CN1225083C - 声表面波滤波器及使用它的通信设备 - Google Patents

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Abstract

一种声表面波滤波器包括多个单端对声表面波谐振器，每个单端对声表面波谐振器包括叉指电极以及淀积在叉指电极上的绝缘膜。单端对声表面波谐振器包括串联支路谐振器和并联支路谐振器。由以下公式(1)来定义单端对声表面波谐振器的电极占空率时：电极占空率＝2×W/λ …(1)这里λ代表单端对声表面波谐振器的波长，W代表叉指电极的线宽，串联支路谐振器的电极占空率(duty)大于并联支路谐振器的电极占空率。由此结构，单次淀积绝缘膜就足以实现所需的频率调节，而不会使频率带宽变窄。

Description

声表面波滤波器及使用它的通信设备
技术领域
本发明涉及最好用于通信设备中的声表面波(SAW)滤波器。
背景技术
一般，声表面波(SAW)滤波器用于诸如蜂窝式电话等通信设备。如本领域所公知，根据蜂窝式电话的类型而使用各种频带，而且使用各种频率调节方法使SAW滤波器适应于相应的频带。
例如，一种公知的频率带宽调节方法是，把一绝缘膜均匀地加到包含叉指电极的SAW滤波器的压电基底的整个表面，对此绝缘膜进行蚀刻，从而提供依据所需频率的厚度。以下描述依据这种方法的SAW滤波器的制造工艺。
图1A到1D是示出制造一种公知的SAW滤波器的一系列过程。
如图1A所示，首先，制备由LiTaO3或LiNbO3制成的压电基底11。在对基底11进行抛光后，使用公知的技术把光致抗蚀剂形成的抗蚀剂图案40加到基底11的表面。然后，通过诸如汽相淀积等技术把由高电导率的Al或Au制成的金属膜41淀积在其上，以提供预定厚度。
如图1B所示，把获得的产品浸入溶剂中，然后通过超声波辐射使之同时熔化或同时剥离，因此抗蚀剂图案40以及覆盖在抗蚀剂图案40上的金属膜41被除去。
结果，如图1C所示，由剩余的金属膜形成了具有所需图案的电极42。电极42相应于叉指电极和反射器。
然后，如图1D所示，在包括电极42的整个基底11上，淀积诸如SiO2等蚀刻率与电极42不同的材料制成的绝缘膜43，并通过溅射或化学汽相淀积(CVD)等附着，从而提供预定厚度。
使用晶片探测器把一电信号加到电极42来测量频率，并确定测得的频率与目标值之差。为了使该差值为零，通过诸如干刻蚀等方法对绝缘膜43进行蚀刻，同时监测蚀刻时间来调节频率。
参考图2和3来描述把上述典型的频率调节方法应用于所谓的梯型SAW滤波器的情况。梯型SAW滤波器包括至少一个构成串联支路的串联支路谐振器以及至少一个构成并联支路的并联支路谐振器。
在图2中，由(a)示出梯型SAW滤波器的示例频率特性曲线，(b)示出特性SAW滤波器的示例阻抗特性曲线。
如图2中的(a)和(b)所示，如果把串联支路谐振器的谐振频率frs与并联支路谐振器的反谐振频率fap设定为相互匹配，则获得了具有中心频率f0的带通滤波器。其带宽与并联支路谐振器的谐振频率frp与串联支路谐振器的反谐振频率fas之差有关。
图3是示出在淀积SiO2膜前后，单端对(one-terminal-pair)声表面波(SAW)器件的谐振频率与反谐振频率的偏移量的曲线图。该曲线图示出在Al电极的厚度为谐振频率与反谐振频率的平均波长的7.2％时，以及在淀积SiO2制成的绝缘膜从而膜厚为谐振频率与反谐振频率的平均波长的1.7％时，样品的平均数据。
如果把绝缘膜淀积在串联支路谐振器和并联支路谐振器上，从而提供均匀厚度，则如图3所示，每个谐振器的谐振频率和反谐振频率向下偏移。众所周知，在此情况下，反谐振频率比谐振频率向下偏移得更多。
通常，把串联支路谐振器的波长设定为低于并联支路谐振器的波长，波长越低，则频率的偏移量越大。如果以均匀的厚度淀积绝缘膜，则与并联支路谐振器的频率相比，串联支路谐振器的频率向下偏移。
相应地，在淀积绝缘膜时，SAW滤波器的带宽变窄，这是因为带宽与并联支路谐振器的谐振频率frp与串联支路谐振器的反谐振频率fas之差有关，因而不能获得所需的特性。
为了避免这样的问题，在相关领域中，把绝缘膜淀积两次，即第一次用于串联支路谐振器，第二次用于并联支路谐振器。在蚀刻前，以不同的厚度淀积绝缘膜，从而可使频率的偏移量基本上相同。因此，实现了所需的频率调节。
然而，如果执行上述频率调节，则梯型SAW滤波器会产生问题。
上述方案需要分两次淀积绝缘膜。这增加了所需的工序数量和时间，导致生产成本增加。
发明内容
为了克服上述问题，本发明的较佳实施例提供了一种声表面波滤波器，在该滤波器为梯型滤波器时，为了实现所需的频率调节，仅需要淀积一次绝缘膜，而不使频率带宽降级。
依据本发明的较佳实施例，声表面波滤波器包括压电基底以及设置在压电基底上的多个单端对声表面波谐振器。每个单端对声表面波谐振器包括设置在压电基底上的叉指电极以及淀积并附着在叉指电极上的绝缘膜。多个单端对声表面波谐振器中的至少一个是串联支路谐振器，其余的单端对声表面波谐振器是并联支路谐振器。串联支路谐振器与并联支路谐振器以阶梯状配置耦合。
在由以下公式(1)来定义单端对声表面波谐振器的电极占空率时，并联支路谐振器的电极占空率(duty)大于串联支路谐振器的电极占空率：
电极占空率＝2×W/λ                                …(1)
这里λ代表单端对声表面波谐振器的波长，W代表叉指电极的线宽。
这防止了淀积绝缘膜时频率带宽的降级。因而，可淀积具有较大厚度的绝缘膜，它起到了保护膜的作用，从而增强了可靠性。
可如此调节绝缘膜的厚度，从而提供预定的频率特性。
最好，至少一个串联支路谐振器的电极占空率为0.5或更小。结果，可实现更有效的频率调节。此外，用于频率调节的频率带宽的偏移量较小，从而在满足所需的滤波器特性的同时实现了频率调节。
声表面波滤波器的衰减标准最好在通频带的高频区域和低频区域附近。
可适当地把依据本发明一个较佳实施例的声表面波滤波器实现为用于通信设备的GSM-1900或DCS滤波器，在该通信设备中过窄或过宽的带宽都可能引起缺陷。
在本发明的另一个较佳实施例中，通信设备包括依据本发明的上述较佳实施例的声表面波滤波器。
因此，结合了这种声表面波滤波器的通信设备很便宜，且具有所需的频率特性。
从以下对较佳实施例的详细描述并参考附图，将使本发明的其他特征、原理、步骤、特性和优点变得明显起来。
附图说明
图1A到1D是制造典型的SAW滤波器的一系列工序的示意图；
图2是梯型SAW滤波器的示例频率特性曲线(a)和示例阻抗特性曲线(b)；
图3是示出在淀积SiO2膜前后，单端对SAW器件的谐振频率和反谐振频率的偏移量的曲线图；
图4是设置在依据本发明较佳实施例的SAW滤波器中的压电基底上的电极的俯视图；
图5是典型的叉指电极的放大部分的图；
图6是四个试验样品A到D的电极占空率的表格；
图7A和7B分别是在淀积SiO2膜前后以及在频率调节前后带宽的变化率(作为试验结果)的图表；以及
图8A和8B分别是DCS滤波器和GSM-1900滤波器的频带的图。
具体实施方式
参考图4到8来描述依据本发明较佳实施例的声表面波(SAW)滤波器。在以下描述中，例如，SAW滤波器的频率特性为以1.9GHz(1960MHz)的频带作为中心频率。
图4是设置在依据本发明较佳实施例的SAW滤波器的压电基底上的电极的俯视图。如图4所示，多个单端对SAW谐振器以阶梯状的方式安装在36°旋转的Y切割X传播(propagation)的LiTaO3基底1上。在所示的较佳实施例中，这些单端对SAW谐振器包括限定串联支路的两个串联支路谐振器2a和2b以及三个并联支路谐振器3a、3b和3c，每个并联支路谐振器的一端连到一串联支路，另一端接地。这些SAW谐振器最好由通过光刻和蚀刻或其他适当的工艺形成的铝制成。每个SAW谐振器的电极厚度约为串联支路谐振器2a和2b与并联支路谐振器3a、3b和3c的平均波长的9.2％。电极最好以与相关技术中相同的方式形成，从而省略其详细描述。
串联支路谐振器2a和2b都包括一对叉指电极21(具有相互面对且以恒定叉指宽度隔开的交叉指)以及配置在叉指电极21两端的两个反射器22。同样，并联支路谐振器3a、3b和3c都包括一对叉指电极31(具有相互面对且以恒定叉指宽度隔开的交叉指)以及配置在叉指电极31两端的两个反射器32。
本发明进行了试验来研究如何通过改变串联支路谐振器2a和2b与并联支路谐振器3a、3b和3c的电极占空率来增加或降低频率带宽。更具体来说，通过调节叉指电极21和31的线宽来改变电极占空率。如这里所使用的，由以下公式(1)来定义电极占空率：
电极占空率＝2×W/λ                              …(1)
参考图5，这里λ代表单端对声表面波谐振器的波长，W代表叉指电极的线宽。
图6是试验中所使用的四个样本A到D的电极占空率的表格。在此试验中，如图6所示，串联支路谐振器2a和2b具有相同的结构，每个谐振器的叉指电极21的交叉指之间的叉指宽度约为17μm。每个谐振器2a和2b都具有包括100个电极指对(总共200个指)的单个IDT(21)(总共100个叉指电极指)。每个谐振器2a和2b都具有两个反射器(22)，每个反射器包括100个电极指。电极间距约0.99μm(声表面波的波长约1.99μm)。并联支路谐振器3a、3b和3c具有相同的结构，且每个谐振器具有约50μm的叉指宽度。每个并联支路谐振器3a、3b和3c都具有包括40个电极指对(总共80个指)的单个IDT(31)。每个并联支路谐振器3a、3b和3c都具有两个反射器(32)，每个反射器包括100个电极指。电极间距约1.04μm(声表面波的波长约2.07μm)。
在形成串联支路谐振器2a和2b以及并联支路谐振器3a、3b和3c后，通过溅射在包括此串联支路谐振器2a和2b以及并联支路谐振器3a、3b和3c的整个基底1使淀积SiO2制成的绝缘膜(未示出)。在本较佳实施例中所淀积的绝缘膜的厚度约为串联支路谐振器2a和2b与并联支路谐振器3a、3b和3c的平均波长的1.7％。
接地电极4和热电极5经由引出电极10电气连接到谐振器2a、2b、3a、3b和3c。接地电极4和热电极5还用作通过晶片探测谐振器2a、2b、3a、3b和3c的频率特性的测量点。晶片探测是使晶片探测器(未示出)的接地引脚和热引脚分别与接地电极4和热电极5接触来测量频率的方法。根据测量结果，确定频率调节量。
然后，在从频率调节量计算得到的蚀刻时间内对SiO2膜进行蚀刻，以降低膜厚，从而实现所需的频率特性。可使用干式或湿式蚀刻。在所示的较佳实施例中，膜厚被减少约串联支路谐振器2a和2b与并联支路谐振器3a、3b和3c的平均波长的0.6％。
参考图7a和7B所示的图表来描述相对于样品A到D的试验结果。
图7A是示出在淀积SiO2膜前后频率带宽的变化率的图表，图7B是示出在通过蚀刻获得的膜而进行频率调节前后频率带宽的变化率的图表。
从图7A中很明显的是，在淀积绝缘膜时，与样品C相比，样品A和B的频率带宽降低得较少。在样品A和B中，并联支路谐振器3a、3b和3c的电极占空率大于串联支路谐振器2a和2b的电极占空率。照例，在样品C中，并联支路谐振器3a、3b和3c的电极占空率与串联支路谐振器2a和2b的电极占空率基本上相同。
如图7B所示，与并联支路谐振器3a、3b和3c的电极占空率与串联支路谐振器2a和2b的电极占空率基本上相同的样品C相比，在通过蚀刻而进行的频率调节后，样品A和B(其中并联支路谐振器3a、3b和3c的电极占空率大于串联支路谐振器2a和2b的电极占空率)的频率带宽增加得较少，从而可更精确地调节频率特性。过窄或过宽的频率带宽有时可能引起缺陷，有利的是防止频率带宽的增加。
从试验结果很清楚，当并联支路谐振器的电极占空率大于串联支路谐振器的电极占空率时，带宽变化较少，从而可更容易地实现所需的频率调节。重要的是，相反，如果并联支路谐振器的电极占空率高得多，则频率带宽可能降级。
从图3可看到，在电极占空率超过约0.5的点周围，频率带宽的偏移量基本上齐平。相应地，从上述试验所示，由于频率带宽的增加或降低数量与并联支路谐振器3a、3b和3c的谐振频率frp与串联支路谐振器2a和2b的反谐振频率fas之差有关，所以特别是在并联支路谐振器3a、3b和3c的电极占空率大于串联支路谐振器2a和2b的电极占空率时，以及在串联支路谐振器2a和2b的电极占空率等于约0.5或更小时，抑制了频率带宽的降低，从而更容易实现所需的频率特性。不仅在图3所示的条件下，而且在所示较佳实施例的条件下，都观察到电极占空率超过约0.5时频率带宽的偏移量齐平的趋势。
可把依据本发明各较佳实施例SAW滤波器用作例如通信设备的接收机RF滤波器，该通信设备符合DCS(中心频率为1842.5MHz)或GSM-1900(中心频率为1960MHz)标准。图8A和8B分别示出DCS滤波器和GSM-1900滤波器。在DCS接收机RF滤波器中，衰减标准(Tx频带和防护频带)位于通频带的两端，且与其隔开20MHz和40MHz。在GSM-1900接收机RF滤波器中，衰减标准(Tx频率和防护频带)位于通频带的两端，且都与其隔开20MHz。由于衰减标准在符合这两种标准的接收机RF滤波器的通频带的高频和低频区域附近，所以过窄或过宽的带宽都可能引起缺陷。为此，依据本发明一较佳实施例的频率调节方法生产的带宽增加或降低较少的SAW滤波器是适当的。当然，依据本发明较佳实施例的SAW滤波器不限于DCS和GSM-1900滤波器。尤其是，衰减标准在相对于中心频率离通频带的高频或低频区域约2.5％的频率范围内的滤波器是有效的。
基底1、叉指电极21和31以及绝缘膜的材料以及包括谐振器的波长等其他数据不限于上述较佳实施例。可进行各种修改和变化，而不背离本发明的精神和范围。
如上所述，依据本发明的较佳实施例，并联支路谐振器的电极占空率大于串联支路谐振器的电极占空率。这防止了频率带宽在淀积绝缘膜时降级。因而，可淀积具有较大厚度的绝缘膜，该绝缘膜起到保护膜的作用，从而增强了可靠性。
还可通过在包含谐振器的整个压电基底上淀积厚度均匀的绝缘膜来实现所需的频率特性。因此，淀积一次绝缘膜就足够了，因而有助于工艺的简单化，减少生产成本，并提高产量。此外，用于频率调节的频率带宽的偏移量较小，从而在满足所需的滤波器特性的同时通过蚀刻实现了频率调节。
包括依据本发明较佳实施例的声表面波滤波器的通信设备很便宜，且具有所需的频率特性。尤其是，可把本发明适当地实施为用于通信设备(其中过窄或过宽的带宽都可能引起缺陷)的GSM-1900或DCS滤波器。
虽然以上描述了本发明的较佳实施例，但可以理解，变化和修改对本领域内的技术人员来所是明显的，而不背离本发明的精神和范围。

Claims (9)

1.一种声表面波滤波器，包括：
压电基底；以及
设置在所述压电基底上的多个单端对声表面波谐振器，所述多个单端对声表面波谐振器都包括设置在所述压电基底上的叉指电极以及淀积并附着在叉指电极上的绝缘膜；
其中多个单端对声表面波谐振器中的至少一个是串联支路谐振器，其余的单端对声表面波谐振器是并联支路谐振器，
串联支路谐振器与并联支路谐振器以阶梯状配置耦合，以及
在由以下公式(1)来定义单端对声表面波谐振器的电极占空率时，并联支路谐振器的电极占空率大于串联支路谐振器的电极占空率：
电极占空率＝2×W/λ                                ...(1)
这里λ代表单端对声表面波谐振器的波长，W代表叉指电极的线宽。
2.如权利要求1所述的声表面波滤波器，其特征在于压电基底为36°旋转的Y切割X传播的LiTaO3基底。
3.如权利要求1所述的声表面波滤波器，其特征在于每个声表面波谐振器中的电极厚度为串联支路谐振器与并联支路谐振器的平均波长的9.2％。
4.如权利要求1所述的声表面波滤波器，其特征在于还包括配置在叉指电极两端的反射器。
5.如权利要求1所述的声表面波滤波器，其特征在于绝缘膜为SiO2。
6.如权利要求1所述的声表面波滤波器，其特征在于声表面波谐振器为接收机射频滤波器。
7.如权利要求1所述的声表面波滤波器，其特征在于绝缘膜的厚度具有实现预定频率特性的尺寸。
8.如权利要求1所述的声表面波滤波器，其特征在于至少一个串联支路谐振器的电极占空率0.5或更小。
9.一种通信设备，其特征在于，包括至少一个声表面波滤波器，所述声表面波滤波器包括：
压电基底；以及
设置在所述压电基底上的多个单端对声表面波谐振器，所述多个单端对声表面波谐振器都包括设置在所述压电基底上的叉指电极以及淀积并附着在叉指电极上的绝缘膜；
其中多个单端对声表面波谐振器中的至少一个是串联支路谐振器，其余的单端对声表面波谐振器是并联支路谐振器，
串联支路谐振器与并联支路谐振器以阶梯状配置耦合，以及
在由以下公式(1)来定义单端对声表面波谐振器的电极占空率时，并联支路谐振器的电极占空率大于串联支路谐振器的电极占空率：
电极占空率＝2×W/λ                              ...(1)
这里λ代表单端对声表面波谐振器的波长，W代表叉指电极的线宽。
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