JP2005269241A

JP2005269241A - モノリシック・フィルタ

Info

Publication number: JP2005269241A
Application number: JP2004078823A
Authority: JP
Inventors: Jun Watanabe; 潤渡辺
Original assignee: Toyo Communication Equipment Co Ltd
Current assignee: Toyo Communication Equipment Co Ltd
Priority date: 2004-03-18
Filing date: 2004-03-18
Publication date: 2005-09-29

Abstract

【課題】一方の主面に形成した電極を他方の主面の対向電極より十分に大きく、あるいは全面電極として構成したＭＣＦ素子では、２つの振動モードｆｓ、ｆａの中、対称モードｆｓのＣＩ値（共振時の等価抵抗）が反対称モードｆａのそれより劣化するという現象がしばしば生じ、高周波ＭＣＦの歩留まりが悪化するという問題があった。
【解決手段】圧電基板の一方の主面上に第１、第２の電極を所定の間隙をおいて配置すると共に、他方の主面上に第１、第２の電極と対向して第３、第４の電極を配設してなるモノリシック・フィルタであって、圧電基板の一方の主面の２つの電極上に該２つの電極に比べ十分に大きな金属膜を付着してモノリシック・フィルタを構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、モノリシック・フィルタに関し、特に高周波のモノリシック・フィルタに発生しやすい通過域低域側の特性劣化と、環境試験等による周波数変化を改善したモノリシック・フィルタに関するものである。

圧電基板にＡＴカット水晶基板を用いたモノリシック・クリスタル・フィルタ（以下、ＭＣＦと称す）は、周波数温度特性が良好なこと、小型であること、高減衰量が得られること及び堅牢性を有すること等の理由から、移動体通信機のＩＦフィルタとして広く用いられている。
ＭＣＦの構成については、例えば、「人工水晶とその電気的応用」、あるいは特開平９−０４６１７０号公報等に詳細に記述されている。

図４（ａ）、（ｂ）は従来のＭＣＦの構成を示す概略図であって、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）はＱ−Ｑにおける断面図である。ＡＴカット水晶基板１１の一方の主面上に電極１２、１３を間隙ｇを隔して配置すると共に、他方の主面上に電極１２、１３とそれぞれ対向して電極１４、１５を配設する。そして、電極１２、１３から水晶基板１１の端部に向けてそれぞれリード電極１２ａ、１３ａを延在し、リード電極１２ａは入力端子ＩＮに、リード電極１３ａは出力端子ＯＵＴに接続する。さらに、電極１４、１５からそれぞれリード電極１４ａ、１５ａを延在し、グランド端子Ｇに接続してＭＣＦを構成する。

周知のように、ＭＣＦの中心周波数は水晶基板１１の厚さに逆比例し、通過帯域幅は電極１２、１３の寸法、電極間間隙ｇ及び周波数低下率に依存する。そして、ＭＣＦのインピーダンスは通過帯域幅と、ＭＣＦの電極１２（１３）の面積及び水晶基板１１の厚さで決まるインダクタンスとに依存する。

図５はＭＣＦ素子の周波数を微調整する際の様子を示す断面図であって、真空中においてＭＣＦ素子の前面にマスク２０をできるだけ近接して配し、該マスク２０を介して金属材料を所定の部分に蒸着し、その質量負荷によりＭＣＦ素子の周波数を微調整する。このとき、蒸着物２１の大部分はＭＣＦ素子の電極１２、１３上に付着するが、ＭＣＦ素子とマスク２０との間隙を通り電極１２、１３の近傍の水晶基板１１上に僅かに付着する。この付着物２２がＭＣＦ素子の加熱処理あるいは振動、衝撃等の環境試験の際に剥離しＭＣＦの周波数を変化させる。特に、ＭＣＦが高周波になると付着物２２の剥離による周波数変化は大きく影響することになる。

図６は、上記の周波数変化を改善する手段として、開発されたＭＣＦであって、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）はＱ−Ｑにおける断面図、同図（ｃ）は裏面図である。図６に示すようにＭＣＦ素子の一方の主面に形成した電極１６を対向する電極１２、１３よりも十分に大きく、あるいは全面電極として構成したＭＣＦである。この構造のＭＣＦは電極の厚みを同一とした場合、図４に示す構造のＭＣＦに比べ周波数低下率が半減できる利点もあり、主として高周波用のＭＣＦに用いられている。このようなＭＣＦ素子では周波数微調整の際の付着物２２は、図６に示すように電極１６上に付着することになり、付着物２２と電極１６との付着強度は水晶基板の場合に比較して十分強いので、付着物２２が熱処理、環境試験等で剥離することは大幅に低減できる。
滝貞男著「人工水晶とその電気的応用」日刊工業出版昭和４９年５月発行特開平９−０４６１７０号公報

しかしながら、図６に示したように一方の主面に形成した電極を他方の主面の対向電極より十分に大きく、あるいは全面電極として構成したＭＣＦ素子では、２つの振動モードｆｓ、ｆａの中、対称モードｆｓのＣＩ値（共振時の等価抵抗）が反対称モードｆａのそれより劣化するという現象がしばしば生じ、高周波ＭＣＦの歩留まりが悪化するという問題があった。

本発明は、周波数微調整で形成された付着物の剥離を大幅に低減し、また対称モードのＣＩ値の劣化を改善するため、圧電基板の一方の主面上に第１の電極及び第２の電極を所定の間隙を隔して配置すると共に、他方の主面上に前記第１及び第２の電極と対向して第３の電極及び第４の電極を配設して構成したモノリシック・ルフィルタにおいて、前記圧電基板の一方の主面の２つの電極上に該２つの電極に比べ十分に大きな金属膜を付着して、モノリシック・フィルタ構成することを特徴とする。

本発明のＭＣＦは、一方の主面に形成した２つの電極上に該２つの電極よりも十分に大きな金属膜を形成し、該金属膜に対して周波数微調整のための蒸着を行うので、付着物の付着強度は強く、付着物が熱処理、環境試験等で剥離することがなく、周波数ズレが生じることは大幅に低減した。また、対向電極同志の質量負荷バランスを取るような構造としたので、対称モードのＣＩ値が反対称モードのそれとほぼ等しくなり、フィルタ特性がより平坦化するという利点もある。

図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明に係るＭＣＦの実施の形態を示す図であって、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は（ｃ）のＱ−Ｑにおける断面図、同図（ｃ）は裏面図である。ＡＴカット水晶基板１の一方の主面上に電極２、３を間隙ｇを隔して配置すると共に、他方の主面上に電極２、３と対向して電極４、５を配設する。そして、電極２、３から水晶基板１の端部に向けてそれぞれリード電極を延在し、グランド端子に接続する。さらに、電極４、５からそれぞれリード電極４ａ、５ａを延在し、リード電極４ａは入力端子に、リード電極５ａは出力端子に接続して本発明に係るＭＣＦを構成する。

図５に示すような構造としたＭＣＦの対称モードｆｓのＣＩ値が、どうして反対称モードｆａのそれより劣化するのか考察する。図８（ａ）に示すように電極１２、１３、１４、１５の大きさがほぼ同じで、その電極の厚み（質量負荷）がほぼ等しい場合には、ＭＣＦ素子の対称モードの振動変位分布は、破線で模式的に示すように、厚み方向に対して点対称となる。即ち、水晶基板の上面あるいは下面から等しい位置における振動変位α、βは、変位方向は反対であるが、その大きさは等しくなる。なお、水晶の場合、変位方向はほぼ結晶軸Ｘの方向に生じる。
一方、図８（ｂ）に示すように一方の主面が全面電極の場合の振動変位は破線で模式的に示すように、点対称とならない。即ち、全面電極寄りの変位α’が電極１２、１３側の変位βと等しくならず、変位にアンバランスが生じ、これが対称モードｆｓのＣＩ値が劣化させる原因と考えられる。このアンバランスは水晶基板の厚み、全面電極の厚み、分割電極の厚み、その大きさ、電極間間隙ｇ等に依存する。
また、反対称モードｆａの場合、全面電極側、分割電極側とも逆向きの変位が同時に生じるので、変位のアンバランスは起こりにくいものと推察される。

本発明に係るＭＣＦの製造工程は蒸着手段等を用いて、まず図２（ａ）に示すように水晶基板１上にほぼ同じ大きさ、同じ厚みの電極２、３、４、５を間隙ｇ１、ｇ２を等しくして形成し、さらに同図（ｂ）に示すように一方の電極（図では電極２、３）上に、金属膜６を重ねて形成する。金属膜６の厚みはそれ自体が安定した強度となる程度の厚みとすればよい。さらに、金属膜６の上に周波数微調整用の金属膜を付着して、モノリシック・フィルタの周波数を所定の周波数に合わせる。このようにして形成した高周波ＭＣＦのＣＩ値は対称モード、反対称モードともほぼ等しくなる。

本発明は２つのモードを用いた２ポールＭＣＦ（二重モード圧電フィルタ）のみに限定するものではなく、図３に示すように３つのモードを用いた３ポールＭＣＦ（三重モード圧電フィルタ）にも適用できることは説明するまでもない。
また、高減衰量のフィルタを得る場合は、上記で説明したＭＣＦを縦続接続して構成すればよい。

本発明に係る２ポールＭＣＦの構造を示した概略構成図で、（ａ）は表面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は下面図である。本発明に係るＭＣＦの電極形成の順序を示す図である。本発明に係る３ポールＭＣＦの構造を示した概略構成図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。従来のＭＣＦの構成を示す概略図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。周波数の微調整の様子を示す断面図である。従来のＭＣＦの構成を示す概略図であって、（ａ）は表面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は下面図である。周波数の微調整の様子を示す断面図である。（ａ）、（ｂ）はそれぞれ対称モードの振動変位の様子を示す概略図である。

符号の説明

１水晶基板
２、２’、３、３’、４、４’、５、５’、６’、７’ 電極
２’ａ、３’ａ、４ａ、４’ａ、５ａリード電極
６金属薄膜
ｇ１、ｇ２電極間間隙

Claims

圧電基板の第１の主面上に複数の電極を互いに所定の間隙を隔して配置すると共に、第２の主面上に第１の主面上の電極とそれぞれ対向するように複数の電極を配置したモノリシック・フィルタにおいて、
前記第１の主面上に配置した複数の電極を覆うように金属膜を付着して構成したことを特徴とするモノリシック・フィルタ。
前記金属膜は圧電基板の第１の主面全面を覆うように付着したものであることを特徴とする請求項１に記載のモノリシック・フィルタ。
前記金属膜の上面に周波数調整用の金属膜を更に付着したことを特徴とする請求項１又は２に記載のモノリシック・フィルタ。
圧電基板の第１の主面上に２つの電極を互いに所定の間隙を隔して配置すると共に、第２の主面上に第１の主面上の電極とそれぞれ対向するように２つの電極を配置した２ポールモノリシック・フィルタにおいて、
前記第１の主面上に配置した２つの電極を覆うように金属膜を付着して構成したことを特徴とするモノリシック・フィルタ。