JP6352971B2 - 弾性波素子、フィルタ素子および通信装置 - Google Patents
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Description
て、図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いられる図は模式的なものであり、図面上の寸法比率等は現実のものとは必ずしも一致していない。
向の正側を上方として、上面、下面等の用語を用いるものとする。
図1は、本発明の一実施形態に係るSAW素子1の構成を示す平面図である。図2は図1のIc−Ic線における断面図である。
W素子1は、この他にも、上面3aを覆う保護層や、IDT電極5に信号の入出力を行なうための配線等を有していてもよい。
1は、弾性波の伝搬方向に対して傾斜していなくてもよい。
と同等に設定される。複数のダミー電極指25の長さ(y方向)は、例えば互いに同一である。ここで、第1バスバー21A側のギャップ24は第1ギャップ24Aといい、第2バスバー21B側のギャップ24は第2ギャップ24Bという。
ば1nm以上50nm以下に設定される。
材料:Al−Cu合金
(ただし、基板3と導電層15との間には6nmのTiからなる下地層あり。)
厚さe(Al−Cu合金層):154nm
保護層11:
材料:SiO2
厚さT:15nm
IDT電極の電極指:
ピッチPt(第1電極指23Aと第2電極指23Bとの中心間間隔):1.06μm
Duty(w1/Pt):0.5
本数:300本
交差幅W:42.4μm
ダミー電極指の長さ:4.24μm
反射器の電極指の本数:30本
図5の結果から、傾斜角度θを2°よりも大きくすると、傾斜角度が0°のときと比較して、Δfを小さくできることが分かった。すなわち、第1傾斜角度θAおよび第2傾斜角度θBを2°よりも大きく設定し、第1および第2仮想線L1、L2に沿って並ぶよう
に電極指の先端部分を配置することによって、Δfを小さくすることができる。その結果、フィルタ特性の急峻性を高くできるSAW素子が得られる。
図6は、基板3に42°YX−LiTaO3、44°YX−LiTaO3および46°YX−LiTaO3を用い、SAW素子1の傾斜角度θを変化させたときの、インピーダンスの位相αの最大位相αmaxの実測結果を示す図である。横軸は傾斜角度θ(°)を示
し、縦軸はαmax(°)を示している。3種類の基板3の全てにおいて、θ=0°からθ
=10°まで傾斜角度θを大きくしていくと、最大位相αmaxを大きくすることができ、
伝搬損失を小さくすることができる。
きくなっていることが分かる。さらに、共振周波数から、共振周波数frと反共振周波数faとのおおよそ中間周波数fmまでの周波数帯域wf1において、傾斜角度θが0°よりも傾斜角度θが6°の方が、位相が全体的に大きいことが分かる。つまり、周波数帯域wf1内では、傾斜角度θが0°よりも傾斜角度θが6°の方が、伝搬損失が小さいことを示している。
ことができる。すなわち、LiTaO3からなる基板3において、IDT電極5の電極指23を傾斜させることにより、急峻性を高くし、伝搬損失を低減することができる。
とともに、周波数帯域wf1内では伝搬損失が低減されたSAW素子を得ることができる。
図8は、本発明の一実施形態の変形例に係るSAW素子1の要部を示す断面図である。本変形例のSAW素子1は、貼り合わせ基板300を用いている点で上述の実施形態と相違する。
る。
基板3 種類:42°YX−LiTaO3および46°YX−LiTaO3
厚み:20μm
支持基板10 種類:シリコン
厚み:230μm
貼り合わせ方式:直接接合
図9示す測定結果によれば、傾斜角度θを大きくしていくと、Δfが小さくなっていることが分かる。すなわち、第1傾斜角度θAおよび第2傾斜角度θBの傾斜角度を0°よりも大きく設定し、第1、第2仮想線L1、L2に沿って並ぶように電極指の先端部分を配置することによって、Δfを小さくすることができる。その結果、SAW素子1は、フィルタ特性の急峻性を向上することができる。なお、上述の実施形態のSAW素子1の図5に比較して、傾斜角度θに対するΔfの変化が滑らかではないが、本変形例では、バルク波によるスプリアスがインピーダンス特性上に影響を与えているためであると考えられる。
はαmax(°)を示している。
制することができる。
合わせ基板を用いているため、基板30をコア、支持基板10をクラッドと見立てた導波路になり、ある特定の周波数以外の周波数帯は、基板30内での弾性波伝搬の禁止帯となると考えられる。
にくく、変化が少ない結果になると考えられる。なお、前述した特定の周波数では、基板30内を弾性波が伝搬し、スプリアス特性としてインピーダンス特性上にその影響が現れる。
士の間隔が変化する。
図12は、基板30に46°YX−LiTaO3を用いた、傾斜角度θが0°と2°のSAW素子1のインピーダンス特性を示しているグラフである。なお、横軸は周波数fを示している。縦軸はインピーダンスZの位相αを示している。点線は傾斜角度θが0°のSAW素子、実線は傾斜角度θが2°のSAW素子を示している。
きる。その結果、フィルタ特性の急峻性を高くできるとともに、周波数帯域wf1内では伝搬損失が低減されたSAW素子を得ることができる。
第1ダミー電極指25Aの幅は、図14に示す通り、第2電極指23Bの幅よりも大きくなっていてもよい。このとき、第2ダミー電極指25Bの幅も第1電極指23Aの幅よ
りも大きくなるように構成されている。
、図17によれば、交差幅を15λ〜30λに変化させた場合でも同様の効果を得られることが分かる。特に、共振点における損失低減の効果は、交差幅が短いほど大きいことが分かる。
図18は、上述したSAW素子1を適用したSAW装置51の例を示す断面図である。
図19は、本発明の一実施形態に係るフィルタ素子600の模式的な回路図である。フィルタ素子600は、ラダー型フィルタ回路を含む第1の弾性波フィルタ700と、DMS型フィルタ回路を含む第2の弾性波フィルタ800で構成されている。第1の弾性波フィルタ700の通過帯域は、第2の弾性波フィルタ800の通過帯域よりも低い周波数に位置するように設定されている。
続されている。
基板30 種類:46°YX−LiTaO3
厚み:20μm
支持基板10 種類:シリコン
厚み:230μm
貼り合わせ方式:直接接合
また、第2の弾性波フィルタ800は、下記に示す貼り合わせ基板301を用いた。
基板3 種類:42°YX−LiTaO3
厚み:20μm
支持基板10 種類:シリコン
厚み:230μm
貼り合わせ方式:直接接合
シミュレーションを行なったフィルタ素子の構成は、直列SAW素子63、64、65、66は傾斜角度θが6°のSAW素子とし、並列SAW素子67、68、69は傾斜角度θが0°のSAW素子として第1の弾性波フィルタ700とした。そして、比較例を、図20に示すような直列SAW素子75、76、77、78および並列SAW素子67、68、69の全てが傾斜角度θが0°のSAW素子である第1の弾性波フィルタ701とした。なお、傾斜角度θが0°のSAW素子としては、傾斜角度θが0°以上2°以下のSAW素子を用いればよい。
を小さくすることができるため、透過特性−44[dB]において、比較例と実施例との
周波数差Δfhは約0.5[MHz]であり、比較例に対して、実施例は、透過特性の急峻性が向上していることが分かる。
上述の実施形態のフィルタ素子600では、直列SAW素子63、64、65、66の全てにSAW素子1を適用した場合であったが、設計によっては、フィルタ特性に悪影響が現れる場合がある。そのため、図22に示すように、直列SAW素子63、64、65、66のうち一部のみにSAW素子1を適用してもよい。一部の直列SAW素子にSAW素子1を適用することにより、設計によっては効率よく容量素子を配置することができたり、基板30上の電極指設計を小型化することができたりできるため、基板30上の設計自由度を向上させることができる。
極5が傾斜した構成を用いたが、図24に示す通り、弾性波の伝搬方向に対して互いに異なる方向に傾斜していてもよい。図24では、直列SAW素子65、66において、互いに異なる方向にIDT電極5(電極指23の配列)が傾斜したSAW素子1を用いている場合である。
さらに、直列SAW素子63、64、65、66の少なくとも1つに容量素子を並列に接続してもよい。例えば、変形例1に係るSAW素子1は直列SAW素子63、64、65、66の中でもピッチPtが小さくなっていることから、SAW素子1に容量素子を並列接続することにより、SAW素子1の反共振点が低周波数側に移動する。これにより、SAW素子1の反共振点が通過帯域の高周波数側の端部付近に位置するため、通過帯域の急峻性をさらに向上させることができる。容量素子としては、例えば、基板2上に櫛歯状の電極を配置することができる。
上述の実施形態のフィルタ素子600は、アンテナと、フィルタ素子600を制御するRF−ICとを有する通信装置に用いられる。アンテナはアンテナ端子61に接続され、RF−ICはフィルタ素子600の送信信号端子62Aおよび受信信号端子62Bに電気的に接続される。このような通信装置は、フィルタ素子600の急峻性が高いことから、ノイズまたはクロストークを低減することができるため、通信の品質を向上させることができる。
Claims (15)
- 弾性波素子を備える第1の弾性波フィルタと、
前記第1の弾性波フィルタの通過帯域よりも高い通過帯域を有する、前記弾性波素子を備えない第2の弾性波フィルタと、
前記第1の弾性波フィルタと前記第2の弾性波フィルタとが共通に接続される端子と、を備えるフィルタ素子であって、
前記弾性波素子は、
36°〜48°Y−XカットのLiTaO3からなる圧電基板と、
該圧電基板の上面に配置された、弾性波を励起するIDT電極と、
前記圧電基板の上面に、前記弾性波の伝搬方向において前記IDT電極の両側に配置された反射器と、
前記圧電基板の前記IDT電極が配置された面の反対側の面に配置され直接または間接的に接合された、前記圧電基板の熱膨張係数よりも小さい熱膨張係数を有する支持基板と、を備え、
該IDT電極は、
前記伝搬方向に交差する方向において互いに対向する第1バスバーおよび第2バスバーと、
前記第1バスバーから前記第2バスバー側へ延びた複数の第1電極指と、
前記第2バスバーから前記第1バスバー側へ延びた、前記複数の第1電極指に前記伝搬方向において隣接する部分を有する複数の第2電極指と
を有しており、
前記IDT電極における複数の前記第1電極指の前記第2バスバー側の先端部分を結ぶ第1仮想線と、前記IDT電極における複数の前記第2電極指の前記第1バスバー側の先端部分を結ぶ第2仮想線とが、前記第1仮想線と前記伝搬方向とのなす角度を第1傾斜角度θAとし、前記第2仮想線と前記伝搬方向とのなす角度を第2傾斜角度θBとしたとき、
2°<θA≦10°
2°<θB≦10°
の範囲にある、
フィルタ素子。 - 前記第1仮想線および前記第2仮想線は、前記弾性波の伝搬方向に対して同じ方向に傾斜している請求項1に記載のフィルタ素子。
- 前記反射器は、前記伝搬方向に交差する方向において互いに対向する反射器バスバーとこれら反射器バスバー間において前記伝搬方向と直交する方向に延びる反射器電極指とを備え、
前記反射器バスバーは、前記伝搬方向に対して傾斜している請求項1または2に記載のフィルタ素子。 - 前記第1バスバーは前記第2電極指側に延びた第1ダミー電極指を有するとともに、前記第2バスバーは前記第1電極指側に延びた第2ダミー電極指を有する請求項1〜3のいずれかに記載のフィルタ素子。
- 前記第1ダミー電極指の幅は前記第2電極指の幅よりも大きく、前記第2ダミー電極指の幅は前記第1電極指の幅よりも大きい請求項4に記載のフィルタ素子。
- 前記第1電極指の幅は、前記第1電極指および前記第2電極指の交差領域の外において、該交差領域の内に位置する前記第1電極指の幅よりも大きく、前記第2電極指の幅は、前記交差領域の外において、該交差領域の内に位置する前記第2電極指の幅よりも大きい請求項1〜5のいずれかに記載のフィルタ素子。
- 前記第1電極指および前記第2電極指は、前記伝搬方向に交差する方向の前記交差領域における交差幅が、前記弾性波の波長をλとしたときに15λ以上30λ以下である請求項6に記載のフィルタ素子。
- 前記第1の弾性波フィルタは、前記圧電基板上に配置された、前記弾性波素子に直列に接続された直列共振子と、前記弾性波素子に並列に接続された並列共振子とを有する、請求項1〜7のいずれかに記載のフィルタ素子。
- 前記直列共振子は、互いに交差する複数の第1共振電極指および複数の第2共振電極指を有するIDT電極構造の共振電極指を備え、
前記弾性波素子の前記IDT電極における前記第1電極指と前記第2電極指との中心間間隔が、前記共振電極指における前記第1共振電極指と前記第2共振電極指との中心間間隔よりも小さい請求項8に記載のフィルタ素子。 - 前記直列共振子を複数有しており、
前記弾性波素子は、前記IDT電極における前記第1電極指と前記第2電極指との中心間間隔が、前記直列共振子の前記共振電極指における前記第1共振電極指と前記第2共振電極指との中心間間隔のいずれよりも小さい請求項9に記載のフィルタ素子。 - 前記直列共振子は、複数の前記第1共振電極指の先端部分を結ぶ第3仮想線および複数の前記第2共振電極指の先端部分を結ぶ第4仮想線と、前記直列共振子の弾性波の伝搬方向とのなす角度がそれぞれ0°以上2°以下である請求項9または10に記載のフィルタ素子。
- 前記弾性波素子に並列に接続された容量素子をさらに有する請求項7〜11のいずれかに記載のフィルタ素子。
- 前記第2弾性波フィルタは、第2弾性波素子のみを含んでおり、
前記第2弾性波素子は、互いに交差する複数の第3共振電極指および複数の第4共振電極指を有するIDT電極構造の共振電極指を備え、複数の前記第3共振電極指の先端部分を結ぶ第5仮想線および複数の前記第4共振電極指の先端部分を結ぶ第6仮想線と、前記直列共振子の弾性波の伝搬方向とのなす角度がそれぞれ0°以上2°以下である、請求項1
〜12のいずれかに記載のフィルタ素子。 - 前記第1弾性波フィルタは、前記弾性波素子を複数個有し、複数の前記弾性波素子は、前記弾性波の伝搬方向に対して互いに異なる方向に傾斜している請求項1〜13のいずれかに記載のフィルタ素子。
- アンテナと、
該アンテナに電気的に接続された請求項8〜14のいずれかに記載のフィルタ素子と、
該フィルタ素子に電気的に接続されたRF−ICとを備える通信装置。
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