DE102006041027A1

DE102006041027A1 - SAW-Bauteil und Kommunikationsterminal unter Verwendung desselben

Info

Publication number: DE102006041027A1
Application number: DE200610041027
Authority: DE
Inventors: Kazuyuki Sakiyama; Kengo Asai; Atsushi Isobe; Kunio Matsumoto; Shinichi Fujiwara
Original assignee: Hitachi Media Electronics Co Ltd
Current assignee: Hitachi Media Electronics Co Ltd
Priority date: 2005-11-30
Filing date: 2006-09-01
Publication date: 2007-05-31
Anticipated expiration: 2026-09-02
Also published as: CN100521530C; US7675387B2; JP4686342B2; US20070120623A1; CN1976223A; JP2007150931A; DE102006041027B4

Abstract

Es wird ein SAW-Bauteil angegeben, das über ein piezoelektrisches Substrat, ein mit diesem verbundenes Trägersubstrat und eine auf der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats angeordnete Kammelektrode (401, 402) zum Anregen einer akustischen Oberflächenwelle verfügt. Das piezoelektrische Substrat und das Trägermaterial bestehen aus Materialien mit verschiedenen Expansionskoeffizienten. Entweder die Kammelektrode oder das piezoelektrische Substrat ist so konfiguriert, dass die Länge der Kammelektrode in der Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwelle 40% oder mehr bis 70% oder weniger der Länge des piezoelektrischen Substrats beträgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein SAW(Surface Acoustic Wave = akustische Oberflächewelle)-Bauteil sowie ein Kommunikationsterminal unter Verwendung desselben.

Im Dokument JP-A-2005-229455 ist ein SAW-Bauteil beschrieben, das aus einem piezoelektrischen Substrat und einem Trägersubstrat mit kleinerem Expansionskoeffizienten als dem des piezoelektrischen Substrats besteht, wobei die beiden Substrate durch eine Kleberschicht miteinander verbunden sind. Bei diesem SAW-Bauteil ist das piezoelektrische Substrat 5 bis 100 μm dick, die Verbindungsfläche ist grob poliert, und das Trägersubstrat besteht aus Silicium, dessen beide Oberflächenschichten auf eine Dicke von 0,4 bis 40 μm oxidiert sind.

Gemäß diesem Dokument ist das SAW-Bauteil so konfiguriert, dass Materialien mit voneinander verschiedenen Expansionskoeffizienten für das piezoelektrische und das Trägersubstrat verwendet werden, um eine Verformung der beiden Substrate zu unterdrücken, zu der es durch Temperaturänderungen kommt, um dadurch die Frequenz-Temperatur-Charakteristik zu stabilisieren.

Jedoch offenbart das genannte Dokument nichts zur Anordnung von Kammelektroden in diesem SAW-Bauteil. Vielmehr wird nur die Struktur von Schichten des SAW-Bauteils offenbart, jedoch nichts zur Struktur der Oberflächen derselben, beispielsweise, wie Kammelektroden auf der Oberfläche angeordnet wären. Aus diesem Grund ist aus dem bekannten Dokument nichts darüber bekannt, wie eine Verformung der Substrate unterdrückt werden könnte, die durch eine Temperaturänderung abhängig von der Anordnung der Kammelektroden verursacht wird. Die Endfläche des offenbarten SAW-Bauteils ist ein freies Ende, das keine durch eine Temperaturänderung verursachte Verformung des Substrats unterdrücken kann. Selbst in einem Gebiet nahe der Endfläche unterdrückt die Kammelektrode eine Verformung weniger effektiv, so dass es nicht zur gewünschten Frequenz-Temperatur-Charakteristik kommt.

Auch ist im Dokument kein Gebiet angegeben, in dem eine Unterdrückung der Verformung des Substrats im SAW-Bauteil erzielt würde, so dass es nicht klar ist, wo die Kammelektrode angeordnet wird, und es kann auch nicht die gewünschte Frequenz-Temperatur-Charakteristik erzielt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein SAW-Bauteil mit hervorragender Temperaturstabilität sowie ein Kommunikationsterminal unter Verwendung desselben zu schaffen.

Diese Aufgabe ist durch die SAW-Bauteile gemäß den beigefügten unabhängigen Ansprüchen 1 und 11 sowie das zugehörige Kommunikationsterminal gemäß dem Anspruch 12 gelöst.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von durch Figuren veranschaulichten Ausführungsformen derselben näher erläutert.
1 ist eine Draufsicht eines SAW-Bauteils gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 ist eine Schnittansicht des SAW-Bauteils gemäß der ersten Ausführungsform;
3 ist ein Ersatzschaltbild des in der 1 dargestellten SAW-Bauteils;
4 ist ein Frequenzcharakteristikdiagramm, wie es mit dem in der 1 dargestellten SAW-Bauteil erhalten wurde;
5 ist ein Diagramm, das die Änderung einer Temperaturunterdrückungsrate als Funktion des Verhältnisses des Abstands vom Zentrum des SAW-Bauteils zum Ende des Resonators desselben zum Abstand vom Zentrum des SAW-Bauteils zu seinem Ende zeigt;
6 ist eine Draufsicht eines einen Bandpass bildenden SAW-Bauteils gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung;
7 zeigt die Frequenz-Temperatur-Charakteristik bei einer Ausführungsform der Erfindung und bei einem herkömmlichen Beispiel; und
8 ist ein schematisches Diagramm eines Mobil-Kommunikationsterminals unter Verwendung eines SAW-Bauteils gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Zunächst wird ein Hintergrund zu SAW-Bauteilen gemäß Ausführungsformen der Erfindung und insbesondere die Frequenz-Temperatur-Charakteristik von SAW-Bauteilen beschrieben.
Ein SAW-Bauteil ist mit einem piezoelektrischen Substrat, auf dem Kammelektroden angeordnet sind, und einem Trägersubstrat zum Tragen des piezoelektrischen Substrats versehen.
Im Allgemeinen ist für das piezoelektrische Substrat direkt ein einkristallines Substrat aus Lithiumtantalat bzw. Lithiumtantalit (nachfolgend mit LT abgekürzt), Lithiumniobat (nachfolgend als LN abgekürzt) oder einem Kristall als einkristallines Substrat für ein SAW-Bauteil verwendet. Insbesondere breitet sich eine akustische Oberflächenwelle auf einem einkristallinen Substrat aus LT oder LN sehr schnell aus, und beide Substrate verfügen über einen großen elektromechanischen Kopplungskoeffizienten, weswegen sie in wei ter Verbreitung als Substrate für SAW-Bauteile mit hohen Breitbandfrequenzen verwendet werden.
Jedoch variiert die Ausbreitungsgeschwindigkeit bei den Substraten abhängig von der Temperatur, oder es zeigt sich ein Verzögerungstemperaturkoeffizient (nachfolgend als TCD (Temperatur Coefficient of Delay) abgekürzt). Dies erschwert es, die Mittenfrequenz eines Filters so einzustellen, die durch den Raum zwischen den Elektroden der Kammelektrode und durch die Schallgeschwindigkeit der elastischen Welle bestimmt ist, dass sich die Mittenfrequenz nicht mit der Temperatur ändert. Insbesondere dann, wenn das Intervall zwischen der Durchlassbandfrequenz und der Sperrbandfrequenz kleiner ist, beeinflusst der Temperaturkoeffizient die Ausbreitungsgeschwindigkeit beträchtlich. Es wurden Lösungen für dieses Problem vorgeschlagen, bei denen ein Siliciumoxidfilm mit umgekehrtem Temperaturkoeffizienten auf einem piezoelektrischen Substrat hergestellt wird, auf dem eine Kammelektrode zum Senden und Empfangen einer akustischen Oberflächenwelle vorhanden ist, oder es wird ein piezoelektrisches Substrat direkt mit einem Kleber an einem Substrat aus Saphir oder Silicium (nachfolgend als Si abgekürzt), das über einen kleineren Wärmeexpansionskoeffizient verfügt, befestigt.
Jedoch besteht bei den obigen Lösungen das folgende Problem. Bei der einen Lösung, bei der ein Siliciumoxidfilm mit umgekehrtem Temperaturkoeffizienten auf einem piezoelektrischen Substrat ausgebildet wird, auf dem eine Kammelektrode vorhanden ist, ist es sehr schwierig, die Dicke des herzustellenden Films zu kontrollieren. Dies, da ein übermäßig dicker Film dazu führt, dass sich die gesamte Frequenzcharakteristik zu niedrigen Frequenzen verschiebt, wohingegen ein übermäßig dünner Film dazu führt, dass sich die Frequenzcharakteristik zu höheren Frequenzen verschiebt, so dass eine Variation der Filmdicke direkt zu einer Frequenzvariation führt. Darüber hinaus sind teure Anlagen er forderlich, um die Genauigkeit der Dicke des herzustellenden Films zu verbessern.
Die andere Lösung, bei der ein piezoelektrisches Substrat direkt mit einem Substrat mit kleinerem Wärmeexpansionskoeffizienten verbunden wird, benötigt sehr hohe Ebenheit der beiden zu verbindenden Substratoberflächen sowie sehr hohe Reinheit der beiden zu verbindenden Flächen sowie ein vollständiges Entfernen von Blasen zwischen den Substraten. Auch dazu werden teure Anlagen benötigt.
Obwohl die eingangs genannten Probleme durch entsprechendes Konzipieren der Schichtkonstruktion eines SAW-Bauteils gelöst werden können, kann kein Effekt eines Unterdrückens einer Verformung der Substrate hervorgerufen durch eine Temperaturänderung abhängig von der Anordnung der Kammelektroden erzielt werden, so dass nicht die gewünschte Frequenz-Temperatur-Charakteristik erreicht wird. Es wurde nicht offenbart, dass bei einem SAW-Bauteil ein Gebiet vorhanden wäre, in dem ein Unterdrückungseffekt hinsichtlich eines Substrats erzielt würde, so dass es nicht klar ist, wo diesbezüglich die Kammelektrode angeordnet werden sollte, und es ist auch nichts angegeben, wie eine gewünschte Frequenz-Temperatur-Charakteristik erzielt werden könnte.
Wie oben beschrieben, muss die Oberflächenstruktur berücksichtigt werden, d. h., wie die Kammelektroden angeordnet werden, und es muss auch die Schichtstruktur des SAW-Bauteils zum Erzielen der gewünschten Frequenz-Temperatur-Charakteristik berücksichtigt werden.
Nun wird die erste Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die 1, die eine Draufsicht ist, und die 2, die eine Schnittansicht entlang der Linie X-X in der 1 ist, beschrieben. In diesen Figuren kennzeichnet die Bezugszahl 100 ein LT-Substrat als einkristallines piezoelektrisches Substrat, 101 eine Verbindungsfläche, 102 eine Oberfläche des LT-Substrats, 200 einen Kleber, 300 ein Si-Substrat als einkristallines Trägersubstrat zum Halten des piezoelektrischen Substrats, 400 eine Kammelektrode (nachfolgend als IDT-Elektrode abgekürzt), 401 einen seriellen Resonator aus der IDT-Elektrode, 402 einen Nebenschlussresonator, 501 einen Eingangsanschluss zum Eingeben eines Signals in den seriellen Resonator 401, 502 einen Ausgangsanschluss zum Ausgeben eines Signals aus dem Nebenschlussresonator 402, und 600 die Ausbreitungsrichtung einer akustischen Oberflächenwelle.
Wie es in der 1 dargestellt ist, sind der serielle und der Nebenschlussresonator 401 und 402 aus der IDT-Elektrode 400 aufgebaut und auf der Oberfläche 102 des LT-Substrats angeordnet. Ein Signal wird in den Eingangsanschluss 501 eingegeben, und ein durch den seriellen und den Nebenschlussresonator gefiltertes Signal wird am Ausgangsanschluss 502 ausgegeben. Dabei wird die akustische Oberflächenwelle 600 orthogonal zur IDT-Elektrode angeregt, und sie breitet sich so aus, wie es in der Figur dargestellt ist.
Wie es in der 2 dargestellt ist, ist die Verbindungsfläche 100 des LT-Substrats 100 durch den Kleber 200 mit dem Si-Substrat 300 verbunden. Die Oberfläche 102 des LT-Substrats ist eine sogenannte "spiegelglatt polierte" Fläche, d. h. mit 0,1 nm < Ra < 0,5 nm, wobei Ra der Rauigkeitsindex der Verbindungsfläche ist. Darauf ist eine winzige Kammelektrode 400 zum Senden und Empfangen einer akustischen Oberflächenwelle ausgebildet.
Nachfolgend wird ein Unterschied betreffend die Konfiguration der Schichtstruktur zwischen der vorliegenden Ausführungsform und gemäß dem eingangs genannten Dokument JP-A-2005-229455 beschrieben. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist als Kleber für die Verbindung ein durch UV-Strahlung härtender Epoxikleber verwendet, wohingegen beim SAW-Bauteil gemäß dem genannten Doku ment ein Acrylkleber verwendet ist, der durch Licht härtbar ist. Bei der Ausführungsform ist ein Epoxikleber verwendet, da sein Young-Modul eine kleinere Änderung bei Temperaturänderungen zeigt.
Bei der Ausführungsform ist die Verbindungsfläche des einkristallinen, piezoelektrischen Substrats spiegelglatt poliert, während beim SAW-Bauteil gemäß dem oben genannten Dokument diese Fläche eine Rauigkeit im Bereich von 0,05 μm < Ra < 0,3 μm aufweist, wobei Ra die Rauigkeit wiedergibt. Die spiegelglatt polierte Fläche wird bei der Ausführungsform verwendet, da sich das verbundene Substrat weniger verbiegt, wenn die Verbindungsfläche spiegelglatt poliert ist, die der Fläche des einkristallinen piezoelektrischen Substrats zugewandt ist, auf der die IDT-Elektrode ausgebildet ist, die ebenfalls spiegelglatt poliert ist.
Während bei der vorliegenden Ausführungsform ein Si-Substrat mit hohem spezifischem Widerstand von 100 Ωcm oder höher als Grundsubstrat verwendet ist, ist beim SAW-Bauteil gemäß dem genannten Dokument ein Si-Substrat verwendet, dessen gesamte Oberflächenschicht mit einer Dicke von 0,1 μm bis 90 μm oxidiert ist. Bei der Ausführungsform ist das genannte Substrat verwendet, da ein Si-Substrat mit hohem spezifischem Widerstand leichter verfügbar ist.
Während bei der vorliegenden Ausführungsform ein LT-Substrat mit einer Orientierung von 30° bis 45° eines Y-Schnitts oder eines LN-Substrats mit einer Orientierung von 40° bis 65° des Y-Schnitts als einkristallines, piezoelektrisches Substrat verwendet ist, sind bei den im genannten Dokument beschriebenen SAW-Bauteilen lediglich Substrate aus LT oder LN verwendet. Die genannten Substrate bei der vorliegenden Ausführungsform sorgen für akustische Oberflächenwellen mit höherer Ausbreitungsgeschwindigkeit, und es ergibt sich ein größerer elektromechani scher Kopplungskoeffizient im bei der Ausführungsform spezifizierten Bereich.
Nachfolgend wird ein Unterschied hinsichtlich der Oberflächenstruktur zwischen der vorliegenden Ausführungsform und einem SAW-Bauteil gemäß dem genannten Dokument unter Verwendung der 1 beschrieben. In der 1 kennzeichnet das Bezugszeichen A den Abstand zwischen dem Zentrum des SAW-Bauteils und seinem Ende, und das Bezugszeichen B kennzeichnet den Abstand zwischen dem Zentrum des SAW-Bauteils und dem Ende des Resonators desselben. Die beiden Abstände A und B liegen in derselben Richtung, in der sich die akustische Oberflächenwelle ausbreitet. In der 1 ist der Unterdrückungseffekt betreffend den Wärmeexpansionskoeffizienten des LT-Substrats durch das Si-Substrat um so schwächer, je näher der Abstand B am Abstand A liegt, d. h., je größer das Verhältnis B/A ist, wodurch die TCD-Unterdrückungsrate im SAW-Bauteil verringert ist. Dies scheint die Temperaturcharakteristik zu beeinträchtigen. Dies, da die Endfläche des SAW-Bauteils ein freies Ende ist, so dass eine durch eine Temperaturänderung verursachte Verformung des Substrats zwischen dem piezoelektrischen und dem Trägersubstrat nicht aufgehoben oder unterdrückt werden kann. Auch im Gebiet nahe der Endfläche ist der Unterdrückungseffekt aus demselben Grund kleiner.
Demgemäß ist es bevorzugt, falls möglich, die Kammelektrode nicht am distalen Ende des SAW-Bauteils und im Umfangsgebiet desselben anzuordnen, insbesondere im Endgebiet in derjenigen Richtung, in der sich die akustische Oberflächenwelle ausbreitet, und im zugehörigen Umfangsgebiet. Anders gesagt, kann eine stabilere Frequenz-Temperatur-Charakteristik erzielt werden, wenn das Verhältnis B/A kleiner wird.
Durch übermäßiges Verbreitern des Umfangsgebiets, um eine stabile Frequenz-Temperatur-Charakteristik zu gewährleisten, wird der Nutzungsgrad des Substrats verringert, was es erschwert, ein SAW-Bauteil zu verkleinern, wobei außerdem eine Kostenverringerung verhindert ist, da zusätzliches Substratmaterial benötigt wird. Daher sollte es vermieden werden, das B/A-Verhältnis übermäßig klein zu machen, und es ist wünschenswert, es innerhalb eines erforderlichen und ausreichenden Bereichs einzustellen, in dem eine gewünschte Frequenz-Temperatur-Charakteristik gewährleistet werden kann.
Das Obige wird unter Bezugnahme auf die 3, 4, 5 und 7 detaillierter beschrieben.
Die 3 ist ein Ersatzschaltbild zur Konfiguration des SAW-Bauteils der anhand der 1 und 2 beschriebenen Ausführungsform. Es sind Kammelektroden 401 und 402 auf der Oberfläche des SAW-Bauteils angeordnet, die den seriellen bzw. den Nebenschlussresonator repräsentieren.
Die 4 zeigt eine Frequenzcharakteristik, wie sie mit der in der 3 dargestellten Konfiguration erhalten wurde. In der 4 zeigt die Abszisse die Frequenz (Einheit Hz), und die Ordinate zeigt die Dämpfung (Einheit dB). Wenn die linke und die rechte Frequenz bei einer Dämpfung von 10 dB als f1 bzw. f2 bezeichnet werden, ist die Mittenfrequenz (durch f1 + f2)/2 gegeben. Hierbei werden die in einem Mobilkommunikationsterminal verwendeten Frequenzen als Beispiele zur Erläuterung verwendet, so dass die Frequenz f1 einen Wert von 1824 MHz hat, die Frequenz f2 einen Wert von 1919 MHz hat und die Mittenfrequenz einen Wert von 1871,5 MHz hat.
Die 7(A) zeigt die Frequenz-Temperatur-Charakteristik, wie sie für die vorliegende Ausführungsform erhalten wird, und die 7(B) zeigt eine herkömmliche Frequenz-Temperatur-Charakteristik. Aus einem Vergleich der beiden Figuren ist es erkennbar, dass bei der Ausführungsform die Abweichung der Frequenzcharak teristik, hervorgerufen durch eine Temperaturänderung, deutlich verbessert ist.
Genauer gesagt, zeigt die 7 Frequenz-Temperatur-Charakteristiken bei –25°C, 25°C, 50°C und 85°C. Die Charakteristik bei der Ausführungsform zeigt eine kleinere Temperaturvariation als die herkömmliche Charakteristik. Die Peakverlustdifferenz beträgt bei der Ausführungsform ungefähr 0,24 dB, wohingegen sie beim herkömmlichen Beispiel ungefähr 0,43 dB beträgt.
Die 5 zeigt ein Diagramm der TCD-Unterdrückungsrate, wie sie durch Messen der Temperaturcharakteristik der Mittenfrequenz bei einem LT-Substrat gemessen wurde, das mit einem Si-Substrat verbunden war, bei einer Änderung der Länge des SAW-Bauteils. In der Figur zeigt die Abszisse das oben genannte Verhältnis B/A, und die Ordinate zeigt die TCD-Unterdrückungsrate. Gemäß der Figur ist die TCD-Unterdrückungsrate um so größer, je kleiner das Verhältnis B/A ist, und es wird ein SAW-Bauteil mit hervorragender Temperaturcharakteristik erzielt. Aus den Ergebnissen in der 5 ist es erkennbar, dass die TCD-Unterdrückungsrate bei einem Verhältnis von B/A von 80 % ungefähr 25 % beträgt, bei einem Verhältnis von B/A von 70 % ungefähr 40 % beträgt, bei einem Verhältnis von B/A von 60 % ungefähr 55 % beträgt, bei einem Verhältnis von B/A von 50 % ungefähr 65 % beträgt, bei einem Verhältnis von B/A von 90 % ungefähr 70 % beträgt, und bei einem Verhältnis von B/A von 30 % ungefähr 75 % beträgt,
Wie es aus der Figur erkennbar ist, können die TCD-Unterdrückungsraten in einem Bereich mit einem Verhältnis von B/A von 80 % nicht allzu sehr erhöht werden. Die TCD-Unterdrückungsraten sind im Bereich mit einem Verhältnis von B/A von 70 % oder weniger verbessert, und sie werden stark besser, bis das Verhältnis von B/A den Bereich von ungefähr 40 % erreicht. Bei einem Verhältnis von B/A von 40 % oder weniger sind die TCD-Unterdrückungsraten nicht allzu sehr erhöht. Daher sollte das Verhältnis von B/A 70 % oder weniger betragen, um die TCD-Unterdrückungsrate ausreichend zu verbessern. Andererseits ist es wünschenswert, dass das Verhältnis von B/A 40 % oder mehr beträgt, um das Substrat effizient zu nutzen und es verkleinern zu können. Es ist nicht zu erwarten, dass die TCD-Unterdrückungsraten in einem Bereich von B/A von 40 % oder weniger allzu sehr verbessert sind. Aus dem obigen Grund ist es wünschenswert, dass das Verhältnis von B/A 40 % oder mehr bis 70 % oder weniger beträgt, um einen guten Kompromiss hinsichtlich einer Verkleinerung der TCD-Unterdrückungsrate und einer effizienten Nutzung des Substrats zu erzielen. Es ist denkbar, dass das Verhältnis von B/A 50 % oder mehr bis 60 % oder weniger beträgt, wenn die TCD-Unterdrückungsraten weiter zu erhöhen sind, wobei eine effiziente Nutzung des Substrats immer noch in gewissem Umfang erhalten bleibt. Das Verhältnis von B/A kann im Bereich von 60 % oder mehr bis 70 % oder weniger liegen, wenn die TCD-Unterdrückungsrate mit Priorität versehen wird.
Der Effekt einer verbesserten TCD-Unterdrückungsrate wird in einem System merklicher, bei dem das Frequenzintervall zwischen der Empfangsbandfrequenz und der Sendebandfrequenz eng ist und die Dämpfung bei der Bandfrequenz einer anderen Partei erhöht sein muss. D. h., dass ein SAW-Bauteil für den Empfang bei der Empfangsbandfrequenz eine kleinere Dämpfung und bei der Sendebandfrequenz eine höhere Dämpfung zeigen muss. Bei einem SAW-Bauteil zum Senden wird andererseits der Effekt der TCD-Unterdrückungsrate in einem System besonders effektiv, das bei der Sendebandfrequenz eine kleinere Dämpfung und bei der Empfangsbandfrequenz eine größere Dämpfung aufweisen muss.
Bei Mobilterminals hat in den letzten Jahren das CDMA(Code Division Multiple Access = Codemultiplex-Vielfachzugriff)-System weite Verbreitung gefunden. Dieses System muss gleichzeitig als Sende- und als Empfangssystem arbeiten, während ein Telefonanruf erfolgt, und die Sprachqualität muss gut bleiben. Aus diesem Grund muss das für das Sendesystem verwendete SAW-Bauteil bei der Sendebandfrequenz eine kleinere Dämpfung und bei der Frequenz der anderen Partei, d. h. der Empfangsbandfrequenz eine größere Dämpfung zeigen. Andererseits muss das für das Empfangssystem verwendete SAW-Bauteil bei der Empfangsbandfrequenz eine kleinere Dämpfung und bei der Frequenz der anderen Partei, d. h. der Sendebandfrequenz, eine größere Dämpfung zeigen.
Beim in Nordamerika verwendeten CDMA-System liegen die Sendebandfrequenzen zwischen 1850 MHz und 1910 MHz, und die Empfangsbandfrequenzen liegen zwischen 1930 MHz und 1990 MHz. Das Intervall zwischen einer Sende- und einer Empfangsfrequenz kann den kleinen Wert von 20 MHz aufweisen. Andererseits muss bei einem SAW-Bauteil die Summe aus dem Frequenzband, das für einen Übergang von einer Durchlassbandfrequenz zu einer Dämpfungsbandfrequenz erforderlich ist, dem Frequenzband aufgrund einer Material- oder Prozessvariation bei der Herstellung des SAW-Bauteils und dem Frequenzband, das abhängig von der Temperatur variiert, in das Intervall zwischen der obigen Sende- und der Empfangsbandfrequenz fallen. Beim CDMA-System in Nordamerika beträgt das Frequenzband, das zum Übergang von der Durchlassbandfrequenz in die Dämpfungsbandfrequenz erforderlich ist, ungefähr 10 MHz, und das Frequenzband aufgrund einer Material- oder Prozessvariation bei der Herstellung eines SAW-Bauteils beträgt im Wesentlichen 5 MHz, so dass das von der Temperatur abhängige Frequenzband ungefähr 5 MHz beträgt.
Andererseits weist bei einem LT-Substrat, wie es bei einem SAW-Bauteil gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verwendet wird, ein einkristalliner Kristall einen Y-Schnitt mit einer Orientierung von 30° bis 45° auf, und bei den meisten LT-Einkristallen breitet sich die akustische Oberflächenwelle in der Richtung der X-Achse aus. Hinsichtlich der obigen Orientierungen wird unten ein LT-Einkristallwafer mit einer Orientierung des Y-Schnitts von ungefähr 42° beschrieben. Dieser Wafer zeigt eine TCD-Unterdrückungsrate von ungefähr –42 ppm/K. Wenn der nutzbare Temperaturbereich eines Mobilterminals mit –25°C bis 85°C angenommen wird und ein SAW-Bauteil für das in Nordamerika verwendete CDMA-System unter Verwendung des oben genannten Wafers hergestellt wird, beträgt die temperaturabhängige Frequenzbandvariation nahezu 8,8 MHz, was im gesamten Temperaturbereich nicht in die genannten 5 MHz fällt. Dadurch sind die Bedingungen für die benötigte Frequenz-Temperatur-Charakteristik nicht erfüllt.
Andererseits kann dadurch, dass das B/A gemäß der Erfindung entsprechend der 5 auf 70 % oder weniger eingestellt wird, eine TCD-Unterdrückungsrate von 40 % oder mehr erzielt werden, wodurch die von der Temperatur abhängige Frequenzbandvariation ungefähr 5 MHz betragen kann, so dass eine stabile Frequenzcharakteristik erzielt wird. Je kleiner das Verhältnis von B/A ist, desto größer wird der Effekt. Aus Überlegungen betreffend die Effizienz eines SAW-Bauteils, wie es aus einem einkristallinen piezoelektrischen Substrat erhalten wird, ist es nicht zweckdienlich, das Bauteil immer weiter zu verkleinern. Ferner ändert sich selbst dann, wenn das Verhältnis von B/A auf Grundlage der 5 zur Erfindung auf 20 % oder weniger eingestellt wird, der Effekt kaum. Demgemäß ist es bevorzugt, die Untergrenze des B/A-Verhältnisses auf 20 % einzustellen. Noch ferner kann, wenn das B/A-Verhältnis auf 60 % oder weniger eingestellt wird, eine TCD-Unterdrückungsrate von 50 % oder mehr erzielt werden, wodurch die Frequenzbandbedingungen gemäßigt werden können, die für einen Übergang von einer Durchlassbandfrequenz in eine Dämpfungsbandfrequenz erforderlich sind, und auch die Bedingungen für das abhängig von der Temperatur variierende Frequenzband gemäßigt werden können, so dass ein billiges SAW-Bauteil mit hervorragender Funktion geschaffen werden kann.
Wenn der Abstand A extrem vergrößert wird und gleichzeitig auch der Abstand B vergrößert wird, ist die Herstelleffizienz für ein aus einem einkristallinen piezoelektrischen Substrat hergestell tes SAW-Bauteil verringert, wie es oben angegeben ist. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, die Differenz zwischen A und B, d. h. A – B auf 100 μm oder weniger zu verkleinern.
Oben ist ein LT-Einkristallwafer mit einer Orientierung des Y-Schnitts von ungefähr 42° beschrieben, jedoch kann auch ein LT-Einkristallwafer mit einer Orientierung des Y-Schnitts von ungefähr 39° denselben Effekt liefern. Ein LT-Einkristallwafer mit einer Orientierung des Y-Schnitts von ungefähr 39° weist eine TCD-Unterdrückungsrate von ungefähr –35 ppm/K auf. In diesem Fall beträgt die temperaturabhängige Frequenzbandvariation im Temperaturbereich, wie er oben beschrieben ist, nahezu 7,3 MHz. Demgemäß kann durch Einstellen des B/A-Verhältnisses auf 75 % oder weniger die temperaturabhängige Frequenzbandvariation auf ungefähr 5 MHz verkleinert werden. Wenn das B/A-Verhältnis gemäß der Erfindung auf 75 % oder weniger eingestellt wird, kann die temperaturabhängige Frequenzbandvariation weiter verkleinert werden, wodurch ein SAW-Bauteil auf billige Weise mit hervorragender Funktion herstellbar ist.
Auch ein LT-Einkristallwafer mit einer Orientierung des Y-Schnitts von ungefähr 36° liefert denselben Effekt; es ergibt sich eine TCD-Unterdrückungsrate von ungefähr –32 ppm/K. In diesem Fall beträgt die temperaturabhängige Frequenzbandvariation im oben beschriebenen Temperaturbereich ungefähr 6,8 MHz. Demgemäß kann durch Einstellen des B/A-Verhältnisses auf 80 % oder weniger die temperaturabhängige Frequenzbandvariation auf im Wesentlichen 5 MHz verkleinert werden. So kann durch Einstellen des B/A-Verhältnisses gemäß der Erfindung auf 80 % oder weniger die temperaturabhängige Frequenzbandvariation weiter verkleinert werden, wodurch ein SAW-Bauteil billig und mit hervorragender Funktion herstellbar ist.
Während als obige Ausführungsform ein SAW-Bauteil hergestellt ist, das durch Kombination von Resonatoren aufgebaut ist, kann auch ein in einem Durchlassband arbeitendes SAW-Bauteil, wie es in der 6 dargestellt ist, oder ein mehrstufiges SAW-Bauteil, bei dem mehrere in einem Durchlassband arbeitende SRW-Bauteile kombiniert sind, denselben Effekt liefern. Gemäß der 6 wird ein Eingangssignal an einem Eingangsanschluss 501 eingegeben, eine akustische Oberflächenwelle 600 wird durch einen Eingangs-IDT 701 angeregt, sie breitet sich zu einem Ausgangs-IDT 702 aus, sie wird dort erneut in ein elektrisches Signal umgesetzt, und sie wird vom Ausgangsanschluss 502 an den folgenden Schaltkreis geliefert. Das Signal erhält bei diesem Prozess die gewünschte Frequenzcharakteristik. Auch kann bei einem SAW-Bauteil mit einer solchen Konfiguration durch Einstellen des B/A-Verhältnisses auf 70 % oder weniger die temperaturabhängige Frequenzbandvariation weiter verkleinert werden, wodurch ein SAW-Bauteil auf billige Weise mit hervorragender Funktion herstellbar ist.
Der Effekt der Erfindung kann die Frequenzcharakteristik dadurch stabilisieren, dass nicht nur eine temperaturabhängige Frequenzvariation verkleinert wird, sondern auch eine Variation orthogonal zur Richtung, in der sich eine akustische Oberflächenwelle ausbreitet, um den Zustand optimal zu halten. Wenn die Ausgangsform der obigen IDT-Elektroden so gut wie möglich aufrecht erhalten wird, kann eine akustische Oberflächenwelle verwendet werden, die eine möglichst kleine Volumenwelle liefert, wodurch die akustische Oberflächenwelle kleine Ausbreitungsverluste zeigt, also auch das SAW-Bauteil kleine Verluste zeigt.
Während bei der obigen Ausführungsform ein LT-Substrat als erstes Substrat beschrieben ist, liefert auch ein LN-Substrat denselben Effekt. Ferner ist bei der obigen Ausführungsform ein Si-Substrat als zweites Substrat beschrieben, jedoch liefern auch ein Glassubstrat oder ein Saphirsubstrat denselben Effekt.
Es ist bevorzugt, dass das erste Substrat 20 bis 70 μm dick ist. Wenn die Dicke weniger als 20 μm beträgt, ist die Herstellung erschwert, wodurch die Ausbeute verringert ist und die Kosten erhöht sind. Andererseits verringert eine Dicke über 70 μm die TCD-Unterdrückungsrate aufgrund des zweiten Substrats. Ein einkristallines, piezoelektrisches Substrat, wie es aktuell bei SAW-Bauteilen verwendet wird, zeigt eine Dicke von 150 bis 350 μm. Selbst wenn ein Substrat mit dieser Dicke direkt mit dem zweiten Substrat verbunden ist, ist der Abstand zwischen der Fläche des ersten Substrats, auf der die IDT-Elektrode ausgebildet ist, und der Fläche des zweiten Substrats größer, wodurch es zu keiner Wärmeausdehnung und einem TCD-Unterdrückungseffekt kommt. Es ist bevorzugt, dass das erste Substrat hinsichtlich sowohl der Bearbeitbarkeit als auch des TCD-Unterdrückungseffekts innerhalb des obigen Bereichs eine Dicke von im Wesentlichen 50 μm aufweist.
Es ist bevorzugt, dass das zweite Substrat 100 bis 350 μm dick ist. Dies, da bei einer Dicke von weniger als 100 μm der TCD-Unterdrückungseffekt geschwächt ist, während andererseits bei einer Dicke von mehr als 350 μm die Höhe des SAW-Bauteils erhöht ist, was Trends hinsichtlich einer Dickenverringerung entgegen läuft, so dass es zu einer Beeinträchtigung des Handelswerts kommt.
Das LT-Substrat weist vorzugsweise eine Orientierung des Y-Schnitts von 30° bis 45° auf. Ein LN-Substrat weist vorzugsweise eine Orientierung des Y-Schnitts von 40° bis 65° auf. Der Grund dafür besteht darin, dass eine akustische Oberflächenwelle bei beiden Substraten dann vergleichsweise schnell läuft und beide Substrate im obigen Bereich einen verhältnismäßig großen elektromechanischen Kopplungskoeffizienten zeigen.
Wenn ein Si-Substrat als zweites Substrat verwendet wird, beträgt sein spezifischer Widerstand vorzugsweise 1000 Ωcm oder mehr. Dies, da dann die zwischen dem IDT für ein SAW-Bauteil oder den damit verbundenen Leiterbahnmustern und Masse erzeugte Massekapazität so klein wie möglich ist.
Der Kleber zum Verbinden des ersten Substrats mit dem zweiten Substrat ist vorzugsweise 100 μm oder weniger dick. Der Grund dafür besteht darin, dass es ein dicker Kleber erschwert, ihn gleichmäßig aufzutragen, und dass auch der TCD-Unterdrückungseffekt durch das zweite Substrat verringert ist.
Es ist wünschenswert, als Kleber zum Verbinden des ersten Substrats mit dem zweiten Substrat einen durch Ultraviolettstrahlung härtenden Kleber zu verwenden. Dies, da dann der Kleber kaum ausgehärtet werden muss, wodurch Verwindungen so klein wie möglich werden, wie sie erzeugt werden, wenn Substrate mit verschiedenen Wärmeexpansionskoeffizienten miteinander verbunden werden.
Die Rauigkeit Ra der Fläche 101 des ersten Substrats, die mit dem zweiten Substrat verbunden wird, beispielsweise der Fläche 102 des ersten Substrats, auf dem die Resonatoren für akustische Oberflächenwellen ausgebildet sind, beträgt vorzugsweise 0,1 nm < Ra < 0,5 nm.
Wie oben angegeben, kann unter Verwendung eines SAW-Bauteils gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Mobilkommunikationsterminal mit temperaturstabilen Eigenschaften geschaffen werden. Dieses Terminal verfügt beispielsweise über einen Empfangsabschnitt zum Empfangen eines Signals, ein SAW-Bauteil gemäß der obigen Ausführungsform zum Filtern des durch den Empfangsabschnitt empfangenen Signals, einen Demodulationsabschnitt zum Demodulieren des durch das SAW-Bauteil gefilterten Signals sowie einen Ausgabeabschnitt zum Ausgeben des durch den Demodulationsabschnitt demodulierten Signals.
Die 8 zeigt ein Blockdiagramm eines Beispiels eines Mobilkommunikationsterminals, das mit einem SAW-Bauteil gemäß einer Ausführungsform der Erfindung versehen ist. Das Terminal 800 verfügt über eine Antenne 802, einen SAW-Duplexer 804, einen HPA 808, ein zweites Sende-SAW-Filter 810, einen HF-IC 812, ein zweites Empfangs-SAW-Filter 814, ein Grundband 824, einen Lautsprecher 826 und ein Mikrofon 828. Der HF-IC 812 ist mit einem Sende-VCO (Tx-VCO) 818, einem Synthesizer (Synth) 820, einem Empfangs-VCO (Rx-VCO) 822, einem rauscharmen Verstärker (LNA) 816 und einem Mischabschnitt (Mix) 823 versehen. Der SAW-Duplexer 804 verfügt über ein erstes Empfangs-SAW-Filter 806 und ein erstes Sende-SAW-Filter 807. Der Synthesizer 820 kann ein Signal stabiler Frequenz erzeugen, und er wird beispielsweise mit einem Quarzoszillator als Schwingungsquelle betrieben. Der Sende- und der Empfangs-VCO sind Oszillatoren zum Ändern der Schwingungsfrequenz mittels einer angelegten Spannung.
In der 8 fungiert die Antenne 802 als Empfangsabschnitt. Das zweite Empfangs-SAW-Filter 814 filtert das durch die Antenne empfangene Signal, und der HF-IC 812 wirkt als Demodulationsabschnitt zum Demodulieren des gefilterten Signals. Beim in der 8 dargestellten Mobilkommunikationsterminal 800 fungiert die Antenne 802 als Sende- und Empfangsabschnitt zum Senden und Empfangen eines Signals. Der HF-IC 812 fungiert als Modulations- und Demodulationsabschnitt zum Demodulieren des gefilterten Signals und zum Modulieren eines durch das Mikrofon eingegebenen Audiosignals.
Beim in der 8 dargestellten Mobilkommunikationsterminal 800 kann ein SRW-Bauteil gemäß der Erfindung beim zweiten Sende-SAW-Filter 810, beim zweiten Empfangs-SAW-Filter 814, beim ersten Empfangs-SAW-Filter 806 im SAW-Duplexer 804 und/oder im ersten Sende-SAW-Filter 807 verwendet werden.
Nun wird der Empfangspfad des Terminals 800 beschrieben. Das von der Antenne 802 eingegebene Signal wird im SAW-Duplexer 804 aufgeteilt, es wird vom ersten Empfangs-SAW-Filter 806 in ihm an den LNA 816 im HF-IC 812 ausgegeben, und es wird in diesem verstärkt. Das durch den LNA 816 verstärkte Signal wird durch das zweite Empfangs-SAW-Filter 814 geformt, im Mischabschnitt 823 in eine niedrigere Frequenz gewandelt und an das Grundband 824 ausgegeben. Das vom Grundband 824 ausgegebene Signal wird an den Lautsprecher 826 geliefert und in Sprachform ausgegeben.
Als Nächstes wird der Sendepfad des Terminals 800 beschrieben. Ein durch das Mikrofon 828 eingegebenes Sprachsignal wird vom Grundband 824 an den Tx-VCO 818 geliefert und in diesem moduliert. Das im Tx-VCO 818 modulierte Signal wird im zweiten Sende-SAW-Filter 810 geformt und dann im HPA 808 verstärkt. Das durch den HPA 808 verstärkte Signal wird über das erste Sende-SAW-Filter im SAW-Duplexer 804 an die Antenne 802 geliefert und von dieser gesendet.
Es ist vom Fachmann zu beachten, dass zwar die vorstehende Beschreibung für Ausführungsformen der Erfindung erfolgte, dass jedoch die Erfindung nicht hierauf beschränkt ist, sondern dass verschiedene Änderungen und Modifizierungen vorgenommen werden können, ohne vom Grundgedanken der Erfindung und dem Schutzumfang der beigefügten Ansprüche abzuweichen.

Claims

SAW-Bauteil mit: einem piezoelektrischen Substrat (100); einem Trägersubstrat (300), das mit dem piezoelektrischen Substrat verbunden ist und aus einem Material mit einem anderen Expansionskoeffizienten als dem des piezoelektrischen Substrats besteht; und einer Kammelektrode (400) auf der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats zum Anregen einer akustischen Oberflächenwelle; wobei die Länge der Kammelektrode in der Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwelle 40 % oder mehr bis 70 % oder weniger der Länge des piezoelektrischen Substrats beträgt.
SAW-Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das piezoelektrische Substrat ein einkristallines piezoelektrisches Substrat aus Lithiumniobat oder Lithiumtantalit ist.
SAW-Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägersubstrat aus Glas, Saphir oder Silicium besteht.
SAW-Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das piezoelektrische Substrat eine Dicke von 20 μm bis 70 μm aufweist.
SAW-Bauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das piezoelektrische Substrat ein einkristallines, piezoelektrisches Substrat aus Lithiumtantalit mit einer Orientierung des Y-Schnitts von 30° bis 45° ist.
SAW-Bauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das piezoelektrische Substrat ein einkristallines, piezoelektrisches Substrat aus Lithiumniobat mit einer Orientierung des Y-Schnitts von 40° bis 65° ist.
SAW-Bauteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägersubstrat aus Silicium mit einem spezifischen Widerstand von 1000 Ωcm oder mehr besteht.
SAW-Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das piezoelektrische Substrat unter Verwendung eines durch Ultraviolettstrahlung härtbaren Klebers mit dem Trägersubstrat verbunden ist.
SAW-Bauteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der durch Ultraviolettstrahlung härtbare Kleber zwischen dem piezoelektrischen Substrat und dem Trägersubstrat eine Dicke von 6 μm oder weniger aufweist.
SAW-Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des piezoelektrischen Substrats, mit der das Trägersubstrat verbunden ist, in solchem Ausmaß spiegelglatt poliert ist, dass ein die Rauigkeit ausdrückender Wert Ra größer als 0,1 nm und kleiner als 0,5 nm ist.
SAW-Bauteil mit: einem ersten Substrat (100), das ein einkristallines piezoelektrisches Substrat ist; einem zweiten Substrat (300), das mit dem ersten Substrat verbunden ist; und einer Kammelektrode (400) an derjenigen Oberfläche des ersten Substrats, die der Oberfläche gegenüber liegt, die mit dem zweiten Substrat verbunden ist, um eine akustische Oberflächenwelle anzuregen; wobei ein Resonator für die akustische Oberflächenwelle, der durch die Kammelektrode gebildet ist, in der Richtung, in der sich die akustische Oberflächenwelle ausbreitet, eine Länge von 70 % oder weniger der Länge des SAW-Bauteils aufweist.
Kommunikationsterminal mit: einem Duplexer (804) zum Verzweigen eines Sende- und eines Empfangssignals; einem ersten SAW-Bauteil (806) zum Filtern des Empfangssignals; einem Modemabschnitt (812) zum Demodulieren eines durch das erste SAW-Bauteil gefilterten Signals und zum Modulieren eines Sprachsignals; und einem zweiten SAW-Bauteil (807) zum Filtern des durch den Modemabschnitt modulierten und demodulierten Sprachsignals; dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite SAW-Bauteil jeweils ein solches gemäß einem der vorstehenden Ansprüche sind.