JP2008022296A - Surface acoustic wave device and element thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電基板に励振した弾性表面波を利用する弾性表面波素子片に係り、特に一対の櫛型電極からなるIDT(Interdigital Transducer)を挟んで設けた反射器を備えた弾性表面波素子片および弾性表面波デバイスに関する。 The present invention relates to a surface acoustic wave element using a surface acoustic wave excited on a piezoelectric substrate, and in particular, a surface acoustic wave element including a reflector provided with an IDT (Interdigital Transducer) composed of a pair of comb-shaped electrodes interposed therebetween. The present invention relates to a piece and a surface acoustic wave device.
弾性表面波共振器や弾性表面波フィルタなどの弾性表面波デバイスを構成する弾性表面波素子片は、圧電基板に一対の櫛型電極からなるIDTを設け、圧電基板に弾性表面波を励振する。そして、弾性表面波素子片は、圧電基板に励振した弾性表面波のエネルギーを効率よく閉じ込めることができる共振型とよばれるものがよく利用されている。この共振型の弾性表面波素子片は、圧電基板に励振した弾性表面波の伝播する方向に沿って、IDTを挟んで設けた反射器を備えている。従来、反射器の開口幅(IDTに対向している導体ストリップの長さ)は、IDTを構成している電極指の交差幅(電極交差幅)と等しいか、電極交差幅以上であってIDTのグレーティング領域の幅(導波路の幅)と等しく形成してある。 A surface acoustic wave element piece constituting a surface acoustic wave device such as a surface acoustic wave resonator or a surface acoustic wave filter is provided with an IDT composed of a pair of comb-shaped electrodes on a piezoelectric substrate to excite the surface acoustic wave on the piezoelectric substrate. As the surface acoustic wave element piece, a so-called resonance type capable of efficiently confining the energy of the surface acoustic wave excited on the piezoelectric substrate is often used. This resonant surface acoustic wave element piece includes a reflector provided with an IDT interposed in a direction in which a surface acoustic wave excited on a piezoelectric substrate propagates. Conventionally, the opening width of the reflector (the length of the conductor strip facing the IDT) is equal to or greater than the crossing width of the electrode fingers constituting the IDT (electrode crossing width), and the IDT. It is formed to be equal to the width of the grating region (the width of the waveguide).
図7は、従来の弾性表面波素子片の概略説明図である。ただし、図7においては、IDTと反射器とのみを示し、圧電基板は省略してある。図7において、共振型の弾性表面波素子片10は、本図に図示しない矩形状の圧電基板の表面中央部にIDT12が形成してある。IDT12は、一対の櫛型電極14(14a、14b)から形成してあり、圧電基板に弾性表面波を励振する。一対の櫛型電極14は、櫛歯となる電極指16が相互に噛み合うように配置ある。このため、IDT12は、すだれ状をなしている。
FIG. 7 is a schematic explanatory view of a conventional surface acoustic wave element piece. However, in FIG. 7, only the IDT and the reflector are shown, and the piezoelectric substrate is omitted. In FIG. 7, the resonant surface acoustic
さらに、弾性表面波素子片10は、圧電基板に励振された弾性表面波の伝播方向であって、IDT12の両側に反射器18(18a、18b)を備えている。反射器18の開口幅(グレーティング領域の幅)Bは、IDT12の電極指16の交差幅Wより広くなっていて、IDT12によって形成された導波路(グレーティング領域)の幅W0に等しくしてある。このため、従来の弾性表面波素子片10は、図7に示したように、IDT12において励振された弾性表面波の伝播方向に直交した方向の高次横モードの形状が、IDT12のグレーティング領域と反射器18のグレーティング領域とで同じになる。このため、弾性表面波素子片10は、IDT12において弾性表面波を励振すると、高次横モードに基づいたスプリアスが発生する。そこで、この高次横モードに基づいたスプリアスを抑圧するために、図8に示したように、反射器18の開口幅Bを電極指16の交差幅Wより狭くするようにした弾性表面波素子が開発された(特許文献1、特許文献2)。
特許文献1、2に記載のように、反射器18の開口幅BをIDT12の電極指の交差幅Wより狭くすることにより、高次横モードのエネルギーが反射器18によって反射されないため、高次横モードに基づいたスプリアスを抑圧することができる。しかし、特許文献1、2に記載の弾性表面波素子片は、反射器18の開口幅BがIDT12の電極指の交差幅Wより狭くなっているため、IDT12の電極指16の交差部において励振した弾性表面波の一部しか反射器18で反射されない。したがって、特許文献1、2に記載の弾性表面波素子片は、IDTで励振された弾性表面波の反射効率が低下する。このため、このような弾性表面波素子片を用いて共振器を形成すると、Q値が低下してしまう。また、このような弾性表面波素子片は、フィルタを形成した場合、通過帯域の減衰も大きくなり、通過帯域外の減衰量が相対的に劣化する。
As described in
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、Q値の低下やフィルタの通過帯域における減衰量の増大を防止することを目的としている。
また、本発明は、高次横モードに基づくスプリアスを低減することを目的としている。
そして、本発明は、フィルタにおける通過帯域外の減衰量の劣化を防止することを目的としている。
The present invention has been made to solve the above-described drawbacks of the prior art, and aims to prevent a decrease in Q value and an increase in attenuation in the passband of the filter.
Another object of the present invention is to reduce spurious based on the higher-order transverse mode.
An object of the present invention is to prevent deterioration of attenuation outside the passband in the filter.
上記の目的を達成するために、本発明に係る弾性表面波素子片は、圧電基板に一対の櫛型電極からなるIDTと、前記圧電基板に励振された弾性表面波の伝播方向に、前記IDTを挟んで配置した反射器とを備えた弾性表面波素子片であって、前記各櫛型電極は、他方の前記櫛型電極と協働して前記圧電基板に弾性表面波を励振する交差電極部と、前記他方の櫛型電極の前記交差電極部の先端に対向して位置させたダミー電極部とを有し、前記反射器は、開口が前記IDTの前記交差電極部により形成される電極交差部の交差幅以上であって、前記IDTの形成する導波路の幅より小さい、ことを特徴としている。 In order to achieve the above object, a surface acoustic wave element according to the present invention includes an IDT comprising a pair of comb-shaped electrodes on a piezoelectric substrate, and the IDT in the propagation direction of the surface acoustic wave excited by the piezoelectric substrate. A surface acoustic wave element having a reflector disposed between each of the interdigital transducers, wherein each of the comb-shaped electrodes cooperates with the other comb-shaped electrode to excite the surface acoustic wave on the piezoelectric substrate. And a dummy electrode portion positioned opposite to the tip of the cross electrode portion of the other comb-shaped electrode, and the reflector has an opening formed by the cross electrode portion of the IDT It is characterized by being equal to or greater than the intersection width of the intersection and smaller than the width of the waveguide formed by the IDT.
上記の如くなっている本発明は、反射器の開口幅がIDTの電極指の交差部(電極交差部)以上となっているため、電極交差部において励振した弾性表面波のほとんどが反射器において反射される。このため、反射器における反射効率が向上し、共振器を形成した場合におけるQ値の低下を避けることができる。また、フィルタを形成した場合に、通過帯域の減衰量を小さくすることができて、通過帯域外における減衰量を相対的に大きくでき、通過帯域外における減衰量の劣化を防ぐことができる。しかも、本発明は、反射器の開口幅がIDTの形成する導波路(グレーティング領域)の幅より小さくなっているため、IDTのグレーティング領域において閉じ込められる高次横モードの形状と、反射器のグレーティング領域に閉じ込められる高次横モードの形状とが大きく異なる。両者で合成される高次横モードが小さくなり、高次横モードに基づいたスプリアスの抑圧を図ることができる。
本発明に係る弾性表面波デバイスは、上記の弾性表面波素子片を備えていることを特徴としている。このようになっている本発明に係る弾性表面波デバイスは、上記の効果を得ることができる。
In the present invention as described above, since the reflector opening width is equal to or greater than the intersection of the electrode fingers of the IDT (electrode intersection), most of the surface acoustic waves excited at the electrode intersection are in the reflector. Reflected. For this reason, the reflection efficiency in a reflector improves and it can avoid the fall of Q value when a resonator is formed. In addition, when the filter is formed, the amount of attenuation in the passband can be reduced, the amount of attenuation outside the passband can be relatively increased, and deterioration of the amount of attenuation outside the passband can be prevented. In addition, according to the present invention, since the aperture width of the reflector is smaller than the width of the waveguide (grating region) formed by the IDT, the shape of the high-order transverse mode confined in the IDT grating region and the grating of the reflector The shape of the high-order transverse mode confined in the region is greatly different. The higher-order transverse mode synthesized by both becomes smaller, and spurious suppression based on the higher-order transverse mode can be achieved.
A surface acoustic wave device according to the present invention includes the above-described surface acoustic wave element. The surface acoustic wave device according to the present invention thus configured can obtain the above-described effects.
本発明に係る弾性表面波素子片および弾性表面波デバイス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、本発明の第1実施形態に係る弾性表面波素子片の平面図である。図1において、弾性表面波素子片20は、平面視矩形状をなす圧電基板22の上面中央部にIDT24が設けてある。圧電基板22は、水晶、タンタル酸リチウム(LiTaO3)、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)、四ホウ酸チウム(Li2B4O7)などの圧電材料から形成してある。
Preferred embodiments of a surface acoustic wave element piece and a surface acoustic wave device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a plan view of a surface acoustic wave element according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the surface acoustic
IDT24は、一対の櫛型電極26(26a、26b)からなり、すだれ状に形成してある。各櫛型電極26は、複数の交差電極部28(28a、28b)と複数のダミー電極部30(30a、30b)とバスバー32とから構成してある。そして、一対の櫛型電極28a、28bは、それぞれ交差電極部28とダミー電極部30とが交互に形成してある。また、各櫛型電極26は、対向するように配置してあって、相互の交差電極部28が噛み合うように配設してある。各交差電極部28は、一端がバスバーに接続してある。これらの交差電極部28は、電極交差部34を構成している。そして、一方の櫛型電極(例えば、櫛型電極28a)の交差電極部28aは、他方の櫛型電極26bの交差電極部28bと協働して圧電基板22に弾性弾性表面波を励振する。すなわち、交差電極部28a、28bは、バスバー32を介して両者間に所定周波数の電圧が印加されることにより、圧電基板22に弾性表面波を励振する。電極交差部34において励振された弾性表面波は、IDT24が形成する導波路(櫛型電極26aのバスバー32と櫛型電極26bのバスバー32との間のグレーティング領域)を図1の左右方向に伝播する。
The IDT 24 includes a pair of comb electrodes 26 (26a, 26b) and is formed in a comb shape. Each comb-shaped electrode 26 includes a plurality of cross electrode portions 28 (28a, 28b), a plurality of dummy electrode portions 30 (30a, 30b), and a
各櫛型電極26のダミー電極部30は、他方の櫛型電極に設けた交差電極部28の先端に対向して配置してある。すなわち、櫛型電極26aのダミー電極部30aは、櫛型電極26bの交差電極部28bの先端に対向して配置してある。また、櫛型電極26bのダミー電極部30bは、櫛型電極26aの交差電極部28aの先端に対向して配置してある。
The dummy electrode portion 30 of each comb-shaped electrode 26 is disposed to face the tip of the cross electrode portion 28 provided on the other comb-shaped electrode. That is, the
弾性表面波素子片20は、圧電基板22の弾性表面波の伝播方向に沿って、IDT24を挟んで一対の反射器36(36a、36b)を備えている。各反射器36は、それぞれ弾性表面波の伝播方向に直交して、櫛型電極26の交差電極部28に平行な複数の導体ストリップ38からなる。各反射器36は、それぞれの各導体ストリップ38の両端が相互に接続されて格子状をなしている。そして、各反射器36の開口幅Bは、実施形態の場合、IDT24の電極交差部34の交差幅Wより広くしてある。また、反射器36の開口幅(グレーティング領域の幅)Bは、IDT24が形成する導波路の幅W0より狭くしてある。
ここで、導波路の幅W0は上下バスバー32間に配置されたグレーティング領域の幅であり、導波路領域においては、その外側にあるバスバー32等からなる非グレーティング部と比べて弾性表面波の位相速度が低下するため、弾性表面波が閉じこもることが知られている。そして、弾性表面波の高次横モードもこの導波路領域に従って閉じこもる。電極交差部34の交差幅W、電極交差部34とダミー電極部30とのギャップの長さG、ダミー電極部30の各々の長さdとすると、導波路の幅W0は、W0=W+2d+2Gとなる。
The surface acoustic
Here, the width W0 of the waveguide is the width of the grating region disposed between the upper and
このように形成した実施形態に係る弾性表面波素子片20は、反射器36の開口幅Bが、IDT24の交差電極部28が形成する電極交差部34の交差幅Wより広くしてあるため、電極交差部34が励振した弾性表面波のほとんどをIDT24側に反射する。したがって、反射器36における弾性表面波の反射効率を向上することができる。このため、弾性表面波素子片20を用いて共振器を形成した場合に、Q値が低下するのを防止することができる。また、弾性表面波素子片20は、反射器36の開口幅BがIDT24の形成する導波路の幅W0と異なっているため、高次横モードに基づくスプリアスを低減することができる。
In the surface acoustic
すなわち、図2に示したように、IDT24の導波路である交差電極部28とダミー電極部30とからなるグレーティング領域内に閉じ込められる2次横モードの形状と、反射器36のグレーティング領域内に閉じ込められる2次横モードの形状とが大きく異なる。このため、両者を合成した2次横モードが低減され、2次横モードに基づくスプリアスが抑圧される。4次以上の横モードについても同様である。したがって、弾性表面波の伝播方向に複数のIDTを近接して設け、これらのIDTを音響的に結合させた場合や、弾性表面波の伝播方向と直交させた方向にIDTを近接させて複数配置し、これらを音響的に結合させた場合など、フィルタを形成した場合に、通過帯域の減衰量を小さくすることができる。この結果、通過帯域外の領域における減衰量を相対的に大きくすることができ、通過帯域外における減衰の劣化を防ぐことができる。
That is, as shown in FIG. 2, the shape of the secondary transverse mode confined in the grating region composed of the crossing electrode portion 28 and the dummy electrode portion 30 which are the waveguides of the
なお、前記反射器36の開口幅B、IDT24の電極交差部34の交差幅W、導波路の幅W0、ダミー電極部30の長さは、形成する弾性表面波デバイスの圧電基板、電極材料等の設計条件により、コンピュータによるシミュレーションや試作実験により最適となるように定める。
ここで、圧電基板に回転YカットX伝搬のリチウムタンタレート、電極材料にアルミ合金を用いた、2IDT型の縦結合型SAWフィルタを試作結果では、反射器36の開口長Bが導波路の幅W0の60%以上85%以下において高次横モードの抑圧がみられ、特に、70%以上80%以下において高い効果が得られた。更に、反射器36の開口長Bを導波路の幅W0の60%以上85%以下に設計したとき、反射器36の開口幅Bを電極交差部34の交差幅Wと同一とするよりも若干広くする方が主モードの閉じ込めが良くなり、デバイスの通過帯域の減衰量が低下し、優れた結果が得られた。すなわち、反射器36の開口幅BをW+2Gと等しくするか、若干それより広くする程度が良い。
The opening width B of the reflector 36, the crossing width W of the
Here, as a result of trial manufacture of a 2IDT type longitudinally coupled SAW filter using a rotary Y-cut X-propagating lithium tantalate for the piezoelectric substrate and an aluminum alloy for the electrode material, the opening length B of the reflector 36 is the width of the waveguide Suppression of higher-order transverse modes was observed at 60% or more and 85% or less of W0, and in particular, high effects were obtained at 70% or more and 80% or less. Further, when the opening length B of the reflector 36 is designed to be 60% or more and 85% or less of the waveguide width W0, the opening width B of the reflector 36 is slightly more than the same as the intersection width W of the
図3は、第2実施形態に係る弾性表面波素子片の平面図である。第2実施形態に係る弾性表面波素子片40は、IDT24を挟んで配置した反射器42(42a、42b)が第1実施形態に係る弾性表面波素子片10と異なっている。第2実施形態に係る弾性表面波素子片40の他の構成は、第1実施形態の弾性表面波素子片10と同じである。すなわち、弾性表面波素子片40は、各反射器42の幅(弾性表面波の伝播方向に直交した方向の長さ)がIDT24の幅寸法と同じにしてある。ただし、反射器42のグレーティング領域の幅寸法、すなわち反射器42の開口幅Bは、第1実施形態の弾性表面波素子片10と同様に、IDT24の電極交差部34の交差幅Wより大きく、IDT24の導波路の幅W0より小さくしてある。このようになっている弾性表面波素子片40は、前記実施形態と同様の効果を得ることができる。
FIG. 3 is a plan view of the surface acoustic wave element according to the second embodiment. The surface acoustic
図4は、第3実施形態に係る弾性表面波素子片の平面図である。この実施形態に係る弾性表面波素子片44は、反射器46(46a、46b)の弾性表面波の伝播方向と直交した方向の幅がIDT24の幅と同じにしてある。そして、弾性表面波素子片44は、反射器46の開口幅BがIDT24の電極交差部34の交差幅Wと同じにしてある。弾性表面波素子片44の他の構成は、前記実施形態と同様である。
FIG. 4 is a plan view of the surface acoustic wave element according to the third embodiment. In the surface acoustic
図5は、第4実施形態に弾性表面波素子片の平面図である。第4実施形態に係る弾性表面波素子片48は、反射器50(50a、50b)の開口幅BがIDT24の電極交差部34の交差幅Wに等しくしてある。また、各反射器50は、弾性表面波の伝播方向と直交した方向の幅がIDT24のグレーティング領域となる導波路の幅W0より小さくしてある。弾性表面波素子片48の他の構成は、前記実施形態と同様に形成してある。
FIG. 5 is a plan view of a surface acoustic wave element according to the fourth embodiment. In the surface acoustic
図6は、本発明の実施形態に係る弾性表面波デバイスである弾性表面波共振器の模式的に示した断面図である。図6において、共振器52は、弾性表面波素子片20がパッケージ54に収容してある。パッケージ54は、パッケージ本体56と蓋体58からなっている。パッケージ本体56は、例えばセラミックのグリーンシートを積層して焼成し、弾性表面波素子片20を収容する収容空間60を有する箱型に形成してある。蓋体58は、金属板やガラス板、セラミック板などからなっており、金属ロウ材や低融点ガラスなどを介してパッケージ本体56の上端面に接合され、収容空間60を気密に封止している。
FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a surface acoustic wave resonator which is a surface acoustic wave device according to an embodiment of the present invention. In FIG. 6, the
弾性表面波素子片20は、パッケージ本体56が形成する収容空間60に収容され、接着剤62などを介してパッケージ本体56の底面に固着してある。パッケージ本体56は、底面に複数の実装端子64が設けてある。この実装端子64には、金やアルミニウムなどのボンディングワイヤ66の一端が接続してある。ボンディングワイヤ66は、他端が弾性表面波素子片20に設けたボンディングパッド(図示せず)に接合してある。ボンディングパッドは、IDT24を構成している一対の櫛型電極26のそれぞれに対応して設けてあり、図示しない配線パターンなどを介して櫛型電極26に電気的に接続してある。したがって、IDT24は、ボンディングパッドとボンディングワイヤ66とを介して実装端子64に電気的に接続してある。また、実装端子64は、パッケージ本体56に形成した図示しないスルーホールなどを介して、パッケージ本体56の下面に設けた外部端子68に電気的に接続してある。IDT24を構成している一対の櫛型電極26は、外部端子68を介して電子機器のマザーボードに設けた発振回路に接続される。
なお、前記実施形態は、本発明の一態様であって、上記実施形態に限定されるものではない。前記実施形態においては、IDTが一対の櫛型電極からなる場合について説明したが、二対、もしくは、三対以上のIDTから構成される多重モード共振器型フィルタであってもよい。
The surface acoustic
In addition, the said embodiment is 1 aspect of this invention, Comprising: It is not limited to the said embodiment. In the above-described embodiment, the case where the IDT is composed of a pair of comb-shaped electrodes has been described.
20………弾性表面波素子片、22………圧電基板、24………IDT、26a、26b………櫛型電極、28a、28b………交差電極部、30a、30b………ダミー電極部、34………電極交差部、36a、36b………反射器、40、44、48………弾性表面波素子片、42a、42b………反射器、46a、46b………反射器、50a、50b………反射器、52………弾性表面波デバイス(共振器)、54………パッケージ。B………開口幅、W………交差幅、W0………導波路の幅。
20 ......... surface acoustic wave element piece, 22 ..... piezoelectric substrate, 24 .... IDT, 26a, 26b .... comb electrode, 28a, 28b ..... crossed electrode part, 30a, 30b .....
Claims (2)
前記各櫛型電極は、他方の前記櫛型電極と協働して前記圧電基板に弾性表面波を励振する交差電極部と、前記他方の櫛型電極の前記交差電極部の先端に対向して位置させたダミー電極部とを有し、
前記反射器は、開口が前記IDTの前記交差電極部により形成される電極交差部の交差幅以上であって、前記IDTの形成する導波路の幅より小さい、
ことを特徴とする弾性表面波素子片。 A surface acoustic wave element comprising: an IDT comprising a pair of comb electrodes on a piezoelectric substrate; and a reflector disposed with the IDT sandwiched in the propagation direction of the surface acoustic wave excited by the piezoelectric substrate,
Each of the comb-shaped electrodes is opposed to the tip of the cross electrode portion of the other comb-shaped electrode and the cross-electrode portion that excites surface acoustic waves on the piezoelectric substrate in cooperation with the other comb-shaped electrode. A dummy electrode portion positioned,
The reflector has an opening that is equal to or greater than a crossing width of an electrode crossing portion formed by the crossing electrode portion of the IDT and smaller than a width of a waveguide formed by the IDT;
A surface acoustic wave element.
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