CN1199352C - 声表面波元件 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示一种声表面波元件。在四硼酸锂单结晶构成的压电基板(11)上形成主声表面波滤波器(F1)。为了消去主要因主声表面波滤波器(F1)的输出中所包含的体声波而引起的高频带无用成分，而与主声表面波滤波器(F1)相并联地形成了副声表面波滤波器(F2)。
Description
技术领域
本发明特别涉及横向滤波器型的声表面波元件的改进。
背景技术
横向型的声表面波元件，其制造原理如下。在四硼酸锂(LBO)之类的压电基板的表面形成铝(Al)之类的金属膜，采用蚀刻技术对该金属膜进行加工以形成梳形电极、屏蔽电极等。
梳形电极由输入侧梳型电极及输出侧梳形电极组成，在该输入侧梳型电极与输出侧梳型电极之间形成屏蔽电极。
在横向型的声表面波元件中，由输入侧梳型电极所激励的声表面波被传输至输出侧梳型电极。此时，体声波发生并被传播至输出侧梳型电极。体声(Bulk)波由于在压电基板的内部传播，因此比传播压电基板的表面的表面波要晚到达输出侧电极。
其结果是：如果解析输出侧梳型电极的输出信号，则在比原来的声表面波的通带特性更高的频带区域，将产生由体声波引起的高频成分。因此，声表面波元件的滤波特性就被观察作为高频端的衰减特性不良的特性。
为抑制上述的体声波，考虑了这样的对策：在压电基板的电极所形成的面及其相对侧的面上形成槽，并施以粗加工，涂敷吸音材料。然而，在采用四硼酸锂基板的声表面波元件中，与采用其它的，如水晶基板的元件相比，体声波响应大。因而采用上述体声波抑制对策是不充分的。
发明概述
因此，本发明的目的在于提供一种声表面波元件，能够把因体声波等无用波作用而产生的高频成分抑制在实用电平为止的范围内，并具有优异的通带特性。
另外，本发明的目的还在于提供一种声表面波元件，能够把因体声波等无用波而产生的高频成分抑制在实用电平为止的范围内，并能采用四硼酸锂基板。
为达到前述目的，本发明的声表面波元件具有：压电基板，具有在前述压电基板上形成的输入侧梳型电极及输出侧梳型电极的主声表面波滤波器，以及具有在所述压电基板上形成的输入侧梳型电极及输出侧梳型电极，并且与所述主声表面波滤波器呈电气并联连接而形成的副声表面波滤波器；所述副声表面波滤波器的输入侧梳型电极及输出侧梳型电极，相对于在所述主声表面波滤波器的通带的高频带侧所产生的无用波，激励逆相位的声表面波，而且在因所述无用波而在频率轴上出现的响应相重迭的位置上，具有主要通带，其中，所述副声表面波滤波器的输入侧梳型电极与所述主声表面波滤波器的输入侧梳型电极连接，所述副声表面波滤波器的输出侧梳型电极与所述主声表面波滤波器的输出侧梳型电极连接。
所述副声表面波滤波器具有高频通带，用于减低在频率轴上位于比所述主声表面波滤波器的通带更高的带域由体声波产生的高频成分。
附图简单说明
图1示意性地表示本发明一实施形态中的声表面波元件的表面(滤波器元件面)平面图。
图2表示图1的主声表面波滤波器的频率特性图。
图3表示图1的副声表面波滤波器的频率特性图。
图4表示将图2与图3的滤波器的频率特性合成一起的状态、图1的声表面波元件的整体的频率特性图。
实施发明的最佳形态
以下，参照附图说明本发明的实施形态。
图1为本发明的一个实施形态。图1中，11为由四硼酸锂单结晶构成的压电基板。在该压电基板11上，形成主声表面波滤波器F1及副声表面波滤波器F2。主声表面波滤波器F1具有把原来的输入信号进行滤波处理而输出的机能。与此相对，副声表面波滤波器F2则具有作为无用成分消去用滤波器，用于减低因体声波产生的高频成分的机能。
此外，本实施例中，体声波是指除了传播压电基板表面的表面波以外的其他传播形态的波。
从主声表面波滤波器F1的构成加以说明。
在压电基板11上，由输入侧梳形电极(也称为输入梳型转换器(Transducer)(IDT))100与输出侧梳型电极(也称为输出梳型转换器(IDT))200构成，在该输入侧梳型电极100与输出侧梳型电极200之间形成屏蔽电极300。
输入侧梳型电极100由并联相对、具有梳齿状电极指的第1、第2共通电极101、102构成。第1、第2共通电极101、102的梳齿状电极指被交叉配置。就是说，被形成交叉状态。输出侧梳型电极200也为同样构成，具有第1、第2共通电极201、202。
上述输入侧梳型电极100、输出侧梳型电极200、屏蔽电极是在由四硼酸锂单结晶构成的压电基板11上形成铝之类的金属膜，在采用蚀刻技术进行加工而形成该金属膜。实际上，在由四硼酸锂单结晶构成的晶片(压电基板)上，形成多数个元件(输入侧IDT，输出侧IDT，屏蔽电极)。
该主滤波器F1的输入输出IDT的开口长L1(电极指的交差长)约为0.5mm、电极指间隔(Pitch)(相互邻接的电极指之间的中心间距离)约为4.25μm。
接下来，就副声表面波滤波器F2进行说明。
该副声表面波滤波器F2也是由在压电基板11上所形成的输入侧梳型电极400与输出侧梳型电梳500构成，在该输入侧梳型电极400与输出侧梳型电极500之间形成屏蔽电极600。
输入侧梳型电极400由并联相对，具有梳齿状电极指的第1、第2共通电极401、402构成。第1、第2共通电极401、402的梳齿状电极指被交叉配置。即被形成交叉状态。输出侧梳型电极500也为同样构成，具有第1、第2共通电极501、502。这里，输入侧梳型电极400的第1共通电极401与主声表面波滤波器F1的第2共通电极102相连续。另外，输出侧梳型电极500的第1共通电极501与主声表面波滤波器F1的第2共通电极202相连续。同时，各个滤波器F1、F2的屏蔽电极300、600相连续。该声表面波装置，例如，共通电极102、401与接地端子相连接，共通电极101、402与输入信号线相连接。另外，共通电极202、501与接地线相连接、共通电极201、502与输出信号线相连接。此外，也可以是共通电极102、401与输入信号线相连接。共通电极101、402与接地线相连接、共通电极202、501与输出信号线相连接、共通电极201、502与接地线相连接。
该副滤波器F2的输入输出IDT开口长L2(电极指的交叉长)约0.1～0.2mm、电极指间隔(相互邻接的电极指之间的中心间距离)约4μm。
下面，用图2～图4说明本实施例的声表面波元件的工作原理。图2～图4的横轴表示频率(MHz)、纵轴表示衰减量(dB)。
图2表示仅仅只有主声表面波滤波器F1的频率特性。主声表面波滤波器F1被设计为通带在频带W1。可是，在比该频率响应频带W1更高的高频带一侧存在着频带W2的频率响应。这高频带一侧的频率响应就是面向压电基板11的内部传播的体声波的影响。另外，众所周知，体声波的传播速度比表面波(SAW)的传播速度快，在本实施例的压电基板，体声波的传播速度约4000m/sec、SAW的传播速度约3500m/sec。
另一方面，声表面波滤波器F2产生与主声表面波滤波器F1的体声波相位相反的激励波。其结果为声表面波滤波器F2的频率响应特性变成如图3所示。该声表面波滤波器F2的频率响应特性上的主要通带W3被设计为其频带与先前的主声表面波滤波器F1的体声波响应引起的作为频率响应的高频带一侧的频率响应频带W2几乎相一致。
进而，被设计为相对于频率响应频率W2中出现的高频成分的相位、频带W3中出现的信号成分成为逆相位。为使相位相逆，可以容易地通过使滤波器F2的传播路长(输入输出IDT间隔)以nλ到(n+1)λ(且λ为声表面波波长)为单位进行偏离而予以调整。
就是说，如果使偏离半波长(或以其奇数波)传播路长，则由输出IDT检出的表面波的相位正好反转。此外，由于体声波的传播途径很复杂(例如存在基板表面的散乱等)，在现实中，也考虑必须以半波长为基准对滤波器F2的传播路长进行若干调整，对于行业人员而言，则经实验才能获得。
这样，通过选定输出侧梳型电极500的电极指配置位置，出现于频带W2的无用成分就因出现于频带W3的追加成分而被消去。
本实施例的声表面波元件中，滤波器F2的开口长小于滤波器F1的开口长，而滤波器F2的电极指间隔也小于滤波器F1的电极指间隔。其理由如下。
首先，就电极指间隔的关系进行说明。滤波器F1的体声波响应频带W2出现在比其主通带W1更高的高频带一侧。本实施例中，为了用滤波器F2的声表面波响应消去该体声波响应，滤波器F2的声表面波产生的主要通带W3位于比滤波器F1的声表面波产生的主要通带W1更高的高频带一侧。这样，为在比滤波器F1更高的高频区域设置通带，必须使滤波器F2的电极指间隔比滤波器F1的电极指间隔来得窄。从而，本实施例中，设定滤波器F1的电极指间隔约4.25μm，滤波器F2的电极指间隔约4μm。
其次，就开口长的关系进行说明。如图2所示，由滤波器F1的体声波响应而产生的频率响应比由其声表面波响应而产生的频率响应小。因此，用于消去滤波器F1的体声波响应的滤波器F2的频率响应只要相应变小即可。
决定频率响应大小的一个要因是IDT的开口长。开口长大则频率响应也变大，开口长小则频率响应也变小。即在本实施例中，通过使滤波器F2的开口长小于滤波器F1的开口长，就可以得到使滤波器F1的体声波响应正好为单位格式(Cell)间隔的尽可能的响应(W3)。如果从插入损耗的观点来表现这一点的话，则滤波器F2的插入损耗比滤波器F1的插入损耗要大10dB以上。
此外，由于减小了滤波器F2的开口长，由滤波器F2所得以产生的体声波的影响会达到可以无视的程度。滤波器F2的开口长L2与滤波器F1的开口长L1的被(L2/L1)被设定为1/2以下，更好的是1/5～2/5。
在决定滤波器F1与滤波器F2的传播路长之际，在前面已叙述过的相位关系上，必须增加考虑体声波与表面波的传播速度差。也就是说，滤波器F1的体声波响应与滤波器F2的表面波响应必须是时间上的一致而且相位相反。不过，如前所示，体声波的传播速度为4000m/sec、表面波的传播速度为3500m/sec、表面波的传播速度慢。为了补正这速度差，如将滤波器F1的输入输出IDT中心间距离S1与滤波器F2的输入输出IDT中心间距离S2进行比较，S2较小。即通过减短滤波器F2的表面波的到达距离，补正为与滤波器F1的体声波响应在时间上相等。
图4表示将上述图3和图2的频率响应特性进行合成后的频率响应特性。本发明的声表面波元件可以得到图4的频率响应特性(出现于频带W2的无用成分由于出现于频带W3的追加成分而被消去的特性)。
上述声表面波元件的大小为短边从1.5mm到2.1mm、长边从8mm到12mm、厚度为0.5mm。
另外，电极指的宽度、长度、厚度对声表面波(SAW)的传播效率以及传播方向产生影响。因此，主声表面波滤波器F1按照成为适用对象的频率特性被进行设计。一旦主声表面波滤波器F1的频率特性被设定，则就能判定体声波引起的高频成分的频带及其频率特性。这可以由实验数据求得。其次，能设计副声表面波滤波器F2，使副声表面波滤波器F2的频率响应特性与所述体声波产生的无用成分的频率特性相合。再则，将无用成分与副声表面波滤波器F2的输出信号之间的相位关系设定为逆相位。通过将表面波滤波器F2的电极指的位置向声表面波滤波器的传播方向调整λ/2而实现相位调整。因此，在设计阶段，把所定信号输入主声表面波滤波器F1，测量无用成分的相位。其次，把所定信号输入副声表面波滤波器F2，测量其消去用的输出信号的相位。并且求出无用成分的相位与消去用输出信号的相位差。根据前述的相位差，进行副声表面波滤波器F2的位置决定。频率响应的数式一旦被求出，便可以通过傅里叶变换把它变换为时间轴上的响应特性。时间轴上的响应特性与声表面波所传播的电极指的位置相对应。
作为上述声表面波元件的频率宽度，是以例如CDMA方式携带电话中所采用的中心频率210.38MHz为中心频率，±1MHz。进而，作为上述体声波的频带，以213MHz～215MHz为对象。
另外，也可用晶体作为压电元件。这种场合，也有可能使基板反面加工等的工序得以简化。电极指的宽度及数目在图面上已作简化显示，但并不限于图示的数目及宽度。作为电极指宽度的选择种类，可以有λ/8、λ/16的组合。
工业上的实用性
本申请发明的声表面波元件，能用作为在携带电话机之类的电子装置中所使用的中频滤波器以及一般的滤波器。
Claims (5)
1.一种声表面波元件，其特征在于，包括
压电基板，
具有在前述压电基板上形成的输入侧梳型电极及输出侧梳型电极的主声表面波滤波器，以及
具有在所述压电基板上形成的输入侧梳型电极及输出侧梳型电极，并且与所述主声表面波滤波器呈电气并联连接而形成的副声表面波滤波器；
所述副声表面波滤波器的输入侧梳型电极及输出侧梳型电极，相对于在所述主声表面波滤波器的通带的高频带侧所产生的无用波，激励逆相位的声表面波，而且在因所述无用波而在频率轴上出现的响应相重迭的位置上，具有主要通带，
其中，所述副声表面波滤波器的输入侧梳型电极与所述主声表面波滤波器的输入侧梳型电极连接，所述副声表面波滤波器的输出侧梳型电极与所述主声表面波滤波器的输出侧梳型电极连接。
2.如权利要求1所述的声表面波元件，其特征在于，
所述压电基板是四硼酸锂单结晶基板。
3.如权利要求1所述的声表面波元件，其特征在于，
所述主声表面波滤波器的梳型电极的开口长L1与所述副声表面波滤波器的梳型电极的开口长L2的关系为L1＞L2。
4.如权利要求1所述的声表面波元件，其特征在于，
所述副声表面波滤波器的单独插入损耗与主声表面波滤波器的单独插入损耗相比，大10dB。
5.如权利要求1所述的声表面波元件，其特征在于，
主声表面波滤波器的输入侧梳型电极与输出侧梳型电极的中心间隔S1同副声表面波滤波器的输入侧梳型电极与输出侧梳型电极的中心间隔S2的关系为S1＞S2。
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