CN108631744A

CN108631744A - 声波滤波器

Info

Publication number: CN108631744A
Application number: CN201810214062.0A
Authority: CN
Inventors: 近藤宏树; 池田聪郎; 池田聪一郎
Original assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Current assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date: 2017-03-21
Filing date: 2018-03-15
Publication date: 2018-10-09
Anticipated expiration: 2038-03-15
Also published as: CN108631744B; US20180278237A1; US10693441B2; JP2018157509A; JP6625579B2

Abstract

本申请涉及声波滤波器，该声波滤波器包括：压电基板；第一多模滤波器，该第一多模滤波器包括位于所述压电基板上的至少三个第一IDT，具有第一通带，并且连接在输入端子与输出端子之间；以及第二多模滤波器，该第二多模滤波器包括位于所述压电基板上的至少三个第二IDT，具有第二通带，并且在所述输入端子与所述输出端子之间与所述第一多模滤波器串联连接，所述第二通带的一部分与所述第一通带交叠，所述第二通带的剩余部分与所述第一通带不交叠。

Description

声波滤波器

技术领域

本发明的某个方面涉及声波滤波器。

背景技术

已知有将多个叉指式换能器(IDT：Interdigital Transducer)在压电基板上沿表面声波(SAW)的传播方向设置的多模滤波器。纵向耦合双模SAW(DMS：也称为双重模式SAW或双模SAW)滤波器通常用作多模滤波器。为了增加DMS中通带以外的抑制，已知在输入端子与输出端子之间串联连接多个DMS。

日本专利申请公报No.9-130203描述了使两级纵向耦合的DMS的电极指的节距相差0.2％至0.5％以减小群延迟偏差。日本专利申请公报No.9-214284描述了通过组合DMS的通带来加宽通带。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种声波滤波器，该声波滤波器包括：压电基板；第一多模滤波器，该第一多模滤波器包括位于所述压电基板上的至少三个第一IDT，具有第一通带，并且连接在输入端子与输出端子之间；以及第二多模滤波器，该第二多模滤波器包括位于所述压电基板上的至少三个第二IDT，具有第二通带，并且在所述输入端子与所述输出端子之间与所述第一多模滤波器串联连接，所述第二通带的一部分与所述第一通带交叠，所述第二通带的剩余部分与所述第一通带不交叠。

根据本发明的第二方面，提供了一种声波滤波器，该声波滤波器包括：压电基板；第一多模滤波器，该第一多模滤波器包括位于所述压电基板上的至少三个第一IDT，并且连接在输入端子与输出端子之间，所述至少三个第一IDT中的中心第一IDT的节距为PT1；以及第二多模滤波器，该第二多模滤波器包括位于所述压电基板上的至少三个第二IDT，并且在所述输入端子与所述输出端子之间与所述第一多模滤波器串联连接，所述至少三个第二IDT中的中心第二IDT的节距为PT2，0.005≤2×|PT1-PT2|/(PT1+PT2)≤0.02。

附图说明

图1A是根据第一实施方式的声波滤波器的平面图，而图1B是IDT的平面图；

图2呈现了第一实施方式所应用至的每个频带中的接收频带和发送频带；

图3是根据第一实施方式的模拟声波滤波器的平面图；

图4例示了第一实施方式中的发送特性；

图5A到图5C是用于描述第一实施方式的优点的示意图；以及

图6是根据第一实施方式的第一变形例的声波滤波器的平面图。

具体实施方式

在DMS中，需要增加IDT的对数，以缩窄通带并增加其它相邻频带的衰减。然而，IDT的对数的增加会增加芯片尺寸。如上所述，很难实现更窄的通带和更小的尺寸。

下面，参照附图，对本发明的实施方式进行描述。

第一实施方式

图1A是根据第一实施方式的声波滤波器的平面图，而图1B是IDT的平面图。如图1A所示，位于压电基板10上的是DMS 20和DMS 30。DMS 20包括三个IDT，其包括：中心IDT 22和位于IDT 22两侧的IDT 21和23，以及位于IDT 21和23侧面的反射器24。DMS 320包括三个IDT，其包括：中心IDT 32和位于IDT 32两侧的IDT 31和33，以及位于IDT 31和33侧面的反射器34。

参照图1B，对IDT的结构进行描述。IDT 50位于压电基板10上。IDT 50对应于图1A中的IDT 21到23以及31到33中的每一个。IDT 50由形成在压电基板10上的金属膜12形成。IDT 50包括一对梳形电极52。梳形电极52具有多个电极指54和汇流条56，电极指54联接至该汇流条56。一个梳形电极52的电极指54和另一个梳形电极52的电极指54大致交替布置。向IDT 50施加高频信号激励沿电极指54的排列方向传播的声波。一个梳形电极52的电极指54的节距基本上对应于声波的波长λ。平均节距通过将沿IDT 50的电极指54的排列方向的宽度除以电极指54的对数来计算。针对所述对数：一个梳形电极52的一个电极指54和另一个梳形电极52的一个电极指54形成一对。

压电基板10例如是钽酸锂基板或铌酸锂基板。金属膜12例如是铝膜或铜膜。覆盖金属膜12的保护膜或温度补偿膜可以位于压电基板10上。

如图1A所示，IDT 21到23以及反射器24被布置在由IDT 21到23激励的表面声波的传播方向上。IDT 31到33以及反射器34被布置在由IDT 31到33激励的表面声波的传播方向上。在DMS 20中，由三个IDT 21到23激励的声波被反射器24反射。因此，声波的能量被限制在IDT 21至23中。带通滤波器通过利用由IDT 21到23之间的声耦合产生的两种振动模式来形成，它们是一阶和三阶振动模式。这同样适用于DMS 30。

DMS 20和DMS 30通过位于压电基板10上的布线14来电连接。IDT 22的第一梳形电极通过布线14联接至输入端子Tin。IDT 22的第二梳形电极通过布线14接地。IDT 21和23中的每一个的第一梳形电极通过布线14接地。IDT 21和23中的每一个的第二梳形电极通过布线14联接至节点N1。

IDT 22的第一梳形电极通过布线14联接至输出端子Tout。IDT 32的第二梳形电极通过布线14接地。IDT 31和33中的每一个的第一梳形电极通过布线14接地。IDT 31和33中的每一个的第二梳形电极通过布线14联接至节点N1。DMS 20和DMS 30串联连接在输入端子Tin与输出端子Tout之间。可以通过串联连接DMS 20和DMS 30来增加通带以外的衰减。

图2呈现了第一实施方式所应用至的每个频带中的接收频带和发送频带。如图2所示，频带13、频带14、频带17、频带29、频带30以及频带31具有窄的接收频带和窄的发送频带。频带29仅用于接收。当通过将接收频带或发送频带的带宽Pass与对应频带的中心频率f0相除所获取的值Pass/f0用％表示时，这些Pass/f0为2％或更少。而且，另一频带接近另一频带。例如，频带13和频带14具有彼此接近的接收频带和彼此接近的发送频带。频带29的接收频带接近频带17的发送频带。在频带17、频带30以及频带31中的每一个中，接收频带接近发送频带。如上所述，对于具有窄带宽并且接近另一频带的频带的滤波器，要求具有窄的通带，并且除了通带之外的衰减快速增加。

为了缩窄小DMS中的通带，可以考虑增加DMS的电极指的对数。然而，对数的增加会增加芯片面积。因此，第一实施方式移位DMS 20和DMS 30的通带。下面，将基于模拟进行描述。

图3是根据第一实施方式的模拟声波滤波器的平面图。位于压电基板10上的是DMS20和DMS 30、单端口谐振器(one-port resonator)40、以及布线14和16。DMS 20和DMS 30与图1所示的那些相同，因此省略其描述。单端口谐振器40包括IDT 41和位于IDT 41两侧的反射器44。连接电极15联接至布线14。连接电极15是用于连接至外部装置的连接电极，并且电连接至输入端子Tin、输出端子Tout、以及地端子Tgnd。连接电极15是位于布线14上的凸块，或者贯穿压电基板10的通路布线。

在输入端子Tin与输出端子Tout之间，谐振器40、DMS 20以及DMS 30通过布线14和16串联连接。在DMS 20和DMS 30之间，DMS 20的IDT 21、IDT 22以及IDT 23和反射器24通过布线14共同联接至接地端子Tgnd。DMS 30的IDT 31、IDT 32以及IDT 33和反射器34通过布线14共同联接至接地端子Tgnd。IDT 21和IDT 23通过布线16联接至IDT 31和IDT 33。绝缘膜18位于布线14与16之间。该结构将布线14和16电分离。

其它模拟条件如下。

压电基板10：42°旋转的Y切X传播(Y-cut X-propagation)钽酸锂基板，

金属膜12：膜厚度为533.5nm的铝膜，

DMS 20：

孔径长度：200μm，

IDT 21:

其中每个的节距都均匀的区域的数量：6个区域

其中每个的节距都均匀的各个区域中的对数：8.5对，1对，2.5对，2对，2.5对，2对，

总的对数：18.5对，

IDT 22:

其中每个的节距都均匀的区域的数量：9个区域

其中每个的节距都均匀的各个区域中的对数：2.5对，1对，2对，3对，13对，4对，3.5对，3.5对，5对，

总的对数：37.5对，

IDT 23:

其中每个的节距都均匀的区域的数量：6个区域

其中每个的节距都均匀的各个区域中的对数：0.5对，1对，0.5对，1.5对，0.5对，6对，

总的对数：10对，

在IDT 22中的对数为13对的区域中的节距(最大等节距区域)：523nm，

IDT 21到23的平均节距：509nm，

DMS 30：

孔径长度：170μm，

IDT 31:

其中每个的节距都均匀的区域的数量：6个区域，

其中每个的节距都均匀的各个区域中的对数：7对，3.5对，1对，4.5对，1对，2对，

总的对数：19对，

IDT 32:

其中每个的节距都均匀的区域的数量：9个区域，

其中每个的节距都均匀的各个区域中的对数：2.5对，2对，3对，2.5对，11对，4对，2对，2对，1.5对，

总的对数：30.5对，

IDT 33:

其中每个的节距都均匀的区域的数量：6个区域，

其中每个的节距都均匀的各个区域中的对数：1对，2对，1对，1对，1对，5.5对，

总的对数：11.5对，

在IDT 22中的对数为11对的区域中的节距(最大等节距区域)：516nm，

IDT 31到33的平均节距：491nm，

在DMS 20和DMS 30中，中心IDT 22和IDT 32对数最多的电极指54。IDT 21到IDT23以及IDT 31到IDT 33中的电极指54的节距不同。将节距均匀的区域中的对数最多的区域定义为：IDT 22和IDT 32中的每一个中的最大等节距区域。该对数是：其中对数最多的区域中的对数。每个DMS 20和DMS 30的通带的中心频率大致由最大等节距区域中的节距确定。

图4例示了第一实施方式中的发送特性。呈现了单独的DMS 20和DMS 30的发送特性以及输入端子Tin与输出端子Tout(如第一实施方式所示)之间的发送特性。如图4所示，通带的宽度在DMS 20与DMS 30之间近似相同，但通带的中心频率相差大约4MHz。第一实施方式的通带是DMS 20和DMS 30的通带交叠的频带。如上所述，可以实现具有窄通带的声波滤波器，而不增加DMS 20和/或DMS 30的对数。使通带一侧的裙部特性变陡比使DMS的通带两侧的裙部特性变陡更容易。因此，DMS 20被设计成在低频侧具有陡峭的裙部特性，而DMS30被设计成在高频侧具有陡峭的裙部特性。这种结构能够使通带两侧的裙部特性变陡。

图5A到图5C是用于描述第一实施方式的优点的示意图。图5A是根据第一实施方式的声波滤波器的平面图，并且例示了压电基板10、谐振器40、以及图3中的DMS 20和DMS 30。压电基板10的短边的长度由L1表示，DMS 20与DMS 30之间的内侧距离由L2表示，DMS 20与DMS 30之间的外侧距离由L3表示，并且DMS 30的长度由L4表示。在第一实施方式中，DMS 20和DMS 30的IDT沿短边的延伸方向布置。为了满足压电基板10的芯片尺寸的要求，短边的长度L1可能已经确定。

为了缩窄通带，代替第一实施方式中描述的移位DMS 20和DMS 30的通带的方法，考虑增加DMS 30的对数。为了实现与第一实施方式相同的通带，DMS 30的IDT的对数增加了50％，并且被定义为DMS 30a。当DMS 30中IDT的对数与反射器的对数之比为7:3时，DMS 30a的长度L4a是DMS 30的长度L4的1.35倍。

如图5B所示，DMS 30a的长度L4a变得大于压电基板10的短边的长度L1。因此，在压电基板10上形成DMS 30a增加了短边的长度。

可以考虑在压电基板10上形成旋转90°的DMS 20和DMS 30，如图5C所示。难以缩小DMS 20与DMS 30之间的内侧距离L2。理由如下。为了确保图3中的滤波器特性，用于将DMS20和DMS 30接地的地端子Tgnd要位于DMS 20与DMS 30之间，并且地布线由此不被DMS 20和DMS 30共享。如上所述，由于对滤波器特性的要求，DMS 20与DMS 30之间的内侧距离L2不能减小。因此，DMS 20与DMS 30之间的外侧距离L3变得大于短边的长度L1。因此，在压电基板10上形成DMS 30a增加了短边的长度。

在第一实施方式中，通带可以变窄，而不增加DMS 20和/或DMS 30的对数。因此，可以减小压电基板10的短边的长度。

在第一实施方式中，如图1A和图3所示，在输入端子Tin与输出端子Tout之间串联连接DMS 20(第一多模滤波器)和DMS 30(第二多模滤波器)。如图4所示，DMS 30的通带(第二通带)的一部分与DMS 20的通带(第一通带)交叠，并且DMS 30的通带的剩余部分不与DMS20的通带交叠。因此，通带变窄并且尺寸减小。

DMS 20的通带的中心频率由f1表示，并且DMS 30的通带的中心频率由f2表示。如图2所示，当Pass/f0为2％或更少时，缩窄通带，2×|f1-f2|/(f1+f2)优选为0.005或以上，更优选为0.001或以上。为了使DMS 20和DMS 30的通带交叠，2×|f1-f2|/(f1+f2)优选为0.02或以下，更优选为0.015或以下。

DMS 20和DMS 30的通带的中心频率分别大致由中心IDT 22和IDT 23的节距确定。因此，当IDT 22的电极指的节距由PT1表示，并且IDT 32的电极指的节距由PT2表示时，2×|PT1-PT2|/(PT1+PT2)优选为0.005或以上，更优选为0.01或以上。2×|PT1-PT2|/(PT1+PT2)优选为0.02或以下，更优选为0.015或以下。

当IDT 22和IDT 32中的每一个都具有节距不同的多个区域时，通带的中心频率大致由区域中对数最多的区域的节距来确定。因此，PT1和PT2分别优选为在IDT 22和IDT 32的区域中对数最多的区域的节距。

DMS 20和DMS 30通过单一节点N1串联连接。这种结构可以缩窄通带并减小尺寸。包括在第一多模滤波器和第二多模滤波器的每一个中的IDT的数量可以不是三。例如，IDT的数量可能是五。已经描述了IDT 21和IDT 23以及IDT 31和IDT 33被连接的情况，但IDT21和IDT 23以及IDT 32可以被连接，而IDT 31和IDT 33可以被连接至输出端子Tout。

如第一实施方式中所述，第一多模滤波器和第二多模滤波器的每一个都具有三个IDT。在DMS 20中，IDT 22联接至输入端Tin，并且其它IDT 21和IDT 23共同联接至单一节点N1。在DMS 30中，IDT 32联接至输入端Tout，并且其它IDT 31和IDT 33共同联接至单一节点N1。这种结构可以缩窄通带并减小尺寸。

如图3所示，可以提供具有联接至输入端子Tin的第一端和联接至DMS 20的第二端的单端口谐振器40。

如图3和图5A所示，DMS 20和DMS 30的IDT的排列方向是压电基板10的短边延伸的方向。由此，可以缩小压电基板10的短边。

如图3所示，DMS 20的至少一个反射器24与压电基板10的、最接近所述至少一个反射器24的长边之间的距离L5a，和DMS 30的至少一个反射器34与压电基板10的、最接近所述至少一个反射器34的长边之间的距离L5b，小于连接电极15(凸块或通路布线)的宽度L6。第一实施方式可以缩窄通带而不增加DMS 20和/或DMS 30的对数。因此，即使压电基板10的短边的长度L1较小，也可以通过使距离L5a和L5b小于连接电极15的宽度L6，而使DMS 20和DMS30的IDT的排列方向是压电基板10的短边延伸的方向。

即使DMS 20的外边缘与DMS 30的外边缘之间的距离L3小于压电基板10的短边的长度L1，也可以通过使DMS 20和DMS 30的IDT的排列方向是压电基板10的短边延伸的方向，而将DMS 20和DMS 30布置在压电基板10上，如图5A所示。

第一实施方式的第一变型例

图6是根据第一实施方式的第一变形例的声波滤波器的平面图。如图6所示，DMS20和DMS 30可以以级联方式连接(级联连接)。即，IDT 21和IDT 31通过布线14连接，IDT 23和IDT 33通过布线14连接，而IDT 21和IDT 31以及IDT 23和IDT 33未连接。而且，在第一多模滤波器和第二多模滤波器中的每一个都具有四个或更多IDT的结构中，它们可以级联连接。如上所述，级联连接在广义上包含在串联连接中。

根据第一实施方式及其变型例中的任一个的声波滤波器可以用于诸如双工器这样的多路复用器。

尽管已经对本发明的实施方式进行了详细描述，但要明白的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行各种改变、置换以及修改。

Claims

1.一种声波滤波器，该声波滤波器包括：

压电基板；

第一多模滤波器，该第一多模滤波器包括位于所述压电基板上的至少三个第一IDT，具有第一通带，并且连接在输入端子与输出端子之间；以及

第二多模滤波器，该第二多模滤波器包括位于所述压电基板上的至少三个第二IDT，具有第二通带，并且在所述输入端子与所述输出端子之间与所述第一多模滤波器串联连接，所述第二通带的一部分与所述第一通带交叠，所述第二通带的剩余部分与所述第一通带不交叠。

2.根据权利要求1所述的声波滤波器，其中，

0.005≤2×|f1-f2|/(f1+f2)≤0.02

其中，f1表示所述第一通带的中心频率，f2表示所述第二通带的中心频率。

3.一种声波滤波器，该声波滤波器包括：

压电基板；

第一多模滤波器，该第一多模滤波器包括位于所述压电基板上的至少三个第一IDT，并且连接在输入端子与输出端子之间，所述至少三个第一IDT中的中心第一IDT的节距为PT1；以及

第二多模滤波器，该第二多模滤波器包括位于所述压电基板上的至少三个第二IDT，并且在所述输入端子与所述输出端子之间与所述第一多模滤波器串联连接，所述至少三个第二IDT中的中心第二IDT的节距为PT2，0.005≤2×|PT1-PT2|/(PT1+PT2)≤0.02。

4.根据权利要求3所述的声波滤波器，其中，

所述第一多模滤波器的所述中心第一IDT具有节距不同的多个第一区域，并且所述多个第一区域中的对数最多的第一区域的节距为PT1，并且

所述第二多模滤波器的所述中心第二IDT具有节距不同的多个第二区域，并且所述多个第二区域中的对数最多的第二区域的节距为PT2。

5.根据权利要求1到4中的任一项所述的声波滤波器，其中，

所述第一多模滤波器和所述第二多模滤波器通过单一节点而串联连接。

6.根据权利要求1到4中的任一项所述的声波滤波器，其中，

所述第一多模滤波器的所述至少三个第一IDT是三个第一IDT，并且所述三个第一IDT中的中心第一IDT联接至所述输入端子，而剩余的第一IDT联接至单一节点，并且

所述第二多模滤波器的所述至少三个第二IDT是三个第二IDT，并且所述三个第二IDT中的中心第二IDT联接至所述输出端子，而剩余的第二IDT联接至所述单一节点。

7.根据权利要求6所述的声波滤波器，所述声波滤波器还包括：

单端口谐振器，该单端口谐振器具有第一端和第二端，该第一端联接至所述输入端子，该第二端联接至所述第一多模滤波器的所述中心第一IDT。

8.根据权利要求1到4中的任一项所述的声波滤波器，其中，

所述压电基板为矩形，并且

所述第一多模滤波器的所述至少三个第一IDT的排列方向和所述第二多模滤波器的所述至少三个第二IDT的排列方向是所述压电基板的短边的延伸方向。

9.根据权利要求8所述的声波滤波器，所述声波滤波器还包括：

输入连接电极，该输入连接电极位于所述压电基板上，并且是电连接至所述输入端子的凸块或通路布线；以及

输出连接电极，该输出连接电极位于所述压电基板上，并且是电连接至所述输出端子的凸块或通路布线，其中，

所述第一多模滤波器包括位于所述至少三个第一IDT的两侧的第一反射器，

所述第二多模滤波器包括位于所述至少三个第二IDT的两侧的第二反射器，并且

所述第一多模滤波器的所述第一反射器中的至少一个第一反射器与所述压电基板的、最接近所述第一多模滤波器的所述至少一个第一反射器的长边之间的距离，和所述第二多模滤波器的所述第二反射器中的至少一个第二反射器与所述压电基板的最接近所述第二多模滤波器的所述至少一个第二反射器的长边之间的距离，小于所述输入连接电极的宽度和所述输出连接电极的宽度。

10.根据权利要求8所述的声波滤波器，其中，

在所述压电基板的长边所延伸的长边方向上，所述第一多模滤波器的所述至少三个第一IDT的外边缘与所述第二多模滤波器的所述至少三个第二IDT的外边缘之间的距离，大于所述压电基板的短边的长度。