KR20190076048A - 탄성파 장치, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치 - Google Patents

탄성파 장치, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치 Download PDF

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KR20190076048A
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Abstract

소형화를 도모하면서 SH파에 의한 스퓨리어스를 억제하는 것을 가능하게 하고, 추가로 급준한 필터 특성을 가짐과 함께 통과 대역이 넓은 탄성파 장치를 제공한다. LiNbO3 기판(2)과, 제1 IDT 전극 및 제1 유전체막을 가지는 제1 탄성파 공진자와, 제2 IDT 전극 및 제2 유전체막을 가지는 제2 탄성파 공진자를 포함하고, 레일리파를 이용하고 있으며, 제1 유전체막 및 제2 유전체막의 두께가 다르고, 제1 탄성파 공진자 및 제2 탄성파 공진자에서의 탄성파의 전파 방향이 일치하고 있으며, LiNbO3 기판(2)의 오일러각이 (0°±5°, θ, 0°±10°)의 범위 내이고, 제1 IDT 전극 및 제2 IDT 전극의 전극지 피치로 정해지는 파장(λ)에 의해 규격화되어 이루어지는 주전극의 두께를 T로 하고, 주전극의 밀도(ρ)와 Pt의 밀도(ρPt)의 밀도비(ρ/ρPt)를 r로 했을 때에, θ가 0.055λ≤T×r≤0.10λ의 범위에서 하기 식(1)을 만족하고 있는 탄성파 장치(1).
-0.033/(T×r-0.037)+29.99≤θ≤-0.050/(T×r-0.043)+32.45…(1)

Description

탄성파 장치, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치
본 발명은 레일리(Rayleigh)파를 이용한 탄성파 장치, 상기 탄성파 장치를 이용한 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치에 관한 것이다.
하기의 특허문헌 1, 2에는 레일리파를 이용한 탄성파 장치가 개시되어 있다.
특허문헌 1의 탄성파 장치는 탄성파 공진자로 이루어지는 직렬암(series arm) 공진자 및 병렬암(parallel arm) 공진자를 포함한다. 급준(急峻)한 필터 특성을 가지며, 또한 통과 대역이 넓은 필터 장치를 얻기 위해, 상기 직렬암 공진자와 상기 병렬암 공진자에서는 탄성파 공진자를 구성하는 산화 규소막의 두께가 다르다. 또한, 통과 대역 내에서의 스퓨리어스(spurious)를 억압하기 위해 상기 직렬암 공진자를 구성하는 탄성파 공진자와, 상기 병렬암 공진자를 구성하는 탄성파 공진자에서는 탄성파의 전파 방향이 다르다.
또한, 하기의 특허문헌 2의 탄성파 장치는 LiNbO3 기판과, Au를 주체로 하는 IDT 전극을 포함하는 전극을 포함한다. 특허문헌 2에서는 LiNbO3 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 θ와, 전극의 두께가 특정의 관계에 있는 것이 기재되어 있다.
국제공개공보 WO2012/098816 국제공개공보 WO2007/125734
그러나, 특허문헌 1과 같이, 복수개의 탄성파 공진자에서 탄성파의 전파 방향을 다르게 할 경우, 칩(chip) 상에서의 탄성파 공진자의 배치 효율이 악화되고, 탄성파 장치의 소형화를 도모하는 것이 곤란했다.
또한, 산화 규소막의 두께가 다른 복수개의 탄성파 공진자에서 탄성파의 전파 방향을 다르게 할 경우, 억압하려고 하고 있는 스퓨리어스와는 다른 스퓨리어스가 통과 대역 내 또는 통과 대역 근방에 발생하는 것이 있었다.
특허문헌 2에서는 오일러각의 θ와 전극의 두께의 상기 특정의 관계가 넓은 범위이기 때문에, 복수개의 탄성파 공진자에서 산화 규소의 두께를 다르게 할 경우에는, SH파에 의한 스퓨리어스가 발생하게 되어버릴 가능성이 있었다.
본 발명의 목적은 소형화를 도모하면서 SH파에 의한 스퓨리어스를 억제하는 것을 가능하게 하고, 추가로 급준한 필터 특성을 가짐과 함께 통과 대역이 넓은 탄성파 장치, 상기 탄성파 장치를 이용한 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명에 따른 탄성파 장치는 LiNbO3 기판과, 상기 LiNbO3 기판 상에 마련된 제1 IDT 전극과, 상기 제1 IDT 전극을 덮도록 마련된 제1 유전체막을 가지는 제1 탄성파 공진자와, 상기 LiNbO3 기판 상에 마련된 제2 IDT 전극과, 상기 제2 IDT 전극을 덮도록 마련된 제2 유전체막을 가지는 제2 탄성파 공진자를 포함하고, 레일리파를 이용하고 있으며, 상기 제1 유전체막의 두께가 상기 제2 유전체막의 두께와 다르고, 상기 제1 탄성파 공진자에서의 탄성파의 전파 방향이 상기 제2 탄성파 공진자에서의 탄성파의 전파 방향과 일치하고 있으며, 상기 LiNbO3 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)이 (0°±5°, θ, 0°±10°)의 범위 내이고, 상기 제1 IDT 전극 및 상기 제2 IDT 전극은 주전극을 가지며, 상기 제1 IDT 전극 및 상기 제2 IDT 전극 중 적어도 한쪽의 전극지(電極指) 피치로 정해지는 파장(λ)에 의해 규격화되어 이루어지는 상기 주전극의 두께를 T로 하고, 상기 주전극의 밀도(ρ)와 Pt의 밀도(ρPt)의 밀도비(ρ/ρPt)를 r로 했을 때에, 상기 LiNbO3 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 θ가 0.055λ≤T×r≤0.10λ의 범위에서 하기 식(1)을 만족하고 있다.
-0.033/(T×r-0.037)+29.99≤θ≤-0.050/(T×r-0.043)+32.45…(1)
본 발명에 따른 탄성파 장치의 어느 특정 국면에서는 상기 제1 IDT 전극 및 상기 제2 IDT 전극이 동일한 전극 재료이면서 동일한 두께로 구성되어 있다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 다른 특정 국면에서는 상기 LiNbO3 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 ψ가 -2° 이상, 2° 이하의 범위 내에 있다. 이 경우, SH파에 의한 스퓨리어스와는 다른 스퓨리어스를 억제할 수 있다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 다른 특정 국면에서는 상기 제1 유전체막 및 상기 제2 유전체막은 각각 산화 규소를 주성분으로 한다. 이 경우, 주파수 온도 특성을 한층 더 개선할 수 있다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 또 다른 특정 국면에서는 상기 제1 탄성파 공진자는 직렬암 공진자이고, 상기 제2 탄성파 공진자는 병렬암 공진자이며, 적어도 상기 제1 탄성파 공진자와 상기 제2 탄성파 공진자에 의해 래더형 필터를 형성한다.
본 발명의 탄성파 장치의 또 다른 특정 국면에서는 상기 탄성파 장치는 상기 제1 탄성파 공진자를 가지는 송신 필터와, 상기 제2 탄성파 공진자를 가지는 수신 필터를 포함하는 듀플렉서이다.
본 발명에 따른 고주파 프론트 엔드 회로는 본 발명에 따라 구성되는 탄성파 장치와, 파워 앰프를 포함한다.
본 발명에 따른 통신 장치는 본 발명에 따라 구성되는 고주파 프론트 엔드 회로와, RF 신호 처리 회로를 포함한다.
본 발명에 의하면, 소형화를 도모하면서 SH파에 의한 스퓨리어스를 억제하는 것을 가능하게 하고, 추가로 급준한 필터 특성을 가짐과 함께 통과 대역이 넓은 탄성파 장치, 고주파 프론트 엔드 회로, 및 통신 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시형태에 따른 탄성파 장치의 모식적 평면도이다.
도 2의 (a)는 본 발명의 한 실시형태에 따른 탄성파 장치의 회로도이며, 도 2의 (b)는 1포트형의 탄성파 공진자의 전극 구조를 나타내는 모식적 평면도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시형태에 따른 탄성파 장치에서 직렬암 공진자를 구성하고 있는 제1 탄성파 공진자를 나타내는 모식적 단면도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시형태에 따른 탄성파 장치에서 병렬암 공진자를 구성하고 있는 제2 탄성파 공진자를 나타내는 모식적 단면도이다.
도 5는 제2 탄성파 공진자에서의 탄성파의 전파 방향을, 제1 탄성파 공진자에서의 탄성파의 전파 방향에 대하여, 1° 기울였을 때의 모식적 평면도이다.
도 6은 제2 탄성파 공진자에서의 탄성파의 전파 방향을, 제1 탄성파 공진자에서의 탄성파의 전파 방향에 대하여, 2° 기울였을 때의 모식적 평면도이다.
도 7의 (a)는 SiO2막의 두께가 0.2λ인 때의 임피던스 특성을 나타내는 도면이며, 도 7의 (b)는 그 리턴 손실(return loss) 특성을 나타내는 도면이다.
도 8의 (a)는 SiO2막의 두께가 0.3λ인 때의 임피던스 특성을 나타내는 도면이며, 도 8의 (b)는 그 리턴 손실 특성을 나타내는 도면이다.
도 9의 (a)는 SiO2막의 두께가 0.4λ인 때의 임피던스 특성을 나타내는 도면이며, 도 9의 (b)는 그 리턴 손실 특성을 나타내는 도면이다.
도 10의 (a)는 SiO2막의 두께가 0.5λ인 때의 임피던스 특성을 나타내는 도면이며, 도 10의 (b)는 그 리턴 손실 특성을 나타내는 도면이다.
도 11의 (a)는 SiO2막의 두께가 0.6λ인 때의 임피던스 특성을 나타내는 도면이며, 도 11의 (b)는 그 리턴 손실 특성을 나타내는 도면이다.
도 12의 (a)는 오일러각의 θ가 27.5°인의 때의 임피던스 특성을 나타내는 도면이며, 도 12의 (b)는 그 리턴 손실 특성을 나타내는 도면이다.
도 13의 (a)는 오일러각의 θ가 28.0°인 때의 임피던스 특성을 나타내는 도면이며, 도 13의 (b)는 그 리턴 손실 특성을 나타내는 도면이다.
도 14의 (a)는 오일러각의 θ가 28.5°인 때의 임피던스 특성을 나타내는 도면이며, 도 14의 (b)는 그 리턴 손실 특성을 나타내는 도면이다.
도 15의 (a)는 오일러각의 θ가 29.0°인 때의 임피던스 특성을 나타내는 도면이며, 도 15의 (b)는 그 리턴 손실 특성을 나타내는 도면이다.
도 16의 (a)는 오일러각의 θ가 29.5°인 때의 임피던스 특성을 나타내는 도면이며, 도 16의 (b)는 그 리턴 손실 특성을 나타내는 도면이다.
도 17의 (a)는 오일러각의 θ가 30.0°인 때의 임피던스 특성을 나타내는 도면이며, 도 17의 (b)는 그 리턴 손실 특성을 나타내는 도면이다.
도 18의 (a)는 오일러각의 θ가 30.5°인 때의 임피던스 특성을 나타내는 도면이며, 도 18의 (b)는 그 리턴 손실 특성을 나타내는 도면이다.
도 19의 (a)는 오일러각의 θ가 31.0°인 때의 임피던스 특성을 나타내는 도면이며, 도 19의 (b)는 그 리턴 손실 특성을 나타내는 도면이다.
도 20의 (a)는 오일러각의 θ가 31.5°인 때의 임피던스 특성을 나타내는 도면이며, 도 20의 (b)는 그 리턴 손실 특성을 나타내는 도면이다.
도 21은 오일러각의 θ와 SH파의 비대역(比帶域: fractional band width)의 관계를 나타내는 도면이다.
도 22는 SiO2막의 두께를 변화시켰을 때의 오일러각의 θ와 SH파의 비대역의 관계를 나타내는 도면이다.
도 23은 오일러각의 θ와 Pt막의 두께의 관계를 나타내는 도면이다.
도 24의 (a)는 오일러각의 ψ가 0°인 때의 임피던스 특성을 나타내는 도면이며, 도 24의 (b)는 그 리턴 손실 특성을 나타내는 도면이다.
도 25의 (a)는 오일러각의 ψ가 2°인 때의 임피던스 특성을 나타내는 도면이며, 도 25의 (b)는 그 리턴 손실 특성을 나타내는 도면이다.
도 26의 (a)는 오일러각의 ψ가 4°인 때의 임피던스 특성을 나타내는 도면이며, 도 26의 (b)는 그 리턴 손실 특성을 나타내는 도면이다.
도 27은 본 발명에 따른 통신 장치 및 고주파 프론트 엔드 회로의 구성도이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명함으로써 본 발명을 분명하게 한다.
한편, 본 명세서에 기재된 각 실시형태는 예시적인 것이며, 다른 실시형태 간에서 구성의 부분적인 치환 또는 조합이 가능한 것을 지적해둔다.
(탄성파 장치)
도 1은 본 발명의 한 실시형태에 따른 탄성파 장치의 모식적 평면도이다. 도 2의 (a)는 본 발명의 한 실시형태에 따른 탄성파 장치의 회로도이다. 도 2의 (b)는 1포트형의 탄성파 공진자의 전극 구조를 나타내는 모식적 평면도이다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 탄성파 장치(1)는 압전 기판으로서의 LiNbO3 기판(2)을 포함한다. LiNbO3 기판(2) 상에 송신 필터(3)와 수신 필터(4)가 구성되어 있다. 탄성파 장치(1)는 송신 필터(3)와 수신 필터(4)를 가지는 듀플렉서이다. 한편, 탄성파 장치(1)는 레일리파를 이용하고 있다.
도 2의 (a)에 나타내는 바와 같이, 탄성파 장치(1)는 안테나 단자(5)를 가진다. 안테나 단자(5)에 공통 단자(6)가 접속되어 있다. 공통 단자(6)와 송신 단자(7) 사이에 송신 필터(3)가 구성되어 있다. 또한, 공통 단자(6)와 수신 단자(8) 사이에 수신 필터(4)가 구성되어 있다.
송신 필터(3)는 래더형 회로 구성을 가진다. 구체적으로, 송신 필터(3)는 직렬암 공진자(S1~S4) 및 병렬암 공진자(P1~P4)를 가진다. 직렬암 공진자(S1~S4)는 안테나 단자(5)와 송신 단자(7) 사이에서 직렬로 접속되어 있다. 한편, 도 1에서는 X를 직사각형의 프레임으로 둘러싼 기호에 의해, 직렬암 공진자(S1~S4) 및 병렬암 공진자(P1~P4)를 나타내고 있다.
도 2로 되돌아가, 병렬암 공진자(P1)는 송신 단자(7) 및 직렬암 공진자(S1)의 접속점과 그라운드 전위 사이에 접속되어 있다. 병렬암 공진자(P2)는 직렬암 공진자(S1) 및 직렬암 공진자(S2)의 접속점과 그라운드 전위 사이에 접속되어 있다. 병렬암 공진자(P3)는 직렬암 공진자(S2) 및 직렬암 공진자(S3)의 접속점과 그라운드 전위 사이에 접속되어 있다. 또한, 병렬암 공진자(P4)는 직렬암 공진자(S3) 및 직렬암 공진자(S4)의 접속점과 그라운드 전위 사이에 접속되어 있다.
직렬암 공진자(S1~S4) 및 병렬암 공진자(P1~P4)는 1포트형의 탄성파 공진자로 이루어진다.
1포트형의 탄성파 공진자는 도 2의 (b)에 나타내는 전극 구조를 가진다. 구체적으로는, IDT 전극(9)과, IDT 전극(9)의 탄성파 전파 방향 양측에 배치된 반사기(10, 11)가 LiNbO3 기판(2) 상에 형성되어 있다. 그로 인해, 1포트형 탄성파 공진자가 구성되어 있다.
한편, 반사기(10, 11)는 마련하지 않아도 된다.
한편, 수신 필터(4)에서는 공통 단자(6)에 트랩(trap)으로서의 1포트형 탄성파 공진자(12)가 접속되어 있다. 그리고, 1포트형 탄성파 공진자(12)와, 수신 단자(8) 사이에 3IDT형의 종결합 공진자형 탄성파 필터부(13, 14)가 마련되어 있다. 종결합 공진자형 탄성파 필터부(13, 14)는 서로 종속 접속되어 있다. 종결합 공진자형 탄성파 필터부(13, 14)는, 각각 3개의 IDT 전극에 의해 구성되어 있다. 한편, 종결합 공진자형 탄성파 필터부(13, 14)는 5개의 IDT 전극에 의해 구성되는 5IDT형이어도 되고, n개의 IDT 전극에 의해 구성되는 nIDT형이어도 된다(n＞1).
추가로, 송신 필터(3)를 래더형 회로로 하고 수신 필터(4)를 종결합 공진자형 탄성파 필터로 했지만, 송신 필터(3)는 종결합 공진자형 탄성파 필터여도 되고, 수신 필터(4)는 래더형 회로여도 된다.
다음으로, 도 3 및 도 4를 참조하여, 직렬암 공진자(S1~S4) 및 병렬암 공진자(P1~P4)를 구성하는 탄성파 공진자에 대해서 설명한다.
도 3은 본 발명의 한 실시형태에 따른 탄성파 장치에서 직렬암 공진자를 구성하고 있는 제1 탄성파 공진자를 나타내는 모식적 단면도이다. 또한, 도 4는 본 발명의 한 실시형태에 따른 탄성파 장치에서 병렬암 공진자를 구성하고 있는 제2 탄성파 공진자를 나타내는 모식적 단면도이다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 제1 탄성파 공진자(20)는 LiNbO3 기판(2), 제1 IDT 전극(21), 제1 유전체막(22), 및 제1 주파수 조정막(23)을 가진다. LiNbO3 기판(2)의 주면(主面)(2a) 상에 제1 IDT 전극(21)이 마련되어 있다. 제1 IDT 전극(21)을 덮도록 제1 유전체막(22)이 마련되어 있다. 제1 유전체막(22) 상에 제1 주파수 조정막(23)이 마련되어 있다.
또한, 도 4에 나타내는 바와 같이, 제2 탄성파 공진자(30)는 LiNbO3 기판(2), 제2 IDT 전극(31), 제2 유전체막(32), 및 제2 주파수 조정막(33)을 가진다. LiNbO3 기판(2)의 주면(2a) 상에 제2 IDT 전극(31)이 마련되어 있다. 제2 IDT 전극(31)을 덮도록 제2 유전체막(32)이 마련되어 있다. 제2 유전체막(32) 상에 제2 주파수 조정막(33)이 마련되어 있다. 한편, 제1 탄성파 공진자(20) 및 제2 탄성파 공진자(30)는 LiNbO3 기판(2)을 공유하고 있다.
도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 제1 탄성파 공진자(20)에서의 제1 유전체막(22)의 두께(t1)는 제2 탄성파 공진자(30)에서의 제2 유전체막(32)의 두께(t2)보다도 두껍다(t1＞t2). 단, 본 발명에서는 제2 유전체막(32)의 두께(t2)가 제1 유전체막(22)의 두께(t1)보다 두꺼워도 된다. 즉, 제1 유전체막(22)의 두께(t1)와, 제2 유전체막(32)의 두께(t2)가 다르면 된다. 이와 같이 본 실시형태에서는, 제1 유전체막(22)의 두께(t1)와, 제2 유전체막(32)의 두께(t2)가 다르므로, 필터 특성에서 급준성을 높일 수 있으며, 또한 통과 대역폭을 넓힐 수 있다.
그 이유는 이하이다.
예를 들면, 래더형 필터에서 통과 대역 고영역 측의 급준성이 높은 필터 특성을 실현하기 위해서는, 직렬암 공진자를 구성하고 있는 탄성파 공진자의 Δf(공진 주파수와 반공진 주파수의 차이)를 작게 하는 것이 필요하게 된다. 압전 기판(LiNbO3 기판)의 주면과 IDT 전극을 덮는 유전체막의 막두께를 두껍게 함으로써 Δf를 작게 할 수 있기 때문에, 직렬암 공진자 상의 유전체막의 막두께를 두껍게 한다. 한편, Δf가 작은 탄성파 공진자를 이용하면 필터의 대역폭이 작아지기 때문에, 병렬암 공진자를 구성하고 있는 탄성파 공진자의 Δf를 크게 하는 것이 바람직하다. 그러기 위해서는, 병렬암 공진자 상의 유전체막의 막두께를 얇게 한다.
한편, 통과 대역 저영역 측의 급준성이 높은 필터 특성을 실현하기 위해서는, 병렬암 공진자를 구성하고 있는 탄성파 공진자의 Δf를 작게 하는 것이 필요하게 된다. 그 때문에 병렬암 공진자 상의 유전체막의 막두께를 두껍게 한다. 한편, 필터의 대역폭을 크게 하기 위해 직렬암 공진자 상의 유전체막의 막두께를 얇게 함으로써, 직렬암 공진자의 Δf를 크게 한다.
그리고, 이와 같이 하여 직렬암 공진자와 병렬암 공진자에서 유전체막의 막두께를 다르게 함으로써, 필터 특성에서 급준성을 높일 수 있으며, 또한 통과 대역폭을 넓힐 수 있다.
한편, 상기에 대해서는 래더형 필터에 한하지 않고, 종결합 공진자형 탄성파 필터여도 동일하다. 이 경우에는, 예를 들면, 도 2의 (a)의 1포트형 탄성파 공진자(12)에서의 IDT 전극을 덮는 유전체막의 막두께를, 종결합 공진자형 탄성파 필터부(13, 14)에서의 IDT 전극을 덮는 유전체막의 막두께보다도 두껍게 함으로써, 필터 특성에서 급준성을 높일 수 있으며, 또한 통과 대역폭을 넓힐 수 있다.
이상에서, 본 실시형태에서는 제1 유전체막(22)의 두께(t1)와, 제2 유전체막(32)의 두께(t2)가 다르므로, 필터 특성에서 급준성을 높일 수 있으며, 또한 통과 대역폭을 넓힐 수 있다.
한편, 동일한 LiNbO3 기판(2) 상에서 제1 유전체막(22)의 두께(t1)와, 제2 유전체막(32)의 두께(t2)를 다르게 하는 방법에 대해서는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 이하의 방법을 들 수 있다.
우선, LiNbO3 기판(2) 상에 제1 IDT 전극(21)과 제2 IDT 전극(31)을 형성한다. 한편, 제1 IDT 전극(21)과 제2 IDT 전극(31)을 형성할 때는 제1 IDT 전극(21)과 제2 IDT 전극(31)의 성막을 동시에 실시하고 있다. 그 때문에, 제1 IDT 전극(21)과 제2 IDT 전극(31)은 동일한 전극 재료이면서 동일한 두께로 구성되어 있다.
한편, 여기서 제1 IDT 전극(21)과 제2 IDT 전극(31)의 전극 재료가 동일함이란, 제1 IDT 전극(21)과 제2 IDT 전극(31)이 동시에 성막되어 있는 것을 의미하고 있기 때문에, 제조 과정에서 불순물이 혼입되어 있는 경우 등도 포함된다.
또한, 제1 IDT 전극(21)과 제2 IDT 전극(31)의 두께가 동일함이란, 제1 IDT 전극(21)과 제2 IDT 전극(31)이 동시에 성막되어 있는 것을 의미하고 있기 때문에, 제조 과정이나 실장 과정에서 생기는 두께의 오차도 포함된다.
LiNbO3 기판(2) 상의 제1 IDT 전극(21)과 제2 IDT 전극(31)을 덮도록 유전체막을 형성한다. 이어서, 두께를 두껍게 하고 싶은 탄성파 공진자의 유전체막 상에 레지스트막을 형성한다. 다음으로, 유전체막을 에칭함으로써 유전체막 중 레지스트막이 형성되어 있지 않은 부분의 두께를 얇게 한다. 마지막으로, 레지스트막을 제거하고 두께가 다른 유전체막을 얻는다.
또한, LiNbO3 기판(2) 상에 유전체막을 형성한 후, 두께를 얇게 하고 싶은 탄성파 공진자의 유전체막 상에 레지스트막을 형성하고, 그 위에 유전체막을 추가로 성막해도 된다. 그 경우에서도 레지스트를 제거함으로써 두께가 다른 유전체막을 얻을 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는 모든 직렬암 공진자(S1~S4)가 제1 탄성파 공진자(20)에 의해 구성되어 있다. 또한, 모든 병렬암 공진자(P1~P4)가 제2 탄성파 공진자(30)에 의해 구성되어 있다. 단, 본 발명에서는 직렬암 공진자(S1~S4) 중 적어도 하나의 직렬암 공진자가 제1 탄성파 공진자(20)에 의해 구성되어 있으면 된다. 또한, 병렬암 공진자(P1~P4) 중 적어도 하나의 병렬암 공진자가 제2 탄성파 공진자(30)에 의해 구성되어 있으면 된다. 또한, 송신 필터(3)를 구성하는 적어도 하나의 공진자가 제1 탄성파 공진자(20)에 의해 구성되며, 또한 수신 필터(4)를 구성하는 적어도 하나의 공진자가 제2 탄성파 공진자(30)에 의해 구성되어 있어도 된다. 어느 경우에서도 본 발명의 효과를 얻을 수 있다.
제1 IDT 전극(21) 및 제2 IDT 전극(31)은 동일한 전극 재료이면서 동일한 두께로 구성되어 있다.
제1 IDT 전극(21) 및 제2 IDT 전극(31)의 재료는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, Au, Pt, Ag, Ta, W, Ni, Ru, Pd, Cr, Mo, Zn, Ti, Ni, Cr, Cu, Al 또는 이들 금속의 합금 등을 들 수 있다. 제1 IDT 전극(21) 및 제2 IDT 전극(31)은 단층의 금속막이어도 되고, 2종 이상의 금속막이 적층된 적층 금속막이어도 된다.
본 실시형태에서 제1 IDT 전극(21) 및 제2 IDT 전극(31)은 LiNbO3 기판(2) 측에서부터 순서대로 밀착층(41), 주전극(42), 밀착층(43), 도전 보조막(44) 및 밀착층(45)이 이 순서대로 적층된 적층 금속막이다. 한편, 주전극(42)이란 IDT 전극 안에서 가장 큰 질량을 차지하는 전극층이다.
밀착층(41, 43, 45)의 재료로서는, 예를 들면, Ti, Cr, 또는 NiCr 등을 이용할 수 있다.
주전극(42)의 재료는 특별히 한정되지 않고, 비교적 밀도가 높은 금속, 예를 들면, Au, Pt, Ag, Ta, W, Ni, Ru, Pd, Cr, Mo, Zn, Cu 또는 이들 합금을 이용할 수 있다.
도전 보조막(44)의 재료는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, Al, Cu 또는 이들의 합금을 이용할 수 있다.
한편, 밀착층(41, 43, 45), 및 도전 보조막(44)은 마련하지 않아도 된다.
제1 유전체막(22) 및 제2 유전체막(32)은 주파수 온도 특성을 개선하는 기능을 가지고 있다. 제1 유전체막(22) 및 제2 유전체막(32)의 재료로서는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 산화 규소나 산질화 규소 등을 주성분으로 하는 재료를 이용할 수 있다. 한편, 본 명세서에서 주성분이란, 50% 이상 포함되는 성분이다. 본 실시형태에서는 제1 유전체막(22) 및 제2 유전체막(32)이 모두 산화 규소막이다.
제1 주파수 조정막(23) 및 제2 주파수 조정막(33)은 주파수를 조정하는 기능을 가지고 있다. 제1 주파수 조정막(23) 및 제2 주파수 조정막(33)의 재료로서는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 질화 규소나 산화 알루미늄 등을 이용할 수 있다. 본 실시형태에서는 제1 주파수 조정막(23) 및 제2 주파수 조정막(33)이 모두 질화 규소막이다.
한편, 제1 주파수 조정막(23) 및 제2 주파수 조정막(33)은 마련하지 않아도 된다.
탄성파 장치(1)에서는 직렬암 공진자(S1~S4)를 구성하는 제1 탄성파 공진자(20)에서의 탄성파의 전파 방향과, 병렬암 공진자(P1~P4)를 구성하는 제2 탄성파 공진자(30)에서의 탄성파의 전파 방향이 일치하고 있다. 보다 구체적으로, 제1 탄성파 공진자(20)에서의 탄성파의 전파 방향은 도 1에 나타내는 전파 방향(A1)이다. 또한, 제2 탄성파 공진자(30)에서의 탄성파의 전파 방향은 도 1에 나타내는 전파 방향(A2)이다. 도 1에서 전파 방향(A1)과 전파 방향(A2)은 일치하고 있다. 한편, 본 명세서에서 일치란, 전파 방향(A1)과 전파 방향(A2)의 이루는 각이 2°보다 작은 범위 내에 있는 것을 말하며, 전파 방향(A1)과 전파 방향(A2)의 이루는 각이 완전히 일치하고 있지 않은 경우도 포함되는 것으로 한다. 단, 본 실시형태에서는 전파 방향(A1)이 전파 방향(A2)과 완전히 일치하고 있다.
이와 같이 탄성파 장치(1)에서는, 제1 탄성파 공진자(20)에서의 탄성파의 전파 방향(A1)이, 제2 탄성파 공진자(30)에서의 탄성파의 전파 방향(A2)과 일치하고 있으므로, 소형화를 도모할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는 LiNbO3 기판(2)의 오일러각(φ, θ, ψ)이 (0°±5°, θ, 0°±10°)의 범위 내에 있다. 특히, LiNbO3 기판(2)의 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 θ가 0.055λ≤T×r≤0.10λ의 범위에서, 하기 식(1)을 만족하고 있다. 한편, T는 제1 IDT 전극(21) 및 제2 IDT 전극(31)에서의 주전극(42)의 두께이다.
한편 제1 IDT 전극(21) 및 제2 IDT 전극(31)은 동일한 전극 재료이면서 동일한 두께로 구성하는 것을 의도하고 있지만, 제조 과정이나 실장 과정에서 전극 재료의 성분이 일부 다른 것으로 변화되거나, 막두께가 다른 것으로 되어버리는 경우도 있다. 그 경우에는 어느 쪽의 두께를 T로 해도 되고, 어느 쪽의 밀도를 r로 해도 된다. 본 명세서에서 두께는 IDT 전극의 전극지 피치로 정해지는 파장(λ)에 의해 규격화되어 이루어지는 두께이다. 또한, r은 주전극(42)의 밀도(ρ)와 Pt의 밀도(ρPt)의 밀도비(ρ/ρPt)이다.
-0.033/(T×r-0.037)+29.99≤θ≤-0.050/(T×r-0.043)+32.45…(1)
본 실시형태에서는 LiNbO3 기판(2)의 오일러각의 θ가 상기 범위 내에 있으므로, SH파에 의한 스퓨리어스를 억제할 수 있다. 따라서, 탄성파 장치(1)에서는 급준한 필터 특성을 가짐과 함께 통과 대역이 넓으며, 소형화를 도모하면서 SH파에 의한 스퓨리어스를 억제할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 LiNbO3 기판(2)의 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 ψ가 -2° 이상, 2° 이하의 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 오일러각의 ψ가 상기 범위 내에 있는 경우, SH파에 의한 스퓨리어스와는 다른 스퓨리어스를 한층 더 억제할 수 있다.
다음으로, 도 5 및 도 6을 참조하여, 전파 방향(A1)과 전파 방향(A2)을 일치시킴으로써 소형화가 도모되는 이유에 대해 설명한다.
도 5는 제2 탄성파 공진자에서의 탄성파의 전파 방향을, 제1 탄성파 공진자에서의 탄성파의 전파 방향에 대하여, 1° 기울였을 때의 모식적 평면도이다. 도 6은 제2 탄성파 공진자에서의 탄성파의 전파 방향을, 제1 탄성파 공진자에서의 탄성파의 전파 방향에 대하여, 2° 기울였을 때의 모식적 평면도이다. 한편, 도 5 및 도 6에서 LiNbO3 기판(2)에서의 파선보다 외측(外側)의 단부(端部)(2b)는 전극 패턴을 형성할 수 없는 부분으로 한다.
도 5 및 도 6에 나타내는 바와 같이, 제2 탄성파 공진자(30)에서의 탄성파의 전파 방향(A2)을 기울이면 제2 탄성파 공진자(30)에 의해 구성되는 병렬암 공진자(P1~P4)가 동일한 각도만큼 기울어지게 된다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 병렬암 공진자(P1~P4)가 1° 기울어진 경우에는, 병렬암 공진자(P1~P4)가 전극 패턴을 형성할 수 없는 단부(2b)에 이르고 있지 않다. 한편, 도 6에 나타내는 바와 같이, 병렬암 공진자(P1~P4)가 2° 기울어진 경우에는, 병렬암 공진자(P1~P4)가 전극 패턴을 형성할 수 없는 단부(2b)에까지 이르고 있다. 또한, 병렬암 공진자(P1~P4)가 2° 기울어진 경우에는, 직렬암 공진자(S1~S4)나 패턴(pattern) 배선(15)과 서로 겹치거나 하는 것이 있다. 그 때문에, 병렬암 공진자(P1~P4)가 2° 이상 기울어진 경우에는 공진자나 패턴 배선(15)을 마련하는 스페이스를 넓히지 않을 수 없고, 소형화를 도모하는 것이 어렵다. 또한, 스페이스를 확보하기 위해 패턴 배선(15)의 폭을 좁게 하면, 패턴 배선(15)의 전기 저항이 커지고, 탄성파 장치(1)의 특성이 열화되는 경우가 있다.
이에 반해, 본 실시형태에서는 제1 탄성파 공진자(20)에서의 탄성파의 전파 방향(A1)과, 제2 탄성파 공진자(30)에서의 탄성파의 전파 방향(A2)의 이루는 각이 2°보다 작은 범위 내에 있으며 일치하고 있다. 그 때문에, 탄성파 장치(1)의 소형화를 도모할 수 있고, 특성의 열화도 생기기 어렵다.
다음으로, 도 7~도 23을 참조하여 LiNbO3 기판(2)의 오일러각의 θ를 특정의 범위로 함으로써, SH파에 의한 스퓨리어스를 억제할 수 있는 이유에 대해 설명한다.
우선, 도 3에 나타내는 구조에서 이하의 탄성파 공진자를 설계했다. 한편, 설계한 탄성파 공진자에서 밀착층(41, 43, 45)은 이용하고 있지 않다.
LiNbO3 기판(2)…오일러각(0°, 30°, 0°)
제1 IDT 전극(21)…듀티비: 0.60
주전극(42)…Pt막, 두께: 0.075λ
도전 보조막(44)…Al막, 두께: 0.08λ
제1 유전체막(22)…SiO2막, 두께: 0.2λ~0.6λ의 범위에서 조정
제1 주파수 조정막(23)…SiN막, 두께: 0.01λ
이용하는 탄성파…레일리파
이 조건으로 설계한 탄성파 공진자에서 오일러각의 θ를 30°로 고정하고, SiO2막의 두께를 0.2λ~0.6λ의 범위 내에서 변화시켜 임피던스 특성 및 리턴 손실 특성을 측정했다.
도 7~도 11에서 (a)는 SiO2막의 두께를 도면마다 변화시켰을 때의 임피던스 특성을 나타내는 도면이며, (b)는 그 리턴 손실 특성을 나타내는 도면이다. 한편, 도 7~도 11에서 SiO2막의 두께는 각각 순서대로 0.2λ, 0.3λ, 0.4λ, 0.5λ, 0.6λ이다.
도 7~도 11로부터 분명한 바와 같이, 오일러각의 θ가 30°인 때, SiO2막의 두께와 관계없이 대역 근방에서의 SH파에 의한 스퓨리어스를 억제할 수 있는 것을 알 수 있다.
다음으로, 설계한 탄성파 공진자에서 SiO2막의 두께를 0.3λ로 고정하고, 오일러각의 θ를 27.5°~31.5°의 범위 내에서 변화시켜 임피던스 특성 및 리턴 손실 특성을 측정했다.
도 12~도 20에서, (a)는 오일러각의 θ를 도면마다 변화시켰을 때의 임피던스 특성을 나타내는 도면이며, (b)는 그 리턴 손실 특성을 나타내는 도면이다. 한편, 도 12~도 20에서 오일러각의 θ는 각각 순서대로 27.5°, 28.0°, 28.5°, 29.0°, 29.5°, 30.0°, 30.5°, 31.0°, 31.5°이다.
도 16(θ=29.5°) 및 도 17(θ=30.0°)로부터 분명한 바와 같이, 오일러각의 θ가 29.5° 이상, 30.0° 이하인 때, SH파에 의한 스퓨리어스가 거의 발생하고 있지 않은 것을 알 수 있다. 단, 1포트형의 탄성파 공진자를 이용하여 탄성파 장치를 제작하는 경우, SH파에 의한 스퓨리어스의 크기가 절대값으로 0.3dB보다 크면 문제가 되는 것으로 알려져 있다. 따라서, 스퓨리어스의 크기를 절대값으로 0.3dB 이하로 할 필요가 있다. 도 12~도 20에서 SH파에 의한 스퓨리어스의 크기가 절대값으로 0.3dB 이하가 되는 오일러각의 θ는 28.5° 이상, 31.0° 이하인 것을 알 수 있다.
도 21은 오일러각의 θ와 SH파의 비대역의 관계를 나타내는 도면이다. 한편, 도 21은 도 12~도 20에서의 설계와 동일한 설계의 탄성파 공진자를 이용했을 때의 결과이다. 한편, SH파의 비대역은 SH파에 의한 스퓨리어스의 크기를 나타내는 값이다. 도 21에서 오일러각의 θ는 28.5° 이상, 31.0° 이하인 때, SH파의 비대역이 0.005% 이하인 것을 알 수 있다. 이것으로부터 SH파의 비대역이 0.005% 이하이면, SH파에 의한 스퓨리어스를 충분히 작게 할 수 있는 것을 알 수 있다. 따라서, SH파의 비대역이 0.005% 이하가 되는 오일러각의 θ의 범위가 SH파에 의한 스퓨리어스를 충분히 작게하는 것이 가능한 오일러각의 θ의 범위가 된다.
특히, 본 실시형태에서는 SiO2막의 두께가 다른 탄성파 공진자를 이용하고 있으므로, SiO2막의 두께에 관계없이 SH파의 비대역이 0.005% 이하가 되는 오일러각에서의 θ의 범위를 구하면 된다. SiO2막의 두께에 관계없이 SH파의 비대역이 0.005% 이하가 되는 오일러각에서의 θ의 범위가 SiO2막의 두께에 관계없이 SH파에 의한 스퓨리어스를 충분히 작게 하는 것이 가능한 오일러각에서의 θ의 범위가 된다.
도 22는 SiO2막의 두께를 변화시켰을 때의 오일러각의 θ와 SH파의 비대역의 관계를 나타내는 도면이다. 한편, 도 22는 SiO2막의 두께를 변화시킨 이외에는 도 21과 동일한 설계의 탄성파 공진자를 이용했을 때의 결과이다.
SiO2막의 두께에 의해 SH파의 전기 기계 결합 계수는 다르지만, 도 22에서 오일러각의 θ가 29.1° 이상, 30.9° 이하인 때, SiO2막의 두께에 관계없이 SH파에 의한 스퓨리어스가 충분히 작게 되어 있는 것을 알 수 있다.
동일하게 하여, 주전극(42)인 Pt막의 두께를 변화시켜 구한 오일러각에서의 θ의 하한값 및 상한값을 하기의 표 1에 나타낸다. 상기 오일러각에서의 θ의 하한값 및 상한값은 SiO2막의 두께에 관계없이, SH파의 비대역이 0.005% 이하가 되는 값이다.
Figure pct00001
또한, 도 23은 오일러각의 θ와, Pt막의 두께의 관계를 나타내는 도면이다. 한편, 도 23은 표 1에서의 Pt막의 두께와 오일러각에서의 θ의 하한값 및 상한값을 플롯(plot)한 것이다. 도 23 중의 화살표(A)로 나타내는 곡선은 오일러각에서의 θ의 하한값을 플롯함으로써 얻어진 곡선이다. 화살표(A)로 나타내는 곡선은 Pt막의 두께를 TPt로 하면, 식: -0.033/(TPt-0.037)+29.99로 나타난다. 도 23 중의 화살표(B)로 나타내는 곡선은 오일러각에서의 θ의 상한값을 플롯함으로써 얻어진 곡선이다. 화살표(B)로 나타내는 곡선은 Pt막의 두께를 TPt로 하면, 식: -0.050/(TPt-0.043)+32.45로 나타난다. 도 23에서 화살표(A)로 나타내는 곡선과 화살표(B)로 나타내는 곡선으로 둘러싸인 영역이 SH파에 의한 스퓨리어스를 충분히 억제할 수 있는 영역이다. 이 SH파에 의한 스퓨리어스를 충분히 억제할 수 있는 영역을 식으로 나타내면, 하기 식(2)와 같이 된다.
-0.033/(TPt-0.037)+29.99≤θ≤-0.050/(TPt-0.043)+32.45…식(2)
한편, Pt막의 두께의 하한값은 화살표(A)로 나타내는 곡선과 화살표(B)로 나타내는 곡선의 교점이며, 0.055λ이다. 또한, 주전극(42)인 Pt막의 두께가 지나치게 커지면, IDT 전극의 애스펙트(aspect)비가 커지며, IDT 전극 형성이 곤란하게 된다. 또한, IDT 전극 상의 유전체막 중에 보이드(void)나 크랙이 생기는 원인도 되기 때문에 Pt막의 두께의 상한은 0.10λ이다.
또한, Pt 이외의 금속을 주전극(42)의 재료에 이용하는 경우에는 그 금속과 Pt의 밀도비 분량만큼 주전극(42)의 두께를 변화시키면 된다. 구체적으로 밀도ρ의 주전극(42)을 이용하는 경우에는 주전극(42)의 두께(T)를 T=TPt×(ρPt/ρ)로 하면 된다. 한편, ρPt는 Pt의 밀도이다. 또한, r=ρ/ρPt로 하고, TPt=T/(ρPt/ρ)를 식(2)에 대입하면, 하기 식(1)과 같이 나타난다.
-0.033/(T×r-0.037)+29.99≤θ≤-0.050/(T×r-0.043)+32.45…(1)
한편, T×r은 0.055λ≤T×r≤0.10λ의 범위 내로 한다.
이상에서 오일러각에서의 θ를 상기 식(1)의 범위 내로 함으로써, SiO2막의 두께에 관계없이, SH파에 의한 스퓨리어스를 억제할 수 있는 것을 알 수 있다. SiO2막의 두께에 관계 없이, SH파에 의한 스퓨리어스를 억제할 수 있으므로, 탄성파 장치(1)와 같이, 제1 유전체막(22) 및 제2 유전체막(32)의 두께가 다른 경우에서도 확실하게 SH파에 의한 스퓨리어스를 억제할 수 있다.
한편, 도 7~도 23에서는 오일러각(φ, θ, ψ)이 (0°, θ, 0°)인 때의 결과를 나타내고 있지만, (0°±5°, θ, 0°±10°)의 범위에서도 동일한 결과를 얻을 수 있는 것이 확인되고 있다.
다음으로, 도 24~도 26을 참조하여 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 ψ를 특정의 범위로 함으로써, SH파에 의한 스퓨리어스와는 다른 스퓨리어스를 한층 더 억제할 수 있는 이유에 대해 설명한다.
한편, 도 24~도 26은 이하와 같이 하여 설계된 탄성파 공진자를 이용했을 때의 결과이다. 한편, 설계한 탄성파 공진자에서 밀착층(41, 43, 45)은 이용하고 있지 않다.
LiNbO3 기판(2)…오일러각(0°, 30°, ψ°)
제1 IDT 전극(21)…듀티비: 0.60
주전극(42)…Pt막, 두께: 0.075λ
도전 보조막(44)…Al막, 두께: 0.08λ
제1 유전체막(22)…SiO2막, 두께: 0.3λ
제1 주파수 조정막(23)…SiN막, 두께: 0.01λ
도 24~도 26에서 (a)는 오일러각의 ψ를 도면마다 변화시켰을 때의 임피던스 특성을 나타내는 도면이며, (b)는 그 리턴 손실 특성을 나타내는 도면이다. 한편, 도 24~도 26에서 오일러각의 ψ는 각각 순서대로 0°, 2°, 4°이다.
도 24~도 26에서 오일러각(ψ)을 4° 변화시키면 규격화 주파수 1.16 부근과 1.23 부근에 큰 스퓨리어스가 발생하고 있는 것을 알 수 있다. 한편, 오일러각(ψ)의 변화가 2° 이하인 때 규격화 주파수 1.16 부근과 규격화 주파수 1.23 부근에서의 스퓨리어스가 억제되어 있는 것을 알 수 있다.
이들 스퓨리어스는 오일러각(ψ)을 0°에서부터 시프트시킴으로써, 탄성파의 전파 방향에 대하여 LiNbO3 기판의 대칭성이 무너짐으로써 생기는 스퓨리어스이다. 따라서, ψ는 0°에 가깝게 하는 것이 바람직하다.
이것으로부터, 오일러각(ψ)을 -2° 이상, 2° 이하의 범위 내로 함으로써 SH파에 의한 스퓨리어스와는 다른 스퓨리어스를 한층 더 억제할 수 있는 것을 알 수 있다.
(고주파 프론트 엔드 회로, 통신 장치)
상기 실시형태의 탄성파 장치는 고주파 프론트 엔드 회로의 듀플렉서 등으로서 이용할 수 있다. 이 예를 하기에서 설명한다.
도 27은 통신 장치 및 고주파 프론트 엔드 회로의 구성도이다. 한편, 동일한 도면에는 고주파 프론트 엔드 회로(230)와 접속되는 각 구성 요소, 예를 들면, 안테나 소자(202)나 RF 신호 처리 회로(RFIC)(203)도 함께 도시되어 있다. 고주파 프론트 엔드 회로(230) 및 RF 신호 처리 회로(203)는 통신 장치(240)를 구성하고 있다. 한편, 통신 장치(240)는 전원, CPU나 디스플레이를 포함하고 있어도 된다.
고주파 프론트 엔드 회로(230)는 스위치(225)와, 듀플렉서(201A, 201B)와, 필터(231, 232)와, 로우노이즈앰프 회로(214, 224)와, 파워앰프 회로(234a, 234b, 244a, 244b)를 포함한다. 한편, 도 27의 고주파 프론트 엔드 회로(230) 및 통신 장치(240)는 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치의 일례로서 이 구성에 한정되는 것이 아니다.
듀플렉서(201A)는 필터(211, 212)를 가진다. 듀플렉서(201B)는 필터(221, 222)를 가진다. 듀플렉서(201A, 201B)는 스위치(225)를 통해 안테나 소자(202)에 접속된다. 한편, 상기 탄성파 장치는 듀플렉서(201A, 201B)여도 되고, 필터(211, 212, 221, 222)여도 된다.
추가로, 상기 탄성파 장치는, 예를 들면, 3개 필터의 안테나 단자가 공통화된 트리플렉서나, 6개 필터의 안테나 단자가 공통화된 헥사플렉서 등, 3 이상의 필터를 포함하는 멀티플렉서에 대해서도 적용할 수 있다.
즉, 상기 탄성파 장치는 탄성파 공진자, 필터, 듀플렉서, 3 이상의 필터를 포함하는 멀티플렉서를 포함한다. 그리고, 상기 멀티플렉서는 송신 필터 및 수신 필터의 쌍방을 포함하는 구성에 한하지 않고, 송신 필터만, 또는 수신 필터만을 포함하는 구성이어도 상관없다.
스위치(225)는 제어부(도시하지 않음)로부터의 제어 신호에 따라, 안테나 소자(202)와 소정의 밴드에 대응하는 신호 경로를 접속하고, 예를 들면, SPDT(Single Pole Double Throw)형의 스위치에 의해 구성된다. 한편, 안테나 소자(202)와 접속되는 신호 경로는 하나에 한하지 않고, 복수개여도 된다. 즉, 고주파 프론트 엔드 회로(230)는 캐리어 어그리게이션(carrier aggregation)에 대응하고 있어도 된다.
로우노이즈앰프 회로(214)는 안테나 소자(202), 스위치(225) 및 듀플렉서(201A)를 경유한 고주파 신호(여기서는 고주파 수신 신호)를 증폭하고, RF 신호 처리 회로(203)로 출력하는 수신 증폭 회로이다. 로우노이즈앰프 회로(224)는 안테나 소자(202), 스위치(225) 및 듀플렉서(201B)를 경유한 고주파 신호(여기서는 고주파 수신 신호)를 증폭하고, RF 신호 처리 회로(203)로 출력하는 수신 증폭 회로이다.
파워앰프 회로(234a, 234b)는 RF 신호 처리 회로(203)로부터 출력된 고주파 신호(여기서는 고주파 송신 신호)를 증폭하고, 듀플렉서(201A) 및 스위치(225)를 경유하여 안테나 소자(202)로 출력하는 송신 증폭 회로이다. 파워앰프 회로(244a, 244b)는 RF 신호 처리 회로(203)로부터 출력된 고주파 신호(여기서는 고주파 송신 신호)를 증폭하고, 듀플렉서(201B) 및 스위치(225)를 경유하여 안테나 소자(202)로 출력하는 송신 증폭 회로이다.
RF 신호 처리 회로(203)는 안테나 소자(202)로부터 수신 신호 경로를 통해 입력된 고주파 수신 신호를 다운컨버전(down-conversion) 등에 의해 신호 처리하고, 상기 신호 처리하여 생성된 수신 신호를 출력한다. 또한, RF 신호 처리 회로(203)는 입력된 송신 신호를 업커버전(up-conversion) 등에 의해 신호 처리하고, 상기 신호 처리하여 생성된 고주파 송신 신호를 로우노이즈앰프 회로(224)로 출력한다. RF 신호 처리 회로(203)는, 예를 들면, RFIC이다. 한편, 통신 장치는 BB(베이스 밴드)IC를 포함하고 있어도 된다. 이 경우, BBIC는 RFIC에서 처리된 수신 신호를 신호 처리한다. 또한, BBIC는 송신 신호를 신호 처리하고, RFIC로 출력한다. BBIC에서 처리된 수신 신호나, BBIC가 신호 처리하기 전의 송신 신호는, 예를 들면, 화상 신호나 음성 신호 등이다. 한편, 고주파 프론트 엔드 회로(230)는 상술한 각 구성 요소의 사이에 다른 회로 소자를 포함하고 있어도 된다.
한편, 고주파 프론트 엔드 회로(230)는 상기 듀플렉서(201A, 201B)를 대신하여 듀플렉서(201A, 201B)의 변형예에 따른 듀플렉서를 포함하고 있어도 된다.
한편, 통신 장치(240)에서의 필터(231, 232)는 로우노이즈앰프 회로(214, 224) 및 파워앰프 회로(234a, 234b, 244a, 244b)를 통하지 않고, RF 신호 처리 회로(203)와 스위치(225) 사이에 접속되어 있다. 필터(231, 232)도 듀플렉서(201A, 201B)와 동일하게 스위치(225)를 통해 안테나 소자(202)에 접속된다.
이상과 같이 구성된 고주파 프론트 엔드 회로(230) 및 통신 장치(240)에 의하면, 본 발명의 탄성파 장치인 탄성파 공진자, 필터, 듀플렉서, 3 이상의 필터를 포함하는 멀티플렉서 등을 포함함으로써 소형화를 도모하면서, SH파에 의한 스퓨리어스를 억제하는 것을 가능하게 하고, 추가로 필터 특성에서 급준성을 향상시킬 수 있음과 함께, 통과 대역을 넓게 할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시형태에 따른 탄성파 장치, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치에 대해 실시형태를 들어 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태에서의 임의의 구성 요소를 조합하여 실현되는 다른 실시형태나, 상기 실시형태에 대하여 본 발명의 주지를 일탈하지 않는 범위에서 당업자가 생각해내는 각종 변형을 실시하여 얻어지는 변형예나, 본 발명에 따른 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치를 내장한 각종 기기도 본 발명에 포함된다.
본 발명은 탄성파 공진자, 필터, 듀플렉서, 멀티 밴드 시스템에 적용할 수 있는 멀티플렉서, 프론트 엔드 회로 및 통신 장치로서 휴대 전화 등의 통신 기기에 널리 이용될 수 있다.
1: 탄성파 장치 2: LiNbO3 기판
2a: 주면 2b: 단부
3: 송신 필터 4: 수신 필터
5: 안테나 단자 6: 공통 단자
7: 송신 단자 8: 수신 단자
9: IDT 전극 10, 11: 반사기
12: 1포트형 탄성파 공진자 13, 14: 종결합 공진자형 탄성파 필터부
15: 패턴 배선 20, 30: 제1, 제2 탄성파 공진자
21, 31: 제1, 제2 IDT 전극 22, 32: 제1, 제2 유전체막
23, 33: 제1, 제2 주파수 조정막 41, 43, 45: 밀착층
42: 주전극 44: 도전 보조막
201A, 201B: 듀플렉서 202: 안테나 소자
203: RF 신호 처리 회로 211, 212: 필터
214: 로우노이즈앰프 회로 221, 222: 필터
224: 로우노이즈앰프 회로 225: 스위치
230: 고주파 프론트 엔드 회로 231, 232: 필터
234a, 234b: 파워앰프 회로 240: 통신 장치
244a, 244b: 파워앰프 회로 A1, A2: 전파 방향
P1~P4: 병렬암 공진자 S1~S4: 직렬암 공진자

Claims (8)

  1. LiNbO3 기판과,
    상기 LiNbO3 기판 상에 마련된 제1 IDT 전극과, 상기 제1 IDT 전극을 덮도록 마련된 제1 유전체막을 가지는 제1 탄성파 공진자와,
    상기 LiNbO3 기판 상에 마련된 제2 IDT 전극과, 상기 제2 IDT 전극을 덮도록 마련된 제2 유전체막을 가지는 제2 탄성파 공진자를 포함하고,
    레일리(Rayleigh)파를 이용하고 있으며,
    상기 제1 유전체막의 두께가 상기 제2 유전체막의 두께와 다르고,
    상기 제1 탄성파 공진자에서의 탄성파의 전파 방향이 상기 제2 탄성파 공진자에서의 탄성파의 전파 방향과 일치하고 있으며,
    상기 LiNbO3 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)이 (0°±5°, θ, 0°±10°)의 범위 내이고,
    상기 제1 IDT 전극 및 상기 제2 IDT 전극은 주전극을 가지며,
    상기 제1 IDT 전극 및 상기 제2 IDT 전극 중 적어도 한쪽의 전극지(電極指) 피치로 정해지는 파장(λ)에 의해 규격화되어 이루어지는 상기 주전극의 두께를 T로 하고, 상기 주전극의 밀도(ρ)와 Pt의 밀도(ρPt)의 밀도비(ρ/ρPt)를 r로 했을 때에,
    상기 LiNbO3 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 θ가 0.055λ≤T×r≤0.10λ의 범위에서, 하기 식(1)을 만족하고 있는 탄성파 장치.
    -0.033/(T×r-0.037)+29.99≤θ≤-0.050/(T×r-0.043)+32.45…(1)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 IDT 전극 및 상기 제2 IDT 전극이 동일한 전극 재료이면서 동일한 두께로 구성되어 있는 탄성파 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 LiNbO3 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 ψ가 -2° 이상, 2° 이하의 범위 내에 있는 탄성파 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 유전체막 및 상기 제2 유전체막은 각각 산화 규소를 주성분으로 하는 탄성파 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 탄성파 공진자는 직렬암 공진자(series arm)이고,
    상기 제2 탄성파 공진자는 병렬암 공진자(parallel arm)이며,
    적어도 상기 제1 탄성파 공진자와 상기 제2 탄성파 공진자에 의해 래더형 필터를 형성하는 탄성파 장치.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄성파 장치는,
    상기 제1 탄성파 공진자를 가지는 송신 필터와,
    상기 제2 탄성파 공진자를 가지는 수신 필터를 포함하는 듀플렉서인 탄성파 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 탄성파 장치와,
    파워 앰프를 포함하는 고주파 프론트 엔드 회로.
  8. 제7항에 기재된 고주파 프론트 엔드 회로와,
    RF 신호 처리 회로를 포함하는 통신 장치.

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