JPH07142957A - 弾性表面波装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 出力電極の複数箇所からトーナメント形状の
ストリップパタンを介してパッケージの出力端子よりコ
ンボリューション信号を取り出す弾性表面波装置におい
て、アルミナ基板等の新たな部品を使わずに、従来と同
様の構成部品内にトーナメント形状のストリップパタン
を形成することで、サイズ及びコストを下げた弾性表面
波装置を提供する。 【構成】 少なくとも１層のセラミックシート２０、２
１よりなる基体上に形成された弾性表面波素子１０と、
前記基体上に形成されたトーナメント状ストリップパタ
ン２２と、前記弾性表面波素子の出力電極１４の複数の
出力端部１５ａ〜ｈと、前記トーナメント状ストリップ
パタン２２の複数の入力端部２３ａ〜ｈとを接続する手
段３１ａ〜ｈとを有することを特徴とする弾性表面波装
置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、物理的非線形効果を利
用して、２つの弾性表面波信号のコンボリューション信
号を取り出す弾性表面波装置に関する。

【０００２】

【従来技術】弾性表面波装置、特に２つの弾性表面波信
号のコンボリューション信号を取り出す弾性表面波コン
ボルバ装置はスペクトラム拡散通信を行うにあたっての
キーデバイスとして、近年その重要性が増大しつつあ
り、盛んに研究されている。

【０００３】図５は従来の弾性表面波コンボルバを示す
概略図である。

【０００４】図中、１１１はＹカット（Ｚ伝搬）ニオブ
酸リチウムなどの圧電基板、１１２，１１３は圧電基板
１の表面上に形成した櫛型入力電極である。１１４は圧
電基板１の表面上に形成した出力電極である。

【０００５】これらの電極はアルミニウムなどの導電性
材料からなり、通常フォトリソグラフィー技術を用いて
圧電基板１の表面上直接に形成される。

【０００６】このような構成の弾性表面波素子におい
て、櫛型入力電極１１２に搬送角周波数ωの電気信号を
入力すると、基板の圧電効果により弾性表面波が励振さ
れる。

【０００７】同様にして、櫛型入力電極１１３に搬送角
周波数ωの電気信号を入力すると弾性表面波が励振され
る。

【０００８】これら２つの弾性表面波は、出力電極１１
４が導波路として作用し、出力電極内に閉じ込められな
がら圧電基板１１１上をお互いに逆方向に伝搬する。

【０００９】このように出力電極１１４上でぶつかった
弾性表面波は、圧電基板１１１の物理的非線形効果によ
って、２つの入力信号のコンボリューション信号（搬送
角周波数２ω）として出力電極１１４より取り出され
る。

【００１０】すなわち、２つの弾性表面波を Ｆ（ｔ−ｘ／ｖ）ｅｘｐ（ｊ（ｋｘ＋ωｔ))， Ｇ（ｔ＋ｘ／ｖ）ｅｘｐ（ｊ（−ｋｘ＋ωｔ)) とすると、圧電基板１上には非線形相互作用により、そ
の積である Ｆ（ｔ−ｘ／ｖ）・Ｇ（ｔ＋ｘ／ｖ）ｅｘｐ（２ｊωｔ） の弾性表面波が発生する。この信号は一様な出力電極１
１４を設けることにより、電極長鎖領域内で積分され、

【００１１】

【数１】 で表される信号として取り出される。ここで、積分範囲
は相互作用長が信号長より十分大きいときは実質上±∞
としてよく、τ＝ｔ−ｘ／ｖとすると、（１）式は

【００１２】

【数２】 となり、前記信号は２つの弾性表面波のコンボリューシ
ョンとなる。

【００１３】このようなコンボリューションのメカニズ
ムは、たとえば『柴山，“弾性表面波の応用”，テレビ
ジョン，３０，４５７（１９７６）』などに詳述されて
いる。

【００１４】このようなコンボリューション信号は、出
力電極１１４からワイヤボンデングなどでパッケージ内
部のリード端子等へ接続し、パッケージ外部へ取り出す
ことが出きる。

【００１５】ここで、パッケージとしては通常、コバー
ル等の金属を用いたハーメチックシールタイプとセラミ
ックシートを複数層積層させたセラミックタイプが用い
られる。

【００１６】また、出力電極の長さＬはコンボルバの信
号処理時間と基板の弾性表面波速度により決まる。

【００１７】したがって、信号処理時間が大きい場合、
コンボリューション信号を出力電極１１４の１箇所より
取り出すと、出力電極１１４の長さ方向に添った各位置
より発生したコンボリューション信号には到達時間差に
よる位相差が発生し、出力信号の低下につながる。例え
ば、ニオブ酸リチウム基板（比誘電率３３）を用い、入
力周波数２００ＭＨｚ（出力周波数４００ＭＨｚ）、出
力電極長さ２０ｍｍの場合、出力信号を出力電極の中央
１箇所より取り出すと、出力電極中央部と端部で発生し
た信号とでは０．１９ｎｓの時間差があり、したがって
約２７．５°の位相差を生じる。

【００１８】その対策として、出力電極１１４上の複数
箇所からワイヤボンデングで取り出す方法が取られてい
る。この場合、出力電極上の複数箇所とパッケージ内部
の複数のリード端子等とをワイヤボンディングで接続
し、複数のリード端子からの信号をパッケージ外部にお
いて合成する方法が用いられており、複雑な工程が必要
とされている。

【００１９】これらを解決する手段として、パッケージ
内のコンボルバ素子に併設して設けられたアルミナ基板
上にトーナメント形状のストリップパタンを形成する方
法が提案されている。

【００２０】図６はこのような従来の弾性表面波装置を
示す概略図である。

【００２１】図中、１１０は弾性表面波コンボルバ素
子、１１１はＹカット（Ｚ伝搬）ニオブ酸リチウムなど
の圧電基板、１１２，１１３は圧電基板１の表面上に形
成した櫛型入力電極である。１１４は圧電基板１１１の
表面上に形成した出力電極、１１５は出力電極に形成し
た複数のボンディングパッド、１１６はアルミナ基板、
１１７はアルミナ基板上に形成したトーナメント形状の
ストリップパタン、１１８はボンディングワイヤであ
る。

【００２２】上記従来の弾性表面波装置において、出力
電極の複数のボンディングパッド１１５とトーナメント
形状のストリップパタン１１７の入力端子とをワイヤボ
ンディング１１８で接続し、トーナメント形状のストリ
ップパタン１１７を介して信号を合成することで、出力
端子より同位相でコンボリューション信号を取り出すこ
とができる。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では、トーナメント形状のストリップパタン１１７
を形成したアルミナ基板１１６を弾性表面波コンボルバ
素子１１０に併設して設ける必要が有り、アルミナ基板
等新たな構成部品を必要とするという問題がある。

【００２４】またアルミナ基板は、コンボルバ素子１１
０と同様又はそれ以上の大きさとなるため、パッケージ
が大幅に大型化し、コストが増大する欠点が有る。

【００２５】更に、アルミナ基板の厚さが大きい場合
は、圧電基板との段差によりワイヤボンディングが困難
になる問題も発生する。

【００２６】［発明の目的］本発明の目的は、弾性表面
波コンボルバの出力電極の複数箇所からトーナメント形
状のストリップパタンを介してパッケージの出力端子よ
りコンボリューション信号を取り出す弾性表面波装置に
おいて、アルミナ基板等の新たな部品を使わずに、従来
と同様の構成部品内にトーナメント形状のストリップパ
タンを形成することで、サイズ及びコストを下げた弾性
表面波装置を提供することである。

【００２７】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述した課題
を解決するための手段として、少なくとも１層のセラミ
ックシートよりなる基体上に形成された弾性表面波素子
と、前記基体上に形成されたトーナメント状ストリップ
パタンと、前記弾性表面波素子の出力電極の複数の出力
端部と、前記トーナメント状ストリップパタンの複数の
入力端部とを接続する手段とを有することを特徴とする
弾性表面波装置を提供するものである。

【００２８】

【作用】本発明によれば、複数層のセラミックシートを
重ね合わせた構造のパッケージを用い、セラミックシー
ト上にトーナメント形状のストリップパタンを形成する
ことにより、従来のようにアルミナ基板等新たな構成部
品を用いることなく、作製することができる。このよう
に、トーナメント形状のストリップパタンのない場合と
同様のパッケージを用いることが可能なため、弾性表面
波装置の小型化、低コスト化を実現できる。

【００２９】

【実施例】以下本発明の実施例について説明する。

【００３０】［第１実施例］図１は、本発明における弾
性表面波装置の第１の実施例を示す図であり、第１層及
び第２層のセラミックシートを上から見た概略図であ
る。また図２は、図１の実施例に、更に第３層のセラミ
ックシート２１ｃ及びキャップ２６を形成した場合の積
層全体の構造を示す概略断面図であり、図１に示すＡ−
Ａ’方向の断面概略図である。

【００３１】図中、１０は弾性表面波コンボルバ素子、
１１はＹカット（Ｚ伝搬）ニオブ酸リチウムなどの圧電
基板、１２，１３は圧電基板１の表面上に形成された櫛
型入力電極、１４は圧電基板１１の表面上に形成した出
力電極である。

【００３２】１５ａ〜ｈは出力電極１４の複数箇所に、
出力電極の長手方向にほぼ等間隔でもうけられたボンデ
ィング用出力電極パッドである。

【００３３】出力電極パッドの数と間隔は出力電極上で
発生した信号が位相差なく取り出されることを考慮して
決定される。

【００３４】これら１１〜１４はアルミニウムなどの導
電性材料からなり、通常フォトリソグラフィー技術を用
いて圧電基板１１の表面上に直接形成される。

【００３５】２０は複数層のセラミックシートで構成さ
れたセラミックパッケージ、２１はセラミックパッケー
ジ２０を構成するセラミックシート、２１ａは弾性表面
波コンボルバ素子１０がマウントされた第１層のセラミ
ックシート、２１ｂはトーナメント形状のストリップパ
タンが形成された第２層のセラミックシート、２１ｃは
２１ｂ上に形成された第３層のセラミックシート、２２
はセラミックシート上に導電性材料で形成されたトーナ
メント形状のストリップパタン、２３ａ〜ｈはトーナメ
ント形状のストリップパタンの弾性表面波素子側の端部
に接続して、又は端部の一部を用いて形成されたストリ
ップ入力パッド、２４はトーナメント形状のストリップ
パタンの出力リード側に形成されたストリップ出力端子
である。

【００３６】２５はセラミックパッケージ側面に設けら
れ出力端子２４からの信号を外部へ導く出力リードであ
る。

【００３７】２６は、第３層のセラミックシート上に形
成されたキャップである。

【００３８】３１ａ〜ｈは、ボンディングパッド１５ａ
〜ｈとストリップ入力端子パッド２３ａ〜ｈをそれぞれ
接続するボンディングワイヤである。

【００３９】ここで、ストリップパタン２２は、ストリ
ップ入力パッド２３ａと２３ｂ、２３ｃと２３ｄ、２３
ｅと２３ｆ、２３ｇと２３ｈがそれぞれコの字型パタン
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄで接続され、その上段
において、コの字型パタン２２ａと２２ｂのそれぞれほ
ぼ中点がコの字型パタン２２ｅ、コの字型パタン２２ｃ
と２２ｄのそれぞれほぼ中点がコの字型パタン２２ｆ
で、更にその上段において、コの字型パタン２２ｅと２
２ｆのそれぞれほぼ中点がコの字型パタン２２ｇで形成
されており、いわゆるトーナメント形状をしている。

【００４０】また、ストリップ入力パッド２３ａ〜ｈ
は、出力電極の長手方向に出力電極パッド１５ａ〜ｈ
が、同様ほぼ等間隔で設けられており、すなわちボンデ
ィングワイヤ３１ａ〜ｈは全てほぼ同じ長さになるよう
に構成されている。

【００４１】したがって、各ストリップ入力パッド２３
ａ〜ｈと出力端子２４までの距離がすべて同じになるよ
うに形成されている。

【００４２】ここで、それぞれ対応する出力電極パッド
１５ａ〜ｈとストリップ入力端子２３ａ〜ｈ間を結ぶ各
ボンディングワイヤ３１ａ〜ｈはできるかぎり短いこと
が望ましい。

【００４３】また、ストリップ入力端子２３ａ〜ｈの数
は通常２，４，８，１６のように２のｎ乗個で表わされ
る。

【００４４】このような構成の弾性表面波素子におい
て、櫛型入力電極１２に搬送角周波数ωの電気信号を入
力すると、基板の圧電効果により弾性表面波が励振され
る。

【００４５】同様にして、櫛型入力電極１３に搬送角周
波数ω電気信号を入力すると弾性表面波が励振される。

【００４６】これら２つの弾性表面波は、出力電極内１
４に閉じ込められながら圧電基板１１上をお互い逆方向
に伝搬する。

【００４７】このように出力電極１４上でぶつかった弾
性表面波は、圧電基板１１の物理的非線形効果によっ
て、２つの入力信号のコンボリューション信号（搬送角
周波数２ω）として出力電極１４上に発生する。出力電
極上の各位置で発生した信号はそれぞれボンディングパ
ッド１５ａ〜ｈよりボンディングワイヤ３１ａ〜ｈを介
してストリップ入力パッド２３ａ〜ｈに到達し、ストリ
ップパタン２２によって出力端子２４で合成され、出力
リード２５より、パッケージ外部に取り出される。

【００４８】ここでストリップパタン２２はいわゆるト
ーナメント形状をしており、即ち各ストリップ入力パッ
ド２３ａ〜ｈと出力端子２４までの距離がすべて同じに
なるように形成されている為、出力電極上の各位置で発
生した信号は、ほぼ同じ時間で出力端子２４に達し、合
成されるため、コンボリューション信号は位相差なく合
成される。

【００４９】なお、本実施例では出力電極にボンディン
グ用パッドを設けているが、出力電極上に直接ボンディ
ングしてもよい。

【００５０】また、本実施例ではストリップパタンにボ
ンディング用ストリップ入力パッドを併設しているが、
ストリップパタンの線幅によってはストリップパタンに
直接ボンディングしてもよい。

【００５１】本実施例においては、出力電極上の８箇所
より出力信号を取り出す例を示したが、これに限らず２
のｎ乗箇所であればよい。

【００５２】更にこれ以外でも各ストリップ入力パッド
２３ａ〜ｈと出力端子２４までの距離がすべて同じよう
な形状であればよい。

【００５３】［第２実施例］図３は本発明の弾性表面波
装置の第２の実施例を示す概略図である。

【００５４】本図において、上記図１における部材と同
様の部材には同一の符号がつけられている。

【００５５】本実施例においては、出力電極上の隣り合
う出力電極とパッドを端から２つずつ組にして（１５ａ
と１５ｂ，１５ｃと１５ｄ，１５ｅと１５ｆ，１５ｇと
１５ｈ）、組になった２つの出力電極パッドの出力電極
の長手方向のほぼ中間の延長上にストリップ入力パッド
（２３ａ〜２３ｄ）が配置された構成になっている。

【００５６】そして、組になった出力電極パッド（例え
ば１５ａと１５ｂ）から出力電極の長手方向のほぼ中間
の延長上に配置されたストリップ入力パッド（例えば２
３ａ）へほぼ同じ長さのワイヤが２本ずつボンディング
されている。

【００５７】このような構成とすることで、第１の実施
例同様、各出力電極パッドからの出力信号はボンディン
グワイヤおよびストリップパタンを介して位相差なく出
力端子２４で合成されるが、第１の実施例に比べトーナ
メントを１段少なくできる。

【００５８】なお、本実施例では出力電極にボンディン
グ用パッドを設けているが、出力電極上に直接ボンディ
ングしてもよい。

【００５９】また、本実施例ではストリップパタンにボ
ンディング用ストリップ入力パッドを併設しているが、
ストリップパタンの線幅によってはストリップパタンに
直接ボンディングしてもよい。本実施例においては、出
力電極上の８箇所より出力信号を取り出す例を示した
が、これに限らず２のｎ乗箇所であればよい。

【００６０】［第３実施例］図４は本発明の弾性表面波
装置の第３の実施例を示す概略図である。

【００６１】本図において、上記図１における部材と同
様の部材には同一の符号がつけられている。

【００６２】本実施例においては、上記第１実施例に示
した、１段目のストリップパタン（２２ａ〜２２ｄ）が
コの字型ではなく、出力電極１４に平行なバーとなって
おり、その先端にストリップ入力パッド（２３ａ〜２３
ｈ）が形成されている例である。本実施例に示した構成
でも同様な効果が得られる。

【００６３】尚、本実施例において上記第２実施例に示
したように、出力電極上の隣り合う出力電極パッドを端
から２つずつ組にして（１５ａと１５ｂ，１５ｃと１５
ｄ，１５ｅと１５ｆ，１５ｇと１５ｈ）、組になった２
つの出力電極パッドの出力電極の長手方向のほぼ中間の
延長上にストリップ入力パッド（２３ａ〜２３ｄ）が配
置された構成にし、組になった出力電極パッド（例えば
１５ａと１５ｂ）から出力電極の長手方向のほぼ中間の
延長上に配置されたストリップ入力パッド（例えば２３
ａ）へほぼ同じ長さのワイヤが２本ずつボンディングし
てもよい。

【００６４】このような構成とすることで、トーナメン
トパタンを１段少なくできる。

【００６５】なお、本実施例では出力電極にボンディン
グ用パッドを設けているが、出力電極上に直接ボンディ
ングしてもよい。

【００６６】また、本実施例ではストリップパタンにボ
ンディング用ストリップ入力パッドを併設しているが、
ストリップパタンの線幅によってはストリップパタンに
直接ボンディングしてもよい。

【００６７】本実施例においては、出力電極上の８箇所
より出力信号を取り出す例を示したが、これに限らず２
のｎ乗箇所であればよい。

【００６８】なお、上記第１〜第３実施例においては３
層のセラミックシートが積層されたパッケージの例を示
したが、これ以外の積層数でもよく、また１層の場合で
も可能である。

【００６９】また、上記第１〜第３の実施例において
は、セラミックシートの片側部のみにストリップパタン
を形成した例を示したが、両側に形成しても良い。

【００７０】また、上記第１〜第３実施例においてスト
リップライン２２の幅は、所望の特性インピーダンスな
どをあわせて任意に決めることができる。

【００７１】なお、上記第１〜第３実施例においては入
力電極として、正規型ＩＤＴを用いた例を示したが、ア
ポタイズ型やチャープ型のＩＤＴを用いてもよい。

【００７２】また上記第１〜第３実施例においては、弾
性表面波の集束手段として入力電極と出力電極の間にパ
ラボリック・ホーン型導波路、マルチストリップカプラ
等の集束手段を設けてもよい。

【００７３】なお、上記第１〜第３実施例において、基
板１１はニオブ酸リチウムなどの圧電単結晶に限定され
るものではなく、たとえば半導体やガラス基板上に圧電
膜を付加した構造等、パラメトリック・ミキシング効果
がある材料及び構造であればよい。

【００７４】さらに、上記第１〜第３実施例における櫛
型入力電極２，３をダブル電極（スプリット電極）とす
ることにより、該入力電極における弾性表面波の反射を
抑圧でき、素子の特性を一層良好なものにすることがで
きる。

【００７５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、１
層又は複数層のセラミックシートを重ね合わせた構造の
パッケージを用い、セラミックシート上にトーナメント
形状のストリップパタンを形成することで、従来用いら
れていたアルミナ基板等新たな構成部品を用いることな
く、弾性表面波素子とトーナメント形状のストリップパ
タンとを一体的に作製することができるという効果が得
られる。

【００７６】このため、トーナメント形状のストリップ
パタンのない場合と同様のパッケージを用いることが可
能なため、弾性表面波装置の小型化、低コスト化を実現
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す概略上面図

【図２】本発明の第１の実施例の構成を示す概略断面図

【図３】本発明の第２の実施例を示す概略図

【図４】本発明の第３の実施例を示す概略図

【図５】従来例を示す概略図

【図６】従来例を示す概略図

【符号の説明】

１０ 弾性表面波コンボルバ素子 １１ 圧電体基板 １２，１３ 櫛型入力電極 １４ 出力電極 １５ａ〜ｈ ボンディング用出力電極パッド ２０ セラミックパッケージ ２１ セラミックシート ２２ トーナメント形状のストリップパタ
ン ２３ａ〜ｈ ストリップ入力パッド ２４ ストリップ出力端子 ２５ 出力リード ２６ キャップ ３１ａ〜ｈ ボンディングワイヤ １１０ 弾性表面波コンボルバ素子 １１１ Ｙカット（Ｚ伝搬）ニオブ酸リチウ
ムなどの圧電基板 １１２，１１３ 圧電基板の表面上に形成した櫛型入
力電極 １１４ 圧電基板の表面上に形成した出力電
極 １１５ 出力電極に形成した複数のボンディ
ングパッド １１６ アルミナ基板 １１７ アルミナ基板上に形成したトーナメ
ント形状のストリップパタン １１８ ボンディングワイヤ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小山 晃広 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 江口 正 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 望月 規弘 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも１層のセラミックシートより
   なる基体上に形成された弾性表面波素子と、 前記基体上に形成されたトーナメント状ストリップパタ
   ンと、 前記弾性表面波素子の出力電極の複数の出力端部と、前
   記トーナメント状ストリップパタンの複数の入力端部と
   を接続する手段と、を有することを特徴とする弾性表面
   波装置。
2. 【請求項２】 前記弾性表面波素子は、前記セラミック
   シートよりなる基体上に形成された圧電基板の第１の主
   面上に、第１及び第２の弾性表面波を励振する少なくと
   も２つの入力電極と、非線形効果を利用して該２つの弾
   性表面波信号のコンボリューション信号を取り出す複数
   の出力端部を有する出力電極とを有し、 前記トーナメント状ストリップパタンは、前記少なくと
   も１層のセラミックシート表面上に、導電性薄膜よりな
   る概略コの字型のストリップを複数段重ね合わせ、複数
   箇所の入力端部より１箇所の出力端部に集まる形状とさ
   れていることを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波
   装置。
3. 【請求項３】 前記少なくとも１層のセラミックシート
   により構成されたパッケージ内に前記弾性表面波素子を
   格納し、該パッケージとしての構造体中に前記トーナメ
   ント状ストリップパタンが形成されていることを特徴と
   する請求項１に記載の弾性表面波装置。
4. 【請求項４】 前記出力電極上の隣り合う複数の出力端
   部を前記トーナメント状ストリップパタンの１つの入力
   端部に接続したことを特徴とする請求項１に記載の弾性
   表面波装置。
5. 【請求項５】 前記トーナメント状ストリップパタンの
   前記弾性表面波素子に近い側の第１段目のストリップパ
   タンが、前記出力電極に平行なバー形状であることを特
   徴とする請求項１に記載の弾性表面波装置。
6. 【請求項６】 前記トーナメント状ストリップパタンの
   複数箇所の各入力端部より前記１箇所の出力端部までの
   各径路の距離が全てほぼ等しいことを特徴とする請求項
   １〜５のいずれか１項に記載の弾性表面波装置。
7. 【請求項７】 前記出力電極の出力信号を取り出す複数
   の出力端部、および前記トーナメント状ストリップパタ
   ンの複数の入力端部は、該出力電極の長手方向にそれぞ
   れほぼ等間隔で配置され、対応する上記出力端部と、入
   力端部とは、それぞれ等しい長さの電気的接続手段で接
   続されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか
   １項に記載の弾性表面波装置。