CN109155622B - 弹性波装置、高频前端电路以及通信装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够在抑制通带高的一侧的滤波器的滤波器特性的劣化的同时在通带相对低的一侧的滤波器中得到利用了瑞利波的良好的滤波器特性的弹性波装置。包含弹性波谐振器的第一滤波器(3)和第二滤波器(4)经由公共连接点(6)与天线公共端子(2)连接,在将第一滤波器(3)的第一通带、第二滤波器(4)的第二通带分别设为F1、F2时,F1<F2,第一滤波器(3)具有至少一个弹性波谐振器,该弹性波谐振器利用在LiNbO3传播的瑞利波,在由LiNbO3构成的压电体层上具有包含Pt膜的IDT电极,并设置有覆盖IDT电极的氧化硅膜。氧化硅膜的厚度被设为IDT电极的波长λ的33%以下。

Description

弹性波装置、高频前端电路以及通信装置
技术领域
本发明涉及具有利用了在由LiNbO3构成的压电体层传播的瑞利波的弹性波谐振器的弹性波装置、高频前端电路以及通信装置。
背景技术
在下述的专利文献1公开了利用在LiNbO3基板传播的瑞利波的带通型滤波器。在专利文献1记载的带通型滤波器中,在LiNbO3基板上设置有IDT电极。设置有温度补偿用的氧化硅膜,使得覆盖IDT电极。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:国际公开第2007/097186号
发明内容
发明要解决的课题
近年来,在便携式电话机中,为了实现通信的高速化,开始使用载波聚合(CA)。即,通过同时使用多个频带,从而谋求通信的高速化。
在载波聚合等中,多个带通型滤波器连接于天线公共端子。在该情况下,与以往的双工器等不同,有时一个滤波器的通带离其它滤波器的通带相当远。设在这样的情况下,例如在专利文献1记载的利用了瑞利波的带通型滤波器被用作通带低的频率侧的滤波器。在这样的情况下,不仅激励瑞利波,还激励西沙瓦波(Sezawa wave)等高阶模。若该高阶模的频率与被公共连接的通带高的一侧的滤波器的通带重叠,则通带高的一侧的滤波器的滤波器特性劣化。
用于解决课题的技术方案
本申请的发明人们对上述的问题进行了各种研究,结果发现,在利用了LiNbO3基板的瑞利波的滤波器的IDT电极具有Pt膜的情况下,根据Pt膜的膜厚,西沙瓦波等高阶模的相对带宽会受到影响。因此,首次发现了西沙瓦波等高阶模的相对带宽不仅受到氧化硅膜的膜厚的影响,还受到Pt膜的膜厚的影响。
在利用LiNbO3的瑞利波的情况下,需要设计Pt膜的膜厚,使得基于瑞利波的滤波器特性良好。然而,西沙瓦波的相对带宽也被Pt膜的膜厚所影响。因此,在频率相对低的带通型滤波器中,难以在使基于瑞利波的滤波器特性良好的同时减小西沙瓦波的相对带宽。
本发明解决了像上述的那样本申请的发明人们新发现的课题。本发明的目的在于,提供一种能够在抑制通带高的一侧的滤波器的滤波器特性的劣化的同时在通带相对低的一侧的滤波器中得到利用了瑞利波的良好的滤波器特性的弹性波装置。
根据本发明,提供一种弹性波装置,具备:天线公共端子,与天线连接;带通型的第一滤波器,与所述天线公共端子连接,并具有第一通带;以及带通型的第二滤波器,与所述天线公共端子连接,并具有位于比所述第一通带靠高频段的第二通带,所述第一滤波器具有至少一个弹性波谐振器,该弹性波谐振器具有:基板,具有由LiNbO3构成的压电体层;IDT电极,设置在所述压电体层上,包含Pt膜;以及氧化硅膜,覆盖所述IDT电极,在将由所述IDT电极的电极指间距确定的波长设为λ时,所述氧化硅膜的膜厚D被设为λ的33%以下。
在本发明涉及的弹性波装置的某个特定的方面中,所述氧化硅膜的膜厚D为所述波长λ的21%以上。在该情况下,能够使声速的温度系数TCVa为-50ppm/℃以上,能够减小其绝对值。
在本发明涉及的弹性波装置的另一个特定的方面中,所述氧化硅膜的膜厚D为所述波长λ的31%以下。在该情况下,能够使西沙瓦波的相对带宽为0.05%以下。
在本发明涉及的弹性波装置的又一个特定的方面中,所述IDT电极具有电阻比所述Pt膜低的低电阻层。在该情况下,能够减小插入损耗。
在本发明涉及的弹性波装置的又一个特定的方面中,所述IDT电极具有:密接层,与由所述LiNbO3构成的压电体层接触;所述Pt膜,设置在所述密接层上;扩散防止层,设置在所述Pt膜上;以及所述低电阻层,设置在所述扩散防止层上。在该情况下,能够更有效地谋求滤波器特性的提高和插入损耗的降低。
在本发明涉及的弹性波装置的另一个特定的方面中,所述密接层由NiCr、Cr以及Ti中的至少一种金属构成,所述扩散防止层由Cr或Ti构成,所述低电阻层由Al或以Al为主体的合金构成。
在本发明涉及的弹性波装置的又一个特定的方面中,所述第一滤波器为梯型滤波器、纵向耦合谐振器型弹性波滤波器、以及连接了梯型滤波器和纵向耦合谐振器型弹性波滤波器的滤波器中的一种。
在本发明涉及的弹性波装置的又一个特定的方面中,在所述第一滤波器为梯型滤波器或在梯型滤波器连接有纵向耦合谐振器型弹性波滤波器的滤波器的情况下,所述梯型滤波器具有串联臂谐振器,具有由所述LiNbO3构成的压电体层的所述弹性波谐振器为所述串联臂谐振器中的至少一个。
在本发明涉及的弹性波装置的又一个特定的方面中,所述梯型滤波器的所述串联臂谐振器全部为具有由所述LiNbO3构成的压电体层的所述弹性波谐振器。在该情况下,能够更进一步减小西沙瓦波的相对带宽,能够更进一步改善第二滤波器的滤波器特性。
在本发明涉及的弹性波装置的另一个特定的方面中,具有由所述LiNbO3构成的压电体层的至少一个所述弹性波谐振器是处于最靠近所述天线公共端子的位置的串联臂谐振器。在该情况下,在最靠近天线公共端子的串联臂谐振器中,能够有效地减小高阶模的相对带宽。因此,能够更有效地提高第二滤波器的滤波器特性。
在本发明涉及的弹性波装置的又一个特定的方面中,所述第一滤波器为Band1或Band7的接收滤波器,所述第二滤波器为Band25或Band41的接收滤波器。
本发明涉及的高频前端电路包含按照本发明构成的弹性波装置。
本发明涉及的通信装置包含按照本发明构成的弹性波装置。
发明效果
根据本发明涉及的弹性波装置、高频前端电路以及通信装置,能够减小第一滤波器中的西沙瓦波等高阶模的相对带宽。因此,能够提高第二滤波器的滤波器特性。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式涉及的弹性波装置的简图式电路图。
图2是本发明的第一实施方式涉及的弹性波装置的电路图。
图3是示出在第一实施方式的弹性波装置中在第一滤波器中使用的弹性波谐振器的电极构造的俯视图。
图4是在第一实施方式的弹性波装置的第一滤波器中使用的弹性波谐振器的部分放大主视剖视图。
图5是示出SiO2膜的膜厚、Pt膜的膜厚、以及西沙瓦波的相对带宽的关系的图。
图6是示出SiO2膜的膜厚与声速的温度系数TCVa的关系的图。
图7是示出第一实施方式的实施例1~3和比较例的弹性波装置中的第一滤波器的反射特性的图。
图8是示出西沙瓦波的相对带宽与反射特性的关系的图。
图9是示出作为本发明的第二实施方式的通信装置的框图。
具体实施方式
以下,通过参照附图对本发明的具体的实施方式进行说明,从而明确本发明。
另外,需要指出的是,在本说明书记载的各实施方式是例示性的,能够在不同的实施方式间进行结构的部分置换或组合。
图1是本发明的第一实施方式涉及的弹性波装置的简图式电路图,图2是其更详细的电路图。
如图1所示,弹性波装置1具有与天线连接的天线公共端子2。在天线公共端子2连接有第一滤波器3~第三滤波器5的一端。即,第一滤波器3~第三滤波器5在一端侧被捆绑。第一滤波器3~第三滤波器5是带通型滤波器。
在本实施方式中,第一滤波器3是Band3的接收滤波器,第二滤波器4是Band40的接收滤波器,第三滤波器5是Band39的接收滤波器。
如图2所示,第一滤波器3是具有多个串联臂谐振器S11~S16和多个并联臂谐振器P11~P13的梯型滤波器。在第一滤波器3中,最靠近天线公共端子2的元件是串联臂谐振器S16。
串联臂谐振器S11~S16以及并联臂谐振器P11~P13均由弹性波谐振器构成。将该弹性波谐振器的电极构造以俯视图示于图3。在IDT电极12的弹性波传播方向两侧配置有反射器13、14。
图4是将上述弹性波谐振器的设置有电极指的部分放大示出的部分放大主视剖视图。弹性波谐振器21具有作为基板的LiNbO3基板22。在LiNbO3基板22上设置有IDT电极23。在本发明中,基板可以像LiNbO3基板22那样,其整体由压电体层构成。此外,本发明中的基板也可以具有压电体层被由绝缘性材料等构成的支承基板支承的构造。只要IDT电极被设置为与压电体层相接即可。
IDT电极23从LiNbO3基板22侧起具有密接层23a、Pt膜23b、扩散防止层23c以及低电阻层23d。
密接层23a由对LiNbO3基板22的密接性比Pt膜23b高的金属构成。作为这样的金属,能够举出NiCr、Cr、Ti等。
作为Pt膜23b,可以由Pt构成,也可以由在Pt中包含其它金属元素的以Pt为主体的合金构成。在此,所谓以Pt为主体的合金,意味着含有超过50重量%的Pt的合金。
扩散防止层23c为了防止Pt膜23b与低电阻层23d之间的金属的扩散而设置。这样的扩散防止层23c能够由Ti、Cr等形成。
低电阻层23d由电阻比Pt低的金属构成。作为这样的金属,能够举出Al、以Al为主体的合金等。
此外,也可以在低电阻层23d上具有Ti等的电极保护膜。
另外,在本发明中,IDT电极只要包含Pt膜就没有特别限定,也可以不是上述的那样的层叠膜,而是由单层的Pt膜构成。
设置有氧化硅膜24,使得覆盖IDT电极23。氧化硅膜24由SiOx(x为整数)构成,在本实施方式中,使用SiO2膜。氧化硅膜24层叠在LiNbO3基板22上,实现减小声速的温度系数TCVa的绝对值的功能。即,由于层叠有氧化硅膜24,所以能够减小声速的温度系数TCVa的绝对值。
进而,在氧化硅膜24上层叠有氮化硅膜25。氮化硅膜25具有作为保护膜的功能。关于保护膜的材料,并不限于氮化硅,也可以使用其它的电介质。此外,也可以代替保护膜而层叠有频率调整膜。
另外,所谓氧化硅膜24的膜厚D,如图4所示,是指从LiNbO3基板22的上表面到氧化硅膜24的上表面的距离。
返回到图2,第一滤波器3的第一通带F1为1805~1880MHz。
另一方面,第二滤波器4具有将纵向耦合谐振器型弹性波滤波器11a、11b并联连接的构造。纵向耦合谐振器型弹性波滤波器11a、11b分别为5IDT型的纵向耦合谐振器型弹性波滤波器。第二滤波器4在纵向耦合谐振器型弹性波滤波器11a、11b的天线公共端子2侧具有串联臂谐振器S1、S2以及并联臂谐振器P1、P2。串联臂谐振器S1、S2以及并联臂谐振器P1、P2分别为了形成串联陷波器以及并联陷波器而设置。
串联臂谐振器S1、S2以及并联臂谐振器P1、P2电使用LiNbO3基板构成。另外,在本发明中,第二滤波器4的电路结构没有特别限定。
第二滤波器4具有第二通带F2。在本实施方式中,第二通带F2为2300~2400MHz。因此,第二通带F2>第一通带F1。
另外,第三滤波器5具有第三通带F3。第三滤波器5的电路结构没有特别限定。此外,F3可以是比F1高的频率,也可以是比F1低的频率。
第二滤波器4以及第三滤波器5的电路结构没有特别限定,也可以由弹性波滤波器以外的带通型滤波器构成。
本实施方式的特征在于,在处于F2>F1的关系的第一滤波器3以及第二滤波器4中,第一滤波器3具有至少一个弹性波谐振器21。如前所述,该弹性波谐振器21具有LiNbO3基板22。而且,IDT电极23具有Pt膜23b。此外,设置有氧化硅膜24,使得覆盖IDT电极23。在对弹性波谐振器21进行激励的情况下,出现基于瑞利波的主响应。在第一滤波器3中,利用该瑞利波得到滤波器特性。另一方面,在使弹性波谐振器21激励的情况下,不仅产生瑞利波,还产生像西沙瓦波那样的高阶模。该西沙瓦波的响应出现在第二通带F2的附近或第二通带F2内。
在本实施方式中,在将由IDT电极23的电极指间距确定的波长设为λ时,氧化硅膜24的膜厚D被设为λ的33%以下。由此,能够减小由Pt膜23b的膜厚造成的作为高阶模的西沙瓦波的相对带宽的偏差,且能够减小西沙瓦波的相对带宽。因此,能够改善第二滤波器4的通带中的滤波器特性。参照图5~图9,更详细地对此进行说明。
图5是示出如下情况下的SiO2膜的膜厚与西沙瓦波的相对带宽的关系的图,该情况是,在上述弹性波谐振器21中,使作为氧化硅膜24的SiO2膜的膜厚变化,且将Pt膜23b的膜厚设为0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%、4%或4.5%。
另外,Pt膜23b的膜厚也是相对于上述波长λ的比例,西沙瓦波的相对带宽(%)是根据各个构造中的西沙瓦波的仿真结果计算出的值(%)。
如图5所示,若SiO2膜的膜厚为λ的33%以下,则与Pt膜的膜厚如何无关,均能够减小相对带宽。而且,可知由Pt膜的膜厚造成的相对带宽的偏差也非常小。因此,通过使SiO2膜的膜厚为λ的33%以下,从而不易产生由西沙瓦波的响应造成的滤波器特性的劣化。而且,由于几乎不产生由Pt膜的膜厚造成的西沙瓦波的相对带宽的变化,所以关于Pt膜的膜厚,能够进行选择,以便对第一滤波器3的第一通带中的滤波器特性进行优化。因此,能够实现第一滤波器的滤波器特性的提高和第二滤波器的滤波器特性的劣化的防止。
图6示出SiO2膜的膜厚与声速的温度系数TCVa的关系。
根据图6明确可知,如果使SiO2膜的膜厚为λ的21%以上,则能够使声速的温度系数TCVa为-35ppm/℃以上,因此能够减小声速的温度系数TCVa的绝对值。
因此,优选地,氧化硅膜的膜厚D最好设为波长λ的21%以上。
根据图5,更优选地,最好使SiO2膜的膜厚为λ的31%以下。在该情况下,能够基本消除由Pt膜的膜厚造成的西沙瓦波的相对带宽的偏差。即,能够更进一步减小西沙瓦波的相对带宽的Pt膜的膜厚依赖性。
图7是示出实施例1~3以及比较例的第一滤波器3的反射特性S11的图。在图7中,实线示出比较例的结果。此外,虚线示出实施例1的结果,单点划线示出实施例2的结果,双点划线示出实施例3的结果。
将实施例1~3的SiO2膜的膜厚(nm)以及波长归一化膜厚(%)示于下述的表1。
此外,在下述的表1一并示出图7所示的反射特性S11中的西沙瓦波的响应的大小和西沙瓦波的相对带宽。
[表1]
Figure GDA0001862614100000081
此外,在图7中,一并示出第一滤波器的通带F1和第二滤波器的通带F2。
根据图7明确可知,在比较例中,西沙瓦波的响应比较大,并位于第二通带内。相对于此,可知在实施例1~3中,西沙瓦波的相对带宽变得非常小。因此,第二滤波器的滤波器特性不易劣化。
另一方面,在第一滤波器的通带F1中,在实施例1~3中,得到了充分的响应。因此,可谋求兼顾第二滤波器4的滤波器特性的提高和第一滤波器3中的滤波器特性的提高。
图8是对西沙瓦波的相对带宽和从第一滤波器中的天线公共端子侧观察的反射特性S11的关系示出使西沙瓦波的相对带宽在更宽的范围变化的情况下的结果的图。
根据图8明确可知,越减小西沙瓦波的相对带宽,越能够减小反射特性S11的响应。此外,根据图8可知,优选地,如果使西沙瓦波的相对带宽为0.05%以下,则能够有效地抑制西沙瓦波,能够使反射特性S11为2.0dB以下。
另外,虽然在上述第一实施方式的弹性波装置1中,第一滤波器3和第二滤波器4分别为Band3的接收滤波器以及Band40的接收滤波器,但是能够应用于F2>F1且第一滤波器3中的西沙瓦波的响应出现在第二通带F2的附近或第二通带F2内的适当的滤波器。作为这样的组合,例如,可举出Band1或Band7的接收滤波器和Band25或Band41的接收滤波器。
此外,如前所述,第一滤波器3为梯型滤波器,但是也可以像第二滤波器4那样具有连接了纵向耦合谐振器型弹性波滤波器和梯型滤波器的构造。即,只要具有至少一个弹性波谐振器、至少一个弹性波谐振器具有由LiNbO3构成的压电体层和设置在上述压电体层上且包含Pt膜的IDT电极、设置有氧化硅膜而使得覆盖IDT电极即可。
因此,例如在第一滤波器3中,上述至少一个弹性波谐振器可以是串联臂谐振器S11~S16以及并联臂谐振器P11~P13中的任一个。不过,最好是串联臂谐振器S11~S16全部由上述特定的弹性波谐振器构成。进而,在不是全部的串联臂谐振器S11~S16由上述特定的弹性波谐振器构成的情况下,优选地,最好是在电路结构上位于最靠近天线公共端子2的位置的串联臂谐振器S16,即,天线公共端子2侧的串联臂谐振器S16由上述特定的弹性波谐振器构成。
更优选地,最好是全部的串联臂谐振器S11~S16以及并联臂谐振器P11~P13由氧化硅膜的膜厚D为λ的33%以下的上述特定的弹性波谐振器构成。
在纵向耦合谐振器型弹性波滤波器的天线公共端子侧连接了梯型滤波器的滤波器电路中,也与上述是同样的。即,最好是,至少连接在天线公共端子2侧的串联臂谐振器由上述特定的弹性波谐振器构成,更优选地,最好是全部的串联臂谐振器由上述特定的弹性波谐振器构成。进一步优选地,最好是构成梯型滤波器的全部的谐振器由上述特定的弹性波谐振器构成。
另外,虽然在上述实施方式中,抑制了由作为高阶模的西沙瓦波的响应造成的滤波器特性的劣化,但是在除西沙瓦波以外的其它高阶模与第二通带F2相邻或位于第二通带F2内的情况下,也能够按照本发明抑制高阶模的影响。即,作为上述高阶模,并不限定于西沙瓦波。
图9是示出作为本发明的第二实施方式的通信装置的框图。在通信装置31中,在天线公共端子2经由公共连接点6公共连接有第一滤波器3~第三滤波器5的一端。另一方面,在第一滤波器3~第三滤波器5的另一端连接有LNA36(Low Noise Amplifier:低噪声放大器)。在天线公共端子2连接有开关37。从该开关37到LNA36的部分构成高频前端电路32。高频前端电路32的LNA36连接于RFIC34。RFIC34连接于BBIC38(Base Band IC:基带IC)、CPU39以及显示器35。通信装置31具备上述高频前端电路32、RFIC34、BBIC38、CPU39以及显示器35。
上述高频前端电路32以及通信装置31具有按照本发明构成的弹性波装置1。因此,不易由于第一滤波器3中的西沙瓦波的响应而产生第二滤波器4的滤波器特性的劣化。此外,如前所述,在第一滤波器3中,由Pt膜的膜厚造成的西沙瓦波的响应的偏差小,因此,第一滤波器3的滤波器特性也能够通过选择Pt膜的膜厚来进一步改善。因此,在高频前端电路32以及通信装置31中,能够谋求第一滤波器3以及第二滤波器4的滤波器特性的提高。
另外,本发明的弹性波装置能够广泛应用于声表面波装置、声边界波装置等利用了各种弹性波的弹性波装置。
附图标记说明
1:弹性波装置;
2:天线公共端子;
3~5:第一滤波器~第三滤波器;
6:公共连接点;
11a、11b:纵向耦合谐振器型弹性波滤波器;
12:IDT电极;
13、14:反射器;
21:弹性波谐振器;
22:LiNbO3基板;
23:IDT电极;
23a:密接层;
23b:Pt膜;
23c:扩散防止层;
23d:低电阻层;
24:氧化硅膜;
25:氮化硅膜;
31:通信装置;
32:高频前端电路;
34:RFIC;
35:显示器;
36:LNA;
37:开关;
38:BBIC;
39:CPU;
P1、P2、P11~P13:并联臂谐振器;
S1、S2、S11~S16:串联臂谐振器。

Claims (13)

1.一种弹性波装置,进行同时使用多个频带的载波聚合,具备:
天线公共端子,与天线连接;
带通型的第一滤波器,与所述天线公共端子连接,并具有所述多个频带中的第一通带;以及
带通型的第二滤波器,与所述天线公共端子连接,并具有所述多个频带中的位于比所述第一通带靠高频段的第二通带,
所述第一滤波器具有至少一个弹性波谐振器,
该弹性波谐振器利用瑞利波,具有:
基板,具有由LiNbO3构成的压电体层;
IDT电极,设置在所述压电体层上,包含Pt膜;以及
氧化硅膜,覆盖所述IDT电极,
作为所述瑞利波的高阶模的西沙瓦波与所述第二通带重叠,
在将由所述IDT电极的电极指间距确定的波长设为λ时,所述氧化硅膜的膜厚D被设为λ的33%以下。
2.根据权利要求1所述的弹性波装置,其中,
所述氧化硅膜的膜厚D为所述波长λ的21%以上。
3.根据权利要求1或2所述的弹性波装置,其中,
所述氧化硅膜的膜厚D为所述波长λ的31%以下。
4.根据权利要求1或2所述的弹性波装置,其中,
所述IDT电极具有电阻比所述Pt膜低的低电阻层。
5.根据权利要求4所述的弹性波装置,其中,
所述IDT电极具有:密接层,与由所述LiNbO3构成的压电体层接触;所述Pt膜,设置在所述密接层上;扩散防止层,设置在所述Pt膜上;以及所述低电阻层,设置在所述扩散防止层上。
6.根据权利要求5所述的弹性波装置,其中,
所述密接层由NiCr、Cr以及Ti中的至少一种金属构成,所述扩散防止层由Cr或Ti构成,所述低电阻层由Al或以Al为主体的合金构成。
7.根据权利要求1或2所述的弹性波装置,其中,
所述第一滤波器为梯型滤波器、纵向耦合谐振器型弹性波滤波器、以及连接了梯型滤波器和纵向耦合谐振器型弹性波滤波器的滤波器中的一种。
8.根据权利要求7所述的弹性波装置,其中,
在所述第一滤波器为梯型滤波器或在梯型滤波器连接有纵向耦合谐振器型弹性波滤波器的滤波器的情况下,所述梯型滤波器具有串联臂谐振器,具有由所述LiNbO3构成的压电体层的所述弹性波谐振器为所述串联臂谐振器中的至少一个。
9.根据权利要求8所述的弹性波装置,其中,
所述梯型滤波器的所述串联臂谐振器全部为具有由所述LiNbO3构成的压电体层的所述弹性波谐振器。
10.根据权利要求8或9所述的弹性波装置,其中,
具有由所述LiNbO3构成的压电体层的至少一个所述弹性波谐振器是处于最靠近所述天线公共端子的位置的串联臂谐振器。
11.根据权利要求1或2所述的弹性波装置,其中,
所述第一滤波器为Band3的接收滤波器,所述第二滤波器为Band40的接收滤波器,或者,
所述第一滤波器为Band1的接收滤波器,所述第二滤波器为Band41的接收滤波器。
12.一种高频前端电路,其中,
包含权利要求1~11中的任一项所述的弹性波装置。
13.一种通信装置,其中,
包含权利要求1~11中的任一项所述的弹性波装置。
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