JP2001298346A

JP2001298346A - 弾性表面波装置

Info

Publication number: JP2001298346A
Application number: JP2000112525A
Authority: JP
Inventors: Yoshiko Ishino; 佳子石野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-04-13
Filing date: 2000-04-13
Publication date: 2001-10-26

Abstract

(57)【要約】【課題】小型化し易い弾性表面波装置を供することを
目的とする。【解決手段】圧電性基板１上に金属薄膜パターン２で
櫛形電極１０を３つ以上作り、隣合う上記櫛形電極の中
心から中心までの距離をそれぞれＤ１、Ｄ２とすると
き、次の関係を満足するようにした。ｎλ０／２＜｜Ｄ１−Ｄ２｜≦（ｎ／２＋０．１）λ０ λ０：弾性表面波装置上の１波長に相当する長さｎ：０を含む整数

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は弾性表面波装置に
関するもので、特に小型化、高性能化、低損失化、多機
能化を実現した弾性表面波装置を提供するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般的な弾性表面波装置は、図１２また
は図１３に示すように、圧電性基板１の表面上部に、櫛
形電極を含む金属パターン２を形成し、パッケージ３に
圧電性基板１を接着剤４を用いて接着し、櫛形電極と導
通のあるパターン２とパッケージ１とを金属ワイヤ５を
用いて接続した後、カバー６で封止をして製造する図１
２のような構造か、あるいは、ワイヤを用いず、図１３
のように金属接点７を用いたフリップチップ構造で製作
される。

【０００３】この種の弾性表面波装置における従来の金
属パターン構成例を図１７を参照しながら説明する。図
１７は、櫛形電極を含む金属パターン２を、圧電性基板
１の上面に形成した模式図である。ここに示した金属パ
ターン例は、３個の櫛形電極１０ａ、１０ｂ、１０ｃと
その両端に反射器１１ａ、１１ｂを有する。なお、ここ
でいう櫛形電極とは、２個のすだれ状電極の電極指を弾
性表面波の進行方向に交互に組み合わせて配置した一組
の電極を指している。８ａは入力端子、９ａ、９ｂは出
力端子である。

【０００４】この櫛形電極について、従来最も多く用い
られている配列構造は図１７の例のように、櫛形電極を
等間隔に並べて配列する方法である。すなわち、隣合う
櫛形電極の中心から中心までの距離をＤ１、Ｄ２とする
と、Ｄ１＝Ｄ２になされている。なお、図１７は３個の
櫛形電極間を持つ３電極型構造であるが、これは３電極
を超える数でもかまわない。この配列方法は従来より広
く知られている基本的な配列方法である。

【０００５】次に動作を説明する。先ず、櫛形電極１０
ａ、１０ｂ、１０ｃと、その伝播方向の両端に置いた反
射器１１ａ、１１ｂの間で弾性表面波が伝播し、出力さ
れる原理を簡単に説明する。弾性表面波は、圧電性基板
１の表面を基板の性質で決まる方向に伝播する。入力電
気信号は、入力電極構造で決まる波形の弾性表面波に変
換される。発生した弾性表面波は、出力電極の構造で決
まる波形の弾性表面波を受けて、再度電気に変換され、
出力電気信号として出力される。

【０００６】一般的な配列構成として、例えばトランス
バーサル型と共振器型の励振方法がある。これら配列構
成の違いにより、変換方法と出力特性が異なる。

【０００７】トランスバーサル型弾性表面波装置の構成
を図１４に示す。これは、入力パルスが入力櫛形電極の
形状でフーリエ変換されて発生した弾性表面波を、隣接
した出力櫛形電極で重み付けして逆フーリエ変換し、弾
性表面波から電気に変換して特定の周波数を得るという
励振方法である。このトランスバーサル型は入出力電極
構造の合成波として得られるため、広帯域のフィルタの
設計に向く。しかし、端部の電極では電極のない方向に
弾性表面波が漏れ出してしまうので損失が大きい。

【０００８】一方、共振器型弾性表面波装置の構成を図
１５に示す。これは、櫛形電極の端部に反射器を有し、
入力櫛形電極から発生する弾性表面波を反射器で反射
し、反射器間で閉じ込めて電極構造で決まる波を共振さ
せる励振方法である。この共振と共振による時間のずれ
を用いて、出力櫛形電極から電気として出力させる。

【０００９】この共振器型弾性表面波装置は、全体の構
造で共振する弾性表面波のみを取り出すが、共振現象は
元々範囲が狭い所で起こるものなので、一般に周波数が
狭帯域のフィルタの設計に向く。また、反射器によって
弾性表面波を内部に閉じ込める構造のため、外部への漏
れ出しが少なく、低損失化が可能である。

【００１０】さて、一般的な弾性表面波装置で、従来か
らの設計方法１として、図１７について説明する。図１
７は弾性表面波を伝播する弾性表面波装置である。この
弾性表面波が伝播する基板１の面上に弾性表面波の伝播
方向と垂直に金属パターン２による櫛形電極１０ａ、１
０ｂ、１０ｃとその両側に反射器１１ａ、１１ｂを並べ
て配置する。この櫛形電極は、それぞれ対向する櫛部が
入出力端子と接地（ＧＮＤ）に一方ずつ接続される。こ
のとき、中央の電極を入力端子８ａに、その両側の電極
を出力端子９ａ、９ｂに接続する。これは逆に、中央の
電極を出力端子に、その両側の電極を入力端子に接続す
る構造でもよい。

【００１１】この弾性表面波装置上の１波長相当長さを
λ０とし、３つの櫛形電極の中心間距離をＤ１、Ｄ２と
する。入力出力電極につき、１つまたは複数の櫛形電極
が存在する場合、隣り合う櫛形電極間距離については、
一般的に図１７のように同一の値（Ｄ１＝Ｄ２）を用い
ることが多い。これは最も単純で基本的な構成であり、
従来からよく用いられている。しかし、小型化、多機能
化の要求が厳しくなる中、これに応じるため、寸法的な
限界がかなり逼迫してきた。そこで、最小限の弾性表面
波装置内に多くの機能を盛り込むことが必要となった。

【００１２】これに対し、弾性表面波装置の従来設計方
法２として、特開平５−１４５３６７号公報に示された
ものがある。これは櫛形電極の中心間距離をＤ１、Ｄ２
とした場合、｜Ｄ１−Ｄ２｜＝ｎ・λ０／２ただし、λ０：中心周波数での１波長ｎ：整数とすることを特徴としている。従来設計方法２の構造を
簡略化して図１８に示す。

【００１３】例えば共振器型弾性表面波装置で３電極の
場合について、図１７のように櫛形電極を等間隔に並べ
た構造の周波数特性である図１９と、図１８のように特
開平５−１４５３６７号公報に基づく構造の周波数特性
である図２０とを比較する。その結果、図１９に比べ図
２０の方が、通過特性１３が示すように通過帯域から離
れるにつれ、帯域外特性のピークが小さくなる所があ
り、減衰量については明らかに改善し、その効果は絶大
である。しかし一方、通過帯域内にリップル１４が必ず
発生する。

【００１４】図１８の構造で実際に装置を作ってみる
と、やはり図２３のように通過帯域内にリップル１４が
発生し、これが性能的に非常に問題であった。しかも、
ここで発生するリップルは、製造バラツキで深さが変化
し、その位置で損失が決まってしまうため、量産上でも
問題であった。

【００１５】例えば携帯電話のフィルタとして用いる場
合、多くの方式で図１６のように帯域幅を分割して使用
している。この場合、特定の周波数で急激な変化を起こ
すリップル１４が発生すると、システムの誤動作や、異
常の発生、電波が途切れる等のトラブルを生じる可能性
がある。

【００１６】このため、特開平５−１４５３６７号公報
のものでは、減衰量は非常によく改善されるものの、通
過帯域内にリップルが発生する図２０のような性能の特
性は、市場要求性能を満足しても、リップルで嫌われて
製品化に至らないという問題があった。

【００１７】そこで、発明者は、特開平５−１４５３６
７号公報に示された条件でのシミュレーションでパラメ
ータを変え、リップルが解消しないか試してみた。

【００１８】３電極共振器型の構成で、交差幅のみを変
化させた場合の特性が図２１であり、周波数特性は通過
帯域内でやや変化するが、リップル１４の位置は変化し
ないことが判明した。

【００１９】同様に、ＩＤＴ−反射器間距離を変化させ
た場合の特性が図２２であり、同じくリップル１４はな
くならなかった。

【００２０】すなわち、特開平５−１４５３６７号公報
に示されたものは、減衰量を得る上で非常に効果的であ
り、理論的にも矛盾はないが、構造上で不要な帯域内リ
ップルが発生する。

【００２１】また、別の従来装置として特開平９−２３
８０４７号公報に示されたものがある。しかし、これは
特開平５−１４５３６７号で開示されていない部分につ
いて開示されたもので、具体的な改善策が示されてはい
ない。この特開平９−２３８０４７号公報では、櫛形電
極間距離をＤ１、Ｄ２とした場合、０＋ｎλ０＝ｎλ０＜Ｄ１＜（ｎ＋１／２）λ０＝１
／２λ＋ｎλ０１／２λ０＋ｍλ０＝（ｍ＋１／２）λ０＜Ｄ２＜
（ｍ＋１）λ０Ｄ１≠Ｄ２＋（ｋ−１／２）λ０（λ０：１波長相当長さ。ｎ，ｍ，ｋ：整数）の、
の全てを満たすものとしている。これは、Ｄ１とＤ２
が逆の位置にあってもいいとしている。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】従来の一般的な設計方
法では、単独で使用する場合は帯域外減衰量に問題があ
った。また、帯域外減衰量を改善した特開平５−１４５
３６７号公報の場合も、通過帯域内にリップルが発生す
るという問題があった。

【００２３】この発明は、不要な通過帯域内リップルが
なく、単独でも良好な減衰量を得ることが可能な弾性表
面波装置を得ることを目的とするものである。

【００２４】

【課題を解決するための手段】この発明に係る弾性表面
波装置は、圧電基板上に形成された少なくとも３個の櫛
形電極と、これら櫛形電極の両端に配置された反射器と
を有する弾性表面波装置であって、隣合う上記櫛形電極
の中心から中心までの距離をそれぞれＤ１、Ｄ２とする
とき、次の関係を満足するようにしたものである。ｎλ０／２＜｜Ｄ１−Ｄ２｜≦（ｎ／２＋０．１）λ０ただしλ０：弾性表面波装置上の１波長に相当する長さｎ：０を含む整数

【００２５】また、弾性表面波装置が共振器型構成にな
されているものである。

【００２６】また、弾性表面波装置がトランスバーサル
型構成になされているものである。

【００２７】また、３以上の櫛形電極を有するものであ
る。

【００２８】また、１つまたは複数の櫛形電極に間引き
またはアポタイズ重み付けを実施したものである。

【００２９】また、反射器の形状を台形にしたものであ
る。

【００３０】

【発明の実施の形態】実施の形態１．この発明の実施の
形態１に係る弾性表面波装置の基本的な構造例を図１を
用いて説明する。図１は弾性表面波を伝播する圧電性基
板１の伝播する面上に、弾性表面波の伝播方向に対して
垂直に３個の櫛形電極１０ａ、１０ｂ、１０ｃを配し、
その両側に反射器１１ａ、１１ｂを配している。櫛形電
極はそれぞれ対向する櫛部が入出力端子と接地（ＧＮ
Ｄ）に一方ずつ接続される。そして、中央の電極を入力
端子８ａに、その両側の電極を出力端子９ａ、９ｂに接
続する。これは逆に、中央の電極を出力端子に、その両
側の電極を入力端子に接続する構造でもよい。

【００３１】この弾性表面波装置上の１波長相当長さを
λ０とし、相隣合う３個の櫛形電極の中心から中心まで
の距離をそれぞれＤ１、Ｄ２とする。従来の設計方法で
は、どのようにしてもリップルがなくならないため、発
明者は、シミュレーションを通過帯域内リップルに注目
し、多方面で細かく実験した。その結果、櫛形電極中心
間距離Ｄ１とＤ２の差を極僅かずつ変化させると、格段
に帯域内リップルのレベルが変化することが判明した。
櫛形電極中心間距離の差を変えて、詳しくシミュレーシ
ョンした結果を図２にグラフとして示している。

【００３２】この結果、通過帯域内にリップルが生じ
ず、帯域外性能を改善するためには、図１に示すよう
に、櫛形電極中心間距離の２つＤ１、Ｄ２について、ｎλ０／２＜｜Ｄ１−Ｄ２｜≦（ｎ／２＋０．１）λ０ただし、λ０：弾性表面波装置上の１波長に相当する長
さｎ：０を含む整数を満足すればよいことが分かった。この範囲は、従来の
理論では発見できなかったものである。

【００３３】ここで、図１ではＤ１＜Ｄ２だが、図３の
ように、Ｄ１＞Ｄ２でもよい。また、図４のように５電
極からなる多電極構造であっても同様の効果が得られ
る。

【００３４】図１の構造例を基に、櫛形電極本数の組合
せを適当に決めた構造で、ＬｉＴａＯ₃基板上のシミュ
レーションを実施した結果が、図５の周波数特性であ
る。これから明らかなように、通過帯域内に特開平５−
１４５３６７号公報に示す構造で必ず生じていた凹みが
明らかになくなった。つまり、この発明の効果として、
リップルの解消と、その凹み分の低損失化、凹みがなく
なるための製造安定性の改善、帯域外減衰量の改善、高
性能な弾性表面波装置の小型化が実現された。

【００３５】また、櫛形電極中心間距離の差を固定すれ
ば櫛形電極中心間距離を変えてもリップルが発生しない
ので、櫛形電極中心間距離を自由に選ぶことができ、設
計の自由度が格段に広がるという効果がある。

【００３６】また、この構成は共振器型であっても、ト
ランスバーサル型であっても、電極数が３電極を超える
数であっても同様の効果が得られる。

【００３７】実施の形態２．図６はこの発明の実施の形
態２に係る弾性表面波装置の特性を示すものである。図
１の構成を基に、櫛形電極本数の組合せを適当に決めた
構造で実際に作って測定した結果が図６である。この結
果、シミュレーションと同様の効果が得られ、リップル
の解消と、その凹み分の低損失化、凹みがなくなるため
の製造安定性の改善、小型化、特開平５−１４５３６７
号公報と同等の減衰量が確認できた。

【００３８】また、櫛形電極中心間距離の差を固定する
と、やはり櫛形電極中心間距離を自由に選んでもリップ
ルは発生せず、設計の自由度が格段に広がった。これ
は、ＬｉＴａＯ₃基板で実施したが、基板に依存する性
質ではないため、他の圧電性基板でも同様の効果が得ら
れる。

【００３９】また、この構成は共振器型であっても、ト
ランスバーサル型であっても、電極数が３電極を超える
数であっても同様の効果が得られる。

【００４０】実施の形態３．図７はこの発明の実施の形
態３に係る弾性表面波装置の特性を示すもので、図１の
構造と櫛形電極の電極指の対数（対をなす数）を変えた
構造でシミュレーションした結果である。この結果、櫛
形電極の本数や組合せや電極数を変えても、シミュレー
ションと同様にリップルが発生しなかった。このため、
実施の形態１に示す式の範囲内であれば、低損失で高減
衰量を維持しながら、櫛形電極の構造や櫛形電極中心間
距離を自由に選ぶことができ、設計の自由度が格段に広
がるという効果がある。

【００４１】また、この構成は共振器型であっても、ト
ランスバーサル型であっても、電極数が３電極を超える
数であっても同様の効果が得られる。

【００４２】実施の形態４．実施の形態１に示す式を満
足すれば通過帯域から離れた場所の減衰量は改善する
が、近傍の帯域外減衰量は変化を殆ど受けないので改善
には別の方法が必要である。図８は弾性表面波装置の一
部に間引き重み付けを実施したものである。

【００４３】図８の構造を基に実際に製作すると、通過
帯域近傍で減衰量が改善した。この効果として、低損失
を維持しながらさらなる高減衰量を得ることが出来るの
で、小型化に有利であり、設計の自由度もさらに広がる
という効果がある。この重み付け方法は間引き以外に、
アポタイズの間引き等の方法でもよい。

【００４４】また、この構成は共振器型構造でも、トラ
ンスバーサル型構造でも、電極が３電極を超える数であ
ってもよい。

【００４５】実施の形態５．図９は共振器型弾性表面波
装置の反射器１１ａ、１１ｂを台形にしたものである。
反射器を台形にすることにより、通過帯域近傍に発生す
る反射器リップルのレベルが図１０（ａ）から同図
（ｂ）のように緩和された。この効果として、優れた帯
域外減衰量と低損失を維持したまま、急峻性も改善でき
るという効果がある。この結果、通常は複数の弾性表面
波装置の組合せで性能を改善するのに対し、１つの弾性
表面波装置で対応できるため、従来に比べて小型化に非
常に有利である。

【００４６】また、面積が小さくなるため、量産に有効
である。この構造は左右の反射器が非対称であるが、図
１１のように対称形状でもよい。

【００４７】また、この構成は共振器型構造でも、トラ
ンスバーサル型構造でも、電極が３電極を超える数であ
ってもよい。

【００４８】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、通過帯
域内リップルが無く、かつ、帯域外減衰量を従来のもの
に比べ改善した弾性表面波装置を得ることができる。

【００４９】また、櫛形電極の重み付けの方法と対数等
の組合せを選べば、特に通過帯域近傍の帯域外減衰量に
ついて改善した弾性表面波装置ができる。

【００５０】また、反射器のリップルによる、通過帯域
とその近傍特性劣化を緩和した弾性表面波装置を作るこ
とができる。

【００５1】

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１に係る弾性表面波装
置を示す平面図である。

【図２】実施の形態１で実施した櫛形電極間距離差と
帯域内リップルのシミュレーション結果を示す図であ
る。

【図３】実施の形態１に係る別の弾性表面波装置を示
す平面図である。

【図４】実施の形態１に係る別の弾性表面波装置を示
す平面図である。

【図５】実施の形態１の周波数特性シミュレーション
結果を示す図である。

【図６】この発明の実施の形態２に係る弾性表面波装
置の周波数特性実測結果を示す図である。

【図７】この発明の実施の形態３の周波数特性シミュ
レーション結果を示す図である。

【図８】この発明の実施の形態４に係る弾性表面波装
置を示す平面図である。

【図９】この発明の実施の形態５に係る弾性表面波装
置を示す平面図である。

【図１０】実施の形態５の周波数特性シミュレーショ
ン結果を示す図である。

【図１１】実施の形態５に係る別の弾性表面波装置を
示す平面図である。

【図１２】一般的な弾性表面波装置の構造を示す断面
図である。

【図１３】一般的な別の弾性表面波装置の構造を示す
断面図である。

【図１４】トランスバーサル型弾性表面波装置を説明
する図である。

【図１５】共振器型弾性表面波装置を説明する図であ
る。

【図１６】実応用分野での周波数分割例を示す図であ
る。

【図１７】従来の弾性表面波装置（１）を示す平面図
である。

【図１８】従来の別の弾性表面波装置（２）を示す平
面図である。

【図１９】従来の弾性表面波装置（１）の周波数特性
を示す図である。

【図２０】従来の弾性表面波装置（２）の周波数特性
を示す図である。

【図２１】従来の弾性表面波装置（２）の交差幅変更
時の通過特性を示す図である。

【図２２】従来の弾性表面波装置（２）の櫛形電極−
反射器間距離変更時の通過特性を示す図である。

【図２３】従来の弾性表面波装置（２）の周波数特性
実測結果を示す図である。

【符号の説明】

１圧電性基板、２金属薄膜パタ
ーン、３パッケージ、４接着
剤、５金属ワイヤ、６カバー、
７金属接点、８ａ入力端子、８
ｂ入力端子、９ａ出力端子、９
ｂ出力端子、９ｃ出力端子、９
ｄ出力端子、９ｅ出力端子、１
０ａ櫛形電極、１０ｂ櫛形電極、
１０ｃ櫛形電極、１０ｄ櫛形電
極、１０ｅ櫛形電極、１１ａ反射
器、１１ｂ反射器、１２間引
き型櫛形電極、１３通過特性、１
４リップル。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電基板上に形成された少なくとも３個
の櫛形電極と、これら櫛形電極の両端に配置された反射
器とを有する弾性表面波装置であって、隣合う上記櫛形
電極の中心から中心までの距離をそれぞれＤ１、Ｄ２と
するとき、次の関係を満足するようにしたことを特徴と
する弾性表面波装置。ｎλ０／２＜｜Ｄ１−Ｄ２｜≦（ｎ／２＋０．１）λ０ただしλ０：弾性表面波装置上の１波長に相当する長さｎ：０を含む整数
【請求項２】共振器型構成になされていることを特徴
とする請求項１記載の弾性表面波装置。
【請求項３】トランスバーサル型構成になされている
ことを特徴とする請求項１記載の弾性表面波装置。
【請求項４】３以上の櫛形電極を有することを特徴と
する請求項１乃至請求項３のいずれか一項記載の弾性表
面波装置。
【請求項５】１つまたは複数の櫛形電極に間引きまた
はアポタイズ重み付けを実施したことを特徴とする請求
項１乃至請求項４のいずれか一項記載の弾性表面波装
置。
【請求項６】反射器の形状を台形にしたことを特徴と
する請求項１乃至請求項５のいずれか一項記載の弾性表
面波装置。