KR100614547B1

KR100614547B1 - 탄성 표면파 소자, 그것을 갖는 송신 필터와 수신 필터,및 이들을 갖는 듀플렉서

Info

Publication number: KR100614547B1
Application number: KR1020030086259A
Authority: KR
Inventors: 미우라미찌오; 마쯔다다까시; 사또요시오; 우에다마사노리
Original assignee: 후지쓰 메디아 데바이스 가부시키가이샤; 후지쯔 가부시끼가이샤
Priority date: 2002-12-02
Filing date: 2003-12-01
Publication date: 2006-08-25
Also published as: JP2004186868A; SG143939A1; US6933810B2; US20040135650A1; KR20040048317A; CN1505263A

Abstract

주파수의 변동이나 전파 손실의 증가가 발생하지 않는, 제조가 용이하고 주파수 온도 특성이 개선된 탄성 표면파 소자, 그것을 갖는 송신 필터와 수신 필터, 및 이들을 갖는 듀플렉서를 제공한다. 접합 기판(100)에 있어서의 압전 기판(10)을 리튬탄탈레이트(LT)로 구성하고, 또한 지지 기판(20)을 사파이어로 구성하고, 각각의 기판 두께를 T, t로 한 경우에 기판 두께의 비율 T/t값이 1/3보다 작아지도록 구성함으로써, 주파수 온도 특성을 안정적으로 향상시킬 수 있게 된다. 또한, 상기한 바와 같은 SAW 소자(110)를 듀플렉서 등으로 사용하는 경우에는, SAW의 파장 λ에 대하여 압전 기판(10)의 두께 T가 10배보다 커지도록 구성함으로써, 인접하는 통과 대역의 특성을 혼란시키는 요인이 되는 스퓨리어스 응답을 억제할 수 있게 된다.

탄성 표면파 소자, 듀플렉서, 스퓨리어스, 주파수, 사파이어

Description

탄성 표면파 소자, 그것을 갖는 송신 필터와 수신 필터, 및 이들을 갖는 듀플렉서{SURFACE ACOUSTIC WAVE DEVICE AND FILTER USING THE SAME}

도 1은 본 발명의 일 실시예를 설명하는데 사용한 접합 기판(100)의 모델을 도시하는 사시도.

도 2는 주 기판(10)의 두께(T)를 100㎛로 한 경우의 접합 기판(100)에 대하여 유한 요소법에 의한 해석 시뮬레이션을 행한 결과를 나타내는 그래프.

도 3은 주 기판(10)의 두께(T)를 50㎛로 한 경우의 접합 기판(100)에 대하여 유한 요소법에 의한 해석 시뮬레이션을 행한 결과를 나타내는 그래프.

도 4는 주 기판(10)의 두께(T)를 30㎛로 한 경우의 접합 기판(100)에 대하여 유한 요소법에 의한 해석 시뮬레이션을 행한 결과를 나타내는 그래프.

도 5는 지지 기판(20)을 사파이어로 한 경우의 해석 시뮬레이션의 결과를 정리한 그래프.

도 6은 42° Y 컷트로 두께(T) 21㎛의 LT로 작성된 주 기판(10)과 두께(t) 300㎛의 사파이어로 작성된 지지 기판(20)으로 이루어지는 접합 기판(100) 상에 1.9㎓대의 SAW 공진기(30)를 갖는 SAW 소자(100A)의 주파수 특성을 나타내는 그래프.

도 7은 종래의 SAW 소자의 주파수 특성을 나타내는 그래프.

도 8은 도 6에서 정의한 스퓨리어스 응답의 진폭의 압전 기판 두께 의존성을 나타내는 그래프.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 SAW 소자(110)의 구성을 나타내는 사시도.

도 10은 도 9에 도시하는 SAW 소자(110)의 주파수 특성을 나타내는 그래프.

도 11은 본 발명에 따른 듀플렉서(1)의 구성을 나타내는 블록도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 듀플렉서

1A : 칩

1a : 송신 필터

1b : 수신 필터

10 : 주 기판

11 : LT 기판

20 : 지지 기판

21 : 사파이어 기판

30 : SAW 공진기

100 : 접합 기판

110 : SAW 소자

본 발명은 탄성 표면파 소자, 그것을 갖는 송신 필터와 수신 필터, 및 이들을 갖는 듀플렉서에 관한 것이다.

현재, 탄성 표면파(Surface Acoustic Wave: SAW) 소자는, 휴대 전화기 등의 전자 기기에 있어서의 대역 통과 필터 등으로서 폭넓게 이용되고 있다. 특히 최근, 휴대 전화기 등의 고성능화 및 소형화에 따라, SAW 소자를 이용한 필터에도 고성능화 및 소형화가 더욱 요구되고 있다.

이러한 요구의 하나로서 온도 안정성의 향상이 있다. SAW 소자는, 일반적으로 온도 변화에 의해 통과 대역이 이동한다. 이것은 SAW 소자용의 압전 재료로서 현재 다용되고 있는 탄탈산리튬(이하, LT라고 함)이나 니오븀산리튬(이하, LN이라고 함)이 광대역의 필터 특성을 실현하는 데 유리하고 또한 큰 전기 기계 결합 계수를 갖는 압전 재료인 반면, 온도 안정성이 뒤떨어진다는 결점을 갖고 있기 때문이다.

또한, SAW 소자의 압전 재료로는 수정 등도 사용되지만, 이것은 온도 안정성이 우수한 반면, 전기 기계 결합 계수가 작다고 하는 결점을 갖고 있다.

이와 같이 현재 사용되고 있는 압전 재료가 일반적인 경향으로서, 전기 기계 결합 계수가 큰 재료는 온도 안정성이 뒤떨어지고, 반대로 온도 안정성이 우수한 수정 등의 재료는 전기 기계 결합 계수가 작다고 하는 결점을 갖고 있다.

이러한 결점을 해결하여, 큰 전기 기계 결합 계수와 우수한 온도 안정성을 갖는 압전 재료를 실현하기 위해서, 현재에는 다양한 방법이 제안되어 있다.

예를 들면, 이하에 기재하는 비특허 문헌 1에서는, LN 기판 또는 LT 기판의 표면에, 상반하는 온도 계수를 가진 산화규소막을 성막한 기판을 사용한 SAW 필터가 개시되어 있다. 또한, 이하에 기재하는 특허 문헌 1에서는, LT 기판 표면에 SAW의 파장 정도 이하의 분극 반전층을 형성하여, 이 전계 단락 효과를 이용함으로써 온도 안정성을 향상시키는 기술이 개시되어 있다. 이 외, 이하에 기재하는 특허 문헌 2나 비특허 문헌 2에서는, 얇은 압전 기판과 두꺼운 저팽창 재료 기판을 직접 접합에 의해 접합함으로써, 압전 기판의 온도 변화에 의한 신축을 억제하여, 온도 안정성을 향상시키기 위한 기술이 개시되어 있다. 또한, 마찬가지의 구성을 접착제 등을 이용하여 실현한 기술도 이하에 기재하는 비특허 문헌 3에 개시되어 있다. 또한, 이하에 기재하는 특허 문헌 3에는, 2종류의 기판을 고상 반응으로 접합함으로써 필터 특성을 개선한 기술이 개시되어 있다.

[특허 문헌 1]

일본 특허 제2516817호 공보

[특허 문헌 2]

일본 특개평11-55070호 공보

[특허 문헌 3]

일본 특개평9-208399호 공보

[비특허 문헌 1]

야마노우치 등, "IEEE Trans. on Sonics and Ultrasonics.", vol.SU-31, pp. 51-57, 1984

[비특허 문헌 2]

오오니시 등, "Proc. of IEEE Ultrasonics Symposium", pp.335-338, 1998

[비특허 문헌 3]

야마노우치 등, "Proc. of IEEE Ultrasonics Symposium", pp.239-242, 1999

그러나, 상기한 비특허 문헌 1이 개시하는 바의 종래 기술에서는, 이하에 설명하는 바와 같은 문제가 존재한다. 즉, LN 기판 또는 LT 기판의 표면에 산화규소막을 성막한 기판에서는, 산화규소막의 막질 및 막 두께를 일정하게 제어하는 것이 어려워, SAW 소자의 주파수에 변동을 일으킨다고 하는 문제가 존재한다. 또한, 이 기술에서는 빗형 전극(인터디지털 트랜스듀서: IDT) 상에도 산화규소막을 성막할 필요가 있기 때문에, SAW의 전파 손실이 증대한다고 하는 문제도 존재한다. 이 때문에, 이 기술로 작성된 SAW 소자는 적용할 수 있는 디바이스가 대폭 한정된다.

또한, 상기한 특허 문헌 1이 개시하는 바의 종래 기술에서는, 이하에 설명하는 바와 같은 문제가 존재한다. 즉, LT 기판 표면에 SAW의 파장 정도 이하의 분극 반전층을 형성하는 방법에서는, 이것이 SAW 소자의 특성에 큰 영향을 주기 때문에, 분극 반전층의 깊이를 제어하는 것이 어렵다고 하는 문제가 존재한다.

또한, 상기한 특허 문헌 2나 비특허 문헌 2가 개시하는 바의 종래 기술에서는, 이하에 설명하는 바와 같은 문제가 존재한다. 즉, 압전 기판에 저팽창재 기판을 접합하는 방법에서는, 기판을 세정한 후, 고온의 어닐링 처리를 행할 필요가 있기 때문에, 어닐링 처리 중에 웨이퍼가 파손되지 않도록, 저팽창재 기판으로서 유 리 등의 영율이 작은 기판을 이용할 필요가 있다. 그 결과, 접합된 기판 사이의 열팽창 계수의 차이에 의해 발생되는 왜곡이 주 기판에 충분히 전해지지 않아, 온도 특성의 개선 효과가 충분히 발휘되지 않는다고 하는 문제가 존재한다.

또한, 상기한 비특허 문헌 3이 개시하는 바의 종래 기술에서는, 이하에 설명하는 바와 같은 문제가 존재한다. 즉, 자외선 경화형 접착제를 이용하여 상온에서 압전 기판과 저팽창재 기판과의 접합을 행하는 방법에서는, 계면의 접착제에 의해 응력이 완화되므로, 온도 특성 개선 효과도 저하된다고 하는 문제가 존재한다.

또한, 상기한 특허 문헌 3이 개시하는 바의 종래 기술에서는, 이하에 설명하는 바와 같은 문제가 존재한다. 즉, 2종류의 기판을 고상 반응으로 접합하는 방법에서는, 접합 후, 융해가 발생되지 않을 정도의 온도인 1000℃ 이상으로 가열 처리를 행할 필요가 있기 때문에, 이에 따라 압전 기판의 상수가 변화하여 음속 변화를 초래하여, 주파수의 변동을 일으킨다고 하는 문제가 존재한다.

본 발명은 상기한 바와 같은 제반 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 주파수의 변동이나 전파 손실의 증가가 일어나지 않는, 제조가 용이하고 주파수 온도 특성이 개선된 탄성 표면파 소자, 그것을 갖는 송신 필터와 수신 필터, 및 이들을 갖는 듀플렉서를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 제1 주면 위에 빗형 전극이 형성되고, 상기 제1 주면과 반대측의 제2 주면에 지지 기판이 접합된 주 기판을 갖는 탄성 표면파 소자에 있어서, 상기 주 기판이 리튬탄탈레이트의 압전 기판으로 형성 되고, 상기 지지 기판이 사파이어로 형성되며, 상기 주 기판의 기판 두께를 T로 하고, 또한 상기 지지 기판의 기판 두께를 t로 하고, 또한 탄성 표면파의 파장을 λ로 한 경우, 이하의 수학식 1 및 수학식 2를 만족하도록 구성된다.

이상과 같이 구성함으로써, 제조 제어가 곤란한 산화규소막이나 분극 반전층의 이용이나 가열 처리에 의한 고상 반응의 이용을 하지 않기 때문에, 주파수의 변동이나 전파 손실의 증가를 일으키지 않고, 또한 제조가 용이한 탄성 표면파 소자를 제공할 수 있다. 또한, 압전 기판을 리튬탄탈레이트로, 지지 기판을 사파이어로 형성하고, 또한 수학식 1에 나타내는 조건을 만족하도록 설계함으로써, 압전 기판의 열에 의한 팽창을 촉진시키지 않고 칩 내부에서 안정적으로 이것을 제어할 수 있게 된다. 또한, 수학식 2로 나타내는 조건을 만족하도록 설계함으로써 인접하는 통과 대역의 특성을 혼란시키는 요인이 되는 스퓨리어스 응답을 억제할 수 있게 된다.

또한, 상기 탄성 표면파 소자는, 예를 들면 상기 주 기판이 추출각이, 회전 Y 컷트판이고, 또한 탄성 표면파의 전파 방향을 X 축으로 하고 있는 것이어도 된다.

또한, 본 발명에 따른 송신 필터는, 상기 탄성 표면파 소자로 이루어지도록 구성된다. 이에 의해, 주파수의 변동이나 전파 손실의 증가가 발생되지 않는, 제조가 용이하고 주파수 온도 특성이 개선된 탄성 표면파 소자를 갖는 송신 필터가 제공된다.

또한, 본 발명에 따른 수신 필터는, 상기 탄성 표면파 소자로 이루어지도록 구성된다. 이에 의해, 주파수의 변동이나 전파 손실의 증가가 발생되지 않는, 제조가 용이하고 주파수 온도 특성이 개선된 탄성 표면파 소자를 갖는 수신 필터가 제공된다.

또한, 본 발명에 따른 듀플렉서는, 상기 송신 필터 및 상기 수신 필터로 이루어지도록 구성된다. 이에 의해, 각 필터의 공진자를 칩의 내측에 효율적으로 배열시킬 수 있기 때문에, 각각의 필터의 주파수 온도 특성을 더욱 개선시킬 수 있게 된다.

〈실시예〉

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도면을 이용하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예를 설명하는데 사용하는 접합 기판(100)의 모델을 도시하는 사시도이다. 또한, 도 2 내지 도 4는 도 1에 도시한 접합 기판(100)에 대하여 유한 요소법에 의한 해석 시뮬레이션을 행한 결과를 나타내는 그래프이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시예에서 사용한 접합 기판(100)의 모델은 탄성 표면파(Surface Acoustic Wave: SAW) 전파 방향(=X 방향)이 1.0㎜, 이와 수직 수평 방향(=Y 방향)이 0.6㎜, 기판의 두께 방향(=Z 방향)이 0.3㎜의 지지 기판(20)의 주면에 소정의 두께의 주 기판(압전 기판이라고도 함)(10)이 접합된 구성을 갖고 있다. 다시 말하면, 압전 기판(10)에 있어서의 SAW 공진자(30)(도 9 참조)가 형성되는 면을 제1 주면으로 하면, 이 제1 주면과 반대측의 제2 주면에 지지 기판(20)이 접합된 구성을 갖고 있다. 또한, 상기한 유한 요소법에 의한 해석 시뮬레이션에서는 구조의 대칭성을 이용하여, 압전 기판(10)에 있어서의 제1 주면의 중심을 원점(X, Y, Z)=(0, 0, 0)로 함으로써 발생한 열 응력을 원점으로부터의 거리에 따라 산출하였다.

또한, 상기한 모델에 있어서, 압전 기판(10)에는 선팽창 계수가 16.1ppm/℃, 영율(E)이 233㎬의 리튬탄탈레이트(LT)를 적용하였다. 또한, 지지 기판(20)에는 사파이어와, 이 외 선팽창 계수가 3.35ppm/℃의 재료로 영율(e)이 25㎬ 내지 400㎬까지의 재료를 사용하였다. 즉, 상기한 시뮬레이션은 압전 기판(10)과 지지 기판(20)과의 영율의 비율(E/e)을 파라미터로서 0.58부터 9.82까지의 범위에서 변화시킨 경우와, LT/사파이어에 의해 접합 기판(100)을 구성한 경우에 대하여 행하였다.

또한, 상기 시뮬레이션에서는 압전 기판(10)의 두께(T)를 30㎛와 50㎛와 100㎛의 3종류로 변화시키고 있다. 즉, 지지 기판(20)의 두께를 t로 한 경우, 압전 기판(10)의 두께(T)와 지지 기판(20)의 두께(t)와의 비율(T/t)을 0.10, 0,17, 0.33으로 변화시켜 상기 시뮬레이션을 행하였다. 또한, 상기 시뮬레이션에서는 압전 기판(10)과 지지 기판(20)과의 접합 온도(응력 및 변형이 없는 상태)로부터 100℃ 만큼 온도를 상승시킨 경우에 발생된 열 응력 및 변형량을 산출하였다.

도 2는 압전 기판(10)의 두께(T)를 100㎛로 한 접합 기판(100)에 대하여 해석 시뮬레이션을 행함으로써 얻어진 열 응력을 나타내는 그래프이다. 또한, 도 3은 압전 기판(10)의 두께(T)를 50㎛로 한 접합 기판(100)에 대하여 해석 시뮬레이션을 행함으로써 얻어진 열 응력을 나타내는 그래프이다. 또한, 도 4는 압전 기판(10)의 두께(T)를 30㎛로 한 접합 기판(100)에 대하여 해석 시뮬레이션을 행함으로써 얻어진 열 응력을 나타내는 그래프이다. 또한, 각 그래프에 있어서의 종축(응력[㎫])이 마이너스인 영역은, 온도 상승에 따라 팽창하고자 하는 압전 기판(10)을 지지 기판(20)이 누르고자 하는 영역이다. 다시 말하면, 압전 기판(10)의 팽창을 억제하는 방향(원점 방향)에의 응력이 발생하는 영역을 나타내고 있다.

여기서, 도 2에 주목하면, T/t=0.33으로 한 경우, 지지 기판(20)을 사파이어 이외로 형성한 접합 기판(100)의 대부분의, X=400㎛ 부근, 즉 접합 기판(100)의 단(이하, 접합 기판(100)을 칩이라고 함)으로부터 100㎛ 내측의 부근에서 발생한 열 응력이 대략 0에서부터 플러스의 값으로 되어 있다. 이것은 X=400㎛ 부근에서 압전 기판(10)의 팽창이 억제되어 있지 않거나(열 응력이 0), 팽창이 촉진되어 있는(열 응력이 플러스의 값) 것을 나타내고 있다. 이 때문에, 상기한 바와 같은 열 응력이 플러스의 값이 되는 접합 기판(100)을 이용하여 구성한 SAW 소자의 주파수 온도 특성을 개선시키기 위해서는, 발생하는 열 응력이 마이너스의 값이 되는 영역, 즉 칩단으로부터 보다 내측의 영역에 SAW 공진자(30)를 형성해야 한다. 따라서, 실질적으로 칩의 양단으로부터 합계 400㎛ 이상 내측에 SAW 공진자(30)를 형성 해야 하므로, 소형화에 대하여 치명적인 장해가 되어, 이를 실제 디바이스로서 사용하는 것이 곤란하였다.

또한, 도 3 또는 도 4에 도시한 바와 같이 T/t값을 작게 한 경우에도, 영율(E)이 작은, 즉 E/e값이 크면, 도 2인 경우와 마찬가지로, X=400㎛(칩단으로부터 100㎛ 내측) 부근에서, 칩단(X=500㎛)으로부터 발생되는 열 응력이 작아지는 현상이 발생된다.

이와 같이 지지 기판(20)의 영율(e)이 작고, 기판 두께(t)가 얇을수록, 즉 E/e값이 크고, T/t값이 클수록, 압전 기판(10)의 열팽창을 촉진하는 방향으로 작용하는 열 응력이 발생되고 있다. 이것은 특히 E/e값이 2보다 큰 경우에 현저히 나타나고 있다.

이에 대하여, 지지 기판(20)에 사파이어를 이용한 경우에는, 칩 중앙으로부터 칩단까지의 사이에서 발생되는 열 응력이 항상 마이너스의 값으로 되어 있다. 이것은 LT/사파이어의 조합으로 접합 기판(100)을 구성한 경우에, 항상 압전 기판(10)의 열팽창이 억제되어 있는 것을 나타내고 있다. 또한, 도 2 내지 도 4에 도시한 LTY/사파이어로 구성된 접합 기판(100)에 발생하는 열 응력의 칩 위에서의 위치 의존성을 도 5에 도시한다. 또한, 도 5에서는 압전 기판(10)의 기판 두께(즉, LT 기판의 두께)를 40㎛로 한 경우의 마찬가지의 해석 시뮬레이션 결과도 도시한다.

이와 같이 압전 기판(10)을 LT로 형성하고, 지지 기판(20)을 사파이어로 형성하고, 또한 지지 기판(20)의 두께(t)를 압전 기판(10)의 두께(T)의 3배보다 크게(T/t<1/3) 구성함으로써, 압전 기판의 열에 의한 팽창을 촉진시키지 않고 칩 내부에서 안정적으로 제어할 수 있게 된다.

다음으로, 접합 기판(100)을 이종 기판을 접합함으로써 형성한 경우에 발생하는 스퓨리어스에 대하여 이하에 설명한다. 도 6은, 도 1에서의 압전 기판(10)으로서 추출각이 42°의 회전 Y 컷트(이하, 42° Y 컷트라고 함)로 두께(T)가 21㎛의 LT 기판을 사용하고, 지지 기판(20)으로서 두께(t)가 300㎛의 사파이어 기판을 사용하고, 압전 기판(10) 상에 1.9㎓대의 SAW 공진자(30)(도 9 참조)를 작성한 SAW 소자(110)의 주파수 특성을 나타내는 그래프이다. 또한, 비교를 위해, 도 7에 종래 기술에 의한 SAW 소자의 주파수 특성을 도시한다.

도 6 및 도 7을 비교하면, 도 6에 도시하는 SAW 소자(110)의 주파수 특성에 있어서, 반공진 주파수(반공진점이라고도 함)의 고주파측에 스퓨리어스 응답이 발생되고 있는 것을 판독할 수 있다. 이 스퓨리어스 응답은 SAW와 동시에 방사되어, 압전 기판(10) 내부에 전파하는 벌크파(Bulk Acoustic Wave: BAW)가 음향 임피던스가 다른 압전 기판(10)과 지지 기판(20)과의 경계면에서 반사하여, SAW 공진자(30)의 빗형 전극에 재입사함으로써 발생하는 현상이다. 그 때문에, 압전 기판(10)이 두꺼울수록 스퓨리어스 응답은 작고, 반대로 압전 기판(10)이 얇아질수록 스퓨리어스 응답은 커진다.

도 6에서 정의한 스퓨리어스 응답의 진폭이 압전 기판의 두께에 의존하는 성질인 것을 도 8을 이용하여 설명한다. 도 8은 횡축을 압전 기판 두께/SAW 파장(T/λ)으로 하고 있다. 도 8을 참조하면 알 수 있는 바와 같이, T/λ가 10 이하에서 는 스퓨리어스 진폭이 급격히 증가하고 있다. 즉, SAW의 파장 λ에 대하여 압전 기판(10)의 두께 T가 10배 이하인 경우에는, 압전 기판(10)과 지지 기판(20)과의 경계면에서의 /BAW의 반사가 크다. 이러한 스퓨리어스 응답은 단일의 SAW 공진자(30)로 구성된 단체 공진자에서는 특별히 문제되지는 않지만, 복수의 SAW 공진자(30)로 구성된 듀플렉서 등에서는 인접하는 통과 대역의 특성을 혼란시키는 경우가 있기 때문에, 억제되고 있는 것이 바람직하다. 그 때문에, 특히 듀플렉서 등으로 사용하는 경우, T/λ를 10보다 크게 구성하는 것이 바람직하다.

다음으로, 상기한 형태를 고려하여 제작한 본 실시예에 의한 SAW 소자(110)에 대하여 도면을 이용하여 상세히 설명한다.

도 9는 SAW 소자(110)의 구성을 나타내는 사시도이다. 도 9에 도시한 바와 같이 SAW 소자(110)는 압전 기판(주 기판)으로서 42° Y 컷트 X 전파 LT(이하, LT 기판이라고 함)(11)와, 지지 기판으로서 R면 컷트의 사파이어 기판(21)으로 구성되어 있다. 또한, LT 기판(11)은 SAW 전파 방향(X 방향)의 선팽창 계수가 16.1ppm/℃이고, 사파이어 기판(21)은 SAW 전파 방향(X 방향)의 선팽창 계수가 5.3ppm/℃이다. 또한, LT 기판(11) 상의 제1 주면에는 SAW 전파 방향에 배치된 2개의 반사 전극으로 끼워진 빗형 전극(InterDigital Transducer: IDT)을 포함하여 이루어지는 SAW 공진자(30)가 형성되어 있다.

여기서, LT의 탄성 강성(C₁₁)은 233㎬이고, 사파이어의 탄성 강성(C₁₁)은 497㎬이다. 이 때문에, E/e값은 약 0.47로, 충분히 작은 값으로 되어 있다. 또한, LT 기판(11) 상에 형성된 SAW 공진자(30)는 1.9㎓대의 대역 통과 필터로서 기능한다. 또한, SAW의 파장은 약 2.1㎛로 한다. 또한, LT 기판(11)의 두께(T)를 30㎛로 하고, 사파이어 기판(21)의 두께(t)를 300㎛로 한다. 따라서, SAW의 파장 λ에 대한 압전 기판(10a)의 두께 T/λ는 14배 정도로 충분히 두꺼워져 있다.

도 10에 도 9에 도시한 SAW 소자(110)의 주파수 특성을 도시한다. 도 10에 도시한 바와 같이 공진점보다 고주파측에 LT 기판(11)과 사파이어 기판(21)과의 접합 계면에서의 BAW의 반사를 원인으로 하는 스퓨리어스 응답이 보이지만, 공진점 또는 반공진점 부근에서는 이러한 스퓨리어스 응답이 보이지 않아, 양호한 주파수 특성이 얻어지고 있다.

또한, 도 9에 도시하는 SAW 소자(110)에 의하면, 반공진점에서의 주파수 온도 특성(이하, TCF라고 함)으로서 -20ppm/℃, 공진점에서의 TCF로서 -10ppm/℃가 얻어졌다. 이것은 종래의 SAW 소자에 의한 반공진점에서의 TCF(=-40ppm/℃) 및 공진점에서의 TCF(=-30ppm/℃)와 비교하면, 대폭 개선되어 있다.

이상과 같이 본 실시예에 따르면, 압전 기판을 리튬탄탈레이트로, 지지 기판을 사파이어로 형성하고, 또한 수학식 1로 나타내는 조건을 만족하도록 설계함으로써, SAW 소자(110)의 주파수 온도 특성을 안정적으로 향상시킬 수 있게 된다. 다시 말하면, 이하의 수학식 1로 나타내는 조건을 만족하도록 설계함으로써, 압전 기판(10)의 열에 의한 팽창·수축을 칩 내부에서 안정적으로 제어할 수 있게 된다.

[수학식 1]

또한, 상기한 구성에 있어서, SAW의 파장 λ에 대하여 압전 기판(10)의 두께 T가 이하의 수학식 2를 만족하도록 구성함으로써, 인접하는 통과 대역의 특성을 혼란시키는 요인이 되는 스퓨리어스 응답을 억제할 수 있게 된다.

[수학식 2]

또한, 이와 같이 지지 기판(2)에 사파이어 기판을 이용한 SAW 소자(110)는, 일반적으로 휴대 전화기 등의 송수신 신호를 분할하는 디바이스인 듀플렉서 등에 있어서 소자의 내전력성을 높일 때에 유효하다. 본 비교예에 의한 SAW 소자(110)는 열전도율이 LT(LT의 열전도율: 약 3W/mK)의 10배 이상으로 비교적 높은 사파이어(열전도율: 약 40W/mK)를 지지 기판(21)으로서 이용하기 때문에, SAW 공진자(30)의 빗형 전극으로 발생한 열 에너지가 기판을 통과하여 도피하기 쉽다. 따라서, 종래의 LT 기판에서의 소자와 비교하여, 보다 높은 내전력성이 실현되고 있다. 또한, LT/사파이어 접합 기판으로 1.99㎓대의 SAW 듀플렉서를 제작한 바, 종래의 LT 기판에서의 소자에 비하여 내전력성을 향상시킬 수 있다.

〈다른 실시예〉

이상에서 예시한 본 발명의 일 실시예에서의 파라미터의 수치는 일례로서, 이에 한정되는 것이 아니다. 또한, SAW 소자도 1개의 SAW 공진자에 한정되지 않고, 복수개의 SAW 공진자로 이루어지는 라더형 필터나 2장 모드형 필터, 및 이들 필터를 이용한 듀플렉서 등에도 적용 가능하다. 접합 기판의 칩단으로부터 떨어지면 열 응력에 의해 압전 기판의 신축을 억제하는 효과를 보다 많이 얻을 수 있기 때문에, 이와 같이 복수의 SAW 공진자를 1개의 칩 상에 배치함으로써, 보다 효과를 얻기 쉽다. 예를 들면, 듀플렉서에 있어서, 송신 필터와 수신 필터를 1칩 상에 배치하면 좋다.

또한, 도 1에 본 실시예에 의한 SAW 소자(예로서 110을 나타냄)를 이용하여 구성한 송신 필터(1a)와 수신 필터(1b)를 1칩(1A) 상에 형성한 듀플렉서(1)의 구성을 나타낸다.

이상과 같이 영율이 압전 기판의 영율보다 적어도 1/2 이상인 사파이어 기판을 지지 기판으로서 선택하여, 압전 기판을 지지 기판의 1/3 이하의 두께로 함으로써, 온도 변화에 의한 왜곡이 충분히 압전 기판 표면에 전해져, 이 효과에 있어서 탄성 표면파(Surface Acoustic Wave: SAW) 전파 속도의 변화가 발생하기 때문에, 온도 특성의 개선을 더욱 도모할 수 있다. 또한, 이 때, 압전 기판을 리튬탄탈레이트(LT)로 형성함으로써, 보다 확실히 효과를 얻을 수 있다.

또한, 영율이 작은 지지 기판을 압전 기판에 접합한 접합 기판에서는, SAW 디바이스를 작성하는 프로세스 중에서, 예를 들면 포토리소그래피 공정의 레지스트 베이킹이나 전극막의 드라이 에칭 공정 등의 기판에 온도 변화가 발생하는 공정에서, 접합된 기판의 선팽창 계수가 다르기 때문에, 접합 기판에 휘어짐이 발생하기 때문에, 기판 내에 온도 분포가 발생하여 디바이스 작성의 수율이 저하되는 경우나, 온도 변화에 의해 기판이 파손되는 경우가 존재하지만, 본 발명의 실시예에서 설명한 바와 같이 LT 기판에 대하여 상대적으로 영율이 큰 사파이어 기판을 이용함으로써, 프로세스 중의 기판의 휘어짐도 억제되어, 통상의 SAW 디바이스와 마찬가 지의 프로세스를 적용할 수 있어, 디바이스 작성의 수율의 저하를 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서 설명한 바와 같이, 압전 기판에 어느 정도의 두께를 갖게 하는 것은 주파수 특성상 유리하다. 압전 기판 이면에 지지 기판을 접합하는 구성에서는, 강한 접합력을 얻기 위해서 접합 계면이 경면으로 되어 있을 필요가 있다. 그 때문에, 빗형 전극(인터디지털 트랜스듀서: IDT)으로부터 여진되어 기판 내부에 전파하는, 소위 벌크파가 접합 계면에서 반사되어, 다시 빗형 전극에 입사함으로써 스퓨리어스 응답을 발생하여, 결과적으로 주파수 특성을 열화시킨다. 이 스퓨리어스 응답의 크기는 빗형 전극에 재입사하는 벌크파의 강도가 증대함으로써 커지게 된다. 빗형 전극에 재입사하는 벌크파의 강도는 압전 기판이 얇아질수록 강해지기 때문에, 본 발명의 실시예와 같이 압전 기판을 두껍게 함으로써, 스퓨리어스 응답이 적고, 보다 주파수 특성의 뛰어난 SAW 디바이스를 실현할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서 설명한 바와 같이 지지 기판으로서 사파이어 기판을 이용함으로써, LT 본래의 양호한 전기 결합 계수를 열화시키지 않고 또한 온도 안정성이 뛰어난 SAW 소자를 실현할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 따르면, 제조 제어가 곤란한 산화규소막이나 분극 반전층의 이용이나 가열 처리에 의한 고상 반응의 이용을 하지 않기 때문에, 주파수의 변동이나 전파 손실의 증가를 생기게 하지 않고, 또한 제조가 용이한 탄성 표면파 소자를 제공할 수 있다. 또한, 압전 기판을 리튬탄탈레이트로, 지지 기판을 사 파이어로 형성하고, 또한 상기 수학식 1 및 수학식 2로 나타내는 조건을 만족하도록 설계함으로써, 압전 기판의 열에 의한 팽창을 촉진시키지 않고 이 칩 내부에서 안정적으로 이를 제어할 수 있게 된다. 또한, 상기 수학식 2로 나타내는 조건을 만족하도록 설계함으로써, 인접하는 통과 대역의 특성을 혼란시키는 요인이 되는 스퓨리어스 응답을 억제할 수 있게 된다.

Claims

제1 주면 위에 빗형 전극(comb-like electrode)이 형성되고, 상기 제1 주면과 반대측의 제2 주면에 지지 기판이 접합된 주 기판을 갖는 탄성 표면파 소자에 있어서,

상기 주 기판은 리튬탄탈레이트의 압전 기판으로 형성되고,

상기 지지 기판은 사파이어로 형성되고,

상기 주 기판의 기판 두께를 T로 하고, 또한 상기 지지 기판의 기판 두께를 t로 하고, 또한 탄성 표면파의 파장을 λ로 한 경우, 이하의 수학식 1 및 수학식 2를 만족하는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 소자.

[수학식 1]

[수학식 2]
제1항에 있어서,

상기 주 기판은, 추출각이 회전 Y 컷트판이고, 또한 탄성 표면파의 전파 방향을 X축으로 하고 있는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 소자.
제1항 또는 제2항에 기재된 상기 탄성 표면파 소자를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 송신 필터.
제1항 또는 제2항에 기재된 상기 탄성 표면파 소자를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수신 필터.
제3항에 기재된 상기 송신 필터 및 제4항에 기재된 상기 수신 필터를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 듀플렉서.