JP2018133615A - Elastic wave element, filter element, and communication apparatus - Google Patents
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Abstract
【課題】 耐電力の特性を向上させることが可能な弾性波素子、フィルタ素子および通信装置を提供する。【解決手段】 本発明の弾性波素子1は、圧電基板2と、圧電基板2上に配置された、IT電極を有する。前記圧電基板のカット角をα、前記IDT電極の弾性波の波長比である総厚みをt、前記Cu電極の割合をpとしたときに、以下の関係を満たす。at2+bt+c−0.1≦p≦at2+bt+c+0.1ただし、a=6.073α2−594.6α+14600b=−0.5997α2+54.46α−1497c=0.006700α2−0.6505α+17.960<p≦1【選択図】図2PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an elastic wave element, a filter element and a communication device capable of improving the characteristics of withstand power. An elastic wave element 1 of the present invention has a piezoelectric substrate 2 and an IT electrode arranged on the piezoelectric substrate 2. The following relationship is satisfied when the cut angle of the piezoelectric substrate is α, the total thickness which is the wavelength ratio of elastic waves of the IDT electrode is t, and the ratio of the Cu electrode is p. at2 + bt + c-0.1 ≦ p ≦ at2 + bt + c + 0.1 However, a = 6.073α2-594.6α + 14600b = −0.5997α2 + 54.46α-1497c = 0.006700α2-0.6505α + 17.960 <p ≦ 1 [Selection diagram] 2
Description
本発明は、弾性波素子、フィルタ素子および通信装置に関するものである。 The present invention relates to an acoustic wave element, a filter element, and a communication device.
近年、移動体端末等の通信装置において、アンテナから送信・受信される信号をフィルタリングする分波器に弾性波素子が用いられている。弾性波素子は、圧電基板と、圧電基板の主面に形成された励振電極によって構成されている。弾性波素子は、励振電極と圧電基板との関係で電気信号と弾性表面波とを相互に変換することができる特性を利用するものである。 In recent years, in a communication apparatus such as a mobile terminal, an acoustic wave element is used as a duplexer for filtering a signal transmitted / received from an antenna. The acoustic wave element includes a piezoelectric substrate and excitation electrodes formed on the main surface of the piezoelectric substrate. The acoustic wave element utilizes a characteristic capable of mutually converting an electric signal and a surface acoustic wave by the relationship between the excitation electrode and the piezoelectric substrate.
分波器は、複数の弾性波素子を用いることによって、例えば、受信フィルタおよび送信フィルタを構成している(特許文献1等を参照)。分波器は、複数の弾性波素子を組み合わせることにより、受信帯域と送信帯域の通過帯域が設定される。 The duplexer includes, for example, a reception filter and a transmission filter by using a plurality of acoustic wave elements (see, for example, Patent Document 1). In the duplexer, a reception band and a transmission band are set by combining a plurality of acoustic wave elements.
このような分波器において、耐電力を高めることが課題の一つとなっている。分波器の耐電力を高めるにはそれを構成する弾性波素子の耐電力を高めることが必要である。 In such a duplexer, one of the problems is to increase the power resistance. In order to increase the withstand power of the duplexer, it is necessary to increase the withstand power of the elastic wave element constituting the duplexer.
そこで、本発明はかかる実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、高い耐電力を有する弾性波素子、フィルタ素子および通信装置を提供することにある。 Accordingly, the present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide an acoustic wave element, a filter element, and a communication device having high power resistance.
本開示の一実施形態に係る弾性波素子は、圧電基板と、該圧電基板上に配置された、Cu電極または前記Cu電極とAl電極との積層構造であるIDT電極と、を備える。そして、前記圧電基板のカット角をα、前記IDT電極の弾性波の波長比である総厚みをt、前記Cu電極の割合をpとしたときに、以下の関係を満たす。
at2+bt+c−0.1≦p≦at2+bt+c+0.1
ただし、a=6.073α2−594.6α+14600
b=−0.5997α2+54.46α−1497
c=0.006700α2−0.6505α+17.96
0<p≦1
である。
An acoustic wave device according to an embodiment of the present disclosure includes a piezoelectric substrate and an IDT electrode that is disposed on the piezoelectric substrate and has a Cu electrode or a stacked structure of the Cu electrode and an Al electrode. When the cut angle of the piezoelectric substrate is α, the total thickness, which is the wavelength ratio of the elastic wave of the IDT electrode, is t, and the ratio of the Cu electrode is p, the following relationship is satisfied.
at 2 + bt + c−0.1 ≦ p ≦ at 2 + bt + c + 0.1
However, a = 6.073α 2 −594.6α + 14600
b = −0.5997α 2 + 54.46α-1497
c = 0.006700α 2 -0.6505α + 17.96
0 <p ≦ 1
It is.
本発明の一実施形態に係るフィルタ素子は、上述に記載の弾性波素子と、前記圧電基板上に配置された、直列共振子および並列共振子と、を含み、それぞれがラダー型に接続されている。 A filter element according to an embodiment of the present invention includes the acoustic wave element described above and a series resonator and a parallel resonator disposed on the piezoelectric substrate, each of which is connected in a ladder shape. Yes.
本発明の一実施形態に係る通信装置は、アンテナと、該アンテナに電気的に接続された上述のフィルタ素子と、該フィルタ素子に電気的に接続されたRF−ICとを備える。 A communication apparatus according to an embodiment of the present invention includes an antenna, the above-described filter element electrically connected to the antenna, and an RF-IC electrically connected to the filter element.
本発明の弾性波素子、フィルタ素子および通信装置によれば、耐電力を高めることができる。 According to the elastic wave device, the filter device, and the communication device of the present invention, it is possible to increase power resistance.
以下、本発明の一実施形態に係る弾性波素子、フィルタ素子および通信装置について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いられる図は模式的なものであり、図面上の寸法比率等は現実のものとは必ずしも一致していない。 Hereinafter, an acoustic wave device, a filter device, and a communication device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the drawings used in the following description are schematic, and the dimensional ratios and the like on the drawings do not necessarily match the actual ones.
弾性波素子は、いずれの方向が上方または下方とされてもよいものであるが、以下では、便宜的に、直交座標系xyzを定義するとともに、z方向の正側を上方として、上面、下面等の用語を用いるものとする。 The elastic wave element may be either upward or downward, but in the following, for convenience, the orthogonal coordinate system xyz is defined and the upper side and the lower side are defined with the positive side in the z direction as the upper side. The terms such as are used.
<弾性波素子の構成の概要>
図1は、本発明の一実施形態に係る弾性波(SAW:Surface Acoustic Wave)素子1の構成を示す平面図である。図2は図1のII−II線における要部拡大断面図である。SAW素子1は、図1に示すように、圧電基板2、圧電基板2の上面2Aに設けられた励振(IDT:Interdigital Transducer)電極3および反射器4を有している。
<Outline of configuration of acoustic wave element>
FIG. 1 is a plan view showing a configuration of an acoustic wave (SAW) device 1 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a main part taken along line II-II in FIG. As shown in FIG. 1, the SAW element 1 includes a piezoelectric substrate 2, an excitation (IDT: Interdigital Transducer) electrode 3 and a reflector 4 provided on the upper surface 2 </ b> A of the piezoelectric substrate 2.
圧電基板2は、タンタル酸リチウム(LiTaO3)結晶からなる圧電性を有する単結晶の基板(以下、LT基板という)によって構成されている。LT基板のカット角については後述する。圧電基板2の平面形状および各種寸法は適宜に設定されてよい。一例として、圧電基板2の厚み(z方向)は、0.2mm以上0.5mm以下である。 The piezoelectric substrate 2 is composed of a piezoelectric single crystal substrate (hereinafter referred to as an LT substrate) made of a lithium tantalate (LiTaO 3 ) crystal. The cut angle of the LT substrate will be described later. The planar shape and various dimensions of the piezoelectric substrate 2 may be set as appropriate. As an example, the thickness (z direction) of the piezoelectric substrate 2 is 0.2 mm or more and 0.5 mm or less.
IDT電極3は、図1に示すように、2つの櫛歯電極30を有している。櫛歯電極30は、図1に示すように、互いに対向する2本のバスバー31と、各バスバー31から他のバスバー31側へ延びる複数の電極指32とを有している。そして、1対の櫛歯電極30は、一方に接続された電極指32と他方に接続された電極指32が、弾性波の伝搬方向に互いに噛み合うように(交差するように)配置されている。 As shown in FIG. 1, the IDT electrode 3 includes two comb electrodes 30. As shown in FIG. 1, the comb electrode 30 includes two bus bars 31 facing each other and a plurality of electrode fingers 32 extending from each bus bar 31 to the other bus bar 31 side. The pair of comb-shaped electrodes 30 are arranged so that the electrode fingers 32 connected to one and the electrode fingers 32 connected to the other mesh with each other in the propagation direction of the elastic wave. .
また、櫛歯電極30は、それぞれの電極指32と対向するダミー電極指33を有している。なお、ダミー電極指33を配置しなくてもよい。 Further, the comb electrode 30 has dummy electrode fingers 33 facing the respective electrode fingers 32. The dummy electrode fingers 33 may not be arranged.
バスバー31は、例えば、概ね一定の幅で直線状に延びる長尺状に形成されている。従って、バスバー31の互いに対向する側の縁部は直線状である。複数の電極指32は、例えば、概ね一定の幅で直線状に延びる長尺状に形成されており、弾性波の伝搬方向に概ね一定の間隔で配列されている。 The bus bar 31 is, for example, formed in a long shape extending linearly with a substantially constant width. Accordingly, the edges of the bus bars 31 facing each other are linear. For example, the plurality of electrode fingers 32 are formed in an elongated shape extending in a straight line with a substantially constant width, and are arranged at substantially constant intervals in the propagation direction of the elastic wave.
IDT電極3を構成する一対の櫛歯電極30の複数の電極指32は、ピッチPt1となるように設定されている。ピッチPt1は、例えば、共振させたい周波数での弾性波の波長λの半波長と同等となるように設けられている。波長λ(すなわち、2×Pt1)は、例えば、1.5μm以上6μm以下である。IDT電極3は、ほとんどの複数の電極指32がピッチPt1となるように配置することにより、複数の電極指32が一定の周期となるような配置となるため、弾性波を効率よく発生させることができる。 The plurality of electrode fingers 32 of the pair of comb electrodes 30 constituting the IDT electrode 3 is set to have a pitch Pt1. The pitch Pt1 is provided, for example, so as to be equal to a half wavelength of the wavelength λ of the elastic wave at the frequency to be resonated. The wavelength λ (that is, 2 × Pt1) is, for example, not less than 1.5 μm and not more than 6 μm. The IDT electrode 3 is arranged so that most of the plurality of electrode fingers 32 have a pitch Pt1, so that the plurality of electrode fingers 32 have a constant period, and therefore elastic waves can be generated efficiently. Can do.
ここでピッチPt1は、伝搬方向において、一方の電極指32の中心から、当該一方の電極指32に隣接する他方の電極指32の中心までの間隔を指すものである。各電極指32は、弾性波の伝搬方向における幅w1が、SAW素子1に要求される電気特性等に応じて適宜に設定される。電極指32の幅w1は、例えば、ピッチPt1に対して0.3倍以上0.7倍以下である。 Here, the pitch Pt1 indicates a distance from the center of one electrode finger 32 to the center of the other electrode finger 32 adjacent to the one electrode finger 32 in the propagation direction. In each electrode finger 32, the width w1 in the propagation direction of the elastic wave is appropriately set according to the electrical characteristics required for the SAW element 1. For example, the width w1 of the electrode finger 32 is not less than 0.3 times and not more than 0.7 times the pitch Pt1.
このように電極指32を配置することで、複数の電極指32に直交する方向に伝搬する弾性波が発生する。従って、圧電基板2の結晶方位を考慮したうえで、2本のバスバー31は、弾性波を伝搬させたい方向に交差する方向において互いに対向するように配置される。複数の電極指32は、弾性波を伝搬させたい方向に対して直交する方向に延びるように形成される。なお、弾性波の伝搬方向は複数の電極指32の向き等によって規定されるが、本実施形態では、便宜的に、弾性波の伝搬方向を基準として、複数の電極指32の向き等を説明することがある。 By arranging the electrode fingers 32 in this way, an elastic wave propagating in a direction orthogonal to the plurality of electrode fingers 32 is generated. Accordingly, in consideration of the crystal orientation of the piezoelectric substrate 2, the two bus bars 31 are disposed so as to face each other in a direction intersecting the direction in which the elastic wave is desired to propagate. The plurality of electrode fingers 32 are formed to extend in a direction orthogonal to the direction in which the elastic wave is desired to propagate. The propagation direction of the elastic wave is defined by the orientation of the plurality of electrode fingers 32, but in the present embodiment, for convenience, the orientation of the plurality of electrode fingers 32 will be described with reference to the propagation direction of the elastic wave. There are things to do.
各電極指32の本数は片側あたり50〜350本である。複数の電極指32の長さ(バスバーから先端までの長さ)は、例えば、概ね同じに設定される。対向する電極指32同士の噛み合う長さ(交差幅)は10〜300μmである。 The number of each electrode finger 32 is 50 to 350 per side. The lengths of the plurality of electrode fingers 32 (the length from the bus bar to the tip) are set to be approximately the same, for example. The length (intersection width) with which the opposing electrode fingers 32 are engaged is 10 to 300 μm.
IDT電極3は、例えば、金属の導電層15によって構成されている。この金属の材料およびこの金属層15の厚みS(z方向)については後述する。 The IDT electrode 3 is composed of, for example, a metal conductive layer 15. The metal material and the thickness S (z direction) of the metal layer 15 will be described later.
IDT電極3は、圧電基板2の上面2Aに直接配置されていてもよいし、別の部材からなる下地層を介して圧電基板2の上面2Aに配置されていてもよい。別の部材は、例えば、Ti、Cr、あるいはこれらの合金等からなる。下地層を介してIDT電極3を圧電基板2の上面2Aに配置する場合は、別の部材の厚みはIDT電極3の電気特性に殆ど影響を与えない程度の厚み(例えば、Tiの場合はIDT電極3の厚みの5%の厚み以内)に設定される。 The IDT electrode 3 may be disposed directly on the upper surface 2A of the piezoelectric substrate 2 or may be disposed on the upper surface 2A of the piezoelectric substrate 2 via a base layer made of another member. Another member is made of, for example, Ti, Cr, or an alloy thereof. When the IDT electrode 3 is disposed on the upper surface 2A of the piezoelectric substrate 2 via the underlayer, the thickness of another member has a thickness that does not substantially affect the electrical characteristics of the IDT electrode 3 (for example, in the case of Ti, IDT Within 5% of the thickness of the electrode 3).
この下地層は、断面視して、IDT電極3の電極指32と接する幅よりも圧電基板2と接する幅の方を大きくしてもよい。その場合には、下地層によっても耐電力性を高めることができる。 The underlayer may have a width in contact with the piezoelectric substrate 2 larger than a width in contact with the electrode finger 32 of the IDT electrode 3 in a cross-sectional view. In that case, the power durability can also be improved by the underlayer.
IDT電極3は、電圧が印加されると、圧電基板2の上面2A付近においてx方向に伝搬する弾性波を励起する。励起された弾性波は、電極指32の非配置領域(隣接する電極指32間の長尺状の領域)との境界において反射する。そして、電極指32のピッチPt1を半波長とする定在波が形成される。定在波は、当該定在波と同一周波数の電気信号に変換され、電極指32によって取り出される。このようにして、SAW素子1は、1ポート共振子として機能する。 When a voltage is applied, the IDT electrode 3 excites an elastic wave propagating in the x direction in the vicinity of the upper surface 2A of the piezoelectric substrate 2. The excited elastic wave is reflected at the boundary with the non-arranged region of the electrode fingers 32 (the long region between the adjacent electrode fingers 32). And the standing wave which makes the pitch Pt1 of the electrode finger 32 a half wavelength is formed. The standing wave is converted into an electric signal having the same frequency as that of the standing wave, and is taken out by the electrode finger 32. In this way, the SAW element 1 functions as a 1-port resonator.
反射器4は、弾性波の伝搬方向においてIDT電極3を挟むように配置されている。反射器4は、概ねスリット状に形成されている。 The reflector 4 is disposed so as to sandwich the IDT electrode 3 in the propagation direction of the elastic wave. The reflector 4 is generally formed in a slit shape.
保護層5は、図2に示すように、IDT電極3および反射器4上を覆うように、圧電基板2上に設けられている。具体的には、保護層5は、IDT電極3および反射器4の表面を覆うとともに、圧電基板2の上面2AのうちIDT電極3および反射器4から露出する部分を覆っている。保護層5の厚みは、例えば、1nm以上、IDT電極3の厚みの20%以下である。 As shown in FIG. 2, the protective layer 5 is provided on the piezoelectric substrate 2 so as to cover the IDT electrode 3 and the reflector 4. Specifically, the protective layer 5 covers the surfaces of the IDT electrode 3 and the reflector 4, and covers the portion of the upper surface 2 </ b> A of the piezoelectric substrate 2 that is exposed from the IDT electrode 3 and the reflector 4. The thickness of the protective layer 5 is, for example, 1 nm or more and 20% or less of the thickness of the IDT electrode 3.
保護層5は、絶縁性を有する材料からなり、腐食等から保護することに寄与する。好適には、保護層5は、温度が上昇すると弾性波の伝搬速度が速くなるSiO2などの材料によって形成されており、これによって弾性波素子1の温度の変化による電気特性の変化を小さく抑えることもできる。また、耐湿性向上のためにSiNx等の材料を用いてもよい。 The protective layer 5 is made of an insulating material and contributes to protection from corrosion and the like. Preferably, the protective layer 5 is made of a material such as SiO 2 that increases the propagation speed of the elastic wave when the temperature rises, thereby suppressing a change in electrical characteristics due to a change in the temperature of the elastic wave element 1. You can also. Further, a material such as SiNx may be used for improving the moisture resistance.
(圧電基板2とIDT電極3との関係)
現在、弾性波素子において、弾性波の励振効率、放射損失、電気抵抗等を考慮して、カット角42°のLT基板上に、弾性波の波長比(=2×Pt1)の厚み約8%のAlからなるIDT電極を設けた構成が一般的である(以下、本構成の弾性波素子を比較モデルという)。
(Relationship between piezoelectric substrate 2 and IDT electrode 3)
At present, in an acoustic wave device, considering the excitation efficiency of the acoustic wave, radiation loss, electrical resistance, etc., the thickness of the wavelength ratio of the acoustic wave (= 2 × Pt1) is about 8% on the LT substrate having a cut angle of 42 °. In general, an IDT electrode made of Al is provided (hereinafter, the acoustic wave device of this configuration is referred to as a comparative model).
これに対して、近年、弾性波素子に入力される高周波信号の電力が大きくなっていることから、Alからなる電極よりも耐電力性に優れた電極が求められている。 On the other hand, in recent years, since the power of the high-frequency signal input to the acoustic wave element has been increased, an electrode having higher power durability than the electrode made of Al is required.
しかしながら、単にMo等の高い強度を有する電極材料に置き換えるのみでは、弾性波の励振効率、放射損失、電気抵抗の各特性がトレードオフの関係にあり、Alからなる電極に置き換えるに足る特性を発現させることはできなかった。 However, simply replacing the electrode material with high strength such as Mo has a trade-off relationship between the excitation efficiency of the elastic wave, the radiation loss, and the electrical resistance, and the characteristics sufficient to replace the electrode made of Al are expressed. I couldn't make it.
そこで、本実施形態に係るSAW素子1では、まず、耐電力を改善し、かつ、現状のAl電極と同等程度の各特性を発現することのできる可能性のある材料としてCuを選出した。そして、その上で、圧電基板2のカット角とIDT電極3の材料および厚みとの関係を、以下の式(1)に示す条件を満たすようにすることで、弾性波の励振効率、放射損失等の特性を向上させることを見出した。
at2+bt+c−0.1≦p≦at2+bt+c+0.1 ・・・(1)
Therefore, in the SAW element 1 according to the present embodiment, first, Cu was selected as a material capable of improving the power durability and exhibiting the same characteristics as the current Al electrode. Then, the relationship between the cut angle of the piezoelectric substrate 2 and the material and thickness of the IDT electrode 3 satisfies the conditions shown in the following formula (1), so that the excitation efficiency and radiation loss of elastic waves are achieved. It has been found that the characteristics such as are improved.
at 2 + bt + c−0.1 ≦ p ≦ at 2 + bt + c + 0.1 (1)
ここで、IDT電極3は図3に示すように、Al電極35とCu電極36との組み合わせで構成される。なお、Cu電極36の割合は変化させることができ、IDT電極3が複数の電極からなる場合には、Al電極35とCu電極36とを積層した構成と仮定する。そして、式(1)中において、tはIDT電極3の厚み(波長比)、pはIDT電極3の総厚みに対するCu電極の割合を示し、0より大きく1以下の値をとる。すなわち、IDT電極3がCu電極36のみで構成される場合を含むものとする。そして、図3において、IDT電極3の断面形状は矩形状であるため、pはCu電極36の膜厚の割合とすることができる。そして、a,b,cはそれぞれ以下の定数である。
a=6.073α2−594.6α+14600
b=−0.5997α2+54.46α−1497
c=0.006700α2−0.6505α+17.96
ただし、αは、LT基板のカット角(°)を示している。
Here, the IDT electrode 3 is configured by a combination of an Al electrode 35 and a Cu electrode 36 as shown in FIG. The ratio of the Cu electrode 36 can be changed. When the IDT electrode 3 is composed of a plurality of electrodes, it is assumed that the Al electrode 35 and the Cu electrode 36 are stacked. In the formula (1), t represents the thickness (wavelength ratio) of the IDT electrode 3, and p represents the ratio of the Cu electrode to the total thickness of the IDT electrode 3, and takes a value greater than 0 and 1 or less. That is, the case where the IDT electrode 3 is composed of only the Cu electrode 36 is included. In FIG. 3, since the cross-sectional shape of the IDT electrode 3 is rectangular, p can be a ratio of the film thickness of the Cu electrode 36. And a, b, and c are the following constants, respectively.
a = 6.073α 2 −594.6α + 14600
b = −0.5997α 2 + 54.46α-1497
c = 0.006700α 2 -0.6505α + 17.96
Where α represents the cut angle (°) of the LT substrate.
上述の関係を満たす場合には、Al電極35よりも引っ張り強さの大きい材料からなるCu電極36の存在により、IDT電極3の耐電力を高めることができることに加え、弾性波の放射損失を抑え励振効率を高めることができる。以上より、耐電力に優れ、かつ、損失の少ないSAW素子1を提供できるものとなる。 When the above relationship is satisfied, the presence of the Cu electrode 36 made of a material having a higher tensile strength than that of the Al electrode 35 can increase the power resistance of the IDT electrode 3 and suppress the radiation loss of the elastic wave. The excitation efficiency can be increased. From the above, it is possible to provide the SAW element 1 having excellent power resistance and low loss.
なお、上述の関係は、圧電基板2のカット角及びIDT電極3の材料(積層構造)を変えたときに、共振周波数における弾性波の放射損失が最小となる値をシミュレーションにより求め、その相関関係を数式化したものである。また、その妥当性を実測値でも検証したものである。 The above-described relationship is obtained by calculating a value that minimizes the radiation loss of the elastic wave at the resonance frequency when the cut angle of the piezoelectric substrate 2 and the material (laminate structure) of the IDT electrode 3 are changed. Is a mathematical expression. In addition, the validity is verified by actual measurement values.
図4に式(1)の関係を示す。図4において横軸はIDT電極3の総厚みt(単位:無次元,波長λ(=2×Pt)に対する比率)であり、縦軸は、総厚みtに対するCu電極36の厚みの割合(単位:無次元)を示している。凡例は、シミュレーションにて確認した共振周波数における弾性波の放射損失が最小となる条件であり、線は、式(1)の中心値をプロットしたものである。すなわち、p=at2+bt+cを満たす値をプロットしたものである。圧電基板2のカット角αは42°〜50°まで変化させている。 FIG. 4 shows the relationship of equation (1). In FIG. 4, the horizontal axis represents the total thickness t of the IDT electrode 3 (unit: dimensionless, ratio to the wavelength λ (= 2 × Pt)), and the vertical axis represents the ratio of the thickness of the Cu electrode 36 to the total thickness t (unit). : Dimensionless). The legend is the condition that the radiation loss of the elastic wave at the resonance frequency confirmed by the simulation is the minimum, and the line is a plot of the center value of Equation (1). That is, the values satisfying p = at 2 + bt + c are plotted. The cut angle α of the piezoelectric substrate 2 is changed from 42 ° to 50 °.
図4から、式(1)が、複雑に関係する圧電基板2のカット角,IDT電極3における総厚み,Cu電極36の比率等の相関を、精度よく現せていることが確認できる。 From FIG. 4, it can be confirmed that the expression (1) accurately expresses the correlation such as the cut angle of the piezoelectric substrate 2, the total thickness of the IDT electrode 3, the ratio of the Cu electrode 36, and the like, which are complicatedly related.
このようなAl電極35としては、AlまたはAlを主成分とするAl合金を用いることができる。例えば、AlにCuを1%〜3%程度添加したAl−Cu合金等を用いることができる。Cu電極36としては、CuまたはCuを主成分とするCu合金を用いることができる。例えば、CuにAgを1%〜20%程度添加したCu−Ag合金等を用いることができる。 As such an Al electrode 35, Al or an Al alloy containing Al as a main component can be used. For example, an Al—Cu alloy in which about 1% to 3% of Cu is added to Al can be used. As the Cu electrode 36, Cu or a Cu alloy containing Cu as a main component can be used. For example, a Cu—Ag alloy in which about 1% to 20% of Ag is added to Cu can be used.
また、図3には、Cu電極36を圧電基板2に近い側に配置した例を示したがこの例に限定されない。例えば、Al電極35を圧電基板2側に配置してもよい。 FIG. 3 shows an example in which the Cu electrode 36 is disposed on the side close to the piezoelectric substrate 2, but the present invention is not limited to this example. For example, the Al electrode 35 may be disposed on the piezoelectric substrate 2 side.
Cu電極36を圧電基板2側に配置した場合には、振動の強い圧電基板2に近い側に強度の強いCu電極36を設けることができるので、耐電力性に優れたSAW素子1を提供できるものとなる。また、IDT電極3の重心を下方に移動させることができるので、電気機械結合係数を小さくすることができ、伝搬損失を小さくすることができる。 In the case where the Cu electrode 36 is disposed on the piezoelectric substrate 2 side, the strong Cu electrode 36 can be provided on the side close to the strong piezoelectric substrate 2, so that the SAW element 1 having excellent power durability can be provided. It will be a thing. In addition, since the center of gravity of the IDT electrode 3 can be moved downward, the electromechanical coupling coefficient can be reduced and the propagation loss can be reduced.
なお、弾性波の放射損失は、IDT電極3を構成する材料の密度も関係するため、IDT電極3の上にいわゆる質量付加膜が設けられている場合や、IDT電極3が絶縁材料に埋め込まれているような場合には、上述の関係は成立しない。「埋め込まれている」とは、例えば、絶縁材料の厚みがIDT電極3の厚みの半分以上の場合等を表す。 The radiation loss of the elastic wave is also related to the density of the material constituting the IDT electrode 3, so that a so-called mass addition film is provided on the IDT electrode 3 or the IDT electrode 3 is embedded in an insulating material. In such a case, the above relationship is not established. “Embedded” means, for example, a case where the thickness of the insulating material is half or more of the thickness of the IDT electrode 3.
(変形例1)
図4を用いて、SAW素子1の変形例について説明する。
(Modification 1)
A modification of the SAW element 1 will be described with reference to FIG.
Cu電極の割合が大きくなるにつれて耐電力性は高まる。しかしながら、図4に示すように、Cu電極の割合が大きくなるとIDT電極3の総厚みtは小さくなり、電極としての電気抵抗が高まり、その結果、電気的な損失が大きくなる。一方で、圧電基板2のカット角を大きくするに従い、総厚みtを厚くすることができることが分かる。 As the proportion of the Cu electrode increases, the power durability increases. However, as shown in FIG. 4, when the proportion of the Cu electrode is increased, the total thickness t of the IDT electrode 3 is decreased, the electrical resistance as the electrode is increased, and as a result, the electrical loss is increased. On the other hand, it can be seen that the total thickness t can be increased as the cut angle of the piezoelectric substrate 2 is increased.
以上より、Cu電極の割合を高めて耐電力性を高める一方で、圧電基板2のカット角を大きくして電気抵抗を小さくするようにしてもよい。具体的には、電極としての電気抵抗を比較モデルに比べて同程度以下とするようにしてもよい。 As described above, the electric resistance may be decreased by increasing the cut angle of the piezoelectric substrate 2 while increasing the power resistance by increasing the ratio of the Cu electrode. Specifically, the electrical resistance as an electrode may be set to the same level or less as compared with the comparative model.
電極としての電気抵抗特性を比較するために、FOM(Figure of Merit)を導入する。この例では、FOMとして、導電率と電極厚みを乗じた値を用いる。なお、積層構造の場合には、それぞれの電極材料について導電率と電極厚みをかけたものを足し合わせることによって、電極全体のFOMを計算するものとする。このようにFOMを定義すると、FOMが大きいほど電極の単位厚みあたりの電気抵抗が小さいことを示すこととなる。 In order to compare the electrical resistance characteristics as electrodes, FOM (Figure of Merit) is introduced. In this example, a value obtained by multiplying the conductivity and the electrode thickness is used as the FOM. In the case of a laminated structure, the FOM of the entire electrode is calculated by adding the electrode material multiplied by the conductivity and the electrode thickness for each electrode material. When the FOM is defined in this manner, the larger the FOM, the smaller the electric resistance per unit thickness of the electrode.
なお、計算では、導電率はμS/cm単位で表し(Cuの導電率:0.588μS/cm、Alの導電率:0.370μS/cmとする)、電極の厚みは波長λ(=2×Pt)に対する比率で表す。例えば、純Alの電極で膜厚が波長比で8%の場合には、FOM=0.370×0.08=0.0296となる。また、Cu膜厚3%、Al膜厚4%の場合には、FOM=0.588×0.03+0.370×0.04=0.0325となる。 In the calculation, the conductivity is expressed in μS / cm (Cu conductivity: 0.588 μS / cm, Al conductivity: 0.370 μS / cm), and the electrode thickness is wavelength λ (= 2 × Expressed as a ratio to Pt). For example, when the film thickness is 8% in terms of wavelength with a pure Al electrode, FOM = 0.370 × 0.08 = 0.0296. When the Cu film thickness is 3% and the Al film thickness is 4%, FOM = 0.588 × 0.03 + 0.370 × 0.04 = 0.0325.
ここで、図5(a)に、式(1)の中心値をとるIDT電極3について、圧電基板2のカット角を異ならせたときのFOM値を示す。図5(a)において、横軸はIDT電極3の総厚みtであり、縦軸はFOMを示している。なお、比較モデルのFOMは0.0296である。 Here, FIG. 5A shows the FOM value when the cut angle of the piezoelectric substrate 2 is varied for the IDT electrode 3 having the center value of the equation (1). In FIG. 5A, the horizontal axis represents the total thickness t of the IDT electrode 3, and the vertical axis represents FOM. The FOM of the comparative model is 0.0296.
図5(a)から分かるように、カット角αを大きくしていくにつれてFOM値は大きくなり、電気特性に優れたSAW素子1を提供できることが分かる。特に、α=47°以上の場合は、Cu電極とAl電極との割合をどのようにとってもFOMが比較モデルを上回る。 As can be seen from FIG. 5A, the FOM value increases as the cut angle α is increased, and it can be seen that the SAW element 1 having excellent electrical characteristics can be provided. In particular, when α = 47 ° or more, the FOM exceeds the comparative model for any ratio of the Cu electrode to the Al electrode.
ここで、圧電基板2のカット角αと、比較モデルのFOMと同じFOMとなるIDT電極3の総厚みtの値との関係は式(2)で表される。
t=0.0006429α2−0.06314α+1.595 ・・・(2)
なお、式(2)においてαは47°以下とする。
Here, the relationship between the cut angle α of the piezoelectric substrate 2 and the value of the total thickness t of the IDT electrode 3 having the same FOM as the FOM of the comparative model is expressed by Expression (2).
t = 0.0006429α 2 −0.06314α + 1.595 (2)
In equation (2), α is 47 ° or less.
すなわち、t≧0.0006429α2−0.06314α+1.595となるとき(総厚みtが式(2)以上の値をとるとき)に、従来モデルよりも電気特性の向上したSAW素子1を提供することができる。 That is, when t ≧ 0.0006429α 2 −0.06314α + 1.595 (when the total thickness t takes a value equal to or greater than the formula (2)), the SAW element 1 having improved electrical characteristics as compared with the conventional model is provided. be able to.
なお、FOM値を従来モデルよりも5%以上向上させる場合には、総厚みtが式(3)以上の値をとるようにすることが好ましい。この場合には、仮にIDT電極3の結晶性が若干悪くなった場合であっても、電気特性を良好な状態とすることができる。
t=0.0006429α2−0.06314α+1.605 ・・・(3)
In the case where the FOM value is improved by 5% or more than the conventional model, it is preferable that the total thickness t be a value equal to or greater than the formula (3). In this case, even if the crystallinity of the IDT electrode 3 is slightly deteriorated, the electrical characteristics can be made good.
t = 0.0006429α 2 −0.06314α + 1.605 (3)
図5(b)に、総厚みtが式(2),式(3)の値以上となる条件を満たす条件を図4に重ねて示す。式(2)を満たす値を線L11で、式(3)を満たす値を線L12で示している。線11,線12よりも厚みの厚い側に位置する領域において、SAW素子1の電気特性を向上させることができる。 FIG. 5B shows the condition that satisfies the condition that the total thickness t is equal to or greater than the values of the expressions (2) and (3). A value satisfying the expression (2) is indicated by a line L11, and a value satisfying the expression (3) is indicated by a line L12. In the region located on the thicker side than the lines 11 and 12, the electrical characteristics of the SAW element 1 can be improved.
(変形例2)
図3に示すように、Cu電極36が圧電基板2に近い側に配置することで、耐電力性に優れたSAW素子1を提供することができるが、更に耐電力性を高めるために、IDT電極3の総厚みtを式(4)に示す値以下としてもよい。
t=0.0046α―0.113 ・・・(4)
すなわちt≦0.0046α―0.113としてもよい。
(Modification 2)
As shown in FIG. 3, by disposing the Cu electrode 36 on the side closer to the piezoelectric substrate 2, the SAW element 1 having excellent power durability can be provided, but in order to further improve the power durability, IDT It is good also considering the total thickness t of the electrode 3 as the value shown in Formula (4) or less.
t = 0.0046α−0.113 (4)
That is, t ≦ 0.0046α−0.113 may be set.
図6(a)に、IDT電極3が図3に示す構成をとる場合におけるAl電極35内の最大応力をシミレーションした結果を示す。なお、IDT電極3は、式(1)を満たしており、その中心値をとるものとする。 FIG. 6A shows the result of simulating the maximum stress in the Al electrode 35 when the IDT electrode 3 has the configuration shown in FIG. The IDT electrode 3 satisfies the formula (1) and takes its center value.
図6(a)において、横軸はIDT電極3の総厚みtであり、縦軸はAl電極35内における最大応力(単位:MPa)を示す。ここで、標準モデルと同じ応力(約60MPa)となるIDT電極3とカット角αとの関係が式(4)となる。このため、IDT電極3の総厚みtが式(4)よりも小さい場合には、強度の弱い側のAl電極35に伝わる応力を標準モデル以下とすることができ、耐電力性に優れたSAW素子1を提供できる。 In FIG. 6A, the horizontal axis represents the total thickness t of the IDT electrode 3, and the vertical axis represents the maximum stress (unit: MPa) in the Al electrode 35. Here, the relationship between the IDT electrode 3 having the same stress as the standard model (about 60 MPa) and the cut angle α is expressed by Equation (4). For this reason, when the total thickness t of the IDT electrode 3 is smaller than the formula (4), the stress transmitted to the Al electrode 35 on the weaker side can be reduced to the standard model or less, and the SAW excellent in power durability. Element 1 can be provided.
なお、Al電極35の最大応力を標準モデルよりも20%低減するためには、IDT電極3の総厚みtを式(5)に示す値以下としてもよい。
t=0.0049α―0.1444 ・・・(5)
すなわちt≦0.0049α―0.1444としてもよい。
この場合には、さらに耐電力性に優れたSAW素子1を提供できる。具体的には、破壊限界電力が最大2dB改善すると予想される。
In order to reduce the maximum stress of the Al electrode 35 by 20% from the standard model, the total thickness t of the IDT electrode 3 may be equal to or less than the value shown in Formula (5).
t = 0.0049α−0.1444 (5)
That is, t ≦ 0.0049α−0.1444 may be set.
In this case, the SAW element 1 having further excellent power durability can be provided. Specifically, the breakdown limit power is expected to improve by 2 dB at the maximum.
また、Al電極35の最大応力を標準モデルよりも半減するためには、IDT電極3の総厚みtを式(6)に示す値以下としてもよい。
t=0.00475α―0.1257 ・・・(6)
すなわちt≦0.00475α―0.1257としてもよい。
この場合には、さらに耐電力性に優れたSAW素子1を提供できる。具体的には、破壊限界電力が最大6dB改善すると予想される。
Further, in order to reduce the maximum stress of the Al electrode 35 by half as compared with the standard model, the total thickness t of the IDT electrode 3 may be equal to or less than the value shown in Expression (6).
t = 0.00475α−0.1257 (6)
That is, t ≦ 0.00475α−0.1257 may be set.
In this case, the SAW element 1 having further excellent power durability can be provided. Specifically, the breakdown limit power is expected to improve by up to 6 dB.
図6(b)に総厚みtが式(4)〜式(6)の値以上となる条件を満たす条件を図4に重ねて示す。式(4)を満たす値を線L21で、式(5)を満たす値を線L22で、式(6)を満たす値を線L23で示している。線L21〜線L23よりも厚みの薄い側に位置する領域において、SAW素子1の耐電力性を向上させることができる。 FIG. 6B shows the condition that satisfies the condition that the total thickness t is equal to or greater than the values of the expressions (4) to (6). A value satisfying Expression (4) is indicated by a line L21, a value satisfying Expression (5) is indicated by a line L22, and a value satisfying Expression (6) is indicated by a line L23. The power durability of the SAW element 1 can be improved in a region located on the thinner side than the lines L21 to L23.
なお、上述の変形例1とこの変形例2とを同時に満たすものとしてもよい。その場合には、電気特性と耐電力性との双方に優れたSAW素子1を提供できる。 In addition, it is good also as what satisfies the above-mentioned modification 1 and this modification 2 simultaneously. In that case, the SAW element 1 excellent in both electrical characteristics and power durability can be provided.
(変形例3)
図3において、Al電極35の厚みがCu電極36の厚みに比べて大きい例を示したが、この例には限定されない。電気特性と耐電力性とを考慮して、式(1)を満たす範囲で適宜調整すればよい。
(Modification 3)
Although FIG. 3 shows an example in which the thickness of the Al electrode 35 is larger than the thickness of the Cu electrode 36, the present invention is not limited to this example. In view of the electrical characteristics and power durability, it may be adjusted as appropriate within a range satisfying the formula (1).
Al電極35の厚みがCu電極36の厚みに比べて大きい場合には、耐電力性を高めつつ、特に、電気特性に優れたSAW素子1を提供することができる。また、Al電極35の厚みを厚くすることで、<111>方向への結晶成長を促進することができ、結晶性に優れたAl電極35を得ることができる。このため、破壊元となる欠陥の発生を抑制することができ、耐電力性を高めることができる。また、Al電極35の結晶性がCu電極36の結晶性よりも高くてもよい。この場合には、材料としての引張強度が大きく、強度の高いCu電極36に応力の伝達経路を長くもたせることで、Cu電極36側に応力を集中させ、強度の低いAl電極35への応力伝達を抑制することができる。 In the case where the thickness of the Al electrode 35 is larger than the thickness of the Cu electrode 36, it is possible to provide the SAW element 1 that is particularly excellent in electric characteristics while improving power durability. Further, by increasing the thickness of the Al electrode 35, crystal growth in the <111> direction can be promoted, and the Al electrode 35 having excellent crystallinity can be obtained. For this reason, generation | occurrence | production of the defect used as the destruction origin can be suppressed, and power durability can be improved. Further, the crystallinity of the Al electrode 35 may be higher than the crystallinity of the Cu electrode 36. In this case, stress is concentrated on the Cu electrode 36 side by providing a stress transmission path to the Cu electrode 36 having a high tensile strength and a high strength as a material, thereby transmitting the stress to the Al electrode 35 having a low strength. Can be suppressed.
一方、Al電極35の厚みがCu電極36の厚みに比べて小さい場合には、電気特性を維持しつつ、特に、耐電力性に優れたSAW素子を提供することができる。特に圧電基板2のカット角αが47°以上の場合には、Cu電極36のみでIDT電極3が構成されても、従来モデルのFOMを上回ることが確認されていることから、耐電力性のみに着眼してCu電極36の厚みを厚くしても、耐電力性と電気特性の双方に優れたSAW素子1を提供することができる。特に圧電基板2のカット角αが48°以上の場合には、Cu電極36の結晶性が若干低下しても、従来モデルのFOMを上回ることができ、電気特性に優れたSAW素子1を提供できるものとなる。 On the other hand, when the thickness of the Al electrode 35 is smaller than the thickness of the Cu electrode 36, it is possible to provide a SAW element that is particularly excellent in power resistance while maintaining the electrical characteristics. In particular, when the cut angle α of the piezoelectric substrate 2 is 47 ° or more, it has been confirmed that even if the IDT electrode 3 is configured only by the Cu electrode 36, it exceeds the FOM of the conventional model, so that only the power resistance is achieved. Even when the thickness of the Cu electrode 36 is increased by paying attention to the above, it is possible to provide the SAW element 1 excellent in both power durability and electrical characteristics. In particular, when the cut angle α of the piezoelectric substrate 2 is 48 ° or more, even if the crystallinity of the Cu electrode 36 is slightly lowered, the SAW element 1 having excellent electrical characteristics can be provided that can exceed the FOM of the conventional model. It will be possible.
(その他の変形例)
図3に示す例では、IDT電極3の断面形状は矩形状だが、台形であってもよい。その場合には、Al電極35とCu電極36との厚みの割合は体積に応じて補正するものとする。
(Other variations)
In the example shown in FIG. 3, the cross-sectional shape of the IDT electrode 3 is rectangular, but it may be trapezoidal. In this case, the thickness ratio between the Al electrode 35 and the Cu electrode 36 is corrected according to the volume.
また、図2に示す例では、十分に厚い圧電基板2を用いた場合を例に説明したが、薄い圧電基板2を用いて、その下面に支持基板を貼り合せた、いわゆる貼り合せ基板を用いてもよい。この場合には、圧電基板2の厚みは、0.5μm〜20μm程度とし、支持基板は、圧電基板2を支持できる厚みとすればよい。特に支持基板として、サファイア基板はSi基板等を用いた場合には、圧電基板2の温度変化による変形を抑制することができるので、温度特性に優れたSAW素子を提供することができる。 In the example shown in FIG. 2, the case where a sufficiently thick piezoelectric substrate 2 is used has been described as an example. However, a so-called bonded substrate in which a support substrate is bonded to the lower surface of the thin piezoelectric substrate 2 is used. May be. In this case, the thickness of the piezoelectric substrate 2 may be about 0.5 μm to 20 μm, and the support substrate may be thick enough to support the piezoelectric substrate 2. In particular, when the sapphire substrate is a Si substrate or the like as the support substrate, deformation due to temperature change of the piezoelectric substrate 2 can be suppressed, so that a SAW element having excellent temperature characteristics can be provided.
さらに、上述の例ではIDT電極3を一様な層構成および厚みを有するものとして説明したが、電極指32同士が交差する領域において、電極指32が上述の関係を満たせばよく、この限りではない。例えば、バスバー31は電極指32に比べ厚みが厚くてもよいし、異なる層構成を備えていてもよい。 Furthermore, in the above-described example, the IDT electrode 3 has been described as having a uniform layer configuration and thickness. However, in the region where the electrode fingers 32 intersect with each other, it is sufficient that the electrode fingers 32 satisfy the above-described relationship. Absent. For example, the bus bar 31 may be thicker than the electrode fingers 32 or may have a different layer configuration.
なお、上述の例において導出した各式の特性は、圧電基板2のカット角が50°以上であっても、IDT電極3の総厚みが増大する傾向等は同様であることを確認しているが、カット角αが50°までは実測値とシミュレーション値との整合性を確認している。 Note that the characteristics of each equation derived in the above example confirm that the tendency of the total thickness of the IDT electrode 3 to increase is the same even when the cut angle of the piezoelectric substrate 2 is 50 ° or more. However, the consistency between the measured value and the simulation value is confirmed until the cut angle α is 50 °.
<フィルタ素子および通信装置>
図7は、本発明の実施形態に係る通信装置101の要部を示すブロック図である。通信装置101は、電波を利用した無線通信を行うものである。分波器7は、通信装置101において送信周波数の信号と受信周波数の信号とを分波する機能を有している。
<Filter element and communication device>
FIG. 7 is a block diagram showing a main part of the communication apparatus 101 according to the embodiment of the present invention. The communication device 101 performs wireless communication using radio waves. The duplexer 7 has a function of demultiplexing a signal having a transmission frequency and a signal having a reception frequency in the communication apparatus 101.
通信装置101において、送信すべき情報を含む送信情報信号TISは、RF−IC103によって変調および周波数の引き上げ(搬送波周波数の高周波信号への変換)がなされて送信信号TSとされる。送信信号TSは、バンドパスフィルタ105によって送信用の通過帯域以外の不要成分が除去され、増幅器107によって増幅されて分波器7に入力される。分波器7は、入力された送信信号TSから送信用の通過帯域以外の不要成分を除去してアンテナ109に出力する。アンテナ109は、入力された電気信号(送信信号TS)を無線信号に変換して送信する。 In the communication apparatus 101, a transmission information signal TIS including information to be transmitted is modulated and increased in frequency (conversion to a carrier wave frequency to a high frequency signal) by the RF-IC 103 to be a transmission signal TS. Unnecessary components other than the transmission passband are removed from the transmission signal TS by the bandpass filter 105, amplified by the amplifier 107, and input to the duplexer 7. The duplexer 7 removes unnecessary components other than the transmission passband from the input transmission signal TS and outputs the result to the antenna 109. The antenna 109 converts the input electric signal (transmission signal TS) into a radio signal and transmits it.
通信装置101において、アンテナ109によって受信された無線信号は、アンテナ109によって電気信号(受信信号RS)に変換されて分波器7に入力される。分波器7は、入力された受信信号RSから受信用の通過帯域以外の不要成分を除去して増幅器111に出力する。出力された受信信号RSは、増幅器111によって増幅され、バンドパスフィルタ113によって受信用の通過帯域以外の不要成分が除去される。そして、受信信号RSは、RF−IC103によって周波数の引き下げおよび復調がなされて受信情報信号RISとされる。 In the communication apparatus 101, the radio signal received by the antenna 109 is converted into an electric signal (reception signal RS) by the antenna 109 and input to the duplexer 7. The duplexer 7 removes unnecessary components other than the reception passband from the input reception signal RS and outputs the result to the amplifier 111. The output reception signal RS is amplified by the amplifier 111, and unnecessary components other than the reception passband are removed by the bandpass filter 113. The reception signal RS is subjected to frequency reduction and demodulation by the RF-IC 103 to be a reception information signal RIS.
送信情報信号TISおよび受信情報信号RISは、適宜な情報を含む低周波信号(ベースバンド信号)でよく、例えば、アナログの音声信号もしくはデジタル化された音声信号である。無線信号の通過帯域は、UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)等の各種の規格に従ったものでよい。変調方式は、位相変調、振幅変調、周波数変調もしくはこれらのいずれか2つ以上の組み合わせのいずれであってもよい。 The transmission information signal TIS and the reception information signal RIS may be low-frequency signals (baseband signals) including appropriate information, and are, for example, analog audio signals or digitized audio signals. The passband of the radio signal may be in accordance with various standards such as UMTS (Universal Mobile Telecommunications System). The modulation method may be any of phase modulation, amplitude modulation, frequency modulation, or a combination of any two or more thereof.
図8は、本発明の一実施形態に係る分波器7の構成を示す回路図である。分波器7は、図7において通信装置101に使用されている分波器である。分波器7は、送信フィルタ11および/または受信フィルタ12を構成するフィルタ素子を有している。送信フィルタ11および/または受信フィルタ12を構成するフィルタ素子は、SAW素子1と、圧電基板2上に配置された共振子で構成されている。 FIG. 8 is a circuit diagram showing a configuration of the duplexer 7 according to one embodiment of the present invention. The duplexer 7 is a duplexer used in the communication apparatus 101 in FIG. The duplexer 7 includes filter elements that constitute the transmission filter 11 and / or the reception filter 12. The filter elements constituting the transmission filter 11 and / or the reception filter 12 are composed of a SAW element 1 and a resonator disposed on the piezoelectric substrate 2.
SAW素子1は、例えば、図7に示した分波器7における送信フィルタ11のラダー型フィルタ回路の一部を構成するSAW素子である。送信フィルタ11は、図8に示すように、圧電基板2と、圧電基板2上に形成された直列共振子S1〜S3および並列共振子P1〜P3を有する。 The SAW element 1 is, for example, a SAW element that constitutes a part of a ladder type filter circuit of the transmission filter 11 in the duplexer 7 shown in FIG. As shown in FIG. 8, the transmission filter 11 includes a piezoelectric substrate 2, and series resonators S <b> 1 to S <b> 3 and parallel resonators P <b> 1 to P <b> 3 formed on the piezoelectric substrate 2.
分波器7は、アンテナ端子8と、送信端子9と、受信端子10と、アンテナ端子8と送信端子9との間に配置された送信フィルタ11と、アンテナ端子8と受信端子10との間に配置された受信フィルタ12とから主に構成されている。 The duplexer 7 includes an antenna terminal 8, a transmission terminal 9, a reception terminal 10, a transmission filter 11 disposed between the antenna terminal 8 and the transmission terminal 9, and between the antenna terminal 8 and the reception terminal 10. The reception filter 12 is mainly configured.
送信端子9には増幅器107からの送信信号TSが入力され、送信端子9に入力された送信信号TSは、送信フィルタ11において送信用の通過帯域以外の不要成分が除去されてアンテナ端子8に出力される。また、アンテナ端子8にはアンテナ109から受信信号RSが入力され、受信フィルタ12において受信用の通過帯域以外の不要成分が除去されて受信端子10に出力される。 The transmission signal TS from the amplifier 107 is input to the transmission terminal 9, and the transmission signal TS input to the transmission terminal 9 is output to the antenna terminal 8 by removing unnecessary components other than the transmission passband in the transmission filter 11. Is done. Further, the reception signal RS is input from the antenna 109 to the antenna terminal 8, and unnecessary components other than the reception passband are removed by the reception filter 12 and output to the reception terminal 10.
送信フィルタ11は、例えば、ラダー型SAWフィルタによって構成されている。具体的に送信フィルタ11は、その入力側と出力側との間において直列に接続された3個の直列共振子S1、S2、S3と、直列共振子同士を接続するための配線である直列腕と基準電位部Gndとの間に設けられた3個の並列共振子P1、P2、P3とを有する。すなわち、送信フィルタ11は3段構成のラダー型フィルタである。ただし、送信フィルタ11においてラダー型フィルタの段数は任意である。 The transmission filter 11 is configured by, for example, a ladder type SAW filter. Specifically, the transmission filter 11 includes three series resonators S1, S2, and S3 connected in series between the input side and the output side, and a series arm that is a wiring for connecting the series resonators to each other. And three parallel resonators P1, P2, and P3 provided between the reference potential portion Gnd and the reference potential portion Gnd. That is, the transmission filter 11 is a ladder filter having a three-stage configuration. However, the number of stages of the ladder filter in the transmission filter 11 is arbitrary.
並列共振子P1、P2、P3と基準電位部Gndとの間には、インダクタLが設けられている。このインダクタLのインダクタンスを所定の大きさに設定することによって、送信信号の通過周波数の帯域外に減衰極を形成して帯域外減衰を大きくしている。複数の直列共振子S1、S2、S3および複数の並列共振子P1、P2、P3は、それぞれSAW素子1のようなSAW共振子からなる。 An inductor L is provided between the parallel resonators P1, P2, and P3 and the reference potential unit Gnd. By setting the inductance of the inductor L to a predetermined magnitude, an attenuation pole is formed outside the band of the transmission frequency of the transmission signal to increase the out-of-band attenuation. The plurality of series resonators S 1, S 2, S 3 and the plurality of parallel resonators P 1, P 2, P 3 are each composed of a SAW resonator such as the SAW element 1.
受信フィルタ12は、例えば、多重モード型SAWフィルタ17と、その入力側に直列に接続された補助共振子18とを有している。なお、本実施形態において、多重モードは、2重モードを含むものとする。多重モード型SAWフィルタ17は、平衡−不平衡変換機能を有しており、受信フィルタ12は平衡信号が出力される2つの受信端子10に接続されている。受信フィルタ12は多重モード型SAWフィルタ17によって構成されるものに限られず、ラダー型フィルタによって構成してもよいし、平衡−不平衡変換機能を有していないフィルタであってもよい。 The reception filter 12 includes, for example, a multimode SAW filter 17 and an auxiliary resonator 18 connected in series on the input side thereof. In the present embodiment, the multiplex mode includes a double mode. The multimode SAW filter 17 has a balanced-unbalanced conversion function, and the receiving filter 12 is connected to two receiving terminals 10 that output balanced signals. The reception filter 12 is not limited to the multimode SAW filter 17 and may be a ladder filter or a filter that does not have a balanced-unbalanced conversion function.
送信フィルタ11、受信フィルタ12およびアンテナ端子8の接続点とグランド電位部Gとの間には、インダクタなどからなるインピーダンスマッチング用の回路を挿入してもよい。 Between the connection point of the transmission filter 11, the reception filter 12, and the antenna terminal 8 and the ground potential part G, an impedance matching circuit made of an inductor or the like may be inserted.
本実施形態のSAW素子を、直列共振子S1〜S3のいずれか、または、並列共振子P1〜P3のいずれかに使用してもよい。SAW素子1を並列共振子P1〜P3の少なくとも1つに用いることにより、フィルタの耐電力性を高めることができる。 The SAW element of this embodiment may be used for any of the series resonators S1 to S3 or any of the parallel resonators P1 to P3. By using the SAW element 1 for at least one of the parallel resonators P1 to P3, the power durability of the filter can be improved.
本実施形態および変形例のSAW素子1のように、IDT電極3の材料および圧電基板2のカット角を変化させた場合の効果を確認するために、SAW素子を製造して評価を行なった。SAW素子の基本構成は以下の通りである。 In order to confirm the effect of changing the material of the IDT electrode 3 and the cut angle of the piezoelectric substrate 2 as in the SAW element 1 of this embodiment and the modified example, the SAW element was manufactured and evaluated. The basic configuration of the SAW element is as follows.
[圧電基板2]
材料:回転YカットX伝搬LiTaO3基板
[IDT電極3]
IDT電極3の電極指32:
(本数)150本
(ピッチPt1)2.7μm
(デューティー:w1/Pt1)0.5
(交差幅W)20λ (λ=2×Pt1)
材料:Al電極35・・・純Al
Cu電極36・・・純Cu
(ただし、圧電基板2と導電層15との間には6nmのTiからなる下地層6がある。)
[反射器4]
材料および層構成:IDT電極と同様
反射電極指42の本数:30本
反射電極指42のピッチPt2:Pt1
IDT電極3との間隔G:Pt1
[保護層5]
材料:SiO2
厚さ:15nm
このような基本構成に対して、圧電基板2のカット角とIDT電極3の電極材料およびその厚みの組み合わせとを以下のようにしたSAW素子を作製した。
[圧電基板2のカット角と電極膜厚の組み合わせ]
比較例 :カット角:42°,電極膜厚:Al8%
実施例1:カット角:46°,電極膜厚:Cu2%/Al7%
実施例2:カット角:46°,電極膜厚:Cu4%/Al2%
実施例3:カット角:48°,電極膜厚:Cu6%
[Piezoelectric substrate 2]
Material: Rotating Y-cut X-propagating LiTaO 3 substrate [IDT electrode 3]
Electrode finger 32 of IDT electrode 3:
(Number) 150 (Pitch Pt1) 2.7 μm
(Duty: w1 / Pt1) 0.5
(Intersection width W) 20λ (λ = 2 × Pt1)
Material: Al electrode 35 ... Pure Al
Cu electrode 36 ... Pure Cu
(However, there is an underlayer 6 made of 6 nm Ti between the piezoelectric substrate 2 and the conductive layer 15.)
[Reflector 4]
Material and Layer Configuration: Same as IDT electrode Number of reflective electrode fingers 42: 30 Pt2 of reflective electrode fingers 42: Pt1
Distance G from IDT electrode 3: Pt1
[Protective layer 5]
Material: SiO 2
Thickness: 15nm
With respect to such a basic configuration, a SAW element in which the cut angle of the piezoelectric substrate 2 and the combination of the electrode material of the IDT electrode 3 and its thickness were as follows was produced.
[Combination of cut angle of piezoelectric substrate 2 and electrode film thickness]
Comparative example: Cut angle: 42 °, electrode film thickness: Al 8%
Example 1: Cut angle: 46 °, electrode film thickness: Cu 2% / Al 7%
Example 2: Cut angle: 46 °, electrode film thickness: Cu 4% / Al 2%
Example 3: Cut angle: 48 °, electrode film thickness: Cu 6%
比較例および実施例に係るSAW素子について破壊電力値を測定した結果、比較例に係るSAW素子は32dBであるのに対して、実施例1に係るSAW素子は34.5dBであり、2.5dB耐電力を向上させることができることを確認した。なお実施例2,3についても、破壊電力値を計測し、比較例に比べて耐電力性が向上していることを確認した。 As a result of measuring the breakdown power values of the SAW elements according to the comparative example and the example, the SAW element according to the comparative example is 32 dB, whereas the SAW element according to the example 1 is 34.5 dB, and 2.5 dB. It was confirmed that the power durability can be improved. In Examples 2 and 3, the breakdown power value was measured, and it was confirmed that the power durability was improved as compared with the comparative example.
さらに、比較例および実施例に係るSAW素子について、電気特性を測定した。図9に本発明の弾性波素子を用いたSAW共振子の特性を示す。図9において、横軸は周波数を示している。そして、縦軸は、図9(a)はインピーダンスの絶対値、図9(b)はインピーダンスの位相をそれぞれ示している。 Furthermore, the electrical characteristics of the SAW elements according to the comparative example and the example were measured. FIG. 9 shows the characteristics of a SAW resonator using the acoustic wave device of the present invention. In FIG. 9, the horizontal axis indicates the frequency. 9A shows the absolute value of the impedance, and FIG. 9B shows the phase of the impedance.
図9から明らかなように、比較例のAl8%品に比して、実施例は3種類とも、いずれも同等以上の特性を示している。特に反共振周波数よりも高周波側(750MHz以上)で位相が比較例に比して−90°に近い。これは、この周波数帯域で損失が小さいことを示している。これは、電極材料として密度の高いCuを使用したことでIDT電極3での弾性波の反射係数が大きくなったためである。この結果から、従来モデルの構成に比べ耐電力性・電気特性共に優れたSAW素子を提供できることが分かった。 As is clear from FIG. 9, all the three types of the examples show the same or better characteristics as compared with the Al 8% product of the comparative example. In particular, the phase is closer to −90 ° than the comparative example on the high frequency side (750 MHz or more) with respect to the antiresonance frequency. This indicates that the loss is small in this frequency band. This is because the reflection coefficient of the elastic wave at the IDT electrode 3 is increased by using Cu having a high density as the electrode material. From this result, it was found that a SAW element having superior power durability and electrical characteristics compared to the configuration of the conventional model can be provided.
1 弾性波素子(SAW素子)
2 圧電基板
2A 上面
3 励振(IDT)電極
35 Al電極
36 Cu電極
4 反射器
5 保護層
7 分波器
8 アンテナ端子
9 送信端子
10 受信端子
11 送信フィルタ
12 受信フィルタ
15 導電層
17 多重モード型SAWフィルタ
18 補助共振子
101 通信装置
103 RF−IC
105 バンドパスフィルタ
107 増幅器
109 アンテナ
111 増幅器
113 バンドパスフィルタ
S1〜S3 直列共振子
P1〜P3 並列共振子
1 Elastic wave device (SAW device)
2 Piezoelectric substrate 2A Upper surface 3 Excitation (IDT) electrode 35 Al electrode 36 Cu electrode 4 Reflector 5 Protective layer 7 Demultiplexer 8 Antenna terminal 9 Transmission terminal 10 Reception terminal 11 Transmission filter 12 Reception filter 15 Conductive layer 17 Multimode SAW Filter 18 Auxiliary resonator 101 Communication device 103 RF-IC
105 Band Pass Filter 107 Amplifier 109 Antenna 111 Amplifier 113 Band Pass Filters S1 to S3 Series Resonators P1 to P3 Parallel Resonators
Claims (11)
該圧電基板上に配置された、Cu電極または前記Cu電極とAl電極との積層構造であるIDT電極と、を備え、
前記圧電基板のカット角をα、前記IDT電極の弾性波の波長比である総厚みをt、前記Cu電極の割合をpとしたときに、以下の関係を満たす弾性波素子。
at2+bt+c−0.1≦p≦at2+bt+c+0.1
ただし、a=6.073α2−594.6α+14600
b=−0.5997α2+54.46α−1497
c=0.006700α2−0.6505α+17.96
0<p≦1
である。 A piezoelectric substrate;
An IDT electrode having a Cu electrode or a laminated structure of the Cu electrode and an Al electrode, disposed on the piezoelectric substrate;
An acoustic wave device satisfying the following relationship, where α is a cut angle of the piezoelectric substrate, t is a total thickness which is a wavelength ratio of elastic waves of the IDT electrode, and p is a ratio of the Cu electrode.
at 2 + bt + c−0.1 ≦ p ≦ at 2 + bt + c + 0.1
However, a = 6.073α 2 −594.6α + 14600
b = −0.5997α 2 + 54.46α-1497
c = 0.006700α 2 -0.6505α + 17.96
0 <p ≦ 1
It is.
を満たす、請求項1に記載の弾性波素子。 t ≧ 0.0006429α 2 −0.06314α + 1.595
The acoustic wave device according to claim 1, wherein:
を満たす、請求項2に記載の弾性波素子。 t ≧ 0.0006429α 2 −0.06314α + 1.605
The elastic wave device according to claim 2, wherein
を満たす請求項1乃至3のいずれかに記載の弾性波素子。 t ≦ 0.0046α−0.113
The elastic wave device according to claim 1, wherein:
を満たす請求項4に記載の弾性波素子。 t ≦ 0.0049α−0.1444
The acoustic wave device according to claim 4, wherein:
を満たす請求項4に記載の弾性波素子。 t ≦ 0.00475α-0.1257
The acoustic wave device according to claim 4, wherein:
前記下地層は、断面視して、前記電極指と接する幅よりも前記圧電基板と接する幅が広い、請求項1乃至8のいずれかに記載の弾性波素子。 An underlayer having conductivity between the upper surface and the IDT electrode;
The acoustic wave device according to claim 1, wherein the base layer has a width in contact with the piezoelectric substrate wider than a width in contact with the electrode finger in a cross-sectional view.
該アンテナに電気的に接続された請求項10に記載のフィルタ素子と、
該フィルタ素子に電気的に接続されたRF−ICとを備える通信装置。 An antenna,
The filter element of claim 10 electrically connected to the antenna;
A communication device comprising: an RF-IC electrically connected to the filter element.
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