JPH09284092A - 超薄板多重モード圧電フィルタ素子 - Google Patents

超薄板多重モード圧電フィルタ素子

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JPH09284092A
JPH09284092A JP12108196A JP12108196A JPH09284092A JP H09284092 A JPH09284092 A JP H09284092A JP 12108196 A JP12108196 A JP 12108196A JP 12108196 A JP12108196 A JP 12108196A JP H09284092 A JPH09284092 A JP H09284092A
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JP
Japan
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electrodes
thin plate
filter element
ultra
attenuation
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Application number
JP12108196A
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English (en)
Inventor
Osamu Ishii
修 石井
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Toyo Communication Equipment Co Ltd
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Toyo Communication Equipment Co Ltd
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  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の通常の超薄板多重モードフィルタで
は、イメージ周波数(f0−910kHz)近傍で大き
な減衰量を実現することは極めて難しかった。本発明は
従来の前記フィルタ素子の欠点を除去するためになされ
たものであって、所望の周波数において高減衰量を得る
ことができる構造の超薄板多重モードフィルタ素子を提
供することを目的とする 【解決手段】 上記の目的を達成するため本発明は、薄
肉の振動部と該振動部の周囲を支持する厚肉の環状囲繞
部とを圧電基板で一体的に形成した超薄板多重モード圧
電フィルタ素子に於いて、ボンディング用電極を近接さ
せて所定の間隔とし、入出力電極間に橋絡容量を形成す
ることによって、所望の周波数近傍に減衰極を設けて高
減衰量を得るものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する分野】本発明は、携帯型無線機に多く用
いられる圧電フィルタに関し、特にイメージ周波数近傍
において高減衰量を得られるように構成した超薄板多重
モード圧電フィルタ素子の構造に関する。
【0002】
【従来の技術】無線通信、特に携帯電話等の移動体通信
の分野では、機器の小型化の要望に応えて各部品の小型
化が図られてきた。上記携帯電話に用いられるフィルタ
についても例外ではなく、SMDタイプの多重モード圧
電フィルタ(MCF)や表面波圧電フィルタ(SAW)
等が開発されてきた。上記MCFフィルタは水晶等の圧
電基板の2つの主表面に相対向する電極を付着し、該電
極の一方あるいは双方を所定の間隙を介して分割するこ
とにより、当該分割電極上に励起される振動モード相互
間の音響結合の結果、前記電極上に二つの振動モードが
強勢に励起される。前記二つの振動モードのうち、周波
数の低いモードを対称モード、周波数の高いモードを反
対称モードと称し、それぞれのモードの周波数をfs
、faで表す。これら二つの周波数fs及びfaの振
動モードを利用し、中心周波数がほぼfaで、通過帯域
幅がほぼ2・(fa−fs)である、所謂多重(二重)
モード圧電フィルタ素子が構成されることは周知の通り
である。該多重モード圧電フィルタ素子はコイル等を必
要としないことから、小型化に適しており携帯電話等の
移動体通信の分野で広く用いられている。(本発明では
圧電基板を用いた多重モードフィルタについて記述して
おり、以下圧電の文字は省略して記述する。)
【0003】国内の携帯電話等では、受信周波数を二段
のミクサを用いて二度周波数変換し、復調器でベースバ
ンド信号(音声信号等)を得るダブルスーパーヘテロダ
イン方式が多く用いられている。第一ミクサの後段の第
一IFフィルタは通常高周波で10.7MHzから13
0MHz帯のMCFフィルタやSAWフィルタが用いら
れ、第二ミクサの後段の第二IFフィルタは455kH
zのセラミックフィルタが一般的に用いられている。前
記第一IFフィルタについて更に詳しく説明すると、1
0.7MHzから50MHz乃至70MHzまでは基本
波MCFフィルタが用いられ、概略70MHz以上の高
周波では、3倍オーバートンの通常MCFフィルタ、基
板の中央部の振動部分近傍をエッチング手法で超薄板化
した基本波MCFフィルタ所謂、超薄板水晶多重モード
フィルタあるいは各種のSAWフィルタが用いられてい
る。
【0004】ここ数年来、800MHzから1.5GH
zの周波数を用いる携帯電話では、第一IFフィルタと
して70MHz以上のMCFフィルタあるいはSAWフ
ィルタが主流となってきている。これらの第一IFフィ
ルタにとっては、第二IFフィルタの周波数の2倍の周
波数、所謂イメージ周波数(f0±910kHz 、ここ
でf0は第一IFフィルタの中心周波数である)におけ
る減衰量が特に重要なファクタになる。+、−の符号の
選び方は設計方針によるが、一般的には負(−)号を採
用する場合が多い。従来の超薄板水晶多重モードフィル
タ素子の平面図を図6に示す。超薄板の振動部12とそ
の周辺に該振動部12を保持する厚肉の環状囲繞部13
を一体的に形成した圧電基板11の平面側に所定の間隙
を置いて電極14、14を配置し、凹陥部側全面に電極
を蒸着等で付着する。電極14、14からは周辺の厚肉
端部に向けリード電極16、16が延在し、凹陥部側は
全面電極がリード電極も兼ねている。従来の超薄板水晶
多重モードフィルタ素子に適当に終端を施した場合の減
衰特性を図7に示すが、同図より明らかな如く所望のイ
メージ周波数(f0−910kHz)近傍で所望値70
dBに対し、約63dB程度と所望値を満たしていな
い。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た如き従来の通常の超薄板多重モードフィルタに於い
て、所定の通過帯域幅(約±10kHz/3dB)と、
通過帯域外のイメージ周波数(f0−910kHz)近
傍で約70dBの減衰量とを同時に実現することは極め
て難しい問題があった。従って、一般的には通過帯域外
で高減衰量を得るために、上記の超薄板多重モードフィ
ルタ素子を複数個多段縦続接続したフィルタを構成し、
所望の特性を満たしていた。しかし、この構成手段では
複数個のフィルタ素子を使用するため低価格化や小型化
の点で問題があった。本発明は上述した如き従来の超薄
板多重モードフィルタ素子の欠点を除去するためになさ
れたものであって、製造が容易で且つ、所望の周波数に
おいて高減衰量を得ることができる構造の超薄板多重モ
ードフィルタ素子を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め本発明に係る超薄板多重モードフィルタ素子は、請求
項1では、薄肉の振動部と該振動部の周囲を支持する厚
肉の環状囲繞部とを圧電基板で一体的に形成し、前記振
動部の相対向する面のそれぞれに電極を設けその一方或
いは両方の電極を分割電極として構成した超薄板多重モ
ード圧電フィルタ素子に於いて、パッケージの外部端子
と電気的に接続するためのボンディング用電極を所定の
間隔とし入出力電極間に所定の橋絡容量(MCFフィル
タの入出量間にブリッジ状に入る微小容量)を創出し、
所望の周波数近傍に減衰極を設けて高減衰量を得るもの
である。更に、請求項2では、橋絡容量を創出するため
に所定の間隔を有する専用の電極パッドを設けた超薄板
多重モード圧電フィルタ素子である。更に、請求項3で
は、橋絡容量を創出するために各々の分割電極とボンデ
ィング電極を結ぶためのリード電極を所定の間隔に近接
させた超薄板多重モード圧電フィルタ素子である。更
に、請求項4では、圧電素板としてATカット水晶素板
を用いた超薄板多重モード圧電フィルタ素子である。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示した実施
の一形態に基づいて詳細に説明する。はじめに、本発明
の理解を容易にするために橋絡容量よる多重モード圧電
フィルタ(超薄板多重モードフィルタも多重モード圧電
フィルタの一種である)の有極構成について少しく説明
する。圧電基板の二つの主面に相対向して配設した電極
の一方の電極を所定の間隙に分割し、該分割した電極の
一方を入力、他方を出力とし、分割しない電極を接地す
る構成が多く用いられている。この様なタイプの多重モ
ードフィルタ素子に於いて、入出力電極間に橋絡容量を
挿入すると、電気等価回路の反対称モード側の並列容量
のみを増すこととなり、中心周波数を挟んで両側に減衰
極を構成することができることは周知のことである。こ
の橋絡容量値をパラメータとしてフィルタの減衰特性を
計算することで、所望の周波数において所望の減衰量が
実現できるかどうかシミュレーションすることが可能で
ある。
【0008】一例として、国内のディジタル携帯電話に
使用されている130MHz帯の第一IFフィルタの規
格を例にとり、水晶超薄板多重モードフィルタ素子の入
出力間に挿入する橋絡容量をパラメータとして、該フィ
ルタ素子の濾波特性を計算した結果を図8に示す。図8
では橋絡容量(Cp)が、0.001pF、0.002
5pFおよび0.005pFの場合について図示してい
るが、同図より明らかなように橋絡容量値が大きくなる
につれ、二つの減衰極の周波数(ポール周波数)が共に
中心周波数に近づき、その近傍では高減衰量が得られる
が、保証減衰量は減少することが分かる。従って、高減
衰量を必要とする所望周波数近傍に上記ポール周波数を
設けることが出来れば、所望の周波数における減衰量を
高められることが理解されよう。具体的数値例として、
本例の場合は橋絡容量値を0.001pFとすると、イ
メージ周波数(f0−910kHz)近傍で減衰量が所
望値を越えて、約80dB以上得られることが分かる。
しかしながら、0.001pF等の極めて小さな容量を
有するコンデンサは入手できず、橋絡容量を入出力間に
挿入することにより前記減衰特性を実現すことは不可能
である。
【0009】そこで、上記目的を達成するために、超薄
板多重モードフィルタ素子に於いて、パッケージ端子と
導通をとるために形成された、超薄板多重モードフィル
タ素子上のボンディング用電極を近接させ、入出力電極
間に橋絡容量を構成させることを考案した。即ち、図1
に示す如く水晶基板1上に超薄板振動部2と該振動部の
周囲を支持する厚肉の環状囲繞部3とを一体的に形成
し、超薄板振動部2に相対向する電極を付着し且つ、該
電極の一方あるいは双方を所定の間隙を介して分割し、
分割電極4、4と対向電極5を形成する。分割電極4、
4よりリード電極6、6を介してボンディング用電極
7,7とを電気的に接続する。該ボンディング用電極
7、7を近接配置し、微小静電容量を形成するのであ
る。上記電極4、4、リード電極6、6及びボンディン
グ用電極7,7はフォトリソグラフィ技術によって一体
的に形成される。
【0010】入出力のボンディング用電極7、7の間隔
をパラメーターにしてポール周波数と減衰特性を実側し
た結果を図2に示す。実験では電極間隔を20μm〜8
0μmまで20μmのステップで変化させた。電極間隔
20μm、40μm、60μm及び80μmの場合の濾
波特性がそれぞれ曲線a、b、c及びd相当する。図2
を参照して明らかなように電極間隔が約80μmの場合
に所望の周波数(f0−910kHz)近傍に減衰極を
出現させることができ、約75dBの減衰量が得られ、
前記計算の橋絡容量値0.001pFに相当していると
思われる。中心周波数より高い周波数において減衰極が
判然としないのは、基本波周波数より高い側に多く発生
するインハーモニック・オーバートン(スプリアス)の
ため、中心周波数より高い側の減衰極が相殺されている
のが原因である。このように、入出力のボンディング用
電極の大きさ及び幾何学的配置が一定ならば、その間隔
を決めるだけで容易に特定の容量値を有する橋絡容量を
実現することが出来、所望の周波数近傍に減衰極を出現
させ、高減衰量を得ることが可能となった。
【0011】その結果、本発明に係る入出力のボンディ
ング用電極を約80μmと近接して形成した超薄板水晶
多重モードフィルタ素子の減衰特性は図3に示す如く通
過帯域外の所望の周波数(f0−910kHz)近傍で
減衰極が生じ所望値の70dBを十分満たす約75dB
の減衰量が得られた。図4は、本発明に係わる超薄板多
重モードフィルタ素子の他の実施例の構成を示す平面図
である。即ち、図4は橋絡容量を構成するための専用電
極8、8を設けたものであり、図5は分割電極とボンデ
ィング用電極10、10を結ぶ入力出用それぞれのリー
ド電極6、6を橋絡容量が発生する様に近接させたもの
である。
【0012】従って、橋絡容量を発生させるための図1
の電極7、7あるいは図4の8、8又は図5の6、6は
製造工程を変えることなく分割電極を形成するためのマ
スクパターンの変更のみで形成することができるのみな
らず、周知の如くフォトリソグラフィ技術においては本
質的に電極間隔の寸法精度や位置精度が極めて良好なた
め、特性のばらつきも減少される。上述した如く分割電
極4、4とともに橋絡容量を構成するための電極7、7
あるいは8、8又は6、6が一体的に形成でき、従来と
同様の製造工程で超薄板水晶多重モード圧電フィルタ素
子を構成できる。以上、ATカット水晶基板を用いた超
薄板多重モード圧電フィルタ素子を実施例に本発明を説
明してきたが、本発明はこれのみに限定される必要はな
くエッチングが可能な圧電基板、例えばランガサイト
(La3Ga5SiO14)或いは四ホウ酸リチウム(Li2
47)の如き圧電材料を用いてもよいこと自明であ
る。
【0013】
【発明の効果】本発明は、以上説明した如く構成するも
のであるから、超薄板状の振動部上に形成する分割電極
と振動部の周囲を支持する厚肉の環状囲じょう部に所定
の間隔でボンディング用電極又は橋絡容量形成用電極を
形成するだけで、他の余分な工程を必要とせず従来の製
造工程をなんら変更することなく所望の周波数近傍に減
衰極を出現させ高減衰量が確保できる。所定の通過帯域
幅とイメージ周波数に於ける減衰量を同時に満たす超薄
板多重モードフィルタを量産する上で著しい効果を発揮
する。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)及び(b)は本発明に係わる超薄板多重
モード圧電フィルタ素子の一実施例を示す平面図及び断
面図である。
【図2】橋絡容量値をパラメータとした減衰特性図(実
験値)である。
【図3】本発明に係わる超薄板多重モード圧電フィルタ
素子の減衰特性を示す図である。
【図4】本発明に係わる超薄板多重モード圧電フィルタ
素子の他の実施例を示す平面図である。
【図5】本発明に係わる超薄板多重モード圧電フィルタ
素子の他の実施例を示す平面図である。
【図6】従来の超薄板多重モード圧電フィルタ素子を示
す平面図である。
【図7】従来の超薄板多重モード圧電フィルタ素子の減
衰特性特性を示す図である。
【図8】橋絡容量値に対する減衰特性図(計算値)を示
す図である。
【符号の説明】
1・・水晶基板、 2・・振動部、 3・・環状囲繞
部、4・・分割電極、 5・・裏面全面電極、 6・・
リード電極、7・・橋絡容量兼ボンディング用電極、
8・・橋絡容量電極、9、10・・ボンディング用電

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 薄肉の振動部と該振動部の周囲を支持す
    る厚肉の環状囲繞部とを圧電基板で一体的に形成し、前
    記振動部の相対向する面のそれぞれに電極を設けその一
    方或いは両方の電極を分割電極として構成した超薄板多
    重モード圧電フィルタ素子に於いて、パッケージの外部
    端子と電気的に接続するためのボンディング用電極を所
    定の間隔とし入出力電極間に所定の橋絡容量を創出し、
    所望の周波数近傍に減衰極を設けて減衰量を高めたこと
    を特徴とする超薄板多重モード圧電フィルタ素子。
  2. 【請求項2】 前記橋絡容量を創出するために所定の間
    隔を有する専用の電極パッドを設けたことを特徴とする
    請求項1記載の超薄板多重モード圧電フィルタ素子。
  3. 【請求項3】 前記橋絡容量を創出するために各々の分
    割電極とボンディング電極を結ぶためのリード電極を所
    定の間隔に近接させたことを特徴とする請求項1記載の
    超薄板多重モード圧電フィルタ素子。
JP12108196A 1996-04-18 1996-04-18 超薄板多重モード圧電フィルタ素子 Pending JPH09284092A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7414497B2 (en) 2005-06-20 2008-08-19 Murata Manufacturing Co., Ltd. Piezoelectric thin-film filter
JP4701536B2 (ja) * 2000-12-12 2011-06-15 エプソントヨコム株式会社 表面実装型圧電デバイス
JP2011229167A (ja) * 2000-12-12 2011-11-10 Seiko Epson Corp 表面実装型圧電デバイス

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