JP2003273693A - 圧電共振子及びそれを用いた圧電フィルタ・デュプレクサ・通信装置 - Google Patents
圧電共振子及びそれを用いた圧電フィルタ・デュプレクサ・通信装置Info
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Abstract
圧電共振子などを提供する。 【解決手段】基板2と、基板2に形成されている、少な
くとも1層以上の圧電薄膜を有する薄膜部の上下面を少
なくとも一対の上部電極6及び下部電極5を厚み方向で
対向させて挟む構造の振動部とを有する圧電共振子にお
いて、振動部の上部電極6及び下部電極5が対向して重
なる部分の形状は、厚み方向視で、長さが振動波長の1
0倍以下である平行な辺を有し、且つ対向しあう電極端
面間の距離が異なっている部分を少なくとも1箇所以上
有する、長方形及び正方形以外の四角形、または五角形
以上の多角形である。
Description
に形成されている、少なくとも1層以上の圧電薄膜を有
する薄膜部の上下面を少なくとも一対の上部電極および
下部電極を厚み方向で対向させて挟む構造の振動部とを
有する圧電共振子に関し、例えば、携帯電話、無線LA
N等の発振器やフィルタ等の素子として用いられる圧電
共振子及びそれを用いた圧電フィルタ・デュプレクサ・
通信装置に関する。
で使用するものにおいては、上下電極の厚み方向で重な
る部分、つまり振動部となる電極交差部分の厚み方向視
形状が単なる矩形の場合、その交差部分の矩形の対向す
る2辺間の長さで、Sn(n=0,1,2,3……自然
数)モード振動の共振周波数が決まるものである。特
に、振動部の厚み方向視形状が正方形の場合、その対向
する2辺間の長さが同じだから、一方の対向する2辺間
の長さできまるSn(n=0,1,2,3……自然数)
モード振動の共振周波数と、他方の対向する2辺間の長
さできまるSn(n=0,1,2,3……自然数)モー
ド振動の共振周波数とは同じになる。
部分の厚み方向視形状が円形のものの場合、振動波長と
の関係はその直径の大きさに対応づけられるものであっ
て、Sn(n=0,1,2,3……自然数)モード振動
の共振周波数は、別々のnの値に対し、各1個きまる。
交差部分の厚み方向視形状が長方形の場合、一方の対向
する2辺間の長さと他方の対向する2辺間の長さが異な
るため、一方の対向する2辺間の長さできまるSnモー
ド振動の共振周波数と、他方の対向する2辺間の長さで
きまるSnモード振動の共振周波数とが異なり、全体で
は数多くの共振周波数のスプリアス振動が発生すること
になる。
長方形の場合、正方形や円形のものと比較してスプリア
ス振動の影響が大きく作用することが予測されることも
あって、従来、一般的に採用されてこなかった。
状が単に正方形か、円形となるものが主に採用されてい
た。
ように振動部の形状が正方形や円形のものの場合、主振
動のレスポンスを大きくするためにその振動部の対向す
る2辺間の長さや径を大きくすると、一般に、共振点
と、反共振点との間隔が広がっていって、その圧電共振
子のQが低下する傾向がある。つまり、対向電極の重な
り部分の厚み方向視形状が円形や正方形である場合に
は、その寸法が大きくなるほど、Qが小さくなり、損失
が増える。
開示されているように、振動部の厚み方向視形状が円形
または円形を内包する任意の形状であって、その振動部
の半径rと振動部の厚さtとの関係がr≧20t/nと
なっているものの場合、電極寸法が大きくなってしま
う。また、Qが低下するため、その圧電共振子を用いて
作製したフィルタの挿入損失が劣化するという問題があ
る。この従来の場合の周波数と、位相およびインピーダ
ンスとの関係の一例を図31に示している。
ルが多数生じているとともに、主振動に接近してスプリ
アス振動が生じることで主振動との干渉のおそれが高ま
るなど共振特性として安定性が低いものとなりやすい。
高調波のうち厚み縦振動の共振周波数帯に出現するモー
ドを抑制するために、例えば特開2000−33256
8号公報に開示されているように、振動部部分の形状を
不等辺四角形などに構成するものが提案されている。
合、振動部を振動可能に支えるダイヤフラムは、電極に
外接する方形よりも大きいことが必要である。そして、
電極形状が不規則であるため、例えば、面積の等しい方
形の電極に比べて、大きなダイヤフラムが必要となり、
小型化が図れないものである。
であって、スプリアス振動の影響をきわめて小さくでき
る圧電共振子およびそれを用いたフィルタ・デュプレク
サ・通信装置の提供を解決課題としている。
共振子は、基板と、前記基板に形成されている、少なく
とも1層以上の圧電薄膜を有する薄膜部の上下面を少な
くとも一対の上部電極及び下部電極を厚み方向で対向さ
せて挟む構造の振動部とを有する圧電共振子において、
前記振動部の前記上部電極及び下部電極が対向して重な
る部分の形状は、前記厚み方向視で、長さが振動波長の
10倍以下である平行な辺を有し、且つ対向しあう電極
端面間の距離が異なっている部分を少なくとも1箇所以
上有する、長方形及び正方形以外の四角形であることを
特徴とする。
対向しあう電極端面間の距離が異なっている部分とは、
振動部の厚み方向視形状に対応した電極形状の対向する
辺の組として互いの辺が平行でない部分があることを意
味する。このような部分では辺に沿った方向において、
対向する辺間の距離が連続的にまたは一部不連続に変わ
ることになる。また、振動部の上部電極及び下部電極が
対向して重なる部分の形状において、平行な辺の組が2
組以上ある場合、少なくとも1組の平行な辺間の距離と
他の平行な辺の組の平行な辺間の距離が異なるものとす
ることが好ましい。
振動部の上部電極及び下部電極が対向して重なる部分の
形状は、厚み方向視で、長さが振動波長の10倍以下で
ある平行な辺を有し、且つ対向しあう電極端面間の距離
が異なっている部分を少なくとも1箇所以上有する、長
方形及び正方形以外の四角形であることによって、同じ
面積を有する長方形のものと比較してその長手方向と交
差する方向で発生するスプリアスは細かい振動となるの
で、それらスプリアスが主振動に対する大きなリップル
として作用しなくなるからインピーダンス特性や位相特
性が向上する。
と、前記基板に形成されている、少なくとも1層以上の
圧電薄膜を有する薄膜部の上下面を少なくとも一対の上
部電極及び下部電極を厚み方向で対向させて挟む構造の
振動部とを有する圧電共振子において、前記振動部の前
記上部電極及び下部電極が対向して重なる部分の形状
は、前記厚み方向視で、長さが振動波長の10倍以下で
ある平行な辺を有し、且つ対向しあう電極端面間の距離
が異なっている部分を少なくとも1箇所以上有する、五
角形以上の多角形であることを特徴とする。
対向しあう電極端面間の距離が異なっている部分とは、
振動部の厚み方向視形状に対応した電極形状の対向する
辺の組として互いの辺が平行でない部分があることを意
味する。このような部分では辺に沿った方向において、
対向する辺間の距離が連続的にまたは一部不連続に変わ
ることになる。
振動部の前記上部電極及び下部電極が対向して重なる部
分の形状は、前記厚み方向視で、長さが振動波長の10
倍以下である平行な辺を有し、且つ対向しあう電極端面
間の距離が異なっている部分を少なくとも1箇所以上有
する、五角形以上の多角形であることによって、同じ面
積を有する長方形のものと比較してその長手方向と交差
する方向で発生するスプリアスは細かい振動となるの
で、それらスプリアスが主振動に対する大きなリップル
として作用しなくなるからインピーダンス特性や位相特
性が向上する。
共振子のように、振動部の厚み方向視形状において、互
いに平行な辺の長さが振動波長の10倍以下であること
が好ましいことは、本発明者が行った実験結果からも判
明する。すなわち、本発明者は、圧電共振子の振動部の
厚み方向視での形状において、平行な辺の長さが振動波
長との比の異なる多数種類の試料を用意し、それぞれの
試料についてスプリアスがどの程度発生しているかを実
験により計測し、図32に示すような実験データを得
た。スプリアスはインピーダンス若しくは位相で評価す
るが、図32では位相で評価した。位相で評価する場
合、主振動に対する角度差で評価する。つまり、位相の
角度差が小さいと、スプリアスは小さくなる。図32か
らわかるように、振動部の厚み方向視での形状におい
て、平行な辺の長さが振動波長の10倍以下の場合、ス
プリアスの発生が主振動に対して位相角度との関係でい
えば、相対的な角度差が15度以下の小さいものとなっ
ていることが判明した。よって、振動部分の厚み方向視
の形状において、平行な辺の長さが振動波長の10倍以
下になると、スプリアスが小さくなる。
は、好ましくは、前記振動部の前記上部電極及び下部電
極が対向して重なる部分の形状は、前記厚み方向視で、
線対称、または、点対称である。この場合、振動部の形
状に規則性があるので、スプリアス同士の相殺も生じや
すいなどにより、圧電共振子におけるインピーダンス特
性や位相特性が一層向上する。
くは、前記振動部の前記上部電極及び下部電極が重なる
部分の形状は、前記厚み方向視で、八角形であることを
特徴とする。この場合、インピーダンス特性や位相特性
の優れた圧電共振子が得られる。また、この場合、好ま
しくは、前記振動部の前記上部電極及び下部電極が重な
る部分の形状は、前記厚み方向視で、長八角形である。
この場合、前記振動部の前記上部電極及び下部電極が重
なる部分の前記厚み方向視での形状における短手方向長
さをbとし、該形状における長手方向で両端に位置する
短手方向に沿った辺の長さをdとすると、d/b≦0.
5を満たすことが好ましい。
アスの発生や影響が抑制されるので、位相特性やインピ
ーダンス特性にいっそう優れた圧電共振子を得ることが
できる。
くは、前記振動部の前記上部電極及び前記下部電極が対
向して重なる部分の形状は、前記厚み方向視で、ひし形
または台形である。この場合、インピーダンス特性や位
相特性の優れた圧電共振子が得られる。
記基板に形成されている、少なくとも1層以上の圧電薄
膜を有する薄膜部の上下面を少なくとも一対の上部電極
及び下部電極を厚み方向で対向させて挟む構造の振動部
とを有する圧電共振子において、前記振動部の前記上部
電極及び下部電極が対向して重なる部分の形状は、前記
厚み方向視で、平行な辺がなく、かつ線対称図形である
ことを特徴とする。
部の形状に規則性があるので、スプリアス同士の相殺も
生じやすいなどにより、圧電共振子におけるインピーダ
ンス特性や位相特性が向上する。
は、前記振動部の前記上部電極及び下部電極が対向して
重なる部分の形状は、前記厚み方向視で、二等辺三角形
または七角形である。この場合、インピーダンス特性や
位相特性の優れた圧電共振子が得られる。
は、好ましくは、前記振動部の前記上部電極及び前記下
部電極が対向して重なる部分の長手方向長さは主振動の
共振波長の20倍以上に設定されている。この場合、そ
の長手方向の振動サイズによって発生するスプリアスを
一層低減できる。
は、好ましくは、前記基板は開口部もしくは凹部を有
し、前記開口部もしくは凹部上に前記振動部が形成され
ている。この場合、ダイヤフラム型に構成される圧電振
動子についてスプリアスの低減を図ることができる。
は、好ましくは、前記振動部は、前記上部電極及び下部
電極を通して印加される電気信号によって厚み縦振動モ
ードで振動する。この場合、厚み縦振動する構成の圧電
振動子についてスプリアスの低減を図ることができる。
る第1ないし第3の圧電共振子を用いている、または、
本発明に係る第1ないし第3の圧電共振子を用いて、ラ
ダー構成にしたことを特徴とする。このように構成され
た圧電フィルタは、圧電共振子でのスプリアスが低減す
るので、それによりリップルの発生が低減されたフィル
タ特性の優れた圧電フィルタが得られる。
る圧電共振子または圧電フィルタを用いていることを特
徴とする。本発明に係るデュプレクサは、圧電共振子で
のスプリアスが低減するので、それによりリップルの発
生が低減されたフィルタ特性の優れたデュプレクサが得
られる。
電共振子または圧電フィルタを用いていることを特徴と
する。本発明に係る通信装置は、圧電共振子でのスプリ
アスが低減するので、特性の優れた通信装置が得られ
る。
実施形態に基づいて説明する。
に係る圧電共振子の実施形態1を示しており、図1は、
圧電共振子の概略を示す縦断側面図、図2は、圧電共振
子の概略を示す平面図である。
1.95GHzに近い厚み縦振動の2倍波を利用したも
のである。なお、基本波、3倍波、4倍波、n倍波(n
=5,6,7,……自然数)でもかまわない。そして、
圧電共振子1は、基板2上に、支持膜3、圧電薄膜部
4、電極5,6薄膜が積層状態に形成されたものであ
る。
うに、振動空間としての平面視矩形の開口部8を有する
基板2と、該基板2の表面に形成された支持膜3と、該
支持膜3上に形成された下部電極5と、該下部電極5上
に形成された圧電薄膜部4と、該圧電薄膜部4上に形成
された上部電極6とから構成されている。
(登録商標)ガラス、石英などの板状体で形成されてい
る。その中央部には、後述する振動部7が振動できるよ
うにするために、基板2に上下に貫通する開口部8を、
例えばエッチング、レーザ加工、サンドブラストなどの
方法によって基板2を構成する部材が所定形状に除去さ
れて形成されている。なお、本実施形態では、シリコン
を基板2として用いる。
下部電極5、圧電薄膜部4、上部電極6を支持して開口
部8において振動可能なダイヤフラムを構成する。詳述
すると、この場合、支持膜3は、基板2の表面に開口部
8を被覆する状態で形成された酸化シリコン(Si
O2)の薄膜層3aと、この薄膜層3a上にさらに成膜
された酸化アルミニウム(Al2O3)の薄膜層3bとで
構成されている。この支持膜3の材質としては、酸化シ
リコン以外に例えば窒化シリコン(SiN)、窒化アル
ミニウムなどを用いても良い。特に、支持膜3は、圧縮
応力と引張応力という相反する応力を有する2層以上の
多層構造であることが好ましい。
膜として形成されている。この下部電極5は、アルミニ
ウムで形成されている。
化亜鉛(ZnO)からなる圧電薄膜部4が形成されてい
る。なお、圧電薄膜部4としては、窒化アルミニウム
(AlN)、PZTなどを用いても良い。また、圧電薄
膜部4は、少なくとも1層以上の圧電薄膜を含むもので
あり、圧電体のみで構成されてもよく、あるいは、圧電
薄膜を1層以上含み、その圧電薄膜とは別の例えば絶縁
膜層などを含む構成でもよい。
とは一部が厚み方向で重なり合うよう対向させた状態で
上部電極6を薄膜として形成している。この上部電極6
も、下部電極5と同様にアルミニウムで形成されてい
る。なお、下部電極5、上部電極6を形成する素材とし
ては、アルミニウムに代えて、金(Au)、銀(A
g)、銅(Cu)、白金(Pt)、ニッケル(Ni)な
どを用いても良い。
れぞれ外部電極に接続された状態で圧電共振子1は封止
されている。
重なり部分の形状は、図2に示すように、細長形状の八
角形状(長八角形)となっている。すなわち、下部電極
5は長方形の短辺の両端の角部を落とした形状を有し、
上部電極6も長方形の短い辺の両端の角部を落とした形
状を有しており、これらの対向して重なる部分の形状は
細長形状の八角形状となっている。上部電極6をこのよ
うな形状にすることにより、配線を太くできるので、配
線抵抗の低減による共振子のQの向上、ひいてはフィル
タ特性の向上が可能となる。この重なり部分の形状は、
細長い長方形の長手方向の両端の一対の隅角部を対応す
る辺と辺とにわたって斜めに欠いた形状となっている。
なお、この重なり部分の厚み方向視の形状は、長手方向
での中心を通りかつその長手方向に対し直交する直線を
仮想中心線とする線対称図形である。
は、下部電極5および上部電極6を通して供給される高
周波信号により圧電振動することになる。上部電極5、
下部電極6および圧電薄膜部4、及び、その下の絶縁膜
3におけるこの圧電振動する部分を以下、振動部7とい
う。
す振動部7は、図1および図2に示すように、その長手
方向長さaが主振動(S0モード)の振動波長λに対し
て20λ以上の長さに設定されている。なお、長手方向
と直交するその短手方向長さbについては主振動の振動
波長λに対して5λ以下の長さに設定されていても良い
とともに、5λを超える寸法に設定されていても良い。
の振動波長λに対して80λ以上の長さに設定されるこ
とが一層好ましい。
限は、主振動の共振波長と圧電共振子1のそのチップサ
イズに合わせて設定されるものであり、振動部7の短手
方向長さbの下限は、主振動の振動波長λと同程度であ
る。
す振動部に構成された圧電共振子の具体的な特性につい
て、図4から図8に以下本発明者が行なった実験により
得られたデータを示す。
る。すなわち、厚み方向視で細長形状の八角形の振動部
における長手方向長さをaとし、短手方向長さをbと
し、長手方向に沿って平行な二辺の長さをcとし、短手
方向に沿って平行な二辺の長さをdとする。なお、平行
な二辺の対向するもの同士は同じ長さに設定している。
振動部の各寸法と、d/bの値をそれぞれ示している。
この場合、各寸法は、主共振周波数における振動波長と
の比で示している。
向視形状が示され、図4(b)にその計測されたインピ
ーダンス特性及び位相特性が示されている。同様に、試
料2は、図5に、試料3は、図6に、試料4は、図7
に、試料5は、図8に、それぞれ、各図(a)にその厚
み方向視形状が示され、各図(b)にその計測されたイ
ンピーダンス特性及び位相特性が示されている。
の圧電共振子では、平行な二辺の長さが振動波長の10
倍以下であり、その平行な二辺以外の対向する電極端面
間長さが長手方向でも短手方向でも異なること、およ
び、振動部の上部電極及び下部電極が対向して重なる部
分の形状において、その電極端面における平行な辺の組
が2組以上ある場合、少なくとも1組の平行な辺間の距
離、すなわちそれらの辺に対応する電極端面間の距離
と、他の平行な辺の組の平行な辺間の距離、すなわちそ
れらの辺に対応する電極端面間の距離とが異なる。この
ため、電極端面間において生じる振動によって発生する
スプリアスが低減されている。なお、ここで提示した各
試料においては、d/bの値が0.5以下であるため、
これにより、一層スプリアスの発生が抑制されている。
振子を備えるフィルタの一例を実施形態2として、図
9、図10、図11に基づいて以下に説明する。1個の
圧電共振子1を入力−出力端子間に直列接続し、1個の
圧電共振子を入力−グランド間に並列接続したL型ラダ
ーフィルタ11を図9ないし図11に示している。
ーフィルタ11は、1チップ化された構成となってい
る。すなわち、上記実施形態1と同様シリコンからなる
基板12に振動空間としての開口部18を形成し、この
開口部18を被覆するように基板12表面に酸化シリコ
ンからなる支持膜13を形成している。そして、この支
持膜13上に、下部電極15を形成し、この下部電極1
5及び支持膜13上に圧電振動体としての酸化亜鉛(Z
nO)からなる圧電薄膜14を積層状態で形成してい
る。なお、支持膜13は、基板2の表面に開口部18を
被覆する状態で形成された酸化シリコン(SiO2)の
薄膜層13aと、この薄膜層3a上にさらに成膜された
酸化アルミニウム(Al2O3)からなる薄膜層13bと
で構成されている。さらに、圧電薄膜14の上面には、
上部電極16aと上部電極16bとが、下部電極15と
一部厚み方向で重なるように形成している。下部電極1
5と上部電極16aとの厚み方向で重なる部分の厚み方
向視形状、および、下部電極15と上部電極16bとの
厚み方向で重なる部分の厚み方向視形状は、それぞれ、
長八角形を成すものである。ここで、下部電極15と上
部電極16aとが重なる部分で一つの直列圧電共振子1
9aが形成され、下部電極15と上部電極16bとが重
なる部分で一つの並列圧電共振子19bが形成されてい
る。
電極16aとの厚み方向で重なる部分は、下部電極15
および上部電極16aを通して供給される高周波信号に
より圧電振動する振動部17aを成すものである。ま
た、圧電薄膜部4を含む下部電極15と上部電極16b
との厚み方向で重なる部分は、下部電極15および上部
電極16bを通して供給される高周波信号により圧電振
動する振動部17bを成すものである。
形状長八角形の長手方向の長さは、主共振周波数の波長
λの20倍以上に設定され、該長八角形の短手方向の長
さは、主共振周波数の波長λの5倍以下に設定されてい
る。
構成されていることにより、各圧電共振子19a,19
bで発生するスプリアスが低減するため、フィルタ特性
のリップルが低減することになり、特性が向上する。
振子の実施形態1とは異なる別の形態について、図1、
図12および図13に基づいて説明する。なお、図1に
ついては、この実施形態3における圧電共振子の縦断側
面図として、実施形態1と同様の構造が示されている。
したがって、構成として実施形態1と相違する振動部7
の厚み方向視での形状等について以下に説明し、実施形
態1と同様の構造については説明を省略する。
部7は、その厚み方向視で、二等辺三角形状となってい
る。そして、この場合、その振動部7の等辺のそれぞれ
の長さは主共振周波数の波長の66.2倍に設定され、
底辺の長さは40.9倍に設定されている。
び位相特性を図13にグラフとして示している。この圧
電共振子1の場合、厚み方向視での振動部の形状が二等
辺三角形となっていることにより、その等辺同士の対向
する辺間距離が先端側ほど短くなるものとなっているか
ら、振動部を構成するその等辺に相当する電極端面間距
離が辺に沿って異なるものとなっており、それによっ
て、図13に示すように、振動部7の形状に規則性があ
るので、スプリアス同士の相殺も生じやすくなるなどに
より、圧電共振子におけるインピーダンス特性や位相特
性が向上する。
振子の実施形態1とは異なる別の形態について、図1、
図14および図15に基づいて説明する。なお、図1に
ついては、この実施形態4における圧電共振子の縦断側
面図として、実施形態1と同様の構造が示されている。
したがって、構成として実施形態1と相違する振動部7
の厚み方向視での形状等について以下に説明し、実施形
態1と同様の構造については説明を省略する。
部7は、その厚み方向視で、ひし形となっている。そし
て、この場合、平行な2組の辺のその長さLが振動波長
の10倍以下となっている。
位相特性を図15にグラフとして示している。このよう
に、厚み方向視ひし形状の振動部に構成されているとと
もに、その対向する辺同士が平行な対向する辺のその長
さLが振動波長の10倍以下となっているから、規則性
のある形態のなかにおいてスプリアスを互いに相殺させ
合うことなどにより低減させ易いものとなっており、図
15に示すように、リップルがほとんど生じない良好な
特性が得られる。
振子の実施形態1とは異なる別の形態について、図1、
図16および図17に基づいて説明する。なお、図1に
ついては、この実施形態5における圧電共振子の縦断側
面図として、実施形態1と同様の構造が示されている。
したがって、構成として実施形態1と相違する振動部7
の厚み方向視での形状等について以下に説明し、実施形
態1と同様の構造については説明を省略する。
部7は、その厚み方向視で、四組の隣り合う辺同士が凹
角となり、4組の隣り合う辺同士が凸角となる線対称の
形状に構成された八角形形状となっている。
位相特性を図17にグラフとして示している。このよう
に、厚み方向視での振動部7の形状が対向する辺間の距
離、それらの辺に対応する電極端面間の距離が辺に沿っ
た方向で変わるとともに、線対称図形となっているか
ら、規則性のある形態のなかにおいてスプリアスを互い
に相殺させ合うことなどにより低減させ易いものとなっ
ており、図17に示すように、リップルがほとんど生じ
ない良好な特性が得られる。
振子の実施形態1とは異なる別の形態について、図1、
図18および図19に基づいて説明する。なお、図1に
ついては、この実施形態6における圧電共振子の縦断側
面図として、実施形態1と同様の構造が示されている。
したがって、構成として実施形態1と相違する振動部7
の厚み方向視での形状について以下に説明し、実施形態
1と同様の構造については説明を省略する。
部7は、その厚み方向視で、線対称図形である七角形形
状となっている。
び位相特性を図19にグラフとして示している。この圧
電共振子1の場合、厚み方向視での振動部7の形状が線
対称図形である七角形となっていることにより、対向す
る辺同士において平行なものはなく、したがって、その
辺同士の対向する辺間距離が辺に沿った方向で変わるも
のとなっているから、振動部を構成するそれらの辺に対
応する電極端面間距離が辺に沿った位置によって異なる
ものとなっており、かつ線対称であることによって、振
動部7の形状に規則性があるので、スプリアス同士の相
殺も生じやすくなるなどにより、図19に示すように、
圧電共振子におけるインピーダンス特性や位相特性が向
上する。
振子の実施形態1とは異なる別の形態について、図1、
図20および図21に基づいて説明する。なお、図1に
ついては、この実施形態7における圧電共振子の縦断側
面図として、実施形態1と同様の構造が示されている。
したがって、構成として実施形態1と相違する振動部7
の厚み方向視での形状について以下に説明し、実施形態
1と同様の構造については説明を省略する。
部7は、その厚み方向視で、線対称図形である台形形状
となっている。そして、この場合、台形の一組の平行な
辺の長さ、この場合短い方の辺の長さLが振動波長の1
0倍以下に設定してある。
位相特性を図21にグラフとして示している。このよう
に、厚み方向視線対称の台形形状の振動部7に構成され
ているとともに、その対向する辺同士が平行な対向する
辺のその長さLが振動波長の10倍以下となっているか
ら、規則性のある形態のなかにおいてスプリアスを互い
に相殺させ合うことなどにより低減させ易いものとなっ
ており、図21に示すように、リップルがほとんど生じ
ない良好な特性が得られる。
レクサについて説明する。図22に示されるようなデュ
プレクサ20は、アンテナ端子21、受信側端子22お
よび送信側端子23が設けられている。デュプレクサ2
0は、受信側端子22および送信側端子23と、アンテ
ナ端子21との間に所要周波数帯域の通過のみ許す本発
明に係る圧電共振子、または本発明に係る圧電フィルタ
を回路素子として備える構成となっている。本発明に係
る圧電共振子またはこの圧電共振子により構成される圧
電フィルタを回路素子として構成されることにより、こ
のデュプレクサ20の送信や受信での特性や性能が高め
られる。
や、LAN装置などの各種の通信装置として用いられる
本発明に係る通信装置について説明する。図23に、そ
の通信装置の簡易なブロック図を示している。
体に備えられる受信回路25と、送信回路26と、アン
テナ27とを備えている。また、アンテナ27と、送信
回路26および受信回路25とは、上記実施形態8で説
明したようなデュプレクサ20を介して信号伝送がなさ
れる。したがって、このデュプレクサ20に回路素子と
して備えられる本発明に係る圧電共振子、または該圧電
共振子により構成される本発明に係る圧電フィルタによ
って、この通信装置は、送信や受信での特性や性能が高
められる。
のではなく、例えば下記に示すように種々な応用や変形
が考えられる。
共振周波数が1.95GHzに近いものを示したが、
1.95GHzより高い任意の共振周波数の圧電共振子
や1.95GHzより低い任意の共振周波数の圧電共振
子に対しても本願発明はもちろん適用できる。
として、L型ラダーフィルタを示したが、例えば、図2
4(a)に示すように、2つの直列圧電共振子と、2つ
の並列圧電共振子とを接続して構成されたπ型ラダーフ
ィルタ、図24(b)に示すように、並列圧電共振子を
出力端子とグランド端子とに接続して構成されるL型ラ
ダーフィルタ、図24(c)に示すように、2つの直列
圧電共振子と、1つの並列圧電共振子とを接続して構成
されたT型ラダーフィルタなど、各種圧電フィルタに本
発明に係る圧電共振子を採用できる。また、上記実施形
態2では、フィルタを単一素子として構成できるよう、
2つの圧電共振子を並設する状態で形成したものを示し
たが、3つ以上の圧電共振子を単一素子として構成して
も良いとともに、その配置も一定方向に沿って並設され
るものに限定されない。
方向視での形状を細長状の八角形のものを示したが、本
発明に係る圧電共振子における振動部7の厚み方向視の
形状としては、図25〜図28などに開示されたもので
も良い。
動部7の形状が横長の六角形状となっているものであっ
て、その平行な対向する辺の長さが振動波長λの10倍
以下となっている。図25(b)に示すものは、振動部
7の形状が横長の楕円となっているものであって、その
長手方向長さLが少なくとも振動波長λの20倍以上と
なっている。図25(c)に示すものは、振動部7の形
状が半円となっているものであって、その長手方向長さ
Lが少なくとも振動波長λの20倍以上となっている。
図25(d)に示すものは、その形状が鋭角2等辺三角
形となっているものであって、その長手方向長さL(こ
の場合短辺とそれに対する頂点までの距離L)が少なく
とも振動波長λの20倍以上となっている。図25
(e)に示すものは、その形状が各4辺が階段状となっ
ている菱形となっているものであって、その平行な対向
する辺の長さが振動波長λの10倍以下となっていると
ともに、その長さ方向長さLが少なくとも振動波長λの
20倍以上となっている。これら、図25にそれぞれ示
す振動部の厚み方向視形状は、所定幅方向での中心を通
りかつその所定幅方向に対し直交する直線を仮想中心線
とする線対称図形である。
状が横長の十六角形となっているものであって、その平
行な対向する辺の長さが振動波長λの10倍以下となっ
ているとともに、その長手方向長さLが少なくとも振動
波長λの20倍以上となっている。図26(b)に示す
ものは、その形状が細長の七角形となっているものであ
って、線対称図形となっているとともに、その長手方向
長さLが少なくとも振動波長λの20倍以上となってい
る。図26(c)に示すものは、その形状が細長の八角
形の4辺が凸曲線を描くものであって、その平行な対向
する辺の長さが振動波長λの10倍以下となっていると
ともに、その長手方向長さLが少なくとも振動波長λの
20倍以上となっている。図26(d)に示すものは、
その形状が細長の八角形の4辺が凹曲線を描くものであ
って、その平行な対向する辺の長さが振動波長λの10
倍以下となっているとともに、その長手方向長さLが少
なくとも振動波長λの20倍以上となっている。これ
ら、図26にそれぞれ示す振動部の厚み方向視形状は、
所定幅方向での中心を通りかつその所定幅方向に対し直
交する直線を仮想中心線とする左右対称図形である。
状がその長手方向長さL1と短手方向長さL2との比が
11:3となる菱形であって、その平行な対向する辺の
長さが振動波長λの10倍以下となっている。図27
(b)に示すものは、その形状がその長手方向長さL1
と短手方向長さL2との比が6:1となる菱形であっ
て、その平行な対向する辺の長さが振動波長λの10倍
以下となっている。。図27(c)に示すものは、その
形状が頂角30°を成す台形となっているものであっ
て、その上辺の長さLが振動波長λの10倍以下となっ
ている。図27にそれぞれ示す振動部の厚み方向視形状
は、所定幅方向での中心を通りかつその所定幅方向に対
し直交する直線を仮想中心線とする線対称図形である。
状が正方形の各辺から内側に鈍角二等辺三角形を切り欠
いているものであって、その長手方向長さL(この場合
正方形での対角線長さL)が少なくとも振動波長λの2
0倍以上となっている。図28(b)に示すものは、そ
の形状が長方形の各辺から内側に鈍角二等辺三角形を切
り欠いているものであって、その長手方向長さL(この
場合長方形での対角線長さL)が少なくとも振動波長λ
の20倍以上となっている。これら、図28にそれぞれ
示す振動部の厚み方向視形状は、所定幅方向での中心を
通りかつその所定幅方向に対し直交する直線を仮想中心
線とする線対称図形である。(4)上記実施形態では、
上部電極と外部電極とをつなぐリードが、振動部の長手
方向に沿った状態で上部電極につながるように形成され
たものを示したが、図29(a),(b)に示すよう
に、振動部7の上部電極6の長手方向に対して交差する
角度方向に沿ってリード28を延出する状態でそのリー
ド28と上部電極6とをつなぐようにしても良い。ここ
で、図29(a)は、前記長手方向に対して30°の角
度となる方向にリード17が沿う場合を示し、図29
(b)は、前記長手方向に対して45°の角度となる方
向にリード28が沿う場合を示す。このようにリードの
沿う方向を振動部の長手方向に対して交差する方向とな
っているから、素子全体における振動部の長手方向での
必要寸法を小さくできることになって、素子として小型
化を図ることができる。
貫通する開口部を形成して振動部をその開口部に設ける
ものを示したが、本発明は、例えば、図30に示すよう
に、基板32の上面側に有底の空洞部を成す凹部38を
形成して、その凹部38を覆うように下部電極35を絶
縁層33を介して設け、下部電極35上に成膜した圧電
薄膜34上に上部電極36を形成しすることで圧電共振
子31を構成しても良い。
子によれば、スプリアスが主振動に対する大きなリップ
ルとして作用しなくなるから、インピーダンス特性や位
相特性が向上し、共振特性として優れた圧電共振子が得
られる。圧電共振子をフィルタとして使用した場合、圧
電振動子のスプリアス振動の影響により通過帯域内に生
じるリップルが小さいものとなるので、例えばバンドパ
スフィルタとして信号の選別性能で優れたものが得られ
る。
子の要部を示す縦断面図
平面図
部(厚み方向視八角形)を示す平面図
1の振動部を示す平面図(a)と、その共振特性を示す
グラフ(b)
2の振動部を示す平面図(a)と、その共振特性を示す
グラフ(b)
3の振動部を示す平面図(a)と、その共振特性を示す
グラフ(b)
4の振動部を示す平面図(a)と、その共振特性を示す
グラフ(b)
5の振動部を示す平面図(a)と、その共振特性を示す
グラフ(b)
す平面図
び図9におけるB−B線断面図(b)
動部の形状を示す平面図
示すグラフ
動部の形状を示す平面図
示すグラフ
動部の形状を示す平面図
示すグラフ
動部の形状を示す平面図
示すグラフ
動部の形状を示す平面図
示すグラフ
明図
変形例を示す回路図
る振動部の厚み方向視の形状を示す平面図
る振動部の厚み方向視の形状を示す平面図
る振動部の厚み方向視の形状を示す平面図
る振動部の厚み方向視の形状を示す平面図
断面図
向する平行な辺の長さと振動波長との比と、スプリアス
の発生状況との関係を示すグラフ
Claims (19)
- 【請求項1】 基板と、前記基板に形成されている、少
なくとも1層以上の圧電薄膜を有する薄膜部の上下面を
少なくとも一対の上部電極及び下部電極を厚み方向で対
向させて挟む構造の振動部とを有する圧電共振子におい
て、 前記振動部の前記上部電極及び下部電極が対向して重な
る部分の形状は、前記厚み方向視で、長さが振動波長の
10倍以下である平行な辺を有し、且つ対向しあう電極
端面間の距離が異なっている部分を少なくとも1箇所以
上有する、長方形及び正方形以外の四角形であることを
特徴とする、圧電共振子。 - 【請求項2】 基板と、前記基板に形成されている、少
なくとも1層以上の圧電薄膜を有する薄膜部の上下面を
少なくとも一対の上部電極及び下部電極を厚み方向で対
向させて挟む構造の振動部とを有する圧電共振子におい
て、 前記振動部の前記上部電極及び下部電極が対向して重な
る部分の形状は、前記厚み方向視で、長さが振動波長の
10倍以下である平行な辺を有し、且つ対向しあう電極
端面間の距離が異なっている部分を少なくとも1箇所以
上有する、五角形以上の多角形であることを特徴とす
る、圧電共振子。 - 【請求項3】 請求項1または2に記載の圧電共振子に
おいて、 前記振動部の前記上部電極及び下部電極が対向して重な
る部分の形状は、前記厚み方向視で、線対称であること
を特徴とする、圧電共振子。 - 【請求項4】 請求項1または2に記載の圧電共振子に
おいて、 前記振動部の前記上部電極および下部電極が対向して重
なる部分の形状は、前記厚み方向視で、点対称であるこ
とを特徴とする、圧電共振子。 - 【請求項5】 請求項2,3,4に記載の圧電共振子に
おいて、 前記振動部の前記上部電極及び下部電極が重なる部分の
形状は、前記厚み方向視で、八角形であることを特徴と
する、圧電共振子。 - 【請求項6】 請求項5に記載の圧電振動子において、 前記振動部の前記上部電極及び下部電極が重なる部分の
形状は、前記厚み方向視で、長八角形であることを特徴
とする、圧電共振子。 - 【請求項7】 請求項6に記載の圧電振動子において、 前記振動部の前記上部電極及び下部電極が重なる部分の
前記厚み方向視での形状における短手方向長さをbと
し、該形状における長手方向で両端に位置する短手方向
に沿った辺の長さをdとすると、d/b≦0.5を満た
すことを特徴とする、圧電共振子。 - 【請求項8】 請求項1,3,4に記載の圧電振動子に
おいて、 前記振動部の前記上部電極及び前記下部電極が対向して
重なる部分の形状は、前記厚み方向視で、ひし形である
ことを特徴とする、圧電共振子。 - 【請求項9】 請求項1,3,4に記載の圧電共振子に
おいて、 前記振動部の前記上部電極及び前記下部電極が対向して
重なる部分の形状は、前記厚み方向視で、台形であるこ
とを特徴とする、圧電共振子。 - 【請求項10】 基板と、前記基板に形成されている、
少なくとも1層以上の圧電薄膜を有する薄膜部の上下面
を少なくとも一対の上部電極及び下部電極を厚み方向で
対向させて挟む構造の振動部とを有する圧電共振子にお
いて、 前記振動部の前記上部電極及び下部電極が対向して重な
る部分の形状は、前記厚み方向視で、平行な辺がなく、
かつ線対称図形であることを特徴とする、圧電共振子。 - 【請求項11】 請求項10に記載の圧電共振子におい
て、 前記振動部の前記上部電極及び下部電極が対向して重な
る部分の形状は、前記厚み方向視で、二等辺三角形であ
ることを特徴とする、圧電共振子。 - 【請求項12】 請求項10に記載の圧電共振子におい
て、 前記振動部の前記上部電極及び前記下部電極が対向して
重なる部分の形状は、前記厚み方向視で、七角形である
ことを特徴とする、圧電共振子。 - 【請求項13】 請求項1ないし12のいずれかに記載
の圧電共振子において、 前記振動部の前記上部電極及び前記下部電極が対向して
重なる部分の長手方向長さは主振動の共振波長の20倍
以上に設定されていることを特徴とする、圧電共振子。 - 【請求項14】 請求項1ないし13のいずれかに記載
の圧電共振子において、 前記基板は開口部もしくは凹部を有し、前記開口部もし
くは凹部上に前記振動部が形成されていることを特徴と
する、圧電共振子。 - 【請求項15】 請求項1ないし14のいずれかに記載
の圧電共振子において、 前記振動部は、前記上部電極及び下部電極を通して印加
される電気信号によって厚み縦振動モードで振動するこ
とを特徴する、圧電共振子。 - 【請求項16】 請求項1ないし15のいずれかに記載
の圧電共振子を用いていることを特徴とする、圧電フィ
ルタ。 - 【請求項17】 請求項1ないし15のいずれかに記載
の圧電共振子を用いて、ラダー構成にしたことを特徴と
する、圧電フィルタ。 - 【請求項18】 請求項1ないし17のいずれかに記載
の圧電共振子または圧電フィルタを用いたことを特徴と
するデュプレクサ。 - 【請求項19】 請求項1ないし17のいずれかに記載
の圧電共振子または圧電フィルタを用いたことを特徴と
する、通信装置。
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