JP5094074B2

JP5094074B2 - 弾性表面波素子及び弾性表面波装置

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Publication number: JP5094074B2
Application number: JP2006205042A
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Inventors: 宏行田中
Original assignee: Kyocera Corp
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Priority date: 2006-07-27
Filing date: 2006-07-27
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2026-07-27
Also published as: JP2008035092A

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等として機能する弾性表面波素子、及びそれを用いた弾性表面波装置、並びにその弾性表面波装置を備えた通信装置に関するものである。

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７（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７（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（不平衡入力端子）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（平衡出力端子）２１６，２１７へ電気信号が出力される。

なお、図７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により、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（平衡出力端子）２１６，２１７から電気信号が出力される。また、ＩＤＴ電極２０３〜２０５の両端及びＩＤＴ電極２０６〜２０９の両端に位置する反射器電極２１０，２１１及び２１２，２１３により弾性表面波が反射され、反射器電極２１０，２１１間及び反射器電極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、弾性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の制御により、共振周波数の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電極に容量を付加させて共振周波数の間隔を制御していた。

以上により、従来の２重モード弾性表面波共振器フィルタでは、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０．４％（例えば、特許文献１を参照）、また、容量の付加を行った場合でも高々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、最大の比帯域幅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及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、低損失で高域側の通過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）。

また、図８は、従来の弾性表面波装置の実施の形態を示す断面図である。図８に示すように、充分な帯域幅を確保するために、５つのＩＤＴ電極を用いて、隣り合うＩＤＴ電極の電極指の中心間距離をそれぞれ等しくして配置し、弾性表面波装置の通過帯域を広帯域化する構成も提案されている（例えば、非特許文献１を参照）。なお、図８において、１は圧電基板、２〜６はＩＤＴ電極、７，８は反射器電極、９は入力端子、１０，１１は出力端子である。
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 M Koshino,"A Wide-band Balanced SAW Filter with Longitudinal Multi-mode Resonator", in: IEEE Ultrasonics Symposium 2000

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。

また、図８に示すように、従来の弾性表面波装置の実施の形態で、充分な通過帯域幅を確保するために、５つのＩＤＴ電極２〜６を用いて、隣り合うＩＤＴ電極（ＩＤＴ電極２，３、ＩＤＴ電極３，４、ＩＤＴ電極４，５、ＩＤＴ電極５，６）の各電極指中心間距離を等しくしたのみ（図８のＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４が等しい。）で、隣り合うＩＤＴ電極の電極指ピッチの対称性が無い場合は、弾性表面波の反対称モードが励起されて、弾性表面波の振幅が打ち消しあい、弾性表面波装置の通過帯域内の高域側に発生する微小リップルを抑制することができないという問題があった。

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に配置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、さらに挿入損失及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電極の配置及び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位置に配置調整することができる。

従って、本発明は上記従来の技術における問題点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素子、弾性表面波装置及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素子は、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５個または６個のＩＤＴ電極が配設されているとともに、前記５個または６個の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、隣り合う２つのＩＤＴ電極の一方の端と他方の端との間の電極指中心間距離が等しく、前記５個または６個のＩＤＴ電極のうち端から２個目のＩＤＴ電極の両隣りのＩＤＴ電極の前記第１の部分の電極指ピッチが、前記２個目のＩＤＴ電極の中心を通って前記伝搬方向に直交する方向に設けた仮想軸に対して対称になるように形成されていることを特徴とするものである。

また、本発明の弾性表面波装置は、２）上記１）の弾性表面波素子からなる第１及び第２の弾性表面波素子が、ＩＤＴ電極及び反射器電極を有するとともに不平衡入力端子または不平衡出力端子が接続された弾性表面波共振子を介して並列接続されており、前記第１及び第２の弾性表面波素子のそれぞれが平衡出力部または平衡入力部とされ、前記第１及び第２の弾性表面波素子のそれぞれの中央の１個または２個の前記ＩＤＴ電極に平衡出力端子または平衡入力端子が接続されていることを特徴とするものである。

また、本発明の弾性表面波装置は、３）上記１）の弾性表面波素子のＩＤＴ電極に対して直列または並列に、ＩＤＴ電極とそれを挟む反射器電極とを有するとともに１つ以上のモード共振を発生させる弾性表面波共振子が接続されていることを特徴とするものである。

また、本発明の弾性表面波装置は、４）上記１）の弾性表面波素子が２段縦続接続されていることを特徴とするものである。

本発明の通信装置は、５）上記１）の弾性表面波素子を有する、受信回路及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ものである。

また、本発明の通信装置は、６）上記２）乃至４）のいずれかの弾性表面波装置を有する、受信回路及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ものである。

本発明の１）の弾性表面波素子によれば、圧電基板上に、圧電基板上を伝搬する弾性表面波の伝搬方向に沿って、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５個または６個のＩＤＴ電極が配設されているとともに、５個または６個の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おり、隣り合う２つのＩＤＴ電極の一方の端と他方の端との間の電極指中心間距離が等しく、５個または６個のＩＤＴ電極のうち端から２個目のＩＤＴ電極の両隣りのＩＤＴ電極の第１の部分の電極指ピッチが、２個目のＩＤＴ電極の中心を通って伝搬方向に直交する方向に設けた仮想軸に対して対称になるように形成されていることにより、従来の弾性表面波の励振モードが非対称であった場合、反対称モードの振幅を有する弾性表面波が励起され、振幅を打ち消し合うため、弾性表面波装置の挿入損失の周波数特性の通過帯域における高域側に微小リップルが発生するが、本発明の構成の場合、励振された弾性表面波の高次モードの分布が対称となり、弾性表面波の励振フィールドが対称になり、弾性表面波の振幅を打ち消しあうことがなく、励振効率が劣化することがなく、弾性表面波の励振モードが対称モードのみとすることができ、その結果弾性表面波装置の挿入損失の周波数特性の通過帯域における高域側に微小リップルが発生することを抑制することができる。そのため、弾性表面波フィルタとしてのフィルタ特性において厳しく要求されている通過帯域内の挿入損失を改善することができる。

また、隣り合うＩＤＴ電極部に電極指ピッチが短い部分を有することにより、共振モードを適切に配置して、ある程度以上の間隔をあけて共振周波数を配置することが可能（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位置に配置制御することができ、さらに、弾性表面波がバルク波にモード変換することを抑制することができ、５つまたは６つのＩＤＴ電極を配置することにより、結果として広帯域化しつつ平坦性及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うことができる。

また、本発明の２）の弾性表面波装置は、上記１）の構成の弾性表面波素子からなる第１及び第２の弾性表面波素子が、ＩＤＴ電極及び反射器電極を有するとともに不平衡入力端子または不平衡出力端子が接続された弾性表面波共振子を介して並列接続されており、第１及び第２の弾性表面波素子のそれぞれが平衡出力部または平衡入力部とされ、第１及び第２の弾性表面波素子のそれぞれの中央の１個または２個のＩＤＴ電極に平衡出力端子または平衡入力端子が接続されていることにより、弾性表面波共振子を介して並列接続されているので、弾性表面波素子のＩＤＴ電極の交差幅を半分にして、電極の配線抵抗を低減することができ、弾性表面波装置の挿入損失の向上させることができる。

また、第１及び第２の弾性表面波素子が不平衡入力端子または不平衡出力端子が接続された弾性表面波共振子を介して並列接続された構造により、初段の接続先が縦結合弾性表面波素子の場合は、インピーダンスが５０Ωで入力または出力された場合に５０Ωで２つの後段の弾性表面波素子に接続されることが難しく、要求されるインピーダンス整合を取ることが困難になるが、本発明のように初段が弾性表面波共振子の場合は、インピーダンス整合を容易に取ることができる。

また、本発明の３）の弾性表面波装置は、上記１）の弾性表面波素子のＩＤＴ電極に対して直列または並列に、ＩＤＴ電極とそれを挟む反射器電極とから成るとともに１つ以上のモード共振を発生させる弾性表面波共振子が接続されていることにより、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、本発明の４）の弾性表面波装置は、上記１）の弾性表面波素子が２段縦続接続されていることより、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及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。

そして、本発明の通信装置によれば、以上のような本発明の弾性表面波素子または弾性表面波装置を通信装置に用いることにより、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の部分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素子について実施の形態の１例の平面図を示す。また、一例として、図１（ａ）に、図１（ｂ）で示した本発明の弾性表面波素子のＩＤＴ電極の電極指ピッチの変化の線図を示す。

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、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、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５個のＩＤＴ電極２，３，４，５，６が配設されているとともに、５個のＩＤＴ電極２〜６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４，５、ＩＤＴ電極５，６）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おり、隣り合う２つのＩＤＴ電極の一方の端と他方の端との間の電極指中心間距離が等しく、５個のＩＤＴ電極のうち端から２個目のＩＤＴ電極３，５の両隣りのＩＤＴ電極の第１の部分の電極指ピッチが、２個目のＩＤＴ電極３，５の中心を通って伝搬方向に直交する方向に設けた仮想軸に対して対称になるように形成されている。なお、７，８は反射器電極であり、９は不平衡入力端子または不平衡出力端子であり、１０，１１は平衡出力端子または平衡入力端子である。

なお、図１（ａ）において、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４は、隣り合う２つのＩＤＴ電極（ＩＤＴ電極２とＩＤＴ電極３、ＩＤＴ電極３とＩＤＴ電極４、ＩＤＴ電極４とＩＤＴ電極５、ＩＤＴ電極５とＩＤＴ電極６）の一方の端と他方の端との間の電極指中心間距離を示し、それらは等しく形成されている。Ｌ１〜Ｌ４の値は０．９１〜０．９２μｍ程度である。

また、図１（ａ）において、ＩＤＴ２〜６はＩＤＴ電極２〜６を示し、２ａ〜６ａはＩＤＴ電極２〜６のそれぞれの第１の部分、２ｂ〜６ｂはＩＤＴ電極２〜６のそれぞれの第２の部分を示す。

また、５個のＩＤＴ電極２〜６のうち端から２個目のＩＤＴ電極３，５の両隣りのＩＤＴ電極２，４及び４，６の第１の部分２ａ，４ａ，６ａの電極指ピッチが、２個目のＩＤＴ電極３，５の中心を通って伝搬方向に直交する方向に設けた仮想軸に対して対称になるように形成されているが、Ｒ１，Ｒ２は、その対称に形成された領域を示すものである。Ｒ１は、ＩＤＴ電極３の仮想軸に対して対称な領域、Ｒ２は、ＩＤＴ電極５の仮想軸に対して対称な領域を示す。

なお、図１（ａ）において、電極指ピッチのプロファイルを示す線上に記載された数値（左から７０，２９，４，８，２，２３，２，８，４，４０，４，８，２，２３，２，８，４，２９，７０）は、そのプロファイルの部位における電極指の本数を示す。また、図１（ｂ）はＩＤＴ電極２〜６、反射器電極７，８の概略を示すものであるため、図１（ｂ）に描かれた電極指の本数は、図１（ａ）の数値に示される電極指の本数とは厳密に対応するものではない。

上記の構成により、従来の弾性表面波の励振モードが非対称であった場合、反対称モードの振幅を有する弾性表面波が励起され、振幅を打ち消し合うため、弾性表面波装置の挿入損失の周波数特性の通過帯域における高域側に微小リップルが発生するが、本発明の構成の場合、励振された弾性表面波の高次モードの分布が対称となり、弾性表面波の励振フィールドが対称になり、弾性表面波の振幅を打ち消しあうことがなく、その結果、励振効率が劣化することがなく、弾性表面波の励振モードが対称モードのみとすることができ、弾性表面波装置の挿入損失の周波数特性の通過帯域における高域側に微小リップルが発生することを抑制することができる。そのため、弾性表面波フィルタのフィルタ特性において厳しく要求されている、通過帯域内の挿入損失を改善することができる。

また、隣り合うＩＤＴ電極部に電極指ピッチが短い部分を有することにより、共振モードを適切に配置して、ある程度以上の間隔をあけて共振周波数を配置することが可能（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位置に配置制御することができ、さらに、弾性表面波がバルク波にモード変換することを抑制することができ、５つまたは６つのＩＤＴ電極を配置することにより、結果として広帯域化しつつ平坦性及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うことができる。

図２に本発明の弾性表面波装置について実施の形態の１例の平面図を示す。図２の弾性表面波装置は、上記図１の構成の弾性表面波素子からなる第１及び第２の弾性表面波素子２３，２４が、ＩＤＴ電極２〜６，１２〜１６及び反射器電極７，８，１７，１８からなるとともに不平衡入力端子９または不平衡出力端子９が接続された弾性表面波共振子２２を介して並列接続されており、第１及び第２の弾性表面波素子２３，２４のそれぞれが平衡出力部または平衡入力部とされ、第１及び第２の弾性表面波素子２３，２４のそれぞれの中央の１個または２個のＩＤＴ電極３，５，１３，１５に平衡出力端子１０，１１または平衡入力端子１０，１１が接続されている。

上記の構成により、第１及び第２の弾性表面波素子２３，２４が弾性表面波共振子２２を介して並列接続されているので、第１及び第２の弾性表面波素子２３，２４のＩＤＴ電極２〜６，１２〜１６の交差幅を半分にして、ＩＤＴ電極２〜６，１２〜１６の配線抵抗を低減することができ、弾性表面波装置の挿入損失特性を向上させる（挿入損失を小さくする）ことができる。

また、第１及び第２の弾性表面波素子２３，２４が、不平衡入力端子９または不平衡出力端子９が接続された弾性表面波共振子２２を介して並列接続された構成により、初段の接続先が縦結合弾性表面波素子の場合は、インピーダンスが５０Ωで入力または出力された場合には５０Ωで２つの後段の弾性表面波素子に接続することが難しく、要求されるインピーダンス整合を取ることが困難になるが、本発明のように初段が弾性表面波共振子２２の場合はインピーダンス整合を容易に取ることができる。

図３に本発明の弾性表面波装置について実施の形態の他例の平面図を示す。図３の弾性表面波装置は、上記図１の構成において、弾性表面波素子のＩＤＴ電極２〜６に対して直列または並列に、ＩＤＴ電極１９とそれを挟む反射器電極２０，２１とを有するとともに１つ以上のモード共振を発生させる弾性表面波共振子２２が接続されている。これにより、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２２を接続することで減衰極を形成することが可能であり、通過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。

図４に本発明の弾性表面波装置について実施の形態の他例の平面図を示す。図４の弾性表面波装置は、上記図１の構成の弾性表面波素子２５，２６が２段縦続接続されている。これより、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、通過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及び挿入損失を向上させることができる。

図９に本発明の弾性表面波装置について実施の形態の他例の平面図を示す。図９の弾性表面波装置は、６個のＩＤＴ電極３２〜３７と、それらの両端に形成された反射器電極３８，３９とを有する構成である。なお、中央のＩＤＴ電極３４，３５は接地側の共通電極（バスバー電極）が繋がっているが、分割された平衡出力端子４１，４２側のＩＤＴ電極３４，３５に対応させて分割されていてもよい。なお、４０は不平衡入力端子である。

なお、ＩＤＴ電極２〜６，１２〜１６，１９、反射器電極７，８、１７，１８、弾性表面波共振子２２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、９は不平衡入力端子であり、１０，１１は平衡出力端子である。

また、弾性表面波フィルタとしての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伝搬ニオブ酸リチウム単結晶、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１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圧電基板１であれば、弾性表面波装置の信頼性上良好である。圧電基板１の厚みは０．１〜０．５ｍｍ程度がよく、０．１ｍｍ未満では圧電基板１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２〜６，１２〜１６，１９及び反射器電極７，８、１７，１８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法等の薄膜形成法により形成される。それらの電極の厚みは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装置の電極及び圧電基板１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装置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及び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。

以上により、優れた弾性表面波素子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、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５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６つ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％）合金からな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（ＩＤＴ電極２，３、ＩＤＴ電極３，４、ＩＤＴ電極４，５、ＩＤＴ電極５，６）間のＩＤＴ電極２〜６の電極指ピッチは、図１（ａ）に示すようなＩＤＴ電極２〜６の電極指ピッチのプロファイルを有する。図１（ａ）に示すように、５個のＩＤＴ電極２〜６のうち端から２個目のＩＤＴ電極３，５の両隣りのＩＤＴ電極２，４，６の第１の部分（電極指ピッチが小さくなっている部分）の電極指ピッチが、２個目のＩＤＴ電極３，５の中心を通って伝搬方向に直交する方向に設けた仮想軸に対して対称になるように形成されている。

Ｌ１〜Ｌ４は、それぞれ０．９２μｍであり、等しく形成されている。

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）、及び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の乾燥を行った後、各電極となる金属層の成膜を行った。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０．１８μｍ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、縮小投影露光装置により、所望形状にパターニングを行い、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、各電極のパターン及び圧電基板１上にＳｉＯ_２膜を約０．０１μｍ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、フォトレジスト及び不要箇所の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、比較例の弾性表面波装置として、図５（ｂ）に示すような５個のＩＤＴ電極２〜６のうち端から２個目のＩＤＴ電極３，５の両隣りのＩＤＴ電極２，４，６の第１の部分の電極指ピッチが、２個目のＩＤＴ電極３，５の中心を通って伝搬方向に直交する方向に設けた仮想軸に対して非対称になるように形成されている弾性表面波装置を上記と同様の工程で作製した。

なお、図５（ａ）において、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４は、隣り合う２つのＩＤＴ電極（ＩＤＴ電極２とＩＤＴ電極３、ＩＤＴ電極３とＩＤＴ電極４、ＩＤＴ電極４とＩＤＴ電極５、ＩＤＴ電極５とＩＤＴ電極６）の一方の端と他方の端との間の電極指中心間距離を示し、それらは等しく形成されている。Ｌ１〜Ｌ４は、それぞれ０．９２μｍである。

また、５個のＩＤＴ電極２〜６のうち端から２個目のＩＤＴ電極３，５の両隣りのＩＤＴ電極２，４及び４，６の第１の部分２ａ，４ａ及び４ａ，６ａの電極指ピッチが、２個目のＩＤＴ電極３，５の中心を通って伝搬方向に直交する方向に設けた仮想軸に対して非対称になるように形成されているが、Ｒ１１，Ｒ２１は、その非対称に形成された領域を示すものである。Ｒ１１は、ＩＤＴ電極３の仮想軸に対して非対称な領域、Ｒ２１は、ＩＤＴ電極５の仮想軸に対して非対称な領域を示す。

なお、図５（ａ）において、電極指ピッチのプロファイルを示す線上に記載された数値（左から７０，２９，４，８，２，２３，２，６，２，４，４０，４，２，６，２，２３，２，８，４，２９，７０）は、そのプロファイルの部位における電極指の本数を示す。また、図１（ｂ）はＩＤＴ電極２〜６、反射器電極７，８の概略を示すものであるため、図１（ｂ）に描かれた電極指の本数は、図１（ａ）の数値に示される電極指の本数とは厳密に対応するものではない。

次に、本実施例及び比較例の弾性表面波装置について特性測定を行った。０ｄＢｍの信号を入力し、周波数１７６０ＭＨｚ〜２１６０ＭＨｚ、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６に示す。図６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６の実線に示すように、本実施例品の通過帯域における挿入損失の周波数依存性は、通過帯域内の高域側に微小リップルが発生しなかった。一方、図６の破線に示すように、比較例品の通過帯域内の高域側には、挿入損失が約３．５ｄＢの微小リップルが発生した。この微小リップルが発生した周波数（約１９９５ＭＨｚ）における実施例品の挿入損失は約１．５ｄＢであり、比較例品は約２ｄＢもの挿入損失の劣化が生じた。

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、通過帯域の高域側に微小リップルが発生するのを抑制することができ、平坦性及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素子について実施の形態の１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素子の平面図である。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。比較例の弾性表面波装置を示し、（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素子の平面図である。本発明の実施例及び比較例の弾性表面波装置について通過帯域及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。従来の弾性表面波装置の電極構造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。

符号の説明

１：圧電基板
２〜６，１２〜１６，１９：ＩＤＴ電極
７，８、１７，１８：反射器電極
２２：弾性表面波共振子
２３〜２６：弾性表面波素子
９：入力端子
１０，１１：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５個のＩＤＴ電極が配設されているとともに、前記５個の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、
前記５個のＩＤＴ電極を前記伝搬方向に沿って端から順に第１ＩＤＴ電極、第２ＩＤＴ電極、第３ＩＤＴ電極、第４ＩＤＴ電極および第５ＩＤＴ電極としたときに、
前記第１ＩＤＴ電極の第１の部分と前記第３ＩＤＴ電極の前記２ＩＤＴ電極側の第１の部分の電極指ピッチが、前記第２ＩＤＴ電極の中心を通って前記伝搬方向に直交する方向に設けた第１仮想軸に対して互いに対称になるように形成され、
前記第１ＩＤＴ電極の第１の部分と前記第３ＩＤＴ電極の前記２ＩＤＴ電極側の第１の部分の電極指の本数が同じであり、
前記第２ＩＤＴ電極の前記第１ＩＤＴ電極側の第１の部分と前記第２ＩＤＴ電極の第３ＩＤＴ電極側の第１の部分の電極指ピッチが、前記第１仮想軸に対して互いに対称になるように形成され、
前記第２ＩＤＴ電極の前記第１ＩＤＴ電極側の第１の部分と前記第２ＩＤＴ電極の第３ＩＤＴ電極側の第１の部分の電極指の本数が同じであり、
前記第３ＩＤＴ電極の前記４ＩＤＴ電極側の第１の部分と前記第５ＩＤＴ電極の第１の部分の電極指ピッチが、前記第４ＩＤＴ電極の中心を通って前記伝搬方向に直交する方向に設けた第２仮想軸に対して互いに対称になるように形成され、
前記第３ＩＤＴ電極の前記４ＩＤＴ電極側の第１の部分と前記第５ＩＤＴ電極の第１の部分の電極指の本数が同じであり、
前記第４ＩＤＴ電極の前記第３ＩＤＴ電極側の第１の部分と前記第４ＩＤＴ電極の第５電極側の第１の部分の電極指ピッチが、前記第２仮想軸に対して互いに対称になるように形成され、
前記第４ＩＤＴ電極の前記第３ＩＤＴ電極側の第１の部分と前記第４ＩＤＴ電極の第５電極側の第１の部分の電極の本数が同じであることを特徴する弾性表面波素子。
前記第１ＩＤＴ電極の前記第２ＩＤＴ電極側の端に位置する電極指と前記第２ＩＤＴ電極の前記第１ＩＤＴ電極側の端に位置する電極指との中心間距離、前記第２ＩＤＴ電極の
前記第３ＩＤＴ電極側の端に位置する電極指と前記第３ＩＤＴ電極の前記第２ＩＤＴ電極側の端に位置する電極指との中心間距離、前記第３ＩＤＴ電極の前記第４ＩＤＴ電極側の端に位置する電極指と前記第４ＩＤＴ電極の前記第３ＩＤＴ電極側の端に位置する電極指との中心間距離、前記第４ＩＤＴ電極の前記第５ＩＤＴ電極側の端に位置する電極指と前記第５ＩＤＴ電極の前記第４ＩＤＴ電極側の端に位置する電極指との中心間距離は同一であることを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波素子。
請求項１の弾性表面波素子からなる第１及び第２の弾性表面波素子が、ＩＤＴ電極及び反射器電極を有するとともに不平衡入力端子または不平衡出力端子が接続された弾性表面波共振子を介して並列接続されており、前記第１及び第２の弾性表面波素子のそれぞれが平衡出力部または平衡入力部とされ、前記第１及び第２の弾性表面波素子のそれぞれの中央の１個または２個の前記ＩＤＴ電極に平衡出力端子または平衡入力端子が接続されていることを特徴とする弾性表面波装置。
請求項１の弾性表面波素子の前記ＩＤＴ電極に対して直列または並列に、ＩＤＴ電極とそれを挟む反射器電極とを有するとともに１つ以上のモード共振を発生させる弾性表面波共振子が接続されていることを特徴とする弾性表面波装置。
請求項１の弾性表面波素子が２段縦続接続されていることを特徴とする弾性表面波装置。