JP2000196410A - 高安定高結合弾性表面波基板とそれを用いた弾性表面波フィルタ及び弾性表面波機能素子 - Google Patents

高安定高結合弾性表面波基板とそれを用いた弾性表面波フィルタ及び弾性表面波機能素子

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Kazuhiko Yamanouchi
和彦 山之内
Hiroyuki Odakawa
裕之 小田川
Kenji Kotani
謙司 小谷
Yasuo Cho
康雄 長
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Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、電気機械結合係数の大きな圧電性単
結晶或いは圧電セラミックス基板の下に線膨張係数が小
さい基板を張り付けることにより温度の変化に対する中
心周波数の変化の小さい弾性表面波基板及びこの基板を
用いた弾性表面波フィルタ及び弾性表面波機能素子に関
するものである。 【構成】電気機械結合係数の大きな弾性表面波基板であ
る、厚さが0.1〜0.5mmのLiNbO、LiT
aOのどの圧電基板、その下に厚さが0.3mmから
2mmの線膨張係数の小さい基板を付着させた、温度特
性に優れた弾性表面基板が構成図であ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は温度変化に対する周波数
変化の小さい高安定圧電性弾性表面波基板とこの基板を
用いた高周波帯の低挿入損失の弾性表面波フィルタ及び
機能素子に関する。
【0002】
【従来の技術】圧電性基板表面上にすだれ状電極を設け
た弾性表面波変換器を用いた弾性表面波フィルタ及び弾
性表面波機能素子は、テレビの中間周波数帯のフィル
タ、移動体通信用のフィルタとして、広く応用されてい
る。これらのフィルタ及びデバイスでは、比較的帯域幅
が広い特性と温度の変化に対する周波数特性の変化の小
さいフィルタ及び変換器が要求されている。しかし、従
来の広い帯域をもつフィルタでは電気機械結合係数(k
)の大きな圧電体基板が用いられるが、これらの基板
は、温度安定性に欠けており、温度変化を考慮して広い
帯域のフィルタが用いられており、周波数の有効利用の
観点からは大きな欠点となっている。一方、温度安定性
に優れた弾性表面波基板として、ST−cut水晶、L
ST−cut水晶などが提案されている。しかし、これ
らの基板は高安定の発振器として有用であるが、電気機
械結合係数が小さいので、広い帯域幅をもち、挿入損失
の小さいフィルタには向かない。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】一方、温度安定性に優
れ、かつ大きな電気機械結合係数をもつ基板として、L
iNbO、LiTaO基板表面に、逆の温度特性を
もつSiO膜を付着させたSiO/LiNbO
SiO/LiTaO基板が考案され(文献:山之
内、岩橋、柴山:Wave Electronics,
3,(1979−12)及び、文献:山之内、端山:I
EEE,Trans.on Sonicsand Ul
rason.,Vol−SU,No.−1,Jan.1
984)実験により好結果が得られている。この基板
は、高安定の発振器及び通常のすだれ状電極を用いたフ
ィルタとしての応用が提案されている。しかし、SiO
薄膜の作製の困難さ、薄膜の厚さの制御の困難さ、速
度分散性があること、伝搬損失が大きくなることなどの
ため実用化されていない。本特許は、電気機械結合係数
の大きな単結晶或いはセラミック基板の裏面に線膨張係
数の小さい基板を付着させた複合構造とすることによ
り、圧電性を保持したままで、温度安定性に優れた基板
にすることにより、広い帯域幅と高温度安定、かつ低挿
入損失のフィルタ及び機能素子を得ることを可能にする
ものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、高結合の圧電
性基板と線膨張係数の小さい、或いは線膨張係数が負の
基板を張り合わせることにより、圧電性基板の線膨張係
数を張り合わせた基板の線膨張係数とほぼ同じ値にする
ことにより、温度高安定でありかつ大きな電気機械結合
係数をもつ低挿入損失の弾性表面波フィルタ及び弾性表
面波機能素子を得ることを目的としている。特に、この
基板を多位相型の一方向性の低挿入損失フィルタ及び内
部反射型一方向性すだれ状電極弾性表面波変換器を用い
たフィルタ及び共振器型のすだれ状電極を用いたフィル
タ及び集積型のすだれ状電極を用いた低損失フィルタに
応用することにより、低挿入損失のフィルタが得られ
る。特に、GHz帯では、圧電基板の厚さを10μm程
度としても良好な温度特性と圧電特性をもつ基板が得ら
れるので、実用上有用である。また、付着温度を使用温
度付近にすることにより、圧電基板の歪みの小さい基板
が可能である。更に、この基板では、薄膜を用いた高温
度安定基板のような薄膜による伝搬損失が無いので低損
失化が可能である。
【0005】
【実施例1】 実施例の1は、図1のように、圧電性単
結晶・圧電セラミック基板の裏面に線膨張係数の小さい
基板を付着させた圧電性単結晶・圧電セラミック基板/
線膨張係数の小さい基板構造の弾性表面波基板及びこの
基板を用いた弾性表面波フィルタ及び弾性表面波機能素
子が実施例の1である。
【実施例2】 実施例の2は、特許請求の範囲の請求項
1において、電気機械結合係数の大きな圧電性単結晶或
いは圧電セラミックス基板の下に線膨張係数が小さい基
板を張り付けることにより温度の変化に対する中心周波
数の変化の小さい弾性表面波基板及びこの基板を用いた
弾性表面波フィルタ及び弾性表面波機能素子が実施例の
2である。
【実施例3】 実施例の3は、特許請求の範囲の請求項
1或いは請求項2において、圧電性単結晶として、12
8°Y−X LiNbO基板、36°Y−XLiTa
基板、41°Y−XLiNbO基板、64°Y−
X LiNbO、126°Y−X LiTaO、回
転Y−X KNbO基板及び大きな電気機械結合係数
をもつ基板の厚さが、0.01mm〜0.5mmの範囲
であり、それらのカット角が128゜、36゜、41
゜、64゜、126゜のいずれもそれらの値から±20
°の範囲であり、その基板の下に線膨張係数の小さな基
板、零に近い基板、或いは負である基板で、その基板の
厚さが、0.2mm〜2.0mmの範囲の基板を付着さ
せることによって得られる弾性表面波基板或いはこの基
板を用いた弾性表面波フィルタ及び弾性表面波機能素子
が実施例の3である。
【実施例4】 実施例の4は、図1のように、特許請求
の範囲の請求項1或いは請求項2或いは請求項3におい
て、電気機械結合係数の大きな圧電性単結晶或いは圧電
セラミックス基板と下の線膨張係数が小さい基板を張り
付ける接着剤として、瞬間接着剤、有機系接着剤、紫外
線硬化接着剤、ポリイミド、ハンダなどを用いた弾性表
面波基板及び圧電性基板の裏面、及び図2のよに、圧電
体基板の裏面及び線膨張係数の小さい基板の表面にチタ
ンなどの薄膜を形成し、その上から接着剤を用いて付着
させた構造の弾性表面波基板或いは、この基板を用いた
弾性表面波フィルタ及び弾性表面波機能素子が実施例の
4である。
【実施例5】 実施例の5は、特許請求の範囲の請求項
1或いは請求項2或いは請求項3或いは請求項4におい
て、下に付着させる基板として、線膨張係数の小さいカ
ット面と軸方向をもつ水晶、熔融石英、ガラス、或いは
形状合金を用いた弾性表面波基板或いはこの基板を用い
た弾性表面波フィルタ及び弾性表面波機能素子が実施例
の5である。
【実施例6】 実施例の6は、特許請求の範囲の請求項
1或いは請求項2或いは請求項3或いは請求項4或いは
請求の範囲5において、付着させる温度として、10°
C〜40°Cの範囲或いは上記温度の±50°Cの範囲
の温度で付着させた構造の弾性表面波基板或いはこの基
板を用いた弾性表面波フィルタ及び弾性表面波機能素子
が実施例の6である。
【実施例7】 実施例の7は、特許請求の範囲の請求項
1或は請求項2或は請求項3或は請求項4或いは請求項
5において、上記の基板を用いた多位相型一方向性すだ
れ状電極弾性表面波変換器を用いた低挿入損失フィル
タ、集積型のすだれ状電極を用いた低挿入損失フィル
タ、内部反射型の一方向性すだれ状電極弾性表面波変換
器を用いたフィルタ、共振器構造のすだれ状電極弾性表
面波変換を用いた低挿入損失のフィルタ或いはこの共
振器をラダー型フィルタ或いはラティス型フィルタに用
いた低挿入損失フィルタ及びこの基板と上記の変換器を
用いた弾性表面波機能素子が実施例の7である。図3
は、厚さが0.1mmの41゜Y−X・LiNbO
板と厚さが0.5mm熔融石英との組み合わせによる周
波数温度特性の数値解析の結果であり、線膨張係数の小
さい基板の線膨張係数が1.8ppm/゜Cの場合、ほ
ぼ零温度特性が得られている。また、上記の条件での実
験結果の一例を図4に示す。目的とする零温度特性は得
られていないが、41゜Y−X・LiNbO基板のみ
の場合の65ppm/゜Cに対して、約半分の34pp
m/゜Cの温度特性が得られている。
【0006】
【発明の効果】本発明のフィルタ及び機能素子を用いる
ことにより、広い帯域幅、低挿入損失、かつ温度安定性
に優れた弾性表面波フィルタ、高性能の弾性表面波共振
器及びVCOなどの弾性波機能素子、高性能の半導体素
子と組み合わせた素子が得られる。
【0007】
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例の一つであり、圧電性基板の
裏面に線膨張係数の小さな基板を付着させた構造の基板
を示す図である。
【図2】 本発明の実施例の一つであり、圧電性基板の
裏面とに線膨張係数の小さな基板の表面に金属薄膜など
を付着させた後、両面を付着させた構造の基板を示す図
である。
【図3】本発明の理論解析の結果を示す図であり、下地
基板の線膨張係数に対する64゜Y−XLiNbO
板の遅延時間温度特性を示す図である。
【図4】本発明の実験結果を示す図であり、下地基板と
して、熔融石英の64゜Y−XLiNbO基板の遅延
時間温度特性を示す図である。
【符号の説明】
1.…圧電性基板、2.…接着剤、3.…線膨張係数の
小さい下地基板 4.…チタンなどの薄膜基板

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】圧電性単結晶・圧電セラミック基板の裏面
    に線膨張係数の小さい基板を付着させた圧電性単結晶・
    圧電セラミック基板/線膨張係数の小さい基板構造の弾
    性表面波基板及びこの基板を用いた弾性表面波フィルタ
    および弾性表面波機能素子。
  2. 【請求項2】特許請求の範囲の請求項1において、電気
    機械結合係数の大きな圧電性単結晶或いは圧電セラミッ
    クス基板の下に線膨張係数が小さい基板を張り付けるこ
    とにより温度の変化に対する中心周波数の変化の小さい
    弾性表面波基板及びこの基板を用いた弾性表面波フィル
    タ及び弾性表面波機能素子。
  3. 【請求項3】特許請求の範囲の請求項1或いは請求項2
    において、圧電性単結晶として、128°Y−X Li
    NbO基板、36°Y−X LiTaO基板、41
    °Y−X LiNbO基板、64°Y−X LiNb
    、126°Y−X LiTaO、回転Y−X K
    NbO基板及び大きな電気機械結合係数をもつ基板の
    厚さが、0.01mm〜0.5mmの範囲であり、それ
    らのカット角が128°、36°、41°、64°、1
    26°のいずれもそれらの値から±20°の範囲であ
    り、その基板の下に線膨張係数の小さな基板、零に近い
    基板、或いは負である基板で、その基板の厚さが、0.
    2mm〜2.0mmの範囲の基板を付着させることによ
    って得られる弾性表面波基板或いはこの基板を用いた弾
    性表面波フィルタ及び弾性表面波機能素子。
  4. 【請求項4】特許請求の範囲の請求項1或いは請求項2
    或いは請求項3において、電気機械結合係数の大きな圧
    電性単結晶或いは圧電セラミックス基板と下の線膨張係
    数が小さい基板を張り付ける接着剤として、瞬間接着
    剤、有機系接着剤、紫外線硬化接着剤、ポリイミド、ハ
    ンダなどを用いた弾性表面波基板及び圧電性基板の裏
    面、及び圧電体基板の裏面及び線膨張係数の小さい基板
    の表面にチタンなどの薄膜を形成し、その上から接着剤
    を用いて付着させた構造の弾性表面波基板或いは、この
    基板を用いた弾性表面波フィルタ及び弾性表面波機能素
    子。
  5. 【請求項5】特許請求の範囲の請求項1或いは請求項2
    或いは請求項3或いは請求項4において、下に付着させ
    る基板として、線膨張係数の小さいカット面と軸方向を
    もつ水晶、熔融石英、ガラス、或いは形状合金を用いた
    弾性表面波基板或いはこの基板を用いた弾性表面波フィ
    ルタ及び弾性表面波機能素子。
  6. 【請求項6】特許請求の範囲の請求項1或いは請求項2
    或いは請求項3或いは請求項4或いは請求の範囲5にお
    いて、付着させる温度として、10゜C〜40゜Cの範
    囲或いは上記温度の±50゜Cの範囲の温度で付着させ
    た構造の弾性表面波基板或いはこの基板を用いた弾性表
    面波フィルタ及び弾性表面波機能素子。
  7. 【請求項7】特許請求の範囲の請求項1或は請求項2或
    は請求項3或は請求項4或いは請求項5において、上記
    の基板を用いた多位相型一方向性すだれ状電極弾性表面
    波変換器を用いた低挿入損失フィルタ、集積型のすだれ
    状電極を用いた低挿入損失フィルタ、内部反射型の一方
    向性すだれ状電極弾性表面波変換器を用いたフィルタ、
    共振器構造のすだれ状電極弾性表面波変換を用いた低
    挿入損失のフィルタ或いはこの共振器をラダー型フィル
    タ或いはラティス型フィルタに用いた低挿入損失フィル
    タ及びこの基板と上記の変換器を用いた弾性表面波機能
    素子。
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