DE102016105515A1

DE102016105515A1 - Oberflächenschallwellenfilter

Info

Publication number: DE102016105515A1
Application number: DE102016105515.8A
Authority: DE
Inventors: Norihiko Nakahashi; Koji Miyamoto
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2015-03-26
Filing date: 2016-03-23
Publication date: 2016-09-29
Anticipated expiration: 2036-03-24
Also published as: US10122344B2; CN106026962A; CN106026962B; US20160285431A1; DE102016105515B4; JP2016184900A; JP6332101B2

Abstract

Ein Oberflächenschallwellenfilter vom Kettentyp gemäß einem Aspekt der Erfindung enthält ein piezoelektrisches LiTaO3-Substrat und Interdigitaltransducer-Elektroden, die auf dem piezoelektrischen LiTaO3-Substrat angeordnet sind. Das Oberflächenschallwellenfilter vom Kettentyp enthält Reihenresonatoren und Parallelresonatoren, die durch die Interdigitaltransducer-Elektroden gebildet werden, und arbeitet mit einer verlustbehafteten Welle, die sich auf dem piezoelektrischen LiTaO3-Substrat ausbreitet. Ein Bandbreitenverhältnis, das eine Bandbreite eines Durchlassbandes des Oberflächenschallwellenfilters vom Kettentyp anzeigt, ist 2,5 % oder größer, und eine Grenzfrequenz aufgrund einer Volumenwellenstrahlung eines Parallelresonators unter den Parallelresonatoren liegt in einem Frequenzbereich, der höher als das Durchlassband ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Oberflächenschallwellen(Surface Acoustic Wave, SAW)-Filter, die mit verlustbehafteten Wellen arbeiten.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Oberflächenschallwellen(SAW)-Filter werden in der Praxis als Bandpassfilter zur Verwendung in Hochfrequenz(HF)-Schaltkreisen von Kommunikationsgeräten und sonstigen Geräten verwendet. Für eine effiziente Nutzung von Frequenzressourcen für eine drahtlose Kommunikation werden verschiedene Frequenzbänder als Kommunikationsbänder für Mobiltelefone und andere Geräte zugewiesen. Dementsprechend werden SAW-Filter gemäß verschiedenen Frequenzspezifikationen konstruiert und entwickelt.
Die japanische ungeprüfte Patentanmeldungspublikation Nr. 2013-102418 offenbart ein SAW-Element, das auf ein Hochfrequenzband von 2 GHz oder höher anwendbar ist. Genauer gesagt, werden bevorzugte Bereiche für Parameter für Interdigitaltransducer(IDT)-Elektroden, die auf einem piezoelektrischen Substrat angeordnet sind, dergestalt eingestellt, dass die Filmdicke 7,5 % bis 8,0 % von λ beträgt (wobei λ einen IDT-Elektroden-Mittenabstand bezeichnet) und das Leitungsbelegungsverhältnis (das Wirkverhältnis) 0,55 bis 0,65 beträgt. Als das piezoelektrische Substrat wird ein 45°-bis-46°Y-X-Lithiumtantalat(LiTaO₃)-Einkristall verwendet. Dieses SAW-Element realisiert niedrige Verluste im Durchlassband durch Verwendung verlustbehafteter Wellen, selbst wenn das Frequenzband ein Hochfrequenzband von 2 GHz oder höher ist.
Zum Realisieren niedriger Verluste im Durchlassband werden die Filmdicke und das Leitungsbelegungsverhältnis, die Parameter für die IDT-Elektroden sind, für das SAW-Element, das in der japanischen ungeprüften Patentanmeldungspublikation Nr. 2013-102418 offenbart ist, so eingestellt, dass die Ausbreitungsverluste in einem Bereich von einer Resonanzfrequenz bis zu einer Antiresonanzfrequenz von Resonatoren des SAW-Elements abnehmen. Im Fall einer Schmalbandspezifikation, wie zum Beispiel in dem Fall, wo die Durchlassbandbreite ungefähr 2,3 % der Mittenfrequenz beträgt, werden niedrige Verluste im Durchlassband von SAW-Filtern realisiert, indem Ausbreitungsverluste in einem Bereich vom einem Resonanzpunkt zu einem Antiresonanzpunkt der Resonatoren verringert werden, wie in der japanischen ungeprüften Patentanmeldungspublikation Nr. 2013-102418.
Jedoch wird im Fall einer Breitbandspezifikation, wie zum Beispiel in dem Fall, wo die Durchlassbandbreite in dem Bandbreitenverhältnis (Durchlassbandbreite/Mittenfrequenz) 3 % oder größer ist, die Ausbreitungsleistung von SAW-Filtern über das gesamte Durchlassband nicht allein durch die Ausbreitungsverluste im Bereich vom Resonanzpunkt zum Antiresonanzpunkt der Resonatoren bestimmt. Das heißt, je breiter das Durchlassband wird, desto schwieriger wird das Realisieren niedriger Verluste in SAW-Filtern allein durch Verringerung der Ausbreitungsverluste im Bereich vom Resonanzpunkt zum Antiresonanzpunkt der Resonatoren.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung dient der Lösung der oben beschriebenen Probleme, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verlustarmes Oberflächenschallwellenfilter mit einem breiten Durchlassband bereitzustellen.
Zu diesem Zweck enthält ein Oberflächenschallwellenfilter gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein piezoelektrisches LiTaO₃-Substrat und Interdigitaltransducer-Elektroden, die auf dem piezoelektrischen LiTaO₃-Substrat angeordnet sind.
Das Oberflächenschallwellenfilter ist ein Oberflächenschallwellenfilter vom Kettentyp, das Reihenresonatoren und Parallelresonatoren enthält, die durch die Interdigitaltransducer-Elektroden gebildet werden, und arbeitet mit einer verlustbehafteten Welle, die sich auf dem piezoelektrischen LiTaO₃-Substrat ausbreitet. Ein Bandbreitenverhältnis, das eine Bandbreite eines Durchlassbandes des Oberflächenschallwellenfilters anzeigt, ist 2,5 % oder größer, und eine Grenzfrequenz, bei der eine Volumenwellenstrahlung von mindestens einem Parallelresonator, unter den Parallelresonatoren, zunimmt, liegt in einem Frequenzbereich, der höher als das Durchlassband ist. Es ist zulässig, dass alle Parallelresonatoren eine Frequenz f_BR in einem Frequenzbereich haben, der höher als das Durchlassband ist.
Mit dieser Konfiguration wird die Grenzfrequenz, bei der eine Volumenwellenstrahlung von Frequenzen, die höher als eine Antiresonanzfrequenz eines Parallelresonators sind, zunimmt, erfolgreich in einen Frequenzbereich verschoben, der höher als das Durchlassband des Oberflächenschallwellenfilters ist. Dementsprechend können Einfügeverluste auf einer Hochfrequenzseite im Durchlassband reduziert werden.
Das Bandbreitenverhältnis kann 3,0 % oder größer sein.
Mit dieser Konfiguration können Einfügeverluste auf einer Hochfrequenzseite im Durchlassband in einem Bereich des Wirkverhältnisses reduziert werden, bei der grundlegende Eigenschaften, wie zum Beispiel ein Resonanz-Q-Wert, ein Antiresonanz-Q-Wert und Temperatureigenschaften der Resonatoren des Oberflächenschallwellenfilters vom Kettentyp, zufriedenstellend sind.
Eine normalisierte Filmdicke, die ein Verhältnis einer Filmdicke der Interdigitaltransducer-Elektroden des Parallelresonators zu einem sich wiederholenden Mittenabstand von Elektrodenfingern der Interdigitaltransducer-Elektroden des Parallelresonators ist, kann mindestens 9,0 % und maximal 13,0 % betragen. Ein Wirkverhältnis, das ein Verhältnis der Elektrodenfingerbreite zu einer Summe der Elektrodenfingerbreite und der Breite eines Raumes zwischen Elektrodenfingern ist, kann mindestens 0,3 und maximal 0,8 betragen.
Die normalisierte Filmdicke und das Wirkverhältnis können in einem Bereich einer in 10 veranschaulichten Region A liegen.
Die Grenzfrequenz wird erfolgreich in einen Frequenzbereich verschoben, der höher als das Durchlassband des Oberflächenschallwellenfilters ist, indem die normalisierte Filmdicke und das Wirkverhältnis in diesen Einstellbereichen gewählt werden. Dementsprechend können Einfügeverluste auf einer Hochfrequenzseite im Durchlassband reduziert werden.
Außerdem enthält ein Oberflächenschallwellenfilter gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ein piezoelektrisches LiTaO₃-Substrat und Interdigitaltransducer-Elektroden, die auf dem piezoelektrischen LiTaO₃-Substrat angeordnet sind. Das Oberflächenschallwellenfilter ist ein Oberflächenschallwellenfilter vom Kettentyp, das Reihenresonatoren und Parallelresonatoren enthält, die durch die Interdigitaltransducer-Elektroden gebildet werden, und arbeitet mit einer verlustbehafteten Welle, die sich auf dem piezoelektrischen LiTaO₃-Substrat ausbreitet. Ein Bandbreitenverhältnis, das eine Bandbreite eines Durchlassbandes des Oberflächenschallwellenfilters anzeigt, ist 2,5 % oder größer, und ein Rücklaufverlust in einem Frequenzbereich, der höher als eine Grenzfrequenz ist, bei der eine Volumenwellenstrahlung eines Parallelresonators unter den Parallelresonatoren zunimmt, beträgt 1,0 dB oder weniger.
Mit dieser Konfiguration wird ein Rücklaufverlust in einem Frequenzbereich, der höher als die Grenzfrequenz ist, bei der eine Volumenwellenstrahlung zunimmt, in einem Frequenzbereich, der höher als eine Antiresonanzfrequenz eines Parallelresonators ist, erfolgreich ausreichend verkleinert. Dementsprechend können Einfügeverluste auf einer Hochfrequenzseite im Durchlassband reduziert werden, selbst wenn die Grenzfrequenz im Durchlassband liegt.
Das Bandbreitenverhältnis kann 4,0 % oder größer sein.
Eine normalisierte Filmdicke, die ein Verhältnis einer Filmdicke der Interdigitaltransducer-Elektroden des Parallelresonators zu einem sich wiederholenden Mittenabstand von Elektrodenfingern der Interdigitaltransducer-Elektroden des Parallelresonators ist, kann mindestens 10,3 % und maximal 13,0 % betragen. Ein Wirkverhältnis, das ein Verhältnis der Elektrodenfingerbreite zu einer Summe der Elektrodenfingerbreite und der Breite eines Raumes zwischen Elektrodenfingern ist, kann mindestens 0,3 und maximal 0,8 betragen.
Die normalisierte Filmdicke und das Wirkverhältnis können in einem Bereich einer in 10 veranschaulichten Region B liegen.
Der Rücklaufverlust in einem Frequenzbereich, der höher als die Grenzfrequenz ist, wird erfolgreich ausreichend verringert, indem die normalisierte Filmdicke und das Wirkverhältnis in diesen Einstellbereichen gewählt werden. Dementsprechend können Einfügeverluste auf einer Hochfrequenzseite im Durchlassband reduziert werden, selbst wenn die Grenzfrequenz im Durchlassband liegt.
Außerdem enthält ein Oberflächenschallwellenfilter gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ein piezoelektrisches LiTaO₃-Substrat und Interdigitaltransducer-Elektroden, die auf dem piezoelektrischen LiTaO₃-Substrat angeordnet sind. Das Oberflächenschallwellenfilter ist ein längsgekoppeltes Oberflächenschallwellenfilter vom Resonatortyp, das Resonatoren enthält, die durch die Interdigitaltransducer-Elektroden gebildet werden, und arbeitet mit einer verlustbehafteten Welle, die sich auf dem piezoelektrischen LiTaO₃-Substrat ausbreitet. Ein Bandbreitenverhältnis, das eine Bandbreite eines Durchlassbandes des Oberflächenschallwellenfilters anzeigt, ist 2,5 % oder größer, und eine Grenzfrequenz, bei der eine Volumenwellenstrahlung von mindestens einem Resonator unter den Resonatoren zunimmt, liegt in einem Frequenzbereich, der höher als das Durchlassband ist. Es ist zulässig, dass alle Parallelresonatoren eine Frequenz f_BR in einem Frequenzbereich haben, der höher als das Durchlassband ist.
Mit dieser Konfiguration wird die Grenzfrequenz aufgrund einer Volumenwellenstrahlung von Frequenzen, die höher als eine Antiresonanzfrequenz eines Resonators sind, erfolgreich in einen Frequenzbereich verschoben, der höher als das Durchlassband des längsgekoppelten Oberflächenschallwellenfilters vom Resonatortyp ist. Dementsprechend können Einfügeverluste auf einer Hochfrequenzseite im Durchlassband reduziert werden.
Außerdem enthält ein Oberflächenschallwellenfilter gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ein piezoelektrisches LiTaO₃-Substrat und Interdigitaltransducer-Elektroden, die auf dem piezoelektrischen LiTaO₃-Substrat angeordnet sind. Das Oberflächenschallwellenfilter ist ein längsgekoppeltes Oberflächenschallwellenfilter vom Resonatortyp, das Resonatoren enthält, die durch die Interdigitaltransducer-Elektroden gebildet werden, und arbeitet mit einer verlustbehafteten Welle, die sich auf dem piezoelektrischen LiTaO₃-Substrat ausbreitet. Ein Bandbreitenverhältnis, das eine Bandbreite eines Durchlassbandes des Oberflächenschallwellenfilters anzeigt, ist 2,5 % oder größer, und ein Rücklaufverlust in einem Frequenzbereich, der höher als eine Grenzfrequenz ist, bei der eine Volumenwellenstrahlung eines Resonators unter den Resonatoren zunimmt, beträgt 1,0 dB oder weniger.
Mit dieser Konfiguration wird der Rücklaufverlust in einem Frequenzbereich, der höher ist als die Grenzfrequenz aufgrund einer Volumenwellenstrahlung von Frequenzen, die höher als eine Antiresonanzfrequenz eines Resonators sind, in einem längsgekoppelten Oberflächenschallwellenfilter vom Resonatortyp erfolgreich ausreichend verringert. Dementsprechend können Einfügeverluste auf einer Hochfrequenzseite im Durchlassband reduziert werden.
Die Oberflächenschallwellenfilter gemäß den Aspekten der vorliegenden Erfindung realisieren erfolgreich niedrige Verluste im Durchlassband, selbst wenn das Durchlassband verbreitert wird.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, rein beispielhaften und nicht beschränkenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der die nachfolgend kurz genannten Figuren umfassenden Zeichnung.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist ein Schaubild, das eine Schaltkreisstruktur eines Oberflächenschallwellen (SAW)-Filters gemäß einer ersten Ausführungsform veranschaulicht.
2 ist eine Grundrissansicht und eine Querschnittsansicht, die schematisch einen Resonator des SAW-Filters gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulichen.
3 ist ein Kurvendiagramm, das Bandpasseigenschaften des SAW-Filters gemäß der ersten Ausführungsform und eines SAW-Filters gemäß einem ersten Vergleichsbeispiel veranschaulicht.
4A ist ein Kurvendiagramm, das Impedanz-Frequenz-Eigenschaften eines Parallelresonators gemäß der ersten Ausführungsform und eines Parallelresonators gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel veranschaulicht.
4B ist ein Kurvendiagramm, das Rücklaufverlust-Frequenz-Eigenschaften des Parallelresonators gemäß der ersten Ausführungsform und des Parallelresonators im ersten Vergleichsbeispiel veranschaulicht.
5 ist ein Kurvendiagramm, das Korrelationen zwischen einer normalisierten Filmdicke, einem Wirkverhältnis und einer Grenzfrequenz für eine Volumenwellenstrahlung veranschaulicht.
6 ist ein Schaubild, das eine Schaltkreisstruktur eines SAW-Filters gemäß einer zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
7 ist ein Kurvendiagramm, das Bandpasseigenschaften des SAW-Filters gemäß der zweiten Ausführungsform und eines SAW-Filters gemäß einem zweiten Vergleichsbeispiel veranschaulicht.
8A ist ein Kurvendiagramm, das Impedanz-Frequenz-Eigenschaften eines Parallelresonators gemäß der zweiten Ausführungsform und eines Parallelresonators gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel veranschaulicht.
8B ist ein Kurvendiagramm, das Rücklaufverlust-Frequenz-Eigenschaften des Parallelresonators gemäß der zweiten Ausführungsform und des Parallelresonators gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel veranschaulicht.
9 ist ein Kurvendiagramm, das Korrelationen zwischen einer normalisierten Filmdicke, einem Wirkverhältnis und einem Rücklaufverlust veranschaulicht.
10 ist ein Kurvendiagramm, das bevorzugte Bereiche für die normalisierte Filmdicke und das Wirkverhältnis für das SAW-Filter gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht.
11 ist eine schematische Grundrissansicht eines SAW-Filters gemäß einer dritten Ausführungsform, und
12 ist ein Kurvendiagramm, das Bandpasseigenschaften des SAW-Filters gemäß der dritten Ausführungsform und eines SAW-Filters gemäß einem dritten Vergleichsbeispiel veranschaulicht.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unten im Detail anhand veranschaulichender und erläuternder Ausführungsformen und entsprechender Zeichnungen beschrieben. Es ist zu beachten, dass die unten beschriebenen Ausführungsformen jeweils allgemeine oder konkrete Beispiele beschreiben. Numerische Werte, Formen, Materialien, Komponenten, Anordnungen und Verbindungen der in den Ausführungsformen unten beschriebenen Komponenten sind lediglich Beispiele und sollen die vorliegende Erfindung nicht einschränken. Wenn Komponenten, die in den Ausführungsformen unten erwähnt werden, nicht in den unabhängigen Ansprüchen erwähnt werden, so werden diese Komponenten als optionale Komponenten beschrieben. Außerdem geben Abmessungen der Komponenten oder Abmessungsverhältnisse der Komponenten in den Zeichnungen nicht exakt die tatsächlichen Abmessungen oder Abmessungsverhältnisse an.
1. Erste Ausführungsform
1-1. Basisstruktur des SAW-Filters
Es wird eine Basisstruktur eines SAW-Filters gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. In der ersten Ausführungsform wird ein Bandpass-SAW-Filter, das als ein Filter (Durchlassband: 2555–2655 MHz, Bandbreitenverhältnis: 3,84 %) für Band 41 des Time-Division Long Term Evolution(TD-LTE)-Standards verwendet wird, beispielhaft beschrieben. Es ist zu beachten, dass das „Bandbreitenverhältnis“ im vorliegenden Text als ein Wert (B_w/f₀) definiert wird, der durch Dividieren der Durchlassbandbreite B_w durch die Mittenfrequenz f₀ erhalten wird.
1 ist ein Schaubild, das eine Schaltkreisstruktur eines SAW-Filters 10 gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 1 veranschaulicht, enthält das SAW-Filter 10 Reihenresonatoren 101 bis 105, Parallelresonatoren 201 bis 204, Anpassungsinduktivitäten 301 und 302, einen Eingangsanschluss 701 und einen Ausgangsanschluss 702.
Die Reihenresonatoren 101 bis 105 sind zwischen dem Eingangsanschluss 701 und dem Ausgangsanschluss 702 miteinander in Reihe geschaltet. Die Parallelresonatoren 201 bis 204 sind zwischen einem Referenzanschluss (Erde) und einem entsprechenden Kontaktpunkt zwischen den Reihenresonatoren 101 bis 105 zwischen dem Eingangsanschluss 701 und dem Ausgangsanschluss 702 miteinander parallel geschaltet. Aufgrund der oben beschriebenen Verbindungen der Reihenresonatoren 101 bis 105 und der Parallelresonatoren 201 bis 204 ist das SAW-Filter 10 ein Bandpassfilter vom Kettentyp. Die Anpassungsinduktivität 301 ist zwischen dem Eingangsanschluss 701 und einem Referenzanschluss verbunden, und die Anpassungsinduktivität 302 ist zwischen dem Ausgangsanschluss 702 und einem Referenzanschluss verbunden.
2 ist eine Grundrissansicht und eine Querschnittsansicht, die schematisch einen Resonator des SAW-Filters 10 gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulichen. In 2 sind eine schematische Grundrissansicht und eine schematische Querschnittsansicht einer Struktur des Parallelresonators 201 unter den mehreren Resonatoren des SAW-Filters 10 veranschaulicht. Es ist zu beachten, dass der in 2 veranschaulichte Parallelresonator 201 lediglich zum Beschreiben einer typischen Struktur der mehreren Resonatoren ausgewählt wurde und dass die Anzahl der Elektrodenfinger einer Elektrode und die Länge der Elektrodenfinger nicht auf dieses Beispiel beschränkt sind.
Jeder der Resonatoren des SAW-Filters 10 enthält ein piezoelektrisches Substrat 11 und Interdigitaltransducer(IDT)-Elektroden 14a und 14b.
Das piezoelektrische Substrat 11 besteht aus einem piezoelektrischen Einkristall oder einem piezoelektrischen Keramikmaterial aus 44,5°Y-X-Lithiumtantalat (Li-TaO₃) (LiTaO₃-Einkristall oder -Keramik, der bzw. die in einer Ebene geschnitten ist, deren Normale einen Rotationswinkel von 44,5° mit der Y-Achse um die X-Achse vollführt und auf der sich eine Oberflächenschallwelle in der X-Achse-Richtung ausbreitet).
Wie in der Grundrissansicht in 2 veranschaulicht, sind ein Paar gegenüberliegender IDT-Elektroden 14a und 14b auf dem piezoelektrischen Substrat 11 angeordnet. Die IDT-Elektrode 14a enthält mehrere Elektrodenfinger 140a, die parallel zueinander verlaufen, und eine Sammelschienenelektrode 141a, die die mehreren Elektrodenfinger 140a miteinander verbindet. Die IDT-Elektrode 14b enthält mehrere Elektrodenfinger 140b, die parallel zueinander verlaufen, und eine Sammelschienenelektrode 141b, die die mehreren Elektrodenfinger 140b miteinander verbindet. Die mehreren Elektrodenfinger 140a und 140b sind in einer Richtung senkrecht zur X-Achsen-Richtung angeordnet.
Wie in der Querschnittsansicht in 2 veranschaulicht, haben die mehreren Elektrodenfinger 140a und 140b und die Sammelschienenelektroden 141a und 141b eine Schichtstruktur, die eine Adhäsionsverstärkungsschicht 12 und eine Hauptelektrodenschicht 13 enthält. Die Adhäsionsverstärkungsschicht 12 ist eine Schicht zum Verstärken der Adhäsion zwischen dem piezoelektrischen Substrat 11 und der Hauptelektrodenschicht 13. Zum Beispiel wird Titan (Ti) als ein Material für die Adhäsionsverstärkungsschicht 12 verwendet. Zum Beispiel wird Aluminium (Al) als ein Material für die Hauptelektrodenschicht 13 verwendet. Es ist zu beachten, dass die Materialien für die Hauptelektrodenschicht 13 und die Adhäsionsverstärkungsschicht 12 nicht auf die oben beschriebenen Metallmaterialien beschränkt sind. Des Weiteren brauchen die IDT-Elektroden 14a und 14b nicht unbedingt die Schichtstruktur aufzuweisen, die die Adhäsionsverstärkungsschicht 12 und die Hauptelektrodenschicht 13 enthält. Zum Beispiel können die IDT-Elektroden 14a und 14b aus einem Metall gebildet werden, wie zum Beispiel Ti, Al, Kupfer (Cu), Platin (Pt), Gold (Au), Silber (Ag) oder Palladium (Pd), oder einer Legierung aus mindestens einem der oben genannten Metalle, oder einem Mehrschichtkörper, der aus einem der oben genannten Metalle oder der Legierung besteht. Außerdem bedeckt ein dielektrischer Film die Adhäsionsverstärkungsschicht 12, um die Elektroden zu schützen oder die Eigenschaften zu verbessern, und die Hauptelektrode 13 kann auf dem piezoelektrischen Substrat 11 angeordnet sein.
In einem SAW-Filter gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung werden bevorzugte Bereiche, die niedrige Verluste selbst in einem breiteren Durchlassband sicherstellen, für Parameter für IDT-Elektroden eingestellt. Hier sind die Parameter für die IDT-Elektroden eine normalisierte Filmdicke und ein Wirkverhältnis. Die normalisierte Filmdicke wird durch h/λ definiert, wobei h eine Filmdicke der in 2 veranschaulichten IDT-Elektroden 14a und 14b bezeichnet und λ einen Mittenabstand der Elektrodenfinger der IDT-Elektrode 14a oder 14b bezeichnet. Außerdem ist das Wirkverhältnis ein Leitungsbelegungsverhältnis der mehreren Elektrodenfinger 140a und 140b, genauer gesagt, ein Verhältnis der Breite der Elektrodenfinger 140a und 140b zu einer Summe der Elektrodenfingerbreite und einer Breite eines Raumes zwischen Elektrodenfingern 140a und 140b. Genauer gesagt, wird das Wirkverhältnis durch W/(W + S) definiert, wobei W die Breite der Elektrodenfinger 140a und 140b der IDT-Elektroden 14a bzw. 14b bezeichnet und S die Breite des Raumes zwischen den benachbarten Elektrodenfingern 140a und 140b bezeichnet.
Das SAW-Filter 10 gemäß der ersten Ausführungsform hat zum Beispiel eine normalisierte Filmdicke (h/λ) von 10,3 % und ein Wirkverhältnis von 0,60.

Tabelle 1 zeigt Details von Bemessungsparametern (Kapazität und Wellenlänge) der Reihenresonatoren 101 bis 105, der Parallelresonatoren 201 bis 204 und der Anpassungsinduktivitäten 301 und 302 des SAW-Filters 10 gemäß der ersten Ausführungsform. [Tabelle 1]

	Reihenresonator 101	Reihenresonator 102	Reihenresonator 103	Reihenresonator 104	Reihenresonator 105
Kapazität (pF)	1,86	0,69	0,75	0,69	2,01
Wellenlänge (μm)	1,465	1,467	1,468	1.462	1.465
	Parallelresonator 201	Parallelresonator 202	Parallelresonator 203	Parallelresonator 204
Kapazität (pF)	1,63	1,18	0,75	1,38
Wellenlänge (μm)	1,547	1,528	1,524	1,545
	Anpassungsinduktivität 301	-		Anpassungsinduktivität 302
Induktivität (nH)	7,0	-		7,0

Die Wellenlänge eines jeden der in Tabelle 1 gezeigten Resonatoren wird durch den Mittenabstand λ der in 2 veranschaulichten IDT-Elektrode 14a oder 14b bestimmt. Außerdem wird die Kapazität eines jeden der in Tabelle 1 gezeigten Resonatoren durch Faktoren bestimmt wie zum Beispiel die Länge und die Breite W der Elektrodenfinger 140a und 140b, die Breite S des Raumes zwischen den Elektrodenfingern, und eine Dielektrizitätskonstante des piezoelektrischen Substrats 11. In der ersten Ausführungsform wird ein T-Profilfilter vom Kettentyp durch die neun Resonatoren gebildet; jedoch kann ein T-Profilfilter vom Kettentyp gebildet werden. Außerdem ist die Anzahl der Resonatoren nicht auf neun beschränkt.
1-2. Funktionsprinzip des SAW-Filters
Als Nächstes wird ein Funktionsprinzip des SAW-Filters vom Kettentyp 10 gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben.
Die Parallelresonatoren 201 bis 204 haben jeweils Resonanzeigenschaften mit einer Resonanzfrequenz frp und einer Antiresonanzfrequenz fap (> frp). Außerdem haben die Reihenresonatoren 101 bis 105 jeweils Resonanzeigenschaften mit einer Resonanzfrequenz frs und einer Antiresonanzfrequenz fas (> frs > frp). Es ist zu beachten, dass die Reihenresonatoren 101 bis 105 im Wesentlichen die gleiche Resonanzfrequenz frs haben; jedoch braucht die Resonanzfrequenz frs nicht unbedingt gleich zu sein, weil die Bemessungsparameter für die einzelnen Resonatoren andere sind als in Tabelle 1 gezeigt. Die gleiche gilt für die Antiresonanzfrequenz fas der Reihenresonatoren 101 bis 105 und die Resonanzfrequenz frp und die Antiresonanzfrequenz fap der Parallelresonatoren 201 bis 204. Das heißt, keine dieser Frequenzen muss für alle Resonatoren des betreffenden Typs unbedingt gleich sein.
Um ein Bandpassfilter mittels Resonatoren zu bilden, die in einer Kettenform angeordnet sind, werden die Antiresonanzfrequenz fap der Parallelresonatoren 201 bis 204 und die Resonanzfrequenz frs der Reihenresonatoren 101 bis 105 so eingestellt, dass sie nahe beieinander liegen. Mit dieser Konfiguration dient eine Region nahe der Resonanzfrequenz frp, bei der die Impedanz der Parallelresonatoren 201 bis 204 sich 0 nähert, als ein unteres Stoppband. Wenn die Frequenz höher wird als die Resonanzfrequenz frp, so erhöht sich die Impedanz der Parallelresonatoren 201 bis 204 bei ungefähr der Antiresonanzfrequenz fap, und die Impedanz der Reihenresonatoren 101 bis 105 nähert sich 0 bei ungefähr der Resonanzfrequenz frs. Folglich dient ein Bereich von der Antiresonanzfrequenz fap bis zur Resonanzfrequenz frs als ein Signaldurchlassband in einem Signalweg von dem Eingangsanschluss 701 zu dem Ausgangsanschluss 702. Wenn die Frequenz weiter zunimmt und sich der Antiresonanzfrequenz fas nähert, so nimmt die Impedanz der Reihenresonatoren 101 bis 105 zu, und eine Region nahe der Antiresonanzfrequenz fas dient als ein höheres Stoppband.
Wenn ein Hochfrequenzsignal über den Eingangsanschluss 701 in das SAW-Filter 10, das die in den 1 und 2 veranschaulichte Struktur und das oben beschriebene Funktionsprinzip hat, eingespeist wird, so bewirkt das Hochfrequenzsignal einen Potenzialunterschied zwischen dem Eingangsanschluss 701 und dem Referenzanschluss. Dieser Potenzialunterschied bewirkt ein Verziehen des piezoelektrischen Substrats 11, und folglich entsteht eine Oberflächenschallwelle, die sich in der X-Achsen-Richtung ausbreitet. Der Mittenabstand λ der IDT-Elektroden 14a und 14b wird so eingestellt, dass er im Wesentlichen gleich der Wellenlänge des Durchlassbandes ist. Diese Konfiguration erlaubt es, dass ein Hochfrequenzsignal mit einer gewünschten Frequenzkomponente allein das SAW-Filter 10 passiert.
1-3. Bandpasseigenschaften des SAW-Filters
3 ist ein Kurvendiagramm, das Bandpasseigenschaften des SAW-Filters gemäß der ersten Ausführungsform und eines SAW-Filters gemäß einem ersten Vergleichsbeispiel zum Vergleich veranschaulicht. Das Kurvendiagramm von 3 veranschaulicht Einfügeverlust-Frequenz-Eigenschaften des SAW-Filters 10 (mit einer normalisierten Filmdicke h/λ von 10,2 %) gemäß der ersten Ausführungsform und des SAW-Filters (mit einer normalisierten Filmdicke h/λ von 9,6 %) gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel. Es ist zu beachten, dass sich der Begriff „Einfügeverlust“, der in der ersten Ausführungsform verwendet wird, auf ein Verhältnis einer Ausgangsleistung am Ausgangsanschluss 702 zu einer Eingangsleistung am Eingangsanschluss 701, in Dezibel (dB) ausgedrückt, bezieht. Die in 3 veranschaulichten Bandpasseigenschaften zeigen an, dass das SAW-Filter 10 (mit einer normalisierten Filmdicke h/λ von 10,2 %) gemäß der ersten Ausführungsform erfolgreich einen Verlust stärker verringert als das SAW-Filter (mit einer normalisierten Filmdicke h/λ von 9,6 %) gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel auf einer Hochfrequenzseite im Durchlassband. Die Faktoren, die dieser Konsequenz zugrunde liegen, werden mit Bezug auf die 4A und 4B beschrieben.
4A ist ein Kurvendiagramm, das Impedanz-Frequenz-Eigenschaften des Parallelresonators 201 gemäß der ersten Ausführungsform und eines Parallelresonators gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel zum Vergleich veranschaulicht. 4B ist ein Kurvendiagramm, das Rücklaufverlust-Frequenz-Eigenschaften des Parallelresonators 201 gemäß der ersten Ausführungsform und des Parallelresonators gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel zum Vergleich veranschaulicht. (Die Eigenschaften des in den 4A und 4B gezeigten Parallelresonators 201 gelten nicht für die Parallelresonatoren 202–204 der ersten Ausführungsform). In den 4A und 4B werden die Impedanzen (= 20log|Z|) und Rücklaufverluste (dB) des Parallelresonators, der in dem SAW-Filter (mit einer normalisierten Filmdicke h/λ von 9,6 %) gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel enthalten ist, und dem Parallelresonator 201, der in dem SAW-Filter 10 (mit einer normalisierten Filmdicke h/λ von 10,2 %) gemäß der ersten Ausführungsform enthalten ist, jeweils miteinander verglichen. Der Begriff „Rücklaufverlust“, der in der ersten Ausführungsform verwendet wird, bezieht sich auf ein Verhältnis einer reflektierten Leistung von dem Parallelresonator 201 zu einer Eingangsleistung in den Parallelresonator 201, in Dezibel (dB) ausgedrückt.
Die 4A und 4B zeigen, dass, in einem Bereich von der Resonanzfrequenz frp (wo die Impedanz ein lokales Minimum einnimmt) bis zu der Antiresonanzfrequenz fap (wo die Impedanz ein lokales Maximum einnimmt), sowohl das erste Vergleichsbeispiel (die normalisierte Filmdicke h/λ von 9,6 %) als auch die erste Ausführungsform (die normalisierte Filmdicke h/λ von 10,2 %) Rücklaufverluste von ungefähr 0,6 dB oder weniger haben, das heißt, gute Reflexionseigenschaften besitzen.
Im Gegensatz dazu hat die erste Ausführungsform in einem Frequenzbereich höher als ungefähr 2,66 GHz, was nahe an dem höheren Frequenzende des Durchlassbandes liegt, einen besseren Rücklaufverlust als das erste Vergleichsbeispiel. Ein Unterschied beim Rücklaufverlust in dem Frequenzbereich, der höher als dieses höhere Frequenzende ist, hat großen Einfluss auf einen Unterschied beim Einfügeverlust auf einer Hochfrequenzseite im Durchlassband.
Der Rücklaufverlust verschlimmert sich in einem Frequenzbereich, der höher als die Antiresonanzfrequenz fap ist, weil eine Verlustkomponente (Volumenwellenstrahlung) von Oberflächenschallwellen ins Innere des piezoelektrischen Substrats 11 zunimmt. Die Erfinder haben festgestellt, dass in dem Maße, wie die normalisierte Filmdicke h/λ zunimmt, die Grenzfrequenz f_BR für eine Volumenwellenstrahlung größer wird und der Pegel der Volumenwellenstrahlung abnimmt. Die Grenzfrequenz f_BR für eine Volumenwellenstrahlung ist als eine Frequenz definiert, bei der die Schallgeschwindigkeit der Oberflächenschallwelle die Schallgeschwindigkeit der Volumenwelle überschreitet und ein Verluste aufgrund der Volumenwelle beginnt größer zu werden.
Die Grenzfrequenz f_BR ist in der ersten Ausführungsform im Wesentlichen gleich 2,73 GHz, während die Grenzfrequenz f_BR im ersten Vergleichsbeispiel im Wesentlichen gleich 2,72 GHz ist.
1-4. Optimierung von IDT-Elektroden-Parametern
Ein typisches existierendes Schmalband-SAW-Filter (eines Bandbreitenverhältnisses von 2,3 % oder weniger) hat eine Grenzfrequenz f_BR für eine Volumenwellenstrahlung, die in einem Dämpfungsband ausreichend höher als das Durchlassband des SAW-Filters ist. Dementsprechend wird der Einfügeverlust des SAW-Filters im Wesentlichen durch Verluste in einem Bereich von der Resonanzfrequenz bis zu der Antiresonanzfrequenz von in diesem SAW-Filter enthaltenen Resonatoren bestimmt, und der bevorzugte Bereich für die normalisierte Filmdicke h/λ und der bevorzugte Bereich für das Wirkverhältnis sind 7,5 % bis 8,0 % bzw. 0,55 bis 0,65 (zum Beispiel in der japanischen ungeprüften Patentanmeldungspublikation Nr. 2013-102418 ).
In dem Maße jedoch, wie das Durchlassband des SAW-Filters breiter wird, wandert die Grenzfrequenz f_BR für die Volumenwellenstrahlung immer weiter in das Durchlassband. Infolge dessen verschlimmert sich der Einfügeverlust im Durchlassband.
Um die Einfügeverluste im Durchlassband des SAW-Filters von diesem Standpunkt aus zu verringern, ist es notwendig, die normalisierte Filmdicke und das Wirkverhältnis einzustellen, indem man insbesondere den Einfluss der Volumenwellenstrahlung an den Parallelresonatoren berücksichtigt, wie auch die Reduzierung der Ausbreitungsverluste im Bereich von der Resonanzfrequenz bis zu der Antiresonanzfrequenz der Resonatoren.
5 ist ein Kurvendiagramm, das Korrelationen zwischen der normalisierten Filmdicke, des Wirkverhältnisses und der Grenzfrequenz f_BR für eine Volumenwellenstrahlung veranschaulicht. Genauer gesagt, veranschaulicht 5 ein Resultat einer Finite-Element-Verfahrens-basierten Simulation zum Analysieren, wie sich das Frequenzintervall (f_BR – fap) zwischen der Grenzfrequenz f_BR für eine Volumenwellenstrahlung und der Antiresonanzfrequenz fap des Parallelresonators 201 ändert, wenn die normalisierte Filmdicke und das Wirkverhältnis geändert werden.
Wie in 5 veranschaulicht, nimmt das Frequenzintervall (f_BR – fap) in dem Maße zu, wie die normalisierte Filmdicke h/λ zunimmt, wenn das Kurvendiagramm unter der Annahme betrachtet wird, dass das Wirkverhältnis (0,30 bis 0,80) konstant ist. Außerdem nimmt das Frequenzintervall (f_BR – fap) in dem Maße zu, wie das Wirkverhältnis zunimmt, wenn das Kurvendiagramm unter der Annahme betrachtet wird, dass die normalisierte Filmdicke h/λ (8,0 bis 14,2) konstant ist. Das deutet darauf hin, dass die Grenzfrequenz f_BR für eine Volumenwellenstrahlung in dem Maße höher wird, wie das Wirkverhältnis und die normalisierte Filmdicke h/λ zunehmen.
Im Fall des SAW-Filters 10 (mit einem Bandbreitenverhältnis von 3,84 %) gemäß der ersten Ausführungsform ist das Frequenzintervall (f_BR – fap), mit dem die Grenzfrequenz f_BR für eine Volumenwellenstrahlung in das Dämpfungsband verschoben wird, das höher als das Durchlassband ist, ungefähr 130 MHz oder größer. Dieses Frequenzintervall (f_BR – fap) ändert sich in Abhängigkeit von dem Bandbreitenverhältnis des SAW-Filters 10. Zum Beispiel in dem Fall, wo das Bandbreitenverhältnis des SAW-Filters 4 % beträgt, beträgt das benötigte Frequenzintervall (f_BR – fap) ungefähr 155 MHz; in dem Fall, wo das Bandbreitenverhältnis 5 % beträgt, beträgt das benötigte Frequenzintervall (f_BR – fap) ungefähr 195 MHz; und in dem Fall, wo das Bandbreitenverhältnis 6 % beträgt, beträgt das benötigte Frequenzintervall (f_BR – fap) ungefähr 235 MHz. Das heißt, es ist notwendig, das Frequenzintervall (f_BR – fap) in dem Maße größer einzustellen, wie die Durchlassbandbreite B_w des SAW-Filters zunimmt.
Das Kurvendiagramm von 5 enthält einen doppelten Kreis, der das SAW-Filter 10 (mit einer normalisierten Filmdicke h/λ von 10,2 %) gemäß der ersten Ausführungsform anzeigt, und ein doppeltes Dreieck, das das SAW-Filter (mit einer normalisierten Filmdicke h/λ von 9,6 %) gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel anzeigt.
Wie oben beschrieben, wird der Einfluss der Verluste, die durch die Volumenwellenstrahlung hervorgerufen werden, erfolgreich im Durchlassband reduziert, indem die normalisierte Filmdicke und das Wirkverhältnis erhöht werden; jedoch verschlimmern sich ein Resonanzqualitäts(Q)-Wert, ein Antiresonanz-Q-Wert und die Temperatureigenschaften eines jeden der Resonatoren tendenziell in dem Maße, wie die normalisierte Filmdicke und das Wirkverhältnis größer werden. Des Weiteren werden, um die Genauigkeit der Bearbeitung der IDT-Elektroden im Fertigungsprozess sicherzustellen, ein Obergrenzenwert und ein Untergrenzenwert für die normalisierte Filmdicke und das Wirkverhältnis eingestellt. Von diesen Standpunkten aus betrachtet, ist es bevorzugt, dass die normalisierte Filmdicke h/λ des SAW-Filters 10 gemäß der ersten Ausführungsform so eingestellt wird, dass sie mindestens 8 % und maximal 14 % beträgt, und dass das Wirkverhältnis so eingestellt wird, dass sie mindestens 0,30 und maximal 0,80 beträgt.
Wie oben beschrieben, werden, wenn das Bandbreitenverhältnis des SAW-Filters größer als ungefähr 2,3 % wird, die Einfügeverluste im Durchlassband nicht allein durch die Ausbreitungsverluste in einem Bereich von der Resonanzfrequenz bis zu der Antiresonanzfrequenz von Resonatoren bestimmt, sondern wird in hohem Maße durch Verluste beeinflusst, die durch eine Volumenwellenstrahlung bei Frequenzen hervorgerufen werden, die höher als die Antiresonanzfrequenz sind.
Das SAW-Filter vom Kettentyp 10 gemäß der ersten Ausführungsform arbeitet mit einer verlustbehafteten Welle, die sich auf dem piezoelektrischen Substrat 11 ausbreitet, das aus einem 44,5°Y-X-LiTaO₃-Einkristall besteht und die Reihenresonatoren 101 bis 105 und die Parallelresonatoren 201 bis 204 enthält, die jeweils durch zwei gegenüberliegende IDT-Elektroden 14a und 14B gebildet werden, die auf dem piezoelektrischen Substrat 11 angeordnet sind. Das SAW-Filter vom Kettentyp hat ein Bandbreitenverhältnis von 2,5 % oder größer, und die Grenzfrequenz f_BR für eine Volumenwellenstrahlung des Parallelresonators 201 liegt in einem Frequenzbereich, der höher als das Durchlassband des SAW-Filters vom Kettentyp ist.
Mit einer solchen Konfiguration wird die Grenzfrequenz f_BR für eine Volumenwellenstrahlung von Frequenzen, die höher als die Antiresonanzfrequenz fap des Parallelresonators 201 sind, erfolgreich in einen Frequenzbereich verschoben, der höher als das Durchlassband des SAW-Filters ist. Dementsprechend können die Einfügeverluste auf einer Hochfrequenzseite im Durchlassband reduziert werden.
Es ist zu beachten, dass ein 44,5°Y-X-LiTaO₃-Einkristall als das piezoelektrische Substrat 11 gemäß der ersten Ausführungsform verwendet wird; jedoch ist der Schnittwinkel des Einkristallmaterials nicht auf diesen bestimmten Winkel beschränkt. Das heißt, der Schnittwinkel eines piezoelektrischen Substrats des SAW-Filters, das ein LiTaO₃-Substrat als das piezoelektrische Substrat verwendet, arbeitet mit verlustbehafteten Oberflächenschallwellen und hat die Grenzfrequenz f_BR für eine Volumenwellenstrahlung eines Parallelresonators, die in einem Frequenzbereich liegt, der im Fall eines Bandbreitenverhältnisses von 2,5 % oder größer höher als das Durchlassband ist, und ist nicht auf 44,5°Y beschränkt. Auch ein SAW-Filter, das ein piezoelektrisches LiTaO₃-Substrat verwendet, das in einem anderen Schnittwinkel als dem oben genannten geschnitten ist, kann ähnliche vorteilhafte Effekte hervorbringen.
2. Zweite Ausführungsform
In einer zweiten Ausführungsform werden bevorzugte Bedingungen für die normalisierte Filmdicke und das Wirkverhältnis eines SAW-Filters mit einem Bandbreitenverhältnis größer als dem der ersten Ausführungsform beschrieben.
2-1. Basisstruktur des SAW-Filters
Es wird eine Basisstruktur eines SAW-Filters gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. In der zweiten Ausführungsform wird zum Beispiel ein Bandpass-SAW-Filter beschrieben, das als ein Vollbandfilter (Durchlassband: 2496–2690 MHz, Bandbreitenverhältnis: 7,46 %) für Band 41 des TD-LTE-Standards verwendet wird.
6 ist ein Schaubild, das eine Schaltkreisstruktur eines SAW-Filters 20 gemäß der zweiten Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 6 veranschaulicht, enthält das SAW-Filter 20 Schaltkreise vom Kettentyp 10A und 10B, Anpassungsinduktivitäten 303, 304 und 305, einen Eingangsanschluss 801, einen Zwischenanschluss 802 und einen Ausgangsanschluss 803. Der Schaltkreis vom Kettentyp 10A enthält Reihenresonatoren 111 und 112 und Parallelresonatoren 211 bis 213. Der Schaltkreis vom Kettentyp 10B enthält Reihenresonatoren 121 und 122 und Parallelresonatoren 221 bis 223.
Die Schaltkreise vom Kettentyp 10A und 10B sind miteinander in Reihe geschaltet, während sich der Zwischenanschluss 802 dazwischen befindet. Die Reihenresonatoren 111, 112, 121 und 122 sind zwischen dem Eingangsanschluss 801 und dem Ausgangsanschluss 803 miteinander in Reihe geschaltet. Außerdem sind die Parallelresonatoren 211, 212, 213, 221, 222 und 223 zwischen einem Referenzanschluss (Erde) und jeweiligen Kontaktpunkten zwischen dem Eingangsanschluss 801, den Reihenresonatoren 111 und 112, dem Zwischenanschluss 802, den Reihenresonatoren 121 und 122 und dem Ausgangsanschluss 803 miteinander parallel geschaltet. Aufgrund solcher Verbindungen ist das SAW-Filter 20 ein Bandpassfilter vom Kettentyp. Die Anpassungsinduktivitäten 303 bis 305 sind jeweils zwischen dem Referenzanschluss und einem entsprechenden des Eingangsanschlusses 801, des Zwischenanschlusses 802 und des Ausgangsanschlusses 803 verbunden. Die Basisstruktur aus IDT-Elektroden und dem piezoelektrischen Substrat, die die Resonatoren bilden, sind im Wesentlichen die gleichen wie die in 2 veranschaulichten. Genauer gesagt, ist das Paar gegenüberliegender IDT-Elektroden 14a und 14b auf dem piezoelektrischen Substrat 11 angeordnet. Das piezoelektrische Substrat 11 besteht aus piezoelektrischem Einkristall oder piezoelektrischer Keramik aus 44,5°Y-X-LiTaO₃. Außerdem ist die Schichtstruktur der IDT-Elektroden 14a und 14b im Wesentlichen die gleiche wie die der ersten Ausführungsform.
Das SAW-Filter 20 gemäß der zweiten Ausführungsform hat eine normalisierte Filmdicke h/λ von 10,5 % (in einer zweiten Ausführungsform A) und von 11,5 % (in einer zweiten Ausführungsform B), und hat ein Wirkverhältnis von 0,60.

Tabelle 2 zeigt Details von Bemessungsparametern (Kapazität und Wellenlänge) der Reihenresonatoren 111, 112, 121 und 122, der Parallelresonatoren 211, 212, 213, 221, 222 und 223 und der Anpassungsinduktivitäten 303, 304 und 305 des SAW-Filters 20 gemäß der zweiten Ausführungsform. [Tabelle 2]

	Reihenresonator 111	Reihenresonator 112	Reihenresonator 121		Reihenresonator 122
Kapazität (pF)	1,6	2,5	2,5		1,6
Wellenlänge (μm)	1,400	1,413	1,406		1,405
	Parallelresonator 211	Parallelresontor 212	Parallelresonator 213	Parallelresonator 221	Parallelresonator 222	Parallelresonator 223
Kapazität (pF)	2,3	1,2	1,6	1,6	1,2	2,3
Wellenlänge (μm)	1,551	1,542	1,562	1,556	1,538	1,584
	Anpassungsinduktivität 303		Anpassungsinduktivität 304		Anpassungsinduktivität 305
Induktivität (nH)	1,9		1,5		1,9

Die Wellenlänge eines jeden der in Tabelle 2 gezeigten Resonatoren wird durch den Mittenabstand λ der in 2 veranschaulichten IDT-Elektrode 14a oder 14b bestimmt. Außerdem wird die Kapazität eines jeden der in Tabelle 2 gezeigten Resonatoren durch Faktoren bestimmt wie zum Beispiel die Länge und die Breite W der Elektrodenfinger 140a und 140b, die Breite S des Raumes zwischen den Elektrodenfingern und eine Dielektrizitätskonstante des piezoelektrischen Substrats 11.
In der zweiten Ausführungsform bilden die Schaltkreise vom Kettentyp 10A und 10B einen T-Profil-Schaltkreis vom Kettentyp; jedoch können die Schaltkreise vom Kettentyp 10A und 10B einen T-Profil-Schaltkreis vom Kettentyp bilden. Außerdem können drei oder mehr Schaltkreise vom Kettentyp miteinander verbunden sein.
2-2. Funktionsprinzip des SAW-Filters
Da das Funktionsprinzip des SAW-Filters vom Kettentyp 20 gemäß der zweiten Ausführungsform im Wesentlichen das gleiche ist wie das des SAW-Filters vom Kettentyp 10 gemäß der ersten Ausführungsform, wird auf seine Beschreibung verzichtet.
Wenn ein Hochfrequenzsignal in das SAW-Filter 20, das die in 6 veranschaulichte Struktur aufweist, über den Eingangsanschluss 801 eingespeist wird, so bewirkt das Hochfrequenzsignal einen Potenzialunterschied zwischen dem Eingangsanschluss 801 und dem Referenzanschluss. Dieser Potenzialunterschied bewirkt ein Verziehen des piezoelektrischen Substrats 11, und folglich entsteht eine Oberflächenschallwelle, die sich in der X-Achsen-Richtung ausbreitet. Der Mittenabstand λ der IDT-Elektroden 14a und 14b wird so eingestellt, dass er im Wesentlichen gleich der Wellenlänge des Durchlassbandes ist. Diese Konfiguration erlaubt es, dass ein Hochfrequenzsignal mit einer gewünschten Frequenzkomponente allein das SAW-Filter 20 passiert.
2-3. Bandpasseigenschaften des SAW-Filters
7 ist ein Kurvendiagramm, das Bandpasseigenschaften des SAW-Filters 20 gemäß der zweiten Ausführungsform und eines SAW-Filters gemäß einem zweiten Vergleichsbeispiel zum Vergleich veranschaulicht. Das Kurvendiagramm von 7 veranschaulicht Einfügeverlust-Frequenz-Eigenschaften des SAW-Filters 20 (mit einer normalisierten Filmdicke h/λ von 10,5 %) gemäß der zweiten Ausführungsform A, des SAW-Filters 20 (mit einer normalisierten Filmdicke h/λ von 11,5 %) gemäß der zweiten Ausführungsform B, und des SAW-Filters (mit einer normalisierten Filmdicke h/λ von 9,5 %) gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel. Es ist zu beachten, dass sich der Begriff „Einfügeverlust“, der in der zweiten Ausführungsform verwendet wird, auf ein Verhältnis einer Ausgangsleistung am Ausgangsanschluss 803 zu einer Eingangsleistung am Eingangsanschluss 801, in Dezibel (dB) ausgedrückt, bezieht. Die in 7 veranschaulichten Bandpasseigenschaften zeigen an, dass das SAW-Filter 20 (mit einer normalisierten Filmdicke h/λ von 10,2 %) gemäß der zweiten Ausführungsform B erfolgreich einen Verlust stärker verringert als das SAW-Filter (mit einer normalisierten Filmdicke h/λ von 9,5 %) gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel auf einer Hochfrequenzseite im Durchlassband. Die Faktoren, die dieser Konsequenz zugrunde liegen, werden mit Bezug auf die 8A und 8B beschrieben.
8A ist ein Kurvendiagramm, das Impedanz-Frequenz-Eigenschaften des Parallelresonators 211 gemäß der zweiten Ausführungsform und eines Parallelresonators gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel zum Vergleich veranschaulicht. 8B ist ein Kurvendiagramm, das Rücklaufverlust-Frequenz-Eigenschaften des Parallelresonators 211 gemäß der zweiten Ausführungsform und des Parallelresonators gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel veranschaulicht. In den 8A und 8B werden Impedanzen (= 20log|Z|) und Rücklaufverluste (dB) für den Parallelresonator des SAW-Filters (mit einer normalisierten Filmdicke h/λ von 9,5 %) gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel, den Parallelresonator 211 des SAW-Filters 20 (mit einer normalisierten Filmdicke h/λ von 10,5 %) gemäß der zweiten Ausführungsform A, und den Parallelresonator 211 des SAW-Filters 20 (mit einer normalisierten Filmdicke h/λ von 11,5 %) gemäß der zweiten Ausführungsform B verglichen. Der Begriff „Rücklaufverlust“, der in der zweiten Ausführungsform verwendet wird, bezieht sich auf ein Verhältnis einer reflektierten Leistung von dem Parallelresonator 211 zu einer Eingangsleistung in den Parallelresonator 211, in Dezibel (dB) ausgedrückt.
8B besagt, dass mit zunehmender normalisierter Filmdicke h/λ nicht nur die Grenzfrequenz f_BR für eine Volumenwellenstrahlung größer wird, sondern auch der Rücklaufverlust bei Frequenzen verbessert wird, die höher als die Grenzfrequenz ist f_BR sind.
Das SAW-Filter 20 gemäß der zweiten Ausführungsform hat ein Bandbreitenverhältnis von 7,46 %, was besagt, dass das Durchlassband breiter ausgelegt wird als das des SAW-Filters 10 (mit einem Bandbreitenverhältnis von 3,84 %) gemäß der ersten Ausführungsform. Um also die Grenzfrequenz f_BR für eine Volumenwellenstrahlung des Parallelresonators 211 in einen Frequenzbereich zu verschieben, der höher als das Durchlassband ist, muss das Frequenzintervall (f_BR – fap) zwischen der Grenzfrequenz f_BR und der Antiresonanzfrequenz fap des Parallelresonators 211 ungefähr 310 MHz betragen. Es ist schwierig, bevorzugte Bedingungen der normalisierten Filmdicke und des Wirkverhältnisses zum Erreichen dieses Frequenzintervalls zu erhalten.
Jedoch reduziert das SAW-Filter 20 gemäß der zweiten Ausführungsform erfolgreich Einfügeverluste im Durchlassband durch Reduzieren von Rücklaufverlusten bei Frequenzen, die höher als die Grenzfrequenz f_BR für eine Volumenwellenstrahlung sind, selbst wenn die Grenzfrequenz f_BR im Durchlassband liegt.
Es ist zu beachten, dass die Grenzfrequenz f_BR in der zweiten Ausführungsform A, der zweiten Ausführungsform B bzw. dem zweiten Vergleichsbeispiel 2,62 GHz, 2,64 GHz und 2,6 GHz beträgt.
2-4. Optimierung von IDT-Elektroden-Parametern
Die Grenzfrequenz f_BR für eine Volumenwellenstrahlung eines typischen existierenden Schmalband-SAW-Filters (mit einem Bandbreitenverhältnis von 2,3 % oder weniger) liegt in einem Dämpfungsband, das ausreichend höher als das Durchlassband des SAW-Filters ist. Dementsprechend werden die Einfügeverluste des SAW-Filters im Wesentlichen allein durch Verluste in einem Bereich von der Resonanzfrequenz bis zu der Antiresonanzfrequenz von Resonatoren des SAW-Filters bestimmt, und die bevorzugten Bereiche für die normalisierte Filmdicke h/λ und das Wirkverhältnis sind 7,5 % bis 8,0 % bzw. 0,55 bis 0,65 (zum Beispiel in der japanischen ungeprüften Patentanmeldungspublikation Nr. 2013-102418 ).
In dem Maße jedoch, wie das Durchlassband des SAW-Filters breiter wird, wandert die Grenzfrequenz f_BR für die Volumenwellenstrahlung immer weiter in das Durchlassband. Infolge dessen verschlimmert sich der Einfügeverlust im Durchlassband.
Um die Einfügeverluste im Durchlassband des SAW-Filters von diesem Standpunkt aus zu verringern, ist es notwendig, die bevorzugte normalisierte Filmdicke und das bevorzugte Wirkverhältnis einzustellen, indem man insbesondere den Einfluss von Verlusten, die durch eine Volumenwellenstrahlung hervorgerufen werden, berücksichtigt, wie auch die Reduzierung von Ausbreitungsverlusten im Bereich von der Resonanzfrequenz bis zu der Antiresonanzfrequenz der Resonatoren.
9 ist ein Kurvendiagramm, das Korrelationen zwischen der normalisierten Filmdicke, des Wirkverhältnisses und dem Rücklaufverlust veranschaulicht. Genauer gesagt, veranschaulicht das Kurvendiagramm von 9 ein Resultat einer Finite-Element-Verfahrens-basierten Simulation zum Analysieren, wie sich der Rücklaufverlust bei Frequenzen, die höher als die Grenzfrequenz f_BR für eine Volumenwellenstrahlung des Parallelresonators 211 sind, ändert, wenn die normalisierte Filmdicke und das Wirkverhältnis geändert werden.
Wie in 9 veranschaulicht, nimmt der Rücklaufverlust bei Frequenzen, die höher als die Grenzfrequenz f_BR sind, in dem Maße ab, wie die normalisierte Filmdicke h/λ zunimmt, wenn das Kurvendiagramm unter der Annahme betrachtet wird, dass das Wirkverhältnis (0,30 bis 0,80) konstant ist. Außerdem nimmt der Rücklaufverlust bei Frequenzen, die höher als die Grenzfrequenz f_BR sind, in dem Maße ab, wie das Wirkverhältnis zunimmt, wenn das Kurvendiagramm unter der Annahme betrachtet wird, dass die normalisierte Filmdicke h/λ (8,0 bis 14,2) konstant ist. Das deutet darauf hin, dass der Rücklaufverlust bei Frequenzen reduziert werden kann, die höher als die Grenzfrequenz f_BR sind, indem das Wirkverhältnis und die normalisierte Filmdicke h/λ vergrößert werden.
Das Kurvendiagramm von 9 enthält doppelte Kreise, die die SAW-Filter 20 (mit der normalisierten Filmdicken h/λ von 10,5 % und 11,5 %) gemäß der zweiten Ausführungsformen A bzw. B anzeigen, und ein doppeltes Dreieck, das das SAW-Filter (mit einer normalisierten Filmdicke h/λ von 9,5 %) gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel anzeigt.
Wie oben beschrieben, wird der Einfluss von Verlusten, die durch eine Volumenwellenstrahlung hervorgerufen werden, im Durchlassband reduziert, indem die normalisierte Filmdicke und das Wirkverhältnis erhöht werden; jedoch werden ein Obergrenzenwert und ein Untergrenzenwert für die normalisierte Filmdicke und das Wirkverhältnis in der zweiten Ausführungsform vom gleichen Standpunkt wie bei der ersten Ausführungsform aus eingestellt. Das heißt, es ist bevorzugt, dass die normalisierte Filmdicke h/λ des SAW-Filters 20 gemäß der zweiten Ausführungsform so eingestellt wird, dass sie mindestens 8 % und maximal 14 % beträgt, und dass das Wirkverhältnis so eingestellt wird, dass sie mindestens 0,30 und maximal 0,80 beträgt.
Wie oben beschrieben, werden, wenn das Bandbreitenverhältnis des SAW-Filters größer als ungefähr 2,3 % wird, die Einfügeverluste im Durchlassband nicht allein durch die Ausbreitungsverluste in einem Bereich von der Resonanzfrequenz bis zu der Antiresonanzfrequenz von Resonatoren bestimmt, sondern wird in hohem Maße durch Verluste beeinflusst, die durch eine Volumenwellenstrahlung bei Frequenzen hervorgerufen werden, die höher als die Antiresonanzfrequenz sind.
Das SAW-Filter vom Kettentyp 20 gemäß der zweiten Ausführungsform arbeitet mit einer verlustbehafteten Welle, die sich auf dem piezoelektrischen Substrat 11 ausbreitet, das aus einem 44,5°Y-X-LiTaO₃-Einkristall besteht und die Reihenresonatoren 111, 112, 121 und 122 und die Parallelresonatoren 211 bis 213 und 221 bis 223 enthält, die jeweils durch zwei gegenüberliegende IDT-Elektroden 14a und 14B gebildet werden, die auf dem piezoelektrischen Substrat 11 angeordnet sind. Das SAW-Filter vom Kettentyp 20 hat ein Bandbreitenverhältnis von 2,5 % oder größer und hat einen Rücklaufverlust von 1 dB oder weniger bei Frequenzen, die höher als die Grenzfrequenz f_BR für eine Volumenwellenstrahlung des Parallelresonators 211 sind.
Da eine solche Konfiguration erfolgreich Verluste reduziert, die durch eine Volumenwellenstrahlung bei Frequenzen hervorgerufen werden, die höher als die Grenzfrequenz f_BR sind, können die Einfügeverluste auf einer Hochfrequenzseite im Durchlassband reduziert werden.
Es ist zu beachten, dass ein 44,5°Y-X-LiTaO₃-Einkristall als das piezoelektrische Substrat 11 gemäß der zweiten Ausführungsform verwendet wird; jedoch ist der Schnittwinkel des Einkristallmaterials nicht auf diesen bestimmten Winkel beschränkt. Das heißt, der Schnittwinkel eines piezoelektrischen Substrats des SAW-Filters, das ein LiTaO₃-Substrat als das piezoelektrische Substrat verwendet, arbeitet mit verlustbehafteten Oberflächenschallwellen und hat einen Rücklaufverlust von 1 dB oder weniger bei Frequenzen, die höher als die Grenzfrequenz f_BR für eine Volumenwellenstrahlung eines Parallelresonators im Fall eines Bandbreitenverhältnisses von 2,5 % oder größer sind, und ist nicht auf 44,5°Y beschränkt. Auch ein SAW-Filter, das ein piezoelektrisches LiTaO₃-Substrat verwendet, das in einem anderen Schnittwinkel als dem oben genannten geschnitten ist, kann ähnliche vorteilhafte Effekte hervorbringen.
3. Optimierung von IDT-Elektroden-Parametern auf der Basis der ersten und zweiten Ausführungsformen
Es werden nun Optimierungsbedingungen auf der Basis der bevorzugten Bereiche für die normalisierte Filmdicke und des Wirkverhältnisses des SAW-Filters 10 gemäß der ersten Ausführungsform sowie der bevorzugten Bereiche für die normalisierte Filmdicke und das Wirkverhältnis des SAW-Filters 20 gemäß der zweiten Ausführungsform beschrieben.
10 ist ein Kurvendiagramm, das bevorzugte Bereiche für die normalisierte Filmdicke und das Wirkverhältnis des SAW-Filters gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht. 10 veranschaulicht bevorzugte Bereiche für die normalisierte Filmdicke und das Wirkverhältnis der IDT-Elektroden des SAW-Filters, das den Einfluss von Volumenwellenstrahlung reduziert, um ein breiteres Durchlassband zu erreichen. Die horizontale Achse von 10 bezeichnet das Bandbreitenverhältnis des SAW-Filters, und die vertikale Achse von 10 bezeichnet die normalisierte Filmdicke für verschiedene Wirkverhältnisse.
Wie in 10 veranschaulicht, ändert sich der bevorzugte Wert für die normalisierte Filmdicke in Abhängigkeit von dem Bandbreitenverhältnis des SAW-Filters. Die bevorzugten Bereiche für die normalisierte Filmdicke und das Wirkverhältnis werden ungefähr für jeden von drei Bandbreitenverhältnisbereichen (Bereiche 1 bis 3) bestimmt.
Der Bereich 1 entspricht dem Fall, wo das Bandbreitenverhältnis des SAW-Filters klein ist (geringer als 2,5 %). In diesem Fall ist das Frequenzintervall (f_BR – fap) relativ zur Durchlassbandesbreite B_w ausreichend groß, und der Einfluss von Ausbreitungsverlusten im Bereich von der Resonanzfrequenz bis zu der Antiresonanzfrequenz der Resonatoren allein muss bei Verwendung eines existierenden Verfahrens berücksichtigt werden. Wie in 10 veranschaulicht, beträgt der bevorzugte Wert für die normalisierte Filmdicke h/λ ungefähr 9 %, wenn ein piezoelektrisches 42°-bis-46°Y-X-TiTaO₃-Substrat verwendet wird.
Der Bereich 2 entspricht dem Fall, wo das Bandbreitenverhältnis des SAW-Filters in einem Bereich von 2,5 % bis 4,0 % liegt. Dieser Fall entspricht der ersten Ausführungsform; das heißt dem Fall, wo der Einfluss von Ausbreitungsverlusten im Bereich von der Resonanzfrequenz bis zu der Antiresonanzfrequenz der Resonatoren berücksichtigt wird und auch die Grenzfrequenz f_BR für eine Volumenwellenstrahlung in ein Frequenzband verschoben wird, das höher als das Durchlassband des SAW-Filters ist. In diesem Fall ändert sich der bevorzugte Bereich für die normalisierte Filmdicke in Abhängigkeit von dem Bandbreitenverhältnis, und die normalisierte Filmdicke und das Wirkverhältnis für jedes Bandbreitenverhältnis liegen in einem Bereich einer in 10 veranschaulichten Region A. Das heißt, die normalisierte Filmdicke beträgt mindestens 9,0 % und maximal 13,0 %, und das Wirkverhältnis beträgt mindestens 0,3 und maximal 0,8.
Es ist zu beachten, dass die Region A durch Koordinaten A1 bis A4 definiert werden kann, von denen jede durch (Bandbreitenverhältnis, normalisierte Filmdicke) bezeichnet ist. Das heißt, die Region A ist ein Bereich, der durch eine Linie, die A1(2,5, 9,0) mit A2(3,3, 9,0) verbindet, eine Linie für das Wirkverhältnis von 0,80, die A2(3,3, 9,0) mit A3(4,0, 10,3) verbindet, eine Linie, die A3(4,0, 10,3) mit A4(4,0, 13,0) verbindet, und eine Linie für das Wirkverhältnis von 0,30, die A4(4,0, 13,0) mit A1(2,5, 9,0) verbindet, definiert wird.
Des Weiteren ist es besonders bevorzugt, dass das Wirkverhältnis in einem Bereich von 0,40 bis 0,70 eingestellt wird, weil bei einem solchen Wirkverhältnis der Resonanz-Q-Wert, der Antiresonanz-Q-Wert und die Temperatureigenschaften jedes Resonators erfolgreich auf einem bestimmten Pegel gehalten werden und Frequenzvarianzen infolge der Bearbeitungsgenauigkeit während des Prozesses erfolgreich reduziert werden. In diesem Fall ist die Region A ein Bereich, wo das Bandbreitenverhältnis mindestens 3,2 % beträgt.
Der Bereich 3 entspricht dem Fall, wo das Bandbreitenverhältnis des SAW-Filters in einem Bereich von 4,0 % oder mehr liegt. Dieser Fall entspricht der zweiten Ausführungsform und ist ein Bereich, in dem der Rücklaufverlust 1,0 dB oder weniger bei Frequenzen beträgt, die höher als die Grenzfrequenz f_BR für eine Volumenwellenstrahlung sind. In diesem Fall liegen die bevorzugte normalisierte Filmdicke und das bevorzugte Wirkverhältnis in einem Bereich einer in 10 veranschaulichten Region B. Das heißt, die normalisierte Filmdicke beträgt mindestens 10,3 % und maximal 13,0 %, und das Bandbreitenverhältnis beträgt mindestens 4,0 % und maximal 15,6 %. Außerdem ist es bevorzugt, dass das Wirkverhältnis mindestens 0,3 und maximal 0,8 beträgt.
Die normalisierte Filmdicke wird so eingestellt, dass sie maximal 13,0 % beträgt, und zwar aus folgendem Grund. Wenn die normalisierte Filmdicke auf größer als 13,0 % ausgelegt wird, so verschlimmern sich die Ausbreitungsverluste im Bereich von der Resonanzfrequenz bis zu der Antiresonanzfrequenz der Resonatoren, was das grundlegende Kennzeichen des SAW-Filters ist, und folglich verschlimmern sich die Einfügeverluste im Durchlassband.
Die normalisierte Filmdicke und das Wirkverhältnis, das das Merkmal der zweiten Ausführungsform realisieren, bei der der Rücklaufverlust 1,0 dB oder weniger bei Frequenzen beträgt, die höher als die Grenzfrequenz f_BR für eine Volumenwellenstrahlung sind, liegen in der in 10 veranschaulichten Region B; jedoch sind die Einstellungen nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel werden die Einfügeverluste im Durchlassband reduziert, indem man die Bedingung eines Rücklaufverlustes von 1,0 dB oder weniger bei Frequenzen, die höher als die Grenzfrequenz f_BR sind, auf den Bereich 2 anwendet, wo das Bandbreitenverhältnis im Bereich von 2,5 % bis 4,0 % liegt. Das heißt, die bevorzugte normalisierte Filmdicke, das bevorzugte Wirkverhältnis und das Bandbreitenverhältnis des SAW-Filters 20 gemäß der zweiten Ausführungsform können mindestens 10,3 % und maximal 13,0 %, mindestens 0,30 und maximal 0,80 bzw. mindestens 2,5 % und maximal 15,6 % betragen.
Da eine solche Konfiguration die Volumenwellenstrahlung bei Frequenzen reduziert, die höher als die Grenzfrequenz f_BR sind, können die Einfügeverluste auf einer Hochfrequenzseite im Durchlassband selbst dann weiter reduziert werden, wenn die Grenzfrequenz f_BR nicht im Durchlassband liegt.
Wie oben beschrieben, verschiebt das SAW-Filter gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wenn das Bandbreitenverhältnis 4 % oder weniger beträgt, die Grenzfrequenz f_BR für eine Volumenwellenstrahlung erfolgreich bei Frequenzen, die höher als die Antiresonanzfrequenz fap des Parallelresonators sind, in einen Frequenzbereich, der höher als das Durchlassband des SAW-Filters ist, durch Verwenden der normalisierten Filmdicke und des Wirkverhältnisses in Region A. Dementsprechend reduziert das SAW-Filter erfolgreich die Einfügeverluste auf einer Hochfrequenzseite im Durchlassband.
Außerdem beträgt, wenn das Bandbreitenverhältnis größer als 4 % ist, der Rücklaufverlust 1 dB oder weniger bei Frequenzen, die höher als die Grenzfrequenz f_BR des Parallelresonators sind, und die Volumenwellenstrahlung wird reduziert. Dementsprechend reduziert das SAW-Filter erfolgreich die Einfügeverluste auf einer Hochfrequenzseite im Durchlassband, selbst wenn die Grenzfrequenz f_BR im Durchlassband liegt.
4. Dritte Ausführungsform
In einer dritten Ausführungsform wird eine Reduzierung der Verluste in einem SAW-Filter vom längsgekoppelten Typ beschrieben.
4-1. Basisstruktur des SAW-Filters
Es wird eine Basisstruktur des SAW-Filters gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. In der dritten Ausführungsform wird ein Bandpass-SAW-Filter, das für Band 28 (Durchlassband: 758–803 MHz, Bandbreitenverhältnis: 5,76 %) verwendet wird, als Beispiel beschrieben.
11 ist eine schematische Grundrissansicht eines SAW-Filters 30 gemäß der dritten Ausführungsform. Wie in 11 veranschaulicht, enthält das SAW-Filter 30 IDTs 501 bis 505, Reflektoren 601 und 602, einen Eingangsanschluss 901 und einen Ausgangsanschluss 902.
Jede der IDTs 501 bis 505 wird durch ein Paar gegenüberliegender IDT-Elektroden gebildet. Die IDTs 502 und 504 sind so angeordnet, dass sich die IDT 503 in der X-Achsen-Richtung dazwischen befindet. Die IDTs 501 und 505 sind so angeordnet, dass sich die IDTs 502, 503 und 504 in der X-Achsen-Richtung dazwischen. Die Reflektoren 601 und 602 sind so angeordnet, dass sich die IDTs 501 bis 505 in der X-Achsen-Richtung dazwischen befinden. Die IDTs 502 und 504 sind zwischen dem Eingangsanschluss 901 und einem Referenzanschluss (Erde) miteinander parallel geschaltet. Die IDTs 501, 503 und 505 sind zwischen dem Ausgangsanschluss 902 und einem Referenzanschluss miteinander parallel geschaltet.
Die Basisstruktur der IDTs 501 bis 505 und das piezoelektrische Substrat sind im Wesentlichen die gleichen wie die in 2 veranschaulichten. Genauer gesagt, ist das Paar gegenüberliegender IDT-Elektroden 14a und 14B auf dem piezoelektrischen Substrat 11 angeordnet. Das piezoelektrische Substrat 11 besteht aus einem piezoelektrischen Einkristall oder einer piezoelektrischen Keramik aus 42,0°Y-X-LiTaO₃. Außerdem ist die Schichtstruktur der IDT-Elektroden im Wesentlichen die gleiche wie die der ersten und zweiten Ausführungsformen.
Außerdem hat das SAW-Filter 30 gemäß der dritten Ausführungsform eine normalisierte Filmdicke h/λ von 10,9 % und ein Wirkverhältnis von 0,70.
Tabelle 3 zeigt Details von Bemessungsparametern (Kapazität und Wellenlänge) der IDTs 501 bis 505 und der Reflektoren 601 und 602 des SAW-Filters 30 gemäß der dritten Ausführungsform. [Tabelle 3]

IDT 501 505 IDT 502 504 IDT 503 Reflektor 601 602

Kapazität (pF) 1,8 1,9 3,7 2,8

Wellenlänge (μm) 4,962 4,962 5,012 5,116
4-2. Bandpasseigenschaften des SAW-Filters
12 ist ein Kurvendiagramm, das Bandpasseigenschaften des SAW-Filters 30 gemäß der dritten Ausführungsform und eines SAW-Filters gemäß einem dritten Vergleichsbeispiel veranschaulicht. In dem Kurvendiagramm von 12 werden Einfügeverlust-Frequenz-Eigenschaften des SAW-Filters 30 (mit einer normalisierten Filmdicke h/λ von 10,9 %) gemäß der dritten Ausführungsform und des SAW-Filters (mit einer normalisierten Filmdicke h/λ von 9,0 %) gemäß dem dritten Vergleichsbeispiel miteinander verglichen. Die in 12 veranschaulichten Bandpasseigenschaften zeigen an, dass das SAW-Filter 30 (mit einer normalisierten Filmdicke h/λ von 10,9 %) gemäß der dritten Ausführungsform erfolgreich Verluste auf einer Hochfrequenzseite im Durchlassband stärker verringert als das SAW-Filter (mit einer normalisierten Filmdicke h/λ von 9,0 %) gemäß dem dritten Vergleichsbeispiel.
Wenn das Bandbreitenverhältnis des SAW-Filters vom längsgekoppelten Typ größer als ungefähr 2,3 % wird, so werden die Einfügeverluste im Durchlassband nicht allein durch die Ausbreitungsverluste in einem Bereich von der Resonanzfrequenz bis zu der Antiresonanzfrequenz von Resonatoren bestimmt, sondern werden in hohem Maße durch die Verluste beeinflusst, die durch eine Volumenwellenstrahlung bei Frequenzen hervorgerufen werden, die höher als die Antiresonanzfrequenz sind.
Das SAW-Filter vom längsgekoppelten Typ 30 gemäß der dritten Ausführungsform arbeitet mit einer verlustbehafteten Welle, die sich auf dem piezoelektrischen Substrat 11 ausbreitet, das aus einem 42,0°Y-X-LiTaO₃-Einkristall besteht und die IDTs 501 bis 505 enthält, die auf dem piezoelektrischen Substrat 11 angeordnet sind. Ein Bandbreitenverhältnis des SAW-Filters vom längsgekoppelten Typ 30 beträgt 2,5 % oder mehr, und die Grenzfrequenz f_BR für eine Volumenwellenstrahlung der Resonatoren, die durch die IDTs 501 bis 505 und das piezoelektrische Substrat gebildet werden, liegt in einem Frequenzbereich, der höher als das Durchlassband ist.
Da eine solche Konfiguration erfolgreich die Grenzfrequenz f_BR für eine Volumenwellenstrahlung in einen Frequenzbereich verschiebt, der höher als das Durchlassband des SAW-Filters ist, können die Einfügeverluste im Wesentlichen am höher Ende des Durchlassbandes reduziert werden.
Außerdem kann für das SAW-Filter 30 gemäß der dritten Ausführungsform der Rücklaufverlust 1 dB oder niedriger bei Frequenzen betragen, die höher als die Grenzfrequenz f_BR für eine Volumenwellenstrahlung des Resonators sind.
Da eine solche Konfiguration Verluste reduziert, die durch eine Volumenwellenstrahlung bei Frequenzen hervorgerufen werden, die höher als die Grenzfrequenz f_BR sind, können Einfügeverluste auf einer Hochfrequenzseite im Durchlassband reduziert werden, selbst wenn die Grenzfrequenz f_BR im Durchlassband liegt.
Es ist zu beachten, dass ein 42,0°Y-X-LiTaO₃-Einkristall als das piezoelektrische Substrat 11 gemäß der dritten Ausführungsform verwendet wird; jedoch ist der Schnittwinkel des Einkristallmaterials nicht auf diesen bestimmten Winkel beschränkt. Das heißt, der Schnittwinkel eines piezoelektrischen Substrats des SAW-Filters, das ein LiTaO₃-Substrat als das piezoelektrische Substrat verwendet, arbeitet mit verlustbehafteten Oberflächenschallwellen und hat die Grenzfrequenz f_BR für eine Volumenwellenstrahlung des Parallelresonators, die in einem Frequenzbereich liegt, der im Fall eines Bandbreitenverhältnisses von 2,5 % oder größer höher als das Durchlassband ist, und ist nicht auf 42,0°Y beschränkt. Außerdem verwendet der Schnittwinkel eines piezoelektrischen Substrats des SAW-Filters, das ein LiTaO₃-Substrat als das piezoelektrische Substrat verwendet, verlustbehaftete Oberflächenschallwellen, und hat einen durch Volumenwellenstrahlung verursachten Rücklaufverlust von 1 dB oder weniger bei Frequenzen, die höher als die Grenzfrequenz sind, aufgrund einer Volumenwellenstrahlung des Resonators im Fall des Bandbreitenverhältnisses von 2,5 % oder größer, und ist nicht auf 42,0°Y beschränkt. Auch ein SAW-Filter, das ein piezoelektrisches LiTaO₃-Substrat verwendet, das in einem anderen Schnittwinkel geschnitten ist als dem oben genannten, kann ähnliche vorteilhafte Effekte hervorbringen.
5. Modifizierungen
Obgleich Oberflächenschallwellenfilter gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand der ersten bis dritten Ausführungsformen beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die einzelnen Ausführungsformen beschränkt. Zum Beispiel können die folgenden Modifizierungen der obigen Ausführungsformen ebenfalls in der vorliegenden Erfindung enthalten sein.
Zum Beispiel wird in der ersten Ausführungsform die Grenzfrequenz f_BR für eine Volumenwellenstrahlung für den Parallelresonator 201 verbessert, der unter den mehreren Parallelresonatoren dem Eingangsanschluss 701 am nächsten liegt; jedoch ist der verwendete Parallelresonator nicht auf diesen beschränkt. Genauer gesagt, können die normalisierte Filmdicke und das Wirkverhältnis des Parallelresonators im Hinblick auf die Verbesserung der Grenzfrequenz f_BR für mindestens einen der Parallelresonatoren 202 bis 204 eingestellt werden.
Außerdem wird zum Beispiel in der zweiten Ausführungsform der Rücklaufverlust bei Frequenzen, die höher als die Grenzfrequenz f_BR für eine Volumenwellenstrahlung sind, für den Parallelresonator 211 verbessert, der unter den mehreren Parallelresonatoren dem Eingangsanschluss 801 am nächsten liegt; jedoch ist der verwendete Parallelresonator nicht auf diesen beschränkt. Genauer gesagt, können die normalisierte Filmdicke und das Wirkverhältnis des Parallelresonators im Hinblick auf die Verbesserung des Rücklaufverlusts bei Frequenzen, die höher als die Grenzfrequenz f_BR sind, für mindestens einen der Parallelresonatoren 212, 213, 221, 222 und 223 eingestellt werden.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung finden als ein verlustarmes SAW-Filter mit einem großen Bandbreitenverhältnis für Kommunikationsgeräte, wie zum Beispiel Mobiltelefone, weithin Anwendung.
Obgleich oben bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurden, versteht es sich, dass dem Fachmann Veränderungen und Modifizierungen einfallen, ohne vom Wesen und Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Der Schutzumfang der Erfindung ist darum allein anhand der folgenden Ansprüche zu ermessen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2013-102418 [0003, 0004, 0064, 0092]

Claims

Oberflächenschallwellenfilter, umfassend: ein piezoelektrisches LiTaO₃-Substrat und Interdigitaltransducer-Elektroden, die auf dem piezoelektrischen LiTaO₃-Substrat angeordnet sind, wobei das Oberflächenschallwellenfilter ein Oberflächenschallwellenfilter vom Kettentyp ist, das Reihenresonatoren und Parallelresonatoren enthält, die durch die Interdigitaltransducer-Elektroden gebildet werden, und mit einer verlustbehafteten Welle arbeitet, die sich auf dem piezoelektrischen LiTaO₃-Substrat ausbreitet, wobei ein Bandbreitenverhältnis, das eine Bandbreite eines Durchlassbandes des Oberflächenschallwellenfilters anzeigt, 2,5 % oder größer ist, und wobei eine Grenzfrequenz, bei der eine Volumenwellenstrahlung eines Parallelresonators unter den Parallelresonatoren zunimmt, in einem Frequenzbereich liegt, der höher als das Durchlassband ist.
Oberflächenschallwellenfilter nach Anspruch 1, wobei das Bandbreitenverhältnis 3,0 % oder größer ist.
Oberflächenschallwellenfilter nach Anspruch 1, wobei eine normalisierte Filmdicke, die ein Verhältnis einer Filmdicke der Interdigitaltransducer-Elektroden des Parallelresonators zu einem sich wiederholenden Mittenabstand von Elektrodenfingern der Interdigitaltransducer-Elektroden des Parallelresonators ist, mindestens 9,0 % und maximal 13,0 % beträgt, und wobei ein Wirkverhältnis, das ein Verhältnis der Elektrodenfingerbreite zu einer Summe der Elektrodenfingerbreite und der Breite einer Raumbreite zwischen Elektrodenfingern ist, mindestens 0,3 und maximal 0,8 beträgt.
Oberflächenschallwellenfilter nach Anspruch 3, wobei die normalisierte Filmdicke und das Wirkverhältnis in einem Bereich einer in 10 veranschaulichten Region A liegen.
Oberflächenschallwellenfilter, umfassend: ein piezoelektrisches LiTaO₃-Substrat und Interdigitaltransducer-Elektroden, die auf dem piezoelektrischen LiTaO₃-Substrat angeordnet sind, wobei das Oberflächenschallwellenfilter ein Oberflächenschallwellenfilter vom Kettentyp ist, das Reihenresonatoren und Parallelresonatoren enthält, die durch die Interdigitaltransducer-Elektroden gebildet werden, und mit einer verlustbehafteten Welle arbeitet, die sich auf dem piezoelektrischen LiTaO₃-Substrat ausbreitet, wobei ein Bandbreitenverhältnis, das eine Bandbreite eines Durchlassbandes des Oberflächenschallwellenfilters anzeigt, 2,5 % oder größer ist, und wobei ein Rücklaufverlust in einem Frequenzbereich, der höher als eine Grenzfrequenz ist, bei der eine Volumenwellenstrahlung eines Parallelresonators unter den Parallelresonatoren zunimmt, 1,0 dB oder weniger beträgt.
Oberflächenschallwellenfilter nach Anspruch 5, wobei das Bandbreitenverhältnis 4,0 % oder größer ist.
Oberflächenschallwellenfilter nach Anspruch 5, wobei eine normalisierte Filmdicke, die ein Verhältnis einer Filmdicke der Interdigitaltransducer-Elektroden des Parallelresonators zu einem sich wiederholenden Mittenabstand von Elektrodenfingern der Interdigitaltransducer-Elektroden des Parallelresonators ist, mindestens 10,3 % und maximal 13,0 % beträgt, und wobei ein Wirkverhältnis, das ein Verhältnis der Elektrodenfingerbreite zu einer Summe der Elektrodenfingerbreite und der Breite eines Raumes zwischen Elektrodenfingern ist, mindestens 0,3 und maximal 0,8 beträgt.
Oberflächenschallwellenfilter nach Anspruch 7, wobei die normalisierte Filmdicke und das Wirkverhältnis in einem Bereich einer in 10 veranschaulichten Region B liegen.
Oberflächenschallwellenfilter, umfassend: ein piezoelektrisches LiTaO₃-Substrat und Interdigitaltransducer-Elektroden, die auf dem piezoelektrischen LiTaO₃-Substrat angeordnet sind, wobei das Oberflächenschallwellenfilter ein längsgekoppeltes Oberflächenschallwellenfilter vom Resonatortyp ist, das Resonatoren enthält, die durch die Interdigitaltransducer-Elektroden gebildet werden, und mit einer verlustbehafteten Welle arbeitet, die sich auf dem piezoelektrischen LiTaO₃-Substrat ausbreitet, wobei ein Bandbreitenverhältnis, das eine Bandbreite eines Durchlassbandes des Oberflächenschallwellenfilters anzeigt, 2,5 % oder größer ist, und wobei eine Grenzfrequenz, bei der eine Volumenwellenstrahlung eines Resonators unter den Resonatoren zunimmt, in einem Frequenzbereich liegt, der höher als das Durchlassband ist.
Oberflächenschallwellenfilter, umfassend: ein piezoelektrisches LiTaO₃-Substrat und Interdigitaltransducer-Elektroden, die auf dem piezoelektrischen LiTaO₃-Substrat angeordnet sind, wobei das Oberflächenschallwellenfilter ein längsgekoppeltes Oberflächenschallwellenfilter vom Resonatortyp ist, das Resonatoren enthält, die durch die Interdigitaltransducer-Elektroden gebildet werden, und mit einer verlustbehafteten Welle arbeitet, die sich auf dem piezoelektrischen LiTaO₃-Substrat ausbreitet, wobei ein Bandbreitenverhältnis, das eine Bandbreite eines Durchlassbandes des Oberflächenschallwellenfilters anzeigt, 2,5 % oder größer ist, und wobei ein Rücklaufverlust in einem Frequenzbereich, der höher als eine Grenzfrequenz ist, bei der eine Volumenwellenstrahlung eines Resonators unter den Resonatoren zunimmt, 1,0 dB oder weniger beträgt.