JP2001185980A - 弾性表面波装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧電基板・カット方位及び電極膜厚を変えず
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

【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。

【０００２】

【従来技術とその課題】近年、電波を利用する電子機器
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。

【０００３】図１５に、従来の一般的な弾性表面波共振
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。

【０００４】また、上記１対の櫛歯状電極（Inter Digi
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。

【０００５】これまでに、弾性表面波装置には電極構成
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。

【０００６】図１６は、一般的なラダー型弾性表面波装
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。

【０００７】また近年、携帯電話システムの急激な変化
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。

【０００８】そこで本発明は、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
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。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
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。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づき詳細に説明する。

【００１１】図１は本発明に係る弾性表面波共振子（弾
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。

【００１２】また、入力用櫛歯状電極１の端部に位置す
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。

【００１３】図２に上記弾性表面波共振子におけるイン
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。

【００１４】図３は、従来の弾性表面波共振子のＩＤＴ
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。

【００１５】また、図４は同様にＩＤＴ電極を伝搬方向
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。

【００１６】図７に本発明に係る弾性表面波共振子のＩ
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。

【００１７】このように、ＩＤＴ電極を分割することで
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。

【００１８】図８は、本発明の弾性表面波共振子Ｓ１を
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。

【００１９】図９は、本発明の弾性表面波共振子Ｓ１を
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。

【００２０】また、本発明によれば、ＩＤＴ電極が複数
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。

【００２１】次に、図１４に本発明に係る共振子Ｓ１に
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。

【００２２】また、上記実施の形態では入力用櫛歯状電
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。

【００２３】

【実施例】以下に、本発明のより具体的な実施例につい
て説明する。

【００２４】ラダー型弾性表面波装置を構成する弾性表
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。

【００２５】次に、本発明に係るラダー型弾性表面波装
置を試作した実施例を説明する。

【００２６】４２°ＹカットＬｉＴａＯ３単結晶基板上
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。

【００２７】まず、基板材料をアセトン・ＩＰＡ等によ
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。

【００２８】次に、現像装置にて不要部分のレジストを
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。

【００２９】この後、保護膜を作製する。ＳｉＯ₂ をス
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。

【００３０】次に、基板をダイシング線に沿ってダイシ
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。

【００３１】図１１，１２，１３は、本発明を用いてフ
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。

【００３２】これら図に示すように、例えば通過帯域の
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。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の弾性表面
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。

【００３４】また、励振電極が複数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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る弾性表面波共振子の電極構造を模
式的に説明する平面図である。

【図２】弾性表面波共振子の電気特性を示す特性図であ
る。

【図３】本発明に係る弾性表面波共振子の電極構造を模
式的に説明する平面図である。

【図４】本発明に係る他の弾性表面波共振子の電極構造
を模式的に説明する平面図である。

【図５】本発明に係る他の弾性表面波共振子の電極構造
を模式的に説明する平面図である。

【図６】本発明に係る他の弾性表面波共振子の電極構造
を模式的に説明する平面図である。

【図７】本発明の弾性表面波共振子におけるΔｆの変化
を示すグラフである。

【図８】本発明の弾性表面波共振子を直列共振子に用い
た弾性表面波装置の平面模式図である。

【図９】本発明の弾性表面波共振子を並列共振子に用い
た弾性表面波装置の平面模式図である。

【図１０】本発明の弾性表面波共振子を直列共振子と並
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。

【図１１】本発明の弾性表面波共振子を直列共振子に用
いた弾性表面波装置の特性を説明する線図である。

【図１２】本発明の弾性表面波共振子を並列共振子に用
いた弾性表面波装置の特性を説明する線図である。

【図１３】本発明の弾性表面波共振子を直列共振子と並
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。

【図１４】入出力用櫛歯状電極の電極指端部と、櫛歯状
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。

【図１５】従来の弾性表面波共振子を模式的に説明する
平面図である。

【図１６】一般的なラダー型弾性表面波装置の電極構造
を模式的に示す平面図である。

【符号の説明】

１：入力用櫛歯状電極 １ａ：入力用櫛歯状電極の電極指 １ｂ：入力用櫛歯状電極の電極指の端部 ２：出力用櫛歯状電極 ２ａ：出力用櫛歯状電極の電極指 ３：櫛歯状浮き電極 ３ａ：櫛歯状浮き電極の電極指 ３ｂ：櫛歯状浮き電極の電極指の端部 ４：反射器 ５：入力端子電極 ６：出力端子電極 ７：接地端子電極 ８：直列弾性表面波共振子 ９：並列弾性表面波共振子 １０：本発明の弾性表面波共振子のインピーダンス特性
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)

【特許請求の範囲】
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。