DE3729014A1 - Oberflaechenwellenbauteil mit unterdrueckung unerwuenschter akustischer wellen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Oberflächen­ wellenbauteil nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei Oberflächenwellenbauteilen gibt es das Problem von unerwünscht auftretenden Volumenwellen im Substratkörper und deren Reflexionen an den Oberflächen des Substratkörpers, sowie unerwünschter Reflexionen der erzeugten Oberflächenwellen an den Kanten und Rändern des Substratkörpers.

Fig. 1 zeigt eine prinzipielle Darstellung eines solchen Oberflächenwellenbauteils bestehend aus dem Substratkörper 2 und den darauf befindlichen Metallisierungs-Strukturen 1, z.B. Wandlerstrukturen und dgl. Die Volumenwellen laufen von derjenigen Oberfläche 3 des Substratkörpers 1, auf der sich die Strukturen befinden, durch den Substratkörper hindurch zur gegenüberliegenden Oberfläche 4, wo sie sowohl gerichtet als auch diffus reflektiert werden. Im Gegensatz dazu breiten sich die Oberflächenwellen nur in der Oberfläche des Substratkörpers aus. Diese erfahren aber ebenfalls unerwünschte Reflexionen und zwar an den Kanten und Rändern des Substratkörpers. Die reflektierten Wellen gelangen so wieder in die Strukturen 1 und verursachen damit Störsignale.

Ein solcher Substratkörper 2 wird in der Weise im Bauteil ge­ haltert, daß er z.B. mit Klebstoff auf eine (Metall-) Unter­ lage U aufgeklebt ist.

Beispielsweise machen sich bei Convolver-Bauteilen solche longitudinale, senkrecht zu den Substratoberflächen ver­ laufende Volumenwellen sehr störend bemerkbar, die an der den Strukturen gegenüberliegenden Oberfläche 4, kohärent reflektiert werden und z.B. im Falle eines Substratkörpers mit 0,5 mm Dicke nach 140 ns die Strukturen mit einem noch beachtlichen Störpegel von ca. -20 dB wieder erreichen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einfache Maßnahmen anzugeben, mit denen sich dennoch eine ausreichende Absenkung der auf obengenannten Effekten beruhenden Störsignale erreichen läßt.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäßen Maßnahmen haben den Vorteil, nicht in das Bauteil selbst verändernd einzugreifen, sondern daß diese Zusatzmaßnahmen nur auf die Störungen einwirken, so daß diese Maßnahmen auch an bereits konzipierten Oberflächenwellenbau­ teilen durchgeführt werden können. Eine Änderung und erneute Dimensionierung des Oberflächenwellenbauteils und seines elektrischen Verhaltens ist demnach nicht erforderlich.

Der erfindungsgemäßen Lösung liegt die Kombination zweier phy­ sikalischer Prinzipien zu Grunde, nämlich die Streuung bzw. Brechung und die Absorption der unerwünschten akustischen Wellen.

Weitere Erläuterungen der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung zu den Figuren zu Ausführungsbeispielen hervor.

Fig. 1 zeigt ein bereits beschriebenes, im Prinzip bekanntes Oberflächenwellenbauteil.

Die Fig. 2 bis 4 zeigen einzelne erfindungsgemäße Ausführungsformen.

Die Fig. 2 zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung. Hierbei ist direkt auf der Oberfläche 24 des Substratkörpers 22 Material 25 zu dem Zweck vorgesehen, alle unerwünschten Wellen aus dem Bereich der Metallisierungsstrukturen 1 abzu­ leiten diese Wellen aufzunehmen und zu dämpfen.

Verstärkte Wirkung der Eigenschaften dieses Materials 25 erhält man in Verbindung mit einer vergrößerten Oberfläche 24 des Sub­ stratskörpers 22. Die Vergrößerung dieser Oberfläche wird durch Aufrauhungen und/oder Anbringung von Rillen (124) und derglei­ chen in der Oberfläche 24 erzielt. Die Rauhigkeit liegt dazu in der Größenordnung der Wellenlänge der unerwünschten Wellen, insbesondere der Volumenwellen. Es handelt sich dabei um Abmessungen im Mikrometerbereich. Rillen werden so fein und so dicht wie technisch möglich ausgeführt.

Mit einer aufgerauhten oder mit Rillen versehenen Substratober­ fläche 24 läßt sich in vorteilhafter Weise erhebliche Streuung der Wellen erzielen.

Das vorgesehene Material 25 hat erfindungsgemäß die Wirkungen, zum einen den akustischen Brechungsindexsprung der beiden ansonsten aneinander angrenzenden Medien (Substratkörper und z.B. Klebstoff) aneinander anzunähern und zum anderen die Dämpfung der in das Material 25 eingedrungenen unerwünschten Wellen zu bewirken, d.h. die Energie dieser Wellen W zu ab­ sorbieren.

Erfindungsgemäß ist das verwendete Material 25 eine Misch­ substanz mit mindestens zwei Bestandteilen. Ein erster Bestand­ teil weist einen hohen mechanischen Verlustfaktor auf, um aus­ reichende Dämpfung zu gewährleisten. Im übrigen kann dieser Be­ standteil auch die Eigenschaft und Funktion eines Klebstoffes haben, mit dem das Bauteil an seiner Unterlage bzw. im Gehäuse befestigt werden kann. Ein zweiter beigemischter Bestandteil ist so ausgewählt, daß er dieser Mischsubstanz insgesamt eine hohe Dichte verleiht, nämlich in der Größenordnung des Materials des Substratskörpers.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist die Verwendung einer pulverisierten Substanz für den zweiten Bestandteil. Die hierdurch zur Verfügung stehenden weiteren Auswahlparameter, die Korngröße des Pulvers und Korngrößenverteilung ermöglichen eine zusätzliche weitergehende Anpassung.

Die Anpassung der Korngrößen des pulverisierten zweiten Bestandteils des Materials 25 an die Rauhigkeit der Substrat­ oberfläche 24 bei jeweilig gegebenem Mischungsverhältnis mit dem ersten Bestandteil des Materials 25 eröffnet die Möglichkeit einer weitgehenden akustischen Anpassung des Sub­ stratkörpers an das Material des Gehäuses.

Sofern eine Aufrauhung der Oberfläche 24 durch die Anbringung von Rillen vorgesehen ist, können diese Rillen sich kreuzend angeordnet sein.

Eine geeignete Bemessung der Korngröße für den zweiten Bestand­ teil des Materials 25 liegt in der Größenordnung von wenigen Mikrometer.

Als zweiter Bestandteil des Materials 25 kann vorgesehen sein, daß hierfür Lithiumniobat in pulverisierten Zustand verwendet wird, nämlich ein Material, aus dem auch der Substratkörper be­ steht.

Es ist bereits oben darauf hingewiesen worden, daß der erste Bestandteil des Materials 25 außerdem auch Klebstoffeigenschaf­ ten haben kann.

Es ist oben bereits darauf hingewiesen worden, daß die er­ findungsgemäße Maßnahme auch auf derjenigen Oberfläche 2 des Substratskörpers angewendet werden kann, auf der sich die eine oder die mehreren Metallisierungsstrukturen des Oberflächen­ wellenbauelements befinden. Allerdings dürfen diese Maßnahmen nicht für den Bereich dieser Metallisierungsstrukturen 1 und für diejenigen Bereiche angewendet werden, wo Oberflächenwellen erzeugt oder empfangen werden und Oberflächenwellen (zwischen Eingangs- und Ausgangswandler oder in einer Reflektorstruktur) möglichst ungedämpft verlaufen sollen. Die Fig. 3 zeigt in Aufsicht die Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahmen auf der Oberfläche 23 des Substratkörpers 22, und zwar - wie gesagt - außerhalb des Zwischenbereichs 11 zwischen den Metallisie­ rungsstrukturen 1 und der Bereiche der Metallisierungsstruk­ turen 1 selbst.

Die Fig. 3 zeigt außerdem, wie die an den seitlichen Rändern bzw. den seitlichen Stirnflächen des Substratkörpers 22 vorzugs­ weise zusätzlich Material 25 vorgesehen sein kann, nämlich zur Verhinderung oder wenigstens Dämpfung von Reflektionen von Vo­ lumen- und/oder Oberflächenwellen, die auf derartigen Rändern bzw. Stirnseiten des Substratkörpers 22 auftreffen. Solche auf­ treffenden Wellen würden ohne eine solche Maßnahme nach der Erfindung in starkem Maße reflektiert werden und entsprechende Störungen verursachen.

Fig. 4 zeigt eine Anwendung der Erfindung in der Ausgestaltung mit inhomogener Verteilung des Pulvers bzw. der Körner 125 des zweiten Bestandsteils in dem Material 25. Um das wesentliche dieser Ausführung erkennen zu können, ist die Dicke der Schicht 225 bis 525 wesentlich vergrößert dargestellt.

Eine technisch in einfacher Weise durchzuführende Realisierung einer solchen Ausgestaltung besteht darin, das Material 25 schichtweise aufzubringen, und zwar in Schichten mit jeweils unterschiedlich hohem Anteil des zweiten Bestandteils des Ma­ terials 25. Diese Schichten sind mit 225, 325, 425, 525 ....

Insbesondere mit dieser letztbeschriebenen Ausgestaltung der Er­ findung läßt sich mit besonders gutem Ergebnis eine weitgehen­ de akustische Anpassung einerseits und starke Dämpfung solcher unerwünschter Werte andererseits erzielen. Während die dem Sub­ stratkörper 22 nahe benachbarten Schichten zu großem Anteil auf die Oberfläche 24 auftreffende akustische Wellen aufnehmen, wirken die weniger Anteil des zweiten Bestandteils enthaltenden übrigen Schichten besonders stark dämpfend. Sie lassen prak­ tisch keinen Energieanteil der in die Schichten des Materials 25 gelangten Wellen in den Substratkörper 22 und insbesondere in den Bereich des Zwischenraums 11 zwischen den Metallisie­ rungsstrukturen 1 gelangen.

Die vorliegende Erfindung ist mit Erfolg bei Oberflächenwellen- Filteranordnung und Oberflächenwellen-Resonatorstrukturen an­ wendbar. Besondere Bedeutungen hat die Erfindung jedoch für Convolanordnungen.

Convolveranordnungen haben wengistens eine Integrationselek­ trode 36, die jeweils relativ großflächige, langgestreckte Metallisierungsstreifen sind. In Convolveranordnungen werden relativ starke Volumenwellen angeregt, die mit der Erfindung erfolgreich gemindert bwz. eliminiert werden können. Bei Convolveranordnungen ist es die Regel, daß der Substratkörper mit elektrisch nichtleitendem Klebstoff auf seiner Unterlage bzw. im Gehäuse befestigt wird. Convolveranordnungen haben auch relativ großflächige Substratkörper, in denen erhebliche Volumenwellenausbreitung auftreten kann.

Bezugszeichenliste

  1 Metallisierungsstrukturen
 11 Zwischenraum zwischen Metallisierungsstrukturen
  2, 22 Substratkörper (isolierender Kristall)
  3, 23 erste Oberfläche
  4, 24 andere gegenüberliegende Oberfläche
124 Rillen, Aufrauhung (in Substratkörperoberfläche)
 25 Material der Beschichtung (Kunststoff)
125 Körner
225-525 Schichten mit unterschiedlichem Anteil aus Körnern des zweiten Bestandteils

Claims (19)

1. Oberflächenwellenbauteil mit wenigstens einer Metallisierungsstruktur (1) auf der einen ersten Oberfläche (23) eines Substratkörpers (22), mit auf der dieser Oberfläche (23) gegenüberliegenden anderen Oberfläche (24) des Substratkörpers (22) und gegebenenfalls auch auf dieser ersten Oberfläche (23) vorgesehenen Maßnahmen zur Unterdrückung oder Verminderung von unerwünschter Weise auftretenden akustischen Wellen, gekennzeichnet dadurch, daß als eine solche Maßnahme eine Beschichtung der anderen Oberfläche (24) und/oder der ersten Oberfläche (23) mit einem Material (25) vorgesehen ist, wobei dieses Material (25) wenigstens zwei Bestandteile ent­ hält, deren erster Bestandteil Absorptionseigenschaft für die unerwünschten akustischen Wellen besitzt und dessen zweiter Bestandteil zumindest im Bereich nahe der jeweiligen Oberfläche (23, 24) für die unerwünschten akustischen Wellen einen dem Material des Substratkörpers (22) wenigstens angenähert großen integralen Brechungsindex dieses Materials (25) hat.

2. Oberflächenbauteil nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der erste Bestandteil des Materials (25) ein für Oberflächenbauteile bekanntermaßen verwendeter Klebstoff ist.

3. Oberflächenwellenbauteil nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß der erste Bestandteil des Materials (25) einen hohen me­ chanischen Verlustfaktor besitzt.

4. Oberflächenwellenbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß der zweite Bestandteil des Materials (25) in Form einer körnigen bis pulverisierten Substanz (125) beigemischt ist.

5. Oberflächenwellenbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Bestandteil des Materials (25) eine größere Massendichte als der Substratkörper hat.

6. Oberflächenwellenbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß der zweite Bestandteil (125) ein Material der Art des Materials des Substratkörpers (22) ist.

7. Oberflächenwellenbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß das Mischungsverhältnis des ersten und des zweiten Bestand­ teils des Materials (25) bezüglich deren Masseanteile etwa angenähert 1:1 beträgt.

8. Oberflächenwellenbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß der zweite Bestandteil des Materials (25) in dieser Be­ schichtung inhomogen verteilt ist und nahe der (jeweiligen) Substratoberfläche (24, 23) einen möglichst hohen Anteil in der Mischung des Materials (25) hat.

9. Oberflächenwellenbauteil nach Anspruch 8, gekennzeichnet dadurch, daß die Konzentrationsabnahme an zweitem Bestandteil in der Beschichtung vom Substratkörper (22) ausgehend exponentiell abnimmt.

10. Oberflächenwellenbauteil nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet dadurch, daß die Inhomogenität durch einen Schichtenaufbau (225-525) der Beschichtung mit Material (25) bewirkt ist, wobei die Schichten (225-425) von Schicht (225) zu Schicht (525) ab­ nehmenden Anteil an Material des zweiten Bestandteils enthält.

11. Oberflächenwellenbauteil nach einem der Ansprüche 4 bis 10, gekennzeichnet dadurch, daß die Korngröße des pulverisierten zweiten Bestandteils (125) in der Größenordnung der Wellenlängen der im Substrat auf­ tretenden Volumenwellen liegt.

12. Oberflächenwellenbauteil nach einem der Ansprüche 4 bis 10, gekennzeichnet dadurch, daß die Korngröße des pulverisierten zweiten Bestandteils (125) im Wellenlängenbereich der im Substrat mit größter Intensität auftretenden Volumenwellen liegt.

13. Oberflächenwellenbauteil nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße des pulverisierten zweiten Bestandteils (125) kontinuierlich über die Größenordnung des Wellenlängenspektrums der Volumenwellen verteilt ist.

14. Oberflächenwellenbauteil nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilung der Korngröße des pulverisierten Bestand­ teils der der Wellenlängen des Wellenlängenspektrums der Volumenwellen entspricht.

15. Oberflächenwellenbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet dadurch, daß das Material auch als Absorptionsmasse auf der ersten Ober­ fläche (23) des Substratkörpers (22) an dessen Rändern bzw. Kanten als Oberflächenwellen-Sumpf Verwendung findet.

16. Oberflächenwellenbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet dadurch, daß die andere Oberfläche (24) des Substratkörpers (22) aufgerauht ist.

17. Oberflächenwellenbauteil nach Anspruch 16, gekennzeichnet dadurch, daß die Aufrauhungen in Form von Rillen (124) in der Oberfläche (24) ausgebildet sind.

18. Oberflächenwellenbauteil nach Anspruch 17, gekennzeichnet dadurch, daß die Rillen (124) schräg gegeneinander angebracht sind.

19. Convolverbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 18.