JP3198589B2 - 表面波装置 - Google Patents

表面波装置

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JP3198589B2
JP3198589B2 JP06748792A JP6748792A JP3198589B2 JP 3198589 B2 JP3198589 B2 JP 3198589B2 JP 06748792 A JP06748792 A JP 06748792A JP 6748792 A JP6748792 A JP 6748792A JP 3198589 B2 JP3198589 B2 JP 3198589B2
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acoustic wave
surface acoustic
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宏一 林
道雄 門田
敏彦 橘高
陽 安藤
敏晃 加地
康信 米田
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、BGS波やラブ波等の
ように変位が表面波伝播方向と垂直な方向の変位を主体
とするSHタイプの表面波を利用した表面波装置に関
し、特に、圧電基板を構成する材料を改良することによ
り共振特性及び耐熱性が高められた表面波装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】圧電基板を伝播する表面波のうち、変位
が伝播方向と垂直な方向の変位を主体とするSHタイプ
の表面波としてBGS波が知られている。図1は、従来
より公知のBGS波を利用した表面波共振子を示す。図
1において、1は圧電基板を示し、圧電セラミックス等
の圧電材料により構成されている。圧電基板1の上面に
は、くし歯電極2,3が形成されている。くし歯電極
2,3は、互いに間挿し合う複数の電極指2a,3aを
有する。なお、矢印Pは分極方向を示す。
【0003】図1に示した表面波共振子4では、くし歯
電極2,3から交流電界を印加することにより、表面波
伝播方向Xと垂直な方向の変位のみ、すなわち横波成分
しか有しないBGS波が励振される。そして、励振され
たBGS波は、圧電基板1の自由端面1a,1b間にお
いて完全に反射される。従って、レーリー波を利用した
表面波共振子では、くし歯電極の側方に反射器を構成す
る必要があったのに対し、BGS波を利用した表面波共
振子4では、このような反射器を省略することができ
る。よって、レーリー波を利用した表面波共振子に比べ
て、チップサイズを1/10程度と大幅に小型化するこ
とができ、かつ自由端面1a,1bの精度を高めること
により、5MHz〜70MHzの高周波帯域で使用し得
るデバイスを提供することができるという大きな利点を
有する。
【0004】また、特願平2−131592号には、上
記のような構造を有する表面波共振子4において、イン
ピーダンス−周波数特性曲線上に現れるリップルや不要
応答を低減するためには、圧電基板1を構成するための
圧電材料として、弾性定数C 33 D の弾性定数C44 E に対
する比C33 D /C44 E が4より大きな材料を用いればよ
いことが開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、BGS
波を利用した表面波共振子4を実際に作製した場合、自
由端面1a,1bの精度を高め、かつ上記先行技術に記
載の圧電材料を用いた場合、リップルや不要応答を低減
することは可能であるものの、共振の最大位相角が小さ
く、共振周波数におけるインピーダンス(Zr)と***
振周波数におけるインピーダンス(Za)の比である山
谷比=20log(Za/Zr)が比較的小さかった。
【0006】その結果、上記のような表面波共振子4
を、発振子として使用した場合、発振が生じなかった
り、発振が生じたとしても発振停止が生じやすいという
問題があった。よって、チップサイズの小型化及び高周
波域における応用が可能であるという大きな利点を有す
るものの、上記のような種々の問題点を解決することが
渇望されていた。
【0007】本発明の目的は、インピーダンス−周波数
特性における共振の最大位相角が十分に大きく、かつ上
記山谷比が大きい、SHタイプの表面波を利用した表面
波装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、BGS波
を利用した表面波装置において、自由端面の精度を可能
な限り高めても上記のような問題が生じることに鑑み、
圧電基板を構成するための圧電材料を種々用意し、検討
した結果、下記の特定の圧電セラミックスを用いれば、
上記課題を達成し得ることを見出し、本発明をなすに至
った。すなわち、本発明は、圧電基板を伝播する表面波
のうち変位が表面波伝播方向と垂直な方向の変位を主体
とする表面波を利用し、分極軸が表面波伝播方向と垂直
方向でありかつ圧電基板表面と平行とされている表面波
装置において、圧電基板が、a{Pb(Mn1/3 Nb
2/3 )O3 }−b(PbZrO3 )−c(PbTi
3 )で表され、a+b+c=1.0であり、かつa、
b及びcが、下記の表2に示す値である組成A〜Fで囲
まれる範囲内の組成を有する圧電セラミックスにより構
成されていることを特徴とする。
【0009】
【表2】
【0010】
【発明の作用及び効果】本発明では、圧電基板が上記特
定の組成の圧電セラミックスにより構成されているた
め、後述の実施例から明らかなように、共振の最大位相
角及び山谷比すなわち共振周波数におけるインピーダン
ス(Zr)と***振周波数におけるインピーダンス(Z
a)の比=20log(Za/Zr)が充分大きな値と
される。従って、本発明を利用することにより、BGS
波のような自由端面において完全に反射されるSHタイ
プの表面波を利用した表面波装置において、共振特性が
改善されるため、従来のレーリー波を利用した表面波装
置に比べてはるかに小型であるだけでなく、かつ特性に
おいても優れた表面波装置を提供することが可能とな
る。
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明することによ
り、本発明を明らかにする。主発原料として、PbO、
TiO2 、MnCO3 、Nb2 5 、及びZrO2を用
意した。これらの各粉末を秤量し、下記の表3に示す組
成を有する試料番号1〜27の原料粉末を用意した。得
られた各原料粉末をボールミルにより湿式混合及び粉砕
し、しかる後700〜900℃の温度で仮焼した。次
に、仮焼された各原料粉末100重量部に対し、PVA
などの有機バインダーを5重量部加え、湿式粉砕し、整
粒し、しかる後平板状の形状となるように成形した。得
られた各成形体を、1000〜1300℃の温度で焼成
し、平板状の磁器基板を得た。焼成後、得られた各磁器
基板を研磨し、分極用の電極を形成し、50〜200℃
の絶縁油中において2〜3.5kV/mmの電場に置
き、30〜60分間分極処理することにより、磁器基板
表面と平行な方向に分極した。
【0012】次に、上記のようにして分極処理された磁
器基板の一方主面に、図2に示したくし歯電極2,3を
形成し、BGS波を利用した表面波共振子を作製した。
試料番号1〜27の各原料粉末を用いて得られた各表面
波共振子につき、それぞれ、BGS波の電気機械結合係
数(KBGS )、山谷比{20log(Za/Zr)}及
び共振の最大位相角を下記の要領で測定した。結果を、
下記の表4に示す。インピーダンス測定器を用いること
により、共振周波数、***振周波数、並びに共振周波数
及び***振周波数におけるインピーダンス値及び位相を
測定し、計算により、上記KBGS 、山谷比及び最大位相
角を求めた。
【0013】
【表3】
【0014】
【表4】
【0015】試料番号1〜27のうち、*を付して示し
た試料番号1,5,6,19,21,22,26及び2
7は、いずれも本発明の範囲外の組成の圧電セラミック
スを用いて圧電基板が構成されているものに相当する。
試料番号1では、a=0であるためか、山谷比が31d
Bと比較的小さく、最大位相角も70度と小さいことが
わかる。また、試料番号5では、c=0.85とPbT
iO3 のモル比が高いため、電気機械結合係数KBGS
15.2%と低いことがわかる。試料番号6では、上記
モル比a〜cが、上述した組成A〜Fで囲まれる範囲の
組成を有しないためか、山谷比が37dBと低いことが
わかる。
【0016】同様に、試料番号19では、b=0.65
と、PbZrO3 のモル比が高いため、KBGS が10.
6%と低く、かつ山谷比も30dBと低いことがわか
る。試料番号21では、c=0.05とPbTiO3
モル比が低いためか、電気機械結合係数KBGS が7.2
%と低く、最大位相角も70度と小さいことがわかる。
試料番号22では、b=0.05とPbZrO3 のモル
比が低いためか、電気機械結合係数KBGS が8.3%と
非常に小さいことがわかる。試料番号26及び27で
は、a=0.45とPb(Mn1/3 Nb2/3 )O3 のモ
ル比が高いためか、インピーダンス−周波数特性上にお
いてリップルや不要応答が強く発生していたため、上記
BGS 、山谷比及び最大位相角を正確に算出することが
できなかった。
【0017】これに対して、添付の図2に示すPb(M
1/3 Nb2/3 )O3 、PbTiO 3 及びPbZrO3
についての三成分系組成図において、A〜Fの組成で囲
まれる範囲の組成を有する試料番号2〜4、7〜18、
20、23〜25では、得られた表面波共振子は、いず
れも、KBGS が20%以上と大きく、山谷比も41dB
以上と大きく、かつ最大位相角についても84度以上と
大きかった。従って、上記試料番号1〜27についての
結果から明らかなように、図2に示した三成分系組成図
において、点A〜Fで囲まれる組成を有する圧電基板を
用いることにより、共振特性の優れた表面波共振子の得
られることがわかる。
【0018】なお、本発明が適用される表面波装置とし
ては、図1に示した表面波共振子4に限定されるもので
はなく、トランスバーサルフィルタや二重モードフィル
タ等にも本発明を適用することができる。例えば、図3
(a)に示すように、格子状の反射器を用いた二重モー
ドフィルタ30は、フィルタを構成するためのインター
デジタルトランスデューサ部分32の側方に反射器3
3,34を設けたものであるが、このようなフィルタ3
0にも本発明を適用し得る。同様に、図3(b)に示す
ように、格子状の反射器を用いずに、図1に示した端面
反射型の表面波共振子と同様に端面を反射器として利用
するようにすれば、圧電基板41の表面波伝播方向の長
さを比較的短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】BGS波を利用した表面波共振子を示す斜視
図。
【図2】本発明に用いられる圧電基板の組成の基礎成分
となるPb(Mn1/3 Nb2/3)O3 −PbTiO3
PbZrO3 の三成分系組成図。
【図3】(a)及び(b)は、それぞれ、本発明が適用
される二重モードフィルタを説明するための各略図的平
面図。
【符号の説明】
1…圧電基板 1a,1b…自由端面 2,3…くし歯電極 4…BGS波を利用した表面波共振子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安藤 陽 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株 式会社村田製作所内 (72)発明者 加地 敏晃 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株 式会社村田製作所内 (72)発明者 米田 康信 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株 式会社村田製作所内 (56)参考文献 特開 昭52−64700(JP,A) 米国特許3699045(US,A) 電子通信学会技術研究報告Vol. 91,No.446(US91−80),1992年 1月28日,p.21−27 電子通信学会超音波研究会資料US73 −11,1973年8月28日 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03H 9/25 H01L 41/187

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧電基板を伝播する表面波のうち変位が
    表面波伝播方向と垂直な方向の変位を主体とする表面波
    を利用し、分極軸が表面波の伝播方向と垂直方向であ
    り、かつ圧電基板表面と平行にされている表面波装置に
    おいて、 前記圧電基板が、a{Pb(Mn1/3 Nb2/3 3 )}
    −b(PbZrO3 )−c(PbTiO3 )、で表さ
    れ、但し、a+b+c=1であり、かつ前記a、b及び
    cが、下記の表1に示す値である組成A〜Fで囲まれる
    範囲内の組成を有する圧電セラミックスにより構成され
    ていることを特徴とする、表面波装置。 【表1】
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JP4983538B2 (ja) * 2007-10-18 2012-07-25 Tdk株式会社 圧電磁器組成物、及び発振子
JP4992796B2 (ja) * 2008-03-31 2012-08-08 Tdk株式会社 発振子

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
電子通信学会技術研究報告Vol.91,No.446(US91−80),1992年1月28日,p.21−27
電子通信学会超音波研究会資料US73−11,1973年8月28日

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