CN110383683A - 多工器、高频前端电路以及通信装置 - Google Patents
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Abstract
提供一种不易产生其他带通型滤波器中的由高阶模式引起的纹波的多工器。具备一端被公共连接的通带不同的N个(其中，N为2以上的整数)弹性波滤波器。至少一个弹性波滤波器(3)具有由欧拉角(的范围内，θLT，ψLT＝0°±15°的范围内)的钽酸锂构成的压电体(14)、支承基板(12)、和IDT电极(15)。在多个弹性波谐振器之中的至少一个弹性波谐振器中，第一高阶模式的频率fh1_t (n)，在通带比至少一个弹性波滤波器(n)高的所有的弹性波滤波器(m)(n＜m≤N)中，满足下述的式(3)以及下述的式(4)。fh1_t (n)＞fu (m)式(3)fh1_t (n)＜fl (m)式(4)。
Description
技术领域
本发明涉及具有两个以上的弹性波滤波器的多工器、以及具有该多工器的高频前端电路及通信装置。
背景技术
以往，多工器广泛用于便携式电话、智能电话的高频前端电路。例如，下述的专利文献1记载的作为分波器的多工器具有频率不同的两个以上的带通型滤波器。而且，各带通型滤波器分别由声表面波滤波器芯片构成。各声表面波滤波器芯片具有多个声表面波谐振器。
在下述的专利文献2中，公开了一种在硅制的支承基板上层叠由二氧化硅构成的绝缘膜和由钽酸锂构成的压电基板而成的弹性波装置。而且，该弹性波装置通过在硅的(111)面使支承基板与压电基板接合从而提高了耐热性。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-68123号公报
专利文献2：日本特开2010-187373号公报
发明内容
发明要解决的课题
在如专利文献1记载的那样的多工器中，频率不同的多个弹性波滤波器在天线端侧被公共连接。
可是，本申请的发明人们发现了如下内容，即，具有在由硅构成的支承基板上直接或间接地层叠了由钽酸锂构成的压电体的构造的情况下，在比所利用的主模式更靠高频侧出现多个高阶模式。在将这样的弹性波谐振器用于多工器中的具有较低的频率的弹性波滤波器的情况下，该弹性波滤波器的高阶模式所引起的纹波有可能出现在多工器中的具有较高的频率的其他弹性波滤波器的通带。即，若多工器中的具有较低的频率的弹性波滤波器的高阶模式位于多工器中的具有较高的频率的其他弹性波滤波器的通带内，则在通带产生纹波。因此，其他弹性波滤波器的滤波器特性有可能劣化。
本发明的目的在于，提供一种在其他带通型滤波器中不易产生上述高阶模式所引起的纹波的多工器、具有该多工器的高频前端电路以及通信装置。
用于解决课题的手段
本申请的发明人们，如后述那样，发现了如下内容，即，在由硅构成的支承基板上直接或间接地层叠了由钽酸锂构成的压电体的弹性波谐振器中，后述的第一～第三高阶模式出现在比主模式更靠高频侧。
本申请的第一～第三发明涉及的多工器分别避免在其他滤波器的通带中产生第一、第二以及第三高阶模式之中的至少一个高阶模式。
通过本发明的某个广泛的方式提供的多工器，具备一端被公共连接且通带不同的N个(其中，N为2以上的整数)弹性波滤波器，所述N个弹性波滤波器之中除了通带处于最高频的弹性波滤波器之外的至少一个弹性波滤波器具有多个弹性波谐振器，该弹性波谐振器具有：由欧拉角(的范围内，θLT，ψLT＝0°±15°的范围内)的钽酸锂构成的压电体、由欧拉角的硅构成的支承基板、层叠在所述压电体与所述支承基板之间的氧化硅膜、和设置在所述压电体的一面的IDT电极，由下述的式(1)以及式(2)决定的第一、第二以及第三高阶模式频率fhs_t (n)(其中，s为1、2或3，在s为1、2或3时分别为第一、第二或第三高阶模式。)之中的至少一个，关于m＞n的全部的m，将通过由所述IDT电极的电极指间距规定的波长λ而进行了标准化的厚度设为波长标准化膜厚时，在所述多个弹性波谐振器之中的至少一个弹性波谐振器中，所述压电体的波长标准化厚度TLT、所述压电体的欧拉角的θLT、所述氧化硅膜的波长标准化厚度TS、换算为铝的厚度的所述IDT电极的波长标准化厚度TE、所述支承基板内的传播取向ψSi、以及所述支承基板的波长标准化厚度TSi的值设为满足下述的式(3)以及下述的式(4)的值。
[数学式1]
[数学式2]
fhs_t (n)＞fu (m) 式(3)
fhs_t (n)＜f1 (m) 式(4)
所述式(1)～式(4)中的h表示是高阶模式，t表示滤波器n中的第t个元件(谐振器)，m表示第m(m＞n)个滤波器，n表示第n个滤波器，fu是通带的高频侧端部的频率，f1是通带的低频侧端部的频率。
另外，所述式(1)中的各系数是在s＝1、2或3时按照所述支承基板的每个晶体取向而示于下述的表1、表2或表3的各自的值。
[表1]
【表1】
[表2]
【表2】
[表3]
【表3】
通过本发明的其他广泛的方式提供的多工器，具备一端被公共连接且通带不同的N个(其中，N为2以上的整数)弹性波滤波器，在将所述N个弹性波滤波器从通带低的一方起依次设为弹性波滤波器(1)、弹性波滤波器(2)、……、弹性波滤波器(N)时，所述N个弹性波滤波器之中除了通带处于最高频的弹性波滤波器之外的至少一个弹性波滤波器(n)(1≤n＜N)具有至少一个弹性波谐振器，所述弹性波谐振器具有：由欧拉角(的范围内，θLT，ψLT＝0°±15°的范围内)的钽酸锂构成的压电体、由欧拉角的硅构成的支承基板、和设置在所述压电体的一面的IDT电极，在所述弹性波谐振器中，在将通过由所述IDT电极的电极指间距规定的波长λ而进行了标准化的厚度设为波长标准化膜厚，将所述压电体的波长标准化厚度设为TLT，将所述压电体的欧拉角设为θLT，将所述氧化硅膜的波长标准化厚度设为TS，将换算为铝的厚度的所述IDT电极的波长标准化厚度设为TE，将所述支承基板内的传播取向设为ψSi，将所述支承基板的波长标准化厚度设为TSi的情况下，通过由所述TLT、所述θLT、所述TS、所述TE、所述ψSi、所述TSi规定的下述的式(5)以及式(2)而决定的第一、第二以及第三高阶模式频率fhs_t (n)(其中，s为1、2或3，在s为1、2或3时分别为第一、第二或第三高阶模式。)之中的至少一个，在通带比所述至少一个弹性波滤波器(n)高的所有的弹性波滤波器(m)(n＜m≤N)中，设为满足下述的式(3)以及下述的式(4)的值。
[数学式3]
[数学式4]
fhs_t (n)＞fu (m) 式(3)
fhs_t (n)＜f1 (m) 式(4)
所述式(2)～式(4)以及式(5)中的h表示是高阶模式，fu是通带的高频侧端部的频率，f1是通带的低频侧端部的频率。
另外，所述式(5)中的各系数是在s＝1、2或3时按照所述支承基板的晶体取向而示于下述的表4、表5或表6的各自的值。
[表4]
【表4】
[表5]
【表5】
[表6]
【表6】
使用式(5)，在本发明的多工器中，还考虑了在式(1)中未考虑的θLT，因此多个高阶模式之中的至少一个高阶模式更加不易产生在通带高的其他弹性波滤波器的通带内。
在本发明涉及的多工器的某个特定的方式中，选择所述TLT、所述θLT、所述TS、所述TE、所述ψSi以及所述TSi的值，使得所述第一以及第二高阶模式频率fhs_t (n)满足所述式(3)以及所述式(4)。
在本发明涉及的多工器的又一其他特定的方式中，选择所述TLT、所述θLT、所述TS、所述TE、所述ψSi以及所述TSi的值，使得所述第一以及第三高阶模式频率fhs_t (n)满足所述式(3)以及所述式(4)。
在本发明涉及的多工器的又一其他特定的方式中，选择所述TLT、所述θLT、所述TS、所述TE、所述ψSi以及所述TSi的值，使得所述第二以及第三高阶模式频率fhs_t (n)满足所述式(3)以及所述式(4)。
在本发明涉及的多工器的又一其他特定的方式中，选择所述TLT、所述θLT、所述TS、所述TE、所述ψSi以及所述TSi的值，使得所述第一、第二以及第三高阶模式频率fhs_t (n)全部满足所述式(3)以及所述式(4)。在此情况下，第一高阶模式、第二高阶模式以及第三高阶模式的任意一者的响应所引起的纹波都不出现在上述其他弹性波滤波器的通带。
在本发明涉及的多工器的其他特定的方式中，所述支承基板的波长标准化厚度TSi为TSi＞4。
在本发明涉及的多工器的又一其他特定的方式中，TSi＞10。
在本发明涉及的多工器的又一其他特定的方式中，TSi＞20。
在本发明涉及的多工器的又一其他特定的方式中，所述压电体的波长标准化厚度为3.5λ以下。
在本发明涉及的多工器的又一其他特定的方式中，所述压电体的波长标准化厚度为2.5λ以下。
在本发明涉及的多工器的又一其他特定的方式中，所述压电体的波长标准化厚度为1.5λ以下。
在本发明涉及的多工器的又一其他特定的方式中，所述压电体的波长标准化厚度为0.5λ以下。
在本发明涉及的多工器的又一其他特定的方式中，还具备多个弹性波滤波器的一端被公共连接的天线端子，满足所述式(3)以及所述式(4)的所述弹性波谐振器是最接近所述天线端子的弹性波谐振器。在此情况下，在其他弹性波滤波器的通带中更加不易产生第一、第二以及第三高阶模式所引起的纹波。
在本发明涉及的多工器的又一其他特定的方式中，满足所述式(3)以及所述式(4)的所述弹性波谐振器是多个弹性波谐振器的全部。在此情况下，能够更加有效地抑制其他弹性波滤波器中的第一、第二以及第三高阶模式之中的至少一个高阶模式所引起的纹波。
本发明涉及的多工器也可以是双工器。
此外，本发明涉及的多工器也可以是三个以上的弹性波滤波器在所述天线端子侧被公共连接的复合滤波器。
在本发明涉及的多工器的某个特定的方式中，该多工器是载波聚合用复合滤波器装置。
本发明涉及的多工器中的具有所述多个弹性波谐振器的弹性波滤波器优选是具有多个串联臂谐振器和多个并联臂谐振器的梯型滤波器。在此情况下，按照本发明能够更有效地抑制高阶模式的影响。
本发明涉及的高频前端电路具备按照本发明而构成的多工器和功率放大器。
本发明涉及的通信装置具备：高频前端电路，具有按照本发明而构成的多工器以及功率放大器；和RF信号处理电路。
发明效果
根据本发明涉及的多工器，由构成通带低的一方的弹性波滤波器的至少一个弹性波谐振器产生的、多个高阶模式中的至少一个高阶模式，不易产生在通带高的其他弹性波滤波器的通带内。因此，不易产生上述其他弹性波滤波器的滤波器特性的劣化。因此，能够提供具有滤波器特性优异的多工器的高频前端电路以及通信装置。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式涉及的多工器的电路图。
图2是表示在第一实施方式的多工器中使用的第一弹性波滤波器的电路图。
图3的(a)是在第一实施方式的多工器中使用的弹性波谐振器的示意性主视剖视图，图3的(b)是表示该弹性波谐振器的电极构造的示意性俯视图。
图4是表示第一实施方式中的第一～第四弹性波滤波器的通带的示意图。
图5是表示弹性波谐振器的导纳特性的图。
图6是表示由硅构成的支承基板的传播取向ψSi与主模式以及第一高阶模式的声速的关系的图。
图7是表示由钽酸锂构成的压电体的波长标准化厚度TLT与主模式以及第一高阶模式的声速的关系的图。
图8是表示由钽酸锂构成的压电体的切割角(90°+θLT)与主模式以及第一高阶模式的声速的关系的图。
图9是表示氧化硅膜的波长标准化厚度TS与主模式以及第一高阶模式的声速的关系的图。
图10是表示IDT电极的波长标准化厚度TE与主模式以及第一高阶模式的声速的关系的图。
图11的(a)是表示比较例的多工器的滤波器特性的图，图11的(b)是表示第一实施方式的多工器的滤波器特性的图。
图12是表示由硅构成的支承基板的波长标准化厚度与第一高阶模式、第二高阶模式以及第三高阶模式的相位最大值的关系的图。
图13是表示由硅构成的支承基板的传播取向ψSi与主模式以及第二高阶模式的声速的关系的图。
图14是表示由钽酸锂构成的压电体的波长标准化厚度TLT与主模式以及第二高阶模式的声速的关系的图。
图15是表示由钽酸锂构成的压电体的切割角(90°+θLT)与主模式以及第二高阶模式的声速的关系的图。
图16是表示氧化硅膜的波长标准化厚度TS与主模式以及第二高阶模式的声速的关系的图。
图17是表示IDT电极的波长标准化厚度TE与主模式以及第二高阶模式的声速的关系的图。
图18是表示由硅构成的支承基板的传播取向ψSi与主模式以及第三高阶模式的声速的关系的图。
图19是表示由钽酸锂构成的压电体的波长标准化厚度TLT与主模式以及第三高阶模式的声速的关系的图。
图20是表示由钽酸锂构成的压电体的切割角(90°+θLT)与主模式以及第三高阶模式的声速的关系的图。
图21是表示氧化硅膜的波长标准化厚度TS与主模式以及第三高阶模式的声速的关系的图。
图22是表示IDT电极的波长标准化厚度TE与主模式以及第三高阶模式的声速的关系的图。
图23是表示弹性波装置中的钽酸锂膜的膜厚与Q值的关系的图。
图24是表示弹性波装置中的钽酸锂膜的膜厚与频率温度系数TCF的关系的图。
图25是表示弹性波装置中的钽酸锂膜的膜厚与声速的关系的图。
图26是表示由钽酸锂构成的压电膜的波长标准化厚度与相对频带的关系的图。
图27是表示氧化硅膜的膜厚、高声速膜的材质和声速的关系的图。
图28是表示氧化硅膜的膜厚、机电耦合系数和高声速膜的材质的关系的图。
图29是在本发明中使用的弹性波谐振器的变形例的主视剖视图。
图30是在本发明中使用的弹性波谐振器的其他变形例的主视剖视图。
图31是具有作为本发明的实施方式的高频前端电路的通信装置的简要结构图。
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，预先指出的是，在本说明书记载的各实施方式是例示性的，在不同的实施方式间能够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多工器的电路图。多工器1具有天线端子2。天线端子2例如是与智能电话的天线连接的端子。
在多工器1中，第一～第四弹性波滤波器3～6在天线端子2被公共连接。第一～第四弹性波滤波器3～6均为带通型滤波器。
图4是表示第一～第四弹性波滤波器3～6的通带的关系的示意图。如图4所示，第一～第四弹性波滤波器的通带不同。将第一～第四弹性波滤波器的通带分别设为第一～第四通带。
频率位置是第一通带＜第二通带＜第三通带＜第四通带。在第二～第四通带中，将低频侧端部设为fl (m)，将高频侧端部设为fu (m)。另外，低频侧端部为通带的低频侧端部。此外，高频侧端部为通带的高频侧端部。作为通带的低频侧端部以及高频侧端部，例如，能够使用利用3GPP等进行了标准化的各频段的频带的端部。
在此，(m)根据第二～第四通带分别为2、3或4。
第一～第四弹性波滤波器3～6分别具有多个弹性波谐振器。图2是第一弹性波滤波器3的电路图。第一弹性波滤波器3具有分别由弹性波谐振器构成的串联臂谐振器S1～S3以及并联臂谐振器P1、P2。即，第一弹性波滤波器3是梯型滤波器。不过，梯型滤波器中的串联臂谐振器的数目以及并联臂谐振器的数目不限定于此。
此外，关于第二～第四弹性波滤波器4～6，在本实施方式中，也同样地由梯型滤波器构成，具有多个串联臂谐振器以及多个并联臂谐振器。
另外，第一～第四弹性波滤波器3～6只要具有多个弹性波谐振器，则也可以具有梯型滤波器以外的电路结构。例如，也可以是在纵耦合谐振器型弹性波滤波器串联地连接有弹性波谐振器的弹性波滤波器。此外，也可以是在纵耦合谐振器型弹性波滤波器连接有梯型滤波器的弹性波滤波器。
图3的(a)以及图3的(b)是构成第一弹性波滤波器3的串联臂谐振器S1～S3或并联臂谐振器P1、P2的弹性波谐振器的示意性主视剖视图，图3的(b)是表示其电极构造的示意性俯视图。
弹性波谐振器11具有支承基板12、层叠在支承基板12上的氧化硅膜13、和层叠在氧化硅膜13上的压电体14。
支承基板12由硅构成。支承基板12虽然是单晶硅，但也可以不是完全的单晶，只要具有晶体取向即可。氧化硅膜13是氧化硅膜。氧化硅膜13只要是氧化硅即可，例如，也可以还包含在氧化硅中掺杂了氟等的材料。压电体14由钽酸锂构成。压电体14虽然是单晶钽酸锂，但也可以不是完全的单晶，只要具有晶体取向即可。此外，压电体14只要是钽酸锂即可，也可以是LiTaO3以外的材料。
另外，氧化硅膜13的厚度也可以为0。即，也可以不设置氧化硅膜13。
在上述压电体14的上表面设置有IDT(Interdigital Transducer，叉指换能器)电极15。更具体来说，在IDT电极15的弹性波传播方向两侧设置有反射器16、17，由此构成了单端口型的声表面波谐振器。
本申请的发明人们发现了如下内容，即，在上述支承基板12上直接或间接地层叠了由钽酸锂构成的压电体14的弹性波滤波器装置中，若激励弹性波，则除了要利用的主模式的响应以外，在比主模式更靠高频侧还出现多个高阶模式的响应。参照图5，对该多个高阶模式进行说明。
图5是表示在支承基板上层叠有氧化硅膜以及压电体的弹性波谐振器的一例的导纳特性的图。从图5可明确，在比出现在3.9GHz附近的主模式的响应更高的频率位置，出现了第一～第三高阶模式的响应。如箭头所示，第一高阶模式的响应出现在4.7GHz附近。第二高阶模式的响应，比其高，出现在5.2GHz附近。第三高阶模式的响应出现在5.7GHz附近。即，在将第一高阶模式的响应的频率设为f1，将第二高阶模式的响应的频率设为f2，将第三高阶模式的响应的频率设为f3的情况下，f1＜f2＜f3。另外，上述高阶模式的响应的频率是高阶模式的阻抗相位特性的峰值位置。不过，图5是一例，根据电极厚度等的条件，各高阶模式的频率位置关系也有可能调换。
如前所述，在频率不同的多个弹性波滤波器在天线端子侧被公共连接的多工器中，若多工器中的具有较低的一方的频率的弹性波滤波器所引起的高阶模式出现在多工器中的具有较高的一方的频率的其他弹性波滤波器的通带，则成为纹波。因此，第一高阶模式、第二高阶模式以及第三高阶模式之中的至少一个高阶模式不出现在第二～第四弹性波滤波器4～6的通带为宜。优选的是，第一高阶模式、第二高阶模式以及第三高阶模式之中的两个高阶模式不出现在第二～第四弹性波滤波器4～6的通带。例如，优选第一高阶模式以及第二高阶模式的响应、第一高阶模式以及第三高阶模式的响应、或第二高阶模式以及第三高阶模式的响应不出现在第二～第四弹性波滤波器4～6的通带。进而，优选的是，第一高阶模式、第二高阶模式以及第三高阶模式全部不出现在第二～第四弹性波滤波器4～6的通带。
本实施方式的多工器1的特征在于，在构成第一弹性波滤波器3的至少一个弹性波谐振器中，上述第一高阶模式的响应不出现在图4所示的第二～第四通带。因此，不易产生第二～第四弹性波滤波器4～6中的滤波器特性的劣化。
本实施方式的特征在于以下的i)以及ii)。
i)下述的式(1)以及式(2)根据由钽酸锂构成的压电体14的波长标准化厚度TLT、由钽酸锂构成的压电体14的欧拉角的θLT、氧化硅膜13的波长标准化厚度TS、换算为铝的厚度的IDT电极15的波长标准化厚度TE、由硅构成的支承基板12中的传播取向ψSi以及支承基板12的波长标准化厚度TSi的值而决定，并且频率fh1_t (n)中的第一高阶模式频率的fh1_t (n)关于m＞n的全部的m，设为满足下述的式(3)或下述的式(4)的值，以及ii)设为TSi＞20。
由此，基于第一高阶模式的响应会位于第二～第四弹性波滤波器4～6的通带外。因此，不易产生第一高阶模式所引起的第二～第四弹性波滤波器4～6的滤波器特性的劣化。通过满足上述条件从而第一高阶模式频率位于第二～第四通带外，以下对此更详细地进行说明。
[数学式5]
[数学式6]
更优选的是，取代式(1)所示的声速Vh，使用下述的式(5)所示的声速Vh为宜。在此情况下，更加不易产生其他带通型滤波器中的由高阶模式引起的纹波。
[数学式7]
在此情况下，也将由式(5)以及前述的式(2)决定的第一、第二以及第三高阶模式频率fhs_t (n)(其中，s为1、2或3，在s为1、2或3时分别为第一、第二或第三高阶模式。)之中的至少一个，在通带比所述至少一个弹性波滤波器(n)高的所有的弹性波滤波器(m)(n＜m≤N)中，设为满足上述的式(3)以及上述的式(4)的值。
fhs_t (n)＞fu (m) 式(3)
fhs_t (n)＜fl (m) 式(4)
另外，在式(1)～式(4)以及式(5)中，h表示是高阶模式。此外，在本说明书中，波长标准化厚度是指，用IDT电极的波长对厚度进行了标准化的厚度。在此，波长是指，由IDT电极的电极指间距规定的波长λ。因此，波长标准化厚度是指，将λ设为1而对实际的厚度进行了标准化的厚度，成为实际的厚度除以λ得到的值。另外，由IDT电极的电极指间距规定的波长λ也可以由电极指间距的平均值来规定。另外，在本说明书中，有时将波长标准化厚度仅记载为膜厚。
本申请的发明人们发现了如下内容，即，第一高阶模式的频率位置受到上述的各参数影响。
如图6所示，根据由硅构成的支承基板的传播取向ψSi，主模式的声速几乎不变化，但第一高阶模式的声速大幅变化。如图7所示，第一高阶模式的声速根据由钽酸锂构成的压电体的波长标准化厚度TLT而变化。如图8所示，第一高阶模式的声速还根据由钽酸锂构成的压电体的切割角即(90°+θLT)而变化。如图9所示，第一高阶模式的声速还根据氧化硅膜的波长标准化厚度TS而稍微变化。此外，如图10所示，第一高阶模式的声速还根据IDT电极的波长标准化厚度TE而稍微变化。本申请的发明人们使这些参数自由地变化，求出了第一高阶模式的声速。其结果是，发现了第一高阶模式的声速由式(1)来表示。而且，确认了式(1)中的系数只要是按照由硅构成的支承基板的每个晶体取向而示于下述的表7的值即可。此外，确认了式(5)中的系数只要是按照由硅构成的支承基板的每个晶体取向而示于下述的表8的值即可。
[表7]
【表7】
[表8]
【表8】
而且，若将第一高阶模式的声速设为Vh1_t，则第一高阶模式的频率通过式(2)由fh1_t (n)＝Vh1_t/λt (n)来表示。在此，fh1意味着是第一高阶模式的频率，t是构成第n个滤波器的谐振器等的元件的编号。
在本实施方式中，如式(3)以及式(4)所示，fh1_t高于fu (m)，或低于fl (m)。即，fh1_t低于图4所示的第二通带、第三通带以及第四通带的各低频侧端部，或者高于各高频侧端部。因此，可知第一高阶模式的频率fh1_t (n)不位于第二～第四通带内。
另外，在上述式(1)中，
a)在使用Si(100)(设欧拉角(θSi＝0±5°，ψSi))的情况下，ψSi的范围设为0°≤ψSi≤45°。不过，由于Si(100)的晶体构造的对称性，ψSi和ψSi±(n×90°)同义(其中，n＝1，2，3……)。同样地，ψSi和-ψSi同义。
b)在使用Si(110)(设欧拉角(θSi＝-90±5°，ψSi))的情况下，ψsi的范围设为0°≤ψSi≤90°。不过，由于Si(110)的晶体构造的对称性，ψSi和ψSi±(n×180°)同义(其中，n＝1，2，3……)。同样地，ψSi和-ψSi同义。
c)在使用Si(111)(设欧拉角(θSi＝-54.73561±5°，ψSi))的情况下，ψSi的范围设为0°≤ψSi≤60°。不过，由于Si(111)的晶体构造的对称性，ψSi和ψSi±(n×120°)同义(不过，n＝1，2，3……)。同样地，ψSi和-ψSi同义。
此外，θLT的范围设为-180°＜θLT≤0°，但θLT和θLT+180°作为同义来对待即可。
另外，在本说明书中，欧拉角(0°±5°的范围内，θ，0°±15°的范围内)中的0°±5°的范围内意味着-5°以上且+5°以下的范围内，0°±15°的范围内意味着-15°以上且+15°以下的范围内。
IDT电极15的波长标准化厚度TE是换算为由铝构成的IDT电极的膜厚的厚度。不过，电极材料不限于Al。能够使用Ti、NiCr、Cu、Pt、Au、Mo、W等各种各样的金属。此外，也可以使用以这些金属为主体的合金。此外，也可以使用将由这些金属或合金构成的金属膜层叠多个而成的层叠金属膜。
图11的(a)是表示上述弹性波谐振器不满足式(3)以及式(4)的比较例的多工器的滤波器特性的图，图11的(b)是表示第一实施方式的多工器的滤波器特性的图。
在图11的(a)以及图11的(b)中，在每一个中都示出了第一弹性波滤波器以及第二弹性波滤波器的滤波器特性。实线是第一弹性波滤波器的滤波器特性。如图11的(a)中虚线所示，在第二弹性波滤波器的滤波器特性中，在通带出现了纹波。该纹波是第一弹性波滤波器中的弹性波谐振器的高阶模式的响应所引起的。相对于此，如图11的(b)所示，在第一实施方式的多工器中，在第二弹性波滤波器的通带未出现这样的纹波。即，由于弹性波谐振器构成为满足式(3)以及式(4)，因此上述纹波未出现在第二弹性波滤波器的第二通带。
图12是表示由硅构成的支承基板的波长标准化厚度与第一高阶模式、第二高阶模式以及第三高阶模式的相位最大值的关系的图。从图12明确可知，如果由硅构成的支承基板的波长标准化厚度大于4λ，则第一高阶模式的响应的大小变得大致固定，变得充分小。另外，如果支承基板的波长标准化厚度大于10λ，则第二以及第三高阶模式的响应也变小，如果支承基板的波长标准化厚度大于20λ，则第一～第三高阶模式都变得充分小。因此，优选支承基板的波长标准化厚度TSi为TSi＞4。更优选的是，支承基板的波长标准化厚度TSi为TSi＞10。进一步优选的是，支承基板的波长标准化厚度TSi为TSi＞20。
在本实施方式中，在构成第一弹性波滤波器3的多个弹性波谐振器之中的至少一个弹性波谐振器中，第一高阶模式的频率满足式(3)或式(4)。更优选的是，在最接近天线端子的弹性波谐振器中，高阶模式的响应的频率满足式(3)或式(4)为宜。这是因为最接近天线端子的弹性波谐振器中的高阶模式的影响，与其他弹性波谐振器相比，容易大幅出现在其他第二～第四弹性波滤波器4～6的通带。
进一步优选的是，在所有的弹性波谐振器中，第一高阶模式的频率位置满足式(3)或式(4)为宜。由此，在第二～第四弹性波滤波器4～6的通带更加不易产生第一高阶模式的响应所引起的纹波。
在应用本申请发明的构造的情况下，如上所述，存在高阶模式陷获在层叠有氧化硅膜13和压电体14的部分的倾向，但通过将上述压电体14的厚度设为3.5λ以下，从而氧化硅膜13和压电体14的层叠部分变薄，因此高阶模式变得不易陷获。
更优选的是，由钽酸锂构成的压电体14的膜厚为2.5λ以下，在此情况下，能够减小频率温度系数TCF的绝对值。进而，优选的是，由钽酸锂构成的压电体14的膜厚为1.5λ以下。在此情况下，能够容易地调整机电耦合系数。进而，更优选的是，由钽酸锂构成的压电体14的膜厚为0.5λ以下。在此情况下，能够在宽范围容易地调整机电耦合系数。
(第二实施方式)
在第二实施方式中，不是第一高阶模式，而是第二高阶模式的纹波不位于第二～第四滤波器4～6的通带。参照图13～图17对此进行说明。
如图13所示，第二高阶模式的声速根据传播取向ψSi而变化。同样地，如图14所示，第二高阶模式的声速还根据由钽酸锂构成的压电体的波长标准化厚度TLT而变化。如图15所示，第二高阶模式的声速还根据由钽酸锂构成的压电体的切割角(90°+θLT)而变化。如图16所示，第二高阶模式的声速还根据氧化硅膜的波长标准化厚度TS而变化。如图17所示，第二高阶模式的声速还根据IDT电极的波长标准化厚度TE而变化。而且，根据图13～图17所示的结果发现，与第一实施方式的情况同样地，第二高阶模式的声速也由式(1)或式(5)来表示。不过，关于式(1)的系数，在第二高阶模式的情况下，需要设为按照由硅构成的支承基板的每个晶体取向而示于下述的表9的值。此外，关于式(5)的系数，在第二高阶模式的情况下，需要设为按照由硅构成的支承基板的每个晶体取向而示于下述的表10的值。
[表9]
【表9】
[表10]
【表10】
而且，如上述那样，根据求出的第二高阶模式的声速Vh2_t，通过式(2)，求出第二高阶模式的响应的频率位置fh2_t (n)＝Vh2_t/λt (n)。而且，在第二实施方式中，设定第二高阶模式的频率位置fh2_t (n)使得满足下述的式(3A)或式(4A)。因此，在第二实施方式中，第二高阶模式的响应会位于第二～第四弹性波滤波器4～6的第二～第四通带外。因此，不易产生第二高阶模式的响应所引起的第二～第四弹性波滤波器4～6的滤波器特性的纹波。
fh2_t (n)＞fu (m) 式(3A)
fh2_t (n)＜fl (m) 式(4A)
更优选的是，在所有的弹性波谐振器中，第二高阶模式的响应的频率位置满足式(3A)或式(4A)为宜。由此，在第二～第四弹性波滤波器4～6的通带中更加不易产生第二高阶模式的响应所引起的纹波。
(第三实施方式)
在第三实施方式中，不是第一高阶模式，而是第三高阶模式的纹波不位于第二～第四滤波器4～6的通带。参照图18～图22对此进行说明。
如图18所示，第三高阶模式的声速根据传播取向ψSi而变化。同样地，如图19所示，第三高阶模式的声速还根据由钽酸锂构成的压电体的波长标准化厚度TLT而变化。如图20所示，第三高阶模式的声速还根据由钽酸锂构成的压电体的切割角(90°+θLT)而变化。如图21所示，第三高阶模式的声速还根据氧化硅膜的波长标准化厚度TS而变化。如图22所示，第三高阶模式的声速还根据IDT电极的波长标准化厚度TE而变化。而且，根据图18～图22所示的结果发现，与第一实施方式的情况同样地，第三高阶模式的声速也由式(1)或式(5)来表示。不过，关于式(1)的系数，在第三高阶模式的情况下，需要设为按照由硅构成的支承基板的每个晶体取向而示于下述的表11的值。此外，关于式(5)的系数，在第三高阶模式的情况下，需要设为按照由硅构成的支承基板的每个晶体取向而示于下述的表12的值。
[表11]
【表11】
[表12]
【表12】
而且，如上述那样，根据求出的第三高阶模式的声速Vh3_t，通过式(2)，由第三高阶模式的频率位置fh3_t (n)＝Vh3_t/λt (n)求出第三高阶模式的响应的频率位置。而且，在第三实施方式中，设定第三高阶模式的频率位置使得满足下述的式(3B)或式(4B)。因此，在第二实施方式中，第三高阶模式的响应会位于第二～第四弹性波滤波器4～6的第二～第四通带外。因此，不易产生第三高阶模式的响应所引起的第二～第四弹性波滤波器4～6的滤波器特性的纹波。
fh3_t (n)＞fu (m) 式(3B)
fh3_t (n)＜fl (m) 式(4B)
更优选的是，在所有的弹性波谐振器中，第三高阶模式的响应的频率位置满足式(3B)或式(4B)为宜。由此，在第二～第四弹性波滤波器4～6的通带更加不易产生第三高阶模式的响应所引起的纹波。
(第四实施方式)
第四实施方式满足第一实施方式、第二实施方式以及第三实施方式的全部实施方式。第四实施方式的多工器的具体构造与第一～第三实施方式同样。
在第四实施方式中，在将各第一、第二以及第三高阶模式的声速设为Vh1_t、Vh2_t、Vh3_t的情况下，式(2)所示的第一～第三高阶模式的响应的频率位置由fhs_t (n)＝Vhs_t/λt (n)表示。在此，s为1、2或3。而且，在第四实施方式中，第一高阶模式的响应的频率fh1_t (n)、第二高阶模式的响应的频率fh2_t (n)以及第三高阶模式的响应的频率fh3_t (n)均高于fu (m)，或低于fl (m)。因此，第一～第三高阶模式的响应会位于第二～第四弹性波滤波器4～6的第二～第四通带外。因此，更加不易产生第二～第四弹性波滤波器的滤波器特性的劣化。
因此，若对上述第四实施方式的条件进行总结，则fhs_t (n)(其中，s为1、2或3)在s为1、2以及3的任一情况下，都满足fhs_t (n)＞fu (m)或fhs_t (n)＜fl (m)。在第四实施方式中，也优选的是，TSi＞20为宜，由此，能够减小第一～第三高阶模式的响应的大小自身。
在第四实施方式中，虽然第一高阶模式、第二高阶模式以及第三高阶模式的响应未存在于作为其他弹性波滤波器的第二～第四弹性波滤波器的通带，但也可以像第一高阶模式以及第二高阶模式、第一高阶模式以及第三高阶模式或第二高阶模式以及第三高阶模式这样，第一～第三高阶模式之中的两种高阶模式位于第二～第四弹性波滤波器的通带外。即，也可以选择所述TLT、所述θLT、所述TS、所述TE、所述ψSi以及所述TSi的值，使得所述第一以及第二高阶模式频率fhs_t (n)满足所述式(3)以及所述式(4)，也可以选择所述TLT、所述θLT、所述TS、所述TE、所述ψSi以及所述TSi的值，使得所述第一以及第三高阶模式频率fhs_t (n)满足所述式(3)以及所述式(4)，或者，也可以选择所述TLT、所述θLT、所述TS、所述TE、所述ψSi以及所述TSi的值，使得所述第二以及第三高阶模式频率fhs_t (n)满足所述式(3)以及所述式(4)。在此情况下，与第一～第三实施方式相比，也能够更加减小高阶模式的影响。
图23是表示在由硅构成的高声速支承基板上层叠了由膜厚0.35λ的氧化硅膜构成的低声速膜以及由欧拉角(0°，-40°，0°)的钽酸锂构成的压电膜的弹性波装置中的钽酸锂的膜厚和Q值的关系的图。该图23中的纵轴是谐振器的Q特性与相对频带(Δf)之积。另外，高声速支承基板是指，所传播的体波(Bulk wave)的声速比在压电体中传播的弹性波的声速高的支承基板。低声速膜是指，所传播的体波的声速比在压电体中传播的弹性波的声速低的膜。此外，图24是表示钽酸锂膜的膜厚与频率温度系数TCF的关系的图。图25是表示钽酸锂膜的膜厚与声速的关系的图。根据图23，钽酸锂膜的膜厚优选为3.5λ以下。在此情况下，与超过3.5λ的情况相比，Q值变高。更优选的是，为了进一步提高Q值，钽酸锂膜的膜厚为2.5λ以下为宜。
此外，根据图24，在钽酸锂膜的膜厚为2.5λ以下的情况下，与上述膜厚超过2.5λ的情况相比，能够减小频率温度系数TCF的绝对值。更优选的是，将钽酸锂膜的膜厚设为2λ以下为宜，在此情况下，频率温度系数TCF的绝对值可设为10ppm/℃以下。为了减小频率温度系数TCF的绝对值，进一步优选将钽酸锂膜的膜厚设为1.5λ以下。
根据图25，若钽酸锂膜的膜厚超过1.5λ，则声速的变化极小。
不过，如图26所示，在钽酸锂膜的膜厚为0.05λ以上且0.5λ以下的范围内，相对频带大幅变化。因此，能够在更宽的范围内调整机电耦合系数。因此，为了扩宽机电耦合系数以及相对频带的调整范围，钽酸锂膜的膜厚为0.05λ以上且0.5λ以下的范围为宜
图27以及图28是分别表示氧化硅膜的膜厚(λ)与声速以及机电耦合系数的关系的图。在此，在由氧化硅构成的低声速膜的下方，作为高声速膜，分别使用了氮化硅膜、氧化铝膜以及金刚石。另外，高声速膜是指，所传播的体波的声速比在压电体中传播的弹性波的声速高的膜。高声速膜的膜厚设为1.5λ。氮化硅的体波的声速为6000m/秒，氧化铝中的体波的声速为6000m/秒，金刚石中的体波的声速为12800m/秒。如图27以及图28所示，即使变更了高声速膜的材质以及氧化硅膜的膜厚，机电耦合系数以及声速也几乎不变化。特别是，根据图28，若氧化硅膜的膜厚为0.1λ以上且0.5λ以下，则无论高声速膜的材质如何，机电耦合系数都几乎不变。此外，根据图27可知，若氧化硅膜的膜厚为0.3λ以上且2λ以下，则无论高声速膜的材质如何，声速都不变。因此，优选的是，由氧化硅构成的低声速膜的膜厚为2λ以下，更希望的是为0.5λ以下为佳。
图29是在本发明中使用的弹性波谐振器的变形例的主视剖视图。在弹性波谐振器61中，在支承基板12上层叠有由钽酸锂构成的压电体14。弹性波谐振器61的其他构造与弹性波谐振器11同样。
图30是在本发明中使用的弹性波谐振器的其他变形例的主视剖视图。在弹性波谐振器63中，在氧化硅膜13与支承基板12之间层叠有高声速膜64。高声速膜64由所传播的体波的声速比在压电体3中传播的弹性波的声速高的高声速材料构成。高声速膜64优选由氮化硅、氧化铝或DLC等构成。弹性波谐振器63的其他构造与弹性波谐振器11同样。
上述各实施方式中的上述弹性波装置能够作为高频前端电路的双工器等的部件来使用。在下述中对这样的高频前端电路的例子进行说明。
图31是具有高频前端电路的通信装置的简要结构图。通信装置240具有天线202、高频前端电路230、和RF信号处理电路203。高频前端电路230是与天线202连接的电路部分。高频前端电路230具有多工器210和作为本发明中的功率放大器的放大器221～224。多工器210具有第一～第四滤波器211～214。作为该多工器210，能够使用上述的本发明的多工器。多工器210具有与天线202连接的天线公共端子225。作为接收滤波器的第一～第三滤波器211～213的一端、和作为发送滤波器的第四滤波器214的一端在天线公共端子225被公共连接。第一～第三滤波器211～213的输出端与放大器221～223分别连接。此外，在第四滤波器214的输入端连接有放大器224。
放大器221～223的输出端与RF信号处理电路203连接。放大器224的输入端与RF信号处理电路203连接。
本发明涉及的多工器能够合适地用作这样的通信装置240中的多工器210。
另外，本发明中的多工器可以仅具有多个发送滤波器，也可以具有多个接收滤波器。另外，多工器具备n个带通型滤波器，n为2以上。因此，双工器也是本发明中的多工器。
本发明作为滤波器、能够应用于多频段系统的多工器、前端电路以及通信装置，能够广泛利用于便携式电话等通信设备。
附图标记说明
1...多工器；
2...天线端子；
3～6...第一～第四弹性波滤波器；
11...弹性波谐振器；
12...支承基板；
13...氧化硅膜；
14...压电体；
15...IDT电极；
16、17...反射器；
202...天线；
203...RF信号处理电路；
210...多工器；
211～214...第一～第四滤波器；
221～224...放大器；
225...天线公共端子；
230...高频前端电路；
240...通信装置；
P1、P2...并联臂谐振器；
S1～S3...串联臂谐振器。
Claims (21)
1.一种多工器，具备一端被公共连接且通带不同的N个弹性波滤波器，其中，N为2以上的整数，
所述N个弹性波滤波器之中除了通带处于最高频的弹性波滤波器以外的至少一个弹性波滤波器具有多个弹性波谐振器，该弹性波谐振器具有：
压电体，由欧拉角(的范围内，θLT，ψLT＝0°±15°的范围内)的钽酸锂构成；
支承基板，由欧拉角(θSi，ψSi)的硅构成；
氧化硅膜，层叠在所述压电体与所述支承基板之间；和
IDT电极，设置在所述压电体的一面，
由下述的式(1)以及式(2)决定的第一、第二以及第三高阶模式频率fhs_t (n)之中的至少一个，关于m＞n的全部的m，将通过由所述IDT电极的电极指间距规定的波长λ而进行了标准化的厚度设为波长标准化膜厚时，在所述多个弹性波谐振器之中的至少一个弹性波谐振器中，所述压电体的波长标准化厚度TLT、所述压电体的欧拉角的θLT、所述氧化硅膜的波长标准化厚度TS、换算为铝的厚度的所述IDT电极的波长标准化厚度TE、所述支承基板内的传播取向ψSi、以及所述支承基板的波长标准化厚度TSi的值设为满足下述的式(3)以及下述的式(4)的值，其中，s为1、2或3，在s为1、2或3时分别为第一、第二或第三高阶模式，
[数学式1]
[数学式2]
fhs_t (n)＞fu (m) 式(3)
fhs_t (n)＜fl (m) 式(4)
所述式(1)～式(4)中的h表示是高阶模式，t表示滤波器n中的第t个元件，m表示第m个滤波器，n表示第n个滤波器，fu是通带的高频侧端部的频率，fl是通带的低频侧端部的频率，其中m＞n，该元件为谐振器，
另外，所述式(1)中的各系数是在s＝1、2或3时按照所述支承基板的每个晶体取向而示于下述的表1、表2或表3的各自的值，
[表1]
【表1】
[表2]
【表2】
[表3]
【表3】
。
2.一种多工器，具备一端被公共连接且通带不同的N个弹性波滤波器，其中，N为2以上的整数，
在将所述N个弹性波滤波器从通带低的一方起依次设为弹性波滤波器(1)、弹性波滤波器(2)、……、弹性波滤波器(N)时，
所述N个弹性波滤波器之中除了通带处于最高频的弹性波滤波器之外的至少一个弹性波滤波器(n)具有至少一个弹性波谐振器，其中1≤n＜N，
所述弹性波谐振器具有：
压电体，由欧拉角(的范围内，θLT，ψLT＝0°±15°的范围内)的钽酸锂构成；
支承基板，由欧拉角(θSi，ψSi)的硅构成；和
IDT电极，设置在所述压电体的一面，
在所述弹性波谐振器中，在将通过由所述IDT电极的电极指间距规定的波长λ而进行了标准化的厚度设为波长标准化膜厚，将所述压电体的波长标准化厚度设为TLT，将所述压电体的欧拉角设为θLT，将所述氧化硅膜的波长标准化厚度设为TS，将换算为铝的厚度的所述IDT电极的波长标准化厚度设为TE，将所述支承基板内的传播取向设为ψSi，将所述支承基板的波长标准化厚度设为TSi的情况下，通过由所述TLT、所述θLT、所述TS、所述TE、所述ψSi、所述TSi规定的下述的式(5)以及式(2)而决定的第一、第二以及第三高阶模式频率fhs_t (n)之中的至少一个，在通带比所述至少一个弹性波滤波器(n)高的所有的弹性波滤波器(m)中，设为满足下述的式(3)以及下述的式(4)的值，其中，s为1、2或3，在s为1、2或3时分别为第一、第二或第三高阶模式，n＜m≤N，
[数学式3]
[数学式4]
fhs_t (n)＞fu (m) 式(3)
fhs_t (n)＜fl (m) 式(4)
所述式(2)～式(4)以及式(5)中的h表示是高阶模式，fu是通带的高频侧端部的频率，fl是通带的低频侧端部的频率，
另外，所述式(2)中的各系数是在s＝1、2或3时按照所述支承基板的每个晶体取向而示于下述的表4、表5或表6的各自的值，
[表4]
【表4】
[表5]
【表5】
[表6]
【表6】
。
3.根据权利要求1或2所述的多工器，其中，
选择所述TLT、所述θLT、所述TS、所述TE、所述ψSi以及所述TSi的值，使得所述第一以及第二高阶模式频率fhs_t (n)满足所述式(3)以及所述式(4)。
4.根据权利要求1或2所述的多工器，其中，
选择所述TLT、所述θLT、所述TS、所述TE、所述ψSi以及所述TSi的值，使得所述第一以及第三高阶模式频率fhs_t (n)满足所述式(3)以及所述式(4)。
5.根据权利要求1或2所述的多工器，其中，
选择所述TLT、所述θLT、所述TS、所述TE、所述ψSi以及所述TSi的值，使得所述第二以及第三高阶模式频率fhs_t (n)满足所述式(3)以及所述式(4)。
6.根据权利要求1或2所述的多工器，其中，
选择所述TLT、所述θLT、所述TS、所述TE、所述ψSi以及所述TSi的值，使得所述第一、第二以及第三高阶模式频率fhs_t (n)全部满足所述式(3)以及所述式(4)。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的多工器，其中，
所述支承基板的波长标准化厚度TSi为TSi＞4。
8.根据权利要求7所述的多工器，其中，
TSi＞10。
9.根据权利要求8所述的多工器，其中，
TSi＞20。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的多工器，其中，
所述压电体的波长标准化厚度为3.5λ以下。
11.根据权利要求10所述的多工器，其中，
所述压电体的波长标准化厚度为2.5λ以下。
12.根据权利要求10所述的多工器，其中，
所述压电体的波长标准化厚度为1.5λ以下。
13.根据权利要求10所述的多工器，其中，
所述压电体的波长标准化厚度为0.5λ以下。
14.根据权利要求1～13中任一项所述的多工器，其中，
还具备多个弹性波滤波器的一端被公共连接的天线端子，
满足所述式(3)以及所述式(4)的所述弹性波谐振器是最接近所述天线端子的弹性波谐振器。
15.根据权利要求1～13中任一项所述的多工器，其中，
满足所述式(3)以及所述式(4)的所述弹性波谐振器是多个弹性波谐振器的全部。
16.根据权利要求1～15中任一项所述的多工器，其中，
所述多工器是双工器。
17.根据权利要求1～15中任一项所述的多工器，其中，
所述多工器是三个以上的弹性波滤波器在所述天线端子侧被公共连接的复合滤波器。
18.根据权利要求17所述的多工器，其中，
所述多工器是载波聚合用复合滤波器装置。
19.根据权利要求1～17中任一项所述的多工器，其中，
具有所述多个弹性波谐振器的所述弹性波滤波器是具有多个串联臂谐振器和多个并联臂谐振器的梯型滤波器。
20.一种高频前端电路，具备：
权利要求1～19中任一项所述的多工器；和
功率放大器。
21.一种通信装置，具备：
高频前端电路，具有权利要求1～19中任一项所述的多工器以及功率放大器；和
RF信号处理电路。
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