JP2000196412A - 弾性表面波装置 - Google Patents

弾性表面波装置

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JP2000196412A
JP2000196412A JP37173298A JP37173298A JP2000196412A JP 2000196412 A JP2000196412 A JP 2000196412A JP 37173298 A JP37173298 A JP 37173298A JP 37173298 A JP37173298 A JP 37173298A JP 2000196412 A JP2000196412 A JP 2000196412A
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JP
Japan
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lattice
type circuit
acoustic wave
wave device
surface acoustic
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JP37173298A
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English (en)
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Kazuhiro Otsuka
一弘 大塚
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Kyocera Corp
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Kyocera Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 通過帯域内のフィルタ特性を維持し、かつ、
十分な減衰量を確保した弾性表面波装置を提供するこ
と。 【解決手段】IDT電極1から成る共振子の複数をラダ
ー型回路3及びラティス型回路4に接続して成る弾性表
面波装置であって、ラダー型回路3及びラティス型回路
4を構成する共振子が下記式(A)を満足することを特
徴とする。 0.5≦ C1 ≦0.8 ・・・ (A) 〔ただし、C1=(ラダー型回路3を構成する並列腕共
振子の容量、又はラティス型回路4を構成する格子腕共
振子の容量)÷(ラダー型回路3及びラティス型回路4
を構成する直列腕共振子の容量)〕

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車電話及び携
帯電話等の移動体無線機器に内蔵される共振器及び周波
数帯域フィルタ用の弾性表面波装置に関する。
【0002】
【従来技術とその課題】近年、電波を利用し通信を行な
う電子機器用の帯域通過フィルタ等の周波数フィルタ
(以下、フィルタという)、遅延線、発信器等の電子部
品として、多くのSAW(Surface Acoustic Wave)共振子や
SAW フィルタが用いられている。
【0003】特に、移動体通信分野において、携帯電話
等の携帯端末装置のRF(Radio Frequency :無線周波数
あるいは高周波)ブロック及びIF(Intermediate Frequ
ency:中間周波数)ブロックのフィルタとして多用され
ている。今後、自動車電話及び携帯電話等の移動体無線
機器を使用した通信システムでは、情報伝送量の増大及
び加入者の増加に伴い、帯域幅の拡大が望まれている。
【0004】従来の弾性表面波(以下、SAW ともいう)
装置は、圧電基板上に一対の櫛歯状電極(Inter Digita
l Transducer、以下、IDT 電極と略す)を複数載置し、
前記IDT 電極から励起されるのSAW の伝搬路上に、SAW
を効率良く共振させるための反射器が配置された基本構
成をなすものである。
【0005】ここで、IDT 電極及び反射器は、例えばタ
ンタル酸リチウム単結晶等からなる圧電基板上に、蒸着
法,スパッタ法等によりAl,Al-Cu 合金等の導電物がフ
ォトリソグラフィ法等により微細な所望の電極形状に作
製されている。
【0006】このようなフィルタの通過帯域は、使用さ
れる圧電基板により概略決定される。例えば、比帯域幅
(=帯域幅/中心周波数)は使用する圧電基板において
電気機械結合係数の2 分の1 相当が一般的な値であり、
通信機器で決められた仕様の通過域周波数の温度移動許
容量すなわちTCF (Temperature Coefficient of Frequ
ency:周波数温度係数)は小さいことが望ましい。特に
RFブロックの帯域フィルタでは、電気機械結合係数が大
きく、TCF の小さい36°Y カットX 伝搬タンタル酸リチ
ウム単結晶が好適に使用される。
【0007】上記では使用される圧電基板に依存する比
帯域幅について述べたが、電極設計手法でもある程度の
帯域幅制御が可能である。図4に示すように、弾性表面
波の伝搬方向に並んだ2 つ又は3 つ程度のIDT 電極に接
続された入出力電極5,6とグレーティング電極を成す
反射器2とから成る共振器型フィルタ構造では、長さ方
向の電極設計を変更して共振状態を変えることで、基本
次の共振周波数と高次の共振周波数を遠ざけ帯域幅の拡
大設計が可能である。しかし、電極線幅や反射器とIDT
電極間距離の電極パターンの製造上における揺らぎによ
り、設計通りのフィルタ特性を得ることが困難である。
【0008】一方、図5に示すように、IDT 電極1と反
射器2を用いた1 ポートのレゾネータを多段に縦続接続
する共振器型フィルタ構造では、直列腕共振子の共振点
と並列腕共振子または格子腕共振子の反共振点により通
過帯域を形成できる。このような共振器型フィルタ構造
は、製造上の揺らぎが与える電気特性変動が小さい構造
であり、最近では本構造を用いた帯域フィルタが多く使
用されている。
【0009】実際の共振器型フィルタ構造には、IDT 電
極と反射器を用いて1 ポートのレゾネータを梯子状に縦
続接続したラダー型フィルタや格子状に接続したラティ
ス型フィルタがある。
【0010】ラダー型フィルタ特性は、図2に示すよう
に、通過帯域の最近傍付近に大きな減衰量が得られる
が、通過域から離れると減衰量は小さくなる。また、通
過帯域幅は、用いた1 ポートのレゾネータの共振周波数
と反共振周波数の差分で決定される帯域程度であり、ほ
ぼ圧電基板の電気機械結合係数の2 分の1 相当の割合の
帯域幅しか設計できない。
【0011】一方、ラティス型フィルタ特性は、図2に
示すように、通過帯域の近傍の減衰量が小さくなり、通
過帯域からの減衰傾度が小さく急峻なフィルタ特性とは
ならない。しかしながら、通過域から離れると減衰量は
大きく、また、通過帯域幅は用いた1 ポートのレゾネー
タの共振周波数と反共振周波数の差分で決定される量の
2 倍程度が良いフィルタ設計である。このように、従来
の構成のラダー型やラティス型では通過帯域または減衰
量のいずれかの面で良好なフィルタ特性を得難い結果と
なっていた。
【0012】そこで、本発明では、通過帯域内のフィル
タ特性を維持し、かつ、十分な減衰量を確保した弾性表
面波装置を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明の弾性表面波装置
は、IDT電極から成る共振子の複数をラダー型回路及
びラティス型回路に接続して成る弾性表面波装置であっ
て、前記ラダー型回路及びラティス型回路を構成する共
振子が下記式(A)を満足するように形成されているこ
とを特徴とする。
【0014】 0.5≦ C1 ≦0.8 ・・・ (A) 〔ただし、C1=(ラダー型回路を構成する並列腕共振
子の平均容量、又はラティス型回路を構成する格子腕共
振子の平均容量)÷(ラダー型回路及びラティス型回路
を構成する直列腕共振子の平均容量)〕 さらに、ラダー型回路を構成する並列腕共振子、又はラ
ティス型回路を構成する格子腕共振子が、下記式(B)
を満足するように形成されていることを特徴とする。
【0015】 700≦ C2 ≦800 ・・・ (B) (ただし、1つの共振子において、C2=IDT電極対
数×平均交差幅÷IDT電極の平均周期長)
【0016】
【発明の実施の形態】本発明に係る弾性表面波装置の実
施形態を図面に基づき詳細に説明する。
【0017】本発明の弾性表面波装置は、図1に示すよ
うに、IDT 電極1と反射器2を用いて1 ポートのレゾネ
ータを、ラダー型回路3とラティス型回路4を1つずつ
使用し、多段に縦続接続して共振器型フィルタ構造を成
したものである。なお、図4,5と同様な構成について
は同一符号を付し説明を省略する。
【0018】図2は直列腕共振子のIDT 電極対数と並列
腕共振子及び格子腕共振子のIDT 電極対数を変化させ
て、最適なIDT 電極対数の組み合わせを図示したもので
ある。ここで、直列腕共振子, 並列腕共振子, 及び格子
腕共振子を構成するIDT 電極の交差幅は20λ(λはI
DT電極の周期長)の一定値とし、用いた圧電基板は36
°Y カットX 伝搬タンタル酸リチウム単結晶、電極材質
はAlとしたものである。
【0019】図2において、領域R1は比帯域幅4.5
〜6%、減衰量20dB以上、VSWRが4以下を満足
する領域であり、0.5≦ C1 ≦0.8〔ただし、
C1=(ラダー型回路を構成する並列腕共振子の平均容
量、又はラティス型回路を構成する格子腕共振子の平均
容量)÷(ラダー型回路及びラティス型回路を構成する
直列腕共振子の平均容量)〕を満足する領域でもある。
【0020】また、領域R2は比帯域幅4.75〜5.
75%、減衰量20dB以上、VSWRが2以下を満足
する領域であり、上記C1を満足し且つ、ラダー型回路
及びラティス型回路を構成する共振子が、700≦ C
2 ≦800〔ただし、C2は、1つ共振子において、
IDT電極対数×平均交差幅/IDT電極の平均周期長
である。)〕を満足する領域である。
【0021】このように、弾性表面波装置を構成する共
振子の容量やIDT電極対数を最適化することにより、
通過帯域内のフィルタ特性を維持し、かつ、十分な減衰
量を確保できる。
【0022】なお、圧電基板は上記タンタル酸リチウム
単結晶以外に、ニオブ酸リチウム単結晶、水晶、四ホウ
酸リチウム単結晶、ランガサイト系単結晶、ガリウム砒
素単結晶等が使用可能である。また、電極材質はアルミ
ニウム以外に、アルミニウム−銅合金,アルミニウム−
チタン合金,アルミニウム−珪素合金,金,銀,銀−パ
ラジウム合金等が使用可能である。
【0023】また、IDT 電極及び圧電基板上に、珪素,
酸化珪素,窒化珪素,アルミナ等の保護膜を形成して、
導電性異物による通電防止や耐電力向上を行ってもよ
い。
【0024】また、本発明は上記の実施形態に限定され
るものでなく、SAW フィルタだけでなく、SAW デュプレ
クサにも本発明が適用でき、本発明の要旨を逸脱しない
範囲で種々の変更は何等差し支えない。
【0025】
【実施例】次に、本発明に係る弾性表面波装置により具
体的な実施例について説明する。
【0026】図1に示すように、前段にラダー型回路の
直列腕共振子を1つ、並列腕共振子を1つ、後段にラテ
ィス型回路の格子腕共振子2つ直列腕共振子を2つ接続
させて弾性表面波装置とした。
【0027】ここで、各共振子の電極詳細は、ラダー型
回路の直列腕共振子及びラティス型回路の直列腕共振子
において、共振子のIDT 電極周期長:1.99μm、対
数:110対、交差幅:39.8μm、また、ラダー型
回路の並列腕共振子及びラティス型の格子腕共振子にお
いて、共振子のIDT 電極周期長:2.1μm、対数:7
5対、交差幅:42.0μm、また、全ての共振子の反
射器本数を20本とした。
【0028】次に、上記弾性表面波装置の具体的な作製
方法を、以下に説明する。
【0029】42° YカットX 伝搬タンタル酸リチウム単
結晶から成る圧電基板上に、上記共振子の電極詳細を網
羅する回路パターンを形成することにより作製したが、
まず、洗浄した基板にレジストを約1 μmの膜厚で塗布
し、窒素雰囲気中でベークを行った。
【0030】次に、紫外線(Deep-UV) を用いた密着露光
機によるフォトリソグラフィー法により、圧電基板上に
多数のSAW フィルタのレジストのネガパターンを形成し
た。
【0031】次に、ネガパターン上に電子ビーム蒸着機
でAlを成膜し、その後、レジスト剥離液中で不要なAlを
リフトオフし、IDT 電極等の微細な回路パターンを作製
した。その後、IDT 電極をネットワークアナライザに接
続し、挿入損失の周波数特性を測定した。
【0032】図3に上記測定結果を示す。また、比較の
ため、上記電極作製条件と同一とし、図1に示す構成の
ラダー型回路3のみの構成の弾性表面波装置、及びラテ
ィス型回路4のみの弾性表面波装置について同様な測定
を行った。
【0033】図3に示すように、ラダー型回路のみの弾
性表面波装置の場合、減衰量が大きくなるが帯域幅が小
さい結果となった。また、ラティス型回路のみの弾性表
面波装置の場合、帯域幅が大きくなるが減衰量が小さい
結果となった。
【0034】一方、本発明の弾性表面波装置では帯域幅
がラティス型回路のみの場合と同様な広帯域を維持し、
ラダー型回路のみの場合と同様に帯域近傍の減衰量を有
し、帯域遠方ではラティス型回路のみの場合と同様に減
衰量が増大した。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の弾性表面
波装置によれば、通過帯域内のフィルタ特性を維持し、
かつ、十分な減衰量を確保できる優れた弾性表面波装置
を提供できる。すなわち、帯域幅が従来のラダー型フィ
ルタより拡大し、かつラダー型フィルタの減衰傾度を保
ちつつ、帯域近傍の減衰に優れ、又、ラティス型フィル
タ同様に遠方周波数域においても減衰量に優れた弾性表
面波装置となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わる弾性表面波装置装置を模式的に
説明する平面図である。
【図2】直列腕共振子の対数と並列腕共振子の対数との
最適範囲を示すグラフである。
【図3】本発明の弾性表面波装置の電気特性と従来の弾
性表面波装置の電気特性との比較図である。
【図4】従来の弾性表面波装置の平面図である。
【図5】従来の弾性表面波装置の平面図である。
【符号の説明】
S:圧電基板 1:IDT電極 2:反射器 3:ラダー型回路 4:ラティス型回路 5:入力電極 6:出力電極 7:接地電極

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 IDT電極から成る共振子の複数をラダ
    ー型回路及びラティス型回路に接続して成る弾性表面波
    装置であって、前記ラダー型回路及びラティス型回路を
    構成する共振子が下記式(A)を満足するように形成さ
    れていることを特徴とする弾性表面波装置。 0.5≦ C1 ≦0.8 ・・・ (A) 〔ただし、C1=(ラダー型回路を構成する並列腕共振
    子の平均容量、又はラティス型回路を構成する格子腕共
    振子の平均容量)÷(ラダー型回路及びラティス型回路
    を構成する直列腕共振子の平均容量)〕
  2. 【請求項2】 前記ラダー型回路を構成する並列腕共振
    子、又はラティス型回路を構成する格子腕共振子が、下
    記式(B)を満足するように形成されていることを特徴
    とする弾性表面波装置。 700≦ C2 ≦800 ・・・ (B) (ただし、1つの共振子において、C2=IDT電極対
    数×平均交差幅÷IDT電極の平均周期長)
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6600390B2 (en) * 2001-12-13 2003-07-29 Agilent Technologies, Inc. Differential filters with common mode rejection and broadband rejection
JP2016208413A (ja) * 2015-04-27 2016-12-08 太陽誘電株式会社 弾性波デバイス
US10177740B2 (en) 2014-10-06 2019-01-08 Murata Manufacturing Co., Ltd. Ladder filter and duplexer

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DE112015004570B4 (de) 2014-10-06 2022-07-28 Murata Manufacturing Co., Ltd. Kettenfilter und Duplexer
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