JP3697301B2

JP3697301B2 - 容量重み付け弾性表面波フィルタ

Info

Publication number: JP3697301B2
Application number: JP25229195A
Authority: JP
Inventors: 玄藤森; 直之三島
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-09-29
Filing date: 1995-09-29
Publication date: 2005-09-21
Anticipated expiration: 2015-09-29
Also published as: JPH0998064A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は弾性波フィルタに係わり、とくに容量重み付け弾性表面波フィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
弾性表面波フィルタは、圧電基板上に形成されたくし歯状の表面波励振用電極に電気信号を印加し、これを弾性表面波に変換して基板上を伝搬させ、さらにくし歯状の表面波受信用電極に到達した弾性表面波を再度電気信号に変換する構成となっている。このような弾性表面波フイルタはＶＨＦ帯からＵＨＦ帯にかけて振幅特性、群遅延特性ともにほぼ任意の特性のフィルタが得られることから、フイルタの振幅特性および群遅延特性に非常に厳しい仕様が要求されるTV−IF用に適しており、多数使用されている。それとともに、フイルタの振幅特性および群遅延特性の改善に加えて、弾性表面波フイルタの小形化やコストダウンが要求されるようになってきている。
【０００３】
従来の弾性表面波フィルタは、振幅特性および群遅延特性を目標の仕様に納めるために、図３に示すように表面波を送受信するくし歯状電極の交差幅を電極指毎に変えることにより表面波の振幅の重み付けを行っている。
一方、容量重み付け方法は、図４に示すようにくし歯状電極の両端を容量を介して接続して、この容量の大きさを変えることにより各電極指の電位の大きさを制御する方法である。容量重み付けフィルタの特性が容量を構成するための誘電膜の厚みのばらつきにより変動を受けにくい容量の構成方法として特開平1-42908 号公報で、チップサイズを大きくすることなく、励振電極直上に誘電膜を介して容量を形成する方法について特開平 7-7360 号公報で、それぞれ既に本出願人により提案されている。
【０００４】
特開平 7-7360 号公報で提案された容量重み付け方法の具体的な構造例を図１（ａ）および図１（ｂ）により説明する。容量重み付け弾性表面波フィルタは、圧電基板１と、この圧電基板上に設けられた表面波励振用の電極４１と容量重み付け用の電極４２、４３とからなる容量重み付け弾性表面波フィルタにおいて、表面波励振用の電極４１は、圧電基板上に一様な電極長で所定の間隔で配置された下部電極指群からなり、容量重み付け用の電極は、少なくとも下部電極指を覆う誘電体薄膜３を介して下部電極指に対向する位置にそれぞれ配置された第１の上部電極指群４２と第２の上部電極指群４３とからなり、第１の上部電極指群４２は第１の共通電極２２で接続され、第２の上部電極指群４３は第２の共通電極２３で接続され、第１および第２の共通電極は外部接続端子となり、第１の上部電極指４２と下部電極指４１との間の電気容量と第２の上部電極指４３と下部電極指４１との間の電気容量とにより各下部電極指にかかる電位を変化させることによりフィルタの電気特性を重み付けしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開平 7-7360 号公報で提案された容量重み付け弾性表面波フィルタは、電気容量の決定にともなう容量重み付け電極指と表面波励振用電極との位置関係について考慮されていないため、より正確な電気特性の重み付けができないという問題があった。
【０００６】
本発明はこのような問題に対処するためになされたもので、より正確に振幅特性を重み付けできる弾性表面波フィルタを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の容量重み付け弾性表面波フィルタは、圧電基板と、この圧電基板上に設けられた表面波励振用の電極と容量重み付け用の電極とからなり、前記表面波励振用の電極は、前記圧電基板上に一様な電極長で所定の間隔で配置された下部電極指群からなり、前記容量重み付け用電極は、少なくとも前記下部電極指を覆う誘電体薄膜を介して前記下部電極指に対向する位置にそれぞれ配置された第１の上部電極指群と第２の上部電極指群とからなり、前記第１の上部電極指群は第１の共通電極で接続され、前記第２の上部電極指群は第２の共通電極で接続され、前記第１および第２の共通電極は外部接続端子となり、前記第１の上部電極指と前記下部電極指との間の電気容量と前記第２の上部電極指と前記下部電極指との間の電気容量とによりフィルタの電気特性を重み付けする容量重み付け弾性表面波フィルタにおいて、前記第１の上部電極指と前記第２の上部電極指の相向かい合うすべての間隔が前記下部電極指上に位置していることを特徴とする。
【００１０】
第１の上部電極指と第２の上部電極指の相向かい合うすべての間隔が下部電極指上に位置していることにより、第１の上部電極指と下部電極指との間に誘電体薄膜を介して形成される容量Ｃ₁ と第２の上部電極指と下部電極指との間に誘電体薄膜を介して形成される容量Ｃ₂ との和Ｃ₀ が一定となる関係や、下部電極指間の容量をＣ s としたときに3＜Ｃ₀／Ｃs＜20の関係を満たすことができる。ここで、Ｃ₀／Ｃsが3以下であると、上部電極と下部電極との電気的結合が弱くなるため、フィルタの損失が増大するとともに容量重み付けの精度が低下する。また20以上であると、外部電源に並列につながる静電容量Ｃ（１／Ｃ＝１／Ｃ₁＋１／Ｃ₂）が大きくなり、弾性表面波の励振に寄与しない無効電流が増すため、フィルタの損失が増大する。このように容量重み付け用電極である第１電極指群と第２電極指群の間隔をつねに表面波励振用電極である下部電極指上に配置することにより、より正確な電気特性の重み付けを行うことができる。
【００１１】
なお、本発明に係わる表面波励振用の電極は、圧電基板上に一様な電極長で所定の間隔で配置されているが、所定の間隔とは各電極指が実質的に等間隔に配置されていることをいう。また、各電極指はそれぞれ独立していてもよいが、たとえば 2個の電極指が対になり、対になった電極指同士を短絡させたスプリット電極の形状であってもよい。
【００１２】
本発明に係わる容量重み付け電極は、上述の表面波励振用の電極上に誘電体薄膜を介して形成される。そしてこの容量重み付け電極と表面波励振用の電極との間の電気容量によりフィルタの電気特性を重み付けする。容量重み付け電極は、第１の上部電極指群と第２の上部電極指群とからなり、それぞれが各共通電極で接続されている。
【００１３】
容量重み付け電極と表面波励振用の電極との間の電気容量は、各電極の表面積、誘電体薄膜の材質および膜厚等によって定まるので、本発明に係わる電極部の形状、材質は重要である。とくに、容量重み付け電極と表面波励振用の電極とのパターン合わせずれが生じると電気容量の大きさが変動してしまうため、容量重み付け電極幅と表面波励振用の電極幅とは重要となる。通常の製造工程では電極幅方向にパターンが 2μm 程度ずれる場合があるため、両電極間に発生する電気容量が製造上のばらつきにより変動しないように、表面波励振用の電極の幅に対して容量重み付け電極幅を 0.5μm から 4μm 程度細くあるいは太くすることがとくに好ましい。このように設定することによって、 2μm 程度の合わせずれが生じたとしても電気容量の大きさに製造誤差が生じないようにすることができる。なお、上述のスプリット電極の形状にあっては、スプリット電極を形成する各電極幅に対して 0.5μm から 4μm 程度細くあるいは太くすることが好ましい。
【００１４】
また、誘電体薄膜の材質としては、Ta₂O ₅、 SiO₂、 Al ₂ O₃、 SrTiO₃、 ZnO等の誘電体を使用することができる。
【００１５】
さらに誘電体薄膜の厚さは、圧電体上での励振および伝搬する表面波に影響しない程度の厚さである 0.01 λ（ここで、λは弾性表面波の波長を表す。）以下であればよい。使用する周波数帯が 50MHz帯の場合、好ましい誘電体薄膜の厚さとしては 0.05 μm から 0.6μm である。
【００１６】
本発明に使用できる圧電性基板は、水晶、 LiNbO₃、 LiTaO₃、Bi₁₂GeO ₂₀等を挙げることができる。また、電極材料としては、アルミニウム（Al）が使用されることが多いが、とくに制限なく導電材料を使用することができる。たとえば、金（Au）、銀（Ag）、銅（Cu）等を挙げることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施例を図１および図２を参照して説明する。
本実施例の容量重み付け弾性表面波フィルタを図１に示す。図１（ａ）は、弾性表面波フィルタを構成する素子チップの主表面の構造を示し、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面構造を示す。
表面波を励振および伝搬させるための圧電性基板１上にアルミニウム（Al）で構成された長さｌの下部電極指４１が複数本配置されている。この下部電極指４１を覆い圧電性基板１全体にスパッタリング法により厚さ0.05μm の SiO₂で構成された誘電体薄膜３が形成される。誘電体薄膜３の上であって下部電極指４１に対向する位置にほぼ同じ幅でほぼ平行に形成された長さ１ａの第１上部電極指４２が第１バスバー電極２２に接続されている、同様に、誘電体薄膜３の上であって下部電極指４１に対向する位置にほぼ同じ幅でほぼ平行に形成された長さ１ｂの第２上部電極指４３が第２のバスバー電極２３に接続されている。重み付けを行うための容量は第１もしくは第２の上部電極指と誘電体薄膜３を介して対向する下部電極指４１との間に設けられている。この容量の大きさは第１もしくは第２の上部電極指が下部電極指４１と向かい合う長さ１ａおよび１ｂにより決定される。電気信号は第１と第２のバスバー電極に接続されたボンディングパッド２４から供給され第１と第２の上部電極指と誘電体薄膜３を介して下部電極指４１との間で生じる電気容量を介して下部電極指４１に伝えられ表面波として励振される。
【００１８】
容量重み付け弾性表面波フィルタの電気容量の決定にともなう容量重み付け電極指と表面波励振用電極との位置関係について図２を用いて説明する。図２（ａ）は、容量重み付け電極指と表面波励振用電極指の位置を座標的に表したもので、図２（ｂ）は、容量重み付け電極指と誘電体薄膜を介して表面波励振用電極との間で生じる電気容量を図２（ａ）の座標に対応させてグラフ化したものである。第１上部電極指４２と下部電極指４１との間の電気容量Ｃ₁は、Ｘ＝Ａ−ＷでＣ_maxから徐々に減少し、Ｘ＝Ｂ−Ｗで０となる。また、第２上部電極指４３と下部電極指４１との間の電気容量Ｃ₂はＸ＝Ａから徐々に増加しＸ＝ＢでＣ_maxとなる。電気特性の重み付けを正確に行うには、第１上部電極指４２と下部電極指４１との間の電気容量Ｃ₁と第２上部電極指４３と下部電極指４１との間の電気容量Ｃ₂の和が一定であることすなわち、Ｃ₁＋Ｃ₂＝Ｃ₀＝一定なる式が成立することが重要である。上述を踏まえると第１上部電極指端Ｘは図２のＡからＢ−Ｗまで、つまり第１上部電極指４２と第２上部電極指４３の間隔Ｗが下部電極指４１上にあることが必要である。
【００１９】
得られた容量重み付け弾性表面波フィルタは、従来の容量重み付け弾性表面波フィルタと比較して、同等以上の振幅特性および群遅延特性を示した。また、弾性表面波フィルタの大きさを大幅に小さくすることができた。
【００２０】
【発明の効果】
本発明は、容量重み付けを行うための容量部を表面波を励振するための電極上に設け、容量部の第１の電極指と第２の電極指の間隔が、常に表面波励振用電極上に位置することになるので、より正確に振幅特性を重み付けすることのできる容量重み付け弾性表面波フィルタが得られる。また、弾性表面波フィルタの大きさを大幅に小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】容量重み付け弾性表面波フィルタを図１に示す図である。
【図２】弾性表面波フィルタの電気容量の関係を示す図である。
【図３】アポダイズ型重み付け弾性表面波フィルタの概念図である。
【図４】容量重み付け弾性表面フィルタの概念図である。
【符号の説明】
１……圧電性基板、３……誘電体薄膜、４１……下部電極指、４２……第１の上部電極指、４３……第２の上部電極指。

Claims

圧電基板と、この圧電基板上に設けられた表面波励振用の電極と容量重み付け用の電極とからなり、
前記表面波励振用の電極は、前記圧電基板上に一様な電極長で所定の間隔で配置された下部電極指群からなり、
前記容量重み付け用電極は、少なくとも前記下部電極指を覆う誘電体薄膜を介して前記下部電極指に対向する位置にそれぞれ配置された第１の上部電極指群と第２の上部電極指群とからなり、
前記第１の上部電極指群は第１の共通電極で接続され、前記第２の上部電極指群は第２の共通電極で接続され、前記第１および第２の共通電極は外部接続端子となり、
前記第１の上部電極指と前記下部電極指との間の電気容量と前記第２の上部電極指と前記下部電極指との間の電気容量とによりフィルタの電気特性を重み付けする容量重み付け弾性表面波フィルタにおいて、
前記第１の上部電極指と前記第２の上部電極指の相向かい合うすべての間隔が前記下部電極指上に位置していることを特徴とする容量重み付け弾性表面波フィルタ。