高周波弾性波デバイス(SAW･BAW)の基礎理論から実用化成功の秘訣及び今後のBAWやSAWの技術の動向【提携セミナー】

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開催日時	未定
担当講師	門田道雄氏
開催場所	未定
定員	-
受講費	未定

〇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ます。

〇今後のBAWやSAWの技術の動向などについてお話します。

高周波弾性波デバイス(SAW･BAW)の基礎理論から

実用化成功の秘訣及び今後のBAWやSAWの技術の動向

【提携セミナー】

主催：株式会社情報機構

電薄膜バルク波(BAW)共振子（FBARあるいはBAWR）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のほか、電極を基板内に埋め込むことによる8.2 GHzの3次高調波SAWの励振や圧電基板と従来の1/5厚の多層膜からなる構造で9.5 GHzの3次の高次モードのBAWの励振に成功している。

本講演者は、このように、TV用SAWフィルタの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BAW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BAWやSAWの技術の動向などについて講演する。

◆受講後、習得できること

弾性体・圧電体の基礎
一般的なFBAR・SAW・板波の知識
SAW,BAW、板波の基礎・原理
SAW,BAW,板波SAW用材料
SAW、BAW、板波の各種振動モードの種類
SAW、BAW、板波の共振子、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

◆受講対象者

移動体通信用デバイスに興味のある方
弾性波デバイス開発、製造、営業担当者
弾性波デバイス用材料開発担当者
弾性波デバイス用装置設計担当者
開発企画担当者

◆必要な予備知識など

この分野に興味のある方なら、特に予備知識は必要ないが、高校程度の数学の知識があれば、なお良い。

◆講演中のキーワード

弾性体、圧電体、弾性表面波、バルク波、各種フィルタ、デュプレクサ、スマートフォン、第５，第6世代、高周波弾性波

担当講師

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先生

■ご略歴：
東北大学工学研究科終了後、1974年村田製作所入社。1994 年東北大学より工学博士(論文)。2005年同社フェロー（役員待遇）。2013年1月同社退職。同年2月東北大学客員教授、2014年8月同特任教授。2018年4月同シニアリサーチフェロー。村田製作所在職時、世界で唯一実用化に成功した酸化亜鉛(ZnO)薄膜を用いたテレビ用弾性表面波(SAW)フィルタをはじめ（この成功がなければ今の村田製作所のSAWの事業はないという重要な実用化成功）、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るグループもある）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。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のほか、電極を基板内に埋め込むことによる8.2 GHzの3次高調波SAWの励振や圧電基板と従来の1/5厚の多層膜からなる構造で9.5 GHzの3次の高次モードのBAWの励振に成功している。

■ご専門および得意な分野・研究：
弾性表面波、バルク波などの弾性波工学

■本テーマ関連学協会でのご活動：
1984～1992　Japanese Technical Committee 49 of the International Electrotechnical Commission（WG2　圧電セラミック小委員会、WG2　外形寸法小委員会、WG6　測定方法小委員会、WG9　クリスタル小委員会各委員）
1992～2013 日本学術振興会弾性波素子第150委員会運営委員
1994～1995及び2003～2004 日本音響学会関西支部評議員
1995～1996 電子情報通信学会超音波専門委員会委員
1997～2013 電気学会高機能EM回路ﾃﾞﾊﾞｲｽの構成技術調査専門委員
1997～2012 超音波ｴﾚｸﾄﾛﾆｸｽの基礎と応用に関するｼﾝﾎﾟｼﾞｳﾑ（USE）実行委員
2001～2005 Japanese Journal Applied Physics 特別編集委員
2007～2008 IEEE Ultrason. Ferroelec. Freq. Cont.ソサェティ日本支部長
2007～2013 神戸大学工学研究科　非常勤講師
2007 日本音響学会関西支部副支部長
2008　日本音響学会関西支部長
2010～2011 電気学会特集号論文委員
2011　超音波ｴﾚｸﾄﾛﾆｸｽの基礎と応用に関するｼﾝﾎﾟｼﾞｳﾑ(USE)運営委員長
2012～現在超音波ｴﾚｸﾄﾛﾆｸｽの基礎と応用に関するｼﾝﾎﾟｼﾞｳﾑ(USE)顧問
2009～現在 IEEE Internatinal Ultrasonics Symposium Technical Program Committee
2022～現在　弾性波コンソーシアム監査役

セミナープログラム（予定）

1.　弾性体の基礎
1-1　音波
1-2　弾性体の結晶構造
1-3　歪と応力の関係
1-4　弾性定数
(スティフネス、コンプライアンス、(ポアソン比、ヤング率)）
1-5　運動方程式
1-6　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
7-2　パワーフロー角

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.　近年話題のSAWデバイス
11-1　近年要求される特性(温度特性、高Q、スプリアス等)
11-2　異種材料基板を組み合わせたSAWデバイス
11-2-1　異種基板を組み合わせた温度特性の良好なSAWデバイス
11-2-2　異種基板とを組み合わせた高QなSAWデバイス
11-3　広帯域弾性波デバイス
11-3-1　空洞型板波
11-3-2　音響多層膜構造SAWデバイス
11-4　高周波弾性波デバイス
11-4-1　高次モードを利用したSAWデバイス
11-4-2　空洞型板波
11-4-3　音響多層膜構造SAWデバイス
11-4-4　高調波SAW（8.2 GHz SAW）

12.　単結晶を用いたBAWデバイス
12-1　空洞型BAWデバイス
12-1-1　LN薄板BAW
12-1-2　LT薄板BAW
12-2　音響多層膜構造BAWデバイス
12-2-1　LN音響多層膜構造
12-2-2　LT音響多層膜構造
12-3　高周波音響多層膜構造BAWデバイス(7- 9.5 GHzBAW)

13.　実用化例