JP2001185980A - 弾性表面波装置 - Google Patents
弾性表面波装置Info
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Abstract
に、急峻な減衰特性を有する弾性表面波装置の電極構造
を提供することを目的とする。 【解決手段】 圧電基板上に、入力端子電極5と、出力
端子電極6と、弾性表面波を発生させる励振電極とを形
成し弾性表面波装置であって、前記励振電極は、櫛歯状
浮き電極3の電極指に、入力端子電極5に接続された入
力用櫛歯状電極1の電極指、及び出力端子電極6に接続
された出力用櫛歯状電極2の電極指のそれぞれが噛み合
うように配設されているものとする。
Description
いて携帯電話やセルラ電話等の移動体用通信機器に高周
波素子として頻繁に使用される弾性表面波装置の電極構
造に関する。
のフィルタ,遅延線,発信機等の構成素子として多くの
弾性表面波装置が用いられている。特に小型・軽量かつ
フィルタとしての急峻遮断性能が高い弾性表面波装置
は、移動体通信分野において、携帯端末装置のRF段及
びIF段のフィルタとして多用されるようになってきて
おり、低損失かつ通過帯域外の遮断特性が優れた、高い
減衰特性と、広い帯域幅を有する弾性表面波装置が要求
されている。
子J1の電極パターンの平面模式図を示す。この図に示
すように、従来の弾性表面波共振子は、入力端子電極5
に接続した入力用櫛歯状電極1の電極指1aと出力端子
電極6に接続した出力用櫛歯状電極2の電極指2aが互
いに交差するように配設させ、これら入出力端子電極間
に交番電界を印加し、圧電基板上に弾性表面波を発生さ
せ励振させる構造としている。
tal Transducerのことで、以下、IDT電極という)の
両端側には、空間的周期構造の電極パターンにて励振さ
せた弾性表面波のエネルギーを閉じ込める働きを有する
梯子状の反射器4を配設するのが一般的である。
の観点から、IDT電極を梯子型(ラダー型)回路に縦
続接続したもの、IDT電極を複数配設し電気信号を弾
性表面波に変化し伝搬させるもの、IDT電極を伝搬方
向に併設し、その共振により信号を伝搬させる縦モード
結合共振器型等の構成のもの等が実用化されているが、
その中でもラダー型弾性表面波装置は、低損失でかつ良
好な通過帯域近傍の遮断特性を有し、高周波化による電
極微細化に伴う耐電力面での信頼性も高く、非常に有望
視されている。
置J2の電極構造を模式的に示す平面図である。このよ
うに、圧電基板14上に、入出力端子電極5,6間に図
15に示した弾性表面波共振子J1を直列及び並列に接
続したものである。この弾性表面波装置(フィルタ)の
場合、比帯域幅BW/fo (BW:通過帯域幅、fo:
中心周波数)は、フィルタを構成する弾性表面波共振子
の共振周波数と反共振周波数の差であるΔf(=fa−
fr;ただし、fa:反共振周波数、fr:共振周波
数)を共振周波数で規格化したものでほぼ決定され、こ
のΔfは圧電基板の材料定数の一つである電気機械結合
係数に大きく依存するので、所望の比帯域幅を得るに
は、適切な電気機械結合係数を有する圧電基板及び電極
膜厚を選択しフィルタを作製する必要がある。
に伴い、システム側の要求スペックもより厳しいものに
なり、広帯域でより矩形に近い肩部の急峻性を備えた弾
性表面波装置が切望されている。このような弾性表面波
装置の肩部の急峻性は、やはりΔfで決まるため、これ
に対しても適切な電気機械結合係数を有する圧電基板や
基板カット方位及び電極膜厚を選択しフィルタを設計す
ることが望ましいが、通常は最適な組み合わせが存在せ
ず、やむを得ず一般的な圧電基板を採用しているのが実
状である。
び電極膜厚を変えることなく、急峻な減衰特性を有する
弾性表面波装置の電極構造を提供することを目的とす
る。
め、本発明の弾性表面波装置は、圧電基板上に、入力端
子電極と、出力端子電極と、弾性表面波を発生させる励
振電極とを形成し弾性表面波装置であって、前記励振電
極は、櫛歯状浮き電極の電極指に、前記入力端子電極に
接続された入力用櫛歯状電極の電極指、及び前記出力端
子電極に接続された出力用櫛歯状電極の電極指のそれぞ
れが噛み合うように配設されていることを特徴とする。
に基づき詳細に説明する。
性表面波装置)を構成する励振電極(以下、IDT電
極)の電極構造を模式的に示す平面図である。このよう
に、圧電基板上に、少なくとも、入力端子電極5と、出
力端子電極6と、弾性表面波を発生させるIDT電極と
を形成したものであるが、IDT電極は、入力端子電極
5に接続された入力用櫛歯状電極1の電極指1aと、出
力端子電極6に接続された出力用櫛歯状電極2の電極指
2aのそれぞれが、櫛歯状浮き電極3の電極指3aに噛
み合うように配設させて構成されている。
る電極指1bの中心と、この電極指の隣接する位置にあ
る、櫛歯状浮き電極3の電極指3bの中心との間隔14
は、1/4λの長さであることが好ましい(ただし、
λ:IDT電極の周期長でほぼ弾性表面波の波長に等し
い)。また、IDT電極の両端側には周期構造を持つ電
極パターンで構成した反射器4を配置させた方がエネル
ギーの漏洩が無く好ましい。
ピーダンスの周波数特性を示す。ここで、横軸に周波
数、縦軸にインピーダンスの絶対値をとっている。この
図に示すように、従来構造の弾性表面波共振子J1のイ
ンピーダンス特性11に対して、本発明の構成の弾性表
面波共振子S1のインピーダンス特性10は、反共振周
波数が低下し、共振周波数と反共振周波数の差であるΔ
fが小さく、急峻なインピーダンスの周波数特性が実現
している。
電極を、弾性表面波の伝搬方向における中央部で2分割
するように、ショート電極の片方を切断する構造を示し
ている。なお、この構造を採用することによって、給電
ポートである入出力端子電極5,6を図のように配置す
ることも可能である。
に対して3分割した例、図5は同様にIDT電極を伝搬
方向に対して4分割した例、また、図6は同様にIDT
電極を伝搬方向に対して5分割した例である。このよう
に分割をすることで、Δfがそれぞれ変化し、より急峻
なインピーダンスが得られる。なお、図示はあくまで模
式的なものであり、電極指の数を正しく表現したもので
はなく、図示の電極指が1本の場合でも、各々分割され
た櫛歯状電極は必ず複数の電極指で構成されているもの
とする。
DT電極の分割数における、櫛歯状浮き電極の電極指と
入出力用櫛歯状電極の電極指の組み合わせの数(以下、
IDT対数という)とΔfとの関係を示す。図中の横軸
にはIDT対数を示し、縦軸にはΔfを示す。図中の曲
線は、従来のIDT電極の場合と、本発明に係るIDT
電極の2分割、3分割した場合を示している。このよう
に、Δfは従来の場合に比べ1/2、1/3になること
が判明した。
Δfが減少するが、その理由について以下に説明する。
IDT電極は、共振・反共振点以外の周波数領域では、
通常キャパシタンスとして振舞う。これはIDT電極の
持つ櫛歯状電極が、対向する2つの電極を持つコンデン
サと等価であるためである。ここで、ショート電極の片
側に一箇所切れ目を入れ、IDT電極を2つに分割する
場合を考えると、分割前の容量に対して直列に容量が増
えていくことになり、端子間で見た場合に容量は逆に減
少し、この静電容量に依存した反共振周波数が低周波側
に移動することで、Δfは小さくなる。
直列共振子に使用し、従来構成を並列共振子に使用し、
それぞれ入出力端子電極5,6と接地端子電極7に接続
させた場合のラダー型弾性表面波フィルタS2の電極構
成を模式的に示したものである。このフィルタS2の周
波数特性を図11に示す。通過帯域の高域側の遮断特性
において、従来の特性13に比べて非常に急峻な特性1
2が実現される。
並列共振子に使用し、従来構成の弾性表面波共振子を直
列共振子に使用し、それぞれ入出力端子電極5,6と接
地端子電極7に接続させた場合のラダー型弾性表面波フ
ィルタS3の構成の上面図である。このフィルタの周波
数特性を図12に示す。通過帯域の低域側の遮断特性に
おいて、従来の特性13に比べて非常に急峻な特性12
が実現できる。図8は、本発明の弾性表面波共振子S1
を直並列共振子に使用し、それぞれ入出力端子電極5,
6と接地端子電極7に接続させた場合のラダー型弾性表
面波フィルタS4の構成の上面図である。このフィルタ
の周波数特性を図13に示す。通過帯域の高域側・低域
側の両方の遮断特性において、従来の特性13に比べて
非常に急峻な特性12が実現できる。これらの発明を用
いることにより、帯域近傍の減衰量のより大きいフィル
タを実現できる。
に分割されていることで、印加電圧が分圧され、結果と
して耐電力特性に優れた弾性表面波装置を作製すること
ができる。また同様に、電極のパターニング時に焦電効
果等によって発生する静電気による電極破壊も、電圧が
分圧されるという理由で、発生しにくくなる。
おける間隔14(図1を参照)が変化した場合の共振子
のインピーダンス特性を示す。図1の本発明の弾性表面
波共振子における間隔14の適正範囲は、図14(a)
に間隔14が3/4λの場合、図14(b)に間隔14
が5/8λの場合、図14(c)に間隔14が1/2λ
の場合、及び図14(d)に間隔14が3/8λの場合
のそれぞれについて示すが、特に間隔14は7/16λ
〜9/16λが好適でありリップルが減少することが判
明した。さらに、間隔14が1/2λではリップルが全
くなくなり、最適であることが判明した。そして、間隔
14が7/16λ〜9/16λの範囲以外で弾性表面波
共振子を作製すると、図14(a),(b),(d)の
ように、共振点と反共振点との間にリップルが発生し、
弾性表面波装置のフィルタ特性に悪影響を及ぼすことが
判明した。
極の電極指が端部になる場合を示したが、出力用櫛歯状
電極の電極指が端部なる場合も同様であり、図14と同
じ結果が得られ、好適範囲及び最適値は等しい。
て説明する。
面波共振子は、IDT電極の対数(電極指本数の1/
2)が40〜120対、電極指と電極指の交差幅が10
〜30λ(λ:弾性表面波の波長に相当)で、λは直列
と並列で違えてあるが、概略2μmとした。ここで、反
射電極本数は直列共振子、並列共振子とも20本であ
る。フィルタ構成の例は図8,9,10に示す通りであ
る。図8では直列共振子が2個、並列共振子が3個で構
成される2.5段π型で、直列共振子に本発明に係る弾
性表面波共振子を用いた例である。また、図9は並列共
振子に本発明に係る弾性表面波共振子を用いた例であ
り、図10は直並列共振子に本発明に係る弾性表面波共
振子を用いた例である。
置を試作した実施例を説明する。
に、Al(98wt%)−Cu(2wt%)合金による
微細電極パターンを形成した。パターン作製には、縮小
投影露光機(ステッパー)、およびRIE(Reactive I
on Etching)装置によりフォトリソグラフィを行なっ
た。
って超音波洗浄し、有機成分を落とした。次にクリーン
オーブンによって充分に基板乾燥を行なった後、電極の
成膜を行なった。電極成膜には、スパッタリング装置を
使用し、Al−Cu合金を成膜した。電極膜厚は約20
00Åとした。次にレジストを約0.5μm厚みにスピ
ンコートし、縮小投影露光装置(ステッパー)により、
所望のパターニングを行なった。ステッパーには、パタ
ーニングの原版となるレチクルが必要であるが、これ
は、ステッパー自身の光学系にて像を1/5に縮小投影
するため、実際のパターンの5倍のサイズでかまわな
い。このため、逆に従来のコンタクトアライナーに比べ
ると、5倍の解像度が得られる。
アルカリ現像液で溶解させ、所望パターンを表出した
後、RIE装置により、Al−Cu合金から成る電極の
エッチングを行ない、パターンニングを終了した。
パッタリング装置にて成膜し、その後、フォトリソグラ
フィによってレジストのパターニングを行ない、RIE
装置等でワイヤーボンディング用窓開け部のエッチング
を行ない、保護膜パターンを完成した。
ングし、チップごとに分割した。そして、各チップをダ
イボンド装置にてピックアップし、Si樹脂を主成分と
する樹脂でSMDパッケージ内に接着した。この後約1
60℃の温度において乾燥・硬化した。SMDパッケー
ジは3mm角の積層構造のものを用いた。次に、30μ
φAuワイヤーをSMDパッケージのパッド部とチップ
上のAlパッド上にボールボンディングした後、リッド
をパッケージにかぶせ、封止機にて溶接封止して完成し
た。なお、チップ上の接地用電極パターンは各々分離し
て配線し、Auボールボンディングにてパッケージ上の
グランドパッドにボンディングした。
ィルタを作製した場合の、周波数電気特性の例である。
図11は図8の直列共振子に本発明の弾性表面波共振子
を用いた構成による弾性表面波装置の電気特性であり、
図12は図9の並列共振子に本発明の弾性表面波共振子
を用いた構成による弾性表面波装置の電気特性であり、
また、図13は図10の直並列共振子に本発明の弾性表
面波共振子を用いた構成による弾性表面波装置の電気特
性である。実際の測定にはネットワークアナライザを用
いて、電力の通過特性の電気測定を行った。
高域側近傍に減衰量を大きくとる場合、図8のような構
成であると、図11の特性12に示すように良好な電気
特性が得られた。また、通過帯域の低域側近傍に減衰量
を大きくとる場合、図9のような構成であると、図12
の特性12に示すように良好な電気特性が得られた。さ
らに、通過帯域の高低域側近傍に減衰量を大きくとる場
合、図10のような構成であると、図13の特性12に
示すように最適な電気特性が得られた。
波装置を構成する励振電極を、櫛歯状浮き電極の電極指
に、入力端子電極に接続された入力用櫛歯状電極の電極
指、及び出力端子電極に接続された出力用櫛歯状電極の
電極指のそれぞれが噛み合うように構成したので、圧電
基板・カット方位及び電極膜厚を変えることなく、急峻
な減衰特性を有するラダー型弾性表面波装置(フィル
タ)の電極構成を提供することができる。
とで、印加電圧が分圧され、結果として耐電力特性に優
れることになり、さらに、電極のパターニング時に焦電
効果等によって発生する静電気による電極破壊も極力防
止でき、信頼性の高い弾性表面波装置を提供することが
できる。
式的に説明する平面図である。
る。
式的に説明する平面図である。
を模式的に説明する平面図である。
を模式的に説明する平面図である。
を模式的に説明する平面図である。
を示すグラフである。
た弾性表面波装置の平面模式図である。
た弾性表面波装置の平面模式図である。
列共振子の両方に用いた弾性表面波装置の平面模式図で
ある。
いた弾性表面波装置の特性を説明する線図である。
いた弾性表面波装置の特性を説明する線図である。
列共振子の両方に用いた弾性表面波装置の特性を説明す
る線図である。
浮き電極の電極指端部の中心間隔を変化させた場合のイ
ンピーダンス特性を示す線図である。
平面図である。
を模式的に示す平面図である。
例 11:従来の弾性表面波共振子のインピーダンス特性例 12:本発明の弾性表面波装置の電気特性例 13:従来の弾性表面波装置の電気特性例 14:圧電基板 S1:本発明に係る弾性表面波共振子(弾性表面波装
置) S2〜S4:本発明に係る弾性表面波装置
Claims (1)
- 【請求項1】 圧電基板上に、入力端子電極と、出力端
子電極と、弾性表面波を発生させる励振電極とを形成し
た弾性表面波装置であって、前記励振電極は、櫛歯状浮
き電極の電極指に、前記入力端子電極に接続された入力
用櫛歯状電極の電極指、及び前記出力端子電極に接続さ
れた出力用櫛歯状電極の電極指のそれぞれが噛み合うよ
うに配設されていることを特徴とする弾性表面波装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP36667599A JP2001185980A (ja) | 1999-12-24 | 1999-12-24 | 弾性表面波装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP36667599A JP2001185980A (ja) | 1999-12-24 | 1999-12-24 | 弾性表面波装置 |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008215602A Division JP4799596B2 (ja) | 2008-08-25 | 2008-08-25 | 弾性表面波装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001185980A true JP2001185980A (ja) | 2001-07-06 |
Family
ID=18487374
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP36667599A Pending JP2001185980A (ja) | 1999-12-24 | 1999-12-24 | 弾性表面波装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001185980A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7683735B2 (en) | 2005-02-16 | 2010-03-23 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Balanced acoustic wave filter |
JPWO2015033892A1 (ja) * | 2013-09-06 | 2017-03-02 | 株式会社村田製作所 | 弾性波共振子、弾性波フィルタ装置及びデュプレクサ |
-
1999
- 1999-12-24 JP JP36667599A patent/JP2001185980A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7683735B2 (en) | 2005-02-16 | 2010-03-23 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Balanced acoustic wave filter |
JPWO2015033892A1 (ja) * | 2013-09-06 | 2017-03-02 | 株式会社村田製作所 | 弾性波共振子、弾性波フィルタ装置及びデュプレクサ |
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