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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2015-106857(P2015-106857A)
(43)【公開日】2015年6月8日
(54)【発明の名称】弾性波素子
(51)【国際特許分類】
   H03H 9/145 20060101AFI20150512BHJP
【FI】
   H03H9/145 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】OL
【全頁数】11
(21)【出願番号】特願2013-248700(P2013-248700)
(22)【出願日】2013年11月29日
(71)【出願人】
【識別番号】000204284
【氏名又は名称】太陽誘電株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100087480
【弁理士】
【氏名又は名称】片山 修平
(72)【発明者】
【氏名】堤 潤
(72)【発明者】
【氏名】岩城 匡郁
(72)【発明者】
【氏名】中村 健太郎
【テーマコード(参考)】
5J097
【Fターム(参考)】
5J097AA34
5J097BB02
5J097DD04
5J097DD09
5J097EE03
5J097GG03
5J097GG07
5J097HA02
5J097KK03
5J097KK09
(57)【要約】      (修正有)
【課題】安価で容易な弾性波素子の製造を可能とする。
【解決手段】圧電基板10と、前記圧電基板上に形成されたIDT11と、前記IDTの弾性波の伝搬方向の少なくとも1つの端部に形成された前記圧電基板の端面20と、を具備し、前記IDTの最も端面側の電極指の内側端と前記端面との距離L1は、前記IDTが励振する弾性波の波長をλ、前記IDTのメタライゼーションレシオをDとしたとき、7λ/16+D×λ/2以上かつ3λ/4+D×λ/2以下である。
【選択図】図4
【特許請求の範囲】
【請求項1】
圧電基板と、
前記圧電基板上に形成されたIDTと、
前記IDTの弾性波の伝搬方向の少なくとも1つの端部に形成された前記圧電基板の端面と、
を具備し、
前記IDTの最も端面側の電極指の内側端と前記端面との距離は、前記IDTが励振する弾性波の波長をλ、前記IDTのメタライゼーションレシオをDとしたとき、7λ/16+D×λ/2以上かつ3λ/4+D×λ/2以下であることを特徴とする弾性波素子。
【請求項2】
圧電基板と、
前記圧電基板上に形成されたIDTと、
前記IDTの弾性波の伝搬方向の少なくとも1つの端部に形成された前記圧電基板の端面と、
を具備し、
前記IDTの最も端面側の電極指の内側端と前記端面との距離は、前記IDTが励振する弾性波の波長をλ、前記IDTのメタライゼーションレシオをDとしたとき、λ/4+D×λ/4以下であり、かつ、前記IDTの最も端面側の電極指の幅はD×λ/4より大きいことを特徴とする弾性波素子。
【請求項3】
前記端面は、前記圧電基板に形成された溝の側面であることを特徴とする請求項1または2記載の弾性波素子。
【請求項4】
前記IDTの最も端面側の電極指の前記端面側の側面と前記端面とは同一面であることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項記載の弾性波素子。
【請求項5】
前記IDTの最も端面側の電極指の前記端面側の側面と前記端面とは離間していることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項記載の弾性波素子。
【請求項6】
前記圧電基板は、36°以上かつ48°以下YカットX伝搬のタンタル酸リチウム基板であることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項記載の弾性波素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、弾性波素子に関し、例えばIDTを有する弾性波素子に関する。
【背景技術】
【0002】
移動体通信機器に用いられるフィルタやデュープレクサには、弾性波素子が用いられる。このような弾性波素子として、弾性表面波素子、弾性境界波素子またはラブ波素子が用いられる。これらの弾性波素子は、圧電基板上に形成されたIDT(Interdigital Transducer)を有する。特許文献1から7にはIDTが励振した弾性波を端面で反射する端面反射型の弾性波素子が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平7−263998号公報
【特許文献2】特開2000−59175号公報
【特許文献3】特開2001−339271号公報
【特許文献4】特開2001−94374号公報
【特許文献5】特開2001−339271号公報
【特許文献6】特開2002−368576号公報
【特許文献7】特開2007−20234号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
端面反射型の弾性波素子は、IDTが励振した弾性波を反射器を用い反射する弾性波素子に比べ、反射器が不要であり、小型化が可能となる。また、IDTと反射器との間で発生するバルク波を制御することで、低損失化が可能になる。
【0005】
しかしながら、端面反射型の弾性波素子においては、最も端面側の電極指の幅を、その他の電極指の幅の1/2とする。電極指の幅は弾性波を励振させる信号の周波数が高くなると細くなる。このように細い電極指を形成するため、安価で容易な弾性波素子の製造が困難となる。
【0006】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、安価で容易な製造を可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、圧電基板と、前記圧電基板上に形成されたIDTと、前記IDTの弾性波の伝搬方向の少なくとも1つの端部に形成された前記圧電基板の端面と、を具備し、前記IDTの最も端面側の電極指の内側端と前記端面との距離は、前記IDTが励振する弾性波の波長をλ、前記IDTのメタライゼーションレシオをDとしたとき、7λ/16+D×λ/2以上かつ3λ/4+D×λ/2以下であることを特徴とする弾性波素子である。
【0008】
本発明は、圧電基板と、前記圧電基板上に形成されたIDTと、前記IDTの弾性波の伝搬方向の少なくとも1つの端部に形成された前記圧電基板の端面と、を具備し、前記IDTの最も端面側の電極指の内側端と前記端面との距離は、前記IDTが励振する弾性波の波長をλ、前記IDTのメタライゼーションレシオをDとしたとき、λ/4+D×λ/4以下であり、かつ、前記IDTの最も端面側の電極指の幅はD×λ/4より大きいことを特徴とする弾性波素子である。
【0009】
上記構成において、前記端面は、前記圧電基板に形成された溝の側面である構成とすることができる。
【0010】
上記構成において、前記IDTの最も端面側の電極指の前記端面側の側面と前記端面とは同一面である構成とすることができる。
【0011】
上記構成において、前記IDTの最も端面側の電極指の前記端面側の側面と前記端面とは離間している構成とすることができる。
【0012】
上記構成において、前記圧電基板は、36°以上かつ48°以下YカットX伝搬のタンタル酸リチウム基板である構成とすることができる。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、安価で容易な製造を可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
図1図1は、比較例1に係る弾性波素子の平面図である。
図2図2(a)は比較例2に係る弾性波素子の平面図、図2(b)は、図2(a)のA−A断面図である。
図3図3は、比較例2および比較例3に係る弾性波素子における周波数に対する共振子のQ値を示す図である。
図4図4(a)は実施例1に係る弾性波素子の平面図、図4(b)は、図4(a)のA−A断面図である。
図5図5は、比較例2および実施例1に係る弾性波素子の周波数に対する共振子のQ値を示す図である。
図6図6(a)および図6(b)は、端面の位置を変化させた場合の弾性波素子の平面図である。
図7図7は、実施例1における距離L2に対するバルク放射量を示す図である。
図8図8(a)は、実施例2に係る弾性波素子の平面図、図8(b)は、図8(a)のA−A断面図である。
図9図9(a)は、実施例3に係る弾性波素子の平面図、図9(b)は、図9(a)のA−A断面図である。
図10図10(a)は、実施例4に係る弾性波素子の平面図、図10(b)は、図10(a)のA−A断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
まず、反射器を有する弾性波素子を比較例1として説明する。図1は、比較例1に係る弾性波素子の平面図である。図1に示すように、比較例1に係る弾性波素子110において、圧電基板10上にIDT11および反射器22が形成されている。IDT11は、くし型電極15aおよび15bを有している。反射器22は、IDT11が励振した弾性波の伝搬方向の両側に設けられておりIDT11が励振した弾性波を反射する。反射器22は、例えば20本以上の電極指を有するグレーティング反射器である。比較例1においては、反射器22のスペースのため、小型化が難しい。また、IDT11と反射器22との間においてバルク波が放射される。
【0016】
次に、端面反射型の弾性波素子を比較例2として説明する。図2(a)は比較例2に係る弾性波素子の平面図、図2(b)は、図2(a)のA−A断面図である。図2(a)および図2(b)に示すように、弾性波素子112おいては、圧電基板10上にIDT11が形成されている。IDT11は、対向する2つのくし型電極15aおよび15bを有している。くし型電極15aは、電極指12、12aおよびバスバー14を有している。くし型電極15bは、電極指12およびバスバー14を有している。圧電基板10に端面20が形成されている。最も端面20側の電極指が電極指12aである。電極指12の周期は、電極指12が励振する弾性波の波長λに対応する。電極指12の幅W12はλ/4、電極指12aの幅W12aはλ/8である。
【0017】
電極指12は、弾性波を励振する。弾性波は、電極指12が配列する方向に伝搬する。伝搬した弾性波は端面20において反射する。このとき、幅W12aをλ/8とすることにより、端面20で効率よく弾性波を反射できる。
【0018】
比較例2においては、比較例1に比べ、反射器22が不要となる。このため、弾性波素子の小型化が可能となる。また、IDT11と反射器22との間におけるバルク波放射を抑制し、損失を向上できる。
【0019】
しかしながら、例えば、周波数が2GHzの信号を取り扱う場合、λは2μm程度となる。よって、幅W12aは0.25μmとなる。周波数が1GHzの場合は、λは4μmであり、幅W12aは0.5μmとなる。このように、幅W12aが小さいと、電極指12aの形成工程が高価かつ複雑となる。
【0020】
次に、電極指12aを削除した比較例3について説明する。特許文献1に電極指12aを削除することが記載されている。そこで、電極指12aを削除した比較例3に係る弾性波素子を考えた。電極指12aを形成しなければ、電極指12より細いパターンがなくなり、電極指の形成工程が安価かつ容易となる。
【0021】
圧電基板10として42°YカットLiTiO基板を用い、比較例2及び比較例3に係る弾性波素子のQ値を計算した。
【0022】
図3は、比較例2および比較例3に係る弾性波素子における周波数に対する共振子のQ値を示す図である。実線は比較例2、破線は比較例3を示す。frは共振周波数、faは反共振周波数を示す。図3に示すように、比較例3は比較例2に比べQ値が低く、特に、反共振周波数以下においてQ値が低い。このように、電極指12aを設けない場合、Q値が低下することがわかった。
【0023】
以下に、Q値等の性能が劣化せず、安価かつ容易な製造が可能となる弾性波素子の実施例について説明する。
【実施例1】
【0024】
図4(a)は実施例1に係る弾性波素子の平面図、図4(b)は、図4(a)のA−A断面図である。図4(a)および図4(b)に示すように、弾性波素子100において、圧電基板10上にIDT11が形成されている。圧電基板10は、例えばLiTaO基板またはLiNbO基板である。IDT11は、主にSH振動を成分とする弾性波を励振する。IDT11は、例えばAlまたはCuを主成分とする金属膜である。IDT11はくし型電極15aおよび15bを有している。くし型電極15aは、複数の電極指12とバスバー14を有している。複数の電極指12は、電極指12が励振する弾性波の伝搬方向に配列しており、弾性波の伝搬方向に直交する方向に延伸している。くし型電極15bは、複数の電極指12、電極指16およびバスバー14を有している。複数の電極指12および16は、電極指12が励振する弾性波の伝搬方向に配列しており、弾性波の伝搬方向に直交する方向に延伸している。高周波信号用のフィルタでは、くし型電極15aと15bとの電極指12は互い違いに設けられている。また、電極指12の対数を省略して図示している。
【0025】
電極指16は、最も端面20に近い電極指である。電極指16は、比較例2におけるくし型電極15aの電極指12aをくし型電極15bと接続し、電極指12aと隣接する電極指12とを同電位とする。さらに、くし型電極15bの電極指12と12bとの間に、電極指12aと電極指12と同電位の金属層13を設ける。これにより、端面20において比較例2と同程度に弾性波が反射される。弾性波の損失を抑制するため、端面20は、圧電基板10の上面に対しほぼ90°であることが好ましい。
【0026】
電極指12、金属層13および電極指12aの弾性波の伝搬方向の幅をそれぞれW12,W13およびW12aとする。電極指12のメタライゼーションレシオをDとする。メタライゼーションレシオDは、弾性波の伝搬方向における電極指12の割合を示す指標であり、D=(W12/(λ/2))=(W12×2)/λである。例えばD=0.5のとき、電極指12の幅と電極指12間のスペースの幅とが等しい。
【0027】
W12=D×λ/2、W13=(1−D)×λ/2、W12a=D×λ/4となる。電極指16の内側から端面20までの距離をL1とする。電極指16の外側の側面と端面20とが同一面の場合、電極指16の幅W16と距離L1とはほぼ等しい。よって、距離L1=W12+W13+W12a=λ/2+D×λ/4となる。この距離L1を基準距離L0とする。すなわち、L0=λ/2+D×λ/4である。
【0028】
有限要素法を用い、比較例2および実施例1に係る弾性波素子のQ値をシミュレーションした。シミュレーションにおいては、圧電基板10を42°YカットLiTaO基板、IDT11をAl膜、λ=2μm、D=0.5、およびL1=5λ/8とした。
【0029】
図5は、比較例2および実施例1に係る弾性波素子の周波数に対する共振子のQ値を示す図である。実線は実施例1、破線は比較例2を示す。図5に示すように、実施例1のQ値は比較例2と同等かそれ以上である。特に、共振周波数frと反共振周波数faとの間の周波数において、実施例1は比較例2よりQ値が大きい。
【0030】
次に、端面20の位置を変化させた。図6(a)および図6(b)は、端面20の位置を変化させた場合の弾性波素子の平面図である。図6(a)に示すように、電極指16の内側端から端面20までの距離L1は、基準距離L0より短い。このとき、距離L1を基準距離L0から引いた距離L2=L1−L0は負となる。図6(b)に示すように、電極指16の内側端から端面20までの距離L1は、基準距離L0より長い。距離L1を基準距離L0から引いた距離L2=L0−L1は正となる。
【0031】
図7は、実施例1における距離L2を0.5λ/16ずつ変化させた場合における端面20からのバルク放射量をシミュレーションした結果を示す図である。バルク放射量が多いほど損失が大きいことを示している。シミュレーションにおいては、圧電基板10を42°YカットLiTaO基板、IDT11をAl膜、λ=2μm、およびD=0.5、L1=5λ/8とした。
【0032】
ドットは計算結果を示し、実線はドットをつなぐ線である。比較のため、端面20を用いず、反射器を有する弾性波素子を比較例1とした。破線は比較例1のシミュレーション結果を示している。バルク放射量は任意単位で示している。
【0033】
図7に示すように、距離L2が−0.5λ/16から2λ/16のとき、バルク放射量が底になる。距離L2が−0.5λ/16より小さくなるとバルク放射量は急激に大きくなる。距離L2が2λ/16より大きくなるとバルク放射量は緩やかに大きくなる。距離L2が−1λ/16から4λ/16のとき、バルク放射量が反射器を有する比較例1より小さくなる。また、距離L2を−1λ/16以上かつ4λ/16以下としたときの中心のL2は、1.5λ/16となる。
【0034】
電極指12のメタライゼーションレシオDを考慮すると、基準距離L0はL0=λ/2+D×λ/4である。したがって、電極指16の内側端から端面20までの距離L1=L0+L2の好ましい範囲は、λ/2+D×λ/4−1λ/16=7λ/16+D×λ/2以上かつλ/2+D×λ/4+4λ/16=3λ/4+D×λ/2以下となる。
【0035】
以上のように、実施例1によれば、図4(a)および図4(b)のように、IDTの最も端面20側の電極指12aは、隣接する電極指12と同電位であり、電極指12aと隣接する電極指12との間に同電位である金属層13が設けられている。このように、電極指12a、12および金属層13により幅の広い電極指16が形成される。よって、電極指の加工が容易となり、安価かつ容易な製造が可能となる。
【0036】
電極指16をIDTの最も端面20側の電極指とすれば、図7のように、電極指16の内側端と端面との距離L1を、7λ/16+D×λ/2以上かつ3λ/4+D×λ/2以下とする。これにより、バルク放射量を比較例1(反射器を用いた弾性波素子)以下とすることができる。すなわち、損失を比較例1以下とすることができる。よって、性能を向上させかつ安価で容易な製造が可能となる。距離L1は、7.5λ/16+D×λ/2以上が好ましく、8λ/16+D×λ/2以上がより好ましい。距離L1は、11.5λ/16+D×λ/2以下が好ましく、11λ/16+D×λ/2以下がより好ましい。
【実施例2】
【0037】
図8(a)は、実施例2に係る弾性波素子の平面図、図8(b)は、図8(a)のA−A断面図である。図8(a)および図8(b)に示すように、弾性波素子102において、電極指16の端面側の側面と端面20とは離間していてもよい。その他の構成は、実施例1と同じであり説明を省略する。
【0038】
実施例2によれば、実施例1と同様に、距離L1を、7λ/16+D×λ/2以上かつ3λ/4+D×λ/2以下とする。これにより、図7と同様に、バルク放射量を比較例1より小さくできる。よって、損失を抑制できる。また、電極指16の幅W16を電極指12の幅W12=D×λ/2より広くする。これにより、弾性波素子の安価で容易な製造が可能となる。
【0039】
実施例1のように、電極指16の端面側の側面と端面20とは同一面でもよいし、実施例2のように、電極指16の端面側の側面と端面20とは離間してもよい。
【実施例3】
【0040】
図9(a)は、実施例3に係る弾性波素子の平面図、図9(b)は、図9(a)のA−A断面図である。図9(a)および図9(b)に示すように、弾性波素子104において、電極指12aの幅W12aが、比較例1の電極指12aの幅D×λ/4より大きくなっている。その他の構成は、実施例1と同じであり説明を省略する。
【0041】
図7のシミュレーション結果は、基準を比較例1とした場合もなりたつ。すなわち、電極指12aの内側の側面から端面20の距離L4を、基準距離L0=D×λ/4としたとき、L4=L0+L3とする。このとき、距離L3に図7の距離L2の範囲を適用し、距離L3を−1λ/16以上かつ4λ/16以下とする。これによりバルク放射量を抑制できる。
【0042】
電極指12aの幅W12aがD×λ/4以下となると、電極指12aの加工が比較例1より難しくなる。よって、幅W12aは、D×λ/4より大きいことが好ましい。さらに、幅W12aは、電極指12の幅W12=D×λ/2以上であることが好ましい。
【0043】
実施例3によれば、電極指12aの内側端と端面20との距離L4は、λ/4+D×λ/4以下であり、かつ、電極指12aの幅はD×λ/4より大きい。これにより、バルク放射量を比較例3以下とすることができる。また、電極指12aの幅を大きくできるため、性能を向上させかつ安価で容易な製造が可能となる。距離L4は、3.5λ/16+D×λ/4以下が好ましく、3λ/16+D×λ/2以下がより好ましい。幅W12aは、5D×λ/16以上が好ましく、D×λ/2以上がより好ましい。
【実施例4】
【0044】
図10(a)は、実施例4に係る弾性波素子の平面図、図10(b)は、図10(a)のA−A断面図である。図10(a)および図10(b)に示すように、弾性波素子106において、圧電基板10に溝18が形成されている。溝18は、電極指16に沿って形成されている。溝18は、例えばドライエッチング法を用い形成される。溝18の側面を端面20として用いることができる。端面20が弾性波を反射するため、溝18の深さはλ以上であることが好ましく、2λ以上がより好ましい。その他の構成は、実施例1と同じであり説明を省略する。
【0045】
実施例4によれば、端面20は、圧電基板10に形成された溝18の側面である。これにより、端面20を容易に形成することができる。また、1つの圧電基板10上に複数の弾性波素子を形成できる。溝18の形成にドライエッチング法を用いることにより、位置精度よく端面20を形成できる。
【0046】
実施例2および実施例3においても、端面20を圧電基板10に形成された溝18の側面とすることができる。
【0047】
実施例1から4において、圧電基板10として、42°YカットLiTaO基板を例に説明したが、他のカット面の基板であってもよい。また、他の材料の圧電基板でもよい。回転YカットLiTaO基板の場合、特に、損失低下が抑制される。Yカット角は、例えば、36°以上かつ48°以下の場合、図7とほぼ同じシミュレーション結果となる。Yカット角は、例えば38°以上かつ46°以下とすることができる。
【0048】
また、圧電基板として、−30°から90°回転YカットLiNbO基板を用いることもできる。特に、41°回転YカットLiNbO基板および64°回転YカットLiNbO基板は、電気機械結合係数が大きく、伝送損失が小さい。このような圧電基板を用いても図7とほぼ同じシミュレーション結果となる。また、IDT11を形成する金属および膜厚は、図7のシミュレーション結果にはほとんど影響しない。
【0049】
メタライゼーションレシオDは、0.3以上が好ましく、0.4以上がより好ましい。電極指幅が細くなると共振器の耐電圧性が低くなるからである。また、Dは、0.7以下が好ましく、0.6以下がより好ましい。電極指の間隔が狭くなると静電気が発生しやすくなり、共振器が静電破壊する可能性が高くなるからである。
【0050】
周波数が1GHz以上の高周波信号用にフィルタの場合、実施例1から4の弾性波素子を用いることが好ましい。特に周波数が1.7GHz以上の場合、実施例1から4の弾性波素子を用いることが好ましい。また、電極指の加工性の観点から周波数は5GHz以下が好ましい。
【0051】
実施例1から4において、端面20がIDT11の弾性波の伝搬方向の2つの端部に形成された例を説明したが、端面20は、IDT11の弾性波の伝搬方向の少なくとも1つの端部に形成されていればよい。
【0052】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【0053】
10 圧電基板
11 IDT
12、12a、16 電極指
13 金属層
14 バスバー
15a、15b くし型電極
18 溝
20 端面
図1
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図10