KR101354980B1

KR101354980B1 - 사다리형 ｓａｗ 필터

Info

Publication number: KR101354980B1
Application number: KR1020120072245A
Authority: KR
Inventors: 김영훈
Original assignee: (주)와이솔
Priority date: 2012-07-03
Filing date: 2012-07-03
Publication date: 2014-01-29
Also published as: KR20140004908A

Abstract

본 발명은 사다리형 SAW 필터에 관한 것으로서, 압전체 웨이퍼 상의 입력단자(In)와 출력단자(Out) 사이에 직렬 공진기가 직렬로 연결됨과 더불어 접지된 병렬 공진기가 병렬로 연결되며, 막두께/주기의 값이 0.092 이상 0.13 이하 값을 갖도록 하는 두께로 상기 직렬 공진기 및 상기 병렬 공진기의 IDT(Inter Digital Transducer) 금속막이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

사다리형 ＳＡＷ 필터{Ladder type SAW filter}

본 발명은 직렬 공진기와 병렬 공진기로 이루어진 사다리형 표면 탄성파(Surface Acoustic Wave, 이하 SAW) 필터에 관한 것이다.

최근 사용이 급증하고 있는 휴대 전화 단말기에서는 800 ㎒ ~ 1.0 ㎓대 및 1.5 ㎓ ~ 2.0 ㎓대 등의 고주파대가 사용되고 있다. 이를 위해 공진기를 이용한 고주파용 필터가 이용되고 있다. 고주파용 필터로는 예를 들면 1단자 공진기를 직렬과 병렬로 접속한 사다리형 필터가 이용된다.

도 1은 종래 사다리형 필터의 구성도 및 동작 원리를 도시한 도면이다.

도 1a에 도시된 바와 같이, 종래 사다리형 필터(100)는 입력 단자 In과 출력 단자 Out 사이에, 직렬로 직렬 공진기 S11, S12 및 병렬로 병렬 공진기 P11, P12가 접속되는 구조를 갖는다.

도 1b를 참조하면, 사다리형 필터(다)는 직렬 공진기(가)와 병렬 공진기(나)로 분해할 수 있다. 도 1b에서 직렬 공진기(가)는 공진자 S21을 1단자 쌍 공진기로 했을 때, 그 2 개의 신호 단자 중 한 쪽을 입력 단자 In, 다른 쪽을 출력 단자 Out으로 한 것이다. 도 1b에서 병렬 공진기(나)는 공진자 P21을 1단자 쌍 공진기로 했을 때, 그 2 개의 신호 단자 중 한 쪽을 그라운드 단자에 접속하고, 다른 쪽을 입력 단자 In과 출력 단자 Out의 단락 선로에 접속한 것이다.

도 1b에서 그래프는 직렬 공진기(가)와 병렬 공진기(나) 및 그 결합 공진기(다)의 입력 단자 In으로부터 출력 단자 Out으로의 통과 특성을 도시한 것으로, 횡축은 주파수(F)를 나타내고, 종축은 통과량(dB)을 나타낸 것이다. 직렬 공진기(가)는 1 개의 공진점(공진 주파수) Frs와 1 개의 반공진점(반공진 주파수) Fas를 갖는다. 공진점 Frs에서 통과량은 최대로 되고, 반공진점 Fas에서 통과량은 최소로 된다. 병렬 공진기(나)는 1 개의 공진점 Frp와 1 개의 반공진점 Fap를 갖는다. 공진점 Frp에서 통과량은 최소로 되고, 반공진점 Fap에서 통과량은 최대로 된다.

그런데, 병렬 공진기(나)의 경우, 통과량이 최대로 되는 반공진점 Fap보다 주파수 더 높은 지점에 SAW의 원하지 않는 공진 모드에 의해 기생공진이 발생하고 이로 인해 손실(Loss)이 발생하게 된다.

한편, 직렬 공진기와 병렬 공진기가 결합된 결합 공진기(다)의 경우에, 직렬 공진자 S22가 직렬 공진기로서 입력 단자 In과 출력 단자 Out에 직렬로 접속되고, 병렬 공진자 P22가 병렬 공진기로서 출력 단자 Out과 그라운드(접지) 사이에 접속된다. 따라서, 직렬 공진기와 병렬 공진기가 합성되어, 직렬 공진기의 공진점 Frs와 병렬 공진기의 반공진점 Fap 부근이 최대로 되고, 직렬 공진기의 반공진점 Fap 및 병렬 공진기의 공진점 Frp가 최소로 된다. 그리고, 병렬 공진기의 공진점 Frp 이하 및 직렬 공진기의 반공진점 Fap 이상의 주파수 대역이 감쇠 영역으로 되고, 병렬 공진기의 공진점 Frp로부터 직렬 공진기의 반공진점 Fap의 주파수 대역이 통과 대역으로 되어 밴드 패스 필터로서 기능을 수행하게 된다.

그런데, 도 1b의 (다)에 도시된 바와 같이 직렬 공진기와 병렬 공진기가 공존하는 사다리형 필터의 경우, 직렬 공진기에서 공진에 이상이 없으나 병렬 공진기에서 통과량이 최대로 되는 반공진점 Fap 부근에서 불필요한 공진으로 손실(Loss)이 발생되어 필터 특성을 저하시키는 문제점이 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2006-0120007호(공개일: 2006년11월24일)

전술한 단점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 표면 탄성파 필터에서 신호선이나 전극의 박막 두께를 단결정 압전체 웨이퍼 표면으로부터 통상적으로 사용하는 박막 두께보다 20% 이상 더 두껍게 형성시킴으로써 병렬 공진기에서 발생되는 불필요한 공진에 의한 손실을 방지하여 필터 특성을 향상시킬 수 있도록 하는 사다리형 SAW 필터를 제공함에 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 압전체 웨이퍼 상의 입력단자(In)와 출력단자(Out) 사이에 직렬 공진기가 직렬로 연결됨과 더불어 접지된 병렬 공진기가 병렬로 연결되며, 막두께/주기의 값이 0.092에서 0.13 사이 값을 갖도록 하는 두께로 상기 직렬 공진기 및 상기 병렬 공진기의 IDT(Inter Digital Transducer) 금속막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 사다리형 SAW 필터를 제공할 수 있다.

또한, 상기 IDT 금속막은 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 재질일 수 있다.

또한, 상기 입력단자(In)와 출력단자(Out)는 unbalacne 형태 또는 balance 형태일 수 있다.

그리고, 상기 IDT 금속막이 알루미늄이나 알루미늄 합금보다 비중이 더 높은 재질인 경우, 상기 IDT 금속막은 상기 막두께/주기의 값이 0.088에서 0.12 사이 값을 갖도록 하는 두께로 형성되어 있을 수 있다.

한편, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 압전체 웨이퍼 상의 입력단자(In)와 출력단자(Out) 사이에 막두께/주기의 값이 0.092 이상 0.13 이하 값을 갖는 막두께를 가진 공진기가 직렬 혹은 병렬로 DMS 형태의 SAW 공진기와 연결된 것을 특징으로 하는 필터가 제공된다.

이때, 상기 입력단자(In)와 출력단자(Out)는 unbalacne 형태 또는 balance 형태일 수 있다.

한편, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 압전체 웨이퍼 상의 입력단자(In)와 출력단자(Out) 사이에 공진기가 직렬 또는 병렬로 연결되며, 막두께/주기의 값이 0.092에서 0.13 사이 값을 갖도록 하는 두께로 상기 공진기의 IDT(Inter Digital Transducer) 금속막이 형성된 구조를 SAW 필터, resonator, notch filter, Duplexer 중 하나에 적용하여 이루어진 것을 특징으로 하는 SAW 필터를 제공할 수 있다.

또한, 상기 IDT 금속막은 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 재질 또는 알루미늄과 알루미늄보다 비중이 높은 다른 금속이 적층된 구조일 수 있다.

여기서, 상기 IDT 금속막은 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 재질이고, 상기 IDT 금속막이 알루미늄이나 알루미늄 합금보다 비중이 더 높은 재질인 경우, 상기 IDT 금속막은 상기 막두께/주기의 값이 0.088에서 0.12 사이 값을 갖도록 하는 두께로 형성될 수 있다.

그리고, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 압전체 웨이퍼 상의 입력단자(In)와 출력단자(Out)를 가지는 SAW filter, Duplexer, notch filter에 대해 막두께/주기의 값이 0.092 이상 0.13 이하 값을 갖도록 하는 두께로 IDT(Inter Digital Transducer) 금속막이 형성된 SAW 공진기가 적어도 1개 이상 직렬 혹은 병렬로 연결된 구조를 특징으로 하는 SAW filter 제품 혹은 상기 SAW filter가 내장된 모듈제품을 제공할 수 있다.

본 발명에 의하면, 직렬 공진기와 병렬 공진기가 공존하는 사다리형 필터의 병렬 공진기에서 불필요한 공진에 의해 발생되는 손실을 방지하여 필터 특성을 향상시킬 수 있다.

또한, 사다리형 필터에서 공진기의 IDT 금속막의 두께를 기존보다 20% 이상 두껍게 형성시킴으로써 SAW 공진기의 크기를 줄여 이로 인해 SAW 필터의 크기를 현저히 줄이는 효과가 있다.

도 1은 종래 사다리형 필터의 구성도 및 동작 원리를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 사다리형 SAW 필터의 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 일반적인 사다리형 필터의 병렬 SAW 공진기의 주파수 통과 특성을 나타낸 그래프이다.
도 4는 사다리형 필터의 병렬 SAW 공진기에서 IDT 갯수를 변경한 경우의 주파수 통과 특성을 나타낸 그래프이다.
도 5는 사다리형 필터의 병렬 SAW 공진기에서 IDT 주기를 변경하는 경우의 주파수 통과 특성을 나타낸 그래프이다.
도 6은 사다리형 필터의 병렬 SAW 공진기에서 DF를 변경하는 경우의 주파수 통과 특성을 나타낸 그래프이다.
도 7은 사다리형 필터의 병렬 SAW 공진기에서 Aperture를 변경하는 경우의 주파수 통과 특성을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 사다리형 필터의 SAW 공진기에서 IDT 금속막의 두께를 증가시키는 경우의 주파수 통과 특성을 나타낸 그래프이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 특정한 실시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에 따른 사다리형 SAW 필터의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 첨부도면을 참조하여 설명함에 있어 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 사다리형 SAW 필터의 구조를 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 사다리형 SAW 필터(200)는 압전체 웨이퍼(210) 상의 입력단자(In)와 출력단자(Out) 사이에 직렬 공진기(220)가 직렬로 연결됨과 더불어 접지된 병렬 공진기(230)가 병렬로 연결되며, 막두께/주기(Hm/λ)의 값이 0.092에서 0.13 사이 값을 갖도록 하는 두께로 직렬 공진기(220) 및 병렬 공진기(230)의 IDT(Inter Digital Transducer) 금속막(240)이 형성되어 있는 구조를 갖는다.

또한, IDT 금속막(240)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 재질일 수 있다.

또한, IDT 금속막(240)이 알루미늄이나 알루미늄 합금보다 비중이 더 높은 재질인 경우, IDT 금속막(240)은 막두께/주기의 값이 0.088에서 0.12 사이 값을 갖도록 하는 두께로 형성될 수 있다.

그리고, 압전체 웨이퍼 상의 입력단자(In)와 출력단자(Out)를 가지는 SAW filter, Duplexer, notch filter에 대해 막두께/주기의 값이 0.092 이상 0.13 이하 값을 갖도록 하는 두께로 IDT(Inter Digital Transducer) 금속막이 형성된 SAW 공진기가 적어도 1개 이상 직렬 혹은 병렬로 연결된 구조를 갖는 모듈 제품에 적용할 수 있다.

일반적으로, Notch 필터나 사다리형 필터는 공진기에 사용하는 단결정 압전체 웨이퍼의 커팅(Cutting) 각도에 따라 약간의 차이는 있으나 대부분 전파 손실(Propagation Loss)이 가장 작은 막두께/주기(Hm/λ)의 값에 대해 0.08을 기준으로 막두께를 결정하고 있다. 즉, 전파 손실이 작을 경우에 공진기의 Peak loss가 줄어들게 되므로 이를 이용한 필터는 통과 대역이 우수한 특성을 가질 수 있기 때문이다.(근거논문 : Optimum Leaky SAW Cut of LiTaO3 for Minimised Insertion Loss Devices, 1997 IEEE ULTRASONICS SYMPOSIUM)

한편, 1 port 공진기를 포함하는 일반적인 사다리형 필터의 주파수 통과 특성은 도 3과 같이 병렬 공진기의 고주파대에서 불필요한 기생 공진에 의해 전파 손실이 발생됨을 알 수 있다. 도 3은 일반적인 사다리형 필터의 병렬 SAW 공진기의 주파수 통과 특성을 나타낸 그래프이다.

또한, 일반적인 사다리형 필터에서 IDT의 갯수를 변경하는 경우에도 도 4에 도시된 바와 같이 불필요한 기생 공진에 의한 전파 손실은 제거되지 않음을 알 수 있다. 도 4는 사다리형 필터의 병렬 SAW 공진기에서 IDT 갯수를 변경한 경우의 주파수 통과 특성을 나타낸 그래프이다.

또한, 일반적인 사다리형 필터의 공진기에서 IDT의 주기(T:λ)를 변경하는 경우에도 도 5에 도시된 바와 같이 불필요한 기생 공진에 의한 전파 손실은 제거되지 않음을 알 수 있다. 도 5는 사다리형 필터의 병렬 SAW 공진기에서 IDT 주기를 변경하는 경우의 주파수 통과 특성을 나타낸 그래프이다.

또한, 일반적인 사다리형 필터의 공진기에서, IDT의 폭(A)과 이웃하는 IDT와의 간격(B)의 비율을 나타내는 DF(Duty Factor)를 변경하는 경우에도 도 6에 도시된 바와 같이 불필요한 기생 공진에 의한 전파 손실은 제거되지 않음을 알 수 있다. 도 6은 사다리형 필터의 병렬 SAW 공진기에서 DF를 변경하는 경우의 주파수 통과 특성을 나타낸 그래프이다.

또한, 일반적인 사다리형 필터의 병렬 SAW 공진기에서, Aperture를 변경하는 경우에도 도 7에 도시된 바와 같이 불필요한 기생 공진에 의한 전파 손실은 제거되지 않음을 알 수 있다. 도 7은 사다리형 필터의 병렬 SAW 공진기에서 Aperture를 변경하는 경우의 주파수 통과 특성을 나타낸 그래프이다.

그러나, 본 발명의 실시예와 같이 사다리형 필터의 공진기에서 IDT 금속막의 두께를 이전보다 20% 이상 증가시키는 경우, 예를 들면, IDT 금속막의 두께를 410 ㎚에서 520 ㎚로 증가시켜 압전체 웨이퍼 상에 형성시키게 되면, 도 8에 도시된 바와 같이 불필요한 기생 공진이 현격히 감소되고 반공진 주파수와 불필요한 기생공진 간의 주파수 간격이 넓어짐을 알 수 있다. 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 사다리형 필터의 병렬 SAW 공진기에서 IDT 금속막의 두께를 증가시키는 경우의 주파수 통과 특성을 나타낸 그래프이다.

일반적인 LiTaO3 압전체를 이용하는 SAW 필터는 주로 사용하는 공진모드로 SAW 표면에서 발생하는 leakywave를 주로 사용하나, 압전체 표면과 바닥면 사이에 bulk wave에 의한 기생 공진도 발생한다. 이 기생공진 부분이 전극 막두께를 높임으로써 현격히 감쇄되어 필터 특성을 향상시킨다. 더불어 미세하게 발생하는 기생공진도 반공진이 발생하는 주파수에 비해 훨씬 높은 고주파에서 발생되어 필터의 통과특성에 영향을 미치는 주파수 대역에 대해 주파수 특성 저하를 일으키지 않는다.

그리고, 본 발명의 실시예는 압전체 웨이퍼 상의 입력단자(In)와 출력단자(Out) 사이에 공진기가 직렬 또는 병렬로 연결되는 구조에서, 막두께/주기의 값이 0.092에서 0.13 사이 값을 갖도록 하는 두께로 공진기의 IDT(Inter Digital Transducer) 금속막이 형성된 구조를 SAW 필터, resonator, notch filter, Duplexer 중 하나에 적용할 수 있다. 이때, IDT 금속막은 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 재질이고, IDT 금속막이 알루미늄이나 알루미늄 합금보다 비중이 더 높은 재질인 경우, IDT 금속막은 막두께/주기의 값이 0.088에서 0.12 사이 값을 갖도록 하는 두께로 형성시킬 수 있다.

전술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 표면 탄성파 필터에서 신호선이나 전극의 박막 두께를 단결정 압전체 웨이퍼 표면으로부터 통상적으로 사용하는 박막 두께보다 20% 이상 더 두껍게 형성시킴으로써 병렬 공진기에서 불필요한 공진에 의한 손실을 방지하여 필터 특성을 향상시킬 수 있도록 하는 사다리형 SAW 필터를 실현할 수 있다.

본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명은 압전체 웨이퍼 상의 입력단자(In)와 출력단자(Out) 사이에 공진기가 직렬과 병렬로 연결되는 사다리형 필터에 적용할 수 있다.

또한, 막두께/주기의 값이 0.092에서 0.13 사이 값을 갖도록 하는 두께로 공진기의 IDT(Inter Digital Transducer) 금속막이 형성된 SAW 필터, resonator, notch filter, Duplexer 등에 적용할 수 있다.

그리고, 공진기의 IDT 금속막이 알루미늄이나 알루미늄 합금보다 비중이 더 높은 재질인 경우, 막두께/주기의 값이 0.088에서 0.12 사이 값을 갖도록 하는 두께로 IDT 금속막이 형성되는 사다리형 필터에 적용할 수 있다.

200 : 사다리형 SAW 필터 210 : 압전체 웨이퍼
220 : 직렬 공진기 230 : 병렬 공진기
240 : IDT 금속막

Claims

압전체 웨이퍼 상의 입력단자(In)와 출력단자(Out) 사이에 직렬 공진기가 직렬로 연결됨과 더불어 접지된 병렬 공진기가 병렬로 연결되며, 막두께/주기의 값이 0.092 이상 0.13 이하 값을 갖도록 하는 두께로 상기 직렬 공진기 및 상기 병렬 공진기의 IDT(Inter Digital Transducer) 금속막이 형성되고,
상기 IDT 금속막이 알루미늄이나 알루미늄 합금보다 비중이 더 높은 재질인 경우, 상기 IDT 금속막은 상기 막두께/주기의 값이 0.088이상 0.12 이하 값을 갖도록 하는 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 사다리형 SAW 필터.
제 1 항에 있어서,
상기 IDT 금속막은 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 재질인 것을 특징으로 하는 사다리형 SAW 필터.
삭제
압전체 웨이퍼 상의 입력단자(In)와 출력단자(Out) 사이에 막두께/주기의 값이 0.092 이상 0.13 이하 값을 갖는 막두께를 가진 공진기가 직렬 혹은 병렬로 DMS 형태의 SAW 공진기와 연결되고,
상기 공진기의 금속막이 알루미늄이나 알루미늄 합금보다 비중이 더 높은 재질인 경우, 상기 막두께/주기의 값이 0.088이상 0.12이하 값을 갖도록 하는 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 필터.
제 4 항에 있어서,
상기 입력단자(In)와 출력단자(Out)는 unbalacne 형태 또는 balance 형태인 것을 특징으로 하는 필터.
압전체 웨이퍼 상의 입력단자(In)와 출력단자(Out) 사이에 공진기가 직렬 또는 병렬로 연결되며, 막두께/주기의 값이 0.092 이상 0.13 이하 값을 갖도록 하는 두께로 상기 공진기의 IDT(Inter Digital Transducer) 금속막이 형성된 구조를 SAW 필터, resonator, notch filter, Duplexer 중 하나에 적용하여 이루어지며,
상기 IDT 금속막은 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 재질 또는 알루미늄과 알루미늄보다 비중이 높은 다른 금속이 적층된 구조인 것을 특징으로 하는 SAW 필터.
삭제
제 6 항에 있어서,
상기 IDT 금속막이 알루미늄이나 알루미늄 합금보다 비중이 더 높은 재질인 경우, 상기 IDT 금속막은 상기 막두께/주기의 값이 0.088 이상 0.12 이하 값을 갖도록 하는 두께로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 SAW 필터.
제 6 항에 있어서,
상기 입력단자(In)와 출력단자(Out)는 unbalacne 형태 또는 balance 형태인 것을 특징으로 하는 SAW 필터.
압전체 웨이퍼 상의 입력단자(In)와 출력단자(Out)를 가지는 SAW filter, Duplexer, notch filter에 대해 막두께/주기의 값이 0.092 이상 0.13 이하 값을 갖도록 하는 두께로 IDT(Inter Digital Transducer) 금속막이 형성된 SAW 공진기가 적어도 1개 이상 직렬 혹은 병렬로 연결된 구조를 특징으로 하는 SAW filter 제품.