JP6453913B2 - 弾性波装置、分波器および通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、弾性波装置、分波器および通信装置に関するものである。

支持基板と弾性表面波（ＳＡＷ：Surface Acoustic Wave)を伝搬させる圧電基板とを貼り合わせた貼り合せ基板を用いた弾性波装置（ＳＡＷ装置）が知られている。このようなＳＡＷ装置では、圧電基板の表面にＳＡＷを励振する励振電極が配置されている。ＳＡＷ装置において、圧電基板の厚さ方向の波（バルク波）が圧電基板と支持基板との界面で反射することで、圧電基板の表面におけるＳＡＷに対するノイズとなる場合がある。そして、このノイズを低減するために、特開２００７−２２８２２５号公報では、圧電基板と支持基板との中間の音響インピーダンスをもつ音響緩和層を圧電基板と支持基板との間に介在させることを提案している。

近年、バルク波の影響を抑制する別の手法が求められている。

本発明はかかる実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、バルク波の影響を抑制した、高品質の伝送特性を実現できるＳＡＷ装置、分波器および通信装置を提供することにある。

本発明の実施形態に係るＳＡＷ装置は、素子基板と弾性波共振子（ＳＡＷ共振子）とを備える。前記素子基板は、圧電基板と、前記圧電基板の下面に接合された支持基板と、を含む。前記ＳＡＷ共振子は、前記圧電基板の上面に位置し、第１分割共振子およびこれに電気的に接続された第２分割共振子を含む共振子と、を備える。前記第１分割共振子および前記第２分割共振子は、弾性波を発生させるＩＤＴ電極を含み、前記第１分割共振子の共振周波数と前記第２分割共振子の共振周波数とを異ならせている。

本発明の実施形態に係る分波器は、アンテナ端子と、送信フィルタと、受信フィルタとを備える。送信フィルタは、送信信号をフィルタリングして前記アンテナ端子に出力する。受信フィルタは、前記アンテナ端子からの受信信号をフィルタリングする。そして、前記送信フィルタまたは前記受信フィルタは、上述のＳＡＷ装置を有する。

本発明の実施形態に係る通信装置は、アンテナと、該アンテナに電気的に接続された、上述の分波器と、該分波器に電気的に接続されたＲＦ−ＩＣとを備える。

本開示の弾性波装置、分波器および通信装置によれば、信号の伝送特性を向上させることができる。

本発明の実施形態に係るＳＡＷ装置の外観斜視図である。 図１のＳＡＷ装置を一部破断して示す斜視図である。 図１のＳＡＷ装置のＩＤＴ電極およびその周辺を示す平面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線における断面図である。 実施例および比較例にかかる弾性波素子の周波数に対する位相特性の実測値を示す線図である。 図５の一部を拡大した図である。 図５の一部を拡大した図である。 ＳＡＷ装置による効果を説明する模式図である。 ＳＡＷ装置による効果を説明する模式図である。 ＳＡＷ装置による効果を説明する模式図である。 実施例２および比較例にかかる弾性波素子の周波数に対する位相特性の実測値を示す線図である。 実施例２および比較例にかかる弾性波素子の周波数に対する位相特性の実測値を示す線図である。 実施例３および比較例にかかる弾性波素子の周波数に対する位相特性の実測値を示す線図である。 実施例３および比較例にかかる弾性波素子の周波数に対する位相特性の実測値を示す線図である。 本発明の実施形態に係る通信装置を説明する概略図である。 本発明の実施形態に係る分波器を説明する回路図である。

以下、本発明の実施形態に係るＳＡＷ装置、分波器および通信装置について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用い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。

ＳＡＷ装置は、いずれの方向が上方または下方とされてもよいものであるが、以下では、便宜的に、直交座標系ｘｙｚを定義するとともに、ｚ方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。なお、直交座標系ｘｙｚは、ＳＡＷ装置１の形状に基づいて定義されているものであり、圧電基板の結晶軸を指すものではない。

＜ＳＡＷ装置の構成の概要＞
図１は、実施形態に係るＳＡＷ装置１の外観斜視図である。また、図２は、ＳＡＷ装置１の一部を破断して示す斜視図である。より具体的には、図２は、後述の蓋部２１を取り除き枠部１９の一部を破断した状態を示す図である。図３は、ＩＤＴ電極５およびその周辺を示す平面図である。図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線における断面図である。

ＳＡＷ装置１は、例えば、比較的小型の概略直方体状の電子部品である。その寸法は適宜に設定されてよいが、例えば、厚さは０．１ｍｍ〜０．４ｍｍ、平面視における長辺および短辺の長さは０．５ｍｍ〜３ｍｍである。ＳＡＷ装置１の上面には、複数のパッド７が露出している。ＳＡＷ装置１は、不図示の実装基板の主面に対して上面を対向させて配置され、実装基板の主面に設けられた不図示の複数のパッドと、複数のパッド７とが半田等からなるバンプによって接合されることによって、実装基板に実装される。実装後、樹脂封止されてもよい。

ＳＡＷ装置１は、いわゆるウェハレベルパッケージ（ＷＬＰ）形のＳＡＷ装置によって構成されている。ＳＡＷ装置１は、例えば、素子基板３と、素子基板３の第１面３ａ上に設けられた励振電極としてのＩＤＴ（Interdigital Transducer）電極５（図２）と、第１面３ａ上に設けられ、ＩＤＴ電極５に接続された既述の複数のパッド７と、ＩＤＴ電極５を覆うとともにパッド７を露出させるカバー９（図１）と、素子基板３の第２面３ｂに設けられた裏面部１１とを有している。

ＳＡＷ装置１は、複数のパッド７のいずれかを介して信号の入力がなされる。入力された信号は、ＩＤＴ電極５等によってフィルタリングされる。そして、ＳＡＷ装置１は、フィルタリングした信号を複数のパッド７のいずれかを介して出力する。各部材の具体的構成は以下のとおりである。

素子基板３は、例えば、いわゆる貼り合せ基板によって構成されている。すなわち、素子基板３は、圧電基板１３と、圧電基板１３の下面に貼り合わされた支持基板１５とを有している。なお、圧電基板１３の上面、下面は対向する２つの面を区別するために便宜的に定義したものであり、いずれの面が上方に位置していてもよい。

圧電基板１３は、例えば、ニオブ酸タンタル（ＬｉＴａＯ_３）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）単結晶等の圧電性を有する単結晶の基板である。より好適には、圧電基板１３は、４２°±１０°Ｙ−ＸカットのＬｉＴａＯ_３、１２８°±１０°Ｙ−ＸカットのＬｉＮｂＯ_３基板もしくは０°±１０°Ｙ−ＸカットのＬｉＮｂＯ_３基板などである。その他、圧電基板１３は水晶（ＳｉＯ_２）単結晶などでもよい。なお、４２°±１０°Ｙ−Ｘカットとはカット角が３２°〜５２°であることを示すものである。

圧電基板１３の厚さは、例えば、一定であり、ＳＡＷ装置１が適用される技術分野やＳＡＷ装置１に要求される仕様等に応じて適宜に設定されてよい。一例として、圧電基板１３の厚さは、１〜３０μｍである。圧電基板１３の平面形状および各種寸法も適宜に設定されてよい。

支持基板１５は、例えば、圧電基板１３の材料よりも熱膨張係数が小さい材料によって形成されている。従って、温度変化が生じると圧電基板１３に熱応力が生じ、この際、弾性定数の温度依存性と応力依存性とが打ち消し合い、ひいては、ＳＡＷ装置１の電気特性の温度変化が補償される。このような材料としては、例えば、サファイア等の単結晶、シリコン等の半導体および酸化アルミニウム質焼結体等のセラミックを挙げることができる。なお、支持基板１５は、互いに異なる材料からなる複数の層が積層されて構成されていてもよい。

支持基板１５の厚さは、例えば、一定であり、圧電基板１３の厚さと同様に適宜に設定されてよい。ただし、支持基板１５の厚さは、温度補償が好適に行われるように、圧電基板１３の厚さを考慮して設定される。一例として、圧電基板１３の厚さ１〜３０μｍに対して、支持基板１５の厚さは５０〜３００μｍである。支持基板１５の平面形状および各種寸法は、圧電基板１３と同等としてもよい。

圧電基板１３および支持基板１５は、例えば、不図示の接着層を介して互いに貼り合わされている。接着層の材料は、有機材料であってもよいし、無機材料であってもよい。有機材料としては、例えば、熱硬化性樹脂等の樹脂が挙げられる。無機材料としては、例えば、ＳｉＯ_２が挙げられる。また、両基板は、接着面をプラズマやイオンガン，中性子ガンなどで活性化処理した後に接着層無しに貼り合わせる、いわゆる直接接合によって貼り合わされていても良い。

ＩＤＴ電極５、複数のパッド７およびこれらを接続する配線１７（図２）、ならびに、後述する反射器２７（図３）は、例えば、圧電基板１３の第１面３ａ上に形成された導電層により構成されている。導電層の厚さは、例えば、１００〜５００ｎｍである。導電層は、一の導電材料から構成されていてもよいし、複数の導電材料が積層されて構成されていてもよい。

また、ＩＤＴ電極５、複数のパッド７および配線１７、ならびに、後述する反射器２７は、例えば、互いに同一の導電材料によって構成されている。導電材料は、例えばＡｌ−Ｃｕ合金等のＡｌ合金である。ただし、これらは、互いに異なる材料によって構成されてもよい。また、パッド７は、ＩＤＴ電極５と同一の材料および厚さの層に加えて、半田等との接続性を高める等の目的で他の導電層が重ねられてもよい。

パッド７の数および配置位置、ならびに、配線１７の数および配置は、ＩＤＴ電極５によって構成されるフィルタの構成等に応じて適宜に設定される。図１および図２では、６つのパッド７が第１主面３ａの外周に沿って配列されている場合を例示している。パッド７の平面形状は適宜に設定されてよく、例えば、円形である。配線１７は、不図示の絶縁材料を介して立体交差するように設けられてよい。この場合において、上側となる配線１７は、下側となる配線１７とは異なる材料によって下側となる配線１７よりも厚く形成されるなどしてもよい。

カバー９（図１）は、例えば、その外側形状が、概略、第１面３ａの全体を覆う一定の厚さの層状に形成されている。すなわち、本実施形態では、第１面３ａが矩形であることに対応して、カバー９の外側形状は、概略、薄型の直方体状に形成されている。そして、カバー９の外縁は素子基板３の外周よりも内側に位置する。これにより、カバー９を封止樹脂で覆う際に封止樹脂と素子基板３との接合強度を高めることができる。

カバー９は、第１面３ａ上に設けられ、第１面３ａの平面視においてＩＤＴ電極５を囲む枠部１９（図１および図２）と、枠部１９に重ねられ、枠部１９の開口を塞ぐ蓋部２１（図１）とを有している。そして、第１面３ａ（厳密には後述する保護層３５）、枠部１９および蓋部２１によって囲まれた空間により、ＳＡＷの励振および伝搬を容易化するための振動空間２３（図２）が形成されている。

振動空間２３の数、配置および形状は、ＩＤＴ電極５等の配置に応じて適宜に設定されてよい。図２では、多角形からなる２つの振動空間２３が設けられている場合を例示している。図２では、各振動空間２３に、１つのＩＤＴ電極５が位置している。ただし、各振動空間２３には、複数のＩＤＴ電極５が配置されてよい。複数のＩＤＴ電極５は、ラダー型フィルタ、および、多重モード型ＳＡＷ共振子フィルタ等を構成してよい。なお、図２において振動空間２３内に位置するＩＤＴ電極５の構成は模式的な図である。

枠部１９は、概ね一定の厚さの層に振動空間２３となる開口が１以上（図２では２つ）形成されることによって構成されている。枠部１９の厚さ（振動空間２３の高さ）は、例えば、数μｍ〜３０μｍである。蓋部２１は、概ね一定の厚さの層によって構成されている。蓋部２１の厚さは、例えば、数μｍ〜３０μｍである。

枠部１９および蓋部２１は、同一の材料によって形成されていてもよいし、互いに異なる材料によって形成されていてもよい。本願では、説明の便宜上、枠部１９と蓋部２１との境界線を明示しているが、現実の製品においては、枠部１９と蓋部２１とは、同一材料によって一体的に形成されていてもよい。

カバー９（枠部１９および蓋部２１）は、例えば、感光性の樹脂によって形成されている。感光性の樹脂は、例えば、アクリル基やメタクリル基などのラジカル重合により硬化する、ウレタンアクリレート系、ポリエステルアクリレート系、エポキシアクリレート系の樹脂である。その他、ポリイミド系の樹脂なども用いることができる。

カバー９には、例えば、パッド７を露出させるための切り欠き乃至は孔が形成されている（符号省略）。図１および図２の例では、枠部１９に孔が形成され、蓋部２１には切り欠きが形成されている。なお、切り欠きや孔が形成されず、カバー９が圧電基板１３よりも面積が小さいことによって、パッド７が露出してもよい。

裏面部１１は、特に図示しないが、例えば、素子基板３の第２面３ｂの概ね全面を覆う裏面電極と、裏面電極を覆う絶縁性の保護層とを有している。裏面電極により、温度変化等によって素子基板３表面にチャージされた電荷が放電される。保護層により、素子基板３の損傷が抑制される。なお、第２面３ｂは、第１面３ａと向かい合う面である。

図３は、ＩＤＴ電極５およびその周辺を示す平面図である。なお、図３では、１つの振動空間２３に１つの共振子を構成するＩＤＴ電極５が配置されているが、１つの振動空間２３に複数の共振子が配置されてよいことは既に述べたとおりである。

ＩＤＴ電極５は、例えば、その両側に配置された２つの反射器２７と共に１ポート型のＳＡＷ共振子２５を構成している。

ＳＡＷ共振子２５は、例えば、配線１７の一例である入力配線１７Ａから信号が入力され、ＳＡＷを介した共振を生じ、配線１７の一例である出力配線１７Ｂへ信号を出力する。ＳＡＷ共振子２５は、２以上の複数に分割されている。言い換えると、ＳＡＷ共振子２５は、複数の分割共振子２５Ａ，２５Ｂ・・・が直列接続されてなる。

ここで、隣り合う分割共振子の間には、他の分岐回路が接続されない。分岐回路とは、隣り合う分割共振子をつなぐ配線から分岐して、その先に所定の機能を果たす素子（インダクタ，抵抗およびグランド等）を有する回路をいう。なお、この例では、ＳＡＷ共振子２５は、２つの分割共振子２５Ａ，２５Ｂが直列接続されてなる。

後述するが、ＳＡＷ共振子２５は、例えば、ラダー型フィルタに利用される。具体的には、公知のように、直列に接続された複数の直列共振子と、複数の直列共振子の間とグランド（基準電位）とに接続された複数の並列共振子とが設けられることにより、ラダー型フィルタが構成される。例えば、この直列共振子の少なくとも１つに本実施形態で説明するＳＡＷ共振子２５を用いることができる。全ての直列共振子をＳＡＷ共振子２５に置き換えてもよい。そして、既に述べたように、このラダー型フィルタは、１つの振動空間２３に配置されてよい。なお、直列共振子に求められる特性は複数の分割共振子２５Ａ，２５Ｂ・・・で合わせて成すものとする。言い換えると、分割共振子２５Ａ，２５Ｂ・・・・は共同して１つの共振子として機能するように設計されたものであり、回路中で全く異なる機能・用途に用いられる別設計の共振子を２以上直列接続したものとは異なる。

ＩＤＴ電極５は、一対の櫛歯電極２９を有している。各櫛歯電極２９は互いに対向するバスバー２９ａと、バスバー２９ａからその対向方向に延びる複数の電極指２９ｂとを有している。１対の櫛歯電極２９は、複数の電極指２９ｂが互いに噛み合うように（交差するように）配置されている。そして、この例では、２つの分割共振子（第１分割共振子２５Ａ，第２分割共振子２５Ｂ）は、ＳＡＷの伝搬方向の大きさおよび位置が互いに同一となっている。そして、隣接する第１分割共振子２５Ａと第２分割共振子２５Ｂとは、バスバー２９ａ同士が接続されている。この例では、バスバー２９ａの長手方向全体に亘って互いに接続されているが、別途配線を用いて２つのバスバー２９ａを接続してもよい。言い換えると、第１分割共振子２５Ａの２つのバスバー２９ａのうち、信号が出力される側のバスバー２９ａと、第２分割共振子２５Ｂの２つのバスバー２９ａのうち、信号が入力される側のバスバー２９ａと、が電気的に接続されている。

なお、ＳＡＷの伝搬方向は複数の電極指２９ｂの向き等によって規定されるが、本実施形態では、便宜的に、ＳＡＷの伝搬方向を基準として、複数の電極指２９ｂの向き等を説明することがある。

バスバー２９ａは、例えば、概ね一定の幅でＳＡＷの伝搬方向（ｘ方向）に直線状に延びる長尺状に形成されている。１対の櫛歯電極２９のバスバー２９ａは、ＳＡＷの伝搬方向に交差する方向（ｙ方向）において対向している。

複数の電極指２９ｂは、例えば、概ね一定の幅でＳＡＷの伝搬方向に直交する方向（ｙ方向）に直線状に延びる長尺状に形成されており、ＳＡＷの伝搬方向（ｘ方向）に概ね一定の間隔で配列されている。１対の櫛歯電極２９の複数の電極指２９ｂは、そのピッチｐ（例えば電極指２９ｂの中心間距離）が、例えば、共振させたい周波数でのＳＡＷの波長λの半波長と同等となるように設けられている。波長λは、例えば、１．３μｍ以上６μｍ以下である。

複数の電極指２９ｂの一部においては、そのピッチｐが相対的に小さくされたり、逆に、ピッチｐが相対的に大きくされたりしてもよい。このような狭ピッチ部または広ピッチ部を設けることによって、ＳＡＷ装置の周波数特性が向上することが知られている。なお、本実施形態において、単にピッチｐという場合、特に断りがない限り、狭ピッチ部および広ピッチ部のピッチｐを除く部分（複数の電極指２９ｂの大部分）のピッチｐまたはその平均値をいうものとする。

複数の電極指２９ｂの本数、長さ（ｙ方向）および幅（ｘ方向）は、ＳＡＷ装置１に要求される電気特性等に応じて適宜に設定されてよい。一例として、ＳＡＷ共振子２５における複数の電極指２９ｂの本数は１００以上５００本以下である。複数の電極指２９ｂの長さおよび幅は、例えば、互いに同等である。

反射器２７は、例えば、平面視において格子状に形成されている。すなわち、反射器２７は、ＳＡＷの伝搬方向に交差する方向において互いに対向する１対のバスバー２７ａと、これらバスバー２７ａ間においてＳＡＷの伝搬方向に直交する方向（ｙ方向）に延びる複数のストリップ２７ｂとを有している。

バスバー２７ａは、例えば、概ね一定の幅でＳＡＷの伝搬方向（ｘ方向）に直線状に延びる長尺状に形成されている。１対のバスバー２７ａは、ＳＡＷの伝搬方向に交差する方向（ｙ方向）において対向している。

ストリップ２７ｂは、ＩＤＴ電極５の複数の電極指２９ｂと同等のピッチで配列されている。互いに隣り合う電極指２９ｂとストリップ２７ｂとの間のピッチ（ＩＤＴ電極５と反射器２７との隙間）も、複数の電極指２９ｂのピッチと同等とされている。ストリップ２７ｂの本数、長さ（ｙ方向）および幅（ｘ方向）は、ＳＡＷ共振子２５に要求される電気特性等に応じて適宜に設定されてよい。例えば、ストリップ２７ｂの本数は、各反射器２７において２０本程度である。

複数の電極指２９ｂによって圧電基板１３に電圧が印加されると、圧電基板１３の上面（第１主面３ａ）付近において、第１面３ａに沿って伝搬するＳＡＷが誘起される。このＳＡＷは、複数の電極指２９ｂおよび複数のストリップ２７ｂによって反射される。その結果、複数の電極指２９ｂのピッチｐを半波長とするＳＡＷの定在波が形成される。定在波は、第１面３ａに電荷（定在波と同一周波数の電気信号）を生じさせる。その電気信号は、複数の電極指２９ｂによって取り出される。

ここで、第１分割共振子２５Ａと第２分割共振子２５Ｂとでは、電極指２９ｂの設計を異ならせている。具体的には、電極指２９ｂの設計を異ならせて、第１共振子２５Ａと第２共振子２５Ｂとで共振周波数を異ならせている。この点については後述する。

図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線における断面図である。なお、図示の都合上、図４では、図３よりも電極指の本数を減じている。

素子基板３の第１面３ａ上には、保護層３５が重ねられている。保護層３５は、例えば、導電層の酸化防止等に寄与するものであり、ＳＡＷ共振子２５および配線１７（図１）等を覆っている。なお、配線１７の一部は、保護層３５の上に設けられてもよい。また、パッド７（図１）は、保護層３５に開口が形成されることによって保護層３５から露出している。カバー９は、保護層３５の上に重ねられている。

保護層３５は、例えば、酸化珪素（ＳｉＯ_２など）、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化チタン、窒化珪素、または、シリコンによって形成されている。保護層３５の厚さは、例えば、ＩＤＴ電極５の厚さの１／１０程度（１０〜３０ｎｍ）である。このように保護層３５が比較的薄くされることによって、ＳＡＷの励振および伝搬が容易化される。

上述のように構成したＳＡＷ装置１によれば、圧電基板１３の厚み方向に伝搬するバルク波に由来するスプリアスを低減させることができ、伝送品質の優れたものとすることができる。以下、そのメカニズムについて考察する。

本実施形態では、ＳＡＷ装置１は、圧電基板１３に貼り合わされた支持基板１５を有している。このように圧電基板１３が支持基板１５と貼り合わされる場合、支持基板１５によって素子基板３の強度が得られることなどから、圧電基板１３は比較的薄く形成される。例えば、本実施形態とは異なり、素子基板が圧電基板のみからなる場合の圧電基板の厚さに比較して、圧電基板１３の厚さは１／１０程度とされてもよい。その結果、圧電基板１３に生じたバルク波は、圧電基板１３内に放射して漏洩波とならずに圧電基板１３と支持基板１５との界面で反射して定在波を形成する。そして、ＳＡＷ共振子２５においても、バルク波を介した共振を生じることになり、このバルク波の高調波によりスプリアスが生じ、信号の伝送特性が悪化する虞がある。

ここで、ＳＡＷ共振子２５は、互いに接続された第１分割共振子２５Ａと第２分割共振子２５Ｂとに分割されており、互いの共振周波数がずれるように電極指２９ｂ設計を異ならせている。このため、第１分割共振子２５Ａと第２分割共振子２５Ｂとでバルク波の共振周波数もずれるため、スプリアスの発生位置をずらし、全体としてのピーク強度を低下させることができる。

本実施形態のようにＳＡＷ共振子２５を分割し、分割した各々の分割共振子２５Ａ，２５Ｂの共振周波数を異ならせたＳＡＷ装置１の効果を確かめるために、ＳＡＷ装置１の周波数特性の測定を行なった。まず比較例として製造した従来のＳＡＷ装置の条件は次の通りである。

（比較例の製造条件）
［素子基板３］
圧電基板１３
材料：４６．３°ＹカットＸ伝搬ＬｉＴａＯ_３基板
厚み：２０．１μｍ
支持基板１５
材料：シリコン単結晶基板
厚み：２３０μｍ
［ＩＤＴ電極５］
材料：Ａｌ−Ｃｕ合金（ただし、圧電基板１３との間には６ｎｍのＴｉからなる下地層あり。）
厚さ（Ａｌ−Ｃｕ合金層）：１６０ｎｍ
ＩＤＴ電極５の電極指２９ｂ：
本数：３００本
ピッチ：１．１０５５μｍ
デューティー：０．５
交差幅Ｗ：２０λ
［保護層３５］
材料：ＳｉＯ_２
厚さ：１５ｎｍ
次に、本実施形態に係るＳＡＷ装置（実施例１）が効果を奏することを確認した。以下、本実施形態に係るＳＡＷ装置（実施例１）の製造条件を示す。なお、下記の条件は、比較例１のＳＡＷ装置と異なる箇所のみを示すものである。

（実施例１の製造条件）
［ＳＡＷ共振子２５］
第１分割共振子２５Ａと第２分割共振子２５Ｂとに分割
［ＩＤＴ電極３］
第１分割共振子２５Ａの電極指２９ｂのピッチ：１．１０５５μｍ
第２分割共振子２５Ｂの電極指２９ｂのピッチ：１．１０３０μｍ
このような条件で製造した比較例、実施例１のＳＡＷ装置の結果を図５，図６に示す。図５に示すグラフは、横軸に周波数を、縦軸にインピーダンスの位相を示している。図６Ａは、図５の点線で囲んだ領域の拡大図であり、図６Ｂは、図５の破線で囲んだ領域における拡大図を示す。図６Ａ、図６Ｂにおいて、比較例の特性を点線で、実施例１の特性を実線で示している。

これらの図からも明らかなように、実施例１のＳＡＷ装置１によれば、バルク波スプリアスを抑制できていることが分かる。なお、実施例１の第１分割共振子２５Ａと第２分割共振子２５Ｂとは、電極指２９ｂのピッチを異ならせることで、その設計共振周波数を４ＭＨｚずらしたものとなっている。

ここで、第１分割共振子２５Ａと第２分割共振子２５Ｂとで異ならせる周波数の大きさいについて検討する。前述した通り、ＳＡＷ共振子１で発生するバルク波による共振を分割すればよいので、第１分割共振子２５Ａと第２分割共振子２５Ｂとで周波数が異なっていれば効果を奏する。すなわち、図７Ａに示すように、２つのスプリアスが重畳して１つの大きなスプリアスとなる部分を、図７Ｂ，図７Ｃに示すように、周波数を異ならせることで重畳したスプリアスの大きさを小さくすることができる。ここで、図７Ａ〜図７Ｃにおいて、第１分割共振子２５Ａおよび第２分割共振子２５Ｂの個々のバルク波スプリアスを紙面の上下方向に離して記載している。これは波形を見やすくするためであり、強度等の差を示すものではない。

ただし、バルク波の各スプリアスにおける共振周波数と反共振周波数とを考慮して、分割した一方の共振子におけるバルク波の共振周波数を中心とするインピーダンス変化が、他方の共振子におけるバルク波の反共振周波数を中心とするインピーダンス変化に重なるようにしてもよい（図７Ｂ）。この場合には、一方の分割共振子におけるスプリアスピークと他方の分割共振子におけるスプリアスピークとが打ち消し合い、全体としてのスプリアスを小さくすることができる。このように２つの分割共振子で互いのスプリアスを打ち消し合うためには、バルク波の共振周波数と反共振周波数との差分ｆｘに対して、２倍以下の周波数範囲で２つの分割共振子の周波数を異ならせればよい。さらに、１／２ｆｘ以上、３／２ｆｘ以下の周波数範囲で両者の周波数を異ならせれば、互いの分割共振子に由来するバルク波スプリアスを効果的に打ち消すことができる。より好ましくは、第１分割共振子２５Ａと第２分割共振子２５Ｂとでｆｘと同程度周波数を異ならせればよい。このようなｆｘは、圧電基板１３の材料、入力信号の周波数により適宜調整することができる。

また、第１分割共振子２５Ａと第２分割共振子２５Ｂとで、たとえば２ｆｘ以上周波数を異ならせた場合には、両者におけるスプリアスの打ち消し合い効果はないが、重畳されて悪化する虞もなくなる（図７Ｃ）。

図８，図９に、第１分割共振子２５Ａと第２分割共振子２５Ｂとで異ならせる周波数の大きさを変えて、周波数に対する位相特性を実測した結果を示す。図８Ａ，図８Ｂおよび図９Ａ，図９Ｂはそれぞれ、図５の点線および破線で囲んだ領域に相当する部分を拡大したものである。実施例２、３として、第１分割共振子２５Ａと第２分割共振子２５Ｂとで異ならせる周波数の大きさを、８ＭＨｚ，１２ＭＨｚとしたものを製造した。そして、実施例２と比較例１との特性を比較した結果を図８Ａ，図８Ｂに、実施例３と比較例１との特性を比較した結果を図９Ａ，図９Ｂに示した。図８Ａ，図８Ｂ、図９Ａ，図９Ｂともに、縦軸はインピーダンスの位相を示し、横軸は周波数を示している。いずれも実線で実施例の特性と、点線で比較例の特性を示している。

図８Ａ，図８Ｂ，図９Ａ，図９Ｂからも、実施例２，３の場合には、バルク波スプリアスによる位相の変動が多くみられる１７７０ＭＨｚにおいては特性が改善している。一方で、最大位相値近傍の特性は低下していることが確認できる。これは、共振周波数の開きが大きくなり、Ｑ値が低下するためと考えられる。

図６Ａ，図６Ｂ，図８Ａ，図８Ｂおよび図９Ａ，図９Ｂから、４６．３°ＹカットＸ伝搬ＬｉＴａＯ_３基板を用いて、Ｈｉｇh−Ｂａｎｄの入力信号を用いる場合には、第１分割共振子２５Ａと第２分割共振子２５Ｂとの電極指２９ｂ設計において、３ＭＨｚ〜７ＭＨz共振周波数が異なるように設計することが好ましい。ここで、Ｈｉｇｈ−Ｂａｎｄの周波数範囲として、１７００ＭＨｚ〜２７００ＭＨｚが例示できる。

Ｌｏｗ−Ｂａｎｄの入力信号を用いる場合には、上記と同様の考え方で共振周波数の開きを設定すればよいが、１ＭＨｚ〜４ＭＨz程度とすればよい。ここで、Ｌｏｗ−Ｂａｎｄの周波数範囲として、８００ＭＨｚ〜１０００ＭＨｚが例示できる。

なお、ＳＡＷ装置１によれば、第１分割共振子２５Ａと第２分割共振子２５Ｂとが直列接続されているため、共振周波数がスプリットしない。これにより、所望の共振周波数を得ることができる。

＜弾性波装置の変形例＞
上述の例では、第１分割共振子２５Ａと第２分割共振子２５Ｂとで周波数を異ならせるために、電極指２９ｂのピッチを変更したがこの例に限定されない。たとえば、ＩＤＴ電極５のデューティーを変化させたり、電極指２９ｂの膜厚を変化させたりしてもよい。

ＩＤＴ電極５のデューティーは、電極指２９ｂの幅ｗを、弾性波の伝搬方向における電極指２９ｂの一方側の端部からこれに隣接する電極指２９ｂの他方側の端部までの距離Ｄで割った値である。このようにＩＤＴ電極５のデューティーを変化させて共振周波数を変化させる場合には、ＩＤＴ電極５の共振周波数を高くするにはデューティーを小さくすればよく、ＩＤＴ電極５の共振周波数を低くするにはデューティーを大きくすればよい。

このようにデューティーを変化させた場合でも本実施形態に係るＳＡＷ素子が効果を奏することを実測により確認している。

なお、本実施形態では、電極指設計である設計パラメーター（本数、交差幅、ピッチ、デューティー、電極の厚み、周波数等）が特定の場合のみを示したが、本発明はどのようなパラメーターのＳＡＷ装置についてもスプリアスを低減する効果を奏する。例えば実施例１の例から、ＩＤＴ電極の電極指の本数や交差幅を変化させたときでも実施例１と同様に第１分割共振子２５Ａと第２分割共振子２５Ｂとで電極指２９ｂ設計を異ならせることで良好なスプリアス抑制効果が発揮されることをシミュレーションで確認した。

フィルタや分波器では、さまざまな本数、交差幅の共振子を複数組み合わせて特性を発揮させるが、本発明のＳＡＷ装置１を共振子として使用するに際しては、複数の共振子に対して、ＩＤＴ電極および反射器の設計値を設定することができる。このため、フィルタや分波器に本発明のＳＡＷ装置１を使った場合でも、設計は従来の弾性波装置を使った場合と同様に行なうことができる。

また、設計パラメーター（圧電基板１３の厚み、カット角、材料、周波数、電極厚み等）を変更した場合は、第１分割共振子２５Ａと第２分割共振子２５Ｂとで異ならせる周波数の大きさをシミュレーションすることで再設計させることができる。

また、上述の例では、２つの分割共振子（第１分割共振子２５Ａ，第２分割共振子２５Ｂ）は、ＳＡＷの伝搬方向の大きさおよび位置が互いに同一となっている場合を例に説明したが、大きさＳＡＷの伝搬方向の大きさおよび位置は異なっていてもよい。

さらに、上述の例では１つの共振子を２つの分割共振子（第１分割共振子２５Ａ，第２分割共振子２５Ｂ）に分けた場合について説明したが、３以上に分割していてもよい。その場合には、分割した複数の分割共振子全てで共振周波数を異ならせてもよいし、一部の分割共振子のみ異ならせてもよい。

また、上述の例では、２つの分割共振子を直列で接続した例について説明したが、並列で接続してもスプリアスの大きさを低減することができる。ただし、並列接続した場合には、ＳＡＷ装置全体の共振周波数がスプリットする。このため、例えば共振周波数と反共振周波数との差分であるΔｆを小さくする場合に２つの分割共振子を並列接続させることで、スプリアスを抑制しつつ狭Δｆ化したＳＡＷ装置を提供することができる。

また、上述の例では、蓋部２１は枠部１９と同様の材料からなる場合を例に説明したが、蓋部２１は有機基板や圧電基板、セラミック基板、単結晶基板等を用いることもできる。

また、パッド７を被覆しないよう設けられた枠部１９の開口を埋めるような柱状電極をパッド７上に配置してもよい。

＜通信装置および分波器の構成の概要＞
図１０は、本発明の実施形態に係る通信装置１０１の要部を示すブロック図である。通信装置１０１は、電波を利用した無線通信を行なうものである。分波器２０７は、通信装置１０１において送信周波数の信号と受信周波数の信号とを分波する機能を有している。

通信装置１０１において、送信すべき情報を含む送信情報信号（ＴＩＳ：TransmissionInformation Signal）は、ＲＦ−ＩＣ１０３によって変調および周波数の引上げ（搬送波周波数の高周波信号への変換）がなされて送信信号（ＴＳ：Transmission Signal）とされる。ＴＳは、バンドパスフィルタ１０５によって送信用の通過帯域以外の不要成分が除去され、増幅器１０７によって増幅されて分波器７に入力される。分波器７は、入力されたＴＳから送信用の通過帯域以外の不要成分を除去してアンテナ１０９に出力する。アンテナ１０９は、入力された電気信号（ＴＳ）を無線信号に変換して送信する。

通信装置１０１において、アンテナ１０９によって受信された無線信号は、アンテナ１０９によって電気信号（受信信号：ＲＳ：Receiving Signal）に変換されて分波器２０７に入力される。分波器２０７は、入力されたＲＳから受信用の通過帯域以外の不要成分を除去して増幅器１１１に出力する。出力されたＲＳは、増幅器１１１によって増幅され、バンドパスフィルタ１１３によって受信用の通過帯域以外の不要成分が除去される。そして、ＲＳは、ＲＦ−ＩＣ１０３によって周波数の引下げおよび復調がなされて受信情報信号（ＲＩＳ：Receiving Information Signal）とされる。

なお、ＴＩＳおよびＲＩＳは、適宜な情報を含む低周波信号（ベースバンド信号）でよく、例えばアナログの音声信号もしくはデジタル化された音声信号である。無線信号の通過帯域は、ＵＭＴＳ（Universal Mobile Telecommunications System）等の各種の規格に従ったものでよい。変調方式は、位相変調、振幅変調、周波数変調もしくはこれらのいずれか２つ以上の組合せのいずれであってもよい。

図１１は、本発明の一実施形態に係る分波器２０７の構成を示す回路図である。分波器２０７は、図９において通信装置１０１に使用されている分波器２０７である。ＳＡＷ装置１は、例えば図９に示した分波器２０７における送信フィルタ２１１のラダー型フィルタ回路を構成する。

送信フィルタ２１１は、図１１に示すように、素子基板３と、素子基板３上に形成された直列共振子Ｓ１〜Ｓ３および並列共振子Ｐ１〜Ｐ３とを有する。

分波器２０７は、アンテナ端子２０８と、送信端子２０９と、受信端子２１０と、アンテナ端子２０８と送信端子２０９との間に配置された送信フィルタ２１１と、アンテナ端子２０８と受信端子２１０との間に配置された受信フィルタ２１２とから主に構成されている。

送信端子２０９には増幅器１０７からのＴＳが入力され、送信端子２０９に入力されたＴＳは、送信フィルタ２１１において送信用の通過帯域以外の不要成分が除去されてアンテナ端子２０８に出力される。また、アンテナ端子２０８にはアンテナ１０９からＲＳが入力され、受信フィルタ２１２において受信用の通過帯域以外の不要成分が除去されて受信端子２１０に出力される。

送信フィルタ２１１は、例えばラダー型ＳＡＷフィルタによって構成されている。具体的に送信フィルタ２１１は、その入力側と出力側との間において直列に接続された３個の直列共振子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３と、直列共振子同士を接続するための配線である直列腕と基準電位部Ｇとの間に設けられた３個の並列共振子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３とを有する。すなわち、送信フィルタ２１１は３段構成のラダー型フィルタである。ただし、送信フィルタ２１１においてラダー型フィルタの段数は任意である。

並列共振子Ｐ１〜Ｐ３と基準電位部Ｇとの間には、インダクタＬが設けられている。このインダクタＬのインダクタンスを所定の大きさに設定することによって、送信信号の通過帯域外に減衰極を形成して帯域外減衰を大きくしている。複数の直列共振子Ｓ１〜Ｓ３および複数の並列共振子Ｐ１〜Ｐ３は、それぞれＳＡＷ共振子からなる。

受信フィルタ２１２は、例えば、多重モード型ＳＡＷフィルタ２１７と、その入力側に直列に接続された補助共振子２１８とを有している。なお、本実施形態において、多重モードは２重モードを含むものである。多重モード型ＳＡＷフィルタ２１７は平衡−不平衡変換機能を有しており、受信フィルタ２１２は平衡信号が出力される２つの受信端子２１０に接続されている。受信フィルタ２１２は多重モード型ＳＡＷフィルタ２１７によって構成されるものに限られず、ラダー型フィルタによって構成してもよいし、平衡−不平衡変換機能を有していないフィルタであってもよい。

送信フィルタ２１１、受信フィルタ２１２およびアンテナ端子２０８の接続点とグランド電位部Ｇとの間には、インダクタ等からなるインピーダンスマッチング用の回路を挿入してもよい。

このような分波器２０７のＳＡＷ共振子として上述したＳＡＷ装置１を用いることにより、分波器２０７のフィルタ特性を向上させることができる。実施例１のＳＡＷ共振子２５の構造を用いたものを送信フィルタ２１１の直列共振子Ｓ１〜Ｓ３に適用した場合の分波器のフィルタ特性についてシミュレーションで計算を行なった。なお、分波器２０７の通過帯域は、ＵＭＴＳのＢａｎｄ２の送信側を想定した。その結果、バルク波スプリアスの影響が低減していることを確認した。

図１１に示す分波器２０７の送信側フィルタとしてラダー型フィルタが用いられる。ラダー型フィルタでは、直列共振子Ｓ１〜Ｓ３の共振周波数はフィルタ通過帯域の中央付近に設定される。また、並列共振子Ｐ１〜Ｐ３は、その反共振周波数がフィルタ通過帯域の中央付近に設定される。このような周波数配置をとった場合であって、本発明のＳＡＷ装置１を直列共振子Ｓ１〜Ｓ３に用いた場合には、フィルタ通過帯域の中央付近の損失やリップルを改善することができる。

ところで、ＳＡＷ共振子２５では、反共振周波数近傍におけるインピーダンス変化のピークが割れて、反共振周波数側の特性が低下することがある。この場合には、ＳＡＷ共振子２５は共振周波数付近の電気特性は改善されるものの、反共振周波数よりも高周波領域での損失は逆に悪化することがある。

ラダー型フィルタでは、並列共振子Ｐ１〜Ｐ３において、この損失が悪化する周波数がフィルタ通過帯域の中央よりも高周波側に重なる。このため、ＳＡＷ共振子２５をラダー型フィルタの並列共振子として使用すると、フィルタ通過帯域の波形にリップルが生じる虞があり、設計によっては逆にフィルタの損失を悪化させてしまうことがある。よって、ラダー型フィルタにおいては、ＳＡＷ共振子２５を直列共振子の少なくとも一部のみに使用することによって、フィルタ特性の悪化を低減しつつ、通過特性を顕著に改善することができる。

１：弾性波装置（ＳＡＷ素子）、３：素子基板、ＩＤＴ電極：５、１３：圧電基板、１５：支持基板、２５：弾性波共振子（ＳＡＷ共振子）、２５Ａ：第１分割共振子、２５Ｂ：第２分割共振子、１０１ 通信装置、１０３：ＲＦ−ＩＣ、２１１：送信フィルタ、２１２：受信フィルタ、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３：直列共振子、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３：並列共振子

Claims (8)

1. 圧電基板と、前記圧電基板の下面に接合された支持基板と、を含む素子基板と、
   前記圧電基板の上面に位置する、第１分割共振子およびこれに電気的に接続された第２分割共振子を含む弾性波共振子と、を備え、
   前記第１分割共振子および前記第２分割共振子は、弾性波を発生させるＩＤＴ電極を含み、前記第１分割共振子の共振周波数と前記第２分割共振子の共振周波数とを、前記圧電基板に生じるバルク波の共振周波数と反共振周波数との差分の２倍以下の範囲で異ならせている、弾性波装置。
2. 前記第１分割共振子の周波数と前記第２分割共振子の周波数とは、３ＭＨｚ以上７ＭＨｚ以下の範囲で異ならせている、請求項１に記載の弾性波装置。
3. 前記第１分割共振子と前記第２分割共振子とは、前記ＩＤＴ電極のピッチが異なる、請求項１または２に記載の弾性波装置。
4. 前記第１分割共振子と前記第２分割共振子とは、前記ＩＤＴ電極の電極指幅が異なる、請求項１または２に記載の弾性波装置。
5. 前記第１分割共振子と前記第２分割共振子とは、途中に分岐回路を備えることなく直列接続されている、請求項１乃至４のいずれかに記載の弾性波装置。
6. アンテナ端子と、送信信号をフィルタリングして前記アンテナ端子に出力する送信フィルタと、前記アンテナ端子からの受信信号をフィルタリングする受信フィルタとを備えた分波器であって、
   前記送信フィルタまたは前記受信フィルタは、請求項１乃至５のいずれかに記載の弾性波装置を有する分波器。
7. 前記送信フィルタは、それぞれが直列に接続した直列共振子と、該直列共振子に対して並列に接続した並列共振子とを有し、前記直列共振子の少なくとも一部が前記弾性波装置で構成されている請求項６に記載の分波器。
8. アンテナと、
   該アンテナに電気的に接続された請求項６または７に記載の分波器と、
   該分波器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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