DE3323612A1

DE3323612A1 - Oberflaechenschallwellenvorrichtung

Info

Publication number: DE3323612A1
Application number: DE19833323612
Authority: DE
Inventors: Shoichi Minagawa; Teruo Niitsuma; Takeshi Okamoto
Original assignee: Clarion Co Ltd
Current assignee: Faurecia Clarion Electronics Co Ltd
Priority date: 1982-07-02
Filing date: 1983-06-30
Publication date: 1984-01-05
Also published as: GB2126034B; US4625184A; GB2126034A; GB8317638D0

Description

Oberflächenschallwellenvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Oberflächenschallwellenvorrichtung, bei der ein Oberflächenschallwellenelement und eine diesbezügliche Anpassungsschaltung auf einem einzigen Substrat ausgebildet sind. 5

Oberflächenschallwellenvorrichtungen bestehen aus einem piezoelektrischen einkristallinen Material, wie Kristall, Lithiumniobat (LiNbO.,) oder dgl., einem piezoelektrischen keramischen Material oder alternativ aus einer Kombination aus einer nicht piezoelektrischen Platte und einer darauf aufgegebenen piezoelektrischen Folie oder dünnen Schicht. Um die Oberflächenschallwellenvorrichtung tatsächlich als elektrisches Schaltungselement verwenden zu können, muss die Vorrichtung an andere elektrische Schaltungen angepasst werden.

Fig. 1 zeigt eine herkömmliche Konstruktion unter Verwendung einer Oberflächenschallwellenvorrichtung als Schaltungselement. Hierauf wird nachfolgend noch näher einge-,gangen.

Ziel der Erfindung ist,die noch zu beschreibenden mit der bekannten Vorrichtung verbundenen Nachteile zu beseitigen, indem eine kompakte Oberflächenschallwellenvorrichtung geschaffen wird, bei der das Oberflächenschallwellenelement und die zugehörigen Anpassungsschaltungen auf einem gemeinsamen einzelnen piezoelektrischen Substrat zusammengefasst sind.

Die erfindungsgemässe Oberflächenschallwellenvorrichtung umfasst ein piezoelektrisches Substrat, bestehend aus einer elastischen Platte und einer darauf aufgegebenen piezoelektrischen Folie,und zeichnet sich dadurch aus, dass die Wandler und Anpassungsschaltungen beide auf der piezoelektrischen Folie oder zwischen dieser und der elastischen Platte vorgesehen sind.

Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung unter vorhergehender Bezugnahme auf den Stand der Technik näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den allgemeinen Aufbau einer herkömmlichen

Oberflächenschallwellenvorrichtung, 15

Fig. 2, 8 perspektivische Ansichten von bevorzugten

Ausführungsformen der Erfindung,

Fig. 3 eine äquivalente elektrische Schaltung, 20

Fig. 4, 10 perspektivische Ansichten von weiteren

Ausführungsformen der Erfindung mit Darstellung von deren inneren Aufbau,

Draufsichten auf die Ausführungsformen,

in Draufsicht und geschnittener Ansicht eine weitere Ausführungsform der Erfindung,

in Draufsicht und in geschnittener Ansicht eine weitere Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 14A, bei der Herstellung der Anordnung nach Fig.

14B u 14C

Fig. 13A und 13B verwendete Abdeckmasken, und

25	Fig. "bis	5 7
	Fig. und	12A 12B
30	Fig. und	13A 13B

Fig. 15A₇ 15B die Schritte bei der Herstellung der in

Fig. 13A und 13B gezeigten Anordnung.

Die in Fig. 1 gezeigte herkömmliche Oberflächenschallwellenvorrichtung 4 umfasst ein piezoelektrisches Substrat 1, einen Eingangswandler 2 und einen Ausgangswandler 3, die beide auf dem Substrat 1 vorgesehen sind. Anpassungsschaltungen 5, 6 sind mit ihren einen Enden mit den ein- und ausgangsseitigen Anschlüssen der Vorrichtung 4 verbunden, während sie mit ihren anderen Enden in Verbindung mit einer Signalquelle 7 bzw. einem Verbraucher 8 stehen. Wenn ein elektrisches Signal an dem Eingangswandler 2 von der Signalquelle 7 über die Anpassungsschaltung 5 angelegt wird, wird es durch den Eingangswandler 2 in eine akustische Oberflächenwelle umgewandelt. Die akustische Oberflächenwelle läuft längs der Oberfläche des piezoelektrischen Substrates 1 und wird, wenn sie den Ausgangswandler 3 erreicht hat, in ein elektrisches Signal zurückverwandelt. Das elektrische Signal wird dann über die Anpassungsschaltung 6 an den Verbraucher 8 angelegt. Bei diesem Vorgang sind die Anpassungsschaltungen 5 und 6 unvermeidlich, damit die bei der Umwandlung des elektrischen Signals in die akustische Oberflächenwelle oder umgekehrt auftretenden Umwandlungsverluste herabgesetzt werden. D.h.

fast sämtliche derartige Vorrichtungen erfordern solche 'Anpassungsschaltungen wenigstens an ihren eingangs- oder ausgangsseitigen Enden.

Die Anpassungsschaltungen 5 und 6 stellen jeweils ein unabhängiges Element, z.B. ein induktives äquivalentes Element (z.B. eine Spule), ein kapazitives äquivalentes Element (z.B. einen Kondensator) oder dgl. dar. Diese Elemente sind im Vergleich zu der Oberflächenschallwellenvorrichtung selbst voluminös. Somit ist ein erheblich grosser Raum 35

.. - ■-■

erforderlich, um im praktischen Einsatz eine Oberflächenschallwellenvorrichtung als Schaltungselement verwenden zu können. Ferner erhöht sich die Anzahl an Teilen der Vorrichtung und der Montagevorgang, da die Spulen und Kondensatoren unabhängige Elemente darstellen. Ferner müssen die Anpassungsschaltungen nach der Montage eingestellt werden. Diese Umstände haben zur Folge, dass die Fertigungskosten der Vorrichtung hoch sind.

Die Erfindung wird nachfolgend im Detail anhand von bevorzugten Ausführungsformen beschrieben.

Fig. 2 ist eine schematische perspektivische Ansicht von einer Ausführungsform einer erfindungsgemäss aufgebauten Oberflächenschallwellenvorrichtung. Ein piezoelektrisches Substrat 9 besteht aus einer elastischen Platte 10, einer auf der Platte 10 aufgegebenen leitenden Folie 11 und einer auf der leitenden Folie 11 aufgegebenen piezoelektrischen Folie 12. Die oberste piezoelektrische Folie 12 trägt rechteckförmige Muster 13 und streifenförmige Linien 14, die beide durch eine leitende Folie gebildet sind. Das Bezugszeichen 7 betrifft eine Signalquelle, Yg eine Admittanz inseitig der Signalquelle 7, während sich die Bezugszeichen a und a¹ auf die Anschlussklemmen der Signalquelle 7 beziehen.

Fig. 3 ist eine Fig. 2 äquivalente elektrische Schaltung. Der Buchstabe L bezieht sich auf eine Induktivität (induktives äquivalentes Element), bestehend aus den Streifenlinien 14, während der Buchstabe C eine Kapazität betrifft (kapazitives äquivalentes Element), bestehend aus dem rechteckf örmigen Muster 13 der piezoelektrischen Folie 12 und der leitenden Folie 11. Der Buchstabe Ga betrifft den Strahlenleitwert des Eingangswandlers 2 und der Buchstabe B die 5 Summe des Strahlenblindleitwertes des Eingangswandlers

und eines Blindleitwertes aufgrund der interelektrodischen Kapazität. Wenn die Admittanz im Lichte der Signalquellen a und a' durch Ya ausgedrückt wird, kann die Bedingung Ya=Yg,die erforderlich ist, um das Oberflächenschallwellenelement an andere elektrische Schaltungen anzupassen, dadurch erfüllt werden, dass man in geeigneter Weise den Wert der Induktivität L bzw. der Kapazität C einstellt.

Die Induktivität L und die Kapazität C können leicht dadurch eingestellt werden, dass man das geeignetste Abdeckmuster für die auf der piezoelektrischen Folie 12 vorzusehenden Streifenlinien 14 unter Verwendung der leitenden Folie und Einsatz eines fotolithografischen Verfahrens ausbildet. Die Streifenlinien 14 und die rechteckförmigen Muster 13 können gleichzeitig mit dem Eingangswandler 2 ausgebildet werden.

Die Streifenlinien 14 und die rechteckförmigen Muster 13 wirken daher wie eine Anpassungsschaltung mit der Induktivitat L.und der Kapazität C, um das Oberflächenschallwellenelement an andere elektrische Schaltungen anzupassen. Die Induktivität L besteht hierbei aus den Streifenlinien 14, während die Kapazität C aus dem rechteckförmigen Muster 13 der piezoelektrischen Folie 12 und der leitenden Folie 11 zusammengesetzt ist. Fig. 2 zeigt nur die Hälfte des Oberf lächenschallwelleneleraen bes mit dem Eingang swanuler 2. Die andere Hälfte mit dem Ausgangswandler 3 kann identisch aufgebaut sein.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Die rechteckförmigen Muster 13 und die Streifenlinien 14, die beide aus der leitenden Folie geschaffen sind, sind an der Zwischenfläche zwischen der piezoelektrischen Folie 12 und der elastischen Platte 10 vorgesehen. Daqeqon ist dia

leitende Schicht 11 auf der piezoelektrischen Folie 12 aufgegeben. Diese Konstruktion führt zu der gleichen Wirkung wie die Konstruktion nach Fig. 2.

Die Streifenlinie 14, die die Induktivität L der Anpassungsschaltung darstellt, kann gemäss Fig. 5 oder 6 auch spiralförmig ausgebildet sein oder alternativ gemäss Fig. 7 aus einem Verbindungsdraht 15 bestehen.

Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. In dieser Figur tragen gleiche oder ähnliche Bauteile wie in Fig. 2 die gleichen Bezugszeichen. Ein Halbleitersubstrat 10A besteht aus Silicium, Galliumarsen (GaAs), SOS (Silicium-auf-Spahir) oder dgl., während die piezoelektrische Folie aus Zinkoxid (ZnO), Aluminiumnitrid (AlN) oder dgl. gebildet ist. Ein Aufdampf- oder CVD-Verfahren kann verwendet werden, um die dünne piezoelektrische Schicht 12 auf dem Halbleitersubstrat 1OA auszubilden. Eine Zone 16 mit niedrigem Widerstand ist längs der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrates 10A wenigstens an dessen dem rechteckförmigen Muster 13 gegenüberliegenden Bereich durch Diffusion von Verunreinigungen ausgebildet.

Die Kapazität C der Anpassungsschaltung setzt sich somit " aus dem rechteckförmigen Muster 13 der piezoelektrischen Folie 12 und der Halbleiterzone 16 mit niedrigem Widerstand zusammen.

Fig. 9 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der die leitende Folie 11 zwischen dem Halbleitersubstrat 10A und der piezoelektrischen Folie 12 angeordnet ist. In diesem Fall besteht die Kapazität C aus dem rechteckförmigen Muster 13 der piezoelektrischen Folie 12 und der leitenden Folie 11. 35

J J .... C \ L

Fig. 10 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der die rechteckförmigen Muster 13 und die Streifenlinien 14 auf einer isolierenden Folie 17 vorgesehen sind, die auf dem Halbleitersubstrat 10Λ aufgegeben ist. Die leitende Folie 11 ist dagegen auf der piezoelektrischen Folie oberhalb der Muster 13 und der Streifenlinien 14 vorgesehen. Die Kapazität C besteht hierbei aus der leitenden Folie 11,der piezoelektrischen Folie 12 und dem rechteckförmigen Muster 13.

Fig. 11 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei die rechteckförmigen Muster 13 und die Streifenlinien 14 auf der isolierenden Folie 17 vorgesehen sind, die auf dem Halbleitersubstrat 10A,das eine Zone 16 mit niedrigern Widerstand aufweist, aufgegeben ist. Die Kapazität C setzt sich hier aus dem rechteckförmigen Muster 13,der isolierenden Folie 17 und der Halbleiterzone 16 mit niedrigem Widerstand zusammen.

Die Induktivität von jeder Konstruktion nach Fig. 8 bis 11 umfasst die Streifenlinie 14, wie dies bei der ersten Ausführungsform in Fig.2 der Fall ist, wobei die Induktivität jeder Kapazität C zugeordnet ist, um die Anpassungsschaltung vorzusehen. Die in Fig. 5 bis 7 bezüglich der Streifenlinien 14 dargestellten Abänderungen können auch für die Ausbildung der Induktivität L nach Fig. 8 bis 11 verwendet werden.

Wenn das piezoelektrische Substrat eine Kombination aus einem Halbleitersubstrat und einer piezoelektrischen Folie gemäss den Ausführungsformen nach Fig. 8 bis 11 . dastellt, ist es insbesondere möglich, elektronische Schaltungselemente, wie ICs LSI und dgl., und das Oberflächenschallwellenelement gemeinsamauf einem Halbleitersubstrat auszubilden.

J O L· ό O I Z

Die Dicke oder Gestalt des rechteckförmigen Musters 13, der leitenden Folie linder piezoelektrischen Folie 12 und der isolierenden Folie 17, die sämtlich die Kapazität C bilden , oder der Streifenlinie 14, die die Induktivitat L bildet, sind nicht auf die in den Figuren gezeigten Beispiele beschränkt, sondern können je nach beabsichtigter Verwendung der Vorrichtung gewählt werden.

Es ist nicht erforderlich, stets sowohl die Kapazität C-(kapazitives äquivalentes Element) und die Induktivität L (induktives äquivalentes Element) zur Ausbildung der Anpassungsschaltung vorzusehen. Selbst wenn eines dieser Elemente fehlt, kann das Ziel, das Oberflächenschallwellenelement an andere elektrische Schaltungen anzupassen, erreicht werden.

Fig. 12A und 12B zeigen eine weitere Ausführungsform der Erfindung und insbesondere eine Ausbildung der Induktivität L. Die Streifenlinie 14 ist auf dem piezoelektrischen Substrat ausgebildet, und eine magnetische Folie 16' überdeckt die Streifenlinie 14.

Fig. 13A und 13B zeigen eine weitere Ausführungsform. Die Streifenlinie 14 hat die Gestalt einer dreidimensionalen Spule, und die magnetische Folie 16' ist so ausgebildet, dass sie einen Spulenkern vorsieht, so dass sich eine Induktivität L nach Art eines mit einem Kern versehenen Solenoids ergibt. Durch diese Kombination der Streifenlinie 14 mit der magnetischen Folie 16" zur Ausbildung der 0 Induktivität L wird deren Wert extrem vergrössert.

Ein Verfahren zum Herstellen der Anordnung nach Fig. 13A und 13B wird nachfolgend beschrieben.

J .-:.■'.: b i Z

Fig. 14A, 14B und 14C zeigen Abdeckmasken, wie sie für die Herstellung der Anordnung nach Fig. 13A und 13B verwendet werden können. Indem diese Masken nacheinander eingesetzt werden, entsteht eine sequentielle überlagerung der in den Fig. T5A , 15B und 15C gezeigten Muster. Zunächst wird die Maske A nach Fig. 14A mit dem Muster a verwendet, um eine leitende Folie 14a gemäss Fig. 15A aufzugeben, die unter der Streifenlinie 14 angeordnet werden soll. Danach wird die Maske B nach Fig. 14B mit dem Muster b genommen, um eine magnetische Folie 16' gemäss Fig. 15B auf der leitenden Folie 14A aufzugeben. Schliesslich wird die Maske C mit dem Muster c verwendet, um eine leitende Folie 14b gemäss Fig. 15C auf die magnetische Folie 16' aufzugeben, so dass die leitende Folie 14b mit der leitenden Folie 14a verbunden wird und oberhalb der Streifenlinie 14 zu liegenkommt. Auf diese Weise wird die in Fig. 13A und 13B gezeigte Induktivität L nach Art eines mit einem Kern versehenen Solenoids erhalten.

Wie zuvor beschrieben, schaltet die erfindungsgemässe Oberflächenschallwellenvorrichtung die bislang bestehenden Nachteile aus, da die Anpassungsschaltungen zur Anpassung der Vorrichtung an andere elektrische Schaltungen zusammen mit den Wandlern in der Vorrichtung selbst, insbesondere auf der piezeoelektrischen Folie oder zwischen der piezoelektrischen Folie und der elastischen Platte des piezoelektrischen Substrates, das aus der elastischen Platte und der darauf aufgegebenen piezoelektrischen Folie gebildet ist, integriert sind.

Da das Oberflächenschallwellenelement und die diesbezüglichen erforderlichen Anpassungsschaltungen auf einem einzelnen piezoelektrischen Substrat vorgesehen werden können, ist die

Gesamtabmessung der Oberflachenschallwellenvorrichtung klein. Darüberhinaus verkürzt sich der Herstellungsprozess für die Vorrichtung, da die Anzahl an Teilen für die Anpassungsschaltung verringert ist und der Fertigungsschritt für die Montage der Anpassungsschaltungen fehlt. Ferner ist eine Einstellung der Anpassungsschaltungen nicht erforderlich, da sie zuvor so ausgelegt worden sind, dass sie die beste Funktion erfüllen und integral in der Oberf lachenschallwellenvorrichtung eingerbaut sind. Diese Vorteile bringen es mit sich, dass die Kosten der Vorrichtung verringert werden können.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1./ Oberflächenschallwellenvorrichtung, gekenn zeichnet durch

ein piezoelektrisches Substrat;

auf dem Substrat vorgesehene Wandlerabschnitte (2);

wenigstens ein Paar rechteckförmige Muster (13) aus einer leitenden Folie, die im Substrat integriert und mit dem Wandlerabschnitt verbunden ist; und

streif enförmige Linien (14) aus der auf dem Substrat vorgesehenen leitenden Folie, die mit den betreffenden rechteckförmigen Mustern verbunden ßirul; woboi

das Substrat,die rechtackförmigen Muster und die streifenförmigen Linien eine Anpassungsschaltung bilden, um die Oberflächenschallwellenvorrichtung an andere elektrische Schaltungen anzupassen, mit denen sie verbunden werden soll.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass das piezoelektrische Substrat ein Laminat, bestehend aus einem elastischen Substrat (10), _ einer leitenden Folie (11) und einer piezoelektrischen Folie (12), ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , dass die Wandlerabschnitte {2)_/ die rechteckförmigen Muster (13) und die streifenförmigen Linien (14) auf dem elastischen Substrat ausgebildet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η zeichnet, dass die streifenförmigen Linien (14) einen spiralförmigen Verlauf haben.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die streifenförmige Linie aus einem Verbindungsdraht (15) gebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass das piezoelektrische Substrat aus einem Halbleitersubstrat (10A) und einer auf dem Halbleitersubstrat aufgegebenen piezoelektrischen Folie (12) besteht, wobei das Halbleitersubstrat längs seiner den rechteckförmigen Mustern (13) gegenüberliegenden Oberfläche eine Zone (16) mit niedrigem Widerstand aufweist.

7. ' Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das piezoelektrische Substrat aus einem Halbleitersubstrat (10A), einer auf dem Halbleitersubstrat aufgegebenen leitenden Folie (11) und einer auf der leitenden Folie aufgegebenen piezoelektrischen Folie (12) besteht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass das piezoelektrische Substrat aus einem Halbleitersubstrat (10A), einer auf dem Halbleitersubstrat aufgegebenen isolierenden Folie (17), einer auf der isolierenden Folie aufgegebenen piezoelektrischen Folie (12) und einer auf der piezoelektrischen Folie aufgegebenen leitenden Folie (11) besteht, und dass die Wandlerabschnitte (2)₍die rechteckförmigen Muster (13) und die streifenförmigen Linien (14) sämtlich auf der isolierenden Folie vorgesehen sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, dass das piezoelektrische Substrat aus einem Halbleitersubstrat (10A), einer auf dem Halbleitersubstrat aufgegebenen isolierenden Folie (17) und einer auf der isolierenden Folie aufgegebenen piezoelektrischen Folie (12) besteht, dass die Wandlerabschnitte (2),die rechteckförmigen Muster (13) und die streifenförmigen Linien (14) auf der isolierenden Folie ausgebildet sind, und dass das Halbleitersubstrat eine Zone (16) mit niedrigem Widerstand aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass eine magnetische Folie (16) vorgesehen ist, die teilweise die streifenförmigen Linien (14) überdeckt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die streifenförmige Linie (14) in Gestalt einer dreidimensionalen Spule ausgebildet ist, und dass eine magnetische Folie vorgesehen ist und als Kern der Spule aus der streifenförmigen Linie dient.