JP2001077660A

JP2001077660A - 弾性表面波装置

Info

Publication number: JP2001077660A
Application number: JP24792699A
Authority: JP
Inventors: Miki Ito; 幹伊藤
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1999-09-01
Filing date: 1999-09-01
Publication date: 2001-03-23

Abstract

(57)【要約】【課題】通過帯域周波数の温度安定性に優れた弾性表
面波装置を提供すること。【解決手段】入出力端子１１，１２が形成されたケー
シング６内に、温度変化に伴う中心周波数の変動が互い
に異なる２つの圧電基板１上に励振電極１０を配設した
弾性表面波素子Ａ，Ｂを収容して成るものであり、入出
力端子１１，１２間に、温度変化に伴う中心周波数の変
動が大きい圧電基板を用いた弾性表面波素子を直列接続
させ、かつ、温度変化に伴う中心周波数の変動が小さい
圧電基板を用いた弾性表面波素子を並列接続させたこと
を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電気通信分野におい
て、携帯電話やセルラー電話等の移動体通信機器に高周
波素子として頻繁に使用される表面実装型の弾性表面波
装置に関するものである。

【０００２】

【従来技術とその課題】従来より、移動体通信機器に使
用される一般的な弾性表面波装置Ｊは、図９に示すよう
に、筐体６に形成した凹部６ａに圧電基板１上に励振電
極１０を配設した弾性表面波素子Ｋを収容し、これをダ
イボンドペースト樹脂５で固着させ、弾性表面波素子Ｋ
の入出力用および接地用の接続電極９から筐体６に形成
した電極へ金属ワイヤ４等で電気接続させ、筐体６を蓋
８で封止させたものである。

【０００３】このような弾性表面波装置において、特に
電気特性では激化する高周波化，高度情報化により割り
当て周波数帯域幅が不足し、その結果、通信周波数の高
周波化に反して送受信帯域の間隔は広がらないので、フ
ィルタの減衰傾度向上、温度特性向上、周波数製造偏差
圧縮等が要求されている。

【０００４】近年の移動体通信の発展により、空中線周
波数間隔の割り当てはますます狭隘化するに反して通過
帯域は広帯域化するに至り、弾性表面波素子の周波数偏
差の圧縮では対応が不可能になってきた。その理由とし
ては、フィルタの通過帯域の広帯域化により、基板とし
て使用する圧電材料の電気機械結合係数は、たとえばニ
オブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）もしくはタンタル酸リ
チウム（ＬｉＴａＯ₃）単結晶のように高電気機械結合
係数を有する材料が選択される。

【０００５】しかし、減衰特性は通過帯域幅もしくは結
合係数に相関する要素であり、通過帯域の広帯域化と共
に減衰帯域も広帯域化させる。そこで、複数個のフィル
タの多段接続により減衰傾度を向上させることでこの問
題を解決する方法が考えられるが、そのような多段化は
挿入損失の増大をも引き起こすため、必ずしも解決方法
とはなり得なかった。

【０００６】同様にフィルタの温度特性も広帯域化と共
に増加する傾向にある。これは一般に電気機械結合係数
の大きな材料の持つ温度係数は大きくなるからである。
上述のニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）もしくはタン
タル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）単結晶等の圧電材料も
同様で、高電気機械結合係数を有する反面、夫々の単結
晶は−８０ｐｐｍ／℃，−４０ｐｐｍ／℃という大きな
負の周波数温度特性を有する。このため、使用温度範囲
が広がればシステム側から要求される仕様を満足できな
い結果となっていた。

【０００７】周波数温度特性の補償の方法として、具体
的にはＬｉＴａＯ₃単結晶基板上に作製したＳＡＷ−Ｖ
ＣＯ（Surface Acoustic Wave - Voltage Control of O
scillate frequency）用の弾性表面波共振子の主面にＳ
ｉＯ₂膜を数千Å成膜し、ＬｉＴａＯ₃単結晶の温度変
動を線膨張係数の小さいＳｉＯ₂膜の被覆により温度補
償する方法がある。

【０００８】しかしながら、温度補償が可能なＳｉＯ₂
膜を成膜した場合、深刻な弾性表面波装置の挿入損失増
大に加え、ＳｉＯ₂膜の質量効果によるフィルタ周波数
の低下およびそのバラツキが生じ、大量生産に適さな
い。

【０００９】そこで、本発明は上述した従来の諸問題を
解消するために提案されたものであり、通過帯域周波数
の温度安定性に優れた弾性表面波装置を提供することを
目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の弾性表面波装置は、入出力端子が形成され
たケーシング内に、温度変化に伴う中心周波数の変動が
互いに異なる２つの圧電基板上に励振電極を配設した弾
性表面波素子を収容して成るものであり、入出力端子間
に、温度変化に伴う中心周波数の変動が大きい圧電基板
を用いた弾性表面波素子を直列接続させ、かつ、温度変
化に伴う中心周波数の変動が小さい圧電基板を用いた弾
性表面波素子を並列接続させたことを特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて詳細に説明する。

【００１２】図１に蓋８を外した弾性表面波装置Ｓの上
面図を様子を、図２に図１のＫ−Ｋ′線の端面図を蓋８
を取り付けた状態で示す。

【００１３】筐体（ケーシング）６に設けた凹部６ａ
に、温度変化に伴う中心周波数の変動が互いに異なる２
つの圧電基板１のそれぞれの主面に、少なくとも１つの
励振電極１０を配設させた弾性表面波素子Ｂを載置し、
弾性表面波素子Ｂの接続電極９から、金属バンプ３を介
して筐体６の入力端子１１、出力端子１２、接地端子１
３に接続された導体（不図示）に接続させる。

【００１４】また、弾性表面波素子Ｂの裏面に樹脂５を
塗布し、弾性表面波素子Ａの裏面に固着させる。次い
で、弾性表面波素子Ａの接続電極９から金属ワイヤ４を
介して筐体６の入出力および接地電極１１、１２、１３
に接続させる。この後、蓋シール材７を介して蓋８を筐
体６に接着させ封止する。

【００１５】弾性表面波素子Ｂと弾性表面波素子Ａの接
続関係について図３の電気等価回路で示す。弾性表面波
素子Ｂおよび弾性表面波素子Ａは共に、ある周波数帯域
内の信号のみを通過させるバンドパスフィルタである。
ケーシング６の入出力の信号線（入力端子１１−出力端
子１２のライン）に対し直列に接続させた、中心周波数
の温度変動の大きい圧電基板を用いた弾性表面波素子Ａ
またはＢにより通過帯域を形成させる（バンドパスフィ
ルタとして機能）。また、直列に接続した素子の入出力
から接地端子へ中心周波数の温度変動の小さい圧電基板
を用いた弾性表面波素子ＢまたはＡを並列に接続させる
ことで、減衰帯域を形成させる（バンドエリミネータと
して機能）。このとき、入出力の信号線に対し直列に接
続させた弾性表面波素子ＡまたはＢは、要求されるフィ
ルタ特性の仕様に従って設計される。弾性表面波素子Ａ
は弾性表面波素子Ｂの通過帯域より高周波側または低周
波側に通過帯域を持つように設計され、減衰帯域を発生
させている。

【００１６】図４は本発明に係る弾性表面波素子毎の周
波数特性を併記させた特性図である。本特性図は通過帯
域の高域側を減衰させるようにする例として、中心周波
数の温度変動の大きい、例えばタンタル酸リチウム単結
晶を用いた弾性表面波素子Ｂを入出力の信号線に対し直
列に接続させて通過帯域を形成させた場合の周波数特性
を実線で示し、また、中心周波数の温度変動の小さい、
例えば四ホウ酸リチウムを用いた弾性表面波素子Ａを前
記の直列に接続した素子の出力から接地端子へと並列に
接続させることで減衰帯域を形成させた場合の周波数特
性を破線で示したものである。

【００１７】また、図５は図４で用いたタンタル酸リチ
ウム単結晶と四ホウ酸リチウム単結晶の圧電基板を用い
たときの弾性表面波素子の中心周波数の温度変動を示し
たグラフである。特に、低温でのタンタル酸リチウムを
用いた素子の中心周波数の高域側への温度変動が大きく
なるが、四ホウ酸リチウムを用いた素子の中心周波数の
低温時の温度変動が小さいため、高域側へ変動する通過
帯域と変動しない減衰帯域が重なり、低温時の弾性表面
波装置の通過帯域は補償され、低温時に通過帯域の温度
変動の小さい特性が実現できる。

【００１８】また、図３に示す並列接続した素子を通過
帯域の低周波側に減衰帯域となるよう設計すれば、高温
時に通過帯域の温度変動の小さい弾性表面波装置が実現
できる。また、減衰帯域を高周波側または低周波側にす
る指針は要求仕様にあり、要求される減衰周波数に所望
の減衰帯域を設計することになる。

【００１９】一般にフィルタ特性の仕様は広帯域が要求
されるため、直列接続する弾性表面波素子に用いられる
圧電基板は、タンタル酸リチウムやニオブ酸リチウムな
ど大きい電気機械結合係数を持つ圧電基板が使用され
る。なお、中心周波数は温度に比例して低下する傾向に
ある。また、並列接続する弾性表面波素子に用いる圧電
基板は、通過帯域を形成する弾性表面波素子の温度変動
を補償する基板が好ましく、実用化されている圧電基板
では四ホウ酸リチウム単結晶やランガサイト単結晶また
はランガナイト単結晶などが室温付近を頂点に持つ２次
曲線となり、温度変動を補償できる。

【００２０】ここで、入出力の信号線に対し直列接続さ
せた弾性表面波素子の圧電基板の周波数偏差と並列接続
させた弾性表面波素子の圧電基板の周波数偏差との関係
は、図５の実験結果より、通過帯域を形成させた比較的
中心周波数の温度係数の小さいタンタル酸リチウムの室
温値からの周波数偏差が２５００ｐｐｍに対し、減衰帯
域を形成する比較的中心周波数の温度係数の大きい四ホ
ウ酸リチウムの周波数偏差が５００ｐｐｍであることが
判明したので、最大で１／５以下の素子の中心周波数の
温度変動であれば実現可能といえる。

【００２１】また、弾性表面波素子Ａには四ホウ酸リチ
ウム単結晶やランガサイト単結晶またはランガナイト単
結晶などを用いた方が好ましい。この理由は、四ホウ酸
リチウムやランガサイトまたはランガナイトなどの圧電
基板は温度特性が良好であるからである。また、電気機
械結合係数が小さいが、インダクタンス成分（ワイヤ部
分）を利用して通過帯域（本発明では減衰帯域）を広げ
ることができることを利用して、弾性表面波素子Ａに金
属ワイヤを介して筐体の電極端子に接続した方が良い。

【００２２】また、ダイボンドに使用する接着樹脂剤に
は応力により弾性表面波装置の周波数を変化させないこ
とが要求されるため、柔軟なダイボンド材による接着応
力の低下または最小の接着面積で応力の発生を防ぎなが
ら効率よく接着するものが良く、Ｓｉ系樹脂が良好であ
る。さらに、本発明の構造では、弾性表面波素子どうし
が近接するため信号線のアイソレーションを良くするた
め樹脂５中に銀フィラーを適度に混合したものを用いる
と好適である。

【００２３】なお、本発明の弾性表面波装置は、上述の
図示例にのみ限定されるものではなく、例えばケーシン
グ内に３つ以上の弾性表面波素子を設けるようにしても
よく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変
更を加え得ることは可能である。

【００２４】

【実施例】つぎに、図１に示した弾性表面波装置の基本
的な構造にしたがって、実施例について本発明に係る弾
性表面波装置について説明する。

【００２５】４２度回転ＹカットＸ伝搬のタンタル酸リ
チウム単結晶からなる圧電基板上に、フォトリソグラフ
ィ及びエッチング工程を用いて微細な励振電極を作製
し、弾性表面波素子（Ａ）を作製した。作製したラダー
型構造の弾性表面波装置は、中心周波数２ＧHz帯であ
り、すだれ状電極幅および電極スペースはそれぞれ約
０．５μｍである。電極の材質はスパッタ法によって成
膜した厚み２０００ÅのＡｌ−Ｃｕ合金膜を使用した。

【００２６】つぎに、４５度回転ＸカットＺ伝搬の四ホ
ウ酸リチウムからなる圧電基板上に、フォトリソ工程を
用いて微細な励振電極２を作製し、弾性表面波素子
（Ｂ）を作製した。作製したラダー型構造の弾性表面波
装置は、中心周波数２ＧHz帯であり、すだれ状電極幅お
よび電極スペースはそれぞれ約０．４５μｍである。電
極の材質はスパッタ法によって成膜した厚み１５００Å
のＡｌ−Ｃｕ合金膜を使用した。

【００２７】弾性表面波素子を作製したタンタル酸リチ
ウムおよび四ホウ酸リチウムの圧電基板はそれぞれ０．
２ｍｍの厚みのものを使用した。これは、圧電基板の厚
みがこれ以上厚くなると、装置の総厚みに影響を与え低
背位化の妨げになり、これ以下の厚みになると電極加工
プロセス中にウェハが破損しやすくなり、歩留まりが著
しく低下するためである。

【００２８】素子毎に分割するためのウェハの分割はダ
イシングソーを用い、ダイヤモンド砥粒＃６００を用い
て約０．８ｍｍ角のピッチで切断した。この条件はダイ
シング時に発生するチッピング寸法を約２０μｍに抑え
ることを条件に選定した。

【００２９】弾性表面波素子（Ａ）および（Ｂ）の主面
反対側の他面を銀ペースト（銀フィラーとＳｉ系樹脂の
混合接着剤）にて接合し、１５０℃、２時間の加熱硬化
を行った。

【００３０】弾性表面波素子（Ｂ）の主面が下面になる
ようにセラミック・パッケージにフリップチップ実装を
行い、金バンプにてセラミック・パッケージの電極と弾
性表面波素子（Ｂ）の電極を電気接続させた。

【００３１】つぎに、ワイヤボンドにてセラミック・パ
ッケージの電極と弾性表面波素子（Ａ）の電極を電気接
続させた。

【００３２】蓋（リッド）は厚さ１００μｍのコバール
平板をプレス加工にて外形加工し、表面のエッチング加
工を施した後に無電界Ｎｉメッキを施した。リッドとパ
ッケージ・溶接リングの接合はシーム溶接を行い、本発
明に係る弾性表面波装置を完成させた。

【００３３】素子の電気的特性の測定にはネットワーク
アナライザを使用し、温度槽中で温度変動を測定した。
この時の測定値を図６に示す。実線で温度−３０℃の時
の通過帯域特性を示し、破線で室温時の通過帯域特性を
示す。また、図７に比較のため従来の弾性表面波装置の
温度−３０℃の時の通過帯域特性を実線で示し、室温時
の通過帯域特性を破線で示す。低温時の通過帯域、特に
高周波側の変動が小さくなっていることが判る。低周波
側の変動は従来とほぼ同等であるが、通過帯の仕様内で
問題は無い。

【００３４】また、図８には中心周波数の温度変動量を
数値的に本発明と従来の特性とを併記した。温度変動
は、従来の弾性表面波装置では−３０℃から２５℃の範
囲で約２５００ｐｐｍ変動したのに対し、本発明の弾性
表面波装置では８００ｐｐｍの変動に改善されていた。
−３０℃から＋８５℃の範囲でも従来の弾性表面波装置
では−３０℃から２５℃の範囲で約５０００ｐｐｍ変動
したのに対し、本発明の弾性表面波装置では３３００ｐ
ｐｍの変動に改善されていたことを確認できた。

【００３５】

【発明の効果】以上、詳述したように本発明の弾性表面
波装置によれば、中心周波数や通過帯域の高周波側周波
数の温度温度安定性に優れ、特性のばらつきの少ない信
頼性の優れた弾性表面波装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る弾性表面波装置の一実施形態を模
式的に説明する上面図である。

【図２】図１のＫ−Ｋ′端面図である。

【図３】本発明に係る弾性表面波装置の電気回路構成を
示す図である。

【図４】本発明に係る弾性表面波素子（Ａ）および
（Ｂ）の電気特性を示すグラフである。

【図５】弾性表面波素子（Ａ）および（Ｂ）の中心周波
数の温度変動を示すグラフである。

【図６】本発明に係る弾性表面波装置の温度変動を示し
た電気特性図である。

【図７】従来の弾性表面波装置の温度変動を示した電気
特性図である。

【図８】弾性表面波装置の中心周波数の温度変動を示す
図である。

【図９】従来の弾性表面波装置の端面図である。

【符号の説明】

１：圧電基板３：金属バンプ４：金属ワイヤ５：樹脂６：筐体（ケーシング）７：蓋シール材８：蓋９：接続電極１０：励振電極１１：入力端子１２：出力端子１３：接地端子Ｓ：弾性表面波装置Ｊ：従来の弾性表面波装置Ａ，Ｂ：弾性表面波素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入出力端子が形成されたケーシング内
に、温度変化に伴う中心周波数の変動が互いに異なる２
つの圧電基板上に励振電極を配設した弾性表面波素子を
収容して成る弾性表面波装置であって、前記入出力端子
間に、温度変化に伴う中心周波数の変動が大きい圧電基
板を用いた弾性表面波素子を直列接続させ、かつ、温度
変化に伴う中心周波数の変動が小さい圧電基板を用いた
弾性表面波素子を並列接続させたことを特徴とする弾性
表面波装置。