JP2000312126A - 弾性表面波装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 通過帯域内のリップルを低減するとともに通
過帯域幅を増大させることが可能な弾性表面波装置を提
供すること。 【解決手段】 圧電基板上にＩＤＴ電極１と、ＩＤＴ電
極１により励振された弾性表面波をＩＤＴ電極１側へ反
射せしめる複数の電極指２ａを有する反射器電極２を設
けて成り、反射器電極２の電極指幅Ｌ及び電極指間距離
Ｓが、０．３５≦Ｌ／（Ｌ＋Ｓ）≦０．４５を満足する
弾性表面波装置Ｆ１とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、携帯電話等の移動
体通信機器に用いられる弾性表面波フィルタ等の弾性表
面波装置に関し、特に、圧電基板上にＩＤＴ（Ｉｎｔｅ
ｒｄｉｇｉｔａｌＴｒａｎｓｄｕｃｅｒ）電極及び反射
器電極から成る弾性表面波共振子を配設した弾性表面波
装置や複数の弾性表面波共振子を梯子型（ラダー型）又
は格子型（ラティス型）回路に接続して成る弾性表面波
装置に関する。

【０００２】

【従来技術とその課題】近年、電波を利用する電子機器
のフィルタ，遅延線，発信機等の素子として多くの弾性
表面波装置が用いられている。特に、小型・軽量で且つ
フィルタとしての急峻遮断性能が高い弾性表面波フィル
タは、移動体通信分野において、携帯端末装置のＲＦ
（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：無線周波数あるい
は高周波）段及びＩＦ（Ｉｎｔｅｒｍｉｄｉａｔｅ Ｆ
ｒｅｑｕｅｎｃｙ：中間周波数）段のフィルタとして多
用されるようになって来ており、低損失で且つ通過帯域
外の遮断特性が優れた様々な比帯域幅を有する弾性表面
波フィルタが要求されている。

【０００３】現在までに、弾性表面波フィルタには、電
極構成の観点から梯子型（ラダー型），トランスバーサ
ル型，縦モード結合共振器型等の各種フィルタが実用化
されているが、中でもラダー型表面弾性波フィルタは低
損失で且つ良好な通過帯域近傍の遮断特性を有し、高周
波化による電極の微細化に伴う耐電力面での信頼性も高
く、非常に有望視されている。

【０００４】また近年、携帯電話システムの急激な変化
に伴なって、システム側の要求スペックも変化してい
る。主に通話品質を向上させるために、ＣＤＭＡ（Ｃｏ
ｄｅＤｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓ
ｓ）方式といったシステムへの移行とともに、必要とさ
れる帯域幅の増大が要求されている。

【０００５】これに伴ない、ＩＦバンドの必要帯域幅も
２倍〜３倍程度に広がるので、１つのチャンネル当たり
のＩＦバンド領域内での損失レベル差（リップル）の影
響が大きくなる。これにより、リップルがＳＡＷ（Ｓｕ
ｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）フィルタ部
品へのより厳しいスペックが要求されている。

【０００６】ところが、従来の弾性表面波フィルタでは
一般的な性能として、小さなリップルは必ず存在してい
た。また、通過帯域幅は、通常電極膜厚や基板材料とい
ったものである程度決まってしまい、簡単な電極設計で
変更することは困難であった。

【０００７】また、これらの問題を解決するために、縦
モード共振器型フィルタの反射器電極のデューティ（Ｄ
ｕｔｙ＝電極指幅／（電極指幅＋電極指間距離））を調
整することにより、通過帯域幅を広帯域化する技術が提
案されている（例えば、１９９８年信学会Ａ−１１−５
「ＬｉＴａＯ₃ 基板を用いた２重モード弾性表面波フィ
ルタの広帯域化」東洋通信機 松本、渡辺他を参照）。

【０００８】また、ラダー型フィルタの反射器電極ピッ
チをＩＤＴピッチと微妙に違えることによって、反射器
電極のストップバンドを高周波側もしくは低周波側に移
動させ、共振子リップルを低減させるとともに、フィル
タのリップルを低減させる技術が提案されている（例え
ば、特開平１０−２０９８０６号公報を参照）。

【０００９】しかしながら、上記いずれの技術も通過帯
域幅を増大させると同時にリップルを低減させることは
できなかった。

【００１０】図９に、従来の一般的なラダー型たラティ
ス型の弾性表面波フィルタを構成する弾性表面波共振子
Ｊを示す。弾性表面波共振子Ｊは反射器電極３のデュー
ティが０．５であるものが一般的であり、ラダー型弾性
表面波フィルタの場合、図１０に示すように、上記共振
子を入出力線８に対して直列及び並列に接続して、例え
ば２．５段Ｔ型構成のラダー型弾性表面波フィルタＦ０
が構成される。

【００１１】上記したような弾性表面波フィルタＦ０で
は、図１１に示すように、直列腕共振子（直列に接続し
た共振子）のインピーダンス特性において、小さなリッ
プルＡが存在するために、このリップルＢが図１２に示
すように通過帯域内リップルとして現れていた。

【００１２】このようなフィルタ帯域内におけるリップ
ル発生の原因は、以下のように考えることができる。図
１３はデューティが０．５（＝５０％）の反射器電極で
反射される弾性表面波エネルギーの反射効率を表わす反
射係数Ｒ（＝反射エネルギー／入射エネルギー）の周波
数特性を示したものであり、図１４は弾性表面波共振子
の電気インピーダンス特性を示したものである。

【００１３】図１３に示すように、メインスロープにお
ける極の周波数差をΔｆとする。これは一般に反射器電
極のストップバンドと呼ばれている。規格化周波数（周
波数／中心周波数または共振周波数）が１．００±（Δ
ｆ／２）の範囲内では、ほぼ１００％の反射効率が得ら
れ、周波数軸を図１３に対応させた図１４に示す共振子
特性にもリップルがなく滑らかであるのに対して、規格
化周波数１．００±（Δｆ／２）以外の周波数領域（反
射器のストップバンド外）では反射率に大きな差があ
り、ＩＤＴ電極内の高次定在波と共振する周波数でリッ
プルを生じさせている。なお、このような反射器電極の
ストップバンドは、多くの文献等で理論解析されてお
り、Δｆは反射器電極の反射中心から反対側の反射器電
極の反射中心までの距離（キャビティ長）と反射器電極
の１本当たりの反射量との積の反比例の関数となってい
る。

【００１４】そこで本発明は、通過帯域内のリップルを
低減するとともに通過帯域幅を増大させることが可能な
弾性表面波装置を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の弾性表面波装置は、圧電基板上にＩＤＴ電
極と、該ＩＤＴ電極により励振された弾性表面波をＩＤ
Ｔ電極側へ反射せしめる複数の電極指を有する反射器電
極を設けて成り、反射器電極の電極指幅及び電極指間距
離が、０．３５≦電極指幅／（電極指幅＋電極指間距
離）≦０．４５を満足する。

【００１６】また、反射器電極は電極指の本数が２０以
上であり、ＩＤＴ電極及び反射器電極の電極膜厚が０．
０５≦電極膜厚／弾性表面波の波長≦０．１５を満足す
ることを特徴とする。また、圧電性基板は３６°〜４２
°回転ＹカットＸ伝搬のタンタル酸リチウム単結晶から
成ることを特徴とする。

【００１７】特に、複数のＩＤＴ電極を入出力線に対し
て直列（直列共振子）及び並列（並列共振子）に接続し
て成るラダー型やラティス型の弾性表面波フィルタにお
いて、直列に接続した（直列共振子における）ＩＤＴ電
極の両端に設けた反射器電極の電極指及び電極指間距離
を上記のようにするとよい。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて詳細に説明する。

【００１９】図１は、例えば図２に示すような本発明に
係る弾性表面波装置であるラダー型弾性表面波フィルタ
Ｆ１を構成する弾性表面波共振子Ｋを模式的に示したも
のである。なお、図は簡単のためＩＤＴ電極１や反射器
電極２の電極指の本数等について簡略化して図示したも
のである。

【００２０】図１に示すように、弾性表面波共振子Ｋは
櫛歯状を成すＩＤＴ電極１及びその両外側に配置され、
ＩＤＴ電極１により励振された弾性表面波をＩＤＴ電極
１側へ反射せしめる線状の複数の電極指２ａから成る反
射器電極２から構成されるものである。このような弾性
表面波共振子の複数を入出力線８に対して直列及び並列
に接続することにより、図２に示すラダー型の弾性表面
波フィルタＦ１を構成する。

【００２１】本発明では、弾性表面波共振子（特に、直
列共振子）Ｋを構成する反射器電極２のデューティ（＝
Ｌ／（Ｌ＋Ｓ）、Ｌ：電極指幅、Ｓ：電極指間距離）に
着目し、反射器電極２で反射される弾性表面波エネルギ
ーの反射効率の周波数依存性を適正化し、特に共振周波
数の低周波側に現れるリップルを低減させるようにし
た。

【００２２】すなわち、図１に示すように反射器電極２
のデューティを小さし、例えば反射器電極２のデューテ
ィを０．４にした場合、反射係数Ｒ（反射器電極で反射
される弾性表面波エネルギーの反射効率）の周波数特性
は図３に示す通りとなる。また、図３の周波数軸に対応
した反射器電極２のデューティを０．４（＝４０％）に
した場合、弾性表面波共振子Ｋの電気インピーダンス特
性は図４に示す通りとなる。

【００２３】このように、図４に示したインピーダンス
の共振周波数の低周波側に、従来構成の反射器電極を用
いた場合には大きなリップルが発生していたが、反射器
電極のデューティを小さくすることで減少することが判
る。この理由は、図３の反射器電極におけるΔｆが図１
３に示した従来の反射器電極（デューティが０．５（＝
５０％））に比べて帯域が広くなり、すなわち、反射器
電極のデューティを小さくすることで、１本当たりの反
射器電極の反射量が減り、反射器電極全体の反射中心が
より外側に移動したことにより、実効的なキャビティ長
が長くなったためと思われる。

【００２４】この理由について図５と図６を用い説明す
る。図５は反射器電極のデューティと中心周波数で規格
化したΔｆ（＝Δｆ／ｆ：ストップバンド比率）を、電
極周期長で規格化した電極膜厚（＝Ｈ／λ、ただし、
Ｈ：電極膜厚、λ：弾性表面波の波長＝電極周期長））
をパラメータにとり図示したものである。Ｈ／λの大き
さによって違いがあるものの、デューティが０．３〜
０．５で最も大きくなるピークを有する。図中のストッ
プバンド比率がフィルタ通過帯域以上（特に０．０４以
上）で共振子のリップルが通過帯域外へ移動し、帯域内
のリップルが減少することから、本発明ではデューティ
の適正な範囲を０．３５≦ Ｌ／（Ｌ＋Ｓ）≦０．４５
とした。すなわち、デューティが０．３５未満では反射
器電極による十分な反射量が確保されず、インピーダン
ス共振抵抗が上昇しフィルタの挿入損失が増大する。ま
た、デューティが０．４５より大きいと帯域内にリップ
ルが発生する。

【００２５】また、図６には、規格化電極膜厚Ｈ／λに
よるストップバンド比率の関係を示す。上述したように
ストップバンド比率は、Ｈ／λの大きさによって違いが
あり、Ｈ／λ＝５〜１５％（０．０５〜０．１５）でス
トップバンド比率が０．０４以上の大きな値が得られる
ため、この範囲でΔｆ／ｆが反射器電極のデューティを
適正な範囲にすることが最良である。デューティと同様
にＨ／λが５％未満では十分な反射器による反射量が確
保されず、インピーダンス共振抵抗が上昇しフィルタの
挿入損失が増大する。また、Ｈ／λが１５％より大きい
と帯域内にリップルが発生する。また、反射器の反射量
が十分に確保できるのは、反射器電極本数が２０本以上
である。

【００２６】このようにして、反射器電極のデューティ
範囲と、規格化電極膜厚範囲でラダー型弾性表面波フィ
ルタを作製すれば、通過帯域内にリップルのない、良好
な特性を得ることができる。

【００２７】さらに、圧電性基板は３６°〜４２°回転
ＹカットＸ伝搬のタンタル酸リチウム単結晶から成るも
のとすると、温度安定性やフィルタ通過特性の急峻度の
点でより好適となる。

【００２８】また、本発明の構造のラダー型弾性表面波
フィルタでは、反射器のストップバンド幅Δｆが大きく
なるため、副次的効果として、直列共振子及び並列共振
子の共振・反共振周波数間隔（ｆａ−ｆｒ）が広がり、
ラダー型弾性表面波フィルタにした場合の、通過帯域幅
が大きな広帯域フィルタを実現することができる。

【００２９】なお、本実施の形態では、ラダー型弾性表
面波フィルタにおける直列共振子の反射器電極のデュー
ティについて最適化した例について説明したが、これに
限定されるものではなく、例えばラティス型弾性表面波
フィルタにおいても、フィルタを構成する共振子に本実
施の形態を適用することが可能であり、同様な効果を奏
することが期待である。

【００３０】

【実施例】次に、本発明に係るラダー型弾性表面波フィ
ルタを具体的に作製した実施例を説明する。

【００３１】４２°ＹカットＸ伝播のＬｉＴａＯ₃ 単結
晶基板上に、Ａｌ−Ｃｕ（２重量％）による微細電極パ
ターンを形成した。このパターン作製には、縮小投影露
光機（ステッパー）、及びＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ
Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）装置によりフォトリソグラフ
ィを行なった。まず、基板材料をアセトン・ＩＰＡ等に
よって超音波洗浄し有機成分を除去した。

【００３２】次に、クリーンオーブンによって充分に基
板乾燥を行なった後、電極の成膜を行なった。電極成膜
には、スパッタリング装置を使用し、Ａｌ−Ｃｕ（２重
量％）の材料を成膜した。電極膜厚は約２０００Åとし
た。

【００３３】次に、フォトレジストを約０．５μｍ厚み
にスピンコートし、縮小投影露光装置（ステッパー）に
より、所望のパターニングを行なった。ステッパーには
パターニングの原版となるレチクル（コンタクトアライ
ナーのためのフォトマスクのようなもの）が必要である
が、これは、ステッパー自身の光学系にて像を１／５に
縮小投影するので、実際のパターンの５倍のサイズでか
まわない。このため、逆に従来のコンタクトアライナー
に比べると５倍の解像度が得られる。

【００３４】次に、現像装置にて不要部分のフォトレジ
ストをアルカリ現像液で溶解させ、所望パターンを表出
した後、ＲＩＥ装置により、Ａｌ−Ｃｕ合金膜のエッチ
ングを行ない、電極のパターンニングを終了した。

【００３５】この後、保護膜を形成した。ＳｉＯ₂ をス
パッタリング装置にて成膜し、その後、フォトリソグラ
フィによってレジストのパターニングを行ない、ＲＩＥ
装置等でワイヤーボンディング用窓開け部のエッチング
を行ない、保護膜パターンを完成した。

【００３６】次に、基板をダイシングラインに沿ってダ
イシングし、チップごとに分割した。そして、各チップ
をダイボンダーにおいてピックアップし、Ｓｉ樹脂を主
成分とするダイボンド樹脂でＳＭＤ（Ｓｕｒｆａｃｅ
Ｍｏｕｎｔｅｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ：表面実装型部品）パ
ッケージ内に接着した。この後、約１６０℃の温度にお
いて乾燥，硬化させた。なお、ＳＭＤパッケージは３ｍ
ｍ角の積層構造を成すものである。

【００３７】次に、３０μφＡｕワイヤーをＳＭＤパッ
ケージのパッド部とチップ上のＡｌパッド上にボールボ
ンディングした後、リッドをパッケージに覆い、封止機
にて封止を完了した。なお、チップ上のグランドは各々
分離して配線し、Ａｕボールボンディングにてパッケー
ジ上のグランドパッドにボンディングした。

【００３８】ラダー型弾性表面波フィルタ構成は、図２
に示すように直列腕共振子及び並列腕共振子を用いて
２．５段Ｔ型構成とした。弾性表面波共振子は、ＩＤＴ
の対数が４０〜１２０対、交差幅が１０〜３０λ（λは
弾性表面波の波長）で、弾性表面波の波長λは直列と並
列で違えてあるが、ほぼ２μｍとした。ここで、反射電
極本数は直列共振子、並列共振子とも２０本とした。ま
た、反射器電極のデューティ＝０．４とした。

【００３９】図７に上記実施例の直列腕共振子のインピ
ーダンス特性を示す。この図から明らかなように、共振
周波数近傍にはほとんどリップルは生じなかった。この
ため、これらの共振子をラダー型回路に直列、及び並列
に配置することで、図８に示すような、通過帯域内にお
いて非常にフラットなフィルタ特性５が得られた。

【００４０】ここで、図８は共振子特性のリップルを低
減し、フィルタ特性の通過帯域内リップルを低減させた
例であり、特性の測定にはネットワークアナライザを用
いた。また、共振子のインピーダンス測定にはネットア
ナライザーにおいてインピーダンス反射量を測定して求
め、フィルタの減衰特性測定には通過特性を測定し求め
た。測定方法としては、インピーダンス測定にはマイク
ロ波検知プローバーを用い、フィルタ特性測定には専用
のテストフィクスチャを用いた。従来のインピーダンス
特性（図１１），従来のフィルタ特性（図１２）に比べ
て、本発明のインピーダンス特性（図７），本発明のフ
ィルタ特性（図８）はリップルのほとんどない良好な特
性を得た。また、リップルの大きさは、従来０．５ｄＢ
程度であったものが、本発明によって高々０．２ｄＢ程
度までに改善することができた。

【００４１】

【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、反射器電極のデューティを０．３５〜
０．４５の最適範囲としたので、反射器電極のストップ
バンド幅が拡大し、これによりストップバンド外のリッ
プルが弾性表面波共振子の共振周波数付近から遠ざか
り、フィルタの通過帯域内のリップルを減少させ、リッ
プルのほとんどない通過帯域幅の大きな優れたフィルタ
を実現できる。このため、１ｃｈ当たりのＩＦバンド領
域内での損失レベル差（リップル）を小さくでき、ま
た、帯域幅も増大させることができるので、ＣＤＭＡ方
式のような通話品質の高いシステムにも極めて好適に対
応することが可能な優れた弾性表面波装置を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る弾性表面波共振子の電極構造を示
す模式的な平面図である。

【図２】本発明のラダー型弾性表面波フィルタの電極構
造を模式的に示す平面図である。

【図３】本発明の弾性表面波共振子の規格化周波数と反
射器電極の反射係数との関係を示す線図である。

【図４】本発明の弾性表面波共振子のインピーダンス特
性を示す線図である。

【図５】反射器電極のデューティと△ｆ／ｆとの関係を
示す線図である。

【図６】規格化電極膜厚と△ｆ／ｆとの関係を示す線図
である。

【図７】本発明に係るラダー型弾性表面波フィルタを構
成する弾性表面波共振子のインピーダンス特性を示す線
図である。

【図８】本発明に係る弾性表面波フィルタの伝送特性を
示す線図である。

【図９】従来の弾性表面波共振子の電極構造を示す模式
的な平面図である。

【図１０】従来のラダー型弾性表面波フィルタの電極構
造を模式的に示す平面図である。

【図１１】従来のラダー型弾性表面波フィルタを構成す
る弾性表面波共振子のインピーダンス特性を示す線図で
ある。

【図１２】従来の弾性表面波フィルタの伝送特性を示す
線図である。

【図１３】従来の弾性表面波共振子における規格化周波
数と反射器電極の反射係数との関係を示す線図である。

【図１４】従来の弾性表面波共振子のインピーダンス特
性を示す線図である。

【符号の説明】

１：ＩＤＴ電極 ２，３：反射器電極 Ｋ：弾性表面波共振子 Ｆ１：弾性表面波フィルタ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電基板上にＩＤＴ電極と、該ＩＤＴ電
   極により励振された弾性表面波をＩＤＴ電極側へ反射せ
   しめる複数の電極指を有する反射器電極を設けて成る弾
   性表面波装置であって、前記反射器電極の電極指幅及び
   電極指間距離が下記式を満足するように設定されている
   ことを特徴とする弾性表面波装置。 ０．３５ ≦ 電極指幅／（電極指幅＋電極指間距離）
   ≦ ０．４５
2. 【請求項２】 前記反射器電極は電極指の本数が２０以
   上であり、且つ前記ＩＤＴ電極及び反射器電極の電極膜
   厚が下記式を満足することを特徴とする請求項１に記載
   の弾性表面波装置。 ０．０５ ≦ 電極膜厚／弾性表面波の波長 ≦ ０．
   １５
3. 【請求項３】 前記圧電性基板は３６°〜４２°回転Ｙ
   カットＸ伝搬のタンタル酸リチウム単結晶から成ること
   を特徴とする請求項１に記載の弾性表面波装置。