JP4471474B2 - 弾性表面波素子及びそれを用いた弾性表面波装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、自動車電話および携帯電話等の移動体無線機器等に内蔵される周波数帯域フィルタなどの弾性表面波装置に関し、特に、不平衡入力−平衡出力型あるいは平衡入力−不平衡出力型の弾性表面波素子およびそれを用いた弾性表面波装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、移動体通信機器等の小型・軽量化および低コスト化のため、使用部品の削減が進められ、弾性表面波（Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ、以下、ＳＡＷともいう）装置に新たな機能の付加が要求されてきている。その１つに不平衡入力−平衡出力型あるいは平衡入力−不平衡出力型、つまり不平衡線路から平衡線路に変換できるようにとの要求がある。ここで、平衡入力あるいは平衡出力とは、信号が２つの信号線路間の電位差として入力あるいは出力するものをいい、各信号線路の信号は振幅が等しく位相が互いに逆になっている。これに対して、不平衡入力あるいは不平衡出力とは、信号がグランド電位に対する１本の線路の電位として入力あるいは出力するものをいう。
【０００３】
従来のＳＡＷフィルタは、一般的に不平衡入力−不平衡出力型ＳＡＷフィルタ（以下、不平衡型ＳＡＷフィルタと略す）であるため、ＳＡＷフィルタ後段の回路や電子部品が平衡入力型となっている場合は、ＳＡＷフィルタと後段との間に、不平衡−平衡変換器（以下、バランともいう）を挿入した回路構成を採用していた。同様にＳＡＷフィルタ前段の回路や電子部品が平衡出力型となっている場合は、前段とＳＡＷフィルタとの間にバランを挿入した回路構成としていた。
【０００４】
現在、回路部品の点数の削減によりコスト削減・性能改善を行うことを目的にバランを削除することを考え、ＳＡＷフィルタに不平衡−平衡変換機能あるいは平衡−不平衡変換機能を持たせた、不平衡入力−平衡出力型ＳＡＷフィルタあるいは平衡入力−不平衡出力型ＳＡＷフィルタ（以下、平衡型ＳＡＷフィルタと略す）の実用化が進められている。
【０００５】
従来の平衡型ＳＡＷ素子の基本構成を図８に示す（特開平６−２０４７８１号公報等参照）。４２°Ｙカット−Ｘ伝搬のＬｉＴａＯ３単結晶などからなる圧電基板１８上に、ＡｌやＡｌ−Ｃｕなどの材質からなる一対の櫛歯状電極であるＩＤＴ（Ｉｎｔｅｒ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）電極１６が複数個（図８では３個）形成されており、ＩＤＴ電極１６のＳＡＷ伝搬路の両端にはＳＡＷを効率よく共振させるための反射器１７が設けられる。このような電極パターンは、一般的に共振器型電極パターン１５と呼ばれている。なお、ＩＤＴ電極および反射器の電極指の本数は数本〜数１００本にも及ぶため、その形状を簡略化して描いてある。３個のＩＤＴ電極のうち、中央に配置されたＩＤＴ電極は不平衡入力または不平衡出力用ＩＤＴ電極であり、その両端のＩＤＴ電極はそれぞれ平衡入力または平衡出力用ＩＤＴ電極である。出力用ＩＤＴ電極を形成している１対の電極のうち、一方を出力Ａとすると、他方が出力Ａに対して振幅が同じ大きさで位相が逆相になっている出力Ｂとなり、平衡出力動作を行っている。
【０００６】
このようなＳＡＷ素子を用いたＳＡＷ装置には、その駆動周波数や通過帯域が数１００ＭＨｚ〜数ＧＨｚと高周波化すると同時に、通過帯域内の低挿入損失化と通過帯域外の高減衰量化が要求されてきている。特に、低挿入損失、高帯域外減衰量を確保するために、ＳＡＷ素子は図８の共振器型パターンを複数段接続にした図９に示すように段数は２段程度のものが望まれる。この理由は、１段構成では、低挿入損失の電気性能をもつが、減衰量が悪く、３段以上の構成では逆に、高減衰量であるが、挿入損失が悪い。図９中の１１は不平衡入力または不平衡出力端子（以下、不平衡入出力用端子ともいう）、１２は平衡出力または平衡入力用端子（以下、平衡入出力用端子ともいう）、１３は平衡出力または平衡入力用端子（以下、平衡入出力用端子ともいう）、１４は接地端子である。
【０００７】
また、図１０に示すようにＳＡＷ素子はセラミック基板などから形成される外部筐体にＳｉ系樹脂などにより載置、固定され、ＡｕやＡｌ−Ｓｉ合金などから形成されるワイヤ線でＳＡＷ素子の電極端子と外部筐体の電極端子が接続され、つぎに、コバールなどから形成されるキャップを外部筐体に被せて封止することによりワイヤボンディング配線のＳＡＷ装置が構成される。
【０００８】
または、図１１に示すようにＳＡＷ素子の電極端子上にＡｕなどからなるバンプを形成し、つぎに、ＳＡＷ素子を、バンプが形成されＳＡＷが伝搬する面を下面にしてセラミック基板などからなる外部筐体にフリップチップ実装法により載置固定され、キャップを外部筐体に被せて封止することによりフリップチップ実装のＳＡＷ装置が構成される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来のＳＡＷ素子の構成では、平衡入出力用端子Ａは１段目のＳＡＷ素子と２段目のＳＡＷ素子の間に形成され、平衡入出力用端子Ｂは２段目のＳＡＷ素子の平衡入出力用端子Ａと反対側に形成される。上記従来のＳＡＷ素子を用いたワイヤボンディング配線のＳＡＷ装置では、図１０に示すように平衡入出力用端子１２と外部筐体平衡入出力用端子２２とを配線するワイヤ２５と、平衡入出力用端子１３と外部筐体平衡入出力用端子２３とを配線するワイヤ２６ではワイヤの長さや周辺の電極パターンの形状が異なり、それぞれの入力および出力電気長が非対称になる。
【００１０】
または、上記従来のＳＡＷ素子を用いたフリップチップ実装のＳＡＷ装置でも、図１１に示すように平衡入出力用端子１２に接続された外部筐体の電極パターン２３と平衡入出力用端子１３に接続された外部筐体の電極パターン２２の形状が異なり、それぞれの入力および出力電気長が非対称になる。
【００１１】
このように平衡入出力１２と平衡入出力１３の接続を行うワイヤや電極パターンが非対称になると、ＳＡＷ装置の電気特性はワイヤや電極パターンなどで発生するインダクタ成分や容量成分により影響を受け、平衡端子での平衡出力Ａおよび平衡出力Ｂでそれぞれ異なった電気特性になる。これにより、振幅が等しく、位相が逆相であるという平衡型ＳＡＷ装置の条件を満足せず、フィルタ特性が著しく劣化してしまうという問題が発生する。
【００１２】
また、上記の従来のＳＡＷ素子では、中央に配置されたＩＤＴ電極の信号線と出力ＡのＩＤＴ電極の信号線の伝搬方向の間隔ｄ１と、中央に配置されたＩＤＴ電極の信号線と出力ＢのＩＤＴ電極の信号線の伝搬方向の間隔ｄ２が異なる値となってしまう。ｄ１、ｄ２はそれぞれ平衡出力Ａ，Ｂの電気特性に影響を与える設計パラメータであり、ｄ１、ｄ２の値が異なると平衡出力Ａ，Ｂの振幅特性が異なってしまう。つまり、平衡型の動作が良好でない特性になるという問題があった。
【００１３】
そこで本発明は、上記事情に鑑みて案出されたのであって、不平衡−平衡変換として動作し、フィルタ特性が良好である、高品質な弾性表面波装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る弾性表面波素子は、圧電基板上に、３以上のＩＤＴ電極を弾性表面波の伝搬方向に沿って並設してなる共振器型電極パターンを複数段に配設し、初段及び最終段の共振器型電極パターンの一方を平衡入力部または不平衡入力部とし、他方を不平衡出力部または平衡出力部とし、不平衡入力部または不平衡出力部とした共振器型電極パターンは、該共振器型電極パターンの段間接続用の第１中央部ＩＤＴ電極の両側に配設したＩＤＴ電極が互いに同位相となるように形成されており、かつ平衡入力部または平衡出力部が形成された共振器型電極パターンは、本数が等しい一対の櫛歯状電極から成る段間接続用の第２中央部ＩＤＴ電極の両側に、位相が互いに逆となるＩＤＴ電極を配設して形成されていることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る弾性表面波装置は、前記弾性表面波素子を外部筐体に収容し、該外部筐体の電極端子に接続してなることとする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明に係るＳＡＷ装置の実施形態を模式的に図示した図面に基づき詳細に説明する。
【００１７】
本発明の電極構成の一例を図１に示す。図１のＳＡＷ素子はＩＤＴ電極１６，１６´を３つＳＡＷ伝搬方向に沿って並設し、ＩＤＴ電極１６，１６´を挟むように反射器１７を配置した共振器型と呼ばれる電極パターン１５，１５´を２段接続したものである。本発明の特徴は２段に接続した共振器型のＳＡＷ素子であっても２つの出力端子の形状を対称な形にすることができる電極構造になっているところにある。
【００１８】
すなわち、まず、不平衡入力用および出力用電極パターン１５が形成された電極パターンの両端のＩＤＴ電極は、同位相になるように形成する。また、中央のＩＤＴ電極（第１中央部ＩＤＴ電極）は対向する１対の櫛歯状電極の本数が異なり、ＩＤＴ電極の両端が同じ電位の電極になるように形成されている。つぎに、平衡入力用および出力用電極パターン１５´の中央のＩＤＴ電極１６´（第２中央部ＩＤＴ電極）は不平衡入力用および出力用電極パターンが形成された電極パターン１５と異なり、対向する１対の櫛歯状電極の本数が等しくなるように形成され、ＩＤＴ電極の両端が異なる電位の電極になるように形成され、かつ、前記第２中央部ＩＤＴ電極１６´の両側に配設されるＩＤＴ電極１６が、逆位相となるように配設されていることが特徴である。
【００１９】
これにより、中央に配置されたＩＤＴ電極の信号線と出力ＡのＩＤＴ電極の信号線の間隔ｄ１と、中央に配置されたＩＤＴ電極の信号線と出力ＢのＩＤＴ電極の信号線の間隔ｄ２が等しい値にできるため、振幅特性を等しくできる。よって、平衡型の動作が良好である電気特性が得られる。
【００２０】
また、本発明の電極パターンの接続構成方法については、まず、不平衡入力用および出力用電極端子１１を不平衡入出力用電極パターン１５が形成された電極パターンの両端に配置されたＩＤＴ電極に接続する。つぎに、中央に形成されたＩＤＴ電極と平衡入力用および出力用電極パターン１５´が形成された電極パターンの中央のＩＤＴ電極１６´を電極パターンで接続する。つぎに、平衡入力用および出力用電極パターン１５´が形成された電極パターンの両側の２つのＩＤＴ電極１６をそれぞれ平衡入力用および出力用端子１２，１３に接続する。
【００２１】
これにより、平衡入力用および出力用電極パターンが形成された電極パターンの出力用ＩＤＴ電極は、同じ方向へ出力端子を形成できるため、２つの出力用の電極端子を対称な形で形成できる。
【００２２】
上記のような構造のＳＡＷ素子を用いれば、図４に示すように、外部筐体３０に実装し、ワイヤボンディングにより配線を行っても外部筐体の出力端子まで対称な構造にすることができる。また、図５に示すように、フリップチップ実装にしても外部筐体の出力端子まで対称な構造にすることができる。
【００２３】
上記のような構造のＳＡＷ装置であれば、不平衡入出力端子から平衡入出力端子Ａと平衡入出力端子Ｂまでの電極構造が対称な形状になっているため、電極構造に含まれるインダクタ成分や容量成分が各出力で等しくなり、その結果、平衡動作に優れたフィルタを作製することができる。
【００２４】
また、実際に作製したＳＡＷ装置のＩＤＴ電極１６電極間ギャップ（図１のｄに示す長さ）を変化させ、ＩＤＴ電極１６どうしのギャップ長を横軸にとり、縦軸に電気特性である３．５ｄＢでの帯域幅を取ったグラフを図７に示す。実験に用いたＳＡＷ装置はＩＤＴ電極を3つ併設した共振器型パターンを2段接続したものである。グラフ上から、約２０ＭＨｚ程度の帯域確保がなされていれば良好な挿入損失のフィルタであると判断されるため、０．７５＋ｎ×λ／２〜０．８７＋ｎ×λ／２（ｎは０，１，２・・・の０を含む正の整数、λはＩＤＴ電極の周期長である）の範囲が良好な帯域を示すことがわかる。なお、良好な範囲が周期性を持つことは、弾性表面波が対称な共振器型パターン上を伝搬し、共振状態となっていることから妥当であることが明白である。
【００２５】
また、本発明の別の実施例を図２に示す。この図に示すように、初段に不平衡信号の共振器型パターン１５を図１の入力側に接続することにより、フィルタ減衰量を大きく取れるように構成しても構わない。
【００２６】
また、本発明の別の実施例を図３に示す。この図に示すように、ＩＤＴ電極１６を伝搬方向に複数併設しても構わない。
【００２７】
また、ＳＡＷ装置用の圧電基板として、３６°±３°ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム単結晶、４２°±３°ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム単結晶、６４°±３°ＹカットＸ伝搬ニオブ酸リチウム単結晶、４１°±３°ＹカットＸ伝搬リチウム単結晶、４５°±３°ＸカットＺ伝搬四ホウ酸リチウム単結晶は電気機械結合係数が大きく、かつ、周波数温度係数が小さいため圧電基板として好ましい。圧電基板の厚みは０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度がよく、０．１ｍｍ未満では圧電基板がもろくなり、０．５ｍｍ超では材料コストと部品寸法が大きくなり、使用できない。
【００２８】
また、ＩＤＴ電極および反射器は、ＡｌもしくはＡｌ合金（Ａｌ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｔｉ系）からなり、蒸着法、スパッタ法、またはＣＶＤ法などの薄膜形成法により形成する。電極厚みは０．１μｍ〜０．５μｍ程度とすることがＳＡＷ装置としての特性を得るうえで好適である。
【００２９】
また、本発明に係るＳＡＷ装置の電極および圧電基板上のＳＡＷ伝搬部にＳｉ、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、Ａｌ２Ｏ３を保護膜として形成して、導電性異物による通電防止や耐電力向上を行ってもかまわない。
【００３０】
なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更は何ら差し支えない。
【００３１】
【実施例】
本発明に係る実施例を以下に説明する。
【００３２】
まず、９００ＭＨｚ帯に中心周波数を持つＳＡＷ素子を作製した。４２°ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム単結晶からなる圧電基板上に、図１に示す構造の電極パターンを形成することにより作製した。
【００３３】
まず、洗浄した基板にスパッタリング法によりＡｌ−Ｃｕ電極を成膜した。膜厚は約０．４μｍである。つぎに、レジストを約１μｍの膜厚で塗布し、Ｎ２雰囲気中でベークを行った。つぎに紫外線を用いた縮小投影露光装置によるフォトリソグラフィー法により基板上に多数のＳＡＷフィルタのレジストポジパターンを形成した。最小線幅は約１．０μｍである。つぎに、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）装置によるドライエッチングを行い、電極パターンを形成した。つぎに、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置により、電極パターンおよび圧電基板上にＳｉＯ２を約０．０２μｍ形成した。
【００３４】
つぎに、レジストを約１μｍの膜厚で塗布し、Ｎ２雰囲気中でベークを行った。
【００３５】
つぎに紫外線を用いた縮小投影露光装置によるフォトリソグラフィー法によりＳＡＷ共振子上ＳｉＯ２の保護膜が形成できるようレジストパターンを形成した。
【００３６】
つぎに、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）装置によるドライエッチングを行い、ＳｉＯ２による保護膜パターンを形成した。
【００３７】
つぎに、ダイシングにより、ＳＡＷ素子を個々に切り出した。つぎに、３ｍｍ角のセラミックパッケージにシリコン樹脂を塗布し、個々に切り出したＳＡＷ素子を１つ、セラミックパッケージ内に接着し、Ｎ２雰囲気中でベークを行った。
【００３８】
つぎに、ワイヤボンディングにより３０μｍ径のＡｕ線を配線することにより、ＳＡＷ装置を作製した。
【００３９】
その後、ＳＡＷ装置をネットワークアナライザに接続し、各出力の挿入損失の周波数特性を測定した。従来品の図９に示すような電極パターンのＳＡＷ素子を載置したＳＡＷ装置も作製し、挿入損失の周波数特性の評価を行い、通過帯域近傍の各出力の周波数特性を解析したところ（その結果を図１２に示す）、従来品の各平衡出力の特性は通過帯域内で異なる特性を示し、良好な平衡の動作を示さず各出力の挿入損失の最大差異は約１．８ｄＢに達した。
【００４０】
一方、本発明の電極パターンによるＳＡＷ装置の通過帯域近傍の各出力の周波数特性を重ね書きしたグラフを図６に示す。本発明品の各出力の特性は非常によく一致し、平衡の動作をしていることが確認できた。各平衡出力の挿入損失の差は約０．５ｄＢ以下に収まった。
【００４１】
この結果から、本発明品が従来に比べ、各出力の挿入損失の差が１．３ｄＢ向上していることが判り、本発明品のフィルタ特性が従来品に比べ改善されていることが確認された。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、平衡入力部または平衡出力部が形成された共振器型電極パターン１５は、中央部ＩＤＴ電極において、対向する１対の櫛歯状電極の本数が等しくなるように形成され、かつ、中央部ＩＤＴ電極の両側に配設されるＩＤＴ電極が、中央部ＩＤＴ電極に対して等距離にすることができるので、これにより、弾性表面波素子の平衡動作を良好とすることができ、本発明の弾性表面波素子を用いた回路では、平衡信号が良好となるため、基板回路によるノイズに強い回路構成が可能となり、信号選択度が向上する。
【００４３】
さらに、不平衡入力用および出力用電極端子を不平衡入出力用電極パターンが形成された電極パターンの両端に配置されたＩＤＴ電極に接続し、上記中央部ＩＤＴ電極と、平衡入力用および出力用電極パターンが形成された電極パターンの中央部ＩＤＴ電極を電極パターンで接続し、平衡入力用および出力用電極パターンが形成された電極パターンの両側の２つのＩＤＴ電極をそれぞれ平衡入力用および出力用端子に接続することにより、平衡入力用および出力用電極パターンが形成された電極パターンの出力用ＩＤＴ電極は、同じ方向へ出力端子を形成できるため、２つの出力用の電極端子を対称な形で形成できる。
【００４４】
これにより、本発明の弾性表面波素子を外部筐体に収容した際、接続方法が対称になることで、平衡動作の良好なフィルタ特性が作製でき、より高品質な弾性表面波装置を提供することができるため、なおいっそう基板回路によるノイズに強い回路構成が可能となり、信号選択度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る２段接続のＳＡＷ素子の概略平面図である。
【図２】本発明に係るＳＡＷ素子の概略平面図である。
【図３】本発明に係るＳＡＷ素子の概略平面図である。
【図４】本発明のワイヤボンディングにより配線したＳＡＷ装置の上面図（平面図）および断面図である。
【図５】本発明のフリップチップ実装したＳＡＷ装置の上面図（平面図）および断面図である。
【図６】本発明のＳＡＷ装置における通過帯域近傍の周波数特性を示すグラフである。
【図７】最適なギャップ長を示すグラフである。
【図８】従来の１段接続のＳＡＷ素子の概略平面図である。
【図９】従来の２段接続のＳＡＷ素子の概略平面図である。
【図１０】従来のワイヤボンディングにより配線したＳＡＷ装置の上面図である。
【図１１】従来のフリップチップ実装したＳＡＷ装置の上面図である。
【図１２】従来のＳＡＷ装置における通過帯域近傍の周波数特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１１：不平衡入出力端子
１２：平衡入出力端子Ａ
１３：平衡入出力端子Ｂ
１４：接地端子
１５：共振器型電極パターン
１６：ＩＤＴ電極
１７：反射器
１８：圧電基板
２１：外部筐体の不平衡入出力端子
２２：外部筐体の平衡入出力端子Ａ
２３：外部筐体の平衡入出力端子Ｂ
２４：外部筐体の接地端子
２５：平衡入出力端子の接続用ワイヤ
２６：平衡入出力端子の接続用ワイヤ
２７：バンプ
２８：ワイヤ
３０：外部筐体
Ｓ１：本発明に係るＳＡＷ素子
Ｓ２：本発明に係る別形態のＳＡＷ素子
Ｓ３：本発明に係る別形態のＳＡＷ素子
Ｓ４：本発明に係るワイヤボンディング配線のＳＡＷ装置
Ｓ５：本発明に係るフリップチップ実装のＳＡＷ装置
Ｊ１：従来のＳＡＷ素子
Ｊ２：従来のワイヤボンディング配線のＳＡＷ装置
Ｊ３：従来のフリップチップ実装のＳＡＷ装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、自動車電話および携帯電話等の移動体無線機器等に内蔵される周波数帯域フィルタなどの弾性表面波装置に関し、特に、不平衡入力−平衡出力型あるいは平衡入力−不平衡出力型の弾性表面波素子およびそれを用いた弾性表面波装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、移動体通信機器等の小型・軽量化および低コスト化のため、使用部品の削減が進められ、弾性表面波（Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ、以下、ＳＡＷともいう）装置に新たな機能の付加が要求されてきている。その１つに不平衡入力−平衡出力型あるいは平衡入力−不平衡出力型、つまり不平衡線路から平衡線路に変換できるようにとの要求がある。ここで、平衡入力あるいは平衡出力とは、信号が２つの信号線路間の電位差として入力あるいは出力するものをいい、各信号線路の信号は振幅が等しく位相が互いに逆になっている。これに対して、不平衡入力あるいは不平衡出力とは、信号がグランド電位に対する１本の線路の電位として入力あるいは出力するものをいう。
【０００３】
従来のＳＡＷフィルタは、一般的に不平衡入力−不平衡出力型ＳＡＷフィルタ（以下、不平衡型ＳＡＷフィルタと略す）であるため、ＳＡＷフィルタ後段の回路や電子部品が平衡入力型となっている場合は、ＳＡＷフィルタと後段との間に、不平衡−平衡変換器（以下、バランともいう）を挿入した回路構成を採用していた。同様にＳＡＷフィルタ前段の回路や電子部品が平衡出力型となっている場合は、前段とＳＡＷフィルタとの間にバランを挿入した回路構成としていた。
【０００４】
現在、回路部品の点数の削減によりコスト削減・性能改善を行うことを目的にバランを削除することを考え、ＳＡＷフィルタに不平衡−平衡変換機能あるいは平衡−不平衡変換機能を持たせた、不平衡入力−平衡出力型ＳＡＷフィルタあるいは平衡入力−不平衡出力型ＳＡＷフィルタ（以下、平衡型ＳＡＷフィルタと略す）の実用化が進められている。
【０００５】
従来の平衡型ＳＡＷ素子の基本構成を図８に示す（特開平６−２０４７８１号公報等参照）。４２°Ｙカット−Ｘ伝搬のＬｉＴａＯ３単結晶などからなる圧電基板１８上に、ＡｌやＡｌ−Ｃｕなどの材質からなる一対の櫛歯状電極であるＩＤＴ（Ｉｎｔｅｒ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）電極１６が複数個（図８では３個）形成されており、ＩＤＴ電極１６のＳＡＷ伝搬路の両端にはＳＡＷを効率よく共振させるための反射器１７が設けられる。このような電極パターンは、一般的に共振器型電極パターン１５と呼ばれている。なお、ＩＤＴ電極および反射器の電極指の本数は数本〜数１００本にも及ぶため、その形状を簡略化して描いてある。３個のＩＤＴ電極のうち、中央に配置されたＩＤＴ電極は不平衡入力または不平衡出力用ＩＤＴ電極であり、その両端のＩＤＴ電極はそれぞれ平衡入力または平衡出力用ＩＤＴ電極である。出力用ＩＤＴ電極を形成している１対の電極のうち、一方を出力Ａとすると、他方が出力Ａに対して振幅が同じ大きさで位相が逆相になっている出力Ｂとなり、平衡出力動作を行っている。
【０００６】
このようなＳＡＷ素子を用いたＳＡＷ装置には、その駆動周波数や通過帯域が数１００ＭＨｚ〜数ＧＨｚと高周波化すると同時に、通過帯域内の低挿入損失化と通過帯域外の高減衰量化が要求されてきている。特に、低挿入損失、高帯域外減衰量を確保するために、ＳＡＷ素子は図８の共振器型パターンを複数段接続にした図９に示すように段数は２段程度のものが望まれる。この理由は、１段構成では、低挿入損失の電気性能をもつが、減衰量が悪く、３段以上の構成では逆に、高減衰量であるが、挿入損失が悪い。図９中の１１は不平衡入力または不平衡出力端子（以下、不平衡入出力用端子ともいう）、１２は平衡出力または平衡入力用端子（以下、平衡入出力用端子ともいう）、１３は平衡出力または平衡入力用端子（以下、平衡入出力用端子ともいう）、１４は接地端子である。
【０００７】
また、図１０に示すようにＳＡＷ素子はセラミック基板などから形成される外部筐体にＳｉ系樹脂などにより載置、固定され、ＡｕやＡｌ−Ｓｉ合金などから形成されるワイヤ線でＳＡＷ素子の電極端子と外部筐体の電極端子が接続され、つぎに、コバールなどから形成されるキャップを外部筐体に被せて封止することによりワイヤボンディング配線のＳＡＷ装置が構成される。
【０００８】
または、図１１に示すようにＳＡＷ素子の電極端子上にＡｕなどからなるバンプを形成し、つぎに、ＳＡＷ素子を、バンプが形成されＳＡＷが伝搬する面を下面にしてセラミック基板などからなる外部筐体にフリップチップ実装法により載置固定され、キャップを外部筐体に被せて封止することによりフリップチップ実装のＳＡＷ装置が構成される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来のＳＡＷ素子の構成では、平衡入出力用端子Ａは１段目のＳＡＷ素子と２段目のＳＡＷ素子の間に形成され、平衡入出力用端子Ｂは２段目のＳＡＷ素子の平衡入出力用端子Ａと反対側に形成される。上記従来のＳＡＷ素子を用いたワイヤボンディング配線のＳＡＷ装置では、図１０に示すように平衡入出力用端子１２と外部筐体平衡入出力用端子２２とを配線するワイヤ２５と、平衡入出力用端子１３と外部筐体平衡入出力用端子２３とを配線するワイヤ２６ではワイヤの長さや周辺の電極パターンの形状が異なり、それぞれの入力および出力電気長が非対称になる。
【００１０】
または、上記従来のＳＡＷ素子を用いたフリップチップ実装のＳＡＷ装置でも、図１１に示すように平衡入出力用端子１２に接続された外部筐体の電極パターン２３と平衡入出力用端子１３に接続された外部筐体の電極パターン２２の形状が異なり、それぞれの入力および出力電気長が非対称になる。
【００１１】
このように平衡入出力１２と平衡入出力１３の接続を行うワイヤや電極パターンが非対称になると、ＳＡＷ装置の電気特性はワイヤや電極パターンなどで発生するインダクタ成分や容量成分により影響を受け、平衡端子での平衡出力Ａおよび平衡出力Ｂでそれぞれ異なった電気特性になる。これにより、振幅が等しく、位相が逆相であるという平衡型ＳＡＷ装置の条件を満足せず、フィルタ特性が著しく劣化してしまうという問題が発生する。
【００１２】
また、上記の従来のＳＡＷ素子では、中央に配置されたＩＤＴ電極の信号線と出力ＡのＩＤＴ電極の信号線の伝搬方向の間隔ｄ１と、中央に配置されたＩＤＴ電極の信号線と出力ＢのＩＤＴ電極の信号線の伝搬方向の間隔ｄ２が異なる値となってしまう。ｄ１、ｄ２はそれぞれ平衡出力Ａ，Ｂの電気特性に影響を与える設計パラメータであり、ｄ１、ｄ２の値が異なると平衡出力Ａ，Ｂの振幅特性が異なってしまう。つまり、平衡型の動作が良好でない特性になるという問題があった。
【００１３】
そこで本発明は、上記事情に鑑みて案出されたのであって、不平衡−平衡変換として動作し、フィルタ特性が良好である、高品質な弾性表面波装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る弾性表面波素子は、圧電基板上に、３以上のＩＤＴ電極を弾性表面波の伝搬方向に沿って並設してなる共振器型電極パターンを複数段に配設し、初段及び最終段の共振器型電極パターンの一方を平衡入力部または不平衡入力部とし、他方を不平衡出力部または平衡出力部とし、不平衡入力部または不平衡出力部とした共振器型電極パターンは、該共振器型電極パターンの段間接続用の第１中央部ＩＤＴ電極の両側に配設したＩＤＴ電極が互いに同位相となるように形成されており、かつ平衡入力部または平衡出力部が形成された共振器型電極パターンは、本数が等しい一対の櫛歯状電極から成る段間接続用の第２中央部ＩＤＴ電極の両側に、位相が互いに逆となるＩＤＴ電極を配設して形成されていることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る弾性表面波装置は、前記弾性表面波素子を外部筐体に収容し、該外部筐体の電極端子に接続してなることとする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明に係るＳＡＷ装置の実施形態を模式的に図示した図面に基づき詳細に説明する。
【００１７】
本発明の電極構成の一例を図１に示す。図１のＳＡＷ素子はＩＤＴ電極１６，１６´を３つＳＡＷ伝搬方向に沿って並設し、ＩＤＴ電極１６，１６´を挟むように反射器１７を配置した共振器型と呼ばれる電極パターン１５，１５´を２段接続したものである。本発明の特徴は２段に接続した共振器型のＳＡＷ素子であっても２つの出力端子の形状を対称な形にすることができる電極構造になっているところにある。
【００１８】
すなわち、まず、不平衡入力用および出力用電極パターン１５が形成された電極パターンの両端のＩＤＴ電極は、同位相になるように形成する。また、中央のＩＤＴ電極（第１中央部ＩＤＴ電極）は対向する１対の櫛歯状電極の本数が異なり、ＩＤＴ電極の両端が同じ電位の電極になるように形成されている。つぎに、平衡入力用および出力用電極パターン１５´の中央のＩＤＴ電極１６´（第２中央部ＩＤＴ電極）は不平衡入力用および出力用電極パターンが形成された電極パターン１５と異なり、対向する１対の櫛歯状電極の本数が等しくなるように形成され、ＩＤＴ電極の両端が異なる電位の電極になるように形成され、かつ、前記第２中央部ＩＤＴ電極１６´の両側に配設されるＩＤＴ電極１６が、逆位相となるように配設されていることが特徴である。
【００１９】
これにより、中央に配置されたＩＤＴ電極の信号線と出力ＡのＩＤＴ電極の信号線の間隔ｄ１と、中央に配置されたＩＤＴ電極の信号線と出力ＢのＩＤＴ電極の信号線の間隔ｄ２が等しい値にできるため、振幅特性を等しくできる。よって、平衡型の動作が良好である電気特性が得られる。
【００２０】
また、本発明の電極パターンの接続構成方法については、まず、不平衡入力用および出力用電極端子１１を不平衡入出力用電極パターン１５が形成された電極パターンの両端に配置されたＩＤＴ電極に接続する。つぎに、中央に形成されたＩＤＴ電極と平衡入力用および出力用電極パターン１５´が形成された電極パターンの中央のＩＤＴ電極１６´を電極パターンで接続する。つぎに、平衡入力用および出力用電極パターン１５´が形成された電極パターンの両側の２つのＩＤＴ電極１６をそれぞれ平衡入力用および出力用端子１２，１３に接続する。
【００２１】
これにより、平衡入力用および出力用電極パターンが形成された電極パターンの出力用ＩＤＴ電極は、同じ方向へ出力端子を形成できるため、２つの出力用の電極端子を対称な形で形成できる。
【００２２】
上記のような構造のＳＡＷ素子を用いれば、図４に示すように、外部筐体３０に実装し、ワイヤボンディングにより配線を行っても外部筐体の出力端子まで対称な構造にすることができる。また、図５に示すように、フリップチップ実装にしても外部筐体の出力端子まで対称な構造にすることができる。
【００２３】
上記のような構造のＳＡＷ装置であれば、不平衡入出力端子から平衡入出力端子Ａと平衡入出力端子Ｂまでの電極構造が対称な形状になっているため、電極構造に含まれるインダクタ成分や容量成分が各出力で等しくなり、その結果、平衡動作に優れたフィルタを作製することができる。
【００２４】
また、実際に作製したＳＡＷ装置のＩＤＴ電極１６電極間ギャップ（図１のｄに示す長さ）を変化させ、ＩＤＴ電極１６どうしのギャップ長を横軸にとり、縦軸に電気特性である３．５ｄＢでの帯域幅を取ったグラフを図７に示す。実験に用いたＳＡＷ装置はＩＤＴ電極を3つ併設した共振器型パターンを2段接続したものである。グラフ上から、約２０ＭＨｚ程度の帯域確保がなされていれば良好な挿入損失のフィルタであると判断されるため、０．７５＋ｎ×λ／２〜０．８７＋ｎ×λ／２（ｎは０，１，２・・・の０を含む正の整数、λはＩＤＴ電極の周期長である）の範囲が良好な帯域を示すことがわかる。なお、良好な範囲が周期性を持つことは、弾性表面波が対称な共振器型パターン上を伝搬し、共振状態となっていることから妥当であることが明白である。
【００２５】
また、本発明の別の実施例を図２に示す。この図に示すように、初段に不平衡信号の共振器型パターン１５を図１の入力側に接続することにより、フィルタ減衰量を大きく取れるように構成しても構わない。
【００２６】
また、本発明の別の実施例を図３に示す。この図に示すように、ＩＤＴ電極１６を伝搬方向に複数併設しても構わない。
【００２７】
また、ＳＡＷ装置用の圧電基板として、３６°±３°ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム単結晶、４２°±３°ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム単結晶、６４°±３°ＹカットＸ伝搬ニオブ酸リチウム単結晶、４１°±３°ＹカットＸ伝搬リチウム単結晶、４５°±３°ＸカットＺ伝搬四ホウ酸リチウム単結晶は電気機械結合係数が大きく、かつ、周波数温度係数が小さいため圧電基板として好ましい。圧電基板の厚みは０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度がよく、０．１ｍｍ未満では圧電基板がもろくなり、０．５ｍｍ超では材料コストと部品寸法が大きくなり、使用できない。
【００２８】
また、ＩＤＴ電極および反射器は、ＡｌもしくはＡｌ合金（Ａｌ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｔｉ系）からなり、蒸着法、スパッタ法、またはＣＶＤ法などの薄膜形成法により形成する。電極厚みは０．１μｍ〜０．５μｍ程度とすることがＳＡＷ装置としての特性を得るうえで好適である。
【００２９】
また、本発明に係るＳＡＷ装置の電極および圧電基板上のＳＡＷ伝搬部にＳｉ、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、Ａｌ２Ｏ３を保護膜として形成して、導電性異物による通電防止や耐電力向上を行ってもかまわない。
【００３０】
なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更は何ら差し支えない。
【００３１】
【実施例】
本発明に係る実施例を以下に説明する。
【００３２】
まず、９００ＭＨｚ帯に中心周波数を持つＳＡＷ素子を作製した。４２°ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム単結晶からなる圧電基板上に、図１に示す構造の電極パターンを形成することにより作製した。
【００３３】
まず、洗浄した基板にスパッタリング法によりＡｌ−Ｃｕ電極を成膜した。膜厚は約０．４μｍである。つぎに、レジストを約１μｍの膜厚で塗布し、Ｎ２雰囲気中でベークを行った。つぎに紫外線を用いた縮小投影露光装置によるフォトリソグラフィー法により基板上に多数のＳＡＷフィルタのレジストポジパターンを形成した。最小線幅は約１．０μｍである。つぎに、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）装置によるドライエッチングを行い、電極パターンを形成した。つぎに、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置により、電極パターンおよび圧電基板上にＳｉＯ２を約０．０２μｍ形成した。
【００３４】
つぎに、レジストを約１μｍの膜厚で塗布し、Ｎ２雰囲気中でベークを行った。
【００３５】
つぎに紫外線を用いた縮小投影露光装置によるフォトリソグラフィー法によりＳＡＷ共振子上ＳｉＯ２の保護膜が形成できるようレジストパターンを形成した。
【００３６】
つぎに、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）装置によるドライエッチングを行い、ＳｉＯ２による保護膜パターンを形成した。
【００３７】
つぎに、ダイシングにより、ＳＡＷ素子を個々に切り出した。つぎに、３ｍｍ角のセラミックパッケージにシリコン樹脂を塗布し、個々に切り出したＳＡＷ素子を１つ、セラミックパッケージ内に接着し、Ｎ２雰囲気中でベークを行った。
【００３８】
つぎに、ワイヤボンディングにより３０μｍ径のＡｕ線を配線することにより、ＳＡＷ装置を作製した。
【００３９】
その後、ＳＡＷ装置をネットワークアナライザに接続し、各出力の挿入損失の周波数特性を測定した。従来品の図９に示すような電極パターンのＳＡＷ素子を載置したＳＡＷ装置も作製し、挿入損失の周波数特性の評価を行い、通過帯域近傍の各出力の周波数特性を解析したところ（その結果を図１２に示す）、従来品の各平衡出力の特性は通過帯域内で異なる特性を示し、良好な平衡の動作を示さず各出力の挿入損失の最大差異は約１．８ｄＢに達した。
【００４０】
一方、本発明の電極パターンによるＳＡＷ装置の通過帯域近傍の各出力の周波数特性を重ね書きしたグラフを図６に示す。本発明品の各出力の特性は非常によく一致し、平衡の動作をしていることが確認できた。各平衡出力の挿入損失の差は約０．５ｄＢ以下に収まった。
【００４１】
この結果から、本発明品が従来に比べ、各出力の挿入損失の差が１．３ｄＢ向上していることが判り、本発明品のフィルタ特性が従来品に比べ改善されていることが確認された。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、平衡入力部または平衡出力部が形成された共振器型電極パターン１５は、中央部ＩＤＴ電極において、対向する１対の櫛歯状電極の本数が等しくなるように形成され、かつ、中央部ＩＤＴ電極の両側に配設されるＩＤＴ電極が、中央部ＩＤＴ電極に対して等距離にすることができるので、これにより、弾性表面波素子の平衡動作を良好とすることができ、本発明の弾性表面波素子を用いた回路では、平衡信号が良好となるため、基板回路によるノイズに強い回路構成が可能となり、信号選択度が向上する。
【００４３】
さらに、不平衡入力用および出力用電極端子を不平衡入出力用電極パターンが形成された電極パターンの両端に配置されたＩＤＴ電極に接続し、上記中央部ＩＤＴ電極と、平衡入力用および出力用電極パターンが形成された電極パターンの中央部ＩＤＴ電極を電極パターンで接続し、平衡入力用および出力用電極パターンが形成された電極パターンの両側の２つのＩＤＴ電極をそれぞれ平衡入力用および出力用端子に接続することにより、平衡入力用および出力用電極パターンが形成された電極パターンの出力用ＩＤＴ電極は、同じ方向へ出力端子を形成できるため、２つの出力用の電極端子を対称な形で形成できる。
【００４４】
これにより、本発明の弾性表面波素子を外部筐体に収容した際、接続方法が対称になることで、平衡動作の良好なフィルタ特性が作製でき、より高品質な弾性表面波装置を提供することができるため、なおいっそう基板回路によるノイズに強い回路構成が可能となり、信号選択度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る２段接続のＳＡＷ素子の概略平面図である。
【図２】本発明に係るＳＡＷ素子の概略平面図である。
【図３】本発明に係るＳＡＷ素子の概略平面図である。
【図４】本発明のワイヤボンディングにより配線したＳＡＷ装置の上面図（平面図）および断面図である。
【図５】本発明のフリップチップ実装したＳＡＷ装置の上面図（平面図）および断面図である。
【図６】本発明のＳＡＷ装置における通過帯域近傍の周波数特性を示すグラフである。
【図７】最適なギャップ長を示すグラフである。
【図８】従来の１段接続のＳＡＷ素子の概略平面図である。
【図９】従来の２段接続のＳＡＷ素子の概略平面図である。
【図１０】従来のワイヤボンディングにより配線したＳＡＷ装置の上面図である。
【図１１】従来のフリップチップ実装したＳＡＷ装置の上面図である。
【図１２】従来のＳＡＷ装置における通過帯域近傍の周波数特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１１：不平衡入出力端子
１２：平衡入出力端子Ａ
１３：平衡入出力端子Ｂ
１４：接地端子
１５：共振器型電極パターン
１６：ＩＤＴ電極
１７：反射器
１８：圧電基板
２１：外部筐体の不平衡入出力端子
２２：外部筐体の平衡入出力端子Ａ
２３：外部筐体の平衡入出力端子Ｂ
２４：外部筐体の接地端子
２５：平衡入出力端子の接続用ワイヤ
２６：平衡入出力端子の接続用ワイヤ
２７：バンプ
２８：ワイヤ
３０：外部筐体
Ｓ１：本発明に係るＳＡＷ素子
Ｓ２：本発明に係る別形態のＳＡＷ素子
Ｓ３：本発明に係る別形態のＳＡＷ素子
Ｓ４：本発明に係るワイヤボンディング配線のＳＡＷ装置
Ｓ５：本発明に係るフリップチップ実装のＳＡＷ装置
Ｊ１：従来のＳＡＷ素子
Ｊ２：従来のワイヤボンディング配線のＳＡＷ装置
Ｊ３：従来のフリップチップ実装のＳＡＷ装置
Claims (4)
- 圧電基板上に、３以上の奇数個のＩＤＴ電極を弾性表面波の伝搬方向に沿って並設してなる共振器型電極パターンを２段に配設してなる弾性表面波素子であって、
１段目に配された前記共振器型電極パターンは、奇数個のＩＤＴ電極のうち中央に位置する第１中央部ＩＤＴ電極と、前記第１中央部ＩＤＴ電極の両側に配設され、互いに同位相となるように形成された２つのＩＤＴ電極と、を有し、
前記第１中央部ＩＤＴ電極は、本数が異なる一対の櫛歯状電極から成るとともに両端の櫛歯状電極同士の電位は同電位とされ、
前記同位相となるように形成された２つのＩＤＴ電極は、それぞれ不平衡入出力端子と接続され、
２段目に配された前記共振器型電極パターンは、奇数個のＩＤＴ電極のうち中央に位置する第２中央部ＩＤＴ電極と、前記第２中央ＩＤＴ電極の両側に配され、互いに逆位相となるように形成された２つのＩＤＴ電極と、を有し、
前記第２中央部ＩＤＴ電極は、本数が等しい一対の櫛歯状電極から成るとともに両端の櫛歯状電極同士の電位が異なる電位とされ、
前記逆位相となるように形成された２つのＩＤＴ電極の一方には平衡入出力端子Ａが、他方には平衡入出力端子Ｂがそれぞれ接続され、
前記第１中央部ＩＤＴ電極と前記第２中央部ＩＤＴ電極とは、前記２つの共振器型電極パターンの間に配された直線状の浮き電極パターンを介して互いに接続され、
前記同位相となるように形成された２つのＩＤＴ電極の一方と前記逆位相となるように形成された２つのＩＤＴ電極の一方とが、接地端子に接続された第１の接地用電極パターンを介して互いに接続され、
前記同位相となるように形成された２つのＩＤＴ電極の他方と前記逆位相となるように形成された２つのＩＤＴ電極の他方とが、接地端子に接続された第２の接地用電極パターンを介して互いに接続されていることを特徴とする弾性表面波素子。 - 前記平衡入出力端子Ａと前記平衡入出力端子Ｂとが対称な形で形成されている請求項１に記載の弾性表面波素子。
- 前記平衡入出力端子Ａと前記平衡入出力端子Ｂとが互いに離れる方向に引き出されている請求項２に記載の弾性表面波素子。
- 請求項１乃至３に記載の弾性表面波素子をセラミック基板に固定するとともに、該セラミック基板に形成した電極端子に接続して成る弾性表面波装置。
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