JP2006148279A - Surface acoustic wave device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、SH型弾性表面波を用いた弾性表面波デバイスに関し、特にSTカット水晶基板上をZ’軸方向に伝搬するSH型弾性表面波を用いて構成した弾性表面波デバイスにおいて、電極パターン上に付着したSiO2膜を適切に設定することにより、周波数温度特性を改善した弾性表面波デバイスに関するものである。 The present invention relates to a surface acoustic wave device using an SH type surface acoustic wave, and more particularly, to an electrode pattern in a surface acoustic wave device configured using an SH type surface acoustic wave propagating on an ST cut quartz substrate in the Z′-axis direction. The present invention relates to a surface acoustic wave device in which frequency temperature characteristics are improved by appropriately setting a SiO 2 film adhered thereon.
近年、弾性表面波デバイスは通信分野で広く利用され、高性能、小型、量産性等の優れた特徴を有することから特に携帯電話機等に多く用いられている。
STカット水晶基板上をX軸方向に伝搬する弾性表面波(レイリー波)を用いて構成した狭帯域の共振器型フィルタが以前から使用されていた。図3は1次モードと2次モードとを用いた横結合型二重モードSAWフィルタの構成を示す平面図であって、STカット水晶基板11の主表面上に2つのIDT電極12、13をこれらが励起する弾性表面波の伝搬方向と直交する方向に近接配置すると共に、併置したIDT電極12、13の両側にグレーティング反射器(以下、反射器と称す)14a、14bを配設して、横結合二重モードSAWフィルタを構成する。
In recent years, surface acoustic wave devices have been widely used in the communication field, and are often used particularly for cellular phones because they have excellent characteristics such as high performance, small size, and mass productivity.
A narrow-band resonator type filter constructed using a surface acoustic wave (Rayleigh wave) propagating in the X-axis direction on an ST-cut quartz substrate has been used for some time. FIG. 3 is a plan view showing a configuration of a laterally coupled dual mode SAW filter using a primary mode and a secondary mode, and two
IDT電極12、13はそれぞれ互いに間挿し合う複数本の電極指を有する一対の櫛形電極により形成され、IDT電極12の一方の櫛形電極は入力端子IN1に接続すると共に、他方の櫛形電極は入力端子IN2に接続する。さらに、IDT電極13の一方の櫛形電極は出力端子OUT1に接続すると共に、他方の櫛形電極はOUT2に接続して横結合二重モードSAWフィルタを構成する。
The
IDT電極12、13で励起された弾性表面波は反射器14a、14bの間で音響結合が生じ、その内IDT電極パターンにより表面波の伝搬方向と直交する方向に、振動変位分布が対称な1次モード(共振周波数f1)と、反対称な2次モード(共振周波数f2)とが強勢に励振され、適当な終端を施すことにより横結合型二重モードSAWフィルタとして動作し、その帯域幅は(f2−f1)に比例することがよく知られている。
The surface acoustic waves excited by the
しかし、STカット水晶基板に励起されるレイリー波を用いたSAWデバイスの電気機械結合係数は小さく、例えばSAWフィルタを構成すると帯域幅が制限されるという問題と、反射係数が小さいため反射器の本数を多く必要とするという問題があった。これを解決するためにSTカット水晶基板上をZ’軸方向に伝搬するSH波を用いた弾性表面波デバイス(SH型弾性表面波デバイス)が発明された。SH型弾性表面波の伝搬速度は、レイリー波のそれよりも約1.6倍と速く、高周波化に適している。特開2002−330051号公報には、オイラー角(0°,110°〜150°,90°±2°)、STカット90°X軸伝搬の水晶基板(回転角では20〜60°回転Y板)に電極材料としてアルミニウムを用いた場合、電極の膜厚の変化に対する伝搬速度の変化の割合が小さいこと、電気機械結合係数がレイリー波のそれに比べて1.5倍以上大きいこと、反射器1本当たりの反射係数が30%を超えるようになり、数本の反射器で十分な反射率を確保できると記されている。
However, the electromechanical coupling coefficient of a SAW device using Rayleigh waves excited on an ST-cut quartz substrate is small. For example, the configuration of a SAW filter limits the bandwidth and the number of reflectors because the reflection coefficient is small. There was a problem of needing a lot. In order to solve this, a surface acoustic wave device (SH type surface acoustic wave device) using an SH wave propagating on an ST cut quartz substrate in the Z′-axis direction has been invented. The propagation speed of the SH type surface acoustic wave is about 1.6 times faster than that of the Rayleigh wave, and is suitable for higher frequency. Japanese Patent Laid-Open No. 2002-330051 discloses an Euler angle (0 °, 110 ° to 150 °, 90 ° ± 2 °), ST cut 90 ° X-axis propagation quartz substrate (rotation angle 20 to 60 ° rotated Y plate) When aluminum is used as the electrode material, the ratio of the change in the propagation speed to the change in the electrode film thickness is small, the electromechanical coupling coefficient is 1.5 times or more larger than that of the Rayleigh wave, the
図4は上記公報に開示されている縦結合共振子フィルタの構成を示す図で、オイラー角(0°,110°〜150°,90°±2°)、STカット90°X軸伝搬の水晶基板(回転角では20〜60°回転Y板)21上にSH波を励振する2つのIDT電極22、23を近接して配置し、これらの両側にSH波を反射する2つの反射器24a、24bを配設して縦結合共振子フィルタ(縦結合二重モードSAWフィルタ)を構成している。電極パターンにはアルミニウムを主とした電極材料を用い、その規格化膜厚H/λ(Hは電極膜厚、λはSH型弾性表面波の波長)は0.025から0.135となるように構成すると記されている。
FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the longitudinally coupled resonator filter disclosed in the above publication. A crystal with Euler angles (0 °, 110 ° to 150 °, 90 ° ± 2 °) and ST cut 90 ° X-axis propagation. Two
図4に示した電極パターンを用い、オイラー角(0°,126°,90°)のSTカット水晶基板上にIDT電極22、23の対数をそれぞれ70対、反射器24a、24bの本数をそれぞれ360本、ライン占有率(ライン幅LとスペースSとの和に対するライン幅の比)を50%、交差幅を100λ、電極材料はアルミニウムを主成分とし、その規格化膜厚(H/λ)を2.2%に設定したSH型縦結合二重モードSAWフィルタを構成し、そのSAWフィルタの周波数温度特性を測定した。その結果、SAWフィルタの周波数温度特性は負の2次曲線を呈し、2次温度係数βは約−5×10−8/℃2であった。
しかしながら、オイラー角(0°,126°,90°)のSTカット水晶基板上に形成されるSH型縦結合二重モードSAWフィルタは高周波に適しており、電気機械結合係数も大きく、広い帯域幅が得られるという特徴は有するものの、レイリー波を用いたSAWフィルタの周波数温度特性の2次温度係数が約−3×10−8/℃2であるのに比し、SH型縦結合二重モードSAWフィルタのそれは約−5×10−8/℃2と大きく、レイリー波を用いたフィルタに比べ劣るという問題があった。
特開2004−40636号公報には、36°回転Y板LiTaO3基板上にIDT電極及び反射器を配して弾性表面波フィルタを構成し、IDT電極及び反射器を保護するため、あるいは弾性表面波フィルタの周波数温度特性を改善するため、電極パターンの全面にSiO2膜を付着した例が開示されており、SiO2膜の規格化膜厚Hsが0.15から0.4の範囲であれば、温度特性TCFを±15ppm以内とし得ると記されている。そして、規格化膜厚Hsを0.15より薄くすると温度特性TCFが大幅に劣化することが記述されている。
また、特開平7−212174号公報には、圧電基板(回転YカットX伝搬タンタル酸リチウム)上に十分に厚い非金属膜を形成することにより、圧電基板と非金属膜との境界近傍に発生する弾性境界波を用いたデバイスが開示されている。これによると非金属膜としてSiO2膜を用いた場合、その規格化膜厚h/λは1以上とすることにより良好な温度特性が達成できると記している。
しかし、特開2004−40636号公報に記された、LiTaO3基板上に形成された弾性表面波フィルタの周波数温度特性は1次特性であり、本願出願者が改善を図るSH型縦結合二重モードSAWフィルタの温度特性は負の2次特性であり、本質的の異なるという問題があった。また、特開平7−212174号公報の弾性境界波は圧電基板上に規格化膜厚h/λの値が1を越す厚い非金属膜を付着して構成するため、SH型縦結合二重モードSAWフィルタの挿入損失を低下させるおそれがあり、利用できないという問題があった。
However, the SH type longitudinally coupled double mode SAW filter formed on an Euler angle (0 °, 126 °, 90 °) ST-cut quartz substrate is suitable for high frequencies, has a large electromechanical coupling coefficient, and has a wide bandwidth. Although the second-order temperature coefficient of the frequency temperature characteristic of the SAW filter using Rayleigh waves is about −3 × 10 −8 / ° C. 2 , the SH type longitudinally coupled double mode The SAW filter has a large size of about −5 × 10 −8 / ° C. 2 , which is inferior to a filter using Rayleigh waves.
Japanese Patent Laid-Open No. 2004-40636 discloses that a surface acoustic wave filter is formed by arranging an IDT electrode and a reflector on a 36 ° rotated Y-plate LiTaO 3 substrate to protect the IDT electrode and the reflector, or an elastic surface. In order to improve the frequency temperature characteristics of the wave filter, an example in which an SiO 2 film is attached to the entire surface of the electrode pattern is disclosed, and the normalized film thickness Hs of the SiO 2 film is in the range of 0.15 to 0.4. For example, it is described that the temperature characteristic TCF can be within ± 15 ppm. Further, it is described that when the normalized film thickness Hs is made smaller than 0.15, the temperature characteristic TCF is greatly deteriorated.
Japanese Patent Laid-Open No. 7-212174 discloses that a sufficiently thick non-metallic film is formed on a piezoelectric substrate (rotated Y-cut X-propagating lithium tantalate), thereby generating near the boundary between the piezoelectric substrate and the non-metallic film. A device using boundary acoustic waves is disclosed. According to this, when a SiO 2 film is used as the non-metal film, it is stated that good temperature characteristics can be achieved by setting the normalized film thickness h / λ to 1 or more.
However, the frequency temperature characteristic of the surface acoustic wave filter formed on the LiTaO 3 substrate described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-40636 is a first-order characteristic, and the SH type longitudinally coupled double that the applicant of the present application intends to improve is shown. The temperature characteristic of the mode SAW filter is a negative secondary characteristic and has a problem that it is essentially different. In addition, the boundary acoustic wave disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-212174 is formed by adhering a thick non-metallic film having a normalized film thickness h / λ exceeding 1 on a piezoelectric substrate. There is a possibility that the insertion loss of the SAW filter may be reduced, and there is a problem that the SAW filter cannot be used.
本発明に係る弾性表面波デバイスの請求項1の発明は、オイラー角(0°,110°〜150°,90°±2°)の水晶基板上に少なくともの1つのアルミニウムを主とした合金のIDT電極を配置すると共に、該IDT電極を覆うようにSiO2膜を付着して構成したSH型弾性表面波デバイスであって、 前記SiO2膜の規格化膜厚を1.7%から3.0%に範囲に設定してSH型弾性表面波デバイスを構成する。
請求項2の発明は、オイラー角(0°,110°〜150°,90°±2°)の水晶基板上に2つのアルミニウムを主とした合金のIDT電極を近接配置すると共に、該IDT電極の両側にグレーティング反射器を配設し、これらの電極を覆うようにSiO2膜を付着して構成したSH型弾性表面波デバイスであって、前記SiO2膜の規格化膜厚を1.7%から3.0%に範囲に設定してSH型弾性表面波デバイスを構成する。
請求項3の発明は、オイラー角(0°,110°〜150°,90°±2°)の水晶基板上に3つのアルミニウムを主とした合金のIDT電極を近接配置すると共に、該IDT電極の両側にグレーティング反射器を配設し、これらの電極を覆うようにSiO2膜を付着して構成したSH型弾性表面波デバイスであって、前記SiO2膜の規格化膜厚を1.7%から3.0%に範囲に設定してSH型弾性表面波デバイスを構成する。
The invention according to
In the invention of claim 2, two IDT electrodes made of an alloy mainly composed of aluminum are arranged close to each other on a quartz substrate having an Euler angle (0 °, 110 ° to 150 °, 90 ° ± 2 °), and the
According to the invention of claim 3, three IDT electrodes made mainly of aluminum are arranged close to each other on a quartz substrate having an Euler angle (0 °, 110 ° to 150 °, 90 ° ± 2 °), and the
本発明に係るSH型縦結合二重モードSAWフィルタは、SH型弾性表面を用いるので、高周波に適すると共に広帯域のパスバンドが得られるのみならず、電極パターン上に付着するSiO2膜を適切に設定することにより、レイリー波とほぼ同等な2次温度係数が得られるという利点がある。 Since the SH type longitudinally coupled double mode SAW filter according to the present invention uses an SH type elastic surface, it is suitable not only for high frequency but also for obtaining a wide band pass band, and appropriately applying an SiO 2 film adhering to the electrode pattern. By setting, there is an advantage that a secondary temperature coefficient almost equal to the Rayleigh wave can be obtained.
図1は本発明に係るSH型弾性表面波を用いた縦結合二重モードSAWフィルタの実施の形態を示す平面図であって、オイラー角(0°,126°,90°)のSTカット水晶基板1の主表面上にSH型弾性表面波の伝搬方向(Z’軸)に沿って2つのIDT電極2、3を近接配置すると共に、該IDT電極2、3の両側に反射器4a、4bを配設して縦結合二重モードSAWフィルタを形成する。IDT電極2、3はそれぞれ互いに間挿し合う複数本の電極指を有する一対の櫛形電極により形成され、IDT電極2の一方の櫛形電極は入力端子INに接続すると共に、他方の櫛形電極は接地する。さらに、IDT電極3の一方の櫛形電極は出力端子OUTに接続すると共に、他方の櫛形電極は接地する。そして、該IDT電極2、3及び反射器4a、4bの全面を覆うようにSiO2膜を付着して、SH波型縦結合二重モードSAWフィルタを構成する。
FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of a longitudinally coupled double mode SAW filter using SH type surface acoustic waves according to the present invention, and is an ST cut crystal having Euler angles (0 °, 126 °, 90 °). Two IDT electrodes 2 and 3 are disposed close to each other along the propagation direction (Z ′ axis) of the SH type surface acoustic wave on the main surface of the
図1に示した電極パターンを用い、オイラー角(0°,126°,90°)のSTカット水晶基板1上に、IDT電極2、3の対数をそれぞれ70対、反射器4a、4bの本数をそれぞれ360本、ライン占有率(ライン幅LとスペースSとの和に対するライン幅の比)を50%、交差幅を100λ、電極材料はアルミニウムを主成分とし、その規格化膜厚(H/λ)を2.2%とし、電極パターン上全面にSiO2膜5を付着してSH波型縦結合二重モードSAWフィルタを構成した。
図2は、このSH波型縦結合二重モードSAWフィルタの周波数温度特性を測定し、SiO2膜の膜厚h(%λ)と、周波数温度特性(負の2次曲線)の2次温度係数β(×10−8/℃2)との関係を示す曲線である。図2から明らかなように、SiO2膜の膜厚h(%λ)が厚くなるに応じて2次温度係数βの絶対値が小さくなり、膜厚h(%λ)が2.0近傍でほぼ一定値(約−3×10−8/℃2)になり、膜厚h(%λ)が3.0辺りまでほぼ同じ値となる。このように、電極パターン上にSiO2膜を付着して構成したSH型縦結合二重モードSAWフィルタは、高周波、広帯域のSAWフィルタが実現できると共に、SiO2膜を適切に設定すればレイリーはとほぼ同等な2次温度係数が得られることが判明した。
なお、SiO2膜の膜厚h(%λ)を3%より厚くすると、SH波型縦結合二重モードSAWフィルタの損失が次第に大きくなるため、2次温度係数としては良好であるものの上限値としては3%程度が適当である。
Using the electrode pattern shown in FIG. 1, 70 pairs of IDT electrodes 2 and 3 and the number of
FIG. 2 shows the frequency temperature characteristics of this SH wave type longitudinally coupled double mode SAW filter. The film thickness h (% λ) of the SiO 2 film and the secondary temperature of the frequency temperature characteristics (negative quadratic curve). it is a curve showing the relationship between the coefficient β (× 10 -8 / ℃ 2 ). As is clear from FIG. 2, as the film thickness h (% λ) of the SiO 2 film increases, the absolute value of the secondary temperature coefficient β decreases, and the film thickness h (% λ) is around 2.0. The value is substantially constant (about −3 × 10 −8 / ° C. 2 ), and the film thickness h (% λ) is substantially the same up to about 3.0. As described above, the SH-type longitudinally coupled double mode SAW filter configured by attaching the SiO 2 film on the electrode pattern can realize a high-frequency, broadband SAW filter, and if the SiO 2 film is appropriately set, the Rayleigh can be achieved. It was found that a secondary temperature coefficient almost equivalent to
Note that when the film thickness h (% λ) of the SiO 2 film is made larger than 3%, the loss of the SH wave type longitudinally coupled double mode SAW filter gradually increases. As a result, about 3% is appropriate.
以上ではSH型縦結合二重モードSAWフィルタのみを説明したが、1次と3次モードを用いたSH型1次−3次縦結合二重モードSAWフィルタ、IDT電極と2つの反射器とで構成するSH型共振子等に適用できることは説明するまでもない。 In the above description, only the SH type longitudinally coupled double mode SAW filter has been described. However, the SH type first and third order longitudinally coupled double mode SAW filter using the first and third order modes, an IDT electrode and two reflectors. Needless to say, the present invention can be applied to the SH resonators and the like.
1 圧電基板
2、3 IDT電極
4a、4b グレーティング反射器
5 SiO2膜
First piezoelectric substrate 2,3
Claims (3)
前記SiO2膜の規格化膜厚を1.7%から3.0%に範囲に設定することを特徴とするSH型弾性表面波デバイス。 An IDT electrode made of at least one aluminum-based alloy is disposed on a quartz substrate having an Euler angle (0 °, 110 ° to 150 °, 90 ° ± 2 °), and SiO 2 is covered so as to cover the IDT electrode. An SH type surface acoustic wave device configured by attaching a film,
An SH type surface acoustic wave device, wherein the normalized film thickness of the SiO 2 film is set in a range from 1.7% to 3.0%.
前記SiO2膜の規格化膜厚を1.7%から3.0%に範囲に設定することを特徴とするSH型弾性表面波デバイス。 Two IDT electrodes made mainly of aluminum are arranged close to each other on a quartz substrate with Euler angles (0 °, 110 ° to 150 °, 90 ° ± 2 °), and grating reflectors are provided on both sides of the IDT electrode. An SH type surface acoustic wave device that is arranged and configured by adhering a SiO 2 film so as to cover these electrodes,
An SH type surface acoustic wave device, wherein the normalized film thickness of the SiO 2 film is set in a range from 1.7% to 3.0%.
前記SiO2膜の規格化膜厚を1.7%から3.0%に範囲に設定することを特徴とするSH型弾性表面波デバイス。
Three aluminum IDT electrodes are arranged close to each other on a Euler angle (0 °, 110 ° to 150 °, 90 ° ± 2 °) quartz substrate, and grating reflectors are provided on both sides of the IDT electrode. An SH type surface acoustic wave device that is arranged and configured by adhering a SiO 2 film so as to cover these electrodes,
An SH type surface acoustic wave device, wherein the normalized film thickness of the SiO 2 film is set in a range from 1.7% to 3.0%.
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