DE3015903A1

DE3015903A1 - Wandler o.dgl. element fuer akustische oberflaechenwellen

Info

Publication number: DE3015903A1
Application number: DE19803015903
Authority: DE
Inventors: Hideharu Ieki
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1979-04-28
Filing date: 1980-04-24
Publication date: 1980-10-30
Also published as: US4354129A; JPS5854681B2; JPS55145419A; GB2048010B; GB2048010A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wandler od. dgl. Element für akustische Oberflächenwellen zur Verwendung in Kommunikationssystemen, wie beispielsweise Filter, und insbesondere ein Element für akustische Oberflächenwellen, wel-5 ches mit einem Absorber zum Absorbieren und Unterdrücken von reflektierten Wellen versehen ist.

Im allgemeinen umfaßt ein Element für akustische Oberflächenwellen (SAW), wie in der Fig. 1 gezeigt, einen Senderoder Anregungswandler 2 und einen Empfängerwandler 4, die 10 aus kammerartigen, ineinandergreifenden Mehrfachelektrodenelementen gebildet sind und auf einem piezoelektrischen Substrat 6 angeordnet sind. Wenn an die Elektroden des Senderwandlers 2 über die an einander gegenüberliegenden Seiten

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-Γα es Wandlers 2 angeordneten Anschlußplättchen 8 und 10 ein Wechselspannungspotential angelegt wird, wird ein elektrisches Wechselfeld erzeugt, welches lokalisierte Schwingungen im Substratmaterial 6 bewirkt. Diese Schwin- , gungen bewirken akustische Wellen, die sich entlang der Oberfläche des Substrats in einem gut definierten Weg senkrecht zu den Elektroden fortpflanzen und an jedem Punkt entlang des Weges durch den Empfängerwandler 4 detektiert werden können. Die empfangenen akustischen Wellen können an den Anschluß plättchen 12 und 14 als elektrisches Signal entnommen werden.

In dem oben beschriebenen SAW-Element regt der Senderwandler 2 die Oberflächenwellen in entgegengesetzten Richtungen an, während gleichzeitig der Empfängerwandler 4 die in jede Richtung verlaufenden Wellen empfängt. Dies ist bei den meisten SAW-Elementen ein bedeutendes Problem, weil die Wandler zusätzlich zu dem Ansprechen auf direkt vom Senderwandler 2 zum Empfängerwandler 4 verlaufende Wellen auf die Oberflächenwellen ansprechen, die an den Enden des Substrats reflektiert werden. Diese reflektierten Oberflächenwellen erzeugen unerwünschte Signale, wie beispielsweise ein Störsignal im Zeitbereich und/oder Welligkeit des Ubertragungsfrequenzbereiches, die das er-

und
wünschte Hauptsignal verzerren \ die Arbeitsweise der

SAW-Elemente ungünstig beeinflussen.

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Es wurden zahlreiche Methoden zum Unterdrücken der reflektierten Wellen vorgeschlagen. Eine Methode ist es, wie in der Fig. 1 dargestellt, an den Seitenflächen des Substrates in der Nähe jedes Wandlers ein rechteckiges Schallschluckmaterial anzubringen. Da die Reduzierung der Oberflächenwellen um so höher ist, je größer die Fläche des Schallschluckmateriales ist, hat jedes Schallschluckmaterial gemessen in Fortpflanzungsrichtung der Oberflächenwellen eine Länge, die ausreichend lang ist, um unerwünschte Oberflächenwellen, die auf die Seitenflächen des Substrats gerichtet und von diesen reflektiert werden, zu absorbieren.

Eine andere Methode ist in Fig. 2 gezeigt, bei der die Seitenflächen relativ zu den Zähnen der kammartigen Wandler und damit relativ zur hauptsächlichen akustischen Ansprechachse schräg ausgebildet sind, um die Bewegungsrichtung der reflektierten Oberflächenwellen zu verändern und damit den Einfluß der reflektierten Oberflächenwellen auf den Wandler zu reduzieren.

Obwohl die oben beschriebenen Methoden die unerwünschten Wellen und reflektierten Wellen effektiv unterdrücken, bewirkt die Anordnung des Schallschluckmaterials in der oben beschriebenen Art und Weise oder die Veränderung der Substratgestaltung hohe Herstellkosten. Im einzelnen besetzt bei dem SAW-Element gemäß der Fig. 1 jedes der Schall-

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schluckmaterialien 16 und 18 einen großen Teil des Substrats 6, und vergrößert damit die Abmessungen des SAW-Elementes wesentlich. Deshalb ist es notwendig, ein Substrat mit großen Abmessungen zu verwenden. Wenn die Schallschluckmaterialien 16 und 18 weiterhin einen großen Bereich des Substrates bedecken, wird viel Schallschluckmaterial benötigt. Auch bei dem SAW-Element gemäß der Fig. 2 wird eine Ausgangsplatte, aus der die Substrate ausgeschnitten werden, nicht voll ausgenutzt, wenn das Substrat 6 parallelogrammförmig ausgebildet ist, wodurch Substratmaterial verschwendet wird.

Diese und andere SAW-Elemente sind durch die US-PS 4 090 153p US=PS 4 096 455 und US-PS 4 139 791 bekannt.

Demgemäß ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein einfach und billig herstellbares SAW-Element kompakter Baugröße zu schaffen, bei dem unerwünschte Wellen und reflektierte Wellen mit einer kleinen Menge Schallschluckmaterial wirksam unterdrückt werden können.

Diese Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes SAW-Element gelöst, welches ein Substrat aus einem Material aufweist, bei dem sich akustische Wellen entlang einer Substratoberfläche fortpflanzen können. Auf der Oberfläche des Substrats ist ein Wandlerelement schichtweise

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angeordnet und umfaßt eine ineinandergreifende Elektrode, die in Übereinstimmung mit der Gewichtsfunktion -angeordnet ist. Das Wandlerelement kann entlang einem Weg an der Oberfläche des Substrats akustische Wellen anregen, die quer zu ihrer Fortpflanzungsrichtung eine ungleichförmige Energieverteilung haben. Über dem Weg ist auf der Substratoberfläche ein Absorberelement schichtweise angeordnet, um die akustischen Wellen, die sich entlang dem Weg auf das Absorberelement zu fortpflanzen, zu absorbieren. Das Absorberelement weist ein Schallschluckmaterial auf, welches sich entlang des Weges über eine große Strekke erstreckt, wo sich die akustischen Wellen mit hoher Energie ausbreiten, und welches sich über eine kurze Strecke erstreckt, wo sich die akustischen Wellen mit geringer Energie ausbreiten.

Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der folgenden Figuren, in denen gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen sind, beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 und 2 herkömmliche SAW-Elemente in der Draufsieht, auf die in der vorstehenden Beschreibung bereits bezug genommen wurde;

Fig. 3 ein SAW-Element gemäß der vorliegenden Erfindung in der Draufsicht;

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Fig. 4 eine Energieverteilung der akustischen Wellen in dem SAW-Element gemäß Fig. 3 in schematischer Darstellung;

Fig. 5 ein Element gemäß der Ansicht in Fig. 3 in modifizierter Ausführungsform;

Fig. 6 ein Element gemäß der Ansicht in Fig. 3 in einer anderen, modifizierten Ausführungsform; und

Fig. 7 die Energieverteilung der akustischen Wellen in dem SAW-Element gemäß Fig. 6 in schematischer Darstellung.

Wie aus der Fig. 3 ersichtlich, besteht die eine Ausführungsform eines Elementes für akustische Oberflächenwellen (SAW) gemäß der vorliegenden Erfindung aus einem länglichen, rechteckigen Substrat 20 aus einem piezoelektrischen Material, beispielsweise PZT, mit einander gegenüberliegenden Endflächen 20a und 20b und einander gegenüberliegenden Seitenflächen 20c und 20d. Das Substrat 20 kann durch Niederschlagen eines Filmes aus piezoelektrischem Material auf einer dielektrisehen Platte, beispielsweise einer Glasplatte, gebildet werden. Auf der Oberseite des rechteckigen Substrates 20 ist ein Sendewandler 22 und ein Empfängerwandler

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in bekannter Art und Weise angebracht. Bei der gezeigten Ausführungsform umfaßt der Sendewandler 22 zwei Elektroden aus einer dünnen Metallschicht, die in Form eines Kammes mit ineinandergreifenden Zähnen ausgebildet sind. Die Enden der kammförmigen Elektroden des Sendewandlers 22 sind, wie durch eine Umhüllungslinie angegeben, auf einer etwa eiförmigen, einer gewünschten mathematischen Verteilungs- oder Gewichtsfunktion entsprechenden Kurve angeordnet. An den Elektroden des Wandlers 22 erstrecken sich nach außen in Richtung parallel zu den ineinandergreifenden Zähnen zwei Anschlußplättchen 26 und 28 und sind schichtartig auf den Randteilen in der Nähe der Seitenfläche 20c und 2Od des Substrates angeordnet. Der Empfängerwandler 24 umfaßt zwei kammförmige Elektroden vom gleichförmig ineinandergreifenden Typ. An den Elektroden des Wandlers 24 erstrecken sich auf die gleiche Art und Weise wie die Anschlußplättchen 26 und 28 zwei Anschlußplättchen 30 und 32 nach außen und sind ebenfalls schichtartig auf den Randteilen nahe den Seitenflächen 20c und 2Od des Substrates angeordnet.

Zwischen dem Sendewandler 22 und der Stirnfläche 20a des Substrates 20 ist das Substrat 20 mit einem Absorber 34 versehen, der durch ein Epoxydharz gebildet ist und durch irgendein bekanntes Verfahren, wie beispielsweise Drucken aufgebracht ist. Ein ähnlicher Absorber 36 ist auf dem Substrat 20 zwisehen dem Empfängerwandler 24 und der Stirnfläche 20b des Substrates 20 aufgebracht. Bevor

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die Einzelheiten der Absorber beschrieben werden, werden die Eigenschaften der akustischen Oberflächenwellen beschrieben O

Wenn zwischen den Anschlußplättchen 26 und 28 ein Wechselspannungspotential angelegt wird, wird ein elektrisches Wechselfeld erzeugt, welches im Substrat 20 lokalisierte Schwingungen bewirkt_o Besteht das Substrat 20 aus einer piezoelektrischen Schicht, die über einer dielektrischen Platte liegt, wird die Schwingung in der piezoelektrisehen Schicht erzeugt,, Diese Schwingungen bewirken akustische Wellen, die sich entlang eines Weges, der auf der Oberfläche des Substrates 20 in einer Richtung rechtwinklig zu den Zähnen der Elektroden definiert ist, fortpflanzen. Wenn die Strahlungsenergie der akustischen Oberflächenwellen vom Sendewandler 22 gemessen ist, erzeugt der mittlere Teil zwischen den kammförmigen Elektroden, d. h. wo die Anzahl der ineinandergreifenden Zähne am größten ist, akustische Oberflächenwellen mit der größten Energie. Mit anderen Worten ist die Energie der akustischen Oberflächenwellen A (Fig. 4), die sich im mittleren Teil des Weges fortpflanzen am größten und reduziert sich in Richtung auf die Randbereiche des Weges. Deshalb haben die akustischen Oberflächenwellen B und C, die sich entlang der einander gegenüberliegenden Seiten des Weges fortpflanzen, eine relativ kleine Energiemenge. Die Fig. 4 zeigt die Verteilung der Oberflächenwellenenergie entlang der Breite des Weges in graphischer Darstellung.

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Da der Grad der Abnahme der Oberflächenv/ellenenergie von der Laufstrecke der Oberflächenwelle durch das Schallschluckraaterial abhängt, ist der Absorber 34 so geformt, daß er auf dem Substrat 20 dort, wo die Oberflächenwellen mit hoher Energie laufen, einen großen Bereich in Laufrichtung überdeckt, und dort, wo die Oberflächenwellen mit niederer Energie laufen, nur einen kurzen Bereich des Laufweges bedeckt. Bei dem SAW-Element gemäß der Fig. 3 ist der Absorber 34 so geformt, daß die der Stirnseite 20a des Substrates 20 zugewandte Kurve, die die Kante des Absorbers definiert, ähnlich der in der Fig. 4 gezeigten Verteilungskurve ist, während die dem Sendewandler 22 zugewandte Kante des Absorbers 34 eine gerade Linie parallel zu den Zähnen der kammförmigen Elektroden ist. Demgemäß hat der Absorber 34 eine Form ähnlich dem Saugteil einer Babyflasche.

Bei der oben beschriebenen Anordnung verliert die Oberflächenwelle A mit großer Energie einen Großteil ihrer Energie, während sie durch den längeren Teil des Absorbers 34 wandert,und die Oberflächenwellen B und C verlieren ebenfalls ihre Energie, während sie durch die kürzeren Teile des Absorbers 34 wandern. Deshalb sind die Oberflächenwellen, die vom Sendewandler 22 auf die Stirnfläche 20 a des Substrates 20 gerichtet sind, gedämpft und haben eine vergleichsweise kleine Energie, wenn sie die Stirnfläche 20a erreichen. Wenn die die Stirnflä-

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che 20a erreichenden Oberflächenwellen durch die Stirnfläche 20a zurück auf den Wandler 22 reflektiert werden, werden sie bis zu dem Zeitpunkt, wo sie den Wandler 22 erreichen bis zu einem solchen Grad weiter gedämpft, daß sie die Arbeitsweise des Wandlers 22 nicht nachteilig beeinflussen.

Obwohl beschrieben wurde, daß die kammförmigen Elektroden des Empfängerwandlers 24 gleichförmig ineinandergreifen, können diese auch entsprechend der gewünschten Gewichtsfunktion ineinandergreifen. In diesem Fall kann der Sendewandler 22 so ausgebildet sein, daß er gleichförmit ineinandergreifende Elektroden aufweist.

Anzumerken ist, daß der Absorber 36, der in der Nähe des Empfängerwandlers 24 vorgesehen ist, auf ähnliche Art und Weise wie der Absorber 34 funktioniert.

Weiterhin ist anzumerken, daß einer der beiden Absorber 34 oder 36 weggelassen werden kann oder durch einen Absorber mit rechteckiger Form oder einen Absorber mit relativ zur Wanderungsrichtung der Oberflächenwelle schräger Seitenkante ersetzt werden kann. Darüberhinaus ist es möglich, Jeden der Absorber in einer umgekehrten Lage, in der die Spitze auf den entsprechenden Wandler gerichtet ist, anzuordnen.

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Bei dem in der Fig. 5 gezeigten modifizierten SAW-Element sind die Anschlußplättchen 26, 28, 30 und 32 in der Nähe der Absorber 34 und 36 innerhalb der Breite der Wandler 22 und 24 angeordnet. Genauer gesagt sind die Klemmplättchen 26 und 28 in der Nähe des Saugendes des Absorbers 34 angeordnet, während die Anschlußplättchen 30 und 32 in der Nähe des Saugendes des Absorbers 36 angeordnet sind. Die elektrische Verbindung zu den entsprechenden Anschlußplättchen kann mittels des dort angelöteten Zuführungsdrahtes (nicht dargestellt) oder durch den direkt angelöteten Anschlußsteg (nicht dargestellt) erfolgen. Da bei dem SAW-Element gemäß der Fig. 5 entlang der Seitenflächen 20c und 2Od kein Anschlußplättchen angeordnet ist, ist es möglich die Breite des Substrats 20 zu verringern und so die Abmessungen des SAW-Elementes kompakter zu gestalten.

Darüberhinaus ist es möglich, das Schallschluckmaterial über dem Sendewandler 22 in den Bereichen X und Y, wo die Zähne nicht ineinandergreifen, anzuordnen. In diesem Fall kann sich das Schallschluckmaterial vom Absorber 34 ausgehend einstückig erstrecken. Das auf den Wandler 22 niedergeschlagene Schailschluckmaterlal absorbiert vorteilhafterweise unerwünschte Oberflächenwellen, die durch jeden der Zähne der ineinandergreifenden Elektroden reflektiert werden.

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Bei der in der Fig. 6 gezeigten Ausführungsform hat der

Sendewandler 22 eine andere Form ineinandergreifender Zähne. Die Enden der kammförmigen Elektroden sind, wie durch die Hüllinie angegeben, in einer bergähnlichen Form in Überein-Stimmung mit der gewünschten mathematischen Gewichtsfunktion angeordnet. In diesem Fall ist die Energie der akustischen Oberflächenwellen an der eigenen Seite des Oberflächenwellenweges am größten und ist,wie durch die Energieverteilungskurve gemäß der Fig. 7 gezeigt, zur anderen Seite des Weges gradweise reduziert. Demgemäß ist der Absorber 34 des SAW-Elements der Fig. 6 so geformt, daß die Krümmung der, der Stirnseite 20a des Substrats 20 zugewandten Kante ähnlich der in Fig. 7 gezeigten Verteilungskurve ist, während die dem Sendewandler 22 zugewandte Kante des Absorbers 34 eine gerade Linie parallel zu den Zähnen der kammförmigen Elektroden ist. Der in der Nähe des Empfängerwandlers 24 angeordnete Absorber 36 hat eine ähnliche Form wie der oben beschriebene Absorber 34.

Obwohl die vorliegende Erfindung vollständig anhand mehrerer bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, sind zahlreiche Veränderungen und Modifikationen im Rahmen des Schutzumfanges der vorliegenden Erfindung für den Fachmann denkbar.

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Claims

Patentansprüche

1J Element für akustische Oberflächenwellen, gekennzeichnet durch

ein Substrat (20) aus einem Material, in welchem sich akustische Wellen entlang einer Oberfläche ausbreiten können }

auf diese Oberfläche aufgebrachte Wandlerelemente (22, 24) mit einer ineinandergreifenden Elektrode, die in Übereinstimmung mit einer Gewichtsfunktion ausgebildet ist, welche entlang eines Weges auf dieser Oberfläche akustische Wellen mit ungleichförmiger Energieverteilung entlang der Breite ihrer Fortpflanzung anregen können;und

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ORIGINAL INSPECTED

auf dieser Oberfläche und über diesem Weg aufgebrachte Absorberelemente (34, 36) zur Absorption akustischer ¥ellen, die sich entlang dieses Weges auf ihre Absorberelemente (34, 3.6) zu ausbreiten, mit einem Schallschluckmaterial, welches sich entlang des Weges, wo sich die akustischen Wellen größerer Energie ausbreiten, über einen großen Abstand erstreckt, und welches sich über einen kurzen Abstand erstreckt, wo sich die akustischen Wellen mit geringer Energie ausbreiten.
2. Element für akustische Oberflächenwellen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die akustischen Wellen in der Mitte ihres Weges große Energie und an den einander gegenüberliegenden Teilen des Weges geringe Energie aufweisen.
3. Element für akustische Oberflächenwellen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Schallschluckmaterial im mittleren Teil des Weges über einen großen Abstand erstreckt und an den einander gegenüberliegenden Teilen des Weges über einen kurzen Abstand erstreckt.
4. Element für akustische Oberflächenwellen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß weiterhin zwei Anschlußplättchen (26, 28, 30, 32) vorgesehen sind, die elektrisch leitend mit den Wandlerelemen-

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ten (22, 24) verbunden sind und auf der Oberfläche in der Nähe des sich über einen großen Abstand erstreckenden Schallschluckmaterials aufgebracht sind.
5. Element für akustische Oberflächenwellen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die akustischen Wellen an einer Seite des Weges große Energie und an der anderen Seite des Weges geringe Energie aufweisen.
6. Element für akustische Oberflächenwellen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß sich das Schallschluckmaterial an der einen Seite des Weges über einen großen Abstand und an der anderen Seite des Weges über einen kurzen Abstand erstreckt.
7. Element für akustische Oberflächenwellen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sich das Schallschluckmaterial teilweise über die Wandlerelemente (22, 24) in Bereiche (X, Y), in denen die Elektroden nicht ineinandergreifen, erstreckt.

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