JP2002300003A - 弾性波フィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 減衰特性を維持したまま小型化を実現できる
弾性波フィルタを提供することを目的とする。 【解決手段】 圧電基板上に弾性波共振子の複数を直列
及び並列に接続して梯子型回路を構成して成るととも
に、梯子型回路の少なくとも１本の直列腕に複数の弾性
波共振子の各信号側端子を接続し、且つこれら複数の弾
性波共振子の接地側端子を異なる並列腕のそれぞれに接
続したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気通信分野にお
いて、携帯電話やセルラ電話等の移動体用通信機器に高
周波素子として頻繁に使用される弾性波フィルタに関
し、特に弾性波フィルタの高減衰特性を実現させる構成
に関する。

【０００２】

【従来技術とその課題】図７に従来の弾性波フィルタの
減衰特性を示す。この図から明らかなように、減衰周波
数帯域１７において十分な減衰量が得られていない。減
衰周波数帯域１７はフィルタの仕様により変化するが、
移動体通信機器の送信ブロックに使用されるフィルタで
は、通過周波数帯域（不図示）の２倍〜３倍の周波数帯
域が減衰周波数帯域であり、約３０ｄＢの減衰量が要求
されている。

【０００３】図７に示すように、減衰極１８ａが1箇所
しかできず、この減衰極１８ａの近傍では減衰量を確保
できてはいるが、減衰周波数帯域１７全体においては要
求される減衰特性は得られていない。以下、この減衰極
ができる理由について簡単に説明する。

【０００４】まず、フィルタを構成する弾性波共振子に
ついて図８を用いて説明する。図８（ａ）は弾性波共振
子の等価回路図であり、図８（ｂ）はそのインピーダン
ス特性である。弾性波共振子は直列共振周波数ｆｒと反
共振周波数ｆａを持つ。Ｌ、Ｃ、Ｒはその機械的共振現
象を表すための等価定数であり、共振周波数ｆｒは１／
｛２π√（ＬＣ）｝と表される。Ｃ０は弾性波共振子の
電極間容量であり、反共振周波数ｆａは１／［｛２π√
｛（Ｌ（Ｃ＋Ｃ０）｝］となる。これら２つの共振周波
数から外れた周波数帯域においては、前述した電極間容
量Ｃ０が支配的となり、弾性波共振子は単なる静電容量
と見なすことができる。図中に電極間容量Ｃ０のみのイ
ンピーダンス特性を破線で示す。

【０００５】図９は弾性波共振子を用いた従来の弾性波
フィルタの電気等価回路を示す。弾性波フィルタ１は、
弾性波共振子を直列と並列に交互に従属接続してなる梯
子型フィルタである。ここでは、弾性波共振子からなる
直列共振子７が２個、並列共振子（８、９ａ）が３個の
２．５段π型回路の例を示す。１０はパッケージの導体
パターンによるインダクタである。直列共振子の共振周
波数と並列共振子の反共振周波数を通過帯域に合わせて
フィルタとしての特性を実現している。すなわち、通過
帯域においては直列共振子のインピーダンスが小さく、
並列共振子のインピーダンスが大きくなるようにするこ
とで、入力端子１６ａから入射した信号が出力端子１６
ｂへ出力されるようにしている。

【０００６】一方、減衰帯域においては逆に、直列共振
子のインピーダンスが大きく、並列共振子のインピーダ
ンスが小さくなるようにすることで、入力端子１６ａか
ら入射した信号が接地電極へ出力されて出力端子１６ｂ
へは出力されないようにしている。

【０００７】減衰極はこの減衰帯域において大きな減衰
量を得るために必要なものであり、並列腕のインピーダ
ンスが極小になる周波数に生じ、減衰極の周波数はある
程度制御することが可能である。

【０００８】図１０は図９の等価回路の左半分において
弾性波共振子を容量とみなした△−Ｙ変換の様子を示し
ている。３つの弾性波共振子の等価容量１９ａ、１９
ｂ、１９ｃは、△−Ｙ変換によりそれぞれ等価容量２０
ａ、２０ｂ、２０ｃとなる。容量２０ｃはパッケージの
導体パターンによるインダクタ１０と直列に接続される
ことになり、この並列腕部分の直列共振周波数が、図７
に示すフィルタの減衰極１８ａとなる。一方、図９の右
半分における弾性波共振子８とインダクタ１０による共
振周波数は、弾性表面波共振子の共振周波数よりも低周
波数側にできるため、減衰周波数帯域の減衰には関与し
ない。

【０００９】減衰周波数帯域を広範囲に減衰させるため
にはフィルタの段数を増やし、先に述べたように直列共
振を生じる並列腕部分を増やせば良いわけであるが、新
たに並列腕部分を追加すると圧電基板及びパッケージが
大きくなるという問題点があった。

【００１０】そこで本発明は、減衰特性を維持したまま
小型化を実現できる弾性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】上記目的を達成するため
に、本発明の弾性波フィルタは、圧電基板上に弾性波共
振子の複数を直列及び並列に接続して梯子型回路を構成
して成るとともに、該梯子型回路の少なくとも１本の直
列腕に複数の弾性波共振子の各信号側端子を接続し、且
つこれら複数の弾性波共振子の接地側端子を異なる並列
腕のそれぞれに接続したことを特徴とする。

【００１２】前記少なくとも１本の直列腕に接続した複
数の弾性波共振子の反共振周波数は互いに同一であり、
且つ静電容量値が互いに異なることを特徴とする。さら
に、前記弾性波共振子はＩＤＴ電極から成るとともに、
前記静電容量値は前記ＩＤＴ電極の対数または交差幅に
より設定するようにする。

【００１３】ここで、「直列腕」とは直列共振子と直列
共振子との間の配線だけでなく、入出力端子と直列共振
子との間の配線をさすものとする。また「同一」とはフ
ィルタの通過帯域を劣化させることのない範囲で一致し
ていれば良く、反共振周波数の差／反共振周波数が３％
以下であれば良く１．５％以下が望ましい。

【００１４】また、前記弾性波共振子はＩＤＴ電極から
成るとともに、前記静電容量値は前記ＩＤＴ電極の対数
または交差幅により設定するようにしたことを特徴とす
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る弾性波フィ
ルタについて、模式的に図示した図面に基づき詳細に説
明する。

【００１６】図１に本発明に係わる弾性波フィルタの電
気等価回路を示す。弾性波フィルタは弾性波共振子を直
列（直列共振子７）と並列（並列共振子８、９ｂ、９
ｃ）に交互に従属接続して成る梯子型回路を構成してい
る。そして、この梯子型回路の少なくとも１本の直列腕
に複数（この実施形態では２つ）の弾性波共振子の各信
号側端子を接続し、且つこれら複数の弾性波共振子の接
地側端子を異なる並列腕のそれぞれに接続している。こ
こで、「直列腕」とは直列共振子と直列共振子との間の
配線Ａ２だけでなく、入出力用の端子１６ａ，１６ｂと
直列共振子７との間の配線Ａ１，Ａ３をさすものとす
る。

【００１７】本実施形態では、図９における従来の並列
共振子９ａに代えて、静電容量値の異なる並列共振子９
ｂ，９ｃを構成し、それぞれを異なる接地端子１６ｃ，
１６ｄに接続している。このように、従来に比して分割
した共振子の反共振周波数は、フィルタの通過帯域を劣
化させることのない範囲で一致していれば良く、比をあ
らわす反共振周波数の差／反共振周波数の値が３％以下
であれば良く、１．５％以下が望ましい。

【００１８】一方の直列共振子７及び並列共振子８，９
ｂの部分と、他方の並列共振子７及び直列共振子８，９
ｃの部分でそれぞれ△−Ｙ変換を行うと、並列腕部分に
図１０に示した直列共振ユニットが形成されていること
がわかる。これにより、図３に示す減衰極１８ｂ，１８
ｃができ、減衰周波数帯域１７において良好な減衰特性
を実現することができる。

【００１９】この△−Ｙ変換で説明したように、並列腕
共振子を分割することにより図１０（ａ）のような直列
共振子（容量）が２つの並列共振子（容量）で挟まれて
おり、かつ２つの並列共振子の接地側端子が同じインダ
クタにつながるような回路が生じればよいことがわか
る。

【００２０】図２は本発明に係る弾性波フィルタ（特
に、弾性表面波フィルタ）１を模式的に示したものであ
り、タンタル酸リチウム単結晶や四ほう酸リチウム単結
晶等から成る圧電基板２に形成された電極構造を示して
いる。圧電基板２上にアルミニウムやその合金から成る
直列の共振子電極１２と並列の共振子電極１３，１４
ｂ，１４ｃを形成して、複数の共振子が接続された梯子
型回路を構成している。また、共振子電極はＩＤＴ電極
１３ａと反射器１３ｂから成る弾性表面波共振子を構成
する。

【００２１】このような弾性表面波フィルタにおいて、
従来と同じ静電容量値となるように、ＩＤＴ電極の対数
及び／または交差幅を選定すれば、同等の共振子電極形
状となるので弾性波装置全体の形状が大きくなることは
ない。

【００２２】なお、本発明の弾性波フィルタは梯子型回
路における少なくとも１本の直列腕に複数の共振子を接
続したものに適用でき、共振子の数を上記実施形態の２
つに制限するものではない。

【００２３】次に、他の実施形態について説明する。図
５（ａ）は圧電基板２の上面を、図５（ｂ）は圧電基板
２の下面の上面からの透視図を示している。

【００２４】この実施形態においては、圧電基板はＰＺ
Ｔ、ＡｌＮ、ＺｎＯなどの材料を使用し、共振子をバル
ク共振子としている。等価回路的には図１と同様であ
る。

【００２５】図５（ａ）の破線で囲んだ部分が、圧電基
板と圧電基板を挟んで対向する表裏電極とで形成される
バルク共振子である。振動モードは厚み縦もしくは厚み
すべりを用いている。入出力端子１６ａ，１６ｂ及び接
地端子１６ｃ，１６ｄが同一面に位置させるため、ビア
導体２１を用いて圧電基板２の裏表の電極を接続してい
る。周波数を高くするため、図５（ｂ）に示す圧電基板
２の裏面の電極が形成されている領域は、部分エッチン
グによって数ミクロンの厚みに加工されている。

【００２６】図１の等価回路に対応させて共振子は以下
のように形成されている。並列共振子電極１３と裏面電
極及びそれらに挟まれた圧電基板で並列共振子８を構成
しており、同様に直列共振子電極１２と裏面電極及びそ
れらに挟まれた圧電基板で直列共振子７を、並列共振子
電極１４ａと裏面電極及びそれらに挟まれた圧電基板で
並列共振子９ｂを、並列共振子電極１４ｂと裏面電極及
びそれらに挟まれた圧電基板で並列共振子９ｃをそれぞ
れ形成している。

【００２７】ここで、並列共振子電極１４ａは並列共振
子電極１４ｂに対して小さい面積となるように設定し、
並列共振子９ｂと９ｃの静電容量値を異ならせている。

【００２８】かくして、バルク共振子を備えた弾性波フ
ィルタにおいても、従来と同じ静電容量値となるよう
に、ＩＤＴ電極の対数及び／または交差幅を選定すれば
形状が大きくなることはなく、減衰特性を維持したまま
小型化を実現できる。

【００２９】

【実施例】以下、本発明をより具体化した実施例につい
て説明する。

【００３０】図２に示すように、タンタル酸リチウム単
結晶から成る圧電基板２上にアルミニウムもしくはアル
ミニウム合金から成る共振子電極をＩＤＴ電極（１２，
１３，１４ｂ，ｃ）に形成して弾性表面波フィルタを作
製した。

【００３１】ここで、従来の並列共振子電極１４ａに代
えて、対数の異なる並列共振子電極１４ｂ，１４ｃを構
成している。これにより静電容量値を異ならせている。
また、２つの並列共振子９ｂ、９ｃ（並列共振子電極１
４ｂ、１４ｃに相当）の反共振周波数は互いに同一に設
定しており、フィルタの通過帯域には影響を与えないよ
うにしてある。

【００３２】図６に従来の弾性表面波フィルタの電極構
造を示すが、本発明によれば、全体の弾性波共振子の配
置は変更しているものの、同一形状で共振子を分割でき
ていることがわかる。

【００３３】等価回路を示す図１において、共振子７、
８、９ｂの部分と、他方の共振子７、８、９ｃの部分で
△−Ｙ変換を行うと、図１０に示した直列共振子ユニッ
トが形成されていることがわかる。これにより、図３に
示す減衰極１８ｂ、１８ｃができ、減衰周波数帯域１７
において良好な減衰特性を実現する。

【００３４】以下に、減衰極の周波数について詳細に述
べる。図４はフリップチップ用のパッケージ３に弾性波
フィルタチップを実装する層を示した模式図である。パ
ッケージのキャビティ４と圧電基板２を破線で示す。本
実施例では２．５×２．０ｍｍのパッケージを用いた。
この場合の導体パターン６（パッケージ端面の電極も含
む）によるインダクタンスは０．３ｎＨであった。図
中、５はフリップチップボンドのためのバンプパッドで
ある。

【００３５】ここで、圧電基板としてリチウムタンタレ
ートの単結晶４２°Ｙ−Ｘ基板を用い、膜厚２０００Å
の電極をスパッタにより形成し、各共振子の設計パラメ
ータは以下の通りとした。 共振子７：電極ピッチ１．０２μｍ、交差幅１０λ、対
数５５対 共振子８：電極ピッチ１．０６μｍ、交差幅２０λ、対
数８１対 共振子９ｂ：電極ピッチ１．０６μｍ、交差幅２０λ、
対数７８対 共振子９ｃ：電極ピッチ１．０６μｍ、交差幅２０λ、
対数３８対 このようにして作製した各共振子の静電容量値は次のよ
うになった。 共振子７：０．６ｐＦ 共振子８：１．１ｐＦ 共振子９ａ：２．２ｐＦ 共振子９ｂ：１．１ｐＦ また、△−Ｙ変換により、インダクタンス１０と直列に
入る静電容量値とその共振周波数を求めると次のように
なった。 共振子９ｂのブロック：７．３３ｐＦ、３．４ＧＨｚ
（減衰極１８ｂ） 共振子９ｃのブロック：４．２２ｐＦ、４．５ＧＨｚ
（減衰極１８ｃ） 図３に示すように、上記周波数に減衰極１８ｂ，１８ｃ
が形成されており、減衰周波数帯域で十分な減衰量を確
保することができた。

【００３６】また、このような弾性表面波フィルタにお
いて、従来と同じ静電容量値となるように、ＩＤＴ電極
の対数及び／または交差幅を選定すれば、同等の共振子
電極形状となるので弾性波装置全体の形状が大きくなる
ことはない。また、図５においても同様に、並列共振子
電極１４ａと１４ｂを合わせた電極形状が従来と同じ面
積となるように設定すれば、全体形状が大きくなること
はない。

【００３７】

【発明の効果】本発明の弾性波フィルタによれば、圧電
基板上に弾性波共振子の複数を直列及び並列に接続して
梯子型回路を構成して成り、梯子型回路の少なくとも１
本の直列腕に複数の弾性波共振子の各信号側端子を接続
し、且つこれら複数の弾性波共振子の接地側端子を異な
る並列腕のそれぞれに接続した。これにより、接地電極
を増やすことなく複数の直列共振ユニットを形成するこ
とができ、共振ユニット部分で生じる減衰極を増やすこ
とができる。すなわちパッケージを大きくして接地電極
数を増やす必要がないので、形状を小型に保ったまま大
きな減衰特性を得ることができる。

【００３８】また、直列腕に接続した複数の共振子電極
の反共振周波数を同一とし、静電容量値を互いに異なら
せた。これにより、フィルタ部分の設計を理想的な入出
力対称設計にした場合においても異なる周波数に減衰極
を形成することができ、より優れた挿入損失と減衰特性
を持つフィルタを実現することができる。

【００３９】さらに、共振子電極を弾性表面波共振子と
し、ＩＤＴ電極の対数及び／または交差幅により設定す
るようにした。弾性表面波共振子の反共振周波数はＩＤ
Ｔ電極の対数と交差幅にほとんど依存せず、弾性表面波
共振子の静電容量値はＩＤＴ電極の対数と交差幅の積に
比例するので、単純な面積計算で容量を分配してもフィ
ルタの通過帯域に影響を与えることなく減衰極を調整す
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る弾性波フィルタの実施形態を説明
するための等価回路図である。

【図２】本発明に係る弾性波フィルタ（弾性表面波フィ
ルタ）の実施形態及び実施例を模式的に説明する図であ
り、電極構造を示す平面図である。

【図３】本発明に係る弾性波フィルタの減衰特性を示す
特性図である。

【図４】本発明に係る弾性波フィルタのフリップチップ
用のパッケージを模式的に説明する平面図である。

【図５】本発明に係る他の弾性波フィルタの実施形態を
模式的に示す図であり、（ａ）は圧電基板の上面側を、
図５（ｂ）は圧電基板の下面側の上面からの透視図を示
す。

【図６】従来の弾性表面波フィルタを説明する平面図で
ある。

【図７】本発明に係る弾性波フィルタの減衰特性を示す
特性図である。

【図８】（ａ）は弾性波共振子の等価回路図であり、
（ｂ）はインピーダンス特性図である。

【図９】従来の弾性波フィルタの等価回路図である。

【図１０】（ａ）、（ｂ）は△−Ｙ変換を説明する回路
図である。

【符号の説明】

１：弾性波フィルタ ２：圧電基板 ３：パッケージ ４：キャビティ ５：バンプパッド ６：導体パターン ７：直列共振子 ８、９：並列共振子 １０：インダクタ １２：直列共振子電極 １３、１４：並列共振子電極 １５：共振子配線電極 １６：端子 １７：減衰周波数帯域 １８：減衰極 １９、２０：等価容量 ２１：ビア導体

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電基板上に弾性波共振子の複数を直列
   及び並列に接続して梯子型回路を構成して成るととも
   に、該梯子型回路の少なくとも１本の直列腕に複数の弾
   性波共振子の各信号側端子を接続し、且つこれら複数の
   弾性波共振子の接地側端子を異なる並列腕のそれぞれに
   接続したことを特徴とする弾性波フィルタ。
2. 【請求項２】 前記少なくとも１本の直列腕に接続した
   複数の弾性波共振子の反共振周波数は互いに同一であ
   り、且つ静電容量値が互いに異なることを特徴とする請
   求項１に記載の弾性波フィルタ。
3. 【請求項３】 前記弾性波共振子はＩＤＴ電極から成る
   とともに、前記静電容量値は前記ＩＤＴ電極の対数及び
   ／または交差幅により設定するようにしたことを特徴と
   する請求項２に記載の弾性波フィルタ。