KR20020021384A

KR20020021384A - 종 결합형 탄성 표면파 필터

Info

Publication number: KR20020021384A
Application number: KR1020017016495A
Authority: KR
Inventors: 히로시 다나까
Original assignee: 다니구찌 이찌로오, 기타오카 다카시; 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2000-04-24
Filing date: 2000-04-24
Publication date: 2002-03-20
Also published as: CA2375596A1; JP3512777B2; EP1195896A1; WO2001082480A1; EP1195896A4; US6650207B1

Abstract

설계 및 제조가 쉽고, 통과 대역 근방의 의사 펄스를 저감함으로써 감쇠량이 개선된 탄성 표면파 필터를 실현하는 것을 목적으로 한다. 압전 기판(1) 상에 형성된, 2 이상의 빗형 전극 IDT(3, 4, 5)의 양측에, IDT와 다른 피치의 단락 그레이팅 전극으로 이루어지는 각 반사기(2,6)를 갖는 종 결합형 다중 모드형 탄성 표면파 장치에 있어서, 반사기가, 탄성 표면파의 전파 방향에 직교하는 방향의 위치에 의해서 개수가 직선적으로 변화하는 웨이팅을 실시한 전극군(101, 102)을 갖는다.

Description

종 결합형 탄성 표면파 필터{VERTICAL COUPLING SURFACE ACOUSTIC WAVE FILTER}

공진기형의 탄성 표면파(SAW) 필터는, 빗형 전극(IDT)의 양측에 반사기를 구비하고, 반사기에 의해 탄성 표면파를 반사하여 정재파를 발생시킨다.

반사기를 설치하면, 통과 대역 근방에서 반사기에 기인하는 톱니 형상이나 스파이크 형상 등의 의사 펄스가 발생한다. 이들 의사 펄스의 대소 및 형상은, 각 IDT의 개수나 각 IDT 간의 거리 등, 탄성 표면파 필터의 구조에 따라 달라 진다.

또한, 최근의 휴대 전화 등의 시스템에 있어서는, 주파수의 유효 이용의 필요성으로 인해 송신계와 수신계의 각 주파수대의 사이, 소위 천이 대역 폭이 좁게 되고, 이들의 시스템에 사용되는 탄성 표면파 필터에 있어서는, 통과 대역 근방의 전송 특성에 의해 더욱 고 감쇠량화가 요구된다.

도 20은, 특개평3-128519호 공보에 기재된, 종 결합형 2중 모드 탄성파 표면 필터이다. 이 SAW 필터는, 압전 기판(200)(주로 수정) 상에 2개의 공진자(201,202)를 탄성 표면파의 전파 방향에 대하여 횡방향으로 2개 배치하고 있다. 공진자(201, 202)는, 빗형 전극(IDT)(203, 204)의 양측에 반사기(206∼209)를 갖고, 기본 모드 및 2차 모드로 여진된다. 각 반사기는, 탄성 표면파의 전파 방향에 대하여, 전극 수가 일정하지 않은 웨이팅(weighting)이 실시되며, 이에 따라 고차 모드를 억제하여, 의사 특성을 개선하고 있다.

그런데, 도 20의 반사기(206∼209)의 전극의 웨이팅(그레이팅)은, 정현파곡선 형상이기 때문에, 필터를 개발하는데 있어서 시뮬레이션을 포함하는 전극 패턴의 설계가 용이하지 않고, 포토 마스크 제작 시에 사용되는 전극 패턴의 데이터 작성이 용이하지 않다는 등의 문제가 있었다.

<발명의 개시>

본 발명에서는 상기 의사 펄스를 저감 혹은 없애어 통과 대역 근방의 감쇠량을 개선하고, 또한 개발 및 제조가 쉬운 구조를 갖는 탄성 표면파 장치를 실현하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 압전 기판 상에 형성된 적어도 2개의 빗형 전극과, 이 빗형 전극의 양측에 설치된 반사기를 구비한 탄성 표면파 필터에 있어서, 상기 반사기가, 탄성 표면파의 전파 방향에 직교하는 방향의 위치에 의해서 개수가 직선적으로 변화하는 웨이팅을 실시한 전극군과, 이 전극군을 단락하는 버스 바를 구비한 종 결합탄성 표면파 필터에 관한 것이다.

반사기의 전극군에 대하여, 탄성 표면파의 전파 방향에 직교하는 방향의 위치에 의해서 개수가 직선적으로 변화하는 웨이팅이 실시되어 있으므로, 설계 및 제조가 용이하고, 또한, 의사 펄스를 저감하여 통과 대역 근방의 감쇠량을 개선할 수 있다.

본 발명은, 예를 들면 휴대 전화나 카폰 등으로 대표되는 이동체 통신 장치의 고주파 회로에 이용되는 탄성 표면파 필터에 관한 것으로, 특히 제조가 용이하고 통과 대역 근방의 감쇠량이 양호한 탄성 표면파 필터를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 탄성 표면파 필터의 일 실시 형태의 구성을 나타내는 도면.

도 2는 도 1의 구조에서 반사기의 M/L=0.5로 한 경우의 전송 특성도.

도 3은 도 2의 확대 도면.

도 4는 비교예로서 나타내는 종래의 필터의 전송 특성도.

도 5는 도 4의 확대 도면.

도 6은 도 1의 구조에서 반사기의 M/L=0.1로 한 경우의 전송 특성도.

도 7은 도 6의 확대 도면.

도 8은 도 1의 구조에서 반사기의 M/L=0.3으로 한 경우의 전송 특성도.

도 9는 도 8의 확대 도면.

도 10은 도 1의 구조에서 반사기의 M/L=0.7로 한 경우의 전송 특성도.

도 11은 도 10의 확대 도면.

도 12는 본 발명의 탄성 표면파 필터의 다른 일 실시 형태의 구성을 나타내는 도면.

도 13은 도 12의 구조에서 반사기의 M/L=0.5로 한 경우의 전송 특성도.

도 14는 도 13의 확대 도면.

도 15는 본 발명의 탄성 표면파 필터의 다른 일 실시 형태의 구성을 나타내는 도면.

도 16은 도 15의 필터의 전송 특성도.

도 17은 도 16의 확대 도면.

도 18은 본 발명의 탄성 표면파 필터의 다른 일 실시 형태의 구성을 나타내는 도면.

도 19는 본 발명의 탄성 표면파 필터의 다른 일 실시 형태의 구성을 나타내는 도면.

도 20은 종래의 탄성 표면파 필터의 일례를 나타내는 구성도.

〈발명을 실시하기 위한 최량의 형태〉

이어서, 본 발명의 종 결합형 탄성 표면파 필터를 도면을 참조하면서 설명한다.

<실시 형태 1>

도 1은 본 발명에 의한 실시 형태1의 구성도이다. 본 실시의 형태에서는 탄성 표면파를 여진 가능한 압전 기판(LiTaO₃, LiNbO₃)(1) 상에, 3개의 IDT3∼5가 배치되고, 상기 IDT의 양측에 반사기(2, 6)가 배치된 종 결합 다중 모드형 탄성 표면파 필터이다. 상기 두개의 반사기는, 사다리꼴 형상이 되도록 웨이팅된 그레이팅 전극을 갖는다. 탄성 표면파는 도 1의 X 방향으로 전파되지만, 그것과 직행하는 Y 방향의 위치에 의해서 반사기의 전극 수가 직선적으로 변화하도록 웨이팅이 실시되어 있다. 예를 들면, 반사기(6)의 전극 수는, Y 방향의 최대 위치에서 4개, Y 방향의 최소 위치에서 10개이다. 반사기(6)의 전극(101, 102)의 양단은 버스 바(103, 104, 105)에 의해 단락되어 있다. 반사기(2)는 반사기(6)와의 점대칭의 구조를 갖는다. 반사기(2, 6)의 전극 피치는 IDT3∼5의 전극 피치와는 다르다. 도 1에 도시한 바와 같이, 반사기의 탄성 표면파 전파 방향의 길이를 L로 하고, 반사기의 웨이팅된 부분의 탄성 표면파 전파 방향의 길이를 M으로 한다.

반사기의 웨이팅 효과를 확인하기 위해서, 도 1의 구조에서, IDT3,5의 전극 개수가 각 22개, IDT4의 전극 개수가 31개, 반사기(2, 6)의 전극 개수가 각 146개, M/L= 0. 5한 경우의 종 결합 다중 모드형 탄성 표면파 필터를 제작하였다. 측정한 전송 특성을 도 2에 도시하였다. 여기서 도 2는 주파수가 692. 5∼1192. 5 MHz의 500 MHz 범위에서의 전송 특성이고, 중심 주파수는 942. 5 MHz 이다. 종축은 1눈금이 5 dB이고, 상변은 0 dB 이다. 도 3은 도 2의 중앙을 주파수 방향으로 100 MHz 범위로 확대한 전송 특성으로, 종축은 1 눈금이 3dB이다. 이후의 전송 특성도 및 그 확대도의 종축, 횡축도 마찬가지다.

또한, 동시에 상기 구조에 대하여 M/L=0, 즉 반사기를 웨이팅하지 않고 종래의 장방형 형상으로 하고, 그 밖의 구조는 모두 상기 구조와 동일하게 한 종 결합 다중 모드형 탄성 표면파 필터도 제작하였다. 비교예로서 그 전송 특성을 도 4,도 5에 도시한다. 도 4의 특히 통과 대역의 저역측에서의 톱니 형상의 의사 펄스가 다수 발생하고 있지만, 본 실시의 형태의 전송 특성의 도 2에서는 이들이 저감되어 있는 것을 알 수 있다.

또한, 상기 구조에 대하여, M/L= 0.1, 0.3, 0.7로 변경하고, 그 밖의 구조는모두 동일하게 한 경우의 전송 특성 측정 결과를 도 6∼11에 도시하였다. 도 6은 M/L=0.1의 전송 특성도, 도 7은 도 6의 확대 도면이다. 도 8은 M/L=0.3의 전송 특성도, 도 9는 도 8의 확대 도면이다. 도 10은 M/L=0.7의 전송 특성도, 도 11은 도 10의 확대 도면이다.

이들 도면으로부터, 도 2와 동일하게 의사 펄스가 저감되어 있고, M/L의 값이 클수록, 반사기의 웨이팅된 면적이 증가하기 때문에 의사 펄스의 저감도가 증가하고, 특히 통과 대역 근방 부근에서 감쇠량이 크게 되어 있음을 알 수 있다.

통과 대역 근방에서 충분한 감쇠량을 얻기 위해서는, M/L의 값은 0.3 이상인 것이 바람직하다.

도 20에 나타내는 횡 결합형 2중 모드탄성 표면파 필터에 있어서는, 고차 모드에 의해 의사 펄스가 발생하고 있다. 그것에 대하여, 본 발명과 같은 종 결합형 2중 모드 탄성 표면파 필터에 있어서는, 통과 대역외의 주파수의 파가 반사기로 반사됨으로써 의사 펄스가 발생한다. 종 결합형 2중 모드 탄성 표면파 필터는, 의사 펄스 발생의 메카니즘이 횡 결합형 2중 모드 탄성 표면파 필터와 다르기 때문에, 반사기의 전극 구조의 자유도가 높다. 따라서, 도 20과 같은 sin 곡선의 웨이팅된 전극으로 할 필요가 없고, 직선적으로 웨이팅된 전극으로 할 수 있다.

<실시 형태 2>

도 12는 본 발명에 의한 실시 형태 2의 구성도이다. 실시 형태 1과 비교하여 우측의 반사기(12)의 웨이팅 형상이 다르다. 실시 형태 1에서는 2개의 반사기 형상이 점대칭의 관계가 되도록 웨이팅이 실시되어 있지만, 실시 형태 2에서는 반사기(8, 12)의 형상이, 탄성 표면파 전파 방향에 직교하는 선에 대하여 선대칭인 관계가 되도록 웨이팅이 실시되어 있다. 이 경우도 실시 형태1과 마찬가지로 의서 펄스를 저감하는 효과를 얻을 수 있다.

그것을 실증하기 위해서, 도 12의 구조에서 실시 형태 1의 경우와 마찬가지로 M/L=0.5로 하여, 종 결합 다중 모드형 탄성 표면파 필터를 제작하여 측정한 전송 특성을 도 13에 도시한다. 도 14는 도 13의 확대 도면이다. 각 IDT의 전극, 각 반사기의 전극 개수 등의 구성은 실시 형태 1와 동일하다.

도 13으로부터, 실시 형태 1과 마찬가지로 의사 펄스가 저감되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도 2에 대하여 의사 펄스의 저감도는 같은 정도이지만, 웨이팅의 형상이 다르기 때문에 의사 펄스의 형상도 약간 다르다는 것을 알 수 있다.

또한 도 1 및 도 12에서, 2개의 반사기를 양방 상하로 반전시킨 사다리꼴 형상이 되도록 웨이팅을 변경한 경우에도, 마찬가지로 의사 펄스의 저감 효과를 얻을 수 있다.

<실시 형태 3>

도 15는 본 발명에 의한 실시 형태 3의 구성도이다. 실시 형태 1에서 M/L=1로 한 때의 구조가 도 3에 해당한다. 그 결과, 반사기(14, 18)가 각각 하나의 삼각형 형상이 되도록 웨이팅되어 있다.

여기서도 실시 형태 1의 경우와 마찬가지로, 종 결합 다중 모드형 탄성 표면파 필터를 제작하였다. 측정한 전송 특성을 도 16에 도시하였다. 도 17은 도 16의 확대 도면이다. M/L=1이 된 것 외에는, 그 밖의 구조에 대해서는 실시 형태1의경우와 동일하게 하였다. 도 16으로부터, M/L의 값이 최대가 되어 반사기의 웨이팅된 면적이 최대가 되기 때문에, M/L의 값이 0.1∼0.7의 경우와 비교하여, 통과역 근방의 의사 펄스를 더욱 저감할 수 있는 것을 알 수 있다.

또한, 도 15에서 반사기(14, 18)의 양방 혹은 한쪽을, 상하로 반전시킨 삼각형 형상이 되도록 웨이팅한 경우에도, 마찬가지로 의사 펄스의 저감 효과를 얻을 수 있다.

<실시 형태 4>

도 18은 본 발명에 의한 실시 형태 4의 구성도이다. 탄성 표면파 장치에서는, IDT 및 반사기 등의 전극은 Al 및 그 합금을 사용하여, 웨트 에칭 혹은 드라이 에칭의 공정을 이용하여 전극 패턴을 제작하는 것이 일반적이다. 웨트 에칭을 이용한 경우, 예를 들면 도 1의 반사기(2, 6)의 경우에서는, 상기 반사기 내부에 있는 에칭되는 부분이, 그 주위를 전부 금속 패턴으로 둘러싸고 있기 때문에, 에칭에 의한 패턴의 박리가 나쁘게 된다고 하는 결점이 있다.

그래서, 도 1의 반사기(2, 6)에서는 금속 그레이팅의 양단을 3개의 버스 바에 의해 단락하고 있는 것에 대하여, 도 18의 반사기(20, 24)에서는, 각 반사기에서, 1개의 버스 바에 의해 금속 그레이팅 전극을 단락함으로써, 반사기 내부가 전부 금속 패턴으로 둘러쌓이지 않아, 웨트 에칭하기 쉬운 구조로 할 수 있다.

또한, IDT의 양단에 있는 2개의 반사기를, 양방이 참조 번호(20)와 같은 구조, 혹은 양방이 참조 번호(24)와 같은 구조로 한 경우에도, 마찬가지로 웨트 에칭하기 쉬운 구조가 얻어지는 것은 분명하다.

또한, 도 12, 도 15 등의 반사기 구조에 있어서도, 1개의 버스 바로 금속 그레이팅 전극을 단락함으로써, 마찬가지로 웨트 에칭하기 쉬운 구조가 얻어지는 것은 분명하다.

<실시 형태 5>

도 19는 본 발명에 의한 실시 형태5의 구성도이다. 도 19에 있어서, 3개의 IDT와 그 양단에 반사기를 갖는 3 IDT형 종 결합 다중 모드형 탄성 표면파 필터가 2단으로 접속되어 있다. 또한 다른 웨이팅의 반사기를 갖는 종 결합 다중 모드형 탄성 표면파 필터 사이에서는, 통과역 근방의 의사 펄스 형상이 다르다는 것은 실시 형태 2에서 이미 설명하였다. 따라서, 도 19와 같이 2개의 3 IDT형 종 결합 다중 모드형 탄성 표면파 필터 사이에서 반사기(26, 30, 31, 35)의 전극의 웨이팅 형상을 다르게 하고, 가능하면 2개의 3 IDT형 종 결합 다중 모드형 탄성 표면파 필터에 있어서의 의사 펄스의 마루(crests)와 골(troughs)이 상쇄되도록 한 조합으로 한다. 3 IDT형 종 결합 다중 모드형 탄성 표면파 필터를 다단 접속함으로써, 전체의 전송 특성의 의사 펄스는 더욱 저감될 수 있다.

또, 3개 이외의 IDT를 갖는 형태의 종 결합 다중 모드형 탄성 표면파 필터를 다단 접속한 경우에도 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 또한 다단 접속의 단 수를 3단 이상으로 한 경우에도 마찬가지의 효과가 얻어진다.

Claims

압전 기판 상에 형성된 적어도 2 이상의 빗형 전극과, 이 빗형 전극의 양측에 설치된 반사기를 구비한 탄성 표면파 필터에 있어서,

상기 반사기가, 탄성 표면파의 전파 방향에 직교하는 방향의 위치에 의해서 개수가 직선적으로 변화하는 웨이팅(weighting)을 실시한 전극군과, 이 전극군을 단락하는 버스 바(bus bar)를 구비한 종 결합형 탄성 표면파 필터.
제1항에 있어서, 상기 버스 바가 각 반사기에 대하여 1개 설치되는 종 결합형 탄성 표면파 필터.
제1항에 기재된 필터를 다단으로 접속한 종 결합형 탄성 표면파 필터.