JP2009278429A - 弾性表面波デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】櫛型電極の電極指の先端とバスバーまたはダミー電極指との間のギャップ領域における弾性表面波エネルギーの集中を抑制し、低損失の弾性表面波デバイスを提供すること。
【解決手段】本発明は、圧電基板１０上に形成され、それぞれ複数の電極指１２と複数の電極指１２を共通に接続するバスバー１４を含み、互いの複数の電極指１２が互い違いに配置された少なくとも１組の櫛型電極２０と、複数の電極指１２間には埋め込まれておらず、複数の電極指１２の先端とバスバー１４との間に埋め込まれ設けられた絶縁体１８と、を具備する弾性表面波デバイスである。
【選択図】図１

Description

本発明は、弾性表面波デバイスに関し、より詳細には櫛型電極の電極指の先端に絶縁体を具備する弾性波デバイスに関する。

弾性波を利用した弾性波デバイスとして、圧電基板の表面に１組の櫛型電極からなるＩＤＴ（Interdigital Transducer）と弾性表面波の伝搬方向でＩＤＴを挟む１組の反射器を有する弾性表面波デバイスがある。弾性表面波デバイスは、移動体通信機器等に用いられている。近年の移動体通信機器の発展にともない、移動体通信機器の受信感度の向上や消費電力の削減のため、弾性表面波デバイスの低損失化が求められている。

弾性表面波デバイスの低損失化のためには、弾性表面波の伝搬方向以外の方向への弾性表面波の漏れを抑制することが求められる。つまり、弾性表面波のエネルギーを、ＩＤＴの開口部に効率的に閉じ込めることが求められる。

特許文献１には、櫛型電極のバスバーの膜厚を規定することにより、弾性表面波のエネルギーをＩＤＴの開口部付近に閉じ込める技術が開示されている。特許文献２には、櫛型電極の電極指とバスバーとの間にダミー電極を設けることにより、弾性表面波の斜め方向への放射を抑制し、弾性表面波のエネルギーをＩＤＴの開口部付近に閉じ込める技術が開示されている。特許文献３には、櫛型電極の電極指の先端からバスバーまたはダミー電極指までのギャップを狭ギャップ化することで、弾性表面波のエネルギーをＩＤＴの開口部付近に閉じ込める技術が開示されている。

特許文献４には、アルミニウム薄膜の所定領域を陽極酸化することにより櫛型電極を形成する技術が開示されている。
特開２００２−１００９５２号公報 特開２００６−０８０８７３号公報 特開２００４−３２８１９６号公報 特開２００２−０８４１５６号公報

しかしながら、特許文献１および２の技術によれば、櫛型電極の電極指の先端とバスバーまたはダミー電極指との間のギャップ領域に弾性表面波エネルギーが集中する。この集中したエネルギーにより、結果的にフィルタの挿入損失が劣化してしまう。特許文献３の技術によれば、ギャップ領域のエネルギー集中は抑制できるが、ギャップ領域を狭くするとＥＳＤ（Electrostatic Discharge）耐電圧が低くなってしまう。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、櫛型電極の電極指の先端とバスバーまたはダミー電極指との間のギャップ領域における弾性表面波エネルギーの集中を抑制し、低損失の弾性表面波デバイスを提供することを目的とする。

本発明は、圧電基板上に形成され、それぞれ複数の電極指と前記複数の電極指を共通に接続するバスバーを含み、互いの複数の電極指が互い違いに配置された少なくとも１組の櫛型電極と、前記複数の電極指間には埋め込まれておらず、前記複数の電極指の先端と前記バスバーとの間に埋め込まれ設けられた絶縁体と、を具備することを特徴とする弾性表面波デバイスである。本発明によれば、弾性表面波エネルギーの漏れを抑制し、かつ櫛型電極の電極指の先端とバスバーとの間の領域における弾性表面波エネルギーの集中を抑制することができる。

上記構成において、前記絶縁体は、前記複数の電極指の先端と前記バスバーとの間に連続的に埋め込まれ設けられている構成とすることができる。この構成によれば、弾性表面波エネルギーの漏れを抑制することができる。

上記構成において、前記複数の電極指の先端と前記バスバーとの間に前記絶縁体で埋め込まれていない空隙部を有するように前記絶縁体が設けられている構成とすることができる。

上記構成において、前記複数の電極指の先端と前記バスバーとの距離は、前記複数の電極指のうち隣接する電極指間の距離より長い構成とすることができる。この構成によれば、電極指とバスバーとの間のＥＳＤ破壊を抑制することができる。

本発明は、圧電基板上に形成され、それぞれ複数の電極指と複数のダミー電極指と前記複数の電極指および複数のダミー電極指が互い違いに共通に接続するバスバーとを含み、互いの複数の電極指が互い違いに配置された少なくとも１組の櫛型電極と、前記複数の電極指間には埋め込まれておらず、前記複数の電極指の先端と対応する前記複数のダミー電極指の先端との間に埋め込まれ設けられた絶縁体と、を具備することを特徴とする弾性表面波デバイスである。本発明によれば、弾性表面波エネルギーの漏れを抑制し、かつ櫛型電極の電極指の先端とダミー電極指の先端との間の領域における弾性表面波エネルギーの集中を抑制することができる。

上記構成において、前記絶縁体は、前記複数の電極指の先端と前記複数のダミー電極指との間に連続的に埋め込まれ設けられている構成とすることができる。上記構成によれば、弾性表面波エネルギーの漏れを抑制することができる。

上記構成において、前記複数の電極指の先端と前記複数のダミー電極指との間に前記絶縁体で埋め込まれていない空隙部を有するように前記絶縁体が設けられている構成とすることができる。

上記構成において、前記複数の電極指の先端と前記複数のダミー電極との距離は、前記複数の電極指のうち隣接する電極指間の距離より長い構成とすることができる。この構成によれば、電極指とダミー電極指との間のＥＳＤ破壊を抑制することができる。

上記構成において、前記絶縁体は、前記複数の電極指を構成する金属の酸化物からなる構成とすることができる。この構成によれば、絶縁体を容易に形成することができる。

上記構成において、前記絶縁体の膜厚は前記複数の電極指の膜厚以上である構成とすることができる。この構成によれば、弾性表面波エネルギーの漏れを抑制することができる。

本発明によれば、弾性表面波エネルギーの漏れを抑制し、かつ櫛型電極の電極指の先端とバスバーまたはダミー電極指の先端との間の領域における弾性表面波エネルギーの集中を抑制することができる。

以下、図面を参照に、本発明の実施例について説明する。

図１（ａ）は実施例１に係る弾性表面波デバイスの平面図である。図１（ｂ）および図１（ｃ）は、それぞれ図１（ａ）のＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図である。図１（ａ）を参照に、ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウム等の圧電基板１０上に例えばアルミニウム等を主に含む金属材料からなる反射器２２および反射器２２に挟まれたＩＤＴ２１が設けられている。ＩＤＴ２１は１組の櫛型電極２０を有している。１組の櫛型電極２０はそれぞれ複数の電極指１２と、複数の電極指１２を共通に接続するバスバー１４と、を含んでいる。１組の櫛型電極２０のそれぞれの複数の電極指１２は互い違いに配置されている。ここで、弾性表面波の伝搬方向をｘ方向、弾性表面波の伝搬方向に垂直な方向をｙ方向とする。１組の櫛型電極２０の電極指１２の重なりであるｙ方向の開口長をＷＬ、バスバー１４のｙ方向の幅をＷＢ、隣接する電極指１２の間のｘ方向の距離をＬ１、離間した電極指１２とバスバー１４との間のｙ方向の距離をＬ２、弾性表面波の波長をλとする。

図１（ｂ）を参照に、複数の電極指１２の先端とバスバー１４との間には例えば酸化アルミニウムを主に含む絶縁体１８が埋め込まれている。ここで、絶縁体１８の膜厚をＴ１、電極指１２の膜厚をＴ２とする。一方、図１（ｃ）を参照に、複数の電極指１２間には絶縁体１８は埋め込まれていない。つまり、複数の電極指１２間は空隙部３０である。

図２（ａ）および図２（ｂ）は、それぞれ比較例１および実施例１の座標ｙに対する変形量をシミュレーションした結果を示す図である。実施例１は、波長λが２μｍ、電極指１２およびバスバー１４はアルミニウムからなり膜厚Ｔ２が０．１３μｍ、絶縁体１８は酸化アルミニウムからなり膜厚Ｔ１が０．１３μｍ、開口長ＷＬが２０λ、バスバー幅ＷＢが１０λ、距離Ｌ１およびＬ２がλ／４である。圧電基板１０としてタンタル酸リチウム基板を用いている。比較例１は実施例１に対し絶縁体１８が設けられていない以外は実施例１と同じ構成である。

座標ｙは、弾性表面波の伝搬方向に垂直な方向を示し、バスバー１４の電極指１２とは反対の端部を０としている。変形量は、弾性表面波に起因した圧電基板１０表面の変形量を示している。座標ｙのうち範囲Ｘは、ＩＤＴ２１の電極指１２が重なる開口部の範囲を示し、範囲Ｙは、バスバー１４の範囲を示す。範囲Zは、シミュレーションにおいて弾性表面波が吸収されるダンパー領域と仮定した範囲である。変形量が大きいことは対応する座標ｙにおける弾性表面波のエネルギーが大きいことを示している。実線ｆｒは、図１に示した弾性表面波共振子の共振周波数（２０００ＭＨｚ）、点線ｆａは反共振周波数（２０８０ＭＨｚ）、破線ｆ０は共振周波数と反共振周波数との中間周波数（２０４０ＭＨｚ）における変形量を示している。

図２（ａ）および図２（ｂ）を参照に、ｆ０およびｆａにおける変化量は比較例１と実施例１とでほぼ同じであり、大きくない。弾性表面波エネルギーはｆｒにおける変形量に主に現れている。比較例１と実施例１とにおいて、開口部の範囲Ｘにおけるｆｒ変形量（ｆｒにおける変形量）はほぼ等しい。一方、バスバー１４の範囲Ｙにおけるｆｒ変形量は、実施例１は比較例１より小さい。これは、実施例１は比較例１に比べ、開口部のｙ方向外側において、弾性表面波エネルギーが小さく、エネルギーが開口部内により閉じ込められていることを示している。これにより、実施例１に係る共振子を用いフィルタを作製することにより、比較例１に比べ挿入損失を抑制することができる。

図３（ａ）から図３（ｃ）は、実施例１に係る弾性表面波デバイスの製造工程を示す図である。図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）および図３（ｃ）は、それぞれ図３（ａ）のＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図である。図３（ａ）を参照に、圧電基板１０上に例えばアルミニウムを主に含む金属膜３２を形成する。金属膜３２は反射器の金属パターン３２ａと、ＩＤＴとなるべき金属パターン３２ｂと、を有している。図３（ｂ）を参照に、電極指となるべき領域には、バスバーと電極指が連続して金属膜３２として形成されている。図３（ｃ）を参照に、電極指の間となるべき領域には、バスバーとなるべき金属膜３２の間に空隙部３０が形成されている。

図３（ａ）および図３（ｂ）を参照に、金属パターン３２ｂのうち電極指の先端とバスバーとの間となるべき領域３４を選択的に陽極酸化する。これにより、領域３４のアルミニウムは酸化され酸化アルミニウムとなる。以上により、図１（ａ）から図１（ｃ）に示した実施例１が完成する。図１（ｃ）では、絶縁体１８の膜厚Ｔ１と電極指１２の膜厚Ｔ２とを同じに図示しているが、金属パターン３２ｂを陽極酸化することにより絶縁体１８を形成した場合、絶縁体１８の膜厚Ｔ１は電極指１２の膜厚Ｔ２より厚くなる。

以上のように、実施例１によれば、複数の電極指１２の先端とバスバー１４との間には絶縁体１８が埋め込まれている。これにより、弾性表面波のエネルギーを開口部に閉じ込めることができ、エネルギーのｙ方向（開口部外）への漏れを抑制し損失を抑制することができる。また、特許文献１および２のように、櫛型電極の電極指の先端とバスバーとの間のギャップ領域に弾性表面波エネルギーが集中していない。よって、集中したエネルギーによるフィルタの挿入損失を抑制することができる。さらに、特許文献３のようにギャップ領域を狭くしなくとも弾性表面波エネルギーを開口部に閉じ込めることができる。よって、挿入損失を抑制し、かつＥＳＤ耐電圧を向上させることができる。

図１（ａ）および図１（ｂ）のように、絶縁体１８は、複数の電極指１２の先端とバスバー１４との間に連続的に埋め込まれ設けられていることが好ましい。これにより、弾性表面波のエネルギーのｙ方向への漏れをより抑制することができる。

また、図１（ａ）を参照に、電極指１２の先端とバスバー１４との距離Ｌ２は、複数の電極指１２のうち隣接する電極指１２間の距離Ｌ１より長いことが好ましい。これにより、電極指１２とバスバー１４との間でのＥＳＤ破壊を抑制することができる。

さらに、絶縁体１８の膜厚Ｔ１は複数の電極指１２の膜厚Ｔ２以上であることが好ましい。これにより、弾性表面波のエネルギーのｙ方向への漏れをより抑制することができる。

さらに、図３（ａ）から図３（ｃ）を用い説明したように、絶縁体１８は、複数の電極指１２を構成する金属の酸化物からなることが好ましい。これにより、電極指１２と同じ金属材料からなる金属パターン３２ｂを酸化させることにより、絶縁体１８を容易に形成することができる。

実施例２は、櫛型電極がダミー電極指を有する例である。図４（ａ）から図４（ｃ）を参照に、１組の櫛型電極２０ａは、それぞれ複数の電極指１２に加え、複数のダミー電極指１６を含んでいる。複数の電極指１２および複数のダミー電極指１６はバスバー１４に互い違いに共通に接続される。絶縁体１８は、複数の電極指１２の先端と対応する複数のダミー電極指１６の先端との間に埋め込まれ設けられている。その他の構成は実施例１の図１（ａ）から図１（ｃ）と同じであり説明を省略する。

図５（ａ）および図５（ｂ）は、それぞれ比較例２および実施例２の座標ｙに対する変形量をシミュレーションした結果を示す図である。実施例２において、ダミー電極指１６の長さは１λである。その他の寸法は実施例１と同じである。図５（ａ）および図５（ｂ）内の範囲Ｗは電極指１２とバスバー１４との間の領域を示している。比較例２は絶縁体１８が設けられていない以外は実施例２と同じ構成である。

図５（ａ）を参照に、比較例２においては、比較例１に比べ、バスバー１４に対応する範囲Ｙにおけるｆｒ変形量が小さくなっている。しかしながら、範囲Ｗにおいて、ｆｒ変形量が大きくなっている。よって、比較例２のようにダミー電極指１６を設けただけでは、弾性表面波のｙ方向への漏れに起因した損失は抑制できない。

図５（ｂ）を参照に、実施例２によれば、範囲Ｗにおけるｆｒ変形量が比較例２に比べ小さい。さらに、範囲Ｙにおけるｆｒ変形量が図２（ｂ）の実施例１に比べ小さい。これにより、弾性表面波エネルギーのｙ方向への漏れに起因した損失を抑制することができる。

図６（ａ）および図６（ｂ）は、それぞれ比較例２および実施例２の変形例１において座標ｙに対する変形量をシミュレーションした結果を示す図である。実施例２の変形例１において、電極指１２の先端とダミー電極指１６の先端との距離Ｌ２はλ／８である。その他の寸法は実施例２と同じである。比較例２の変形例１は絶縁体１８が設けられていない以外は実施例２の変形例1と同じ構成である。

図６（ａ）を参照に、比較例２の変形例１においては、比較例２の図５（ａ）に比べ、範囲Ｗにおけるｆｒ変形量が小さくなっている。図６（ｂ）を参照に、実施例２の変形例１によれば、範囲Ｗにおけるｆｒ変形量が比較例２の変形例1に比べさらに小さい。

図７（ａ）および図７（ｂ）は、それぞれ比較例２および実施例２の変形例２において座標ｙに対する変形量をシミュレーションした結果を示す図である。実施例２の変形例２において、電極指１２の先端とダミー電極指１６の先端との距離Ｌ２はλ／２である。その他の寸法は実施例２と同じである。比較例２の変形例２は絶縁体１８が設けられていない以外は実施例２の変形例２と同じ構成である。

図７（ａ）を参照に、比較例２の変形例１においては、比較例２の図５（ａ）に比べ、範囲Ｗにおけるｆｒ変形量は同程度である。図７（ｂ）を参照に、実施例２の変形例２によれば、範囲Ｗにおけるｆｒ変形量が比較例２の変形例２に比べ大きい。

図８は、比較例２および実施例２とその変形例において、電極指１２の先端とダミー電極指１６の先端との距離Ｌ２に対し、ｙ方向のエネルギー漏れによる損失をシミュレーションした結果の図である。ｙ方向のエネルギー漏れによる損失は、図５（ａ）から図７（ｂ）における、ｆｒ変形量とｙ座標との面積に基づき計算した。

図８を参照に、比較例２では、距離Ｌ２が大きくなると、損失は大きくなる。すなわち、損失を小さくするためには、距離Ｌ２を小さくすることが求められる。しかしながら、距離Ｌ２が小さくなると、電極指１２の先端とダミー電極指１６の先端とでＥＳＤによる破壊が生じやすくなってしまう。一方、実施例２においては、距離Ｌ２が０．２５λまでは、距離Ｌ２が大きくなるにつれ、損失が小さくなる。すなわち、実施例２では、損失を抑制しつつ距離Ｌ２を大きくすることができる。よって、実施例２では、ＥＳＤ耐電圧の低下を抑制し、かつ損失を低減することができる。

実施例３は、電極指の先端とバスバーとの間に、絶縁体と空隙部とが設けられた例である。図９（ａ）は、実施例３に係る弾性表面波デバイスの平面図、図９（ｂ）は図９（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図９（ａ）および図９（ｂ）を参照に、実施例３においては、電極指１２の先端とバスバー１４との間に絶縁体１８ａと空隙部２４が設けられている。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。実施例３のように、絶縁体１８ａで埋め込まれていない空隙部２４を有するように絶縁体１８ａが設けられていてもよい。弾性表面波のエネルギーのｙ方向への漏れを抑制するため、絶縁体１８ａは、電極指１２に接するように設けられ、空隙部２４はバスバー１４に接するように設けられることが好ましい。

実施例４は、電極指の先端とダミー電極指の先端との間に、絶縁体と空隙部とが設けられた例である。図１０（ａ）は、実施例４に係る弾性表面波デバイスの平面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図１０（ａ）および図１０（ｂ）を参照に、実施例４においては、電極指１２の先端とダミー電極指１６の先端との間に絶縁体１８ａと空隙部２４が設けられている。その他の構成は実施例２と同じであり説明を省略する。実施例４のように、絶縁体１８ａで埋め込まれていない空隙部２４を有するように絶縁体１８ａが設けられていてもよい。弾性表面波のエネルギーのｙ方向への漏れを抑制するため、絶縁体１８ａは、電極指１２に接するように設けられ、空隙部２４はダミー電極指１６に接するように設けられることが好ましい。

実施例１から４において、弾性表面波デバイスとして１組の櫛型電極が反射器に挟まれた共振子を例に説明したが、弾性表面波デバイスは少なくとも１組の櫛型電極を有すればよい。弾性表面波デバイスとして、例えば上記共振子を複数有するラダー型フィルタでもよいし、複数のＩＤＴが反射器の間に設けられた多重モードフィルタでもよい。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

図１（ａ）は実施例１に係る弾性表面波デバイスの平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 図２（ａ）は比較例１の座標ｙに対する変形量を示す図、図２（ａ）は実施例１の座標ｙに対する変形量を示す図である。 図３（ａ）は実施例１に係る弾性表面波デバイスの製造工程の平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ断面図、図３（ｃ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 図４（ａ）は実施例２に係る弾性表面波デバイスの平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ断面図、図４（ｃ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 図５（ａ）は比較例２の座標ｙに対する変形量を示す図、図５（ｂ）は実施例２の座標ｙに対する変形量を示す図である。 図６（ａ）は比較例２の変形例１の座標ｙに対する変形量を示す図、図６（ｂ）は実施例２の変形例１の座標ｙに対する変形量を示す図である。 図７（ａ）は比較例２の変形例２の座標ｙに対する変形量を示す図、図７（ｂ）は実施例２の変形例２の座標ｙに対する変形量を示す図である。 図８は比較例２および実施例２の距離Ｌ２に対する損失を示す図である。 図９（ａ）は実施例３に係る弾性表面波デバイスの平面図、図９（ｂ）は図９（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 図１０（ａ）は実施例４に係る弾性表面波デバイスの平面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

符号の説明

１０ 圧電基板
１２ 電極指
１４ バスバー
１６ ダミー電極指
１８ 絶縁体
２０ 櫛型電極
２１ ＩＤＴ
２２ 反射器
２４ 空隙部
３０ 空隙部
３２ 金属膜
３２ａ、３２ｂ 金属パターン
３４ 領域

Claims (10)

1. 圧電基板上に形成され、それぞれ複数の電極指と前記複数の電極指を共通に接続するバスバーを含み、互いの複数の電極指が互い違いに配置された少なくとも１組の櫛型電極と、
   前記複数の電極指間には埋め込まれておらず、前記複数の電極指の先端と前記バスバーとの間に埋め込まれ設けられた絶縁体と、
   を具備することを特徴とする弾性表面波デバイス。
2. 前記絶縁体は、前記複数の電極指の先端と前記バスバーとの間に連続的に埋め込まれ設けられていることを特徴とする請求項１記載の弾性表面波デバイス。
3. 前記複数の電極指の先端と前記バスバーとの間に前記絶縁体で埋め込まれていない空隙部を有するように前記絶縁体が設けられていることを特徴とする請求項１記載の弾性表面波デバイス。
4. 前記複数の電極指の先端と前記バスバーとの距離は、前記複数の電極指のうち隣接する電極指間の距離より長いことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の弾性表面波デバイス。
5. 圧電基板上に形成され、それぞれ複数の電極指と複数のダミー電極指と前記複数の電極指および複数のダミー電極指が互い違いに共通に接続するバスバーとを含み、互いの複数の電極指が互い違いに配置された少なくとも１組の櫛型電極と、
   前記複数の電極指間には埋め込まれておらず、前記複数の電極指の先端と対応する前記複数のダミー電極指の先端との間に埋め込まれ設けられた絶縁体と、
   を具備することを特徴とする弾性表面波デバイス。
6. 前記絶縁体は、前記複数の電極指の先端と前記複数のダミー電極指との間に連続的に埋め込まれ設けられていることを特徴とする請求項５記載の弾性表面波デバイス。
7. 前記複数の電極指の先端と前記複数のダミー電極指との間に前記絶縁体で埋め込まれていない空隙部を有するように前記絶縁体が設けられていることを特徴とする請求項５記載の弾性表面波デバイス。
8. 前記複数の電極指の先端と前記複数のダミー電極との距離は、前記複数の電極指のうち隣接する電極指間の距離より長いことを特徴とする請求項５から７のいずれか一項記載の弾性表面波デバイス。
9. 前記絶縁体は、前記複数の電極指を構成する金属の酸化物からなることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項記載の弾性表面波デバイス。
10. 前記絶縁体の膜厚は前記複数の電極指の膜厚以上であることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項記載の弾性表面波デバイス。

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