I.H.P. SAW

革新的な技術開発で高性能な弾性表面波デバイスを実現

通信端末には800~2500MHz帯で動作する高周波 (RF: Radio Frepuency) フィルタが用いられています。このRFフィルタには、圧電体基板の表面を伝搬する表面波 (SAW) を利用したフィルタが広く使われていましたが、近年、バルク弾性波 (BAW) の商用化が進み、従来の表面波フィルタでは対応できない高難度Bandにおいて、BAWの適用が広がっている状況です。 ムラタは、従来の表面波の弱点を克服したI.H.P. SAW (Incredible High Performance-SAW) の開発を行い、BAWを凌駕する特性の実現に成功しました。ここでは、I.H.P. SAWの技術について紹介します。


1. RFフィルタの現状とSAWの課題

通信端末の送受信回路にはRFフィルタが用いられています。RFフィルタとは、所望の周波数帯の信号のみを通過させて、その他の周波数の信号を遮断するためのデバイスです。RFフィルタは複数の共振子から構成され、一般的には梯子状に共振子が接続されたラダー回路によって所望のフィルタ帯域が形成されます (図1) 。通信端末で使用可能なBandには、周波数、通過帯域幅が異なるいろいろなBandが存在しますが、それぞれのBandの規格が満足できるよう回路、共振子設計の最適化が行われています。

図1. RFフィルタ (ラダー回路) の説明図

図1. RFフィルタ (ラダー回路) の説明図


RFフィルタでは、通過特性の肩における急峻性が重要となります。通過帯域と阻止帯域との間の周波数間隔 (図1の赤矢印) が狭いBandはフィルタ設計の難易度が高く、より通過帯域の肩が急峻なフィルタ特性が必要となります。急峻性を高めるためには、フィルタを構成する共振子の回路設計も重要ですが、同時に、共振子自身の特性 (Q値) も大きく影響します。そのため、高難度のBandに対応できるよう、各社、共振子のQ特性の向上を目指して開発を進めています。

RFフィルタには、圧電体LiTaO3単結晶基板を用いた弾性表面波デバイスが広く使われています。圧電体基板の表面に櫛形電極 (IDT: Interdigital Transducer) を形成した構造で、IDTにより励振された弾性表面波の共振特性を利用して、RFフィルタの帯域を形成します (図2) 。

図2. 弾性表面波デバイス

図2. 弾性表面波デバイス


一方、SAWの対抗技術として、バルク弾性波 (BAW) を利用したRFフィルタの技術もあります。BAWは圧電体を上下電極で挟み込む構造で、厚み縦振動を利用したフィルタが一般的に使用されています。BAWの特徴としては、製造のプロセスが複雑でコストが高い反面、SAWよりも高Qな特性が実現可能で、BAWの共振を利用したRFフィルタでは高い急峻性をもつ良好なフィルタ特性を得ることが可能となります。SAWには放熱性の点においても課題が存在し、高難度のBandに対してBAW の市場が大きくなっている状況です。

このような状況下において、ムラタは従来のSAWの弱点を克服したI.H.P. SAWの開発に成功しました。I.H.P. SAWは、BAWと同等以上の特性を実現することが可能で、BAW以上の温度特性、高放熱性のメリットも兼ね備えた付加価値の高い商品です。



用語解説

SAW (Surface Acoustic Wave) : 圧電基板上を伝わる弾性表面波を利用して、特定の周波数帯の電気信号を取り出すフィルタ。
BAW (Bulk Acoustic Wave) : 圧電体のバルクの振動を利用して特定の周波数帯の電気信号を取り出すフィルタ。
Band: 通信に使用できる周波数帯。国や地域により周波数、帯域幅が異なる。
Q値 (Quality factor): 共振のピークの鋭さを表す指標。Q値が大きいほど損失が少なく、良好なフィルタ特性を得ることが可能。


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