CN116599494A - 声表面波滤波器以及多工器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种声表面波滤波器以及多工器。滤波器(15)具备切割角为θ°的LiTaO3压电层(227)、高声速支承基板(228)、低声速膜(226)以及IDT电极(22)，根据IDT电极(22)的波长λ、IDT电极(22)的膜厚TIDT、IDT电极(22)的比重ρ、电极占空比D、压电层(227)的厚度TLT以及低声速膜(226)的膜厚TVL求出瑞利波的杂散成为极小的压电层(227)的最佳切割角θB，压电层(227)的切割角θ(°)满足θB‑4≤θ≤θB+4的关系。
Description
本申请是申请日为2017年10月20日、申请号为201780068594.1、发明名称为“声表面波滤波器以及多工器”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及声表面波滤波器以及多工器。
背景技术
作为通信终端用高频滤波器，以往，适当地使用声表面波滤波器。此时，特别是，在通带与阻带之间的频率间隔窄并要求先进的滤波器设计技术的频带中，通带与阻带的过渡区域陡峭的滤波器特性变得重要，因此要求提高弹性波谐振器的Q值。
在专利文献1的图1中，公开了一种声表面波滤波器，其中，通过使用由高声速支承基板、低声速膜、以及压电层的层叠体形成的压电基板，从而提高了Q值。根据上述结构，能够实现声表面波滤波器的低损耗性。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2012/086639号
发明内容
发明要解决的课题
然而，在使用上述层叠体构成了声表面波滤波器的情况下，在比通带更靠低频侧产生瑞利波的杂散，该低频侧的衰减特性会恶化。特别是，在使用该声表面波滤波器构成了多工器的情况下，在与该声表面波滤波器公共连接的低频侧滤波器的通带会产生起因于上述杂散的纹波。
作为能够抑制杂散的对策，已知有使用具有特定的切割角的压电基板。但是，在声表面波滤波器中，必须与所要求的滤波器特性对应地对IDT电极以及压电材料的构造参数进行最佳化。压电基板的最佳切割角根据上述参数而变化，并不是唯一决定的。
因此，本发明正是为了解决上述课题而完成的，其目的在于，提供一种由具有根据IDT电极以及压电材料的构造参数选择出的切割角的压电层构成，在确保通带的低损耗性的同时改善了低频侧的衰减带的声表面波滤波器以及多工器。
用于解决课题的技术方案
为了达到上述目的，本发明的一个方式涉及的声表面波滤波器具备：LiTaO3压电层，切割角为θ°；高声速支承基板，传播的体波(bulk wave)的声速与在所述LiTaO3压电层传播的弹性波的声速相比为高速；低声速膜，配置在所述高声速支承基板与所述LiTaO3压电层之间，传播的体波的声速与在所述LiTaO3压电层传播的弹性波的声速相比为低速；以及IDT电极，形成在所述LiTaO3压电层上，将构成所述IDT电极的一对梳状电极的重复周期设为波长λ(μm)，将所述一对梳状电极的膜厚设为TIDT(μm)，将所述IDT电极的比重设为ρ(g/cm3)，将所述一对梳状电极的电极占空比设为D，将所述LiTaO3压电层的厚度设为TLT(μm)，将所述低声速膜的膜厚设为TVL(μm)，在该情况下，瑞利波的杂散成为极小的所述LiTaO3压电层的最佳切割角θB(°)由
[数学式1]
规定，所述LiTaO3压电层的切割角θ(°)满足
[数学式2]
θB-4≤θ≤θB+4
(式2)
的关系。
发明人们进行了精心研究，结果发现，关于使用了θ°Y切割X传播(将如下的面作为表面，该面将以X轴为中心轴从Y轴向Z轴方向旋转了θ°的轴作为法线，声表面波在X轴方向上传播)的LiTaO3压电层的声表面波滤波器，能够抑制比通带更靠低频侧的衰减带中的瑞利波杂散的产生的切割角θ不是唯一决定的，会根据作为重复周期的波长λ、梳状电极的膜厚TIDT、IDT电极的比重ρ、梳状电极的电极占空比D、LiTaO3压电层的厚度TLT、以及低声速膜的膜厚TVL而变化，能够根据上述式1以及式2来规定。
由此，能够根据IDT电极以及压电材料的构造参数来选择LiTaO3压电层的切割角θ，能够降低比通带更靠低频侧的衰减带中的瑞利波杂散。
此外，所述声表面波滤波器可以具有由所述LiTaO3压电层以及所述IDT电极所构成的串联臂谐振器以及并联臂谐振器构成的梯型的滤波器构造。
由此，能够实现确保了通带的低损耗性的声表面波滤波器。
此外，所述声表面波滤波器可以具有在弹性波传播方向上排列配置了由所述LiTaO3压电层以及所述IDT电极构成的多个弹性波谐振器的纵向耦合型的滤波器构造。
由此，能够适应要求衰减强化等的滤波器特性。
此外，本发明的一个方式涉及的多工器具有公共端子、第一输入输出端子以及第二输入输出端子，并具备：上述记载的声表面波滤波器，连接在所述公共端子与所述第一输入输出端子之间；以及低频侧滤波器，连接在所述公共端子与所述第二输入输出端子之间，具有比所述声表面波滤波器的通带更靠低频侧的通带。
由此，在具有高频侧的通带的声表面波滤波器中，能够根据IDT电极以及压电材料的构造参数来选择LiTaO3压电层的切割角θ，能够降低低频侧滤波器的通带中的杂散。此外，与此相伴地，能够在低频侧滤波器中降低通带内的纹波。
此外，也可所述声表面波滤波器的通带是LTE(Long Term Evolution，长期演进)的Band41的频带，所述低频侧滤波器的通带是所述LTE的Band25的频带。
Band41(通带：2496-2690MHz)的0.76倍与Band25(发送频带：1850-1915MHz，接收频带：1930-1995MHz)重复。在该情况下，在将上述声表面波滤波器应用于Band41并将上述低频侧滤波器应用于Band25的情况下，可降低上述声表面波滤波器的通带的0.76倍的频带中的杂散，因此能够降低低频侧滤波器中的通带内的纹波。因此，能够实现低损耗、高衰减、以及高隔离度的多工器。
发明效果
根据本发明涉及的声表面波滤波器或多工器，能够选择根据IDT电极以及压电材料的构造参数选择出的切割角，因此能够在确保通带的低损耗性的同时改善低频侧的衰减带。
附图说明
图1是实施方式涉及的多工器的电路结构图。
图2是实施方式涉及的Band41用的滤波器的电路结构图。
图3是示意性地表示实施方式涉及的声表面波滤波器的谐振器的俯视图以及剖视图。
图4A是表示第一范围的构造参数与LT压电层切割角的关系的曲线图。
图4B是表示第二范围的构造参数与LT压电层切割角的关系的曲线图。
图4C是表示第三范围的构造参数与LT压电层切割角的关系的曲线图。
图5A是表示第一范围的构造参数中的、LT压电层切割角与瑞利波杂散带宽的关系的曲线图。
图5B是表示第二范围的构造参数中的、LT压电层切割角与瑞利波杂散带宽的关系的曲线图。
图5C是表示第三范围的构造参数中的、LT压电层切割角与瑞利波杂散带宽的关系的曲线图。
图6A是表示实施例涉及的Band41用的滤波器的通过特性的曲线图。
图6B是表示比较例涉及的Band41用的滤波器的通过特性的曲线图。
图7是对实施例以及比较例涉及的Band25用的发送滤波器的通过特性进行了比较的曲线图。
图8A是表示LT压电层切割角与瑞利波杂散相对频带的关系的一个例子的曲线图。
图8B是表示LT压电层切割角与瑞利波杂散水平的关系的一个例子的曲线图。
附图标记说明
1：多工器；
2：天线元件；
10、20、30、40、50：输入输出端子；
11、13：发送滤波器；
12、14：接收滤波器；
15：滤波器；
21、31、561：电感器；
22：IDT电极；
22a、22b：梳状电极；
60：公共端子；
220：基板；
221a、221b：汇流条电极；
222a、222b：电极指；
223：密接层；
224：主电极层；
225：保护层；
226：低声速膜；
227：压电层；
228：高声速支承基板；
501、502、503、504、505：串联臂谐振器；
551、552、553、554：并联臂谐振器。
具体实施方式
以下，使用图表对本发明的实施方式进行详细说明。另外，以下说明的实施例均示出总括性或具体的例子。在以下的实施例中示出的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置以及连接方式等是一个例子，其主旨并不在于限定本发明。关于以下的实施例中的构成要素之中未记载于独立权利要求的构成要素，作为任意的构成要素而进行说明。此外，附图所示的构成要素的大小或大小之比未必严谨。
(实施方式)
[1.多工器的基本结构]
在本实施方式中，对应用于LTE(Long Term Evolution，长期演进)的Band25(发送频带：1850-1915MHz，接收频带：1930-1995MHz)、Band66(发送频带：1710-1780MHz，接收频带：2110-2200MHz)、以及Band41(通带：2496-2690MHz)的多工器进行例示。多工器1是通过公共端子连接了Band25用的双工器、Band66用的双工器、以及Band41用的滤波器的五工器。
图1是实施方式涉及的多工器1的电路结构图。如图1所示，多工器1具备Band25用的发送滤波器11和接收滤波器12、Band66用的发送滤波器13和接收滤波器14、Band41用的滤波器15、电感器21、公共端子60、以及输入输出端子10、20、30、40和50。此外，多工器1经由公共端子60以及与天线元件2串联连接的电感器31而与天线元件2连接。
发送滤波器11是如下的非平衡输入-非平衡输出型的带通滤波器，即，经由输入输出端子10输入在发送电路(RFIC等)中生成的发送波，用Band25的发送频带(1850-1915MHz)对该发送波进行滤波并向公共端子60输出。
接收滤波器12是如下的非平衡输入-非平衡输出型的带通滤波器，即，输入从公共端子60输入的接收波，用Band25的接收频带(1930-1995MHz)对该接收波进行滤波并向输入输出端子20输出。此外，在接收滤波器12与公共端子60之间串联连接有电感器21。另外，电感器21以及31是用于取得天线元件2与各滤波器的阻抗匹配的电路元件，并不是必需的构成要素。
发送滤波器13是如下的非平衡输入-非平衡输出型的带通滤波器，即，经由输入输出端子30输入在发送电路(RFIC等)中生成的发送波，用Band66的发送频带(1710-1780MHz)对该发送波进行滤波并向公共端子60输出。
接收滤波器14是如下的非平衡输入-非平衡输出型的带通滤波器，即，输入从公共端子60输入的接收波，用Band66的接收频带(2110-2200MHz)对该接收波进行滤波并向输入输出端子40输出。
滤波器15是如下的非平衡输入-非平衡输出型的带通滤波器，即，输入从公共端子60输入的接收波，用Band41的通带(2496-2690MHz)对该接收波进行滤波并向输入输出端子50输出。
发送滤波器11和13、接收滤波器12和14、以及滤波器15公共连接于公共端子60。
另外，本发明涉及的多工器并不限定于上述的Band25+Band66+Band41的五工器，还能够应用于组合了其它频段的多工器。
[2.各滤波器的电路结构]
图2是实施方式涉及的Band41用的滤波器15的电路结构图。如图2所示，滤波器15具备串联臂谐振器501～505、并联臂谐振器551～554、以及匹配用的电感器561。
串联臂谐振器501～505串联连接在将公共端子60和输入输出端子50连结的路径上。此外，并联臂谐振器551～554分别连接在上述路径上的各节点与接地之间。通过串联臂谐振器501～505以及并联臂谐振器551～554的上述连接结构，滤波器15构成了梯型的带通滤波器。此外，电感器561连接在并联臂谐振器552、553以及554的连接点与接地之间。通过上述梯型的电路结构，能够实现确保了通带的低损耗性的声表面波滤波器。
另外，滤波器15也可以具有在弹性波传播方向上排列配置了多个声表面波谐振器的纵向耦合型的滤波器构造。由此，能够适应要求衰减强化等的滤波器特性。
此外，发送滤波器11和13、以及接收滤波器12和14是由弹性波谐振器构成的声表面波滤波器。另外，发送滤波器11和13、以及接收滤波器12和14也可以是使用了声边界波或BAW(Bulk Acoustic Wave，体声波)的弹性波滤波器。
一般来说，构成多工器的频带(频段)的数量越多，电路结构变得越复杂，传输线路变得越长，此外，电路元件间的不匹配变得越大，因此要求更低损耗的滤波器。
为了应对于此，在本实施方式涉及的多工器1中，作为各滤波器而使用了声表面波滤波器。由此，小型且低损耗的多工器成为可能。进而，在本实施方式涉及的多工器1中，通过在Band41用的滤波器15中使用高声速支承基板、低声速膜、以及压电层的层叠体作为压电基板，从而提高构成滤波器15的各谐振器的O值并确保了滤波器15的低损耗性。以下，对使用于滤波器15的压电基板的层叠构造以及具有形成在该压电基板上的IDT(InterDigital Transducer，叉指换能器)电极的声表面波谐振器的构造进行说明。
[3.声表面波谐振器的构造]
对作为声表面波滤波器的滤波器15的各谐振器的构造进行说明。构成滤波器15的串联臂谐振器以及并联臂谐振器是声表面波(SAW：SurfaceAcoustic Wave)谐振器。
图3是示意性地表示实施方式涉及的滤波器15的谐振器的俯视图以及剖视图。在该图中，例示了表示构成滤波器15的多个谐振器中的串联臂谐振器501的构造的俯视示意图以及剖视示意图。另外，图3所示的串联臂谐振器501用于说明上述多个谐振器的典型的构造，构成电极的电极指的根数、长度等并不限定于此。
滤波器15的各谐振器由具有压电层227的基板220和梳状电极22a以及22b构成。
如图3的俯视图所示，在压电层227上形成有相互对置的一对梳状电极22a以及22b。一对梳状电极22a以及22b构成了IDT电极22。梳状电极22a由相互平行的多个电极指222a和连接多个电极指222a的汇流条电极221a构成。此外，梳状电极22b由相互平行的多个电极指222b和连接多个电极指222b的汇流条电极221b构成。多个电极指222a以及222b沿着与X轴方向正交的方向形成。
此外，如图3的剖视图所示，由多个电极指222a和222b、以及汇流条电极221a和221b构成的IDT电极22成为密接层223和主电极层224的层叠构造。
密接层223是用于使压电层227与主电极层224的密接性提高的层，作为材料，例如可使用Ti。密接层223的膜厚例如为12nm。
主电极层224作为材料例如可使用含有1％Cu的Al。主电极层224的膜厚例如为141nm。
保护层225形成为覆盖梳状电极22a以及22b。保护层225是以从外部环境保护主电极层224、调整频率温度特性、以及提高耐湿性等为目的的层，例如是以二氧化硅(SiO2)为主成分的膜。保护层225的膜厚例如为25nm。
另外，构成密接层223、主电极层224以及保护层225的材料并不限定于上述的材料。进而，IDT电极22也可以不是上述层叠构造。IDT电极22例如可以由Ti、Al、Cu、Pt、Au、Ag、Pd等金属或合金构成，此外，也可以由上述的金属或合金所构成的多个层叠体构成。此外，也可以不形成保护层225。
接着，对基板220的层叠构造进行说明。
如图3的下段所示，基板220具备高声速支承基板228、低声速膜226、以及压电层227，具有依次层叠了高声速支承基板228、低声速膜226以及压电层227的构造。
压电层227例如由θ°Y切割X传播LiTaO3压电单晶或压电陶瓷(用将以X轴为中心轴从Y轴向Z轴方向旋转了θ°的轴作为法线的面进行了切断的钽酸锂单晶或陶瓷，在X轴方向传播声表面波的单晶或陶瓷)构成。在将由IDT电极22的电极周期规定的弹性波的波长设为λ的情况下，压电层227的厚度为3.5λ以下，例如，在θ＝42(°)的情况下，为535nm。
高声速支承基板228是对低声速膜226、压电层227以及IDT电极22进行支承的基板。高声速支承基板228还是高声速支承基板228中的体波的声速与在压电层227传播的表面波、边界波的弹性波相比成为高速的基板，其发挥功能，使得将声表面波限制在层叠了压电层227以及低声速膜226的部分，不会向比高声速支承基板228更靠下方泄漏。高声速支承基板228例如是硅基板，厚度例如为125μm。另外，高声速支承基板228也可以由如下材料中的任一种构成：(1)氮化铝、氧化铝、碳化硅、氮化硅、硅、蓝宝石；以及钽酸锂、铌酸锂、或石英等压电体；(2)矾土、氧化锆、堇青石、莫来石、滑石、或镁橄榄石等各种陶瓷；(3)氧化镁金刚石；(4)以上述各材料为主成分的材料；以及(5)以上述各材料的混合物为主成分的材料。
低声速膜226是低声速膜226中的体波的声速与在压电层227传播的弹性波的声速相比成为低速的膜，配置在压电层227与高声速支承基板228之间。通过该构造和弹性波的能量在本质上集中于低声速的介质这样的性质，可抑制声表面波能量向IDT电极外的泄漏。低声速膜226例如是以二氧化硅(SiO2)为主成分的膜。在将由IDT电极22的电极周期规定的弹性波的波长设为λ的情况下，低声速膜226的厚度为2λ以下，例如为600nm。
根据基板220的上述层叠构造，与以单层使用压电基板的以往的构造相比较，能够大幅提高谐振频率以及反谐振频率下的各谐振器的Q值。即，能够构成O值高的声表面波谐振器，因此使用该声表面波谐振器，能够构成插入损耗小的滤波器。
另外，高声速支承基板228也可以具有层叠了支承基板和高声速膜的构造，在高声速膜传播的体波的声速与在压电层227传播的表面波、边界波的弹性波相比成为高速。在该情况下，支承基板能够使用：蓝宝石；钽酸锂、铌酸锂、石英等压电体；矾土、氧化镁、氮化硅、氮化铝、碳化硅、氧化锆、堇青石、莫来石、滑石、镁橄榄石等各种陶瓷；玻璃等电介质；或硅、氮化镓等半导体以及树脂基板等。此外，高声速膜能够使用氮化铝、氧化铝、碳化硅、氮化硅、氮氧化硅、DLC膜或金刚石、以上述材料为主成分的介质、以上述材料的混合物为主成分的介质等各种各样的高声速材料。
另外，在压电基板的上述层叠构造中例示出的各层的厚度以及材料等是一个例子，例如根据所要求的滤波器特性中的应重视的特性而变更。
在此，在本实施方式涉及的滤波器15中，LiTaO3的压电层227的切割角θ(°)根据作为梳状电极22a以及22b的重复周期的波长λ、梳状电极22a以及22b的膜厚TIDT、IDT电极22的比重ρ、IDT电极22的电极占空比D、压电层227的厚度TLT、低声速膜226的膜厚TVL而由式3以及式4规定。在式3中，θB(°)是瑞利波的杂散成为极小的压电层227的最佳切割角。
[数学式3]
[数学式4]
θB-4≤θ≤θB+4
(式4)
发明人们进行了精心研究，结果发现，关于使用了θ°Y切割X传播的LiTaO3的压电层的声表面波滤波器，能够抑制比通带更靠低频侧的衰减带中的瑞利波杂散的产生的切割角θ不是唯一决定的，会根据λ、TIDT、ρ、D、TLT、以及TVL而变化，能够通过上述式3以及式4来规定。
由此，能够根据IDT电极22以及压电材料的构造参数来选择LiTaO3的压电层227的切割角θ，能够降低比通带更靠低频侧的衰减带中的杂散。此外，与此相伴地，例如，在比滤波器15更靠低频侧的滤波器11以及12的通带与由滤波器15造成的瑞利波杂散的产生频率重叠的情况下，能够降低滤波器11以及12的通带内的纹波。
另外，也可以是，发送滤波器11和13、以及接收滤波器12和14也为具有上述层叠构造的声表面波滤波器。由此，在发送滤波器11和13、以及接收滤波器12和14中，能够实现更低损耗的滤波器特性。但是，在发送滤波器11和13、以及接收滤波器12和14中，形成IDT电极的基板也可以是由压电层的单层构成的压电基板。该情况下的压电基板例如由LiTaO3的压电单晶或LiNbO3等其它压电单晶构成。
在此，对IDT电极22的构造参数进行说明。声表面波谐振器的波长由图3的中段所示的作为构成IDT电极22的多个电极指222a或222b的重复周期的波长λ规定。此外，电极间距为波长λ的1/2，在将构成一对梳状电极22a以及22b的电极指222a以及222b的线宽度设为W，并将相邻的电极指222a与电极指222b之间的空间宽度设为S的情况下，用(W+S)定义。此外，如图3的上段所示，IDT电极的交叉宽度L是梳状电极22a的电极指222a和梳状电极22b的电极指222b的从X轴方向观察的情况下的重复的电极指长度。此外，各谐振器的电极占空比D是多个电极指222a以及222b的线宽度占有率，是该线宽度相对于多个电极指222a以及222b的线宽度和空间宽度的相加值的比例，用W/(W+S)定义。
[4.滤波器15的工作原理]
在此，预先对本实施方式涉及的梯型的声表面波滤波器的工作原理进行说明。
例如，图2所示的并联臂谐振器551～554分别在谐振特性中具有谐振频率frp以及反谐振频率fap(＞frp)。此外，串联臂谐振器501～505分别在谐振特性中具有谐振频率frs以及反谐振频率fas(＞frs＞frp)。另外，串联臂谐振器501～505的谐振频率frs被设计为大体一致，但是未必一致。此外，对于串联臂谐振器501～505的反谐振频率fas、并联臂谐振器551～554的谐振频率frp、以及并联臂谐振器551～554的反谐振频率fap也是同样的，未必一致。
在由梯型的谐振器构成带通滤波器时，使并联臂谐振器551～554的反谐振频率fap和串联臂谐振器501～505的谐振频率frs靠近。由此，并联臂谐振器551～554的阻抗接近0的谐振频率frp附近成为低频侧阻带。此外，若频率比其增加，则在反谐振频率fap附近并联臂谐振器551～554的阻抗变高，且在谐振频率frs附近串联臂谐振器501～505的阻抗接近于0。由此，在反谐振频率fap～谐振频率frs的附近，在从公共端子60到输入输出端子50的信号路径中成为信号通过频带。若频率进一步变高而成为反谐振频率fas附近，则串联臂谐振器501～505的阻抗变高，成为高频侧阻带。也就是说，根据将串联臂谐振器501～505的反谐振频率fas设置在信号通过频带外的何处，将大幅影响高频侧阻带中的衰减特性的陡峭性。
在滤波器15中，若从公共端子60输入高频信号，则在公共端子60与接地之间产生电位差，由此，压电基板形变，从而产生在X方向上传播的声表面波。在此，通过预先使IDT电极22的波长λ与通带的波长对应，从而仅具有想使其通过的频率分量的高频信号通过滤波器15。
[5.LiTaO3的压电层的切割角计算]
接着，对用于滤波器15的基板220的压电层227的切割角θ(°)的导出进行说明。
在本实施方式中，作为滤波器15的基板，使用具有上述的层叠构造的基板220。在此，为了对应对滤波器15要求的带宽、插入损耗、以及衰减带的规格，作为构成基板220的压电层227的材料，可选择LiTaO3。
然而，在使用LiTaO3的压电层227且上述层叠构造构成了声表面波滤波器的情况下，在比通带更靠低频侧产生瑞利波的杂散，该低频侧的衰减特性会恶化。此外，在使用该声表面波滤波器构成了多工器的情况下，可设想如下情况，即，在与该声表面波滤波器(例如滤波器15)公共连接的低频侧滤波器(例如滤波器11或12)的通带会产生起因于上述杂散的纹波。
作为能够抑制杂散的对策，已知有使用具有特定的切割角的压电基板。另一方面，在声表面波滤波器中，必须与所要求的滤波器特性对应地对构成IDT电极22的一对梳状电极的膜厚TIDT、电极占空比D、压电层227的厚度TLT、以及低声速膜226的膜厚TVL进行最佳化。
发明人们进行了精心研究，结果发现，关于使用了由θ°Y切割X传播的LiTaO3构成的压电层227的声表面波滤波器，能够抑制比通带更靠低频侧的衰减带中的瑞利波杂散的产生的切割角θ不是唯一决定的，会根据上述膜厚TIDT、电极占空比D、厚度TLT、以及膜厚TVL而变化，能够根据这些参数来决定上述切割角θ。
图4A是表示第一范围的构造参数与压电层227的切割角的关系的曲线图。此外，图4B是表示第二范围的构造参数与压电层227的切割角的关系的曲线图。图4C是表示第三范围的构造参数与压电层227的切割角的关系的曲线图。图4A～图4C所示的结果是通过基于有限元法的仿真求出了使标准化膜厚(TIDT/λ)、电极占空比D、标准化厚度(TLT/λ)、以及标准化膜厚(TVL/λ)变化的情况下的、瑞利波杂散成为极小的切割角的变化的结果。另外，在图4A～图4C中，作为IDT电极22的材料使用了Al，此外，作为低声速膜226的材料使用了SiO2。
此外，第一范围的构造参数由如下范围构成：包含标准化膜厚(TIDT/λ)＝0.05且小于第二范围以及第三范围中的标准化膜厚(TIDT/λ)的标准化膜厚(TIDT/λ)的范围；包含电极占空比D＝0.4038且小于第二范围以及第三范围的电极占空比D的电极占空比D的范围；包含标准化厚度(TLT/λ)＝0.4923且大于第二范围以及第三范围的标准化厚度(TLT/λ)的标准化厚度(TLT/λ)的范围；以及包含标准化膜厚(TVL/λ)＝0.4949且大于第二范围以及第三范围的标准化膜厚(TVL/λ)的标准化膜厚(TVL/λ)的范围。
此外，第三范围的构造参数由如下范围构成：包含标准化膜厚(TIDT/λ)＝0.09471且大于第一范围以及第二范围中的标准化膜厚(TIDT/λ)的标准化膜厚(TIDT/λ)的范围；包含电极占空比D＝0.5974且大于第一范围以及第二范围的电极占空比D的电极占空比D的范围；包含标准化厚度(TLT/λ)＝0.2058且小于第一范围以及第二范围的标准化厚度(TLT/λ)的标准化厚度(TLT/λ)的范围；以及包含标准化膜厚(TVL/λ)＝0.1077且小于第一范围以及第二范围的标准化膜厚(TVL/λ)的标准化膜厚(TVL/λ)的范围。
此外，第二范围的构造参数由如下范围构成：包含标准化膜厚(TIDT/λ)＝0.0725且大于第一范围中的标准化膜厚(TIDT/λ)且小于第三范围中的标准化膜厚(TIDT/λ)的标准化膜厚(TIDT/λ)的范围；包含电极占空比D＝0.5且大于第一范围中的电极占空比D且小于第三范围中的电极占空比D的电极占空比D的范围；包含标准化厚度(TLT/λ)＝0.3且小于第一范围中的标准化厚度(TLT/λ)且大于第三范围中的标准化厚度(TLT/λ)的标准化厚度(TLT/λ)的范围；以及包含标准化膜厚(TVL/λ)＝0.35且小于第一范围中的标准化膜厚(TVL/λ)且大于第三范围中的标准化膜厚(TVL/λ)的标准化膜厚(TVL/λ)的范围。
在图4A～图4C中，共同地，标准化膜厚(TIDT/λ)变得越大，上述切割角变得越小。此外，电极占空比D变得越大，上述切割角变得越小。此外，标准化厚度(TLT/λ)变得越大，上述切割角变得越大。此外，标准化膜厚(TVL/λ)变得越大，上述切割角变得越大。
在此，如图4A所示，作为第一范围的构造参数，在标准化膜厚(TIDT/λ)小的区域(＝0.05)、且电极占空比D小的区域(＝0.4038)、且标准化厚度(TLT/λ)大的区域(＝0.4923)、且标准化膜厚(TVL/λ)大的区域(＝0.4949)中，作为瑞利波杂散成为极小的切割角而得到了51°。
此外，如图4B所示，作为第二范围的构造参数，在标准化膜厚(TIDT/λ)处于中央区域(＝0.0725)、且电极占空比D处于中央区域(＝0.5)、且标准化厚度(TLT/λ)处于中央区域(＝0.3)、且标准化膜厚(TVL/λ)处于中央区域(＝0.35)的情况下，作为瑞利波杂散成为极小的切割角而得到了42°。
此外，如图4C所示，作为第三范围的构造参数，在标准化膜厚(TIDT/λ)大的区域(＝0.09471)、且电极占空比D大的区域(＝0.5974)、且标准化厚度(TLT/λ)小的区域(＝0.2058)、且标准化膜厚(TVL/λ)小的区域(＝0.1077)中，作为瑞利波杂散成为极小的切割角而得到了37°。
图5A是表示第一范围的构造参数中的、压电层227的切割角与瑞利波杂散带宽BW的关系的曲线图。此外，图5B是表示第二范围的构造参数中的、压电层227的切割角与瑞利波杂散带宽BW的关系的曲线图。此外，图5C是表示第三范围的构造参数中的、压电层227的切割角与瑞利波杂散带宽BW的关系的曲线图。在像本实施方式的滤波器15那样具有梯型的滤波器构造的情况下，串联臂谐振器以及并联臂谐振器各自在0.76倍附近的频带产生杂散，因此由相当于串联臂谐振器的谐振点(反谐振点)的杂散和相当于并联臂谐振器的谐振点(反谐振点)的杂散产生具有给定的带宽BW的杂散。
在此，如图5A所示，作为第一范围的构造参数，在标准化膜厚(TIDT/λ)小的区域(＝0.05)、且电极占空比D小的区域(＝0.4038)、且标准化厚度(TLT/λ)大的区域(＝0.4923)、且标准化膜厚(TVL/λ)大的区域(＝0.4949)中，作为瑞利波杂散的带宽BW成为极小的切割角而得到了50°。
此外，如图5B所示，作为第二范围的构造参数，在标准化膜厚(TIDT/λ)处于中央区域(＝0.0725)、且电极占空比D处于中央区域(＝0.5)、且标准化厚度(TLT/λ)处于中央区域(＝0.3)、且标准化膜厚(TVL/λ)处于中央区域(＝0.35)的情况下，作为瑞利波杂散的带宽BW成为极小的切割角而得到了42°。
此外，如图5C所示，作为第三范围的构造参数，在标准化膜厚(TIDT/λ)大的区域(＝0.09471)、且电极占空比D大的区域(＝0.5974)、且标准化厚度(TLT/λ)小的区域(＝0.2058)、且标准化膜厚(TVL/λ)小的区域(＝0.1077)中，作为瑞利波杂散的带宽BW成为极小的切割角而得到了37°。
也就是说，如图4A～图4C、以及图5A～图5C所示，瑞利波杂散水平以及带宽成为极小的切割角根据标准化膜厚(TIDT/λ)、电极占空比D、标准化厚度(TLI/λ)、以及标准化膜厚(TVL/λ)的组合而变化。
包含图4A～图4C以及图5A～图5C所示的数据在内，通过数据分析工具对示出标准化膜厚(TIDT/λ)、电极占空比D、标准化厚度(TLT/λ)、以及标准化膜厚(TVL/λ)与瑞利波杂散水平以及带宽BW成为极小的切割角θB的关系的数据进行分析，由此导出上述的式3。也就是说，切割角θB是根据膜厚TIDT、电极占空比D、厚度TLT、以及膜厚TVL而变化的，并不是唯一决定的，而是由式3决定。
在此，在式3中，ρ表示IDT电极22的比重。例如，在IDT电极22由Al构成的情况下，设为ρ＝2.6989(g/cm3)即可。此外，在IDT电极22由Ti构成的情况下，设为ρ＝4.54(g/cm3)即可。此外，在IDT电极22由Pt构成的情况下，设为ρ＝21.45(g/cm3)即可。
[6.多工器的通过特性]
以下，一边与比较例涉及的滤波器进行比较一边对本实施方式涉及的多工器1的通过特性进行说明。
图6A是表示实施例涉及的Band41用的滤波器15的通过特性的曲线图。此外，图6B是表示比较例涉及的Band41用的滤波器的通过特性的曲线图。此外，图7是对实施例以及比较例涉及的Band25用的发送滤波器的通过特性进行了比较的曲线图。此外，在表1示出实施例涉及的滤波器15的设计参数。
[表1]
在实施例涉及的滤波器15中，通过将表1所示的波长λ、电极占空比D、IDT电极22的膜厚TIDT、压电层227的厚度(TLT/λ)、以及低声速膜的膜厚(TVL/λ)和构成IDT电极22的Al的比重ρ代入到式3，从而作为瑞利波杂散成为极小的最佳切割角θB导出了42(°)。因此，作为实施例涉及的滤波器15的压电层227，使用了42°Y切割X传播LiTaO3。
另一方面，在比较例涉及的滤波器中，使用了比在实施例涉及的滤波器15中使用的切割角大8(°)的50°Y切割X传播LiTaO3。即，在比较例涉及的滤波器中，使用了从将波长λ、电极占空比D、IDT电极22的膜厚TIDT、压电层227的厚度(TLT/λ)、以及低声速膜的膜厚(TVL/λ)代入到式3而得到的最佳切割角θB偏离的切割角。另外，若变更LiTaO3的切割角，则主模式的相对频带会大幅改变，因此若不大幅变更电路结构、IDT电极的设计参数，则得不到所希望的通带内特性。因此，比较例涉及的滤波器的设计参数和实施例涉及的滤波器15的设计参数并不相同。
如图6A所示，可知在实施例涉及的滤波器15的通过特性中，未产生Band25的发送频带以及接收频带中的瑞利波杂散。也就是说，根据实施例涉及的滤波器15，能够改善比通带更靠低频侧的衰减带的衰减量。
另一方面，如图6B所示，在比较例涉及的滤波器的通过特性中，在Band25的发送频带以及接收频带产生了瑞利波杂散。也就是说，在比较例涉及的Band41用的滤波器中，比通带更靠低频侧的衰减带的衰减量恶化。
进而，如图7所示，若将比较例涉及的Band41用的滤波器使用于Band25+Band66+Band41的五工器(多工器)，则在Band25用的发送滤波器的通带内产生了大的纹波。
相对于此，若将实施例涉及的Band41用的滤波器15使用于Band25+Band66+Band41的五工器(多工器1)，则可降低Band25用的发送滤波器11的通带内的纹波。
使用图8A以及图8B对在实施例涉及的多工器1中得到了上述效果的理由进行说明。
图8A是表示LiTaO3压电层的切割角与瑞利波杂散相对频带的关系的一个例子的曲线图。此外，图8B是表示LiTaO3压电层的切割角与瑞利波杂散水平的关系的一个例子的曲线图。更具体地，图8A以及图8B是示出使用了由IDT电极/压电层/低声速膜/高声速支承基板构成的层叠型的基板、以及图4B以及图5B所示的第二范围的构造参数的情况下的、LiTaO3压电层的切割角与瑞利波杂散的关系的曲线图。
在图8A中，相对频带(瑞利波杂散带宽BW/杂散产生频率)越接近于零，瑞利波杂散越收敛于零。在图8A中，可知在切割角42(°)附近，瑞利波杂散的相对频带大致为零。另一方面，在用于比较例涉及的滤波器的切割角50(°)中，相对频带成为大约0.72％。也就是说，在实施例涉及的滤波器15中，瑞利波杂散的相对频带大致为零，因此未产生瑞利波杂散，但是在比较例涉及的滤波器中，与实施例相比较，相对频带大，因此判断为产生了瑞利波杂散。
接着，如图8B所示，是确认了瑞利波杂散的水平(公共端子60的回波损耗)的结果。与图8A的倾向同样地，在LiTaO3压电层的切割角42(°)附近，瑞利波杂散大致成为零，无论切割角大于此还是小于此，瑞利波杂散的水平均变大。另外，瑞利波杂散的水平的30％的水平的纹波产生在Band25用的发送滤波器11以及接收滤波器12的通带内。近年来，因为便携式电话系统的调制方式成为16QAM、64QAM，所以通带内的纹波的要求规格提高，作为纹波，最好是0.3dB以下。也就是说，作为瑞利波杂散的水平，需要为1.0dB以下。
如图8B所示，可知在LiTaO3压电层的最佳切割角为42°的情况下，能够使瑞利波杂散的水平为1.0dB以下的切割角θ是38°～46°(42±4°)。
也就是说，在从用上述式3计算出的不产生瑞利波杂散(成为极小)的切割角θB至±4°的范围内，能够实现在便携式电话系统上不会产生问题的0.3dB以下的纹波。
也就是说，在本实施方式涉及的滤波器15中，瑞利波的杂散成为极小的由LiTaO3构成的压电层227的最佳切割角θB(°)通过将波长λ、膜厚TIDT、比重ρ、电极占空比D、厚度TLT、膜厚TVL代入到上述式3而导出。此时，由LiTaO3构成的压电层227的切割角θ(°)满足上述式4的关系。
Band41(通带：2496-2690MHz)的0.76倍与Band25(发送频带：1850-1915MHz、接收频带：1930-1995MHz)重复。在该情况下，在将声表面波滤波器(滤波器15)应用于Band41并将低频侧滤波器(发送滤波器11以及接收滤波器12)应用于Band25的情况下，可高精度地抑制上述声表面波滤波器的通带的0.76倍的频带中的杂散，因此能够降低低频侧滤波器中的通带内的纹波。因此，能够实现低损耗、高衰减以及高隔离度的多工器1。
另外，虽然在实施例涉及的滤波器15中，作为根据第二范围的构造参数导出的最佳切割角θB(°)而例示了42(°)，但是用于本发明涉及的声表面波滤波器的LiTaO3压电层的切割角θ终究是通过上述式3以及式4导出的。因此，在使用第一范围的构造参数、式3以及式4导出了切割角θ的情况下，例如可导出θ＝51±4(°)，在使用第三范围的构造参数、式3以及式4导出了切割角θ的情况下，例如可导出θ＝37±4(°)。
也就是说，在具有高频侧的通带的声表面波滤波器中，通过使用上述式3以及上述式4，从而能够根据IDT电极以及压电材料的构造参数来选择LiTaO3压电层的切割角θ。由此，能够将低频侧滤波器的通带中的杂散水平降低为接近零的值。此外，与此相伴地，在低频侧滤波器中，能够降低通带内的纹波。
(其它实施方式等)
以上，虽然举出实施例对本发明的实施方式涉及的声表面波滤波器以及多工器进行了说明，但是本发明并不限定于上述实施例。例如，对上述实施例实施了如下的变形的方式也能够包含于本发明。
例如，本发明涉及的多工器1也可以进一步具备配置在天线元件2与公共端子60之间的阻抗匹配元件。
此外，本发明涉及的多工器1并不限于实施例那样的Band25+Band66+Band41的五工器。在本实施方式涉及的滤波器15那样的压电基板的层叠体中，使用了具有由式3以及式4规定的切割角θ的LiTaO3压电层的单体的声表面波滤波器也包含于本发明。由此，能够根据IDT电极以及压电材料的构造参数来选择LiTaO3压电层的切割角θ，能够提供改善了比通带更靠低频侧的衰减带中的杂散的声表面波滤波器。
此外，本发明涉及的多工器1只要是如下的多工器即可，即，具有由上述层叠体构成的压电基板，使用了具有由式3以及式4规定的切割角θ的LiTaO3压电层的声表面波滤波器和具有比该声表面波滤波器的通带更靠低频侧的通带的低频侧滤波器通过公共端子进行公共连接。
此外，本发明涉及的多工器1也可以不是具有多个进行收发的双工器的结构。例如，也可应用于具有多个发送频带的发送装置。此外，本发明涉及的多工器1例如还可应用于具有多个接收频带的接收装置。即使是这样的发送装置或接收装置，也可达到与本实施方式涉及的多工器1同样的效果。
产业上的可利用性
本发明能够作为能够应用于被进行了多频段化以及多模化的频率标准的低损耗的声表面波滤波器或多工器而广泛利用于便携式电话等通信设备。
Claims (6)
1.一种声表面波滤波器，具备：
由钽酸锂构成的压电层，旋转Y切割角为θ°；
支承基板，由氮化铝、氧化铝、碳化硅、氮化硅、硅、蓝宝石、钽酸锂、铌酸锂、石英、矾土、氧化锆、堇青石、莫来石、滑石、镁橄榄石、氧化镁金刚石之中的任一种、或者以其为主成分的材料构成；
氧化硅膜，配置在所述支承基板与所述压电层之间；以及
IDT电极，形成在所述压电层上，
将构成所述IDT电极的一对梳状电极的重复周期设为波长λ，其单位为μm，将所述一对梳状电极的膜厚设为TIDT，其单位为μm，将所述IDT电极的比重设为ρ，其单位为g/cm3，将所述一对梳状电极的电极占空比设为D，将所述压电层的厚度设为TLT，其单位为μm，将所述氧化硅膜的膜厚设为TVL，其单位为μm，将第1旋转Y切割角θB规定为以下的式1，第1旋转Y切割角θB的单位为°，
[数学式1]
此时，所述压电层的旋转Y切割角θ满足以下的式2的关系，旋转Y切割角θ的单位为°，
[数学式2]
θB-4≤θ≤θB+4
(式2)。
2.根据权利要求1所述的声表面波滤波器，其中，
所述声表面波滤波器具有由所述压电层以及所述IDT电极所构成的串联臂谐振器以及并联臂谐振器构成的梯型的滤波器构造。
3.根据权利要求1或2所述的声表面波滤波器，其中，
所述声表面波滤波器具有在弹性波传播方向上排列配置了由所述压电层以及所述IDT电极构成的多个弹性波谐振器的纵向耦合型的滤波器构造。
4.根据权利要求1所述的声表面波滤波器，其中，
所述氧化硅膜是以二氧化硅为主成分的膜。
5.一种多工器，具有公共端子、第一输入输出端子以及第二输入输出端子，
所述多工器具备：
权利要求1～4中的任一项所述的声表面波滤波器，连接在所述公共端子与所述第一输入输出端子之间；以及
低频侧滤波器，连接在所述公共端子与所述第二输入输出端子之间，具有比所述声表面波滤波器的通带更靠低频侧的通带。
6.根据权利要求5所述的多工器，其中，
所述声表面波滤波器的通带为长期演进LTE的Band41的频带，
所述低频侧滤波器的通带为所述LTE的Band25的频带。
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