JP4246604B2

JP4246604B2 - 弾性表面波デバイス

Info

Publication number: JP4246604B2
Application number: JP2003388575A
Authority: JP
Inventors: 悟士折戸; 毅大浦; 徹竹崎; 聡市川; 寛忠和知; 敏文田中; 剛一和田
Original assignee: Fujitsu Media Devices Ltd
Current assignee: Fujitsu Media Devices Ltd
Priority date: 2003-11-18
Filing date: 2003-11-18
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2023-11-18
Also published as: KR100663825B1; SG112098A1; JP2005151365A; KR20050048506A; CN1619956A; US7372347B2; US20050168302A1; CN100490320C

Description

本発明は、圧電体を用いた弾性表面波デバイスに関し、より詳細には、圧電基板上に複数のインタディジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）を有する弾性表面波デバイスに関する。

近年、圧電基板上に複数のインタディジタルトランスデューサを有する弾性表面波デバイスで構成されるフィルタは、３０ＭＨｚ〜４００ＭＨｚ程度の周波数帯域を持つテレビのバンドパスフィルタや、８００ＭＨｚや数ＧＨｚの周波数帯域を持つ携帯電話のＲＦフィルタなどに用いられている。ＩＤＴは１対のくし型電極（すだれ状電極ともいう）を有する。各くし型電極はバスバーと、一端がバスバーに接続され、他端が開放された複数の電極指とを有する。１対のくし型電極はそれぞれの電極指が所定の間隔で交互に隣り合うように、換言すれば交差するように配置される。１対のくし型電極に交流電圧を印加すると、弾性表面波が発生する。弾性表面波は周波数特性を有する。この周波数特性を利用することで、所望の周波数特性を持つフィルタを実現することができる。

図１は、弾性表面波を用いたフィルタの一例を示す図である。同様なフィルタが特許文献１に記載されている。圧電基板１上に、第１のＩＤＴ１０、グランド電極２０及び第２のＩＤＴ３０が形成され、弾性表面波の伝搬方向に隣接するように配置されている。グランド電極２０は、第１のＩＤＴ１０と第２のＩＤＴ３０との間に介在しており、シールド電極として機能する。第１のＩＤＴ１０は入力電極（又は出力電極）として機能し、第２のＩＤＴ３０は出力電極（又は入力電極）として機能する。グランド電極２０は、ＩＤＴ１０とＩＤＴ３０とが電磁的に結合するのを防止する。また、グランド電極２０を斜めに配置させて、ＩＤＴ１０（又はＩＤＴ３０）からの弾性表面波が反射してＩＤＴ１０（又はＩＤＴ３０）に戻るのを防止するようにすることも行われている。

ＩＤＴ１０は１対のくし型電極１０ａと１０ｂとを有する。くし型電極１０ａは、バスバー１２ａと電極指１４ａとを有する。同様に、くし型電極１０ｂはバスバー１２ｂと電極指１４ｂとを有する。電極指１４ａと１４ｂの開放端は向かい合っている。隣り合う電極指１４ａと１４ｂが交差する部分、換言すれば向かい合っている電極指部分（これを電極指交差部という）が弾性表面波の励起に関与する。図１の構成は、電極指パターンに重み付けがされている。電極指パターンとは、電極指１４ａと１４ｂが形成するパターンである。図１に示す電極指パターンの重み付けを、特にアポダイズによる重み付けという。アポダイズによる重み付けにより、電極指交差部の幅（以下、電極指交差幅、アパーチャ又は開口長という）が弾性表面波の伝搬方向に変化している。ＩＤＴ１０の両端付近は、電極指交差幅が短い。この部分を一般に、微小交差部という。ＩＤＴ１０の中央付近は比較的電極指交差幅が長い。電極指交差幅と励振強度とは比例する。したがって、ＩＤＴ１０の中央部で弾性表面波が強く発生し、端部近傍で発生する弾性表面波は弱い。アポダイズによる重み付けを変えることで、周波数特性を変化させることができる。

ＩＤＴ３０も一対のくし型電極で構成されているが、ＩＤＴ１０のような重み付けはされていない。つまり、電極指交差幅はすべて等しい。このようなＩＤＴを正規型ＩＤＴともいう。

ＩＤＴ１０のバスバー１２ａ、１２ｂはそれぞれ電極パッド１５、１６に接続されている。また、ＩＤＴ３０のバスバーはそれぞれ電極パッド１７、１８に接続されている。

以上のように構成されたフィルタは、バンドパスフィルタとして機能する。

上記構成の弾性表面波デバイスにおいて、圧電基板１のパワーフロー角を考慮する必要がある。パワーフロー角とは、弾性表面波の伝搬方向を示す角度である
。今、図１に示すように、ＩＤＴ１０とＩＤＴ３０の長手方向中心軸に平行な方向をＸ、これに直行する方向をＹと定義すると、パワーフロー角は、弾性表面波の伝搬方向とＸ軸との成す角度である。このパワーフロー角は、圧電材料に固有のものであって、一般に０度から数度の範囲にある。例えば、１１２°ＬｉＴａＯ₃のパワーフロー角は数度である。図１は、圧電基板１のパワーフロー角がゼロではない場合を示している。ＩＤＴ１０からの弾性表面波はパワーフロー角で伝搬するので、ＩＤＴ３０は全ての弾性表面波を取り込むことができない。ＩＤＴ３０で取り込めない弾性表面波は漏れ成分となり、帯域外特性を劣化させる。

この問題点は従来から知られており、解決するための提案がいくつかなされている。特許文献２、特許文献３及び特許文献４に記載されているように、パワーフロー角がゼロではない圧電基板を用いる場合、このパワーフロー角を考慮し、弾性表面波の伝搬方向が平行となるように斜めに電極を配置することが提案されている。この配置を図２に示す。また、特許文献５に記載されているように、出力電極の開口長を入力電極と比較し対称に大きくすることで、パワーフロー角による漏れ成分の補正を行うことが提案されている。この構成を図３に示す。出力電極３０は、ＩＤＴ１０、３０の中心軸に垂直な方向であって中心軸の両側に、ＩＤＴ１０の端を基準としてＡだけ伸張している。同様に、グランド電極２０も、ＩＤＴ１０、３０の中心軸に垂直な方向に、ＩＤＴ１０の端からＡだけ伸張している。特許文献５によれば、出力電極のＹ方向開口長は、入力電極の開口長の１．０５〜１．５０倍である。

特開平１０−４１７７８号公報国際公開ＷＯ９６／１０２９３号パンフレット特開平１０−２０９８０２号公報特開平１１−２０５０７９号公報特開昭５３−１１４６４４号公報

しかしながら、特許文献２〜４に記載されているようにＩＤＴを斜めに配置する構成や、特許文献５に記載されているように出力電極の開口長を対称に大きくする構成では圧電基板が大きくなり、弾性表面波デバイスを小型化することができないという問題点がある。特に、特許文献５に記載された開口長を対称に大きくする構成では、必要以上に開口長が広がるため、電極指抵抗が増大し、損失の増大に繋がる。

本発明は、上記課題を解決し、小型かつ低損失で帯域外特性に優れた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、請求項１に記載のように、圧電基板と、この上に設けられた第１及び第２のインタディジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）とを有する弾性表面波デバイスであって、前記弾性表面波デバイスの中心軸に垂直な方向であって前記圧電基板のパワーフロー角に起因した漏れ成分が伝搬する側とは反対側における、前記第２のＩＤＴの一端及び前記第１のＩＤＴの一端はほぼ一直線状に配置され、前記第１のＩＤＴにおける前記漏れ成分が伝搬する側の端に連続するダミー電極を有し、前記ダミー電極を含む前記第１のＩＤＴの幅と、前記第２のＩＤＴの幅とは等しいことを特徴とする弾性表面波デバイスである。前記第２のＩＤＴの一端と前記第１のＩＤＴの対応する端とはほぼ一直線状に配置されているので、圧電基板のサイズを小型化することができるとともに、第２のＩＤＴは適切な開口長となるので、低損失である。また、前記第２のＩＤＴの他端は前記圧電基板のパワーフロー角に起因した漏れ成分を前記第２のＩＤＴが補正できるように配置されているので、優れた帯域外特性が得られる。さらに、ダミー電極を設けることで、帯域外抑圧度を一層改善することができる。

上記弾性表面波デバイスにおいて、前記ダミー電極は、ベタパターンを含む構成とすることができる。

上記弾性表面波デバイスにおいて、前記第２のＩＤＴは、前記パワーフロー角による漏れ成分の補正分だけ、前記第１のＩＤＴのうち前記ダミー電極を含まない部分よりも伸張している構成とすることができる。この構成の弾性表面波デバイスは、小型かつ低損失で優れた帯域外特性を有する。

上記弾性表面波デバイスにおいて、前記第１のＩＤＴは重み付けされた電極指パターンを有し、前記第２のＩＤＴの電極指のうち、前記第１のＩＤＴから最も離れた電極指の一端は、前記重み付けされた電極パターンのチルト線の延長線上に位置している構成とすることができる。この構成の弾性表面波デバイスは、小型かつ低損失で優れた帯域外特性を有する。

上記弾性表面波デバイスにおいて、前記第２のＩＤＴの電極指のうち、前記第１のＩＤＴから最も離れた電極指の一端は、前記第１のＩＤＴの電極指のうち、前記第２のＩＤＴに最も近い電極指から、前記パワーフロー角分だけ漏れ成分が伝搬する側にオフセットした位置にある構成とすることができる。この構成の弾性表面波デバイスは、小型かつ低損失で優れた帯域外特性を有する。

上記弾性表面波デバイスにおいて、前記第１のＩＤＴは重み付けされた電極指パターンを有し、前記第２のＩＤＴの電極指のうち、前記第１のＩＤＴから最も離れた電極指の一端は、前記第１のＩＤＴの最大アパーチャを形成する電極指の一端を通り、前記パワーフロー角の伝搬方向に平行な直線の延長線上に位置している構成とすることができる。この構成の弾性表面波デバイスは、小型かつ低損失で優れた帯域外特性を有する。

上記弾性表面波デバイスにおいて、前記第１のＩＤＴは重み付けされた電極指パターンを有し、前記第２のＩＤＴの電極指のうち、前記第１のＩＤＴから最も離れた電極指の一端は、前記第１のＩＤＴの最大アパーチャを形成する電極指の一端と前記第２のＩＤＴに最も近い電極指の一端とを結ぶ直線の延長線上に位置している構成とすることができる。この構成の弾性表面波デバイスは、小型かつ低損失で優れた帯域外特性を有する。

以下、本発明の実施例を添付図面を参照して詳細に説明する。

図４は、本発明の実施例１に係る弾性表面波デバイスを示す図である。図中、前述した構成要素と同一のものには同一の参照番号を付してある。図示する弾性表面波デバイスは、圧電基板１Ａ、アポダイズ重み付けされたＩＤＴ１０、グランド電極２０、及びＩＤＴ３０Ａを有する。ＩＤＴ３０Ａの一端（図４の上端）とＩＤＴ１０の対応する端とはほぼ一直線状に配置されている。図４の配置では、ＩＤＴ３０Ａの端に対し、ＩＤＴ１０の端は内側に若干セットバックしている。パワーフロー角で伝搬する漏れ成分は、ＩＤＴ３０Ａの上端方向には伝搬しないので、図３のＩＤＴ３０Ａのように上端を伸張させる必要はない。これに対し、ＩＤＴ３０Ａの他端は圧電基板１のパワーフロー角に起因した漏れ成分をＩＤＴ３０Ａが補正できるように配置されている。つまり、ＩＤＴ３０Ａは、漏れ成分を受信できるように、ＩＤＴ１０よりも、弾性表面波デバイスの中心軸に垂直な方向であって漏れ成分が伝搬する側（＋Ｙ方向）に伸張している。この配置により、ＩＤＴ３０ＡはＩＤＴ１０からパワーフロー角を持って伝搬してくる弾性表面波を全て取り込むことができ、優れた帯域外特性が得られる。図３に示すＩＤＴ３０に比べ、図４に示すＩＤＴ３０Ａは小型である。よって、図４に示す圧電基板１Ａを図３に示す圧電基板１よりも小型化することができるので、弾性表面波デバイスを小型化することができる。

図５は、本発明の実施例２に係る弾性表面波デバイスを示す図である。出力電極３０Ａの一端とＩＤＴ１０の対応する端とは一直線状に配置されている。換言すれば、出力電極３０Ａの一端とＩＤＴ１０の対応する端とのＹ軸上の位置は同じである。出力電極３０Ａの他端は、パワーフロー角による漏れ成分の補正分Ａ１だけ、ＩＤＴ３０よりもＹ＋方向に伸張している。この配置により、ＩＤＴ３０ＡはＩＤＴ１０からパワーフロー角を持って伝搬してくる弾性表面波を全て取り込むことができ、優れた帯域外特性が得られる。図３に示すＩＤＴ３０に比べ、図５に示すＩＤＴ３０Ａは小型である。よって、図５に示す圧電基板１Ａを図３に示す圧電基板１よりも小型化することができるので、弾性表面波デバイスを小型化することができる。

ここで、説明の都合上、図６に示すように、アポダイズ重み付けされたＩＤＴ１０を略図で示す。この略図は、ＩＤＴ１０の開口長の大きさ及びその位置を示すパターンである。このパターンの両端の開口長（電極指交差幅）は微小又はゼロで、この両端を結ぶ直線をチルト線と定義する。よって、チルト線はアポダイズ重み付けの傾きを示している。一般に、アポダイズ重み付けは、ＩＤＴ１０の両端で、微小又はゼロである。

図７は、本発明の実施例３に係る弾性表面波デバイスを示す図である。ＩＤＴ３０Ａの電極指のうち、ＩＤＴ１０から最も離れた電極指の一端４４は、ＩＤＴ１０のチルト線４１の延長線上に位置している。この配置により、ＩＤＴ３０ＡはＩＤＴ１０からパワーフロー角を持って伝搬してくる弾性表面波を全て取り込むことができ、優れた帯域外特性が得られる。図３に示すＩＤＴ３０に比べ、図７に示すＩＤＴ３０Ａは小型である。よって、図７に示す圧電基板１Ａを図３に示す圧電基板１よりも小型化することができるので、弾性表面波デバイスを小型化することができる。

図８は、本発明の実施例４に係る弾性表面波デバイスを示す図である。ＩＤＴ３０Ａの電極指のうち、ＩＤＴ１０から最も離れた電極指の一端は、ＩＤＴ１０の電極指のうち、ＩＤＴ３０に最も近い電極指から、つまり、アポダイズ重み付けが微小又はゼロの位置４２からパワーフロー角分だけＹ＋方向にオフセットした位置にある。この配置により、ＩＤＴ３０Ａは位置４２を基準としてＹ＋方向に位置する伸張部分４５を有することになる。この伸張部分４５がＩＤＴ１０からの漏れ成分を取り込むことで、優れた帯域外特性が得られる。図３に示すＩＤＴ３０に比べ、図８に示すＩＤＴ３０Ａは小型である。よって、図８に示す圧電基板１Ａを図３に示す圧電基板１よりも小型化することができるので、弾性表面波デバイスを小型化することができる。なお、図８の配置では、弾性表面波の伝搬方向と、端４２とＩＤＴ１０から最も離れた電極指の一端とを結ぶ直線４１Ａとはほぼ平行になる。

図９は、本発明の実施例５に係る弾性表面波デバイスを示す図である。ＩＤＴ３０Ａの電極指のうち、ＩＤＴ１０から最も離れた電極指の一端４４（微小又はゼロの開口長の位置に相当する）は、ＩＤＴ１０の最大アパーチャを形成する電極指の一端４６を通り、パワーフロー角の伝搬方向４７に平行な直線４８の延長線上に位置している。これにより、ＩＤＴ３０ＡはＹ＋方向に伸張部分を有することになる。この伸張部分がＩＤＴ１０からの漏れ成分を取り込むことで、優れた帯域外特性が得られる。図３に示すＩＤＴ３０に比べ、図９に示すＩＤＴ３０Ａは小型である。よって、図９に示す圧電基板１Ａを図３に示す圧電基板１よりも小型化することができるので、弾性表面波デバイスを小型化することができる。なお、図９の配置では、弾性表面波の伝搬方向と、直線４８とはほぼ平行になる。

図１０は、本発明の実施例６に係る弾性表面波デバイスを示す図である。ＩＤＴ３０Ａの電極指のうち、ＩＤＴ１０から最も離れた電極指の一端４４（微小又はゼロの開口長の位置に相当する）は、ＩＤＴ１０の最大アパーチャを形成する電極指の一端４９とＩＤＴ３０Ａに最も近い電極指の一端５０とを結ぶ直線の延長線５１上に位置している。図１０の例では、直線５１の傾きは、パワーフロー角よりも大きい。ＩＤＴ３０ＡはＹ＋方向に伸張部分を有するので、ＩＤＴ１０からの漏れ成分を確実に取り込むことができ、優れた帯域外特性が得られる。図３に示すＩＤＴ３０に比べ、図１０に示すＩＤＴ３０Ａは小型である。よって、図１０に示す圧電基板１Ａを図３に示す圧電基板１よりも小型化することができるので、弾性表面波デバイスを小型化することができる。

図１１は、本発明の実施例７に係る弾性表面波デバイスを示す図である。図示する構成は、図５に示すＩＤＴ１０にベタパターン５５を付加した構成である。ベタパターン５５は、ＩＤＴ１０の一方のバスバー（図１１の下側のバスバーであって、図１で言えばバスバー１２ｂ）に連続するように配置され、Ｙ＋方向の幅はＡ１に等しい。ベタパターン５５の一端とＩＤＴ３０の対応する端とは一直線状に配置されている。つまり、ベタパターン５５の端のＹ軸上の位置と、ＩＤＴ３０の対応する端のＹ軸上の位置は等しい。ベタパターン５５が付加されたＩＤＴ１０全体のＹ軸方向の幅と、ＩＤＴ３０のＹ軸方向の幅とはほぼ等しい。

図１２は、本発明の実施例８に係る弾性表面波デバイスを示す図である。図１１のベタパターン５５に代えて、ダミー電極５６が設けられている。ダミー電極は隣り合う電極指が交差していないので、弾性表面波を励起しない。パッド１５と１６に同じ電圧を印加し、ＩＤＴ１０とダミー電極５６との共通のバスバーをグランド電位に設定することで、ダミー電極５６はＩＤＴ１０で発生する不要波を打ち消すように作用する。この不要波は、特に、ＩＤＴ１０の微小交差部分で発生する。ダミー電極５６の電極指パターンは図１２に示すものに限定されない。例えば、ダミー電極５６の一部の電極指が微小交差部分を持つ構成であってもよい。

図１３は、本発明の実施例９に係る弾性表面波デバイスを示す図である。図示する構成は、図１１に示すベタパターン５５と図１２に示すダミー電極５６とを組み合わせたものである。ＩＤＴ１０の伝搬方向両端部にダミー電極５７、５８が設けられ、ＩＤＴ１０の中央部分にベタパターン５９が形成されている。ＩＤＴ１０の伝搬方向両端部は微小交差部分なので、ここで発生する不要波を打ち消すためにダミー電極５７、５８が設けられている。

図５に示すＩＤＴ１０の下側部分に形成可能なパターンは実施例７〜実施例９に限定されるものではなく、他の任意のパターンを形成することができる。

図１４は、図５に示す実施例２の周波数特性（太線）と、図１に示す従来の弾性表面波デバイスの周波数特性（細線）を示す。図の横軸は周波数（ＭＨｚ）、縦軸は減衰量（ｄＢ）である。図示するように、実施例２では帯域外周波数特性が改善されていることがわかる。他の実施例でも、実施例２と同様の周波数特性が得られる。

図１５は、図１２に示す実施例８の周波数特性（太線）と、図５に示す実施例２の周波数特性（太線）を示す。図の横軸は周波数（ＭＨｚ）、縦軸は減衰量（ｄＢ）である。実施例８のダミー電極５６はＩＤＴ１０で発生する不要波を打ち消す作用を持つので、実施例８の帯域外抑圧度は実施例２よりも更に改善されている。

以上本発明の実施例を説明した。本発明は上記実施例に限定されるものではなく、他の様々な実施例、変形例を含むものである。

従来の弾性表面波デバイスの平面図である。従来の別の弾性表面波デバイスの平面図である。従来の更に別の弾性表面波デバイスの平面図である。本発明の実施例１に係る弾性表面波デバイスの平面図である。本発明の実施例２に係る弾性表面波デバイスの平面図である。簡易的な電極パターンを説明するための図である。本発明の実施例３に係る弾性表面波デバイスの平面図である。本発明の実施例４に係る弾性表面波デバイスの平面図である。本発明の実施例５に係る弾性表面波デバイスの平面図である。本発明の実施例６に係る弾性表面波デバイスの平面図である。本発明の実施例７に係る弾性表面波デバイスの平面図である。本発明の実施例８に係る弾性表面波デバイスの平面図である。本発明の実施例９に係る弾性表面波デバイスの平面図である。従来の弾性表面波デバイスと実施例２の周波数特性を示す図である。実施例２と実施例８の周波数特性を示す図である。

符号の説明

１、１Ａ圧電基板
１０、３０、３０ＡＩＤＴ
１０ａ、１０ｂくし型電極
１２ａ、１２ｂバスバー
１４ａ、１４ｂ電極指
１５、１６、１７、１８電極パッド
２０グランド電極
４１チルト線
５５、５９ベタパターン
５６、５７、５８ダミー電極

Claims

圧電基板と、この上に設けられた第１及び第２のインタディジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）とを有する弾性表面波デバイスであって、
前記弾性表面波デバイスの中心軸に垂直な方向であって前記圧電基板のパワーフロー角に起因した漏れ成分が伝搬する側とは反対側における、前記第２のＩＤＴの一端及び前記第１のＩＤＴの一端はほぼ一直線状に配置され、
前記第１のＩＤＴにおける前記漏れ成分が伝搬する側の端に連続するダミー電極を有し、前記ダミー電極を含む前記第１のＩＤＴの幅と、前記第２のＩＤＴの幅とは等しいことを特徴とする弾性表面波デバイス。
前記ダミー電極は、ベタパターンを含むことを特徴とする請求項１記載の弾性表面波デバイス。
前記第２のＩＤＴは、前記パワーフロー角による漏れ成分の補正分だけ、前記第１のＩＤＴのうち前記ダミー電極を含まない部分よりも伸張し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。
前記第１のＩＤＴは重み付けされた電極指パターンを有し、前記第２のＩＤＴの電極指のうち、前記第１のＩＤＴから最も離れた電極指の一端は、前記重み付けされた電極パターンのチルト線の延長線上に位置し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。
前記第２のＩＤＴの電極指のうち、前記第１のＩＤＴから最も離れた電極指の一端は、前記第１のＩＤＴの電極指のうち、前記第２のＩＤＴに最も近い電極指から、前記パワーフロー角分だけ漏れ成分が伝搬する側にオフセットした位置にあ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。
前記第１のＩＤＴは重み付けされた電極指パターンを有し、前記第２のＩＤＴの電極指のうち、前記第１のＩＤＴから最も離れた電極指の一端は、前記第１のＩＤＴの最大アパーチャを形成する電極指の一端を通り、前記パワーフロー角の伝搬方向に平行な直線の延長線上に位置し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。
前記第１のＩＤＴは重み付けされた電極指パターンを有し、前記第２のＩＤＴの電極指のうち、前記第１のＩＤＴから最も離れた電極指の一端は、前記第１のＩＤＴの最大アパーチャを形成する電極指の一端と前記第２のＩＤＴに最も近い電極指の一端とを結ぶ直線の延長線上に位置し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。