JP2006121233A - 弾性表面波素子片および弾性表面波フィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】横モードスプリアスを低減し、電極指の交差幅を大きくできるようにする。
【解決手段】弾性表面波素子片１０は、圧電基板１２がタンタル酸リチウムのＸカット板から形成してある。圧電基板１２の表面には、すだれ状電極からなる一対のＩＤＴ（１４ａ、１４ｂ）と、これらのＩＤＴを挟むように一対の反射器（２０ａ、２０ｂ）とが設けてある。ＩＤＴ（１４ａ、１４ｂ）を形成している電極指部１８（１８ａ、１８ｂ）は、アルミニウム系金属膜からなる電極指本体３０を有する。電極指本体３０の表面には、電極指本体３０を陽極酸化して形成した陽極酸化膜３２が設けてある。陽極酸化膜３２は、二酸化ケイ素膜２６によって覆われている。また、電極指部（１８ａ、１８ｂ）の交差幅は、弾性表面波の波長の２０倍以上にしてある。
【選択図】図２

Description

本発明は、圧電基板の表面にすだれ状電極を設けた弾性表面波素子片に係り、特に圧電基板としてタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）を用いた弾性表面波素子片および弾性表面波フィルタに関する。

近年は、移動体通信機器の分野において高周波数化が図られており、高周波化に対応して弾性表面波（Surface Acoustic Wave：ＳＡＷ）を利用した弾性表面波フィルタが用いられるようになってきている。このような弾性表面波フィルタとして、タンタル酸リチウムのＸカット板を圧電基板として採用したものが開発されている。しかし、タンタル酸リチウムのＸカット板は、温度特性が−１８ｐｐｍ／℃と大きく、所望の特性を有するフィルタを形成することが困難である。そこで、特許文献１には、ＩＤＴ（Interdigital Transducer）を構成しているすだれ状電極の上に、厚い二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）膜を形成して周波数温度特性の改善、電気機械結合係数の増加、横スプリアスの改善等を図ることが提案されている。
特開平７−２５４８３５号公報

ところで、弾性表面波フィルタは、ＩＤＴを構成しているすだれ状電極の電極指の交差幅が小さいと、圧電基板を伝播する弾性表面波の反射率が小さく、挿入損失が大きくなりフィルタとしての機能を果たすことができない。このため、弾性表面波フィルタは、電極指の交差幅をできるだけ大きくする必要がある。ところが、電極指の交差幅を大きくすると、横モードスプリアスがフィルタの通過帯域に発生するようになる。

図６は、電極指の交差幅と横モードスプリアスの発生位置との関係の一例を示したもので、横軸が電極指の交差幅を弾性表面波の波長λで表してある。また、横軸は、スプリアスの発生位置を示しており、スプリアスの周波数ｆ_sとフィルタの中心周波数ｆ_０との差の絶対値で表してある。図６から明らかなように、電極指の交差幅が大きくなると、横モードスプリアスの発生位置が次第にフィルタの中心周波数ｆ_０に接近し、フィルタの通過帯域に横モードスプリアスが現れるようになる。このため、特許文献１においては、通過帯域に横モードスプリアスが生じるのを避けるため、電極指の交差幅Ｗを弾性表面波の波長λの１２倍以下に設定している。しかし、交差幅を弾性表面波の波長の１２倍以下にしたのでは、前記したようにＩＤＴにおける弾性表面波の反射率が小さく、フィルタの挿入損失が大きくなる。

本発明は、前記従来技術の欠点を解消するためになされたもので、横モードスプリアスを低減し、電極指の交差幅を大きくできるようにすることを目的としている。
また、本発明は、挿入損失を小さくすることを目的としている。
さらに、本発明は、ＩＤＴにおける弾性表面波の反射率を向上し、小型化を図れるようにすることなどを目的としている。

発明者らは、タンタル酸リチウムのＸカット板を用いた弾性表面波フィルタを鋭意研究し、種々実験を行った結果、アルミニウム膜から形成したＩＤＴの電極を陽極酸化したのち、二酸化ケイ素の膜を薄く形成すると、横モードスプリアスを低減できることを見出した。本発明は、このような知見に基づいてなされたものである。すなわち、本発明に係る弾性表面波素子片は、圧電基板に設けたアルミニウム系金属膜からなるすだれ状電極と、前記すだれ状電極の表面に形成した陽極酸化膜と、前記陽極酸化膜を覆って設けた二酸化ケイ素膜とを有し、前記すだれ状電極の電極指の交差幅が、前記圧電基板を伝播する弾性表面波の波長の２０倍以上である、ことを特徴としている。なお、この発明におけるアルミニウム系金属膜は、アルミニウムの膜およびアルミニウム合金の膜を含んでいる。

このようになっている本発明は、理論的な解析がまだなされていないが、横モードスプリアスを低減することができる。この結果、通過帯域内に横モードスプリアスが発生してもフィルタの特性にほとんど支障がなく、電極指の交差幅を大きくすることが可能となる。また、電極指の交差幅が弾性表面波の波長の２０倍以上となっているため、ＩＤＴにおける弾性表面波の反射率が大きくなり、弾性表面波フィルタを形成した場合の挿入損失を小さくすることができる。さらに、ＩＤＴにおける弾性表面波の反射率が高まるため、ＩＤＴの両側に形成する反射器を構成する導体ストリップの数を少なくすることが可能で、弾性表面波素子片の小型化を図ることができる。

圧電基板は、タンタル酸リチウムのＸカット板であってよい。これにより、タンタル酸リチウムのＸカット板を用いた挿入損失の小さく、横モードスプリアスの小さい弾性表面波フィルタを得ることができる。

そして、前記圧電基板を伝播する弾性表面波の波長をλ、前記二酸化ケイ素膜の膜厚をｔ_１としたときに、前記膜厚ｔ_１と前記波長λとの比ｔ_１／λは、０．０２≦ｔ_１／λ≦０．０４であることが望ましい。すなわち、二酸化ケイ素膜は、すだれ状電極を構成しているアルミニウム系金属膜と同程度の厚さであってよい。また、前記すだれ状電極を構成するアルミニウム系金属膜の膜厚をｔ_２、前記二酸化ケイ素膜の膜厚をｔ_１としたときに、前記膜厚ｔ_２と前記膜厚ｔ_１との比ｔ_２／ｔ_１を、０．７≦ｔ_２／ｔ_１≦１．３とすることができる。さらに、前記すだれ状電極を構成するアルミニウム系金属膜の膜厚をｔ_２、前記陽極酸化膜の膜厚をｔ_３としたときに、前記膜厚ｔ_３と前記膜厚ｔ_２との比ｔ_３／ｔ_２を、０．１≦ｔ_３／ｔ_２≦０．７とすることができる。このような厚さの陽極酸化膜を形成すると、すだれ状電極の耐電力性を向上することができ、マイグレーションの発生を防止することができる。

本発明に係る弾性表面波素子片および弾性表面波フィルタの好ましい実施の形態を、添付図面に従って詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る弾性表面波素子片を模式的に示した平面図である。図１において、弾性表面波素子片１０は、平面視矩形状の圧電基板１２を備えている。圧電基板１２は、実施形態の場合、タンタル酸リチウムのＸカット板から形成してあるが、ニオブ酸リチウム、水晶などの他の圧電材料を用いることができる。

弾性表面波素子片１０は、圧電基板１２の表面中央部に一対のＩＤＴ１４（１４ａ、１４ｂ）が弾性表面波の伝播方向であるタンタル酸リチウムのＹ方向に沿って配置してある。これらのＩＤＴ１４は、それぞれ一対の櫛型電極１６（１６ａ、１６ｂ）からなっている。そして、各櫛型電極１６ａ、１６ｂは、それぞれの電極指部１８（１８ａ、１８ｂ）が交互に、かつ相互に平行、等間隔となるように組み合わされて配置され、全体としてすだれ状をなしている。

また、弾性表面波素子片１０は、一対のＩＤＴ１４ａ、１４ｂを挟むように反射器２０（２０ａ、２０ｂ）を有している。各反射器２０は、電極指部１８と平行に形成した複数の電極片部２２からなっていて、各電極片部２２の両端が相互に連結してある。なお、各櫛型電極１６には、電極指部１８の一端を接続したバスバーに入出力用の接続ランド２４ａ、または接地用の接続ランド２４ｂが設けてある。そして、弾性表面波素子片１０は、図１に斜線で示したように、ＩＤＴ１４および反射器２０を覆って二酸化ケイ素膜２６が設けてある。

櫛型電極１６の電極指部１８と反射器２０の電極片部２２とは、同じように形成してあって、実施形態の場合、図２に示したようになっている。すなわち、電極指部１８は、アルミニウム系金属膜（実施形態の場合、アルミニウム膜）からなる電極指本体３０と、電極指本体３０の表面に設けた陽極酸化膜３２とから構成してある。陽極酸化膜３２は、電極指本体３０を陽極酸化して形成してある。また、反射器２０の電極片部２２は、電極指部１８と同様に形成してあって、アルミニウム系金属膜（実施形態の場合、アルミニウム膜）からなる導体ストリップ３４と、導体ストリップ３４を陽極酸化して導体ストリップ３４の表面に設けた陽極酸化膜３６とから構成してある。

電極指本体３０と導体ストリップ３４とは、同時に形成される。すなわち、電極指本体３０と導体ストリップ３４とを形成する場合、まず、蒸着やスパッタリングなどによって、圧電基板１２の表面全体にアルミニウム系金属膜を所定の厚さ成膜する。その後、アルミニウム系金属膜の上にフォトレジストを塗布してレジスト膜を形成する。次に、レジスト膜をフォトリソグラフィー技術によって所定の形状にパターニングし、レジスト膜をマスクにしてアルミニウム系金属をエッチングして電極指本体３０と導体ストリップ３４とを形成する。その後、電極指本体３０と導体ストリップ３４とを同時に陽極酸化し、これらの表面に陽極酸化膜３２、３６を形成する。陽極酸化膜３２、３６の厚さは、陽極酸化電圧に比例するので、所望の厚さの陽極酸化膜を容易に形成することができる。このようにしてＩＤＴ１４と反射器２０とに陽極酸化膜３２、３６を形成したのち、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）を用いたＣＶＤなどにより、圧電基板１２の表面（上面）全体に二酸化ケイ素膜２６を所定の厚さ堆積する。

二酸化ケイ素膜２６の膜厚、すなわち陽極酸化膜３２、３６上の厚さをｔ_１とし、電極指本体３０と導体ストリップ３４とを形成しているアルミニウム膜の膜厚をｔ_２、電極指本体３０と導体ストリップ３４との表面に形成した陽極酸化膜３２、３６の膜厚をｔ_３とする。実施形態の場合、圧電基板１２を伝播する弾性表面波の波長をλとすると、二酸化ケイ素２６の膜厚ｔ_１と、弾性表面波の波長λとの比ｔ_１／λは、０．０２≦ｔ_１／λ≦０．０４にしてある。また、電極指本体３０および導体ストリップ３４を構成しているアルミニウム膜の膜厚ｔ_２と、二酸化ケイ素膜２６の膜厚ｔ_１との比ｔ_２／ｔ_１は、実施形態の場合、０．７≦ｔ_２／ｔ_１≦１．３にしてある。さらに、陽極酸化膜３２、３６の膜厚ｔ_３と、電極指本体３０および導体ストリップ３４を構成しているアルミニウム膜の膜厚ｔ_２との比ｔ_３／ｔ_２は、実施形態の場合、０．１≦ｔ_３／ｔ_２≦０．７にしてある。

二酸化ケイ素２６の膜厚を上記のように電極指本体３０と同程度の厚さにすると、弾性表面波素子片１０をフィルタに使用した場合おける横モードスプリアスを大幅に低減することができる。この結果、実施形態の弾性表面波素子片１０は、ＩＤＴ１４を構成している櫛型電極１６ａ、１６ｂの電極指１８ａ、１８ｂの交差幅Ｗ（図３参照）を大きくすることができる。すなわち、弾性表面波素子片１０は、圧電基板１２を伝播する弾性表面波の波長をλとした場合、電極指１８の交差幅Ｗを波長λの２０倍以上、上限値４０倍程度まで大きくすることができる。もちろん、Ｗ＜２０λの場合であっても、横モードスプリアスを低減することができる。

また、交差幅Ｗ≧２０λとした弾性表面波素子片１０を用いてフィルタを形成した場合、通過帯域に横モードスプリアスが現れたとしても、横モードスプリアスの影響を小さくすることができ、フィルタの特性に大きな影響を与えることがない。しかも、弾性表面波素子片１０は、電極指１８の交差幅Ｗを大きくすることができるため、ＩＤＴ１４における弾性表面波の反射率が向上し、挿入損失を小さくすることができる。さらに、弾性表面波素子片１０は、交差幅Ｗを大きくしてＩＤＴ１４における弾性表面波の反射率を大きくできるため、反射器２０の電極片部２２の数を少なくすることが可能で、弾性表面波素子片１０の小型化を図ることができる。

なお、ＩＤＴ１４に形成した陽極酸化膜３２の厚さを上記のように設定すると、ＩＤＴ１４の耐電力性が向上し、マイグレーションの発生などを防ぐことができる。また、二酸化ケイ素膜２６の厚さが、上記のように電極指本体３０と同程度の厚さに形成した場合、弾性表面波素子片１０の温度特性が従来とほとんど変わらず、実測したところ、約−１７ｐｐｍ／℃であった。

このようになっている弾性表面波素子片１０は、図４に示したように、パッケージ４２に収容して弾性表面波フィルタ４０にすることができる。パッケージ４２は、パッケージ本体４４と蓋体４６とから構成してある。パッケージ本体４４は、セラミックなどから形成してあって、弾性表面波素子片１０を収容する収容空間４８を有する箱状をなしている。そして、弾性表面波素子片１０は、シリコーン系接着剤などを介してパッケージ本体４４の底部に固着される。弾性表面波素子片１０は、櫛型電極１６に形成した接続ランド２４ａ、２４ｂがボンディングワイヤ５０を介してパッケージ本体４４の段部５２に形成した電極パターン（図示せず）に電気的に接続される。これらの電極パターンは、パッケージ本体４４の下面に設けた図示しない外部端子に電気的に接続してある。そして、弾性表面波素子片１０を収容したパッケージ本体４４は、上部開口がセラミックや金属板などからなる蓋体４６によって気密に封止される。

このようにして形成した実施形態の弾性表面波フィルタ４０は、図５に示したように、横モードスプリアスを低減することができる。図５は、タンタル酸リチウムのＸカット板を用いて、弾性表面波がＹ方向に伝播する従来の弾性表面波フィルタと、実施形態の弾性表面波フィルタとの帯域幅における横モードスプリアスの比較を示す図である。図５の横軸は帯域幅をＭＨｚで示し、縦軸は減衰量をｄＢで示してある。

図５の破線の曲線ａは、中心周波数が３１４ＭＨｚの従来の弾性表面波フィルタの特性図であって、ＩＤＴと反射器とがアルミニウム膜によって形成してあり、表面に陽極酸化膜が設けてある。しかし、曲線ａの場合、二酸化ケイ素膜とが設けられていない。一方、図５に示した実線の曲線ｂは、中心周波数が３１４ＭＨｚの実施形態に係る弾性表面波フィルタ４０の特性図である。なお、いずれの場合も電極指本体と導体ストリップとの厚さが約１７００Å、これらの表面に設けた陽極酸化膜の厚さが約７００Åであり、電極指の交差幅Ｗが４０λにしてある。そして、曲線ｂの特性を有する実施形態の場合、陽極酸化膜の上に厚さ約２０００Åの二酸化ケイ素膜が設けてある。

図５の左肩部Ｂから明らかなように、すだれ状電極の電極指部１８を陽極酸化して陽極酸化膜３２を形成し、この陽極酸化膜３２を覆って二酸化ケイ素膜２６を設けた実施形態の弾性表面波フィルタ４０は、従来の弾性表面波フィルタに比較して、横モードスプリアスを大幅に低減することができる。この実施形態に係る弾性表面波フィルタ４０は、微弱電波を用いた通信機器、特定小電力による無線通信を行なう通信機器などに適用することができる。

実施の形態に係る弾性表面波素子片を模式的に示した平面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿った一部断面図である。 実施の形態に係るＩＤＴの一部拡大図である。 実施の形態に係る弾性表面波フィルタの説明図である。 従来例と実施形態との弾性表面波フィルタの通過帯域幅における横モードスプリアスの比較図である。 電極指の交差幅と横スプリアスの発生位置との関係を示す図である。

符号の説明

１０………弾性表面波素子片、１２………圧電基板、１４ａ、１４ｂ………ＩＤＴ、１６ａ、１６ｂ………すだれ状電極（櫛型電極）、１８ａ、１８ｂ………電極指部、２０ａ、２０ｂ………反射器、２２………電極片部、２６………二酸化ケイ素膜、３０………電極指本体、３２、３６………陽極酸化膜、４０………弾性表面波フィルタ、４２………パッケージ。

Claims (6)

1. 圧電基板に設けたアルミニウム系金属膜からなるすだれ状電極と、
   前記すだれ状電極の表面に形成した陽極酸化膜と、
   前記陽極酸化膜を覆って設けた二酸化ケイ素膜とを有し、
   前記すだれ状電極の電極指の交差幅が、前記圧電基板を伝播する弾性表面波の波長の２０倍以上である、
   ことを特徴とする弾性表面波素子片。
2. 請求項１に記載の弾性表面波素子片において、
   前記圧電基板は、タンタル酸リチウムのＸカット板であることを特徴とする弾性表面波素子片。
3. 請求項１または請求項２に記載の弾性表面波素子片において、
   前記圧電基板を伝播する弾性表面波の波長をλ、前記二酸化ケイ素膜の膜厚をｔ_１としたときに、前記膜厚ｔ_１と前記波長λとの比ｔ_１／λが、
   ０．０２≦ｔ_１／λ≦０．０４
   であることを特徴とする弾性表面波素子片。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の弾性表面波素子片において、
   前記すだれ状電極を構成するアルミニウム系金属膜の膜厚をｔ_２、前記二酸化ケイ素膜の膜厚をｔ_１としたときに、前記膜厚ｔ_２と前記膜厚ｔ_１との比ｔ_２／ｔ_１が、
   ０．７≦ｔ_２／ｔ_１≦１．３
   であることを特徴とする弾性表面波素子片。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の弾性表面波素子片において、
   前記すだれ状電極を構成するアルミニウム系金属膜の膜厚をｔ_２、前記陽極酸化膜の膜厚をｔ_３としたときに、前記膜厚ｔ_３と前記膜厚ｔ_２との比ｔ_３／ｔ_２が、
   ０．１≦ｔ_３／ｔ_２≦０．７
   であることを特徴とする弾性表面波素子片。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の弾性表面波素子片を有することを特徴とする弾性表面波フィルタ。

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