JP2012109671A

JP2012109671A - 弾性波素子及びラダー型フィルタ

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Publication number: JP2012109671A
Application number: JP2010254969A
Authority: JP
Inventors: Mototsugu Tsuda; 基嗣津田
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2010-11-15
Filing date: 2010-11-15
Publication date: 2012-06-07
Anticipated expiration: 2030-11-15
Also published as: JP5625787B2

Abstract

【課題】共振特性やフィルタ特性の劣化を招くことなく、サージ耐性を高めることができる弾性波素子を提供する。
【解決手段】圧電基板２上にＩＤＴ電極３が形成されており、ＩＤＴ電極３が、ホット側電位に接続される複数本の第１の電極指８と、複数本の第１の電極指８の先端とギャップＧ１を隔てて対向された複数本の第１のダミー電極指１０と、第２の電極指９と、第２の電極指９の先端とギャップＧ２を隔てて対向された第２のダミー電極指１１とを有し、ギャップのうち最も狭いギャップにおいて、グラウンド電位に接続される電極指９，１１の先端に電極指側縁から弾性波伝搬方向に突出する凸部１３が形成されており、ホット側電位に接続される電極指８，１０に該凸部が形成されていない、弾性波素子１。
【選択図】図１

Description

本発明は、共振子や帯域フィルタとして用いられる弾性波素子に関し、異なる電位に接続される電極指が隣接する部分におけるサージ耐圧を高める構造が設けられている弾性波素子及び該弾性波素子を有するラダー型フィルタに関する。

共振子や帯域フィルタなどに、弾性波素子が広く用いられている。例えば、下記の特許文献１には、図９に示す電極構造を示す弾性波素子が開示されている。

弾性波素子１００１では、ＩＤＴ電極１００２の両側に反射器１００３，１００４が配置されている。ＩＤＴ電極１００２は、第１のバスバー１００５と、第２のバスバー１００６とを有する。第１のバスバー１００５に複数本の第１の電極指１００７が接続されている。第２のバスバー１００６に、複数本の第２の電極指１００８が接続されている。

第１の電極指１００７の先端とギャップを隔てて対向するように複数本の第１のダミー電極指１００９が設けられている。第１のダミー電極指１００９の基端部は第２のバスバー１００６に接続されている。同様に、第２の電極指１００８の先端と先端がギャップ隔てつつ対向するように複数本の第２のダミー電極指１０１０が設けられている。第２のダミー電極指１０１０の基端は第１のバスバー１００５に接続されている。

弾性波素子１００１では、ギャップを横切る弾性波と、ギャップを通過しない弾性波の実効伝搬距離が等しくなるように、ギャップ近傍において、電極指の側縁から弾性波伝搬方向に突出するように凸部１０１１が設けられている。従って、一つのギャップを隔てて対向している電極指１００７と、第１のダミー電極指１００９の各先端に凸部が形成されており、該凸部の側方に位置している第２のダミー電極指の側縁にも凸部１０１１が形成されている。

ＷＯ２００８／１２６６１４

特許文献１に記載の弾性波素子１００１では、上記凸部１０１１を設けることにより、ギャップを通過する弾性波の実効伝搬距離と、ギャップが設けられていない部分において電極指を横断して伝搬する弾性波の実効伝搬距離とが等しくされている。それによって、共振周波数付近の共振特性を改善することができるとされている。また、電極指間の短絡不良が生じ難いとされている。

しかしながら、弾性波素子が搭載される電子機器では、外部から高電圧のサージ電圧が印加されることがある。そのような場合、異なる電位に接続される電極指が隣接している部分において電極指が破壊されることがある。このような破壊を防止するために、弾性波素子では、サージ耐性を高めることが強く求められている。

特許文献１に記載の弾性波素子１００１では、共振特性は高められるものの、外部からのサージ電圧に対する耐性が十分でないという問題があった。

本発明の目的は、サージ耐性が高められた弾性波素子及び該弾性波素子を有するラダー型フィルタを提供することにある。

本発明の広い局面によれば、圧電基板と圧電基板上に形成されたＩＤＴ電極とを備え、前記ＩＤＴ電極が、第１のバスバーと、前記第１のバスバーと隔てられて配置された第２のバスバーと、前記第１及び第２のバスバーにそれぞれ接続されている第１，第２の端子と、前記第１のバスバーに一端が接続されており、先端が前記第２のバスバー側に向かって延ばされている複数本の第１の電極指と、前記第２のバスバーに一端が接続されており、先端が前記第１のバスバー側に延ばされている複数本の第２の電極指と、前記第２のバスバーに一端が接続されており、前記第１のバスバー側に延ばされており、先端が前記複数本の第１の電極指の先端とギャップを隔てて電極指長さ方向において対向されている複数本の第１のダミー電極指と、前記第１のバスバーに一端が接続されており、前記第２のバスバー側に延ばされており、先端が前記複数本の第２の電極指の先端とギャップを隔てて電極指長さ方向において対向されている複数本の第２のダミー電極指とを有し、前記複数本の第１の電極指、前記複数本の第１のダミー電極指、前記複数本の第２の電極指及び前記複数本の第２のダミー電極指において、前記第１の端子に接続されているバスバー側の電極指ギャップ部においては、電極指の先端に、電極指側縁から弾性波伝搬方向に突出している凸部が設けられておらず、前記第２の端子に接続されているバスバー側の電極指ギャップ部においては、電極指の先端には上記凸部が設けられている、弾性波素子が提供される。

本発明にかかる弾性波素子のある特定の局面では、前記第１の端子はホット側電位であり、前記第２の端子はグラウンド電位である。

本発明にかかる弾性波素子のある特定の局面では、複数本の第１の電極指、複数本の第１のダミー電極指、複数本の第２の電極指及び複数本の第２のダミー電極指において、グラウンド電位に接続されるバスバー側の電極指ギャップ部における電極指の先端以外の全ての電極指の先端に前記凸部が設けられていない。

本発明にかかる弾性波素子の他の特定の局面では、複数本の第１の電極指及び複数本の第２のダミー電極指の先端に前記凸部が設けられており、複数本の第２の電極指及び複数本の第１のダミー電極指の先端に凸部が設けられていない。

本発明にかかる弾性波素子のさらに他の特定の局面では、前記ギャップ近傍において、第１の電極指及び第１のダミー電極指のうち少なくとも一方において、少なくとも一方の電極指の側縁から弾性波伝搬方向において突出する突出部が形成されている。

本発明にかかる弾性波素子のさらに他の特定の局面では、前記ＩＤＴ電極に交差幅重み付けが施されている。

本発明にかかるラダー型フィルタは、直列腕共振子と、並列腕共振子とを備えるラダー型フィルタであって、前記直列腕共振子及び並列腕共振子のうち少なくとも１つの共振子が、本発明にしたがって構成された弾性波素子である。

本発明にかかるラダー型フィルタによれば、第１の端子に接続される電極指と、第２の端子に接続される電極指との間のギャップが最も狭い部分において、第２の端子側の電極指ギャップ部には凸部が形成されているが、第１の端子側の電極指ギャップ部には凸部が形成されていないため、前記サージ電圧が加えられる側を第１の端子とすることにより、サージ耐性を効果的に高めることができる。従って、外部からのサージ電圧による電極指の破壊が生じ難い、信頼性に優れた弾性波素子を提供することが可能となる。

（ａ）は本発明の第１の実施形態にかかる弾性波素子の電極構造を示す模式的平面図であり、（ｂ）はその要部を拡大して示す平面図である。本発明の弾性波素子がパッケージに収納されている弾性波装置を示す平面図である。第２の比較例の弾性波素子の電極構造を示す模式的平面図である。本発明の第１の実施形態、第１の比較例及び第２の比較例の各弾性波素子のインピーダンス特性を示す図である。本発明の第１の実施形態、第１の比較例及び第２の比較例の各弾性波素子の位相特性を示す図である。本発明の第１の実施形態、第１の比較例及び第２の比較例の各弾性波素子のインピーダンススミスチャートを示す図である。本発明の第１の実施形態、第１の比較例及び第２の比較例の各弾性波素子のリターンロス特性を示す図である。本発明の第２の実施形態としてのラダー型フィルタの回路構成を示す図である。従来の弾性波素子の電極構造を示す模式的平面図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。

図１（ａ）は、本発明の一実施形態の弾性波素子の模式的平面図である。本実施形態の弾性波素子１は、圧電基板２を有する。圧電基板２は、本実施形態では、ニオブ酸リチウムからなる。もっとも、圧電基板２を構成する圧電材料は特に限定されない。ニオブ酸リチウム以外の圧電単結晶や圧電セラミックス層を用いることができる。

圧電基板２上に、ＩＤＴ電極３が形成されている。圧電基板２上には、ＩＤＴ電極３の弾性表面波伝搬方向両側に反射器４，５が形成されている。従って、弾性波素子１は、一ポート型弾性表面波共振子である。

ＩＤＴ電極３は、第１，第２のバスバー６，７を有する。第１及び第２のバスバー６，７がそれぞれ、第１，第２の端子６Ａ，７Ａに接続されている。第１及び第２の端子６Ａ，７Ａは、弾性波素子１を外部と接続する端子である。第１のバスバー６から第２のバスバー７に向かって延びるように、複数本の第１の電極指８が設けられている。すなわち、第１の電極指８の一端が第１のバスバー６に接続されており、先端が第２のバスバー７側に位置している。また、第２のバスバー７に、複数本の第２の電極指９の一端が接続されており、第２の電極指９の他端は、第１のバスバー６側に位置している。

さらに、第１の電極指８の先端とギャップを隔てて、第１のダミー電極指１０が設けられている。第１のダミー電極指１０の基端は第２のバスバー７に接続されている。同様に、第２の電極指９の先端と先端がギャップを隔てて対向するように、複数本の第２のダミー電極指１１が設けられている。第２のダミー電極指１１の基端は第１のバスバー６に接続されている。

第１の電極指８、第２の電極指９、第１のダミー電極指１０及び第２のダミー電極指１１は、弾性表面波伝搬方向と直交する方向に延びている。

第１，第２のバスバー６，７間に交流電界を印加することにより、弾性表面波が励振される。

上記ＩＤＴ電極３は、適宜の金属もしくは合金により形成することができる。本実施形態では、Ｐｔ膜上にＡｌ膜を積層してなる積層金属膜により上記ＩＤＴ電極３及び反射器４，５が形成されている。また、上記ＩＤＴ電極３及び反射器４，５を覆うように、ＳｉＯ_２などからなる誘電体膜を形成してもよい。

本実施形態の弾性波素子１の電極構造の要部を、図１（ｂ）の部分拡大図を参照して説明する。図１（ｂ）に示すように、第１の電極指８と、第１のダミー電極指１０の先端との間にギャップＧ１が形成されている。同様に、第２の電極指９の先端と、第２のダミー電極指１１の先端との間にギャップＧ２が形成されている。特許文献１に記載の弾性波素子１００１と同様に、ギャップＧ１を通過する弾性表面波の実効伝搬距離と、ギャップが存在しない電極指部分を通過する弾性表面波の実功伝搬距離とを等しくするように、ギャップＧ１の弾性表面波伝搬方向両側に隣接する電極指に、ギャップＧ１側に側縁から突出する凸部１２が形成されている。それによって、共振特性の向上が図られている。

本実施形態の弾性波素子１の特徴を、以下において詳細に説明する。弾性波素子１では、第１の端子６Ａに接続された第１のバスバー６が、ホット側電位に接続されるように用いられ、第２の端子７Ａに接続された第２のバスバー７がグラウンド電位に接続される。第１の電極指８の先端は、第１のダミー電極指１０の先端とギャップＧ１を隔てて対向しており、この対向部分において、第１の電極指８の先端およびグラウンド電位に接続される第１のダミー電極指１０の先端には、凸部１３が設けられている。凸部１３は、第１のダミー電極指１０の先端部分において、第１のダミー電極指１０の側縁から弾性表面波方向外側に突出するように設けられている。

一方、第２の電極指９の先端は、ギャップＧ２を介して第２のダミー電極指１１の先端と対向されている。この対向部分において、第２の電極指９の先端および第２のダミー電極指１１の先端には該凸部は設けられていない。従って、本実施形態の弾性波素子１では、凸部１３が第１の電極指８及び第１のダミー電極指１０の先端に設けられており、第２の電極指９及び第２のダミー電極指１１の先端には設けられていない。

すなわち、グラウンド電位に接続されているバスバー７側の電極指ギャップ部においては、電極指の先端に電極指側縁から弾性波伝搬方向に突出している凸部が設けられており、ホット側電位に接続されているバスバー６側の電極指ギャップ部においては、電極指の先端には上記凸部が設けられていない。ここで、グランド電位に接続されているバスバー７側の電極指ギャップとは、第１，第２のバスバー６，７の中心よりも第２のバスバー７側に位置している電極指ギャップを意味する。同様に、ホット側電位に接続されているバスバー６側の電極指ギャップとは、第１，第２のバスバー６，７間の中心よりも第１のバスバー６側に位置している電極指ギャップを意味する。

それによって、後述する実験例から明らかなように、サージ耐圧を効果的に高めることができる。これは、図２〜図７を参照して説明する。

図２は、本実施形態の弾性波素子１がパッケージに収納されている弾性波装置を示す略図的平面図である。弾性波装置１４はパッケージ本体１５を有する。パッケージ本体１５は、両方に開いた開口を有し、該開口内に、上記弾性波素子１が収納されている。パッケージ本体１５は、本実施形態では、絶縁性セラミックスからなる。また、図２では図示を省略しているが、上記パッケージ本体１５の開口を閉成するように適宜の蓋材が取り付けられる。パッケージ本体１５の開口内には配線電極１０ａ，１０ｂが形成されている。バスバー６に接続された配線電極１０ａに、Ａｕからなるボンディングワイヤー１６の一端が接続されている。ボンディングワイヤー１６の他端は、パッケージ本体１５内に設けられた電極ランド１７に接続されている。他方、バスバー７に接続されている配線電極１０ｂに、ボンディングワイヤー１８の一端が接続されている。ボンディングワイヤー１８の他端は電極ランド１９に接続されている。

上記弾性波素子１を、以下の仕様で作成した。

ＩＤＴ電極３及び反射器４，５：３０ｎｍの厚みのＰｔ膜上に、１３０ｎｍの厚みのＡｌ膜を積層してなる積層金属膜を用いた。なお、本実施形態では、図１（ａ）に示すように、横モードのリップルを抑制するために、交差幅重み付けを施した。この交差幅重み付けは必ずしも設けられなくてもよい。電極指の対数は１８０対とした。

また、ギャップＧ１，Ｇ２の電極指長さ方向に延びる寸法は、０．２５μｍとした。

反射器４，５の電極指の本数は２０本とした。

上記弾性波素子１のインピーダンス特性、位相特性、インピーダンススミスチャート及びリターンロス特性を図４〜図７に実線で示す。

比較のために、図９に示したように、全ての電極指及びダミー電極指の先端に凸部を設けたことを除いては、すなわち第１の電極指及び第２のダミー電極指の先端にも凸部を設けたことを除いては、上記実施形態と同様にして第１の比較例の弾性波素子を作成した。

さらに、第２の比較例として、図３に示す電極構造を有する弾性波素子１０１１を用意した。弾性波素子１０１１では、全ての電極指の先端に凸部１３を設けなかったことを除いては、上記実施形態と同様とした。

上記第１の実施形態の弾性波素子１を用い、図２に示した弾性波装置１４を構成した。この弾性波装置１４において、電極ランド１９をグラウンド電位に接続し、電極ランド１７からＪＥＳＤ２２Ａ−１１４に準拠した条件でサージ発生器によりサージ電圧を印加した。

第１の比較例及び第２の比較例の弾性波素子についても、上記弾性波装置１４と同様にして弾性波装置を構成し、第１の実施形態の場合と同様にしてサージ電圧を印加した。

第１の実施形態、第１及び第２の比較例において、上記サージ電圧を印加した場合に電極指が破壊するに至った電圧すなわち破壊電圧を求めた。その結果、第１の比較例の弾性波素子の破壊電圧は２０６Ｖであったのに対し、上記実施形態及び第２の比較例の弾性波素子では、破壊電圧は２４６Ｖであった。すなわち、図９に示した電極構造を有する第１の比較例では、全ての電極指の先端に凸部が設けられていたため、サージ耐性が低かった。これに対して、実施形態及び図３に示した凸部を全く有しない第２の比較例では、破壊電圧が２４６Ｖであり、サージ耐性が高められることがわかる。

これは以下の理由によると考えられる。サージ電圧を印加した側に接続されている電極指により形成されている電極指ギャップ部、すなわちグラウンド側電位に接続されているバスバー側のギャップＧ１では、サージ電圧が当該電極指を通ってくる。そのため、サージ電圧を印加した側に接続されている電極指である第１の電極指８の長さの分、電圧降下が生じ、電圧が低くなる。しかし、グラウンド電位側に接続されている電極指により形成されている電極指ギャップ部、すなわちサージ電圧を印加した電極に接続されているバスバー側のギャップＧ２では、サージ電圧を印加した側に接続されている電極指である第２のダミー電極指１１の長さが短い分、サージ電圧の電圧降下は小さく、電圧がギャップＧ１よりも高い。従って、ギャップＧ１においては、凸部を設けてもサージ耐性が劣化しない。

上記第２の比較例の弾性波素子のインピーダンス特性、位相特性、インピーダンススミスチャート及びリターンロス特性を図４〜図７に、それぞれ破線で示す。また、上記第２の弾性波素子のインピーダンス特性、位相特性、インピーダンススミスチャート及びリターンロス特性を図４〜図７に一点鎖線で示す。

図４〜図７から明らかなように、特に図７のリターンロス特性において顕著に現れているように、共振特性においては、第１の実施形態及び第１の比較例の弾性波素子が、第２の比較例の弾性波素子に比べて優れていることがわかる。また、第１の実施形態と第１の比較例とでは、共振特性にさほど差のないことがわかる。

従って、上記サージ耐圧試験及び共振特性から明らかなように、上記実施形態の弾性波素子１では、第１の比較例と同様の良好な特性を有しつつ、サージ耐性を効果的に高め得ることがわかる。

上記実施形態では、全てのギャップＧ１，Ｇ２を挟んでダミー電極指と電極指とが対向している部分において、ホット側電位に接続されているバスバー側の電極指ギャップ部における電極指の先端に凸部１３を設けず、グラウンド電位に接続されているバスバー側の電極指ギャップ部における電極指の先端の全ての凸部１３を設けたが、必ずしもこのように設定する必要はない。

例えば、複数のギャップＧ２の寸法が異なる場合、すなわちＩＤＴ電極３において、弾性表面波伝搬方向と直交する方向に沿うギャップの寸法が異なる場合、該ギャップの寸法が最も狭い部分において、ホット側電位に接続されているバスバー側の電極指ギャップ部における電極指の先端に凸部１３を設けなければよい。

最も狭いギャップにおいてサージ耐性が最も低くなる。従って、このような場合には、最も狭いギャップにおいて、電極指の先端に凸部を設けない構造とすればよい。すなわち、本発明においては、グラウンド電位に接続されているバスバー側の電極指ギャップ部における電極指の全ての先端に凸部１３を設ける必要は必ずしもない。

また、弾性波素子では、複数のホット側電位に接続される電極指が設けられている場合がある。このような複数のホット側電位に接続される電極指を有する弾性波装置にも本発明を適用することができる。

さらに、一ポート型弾性表面波共振子に限らず、弾性表面波共振子フィルタ、縦結合共振子型フィルタなどの各種弾性表面波フィルタにも本発明を適用することができる。

また、図８は、本発明の第２の実施形態として、上記弾性波素子１を用いたラダー型フィルタの回路図を示す。図８において、直列腕に複数の直列腕共振子Ｓ１〜Ｓ４が互いに直列に接続されている。また、直列腕とグラウンド電位との間に、並列腕共振子Ｐ１〜Ｐ３が接続されている。このような直列腕共振子Ｓ１〜Ｓ４及び並列腕共振子Ｐ１〜Ｐ３の少なくとも一つの共振子を、上記弾性波素子１を用いて構成することができる。ここで、並列共振子Ｐ１〜Ｐ３は、グラウンド電位に接続されているバスバー側の電極指ギャップ部において、電極指の先端に上記凸部を設けない構造を有する。この理由は、ラダー型フィルタにおいては、並列共振子にかかるサージ電圧は、グラウンド側から印加されることによる。つまり、サージ電圧が印加される側に接続されているバスバー側の電極指ギャップ部において、電極指先端に凸部を設けない構造とすればよい。それによって、ラダー型フィルタのフィルタ特性を高めつつ、サージ耐性を効果的に高めることができる。

また、本発明は、弾性表面波を利用した弾性波素子に限らず、弾性境界波を利用した弾性境界波素子にも適用することができる。

さらに、上記弾性波素子１の実験で言えば、誘電体層を圧電基板２上に形成したが、誘電体層は必ずしも形成されずともよい。

１…弾性波素子
２…圧電基板
３…ＩＤＴ電極
４，５…反射器
６…第１のバスバー
６Ａ…第１の端子
７…第２のバスバー
７Ａ…第２の端子
８…第１の電極指
９…第２の電極指
１０…第１のダミー電極指
１０ａ，１０ｂ…配線電極
１１…第２のダミー電極指
１２，１３…凸部
１４…弾性波装置
１５…パッケージ本体
１６…ボンディングワイヤー
１７…電極ランド
１８…ボンディングワイヤー
１９…電極ランド
Ｇ１，Ｇ２…ギャップ
Ｐ１〜Ｐ３…並列腕共振子
Ｓ１〜Ｓ４…直列腕共振子

Claims

圧電基板と、圧電基板上に形成されたＩＤＴ電極とを備え、
前記ＩＤＴ電極が、第１のバスバーと、前記第１のバスバーと隔てられて配置された第２のバスバーと、
前記第１及び第２のバスバーにそれぞれ接続されている第１，第２の端子と、
前記第１のバスバーに一端が接続されており、先端が前記第２のバスバー側に向かって延ばされている複数本の第１の電極指と、
前記第２のバスバーに一端が接続されており、先端が前記第１のバスバー側に延ばされている複数本の第２の電極指と、
前記第２のバスバーに一端が接続されており、前記第１のバスバー側に延ばされており、先端が前記複数本の第１の電極指の先端とギャップを隔てて電極指長さ方向において対向されている複数本の第１のダミー電極指と、
前記第１のバスバーに一端が接続されており、前記第２のバスバー側に延ばされており、先端が前記複数本の第２の電極指の先端とギャップを隔てて電極指長さ方向において対向されている複数本の第２のダミー電極指とを有し、
前記複数本の第１の電極指、前記複数本の第１のダミー電極指、前記複数本の第２の電極指及び前記複数本の第２のダミー電極指において、前記第１の端子に接続されているバスバー側の電極指ギャップ部においては、電極指の先端に、電極指側縁から弾性波伝搬方向に突出している凸部が設けられておらず、前記第２の端子に接続されているバスバー側の電極指ギャップ部においては、電極指の先端には上記凸部が設けられている、弾性波素子。
前記第１の端子はホット側電位であり、前記第２の端子はグラウンド電位である、請求項１に記載の弾性波素子。
複数本の第１の電極指、複数本の前記第１のダミー電極指、複数本の第２の電極指及び複数本の前記第２のダミー電極指において、グラウンド電位に接続されるバスバー側の電極指ギャップ部における電極指の先端以外の全ての電極指の先端に前記凸部が設けられていない、請求項２に記載の弾性波素子。
前記複数本の第１の電極指及び前記複数本の第２のダミー電極指の先端に前記凸部が設けられており、前記複数本の第２の電極指及び前記複数本の第１のダミー電極指の先端に凸部が設けられていない、請求項２に記載の弾性波素子。
前記ギャップ近傍において、第１の電極指及び第１のダミー電極指のうち少なくとも一方において、少なくとも一方の電極指の側縁から弾性波伝搬方向において突出する突出部が形成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の弾性波素子。
前記ＩＤＴ電極に交差幅重み付けが施されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の弾性波素子。
直列腕共振子と、並列腕共振子とを備えるラダー型フィルタであって、
前記直列腕共振子及び並列腕共振子のうち少なくとも１つの共振子が、請求項１〜６のいずれか１項に記載の弾性波素子からなる、ラダー型フィルタ。