KR20190112121A

KR20190112121A - 멀티플렉서, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치

Info

Publication number: KR20190112121A
Application number: KR1020197026091A
Authority: KR
Inventors: 료 나카가와; 히데키 이와모토; 츠토무 타카이
Original assignee: 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
Priority date: 2017-03-09
Filing date: 2018-03-08
Publication date: 2019-10-02
Also published as: JP6620908B2; WO2018164211A1; KR102215435B1; US11463067B2; CN110383683B; US20190393855A1; JPWO2018164211A1; CN110383683A

Abstract

다른 대역 통과형 필터에서의 고차 모드에 의한 리플이 생기기 어려운 멀티플렉서를 제공하는 것에 있다.
일단이 공통 접속되어 있는 통과 대역이 다른 N개의(단, N은 2 이상의 정수) 탄성파 필터가 포함되어 있다. 적어도 하나의 탄성파 필터(3)가 오일러 각(φ_LT=0°±5°의 범위 내, θ_LT, ψ_LT=0°±15°의 범위 내)의 탄탈산리튬으로 이루어지는 압전체(14)와 지지 기판(12)과 IDT 전극(15)을 가진다. 복수개의 탄성파 공진자 중 적어도 하나의 탄성파 공진자에서 제1 고차 모드의 주파수 f_{h1_t} ⁽ⁿ⁾이 적어도 하나의 탄성파 필터(n)보다도 통과 대역이 높은 전체 탄성파 필터(m)(n＜m≤N)에서 하기 식(3) 및 하기 식(4)를 충족시키고 있는 멀티플렉서.
f_{h1_t} ⁽ⁿ⁾＞f_u ^(m) 식(3)
f_{h1_t} ⁽ⁿ⁾＜f_l ^(m) 식(4)
한편, 식(3) 및 식(4)에서 f_u ^(m) 및 f_l ^(m)은 m개의 탄성파 필터에서의 통과 대역의 고역 측 단부 및 저역 측 단부의 주파수를 나타낸다.

Description

멀티플렉서, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치

본 발명은 2 이상의 탄성파 필터를 가지는 멀티플렉서, 그리고 상기 멀티플렉서를 가지는 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치에 관한 것이다.

종래, 휴대 전화나 스마트폰의 고주파 프론트 엔드 회로에 멀티플렉서가 널리 이용되고 있다. 예를 들면, 하기 특허문헌 1에 기재된 분파기로서의 멀티플렉서는 주파수가 다른 2 이상의 대역 통과형 필터를 가지고 있다. 그리고 각 대역 통과형 필터는 각각 탄성 표면파 필터 칩으로 구성되어 있다. 각 탄성 표면파 필터 칩은 복수개의 탄성 표면파 공진자를 가지고 있다.

하기 특허문헌 2에서는 실리콘제의 지지 기판 상에 이산화규소로 이루어지는 절연막과, 탄탈산리튬으로 이루어지는 압전 기판을 적층하여 이루어지는 탄성파 장치가 개시되어 있다. 그리고 상기 탄성파 장치는 압전 기판에 지지 기판을 실리콘의 (111)면에서 접합시킴으로써 내열성을 높이고 있다.

일본 공개특허공보 특개2014-68123호 일본 공개특허공보 특개2010-187373호

특허문헌 1에 기재된 바와 같은 멀티플렉서에서는 안테나단 측에서 주파수가 다른 복수개의 탄성파 필터가 공통 접속되어 있다.

한편, 본원 발명자들은 실리콘으로 이루어지는 지지 기판 상에 직접 또는 간접적으로, 탄탈산리튬으로 이루어지는 압전체가 적층되어 있는 구조를 가지는 경우, 이용하는 메인 모드보다도 고주파수 측에 복수개의 고차 모드가 나타나는 것을 발견했다. 이와 같은 탄성파 공진자를 멀티플렉서에서의 낮은 쪽의 주파수를 가지는 탄성파 필터에 이용한 경우, 상기 탄성파 필터의 고차 모드에 의한 리플(ripple)이 멀티플렉서에서의 높은 쪽의 주파수를 가지는 다른 탄성파 필터의 통과 대역에 나타날 우려가 있다. 즉, 멀티플렉서에서의 낮은 쪽의 주파수를 가지는 탄성파 필터의 고차 모드가 멀티플렉서에서의 높은 쪽의 주파수를 가지는 다른 탄성파 필터의 통과 대역 내에 위치하면, 통과 대역에 리플이 생긴다. 따라서, 다른 탄성파 필터의 필터 특성이 열화(劣化)될 우려가 있다.

본 발명의 목적은 다른 대역 통과형 필터에서 상기 고차 모드에 의한 리플이 생기기 어려운 멀티플렉서, 상기 멀티플렉서를 가지는 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치를 제공하는 것에 있다.

본원 발명자들은 후술하는 바와 같이, 실리콘으로 이루어지는 지지 기판 상에 직접 또는 간접적으로, 탄탈산리튬으로 이루어지는 압전체가 적층되어 있는 탄성파 공진자에서는 후술할 제1~제3 고차 모드가 메인 모드보다도 고주파수 측에 나타나는 것을 발견했다.

본원의 제1~제3 발명에 따른 멀티플렉서는, 각각, 제1, 제2 및 제3 고차 모드 중 적어도 하나의 고차 모드가 다른 필터의 통과 대역에서 발생하는 것을 회피하는 것이다.

본 발명의 어느 넓은 국면에 의해 제공되는 멀티플렉서는 일단(一端)이 공통 접속되어 있고, 통과 대역이 다른 N개(단, N은 2 이상의 정수)의 탄성파 필터를 포함하며, 상기 N개의 탄성파 필터 중 가장 통과 대역이 고역(高域)에 있는 탄성파 필터를 제외한 적어도 하나의 탄성파 필터가 오일러 각(φ_LT=0°±5°의 범위 내, θ_LT, ψ_LT=0°±15°의 범위 내)의 탄탈산리튬으로 이루어지는 압전체와, 오일러 각(φ_Si, θ_Si, ψ_Si)의 실리콘으로 이루어지는 지지 기판과, 상기 압전체와 상기 지지 기판 사이에 적층되어 있는 산화규소막과, 상기 압전체의 한 면에 마련된 IDT 전극을 가지는 복수개의 탄성파 공진자를 가지며, 하기 식(1) 및 식(2)로 결정되는 제1, 제2 및 제3 고차 모드 주파수 f_{hs_t} ⁽ⁿ⁾(단, s는 1, 2 또는 3이며, s가 1, 2 또는 3일 때, 각각 제1, 제2 또는 제3 고차 모드이다.) 중 적어도 하나가 m＞n인 전체 m에 대해 상기 IDT 전극의 전극지(電極指) 피치로 정해지는 파장λ에 의해 규격화한 두께를 파장 규격화 막 두께로 했을 때, 상기 복수개의 탄성파 공진자 중 적어도 하나의 탄성파 공진자에서 상기 압전체의 파장 규격화 두께 T_LT, 상기 압전체의 오일러 각인 θ_LT, 상기 산화규소막의 파장 규격화 두께 T_S, 알루미늄의 두께로 환산한 상기 IDT 전극의 파장 규격화 두께 T_E, 상기 지지 기판 내에서의 전파 방위 ψ_Si, 및 상기 지지 기판의 파장 규격화 두께 T_Si의 값이 하기 식(3) 및 하기 식(4)를 충족시키는 값으로 되어 있다.

f_{hs_t} ⁽ⁿ⁾＞f_u ^(m) 식(3)

f_{hs_t} ⁽ⁿ⁾＜f_l ^(m) 식(4)

상기 식(1)~식(4)에서의 h는 고차 모드인 것을 나타내고, t는 필터의 n에서의 t번째 소자(공진자)를 나타내며, m은 m(m＞n)번째 필터를 나타내고, n은 n번째 필터를 나타내며, f_u는 통과 대역의 고역 측 단부의 주파수이고, f_l은 통과 대역의 저역(低域) 측 단부의 주파수이다.

한편, 상기 식(1)에서의 각 계수는 s=1, 2, 또는 3일 때, 상기 지지 기판의 결정 방위별로 하기 표 1, 표 2 또는 표 3에 나타내는 각각의 값이다.

본 발명의 다른 넓은 국면에 의해 제공되는 멀티플렉서는 일단이 공통 접속되어 있고, 통과 대역이 다른 N개(단, N은 2 이상의 정수)의 탄성파 필터를 포함하며, 상기 N개의 탄성파 필터를 통과 대역이 낮은 쪽부터 순서대로 탄성파 필터(1), 탄성파 필터(2), …, 탄성파 필터(N)으로 했을 때에, 상기 N개의 탄성파 필터 중 가장 통과 대역이 고역에 있는 탄성파 필터를 제외한 적어도 하나의 탄성파 필터(n)(1≤n＜N)이 적어도 하나의 탄성파 공진자를 가지며, 상기 탄성파 공진자는 오일러 각(φ_LT=0°±5°의 범위 내, θ_LT, ψ_LT=0°±15°의 범위 내)의 탄탈산리튬으로 이루어지는 압전체와, 오일러 각(φ_Si, θ_Si, ψ_Si)의 실리콘으로 이루어지는 지지 기판과, 상기 압전체의 한 면에 마련된 IDT 전극을 가지며, 상기 탄성파 공진자에서 상기 IDT 전극의 전극지 피치로 정해지는 파장 λ에 의해 규격화한 두께를 파장 규격화 막 두께로 하고, 상기 압전체의 파장 규격화 두께를 T_LT, 상기 압전체의 오일러 각을 θ_LT, 상기 산화규소막의 파장 규격화 두께를 T_S, 알루미늄의 두께로 환산한 상기 IDT 전극의 파장 규격화 두께를 T_E, 상기 지지 기판 내에서의 전파 방위를 ψ_Si, 상기 지지 기판의 파장 규격화 두께를 T_Si로 한 경우에, 상기 T_LT, 상기 θ_LT, 상기 T_S, 상기 T_E, 상기 ψ_Si, 상기 T_Si로 정해지는 하기 식(5) 및 식(2)로 결정되는 제1, 제2 및 제3 고차 모드 주파수 f_{hs_t} ⁽ⁿ⁾(단, s는 1, 2 또는 3이며, s가 1, 2 또는 3일 때, 각각 제1, 제2 또는 제3 고차 모드이다.) 중 적어도 하나가 상기 적어도 하나의 탄성파 필터(n)보다도 통과 대역이 높은 전체 탄성파 필터(m)(n＜m≤N)에서 하기 식(3) 및 하기 식(4)를 충족시키는 값으로 되어 있다.

f_{hs_t} ⁽ⁿ⁾＞f_u ^(m) 식(3)

f_{hs_t} ⁽ⁿ⁾＜f_l ^(m) 식(4)

상기 식(2)~식(4) 및 식(5)에서의 h는 고차 모드인 것을 나타내고, f_u는 통과 대역의 고역 측 단부의 주파수이며, f_l은 통과 대역의 저역 측 단부의 주파수이다.

한편, 상기 식(5)에서의 각 계수는 s=1, 2, 또는 3일 때, 상기 지지 기판의 결정 방위별로 하기 표 4, 표 5 또는 표 6에 나타내는 각각의 값이다.

식(5)를 이용하여, 본 발명의 멀티플렉서에서는 식(1)에서 고려되어 있지 않은 θ_LT도 고려하고 있기 때문에, 복수개의 고차 모드 중 적어도 하나의 고차 모드가 통과 대역이 높은 다른 탄성파 필터의 통과 대역 내에 한층 더 생기기 어렵다.

본 발명에 따른 멀티플렉서의 어느 특정 국면에서는 상기 제1 및 제2 고차 모드 주파수 f_{hs_t} ⁽ⁿ⁾이 상기 식(3) 및 상기 식(4)를 충족시키도록 상기 T_LT, 상기 θ_LT, 상기 T_S, 상기 T_E, 상기 ψ_Si 및 상기 T_Si의 값이 선택된다.

본 발명에 따른 멀티플렉서의 또 다른 특정 국면에서는 상기 제1 및 제3 고차 모드 주파수 f_{hs_t} ⁽ⁿ⁾이 상기 식(3) 및 상기 식(4)를 충족시키도록 상기 T_LT, 상기 θ_LT, 상기 T_S, 상기 T_E, 상기 ψ_Si 및 상기 T_Si의 값이 선택된다.

본 발명에 따른 멀티플렉서의 또 다른 특정 국면에서는 상기 제2 및 제3 고차 모드 주파수 f_{hs_t} ⁽ⁿ⁾이 상기 식(3) 및 상기 식(4)를 충족시키도록 상기 T_LT, 상기 θ_LT, 상기 T_S, 상기 T_E, 상기 ψ_Si 및 상기 T_Si의 값이 선택된다.

본 발명에 따른 멀티플렉서의 또 다른 특정 국면에서는 상기 제1, 제2 및 제3 고차 모드 주파수 f_{hs_t} ⁽ⁿ⁾ 전체가 상기 식(3) 및 상기 식(4)를 충족시키도록 상기 T_LT, 상기 θ_LT, 상기 T_S, 상기 T_E, 상기 ψ_Si 및 상기 T_Si의 값이 선택된다. 이 경우에는 제1 고차 모드, 제2 고차 모드 및 제3 고차 모드 중 어느 응답에 의한 리플도 상기 다른 탄성파 필터의 통과 대역에 나타나지 않는다.

본 발명에 따른 멀티플렉서의 다른 특정 국면에서는 상기 지지 기판의 파장 규격화 두께 T_Si가 T_Si＞4이다.

본 발명에 따른 멀티플렉서의 또 다른 특정 국면에서는 T_Si＞10이다.

본 발명에 따른 멀티플렉서의 또 다른 특정 국면에서는 T_Si＞20이다.

본 발명에 따른 멀티플렉서의 또 다른 특정 국면에서는 상기 압전체의 파장 규격화 두께가 3.5λ 이하이다.

본 발명에 따른 멀티플렉서의 또 다른 특정 국면에서는 상기 압전체의 파장 규격화 두께가 2.5λ 이하이다.

본 발명에 따른 멀티플렉서의 또 다른 특정 국면에서는 상기 압전체의 파장 규격화 두께가 1.5λ 이하이다.

본 발명에 따른 멀티플렉서의 또 다른 특정 국면에서는 상기 압전체의 파장 규격화 두께가 0.5λ 이하이다.

본 발명에 따른 멀티플렉서의 또 다른 특정 국면에서는 복수개의 탄성파 필터의 일단이 공통 접속되어 있는 안테나 단자가 더 포함되어 있고, 상기 식(3) 및 상기 식(4)를 충족시키는 상기 탄성파 공진자가 상기 안테나 단자에 가장 가까운 탄성파 공진자이다. 이 경우에는 제1, 제2 및 제3 고차 모드에 의한 리플이 다른 탄성파 필터의 통과 대역에서 한층 더 생기기 어렵다.

본 발명에 따른 멀티플렉서의 또 다른 특정 국면에서는 상기 식(3) 및 상기 식(4)를 충족시키는 상기 탄성파 공진자가 복수개의 탄성파 공진자 전체이다. 이 경우에는 다른 탄성파 필터에서의 제1, 제2 및 제3 고차 모드 중 적어도 하나의 고차 모드에 의한 리플을 한층 더 효과적으로 억제할 수 있다.

본 발명에 따른 멀티플렉서는 듀플렉서이어도 된다.

또한, 본 발명에 따른 멀티플렉서는 3개 이상의 탄성파 필터가 상기 안테나 단자 측에서 공통 접속되어 있는 복합 필터이어도 된다.

본 발명에 따른 멀티플렉서의 어느 특정 국면에서는 상기 멀티플렉서는 캐리어 어그리게이션용 복합 필터 장치이다.

본 발명에 따른 멀티플렉서에서의 상기 복수개의 탄성파 공진자를 가지는 탄성파 필터는 복수개의 직렬암(series arm) 공진자와, 복수개의 병렬암(parallel arm) 공진자를 가지는 래더형 필터인 것이 바람직하다. 그 경우에는 고차 모드의 영향을 본 발명에 따라 보다 효과적으로 억제할 수 있다.

본 발명에 따른 고주파 프론트 엔드 회로는 본 발명에 따라 구성되어 있는 멀티플렉서와 파워 앰프를 포함한다.

본 발명에 따른 통신 장치는 본 발명에 따라 구성되어 있는 멀티플렉서 및 파워 앰프를 가지는 고주파 프론트 엔드 회로와 RF 신호 처리 회로를 포함한다.

본 발명에 따른 멀티플렉서에 의하면, 통과 대역이 낮은 쪽의 탄성파 필터를 구성하는 적어도 하나의 탄성파 공진자에 의해 발생하는 복수개의 고차 모드 중 적어도 하나의 고차 모드가 통과 대역이 높은 다른 탄성파 필터의 통과 대역 내에 생기기 어렵다. 따라서, 상기 다른 탄성파 필터의 필터 특성의 열화가 생기기 어렵다. 따라서, 필터 특성이 뛰어난 멀티플렉서를 가지는 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 멀티플렉서의 회로도이다.
도 2는 제1 실시형태의 멀티플렉서에서 이용되고 있는 제1 탄성파 필터를 나타내는 회로도이다.
도 3은, 도 3(a)는 제1 실시형태의 멀티플렉서에서 이용되고 있는 탄성파 공진자의 모식적 정면 단면도이고, 도 3(b)는 상기 탄성파 공진자의 전극 구조를 나타내는 모식적 평면도이다.
도 4는 제1 실시형태에서의 제1~제4 탄성파 필터의 통과 대역을 나타내는 모식도이다.
도 5는 탄성파 공진자의 어드미턴스 특성을 나타내는 도면이다.
도 6은 실리콘으로 이루어지는 지지 기판의 전파 방위 ψ_Si와, 메인 모드 및 제1 고차 모드의 음속의 관계를 나타내는 도면이다.
도 7은 탄탈산리튬으로 이루어지는 압전체의 파장 규격화 두께 T_LT와, 메인 모드 및 제1 고차 모드의 음속의 관계를 나타내는 도면이다.
도 8은 탄탈산리튬으로 이루어지는 압전체의 커트 각(90°+θ_LT)과, 메인 모드 및 제1 고차 모드의 음속의 관계를 나타내는 도면이다.
도 9는 산화규소막의 파장 규격화 두께 T_S와, 메인 모드 및 제1 고차 모드의 음속의 관계를 나타내는 도면이다.
도 10은 IDT 전극의 파장 규격화 두께 T_E와, 메인 모드 및 제1 고차 모드의 음속의 관계를 나타내는 도면이다.
도 11은, 도 11(a)는 비교예의 멀티플렉서의 필터 특성을 나타내는 도면이고, 도 11(b)는 제1 실시형태의 멀티플렉서의 필터 특성을 나타내는 도면이다.
도 12는 실리콘으로 이루어지는 지지 기판의 파장 규격화 두께와, 제1 고차 모드, 제2 고차 모드 및 제3 고차 모드의 위상 최대값의 관계를 나타내는 도면이다.
도 13은 실리콘으로 이루어지는 지지 기판의 전파 방위 ψ_Si와, 메인 모드 및 제2 고차 모드의 음속의 관계를 나타내는 도면이다.
도 14는 탄탈산리튬으로 이루어지는 압전체의 파장 규격화 두께 T_LT와, 메인 모드 및 제2 고차 모드의 음속의 관계를 나타내는 도면이다.
도 15는 탄탈산리튬으로 이루어지는 압전체의 커트 각(90°+θ_LT)과, 메인 모드 및 제2 고차 모드의 음속의 관계를 나타내는 도면이다.
도 16은 산화규소막의 파장 규격화 두께 T_S와, 메인 모드 및 제2 고차 모드의 음속의 관계를 나타내는 도면이다.
도 17은 IDT 전극의 파장 규격화 두께 T_E와, 메인 모드 및 제2 고차 모드의 음속의 관계를 나타내는 도면이다.
도 18은 실리콘으로 이루어지는 지지 기판의 전파 방위 ψ_Si와, 메인 모드 및 제3 고차 모드의 음속의 관계를 나타내는 도면이다.
도 19는 탄탈산리튬으로 이루어지는 압전체의 파장 규격화 두께 T_LT와, 메인 모드 및 제3 고차 모드의 음속의 관계를 나타내는 도면이다.
도 20은 탄탈산리튬으로 이루어지는 압전체의 커트 각(90°+θ_LT)과, 메인 모드 및 제3 고차 모드의 음속의 관계를 나타내는 도면이다.
도 21은 산화규소막의 파장 규격화 두께 T_S와, 메인 모드 및 제3 고차 모드의 음속의 관계를 나타내는 도면이다.
도 22는 IDT 전극의 파장 규격화 두께 T_E와, 메인 모드 및 제3 고차 모드의 음속의 관계를 나타내는 도면이다.
도 23은 탄성파 장치에서의 탄탈산리튬막의 막 두께와 Q값의 관계를 나타내는 도면이다.
도 24는 탄성파 장치에서의 탄탈산리튬막의 막 두께와 주파수 온도 계수 TCF의 관계를 나타내는 도면이다.
도 25는 탄성파 장치에서의 탄탈산리튬막의 막 두께와 음속의 관계를 나타내는 도면이다.
도 26은 탄탈산리튬으로 이루어지는 압전막의 파장 규격화 두께와 비대역의 관계를 나타내는 도면이다.
도 27은 산화규소막의 막 두께와, 고음속막의 재질과 음속의 관계를 나타내는 도면이다.
도 28은 산화규소막의 막 두께와, 전기기계 결합 계수와, 고음속막의 재질의 관계를 나타내는 도면이다.
도 29는 본 발명에서 이용되는 탄성파 공진자의 변형예의 정면 단면도이다.
도 30은 본 발명에서 이용되는 탄성파 공진자의 다른 변형예의 정면 단면도이다.
도 31은 본 발명의 실시형태인 고주파 프론트 엔드 회로를 가지는 통신 장치의 개략 구성도이다.

이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명함으로써, 본 발명을 분명하게 한다.

한편, 본 명세서에 기재된 각 실시형태는 예시적인 것이며, 다른 실시형태간에 구성의 부분적인 치환 또는 조합이 가능한 것을 지적해 둔다.

도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 멀티플렉서의 회로도이다. 멀티플렉서(1)는 안테나 단자(2)를 가진다. 안테나 단자(2)는 예를 들면 스마트폰의 안테나에 접속되는 단자이다.

멀티플렉서(1)에서는 안테나 단자(2)에 제1~제4 탄성파 필터(3~6)가 공통 접속되어 있다. 제1~제4 탄성파 필터(3~6)는 모두 대역 통과형 필터이다.

도 4는 제1~제4 탄성파 필터(3~6)의 통과 대역의 관계를 나타내는 모식도이다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 제1~제4 탄성파 필터의 통과 대역은 다르다. 제1~제4 탄성파 필터의 통과 대역을 각각 제1~제4 통과 대역으로 한다.

주파수 위치는 제1 통과 대역＜제2 통과 대역＜제3 통과 대역＜제4 통과 대역이다. 제2~제4 통과 대역에서 저역 측 단부를 f_l ^(m), 고역 측 단부를 f_u ^(m)으로 한다. 한편, 저역 측 단부는 통과 대역의 저역 측 단부이다. 또한, 고역 측 단부는 통과 대역의 고역 측 단부이다. 통과 대역의 저역 측 단부 및 고역 측 단부로는 예를 들면, 3GPP 등으로 표준화되어 있는 각 밴드의 주파수 대역 단부를 이용할 수 있다.

여기서, (m)은 제2~제4 통과 대역에 따라, 각각 2, 3 또는 4이다.

제1~제4 탄성파 필터(3~6)는 각각 복수개의 탄성파 공진자를 가진다. 도 2는 제1 탄성파 필터(3)의 회로도이다. 제1 탄성파 필터(3)는 각각이 탄성파 공진자로 이루어지는 직렬암 공진자(S1~S3) 및 병렬암 공진자(P1, P2)를 가진다. 즉, 제1 탄성파 필터(3)는 래더형 필터이다. 물론, 래더형 필터에서의 직렬암 공진자의 수 및 병렬암 공진자의 수는 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 제2~제4 탄성파 필터(4~6)에 대해서도, 본 실시형태에서는 마찬가지로 래더형 필터로 이루어지고, 복수개의 직렬암 공진자 및 복수개의 병렬암 공진자를 가진다.

한편, 제1~제4 탄성파 필터(3~6)는 복수개의 탄성파 공진자를 가지는 한, 래더형 필터 이외의 회로 구성을 가지고 있어도 된다. 예를 들면, 종결합 공진자형 탄성파 필터에 직렬로 탄성파 공진자가 접속되어 있는 탄성파 필터이어도 된다. 또한, 종결합 공진자형 탄성파 필터에 래더형 필터가 접속되어 있는 탄성파 필터이어도 된다.

도 3(a) 및 도 3(b)는 제1 탄성파 필터(3)의 직렬암 공진자(S1~S3) 또는 병렬암 공진자(P1, P2)를 구성하고 있는 탄성파 공진자의 모식적 정면 단면도이고, 도 3(b)는 그 전극 구조를 나타내는 모식적 평면도이다.

탄성파 공진자(11)는 지지 기판(12)과, 지지 기판(12) 상에 적층된 산화규소막(13)과, 산화규소막(13) 상에 적층된 압전체(14)를 가진다.

지지 기판(12)은 실리콘으로 구성되어 있다. 지지 기판(12)은 단결정 실리콘인데, 완전한 단결정이 아니어도 결정 방위를 가지고 있으면 된다. 산화규소막(13)은 산화규소막이다. 산화규소막(13)은 산화규소를 함유하면, 예를 들면 산화규소에 불소 등을 도프(dope)한 것도 포함하고 있어도 된다. 압전체(14)는 탄탈산리튬으로 구성되어 있다. 압전체(14)는 단결정 탄탈산리튬인데, 완전한 단결정이 아니더라도 결정 방위를 가지고 있으면 된다. 또한, 압전체(14)는 탄탈산리튬이라면 LiTaO₃ 이외의 재료이어도 된다.

한편, 산화규소막(13)의 두께는 0이어도 된다. 즉 산화규소막(13)이 마련되지 않아도 된다.

상기 압전체(14)의 상면(上面)에 IDT(Interdigital Transducer) 전극(15)이 마련되어 있다. 보다 구체적으로는 IDT 전극(15)의 탄성파 전파 방향 양측에 반사기(16, 17)가 마련되어 있고, 그로써 1포트형 탄성 표면파 공진자가 구성되어 있다.

본원 발명자들은 상기 지지 기판(12) 상에 직접 또는 간접적으로, 탄탈산리튬으로 이루어지는 압전체(14)가 적층되어 있는 탄성파 필터 장치에서 탄성파를 여진(勵振)시키면, 이용하고자 하는 메인 모드의 응답 이외에 메인 모드보다도 고주파수 측에 복수개의 고차 모드의 응답이 나타나는 것을 발견했다. 도 5를 참조하여, 이 복수개의 고차 모드를 설명한다.

도 5는 지지 기판 상에 산화규소막 및 압전체가 적층되어 있는 탄성파 공진자의 일례의 어드미턴스 특성을 나타내는 도면이다. 도 5로부터 분명한 바와 같이, 3.9㎓ 부근에 나타나는 메인 모드의 응답보다도 높은 주파수 위치에 제1~제3 고차 모드의 응답이 나타나 있다. 제1 고차 모드의 응답은 화살표로 나타내는 바와 같이 4.7㎓ 부근에 나타나 있다. 제2 고차 모드의 응답은 그보다도 높아, 5.2㎓ 부근에 나타나 있다. 제3 고차 모드의 응답은 5.7㎓ 부근에 나타나 있다. 즉, 제1 고차 모드의 응답의 주파수를 f1, 제2 고차 모드의 응답의 주파수를 f2, 제3 고차 모드의 응답의 주파수를 f3으로 한 경우, f1＜f2＜f3이다. 한편, 상기 고차 모드의 응답의 주파수는 고차 모드의 임피던스 위상 특성의 피크 위치이다. 단, 도 5는 일례이며, 전극 두께 등의 조건에 따라서는 각 고차 모드의 주파수 위치 관계가 바뀌는 경우도 있을 수 있다.

상술한 바와 같이, 주파수가 다른 복수개의 탄성파 필터가 안테나 단자 측에서 공통 접속되어 있는 멀티플렉서에서는 멀티플렉서에서의 낮은 쪽의 주파수를 가지는 탄성파 필터에 의한 고차 모드가 멀티플렉서에서의 높은 쪽의 주파수를 가지는 다른 탄성파 필터의 통과 대역에 나타나면, 리플이 된다. 따라서, 제1 고차 모드, 제2 고차 모드 및 제3 고차 모드 중 적어도 하나의 고차 모드가 제2~제4 탄성파 필터(4~6)의 통과 대역에 나타나지 않는 것이 바람직하다. 바람직하게는 제1 고차 모드, 제2 고차 모드 및 제3 고차 모드 중 2개의 고차 모드가 제2~제4 탄성파 필터(4~6)의 통과 대역에 나타나지 않는 것이 바람직하다. 예를 들면, 제1 고차 모드 및 제2 고차 모드의 응답, 제1 고차 모드 및 제3 고차 모드의 응답, 또는 제2 고차 모드 및 제3 고차 모드의 응답이 제2~제4 탄성파 필터(4~6)의 통과 대역에 나타나지 않는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는 제1 고차 모드, 제2 고차 모드 및 제3 고차 모드 전체가 제2~제4 탄성파 필터(4~6)의 통과 대역에 나타나지 않는 것이 바람직하다.

본 실시형태의 멀티플렉서(1)의 특징은 제1 탄성파 필터(3)를 구성하고 있는 적어도 하나의 탄성파 공진자에서 상기 제1 고차 모드의 응답이 도 4에 나타낸 제2~제4 통과 대역에 나타나 있지 않은 것에 있다. 그 때문에, 제2~제4 탄성파 필터(4~6)에서의 필터 특성의 열화가 생기기 어렵다.

본 실시형태의 특징은 이하의 i) 및 ii)에 있다.

i) 탄탈산리튬으로 이루어지는 압전체(14)의 파장 규격화 두께 T_LT, 탄탈산리튬으로 이루어지는 압전체(14)의 오일러 각인 θ_LT, 산화규소막(13)의 파장 규격화 두께 T_S, 알루미늄의 두께로 환산한 IDT 전극(15)의 파장 규격화 두께 T_E, 실리콘으로 이루어지는 지지 기판(12)에서의 전파 방위 ψ_Si 및 지지 기판(12)의 파장 규격화 두께 T_Si의 값에 의해, 하기 식(1) 및 식(2)이 결정되면서 주파수 f_{h1_t} ⁽ⁿ⁾이 제1 고차 모드 주파수의 f_{h1_t} ⁽ⁿ⁾이 m＞n인 전체 m에 대해, 하기 식(3) 또는 하기 식(4)를 충족시키는 값으로 되어 있는 것, 그리고 ii) T_Si＞20으로 되어 있는 것에 있다.

그로써, 제1 고차 모드에 의한 응답이 제2~제4 탄성파 필터(4~6)의 통과 대역 밖에 위치하게 된다. 따라서, 제1 고차 모드에 의한 제2~제4 탄성파 필터(4~6)의 필터 특성의 열화가 생기기 어렵다. 상기 조건을 충족시킴으로써, 제1 고차 모드 주파수가 제2~제4 통과 대역 밖에 위치하는 것을 이하에서 보다 상세하게 설명한다.

보다 바람직하게는 식(1)로 나타내지는 음속 V_h 대신에, 하기 식(5)로 나타내지는 음속 V_h를 이용하는 것이 바람직하다. 그 경우에는 다른 대역 통과형 필터에서의 고차 모드에 의한 리플이 한층 더 생기기 어렵다.

이 경우에도 식(5) 및 상술한 식(2)로 결정되는 제1, 제2 및 제3 고차 모드 주파수 f_{hs_t} ⁽ⁿ⁾(단, s는 1, 2 또는 3이며, s가 1, 2 또는 3일 때, 각각 제1, 제2 또는 제3 고차 모드이다.) 중 적어도 하나가 상기 적어도 하나의 탄성파 필터(n)보다도 통과 대역이 높은 전체 탄성파 필터(m)(n＜m≤N)에서 상술한 식(3) 및 상술한 식(4)를 충족시키는 값으로 되어 있다.

f_{hs_t} ⁽ⁿ⁾＞f_u ^(m) 식(3)

f_{hs_t} ⁽ⁿ⁾＜f_l ^(m) 식(4)

한편, 식(1)~식(4) 및 식(5)에서 h는 고차 모드인 것을 나타낸다. 또한, 본 명세서에서 파장 규격화 두께란, 두께를 IDT 전극의 파장으로 규격화한 두께이다. 여기서, 파장이란 IDT 전극의 전극지 피치로 정해지는 파장 λ를 말하는 것으로 한다. 따라서, 파장 규격화 두께란, λ를 1로 하여 실제 두께를 규격화한 두께이며, 실제 두께를 λ로 나눗셈한 값이다. 한편, IDT 전극의 전극지 피치로 정해지는 파장 λ란, 전극지 피치의 평균값으로 정해도 된다. 한편, 본 명세서에서는 파장 규격화 두께를 단순히 막 두께라고 기재하는 경우가 있다.

본원 발명자들은 제1 고차 모드의 주파수 위치가 상술한 각 파라미터에 영향을 받는 것을 발견했다.

도 6에 나타내는 바와 같이, 실리콘으로 이루어지는 지지 기판의 전파 방위 ψ_Si에 의해 메인 모드의 음속은 거의 변화되지 않지만, 제1 고차 모드의 음속은 크게 변화된다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 제1 고차 모드의 음속은 탄탈산리튬으로 이루어지는 압전체의 파장 규격화 두께 T_LT에 의해 변화된다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 탄탈산리튬으로 이루어지는 압전체의 커트 각 즉 (90°+θ_LT)에 의해서도 제1 고차 모드의 음속이 변화된다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 산화규소막의 파장 규격화 두께 T_S에 의해서도 제1 고차 모드의 음속이 약간 변화된다. 또한, 도 10에 나타내는 바와 같이, IDT 전극의 파장 규격화 두께 T_E에 의해서도 제1 고차 모드의 음속이 약간 변화된다. 본원 발명자들은 이들의 파라미터를 자유롭게 변화시켜, 제1 고차 모드의 음속을 구했다. 그 결과, 제1 고차 모드의 음속은 식(1)로 나타내지는 것을 발견했다. 그리고 식(1)에서의 계수는 실리콘으로 이루어지는 지지 기판의 결정 방위별로 하기 표 7에 나타내는 값이면 되는 것을 확인했다. 또한, 식(5)에서의 계수는 실리콘으로 이루어지는 지지 기판의 결정 방위별로 하기 표 8에 나타내는 값이면 되는 것을 확인했다.

그리고 제1 고차 모드의 음속을 V_{h1_t}로 하면, 제1 고차 모드의 주파수는 식(2)에 의해 f_{h1_t} ⁽ⁿ⁾=V_{h1_t}/λ_t ⁽ⁿ⁾로 나타내진다. 여기서, f_h1은 제1 고차 모드의 주파수인 것을 의미하고, t는 n번째 필터를 구성하고 있는 공진자 등의 소자의 번호이다.

본 실시형태에서는 식(3) 및 식(4)에 나타내는 바와 같이, f_{h1_t}가 f_u ^(m)보다 높거나 f_l ^(m)보다도 낮다. 즉, f_{h1_t}는 도 4에 나타낸 제2 통과 대역, 제3 통과 대역 및 제4 통과 대역의 각 저역 측 단부보다도 낮거나 각 고역 측 단부보다도 높다. 따라서, 제2~제4 통과 대역 내에 제1 고차 모드의 주파수 f_{h1_t} ⁽ⁿ⁾이 위치하지 않는 것을 알 수 있다.

한편, 상기 식(1)에서,

a) Si(100)(오일러 각(φ_Si=0±5°, θ_Si=0±5°, ψ_Si)으로 함)을 사용하는 경우, ψ_Si의 범위는 0°≤ψ_Si≤45°로 한다. 다만, Si(100)의 결정 구조의 대칭성으로부터, ψ_Si와 ψ_Si±(n×90°)는 동일한 의미이다(단, n=1, 2, 3…). 마찬가지로, ψ_Si와 -ψ_Si는 동일한 의미이다.

b) Si(110)(오일러 각(φ_Si=-45±5°, θ_Si=-90±5°, ψ_Si)으로 함)을 사용하는 경우, ψ_Si의 범위는 0°≤ψ_Si≤90°로 한다. 다만, Si(110)의 결정 구조의 대칭성으로부터, ψ_Si와 ψ_Si±(n×180°)는 동일한 의미이다(단, n=1, 2, 3…). 마찬가지로, ψ_Si와 -ψ_Si는 동일한 의미이다.

c) Si(111)(오일러 각(φ_Si=-45±5°, θ_Si=-54.73561±5°, ψ_Si)으로 함)을 사용하는 경우, ψ_Si의 범위는 0°≤ψ_Si≤60°로 한다. 다만, Si(111)의 결정 구조의 대칭성으로부터, ψ_Si와 ψ_Si±(n×120°)는 동일한 의미이다(단, n=1, 2, 3…). 마찬가지로, ψ_Si와 -ψ_Si는 동일한 의미이다.

또한, θ_LT의 범위는 -180°＜θ_LT≤0°로 하는데, θ_LT와 θ_LT+180°는 동일한 의미인 것으로 취급하면 된다.

한편, 본 명세서에서 오일러 각(0°±5°의 범위 내, θ, 0°±15°의 범위 내)에서의 0°±5°의 범위 내란, -5° 이상, +5° 이하의 범위 내를 의미하고, 0°±15°의 범위 내란, -15° 이상, +15° 이하의 범위 내를 의미한다.

IDT 전극(15)의 파장 규격화 두께 T_E는 알루미늄으로 이루어지는 IDT 전극의 막 두께로 환산한 두께이다. 물론, 전극 재료는 Al에 한정되지 않는다. Ti, NiCr, Cu, Pt, Au, Mo, W 등의 다양한 금속을 사용할 수 있다. 또한, 이들 금속을 주체로 하는 합금을 사용해도 된다. 또한, 이들 금속이나 합금으로 이루어지는 금속막을 복수개 적층하여 이루어지는 적층 금속막을 사용해도 된다.

도 11(a)는 상기 탄성파 공진자가 식(3) 및 식(4)를 총족시키고 있지 않은 비교예의 멀티플렉서의 필터 특성을 나타내는 도면이고, 도 11(b)는 제1 실시형태의 멀티플렉서의 필터 특성을 나타내는 도면이다.

도 11(a) 및 도 11(b)에서는 어느 쪽에서도 제1 탄성파 필터 및 제2 탄성파 필터의 필터 특성이 나타내져 있다. 실선이 제1 탄성파 필터의 필터 특성이다. 도 11(a)에서 파선으로 나타내는 바와 같이, 제2 탄성파 필터의 필터 특성에서 통과 대역에 리플이 나타나 있다. 이 리플은 제1 탄성파 필터 중의 탄성파 공진자의 고차 모드의 응답에 의한다. 이에 반해, 도 11(b)에 나타내는 바와 같이, 제1 실시형태의 멀티플렉서에서는 제2 탄성파 필터의 통과 대역에 이와 같은 리플이 나타나 있지 않다. 즉, 식(3) 및 식(4)를 충족시키는 바와 같이 탄성파 공진자가 구성되어 있기 때문에, 상기 리플이 제2 탄성파 필터의 제2 통과 대역에 나타나 있지 않다.

도 12는 실리콘으로 이루어지는 지지 기판의 파장 규격화 두께와, 제1 고차 모드, 제2 고차 모드 및 제3 고차 모드의 위상 최대값의 관계를 나타내는 도면이다. 도 12로부터 분명한 바와 같이, 실리콘으로 이루어지는 지지 기판의 파장 규격화 두께가 4λ보다 크면, 제1 고차 모드의 응답의 크기는 거의 일정하고, 충분히 작은 것을 알 수 있다. 한편, 지지 기판의 파장 규격화 두께가 10λ보다 크면, 제2 및 제3 고차 모드의 응답도 작고, 20λ보다 크면 제1~제3 고차 모두가 충분히 작다. 따라서, 지지 기판의 파장 규격화 두께 T_Si는 T_Si＞4인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 지지 기판의 파장 규격화 두께 T_Si가 T_Si＞10이다. 더 바람직하게는 지지 기판의 파장 규격화 두께 T_Si는 T_Si＞20이다.

본 실시형태에서는 제1 탄성파 필터(3)를 구성하고 있는 복수개의 탄성파 공진자 중 적어도 하나의 탄성파 공진자에서 제1 고차 모드의 주파수는 식(3) 또는 식(4)를 충족시키고 있었다. 보다 바람직하게는 안테나 단자에 가장 가까운 탄성파 공진자에서 고차 모드의 응답의 주파수가 식(3) 또는 식(4)를 충족시키고 있는 것이 바람직하다. 안테나 단자에 가장 가까운 탄성파 공진자에서의 고차 모드의 영향이, 다른 탄성파 공진자에 비교하여 다른 제2~제4 탄성파 필터(4~6)의 통과 대역에 크게 나타나는 경향이 있는 것에 의한다.

더 바람직하게는 전체 탄성파 공진자에서 제1 고차 모드의 주파수 위치가 식(3) 또는 식(4)를 충족시키고 있는 것이 바람직하다. 그로써, 제1 고차 모드의 응답에 의한 리플이 제2~제4 탄성파 필터(4~6)의 통과 대역에 한층 더 생기기 어렵다.

본원 발명의 구조를 적용하는 경우에는 상술한 바와 같이, 산화규소막(13)과 압전체(14)가 적층되어 있는 부분에 고차 모드가 갇히는 경향이 있는데, 상기 압전체(14)의 두께를 3.5λ 이하로 함으로써 산화규소막(13)과 압전체(14)의 적층 부분이 얇아지기 때문에, 고차 모드가 갇히기 어려워진다.

보다 바람직하게는 탄탈산리튬으로 이루어지는 압전체(14)의 막 두께는 2.5λ 이하이고, 그 경우에는 주파수 온도 계수 TCF의 절대값을 작게 할 수 있다. 더 바람직하게는 탄탈산리튬으로 이루어지는 압전체(14)의 막 두께는 1.5λ 이하이다. 이 경우에는 전기기계 결합 계수를 용이하게 조정할 수 있다. 더욱이, 보다 바람직하게는 탄탈산리튬으로 이루어지는 압전체(14)의 막 두께는 0.5λ 이하이다. 이 경우에는 넓은 범위에서 전기기계 결합 계수를 용이하게 조정할 수 있다.

(제2 실시형태)

제2 실시형태에서는 제1 고차 모드가 아닌, 제2 고차 모드의 리플이 제2~제4 필터(4~6)의 통과 대역에 위치하고 있지 않다. 이를 도 13~도 17을 참조하면서 설명한다.

도 13에 나타내는 바와 같이, 제2 고차 모드의 음속은 전파 방위 ψ_Si에 의해 변화된다. 마찬가지로, 도 14에 나타내는 바와 같이, 탄탈산리튬으로 이루어지는 압전체의 파장 규격화 두께 T_LT에 의해서도 제2 고차 모드의 음속은 변화된다. 도 15에 나타내는 바와 같이, 탄탈산리튬으로 이루어지는 압전체의 커트 각(90°+θ_LT)에 의해서도 제2 고차 모드의 음속은 변화된다. 도 16에 나타내는 바와 같이, 산화규소막의 파장 규격화 두께 T_S에 의해서도 제2 고차 모드의 음속은 변화된다. 도 17에 나타내는 바와 같이, IDT 전극의 파장 규격화 두께 T_E에 의해서도 제2 고차 모드의 음속은 변화된다. 그리고 도 13~도 17에 나타내는 결과로부터, 제1 실시형태의 경우와 동일하게 하여 제2 고차 모드의 음속도 식(1) 또는 식(5)로 나타내지는 것을 발견했다. 다만, 식(1)의 계수에 대해서는, 제2 고차 모드의 경우에는 실리콘으로 이루어지는 지지 기판의 결정 방위별로 하기 표 9에 나타내는 값으로 할 필요가 있다. 또한, 식(5)의 계수에 대해서는, 제2 고차 모드의 경우에는 실리콘으로 이루어지는 지지 기판의 결정 방위별로 하기 표 10에 나타내는 값으로 할 필요가 있다.

그리고 상기한 바와 같이 하여 구해진 제2 고차 모드의 음속 V_{h2_t}로부터, 식(2)에 의해 제2 고차 모드의 응답의 주파수 위치 f_{h2_t} ⁽ⁿ⁾=V_{h2_t}/λ_t ⁽ⁿ⁾가 구해진다. 그리고 제2 실시형태에서는 하기 식(3A) 또는 식(4A)를 충족시키도록 제2 고차 모드의 주파수 위치 f_{h2_t} ⁽ⁿ⁾이 설정되어 있다. 따라서, 제2 실시형태에서는 제2 고차 모드의 응답이 제2~제4 탄성파 필터(4~6)의 제2~제4 통과 대역 밖에 위치하게 된다. 따라서, 제2 고차 모드의 응답에 의한 제2~제4 탄성파 필터(4~6)의 필터 특성의 리플이 생기기 어렵다.

f_{h2_t} ⁽ⁿ⁾＞f_u ^(m) 식(3A)

f_{h2_t} ⁽ⁿ⁾＜f_l ^(m) 식(4A)

보다 바람직하게는 전체 탄성파 공진자에서 제2 고차 모드의 응답의 주파수 위치가 식(3A) 또는 식(4A)를 충족시키고 있는 것이 바람직하다. 그로써, 제2 고차 모드의 응답에 의한 리플이 제2~제4 탄성파 필터(4~6)의 통과 대역에서 한층 더 생기기 어렵다.

(제3 실시형태)

제3 실시형태에서는 제1 고차 모드가 아닌, 제3 고차 모드의 리플이 제2~제4 필터(4~6)의 통과 대역에 위치하고 있지 않다. 이를 도 18~도 22를 참조하면서 설명한다.

도 18에 나타내는 바와 같이, 제3 고차 모드의 음속은 전파 방위 ψ_Si에 의해 변화된다. 마찬가지로, 도 19에 나타내는 바와 같이, 탄탈산리튬으로 이루어지는 압전체의 파장 규격화 두께 T_LT에 의해서도 제3 고차 모드의 음속은 변화된다. 도 20에 나타내는 바와 같이, 탄탈산리튬으로 이루어지는 압전체의 커트 각(90°+θ_LT)에 의해서도 제3 고차 모드의 음속은 변화된다. 도 21에 나타내는 바와 같이, 산화규소막의 파장 규격화 두께 T_S에 의해서도 제3 고차 모드의 음속은 변화된다. 도 22에 나타내는 바와 같이, IDT 전극의 파장 규격화 두께 T_E에 의해서도 제3 고차 모드의 음속은 변화된다. 그리고 도 18~도 22에 나타내는 결과로부터, 제1 실시형태의 경우와 동일하게 하여, 제3 고차 모드의 음속도 식(1) 또는 식(5)로 나타내지는 것을 발견했다. 다만, 식(1)의 계수에 대해서는 제3 고차 모드의 경우에는 실리콘으로 이루어지는 지지 기판의 결정 방위별로 하기 표 11에 나타내는 값으로 할 필요가 있다. 또한, 식(5)의 계수에 대해서는 제3 고차 모드의 경우에는 실리콘으로 이루어지는 지지 기판의 결정 방위별로 하기 표 12에 나타내는 값으로 할 필요가 있다.

그리고 상기한 바와 같이 하여 구해진 제3 고차 모드의 음속 V_{h3_t}로부터, 식(2)에 의해 제3 고차 모드의 주파수 위치 f_{h3_t} ⁽ⁿ⁾=V_{h3_t}/λ_t ⁽ⁿ⁾에 의해 제3 고차 모드의 응답의 주파수 위치가 구해진다. 그리고 제3 실시형태에서는 하기 식(3B) 또는 식(4B)를 충족시키도록 제3 고차 모드의 주파수 위치가 설정되어 있다. 따라서, 제2 실시형태에서는 제3 고차 모드의 응답이 제2~제4 탄성파 필터(4~6)의 제2~제4 통과 대역 밖에 위치하게 된다. 따라서, 제3 고차 모드의 응답에 의한 제2~제4 탄성파 필터(4~6)의 필터 특성의 리플이 생기기 어렵다.

f_{h3_t} ⁽ⁿ⁾＞f_u ^(m) 식(3B)

f_{h3_t} ⁽ⁿ⁾＜f_l ^(m) 식(4B)

보다 바람직하게는 전체 탄성파 공진자에서 제3 고차 모드의 응답의 주파수 위치가 식(3B) 또는 식(4B)를 충족시키고 있는 것이 바람직하다. 그로써, 제3 고차 모드의 응답에 의한 리플이 제2~제4 탄성파 필터(4~6)의 통과 대역에서 한층 더 생기기 어렵다.

(제4 실시형태)

제4 실시형태는 제1 실시형태, 제2 실시형태 및 제3 실시형태 전체를 충족시키는 것이다. 제4 실시형태의 멀티플렉서의 구체적인 구조는 제1~제3 실시형태와 동일하다.

제4 실시형태에서는 각 제1, 제2 및 제3 고차 모드의 음속을 V_{h1_t}, V_{h2_t}, V_{h3_t}로 한 경우, 식(2)로 나타내지는 제1~제3 고차 모드의 응답의 주파수 위치는 f_{hs_t} ⁽ⁿ⁾=V_{hs_t}/λ_t ⁽ⁿ⁾로 나타내진다. 여기서, s는 1, 2, 또는 3이다. 그리고 제4 실시형태에서는 제1 고차 모드의 응답의 주파수 f_{h1_t} ⁽ⁿ⁾, 제2 고차 모드의 응답의 주파수 f_{h2_t} ⁽ⁿ⁾ 및 제3 고차 모드의 응답의 주파수 f_{h3_t} ⁽ⁿ⁾ 모두가 f_u ^(m)보다도 높거나 f_l ^(m)보다도 낮다. 따라서, 제2~제4 탄성파 필터(4~6)의 제2~제4 통과 대역 밖에 제1~제3 고차 모드의 응답이 위치하게 된다. 따라서, 제2~제4 탄성파 필터의 필터 특성의 열화가 한층 더 생기기 어렵다.

따라서, 상기 제4 실시형태의 조건을 정리하면, f_{hs_t} ⁽ⁿ⁾(단, s는 1, 2 또는 3)이 s가 1, 2 및 3 중 어느 경우에도 f_{hs_t} ⁽ⁿ⁾＞f_u ^(m) 또는 f_{hs_t} ⁽ⁿ⁾＜f_l ^(m)을 충족시키게 된다. 제4 실시형태에서도 바람직하게는 T_Si＞20인 것이 바람직하고, 그로써 제1~제3 고차 모드의 응답의 크기 자체를 작게 할 수 있다.

제4 실시형태에서는 제1 고차 모드, 제2 고차 모드 및 제3 고차 모드의 응답이, 다른 탄성파 필터인 제2~제4 탄성파 필터의 통과 대역에 존재하고 있지 않았는데, 제1 고차 모드 및 제2 고차 모드, 제1 고차 모드 및 제3 고차 모드 또는 제2 고차 모드 및 제3 고차 모드와 같이 제1~제3 고차 모드 중 2종의 고차 모드가 제2~제4 탄성파 필터의 통과 대역 밖에 위치하고 있어도 된다. 즉, 상기 제1 및 제2 고차 모드 주파수 f_{hs_t} ⁽ⁿ⁾이 상기 식(3) 및 상기 식(4)를 충족시키도록 상기 T_LT, 상기 θ_LT, 상기 T_S, 상기 T_E, 상기 ψ_Si 및 상기 T_Si의 값이 선택되어 있어도 되고, 상기 제1 및 제3 고차 모드 주파수 f_{hs_t} ⁽ⁿ⁾이 상기 식(3) 및 상기 식(4)를 충족시키도록 상기 T_LT, 상기 θ_LT, 상기 T_S, 상기 T_E, 상기 ψ_Si 및 상기 T_Si의 값이 선택되어 있어도 되며, 혹은 상기 제2 및 제3 고차 모드 주파수 f_{hs_t} ⁽ⁿ⁾이 상기 식(3) 및 상기 식(4)를 충족시키도록 상기 T_LT, 상기 θ_LT, 상기 T_S, 상기 T_E, 상기 ψ_Si 및 상기 T_Si의 값이 선택되어 있어도 된다. 그 경우에도 제1~제3 실시형태보다도 고차 모드의 영향을 한층 더 작게 할 수 있다.

도 23은 실리콘으로 이루어지는 고음속 지지 기판 상에 막 두께 0.35λ의 산화규소막으로 이루어지는 저음속막 및 오일러 각(0°, -40°, 0°)의 탄탈산리튬으로 이루어지는 압전막을 적층한 탄성파 장치에서의 탄탈산리튬의 막 두께와 Q값의 관계를 나타내는 도면이다. 이 도 23에서의 세로축은 공진자의 Q특성과 비대역(Δf)의 곱이다. 한편, 고음속 지지 기판이란, 전파하는 벌크파의 음속이 압전체를 전파하는 탄성파의 음속보다도 높은 지지 기판이다. 저음속막이란, 전파하는 벌크파의 음속이 압전체를 전파하는 탄성파의 음속보다도 낮은 막이다. 또한, 도 24는 탄탈산리튬막의 막 두께와 주파수 온도 계수 TCF의 관계를 나타내는 도면이다. 도 25는 탄탈산리튬막의 막 두께와 음속의 관계를 나타내는 도면이다. 도 23으로부터, 탄탈산리튬막의 막 두께가 3.5λ 이하인 것이 바람직하다. 그 경우에는 3.5λ를 초과한 경우에 비해 Q값이 높다. 보다 바람직하게는 Q값을 보다 높이기 위해서는 탄탈산리튬막의 막 두께는 2.5λ 이하인 것이 바람직하다.

또한, 도 24로부터, 탄탈산리튬막의 막 두께가 2.5λ 이하인 경우, 주파수 온도 계수 TCF의 절대값을 상기 막 두께가 2.5λ를 초과한 경우에 비해 작게 할 수 있다. 보다 바람직하게는 탄탈산리튬막의 막 두께를 2λ 이하로 하는 것이 바람직하고, 그 경우에는 주파수 온도 계수 TCF의 절대값이 10ppm/℃ 이하로 될 수 있다. 주파수 온도 계수 TCF의 절대값을 작게 하기 위해서는 탄탈산리튬막의 막 두께를 1.5λ 이하로 하는 것이 더 바람직하다.

도 25로부터, 탄탈산리튬막의 막 두께가 1.5λ를 초과하면, 음속의 변화가 극히 작다.

다만, 도 26에 나타내는 바와 같이, 탄탈산리튬막의 막 두께가 0.05λ 이상, 0.5λ 이하인 범위에서는 비대역이 크게 변화된다. 따라서, 전기기계 결합 계수를 보다 넓은 범위에서 조정할 수 있다. 따라서, 전기기계 결합 계수 및 비대역의 조정 범위를 넓히기 위해서는 탄탈산리튬막의 막 두께가 0.05λ 이상, 0.5λ 이하의 범위인 것이 바람직하다.

도 27 및 도 28은 산화규소막의 막 두께(λ)와, 음속 및 전기기계 결합 계수의 관계를 각각 나타내는 도면이다. 여기서는 산화규소로 이루어지는 저음속막의 하방(下方)에 고음속막으로서 질화규소막, 산화알루미늄막 및 다이아몬드를 각각 사용했다. 한편 고음속막이란, 전파하는 벌크파의 음속이 압전체를 전파하는 탄성파의 음속보다도 높은 막이다. 고음속막의 막 두께는 1.5λ로 했다. 질화규소의 벌크파의 음속은 6000m/초이고, 산화알루미늄에서의 벌크파의 음속은 6000m/초이며, 다이아몬드에서의 벌크파의 음속은 12800m/초이다. 도 27 및 도 28에 나타내는 바와 같이, 고음속막의 재질 및 산화규소막의 막 두께를 변경했다고 해도 전기기계 결합 계수 및 음속은 거의 변하지 않는다. 특히, 도 28로부터 산화규소막의 막 두께가 0.1λ 이상, 0.5λ 이하에서는 고음속막의 재질 여하에 관계 없이 전기기계 결합 계수는 거의 변하지 않는다. 또한, 도 27로부터 산화규소막의 막 두께가 0.3λ 이상, 2λ 이하이면, 고음속막의 재질 여하에 관계 없이 음속이 변하지 않는 것을 알 수 있다. 따라서, 바람직하게는 산화규소로 이루어지는 저음속막의 막 두께는 2λ 이하, 보다 바람직하게는 0.5λ 이하인 것이 바람직하다.

도 29는 본 발명에서 이용되는 탄성파 공진자의 변형예의 정면 단면도이다. 탄성파 공진자(61)에서는 지지 기판(12) 상에 탄탈산리튬으로 이루어지는 압전체(14)가 적층되어 있다. 탄성파 공진자(61)의 기타 구조는 탄성파 공진자(11)와 동일하다.

도 30은 본 발명에서 이용되는 탄성파 공진자의 다른 변형예의 정면 단면도이다. 탄성파 공진자(63)에서는 산화규소막(13)과 지지 기판(12) 사이에 고음속막(64)이 적층되어 있다. 고음속막(64)은 전파하는 벌크파의 음속이 압전체(3)를 전파하는 탄성파의 음속보다도 높은 고음속 재료로 이루어진다. 고음속막(64)은 바람직하게는 질화규소, 산화알루미늄 또는 DLC 등으로 이루어진다. 탄성파 공진자(63)의 기타 구조는 탄성파 공진자(11)와 동일하다.

상기 각 실시형태에서의 상기 탄성파 장치는 고주파 프론트 엔드 회로의 듀플렉서 등의 부품으로 이용할 수 있다. 이와 같은 고주파 프론트 엔드 회로의 예를 하기에서 설명한다.

도 31은 고주파 프론트 엔드 회로를 가지는 통신 장치의 개략 구성도이다. 통신 장치(240)는 안테나(202)와 고주파 프론트 엔드 회로(230)와 RF 신호 처리 회로(203)를 가진다. 고주파 프론트 엔드 회로(230)는 안테나(202)에 접속되는 회로 부분이다. 고주파 프론트 엔드 회로(230)는 멀티플렉서(210)와, 본 발명에서의 파워 앰프로서의 증폭기(221~224)를 가진다. 멀티플렉서(210)는 제1~제4 필터(211~214)를 가진다. 이 멀티플렉서(210)로서 상술한 본 발명의 멀티플렉서를 이용할 수 있다. 멀티플렉서(210)는 안테나(202)에 접속되는 안테나 공통 단자(225)를 가진다. 안테나 공통 단자(225)에 수신 필터로서의 제1~제3 필터(211~213)의 일단과, 송신 필터로서의 제4 필터(214)의 일단이 공통 접속되어 있다. 제1~제3 필터(211~213)의 출력단이 증폭기(221~223)에 각각 접속되어 있다. 또한, 제4 필터(214)의 입력단에 증폭기(224)가 접속되어 있다.

증폭기(221~223)의 출력단이 RF 신호 처리 회로(203)에 접속되어 있다. 증폭기(224)의 입력단이 RF 신호 처리 회로(203)에 접속되어 있다.

본 발명에 따른 멀티플렉서는 이와 같은 통신 장치(240)에서의 멀티플렉서(210)로 알맞게 이용할 수 있다.

한편, 본 발명에서의 멀티플렉서는 복수개의 송신 필터만을 가지는 것이어도 되고, 복수개의 수신 필터를 가지는 것이어도 된다. 한편, 멀티플렉서는 n개의 대역 통과형 필터를 포함하는 것이고, n은 2 이상이다. 따라서, 듀플렉서도 본 발명에서의 멀티플렉서이다.

본 발명은 필터, 멀티 밴드 시스템에 적용할 수 있는 멀티플렉서, 프론트 엔드 회로 및 통신 장치로서, 휴대 전화 등의 통신 기기에 널리 이용할 수 있다.

1: 멀티플렉서
2: 안테나 단자
3~6: 제1~제4 탄성파 필터
11: 탄성파 공진자
12: 지지 기판
13: 산화규소막
14: 압전체
15: IDT 전극
16, 17: 반사기
202: 안테나
203: RF 신호 처리 회로
210: 멀티플렉서
211~214: 제1~제4 필터
221~224: 증폭기
225: 안테나 공통 단자
230: 고주파 프론트 엔드 회로
240: 통신 장치
P1, P2: 병렬암 공진자
S1~S3: 직렬암 공진자

Claims

일단(一端)이 공통 접속되어 있고, 통과 대역이 다른 N개(단, N은 2 이상의 정수)의 탄성파 필터를 포함하며,
상기 N개의 탄성파 필터 중 가장 통과 대역이 고역(高域)에 있는 탄성파 필터를 제외한 적어도 하나의 탄성파 필터가,
오일러 각(φ_LT=0°±5°의 범위 내, θ_LT, ψ_LT=0°±15°의 범위 내)의 탄탈산리튬으로 이루어지는 압전체와,
오일러 각(φ_Si, θ_Si, ψ_Si)의 실리콘으로 이루어지는 지지 기판과,
상기 압전체와 상기 지지 기판 사이에 적층되어 있는 산화규소막과,
상기 압전체의 한 면에 마련된 IDT 전극을 가지는 복수개의 탄성파 공진자를 가지며,
하기 식(1) 및 식(2)로 결정되는 제1, 제2 및 제3 고차 모드 주파수 f_{hs_t} ⁽ⁿ⁾(단, s는 1, 2 또는 3이며, s가 1, 2 또는 3일 때, 각각 제1, 제2 또는 제3 고차 모드이다.) 중 적어도 하나가 m＞n인 전체 m에 대해 상기 IDT 전극의 전극지(電極指) 피치로 정해지는 파장 λ에 의해 규격화한 두께를 파장 규격화 막 두께로 했을 때, 상기 복수개의 탄성파 공진자 중 적어도 하나의 탄성파 공진자에서 상기 압전체의 파장 규격화 두께 T_LT, 상기 압전체의 오일러 각인 θ_LT, 상기 산화규소막의 파장 규격화 두께 T_S, 알루미늄의 두께로 환산한 상기 IDT 전극의 파장 규격화 두께 T_E, 상기 지지 기판 내에서의 전파 방위 ψ_Si, 및 상기 지지 기판의 파장 규격화 두께 T_Si의 값이 하기 식(3) 및 하기 식(4)를 충족시키는 값으로 되어 있는, 멀티플렉서.

f_{hs_t} ⁽ⁿ⁾＞f_u ^(m) 식(3)
f_{hs_t} ⁽ⁿ⁾＜f_l ^(m) 식(4)
상기 식(1)~식(4)에서의 h는 고차 모드인 것을 나타내고, t는 필터의 n에서의 t번째 소자(공진자)를 나타내며, m은 m(m＞n)번째 필터를 나타내고, n은 n번째 필터를 나타내며, f_u는 통과 대역의 고역 측 단부의 주파수이고, f_l은 통과 대역의 저역(低域)측 단부의 주파수이다.
상기 식(1)에서의 각 계수는 s=1, 2, 또는 3일 때, 상기 지지 기판의 결정 방위별로 하기 표 1, 표 2 또는 표 3에 나타내는 각각의 값이다.
[표 1]

[표 2]

[표 3]
일단이 공통 접속되어 있고, 통과 대역이 다른 N개(단, N은 2 이상의 정수)의 탄성파 필터를 포함하며,
상기 N개의 탄성파 필터를 통과 대역이 낮은 쪽으로부터 순서대로 탄성파 필터(1), 탄성파 필터 (2), …, 탄성파 필터(N)으로 했을 때에,
상기 N개의 탄성파 필터 중 가장 통과 대역이 고역에 있는 탄성파 필터를 제외한 적어도 하나의 탄성파 필터(n)(1≤n＜N)이 적어도 하나의 탄성파 공진자를 가지며,
상기 탄성파 공진자는,
오일러 각(φ_LT=0°±5°의 범위 내, θ_LT, ψ_LT=0°±15°의 범위 내)의 탄탈산리튬으로 이루어지는 압전체와,
오일러 각(φ_Si, θ_Si, ψ_Si)의 실리콘으로 이루어지는 지지 기판과,
상기 압전체의 한 면에 마련된 IDT 전극을 가지며,
상기 탄성파 공진자에서 상기 IDT 전극의 전극지 피치로 정해지는 파장 λ에 의해 규격화한 두께를 파장 규격화 막 두께로 하고, 상기 압전체의 파장 규격화 두께를 T_LT, 상기 압전체의 오일러 각을 θ_LT, 상기 산화규소막의 파장 규격화 두께를 T_S, 알루미늄의 두께로 환산한 상기 IDT 전극의 파장 규격화 두께를 T_E, 상기 지지 기판 내에서의 전파 방위를 ψ_Si, 상기 지지 기판의 파장 규격화 두께를 T_Si로 한 경우에, 상기 T_LT, 상기 θ_LT, 상기 T_S, 상기 T_E, 상기 ψ_Si, 상기 T_Si로 정해지는 하기 식(5) 및 식(2)로 결정되는 제1, 제2 및 제3 고차 모드 주파수 f_{hs_t} ⁽ⁿ⁾(단, s는 1, 2 또는 3이며, s가 1, 2 또는 3일 때, 각각 제1, 제2 또는 제3 고차 모드이다.) 중 적어도 하나가 상기 적어도 하나의 탄성파 필터(n)보다도 통과 대역이 높은 전체 탄성파 필터(m)(n＜m≤N)에서 하기 식(3) 및 하기 식(4)를 충족시키는 값으로 되어 있는, 멀티플렉서.

f_{hs_t} ⁽ⁿ⁾＞f_u ^(m) 식(3)
f_{hs_t} ⁽ⁿ⁾＜f_l ^(m) 식(4)
상기 식(2)~식(4) 및 식(5)에서의 h는 고차 모드인 것을 나타내고, f_u는 통과 대역의 고역 측 단부의 주파수이며, f_l은 통과 대역의 저역 측 단부의 주파수이다.
상기 식(2)에서의 각 계수는 s=1, 2, 또는 3일 때, 상기 지지 기판의 결정 방위별로 하기 표 4, 표 5 또는 표 6에 나타내는 각각의 값이다.
[표 4]

[표 5]

[표 6]
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 및 제2 고차 모드 주파수 f_{hs_t} ⁽ⁿ⁾이 상기 식(3) 및 상기 식(4)를 충족시키도록 상기 T_LT, 상기 θ_LT, 상기 T_S, 상기 T_E, 상기 ψ_Si 및 상기 T_Si의 값이 선택되는, 멀티플렉서.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 및 제3 고차 모드 주파수 f_{hs_t} ⁽ⁿ⁾이 상기 식(3) 및 상기 식(4)를 충족시키도록 상기 T_LT, 상기 θ_LT, 상기 T_S, 상기 T_E, 상기 ψ_Si 및 상기 T_Si의 값이 선택되는, 멀티플렉서.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제2 및 제3 고차 모드 주파수 f_{hs_t} ⁽ⁿ⁾이 상기 식(3) 및 상기 식(4)를 충족시키도록 상기 T_LT, 상기 θ_LT, 상기 T_S, 상기 T_E, 상기 ψ_Si 및 상기 T_Si의 값이 선택되는, 멀티플렉서.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1, 제2 및 제3 고차 모드 주파수 f_{hs_t} ⁽ⁿ⁾ 전체가 상기 식(3) 및 상기 식(4)를 충족시키도록 상기 T_LT, 상기 θ_LT, 상기 T_S, 상기 T_E, 상기 ψ_Si 및 상기 T_Si의 값이 선택되는, 멀티플렉서.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 지지 기판의 파장 규격화 두께 T_Si가 T_Si＞4인, 멀티플렉서.
제7항에 있어서,
T_Si＞10인, 멀티플렉서.
제8항에 있어서,
T_Si＞20인, 멀티플렉서.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압전체의 파장 규격화 두께가 3.5λ 이하인, 멀티플렉서.
제10항에 있어서,
상기 압전체의 파장 규격화 두께가 2.5λ 이하인, 멀티플렉서.
제10항에 있어서,
상기 압전체의 파장 규격화 두께가 1.5λ 이하인, 멀티플렉서.
제10항에 있어서,
상기 압전체의 파장 규격화 두께가 0.5λ 이하인, 멀티플렉서.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
복수개의 탄성파 필터의 일단이 공통 접속되어 있는 안테나 단자가 더 포함되어 있고,
상기 식(3) 및 상기 식(4)를 충족시키는 상기 탄성파 공진자가 상기 안테나 단자에 가장 가까운 탄성파 공진자인, 멀티플렉서.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 식(3) 및 상기 식(4)를 충족시키는 상기 탄성파 공진자가 복수개의 탄성파 공진자 전체인, 멀티플렉서.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
듀플렉서인, 멀티플렉서.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
3개 이상의 탄성파 필터가 상기 안테나 단자 측에서 공통 접속되어 있는 복합 필터인, 멀티플렉서.
제17항에 있어서,
캐리어 어그리게이션용 복합 필터 장치인, 멀티플렉서.
제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수개의 탄성파 공진자를 가지는 상기 탄성파 필터가 복수개의 직렬암(series arm) 공진자와 복수개의 병렬암(parallel arm) 공진자를 가지는 래더형 필터인, 멀티플렉서.
제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 기재된 멀티플렉서와,
파워 앰프를 포함하는, 고주파 프론트 엔드 회로.
제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 기재된 멀티플렉서 및 파워 앰프를 가지는 고주파 프론트 엔드 회로와,
RF 신호 처리 회로를 포함하는, 통신 장치.