JP2022176856A - ラダー型フィルタおよびマルチプレクサ - Google Patents

Abstract

【課題】周波数温度係数を小さくするラダー型フィルタを提供する。【解決手段】ラダー型フィルタは、支持基板１０と、支持基板１０上に設けられる圧電層１４と、圧電層１４上に設けられ第１平均ピッチＤ１と第１平均デュティ比Ｒ１とを有する複数の第１電極指１８を各々備え、最も大きい第１平均ピッチＤ１は圧電層１４の厚さの２倍以上であり、一端が入力端子と出力端子との間の経路に各々接続され他端がグランドに各々接続された１または複数の並列共振器Ｐと、圧電層１４上に設けられ第２平均ピッチＤ２と第２平均デュティ比Ｒ２とを有する複数の第２電極指１８を各々備え、少なくとも１つの直列共振器における第２平均デュティＲ２比は最も小さい第１平均デュティ比Ｒ１より小さく、入力端子と出力端子との間に各々直列接続された１または複数の直列共振器Ｓとを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、ラダー型フィルタおよびマルチプレクサに関し、例えば一対の櫛型電極を有するラダー型フィルタおよびマルチプレクサに関する。

スマートフォン等の通信機器に用いられる弾性波共振器として、圧電層上に設けられた一対の櫛型電極を有する弾性波共振器が知られている。圧電層を支持基板に接合し、圧電層の厚さを弾性波の波長以下にすることが知られている（例えば特許文献１）。支持基板と圧電層との間に絶縁層を設けることが知られている（例えば特許文献２、３）。櫛型電極上に温度補償のための厚い誘電体層を設けた弾性波共振器を用いたラダー型フィルタにおいて並列共振器のデュティ比を直列共振器のデュティ比より小さくすることが知られている。（例えば特許文献４）。

特開２０１７－３４３６３号公報 特開２０１９－２０１３４５号公報 特開２０１５－７３３３１号公報 特開２０１８－１９６０２８号公報

櫛型電極を有し、圧電層を支持基板上に接合した弾性波共振器を用いたラダー型フィルタにおいて、周波数温度係数（ＴＣＦ：Temperature Coefficient of Frequency）を小さくすることが求められている。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、周波数温度係数を小さくすることを目的とする。

本発明は、支持基板と、前記支持基板上に設けられる圧電層と、前記圧電層上に設けられ第１平均ピッチと第１平均デュティ比とを有する複数の第１電極指を各々備え、最も大きい第１平均ピッチは前記圧電層の厚さの２倍以上であり、一端が入力端子と出力端子との間の経路に各々接続され他端がグランドに各々接続された１または複数の並列共振器と、前記圧電層上に設けられ第２平均ピッチと第２平均デュティ比とを有する複数の第２電極指を各々備え、少なくとも１つの直列共振器における第２平均デュティ比は最も小さい第１平均デュティ比より小さく、前記入力端子と前記出力端子との間に各々直列接続された１または複数の直列共振器と、を備えるラダー型フィルタである。

上記構成において、前記圧電層は、３６°以上かつ４８°以下回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム層である構成とすることができる。

上記構成において、前記１または複数の並列共振器における前記圧電層上には前記複数の第１電極指を覆い厚さが前記複数の第１電極指の厚さより厚い誘電体膜は設けられておらず、前記１または複数の直列共振器における前記圧電層上には前記複数の第２電極指を覆い厚さが前記複数の第２電極指の厚さより厚い誘電体膜は設けられていない構成とすることができる。

上記構成において、前記１または複数の直列共振器は複数の直列共振器であり、前記少なくとも１つの直列共振器は最も大きい第２平均ピッチを有する第１直列共振器を含む構成とすることができる。

上記構成において、前記複数の直列共振器のうち前記第１直列共振器における第２平均ピッチより第２平均ピッチが小さい第２直列共振器における第２平均デュティ比は前記第１直列共振器における第２平均デュティ比より大きい構成とすることができる。

上記構成において、最も大きい第２平均デュティ比は最も小さい第１平均デュティ比より小さい構成とすることができる。

上記構成において、最も大きい第２平均ピッチは最も小さい第１平均ピッチより小さい構成とすることができる。

上記構成において、最も大きい第２平均デュティ比と最も小さい第２平均デュティ比との差は、最も大きい第１平均デュティ比と最も小さい第１平均デュティ比との差より大きい構成とすることができる。

上記構成において、前記支持基板と前記圧電層との間に設けられ、弾性定数の温度係数の符号が前記圧電層の弾性定数の温度係数の符号と反対である温度補償膜を備える構成とすることができる。

本発明は、上記ラダー型フィルタを備えるマルチプレクサである。

本発明によれば、周波数温度係数を小さくすることができる。

図１（ａ）は、実施例１に係るラダー型フィルタに用いる弾性波共振器の平面図、図１（ｂ）および図１（ｃ）は、図１（ａ）のＡ－Ａ断面図である。 図２（ａ）は、実施例１における弾性波共振器のピッチＤに対する共振周波数ｆｒを示す図、図２（ｂ）は、デュティ比Ｒに対する共振周波数ｆｒを示す図である。 図３は、実施例１に係るラダー型フィルタの回路図である。 図４は、実施例１に係るラダー型フィルタの平面図である。 図５は、実験１における共振器Ｂの断面図である。 図６は、実験１におけるデュティ比に対する共振周波数ｆｒおよび反共振周波数ｆａのＴＣＦを示す図である。 図７は、実験２における共振器の断面図である。 図８は、実験２におけるデュティ比に対する共振周波数ｆｒおよび反共振周波数ｆａのＴＣＦを示す図である。 図９（ａ）および図９（ｂ）は、並列共振器および直列共振器の通過特性を示す模式図、図９（ｃ）は、フィルタの通過特性の温度変化を示す模式図である。 図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、フィルタおよび並列共振器の通過特性を示す模式図である。 図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、フィルタおよび直列共振器の通過特性を示す模式図である。 図１２（ａ）から図１２（ｃ）は、それぞれ実施例１の変形例２から４における弾性波共振器の断面図である。 図１３（ａ）から図１３（ｃ）は、それぞれ実施例１の変形例５から７における弾性波共振器の断面図である。 図１４は、実施例に係るデュプレクサの回路図である。

特許文献４には、ニオブ酸リチウム基板上に設けられた櫛型電極上に櫛型電極より厚い誘電体膜を形成した弾性波共振器では、共振周波数および反共振周波数の温度周波数係数（ＴＣＦ：Temperature Coefficient of Frequency）が デュティ比に依存することが記載されている。このような弾性波共振器はレイリー波を主モードとする。一方、櫛型電極上に厚い誘電体膜が設けられていない場合、共振周波数および反共振周波数のＴＣＦは デュティ比に依存しないと考えられていた。このような弾性波共振器として、タンタル酸リチウム基板を用いＳＨ（Shear Horizontal）波を主モードとする弾性波共振器がある。発明者らは、櫛型電極を覆う厚い誘電体膜を設けずＳＨ波を主モードとする弾性波共振器においても圧電層を薄くすることにより、共振周波数および反共振周波数のＴＣＦが デュティ比に依存することを発見した。以下、上記知見に基づく実施例について説明する。

実施例１はラダー型フィルタの例である。図１（ａ）は、実施例１に係るラダー型フィルタに用いる弾性波共振器の平面図、図１（ｂ）および図１（ｃ）は、図１（ａ）のＡ－Ａ断面図である。図１（ｂ）および図１（ｃ）は、それぞれ並列共振器Ｐおよび直列共振器Ｓの断面図である。電極指の配列方向をＸ方向、電極指の延伸方向をＹ方向、支持基板および圧電層の積層方向をＺ方向とする。Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向は、圧電層の結晶方位のＸ軸方向およびＹ軸方向とは必ずしも対応しない。圧電層が回転ＹカットＸ伝搬基板の場合、Ｘ方向は結晶方位のＸ軸方向となる。

図１（ａ）から図１（ｃ）に示すように、支持基板１０上に圧電層１４が設けられている。支持基板１０と圧電層１４との間に温度補償膜１２が設けられている。圧電層１４上に弾性波共振器２６が設けられている。弾性波共振器２６はＩＤＴ２２および反射器２４を有する。反射器２４はＩＤＴ２２のＸ方向の両側に設けられている。ＩＤＴ２２および反射器２４は、圧電層１４上の金属膜１６により形成される。

ＩＤＴ２２は、対向する一対の櫛型電極２０を備える。櫛型電極２０は、複数の電極指１８と、複数の電極指１８が接続されたバスバー１９と、を備える。Ｘ方向からみて一対の櫛型電極２０の電極指１８が交差する領域が交差領域２５である。交差領域２５の長さが開口長である。一対の櫛型電極２０は、交差領域２５の少なくとも一部において電極指１８が交互に設けられている。交差領域２５において複数の電極指１８が主に励振する弾性波は、主にＸ方向に伝搬する。一対の櫛型電極２０のうち一方の櫛型電極２０の電極指１８のピッチがほぼ弾性波の波長λとなる。複数の電極指１８のピッチ（電極指１８の中心間のピッチ）をＤとすると、一方の櫛型電極２０の電極指１８のピッチは電極指１８の２本分のピッチＤとなる。反射器２４は、ＩＤＴ２２の電極指１８が励振した弾性波（弾性表面波）を反射する。これにより弾性波はＩＤＴ２２の交差領域２５内に閉じ込められる。

圧電層１４は、例えば単結晶タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）層であり、例えば回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム層である。３６°以上かつ４８°以下回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム層のとき、ＳＨ波が主モードの弾性波となる。圧電層１４の厚さは弾性波の波長λ（すなわちピッチＤの２倍）以下である。

支持基板１０は、例えばサファイア基板、アルミナ基板、シリコン基板、スピネル基板、水晶基板、石英基板または炭化シリコン基板である。サファイア基板は単結晶Ａｌ_２Ｏ_３基板であり、アルミナ基板は多結晶または非晶質Ａｌ_２Ｏ_３基板であり、シリコン基板は単結晶または多結晶のシリコン基板であり、スピネル基板は多結晶または非晶質ＭｇＡｌ_２Ｏ_４基板であり、水晶基板は単結晶ＳｉＯ_２基板であり、石英基板は多結晶または非晶質ＳｉＯ_２基板であり、炭化シリコン基板は多結晶または単結晶のＳｉＣ基板である。支持基板１０のＸ方向の線膨張係数は圧電層１４のＸ方向の線膨張係数より小さい。これにより、弾性波共振器の周波数温度依存性を小さくできる。

温度補償膜１２は、圧電層１４の弾性定数の温度係数の符号と反対の符号の弾性定数の温度係数を有する。例えば圧電層１４の弾性定数の温度係数は負であり、温度補償膜１２の弾性定数の温度係数は正である。温度補償膜１２は、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）を主成分とする絶縁膜であり、例えば無添加または弗素等の添加元素を含む酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜であり、例えば多結晶または非晶質である。これにより、弾性波共振器の周波数温度係数を小さくできる。温度補償膜１２が酸化シリコン膜の場合、温度補償膜１２を伝搬するバルク波の音速は圧電層１４を伝搬するバルクの音速より遅くなる。なお、ある層がある材料を主成分とするとは、意図的または意図せず含まれる不純物を許容し、ある層におけるある材料の濃度は、例えば５０原子％以上であり、８０原子％以上である。温度補償膜１２が酸化シリコンを主成分とする場合、温度補償膜１２における酸素濃度およびシリコン濃度の合計は例えば５０原子％以上であり、８０原子％以上である。また、温度補償膜１２における酸素濃度およびシリコン濃度は各々例えば１０原子％以上であり、２０原子％以上である。

温度補償膜１２が温度補償の機能を有するためには主モードの弾性波のエネルギーが温度補償膜１２内にある程度存在することが求められる。弾性表面波のエネルギーが集中する範囲は弾性表面波の種類に依存するものの、典型的には弾性表面波のエネルギーは圧電層１４の上面から２λ（λは弾性波の波長）の範囲に集中し、特に圧電層１４の上面からλの範囲に集中する。そこで、温度補償膜１２の下面から圧電層１４の上面までの距離は、好ましくは２λ以下であり、より好ましくはλ以下であり、さらに好ましくは０．６λ以下である。

金属膜１６は、例えばアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）またはモリブデン（Ｍｏ）を主成分とする膜である。電極指１８と圧電層１４との間にチタン（Ｔｉ）膜またはクロム（Ｃｒ）膜等の密着膜が設けられていてもよい。密着膜は電極指１８より薄い。電極指１８を覆うように電極指18より薄い絶縁膜が設けられていてもよい。絶縁膜は保護膜として機能する。

図１（ｂ）および図１（ｃ）のように、並列共振器Ｐにおける電極指１８のピッチをＤ１、電極指１８の幅をＥ１とすると、デュティ比Ｒ１＝Ｅ１／Ｄ１である。直列共振器Ｓにおける電極指１８のピッチをＤ２、電極指１８の幅をＥ２とすると、デュティ比Ｒ２＝Ｅ２／Ｄ２である。直列共振器ＳにおけるピッチＤ２は並列共振器ＰにおけるピッチＤ１より小さく、直列共振器Ｓにおけるデュティ比Ｒ２は並列共振器Ｐにおけるデュティ比Ｒ２より小さい。

図２（ａ）は、実施例１における弾性波共振器のピッチＤに対する共振周波数ｆｒを示す図、図２（ｂ）は、デュティ比Ｒに対する共振周波数ｆｒを示す図である。図２（ａ）に示すように、ピッチＤが小さくなると共振周波数ｆｒが高くなる。ピッチＤが０．３μｍ変化すると共振周波数ｆｒは約５００ＭＨｚ変化する。

図２（ｂ）に示すように、デュティ比Ｒが変わると共振周波数ｆｒが変わる。デュティ比Ｒが６０％以下ではデュティ比Ｒが小さくなると共振周波数ｆｒが高くなる。デュティ比Ｒが７０％以上ではデュティ比Ｒが大きくなると共振周波数ｆｒが低くなる。デュティ比Ｒが６０％から２０％に４０％変化すると共振周波数ｆｒは約１６０ＭＨｚ変化する。このように、デュティ比Ｒによる共振周波数ｆｒの変化は小さい。このため、共振周波数ｆｒは、主にピッチＤにより定まる。

図３は、実施例１に係るラダー型フィルタの回路図である。図３に示すように、直列共振器Ｓ１からＳ５は入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間に直列接続されている。並列共振器Ｐ１からＰ４の一端は入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間の直列経路に接続され、他端は、インダクタＬ１およびＬ２を介しグランド端子Ｇｎｄに接続されている。

図４は、実施例１に係るラダー型フィルタの平面図である。図４に示すように圧電層１４上に弾性波共振器２６、配線３０およびパッド３２が設けられている。弾性波共振器２６は、ＩＤＴ２２と反射器２４を備えている。複数の弾性波共振器２６は、直列共振器Ｓ１～Ｓ５および並列共振器Ｐ１～Ｐ４を含む。配線３０は、弾性波共振器２６の間を電気的に接続し、弾性波共振器２６とパッド３２とを電気的に接続する。パッド３２は、外部と電気的に接続するための端子であり、入力端子Ｔｉｎ、出力端子Ｔｏｕｔおよびグランド端子Ｇｎｄに対応する。配線３０およびパッド３２は、例えば金層、銅層またはアルミニウム層を含む金属層である。

ラダー型フィルタにおける直列共振器Ｓの個数は１または複数であればよく、並列共振器Ｐの個数は１または複数であればよく、これらの個数は適宜設定できる。

［実験１］
共振器ＡおよびＢについて、共振周波数および反共振周波数のＴＣＦを測定した。共振器Ａは図１（ａ）から図１（ｃ）の構造を有する。図５は、実験１における共振器Ｂの断面図である。図５に示すように、共振器Ｂでは、温度補償膜１２が設けられておらず、支持基板１０上に圧電層１４が設けられている。その他の構成は図１（ａ）から図１（ｃ）と同じであり説明を省略する。

実験条件は以下である。
支持基板１０：サファイア基板
温度補償膜１２：酸化シリコン膜
圧電層１４：４２°回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム基板
金属膜１６：アルミニウム膜
共振器Ａ
弾性波の波長λ：５．０μｍ
温度補償膜１２の厚さＴ２：２．０μｍ（０．４λ）
圧電層１４の厚さＴ４：２．０μｍ（０．４λ）
共振器Ｂ
弾性波の波長λ：４．９μｍ
圧電層１４の厚さＴ４：２０μｍ（４．１λ）

共振器ＡおよびＢについてデュティ比Ｒを変え共振周波数ｆｒおよび反共振周波数ｆａのＴＣＦを測定した。図６は、実験１におけるデュティ比に対する共振周波数ｆｒおよび反共振周波数ｆａのＴＣＦを示す図である。ドットは測定点であり、直線は最小二乗法によりフィッティングした近似直線である。図６に示すように、共振器ＡおよびＢともに共振周波数ｆｒのＴＣＦと反共振周波数ｆａの差は約１５ｐｐｍ／Ｋである。共振器ＡおよびＢとも共振周波数ｆｒのＴＣＦは０に近いが、反共振周波数ｆａのＴＣＦは負に大きい（すなわち低い）。さらに、共振器Ｂでは、デュティ比Ｒが変化してもＴＣＦはほとんど変化しない。一方、共振器Ａでは、デュティ比Ｒが小さくなるとＴＣＦが正の方に移動し０に近づく。

［実験２］
実験１では、共振器Ａは共振器Ｂに比べ温度補償膜１２が設けられている。さらに圧電層１４の厚さＴ４が共振器Ｂでは４．１λに対し、共振器Ａｄでは０．６λである。そこで、共振器ＡにおいてＴＣＦがデュティ比Ｒに依存することが、圧電層１４の厚さＴ４によるものか温度補償膜１２によるものかを調べるため実験２を行った。

図７は、実験２における共振器の断面図である。図７に示すように、圧電層１４は単層であり、支持基板および絶縁層は設けられていない。その他の構成は図１（ａ）から図１（ｃ）と同じであり説明を省略する。
実験条件は以下である。
圧電層１４：４２°回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム基板
金属膜１６：アルミニウム膜
共振器Ｃ
弾性波の波長λ：２．２μｍ
圧電層１４の厚さＴ４：１．３２μｍ（０．６λ）
共振器Ｄ
弾性波の波長λ：２．２μｍ
圧電層１４の厚さＴ４：８．８μｍ（４．０λ）

共振器ＣおよびＤについてデュティ比Ｒを変え共振周波数ｆｒおよび反共振周波数ｆａのＴＣＦを測定した。図８は、実験２におけるデュティ比に対する共振周波数ｆｒおよび反共振周波数ｆａのＴＣＦを示す図である。ドットは測定点であり、直線は最小二乗法によりフィッティングした近似直線である。図８に示すように、共振器Ｄでは共振周波数ｆｒおよび反共振周波数ｆａのＴＣＦはデュティ比Ｒにほとんど依存しないが、共振器Ｃでは、デュティ比Ｒが小さくなると、共振周波数ｆｒおよび反共振周波数ｆａのＴＣＦに近づく。

このように、圧電層１４の厚さＴ４が小さくなると共振周波数ｆｒおよび反共振周波数ｆａのＴＣＦがデュティ比Ｒに依存するようになる。よって、実験１において、共振器ＡにおいてＴＣＦがデュティ比Ｒに依存するのは圧電層１４の厚さＴ４が薄いためと考えられる。

圧電層１４の厚さＴ４が小さくなるＴＣＦがデュティ比Ｒに依存する理由は不明であるが、ＳＨ波等の弾性表面波は圧電層１４の表面から弾性波の波長λ程度までに集中することに関係があるかもしれない。そのように考えると、圧電層１４の厚さＴ４がλ以下の場合に、ＴＣＦがデュティ比Ｒに依存するのではないかと考えられる。圧電層１４をλ以下とすると、圧電層１４の機械的な強度が小さいため、圧電層１４は支持基板１０に接合される。

［フィルタ特性の課題］
共振器ＡまたはＢにおいて並列共振器Ｐのデュティ比Ｒ１と直列共振器Ｓのデュティ比Ｒ２を同じとしてラダー型フィルタを形成した場合の課題について説明する。

図９（ａ）および図９（ｂ）は、並列共振器および直列共振器の通過特性を示す模式図、図９（ｃ）は、フィルタの通過特性の温度変化を示す模式図である。図９（ｂ）は図９（ａ）の減衰量を拡大した図である。フィルタの通過特性をＦ、並列共振器Ｐの通過特性をＰ、直列共振器Ｓの通過特性をＳにより示す。並列共振器Ｐの通過特性はシャント接続された場合の通過特性である。

図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、フィルタＦの通過帯域Ｐａｓｓの低周波側の減衰極は並列共振器Ｐの共振周波数ｆｒｐにより形成され、通過帯域Ｐａｓｓの高周波側の減衰極は直列共振器Ｓの反共振周波数ｆａｓにより形成される。並列共振器Ｐの反共振周波数ｆａｐおよび直列共振器Ｓの共振周波数ｆｒｓは通過帯域Ｐａｓｓ内に位置する。このように、ラダー型フィルタにおける通過帯域Ｐａｓｓの低周波側の肩は主に並列共振器Ｐの共振周波数ｆｒｐにより形成され、通過帯域Ｐａｓｓの高周波側の肩は主に直列共振器Ｓの反共振周波数ｆａｓにより形成される。

図９（ｃ）に示すように、通過帯域Ｐａｓｓの低周波側の肩の周波数は温度が－３０°から８０℃に変化してもほとんど変わらないが、通過帯域Ｐａｓｓの高周波側の肩の周波数は温度が－３０°から８０℃に変化すると低くなる。これは、図６のように、共振器ＡおよびＢともに共振周波数ｆｒのＴＣＦは０に近いため、並列共振器Ｐの共振周波数Ｆｒｐにより形成される通過帯域Ｐａｓｓの低周波側の肩の周波数の温度係数が小さくなる。しかし、反共振周波数ｆａのＴＣＦは共振周波数ｆｒのＴＣＦより１５ｐｐｍ／Ｋ低いため、直列共振器Ｓの反共振周波数Ｆａｓにより形成される通過帯域Ｐａｓｓの高周波側の肩の周波数の温度係数が負に大きくなるためである。

実施例１では、直列共振器Ｓのデュティ比Ｒ２を並列共振器Ｐのデュティ比Ｒ１より小さくする。これにより、図６のように直列共振器Ｓの反共振周波数ｆａｓのＴＣＦを０に近づけることができる。例えば並列共振器Ｐのデュティ比Ｒ１を５０％とし、直列共振器Ｓのデュティ比Ｒ２を３０％とする。これにより、並列共振器Ｐの共振周波数ｆｒｐのＴＣＦを約－６ｐｐｍ／Ｋにでき、直列共振器Ｓの反共振周波数ｆａｓのＴＣＦを約－１６ｐｐｍ／Ｋとすることができる。直列共振器Ｓのデュティ比Ｒ２を５０％とする場合に比べ直列共振器Ｓの反共振周波数ｆａｓのＴＣＦを約６ｐｐｍ／Ｋ改善できる。反共振周波数ｆａのＴＣＦは、デュティ比Ｒを５％小さくすることで約１ｐｐｍ／Ｋ改善する。よって、デュティ比Ｒ１－Ｒ２は５％以上が好ましく、１０％以上がより好ましく、２０％以上がさらに好ましい。

［実施例１の変形例１］
実施例１の変形例１は、並列共振器Ｐ１～Ｐ４の共振周波数ｆｒｐが互いに異なり、直列共振器Ｓ１～Ｓ５の反共振周波数ｆａｓが互いに異なる例である。表１は並列共振器Ｐ１～Ｐ４におけるピッチ２×Ｄ１およびデュティ比Ｒ１を示す表である。

表２は直列共振器Ｓ１～Ｓ５におけるピッチ２×Ｄ２およびデュティ比Ｒ２を示す表である。

表１に示すように並列共振器Ｐ１～Ｐ４のピッチＤ１は互いに異なる。デュティ比Ｒ１は５０％であり互に同じである。表２に示すように直列共振器Ｓ１～Ｓ５のピッチＤ２は互いに異なる。直列共振器Ｓ１～Ｓ５のうちピッチＤ２の最も大きい直列共振器Ｓ３ではデュティ比Ｒ１は３０％である。直列共振器Ｓ３よりピッチＤ２の小さい直列共振器Ｓ２およびＳ４ではデュティ比Ｒ２は４０％である。直列共振器Ｓ２およびＳ４よりピッチＤ２の小さい直列共振器Ｓ１およびＳ５ではデュティ比Ｒ２は５０％である。

図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、フィルタおよび並列共振器の通過特性を示す模式図である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の減衰量を拡大した図である。図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すように、並列共振器Ｐ１～Ｐ４の共振周波数ｆｒｐおよび反共振周波数ｆａｐは、ピッチＤ１に依存する。並列共振器Ｐ１～Ｐ４の共振周波数ｆｒｐを異ならせることで、通過帯域Ｐａｓｓより低周波側の減衰域を広くできる。通過帯域Ｐａｓｓの低周波側の肩は最も共振周波数ｆｒｐの高い並列共振器Ｐ２およびＰ３により形成される。図６のように、共振周波数ｆｒのＴＣＦは０に近いため、並列共振器Ｐ１～Ｐ４のデュティ比Ｒ１は、共振特性を考慮し決定される。例えばデュティ比Ｒ１を５０％とする。

図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、フィルタおよび直列共振器の通過特性を示す模式図である。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の減衰量を拡大した図である。図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示すように、直列共振器Ｓ１～Ｓ５の共振周波数ｆｒｓおよび反共振周波数ｆａｓは、ピッチＤ２に依存する。図２（ｂ）のように共振周波数ｆｒｓはデュティ比Ｒ２にも依存するが、デュティ比Ｒ２よりピッチＤ２に主に依存するため、直列共振器Ｓ１～Ｓ５においてデュティ比Ｒ２が異なっていても、反共振周波数ｆａｓの大小関係はピッチＤ２の大小関係にほぼ依存する。直列共振器Ｓ１～Ｓ５の反共振周波数ｆａｓを異ならせることで、通過帯域Ｐａｓｓより高周波側の減衰域を広くできる。通過帯域Ｐａｓｓの高周波側の肩は最も反共振周波数ｆａｓの低い並列共振器Ｓ３により形成される。

実施例１の変形例１では、通過帯域Ｐａｓｓの高周波側の肩は主に最も反共振周波数ｆａｓが低い（すなわちピッチＤ２が最も大きい）直列共振器Ｓ３のデュティ比Ｒ２を小さくし反共振周波数ｆａｓのＴＣＦを０に近づける。これにより、通過帯域Ｐａｓｓの高周波側の肩のＴＣＦを０に近づけることができる。次に通過帯域Ｐａｓｓの高周波側の肩に影響する直列共振器は次に反共振周波数ｆａｓが低い直列共振器Ｓ２およびＳ４である。そこで、直列共振器Ｓ２およびＳ４のデュティ比Ｒ２を次に小さくし反共振周波数ｆａｓのＴＣＦを０に近づける。反共振周波数ｆａｓが高い直列共振器Ｓ１およびＳ５は通過帯域Ｐａｓｓの低周波側の肩にはあまり影響しない。そこで、直列共振器Ｓ２およびＳ４のデュティ比Ｒ２は、共振特性を考慮し並列共振器Ｐ１～Ｐ４のデュティ比Ｒ１とほぼ同じにする。

このように、通過帯域Ｐａｓｓの高周波側の肩に影響する直列共振器Ｓ３のデュティ比Ｒ２を並列共振器Ｐ１～Ｐ４のデュティ比Ｒ１より小さくし、通過帯域Ｐａｓｓの高周波側の肩のＴＣＦを小さくする。通過帯域Ｐａｓｓの低周波側の肩にあまり影響しない直列共振器Ｓ１およびＳ５のデュティ比Ｒ２を並列共振器Ｐ１～Ｐ４のデュティ比Ｒ１とほぼ同じとする。これにより、共振特性を向上できる。

［実施例１の変形例２］
図１２（ａ）は、実施例１の変形例２における弾性波共振器の断面図である。図１２（ａ）に示すように、実施例１の変形例２では、温度補償膜１２と支持基板１０との間に絶縁層として境界層１１が設けられている。境界層１１のバルク波の音速は温度補償膜１２のバルク波の音速より速い。境界層１１は、例えば酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、シリコン、窒化シリコンまたは炭化シリコン等の多結晶膜または非結晶膜である。境界層１１を設けることで、主モードの弾性波を圧電層１４および温度補償膜１２に閉じ込めることができ、かつバルク波等の不要波を境界層１１において減衰させることができる。よって、不要波に起因するスプリアスを抑制できる。境界層１１の厚さは例えば１λ～５λである。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。

［実施例１の変形例３］
図１２（ｂ）は、実施例１の変形例３における弾性波共振器の断面図である。図１２（ｂ）に示すように、実施例１の変形例３では、圧電層１４と温度補償膜１２との間の接合層１３が設けられている。接合層１３は、圧電層１４と温度補償膜１２とを接合する。圧電層１４と温度補償膜１２とを直接接合させることが難しい場合、接合層１３を設けてもよい。接合層１３は、例えば、酸化アルミニウム膜、シリコン膜、窒化アルミニウム膜、窒化シリコン膜または炭化シリコン膜である。接合層１３の厚さは、圧電層１４および温度補償膜１２の機能を損なわない観点から、２０ｎｍ以下が好ましく、１０ｎｍ以下がより好ましい。接合層１３としての機能を損なわない観点から、接合層１３の厚さは、１ｎｍ以上が好ましく、２ｎｍ以上がより好ましい。主モードの弾性波を圧電層１４に閉じ込める観点から、接合層１３を伝搬するバルク波の音速は温度補償膜１２を伝搬するバルク波の音速より速いことが好ましい。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。

［実施例１の変形例４］
図１２（ｃ）は、実施例１の変形例４における弾性波共振器の断面図である。図１２（ｃ）に示すように、実施例１の変形例4では、圧電層１４と支持基板１０との間に温度補償膜が設けられていない。圧電層１４は支持基板１０上に例えば表面活性化法を用い直列接合されている。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。

［実施例１の変形例５］
図１３（ａ）は、実施例１の変形例５における弾性波共振器の断面図である。図１３（ａ）に示すように、実施例１の変形例５では、支持基板１０と境界層１１と界面に周期的または不規則な凹凸が設けられている。凹凸により不要波が散乱され、スプリアスが抑制できる。境界層１１と温度補償膜１２との界面は略平坦面である。その他の構成は実施例１の変形例３と同じであり説明を省略する。

［実施例１の変形例６］
図１３（ｂ）は、実施例１の変形例６における弾性波共振器の断面図である。図１３（ｂ）に示すように、実施例１の変形例６では、支持基板１０と境界層１１と界面に加え、境界層１１と温度補償膜１２の間の界面に周期的または不規則な凹凸が設けられている。２層の凹凸により不要波が散乱され、スプリアスが抑制できる。その他の構成は実施例１の変形例５と同じであり説明を省略する。

［実施例１の変形例７］
図１３（ｃ）は、実施例１の変形例７における弾性波共振器の断面図である。図１３（ｃ）に示すように、実施例１の変形例７では、支持基板１０と温度補償膜１２と界面に周期的または不規則な凹凸が設けられている。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。

実施例１の変形例２から７においても、圧電層１４の厚さＴ４を波長λ以下とすることで、共振周波数ｆｒおよび反共振周波数ｆａのＴＣＦがデュティ比Ｒに依存する。よって、直列共振器Ｓのデュティ比Ｒ２を並列共振器Ｐのデュティ比Ｒ１より小さくすることで、通過帯域Ｐａｓｓの肩のＴＣＦを０に近づけることができる。実施例１およびその変形例１～３、５～７のように、支持基板１０と圧電層１４との間に絶縁層が設けられていてもよい。絶縁層は均一な材料からなる１層でもよいし、複数層が積層された層でもよい。

実施例１およびその変形例によれば、並列共振器Ｐは平均ピッチＤ１（第１平均ピッチ）と平均デュティ比Ｒ１（第１平均デュティ比）を有する複数の電極指１８（第１電極指）を備えている。直列共振器Ｓは平均ピッチＤ２（第２平均ピッチ）と平均デュティ比Ｒ２（第２平均デュティ比）を有する複数の電極指１８（第２電極指）を備えている。このとき、並列共振器Ｐ１～Ｐ４のうち最も大きい平均ピッチＤ１を圧電層１４の厚さＴ４の２倍以上とする。すなわち、圧電層１４の厚さＴ４を波長λ以下とする。これにより、図６のように、共振周波数ｆｒおよび反共振周波数ｆａのＴＣＦがデュティ比Ｒに依存する。少なくとも１つの直列共振器における平均デュティ比Ｒ２を並列共振器の平均ディティ比Ｒ１のうち最も小さい平均デュティ比Ｒ１より小さくする。これにより、通過帯域の高周波端のＴＣＦを小さくできる。

並列共振器Ｐ１～Ｐ４のうち最も大きい平均ピッチＤ１は圧電層１４の厚さＴ４の１．６倍以上が好ましく、１．２倍以上がより好ましい。少なくとも１つの直列共振器における平均デュティ比Ｒ２［％］と最も小さい平均デュティ比Ｒ１［％］との差は５％以上が好ましく、１０％以上がより好ましい。なお、平均ピッチＤはＩＤＴ２２のＸ方向の幅を電極指１８の本数で除することにより算出できる。また、平均デュティ比ＲはＩＤＴ２２のＸ方向の幅を電極指１８の幅の合計で除することにより算出できる。

圧電層が３６°以上かつ４８°以下回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム層であるとき、主モードの弾性波はＳＨ波となる。また、並列共振器Ｐおよび直列共振器Ｓには、圧電層１４上には電極指１８を覆い厚さが電極指１８の厚さより厚い誘電体膜は設けられていない。これにより、図６のように、共振周波数ｆｒおよび反共振周波数ｆａのＴＣＦがデュティ比Ｒに依存する。

少なくとも１つの直列共振器は最も大きい平均ピッチＤ２を有する直列共振器（表２、図１１（ａ）における直列共振器Ｓ３：第１直列共振器）を含む。これにより、実施例１の変形例１のように、通過帯域の高周波側の肩を主に形成する直列共振器の反共振周波数ｆａのＴＣＦを小さくできるため、通過帯域の高周波側の肩のＴＣＦを小さくできる。

直列共振器Ｓ３における平均ピッチＤ２より平均ピッチＤ２が小さい直列共振器（表２、図１１（ａ）における直列共振器Ｓ１、Ｓ２、Ｓ４およびＳ５：第２直列共振器）におけるデュティ比Ｒ２は第１直列共振器Ｓ３におけるデュティ比Ｒ２より大きい。これにより、第２直列共振器Ｓ１、Ｓ２、Ｓ４およびＳ５の共振特性を向上できる。第１直列共振器と第２直列共振器とのデュティ比Ｒ２［％］の差は５％以上が好ましく、１０％以上がより好ましい。

実施例１のように、最も大きい平均デュティ比Ｒ２は最も小さい平均デュティ比Ｒ１より小さくする。すなわち、直列共振器Ｓ１～Ｓ５の全ての平均デュティ比Ｒ２は並列共振器Ｐ１～Ｐ４の全ての平均デュティ比Ｒ１より小さい。これにより、通過帯域の高周波側の肩のＴＣＦを小さくできる。最も大きい平均デュティ比Ｒ２と最も小さい平均デュティ比Ｒ１との差は５％以上が好ましく、１０％以上がより好ましい。

最も大きい平均ピッチＤ２は最も小さい平均ピッチＤ１より小さい。すなわち、全ての直列共振器Ｓ１～Ｓ５の共振周波数ｆｒｓは、全ての並列共振器Ｐ１～Ｐ４の共振周波数ｆｒｐより高い。これにより、ラダー型フィルタを形成できる。

実施例１の変形例１のように、並列共振器Ｐ１～Ｐ４の共振周波数ｆｒｐのＴＣＦは小さいため、並列共振器Ｐ１～Ｐ４の平均デュティ比Ｒ１は共振特性が向上するようにほぼ同じデュティ比Ｒ１とする。一方、通過帯域の高周波側の肩を主に形成する直列共振器Ｓ３のデュティ比Ｒ２を小さくし、通過帯域の高周波側の肩を形成することにあまり寄与しない直列共振器Ｓ１およびＳ５のデュティ比Ｒ２を並列共振器Ｐ１～Ｐ４のデュティ比Ｒ１と同程度とする。これにより、直列共振器Ｓ１およびＳ５の共振特性を向上できる。すなわち、最も大きな平均デュティ比Ｒ２と最も小さな平均デュティ比Ｒ２との差は、最も大きな平均デュティ比Ｒ１と最も小さな平均デュティ比Ｒ１との差より大きくすることが好ましい。

図１４は、実施例に係るデュプレクサの回路図である。図１４に示すように、共通端子Ａｎｔと送信端子Ｔｘとの間に送信フィルタ４０が接続されている。共通端子Ａｎｔと受信端子Ｒｘとの間に受信フィルタ４２が接続されている。送信フィルタ４０は、送信端子Ｔｘから入力された高周波信号のうち送信帯域の信号を送信信号として共通端子Ａｎｔに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。受信フィルタ４２は、共通端子Ａｎｔから入力された高周波信号のうち受信帯域の信号を受信信号として受信端子Ｒｘに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。送信フィルタ４０および受信フィルタ４２の少なくとも一方を実施例１およびその変形例のフィルタとすることができる。

マルチプレクサとしてデュプレクサを例に説明したがトリプレクサまたはクワッドプレクサでもよい。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ 支持基板
１１ 境界層
１２ 温度補償膜
１３ 接合層
１４ 圧電層
１６ 金属膜
１８ 電極指
２０ 櫛型電極
２２ ＩＤＴ
２５ 交差領域
２６ 弾性波共振器
４０ 送信フィルタ
４２ 受信フィルタ

本発明は、支持基板と、前記支持基板上に設けられる圧電層と、前記圧電層上に設けられ第１平均ピッチと第１平均デュティ比とを有する複数の第１電極指を各々備え、最も大きい第１平均ピッチは前記圧電層の厚さの２倍以上であり、一端が入力端子と出力端子との間の経路に各々接続され他端がグランドに各々接続された１または複数の並列共振器と、前記圧電層上に設けられ第２平均ピッチと第２平均デュティ比とを有する複数の第２電極指を各々備え、少なくとも１つの直列共振器における第２平均デュティ比は最も小さい第１平均デュティ比より小さく、前記入力端子と前記出力端子との間に直列接続された１または複数の直列共振器と、を備えるラダー型フィルタである。

図１（ｂ）および図１（ｃ）のように、並列共振器Ｐにおける電極指１８のピッチをＤ１、電極指１８の幅をＥ１とすると、デュティ比Ｒ１＝Ｅ１／Ｄ１である。直列共振器Ｓにおける電極指１８のピッチをＤ２、電極指１８の幅をＥ２とすると、デュティ比Ｒ２＝Ｅ２／Ｄ２である。直列共振器ＳにおけるピッチＤ２は並列共振器ＰにおけるピッチＤ１より小さく、直列共振器Ｓにおけるデュティ比Ｒ２は並列共振器Ｐにおけるデュティ比Ｒ１より小さい。

図２（ｂ）に示すように、デュティ比Ｒが変わると共振周波数ｆｒが変わる。デュティ比Ｒが６０％以下ではデュティ比Ｒが小さくなると共振周波数ｆｒが高くなる。デュティ比Ｒが７０％以上ではデュティ比Ｒが大きくなると共振周波数ｆｒが高くなる。デュティ比Ｒが６０％から２０％に４０％変化すると共振周波数ｆｒは約１６０ＭＨｚ変化する。このように、デュティ比Ｒによる共振周波数ｆｒの変化は小さい。このため、共振周波数ｆｒは、主にピッチＤにより定まる。

Claims (10)

1. 支持基板と、
   前記支持基板上に設けられる圧電層と、
   前記圧電層上に設けられ第１平均ピッチと第１平均デュティ比とを有する複数の第１電極指を各々備え、最も大きい第１平均ピッチは前記圧電層の厚さの２倍以上であり、一端が入力端子と出力端子との間の経路に各々接続され他端がグランドに各々接続された１または複数の並列共振器と、
   前記圧電層上に設けられ第２平均ピッチと第２平均デュティ比とを有する複数の第２電極指を各々備え、少なくとも１つの直列共振器における第２平均デュティ比は最も小さい第１平均デュティ比より小さく、前記入力端子と前記出力端子との間に各々直列接続された１または複数の直列共振器と、
   を備えるラダー型フィルタ。
2. 前記圧電層は、３６°以上かつ４８°以下回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム層である請求項１に記載のラダー型フィルタ。
3. 前記１または複数の並列共振器における前記圧電層上には前記複数の第１電極指を覆い厚さが前記複数の第１電極指の厚さより厚い誘電体膜は設けられておらず、
   前記１または複数の直列共振器における前記圧電層上には前記複数の第２電極指を覆い厚さが前記複数の第２電極指の厚さより厚い誘電体膜は設けられていない請求項２に記載のラダー型フィルタ。
4. 前記１または複数の直列共振器は複数の直列共振器であり、前記少なくとも１つの直列共振器は最も大きい第２平均ピッチを有する第１直列共振器を含む請求項１から３のいずれか一項に記載のラダー型フィルタ。
5. 前記複数の直列共振器のうち前記第１直列共振器における第２平均ピッチより第２平均ピッチが小さい第２直列共振器における第２平均デュティ比は前記第１直列共振器における第２平均デュティ比より大きい請求項４に記載のラダー型フィルタ。
6. 最も大きい第２平均デュティ比は最も小さい第１平均デュティ比より小さい請求項１から５のいずれか一項に記載のラダー型フィルタ。
7. 最も大きい第２平均ピッチは最も小さい第１平均ピッチより小さい請求項１から６のいずれか一項に記載のラダー型フィルタ。
8. 最も大きい第２平均デュティ比と最も小さい第２平均デュティ比との差は、最も大きい第１平均デュティ比と最も小さい第１平均デュティ比との差より大きい請求項１から７のいずれか一項に記載のラダー型フィルタ。
9. 前記支持基板と前記圧電層との間に設けられ、弾性定数の温度係数の符号が前記圧電層の弾性定数の温度係数の符号と反対である温度補償膜を備える請求項１から８のいずれか一項に記載のラダー型フィルタ。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載のラダー型フィルタを備えるマルチプレクサ。
    

Images