KR20070073992A - 광 대역폭 탄성 표면파 컴포넌트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탄성 표면파로 동작하는 컴포넌트의 전극 구조물들의 층 구성에 관한 것이다. 상기 전극 구조물들은 음향 임피던스(Z_{a ,d})를 갖는 유전체 층(4)에 의해서 커버되어 있다. 상기 전극 구조물들의 층 구성은 제 1 재료로 이루어진 적어도 하나의 제 1 층(31, 32)으로 구성된 제 1의 층 시스템 그리고 제 2 재료로 이루어진 적어도 하나의 제 2 층(21, 22, 23)으로 구성된 제 2의 층 시스템을 포함하며, 상기 제 1 층 시스템의 음향 임피던스는 2Z_{a ,d}보다 작고, 상기 제 2 층 시스템의 음향 임피던스는 상기 값 2Z_{a ,d}를 초과한다. 상기 다층 구성의 전체 높이를 기준으로 한 상기 제 2 층 시스템의 전체 두께의 상대적인 비율은 15 % 내지 85 %이다.

Description

광 대역폭 탄성 표면파 컴포넌트 {WIDE BANDWIDTH ACOUSTIC SURFACE WAVE COMPONENT}

본 발명은 탄성 표면파로 동작하는 컴포넌트, 특히 고주파 필터에 관한 것이다.

고주파 필터의 대역폭은 상기 필터의 중심 주파수를 기준으로 하여 적어도 5 %이어야만 한다. 이동 무선 송/수신 장치의 전방 모듈에 사용될, 탄성 표면파로 동작하는 컴포넌트의 경우에는, 상기 컴포넌트의 전극 구조물들의 파워 호환성(power compatibility)도 중요한 의미를 갖는다.

AlMgCu 또는 AlZrCu 및 Ti로 구성된 연속층을 갖는 파워 호환적인 전극 구조물들은 간행물 R. Takayama 등, "High Power Durable Electrodes for GHz Band SAW Duplexers", Ultrasonic Symposium, 2000 IEEE, Vol 1, pp. 9 - 13에 공지되어 있다.

간행물 EP 0734120 B1호 및 US 2004/0140734 A1호에는 각각, 전극 구조물들이 그 위에 배치된 압전 기판의 표면이 이산화규소로 이루어진 온도 보상 층에 의해서 커버되는, 탄성 표면파로 동작하는 컴포넌트가 공지되어 있다. 상기 전극 구조물들은 Al 또는 Al-합금으로 이루어진 하나의 층에 의해서 형성되었다. 이와 같 은 유형의 컴포넌트는 당연히 특정 고주파 적용예들에 대해서는 불충분한 대역폭을 갖는다.

간행물 US 2003/0137367 A1호에는 SiO₂-층으로 커버된 전극 구조물들이 첫째로 Ag를 함유하는, 탄성 표면파로 동작하는 추가의 컴포넌트가 공지되어 있다.

본 발명의 과제는, 파워 호환성이 높고 대역폭이 높은, 탄성 표면파로 동작하는 컴포넌트를 제공하는 것이다.

상기 과제는 청구항 1의 특징들을 갖는 컴포넌트에 의해서 해결된다. 본 발명의 변형예들 및 바람직한 실시예들은 추가의 청구항들에서 기술된다.

표면파로 동작하는 컴포넌트는 압전 기판상에 주기적으로 배치된 스트립 형태의 전극 구조물들을 포함하며, 상기 전극 구조물들은 전류 버스 바(current bus bar)에 연결되어 있다. 동일한 전기 전위에 접속된 두 개 전극 구조물들의 중심 간격은 개별 컴포넌트 구조물에서의 표면파의 파장을 결정한다.

탄성 표면파로 동작하는 컴포넌트의 대역폭은 전극 구조물들의 에지에서 이루어지는 음향적인 반사의 세기 또는 그에 상응하는 음향 임피던스 점프에 의존한다.

한 가지 재료의 음향 임피던스는 일반식 Z_a = (ρ c)^1/2을 참조하여 결정될 수 있으며, 이 경우 c는 강성을 의미하고, ρ는 상기 재료의 질량 밀도를 의미한다. 상기 음향 임피던스 점프는 두 가지 인접 재료들의 Z_a가 상이한 경우에 두 가지 재료들 사이의 경계면에서, 예컨대 전극 에지에서 발생한다.

전극 구조물들이 그 위에 배치된 한 컴포넌트의 압전 기판의 표면이 상기 전극 구조물들의 재료(통상적으로는 알루미늄)의 음향 임피던스와 비슷한 음향 임피던스를 갖는 유전체 층(예컨대 이산화규소)에 의해서 커버되어 있다면, 전극 에지들에서는, 즉, 전극 구조물들과 유전체 층 사이의 경계면에서는 불충분한 음향적 반사가 나타난다.

본 발명의 발명자들은, 탄성 표면파의 반사 세기가 전극 구조물들의 재료에 의해서 영향을 받을 수 있다는 사실을 인식하고 있었다. 전극 에지에서의 음향 임피던스 점프 또는 반사 세기는 특히 전극 구조물들의 층 구성 내부에 - 유전체 층 내부에서의 음향 임피던스를 기준으로 할 때 - 확연하게 구분되는 음향 임피던스를 갖는 적어도 하나의 두꺼운 층이 제공됨으로써 상승할 수 있다. 상기 층의 두께를 적절하게 선택함으로써, 적용예에서 필요한 음향적인 반사 세기를 설정할 수 있게 된다.

압전 기판 및 상기 기판상에 배치된 다층의 전극 구조물들을 구비하고, 탄성 표면파로 동작하며, 음향 임피던스(Z_{a ,d})를 갖는 유전체 층에 의해서 커버된 컴포넌트가 제시된다. 상기 전극 구조물들의 층 구성은 한편으로는 제 1 재료로 이루어진 적어도 하나의 제 1 층으로 구성된 제 1의 층 시스템을 포함하고, 다른 한편으로는 제 2 재료로 이루어진 적어도 하나의 제 2 층으로 구성된 제 2의 층 시스템을 포함하며, 상기 제 1 층 시스템의 음향 임피던스(Z_{a ,1})는 2Z_{a ,d}보다 작고, 상기 제 2 층 시스템의 음향 임피던스(Z_{a ,2})는 적어도 2Z_{a ,d}이다. 상기 다층 구성의 전체 높이를 기준으로 한 상기 제 2 층 시스템의 전체 두께의 상대적인 비율은 15 % 내지 85 %, 바람직하게는 최대 60 %이다.

제 1 재료로서는 예컨대 Al, Mg, Ti 또는 알루미늄 합금이 적합하다. 제 2 재료로서는 예컨대 Cu, Ta, Mo, Cr, W, Ag, Pt, Au 또는 상기 금속들의 합금이 적합하다.

컴포넌트 내부에는 바람직하게 자체 중심 주파수 및 대역폭을 특징으로 하는 고주파 필터가 구현되어 있다.

본 발명에 따른 전극 구조물들은 큰 대역폭 이외에 높은 파워 호환성 및 긴 수명을 특징으로 한다.

상기 전극 구조물들의 전체 높이는 바람직하게 탄성 표면파 파장의 5 % 내지 10 %이다. 상기 파장은 실제로 동일한 전기 전위에 접속된 스트립 형태의 두 개의 전극 구조물들의 중심 간격과 같다.

한 바람직한 변형예에서는 상기 제 2 층 시스템은 단 하나의 제 2 층, 바람직하게는 Cu-층 또는 W-층으로 이루어진다. 상기 층은 바람직하게는 최하부 층이거나 또는 다층 구성의 하부 층들 중 하나의 층이다. 그러나 상기 제 2 층은 다층 구성의 최상부 층을 형성할 수도 있다. 그 대신에, 상기 제 2 층은 다층 구성의 다른 한 장소에, 바람직하게는 두 개의 제 1 층들 사이에 배치될 수도 있다.

제 1의 층 시스템은 바람직하게 Al 또는 Al-합금으로 이루어진 단 하나의 제 1 층으로 구성될 수 있다. 그 대신에, 상기 제 1의 층 시스템은 바람직하게 상호 분리된 다수의 제 1 층들로 구성될 수도 있다. 상기 제 1 층 시스템의 다양한 층들은 동일한 재료, 예컨대 Al로 이루어질 수 있다. 상기 제 1 층 시스템의 다양한 층들은 서로 상이한 재료들로 이루어질 수도 있다.

제 2의 층 시스템에서는 예컨대 Cu로 이루어진, 바람직하게는 동일한 형태의 다수의 제 2 층들이 제공될 수 있다. 한 변형예에서는, 제 2의 층 시스템에 서로 상이한 다수의 제 2 층들 - 예를 들어 Cu-층 그리고 추가의 제 2 층으로서 Au-층 - 이 제공될 수 있다.

제 1 층 및 제 2 층이 다수인 경우에는, 제 1 층들은 바람직하게 제 2 층들과 교대로 배치되어 있다. 제 1 (또는 제 2) 층 시스템의 다양한 층들은 상호 인접할 수도 있다.

다층 구성의 전체 높이를 기준으로 한 상기 제 2 층 시스템의 상대적인 층 두께는 바람직하게 25 % 내지 50 %이다.

한 실시예에서, 압전 기판 쪽을 향하고 있는 상기 다층 구성의 층은 예컨대 티타늄으로 이루어진 접착제 층이다.

유전체 층 - 예컨대 이산화규소 또는 질화규소 - 은 바람직하게 온도를 보상하는 층이며, 상기 층의 온도 팽창 계수는 압전 기판 및/또는 전극 구조물들에 대하여 반대의 부호를 갖는다. 온도 보상 층은 컴포넌트 구조물의 팽창을 저지하는 동시에, 상기 컴포넌트 소자들의 열적 팽창으로 인하여 온도 변동시 상기 컴포넌트의 중심 주파수가 이동하는 것을 억제한다.

(압전 기판의 표면으로부터 측정된) 상기 유전체 층의 높이는 바람직하게 탄성 표면파 파장의 20 % 내지 40 %이다.

본 발명은 실시예들 및 해당 도면들을 참조하여 아래에서 상세하게 설명된다. 도면들은 본 발명의 다양한 실시예들을 개략적이고 척도에 맞지 않는 도시 방식으로 보여주고 있다. 동일 부품들 또는 동일하게 작용하는 부품들은 동일한 도면 부호로 표기되었다.

도 1은 다층 구성의 최하부 층으로서 기능하는 제 1 층을 갖는 전극 구조물의 층 구성의 한 가지 예이며,

도 2는 다층 구성의 최상부 층으로서 기능하는 제 1 층을 갖는 전극 구조물의 층 구성의 한 가지 예이고,

도 3은 두 개의 제 1 층들 사이에 배치된 하나의 제 2 층을 갖는 전극 구조물의 층 구성의 한 가지 예이며,

도 4는 상호 인접하는 두 개의 제 2 층들을 갖는 도 3에 도시된 실시예의 한 변형예이고,

도 5는 압전 기판 쪽을 향하고 있는 접착제 층을 갖는 전극 구조물의 층 구성을 도시한 도면이며,

도 6은 제 1 층들 및 제 2 층들이 교대로 배치된 전극 구조물의 층 구성을 도시한 도면이다.

도 1에는 본 발명에 따른 전극 구조물을 갖는 컴포넌트가 단면도로 도시되어 있다. 상기 전극 구조물은 압전 기판(1) 상에 배치되어 있고, 하부에 배치된 제 1 층(3)(예컨대 Al-층)으로 구성되며, 상기 제 1 층 위에는 제 2 층(2)(예컨대 Cu-층)이 배치되어 있다. 상기 층들(2, 3)은 하나의 층 스택을 형성한다.

전극 구조물은 유전체 층(4), 바람직하게는 이산화규소로 커버되어 있다. 상기 유전체 층(4)은 기판(1)의 표면에 의해서 종료되고, 이와 같은 방식으로 기 전극 구조물들(2, 3)을 밀폐한다.

기판(1)은 리튬탄탈산염, 리튬니오브산염, 석영 또는 다른 적합한 압전 재료로 이루어질 수 있다. 기판은 또한 다수의 층들로 구성될 수도 있으며, 이 경우에는 적어도 상기 기판의 최상부 층이 압전 특성을 갖는다.

도 2에는 제 2 층(2)이 제 1 층(3) 아래에 배치되어 있는 한 가지 실시예가 도시되어 있다.

도 3에 도시된 변형예에서는, 제 2 층(2)이 두 개의 제 1 층들(31, 32) 사이에 배치되어 있다. 상기 제 1의 층 시스템은 각각 하나의 - 본 경우에는 추가의 제 1 층으로서 형성된 - 접착제 층(51, 52)에 인접하는 제 1 층들(31, 32)을 포함한다. 접착제 층(51)은 하부의 제 1 층(31)과 제 2 층(2) 사이에 배치되어 있다. 접착제 층(52)은 상부의 제 1 층(32)과 제 2 층(2) 사이에 배치되어 있다.

접착제 층은 두 개 층들 사이의 결합을 개선하기 위해서 이용되고, 원칙적으로는 하나의 제 1 층과 하나의 제 2 층 사이에, 다층 구성의 최상부 층과 유전체 층 사이에 또는 하나의 최하부 층(도 5의 제 2 층(2) 또는 도 3의 제 1 층)과 압전 기판(1) 사이에 배치될 수 있다.

자체 음향 속도로 인하여 제 1의 층 시스템에 할당된 접착제 층들(5, 51, 52)은 바람직하게 티타늄으로 이루어진다. 상기 접착제 층들(5, 51, 52)은 원칙적으로는 예컨대 백금으로 이루어진 제 2 층들로서 선택되어 제 2의 층 시스템에 할당될 수도 있다.

도 4에는 상이한 제 2 재료들로 이루어지고 상호 인접하는 두 개의 제 2 층들(21, 22)을 갖는 한 가지 변형예가 도시되어 있으며, 상기 제 2 재료들은 함께 제 2의 층 시스템을 형성한다. 이 경우 상기 층들의 결합체는 두 개의 제 1 층들(31, 32) 사이에 배치되어 있다. 도 1 또는 도 2에 따른 단 하나의 제 2 층(2) 대신에 상기와 같은 결합체의 배열도 또한 가능하다.

상이한 제 2 재료들로 이루어진 두 개의 제 2 층들(21, 22)은 적어도 하나의 제 1 층 또는 접착제 층에 의해서도 상호 분리될 수 있다.

도 3 및 도 6에서는 두 개의 제 1 층들(31, 32)이 상호 분리되어 있다. 상기 상이한 제 1 층들은 바람직하게 동일한 제 1 재료로 이루어진다. 그 대신에, 상기 상이한 제 1 층들은 - 특히 제 1 층들이 연속하는 경우에는 - 상이한 제 1 재료들로 이루어질 수 있다. 두 개의 상호 분리된 제 1 층들도 상이한 재료들(예컨대 다양한 Al-합금)로 이루어질 수 있다.

도 1 내지 도 4에서 제 2 층(2)의 상대적인 두께 또는 상기 층들(21, 22)의 상대적인 전체 두께는 바람직하게 전극 구조물의 전체 높이의 20 % 내지 30 %이다. 도 5에는, 전극 구조물의 전체 높이 중에서 40 % 내지 50 %의 높이 비율을 차지하 는 제 2 층(2)을 갖는 한 가지 변형예가 도시되어 있다.

도 6에서 전극 구조물의 다층 구성에는 다수의 제 2 층들(21, 22, 23) 및 다수의 제 1 층들(31, 32)이 제공되어 있으며, 상기 제 1 층들 및 제 2 층들은 교대로 위·아래로 겹쳐서 배치되어 있다.

제 2 층들(21, 22, 23)의 개별 층 두께들의 총합과 같은, 전극 구조물의 전체 높이를 기준으로 한 상기 제 2 층들(21, 22, 23)의 전체 두께의 비율은 15 % 내지 60 %이다.

제 2 층들(21, 22, 23)(또는 제 1 층들(31, 32))은 동일한 두께를 가질 수 있다. 다층 구성에서 제 2(또는 제 1) 층들의 상이한 두께도 가능하다. 한 가지 변형예에서, 최하부 제 2 층(21)은 상기 층 위에 있는 추가의 제 2 층들(22, 23)보다 더 두껍다.

제 2 층들(2, 21, 22, 23)은 본 발명의 모든 실시예들에서 각각 유전체 층(4)보다 확연하게 더 높은 밀도 및/또는 강도를 갖는다.

도 6에 도시된 변형예에서, 압전 기판(1)과 최하부 제 2 층(21) 사이에는 접착제 층(5)이 배치되어 있다.

상호 분리된 모든 제 2 층들(21, 22, 23)은 바람직하게 동일한 제 2 재료로 이루어진다. 하지만, 상기 층들(21, 22, 23)을 위해서 각각 상이한 제 2 재료들이 선택될 수도 있다.

도면에 제시된 변형예들의 특징들은 서로 조합될 수 있다. 본 발명은 도시된 소자들의 개수 또는 열거된 재료들에 한정되지 않는다. 본 발명은 탄성 표면파 로 동작하는 컴포넌트들의 특정 적용예들에 한정되지 않는다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1: 압전 기판 2, 21, 22, 23: 제 2 층들

3, 31, 32: 제 1 층들 4: 유전체 층

5, 51, 52: 접착제 층들

Claims (16)

1. 탄성 표면파로 동작하는 컴포넌트로서,

   압전 기판(1);

   상기 기판상에 배치되어 있고 다층 구성을 갖는 전극 구조물들; 및

   상기 전극 구조물들을 커버하고 음향 임피던스(Z_{a ,d})를 갖는 유전체 층(4)

   을 포함하고,

   상기 다층 구성은, 제 1 재료로 이루어진 적어도 하나의 제 1 층(31, 32, 3)으로 구성되고 음향 임피던스가 2Z_{a ,d}보다 작은 제 1의 층 시스템 및 제 2 재료로 이루어진 적어도 하나의 제 2 층(21, 22, 23, 2)으로 구성되고 음향 임피던스가 상기 값 2Z_{a ,d}를 초과하는 제 2의 층 시스템을 포함하며,

   상기 다층 구성의 전체 높이를 기준으로 한 상기 제 2 층 시스템의 전체 두께의 상대적인 비율이 15 % 내지 85 %인, 탄성 표면파로 동작하는 컴포넌트.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 다층 구성의 전체 높이를 기준으로 한 상기 제 2 층 시스템의 전체 두께가 60 %인 것을 특징으로 하는, 탄성 표면파로 동작하는 컴포넌트.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 2 층 시스템의 전체 두께가 상기 다층 구성의 전체 높이를 기준으로 50 %인 것을 특징으로 하는, 탄성 표면파로 동작하는 컴포넌트.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 유전체 층(4)이 상기 전극 구조물들에 의해 차지된 면적 밖에서 기판 표면에 의해 종료되도록 구성된 것을 특징으로 하는, 탄성 표면파로 동작하는 컴포넌트.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제 1 재료가 Al, Mg, Ti 또는 알루미늄 합금인 것을 특징으로 하는, 탄성 표면파로 동작하는 컴포넌트.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제 2 재료가 Cu, Ta, Ag, Pt, Au 또는 구리 합금인 것을 특징으로 하는, 탄성 표면파로 동작하는 컴포넌트.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제 2의 층 시스템이 단 하나의 상기 제 2 층(21)으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 탄성 표면파로 동작하는 컴포넌트.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 제 2 층(21)이 상기 전극 구조물들의 최하부 층인 것을 특징으로 하는, 탄성 표면파로 동작하는 컴포넌트.
9. 제 7 항에 있어서,

   상기 제 2 층(23)이 상기 전극 구조물들의 최상부 층인 것을 특징으로 하는, 탄성 표면파로 동작하는 컴포넌트.
10. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제 2의 층 시스템이 다수의 상기 제 2 층들(21, 22, 23)을 포함하며,

    상기 제 2 층들(21, 22)이 상기 제 1 층(31)에 의하여 상호 분리된 것을 특징으로 하는, 탄성 표면파로 동작하는 컴포넌트.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제 1의 층 시스템(31, 32)이 단 하나의 상기 제 1 층(31)으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 탄성 표면파로 동작하는 컴포넌트.
12. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제 1의 층 시스템이 다수의 상기 제 1 층들(31, 32)을 포함하며,

    두 개의 제 1 층들(31, 32) 사이에 상기 제 2 층(23)이 배치된 것을 특징으 로 하는, 탄성 표면파로 동작하는 컴포넌트.
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 압전 기판(1) 쪽을 향하고 있는 상기 다층 구성의 하나의 층이 접착제 층(5)인 것을 특징으로 하는, 탄성 표면파로 동작하는 컴포넌트.
14. 제 13 항에 있어서,

    상기 접착제 층이 Ti-층인 것을 특징으로 하는, 탄성 표면파로 동작하는 컴포넌트.
15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 전극 구조물들의 전체 높이가 상기 탄성 표면파의 파장의 5 % 내지 10 %인 것을 특징으로 하는, 탄성 표면파로 동작하는 컴포넌트.
16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 유전체 층(4)이 이산화규소 또는 질화규소로 이루어진 층인 것을 특징으로 하는, 탄성 표면파로 동작하는 컴포넌트.

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