JP2005176321A

JP2005176321A - 圧電共振器を用いたフィルタ

Info

Publication number: JP2005176321A
Application number: JP2004321227A
Authority: JP
Inventors: Takehiko Yamakawa; 岳彦山川; Hiroshi Yamaguchi; 博司山口; Hiroshi Nakatsuka; 宏中塚; Hiroyuki Nakamura; 弘幸中村; Keiji Onishi; 慶治大西; Toshio Ishizaki; 俊雄石崎
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-11-20
Filing date: 2004-11-04
Publication date: 2005-06-30
Anticipated expiration: 2024-11-04
Also published as: JP4390682B2

Abstract

【課題】減衰帯域での減衰量を確保しつつ、通過帯域での損失を抑えることが可能な圧電共振器を用いたフィルタを提供する。
【解決手段】直列圧電共振器１１は、入力端子１５ａと出力端子１５ｂとの間に直列接続される。並列圧電共振器１２ａは、一方電極が入力端子１５ａと直列圧電共振器１１との接続点に、他方電極がインダクタ１３ａの一方端子に、それぞれ接続されている。並列圧電共振器１２ｂは、一方電極が直列圧電共振器１１と出力端子１５ｂとの接続点に、他方電極がインダクタ１３ｂの一方端子に、それぞれ接続されている。インダクタ１３ａ及び１３ｂの他方端子は、それぞれ接地されている。追加圧電共振器１４は、並列圧電共振器１２ａの他方電極と、並列圧電共振器１２ｂの他方電極との間に接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電共振器を用いたフィルタに関し、より特定的には、携帯電話や無線ＬＡＮ等の移動体通信端末の無線回路に用いられる圧電共振器を用いたフィルタに関する。

携帯電話や無線ＬＡＮ等に内蔵される部品は、より小型化、軽量化、かつ高性能化されることが要求されている。これらの要求を満足する部品の１つとして、圧電体によって構成される圧電共振器を用いたフィルタが挙げられる（特許文献１を参照）。以下、このフィルタの一例を、図面を参照して説明する。

まず、フィルタの構成を説明する前に、フィルタに用いられる圧電共振器の構造について説明する。図２１は、基本的な圧電共振器の単体構造を示す斜視図である。図２２は、図２１のＢ−Ｂ断面図である。図２３Ａ及び図２３Ｂは、それぞれ圧電共振器の回路記号及び等価回路図である。図２４は、圧電共振器単体の周波数特性を示す図である。

図２１を参照して、圧電共振器２１０は、上部電極層２１１、圧電体層２１２、下部電極層２１３、絶縁体層２１４及びキャビティ２１５を、シリコンやガラス等の基板２１６上に形成することで構成される。キャビティ２１５は、非貫通で基板２１６上に設けられる。このキャビティ２１５を覆うように、二酸化珪素（ＳｉＯ₂ ）や窒化珪素（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）等からなる絶縁体層２１４が形成される。絶縁体層２１４の上には、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、タングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）等からなる下部電極層２１３が形成される。下部電極層２１３の上には、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃ ）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃ ）、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ₃ ）等からなる圧電体層２１２が形成される。圧電体層２１２の上には、下部電極層２１３と同様の材料からなる上部電極層２１１が形成される。上部電極層２１１、圧電体層２１２、下部電極層２１３及び絶縁体層２１４は、振動部２１８を構成する。従って、この振動部２１８は、図２２のように基板２１６の一部２２１によって支持されている構造となる。キャビティ２１５は、この圧電体層２１２の機械的な振動を閉じ込めるために設けられている。

上部電極層２１１と下部電極層２１３との間に電圧を印加することにより、圧電体層２１２に電界が発生し、この電界によって起こる歪みが機械的な振動として励振され、これが電気的な共振特性及び反共振特性へと変換される。圧電共振器２１０の共振周波数ｆ_r 及び反共振周波数ｆ_a は、振動部２１８の各層の厚みと大きさ、また各材料定数等のパラメータによって求められる。図２３Ａに示す圧電共振器２１０の等価回路は、図２３Ｂのように静電容量Ｃ₀ 、等価定数Ｃ₁ 及び等価定数Ｌ₁ で表される。なお、抵抗成分が非常に小さいため、図２３Ｂの等価回路では省いている。静電容量Ｃ₀ は、上部電極層２１１と下部電極層２１３とで挟まれた容量とみたてると、真空中の誘電率ε₀ 、圧電体の比誘電率ε_r 、電極面積Ｓ及び圧電体の厚みｄから、下記式（１）で求めることができる。
Ｃ₀ ＝ε₀ε_r×Ｓ／ｄ … （１）

また、図２３Ｂの等価回路において、インピーダンスが０となる直列共振とインピーダンスが無限大となる並列共振とから、共振周波数ｆ_r 及び反共振周波数ｆ_a は、それぞれ下記式（２）及び式（３）で求められる。圧電共振器２１０単体の周波数特性は、図２４に示すようになる。
ｆ_r ＝１／（２π×√（Ｃ₁Ｌ₁）） … （２）
ｆ_a ＝ｆ_r×√（１＋Ｃ₁／Ｃ₀） … （３）

図２５は、上述した周波数特性を有する圧電共振器を３段用いた従来のフィルタの回路図の一例を示す図である。図２５において、従来のフィルタ２５０は、直列圧電共振器２５１と、並列圧電共振器２５２ａ及び２５２ｂと、インダクタ２５３ａ及び２５３ｂとで構成される。直列圧電共振器２５１は、入力端子２５５ａと出力端子２５５ｂとの間に直列接続される。並列圧電共振器２５２ａは、一方電極が入力端子２５５ａと直列圧電共振器２５１との接続点に、他方電極がインダクタ２５３ａの一方端子に、それぞれ接続されている。並列圧電共振器２５２ｂは、一方電極が直列圧電共振器２５１と出力端子２５５ｂとの接続点に、他方電極がインダクタ２５３ｂの一方端子に、それぞれ接続されている。インダクタ２５３ａ及び２５３ｂの他方端子は、それぞれ接地されている。

この構成による従来のフィルタ２５０は、並列圧電共振器２５２ａ及び２５２ｂによる周波数特性（図２６グラフ（ａ）の実線）と、直列圧電共振器２５１による周波数特性（図２６グラフ（ａ）の点線）との２つを有していることになる。従って、並列圧電共振器２５２ａ及び２５２ｂの反共振点２６２と、直列圧電共振器２５１の共振点２６３とを、ほぼ一致させるように、フィルタ２５０の各パラメータを設定すれば、図２６グラフ（ｂ）に示すような通過帯域２６５を持つフィルタを実現することができる。
特許第２８００９０５号明細書

しかしながら、上記従来のフィルタでは、通過帯域の前後の周波数帯域で大きな減衰量を得ることは、構成上期待できない。よって、このフィルタは、ある２つの周波数帯域について、一方を通過させ他方を減衰させる必要がある装置、典型的には携帯電話や無線ＬＡＮ等の移動体通信端末のフィルタに使用することができない。例えば、Ｗ−ＣＤＭＡ用の受信フィルタでは、受信帯域が２．１１〜２．１７ＧＨｚで送信帯域が１．９２〜１．９８ＧＨｚである。
また、上記従来のフィルタ構成では、大きな値のインダクタを並列圧電共振器と接地との間に設けなければならず、新たに基板等の外付け回路が必要となり、フィルタのサイズが大きくなるという問題も有していた。

それ故に、本発明の目的は、減衰帯域での減衰量を確保しつつ、通過帯域での損失を抑えることが可能な圧電共振器を用いたフィルタを提供することである。また、本発明の目的は、回路に必要なインダクタの値や数を低減してサイズの小型化を図った圧電共振器を用いたフィルタを提供することである。

本発明は、少なくとも複数の圧電共振器を構成に用いたフィルタに向けられている。そして、上記目的を達成させるために、本発明のフィルタは、入出力端子間に直列接続された１つ以上の直列圧電共振器と、直列圧電共振器に対してラダー型に並列接続された２つ以上の並列圧電共振器と、２つ以上の並列圧電共振器の少なくとも２つにそれぞれ設けられ、当該並列圧電共振器の直列圧電共振器に接続されていない電極と接地との間を接続するインダクタと、少なくとも１つの、並列圧電共振器のインダクタが接続された電極のいずれか２つを接続する追加圧電共振器とで構成される。

典型的なフィルタ構成は、入出力端子間に、直列接続された直列圧電共振器と、直列圧電共振器の一方端子に一方電極が接続された第１の並列圧電共振器と、直列圧電共振器の他方端子に一方電極が接続された第２の並列圧電共振器と、第１の並列圧電共振器の他方電極と接地との間を接続する第１のインダクタと、第２の並列圧電共振器の他方電極と接地との間を接続する第２のインダクタと、第１の並列圧電共振器の他方電極と第２の並列圧電共振器の他方電極との間を接続する追加圧電共振器とで構成される。この構成では、直列圧電共振器と追加圧電共振器とが同数であることが好ましい。

また、他の典型的なフィルタ構成としては、入出力端子間に、直列接続された第１及び第２の直列圧電共振器と、第１の直列圧電共振器の一方端子に一方電極が接続された第１の並列圧電共振器と、第１の直列圧電共振器の他方端子と第２の直列圧電共振器の一方端子とに一方電極が接続された第２の並列圧電共振器と、第２の直列圧電共振器の他方端子に一方電極が接続された第３の並列圧電共振器と、第１の並列圧電共振器の他方電極と接地との間を接続する第１のインダクタと、第３の並列圧電共振器の他方電極と接地との間を接続する第２のインダクタと、第１の並列圧電共振器の他方電極と第３の並列圧電共振器の他方電極との間を接続する追加圧電共振器とで構成される。この構成では、第１及び第２の直列圧電共振器と追加圧電共振器とが、偶奇が同じである複数個で構成されることが好ましい。

また、他の典型的なフィルタ構成としては、入出力端子間に、直列接続された第１〜第３の直列圧電共振器と、第１の直列圧電共振器の一方端子に一方電極が接続された第１の並列圧電共振器と、第１の直列圧電共振器の他方端子と第２の直列圧電共振器の一方端子とに一方電極が接続された第２の並列圧電共振器と、第２の直列圧電共振器の他方端子と第３の直列圧電共振器の一方端子とに一方電極が接続された第３の並列圧電共振器と、第３の直列圧電共振器の他方端子に一方電極が接続された第４の並列圧電共振器と、第１の並列圧電共振器の他方電極と接地との間を接続する第１のインダクタと、第２の並列圧電共振器の他方電極と接地との間を接続する第２のインダクタと、第３の並列圧電共振器の他方電極と接地との間を接続する第３のインダクタと、第４の並列圧電共振器の他方電極と接地との間を接続する第４のインダクタと、第１の並列圧電共振器の他方電極と第ｎの並列圧電共振器（ｎ＝２〜４のいずれか）の他方電極との間を接続する第１の追加圧電共振器と、第１及び第ｎ以外の並列圧電共振器の他方電極間を接続する第２の追加圧電共振器とで構成される。

このフィルタを構成する直列圧電共振器、並列圧電共振器及び追加圧電共振器としては、薄膜弾性波共振器が考えられる。この薄膜弾性波共振器は、上部電極と下部電極との間に圧電体層を挟み、当該下部電極の下にキャビティを設ける構成とすればよい。また、キャビティを設けない薄膜弾性波共振器として、上部電極と下部電極との間に圧電体層を挟み、当該下部電極の下に、低インピーダンス層と高インピーダンス層とを交互に積層して形成される音響多層膜を設ける構成も考えられる。さらに、各々の圧電共振器は、等価回路上で隣り合う圧電共振器との間の電極接続を同一の配線層で行うことが好ましい。

また、このフィルタを構成する圧電共振器としては、弾性表面波共振器が考えられる。この弾性表面波共振器は、圧電基板上にインターディジタルトランスデューサ電極と反射器電極とを伝搬方向に対して近接配置する構成とすればよい。

上記のように、本発明の圧電共振器を用いたフィルタによれば、追加圧電共振器をいずれか２つの並列圧電共振器の他方電極間に少なくとも１つ挿入する。これにより、通過帯域における通過損失の抑制及び帯域幅の増大を維持したまま、減衰帯域で所望の減衰量を確保することが可能となる。

本発明が提供する特徴的な構成は、信号の入出力端子に対して、直列に挿入される１つの直列圧電共振器と、並列に挿入される２つの並列圧電共振器とで構成される３段以上のラダー型フィルタであれば、段数に関係なく適用可能である。以下、１つの直列圧電共振器と２つの並列圧電共振器とで構成される３段ラダー型フィルタを一例に挙げて、本発明を説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る圧電共振器を用いたフィルタ１０の回路図である。図１において、本第１の実施形態のフィルタ１０は、直列圧電共振器１１と、並列圧電共振器１２ａ及び１２ｂと、インダクタ１３ａ及び１３ｂと、追加圧電共振器１４とで構成される。

直列圧電共振器１１は、入力端子１５ａと出力端子１５ｂとの間に直列接続される。並列圧電共振器１２ａは、一方電極が入力端子１５ａと直列圧電共振器１１との接続点に、他方電極がインダクタ１３ａの一方端子に、それぞれ接続されている。並列圧電共振器１２ｂは、一方電極が直列圧電共振器１１と出力端子１５ｂとの接続点に、他方電極がインダクタ１３ｂの一方端子に、それぞれ接続されている。インダクタ１３ａ及び１３ｂの他方端子は、それぞれ接地されている。追加圧電共振器１４は、並列圧電共振器１２ａの他方電極と、並列圧電共振器１２ｂの他方電極との間に接続されている。

図１のように追加圧電共振器１４を接続することによって、従来の図２５に示す回路に加えて、図２に示す直列回路網の等価回路が加わることになる。この図２の等価回路における共振周波数ｆ_r 及び反共振周波数ｆ_a は、上述した式（２）及び式（３）で同様に求めることが可能である。しかし、この場合には、インダクタ１３ａ及び１３ｂの影響を考慮する必要があり、実際の共振周波数ｆ₀ は共振周波数ｆ_r よりも低くなる。つまり、この共振周波数ｆ₀ を適切に制御することで、所望の位置に減衰帯域を設けることができる。

図３に、図１に示すフィルタ１０の通過特性（実線）と、図２６に示す従来のフィルタ２５０の通過特性（点線）とを示す。フィルタ１０の通過特性は、追加圧電共振器１４の共振周波数を調整して、所望の周波数帯域（減衰帯域）において十分な減衰量を確保している。

以上のように、本発明の第１の実施形態に係る圧電共振器を用いたフィルタ１０によれば、追加圧電共振器を２つの並列圧電共振器の他方電極間に挿入する。これにより、従来のフィルタ２５０に比べて、通過帯域における通過損失の抑制及び帯域幅の増大を維持したまま、減衰帯域で所望の減衰量を確保しつつ、通過帯域での損失を抑えることが可能となる。よって、この構成による本発明のフィルタを、携帯電話や無線ＬＡＮ等の移動体通信端末の受信フィルタ又は送信フィルタに利用することが可能となる。

なお、図４Ａに示すように、入力端子１５ａと並列圧電共振器１２ａの一方電極との間に直列圧電共振器１１ａを、並列圧電共振器１２ｂの一方電極と出力端子１５ｂとの間に直列圧電共振器１１ｂをそれぞれ挿入する、フィルタ４０の構成も考えられる。このフィルタ４０でも、追加圧電共振器１４の共振周波数を適切に調整することで、所望の周波数帯域（減衰帯域）において十分な減衰量を確保することができる。
また、図４Ｂ及び図４Ｃのように、直列に挿入される２つの直列圧電共振器と、並列に挿入される３つの並列圧電共振器とで構成される５段のラダー型フィルタに、追加圧電共振器１４を挿入するフィルタ構成も考えられる。

（第２の実施形態）
図５Ａは、本発明の第２の実施形態に係る圧電共振器を用いたフィルタ５０の回路図である。図５Ａにおいて、本第２の実施形態のフィルタ５０は、３つの直列圧電共振器１１ａ〜１１ｃと、４つの並列圧電共振器１２ａ〜１２ｄと、４つのインダクタ１３ａ〜１３ｄと、追加圧電共振器１４とで構成される。

直列圧電共振器１１ａ〜１１ｃは、入力端子１５ａと出力端子１５ｂとの間に直列接続される。並列圧電共振器１２ａ〜１２ｄの一方電極は、入力端子１５ａ、直列圧電共振器１１ａ〜１１ｃ及び出力端子１５ｂを接続した各接続点のいずれかに、それぞれ接続されている。並列圧電共振器１２ａ〜１２ｄの他方電極は、インダクタ１３ａ〜１３ｄの一方端子にそれぞれ接続されている。インダクタ１３ａ〜１３ｄの他方端子は、それぞれ接地されている。追加圧電共振器１４は、並列圧電共振器１２ｂの他方電極と、並列圧電共振器１２ｃの他方電極との間に接続されている。なお、この追加圧電共振器１４は、並列圧電共振器１２ａ〜１２ｄの他方電極のいずれか２点間に接続されればよく、図５Ａに示す接続形態以外にも図５Ｂ〜図５Ｆに示す接続形態が考えられる。

上述したように、図５Ａのように追加圧電共振器１４を接続することによって、図２に示す直列回路網の等価回路が加わることになる。よって、この共振周波数ｆ₀ を適切に制御することで、所望の位置に減衰帯域を設けることができる。

以上のように、本発明の第２の実施形態に係る圧電共振器を用いたフィルタ５０によれば、追加圧電共振器をいずれか２つの並列圧電共振器の他方電極間に挿入する。これにより、従来のフィルタ２５０に比べて、通過帯域における通過損失の抑制及び帯域幅の増大を維持したまま、減衰帯域で所望の減衰量を確保することが可能となる。

なお、上記第２の実施形態では、並列圧電共振器１２ａ〜１２ｄの他方電極のいずれか２点間に接続される追加圧電共振器１４が、１つである場合を説明した。しかし、この追加圧電共振器は、２つ接続されても構わない。この場合、図６Ａ〜図６Ｃで示すように、２つの追加圧電共振器が、並列圧電共振器１２ａ〜１２ｄの他方電極のいずれか２点間に重複することなく、それぞれ接続されることが条件となる。

また、追加圧電共振器の数は、１つ又は２つに限られず、希望する通過特性や製品サイズ／コスト等に応じて自由に設定することができる。また、各並列圧電共振器に接続される追加圧電共振器の数は、図５Ａ〜図５Ｆ、図６Ａ〜図６Ｃ及び図７Ａ〜図７Ｘに示す回路等のように、それぞれ１つであることが特性上好ましいが、図８Ａ及び図８Ｂに示す回路等のように、１つの並列圧電共振器に複数の追加圧電共振器を接続する構成であってもよい。この構成でも、圧電体層の材料、厚さ及び大きさ等を最適に設定すれば、所望の通過特性を十分に得ることが可能である。

また、本発明のフィルタ構成の場合、並列圧電共振器１２ａ〜１２ｄの他方電極に接続されるインダクタ１３ａ〜１３ｄは、追加圧電共振器１４が接続されてなければ省略することができる。すなわち、追加圧電共振器が接続されていない並列圧電共振器の他方電極は、直接接地してもよい（例えば図９）。また、入力端子と直列圧電共振器との間及び直列圧電共振器と出力端子との間にインダクタが挿入されていても構わない（例えば図１０）。なお、本発明のフィルタに含まれるこれらのインダクタは、追加圧電共振器を挿入することによって、従来のフィルタ（図２５等）に対して値を小さくすることができる。本発明のフィルタは、通常半導体基板上に形成されるので、フィルタに必要なインダクタを電極、配線、ボンディングワイヤ、バンプ等の寄生インダクタで形成することが可能となる。インダクタを配線で構成した半導体チップ１１０の一例を図１１Ａに、インダクタをボンディングワイヤで構成した半導体パッケージ１１１の一例を図１１Ｂに示す。フィルタが形成された半導体チップは、必要に応じてプリント基板や低温焼結セラミック（ＬＴＣＣ）上に配置されてもよい。

（第３の実施形態）
上述したように、各図に示したフィルタ回路は、半導体基板上で各圧電共振器が各圧電共振器の電極で接続されて構成される。上記図１１Ａは、図５Ａに示したフィルタ５０の回路を構成した半導体チップ１１０の上面図である。図中、格子状の網掛け部分は圧電共振器１１ａ〜１１ｃ、１２ａ〜１２ｄ及び１４の上部電極を、点網掛け部分は上層配線を、斜線網掛け部分は下層配線又はインダクタ１３ａ〜１３ｄを示している。この図１１Ａの半導体チップ１１０のようにスペースを無駄なく使用するためには、圧電共振器の電極接続層を、図１２のように圧電体層を挟む毎に上下交互に変えることが最も効果的である。従って、追加圧電共振器１４も上層と下層との間に挿入する構成にすれば、チップ設計上も容易となる。

図１２の例では、並列圧電共振器１２ｂの他方電極が「上層」で形成され、並列圧電共振器１２ｃの他方電極が「下層」で形成されているので、この間に追加圧電共振器１４を挿入することは容易となる。一方、並列圧電共振器１２ａの他方電極と並列圧電共振器１２ｃの他方電極との間や、並列圧電共振器１２ｂの他方電極と並列圧電共振器１２ｄの他方電極との間は、双方とも同一層で電極が形成されている。このため、追加圧電共振器を挿入する場合には、上下電極層を一部短絡させて上層と下層とを接続する必要がある。

そこで、第３の実施形態では、圧電共振器の数を調整して追加圧電共振器が上層と下層との間に挿入できるようにしたフィルタ構成を説明する。図１３及び図１４は、この構成を用いた第３の実施形態に係る圧電共振器を用いたフィルタの回路図の一例である。
図１３は、２つの圧電共振器を直列接続した追加圧電共振器１３４を用いたフィルタ１３０の構成である。これにより、並列圧電共振器１２ａの他方電極と並列圧電共振器１２ｃの他方電極とが同一層でも、追加圧電共振器１３４を挿入することができる。図１４は、直列圧電共振器側に圧電共振器１４１をさらに追加して、追加圧電共振器１４の両極側の層を異ならせたフィルタ１４０の構成である。
なお、もともと追加圧電共振器の両極側の層が異なっている場合でも、図１５に示す直列圧電共振器１５１や追加圧電共振器１５４のように構成することも可能である。

このように、フィルタに挿入する追加圧電共振器の数と、この追加圧電共振器が挿入される間の直列圧電共振器の数とが、両方とも偶数又は両方とも奇数（すなわち、偶奇が同じ）となるように、フィルタを構成する圧電共振器の数を制御すれば、上下電極層を一部短絡させて上層と下層とを接続する必要がなくなる。

（圧電共振器の構造１）
本発明の各実施形態のフィルタに用いられる直列圧電共振器、並列圧電共振器及び追加圧電共振器の一般的な構造は、図２１で説明したとおりであるが、これ以外の構造も考えられる。以下、図２１に示した以外の圧電共振器の構造について説明する。

図２１では、絶縁体層２１４でキャビティ２１５を覆うような構造にしているが、図１６のように、絶縁体層２１４によって全て覆われないキャビティ１６５であってもよい。このような構造にすれば、振動部２１８の各層を堆積後に、キャビティ１６５に充填された物質をエッチングにより除去することが可能となる。なお、キャビティは、振動部２１８の振動を妨げない構造であればよく、間口は四角形だけでなく、多角形、円又は楕円等のいかなる形状であってもよい。また、キャビティを側面から見た場合にテーパがついていてもよい。また、キャビティは、基板２１６の下部に貫通していてもよい。

また、図２２のようにキャビティ２１５を設けて基板２１６の一部で支持部２２１を構成する代わりに、図１７のように基板２１６の上に個別の支持部１７１を設けて、振動部２１８が振動するキャビティ１７５を確保してもよい。

また、キャビティを設けない構成としては、図１８及び図１９に示す構造が考えられる。図１８及び図１９の圧電共振器１８０の構造は、上部電極層２１１と下部電極層２１３とに挟まれた圧電体層２１２で構成された振動部２１８が、音響多層膜の上に配置され、音響多層膜は基板２１６の上に構成される。この音響多層膜は、厚さが４分の１波長である音響インピーダンスの低い層１８４と音響インピーダンスの高い層１８５とを交互に積層して形成される。振動部２１８から見て音響多層膜の１層目を低インピーダンス層１８４とすることにより、圧電体層２１２に対する負荷インピーダンスを十分に小さくし、圧電体層２１２と基板２１６とを音響的にアイソレートするようにした構造である。このような構造により、振動部２１８は、基板２１６に固定されているにも関わらず、何にも支持されていない自由振動の状態に近づき、図２１の圧電共振器２１０と同様の動作を示す。この低インピーダンス層１８４及び高インピーダンス層１８５の積層数は、多ければ多いほど振動部２１８が基板２１６と音響的にアイソレートされる。

なお、低インピーダンス層１８４には、二酸化珪素（ＳｉＯ₂ ）や窒化珪素（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）等の材料を、高インピーダンス層１８５には、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、モリブデン（Ｍｏ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ₂ ）、酸化チタン（ＴｉＯ ₂ ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂ ）等の材料が用いられる。

また、圧電共振器２１０の層構成は一例であり、上部電極の上側にパッシベーション膜として圧電体層を薄く付したり、圧電体層と電極間に絶縁層を設けても同様の効果が得られ、本発明の構成要素はこれに限るものではない。
また上部電極層２１１、圧電体層２１２、下部電極層２１３及び絶縁体層２１４で構成される振動部２１８の面積は、それぞれ異なっていてもよい。さらに、上部電極層２１１及び下部電極層２１３以外の各層は、各圧電共振器間において一続きに生成されていてもよい。
また、電極形状は、キャビティ形状と同様、丸型、多角形又はくびれ型等のいかなる形状であっても同様の効果が得られる。

（圧電共振器の構造２）
図２０は、上記第１の実施形態に係るフィルタ１０の圧電共振器を弾性表面波共振器で構成した弾性表面波フィルタ２００の一例を示した図である。弾性表面波共振器は、圧電基板２０６上にインターディジタルトランスデューサ電極と反射器電極とを伝搬方向に対して近接配置することにより構成される。弾性表面波フィルタ２００は、圧電基板２０６上に、直列弾性表面波共振器２０１ａ〜２０１ｃ、並列弾性表面波共振器２０２ａ〜２０２ｄ、及び追加弾性表面波共振器２０４とを形成し、圧電基板２０６上の配線電極により接続することにより構成される。ここで、弾性表面波共振器の共振周波数に関しては、電極指ピッチやメタライゼーションレシオ、あるいは電極膜厚等を調整することにより、所望のフィルタ特性を得るために最適に設定されている。また、第１の電極パッド２０５ａは、インダクタンス成分を介して入出力端子の一方に接続され、第２の電極パッド２０５ｂは、インダクタンス成分を介して入出力端子の他方に接続される。また、接地電極パッド２０３ａ〜２０３ｄは、並列弾性表面波共振器２０２ａ〜２０２ｄに接続されており、インダクタンス成分を介して接地される。さらに、接地電極パッド２０３ｂと２０３ｃとの間には、追加弾性表面波共振器２０４が接続される。

本発明の圧電共振器を用いたフィルタは、小型であり、所望の減衰帯域における高減衰量及び通過帯域内の低損失特性を有し、携帯電話や無線ＬＡＮ等の移動体通信端末における無線回路内のフィルタ等として有用である。また、仕様に応じて無線基地局用のフィルタ等の用途にも応用できる。

本発明の第１の実施形態に係る圧電共振器を用いたフィルタ１０の回路図追加圧電共振器１４によって追加される等価回路図フィルタ１０の通過特性を示す図図１のフィルタ１０を応用した他のフィルタの回路図図１のフィルタ１０を応用した他のフィルタの回路図図１のフィルタ１０を応用した他のフィルタの回路図本発明の第２の実施形態に係る圧電共振器を用いたフィルタ５０の回路図図５Ａのフィルタ５０と等価である他のフィルタの回路図図５Ａのフィルタ５０と等価である他のフィルタの回路図図５Ａのフィルタ５０と等価である他のフィルタの回路図図５Ａのフィルタ５０と等価である他のフィルタの回路図図５Ａのフィルタ５０と等価である他のフィルタの回路図図１のフィルタ１０と等価である他のフィルタの回路図図１のフィルタ１０と等価である他のフィルタの回路図図１のフィルタ１０と等価である他のフィルタの回路図図１のフィルタ１０と等価である他のフィルタの回路図図１のフィルタ１０と等価である他のフィルタの回路図図１のフィルタ１０と等価である他のフィルタの回路図図１のフィルタ１０と等価である他のフィルタの回路図図１のフィルタ１０と等価である他のフィルタの回路図図１のフィルタ１０と等価である他のフィルタの回路図図１のフィルタ１０と等価である他のフィルタの回路図図１のフィルタ１０と等価である他のフィルタの回路図図１のフィルタ１０と等価である他のフィルタの回路図図１のフィルタ１０と等価である他のフィルタの回路図図１のフィルタ１０と等価である他のフィルタの回路図図１のフィルタ１０と等価である他のフィルタの回路図図１のフィルタ１０と等価である他のフィルタの回路図図１のフィルタ１０と等価である他のフィルタの回路図図１のフィルタ１０と等価である他のフィルタの回路図図１のフィルタ１０と等価である他のフィルタの回路図図１のフィルタ１０と等価である他のフィルタの回路図図１のフィルタ１０と等価である他のフィルタの回路図図１のフィルタ１０と等価である他のフィルタの回路図図１のフィルタ１０と等価である他のフィルタの回路図図１のフィルタ１０と等価である他のフィルタの回路図図１のフィルタ１０と等価である他のフィルタの回路図図１のフィルタ１０と等価である他のフィルタの回路図図１のフィルタ１０と等価である他のフィルタの回路図図１のフィルタ１０と等価である他のフィルタの回路図図１のフィルタ１０と等価である他のフィルタの回路図図１のフィルタ１０と等価である他のフィルタの回路図図１のフィルタ１０と等価である他のフィルタの回路図図５Ａに示したフィルタ５０の回路を構成した半導体チップ１１０の上面図図５Ａに示したフィルタ５０の回路を構成した半導体パッケージ１１１の上面図半導体チップ１１０における各圧電共振器の接続層を説明する図本発明の第３の実施形態に係る圧電共振器を用いたフィルタ１３０の回路図図１３のフィルタ１３０と等価である他のフィルタ１４０の回路図図１３のフィルタ１３０と等価である他のフィルタ１５０の回路図他の圧電共振器の単体構造を示す斜視図及び断面図他の圧電共振器の単体構造を示す斜視図及び断面図他の圧電共振器の単体構造を示す斜視図及び断面図他の圧電共振器の単体構造を示す斜視図及び断面図圧電共振器を弾性表面波共振器で構成した弾性表面波フィルタ２００の一例を示す図基本的な圧電共振器の単体構造を示す斜視図及び断面図基本的な圧電共振器の単体構造を示す斜視図及び断面図圧電共振器の回路記号及び等価回路図圧電共振器の回路記号及び等価回路図圧電共振器単体の周波数特性を示す図従来の圧電共振器を用いたフィルタ２５０の回路図フィルタ２５０の通過特性を示す図

符号の説明

１０、４０、５０、１３０〜１８０、２１０、２５０フィルタ
２００弾性表面波フィルタ
１１、１１ａ〜１１ｂ、１２ａ〜１２ｄ、１４、１３４、１４１、１５１、１５４、２５１、２５２圧電共振器
１３ａ〜１３ｄ、２５３インダクタ
１５ａ〜１５ｂ、２０５ａ〜２０５ｂ、２５５ａ〜２５５ｂ端子（電極パッド）
１１０半導体チップ
１１１半導体パッケージ
１６５、１７５、２１５キャビティ
１７１、２２１支持部
１８４低インピーダンス層
１８５高インピーダンス層
２０１ａ〜２０１ｃ、２０２ａ〜２０２ｄ、２０４弾性表面波共振器
２０６、２１６基板
２１１、２１３電極層
２１２圧電体層
２１４絶縁体層
２１８振動部

Claims

少なくとも複数の圧電共振器を構成に用いたフィルタであって、
入出力端子間に直列接続された１つ以上の直列圧電共振器と、
前記直列圧電共振器に対してラダー型に並列接続された２つ以上の並列圧電共振器と、
前記２つ以上の並列圧電共振器の少なくとも２つにそれぞれ設けられ、当該並列圧電共振器の前記直列圧電共振器に接続されていない電極と接地との間を接続するインダクタと、
少なくとも１つの、前記並列圧電共振器の前記インダクタが接続された電極のいずれか２つを接続する追加圧電共振器とで構成される、フィルタ。
入出力端子間に、直列接続された直列圧電共振器と、
前記直列圧電共振器の一方端子に一方電極が接続された第１の並列圧電共振器と、
前記直列圧電共振器の他方端子に一方電極が接続された第２の並列圧電共振器と、
前記第１の並列圧電共振器の他方電極と接地との間を接続する第１のインダクタと、
前記第２の並列圧電共振器の他方電極と接地との間を接続する第２のインダクタと、
前記第１の並列圧電共振器の他方電極と前記第２の並列圧電共振器の他方電極との間を接続する追加圧電共振器とで構成されることを特徴とする、請求項１に記載のフィルタ。
前記直列圧電共振器と前記追加圧電共振器とが、同数で構成されることを特徴とする、請求項２に記載のフィルタ。
入出力端子間に、直列接続された第１及び第２の直列圧電共振器と、
前記第１の直列圧電共振器の一方端子に一方電極が接続された第１の並列圧電共振器と、
前記第１の直列圧電共振器の他方端子と前記第２の直列圧電共振器の一方端子とに一方電極が接続された第２の並列圧電共振器と、
前記第２の直列圧電共振器の他方端子に一方電極が接続された第３の並列圧電共振器と、
前記第１の並列圧電共振器の他方電極と接地との間を接続する第１のインダクタと、
前記第３の並列圧電共振器の他方電極と接地との間を接続する第２のインダクタと、
前記第１の並列圧電共振器の他方電極と前記第３の並列圧電共振器の他方電極との間を接続する追加圧電共振器とで構成されることを特徴とする、請求項１に記載のフィルタ。
前記第１及び第２の直列圧電共振器と前記追加圧電共振器とが、偶奇が同じである複数個で構成されることを特徴とする、請求項４に記載のフィルタ。
入出力端子間に、直列接続された第１〜第３の直列圧電共振器と、
前記第１の直列圧電共振器の一方端子に一方電極が接続された第１の並列圧電共振器と、
前記第１の直列圧電共振器の他方端子と前記第２の直列圧電共振器の一方端子とに一方電極が接続された第２の並列圧電共振器と、
前記第２の直列圧電共振器の他方端子と前記第３の直列圧電共振器の一方端子とに一方電極が接続された第３の並列圧電共振器と、
前記第３の直列圧電共振器の他方端子に一方電極が接続された第４の並列圧電共振器と、
前記第１の並列圧電共振器の他方電極と接地との間を接続する第１のインダクタと、
前記第２の並列圧電共振器の他方電極と接地との間を接続する第２のインダクタと、
前記第３の並列圧電共振器の他方電極と接地との間を接続する第３のインダクタと、
前記第４の並列圧電共振器の他方電極と接地との間を接続する第４のインダクタと、
前記第１の並列圧電共振器の他方電極と前記第ｎの並列圧電共振器（ｎ＝２〜４のいずれか）の他方電極との間を接続する第１の追加圧電共振器と、
前記第１及び第ｎ以外の並列圧電共振器の他方電極間を接続する第２の追加圧電共振器とで構成されることを特徴とする、請求項１に記載のフィルタ。
前記直列圧電共振器、前記並列圧電共振器及び前記追加圧電共振器が、薄膜弾性波共振器で構成されることを特徴とする、請求項１に記載のフィルタ。
前記薄膜弾性波共振器は、上部電極と下部電極との間に圧電体層を挟み、当該下部電極の下にキャビティを設ける構成であることを特徴とする、請求項７に記載のフィルタ。
前記薄膜弾性波共振器は、上部電極と下部電極との間に圧電体層を挟み、当該下部電極の下に、低インピーダンス層と高インピーダンス層とを交互に積層して形成される音響多層膜を設ける構成であることを特徴とする、請求項７に記載のフィルタ。
前記直列圧電共振器、前記並列圧電共振器及び前記追加圧電共振器は、等価回路上で隣り合う圧電共振器との間の電極接続を同一の配線層で行うことを特徴とする、請求項８に記載のフィルタ。
前記直列圧電共振器、前記並列圧電共振器及び前記追加圧電共振器は、等価回路上で隣り合う圧電共振器との間の電極接続を同一の配線層で行うことを特徴とする、請求項９に記載のフィルタ。
前記直列圧電共振器、前記並列圧電共振器及び前記追加圧電共振器が、弾性表面波共振器で構成されることを特徴とする、請求項１に記載のフィルタ。
前記弾性表面波共振器は、圧電基板上にインターディジタルトランスデューサ電極と反射器電極とを伝搬方向に対して近接配置する構成であることを特徴とする、請求項１２に記載のフィルタ。