JP2003017980A - 弾性表面波素子 - Google Patents
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- H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
- H03H9/02818—Means for compensation or elimination of undesirable effects
- H03H9/02866—Means for compensation or elimination of undesirable effects of bulk wave excitation and reflections
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- H03H3/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
- H03H3/007—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
- H03H3/08—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of resonators or networks using surface acoustic waves
- H03H3/10—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of resonators or networks using surface acoustic waves for obtaining desired frequency or temperature coefficient
Abstract
(57)【要約】
【課題】 この発明は、弾性表面波素子に関し、大きな
電気機械結合係数を維持したまま、温度安定性を向上さ
せることを課題とする。 【解決手段】 圧電基板の表面上に弾性表面波を励振す
るための櫛形電極が形成され、前記櫛形電極が形成され
た領域の圧電基板の裏面側に凹部が形成され、その凹部
に低膨張部材が形成されていることを特徴とする。
電気機械結合係数を維持したまま、温度安定性を向上さ
せることを課題とする。 【解決手段】 圧電基板の表面上に弾性表面波を励振す
るための櫛形電極が形成され、前記櫛形電極が形成され
た領域の圧電基板の裏面側に凹部が形成され、その凹部
に低膨張部材が形成されていることを特徴とする。
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、圧電基板上に弾性表面波を励振する電極を備え
た弾性表面波素子に関する。
に関し、圧電基板上に弾性表面波を励振する電極を備え
た弾性表面波素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】弾性表面波を利用したフィルタや共振器
は小型、安価といった特長がある。そのため今日では、
携帯電話等の通信機器のバンドパスフィルタや分波器で
は、弾性表面波素子は幅広く用いられている。
は小型、安価といった特長がある。そのため今日では、
携帯電話等の通信機器のバンドパスフィルタや分波器で
は、弾性表面波素子は幅広く用いられている。
【０００３】近年、携帯電話などの高性能化に伴い、弾
性表面波素子を用いたフィルタにもさらなる高性能化が
求められている。たとえば温度変化によって通過帯域が
移動してしまうという問題があり、温度安定性の改善が
要求されている。
性表面波素子を用いたフィルタにもさらなる高性能化が
求められている。たとえば温度変化によって通過帯域が
移動してしまうという問題があり、温度安定性の改善が
要求されている。
【０００４】現在、弾性表面波素子用基板材料として多
用されているタンタル酸リチウム（以下ＬＴ）は、広帯
域のフィルタ特性を実現するのに有利な材料であり、大
きな電気機械結合係数を持つ圧電材料である。しかし、
水晶基板に比べ温度安定性に劣るという欠点を持ってい
る。圧電材料の一般的な傾向として、電気機械結合係数
の大きな材料は温度安定性に劣り、逆に、温度安定性に
優れた水晶などの材料は、電気機械結合係数が小さいと
いう欠点を持つ。
用されているタンタル酸リチウム（以下ＬＴ）は、広帯
域のフィルタ特性を実現するのに有利な材料であり、大
きな電気機械結合係数を持つ圧電材料である。しかし、
水晶基板に比べ温度安定性に劣るという欠点を持ってい
る。圧電材料の一般的な傾向として、電気機械結合係数
の大きな材料は温度安定性に劣り、逆に、温度安定性に
優れた水晶などの材料は、電気機械結合係数が小さいと
いう欠点を持つ。
【０００５】これまで、大きな電気機械結合係数と優れ
た温度安定性を持った材料を実現するために、さまざま
な方法が提案されている。例えば、ニオブ酸リチウム
（以下ＬＮ）あるいはＬＴ基板表面の全体に、逆の温度
係数をもつ石英膜を成膜した基板が提案されている（IE
EE Trans.on Sonicsand Ultrasonics., vol.SU-31,pp.5
1-57,1984）。また、ＬＴ基板表面に波長以下程度の分
極反転層を形成し、その電界短絡効果を利用することに
よって、温度安定性の向上を実現したものもある（日本
国特許第２５１６８１７号公報）。
た温度安定性を持った材料を実現するために、さまざま
な方法が提案されている。例えば、ニオブ酸リチウム
（以下ＬＮ）あるいはＬＴ基板表面の全体に、逆の温度
係数をもつ石英膜を成膜した基板が提案されている（IE
EE Trans.on Sonicsand Ultrasonics., vol.SU-31,pp.5
1-57,1984）。また、ＬＴ基板表面に波長以下程度の分
極反転層を形成し、その電界短絡効果を利用することに
よって、温度安定性の向上を実現したものもある（日本
国特許第２５１６８１７号公報）。
【０００６】さらに、薄い圧電基板と厚い低膨張材料基
板とを直接接合によって接合し、圧電基板の温度変化に
よる伸縮を抑制して、温度安定性の向上を実現しようと
した弾性表面波素子もあり（特開平１１−５５０７０号
公報，Proc. of IEEE Ultrasonics Symposium,pp.335-3
38,1998他）、これと同様の構造を接着剤などを用いて
実現した素子もある（第２０回超音波シンポジウム1999
年11月）。
板とを直接接合によって接合し、圧電基板の温度変化に
よる伸縮を抑制して、温度安定性の向上を実現しようと
した弾性表面波素子もあり（特開平１１−５５０７０号
公報，Proc. of IEEE Ultrasonics Symposium,pp.335-3
38,1998他）、これと同様の構造を接着剤などを用いて
実現した素子もある（第２０回超音波シンポジウム1999
年11月）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】大きな電気機械結合係
数を持ち、かつ温度安定性に優れた弾性表面波素子を実
現するために提案されたもののうち、ＬＮあるいはＬＴ
基板表面全面に石英膜を成膜した基板では、石英膜の膜
質を一定に制御することが難しい。また、温度特性改善
のために櫛形電極（以下ＩＤＴ）上にも石英膜を成膜し
ているので、弾性表面波の伝播損失が大きくなることな
どから、実用化されていない。
数を持ち、かつ温度安定性に優れた弾性表面波素子を実
現するために提案されたもののうち、ＬＮあるいはＬＴ
基板表面全面に石英膜を成膜した基板では、石英膜の膜
質を一定に制御することが難しい。また、温度特性改善
のために櫛形電極（以下ＩＤＴ）上にも石英膜を成膜し
ているので、弾性表面波の伝播損失が大きくなることな
どから、実用化されていない。
【０００８】また、ＬＴ基板表面に、分極反転層を形成
する方法では、キュリー点直下の高温（≦６００℃）で
のアニールが必要であるので、分極反転層の深さの制御
性に難がある。圧電基板に低膨張材基板を接合するもの
では、温度変化による伸縮を抑制して、より高い効果を
得るためには接合面を鏡面とする必要がある。しかし、
その結果、接合界面でパルク波の反射が起こり、弾性表
面波に影響を与え、フィルタ特性の劣化を引き起こすな
ど課題があり、実用化されていない。
する方法では、キュリー点直下の高温（≦６００℃）で
のアニールが必要であるので、分極反転層の深さの制御
性に難がある。圧電基板に低膨張材基板を接合するもの
では、温度変化による伸縮を抑制して、より高い効果を
得るためには接合面を鏡面とする必要がある。しかし、
その結果、接合界面でパルク波の反射が起こり、弾性表
面波に影響を与え、フィルタ特性の劣化を引き起こすな
ど課題があり、実用化されていない。
【０００９】この問題に対して、特開２００１−５３５
７９号公報には、ＬＴ基板裏面を粗面化した後、接着剤
を用いて低膨張材と接合を行った素子が提案されてい
る。しかし、この素子も界面の接着力の低下に伴い、温
度安定性の改善効果も低下している。
７９号公報には、ＬＴ基板裏面を粗面化した後、接着剤
を用いて低膨張材と接合を行った素子が提案されてい
る。しかし、この素子も界面の接着力の低下に伴い、温
度安定性の改善効果も低下している。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この発明は、圧電基板の
表面上に弾性表面波を励振するための櫛形電極が形成さ
れ、前記櫛形電極が形成された領域の圧電基板の裏面側
に凹部が形成され、その凹部に低膨張部材が形成されて
いることを特徴とする弾性表面波素子を提供するもので
ある。この発明によれば、電気機械結合係数を低下させ
ることなく、温度安定性を向上させることができる。
表面上に弾性表面波を励振するための櫛形電極が形成さ
れ、前記櫛形電極が形成された領域の圧電基板の裏面側
に凹部が形成され、その凹部に低膨張部材が形成されて
いることを特徴とする弾性表面波素子を提供するもので
ある。この発明によれば、電気機械結合係数を低下させ
ることなく、温度安定性を向上させることができる。
【００１１】また、この発明は、弾性表面波を励振する
ための櫛形電極が一方の表面に形成された圧電基板と、
櫛形電極が形成されていない他方の表面に密接し、熱膨
張係数が前記圧電基板よりも小さく、前記櫛形電極が形
成された領域と対応する領域に凹部が形成された低膨張
部材とからなることを特徴とする弾性表面波素子を提供
するものである。この発明によれば、温度安定性の向上
とともに、接合界面でのバルク波の反射による弾性表面
波への影響を抑制でき、フィルタ特性の劣化を防止でき
る。
ための櫛形電極が一方の表面に形成された圧電基板と、
櫛形電極が形成されていない他方の表面に密接し、熱膨
張係数が前記圧電基板よりも小さく、前記櫛形電極が形
成された領域と対応する領域に凹部が形成された低膨張
部材とからなることを特徴とする弾性表面波素子を提供
するものである。この発明によれば、温度安定性の向上
とともに、接合界面でのバルク波の反射による弾性表面
波への影響を抑制でき、フィルタ特性の劣化を防止でき
る。
【００１２】ここで、温度安定性の向上のためには、前
記低膨張部材の凹部の深さは、低膨張部材の厚さに等し
いかまたは大きくすることが好ましい。また、バルク波
の反射による影響の低減のためには、前記低膨張部材の
凹部に密接する前記圧電基板の表面が、粗面化されるこ
とが好ましい。さらに、前記圧電基板の前記櫛形電極が
形成された表面上に、弾性表面波の波長の５倍以下の厚
さの分極反転層を備えてもよい。これにより、温度安定
性をより向上できる。
記低膨張部材の凹部の深さは、低膨張部材の厚さに等し
いかまたは大きくすることが好ましい。また、バルク波
の反射による影響の低減のためには、前記低膨張部材の
凹部に密接する前記圧電基板の表面が、粗面化されるこ
とが好ましい。さらに、前記圧電基板の前記櫛形電極が
形成された表面上に、弾性表面波の波長の５倍以下の厚
さの分極反転層を備えてもよい。これにより、温度安定
性をより向上できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、図面に示す実施の形態に基
づいてこの発明を詳述する。なお、これによってこの発
明が限定されるものではない。以下の実施例に示した温
度安定性を示す数値は、有限要素法を用いた構造解析シ
ミュレーションによって計算した。温度変化を与えた場
合のシミュレーションによって求められる熱応力Ｔと、
表面弾性波素子の温度安定性を示す周波数温度特性（Te
mperature Coefficient of Frequency、以下ＴＣＦとい
う）との間に、近似的に以下の関係があることがわかっ
た。 ＴＣＦ＝０．０００３３・Ｔ2−０．０８６２・Ｔ−３
９．８４ ＴＣＦの単位はｐｐｍ／℃、応力Ｔの単位はＭＰａであ
る。
づいてこの発明を詳述する。なお、これによってこの発
明が限定されるものではない。以下の実施例に示した温
度安定性を示す数値は、有限要素法を用いた構造解析シ
ミュレーションによって計算した。温度変化を与えた場
合のシミュレーションによって求められる熱応力Ｔと、
表面弾性波素子の温度安定性を示す周波数温度特性（Te
mperature Coefficient of Frequency、以下ＴＣＦとい
う）との間に、近似的に以下の関係があることがわかっ
た。 ＴＣＦ＝０．０００３３・Ｔ2−０．０８６２・Ｔ−３
９．８４ ＴＣＦの単位はｐｐｍ／℃、応力Ｔの単位はＭＰａであ
る。
【００１４】以下の実施例中のＴＣＦ値は、この関係か
ら導かれたものを示している。温度安定性向上のための
対策をしていないＬＴ−４２°Ｙ−Ｘ基板上に櫛形電極
を形成した表面弾性波素子のＴＣＦは、約−４０ｐｐｍ
／℃である。ここで温度安定性向上のための対策をして
いない基板とは、この基板上に、弾性表面波（以下、Ｓ
ＡＷという）を励振するための櫛形電極（ＩＤＴ）を単
に設けたものであり、低膨張材等を接合していない基板
である。
ら導かれたものを示している。温度安定性向上のための
対策をしていないＬＴ−４２°Ｙ−Ｘ基板上に櫛形電極
を形成した表面弾性波素子のＴＣＦは、約−４０ｐｐｍ
／℃である。ここで温度安定性向上のための対策をして
いない基板とは、この基板上に、弾性表面波（以下、Ｓ
ＡＷという）を励振するための櫛形電極（ＩＤＴ）を単
に設けたものであり、低膨張材等を接合していない基板
である。
【００１５】他の材料からなる基板、あるいは方位の異
なる基板を用いた場合は、厳密には、同様のシミュレー
ションと実験を行って、関係式を得る必要がある。但
し、ＬＴ基板のＬＴ−４２°Ｙ−Ｘに近いカット角の基
板の場合には、前述の式で、Ｔ＝０の時に、ＴＣＦがそ
のカット角のもともとのＴＣＦになるように修正を加え
れば近似関係を得られる。
なる基板を用いた場合は、厳密には、同様のシミュレー
ションと実験を行って、関係式を得る必要がある。但
し、ＬＴ基板のＬＴ−４２°Ｙ−Ｘに近いカット角の基
板の場合には、前述の式で、Ｔ＝０の時に、ＴＣＦがそ
のカット角のもともとのＴＣＦになるように修正を加え
れば近似関係を得られる。
【００１６】＜第１実施例＞図１に、この発明の弾性表
面波素子の第１の実施例の構成図を示す。この第１実施
例では、ＬＴ基板１上にアルミニウムを材料としたＩＤ
Ｔ型共振器２を形成し、基板１の表面のＩＤＴ型共振器
２の周囲の余白領域に、ＩＤＴ型共振器２を囲むよう
に、ＬＴ基板１よりも熱膨張係数の小さい保護膜３を形
成する。この保護膜３は、石英（ＳｉＯ2）膜で形成す
るものとする。保護膜３は、基板１の伸縮を制限する機
能を有する低膨張膜であり、基板１よりも熱膨張係数の
小さな膜であれば他の材料を用いてもよい。一般に、Ｌ
Ｔ基板１のＳＡＷの進行方向の熱膨張係数Ｔ0は１６．
１×１０-6／℃であり、石英膜３の熱膨張係数Ｔ1は
５．７×１０-7／℃である。石英膜３の成膜法は、スパ
ッタ、ＣＶＤ、蒸着、スピンコートなどを用いることが
でき、石英膜３のパターニング法は、エッチング、リフ
トオフ法などを用いることができる。
面波素子の第１の実施例の構成図を示す。この第１実施
例では、ＬＴ基板１上にアルミニウムを材料としたＩＤ
Ｔ型共振器２を形成し、基板１の表面のＩＤＴ型共振器
２の周囲の余白領域に、ＩＤＴ型共振器２を囲むよう
に、ＬＴ基板１よりも熱膨張係数の小さい保護膜３を形
成する。この保護膜３は、石英（ＳｉＯ2）膜で形成す
るものとする。保護膜３は、基板１の伸縮を制限する機
能を有する低膨張膜であり、基板１よりも熱膨張係数の
小さな膜であれば他の材料を用いてもよい。一般に、Ｌ
Ｔ基板１のＳＡＷの進行方向の熱膨張係数Ｔ0は１６．
１×１０-6／℃であり、石英膜３の熱膨張係数Ｔ1は
５．７×１０-7／℃である。石英膜３の成膜法は、スパ
ッタ、ＣＶＤ、蒸着、スピンコートなどを用いることが
でき、石英膜３のパターニング法は、エッチング、リフ
トオフ法などを用いることができる。
【００１７】ただし、成膜法及びパターニング法は、Ｉ
ＤＴ型共振器２及びＩＤＴ型共振器２が形成された領域
の基板表面に悪影響を与える方法でなければこれ以外の
方法でも構わない。例えば、ＩＤＴ型共振器２の周囲の
余白領域に石英膜３を形成した後に、ＩＤＴ型共振器２
を形成するようにしても構わない。
ＤＴ型共振器２及びＩＤＴ型共振器２が形成された領域
の基板表面に悪影響を与える方法でなければこれ以外の
方法でも構わない。例えば、ＩＤＴ型共振器２の周囲の
余白領域に石英膜３を形成した後に、ＩＤＴ型共振器２
を形成するようにしても構わない。
【００１８】ＩＤＴ型共振器２とは、ＳＡＷを励振する
ためのいわゆる櫛形電極から構成されるが、一般に、中
央に、インターディジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）
を配置し、励振されたＳＡＷの伝搬方向であって、その
ＩＤＴの両側に反射器を配置した構成を持つものであ
り、ＩＤＴ及び反射器は、いずれも、アルミニウムや金
などの厚さ１μｍ以下程度の薄い金属膜で形成される。
ためのいわゆる櫛形電極から構成されるが、一般に、中
央に、インターディジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）
を配置し、励振されたＳＡＷの伝搬方向であって、その
ＩＤＴの両側に反射器を配置した構成を持つものであ
り、ＩＤＴ及び反射器は、いずれも、アルミニウムや金
などの厚さ１μｍ以下程度の薄い金属膜で形成される。
【００１９】ＬＴ基板１及び石英膜３の膜厚をパラメー
タとしてシミュレーションした結果を図２に示す。図２
において、この発明のサンプル１及び２とも、石英膜３
の膜厚Ｗ1を、櫛形電極の厚さＷ0（０．４μｍ）よりも
厚い５０μｍとし、サンプル３は、同じ厚さ（０．４μ
ｍ）とした。図２には、比較のために従来の素子で、石
英膜を有していないもの（ＴＣＦ＝−４０ｐｐｍ／℃）
も示している。
タとしてシミュレーションした結果を図２に示す。図２
において、この発明のサンプル１及び２とも、石英膜３
の膜厚Ｗ1を、櫛形電極の厚さＷ0（０．４μｍ）よりも
厚い５０μｍとし、サンプル３は、同じ厚さ（０．４μ
ｍ）とした。図２には、比較のために従来の素子で、石
英膜を有していないもの（ＴＣＦ＝−４０ｐｐｍ／℃）
も示している。
【００２０】ＩＤＴの周囲に５０μｍ厚（Ｗ1）の石英
膜を形成した構造で、ＬＴ基板厚（Ｌ1）を３５０、１
５０μｍとしたサンプル１及び２の場合、応力Ｔはそれ
ぞれ−４５．１、−８４．６ＭＰａとなるので、前記し
た式により、ＴＣＦは−３６及び−３１ｐｐｍ／℃とな
る。したがってこのＴＣＦの比較によれば、ＬＴ基板の
みの場合の−４０ｐｐｍ／℃に対して、それぞれ１０
％、２３％の温度安定性向上が可能である。
膜を形成した構造で、ＬＴ基板厚（Ｌ1）を３５０、１
５０μｍとしたサンプル１及び２の場合、応力Ｔはそれ
ぞれ−４５．１、−８４．６ＭＰａとなるので、前記し
た式により、ＴＣＦは−３６及び−３１ｐｐｍ／℃とな
る。したがってこのＴＣＦの比較によれば、ＬＴ基板の
みの場合の−４０ｐｐｍ／℃に対して、それぞれ１０
％、２３％の温度安定性向上が可能である。
【００２１】しかし、サンプル３のように、石英膜３の
膜厚が櫛形電極と同一である場合には、ＴＣＦは−３
９．９ｐｐｍ／℃となるので、石英膜３の膜厚Ｗ1は少
なくとも櫛形電極の膜厚Ｗ0よりも厚くする必要があ
る。特に、石英膜３の膜厚Ｗ1は、櫛形電極の膜厚Ｗ0に
対してＷ1≧５０Ｗ0程度が好ましい。
膜厚が櫛形電極と同一である場合には、ＴＣＦは−３
９．９ｐｐｍ／℃となるので、石英膜３の膜厚Ｗ1は少
なくとも櫛形電極の膜厚Ｗ0よりも厚くする必要があ
る。特に、石英膜３の膜厚Ｗ1は、櫛形電極の膜厚Ｗ0に
対してＷ1≧５０Ｗ0程度が好ましい。
【００２２】また、ＬＴ基板１と石英膜３との熱膨張係
数の関係についても、ＬＴ基板の温度変化による伸縮を
抑えるという観点から、石英膜３の熱膨張係数Ｔ1は、
ＬＴ基板１の熱膨張係数Ｔ0よりも小さければよい。
数の関係についても、ＬＴ基板の温度変化による伸縮を
抑えるという観点から、石英膜３の熱膨張係数Ｔ1は、
ＬＴ基板１の熱膨張係数Ｔ0よりも小さければよい。
【００２３】さらに、図３に示したように、ＬＴ基板１
表面のＩＤＴ型共振器２の周囲の領域を数μｍ程度掘り
下げた後に、石英膜３を形成してもよい。ＩＤＴ共振器
２の部分のＬＴ基板１の伸縮が横方向からも抑えられる
ので、温度安定性が向上する。
表面のＩＤＴ型共振器２の周囲の領域を数μｍ程度掘り
下げた後に、石英膜３を形成してもよい。ＩＤＴ共振器
２の部分のＬＴ基板１の伸縮が横方向からも抑えられる
ので、温度安定性が向上する。
【００２４】＜第２実施例＞図４に、この発明の第２の
実施例の断面模式図を示す。ＬＴ基板１上にアルミニウ
ムを材料としたＩＤＴ型共振器２を形成し、ＬＴ基板１
のＩＤＴ型共振器２が形成されていない側である裏面に
キャビティ（凹部）４を形成する。
実施例の断面模式図を示す。ＬＴ基板１上にアルミニウ
ムを材料としたＩＤＴ型共振器２を形成し、ＬＴ基板１
のＩＤＴ型共振器２が形成されていない側である裏面に
キャビティ（凹部）４を形成する。
【００２５】キャビティの形成法としては、エッチング
やサンドブラスト法を用いることができる。そして、キ
ャビティ４の底面に低膨張材５を成膜する。低膨張材５
としては、たとえば石英またはアルミナを用いることが
できる。これらの低膨張材５は、キャビティ４の形成後
に、第１実施例と同様にスパッタやＣＶＤなどの方法で
形成可能である。
やサンドブラスト法を用いることができる。そして、キ
ャビティ４の底面に低膨張材５を成膜する。低膨張材５
としては、たとえば石英またはアルミナを用いることが
できる。これらの低膨張材５は、キャビティ４の形成後
に、第１実施例と同様にスパッタやＣＶＤなどの方法で
形成可能である。
【００２６】図４において、ＬＴ基板１の厚さＬ1を３
５０μｍとし、キャビティ４部分のＬＴ基板の厚さＬ3
を３０μｍ、低膨張材５の厚さＬ2を１００μｍ程度と
する。キャビティ４は、ＩＤＴ型共振器２が形成された
面と反対側の面でＩＤＴ型共振器２の領域と対応する領
域に形成し、キャビティ４の面積はＩＤＴ型共振器２が
形成された領域の面積と同程度とすればよい。たとえ
ば、ＩＤＴ型共振器の形成領域を５００μｍ×１００μ
ｍ程度の面積とすると、これと同程度の面積のキャビテ
ィ４を形成すればよい。
５０μｍとし、キャビティ４部分のＬＴ基板の厚さＬ3
を３０μｍ、低膨張材５の厚さＬ2を１００μｍ程度と
する。キャビティ４は、ＩＤＴ型共振器２が形成された
面と反対側の面でＩＤＴ型共振器２の領域と対応する領
域に形成し、キャビティ４の面積はＩＤＴ型共振器２が
形成された領域の面積と同程度とすればよい。たとえ
ば、ＩＤＴ型共振器の形成領域を５００μｍ×１００μ
ｍ程度の面積とすると、これと同程度の面積のキャビテ
ィ４を形成すればよい。
【００２７】また、図５に示すように、キャビティ４の
くぼみ全体を埋めるように、低膨張材の小片を接着材な
どを用いて埋め込んでもよい。
くぼみ全体を埋めるように、低膨張材の小片を接着材な
どを用いて埋め込んでもよい。
【００２８】図６に、キャビティ部分のＬＴ基板１の厚
みＬ3、低膨張材５の厚みＬ2をパラメータとしてシミュ
レーションを行った結果を示す。サンプル２−１，２−
２は、図４に示した構成の場合であるが、低膨張材５と
して石英を用いた場合の応力が−４２ＭＰａ、アルミナ
を用いた場合が−８１ＭＰａとなり、ＴＣＦはそれぞ
れ、−３６ｐｐｍ／℃、−３２ｐｐｍ／℃となる。低膨
張材５を３０μｍ程度設けているので、いずれも従来の
サンプル（−４０ｐｐｍ／℃）よりもＴＣＦは低くな
り、温度安定性を高くすることができる。
みＬ3、低膨張材５の厚みＬ2をパラメータとしてシミュ
レーションを行った結果を示す。サンプル２−１，２−
２は、図４に示した構成の場合であるが、低膨張材５と
して石英を用いた場合の応力が−４２ＭＰａ、アルミナ
を用いた場合が−８１ＭＰａとなり、ＴＣＦはそれぞ
れ、−３６ｐｐｍ／℃、−３２ｐｐｍ／℃となる。低膨
張材５を３０μｍ程度設けているので、いずれも従来の
サンプル（−４０ｐｐｍ／℃）よりもＴＣＦは低くな
り、温度安定性を高くすることができる。
【００２９】低膨張材厚を２５０μｍとしたサンプル２
−３，２−４の構成（図５）では、低膨張材５として石
英を用いた場合は応力が−１４８ＭＰａ、アルミナを用
いた場合は−１７３ＭＰａとなり、ＴＣＦはそれぞれ、
−２２、−１７ｐｐｍ／℃まで低下する。すなわち、サ
ンプル２−１，２−２と比べて、低膨張材の厚さを厚く
した方が温度安定性が高くなる。また、石英の方がアル
ミナよりも熱膨張係数が小さいが、アルミナのヤング率
が大きいので、同じ膜厚の場合は、石英よりアルミナの
方がＴＣＦ改善効果が大きいことがわかる。
−３，２−４の構成（図５）では、低膨張材５として石
英を用いた場合は応力が−１４８ＭＰａ、アルミナを用
いた場合は−１７３ＭＰａとなり、ＴＣＦはそれぞれ、
−２２、−１７ｐｐｍ／℃まで低下する。すなわち、サ
ンプル２−１，２−２と比べて、低膨張材の厚さを厚く
した方が温度安定性が高くなる。また、石英の方がアル
ミナよりも熱膨張係数が小さいが、アルミナのヤング率
が大きいので、同じ膜厚の場合は、石英よりアルミナの
方がＴＣＦ改善効果が大きいことがわかる。
【００３０】＜第３実施例＞図７に、この発明の第３の
実施例の断面模式図を示す。この実施例では、ＬＴ基板
１と低膨張材５からなる基板を直接接合により接合し、
キャビティ４を形成する。このキャビティ４は、ＩＤＴ
型共振器２が形成された領域の裏面に形成する。また、
このキャビティ４は、このＩＤＴ型共振器２が形成され
た領域とほぼ同じ面積となるような大きさとする。たと
えば両領域は、１００μｍ×４００μｍの矩形領域とす
る。
実施例の断面模式図を示す。この実施例では、ＬＴ基板
１と低膨張材５からなる基板を直接接合により接合し、
キャビティ４を形成する。このキャビティ４は、ＩＤＴ
型共振器２が形成された領域の裏面に形成する。また、
このキャビティ４は、このＩＤＴ型共振器２が形成され
た領域とほぼ同じ面積となるような大きさとする。たと
えば両領域は、１００μｍ×４００μｍの矩形領域とす
る。
【００３１】また、バルク波の反射の影響を低減するた
めに、このキャビティ４の中に露出したＬＴ基板１の裏
面の部分は粗面化しておくことが好ましい。粗面化は、
サンドブラスト法により行えばよい。
めに、このキャビティ４の中に露出したＬＴ基板１の裏
面の部分は粗面化しておくことが好ましい。粗面化は、
サンドブラスト法により行えばよい。
【００３２】製造法としては、ＬＴ基板１と低膨張材５
からなる基板を接合してから、サンドブラスト法などで
キャビティを形成すればよい。また、キャビティ４に相
当する貫通穴を低膨張材に空けておいて、それをＬＴ基
板１に接合するようにしてもよい。また、図８に示すよ
うに、キャビティ４が低膨張材５の厚さより深く、ＬＴ
基板１もキャビティ４の一部となるようにしてもよい。
からなる基板を接合してから、サンドブラスト法などで
キャビティを形成すればよい。また、キャビティ４に相
当する貫通穴を低膨張材に空けておいて、それをＬＴ基
板１に接合するようにしてもよい。また、図８に示すよ
うに、キャビティ４が低膨張材５の厚さより深く、ＬＴ
基板１もキャビティ４の一部となるようにしてもよい。
【００３３】図９及び図１０に、この発明の第３実施例
について、ＬＴ基板１の厚さ等をパラメータとしてシミ
ュレーションを行った結果を示す。図９は、低膨張材５
の厚さＬ5を一定値３００μｍとし、ＬＴ基板１の厚さ
Ｌ1を変えた場合を示している。これによれば、ＬＴ基
板１の厚さＬ1を１００μｍとしたサンプル３−１の場
合に、応力Ｔが−２１４ＭＰａ、ＴＣＦが−８ｐｐｍ／
℃となり、最も大きな効果が得られた。この場合、従来
の素子に比べてＴＣＦは８０％改善されている。
について、ＬＴ基板１の厚さ等をパラメータとしてシミ
ュレーションを行った結果を示す。図９は、低膨張材５
の厚さＬ5を一定値３００μｍとし、ＬＴ基板１の厚さ
Ｌ1を変えた場合を示している。これによれば、ＬＴ基
板１の厚さＬ1を１００μｍとしたサンプル３−１の場
合に、応力Ｔが−２１４ＭＰａ、ＴＣＦが−８ｐｐｍ／
℃となり、最も大きな効果が得られた。この場合、従来
の素子に比べてＴＣＦは８０％改善されている。
【００３４】図１０は、ＬＴ基板厚Ｌ1を１００μｍ、
低膨張材５の厚さＬ5を３００μｍに固定し、キャビテ
ィ４の領域面積を変えた場合を示している。サンプル３
−１のキャビティ４の大きさは、１００μｍ×４００μ
ｍで、ＩＤＴ型共振器２の形成領域と同じ大きさであ
る。サンプル３−４のキャビティの大きさは、ＩＤＴ型
共振器２の形成領域の４倍であり、サンプル３−５のキ
ャビティの大きさは１６倍である。図１０によれば、サ
ンプル３−１の場合、応力Ｔが最も大きく、ＴＣＦは最
も小さく、温度安定性が最も良好であることがわかる。
低膨張材５の厚さＬ5を３００μｍに固定し、キャビテ
ィ４の領域面積を変えた場合を示している。サンプル３
−１のキャビティ４の大きさは、１００μｍ×４００μ
ｍで、ＩＤＴ型共振器２の形成領域と同じ大きさであ
る。サンプル３−４のキャビティの大きさは、ＩＤＴ型
共振器２の形成領域の４倍であり、サンプル３−５のキ
ャビティの大きさは１６倍である。図１０によれば、サ
ンプル３−１の場合、応力Ｔが最も大きく、ＴＣＦは最
も小さく、温度安定性が最も良好であることがわかる。
【００３５】＜その他の実施例＞また、バルク波の反射
の影響を少なくするためには、図１１に示すように、キ
ャビティ４に、吸音材６を設けてもよい。たとえば、吸
音材６としては、エポキシなどの樹脂を用いることがで
きる。ここで、ＬＴ基板１の厚みＬ1等は、図７と同様
とすればよい。吸音材６は、１００μｍ×４００μｍの
キャビティ４部分のＬＴ基板１の裏面にスピンコートを
用いて塗布すればよい。
の影響を少なくするためには、図１１に示すように、キ
ャビティ４に、吸音材６を設けてもよい。たとえば、吸
音材６としては、エポキシなどの樹脂を用いることがで
きる。ここで、ＬＴ基板１の厚みＬ1等は、図７と同様
とすればよい。吸音材６は、１００μｍ×４００μｍの
キャビティ４部分のＬＴ基板１の裏面にスピンコートを
用いて塗布すればよい。
【００３６】また、図１２に示すように、キャビティ４
部分のＬＴ基板１の裏面を粗面化した後に、このキャビ
ティ４部分にも、低膨張材７を形成してもよい。これに
よれば、さらに、ＬＴ基板１の伸縮が抑えられ、温度安
定性が向上できる。低膨張材７は、低膨張材５と同一の
石英等を用いてもよいが、ＬＴ基板１よりも熱膨張係数
の小さな材料であれば異なる材料を用いてもよい。
部分のＬＴ基板１の裏面を粗面化した後に、このキャビ
ティ４部分にも、低膨張材７を形成してもよい。これに
よれば、さらに、ＬＴ基板１の伸縮が抑えられ、温度安
定性が向上できる。低膨張材７は、低膨張材５と同一の
石英等を用いてもよいが、ＬＴ基板１よりも熱膨張係数
の小さな材料であれば異なる材料を用いてもよい。
【００３７】さらに、図１３に示すように、図１１に示
した吸音材６を形成した後に、残りのキャビティ４部分
に低膨張材７を形成してもよい。この構成でも、図７と
同様にバルク波の反射の抑制と、温度安定性の向上をす
ることができる。また、図９のように、ＬＴ基板１の裏
面を粗面化した後に、このキャビティ４部分は空間とし
たまま、低膨張材５に密接させて低膨張基板８を接合し
てもよい（図１４参照）。これによれば、低膨張基板８
の接合工程より複雑な工程であるキャビティ４部分に低
膨張材等を埋め込むような工程を必要としないので、素
子形成工程の容易化、時間短縮が可能となる。
した吸音材６を形成した後に、残りのキャビティ４部分
に低膨張材７を形成してもよい。この構成でも、図７と
同様にバルク波の反射の抑制と、温度安定性の向上をす
ることができる。また、図９のように、ＬＴ基板１の裏
面を粗面化した後に、このキャビティ４部分は空間とし
たまま、低膨張材５に密接させて低膨張基板８を接合し
てもよい（図１４参照）。これによれば、低膨張基板８
の接合工程より複雑な工程であるキャビティ４部分に低
膨張材等を埋め込むような工程を必要としないので、素
子形成工程の容易化、時間短縮が可能となる。
【００３８】また、前記した第１、第２または第３の実
施例に示したＬＴ基板１上のＩＤＴが形成されている部
分に、従来から行われていた分極反転層を形成するよう
にすれば、より高い温度特性改善効果が得られる。ここ
で、分極反転層は、ＩＤＴ型共振器２が形成されたＬＴ
基板１の表面上でＩＤＴが形成されている位置に、弾性
表面波の波長の５倍以下の厚さに形成することが好まし
い。
施例に示したＬＴ基板１上のＩＤＴが形成されている部
分に、従来から行われていた分極反転層を形成するよう
にすれば、より高い温度特性改善効果が得られる。ここ
で、分極反転層は、ＩＤＴ型共振器２が形成されたＬＴ
基板１の表面上でＩＤＴが形成されている位置に、弾性
表面波の波長の５倍以下の厚さに形成することが好まし
い。
【００３９】以上の実施例中で述べたパラメータ等の数
値、低膨張材料等は一例を示したものであり、これに限
られるものではない。弾性表面波素子も、１つの共振器
に限られるものではなく、複数個の共振器からなるラダ
ー型フィルタやＤＭＳフィルタ、及びこれらのフィルタ
を用いたデュプレクサなどにも適用可能である。
値、低膨張材料等は一例を示したものであり、これに限
られるものではない。弾性表面波素子も、１つの共振器
に限られるものではなく、複数個の共振器からなるラダ
ー型フィルタやＤＭＳフィルタ、及びこれらのフィルタ
を用いたデュプレクサなどにも適用可能である。
【００４０】
【発明の効果】この発明によれば、大きな電気機械結合
係数を維持したままで、温度安定性に優れた弾性表面波
素子を提供することができる。また、基板を接合した場
合でも、基板のバルク波の反射による影響を低減でき、
フィルタ特性の劣化が防止できる。
係数を維持したままで、温度安定性に優れた弾性表面波
素子を提供することができる。また、基板を接合した場
合でも、基板のバルク波の反射による影響を低減でき、
フィルタ特性の劣化が防止できる。
【図１】この発明の弾性表面波素子の第１実施例の構成
図である。
図である。
【図２】この発明の第１実施例と従来の素子の温度特性
のシミュレーション結果である。
のシミュレーション結果である。
【図３】この発明の弾性表面波素子の第１実施例の構成
図である。
図である。
【図４】この発明の弾性表面波素子の第２実施例の構成
図である。
図である。
【図５】この発明の弾性表面波素子の第２実施例の構成
図である。
図である。
【図６】この発明の第２実施例と従来の素子の温度特性
のシミュレーション結果である。
のシミュレーション結果である。
【図７】この発明の弾性表面波素子の第３実施例の構成
図である。
図である。
【図８】この発明の弾性表面波素子の第３実施例の構成
図である。
図である。
【図９】この発明の第３実施例と従来の素子の温度特性
のシミュレーション結果である。
のシミュレーション結果である。
【図１０】この発明の第３実施例と従来の素子の温度特
性のシミュレーション結果である。
性のシミュレーション結果である。
【図１１】この発明の弾性表面波素子のその他の実施例
の構成図である。
の構成図である。
【図１２】この発明の弾性表面波素子のその他の実施例
の構成図である。
の構成図である。
【図１３】この発明の弾性表面波素子のその他の実施例
の構成図である。
の構成図である。
【図１４】この発明の弾性表面波素子のその他の実施例
の構成図である。
の構成図である。
１ 圧電基板
２ ＩＤＴ型共振器
３ 保護膜（石英膜）
４ キャビティ（凹部）
５ 低膨張材
６ 吸音材
７ 低膨張材
８ 低膨張基板
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 松田 隆志
神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番
１号 富士通株式会社内
(72)発明者 伊形 理
神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番
１号 富士通株式会社内
Ｆターム(参考） 5J097 AA05 AA21 EE00 EE04 EE06
GG03 HA03 KK09
Claims (6)
- 【請求項１】 圧電基板の表面上に弾性表面波を励振す
るための櫛形電極が形成され、前記櫛形電極が形成され
た領域の圧電基板の裏面側に凹部が形成され、その凹部
に低膨張部材が形成されていることを特徴とする弾性表
面波素子。 - 【請求項２】 前記低膨張部材が、Ｓｉ膜又はＳｉＯ2
膜またはアルミナ膜であることを特徴とする請求項２の
弾性表面波素子。 - 【請求項３】 弾性表面波を励振するための櫛形電極が
一方の表面上に形成された圧電基板と、櫛形電極が形成
されていない他方の表面に密接し、熱膨張係数が前記圧
電基板よりも小さく、前記櫛形電極が形成された領域と
対応する領域に凹部が形成された低膨張部材とからなる
ことを特徴とする弾性表面波素子。 - 【請求項４】 前記低膨張部材の凹部の深さが、低膨張
部材の厚さに等しいかまたは大きいことを特徴とする請
求項３の弾性表面波素子。 - 【請求項５】 前記低膨張部材の凹部に密接する前記圧
電基板の表面が、粗面化されていることを特徴とする請
求項４の弾性表面波素子。 - 【請求項６】 前記圧電基板の前記櫛形電極が形成され
た表面上に、弾性表面波の波長の５倍以下の厚さの分極
反転層を備えたことを特徴とする請求項１から５に記載
したいずれかの弾性表面波素子。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001199219A JP3476445B2 (ja) | 2001-06-29 | 2001-06-29 | 弾性表面波素子 |
| US09/994,754 US6437479B1 (en) | 2001-06-29 | 2001-11-28 | Surface acoustic wave device |
| KR1020010079424A KR100676152B1 (ko) | 2001-06-29 | 2001-12-14 | 탄성표면파 소자 |
| DE10202856A DE10202856B4 (de) | 2001-06-29 | 2002-01-24 | Oberflächenakustikwellenvorrichtung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001199219A JP3476445B2 (ja) | 2001-06-29 | 2001-06-29 | 弾性表面波素子 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003017980A true JP2003017980A (ja) | 2003-01-17 |
| JP3476445B2 JP3476445B2 (ja) | 2003-12-10 |
Family
ID=19036540
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001199219A Expired - Lifetime JP3476445B2 (ja) | 2001-06-29 | 2001-06-29 | 弾性表面波素子 |
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| Country | Link |
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| JP (1) | JP3476445B2 (ja) |
| KR (1) | KR100676152B1 (ja) |
| DE (1) | DE10202856B4 (ja) |
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| WO2022230288A1 (ja) * | 2021-04-28 | 2022-11-03 | 株式会社村田製作所 | 弾性波装置 |
| WO2022265071A1 (ja) * | 2021-06-17 | 2022-12-22 | 株式会社村田製作所 | 弾性波装置 |
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| CN113179090A (zh) * | 2021-05-08 | 2021-07-27 | 杭州左蓝微电子技术有限公司 | 声表面波器件及其制造方法 |
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-
2001
- 2001-06-29 JP JP2001199219A patent/JP3476445B2/ja not_active Expired - Lifetime
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- 2001-12-14 KR KR1020010079424A patent/KR100676152B1/ko not_active IP Right Cessation
-
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- 2002-01-24 DE DE10202856A patent/DE10202856B4/de not_active Expired - Fee Related
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