7a und 7b verbunden, wodurch jeweils kammförmige Elektroden 2A und 2B gebildet sind, die zueinander interdigital angeordnet sind. Anschlußflächen 4a und 4b sind mit den Sammelschienen 7a und 7b verbunden.
Wenn bei dem oben beschriebenen Oberflächenwellenresonator 1 zwischen den Elektrodenflächen 4a und 4b eine Gleichspannung anliegt, indem Prüfköpfe in eine Berührung mit den Elektrodenflächen 4a und 4b gebracht werden, liegt an den Spalten zwischen Elektrodenfingern 6 des Interdigitalwandlers 2 eine Gleichspannung an, wodurch sich die Polarisationsrichtung des Substrats bei den Spaltbereichen verändert, wie es in 2 gezeigt ist.
In dem Fall, bei dem das Substrat 5 ein X-Ausbreitungs-Substrat mit einem 36°-Y-Schnitt aus LiTaO₃ ist, ist eine Komponente der Polarisationsrichtung auf der Oberfläche des Substrats im wesentlichen senkrecht zu der Ausbreitungsrichtung einer Oberflächenwelle und im wesentlichen parallel zu der Ausdehnungsrichtung der Elektrodenfinger 6, wie es durch einen Pfeil P₀ angezeigt ist. Die Polarisationsrichtung ist über das gesamte X-Ausbreitungs-Substrat 5 mit einem 36°-Y-Schnitt aus LiTaO₃ gleich.
Wenn, nachdem der Interdigitalwandler 2 auf dem Substrat 5 gebildet wurde, zwischen den kammförmigen Elektroden 2A und 2B eine hohe elektrische Feldstärke von etwa 50 V/μm oder mehr anliegt, ändert sich die Polarisationsrichtung bei den Spaltbereichen zwischen den Elektrodenfingern 6, derart, daß die Polarisationsrichtung bei den Spaltbereichen zwischen Elektrodenfingern 6 abwechselnd von der ursprünglichen Polarisationsrichtung P₀ abweichen, wie es durch Pfeile P₁ und P₂ angezeigt ist. Das heißt, daß sich die Polarisationsrichtung des piezoelektrischen Substrats 5 in den Spaltbereichen zwischen Elektrodenfingern 6 von derjenigen in dem Bereich unterscheiden, bei dem der Interdigitalwandler 2 nicht vorgesehen ist. Wenn die Polarisationsrichtung auf eine solche Art und Weise abweicht, daß sich die piezoelektrische Konstante und die elastische Konstante verändern, ändert sich auch der elektromechanische Kopplungskoeffizient.
Die Beziehung zwischen der elektrischen Feldstärke, die an einen Interdigitalwandler angelegt ist, und dem elektromechanischen Kopplungskoeffizient ist in 3 gezeigt.
Die elektrische Feldstärke ist in der angelegten Spannung/Spaltlänge des Interdigitalwandlers gezeigt. Wie es in 3 klar zu sehen ist, verändert sich der elektromechanische Kopplungskoeffizient kaum, wenn die elektrische Feldstärke etwa 50 V/μm oder weniger beträgt. Folglich ist es verständlich, daß die elektrische Feldstärke von etwa 50 V/μm oder mehr erforderlich ist, um den elektromechanischen Kopplungskoeffizienten zu steuern.
Ferner ist die elektrische Feldstärke von etwa 300 V/μm oder mehr zu hoch, wobei die Möglichkeit existiert, daß der Interdigitalwandler durchschlagen kann. Daher ist es in der Praxis wünschenswert, die elektrische Feldstärke auf etwa 300 V/μm oder weniger einzustellen, wobei jedoch die obere Grenze nicht bestimmt definiert ist, da sich die Wahrscheinlichkeit eines Durchschlags aufgrund des Aufbaus der Interdigitalwandler und des Isolationswiderstands verändert.
Es sei bemerkt, daß die japanische ungeprüfte Patentanmeldung Nr. 5-75378 offenbart, daß, wenn ein piezoelektrisches Substrat, wie beispielsweise Quarz oder ein anderes geeignetes Material, verwendet wird, durch ein Anlegen einer Gleichspannung an einen Interdigitalwandler eine Störung bzw. Verzerrung in dem piezoelektrischen Substrat verursacht wird, wobei sich die piezoelektrische Konstante und andere Charakteristika verändern. Bei diesem beschriebenen bekannten Verfahren kehrt die piezoelektrische Konstante jedoch auf den ursprünglichen Wert zurück, wenn das Anlegen einer Gleichspannung beendet wird. Bei dieser bekannten Druckschrift ist durch das Verwenden der Veränderung einer Gleichspannung durch diese Wirkung ein Oszillator eines spannungsgesteuerten Typs aufgebaut.
Andererseits verändert sich in dem Fall eines Substrats aus LiTaO₃ die Polarisationsrichtung durch ein Anlegen einer Spannung, wie es obig beschrieben ist, wobei sich die Eigenschaften selbst ändern und nicht auf den ursprünglichen Wert zurückkehren. Das heißt; daß, sobald ein großes Gleichspannungsfeld anliegt, wie es oben beschrieben ist, die veränderten Eigenschaften des Materials verbleiben wie sie sind, selbst wenn das Anlegen der Spannung beendet wurde. Folglich kann durch ein Anlegen einer vorbestimmten Spannung die Konstante eines piezoelektrischen Substratmaterials frei verändert werden, wobei es folglich möglich ist, die Steilheit der Filtercharakteristika zu erhöhen und die Bandbreite zu steuern.
Wenn eine angelegte Spannung zu hoch ist, kann ein Interdigitalwandler selbst durchschlagen, wobei es folglich schwierig ist, den elektromechanischen Kopplungskoeffizienten über eine bestimmte Begrenzung hinaus zu reduzieren, wie es oben beschrieben wurde. In diesem Fall kann eine viel vorteilhaftere Wirkung erhalten werden, indem der elektromagnetische Kopplungskoeffizient durch andere Verfahren, wie beispielsweise ein Verfahren einer Entnahme von Gewicht (method of withdrawal weighting), ein Verfahren, bei dem die Ausbreitungsrichtung einer Oberflächenwelle unterschiedlich gemacht wird, oder andere geeignete Verfahren, auf ein bestimmtes Ausmaß reduziert wird.
Spezifischer ist in 4 ein Beispiel eines Interdigitalwandlers 101 gezeigt, bei dem ein Verfahren einer Entnahme von Gewicht (Weglasswichtung) angewendet wird. Der Interdigitalwandler 101 umfaßt eine Mehrzahl von Elektrodenfingern 102, die, mit der Ausnahme der Elektrodenfinger 102a und 102b, abwechselnd mit Sammelschienen 103a und 103b von einem Paar von kammförmigen Elektroden 104a und 104b verbunden sind. Die Elektrodenfinger 102a und 102b, die normalerweise mit der Sammelschiene 103b verbunden sein sollen, sind jedoch von der Sammelschiene 103 elektrisch gelöst, wodurch die Elektrodenfinger 102a und 102b entnommen sind. Die Elektrodenfinger 102a und 102b sind mit der Sammelschiene 103a als Scheinelektroden (Dummy-Elektroden) verbunden, wobei dies nicht notwendig ist. Durch das Verfahren einer Entnahme von Gewicht weist ein Oberflächenwellenresonator, der den Interdigitalwandler 101 umfaßt, einen kleineren elektromechanischen Kopplungskoeffizienten auf.
5 zeigt ein Beispiel eines Verfahrens, bei dem die Ausbreitungsrichtung einer Oberflächenwelle unterschiedlich gemacht wird. Ein Oberflächenwellenfilter 110 umfaßt auf einem piezoelektrischen Substrat 113 Reihe-Arm-Resonatoren 111a und 111b und Parallel-Arm-Resonatoren 112a und 112b. Die Reihe-Arm-Resonatoren 111a und 111b sind auf dem piezoelektrischen Substrat derart angeordnet, daß eine Richtung, in die sich die Oberflächenwelle ausbreitet, im wesentlichen parallel mit der x-Richtung ausgerichtet ist, wie es in 5 gezeigt ist. Andererseits sind die Parallel-Arm-Resonatoren 112a und 112b auf dem piezoelektrischen Substrat derart angeordnet, daß eine Richtung, in die sich die Oberflächenwelle ausbreitet, die x-Richtung schneidet. Folglich unterscheiden sich die elektromechanischen Kopplungskoeffizienten der Parallel-Arm-Resonatoren 112a und 112b von denjenigen der Reihe-Arm-Resonatoren 111a und 111b.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung hierin nachfolgend detaillierter beschrieben.
6 stellt eine typische Draufsicht dar, die ein Oberflächenwellenfilter als ein Oberflächenwellenbauelement gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Bei dem Oberflächenwellenbauelement des momentan bevorzugten Ausführungsbeispiels sind auf einem X-Ausbreitungs-Substrat 10 mit einem 36°-Y-Schnitt aus LiTaO₃ zwei Reihe-Arm-Resonatoren 11a und 11b, zwei Parallel-Arm-Resonatoren 12a und 12b, Verdrahtungselektroden 13a und 13b und Elektrodenanschlußflächen 14a bis 14e durch eine Photolithographie und ein Ätzen oder andere geeignete Prozesse gebildet. Als ein Elektrodenmaterial zum Bilden dieser Elemente wird vorzugsweise Aluminium verwendet, wobei jedoch dieselben unter Verwendung eines geeigneten Metalls aufgebaut sein können.
Jeder der obigen Reihe-Arm-Resonatoren 11a und 11b und Parallel-Arm-Resonatoren 12a und 12b stellt bevorzugt einen Ein-Tor-Oberflächenwellenresonator dar, bei dem an beiden Seiten in der Oberflächenwellenausbreitungsrichtung eines Interdigitalwandlers Reflektoren angeordnet sind. Ferner ist die Verdrahtungselektrode 13a mit der Elektrodenanschlußfläche 14a, dem Reihe-Arm-Resonator 11a und dem Parallel-Arm-Resonator 12a verbunden. Der Endabschnitt des Parallel-Arm-Resonators 12a, der der Seite gegenüber liegt, die mit der Verdrahtungselektrode 13a elektrisch verbunden ist, ist mit der Elektrodenanschlußfläche 14d verbunden. Ferner ist die Verdrahtungselektrode 13b mit dem Endabschnitt des Reihe-Arm-Resonators 11a, der der Seite gegenüber liegt, die mit der Verdrahtungselektrode 13a verbunden ist, dem Reihe-Arm-Resonator 14c, dem Parallel-Arm-Resonator 12b und der Elektrodenanschlußfläche 14b verbunden.
Der Endabschnitt des Reihe-Arm-Resonators 11b, der der Seite gegenüber liegt, die mit der Verdrahtungselektrode 13b verbunden ist, ist mit der Elektrodenanschlußfläche 14c verbunden. Auf die gleiche Art und Weise ist der Endabschnitt des Parallel-Arm-Resonators 12b, der der Seite gegenüber liegt, die mit der Verdrahtungselektrode 13b verbunden ist, mit der Elektrodenanschlußfläche 14e verbunden.
Bei dem Interdigitalwandler des Reihe-Arm-Resonators 11a beträgt die Kreuzbreite etwa 40 μm, eine Anzahl von Paaren von Elektrodenfingern beträgt 90, eine Anzahl von Elektrodenfingern bei dem Reflektor beträgt 100, und ein Abstand der Elektrodenfinger bei dem Interdigitalwandler und der Elektrodenfinger des Reflektors beträgt etwa 2,05 μm (die Wellenlänge der Oberflächenwelle beträgt etwa 4,1 μm).
Die Kreuzbreite der Elektrodenfinger des Interdigitalwandlers des Reihe-Arm-Resonators 11b beträgt etwa 80 μm, eine Anzahl von Paaren von Elektrodenfingern beträgt etwa 90, eine Anzahl von Elektrodenfingern bei dem Reflektor beträgt 100, und ein Abstand der Elektrodenfinger bei dem Interdigitalwandler und der Elektrodenfinger der Reflektoren beträgt etwa 2,05 μm (die Wellenlänge der Oberflächenwelle beträgt etwa 4,1 μm).
Die Kreuzbreite des Interdigitalwandlers des Parallel-Arm-Resonators 12a beträgt etwa 80 μm, eine Anzahl von Paaren von Elektrodenfingern beträgt 60, eine Anzahl von Elektrodenfingern eines Reflektors beträgt 100, und ein Abstand der Elektrodenfinger bei dem Interdigitalwandler und den Reflektoren beträgt etwa 2,15 μm (die Wellenlänge der Oberflächenwelle beträgt etwa 4,3 μm).
Die Kreuzbreite des Interdigitalwandlers des Parallel-Arm-Resonators 12b beträgt etwa 120 μm, eine Anzahl von Paaren von Elektrodenfingern beträgt 90, eine Anzahl von Elektrodenfingern von einem Reflektor beträgt 100, und ein Abstand der Elektrodenfinger bei dem Interdigitalwandler und den Reflektoren beträgt etwa 2,15 μm (die Wellenlänge der Oberflächenwelle beträgt etwa 4,3 μm).
Ferner sind in 4 die Resonatoren schematisch dargestellt, wobei anzumerken ist, daß eine Anzahl von Paaren von Elektrodenfingern und sich das Verhältnis zwischen den Kreuzbreiten tatsächlich von den Zeichnungen unterscheidet.
Nachdem jede der obigen Elektroden gebildet wurde, wird zwischen den Elektrodenanschlußflächen 14a und 14d und zwi schen den Elektrodenanschlußflächen 14b und 14e eine Gleichspannung von etwa 180 V angelegt, wodurch eine Spannung an beiden Parallel-Arm-Resonatoren 12a und 12b anliegt. In 7 ist das Verfahren, bei dem eine Gleichspannung an den Interdigitalwandler des Parallel-Arm-Resonators 12a angelegt wird, schematisch dargestellt. Ferner sind in 5 die Reflektoren weggelassen.
Die Breite E der Elektrodenfinger beträgt etwa 1,15 μm, während die Spaltbreite F zwischen benachbarten Elektrodenfingern etwa 1,00 μm betragen. Ferner ist die Spaltbreite als die Abmessung des Spalts entlang der Ausbreitungsrichtung der Oberflächenwelle definiert. Folglich liegt zwischen benachbarten Elektrodenfingern eine elektrische Feldstärke von etwa 180 V/μm an. Wenn ferner die obige Spannung anliegt, kann die Spannung allmählich von einer Spannung erhöht werden, bei der der Abschnitt des Interdigitalwandlers nicht durchschlägt, wobei die elektrische Feldstärke beispielsweise von etwa 50 V/μm allmählich erhöht werden kann.
Danach wird das obige piezoelektrische Substrat 10 in einem Keramikgehäuse 20, das in 8 gezeigt ist, befestigt. Das Keramikgehäuse 20 weist in der Mitte einen hohlen Abschnitt 21 auf, wobei das obig beschriebene Oberflächenwellenfilterelement an dem hohlen Abschnitt befestigt wird. Um einen hohlen Abschnitt 21 ist ein Paar von vorstehenden Abschnitten vorgesehen, wobei auf der oberen Oberfläche der vorstehenden Abschnitte Elektrodenanschlußflächen 21a, 21b, 22a und 22b vorgesehen sind.
Die Elektrodenanschlußfläche 21a und die Elektrodenanschlußfläche 14a des Oberflächenwellenfilterelements sind über einen verbundenen bzw. gebondeten Draht 23a elektrisch verbunden. Ferner ist die Elektrodenanschlußfläche 21b über einen verbundenen Draht 23b mit der Elektrodenanschlußfläche 14e des Oberflächenwellenfilterelements elektrisch verbunden. Ferner ist die Elektrodenanschlußfläche 22a über einen verbundenen Draht 23c mit der Elektrodenanschlußfläche 14d des Oberflächenwellenfilterelements elektrisch verbunden. Darüberhinaus ist die Elektrodenanschlußfläche 22b über einen verbundenen Draht 23d mit der Elektrodenanschlußfläche 14c des Oberflächenwellenfilterelements elektrisch verbunden.
Bei dem obig beschriebenen Keramikgehäuse bilden die Elektrodenanschlußflächen 21a und 22b heiße Anschlüsse, während die Elektrodenanschlußflächen 21b und 22a Masseanschlüsse bilden.
Durch ein Verbinden eines plattenartigen Materials zum Abdecken des hohlen Abschnitts des Keramikgehäuses 20 ist ein Oberflächenwellenfilterbauelement hergestellt, das ein Oberflächenwellenfilterelement umfaßt.
Bei dem momentan bevorzugten Ausführungsbeispiel wird, bevor das Oberflächenwellenfilterelement in dem Keramikgehäuse 20 befestigt wird, eine Gleichspannung von etwa 180 V an den Parallel-Arm-Resonator 12a angelegt, wie es oben beschrieben wurde, wobei der elektromechanische Kopplungskoeffizient des Parallel-Arm-Resonators 12a durch das Anlegen der Spannung wesentlich erniedrigt werden kann, wodurch sich der Abstand zwischen einer Resonanzfrequenz und einer Antiresonanzfrequenz verschmälert. Dies ist unter Bezugnahme auf die 7 und 8 beschrieben.
9 zeigt die Impedanzcharakteristik von lediglich dem Parallel-Arm-Resonator 12a, der in 4 gezeigt ist, wobei die durchgezogene Linie die Charakteristik zeigt, bevor die obige Spannung anliegt, während die gestrichelte Linie die Charakteristik zeigt, nachdem die Spannung angelegt wurde.
Wie es klar zu sehen ist, wenn die Charakteristika der durchgezogenen Linie und der gestrichelten Linie verglichen werden, nimmt die Resonanzfrequenz durch das Anlegen der Gleichspannung zu, obwohl sich die Position der Antiresonanzfrequenz nicht verschiebt, wobei es verständlich ist, daß sich aufgrund dessen der Frequenzabstand zwischen der Resonanzfrequenz und der Antiresonanzfrequenz verschmälert.
Ferner ist die Frequenzcharakteristik des Dämpfungswerts des Oberflächenwellenfilterbauelements, das wie oben beschrieben aufgebaut ist, in 10 durch eine gestrichelte Linie gezeigt. Darüberhinaus ist die Frequenzcharakteristik des Dämpfungswerts des Oberflächenwellenfilterbauelements, das auf die gleiche Art und Weise, außer daß die obige Gleichspannung nicht angelegt wurde, aufgebaut ist, in 10 durch eine durchgezogene Linie gezeigt. Ferner stellen die gestrichelte Linie I und die durchgezogene Linie J in 10 Linien dar, bei denen die Charakteristika, die durch die gestrichelte Linie G und die durchgezogene Linie H gezeigt sind, jeweils vergrößert sind.
Wie es klar zu sehen ist, wenn die Charakteristika, die durch die durchgezogene und gestrichelte Linie in 8 gezeigt sind, verglichen werden, ist es, da eine Gleichspannung an den Parallel-Arm-Resonator angelegt ist und die Resonanzfrequenz des Parallel-Arm-Resonators 12a als ein Ergebnis der Abnahme des elektromechanischen Kopplungskoeffizienten erhöht ist, wie es obig beschrieben wurde, zu verstehen, daß bei der Frequenzcharakteristik des gesamten Filters die Steilheit auf der Seite einer tieferen Frequenz des Durchlaßbands stark erhöht ist. Gemäß 1 ergibt sich dies aufgrund dessen, daß zwischen Elektrodenfingern eine Spannung anliegt und sich die Spalten zwischen Elektrodenfingern in der Ausbreitungsrichtung der Oberflächenwelle voneinander unterscheiden.
Ferner wurde bei dem oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel vorzugsweise ein Substrat mit einem 36°-Y-Schnitt aus LiTaO₃ als ein piezoelektrisches Substrat verwendet, wobei, selbst wenn ein Substrat mit einem Y-Schnitt von 36° bis 46° aus LiTaO₃ verwendet wird, das einen ande ren Schnittwinkel aufweist, die gleiche Wirkung erreicht werden kann. Ferner wurden bei dem obigen bevorzugten Ausführungsbeispiel die elektrischen Verbindungen zwischen dem Keramikgehäuse und dem Oberflächenwellenfilterelement durch eine Verwendung der verbundenen Drähte hergestellt, wobei jedoch die Elektrodenanschlußflächen des Gehäuses und die Elektrodenanschlußflächen des Oberflächenwellenfilterelements durch andere elektrische Verbindungs-Elemente und -Verfahren, wie beispielsweise ein Höckerverbinden (Bump-Bonding), elektrisch verbunden werden können.
Darüber hinaus kann durch das Verwenden des Unterschieds der Charakteristika vor und nach der Anwendung einer Gleichspannung ferner die Frequenzeinstellung durchgeführt werden, wie es obig beschrieben wurde. Bevor die Spannung angelegt wird, wird in diesem Fall die elektrische Charakteristik des Oberflächenwellenfilterelements, das einer Aufbau einer Schaltung eines Leiter-Typs aufweist, gemessen, indem Prüfstifte oder andere geeignete Elemente verwendet werden. Durch ein Verändern der angelegten Spannung in dem Bereich von etwa 50 V/μm bis etwa 300 V/μm kann eine gewünschte Frequenzcharakteristik erhalten werden.
Da sich jedoch die Frequenz auf der Seite einer höheren Frequenz des Durchlaßbands nicht ändert, ist es wünschenswert, im voraus ein Durchlaßband mit einer geringeren Breite zu entwerfen.
Bei dem momentan bevorzugten Ausführungsbeispiel wurde die Gleichspannung an das Oberflächenwellenfilterelement angelegt, bevor das Element in dem Keramikgehäuse befestigt wird, jedoch kann die Gleichspannung auch an das Oberflächenwellenfilterelement angelegt werden kann, nachdem das Element in dem Keramikgehäuse befestigt wurde. Da es jedoch schwierig ist, an einen bestimmten Resonator auf dem piezoelektrischen Substrat 10 eine Spannung selektiv anzulegen, ist es wünschenswert, im voraus vorherzusagen, welche Spannung an jeden Resonator angelegt wird, und die Elektroden vorher zu entwerfen, so daß dieselben nach dem Anlagen der Spannung eine gewünschte Charakteristik erhalten.
Wenn ferner die Spannung an allen Resonatoren anliegt, fließt ein Überschußstrom durch außergewöhnliche Resonatoren, so daß dieselben zerstört werden. Folglich kann durch das Anlegen der obigen Spannung ferner ein Bereinigungseffekt erwartet werden.
11 stellt eine typische Draufsicht dar, die ein Oberflächenwellenfilter als ein Oberflächenwellenbauelement gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Bei dem Oberflächenwellenbauelement des momentan bevorzugten Ausführungsbeispiels sind auf einem X-Ausbreitungs-Substrat 30 mit einem 46°-Y-Schnitt aus LiTaO₃ zwei Reihe-Arm-Resonatoren 31a und 31b, zwei Parallel-Arm-Resonatoren 32a und 32b, Verdrahtungselektroden 13a und 13b und Elektrodenanschlußflächen 14a bis 14e vorzugsweise durch eine Photolithographie und einen Ätzvorgang gebildet. Ein Elektrodenmaterial zum Bilden dieser Elemente weist vorzugsweise Aluminium auf, wobei dieselben jedoch unter Verwendung eines geeigneten Metalls aufgebaut werden können.
Jeder der Reihe-Arm-Resonatoren 31a und 31b und Parallel-Arm-Resonatoren 32a und 32b stellt vorzugsweise einen Ein-Tor-Oberflächenwellenresonator dar, bei dem Reflektoren in der Oberflächenwellenausbreitungsrichtung an beiden Seiten eines Interdigitalwandlers angeordnet sind. Ferner ist die Verdrahtungselektrode 13a mit der Elektrodenanschlußfläche 14a, dem Reihe-Arm-Resonator 31a und dem Parallel-Arm-Resonator 32a verbunden. Der Endabschnitt des Parallel-Arm-Resonators 32a, der der Seite gegenüber liegt, die mit der Verdrahtungselektrode 13a elektrisch verbunden ist, ist mit der Elektrodenanschlußfläche 14d verbunden. Ferner ist die Verdrahtungselektrode 13b mit dem Endabschnitt des Reihe-Arm-Resonators 31a, der der Seite gegenüber liegt, die mit der Verdrahtungselektrode 13a verbunden ist, dem Reihe-Arm-Resonator 34c, dem Parallel-Arm-Resonator 32b und der Elektrodenanschlußfläche 14b verbunden.
Der Endabschnitt des Reihe-Arm-Resonators 31b, der der Seite gegenüber liegt, die mit der Verdrahtungselektrode 13b verbunden ist, ist mit der Elektrodenanschlußfläche 14c verbunden. Auf die gleiche Art und Weise ist der Endabschnitt des Parallel-Arm-Resonators 32b, der der Seite gegenüber liegt, die mit der Verdrahtungselektrode 13b verbunden ist, mit der Elektrodenanschlußfläche 14e verbunden.
Bei dem Interdigitalwandler des Reihe-Arm-Resonators 31a beträgt die Kreuzbreite etwa 20 μm, eine Anzahl von Paaren von Elektrodenfingern beträgt 90, eine Anzahl von Elektrodenfingern bei dem Reflektor beträgt 100, und ein Abstand der Elektrodenfinger bei dem Interdigitalwandler und der Elektrodenfinger des Reflektors beträgt etwa 1,04 μm (die Wellenlänge der Oberflächenwelle beträgt etwa 2,08 μm).
Die Kreuzbreite der Elektrodenfinger des Interdigitalwandlers des Reihe-Arm-Resonators 11b beträgt etwa 40 μm, eine Anzahl von Paaren von Elektrodenfingern beträgt 90, eine Anzahl von Elektrodenfingern bei den Reflektoren beträgt 100, und ein Abstand der Elektrodenfinger bei dem Interdigitalwandler und der Elektrodenfinger des Reflektors beträgt etwa 1,04 μm (die Wellenlänge der Oberflächenwelle beträgt etwa 2,08 μm).
Die Kreuzbreite der Elektrodenfinger des Interdigitalwandlers des Parallel-Arm-Resonators 12a beträgt etwa 40 μm, eine Anzahl von Paaren von Elektrodenfingern beträgt 60, eine Anzahl von Elektrodenfingern bei einem Reflektor beträgt 100 und ein Abstand der Elektrodenfinger bei dem Interdigitalwandler und der Elektrodenfinger des Reflektors beträgt etwa 1,08 μm (die Wellenlänge der Oberflächenwelle beträgt etwa 2,16 μm).
Die Kreuzbreite der Elektrodenfinger des Interdigitalwandlers des Parallel-Arm-Resonators 12b beträgt etwa 60 μm, eine Anzahl von Paaren von Elektrodenfingern beträgt 90, eine Anzahl von Elektrodenfingern bei einem Reflektor beträgt 100 und ein Abstand der Elektrodenfinger bei dem Interdigitalwandler und der Elektrodenfinger des Reflektors beträgt etwa 1,08 μm (die Wellenlänge der Oberflächenwelle beträgt etwa 2,16 μm).
In 11 ist jeder der Resonatoren schematisch dargestellt, obwohl sich die Anzahl von Paaren von Elektrodenfingern und das Verhältnis zwischen den Kreuzbreiten tatsächlich von der Zeichnung unterscheiden.
Nachdem jede der obigen Elektroden gebildet wurde, wird eine Spannung von etwa 70 V zwischen die Elektrodenanschlußflächen 14a und 14b und zwischen die Elektrodenanschlußflächen 14b und 14c angelegt, wodurch an beiden Reihe-Arm-Resonatoren 31a und 31b eine Gleichspannung von etwa 70 V anliegt. In 10 ist das Verfahren, bei dem eine Gleichspannung an den Interdigitalwandler des Reihe-Arm-Resonators 31a angelegt wird, schematisch dargestellt. Ferner sind in 12 die Reflektoren weggelassen.
Die Breite E der Elektrodenfinger beträgt etwa 0,54 μm, während die Spaltbreite F zwischen benachbarten Fingern etwa 0,5 μm beträgt. Ferner ist die Spaltbreite als die Abmessung des Spalts entlang der Ausbreitungsrichtung einer Oberflächenwelle definiert. Daher liegt zwischen benachbarten Elektrodenfingern eine elektrische Feldstärke von etwa 140 V/μm an. Wenn die obige Spannung anliegt, kann die Spannung allmählich von einer Spannung, bei der der Abschnitt des Interdigitalwandlers nicht durchschlägt, erhöht werden.
Nachdem der obige piezoelektrische Resonator 30 in einem Keramikgehäuse 20, das in 6 gezeigt ist, befestigt ist, werden die Elektrodenanschlußflächen 21a, 21b, 22a und 22b mit den Elektrodenanschlußflächen 14a bis 14e die gleiche Art und Weise, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, verbunden, wobei durch ein Verbinden eines plattenartigen Materials, in der Weise daß der hohle Abschnitt des obigen Keramikgehäuses 20 abgedeckt ist, ein Oberflächenwellenfilterbauelement hergestellt ist, das ein Oberflächenwellenfilterelement umfaßt.
Bei dem momentan bevorzugten Ausführungsbeispiel wird, bevor das Oberflächenwellenfilterelement in dem Keramikgehäuse 20 befestigt wird, eine Gleichspannung von etwa 70 V an die Parallel-Arm-Resonatoren angelegt, wie es oben beschrieben wurde, wobei der elektromechanische Kopplungskoeffizient des piezoelektrischen Substrats 30 durch das Anlegen der Spannung stark reduziert werden kann, wodurch sich der Abstand zwischen einer Resonanzfrequenz und einer Antiresonanzfrequenz verschmälert. Dies wird unter Bezugnahme 13 beschrieben.
Die Frequenzcharakteristik des Dämpfungswerts des Oberflächenwellenfilterbauelements, das wie oben beschrieben aufgebaut ist, ist in 13 durch eine gestrichelte Linie gezeigt. Ferner ist in 13 die Frequenzcharakteristik des Dämpfungswerts eines Oberflächenwellenfilterbauelements, das auf die gleiche Art und Weise, außer daß die obige Gleichspannung nicht angelegt wurde, aufgebaut ist, durch eine durchgezogene Linie gezeigt. Darüberhinaus stellen in 13 die gestrichelte Linie M und die durchgezogene Linie J Linien dar, bei denen die Charakteristika, die durch die gestrichelte Linie K bzw. die durchgezogene Linie L gezeigt sind, vergrößert sind.
Wie es klar zu sehen ist, wenn die durch die durchgezogene und gestrichelte Linie in 13 gezeigten Charakteristika verglichen werden, ist es, da an dem Reihe-Arm-Resonator eine Gleichspannung an liegt und die Resonanzfrequenz des Reihe-Arm-Resonators 31a erhöht ist, wie es vorhergehend beschrieben wurde, zu verstehen, daß bei der Frequenzcha rakteristik des gesamten Filters die Steilheit auf der Seite einer höheren Frequenz des Durchlaßbands zunimmt. Dies ergibt sich aufgrund dessen, daß zwischen Elektrodenfingern eine Spannung anliegt, wobei sich die Spalten zwischen Elektrodenfingern in der Ausbreitungsrichtung der Oberflächenwelle voneinander unterscheiden.
Bei dem obigen ersten und zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel wurde ein Oberflächenwellenfilterelement eines Schaltungsaufbaus eines Leiter-Typs, der Parallel-Arm-Resonatoren und Reihe-Arm-Resonatoren enthält, als ein Beispiel gegeben und beschrieben, wobei die vorliegende Erfindung jedoch ferner auf verschiedene Oberflächenwellenbauelemente, die einen Ein-Tor-Oberflächenwellenresonator verwenden, beispielsweise Resonatoren, Oberflächenwellenfilter als eine Zusammensetzung von Filtern eines Resonator-Typs und Ein-Tor-Oberflächenwellenresonatoren, Filter eines Gitter-Typs, Mehrfach-Moden-Oberflächenwellenresonatorfilter usw., angewendet werden kann, wobei durch ein gleichzeitiges Anlegen einer Gleichspannung zwischen Elektrodenfingern die Verbesserung der Steilheit und die Frequenzeinstellung von Filtercharakteristika hergestellt werden kann.
Wenn der elektromechanische Kopplungskoeffizient vor und nach dem Anlegen einer Spannung durch ein Ausdünnen eines Abschnitts des Interdigitalwandlers und durch ein Verschieben der Ausbreitungsrichtung einer Oberflächenwelle von einer X-Achse gemäß herkömmlicher Verfahren vorhergehend wesentlich reduziert ist, kann eine viel größere Wirkung der durch bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung erreichten Vorteile erhalten werden.
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Antennenduplexers, der unter Verwendung eines Oberflächenwellenfilters gemäß weiterer bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, unter Bezugnahme auf 14 beschrieben.
14 stellt ein Schaltungsdiagramm zum Beschreiben eines Antennenduplexers des momentan bevorzugten Ausführungsbeispiels dar. Bei einem Antennenduplexer 70 des momentan bevorzugten Ausführungsbeispiels wird ein Paar von Filtern eines Leiter-Typs verwendet, die die gleichen wie der in 6 gezeigte Oberflächenwellenfilter eines Leiter-Typs sind, wobei sich bei denselben die Anzahl von Stufen von derjenigen des in 6 gezeigten Leiter-Typ-Oberflächenwellenfilters unterscheidet. Das heißt, daß die Eingangsanschlüsse 62 jedes der Filter 61 eines Leiter-Typs, die gemeinsam verbunden sind, ein erstes Tor 71 bilden. Andererseits werden die Ausgangsanschlüsse 63 jedes der Filter 61 eines Leiter-Typs wie sie sind verwendet und bilden ein zweites und drittes Tor des Antennenduplexers des momentan bevorzugten Ausführungsbeispiels.
Auf diese Weise kann unter Verwendung eines Paars von Filtern eines Leiter-Typs 61 und 61 ein Antennenduplexer aufgebaut werden.
Unter Verwendung des obigen Antennenduplexers kann ferner eine Kommunikationsvorrichtung aufgebaut werden, wobei ein Beispiel einer solchen Kommunikationsvorrichtung in 15 gezeigt ist.
Bei einer Kommunikationsvorrichtung 81 des momentan bevorzugten Ausführungsbeispiels sind ein Antennenduplexer 70 und Sende- oder Empfangsschaltungen 82 und 83 vorgesehen. Ein erstes Tor 71 des Antennenduplexers 70 ist mit einer Antenne 84 verbunden, während Ausgangsanschlüsse 63, die ein zweites und drittes Tor bilden, mit den Sende- oder Empfangsschaltungen 82 und 83 verbunden sind.
Bei diesem Antennenduplexer 70 ist das Paar von Filtern eines Leiter-Typs 61 vorzugsweise derart aufgebaut, daß sich das Durchlaßband derselben voneinander unterscheidet, wobei aufgrund dessen die Antenne 84 als eine Sendeantenne und eine Empfangsantenne verwendet werden kann.

Claims

Oberflächenwellenbauelement mit folgenden Merkmalen: einem piezoelektrischen Substrat (5; 10; 30); und zumindest einem Interdigitalwandler (2; 101), der auf dem piezoelektrischen Substrat (5; 10; 30) angeordnet ist und eine Mehrzahl von Elektrodenfingern (6; 102) aufweist; wobei das piezoelektrische Substrat (5; 10; 30) derart remanent polarisiert ist, dass sich die Polarisationsrichtung des piezoelektrischen Substrats in zumindest einem Spaltabschnitt zwischen zwei Elektrodenfingern (6; 102) des Interdigitalwandlers (2; 101) von der Polarisationsrichtung in anderen Spaltabschnitten zwischen Elektrodenfingern (6; 102) auf dem gleichen Ausbreitungsweg unterscheidet.
Oberflächenwellenbauelement gemäß Anspruch 1, bei dem in einem Abschnitt des Interdigitalwandlers (101) die Elektrodenfinger (102) elektrisch nicht mit der zugehörigen Sammelschiene (103a) verbunden sind.
Oberflächenwellenbauelement gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem sich die Ausbreitungsrichtung der Oberflächenwelle bei zumindest einem der Interdigitalwandler (2; 101) von der Ausbreitungsrichtung anderer Interdigitalwandler (2; 101) unterscheidet.
Oberflächenwellenbauelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das piezoelektrische Substrat (5; 10; 30) ein Substrat aus LiTaO₃ ist.
Verwendung eines Oberflächenwellenbauelements nach einem der Ansprüche 1 bis 4 für ein Oberflächenwellenfilter mit einer Mehrzahl von Ein-Tor- Oberflächenwellenelementen, die auf dem Substrat (5; 10; 30) vorgesehen sind, wobei jedes derselben einen Interdigitalwandler (2; 101) aufweist und die Ein-Tor-Oberflächenwellenelemente eine Schaltung des Leiter-Typs bilden, die zumindest einen Parallel-Arm-Resonator (12a, 12b; 31a, 31b) und zumindest einen Reihe-Arm-Resonator (11a, 11b; 32a, 32b) aufweist.
Verwendung nach Anspruch 5 für ein Oberflächenwellenresonatorfilter.
Verwendung eines Oberflächenwellenbauelements nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder Verwendung nach Anspruch 5 oder 6 für einen Duplexer (70).
Verwendung eines Oberflächenwellenbauelements nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder Verwendung nach Anspruch 5 oder 6 für eine Kommunikationsvorrichtung (81).
Verfahren zum Herstellen eines Oberflächenwellenbauelements mit folgenden Schritten: Bereitstellen eines piezoelektrischen Substrats (5; 10; 30); Bilden mindestens eines Interdigitalwandlers (2; 101), der eine Mehrzahl von Elektrodenfingern (6; 102) aufweist, auf dem piezoelektrischen Substrat (5; 10; 30); wobei der Schritt eines Bildens mindestens eines Interdigitalwandlers (2; 101) auf dem piezoelektrischen Substrat (5; 10; 30) einen Schritt eines Anlegens einer Gleichspannung umfasst, so dass an dem zumindest einen Interdigitalwandler (2; 101) eine elektrische Feldstärke von etwa 50 V/μm oder mehr anliegt, so dass das piezoelektrische Substrat derart remanent polari siert wird, dass sich die Polarisationsrichtung des piezoelektrischen Substrats in zumindest einem Spaltabschnitt zwischen zwei Elektrodenfingern (6; 102) von der Polarisationsrichtung des piezoelektrischen Substrats in anderen Spaltabschnitten zwischen den Elektrodenfingern (6; 102) unterscheidet.
Verfahren gemäß Anspruch 9, bei dem durch das Anlegen der Gleichspannung eine Frequenzeinstellung durchgeführt wird.