KR100652985B1

KR100652985B1 - 탄성 표면파 소자

Info

Publication number: KR100652985B1
Application number: KR1020050066171A
Authority: KR
Inventors: 가츠로 요네야
Original assignee: 세이코 엡슨 가부시키가이샤
Priority date: 2004-07-22
Filing date: 2005-07-21
Publication date: 2006-12-01
Also published as: KR20060053975A; US7321279B2; US20060017524A1; CN100481724C; EP1619794A1; CN1725637A

Abstract

본 발명은 삽입 손실이 작도록 광대역의 통과 대역을 구비한 탄성 표면파 소자를 제공하는 것으로, 탄성 표면파 소자(10)는 탄성 표면파의 전파 방향과 평행하게 병설한 한 쌍의 인터디지털형 전극(20, 30)과, 이들 인터디지털형 전극(20, 30)의 양쪽에 마련된 반사기(18)를 갖는 탄성 표면파 소자(10)로서, 상기 각 인터디지털형 전극(20, 30)의 한쪽 전극부를 구성하는 복수의 전극 핑거(22, 32)의 일단을 상호 접속한 접속부(24, 34)를 공통으로 하고, 또한 상기 각 전극 핑거(22, 32)는 상기 접속부와 교차하는 복수의 직선부(28, 38)와, 이들 직선부(28, 38) 사이에 마련된 절곡부(bending portion)(26, 36)로 이루어지는 구성이다.

Description

탄성 표면파 소자{SURFACE ACOUSTIC WAVE ELEMENT}

도 1은 본 실시예에 따른 탄성 표면파 소자의 개략 평면도,

도 2는 본 실시예에 따른 탄성 표면파 소자와 탄성 표면파의 설명도,

도 3은 종래 기술에 따른 탄성 표면파 필터의 개략 평면도,

도 4는 급전 도체의 폭 D와 밴드 대역폭의 관계를 나타내는 도면,

도 5는 급전 도체의 폭 D와 저항의 관계를 나타내는 도면,

도 6은 저항과 필터 손실의 관계를 나타내는 도면이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 탄성 표면파(SAW) 소자 14 : 입력 전극

16 : 출력 전극 18 : 반사기

20, 30 : 인터디지털형 전극(IDT) 22, 32 : 전극 핑거

24, 34 : 접속부 26, 36 : 절곡부

28, 38 : 직선부

본 발명은 탄성 표면파 소자에 관한 것이고, 특히 넓은 통과 대역을 갖는 다중 모드 필터에 관한 것이다.

탄성 표면파(SAW) 소자에는, 전송 회로에 있어서 주파수 선택 소자로서 이용되는 SAW 필터나, 일정한 공진 주파수를 출력하는 SAW 공진자 등이 있다. 그리고 SAW 필터는, 예컨대, 휴대 전화 등의 이동 통신 단말에 있어 중간 주파수(IF) 필터나 무선 주파수 필터 등으로 이용되고 있다. 특히, SAW 필터 중에서도 횡 다중 모드 SAW 필터(lateral multiplex-mode SAW filter)는 IF 필터로서 널리 이용되고 있다.

그런데, 최근의 통신 시스템은 디지털 통신 방식을 채용하고 있으므로, 비교적 넓은 통과 대역을 갖는 IF 필터가 필요하게 되어 있었다. 도 3에 종래 기술에 관한 SAW 필터의 개략 평면도를 나타낸다. 도 3에 나타내는 바와 같은 SAW 필터(1)는 두 개의 SAW 공진자(3)를 탄성 표면파의 전파 방향과 평행하게 압전 기판(2) 상에 근접 배치한 구성이다. 각 SAW 공진자(3)는 인터디지털형 전극(IDT)(4) 및 반사기(5) 등으로 구성되고, 상기 IDT(4)는 탄성 표면파의 전파 방향에 따른 복수의 급전 도체(6:6a, 6b)를 갖고, 중앙의 급전 도체(6a)로부터 양쪽의 급전 도체(6b)를 향해 전극 핑거(7a)가 연장하여 마련되고, 또한 양쪽의 급전 도체(6b)로부터 중앙의 급전 도체(6a)를 향해 전극 핑거(7b)가 연장하여 마련된 구성이다. 이 구성에 의해, 통과 대역폭을 광대역화하고, 또한 소형화를 도모하고 있다(예컨대, 특허 문헌 1 참조).

(특허 문헌 1) 국제 공개 특허 공보 제00/67374호

상술한 SAW 필터에 있어서, 급전 도체의 폭 D와 밴드 대역폭은 도 4에 나타내는 관계가 있다. 이 관계는 급전 도체의 폭 D가 좁게 될수록 밴드 대역폭이 넓게 되는 것을 나타내고 있다. 따라서, 필터의 통과 대역을 광대역으로 하기 위해서는, 급전 도체의 폭 D를 가늘게 해야 한다.

도 5에 급전 도체의 폭 D와 저항의 관계를 나타낸다. 이 관계는 급전 도체의 폭과 저항은 반비례의 관계가 있고, 급전 도체의 폭 D를 가늘게 하면 급전 도체에 발생하는 저항이 커지는 것을 나타내고 있다. 또한, 도 6에 저항과 필터 손실의 관계를 나타낸다. 이 관계는 급전 도체에 발생하는 저항이 커지면 필터의 손실이 커지는 것을 나타내고 있다. 따라서, 필터의 통과 대역을 광대역으로 하기 위해 급전 도체의 폭 D를 가늘게 하면, 급전 도체의 저항 손실이 커지고, 나아가서는 필터의 삽입 손실이 커지는 결과로 된다.

또한, 중앙부의 급전 도체는 이 급전 도체의 폭 D가 좁고, 또한 탄성 표면파의 전파 방향을 따라 IDT의 일단으로부터 타단까지 라우팅되고, 또한, 접속 도체를 통해 이 급전 도체와 입력 단자를 접속시키고 있으므로, 급전 도체의 저항 손실은 더 커지고, 필터의 삽입 손실도 더 커지게 된다.

본 발명은 삽입 손실이 작게 되도록 넓은 통과 대역을 구비한 탄성 표면파 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 탄성 표면파 소자는 탄성 표면파의 전파 방향과 평행하게 병설한 한 쌍의 인터디지털형 전극과, 이들 인터디지털형 전극의 양쪽에 마련한 반사기를 갖는 탄성 표면파 소자로서, 상기 각 인터디지털형 전극의 한쪽 전극부를 구성하는 복수의 전극 핑거의 일단을 상호 접속한 접속부를 공통으로 하고, 또한 상기 각 전극 핑거는 상기 접속부와 교차하는 복수의 직선부와, 이들 직선부 사이에 마련한 절곡부(bending portion)로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 이 경우, 한쪽 인터디지털형 전극에 형성된 절곡부의 구부림 방향과, 다른쪽 인터디지털형 전극에 형성된 절곡부의 구부림 방향은 동일 방향으로 구부려진 구성으로 할 수 있다. 한쪽 인터디지털형 전극이 입력 전극으로 되고, 다른쪽 인터디지털형 전극이 출력 전극으로 된다. 이 인터디지털형 전극은 절곡부를 구비한 구성이므로, 접속부의 저항 손실을 작게 할 수 있고, 탄성 표면파 소자의 삽입 손실을 작게 할 수 있다.

또한, 상기 인터디지털형 전극에 형성된 상기 절곡부는 이 절곡부의 일단 측과 타단 측에 λ/2(λ:상기 탄성 표면파의 파장) 어긋나고, 상기 일단 측에 접속하는 상기 직선부와 상기 타단 측에 접속하는 상기 직선부 사이에 λ/2의 간격을 형성한 것을 특징으로 한다. 이에 따라 입력 전극에 전기 신호를 공급하면 탄성 표면파가 여진(勵振)되고, 또한 음향적 결합에 의해 출력 전극에도 탄성 표면파가 여진된다. 이 때 인터디지털형 전극의 전극 핑거에 절곡부가 마련되므로, 절곡부를 사이에 두고 180° 반전된 구동 전계를 발생시킬 수 있다. 따라서 탄성 표면파 소 자에 S1 모드 및 A1 모드의 탄성 표면파를 여진할 수 있다.

또한 상기 인터디지털형 전극의 상기 접속부를 공통으로 한 부분은 상기 반사기와 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 한다. 이에 따라 탄성 표면파 소자에 S1 모드 및 A1 모드의 탄성 표면파를 여진할 수 있다.

이하에, 본 발명에 따른 탄성 표면파 소자의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다. 도 1에 탄성 표면파 소자의 개략 평면도를 나타낸다. 탄성 표면파(SAW) 소자(10)의 주된 구성은 압전 기판(12) 상에 입력 전극(14), 출력 전극(16) 및 반사기(18)를 구비한 것이다.

상기 입력 전극(14)은 한 쌍의 인터디지털형 전극(IDT)(20)으로 형성되어 있다. 각 IDT(20)는 복수의 전극 핑거(22)를 갖고, 각 전극 핑거(22)의 일단을 접속부(24:24a, 24b)에서 단락하여 형성되어 있다. 그리고, 한 쌍의 IDT(20)는 각 IDT(20)의 전극 핑거(22)를 교대로 맞물리게 함으로써 형성된다. 각 전극 핑거(22)에는, IDT(20)의 접속부(24) 측 가장자리로부터 일정한 거리를 두고, 또한 전극 핑거(22)가 연장하는 방향에 대하여 경사지게 구부려진 절곡부(26)가 형성되고, 그 절곡부(26)의 양단에 직선부(28:28a, 28b)가 형성되어 있다. 이 절곡부(26)는 각 전극 핑거(22)와 동일 방향으로 구부려지고, 구부려지는 거리는 IDT(20)에 전기 신호를 공급함으로써 압전 기판(12) 상으로 여진되는 탄성 표면파의 파장 λ의 절반이다. 따라서 각 전극 핑거(22)에 있어서의 직선부(28a)와 직선부(28b)의 전극 핑거 맞물림 방향의 간격은 λ/2 이격되어 있다.

상기 출력 전극(16)은 탄성 표면파의 전파 방향에 대하여 입력 전극(14)과 평행하게 형성되어 있다. 이 출력 전극(16)은 한 쌍의 IDT(30)로 형성되고, 각 IDT(30)는 복수의 전극 핑거(32)의 일단을 접속부(34:34a, 34b)에서 단락하여 형성되어 있다. 각 전극 핑거(32)에는, IDT(30)의 접속부(34) 측 가장자리로부터 일정한 거리를 두고, 또한 입력 전극(14)에 마련된 절곡부(26)의 구부림 방향과 같은 방향으로 구부린 절곡부(36)가 형성되어 있다. 이 절곡부(36)는 전극 핑거(32)가 연장하는 방향에 대하여 경사지게 구부러져 있고, 구부려지는 거리는 압전 기판(12) 상에 여진되는 탄성 표면파의 파장 λ의 절반이다.

이 절곡부(36)의 양단에는 직선부(38:38a, 38b)가 형성되고, 각 전극 핑거(32)에 있어서의 직선부(38a)와 직선부(38b)의 전극 핑거 맞물림 방향의 간격은 λ/2 이격되어 있다. 그리고, 입력 전극(14) 및 출력 전극(16)에 있어서의 전극 핑거(22, 32)를 맞물림 방향에 따른 각 직선부(28, 38)가 탄성 표면파의 전파로로 된다.

그리고, 출력 전극(16) 측에 배치되는 입력 전극(14)의 접속부(24a)와, 입력 전극(14) 측에 배치되는 출력 전극(16)의 접속부(34a)는 공통으로 형성되어 있다. 즉 입력 전극(14)과 출력 전극(16)은 압전 기판(12)의 커트 각을 따라 소정 방향으로 향하고, 또한 평행하게 형성된 세 개의 접속부(24b, 24a(34a), 34b)를 갖고, 중앙의 접속부(24a(34a))로부터 양쪽의 접속부(24b, 34b)를 향해 복수의 전극 핑거(22, 32)를 연장해서 마련하고, 또한 양쪽의 접속부(24b, 34b)로부터 중앙의 접속부(24a(34a))를 향해 복수의 전극 핑거(22, 32)를 연장하여 마련하고, 중앙의 접속 부(24a(34a))의 양쪽 가장자리로부터 일정 거리를 둔 위치에 절곡부(26, 36)를 마련한 구성이다. 따라서, 입력 전극(14)과 출력 전극(16)은 중앙의 접속부(24a(34a))를 기준으로 하여 선대칭 형상이다.

상기 반사기(18)는 각 IDT(20, 30)를 형성하는 전극 핑거(22, 32)의 맞물림 방향에 있어서의 입력 전극(14)과 출력 전극(16) 양쪽에 형성되고, 복수의 전극 핑거(40)을 구비한 구성이다. 그리고, 입력 전극(14)과 출력 전극(16)의 공통 접속부, 즉 중앙의 접속부(24a(34a))는 그 양단이 연장해서 마련되어 반사기(18)와 전기적으로 접속되어 있다. 이 반사기(18)는 전기적으로 접지된다.

이러한 SAW 소자(10)는 다음과 같이 하여 제작된다. 우선, 압전 웨이퍼 상에 IDT(20, 30)나 반사기(18) 등의 전극을 형성하는 금속, 예컨대, 알루미늄계의 금속 등을 스퍼터 등의 성막법에 의해 성막한다. 다음에 이 금속막 상에 포토 레지스트를 도포한다. 그리고 포토 마스크나 레티클에 그려진 전극 패턴을 포토 레지스트 상에 노광 장치를 이용하여 전사한 후, 포토 레지스트를 현상한다. 이 후, 전극 패턴 형성 부분 이외의 부분의 포토 레지스트를 제거한다. 그리고 나머지 포토 레지스트를 마스크로 하여 금속막을 에칭하고, 전극 패턴 형성 부분 이외의 부분의 상기 금속막을 제거한다. 이 후, 마스크로 사용한 포토 레지스트를 제거하면 압전 웨이퍼 상에 상기 전극이 형성되고, 다이싱하여 각 칩으로 절단하면 SAW 소자(10)가 제작된다.

그리고, 상술한 SAW 소자(10)의 입력 전극(14)에 전기 신호를 공급하면, 압전 기판(12)의 압전 효과에 의해 입력 전극(14)의 각 직선부(28)에 주기적인 기계 적 변형이 발생하고, 전극 핑거(22)의 맞물림 방향으로 전파되는 탄성 표면파가 여기된다. 그리고, 이 음향적 결합에 의해 출력 전극(16)에 전극 핑거(32)의 맞물림 방향으로 전파하는 탄성 표면파가 여기되고, 압전 효과에 의해 출력 전극(16)으로부터 전기 신호가 출력된다. 이 때, SAW 소자(10)에 여진되는 탄성 표면파는, 도 2에 나타내는 바와 같은 S1 모드(일차 대칭 모드)와 A1 모드(1차 경사 대칭 모드)가 여기된다. 자세하게는, 입력 전극(14) 및 출력 전극(16)의 각 직선부(28, 38)에 있어, 여진 전계는 외측에 위치하는 직선부(28b, 38b)와 내측에 위치하는 직선부(28a, 38a)에서 반대 방향으로 발생된다. 또, 도 2에서는, 여진 전계는 화살표로 표시되고, 외측에 위치하는 직선부(28b, 38b)에서 왼쪽 방향으로 발생하고, 내측에 위치하는 직선부(28a, 38a)에서 오른쪽 방향으로 발생한 형태를 나타내고 있다. 이러한 상호 180° 반전하는 구동 전계에 의해, S1 모드 및 A1 모드의 진동 변위가 발생된다. 그리고 S1 모드 및 A1 모드는 입력 전극(14) 및 출력 전극(16)에 있어서의 각 절곡부(26, 36)에 있어서 변위량이 대략 영으로 되고, 그에 따라 S1 모드와 A1 모드의 효율적인 여진이 가능해진다.

이와 같이, SAW 소자(10)의 입력 전극(14)과 출력 전극(16)과 절곡부(26, 36)를 마련했으므로, 압전 기판(12) 상에 여진되는 탄성 표면파로 반전 구조를 제작할 수 있다. 이에 따라 1차 탄성 표면파(S1 모드, A1 모드)가 여진되는 횡 결합 다중 모드 필터를 형성할 수 있다. 또한, 이 구조는 전극 핑거(22, 32)에 절곡부(26, 36)를 마련한 것 외에는, 기본파의 탄성 표면파(S0 모드, A0 모드)를 여진하는 횡 결합 다중 모드 필터의 구조와 마찬가지의 구성이다. 따라서, 1차 탄성 표 면파(S1 모드, A1 모드)를 여진하기 위해, 본 실시예에 따른 SAW 소자(10)는 종래 기술에 관한 SAW 소자와 같이 입력 전극과 출력 전극을 구성하는 각 IDT의 중앙부에 급전 도체를 마련할 필요가 없으므로, 이 급전 도체에 발생하고 있던 저항 만큼 손실을 막을 수 있고, 종래 기술에 관한 SAW 소자에 비해 필터의 삽입 손실을 작게 할 수 있다.

또, 본 실시예에 따른 SAW 소자(10)와 종래 기술에 따른 SAW 소자의 필터의 삽입 손실을 비교하면, 본 실시예에 따른 SAW 소자(10)의 삽입 손실은 3dB 정도이며, 종래 기술에 따른 SAW 소자의 삽입 손실은 5dB 정도였다. 이 경우, IDT의 대수나 반사기의 전극 핑거의 개수, 이들 전극의 폭, 길이 및 높이 등을 동일하게 하여, 출력되는 공진 주파수를 같게 설정하고 있다. 이 결과로부터 본 실시예에 따른 SAW 소자(10)는 저항 손실이 작아졌으므로 필터의 삽입 손실도 작아진 것을 알 수 있다. 또한, 본 실시예에 따른 SAW 소자(10)는 입력 전극(14) 및 출력 전극(16) 각각의 중앙부에 접속부가 마련되지 않으므로, SAW 소자(10)에 있어서의 접속부 전체의 폭은 종래 기술에 관한 SAW 소자의 급전 도체 전체의 폭에 비해 가늘게 되어 있다. 따라서, 도 4에 나타내는 관계로부터, 본 실시예에 따른 SAW 소자(10)는 통과 대역의 대역폭을 넓게 할 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 SAW 소자(10)는 필터의 삽입 손실이 작고, 또한 넓은 통과 대역을 구비할 수 있다.

또한, 통상, 통과 대역폭이 넓은 필터에는, 전기 기계 결합 계수가 큰 압전 기판이 이용된다. 그러나, 본 실시예에 따른 SAW 소자(10)는 전기 기계 결합 계수가 비교적으로 작은 압전 기판, 예컨대, 수정 등을 이용하여도, 넓은 통과 대역의 필터를 얻을 수 있다.

상술한 실시예에서는, 입력 전극과 출력 전극의 각 전극 핑거에 하나의 절곡부를 마련하여 두 개의 직선부를 형성한 형태로 설명했지만, 이 형태에 한정되는 것은 아니다. 즉, 각 전극 핑거에 복수의 절곡부를 마련하여 복수의 직선부를 형성할 수도 있다. 이에 따라, 고차의 탄성 표면파를 이용하는 SAW 소자를 또한 형성할 수 있다.

본 발명에 따르면, 삽입 손실이 작게 되도록 넓은 통과 대역을 구비한 탄성 표면파 소자를 제공할 수 있게 된다.

Claims

탄성 표면파의 전파 방향과 평행하게 마련된 한 쌍의 인터디지털형(interdigital type) 전극과, 이들 인터디지털형 전극의 양측에 마련된 반사기를 갖는 탄성 표면파 소자로서,

상기 각 인터디지털형 전극의 한쪽 전극부를 구성하는 복수의 전극 핑거의 일단을 상호 접속한 접속부를 공통으로 하고, 또한

상기 각 전극 핑거는 상기 접속부와 교차하는 복수의 직선부와, 이들 직선부사이에 마련한 절곡부(bending portion)로 이루어지는 것

을 특징으로 하는 탄성 표면파 소자.
제 1 항에 있어서,

상기 인터디지털형 전극에 형성된 상기 절곡부는 이 절곡부의 일단 측과 타단 측에서 λ/2(λ:상기 탄성 표면파의 파장) 어긋나고, 상기 일단 측에 접속되는 상기 직선부와 상기 타단 측에 접속되는 상기 직선부 사이에 λ/2의 간격을 형성한 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 소자.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 인터디지털형 전극의 상기 접속부를 공통으로 한 부분은 상기 반사기와 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 소자.