JP2007049482A - Elastic boundary wave element - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an elastic boundary wave element having a large electrical/mechanical coupling coefficient. <P>SOLUTION: An elastic boundary wave element 10 comprises a first piezoelectric substrate 12 made from niobic acid potassium silicide, and a second piezoelectric substrate 14 made from niobic acid potassium silicide. A cut angle for niobic acid potassium silicide is (0°±30°, 0° to ±180°, 0°±20°) by Euler angle indication. The first piezoelectric substrate 12 and the second piezoelectric substrate 14 are coupled mutually. An IDT (interdigital transducer) 16 is prepared at a center section in a coupled surface of the first piezoelectric substrate 12. The IDT 16 is composed of a pair of interdigital electrodes 18 (18a and 18b) and formed in the shape of a bamboo blind by electrode fingers 20 (20a and 20b) of the interdigital electrodes 18. Reflectors 24 (24a and 24b) are arranged at both sides of the IDT 16. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、接合した一対の圧電材料の接合部にすだれ状電極を設けた弾性境界波素子に関する。   The present invention relates to a boundary acoustic wave element in which interdigital electrodes are provided at a joint portion of a pair of joined piezoelectric materials.

弾性表面波共振器、弾性表面波フィルタなどの弾性表面波（Surface Acoustic Wave：ＳＡＷ）デバイスを形成するＳＡＷ素子は、水晶やタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムなどの圧電材料の表面に、すだれ状電極を備えている。すだれ状電極は、圧電材料を励振して弾性表面波を発生する。ＳＡＷ素子に生ずる弾性表面波は、基本的にすだれ状電極の電極指の形成ピッチに依存している。そして、ＳＡＷ素子は、弾性表面波が高周波数になればなるほど、すだれ状電極の電極指の形成ピッチが狭くなる。このため、このようなＳＡＷ素子を備えたＳＡＷデバイスは、塵埃などの微小な異物が付着すると、すだれ状電極が短絡したりする。したがって、ＳＡＷデバイスは、付着した異物によるすだれ状電極の短絡を防止するために、ＳＡＷ素子を外部から隔てる容器を必要とし、ＳＡＷデバイスの小型化の障害になる。   SAW elements forming surface acoustic wave (SAW) devices such as surface acoustic wave resonators and surface acoustic wave filters are interdigital electrodes on the surface of piezoelectric materials such as quartz, lithium tantalate, and lithium niobate. It has. The interdigital electrode generates a surface acoustic wave by exciting a piezoelectric material. The surface acoustic wave generated in the SAW element basically depends on the formation pitch of the interdigital electrodes. In the SAW element, the higher the surface acoustic wave becomes, the narrower the pitch between the interdigital electrodes. For this reason, in a SAW device provided with such a SAW element, when a minute foreign matter such as dust adheres, the interdigital electrode is short-circuited. Therefore, the SAW device requires a container that separates the SAW element from the outside in order to prevent the interdigital electrodes from being short-circuited by the attached foreign matter, which is an obstacle to miniaturization of the SAW device.

そこで、すだれ状電極を外部に露出させずに弾性波を励振できる弾性境界波素子の開発が進められている（例えば、特許文献１）。この特許文献１に記載の弾性境界波素子は、すだれ状電極を挟み込んで接合した一対の固体材料の少なくとも一方に、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）などの圧電効果を有する材料（圧電材料）を用いたものである。このような弾性境界波素子は、接合した一対の固体材料の接合部（境界部）に、挟み込んだすだれ状電極によってストンリー波と呼ばれる弾性境界波を励振することができる。このような弾性境界波素子は、すだれ状電極が外部に露出していないため、容器に収容しなくとも塵埃などの異物の付着による短絡を防止することができる。
特表２００３−５１２６３７号公報 Therefore, development of a boundary acoustic wave element capable of exciting an elastic wave without exposing the interdigital electrode to the outside (for example, Patent Document 1) is underway. The boundary acoustic wave device described in Patent Document 1 uses a material (piezoelectric material) having a piezoelectric effect such as lithium niobate (LiNbO 3 ) as at least one of a pair of solid materials sandwiched and joined with interdigital electrodes. It was. Such a boundary acoustic wave element can excite a boundary acoustic wave called a Stoneley wave by a interdigital electrode sandwiched between a joined portion (boundary portion) of a pair of joined solid materials. In such a boundary acoustic wave element, since the interdigital electrode is not exposed to the outside, it is possible to prevent a short circuit due to adhesion of foreign matters such as dust without being accommodated in a container.
Japanese translation of PCT publication No. 2003-512737

ところで、弾性境界波は、どのような圧電材料を用いても得られるものではない。例えば、ＳＴカット水晶板は、弾性表面波であるレイリー波を利用した弾性表面波素子に広く用いられている。しかし、発明者らの研究によると、ＳＴカット水晶板を用いたのでは弾性境界波を発生させることができない。さらに、発明者等は、G.W.Farnell,“Symmetry Considerations for Elastic Layer Modes Propagating in Anisotropic Piezoelectric Crystals”,IEEE Trans.Sonics Ultrason.,vol.SU-17,NO.4,pp.229~238,1079.（以下、技術文献という）に記載された方法により、運動方程式、圧電方程式等に基づいてＳＴカット水晶板について、弾性境界波を励振させうる境界条件を満足するカット角を求めたところ、ＳＴカット水晶板を特定の角度面内回転させた場合に、弾性境界波を励振できることがわかった。このことは、他の圧電材料についても同様であって、単に弾性表面波を励振させることができる圧電材料を用いたからといって、弾性境界波を励振できるものでなく、詳細に検討しなければ弾性境界波を発生させられないことがわかった。   By the way, the boundary acoustic wave is not obtained by using any piezoelectric material. For example, ST-cut quartz plates are widely used for surface acoustic wave elements that use Rayleigh waves, which are surface acoustic waves. However, according to the research by the inventors, boundary acoustic waves cannot be generated by using ST cut quartz plates. Furthermore, the inventors have described GWFarnell, “Symmetry Considerations for Elastic Layer Modes Propagating in Anisotropic Piezoelectric Crystals”, IEEE Trans.Sonics Ultrason., Vol.SU-17, NO.4, pp.229-238,1079. The cut angle satisfying the boundary condition capable of exciting the boundary acoustic wave was determined for the ST-cut quartz plate based on the equation of motion, the piezoelectric equation, etc. by the method described in the technical literature. It was found that boundary acoustic waves can be excited when the plate is rotated in a specific angle plane. This is the same for other piezoelectric materials, and simply using a piezoelectric material that can excite surface acoustic waves cannot excite boundary acoustic waves, and must be studied in detail. It was found that elastic boundary waves cannot be generated.

一方、特許文献１に記載の弾性境界波素子は、すだれ状電極が露出していないため、すだれ状電極の短絡を防ぐことができ、パッケージを用いることなくフィルタなどを形成することができる。しかし、特許文献１に記載の弾性境界波素子は、圧電材料としてニオブ酸リチウムを使用している。ニオブ酸リチウムは、電気機械結合係数が水晶より大きいとはいえ、約２０％であり、決して充分に大きいということができない。このため、フィルタを形成した場合に、広い通過帯域のフィルタとすることが困難となる。
本発明は、前記従来技術の欠点を解消するためになされたもので、電気機械結合係数の大きな弾性境界波素子が得られるようにすることを目的としている。 On the other hand, in the boundary acoustic wave element described in Patent Document 1, since the interdigital electrode is not exposed, a short circuit of the interdigital electrode can be prevented, and a filter or the like can be formed without using a package. However, the boundary acoustic wave element described in Patent Document 1 uses lithium niobate as a piezoelectric material. Lithium niobate has an electromechanical coupling coefficient of about 20%, although it is larger than quartz, and it cannot be said that it is sufficiently large. For this reason, when a filter is formed, it is difficult to obtain a wide passband filter.
The present invention has been made in order to eliminate the above-mentioned drawbacks of the prior art, and an object thereof is to obtain a boundary acoustic wave device having a large electromechanical coupling coefficient.

発明者等は、上記技術文献に記載の方法により運動方程式、圧電方程式等を計算して、各種の圧電材料について弾性境界波が得られる境界条件が存在するか否かを詳細に検討し、検討結果に基づいて、弾性境界波を発生させる実験を行なった。その結果、電気機械結合係数の大きなニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）は、弾性境界波を発生させうる境界条件を満足する圧電材料であることがわかった。 The inventors calculated the equations of motion, piezoelectric equations, etc. by the method described in the above technical document, and examined in detail whether or not there are boundary conditions for obtaining elastic boundary waves for various piezoelectric materials. Based on the results, an experiment was conducted to generate boundary acoustic waves. As a result, it was found that potassium niobate (KNbO 3 ) having a large electromechanical coupling coefficient is a piezoelectric material that satisfies boundary conditions that can generate boundary acoustic waves.

本発明は、このような知見に基づいてなされたものである。すなわち、上記の目的を達成するために、本発明に係る弾性境界波素子は、ニオブ酸カリウムからなる第１圧電基板と、前記第１圧電基板に接合したニオブ酸カリウムからなる第２圧電基板と、前記第１圧電基板と前記第２圧電基板との少なくともいずれか一方に、他方に対面させて形成したすだれ状電極と、を有することを特徴としている。   The present invention has been made based on such knowledge. That is, in order to achieve the above object, the boundary acoustic wave device according to the present invention includes a first piezoelectric substrate made of potassium niobate, and a second piezoelectric substrate made of potassium niobate bonded to the first piezoelectric substrate. In addition, at least one of the first piezoelectric substrate and the second piezoelectric substrate has an interdigital electrode formed so as to face the other.

特許文献１に記載されているニオブ酸リチウムは、弾性表面波の場合、電気機械結合係数が２０％で、充分大きいとはいえない。これに対して、ニオブ酸カリウムは、電気機械結合係数が約５０％である。このため、本発明に係るニオブ酸カリウムを用いた弾性境界波素子は、特許文献１に記載の弾性境界波素子に比較してはるかに大きな電気機械結合係数を得ることができる。そして、弾性境界波素子は、電気機械結合係数が大きいとフィルタとして用いた場合に、通過帯域の広いフィルタとすることが知られている。したがって、本発明に係る弾性境界波素子は、通過帯域の広いフィルタとすることができる。   In the case of surface acoustic waves, lithium niobate described in Patent Document 1 has an electromechanical coupling coefficient of 20% and cannot be said to be sufficiently large. In contrast, potassium niobate has an electromechanical coupling coefficient of about 50%. For this reason, the boundary acoustic wave device using potassium niobate according to the present invention can obtain a much larger electromechanical coupling coefficient than the boundary acoustic wave device described in Patent Document 1. The boundary acoustic wave element is known to be a filter having a wide passband when used as a filter when the electromechanical coupling coefficient is large. Therefore, the boundary acoustic wave device according to the present invention can be a filter having a wide pass band.

第１圧電基板を構成するニオブ酸カリウムと、第２圧電基板を構成するニオブ酸カリウムとは、オイラー角表示で（０°±３０°，０°〜±１８０°，０°±２０°）のカット角のものを使用することができる。発明者等の研究によると、ニオブ酸カリウムのカット角は、オイラー角を（φ，θ，ψ）としたときに、任意のθについて弾性境界波を発生させ得ることがわかった。したがって、ニオブ酸カリウムは、オイラー角表示で（０°±３０°，０°〜±１８０°，０°±２０°）のカット角のものを用いてよい。これにより、弾性境界波を確実に発生させることができ、電気機械結合係数の大きな弾性境界波素子を得ることができる。   The potassium niobate constituting the first piezoelectric substrate and the potassium niobate constituting the second piezoelectric substrate are expressed as Euler angles (0 ° ± 30 °, 0 ° to ± 180 °, 0 ° ± 20 °). Cut angles can be used. According to studies by the inventors, it has been found that the cut angle of potassium niobate can generate boundary acoustic waves for any θ when the Euler angles are (φ, θ, ψ). Accordingly, potassium niobate having a cut angle of Euler angles (0 ° ± 30 °, 0 ° to ± 180 °, 0 ° ± 20 °) may be used. Thereby, a boundary acoustic wave can be generated reliably, and a boundary acoustic wave element having a large electromechanical coupling coefficient can be obtained.

本発明に係る弾性境界波素子の好ましい実施の形態を、添付図面に従って詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る弾性境界波素子を模式的に示した説明図である。図１において、弾性境界波素子１０は、第１圧電基板１２と第２圧電基板１４との一対の圧電基板を備えている。第１圧電基板１２と第２圧電基板１４とは、実施形態の場合、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）から構成してあり、相互に接合してある。これらのニオブ酸カリウムは、実施形態の場合、オイラー角表示を（φ，θ，ψ）としたときに、カット角が（０°±３０°，０°〜±１８０°，０°±２０°）となっている。また、実施形態の場合、第１圧電基板１２と第２圧電基板１４とは、同じカット角のニオブ酸カリウムによって形成してある。なお、図１においては、理解を容易にするため、第２圧電基板１４は、２点鎖線からなる仮想線によって示してある。また、第１圧電基板１２と第２圧電基板１４とは、オイラー角θが異なっていてもよい。さらに、第１圧電基板１２と第２圧電基板１４とを同じカット角のニオブ酸カリウムを使用し、一方を他方に対して裏返しにして接合してもよい。 Preferred embodiments of a boundary acoustic wave device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is an explanatory view schematically showing a boundary acoustic wave device according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the boundary acoustic wave element 10 includes a pair of piezoelectric substrates of a first piezoelectric substrate 12 and a second piezoelectric substrate 14. In the embodiment, the first piezoelectric substrate 12 and the second piezoelectric substrate 14 are made of potassium niobate (KNbO 3 ) and are bonded to each other. In the case of the embodiment, these potassium niobates have cut angles of (0 ° ± 30 °, 0 ° to ± 180 °, 0 ° ± 20 °) when the Euler angle display is (φ, θ, ψ). ). In the case of the embodiment, the first piezoelectric substrate 12 and the second piezoelectric substrate 14 are made of potassium niobate having the same cut angle. In FIG. 1, for easy understanding, the second piezoelectric substrate 14 is indicated by a virtual line composed of a two-dot chain line. Further, the first piezoelectric substrate 12 and the second piezoelectric substrate 14 may have different Euler angles θ. Further, the first piezoelectric substrate 12 and the second piezoelectric substrate 14 may be joined by using potassium niobate having the same cut angle and turning one over with respect to the other.

弾性境界波素子１０は、第１圧電基板１２の第２圧電基板１４を接合した接合面（上面）中央部にＩＤＴ（Interdigital Transducer）１６が設けてある。ＩＤＴ１６は、一対の櫛型電極１８（１８ａ、１８ｂ）からなっている。櫛型電極１８は、それぞれが複数の電極指２０（２０ａ、２０ｂ）と、バスバー２２（２２ａ、２２ｂ）とを備えている。電極指２０は、長手方向が弾性境界波の伝播方向に直交しており、一端が対応するバスバー２２に接続してある。そして、ＩＤＴ１６は、一対の櫛型電極１８の各電極指２０が噛み合うように配置してあり、すだれ状に形成してある。   In the boundary acoustic wave element 10, an IDT (Interdigital Transducer) 16 is provided at a central portion of a bonding surface (upper surface) where the second piezoelectric substrate 14 of the first piezoelectric substrate 12 is bonded. The IDT 16 includes a pair of comb electrodes 18 (18a, 18b). Each of the comb-shaped electrodes 18 includes a plurality of electrode fingers 20 (20a, 20b) and bus bars 22 (22a, 22b). The electrode finger 20 has a longitudinal direction orthogonal to the propagation direction of the boundary acoustic wave, and one end thereof is connected to the corresponding bus bar 22. And IDT16 is arrange | positioned so that each electrode finger 20 of a pair of comb-shaped electrode 18 may mesh | engage, and it forms in the shape of a comb.

さらに、弾性境界波素子１０は、ＩＤＴ１６の弾性境界波の伝播方向両側に反射器２４（２４ａ、２４ｂ）が設けてある。反射器２４は、櫛型電極１８と同じ導電材によって形成してあり、長手方向を弾性境界波の伝播方向に直交させて、電極指２０と平行に形成した複数の導体ストリップ２６からなっている。なお、反射器２４は、導体ストリップ２６の両端を接続するバスバーを設けてもよい。   Furthermore, the boundary acoustic wave element 10 is provided with reflectors 24 (24a, 24b) on both sides of the IDT 16 in the propagation direction of the boundary acoustic wave. The reflector 24 is formed of the same conductive material as that of the comb-shaped electrode 18 and includes a plurality of conductor strips 26 formed in parallel with the electrode fingers 20 with the longitudinal direction orthogonal to the propagation direction of the boundary acoustic wave. . The reflector 24 may be provided with a bus bar that connects both ends of the conductor strip 26.

さらに、各反射器２４の外側には、電極部３０（３０ａ、３０ｂ）が設けてある。これらの電極部３０は、配線部３２（３２ａ、３２ｂ）を介して対応する櫛型電極１８のバスバー２２に接続してある。電極部３０は、図１に示したように、第２圧電基板１４から露出する位置に形成してあり、図示しないボンディングワイヤなどを介して実装基板の回路に電気的に接続される。すなわち、第２圧電基板１４は、第１圧電基板１２に設けたＩＤＴ１６と一対の反射器２４とを覆い、電極部３０を露出させる大きさに形成してある。   Furthermore, the electrode part 30 (30a, 30b) is provided in the outer side of each reflector 24. FIG. These electrode portions 30 are connected to the bus bars 22 of the corresponding comb-shaped electrodes 18 through wiring portions 32 (32a, 32b). As shown in FIG. 1, the electrode part 30 is formed at a position exposed from the second piezoelectric substrate 14, and is electrically connected to a circuit on the mounting board via a bonding wire (not shown). That is, the second piezoelectric substrate 14 covers the IDT 16 and the pair of reflectors 24 provided on the first piezoelectric substrate 12 and is formed to a size that exposes the electrode unit 30.

なお、反射器２４とＩＤＴ１６とは、図２に示したように、第１圧電基板１２に形成した溝２８内に形成してあり、上面が第１圧電基板１２の接合面と一致しているか、やや低くなっており、第２圧電基板１４を第１圧電基板１２に接合するのに支障がないようにしてある。   As shown in FIG. 2, the reflector 24 and the IDT 16 are formed in the groove 28 formed in the first piezoelectric substrate 12, and the upper surface coincides with the bonding surface of the first piezoelectric substrate 12. It is slightly lower so that there is no problem in joining the second piezoelectric substrate 14 to the first piezoelectric substrate 12.

このようになっている実施形態の弾性境界波素子１０は、ＩＤＴ１６の一対の櫛型電極１８ａ、１８ｂ間に所定周波数の電気信号を与えると、第１圧電基板１２、第２圧電基板１４の境界部にストンリー波と呼ばれる弾性境界波が励振される。図３、図４は、実施形態の弾性境界波素子１０のように、２枚のニオブ酸カリウム基板を張り合わせた状態の境界（またはニオブ酸カリウム基板内）を伝播する境界波の伝播特性を、前記した技術文献に記載の方法により運動方程式、圧電方程式等を計算し、境界条件を満足するしたときの伝播速度と電気機械係数とを計算して求めたものである。   In the boundary acoustic wave element 10 according to this embodiment, when an electric signal having a predetermined frequency is applied between the pair of comb-shaped electrodes 18a and 18b of the IDT 16, the boundary between the first piezoelectric substrate 12 and the second piezoelectric substrate 14 is obtained. An elastic boundary wave called a Stoneley wave is excited in the part. 3 and 4 show the propagation characteristics of the boundary wave that propagates through the boundary (or within the potassium niobate substrate) in a state where two potassium niobate substrates are bonded like the boundary acoustic wave element 10 of the embodiment. The equation of motion, the piezoelectric equation, and the like are calculated by the method described in the technical literature described above, and the propagation velocity and the electromechanical coefficient when the boundary condition is satisfied are calculated.

図３、図４の横軸は、いずれもカット角がオイラー角表示で（０°，θ，０°）の場合におけるθを度で示している。また、図３の縦軸は、弾性境界波の伝播速度をｍ／ｓで示している。そして、図４の縦軸は、電気機械結合係数Ｋ２である。これらの図に示してあるように、θが９０°のところで、境界波の伝播速度が約２９００ｍ／ｓと最も遅くなり、電気機械結合係数Ｋ２が約０．５５と最大値を示す。また、電気機械結合係数Ｋ２は、θ＝０°、θ＝１８０°のところで約０．２９と最小値を示す。したがって、カット角がオイラー角表示で（０°，θ，０°）のニオブ酸カリウム基板を用いた実施形態の弾性境界波素子１０は、電気機械結合係数が約３０〜５０％の高い値を有する。この結果、実施形態の弾性境界波素子１０は、通過帯域の広いフィルタを形成することができる。しかも、ＩＤＴ１６が第２圧電基板１４に覆われているため、異物の付着によるＩＤＴ１６の短絡を防止することができ、ケースに収容する必要がない。 The horizontal axis in FIGS. 3 and 4 indicates θ in degrees when the cut angle is Euler angle display (0 °, θ, 0 °). The vertical axis in FIG. 3 indicates the propagation velocity of the boundary acoustic wave in m / s. The vertical axis of FIG. 4 is an electro-mechanical coupling coefficient K 2. As is shown in these figures, theta is at the 90 °, the propagation velocity of a boundary wave is the slowest of about 2900 m / s, the electromechanical coupling coefficient K 2 indicates about 0.55 and a maximum value. Further, the electromechanical coupling factor K 2 is, theta = 0 °, indicating about 0.29 and the minimum value at the θ = 180 °. Therefore, the boundary acoustic wave device 10 of the embodiment using the potassium niobate substrate with the Euler angle display (0 °, θ, 0 °) as the cut angle has a high electromechanical coupling coefficient of about 30 to 50%. Have. As a result, the boundary acoustic wave device 10 of the embodiment can form a filter having a wide pass band. In addition, since the IDT 16 is covered with the second piezoelectric substrate 14, it is possible to prevent the IDT 16 from being short-circuited due to the adhesion of foreign matter, and it is not necessary to house it in the case.

なお、前記実施形態においては、ＩＤＴが１つの場合について説明したが、ＩＤＴは、弾性境界波の伝播方向に沿って複数設けてもよい。また、前記実施形態においては、ＩＤＴ１６の両側に反射器２４を設けた場合について説明したが、一対のＩＤＴを離間して設け、反射器を省略したいわゆるトランスバーサル形であってもよい。さらに、前記実施形態においては、電極部３０を第１圧電基板１２の上面に形成した場合について説明したが、第１圧電基板と第２圧電基板とを同じ大きさに形成し、電極部を圧電基板の側面に形成してもよいし、圧電基板の下面に形成して表面実装形としてもよい。   In the embodiment, the case where there is one IDT has been described. However, a plurality of IDTs may be provided along the propagation direction of the boundary acoustic wave. In the above embodiment, the case where the reflectors 24 are provided on both sides of the IDT 16 has been described. However, a so-called transversal type in which a pair of IDTs are provided apart from each other and the reflectors are omitted may be used. Furthermore, in the above-described embodiment, the case where the electrode portion 30 is formed on the upper surface of the first piezoelectric substrate 12 has been described. However, the first piezoelectric substrate and the second piezoelectric substrate are formed in the same size, and the electrode portion is piezoelectric. It may be formed on the side surface of the substrate, or may be formed on the lower surface of the piezoelectric substrate to be a surface mount type.

図５ないし図７は、カット角がオイラー角表示で（０°，θ，０°）の２枚のニオブ酸カリウム基板を接合した弾性境界波素子の、θの変化に対する弾性境界波の成分の状態を、計算により求めた図である。これらの図において、実線はＰ波（縦波）成分であり、破線がＳＨ波成分、１点鎖線がＳＶ波成分である。そして、図５ないし図７のいずれも、横軸が基板の厚み方向の距離であって、（−）側がＩＤＴを設けた側の基板の境界（接合面）からの距離を境界波の波長λで示し、（＋）がＩＤＴを設けていない側の基板の境界からの距離を示している。また、縦軸は、変位量を示しており、それぞれのカット角における最大の変位を１として規格化してある。   FIGS. 5 to 7 show the boundary acoustic wave component of the boundary acoustic wave element in which two potassium niobate substrates with Euler angles represented by (0 °, θ, 0 °) are joined. It is the figure which calculated | required the state by calculation. In these figures, the solid line is the P wave (longitudinal wave) component, the broken line is the SH wave component, and the one-dot chain line is the SV wave component. 5 to 7, the horizontal axis is the distance in the thickness direction of the substrate, and the (−) side is the distance from the boundary (bonding surface) of the substrate on the side where the IDT is provided. (+) Indicates the distance from the substrate boundary on the side where no IDT is provided. The vertical axis indicates the amount of displacement, and the maximum displacement at each cut angle is normalized to 1.

図５（１）はθ＝０°、同図（２）はθ＝２２．５°、同図（３）はθ＝４５°である。また、図６（１）はθ＝６７．５°、同図（２）はθ＝９０°、同図（３）はθ＝１１２．５°である。さらに、図７（１）はθ＝１３５°、同図（２）はθ＝１５７．５°、同図（３）はθ＝１８０°である。これらの図に示されているように、θが０°、１８０°においては、ＳＨ波成分はほとんど現れず、ＳＶ成分が優勢となる。また、θ＝９０°の場合は、Ｐ波成分とＳＶ波成分とはほとんど現れず、ＳＨ波成分のみとなる。   5 (1) shows θ = 0 °, FIG. 5 (2) shows θ = 22.5 °, and FIG. 5 (3) shows θ = 45 °. 6 (1) is θ = 67.5 °, FIG. 6 (2) is θ = 90 °, and FIG. 6 (3) is θ = 112.5 °. Further, FIG. 7 (1) shows θ = 135 °, FIG. 7 (2) shows θ = 157.5 °, and FIG. 7 (3) shows θ = 180 °. As shown in these figures, when θ is 0 ° and 180 °, the SH wave component hardly appears and the SV component becomes dominant. In the case of θ = 90 °, the P wave component and the SV wave component hardly appear and only the SH wave component is present.

図８は、弾性境界波素子１０を製造する方法の一例を示す工程図である。まず、接合面を研磨、洗浄したニオブ酸カリウムからなる第１圧電基板１２の接合面にフォトレジストを塗布し、固化させてレジスト膜を形成する。次に、フォトマスク（図示せず）を介してレジスト膜を露光したのち、現像液を用いて現像し、図８（１）に示したように、ＩＤＴ１６や反射器２４などに対応したパターンを有するように、レジスト膜３４をパターニングする。   FIG. 8 is a process diagram showing an example of a method for manufacturing the boundary acoustic wave device 10. First, a photoresist is applied to the joint surface of the first piezoelectric substrate 12 made of potassium niobate, which has been polished and washed, and then solidified to form a resist film. Next, after exposing the resist film through a photomask (not shown), the resist film is developed using a developer, and a pattern corresponding to the IDT 16 and the reflector 24 is formed as shown in FIG. The resist film 34 is patterned so as to have it.

その後、レジスト膜３４をマスクにして第１圧電基板１２をエッチングし、同図（２）に示したように、第１圧電基板１２の接合面に、ＩＤＴ１６や反射器２４などに対応した所定深さの溝２８を形成する。所定深さの溝２８を形成したならば、レジスト膜３４を剥離して除去する。この溝２８を形成する第１圧電基板１２のエッチングは、ウエットエッチングまたはドライエッチングのどちらでもよいが、ドライエッチングの方が寸法精度の高い溝２８を形成することができる。   Thereafter, the first piezoelectric substrate 12 is etched using the resist film 34 as a mask, and a predetermined depth corresponding to the IDT 16 and the reflector 24 is formed on the bonding surface of the first piezoelectric substrate 12 as shown in FIG. A groove 28 is formed. When the groove 28 having a predetermined depth is formed, the resist film 34 is peeled off and removed. The etching of the first piezoelectric substrate 12 for forming the groove 28 may be either wet etching or dry etching, but the groove 28 with higher dimensional accuracy can be formed by dry etching.

次に、図８（３）に示したように、第１圧電基板１２の接合面全体にネガ型フォトレジストを塗布して固化させ、レジスト膜３６を形成する。さらに、レジスト膜３６を露光、現像し、図８（４）に示したように、溝２８に対応したパターンがオーバーハング形状になるようにレジスト膜３６をパターニングする。ネガ型フォトレジストは、光（紫外線）の当たった部分が硬化して現像液に不溶となる。そして、フォトマスクを介してレジスト膜３６を露光した場合に、フォトマスクのパターン開口の縁部における露光量が開口中心部より相対的に少なく、フォトレジストの厚み方向において光の強度が次第に弱くなる。このため、ネガ型フォトレジストを露光、現像してパターニングすると、オーバーハング形状にパターニングされる。   Next, as shown in FIG. 8 (3), a negative photoresist is applied and solidified on the entire bonding surface of the first piezoelectric substrate 12 to form a resist film 36. Further, the resist film 36 is exposed and developed, and the resist film 36 is patterned so that the pattern corresponding to the groove 28 has an overhang shape as shown in FIG. In the negative photoresist, a portion exposed to light (ultraviolet rays) is cured and becomes insoluble in the developer. When the resist film 36 is exposed through the photomask, the exposure amount at the edge of the pattern opening of the photomask is relatively smaller than the center of the opening, and the light intensity gradually decreases in the thickness direction of the photoresist. . For this reason, when a negative photoresist is exposed and developed and patterned, it is patterned into an overhang shape.

その後、図８（５）に示したように、レジスト膜３６を設けた第１圧電基板１２の全面に、アルミニウムなどの導電性を有する金属３８をスパッタリングや真空蒸着などによって堆積し、溝２８に金属３８を充填する。このとき、レジスト膜３６は、オーバーハング形状となっているため、図８（５）に示されているように、側面に金属３８が付着するのを防止することができる。溝２８を金属３８によって充填したならば、図８（６）に示したように、レジスト膜３６を剥離して除去する。レジスト膜３６は、側面に金属３８が付着していないため、容易に剥離することができる。これにより、第１圧電基板１２にＩＤＴ１６や反射器２４、電極部３０などが形成される。   After that, as shown in FIG. 8 (5), a conductive metal 38 such as aluminum is deposited on the entire surface of the first piezoelectric substrate 12 provided with the resist film 36 by sputtering, vacuum evaporation or the like. Fill metal 38. At this time, since the resist film 36 has an overhang shape, it is possible to prevent the metal 38 from adhering to the side surface as shown in FIG. If the groove 28 is filled with the metal 38, the resist film 36 is peeled and removed as shown in FIG. The resist film 36 can be easily peeled off because the metal 38 does not adhere to the side surfaces. Thereby, the IDT 16, the reflector 24, the electrode unit 30, and the like are formed on the first piezoelectric substrate 12.

その後、図８（７）に示したように、第１圧電基板１２の接合面に、接合面を研磨、洗浄したニオブ酸カリウムからなる第２圧電基板１４を接合する。これにより、弾性境界波素子１０が形成される。   Thereafter, as shown in FIG. 8 (7), the second piezoelectric substrate 14 made of potassium niobate having the bonded surface polished and washed is bonded to the bonded surface of the first piezoelectric substrate 12. Thereby, the boundary acoustic wave element 10 is formed.

第１圧電基板１２と第２圧電基板１４との接合は、例えば、第１圧電基板１２と第２圧電基板１４との接合面に薄い金属膜を形成し、両者を圧接した状態で金属膜を溶着させる金属接合によって行なうことができる。また、両者の接合面をイオンビームやプラズマを照射して活性化し、または両者の接合面を親水化処理し、両者を直接接合してもよい。なお、溝２８への金属３８の充填は、第１圧電基板１２と第２圧電基板１４との接合の障害とならないように、金属３８の上面が第１圧電基板１２の接合面と同じ高さになるか、やや低くなるようにする。また、金属３８の上面が第１圧電基板１２の接合面より高くなる場合、あるいは高くなるおそれがある場合、第１圧電基板１２の接合面を研磨してから第２圧電基板１４を接合するとよい。また、前記実施形態においては、第１圧電基板１２に溝２８を形成するためのレジスト膜と、溝２８に金属３８を充填するためのレジスト膜とを別々に形成した場合について説明したが、オーバーハング形状のパターンを有するレジスト膜を形成し、このレジスト膜を用いてドライエッチングにより溝２８を形成し、その後、同じレジスト膜を用いて溝２８に金属３８を充填するようにしてもよい。   For example, the first piezoelectric substrate 12 and the second piezoelectric substrate 14 are bonded by forming a thin metal film on the bonding surface between the first piezoelectric substrate 12 and the second piezoelectric substrate 14 and pressing the metal film in a state in which both are pressed. It can be performed by metal bonding to be welded. Alternatively, the joint surfaces of both may be activated by irradiation with an ion beam or plasma, or the joint surfaces of both may be subjected to a hydrophilic treatment, and the two may be directly joined. The top surface of the metal 38 is the same height as the bonding surface of the first piezoelectric substrate 12 so that the filling of the metal 38 into the groove 28 does not hinder the bonding between the first piezoelectric substrate 12 and the second piezoelectric substrate 14. Or slightly lower. In addition, when the upper surface of the metal 38 is higher than the bonding surface of the first piezoelectric substrate 12, or when there is a possibility that it will become higher, the second piezoelectric substrate 14 may be bonded after the bonding surface of the first piezoelectric substrate 12 is polished. . In the above embodiment, the case where the resist film for forming the groove 28 in the first piezoelectric substrate 12 and the resist film for filling the groove 28 with the metal 38 are separately formed has been described. A resist film having a hang-shaped pattern may be formed, and the groove 28 may be formed by dry etching using the resist film, and then the groove 28 may be filled with a metal 38 using the same resist film.

本発明の実施の形態に係る弾性境界波素子を模式的に示した説明図である。It is explanatory drawing which showed typically the boundary acoustic wave element which concerns on embodiment of this invention. 図１のＡ−Ａ線に沿った一部断面図である。FIG. 2 is a partial cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1. ２枚のニオブ酸カリウム基板からなる弾性境界波素子のθと境界波の伝播速度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between (theta) of the boundary acoustic wave element which consists of two sheets of potassium niobate substrates, and the propagation speed of a boundary wave. ２枚のニオブ酸カリウム基板からなる弾性境界波素子のθと電気機械結合係数との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between (theta) of a boundary acoustic wave element which consists of two sheets of potassium niobate substrates, and an electromechanical coupling coefficient. ２枚のニオブ酸カリウム基板を接合した弾性境界波素子の、θの変化に対する弾性境界波の成分の状態を示す図である。It is a figure which shows the state of the component of the boundary acoustic wave with respect to the change of (theta) of the boundary acoustic wave element which joined two potassium niobate board | substrates. ２枚のニオブ酸カリウム基板を接合した弾性境界波素子の、θの変化に対する弾性境界波の成分の状態を示す図である。It is a figure which shows the state of the component of the boundary acoustic wave with respect to the change of (theta) of the boundary acoustic wave element which joined two potassium niobate board | substrates. ２枚のニオブ酸カリウム基板を接合した弾性境界波素子の、θの変化に対する弾性境界波の成分の状態を示す図である。It is a figure which shows the state of the component of the boundary acoustic wave with respect to the change of (theta) of the boundary acoustic wave element which joined two potassium niobate board | substrates. 弾性境界波素子を製造する方法の一例を示す工程図である。It is process drawing which shows an example of the method of manufacturing a boundary acoustic wave element.

符号の説明Explanation of symbols

１０………弾性境界波素子、１２………第１圧電基板、１４………第２圧電基板、１６………ＩＤＴ、１８ａ、１８ｂ………櫛型電極、２０ａ、２０ｂ………電極指、２４ａ、２４ｂ………反射器。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ......... Boundary acoustic wave element, 12 ......... First piezoelectric substrate, 14 ......... Second piezoelectric substrate, 16 ......... IDT, 18a, 18b ......... Comb-shaped electrodes, 20a, 20b ......... Electrodes Finger, 24a, 24b ... …… Reflector.

Claims (2)

ニオブ酸カリウムからなる第１圧電基板と、
前記第１圧電基板に接合したニオブ酸カリウムからなる第２圧電基板と、
前記第１圧電基板と前記第２圧電基板との少なくともいずれか一方に、他方に対面させて形成したすだれ状電極と、
を有することを特徴とする弾性境界波素子。 A first piezoelectric substrate made of potassium niobate;
A second piezoelectric substrate made of potassium niobate bonded to the first piezoelectric substrate;
Interdigital electrodes formed on at least one of the first piezoelectric substrate and the second piezoelectric substrate so as to face each other;
A boundary acoustic wave device comprising: 請求項１に記載の弾性境界波素子において、
前記第１圧電基板を構成する前記ニオブ酸カリウムと、前記第２圧電基板を構成する前記ニオブ酸カリウムとは、カット角がオイラー角表示で（０°±３０°，０°〜±１８０°，０°±２０°）であることを特徴とする弾性境界波素子。 The boundary acoustic wave device according to claim 1,
The potassium niobate constituting the first piezoelectric substrate and the potassium niobate constituting the second piezoelectric substrate have a cut angle represented by Euler angles (0 ° ± 30 °, 0 ° to ± 180 °, A boundary acoustic wave element characterized by being 0 ° ± 20 °.
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