JP2006211187A

JP2006211187A - 弾性表面波デバイス

Info

Publication number: JP2006211187A
Application number: JP2005019364A
Authority: JP
Inventors: Kunihito Yamanaka; 国人山中
Original assignee: Miyazaki Epson Corp
Current assignee: Miyazaki Epson Corp
Priority date: 2005-01-27
Filing date: 2005-01-27
Publication date: 2006-08-10

Abstract

【課題】圧電基板の長手方向に対し４５度の切り込み（ハーフカッティング）を入れたＳＡＷデバイスは、バルク波による伝送特性、群遅延時間特性の劣化は大幅に改善されるもののヒートサイクル試験で４５％強が破損するという問題があった。本発明はヒートサイクルに強固であり且つＩＤＴ電極により励起されるバルク波スプリアスを抑圧することが可能なＳＡＷデバイスの構造を提供することを目的とする。
【解決手段】圧電基板の主表面上に表面波の伝搬方向に沿ってＩＤＴ電極を配置した弾性表面波デバイスにおいて、前記圧電基板の裏面のほぼ全面に長手方向に沿って切り込みを入れて弾性表面波デバイスを構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、弾性表面波デバイスに関し、特に圧電基板の裏面にヒートサイクル試験に十分に耐えられる切り込み（ハーフカッティング）施し、伝送特性、群遅延時間特性を改善した弾性表面波デバイスに関するものである。

近年、弾性表面波デバイス（ＳＡＷデバイス）は通信分野で広く利用され、高性能、小型、量産性等の優れた特徴を有することから特に携帯電話等に多く用いられている。図２は、ＳＡＷデバイスの一つであるトランスバーサル型ＳＡＷフィルタの構成を示す概略平面図であって、圧電基板１１の主表面上に表面波の伝搬方向に沿って２つのＩＤＴ電極１２、１３を所定の間隙を隔して配置すると共に、該ＩＤＴ電極１２、１３の間に電極１４（ベタ電極）を配設して、トランスバーサル型ＳＡＷフィルタ素子を形成する。ＩＤＴ電極１２、１３はそれぞれ互いに間挿し合う複数の電極指を有する一対の櫛形電極より構成されている。

そして、図３に示すようにセラミックパッケージ１６の内底部に接着剤１７を塗布し、その上に前記トランスバーサル型ＳＡＷフィルタ素子を載置し、接着剤１７を硬化させて接着固定する。トランスバーサル型ＳＡＷフィルタ素子のＩＤＴ電極１２の一方の櫛形電極を、ボンディングワイヤ１８にてセラミックパッケージ１６の入力端子電極ＩＮに接続すると共に、他方の櫛形電極はボンディングワイヤにて接地電極に接続する。さらに、ＩＤＴ電極１３の一方の櫛形電極はボンディングワイヤ１８にて出力端子電極ＯＵＴに接続すると共に、他方の櫛形電極はボンディングワイヤにて接地電極に接続して、トランスバーサル型ＳＡＷフィルタを構成する。
なお、ＩＤＴ電極１２、１３の間に設けた電極１４は接地電極に接続し、その作用は入出力端子間の直達波の遮蔽用として機能している。そして、圧電基板１１の長辺方向（表面波伝搬方向）の両端に弾性表面波吸収体（吸音材）１５を塗布して不要反射波を抑圧するのが一般的である。また、ＩＤＴ電極１２、１３の両外側にグレーティング反射器を設ける場合もある。

図４（ａ）は、図２に示した電極パターンを用いてトランスバーサル型ＳＡＷフィルタの伝送特性、群遅延時間特性をシミュレーションにより求めた特性で、実線が伝送特性、破線が群遅延時間特性である。しかし、圧電基板上に図２に示す電極パターンを形成し、ＳＡＷデバイスの伝送特性、群遅延時間特性を測定すると、図４（ｂ）に示すような特性となる。伝送特性、群遅延時間特性が図４（ａ）に示した特性より劣化する理由は次のように考えられる。図５（ａ）に示すように、圧電基板上のＩＤＴ電極Ａに高周波電圧を印加すると、表面波（ＳＡＷ）が励起され、この表面波が伝搬してＩＤＴ電極Ｂに到達し、受信されて高周波電圧に変換される。図５（ａ）に示すように表面波のみが受信されるのであれば、図４（ａ）に示すような伝送特性、群遅延時間特性が得られるはずである。

しかし、ＩＤＴ電極Ａは表面波のみならず図５（ｂ）、（ｃ）に模式的に示すように、圧電基板の裏面の反射を経てＩＤＴ電極Ｂに受信されるＤＢＡＷ（deep bulk acoustic wave）、ＩＤＴ電極と圧電基板間の高次の厚み共振によるもの（thickness resonance）、あるいは高次の輪郭振動等のバルク波（ＢＡＷ）がＩＤＴ電極Ｂにより受信されて電気信号に変換され、表面波による信号に重畳するので、伝送特性、群遅延時間特性が劣化すると考えられている。ＩＤＴ電極により励起されるバルク波を抑圧すべく、古くから圧電基板の裏面を粗い砥石で研磨して凹凸を付けたり、あるいは図６（ａ）の裏面図、同図（ｂ）のＱ−Ｑにおける断面図に示すように、圧電基板の裏面全体に無数の切り込み（ハーフカティング）を入れて、バルク波を弱めていた。切り込みの角度は圧電基板の長手方向に対して直交又は４５度に入れた例が報告されている。
図６に示したように圧電基板の長手方向に対し４５度の切り込み（ハーフカッティング）を入れたＳＡＷデバイスは、バルク波による伝送特性、群遅延時間特性の劣化は大幅に改善される。
特開平０８−０３２４０３号公報柴山幹夫「弾性波素子ハンドブック」、オーム社、平成３年１１月３０日中沢祐三他、「水晶を用いたテレビＩＦ用弾性表面波フィルタ」、東洋通信機技報、１９７８、ＮＯ．２３、ｐ．４２

近年、自動車に種々のワイヤレス機器が搭載されるようになり、その無線部にＳＡＷデバイスを使用したいという要求が高まっている。しかしながら、自動車に搭載する電子デバイスは過酷な環境試験が課せられている。客先仕様で規定されるヒートサイクル試験（−４０℃、３０分〜＋８０℃、３０分）を１万サイクル行うと、切り込みが４５度の場合、３０個中１個、切り込み部より圧電基板が破損する故障が発生した。また、圧電基板の長手方向に対して直交する切り込みを入れたＳＡＷデバイスは、千サイクルのヒートサイクル試験で、試験した４５％強が破損するという結果となった。

本発明の請求項１の発明は、圧電基板の主表面上に表面波の伝搬方向に沿ってＩＤＴ電極を配置した弾性表面波デバイスにおいて、前記圧電基板の裏面に前記表面波の伝搬方向とほぼ平行な複数本の切り込みを入れて構成する弾性表面波デバイスである。
前記切り込みの深さが圧電基板のほぼ２０％であることを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波デバイスである。

本発明のＳＡＷデバイスは、圧電基板の裏面のほぼ全面に長手方向に沿って切り込み（ハーフカッティング）を施したため、ヒートサイクル試験に十分に耐えられると共に伝送特性及び群遅延時間特性を改善したＳＡＷデバイスが実現できるとういう利点がある。

図１は本発明に係るＳＡＷデバイスの一つであるトランスバーサル型ＳＡＷフィルタの実施の形態を示す概略図であって、同図（ａ）は裏面図、同図（ｂ）はＱ−Ｑにおける断面図、同図（ｃ）は平面図である。図１（ａ）、（ｂ）に示すように、圧電基板１の裏面に長手方向に沿って切り込み（ハーフカッティング）を施す。図１（ｃ）に示すように圧電基板１の表面上に表面波の伝搬方向に沿って２つのＩＤＴ電極３、４を所定の間隙を隔して配置すると共に、該ＩＤＴ電極３、４の間に電極５（直達波遮蔽用電極）を配設して、トランスバーサル型ＳＡＷフィルタ素子を形成する。ＩＤＴ電極３、４はそれぞれ互いに間挿し合う複数の電極指を有する一対の櫛形電極より構成されている。

そして、セラミックパッケージ（図示しない）の内底部に接着剤を塗布し、その上に前記トランスバーサル型ＳＡＷフィルタ素子を載置し、接着剤を硬化させて接着固定する。そして、トランスバーサル型ＳＡＷフィルタ素子のＩＤＴ電極３の一方の櫛形電極を入力端子ＩＮに接続すると共に、他方の櫛形電極は接地する。さらに、ＩＤＴ電極４の一方の櫛形電極は出力端子ＯＵＴに接続すると共に、他方の櫛形電極は接地して、トランスバーサル型ＳＡＷフィルタを構成する。
なお、圧電基板１の長辺方向（表面波伝搬方向）の両端に弾性表面波吸収体（吸音材）６を塗布して不要反射波を抑圧する。

本発明の特徴は図１（ａ）、（ｂ）に示したように圧電基板の裏面に表面波の伝搬方向とほぼ平行にハーフカッティングを施してバルク波による伝送特性、群遅延時間特性の劣化を抑圧し、しかも１万サイクルのヒートサイクル試験（−４０℃、３０分〜＋８０℃、３０分）に十分に耐えるＳＡＷデバイスを実現したことである。

一般的に用いられる厚さ０．３５ｍｍの圧電基板の裏面に、図１（ｂ）に示すように、圧電基板の長手方向に沿って切り込み幅が０．１５ｍｍ、深さが圧電基板の厚さｈのほぼ２０％、繰り返し周期が０．３ｍｍの圧電基板を用いて、ＳＡＷデバイスを３０個試作した。この３０個のＳＡＷデバイスに要求仕様のヒートサイクル試験（−４０℃、３０分〜＋８０℃、３０分）を１万サイクル行ったが、基板が破損したものは１個も発生しなかった。この理由は次のように考えられる。セラミックパッケージ、接着剤、圧電基板のそれぞれの熱膨張係数は異なるが、熱膨張による歪みは長手方向により大きな歪力がかかる。長手方向に沿ってハーフカッティングを施しているので切り込み部に加わる歪力は、長手方向に直交した切り込み部にかかる歪力よりも弱いと考えられる。

本発明に係るＳＡＷデバイスの構成を示した概略図であって、（ａ）は表面図、（ｂ）は裏面図、（ｃ）は断面図である。従来のトランスバーサル型ＳＡＷフィルタの構成を示す平面図である。従来のトランスバーサル型ＳＡＷフィルタの構成を示す断面図である。トランスバーサル型ＳＡＷフィルタの、（ａ）はシミュレーションによる伝送特性と群遅延時間特性、（ｂ）は実際の伝送特性と群遅延時間特性である。（ａ）は表面波の伝搬を示す模式断面図、（ｂ）、（ｃ）は表面波と、バルク波の伝搬の様子を示す模式断面図である。（ａ）は圧電基板の裏面に切り込み（ハーフカッティング）を施したものの模式図、（ｂ）は断面図である。

符号の説明

１圧電基板
２切り込み（ハーフカッティング）
３、４ＩＤＴ電極
５遮蔽用電極
６吸音材

Claims

圧電基板の主表面上に表面波の伝搬方向に沿ってＩＤＴ電極を配置した弾性表面波デバイスにおいて、
前記圧電基板の裏面に前記表面波の伝搬方向とほぼ平行な複数本の切り込みを設けたことを特徴とする弾性表面波デバイス。
前記切り込みの深さが圧電基板のほぼ２０％であることを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波デバイス。