KR100505717B1 - 압전공진자 및 그것을 포함하는 압전필터 및 듀플렉서 - Google Patents

압전공진자 및 그것을 포함하는 압전필터 및 듀플렉서 Download PDF

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KR100505717B1 KR10-2003-0001131A KR20030001131A KR100505717B1 KR 100505717 B1 KR100505717 B1 KR 100505717B1 KR 20030001131 A KR20030001131 A KR 20030001131A KR 100505717 B1 KR100505717 B1 KR 100505717B1
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타케우치마사키
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노무라타다시
우에사카켄이치
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Abstract

압전공진자는 기판과 진동부를 포함한다. 상기 진동부는 상기 기판상에 배치되는 하나 이상의 압전박막층을 구비하는 박막부 및 상기 기판상에 배치되는 한 쌍 이상의 상부전극 및 하부전극을 포함한다. 상기 진동부는 두께방향으로 서로 대향하는 상기 상부전극 및 하부전극에 의해, 그 상하면 사이에 상기 박막부가 끼워져 있는 구조를 가지며, 상기 진동부의 상기 상부전극 및 하부전극이 대향하여 겹치는 부분의 상기 기판의 두께방향에서 볼 때, 세로 길이가 실제로 진동파장의 약 10배이하인 평행한 변을 가지며 대향하는 전극끝부 사이의 거리가 다른 부분을 하나 이상 갖는, 직사각형 및 정사각형 이외의 사각형을 가진다.

Description

압전공진자 및 그것을 포함하는 압전필터 및 듀플렉서{PIEZOELECTRIC RESONATOR, AND PIEZOELECTRIC FILTER, AND DUPLEXER ALL INCLUDING SAME}
본 발명은 기판과, 상기 기판상에 배치되고 적어도 하나의 압전 박막층을 갖는 박막부가, 기판상에 배치되고 두께방향으로 서로 대향하는 적어도 한 쌍의 상부전극 및 하부전극에 의해 그 상하면 사이에 끼워져 있는 구조를 갖는 진동부를 포함하는 압전공진자에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 예컨대 휴대전화, 무선 LAN, 또는 다른 장치용의 발진기, 또는 필터 또는 다른 장치용의 소자로서 사용되는 압전공진자, 및 이 압전공진자를 포함하는 압전필터 및 듀플렉서에 관한 것이다.
두께세로 진동모드(thickness longutudinal oscillation mode)에서 사용되는 압전공진자에 있어서, 두께방향에서 본 상부전극 및 하부전극의 겹치는 부분의 대향하는 변의 길이, 즉, 진동부를 형성하는 상부전극 및 하부전극의 겹치는 부분의 형상이 단순히 직사각형일 경우, 그 직사각형의 대향하는 2변간의 길이는, Sn(n=0, 1, 2, 3, 등, n은 자연수)진동모드의 공진주파수를 결정한다. 특히, 진동부의 두께방향에서 볼 때 형상이 정사각형일 경우, 그 대향하는 2변간의 길이가 서로 같기 때문에, 한쪽의 대향하는 2변간의 길이에 의해 정해지는 Sn(n=0, 1, 2, 3, 등, n은 자연수)진동모드의 공진주파수는, 다른 쪽의 대향하는 2변간의 길이에 의해 정해지는 Sn(n=0, 1, 2, 3, 등, n은 자연수)진동모드의 공진주파수와 동일하다.
상부전극 및 하부전극의 두께방향에서 볼 때 겹치는 부분의 형상이 원형일 경우, 압전공진자와 진동파장의 관계는 그 원의 지름에 관련이 있기 때문에, Sn(n=0, 1, 2, 3, 등, n은 자연수)진동모드의 각 공진주파수는 각각의 정수 n에 대하여 정해진다.
압전공진자가 상부전극 및 하부전극에 의해 형성되는 두께방향에서 볼 때 직사각형의 겹치는 부분을 가질 경우, 한쪽의 대향하는 2변간의 길이와 다른 쪽의 대향하는 2변간의 길이가 다르기 때문에, 한쪽의 대향하는 2변간의 길이에 의해 정해지는 Sn진동모드의 공진주파수와 다른 쪽의 대향하는 2변간의 길이에 의해 정해지는 Sn진동모드의 공진주파수가 다르며, 따라서 대체적으로 다수의 공진주파수의 진동에 있어서 발생되는 스퓨리어스 진동(spurious oscillation)이 발생하게 된다.
결과적으로, 직사각형 진동부에 의해 야기되는 스퓨리어스 진동이 정사각형 또는 원형 진동부에 의해 야기되는 스퓨리어스 진동보다 영향이 크게 작용하는 것이 예측되기 때문에, 두께방향에서 볼 때 진동부가 직사각형인 압전공진자는 일반적으로 사용되지 않는다.
따라서, 진동부가 단순히 정사각형 또는 원형인 압전공진자가 주로 사용되고 있다.
종래 방식에서와 같이 진동부의 형상이 정사각형 또는 원형인 압전공진자에 있어서, 주 진동의 큰 반응을 얻기 위해 진동부의 대향하는 변간의 거리 또는 지름을 크게 할 경우, 압전공진자의 주파수 특성에 있어서 공진점과 반공진점 사이의 주파수폭이 일반적으로 넓어지며, 따라서 그 압전공진자는 저하된 Q인자를 가지는 경향이 있다. 요컨대, 대향하는 전극의 겹치는 부분의 두께방향에서 볼 때 형상이 원형 또는 정사각형일 경우, 그 치수가 크게 될수록, Q인자가 작게 되고, 따라서 압전공진자의 손실이 증가한다.
예컨대, 일본특허공개 제2002-009579호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 진동부의 두께방향으로 볼 때 형상이 원형 또는 원형을 내포하는 소정 형상이며, 그 진동부의 반경(r)과 진동부의 두께(t)의 관계가 r ≥ 20t/n(n은 양의 정수)을 만족하는 공지의 압전공진자에 있어서, 압전공진자의 전극의 치수는 크게 된다. 또한, 압전공진자의 감소된 Q인자는 압전공진자에 의해 형성되는 필터의 삽입손실이 증가하는 문제를 일으킨다. 도 31은 종래의 압전공진자의 주파수에 대한 위상 및 임피던스 특성의 일예를 나타낸다.
이 경우, 스퓨리어스 성분은 다수의 리플(ripple)을 발생시키고 또한 그 주파수 범위에 있어서 주 진동 가까이에 스퓨리어스 성분이 발생하기 때문에, 그 공진특성은 안정하지 않게 된다. 예컨대, 스퓨리어스 진동은 주 진동과 간섭한다.
또한, 예컨대 일본특허공개 제2000-332568호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 공지의 압전공진자는, 전극단부에서 반사되는 측 진동모드의 고조파 가운데 두께세로 진동의 공진주파수대역에 출현하는 진동모드를 억제하기 위해 사다리꼴 형상을 갖는 진동부를 구비한다.
그러나, 이러한 진동부를 갖는 압전공진자에 있어서, 진동부를 진동 가능하게 지지하는 다이어프램(diaphragm)은 그 전극으로 외접하는 정사각형보다 큰 것이 필요하다. 게다가, 전극 형상이 불규칙하기 때문에, 예컨대 동일면적을 갖는 정사각형보다 큰 다이어프램을 필요로 하게 되고, 따라서 압전공진자의 치수를 줄이는 것이 어렵게 된다.
상기 기술한 문제를 극복하기 위해, 본 발명의 바람직한 실시형태는 스퓨리어스 진동의 영향을 최소화하는 압전공진자 및 그러한 압전공진자를 포함하는 필터, 듀플렉서, 통신장치를 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 제1압전공진자는, 기판과, 상기 기판상에 배치되는 적어도 하나의 압전박막층을 갖는 박막부 및 상기 기판상에 배치되는 적어도 한 쌍의 상부전극 및 하부전극을 구비하는 진동부를 포함한다. 상기 진동부는 두께방향으로 서로 대향하는 상기 상부전극 및 하부전극에 의해, 그 상하면 사이에 상기 박막부가 끼워져 있는 구조를 가진다. 또한 상기 진동부의 상기 상부전극 및 하부전극이 대향하여 겹치는 부분의 두께방향에서 볼 때 형상은, 세로 길이가 실제로 진동파장의 10배이하인 평행한 변을 가지며 대향하는 전극끝부 사이의 거리가 다른 부분을 적어도 하나 갖는, 직사각형 및 정사각형 이외의 사각형이다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 제1압전공진자에 있어서, 대향하는 전극간의 거리가 다른 부분은, 진동부의 두께방향에서 볼 때 형상에 대응하는 대향하는 전극의 형상이, 서로 평행하지 않는 적어도 한 쌍의 대향하는 변이 있는 부분을 의미한다. 이러한 부분에 있어서, 대향하는 변간의 거리는 변을 따른 방향에서 연속적으로 또는 일부 불연속적으로 변화하게 된다. 또한, 진동부의 상기 상부전극 및 하부전극이 대향하여 겹치는 부분의 형상이 적어도 2쌍의 평행한 변을 가질 경우, 적어도 한 쌍의 평행한 변간의 거리는 다른 쌍의 평행한 변간의 거리와 다른 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 제1압전공진자에 있어서, 진동부의 상기 상부전극 및 하부전극이 대향하여 겹치는 부분의 두께방향으로 볼 때 형상은, 세로 길이가 실제로 진동파장의 10배이하인 평행한 변을 가지며 대향하는 전극끝부 사이의 거리가 다른 부분을 적어도 하나 갖는, 직사각형 및 정사각형 이외의 사각형이다. 이러한 구조에 있어서, 상기 형상의 세로와의 각도에서 발생하는 스퓨리어스 성분은 동일한 면적을 갖는 직사각형에서 발생하는 스퓨리어스 성분과 비교하여 더 작은 진폭을 가지기 때문에, 이 스퓨리어스 성분은 주 진동에 대해 큰 리플로서 작용하지 않으며, 따라서 압전공진자의 임피던스 특성 및 위상 특성을 매우 향상시킨다.
본 발명의 다른 바람직한 실시형태에 따른 제2압전공진자는, 기판과, 상기 기판상에 배치되는 적어도 하나의 압전박막층을 갖는 박막부 및 상기 기판상에 배치되는 적어도 한 쌍의 상부전극 및 하부전극을 구비하는 진동부를 포함한다. 상기 진동부는 두께방향으로 서로 대향하는 상기 상부전극 및 하부전극에 의해, 그 상하면 사이에 상기 박막부가 끼워져 있는 구조를 가진다. 또한 상기 진동부의 상기 상부전극 및 하부전극이 대향하여 겹치는 부분의 두께방향으로 볼 때 형상은, 세로 길이가 실제로 진동파장의 10배이하인 평행한 변을 가지며 대향하는 전극끝부 사이의 거리가 다른 부분을 적어도 하나 갖는, 적어도 5변을 갖는 다각형이다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 제2압전공진자에 있어서, 대향하는 전극간의 거리가 다른 부분은, 진동부의 두께방향에서 볼 때 형상에 대응하는 대향하는 전극의 형상이, 서로 평행하지 않는 적어도 한 쌍의 대향하는 변이 있는 부분을 의미한다. 이러한 부분에 있어서, 대향하는 변간의 거리는 변을 따른 방향에서 연속적으로 또는 일부 불연속적으로 변화하게 된다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 제2압전공진자에 있어서, 진동부의 상기 상부전극 및 하부전극이 대향하여 겹치는 부분의 두께방향으로 볼 때 형상은, 세로 길이가 실제로 진동파장의 10배이하인 평행한 변을 가지며 대향하는 전극끝부 사이의 거리가 다른 부분을 적어도 하나 갖는, 적어도 5변을 갖는 다각형이다. 이러한 구조에 있어서, 상기 형상의 세로와의 각도에서 발생하는 스퓨리어스 성분은 동일한 면적을 갖는 직사각형에서 발생하는 스퓨리어스 성분과 비교하여 더 작은 진폭을 가지기 때문에, 이들 스퓨리어스 성분은 주 진동에 대해 큰 리플로서 작용하지 않으며, 따라서 압전공진자의 임피던스 특성 및 위상 특성을 매우 향상시킨다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 제1 및 제2압전공진자와 같이, 진동부의 두께방향에서 볼 때 형상의 서로 평행한 변의 바람직한 길이는 진동파장의 대략 10배이하인 것이, 본 발명자에 의해 얻어진 실험결과로부터도 판명된다. 더욱 구체적으로, 본 발명자는 진동파장에 대한 세로 길이의 비가 다른 샘플들의 다수의 다른 형상을 준비하여, 이들 샘플에서 발생하는 스퓨리어스 성분을 실험을 통해 계측하고, 도 32에 나타낸 바와 같은 실험데이터를 얻었다. 스퓨리어스 성분을 그 임피던스 또는 위상에 의해 평가하며, 위상에 의해 평가한 것을 도 32에 나타낸다. 위상으로 평가할 경우, 주 진동으로부터 벗어나는 위상각도차를 평가한다. 요컨대, 위상각도차가 작을수록 스퓨리어스 성분이 작게 된다. 도 32에 알 수 있듯이, 진동부의 형상의 실제로 평행한 변의 길이가 진동파장의 대략 10배이하인 경우, 스퓨리어스 발생과 주 진동으로부터 벗어난 위상각도의 관계에 따르면, 상대적인 위상각도차가 대략 15도이하의 작은 것임이 판명된다. 따라서, 진동부의 두께방향에서 볼 때 형상의 실제로 평행한 변의 길이는 진동파장의 대략 10배이하로 되면, 스퓨리어스 성분이 작게 된다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 제1 또는 제2압전공진자에 있어서, 진동부의 상기 상부전극 및 하부전극이 대향하여 겹치는 부분의 형상은 두께방향에서 볼 때 선대칭 또는 점대칭이 바람직하다. 이 경우 진동부는 규칙적인 형상을 가지므로, 스퓨리어스 성분은 서로 상쇄되기 쉬우며, 따라서 압전공진자의 임피던스 특성 및 위상 특성을 향상시킨다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 제2압전공진자에 있어서, 진동부의 상기 상부전극 및 하부전극이 대향하여 겹치는 부분의 두께방향으로 볼 때 형상은, 팔각형인 것이 바람직하다. 이러한 구조에 있어서, 상기 압전공진자는 우수한 임피던스 특성 및 위상 특성을 가진다. 또한, 이 경우 진동부의 상기 상부전극 및 하부전극이 대향하여 겹치는 부분의 두께방향으로 볼 때 형상은 긴 팔각형인 것이 바람직하다. 게다가, 두께방향으로 볼 때, 이 경우 진동부의 상기 상부전극 및 하부전극이 대향하여 겹치는 부분은, 가로 길이를 b로 하고 세로 끝부에서 측변의 길이를 d로 할 때, d/b≤0.5를 만족하는 형상을 가져도 좋다.
이러한 구조에 있어서, 종래의 구조에 비해 스퓨리어스 발생 또는 영향이 최소화되고, 따라서 상기 압전공진자는 한층 더 우수한 위상 특성 및 임피던스 특성을 가진다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 제1압전공진자에 있어서, 진동부의 상기 상부전극 및 하부전극이 대향하여 겹치는 부분의 형상은 두께 방향으로 볼 때 마름모꼴 또는 사다리꼴인 것이 바람직하다. 이러한 구조에 있어서, 상기 압전공진자는 우수한 임피던스 특성 및 위상 특성을 가진다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 제3압전공진자는, 기판과, 상기 기판상에 배치되는 적어도 하나의 압전박막층을 갖는 박막부 및 상기 기판상에 배치되는 적어도 한 쌍의 상부전극 및 하부전극을 구비하는 진동부를 포함한다. 또한, 상기 진동부는 두께방향으로 서로 대향하는 상기 상부전극 및 하부전극에 의해, 그 상하면 사이에 상기 박막부가 끼워져 있는 구조를 가진다. 또한 상기 진동부의 상기 상부전극 및 하부전극이 대향하여 겹치는 부분은 두께방향으로 볼 때 평행한 변이 없고 선대칭이다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 제3압전공진자에 있어서, 진동부는 규칙적인 형상을 가지므로, 스퓨리어스 성분은 서로 상쇄되며, 따라서 압전공진자의 임피던스 특성 및 위상 특성을 향상시킨다.
본 발명의 바람직한 실시형태의 제3압전공진자에 있어서, 진동부의 상기 상부전극 및 하부전극이 대향하여 겹치는 부분의 두께방향에서 볼 때 형상은, 이등변삼각형 또는 칠각형인 것이 바람직하다. 이러한 구조에 있어서, 상기 압전공진자는 우수한 임피던스 특성 및 위상 특성을 가진다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 제1 내지 제3압전공진자에 있어서, 상기 진동부의 상기 상부전극 및 하부전극이 대향하여 겹치는 부분은, 실제로 주 진동의 공진파장의 대략 20배이상인 세로 길이를 가진다. 이러한 구조에 있어서, 그 세로 길이에 의존하여 발생하는 스퓨리어스 성분은 더욱 감소한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 제1 내지 제3압전공진자에 있어서, 상기 기판은 개구부 또는 오목부를 가지며, 상기 개구부 또는 오목부 위에 상기 진동부가 배치되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 구조에 있어서, 다이아프램형의 압전공진자에 있어서 스퓨리어스 성분은 매우 감소한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 제1 내지 제3압전공진자에 있어서, 상기 진동부는 상기 상부전극 및 하부전극을 통하여 인가되는 전기신호에 의해 두께세로 진동모드에서 진동한다. 이 경우 두께세로 진동모드에서 진동하는 압전공진자에서의 스퓨리어스 성분은 매우 감소한다. 또한, 이들 압전공진자에 있어서, 그 스퓨리어스 성분은 주 진동에 대해 큰 리플로서 작용하지 않기 때문에, 압전공진자의 임피던스 특성 및 위상 특성은 향상되며, 따라서 상기 압전공진자는 우수한 공진특성을 가진다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 압전필터는 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 제1 내지 제3압전공진자 중 어느 하나를 포함하거나, 또는 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 제1 내지 제3압전공진자 중 어느 하나를 사용하는 사다리(ladder) 구조를 가진다. 상기 압전공진자에서의 스퓨리어스 성분은 감소하기 때문에, 상기 기술한 구조를 갖는 압전필터는 스퓨리어스 성분에 의해 야기되는 리플이 최소화되는 우수한 필터특성을 가진다. 상기 압전공진자가 필터의 일부로 사용될 경우, 압전 진동체의 스퓨리어스 진동에 의해 야기되는 주파수통과대역에서의 신호의 리플은 감소하며, 결과적으로 예컨대 스크리닝 신호(screening signal)에 우수한 대역통과필터가 얻어진다.
본 발명의 다른 바람직한 실시형태에 따른 듀플렉서는 본 발명의 상기 기술한 바람직한 실시형태에 따른 압전공진자를 포함한다. 압전공진자에서의 스퓨리어스 성분이 최소화되기 때문에, 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 듀플렉서는 스퓨리어스 성분에 의한 리플이 저감된 우수한 필터 특성을 갖는다.
본 발명의 다른 바람직한 실시형태에 따른 통신장치는, 본 발명의 다른 바람직한 실시형태에 따른 압전공진자를 포함한다. 압전공진자에서의 스퓨리어스 성분이 최소화되기 때문에, 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 통신장치는 우수한 특성을 갖는다.
첨부도면을 참조하여 그 바람직한 실시형태의 이하의 상세한 설명으로부터 본 발명의 다른 특징, 요소, 특성 및 이점을 더욱 명백해 질 것이다.
실시형태
본 발명의 바람직한 실시형태를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명할 것이다.
제1실시형태
도 1 및 도 2는 본 발명의 제1실시형태에 따른 압전공진자(1)의 개략적인 수직단면도 및 개략략적인 평면도이다.
상기 압전공진자(1)는 예컨대 1.95GHz에 가까운 공진주파수를 갖는 두께세로 진동의 제2고조파를 사용한다. 물론, 압전공진자(1)는 기본파, 제3고조파, 제4고조파, 또는 제n고조파(n=5,6,7,등, n은 양의 정수)를 사용하여도 좋다. 상기 압전공진자(1)는 지지막(3), 압전박막부(4), 및 전극(5,6)의 박막부가 기판(2)상에 적층형태로 배치되어 있는 구조를 가진다.
더욱 구체적으로, 도 1에 나타낸 바와 같이, 압전공진자(1)는, 진동공간으로서 정의되는 평면에서 본 실제로 직사각형 형상을 갖는 개구부(8)를 갖는 기판(2), 이 기판(2)의 표면상에 배치되는 지지막(3), 이 지지막(3)상에 배치되는 하부전극(5), 이 하부전극(5)상에 배치되는 압전박막부(4), 및 이 압전박막부(4)상에 배치되는 상부전극(6)으로 구성되어 있다.
상기 기판(2)은, 실리콘, 파이렉스(Pyrex)(등록상표) 유리, 석영 또는 다른 적당한 소재로 이루어지는 플레이트에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 예컨대, 에칭, 레이저가공, 또는 샌드블라스팅(sandblasting)에 의해 기판(2)의 소정부분을 제거함으로써, 후술하는 진동부(7)가 진동할 수 있도록 수직으로 관통하는 개구부(8)를 기판(2)의 중심부에 형성한다. 이 바람직한 실시형태에 있어서, 기판(2)은 실리콘으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 지지막(3)은 그위에 배치되는 하부전극(5), 압전박막부(4), 및 상부전극(6)을 지지하여, 개구부(8)에 있어서 진동 가능한 다이어프램을 형성한다. 더욱 구체적으로, 이 경우 상기 지지막(3)은, 기판(2)의 표면에 개구부(8)를 피복하는 형태로 배치되는 산화실리콘(SiO2)으로 만들어진 박막층(3a)과, 이 박막층(3a)상에 배치되는 산화알루미늄(Al2O3)으로 만들어진 박막층(3b)으로 구성되어 있다. 이 지지막(3)은 산화실리콘 대신에 예컨대 질화실리콘(SiN), 질화알루미늄 또는 다른 적당한 소재로 이루어져도 좋다. 특히, 지지막(3)은 압축응력 및 인장응력이라는 상반되는 응력을 갖는 2층 이상의 다층구조인 것이 바람직하다.
이 지지막(3)상에는 우선 알루미늄으로 이루어지는 박막 하부전극(5)이 형성되어 있다.
이 하부전극(5) 및 지지막(3)상에는 산화아연(ZnO)으로 이루어지는 압전박막부(4)가 형성되어 있다. 압전박막부(4)로서는, 질화알루미늄(AlN), PZT, 또는 다른 적당한 소재를 사용하여도 좋다. 또한, 압전박막부(4)는 적어도 하나의 압전박막층을 포함하며, 압전체만으로 구성되어도 좋고, 또는 적어도 하나의 압전박막층과, 그 압전박막부와는 별도의 예컨대 절연막층을 포함하여도 좋다.
압전박막부(4)의 상면에는 두께방향에서 볼 때 하부전극(5)의 일부와 겹치도록 박막 상부전극(6)이 형성된다. 상기 상부전극(6)도, 하부전극(5)과 동일하게 알루미늄으로 이루어져 있다. 하부전극(5) 및 상부전극(6)은 알루미늄 대신에 금(Au), 은(Ag), 동(Cu), 백금(Pt), 니켈(Ni) 또는 다른 소재로 이루어져도 좋다.
하부전극(5) 및 상부전극(6)이 대응하는 외부전극에 접속된 상태로 압전공진자(1)는 밀봉되어 있다.
하부전극(5)과 상부전극(6)이 대향하여 겹치는 부분의 두께방향에서 볼 때 형상은, 도 2에 나타내는 바와 같이, 길고 가는 팔각형(긴 팔각형)이다. 즉, 하부전극(5)은 직사각형의 각각의 긴 변의 코너를 없앤 형상을 가지며, 또한 상부전극(6)은 직사각형의 각각의 짧은 변의 코너를 없앤 형상을 가지고 있고, 따라서 이들 전극에 의해 형성되는 겹치는 부분의 형상은 길고 가는 팔각형으로 되어 있다. 상부전극(6)을 이와 같은 형상으로 형성으로써, 배선을 크게 할 수 있으므로, 배선저항의 저감에 의한 공진자의 Q인자 향상, 나아가서 필터특성의 향상이 가능하게 된다. 이 겹치는 부분의 형상은, 길고 가는 직사각형의 각각의 세로 끝부에서 한 쌍의 코너를 비스듬하게 없애서 형성되어 있다. 상기 겹치는 부분의 두께방향에서 볼 때 형상은, 이 겹치는 부분의 세로방향 중심을 지나고 그 세로방향에 대해 실제로 직교하는 가상 중심선에 대해 선대칭이다.
이 겹치는 부분에 있어서, 압전박막부(4)는 하부전극(5) 및 상부전극(6)으로부터 제공되는 고주파신호로서 압전작용에 의해 진동한다. 이하, 하부전극(5) 아래의 배치되는 지지막(3)의, 압전작용에 의해 진동하는, 상부전극(5), 하부전극(6) 및 압전박막부(4)을 진동부(7)라 한다.
이 두께방향에서 볼 때 길고 가는 팔각형을 갖는 진동부(7)는, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 세로 길이a가 주 진동(S0모드)의 진동파장(λ)의 약 20배이상 즉 약 20λ이상인 것이 바람직하다. 또한, 세로방향과 실제로 직교하는 가로 길이b는 주 진동의 진동파장(λ)의 약 5배이하 즉 약 5λ이하이어도 좋고, 또는 5λ를 초과하여도 좋다.
진동부(7)의 세로 길이(a)는 주 진동의 진동파장(λ)의 약80배 이상 즉 약 80λ이상인 것이 더욱 바람직하다.
진동부(7)의 세로 길이(a)의 상한은 주 진동의 공진파장과 압전공진자(1)의 칩 사이즈에 따라서 설정되며, 진동부(7)의 가로 길이(b)의 하한은 주 진동의 진동파장(λ)과 거의 동일하다.
두께방향에서 볼 때 길고 가는 팔각형을 가지도록 형성되는 진동부에 있어서, 도 4의 A 내지 도 8의 A에 나타낸 진동부의 샘플을 사용하여 본 발명자에 의해 계측된 압전공진자의 구체적인 특성의 실험데이터를 도 4의 B 내지 도 8의 B에 나타낸다.
도 3은 진동부의 치수를 측정한 방향을 나타낸다. 더욱 구체적으로, 두께방향에서 볼 때 길고 가는 팔각형을 갖는 진동부의 세로 길이 및 가로 길이를 a 및 b로 각각 정의하고, 세로방향을 따라 연장하는 2변의 길이 및 진동부의 측방향을 따라 연장하는 2변의 길이를 c 및 d로 각각 정의한다. 각각의 쌍의 대향하는 평행한 변들은 바람직하게 실제로 동일한 길이를 가진다.
표 1에는, 도 4의 A 내지 도 8의 A에 나타낸 진동부의 샘플의 치수 및 d/b의 값을 도 1에 나타낸다. 표에서, 각 치수는 주 공진주파수의 진동파장과의 비를 나타낸다.
a b c d d/b
샘플1 63.9 26.7 3.2 6.4 0.239
샘플2 63.9 26.7 6.8 5.0 0.187
샘플3 74.8 20.5 6.8 6.8 0.332
샘플4 74.8 26.7 3.2 1.3 0.049
샘플5 87.2 20.5 6.8 3.1 0.151
도 4의 A는 표 1에서 샘플1의 두께방향에서 볼 때 형상을 나타내고, 도 4의 B는 그 계측된 임피던스 특성 및 위상 특성을 나타낸다. 마찬가지로, 도 5의 A 내지 도 8의 A는 각각 샘플2 내지 샘플8의 두께방향에서 볼 때 형상을 나타내고, 도 5의 B 내지 도 8의 B는 각각 그 계측된 임피던스 특성 및 위상 특성을 나타낸다.
도 4의 A 내지 도 8의 A에 낸 각 샘플들을 사용한 압전공진자에 있어서, 실제로 평행한 2변의 길이가 진동파장의 약 10배이상이고, 그 실제로 평행한 2변 이외의 후술하는 대향하는 전극끝부 사이의 거리가 세로방향에서 또는 측방향에서도 다르다. 또한, 전극단부의 적어도 두 쌍의 실제로 평행한 변이 진동부의 상부전극 및 하부전극이 대향하여 겹치는 부분의 형상을 한정하는 경우, 적어도 한 쌍의 실제로 평행한 변간의 거리, 즉, 이들 실제로 평행한 변에 대응하는 전극끝부 사이의 거리는, 다른 실제로 대응하는 평행한 변간의 거리, 즉, 이들 실제로 평행한 변에 대응하는 전극끝부 사이의 거리와 다르다. 이러한 배열은 전극끝부 사이의 진동에 의해 야기되는 스퓨리어스 성분을 저감시킨다. 각 샘플의 d/b의 값이 0.5이하이며, 따라서 더욱 스퓨리어스 발생이 억제된다.
제2실시형태
이하 도 9 내지 도 11을 참조하여, 본 발명의 여러가지 바람직한 실시형태에 따른 압전공진자를 포함하는, 본 발명의 제2실시형태에 따른 필터의 실시예를 설명한다. 도 9 내지 도 11은 하나의 압전공진자를 입력 및 출력단자 사이에 직렬 접속하고, 다른 하나의 압전공진자를 입력단자 및 그라운드단자 사이에 병렬 접속한 L형 사다리 필터(L-type ladder filter)(11)를 나타낸다.
도 9에 나타내는 바와 같이, 상기 사다리 필터(11)는 싱글 칩 구조를 가진다. 더욱 구체적으로, 상기 사다리 필터(11)는 상기 제1실시형태와 동일하게 실리콘으로 이루어진 기판(12), 이 기판(12)상에 형성되고 진동공간을 형성하는 개구부(18), 및 이 개구부(18)를 피복하도록 기판(12) 표면에 배치되고 산화실리콘으로 이루어지는 지지막(13)을 구비한다. 또한, 상기 사다리 필터(11)는 이 지지막(13)상에 배치되는 하부전극(15), 및 이 하부전극(15) 및 지지막(13)상에 적층형태로 배열된, 압전진동체로서 기능하는 산화아연(ZnO)으로 이루어지는 압전박막부(14)를 구비한다. 상기 지지막(13)은 기판(2)의 표면에 개구부(18)를 피복하도록 배치된 산화실리콘(SiO2)으로 이루어진 박막층(13a)과, 이 박막층(13a)상에 배치된 산화알루미늄(Al2O3)으로 이루어진 박막층(13b)으로 구성되어 있다. 또한, 상기 사다리 필터(11)는 압전박막부(14)의 상면에 배치된 상부전극(16a, 16b)이, 두께방향에서 볼 때 하부전극(15)과 일부 겹치도록 배치되어 있다. 하부전극(15)과 상부전극(16a)의 겹치는 부분의 두께방향에서 볼 때 형상 및 하부전극(15)과 상부전극(16b)의 겹치는 부분의 두께방향에서 볼 때 형상은 긴 팔각형이다. 여기서, 하부전극(15)과 상부전극(16a)이 겹치는 부분은 하나의 직렬 압전공진자(19a)를 형성하고, 하부전극(15)과 상부전극(16b)이 겹치는 부분은 다른 하나의 병렬 압전공진자(19b)를 형성한다.
압전박막부(14)를 포함하는 하부전극(15)과 상부전극(16a) 사이에 배치되는 두께방향에서 볼 때 겹치는 부분은 하부전극(15) 및 상부전극(16a)으로부터 제공되는 고주파신호에 의해 압전진동하는 진동부(17a)를 형성한다. 마찬가지로, 압전박막부(4)를 포함하는 하부전극(15)과 상부전극(16b) 사이에 배치되는 두께방향에서 볼 때 겹치는 부분은 하부전극(15) 및 상부전극(16b)으로부터 제공되는 고주파신호에 의해 압전진동하는 진동부(17b)를 형성한다.
진동부(17a, 17b)의 두께방향에서 볼 때, 긴 팔각형의 세로 길이는 주 공진주파수의 파장(λ)의 약 20배이상이며, 이 긴 팔각형의 가로 길이는 주 공진주파수의 파장(λ)의 약 5배이하인 것이 바람직하다.
상기 구조를 갖는 사다리 필터(11)에 있어서, 각 압전공진자(19a, 19b)에서 발생하는 스퓨리어스 성분이 저감하기 때문에, 향상된 필터특성이 얻을 수 있다.
제3실시형태
이하 도 1, 도 12 및 도 13을 참조하여, 본 발명의 제3실시형태에 따른 압전공진자를 설명한다. 도 1의 수직단면도에서 나타낸 바와 같이, 이 제3실시형태에 따른 압전공진자는 제1실시형태와 동일한 구조를 가진다. 따라서, 제1실시형태와 상위한 진동부(7)의 두께방향에서 볼 때 형상 등에 대해서 설명하고, 제1실시형태와 동일한 구조에 대해서는 설명을 생략한다.
도 12에 나타내는 바와 같이, 압전공진자(1)의 진동부(7)의 형상은 두께방향에서 볼 때 이등변삼각형인 것이 바람직하다. 이 경우 진동부(7)의 두개의 등변 및 밑변의 길이는 각각 주 공진주파수의 파장의 약 66.2배 및 약 40,9배인 것이 바람직하다.
도 13은 압전공진자(1)의 임피던스 특성 및 위상 특성을 나타내는 그래프이다. 이 압전공진자(1)에 있어서, 진동부는 두께방향에서 볼 때 이등변삼각형으로 되어 있으므로, 그 대향하는 등변 사이의 거리가 삼각형의 꼭대기로 향해 작아지기 때문에, 진동부를 형성하는 전극끝부와 대응하는 실제 등변 사이의 거리는 등변을 따라서 다르다. 따라서, 도 13에 나타내는 바와 같이, 진동부(7)는 규칙적인 형상을 가지므로, 스퓨리어스 성분은 서로 상쇄되기 쉬우며, 따라서 압전공진자의 임피던스 특성 및 위상 특성을 향상시킨다.
제4실시형태
이하 도 1, 도 14 및 도 15를 참조하여, 본 발명의 제4실시형태에 따른 압전공진자를 설명한다. 도 1의 수진단면도에서 나타낸 바와 같이, 이 제4실시형태에 따른 압전공진자는 제1실시형태와 동일한 구조를 가진다. 따라서, 제1실시형태와 상위한 진동부(7)의 두께방향으로 볼 때 형상 등에 대해서 설명하고, 제1실시형태와 동일한 구조에 대해서는 설명을 생략한다.
도 14에 나타내는 바와 같이, 압전공진자(1)의 진동부(7)의 형상은 두께방향에서 볼 때 마름모꼴인 것이 바람직하다. 진동부(7)의 두 쌍의 실제로 평행한 변의 길이(L)은 주 공진주파수의 파장의 약 10배이하인 것이 바람직하다.
도 15는 압전공진자의 임피던스 특성 및 위상 특성을 나타내는 그래프이다. 상술한 바와 같이, 진동부의 두께방향에서 볼 때 형상이 마름모꼴이기 때문에, 그 대향하는 평행한 변의 길이(L)은 진동파장의 약 10배이하인 것이 바람직하며, 진동부의 규칙적인 형상은 스퓨리어스 성분이 서로 상쇄되어 감소하며, 따라서 도 15에 나타낸 바와 같이 최소의 리플을 가진 압전공진자의 양호한 특성이 얻어진다.
제5실시형태
이하 도 1, 도 16 및 도 17을 참조하여, 본 발명의 제5실시형태에 따른 압전공진자를 설명한다. 도 1의 수직단면도에서 나타낸 바와 같이, 이 제5실시형태에 따른 압전공진자는 제1실시형태와 동일한 구조를 가진다. 따라서, 제1실시형태와 상위한 진동부(7)의 두께방향에서 볼 때 형상 등에 대해서 설명하고, 제1실시형태와 동일한 구조에 대해서는 설명을 생략한다.
도 16에 나타내는 바와 같이, 압전공진자(1)의 진동부(7)의 두께방향에서 볼 때 형상은, 4쌍의 인접하는 변이 오목한 각을 형성하고 다른 4쌍의 인접하는 변이 볼록한 각을 형성하는, 선대칭인 대칭 팔각형인 것이 바람직하다.
도 17은 압전공진자의 임피던스 특성 및 위상 특성을 나타내는 그래프이다. 상술한 바와 같이, 두께방향에서 볼 때 진동부(7)는, 대향하는 변간의 거리, 즉, 그들 변에 대응하는 전극끝부 사이의 거리가 변을 따른 방향으로 변화하며 또한 선대칭을 형성하기 때문에, 진동부의 규칙적인 형상은 스퓨리어스 성분을 서로 상쇄되어 감소하도록 하며, 도 17에 나타내는 바와 같이, 따라서 최소의 리플을 가진 압전공진자의 양호한 특성이 얻어진다.
제6실시형태
이하 도 1, 도 18 및 도 19를 참조하여, 본 발명의 제6실시형태에 따른 압전공진자를 설명한다. 도 1의 수직단면도에서 나타낸 바와 같이, 이 제6실시형태에 따른 압전공진자는 제1실시형태와 동일한 구조를 가진다. 따라서, 제1실시형태와 상위한 진동부(7)의 두께방향에서 볼 때 형상에 대해서 설명하고, 제1실시형태와 동일한 구조에 대해서는 설명을 생략한다.
도 18에 나타내는 바와 같이, 압전공진자(1)의 진동부(7)의 형상은 두께방향에서 볼 때 선대칭인 칠각형인 것이 바람직하다.
도 19는 압전공진자의 임피던스 특성 및 위상 특성을 나타내는 그래프이다. 상술한 바와 같이, 진동부의 형상은 두께방향에서 볼 때 선대칭인 칠각형이기 때문에, 대향하는 변들은 서로 평행하지 않다. 따라서, 그 대향하는 변간의 거리는 변을 따른 방향으로 변화하며, 진동부를 구성하는 이들 변에 대응하는 전극끝부 사이의 거리가 변을 따라 변화하며 또한 선대칭인 것에 의해 진동부(7)는 규칙적인 형상을 가지므로, 스퓨리어스 성분은 서로 상쇄하며, 도 19에 나타내는 바와 같이, 따라서 압전공진자의 임피던스 특성 및 위상 특성을 향상시킨다.
제7실시형태
이하 도 1, 도 20 및 도 21을 참조하여, 본 발명의 제7실시형태에 따른 압전공진자를 설명한다. 도 1의 수직단면도에서 나타낸 바와 같이, 이 제7실시형태에 따른 압전공진자는 제1실시형태와 동일한 구조를 가진다. 따라서, 제1실시형태와 상위한 진동부(7)의 두께방향에서 볼 때 형상에 대해서 설명하고, 제1실시형태와 동일한 구조에 대해서는 설명을 생략한다.
도 20에 나타내는 바와 같이, 압전공진자(1)의 진동부(7)의 형상은 두께방향에서 볼 때 선대칭인 사다리꼴인 것이 바람직하다. 사다리꼴의 평행한 변 중 짧은 변의 길이(L)이 실제로 진동파장의 약 10배이하인 것이 바람직하다.
도 21은 압전공진자의 임피던스 특성 및 위상 특성을 나타내는 그래프이다. 상술한 바와 같이, 진동부(7)의 두께방향에서 볼 때 형상은, 그 대향하는 평행한 변 중 짧은 변의 길이(L)이 실제로 진동파장의 약 10배이하인 사다리꼴이기 때문에, 진동부의 규칙적인 형상은 스퓨리어스 성분이 서로 상쇄되어 감소하도록 하며, 따라서 최소의 리플을 가진 압전공진자의 양호한 특성이 얻어진다.
제8실시형태
다음으로, 본 발명의 다른 바람직한 실시형태에 따른 듀플렉서에 대하여 설명한다. 도 22에 나타낸 듀플렉서(20)는, 안테나단자(21), 수신단자(22) 및 송신단자(23)를 구비한다. 상기 듀플렉서(20)는, 수신단자(22) 및 송신단자(23)와, 안테나단자(21)와의 사이에 소정 주파수대역범위내의 신호만 통과하도록 허용하는 본 발명의 여러 바람직한 실시형태에 따른 압전공진자, 또는 본 발명의 여러 바람직한 실시형태에 따른 압전필터를 회로소자로서 구비하는 구조를 가진다. 압전필터는 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 압전공진자 또는 이 압전공진자에 의해 구성되는 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 압전필터를 구비된 회로소자로서 기능하므로, 이 듀플렉서(20)는 향상된 송신 및 수신 특성이나 기능을 가진다.
제9실시형태
휴대전화 단말장치 및 LAN장치 등의 각종 통신장치 중 하나로서 사용되는 본 발명의 다른 바람직한 실시형태에 따른 통신장치에 대해서 설명한다. 도 23는 이 통신장치의 개략적인 블록도이다.
도 23에 나타내는 바와 같이, 통신장치(24)는 그 본체에 구비되는 수신회로(25) 및 송신회로(26), 또한 안테나(27)를 구비하고 있다. 또한, 제8실시형태에서 기술한 바와 같이, 안테나(27)와 송신회로(26) 및 안테나(27)와 수신회로(25) 사이에, 듀플렉서(20)를 통해 신호가 전송된다. 따라서, 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 압전공진자 또는 이 압전공진자를 갖는 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 압전필터가 회로소자로서 듀플렉서(20)내에 구비되고, 이 통신장치는 향상된 송신 및 수신 특성이나 기능을 가진다.
본 발명은 상술한 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 후술하는 다양한 응용 및 변형을 고려할 수 있다.
상술한 실시형태에 따른 압전공진자가 약 1.95GHz에 가까운 공진주파수를 가지더라도, 1.95GHz보다 높은 임의의 공진주파수를 갖는 압전공진자 또는 1.95GHz보다 낮은 임의의 공진주파수를 갖는 압전공진자에 대해서도 본 출원 발명은 물론 적용할 수 있다.
제2실시형태에 따른 압전필터는 바람직하게 L형 사다리 필터를 나타냈지만,
본 발명에 따른 압전공진자는, 2개의 직렬 압전공진자와 2개의 병렬 압전공진자를 접속한 도 24의 A에 나타낸 π형 사다리 필터, 병렬 압전공진자를 출력단자와 그라운드단자에 접속한 도 24의 B에 나타낸 L형 사다리 필터, 및 2개의 직렬 압전공진자와 1개의 병렬 압전공진자를 접속한 도 24의 C에 나타낸 T형 사다리 필터 등의 각종 압전 필터에 적용할 수 있다. 또한, 제2실시형태에 따른 필터는 단일소자를 구성하기 위해 두개의 압전공진자가 병설되어 있지만, 3개 이상의 압전공진자가 단일소자를 형성하도록 배치되어도 좋고, 이 압전공진자의 배치도 일정방향을 따라서 병설되는 것에 한정되지 않는다.
상술한 실시형태에 있어서 두께방향에서 볼 때 진동부의 형상은 길고 가는 팔각형을 바람직하게 나타내었지만, 본 발명에 따른 압전공진자의 진동부(7)는 두께방향에서 볼 때 도 25의 A 내지 도 28의 A에 나타낸 형상 중 하나를 가져도 좋다.
더욱 구체적으로, 도 25의 A는 긴 칠각형을 갖는 진동부(7)를 나타낸 것으로서, 대향하여 평행한 변의 길이가 실제로 진동파장(λ)의 약 10배이하인 것이 바람직하다. 도 25의 B는 가로로 긴 타원을 갖는 진동부(7)를 나타낸 것으로서, 그 세로 길이(L)이 진동파장(λ)의 약 20배이상인 것이 바람직하다. 도 25의 C는 반원을 갖는 진동부(7)를 나타낸 것으로서, 그 세로 길이(L)이 적어도 진동파장(λ)의 약 20배인 것이 바람직하다. 도 25의 D는 예각 이등변삼각형을 갖는 진동부(7)를 나타낸 것으로서, 그 세로 길이(L)(이 경우 삼각형의 밑변으로부터 꼭대기까지의 거리L)이 적어도 진동파장(λ)의 약 20배이상인 것이 바람직하다. 도 25의 E는 각 변이 계단형상으로 되어 있는 마름모꼴을 갖는 진동부(7)를 나타낸 것으로서, 그 대향하여 평행한 변의 길이가 진동파장(λ)의 10배 이하인 것이 바람직하고, 그 세로 길이(L)이 적어도 진동파장(λ)의 약 20배이하이다. 두께방향에서 볼 때, 도 25의 A 내지 도 25의 E에 나타낸 진동부의 형상은, 소정 폭방향에서의 중심을 지나고 또한 그 소정 폭방향에 대하여 직교하는 가상 중심선에 대응하여 선대칭 도형이다.
또한, 도 26의 A는 가로로 긴 십육각형을 갖는 진동부(7)를 나타낸 것으로서, 대향하는 평행한 변의 길이가 진동파장(λ)의 약 10배이하이며 세로 길이(L)이 적어도 진동파장(λ)의 약 20배이상인 것이 바람직하다. 도 26의 B는 길고 가는 칠각형을 갖는 진동부(7)를 나타낸 것으로서, 형상이 선대칭이며 세로 길이(L)이 적어도 진동파장(λ)의 약 20배이상이 바람직하다. 도 26의 C는 4변이 볼록한 곡선을 가지는 길고 가는 팔각형을 갖는 진동부(7)를 나타낸 것으로서, 대향하여 평행한 변의 길이가 진동파장(λ)의 약 10배이하이고 세로 길이(L)이 적어도 진동파장(λ)의 약 20배이상인 것이 바람직하다. 도 26의 D는 4변이 오목한 곡선을 갖는 길고 가는 팔각형을 갖는 진동부(7)를 나타낸 것으로서, 대향하여 평행한 변의 길이가 진동파장(λ)의 약 10배이하이며 세로 길이(L)이 적어도 진동파장(λ)의 약 20배이상인 것이 바람직하다. 도 26의 A 내지 도 26의 D에 나타내는 이들 진동부의 형상은 두께방향에서 볼 때 소정 폭방향에서 중심을 지나고 또한 그 소정 폭방향에 대하여 직교하는 가상 중심선에 대해 좌우 대칭이다.
또한, 도 27의 A는 그 형상이 그 세로 길이(L1)과 짧은 세로 길이(L2)의 비가 11:3으로 되는 마름모꼴로서, 그 평행한 대향하는 변의 길이가 진동파장(λ)의 약 10배이하로 되어 있다. 도 26의 B에 나타내는 것은, 그 형상이 그 세로 길이(L1)과 짧은 세로 길이(L2)의 비가 6:1로 되는 마름모꼴로서, 그 평행한 대향하는 변의 길이가 진동파장(λ)의 약 10배이하로 되어 있다. 도 27의 C에 나타내는 것은, 그 형상이 약 30°를 이루는 사다리꼴로 되어 있는 것으로서, 그 윗변의 길이(L)이 진동파장(λ)의 약 10배이하로 되어 있다. 도 27의 A 내지 도 27의 D에 나타내는 이들 진동부의 두께방향에서 볼 때 형상은, 소정 폭방향에서의 중심을 지나고 또한 그 소정 폭방향에 대하여 직교하는 직선을 가상 중심선으로 하는 선대칭이다.
또한, 도 28의 A에 나타내는 것은, 그 형상이 정방향의 각 변으로부터 내측에 둔각 이등변삼각형을 잘라내어 있는 것으로서, 그 세로 길이(L)(이 경우 정사각형에서의 각 변의 길이(L))이 적어도 진동파장(λ)의 약 20배이상으로 되어 있다. 도 28의 B에 나타내는 것은, 그 형상이 직사각형의 각 변으로부터 내측에 둔각 이등변삼각형을 잘라내어 있는 것으로서, 그 세로 길이(L)(이 경우 직사각형에서의 긴변의 길이(L))이 적어도 진동파장(λ)의 약 20배이상으로 되어 있다. 이들 도 28의 A 및 B에 각각 나타내는 진동부의 두께방향에서 볼 때 형상은, 소정 폭방향에서의 중심을 지나고 또한 그 소정 폭방향에 대하여 직교하는 직선을 가상 중심선으로 하는 선대칭 도형이다.
상기 실시형태에서는, 상부전극과 외부전극을 연결하는 리드가, 진동부의 세로방향을 따른 상태에서 상부전극에 이어지도록 형성되어 있지만, 도 29의 A, 도 29의 B에 나타내는 바와 같이, 리드(28)는, 진동부(7)의 상부전극(6)의 세로방향ㅇ으로 소정의 각도방향을 따라서 연장하면서, 상부전극(6)에 접속될 수 있다. 도 29의 A는 리드(28)가 세로방향으로 약 30°각도로 연장되는 구조를 나타내며, 도 29의 B는 리드(28)가 세로방향으로 약 45°각도로 연정되는 다른 구조를 나타낸다. 상술한 바와 같이, 리드(28)는 진동부의 세로방향으로 소정의 각도방향으로 연장되어 있기 때문에, 소자 전체에 있어서의 진동부의 세로방향에서의 필요 치수를 작게 할 수 있는 것으로서, 소자로서 소형화를 도모할 수 있다.
상기 각 실시형태에서는, 기판에 상하에 관통하는 개구부를 형성하여 진동부를 그 개구부에 설치하는 것을 나타내었지만, 본 발명은 예컨대 도 30에 나타내는 바와 같이, 기판(32)의 상면측에 있는 바닥의 공동부를 이루는 오목부(38)를 형성하여, 그 오목부(38)를 덮도록 하부전극(35)을 절연층(33)을 끼워 설치하고, 하부전극(35)상에 성막한 압전박막부(34)상에 상부전극(36)을 형성하는 것으로 압전공진자(31)를 구성하여도 좋다.
요즘 바람직한 실시형태로 고려되는 것을 참조하여 본 발명을 설명하였지만, 더 넓은 관점에서 본 발명으로부터 벗어나지 않고 거기에 다양한 변화 및 변형을 가할 수 있다는 것을 이해되며, 따라서 첨부되는 청구범위는 본 발명의 취지 및 범위내에서 포함되는 모든 변화 및 변형을 커버할 것이다.
본 발명에 따른 제1 내지 제3압전공진자에 의하면, 스퓨리어스 성분이 주 진동에 대한 큰 리플로서 작용하지 않기 때문에, 임피던스 특성이나 위상 특성이 향상하고, 공진특성으로서 우수한 압전공진자가 얻어진다. 압전공진자를 필터로서 사용한 경우, 압전공진자의 스퓨리어스 진동의 영향에 의해 통과대역내에 발생하는 리플이 작아지므로, 예컨대 대역통과필터로서 신호의 선별기능에 우수한 것이 얻어진다.
도 1은 본 발명의 제1, 및 제3 내지 제7실시형태에 따른 압전공진자의 주요부의 수직단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시형태에 따른 압전공진자의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시형태에 따른 압전공진자의 두께방향에서 볼 때 팔각형의 진동부의 평면도이다.
도 4의 A 및 B는 각각 본 발명의 제1실시형태에 따른 압전공진자의 진동부의 샘플1의 평면도 및 샘플1의 공진특성을 나타내는 그래프이다.
도 5의 A 및 B는 각각 본 발명의 제1실시형태에 따른 압전공진자의 진동부의 샘플2의 평면도 및 샘플2의 공진특성을 나타내는 그래프이다.
도 6의 A 및 B는 각각 본 발명의 제1실시형태에 따른 압전공진자의 진동부의 샘플3의 평면도 및 샘플3의 공진특성을 나타내는 그래프이다.
도 7의 A 및 B는 각각 본 발명의 제1실시형태에 따른 압전공진자의 진동부의 샘플4의 평면도 및 샘플4의 공진특성을 나타내는 그래프이다.
도 8의 A 및 B는 각각 본 발명의 제1실시형태에 따른 압전공진자의 진동부의 샘플5의 평면도 및 샘플5의 공진특성을 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 제2실시형태에 따른 압전필터의 평면도이다.
도 10의 A 및 B는 각각 도 9에 있어서 표시된 선A-A 및 B-B를 따라 자른 단면도이다.
도 11은 도 9에 나타낸 압전필터를 나타내는 회로도이다.
도 12는 본 발명의 제3실시형태에 따른 압전공진자의 진동부의 형상을 나타내는 평면도이다.
도 13은 도 12에 나타낸 압전공진자의 공진특성을 나타내는 그래프이다.
도 14는 본 발명의 제4실시형태에 따른 압전공진자의 진동부의 형상을 나타내는 평면도이다.
도 15는 도 14에 나타낸 압전공진자의 공진특성을 나타내는 그래프이다.
도 16은 본 발명의 제5실시형태에 따른 압전공진자의 진동부의 형상을 나타내는 평면도이다.
도 17은 도 16에 나타낸 압전공진자의 공진특성을 나타내는 그래프이다.
도 18은 본 발명의 제6실시형태에 따른 압전공진자의 진동부의 형상을 나타내는 평면도이다.
도 19는 도 18에 나타낸 압전공진자의 공진특성을 나타내는 그래프이다.
도 20은 본 발명의 제7실시형태에 따른 압전공진자의 진동부의 형상을 나타내는 평면도이다.
도 21은 도 20에 나타낸 압전공진자의 공진특성을 나타내는 그래프이다.
도 22는 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 듀플렉서의 개략적인 설명도이다.
도 23은 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 통신장치의 개략적인 설명도이다.
도 24의 A 내지 C는 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 사다리구조를 갖는 변형된 압전필터를 나타내는 회로도이다.
도 25의 A 내지 E는 본 발명의 다른 바람직한 실시형태에 따른 압전공진자의 두께방향에서 볼 때 진동부의 형상을 나타내는 평면도이다.
도 26의 A 내지 D는 본 발명의 다른 바람직한 실시형태에 따른 압전공진자의 두께방향에서 볼 때 진동부의 형상을 나타내는 평면도이다.
도 27의 A 내지 C는 본 발명의 다른 바람직한 실시형태에 따른 압전공진자의 두께방향에서 볼 때 진동부의 형상을 나타내는 평면도이다.
도 28의 A 및 B는 본 발명의 다른 바람직한 실시형태에 따른 압전공진자의 두께방향에서 볼 때 진동부의 형상을 나타내는 평면도이다.
도 29의 A 및 B는 진동부와 리드(lead)를 나타내는 평면도이다.
도 30은 본 발명의 다른 바람직한 실시형태에 따른 압전공진자의 수직단면도이다.
도 31은 종래의 압전공진자의 공진특성을 나타내는 그래프이다.
도 32는, 진동파장에 대한 압전공진자의 진동부의 두께방향에서 볼 때 형상의 대향하는 평행한 변의 길이와, 스퓨리어스 성분과 주 진동의 위상차의 관계를 나타내는 그래프이다.
- 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 -
1, 19a, 19b, 31 : 압전공진자 2, 12, 32 : 기판
3a, 3b, 13a, 13b : 박막층 3, 13 : 지지막
4, 14, 34 : 압전박막부 5, 15, 35 : 하부전극
6, 16a, 16b, 36 : 상부전극 7, 17a, 17b : 진동부
8, 18 : 개구부 11 : 사다리 필터
20 : 듀플렉서 21 : 안테나단자
22 : 수신단자 23 : 송신단자
24 : 통신장치 25 : 수신회로
26 : 송신회로 27 : 안테나
28 : 리드 33 : 절연층
38 : 오목부

Claims (28)

  1. 기판과 진동부를 포함하는 압전공진자로서, 상기 진동부는
    상기 기판상에 배치되는 하나 이상의 압전박막층을 구비하는 박막부; 및
    상기 기판상에 배치되는 한 쌍 이상의 상부전극 및 하부전극을 포함하며:
    상기 진동부는 두께방향으로 서로 대향하는 상기 상부전극 및 하부전극에 의해, 그 상하면 사이에 상기 박막부가 끼워져 있는 구조를 가지며;
    상기 진동부의 상기 상부전극 및 하부전극이 대향하여 겹치는 부분은 상기 기판의 두께방향에서 볼 때, 세로 길이가 실제로 진동파장의 약 10배이하인 평행한 변을 가지며 대향하는 전극끝부 사이의 거리가 다른 부분을 하나 이상 갖는, 직사각형 및 정사각형 이외의 사각형인 것을 특징으로 하는 압전공진자.
  2. 기판과 진동부를 포함하는 압전공진자로서, 상기 진동부는
    상기 기판상에 배치되는 하나 이상의 압전박막층을 구비하는 박막부; 및
    상기 기판상에 배치되는 한 쌍 이상의 상부전극 및 하부전극을 포함하며:
    상기 진동부는 두께방향으로 서로 대향하는 상기 상부전극 및 하부전극에 의해, 그 상하면 사이에 상기 박막부가 끼워져 있는 구조를 가지며;
    상기 진동부의 상기 상부전극 및 하부전극이 대향하여 겹치는 부분은 두께방향에서 볼 때, 세로 길이가 실제로 진동파장의 약 10배이하인 평행한 변을 가지며, 대향하는 전극끝부 사이의 거리가 다른 부분을 하나 이상 갖는, 5변 이상의 다각형인 것을 특징으로 하는 압전공진자.
  3. 제1항에 있어서, 상기 진동부의 상기 상부전극 및 하부전극이 대향하여 겹치는 부분은 두께방향에서 볼 때 선대칭인 것을 특징으로 하는 압전공진자.
  4. 제2항에 있어서, 상기 진동부의 상기 상부전극 및 하부전극이 대향하여 겹치는 부분은 두께방향에서 볼 때 선대칭인 것을 특징으로 하는 압전공진자.
  5. 제1항에 있어서, 상기 진동부의 상기 상부전극 및 하부전극이 대향하여 겹치는 부분은 두께방향에서 볼 때 점대칭인 것을 특징으로 하는 압전공진자.
  6. 제2항에 있어서, 상기 진동부의 상기 상부전극 및 하부전극이 대향하여 겹치는 부분은 두께방향에서 볼 때 점대칭인 것을 특징으로 하는 압전공진자.
  7. 제2항에 있어서, 상기 진동부의 상기 상부전극 및 하부전극이 대향하여 겹치는 부분의 형상은 두께방향에서 볼 때 팔각형인 것을 특징으로 하는 압전공진자.
  8. 제7항에 있어서, 상기 진동부의 상기 상부전극 및 하부전극이 대향하여 겹치는 부분의 형상은 두께방향에서 볼 때 긴 팔각형인 것을 특징으로 하는 압전공진자.
  9. 제8항에 있어서, 상기 진동부의 상기 상부전극 및 하부전극이 대향하여 겹치는 부분은 두께방향에서 볼 때, 가로 길이를 b로 하고 세로 끝부에서 측변의 길이를 d로 할 때, d/b≤0.5를 만족하는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 압전공진자.
  10. 제1항에 있어서, 상기 진동부의 상기 상부전극 및 하부전극이 대향하여 겹치는 부분의 형상이 두께방향에서 볼 때 마름모꼴인 것을 특징으로 하는 압전공진자.
  11. 제1항에 있어서, 상기 진동부의 상기 상부전극 및 하부전극이 대향하여 겹치는 부분의 형상이 두께방향에서 볼 때 사다리꼴인 것을 특징으로 하는 압전공진자.
  12. 기판과 진동부를 포함하는 압전공진자로서, 상기 진동부는
    상기 기판상에 배치되는 하나 이상의 압전박막층을 구비하는 박막부; 및
    상기 기판상에 배치되는 한 쌍 이상의 상부전극 및 하부전극을 포함하며:
    상기 진동부는 두께방향으로 서로 대향하는 상기 상부전극 및 하부전극에 의해, 그 상하면 사이에 상기 박막부가 끼워져 있는 구조를 가지며;
    상기 진동부의 상기 상부전극 및 하부전극이 대향하여 겹치는 부분은 두께방향에서 볼 때 평행한 변이 없고 선대칭이고, 주 진동의 공진파장의 약 20배이상인 세로 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 압전공진자.
  13. 제12항에 있어서, 상기 진동부의 상기 상부전극 및 하부전극이 대향하여 겹치는 부분의 형상이 두께방향에서 볼 때 이등변삼각형인 것을 특징으로 하는 압전공진자.
  14. 제12항에 있어서, 상기 진동부의 상기 상부전극 및 하부전극이 대향하여 겹치는 부분의 형상이 두께방향에서 볼 때 칠각형인 것을 특징으로 하는 압전공진자.
  15. 제1항에 있어서, 상기 진동부의 상기 상부전극 및 하부전극이 대향하여 겹치는 부분은 주 진동의 공진파장의 약 20배이상인 세로 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 압전공진자.
  16. 제1항에 있어서, 상기 기판은 개구부 및 오목부 중 하나를 가지며, 상기 진동부는 상기 개구부 및 오목부 중 하나 위에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 압전공진자.
  17. 제1항에 있어서, 상기 진동부는 상기 상부전극 및 하부전극에 인가되는 전기신호에 의해 두께세로 진동모드로 진동하는 것을 특징으로 하는 압전공진자.
  18. 제1항에 기재된 압전공진자를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전필터.
  19. 사다리 구조(ladder structure)를 가지며, 제1항에 기재된 압전공진자를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전필터.
  20. 제1항에 기재된 압전공진자를 포함하는 것을 특징으로 하는 듀플렉서.
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 제12항에 있어서, 상기 기판은 개구부 및 오목부 중 하나를 가지며, 상기 진동부는 상기 개구부 및 오목부 중 하나 위에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 압전공진자.
  24. 제12항에 있어서, 상기 진동부는 상기 상부전극 및 하부전극에 인가되는 전기신호에 의해 두께세로 진동모드로 진동하는 것을 특징으로 하는 압전공진자.
  25. 제12항에 기재된 압전공진자를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전필터.
  26. 사다리 구조를 가지며, 제12항에 기재된 압전공진자를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전필터.
  27. 제12항에 기재된 압전공진자를 포함하는 것을 특징으로 하는 듀플렉서.
  28. 삭제
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