JP3270042B2 - 障害音響波成分が発生するのを防止する表面波構造を有する表面波装置 - Google Patents

障害音響波成分が発生するのを防止する表面波構造を有する表面波装置

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JP3270042B2 JP50653292A JP50653292A JP3270042B2 JP 3270042 B2 JP3270042 B2 JP 3270042B2 JP 50653292 A JP50653292 A JP 50653292A JP 50653292 A JP50653292 A JP 50653292A JP 3270042 B2 JP3270042 B2 JP 3270042B2
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    • H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、圧電基板上に障害反射波成分を防止する表
面構造を備えた表面波装置に関する。圧電基板の表面は
インターディジタル変換器、および場合によりその他の
構造を有している。インターディジタル変換器は電気信
号に音響表面波に変換し、またその逆に音響表面波を電
気信号に変換するために用いられる。その他の構造とし
ては国際特許出願公開第89/02765公報から公知の共振器
構造、反射器構造、変換器構造がある。
背景技術 レイリー波，ブロイシュタイン波（Bleustein wav
e），表面スキミングバルク波（surface−skimming bu
lk wave）などの一般概念“表面波”との名称の音響波
はそれぞれの基板体の表面の上または中または表面近傍
領域を伝搬する。アパーチャ効果および回折効果を除き
このような音響波は波動伝搬主方向と称される方向で伝
搬し、その際に波面は変換器に対応して直線でこの方向
に対して横方向である。この場合、波動伝搬主方向とし
て逆方向も含まれる。すなわち、インターディジタル変
換器が特別に一方向性変換器として形成されているので
はないかぎりインターディジタル変換器からこのような
音響波は波動伝搬主方向としての１つの方向およびその
反対方向で送出される。
このような表面波装置の基板は、矩形かまたは短辺が
長辺に対して斜めである通常は細長の基板である。この
ような斜め方向により、基板のこの端部エッジすなわち
短辺に入射する波動伝搬主方向で伝搬する音響波がこの
エッジで波動伝搬主方向に反射されて戻されることが排
除される。しかし一般にそのかわりにまたは付加的にい
わゆるサンプを基板の当該端部エッジ領域で基板に設け
ることが行われている。このようなサンプの材料は、こ
のサンプの領域内に到達した表面波装置の波を吸収する
すなわち基板表面に設けられている構造に戻さない特性
を有する。
英国特許出願公開第2048010号公報およびドイツ特許
出願公告第2738192号公報から基板表面に設けられてい
る吸収材斑点の外部周縁にある特定の形状例えば広い面
積の三角形の形状を与えることが公知である。別の形状
（ドイツ特許出願公告第2738192号公報，図４−図６）
には鋸形状がある。このような鋸状エッジが波に向かっ
て配置されると、（後述の本発明にとって重要な）全反
射効果が排除される。この鋸状エッジに対して後方のエ
ッジに沿っての鋸形状は、たとえこれが全反射の角度条
件を満足していても実際の上で重要でない。なぜならば
この場所では波はいずれにせよすでにほぼ零まで減衰さ
れているからである。
音響吸収のためのこのような材料は、溶媒を含む合成
樹脂などであり、その蒸気は表面波装置の電気特性を長
時間にわたり連続的に変化させる。高価な装置の密閉ケ
ーシング内にこのような材料が存在することはこの装置
にとって不利である。
したがって、表面波装置内の音響波のトラップとし基
板の後側に材料に切込みを角度をなして配置するか（ド
イツ特許出願公告第2450831号公報）または基板のエッ
ジに角状のくさびを切欠く（ドイツ特許出願公開第2131
614号公報）提案がなされた。また特許出願公開昭和60
年第256214号公報では非圧電基板の上に圧電層を有する
表面波装置においてこの圧電層のエッジがジクザク状で
走行している。このような手段は、それらの効果が小さ
いことのほかに比較的高コストである欠点がある。
吸収材も用いず基板材料への切込みも行わなくとも非
常に効果的な１つの方法が、冒頭に記載の国際特許出願
公開第89/02675号公報に記載されている。この公報に
は、基板表面の金属化であり共振器または反射器装置に
も使用されている基板表面金属化ストリップ配列から成
る変換構造が記載されている。しかしこれらの変換構造
は実際の表面波装置の構成要素ではないので、これらの
変換構造は、共振器またはフィルタとしての表面波装置
の機能を定める構造の領域の外部にも配置される。この
ような変換構造は、前記公報に詳細に記載の寸法すなわ
ち基板の表面内を伝搬する音響表面波がバルク波に変換
されるすなわち基板の表面からそのバルク内へ偏向され
そこで基板ディスクの質量体中で消失するために用いら
れまたそのように作用する寸法を有する。
サンプ，基板の斜め端部，基板への切込み，変換構造
を使用する理由は、基板のエッジに好ましくない反射表
面波が発生しその戻り伝搬の際に表面波装置の実際の構
造例えばフィルタ内に障害を生じさせとくにこのような
フィルタの遮断領域内に不所望の信号が発生するのを防
止することにある。すなわち基板の斜め端部は、表面波
装置が多重トラック装置であり第１のトラック内の表面
波が波動伝搬主方向で伝搬し、第２のトラック内の表面
波が同一の波動伝搬主方向方向で伝播するがしかし平行
でずれており場合によってはその他の平行なトラック内
でも表面波が伝搬する場合にはその前述の意図のための
手段として使用することはできない。なぜならば斜めの
基板エッジが不利に作用するからである。すなわちこの
一方のトラック内のエッジに入射する表面波成分が他方
のトラックに反射されて入り込むからである。このよう
な多重トラック装置も、例えばこのような平行トラック
の電気音響結合の手段である斜めに走行するトラックを
望むならば有することが可能であることを指摘してお
く。このような形式のフィルタは国際特許出願公開第90
/02690号公報，国際特許出願公開第90/03691号公報，特
許出願公開昭和57年第208719号公報から公知である。公
報の第２図において３角形の反射器被覆部材が、この被
覆部材に隣接の変換器を周波数から独立の一方向性変換
器にすることに用いられる。この場合に全反射について
も考慮したが、しかそのためにはまず初めに全反射角が
45゜より大きい材料を見つけなければならない。すなわ
ち波の２度にわたる45゜反射は、変換器の一方向効果実
現のための前提である。この別の１つの例ではこのよう
な３角形の反射器が、その都度の１つの表面波装置内の
２つの隣接する波伝搬路トラックを結合する手段として
利用される。これに関連してコンボルバ内で波のこのよ
うな斜め方向に寄与する傾斜角度のエッジを有するメタ
ライゼーション構造が記載されているドイツ特許出願公
開第3811989号公報を指摘しておく。
発明が解決しようとする課題 本発明の課題は、表面波装置内の障害表面波成分を抑
圧するための公知の手段を補足および／または付加的に
援助することにある。経験上これらの手段は占有する基
板面積がなるべく小さいほうがよい。これは表面波装置
に使用される基板材料のコストが非常に高く、できる限
り小さい構造形態が望ましいからである。
課題を解決するための手段 この課題は、表面構造が波動伝搬主方向から見てイン
ターディジタル変換器と基板エッジとの間に配置されて
おり、表面構造は複数の鋭角三角形構造を有しており、
この三角形構造は基板表面の金属被覆部材から構成され
ており、かつその頂点は基板エッジの方向を指してお
り、各三角形構造の少なくとも１つのエッジは表面波の
波動伝搬主方向に対して角度βで傾斜しており、 β≦0.8＊βＧ が成り立ち、ここでβＧは表面波が表面構造の領域から
隣接領域へ入射する場合の全反射の限界角度であり、β
は各三角形構造ごとに等しいかまたは異なっている構成
により解決される。
種々の機能のための表面構造を有する基板上の表面波
装置では、本発明により表面波装置内を波動伝搬主方向
で所与のように伝搬する表面波から生じる障害音響波成
分を防止するかまたは少なくとも大幅に減少することが
実現される。本発明により、フィルタ，共振器などとし
ての表面波装置の機能に用いられる実際の表面構造（変
換器，共振器，反射器など）に用いられる波からの基板
の端縁に入射する波成分が、実際の表面波装置を形成す
る構造にこれらの波成分ができるだけ僅かにしか再び入
射しないようにされる。これは、国際特許出願公開第89
/02675号公報の場合には変換構造により実現されてい
る。しかしこれと異なり本発明では詳細に後述する本発
明の表面構造により、（基板端縁に入射して発生した）
排除すべき表面波成分は障害とならないように反射され
ることにより実現される。とくに多重トラック装置にお
いては、自身のトラック内の障害と隣接トラック内の障
害とが除外されるようにこの反射の方向が定められる。
上記の表面波装置において本発明では、同様に上記に
記載の問題を解決するためにこの表面波装置が（この装
置の実際の機能に用いられる機能上重要な構造のほか
に）このような機能上重要な構造の領域の外部に少なく
とも１つの表面構造を有し、この表面構造は、機能上重
要な構造の音響波の伝搬主方向に対して角度をなして走
行する有利にはほぼ直線状の境界を有し、この境界は、
基板の上に設けられている表面構造の領域またはこの表
面構造により被覆されている基板表面領域をこれに隣接
する基板領域から分離し、これらの表面波は上記表面構
造の領域内で伝搬速度v1を有し、これらの表面波の伝搬
速度は上記隣接領域内ではv1とは異なるv2である。本発
明ではこの境界は伝搬主方向に対して角度βで走行す
る。ただしβは0.8βｇより小さいかこれに等しく、近
似的に： v2がv1より小さい場合、 βｇ＝v2:v1 v1がv2より小さい場合、 βｇ＝v1:v2 が成り立つ。なお後者の場合が本発明の通常の場合であ
る。
本発明の表面構造は、表面波装置の機能上重要な構造
により予め定められている表面波がより低い伝搬速度領
域からより高い伝搬速度の領域への境界に入射するよう
に配置されている。
次に本発明を実施例に基づき図を用いて詳細に説明す
る。
第１図は本発明の表面構造の表面波装置の１つの例の
概略図、第２図および第2a図は本発明の表面構造の１つ
の実施例の第１図の詳細部分図、第３図は２つのトラッ
クと所属の２つの本発明の表面構造を有する表面波装置
の第２図に対応する部分図、第４図は本発明の表面構造
の１つの変形の図、第５図は別の１つの有利な実施例の
表面構造図である。
第１図の表面波装置１は、例えば反射器フィルタの機
能上重要な構成要素として公知の表面波構造を有する公
知の装置である。この表面波構造が装着されている表面
を有する基板２は、長辺３および４とこれら双方に対し
て角度αをなす斜めの短辺すなわち端部エッジ５および
６を有する細長の小板である。11および12によりそれぞ
れ入力側変換器および出力側変換器として用いられる２
つのインターディジタル変換器が略示されている。13お
よび14により反射器構造が示されている。変換器11およ
び12のインターディジタルに配置されているフィンガお
よび反射器13および14の反射器ストリップは通常は、そ
れらから生じる波の伝搬の主方向17に対してそれらが垂
直なるように配置されている。このような表面波装置１
で発生する音響波の波面はこの方向17に垂直である。第
１図においてこのような音響平面波が基板１の表面上ま
たは内を伝搬する際の伝搬方向が19により示されてい
る。
15により、入力側変換器11と出力変換器12との間の中
間室を充填するために択一的に設けることが可能な付加
的構造が示されている。このような構造15の意味および
目的の詳細は例えばヨーロッパ特許出願公開第189106号
公報に記載されている。
音響平面波19から出発して反射器構造13における第１
図の右側端部を貫通して表面構造21内に到達する波強度
成分を制御するために用いられる本発明で設けられてい
る基板１の表面構造が21および22により示されている。
本発明の表面構造21のような表面構造が存在しない場合
にはこのような波強度成分は基板１のエッジ５まで到達
する。
すると従来の技術では、表面波装置１にとって機能上
重要な表面波構造11−14の領域にこのエッジ５から障害
成分が戻ることを阻止するためにサンプ（吸音材）20が
設けられており、障害成分が強く吸収される。サンプ20
は従来の技術では例えば塗布接着剤などの有機材料から
成る。公知のようにこのような材料は、このような表面
波装置を気密に密封して収容するケーシングの内部には
望ましくない。
国際特許出願公開第89/02675号公報ではこのようなサ
ンプ20に代りに使用可能な変換構造が記載されている。
変換構造は、本発明の場合には本発明の表面構造21およ
び22を収容する基板１の表面領域内に配置される。
前述の説明で本発明の表面構造の物理的作用および寸
法仕様についてはすでにふれた。
第２図は第１図の一部を切欠して示す図である。この
図から表面構造21の詳細が分かる。表面構造21は、例え
ば基板１の表面を被覆する４つの鋭角の表面被覆部材か
ら成る。有利にはこれは金属製被覆部材であり、とくに
機能上重要な表面波構造11−14のフィンガまたはストリ
ップにも使用される金属製被覆部材から成る。これらの
鋭角の被覆部材は211−214により示されている。図から
分かるように表面構造21の被覆部材21の鋭角端部は基板
１の斜めエッジ５までほぼ達する。これにより、構造11
−15の面のほかに利用可能な基板表面が表面構造21の本
発明の機能にとって最適に利用される。
これは、基板１の反対側端部の表面構造22にも対応し
て当てはまる。
β１〜β４により波伝搬の主方向17に対する被覆部材
211〜214のエッジ210の角度のずれが示されている。191
および193により示されているように表面波19は反射器1
3の中を伝搬する。その際、この表面波19の強度成分は
反射器13の右側端部を通って屈折なしに表面構造21の中
に入る。a1〜a4により反射器13の境界における被覆部材
211〜214の幅寸法が示されている。表面構造21のエッジ
211に平行にこの波成分191は伝搬する。
被覆部材211〜214における鋭角βで位置決めされてい
るエッジ210に入射する強度成分は、前述の境界のよう
に２つの異なる領域の間にあるこれらのエッジ210で全
反射される。これは、波にとって密度のより大きい媒体
の中の波が密度より小さい媒体との境界に入射する際の
全反射のための境界角度βｇより角度β１〜β４が小さ
いことに基づく。この場合に基礎となる通常の場合にお
いて音響波は被覆部材211〜214の下の基板表面または基
板表面近傍領域内でより小さい伝搬速度を有する。基板
における被覆されていない表面領域内では波伝搬速度は
より高い。前述の寸法仕様においては逆の場合も考慮さ
れている。
第２図から分かるように波成分191,193はエッジすな
わち境界210で全反射される。さらに、エッジ５で全反
射された成分が示されている。表面波構造21のエッジ21
1での屈折および反射はこの図には示されていない。実
際にはこれは考慮されるが、しかしこれは本発明の表面
構造の機能に取って重要ではない。
基板２の長辺３に入射する波成分を吸収するためにこ
の基板の長辺３側の側面またはその他の側面は、31によ
り示されているように粗面に加工し、これにより入射成
分がさらに散乱される。
エッジ５が斜め方向に整合されて被覆部材211〜214の
鋭角端部が斜めに位置決めされているので、例えば幅a1
〜a4が等間隔の場合には角度β１〜β４の大きさは僅か
に異なることがあるが、しかし全反射の境界角度βｇよ
り常に大きくなければならない。少なくとも近似的に0.
7×βｇより常に小さくβをとることが推奨される。し
かし幅a1〜a4の大きさが僅かに異なるように常に一定の
角度βを設けることも可能である。エッジ210が図示の
直線から僅かにずれることもある。
第2a図は、波伝搬の主方向17に平行な方向でエッジ21
1が位置決めされるのではなく、このエッジ211に第2a図
でも音響波19が入射しなうように“負”の角度で位置決
めされている実施例を示す。
第３図には波伝搬の主方向17および117を有する２ト
ラック装置が示されている。第３図に示されている切欠
部分図は第１図からの切欠部分図である第２図に対応す
る。第３図の表面構造21における参照番号は第１図およ
び第２図のものと同一であるが、しかし構造121の角度
βは構造21の角度βに対して反対方向に向いている。
第３図から分かるように本発明の表面構造21および12
1内で全反射される波成分は２つのトラックの平行な波
伝搬主方向17および117から遠ざかるように互いに反対
の方向で反射され、したがってクロストークはほぼ排除
される。
第４図は、ただ１つのトラックを有する表面波装置の
ために択一的に適用される１つの実施例を示す。本発明
の表面構造は221により示されている。より低い波動伝
搬速度の領域からより高い波動伝搬速度の領域へのエッ
ジすなわち境界は動作にとって重要でありる。これらの
エッジすなわち境界は210により示されている。表面構
造221の三角形被覆部材211は第２図に211などにより示
されている被覆部材と原理的には同様の作用をする。エ
ッジ211を有する２つのこのような構造211は背中合わせ
で接合されている。第４図に示されている線191および1
92は、表面波19のための表面構造221のエッジ210の偏向
効果を示す。角度βおよびβ′の大きさは等しい必要は
なく、ただ上記規則に対応しなければならない。
本発明の図示の実施例は、それぞれ基板の表面被覆部
材としての複数のこのような鋭角三角形から成る表面構
造21,121,221を示す。断面19の所与の幅に対して個々の
鋭角の三角形被覆部材の数が大きいほど（幅は波動伝搬
主方向17に対して横方向で測定される）、表面構造21,1
21,221全体は波動伝搬方向17の方向で短く定めることが
可能である。これは、基板２の長さが短縮されるので有
利である。しかし他方では幅寸法a1,a2...は、回折効果
を回避するために任意に小さくはできない。寸法ａは、
表面波装置の音響波19の波長より短いくてはならない。
次に寸法のための計算の基礎を説明する： 全反射の所要角度ひいてはエッジすなわち境界210と
波動伝搬主方向17との間の最大角度βｇは、それぞれの
領域内の音響波の伝搬速度から得られる： cos（βｇ）＝vs/vf 基板表面が空の場合の速度vfと金属（21）により被覆
されている場合の速度（vs）とは結合係数と近似的に次
の関係にある： vs＝vf＊（１−k2/2） これにより最大角度のための式は次のように簡単化さ
れる： cos（βｇ）＝１−k2/2 表面構造の角度βの実際の寸法は次の条件を満足しな
ければならない： βはβｇより小さく、したがって安全係数を0.8とす
ると0.8βｇより小さい。
波は構造から出る際に再度エッジで屈折するので、結
果の偏向角度は僅かに小さくなる。
広く使用されている材料に対しては近似的につぎの角
度が得られる： 対応する角度βで波がエッジ210に入射すると、波はい
ずれにしてもトラックから反射される。
この本発明の表面構造の重要な利点は、この表面構造
がさらに別の製造工程を必要としないことにある。この
表面構造は、フィルタレイアウトと同一の工程で製造さ
れる。
幅a1およびa2（a2およびacなど）の隣接する領域で表
面構造内に入射して分離された波成分191および192がエ
ッジ210での反射後に干渉により互いに消去するように
βを選択すると特に有利であるある。これは第５図に示
されている。第５図では角度βが、長さｄすなわち隣接
領域21における、全反射された波成分191および192の差
距離がそれらの反射後にそれぞれの被覆部材211,212の
下の波の（平均）波長の1/2に等しいように選択され
る。この条件下で、第５図に示されている２つの全反射
された波は互いに消去する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−97394（ＪＰ，Ａ) 実開 昭52−171245（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭54−2333（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H03H 9/25

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】圧電基板（２）上に障害反射波成分を防止
    する表面構造（21,121,221）を備えた表面波装置におい
    て、 前記表面構造は波動伝搬主方向（19）から見てインター
    ディジタル変換器（11、12）と基板エッジ（５、６）と
    の間に配置されており、 前記表面構造は複数の鋭角三角形構造（211,212,213）
    を有しており、該三角形構造は基板表面の金属被覆部材
    から構成されており、該三角形構造の頂点は基板エッジ
    の方向を指しており、 各三角形構造の少なくとも１つのエッジは表面波の波動
    伝搬主方向に対して角度βで傾斜しており、該βに対し
    て β≦0.8＊βＧ が成り立ち、ここてβＧは表面波が表面構造（21）の領
    域から隣接領域へ入射する場合の全反射の限界角度であ
    り、βは各三角形構造ごとに等しいかまたは異なってい
    る、 ことを特徴とする障害反射波成分を防止する表面構造を
    備えた表面波装置。
  2. 【請求項２】前記表面構造（21,121,221）は境界部（21
    0）の角度βに対応する複数の鋭角領域（211,212,...）
    から成る、請求項１記載の表面波装置。
  3. 【請求項３】前記表面構造（21,121,221）は該表面構造
    （21,121,221）への表面波の入射端部において波動伝搬
    主方向（17）に対して横方向で同一の幅を有する領域
    （211,212...）を有する、請求項２記載の表面波装置。
  4. 【請求項４】表面構造（21）が表面構造内の表面波の入
    射端部に配置されている表面構造の端部で表面構造（2
    1）が斜めの輪郭を有する、請求項２または３記載の表
    面波装置。
  5. 【請求項５】表面構造の個々の領域（211,212...）は波
    動伝搬主方向（17）の方向で測定してそれぞれの長さが
    異なる場合に互いに異なる大きさのβを有する、請求項
    ２から４までのいずれか１項記載の表面波装置。
  6. 【請求項６】表面構造（21,121,221）の被覆部材（211,
    212...）の幅（a1,a2...）は表面構造（21,121,221）の
    表面波装置の中央に向いている端部において互いに異な
    る、請求項２から５までのいずれか１項記載の表面波装
    置。
  7. 【請求項７】領域（211,212...）は波動伝搬主方向（1
    7）にほぼ平行な少なくとも１つの別の境界（210）を有
    する、請求項１から６までのいずれか１項記載の表面波
    装置。
  8. 【請求項８】表面構造（221）の少なくとも１つの領域
    は波動伝搬主方向（17）に対してそれぞれ角度βで走行
    する２つの境界（210）により制限されている、請求項
    １から７までのいずれか１項記載の表面波装置。
  9. 【請求項９】２つのトラックを有しており、波動伝搬主
    方向（17）に対して角度βで走行する境界（210）の位
    置決めがそれぞれの表面構造（21,121）に入射した表面
    波（19）成分が波動伝搬主方向（17,177）を基準として
    表面波装置全体に対して互いに反対の方向で全反射され
    るように行われる、請求項１から８までのいずれか１項
    記載の表面波装置。
  10. 【請求項１０】全反射するエッジ（210）の方向は隣接
    領域（21）内で全反射された波成分が全反射後に互いに
    干渉により消去されるように選択されている、請求項１
    から９までのいずれか１項に記載の表面波装置。
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