JP2007013414A - Surface acoustic wave element strip, surface acoustic wave device, and electronic apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、弾性表面波素子片、弾性表面波装置、及び電子機器に係り、特に、電極の膜厚、あるいは線幅を大きくすることにより高い反射係数を得た弾性表面波素子片のQ値を向上させる場合に好適な技術、並びに当該技術に係る弾性表面波素子片を搭載した弾性表面波装置、及び当該弾性表面波装置を搭載した電子機器に関する。 The present invention relates to a surface acoustic wave element piece, a surface acoustic wave device, and an electronic apparatus, and in particular, the Q value of a surface acoustic wave element piece that has a high reflection coefficient by increasing the film thickness or line width of an electrode. The present invention relates to a technique suitable for improving the surface acoustic wave device, a surface acoustic wave device including the surface acoustic wave element according to the technology, and an electronic apparatus including the surface acoustic wave device.
弾性表面波素子片(例えば共振子として使用するもの)を形成する上で、圧電基板の板面に形成する電極パターンの膜厚や線幅を大きくすることにより、高い反射係数を得られ、弾性表面波装置とした場合には広い範囲で良好な温度特性を得ることができることが知られている。しかし、電極パターンの膜厚や線幅を大きくすることにより高い反射係数を得た弾性表面波素子片(Surface Acoustic Wave:SAW素子片)は、Q値が悪くなるという性質がある。これは、圧電基板の板面に形成するすだれ状電極内で生じる弾性表面波がバルク波へモード変換される際のエネルギー損失が急増することに起因すると考えられている。 In forming a surface acoustic wave element (for example, one used as a resonator), by increasing the film thickness and line width of the electrode pattern formed on the plate surface of the piezoelectric substrate, a high reflection coefficient can be obtained and elasticity In the case of a surface acoustic wave device, it is known that good temperature characteristics can be obtained in a wide range. However, a surface acoustic wave element piece (Surface Acoustic Wave: SAW element piece) obtained with a high reflection coefficient by increasing the film thickness and line width of the electrode pattern has a property that the Q value is deteriorated. This is considered to be caused by a rapid increase in energy loss when the surface acoustic wave generated in the interdigital electrode formed on the plate surface of the piezoelectric substrate is mode-converted into a bulk wave.
このような、反射係数の増加に伴ってQ値が低下するという特性は、このSAW素子片をSAW共振子として使用する場合のみならず、フィルタとして用いる場合にも見ることができる。特許文献1にはエネルギー損失の防止を目的としてコンダクタンス特性を低下させるSAWフィルタに関する技術が開示されている。特許文献1に開示されているSAWフィルタは、圧電基板の板面に形成するすだれ状電極(Interdigital Transducer:IDT)を構成する一対の櫛型電極における電極指の形成間隔を半波長毎、すなわち隣り合う電極指毎に周期的に異ならせるというものである。
特許文献1には、弾性表面波フィルタとして用いるSAW素子片を上記のような構成とすることにより、通過帯域のコンダクタンスを低下させることができ、エネルギー損失を抑制することができる旨記載されている。
特許文献1に記載されているように、SAW素子片を構成するIDTの電極指形成周期長を変えた場合には、確かにコンダクタンス特性の変化を確認することはできるが、同時にエネルギーの漏れ量が増大してしまい、Q値は低下してしまうものと考えられる。
As described in
そこで、本発明は、弾性表面波共振子や弾性表面波フィルタとして用いた場合に、IDTを構成する電極指の膜厚を厚く保ったまま、高いQ値を得ることができる弾性表面波素子片を提供することを目的とする。また、本発明では、前記目的を達成することができる弾性表面波素子片を搭載した弾性表面波装置、及び当該弾性表面波装置を搭載した電子機器を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention provides a surface acoustic wave element that can obtain a high Q value while keeping the film thickness of the electrode fingers constituting the IDT thick when used as a surface acoustic wave resonator or a surface acoustic wave filter. The purpose is to provide. It is another object of the present invention to provide a surface acoustic wave device equipped with a surface acoustic wave element capable of achieving the above object, and an electronic apparatus equipped with the surface acoustic wave device.
上記目的を達成するためには、コンダクタンス値が低下することで損失するエネルギーをIDT以外の手段によって閉じ込めることができれば良いと考えられる。そこで、本発明の弾性表面波素子片は、圧電基板の板面に、当該圧電基板に励起される弾性表面波の進行方向と直交する方向に配された電極指を備えたすだれ状電極を有する弾性表面波素子片であって、隣接する複数の前記電極指を1つの組として、前記電極指を形成する周期長の異なる組を交互に配置し、前記すだれ状電極を、格子状に配された複数の導体ストリップを有する反射器で挟み込む構成としたことを特徴とした。このような構成のSAW素子片によれば、IDTの電極指形成周期長を群単位で周期的に変更することにより個々の電極指における反射係数、換言すれば電極膜厚を維持したまま、IDT全体としての実行的な反射係数を低下させることができ、バルク波放射によるエネルギー損失を抑制することができる。また、反射係数が低下したことにより閉じ込みが不十分となったIDTからの漏れ分のエネルギーを反射器によって閉じ込むことができるため、素子片全体としてのエネルギー損失を抑制することができ、高いQ値を得ることができる。 In order to achieve the above object, it is considered that it is only necessary to confine energy lost due to a decrease in conductance value by means other than IDT. Accordingly, the surface acoustic wave element according to the present invention has interdigital electrodes having electrode fingers arranged on the surface of the piezoelectric substrate in a direction orthogonal to the traveling direction of the surface acoustic wave excited by the piezoelectric substrate. A surface acoustic wave element piece, in which a plurality of adjacent electrode fingers are set as one set, sets having different periodic lengths forming the electrode fingers are alternately arranged, and the interdigital electrodes are arranged in a lattice shape. Further, it is characterized in that it is sandwiched between reflectors having a plurality of conductor strips. According to the SAW element piece having such a configuration, the IDT electrode finger formation period length is periodically changed in units of groups, thereby maintaining the reflection coefficient in each electrode finger, in other words, while maintaining the electrode film thickness. The effective reflection coefficient as a whole can be reduced, and energy loss due to bulk wave radiation can be suppressed. Moreover, since the energy of the leakage from the IDT that has become insufficiently confined due to a decrease in the reflection coefficient can be confined by the reflector, energy loss as a whole element piece can be suppressed, and high Q value can be obtained.
また、上記のような構成の弾性表面波素子片では、各組を形成する電極指は、すだれ状電極を構成する櫛型電極同士で隣り合う対を成す2本の電極指とすると良い。このような構成とすることにより、IDTの端部において組単位の周期構造が乱れることが無く、対数の少ないIDTを有するSAW素子片であっても有効性を持つこととなる。 In the surface acoustic wave element having the above-described configuration, the electrode fingers that form each pair may be two electrode fingers that form pairs adjacent to each other that form comb-shaped electrodes. By adopting such a configuration, the periodic structure of the pair unit is not disturbed at the end portion of the IDT, and even a SAW element piece having an IDT with a small logarithm is effective.
また、上記のような構成の弾性表面波素子片では、組単位の電極指形成周期長は2組の周期長から成り、組間の周期長比は7:10から9:10の範囲内とすることが望ましい。このような構成とすることにより、反射係数の低下傾向が顕著に表れ、バルク波放射によるエネルギー損失の抑制効果を高めることができる。 Further, in the surface acoustic wave element having the above-described configuration, the electrode finger formation period length of the pair unit is composed of two sets of period lengths, and the period length ratio between the sets is within the range of 7:10 to 9:10. It is desirable to do. By adopting such a configuration, the tendency of the reflection coefficient to decrease appears remarkably, and the effect of suppressing energy loss due to bulk wave radiation can be enhanced.
また、上記のような構成の弾性表面波素子片では、前記すだれ状電極は、予め定められた周期長で電極指を形成する際、電極指の線幅と間欠部の間隔とを一定の割合とすることが望ましい。このような構成とすることにより、弾性表面波装置として利用した場合における温度特性を安定させることができる。 Further, in the surface acoustic wave element having the above-described configuration, the interdigital electrode has a certain ratio between the line width of the electrode finger and the interval between the intermittent portions when the electrode finger is formed with a predetermined period length. Is desirable. By adopting such a configuration, temperature characteristics when used as a surface acoustic wave device can be stabilized.
また、上記目的を達成するための本発明に係る弾性表面波装置は、上記いずれかに記載の弾性表面波素子片を搭載したことを特徴とするものである。このような構成の弾性表面波装置は、広い帯域で良好な温度特性を保つことができ、エネルギー損失が少ない。 In order to achieve the above object, a surface acoustic wave device according to the present invention is characterized by mounting any one of the surface acoustic wave element pieces described above. The surface acoustic wave device having such a configuration can maintain good temperature characteristics in a wide band and has little energy loss.
また、上記目的を達成するための本発明に係る電子機器は、上記構成の弾性表面波装置を搭載したことを特徴とするものである。このような構成の電子機器は、高効率で高い信頼性を得ることができる。 In addition, an electronic apparatus according to the present invention for achieving the above object is characterized by mounting the surface acoustic wave device having the above-described configuration. The electronic device having such a configuration can achieve high efficiency and high reliability.
以下、本発明の弾性表面波素子片、並びに弾性表面波装置、及び電子機器に係る実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態は、本発明の好適な実施形態の一部を示す形態であり、本発明は以下の実施形態に拘束されるものでは無い。 Hereinafter, embodiments of a surface acoustic wave element piece, a surface acoustic wave device, and an electronic apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, embodiment shown below is a form which shows a part of suitable embodiment of this invention, and this invention is not restrained by the following embodiment.
図1は、本発明に係る弾性表面波素子片の実施の形態を示す図である。本実施形態のSAW素子片10は、圧電基板12と、この圧電基板12の板面に配されたすだれ状電極(IDT)14と、前記IDT14を挟み込む一対の反射器18(18a,18b)とを基本構成としており、SAW共振子やSAWフィルタとして使用することを目的としている。
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a surface acoustic wave element according to the present invention. The
前記圧電基板12は、水晶(SiO2)やタンタル酸リチウム(LiTaO3)などであれば良く、例えば水晶であれば、STカットと呼ばれるカット角で切り出された板体などであることが望ましい。
The
前記IDT14は、対を成す櫛型電極16(16a,16b)から構成される。前記櫛型電極16は、給電導体(バスバー)20から垂直に形成される複数の電極指22が設けられ、互いのバスバー20に設けられた電極指22が所定の間隔で交差するように噛合せられている。前記IDT14は櫛型電極16の電極指22が、弾性表面波の伝搬方向に直交するように配設されている。
The IDT 14 includes a pair of comb-shaped electrodes 16 (16a, 16b). The comb-shaped electrode 16 is provided with a plurality of
前記反射器18は、両端が相互に連結された複数の導体ストリップ24からなり、格子状を成している。また反射器18は、前記複数の導体ストリップ24が、前記櫛型電極16の電極指22と平行になるように、すなわち弾性表面波の伝搬方向に直交するように配設されている。
The reflector 18 is composed of a plurality of
本実施形態の場合、前記IDT14及び反射器18等の電極パターンは、アルミニウム、又はアルミニウム合金の薄膜によって構成されている。電極パターンの形成は、水晶基板、あるいは水晶ウェハの表面に蒸着やスパッタリングなどによってアルミニウム又はアルミニウム合金の薄膜を形成し、この薄膜をフォトエッチングにより所定の形状に形成することによって成される。なお、IDT14は図示しない電極パッドに電気的に接続されており、電力の入出力を可能としている。 In the case of this embodiment, the electrode patterns such as the IDT 14 and the reflector 18 are made of a thin film of aluminum or an aluminum alloy. The electrode pattern is formed by forming a thin film of aluminum or aluminum alloy on the surface of the quartz substrate or quartz wafer by vapor deposition or sputtering and forming the thin film into a predetermined shape by photoetching. The IDT 14 is electrically connected to an electrode pad (not shown) so that power can be input and output.
本実施形態のSAW素子片10は、隣接して対を成す電極指22毎に組を構成し、電極指22間のピッチを各組毎に周期的に異ならせたことを第1の特徴としている。詳細すると、図1中、A区間に形成する電極指22の電極周期長(ピッチ)をそれぞれPAとした場合、B区間に形成する電極指22のピッチをPBとし、A区間に形成する電極指22のピッチは再びPAというようにピッチPAで形成する電極指群とピッチPBで形成する電極指群とを交互に配置したのである。
The first feature of the
電極指22のピッチPA、PBは、後述する数式1に基づいて算出することができる。また、ピッチに対する電極指22の線幅は、予め定めたメタル比(メタライゼーションレシオ)に従って定めることで、温度特性を安定させることができる。なお、図1に示すように隣り合う電極指22を2本一組としてピッチ変更を行うことにより、IDT14の端部において組単位の周期構造が乱れることが無く、対数の少ないIDT14を有するSAW素子片10であっても有効性を持つこととなる。
The pitches PA and PB of the
電極指22の周期長PAとPBの比PPTを定めるにあたり好適な条件としては、以下に詳細を示すデータより、PA:PBを10:7〜10:9の範囲内とすることが望ましいという結論を導き出した。このとき、PAとPBはどちらを基準とするかを問うことは無く、例えばPAを基準とした場合には、PB/PA=0.7〜0.9と示すことができ、PBを基準とした場合には、PA/PB≒1.43〜1.11と示すことができる。
As a suitable condition for determining the ratio PPT of the period length PA and PB of the
上記のような電極周期長比PPTの調整は、IDT部分にも反射器と同様に周期構造伝搬路が構成されると考えた場合、IDTの反射係数を大きくすると、弾性表面波からバルク波へのモード変換によるエネルギー損失(バルク波放射に基づくエネルギー損失)が急激に増大し、Q値の低下を招くという観点に基づいて創案された。前記のような考え方に基づくと、IDTを構成する櫛型電極における電極指のピッチPAとPBとの周期長比PPTを上記のように定めることにより、IDTを構成する電極パターンの質量のバランスがとれて弾性表面波を伝搬する際に、バルク波モードへの変換、すなわちバルク波放射が抑制され、損失の増大を抑えることができると考えられる。つまり、個々の電極指における反射係数を保ったまま、換言すれば電極の膜厚を維持したまま、IDT全体としての実効的な反射係数を低下させることができると考えられるのである。 The adjustment of the electrode period length ratio PPT as described above is based on the assumption that the periodic structure propagation path is configured in the IDT portion as well as the reflector. If the reflection coefficient of the IDT is increased, the surface acoustic wave is changed to the bulk wave. It was invented based on the viewpoint that the energy loss (energy loss based on bulk wave radiation) due to the mode conversion of the above increases rapidly and causes the Q value to decrease. Based on the above-mentioned concept, by determining the period length ratio PPT between the pitches PA and PB of the electrode fingers in the comb-shaped electrode constituting the IDT as described above, the balance of the mass of the electrode pattern constituting the IDT can be improved. It is considered that when propagating a surface acoustic wave, conversion to the bulk wave mode, that is, bulk wave radiation is suppressed, and an increase in loss can be suppressed. That is, it is considered that the effective reflection coefficient of the entire IDT can be reduced while maintaining the reflection coefficient of each electrode finger, in other words, maintaining the film thickness of the electrode.
しかし、上記のように電極周期長比PPTを調整することによってIDT全体としての実効的な反射係数を低下させるだけでは、SAW共振子やSAWフィルタとして利用する場合、閉じ込みが不十分となってしまいエネルギーの漏れ量が増大してしまう。これは、結果としてエネルギー損失が増え、Q値が低下することを意味する。 However, by simply adjusting the electrode period length ratio PPT as described above to reduce the effective reflection coefficient of the entire IDT, when used as a SAW resonator or SAW filter, confinement is insufficient. As a result, the amount of leakage of energy increases. This means that as a result, energy loss increases and the Q value decreases.
そこで本実施形態のSAW素子片10は、IDT14を挟み込む反射器18a,18bにより、エネルギーの閉じ込み効果を得ることで損失を抑制することを第2の特徴とし、電極指22の周期長と反射器18の導体ストリップ24の周期長との比を以下の数式にしたがって定めつつ、導体ストリップ24の数を増やすようにした。
Therefore, the
上記のように、本実施形態に係るSAW素子片10は、第1の特徴である電極周期長比PPTの調整によるIDT14全体としての実効的な反射係数の低減と、第2の特徴である反射器18によるエネルギーの閉じ込みによる損失の低減とにより、電極指22を構成する金属薄膜の膜厚を厚く保ったまま高いQ値を得ることができる。すなわち、SAW共振子やSAWフィルタとして用いた場合に、温度特性に優れ、損失を少なくすることができるSAW素子片とすることができるのである。
As described above, the
以下、具体的な実施例について説明する。本実施例のSAW素子片に用いる圧電基板は、水晶板であって、オイラー角表示を(φ,θ,ψ)としたときに、カット角が(0°,θ,0°≦|ψ|≦90°)となっている。すなわち、水晶板(圧電基板)12は水晶結晶において図2に示すようなカット角となっている。このカット角は、次のようにして得られる。水晶結晶の電気軸をX軸、機械軸をY軸、光軸をZ軸としたときに、水晶板30は、オイラー角が(0°,0°,0°)のZ軸に垂直な水晶板となる。この水晶板30を、X軸を回転軸として反時計方向に角度θだけ回転させたときに新たに得られる座標軸を、X軸、Y´軸、Z´軸とする。このXY´Z´座標系において、X軸とY´軸とのなす面に平行な水晶板32を、さらにZ´軸を中心に角度ψだけ回転させて得られる新たな座標軸を、X´軸、Y´´軸、Z´軸とする。このX´Y´´Z´座標系において、X´軸とY´´軸とのなす面に平行な水晶板がオイラー角(0°,θ,ψ)の水晶板となる。このような水晶板においてX軸を中心とした回転角θは0°≦θ≦180°の範囲とすると良く、望ましくは95°≦θ≦155°とすると良い。また、ψについての好適な角度は、33°≦|ψ|≦46°の範囲である。したがって、本実施例における圧電基板12として望ましい水晶基板は、オイラー角を(0°,95°≦θ≦155°,33°≦|ψ|≦46°)としたものである。
Specific examples will be described below. The piezoelectric substrate used for the SAW element piece of this example is a quartz plate, and when the Euler angle display is (φ, θ, ψ), the cut angle is (0 °, θ, 0 ° ≦ | ψ | ≦ 90 °). That is, the quartz plate (piezoelectric substrate) 12 has a cut angle as shown in FIG. 2 in the quartz crystal. This cut angle is obtained as follows. When the electric axis of the crystal is the X axis, the mechanical axis is the Y axis, and the optical axis is the Z axis, the
IDT14を構成する櫛型電極16における電極指22のピッチに対するメタライゼーションレシオηは、0.7〜0.8程度とすると良い。また、電極を構成する薄膜の厚さHは、圧電基板12に励起される弾性表面波の波長をλとした場合、H/λ=0.09〜0.11の範囲とすることが望ましい。電極の膜厚をこのような範囲に設定することにより、温度特性の向上を図ることができるからである。
The metallization ratio η with respect to the pitch of the
以下に説明する電極の構成について本実施例では、電極指対数:M、反射器導体本数:N、交差指幅:WCR、電極周期長比:PPT=PB/PA、電極指反射係数TANC0、反射器導体周期長:PR、反射器導体とIDT電極指の周期長比:PTN=PR/PAとして説明することとする。 In the present embodiment, the number of electrode finger pairs: M, number of reflector conductors: N, cross finger width: WCR, electrode period length ratio: PPT = PB / PA, electrode finger reflection coefficient TANC0, reflection The description will be made assuming that the conductor conductor period length is PR, and the reflector conductor and IDT electrode finger period length ratio is PTN = PR / PA.
まず、IDT14の放射コンダクタンスGの特性、並びに反射係数Γの特性と、電極周期長比PPTとの関係について説明する。図3は、電極指対数M=10、電極周期長比PPT=0.810とした場合におけるIDT14の放射コンダクタンスGの特性(図3(A))と、IDT14の反射係数Γの特性(図3(B))とを表すグラフである。また、図4は、電極指対数Mを10、電極指周期長比PPTを0.999とした場合におけるIDT14の放射コンダクタンスGの特性(図4(A))と、IDT14の反射係数Γの特性(図4(B))とを表すグラフである。
First, the relationship between the characteristics of the radiation conductance G of the
図3と図4を比較すると読み取れるように、IDT14の放射コンダクタンスGの特性は、電極周期長比PPTの変化によって偏移するのに対し、IDT14の反射係数Γの特性には変化は無く、中心周波数がシフトするだけである。この関係より、電極周期長をPAとPBとに分けて周期的に繰り返す2電極周期構造によって電極指22の配置間隔に誤差が生じ、反射と放射との配置に変化がもたらされ、IDT14の放射コンダクタンスの特性が変化したという結論を出すことができる。
As can be seen by comparing FIG. 3 and FIG. 4, the characteristic of the radiation conductance G of the
この結論に基づくと、次のような仮説を立てることができる。インダクタンスRの逆数である放射コンダクタンスGの値が変化するということは、インダクタンスRの値も変化しているということを意味する。例えば、インダクタンスRの値が大きくなった場合には、IDT内のエネルギーの閉じ込みが不十分であり、漏れの割合が大きいと考えることができる。つまり、IDT全体としての実効的な反射係数が低下したと考えることができるのである。これらを勘案すると、電極周期長比PPTを変化させることにより、放射コンダクタンスGの値の低下、あるいはインダクタンスRの値の上昇が見られた場合には、IDTの実効的な反射係数が低下したと考えることができる。 Based on this conclusion, the following hypothesis can be made. When the value of the radiation conductance G, which is the reciprocal of the inductance R, changes, the value of the inductance R also changes. For example, when the value of the inductance R increases, it can be considered that the energy in the IDT is not sufficiently confined and the leakage rate is large. That is, it can be considered that the effective reflection coefficient of the IDT as a whole has decreased. Considering these, when the value of the radiation conductance G or the value of the inductance R is increased by changing the electrode period length ratio PPT, the effective reflection coefficient of the IDT is decreased. Can think.
次に、SAW素子片10を実際に設計する上でのIDT14を構成する櫛型電極16の電極指22におけるピッチPA、並びにPB、及び反射器導体のピッチPRの設定について説明する。図5は、電極周期長比PPTとIDT14の周波数偏差ft(ppm)の偏移との関係を示すグラフであり、横軸をPPT、縦軸を主共振からの周波数偏差量dft/f0として示す。図5から読みとれるように、PPTが1に近づくほどIDT14の周波数偏差量は低下する傾向にあり、その関係は略比例しているといえる。なお、図5は、共振周波数f0=312MHz、電極指対数M=90、反射器導体本数N=3とした場合における2電極指周期構造のSAW素子片における例を示している。
Next, the setting of the pitch PA and PB in the
図6は、反射器18の反射係数rと反射器18のストップバンドの周波数偏差の偏移との関係を示すグラフであり、横軸を反射器18の反射係数r、縦軸を主共振からの周波数偏差量dfr/f0として示す。なお、図6において、fuはストップバンドの上限を示し、flはストップバンドの下限を示し、frはストップバンドの中心周波数を示す。図6から、反射係数が上昇するほどストップバンドの中心周波数も上昇し、ストップバンドの帯域幅も広がっていることが読み取れる。なお、図6は、共振周波数f0=312MHz、電極指対数M=20、反射器導体本数N=2とした場合における2電極指周期構造のSAW素子片10における例を示している。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the reflection coefficient r of the reflector 18 and the deviation of the frequency deviation of the stop band of the reflector 18, wherein the horizontal axis represents the reflection coefficient r of the reflector 18 and the vertical axis represents the main resonance. Is shown as a frequency deviation amount dfr / f0. In FIG. 6, fu represents the upper limit of the stop band, fl represents the lower limit of the stop band, and fr represents the center frequency of the stop band. From FIG. 6, it can be seen that as the reflection coefficient increases, the center frequency of the stop band increases and the bandwidth of the stop band increases. FIG. 6 shows an example of the
図5、及び図6の関係より、PPT=0.80、M=90、r=−0.15とした場合におけるftとfrを求めると、ft=213000(ppm)、fr=47842(ppm)という値を得ることができる。ここで、frr=fr/f0、ftr=ft/f0と定義すると、IDT電極周期長PA、PB、反射器導体周期長PRはそれぞれ、次式により算出することができる。
ここで、V=3244(m/sec)、f0=312MHz=312×106とした場合において、適宜数値を上記数式1に代入すると、
図7は、電極指対数M=90、反射器導体数N=3、共振周波数f0=312MHzとするSAW素子片について、上記数式1に従って電極指周期長PA並びにPB、及び反射器導体周期長PRの値を算出する際にPPTを変化させた場合における放射コンダクタンスGの最大値の偏移を表したグラフである。図7から読みとれるように、放射コンダクタンスGの最大値は、PPT=0.7〜0.9の範囲において、PPT=1の場合に比べ、低下する割合が大きくなっていることが認められる。すなわちPPT=0.7〜0.9とした場合には、電極指22の膜厚を確保しつつIDT14全体としての実効的な反射係数を大きな割合で低減することができるものと考えられるのである。
FIG. 7 shows electrode finger cycle lengths PA and PB, and reflector conductor cycle length PR according to the above-mentioned
次に数式1に基づいて電極指周期長PA並びにPB、及び反射器導体周期長PRの値を算出したSAW素子片について、反射器の有無、あるいは反射器の導体本数Nの増減によるエネルギーの閉じ込み効果について検討する。以下にSAW素子片の設計例1と設計例2を示し、その設計上の違いと、算出されるQ値の違いを述べる。
設計例1:M=90、N=30、WCR=32、TANC0=−0.15、PPT=0.800、PTN=0.864
設計例2:M=90、N=3、WCR=32、TANC0=−0.15、PPT=0.800、PTN=0.864
Next, with respect to the SAW element piece for which the values of the electrode finger cycle lengths PA and PB and the reflector conductor cycle length PR are calculated based on
Design Example 1: M = 90, N = 30, WCR = 32, TANC0 = −0.15, PPT = 0.800, PTN = 0.864
Design example 2: M = 90, N = 3, WCR = 32, TANC0 = −0.15, PPT = 0.800, PTN = 0.864
上記のように、設計例1と設計例2は、反射器の導体本数N以外の値を同一としており、設計例2におけるNの値は、設計例1におけるNの値よりも著しく小さく設定している。ここで、電極指対数Mと反射器導体本数Nとの割合を考慮すると、設計例2においては、反射器は無いものとみなすこともできる。 As described above, Design Example 1 and Design Example 2 have the same values other than the number of conductors N of the reflector, and the value of N in Design Example 2 is set to be significantly smaller than the value of N in Design Example 1. ing. Here, considering the ratio between the number M of electrode finger pairs and the number N of reflector conductors, it can be considered that there is no reflector in the design example 2.
このような条件に基づいてQ値を算出すると、設計例1におけるQ値は6666、設計例2におけるQ値は5263という値を得ることができた。この結果より、設計例1のSAW素子片と設計例2のSAW素子片との間には、Q値について約1400の変化を認めることができたこととなる。これは、反射器の導体本数の増減により、IDT、反射器を含む電極全体の反射係数の増減を図ることができたことを意味する。すなわち、PPTの調整によりIDT全体としての実効的な反射係数を低下させると共にQ値を低下させたSAW素子片に対し、反射器を付加することで電極全体の反射係数を高めてエネルギーの閉じ込み効果を図ることで、Q値を向上させることができることが確認できたのである。なお、上記のような関係をふまえると、設定される諸条件によっても異なるが、電極指周期長PA並びにPB、及び反射器導体周期長PRとの間には、PB<PR<PAの関係が成り立つことが望ましいと考えられる。 When the Q value was calculated based on these conditions, the Q value in Design Example 1 was 6666, and the Q value in Design Example 2 was 5263. From this result, a change of about 1400 in Q value could be recognized between the SAW element piece of design example 1 and the SAW element piece of design example 2. This means that the reflection coefficient of the entire electrode including the IDT and the reflector can be increased or decreased by increasing or decreasing the number of conductors of the reflector. That is, by adjusting the PPT, the effective reflection coefficient of the IDT as a whole is lowered, and the SAW element piece whose Q value is lowered is added with a reflector to increase the reflection coefficient of the whole electrode and confine energy. It was confirmed that the Q value can be improved by achieving the effect. Based on the relationship as described above, the relationship PB <PR <PA exists between the electrode finger cycle lengths PA and PB and the reflector conductor cycle length PR, although it varies depending on the set conditions. It is considered desirable to hold.
上記より、電極周期長PPTの設定によりIDT14内におけるバルク波放射を減少させ、反射器18の導体ストリップ数の設定によりエネルギーの閉じ込み効果を得ることにより、電極指22の膜厚を増大させ、電極指22の反射係数を増大させた場合であっても、高いQ値を持つSAW素子片10を得ることができるものと考えられる。
From the above, the bulk wave radiation in the
次に、上記実施形態に示したSAW素子片10を搭載した弾性表面波装置について説明する。図8は、上記実施形態に示したSAW素子片10を共振子として用いる場合の具体的実施例を示すものである。
Next, a surface acoustic wave device on which the
図8においてSAW共振子100は、セラミックなどからなるパッケージ本体102を有する。パッケージ本体102は、上端が開口した箱型に形成されており、その底面にSAW素子片10が接着剤等を介して固定されている。SAW素子片10は、IDT14の両側に接続パッド26が設けられている。前記接続パッド26は、ボンディングワイヤ108等を介してパッケージ本体102に設けた電極106に接続されている。そして、前記パッケージ本体102の開口部には、金属やガラス等からなる蓋体104が配置され、図示しない封止剤によって気密に封止する。このような構成のSAW共振子100は、広い帯域で良好な温度特性を保つことができ、エネルギー損失が少なく高いQ値を得ることができる。
In FIG. 8, the
次に、上述した弾性表面波装置(SAW共振子100)を実装した電子機器について、図9に示す携帯電話装置を一例に挙げて説明する。 Next, an electronic device in which the above-described surface acoustic wave device (SAW resonator 100) is mounted will be described using the cellular phone device shown in FIG. 9 as an example.
携帯電話装置200では、送信者からの音声信号は、マイクロフォン202によって電気信号に変換され、デモジュレータ・コーデック等を備える信号切替部206で変調等され、送信部208にて周波数変換等され、アンテナ212を介して基地局(不図示)に送信される。
In the
これに対し、基地局から送信された信号は、アンテナ212を介して受信し、受信部214にて周波数変換され、信号切替部206にて音声信号に変換されて、スピーカ204から出力される。
このような信号制御が成される携帯電話装置200の動作は、CPU(Central Processing Unit)216によって全体が制御されている。CPU216は、液晶画面やキーボード等の入出力部218や、制御プログラムや電話帳等を記録するメモリ220をはじめ、信号の送受信を制御する切替スイッチ210の動作も制御している。
On the other hand, a signal transmitted from the base station is received via the
The operation of the
上記のような基本構成を有する携帯電話装置200において、上述したSAW共振子100は特に、CPU216に接続され、CPU216の基本クロック等の役割を果たす。なお、上述した弾性表面波装置をフィルタとした場合には、送信部208や受信部214におけるフィルタとして用いることもできるし、共振子として受信部214における局部発振器の役割を担うこともできる。
In the
10………弾性表面波素子片(SAW素子片)、12………圧電基板(水晶板)、14………すだれ状電極(IDT)、16(16a,16b)………櫛型電極、18(18a,18b)………反射器、20………給電導体(バスバー)、22………電極指、24………導体ストリップ。 10... Surface acoustic wave element piece (SAW element piece) 12... Piezoelectric substrate (quartz plate) 14... Interdigital electrode (IDT) 16 (16 a and 16 b). 18 (18a, 18b)... Reflector, 20... Feeding conductor (bus bar), 22... Electrode finger, 24.
Claims (6)
隣接する複数の前記電極指を1つの組として、前記電極指を形成する周期長の異なる組を交互に配置し、
前記すだれ状電極を、格子状に配された複数の導体ストリップを有する反射器で挟み込む構成としたことを特徴とする弾性表面波素子片。 A surface acoustic wave element having interdigital electrodes with electrode fingers arranged on the plate surface of the piezoelectric substrate in a direction orthogonal to the traveling direction of the surface acoustic wave excited by the piezoelectric substrate,
A plurality of adjacent electrode fingers are set as one set, and sets having different period lengths forming the electrode fingers are alternately arranged,
A surface acoustic wave element piece characterized in that the interdigital electrode is sandwiched between reflectors having a plurality of conductor strips arranged in a grid pattern.
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