KR102205186B1 - 탄성파 필터 - Google Patents

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코지 미야모토
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가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
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Abstract

탄성파 필터(10)는 직렬암 공진자(101~105) 및 병렬암 공진자(201~204)를 포함하고, 직렬암 공진자(101~105) 및 병렬암 공진자(201~204)는 압전성을 가지는 기판(5) 상에 형성된 IDT 전극을 가지는 탄성파 공진자이며, 직렬암 공진자(101~105)가 가지는 IDT 전극은 제1 솎아냄 전극(부유 전극)을 포함하고, 병렬암 공진자(201~204)가 가지는 IDT 전극은 제2 솎아냄 전극(덮은 전극)을 포함한다.

Description

탄성파 필터
본 발명은 솎아냄 전극을 가지는 탄성파 필터에 관한 것이다.
통신기기 등의 RF(Radio Frequency) 회로에 사용되는 대역 필터로서 탄성표면파 필터가 실용화되어 있다. 무선통신을 위한 주파수 자원을 유효하게 활용한다는 관점에서, 휴대전화기 등의 통신 대역으로서 많은 주파수 대역이 할당되기 때문에 인접하는 주파수 대역의 간격은 좁다. 이 주파수 대역의 할당 상황에 비추어보아, 탄성표면파 필터에는 통과 대역 저주파 측에서의 통과 대역으로부터 감쇠 대역으로의 삽입 손실의 변화율(이후, 저주파단의 급준성(急峻性)이라고 기재함), 및 통과 대역 고주파 측에서의 통과 대역으로부터 감쇠 대역으로의 삽입 손실의 변화율(이후, 고주파단의 급준성이라고 기재함)이 중요한 설계 파라미터가 되어 있다.
특허문헌 1에는 직렬암(serial arm) 탄성표면파 공진기와 병렬암(parallel arm) 탄성표면파 공진기로 구성된 탄성표면파 장치에서, 통과 대역 저주파단의 감쇠, 및 고주파단의 급준성을 개선하기 위해, 직렬암 탄성표면파 공진기 및 병렬암 탄성표면파 공진기 중 적어도 하나에 솎아냄법에 의한 가중치를 부여한 구성이 개시되어 있다.
일본 공개특허공보 특개2002-152004호
탄성파 필터의 저주파단 및 고주파단에서의 급준성은 상기 탄성파 필터를 구성하는 직렬암 공진자 및 병렬암 공진자의 Q특성에 크게 의존한다.
그러나 특허문헌 1에 개시된 탄성표면파 장치에서는 탄성파 공진자에 솎아냄 전극을 적용하고 있으나, 솎아냄 전극의 형상과 상기 솎아냄 전극이 적용된 탄성파 공진자의 Q특성의 관계에 대해서는 검토되지 않았다. 즉, 특허문헌 1에 개시된 솎아냄 전극은 상기 솎아냄 전극의 형상에 기인한 Q특성을 고려한 것이 아니기 때문에, 통과 대역 고주파단 및 저주파단의 급준성을 요구 사양에 따라 실효적으로 개선할 수 없다.
따라서, 본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 직렬암 공진자 및 병렬암 공진자로 구성된 탄성파 필터에서 통과 대역의 저주파단 및 고주파단의 급준성이 실효적으로 개선된 탄성파 필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 한 양태에 따른 탄성파 필터는 제1 입출력 단자 및 제2 입출력 단자와, 상기 제1 입출력 단자와 상기 제2 입출력 단자를 잇는 경로 상에 배치된 1개 이상의 직렬암 공진자와, 상기 경로 및 그라운드 사이에 배치된 1개 이상의 병렬암 공진자를 포함하고, 상기 1개 이상의 직렬암 공진자 및 상기 1개 이상의 병렬암 공진자 각각은 압전성을 가지는 기판 상에 형성된 IDT(InterDigital Transducer) 전극을 가지는 탄성파 공진자이며, 상기 IDT 전극은 탄성파 전파 방향과 교차하는 방향으로 연신(延伸)되고, 서로 평행하게 배치된 복수개의 전극지(電極指)와, 상기 복수개의 전극지를 구성하는 전극지의 한쪽 단끼리를 접속하는 버스바(busbar) 전극으로 구성된 빗살형 전극을 한 쌍 가지며, 상기 복수개의 전극지 중 상기 한 쌍의 빗살형 전극을 구성하는 어느 상기 버스바 전극과도 접속되지 않은 전극지를 제1 솎아냄 전극으로 정의하고, 상기 복수개의 전극지 중 최대의 전극지 폭을 가지는 전극지로서, 상기 전극지를 제외한 전극지에서의 평균 전극지 폭의 2배 이상의 전극지 폭을 가지는 전극지를 제2 솎아냄 전극으로 정의한 경우, 상기 1개 이상의 직렬암 공진자 중 적어도 하나가 가지는 IDT 전극은 상기 제1 솎아냄 전극을 포함하고, 상기 1개 이상의 병렬암 공진자 중 적어도 하나가 가지는 IDT 전극은 상기 제2 솎아냄 전극을 포함한다.
직렬암 공진자와 병렬암 공진자로 구성되는 탄성파 필터의 통과 대역의 저주파단 및 고주파단의 급준성을 향상시키기 위해, IDT 전극에 이른바 솎아냄법을 이용한 가중치를 부여하는 것이 유효하다. 특히, 래더형 탄성파 필터에서는 통과 대역의 저주파단에서의 급준성은 병렬암 공진자의 공진 주파수 부근의 Q특성이 좋아지면 향상되고, 통과 대역의 고주파단의 급준성은 직렬암 공진자의 반공진 주파수 부근의 Q특성이 좋아지면 향상된다.
발명자들은 제1 솎아냄 전극을 포함하는 탄성파 공진자 및 제2 솎아냄 전극을 포함하는 탄성파 공진자의 Q값을 비교한 경우, 공진 주파수 근방의 저주파 측에서는 제2 솎아냄 전극을 포함하는 탄성파 공진자 쪽이 Q값이 높고, 반공진 주파수 근방의 고주파 측에서는 제1 솎아냄 전극을 포함하는 탄성파 공진자 쪽이 Q값이 높은 것을 발견했다.
이 관점에서, 상기 구성에서는 제2 솎아냄 전극을 포함하는 IDT 전극을 병렬암 공진자에 적용하고, 제1 솎아냄 전극을 포함하는 IDT 전극을 직렬암 공진자에 적용했다. 이로써, 통과 대역의 저주파단과 고주파단 양쪽에서 급준성을 실효적으로 개선할 수 있다.
또한, 상기 1개 이상의 직렬암 공진자 각각이 가지는 IDT 전극은 상기 제1 솎아냄 전극을 포함해도 된다.
상기 구성에서는 제1 솎아냄 전극을 포함하는 IDT 전극을 탄성파 필터를 구성하는 모든 직렬암 공진자에 적용했다. 이로써, 통과 대역의 고주파단에서의 급준성을 최대로 높이는 것이 가능해진다.
또한, 상기 1개 이상의 병렬암 공진자 각각이 가지는 IDT 전극은 상기 제2 솎아냄 전극을 포함해도 된다.
상기 구성에서는 제2 솎아냄 전극을 포함하는 IDT 전극을 탄성파 필터를 구성하는 모든 병렬암 공진자에 적용했다. 이로써, 통과 대역의 저주파단에서의 급준성을 최대로 높이는 것이 가능해진다.
또한, 상기 1개 이상의 직렬암 공진자 각각이 가지는 IDT 전극에서, 상기 복수개의 전극지의 총수에 대한 상기 제1 솎아냄 전극의 개수의 비율을 상기 IDT 전극의 제1 솎아냄률로 정의한 경우, 상기 제1 솎아냄 전극을 포함하는 상기 IDT 전극의 상기 제1 솎아냄률은 30% 이하여도 된다.
IDT 전극이 제1 솎아냄 전극을 포함하면 Q값이 향상되지만, 그 제1 솎아냄률을 30%보다도 높게 하면, 상기 IDT 전극의 Q값이 열화(劣化)된다. 이에 반하여 상기 구성에 따르면, 제1 솎아냄 전극을 포함하는 직렬암 공진자의 반공진 주파수 근방에서 높은 Q값을 유지할 수 있다. 따라서, 동일한 대역 폭을 가지며, 직렬암 공진자에 제1 솎아냄 전극이 적용되지 않은 탄성파 필터와 비교하여, 통과 대역의 고주파단에서의 급준성을 높이는 것이 가능해진다.
또한, 상기 1개 이상의 병렬암 공진자 각각이 가지는 IDT 전극에서, 상기 복수개의 전극지의 총수에 대한 상기 제2 솎아냄 전극의 개수의 비율을 상기 IDT 전극의 제2 솎아냄률로 정의한 경우, 상기 제2 솎아냄 전극을 포함하는 상기 IDT 전극의 상기 제2 솎아냄률은 30% 이하여도 된다.
IDT 전극이 제2 솎아냄 전극을 포함하면 Q값이 향상되지만, 그 제2 솎아냄률을 30%보다도 높게 하면, 상기 IDT 전극의 Q값이 열화된다. 이에 반하여 상기 구성에 따르면, 제2 솎아냄 전극을 포함하는 병렬암 공진자의 공진 주파수 근방에서 높은 Q값을 유지할 수 있다. 따라서, 동일한 대역 폭을 가지며, 병렬암 공진자에 제2 솎아냄 전극이 적용되지 않은 탄성파 필터와 비교하여, 통과 대역의 저주파단에서의 급준성을 높이는 것이 가능해진다.
또한, 상기 기판은 상기 IDT 전극이 한쪽의 면 상에 형성된 압전막과, 상기 압전막을 전파하는 탄성파 음속보다도 전파하는 벌크파 음속이 고속인 고음속 지지 기판과, 상기 고음속 지지 기판과 상기 압전막 사이에 배치되고, 상기 압전막을 전파하는 벌크파 음속보다도 전파하는 벌크파 음속이 저속인 저음속막을 포함해도 된다.
상기 구성에 따르면, 솎아냄 전극을 설비하는 것에 의한 탄성파 공진자의 Q값 향상에 더하여, 탄성파 공진자의 Q값을 높은 값으로 유지할 수 있다. 따라서, 통과 대역 내의 저손실성을 가지는 탄성파 필터를 형성하는 것이 가능해진다.
본 발명에 따른 탄성파 필터에 따르면, 통과 대역의 저주파단 및 고주파단의 급준성을 실효적으로 개선하는 것이 가능해진다.
도 1은 실시형태에 따른 탄성파 필터의 회로 구성도이다.
도 2a는 실시형태에 따른 탄성파 공진자의 일례를 모식적으로 나타내는 평면도 및 단면도이다.
도 2b는 실시형태의 변형예에 따른 탄성파 공진자를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 래더(ladder)형 탄성파 필터의 동작 원리를 설명하는 회로 구성도 및 주파수 특성을 나타내는 그래프이다.
도 4a는 실시형태에 따른 탄성파 필터를 구성하는 직렬암 공진자의 IDT 전극의 구성의 일례를 나타내는 개략 평면도이다.
도 4b는 실시형태에 따른 탄성파 필터를 구성하는 병렬암 공진자의 IDT 전극의 구성의 일례를 나타내는 개략 평면도이다.
도 5는 제1 솎아냄 전극이 적용된 탄성파 공진자 및 제2 솎아냄 전극이 적용된 탄성파 공진자의 임피던스 특성 및 Q특성을 비교한 그래프이다.
도 6a는 제1 솎아냄 전극이 적용된 탄성파 공진자 및 제2 솎아냄 전극이 적용된 탄성파 공진자의 솎아냄률이 5%인 경우의 Q특성을 비교한 그래프이다.
도 6b는 제1 솎아냄 전극이 적용된 탄성파 공진자 및 제2 솎아냄 전극이 적용된 탄성파 공진자의 솎아냄률이 15%인 경우의 Q특성을 비교한 그래프이다.
도 6c는 제1 솎아냄 전극이 적용된 탄성파 공진자 및 제2 솎아냄 전극이 적용된 탄성파 공진자의 솎아냄률이 20%인 경우의 Q특성을 비교한 그래프이다.
도 7은 실시형태에 따른 탄성파 필터의 통과 특성, 직렬암 공진자의 통과 특성, 및 병렬암 공진자의 반사 특성을 나타내는 그래프이다.
도 8은 실시형태, 비교예 1 및 비교예 2에 따른 탄성파 필터의 통과 대역 주변의 삽입 손실을 비교한 그래프이다.
도 9는 실시형태 및 비교예 3에 따른 탄성파 필터의 통과 대역 주변의 삽입 손실을 비교한 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해 실시형태 및 도면을 이용하여 상세하게 설명한다. 한편, 이하에서 설명하는 실시형태는 모두 포괄적 또는 구체적인 예를 나타내는 것이다. 이하의 실시형태에서 나타내지는 수치, 형상, 재료, 구성 요소, 구성 요소의 배치 및 접속 형태 등은 일례이며, 본 발명을 한정하는 주지가 아니다. 이하의 실시형태에서의 구성 요소 중 독립 청구항에 기재되지 않은 구성 요소에 대해서는 임의의 구성 요소로서 설명된다. 또한, 도면에 나타내지는 구성 요소의 크기 또는 크기의 비는 반드시 엄밀하지 않다.
(실시형태)
[1. 탄성파 필터의 회로 구성]
도 1은 실시형태에 따른 탄성파 필터(10)의 회로 구성도이다. 동 도면에 나타내는 바와 같이, 탄성파 필터(10)는 직렬암 공진자(101, 102, 103, 104 및 105)와 병렬암 공진자(201, 202, 203 및 204)와 입출력 단자(310 및 320)를 포함한다.
직렬암 공진자(101~105)는 입출력 단자(310)(제1 입출력 단자)와 입출력 단자(320)(제2 입출력 단자)를 잇는 경로 상에 배치되고, 서로 직렬 접속된다. 또한, 병렬암 공진자(201~204)는 상기 경로 상의 노드와 그라운드 단자 사이에 배치된다. 병렬암 공진자(201, 202 및 203)가 접속된 그라운드 단자는 공통화된다. 직렬암 공진자(101~105) 및 병렬암 공진자(201~204)의 상기 접속 구성에 의해, 탄성파 필터(10)는 래더형 밴드패스 필터를 구성한다.
한편, 병렬암 공진자(201, 202, 203 및 204)가 접속된 그라운드 단자의 공통화 및 개별화는 도 1에 나타내진 접속 양태에 한정되는 것이 아니며, 탄성파 필터(10)의 감쇠극을 조정한다는 관점에서 임의로 설정되어도 된다.
또한, 탄성파 필터(10)를 구성하는 직렬암 공진자의 수는 도 1에 나타내진 5개에 한정되지 않고, 1개 이상이면 된다. 또한, 탄성파 필터(10)를 구성하는 병렬암 공진자의 수는 도 1에 나타내진 4개에 한정되지 않고, 1개 이상이면 된다.
또한, 직렬암 공진자(101~105), 병렬암 공진자(201~204), 및 입출력 단자(310 및 320) 사이에 인덕터 및 커패시터 등의 회로 소자 그리고 종결합형 공진기 등이 삽입되어도 된다.
이하에서는 탄성파 필터(10)를 구성하는 직렬암 공진자 및 병렬암 공진자의 기본 구조에 대해 설명한다.
[2. 탄성파 공진자의 구조]
도 2a는 본 실시형태에 따른 탄성파 공진자의 일례를 모식적으로 나타내는 개략도이며, (a)는 평면도, (b) 및 (c)는 (a)에 나타낸 일점쇄선에서의 단면도이다. 도 2a에는 탄성파 필터(10)를 구성하는 직렬암 공진자(101~105) 및 병렬암 공진자(201~204)의 기본 구조를 가지는 탄성파 공진자(100)가 예시되어 있다. 한편, 도 2a에 나타내진 탄성파 공진자(100)는 탄성파 공진자의 전형적인 구조를 설명하기 위한 것으로서, 전극을 구성하는 전극지의 개수 및 길이 등은 이에 한정되지 않는다.
탄성파 공진자(100)는 압전성을 가지는 기판(5)과 빗살형 전극(100a 및 100b)으로 구성된다.
도 2a의 (a)에 나타내는 바와 같이, 기판(5) 상에는 서로 대향하는 한 쌍의 빗살형 전극(100a 및 100b)이 형성된다. 빗살형 전극(100a)은 서로 평행한 복수개의 전극지(150a)와, 복수개의 전극지(150a)를 접속하는 버스바 전극(160a)으로 구성된다. 또한, 빗살형 전극(100b)은 서로 평행한 복수개의 전극지(150b)와, 복수개의 전극지(150b)를 접속하는 버스바 전극(160b)으로 구성된다. 복수개의 전극지(150a 및 150b)는 탄성파 전파 방향(X축 방향)과 직교하는 방향을 따라 형성된다.
또한, 복수개의 전극지(150a 및 150b) 및 버스바 전극(160a 및 160b)으로 구성되는 IDT(InterDigital Transducer) 전극(54)은 도 2a의 (b)에 나타내는 바와 같이, 밀착층(541)과 메인 전극층(542)의 적층 구조로 되어 있다.
밀착층(541)은 기판(5)과 메인 전극층(542)의 밀착성을 향상시키기 위한 층이며, 재료로서 예를 들면, Ti가 사용된다. 밀착층(541)의 막 두께는 예를 들면, 12㎚이다.
메인 전극층(542)은 재료로서 예를 들면, Cu를 1% 함유한 Al이 사용된다. 메인 전극층(542)의 막 두께는 예를 들면 162㎚이다.
보호층(55)은 빗살형 전극(100a 및 100b)을 덮도록 형성된다. 보호층(55)은 메인 전극층(542)을 외부환경으로부터 보호하고, 주파수 온도 특성을 조정하며, 내습성을 높이는 것 등을 목적으로 하는 층이며, 예를 들면, 이산화규소를 주성분으로 하는 유전체막이다. 보호층(55)의 두께는 예를 들면 25㎚이다.
한편, 밀착층(541), 메인 전극층(542) 및 보호층(55)을 구성하는 재료는 상술한 재료에 한정되지 않는다. 더욱이, IDT 전극(54)은 상기 적층 구조가 아니어도 된다. IDT 전극(54)은 예를 들면, Ti, Al, Cu, Pt, Au, Ag, Pd 등의 금속 또는 합금으로 구성되어도 되고, 또한 상기의 금속 또는 합금으로 구성되는 복수개의 적층체로 구성되어도 된다. 또한, 보호층(55)은 형성되지 않아도 된다.
다음으로, 기판(5)의 적층 구조에 대해 설명한다.
도 2a의 (c)에 나타내는 바와 같이, 기판(5)은 고음속 지지 기판(51)과 저음속막(52)과 압전막(53)을 포함하고, 고음속 지지 기판(51), 저음속막(52) 및 압전막(53)이 이 순서로 적층된 구조를 가진다.
압전막(53)은 50° Y커트 X전파 LiTaO3 압전 단결정 또는 압전 세라믹스(X축을 중심축으로 하여 Y축으로부터 50° 회전한 축을 법선으로 하는 면으로 절단한 탄탈산리튬 단결정, 또는 세라믹스로서, X축 방향으로 탄성표면파가 전파하는 단결정 또는 세라믹스)로 이루어진다. 압전막(53)은 예를 들면, 두께가 600㎚이다. 한편, 각 필터의 요구 사양에 따라, 압전막(53)으로서 사용되는 압전 단결정의 재료 및 커트 각이 적절히 선택된다.
고음속 지지 기판(51)은 저음속막(52), 압전막(53) 및 IDT 전극(54)을 지지하는 기판이다. 고음속 지지 기판(51)은 더욱이 압전막(53)을 전파하는 표면파 및 경계파 등의 탄성파보다도 고음속 지지 기판(51) 중의 벌크파의 음속이 고속인 기판이며, 탄성표면파를 압전막(53) 및 저음속막(52)이 적층된 부분에 가두고, 고음속 지지 기판(51)보다 아래쪽으로 누설되지 않도록 기능한다. 고음속 지지 기판(51)은 예를 들면, 실리콘 기판이며, 두께는 예를 들면 200㎛이다.
저음속막(52)은 압전막(53)을 전파하는 벌크파보다도 저음속막(52) 중의 벌크파의 음속이 저속인 막이며, 압전막(53)과 고음속 지지 기판(51) 사이에 배치된다. 이 구조와, 탄성파가 본질적으로 저음속인 매질에 에너지가 집중된다는 성질에 의해, 탄성표면파 에너지의 IDT 전극 밖으로의 누설이 억제된다. 저음속막(52)은 예를 들면, 이산화규소를 주성분으로 하는 막이며, 두께는 예를 들면 670㎚이다.
한편, 기판(5)의 상기 적층 구조에 따르면, 압전기판을 단층으로 사용한 종래의 구조와 비교하여, 공진 주파수 및 반공진 주파수에서의 Q값을 대폭적으로 높이는 것이 가능해진다. 즉, Q값이 높은 탄성파 공진자를 구성할 수 있으므로, 상기 탄성파 공진자를 사용하여, 삽입 손실이 작은 필터를 구성하는 것이 가능해진다.
또한, 탄성파 필터(10)의 통과 대역 저주파단 및 고주파단의 급준성을 개선하기 위해, 후술하는 바와 같이, 탄성파 공진자에 솎아냄 전극이 적용되면, 솎아냄률에 따라서는 탄성파 공진자의 Q값이 등가적으로 작아지는 경우가 상정된다. 그러나 상기 기판의 적층 구조에 따르면, 탄성파 공진자(100)의 Q값을 높은 값으로 유지할 수 있다. 따라서, 통과 대역 내의 저손실이 유지된 탄성파 필터(10)를 형성하는 것이 가능해진다.
한편, 고음속 지지 기판(51)은 지지 기판과, 압전막(53)을 전파하는 표면파 및 경계파 등의 탄성파보다도 전파하는 벌크파의 음속이 고속인 고음속막이 적층된 구조를 가져도 된다. 이 경우, 지지 기판은 리튬탄탈레이트, 리튬니오베이트, 수정 등의 압전체, 알루미나, 마그네시아, 질화규소, 질화알루미늄, 탄화규소, 지르코니아, 코디에라이트, 멀라이트, 스테아타이트, 포스테라이트 등의 각종 세라믹, 사파이어, 유리 등의 유전체 또는 실리콘, 질화갈륨 등의 반도체 및 수지 기판 등을 사용할 수 있다. 또한, 고음속막은 질화알루미늄, 산화알루미늄, 탄화규소, 질화규소, 산질화규소, DLC막 또는 다이아몬드, 상기 재료를 주성분으로 하는 매질, 상기 재료의 혼합물을 주성분으로 하는 매질 등, 다양한 고음속 재료를 사용할 수 있다.
또한, 도 2b는 실시형태의 변형예 1에 따른 탄성파 공진자를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 도 2a에 나타낸 탄성파 공진자(100)에서는 IDT 전극(54)이 압전막(53)을 가지는 기판(5) 상에 형성된 예를 나타냈는데, 상기 IDT 전극(54)이 형성되는 기판은 도 2b에 나타내는 바와 같이, 압전체층의 단층으로 이루어지는 압전 단결정 기판(57)이어도 된다. 압전 단결정 기판(57)은 예를 들면, LiNbO3의 압전 단결정으로 구성된다. 본 변형예에 따른 탄성파 공진자(100)는 LiNbO3의 압전 단결정 기판(57)과, IDT 전극(54)과, 압전 단결정 기판(57) 상 및 IDT 전극(54) 상에 형성된 보호층(55)으로 구성된다.
상술한 압전막(53) 및 압전 단결정 기판(57)은 탄성파 필터 장치의 요구 통과 특성 등에 따라, 적절히, 적층 구조, 재료, 커트 각 및 두께를 변경해도 된다. 상술한 커트 각 이외의 커트 각을 가지는 LiTaO3 압전기판 등을 사용한 탄성파 공진자(100)여도 상술한 압전막(53)을 사용한 탄성파 공진자(100)와 동일한 효과를 발휘할 수 있다.
여기서, 탄성파 공진자(100)를 구성하는 IDT 전극의 전극 파라미터의 일례(실시예)에 대해 설명한다.
탄성파 공진자의 파장이란, 도 2a의 (b)에 나타내는 IDT 전극(54)을 구성하는 복수개의 전극지(150a 또는 150b)의 반복 주기인 파장 λ로 규정된다. 또한, 전극 피치는 파장 λ의 1/2이며, 빗살형 전극(100a 및 100b)을 구성하는 전극지(150a 및 150b)의 라인 폭을 W로 하고, 서로 이웃하는 전극지(150a)와 전극지(150b) 사이의 스페이스 폭을 S로 한 경우, (W+S)로 정의된다. 또한, 한 쌍의 빗살형 전극(100a 및 100b)의 교차 폭 L은 도 2a의 (a)에 나타내는 바와 같이, 전극지(150a)와 전극지(150b)의 탄성파 전파 방향(X축 방향)으로부터 보았을 경우의 중복되는 전극지 길이이다. 또한, 각 탄성파 공진자의 전극 듀티는 복수개의 전극지(150a 및 150b)의 라인 폭 점유율이고, 복수개의 전극지(150a 및 150b)의 라인 폭과 스페이스 폭의 가산값에 대한 상기 라인 폭의 비율이며, W/(W+S)로 정의된다. 또한, 빗살형 전극(100a 및 100b)의 높이를 h로 했다. 이후에서는 파장 λ, 교차 폭 L, 전극 듀티, IDT 전극(54)의 높이 h 등, 탄성파 공진자의 IDT 전극의 형상에 관한 파라미터를 전극 파라미터라고 하겠다.
[3. 탄성파 필터의 동작 원리]
다음으로, 본 실시형태에 따른 래더형 탄성파 필터의 동작 원리에 대해 설명한다.
도 3은 래더형 탄성파 필터의 동작 원리를 설명하는 회로 구성도 및 주파수 특성을 나타내는 그래프이다.
도 3의 (a)에 나타내진 탄성파 필터는 하나의 직렬암 공진자(301) 및 하나의 병렬암 공진자(302)로 구성된 기본적인 래더형 필터이다. 도 3의 (b)에 나타내는 바와 같이, 병렬암 공진자(302)는 공진 특성에서 공진 주파수(frp) 및 반공진 주파수(fap(＞frp))를 가진다. 또한, 직렬암 공진자(301)는 공진 특성에서 공진 주파수(frs) 및 반공진 주파수(fas(＞frs＞frp))를 가진다.
래더형 탄성파 공진자를 사용하여 밴드패스 필터를 구성함에 있어서, 병렬암 공진자(302)의 반공진 주파수(fap)와 직렬암 공진자(301)의 공진 주파수(frs)를 근접시킨다. 이로써, 병렬암 공진자(302)의 임피던스가 0에 가까워지는 공진 주파수(frp) 근방은 저주파 측 저지역(沮止域)이 된다. 또한, 이보다 주파수가 증가하면, 반공진 주파수(fap) 근방에서 병렬암 공진자(302)의 임피던스가 높아지면서, 공진 주파수(frs) 근방에서 직렬암 공진자(301)의 임피던스가 0에 가까워진다. 이로써, 반공진 주파수(fap)~공진 주파수(frs)의 근방에서는 입출력 단자(310)로부터 입출력 단자(320)로의 신호 경로에서 신호 통과역이 된다. 더욱이, 주파수가 높아지고, 반공진 주파수(fas) 근방이 되면, 직렬암 공진자(301)의 임피던스가 높아지고, 고주파 측 저지역이 된다.
한편, 병렬암 공진자 및 직렬암 공진자로 구성되는 공진단(共振段)의 단수는 요구 사양에 따라, 적절히 최적화된다. 일반적으로, 복수개의 공진단으로 탄성파 필터가 구성될 경우에는 복수개의 병렬암 공진자의 반공진 주파수(fap)를 대략 일치시키고, 복수개의 직렬암 공진자의 반공진 주파수(fas)를 대략 일치시킨다.
상기 동작 원리를 가지는 탄성파 필터에서 입출력 단자(310)로부터 고주파 신호가 입력되면, 입출력 단자(310)와 기준 단자 사이에서 전위 차가 생기고, 이로써, 압전체층이 일그러짐으로써 X방향으로 전파하는 탄성표면파가 발생한다. 여기서, IDT 전극(54)의 파장 λ와 통과 대역의 파장을 대략 일치시켜 둠으로써, 통과시키고자 하는 주파수 성분을 가지는 고주파 신호만 상기 탄성파 필터를 통과한다.
[4. 탄성파 필터의 전극 구성]
다음으로, 본 실시형태에 따른 탄성파 필터(10)의 특징적인 구성인 직렬암 공진자 및 병렬암 공진자의 IDT 전극의 구성에 대해 설명한다.
도 4a는 실시형태에 따른 탄성파 필터(10)를 구성하는 직렬암 공진자(101~105)의 IDT 전극의 구성의 일례를 나타내는 개략 평면도이다. 도 4b는 실시형태에 따른 탄성파 필터(10)를 구성하는 병렬암 공진자(201~204)의 IDT 전극의 구성의 일례를 나타내는 개략 평면도이다.
도 4a에는 직렬암 공진자(101~105)를 대표하여, 직렬암 공진자(101)의 IDT 전극 구조를 나타내는 평면 모식도가 예시되어 있다. 한편, 도 4a에 나타내진 직렬암 공진자(101)는 직렬암 공진자(101~105)의 전형적인 구조를 설명하기 위한 것으로서, 전극을 구성하는 전극지의 개수 및 길이 등은 이에 한정되지 않는다.
직렬암 공진자(101)는 압전성을 가지는 기판(5)과, 기판(5) 상에 형성된 빗살형 전극(101a 및 101b)과 반사기(141)로 구성된다.
도 4a에 나타내는 바와 같이, 빗살형 전극(101a)은 서로 평행한 복수개의 전극지(151a)와, 복수개의 전극지(151a)의 한쪽 단끼리를 접속하는 버스바 전극(161a)으로 구성된다. 또한, 빗살형 전극(101b)은 서로 평행한 복수개의 전극지(151b)와, 복수개의 전극지(151b)의 한쪽 단끼리를 접속하는 버스바 전극(161b)으로 구성된다. 복수개의 전극지(151a 및 151b)는 탄성파 전파 방향(X축 방향)과 직교하는 방향을 따라 형성된다. 빗살형 전극(101a 및 101b)은 복수개의 전극지(151a와 151b)가 서로 맞물리도록 대향 배치된다. 즉, 직렬암 공진자(101)의 IDT 전극은 한 쌍의 빗살형 전극(101a 및 101b)을 가진다.
한편, 빗살형 전극(101a)은 복수개의 전극지(151b)의 긴 쪽 방향에 대향하여 배치된 더미 전극을 가지지만, 상기 더미 전극은 없어도 된다. 또한, 빗살형 전극(101b)은 복수개의 전극지(151a)의 긴 쪽 방향에 대향하여 배치된 더미 전극을 가지지만, 상기 더미 전극은 없어도 된다.
반사기(141)는 서로 평행한 복수개의 전극지와, 상기 복수개의 전극지를 접속하는 버스바 전극으로 구성되고, 한 쌍의 빗살형 전극(101a 및 101b)의 양단에 배치된다.
한편, 한 쌍의 빗살형 전극(101a 및 101b)으로 구성되는 IDT 전극은 도 2a의 (b)에 나타내는 바와 같이, 밀착층(541)과 메인 전극층(542)의 적층 구조로 되어 있는데, 상기 적층 구조에 한정되지 않는다.
여기서, 직렬암 공진자(101)의 IDT 전극에는 전극지(152)가 이산(離散)적으로 형성된다. 전극지(152)는 버스바 전극(161a 및 161b) 중 어느 것과도 접속되지 않고, 복수개의 전극지(151a 및 151b)와 평행하면서 동일 피치로 배치된 제1 솎아냄 전극(부유 전극)이다. 또한, 서로 이웃하는 2개의 전극지(152) 사이에는 복수개의 전극지(151a 및 151b)가 배치된다. 즉, 전극지(152)의 피치는 복수개의 전극지(151a 및 151b)의 피치보다도 크다.
도 4b에는 병렬암 공진자(201~204)를 대표하여, 병렬암 공진자(201)의 IDT 전극 구조를 나타내는 평면 모식도가 예시되어 있다. 한편, 도 4b에 나타내진 병렬암 공진자(201)는 병렬암 공진자(201~204)의 전형적인 구조를 설명하기 위한 것으로서, 전극을 구성하는 전극지의 개수 및 길이 등은 이에 한정되지 않는다.
병렬암 공진자(201)는 압전성을 가지는 기판(5)과 기판(5) 상에 형성된 빗살형 전극(201a 및 201b)과 반사기(241)로 구성된다.
도 4b에 나타내는 바와 같이, 빗살형 전극(201a)은 서로 평행한 복수개의 전극지(251a)와, 복수개의 전극지(251a)의 한쪽 단끼리를 접속하는 버스바 전극(261a)으로 구성된다. 또한, 빗살형 전극(201b)은 서로 평행한 복수개의 전극지(251b)와, 복수개의 전극지(251b)의 한쪽 단끼리를 접속하는 버스바 전극(261b)으로 구성된다. 복수개의 전극지(251a 및 251b)는 탄성파 전파 방향(X축 방향)과 직교하는 방향을 따라 형성된다. 빗살형 전극(201a 및 201b)은 복수개의 전극지(251a와 251b)가 서로 맞물리도록 대향 배치된다. 즉, 병렬암 공진자(201)의 IDT 전극은 한 쌍의 빗살형 전극(201a 및 201b)을 가진다.
한편, 빗살형 전극(201a)은 복수개의 전극지(251b)의 긴 쪽 방향에 대향하여 배치된 더미 전극을 가지지만, 상기 더미 전극은 없어도 된다. 또한, 빗살형 전극(201b)은 복수개의 전극지(251a)의 긴 쪽 방향에 대향하여 배치된 더미 전극을 가지지만, 상기 더미 전극은 없어도 된다.
반사기(241)는 서로 평행한 복수개의 전극지와, 상기 복수개의 전극지를 접속하는 버스바 전극으로 구성되고, 한 쌍의 빗살형 전극(201a 및 201b)의 양단에 배치된다.
한편, 한 쌍의 빗살형 전극(201a 및 201b)으로 구성되는 IDT 전극은 도 2a의 (b)에 나타내는 바와 같이, 밀착층(541)과 메인 전극층(542)의 적층 구조로 되어 있는데, 상기 적층 구조에 한정되지 않는다.
여기서, 병렬암 공진자(201)의 IDT 전극에는 전극지(252)가 이산적으로 형성된다. 전극지(252)는 병렬암 공진자(201)의 IDT 전극에서 최대의 전극지 폭을 가지는 전극지로서, 전극지(252)를 제외한 전극지에서의 평균 전극지 폭의 2배 이상의 전극지 폭을 가지는 제2 솎아냄 전극(덮은 전극)이다. 바꿔 말하면, 전극지(252)는 서로 이웃하는 전극지(251a 및 251b)와 상기 서로 이웃하는 복수개의 전극지(251a 및 251b) 사이의 공간이 모아져서 하나의 전극지가 되고, 버스바 전극(261a 및 261b) 중 어느 하나에 접속되며, 복수개의 전극지(251a 및 251b)보다도 전극지 폭이 넓은 제2 솎아냄 전극(덮은 전극)이다. 또한, 서로 이웃하는 2개의 전극지(252) 사이에는 복수개의 전극지(251a 및 251b)가 배치된다. 즉, 전극지(252)의 피치는 복수개의 전극지(251a 및 251b)의 피치보다도 크다.
여기서, IDT 전극의 솎아냄률을 정의한다. 직렬암 공진자(101~105)에서의 IDT 전극의 솎아냄률(제1 솎아냄률)이란, 상기 IDT 전극에서의 전극지(152)의 개수를 M으로 하고, 서로 이웃하는 1세트의 전극지(151a 및 151b)를 한 쌍의 전극지로 하며, 전극지(152)를 설비하지 않고 전극지(151a 및 151b)만의 반복으로 구성된 경우의 IDT 전극의 쌍수를 N으로 한 경우, 이하의 식 1로 나타내진다. 또한, 병렬암 공진자(201~204)에서의 IDT 전극의 솎아냄률(제2 솎아냄률)이란, 상기 IDT 전극에서의 전극지(252)의 개수를 M으로 하고, 서로 이웃하는 1세트의 전극지(251a 및 251b)를 한 쌍의 전극지로 하며, 전극지(252)를 설비하지 않고 전극지(251a 및 251b)만의 반복으로 구성된 경우의 IDT 전극의 쌍수를 N으로 한 경우, 이하의 식 1로 나타내진다.
솎아냄률(제1 솎아냄률 또는 제2 솎아냄률)=M/{2(N-M)+1} (식 1)
표 1에 실시형태에 따른 탄성파 필터(10)의 전극 파라미터의 일례를 나타낸다.
Figure 112020049016657-pct00001
표 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에서는 직렬암 공진자(101~105)의 모든 IDT 전극에 제1 솎아냄 전극을 적용하고, 병렬암 공진자(201~204)의 모든 IDT 전극에 제2 솎아냄 전극을 적용했다. 이로써, 통과 대역의 저주파단 및 고주파단 쌍방에서 급준성을 최대로 높이는 것이 가능해진다.
한편, 직렬암 공진자(101~105)의 IDT 전극 중 적어도 하나에 제1 솎아냄 전극이 적용되어도 된다. 이 경우여도 통과 대역의 고주파단에서 급준성을 높이는 것이 가능해진다. 또한, 병렬암 공진자(201~204)의 IDT 전극 중 적어도 하나에 제2 솎아냄 전극이 적용되어도 된다. 이 경우여도 통과 대역의 저주파단에서 급준성을 높이는 것이 가능해진다.
[5. 탄성파 공진자의 공진 특성]
도 5는 제1 솎아냄 전극(부유 전극)이 적용된 탄성파 공진자 및 제2 솎아냄 전극(덮은 전극)이 적용된 탄성파 공진자의 임피던스 특성(도 5의 (a)) 및 Q특성(도 5의 (b))을 비교한 그래프이다. 한편, 도 5에 나타내진 탄성파 공진자의 제1 솎아냄률 및 제2 솎아냄률은 모두 9%이다.
도 5의 (a)에 나타내는 바와 같이, 탄성파 공진자의 공진 특성을 나타내는 임피던스는 공진 주파수(fr)에서 0에 가까워지는 극소값이 되고, 반공진 주파수(fa)에서 무한대에 가까워지는 극대값이 된다. 제1 솎아냄 전극(부유 전극)이 적용된 탄성파 공진자 및 제2 솎아냄 전극(덮은 전극)이 적용된 탄성파 공진자의 임피던스 특성은 대체로 일치한다. 상기 임피던스 특성을 가지는 탄성파 공진자를 탄성파 필터의 직렬암 공진자 및 병렬암 공진자 중 어느 것에 적용해도 필터 통과 특성에서의 감쇠극의 주파수 및 감쇠량은 대체로 동일하다.
이에 반하여, 도 5의 (b)에 나타내는 바와 같이, 공진 주파수(fr)부터 반공진 주파수(fa)까지의 주파수 범위 중 저주파 측의 주파수 범위(BL)에서는 제2 솎아냄 전극(덮은 전극) 쪽이 제1 솎아냄 전극(부유 전극)보다도 Q값이 높다. 한편, 공진 주파수(fr)부터 반공진 주파수(fa)까지의 주파수 범위 중 고주파 측의 주파수 범위(BH)에서는 제1 솎아냄 전극(부유 전극) 쪽이 제2 솎아냄 전극(덮은 전극)보다도 Q값이 높다.
직렬암 공진자와 병렬암 공진자로 구성되는 탄성파 필터의 통과 대역 저주파단 및 고주파단의 급준성을 향상시키기 위해, IDT 전극에 이른바 솎아냄법을 이용한 가중치를 부여하는 것이 유효함이 종래부터 알려져 있다. 특히, 래더형 탄성파 필터에서는 통과 대역의 저주파단에서의 급준성은 병렬암 공진자의 공진 주파수 부근의 Q값이 좋아지면 향상되고, 통과 대역의 고주파단의 급준성은 직렬암 공진자의 반공진 주파수 부근의 Q특성이 좋아지면 향상된다.
발명자들은 도 5에 나타내는 바와 같이, 제1 솎아냄 전극(부유 전극)을 포함하는 탄성파 공진자 및 제2 솎아냄 전극(덮은 전극)을 포함하는 탄성파 공진자의 Q값을 비교한 경우, 공진 주파수 근방의 저주파 측 영역(주파수 범위(BL))에서는 제2 솎아냄 전극(덮은 전극)을 포함하는 탄성파 공진자 쪽이 Q값이 높고, 반공진 주파수 근방의 고주파 측 영역(주파수 범위(BH))에서는 제1 솎아냄 전극(부유 전극)을 포함하는 탄성파 공진자 쪽이 Q값이 높은 것을 발견했다.
이 솎아냄 전극의 형상에 의한 Q값의 주파수 특성에 대해서는 이하의 요인을 들 수 있다. 제2 솎아냄 전극(덮은 전극)은 덮인 영역이 전극막으로 점유되기 때문에, 덮이지 않은 통상의 영역과 비교하여 저음속이다. 한편, 제1 솎아냄 전극(부유 전극)은 덮인 영역 및 통상의 영역과 비교하여 고음속이다. 이 때문에, 제2 솎아냄 전극(덮인 전극)은 저음속에 대응하는 저주파 측에서 Q값이 나아지고, 제1 솎아냄 전극(부유 전극)은 고음속에 대응하는 고주파 측에서 Q값이 나아진다.
이 관점에서, 실시형태에 따른 탄성파 필터(10)에서는 제2 솎아냄 전극(덮은 전극)을 포함하는 IDT 전극을 병렬암 공진자(201~204)에 적용하고, 제1 솎아냄 전극(부유 전극)을 포함하는 IDT 전극을 직렬암 공진자(101~105)에 적용했다. 이로써, 통과 대역의 저주파단과 고주파단 양쪽에서 급준성이 높은 탄성파 필터(10)를 실현할 수 있다.
도 6a는 제1 솎아냄 전극이 적용된 탄성파 공진자 및 제2 솎아냄 전극이 적용된 탄성파 공진자의 솎아냄률(제1 솎아냄률 및 제2 솎아냄률 각각)이 5%인 경우의 Q특성을 비교한 그래프이다. 또한, 도 6b는 제1 솎아냄 전극이 적용된 탄성파 공진자 및 제2 솎아냄 전극이 적용된 탄성파 공진자의 솎아냄률(제1 솎아냄률 및 제2 솎아냄률 각각)이 15%인 경우의 Q특성을 비교한 그래프이다. 또한, 도 6c는 제1 솎아냄 전극이 적용된 탄성파 공진자 및 제2 솎아냄 전극이 적용된 탄성파 공진자의 솎아냄률(제1 솎아냄률 및 제2 솎아냄률 각각)이 20%인 경우의 Q특성을 비교한 그래프이다. 한편, 도 6a~도 6c에서의 탄성파 공진자는 도 5의 (b)에서의 탄성파 공진자와 비교하여, 솎아냄률 이외의 전극 파라미터의 수치가 다르다.
도 6a~도 6c에 나타내는 바와 같이, 솎아냄률을 바꾸어도 공진 주파수(fr)부터 반공진 주파수(fa)까지의 주파수 범위 중 저주파 측의 주파수 범위(BL)에서는 제2 솎아냄 전극(덮은 전극) 쪽이 제1 솎아냄 전극(부유 전극)보다도 Q값이 높고, 고주파 측의 주파수 범위(BH)에서는 제1 솎아냄 전극(부유 전극) 쪽이 제2 솎아냄 전극(덮은 전극)보다도 Q값이 높다.
한편, IDT 전극이 솎아냄 전극을 포함하면 Q값이 향상되지만, 그 솎아냄률을 30%보다도 높게 하면, 상기 IDT 전극의 Q값이 열화된다. 이 때문에, 동일한 대역 폭을 확보하기 위한, 솎아냄 전극을 적용하지 않는 IDT 전극과 비교하여, 통과 대역의 고주파단 및 저주파단에서의 급준성을 보다 높일 수 없는 경우가 있다. 이 때문에, 제1 솎아냄 전극(부유 전극)을 포함하는 IDT 전극의 제1 솎아냄률은 30% 이하인 것이 바람직하다.
이로써, 제1 솎아냄 전극을 포함하는 직렬암 공진자(101~105)의 반공진 주파수(fas) 근방에서 높은 Q값을 유지할 수 있다. 따라서, 동일한 대역 폭을 가지며, 직렬암 공진자에 제1 솎아냄 전극이 적용되지 않은 탄성파 필터와 비교하여, 통과 대역의 고주파단에서의 급준성을 높이는 것이 가능해진다.
또한, 제2 솎아냄 전극(덮은 전극)을 포함하는 IDT 전극의 제2 솎아냄률은 30% 이하인 것이 바람직하다.
이로써, 제2 솎아냄 전극을 포함하는 병렬암 공진자(201~204)의 공진 주파수(frp) 근방에서 높은 Q값을 유지할 수 있다. 따라서, 동일한 대역 폭을 가지며, 병렬암 공진자에 제2 솎아냄 전극이 적용되지 않은 탄성파 필터와 비교하여 통과 대역의 저주파단에서의 급준성을 높이는 것이 가능해진다.
[6. 탄성파 필터의 통과 특성]
도 7은 실시형태에 따른 탄성파 필터(10)의 통과 특성, 직렬암 공진자(101~105)의 통과 특성, 및 병렬암 공진자(201~204)의 반사 특성을 나타내는 그래프이다. 동 도면에는 탄성파 필터(10)의 통과 대역 근방의 통과 특성(삽입 손실)에 더하여, 직렬암 공진자(101~105) 중 하나의 통과 특성(삽입 손실) 및 병렬암 공진자(201~204) 중 하나의 반사 특성(반사 손실)이 나타나 있다. 병렬암 공진자의 반사 특성에서, 반사 손실의 극대값을 가지는 주파수가 상기 병렬암 공진자의 공진 주파수(frp)를 나타낸다. 또한, 직렬암 공진자의 통과 특성에서, 삽입 손실의 극대값을 가지는 주파수가 상기 직렬암 공진자의 반공진 주파수(fas)를 나타낸다.
실시형태에 따른 탄성파 필터(10)에서, 제2 솎아냄 전극(덮은 전극)을 포함하는 IDT 전극을 병렬암 공진자(201~204)에 적용하고, 제1 솎아냄 전극(부유 전극)을 포함하는 IDT 전극을 직렬암 공진자(101~105)에 적용함으로써, 도 7에 나타내는 바와 같이, 통과 대역의 저주파단과 고주파단 양쪽에서 급준성이 높아진다.
도 8은 실시형태, 비교예 1 및 비교예 2에 따른 탄성파 필터의 통과 대역 주변의 삽입 손실을 비교한 그래프이다. 한편, 도 8에서 실시형태, 비교예 1 및 비교예 2에 따른 탄성파 필터가 가지는 각 IDT 전극의 솎아냄률은 모두 9%이다.
한편, 비교예 1에 따른 탄성파 필터는 실시형태에 따른 탄성파 필터(10)와 비교하여, 직렬암 공진자(101~105) 및 병렬암 공진자(201~204)의 전체 공진자에 제1 솎아냄 전극(부유 전극)을 적용하고, 병렬암 공진자(201~204)에는 제2 솎아냄 전극(덮은 전극)을 적용하지 않은 점이 구성적으로 다르다.
또한, 비교예 2에 따른 탄성파 필터는 실시형태에 따른 탄성파 필터(10)와 비교하여, 직렬암 공진자(101~105) 및 병렬암 공진자(201~204)의 전체 공진자에 제2 솎아냄 전극(덮은 전극)을 적용하고, 직렬암 공진자(101~105)에는 제1 솎아냄 전극(부유 전극)을 적용하지 않은 점이 구성적으로 다르다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 통과 대역의 중앙 영역에서는 실시형태, 비교예 1 및 비교예 2에 따른 탄성파 필터의 삽입 손실에 차이는 보이지 않는다. 또한, 통과 대역의 저주파단보다도 더 저주파 측의 영역(삽입 손실의 급준성이 저주파 측에서 최대인 영역), 및 통과 대역의 고주파단보다도 더 고주파 측의 영역(삽입 손실의 급준성이 고주파 측에서 최대인 영역)에서는 실시형태, 비교예 1 및 비교예 2에 따른 탄성파 필터의 삽입 손실에 차이는 보이지 않는다. 이에 반하여, 통과 대역 저주파단 및 고주파단에서는 실시형태, 비교예 1 및 비교예 2에 따른 탄성파 필터의 삽입 손실에 차이가 보인다.
통과 대역의 저주파단에서는 삽입 손실이 작은 순서대로, 비교예 2, 실시형태, 비교예 1이 되어 있다. 비교예 1에 따른 탄성파 필터에서는 병렬암 공진자(201~204)에, 고주파 측의 주파수 범위(BH)에서 Q값이 높은 제1 솎아냄 전극(부유 전극)을 적용하고 있기 때문에, 저주파 측의 주파수 범위(BL)에서는 삽입 손실은 증대된다. 이에 반하여, 병렬암 공진자(201~204)에 저주파 측의 주파수 범위(BL)에서 Q값이 높은 제2 솎아냄 전극(덮은 전극)을 적용한 실시형태 및 비교예 2에 따른 탄성파 필터에서는 저주파 측의 주파수 범위(BL)에서의 삽입 손실은 저감된다. 이로써, 통과 대역의 저주파단에서의 삽입 손실의 급준성은 비교예 1에 따른 탄성파 필터보다도 실시형태 및 비교예 2에 따른 탄성파 필터 쪽이 높다.
또한, 통과 대역의 고주파단에서는 삽입 손실이 작은 순서대로 실시형태, 비교예 1, 비교예 2로 되어 있다. 비교예 2에 따른 탄성파 필터에서는 직렬암 공진자(101~105)에 저주파 측의 주파수 범위(BL)에서 Q값이 높은 제2 솎아냄 전극(덮은 전극)을 적용했기 때문에, 고주파 측의 주파수 범위(BH)에서는 삽입 손실은 증대된다. 이에 반하여, 직렬암 공진자(101~105)에, 고주파 측의 주파수 범위(BH)에서 Q값이 높은 제1 솎아냄 전극(부유 전극)을 적용한 실시형태 및 비교예 1에 따른 탄성파 필터에서는 고주파 측의 주파수 범위(BH)에서의 삽입 손실은 저감된다. 이로써, 통과 대역의 고주파단에서의 삽입 손실의 급준성은 비교예 2에 따른 탄성파 필터보다도 실시형태 및 비교예 1에 따른 탄성파 필터 쪽이 높다.
따라서, 통과 대역의 저주파단 및 고주파단 쌍방에서 삽입 손실의 급준성을 개선할 수 있는 것은 실시형태에 따른 탄성파 필터(10)인 것을 알 수 있다.
도 9는 실시형태 및 비교예 3에 따른 탄성파 필터의 통과 대역 주변의 삽입 손실을 비교한 그래프이다.
한편, 비교예 3에 따른 탄성파 필터는 실시형태에 따른 탄성파 필터(10)와 비교하여, 직렬암 공진자(101~105) 및 병렬암 공진자(201~204) 중 어느 공진자에도 솎아냄 전극을 적용하지 않은 점이 구성적으로 다르다. 또한, 비교예 3에 따른 탄성파 필터의 통과 대역 폭과 실시형태에 따른 탄성파 필터(10)의 통과 대역 폭이 동일해지도록, 비교예 3에 따른 탄성파 필터의 IDT 전극의 전극 파라미터를 조정했다.
도 9에 나타내는 바와 같이, 통과 대역의 저주파단 및 고주파단에서, 실시형태에 따른 탄성파 필터(10) 쪽이 비교예 3에 따른 탄성파 필터보다도 삽입 손실이 저감되었다. 또한, 통과 대역의 저주파단보다도 더 저주파 측의 영역(삽입 손실의 급준성이 저주파 측에서 최대인 영역), 및 통과 대역의 고주파단보다도 더 고주파 측의 영역(삽입 손실의 급준성이 고주파 측에서 최대인 영역)에서는 실시형태 및 비교예 3에 따른 탄성파 필터의 삽입 손실에 차이는 보이지 않는다.
이로써, 직렬암 공진자(101~105)에 제1 솎아냄 전극(부유 전극)을 적용하지 않고, 병렬암 공진자(201~204)에 제2 솎아냄 전극(덮은 전극)을 적용하지 않은, 이른바 솎아냄률이 0%인 탄성파 필터에 대하여, 실시형태 및 비교예 3에 따른 탄성파 필터의 통과 대역 폭을 동등하게 확보한 상태에서, 실시형태에 따른 탄성파 필터(10)는 통과 대역의 저주파단 및 고주파단 쌍방에서 삽입 손실의 급준성을 개선하는 것이 가능하다.
(기타 변형예 등)
이상, 본 발명의 실시형태에 따른 탄성파 필터(10)에 대해 실시형태를 들어 설명했는데, 본 발명의 탄성파 필터는 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시형태에서의 임의의 구성 요소를 조합하여 실현되는 다른 실시형태나, 상기 실시형태에 대하여 본 발명의 주지를 일탈하지 않는 범위에서 당업자가 생각해내는 각종 변형을 가하여 얻어지는 변형예나, 본 발명의 실시형태에 따른 탄성파 필터(10)를 내장한 각종 기기도 본 발명에 포함된다.
본 발명은 멀티밴드화 및 멀티모드화된 주파수 규격에 적용할 수 있는 급준성이 높은 탄성파 필터로서, 휴대전화 등의 통신기기에 널리 이용할 수 있다.
5: 기판
10: 탄성파 필터
51: 고음속 지지 기판
52: 저음속막
53: 압전막
54: IDT 전극
55: 보호층
57: 압전 단결정 기판
100: 탄성파 공진자
100a, 100b, 101a, 101b, 201a, 201b: 빗살형 전극
101, 102, 103, 104, 105, 301: 직렬암 공진자
141, 241: 반사기
150a, 150b, 151a, 151b, 152, 251a, 251b, 252: 전극지
160a, 160b, 161a, 161b, 261a, 261b: 버스바 전극
201, 202, 203, 204, 302: 병렬암 공진자
310, 320: 입출력 단자
541: 밀착층
542: 메인 전극층

Claims (6)

  1. 제1 입출력 단자 및 제2 입출력 단자와,
    상기 제1 입출력 단자와 상기 제2 입출력 단자를 잇는 경로 상에 배치된 1개 이상의 직렬암(serial arm) 공진자와,
    상기 경로 및 그라운드의 사이에 배치된 1개 이상의 병렬암(parallel arm) 공진자를 포함하고,
    상기 1개 이상의 직렬암 공진자 및 상기 1개 이상의 병렬암 공진자 각각은 압전성을 가지는 기판 상에 형성된 IDT(InterDigital Transducer) 전극을 가지는 탄성파 공진자이며,
    상기 IDT 전극은 탄성파 전파 방향과 교차하는 방향으로 연장되고, 서로 평행하게 배치된 복수개의 전극지(電極指)와, 상기 복수개의 전극지를 구성하는 전극지의 한쪽 단끼리를 접속하는 버스바 전극으로 구성된 빗살형 전극을 한 쌍 가지며,
    상기 복수개의 전극지 중 상기 한 쌍의 빗살형 전극을 구성하는 어느 상기 버스바 전극과도 접속되지 않은 전극지를 제1 솎아냄 전극으로 정의하고,
    상기 복수개의 전극지 중 최대의 전극지 폭을 가지는 제1 전극지로서, 상기 제1 전극지를 제외한 제2 전극지에서의 평균 전극지 폭의 2배 이상의 전극지 폭을 가지는 상기 제1 전극지를 제2 솎아냄 전극으로 정의한 경우,
    상기 1개 이상의 직렬암 공진자 중 적어도 하나가 가지는 IDT 전극은 상기 제1 솎아냄 전극을 포함하고,
    상기 1개 이상의 병렬암 공진자 중 적어도 하나가 가지는 IDT 전극은 상기 제2 솎아냄 전극을 포함하는, 탄성파 필터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 1개 이상의 직렬암 공진자 각각이 가지는 IDT 전극은 상기 제1 솎아냄 전극을 포함하는, 탄성파 필터.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 1개 이상의 병렬암 공진자 각각이 가지는 IDT 전극은 상기 제2 솎아냄 전극을 포함하는, 탄성파 필터.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 1개 이상의 직렬암 공진자 각각이 가지는 IDT 전극에서 상기 복수개의 전극지의 총수에 대한 상기 제1 솎아냄 전극의 개수 비율을 상기 IDT 전극의 제1 솎아냄률로 정의한 경우,
    상기 제1 솎아냄 전극을 포함하는 상기 IDT 전극의 상기 제1 솎아냄률은 30% 이하인, 탄성파 필터.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 1개 이상의 병렬암 공진자 각각이 가지는 IDT 전극에서 상기 복수개의 전극지의 총수에 대한 상기 제2 솎아냄 전극의 개수의 비율을 상기 IDT 전극의 제2 솎아냄률로 정의한 경우,
    상기 제2 솎아냄 전극을 포함하는 상기 IDT 전극의 상기 제2 솎아냄률은 30% 이하인, 탄성파 필터.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 기판은,
    상기 IDT 전극이 한쪽의 면 상에 형성된 압전막과,
    상기 압전막을 전파하는 탄성파 음속보다도 전파하는 벌크파 음속이 고속인 고음속 지지 기판과,
    상기 고음속 지지 기판과 상기 압전막 사이에 배치되고, 상기 압전막을 전파하는 벌크파 음속보다도 전파하는 벌크파 음속이 저속인 저음속막을 포함하는, 탄성파 필터.
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