CN110089033B - 声表面波装置以及声表面波滤波器 - Google Patents

声表面波装置以及声表面波滤波器 Download PDF

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Abstract

声表面波滤波器(100)具有梯型的结构，该梯型的结构具备：串联臂谐振部(10)，配置于设置在输入端子(50)与输出端子(51)之间的串联臂；以及并联臂谐振部(20)，设置于连接在串联臂与接地电位之间的并联臂。串联臂谐振部由一个以上的声表面波装置形成。声表面波装置至少包含：第一谐振器组(10‑1)和第二谐振器组(10‑2)，各自由具有压电性基板和形成在压电性基板上的IDT电极的声表面波谐振器形成，并被并联连接。第一谐振器组包含至少一个声表面波谐振器(320)，第二谐振器组包含被串联连接的、数目比第一谐振器组多的声表面波谐振器(330A、330B)。第一谐振器组包含的声表面波谐振器的谐振频率设定得高于第二谐振器组包含的声表面波谐振器的谐振频率。

Description

声表面波装置以及声表面波滤波器
技术领域
本发明涉及声表面波装置，更特定地，涉及用于使在包含串联臂谐振器和并联臂谐振器的梯型的声表面波滤波器中使用的声表面波装置的耐电力性提高的技术。
背景技术
已知具有将多个声表面波(SAW：Surface Acoustic Wave)谐振器交替地配置在串联臂和并联臂的梯子型(梯型)的结构的声表面波滤波器。声表面波谐振器概略性地具有在压电性基板上配置有一对梳齿状电极(IDT：Inter Digital Transducer，叉指换能器)的结构，压电性基板由钽酸锂(LiTaO3)、铌酸锂(LiNbO3)等压电单晶或压电陶瓷构成，一对梳齿状电极例如使用由铝、铜、银、金、钛、钨、铂、铬、镍、钼中的至少一种构成的单质金属、或以它们为主成分的合金等电极材料形成。另外，也可以使用在支承基板上层叠有压电膜的压电性基板。
近年来，在声表面波滤波器中，与滤波器主体的小型化一起，希望驱动频率、通带的高频化、宽带化、以及高输出化。为了应对高频化，需要使IDT电极的电极指间距以及电极线宽度微小化。另一方面，为了进行高输出化，与以往相比，需要使输出信号为高电力。
若推进IDT电极的微小化以及高电力化，则会在谐振器产生由高的电力和压电效应造成的电应力以及机械应力，变得容易产生声表面波谐振器的特性劣化或者电极指的破坏等。
以解决这样的课题为目的，日本特开2001-156588号公报(专利文献1)公开了如下的结构，即，在梯型的声表面波滤波器中，关于被施加相对高的电力的、最靠近信号输入端子的串联臂谐振器，使多个谐振器串联连接。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2001-156588号公报
发明内容
发明要解决的课题
通过设为像日本特开2001-156588号公报(专利文献1)那样的结构，能够使施加于各个IDT电极的电力分散，因此能够使耐电力性提高。
另一方面，关于进行了串联分割的谐振器，为了得到与分割前同等的阻抗，需要使各个IDT电极的静电电容为与分割级数成比例的值。例如，如果是两级的分割，则需要使各谐振器的电容为2倍，如果是三级的分割，则需要使各谐振器的电容为3倍。
此外，IDT电极的面积与将各个IDT电极的静电电容相加的总电容成比例地增加。因此，压电性基板上的IDT电极的面积会与分割级数的平方成比例地变大。例如，在两级分割的情况下，IDT电极的面积变为4倍，在三级分割的情况下，IDT电极的面积变为9倍，从滤波器的小型化的观点出发，将变得不利。即，关于谐振器的串联分割，耐电力性的提高与尺寸的小型化可能成为难以两全的关系。
本发明是为了解决这样的课题而完成的，其目的在于，在声表面波装置中，在抑制谐振器尺寸的过度的增大的同时使耐电力性提高。
用于解决课题的技术方案
基于本发明的声表面波装置至少包含：第一谐振器组和第二谐振器组，各自由具有压电性基板和形成在压电性基板上的IDT电极的声表面波谐振器形成，并被并联连接。第一谐振器组包含至少一个声表面波谐振器。第二谐振器组包含被串联连接的、数目比第一谐振器组多的声表面波谐振器。第一谐振器组包含的声表面波谐振器的谐振频率设定得高于第二谐振器组包含的声表面波谐振器的谐振频率。
优选地，各声表面波谐振器包含反射器。在压电性基板上，第一谐振器组包含的声表面波谐振器的反射器的一部分被共有化为第二谐振器组包含的声表面波谐振器的反射器。
优选地，第一谐振器组的合成电容与第二谐振器组的合成电容相等。
优选地，第一谐振器组的合成电容与第二谐振器组的合成电容不同。
优选地，声表面波装置还包含：第三谐振器组，与第一谐振器组以及第二谐振器组并联连接。第三谐振器组包含被串联连接的、数目比第一谐振器组多的声表面波谐振器。第一谐振器组包含的声表面波谐振器的谐振频率设定得高于第三谐振器组包含的声表面波谐振器的谐振频率。
基于本发明的声表面波滤波器具有梯型的结构，该梯型的结构具备：串联臂谐振部，配置于设置在输入端子与输出端子之间的串联臂；以及并联臂谐振部，设置于连接在串联臂与接地电位之间的并联臂。串联臂谐振部由上述的任一声表面波装置形成。
优选地，声表面波滤波器还具备：其它串联臂谐振部，配置于串联臂。串联臂谐振部在串联臂中配置于比其它串联臂谐振部靠近输入端子的位置。
发明效果
根据本发明，能够提供一种能够使耐电力性提高并且抑制谐振器尺寸的增大的声表面波装置。
附图说明
图1是示出按照本实施方式的声表面波滤波器的电路图。
图2是示出比较例的声表面波滤波器的电路图。
图3是示出比较例中的串联臂谐振部的图。
图4是示出按照本实施方式的串联臂谐振部的图。
图5是用于说明声表面波谐振器的谐振频率与消耗电力的关系的图。
图6是示出按照本实施方式的串联臂谐振部的第一变形例的图。
图7是示出另一个比较例中的串联臂谐振部的图。
图8是示出按照本实施方式的串联臂谐振部的第二变形例的图。
图9是用于说明压电性基板上的声表面波谐振器的配置的图。
图10是用于说明压电性基板上的声表面波谐振器的配置的另一个例子的图。
图11是示出按照本实施方式的串联臂谐振部的第三变形例的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。另外，对于图中相同或相应部分标注相同附图标记，并不再重复其说明。
图1是示出按照本实施方式的声表面波滤波器100的一个例子的电路图。参照图1，声表面波滤波器100具有梯型的结构，该梯型的结构具备：串联臂谐振部10～13，串联地连接于设置在输入端子50与输出端子51之间的串联臂；以及并联臂谐振部20～23，设置于连接在串联臂与接地电位之间的并联臂。各谐振部由一个以上的声表面波装置形成，各声表面波装置包含由一个以上的声表面波谐振器构成的谐振器组。像后面在图9中叙述的那样，声表面波谐振器具有压电性基板和形成在压电性基板上的IDT电极。
并联臂谐振部20的一端与输入端子50连接，另一端经由电感器30与接地电位连接。并联臂谐振部21的一端连接于串联臂谐振部10与串联臂谐振部11之间的连接节点，另一端经由电感器31与接地电位连接。并联臂谐振部22的一端连接于串联臂谐振部11与串联臂谐振部12之间的连接节点，另一端经由电感器31与接地电位连接。并联臂谐振部23的一端连接于串联臂谐振部12与串联臂谐振部13之间的连接节点，另一端经由电感器31与接地电位连接。
另外，串联臂谐振部的数目、并联臂谐振部的数目、以及各谐振器组包含的声表面波谐振器的数目为一个例子，可根据滤波器的特性而适当地进行设计。
在本实施方式中，关于最靠近输入端子50的串联臂谐振部10，包含并联地连接在输入端子50与串联臂谐振部11之间的第一谐振器组10-1和第二谐振器组10-2。在图1的例子中，第一谐振器组10-1包含被串联连接的两个声表面波谐振器而构成，第二谐振器组10-2包含被串联连接的三个声表面波谐振器而构成。
图2是示出比较例的声表面波滤波器100A的电路图。在声表面波滤波器100A中，成为图1中的串联臂谐振部10被置换为串联臂谐振部10A的结构，其它结构与图1相同。串联臂谐振部10A具有串联地连接了三个声表面波谐振器的结构。
如图1、图2所示的梯型的声表面波滤波器存在用于例如像便携式电话那样的通信装置的情况。近年来，为了确保长的接收距离而要求发送信号的高输出化，与此相伴地，要求提高声表面波滤波器的耐电力性。
在梯型的声表面波滤波器中，特别是，施加于最先被施加从输入端子50输入的信号的串联臂谐振部10、10A的电力有变大的倾向。因此，通过像图2的比较例的串联臂谐振部10A那样设为串联地连接了多个声表面波谐振器的串联分割结构，从而能够降低在各个谐振器(IDT电极)消耗的电力而使耐电力性提高。
然而，在将谐振器单纯地进行了串联分割的情况下，为了确保相同的阻抗，需要使分割后的各谐振器的静电电容(以下，也简称为“电容”。)为分割前的谐振器的静电电容的分割数倍。例如，如图3所示，在分割前的谐振器300的电容为C的情况下，为了使分割为两个后的合成电容为C，需要使分割后的谐振器310A、310B的各电容为2C。
一般来说，压电性基板上的谐振器的面积与谐振器的电容成比例，因此若分割为两个谐振器310A、310B，则2倍的电容的谐振器成为两个，因此其结果是，谐振器将占据分割前的4倍的面积。若这样，则需要压电性基板上的空间，因此从滤波器主体的小型化的观点出发，将变得不利。
在本实施方式中，如图1所示，串联臂谐振部10具有被并联连接的两个谐振器组10-1、10-2，进而在各谐振器组中的至少一个中进行串联分割。通过像这样进行并联分割，从而降低各谐振器组所需的合成电容，由此能够抑制在压电性基板上谐振器所需的面积的增加，并且通过各谐振器组的串联分割，能够降低在各声表面波谐振器消耗的电力。
此时，若对被并联分割的各谐振器组进行相同数目的串联分割，则其结果是，总电容变得与不进行并联分割的情况相同，因此变得无助于面积的降低。因此，在本实施方式中，对于进行了并联分割的谐振器组中的至少一个谐振器组(也称为“第一谐振器组”。)，使串联分割数少于其它谐振器组(也称为“第二谐振器组”。)，由此抑制了压电性基板上的面积的增大。
具体地，如图4所示，在分割前的谐振器300的电容为C的情况下，将分割后的一个谐振器组(第一谐振器组)设为电容为C/2的一个谐振器320，并将另一个谐振器组(第二谐振器组)设为电容为C的两个谐振器330A、330B的串联连接。在该情况下，各谐振器组的合成电容成为C/2，整体的合成电容成为C，因此阻抗与分割前没有变化。
另一方面，分割后的总电容成为5C/2，因此压电性基板上的谐振器的面积成为分割前的2.5倍。像这样，通过并用并联分割和串联分割，并使被并联连接的谐振器组中的至少一个的串联分割数小于其它谐振器组的串联分割数，从而能够在维持分割前的阻抗(合成电容)的同时与像图3那样的仅有串联分割的情况(4倍)相比降低谐振器所需的压电性基板上的面积。
但是，关于像图4那样减少了串联分割数的第一谐振器组，一方面被施加的电力变小，另一方面压电性基板上的面积也会变小，因此作为该谐振部的耐电力性，依赖于串联分割数少的谐振器组(第一谐振器组)。因此，在本实施方式中，将串联分割数少的谐振器组(第一谐振器组)包含的声表面波谐振器的谐振频率设定得高于串联分割数多的谐振器组(第二谐振器组)包含的声表面波谐振器的谐振频率。
图5是用于说明声表面波谐振器的谐振频率与消耗电力的关系的图。在图5中，在横轴示出频率，在纵轴示出声表面波谐振器的每单位面积的消耗电力。在图5中，曲线LN1是示出将声表面波谐振器的谐振频率设为例如f0的情况下的消耗电力的曲线，曲线LN2示出将声表面波谐振器的谐振频率设定为高于f0的谐振频率(f0+5MHz)的情况下的消耗电力。根据图5可知，在例如将频率为1910MHz的电力投入到声表面波谐振器的情况下，在投入电力的频率处，提高了谐振频率的情况下的消耗电力变得小于谐振频率低的情况下的消耗电力。
根据这样的特性，通过使串联分割数少的谐振器组(第一谐振器组)包含的声表面波谐振器的谐振频率高于串联分割数多的谐振器组(第二谐振器组)包含的声表面波谐振器的谐振频率，从而即使是面积相同的谐振器也能够降低消耗电力。由此，能够使串联分割数少的谐振器组(第一谐振器组)的耐电力性提高。
另外，为了提高声表面波谐振器的谐振频率，能够通过减小IDT电极的占空比(即，减小线宽度)或者使电极指间隔(间距)变窄来实现。
(变形例1)
图6是示出本实施方式的第一变形例的图。虽然在上述的图4的例子中，示出了将并联分割的各谐振器组的合成电容设定得相等的例子，但是并联分割的各谐振器组的合成电容未必一定要相等。在图6的变形例中，示出了如下的例子，即，将分割后的一个谐振器组(谐振器340)的电容设定为C/3，将另一个谐振器组(谐振器350A、350B)的合成电容设定为2C/3。
在该情况下，整体的合成电容成为C，阻抗与分割前没有变化，但是关于总电容，成为9C/3(＝3C)，因此压电性基板上的谐振器的面积成为分割前的3倍。若与上述的图4的相等分割的情况相比，则压电性基板上的谐振器面积变大，但是若与未分割的情况(4倍)相比，则能够减小面积。因为与相等分割的情况相比，面积变大，因此关于耐电力性，与相等分割的情况相比，将提高。
像这样，通过调整并联分割后的各谐振器组的合成电容的比率，从而能够将滤波器尺寸与耐电力性的平衡调整为所希望的值。
(变形例2)
在变形例2中，对使串联分割的级数为三级的情况下的例子进行说明。图7是示出将电容为C的谐振器300串联分割为三级的谐振器360A、360B、360C的比较例的图。在该情况下，为了设为与分割前相同的阻抗，需要使各谐振器360A、360B、360C的电容为3C。通过将分割的串联级数增加为三级，从而与两级分割的情况相比，能够降低分割后的各谐振器中的消耗电力，因此能够提高耐电力性。然而，因为分割后的总电容成为9C，所以在压电性基板上需要的面积会成为9倍。
图8是示出如下的例子的图，即，将并联数设为2，由串联分割为两级的谐振器370A、370B构成一个谐振器组，由串联分割为三级的谐振器380A、380B、380C构成另一个谐振器组。
在图8中，并联分割后的各谐振器组的合成电容分别被相等分割为C/2。因此，谐振器370A、370B各自的电容被设定为C，谐振器380A、380B、380C各自的电容被设定为3C/2。由此，总电容成为13C/2，因此压电性基板上的声表面波谐振器的面积成为分割前的6.5倍。因此，与图7的串联分割的情况(9倍)相比，能够降低面积。
另外，在该情况下，也能够像在图5中说明的那样，通过将串联分割级数小的谐振器370A、370B的谐振频率设定得大于谐振器380A、380B、380C，降低谐振器370A、370B的消耗电力，从而确保耐电力性。
在此，使用图9对该变形例2的情况下的压电性基板上的声表面波谐振器的配置进行说明。
图9的左图(a)是像在图7中说明的那样的、将声表面波谐振器串联分割为三级的情况下的声表面波谐振器的配置图。此外，图9的右图(b)是像在图8中说明的那样的、并联分割成串联分割为两级的谐振器组210和串联分割为三级的谐振器组215的情况下的声表面波谐振器的配置图。
在左图(a)的串联臂谐振部10A中，成为在压电性基板200A上串联地连接了三个IDT电极的结构，在各IDT电极的两端设置有反射器220。在左图(a)中，由各IDT电极构成的电容为3C。
在将其像右图(b)那样进行了并联分割的情况下，由两级的谐振器组210的各IDT电极构成的电容为C，因此IDT电极整体的宽度成为左图(a)的情况下的1/3。此外，由三级的谐振器组215的各IDT电极构成的电容为3C/2，因此IDT电极整体的宽度成为左图(a)的情况下的1/2。另外，在各IDT电极的两端需要反射器220，因此右图(b)的情况相对于左图(a)的情况的面积比不会单纯地成为(6.5)/9，在图9的情况下，并联分割后的右图(b)的情况下的面积成为仅进行串联分割的左图(a)的情况下的面积的大致80％。
图10是示出用于使面积比图9进一步降低的声表面波谐振器的配置的图。在图10中，在压电性基板200B上，通过使两级的谐振器组210的反射器的一部分共用为三级的谐振器组215的反射器的一部分，从而降低了整体的面积。在图10的情况下，右图(b)的情况下的面积成为左图(a)的情况下的面积的大致76％。
像这样，若增加分割数，则IDT电极自身的面积变小，但是另一方面，反射器的数目增加，因此需要该反射器用的面积。因此，若过于增加分割数，则在压电性基板上所需的面积反而有可能增加，因此需要注意。
(变形例3)
在上述的实施方式中，均示出了将并联分割数设为2的情况，但是并联分割数也能够设为3以上。图11是示出按照本实施方式的串联臂谐振器的第三变形例的图。
在图11的串联臂谐振部中，并联地连接有：包含一个谐振器390的谐振器组(第一谐振器组)；包含串联连接为两级的谐振器392A、392B的谐振器组(第二谐振器组)；以及包含串联连接为两级的谐振器394A、394B的谐振器组(第三谐振器组)。
在图11的例子中，各谐振器组的合成电容被等分为C/3。第一谐振器组包含的谐振器390的电容为C/3，第二谐振器组包含的谐振器392A、392B各自的电容为2C/3，第三谐振器组包含的谐振器394A、394B各自的电容为2C/3。因此，整体的总电容成为3倍，压电性基板上的声表面波谐振器的面积成为分割前的3倍。
而且，在图11的例子中，也将串联分割数小的谐振器390的谐振频率设定得比第二谐振器组以及第三谐振器组包含的谐振器392A、392B、394A、394B高。由此，确保串联分割数小的谐振器390的耐电力性。
另外，虽然在图11中，将第二谐振器组和第三谐振器组设为了相同的串联级数以及相同的电容，但是也可以在第二谐振器组和第三谐振器组中使谐振器的结构不同。
像这样，通过适当地调整并联分割数以及串联分割数和谐振器的谐振频率，从而能够实现关于谐振器尺寸以及耐电力性的所希望的规格。
另外，关于上述的实施方式以及变形例，也可以在不产生矛盾的条件下适当地进行组合。
应认为，此次公开的实施方式在所有的方面均为例示，并不是限制性的。本发明的范围不是由上述的说明示出，而是由权利要求书示出，意图包含与权利要求书等同的意思以及范围内的所有的变更。
附图标记说明
10、10A、11、12、13：串联臂谐振部，10-1、10-2、210、215：谐振器组，20、21、22、23：并联臂谐振部，30、31：电感器，50：输入端子，51：输出端子，100、100A：声表面波滤波器，200A、200B：压电性基板，220：反射器，300、310A、310B、320、330A、330B、340、350A、350B、360A、360B、360C、370A、370B、380A、380B、380C、390、392A、392B、394A、394B：谐振器。

Claims (6)

1.一种声表面波装置，其中，
至少具备：第一谐振器组和第二谐振器组，各自由具有压电性基板和形成在所述压电性基板上的IDT电极即叉指换能器电极的声表面波谐振器形成，并被并联连接；和
第三谐振器组，与所述第一谐振器组以及所述第二谐振器组并联连接，
所述第一谐振器组包含至少一个声表面波谐振器，
所述第二谐振器组包含被串联连接的、数目比所述第一谐振器组多的声表面波谐振器，
所述第一谐振器组包含的声表面波谐振器的谐振频率设定得高于所述第二谐振器组包含的声表面波谐振器的谐振频率，
所述第三谐振器组包含被串联连接的、数目比所述第一谐振器组多的声表面波谐振器，
所述第一谐振器组包含的声表面波谐振器的谐振频率设定得高于所述第三谐振器组包含的声表面波谐振器的谐振频率。
2.根据权利要求1所述的声表面波装置，其中，
各声表面波谐振器包含反射器，
在所述压电性基板上，所述第一谐振器组包含的声表面波谐振器的反射器的一部分被共有化为所述第二谐振器组包含的声表面波谐振器的反射器。
3.根据权利要求1或2所述的声表面波装置，其中，
所述第一谐振器组的合成电容、所述第二谐振器组的合成电容和所述第三谐振器组的合成电容相等。
4.根据权利要求1或2所述的声表面波装置，其中，
所述第一谐振器组的合成电容、所述第二谐振器组的合成电容和所述第三谐振器组的合成电容不同。
5.一种声表面波滤波器，是梯型的声表面波滤波器，具备：串联臂谐振部，配置于设置在输入端子与输出端子之间的串联臂；以及并联臂谐振部，设置于连接在所述串联臂与接地电位之间的并联臂，其中，
所述串联臂谐振部由权利要求1～4中的任一项所述的声表面波装置形成。
6.根据权利要求5所述的声表面波滤波器，其中，
还具备配置于所述串联臂的其它串联臂谐振部，
所述串联臂谐振部在所述串联臂中配置于比所述其它串联臂谐振部靠近所述输入端子的位置。
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