JP3922094B2

JP3922094B2 - 縦結合型マルチモード圧電フィルタ及び電子部品

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Publication number: JP3922094B2
Application number: JP2002146478A
Authority: JP
Inventors: 彰宏三谷; 俊雄西村; 弘明開田; 二郎井上
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2002-05-21
Filing date: 2002-05-21
Publication date: 2007-05-30
Anticipated expiration: 2022-05-21
Also published as: JP2003338728A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、帯域フィルタなどに用いられる圧電フィルタに関し、より詳細には、圧電縦効果を利用しており、かつ異なる次数のモードの結合を利用した縦結合型のマルチモード圧電フィルタ及び電子部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、帯域フィルタとして様々な圧電フィルタが用いられている。数ＭＨｚ〜数十ＭＨｚ帯の周波数領域においては、小型化が容易であり、コストが安価な二重モード圧電フィルタが主に用いられている。
【０００３】
この種の二重モード圧電フィルタは、例えば特開平５−３２７４０１号公報などに開示されている。
図２０は、厚み縦振動を利用した従来の二重モード圧電フィルタを示す断面図である。
【０００４】
圧電フィルタ２０１は、厚み方向に分極処理された圧電板２０２を有する。圧電板２０２の上面には、一対の励振電極２０３，２０４が形成されており、下面には励振電極２０３，２０４と圧電板２０２を介して対向するように共通励振電極２０５が形成されている。
【０００５】
使用に際しては、上面の一方の励振電極２０３と共通励振電極２０５との間に入力信号を印加し、圧電板２０２を励振させる。この場合、圧電板２０２が励振され、図２１（ａ）に示す対称モードと、図２１（ｂ）に示す反対称モードが生じ、これら双方のモードが結合されてフィルタ帯域が構成される。出力は、励振電極２０４とアース電極２０５との間で取り出される。
【０００６】
なお、上記のように厚み縦振動モードを利用した二重モード圧電フィルタの他、圧電板２０２を上面に平行な方向に分極処理し、それによって厚み滑りモードを利用した二重モード圧電フィルタも知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の圧電フィルタ２０１では、対称モードと反対称モードの結合の強さは、励振電極２０３，２０４間の間隔に依存し、この間隔の大きさにより対称モードと反対称モードの周波数差が決定され、通過帯域が決められることになる。
【０００８】
すなわち、広帯域フィルタを得るには、励振電極２０３，２０４間の間隔を狭くし、両方のモードの結合度を高め、かつ双方のモードの周波数差を大きくする必要があった。
【０００９】
他方、励振電極２０３，２０４は、通常、導電ペーストのスクリーン印刷により形成されている。スクリーン印刷法では、励振電極２０３，２０４の間隔を狭くするにも限界があった。他方、フォトリソグラフィーにより励振電極２０３，２０４を形成すれば、励振電極２０３，２０４間の間隔を小さくすることができるものの、コストが高くつくことになる。
【００１０】
また、たとえ、励振電極２０３，２０４間の間隔を狭くすることができたとしても、圧電フィルタ２０１において入出力間の静電容量が増加し、減衰量が小さくなるという問題もあった。
【００１１】
本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し、広帯域化を図ることができ、かつ大きな帯域外減衰量を得ることができ、さらに安価に製造し得る縦結合型のマルチモード圧電フィルタを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る縦結合型マルチモード圧電フィルタは、互いに平行に配置された４以上の励振電極及び前記励振電極間に配置されており、かつ励振電極に直交する方向または励振電極と平行な方向において同一方向に分極処理されている複数の圧電体層を有し、前記複数の励振電極と直交する方向において対向している第１，第２の端面と、第１，第２の端面を結ぶ第１〜第４の側面とを有する積層型圧電体と、前記積層型圧電体の第１の側面において第１の端面側に寄せられて形成された入力電極と、前記積層型圧電体の第１の側面において第２の端面側に寄せられて形成された出力電極とを備え、前記積層型圧電体の第１の側面とは反対側の第２の側面に形成された、アース電極と、前記複数の励振電極が、前記入力電極に接続される第１のグループの励振電極と、前記出力電極に電気的に接続される第２のグループの励振電極と、前記アース電極に接続される第３のグループの励振電極とを有し、入力電極とアース電極との間に入力信号が印加されると、前記積層型圧電体の第１，第２の端面を結ぶ方向に沿った長さを半波長とする振動を基本波と呼び、異なる電位に接続される励振電極で挟まれた前記圧電体層の数をｎとすると、前記基本波のｎ倍波と、（ｎ−１）倍波と、（ｎ＋１）倍波とからなる複数のモードの振動が励振されかつ結合され、前記出力電極とアース電極とから出力信号が取り出されるように構成されており、前記積層型圧電体の対向し合っている第１，第２の側面を結ぶ方向の寸法をＴとし、隣り合う励振電極間の距離をＤとしたときに、Ｔ／Ｄが０．９以下であることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る縦結合型マルチモード圧電フィルタのさらに他の特定の局面では、上記寸法Ｗが、１．７×ｎ−０．７＜Ｗ／Ｄ＜１．７×ｎ＋０．７（ｎは正の整数）の範囲とされる。
【００１５】
本発明において、上記異なる次数の振動モードとしては、様々な振動モードを用いることができるが、本発明のある特定の局面では、圧電縦効果を利用した長さ振動モードの高調波が用いられる。また、本発明のさらに他の特定の局面では、圧電縦効果を利用した厚み縦振動の高調波が用いられる。
【００１６】
本発明に係る縦結合型マルチモード圧電フィルタのさらに別の特定の局面では、前記積層型圧電体の圧電体層を構成している圧電材料の音響インピーダンス値をＺ₁としたときに、前記積層型圧電体の第１，第２の端面の外側に連結されており、かつ音響インピーダンス値Ｚ₁よりも低い第２の音響インピーダンス値Ｚ₂を有する材料からなる反射層と、前記反射層の第１，第２の端面に連結されている側とが反対側の面に連結されており、第２の音響インピーダンス値Ｚ₂よりも大きな第３の音響インピーダンス値Ｚ₃を有する材料からなる保持部材とをさらに備える。この場合には、反射層と保持部材との界面において、振動が反射されるため、積層型圧電体の振動特性に影響を与えることなく、保持部材により機械的に支持することができる。
【００１７】
本発明に係る圧電フィルタ装置は、ケース基板と、前記ケース基板上に搭載されており、かつ本発明に従って構成された縦結合型マルチモード圧電フィルタと、前記縦結合型マルチモード圧電フィルタを覆うように前記ケース基板に固定されたキャップ材とを備える。従って、広い帯域幅及び高減衰量の本発明に従って構成された縦結合型マルチモード圧電フィルタがパッケージ化された電子部品を提供することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施例を説明することにより、本発明を明らかにする。
【００１９】
図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施例に係る縦結合型の三重モード圧電フィルタを示す斜視図及び縦断面図である。
圧電フィルタ１は、横断面が矩形の角棒状の圧電体２を有する。圧電フィルタ１は、圧電体２の長さ方向に伝搬する長さモードを利用した三重モード圧電フィルタである。
【００２０】
圧電体２は、特に限定されるわけではないが、本発明では、チタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックスにより構成されている。圧電体２の音響インピーダンス値Ｚ₁は、３．４０×１０⁷ｋｇ／（ｍ²・Ｓ）である。
【００２１】
圧電体２は、長さ方向に対向している第１，第２の端面２ａ，２ｂを有する。端面２ａ，２ｂの外側には、反射層３１，３２を介して保持部材３３，３４が連結されている。反射層３１，３２及び保持部材３３，３４は、圧電体２と同じ横断面形状を有する。
【００２２】
反射層３１，３２及び保持部材３３，３４の構成及び作用については後程説明する。
圧電体２においては、端面２ａ，２ｂを覆うように、励振電極３，１５が形成されている。また、圧電体２の長さ方向において分散されて、横断面方向に延びる複数の励振電極４〜１４が形成されている。
【００２３】
すなわち、励振電極３〜１５は、互いに平行に配置されており、かつ励振電極３〜９ａ及び９ｂ〜１５間には、それぞれ同じ厚みの圧電体層が介在されている。
【００２４】
圧電体２では、励振電極３〜１５の両側の圧電体層は、励振電極３〜１５と直交する方向に分極処理されている。
励振電極３〜１５は、圧電体２を構成する圧電セラミックスと共に一体焼成技術を用いて形成することができる。もっとも、他の方法で、圧電体２及び励振電極３〜１５が形成されていてもよい。端面２ａ，２ｂ上の励振電極３，１５は、一体焼成技術により圧電体２を得た後に、端面２ａ，２ｂ上に形成されてもよい。
【００２５】
圧電体２は、端面２ａ，２ｂを結ぶ４つの側面を有する。すなわち、第１の側面としての上面２ｃ、第２の側面としての下面２ｄ及び第３、第４の側面として対向し合う側面２ｅ（第４の側面は図示されず）を有する。上面２ｃ上には、端面２ａ側に寄せて入力電極１６が形成されており、端面２ｂ側に寄せられて出力電極１７が形成されている。また、下面２ｄ上には、アース電極１８が形成されている。入力電極１６及び出力電極１７は、それぞれ、端面２ａ，２ｂを越えて、反射層３１，３２及び保持部材３３，３４の外表面に至るように形成されている。
【００２６】
入力電極１６、出力電極１７及びアース電極１８は、励振電極３〜１５と同様の適宜の金属材料により構成されることができ、銅、ニッケルまたは銀により構成され得る。
【００２７】
励振電極３，５，７，９ａ，９ｂ，１１，１３，１５の上端に接触するように、圧電体２の上面には絶縁性材料２０が付与されている。それによって、励振電極３，５，７，９ａ，９ｂ，１１，１３，１５が、入力電極１６及び出力電極１７と電気的に絶縁されている。励振電極３，５，７，９ａ，９ｂ，１１，１３，１５は、アース電極１８に電気的に接続されている。
【００２８】
他方、励振電極４，６，８，１０，１２，１４の下端に接するように、圧電体２の下面にも絶縁性材料２０が付与されており、それによって、励振電極４，６，８，１０，１２，１４と、アース電極１８との電気的絶縁が図られている。励振電極４，６，８は、入力電極１６に、励振電極１０，１２，１４は出力電極１７に電気的に接続されている。
【００２９】
従って、励振電極３，５，７，９ａ，９ｂ，１１，１３，１５が本発明の第３のグループの励振電極である。また、励振電極のうち、第１の端面２ａ側に配置されている複数の励振電極４，６，８が第１のグループ、第１の端面２ｂ側に位置している複数の励振電極１０，１２，１４が第２のグループを構成している。
【００３０】
すなわち、第３のグループの励振電極３，５，７，９ａ，９ｂ，１１，１３，１５がアース電極１８に接続されており、第１のグループの励振電極４，６，８が入力電極１６に接続されており、第２のグループの励振電極１０，１２，１４が出力電極１７に電気的に接続されていることになる。
【００３１】
なお、本実施例では、励振電極３〜１５は、圧電体２の横断面の全域にわたるように形成されているが、必ずしも全域にわたるように形成されておらずともよい。
【００３２】
上記絶縁性材料２０を構成する材料については特に限定されないが、例えば、絶縁性樹脂や絶縁性接着剤などを用いることができる。
また、反射層３１，３２は、音響インピーダンス値Ｚ₂は１．８７×１０⁶ｋｇ／（ｍ²・Ｓ）であるエポキシ系樹脂により構成されている。保持部材３３，３４は、音響インピーダンス値Ｚ₃が３．４０×１０⁷ｋｇ／（ｍ²・Ｓ）であるセラミックスにより構成されている。
【００３３】
音響インピーダンス値Ｚ₂が音響インピーダンス値Ｚ₁，Ｚ₃よりも小さい限り、反射層３１，３２及び保持部材３３，３４を構成する材料は上記に限定されない。
【００３４】
次に、本実施例のマルチモード圧電フィルタ１の動作を説明する。上記圧電フィルタ１において、圧電体の厚み、すなわち圧電体２の上面２ｃと下面２ｄとの間の距離Ｔを１２０μｍ、隣り合う励振電極間の圧電体層の厚みを１５０μｍ及び圧電体２の幅方向寸法すなわち、長さ方向と直交し、かつ上面２ｃ及び下面２ｄと平行な方向の寸法Ｗを３００μｍとした場合に励振される対称モード（Ｓ−モード）及び反対称モード（Ａ−モード）の波形を図２にそれぞれ破線及び実線で示す。なお、上記対称モードでは１２倍波が強く励振される。反対称モードでは、１１倍波及び１３倍波が強く励振される。
【００３５】
従って、本実施例のマルチモード圧電フィルタ１を実際に動作させた場合には、上記対称モードと反対称モードとが結合され、フィルタ特性が得られる。このマルチモード圧電フィルタ１のフィルタ特性を図３に示す。
図３において、実線は減衰量周波数特性を、破線は群遅延時間特性を示す。
【００３６】
図２から明らかなように、１１倍波〜１３倍波による各応答が近接しており、従って、１１倍波の共振周波数と１３倍波の反共振周波数とを減衰極とするフィルタ特性が図３に示すように得られていることがわかる。
【００３７】
図３から明らかように、本実施例によれば、中心周波数が１１ＭＨｚであり、帯域幅が約２ＭＨｚのフィルタ特性の得られることがわかる。
従来の二重モード圧電フィルタ２０１（図２０）では、圧電板２０２の一方面に形成されている励振電極２０３，２０４間の間隔に対称モード及び反対称モードの周波数差が依存していたのに対し、本実施例では、上記１１倍波と１２倍波の周波数差及び１２倍波と１３倍波の周波数差は、高次モードの次数の比だけ離れており、励振電極間の間隔に依存しない。従って、所望とする帯域幅に応じて、高次モードを選択すればよく、それによって所望とする帯域幅を容易に実現し得ることがわかる。
【００３８】
例えば、本実施例では、異なる電位に接続される励振電極間に挟まれた１２層の圧電体層が構成されており、１１倍波〜１３倍波が効率良く励振されていたが、圧電体層の数を変更することにより、異なる次数の３つの高調波を励振でき、同様に三重モード圧電フィルタを構成することができる。
【００３９】
言い換えれば、ｎ（但し、ｎは３以上の整数）倍波と、（ｎ−１）倍波及び（ｎ＋１）倍波とを利用して、三重モード圧電フィルタを構成することができ、ｎを選択することにより様々な帯域幅の圧電フィルタを容易に提供することができる。
【００４０】
また、従来の二重モード圧電フィルタでは、広い帯域幅を得るには、励振電極２０３，２０４の精度を高めなければならなかったのに対し、本実施例では、励振電極３〜１５の形成精度をさほど高めることなく、所望とする帯域幅や広い帯域幅を容易に実現することができる。
【００４１】
また、圧電フィルタ１では、減衰量は、入力電極１６とアース電極１８との間の静電容量Ｃ_I-Gと、入力電極１６と出力電極１７との間の静電容量Ｃ_I-Oとの比に依存する。すなわち、Ｃ_I-G／Ｃ_I-Oが大きい程、言い換えればＣ_I-Oが小さい程減衰量が大きくなる。本実施例では、入力電極１６に電気的に接続されている励振電極３，５，７と、出力電極１７に接続されている励振電極１０，１２，１４との間にアース電位に接続される励振電極９ａ，９ｂが存在するため、Ｃ_I-Oが小さくされ、帯域外減衰量の拡大が図られている。従って、従来の圧電フィルタ２０１に比べ、減衰量を大きくすることができる。
【００４２】
なお、異なる電位に接続される励振電極間に挟まれた圧電体層の厚みは全て等しくしたが、これらの複数の圧電体層の厚みは均一である必要はない。すなわち、厚みの異なる圧電体層を配置することにより、利用しようとする高調波の励振効率を高め、スプリアスとなる次数の高調波の励振効率を低下させることもできる。
【００４３】
本実施例の圧電フィルタ１では、圧電体２の両端面に反射層３１，３２及び保持部材３３，３４が連結されているので、保持部材３３，３４により機械的に保持することも可能である。
【００４４】
反射層３１，３２は、圧電体２の音響インピーダンス値Ｚ₁よりも低い第２の音響インピーダンス値Ｚ₂を有する材料からなり、保持部材３３，３４は、第２の音響インピーダンス値Ｚ₂よりも高い第３の音響インピーダンス値Ｚ₃を有し、以下に述べるように、反射層３１，３２と保持部材３３，３４との界面にて、圧電体２側から伝搬してきた振動を反射させることができる。すなわち、保持部材３３，３４への振動の漏洩をほとんどなくすことができる。よって、保持部材３３，３４を利用して機械的に保持したとしても、圧電フィルタ１のフィルタ特性にほとんど影響が生じない。
【００４５】
さらに、本実施例のマルチモード圧電フィルタでは、上記のように、圧電体２の厚みＴが１２０μｍ、隣接する励振電極間の圧電体層の厚みＤが１５０μｍ及び圧電体２の幅方向寸法Ｗが３００μｍであるため、上記のように、１１倍波〜１３倍波が効率よく励振される。なお、圧電体２の厚みＴとは、入出力電極１６，１７が形成されている第１の側面としての上面２ｃと、アース電極１８が形成されている第２の側面としての下面２ｄとの間の寸法をいうものとする。
【００４６】
本願発明者は、このようなマルチモード圧電フィルタ１において、上記圧電体２の厚みＴ、及び幅方向寸法Ｗが、隣接する励振電極間の圧電体層の厚みＤと特定の関係にあれは、異なる次数の高調波を効率よく励振し得ることを見出した。すなわち、比Ｔ／Ｄを０．９以下、より好ましくは、さらにＷ／Ｄをも０．９以下とすれば、利用しようとする異なる次数の高調波を効率よく励振し得ることを見出した。これを、図４〜図１２を参照して説明する。
【００４７】
図４に略図的に示すように、励振電極の数が１１であり、１０層の圧電体層を有するマルチモード圧電フィルタ４１を作製した。なお、マルチモード圧電フィルタ４１は、励振電極の数及び圧電体層の数が異なることを除いては、上記実施例のマルチモード圧電フィルタ１と同様に構成されている。このマルチモード圧電フィルタ４１を構成している圧電体４２の第１，第２の側面と間の寸法をＴ、隣接する励振電極間の圧電体層の厚みＤとする。
【００４８】
上記マルチモード圧電フィルタ４１において、Ｔ及びＤを異ならせ、各マルチモード圧電フィルタ４１における電気機械結合係数Ｋを測定した。結果を図５に示す。
【００４９】
図５から明らかなように、Ｔ／Ｄが０．９以下では、電気機械結合係数が大きく、０．９以上になると電気機械結合係数Ｋが著しく低下していることがわかる。従って、Ｔ／Ｄが０．９以下であれば、十分な帯域幅を実現し得ることがわかる。
【００５０】
また、図６に示すように、１２層の圧電体層を有することを除いては第１の実施例と同様に構成されたマルチモード圧電フィルタ４３を作製し、隣り合う励振電極間の圧電体層の厚みＤと、圧電体２の幅方向寸法Ｗを種々異ならせ、特性を評価した。結果を図７〜図１１に示す。
【００５１】
図７〜図１１に示す特性は、それぞれ、Ｄ＝１５０μｍと一定とし、幅方向寸法Ｗを、それぞれ、２８０、３２０、３６０、４００及び４４０μｍと変化させた場合の結果を示す。
【００５２】
図７〜図１１から明らかなように、幅方向寸法Ｗを変化させることにより、帯域幅及びフィルタ波形が異なることがわかる。また、図９〜図１１に示す特性では、矢印Ｘ１〜Ｘ３でそれぞれ示すように、群遅延時間特性上において無視できないスプリアスの現れていることがわかる。
【００５３】
このスプリアスは、幅方向モードによるスプリアスと考えられる。そこで、幅方向寸法Ｗと圧電体層の厚みＤとの比Ｗ／Ｄと、中心周波数Ｆ₀と、幅方向スプリアスの発生する周波数Ｆｓｐとの関係を求めた。結果を図１２に示す。
【００５４】
図１２において、横軸は比Ｗ／Ｄを、縦軸は（Ｆｓｐ−Ｆ₀）／Ｆ₀（％）を示し、◇の記号は幅スプリアスの基本波を、□の記号は幅スプリアスの３倍波についての結果を示す。
【００５５】
実際のマルチモード圧電フィルタでは、３ｄＢ帯域幅は１０％程度であるため、フィルタの中心周波数Ｆ₀から±５％以内にスプリアスがないことが求められる。このような条件を、図１２に破線の枠で示す。
【００５６】
図１２において破線で囲まれた枠の中では、上記幅スプリアスの影響を無視し得ることがわかる。この範囲を表現すると、Ｗ／Ｄが１．０＜Ｗ／Ｄ＜２．４の範囲及び２．７＜Ｗ／Ｄ＜４．１の範囲であればよいことがわかる。また、上記幅スプリアスは周期的に現れるため、上記破線で囲まれた良好なフィルタ特性を実現し得る範囲は、１．７×ｎ−０．７＜Ｗ／Ｄ＜１．７×ｎ＋０．７（ｎは正の整数）とすればよいことがわかる。
【００５７】
従って、Ｗ／Ｄを上記特定の範囲とすることにより、通過帯域内にスプリアスがほとんど現れない、良好なフィルタ特性の得られることがわかる。
【００５８】
図１３は、第１の実施例の圧電フィルタ１の他の変形例を説明するための模式的正面図である。第１の実施例の圧電フィルタ１では、絶縁性材料２０を用いて、励振電極と、該励振電極が電気的に接続されてはならない電極との電気的絶縁が図られていた。これに対して、図１３に示すように、圧電体２の縦断面において、励振電極３〜１５が上面２ｃまたは下面２ｄには至らないように形成することにより、励振電極３〜１５と該励振電極に接続されてはならない電極との電気的絶縁を図ってもよい。
【００５９】
図１３に示す変形例の圧電フィルタでは、励振電極３，５，７，９ａ，９ｂ，１１，１３，１５が、圧電体２の上面２ｃには至らないように形成されており、それによって、第３のグループの励振電極３，５，７，９ａ，９ｂ，１１，１３，１５と入出力電極１６，１７との電気的絶縁が図られている。同様に、励振電極４，６，８，１０，１２，１４が、圧電体２の上面には至らないように形成されており、それによって励振電極４，６，８，１０，１２，１４とアース電極１８との電気的絶縁が図られている。
【００６０】
なお、本発明に係るマルチモード圧電フィルタは、長さモード以外の他のモード、例えば厚み縦振動モードの高調波を利用したものであってもよい。さらに、本発明では、エネルギー閉じ込め型のマルチモード圧電フィルタを構成してもよい。
【００６１】
図１４は、本発明の第２の実施例に係るマルチモード圧電フィルタ構造を示す略図的斜視図である。
圧電フィルタ７１では、複数の励振電極７３〜８５が圧電体層を介して積層されて、積層型圧電体７２が構成されている。圧電体層を構成する圧電材料については、第１の実施例と同様に、チタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスのような適宜の圧電セラミックスが用いられる。
【００６２】
積層型圧電体７２では、励振電極７３〜８５が積層されている方向、すなわち図１４の上下方向を厚み方向とする。積層型圧電体７２の上方の端面７２ａには励振電極７３が形成されており、下方の端面７２ｂには、励振電極８５が形成されている。他の励振電極７４〜８４は内部電極の形態で形成されている。
【００６３】
なお、本実施例では、端面７２ａ，７２ｂが励振電極７３〜８５と直交する方向において対向しており、本発明における第１，第２の端面を構成している。
従って、積層型圧電体７２の側面７２ｃにおいては、第１の端面７２ａ側に寄せられて入力電極１６が、第２の端面７２ｂ側に寄せられて出力電極１７が形成されている。また、側面７２ｃと対向している側面７２ｄ上にアース電極１８が形成されている。
【００６４】
本実施例において、入力電極１６とアース電極１８との間に入力信号を印加すると、厚み縦振動の１１倍波、１２倍波及び１３倍波が強く励振される。
従って、上記１１倍波〜１３倍波とが結合されて、広い帯域幅の通過帯域を得ることができる。すなわち、本実施例は、圧電縦効果を利用しており、厚み縦振動の高調波を用いた縦結合型の三重モード圧電フィルタであり、第１，第２の実施例と同様に、利用する振動モードは異なるが、異なる次数の高調波を結合させることにより、広い帯域幅を得ることができる。しかも、本実施例においても、利用しようとする高調波を異ならせることにより、所望とする帯域幅を容易に得ることができる。すなわち、積層される圧電体層の数を調整することにより、目的とする高調波を効率良く励振させることができ、それによって様々な帯域幅の圧電フィルタを容易に提供することができる。
【００６５】
また、複数の圧電体層において、異なる厚みの圧電体層を設けたりすることにより、利用しようとする高調波を効率良く励振させたり、スプリアスとなる次数の高調波の励振効率を低め、それによって良好なフィルタ特性を容易に得ることができる。
【００６６】
なお、第１の実施例のマルチモード圧電フィルタ１を用いた場合のフィルタの減衰量を高めるために、２個のマルチモード圧電フィルタ１を直列に接続してもよい。
【００６７】
図１５に示す圧電共振部品３８では、ケース基板３５上に、導電性接着剤３７を用いて圧電フィルタ１，１が実装される。そして、圧電フィルタ１，１を覆うように、金属キャップ３６がケース基板３５に絶縁性接着剤を用いて固定される。このようにして、圧電フィルタ１，１が内部に封止された圧電フィルタ装置を得ることができる。なお、ケース基板３５上には、電極３５ａ〜３５ｄが形成されており、該電極３５ａ〜３５ｄにより、圧電フィルタ１，１間の電気的接続が図れると共に、ケース外に引き出される端子電極が構成される。
【００６８】
なお、図１５に示されている例では、２個の圧電フィルタ１，１は横方向に配置されていたが、絶縁性接着剤を介して２個の圧電フィルタ１，１が上下に連結されていてもよい。
【００６９】
また、図１５に示した構成では、２個のマルチモード圧電フィルタ１，１が独立の部材として用意され、直列に接続されていたが、図１６に示すように、２個のマルチモード圧電フィルタ１，１を一体化してもよい。すなわち、図１６に示すマルチモード圧電フィルタ１０１では、１つの圧電板１０２の上面に溝１０２ａを形成し、溝１０２ａの両側において、それぞれ前述した圧電フィルタ１と同様の構造が構成されている。このように、２個のマルチモード圧電フィルタを一体化した場合には、より一層マルチモード圧電フィルタの選択度を高めることができる。これを図１７，１８を参照して説明する。
【００７０】
図１７の実線は、マルチモード圧電フィルタ１，１Ａの各減衰量周波数特性を実線及び破線で示す。
【００７１】
図１８は、マルチモード圧電フィルタ１，１Ａを別部材として直列に接続した場合の特性を破線で、該マルチモード圧電フィルタ１，１が一体化されたマルチモード圧電フィルタ１０１の減衰量周波数特性を実線で示す。
【００７２】
図１８の実線で示されている特性から明らかなように、２つのマルチモード圧電フィルタを一体化することにより選択度を高め得るだけでなく、帯域幅を拡大し得ることがわかる。
【００７３】
なお、図１９に示すように、図１４に示したマルチモード圧電フィルタ７１，７１，７１をケース基板８６上に実装した構造において、さらにケース基板８６にキャップ材８７を固定してもよい。キャップ材８７は、マルチモード圧電フィルタ７１，７１，７１を覆うように、ケース基板８６に固定されている。
【００７４】
【発明の効果】
本発明に係る縦結合型マルチモード圧電フィルタでは、入力信号が印加されると、積層型圧電体において異なる次数のモードの振動が励振されかつ結合され、通過帯域を得ることができる。従って、複数の圧電体層の数を調整することにより、様々な異なる次数のモードを利用でき、それによって広帯域のフィルタ特性を容易に得ることができる。
【００７５】
また、従来の二重モード圧電フィルタでは、圧電板の一方面にキャップを隔てて形成された励振電極間の間隔により各モードの周波数差が決定されるため、広い帯域幅を得るには励振電極の形成精度を高めねばならなかったのに対し、本発明では、利用しようとするモードを選択するだけで容易に広帯域化を図ることができる。
【００７６】
さらに、従来の二重モード圧電フィルタでは、広帯域化を図るために圧電板の一方面に形成された励振電極間の間隔を狭くした場合、入出力間の容量が増大し、減衰量が低下したのに対し、本発明に係るマルチモード圧電フィルタでは、広帯域化を図るために励振電極間の間隔を狭くする必要がないため、大きな減衰量を容易に得ることができる。
【００７７】
加えて、本発明では、Ｔ／Ｄが０．９以下であるため、上記異なる次数のモードが効果的に励振され、それによってより一層広帯域であり、かつ選択度に優れたフィルタ特性を得ることができる。
【００７８】
よって、本発明によれば、広帯域かつ大きな減衰量の縦結合型のマルチモード圧電フィルタを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施例に係るマルチモード圧電フィルタの外観を示す斜視図及び縦断面図。
【図２】第１の実施例のマルチモード圧電フィルタで励振される対称モード及び反対称モードの波形を示す図。
【図３】第１の実施例のマルチモード圧電フィルタの減衰量周波数特性及び群遅延時間周波数特性を示す図。
【図４】マルチモード圧電フィルタの厚みＴと圧電体層の厚みＤを説明するための模式的縦断面図。
【図５】Ｔ／Ｄを変化させた場合の電気機械結合係数の変化を示す図。
【図６】本発明の第２の実施例に係るマルチモード圧電フィルタの外観を示す斜視図。
【図７】第２の実施例のマルチモード圧電フィルタにおいて、幅方向寸法Ｗを２８０μｍとした場合の減衰量周波数特性及び群遅延時間特性を示す図。
【図８】第２の実施例のマルチモード圧電フィルタにおいて、幅方向寸法Ｗを３２０μｍとした場合の減衰量周波数特性及び群遅延時間特性を示す図。
【図９】第２の実施例のマルチモード圧電フィルタにおいて、幅方向寸法Ｗを３６０μｍとした場合の減衰量周波数特性及び群遅延時間特性を示す図。
【図１０】第２の実施例のマルチモード圧電フィルタにおいて、幅方向寸法Ｗを４００μｍとした場合の減衰量周波数特性及び群遅延時間特性を示す図。
【図１１】第２の実施例のマルチモード圧電フィルタにおいて、幅方向寸法Ｗを４４０μｍとした場合の減衰量周波数特性及び群遅延時間特性を示す図。
【図１２】比Ｗ／Ｄを変化させた場合に、幅方向スプリアスが現れる状態を説明するための図。
【図１３】第２の実施例のマルチモード圧電フィルタの変形例を説明するための略図的正面図。
【図１４】（ａ）は、第３の実施例に係るマルチモード圧電フィルタを説明するための斜視図、（ｂ）及び（ｃ）は、該マルチモード圧電フィルタで励振される波形を説明するための模式図。
【図１５】第１の実施例のマルチモード圧電フィルタを２素子用いた場合のフィルタ装置の分解斜視図。
【図１６】２つのマルチモード圧電フィルタを一体化した構造を有するマルチモード圧電フィルタの外観を示す斜視図。
【図１７】１素子のマルチモード圧電フィルタの減衰量周波数特性を示す図。
【図１８】２素子のマルチモード圧電フィルタを直列に接続した場合及び２素子のマルチモード圧電フィルタを一体化した構成の減衰量周波数特性を示す図。
【図１９】第３の実施例のマルチモード圧電フィルタを複数素子用いたフィルタ装置の分解斜視図。
【図２０】従来の厚み縦振動モードを利用した二重モード圧電フィルタを示す断面図。
【図２１】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、図２０に示した従来の二重モード圧電フィルタにおいて励振される対称モード及び反対称モードを説明するための模式図。
【符号の説明】
１…マルチモード圧電フィルタ
２…圧電体
２ａ，２ｂ…第１，第２の端面
２ｃ…上面
２ｄ…下面
２ｅ，２ｆ…側面
３〜１５…励振電極
１６…入力電極
１７…出力電極
１８…アース電極
１９，２０…絶縁性材料層
３１，３２…反射層
３３，３４…保持部材
３５…ケース基板
３６…キャップ
３７…導電性接着剤
３８…圧電共振部品
４１…圧電フィルタ
４２…圧電体
７１…圧電フィルタ
７２…圧電体
７３〜８５…励振電極
８６…ケース基板
８７…キャップ材
１０１…圧電フィルタ
１０２…圧電板
１０２ａ…溝

Claims

互いに平行に配置された４以上の励振電極及び
前記励振電極間に配置されており、かつ励振電極に直交する方向または励振電極と平行な方向において同一方向に分極処理されている複数の圧電体層を有し、前記複数の励振電極と直交する方向において対向している第１，第２の端面と、第１，第２の端面を結ぶ第１〜第４の側面とを有する積層型圧電体と、
前記積層型圧電体の第１の側面において第１の端面側に寄せられて形成された入力電極と、
前記積層型圧電体の第１の側面において第２の端面側に寄せられて形成された出力電極とを備え、
前記積層型圧電体の第１の側面とは反対側の第２の側面に形成された、アース電極と、
前記複数の励振電極が、前記入力電極に接続される第１のグループの励振電極と、前記出力電極に電気的に接続される第２のグループの励振電極と、前記アース電極に接続される第３のグループの励振電極とを有し、
入力電極とアース電極との間に入力信号が印加されると、
前記積層型圧電体の第１，第２の端面を結ぶ方向に沿った長さを半波長とする振動を基本波と呼び、異なる電位に接続される励振電極で挟まれた前記圧電体層の数をｎとすると、前記基本波のｎ倍波と、（ｎ−１）倍波と、（ｎ＋１）倍波とからなる複数のモードの振動が励振されかつ結合され、前記出力電極とアース電極とから出力信号が取り出されるように構成されており、
前記積層型圧電体の対向し合っている第１，第２の側面を結ぶ方向の寸法をＴとし、隣り合う励振電極間の距離をＤとしたときに、Ｔ／Ｄが０．９以下であることを特徴とする、圧電縦効果を利用した縦結合型マルチモード圧電フィルタ。
前記積層型圧電体の第３，第４の側面を結ぶ方向の寸法をＷとしたときに、前記寸法Ｗが、１．７×ｎ−０．７＜Ｗ／Ｄ＜１．７×ｎ＋０．７（ｎは正の整数）の範囲にある、請求項１に記載の縦結合型マルチモード圧電フィルタ。
前記異なる次数の振動モードが、圧電縦効果を利用した長さ振動モードの高調波である、請求項１または２に記載の縦結合型マルチモード圧電フィルタ。
前記異なる次数のモードの振動が、圧電縦効果を利用した厚み縦振動の高調波である、請求項１または２に記載の縦結合型マルチモード圧電フィルタ。
前記積層型圧電体を構成している圧電材料の音響インピーダンス値をＺ₁としたときに、
前記積層型圧電体の第１，第２の端面の外側に連結されており、かつ音響インピーダンス値Ｚ₁よりも低い第２の音響インピーダンス値Ｚ₂を有する材料からなる反射層と、
前記反射層の第１，第２の端面に連結されている側とが反対側の面に連結されており、第２の音響インピーダンス値Ｚ₂よりも大きな第３の音響インピーダンス値Ｚ₃を有する材料からなる保持部材とをさらに備える、請求項１〜４のいずれかに記載の縦結合型マルチモード圧電フィルタ。
ケース基板と、
前記ケース基板上に搭載されており、かつ請求項１〜５のいずれかに記載の縦結合型マルチモード圧電フィルタと、
前記縦結合型マルチモード圧電フィルタを覆うように前記ケース基板に固定されたキャップ材とを備える、電子部品。