DE60036041T2

DE60036041T2 - Kantenreflexions-Oberflächenwellenfilter

Info

Publication number: DE60036041T2
Application number: DE60036041T
Authority: DE
Inventors: Michio Nagaokakyo-shi Kadota; Junya Nagaokakyo-shi Ago; Hideya Nagaokakyo-shi Horiuchi; Mamoru Nagaokakyo-shi Ikeura
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1999-02-18
Filing date: 2000-02-18
Publication date: 2008-05-21
Anticipated expiration: 2020-02-19
Also published as: JP2000244279A; KR100314602B1; US6335584B1; EP1030445A3; JP3341699B2; CN1264220A; TW453028B; KR20000076680A; SG75198A1; EP1030445B1; DE60036041D1; CN1180532C; EP1030445B8; EP1030445A2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Oberflächenwellenbauelemente vom Kantenreflexionstyp und Oberflächenwellenfilter vom Kantenreflexionstyp unter Verwendung einer akustischen Oberflächenwelle vom Scher-Horizontal-Typ, und insbesondere auf Oberflächenwellenbauelemente vom Kantenreflexionstyp und Oberflächenwellenfilter vom Kantenreflexionstyp, die einen unterteilten Interdigitalwandler (IDT) umfassen.
Beschreibung der verwandten Technik
In jüngerer Zeit haben Oberflächenwellenbauelemente vom Kantenreflexionstyp, die eine akustische Oberflächenwelle vom Scher-Horizontal-(SH-)Typ verwenden, wie z. B. die Bleustein-Gulyaev-Shimizu-(BGS-)Welle oder die Love-Welle, Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Derartige Oberflächenwellenbauelemente vom Kantenreflexionstyp umfassen einen IDT, der auf einem Oberflächenwellensubstrat vorgesehen ist, und eine akustische Oberflächenwelle vom SH-Typ wird zwischen zwei gegenüberliegenden Kanten des Oberflächenwellensubstrats reflektiert. Entsprechend können, da es nicht nötig ist, einen Reflektor außerhalb des IDT in einer Ausbreitungsrichtung einer akustischen Oberflächenwelle vorzusehen, die Abmessungen der Oberflächenwellenbauelemente reduziert sein.
In dem japanischen ungeprüften Patent mit der Veröffentlichungsnummer 5-291869 ist ein Oberflächenwellenbauelement vom Kantenreflexionstyp, in dem ein IDT auf einem Oberflächenwellensubstrat angeordnet ist und der IDT in eine Mehrzahl von Unter-IDT-Abschnitten unterteilt ist, vorgesehen. In diesem Bauelement kann, da der IDT derart unterteilt ist, dass die Mehrzahl von Unter-IDT-Abschnitten entlang einer Ausbreitungsrichtung einer akustischen Ober flächenwelle angeordnet ist, die Impedanz verbessert und die Kapazität erhöht werden.
In dem Oberflächenwellenbauelement vom Kantenreflexionstyp jedoch, das in dem japanischen ungeprüften Patent mit der Veröffentlichungsnummer 5-291869 beschrieben ist, können, wenn der IDT in die Mehrzahl von Unter-IDT-Abschnitten unterteilt ist, unerwünschte Welligkeiten (Störantwort) in Frequenzcharakteristika auftreten. So ist es nötig, die Anzahl der Paare von Elektrodenfingern des IDT auszuwählen, um derartige Welligkeiten zu verhindern.
Anders ausgedrückt ist es, da die Anzahl der Paare der Elektrodenfinger des IDT eingeschränkt ist, sehr schwierig, verschiedene Frequenzcharakteristika zu erhalten, ohne unerwünschte Welligkeiten zu erzeugen.
Das Dokument „Bleustein-Gulyaev-Shimizu Wave Resonators formed an Ceramic Substrates and their Applications" von K. Morozumi u. a. (veröffentlicht in „Electronics and Communications in Japan, Part II – Electronics", Scripta Technica, Bd. 79, Nr. 4, 01.01.1996, Seiten 30–38) beschreibt SAW-Resonatorbauelemente vom Kantenreflexionstyp, die BGS-Wellen einsetzen. Die Breite der IDT-Elektrodenfinger in diesen Resonatoren beträgt λ/4 und die Entfernung zwischen den Kanten des Substrats ist ein ganzzahliges Vielfaches von λ/2. Die äußersten Elektrodenfinger sind halb so breit wie die anderen, d. h. λ/8. Dieses Dokument erläutert ein Unterteilen der IDTs, um erwünschte Impedanzwerte zu erhalten. Wieder ist es jedoch, um unerwünschte Welligkeiten zu vermeiden, nötig, bei der Auswahl der Anzahl von Elektrodenfingerpaaren sorgfältig vorzugehen.
Zusammenfassung der Erfindung
Um die oben beschrieben Probleme zu überwinden, stellen bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ein Oberflächenwellenbauelement vom Kantenreflexionstyp und ein Oberflächenwellenfilter vom Kantenreflexionstyp, die eine akustische Oberflächenwelle vom SH-Typ einsetzen, bereit, in denen ein IDT in eine Mehrzahl von Unter-IDT-Abschnitten unterteilt ist und unerwünschte Welligkeiten, die in Frequenzcharakteristika auftreten, selbst dann minimiert sind, wenn die Anzahl der Paare von Elektrodenfingern des IDT verändert wird, um verschiedene Frequenzcharakteristika zu erhalten, so dass hervorragende Resonanzcharakteristika und Filtercharakteristika erzielt werden.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Oberflächenwellenbauelement vom Kantenreflexionstyp bereit, das folgende Merkmale aufweist:
ein Oberflächenwellensubstrat mit einem Paar gegenüberliegender Kanten; und
zumindest einen Interdigitalwandler (IDT), der eine Mehrzahl von Elektrodenfingern aufweist und auf dem Oberflächenwellensubstrat angeordnet ist, derart, dass akustische Scher-Horizontal-Oberflächenwellen, die durch den IDT angeregt werden, sich in einer Richtung ausbreiten, die im Wesentlichen senkrecht zu dem Paar gegenüberliegender Kanten des Oberflächenwellensubstrats ist, und durch die Kanten reflektiert werden, wobei der Interdigitalwandler in eine Mehrzahl von Unter-IDT-Abschnitten unterteilt ist, die in Serie geschaltet und entlang der Richtung angeordnet sind, die im Wesentlichen senkrecht zu dem Paar gegenüberliegender Kanten ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Entfernungen D zwischen dem Paar gegenüberliegender Kanten des Oberflächenwellensubstrats und jeweiligen zweitäußersten Elektrodenfingern des IDT auf einen Wert gesetzt sind, der sich von λ₀/2 unterscheidet, wobei λ₀ eine Wellenlänge der akustischen Scher-Horizontal-Oberflächenwellen ist.
So ist die Frequenz der (2N – 2)-Mode in dem Frequenzspektrum des IDT, die aufgrund der Unterteilung des IDT erhalten wird, in der Nähe der Frequenz einer Mode, die durch die Entfernung zwischen den beiden gegenüberliegenden Kanten bestimmt wird, was zum Ergebnis hat, dass unnötige Welligkeiten wirksam minimiert werden.
Deshalb ist es mit dem unterteilten IDT möglich, ein Oberflächenwellenbauelement vom Kantenreflexionstyp bereitzustellen, das hervorragende Resonanzcharakteristika aufweist, in dem Impedanz und Kapazität erhöht sind, jedoch außerdem fast kein Einfluss aufgrund von Einschränkungen der Anzahl der Paare von Elektrodenfingern vorliegt.
Ferner können ähnliche Vorteile erhalten werden, wenn die äußersten Elektrodenfinger in der Ausbreitungsrichtung einer akustischen Oberflächenwellen derart angeordnet sind, dass die äußersten Elektrodenfinger sich zu den Kanten erstrecken, die durch die Kanten und die obere Oberfläche des Oberflächenwellensubstrats definiert sind.
Wie oben beschrieben wurde, stellen bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung das Oberflächenwellenbauelement vom Kantenreflexionstyp bereit, in dem der unterteilte IDT mit einer Mehrzahl von Unter-IDT-Abschnitten auf einem Oberflächenwellensubstrat angeordnet ist. Wenn jedoch eine Mehrzahl von Oberflächenwellenbauelementen vom Kantenreflexionstyp gemäß bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung hergestellt und angeordnet ist, um ein Filter zu definieren, indem die Mehrzahl von Oberflächenwellenbauelementen vom Kantenreflexionstyp gekoppelt wird, werden Impedanz und Kapazität durch ein Unterteilen des IDT stark erhöht. Als ein Ergebnis werden ohne Weiteres Oberflächenwellenbauelemente vom Kantenreflexionstyp mit unterschiedlicher Impedanz und Kapazität gebildet. Deshalb wird, wenn z. B. ein Leiter-Typ-Filter aufgebaut wird, eine geeignete Struktur, die Serienarmresonatoren und Parallelarmresonatoren umfasst, durch eine Verwendung des Oberflächenwellenbauelements vom Kantenreflexionstyps gemäß bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung hergestellt, was zum Ergebnis hat, dass ohne Weiteres hervorragende Filtercharakteristika erhalten werden.
Das Oberflächenwellenbauelement vom Kantenreflexionstyp gemäß bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann als ein Bandfilter verwendet werden. In diesem Fall werden unnötige Welligkeiten minimiert und dadurch werden hervorragende Filtercharakteristika erhalten.
Zu dem Zweck einer Darstellung der Erfindung sind in den Zeichnungen mehrere Formen gezeigt, die gegenwärtig bevorzugt werden, wobei jedoch darauf verwiesen wird, dass die Erfindung nicht auf die genauen Anordnungen und Instrumentalitäten, die gezeigt sind, eingeschränkt ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1A ist eine Draufsicht eines Oberflächenwellenbauelements vom Kantenreflexionstyp gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
1B ist eine Schnittdraufsicht eines Abschnitts des in 1A gezeigten Oberflächenwellenbauelements vom Kantenreflexionstyp.
2 zeigt die Einfügungsverlust-Frequenz-Charakteristika eines Oberflächenwellenbauelements vom Kantenreflexionstyp 1, die erhalten werden, wenn die Versätze a von Kanten auf 0 μm gesetzt sind (eine herkömmliche Position).
3 zeigt die Einfügungsverlust-Frequenz-Charakteristika des Oberflächenwellenbauelements von Kantenreflexionstyp 1, die erhalten werden, wenn die Versätze a der Kanten auf etwa –1,2 μm gesetzt sind (–0,023 λ₀).
4 zeigt die Einfügungsverlust-Frequenz-Charakteristika des Oberflächenwellenbauelements von Kantenreflexionstyp 1, die erhalten werden, wenn die Versätze a der Kanten auf etwa –1,5 μm gesetzt sind (–0,028 λ₀).
5 zeigt die Einfügungsverlust-Frequenz-Charakteristika des Oberflächenwellenbauelements von Kantenreflexionstyp 1, die erhalten werden, wenn die Versätze a der Kanten auf etwa –2,0 μm gesetzt sind (–0,038 λ₀).
6 zeigt die Einfügungsverlust-Frequenz-Charakteristika des Oberflächenwellenbauelements von Kantenreflexionstyp 1, die erhalten werden, wenn die Versätze a der Kanten auf etwa –2,7 μm gesetzt sind (–0,051 λ₀).
7 zeigt die Einfügungsverlust-Frequenz-Charakteristika des Oberflächenwellenbauelements von Kantenreflexionstyp 1, die erhalten werden, wenn die Versätze a der Kanten auf etwa –3,4 μm gesetzt sind (–0,064 λ₀).
8 zeigt die Einfügungsverlust-Frequenz-Charakteristika des Oberflächenwellenbauelements von Kantenreflexionstyp 1, die erhalten werden, wenn die Versätze a der Kanten auf etwa –3,9 μm gesetzt sind (–0,073 λ₀).
9 zeigt eine Draufsicht, die ein Oberflächenwellenbauelement vom Kantenreflexionstyp gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt, das einen IDT aufweist, der ein dreifach unterteilter Null-Anregungstyp ist.
10 zeigt eine Draufsicht, die ein Oberflächenwellenbauelement vom Kantenreflexionstyp gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt, das einen IDT aufweist, der ein vierfach unterteilter Null-Anregungstyp ist.
11 zeigt eine Draufsicht, die ein Oberflächenwellenbauelement vom Kantenreflexionstyp gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt, das einen IDT aufweist, der ein zweifach unterteilter Doppelanregungstyp ist.
12 zeigt eine Draufsicht, die ein Oberflächenwellenbauelement vom Kantenreflexionstyp gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt, das einen IDT aufweist, der ein dreifach unterteilter Doppelanregungstyp ist.
13 zeigt eine Draufsicht, die ein Oberflächenwellenbauelement vom Kantenreflexionstyp gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt, das einen IDT aufweist, der ein vierfach unterteilter Doppelanregungstyp ist.
14 zeigt einen Graphen, der die Beziehungen zwischen den Positionen der Kanten und den Resonanzfrequenzen in dem Oberflächenwellenbauelement vom Kantenreflexionstyp gemäß bevorzugten Ausfüh rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
15 zeigt einen Graphen, der die Beziehungen zwischen den Positionen der Kanten und den Positionen, an denen eine Welligkeit auftritt, in dem Oberflächenwellenbauelement vom Kantenreflexionstyp gemäß bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
16 zeigt einen Graphen, der Frequenzspektren eines IDT mit unterteilter Struktur und eines IDT mit nicht unterteilter Struktur darstellt.
17 zeigt eine Draufsicht zur Darstellung eines herkömmlichen Oberflächenwellenbauelements vom Kantenreflexionstyp mit nicht unterteiltem IDT.
18 zeigt einen Graphen, der die Beziehung zwischen der Anzahl der Paare von Elektrodenfingern und den Positionen von Kanten, die eine Welligkeit unterdrücken können, darstellt.
19 zeigt einen Graphen, der die Beziehung zwischen den Positionen der Kanten und dem Betrag einer Welligkeit, der erhalten wird, wenn ein IDT vom zweifach unterteilten Null-Anregungstyp verwendet wird und die Anzahl der Paare von Elektrodenfingern 9,5 beträgt, darstellt.
20 zeigt einen Graphen, der die Beziehung zwischen den Positionen der Kanten und dem Betrag einer Welligkeit, der erhalten wird, wenn ein IDT vom zweifach unterteilten Doppel-Anregungstyp verwendet wird und die Anzahl der Paare von Elektrodenfingern 9,5 beträgt, darstellt.
21 zeigt einen Graphen, der die Beziehung zwischen den Positionen der Kanten und dem Betrag einer Welligkeit, der erhalten wird, wenn ein IDT vom zweifach unterteilten Null-Anregungstyp verwendet wird und die Anzahl der Paare von Elektrodenfingern 15,5 beträgt, darstellt.
22 zeigt einen Graphen, der die Beziehung zwischen den Positionen der Kanten und dem Betrag einer Welligkeit, der erhalten wird, wenn ein IDT vom zweifach unterteilten Doppel-Anregungstyp verwendet wird und die Anzahl der Paare von Elektrodenfingern 15,5 beträgt, darstellt.
23 zeigt einen Graphen, der die Beziehung zwischen den Positionen der Kanten und dem Betrag einer Welligkeit, der erhalten wird, wenn ein IDT vom zweifach unterteilten Null-Anregungstyp verwendet wird und die Anzahl der Paare von Elektrodenfingern 21,5 beträgt, darstellt.
24 zeigt einen Graphen, der die Beziehung zwischen den Positionen der Kanten und dem Betrag einer Welligkeit, der erhalten wird, wenn ein IDT vom zweifach unterteilten Doppel-Anregungstyp verwendet wird und die Anzahl der Paare von Elektrodenfingern 21,5 beträgt, darstellt.
25 zeigt einen Graphen, der die Beziehung zwischen dem Betrag einer Welligkeit, die in den Phasencharakteristika von Reflexionscharakteristika erscheint, und dem Betrag einer Welligkeit, die in den Einfügungsverlust-Frequenz-Charakteristika von Durchlasscharakteristika auftritt, in dem Oberflächenwellenbauelement vom Kantenreflexionstyp bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung darstellt.
26 zeigt eine Ansicht, die die Positionen der Kanten, die erhalten werden, wenn der Betrag einer Welligkeit in den Bereichen von etwa 0,5 dB oder niedriger und etwa 0,2 dB oder weniger beträgt, in dem Oberflächenwellenbauelement vom Kantenreflexionstyp bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, das den IDT aufweist, der ein zweifach unterteilter Null-Anregungstyp ist, darstellt.
27 zeigt eine Ansicht, die die Positionen der Kanten, die erhalten werden, wenn der Betrag einer Welligkeit in den Bereichen von etwa 0,5 dB oder niedriger und etwa 0,2 dB oder weniger beträgt, in dem Oberflächenwellenbauelement vom Kantenreflexionstyp bevorzugter Ausführungsbeispiele, das den IDT aufweist, der ein zweifach unterteilter Doppel-Anregungstyp ist, darstellt.
28 ist ein Schaltungsdiagramm zum Darstellen eines Leiter-Typ-Filters als Oberflächenwellenfilter gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
29 ist eine Draufsicht, die ein Oberflächenwellenfilter vom Kantenreflexionstyp gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Im Folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert erläutert.
Die 1A und 1B zeigen eine Draufsicht und eine teilweise vergrößerte Draufsicht eines Oberflächenwellenbauelements vom Kantenreflexionstyp gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Ein Oberflächenwellenbauelement vom Kantenreflexionstyp 1 gemäß diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst vorzugsweise ein im Wesentlichen rechteckiges Oberflächenwellensubstrat 2. Das Oberflächenwellensubstrat 2 ist vorzugsweise durch Laminieren eines piezoelektrischen Dünnfilms auf ein piezoelektrisches Substrat oder ein isolierendes Substrat gebildet. Ein piezoelektrisches Substrat könnte aus einem piezoelektrischen Einkristall aus Quarz, LiNbO₃, LiTaO₃ oder einer piezoelektrischen Keramik, wie z. B. einer Blei-Titanat-Zirkonat-Keramik, hergestellt sein. Wenn der piezoelektrische Dünnfilm auf dem isolierenden Substrat angeordnet ist, kann ein Substrat, das aus einem isolierenden Material hergestellt ist, wie z. B. Aluminiumoxid, das ein isolierendes Substrat definiert, als das Substrat verwendet werden und ein ZnO-Dünnfilm oder ein Ta₂O₅-Dünnfilm kann als der piezoelektrische Dünnfilm verwendet werden.
Wenn das Oberflächenwellensubstrat durch die Verwendung eines piezoelektrischen Keramikmaterials aufgebaut ist, wird das Oberflächenwellensubstrat 2 in einer Richtung, die im Wesentlichen parallel zu einer Richtung ist, in der sich die Elektrodenfinger eines IDT erstrecken, polaritätsverarbeitet, was unten beschrieben ist.
Zusätzlich kann, wenn das Oberflächenwellensubstrat durch Laminieren eines piezoelektrischen Dünnfilms auf ein isolierendes Substrat hergestellt wird, der IDT entweder auf der oberen Oberfläche oder unteren Oberfläche des piezoelektrischen Dünnfilms angeordnet sein.
Bei dem vorliegenden bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein IDT 3 auf einer oberen Oberfläche 2a des Oberflächen wellensubstrats 2 angeordnet. Der IDT 3 ist vorzugsweise durch Laminieren eines Films aus einem Metall, wie z. B. Aluminium, auf das Oberflächenwellensubstrat 2 und Durchführen einer Strukturierung durch ein geeignetes Verfahren, wie z. B. Photolithographie, gebildet.
Der IDT 3 ist in zwei Unter-IDT-Abschnitte 4 und 5 unterteilt, die in Serie entlang der Ausbreitungsrichtung einer akustischen Oberflächenwelle geschaltet sind. Der Unter-IDT-Abschnitt 4 umfasst vorzugsweise ein Paar kammförmiger Elektroden 4a und 4b und der Unter-IDT-Abschnitt 5 umfasst vorzugsweise ein Paar kammförmiger Elektroden 5a und 5b. Die kammförmige Elektrode 4a weist eine Mehrzahl von Elektrodenfingern 6 und 6a auf und die kammförmige Elektrode 4b weist eine Mehrzahl von Elektrodenfingern 7 und 7a auf. Die Mehrzahl der Elektrodenfinger 6 und 6a und die Mehrzahl der Elektrodenfinger 7 und 7a sind angeordnet, um ineinander zu greifen.
Der Unter-IDT-Abschnitt 5 weist vorzugsweise im Wesentlichen die gleiche Struktur und Anordnung auf wie der IDT 4, wobei die kammförmige Elektrode 5a eine Mehrzahl von Elektrodenfingern 8 und 8a aufweist und die kammförmige Elektrode 5b eine Mehrzahl von Elektrodenfingern 9 und 9a aufweist.
Um keine Anregung zwischen den Unter-IDT-Abschnitten 4 und 5 zu erzeugen, sind der Elektrodenfinger 6a des Unter-IDT-Abschnitts 4 und der Elektrodenfinger 8a des Unter-IDT-Abschnitts 5, die am nächsten beieinander sind, mit einer Sammelschiene 10 verbunden. Anders ausgedrückt sind die Elektrodenfinger 6a und 8a in einer derartigen Weise angeordnet, dass sie mit dem gleichen Potential verbunden sind.
Die äußersten Elektrodenfinger des IDT 3 in der Ausbreitungsrichtung einer akustischen Oberflächenwelle sind Elektrodenfinger 7a und 9a. Das Oberflächenwellensubstrat 2 weist ein Paar von Kanten 2b und 2c auf, die an gegenüber liegenden Enden des Substrats 2 angeordnet sind. Die äußersten Elektrodenfinger 7a und 9a befinden sich jeweils an der Kante 2b und der unteren Oberfläche 2a bzw. der Kante 2c und der unteren Oberfläche 2a.
Das Oberflächenwellenbauelement vom Kantenreflexionstyp 1 wird getrieben, wie schematisch in 1A gezeigt ist, indem eine Wechselsignalspannung zwischen die kammförmigen Elektroden 4b und 5b angelegt wird, wodurch eine akustische Oberflächenwelle vom SH-Typ angeregt wird. Als akustische Oberflächenwellen vom SH-Typ könnten z. B. die BGS-Welle, die Love-Welle und die Leaky-Welle erzeugt werden. Es wird drauf verwiesen, dass in dem Oberflächenwellenbauelement vom Kantenreflexionstyp 1 die Wechselsignalspannung vorzugsweise über die Serienverbindung der Unter-IDT-Abschnitte 4 und 5 angelegt wird. Dies ist der Grund, weshalb das Oberflächenwellenbauelement vom Kantenreflexionstyp eine geringe Kapazität und eine hohe Impedanz besitzt.
Da sich die angeregte akustische Oberflächenwelle vom SH-Typ in einer Richtung ausbreitet, die im Wesentlichen senkrecht zu den Elektrodenfingern des IDT 3 ist, um zwischen den Kanten 2b und 2c reflektiert zu werden, können Resonanzcharakteristika basierend auf der akustischen Oberflächenwelle vom SH-Typ extrahiert werden.
Üblicherweise sind in einem herkömmlichen Oberflächenwellenbauelement vom Kantenreflexionstyp, wenn die Wellenlänge einer angeregten akustischen Oberflächenwelle vom SH-Typ λ₀ beträgt, die Breiten der äußersten Elektrodenfinger in der Ausbreitungsrichtung einer akustischen Oberflächenwelle λ₀/8, die Breiten der verbleibenden Elektrodenfinger sind λ₀/4 und die Breiten von Zwischenräumen zwischen den Elektrodenfingern sind ebenso λ₀/4. Deshalb wird bei der Herstellung eines Oberflächenwellenbauelements ein Paar von Kanten, die einander gegenüberliegen, definiert, indem ein Oberflächenwellensubstrat geschnitten wird, so dass die Breiten der äußersten Elektrodenfinger nach der Bildung von Elektrodenfingern mit gleichen Breiten λ₀/8 sind.
Wie bekannt ist, muss in herkömmlichen SAW-Bauelementen vom Kantenreflexionstyp die Entfernung zwischen gegenüberliegenden Kanten des piezoelektrischen Substrats ein ganzzahliges Vielfaches von λ₀/2 sein, um Stehwellen, die für eine Resonanz erforderlich sind, zu erzeugen.
Im Gegensatz zu der herkömmlichen Strukturanforderung sind in dem Oberflächenwellenbauelement 1 des vorliegenden bevorzugten Ausführungsbeispiels die Entfernungen D zwischen dem gegenüberliegenden Paar von Kanten des Oberflächenwellensubstrats und jeweiligen zweitäußersten Elektrodenfingern des IDT auf einen Wert gesetzt, der sich von λ₀/2 unterscheidet und der kein ganzzahliges Vielfaches von λ₀/2 ist, wobei λ₀ eine Wellenlänge der akustischen Scher-Horizontal-Oberflächenwellen ist. Die Erfinder der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung haben entdeckt, dass, wenn das ganzzahlige Vielfache der λ₀/2-Anordnung des Stands der Technik mit unterteilten IDTs verwendet würde, unerwünschte Störkomponenten in den Frequenzcharakteristika erzeugt werden.
Insbesondere ist bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung, wenn wir annehmen, dass die Breiten der äußersten Elektrodenfinger im Wesentlichen gleich den Breiten der verbleibenden Elektrodenfinger sind, bevor das Substrat 2 geschnitten wird, um die Endkanten 2a, 2c zu definieren, das Substrat derart geschnitten, dass die Kanten 2a und 2c im Inneren der Mitte der äußersten Elektrodenfinger in der Ausbreitungsrichtung einer akustischen Oberflächenwelle positioniert sind. Dies wird unter Bezugnahme auf 1B erläutert. Bei der Herstellung des Oberflächenwellenbauelements 1 ist der IDT 3 auf einem Oberflächenwellensubstrat derart angeordnet, dass der IDT 3 Elektrodenfinger mit gleichen Breiten aufweist. Danach wird das Oberflächenwellensubstrat geschnitten, um die Kanten 2b und 2c zu definieren, in einer derartigen Weise, dass die Kanten 2b und 2c so positioniert sind, wie oben beschrieben wurde. Dies bedeutet, dass das Substrat 2 derart geschnitten wird, dass die Entfernung zwischen den Kanten 2a, 2c kein ganzzahliges Vielfaches von λ₀/2 ist. Anders ausgedrückt definiert, wenn die Kante 2b als ein Beispiel genommen wird, wie in 1B gezeigt ist, ein Elektrodenfinger 7a mit der gleichen Breite wie derjenigen der anderen Elektrodenfinger 6 und 7 vor einem Schneiden des Substrats einen äußersten Elektrodenfinger. In dieser Situation wird das Oberflächenwellensubstrat 2 entlang einer Strich-Einzelpunkt-Linie B geschnitten, die innerhalb einer Strich-Einzelpunkt-Linie A ist, die eine Mittellinie des Elektrodenfingers 7A in der Ausbreitungsrichtung einer akustischen Oberflächenwelle ist. Auf diese Weise wird die Kante 2b gebildet. Die Kante 2c wird ebenso in der gleichen Weise gebildet.
Die Position der Kanten 2b und 2c könnte in Bezug auf die Entfernung von einem zweitäußersten Elektrodenfinger des IDT ausgedrückt werden. Insbesondere sind in dem Oberflächenwellenbauelement vom Kantenreflexionstyp 1 die Entfernung D zwischen der Kante 2b und einer Mittellinie des zweitäußersten Elektrodenfingers 6a und die Entfernung zwischen der Kante 2c und einer Mittellinie des zweitäußersten Elektrodenfingers 8a auf einen Wert von weniger als λ₀/2 gesetzt.
Da der IDT 3 unterteilt ist, um die beiden Unter-IDT-Abschnitte 4 und 5, wie oben beschrieben wurde, in dem Oberflächenwellenbauelement vom Kantenreflexionstyp 1 des vorliegenden bevorzugten Ausführungsbeispiels zu erzeugen, nimmt die Impedanz stark zu und die Kapazität nimmt stark ab, wie in dem Fall der herkömmlichen Technik, die in dem ungeprüften japanischen Patent mit der Veröffentlichungsnummer 5-291869 beschrieben ist.
Ferner sind, obwohl eine Möglichkeit besteht, dass unerwünschten Welligkeiten in den Frequenzcharakteristika der herkömmlichen Technik auftreten, die in dem ungeprüften japanischen Patent mit der Veröffentlichungsnummer 5-291869 beschrieben ist, die Kanten 2b und 2c bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung so positioniert, wie oben beschrieben wurde. Als ein Ergebnis werden unerwünschte Welligkeiten, die in den Frequenzcharakteristika erscheinen, wirksam minimiert und hervorragende Resonanzcharakteristika werden erzielt. Dieser Grund wird basierend auf einem detaillierten empirischen Beispiel dargestellt.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben Einfügungsverlust-Frequenz-Charakteristika in Durchlasscharakteristika gemessen, indem die Positionen der Kanten 2b und 2c in dem Oberflächenwellenbauelement vom Kantenreflexionstyp 1 verschiedentlich verändert wurden, wo der IDT unterteilt ist, um eine Mehrzahl von Unter-IDT-Abschnitten bereitzustellen. Das Ergebnis ist in den 2 bis 8 gezeigt. In diesem Fall sind die in den 2 bis 8 gezeigten Charakteristika äquivalent zu den Charakteristika des Oberflächenwellenbauelements vom Kantenreflexionstyp, in dem die Wellenlänge einer angeregten BGS-Welle λ₀ etwa 53,08 um beträgt, die Anzahl der Paare aller Elektrodenfinger des IDT 3 21,5 beträgt und die Breite, in denen sich Elektrodenfinger schneiden, etwa 6,0 λ₀ beträgt.
Die Positionen der Kanten 2b und 2c sind durch verschiedentliches Verändern der Entfernung a zwischen Strich-Einzelpunkt-Linien A und B, die in 1B gezeigt sind, unterschiedlich gemacht. Anders ausgedrückt ist die Strich-Einzelpunkt-Linie A äquivalent zu der Mittelposition des äußersten Elektrodenfingers in der Ausbreitungsrichtung einer akustischen Oberflächenwelle, die erhalten wird, wenn die Breite des äußersten Elektrodenfingers gleich den Breiten der verbleibenden Elektrodenfinger ist, wie oben beschrieben wurde (vor einem Schneiden des Substrats 2), und die Strich-Einzelpunkt-Linie B ist äquivalent zu einer Position, an der die Kante durch Schneiden erzeugt wird. Deshalb zeigt die Position a die Positionen an, an denen die Kanten 2b und 2c tatsächlich gebildet sind, nämlich die Positionen der Kanten hinsichtlich eines Versatzes von der Kante des herkömmlichen Oberflächenwellenbauelements vom Kantenreflexionstyp. Es wird angemerkt, dass, wenn die Kanten 2b oder 2c außerhalb der angenommenen Mittelposition des äußersten Elektrodenfingers positioniert sind, die Werte von a positiv sind.
Als ein Ergebnis zeigen die in 2 gezeigten Charakteristika einen Fall an, in dem die Versätze a der Kanten auf Null gesetzt sind, wie in dem Fall der herkömmlichen Technik. Zusätzlich zeigen die in 3 gezeigten Charakteristika einen Fall an, in dem die Versätze a der Kanten etwa –1,2 μm (–0,023 λ₀) betragen, und die in 4 gezeigten Charakteristika zeigen einen Fall an, in dem die Versätze a der Kanten etwa –1,5 μm (–0,028 λ₀) betragen. Die in 5 gezeigten Charakteristika zeigen einen Fall an, in dem die Versätze a der Kanten etwa –2,0 μm (–0,038 λ₀) betragen, und die in 6 zeigten Charakteristika zeigen einen Fall an, in dem die Versätze a der Kanten etwa –2,7 μm (–0,051 λ₀) betragen, die in 7 gezeigten Charakteristika zeigen einen Fall an, in dem die Versätze a der Kanten etwa –3,4 μm (–0,064 λ₀) betragen, und die in 8 gezeigten Charakteristika zeigen einen Fall an, in dem die Versätze a der Kanten etwa –3,9 μm (–0,073 λ) betragen.
Wie in 2 gezeigt ist, erscheint in dem Oberflächenwellenbauelement vom Kantenreflexionstyp mit einer Resonanzfrequenz von etwa 47,65 MHz eine große Welligkeit, die durch einen Pfeil C angezeigt wird, nahe einer Frequenz von etwa 45,9 MHz. Im Gegensatz dazu ist in den in den 3 bis 8 gezeigten Charakteristika gezeigt, dass die Welligkeiten C₁ bis C₄, die nahe der Resonanzfrequenz auftreten, viel kleiner sind. Als ein Ergebnis wurde in dem Oberflächenwellenbauelement vom Kantenreflexionstyp 1 bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung bestätigt, dass, wenn die Breiten der äußersten Elektrodenfinger im Wesentlichen gleich den Breiten der verbleibenden Elektrodenfinger vor einem Schneiden des Substrats sind, die Positionen der Kanten 2b und 2c an Orten innerhalb der Mitte in der Breitenrichtung geschnitten werden, so dass eine Entfernung zwischen gegenüberliegenden Enden des Substrats kein ganzzahliges Vielfaches von λ₀/2 ist und dadurch hervorragende Resonanzcharakteristika erzielt werden.
Entsprechend haben die Erfinder bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als eine Alternative zu dem Oberflächenwellenbauelement vom Kantenreflexionstyp 1 Oberflächenwellenbauelemente vom Kantenreflexionstyp, die in den 9 bis 13 gezeigt sind, hergestellt, bei denen die Anzahl von Unterteilungen in dem IDT und die Weise einer Unterteilung verschiedentlich verändert sind, so dass die Beziehungen zwischen den Positionen der Kanten und den Resonanzcharakteristika in den Oberflächenwellenbauelementen vom Kantenreflexionstyp untersucht werden konnten.
In dem Oberflächenwellenbauelement vom Kantenreflexionstyp 1 ist eine Struktur, in der die beiden Unter-IDT-Abschnitte 4 und 5 vorgesehen sind und die Elektrodenfinger, die am Nächsten beieinander sind, in den Unter-IDT-Abschnitten 4 und 5 mit dem gleichen Potential verbunden sind, bereitgestellt. Um die Darstellung zu vereinfachen, wird als ein Verfahren zum Unterteilen des Oberflächenwellenbauelements vom Kantenreflexionstyp 1 ein zweifach unterteilter Null-Anregungstyp verwendet.
In einem Oberflächenwellenbauelement vom Kantenreflexionstyp 21, das in 9 gezeigt, ist, ist ein IDT 23 auf einem Oberflächenwellensubstrat 2 angeordnet. Der IDT 23 ist in drei Abschnitte unterteilt, um drei Unter-IDT-Abschnitte 24 bis 26 zu definieren. Zusätzlich sind Elektrodenfinger 24a und 25a, die unter den Unter-IDT-Ab schnitten 24 und 25 am Nächsten aneinander sind, beide mit einer Sammelschiene 27 verbunden. Als ein Ergebnis wird keine akustische Oberflächenwelle zwischen den Elektrodenfingern 24a und 25a angeregt. Ähnlich sind Elektrodenfinger 25b und 26a, die unter den IDTs 25 und 26 am Nächsten beieinander sind, beide mit einer Sammelschiene 28 verbunden, so dass diese auch mit dem gleichen Potential verbunden sind. Als ein Ergebnis wird keine akustische Oberflächenwelle zwischen den Elektrodenfingern 25b und 26a angeregt. Deshalb ist das Verfahren zum Unterteilen des IDT 23 in dem Oberflächenwellenbauelement vom Kantenreflexionstyp 21 ein dreifach unterteilter Null-Anregungstyp.
In einem Oberflächenwellenbauelement vom Kantenreflexionstyp 31, das in 10 gezeigt ist, ist ein IDT 33 in vier Teile unterteilt, um vier Unter-IDT-Abschnitte 34 bis 37 zu definieren. Ähnlich wie bei dem obigen Fall sind Elektrodenfinger, die unter benachbarten Unter-IDT-Abschnitten am Nächsten beieinander sind, mit dem gleichen Potential verbunden, so dass der IDT 33 ein vierfach unterteilter Null-Anregungstyp ist.
In einem Oberflächenwellenbauelement vom Kantenreflexionstyp 41, das in 11 gezeigt ist, ist ein IDT 43 auf einem Oberflächenwellensubstrat 2 angeordnet. Der IDT 43 weist zwei Unter-IDT-Abschnitte 44 bis 45 entlang der Ausbreitungsrichtung einer akustischen Oberflächenwelle auf. Als ein Ergebnis ist, wie in dem Fall des Oberflächenwellenbauelements 1, der IDT 43 ein zweifach unterteilter Typ. Elektrodenfinger 44a und 45a jedoch, die einander unter den Unter-IDT-Abschnitten 44 und 45 am Nächsten sind, sind mit unterschiedlichen Potentialen verbunden. Anders ausgedrückt ist der Elektrodenfinger 44a mit einer Sammelschiene 46 verbunden und der Elektrodenfinger 45a ist mit einer Sammelschiene 47 verbunden. Wie schematisch gezeigt ist, sind die Sammelschienen 46 und 47 angeordnet, um eine Wechselsignalspannung zum Treiben des Oberflächenwellenbauelements vom Kantenreflexionstyp 41 zu empfangen.
Zusätzlich befindet sich eine gemeinsame Sammelschiene 48 entlang der Kante gegenüber von dem Sammelschienen 46 und 47. So ist eine Spannung, die zwischen die Elektrodenfinger 44a und 45a angelegt ist, doppelt so groß wie eine Spannung, die zwischen die anderen benachbarten Elektrodenfinger angelegt ist. Eine derartige Unterteilungsstruktur ist ein Doppelanregungstyp. So ist das Verfahren zum Unterteilen des IDT 43 in dem Oberflächenwellenbauelement vom Kantenreflexionstyp 41, das in 11 gezeigt ist, ein zweifach unterteilter Doppelanregungstyp.
In einem Oberflächenwellenbauelement vom Kantenreflexionstyp 51, das in 12 gezeigt ist, ist ein IDT 53 in drei Teile unterteilt, um eine Mehrzahl von Unter-IDT-Abschnitten 54 bis 56 zu definieren. Ähnlich weist in diesem Fall, da eine Spannung, die doppelt so groß ist wie eine Spannung, die zwischen die verbleibenden Elektrodenfinger angelegt ist, an die äußersten Elektrodenfinger angelegt ist, die einander unter benachbarten Unter-IDT-Abschnitten am Nächsten sind, das Oberflächenwellenbauelement vom Kantenreflexionstyp 51 eine unterteilte Struktur auf, die ein dreifach unterteilter Doppelanregungstyp ist.
Ein Oberflächenwellenbauelement vom Kantenreflexionstyp 61, das in 13 gezeigt ist, weist einen IDT 63 auf, der eine unterteilte Struktur aufweist und ein vierfach unterteilter Doppelanregungstyp ist. Anders ausgedrückt ist der IDT 63 in vier Teile unterteilt, um Unter-IDT-Abschnitte 64 bis 67 zu definieren. Zusätzlich ist, wie in dem Fall des zweifach unterteilten Doppel-Anregungstyps, der in 11 gezeigt ist, eine Spannung, die doppelt so groß ist wie eine Spannung, die zwischen die verbleibenden Elektrodenfinger angelegt ist, an die äußersten Elektrodenfinger, die einander unter benachbarten Unter-IDT-Abschnitten am Nächsten sind, angelegt.
In den 11 bis 13 könnten sich, obwohl die Kanten 2b und 2c des Oberflächenwellensubstrats 2 außerhalb der äußeren Kanten der äußersten Elektrodenfinger positioniert sind, die äußersten Elektrodenfinger zu den Kanten erstrecken, die durch beide Kanten 2b und 2c und die obere Oberfläche 2a definiert sind.
Die 14 und 15 zeigen Veränderungen an der Resonanzfrequenz, die erhalten werden, wenn die Versätze a der Kanten verändert werden, in dem Oberflächenwellenbauelement vom Kantenreflexionstyp 1. 15 zeigt einen Graphen, der die Veränderungen an der Frequenzposition anzeigt, bei der große Welligkeiten am Nächsten zu Resonanzfrequenzen auftauchen, die erhalten werden, wenn die Positionen der Kanten verändert werden. Wie aus den 14 und 15 hervorgeht, sind in dem Oberflächenwellenbauelement vom Kantenreflexionstyp 1, je weiter die Positionen der Kanten in Richtung einer Minusrichtung abweichen (versetzt sind), die Resonanzfrequenz und die Frequenzposition, bei der die Welligkeiten auftauchen, umso höher. Dies ist so, da je weiter die Positionen der Kanten in Richtung einer Minusrichtung abweichen, desto kürzer die Entfernung zwischen den Kanten 2b und 2c ist, wodurch die Resonanzfrequenz erhöht wird. So geht man davon aus, dass mit zunehmender Resonanzfrequenz die Position der Welligkeit, die nahe bei der niederfrequenten Seite der Resonanzfrequenz auftaucht, ebenso zu einer höherfrequenten Position bewegt wird.
Wie oben beschrieben wurde, wird in dem Oberflächenwellenbauelement vom Kantenreflexionstyp 1, wenn die Positionen der Kanten im Inneren der Position gesetzt sind, die durch die Strich-Einzelpunkt-Linie A angezeigt ist, die in 1B gezeigt ist, eine große Welligkeit nahe an der niederfrequenten Seite der Resonanzfrequenz minimiert. Der Grund für dieses Ergebnis wird nun erläutert.
In dem Oberflächenwellenbauelement vom Kantenreflexionstyp 71 (17) mit dem herkömmlichen nicht unterteilten IDT erscheint keine große Welligkeit nahe bei der oben beschriebenen Resonanzfrequenz. Dies ist so, da eine Mode, die durch die Entfernung zwischen zwei gegenüberliegenden Kanten des Oberflächenwellensubstrats bestimmt wird, nicht als Welligkeit erscheint, da die Frequenzposition eines Dämpfungspols, der am Nächsten an einem Hauptlappen in dem Frequenzspektrum des IDT ist, im Wesentlichen mit der Resonanzfrequenz einer Mode zusammenfällt, die durch die Entfernung zwischen den beiden gegenüberliegenden Kanten des Oberflächenwellensubstrats bestimmt wird.
16 zeigt einen Graphen, der die jeweiligen Frequenzspektren (in jedem Fall mit der Mittenfrequenz von 50 MHz und 11,5 Paaren) darstellt, die erhalten werden, wenn der IDT nicht unterteilt ist, und wenn das Oberflächenwellenbauelement vom Kantenreflexionstyp 1 verwendet wird. Zusätzlich zeigt 16 die jeweiligen Spektren, wenn der IDT 3 ein zweifach unterteilter Null-Anregungstyp ist und jedes der Oberflächenwellenbauelemente vom Kantenreflexionstyp, die in den 9 bis 13 gezeigt sind, verwendet wird.
In 16 zeigt eine durchgezogene Linie D das Frequenzspektrum des IDT des Oberflächenwellenbauelements vom Kantenreflexionstyp 71 an, bei dem der IDT nicht unterteilt ist. Zusätzlich zeigt in dem Fall des zweifach unterteilten Null-Anregungstyps eine gestrichelte Linie E das Frequenzspektrum des IDT des in 1 gezeigten Oberflächenwellenbauelements vom Kantenreflexionstyp 1 an. Eine Strich-Doppelpunkt-Linie F zeigt in dem Fall des dreifach unterteilten Null-Anregungstyp das Frequenzspektrum des IDT des in 9 gezeigten Oberflächenwellenbauelements vom Kantenreflexionstyp 21 an. Für das Oberflächenwellenbauelement vom Kantenreflexionstyp 31, das einen IDT des vierfach unterteilten Null-Anregungstyps aufweist, in 10 gezeigt, zeigt eine Strich-Dreipunkt-Linie G das Frequenzspektrum des IDT an.
Eine gestrichelte Linie H zeigt das Frequenzspektrum des IDT (11) an, der ein zweifach unterteilter Doppelanregungstyp ist. Eine Strich-Einzelpunkt-Linie I zeigt das Frequenzspektrum des IDT (12) an, der ein dreifach unterteilter Doppelanregungstyp ist. Zusätzlich zeigt eine gestrichelte Linie J das Frequenzspektrum des IDT 63 (13) an, der einen vierfach unterteilter Doppelanregungstyp ist.
Zusätzlich zeigt in 16 ein Abschnitt, der durch den Kreis K umgeben ist, einen Dämpfungspol an, der am Nächsten an einem Hauptlappen auf der niederfrequenten Seite des Hauptlappens ist.
Wie aus 16 hervorgeht, ist gezeigt, dass unabhängig von der Anzahl von Unterteilungen in dem IDT, der der Null-Anregungstyp ist, der Dämpfungspol auf der niederfrequenten Seite, der am Nächsten an dem Hauptlappen ist, zu der hochfrequenten Seite bewegt wird, indem eine Unterteilung stattfindet, im Gegensatz zu dem Fall, in dem der IDT nicht unterteilt ist. Es ist zu sehen, dass unabhängig von der Anzahl von Unterteilungen in dem Fall, in dem der IDT, der der Doppelanregungstyp ist, vorgesehen ist, verglichen mit dem Fall, in dem keine Unterteilung durchgeführt ist, die Position des Dämpfungspols, oben beschrieben, auf die niederfrequente Seite abweicht.
Anders ausgedrückt ist, wenn die Entfernung zwischen den beiden gegenüberliegenden Kanten gleich derjenigen in dem Fall gesetzt ist, in dem keine Unterteilung durchgeführt ist, aufgrund der Abweichung des obigen Dämpfungspols in dem Frequenzspektrum des IDT, die durch die Unterteilung bewirkt wird, zu erkennen, dass eine Oszillation der Mode, die durch die Entfernung zwischen den beiden gegenüberliegenden Kanten bestimmt ist, als die zuvor genannte Welligkeit C erscheint.
Im Gegensatz dazu wird, wie in dem Fall des Oberflächenwellenbauelements vom Kantenreflexionstyp 1, bei dem der IDT 3 ein zweifach unterteilter Null-Anregungstyp ist, wenn die Positionen der Kanten 2b und 2c aus der Position, die durch die Strich-Einzelpunkt-Linie A angezeigt ist, nach Innen zu der Position verschoben sind, die durch die Strich-Einzelpunkt-Linie B angezeigt ist, die in 1B gezeigt ist, die Frequenz der Mode, die durch die Entfernung zwischen den beiden gegenüberliegenden Kanten bestimmt ist, auf die hochfrequente Seite bewegt, wodurch die Frequenz der Mode, die durch die Entfernung zwischen den beiden gegenüberliegenden Kanten bestimmt ist, mit dem Dämpfungspol auf dem Frequenzspektrum des IDT zusammenfällt oder demselben nahe kommt, was zu einer Reduzierung der obigen Welligkeit C führt.
Unabhängig von der Anzahl von Unterteilungen wird, wenn ein IDT mit einer unterteilten Struktur, der ein Doppelanregungstyp ist, verwendet wird, verglichen mit einem Fall, in dem der IDT nicht unterteilt ist, der Dämpfungspol oberhalb auf dem Frequenzspektrum des IDT auf die niederfrequente Seite bewegt. So ist, wenn die Positionen der Kanten in einer derartigen Weise bestimmt werden, dass die Entfernung zwischen den beiden gegenüberliegenden Kanten verbreitert ist, zu erkennen, dass die Resonanzfrequenz der Mode, die durch die Entfernung zwischen den beiden gegenüberliegenden Kanten bestimmt ist, mit dem Dämpfungspol auf dem Frequenzspektrum des IDT zusammenfällt oder demselben nahe kommt, wie bei dem oben beschriebenen Fall, wodurch die obige Welligkeit stark unterdrückt und minimiert wird.
Dies bedeutet, dass, wie in 1B gezeigt ist, wenn der IDT eine unterteilte Struktur aufweist, die der Doppelanregungstyp ist, es bevorzugt wird, dass die Entfernung zwischen den gegenüberliegenden Kanten des piezoelektrischen Substrats 2 derart bestimmt wird, dass die Entfernung D von der Kante 2b' zu der Mitte des zweitäußersten Elektrodenfingers 6a auf einen Wert von mehr als λ₀/2 gesetzt wird.
In der gleichen Weise ist die Entfernung zwischen der anderen Kante (nicht gezeigt) und der Mitte des zweitäußersten Elektrodenfingers 8a auf einen Wert von mehr als λ₀/2 gesetzt.
Angesichts von Vorstehendem haben die Erfinder bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung verschiedene Oberflächenwellenbauelemente vom Kantenreflexionstyp hergestellt, die jeweils einen IDT, der ein zweifach unterteilter Null-Anregungstyp ist, einen IDT, der ein dreifach unterteilter Null-Anregungstyp ist, einen IDT, der ein vierfach unterteilter Null-Anregungstyp ist, einen IDT, der ein zweifach unterteilter Doppel-Anregungstyp ist, einen IDT, der ein dreifach unterteilter Doppel-Anregungstyp ist, und einen IDT, der ein vierfach unterteilter Doppel-Anregungstyp ist, aufweisen, wobei die Positionen der Kanten verschiedentlich basierend auf der oben beschriebenen Betrachtung zur Messung von Resonanzcharakteristika verändert werden. Als ein Ergebnis sind, wenn der IDT, der ein Null-Anregungstyp ist, vorgesehen ist, verglichen mit dem Fall, in dem der IDT nicht unterteilt ist, die Positionen der Kanten innerhalb angeordnet, und wenn der IDT des Doppel-Anregungstyps vorgesehen ist, sind verglichen mit dem Fall, in dem der IDT nicht unterteilt ist, die Positionen der gegenüberliegenden Kanten außerhalb angeordnet, wodurch sicher ist, dass die zuvor genannte Welligkeit C unterdrückt werden kann.
Ferner haben die Erfinder bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung überprüft, wie der Betrag der obigen Welligkeit sich gemäß der Anzahl der Paare von Elektrodenfingern in jedem der Oberflächenwellenbauelemente vom Kantenreflexionstyp, die die IDTs aufweisen, die in verschiedenen Weisen unterteilt sind, wie oben beschrieben wurde, verändert. Die Ergebnisse sind unter Bezugnahme auf die 18 bis 27 dargestellt.
18 zeigt einen Graphen, der die Beziehung zwischen den Positionen der Kanten, die eine Welligkeit C unterdrücken können, und der Anzahl der Paare von Elektrodenfingern in jedem der Oberflächenwellenbauelemente vom Kantenreflexionstyp darstellt. In 18 zeigt eine durchgezogene Linie K Ergebnisse an, die erhalten werden, wenn der zweifach unterteilte Null-Anregungstyp, der dreifach unterteilte Null-Anregungstyp und der vierfach unterteilte Null-Anregungstyp verwendet werden. Anders ausgedrückt sind unter den unterteilten Strukturen der Null-Anregungstypen unabhängig von der Anzahl von Unterteilungen die Beziehungen zwischen den Anzahlen der Paare der Elektrodenfinger und den Positionen der Kanten, die die Welligkeit C unterdrücken können, gleich.
Im Gegensatz dazu sind, wenn die unterteilten Strukturen von Doppelanregungstypen verwendet werden, die Beziehungen gemäß der Anzahl von Unterteilungen unterschiedlich. In dem Fall eines zweifach unterteilten Doppel-Anregungstyps wird ein Ergebnis erhalten, das durch eine gestrichelte Linie L angezeigt wird. In dem Fall eines dreifach unterteilten Doppel-Anregungstyps wird ein Ergebnis, das durch eine gestrichelte Linie M angezeigt ist, erhalten und in dem Fall eine vierfach unterteilten Doppel-Anregungstyps wird ein Ergebnis erhalten, das durch eine gestrichelte Linie N angezeigt ist.
Es ist jedoch zu erkennen, dass in den Fällen von Doppel-Anregungstypen unabhängig von der Anzahl von Unterteilungen mit zunehmender Anzahl von Elektrodenfingern die Positionen der Kanten, die die Welligkeit unterdrücken können, näher beieinander sind als in dem Fall, in dem keine Unterteilung durchgeführt ist. Anders ausgedrückt ist zu erkennen, dass mit abnehmender Anzahl der Paare von Elektrodenfingern die Positionen der Kanten weiter außen positioniert sein müssen als in dem Fall, in dem keine Unterteilung durchgeführt ist.
Im Gegensatz dazu ist zu erkennen, dass in den Fällen von Null-Anregungstypen unabhängig von der Anzahl von Unterteilungen mit abnehmender Anzahl der Paare der Elektrodenfinger die Positionen der Kanten 2b und 2c weiter innen positioniert sein müssen.
Die Positionen, an denen die Welligkeit in 18 unterdrückt werden kann, sind die Positionen, die durch die in den 19 bis 24 gezeigten Ergebnisse erhalten werden. Anders ausgedrückt zeigt 19 einen Graphen, der die Beziehung zwischen den Positionen der Kanten und dem Betrag einer Welligkeit in dem Fall, in dem die Anzahl von Paaren der Elektrodenfinger auf 9,5 gesetzt ist, in dem Oberflächenwellenbauelement vom Kantenreflexionstyp 1, das ein zweifach unterteilter Null-Anregungstyp ist, darstellt. In dieser Situation ist zu erkennen, dass die Welligkeit am kleinsten ist, wenn die Versätze a der Kanten nahe bei –0,03 λ₀ liegen. Anders ausgedrückt ist in Bezug auf die in 18 gezeigte durchgezogene Linie K, um eine Welligkeit nahe der Region wirksam zu unterdrücken, in der die Anzahl von Paaren der Elektrodenfinger 9,5 beträgt, zu erkennen, dass gemäß 19 die Versätze der Kanten auf etwa –0,03 λ₀ gesetzt sein müssen.
Zusätzlich zeigt 20 einen Graphen, der die Beziehung zwischen den Positionen der Kanten und dem Betrag einer Welligkeit in dem Fall, in dem die Anzahl von Paaren der Elektrodenfinger auf 9,5 gesetzt ist, in dem Oberflächenwellenbauelement vom Kantenreflexionstyp 1, das ein zweifach unterteilter Anregungstyp ist, darstellt. Gemäß 20 ist zu erkennen, dass die Welligkeit wirksam unterdrückt werden kann, indem die Positionen der Kanten in der Nähe von 0,03 λ₀ angeordnet sind.
Ferner zeigt 21 ein Ergebnis in einem Fall, in dem die Anzahl der Paare der Elektrodenfinger auf 15,5 gesetzt ist, in dem Oberflächenwellenbauelement vom Kantenreflexionstyp 1, das einen IDT aufweist, der ein zweifach unterteilter Null-Anregungstyp ist, und 22 zeigt ein Ergebnis in einem Fall, in dem die Anzahl der Paare der Elektrodenfinger auf 15,5 gesetzt ist, in dem Oberflächenwellenbauelement vom Kantenreflexionstyp 41, das einen IDT aufweist, der ein zweifach unterteilter Doppel-Anregungstyp ist. Zusätzlich zeigt 23 ein Ergebnis in einem Fall, in dem die Anzahl der Paare der Elektrodenfinger auf 21,5 gesetzt ist, in dem Oberflächenwellenbauelement vom Kantenreflexionstyp 1, das einen IDT aufweist, der ein zweifach unterteilter Null-Anregungstyp ist, und 24 zeigt ein Ergebnis in einem Fall, in dem die Anzahl der Paare von Elektrodenfingern auf 21,5 gesetzt ist, in dem Oberflächenwellenbauelement vom Kantenreflexionstyp 41, das einen IDT aufweist, der ein zweifach unterteilter Doppel-Anregungstyp ist.
Obwohl der Betrag der Welligkeit durch die Phase-Frequenz-Charakteristika in den Reflexionscharakteristika in den 19 bis 24 gezeigt ist, besteht eine Korrelation zwischen dem Betrag der Welligkeit, die in den Phase-Frequenz-Charakteristika erscheint, und dem Betrag einer Welligkeit, die in den Einfügungsverlust-Frequenz-Charakteristika in Durchlasscharakteristika erscheint, wie in 25 gezeigt ist.
Deshalb ist, wie oben beschrieben wurde, zu erkennen, dass die Welligkeit C in den Einfügungsverlust-Frequenz-Charakteristika, wie in 2 gezeigt ist, ähnlich durch die Positionen der Kanten unterdrückt werden kann, an denen die Welligkeit, die in den Phase-Frequenz-Charakteristika auftaucht, unterdrückt werden kann.
Ferner haben die Erfinder bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung einen Bereich, in dem der Betrag der Welligkeit in den Einfügungsverlust-Frequenz-Charakteristika etwa 0,5 dB oder weniger ist, basierend auf dem in 18 gezeigten Ergebnis erhalten und ebenso einen Bereich erhalten, in dem der Betrag der Welligkeit C 0,2 dB oder weniger beträgt. Das Ergebnis ist in den 26 und 27 gezeigt.
26 zeigt einen Graphen, der die Positionen der Kanten zum Erhalten des Betrages der Welligkeit C in den Bereichen von etwa 0,5 dB oder weniger und etwa 0,2 dB oder weniger, wenn die Anzahl der Paare der Elektrodenfinger verändert wird, in dem Oberflächenwellenbauelement vom Kantenreflexionstyp 1, das einen IDT aufweist, der der zweifach unerteilte Null-Anregungstyp ist, darstellt.
Anders ausgedrückt kann in 26, wenn die Positionen der Kanten in einer derartigen Weise bestimmt werden, dass die Kanten in der Region sind, die sich zwischen gestrichelten Linien O und P befindet, der Betrag der Welligkeit C auf etwa 0,5 dB oder weniger gesetzt werden und kann, wenn die Kanten in einer Region zwischen gestrichelten Linien Q und R angeordnet sind, der Betrag der Welligkeit auf etwa 0,2 dB oder weniger gesetzt werden.
Deshalb ist zu erkennen, dass vorzugsweise in dem Fall des Oberflächenwellenbauelements vom Kantenreflexionstyp, das den IDT aufweist, der ein zweifach unterteilter Null-Anregungstyp ist, dass vorzugsweise die Positionen zwischen den gestrichelten Linien O und P, die in der 26 gezeigt sind, als die Positionen der Kanten verwendet werden, und noch bevorzugter die Positionen zwischen den gestrichelten Linien Q und R als die Positionen der Kanten verwendet werden, die obige Welligkeit wirksam unterdrückt werden kann.
Obwohl 26 den Fall darstellt, in dem der IDT ein zweifach unterteilter Null-Anregungstyp ist, kann das gleiche Ergebnis in den Fällen der IDTs des dreifach unterteilten Null-Anregungstyps und vierfach unterteilten Null-Anregungstyps erhalten werden.
Der Bereich, der durch die gestrichelten Linien O und P umfasst ist, und der Bereich, der durch die gestrichelten Linien Q und R in 26 umfasst ist, können basierend auf der folgenden Gleichung (1) beschrieben werden.
Anders ausgedrückt wird das Frequenzspektrum S(f) eines nicht unterteilten IDT durch die folgende Gleichung (2) erhalten, wenn ein Deltafunktionsmodell verwendet wird.
In diesem Fall ist f_o gleich V/λ_o, v ist die Schallgeschwindigkeit eines Substrates, λ₀ ist eine Wellenlänge, die durch einen IDT bestimmt wird, A(i) ist gleich cos (iπ) und N ist die Anzahl der Paare von Elektrodenfingern.
Die Frequenz einer 2N-Mode, die aufgrund der Entfernung zwischen den gegenüberliegenden beiden Kanten des Substrats auftritt, ist durch die folgende Gleichung (3) bestimmt.
In der Gleichung (3) ist λ_2N gleich der Wellenlänge der 2N-Mode und L ist die Entfernung zwischen den gegenüberliegenden beiden Kanten.
So wird die Frequenz der 2N – 2-Mode als Welligkeit durch die folgende Gleichung (4) erhalten und sie fällt mit der Frequenz f_p eines Dämpfungspols des Spektrums eines nicht unterteilten IDT zusammen.
Wenn jedoch ein IDT unterteilt ist, ist A(i) der Gleichung (2) nicht gleich cos(iπ). Als ein Ergebnis verändert sich das Spektrum des IDT. Deshalb fällt, wie oben beschrieben wurde, die Frequenz der 2N – 2-Mode nicht mit der Frequenz f_p des Dämpfungspols zusammen und erscheint als Welligkeit. Um diese Welligkeit zu unterdrücken, wird, wie oben beschrieben wurde, angenommen, dass die Entfernung zwischen den beiden gegenüberliegenden Kanten verändert werden muss, um zu bewirken, dass die Frequenz der (2N – 2)-Mode mit der Frequenz f_p des Dämpfungspols zusammenfällt. Wenn die Größe, um die die vorstehend genannten Substratkanten abweichen, anders ausgedrückt die Entfernung zwischen den Strich-Einzelpunkt-Linien A und B, die in 1(b) gezeigt sind, auf a gesetzt ist, wird die Entfernung zwischen den Kanten des Substrats durch eine Formel L + 2a angezeigt.
Deshalb wird in der Gleichung (4), wenn L durch L + 2a ersetzt wird und f_2N-2 gleich f_p ist, die Gleichung (4) wie folgt gelöst, um den Wert von a zu erhalten.
Deshalb wird, wenn das in der Gleichung (5) erhaltene Ergebnis durch die Wellenlänge λ₀ des IDT standardisiert ist, die folgende Gleichung (1) erhalten.
In der Gleichung (1) wird die Größe, um die sich die Position der Kanten verändert, durch die Anzahl N von Paaren des IDT und eine Funktion von f₀/f_p erhalten.
In der Gleichung (2) ist das Spektrum S(f) des IDT eine Funktion von f und ist gleichzeitig eine Funktion von f/f₀. Anders ausgedrückt kann, wenn das Verfahren zum Unterteilen und die Anzahl der Paare der Elektrodenfinger fest sind, die Frequenzachse des Spektrums des IDT durch f₀ standardisiert werden, wodurch der Wert von f₀/f_p als das Verhältnis von f₀ und f_p fest ist. So ist zu erkennen, dass die Lösung zu der Gleichung (1) ein fester Wert ist, wenn die Anzahl der Paare der Elektrodenfinger fest ist.
So ist gezeigt, dass, wenn die Entfernung zwischen den Kanten durch den Wert verändert wird, der durch die Gleichung (1) erhalten wird, anders ausgedrückt, wenn die zuvor erwähnten Versätze a der Kanten verändert werden, die Welligkeit der (2N – 2)-Mode wirksam unterdrückt wird.
Da eine durchgezogene Linie W, die in 26 gezeigt ist, die Gleichung (1) erfüllt, ist in 26 zu erkennen, dass vorzugsweise in einem Bereich von ±0,036 λ₀ als dem Wert, der durch die Gleichung (1) angezeigt wird, eine große Welligkeit, die auf der niederfrequenten Seite des Hauptlappens erscheint, auf etwa 0,5 dB oder weniger gesetzt werden kann. Ferner ist zu erkennen, dass noch bevorzugter in einem Bereich von ±0,018 λ₀ als dem Wert, der durch die Gleichung (1) angezeigt ist, der Betrag der Welligkeit auf etwa 0,2 dB oder weniger gesetzt werden kann, wodurch noch hervorragendere Resonanzcharakteristika erzielt werden.
Dies bedeutet, dass es vorzuziehen ist, dass der Kantenpositonsversatz a so gesetzt ist, um die Ungleichungen (6) zu erfüllen, und es wird noch mehr bevorzugt, dass der Kantenpositionsversatz a so gesetzt wird, um die Ungleichungen (7) zu erfüllen.
Diese Ungleichungen können als Ungleichungen (8) und (9) hinsichtlich der Entfernung T von der Mittellinie des zweitäußersten Elektrodenfingers 6a oder 8a ausgedrückt werden.
27 zeigt die Beziehung zwischen der Anzahl der Paare von Elektrodenfingern und den Positionen der Kanten, die eine Welligkeit unterdrücken können, in einem Oberflächenwellenbauelement vom Kantenreflexionstyp, das einen IDT des zweifach unterteilten Doppel-Anregungstyps aufweist. Der Bereich, der sich zwischen den gestrichelten Linien S und T befindet, ist eine Region, in der der Betrag einer Welligkeit 0,5 dB oder weniger beträgt, und der Bereich, der sich zwischen den gestrichelten Linien U und V befindet, ist eine Region, in der der Betrag einer Welligkeit 0,2 dB oder weniger beträgt. In diesem Fall können ähnlich, da eine durchgezogene Linie X die Gleichung (1) erfüllt, wie in dem Fall des IDT des Null-Anregungstyps, wenn die Positionen der Kanten in einer derartigen Weise bestimmt werden, dass sie in dem Bereich von ±0,036 λ₀ als dem Wert der Gleichung (1) sind, noch bevorzugter ±0,018 λ₀ als dem Wert, der die Gleichung (1) erfüllt, zufrieden stellende Resonanzcharakteristika erhalten werden.
Obwohl der Wert, der die Gleichung (1) erfüllt, von der Anzahl von Unterteilungen abhängt, werden beim Bilden von IDTs, die der dreifach unterteilte Doppelanregungstyp und der vierfach unterteilte Doppel-Anregungstyp sind, ähnlich mit dem Wert, der die Gleichung (1) erfüllt, als der Mitte, wenn die Positionen der Kanten in dem Bereich von ±0,036 λ₀ gesetzt sein sollen und noch bevorzugter in dem Bereich von ±0,018 λ₀, als dem Wert, der die Gleichung (1) erfüllt, noch hervorragendere Resonanzcharakteristika erzielt werden.
Zusätzlich kann das Oberflächenwellenbauelement vom Kantenreflexionstyp gemäß bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung nicht nur auf den oben beschriebenen Oberflächenwellenresonator angewendet werden, sondern auch auf ein Oberflächenwellenfilter.
Wenn z. B. ein Leiter-Typ-Filter, das durch ein in 28 gezeigtes Schaltungsdiagramm angezeigt ist, aufgebaut wird, können Serienarmresonatoren S1 bis S2 und Parallelarmresonatoren P1 bis P4 durch die Verwendung des Oberflächenwellenbauelements vom Kantenreflexionstyp gemäß bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung definiert werden. In diesem Fall ist es nötig, die Kapazität zwischen den Serienarmresonatoren und dem Parallelarmresonatoren unterschiedlich zu machen. Gemäß bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann die Kapazität ohne Weiteres unterschiedlich gemacht werden, indem die Anzahl von Unterteilungen des IDT unterschiedlich gemacht wird.
Zusätzlich könnte als das Oberflächenwellenbauelement vom Kantenreflexionstyp gemäß bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung eine Mehrzahl von Oberflächen wellenresonatoren vom Kantenreflexionstyp auf einem einzelnen Oberflächenwellensubstrat vorgesehen sein, um ein Oberflächenwellenfilter zu definieren, indem die Mehrzahl von Oberflächenwellenresonatoren vom Kantenreflexionstyp longitudinal gekoppelt oder transversal gekoppelt wird. 29 zeigt ein Beispiel eines derartigen Oberflächenwellenfilters.
In einem Oberflächenwellenfilter vom Kantenreflexionstyp 81, das in 29 gezeigt ist, sind Oberflächenwellenresonatoren 83 und 84 vom Kantenreflexionstyp auf einem Oberflächenwellensubstrat 82 angeordnet. Die Oberflächenwellenresonatoren vom Kantenreflexionstyp 83 und 84 sind nahe beieinander in einer Richtung angeordnet, die im Wesentlichen senkrecht zu der Ausbreitungsrichtung einer akustischen Oberflächenwelle ist, wodurch das Oberflächenwellenfilter vom Kantenreflexionstyp eines transversal gekoppelten Typs definiert ist.
In dem Oberflächenwellenfilter vom Kantenreflexionstyp 81 können ähnlich zufrieden stellende Charakteristika mit weniger Welligkeiten erhalten werden, indem die Positionen der beiden gegenüberliegenden Kanten 82b und 82c gemäß bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung bestimmt werden.
Ferner ist bei dem obigen bevorzugten Ausführungsbeispiel, obwohl nur das Beispiel gezeigt ist, bei dem der IDT gleichmäßig unterteilt ist, dies nicht der einzige anwendbare Fall für die Erfindung. Die Anzahl der Paare jedes unterteilten Unter-IDT-Abschnitts könnte unterschiedlich sein.
Während bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung offenbart wurden, werden verschiedene Modi zur Ausführung der hierin offenbarten Prinzipien als innerhalb des Schutzbereichs der folgenden Ansprüche betrachtet. Deshalb wird darauf verwiesen, dass der Schutzbereich der Erfindung nicht eingeschränkt sein soll, mit Ausnahme von dem, wie im übrigen in den Ansprüchen dargelegt ist.

Claims

Ein Oberflächenwellenbauelement vom Kantenreflexionstyp (1/41), das folgende Merkmale aufweist: ein Oberflächenwellensubstrat (2) mit einem Paar gegenüberliegender Kanten (2b, 2c); und zumindest einen Interdigitalwandler (IDT) (3/43), der eine Mehrzahl von Elektrodenfingern aufweist und auf dem Oberflächenwellensubstrat angeordnet ist, derart, dass akustische Scher-Horizontal-Oberflächenwellen, die durch den IDT angeregt werden, sich in einer Richtung ausbreiten, die im Wesentlichen senkrecht zu dem Paar gegenüberliegender Kanten (2b, 2c) des Oberflächenwellensubstrats ist, und durch die Kanten reflektiert werden, wobei der Interdigitalwandler in eine Mehrzahl von Unter-IDT-Abschnitten unterteilt ist, die in Serie geschaltet sind und entlang der Richtung angeordnet sind, die im Wesentlichen senkrecht zu dem Paar gegenüberliegender Kanten ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Entfernungen D zwischen dem Paar gegenüberliegender Kanten (2b, 2c) des Oberflächenwellensubstrats und jeweiligen zweitäußersten Elektrodenfingern des IDT auf einen Wert gesetzt sind, der sich von λ₀/2 unterscheidet, wobei λ₀ eine Wellenlänge der akustischen Scher-Horizontal-Oberflächenwellen ist.
Ein Oberflächenwellenbauelement vom Kantenreflexionstyp (1) gemäß Anspruch 1, bei dem die Elektrodenfinger (6a, 8a), die unter benachbarten Unter-IDT-Abschnitten am Nächsten beieinander positioniert sind, elektrisch miteinander verbunden sind und die Entfernungen D auf einen Wert von kleiner als λ₀/2 gesetzt sind.
Ein Oberflächenwellenbauelement vom Kantenreflexionstyp gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem die Entfernungen D die folgenden Ungleichungen erfüllen:
wobei eine Mittenfrequenz und deren Wellenlänge, die durch ein Frequenzspektrum des IDT erhalten werden, auf f₀ bzw. λ₀ gesetzt sind, die Position eines Dämpfungspols in dem Frequenzspektrum des IDT auf f_p gesetzt ist und die Anzahl der Paare aller Elektrodenfinger des Interdigitalwandlers auf N gesetzt ist.
Ein Oberflächenwellenbauelement vom Kantenreflexionstyp gemäß Anspruch 3, bei dem die Entfernungen D die folgenden Ungleichungen erfüllen: