KR960005381B1 - 표면파 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

표면파 장치

제1도는 본 발명의 일실시예가 적용된 표면파 공진자의 모식적 단면도이다.

제2도는 BGS파를 이용한 표면파 공진자의 종래예의 구조를 설명하기 위한 사시도이다.

제3도는 종래의 표면파 공진자의 임피덴스-주파수 특성을 나타내는 그림이다.

제4a도 및 제4b도는, 각각, 등가적인 탄성 정수와 음속의 관계를 설명하기 위한 각 사시도이다.

제5도는 본 발명의 일실시예의 표면파 공진자의 임피덴스-주파수 특성을 나타내는 그림이다.

제6a도 및 제6b도는, 각각 발명이 적용된 이중 모드 필터의 약도적 평면도이다.

본 발명은 BGS파 등과 같이 변위가 표면파 전달 방향과 수직인 방향의 변위를 주체로 하는 SH타입의 표면파를 이용한 표면파 장치에 관한 것이다.

압전 기판을 지나가는 표면파중에서, 변위가 전달방향과 수직인 변위를 주체로 하는 SH형의 표면파에는, BGS파(Bluestein-Gulyaev-Shimizu Wave: 압전 미끄럼파로도 불리운다) 또는 러브파(love wave)가 있다.

BGS파는, 압전 세라믹 등의 재료를 이용하여, 예를들면 제2도에 나타낸 공진자를 구성하는 경우에 여진된다. 제2도에 있어서, 1은 압전 기판을 나타내고, 상기한 압전재료에 의해 구성되며, 2,3은 각각 연속적으로 배열된 전극을 나타낸다. 연속적인 전극 2,3은 서로의 사이에 삽입된 복수개의 전극지 2a,3a를 갖는다.

또한, 화살표 P는 분극축을 나타낸다.

제2도의 압전 공진자 4에 있어서, 연속적 전극 2,3으로부터 교류 전계를 인가하면, 표면파 전달 방향 A와 수직인 방향의 번위만, 즉 횡파성분만을 갖는 BGS파가 여진된다. 상기와 같은 BGS파를 이용한 압전 공진자는, 예를 들면 일본음향학회 강연논문집, 소하 51년 5월호, 제351면~제352면에 개시되어 있다.

BGS파를 이용한 표면파 공진자 4에는, BGS파가 압전기판 1의 자유단면 1a, 1b에서 완전히 반사된다.

따라서, 레리(Rayleigh)파를 이용한 표면파 공진자에 있어서는 연속적 전극의 측방에 반사기를 구성할 필요가 있음에 반하여, 이 BGS파를 이용한 표면파 공진자 4에서는 이러한 반사기를 생략할 수 있다. 따라서, 종래의 레리파를 이용한 표면파 공진자에 비하여 칩 사이즈를 1/10 정도로 대폭 소형화시킬 수 있으며, 동시에 자유 말단 1a, 1b의 표면의 정도(精度)를 높이면, 주파수의 측면에서 보면 5MHz~70MHz의 고주파 대역의 디바이스(device)를 구성할 수 있는 큰 잇점을 갖는다.

그렇지만, BGS파를 이용한 표면파 공진자 4를 구성한 경우, 실제적으로는, 아무리 자유말단 1a, 1b의 정도를 향상시켜도, 제3도에 나타낸대로, 임피덴스(impedance)-주파수 특성상 리플(ripple)이나 불요 응답이 생기는 문제가 있었다. 즉, 제3도에 화살표 B로 표시한 바와 같이, 반공진주파수 근방 또는 그보다 낮은 주파수역에 상당한 정도로 리플이나 불필요한 스푸리어스(spurious)가 발생된다. 따라서, 전술한 칩 사이즈의 소형화 및 고주파역에서의 응답이 가능하다는 큰 잇점을 갖고 있음에도 불구하고, 아직 SH타입의 표면파를 이용한 표면파 장치의 실용화가 이루어지지 않았다.

따라서, 본 발명의 목적은, 리플이나 불필요한 스푸리어스의 발생이 감소된 SH타입의 표면파를 이용한 표면파 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 표면파 장치는, 전압기판을 지나가는 표면파중에서, 변위가 표면파 전달 방향과 수직인 방향의 변위를 주체로 하는 SH타입의 표면파를 이용하는 것에 있어서, 압전 재료의 탄성 정수 C₃₃ ^D및 C₄₄ ^E의 비 C₃₃ ^D/C₄₄ ^E가 4보다 큰 압전재료를 이용하여 압전기판을 구성함을 특징으로 한다. 압전재료로서는, 압전 세라믹이 이용되며, 압전기판의 분극축이 표면파의 전달 방향에 수직이고, 또한 기판표면에 평행인 것에 의해 BGS파가 여진된다.

본 발명에 따른 SH 타입의 표면파로는, 상술한 BGS파 이외에, 러브파와 같이 변위가 전달 방향과 수직인 변위를 주체로 하는 표면파가 포함된다.

또한, 압전재료의 탄성 정수 C₃₃ ^D,C₄₄ ^E는 각각 하기에 의해 정의되는 것이다.

T : 압력, S : 왜곡(뒤틀림)이라하면

C₃₃ ^D: 전기 변위가 일정한 경우의 탄성정수로서

∂T₃/∂S₃로 표시되며,

C₄₄ ^E: 전계가 일정한 경우의 탄성정수로서

∂T₅/∂S₅로 표시된다.

상기 C₃₃ ^D및 C₄₄ ^E는, 각각, 압전 방정식으로부터 도출된 것이다.

보다 구체적으로는, 제4A도에 나타낸 바와 같이, 압전기판 11의 양 주면에 전극 12, 13을 형성하여, 전극 12, 13의 면적이 압전기판 11의 측면 11a의 면적보다도 크도록 하면, 두꺼운 종진동의 종파의 음속 V_t와 C₃₃ ^D의 사이에는,

의 관계가 있다. 나아가, ρ는 밀도를 나타내고, 제4A도의 화살표 P는 분극 방향을 나타낸다.

또한, C₄₄ ^E에 관해서는, 제4B도에 나타낸 바와 같이, 압전기판 21의 면적이 상대적으로 작은 면적 21a, 21b에 전극 22, 23을 형성하면, 전극 22, 23사이에 전계를 인가한 경우의 미끄럼 진동의 횡파의 음속 V_S와 C₄₄ ^E와의 사이에는,의 관계가 있다.

또, BGS파의 음속은, 압전기판의 표면에 도체가 형성되어 있는 경우,

로 표시된다.

한편, 도체가 형성되어 있지 않은 경우에는, 음속은

로 표시된다. 또, 상기 식에 있어서, K₁₅는 전기 기계 결합 계수를 나타낸다.

본 발명에서는, 압전기판이 압전재료의 탄성 정수의 비 C₃₃ ^D/C₄₄ ^E가 4보다 큰 재료로 구성되어 있기 때문에, 후술하는 실시예로부터 명백해지듯이 SH타입의 표면파를 이용한 표면파 장치에 있어서 불필요한 스푸리어스의 발생을 효과적으로 억제하는 것이 가능해졌다.

따라서, BGS파와 같이, 자유 단면에서 완전히 반사되는 SH 타입의 표면파를 이용하는 것에 의하여, 종래의 표면파 장치에 비하여 훨씬 소형이고 또 특성이 우수한 표면파 장치를 제공하는 것이 가능해졌다.

이하, 본 발명의 일실시예에 관하여 설명한다. 본 실시예는 제2도에 나타낸 BGS파를 이용한 표면파 공진자에 적용된 것이다.

전술한대로, 제2도에 나타낸 공진자 4에는 분극 방향 P가 연속된 전극 2, 3의 전극지 2a, 3a와 평행한 방향으로 뻗어있다. 따라서, 연속된 전극 2, 3 사이에 교류 전계를 인가하면, 횡파 성분만을 갖는 표면파, 즉 BGS파가 발생한다.

본 실시예가 적용된 표면파 공진자는 구조적으로는 제2도에 나타낸 것과 동일하지만, 설명을 위하여 단면 구조를 제1도에 모식적으로 나타낸다. 연속된 전극 2, 3의 전극지 2a, 3a의 폭은 표면파의 파장을 λ로 하는 경우 λ/4의 폭을 갖도록 구성되어 있다. 다만, 자유 단면 1a, 2b 근방의 전극지의 폭은 λ/8로 되어 있다. 또한, 압전 기판 1의 폭(표면파 전달 방향의 길이)는, λ/2의 정수배가 되도록 설계되면 좋다.

그렇지만, 적당한 압전재료를 이용하여 상기 표면파 공진자 4를 설계한 경우, 자유 단면 1a, 1b의 정도(精度)를 어느정도 높여도, 완성후 임피덴스-주파수 특성에는 리플이나 불요 응답이 나타난다.

그래서, 본원 발명자는, 상술한 압전재료의 탄성 정수 C₃₃ ^D,C₄₄ ^E에 착안하여, 비 C₃₃ ^D/C₄₄ ^E가 상이한 여러종류의 표면파 공진자 4를 제작하고 또한 특성을 측정하였다.

그 결과, 비 C₃₃ ^D/C₄₄ ^E= 5.9인 경우, 제5도에 나타낸 바와 같이, 반 공진주파수 근방이나 반 공진주파수 보다도 낮은 공진·반공진 주파수 사이에 있어서 리플이나 불필요한 스푸리어스가 전혀 발생하지 않는 임피덴스-주파수 특성이 실현되는 것을 알 수 있었다.

또, 제5도의 특성은, 압전재료로서, Pb(Sn_1/2Sb_1/2) O₃- PbTiO₃- PbZrO₃의 조성을 갖고, Zr이 46몰%, Sn 및 Sb가 각각 2.5몰%인 경우의 예이다.

또한, 제3도에 나타낸 종래예의 특성은, C₃₃ ^D/C₄₄ ^E= 3.4의 비를 나타내는 재료로서, 상기한 것과 동일한 조성을 갖고 Zr이 69몰%, Sn 및 Sb가 각각 2.5몰% 함유되어 있는 경우의 예이다.

나아가 비 C₃₃ ^D/C₄₄ ^E를 각각 다르게한 경우의 표면파 공진자의 주파수 특성을 측정한 바, 하기의 표1에 나타낸 결과가 얻어졌다.

또, 표1에 있어서는, 주파수 특정상 리플이나 불요 스푸리어스가 발생한 경우에는 X표를 표시하고, 리플이나 불요 스푸리어스가 거의 발생하지 않은 경우에는 O표를 표시하여, 각각 주파수 특성의 좋고 나쁨을 나타내었다.

표1의 결과에서 알 수 있듯이 비 C₃₃ ^D/C₄₄ ^E> 4인 재료를 이용하면, 리플 및 불요 응답이 거의 없는 BGS파가 여지되는 것을 알았다. 따라서, 이러한 압전재료를 이용하여 제1도 및 제2도에 나타낸 바와 같은 구조의 표면파 공진자를 구성하므로써, 표면파 공진자의 칩 사이즈를 대폭 소형화할 수 있음을 알았다.

상기 실시예의 포면파 공진자를 구성하는데 이용되는 압전재료로서는, 각종 조성을 갖는 압전 세라믹을 들 수 있다.

본 발명이 적용되는 표면파 장치로서는, 상술한 표면파 공진자에 한정되지 않는다. 트랜스버설 필터나 이중 모드 필터 등의 필터 장치등에도 본 발명을 적용할 수 있다.

예를들면, 제6a도에 나타낸대로, 격자상의 반사기를 이용한 이중 모드필터 30은 필터를 구성하기 위한 인터-디지탈 트랜스듀서 부분 32의 측방에 반사기 33,34를 설치한 것이지만, 이와 같은 필터 30에도 본 발명을 적용하여 스푸리어스 제거를 행할 수 있는 것은 말할 필요도 없다. 또한, 제b도에 나타낸 대로, 격자상의 반사기를 이용하지 않고 제1도의 것과 같은 단면 반사기를 이용하면 압전기판 41의 표면파 전달 방향의 길이를 비약적으로 단축시킬 수 있다.

Claims (8)

1. 압전재료로 이루어진 압전기판과, 변위가 표면파 전달 방향과 수직인 방향의 변위를 주체로 하는 SH 타입의 표면파를 전기 압전기판에 있어서 여진시키기 위한 전극들을 갖추고, 상기 압전기판이 압전 재료의 탄성 정수 C₃₃ ^D및 C₄₄ ^E의 비 C₃₃ ^D/C₄₄ ^E가 4보다 큰 압전재료를 이용하여 구성되어 있음을 특징으로 하는 표면파 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 압전재료가 압전 세라믹으로 이루어져 있고, 압전 기판의 분극축이 표면파의 전달 방향과 수직방향이고 또 기판표면과 평행으로 되어 있음을 특징으로 하는 표면파 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 압전기판이 서로 마주하는 일대일의 자유 단면을 갖는 직사각형의 형상을 갖고, 상기 전극이 상기 자유말단 사이를 잇는 방향에 SH방향의 표면파를 전달시키도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 표면파 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 전극이 복수개의 전극지를 갖는 일대일의 연속적인 전극으로 이루어져 있고, 각 연속적인 전극의 복수개의 전극지가 상기 자유말단과 평행하게 배열되어 있음을 특징으로 하는 표면파 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 SH 타입의 표면파가 BGS파임을 특징으로 하는 표면파 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 SH 타입의 표면파가 러브(love)파임을 특징으로 하는 표면파 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 표면파 장치가 표면파 공진자임을 특징으로 하는 표면파 장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 표면파 장치가 표면파 필터임을 특징으로 하는 표면파 장치.