CN110089029A - 声表面波谐振器、声表面波滤波器以及双工器 - Google Patents

Abstract

声表面波谐振器包括第1声表面波谐振器(21)、与第1声表面波谐振器(21)串联连接的第2声表面波谐振器(22)、和与第2声表面波谐振器(22)串联连接的第3声表面波谐振器(23)。第1至第3声表面波谐振器各自具有配置为彼此的电极指分别彼此相邻的一对梳齿电极(1)。第2声表面波谐振器(22)与第1以及第3声表面波谐振器(21、23)相比，所述电极指的宽度相对于电极指的间距的比例小。

Description

声表面波谐振器、声表面波滤波器以及双工器

技术领域

本发明涉及声表面波谐振器、声表面波滤波器以及双工器，尤其涉及具有多个声表面波谐振器的声表面波滤波器以及双工器。

背景技术

以往，作为搭载于便携式电话机等通信设备中的RF(Radio Frequency，射频)电路的带通滤波器、双工器，利用了声表面波(SAW：Surface Acoustic Wave)的声表面波滤波器已被实用化。

作为声表面波滤波器，已知有将多个声表面波谐振器串联以及并联地交替连接形成了梯型滤波器的结构(例如，参照日本特开平9-205343号公报(专利文献1))。

在上述梯型滤波器中，对于声表面波谐振器利用具有一对梳齿电极(以下，也称为“IDT(Inter Digital Transducer，叉指换能器)电极”)的单端口型的谐振器。在专利文献1中，作为由输入电力引起的机械应力容易集中的谐振器，利用了多个声表面波谐振器被串联连接的结构。换言之，上述谐振器被分割为多个声表面波谐振器。专利文献1通过对集中施加于上述谐振器的机械应力进行分散，由此抑制迁移来谋求耐电力性的提高。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平9-205343号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，在被分割为多个声表面波谐振器的结构中，根据被分割的各声表面波谐振器不同，有时散热的容易度不同，起因于此，有时在多个声表面波元件间热应力不同。因而，在与其他声表面波谐振器相比热应力相对大的声表面波谐振器中，迁移被热加速，在IDT电极发生放电击穿的可能性变高。由此，会使声表面波滤波器整体的耐电力性下降。

本发明正是鉴于上述的课题而完成的，其主要目的在于，提供一种能够提高耐电力性的声表面波谐振器、声表面波滤波器以及双工器。

用于解决课题的手段

本发明涉及的声表面波谐振器具备第1声表面波谐振器、与第1声表面波谐振器串联连接的第2声表面波谐振器、和与第2声表面波谐振器串联连接的第3声表面波谐振器。第1至第3声表面波谐振器各自具有配置为彼此的多根电极指在弹性波传播方向上交替排列的一对梳齿电极。第2声表面波谐振器与第1以及第3声表面波谐振器相比，电极指的宽度相对于电极指的间距的比例小。

本发明涉及的声表面波滤波器具备第1信号端子、第2信号端子、和连接在第1信号端子与第2信号端子之间并具有多个谐振器组的梯型滤波器。多个谐振器组的至少一个由上述声表面波谐振器形成。

在上述声表面波滤波器中，优选的是，梯型滤波器构成为对输入至第1信号端子的信号进行滤波并输出至第2信号端子。多个谐振器包括串联连接在第1信号端子与第2信号端子之间而成的串联臂谐振器。最接近第1信号端子的串联臂谐振器包括第1至第3声表面波谐振器。

本发明涉及的双工器具备：具有上述声表面波滤波器的发送滤波器、第3信号端子、和连接在第2信号端子以及梯型滤波器的连接点与第3信号端子之间的接收滤波器。

发明效果

根据本发明的声表面波谐振器、滤波器以及双工器，能够提高耐电力性。

附图说明

图1是示意性地表示本发明的实施方式涉及的声表面波滤波器的电路结构的图。

图2是示意性地表示图1所示的串联臂谐振器的结构的图。

图3是声表面波谐振器的示意性俯视图。

图4是图2的串联臂谐振器的示意性俯视图。

图5是示意性地表示具备本发明的实施方式涉及的声表面波滤波器的双工器的电路结构的图。

具体实施方式

以下，对本发明的实施方式进行说明。另外，对于相同或相当的部分赋予相同的参照附图标记，并不反复进行其说明。

另外，在以下说明的实施方式中，在提及个数、量等的情况下，除特别有记载的情况之外，本发明的范围并不一定限定于该个数、量等。此外，在以下的实施方式中，各个构成要素除特别有记载的情况之外，对于本发明而言不一定是必须的。

图1是示意性地表示本发明的实施方式涉及的声表面波滤波器的电路结构的图。图1所示的声表面波滤波器装置10例如搭载于便携式电话机等的RF电路。

声表面波滤波器装置10具备输入端子11、输出端子12、和连接在输入端子11与输出端子12之间的滤波器部13。滤波器部13构成为对输入至输入端子11的信号进行滤波并输出至输出端子12。输入端子11构成“第1信号端子”，输出端子12构成“第2信号端子”。

滤波器部13为梯型声表面波滤波器。滤波器部13包括串联臂谐振器S1～S4、并联臂谐振器P1～P3和电感器L11、L12。

串联臂谐振器S1～S4串联连接在输入端子11与输出端子12之间。具体地，串联臂谐振器S1的一个端子与输入端子11连接，另一个端子与串联臂谐振器S2的一个端子连接。串联臂谐振器S2的另一个端子与串联臂谐振器S3的一个端子连接。串联臂谐振器S3的另一个端子与串联臂谐振器S4的一个端子连接。串联臂谐振器S4的另一个端子与输出端子12连接。

并联臂谐振器P1电连接在串联臂谐振器S1、S2的连接节点14与接地布线GND之间。并联臂谐振器P2电连接在串联臂谐振器S2、S3的连接节点15与接地布线GND之间。并联臂谐振器P3电连接在串联臂谐振器S3、S4的连接节点16与接地布线GND之间。

在并联臂谐振器P1、P2与接地布线GND之间连接有电感器L11。在并联臂谐振器P3与接地布线GND之间连接有电感器L12。另外，在滤波器部13，除了电感器L11、L12以外，还可以在适当的位置设置有电感器、电容器以及电阻。

滤波器部13中的串联臂谐振器S1～S4以及并联臂谐振器P1～P3形成声表面波滤波器芯片13A。虽然图示省略，但声表面波滤波器芯片13A通过凸块而倒装芯片安装在布线基板的芯片安装面(die-attach surface)上。声表面波滤波器芯片13A由树脂密封。即，声表面波滤波器装置10为CSP(Chip Size Package，芯片尺寸封装)型的声表面波滤波器。

串联臂谐振器S1～S4以及并联臂谐振器P1～P3各自由单端口型声表面波谐振器构成。其中，串联臂谐振器S1、S2、S4以及并联臂谐振器P1～P3通过将多个单端口型声表面波谐振器串联连接来构成。换言之，将一个谐振器分割为多个分割谐振器。通过将一个谐振器分割为多个分割谐振器，从而能够将在激励出声表面波时产生的机械应力分散到多个分割谐振器。另外，在图1的例子中，将分割数设为2或3，但分割数可以适当地设定。串联臂谐振器S1、S2、S4以及并联臂谐振器P1～P3各自对应于由多个分割谐振器构成的“谐振器组”的一个实施例。

图2是示意性地表示图1所示的串联臂谐振器S1的结构的图。另外，串联臂谐振器S4的结构除了尺寸等的具体的设计事项之外也与串联臂谐振器S1相同。

参照图2，串联臂谐振器S1具有三个声表面波谐振器21～23。第1声表面波谐振器21电连接在输入端子11与连接节点14之间。第2声表面波谐振器22与第1声表面波谐振器21串联连接。第3声表面波谐振器23与第2声表面波谐振器22串联连接。即，第1～第3声表面波谐振器21～23在输入端子11与连接节点14之间依次串联连接。换言之，串联臂谐振器S1被分割为三个分割谐振器(声表面波谐振器21～23)。

另外，相邻的声表面波谐振器彼此以在其间不具有分支电路的状态而连接。分支电路是指，从将相邻的声表面波谐振器彼此连接的布线分支，在其前端具有发挥给定功能的元件(电感器、电容器、电阻、接地布线等)的电路。

三个声表面波谐振器21～23各自为单端口型的谐振器。图3是声表面波谐振器21的示意性俯视图。另外，声表面波谐振器22、23的结构也与声表面波谐振器21相同。参照图3，声表面波谐振器21包括IDT电极1、和配置在IDT电极1的两侧的两个反射器7。IDT电极1具有一对梳齿电极1A。

一对梳齿电极1A各自能够通过例如由铝、铜、银、金、钛、钨、铂、铬、镍、钼的至少一种构成的单体金属、或者以它们为主成分的合金所构成的金属层形成在压电性基板上。另外，作为压电性基板，能够使用由LiTaO₃、LiNbO₃等压电单晶构成的基板。或者，也可以取代压电单晶而使用压电陶瓷。此外，也可以使用在支承基板上层叠有压电膜的压电性基板。作为该压电膜，能够适当使用上述压电单晶等。

各梳齿电极1A具有呈直线状延伸的汇流条3、和在与汇流条3的长边方向正交的方向上延伸的多个电极指5。多个电极指5的间距被设为作为整体而大致固定的间距。一对梳齿电极1A配置为彼此的电极指5分别彼此相邻。

若对IDT电极1施加电压，则激励出以多个电极指5的间距为半波长且在电极指5的排列方向上传播的声表面波。另外，以下，将多个电极指5的排列方向也称为传播方向D1，将与传播方向D1正交的方向也称为正交方向D2。

两个反射器7相对于IDT电极1而配置在传播方向D1的两侧。各反射器7具有在传播方向上延伸的一对汇流条8、和在一对汇流条8之间在正交方向D2上延伸的多个电极指9。多个电极指9的间距、以及反射器7与IDT电极1的距离与多个电极指5的间距大致相等。

在IDT电极1的配置位置处在传播方向D1上传播的声表面波被反射器7反射，成为驻波。由此，发生Q高的谐振现象。即，声表面波谐振器作为Q高的谐振器发挥功能。

在此，声表面波谐振器的特性由电极指间距P、交叉宽度W、电极指5的根数、电极比率(占空比)等规定。电极指间距P为多个电极指5的间距，例如由一对梳齿电极1A的多个电极指5的中心间距离定义。交叉宽度W为彼此相互交错插入的电极指5的正交方向D2上的重复量。电极比率为电极指5的宽度L相对于电极指间距P的比例(L/P)。

在串联臂谐振器中，一般，三个声表面波谐振器21～23为了使机械应力均等地分散，被设为相同的结构。具体地，电极指间距P、交叉宽度W、电极指5的根数、电极比率等在声表面波谐振器21～23之间被设为相同。

然而，在将三个声表面波谐振器21～23排列为一列的结构中(参照图4)，在声表面波谐振器之间热应力变得相互不同。这是因为，第2声表面波谐振器22被第1以及第3声表面波谐振器21、23夹着两侧，因此与第1以及第3声表面波谐振器21、23相比，不易散热。因而，第2声表面波谐振器22与第1以及第3声表面波谐振器21、23相比，变得容易引起温度上升。

因而，在第2声表面波谐振器22中，存在迁移由于热应力被加速的可能性。详细地，若在IDT电极1产生机械应力，则可能引起IDT电极1中的A1原子在晶界移动的迁移。在第2声表面波谐振器22中，由于迁移的热加速，变得更易于发生迁移。

若在IDT电极1发生迁移，则一对梳齿电极1A之间的绝缘性下降，因此有时在IDT电极1发生放电击穿。此外，有时在IDT电极1产生小丘、空隙。其结果，会使声表面波滤波器装置10整体的耐电力性下降。

近年来，在便携式电话机等中使用的频率变高，在搭载于RF电路的声表面波滤波器中也要求高频化。为了使声表面波滤波器高频化，缩窄IDT电极1的电极指间距P是有效的。然而，若缩窄电极指间距P，则相邻的电极指5的间隔也随之变窄，因此发生起因于迁移的放电击穿的可能性变高。另外，相邻的电极指5的间隔由P-L表示。

在本实施方式中，使第2声表面波谐振器22的电极比率小于第1以及第3声表面波谐振器21、23的电极比率。由此，如图4所示，在声表面波谐振器21～23之间，相邻的电极指5的间隔P-L成为不同的大小。

图4是图2的串联臂谐振器S1的示意性俯视图。参照图4，三个声表面波谐振器22沿着正交方向D2排列。三个声表面波谐振器22的传播方向D1上的大小以及位置彼此成为相同。

相邻的声表面波谐振器彼此的汇流条3彼此被连接。汇流条3彼此的连接遍及汇流条3的长边方向的整体而进行。另外，汇流条3彼此可以如图4那样直接地连接，也可以经由布线而间接地连接。

第1以及第3声表面波谐振器21、23与布线2连接。连接遍及汇流条3的长边方向的整体而进行。由此，变得容易从第1以及第3声表面波谐振器21、23各自向布线2传递热。

在第1声表面波谐振器21中，若将IDT电极1的电极指的宽度设为L1，则电极比率由L1/P表示。在第2声表面波谐振器22中，若将IDT电极1的电极指的宽度设为L2，则电极比率由L2/P表示。在第3声表面波谐振器23中，若将IDT电极1的电极指的宽度设为L3，则电极比率由L3/P表示。

另外，第1以及第3声表面波谐振器21、23的电极指5的大小彼此成为相同(L1＝L3)。由此，电极比率L1/P和电极比率L3/P成为相同。

在本实施方式中，使第2声表面波谐振器22的电极比率L2/P小于第1声表面波谐振器21的电极比率L1/P以及第3声表面波谐振器23的电极比率L3/P。

这样一来，由于三个声表面波谐振器21～23的电极指间距P彼此相等，因此第2声表面波谐振器22与第1以及第3声表面波谐振器21、23相比，电极指5的宽度L变窄(L2＜L1＝L3)。因此，关于在IDT电极1中彼此相邻的两根电极指5的间隔P-L，与第1以及第3声表面波谐振器21、23相比，第2声表面波谐振器22更宽。

在第2声表面波谐振器22中，通过与第1以及第3声表面波谐振器21、23相比相对地扩宽相邻的电极指5的间隔P-L，从而不易发生短路，能够相对地提高迁移耐性。由此，能够抑制起因于热应力的IDT电极1的放电击穿的发生，结果能够提高声表面波滤波器装置10整体的耐电力性。

另外，通过相对地缩窄第2声表面波谐振器22的电极指5的宽度L，从而第2声表面波谐振器22的静电电容变得比第1以及第3声表面波谐振器21、23小。若在声表面波谐振器21～23之间静电电容相对地变小，则与其他声表面波谐振器相比，有时分压相对地变高，消耗电力相对地变大。为了在声表面波谐振器21～23之间使静电电容彼此相等，例如能够使用在第2声表面波谐振器22中相对地增大交叉宽度W的方法、相对地增多电极指5的根数的方法、或者它们的组合。由此，能够不给声表面波滤波器装置10的滤波器特性带来影响地提高耐电力性。

此外，在第2声表面波谐振器22中，通过相对地缩窄IDT电极1的电极指5的宽度L，从而电极指5的电阻相对地变高，结果有时与第1以及第3声表面波谐振器21、23相比插入损耗变大。为了在声表面波谐振器21～23之间使电极指5的电阻彼此相等，可以相对地增厚第2声表面波谐振器22的电极膜厚。由此，能够不使声表面波滤波器装置10的传输特性变化地提高耐电力性。另外，在该情况下，电极比率改变从而频率也变动，但能够通过调整间距来使频率相匹配。

在此，在图1所示的声表面波滤波器装置10中，在对输入端子11施加了电力的情况下，在最接近输入端子11的初级的串联臂谐振器S1集中地施加机械应力。在构成串联臂谐振器S1的三个声表面波谐振器21～23中，也由于机械应力以及热应力的协同作用，尤其在第2声表面波谐振器22发生放电击穿的可能性变高。

根据本实施方式，在串联臂谐振器S1中，如图4所示，能够使第2声表面波谐振器22的电极比率小于第1以及第3声表面波谐振器21、23的电极比率。由此，可抑制第2声表面波谐振器22的放电击穿，因此作为声表面波滤波器装置10整体的耐电力性提高。这样，使第2声表面波谐振器22的电极比率小于第1以及第3声表面波谐振器21、23的电极比率的结构优选应用于输入侧初级的串联臂谐振器S1。

图5是示意性地表示具备本发明的实施方式涉及的声表面波滤波器的双工器的电路结构的图。参照图5，双工器30具备：发送滤波器40、接收滤波器42、发送端子31、与天线ANT连接的天线端子32、和接收端子33。发送端子31构成“第1信号端子”，天线端子32构成“第2信号端子”，接收端子33构成“第3信号端子”。

发送滤波器40连接在天线端子32与发送端子31之间。发送滤波器40构成为对输入至发送端子31的信号进行滤波并输出至天线端子32。接收滤波器42连接在天线端子32和发送滤波器40的连接点与接收端子33之间。接收滤波器42构成为对输入至天线端子32的信号进行滤波并输出至接收端子33。

发送滤波器40为梯型声表面波滤波器。发送滤波器40包括：串联臂谐振器S1～S4、并联臂谐振器P1～P4、和电感器L11～L13。串联臂谐振器S1～S4以及并联臂谐振器P1～P4各自由图3所示的单端口型声表面波谐振器构成。其中，串联臂谐振器S1～S4通过将多个单端口型声表面波谐振器串联连接来构成。串联臂谐振器S1～S4以及并联臂谐振器P1～P4形成声表面波滤波器芯片40A。

接收滤波器42例如为具有平衡-不平衡变换功能的平衡型的纵耦合谐振器型声表面波滤波器。接收滤波器42可以与发送滤波器40一体地形成于声表面波滤波器芯片40A。或者，设置了发送滤波器40的声表面波滤波器芯片40A和设置了接收滤波器42的声表面波滤波器芯片可以分别设置为独立体。

在双工器30中，一般，对构成通信设备的RF电路的发送滤波器40施加大的电力。因而，对于作为发送滤波器40使用的梯型声表面波滤波器要求耐电力性优异。

因此，优选在发送滤波器40中应用上述的使第2声表面波谐振器的电极比率小于第1以及第3声表面波谐振器的电极比率的结构。具体地，在串联臂谐振器S1、S4各自中，通过使第2声表面波谐振器的电极比率小于第1以及第3声表面波谐振器的电极比率，从而使第2声表面波谐振器的迁移耐性高于第1以及第3声表面波谐振器的迁移耐性。这样一来，在第2声表面波谐振器中，可抑制发生由热应力引起的放电击穿，能够提高发送滤波器整体的耐电力性。

更优选的是，使第2声表面波谐振器的电极比率小于第1以及第3声表面波谐振器的电极比率的结构可以应用于最接近发送端子31的初级的串联臂谐振器S1。在对发送端子31施加了大的电力的情况下，由于在初级的串联臂谐振器S1集中地施加机械应力，因此串联臂谐振器S1的第2声表面波谐振器变得容易温度上升。根据本实施方式，在该第2声表面波谐振器中可抑制由热应力引起的放电击穿，因此能够提高作为发送滤波器40整体的耐电力性。

本发明人进行了用于确认本发明的实施方式的作用效果的实验。在实验中，关于实施例以及比较例各自进行了加速寿命试验。

实施例以及比较例均是具有图5所示的电路结构的双工器，将发送频带设为1.7GHz频带。关于发送滤波器的初级的串联臂谐振器S1，在实施例中，如以下那样设定了三个声表面波谐振器的电极比率的比。

L1/P∶L2/P∶L3/P＝1∶0.91∶1

另一方面，在比较例中，将三个声表面波谐振器的电极比率彼此设为相同。

L1/P∶L2/P∶L3/P＝1∶1∶1

另外，在构成串联臂谐振器以及并联臂谐振器各自的声表面波谐振器中，电极比率L/P以外的参数(电极指间距P、交叉宽度W、电极指5的根数等)在实施例以及比较例中设为相同。

在相同的试验条件(例如，1.1W输入、环境温度110℃)下进行了加速寿命试验，结果关于从评价开始到故障为止的故障时间，确认了实施例较之于比较例变长大约1.7倍。关于估计寿命，也确认了实施例较之于比较例延长大约1.7倍。这样，根据试验结果，确认了通过使第2声表面波谐振器的电极比率小于第1以及第3声表面波谐振器的电极比率，从而能够提高耐电力性。

另外，在上述的说明中，对双工器具备本实施方式的声表面波滤波器的例子进行了说明，但并不限于双工器，也可以将本实施方式的声表面波滤波器应用于任意的分波器，例如三工器、多工器或双工器等。

应认为本次公开的实施方式在所有方面均为例示，并不是限制性的。本发明的范围不是由上述的说明来表示，而是由权利要求书来表示，意图包含与权利要求书均等的意思以及范围内的所有变更。

附图标记说明

1IDT电极，1A梳齿电极，3、8汇流条，5、9电极指，7反射器，10声表面波滤波器装置，11输入端子，12输出端子，13滤波器部，13A、40A声表面波滤波器芯片，14～16连接节点，21第1声表面波谐振器，22第2声表面波谐振器，23第3声表面波谐振器，30双工器，31发送端子，32天线端子，33接收端子，40发送滤波器，42接收滤波器，S1～S4串联臂谐振器，P1～P4并联臂谐振器，L11～L13电感器。

Claims (4)

1.一种声表面波谐振器，具备：

第1声表面波谐振器；

第2声表面波谐振器，与所述第1声表面波谐振器串联连接；和

第3声表面波谐振器，与所述第2声表面波谐振器串联连接，

所述第1声表面波谐振器至所述第3声表面波谐振器各自具有配置为彼此的多根电极指在弹性波传播方向上交替排列的一对梳齿电极，

所述第2声表面波谐振器与所述第1声表面波谐振器以及所述第3声表面波谐振器相比，所述电极指的宽度相对于所述电极指的间距的比例小。

2.一种声表面波滤波器，具备：

第1信号端子；

第2信号端子；和

梯型滤波器，连接在所述第1信号端子与所述第2信号端子之间，具有多个谐振器组，

所述多个谐振器组的至少一个由权利要求1所述的声表面波谐振器形成。

3.根据权利要求2所述的声表面波滤波器，其中，

所述梯型滤波器构成为对输入至所述第1信号端子的信号进行滤波并输出至所述第2信号端子，

所述多个谐振器组包括串联连接在所述第1信号端子与所述第2信号端子之间而成的串联臂谐振器，

最接近所述第1信号端子的所述串联臂谐振器包括所述第1声表面波谐振器至所述第3声表面波谐振器。

4.一种双工器，具备：

发送滤波器，具有权利要求2或3所述的声表面波滤波器；

第3信号端子；和

接收滤波器，连接在所述第2信号端子以及所述梯型滤波器的连接点与所述第3信号端子之间。