我々の身近にある携帯電話をはじめとする非常に小型で軽量な無線通信機器は，その内部回路に使用するています．したがって，基板表面に適当な電極を配置することによって，表面弾性波の発生，検出，反射なさまざまな部品の軽薄短小化によって実現されています．半導体の集積化はもちろんですが，それとともにどを行うことができます．
SAW デバイスでの表面弾性波の発生/検出には，フィルタの小型化も大きく貢献しています．

図 1 に示すように，圧電基板上に配置した櫛 形電極

無線通信機器の受信/送信回路において，フィルタは非常に重要な回路（部品）です．ベースバンド信号の（IDT ； Interdigital Transducer）を使用します．
伝播速度の遅さが小型化のためのミソ入出力から RF 信号の入出力まで，回路の要所に周波数に応じたさまざまな構成のフィルタが使われていま
フィルタにはさまざまな構成/方式のものが存在しますが，そのなかでも特に急峻な減衰特性をもつのが伝播する表面弾性波の周波数 f は，表面波の波長をλ，表面波の伝播速度を v とすると，次の式で表されます．
v
f＝…………………………………………
（1）
λSAW（Surface Acoustic Wave ；表面弾性波）フィル
タと MC（Monolithic Crystal）フィルタ（MCF）です．

表面波の伝播速度は，基板材料によって異なります．
例えば，ST カットの水晶基板の場合，伝播速度は約MCF は無線通信機などの狭帯域 IF フィルタとして3100 m/s です．SAW デバイスでは，伝播速度が 2000世の中に登場し，現在でも広く使われています．一方の SAW フィルタは，最初は VHF 帯の IF または RF〜 5000 m/s 程度の材料が一般に使われています．
自由空間を伝わる電磁波の伝播速度が約 30 万 km/s

フィルタとして使われはじめ，今では GHz 帯のものまで入手できるようになっています．それでは，であることと比べると，表面波の伝播速度が非常に遅いことがわかると思います．実は，この伝播速度の遅SAW フィルタと MCF の原理や構造，そして使用上の注意点などを見ていきましょう．

さを利用することによって，小型高性能の高周波向けSAW デバイスが実現されています．

す．

くし SAW デバイスの対応周波数帯は数十 M 〜数 GHz

図 2 に示すように，300 MHz の信号の自由空間でのSAW デバイスが対応できる周波数帯は，微細電極パターンの加工でその上限周波数が決まり，その大き波長は約 1 m もあります．一般によく使われているガラス・エポキシ基板（FR − 4，t ＝ 1.0 mm）上のマイクさによって下限周波数が決まります．現在までのところ，数十 MHz 〜数 GHz の周波数帯の素子が実現されロストリップ・ラインでも，その波長は約 53 cm もあります．
一方，ST カット水晶基板上の表面弾性波の波長をています．

式（1）で計算すると，わずか 10.3 μm になります．これは，自由空間の場合の約 1/100000 です．

SAW フィルタ
SAW とは，弾性体（固体）の表面に沿って伝播する波のことで，表面弾性波ともいいます．SAW フィルタは，この表面波がもっている特徴/性質を利用してフィルタを形成しています．

自由空間
（電磁波）

1m

FR-4基板上（電磁波）● 表面弾性波の性質

自由空間の約1/253cm

名前のとおり波が表面を伝播する
表面弾性波は，基板の中に入るにしたがってその振幅が指数的に減少するため，基板表面から 1 波長以内

水晶基板上（SAW）の深さに弾性波の伝播エネルギの 90 ％以上が集中し

図 2 波長の比較（周波数 300 MHz の場合）

SAW

IDT

SAW

自由空間の約1/100000！
！
10.3μm

SAW

SAW

d ：周期

圧電基板

図 1 SAW デバイスの構造

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圧電基板

図 3 IDT（櫛形電極）の周期

2004 年 7 月号

プロフェッショナル講座
これによって，分布定数回路では非常に大きくなってしまうフィルタを，SAW を利用することによって● 2 種類の SAW フィルタ
SAW フィルタには，トランスバーサル型 SAW フ

非常に小型化することができます．
表面弾性波がスムーズに伝播する条件

ィルタと，SAW 共振器型フィルタの 2 種類があります．それぞれのフィルタの構造と特徴を見ておきまし

図 3 に示すように，櫛形電極に高周波信号を加える

ょう．と，圧電効果によって基板表面付近に変位を生じ，表面弾性波が発生します．

トランスバーサル型 SAW フィルタ
トランスバーサル型 SAW フィルタは，図 5 に示す

このとき，表面弾性波の波長が櫛形電極の周期の 2倍（2 d ）に一致すると，各電極で発生した表面弾性波ように入力用 IDT と出力用 IDT で構成されています．
入力 IDT に電気信号が加わると，そこに表面弾性波が同相になり，スムーズに伝播するようになります．

が発生します．表面弾性波は基板表面に沿って伝播し，● SAW デバイスの製造工程と材料

出力 IDT に到達し，そこで再び電気信号に変換されます．

μm オーダの微細加工技術を利用
図 4 に示すように，電極幅と電極間幅が等しいとす

トランスバーサル型 SAW フィルタの主な特徴は，広帯域特性，非対称の周波数特性，直線性の良い位相ると，先に計算した 300 MHz の場合，電極幅は約 2.6特性などです．

μm しかありません．周波数が高くなると波長が短くなり，電極幅，電極間隔ともに狭くなりますので，微トランスバーサル型 SAW フィルタは，IDT のもつ周波数特性を利用しており，IDT の重み付けによっ細電極パターンを精度よく加工するための製造技術が必要になります．μm オーダの加工が必要になるため，てフィルタの周波数特性が決まります．重み付けは電極の形状によって行っており，その例を図 6 に示しま

半導体製造と同様のフォト・リソグラフィが使われます．

す．
 SAW 共振器型フィルタ

 SAW デバイスの材料

SAW 共振器型フィルタは，図 7 に示すように 2 個

SAW デバイスに使われる圧電基板材料としては，先に述べた水晶のほかに，タンタル酸リチウムの反射器と 2 個の IDT で構成されています．SAW 共振器型フィルタでは，反射器も周波数選択特性をもっ（LiTaO3），ニオブ酸リチウム（LiNbO3），四ホウ酸リチウム（Li2B4O7）などのリチウム化合物があります．ており，狭帯域特性，低い挿入損失，大きな保証減衰量などが主な特徴です．

狭帯域の SAW フィルタには温度特性の優れた水晶基板が使用され，広帯域の SAW フィルタにはリチウム化合物が使われます．

SAW 共振器型フィルタには，ラダー型などさまざまな構成のものがあります．
● SAW フィルタの特性
市販の SAW フィルタで，その優れた特性の一部をW W

電極
入力用IDT

出力用IDT

入力

出力

圧電基板
圧電基板

図 4 SAW デバイスの電極（電極幅と電極間幅が等しい場合）

図 5 トランスバーサル型 SAW フィルタの構造
IDT

電極の形状によって重み付けを行っている
入力
入力

出力

出力
圧電基板
圧電基板

図 6 電極形状による重み付けの例

2004 年 7 月号

反射器

反射器

図 7 SAW 共振器型フィルタの構造

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