JPWO2015119025A1 - 弾性波装置 - Google Patents

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Abstract

ピストンモードを利用しており、小型化を図ることができる弾性波装置を提供する。第1のIDT電極11を有する第1の弾性波共振子ユニットと、第2のIDT電極12を有する第2の弾性波共振子ユニットに直列分割されている弾性波装置1であって、第1のIDT電極11において、第1のバスバー11a側に設けられている高音速領域の電極指の延びる方向の寸法をWa、第2のIDT電極12において、第4のバスバー12a側に設けられている高音速領域の電極指の延びる方向の寸法をWb、段間接続部17の寸法をWcとしたときに、Wc<(Wa+Wb)とされている。

Description

本発明は、共振子や帯域フィルタ等に用いられる弾性波装置に関し、特に、ピストンモードを利用した弾性波装置に関する。
下記の特許文献1には、いわゆるピストンモードを利用した弾性波装置が開示されている。特許文献1では、IDT電極における電極指交叉部の音速に比べて、電極指先端側部分における音速が低められている。それによって、ピストンモードが形成され、横モードによるリップルの抑圧を図ることができるとされている。
下記の特許文献2にも、ピストンモードを利用した弾性波装置が開示されている。
特開2011−101350号公報 特表2013−518455号公報
携帯電話機の送信フィルタなどでは、耐電力性を高めたり、IMDを改善すること等が求められている。このような目的を果たすために、共振子を直列に多段分割することが多い。
特許文献1に記載の弾性波共振子を直列分割すると、弾性波伝搬方向と直交する方向の寸法が大きくなるという問題があった。図6を参照して説明する。
図6は、特許文献1に記載の弾性波装置を直列分割した場合の電極構成を示す模式的平面図である。弾性波装置1000では、第1のIDT電極1001を有する第1の弾性波共振子ユニットと、第2のIDT電極1002を有する弾性波共振子ユニットとに分割されている。図6において電極構造の右側部分は、各領域の弾性波の音速を模式的に示している。例えば、第1のIDT電極1001の中央領域の音速はV1であり、その両側の低音速領域の音速はV2A,V2Bである。右側にいくほど音速が高いことを示す。
第1のIDT電極1001と第2のIDT電極1002との間には、段間バスバー1007が設けられており、それによって、第1のIDT電極1001と第2のIDT電極1002とが直列に接続されている。
なお、中央領域の両側である音速V2A,V2Bの領域は、低音速領域である。低音速領域では、音速低下膜1005が電極指1003,1004上に設けられている。それによって音速が低められている。第2のIDT電極1002においても同様である。
図6から明らかなように、第1のIDT電極1001と第2のIDT電極1002とを接続している部分において、音速V3Bの高音速領域、段間バスバー1007及び音速V13Aの高音速領域を設けなければならない。すなわち、図6中の寸法Wcの長さを、ある程度長くしなければならなかった。従って、弾性波装置1000では、電極指の延びる方向の寸法が長くなり、小型化が困難であった。
本発明の目的は、ピストンモードを利用しており、小型化を図り得る弾性波装置を提供することにある。
本発明の弾性波装置は、弾性波共振子を、複数段の弾性波共振子ユニットに、直列に複数段分割することにより構成されている。本発明に係る弾性波装置は、圧電基板と、前記圧電基板上に形成されており、第1の弾性波共振子ユニットを構成している第1のIDT電極と、前記圧電基板上に形成されており、かつ前記第1の弾性波共振子ユニットに直列に接続されている第2の弾性波共振子ユニットを構成している第2のIDT電極と、前記第1の弾性波共振子ユニットと、前記第2の弾性波共振子ユニットとを接続している段間接続部とを備える。
本発明では、前記第1のIDT電極が、第1のバスバーと、前記第1のバスバーと隔てられて配置された第2のバスバーとを有する。
前記第1のIDT電極は、前記第1のバスバーに基端が電気的に接続されており、前記第2のバスバー側に延びる複数本の第1の電極指と、前記第2のバスバーに基端が接続されており、前記第1のバスバー側に向かって延びている複数本の第2の電極指とを有する。
前記第2のIDT電極は、第3のバスバーと、前記第3のバスバーと隔てられて配置された第4のバスバーとを有する。前記第2のIDT電極は、前記第3のバスバーに基端が電気的に接続されており、前記第4のバスバー側に延びる複数本の第3の電極指と、前記第4のバスバーに基端が接続されており、前記第3のバスバー側に向かって延びている複数本の第4の電極指とを有する。
前記第1のIDT電極と、前記第2のIDT電極とは、前記段間接続部を介して電極指が延びる方向に連ねられている。
本発明では、前記第1及び第2のIDT電極のそれぞれにおいて、電極指の延びる方向中央に中央領域が設けられており、前記電極指の延びる方向において前記中央領域の両外側に、前記中央領域に比べて弾性波伝搬速度が低い低音速領域が設けられており、前記電極指の延びる方向において前記低音速領域の両外側に、前記中央領域よりも弾性波伝搬速度が高い高音速領域が設けられている。そして、前記第1のIDT電極において前記第1のバスバー側に設けられている前記高音速領域の前記電極指の延びる方向の寸法をWa、前記第2のIDT電極において前記第4のバスバー側に設けられている前記高音速領域の前記電極指の延びる方向の寸法をWb、前記電極指の延びる方向における前記段間接続部の寸法をWcとしたときに、Wc<(Wa+Wb)とされている。
本発明に係る弾性波装置のある特定の局面では、前記第1,第2のIDT電極の電極指周期で定まる波長をλとしたときに、Wc<6λである。
本発明に係る弾性波装置の別の特定の局面では、前記第1,第2のIDT電極の電極指周期で定まる波長をλとしたときに、Wc<4λである。
本発明に係る弾性波装置の他の特定の局面では、前記第1のIDT電極の前記第2のバスバーと、前記第2のIDT電極の前記第3のバスバーとが共通バスバーとして共通化されている。
本発明に係る弾性波装置の別の特定の局面では、前記共通バスバーに、前記弾性波伝搬方向に沿って配置された複数の開口部が設けられており、該開口部が設けられている領域において、前記中央領域に比べて前記弾性波伝搬速度が高い高音速領域が設けられており、前記共通バスバーにおいて、前記電極指の延びる方向において前記開口部の両外側に前記低音速領域が設けられている。
本発明に係る弾性波装置のさらに他の特定の局面では、前記低音速領域における前記第1,第2のIDT電極の形状が、前記中央領域よりも弾性波の伝搬速度が遅くなる形状とされている。
本発明に係る弾性波装置によれば、前記Wc<(Wa+Wb)とされているため、ピストンモードを利用した弾性波装置の小型化を図ることが可能となる。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る弾性波装置の電極構造を示す模式的平面図である。 図2は、本発明の第1の実施形態の弾性波装置の略図的平面図である。 図3は、本発明の第1の実施形態の弾性波装置を有する帯域通過型フィルタの回路図である。 図4は、本発明の第1の実施形態の実施例と、比較例の帯域通過型フィルタの減衰量周波数特性を示す図である。 図5は、本発明の第2の実施形態に係る弾性波装置の電極構造を示す平面図である。 図6は、従来の弾性波共振子を直列分割した場合の電極構造を示す模式的平面図である。
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
図1は、本発明の第1の実施形態の弾性波装置としての弾性表面波共振子の電極構造を示す模式的平面図である。図2は、本実施形態の弾性波装置の全体を略図的に示す平面図である。
図2に示す弾性波装置10では、LiTaOやLiNbOなどの圧電基板上に図示の電極構造が設けられている。この電極構造は、Al、Ag、Cu、Mo、Pt、Au、Ti、Wなどの適宜の金属もしくは合金により形成され得る。また、これらの金属が積層されていてもよい。
より詳細には、圧電基板10A上には、第1,第2のIDT電極11,12が設けられている。第1のIDT電極11の弾性波伝搬方向両側に反射器13,14が設けられている。また、第2のIDT電極12の弾性波伝搬方向両側に反射器15,16が設けられている。第1のIDT電極11、及び反射器13,14により、第1の弾性波共振子ユニットが構成されている。IDT電極12及び反射器15,16により、第2の弾性波共振子ユニットが構成されている。言い換えれば、1つの弾性波共振子を、第1,第2の弾性波共振子ユニットに2段直列分割した構造が形成されている。1つの弾性波共振子を、複数段の弾性波共振子ユニットに直列分割した構造では、耐電力性やIMD特性を改善することができる。
本実施形態の弾性波装置10では、上記IDT電極11,12が段間接続部17を介して接続されている部分の寸法が小さくされ得る。これを、図1を参照してより具体的に説明する。図1は、図2に略図的に示した第1のIDT電極11、第2のIDT電極12及び段間接続部17の詳細を示す平面図である。
図1に示すように、第1のIDT電極11は、第1のバスバー11aと、第1のバスバー11aと隔てられた第2のバスバー11bとを有する。第1,第2のバスバー11a,11bは、弾性波伝搬方向に延びている。第1のバスバー11aは、弾性波伝搬方向に沿って配置された複数の開口部11a3を有する。開口部11a3よりも第2のバスバー11b側の部分が、バスバー端部11a1である。バスバー端部11a1は、電極指の延びる方向に延ばされた連結部11a4により、バスバー本体部11a2に連ねられている。開口部11a3と連結部11a4をあわせて、第1のバスバー高音速部とする。
第1のバスバー11aには、複数本の第1の電極指11cの基端が接続されている。各電極指11cは、第2のバスバー11b側に向かって延ばされている。
複数本の第2の電極指11dの基端が第2のバスバー11bに接続されている。第2の電極指11dは、第1のバスバー11a側に向かって延ばされている。
複数本の第1の電極指11cと、複数本の第2の電極指11dとは、間挿し合っている。
また、第1の電極指11c及び第2の電極指11dは、先端側において、電極指幅が残りの部分に比べて太い太幅部11c1,11d1を有する。
第2のIDT電極12は、第1のIDT電極11と同様の構造を有する。第3のバスバー12b及び第4のバスバー12aに、それぞれ、複数本の第3の電極指12c及び複数本の第4の電極指12dが接続されている。第3の電極指12cは先端に太幅部12c1を有する。第4の電極指12dも先端に太幅部12d1を有する。第4のバスバー12aは、第1のバスバー11aと同様に、バスバー端部12a1と、バスバー本体部12a2とを有する。また、複数の開口部12a3が設けられている。バスバー本体部12a2と、バスバー端部12a1とは、複数本の連結部12a4により連結されている。バスバー開口部12a3と連結部12a4をあわせて、第2のバスバー高音速部とする。
段間接続部17は、各複数本の連結部17aを有する。各連結部17aは、第1,第2のIDT電極11,12と一体に形成されている。各連結部17aは、電極指の延びる方向に延ばされている。従って、弾性波伝搬方向において、隣り合う連結部17a間に開口部17bが設けられている。開口部17bと連結部17aをあわせて、第3のバスバー高音速部17eとする。第1のIDT電極11と第2のIDT電極12の段間においては、第1のIDT電極11と第2のIDT電極12のバスバー高音速部を共有している。
必須ではないが、本実施形態では、連結部17aは、第2の電極指11dの延長上に設けられている。他方、前述した連結部11a4は第1の電極指11cの延長上に設けられている。もっとも、各連結部17a、11a4の位置はこれに限定されるものではない。
図1において、電極構造の右側は、電極指の延びる方向における各領域の弾性波の伝搬速度を示す。すなわち、図1の右側において縦方向に延びる太線で示すV1〜V16は、それぞれ、弾性波装置10の電極指の延びる方向における各領域の弾性波伝搬速度を示す。右側にいくほど音速が高いことを示す。
より詳細には、第1のIDT電極11において、電極指の延びる方向において中央領域では、音速はV1である。この中央領域は、第1の電極指11cと第2の電極指11dとが交叉している領域である。
電極指の延びる方向において、中央領域の両外側に、低音速領域が設けられている。これらの低音速領域の音速がV2A,V2Bである。低音速領域は、上記太幅部11c1,11d1が設けられている部分に相当する。太幅部11c1,11d1は、その形状により音速を相対的に低めている。すなわち、本実施形態では、中央領域よりも音速が低い低音速領域を形成するように電極指の形状が決定されている。従って、電極のパターニングに際しての形状の変更だけで、低音速領域を容易に形成することが可能とされている。
電極指の延びる方向において上記低音速領域の両外側には、音速V3A,V3Bの高音速領域が設けられている。これらの高音速領域では、弾性波伝搬方向において、第1の電極指11cまたは第2の電極指11dの一方のみが存在する。
第1のバスバー11aのバスバー端部11a1では、弾性波伝搬速度はV4Aであり、低音速領域とされている。開口部11a3が設けられている部分では、音速が高められ、高音速領域V5Aとされている。また、バスバー本体部11a2は、音速V6の低音速領域となる。
第2のバスバー11bが設けられている部分は、弾性波伝搬方向に沿って金属のみが存在するため、音速V4Bとなる。
第2のIDT電極12においても同様である。また、段間接続部17においては、複数本の連結部17aと開口部17bとが存在するため、音速V10の高音速領域となる。
第2のIDT電極12側においても、中央領域の音速がV11である。その両側に音速V12A,V12Bの低音速領域が位置し、さらにその両側に、音速V13A,V13Bの高音速領域が存在する。また、第3のバスバー12bが設けられている部分は、低音速領域であり、その音速はV14Aとなる。第4のバスバー12aでは、音速がV14B,V15B及びV16の各領域が連ねられている。
弾性波装置10では、上記のように、中央領域と比べて、音速が低い低音速領域が中央領域の両側に設けられており、さらに低音速領域の両側に高音速領域が設けられている。すなわち、ピストンモードを利用している。従って、横モードリップルを抑圧でき、さらに低損失な共振子を作製することができる。
加えて、本実施形態では、図1の寸法Waと寸法Wbの和が寸法Wcよりも大きくされている。従って、小型化を図り得る。寸法Waは、第1のIDT電極11において第1のバスバー11a側に設けられている高音速領域の電極指の延びる方向の寸法である。寸法Wbは、第2のIDT電極12において、第4のバスバー12a側に設けられている高音速領域の寸法をいい、寸法Wcは、段間接続部17における電極指の延びる方向の寸法である。また、寸法Wcは寸法Wa、Wbのいずれか一方よりも大きい。本実施形態の弾性波装置10では、上記のように段間接続部17の電極指の延びる方向の寸法を図6に示した弾性波装置1000に比べ小さくすることができる。従って、弾性波装置10の小型化を図ることができる。しかも、以下の実験例で示すように、電気的特性の劣化も生じ難い。
図3は、上記実施形態の弾性波装置を含む帯域通過型フィルタの回路図である。図3に示す帯域通過型フィルタ21は、ラダー型回路構成を有する。
本実施形態による弾性表面波共振子を用いたラダー型フィルタの減衰量周波数特性を図4に実線で示す。なお、図4の破線は、図6に示した構造を採用したことを除いては上記実施例と同様にして構成された帯域通過型フィルタの減衰量周波数特性を示す。
図4から明らかなように、実施例のフィルタ特性は、比較例に比べてほとんど劣化していないことがわかる。弾性波装置10では、直列に複数段分割した構造において、図6の比較例に比べて電極指の延びる方向の寸法を10〜20%程度小さくすることが可能となる。従って、フィルタ特性を劣化させることなく、弾性波共振子や弾性波共振子を用いたフィルタ装置の小型化を図ることができる。
通常、ピストンモードを利用した弾性波共振子では、共振子のQを維持するために、中央領域の外側に、電極指の延びる方向の寸法が少なくとも2λ以上、望ましくは3λ以上の高音速領域を設ける必要がある。そのため、2段分割構造の場合には、段間の両側において各2λ以上、あるいは3λ以上の寸法の高音速領域を設ける必要があった。従って、図6に示した弾性波装置1000では、段間接続部の寸法が4λ以上、または6λ以上となる。なお、λは、第1,第2のIDT電極11,12の電極指周期で定まる弾性波の波長である。
本願発明者らは、上記のように、直列に複数段分割した構造において、段間接続部17の寸法Wcを小さくしたとしても、フィルタ特性の低下が生じ難いことを見出し、本発明を成すに至ったものである。従来、上記のように、直列に複数段分割した構造でピストンモードを利用した場合、高音速領域の寸法を十分大きくしなければならないと考えられていた。そのため、小型化が困難であった。
上記実施形態の弾性波装置10では、Wcを6λより小さくすることができ、好ましくはWc<4λとすることができる。
図5は、本発明の第2の実施形態に係る弾性波装置の電極構造の要部を示す平面図である。第2の実施形態の弾性波装置30は、第1のIDT電極31と第2のIDT電極32とを有する。第1のIDT電極31は、第1のバスバー31aを有する。第1のバスバー31aと隔てられて、共通バスバー40が配置されている。共通バスバー40は、第2のバスバーと、第2のIDT電極32の第3のバスバーとを共通化した部分である。すなわち、本実施形態では、第2のバスバーと第3のバスバーとが共通バスバー40に共通化されている。
第1のバスバー31aに、複数本の第1の電極指31cが接続されている。共通バスバー40に、複数本の第2の電極指31dが接続されている。電極指31cの先端には、音速低下膜31c1が積層されている。電極指31dの先端にも、音速低下膜31d1が積層されている。それによって、第1の実施形態と同様に、電極指交叉部中央に、音速V1の中央領域が構成されており、その両側に、音速V2A,V2Bの低音速領域が設けられている。
電極指の延びる方向において低音速領域の両側には、電極指31cまたは電極指31dのみが存在する高音速領域が設けられている。すなわち、音速V3,V3Bの高音速領域が設けられている。バスバー31aは低音速領域となり、その音速はV4である。
第2のIDT電極32では、第4のバスバー32bが共通バスバー40に対して隔てられて設けられている。複数本の第3の電極指32cが、共通バスバー40に接続されている。複数本の第4の電極指32dが第4のバスバー32bに接続されている。第3,第4の電極指32c,32dの先端にも、音速低下膜32c1,32d1が、それぞれ、設けられている。それによって、音速V11の中央領域の両側に、音速V12A,V12Bの低音速領域が設けられている。また、これらの音速V12A,V12Bの低音速領域の外側に、音速V13A,V13Bの高音速領域が、それぞれ、設けられている。バスバー32bは、音速V14の低音速領域となる。
共通バスバー40は、金属からなるため、音速V10の低音速領域を構成している。
本実施形態においても、寸法Wcが、寸法Wa+寸法Wbよりも小さいため、小型化を図ることができる。
本実施形態のように、共通バスバー40を用いて、第2のバスバーと第3のバスバーとを共通化してもよい。それによって、より一層の小型化を図ることができる。また、このように第1の弾性波共振子と第2の弾性波共振子の段間接続部側の高音速領域間に共通バスバー40からなる低音速領域を設けてもよい。
なお、本発明は、直列2段分割構造に限定されず、3以上の複数段に直列に分割してなる構造の弾性波共振子にも適用することができる。また、弾性波表面波に限らず、弾性境界波を用いてもよい。
また、本発明のフィルタ装置は、図3に示したラダー型の回路構成を有するものに限らず、様々な弾性波共振子を用いたフィルタ装置に本発明を適用することができる。
1…弾性波装置
10…弾性波装置
10A…圧電基板
11…第1のIDT電極
11a…第1のバスバー
11a1…バスバー端部
11a2…バスバー本体部
11a3…開口部
11a4…連結部
11b…第2のバスバー
11c…第1の電極指
11c1…太幅部
11d…第2の電極指
11d1…太幅部
12…第2のIDT電極
12a…第4のバスバー
12a1…バスバー端部
12a2…バスバー本体部
12a3…開口部
12a4…連結部
12b…第3のバスバー
12c…第3の電極指
12c1…太幅部
12d…第4の電極指
12d1…太幅部
13,14…反射器
15,16…反射器
17…段間接続部
17a…連結部
17b…開口部
20…フィルタ装置
21…帯域通過型フィルタ
30…弾性波装置
31…第1のIDT電極
31a…第1のバスバー
31c…第1の電極指
31c1…音速低下膜
31d…第2の電極指
31d1…音速低下膜
32…第2のIDT電極
32b…第4のバスバー
32c…第3の電極指
32c1…音速低下膜
32d…第4の電極指
32d1…音速低下膜
40…共通バスバー
V1…音速
V2A,V2B…音速
V3A,V3B…音速
V4…音速
V4A…音速
V4B…音速
V5A…音速
V6…音速
V10…音速
V11…音速
V12A,V12B…音速
V13A,V13B…音速
V14…音速
V14A,V14B…音速
V15B…音速
V16…音速
1000…弾性波装置
1001…第1のIDT電極
1002…第2のIDT電極
1003…電極指
1004…電極指
1005…音速低下膜
1007…段間バスバー

Claims (6)

  1. 弾性波共振子を、複数段の弾性波共振子ユニットに、直列に複数段分割することにより構成されている弾性波装置であって、
    圧電基板と、
    前記圧電基板上に形成されており、第1の弾性波共振子ユニットを構成している第1のIDT電極と、
    前記圧電基板上に形成されており、かつ前記第1の弾性波共振子ユニットに直列に接続されている第2の弾性波共振子ユニットを構成している第2のIDT電極と、
    前記第1の弾性波共振子ユニットと、前記第2の弾性波共振子ユニットとを接続している段間接続部とを備え、
    前記第1のIDT電極が、第1のバスバーと、前記第1のバスバーと隔てられて配置された第2のバスバーと、
    前記第1のバスバーに基端が電気的に接続されており、前記第2のバスバー側に延びる複数本の第1の電極指と、前記第2のバスバーに基端が接続されており、前記第1のバスバー側に向かって延びる複数本の第2の電極指とを有し、
    前記第2のIDT電極が、第3のバスバーと、前記第3のバスバーと隔てられて配置された第4のバスバーと、
    前記第3のバスバーに基端が電気的に接続されており、前記第4のバスバー側に延びる複数本の第3の電極指と、前記第4のバスバーに基端が接続されており、前記第3のバスバー側に向かって延びている複数本の第4の電極指とを有し、
    前記第1のIDT電極と、前記第2のIDT電極とが、前記段間接続部を介して電極指が延びる方向に連ねられており、
    前記第1及び第2のIDT電極のそれぞれにおいて、電極指の延びる方向中央に中央領域が設けられており、前記電極指の延びている方向において前記中央領域の両外側に、前記中央領域に比べて弾性波伝搬速度が低い低音速領域が設けられており、前記電極指の延びる方向において前記低音速領域の両外側に、前記中央領域よりも弾性波伝搬速度が高い高音速領域が設けられており、
    前記第1のIDT電極において前記第1のバスバー側に設けられている前記高音速領域の前記電極指の延びる方向の寸法をWa、前記第2のIDT電極において前記第4のバスバー側に設けられている前記高音速領域の前記電極指の延びる方向の寸法をWb、前記電極指の延びる方向における前記段間接続部の寸法をWcとしたときに、Wc<(Wa+Wb)とされている、弾性波装置。
  2. 前記第1,第2のIDT電極の電極指周期で定まる波長をλとしたときに、Wc<6λである、請求項1に記載の弾性波装置。
  3. 前記第1,第2のIDT電極の電極指周期で定まる波長をλとしたときに、Wc<4λである、請求項2に記載の弾性波装置。
  4. 前記第1のIDT電極の前記第2のバスバーと、前記第2のIDT電極の前記第3のバスバーとが共通バスバーとして共通化されている、請求項1〜3のいずれか1項に記載の弾性波装置。
  5. 前記共通バスバーに、前記弾性波伝搬方向に沿って配置された複数の開口部が設けられており、該開口部が設けられている領域において、前記中央領域に比べて前記弾性波伝搬速度が高い高音速領域が設けられており、前記共通バスバーにおいて、前記電極指の延びる方向において前記開口部の両外側に前記低音速領域が設けられている、請求項4に記載の弾性波装置。
  6. 前記低音速領域における前記第1,第2のIDT電極の形状が、前記中央領域よりも弾性波の伝搬速度が遅くなる形状とされている、請求項1〜5のいずれか1項に記載の弾性波装置。
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