(57)【要約】 【課題】  正負反射型反射器を用いた弾性表面波デバイスの耐ヒートサイクル試験を強化する手段を得る。【解決手段】  圧電基板の主面上に表面波の伝搬方向に沿って、幅がλ／８（λは表面波の波長）の第一の電極を周期λ／２で配置し、幅がλ／８の第二の電極を周期λ／２で配置し、前記第一の電極の中心と前記第二の電極の中心との中心間間隔をλ／４とし、前記第一の電極同志を短絡電極で短絡して形成した正負反射型反射器がＩＤＴ電極の一部に配置されたＩＤＴ電極を用いて構成した弾性表面波デバイスにおいて、前記短絡電極の幅を２μｍ以上としたことを特徴とする弾性表面波デバイス。【選択図】  図１
2006253784.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板上に配置したＩＤＴ電極が励起する表面波の波長をλとするとき、幅がλ／８である第１乃至第４のグレイティング電極を中心間間隔がλ／４となるように順番に配列し、第１と第３のグレイティング電極を開放型とし、第２と第４のグレイティング電極を短絡電極にて導通接続して短絡型とした正負反射型反射器を、前記ＩＤＴ電極を構成する電極指の一部と置換して配置した構造の弾性表面波デバイスであって、前記短絡電極の幅を２μｍ以上としたことを特徴とする弾性表面波デバイス。
【請求項２】
前記第２と第４のグレイティング電極の両端同士をそれぞれ短絡電極にて接続したことを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波デバイス。
【請求項３】
前記ＩＤＴ電極を入力もしくは出力ＩＤＴ電極として用いて構成したトランスバーサル型弾性表面波フィルタであることを特徴とする請求項１又は２に記載の弾性表面波デバイス。
【請求項４】
前記ＩＤＴ電極を構成する電極指はスプリット電極であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の弾性表面波デバイス。
【請求項５】
圧電基板が回転Ｙカットニオブ酸リチウム或いは回転Ｙカットタンタル酸リチウムのいずれかであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の弾性表面波デバイス。
【請求項６】
圧電基板上に幅がλ／８（λは圧電基板上を伝搬する弾性表面波の波長）である第１乃至第４のグレイティング電極を中心間間隔がλ／４となるように弾性表面波の伝搬方向に沿って順番に配列し、第１と第３のグレイティング電極を開放型とし、第２と第４のグレイティング電極を短絡電極にて導通接続して短絡型とした正負反射型反射器を備えた弾性表面波デバイスであって、前記短絡電極の幅を２μｍ以上としたことを特徴とする弾性表面波デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性表面波デバイスに関し、特にＩＤＴ電極の一部に正負反射型反射器を用いたＳＡＷデバイスの焦電効果による電極破損を改善した弾性表面波デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、弾性表面波デバイス（ＳＡＷデバイス）は通信分野で広く利用され、高性能、小型、量産性等の優れた特徴を有することから特に携帯電話、ＬＡＮ等に多く用いられている。また、最近では高速道の自動料金収受システム（ＥＴＣ）にもＳＡＷフィルタが用いられるようになり、規格としては、中心周波数が４０ＭＨｚ、帯域幅が４ＭＨｚから５ＭＨｚのものが多い。ＥＴＣのように車載される機器は使用環境が厳しく、ヒートサイクル試験として、−５５℃（５分）〜１２５℃（５分）の３０００サイクルが課せられている。
これまで、これらのＳＡＷフィルタには、共振器型ＳＡＷフィルタが多く採用されていた。しかし、共振器型ＳＡＷフィルタは群遅延時間特性が悪いという欠点があるので、最近では、一方向性変換器を用いた群遅延時間特性の良好なトランスバーサル型ＳＡＷフィルタの要求が強くなってきている。
【０００３】
図３はトランスバーサル型ＳＡＷフィルタの基本的構成を示す平面図であって、圧電基板１１の主面上に表面波の伝搬方向に沿ってＩＤＴ電極１２、１３を所定の間隔を隔して配置する。ＩＤＴ電極１２、１３はそれぞれ互いに間挿し合う複数本の電極指を有する一対の櫛形電極により形成され、ＩＤＴ電極１２の一方の櫛形電極は入力端子ＩＮに接続されると共に、他方の櫛形電極は接地される。さらに、ＩＤＴ電極１３の一方の櫛形電極は出力端子ＯＵＴに接続され、他方の櫛形電極は接地されてトランスバーサル型ＳＡＷフィルタが構成される。
図３に示すようなＩＤＴ電極では、励振された表面波は左右双方に均等に伝搬するので、本質的に６ｄＢの損失が発生することになる。そのため、挿入損失を低減すべく一方向性を有する弾性表面波変換器が開発され、用いられてきた。
【０００４】
図４（ａ）、（ｂ）はストリップ型グレーティング反射器（以下、グレーティング反射器と称す）の構成を示す概略平面図であって、基板（図示せず）上に金属などの薄膜ストリップ１４を付着させて構成する。基板に圧電基板を用いた場合は金属ストリップの弾性的な摂動効果の他に、金属ストリップの電界短絡効果による電気的摂動が重畳される。
図４（ａ）に示すようにグレーティング反射器に垂直に表面波が入射し、反射される場合、周知のように、ブラッグ条件より位相整合条件は次式のように表される。
ｐ＝ｍλ／２                                            （１）
ここで、ｐは金属ストリップ１４の周期（摂動の周期）、λは入射表面波の波長、ｍは整数である。式１を満たすとき、即ち、金属ストリップ１１の周期ｐが表面波の波長の半分の整数倍となるとき、反射される表面波はすべて同位相で加わるため、強い反射が生じ、ブラッグ反射と言われている。
図４（ｂ）に示すように金属ストリップ１５を金属電極１６で短絡したタイプのグレーティング反射器もＳＡＷデバイスに多く用いられている。
【０００５】
図５は特開昭６０−２６３５０５号公報に開示された正負の反射係数をもつ弾性表面波反射器（以下、正負反射型反射器と称す）の構成を示す概略平面図で、圧電基板（図示せず）の表面に周期がλ／２（λは表面波の波長）で、その幅がλ／８の金属ストリップ（金属電極）２１を配置し、これらの金属電極２１間を金属電極２２で接続する。さらに、周期がλ／２で電極幅がλ／８の金属電極２３を、対になった電極２１の中心位置に配設する。電極２１は金属電極２２によって短絡されているので、この短絡型浮き電極の圧電作用による反射波の位相を−９０度とすると、いずれにも結合していない開放型の浮き電極２３の圧電作用による反射波の位相は＋９０度となる。
入射した表面波が反射する場合、電極２１と電極２３との中心間距離をλ／４に設定すると、電極２１による反射波と、電極２３による反射波とは同相となるので、各電極からの反射波は互いに加算され、大きな反射係数を持つため、強い反射波が得られる。
【０００６】
図５に示した正負反射型反射器を、図６に示すように電極の一部に組み込んだＩＤＴ電極は強い一方向性を有するので、トランスバーサル型ＳＡＷフィルタのＩＤＴ電極に用いことができる。
図７は入力側のＩＤＴ電極２５にスプリット電極を、出力側のＩＤＴ２６の一部に正負反射型反射器を用い、ＩＤＴ電極２５、２６の間に遮蔽用の電極２７を配して構成したトランスバーサル型ＳＡＷフィルタである。
しかし、ＩＤＴ電極の内部に正負反射型反射器を配置すると、図６に示すように、短絡電極２２’の幅と、短絡電極２２’とバスバー２４との間隔とが余分に必要となり、表面波の回折を避けるためには、短絡電極２２’の幅は１μｍ以下に設定するのが一般的であった。なお、特開昭２０００−２７８０７５号公報、特開昭２００１−１４４５７３号公報等の先行出願にも一方向性変換器が開示され、図面が示されているが、これはあくまでも概念図であり、短絡電極の幅は１μｍ以下に設定するのが一般的である。
【特許文献１】特開昭６０−２６３５０５号公報
【特許文献２】特開昭２０００−２７８０７５号公報
【特許文献３】特開昭２００１−１４４５７３号公報
【非特許文献１】柴山幹夫他著  「弾性波素子技術ハンドブック」  オーム社出版  平成３年１１月３０日発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
圧電基板に１２８度ＹカットＬｉＮｂＯ３を用い、図７に示したようにＩＤＴ電極の一部に正負反射型反射器を用いて、短絡電極の幅を１μｍにして構成した、中心周波数が４０ＭＨｚ（表面波の波長λは約100μｍ、電極指の幅12.5μｍ）、帯域幅が４ＭＨｚのトランスバーサル型ＳＡＷフィルタは通過帯域、減衰傾度とも良好な特性が得られた。
しかしながら、このトランスバーサル型ＳＡＷフィルタを、１０００サイクル、３０００サイクル、６０００サイクルのヒートサイクル試験（−５５℃（５分）〜１２５℃（５分））を行うと、図８に示すように１５個中、それぞれ７個、９個、１０個の故障が発生するという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の弾性表面波デバイスは、焦電効果による電極の破損を低減るため、請求項１の発明は、圧電基板上に配置したＩＤＴ電極が励起する表面波の波長をλとするとき、幅がλ／８である第１乃至第４のグレイティング電極を中心間間隔がλ／４となるように順番に配列し、第１と第３のグレイティング電極を開放型とし、第２と第４のグレイティング電極を短絡電極にて導通接続して短絡型とした正負反射型反射器を、前記ＩＤＴ電極を構成する電極指の一部と置換して配置した構造の弾性表面波デバイスであって、前記短絡電極の幅を２μｍ以上として構成した弾性表面波デバイスであることを特徴とする。
請求項２の発明は、前記第２と第４のグレイティング電極の両端同士をそれぞれ短絡電極にて接続したことを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波デバイスである。
請求項３の発明は、前記ＩＤＴ電極を入力もしくは出力ＩＤＴ電極として用いて構成したトランスバーサル型弾性表面波フィルタであることを特徴とする請求項１又は２に記載の弾性表面波デバイスである。
請求項４の発明は、前記ＩＤＴ電極を構成する電極指はスプリット電極であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の弾性表面波デバイスである。
請求項５の発明は、圧電基板が回転Ｙカットニオブ酸リチウム或いは回転Ｙカットタンタル酸リチウムのいずれかであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の弾性表面波デバイスである。
請求項６の発明は、圧電基板上に幅がλ／８（λは圧電基板上を伝搬する弾性表面波の波長）である第１乃至第４のグレイティング電極を中心間間隔がλ／４となるように弾性表面波の伝搬方向に沿って順番に配列し、第１と第３のグレイティング電極を開放型とし、第２と第４のグレイティング電極を短絡電極にて導通接続して短絡型とした正負反射型反射器を備えた弾性表面波デバイスであって、前記短絡電極の幅を２μｍ以上として構成した弾性表面波デバイスであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の弾性表面波デバイスは、正負反射型反射器の短絡電極を幅広として設計したため、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム等の焦電効果の大きな圧電材料を用いてＳＡＷデバイスを構成しても、ヒートサイクル試験における故障を大幅に低減できるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は本発明に係るＳＡＷデバイスの実施の形態を示す図であって、ＩＤＴ電極の要部を示す概略平面図である。ＩＤＴ電極の要部は、１λ（λは表面波の波長）の中に正の電極指２本と負の電極指２をそれぞれ配置したスプリット電極αと、βで示す正負反射型反射器とを備えている。正負反射型反射器βの構成は、圧電基板（図示せず）上に配置したＩＤＴ電極が励起する表面波の波長をλとするとき、幅がλ／８である第１乃至第４のグレイティング電極１、２、３、４を中心間間隔がλ／４となるように順番に配列し、第１と第３のグレイティング電極１、３を開放型とし、第２と第４のグレイティング電極２、４を短絡電極５にて導通接続して正負反射型反射器を構成する。
第２の電極２を短絡することにより短絡型浮き電極２の圧電作用による反射波の位相を−９０度とすると、第１の電極の開放型浮き電極１の圧電作用による反射波の位相は＋９０度となり、第１の電極１による反射波と、第２の電極２による反射波とは同相となるので、強い反射波が得られる。そして、図１に示すように、ＩＤＴ電極の一部に正負反射型反射器を設けることにより、ＩＤＴ電極は一方向性変換器として機能し、このＩＤＴ電極を用いてトランスバーサル型ＳＡＷフィルタを構成すれば、挿入損失の少ないフィルタが得られる。
【００１１】
電気機械結合係数の大きく、強誘電体の圧電材料であるニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムは焦電効果も大きいので、ヒートサイクル試験の際の焦電効果によって短絡電極５とバスバー６や周辺の電極との間でスパークが生じ、電極の一部が破損することが、図８に示したトランスバーサル型ＳＡＷフィルタの故障の原因であると推定した。
そこで、図１に示す短絡電極３の幅を２μｍ、４μｍと幅広にし、図７に示したような電極パターンを用いてトランスバーサル型ＳＡＷフィルタを試作し、ヒートサイクル試験を行った。図２は短絡電極３の幅を幅広にしたトランスバーサル型ＳＡＷフィルタ１５個のヒートサイクル試験の結果である。短絡電極３の幅が２μｍ、４μｍとしたとき、１０００サイクル、３０００サイクル、６０００サイクルのヒートサイクル試験を行った後で、いずれの場合も故障したものは１個も無かった。
【００１２】
以上ではトランスバーサル型ＳＡＷフィルタのＩＤＴ電極の一部に正負反射型反射器を設けた実施例について述べたが、ＳＡＷ共振子、共振器型ＳＡＷフィルタ、例えば縦結合二重モードＳＡＷフィルタ等のＩＤＴ電極の一部に正負反射型反射器を配置してＳＡＷデバイスを構成すると、ＳＡＷデバイスのロスを軽減することができと共に、焦電効果に強いＳＡＷデバイスを構成することができる。
【００１３】
図１に示した短絡電極３の膜厚をｈ、幅をｗとしたとき、積ｈ・ｗが０．８μｍ２以上、４０８μｍ２以下とすることにより、短絡電極３が強化されるので焦電効果の影響である短絡電極３の破損を避けることができた。
【００１４】
以上では、圧電基板として１２８度ＹカットＬｉＮｂＯ３を用いた例について説明したが、他の回転Ｙカットニオブ酸リチウムについても同様である。また、焦電効果の大きい回転Ｙカットタンタル酸リチウム等の他の圧電材料についても同様に本発明が適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係るＩＤＴ電極の要部の構造を示した概略構成図である。
【図２】本発明に係るトランスバーサル型ＳＡＷフィルタのヒートサイクル試験の結果である。
【図３】従来のトランスバーサル型ＳＡＷフィルタの構成を示す平面図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は従来の反射器を説明する図である。
【図５】正負反射型反射器の原理を説明する図である。
【図６】ＩＤＴ電極の一部に正負反射型反射器を備えた電極パターンの要部の平面図である。
【図７】ＩＤＴ電極の一部に正負反射型反射器を配置したトランスバーサル型ＳＡＷフィルタの概略平面図である。
【図８】従来のトランスバーサル型ＳＡＷフィルタのヒートサイクル試験の結果である。
【符号の説明】
【００１６】
１、２、３、４  電極指
５  短絡電極
６  バスバー
α  スプリット電極
β  正負反射型反射器
【図１】
2006253784.tif 000003
【図２】
2006253784.tif 000004
【図３】
2006253784.tif 000005
【図４】
2006253784.tif 000006
【図５】
2006253784.tif 000007
【図６】
2006253784.tif 000008
【図７】
2006253784.tif 000009
【図８】
2006253784.tif 000010