高周波弾性波デバイス（SAW）の基礎知識と技術動向

セミナー趣旨

　圧電薄膜バルク波共振子（FBAR）や弾性表面波(SAW)は小形、軽量、周波数無調整、高信頼性、高周波化対応可能等の特徴を持つ。SAWの民生用への応用はテレビの映像中間周波数(VIF)用フィルタが最初で、その後SAWデバイスは自動車電話、コードレス電話、ペジャ用などへの応用を経て、今や携帯電話、スマートフォンに欠かせない重要な部品となっている。一方。FBARは携帯電話の普及により採用され、当時、SAWの比べて急峻な特性を持つため、急峻な特性が要求されるbandを中心に採用されるようになった。近年のスマートフォンの普及により、両デバイスは、それぞれ特徴を生かしたBandに使用されている。また近年の周波数の混雑対策として、SAWでも急峻な特性が得られるようになってきている。今後、急峻な特性と良好な温度特性をもつフィルタ特性に加え、キャリアアグリゲーションシステムの普及により、広い周波数範囲でスプリアスのないフィルタや第5世代用あるいは次の世代用高周波フィルタが要求されるなど、ますますFBARやSAWフィルタへの期待が高くなっている。

　講演者は、村田製作所入社後、圧電セラミックを用いたエネルギー閉じ込め型バルク波共振子・フィラタ(BAW)の開発やSAWフィルタの開発を担当。テレビ・映像中間周波数用SAWフィルタの開発後には、その実用化のため11年間、製造現場に従事して、世界で唯一その実用化に成功した。その後、異動した開発部門では、横波型SAWの端面反射を利用した超小型ETC用フィルタ（今でもシェア100%）及びTV用補助トラップ共振子、高密度電極と水晶を用いた温度特性良好で超小型な携帯電話用IFフィルタ、平坦化SiO2膜/高密度電極/圧電基板構造の温度特性（いわゆるTCSAW）の良好な小型なスマートフォン用SAWデュプレクサ（このデュプレクサはその後同業にもクロスライセンスされ、世界の同業でも数多く生産されている）等、世界初の数多くの各種弾性表面波デバイスの開発と実用化に成功。また近年、注目され始めた板波の1種のラム波（XBARと名を変えて呼んでいつグループもある）については、15年前にいち早く注目し、世界で初めてラム波で5 GHz以上のデバイスを実現した。その論文は2010年度のIEEE UFFC transactionの最優秀論文に選ばれており、また、近年のラム波の論文のほとんどに引用されている。東北大に異動後は、圧電薄板と水晶基板を用いた高Q、ゼロTCF,スプリアスフリーのデバイスに開発に成功している。
　本講演者は、このように、BARや良質なZnO膜の開発に加え、SAWの研究の黎明期から現在に至るまで、SAWの開発・実用化・製造に取り組んできている。これらの経験を活かし、弾性体や圧電体の基本的な考え方・理論、BAWやSAWの原理、BAWやSAWの種類や励振方法、それらに適した材料、それらを応用したFBARやSAW共振子、ラダーフィルタへの原理・構成方法、実用化成功の秘訣、今後のFBARやSAWの技術の動向などについて講演する。

受講対象・レベル

・SAW・BAW・板波など弾性体の基礎
・一般的なFBAR・SAW・板波の知識
・FBAR・SAWデバイス関係セールスエンジニア
・FBAR・SAW・板波開発担当者
・FBAR・SAW・板波実用化担当者
・FBAR・SAW・板波製造担当者
・新しい弾性波デバイス研究担当者
・開発企画担当者

必要な予備知識

・特に予備知識は必要ありません。基礎から解説いたします

習得できる知識

・弾性体・圧電体の基礎
・一般的なFBAR・SAW・板波の知識
・BAW・FBAR・板波の基礎・原理
・FBAR・SAW用材料
・BAW・FBAR・板波の各種振動モードの種類
・FBAR・SAWフィルタの原理、応用例
・技術開発・実用化の秘訣
・技術者に期待されること

セミナープログラム

1.　弾性体の基礎
　1-1　弾性体の結晶構造
　1-2　歪と応力の関係
　1-3　弾性定数
　　　(スチッフネス、コンプライアンス、（ポアソン比、ヤング率）)
　1-4　運動方程式
　1-5　弾性体の縦波音速、横波音速は何に依存している、どのように求める

2.　圧電体とは
　2-1　圧電現象
　2-2　圧電方程式（圧電定数）
　2-3　結晶構造のおける圧電定数の違い
　2-4　電気機械結合係数

3.　BAWとFBAR
　3-1　バルク波（BAW）とは
　3-2　厚みすべり振動とは
　3-3　厚み縦振動とは
　3-4　FBAR用材料
　3-5　成膜方法
　3-6　BAWやFBARの厚み振動共振子の周波数は何で決まる
　3-7　厚み振動共振子の帯域は何で決まる
　3-8　エネルギー閉じ込め振動とは
　3-9　キャビティ構造とSMRの違いは

4.　共振子とラダーフィルタ
　4-1　共振子
　4-2　ネットワークアナライザによる共振子特性の測定
　4-3　スミスチャート、動アドミタンス特性
　4-4　共振周波数、反共振周波数とは
　4-5　電気機械結合係数
　4-6　Qとは
　4-7　等価回路
　4-8　2重モードフィルタとは
　4-9　ラダーフィルタとは
　4-10　フィルタの帯域は
　4-11　帯域は何に依存する
　4-12　高周波化するには

5.　SAW
　5-1　SAWとは
　5-2　SAWとBAWの違い
　5-3　SAWの励振
　5-4　SAWの種類
　5-5　レイリー波
　5-6　漏洩弾性波
　5-7　縦波型漏洩弾性波
　5-8　セザワ波
　5-9　BGS波
　5-10　ラブ波
　5-11　層状構造弾性波
　5-12　境界波

6.　板波
　6-1　板波とBAWやSAWとの違いは
　6-2　ラム波と横波型（SH型）板波　
　6-3　LiNbO3やLiTaO3薄膜を用いたデバイスの例

7.　SAWの解析方法
　7-1　Campbell－Joneの方法

8.　SAW用材料
　8-1　セラミック（PZT等）
　8-2　薄膜（ZnO等）
　8-3　単結晶（LiTaO3,LiNbO3,水晶、LBO,ランガサイト等）

9.　SAW共振子
　9-1　SAW共振子の原理

10.　SAWフィルタの種類
　10-1　トランスバーサル型フィルタ
　10-2　縦波型共振子フイルタ
　10-3　横波型共振子フィルタ
　10-4　ラダーフィルタ

11.　実用化に成功するために

12.　今後の動向
　12-1　高周波化
　12-2　広帯域化
　12-3　他
 

【質疑応答】

SAW,弾性表面波,基礎,技術,動向,開発,種類,セミナー,講演

セミナー講師

東北大学大学院 工学研究科 ロボティクス専攻 シニアリサーチフェロー 門田 道雄 氏

セミナー受講料

55,000円（税込、資料付）
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　 2名同時申込の場合計55,000円（2人目無料：1名あたり27,500円）で受講できます。
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