JP2000151351A - 弾性表面波素子 - Google Patents
弾性表面波素子Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
- H03H9/02543—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles
- H03H9/02574—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles of combined substrates, multilayered substrates, piezoelectrical layers on not-piezoelectrical substrate
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
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- H03H9/25—Constructional features of resonators using surface acoustic waves
Landscapes
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- Acoustics & Sound (AREA)
- Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 反共振周波数でのインピーダンスと共振周波
数でのインピーダンスとの比であるインピーダンス比が
大きく、耐候性がよく、基板の材料種の自由度が高い、
弾性表面波素子を提供する。 【解決手段】 弾性表面波素子は圧電性基板を含む。圧
電性基板の表面には櫛形交差電極が形成される。圧電性
基板は、圧電多結晶体からなり、かつ、櫛形交差電極が
形成される面に対して垂直な方向に、電気的特性および
機械的特性が異なるように、組成の異なる圧電磁器組成
物からなる複数のシートを重ねて圧着し、焼成すること
によって形成される。
数でのインピーダンスとの比であるインピーダンス比が
大きく、耐候性がよく、基板の材料種の自由度が高い、
弾性表面波素子を提供する。 【解決手段】 弾性表面波素子は圧電性基板を含む。圧
電性基板の表面には櫛形交差電極が形成される。圧電性
基板は、圧電多結晶体からなり、かつ、櫛形交差電極が
形成される面に対して垂直な方向に、電気的特性および
機械的特性が異なるように、組成の異なる圧電磁器組成
物からなる複数のシートを重ねて圧着し、焼成すること
によって形成される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は弾性表面波素子に
関し、特に、圧電多結晶体からなる圧電性基板の表面に
櫛形交差電極が形成され、ＢＧＳ波を励振させ、高周波
共振子や高周波フィルタなどに用いられる、弾性表面波
素子に関する。
関し、特に、圧電多結晶体からなる圧電性基板の表面に
櫛形交差電極が形成され、ＢＧＳ波を励振させ、高周波
共振子や高周波フィルタなどに用いられる、弾性表面波
素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に弾性表面波素子は、圧電性を有す
る基板（圧電性基板）上に、多数の電極指を有する櫛形
の電極対が、電極指が互いに交差するように配置され、
その櫛形交差電極に電気信号を供給することにより弾性
表面波を励振するものである。弾性表面波では、レイリ
ー波が最も一般的であるが、ＢＧＳ波（Bleustein-Guly
aev-Shimizu waveまたは圧電表面すべり波）やラブ波な
どの応用も検討されている。これらの弾性表面波素子
は、その共振周波数や電気的または機械的品質係数Ｑ、
電気機械結合係数ｋなどの電気的および機械的特性が圧
電性基板の材質と櫛形交差電極の構造とによりほぼ決定
され、高周波共振子や高周波フィルタとして利用される
ことが可能である。ところで、弾性表面波は、文字どお
り、エネルギーが基板の表面付近に集中して伝播する弾
性波のことである。等方性の基板の表面を伝搬する弾性
表面波は、その変位成分が波の進行方向と基板の深さ方
向のみであり、横波に相当し波の進行方向に垂直な方向
でかつ基板表面に並行な方向の成分のみをもつ表面波
（ＳＨ波；horizontally-polarized shear wave ）は存
在しない。ところが、圧電性基板は、異方性であるため
に、ＳＨ波（擬似的なＳＨ波を含む）をその表面付近に
エネルギーを集中させて伝播させることが可能である。
この表面波をＢＧＳ波と呼ぶが、ＢＧＳ波は圧電性基板
の伝播方向の端面で完全に反射するため、レイリー波を
励振する弾性表面波素子のように基板上に反射器（リフ
レクター）を形成する必要がなく、したがって、ＢＧＳ
波は弾性表面波素子の小型化の点でレイリー波より有利
である。
る基板（圧電性基板）上に、多数の電極指を有する櫛形
の電極対が、電極指が互いに交差するように配置され、
その櫛形交差電極に電気信号を供給することにより弾性
表面波を励振するものである。弾性表面波では、レイリ
ー波が最も一般的であるが、ＢＧＳ波（Bleustein-Guly
aev-Shimizu waveまたは圧電表面すべり波）やラブ波な
どの応用も検討されている。これらの弾性表面波素子
は、その共振周波数や電気的または機械的品質係数Ｑ、
電気機械結合係数ｋなどの電気的および機械的特性が圧
電性基板の材質と櫛形交差電極の構造とによりほぼ決定
され、高周波共振子や高周波フィルタとして利用される
ことが可能である。ところで、弾性表面波は、文字どお
り、エネルギーが基板の表面付近に集中して伝播する弾
性波のことである。等方性の基板の表面を伝搬する弾性
表面波は、その変位成分が波の進行方向と基板の深さ方
向のみであり、横波に相当し波の進行方向に垂直な方向
でかつ基板表面に並行な方向の成分のみをもつ表面波
（ＳＨ波；horizontally-polarized shear wave ）は存
在しない。ところが、圧電性基板は、異方性であるため
に、ＳＨ波（擬似的なＳＨ波を含む）をその表面付近に
エネルギーを集中させて伝播させることが可能である。
この表面波をＢＧＳ波と呼ぶが、ＢＧＳ波は圧電性基板
の伝播方向の端面で完全に反射するため、レイリー波を
励振する弾性表面波素子のように基板上に反射器（リフ
レクター）を形成する必要がなく、したがって、ＢＧＳ
波は弾性表面波素子の小型化の点でレイリー波より有利
である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＢＧＳ
波においては、電気機械結合係数ｋが小さい基板を用い
た場合、反共振周波数でのインピーダンスＺａと共振周
波数でのインピーダンスＺｒとの比であるインピーダン
ス比Ｚａ／Ｚｒが小さく、狭帯域のフィルタを形成した
場合、十分なフィルタ特性が得られないという問題があ
った。一方、電気機械結合係数ｋが大きい基板を用いた
場合、インピーダンス比Ｚａ／Ｚｒは大きく、広帯域の
フィルタを形成することが可能であるが、耐候性が不良
であるという問題があった。また、弾性表面波素子にお
いて、基板の材料種の自由度が高いことが望まれてい
る。
波においては、電気機械結合係数ｋが小さい基板を用い
た場合、反共振周波数でのインピーダンスＺａと共振周
波数でのインピーダンスＺｒとの比であるインピーダン
ス比Ｚａ／Ｚｒが小さく、狭帯域のフィルタを形成した
場合、十分なフィルタ特性が得られないという問題があ
った。一方、電気機械結合係数ｋが大きい基板を用いた
場合、インピーダンス比Ｚａ／Ｚｒは大きく、広帯域の
フィルタを形成することが可能であるが、耐候性が不良
であるという問題があった。また、弾性表面波素子にお
いて、基板の材料種の自由度が高いことが望まれてい
る。
【０００４】それゆえに、この発明の主たる目的は、反
共振周波数でのインピーダンスと共振周波数でのインピ
ーダンスとの比であるインピーダンス比が大きく、耐候
性がよく、基板の材料種の自由度が高い、弾性表面波素
子を提供することである。
共振周波数でのインピーダンスと共振周波数でのインピ
ーダンスとの比であるインピーダンス比が大きく、耐候
性がよく、基板の材料種の自由度が高い、弾性表面波素
子を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明にかかる弾性表
面波素子は、圧電性基板の表面に櫛形交差電極が形成さ
れ、櫛形交差電極に電気信号を供給することにより弾性
表面波が励振される弾性表面波素子において、圧電性基
板は、圧電多結晶体からなり、かつ櫛形交差電極が形成
される面に対して垂直な方向に、電気的特性および機械
的特性が異なるように２層以上積層されたことを特徴と
する、弾性表面波素子である。この発明にかかる弾性表
面波素子では、圧電性基板は、電気的特性および機械的
特性が傾斜するように積層されてもよい。また、この発
明にかかる弾性表面波素子では、弾性表面波としてＢＧ
Ｓ波が用いられてもよい。さらに、この発明にかかる弾
性表面波素子では、組成の異なる圧電磁器材料からなる
シートを２枚以上積層して積層体とし、積層体を焼結す
ることにより、圧電体基板が形成されてもよい。また、
この発明にかかる弾性表面波素子では、シートの一部を
隣接するシート間で熱拡散することにより、電気的特性
および機械的特性が傾斜する圧電性基板が形成されても
よい。
面波素子は、圧電性基板の表面に櫛形交差電極が形成さ
れ、櫛形交差電極に電気信号を供給することにより弾性
表面波が励振される弾性表面波素子において、圧電性基
板は、圧電多結晶体からなり、かつ櫛形交差電極が形成
される面に対して垂直な方向に、電気的特性および機械
的特性が異なるように２層以上積層されたことを特徴と
する、弾性表面波素子である。この発明にかかる弾性表
面波素子では、圧電性基板は、電気的特性および機械的
特性が傾斜するように積層されてもよい。また、この発
明にかかる弾性表面波素子では、弾性表面波としてＢＧ
Ｓ波が用いられてもよい。さらに、この発明にかかる弾
性表面波素子では、組成の異なる圧電磁器材料からなる
シートを２枚以上積層して積層体とし、積層体を焼結す
ることにより、圧電体基板が形成されてもよい。また、
この発明にかかる弾性表面波素子では、シートの一部を
隣接するシート間で熱拡散することにより、電気的特性
および機械的特性が傾斜する圧電性基板が形成されても
よい。
【０００６】上述の問題について、その主要因を鋭意研
究した結果、波のエネルギーの表面集中度がこれらの問
題に関与していることが明らかとなった。ＢＧＳ波は、
レイリー波と比べると波の表面集中度が小さいことが知
られている。ＢＧＳ波のエネルギーの表面集中度は、圧
電性基板の電気機械結合係数ｋと誘電率εによってほぼ
決定される。特に圧電性基板の表面に電極がある場合、
電気機械結合係数ｋが支配的であり、電気機械結合係数
ｋが大きいほどＢＧＳ波のエネルギーの表面集中度が増
すことが明らかとなっている。よって、電気機械結合係
数ｋが小さい圧電性基板を用いた場合、ＢＧＳ波のエネ
ルギーの表面集中度が低くなり、波のエネルギーは圧電
性基板の厚み方向にある程度の幅をもって分布すること
になる。表面集中度の低下は、圧電性基板内での波の損
失要因となる。よって、この損失が前述のインピーダン
ス比の低下の主原因となると考えられる。この問題に対
し、電気機械結合係数ｋが小さい圧電性基板でも、ＢＧ
Ｓ波のエネルギーを表面付近に集中させることができれ
ば、インピーダンス比の低下が抑制できる。そのため、
弾性表面波素子において、圧電性基板の厚み方向で、電
気機械結合係数ｋが異なる圧電媒体を多層的、あるいは
傾斜的に配置させることにより、表面近傍の電気機械結
合係数ｋのみを低くし、そこから厚み方向へは電気機械
結合係数ｋの高い圧電媒体を配置する構造をとり、ＢＧ
Ｓ波のエネルギーを表面付近に集中させ、電気機械結合
係数ｋの低い弾性表面波素子でも、インピーダンス比が
比較的高い弾性表面波素子を構成できることを見出し
た。一方、電気機械結合係数ｋが高い圧電性基板を用い
た場合、耐候性、特に耐湿性が悪化し、耐湿試験による
周波数の変化が大きくなるという問題がある。この問題
は、上述のとおり電気機械結合係数ｋが大きい圧電性基
板ではＢＧＳ波の表面集中度が高く、したがって最も湿
度や気温による劣化の影響を受けやすい表面付近のみを
波が伝播することによる。よって、上述の場合とは反対
に、表面付近のみが電気機械結合係数ｋの高い圧電媒体
とし、そこから厚み方向へは電気機械結合係数ｋの低い
圧電媒体を配置する構造をとることにより、ＢＧＳ波の
エネルギーの過度の表面集中を抑制し、耐湿性に優れた
電気機械結合係数ｋの高い弾性表面波素子を構成可能で
あることを見出した。ところで、このような表面波の表
面集中度を制御することにより特性を向上するという観
点での発明は全く新しいものであるが、従来技術を用い
ても類似の構成が可能である。たとえば特開平９−２０
８３９９号には、材質の異なる圧電単結晶を積層する構
造が示されている。特開平９−２０８３９９号に示され
ている発明は結晶性、接合性を良好に維持し、弾性表面
波装置の特性向上を目的としている。しかしながら、こ
のような圧電単結晶の積層構造により本発明のように表
面波の表面集中度を制御する場合、その材料種に制限が
あり、所望の特性が得られにくいと考えられる。さら
に、難加工性、加工コストの増大、接合不良などの問題
が懸念される。したがって、本発明では積層あるいは傾
斜的に配置する材料種の自由度が高く、しかもその加工
が容易である圧電多結晶体を用いて積層、傾斜構造を構
成することにより、本発明の主効果である表面波の表面
集中度制御と、それによる特性向上を実現したものであ
る。
究した結果、波のエネルギーの表面集中度がこれらの問
題に関与していることが明らかとなった。ＢＧＳ波は、
レイリー波と比べると波の表面集中度が小さいことが知
られている。ＢＧＳ波のエネルギーの表面集中度は、圧
電性基板の電気機械結合係数ｋと誘電率εによってほぼ
決定される。特に圧電性基板の表面に電極がある場合、
電気機械結合係数ｋが支配的であり、電気機械結合係数
ｋが大きいほどＢＧＳ波のエネルギーの表面集中度が増
すことが明らかとなっている。よって、電気機械結合係
数ｋが小さい圧電性基板を用いた場合、ＢＧＳ波のエネ
ルギーの表面集中度が低くなり、波のエネルギーは圧電
性基板の厚み方向にある程度の幅をもって分布すること
になる。表面集中度の低下は、圧電性基板内での波の損
失要因となる。よって、この損失が前述のインピーダン
ス比の低下の主原因となると考えられる。この問題に対
し、電気機械結合係数ｋが小さい圧電性基板でも、ＢＧ
Ｓ波のエネルギーを表面付近に集中させることができれ
ば、インピーダンス比の低下が抑制できる。そのため、
弾性表面波素子において、圧電性基板の厚み方向で、電
気機械結合係数ｋが異なる圧電媒体を多層的、あるいは
傾斜的に配置させることにより、表面近傍の電気機械結
合係数ｋのみを低くし、そこから厚み方向へは電気機械
結合係数ｋの高い圧電媒体を配置する構造をとり、ＢＧ
Ｓ波のエネルギーを表面付近に集中させ、電気機械結合
係数ｋの低い弾性表面波素子でも、インピーダンス比が
比較的高い弾性表面波素子を構成できることを見出し
た。一方、電気機械結合係数ｋが高い圧電性基板を用い
た場合、耐候性、特に耐湿性が悪化し、耐湿試験による
周波数の変化が大きくなるという問題がある。この問題
は、上述のとおり電気機械結合係数ｋが大きい圧電性基
板ではＢＧＳ波の表面集中度が高く、したがって最も湿
度や気温による劣化の影響を受けやすい表面付近のみを
波が伝播することによる。よって、上述の場合とは反対
に、表面付近のみが電気機械結合係数ｋの高い圧電媒体
とし、そこから厚み方向へは電気機械結合係数ｋの低い
圧電媒体を配置する構造をとることにより、ＢＧＳ波の
エネルギーの過度の表面集中を抑制し、耐湿性に優れた
電気機械結合係数ｋの高い弾性表面波素子を構成可能で
あることを見出した。ところで、このような表面波の表
面集中度を制御することにより特性を向上するという観
点での発明は全く新しいものであるが、従来技術を用い
ても類似の構成が可能である。たとえば特開平９−２０
８３９９号には、材質の異なる圧電単結晶を積層する構
造が示されている。特開平９−２０８３９９号に示され
ている発明は結晶性、接合性を良好に維持し、弾性表面
波装置の特性向上を目的としている。しかしながら、こ
のような圧電単結晶の積層構造により本発明のように表
面波の表面集中度を制御する場合、その材料種に制限が
あり、所望の特性が得られにくいと考えられる。さら
に、難加工性、加工コストの増大、接合不良などの問題
が懸念される。したがって、本発明では積層あるいは傾
斜的に配置する材料種の自由度が高く、しかもその加工
が容易である圧電多結晶体を用いて積層、傾斜構造を構
成することにより、本発明の主効果である表面波の表面
集中度制御と、それによる特性向上を実現したものであ
る。
【０００７】この発明の上述の目的、その他の目的、特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明の実施
の形態の詳細な説明から一層明らかとなろう。
徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明の実施
の形態の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【０００８】
【発明の実施の形態】（実施例）本発明の実施例におけ
る試料の作製工程および評価工程を図１に示す。以下に
その詳細を述べる。
る試料の作製工程および評価工程を図１に示す。以下に
その詳細を述べる。
【０００９】素原料としてＰｂ3 Ｏ4 、ＺｒＯ2 、Ｔｉ
Ｏ2 、ＭｎＣＯ3 、ＮｉＯ、Ｎｂ2Ｏ5 を表１の組成式
の圧電磁器組成物Ａ、Ｂ、Ｃが得られるようにそれぞれ
秤量し、それぞれの混合物をそれぞれ４〜３２時間ボー
ルミルで混合・粉砕した。
Ｏ2 、ＭｎＣＯ3 、ＮｉＯ、Ｎｂ2Ｏ5 を表１の組成式
の圧電磁器組成物Ａ、Ｂ、Ｃが得られるようにそれぞれ
秤量し、それぞれの混合物をそれぞれ４〜３２時間ボー
ルミルで混合・粉砕した。
【００１０】
【表１】
【００１１】そして、それぞれの混合物を脱水、乾燥し
て、８００〜９００℃の温度で２時間仮焼した後、得ら
れた粉末にバインダー、分散剤、消泡剤を３〜１０重量
％混合ないし加えて８〜１６時間粉砕してスラリーを作
製し、ドクターブレード法にて５０〜１５０μｍの厚み
のセラミックシートを成形ないし作製した。
て、８００〜９００℃の温度で２時間仮焼した後、得ら
れた粉末にバインダー、分散剤、消泡剤を３〜１０重量
％混合ないし加えて８〜１６時間粉砕してスラリーを作
製し、ドクターブレード法にて５０〜１５０μｍの厚み
のセラミックシートを成形ないし作製した。
【００１２】圧電磁器組成物Ａ、ＢおよびＣからなるシ
ートＡ、ＢおよびＣを図２（Ａ）〜図２（Ｆ）に示すそ
れぞれの条件で重ね圧着し、それぞれの成形体を１１０
０〜１２５０℃で１〜３時間焼成し、得られた焼成体の
片主面に＃８００〜＃８０００の研磨を順に施して鏡面
研磨し、表面の第１層の厚みが１０〜１００μｍで、素
子の総厚みが３００〜７００μｍの圧電性基板を得た。
ートＡ、ＢおよびＣを図２（Ａ）〜図２（Ｆ）に示すそ
れぞれの条件で重ね圧着し、それぞれの成形体を１１０
０〜１２５０℃で１〜３時間焼成し、得られた焼成体の
片主面に＃８００〜＃８０００の研磨を順に施して鏡面
研磨し、表面の第１層の厚みが１０〜１００μｍで、素
子の総厚みが３００〜７００μｍの圧電性基板を得た。
【００１３】そして、それぞれの圧電性基板の両主面に
櫛形の分極用電極をＡｇ蒸着電極で形成し、分極方向が
圧電性基板の表面と平行な方向となるように圧電性基板
に分極処理を施した。分極は、６０〜１２０℃のオイル
中で２．０〜４．０ｋＶ／ｍｍの電界を３０〜６０分印
加して行った。その後、Ａｇ蒸着電極をエッチング液で
除去し、分極済みの圧電性基板を得た。
櫛形の分極用電極をＡｇ蒸着電極で形成し、分極方向が
圧電性基板の表面と平行な方向となるように圧電性基板
に分極処理を施した。分極は、６０〜１２０℃のオイル
中で２．０〜４．０ｋＶ／ｍｍの電界を３０〜６０分印
加して行った。その後、Ａｇ蒸着電極をエッチング液で
除去し、分極済みの圧電性基板を得た。
【００１４】それから、従来と同様の工程で、上述の圧
電性基板の片主面にスパッタ蒸着法によりＡｌ電極膜を
形成し、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニング
することによって、櫛形交差電極を形成した。この場
合、櫛形交差電極は、上述の櫛形の分極用電極を形成し
た方向とは垂直方向に形成した。そして、圧電性基板を
所望の大きさにカットすることにより、図２（Ａ）〜図
２（Ｆ）に示す各構造からなる圧電性基板ごとに、図３
に示す弾性表面波素子（試料）を得た。
電性基板の片主面にスパッタ蒸着法によりＡｌ電極膜を
形成し、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニング
することによって、櫛形交差電極を形成した。この場
合、櫛形交差電極は、上述の櫛形の分極用電極を形成し
た方向とは垂直方向に形成した。そして、圧電性基板を
所望の大きさにカットすることにより、図２（Ａ）〜図
２（Ｆ）に示す各構造からなる圧電性基板ごとに、図３
に示す弾性表面波素子（試料）を得た。
【００１５】それぞれの弾性表面波素子を端子付き治具
に固定し、弾性表面波素子と端子とをワイヤーで結合
し、インピーダンスアナライザでその特性を評価した。
評価した項目は、反共振点と共振点のインピーダンス比
Ｚａ／Ｚｒ、ＢＧＳ波の電気機械結合係数ｋBGS 、機械
的品質係数ＱｍBGS 、および湿中放置前後の共振周波数
のシフト量Δｆｒ／ｆｒである。その結果を表２にまと
めた。
に固定し、弾性表面波素子と端子とをワイヤーで結合
し、インピーダンスアナライザでその特性を評価した。
評価した項目は、反共振点と共振点のインピーダンス比
Ｚａ／Ｚｒ、ＢＧＳ波の電気機械結合係数ｋBGS 、機械
的品質係数ＱｍBGS 、および湿中放置前後の共振周波数
のシフト量Δｆｒ／ｆｒである。その結果を表２にまと
めた。
【００１６】
【表２】
【００１７】表２において、試料Ａ−１は図２（Ａ）に
示す多層構造からなる圧電性基板を有する試料であり、
試料Ａ−２は図２（Ｂ）に示す傾斜構造からなる圧電性
基板を有する試料であり、試料Ａ−３は図２（Ｃ）に示
す単層構造からなる圧電性基板を有する試料であり、試
料Ｃ−１は図２（Ｄ）に示す多層構造からなる圧電性基
板を有する試料であり、試料Ｃ−２は図２（Ｅ）に示す
傾斜構造からなる圧電性基板を有する試料であり、試料
Ｃ−３は図２（Ｆ）に示す単層構造からなる圧電性基板
を有する試料であり、＊印を付した試料Ａ−３、Ｃ−３
は比較例であり、本発明の範囲外である。なお、図４お
よび図５に示すグラフにおいても、同様である。また、
表２において、Δｆｒ／ｆｒ（％）は、雰囲気温度６０
℃、湿度９５％Ｒ．Ｈ．の恒温恒湿槽に試料を放置した
耐湿試験１０００時間後の共振周波数ｆｒの変化率であ
る。
示す多層構造からなる圧電性基板を有する試料であり、
試料Ａ−２は図２（Ｂ）に示す傾斜構造からなる圧電性
基板を有する試料であり、試料Ａ−３は図２（Ｃ）に示
す単層構造からなる圧電性基板を有する試料であり、試
料Ｃ−１は図２（Ｄ）に示す多層構造からなる圧電性基
板を有する試料であり、試料Ｃ−２は図２（Ｅ）に示す
傾斜構造からなる圧電性基板を有する試料であり、試料
Ｃ−３は図２（Ｆ）に示す単層構造からなる圧電性基板
を有する試料であり、＊印を付した試料Ａ−３、Ｃ−３
は比較例であり、本発明の範囲外である。なお、図４お
よび図５に示すグラフにおいても、同様である。また、
表２において、Δｆｒ／ｆｒ（％）は、雰囲気温度６０
℃、湿度９５％Ｒ．Ｈ．の恒温恒湿槽に試料を放置した
耐湿試験１０００時間後の共振周波数ｆｒの変化率であ
る。
【００１８】さらに、これとは別に、それぞれの弾性表
面波素子（試料）についてＢＧＳ波のエネルギーの表面
付近の分布を有限要素法（ＦＥＭ）によるシュミレーシ
ョンにより求めた。その結果を図４および図５に示す。
面波素子（試料）についてＢＧＳ波のエネルギーの表面
付近の分布を有限要素法（ＦＥＭ）によるシュミレーシ
ョンにより求めた。その結果を図４および図５に示す。
【００１９】表２において試料Ａ−１、Ａ−２およびＡ
−３を比較した場合、どの試料も電気機械結合係数ｋ
BGS は２０％程度と非常に低いにもかかわらず、比較例
の試料Ａ−３と比較して、本発明にかかる試料Ａ−１お
よびＡ−２では、インピーダンス比Ｚａ／Ｚｒが４５ｄ
Ｂ以上であり、良好なフィルタを形成することが可能な
インピーダンス比Ｚａ／Ｚｒを確保できることがわか
る。
−３を比較した場合、どの試料も電気機械結合係数ｋ
BGS は２０％程度と非常に低いにもかかわらず、比較例
の試料Ａ−３と比較して、本発明にかかる試料Ａ−１お
よびＡ−２では、インピーダンス比Ｚａ／Ｚｒが４５ｄ
Ｂ以上であり、良好なフィルタを形成することが可能な
インピーダンス比Ｚａ／Ｚｒを確保できることがわか
る。
【００２０】また、図４に示すシュミレーション結果よ
り、本発明にかかる試料Ａ−１およびＡ−２では、比較
例の試料Ａ−３と比較して、ＢＧＳ波のエネルギーが表
面付近に集中していることがわかる。これは弾性表面波
素子において、圧電性基板の厚み方向で、電気機械結合
係数ｋが異なる圧電媒体を多層的、あるいは傾斜的に配
置させることにより表面近傍の電気機械結合係数ｋのみ
を低くし、そこから厚み方向へは電気機械結合係数ｋの
高い圧電媒体を配置する構造をとることにより、ＢＧＳ
波のエネルギーを表面付近に集中させることができるこ
とを示している。したがって、電気機械結合係数ｋの低
い弾性表面波素子でも、波の表面集中度の低下による圧
電性基板内での波の損失を抑制でき、インピーダンス比
の低下の小さい弾性表面波素子を構成できる。
り、本発明にかかる試料Ａ−１およびＡ−２では、比較
例の試料Ａ−３と比較して、ＢＧＳ波のエネルギーが表
面付近に集中していることがわかる。これは弾性表面波
素子において、圧電性基板の厚み方向で、電気機械結合
係数ｋが異なる圧電媒体を多層的、あるいは傾斜的に配
置させることにより表面近傍の電気機械結合係数ｋのみ
を低くし、そこから厚み方向へは電気機械結合係数ｋの
高い圧電媒体を配置する構造をとることにより、ＢＧＳ
波のエネルギーを表面付近に集中させることができるこ
とを示している。したがって、電気機械結合係数ｋの低
い弾性表面波素子でも、波の表面集中度の低下による圧
電性基板内での波の損失を抑制でき、インピーダンス比
の低下の小さい弾性表面波素子を構成できる。
【００２１】次に、表２において試料Ｃ−１、Ｃ−２お
よびＣ−３を比較した場合、どの試料も電気機械結合係
数ｋBGS は５０％以上と非常に高いにもかかわらず、比
較例の試料Ｃ−３と比較して、本発明にかかる試料Ｃ−
１およびＣ−２では、耐湿試験１０００時間後の共振周
波数のシフト量が半分以下に低下させ得ることがわか
る。
よびＣ−３を比較した場合、どの試料も電気機械結合係
数ｋBGS は５０％以上と非常に高いにもかかわらず、比
較例の試料Ｃ−３と比較して、本発明にかかる試料Ｃ−
１およびＣ−２では、耐湿試験１０００時間後の共振周
波数のシフト量が半分以下に低下させ得ることがわか
る。
【００２２】また、図４のシュミレーション結果より、
本発明にかかる試料Ｃ−１およびＣ−２では、比較例の
試料Ｃ−３と比較して、ＢＧＳ波のエネルギーの過度の
表面集中を抑制できていることがわかる。
本発明にかかる試料Ｃ−１およびＣ−２では、比較例の
試料Ｃ−３と比較して、ＢＧＳ波のエネルギーの過度の
表面集中を抑制できていることがわかる。
【００２３】電気機械結合係数ｋが高い圧電性基板を用
いた場合、耐候性、特に耐湿性が悪化し、耐湿試験によ
る周波数の変化が大きくなるという問題は、上述のとお
り電気機械結合係数ｋが大きい圧電性基板ではＢＧＳ波
の表面集中度が高く、したがって最も湿度や気温による
劣化の影響を受けやすい表面付近のみを波が伝播するこ
とによる。よって、上述のように、表面付近のみが電気
機械結合係数ｋの高い圧電媒体とし、そこから厚み方向
へは電気機械結合係数ｋの低い圧電媒体を配置する構造
をとることにより、ＢＧＳ波のエネルギーの過度の表面
集中を抑制し、耐湿性の優れた、電気機械結合係数ｋの
高い弾性表面波素子を構成できる。
いた場合、耐候性、特に耐湿性が悪化し、耐湿試験によ
る周波数の変化が大きくなるという問題は、上述のとお
り電気機械結合係数ｋが大きい圧電性基板ではＢＧＳ波
の表面集中度が高く、したがって最も湿度や気温による
劣化の影響を受けやすい表面付近のみを波が伝播するこ
とによる。よって、上述のように、表面付近のみが電気
機械結合係数ｋの高い圧電媒体とし、そこから厚み方向
へは電気機械結合係数ｋの低い圧電媒体を配置する構造
をとることにより、ＢＧＳ波のエネルギーの過度の表面
集中を抑制し、耐湿性の優れた、電気機械結合係数ｋの
高い弾性表面波素子を構成できる。
【００２４】なお、本実施例においては、圧電磁器組成
物の組成および電気的、機械的な特性の異なる組成物を
２層以上重ねた成形体を焼成することにより得られる多
層構造、あるいは傾斜構造の圧電性基板が用いられる。
この場合、各層の各々の圧電磁器組成物がその界面近傍
で、その一部が熱拡散しているような多層構造、あるい
は疑似的な傾斜構造を有していると考えられる。しかし
ながら、本発明はこの実施例に限定されるものではな
い。つまり、本発明は組成あるいは電気的、機械的な特
性の異なる圧電媒体よりなる多層構造、あるいは傾斜構
造の圧電性基板を有する弾性表面波素子を構成すること
により、弾性表面波のエネルギーの表面集中度を制御す
る技術を提供し、弾性表面波素子の特性を改善するもの
である。よって、多層構造でその層間で相互拡散のほと
んどない、たとえば圧電磁器組成物の低温焼結化により
相互拡散を抑制させたり、たとえばＣＶＤ法などの薄膜
形成方法などを用いて形成した弾性表面波素子において
も、その層厚みと層数を変更することにより同様の効果
が得られることは明白である。
物の組成および電気的、機械的な特性の異なる組成物を
２層以上重ねた成形体を焼成することにより得られる多
層構造、あるいは傾斜構造の圧電性基板が用いられる。
この場合、各層の各々の圧電磁器組成物がその界面近傍
で、その一部が熱拡散しているような多層構造、あるい
は疑似的な傾斜構造を有していると考えられる。しかし
ながら、本発明はこの実施例に限定されるものではな
い。つまり、本発明は組成あるいは電気的、機械的な特
性の異なる圧電媒体よりなる多層構造、あるいは傾斜構
造の圧電性基板を有する弾性表面波素子を構成すること
により、弾性表面波のエネルギーの表面集中度を制御す
る技術を提供し、弾性表面波素子の特性を改善するもの
である。よって、多層構造でその層間で相互拡散のほと
んどない、たとえば圧電磁器組成物の低温焼結化により
相互拡散を抑制させたり、たとえばＣＶＤ法などの薄膜
形成方法などを用いて形成した弾性表面波素子において
も、その層厚みと層数を変更することにより同様の効果
が得られることは明白である。
【００２５】さらに、本実施例では、ＢＧＳ波が用いら
れているが、レイリー波などの他の弾性表面波において
も、波の表面集中度は弾性表面波素子の電気的あるいは
機械的特性に影響を受けるため、同様の効果が得られる
ことが期待できる。
れているが、レイリー波などの他の弾性表面波において
も、波の表面集中度は弾性表面波素子の電気的あるいは
機械的特性に影響を受けるため、同様の効果が得られる
ことが期待できる。
【００２６】なお、本発明と類似の積層構造を有する弾
性表面波素子が、特開平９−２０８３９９号以外に特開
平９−３１２５４６号、特開平１０−１０７５８１号、
特開平１０−１３５７７３号などにも開示されている
が、特開平９−２０８３９９号、特開平９−３１２５４
６号、特開平１０−１０７５８１号では単結晶基板が用
いられ、単結晶の結晶性（格子欠陥、クラック）を改善
する効果を狙ったものであり、それらの構成、効果とも
本発明とは全く異なることは明白である。また、特開平
１０−１３５７７３号では櫛形電極のストレスマイグレ
ーション耐性を向上させるものであり、その構成も非圧
電性単結晶を含み本発明にかかる弾性表面波素子とは全
く異なり、効果も本発明の弾性表面波のエネルギーの表
面集中度の制御とは全く異なっていることは明白であ
る。
性表面波素子が、特開平９−２０８３９９号以外に特開
平９−３１２５４６号、特開平１０−１０７５８１号、
特開平１０−１３５７７３号などにも開示されている
が、特開平９−２０８３９９号、特開平９−３１２５４
６号、特開平１０−１０７５８１号では単結晶基板が用
いられ、単結晶の結晶性（格子欠陥、クラック）を改善
する効果を狙ったものであり、それらの構成、効果とも
本発明とは全く異なることは明白である。また、特開平
１０−１３５７７３号では櫛形電極のストレスマイグレ
ーション耐性を向上させるものであり、その構成も非圧
電性単結晶を含み本発明にかかる弾性表面波素子とは全
く異なり、効果も本発明の弾性表面波のエネルギーの表
面集中度の制御とは全く異なっていることは明白であ
る。
【００２７】
【発明の効果】この発明によれば、ＢＧＳ波を励振させ
る弾性表面波素子において、その圧電性基板が圧電多結
晶体からなり、しかも櫛形交差電極が形成される面に対
して垂直な方向に、電気的特性および機械的特性が異な
るようにたとえば傾斜するように２層以上積層された弾
性表面波素子を構成し、弾性表面波のエネルギーの表面
集中度を制御することにより、波の表面集中度に起因す
る問題、つまり、電気機械結合係数ｋが小さい圧電性基
板を用いた場合、弾性表面波のエネルギーの表面集中度
が低くなり、インピーダンス比が低下するという問題や
電気機械結合係数ｋが高い圧電性基板を用いた場合、弾
性表面波のエネルギーが過度に表面集中することによ
り、耐湿性が悪化するという問題を解決することができ
る。さらに、この発明のように上記の多層構造や傾斜構
造を特に磁器からなる圧電性基板を用いて構成すること
により、比較的容易に、しかも低コストにて所望の弾性
表面波素子を構成できる。
る弾性表面波素子において、その圧電性基板が圧電多結
晶体からなり、しかも櫛形交差電極が形成される面に対
して垂直な方向に、電気的特性および機械的特性が異な
るようにたとえば傾斜するように２層以上積層された弾
性表面波素子を構成し、弾性表面波のエネルギーの表面
集中度を制御することにより、波の表面集中度に起因す
る問題、つまり、電気機械結合係数ｋが小さい圧電性基
板を用いた場合、弾性表面波のエネルギーの表面集中度
が低くなり、インピーダンス比が低下するという問題や
電気機械結合係数ｋが高い圧電性基板を用いた場合、弾
性表面波のエネルギーが過度に表面集中することによ
り、耐湿性が悪化するという問題を解決することができ
る。さらに、この発明のように上記の多層構造や傾斜構
造を特に磁器からなる圧電性基板を用いて構成すること
により、比較的容易に、しかも低コストにて所望の弾性
表面波素子を構成できる。
【図１】本発明の実施例における試料の作製工程および
評価工程を示す図である。
評価工程を示す図である。
【図２】本発明の実施例における試料の圧電性基板の構
造を示す図解図である。
造を示す図解図である。
【図３】本発明の実施例における試料を示す斜視図であ
る。
る。
【図４】本発明の実施例における試料についてＢＧＳ波
のエネルギーの表面付近の分布を有限要素法（ＦＥＭ）
によるシュミレーションにより求めた結果を示すグラフ
である。
のエネルギーの表面付近の分布を有限要素法（ＦＥＭ）
によるシュミレーションにより求めた結果を示すグラフ
である。
【図５】本発明の実施例における他の試料についてＢＧ
Ｓ波のエネルギーの表面付近の分布を有限要素法（ＦＥ
Ｍ）によるシュミレーションにより求めた結果を示すグ
ラフである。
Ｓ波のエネルギーの表面付近の分布を有限要素法（ＦＥ
Ｍ）によるシュミレーションにより求めた結果を示すグ
ラフである。
Ａ 圧電磁器組成物Ａからなるシート Ｂ 圧電磁器組成物Ｂからなるシート Ｃ 圧電磁器組成物Ｃからなるシート
Claims (5)
- 【請求項１】 圧電性基板の表面に櫛形交差電極が形成
され、前記櫛形交差電極に電気信号を供給することによ
り弾性表面波が励振される弾性表面波素子において、 前記圧電性基板は、圧電多結晶体からなり、かつ前記櫛
形交差電極が形成される面に対して垂直な方向に、電気
的特性および機械的特性が異なるように２層以上積層さ
れたことを特徴とする、弾性表面波素子。 - 【請求項２】 前記圧電性基板は、電気的特性および機
械的特性が傾斜するように積層されることを特徴とす
る、請求項１に記載の弾性表面波素子。 - 【請求項３】 前記弾性表面波としてＢＧＳ波が用いら
れることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載
の弾性表面波素子。 - 【請求項４】 組成の異なる圧電磁器材料からなるシー
トを２枚以上積層して積層体とし、前記積層体を焼結す
ることにより、前記圧電体基板が形成されることを特徴
とする、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の弾
性表面波素子。 - 【請求項５】 前記シートの一部を隣接する前記シート
間で熱拡散することにより、電気的特性および機械的特
性が傾斜する前記圧電性基板が形成されることを特徴と
する、請求項４に記載の弾性表面波素子。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31890298A JP3717034B2 (ja) | 1998-11-10 | 1998-11-10 | 弾性表面波素子 |
| TW088118433A TW449966B (en) | 1998-11-10 | 1999-10-26 | Surface acoustic wave device |
| US09/433,517 US6208063B1 (en) | 1998-11-10 | 1999-11-03 | Surface acoustic wave device having polycrystalline piezoelectric ceramic layers |
| KR10-1999-0049630A KR100375863B1 (ko) | 1998-11-10 | 1999-11-10 | 탄성 표면파 소자 |
| CN99123496A CN1122363C (zh) | 1998-11-10 | 1999-11-10 | 声表面波器件 |
| EP99402795A EP1001531A3 (en) | 1998-11-10 | 1999-11-10 | Surface acoustic wave device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31890298A JP3717034B2 (ja) | 1998-11-10 | 1998-11-10 | 弾性表面波素子 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002187638A Division JP2003051734A (ja) | 2002-06-27 | 2002-06-27 | 弾性表面波素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000151351A true JP2000151351A (ja) | 2000-05-30 |
| JP3717034B2 JP3717034B2 (ja) | 2005-11-16 |
Family
ID=18104256
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31890298A Expired - Lifetime JP3717034B2 (ja) | 1998-11-10 | 1998-11-10 | 弾性表面波素子 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6208063B1 (ja) |
| EP (1) | EP1001531A3 (ja) |
| JP (1) | JP3717034B2 (ja) |
| KR (1) | KR100375863B1 (ja) |
| CN (1) | CN1122363C (ja) |
| TW (1) | TW449966B (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US7321485B2 (en) | 1997-04-08 | 2008-01-22 | X2Y Attenuators, Llc | Arrangement for energy conditioning |
| US6018448A (en) * | 1997-04-08 | 2000-01-25 | X2Y Attenuators, L.L.C. | Paired multi-layered dielectric independent passive component architecture resulting in differential and common mode filtering with surge protection in one integrated package |
| US7336468B2 (en) | 1997-04-08 | 2008-02-26 | X2Y Attenuators, Llc | Arrangement for energy conditioning |
| JP4679782B2 (ja) * | 1999-12-10 | 2011-04-27 | 富士通株式会社 | 温度センサ |
| CN1481603A (zh) * | 2000-10-17 | 2004-03-10 | X2Y˥��������˾ | 屏蔽汞齐和被屏蔽的能量路径及用于单个或多个带公共参考节点电路的其它元件 |
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| EP1698033A4 (en) | 2003-12-22 | 2010-07-21 | X2Y Attenuators Llc | INTERNAL SHIELDED ENERGY PREPARATION |
| US7817397B2 (en) | 2005-03-01 | 2010-10-19 | X2Y Attenuators, Llc | Energy conditioner with tied through electrodes |
| JP2008537843A (ja) | 2005-03-01 | 2008-09-25 | エックストゥーワイ アテニュエイターズ，エルエルシー | 内部で重なり合った調整器 |
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| KR101390426B1 (ko) | 2006-03-07 | 2014-04-30 | 엑스2와이 어테뉴에이터스, 엘.엘.씨 | 에너지 컨디셔너 구조물들 |
| KR101303881B1 (ko) | 2006-08-03 | 2013-09-04 | 삼성디스플레이 주식회사 | 터치 스크린, 그 제조 방법 및 이를 구비하는 표시 장치 |
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