JP2012034082A

JP2012034082A - 表面弾性波デバイス

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Publication number: JP2012034082A
Application number: JP2010170389A
Authority: JP
Inventors: Makoto Nara; 誠奈良
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2010-07-29
Filing date: 2010-07-29
Publication date: 2012-02-16

Abstract

【課題】低損失かつ小型化が可能な表面弾性波デバイスを提供する。
【解決手段】基板１１上に設けられ、入出力ＩＤＴ１２、１３を備える表面弾性波デバイス１であって、入出力ＩＤＴ１２、１３の少なくともいずれか一方は一方向性ＩＤＴから構成し、基板１１上の入力ＩＤＴ１２の一側に、入力ＩＤＴ１２からの表面弾性波Ｗを反射させる反射器１４を配置し、他側に、入力ＩＤＴ１２からの表面弾性波Ｗ１１と反射器１４によって反射される表面弾性波Ｗ２２の双方が伝播される出力ＩＤＴ１３を設ける。また、入力ＩＤＴ１２から直接出力ＩＤＴ１３へ伝播される表面弾性波Ｗ１１と、反射器１４によって反射され出力ＩＤＴ１３へ伝播される表面弾性波Ｗ２２とが同相となるように、入力ＩＤＴ１２と反射器１４との距離Ｌ２が設定されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、櫛型電極を用いた表面弾性波デバイスに関し、とくに低損失かつ小型化が可能な表面弾性波デバイスに関する。

携帯電話などの通信機器には、妨害電波を抑制し、信号波のみを通す高周波フィルタが用いられている。この高周波フィルタは、特定周波数域の信号を有効に使用するために、ノイズカットに優れ損失の少ない特性が要求されており、この要求を満たすものとして表面弾性波（ＳｕｒｆａｃｅＡｃｏｕｓｔｉｃＷａｖｅ：ＳＡＷ）フィルタが知られている。表面弾性波とは、弾性体（固体）の表面に沿って伝播する波のことである。表面弾性波の発生、検出には、圧電基板上に入出力用の櫛形電極（ＩＤＴ：ＩｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌＴｒａｎｓｄｕｃｅｒ）を配置したＳＡＷフィルタ（表面弾性波デバイス）が使用される。その原理は、圧電基板上にＩＤＴを形成し、入力ＩＤＴに高周波信号を入力して圧電基板表面に表面弾性波を励振させ、出力ＩＤＴにより表面弾性波を再び高周波信号に変換するものである。このとき、特定周波数の信号のみ励振され、それ以外の信号は減衰する。

例えば、低挿入損失で、帯域内でのリップルを小さくし、より小型にする表面弾性波デバイスに関する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、多電極型弾性表面波フィルタにおいて、チップサイズを小として低い挿入損失を実現し、通過帯域で低リップル化を図る弾性表面派フィルタに関する技術が知られている。（例えば、特許文献２参照。）。これらの表面弾性波デバイスはいずれも、入力用ＩＤＴと２つの出力用ＩＤＴと２つの反射器を備えるものである。

また、一方向性ＩＤＴを使用しない表面弾性波デバイスの低損失化としては、次のような方法がある。例えば、入出力用の双方向ＩＤＴを交互に多数配置して、１つのＩＤＴから発生する双方向の表面弾性波を効率的に受信し、漏れを低減する多電極型がある。また、入出力用の双方向ＩＤＴの外側に反射器を配置し、反射による共振エネルギーをＩＤＴで取り出すＤＭＳ（ＤｏｕｂｌｅＭｏｄｅＳＡＷ）型がある。さらに、ＳＡＷ共振子をはしご型に接続してフィルタ特性を得るラダー型がある。

図４は、一方向性ＩＤＴを利用して低損失化を図る表面弾性波デバイス２の一例を示している。図４に示すように、圧電基板２１上には入出力用ＩＤＴとして一方向性を有する入力ＩＤＴ２２、出力ＩＤＴ２３が隣接して配置されている。

特開平８−３３０８８９号公報特開平９−２６０９９２号公報

しかし、図４に示す表面弾性波デバイスの場合は、一方向性入出力ＩＤＴ２２、２３の電極を使用しても完全な一方向性の特性を得ることが難しく、表面弾性波が主伝播方向の逆方向（非主伝播方向）に漏れ、損失を十分に低減することできないという問題がある。また、一方向性ＩＤＴを使用しない上述の多電極型、ＤＭＳ型、ラダー型の表面弾性波デバイスでは、入出力用ＩＤＴを多数配置するため、チップの小型化には限界がある。

ところで、本出願人は、表面弾性波デバイスにおいて、入出力用ＩＤＴの少なくともいずれか一方に一方向性ＩＤＴを用い方向特性を利用することにより、入出力用ＩＤＴ間で表面弾性波が効率よく検出されることに着目した。また、本出願人は、非主伝播方向に伝播する表面弾性波を反射器によって反射させることで、表面弾性波の漏れによる損失を最小限度に抑え、かつチップをより小型化できることに着目した。

そこで、この発明の目的は、前記の課題を解決し、低損失かつ小型化が可能な表面弾性波デバイスを提供することにある。

前記の課題を解決するために、請求項１の発明は、圧電基板上に設けられ、高周波信号を表面弾性波に変換する入力ＩＤＴと、表面弾性波を検出し高周波信号に変換する出力ＩＤＴとを備える表面弾性波デバイスであって、前記入力ＩＤＴと前記出力ＩＤＴのうち少なくともいずれか一方を一方向性ＩＤＴから構成し、前記圧電基板上の前記入力ＩＤＴの一側に、前記入力ＩＤＴからの表面弾性波を反射させる反射手段を配置し、前記圧電基板上の前記入力ＩＤＴの他側に、前記入力ＩＤＴからの表面弾性波と前記反射手段によって反射される表面弾性波の双方が伝播される前記出力ＩＤＴを設け、前記入力ＩＤＴから直接前記出力ＩＤＴへ伝播される第１の表面弾性波と前記反射手段によって反射され前記入力ＩＤＴを通過して前記出力ＩＤＴへ伝播される第２の表面弾性波とが同相となるように、前記入力ＩＤＴと前記反射手段との距離が設定されていることを特徴とする。

この発明によれば、第１の表面弾性波が直接出力ＩＤＴに伝播されるとともに、第２の表面弾性波が反射手段で反射され出力ＩＤＴに伝播される。そして、第１の表面弾性波と第２の表面弾性波は同相となることから、出力ＩＤＴに伝播される表面弾性波の強度が高められ、表面弾性波の漏れに伴う損失が低減される。

請求項２の発明は、請求項１に記載の発明において、前記反射手段は、前記圧電基板の端面側に形成される反射溝部から構成されていることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、反射手段によって第２の表面弾性波を反射して漏れ表面弾性波を抑制することができる。また、第１の表面弾性波と第２の表面弾性波とは同相としているので、出力ＩＤＴに伝播される表面弾性波の強度を高めることができ、表面弾性波デバイスの損失を確実に低減することができる。また、ＩＤＴは、入力ＩＤＴと出力ＩＤＴの各１つでよいので、複数の入出力用ＩＤＴが必要な従来の多電極型と比較して表面弾性波デバイスを小型化することができる。

請求項２に記載の発明によれば、反射手段を圧電基板の端面側の反射溝部から構成しているので、圧電基板上に反射器を設けるスペースが不要となり、表面弾性波デバイスをさらに小型化することができる。

この発明の実施の形態１における２つの反射器を備えた表面弾性波デバイスを示す構成図である。この発明の実施の形態２における１つの反射器を備えた表面弾性波デバイスを示す構成図である。この発明の実施の形態３におけるチップ端面反射による表面弾性波デバイスを示す構成図である。従来の表面弾性波デバイスの一例を示す構成図である。

つぎに、この発明の実施の形態について図面を用いて詳しく説明する。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１を示している。

表面弾性波デバイス１は、図１に示すように、主として、基板１１と、入力ＩＤＴ１２と、出力ＩＤＴ１３と、反射手段としての反射器１４、１５とを備えている。この表面弾性波デバイス１は、圧電体の基板１１上に形成された入力ＩＤＴ１２に高周波信号を入力して、基板１１表面に表面弾性波Ｗを励振させて伝播させ、出力ＩＤＴ１３によって表面弾性波Ｗを検出し、再び高周波信号に変換するものである。

基板１１は、圧電体で、例えば、水晶やタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムなどのリチウム化合物などから構成されている。

入力ＩＤＴ１２は、高周波信号を表面弾性波Ｗに変換するものであり、基板１１上に導電性の高いアルミニウムなどの金属を成膜し形成され、入力ＩＤＴ１２から直接出力ＩＤＴ１３方向（主伝播方向）に第１の表面弾性波Ｗ１１を伝播する一方向性の方向特性を有している。また、この入力ＩＤＴ１２は、入力端子１２ａと、接地端子１２ｂとを備え、入力端子１２ａに高周波信号が入力されると表面弾性波Ｗを励振し、主として第１の表面弾性波Ｗ１１を伝播する。このとき、非主伝播方向にも一部の表面弾性波Ｗ２１が伝播する。

出力ＩＤＴ１３は、表面弾性波Ｗを検出し高周波信号に変換するものであり、基板１１上に導電性の高いアルミニウムなどの金属を成膜し形成され、主伝播方向から伝播する第１の表面弾性波Ｗ１１、後述する第２の表面弾性波Ｗ２２を検出する一方向性の方向特性を有している。この出力ＩＤＴ１３は、出力端子１３ａと、接地端子１３ｂとを備え、主伝播方向から伝播する表面弾性波Ｗ１１、Ｗ２２を検出して高周波信号に変換し、出力端子１３ａから高周波信号を出力するものである。これらの入力ＩＤＴ１２と出力ＩＤＴ１３とは、基板１１の表面弾性波Ｗの伝播方向に沿って、所定間隔Ｌ１で対向する様に配置されている。

反射器１４、１５は、入力ＩＤＴ１２、出力ＩＤＴ１３と、基板１１の端面１１ａ、１１ｂとの間に配置されているグレーティング反射器である。この反射器１４、１５は、入力ＩＤＴ１２、出力ＩＤＴ１３から所定距離Ｌ２、Ｌ３だけ基板１１の端面１１ａ、１１ｂ側に配置されている。反射器１４は、入力ＩＤＴ１２を通過して到達した表面弾性波Ｗ２１を主伝播方向に反射する（第２の表面弾性波Ｗ２２）。反射器１５は、出力ＩＤＴ１３を通過して到達した表面弾性波Ｗ１１、Ｗ２２を反射する。ここで、所定間隔Ｌ２は、第１の表面弾性波Ｗ１１と、第２の表面弾性波Ｗ２２とが同相になるように設定され、所定間隔Ｌ３は、表面弾性波Ｗ２１と、反射器１５で反射した表面弾性波Ｗ１２、Ｗ２３とが同相になるように設定されている。

つぎに、この表面弾性波デバイス１の作用について説明する。

まず、入力ＩＤＴ１２に高周波信号が加えられると、表面弾性波Ｗに変換されて主として主伝播方向に伝播する。一方、入力ＩＤＴ１２で変換された表面弾性波Ｗの一部Ｗ２１は、非主伝播方向に伝播し、基板１１の端面１１ａ側の反射器１４によって反射され、主伝播方向に伝播する（第２の表面弾性波Ｗ２２）。そして、出力ＩＤＴ１３は、伝播してきた表面弾性波Ｗ１１、Ｗ２２を検出し、高周波信号に変換して出力する。

ここで、直接伝播した第１の表面弾性波Ｗ１１と第２の表面弾性波Ｗ２２とは同相になっている。これにより、出力ＩＤＴに伝播される表面弾性波の強度（振幅強度）が高められ、表面弾性波の漏れに伴う損失が低減される。すなわち、第１の表面弾性波Ｗ１１と第２の表面弾性波Ｗ２２との位相がずれている場合は、出力ＩＤＴに伝播される表面弾性波の振幅強度が低くなり、損失が増加することになる。

また、出力ＩＤＴ１３で検出されなかった表面弾性波Ｗ１１、Ｗ２２は、基板１１の端面１１ｂ側の反射器１５によって反射される。そして、表面弾性波Ｗ１２、Ｗ２３は出力ＩＤＴ１３、入力ＩＤＴ１２に到達しても方向特性が一致しないため通過し、反射器１４によって反射される。

このようにして、入力ＩＤＴ１２から伝播する表面弾性波Ｗは、主として第１の表面弾性波Ｗ１１として伝播して出力ＩＤＴ１３で検出される。また、入力ＩＴＤ１２から非主伝播方向に伝播した表面弾性波Ｗ２１や、出力ＩＤＴ１３で検出されなかった表面弾性波Ｗ１１、Ｗ２２は、基板１１の端面１１ａ、１１ｂ側に配置された反射器１４、１５で反射され、基板１１からほとんど漏れることがなくなる。

以上のように、この表面弾性波デバイス１によれば、入力ＩＤＴ１２は、主伝播方向に第１の表面弾性波Ｗ１１を伝播する一方向性を有し、出力ＩＤＴ１３は、主伝播方向から伝播する表面弾性波Ｗを検出する一方向性を有するので、入出力ＩＤＴ１２、１３間で直接表面弾性波Ｗ１１を送受することができる。また、反射器１４、１５によって表面弾性波Ｗ２１などを反射して表面弾性波Ｗの漏れを抑制するができる。さらに、反射器１４で反射された第２の表面弾性波Ｗ２２は第１の表面弾性波Ｗ１１とともに出力ＩＤＴ１３で検出され、しかも第１の表面弾性波Ｗ１１と第２の表面弾性波Ｗ２２とを同相としているので、出力ＩＤＴ１３に伝播される表面弾性波の強度を高めることができ、表面弾性波デバイス１の損失を確実に低減することができる。

また、入力ＩＤＴ１２、出力ＩＤＴ１３が各１つで構成されているので、複数の入出力用ＩＤＴが必要な多電極型と比較して表面弾性波デバイス１を小型化することができる。

また、反射器１４、１５は、基板１１の端面１１ａ、１１ｂ側に到達した表面弾性波Ｗを反射すればよいだけであり、ＤＭＳ型で使用される（共振エネルギーを得るための）反射器よりも小型でよく、表面弾性波デバイス１を小型化できる。

さらに、ＩＤＴ１２、１３として浮き電極をもつ一方向性電極（ＦＥＵＤＴ）を使用する場合は、ＩＤＴ１２、１３の形成と同時に反射器１４、１５を形成できるので、製造工程が増加しない。

（実施の形態２）
図２は、この発明の実施の形態２を示している。この実施の形態２が実施の形態１と異なるところは、反射手段として１つの反射器１４を備える構成のみであり、その他の部分は実施の形態１に準じるので、準じる部分に実施の形態１と同一の符号を付すことにより、準じる部分の説明を省略する。実施の形態３においても同様である。

図２に示すように、基板１１上には、入力ＩＤＴ１２の一側に反射器１４を備え、他側に出力ＩＤＴ１３を備えている。このため、表面弾性波Ｗは、入力ＩＤＴ１２から第１の表面弾性波Ｗ１１を伝播し、非主伝播方向へ伝播した一部の表面弾性波Ｗ２１は反射器１４で反射される。出力ＩＤＴ１３では、入力ＩＤＴ１２から直接伝播した第１の表面弾性波Ｗ１１と、反射器１４で反射された第２の表面弾性波Ｗ２２とを検出する。出力ＩＤＴ１３で検出されなかった表面弾性波Ｗ１１、Ｗ２２はそのまま基板１１の端面１１ｂまで伝播し損失となる。

この実施の形態における表面弾性波デバイス１は、基板１１上に入力ＩＤＴ１２、出力ＩＤＴ１３、反射器１４を備え、出力ＩＤＴ１３に隣接する反射器を備えないため、より小型にすることができる。

（実施の形態３）
図３は、この発明の実施の形態３を示している。この実施の形態３が実施の形態１と異なるところは、反射手段として反射器１４、１５に変えて反射溝部１６、１７を備える構成のみである。

図３に示すように、反射溝部１６、１７は、基板１１の端面１１ａ、１１ｂ側に形成されている。この反射溝部１６、１７は、表面弾性波デバイス１の強度を損なわない程度の深さで、基板１１の厚さ方向に貫通しない深さに設定された溝である。この反射溝部１６、１７は、溝の壁面部１６ａ、１６ｂ、１７ａ、１７ｂなどで表面弾性波Ｗ２１などを反射するようになっている。

この反射溝部１６、１７は、入力ＩＤＴ１２、出力ＩＤＴ１３から所定距離Ｌ４、Ｌ５だけ基板１１の端面１１ａ、１１ｂ側に配置されている。反射溝部１６は、入力ＩＤＴ１２を通過して到達した表面弾性波Ｗ２１をチップ端面反射する。反射溝部１７は、出力ＩＤＴ１３を通過して到達した表面弾性波Ｗ１１、２２をチップ端面反射する。ここで、所定間隔Ｌ４は、入力ＩＤＴ１２から直接伝播する第１の表面弾性波Ｗ１１と、反射溝部１６で反射した第２の表面弾性波Ｗ２２とが同相になるように設定され、所定間隔Ｌ５は、表面弾性波Ｗ２１と、反射溝部１７で反射した表面弾性波Ｗ１２、Ｗ２３とが同相になるように設定されている。

以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、上記の実施の形態では、入力ＩＤＴ１２、出力ＩＤＴ１３をともに一方向性を備えるものとしたが、入力ＩＤＴ１２、出力ＩＤＴ１３は少なくもいずれか一方が一方向性を有していればよく、一方向性の入力ＩＤＴ１２と双方向性の出力ＩＤＴ１３、双方向性の入力ＩＤＴ１２と一方向性の出力ＩＤＴ１３の組み合わせであってもよい。

１弾性表面波デバイス
１１基板（圧電基板）
１２入力ＩＤＴ
１３出力ＩＤＴ
１４、１５反射器（反射手段）
１６、１７反射溝部（反射手段）
Ｗ１１表面弾性波（第１の表面弾性波）
Ｗ２１表面弾性波（第１の表面弾性波の非主伝播方向成分）
Ｗ２２表面弾性波（第２の表面弾性波）

Claims

圧電基板上に設けられ、高周波信号を表面弾性波に変換する入力ＩＤＴと、表面弾性波を検出し高周波信号に変換する出力ＩＤＴとを備える表面弾性波デバイスであって、
前記入力ＩＤＴと前記出力ＩＤＴのうち少なくともいずれか一方を一方向性ＩＤＴから構成し、前記圧電基板上の前記入力ＩＤＴの一側に、前記入力ＩＤＴからの表面弾性波を反射させる反射手段を配置し、前記圧電基板上の前記入力ＩＤＴの他側に、前記入力ＩＤＴからの表面弾性波と前記反射手段によって反射される表面弾性波の双方が伝播される前記出力ＩＤＴを設け、前記入力ＩＤＴから直接前記出力ＩＤＴへ伝播される第１の表面弾性波と前記反射手段によって反射され前記入力ＩＤＴを通過して前記出力ＩＤＴへ伝播される第２の表面弾性波とが同相となるように、前記入力ＩＤＴと前記反射手段との距離が設定されていることを特徴とする表面弾性波デバイス。
前記反射手段は、前記圧電基板の端面側に形成される反射溝部から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の表面弾性波デバイス。