JPH05267979A - 弾性表面波素子 - Google Patents

弾性表面波素子

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Publication number
JPH05267979A
JPH05267979A JP6452292A JP6452292A JPH05267979A JP H05267979 A JPH05267979 A JP H05267979A JP 6452292 A JP6452292 A JP 6452292A JP 6452292 A JP6452292 A JP 6452292A JP H05267979 A JPH05267979 A JP H05267979A
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JP
Japan
Prior art keywords
surface acoustic
acoustic wave
weight
scandium
electrode
Prior art date
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Pending
Application number
JP6452292A
Other languages
English (en)
Inventor
Yutaka Taguchi
豊 田口
Kazuo Eda
和生 江田
Shunichi Seki
関  俊一
Keiji Onishi
慶治 大西
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Priority to EP92121660A priority patent/EP0548862A1/en
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  • Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は長期間、大電力での使用に際しても
弾性表面波反射器、弾性表面波変換器の損傷を防ぎQの
低下、挿入損失の増大、通過帯域の変化などの特性変化
の小さい弾性表面波素子を形成することを目的とする 【構成】 弾性表面波反射器、弾性表面波変換器の電極
に銅を0.01重量%以上5重量%以下含有させスカン
ジウムを0.01重量%以上5重量%以下含有させた電
極を使用し、エレクトロマイグレーション、ストレスマ
イグレーションの発生を防ぐ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は弾性表面波共振子、およ
び弾性表面波フィルタ、特に高周波、大電力を扱う弾性
表面波素子に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、発信器やフィルタに応用するた
め、弾性表面波素子の研究が盛んに行なわれてきた。特
に最近の移動体通信の発達、高周波化により、弾性表面
波素子の高周波化が必要となってきている。
【0003】弾性表面波素子の共振子の基本構成は既に
よく知られているように圧電性基板上に弾性表面波を励
振するために櫛形電極(インターデジタルトランスデュ
ーサ)を形成するとともにその両側にストリップ幅λ/
4(λ:弾性表面波の波長)の複数本の金属ストリップ
をλ/2ピッチで周期的に配列してなるグレーティング
反射器を形成して構成される。インターデジタルトラン
スデューサで励振された弾性表面波は圧電性基板上を伝
搬するが、両側に設けられた反射器によりインターデジ
タルトランスヂューサー側に反射される。1本当たりの
反射量は少ないが、多数のストリップにより、反射が1
/2波長間隔で生じるため、これらの反射は重畳され、
結果として反射量はほぼ1となる。こういう状況では圧
電性基板上には弾性表面波の強い定在波が立つこととな
る。この現象はちょうど水晶振動子の共振現象と同じで
ある。このようにして反射器の位置、本数を適当に調整
することにより水晶振動子と同様の共振子を実現するこ
とが出来る。
【0004】弾性表面波フィルタの基本構成は良く知ら
れているように圧電性基板上に弾性表面波を励振するた
めに弾性表面波変換器を少なくとも1組以上形成し、片
側の弾性表面波変換器を入力、反対側の弾性表面波変換
器を出力とし、電気信号ー弾性表面波ー電気信号の変換
の周波数特性を利用してフィルタとして利用するもので
ある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところでこのような弾
性表面波素子においては通常電極としてアルミニウムを
使用してきた。これは加工性が良い、密度が小さく軽い
などの点で他の金属と比較して有利であるためである。
電極金属としてアルミニウムを使用し、前述の共振子を
作成して耐久性を確認したところ、時間とともに共振周
波数の変化、Qの低下が確認された。この共振子の電極
を顕微鏡で確認したところ、反射器の電極が破損してい
た。
【0006】また、同様に弾性表面波フィルタを形成
し、耐久性を確認したところ、共振子と同様に、通過帯
域の変化、挿入損失の増加が認められた。これも共振子
と同様に電極の劣化が原因であった。
【0007】このような現象が起きる理由は、弾性表面
波変換器が電気ー機械系の変換器であることに起因して
いる。電極の劣化はエレクトロマイグレーション、スト
レスマイグレーションによって起きるものと推定され
る。通常の小信号入力の場合は電極に流れる電流や弾性
表面波の機械的変位も小さく電極劣化はおきにくい。し
かし、大信号を入力した場合や、共振子のように1部に
エネルギーが集中する構成になっていたりすると、電極
に流れる電流によりエレクトロマイグレーションがおき
やすくなる。また弾性表面波の機械的変位も大きくな
り、ストレスマイグレーションがおきてくるようにな
る。特に最近は移動体通信、特に携帯電話の小型化のた
めに高周波フィルタとして弾性表面波フィルタを使用す
る場合が多くなっている。しかしこの電話システムの高
周波回路部は800ー900MHz帯を使用しており、弾
性表面波変換器の電極幅はおよそ1um程度となる。その
ためエレクトロマイグレーション、ストレスマイグレー
ションがおきやすく、特に大信号が通過する場所のフィ
ルタは体積の大きな誘電体フィルタを使用しているのが
現状である。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記のような点に鑑み、
本発明では弾性表面波反射器、弾性表面波変換器の電極
を銅を0.01重量%以上5重量%以下含有させ、さら
にスカンジウムを0.01重量%以上5重量%以下含有
させたアルミニウムを使用し、エレクトロマイグレーシ
ョン、ストレスマイグレーションの発生を防ぐものであ
る。
【0009】
【作用】弾性表面波素子の電極を銅を0.01重量%以
上5重量%以下含有させ、さらにスカンジウムを0.0
1重量%以上5重量%以下含有させたアルミニウムで構
成することにより、長期間、大電力の使用においても弾
性表面波素子の劣化を押えるものである。
【0010】
【実施例】(実施例1)以下、本発明の実施例を図面を
参照して詳細に説明する。図1は本発明の実施例1によ
る弾性表面波共振子を示すものである。この弾性表面波
共振子はタンタル酸リチウムなどの圧電性基板11上に
電気端子12より入力される電気信号を弾性表面波に変
換する弾性表面波変換器としてインターデジタルトラン
スジューサ13を形成する。このインターデジタルトラ
ンスデューサ13の両側に弾性表面波をインターデジタ
ルトランスデューサに反射するため弾性表面波反射器1
4をグレーティング反射器の構成で形成する。このグレ
ーティング反射器はストリップ幅λ/4の多数の金属ス
トリップをλ/2の間隔で配列したもので、反射器を構
成する各金属ストリップからの反射が同相で重畳される
ようになっている。このような構成の弾性表面波共振子
において、弾性表面波変換器、弾性表面波反射器の電極
を銅とスカンジウムを含有したアルミニウムによって形
成されている。
【0011】圧電性基板として、36°YカットX伝搬の
LiTaO3を使用し、インターデジタルトランスデューサ1
3は20対の電極指で構成し、グレーティング反射器1
4は100本のストリップで構成した。電極としては銅
を0.2重量%、スカンジウムを0.2重量%混入させた
アルミニウムを使用した。同様の構成で電極の効果を確
かめるために電極に純粋なアルミニウムを用いたものも
作成、比較した。この弾性表面波共振子に10mWの電力
を印加し、1000時間放置したところ、共振周波数は
図2のような特性で変化していった。これを見ればわか
るように、電極に純粋なアルミニウムを使用した場合に
比較して銅及びスカンジウムを混入させた場合の方が耐
久性が優れていることが顕著にわかる。この理由は正確
には解明されてはいないが、アルミニウムの結晶粒界に
不純物である銅及びスカンジウムが析出し、これが核と
なって金属疲労による劣化を防いでいるものと考えられ
る。このように長期間の使用に耐えうる、つまり特性の
変化の少ない弾性表面波共振子を得ることが出来る。
【0012】銅及びスカンジウムの添加量による効果を
確認するために上記の構成で銅の添加量とスカンジウム
の添加量を0.01重量%から5重量%まで変化させた
ものを種々作成してその効果を確認したが、効果の大小
はあるもののこの範囲で耐久性の向上が確認された。ま
たスカンジウムの添加量が0.01重量%から5重量%
までのうち特にスカンジウムの添加量が0.05重量%
から0.3重量%までのものが耐久性向上の効果が顕著
であった。
【0013】同様な構成で電極に銅の含有率とスカンジ
ウムの含有率が0.01重量%以下のアルミニウムを使
用したものを作成して試験を行なったが電極に純粋なア
ルミニウムを用いたものと比較して有意性は見られなか
った。逆に電極に銅の含有率とスカンジウムの含有率が
5重量%以上のアルミニウムを使用したものを作成して
試験を行なったが電極に純粋なアルミニウムを用いたも
のと比較して電極抵抗の増大によると思われる特性悪
化、作成プロセス時の問題があり、実用に耐え得るもの
ではなかった。
【0014】(実施例2)次に図3のような構成で90
0MHzのフィルタを構成した。電極は低挿入損失化する
ために4入力21、5出力22の多電極構成とし、基板
として36°YカットX伝搬のタンタル酸リチウム23を
使用した。それぞれの入力、出力の弾性表面波変換器は
20対のインターデジタルトランスデューサーで構成し
た。ここでも電極の違いによる効果を確認するために、
0.2重量%の銅及びスカンジウムを混入させたものを
電極として使用した場合と、純粋なアルミニウムを電極
として使用した場合の2種類を作成し、この弾性表面波
フィルタに2Wの電力を印加し、挿入損失の時間変化を
測定したところ、図4のような時間変化を示した。この
図を見ると明らかなように、純粋なアルミニウムを電極
として使用した場合には挿入損失の劣化が激しく破壊さ
れているが、銅及びスカンジウムを混入させた場合はほ
とんど劣化なく十分使用に耐えることがわかる。この原
因も前述したように高い電力が印化されたことによるエ
レクトロマイグレーション、印加された電力に比例して
大きな変位が電極に加わったためによるストレスマイグ
レーションによるものであり、銅及びスカンジウムを混
入させた電極を使用した場合はアルミニウムの結晶粒界
に不純物である銅及びスカンジウムが析出し、これが核
となって金属疲労による劣化を防いでいるものと考えら
れる。
【0015】スカンジウムの添加量による効果を確認す
るために上記の構成で銅の添加量とスカンジウムの添加
量を0.01重量%から5重量%まで変化させたものを
種々作成してその効果を確認したが、効果の大小はある
もののこの範囲で耐久性の向上が確認された。また銅の
添加量とスカンジウムの添加量が0.01重量%から5
重量%までのうち特にスカンジウムの添加量が0.05
重量%から0.3重量%までのものが耐久性向上の効果
が顕著であった。
【0016】同様な構成で電極に銅の含有率とスカンジ
ウムの含有率が0.01重量%以下のアルミニウムを使
用したものを作成して試験を行なったが電極に純粋なア
ルミニウムを用いたものと比較して有意性は見られなか
った。逆に電極にスカンジウムの含有率が5重量%以上
のアルミニウムを使用したものを作成して試験を行なっ
たが電極に純粋なアルミニウムを用いたものと比較して
電極抵抗の増大によると思われる特性悪化、作成プロセ
ス時の問題があり、実用に耐え得るものではなかった。
【0017】(実施例3)次に図1のような構成で実施
例1と同様に弾性表面波共振子を作成した。ただし電極
には銅の含有による効果を確認するためにアルミニウム
にスカンジウムを0.15%混入させたアルミニウムを
使用したものと、アルミニウムにスカンジウムを0.1
5%、銅を0.15%混入させたものを使用して、実施
例1と同様な手法で弾性表面波共振子の耐久性を測定し
たところ図5に示すように銅添加の効果が確認された。
さらにスカンジウムの添加量を0.01重量%から5重
量%まで、銅の添加量を0.01重量%から5重量%ま
で変化させたものを種々測定したが、効果の大小はある
もののこの範囲で耐久性の向上が確認された。またスカ
ンジウムの添加量が0.01重量%から5重量%までの
うち特にスカンジウムの添加量が0.05重量%から0.
3重量%までのものが耐久性向上の効果が顕著であっ
た。
【0018】(実施例4)次にスカンジウム添加による
効果を確認するために電極としてアルミニウムに銅を混
入させたアルミニウムを使用したものと、アルミニウム
にスカンジウム、銅を混入させたものを使用して、弾性
表面波共振子を作成した。これらの弾性表面波共振子を
実施例1と同様な手法で弾性表面波共振子の耐久性を測
定した。その結果電極としてアルミニウムにスカンジウ
ムを0.15重量%、銅を0.15重量%混入させたもの
を使用した場合と同じ効果を得ようとすると銅を3重量
%混入させたアルミニウムを電極として使用する必要が
あった。この2つの共振子としての特性を比較してみる
と電極抵抗の違いによる差が確認され、電極としてアル
ミニウムにスカンジウムを0.15重量%、銅を0.15
重量%混入させたものを使用した弾性表面波共振子の方
が特性はよかった。スカンジウムの添加量を種々変えて
実験を行なったが、いずれのばあいもスカンジウムを加
えた場合とスカンジウムを加えない場合におなじ耐久性
を得ようとするとスカンジウムを加えない場合はスカン
ジウムを加えた場合よりも銅の含有量を多くする必要が
あり、そのため、電極抵抗の増加に起因する特性劣化が
確認された。
【0019】これらの実施例では圧電性基板として36
°YカットX伝搬のLiTaO3を使用したがその他のカット角
のLiTaO3や他の圧電性基板、例えばLiNbO3などでも同様
の効果が得られることは明らかである。
【0020】
【発明の効果】本発明によれば長期間、大電力での使用
に際しても弾性表面波反射器、弾性表面波変換器の損傷
を防ぎQの低下、挿入損失の増大、通過帯域の変化など
の特性変化の小さい弾性表面波素子を形成することが出
来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1における弾性表面波共振子の
構成図
【図2】同実施例1における共振周波数の時間変化を示
す図
【図3】同実施例2における弾性表面波フィルタの構成
【図4】同実施例2における挿入損失の時間変化を示す
【図5】同実施例3における挿入損失の時間変化を示す
【符号の説明】
11 圧電性基板36°YカットX伝搬LiTaO3 12 電気端子 13 インターデジタルトランスデューサ 14 弾性表面波反射器 21 入力端子 22 出力端子 23 圧電性基板36°YカットX伝搬LiTaO3
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大西 慶治 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】圧電性基板と、この圧電性基板上に設けら
    れた入力電気信号を前記圧電性基板上を伝搬する弾性表
    面波に変換するための弾性表面波用変換器を備え、この
    弾性表面波変換器に対向して前記圧電性基板上に設けら
    れた前記弾性表面波を反射する複数の金属ストリップを
    周期的に配列して構成される反射器を備え、前記弾性表
    面波変換器と弾性表面波反射器を銅を0.01重量%以
    上5重量%以下含有させ、さらにスカンジウムを0.0
    1重量%以上5重量%以下含有させたアルミニウムで構
    成することを特徴とする弾性表面波素子。
  2. 【請求項2】アルミニウム中のスカンジウムの含有量を
    特に0.05重量%から0.3重量%としたことを特徴と
    する請求項1記載の弾性表面波素子。
  3. 【請求項3】圧電性基板と、この圧電性基板上に設けら
    れた入力電気信号を前記圧電性基板上を伝搬する弾性表
    面波に変換するための弾性表面波用変換器を少なくとも
    1組備え、電気信号がこの弾性表面波変換器間を弾性表
    面波として伝搬するような構造を持ったフィルタにおい
    て前記弾性表面波変換器を銅を0. 01重量%以上5重
    量%以下含有させ、さらにスカンジウムを0. 05重量
    %以上5重量%以下含有させたアルミニウムで構成する
    ことを特徴とする弾性表面波素子。
  4. 【請求項4】アルミニウム中のスカンジウムの含有量を
    特に0.05重量%から0.3重量%としたことを特徴と
    する請求項3記載の弾性表面波素子。
JP6452292A 1991-12-27 1992-03-23 弾性表面波素子 Pending JPH05267979A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6452292A JPH05267979A (ja) 1992-03-23 1992-03-23 弾性表面波素子
EP92121660A EP0548862A1 (en) 1991-12-27 1992-12-19 Surface accoustic wave device

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6452292A JPH05267979A (ja) 1992-03-23 1992-03-23 弾性表面波素子

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JPH05267979A true JPH05267979A (ja) 1993-10-15

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ID=13260636

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JP6452292A Pending JPH05267979A (ja) 1991-12-27 1992-03-23 弾性表面波素子

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JP (1) JPH05267979A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999054995A1 (fr) * 1998-04-21 1999-10-28 Matsushita Electric Industrial Co.,Ltd. Dispositif de traitement des ondes acoustiques de surface et son procede de production, dispositif de communication mobile comprenant ce dernier
US7795788B2 (en) 2004-10-26 2010-09-14 Kyocera Corporation Surface acoustic wave element and communication device

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999054995A1 (fr) * 1998-04-21 1999-10-28 Matsushita Electric Industrial Co.,Ltd. Dispositif de traitement des ondes acoustiques de surface et son procede de production, dispositif de communication mobile comprenant ce dernier
US6297580B1 (en) 1998-04-21 2001-10-02 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Surface acoustic wave device and production method thereof and mobile communication equipment using it
US7795788B2 (en) 2004-10-26 2010-09-14 Kyocera Corporation Surface acoustic wave element and communication device

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