JP2002252548A

JP2002252548A - 弾性表面波フィルタ

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Publication number: JP2002252548A
Application number: JP2001377394A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Otsuka; 一弘大塚; Hirohiko Katsuta; 洋彦勝田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-12-21
Filing date: 2001-12-11
Publication date: 2002-09-06
Anticipated expiration: 2021-12-11
Also published as: JP3971604B2

Abstract

(57)【要約】【課題】新規で有用な結晶方位を有するタンタル酸リ
チウム単結晶基板を用いて、通過帯域特性の挿入損失や
帯域内偏差が最適な弾性表面波フィルタを提供するこ
と、及び、所望の比帯域幅を有する弾性表面波フィルタ
を容易に設計できる、圧電結晶基板の最適な方位決定方
法を提供すること。【解決手段】タンタル酸リチウム単結晶から成る圧電
結晶基板１の主面１ａ上に、弾性表面波を励振する励振
電極２と、弾性表面波の伝搬方向ｘ１に少なくとも１つ
の反射器電極３とを配設した弾性表面波フィルタＳ１に
おいて、圧電結晶基板１の結晶方位を示す右手系のオイ
ラー角表示（φ，θ，ψ）の各変数が、０．５≦φ≦２
０、１１５≦θ≦１４７、−（ｔａｎ^-1（ｔａｎφ／ｃ
ｏｓθ））−６≦ψ≦−（ｔａｎ^-1（ｔａｎφ／ｃｏｓ
θ））＋６を満足することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は弾性表面波フィルタ
に関し、特にＧＨｚ帯域を含む高周波帯域において優れ
た通過帯域特性を有する弾性表面波フィルタに関する。

【０００２】

【発明の背景】近年、各種通信機器に弾性表面波フィル
タが使用されるようになり、機器の小型化や通過帯周波
数の無調整化の役割を果たしている。そして、通信機器
の高周波数化・高機能化の進展にともない、帯域幅や減
衰量のバリエーションを備えたフィルタの要求が益々増
大してきている。

【０００３】例えば、９００ＭＨｚ帯の携帯電話用フィ
ルタには通過帯域幅２５ＭＨｚ（比帯域幅２．８％）の
フィルタが、１．９ＧＨｚ帯の携帯電話用フィルタでは
通過帯域幅６０ＭＨｚ（比帯域幅２．８％）の高性能な
フィルタがそれぞれ要求されている。さらに、日本にお
ける携帯電話のＰＤＣ（ＰｅｒｓｏｎａｌＤｉｇｉｔ
ａｌＣｅｌｌｅｒｐｈｏｎｅｓｙｓｔｅｍ）用フ
ィルタでは８００ＭＨｚ帯で通過帯域幅１６ＭＨｚ（比
帯域幅１．９％）という帯域幅のフィルタも要求されて
いる。なお、比帯域幅をＢＲとすれば、ＢＲ＝ＢＷ／ｆ
ｃ（ＢＷは帯域内挿入損失が３ｄＢにおける通過帯域
幅、ｆｃは帯域内挿入損失が３ｄＢにおける通過帯域の
中心周波数）で定義される。

【０００４】このように、各種電話仕様では１．９〜
２．８％程度の比帯域幅が要求されているが、フィルタ
としては高周波数帯の製造偏差や温度変動による周波数
変動量を考慮し、２〜４．５％の比帯域幅が必要にな
る。

【０００５】かかる弾性表面波フィルタは、一般に圧電
性の単結晶あるいは多結晶の基板上に励振電極を配設し
て成るが、電気機械結合係数ｋ²が大きく（＝表面波の
励振効率が高く）、また高周波帯域において、弾性表面
波の伝搬損失が小さい基板材料として、タンタル酸リチ
ウム（ＬｉＴａＯ₃）単結晶から成る圧電結晶基板がよ
く知られており、特に、ＬｉＴａＯ₃単結晶の３６°回
転Ｙ−Ｘ基板（Ｙカット面を、Ｘ軸を中心として３６°
回転させたカット面を有し、弾性表面波をＸ軸方向へ伝
搬させる結晶方位：右手系オイラー角表示（以下、単に
オイラー角表示ともいう）では（０，１２６，０））が
伝搬損失の小さい材料として使用されてきた。

【０００６】また最近では、前記３６°回転Ｙ−Ｘ基板
は、圧電結晶基板上に形成された電極の付加質量効果が
無視できる場合に最適な結晶方位であり、数百ＭＨｚ以
下の周波帯域において励起される弾性表面波の波長が長
い場合に有効ではあっても、現在の携帯電話等で必要と
されているＧＨｚ帯域近傍での動作においては、電極の
厚さが励起される弾性波波長に対して無視できなくな
り、必ずしも最適にはならないことが報告されており、
ＬｉＴａＯ₃単結晶の４２°回転Ｙ−Ｘ基板（オイラー
角表示：（０，１３２，０））が新たな最適結晶方位と
して提案されている（特開平９−１６７９３６号公報を
参照）。

【０００７】しかしながら、単にＹカット面をＸ軸回り
に所定角度回転させてＸ軸方向に伝搬させる基板（回転
Ｙ−Ｘ基板）を用いる以上、適当な電極膜厚においてバ
ルク放射や伝搬損失が小さくなる回転角度が存在したと
しても、主に、使用した基板材料によりフィルタ電気特
性の帯域幅に寄与する実効的な電気機械結合係数が決定
され比帯域幅が決定されるので、ごく狭い範囲でしか所
望の比帯域幅をもつフィルタを設計できない。

【０００８】さらに、現在のデジタル回路に適した電気
特性を得るためには、これまで以上に平坦性のあるフィ
ルタが要求されるが、本発明者らは、前記したＬｉＴａ
Ｏ３単結晶の４２°回転Ｙ−Ｘ基板が、通過帯域特性の
挿入損失や帯域内偏差において必ずしも最適ではないこ
とを見出した。

【０００９】なお、表面すべり波が基板の両端面を反射
して所望の共振周波数を与える、いわゆる端面反射型の
圧電すべり波共振子において、回転Ｙ−Ｘ基板とその基
板に対し結晶方位を若干ずらした基板を最適とする弾性
波素子が知られている（特公平６−１４６０８号公報を
参照）。しかし、この弾性表面波素子は、ＩＤＴ電極で
励起させた表面すべり波を用いるものであり、しかもこ
の表面すべり波は圧電結晶基板の端面などの結晶面で反
射させるので、一つのＩＤＴ電極で励起させた表面すべ
り波の伝搬路上に結晶面を形成しなければならない。よ
って、一つのＩＤＴ電極から成る共振子の複数を、例え
ばラダー型回路に配設・接続させてフィルタとして機能
させるには、圧電結晶基板の結晶端面を好適に利用でき
ない。このため、ＩＤＴ電極の両側に特殊な溝構造など
を形成させるのに、フィルタの作製工程がきわめて煩雑
になるので問題である。

【００１０】そこで本発明では、新規で有用な結晶方位
を有するタンタル酸リチウム単結晶基板を用いて、通過
帯域特性の挿入損失や帯域内偏差が最適な弾性表面波フ
ィルタを提供すること、及び、所望の比帯域幅を有する
とともに圧電結晶基板が最適に方位決定された弾性表面
波フィルタを提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために、タンタル酸リチウム単結晶から成る圧電結晶基
板の主面上に、弾性表面波を励振する励振電極と、前記
弾性表面波の伝搬方向に少なくとも１つの反射器電極と
を配設した弾性表面波フィルタにおいて、前記圧電結晶
基板の結晶方位を示す右手系のオイラー角表示（φ，
θ，ψ）の各変数が、０．５≦φ≦２０、１１５≦θ≦
１４７、−（ｔａｎ^-1（ｔａｎφ／ｃｏｓθ））−６≦
ψ≦−（ｔａｎ^-1（ｔａｎφ／ｃｏｓθ））＋６を満足
することを特徴とする。

【００１２】また特に、オイラー角表示（φ，θ，ψ）
のθが１２３≦θ≦１３８を満足すること、オイラー角
表示（φ，θ，ψ）のφ，θが、０．５≦φ≦１０，１
２９≦θ≦１３５を満足すること、または、オイラー角
表示（φ，θ，ψ）のφ，θが、０．５≦φ≦４，１３
１≦θ≦１３２を満足することを特徴とする。

【００１３】また、タンタル酸リチウム単結晶から成る
圧電結晶基板の主面上に、弾性表面波を励振する励振電
極と、弾性表面波を前記励振電極へ反射する少なくとも
１つの反射器電極とを配設した弾性表面波フィルタにお
いて、前記圧電結晶基板の結晶方位を示す右手系のオイ
ラー角表示（φ，θ，ψ）の各変数が、２≦φ≦４、１
３１≦θ≦１３３、３．５≦ψ≦６を満足することを特
徴とする。

【００１４】さらに、タンタル酸リチウム単結晶から成
る圧電結晶基板の主面上に弾性表面波の励振電極を配設
した弾性表面波フィルタにおいて、比帯域幅ＢＲを所望
の値としたときに、前記圧電結晶基板の結晶方位を示す
オイラー角表示（φ，θ，ψ）の各パラメータが下記式
を満足するように、前記圧電結晶基板の結晶方位を決定
したことを特徴とする。

【００１５】Ｆ１（ＢＲ）≦φ≦Ｆ２（ＢＲ）、Ｇ１（ＢＲ）≦θ≦Ｇ２（ＢＲ）、 −（ｔａｎ^-1（ｔａｎφ／ｃｏｓθ））−６≦ψ≦−
（ｔａｎ^-1（ｔａｎφ／ｃｏｓθ））＋６（ただし、Ｆ１（ＢＲ）＝−２４８０×ＢＲ＋９５、Ｆ
２（ＢＲ）＝−２４８０×ＢＲ＋９９、Ｇ１（ＢＲ）＝
１１４０×ＢＲ＋８５、Ｇ２（ＢＲ）＝１１４０×ＢＲ
＋８９、ＢＲ＝ＢＷ／ｆｃ（ＢＷは帯域内挿入損失が３
ｄＢにおける通過帯域幅、ｆｃは帯域内挿入損失が３ｄ
Ｂにおける通過帯域の中心周波数）である。）。

【００１６】

【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。

【００１７】図１（ａ）に、圧電結晶基板の結晶方位
（カット角及び弾性表面波の伝搬方向）をあらわす右手
系のオイラー角表示（φ，θ，ψ）による座標変換を説
明するための座標軸を示し、図１（ｂ）に、この座標変
換で得られた直交座標系（ｘ１−ｘ２−ｘ３）と圧電結
晶基板１との関係を説明する斜視図を示す。

【００１８】圧電結晶基板のデバイス領域となる主面の
結晶方位（カット角及び弾性表面波の伝搬方向）をあら
わすオイラー角表示は、次のように定義される。まず、
図１（ａ）に示すように、結晶軸Ｘ，Ｙ，Ｚを有する圧
電単結晶において、Ｚ軸を回転軸としてＸ軸とＹ軸を反
時計方向にφ度（゜）回転し、次に、回転させたＸ軸を
θ回転軸として、Ｚ軸を反時計方向にθ度（゜）回転
し、さらに、前記回転させたＸ軸（θ回転軸）と前記回
転させたＹ軸を反時計方向にψ度（°）回転させ、この
回転により得られた最終の直交座標軸をｘ１，ｘ２，ｘ
３とする。

【００１９】そして、図１（ｂ）に示すように、ｘ３軸
を法線とする圧電基板１の主面１ａにおいて、ｘ１軸方
向に弾性表面波を伝搬させる圧電結晶基板１の結晶方位
を、オイラー角表示で（φ，θ，ψ）とあらわす。

【００２０】所定結晶方位を有する圧電結晶基板を切り
出すための単結晶ウエハは、以下のようにして作製す
る。まず、オイラー角表示（０．５〜２０，１１５〜１
４７，ψ＝任意）に対し略垂直な方位に切り出した種結
晶の面を、イリジウムなどの高融点金属製のルツボ内
で、融点以上で融解したタンタル酸リチウムの原料融液
に接触させ、しかる後に、温度を下げながら種結晶の回
転と同時に引上げ（回転引上げ法（＝チョクラルスキー
法））を行ない、例えば外径約１１０ｍｍの単結晶の育
成を行う。

【００２１】次に、このようにして育成した単結晶を、
例えば内周刃ダイヤモンド切断機とＸ線回折装置等を用
いてカット角を測定しながら切断し、オイラー角表示で
（０．５〜２０，１１５〜１４７，ψ＝任意）面が主面
となるウエハを得る。

【００２２】さらに、ウエハのデバイス作製面となる主
面をポリッシュ研磨により鏡面加工した後に、この主面
上にＡｌやＡｌ−Ｃｕ合金等のＡｌを主成分とする金属
の微細電極パターン等を形成し、多数の励振電極となる
ＩＤＴ電極及び反射器電極を、例えばラダー型回路に配
設したフィルタ素子領域を複数形成する。なお、これら
電極パターンの作製には、縮小投影露光機（ステッパ
ー）及びＲＩＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈ
ｉｎｇ）装置等によりフォトリソグラフィにより行な
う。

【００２３】そして、励振電極などの微細電極を保護す
るために、例えば薄膜のＳｉＯ₂膜を前記ウエハの主面
上に積層した後に、カッティング装置によりウエハのダ
イシングを行ない、個々のフィルタ素子を作製する。こ
の後、個々のフィルタ素子を筐体中に載置し、筐体の電
極と前記フィルタ素子の電極との電気的接続を行ない、
弾性表面波フィルタを完成する。

【００２４】図２に、このようにして作製した弾性表面
波フィルタＳ１において、圧電結晶基板１上に形成され
た電極構造の一例を模式的に示す。図中、２は弾性表面
波を励振するＩＤＴ（インターディジタル・トランスデ
ューサ）電極、３はその両側（弾性表面波の伝搬方向）
に配設され、ＩＤＴ電極２と同様に形成されたグレーテ
ィング状の反射器電極である。また、４はラダー型回路
を構成する直列共振子、５は並列共振子である。

【００２５】弾性表面波フィルタＳ１によれば、櫛歯状
を成し所定の電極指間隔を有する微細構造のＩＤＴ電極
２により弾性表面波が励振され、ＩＤＴ電極２を両側か
ら挟むように配設された反射器電極３により弾性表面波
がＩＤＴ電極２側に反射され、有効に閉じ込められて電
気的共振を生ぜしめる。そして、図示のように、ＩＤＴ
電極２及び反射器電極３から成る共振子を直列または並
列接続させてラダー型回路を構成することにより、所望
のフィルタ電気特性を得る。

【００２６】なおここで、圧電結晶基板の厚みは０．１
ｍｍ〜０．５ｍｍ程度がよく、０．１ｍｍ未満では圧電
結晶基板がもろくなり、０．５ｍｍ超では材料コストと
部品寸法が大きくなり使用できない。

【００２７】また、ＩＤＴ電極は、例えばＡｌもしくは
Ａｌ合金（Ａｌ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｔｉ系、Ａｌ−Ｍｇ
系）からなり、蒸着法、スパッタ法、またはＣＶＤ法な
どの薄膜形成法により形成する。また、耐電力性能向上
のために数多くの前述した金属材料が積層構造と成して
いてもよく、弾性表面波フィルタとしての特性を得る上
で好適である。

【００２８】さらに、本発明に係る電極及び圧電結晶基
板上の弾性表面波の伝搬部にＳｉ、ＳｉＯ₂、ＳｉＮ
ｘ、Ａｌ₂Ｏ₃等の誘電体膜を保護膜として形成して、導
電性異物による通電の防止や耐電力の向上を図るように
してもよい。

【００２９】このように構成されたラダー型の弾性表面
波フィルタＳ１において、圧電結晶基板１の主面１ａ
は、通過帯域特性の挿入損失や帯域内偏差が良好な弾性
表面波フィルタを得るのに、最適な圧電結晶基板の結晶
方位として、オイラー角表示（φ，θ，ψ）の各変数
が、０．５≦φ≦２０、１１５≦θ≦１４７、 −（ｔａｎ^-1（ｔａｎφ／ｃｏｓθ））−６≦ψ≦−
（ｔａｎ^-1（ｔａｎφ／ｃｏｓθ））＋６、を満足するものである。前記結晶方位とする理由につい
て、以下に詳細に説明する。なお、ＬｉＴａＯ₃単結晶
のオイラー角表示については、結晶の対称性により、等
価な結晶方位が有り得るため、等価な結晶方位の基板は
前記範囲に含まれるものとする。

【００３０】図３〜１１は、種々の結晶方位を有する圧
電結晶基板を用いた弾性表面波フィルタの電気特性を、
次に示す構成及び測定条件にて得た平均値で示した結果
である。図中の記号（△，◆）は代表的な角度について
プロットしたものである。

【００３１】電極パターン構造により共振状態が変化す
るため、最適なフィルタ特性を得るには最適な膜厚比を
変えなければならないが、本発明で使用したＩＤＴ電極
及び反射器電極の最適な膜厚比（規格化膜厚）Ｈ／λ
（Ｈ：膜厚、λ：ＩＤＴ電極の周期長、または弾性表面
波の波長）は０．０３〜０．２にすることが最適な共振
状態を得る上で好適である。

【００３２】また、ＩＤＴ電極の総対数は良好な共振状
態が得られる３〜１５０対とし、反射器電極の本数は１
〜２００本とする。これにより、ＩＤＴ電極にて励振さ
せた弾性表面波を良好に反射させることができる。ま
た、ＩＤＴ電極の規格化交差幅は３〜２００λ（λ：Ｉ
ＤＴ電極の周期長、または弾性表面波の波長）とし、こ
れにより良好な共振状態が得られる。なお、各プロット
は測定個数３０の平均を示している。

【００３３】また、前記弾性表面波フィルタの通過特性
は、終端抵抗値が５０Ωとなる条件で、ベクトルネット
ワークアナライザ（アジレント・テクノロジー社製：型
番ＨＰ８７５３ＥＳ）を用いて測定した。なお、弾性表
面波フィルタは１．９ＧＨｚ帯に使用可能な図２に示す
ラダー型フィルタを作製したものである。

【００３４】ここで、本発明の弾性表面波フィルタで
は、対称構造を持つ結晶材料を用いて圧電基板としてい
る。この圧電結晶基板の結晶Ｘ軸からの対称性により、
伝搬方向と結晶Ｘ軸との差異によるフィルタ特性の有意
差を明らかにするため、オイラー回転させる前の結晶Ｘ
軸を、オイラー回転させた後の圧電結晶基板上（ｘ１−
ｘ２平面）に結晶Ｚ軸側へ投影させた軸（投影Ｘ軸：結
晶Ｘ−Ｚ面とｘ３軸を法線とする平面との交線）に、オ
イラー回転させた後のｘ１軸を一致させて、そのｘ１軸
を中心に広がった角度（ただし、ψの回転方向を＋とす
る）を投影軸角度ψ’とし、このψ’＝０が特性上最も
良好な角度となりうる。

【００３５】前記投影Ｘ軸がｘ１軸と一致する（ψ’＝
０の）とき、オイラー角表示の第１角φ°と第２角θ°
を用いて、幾何学的関係により下記式Iのように表すこ
とができる。 ψ＝−（ｔａｎ^-1（ｔａｎφ／ｃｏｓθ））（式Ｉ）図３に、ＬｉＴａＯ₃単結晶から成る圧電結晶基板のオ
イラー角表示（φ，θ，ψ）の変数、第１角φが０及び
３で、かつ、投影軸角度ψ’が０（例えば、θ＝１３２
でφ＝０のときψ＝０、また、θ＝１３２でφ＝３のと
きψ＝４．５）の弾性表面波フィルタを用いて、第２角
θと、通過帯域内（１８５０ＭＨｚ〜１９１０ＭＨｚ）
における最大挿入損失との関係について、終端抵抗５０
Ωとなる条件にて通過伝送特性を前記ベクトルネットワ
ークアナライザで測定した結果を示す。ここで、実線Ｌ
１はφ＝３、ψ’＝０の場合の結果を、破線Ｌ２はφ＝
０、ψ’＝０の場合の結果をそれぞれ示す。

【００３６】また図４に、図３と同様に形成した弾性表
面波フィルタを用い、第２角θと、前記通過帯域内にお
ける最大挿入損失が３ｄＢ以内での比帯域幅（前記ＢＲ
と同一）との関係について、前記と同様に測定した結果
を示す。

【００３７】また図５に、図３と同様に形成した弾性表
面波フィルタを用い、前記の第２角θと、第１角φで定
義される結晶材料と、通過帯域内偏差との関係につい
て、前記と同様に測定した結果を示す。ここで、実線Ｌ
１はφ＝３、ψ’＝０の場合の結果を、破線Ｌ２はφ＝
０、ψ’＝０の場合の結果をそれぞれ示す。

【００３８】図３〜５の結果より以下のことが判明し
た。

【００３９】オイラー角表示の第２角θが１３２付近で
各図の特性において極大または極小が存在するが、第１
角φ＝０の圧電結晶基板と、φ＝３の圧電結晶基板とを
比較すると、φ＝３の圧電結晶基板を用いたフィルタの
方が第２角θの広い角度範囲において挿入損失や比帯域
幅は変化が少なく、しかも挿入損失が小さく帯域内偏差
も良好であることが判明した。

【００４０】また特に図５に示すように、θが１１５〜
１４７の範囲である場合には、帯域内偏差が３ｄＢ以内
であり良好である。さらに、θが１２３〜１３８の範囲
内の場合は、図３に示すように、挿入損失が３ｄＢ以内
となり最適となることが判明した。

【００４１】図６に、オイラー角表示の第２角θが特に
１３２及び１２９の場合で、かつ、投影軸角度ψ’が０
の場合で、第１角φと前記通過帯域内の最大挿入損失と
の関係について測定した結果を示す。なお、測定条件等
は図１と同様である。なお、θ＝１２９を選択した理由
は、従来、最適とされる３６°回転Ｙ−Ｘ基板（θ＝１
２６）と４２°回転Ｙ−Ｘ基板（θ＝１３２）のオイラ
ー角表示における第２角θの平均値だからである。

【００４２】また図７に、図４及び図６と同様の条件
で、第１角φと、前記通過帯域内における最大挿入損失
が３ｄＢ以内での比帯域幅との関係を測定した結果を示
す。なお、実線Ｌ１はθ＝１２９、ψ’＝０の場合の結
果を、破線Ｌ２はθ＝１３２、ψ’＝０の場合の結果を
それぞれ示す。破線Ｌ３はθ＝１３２、ψ’＝０の場合
で第１角φが小さい場合のプロットに合わせて近似させ
て描いた直線を示す。

【００４３】また図８に、図５及び図６と同様の条件
で、第１角φと通過帯域内偏差との関係を測定した結果
を示す。なお、実線Ｌ１はθ＝１２９、ψ’＝０の場合
の結果を、破線Ｌ２はθ＝１３２、ψ’＝０の場合の結
果をそれぞれ示す。

【００４４】図６〜８の結果より以下のことが判明し
た。

【００４５】図６から明らかなように、第１角φを変化
させても著しい変化が見られず、良好な特性が得られ
る。

【００４６】また、特に図７に示した直線Ｌ３からわか
るように、比帯域幅は第１角φが小さい範囲（０．５〜
１０）で１次関数的に減少傾向がみられ、図８より第１
角φが大きくなると帯域内偏差は小さくなる傾向にあ
り、特に、φが０．５〜２０では、結晶方位が変化する
ことにより、伝搬損失が小さい上に、実効電気機械結合
係数ｋ²所望の比帯域幅ＢＲに最適な領域に近づくこと
となるため、良好な帯域内偏差を得ることができる。

【００４７】図７に示した破線Ｌ３は、第１角φが小さ
い範囲０．５〜１０において、第２角θが１３２の場合
に直線近似した結果であり、この直線は下記式IIとな
る。

【００４８】したがって、所望の比帯域幅ＢＲを有する
フィルタを得ようとするときに、それに使用する圧電結
晶基板の結晶方位は、実験式である下記式IIにしたがっ
て第１角φを導出することができる。

【００４９】 φ＝−２４８０．０×ＢＲ＋９７．０（式II）同様に、図４のθが１３２以下の実験データ（図中◆，
△）から、下記式IIの実験式が得られ、所望の比帯域幅
ＢＲを有するフィルタを得ようとするときに、それに使
用する圧電結晶基板の結晶方位は、下記式IIIにより、
第２角θを導出することができる。

【００５０】 θ＝１１４０×ＢＲ＋８７．０（式III）また、図７における第２角θが１３２の場合の実験デー
タ（図中△）から、前記実験式IIの標準偏差σは約０．
５と求められ、本実験式のトレーランスは４σ分（ここ
で、σは標準偏差）を見込み±２とする。

【００５１】さらに、上記式により求めた第１角φと第
２角θを前記式Ｉから第３角ψを算出することができ
る。

【００５２】よって、比帯域幅ＢＲを所望の値としたと
きに、圧電結晶基板の結晶方位を示すオイラー角表示
（φ，θ，ψ）の各変数が下記式を満足するように、前
記圧電結晶基板の結晶方位を決定できる。

【００５３】Ｆ１（ＢＲ）≦φ≦Ｆ２（ＢＲ）、Ｇ１（ＢＲ）≦θ≦Ｇ２（ＢＲ）、 −（ｔａｎ^-1（ｔａｎφ／ｃｏｓθ））−６≦ψ≦−
（ｔａｎ^-1（ｔａｎφ／ｃｏｓθ））＋６（ただし、Ｆ１（ＢＲ）＝−２４８０×ＢＲ＋９５、Ｆ
２（ＢＲ）＝−２４８０×ＢＲ＋９９、Ｇ１（ＢＲ）＝
１１４０×ＢＲ＋８５、Ｇ２（ＢＲ）＝１１４０×ＢＲ
＋８９、ＢＲ＝ＢＷ／ｆｃ（ＢＷは帯域内挿入損失が３
ｄＢにおける通過帯域幅、ｆｃは帯域内挿入損失が３ｄ
Ｂにおける通過帯域の中心周波数）である。）。

【００５４】次に、本発明による圧電結晶基板のさらに
好適な結晶方位について説明する。

【００５５】図９に、オイラー角表示の第２角θが１３
２で、かつ、第２角φが０，１，３，５，７の各々の場
合における通過帯域内（１８５０ＭＨｚ〜１９１０ＭＨ
ｚ）の最大挿入損失について測定した結果を示す。

【００５６】また図１０に、投影軸角度ψ’と前記通過
帯域内における最大挿入損失が３ｄＢ以内での比帯域幅
との関係について、図９と同様にして測定した結果を示
す。また図１１に、投影軸角度ψ’と通過帯域内偏差と
の関係について、図９と同様にして測定した結果を示
す。

【００５７】ＬｉＴａＯ３単結晶の結晶構造は、結晶Ｘ
−Ｚ面に対して結晶が強い対称性をもつことにより、図
９〜１１の結果から、投影軸角度ψ’が０付近でそれぞ
れピークをもち、得られるフィルタ特性も投影軸角度
ψ’について対称的であることは、結晶材料が結晶Ｘ軸
について対称であることから明白である。

【００５８】したがって、特に、帯域内偏差が３ｄＢ以
内であるところの投影軸角度ψ’が±６トレーランスの
範囲内で良好であり、また、挿入損失３ｄＢ以内では、
投影軸角度ψ’が±４のトレーランスの範囲内で最適で
あることが判明した。この理由は、結晶方位が変化する
ことにより、実効電気機械結合係数ｋ²が所望の比帯域
幅ＢＲに最適な領域に近づくことで、帯域内偏差が良好
になりかつ挿入損失も良好になるからと考えられる。

【００５９】特に比通過帯域幅を４％超に大きくした場
合、良好な電気特性が得られる圧電結晶基板は、オイラ
ー角表示（φ，θ，ψ）で（２〜４，１３１〜１３３，
３．５〜６）であることが判明した。

【００６０】かくして、オイラー角表示において、
（０．５〜２０、１１５〜１４７、ψ’＝−６〜６（ψ
＝−６〜４７））の圧電結晶基板を用いた弾性表面波フ
ィルタによれば、帯域内偏差を３ｄＢ以内にすることが
できる。

【００６１】また、オイラー角表示において、（０．５
〜２０、１２３〜１３８、ψ’＝−４〜４（ψ＝−４〜
３８））の圧電結晶基板を用いた弾性表面波フィルタに
よれば、挿入損失が３ｄＢ以内の良好なフィルタ特性を
備えることになる。

【００６２】また、オイラー角表示において、（０．５
〜１０、１２９〜１３５、ψ’＝−６〜６（ψ＝−６〜
２２））の圧電結晶基板を用いた弾性表面波フィルタに
よれば、所望の比帯域幅ＢＲで確実に帯域内偏差が３ｄ
Ｂ以内とすることができ、挿入損失も３ｄＢ以内の最適
なフィルタ特性となる。

【００６３】さらに、オイラー角表示において、（０．
５〜４、１３２、ψ’＝−４〜４（ψ＝−４〜１０））
の圧電結晶基板を用いた弾性表面波フィルタによれば、
最大の帯域幅と最小の挿入損失及び、良好な帯域内偏差
が得られ、さらに良好な通過帯域近傍の減衰特性を有す
る、きわめて良好なフィルタ特性とすることができる。

【００６４】また、本発明による圧電結晶基板の結晶方
位を決定する方法によれば、圧電結晶基板のオイラー角
表示の各変数は所望の比帯域幅ＢＲの関数であらわすこ
とができ、これにより、温度特性の良好なＬｉＴａＯ₃
単結晶の圧電結晶基板材料を選択することができるとと
もに、良好な挿入損失や帯域内偏差、及び良好な通過帯
域近傍の減衰特性を有する、優れた弾性表面波フィルタ
の設計・作製を容易かつ簡便に行うことができる。

【００６５】本実施形態ではラダー型回路を例にとり弾
性表面波フィルタを説明したが、ラダー型回路に限定さ
れるものではなく、弾性表面波を効率良く励振するため
に、少なくとも励振電極と反射器電極とを備えたもので
あれば適用可能であり、例えば、図１２に示すようなＩ
ＤＴ電極２の複数を伝搬方向ｘ１に配設させた、いわゆ
る共振器型構造の電極構成を備えた弾性表面波フィルタ
Ｓ２においても適用可能である。なお、図１２において
図２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。また、本発明は、格子型回路やラダー型回路と格
子型回路の組合せ等、各種のフィルタ回路を備えた弾性
表面波フィルタに対しても適用でき、本発明の要旨を逸
脱しない範囲で種々の変更を行うことが可能である。

【００６６】

【実施例】本発明に係る弾性表面波フィルタを具体的に
作製した一例について説明する。

【００６７】オイラー角表示の各変数について、φ＝
３、θ＝１３２、ψ＝４．５のＬｉＴａＯ₃単結晶から
成る圧電結晶基板上に、Ａｌ（９８ｗｔ％）−Ｃｕ（２
ｗｔ％）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、ニコン社
製、型番：ＮＳＲ２２０５ｉ１２Ｄ）、及びＲＩＥ（Ｒ
ｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）装置（松下
電器産業社製、型番：Ｅ６４６Ｓ−ＩＣＰ）により行な
った。

【００６８】まず、基板材料をアセトン・ＩＰＡ等によ
って超音波洗浄し、有機成分を落とした。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の材料を成膜した。電極膜厚は約
０．２μｍとした。

【００６９】次に、フォトレジストを約０．５μｍ厚み
にスピンコートし、前記ステッパーにより所望のパター
ニングを行なった。

【００７０】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電極のエッチン
グを行ない、パターンニングを終了した。

【００７１】この後、上記電極の所定領域上に保護膜を
作製した。すなわち、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フォト
レジストのパターニングを行ない、ＲＩＥ装置等でワイ
ヤ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。

【００７２】次に、基板をダイシング線に沿ってダイシ
ング加工を施し、チップごとに分割した。そして、各チ
ップをダイボンド装置にてピックアップし、シリコーン
樹脂を主成分とする樹脂を用い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。パッケージは３ｍｍ角の積層構造のセラミックパッ
ケージを用いた。

【００７３】次に、３０μｍ径のＡｕワイヤをパッケー
ジの電極部とチップ上のＡｌ電極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かぶせ、封止機
にて溶接封止して完成した。なお、チップ上のグランド
電極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電極にボンディングした。

【００７４】また、比較例として、オイラー角表示の各
変数について、φ＝０、θ＝１３２、ψ＝０のＬｉＴａ
Ｏ₃単結晶から成る圧電結晶基板上に、本発明の実施例
と同様にして電極等を作製した弾性表面波フィルタを得
た。

【００７５】このようにして完成した弾性表面波フィル
タの電気特性は、ネットワークアナライザ（アジレント
・テクノロジー社製：型番ＨＰ８７５３ＥＳ）により測
定を行った。

【００７６】図１３及び図１４に、本発明の実施例と前
記比較例の各弾性表面波フィルタに入力信号を入れたと
きの出力信号の伝送量を縦軸に、周波数を横軸にとった
場合の特性図を示す。ここで、図１３は帯域内偏差をあ
らわすために伝送量が０〜−５ｄＢの範囲での特性を、
図１４は急峻度をあらわすために、伝送量が０〜−７０
ｄＢの範囲での特性を示す。また、各図中の（Ａ）は本
発明の弾性表面波フィルタの特性であり、各図中の
（Ｂ）は前記比較例の弾性表面波フィルタの特性であ
る。

【００７７】図１３及び図１４から明らかなように、本
実施例によれば通過特性が良好であり、特に、帯域内偏
差が比較例の１．５ｄBに対して１．２ｄBとなり、０．
３ｄBも良好な結果が得られた。また、本実施例では通
過帯域の低周波側における減衰特性も良好であり、例え
ば比較例では周波数１８１５MHｚで２５．５ｄBの減衰
量に対して３２．５ｄBであり、７ｄBも減衰量が大きく
より優れた急峻性を示した。

【００７８】

【発明の効果】本発明の弾性表面波フィルタによれば、
タンタル酸リチウム単結晶から成る圧電結晶基板の主面
上に、弾性表面波を励振する励振電極と反射器電極とを
配設して成り、圧電結晶基板の結晶方位を示す右手系の
オイラー角表示（φ，θ，ψ）の各変数が、０．５≦φ
≦２０、１１５≦θ≦１４７、−（ｔａｎ^-1（ｔａｎφ
／ｃｏｓθ））−６≦ψ≦−（ｔａｎ^-1（ｔａｎφ／ｃ
ｏｓθ））＋６を満足するので、帯域内偏差が３ｄＢ以
内の良好で、さらに、挿入損失を劣化させずに比帯域幅
を大きく変更することが可能な、優れた弾性表面波フィ
ルタを提供できる。

【００７９】また、オイラー角表示（φ，θ，ψ）のθ
が、１２３≦θ≦１３８を満足することにより、挿入損
失が３ｄＢ以内の良好なフィルタ特性を備え、さらに、
所望の比帯域幅ＢＲ（３．２〜４％の範囲）で良好な特
性を有する、優れた弾性表面波フィルタを提供できる。

【００８０】また、オイラー角表示（φ，θ，ψ）の
φ，θが、０．５≦φ≦１０、１２９≦θ≦１３５を満
足することにより、所望の比帯域幅ＢＲ（３．５〜４．
０％の範囲）で確実に帯域内偏差が３ｄＢ以内でかつ挿
入損失３ｄＢ以内の最適なフィルタ特性となる最適な弾
性表面波フィルタが提供できる。

【００８１】さらに、オイラー角表示（φ，θ，ψ）の
φ，θが、０．５≦φ≦４、１３１≦θ≦１３３を満足
することにより、最大の帯域幅と最小の挿入損失、及び
良好な帯域内偏差が得られ、このような良好なフィルタ
特性となり、さらに、特性改善は帯域内のみならず、帯
域外の減衰についても行なえる、最適な弾性表面波フィ
ルタを提供できる。

【００８２】特に、比帯域幅を４％超に大きくした場
合、オイラー角表示（φ，θ，ψ）で（２〜４，１３１
〜１３３，３．５〜６）である圧電結晶基板を用いた弾
性表面波フィルタによって、きわめて良好な電気特性が
得られる。

【００８３】そして、比帯域幅ＢＲを所望の値としたと
きに、圧電結晶基板の結晶方位を示すオイラー角表示
（φ，θ，ψ）の各変数が、Ｆ１（ＢＲ）≦φ≦Ｆ２
（ＢＲ）、Ｇ１（ＢＲ）≦θ≦Ｇ２（ＢＲ）、−（ｔａ
ｎ^-1（ｔａｎφ／ｃｏｓθ））−６≦ψ≦−（ｔａｎ^-1
（ｔａｎφ／ｃｏｓθ））＋６（ただし、Ｆ１（ＢＲ）
＝−２４８０．０×ＢＲ＋９５．０、Ｆ２（ＢＲ）＝−
２４８０．０×ＢＲ＋９９．０、Ｇ１（ＢＲ）＝１１４
０×ＢＲ＋８５．０、Ｇ２（ＢＲ）＝１１４０×ＢＲ＋
８９．０）を満足するように、前記圧電結晶基板の結晶
方位を決定するようにしたので、温度特性の良好なＬｉ
ＴａＯ３単結晶基板材料を選択した上で、所望の比帯域
幅を有する弾性表面波フィルタを容易に設計でき、常に
優れた挿入損失や帯域内偏差を持つ良好な弾性表面波フ
ィルタを簡便に提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、圧電結晶基板の結晶方位（カット角
及び弾性表面波の伝搬方向）を示す右手系のオイラー角
（φ，θ，ψ）による座標変換を説明するための座標軸
であり、（ｂ）はオイラー角による座標変換で得られた
直交座標系と圧電結晶基板との関係を説明する斜視図で
ある。

【図２】本発明に係る弾性表面波フィルタの電極構成の
一例を模式的に説明する平面図である。

【図３】各種結晶方位を有する圧電結晶基板のオイラー
角表示の第２角θと通過帯域内の最大挿入損失との関係
を示すグラフである。

【図４】各種結晶方位を有する圧電結晶基板のオイラー
角表示の第２角θと３ｄＢ比帯域幅との関係を示すグラ
フである。

【図５】各種結晶方位を有する圧電結晶基板のオイラー
角表示の第２角θと通過帯域内偏差との関係を示すグラ
フである。

【図６】各種結晶方位を有する圧電結晶基板のオイラー
角表示の第１角φと通過帯域内の最大挿入損失との関係
を示すグラフである。

【図７】各種結晶方位を有する圧電結晶基板のオイラー
角表示の第１角φととの関係を示すグラフである。

【図８】各種結晶方位を有する圧電結晶基板のオイラー
角表示の第１角φと通過帯域内偏差との関係を示すグラ
フである。

【図９】各種結晶方位を有する圧電結晶基板の投影Ｘ軸
との角度ψ’と通過帯域内の最大挿入損失との関係を示
すグラフである。

【図１０】各種結晶方位を有する圧電結晶基板の投影Ｘ
軸との角度ψ’と３ｄＢ比帯域幅との関係を示すグラフ
である。

【図１１】各種結晶方位を有する圧電結晶基板の投影Ｘ
軸との角度ψ’と通過帯域内偏差との関係を示すグラフ
である。

【図１２】本発明に係る弾性表面波フィルタの他の電極
構造を模式的に説明する平面図である。

【図１３】弾性表面波フィルタの周波数と伝送量（０〜
−５ｄＢ）との関係を示し、通過帯域部分を拡大した特
性図であり、（Ａ）は本発明の実施例による弾性表面波
フィルタの電気特性図、（Ｂ）は従来（比較例）の弾性
表面波フィルタの電気特性図である。

【図１４】弾性表面波フィルタの周波数と伝送量（０〜
−７０ｄＢ）との関係を示す特性図であり、（Ａ）は本
発明の実施例による弾性表面波フィルタの電気特性図、
（Ｂ）は従来（比較例）の弾性表面波フィルタの電気特
性図である。

【符号の説明】

Ｓ１，Ｓ２：弾性表面波フィルタ１：圧電結晶基板２：ＩＤＴ電極（励振電極）３：反射器電極４：直列共振子５：並列共振子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】タンタル酸リチウム単結晶から成る圧電
結晶基板の主面上に、弾性表面波を励振する励振電極
と、弾性表面波を前記励振電極へ反射する少なくとも１
つの反射器電極とを配設した弾性表面波フィルタにおい
て、前記圧電結晶基板の結晶方位を示す右手系のオイラ
ー角表示（φ，θ，ψ）の各変数が、下記式を満足する
ことを特徴とする弾性表面波フィルタ。０．５≦φ≦２０１１５≦θ≦１４７ −（ｔａｎ^-1（ｔａｎφ／ｃｏｓθ））−６≦ψ≦−
（ｔａｎ^-1（ｔａｎφ／ｃｏｓθ））＋６
【請求項２】前記オイラー角表示（φ，θ，ψ）のθ
が、下記式を満足することを特徴とする請求項１に記載
の弾性表面波フィルタ。１２３≦θ≦１３８
【請求項３】前記オイラー角表示（φ，θ，ψ）の
φ，θ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フィルタ。０．５≦φ≦１０１２９≦θ≦１３５
【請求項４】前記オイラー角表示（φ，θ，ψ）の
φ，θ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フィルタ。０．５≦φ≦４１３１≦θ≦１３２
【請求項５】タンタル酸リチウム単結晶から成る圧電
結晶基板の主面上に、弾性表面波を励振する励振電極
と、弾性表面波を前記励振電極へ反射する少なくとも１
つの反射器電極とを配設した弾性表面波フィルタにおい
て、前記圧電結晶基板の結晶方位を示す右手系のオイラ
ー角表示（φ，θ，ψ）の各変数が、下記式を満足する
ことを特徴とする弾性表面波フィルタ。２≦φ≦４１３１≦θ≦１３３３．５≦ψ≦６
【請求項６】タンタル酸リチウム単結晶から成る圧電
結晶基板の主面上に弾性表面波の励振電極を配設した弾
性表面波フィルタにおいて、比帯域幅ＢＲを所望の値と
したときに、前記圧電結晶基板の結晶方位を示すオイラ
ー角表示（φ，θ，ψ）の各変数が下記式を満足するよ
うに、前記圧電結晶基板の結晶方位を決定したことを特
徴とする弾性表面波フィルタ。Ｆ１（ＢＲ）≦φ≦Ｆ２（ＢＲ）Ｇ１（ＢＲ）≦θ≦Ｇ２（ＢＲ） −（ｔａｎ^-1（ｔａｎφ／ｃｏｓθ））−６≦ψ≦−
（ｔａｎ^-1（ｔａｎφ／ｃｏｓθ））＋６（ただし、Ｆ１（ＢＲ）＝−２４８０×ＢＲ＋９５、Ｆ
２（ＢＲ）＝−２４８０×ＢＲ＋９９、Ｇ１（ＢＲ）＝
１１４０×ＢＲ＋８５、Ｇ２（ＢＲ）＝１１４０×ＢＲ
＋８９、ＢＲ＝ＢＷ／ｆｃ（ＢＷは帯域内挿入損失が３
ｄＢにおける通過帯域幅、ｆｃは帯域内挿入損失が３ｄ
Ｂにおける通過帯域の中心周波数）である。）