DE2760154C2

DE2760154C2 - Vorrichtung für akustische Oberflächenwellen

Info

Publication number: DE2760154C2
Application number: DE2760154A
Authority: DE
Inventors: Toshio Yokohama Kanagawa Sudo; Sadao Tokio/Tokyo Takahashi
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1976-11-09
Filing date: 1977-11-09
Publication date: 1984-12-20
Also published as: FR2370387B1; GB1594339A; DE2750144A1; DE2750144C2; FR2370387A1; CA1089544A; US4163201A

Description

genügt, wobei /Odie Mittenfrequenz des Betriebsfrequenzbereiches ist.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für akustische Oberflächcnwellen mit einem plattenförmigen Substrat aus X-Schnitt-Lithiumtantalat (LiTaO₁), auf dessen einer Hauptfläche eleklroakustische Wandler angeordnet sind.

Eine derartige Vorrichtung kann beispielsweise als Bild-Zwischenfrequenz-Filterkreis eines Fernsehempfän-

gers verwendet werden. Für derartige Filterkreise werden normalerweise Keramik- oder LiNbOrSubstrate verwendet.

Aus der gattungsgemäßen US-PS 38 18 382 ist jedoch auch ein piezoelektrisches X-Schnilt-Substrat aus Lithiumtantalat bekannt Derartige Substrate können in ihrem Temperaturverhalten erheblich verbessert werden, wenn die Ausbreitungsrichlung der akustischen Oberflächenwellen unter einem bestimmten Winkel zur Y-Achse des LiTaOj-Kristalls angeordnet ist. Jedoch steht für derartige LiT^Oi-Substrate kein geeignetes Schneidverfahren zur Verfugung. Wenn das Substrat aber nicht die richtige Konfiguration besitzt, ergibt sich eine schlechte Stör- bzw- Koppelcharaktcrislik. Dies wiederum führt zu Schwierigkeiten bei der großtechnischen Fertigung der Substrate, bei welcher eine gute Ausbeute mit möglichst gleichbleibend guten Eigenschaften realisiert werden soll.

Ferner ist au., der DE-OS 24 40 718 ein piezoelektrisches Substrat bekannt, das Aussparungen aufweist, die die Ausbreitung akustischer Oberfl; ;henwellen nicht behindern sollen und daher in einem exakten geometrischen Muster angeordnet sind. Ein derartiges Substrat erfordert jedoch exakte Fertigungsverfahren. Zudem treten bei derartigen Substraten zusätzlich ; ; den gewünschten Obcrflächenwellen Volumenwellen auf, die als Störkomponenten wirken.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung für akustische Oberflächcnwellen der eingangs definierten Art zu schaffen, bei welcher eine nahezu völlige Freiheit von Störschwingungskomponenten mit einer guten Koppelcharakteristik verbunden wird.

Ausgehend von den Vorrichtung für akustische Oberflächenwcllen der eingangs dcfinierteri Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs angegebenen Merkmale gelöst.

Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß bei einer Vorrichtung für akustische Oberflächcnwellen der vorliegenden Art Störschwingungskomponenten auftreten können, die auf einer Schwingung des Substrats in Dickenrichtung basieren. Mit anderen Worten tritt bei einer Vorrichtung für akustische Obcrflächenwellen eine Störresonanz-Schwingungsart auf, die als Scherschwingungsart in Richtung der Dicke des Substrats angesehen werden kann. Es hat sich ferner gezeigt, daß die Störschwingung des piezoelektrischen

X-Schnitt-LiTaOi-Substrats eine Dicken-Scherschwingungsart in Richtung der X-Achse ist.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Rückseite des Substrats wird eine Streuung der Hauptwelle der Scherschwingung an der Rückseite des Substrats verhindert und es wird auch die davon herrührende Resonanz vermieden, wenn die zuvor angegebene Bedingung für dx durchschnittliche Höhe der genannten Vertiefungen eingehalten wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert, deren Figur eine schematische Schnittdarstellung einer Ausführungsform nach der Erfindung zeigt.

Gemäß dieser Figur besteht die Vorrichtung für akustische Oberflächenwellen aus einem piezoelektrischen X-Schnitt-LiTaOj-Substrat 110 mit einer bestimmten vorgeschriebenen Dicke d, wobei auf der einen Seite des Substrats ein Eingangswandler 111 ausgebildet ist.

Die Beseitigung der Störkomponenten kann beispielsweise durch Verringerung des Gütewertes der Resonanz

in der Weise erreicht werden, daß sich die Resonanz nicht auf den Filterdurchlaßbereich auswirkt und folglich die Dickenrichtung-Scherschwingungsart des X-Schnitt-LiTaOi-Substrats keinen ungünstigen Einfluß auf die

Kennlinie des Oberflächenwellenfilters hat. Eine Möglichkeil zur Verringerung des Gütewertes der Resonanz besteht darin, in der von der Fläche, auf

bO welcher der Eingangswandler 111 ausgebildet ist, abgewandten Fläche des Substrats eine Vielzahl unregelmäßiger Vertiefungen auszubilden. Wenn eine vom Eingangswandlcr erfolgte Hauptwelle gemäß der Figur auf die Vertiefungen in der Rückseite 113 des Substrats 110 auftrifft, tritt eine gestreute Reflexion auf. wenn der Unterschied zwischen Scheitel und Sohle der Vertiefung, d. h. die Tiefe der Vertiefungen, ein Viertel oder mehr der Wellenlänge der auftreffenden Welle beträgt. Es besteht eine Beziehung der Wellenlänge der Schwingungs-

b5 art zur Dicke ddes Substrats entsprechend

Infolgedessen entspricht die Wellenlänge (A„)dcr Welle n-ter Ordnung
X_n =2 d/n

(wobei π eine ungerade Zahl entsprechend 1,3,5,7... ist).

Dabei ist es nötig, daß die Tiefe Pder Verlielungen 114 ein Viertel der genannten Wellenlänge beträgt, d. h. 5

P^1£ ^l τ ^d η 4 In'

Es wurde festgestellt, daß zum Erzielen optimaler Ergebnisse es erforderlich ist, daß die nötige Mindesttiefe P io der Vertiefungen 114 der folgenden Bedingung genügen muß:

/>=_!_= 2,13 η . J_ _ 2,13 . 1
In In ' f_n 2 /,„

worin Ζ"™ die Resonanzfrequenz bedeutet.

Mit anderen Worten muß eine Tiefe P gleich diesem Wert oder oberhalb dieses Wertes realisiert werden. Die erforderliche Tiefe P der Vertiefungen 114 in bezug auf die untere Gren/.frequenz /, des Filterdur-hlaßbereiches bestimmt sich wie folgt:

P> -ι- (mm). f\

Im folgenden sei beispielsweise das Bild-Zwischenfrequenz-Fiiicr eines Farbfernsehempfängers betrachtet. Wenn hierbei gilt /Ί =54 MHz, so wird die Tiefe P in einem Bereich von 15—20 μπι gewählt. Die Vertiefungen 25 114 wurden beispielsweise mit Hilfe von Karborund-PoKermittel Nr. 200 ausgebildet, womit gute Ergebnisse erzielt wurden.

Die Resonanzfrequenz f„, des in der Dicken-Scherschwirsgungsart arbeitenden Substrats bestimmt sich durch die Gleichung

/■„=2,13 n/d ³⁰

Die Wellenlänge der Scherschwingung kann dabei nach folgender Gleichung ermittelt werden:

\-n-K-a.
Mithin ist ein Viertel der Wellenlänge gleich

T " 2 ^d η 2 η ' 40

Da nach dem obigen Ausdruck d/n gleich 2,1 Hf_n, ist, gilt

_L JL = _L 2,n ₌ 2,13 J_
2 η 2 /,„ 2 /„ ' 45

Um ein Streuen der Hauptwelle an der Rückseite 113 des Substrats zu verhindern und die davon herrührende Resonanz zu vermeiden, muß die Tiefe Pder Vcrtiefung(en) 114 in der Rückseite 113 des Substrats größer sein als

2 13 1 ⁵⁰

*· Jrit

Bezüglich der Resonanzfrequenz f_r„ braucht nur der Durchlaßbereich des Bild-Zwischenfrequenz-Filters und mithin die Mittenfrequenz h (MHz) betrachtet zu werden. Im Hinblick hierauf soll die Tiefe P effektiv mehr 55 betragen als

2,13 J_

2 /0 '

Die vorstehenden Untersuchungen sind praktisch in Übereinstimmung mit erhaltenen Versuchsergebnissen.

Wenn die Tiefe P der in der Substratfläche, welche von der die Eingangs- und Ausgangswandier tragenden Fläche abgewandt ist,ausgebildeten Verticfung(en) mit mehr als \lf_H(mm)(fu= f-'.equeiiz der einfallenden Weile in MHz) gewählt wird, kann eine von Störkomponentv-n freie Vorrichtung für akustische Oberflächenwellen erhalten werden, die c. te verbesserte Kennlinie besitzt. t,5

Hierzu I Malt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Vorrichtung für akustische Oberflächenwellen mit einem plattenförmigen Substrat aus X-Schnitt-Lilhiumtantalat (LiTaOi), auf dessen einer Hauptflächc elcktroakuslische Wandler angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß in der anderen Hauptflächc des Substrates eine Vielzahl von Vertiefungen (114) ausgebildet sind, deren Tiefe (PJdcr Bedingung

2 /o/MHz