JP2009290372A

JP2009290372A - Ｂａｗフィルタ

Info

Publication number: JP2009290372A
Application number: JP2008138665A
Authority: JP
Inventors: Takaaki Yoshihara; 孝明吉原; Yoshiki Hayazaki; 嘉城早崎; Norihiro Yamauchi; 規裕山内; Takeo Shirai; 健雄白井; Chomei Matsushima; 朝明松嶋
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2008-05-27
Filing date: 2008-05-27
Publication date: 2009-12-10

Abstract

【課題】複数個の共振器で特性を揃えることができるＢＡＷフィルタを提供する。
【解決手段】支持基板１と、支持基板１の一面上に設けられた絶縁層３と、それぞれ支持基板１の前記一面側に設けられた３個の共振器２ａ〜２ｃとを備える。３個の共振器２ａ〜２ｃのうち、２個の共振器２ａ，２ｂはフィルタ回路を構成し、残り１個の共振器２ｃは他のいずれの共振器２ａ，２ｂとも電気的に接続されないダミー共振器２ｃである。３個の共振器２ａ〜２ｃと、各共振器２ａ〜２ｃの下側に空洞を設けるエッチング液の導入用に絶縁層３に設けられたエッチングホール１０ａとは、３回回転対称な配置とされている。これにより、エッチングホール１０ａとの位置関係が各共振器２ａ〜２ｃで揃うから、フィルタ回路を構成する共振器２ａ，２ｂの特性を揃えることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＦＢＡＲ（ＦｉｌｍＢｕｌｋＡｃｏｕｓｔｉｃＲｅｓｏｎａｔｏｒ）型のＢＡＷ（ＢｕｌｋＡｃｏｕｓｔｉｃＷａｖｅ）フィルタに関するものである。

従来から、支持基板と、それぞれ支持基板の一面側（以下、「上側」と呼ぶ。）に設けられた複数個の共振器とを備えたＢＡＷフィルタが、例えば携帯電話等の無線通信機器においてアンテナで受信された信号から所望の周波数帯域の信号を取り出すために用いられている。

ＢＡＷフィルタの構造としては、共振器の下側に空洞を設けて共振器を振動可能としたＦＢＡＲ型が知られている（例えば、特許文献１参照）。さらに、ＦＢＡＲ型のＢＡＷフィルタにおいて共振器の下側に空洞を形成する方法としては、支持基板の上面上に絶縁層を設けてこの絶縁層にエッチングホールを貫設するとともに、このエッチングホールから導入したエッチング液によって共振器の下側の支持基板をエッチングするという方法がある。
特開２００５−１７６３３２号公報

複数個の共振器でフィルタ回路を構成する場合、各共振器で特性を揃えることが望ましいとされている。しかしながら、上記のようにエッチングホールを用いて共振器の下側の空洞を形成したＦＢＡＲ型のＢＡＷフィルタにおいては、製造時、エッチングホールの形成に伴ってエッチングホールの周囲に発生する応力が共振器の特性に影響を与えるため、エッチングホールとの位置関係の違いにより共振器の特性にばらつきが生じやすい。

本発明は、上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、複数個の共振器で特性を揃えることができるＢＡＷフィルタを提供することにある。

請求項１の発明は、支持基板と、絶縁材料からなり支持基板の一面上に設けられた絶縁層と、それぞれ導電材料からなり絶縁層上に設けられて外部の回路に電気的に接続される入力端子及び出力端子と、導電材料からなり絶縁層上に設けられて外部のグランドに電気的に接続されるグランド端子と、それぞれ支持基板の前記一面側に設けられた複数個の共振器とを備え、各共振器は、それぞれ、圧電材料からなる圧電層と、それぞれ導電材料からなり間に圧電層が介在する一対の入出力電極とを有し、共振器として、一方の入出力電極が直接又は他の共振器を介して入力端子に電気的に接続されるとともに他方の入出力電極が直接又は他の共振器を介して出力端子に電気的に接続された直列共振器と、一方の入出力電極が直列共振器の一方の入出力電極に電気的に接続され他方の入出力電極がグランド端子に電気的に接続された並列共振器と、直列共振器と並列共振器とのいずれにも電気的に接続されていないダミー共振器との組を少なくとも１組備え、支持基板と各共振器との間には、それぞれ空洞が形成され、絶縁層には、共振器と支持基板との間の空洞に連通したエッチングホールが、各共振器についてそれぞれ少なくとも１個ずつ貫設されていて、直列共振器と並列共振器とダミー共振器との各組について、それぞれ、組に属する各共振器と、組に属する各共振器と支持基板との間の空洞の形成に寄与する全てのエッチングホールとが、３回回転対称となるような位置関係で配置されていることを特徴とする。

この発明によれば、直列共振器と並列共振器とダミー共振器とエッチングホールとが３回回転対称な配置とされていることにより、エッチングホールとの位置関係が各共振器で揃うから、各共振器の特性を揃えることができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、支持基板はＭｇＯ又はＳｒＴｉＯ_３からなり、各共振器の圧電層はそれぞれ鉛系圧電材料からなることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２の発明において、支持基板において各共振器の下側には、それぞれ、支持基板において前記一面に開口した複数個のエッチングホールを通じたエッチングにより空洞が形成されていて、エッチングホールは、各共振器について、それぞれ共振器を挟む配置で少なくとも２個ずつ開口していることを特徴とする。

この発明によれば、エッチングホールを共振器の一方側のみに設ける場合に比べ、空洞の形成時に共振器に歪みが生じにくい。

請求項４の発明は、請求項３の発明において、各共振器について、それぞれ、共振器を挟む２個のエッチングホールと共振器との距離はエッチングホール間で互いに等しいことを特徴とする。

この発明によれば、共振器を挟む２個のエッチングホール間で共振器との距離を互いに異ならせる場合に比べ、空洞の形成時に共振器に歪みが生じにくい。

本発明によれば、直列共振器と並列共振器とダミー共振器とエッチングホールとが３回回転対称な配置とされていることにより、エッチングホールとの位置関係が各共振器で揃うから、各共振器の特性を揃えることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。

本実施形態のＢＡＷフィルタは、図１に示すように、支持基板１と、３個の共振器２ａ〜２ｃとを備える。各共振器２ａ〜２ｃは、図２に示すように、それぞれ、導電材料からなり支持基板１の一面側（図２での上側）に設けられた下部電極２１と、圧電材料からなり下部電極２１上に積層された圧電層２２と、それぞれ導電材料からなり下部電極２２の上側に設けられて下部電極２１との間に圧電層２２を挟む２個の上部電極２３を有する。支持基板１の材料には例えばＭｇＯを用いることができ、圧電層２２の材料には例えばＰＺＴを用いることができ、下部電極２１及び上部電極２３の材料にはそれぞれ例えばＰｔ，Ｍｏ等の金属を用いることができる。図２には１個の共振器２ａのみを示しているが、他の共振器２ｂ，２ｃもそれぞれ同様の構造を有する。以下、上下方向は図２を基準とする。

各共振器２ａ〜２ｃにおいて、下部電極２１は上方から見て長方形状の範囲に設けられ、圧電層２２は、上方から見て下部電極２１よりも僅かに小さく中心の位置と長手方向と短手方向とがそれぞれ下部電極２１に一致する長方形状の範囲に設けられており、各共振器２ａ〜２ｃはそれぞれ全体として略長方形状となっている。そして、３個の共振器２ａ〜２ｃは、長手方向に平行で短手方向の中央を通る直線（以下、「中心線」と呼ぶ。）が正三角形（以下、「仮想正三角形」と呼ぶ。）をなし、且つ、中心がそれぞれ仮想正三角形の一辺ずつの中央に位置するように配置されている。ここで、「長手方向」とは下部電極２１及び圧電層２２の長手方向を指し、「短手方向」とは下部電極２１及び圧電層２２の短手方向を指し、「中心」とは下部電極２１や圧電層２２における対角線の交点を指す。すなわち、３個の共振器２ａ〜２ｃの配置は、仮想正三角形の中心に関して３回回転対称の配置となっている。

また、支持基板１の上面上には絶縁層３が設けられており、絶縁層３の上面上において仮想正三角形の頂点となる３箇所には、前段の回路（図示せず）に電気的に接続される入力端子２３ａと、後段の回路（図示せず）に電気的に接続される出力端子２３ｂと、外部のグランド（図示せず）に電気的に接続されるグランド端子２３ｃとのうちの１個ずつが、それぞれいずれかの上部電極２３に連続した導電材料の膜として設けられている。すなわち、上部電極２３が請求項における入出力電極である。絶縁層３の材料としては例えばＳｉＯ_２を用いることができる。絶縁層３は一部が下部電極２１と圧電層２２との上に形成されており、絶縁層３には各共振器２ａ〜２ｃについてそれぞれ圧電層２２の上面の中央部を露出させる長方形状の開口３０が設けられている。上部電極２３は絶縁層３の上側に設けられており、上記の開口３０を通じて圧電層２２の上面に接触している。

ここで、３個の共振器２ａ〜２ｃのうち、２個の共振器２ａ，２ｂは、図３に示すようなフィルタ回路を構成するように接続されている。すなわち、上記２個の共振器２ａ，２ｂは一方の上部電極２３同士が連続した導電材料の膜として互いに電気的に接続されている。出力端子２３ｂは、上記互いに連続した各上部電極２３にさらに連続している。また、入力端子２３ａは、上記２個の共振器２ａ，２ｂの一方の共振器２ａの他方の上部電極２３に連続している。さらに、グランド端子２３ｃは、上記２個の共振器２ａ，２ｂの他方の共振器２ｂの他方の上部電極２３に連続している。すなわち、３個の共振器２ａ〜２ｃのうち、一方の上部電極２３に入力端子２３ａが連続し（つまり電気的に接続され）て他方の上部電極２３に出力端子２３ｂが連続し（つまり電気的に接続され）ているものが直列共振器２ａであり、一方の上部電極２３が直列共振器２ａの一方の上部電極２３に連続し（つまり電気的に接続され）て他方の上部電極２３にグランド端子２３ｃが連続し（つまり電気的に接続され）ているものが並列共振器２ｂであり、残り１個が、他の共振器２ａ，２ｂとのいずれとも電気的に接続されていないダミー共振器２ｃである。

さらに、支持基板１において、各共振器２ａ〜２ｃの下側には、それぞれ共振器２ａ〜２ｃを振動可能とするための空洞１０が設けられている。絶縁層３において、仮想正三角形の中心と、共振器２ａ〜２ｃの中心線に関して仮想正三角形の中心と対称となる３箇所との計４箇所には、それぞれ、製造時に空洞１０を形成するために設けられ空洞１０に連通する円形状のエッチングホール１０ａが設けられている。すなわち、製造時には、各エッチングホール１０ａから導入されたエッチング液によって、図１に破線の円１０ｂで示す範囲において絶縁層３の下側及び各共振器２ａ〜２ｃの下側の支持基板１がエッチングされることにより、空洞１０が形成されている。つまり、各共振器２ａ〜２ｃについて、それぞれ、下側の空洞１０の形成に寄与するエッチングホール１０ａは、共振器２ａ〜２ｃを短手方向から挟む２個のエッチングホール１０ａである。また、３個の共振器２ａ〜２ｃと、４個のエッチングホール１０ａとは、全体として、仮想正三角形の中心に関して３回回転対称となっている。

上記構成によれば、ダミー共振器２ｃを含む３個の共振器２ａ〜２ｃと４個のエッチングホール１０ａとを３回回転対称な配置としたことにより、エッチングホール１０ａとの位置関係が各共振器２ａ〜２ｃで揃うから、フィルタ回路を構成する共振器２ａ，２ｂの特性を揃えることができる。

また、各共振器２ａ〜２ｃについて、それぞれ、共振器２ａ〜２ｃと共振器２ａ〜２ｃを挟むエッチングホール１０ａとが共振器２ａ〜２ｃの中心線に関して線対称な構造となっており、共振器２ａ〜２ｃとの距離が上記エッチングホール１０ａ間で互いに共通となっているので、エッチングホール１０ａを共振器２ａ〜２ｃの一方側にのみ設ける場合や、共振器２ａ〜２ｃとの距離が上記エッチングホール１０ａ間で互いに異なる場合に比べ、空洞１０の形成時に共振器２ａ〜２ｃに歪みが生じにくい。

なお、上記のように３回回転対称な構造を複数個設けてもよい。例えば、入力端子２３ａと出力端子２３ｂとの間に直列に接続された直列共振器２ａと、直列共振器２ａの一端に一端が接続され他端がグランドに接続された並列共振器２ｂと、直列共振器２ａと並列共振器２ｂとのいずれとも電気的に接続されていないダミー共振器２ｃとの組を図４に示すように３組設けてもよい。図４の例は、図１と同様の構造を３組、仮想正三角形と合同な正三角形の頂点の配置で、且つ、仮想正三角形の辺同士を互いに平行とする向きで設け、１個のエッチングホール１０ａを３組で共有することで、全体として１０個のエッチングホール１０ａを有する３回回転対称な構造となっている。また、ダミー共振器２ｃを除く６個の共振器２ａ，２ｂは、各上部電極２３が、他の共振器２ａ，２ｂの一方の上部電極２３と、入力端子２３ａと、出力端子２３ｂと、２個設けられたグランド端子２３ｃとのいずれかに適宜連続することで、図５に示すようなラダー型のフィルタ回路を構成している。

また、支持基板１の材料としては、ＭｇＯに代えてＳｒＴｉＯ_３を用いてもよい。また、圧電層２２の材料としては、ＰＺＴに代えて、不純物を添加したＰＺＴやＰＭＮ−ＰＺＴなどの他の鉛系圧電材料を用いてもよいし、鉛フリーのＫＮＮ（Ｋ_０．５Ｎａ_０．５ＮｂＯ_３）や、ＫＮ（ＫＮｂＯ_３）や、ＮＮ（ＮａＮｂＯ_３）や、ＫＮＮにＬｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｓｂ，Ｃｕ等の不純物を添加したものなど、鉛を含まない圧電材料を用いてもよい。さらに、絶縁層３は、例えばＳｉＯ_２に代えてＳｉ_３Ｎ_４で構成してもよいし、それぞれ異なる材料からなる複数の層が積層された多層構造としてもよい。また、エッチングホール１０ａの形状は円形状でなくともよい。

本発明の実施形態を示す平面図である。同上のＸ−Ｘ’断面を示す断面図である。同上を示す回路図である。同上の別の形態を示す平面図である。図４の形態を示す回路図である。

符号の説明

１支持基板
２ａ共振器（直列共振器）
２ｂ共振器（並列共振器）
２ｃ共振器（ダミー共振器）
１０空洞
１０ａエッチングホール
２１下部電極
２２圧電層
２３上部電極（請求項における入出力電極）
２３ａ入力端子
２３ｂ出力端子
２３ｃグランド端子

Claims

支持基板と、絶縁材料からなり支持基板の一面上に設けられた絶縁層と、それぞれ導電材料からなり絶縁層上に設けられて外部の回路に電気的に接続される入力端子及び出力端子と、導電材料からなり絶縁層上に設けられて外部のグランドに電気的に接続されるグランド端子と、それぞれ支持基板の前記一面側に設けられた複数個の共振器とを備え、
各共振器は、それぞれ、圧電材料からなる圧電層と、それぞれ導電材料からなり間に圧電層が介在する一対の入出力電極とを有し、
共振器として、一方の入出力電極が直接又は他の共振器を介して入力端子に電気的に接続されるとともに他方の入出力電極が直接又は他の共振器を介して出力端子に電気的に接続された直列共振器と、一方の入出力電極が直列共振器の一方の入出力電極に電気的に接続され他方の入出力電極がグランド端子に電気的に接続された並列共振器と、直列共振器と並列共振器とのいずれにも電気的に接続されていないダミー共振器との組を少なくとも１組備え、
支持基板と各共振器との間には、それぞれ空洞が形成され、
絶縁層には、共振器と支持基板との間の空洞に連通したエッチングホールが、各共振器についてそれぞれ少なくとも１個ずつ貫設されていて、
直列共振器と並列共振器とダミー共振器との各組について、それぞれ、組に属する各共振器と、組に属する各共振器と支持基板との間の空洞の形成に寄与する全てのエッチングホールとが、３回回転対称となるような位置関係で配置されていることを特徴とするＢＡＷフィルタ。
支持基板はＭｇＯ又はＳｒＴｉＯ_３からなり、各共振器の圧電層はそれぞれ鉛系圧電材料からなることを特徴とする請求項１記載のＢＡＷフィルタ。
エッチングホールは、各共振器について、それぞれ共振器を挟む配置で少なくとも２個ずつ開口していることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のＢＡＷフィルタ。
各共振器について、それぞれ、共振器を挟む２個のエッチングホールと共振器との距離はエッチングホール間で互いに等しいことを特徴とする請求項３記載のＢＡＷフィルタ。