KR100361692B1 - 표면탄성파 소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 표면탄성파 소자를 개시한다. 이에 의하면, 균등하게 다분기되고 전극지 겹치는 길이를 축소 조정한 표면탄성파 여파기들이 압전기판 상에 이격하여 배치되고 또한 이들이 전기적으로 병렬 연결된다.

따라서, 본 발명은 표면탄성파 여파기들의 자체 임피던스의 변화를 방지하면서도 입력전력을 동시에 다분기하여 내부 전력을 분산하고 이에 따른 표면탄성파 여파기의 내전력성을 증가시키고 나아가 제반 특성을 향상시킨다.

Description

표면탄성파 소자{surface acoustic wave device}

본 발명은 표면탄성파 소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대역통과필터용 표면탄성파 여파기의 내전력성(power durability)을 향상하도록 한 표면탄성파 소자에 관한 것이다.

일반적으로, 표면탄성파 여파기, 예를 들어서 공진기결합형 표면탄성파 여파기는 LiTaO₃, LiNbO₃, 수정 등과 같은 재질의 압전기판 상에 빗살형 전극들로 이루어진 인터디지털 변환기(interdigital transducer: IDT)를 포함한다. 표면탄성파 여파기의 인터디지털 변환기는 통상 2개가 1쌍을 이루는데, 그 중 하나가 외부로부터 입력되는 전기적 신호를 기계적 진동으로 변환하는 입력 변환기이고, 나머지 하나가 입력 변환기로부터 일정 거리 이격하여 배치되며 기계적 진동을 다시 전기적 신호로 변환하는 출력 변환기이다.

탄성표면파 여파기는 입력 변환기에 인가된 전기적 신호를 기판의 압전현상에 의해 기계적 진동으로 변환하고, 이러한 진동이 일정한 파형을 형성하여 표면탄성파를 발생하면, 출력 변환기에 의해 기계적인 진동을 전기적 신호로 변환시키는 동안 특정 대역의 주파수를 갖는 신호만을 통과시키는데, 이는 IDT의 전극들의 기하학적 구조에 의해 주파수 대역이 결정되기 때문이다.

도 1은 종래의 2단자망 대역통과필터의 블록도이고, 도 2는 도 1의 대역통과필터에 적용된 표면탄성파 여파기를 나타낸 내부 구조도이다. 설명의 편의상 도 1과 도 2를 연관하여 설명하기로 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 2단자망 구조를 갖는 대역통과필터(1)의 입력단에 입력전류(Iin)와 입력전압(Vin)이 입력되고, 출력단에 출력전류(Iout)와 출력전압(Vout)이 출력된다.

대역통과필터(1)는 도 2에 도시된 바와 같이, 하나의 동일한 압전기판(도시 안됨) 상에 형성된 1개의 표면탄성파 여파기(10)로 구성된다. 표면탄성파 여파기(10)는 입력 변환기(11)의 좌, 우측에 반사기들(13)이 1개씩 배치되고, 출력 변환기(15)의 좌, 우측에 반사기들(17)이 1개씩 배치되는 구조로 이루어진다. 미설명 부호 W는 전극지간 겹치는 길이를 나타낸다.

이와 같이 구성되는 표면탄성파 여파기의 내부 임피던스를 변환하기 위한 방법으로는 압전기판의 재질 선택에 의해 유전율을 조정하는 방법, 변환기의 전극지 갯수를 조절하는 방법, 변환기의 전극지간 겹치는 길이(overlap length)를 조정하는 방법 등이 있다.

가령, 표면탄성파 소자의 전기적인 요구 사양(specification)이 결정되면, 요구 사양들 중에서 유전율과 전극지 갯수가 고정된다. 이를 좀 더 상세히 언급하면, 전기적인 요구 사양에 의해 압전기판의 재질이 선택되므로 유전율이 고정되고, 표면탄성파 소자의 대역폭과 삽입손실 등이 정해지면, 전극지의 개수 또한 고정된다. 그러므로, 전극지간 겹치는 길이 W에 의해서만 임피던스를 조정할 수 있다.

그런데, 표면탄성파 여파기를 장착할 시스템의 임피던스는 50Ω을 표준으로 사용하는 경우가 대부분인데, 50Ω에 가깝게 여파기의 임피던스를 줄이기 위해서는 전극지의 겹치는 길이 W를 길게 연장하여야 하는데 이는 변환기가 점유하는 압전기판의 면적의 확대를 필요로 한다. 전극지의 겹치는 길이를 연장하는 경우, 변환기에 입력되는 전력이 집중되고, 동일한 전력인가의 조건에 대한 전극지 금속의 내부 발열이 증가한다.

그러나, 전극지 금속의 내부 발열이 제대로 방열되지 않은 채 계속 축적되어 한계 수준을 초과하면, 전극지 금속이 용융하고 전극지 금속의 단락현상이 발생한다. 또한, 전위차가 유전파괴를 일으킬 정도 이상으로 증가하면, 압전기판이 국부적으로 파손된다. 이로 인해, 표면탄성파 여파기는 수명을 단축하는 치명적인 손상을 받게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 자체 임피던스의 변화없이 전력분산을 이루어 고유전력에 대한 내성을 증가시키도록 한 표면탄성파 소자를 제공하는데 있다.

도 1은 종래의 2단자망 대역통과필터(band pass filter)의 블록도.

도 2는 도 1의 대역통과필터에 적용된 표면탄성파 여파기를 나타낸 내부 구조도.

도 3은 본 발명에 의한 표면탄성파 소자에 적용된 2단자망 대역통과필터의 병렬 연결을 나타낸 블록도.

도 4는 도 3의 대역통과필터에 적용된 표면탄성파 여파기를 나타낸 내부구조도.

도 5는 도 4의 표면탄성파 여파기를 나타낸 변형 내부구조도.

**** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ****

1, 30: 대역통과필터 10, 40, 50: 표면탄성파 여파기

11 : 입력 변환기 13, 17: 반사기

15: 출력 변환기 111, 115: 센터 변환기

211, 215: 래터럴 변환기

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 표면탄성파 소자는압전기판; 그리고 상기 압전기판 상에 이격하여 배치되고, 공통입력단자(INPUT)와 공통 출력단자(OUTPUT) 사이에 균등하게 병렬로 연결된 복수의 단위 표면탄성파 여파기들로 이루어지며, 상기 복수의 단위 표면탄성파 여파기들 각각은 전극지의 겹치는 길이(W)가 상기 병렬로 연결된 복수의 단위표면탄성파 여파기의 개수(N)에 대응하여 축소(W/N)되어 있으며, 상기 복수의 단위 표면탄성파 여파기들 각각의 입력 변환기가 공통 출력단자(INPUT)에 병렬로 공통연결되고, 상기 복수의 단위표면파 여파기들 각각의 출력 변환기가 공통 출력단자(OUTPUT)에 병렬로 공통연결되며, 상기 입력변환기의 좌우측에 반사기가 각각 하나씩 배치되고, 상기 출력변환기의 좌우측에 반사기가 각각 하나씩 배치되며, 상기 입력변환기는 제1센터변환기와, 상기 제1센터변환기의 양측에 하나씩 배치된래터럴 변환기로 구성되고, 상기 출력변환기는 제2센터변환기와, 상기 제2센터변환기의 양측에 하나씩 배치된 래터럴 변환기로 구성되며, 상기 제1센터변환기의 양측에 배치된 래터럴 변환기의 외측부가 상기 공통 입력단자(INPUT)에 연결되어 있으며, 상기 제1센터변환기의 양측에 배치된 래터럴 변환기의 내측부가 상기 제2 센터변환기의 양측에 배치된 래터럴 변환기의 내측부와 각각 연결되어 접지 되어 있으며, 상기 제2센터변환기의 양측에 배치된 래터럴 변환기의 외측부가 상기 공통 출력단자(OUTPUT)와 공통 연결되어 있고, 상기 제1센터변환기의 외측부가 접지되어 있고 상기 제1센터변환기의 내측부가 상기 제2센터변환기의 내측부와 연결되어 있으며, 상기 제2센터변환기의 외측부가 접지됨을 특징으로 한다.이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 표면탄성파 소자는압전기판; 그리고 상기 압전기판 상에 이격하여 배치되고, 공통입력단자(INPUT)와 공통 출력단자(OUTPUT) 사이에 균등하게 병렬로 연결된 복수의 단위 표면탄성파 여파기들로 이루어지며, 상기 복수의 단위 표면탄성파 여파기들 각각은 전극지의 겹치는 길이(W)가 상기 병렬로 연결된 복수의 단위표면탄성파 여파기의 개수(N)에 대응하여 축소(W/N)되어 있으며, 상기 복수의 단위 표면탄성파 여파기들 각각의 입력 변환기가 공통 입력단자(INPUT)에 병렬로 공통연결되고, 상기 복수의 단위표면파 여파기들 각각의 출력 변환기가 공통 출력단자(OUTPUT)에 병렬로 공통연결되며, 상기 입력변환기의 좌우측에 반사기가 각각 하나씩 배치 되고, 상기 출력변환기의 좌우측에 반사기가 각각 하나씩 배치되며, 상기 입력변환기는 제1센터변환기와, 상기 제1센터변환기의 양측에 하나씩 배치된래터럴 변환기로 구성되고, 상기 출력변환기는 제2센터변환기와, 상기 제2센터변환기의 양측에 하나씩 배치된 래터럴 변환기로 구성되며, 상기 제1센터변환기의 양측에 배치된 래터럴 변환기의 외측부가 접지되어 있으며, 내측부가 상기 제2 센터변환기의 양측에 배치된 래터럴 변환기의 내측부와 연결되어 있으며, 상기 제2센터변환기의 양측에 배치된 래터럴 변환기의 외측부가 접지와 연결되어 있고, 상기 제1센터변환기의 외측부가 공통입력단자(INPUT)에 접속되어 있고 내측부가 접지되어 있으며, 상기 제2센터변환기의 외측부가 공통출력단자(OUTPUT)에 접속되어 있고 내측부가 접지됨을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명은 표면탄성파 여파기를 자체 임피던스를 변화시키기 않고 전기회로적으로 균등하게 다분기하고 병렬 연결하여 내부 전력을 분산함으로써 고유의 전력에 대한 내성을 증가시킨다.

이하, 본 발명에 의한 표면탄성파 소자를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 종래 부분과 동일한 부분에는 동일한 부호를 부여하기로 한다.

도 3은 본 발명에 의한 표면탄성파 소자에 적용된 2단자망 대역통과필터의 병렬 연결을 나타낸 블럭도이고, 도 4는 도 3의 대역통과필터에 적용된 표면탄성파 여파기를 나타낸 내부구조도이고, 도 5는 도 4의 표면탄성파 여파기를 나타낸 변형 내부구조도이다. 설명의 편의상 도 3 내지 도 5를 연관하여 설명하기로 한다. 설명의 편의상 전체적인 구조의 간단한 설명과 단순화를 위해 2분기된 병렬 연결구조를 기준으로 설명하나 본 발명은 이에 한정되지 않고 2분기 이상의 다분기된 병렬 연결구조도 가능함은 자명한 사실이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 균등하게 2분기된 대역통과필터들(30)이 전기적으로 병렬 연결된다. 여기서, 대역통과필터들(30)의 공통 입력단자(INPUT)에 입력전압과 입력전류가 각각 Vin과 Iin으로 인가되면, 각각의 대역통과필터들(30)의 입력단에 입력전압이 Vin으로 입력되고 입력전류가 Iin/2로 분기되어 입력된다. 각각의 대역통과필터들(30)의 출력단에 출력전압이 Vout으로 출력되고 출력전류가 Iout/2로 분기되어 출력된다. 대역통과필터들(30)의 공통 출력단자(OUTPUT)에 출력전압이 Vout으로 출력되고 출력전류가 Iout로 출력된다.

따라서, 각각의 대역통과필터들(30)의 입력단자 또는 출력단자에서는 입력전류(Iin)가 Iin/2로 분기되어 입력되므로 각각의 대역통과필터들(30)의 전력 인가치는 절반치로 감소하여 분산된다.

이와 마찬가지로, 대역통과필터를 전기회로적으로 2분기 이상의 N분기시키면, 각 대역통과필터들의 전압 인가조건은 Vin으로 고정되고, 전류의 인가조건이 Iin/N으로 분기됨으로써 전력인가치는 N분기되어 대역통과필터 전체의 전력에 대한 내성(power durability)이 N배 증가한다.

이를 좀 더 상세히 언급하면, N분기, 예를 들어 2분기에 의한 병렬접속회로망에서 입력전류(Iin)와 출력전류(Iout)에 대한 변화는 다음과 같다.

즉, Iin = Iin/2 + Iin/2, Iout = Iout/2 + Iout/2

또한, 입력전압(Vin)과 출력전압(Vout)은 병렬회로에서 2분기되더라도 변화없이 외부 인가조건과 동일하게 전달된다.

그러므로, 전력치(P)는 전압과 전류의 곱에 의해 주어지는데, 입력 전력치(Pin)와 출력 전력치(Pout)는 병렬 회로에서 2분기된다.

즉, Pin = Pin/2 + Pin/2, Pout = Pout/2 + Pout/2

이와 같은 구성의 대역통과필터들(30)은 도 4에 도시된 바와 같이 전기회로적으로 2분기되어 병렬 연결된 표면탄성파 여파기들(40)로서 하나의 동일한 압전기판(도시 안됨) 상에 이격하여 배치된 구조로 이루어질 수 있다. 표면탄성파 여파기들(40)의 전극지의 겹치는 길이(overlap length) W는 전력분산을 위해 도 2와 같이 2분기되어 W/2로 축소된다.

여기서, 각각의 표면탄성파 여파기들(40)은 입력 변환기(41)의 좌, 우측에 반사기들(43)이 1개씩 배치되고, 출력 변환기(45)의 좌, 우측에 반사기들(47)이 1개씩 배치되는 구조로 이루어진다. 입력 변환기(41)는 제1 센터변환기(141)와 그 양측의 래터럴 변환기들(241)로 이루어지고, 출력 변환기(45)는 제2 센터변환기(145)와 그 양측의 래터럴 변환기들(245)로 이루어진다.

기판상에 병렬로 배치된 양측 여파기들(40)의 각각에 있어서, 양측 래터럴 변환기들(241)의 외측부가 공통 접지되고, 제1 센터 변환기들(141)의 내측부가 접지되고, 양측 래터럴 변환기들(241)의 내측부가 해당하는 양측 래터럴 변환기들(245)의 내측부에 연결되고, 제2 센터 변환기들(145)의 내측부가 접지되고, 양측 래터럴 변환기들(245)의 외측부가 공통 접지된다. 또한, 양측 여파기들(40)의 제1 센터 변환기들(141)의 외측부가 공통 입력단자(INPUT)에 연결되고, 양측 여파기들(40)의 제2 센터 변환기들(145)의 외측부가 공통 출력단자(OUTPUT)에 연결된다.

또한, 대역통과필터들(30)은 도 5에 도시된 바와 같이 전기회로적으로 2분기화되어 병렬 연결된 표면탄성파 여파기들(50)로서 하나의 동일한 압전기판(도시 안됨) 상에 이격하여 배치된 구조로 이루어질 수 있다. 표면탄성파 여파기들(50)의 전극지의 겹치는 길이(overlap length)는 전력분산을 위해 도 2의 전극지의 겹치는 길이 W를 2분기한 W/2로 축소된다.

여기서, 각각의 표면탄성파 여파기들(50)은 입력 변환기(41)의 좌, 우측에 반사기들(43)이 1개씩 배치되고, 출력 변환기(45)의 좌, 우측에 반사기들(47)이 1개씩 배치되는 구조로 이루어진다. 입력 변환기(41)는 제1 센터변환기(141)와 그 양측의 래터럴 변환기들(241)로 이루어지고, 출력 변환기(45)는 제2 센터변환기(145)와 그 양측의 래터럴 변환기들(245)로 이루어진다.

양측 여파기들(50)의 각각에 있어서, 양측 래터럴 변환기들(241),(245)의 내측부가 공통 접지되고, 제1 및 제2 센터 변환기들(141),(145)의 외측부가 접지되고, 양측 래터럴 변환기들(241)의 외측부가 공통 연결되고, 양측 래터럴 변환기들(245)의 외측부가 공통 연결된다. 일측 여파기(50)의 래터럴 변환기들(241)의 외측부가 타측 여파기(50)의 래터럴 변환기들(241)의 외측부에 연결되고, 일측 여파기(50)의 래터럴 변환기들(245)의 외측부가 타측 여파기(50)의 래터럴 변환기들(245)에 연결된다.

또한, 일측 여파기(50)의 제1 및 제2 센터 변환기들(141),(145)의 내측부가 공통 입력단자(INPUT)에 연결되고, 타측 여파기(50)의 제1 및 제2 센터 변환기들(141),(145)의 내측부가 공통 출력단자(OUTPUT)에 연결된다.

따라서, 본 발명은 표면탄성파 여파기들의 전극지 겹치는 길이를 종래에 비하여 예를 들어 W/2로 축소 조정하여 자체 임피던스의 변화를 방지하고 이들을 전기적으로 다분기 시키므로 변환기의 전극지 금속의 내부 발열을 저감시킨다. 그러므로, 본 발명은 전극지 금속의 용융을 억제하여 전극지 금속의 단락을 방지하고, 압전기판의 국부적인 파손을 억제하여 여파기의 수명을 단축하는 치명적인 손상을 방지한다.

한편, 본 발명은 2단자망에 한정되지 않고 3단자망, 4단자망 그 이상의 다단자망에도 동일하게 적용할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 표면탄성파 소자에서는 균등하게 병렬로 다분기되고 전극지 겹치는 길이를 축소 조정한 표면탄성파 여파기들이 압전기판 상에 이격하여 배치되고 또한 이들이 전기적으로 병렬 연결된다.

따라서, 본 발명은 표면탄성파 여파기들의 자체 임피던스의 변화를 방지하면서도 입력전력을 동시에 병렬로 다분기하여 내부 전력을 분산하고 이에 따른 표면탄성파 여파기의 내전력성을 증가시키고 나아가 제반 특성을 향상시킨다.

한편, 본 발명은 도시된 도면과 상세한 설명에 기술된 내용에 한정하지 않으며 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 변형 및 개선도 가능함은 이 분야에 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 사실이다.

Claims (4)

1. (삭제)
2. (2회정정) 압전기판; 그리고

   상기 압전기판 상에 이격하여 배치되고, 공통입력단자(INPUT)와 공통 출력단자(OUTPUT) 사이에 균등하게 병렬로 연결된 복수의 단위 표면탄성파 여파기들로 이루어지며, 상기 복수의 단위 표면탄성파 여파기들 각각은 전극지의 겹치는 길이(W)가 상기 병렬로 연결된 복수의 단위표면탄성파 여파기의 개수(N)에 대응하여 축소(W/N)되어 있으며, 상기 복수의 단위 표면탄성파 여파기들 각각의 입력 변환기가 공통 입력단자(INPUT)에 병렬로 공통연결되고, 상기 복수의 단위표면파 여파기들 각각의 출력 변환기가 공통 출력단자(OUTPUT)에 병렬로 공통연결되며,

   상기 입력변환기의 좌우측에 반사기가 각각 하나씩 배치되고, 상기 출력변환기의 좌우측에 반사기가 각각 하나씩 배치됨을 특징으로 하는 표면탄성파 소자.
3. (2회정정) 압전기판; 그리고

   상기 압전기판 상에 이격하여 배치되고, 공통입력단자(INPUT)와 공통 출력단자(OUTPUT) 사이에 균등하게 병렬로 연결된 복수의 단위 표면탄성파 여파기들로 이루어지며, 상기 복수의 단위 표면탄성파 여파기들 각각은 전극지의 겹치는 길이(W)가 상기 병렬로 연결된 복수의 단위표면탄성파 여파기의 개수(N)에 대응하여 축소(W/N)되어 있으며, 상기 복수의 단위 표면탄성파 여파기들 각각의 입력 변환기가 공통 입력단자(INPUT)에 병렬로 공통연결되고, 상기 복수의 단위표면파 여파기들 각각의 출력 변환기가 공통 출력단자(OUTPUT)에 병렬로 공통연결되며,

   상기 입력변환기의 좌우측에 반사기가 각각 하나씩 배치 되고, 상기 출력변환기의 좌우측에 반사기가 각각 하나씩 배치되며,

   상기 입력변환기는 제1센터변환기와, 상기 제1센터변환기의 양측에 하나씩 배치된래터럴 변환기로 구성되고,

   상기 출력변환기는 제2센터변환기와, 상기 제2센터변환기의 양측에 하나씩 배치된 래터럴 변환기로 구성되며,

   상기 제1센터변환기의 양측에 배치된 래터럴 변환기의 외측부가 접지되어 있으며, 내측부가 상기 제2 센터변환기의 양측에 배치된 래터럴 변환기의 내측부와 연결되어 있으며,

   상기 제2센터변환기의 양측에 배치된 래터럴 변환기의 외측부가 접지와 연결되어 있고,

   상기 제1센터변환기의 외측부가 공통입력단자(INPUT)에 접속되어 있고 내측부가 접지되어 있으며,

   상기 제2센터변환기의 외측부가 공통출력단자(OUTPUT)에 접속되어 있고 내측부가 접지됨을 특징으로 하는 표면탄성파 소자.
4. (신설) 제2항에 있어서,

   상기 입력변환기는 제1센터변환기와, 상기 제1센터변환기의 양측에 하나씩 배치된래터럴 변환기로 구성되고,

   상기 출력변환기는 제2센터변환기와, 상기 제2센터변환기의 양측에 하나씩 배치된 래터럴 변환기로 구성되며,

   상기 제1센터변환기의 양측에 배치된 래터럴 변환기의 외측부가 상기 공통 입력단자(INPUT)에 연결되어 있으며, 상기 제1센터변환기의 양측에 배치된 래터럴 변환기의 내측부가 상기 제2 센터변환기의 양측에 배치된 래터럴 변환기의 내측부와 각각 연결되어 접지 되어 있으며,

   상기 제2센터변환기의 양측에 배치된 래터럴 변환기의 외측부가 상기 공통 출력단자(OUTPUT)와 공통 연결되어 있고,

   상기 제1센터변환기의 외측부가 접지되어 있고 상기 제1센터변환기의 내측부가 상기 제2센터변환기의 내측부와 연결되어 있으며,

   상기 제2센터변환기의 외측부가 접지됨을 특징으로 하는 표면탄성파 소자.