JP4601416B2

JP4601416B2 - 弾性表面波装置

Info

Publication number: JP4601416B2
Application number: JP2004375025A
Authority: JP
Inventors: 宏明前原
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-12-24
Filing date: 2004-12-24
Publication date: 2010-12-22
Anticipated expiration: 2024-12-24
Also published as: JP2006186435A

Description

本発明は、例えば携帯電話等の移動体通信機器や車載用機器、医療用機器等に用いられる弾性表面波装置に関するものである。

従来の弾性表面波装置として、圧電基板上に、弾性表面波の伝搬方向に沿って配設した複数の電極指の一端をバスバー電極で接続してなる一対の櫛歯状電極を、前記電極指が互いに噛み合うように対向させてなるＩＤＴを形成するとともに、該ＩＤＴの弾性表面波の伝搬方向の両側に反射器を形成してなる、弾性表面波共振器や縦結合型の多重モードフィルタが知られている。このタイプの弾性表面波装置においては、Ｑの高い弾性表面波共振器や低損失の弾性表面波フィルタが構成できる反面、その電気特性において、弾性表面波の伝搬方向と垂直な方向に発生する高次共振モード（高次横モード）に起因するスプリアス（以下、高次横モードスプリアスと称す。）が発生するという問題を有していた。

この問題を解決するために本発明者は、電極指と対向するダミー電極指を設け、ダミー電極指の幅や長さを弾性表面波の伝搬方向で変化させた弾性表面波装置を考案し、高次横モードスプリアスのレベルを低減することに成功した（特許文献１、特許文献２参照。）。
特開２００３−２１８６６５号公報特開２００１−１２７５８０号公報

しかしながら、上述した従来の弾性表面波装置においては、ダミー電極指の幅や長さを変化させることによって、ダミー電極指の先端部と電極指の先端部との対向部における、対向幅や対向間隔が変化する。そして、これによって一対の櫛歯状電極間の静電容量が変化してしまい、設計通りの電気特性を得るのが難しいという問題があった。

本発明は上記欠点に鑑みて案出されたものであり、一対の櫛歯状電極間の静電容量を殆ど変化させることなく、高次横モードスプリアスのレベルを低減した、電気特性に優れた弾性表面波装置を提供することにある。

本発明の弾性表面波装置にかかる一態様は、圧電基板上に、弾性表面波の伝搬方向に沿って配設した複数の電極指の一端と、隣接する前記電極指の間に配設したダミー電極指の一端と、をバスバー電極で接続してなる一対の櫛歯状電極を、前記電極指が互いに噛み合うように対向させてなるＩＤＴを形成するとともに、該ＩＤＴの弾性表面波の伝搬方向の両側に反射器を形成してなる弾性表面波装置において、前記ダミー電極指は、その一部が前記バスバー電極により接続された一端から先端部に向かうに従い幅が小さくなるテーパ形状であって、先端部の幅を全てのダミー電極指で前記電極指の幅と略同一とし、先端部以外の一部分における電極幅を先端部の幅と異ならせるとともに、複数のダミー電極指のうち一部のダミー電極指の形状を、他のダミー電極指の形状と異ならせたことを特徴とするものである。

本発明の弾性表面波装置にかかる一態様によれば、ダミー電極指は、その一部がバスバー電極により接続された一端から先端部に向かうに従い幅が小さくなるテーパ形状であって、先端部の幅を全てのダミー電極指で前記電極指の幅と略同一とし、先端部以外の一部分における電極幅を先端部の幅と異ならせるとともに、複数のダミー電極指のうち一部のダミー電極指の形状を、他のダミー電極指の形状と異ならせた。よって、一部のダミー電極指の存在領域における高次横モードの振動分布と、他のダミー電極指の存在領域における高次横モードの振動分布とを異ならせることができ、それによって、一部のダミー電極指の存在領域における高次横モードスプリアスの周波数と、他のダミー電極指の存在領域における高次横モードスプリアスの周波数とを異ならせることができる。こうして、ＩＤＴの各領域における高次横モードスプリアスの周波数を分散させることが可能となり、高次横モードスプリアスのレベルを低減するという効果を奏することができる。しかも、ノーマルな形状のＩＤＴに対して、一対の櫛歯状電極間の静電容量を殆ど変化させないことが可能となるため、設計通りの電気特性を容易に得ることができる。

以下、本発明の弾性表面波装置を図面に基づいて詳説する。

図１は本発明の一実施形態に係る弾性表面波装置１を模式的に示す図であり、（Ａ）は外観斜視図、（Ｂ）は上から見た平面図である。また、図２は高次横モードスプリアス、交差領域及び非交差領域を説明する為の図である。

同図に示す弾性表面波装置１は、圧電基板１０の上面に、ＩＤＴ２０、ＩＤＴ２０の弾性表面波の伝搬方向の両側に配置される一対の反射器３０、ＩＤＴ２０と接続されて外部との電気的接続に供されるパッド電極４０等から成る各種電極を形成した構造を有している。

圧電基板１０は、例えば、水晶、タンタル酸リチウム単結晶、ニオブ酸リチウム単結晶、四ホウ酸リチウム単結晶等の圧電性の単結晶、或いはチタン酸鉛、ジルコン酸鉛等の圧電セラミックスから成り、その上面で上記各種電極を支持する支持母材として機能するとともに、ＩＤＴ２０を介して圧電基板１０に電気信号が印加されると、その一主面で所定の弾性表面波を発生させる作用を為す。

ＩＤＴ２０は、弾性表面波の伝搬方向に沿って配設した複数の電極指２１ａの一端及び隣接する電極指２１ａの間に配設したダミー電極指２２ａの一端をバスバー電極２３ａで接続してなる櫛歯状電極２４ａと、同じく、弾性表面波の伝搬方向に沿って配設した複数の電極指２１ｂの一端及び隣接する電極指２１ｂの間に配設したダミー電極指２２ｂの一端をバスバー電極２３ｂで接続してなる櫛歯状電極２４ｂとを、それぞれの電極指２１が弾性表面波の伝搬方向に交互に配置されるようにかみ合わせた状態で対向配置させて構成されている。そして、外部から所定の電気信号が印加されると、圧電基板１０の上面に電極指２１の配列ピッチに対応した所定の弾性表面波を発生させる作用を為す。

一方、反射器３０は、弾性表面波の伝搬方向に沿ってＩＤＴ２０の電極指２１とほぼ同じピッチで等間隔に配設した複数の反射電極の両端を、共通電極で接続して構成されている。そして、ＩＤＴ２０の形成領域で発生する弾性表面波を反射して、一対の反射器３０の間に閉じ込める作用を為す。

そして、パッド電極４０は、外部との電気的接続をなす金属細線やバンプが接合される部分であり、ＩＤＴ２０と電気的に接続されている。

尚、上記各種電極は、例えば、アルミニウムやアルミニウムを主成分とする合金等の金属材料から成り、蒸着やスパッタリングによって圧電基板１０上に形成した電極膜上にレジストをスピンコートし、ステッパー装置などを用いて露光・現像した後に、ＲＩＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）装置などを用いてエッチングすることによって形成される。パッド電極４０については、金属細線やバンプとの接合性を向上させるために、上面をＮｉ、Ｃｒ、Ａｕ等で被覆するとよく、厚みも他の電極よりも厚い方がよい。

こうして、ＩＤＴ２０と、その弾性表面波の伝搬方向の両側に配置される一対の反射器３０とで、弾性表面波共振器が構成されている。

本実施形態の弾性表面波装置１の特徴的なところは、電極指２１の、隣接する電極指２１と噛み合う交差領域（図２の領域Ｃ）における電極幅と、非交差領域（図２の領域Ｄ）の一部または全部の電極幅とが異なるとともに、一部の電極指２１の非交差領域における形状を、他の電極指２１の非交差領域における形状と異ならせたことである。

高次横モードスプリアスは弾性表面波の伝搬路とバスバー電極２３付近で振動エネルギーが閉じ込められることにより生じる。図２にその振動の振幅分布を模式的に示すが、１次モード（基本モード）が主応答となるのに対して、３次以上のモードは基本モードと周波数が異なるためにスプリアスとなる。この高次横モードスプリアスの周波数は振動の振幅分布によって変化し、その振幅分布は、電極指２１の形状、ダミー電極指２２の形状、バスバー電極２３の形状等によって変化する。よって、これらの形状をＩＤＴ２０の弾性表面波の伝搬方向において変化させると、それぞれの部位における高次横モードスプリアスの周波数も変化するため、ＩＤＴ２０の各領域における高次横モードスプリアスの周波数を分散させることが可能となる。

本実施形態の弾性表面波装置１においては、電極指２１の非交差領域Ｄの一部における電極幅が、ＩＤＴ２０の弾性表面波の伝搬方向における一方端部から他方端部に向かうにつれて、徐々に減少するような形状とされている。そして、これに対応して、それぞれの部位で生じる高次横モードスプリアスの周波数も、ＩＤＴ２０の弾性表面波の伝搬方向における一方端部から他方端部に向かうにつれて、徐々に低周波側にシフトする。こうして、ＩＤＴ２０の各領域における高次横モードスプリアスの周波数を分散させることが可能となり、ＩＤＴ２０全体として高次横モードスプリアスのレベルを低減することができる。

次に、本実施形態の変形例に係る弾性表面波装置について図３〜図５を用いて説明するが、上述した弾性表面波装置１と異なる点についてのみ説明し、同様の構成要素については同一の参照符を用いて重複する説明を省略するものとする。

図３に示す弾性表面波装置２では、電極指２１の電極幅が広がっている部分の長さが、ＩＤＴ２０の弾性表面波の伝搬方向における一方端部から他方端部に向かうにつれて、徐々に減少するような形状としている。このような形状とすることによっても、それぞれの部位で生じる高次横モードスプリアスの周波数を、ＩＤＴ２０の弾性表面波の伝搬方向における一方端部から他方端部に向かうにつれて、徐々に低周波側にシフトさせることができる。そして、それによってＩＤＴ２０の内部において高次横モードスプリアスの周波数を分散させ、ＩＤＴ２０全体として高次横モードスプリアスのレベルを低減することが可能となる。

このとき、図３に示す弾性表面波装置２においては、電極指２１と隣接するダミー電極指２２との間にスリット５０を形成したが、図４に示す弾性表面波装置３のように、スリットを形成しなくても構わない。

また、上述した弾性表面波装置１においては、電極指２１のバスバー電極２３との接続部付近の電極幅を変化させたが、図５に示す弾性表面波装置４のように、電極指２１の非交差領域Ｄにおける途中部分の電極幅を変化させても構わない。

次に、本発明の他の実施形態に係る弾性表面波装置について図６を用いて説明するが、先に述べた実施形態と異なる点についてのみ説明し、同様の構成要素については同一の参照符を用いて重複する説明を省略するものとする。

図６は本実施形態の弾性表面波装置５を模式的に示す外観斜視図である。本実施形態の弾性表面波装置５の特徴的な部分は、ダミー電極指２２の、先端部の幅を全てのダミー電極指２２で同一とし、先端部以外の一部分における電極幅を先端部の幅と異ならせるとともに、複数のダミー電極指２２のうち一部のダミー電極指２２の形状を、他のダミー電極指２２の形状と異ならせたことである。より具体的には、ダミー電極指２２の先端部以外の一部分における電極幅が、ＩＤＴ２０の弾性表面波の伝搬方向における一方端部から他方端部に向かうにつれて、徐々に減少するような形状とされている。

このような形状とすることによって、それぞれの部位で生じる高次横モードスプリアスの周波数が、ＩＤＴ２０の弾性表面波の伝搬方向における一方端部から他方端部に向かうにつれて徐々に低周波側にシフトし、ＩＤＴ２０の各領域における高次横モードスプリアスの周波数を分散させることが可能となる。こうして、前述した実施形態の弾性表面波装置と同様に、ＩＤＴ２０全体として高次横モードスプリアスのレベルを低減することができる。

尚、本実施形態の弾性表面波装置５においても、前述した実施形態の弾性表面波装置１と同様の変形が可能であることは言うまでもない。

上述した２つの実施形態にかかる弾性表面波装置においては、交差領域Ｃの隣接する電極指２１ａと２１ｂとの対向部における対向長さや対向間隔が変化せず、更に、電極指２１の先端部とダミー電極指２２の先端部との対向部における対向幅や対向間隔も変化しない。よって、櫛歯状電極２４ａと２４ｂとの間の静電容量が殆ど変化しないので、設計通りの電気特性を容易に得ることが可能となる。

また、上述した２つの実施形態にかかる弾性表面波装置においては、電極指２１の交差領域Ｃの長さ（以下、交差長と称す。）は何ら変化させないので、交差長を短く設定して高次横モードスプリアスを抑圧する方法や、弾性表面波の伝搬方向において交差長に重み付けを施して高次横モードスプリアスを抑圧する方法のように、弾性表面波装置の電気特性（特に挿入損失）を悪化させることもない。

尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良が可能である。

例えば、上述した実施形態の弾性表面波装置においては、電極指２１またはダミー電極指２２の、電極幅または電極幅の広い部分の長さのどれかを変化させたが、複数のパラメータが同時に変化するようにしても構わない。

また、上述した実施形態の弾性表面波装置においては、ＩＤＴ２０の弾性表面波伝搬方向における一方端部から他方端部に向かうにつれて、特定の形状が一方向に変化するような形状としたが、弾性表面波伝搬方向における中央部付近に極値を持つように変化させても構わないし、更に細かく周期的に変化するようにしても構わない。更には、ランダムに変化するようにしても構わない。

更に、電極幅が全ての領域において等しい電極指２１やダミー電極指２２が存在しても構わないし、複数の電極指２１同士またはダミー電極指２２同士の形状が等しくても構わない。

また更に、上述した実施形態の弾性表面波装置においては、ダミー電極指２２を有する場合を示したが、弾性表面波装置１〜４においては、ダミー電極指２２が無くても高次横モードスプリアスを有効に抑制することが出来る。

更にまた、上述した実施形態においてはＩＤＴ２０を一つだけ有する弾性表面波共振器を構成した例を示したが、複数のＩＤＴ２０を有する弾性表面波共振器や、複数のＩＤＴ２０を有する縦結合型の多重モードフィルタなど、他の弾性表面波装置にも本発明を適用可能であることは言うまでもない。例えば、縦結合型の多重モードフィルタに本発明を適用すると、通過帯域より高周波側に発生する高次横モードスプリアスを有効に抑制でき、通過帯域外減衰量の優れた弾性表面波フィルタとすることができる。

本発明の一実施形態に係る弾性表面波装置を模式的に示す図であり、（Ａ）は外観斜視図、（Ｂ）は平面図である。高次横モードスプリアス、交差領域及び非交差領域を説明する為の図である。本発明の一実施形態の変形例に係る弾性表面波装置を模式的に示す平面図である。本発明の一実施形態の他の変形例に係る弾性表面波装置を模式的に示す平面図である。本発明の一実施形態の更に他の変形例に係る弾性表面波装置を模式的に示す平面図である。本発明の他の実施形態に係る弾性表面波装置を模式的に示す平面図である。

符号の説明

１、２、３、４、５・・・弾性表面波装置
１０・・・圧電基板
２０・・・ＩＤＴ
２１・・・電極指
２２・・・ダミー電極指
２３・・・バスバー電極
２４・・・櫛歯状電極
３０・・・反射器
４０・・・パッド電極

Claims

圧電基板上に、弾性表面波の伝搬方向に沿って配設した複数の電極指の一端と、隣接する前記電極指の間に配設したダミー電極指の一端と、をバスバー電極で接続してなる一対の櫛歯状電極を、前記電極指が互いに噛み合うように対向させてなるＩＤＴを形成するとともに、該ＩＤＴの弾性表面波の伝搬方向の両側に反射器を形成してなる弾性表面波装置において、
前記ダミー電極指は、その一部が前記バスバー電極により接続された一端から先端部に向かうに従い幅が小さくなるテーパ形状であって、先端部の幅を全てのダミー電極指で前記電極指の幅と略同一とし、先端部以外の一部分における電極幅を先端部の幅と異ならせるとともに、
複数のダミー電極指のうち一部のダミー電極指の形状を、他のダミー電極指の形状と異ならせたことを特徴とする弾性表面波装置。