JP4583243B2

JP4583243B2 - 弾性表面波共振器および弾性表面波装置並びに通信装置

Info

Publication number: JP4583243B2
Application number: JP2005155049A
Authority: JP
Inventors: 一弘大塚; 大輔巻渕; 剛仲井; 篤臣福浦; 宏行田中; 郁夫尾原; 淳弘飯岡
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2005-05-27
Filing date: 2005-05-27
Publication date: 2010-11-17
Anticipated expiration: 2025-05-27
Also published as: JP2006333171A

Description

本発明は、例えば携帯電話等の移動体通信機器に用いられる弾性表面波フィルタや弾性表面波共振器などの弾性表面波装置およびこれを備えた通信装置に関するものである。

従来、携帯電話や自動車電話等の移動体通信機器のＲＦ段に用いられる周波数選択フィルタとして、弾性表面波フィルタが広く用いられている。一般に、周波数選択フィルタに求められる特性としては、広通過帯域、低損失、高減衰量などの諸特性が挙げられる。近年、特に移動体通信機器における受信感度の向上、低消費電力化のために、さらに弾性表面波フィルタに対する低損失化の要求が高まっている。その理由としては、近年、移動体通信機器において、小型化のためアンテナが従来のホイップアンテナから誘電体セラミックス等を用いた内蔵アンテナに移行してきており、そのため、アンテナのゲインを充分に得ることが難しくなり、弾性表面波フィルタに対してさらに挿入損失を改善させる要求が増大しているためである。

近年、小形化，無調整化を図ることができる弾性表面波フィルタが各種通信装置に使用されるようになり、通信装置の高周波化，高機能化の進展にともない、弾性表面波フィルタを広帯域化する要求が益々増大してきている。例えば、1.9ＧＨｚ帯の携帯電話用フィルタとしては、実効通過帯域幅が80ＭＨｚ以上（比帯域幅約４％以上）もある高性能な広帯域フィルタが望まれている。

このような広帯域化を実現するために、例えば、圧電基板上に３つのＩＤＴ電極（Inter Digital Transducer）を設け、縦１次モードと縦３次モードを利用した２重モード弾性表面波共振器フィルタが提案されている。

図５（ｂ）に従来の共振器型弾性表面波フィルタの電極構造についての平面図を示す。また、図５（ａ）は（ｂ）の共振器型弾性表面波フィルタの各電極の位置（横軸）と電極指のピッチ（縦軸）との関係を示すグラフである。圧電基板202上に配設された複数の電極指を有するＩＤＴ電極204は、互いに対向させるとともに噛み合わせた状態の一対の櫛歯状電極からなり、この一対の櫛歯状電極に電界を印加し弾性表面波を生じさせるものである。ＩＤＴ電極204の一方の櫛歯状電極に接続された入力端子215から電気信号を入力することにより、励振された弾性表面波がＩＤＴ電極204の両側に配置されたＩＤＴ電極203，205に伝搬する。また、ＩＤＴ電極203，205のそれぞれを構成する一方の櫛歯状電極からＩＤＴ電極206，209を通じて出力端子216，217へ電気信号が出力される。

なお、図５中の210，211，212，213はそれぞれ反射器電極である。このように、共振器電極パターンを２段縦続接続させることにより、１段目と２段目の定在波の相互干渉により、帯域外減衰量を高減衰化し、フィルタ特性の帯域外減衰量を向上させることができる。即ち、同様の特性をもつ弾性表面波フィルタを２段縦続接続の構成とすることで、１段目で減衰された信号が２段目でさらに減衰され、帯域外減衰量を約２倍に向上させることができる。

ここで、ＩＤＴ電極204に接続された入力端子215に電気信号を入力することにより、弾性表面波を励振させ、この弾性表面波がＩＤＴ電極204の両側に位置するＩＤＴ電極203，205に伝搬され、ＩＤＴ電極207，208に接続された出力端子216，217から電気信号が出力される。また、両端に位置する反射器電極210，211，212，213により弾性表面波が反射され、両端の反射器電極210,211，212，213間で定在波となる。

この定在波のモードには、３つのＩＤＴ電極（例えばＩＤＴ電極203,204,205）により１次モードとその高次（３次）モードが含まれる。これらのモードで発生する共振により通過特性が得られるため、これらのモードで発生する共振周波数の周波数間隔を制御することにより通過帯域を広くすることができる。従来、共振周波数の周波数間隔を制御するために、ＩＤＴ電極の端部に狭ピッチ部を設けることにより、表面波がバルク波に変換されるときのバルク波の放射損失を低減させて広帯域化を図っていた。また、他の方法として、ＩＤＴ電極間の間隔ｄを制御することにより、共振周波数の周波数間隔を制御していた。また、さらに他の手段として、出力用のＩＤＴ電極に電気的な容量を付加して共振周波数の周波数間隔を制御していた。

以上により、従来の２重モード共振器型弾性表面波フィルタでは、圧電基板としてよく使用されるＬｉＴａＯ_３基板を用いて２段縦続した場合、比帯域幅（中心周波数に対する通過帯域幅の値）は約0.40％（例えば、特許文献１を参照）、また、容量付加を行なった場合でも高々２％程度しか得られないものであった（例えば、特許文献２を参照）。また、ＩＤＴ電極間の間隔ｄを制御した場合、最大の帯域幅3.7％が得られているが（例えば、特許文献３を参照）、フィルタとしては温度変動を考慮しなければならず、また製造された電極形状のばらつきにより周波数が変動することから、広い通過帯域幅が必要な携帯電話等の通信装置への適用には無理があった。

そこで、隣り合うＩＤＴ電極の端部に電極指の狭ピッチ部を設けることにより、ＩＤＴ電極間におけるバルク波の放射損を低減して、共振モードの状態を制御することにより広帯域化および挿入損失の改善が図られていた（例えば、特許文献４，５を参照）。

また、広帯域、低損失で高域側の帯域外減衰量の大きな弾性表面波フィルタを提供するために、ＩＤＴ電極間に反射器電極を挿入する構成も提案されている（例えば、特許文献６を参照）。
特開平１−231417号公報特開平４−40705号公報特開平７−58581号公報特開2002−9587号公報特表2002−528987号公報特開平８−250969号公報

しかし、特許文献４，５に開示されている弾性表面波装置では、ＩＤＴ電極の端部に狭ピッチ部を設けると、弾性表面波が結合した状態で電極指ピッチが異なる部分が存在するため、通過帯域におけるフィルタ特性のリップルが大きくなり、肩特性が劣化して通過帯域の平坦な特性が得られない。また、ＩＤＴ電極の端部に狭ピッチ部を設けるだけでは、弾性表面波の励振に利用できる基本的な共振モードの数が縦１次モードと縦３次モードに限定され、他の共振モードが利用できないので、設計の自由度が小さくなっていた。そのため、通過帯域におけるフィルタ特性の平坦性を向上させ、広帯域化しつつ、挿入損失を向上させるには不充分であった。

また、特許文献６に開示されているような弾性表面波装置では、ＩＤＴ電極間に反射器電極を挿入しただけでは伝搬路長が長くなるため、伝搬損失が大きくなり、フィルタ特性においては挿入損失が増大し、通過帯域幅が減少して好ましくない。

なお、充分な帯域幅を確保するために３つのＩＤＴ電極に代えて５つのＩＤＴ電極を用いることも考えられるが、やはり同様に伝搬路長が長くなるため、伝搬損失が大きくなり、フィルタ特性においては挿入損失が増大し、さらには弾性表面波フィルタのサイズが大きくなり好ましくない。

このように、従来、挿入損失を向上させ、広帯域化するため用いられてきた手段としては、隣接するＩＤＴ間の距離を短くするか、ＩＤＴ電極の端部に狭ピッチ部を設けていたが、単に電極指ピッチが短い部分をＩＤＴ電極の端部に設けただけでは、通過帯域における発生する共振モードを最適な周波数に配置するように調整することができないため、通過帯域におけるフィルタ特性の通過帯域幅を広帯域に保ったまま、さらに挿入損失および平坦性を向上させることが充分にできていなかった。

一般に、共振器型の弾性表面波フィルタは、弾性表面波の振幅の分布が共振モードの現れる周波数を決めており、弾性表面波の振幅分布は、ＩＤＴ電極の配置およびＩＤＴ電極の電極指ピッチを適切に選択することにより制御が可能となる。特に、ＩＤＴ電極の電極指ピッチを適切に選択した場合、特定の弾性表面波の振幅分布の出現を抑制したり、増加させたりすることができるので、通過帯域における共振ピークを最適な周波数位置に配置するように調整することができる。

従って、本発明は、上述した従来の諸問題に鑑みて完成されたものであり、その目的は、挿入損失の劣化（挿入損失の増大）を生じず、通過帯域幅の広い優れたフィルタ特性を有し、高品質な平衡型弾性表面波フィルタとしても機能する弾性表面波装置およびそれを用いた通信装置を提供することにある。

本発明の弾性表面波共振器は、（１）圧電基板上に、該圧電基板上を伝搬する弾性表面波の伝搬方向に沿って、該伝搬方向に対して直交する方向に長い電極指を多数本有する複数のＩＤＴ電極を配設してなるとともに、前記複数のＩＤＴ電極のうち隣り合う２つのＩＤＴ電極がそれぞれ、相手側の端部から一部分であって電極指ピッチが残りの部分の電極指ピッチと異なる第１の部分と前記残りの部分であって電極指ピッチが一定な第２の部分とで構成され、前記第１の部分の電極指ピッチの平均値が前記第２の部分の電極指ピッチより短く形成されているとともに前記第１の部分の電極指ピッチが前記隣り合う２つのＩＤＴ電極の境界に向かって短くなっており、２つの前記第１の部分の少なくとも一方に前記第２の部分の電極指ピッチよりも電極指ピッチが広い広ピッチ領域を備えていることを特徴とする。

また、本発明の弾性表面波共振器は、（２）上記（１）の構成において、２つの前記第１の部分における電極指ピッチの最小部が、前記隣り合う２つのＩＤＴ電極の境界から外れた片方側にあることを特徴とする。

また、本発明の弾性表面波共振器は、（３）上記（２）の構成において、前記隣り合う２つのＩＤＴ電極において、一方のＩＤＴ電極の前記第２の部分の電極指ピッチが他方のＩＤＴ電極の前記第２の部分の電極指ピッチよりも長く、前記第１の部分の前記電極指ピッチの最小部が前記一方のＩＤＴ電極側にあることを特徴とする。

本発明の弾性表面波装置は、（４）上記（１）乃至（３）の各構成において、前記隣り合う２つのＩＤＴ電極において、一方のＩＤＴ電極の前記第２の部分の電極指ピッチが他方のＩＤＴ電極の前記第２の部分の電極指ピッチよりも長く、前記一方のＩＤＴ電極の前記第１の部分の電極指ピッチの平均値が前記他方のＩＤＴ電極の前記第１の部分の電極指ピッチの平均値よりも短いことを特徴とする。

また、本発明の弾性表面波装置は、（５）上記（１）乃至（４）の各構成において、弾性表面波共振器を構成する前記ＩＤＴ電極に対して、直列または並列に、ＩＤＴ電極と該ＩＤＴ電極を挟む反射器とから成り、１つ以上のモード共振を発生させる共振子（弾性表面波共振子）を接続したことを特徴とする。

また、本発明の弾性表面波装置は、（６）上記（１）乃至（４）の各構成において、弾性表面波共振器を２段縦続接続したことを特徴とする。

本発明の通信装置は、（７）上記（１）乃至（４）の各構成において、本発明の弾性表面波共振器を有する、受信回路および送信回路の少なくとも一方を備えたことを特徴とする。

また、本発明の通信装置は、（７）上記（５）または（６）の各構成において、本発明の弾性表面波装置を有する、受信回路および送信回路の少なくとも一方を備えたことを特徴とする。

本発明の弾性表面波装置によれば、複数のＩＤＴ電極を配設してなるとともに、複数のＩＤＴ電極のうち隣り合う２つのＩＤＴ電極がそれぞれ、相手側の端部から一部分であって電極指ピッチが残りの部分の電極指ピッチと異なる第１の部分と残りの部分であって電極指ピッチが一定な第２の部分とで構成され、第１の部分の電極指ピッチの平均値が第２の部分の電極指ピッチより短く形成されているとともに第１の部分の電極指ピッチが隣り合う２つのＩＤＴ電極の境界に向かって短くなっていることにより、ＩＤＴ電極が隣り合う箇所において、ＩＤＴ電極の電極指が有する圧電基板上における面積を調整することができ、これにより、弾性表面波のバルク波への放射損を防ぐことがさらに可能となるとともに、１次モード、３次モードとそれらの高調波モードとの間の周波数をさらに微調整することが可能となり、広帯域かつ低損失で良好な電気特性を持つ弾性表面波装置を実現できる。

また、２つの第１の部分の少なくとも一方に第２の部分の電極指ピッチよりも電極指ピッチが広い広ピッチ領域を備えていることにより、弾性表面波の共振モードを適切な周波数に配置して、ある程度以上の周波数間隔をあけて共振周波数を配置することが可能となり、即ち広帯域特性に適した共振周波数の配置が容易となり、結果として広帯域化するのに有利となる。

また、特定の弾性表面波の振幅分布の出現を抑制したり、増加させたりすることができるので、通過帯域における共振ピークを最適な周波数位置に配置制御することができ、結果として広帯域化しつつ平坦性および挿入損失を向上させるといったフィルタ特性の制御を行なうことができる。

また、上記構成において、２つの第１の部分における電極指ピッチの最小部が、隣り合う２つのＩＤＴ電極の境界から外れた片方側にあることがよく、この場合、隣り合うＩＤＴ電極間において、発生する弾性表面波の共振ピークを適切な周波数に配置するように制御することが可能となり、通過帯域のフィルタ特性を広帯域化しつつ平坦性および挿入損失を向上させることができる。

また、上記構成において、隣り合う２つのＩＤＴ電極において、一方のＩＤＴ電極の第２の部分の電極指ピッチが他方のＩＤＴ電極の第２の部分の電極指ピッチよりも長く、第１の部分の電極指ピッチの最小部が一方のＩＤＴ電極側にあることがよく、この場合、隣り合うＩＤＴ電極間において、発生する弾性表面波の共振ピークを適切な周波数に配置するように制御することができ、さらに弾性表面波のバルク波へのモード変換時の放射損を最適に防ぐことが可能となり、通過帯域のフィルタ特性を広帯域化しつつ平坦性および挿入損失を向上させることができる。

また、上記構成において、隣り合う２つのＩＤＴ電極において、一方のＩＤＴ電極の第２の部分の電極指ピッチが他方のＩＤＴ電極の第２の部分の電極指ピッチよりも長く、一方のＩＤＴ電極の第１の部分の電極指ピッチの平均値が他方のＩＤＴ電極の第１の部分の電極指ピッチの平均値よりも短いことがよく、この場合、隣り合うＩＤＴ電極間において、さらに発生する複数の弾性表面波の共振ピークを最適な周波数に配置するように制御することがさらに可能となり、通過帯域のフィルタ特性を広帯域化しつつ平坦性および挿入損失を向上させることができる。

また、上記各構成において、弾性表面波共振器を構成するＩＤＴ電極に対して、直列または並列に、ＩＤＴ電極とそのＩＤＴ電極を挟む反射器とから成り、１つ以上のモード共振を発生させる共振子（弾性表面波共振子）を接続したことがよく、この場合、インピーダンス整合がとれるようになり、弾性表面波共振子を接続することで減衰極を形成することが可能であり、帯域外減衰量が高減衰で要求される仕様を満たすように特性を制御できる。

また、上記構成の弾性表面波共振器を２段縦続接続したことにより、例えば１段目から２段目につながる経路を増やすことができ、発生する弾性表面波の共振モードを重ね合わせて通過帯域の設計の自由度が増し、帯域外減衰量を高減衰にすることができ、より効果的に広い通過帯域幅を保ったまま平坦性および挿入損失を向上させることができる。

また、例えば、弾性表面波素子部におけるＩＤＴ電極の一部の共通電極を分割してそれぞれを出力の平衡信号へと接続される電極とすることにより、不平衡−平衡信号の変換器の機能を有した弾性表面波装置を提供できる。

本発明の通信装置は、上記いずれかの本発明の弾性表面波共振器または弾性表面波装置を有する、受信回路および送信回路の少なくとも一方を備えたことにより、従来より要求されていた厳しい挿入損失を満たすことができるものが得られ、感度が格段に良好な通信装置を実現することができる。

本発明の弾性表面波装置の実施の形態について図面を参照にしつつ以下に詳細に説明する。また、本発明の弾性表面波装置について、簡単な構造の共振器型の弾性表面波フィルタを例にとり説明する。

なお、以下に説明する図面において同一構成には同一符号を付している。また、各電極の大きさや電極間の距離等、電極指の本数や間隔等については、説明のために模式的に図示している。

図１（ｂ）に本発明の弾性表面波共振器の電極構造についての平面図を示す。また、一例として、図１（ａ）に図１（ｂ）の弾性表面波共振器の電極構造のＡ部におけるＩＤＴ電極の電極指ピッチの変化の様子を表す線図を示す。

図１（ｂ）に示すように、本発明の弾性表面波装置は、圧電基板１上に、この圧電基板１上を伝搬する弾性表面波の伝搬方向に沿って、この伝搬方向に対して直交する方向に長い電極指を多数本有する複数のＩＤＴ電極２〜６（図１（ｂ）の場合、３つのＩＤＴ電極２〜４と３つのＩＤＴ電極５〜７）を配設してなるとともに、複数のＩＤＴ電極のうち隣り合う２つのＩＤＴ電極（ＩＤＴ電極２，３、ＩＤＴ電極３，４、ＩＤＴ電極５，６およびＩＤＴ電極６，７）がそれぞれ、相手側の端部から一部分であって電極指ピッチが残りの部分の電極指ピッチと異なる第１の部分と、残りの部分であって電極指ピッチが一定な第２の部分とで構成され（図１（ｂ）の例では、図（ａ）のＬ１部とＬ４部が第２の部分に該当し、Ｌ２部とＬ３部が第１の部分に該当する）、第１の部分の電極指ピッチの平均値が第２の部分の電極指ピッチより短く形成されている（図１（ｂ）の例では、第１の部分Ｌ２部とＬ３部の電極指ピッチの平均が、それぞれ第２の部分Ｌ１部とＬ４部の電極指ピッチより短い）とともに、第１の部分の電極指ピッチが隣り合う２つのＩＤＴ電極の境界に向かって全体として短くなっており、２つの第１の部分の少なくとも一方に第２の部分の電極指ピッチよりも電極指ピッチが広い広ピッチ領域を備えている（図１（ｂ）の例では、図１（ａ）に示すように、ＩＤＴ電極３の第１の部分Ｌ２部におけるＣ部が、第２の部分Ｌ１部の電極指ピッチより電極指ピッチが広い広ピッチ領域を備え、同様にＩＤＴ電極４の第１の部分Ｌ３部におけるＣ部が、第２の部分Ｌ４部の電極指ピッチより電極指ピッチが広い広ピッチ領域を備える。）ことにある。

本発明において、２つの第１の部分の少なくとも一方に第２の部分の電極指ピッチよりも電極指ピッチが広い広ピッチ領域（図１（ｂ）のＩＤＴ電極３の第１の部分Ｌ２部におけるＣ部、ＩＤＴ電極４の第１の部分Ｌ３部におけるＣ部）を備えているが、この広ピッチ領域は、第１の部分における第２の部分との境界側の部位（境界に近接した部位）にあることが好ましい。これにより、弾性表面波の共振モードを適切に配置して調整し、ある程度以上の周波数間隔をあけて共振周波数を配置することが可能となり、即ち広帯域特性に適した共振周波数の配置が容易となり、その結果広帯域化に有利となる。さらに、特定の弾性表面波の振幅分布の出現を抑制したり、増加させたりすることができるので、通過帯域における共振ピークを最適な位置に配置するよう制御することができ、結果として広帯域化しつつ平坦性および挿入損失を向上させるといったフィルタ特性の制御を行なうことができる。

また、１つの広ピッチ領域は好ましくは、１つの第１の部分の長さ（弾性表面波の伝搬方向の長さ）の８〜35％程度の長さを有している。

さらに、広ピッチ領域は好ましくは、第２の部分の電極指ピッチよりも1.1〜1.5倍程度広いピッチを有している。

また、第１の弾性表面波共振器（図１（ｂ）では、入力端子13側の弾性表面波共振器）の２つのＩＤＴ電極２，４がそれぞれ、第２の弾性表面波共振器（図１（ｂ）では、出力端子14側の弾性表面波共振器）の２つのＩＤＴ電極５，７と縦続接続されている。

この構成により、弾性表面波の共振モードを適切な周波数に配置して、ある程度以上の周波数間隔をあけて共振周波数を配置することが可能となり、即ち広帯域特性に適した共振周波数の配置が容易となり、結果として広帯域化するのに有利となる。また、特定の弾性表面波の振幅分布の出現を抑制したり、増加させたりすることができるので、通過帯域における共振ピークを最適な周波数位置に配置するように制御することができ、結果として広帯域化しつつ平坦性および挿入損失を向上させるといったフィルタ特性の制御を行なうのに有利となる。

また、上記構成において好ましくは、２つの第１の部分における電極指ピッチの最小部が隣り合う２つのＩＤＴ電極の境界から外れた片方側にあること（図１（ｂ）の例では、図１（ａ）に示すように、第１の部分における電極指ピッチの最小部であって複数の極小部以外の最小部が、ＩＤＴ電極３，４の境界から外れたＢ部にある。）により、これら第１の部分の電極指ピッチが広い広ピッチ領域と隣り合う２つのＩＤＴ電極の境界から外れた片方側にある最小部を利用して、複数の弾性表面波の共振モードを発生させ、その弾性表面波の共振モードを最適な周波数に配置して、ある程度以上の周波数間隔をあけて共振周波数を配置することが可能となり、即ち広帯域特性に適した共振周波数の配置が容易となり、結果として広帯域化するのに有利となる。

また、狭ピッチ部である第１の部分の中に、電極指ピッチが広い広ピッチ領域を挿入させつつ第１の部分における電極指ピッチの最小部を最適な周波数位置に配置して、特定の弾性表面波の振幅分布の出現を抑制したり、増加させたりすることができるので、さらに通過帯域における複数の共振ピークを最適な周波数位置に配置するように制御し、発生する弾性表面波の共振ピークの数およびその強度分布をコントロールすることができ、結果としてさらに広帯域化しつつ通過帯域の平坦性および挿入損失を向上させるといったフィルタ特性の制御を行なうことができる。

また、上記構成において好ましくは、隣り合う２つのＩＤＴ電極において、一方のＩＤＴ電極（ＩＤＴ電極２，３、ＩＤＴ電極３，４、ＩＤＴ電極５，６およびＩＤＴ電極６，７）の第２の部分の電極指ピッチが他方のＩＤＴ電極の第２の部分の電極指ピッチよりも長く（図１（ｂ）の例では、図１（ａ）に示すように、ＩＤＴ電極３側の第２の部分Ｌ１部がＩＤＴ電極４側の第２の部分Ｌ４部より電極指ピッチが長い。）、第１の部分の電極指ピッチの最小部が一方のＩＤＴ電極側（図１（ｂ）の例では、図１（ａ）に示すように、電極指ピッチの最小部ＢがＩＤＴ電極３側）にあることにより、隣り合うＩＤＴ電極間において、発生する弾性表面波の共振ピークを適切な周波数に配置するように制御し、発生する弾性表面波の共振ピークの数およびその強度分布をコントロールすることができ、通過帯域のフィルタ特性を広帯域化しつつ平坦性および挿入損失を向上させるのに有利になる。

また、上記構成において好ましくは、隣り合う２つのＩＤＴ電極において、一方のＩＤＴ電極の第２の部分の電極指ピッチが他方のＩＤＴ電極の第２の部分の電極指ピッチよりも長く、一方のＩＤＴ電極の第１の部分の電極指ピッチの平均値が他方のＩＤＴ電極の第１の部分の電極指ピッチの平均値よりも短い（図１（ｂ）の例では、ＩＤＴ電極３の第１の部分Ｌ２部の電極指ピッチの平均値が、ＩＤＴ電極４の第１の部分Ｌ３部の電極指ピッチの平均値よりも短い。）ことにより、隣り合うＩＤＴ電極間において、発生する弾性表面波の共振ピークを適切な周波数に配置するように制御し、発生する弾性表面波の共振ピークの数およびその強度分布をコントロールすることができる。さらに、弾性表面波のバルク波へのモード変換時の放射損を最適に防ぐことが可能となり、通過帯域のフィルタ特性を広帯域化しつつ通過帯域の平坦性および挿入損失を向上させることができる。

さらに、図２に本発明の弾性表面波装置の電極構造についての平面図を示す。

図２に示すように、上記構成の弾性表面波共振器において、弾性表面波共振器を構成するＩＤＴ電極３に対して、直列または並列に（図２の場合直列に）、ＩＤＴ電極とそのＩＤＴ電極を挟む反射器とから成り、１つ以上のモード共振を発生させる共振子（弾性表面波共振器）12を接続したことにより、インピーダンス整合が良好にとれるようになり、弾性表面波共振子12を接続することで減衰極を形成することが可能となり、帯域外減衰量が高減衰において要求される仕様を満たすように特性を制御できる弾性表面波装置を実現している。

また、上記構成の弾性表面波共振器を２段縦続接続したことにより、段間の縦続接続により、共振モード選択の自由度が大きくなり、そのため弾性表面波の振幅分布の制御の自由度が増し、フィルタ特性の制御に利用することが可能となる。共振モード選択の自由度が大きいと、ある程度以上の周波数の間隔をあけて共振周波数を配置することが可能となる。つまり、１段目から２段目につながる経路を増やすことができ、発生する弾性表面波の共振モードを重ね合わせて通過帯域の設計の自由度が増し、帯域外減衰量を高減衰にすることができ、より効果的に広い通過帯域幅を保ったまま平坦性および挿入損失を向上させた弾性表面波装置を提供できる。

なお、ＩＤＴ電極２〜７，反射器電極８〜11，共振子12の電極指の本数は数本〜数100本にも及ぶので、簡単のため、図においてはそれら形状を簡略化して図示している。なお、13は入力端子であり、14，15は出力端子である。

また、弾性表面波共振器、弾性表面波装置用の圧電基板１としては、36°±３°ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム単結晶、42°±３°ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム単結晶、64°±３°ＹカットＸ伝搬ニオブ酸リチウム単結晶、41°±３°ＹカットＸ伝搬リチウム単結晶、45°±３°ＸカットＺ伝搬四ホウ酸リチウム単結晶は電気機械結合係数が大きく、かつ、周波数温度係数が小さいため圧電基板として好ましい。また、これらの焦電性圧電単結晶のうち、酸素欠陥やＦｅ等の固溶により焦電性を著しく減少させた基板であれば、デバイスの信頼性上良好である。圧電基板の厚みは0.1〜0.5ｍｍ程度がよく、0.1ｍｍ未満では圧電基板が脆くなり、0.5ｍｍ超では材料コストと部品寸法が大きくなり使用に適さない。

また、ＩＤＴ電極および反射器電極は、ＡｌもしくはＡｌ合金（Ａｌ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｔｉ系）からなり、蒸着法、スパッタリング法、またはＣＶＤ法などの薄膜形成法により形成する。電極厚みは0.1〜0.5μｍ程度とすることが弾性表面波フィルタとしての特性を得る上で好適である。

さらに、本発明に係る弾性表面波フィルタの電極および圧電基板上の弾性表面波伝搬部に、ＳｉＯ_２，ＳｉＮ_ｘ，Ｓｉ，Ａｌ_２Ｏ_３を保護膜として形成して、導電性異物による通電防止や耐電力向上を図ることもできる。

また、本発明の弾性表面波フィルタを通信装置に適用することができる。即ち、少なくとも受信回路または送信回路の一方を備え、これらの回路に含まれるバンドパスフィルタとして用いる。例えば、送信回路から出力された送信信号をミキサでキャリア周波数にのせて、不要信号をバンドパスフィルタで減衰させ、その後、パワーアンプで送信信号を増幅して、デュプレクサを通ってアンテナより送信することができる送信回路を備えた通信装置、または、受信信号をアンテナで受信し、デュプレクサを通った受信信号をローノイズアンプで増幅し、その後、バンドパスフィルタで不要信号を減衰して、ミキサでキャリア周波数から信号を分離し、この信号を取り出す受信回路へ伝送するような受信回路を備えた通信装置に適用可能である。従って、本発明の弾性表面波装置を採用すれば、感度が向上した優れた通信装置を提供できる。

さらに、図３に本発明の弾性表面波装置の電極構造についての平面図を示す。この例では、２段目の弾性表面波共振器の中央のＩＤＴ電極６の一方の共通電極を２つに分割して、２つの平衡出力端子へ接続される電極とすることにより、不平衡−平衡信号の変換器の機能を有した弾性表面波装置を提供できる。

以上により、優れた弾性表面波共振器または弾性表面波装置を有する受信回路や送信回路を備え、それらの感度が格段に良好な優れた通信装置を提供できる。

なお、上述した実施の形態の説明では、簡単のために圧電基板１上を伝搬する弾性表面波の伝搬方向に沿って、この伝搬方向に対して直交する方向に長い電極指を多数本有する３つのＩＤＴ電極を配設した例を示したが、これに限定されるものではなく、ＩＤＴ電極を３つ以外の複数配設するようにしてもよく、その他の構成においても、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更することは可能である。

本発明の実施例について以下に説明する。

図１（ｂ）に示す弾性表面波装置を具体的に作製した実施例について説明する。38.7°ＹカットのＸ方向伝搬とするＬｉＴａＯ_３単結晶の圧電基板１上に、Ａｌ（99質量％）−Ｃｕ（１質量％）合金による微細電極パターンを形成した。そして、各隣り合うＩＤＴ電極間のＩＤＴ電極の電極指ピッチは、図１（ａ）に示すようなＩＤＴ電極の電極指ピッチのプロファイルを有する。ＩＤＴ電極３側の第１の部分Ｌ２部の電極指ピッチの平均値は、2.15μｍであり、第２の部分Ｌ１部の電極指ピッチは、2.27μｍとした。また、ＩＤＴ電極４側の第１の部分Ｌ３部の電極指ピッチの平均値は、2.20μｍであり、第２の部分Ｌ４部の電極指ピッチは、2.25μｍとした。図１（ａ）に示すような第１の部分における電極指ピッチが広い広ピッチ領域Ｃ部を有している。また、２つの第１の部分における電極指ピッチの最小部であるＢ部が、各隣り合う２つのＩＤＴ電極の境界から外れた片方側のＩＤＴ電極側に位置している。

そして、２つの弾性表面波共振器がＩＤＴ電極２，５およびＩＤＴ電極４，７により２段で縦続接続されている。

また、各電極のパターン作製には、スパッタリング装置、縮小投影露光機（ステッパー）、およびＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置によりフォトリソグラフィを施すことにより行なった。

まず、圧電基板１をアセトン，ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）等によって超音波洗浄し、有機成分を落とした。次に、クリーンオーブンによって充分に圧電基板１の乾燥を行なった後、各電極となる金属層の成膜を行なった。金属層の成膜にはスパッタリング装置を使用し、金属層の材料としてＡｌ（99質量％）−Ｃｕ（１質量％）合金を用いた。このときの金属層の膜みは約0.33μｍとした。

次に、金属層上にフォトレジストを約0.5μｍの厚みにスピンコートし、縮小投影露光装置（ステッパー）により、所望形状にパターニングを行ない、現像装置にて不要部分のフォトレジストをアルカリ現像液で溶解させ、所望パターンを表出させた。その後、ＲＩＥ装置により金属層のエッチングを行ない、パターニングを終了し、弾性表面波装置を構成する各電極のパターンを得た。

この後、電極の所定領域上に保護膜を形成した。即ち、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置により、各電極のパターンおよび圧電基板１上にＳｉＯ_２膜を約0.02μｍの厚みで形成した。

その後、フォトリソグラフィによりパターニングを行ない、ＲＩＥ装置等でフリップチップ用窓開け部のエッチングを行なった。その後、スパッタリング装置を使用し、Ａｌを主体とするパッド電極を成膜した。このときのパッド電極の膜厚は約1.0μｍとした。その後、フォトレジストおよび不要箇所のＡｌをリフトオフ法により同時に除去し、弾性表面波装置を外部回路基板等にフリップチップするための導体バンプを形成するためのパッド電極を完成した。

次に、上記パッド電極上にＡｕからなるフリップチップ用の導体バンプをバンプボンディング装置を使用して形成した。導体バンプの直径は約80μｍ、その高さは約30μｍであった。

次に、圧電基板１に分割線に沿ってダイシング加工を施し、各弾性表面波装置（チップ）ごとに分割した。その後、各チップをフリップチップ実装装置にて電極パッドの形成面を下面にしてパッケージ内に収容し接着した。その後、Ｎ_２雰囲気中でベーキングを行ない、パッケージ化された弾性表面波装置を完成した。パッケージは、セラミック層を多層積層して成る2.5×2.0ｍｍ角の積層構造のものを用いた。

また、比較用サンプルとして、図１（ｂ）に示すような隣り合う２つのＩＤＴ電極がそれぞれ、相手側の端部から一部分であって電極指ピッチが残りの部分の電極指ピッチと異なる第１の部分と残りの部分であって電極指ピッチが一定な第２の部分とで構成されておらず、ＩＤＴ電極における電極指ピッチが一定な弾性表面波装置を上記と同様の工程で作製した。各弾性表面波共振器の両側に配設した反射器電極８〜11の平均電極指ピッチは、2.13μｍとした。

次に、本実施例および比較例の弾性表面波装置の特性測定を行なった。０ｄＢｍの信号を入力し、周波数780〜960ＭＨｚ、測定ポイントを800ポイントの条件にて測定した。サンプル数はそれぞれ30個、測定機器はマルチポートネットワークアナライザ（アジレントテクノロジー社製「E5071A」）を用いた。

通過帯域近傍の周波数特性のグラフを図４に示す。図４は、フィルタの伝送特性を表す挿入損失の周波数依存性を示すグラフである。本実施例品のフィルタ特性は非常に良好であった。即ち、図４の実線に示すように、本実施例品の挿入損失は1.79ｄＢ、リップルは0.20ｄＢ、比帯域幅は4.9％であった。

一方、図４の破線に示すように、比較例品の挿入損失は2.00ｄＢ、リップルは1.80ｄＢ、比帯域幅は3.8％であった。

このように本実施例では、通過帯域を広帯域に保ちながら平坦性および挿入損失を向上させた弾性表面波装置を実現することができた。

本発明の弾性表面波装置について実施の形態の例を示し、（ａ）は隣り合うＩＤＴ電極における各電極の位置と電極指ピッチとの関係を示すグラフ、（ｂ）は各電極のパターンを示す弾性表面波共振器の平面図である。本発明の弾性表面波装置について実施の形態の他例を示す平面図である。本発明の弾性表面波装置について実施の形態の他例を示す平面図である。本発明の実施例および比較例の弾性表面波装置の通過帯域およびその近傍における挿入損失の周波数特性をそれぞれ示すグラフである。（ａ）は従来の共振器型弾性表面波フィルタの各電極の位置と電極指のピッチとの関係を示すグラフ、（ｂ）は従来の共振器型弾性表面波フィルタの電極構造について示す平面図である。

符号の説明

１：圧電基板
２〜７，203〜209：ＩＤＴ電極
８〜11，210〜213：反射器電極
12：共振子
13：入力端子
14，15，216，217：出力端子

Claims

圧電基板上に、該圧電基板上を伝搬する弾性表面波の伝搬方向に沿って、該伝搬方向に対して直交する方向に長い電極指を多数本有する複数のＩＤＴ電極を配設してなるとともに、前記複数のＩＤＴ電極のうち隣り合う２つのＩＤＴ電極がそれぞれ、相手側の端部から一部分であって電極指ピッチが残りの部分の電極指ピッチと異なる第１の部分と前記残りの部分であって電極指ピッチが一定な第２の部分とで構成され、前記第１の部分の電極指ピッチの平均値が前記第２の部分の電極指ピッチより短く形成されているとともに前記第１の部分の電極指ピッチが前記隣り合う２つのＩＤＴ電極の境界に向かって短くなっており、２つの前記第１の部分の少なくとも一方に前記第２の部分の電極指ピッチよりも電極指ピッチが広い広ピッチ領域を備えていることを特徴とする弾性表面波共振器。
２つの前記第１の部分における電極指ピッチの最小部が、前記隣り合う２つのＩＤＴ電極の境界から外れた片方側にあることを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波共振器。
前記隣り合う２つのＩＤＴ電極において、一方のＩＤＴ電極の前記第２の部分の電極指ピッチが他方のＩＤＴ電極の前記第２の部分の電極指ピッチよりも長く、前記第１の部分の前記電極指ピッチの最小部が前記一方のＩＤＴ電極側にあることを特徴とする請求項２に記載の弾性表面波共振器。
前記隣り合う２つのＩＤＴ電極において、一方のＩＤＴ電極の前記第２の部分の電極指ピッチが他方のＩＤＴ電極の前記第２の部分の電極指ピッチよりも長く、前記一方のＩＤＴ電極の前記第１の部分の電極指ピッチの平均値が前記他方のＩＤＴ電極の前記第１の部分の電極指ピッチの平均値よりも短いことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の弾性表面波共振器。
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の弾性表面波共振器を構成する前記ＩＤＴ電極に対して、直列または並列に、ＩＤＴ電極と該ＩＤＴ電極を挟む反射器とから成り、１つ以上のモード共振を発生させる共振子を接続したことを特徴とする弾性表面波装置。
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の弾性表面波共振器を２段縦続接続したことを特徴とする弾性表面波装置。
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の弾性表面波共振器を有する、受信回路および送信回路の少なくとも一方を備えたことを特徴とする通信装置。
請求項５または請求項６に記載の弾性表面波装置を有する、受信回路および送信回路の少なくとも一方を備えたことを特徴とする通信装置。