JPH05267976A - 弾性表面波素子 - Google Patents

弾性表面波素子

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JPH05267976A
JPH05267976A JP6451292A JP6451292A JPH05267976A JP H05267976 A JPH05267976 A JP H05267976A JP 6451292 A JP6451292 A JP 6451292A JP 6451292 A JP6451292 A JP 6451292A JP H05267976 A JPH05267976 A JP H05267976A
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JP
Japan
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surface acoustic
acoustic wave
weight
scandium
electrode
Prior art date
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Pending
Application number
JP6451292A
Other languages
English (en)
Inventor
Yutaka Taguchi
豊 田口
Kazuo Eda
和生 江田
Shunichi Seki
関  俊一
Keiji Onishi
慶治 大西
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Priority to EP92121660A priority patent/EP0548862A1/en
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  • Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は長期間、大電力での使用に際しても
弾性表面波反射器、弾性表面波変換器の損傷を防ぎQの
低下、挿入損失の増大、通過帯域の変化などの特性変化
の小さい弾性表面波素子を形成することを目的とする。 【構成】 弾性表面波反射器、弾性表面波変換器の電極
にパラジウムを0.01重量%以上5重量%以下含有さ
せスカンジウムを0.01重量%以上5重量%以下含有
させた電極を使用し、エレクトロマイグレーション、ス
トレスマイグレーションの発生を防ぐ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は弾性表面波共振子、およ
び弾性表面波フィルタ、特に高周波、大電力を扱う弾性
表面波素子に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、発信器やフィルタに応用するた
め、弾性表面波素子の研究が盛んに行なわれてきた。特
に最近の移動体通信の発達、高周波化により、弾性表面
波素子の高周波化が必要となってきている。
【0003】弾性表面波素子の共振子の基本構成は既に
よく知られているように圧電性基板上に弾性表面波を励
振するために櫛形電極(インターデジタルトランスデュ
ーサ)を形成するとともにその両側にストリップ幅λ/
4(λ:弾性表面波の波長)の複数本の金属ストリップ
をλ/2ピッチで周期的に配列してなるグレーティング
反射器を形成して構成される。インターデジタルトラン
スデューサで励振された弾性表面波は圧電性基板上を伝
搬するが、両側に設けられた反射器によりインターデジ
タルトランスヂューサー側に反射される。1本当たりの
反射量は少ないが、多数のストリップにより、反射が1
/2波長間隔で生じるため、これらの反射は重畳され、
結果として反射量はほぼ1となる。こういう状況では圧
電性基板上には弾性表面波の強い定在波が立つこととな
る。この現象はちょうど水晶振動子の共振現象と同じで
ある。このようにして反射器の位置、本数を適当に調整
することにより水晶振動子と同様の共振子を実現するこ
とが出来る。
【0004】弾性表面波フィルタの基本構成は良く知ら
れているように圧電性基板上に弾性表面波を励振するた
めに弾性表面波変換器を少なくとも1組以上形成し、片
側の弾性表面波変換器を入力、反対側の弾性表面波変換
器を出力とし、電気信号ー弾性表面波ー電気信号の変換
の周波数特性を利用してフィルタとして利用するもので
ある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところでこのような弾
性表面波素子においては通常電極としてアルミニウムを
使用してきた。これは加工性が良い、密度が小さく軽い
などの点で他の金属と比較して有利であるためである。
電極金属としてアルミニウムを使用し、前述の共振子を
作成して耐久性を確認したところ、時間とともに共振周
波数の変化、Qの低下が確認された。この共振子の電極
を顕微鏡で確認したところ、反射器の電極が破損してい
た。
【0006】また、同様に弾性表面波フィルタを形成
し、耐久性を確認したところ、共振子と同様に、通過帯
域の変化、挿入損失の増加が認められた。これも共振子
と同様に電極の劣化が原因であった。
【0007】このような現象が起きる理由は、弾性表面
波変換器が電気ー機械系の変換器であることに起因して
いる。電極の劣化はエレクトロマイグレーション、スト
レスマイグレーションによって起きるものと推定され
る。通常の小信号入力の場合は電極に流れる電流や弾性
表面波の機械的変位も小さく電極劣化はおきにくい。し
かし、大信号を入力した場合や、共振子のように1部に
エネルギーが集中する構成になっていたりすると、電極
に流れる電流によりエレクトロマイグレーションがおき
やすくなる。また弾性表面波の機械的変位も大きくな
り、ストレスマイグレーションがおきてくるようにな
る。特に最近は移動体通信、特に携帯電話の小型化のた
めに高周波フィルタとして弾性表面波フィルタを使用す
る場合が多くなっている。しかしこの電話システムの高
周波回路部は800ー900MHz帯を使用しており、弾
性表面波変換器の電極幅はおよそ1um程度となる。その
ためエレクトロマイグレーション、ストレスマイグレー
ションがおきやすく、特に大信号が通過する場所のフィ
ルタは体積の大きな誘電体フィルタを使用しているのが
現状である。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記のような点に鑑み、
本発明では弾性表面波反射器、弾性表面波変換器の電極
をパラジウムを0.01重量%以上5重量%以下含有さ
せ、さらにスカンジウムを0.01重量%以上5重量%
以下含有させたアルミニウムを使用し、エレクトロマイ
グレーション、ストレスマイグレーションの発生を防ぐ
ものである。
【0009】
【作用】弾性表面波素子の電極をパラジウムを0.01
重量%以上5重量%以下含有させ、さらにスカンジウム
を0.01重量%以上5重量%以下含有させたアルミニ
ウムで構成することにより、長期間、大電力の使用にお
いても弾性表面波素子の劣化を押えるものである。
【0010】
【実施例】(実施例1)以下、本発明の実施例を図面を
参照して詳細に説明する。図1は本発明の実施例1によ
る弾性表面波共振子を示すものである。この弾性表面波
共振子はタンタル酸リチウムなどの圧電性基板11上に
電気端子12より入力される電気信号を弾性表面波に変
換する弾性表面波変換器としてインターデジタルトラン
スジューサ13を形成する。このインターデジタルトラ
ンスデューサ13の両側に弾性表面波をインターデジタ
ルトランスデューサに反射するため弾性表面波反射器1
4をグレーティング反射器の構成で形成する。このグレ
ーティング反射器はストリップ幅λ/4の多数の金属ス
トリップをλ/2の間隔で配列したもので、反射器を構
成する各金属ストリップからの反射が同相で重畳される
ようになっている。このような構成の弾性表面波共振子
において、弾性表面波変換器、弾性表面波反射器の電極
をパラジウムとスカンジウムを含有したアルミニウムに
よって形成されている。
【0011】圧電性基板として、36°YカットX伝搬の
LiTaO3を使用し、インターデジタルトランスデューサ1
3は20対の電極指で構成し、グレーティング反射器1
4は100本のストリップで構成した。電極としてはパ
ラジウムを0.2重量%、スカンジウムを0.2重量%混
入させたアルミニウムを使用した。同様の構成で電極の
効果を確かめるために電極に純粋なアルミニウムを用い
たものも作成、比較した。この弾性表面波共振子に10
mWの電力を印加し、1000時間放置したところ、共振
周波数は図2のような特性で変化していった。これを見
ればわかるように、電極に純粋なアルミニウムを使用し
た場合に比較してパラジウム及びスカンジウムを混入さ
せた場合の方が耐久性が優れていることが顕著にわか
る。この理由は正確には解明されてはいないが、アルミ
ニウムの結晶粒界に不純物であるパラジウム及びスカン
ジウムが析出し、これが核となって金属疲労による劣化
を防いでいるものと考えられる。このように長期間の使
用に耐えうる、つまり特性の変化の少ない弾性表面波共
振子を得ることが出来る。
【0012】パラジウム及びスカンジウムの添加量によ
る効果を確認するために上記の構成でパラジウムの添加
量とスカンジウムの添加量を0.01重量%から5重量
%まで変化させたものを種々作成してその効果を確認し
たが、効果の大小はあるもののこの範囲で耐久性の向上
が確認された。またスカンジウムの添加量が0.01重
量%から5重量%までのうち特にスカンジウムの添加量
が0.05重量%から0.3重量%までのものが耐久性向
上の効果が顕著であった。
【0013】同様な構成で電極にパラジウムの含有率と
スカンジウムの含有率が0.01重量%以下のアルミニ
ウムを使用したものを作成して試験を行なったが電極に
純粋なアルミニウムを用いたものと比較して有意性は見
られなかった。逆に電極にパラジウムの含有率とスカン
ジウムの含有率が5重量%以上のアルミニウムを使用し
たものを作成して試験を行なったが電極に純粋なアルミ
ニウムを用いたものと比較して電極抵抗の増大によると
思われる特性悪化、作成プロセス時の問題があり、実用
に耐え得るものではなかった。
【0014】(実施例2)次に図3のような構成で90
0MHz のフィルタを構成した。電極は低挿入損失化する
ために4入力21、5出力22の多電極構成とし、基板
として36°Y カットX 伝搬のタンタル酸リチウム23
を使用した。それぞれの入力、出力の弾性表面波変換器
は20対のインターデジタルトランスデューサーで構成
した。ここでも電極の違いによる効果を確認するため
に、0. 2重量%のパラジウム及びスカンジウムを混入
させたものを電極として使用した場合と、純粋なアルミ
ニウムを電極として使用した場合の2種類を作成し、こ
の弾性表面波フィルタに2W の電力を印加し、挿入損失
の時間変化を測定したところ、図4のような時間変化を
示した。この図を見ると明らかなように、純粋なアルミ
ニウムを電極として使用した場合には挿入損失の劣化が
激しく破壊されているが、パラジウム及びスカンジウム
を混入させた場合はほとんど劣化なく十分使用に耐える
ことがわかる。この原因も前述したように高い電力が印
化されたことによるエレクトロマイグレーション、印加
された電力に比例して大きな変位が電極に加わったため
によるストレスマイグレーションによるものであり、パ
ラジウム及びスカンジウムを混入させた電極を使用した
場合はアルミニウムの結晶粒界に不純物であるパラジウ
ム及びスカンジウムが析出し、これが核となって金属疲
労による劣化を防いでいるものと考えられる。
【0015】スカンジウムの添加量による効果を確認す
るために上記の構成でパラジウムの添加量とスカンジウ
ムの添加量を0.01重量%から5重量%まで変化させ
たものを種々作成してその効果を確認したが、効果の大
小はあるもののこの範囲で耐久性の向上が確認された。
またスカンジウムの添加量が0.01重量%から5重量
%までのうち特にスカンジウムの添加量が0.05重量
%から0.3重量%までのものが耐久性向上の効果が顕
著であった。
【0016】同様な構成で電極にパラジウムの含有率と
スカンジウムの含有率が0.01重量%以下のアルミニ
ウムを使用したものを作成して試験を行なったが電極に
純粋なアルミニウムを用いたものと比較して有意性は見
られなかった。逆に電極にパラジウムの含有率とスカン
ジウムの含有率が5重量%以上のアルミニウムを使用し
たものを作成して試験を行なったが電極に純粋なアルミ
ニウムを用いたものと比較して電極抵抗の増大によると
思われる特性悪化、作成プロセス時の問題があり、実用
に耐え得るものではなかった。
【0017】(実施例3)次に図1のような構成で実施
例1と同様に弾性表面波共振子を作成した。ただし電極
にはパラジウムの含有による効果を確認するためにアル
ミニウムにスカンジウムを0.15%混入させたアルミ
ニウムを使用したものと、アルミニウムにスカンジウム
を0.15%、パラジウムを0.15%混入させたものを
使用して、実施例1と同様な手法で弾性表面波共振子の
耐久性を測定したところ図5に示すようにパラジウム添
加の効果が確認された。さらにスカンジウムの添加量を
0.01重量%から5重量%まで、パラジウムの添加量
を0.01重量%から5重量%まで変化させたものを種
々測定したが、効果の大小はあるもののこの範囲で耐久
性の向上が確認された。またスカンジウムの添加量が
0.01重量%から5重量%までのうち特にスカンジウ
ムの添加量が0.05重量%から0.3重量%までのもの
が耐久性向上の効果が顕著であった。
【0018】(実施例4)次にスカンジウム添加による
効果を確認するために電極としてアルミニウムにパラジ
ウムを混入させたアルミニウムを使用したものと、アル
ミニウムにスカンジウム、パラジウムを混入させたもの
を使用して、弾性表面波共振子を作成した。これらの弾
性表面波共振子を実施例1と同様な手法で弾性表面波共
振子の耐久性を測定した。その結果電極としてアルミニ
ウムにスカンジウムを0.15重量%、パラジウムを0.
2重量%混入させたものを使用した場合と同じ効果を得
ようとするとパラジウムを3重量%混入させたアルミニ
ウムを電極として使用する必要があった。この2つの共
振子としての特性を比較してみると電極抵抗の違いによ
る差が確認され、電極としてアルミニウムにスカンジウ
ムを0.15重量%、パラジウムを0.2重量%混入させ
たものを使用した弾性表面波共振子の方が特性はよかっ
た。スカンジウムの添加量を種々変えて実験を行なった
が、いずれのばあいもスカンジウムを加えた場合とスカ
ンジウムを加えない場合におなじ耐久性を得ようとする
とスカンジウムを加えない場合はスカンジウムを加えた
場合よりもパラジウムの含有量を多くする必要があり、
そのため、電極抵抗の増加に起因する特性劣化が確認さ
れた。
【0019】これらの実施例では圧電性基板として36
°YカットX伝搬のLiTaO3を使用したがその他のカット角
のLiTaO3や他の圧電性基板、例えばLiNbO3などでも同様
の効果が得られることは明らかである。
【0020】
【発明の効果】本発明によれば長期間、大電力での使用
に際しても弾性表面波反射器、弾性表面波変換器の損傷
を防ぎQの低下、挿入損失の増大、通過帯域の変化など
の特性変化の小さい弾性表面波素子を形成することが出
来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1における弾性表面波共振子の
構成図
【図2】同実施例1における共振周波数の時間変化を示
す図
【図3】同実施例2における弾性表面波フィルタの構成
【図4】同実施例2における挿入損失の時間変化を示す
【図5】同実施例3における挿入損失の時間変化を示す
【符号の説明】
11 圧電性基板36°YカットX伝搬LiTaO3 12 電気端子 13 インターデジタルトランスデューサ 14 弾性表面波反射器 21 入力端子 22 出力端子 23 圧電性基板36°YカットX伝搬LiTaO3
フロントページの続き (72)発明者 大西 慶治 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】圧電性基板と、この圧電性基板上に設けら
    れた入力電気信号を前記圧電性基板上を伝搬する弾性表
    面波に変換するための弾性表面波用変換器を備え、この
    弾性表面波変換器に対向して前記圧電性基板上に設けら
    れた前記弾性表面波を反射する複数の金属ストリップを
    周期的に配列して構成される反射器を備え、前記弾性表
    面波変換器と弾性表面波反射器をパラジウムを0.01
    重量%以上5重量%以下含有させ、さらにスカンジウム
    を0.01重量%以上5重量%以下含有させたアルミニ
    ウムで構成することを特徴とする弾性表面波素子。
  2. 【請求項2】アルミニウム中のスカンジウムの含有量を
    特に0.05重量%から0.3重量%としたことを特徴と
    する請求項1記載の弾性表面波素子。
  3. 【請求項3】圧電性基板と、この圧電性基板上に設けら
    れた入力電気信号を前記圧電性基板上を伝搬する弾性表
    面波に変換するための弾性表面波用変換器を少なくとも
    1組備え、電気信号がこの弾性表面波変換器間を弾性表
    面波として伝搬するような構造を持ったフィルタにおい
    て前記弾性表面波変換器をパラジウムを0.01重量%
    以上5重量%以下含有させ、さらにスカンジウムを0.
    05重量%以上5重量%以下含有させたアルミニウムで
    構成することを特徴とする弾性表面波素子。
  4. 【請求項4】アルミニウム中のスカンジウムの含有量を
    特に0.05重量%から0.3重量%としたことを特徴と
    する請求項3記載の弾性表面波素子。
JP6451292A 1991-12-27 1992-03-23 弾性表面波素子 Pending JPH05267976A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6451292A JPH05267976A (ja) 1992-03-23 1992-03-23 弾性表面波素子
EP92121660A EP0548862A1 (en) 1991-12-27 1992-12-19 Surface accoustic wave device

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6451292A JPH05267976A (ja) 1992-03-23 1992-03-23 弾性表面波素子

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JPH05267976A true JPH05267976A (ja) 1993-10-15

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ID=13260336

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JP6451292A Pending JPH05267976A (ja) 1991-12-27 1992-03-23 弾性表面波素子

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JP (1) JPH05267976A (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190019813A (ko) 2017-08-17 2019-02-27 삼성전기주식회사 체적 음향 공진기
KR20200039521A (ko) 2018-10-05 2020-04-16 삼성전기주식회사 체적 음향 공진기
US10756701B2 (en) 2017-08-17 2020-08-25 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Bulk acoustic wave resonator
US11595016B2 (en) 2018-10-05 2023-02-28 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Bulk-acoustic wave resonator

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190019813A (ko) 2017-08-17 2019-02-27 삼성전기주식회사 체적 음향 공진기
US10756701B2 (en) 2017-08-17 2020-08-25 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Bulk acoustic wave resonator
KR20200039521A (ko) 2018-10-05 2020-04-16 삼성전기주식회사 체적 음향 공진기
US11595016B2 (en) 2018-10-05 2023-02-28 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Bulk-acoustic wave resonator

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