CN108696266A - 声波谐振器、滤波器和复用器 - Google Patents

声波谐振器、滤波器和复用器 Download PDF

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Abstract

声波谐振器、滤波器和复用器。声波谐振器包括：压电基板；以及叉指换能器(IDT)，其设置在压电基板上，该IDT包括一对梳形电极，所述梳形电极具有多个电极指以及所述多个电极指联接至的汇流条，该IDT具有：第一区域，在所述第一区域中，电极指的间距大致恒定；第二区域，在所述第二区域中，随着靠近外侧而电极指的间距减小；以及第三区域，在所述第三区域中，随着靠近外侧而电极指的间距增大，其中，第二区域在所述多个电极指的排列方向上设置在第一区域的外侧，并且第三区域在排列方向上设置在第二区域的外侧。

Description

声波谐振器、滤波器和复用器
技术领域
本发明的特定方面涉及一种声波谐振器、滤波器和复用器。
背景技术
表面声波谐振器包括：具有多个电极指的叉指换能器(IDT)；以及在压电基板上的反射器。反射器反射由IDT激励的声波，从而将声波限制在IDT中。如例如日本专利申请公布No.2012-138964(专利文献1)中所公开的，已知的是在IDT的中心部分中提供电极指的间距恒定的等间距区域并且在IDT的两端提供电极指的间距逐渐减小的渐变区域。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种声波谐振器，该声波谐振器包括：压电基板；以及叉指换能器(IDT)，其设置在压电基板上，该IDT包括一对梳形电极，所述梳形电极具有多个电极指以及所述多个电极指联接至的汇流条，所述IDT具有：第一区域，在所述第一区域中，电极指的间距大致恒定；第二区域，在所述第二区域中，随着靠近外侧而电极指的间距减小；以及第三区域，在所述第三区域中，随着靠近外侧而电极指的间距增大，第二区域在所述多个电极指的排列方向上设置在第一区域的外侧，并且第三区域在排列方向上设置在第二区域的外侧。
根据本发明的第二方面，提供了一种包括上述压电薄膜谐振器的滤波器。
根据本发明的第三方面，提供了一种包括上述滤波器的复用器。
附图说明
图1A是根据比较例和实施方式的声波谐振器的平面图，并且图1B是沿图1A中的线A-A截取的横截面图；
图2A和图2B分别示出根据第一比较例和第二比较例的声波谐振器在X方向上的间距；
图3A和图3B分别示出根据第三比较例和第一实施方式的声波谐振器在X方向上的间距；
图4A至图4D分别呈现了第一比较例至第三比较例和第一实施方式的样本的仿真条件；
图5A至图5D示出第一比较例和第一实施方式的传输特性；
图6A至图6D示出第二比较例和第一实施方式的传输特性；
图7A至图7D示出第一比较例和第三比较例的传输特性；
图8A至图8D示出根据第一实施方式的变型的声波谐振器在X方向上的间距；
图9是根据第一实施方式的另一变型的声波谐振器的横截面图；
图10A是根据第二实施方式的滤波器的电路图，并且图10B是第二实施方式的滤波器的平面图；以及
图11是根据第二实施方式的第一变型的双工器的电路图。
具体实施方式
专利文献1中所公开的技术能够减少杂散(spurious)。然而，使用专利文献1中所描述的方法减少杂散是不足的。
以下，将参照附图描述实施方式。
第一实施方式
图1A是根据比较例和实施方式的声波谐振器的平面图，图1B是沿图1A中的线A-A截取的横截面图。如图1A和图1B所示，单端口表面声波谐振器25包括IDT 20以及形成在压电基板10上的反射器24。IDT 20和反射器24由形成在压电基板10上的金属膜12形成。IDT20包括彼此面对的一对梳形电极22。梳形电极22包括多个电极指21以及电极指21联接至的汇流条23。一对梳形电极22被设置为彼此面对，以使得一个梳形电极22的电极指21与另一梳形电极22的电极指21大致交替地排列。
由一对梳形电极22的电极指21激励的声波主要在电极指21的排列方向上传播。声波的传播方向(即，电极指21的排列方向)被限定为X方向，电极指21的延伸方向被限定为Y方向。X方向和Y方向未必分别对应于压电基板10的晶体取向中的X轴取向和Y轴取向。一个梳形电极22的电极指21的间距对应于声波的波长λ。反射器24反射声波。因此，声波的能量被限制在IDT 20中。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。诸如钛膜或铬膜的金属膜可设置在铝膜或铜膜与压电基板10之间。金属膜12具有例如50nm至500nm的膜厚度，电极指21具有200nm至1500nm的X方向上的宽度，电极指21的间距例如为500nm至2500nm。IDT 20具有例如0.1pF至10pF的静电电容。用作保护膜或温度补偿膜的绝缘膜可设置在压电基板10上以覆盖金属膜12。
第一至第三比较例和第一实施方式经历仿真。图2A至图3B分别示出根据第一至第三比较例和第一实施方式的声波谐振器在X方向上的间距。在图2A至图3B中，上面的图是声波谐振器的平面图，下面的图示出电极指21在X方向上的间距。
如图2A所示，在第一比较例中，IDT 20中的间距P0恒定。如图2B所示，在第二比较例中，X方向上设置在IDT 20的中间的第一区域52中的间距P0恒定。IDT 20的两端的间距为P1，并且在设置在第一区域52的两侧的第二区域54中，从与第一区域52的边界到第二区域54的边缘，间距按照恒定斜率(rate)减小。
如图3A所示，在第三比较例中，第一区域52中的间距P0恒定。第二区域54设置在第一区域52的两侧，并且第三区域56设置在第二区域54外侧。第二区域54与第三区域56之间的边界处的间距为P1，并且在各个第二区域54中随着靠近外侧而间距按照恒定斜率从P0增大到P1。第三区域56的外边缘处的间距为P0，并且在各个第三区域56中随着靠近外侧而间距按照恒定斜率从P1减小到P0。
如图3B所示，在第一实施方式中，间距P1小于P0。在第二区域54中，随着距离第二区域54中的外侧越近间距按照恒定斜率从P0减小到P1。在第三区域56中随着距离第三区域56的外侧越近间距按照恒定斜率从P1增大到P0。
仿真条件如下。
压电基板10：旋转48°的Y切X传播钽酸锂基板
金属膜12：从压电基板10侧按此顺序层叠的、膜厚度为50nm的钛膜和膜厚度为166nm的铝膜
反射器24：
间距：2.125μm
对的数量：15对
IDT 20：
间距P0：2.000μm
占空比：50％
孔径长度：30μm(15λ)
图4A至图4D分别呈现了第一至第三比较例和第一实施方式的样本的仿真条件。间距变化率为|P0-P1|/P0×100％。第二区域54中的对的数量表示设置在第一区域52的两侧的第二区域54中的对的总数量。第三区域56中的对的数量表示两个第三区域56中的对的总数量。一个第二区域54中的对的数量等于另一个第二区域54中的对的数量，并且一个第三区域56中的对的数量等于另一个第三区域56中的对的数量。如图4A所示，在第一比较例的样本1中，IDT 20的间距P0为2μm，并且对的数量为80对。
如图4B中所呈现的，在第二比较例中，对在第二区域54中具有不同的间距变化率和不同的对的数量的样本2A至2C进行了仿真。间距变化率在样本2A中为3％，在样本2B中为4％，在样本2C中为5％。因此，间距P1在样本2A中为1.94μm，在样本2B中为1.92μm，在样本2C中为1.90μm。整个IDT中的对的总数量为80对。
如图4C中所呈现的，在第三比较例中，对在第二区域54和第三区域56中具有不同的间距变化率和不同的对的数量的样本3A至3C进行了仿真。第二区域54和第三区域56中的每一个中的间距变化率在样本3A中为3％，在样本3B中为4％，在样本3C中为5％。因此，间距P1在样本3A中为2.06μm，在样本3B中为2.08μm，在样本3C中为2.10μm。
如图4D中所呈现的，在第一实施方式中，对在第二区域54和第三区域56中具有不同的间距变化率和不同的对的数量的样本4A至4C进行了仿真。第二区域54和第三区域56中的每一个中的间距变化率在样本4A中为3％，在样本4B中为4％，在样本4C中为5％。因此，间距P1在样本4A中为1.94μm，在样本4B中为1.92μm，在样本4C中为1.90μm。
图5A至图5D示出第一比较例和第一实施方式的传输特性。图5A示出样本1和样本4A的声波谐振器的传输特性。图5B至图5D分别是样本4A至4C的谐振频率附近的传输特性的放大图。
如图5A中所表明的，在这一尺度上，样本1和4A之间的传输特性差异很小。谐振频率为大约1880MHz，反谐振频率为大约1945MHz.
如图5B至图5D中所表明的，当放大谐振频率附近的传输特性时，在样本1中，在低于谐振频率的频率处观察到大的杂散60。在样本4A至4C中，杂散60为小。
图6A至图6D示出第二比较例和第一实施方式的传输特性。图6A示出样本2A和样本4A的声波谐振器的传输特性。图6B至图6D分别是样本4A至4C、以及2A至2C的谐振频率附近的传输特性的放大图。
如图6A中所表明的，样本2A和4A之间的传输特性差异很小，谐振频率为大约1880MHz，反谐振频率为大约1945MHz.
如图6B至图6D中所表明的，样本2A至2B的杂散60小于图5B至图5D的样本1的杂散60。样本4A至4C的杂散60进一步小于样本2A至2C的杂散60。
图7A至图7D示出第一比较例和第三比较例的传输特性。图7A示出样本1和样本3A的声波谐振器的传输特性。图7B至图7D分别是样本3A至3C的谐振频率附近的传输特性的放大图。
如图7A中所表明的，在样本3A中，在低于谐振频率的频率处观察到杂散。谐振频率为大约1880MHz，反谐振频率为大约1945MHz。如图7B至图7D中所表明的，样本3A至3C中的杂散60进一步大于样本1的杂散60。
如上所述，在第一比较例中，杂散60出现在低于谐振频率的频率处。当如第二比较例那样设置随着靠近外侧而间距减小的第二区域54时，如图6A至图6D的第二比较例的样本2A至2C所表明的，杂散60减小。当如第一实施方式那样在第二区域54外侧设置随着靠近外侧而间距增大的第三区域56时，如图6A至图6D的样本4A至4C所表明的，杂散60进一步减小。
当如第三比较例那样在第二区域54中随着靠近外侧而间距增大并且在第三区域56中随着靠近外侧而间距减小时，如图7A至图7D中所表明的，杂散60变得大于第一比较例的杂散60。如上所述，当使间距改变的方向与第一实施方式的方向相反时，杂散60变大。
在第一实施方式中，如图3B所示，IDT 20包括第一区域52、在X方向上设置在第一区域52外侧的第二区域54、以及在X方向上设置在第二区域54外侧的第三区域56。在第一区域52中，电极指21的间距P0大致恒定。在第二区域54中，电极指21的间距随着靠近外侧而减小。在第三区域56中，电极指21的间距随着靠近外侧而增大。如图5A至图7D中所表明的，这种结构减小了低于谐振频率的频率处的杂散。第一区域52中的间距P0可相差大约1％或更小。通过将第一区域52在X方向上的长度除以对的数量来计算第一区域52的间距P0。
第一区域52优选地与第二区域54接触，并且第二区域54优选地与第三区域56接触。这种结构进一步减小了杂散。
第二区域54中最靠近第一区域52的电极指21的间距优选地等于或小于第一区域52中的电极指21的间距P0。第三区域56中最靠近第二区域54的电极指21的间距优选地等于或大于第二区域54中最靠近第三区域56的电极指21的间距。这种配置能够进一步减小杂散。
此外，第二区域54中最靠近第一区域52的电极指21的间距大致等于第一区域52中的电极指21的间距P0到制造误差的程度。第三区域56中最靠近第二区域54的电极指21的间距大致等于在第二区域54中最靠近第三区域56的电极指21的间距到制造误差的程度。这种配置能够进一步减小杂散。
此外，第三区域56中的最外电极指21的间距大致等于第一区域52中的电极指21的间距P0到制造误差的程度。这种配置能够进一步减小杂散。
在第二区域54和第三区域56中的每一个中，间距按照恒定斜率改变。这种配置减小了杂散。当使电极指21的间距按照恒定斜率改变时，可使电极指21的宽度和电极指21之间的间隙的宽度在一对电极指21中为均匀的。另选地，可使电极指21的宽度和电极指21之间的间隙的宽度在一对电极指21中按照恒定斜率改变。上述仿真通过在一对电极指21中按照恒定斜率改变电极指21的宽度和电极指21之间的间隙的宽度来进行。
如图4D中所呈现的，第二区域54中的对的数量等于第三区域56中的对的数量。这种结构减小了杂散。第二区域54中的对的数量可不同于第三区域56中的对的数量。
为了减小杂散，第二区域54和第三区域56中的每一个中的间距变化率优选地为1％或更大，更优选地为3％或更大，并且优选地为10％或更小，更优选地为5％或更小。两个第二区域54中的对的总数量优选地为整个IDT中的对的数量的1％或更多，更优选地为3％或更多，并且优选地为整个IDT中的对的数量的10％或更少，更优选地6％或更少。两个第三区域56中的对的总数量优选地为整个IDT中的对的数量的1％或更多，更优选地3％或更多，并且优选地为整个IDT中的对的数量的10％或更少，更优选地6％或更少。第二区域54中的间距变化率可与第三区域56中相同或不同。第三区域56中的间距变化率优选地等于或大于第二区域54中的间距变化率的0.5倍并且等于或小于2倍。
反射器24在X方向上设置在第三区域56外侧。这种结构减小了杂散。优选地在第三区域56与反射器24之间不设置IDT。
压电基板10可以是钽酸锂基板或铌酸锂基板。钽酸锂基板和铌酸锂基板优选地为旋转Y切X传播基板。例如，钽酸锂基板优选地为旋转36°至48°的Y切X传播钽酸锂基板。
第一实施方式的变型
图8A至图8D示出根据第一实施方式的变型的声波谐振器在X方向上的间距。如图8A所示，在第二区域54和第三区域56中的每一个中，间距可相对于X呈曲线改变。如图3B所示，间距可相对于X线性地改变。如图8B所示，在反射器24的区域58中，随着靠近外侧而间距可按照恒定斜率从P0增大到P2。反射器24的间距如IDT 20中一样表示一对电极指之间的距离。
如图8C所示，反射器24中的间距P2可大于间距P0。如图8D所示，反射器24中的间距P2可小于间距P0。反射器24中的间距P2可等于间距P0。反射器24中的间距P2可大于或小于间距P1。
图9是根据第一实施方式的另一变型的声波谐振器的横截面图。如图9所示，压电基板10可与支撑基板11的上表面接合。支撑基板11例如为蓝宝石基板、氧化铝基板、尖晶石基板或硅基板。
第二实施方式
图10A是根据第二实施方式的滤波器的电路图，图10B是根据第二实施方式的滤波器的平面图。如图10A所示，在输入端子Tin与输出端子Tout之间，串联谐振器S1至S3串联连接并且并联谐振器P4和P5并联连接。
如图10B所示，表面声波谐振器25、布线16和焊盘18设置在压电基板10上。表面声波谐振器25对应于串联谐振器S1至S3和并联谐振器P4和P5。焊盘18对应于输入端子Tin、输出端子Tout和接地端子Tgnd。布线16电连接在表面声波谐振器25之间并且将表面声波谐振器25与焊盘18电连接。
第二实施方式的滤波器的表面声波谐振器25中的至少一个被制造成根据第一实施方式及其变型中的任一个的声波谐振器。这种配置减少了由于杂散而引起的纹波(ripple)。
在诸如第二实施方式的梯型滤波器中，通带位于比串联谐振器S1至S3的谐振频率低的频率处。因此，串联谐振器S1至S3中的至少一个优选地为根据第一实施方式及其变型中的任一个的声波谐振器。这种配置减少了通带中的纹波。串联谐振器S1至S3全部优选地为根据第一实施方式及其变型中的任一个的声波谐振器。
当串联谐振器S1至S3中的至少两个谐振器被制造成根据第一实施方式及其变型中的任一个的声波谐振器时，在所述至少两个谐振器之间可使相应的第二区域54中的间距变化率相同，并且在所述至少两个谐振器之间可使相应的第三区域56中的间距变化率相同。另选地，在所述至少两个谐振器之间，可使相应的第二区域54中的间距变化率和/或对的数量彼此不同，和/或可使相应的第三区域56中的间距变化率和/或对的数量彼此不同。
串联谐振器和并联谐振器的数量可自由地选择。只要梯型滤波器包括一个或更多个串联谐振器和一个或更多个并联谐振器就足够了。
第二实施方式的第一变型
图11是根据第二实施方式的第一变型的双工器的电路图。如图11所示，发送滤波器40连接在公共端子Ant与发送端子Tx之间。接收滤波器42连接在公共端子Ant与接收端子Rx之间。发送滤波器40在从发送端子Tx输入的高频信号当中将发送频带中的信号发送到公共端子，并抑制其它频带中的信号。接收滤波器42在输入到公共端子Ant的高频信号当中将接收频带中的信号发送到接收端子，并抑制其它频带中的信号。发送滤波器40和接收滤波器42中的至少一个可以是第二实施方式的滤波器。作为复用器的示例描述了双工器，但是复用器可以是三工器、四工器等。
尽管已详细描述了本发明的实施方式，但是将理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可对其进行各种改变、替换和更改。

Claims (10)

1.一种声波谐振器，该声波谐振器包括：
压电基板；以及
叉指换能器IDT，其设置在所述压电基板上，该IDT包括一对梳形电极，所述梳形电极具有多个电极指以及所述多个电极指联接至的汇流条，所述IDT具有：第一区域，在所述第一区域中，电极指的间距大致恒定；第二区域，在所述第二区域中，随着靠近外侧而电极指的间距减小；以及第三区域，在所述第三区域中，随着靠近外侧而电极指的间距增大，所述第二区域在所述多个电极指的排列方向上设置在所述第一区域的外侧，并且所述第三区域在所述排列方向上设置在所述第二区域的外侧。
2.根据权利要求1所述的声波谐振器，其中，
所述第一区域与所述第二区域接触，以及
所述第二区域与所述第三区域接触。
3.根据权利要求1或2所述的声波谐振器，其中，
所述第二区域中最靠近所述第一区域的电极指的间距等于或小于所述第一区域中的电极指的间距；
所述第三区域中最靠近所述第二区域的电极指的间距等于或小于所述第二区域中最靠近所述第三区域的电极指的间距。
4.根据权利要求1或2所述的声波谐振器，其中，
在所述第二区域和所述第三区域中的每一个中所述间距按照恒定斜率改变。
5.根据权利要求1或2所述的声波谐振器，其中，
所述第二区域中的对的数量等于所述第三区域中的对的数量。
6.根据权利要求1或2所述的声波谐振器，该声波谐振器还包括：
反射器，该反射器设置在所述压电基板上，并且在所述排列方向上设置在所述IDT的外侧。
7.根据权利要求1或2所述的声波谐振器，其中，
所述压电基板是钽酸锂基板或铌酸锂基板。
8.一种滤波器，该滤波器包括：
根据权利要求1或2所述的声波谐振器。
9.根据权利要求8所述的滤波器，该滤波器还包括：
一个或更多个串联谐振器，所述一个或更多个串联谐振器串联连接在输入端子与输出端子之间；以及
一个或更多个并联谐振器，所述一个或更多个并联谐振器并联连接在所述输入端子与所述输出端子之间，其中，
所述一个或更多个串联谐振器中的至少一个是所述声波谐振器。
10.一种复用器，该复用器包括：
根据权利要求8所述的滤波器。
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