KR20190124786A - 탄성파 장치, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치 - Google Patents
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Abstract
전극지 피치가 다른 복수개의 IDT 전극이 동일한 압전 기판 상에 마련되어 있는 경우에도 불요파를 효과적으로 억제할 수 있는 탄성파 장치를 제공한다.
탄성파 장치(1)는 LiNbO3으로 이루어지는 압전 기판(2)과, 압전 기판(2) 상에 마련된 제1, 제2 IDT 전극(4A, 4B)을 덮도록 압전 기판(2) 상에 마련된 제1 유전체막(8)(유전체막)을 포함한다. 제1, 제2 IDT 전극(4A, 4B)은 주전극층을 가진다. 제1, 제2 IDT 전극(4A, 4B)의 전극지 피치에 의해 규정되는 파장을 λ1, λ2, 그 평균값을 λ0으로 하고, λ1/λ0=1+X이며 λ2/λ0=1-X로 했을 때에, 0.05≤X≤0.65이다. 파장 λ1이 가장 길고, 파장 λ2가 가장 짧다. 압전 기판(2)의 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 φ가 0°±5°이고, ψ가 0°±10°이며, θ가 식 1을 충족시킨다. 식 1에서 B1＜T×r≤0.10λ0이고, B2＜T×r≤0.10λ0이다.
탄성파 장치(1)는 LiNbO3으로 이루어지는 압전 기판(2)과, 압전 기판(2) 상에 마련된 제1, 제2 IDT 전극(4A, 4B)을 덮도록 압전 기판(2) 상에 마련된 제1 유전체막(8)(유전체막)을 포함한다. 제1, 제2 IDT 전극(4A, 4B)은 주전극층을 가진다. 제1, 제2 IDT 전극(4A, 4B)의 전극지 피치에 의해 규정되는 파장을 λ1, λ2, 그 평균값을 λ0으로 하고, λ1/λ0=1+X이며 λ2/λ0=1-X로 했을 때에, 0.05≤X≤0.65이다. 파장 λ1이 가장 길고, 파장 λ2가 가장 짧다. 압전 기판(2)의 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 φ가 0°±5°이고, ψ가 0°±10°이며, θ가 식 1을 충족시킨다. 식 1에서 B1＜T×r≤0.10λ0이고, B2＜T×r≤0.10λ0이다.
Description
본 발명은 레일리파를 이용한 탄성파 장치, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치에 관한 것이다.
최근에는 휴대정보 단말에서의 데이터 통신의 고속화 요구가 점점 높아지고 있고, 캐리어 어그리게이션 등에 의해 다수의 대역에서 동시에 통신을 실시하는 기술이나, 하나의 대역에서도 광대역화되는 기술이 필요로 되고 있다. 동시에, 휴대정보 단말의 소형화에 대한 요구도 항상 존재하기 때문에, 휴대정보 단말에 사용되는 탄성파 장치에서도 한층 더한 소형화가 요구되고 있다.
상기 소형화의 요구를 충족시키기 위해, 동일한 압전 기판 상에서 통과 대역이 다른 복수개의 대역 통과형 필터를 구성하는 기술이 요구되고 있다. 이를 위해서는 동일한 압전 기판 상에 전극지(電極指) 피치가 크게 다른 복수개의 IDT 전극을 형성할 필요가 있다. 또한, 동일한 압전 기판 상에 단일 필터를 형성하는 경우에도 광대역화를 위해 전극지 피치가 크게 다른 복수개의 IDT 전극을 동일한 압전 기판 상에 형성하는 기술이 요구되고 있다.
여기서, 하기 특허문헌 1에는 탄성파 장치의 일례가 기재되어 있다. 이 탄성파 장치는 LiNbO3으로 이루어지는 압전 기판을 전파하는 레일리파를 이용한다. 압전 기판 상에는 IDT 전극을 덮도록 유전체층이 마련되어 있다.
본 발명의 목적은 전극지 피치가 다른 복수개의 IDT 전극이 동일한 압전 기판 상에 마련되어 있는 경우에도 불요파(不要波)를 효과적으로 억제할 수 있는 탄성파 장치, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 어느 넓은 국면에서는 LiNbO3으로 이루어지는 압전 기판과, 상기 압전 기판 상에 마련되어 있으면서 제1 IDT 전극 및 제2 IDT 전극을 포함하는 복수개의 IDT 전극과, 상기 복수개의 IDT 전극을 덮도록 상기 압전 기판 상에 마련되어 있는 유전체막이 포함되어 있고, 상기 제1 IDT 전극 및 상기 제2 IDT 전극이 주(主)전극층을 가지며, 상기 제1 IDT 전극의 전극지 피치에 의해 규정되는 파장을 λ1, 상기 제2 IDT 전극의 전극지 피치에 의해 규정되는 파장을 λ2, 상기 파장 λ1 및 상기 파장 λ2의 평균값을 λ0=(λ1+λ2)/2로 하고, λ1/λ0=1+X이며 λ2/λ0=1-X로 했을 때에, 0.05≤X≤0.65이고, 상기 복수개의 IDT 전극 중 상기 제1 IDT 전극의 상기 파장 λ1이 가장 길고, 상기 제2 IDT 전극의 상기 파장 λ2가 가장 짧으며, 상기 제1 IDT 전극의 상기 주전극층 및 상기 제2 IDT 전극의 상기 주전극층 중 적어도 한쪽의 막 두께를 상기 평균값 λ0으로 규격화한 막 두께를 T, 상기 주전극층의 재료와 Pt의 밀도비를 r로 했을 때에, 상기 압전 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 φ가 0°±5°이고, ψ가 0°±10°이며, θ가 하기 식 1을 충족시킨다.
-A1/(T×r-B1)+C1≤θ≤-A2/(T×r-B2)+C2 … 식 1
B1＜T×r≤0.10λ0이고 B2＜T×r≤0.10λ0이며, 상기 식 1에서의 A1, B1, C1, A2, B2 및 C2가 X를 이용한 하기 식 2~식 8에 의해 나타내진다.
A1=0.056×10-4.93×X+0.0016 … 식 2
B1=-0.088×X2+0.066×X+0.0386(0.05≤X≤0.375) … 식 3
B1=0.051(0.375≤X≤0.65) … 식 4
C1=0.714×10-5.26×X+29.37 … 식 5
A2=0.0987×X2-0.0918×X+0.0644 … 식 6
B2=-0.0651×X2+0.1114×X+0.0351 … 식 7
C2=0.7830×X2-1.7424×X+32.70 … 식 8
본 발명에 따른 탄성파 장치의 다른 넓은 국면에서는 LiNbO3으로 이루어지는 압전 기판과, 상기 압전 기판 상에 마련되어 있으면서 제1 IDT 전극 및 제2 IDT 전극을 포함하는 복수개의 IDT 전극과, 상기 복수개의 IDT 전극을 덮도록 상기 압전 기판 상에 마련되어 있는 유전체막이 포함되어 있고, 상기 제1 IDT 전극 및 상기 제2 IDT 전극이 주전극층을 가지며, 상기 제1 IDT 전극의 전극지 피치에 의해 규정되는 파장을 λ1, 상기 제2 IDT 전극의 전극지 피치에 의해 규정되는 파장을 λ2, 상기 파장 λ1 및 상기 파장 λ2의 평균값을 λ0=(λ1+λ2)/2로 하고, λ1/λ0=1+X이며 λ2/λ0=1-X로 했을 때에, 0.05≤X≤0.65이고, 상기 복수개의 IDT 전극 중 상기 제1 IDT 전극의 상기 파장 λ1이 가장 길고, 상기 제2 IDT 전극의 상기 파장 λ2가 가장 짧으며, 상기 제1 IDT 전극의 상기 주전극층 및 상기 제2 IDT 전극의 상기 주전극층 중 적어도 한쪽의 막 두께를 상기 평균값 λ0으로 규격화한 막 두께를 T, 상기 주전극층의 재료와 Pt의 밀도비를 r로 했을 때에, 상기 압전 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 φ가 0°±5°이고, ψ가 0°±10°이며, θ가 하기 식 1을 충족시킨다.
-A1/(T×r-B1)+C1≤θ≤-A2/(T×r-B2)+C2 … 식 1
B1＜T×r≤0.12λ0이고 B2＜T×r≤0.12λ0이며,
상기 식 1에서의 A1, B1, C1, A2, B2 및 C2가 X를 이용한 하기 식 2~식 8에 의해 나타내진다.
A1=0.056×10-4.93×X+0.0016 … 식 2
B1=-0.088×X2+0.066×X+0.0386(0.05≤X≤0.375) … 식 3
B1=0.051(0.375≤X≤0.65) … 식 4
C1=0.714×10-5.26×X+29.37 … 식 5
A2=0.0987×X2-0.0918×X+0.0644 … 식 6
B2=-0.0651×X2+0.1114×X+0.0351 … 식 7
C2=0.7830×X2-1.7424×X+32.70 … 식 8
본 발명에 따른 탄성파 장치의 어느 특정 국면에서는 상기 제1 IDT 전극의 상기 주전극층 및 상기 제2 IDT 전극의 상기 주전극층의 막 두께 및 재료가 실질적으로 동일하고, 상기 유전체막에서의 상기 제1 IDT 전극 상에 마련된 부분의 막 두께 및 상기 제2 IDT 전극 상에 마련된 부분의 막 두께가 실질적으로 동일하다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 다른 특정 국면에서는 상기 유전체막이 산화규소를 주성분으로 한다. 이 경우에는 주파수 온도 특성을 개선할 수 있다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 다른 특정 국면에서는 상기 압전 기판에서 통과 대역이 다른 통신 밴드에 속하는 복수개의 대역 통과형 필터가 구성되어 있다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 또 다른 특정 국면에서는 상기 압전 기판 상에, 안테나에 접속되는 안테나 단자가 마련되어 있고, 상기 안테나 단자에 상기 복수개의 대역 통과형 필터가 공통 접속되어 있으며, 복합 필터가 구성되어 있다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 다른 특정 국면에서는 상기 복수개의 대역 통과형 필터에 의해 복합 필터가 구성되어 있지 않다.
본 발명에 따른 고주파 프론트 엔드 회로는 본 발명을 따라 구성된 탄성파 장치와, 파워 앰프를 포함한다.
본 발명에 따른 통신 장치는 본 발명을 따라 구성된 고주파 프론트 엔드 회로와, RF 신호 처리 회로를 포함한다.
본 발명에 따른 탄성파 장치, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치에 의하면, 전극지 피치가 다른 복수개의 IDT 전극이 동일한 압전 기판 상에 마련되어 있는 경우에도 불요파를 효과적으로 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 탄성파 장치의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 탄성파 장치의 모식적 정면 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시형태에서의 제1 탄성파 공진자의 전극 구조를 나타내는 모식적 평면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시형태에서의 제1 IDT 전극의 확대 정면 단면도이다.
도 5는 비교예의 탄성파 공진자의 IDT 전극의 파장을 1.00λ0으로 한 경우의 리턴 손실(return loss)을 나타내는 도면이다.
도 6은 비교예의 탄성파 공진자의 IDT 전극의 파장을 0.90λ0으로 한 경우의 리턴 손실을 나타내는 도면이다.
도 7은 비교예의 탄성파 공진자의 IDT 전극의 파장을 0.95λ0으로 한 경우의 리턴 손실을 나타내는 도면이다.
도 8은 비교예의 탄성파 공진자의 IDT 전극의 파장을 1.05λ0으로 한 경우의 리턴 손실을 나타내는 도면이다.
도 9는 비교예의 탄성파 공진자의 IDT 전극의 파장을 1.10λ0으로 한 경우의 리턴 손실을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 제1 실시형태의 탄성파 공진자의 IDT 전극의 파장을 1.00λ0으로 한 경우의 리턴 손실을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 제1 실시형태의 탄성파 공진자의 IDT 전극의 파장을 0.90λ0으로 한 경우의 리턴 손실을 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 제1 실시형태의 탄성파 공진자의 IDT 전극의 파장을 0.95λ0으로 한 경우의 리턴 손실을 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 제1 실시형태의 탄성파 공진자의 IDT 전극의 파장을 1.05λ0으로 한 경우의 리턴 손실을 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 제1 실시형태의 탄성파 공진자의 IDT 전극의 파장을 1.10λ0으로 한 경우의 리턴 손실을 나타내는 도면이다.
도 15는 IDT 전극의 파장이 1.00λ0인 탄성파 공진자의, 압전 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 θ가 28°인 경우의 리턴 손실을 나타내는 도면이다.
도 16은 본 발명의 IDT 전극의 파장이 1.00λ0인 탄성파 공진자의, 압전 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 θ가 29°인 경우의 리턴 손실을 나타내는 도면이다.
도 17은 본 발명의 IDT 전극의 파장이 1.00λ0인 탄성파 공진자의, 압전 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 θ가 30°인 경우의 리턴 손실을 나타내는 도면이다.
도 18은 본 발명의 IDT 전극의 파장이 1.00λ0인 탄성파 공진자의, 압전 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 θ가 31°인 경우의 리턴 손실을 나타내는 도면이다.
도 19는 본 발명의 IDT 전극의 파장이 1.00λ0인 탄성파 공진자의, 압전 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 θ가 32°인 경우의 리턴 손실을 나타내는 도면이다.
도 20은 IDT 전극의 파장이 1.00λ0인 탄성파 공진자에서의, 압전 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 θ와, 불요파의 비대역의 관계를 나타내는 도면이다.
도 21은 X=0.05인 경우의, 탄성파 공진자에서의 IDT 전극의 파장, 압전 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 θ 및 불요파의 비대역의 관계를 나타내는 도면이다.
도 22는 X=0.05인 경우의, 탄성파 공진자에서의 불요파의 비대역이 0.005% 이하인 압전 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 θ의 상한값 및 하한값과, 주전극층의 막 두께의 관계를 나타내는 도면이다.
도 23은 X=0.10인 경우의, 탄성파 공진자에서의 IDT 전극의 파장, 압전 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 θ 및 불요파의 비대역의 관계를 나타내는 도면이다.
도 24는 X=0.10인 경우의, 탄성파 공진자에서의 불요파의 비대역이 0.005% 이하인 압전 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 θ의 상한값 및 하한값과, 주전극층의 막 두께의 관계를 나타내는 도면이다.
도 25는 X=0.15인 경우의, 탄성파 공진자에서의 IDT 전극의 파장, 압전 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 θ 및 불요파의 비대역의 관계를 나타내는 도면이다.
도 26은 X=0.15인 경우의, 탄성파 공진자에서의 불요파의 비대역이 0.005% 이하인 압전 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 θ의 상한값 및 하한값과, 주전극층의 막 두께의 관계를 나타내는 도면이다.
도 27은 X=0.20인 경우의, 탄성파 공진자에서의 IDT 전극의 파장, 압전 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 θ 및 불요파의 비대역의 관계를 나타내는 도면이다.
도 28은 X=0.20인 경우의, 탄성파 공진자에서의 불요파의 비대역이 0.005% 이하인 압전 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 θ의 상한값 및 하한값과, 주전극층의 막 두께의 관계를 나타내는 도면이다.
도 29는 고주파 프론트 엔드 회로를 가지는 통신 장치의 구성도이다.
도 30은 탄성파 필터의 통과 대역 내에 크기가 0.2㏈인 스퓨리어스가 생긴 경우의 탄성파 필터의 통과 특성을 나타내는 도면이다.
도 31은 탄성파 필터의 통과 대역 내에 크기가 0.27㏈인 스퓨리어스가 생긴 경우의 탄성파 필터의 통과 특성을 나타내는 도면이다
도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 탄성파 장치의 모식적 정면 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시형태에서의 제1 탄성파 공진자의 전극 구조를 나타내는 모식적 평면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시형태에서의 제1 IDT 전극의 확대 정면 단면도이다.
도 5는 비교예의 탄성파 공진자의 IDT 전극의 파장을 1.00λ0으로 한 경우의 리턴 손실(return loss)을 나타내는 도면이다.
도 6은 비교예의 탄성파 공진자의 IDT 전극의 파장을 0.90λ0으로 한 경우의 리턴 손실을 나타내는 도면이다.
도 7은 비교예의 탄성파 공진자의 IDT 전극의 파장을 0.95λ0으로 한 경우의 리턴 손실을 나타내는 도면이다.
도 8은 비교예의 탄성파 공진자의 IDT 전극의 파장을 1.05λ0으로 한 경우의 리턴 손실을 나타내는 도면이다.
도 9는 비교예의 탄성파 공진자의 IDT 전극의 파장을 1.10λ0으로 한 경우의 리턴 손실을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 제1 실시형태의 탄성파 공진자의 IDT 전극의 파장을 1.00λ0으로 한 경우의 리턴 손실을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 제1 실시형태의 탄성파 공진자의 IDT 전극의 파장을 0.90λ0으로 한 경우의 리턴 손실을 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 제1 실시형태의 탄성파 공진자의 IDT 전극의 파장을 0.95λ0으로 한 경우의 리턴 손실을 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 제1 실시형태의 탄성파 공진자의 IDT 전극의 파장을 1.05λ0으로 한 경우의 리턴 손실을 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 제1 실시형태의 탄성파 공진자의 IDT 전극의 파장을 1.10λ0으로 한 경우의 리턴 손실을 나타내는 도면이다.
도 15는 IDT 전극의 파장이 1.00λ0인 탄성파 공진자의, 압전 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 θ가 28°인 경우의 리턴 손실을 나타내는 도면이다.
도 16은 본 발명의 IDT 전극의 파장이 1.00λ0인 탄성파 공진자의, 압전 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 θ가 29°인 경우의 리턴 손실을 나타내는 도면이다.
도 17은 본 발명의 IDT 전극의 파장이 1.00λ0인 탄성파 공진자의, 압전 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 θ가 30°인 경우의 리턴 손실을 나타내는 도면이다.
도 18은 본 발명의 IDT 전극의 파장이 1.00λ0인 탄성파 공진자의, 압전 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 θ가 31°인 경우의 리턴 손실을 나타내는 도면이다.
도 19는 본 발명의 IDT 전극의 파장이 1.00λ0인 탄성파 공진자의, 압전 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 θ가 32°인 경우의 리턴 손실을 나타내는 도면이다.
도 20은 IDT 전극의 파장이 1.00λ0인 탄성파 공진자에서의, 압전 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 θ와, 불요파의 비대역의 관계를 나타내는 도면이다.
도 21은 X=0.05인 경우의, 탄성파 공진자에서의 IDT 전극의 파장, 압전 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 θ 및 불요파의 비대역의 관계를 나타내는 도면이다.
도 22는 X=0.05인 경우의, 탄성파 공진자에서의 불요파의 비대역이 0.005% 이하인 압전 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 θ의 상한값 및 하한값과, 주전극층의 막 두께의 관계를 나타내는 도면이다.
도 23은 X=0.10인 경우의, 탄성파 공진자에서의 IDT 전극의 파장, 압전 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 θ 및 불요파의 비대역의 관계를 나타내는 도면이다.
도 24는 X=0.10인 경우의, 탄성파 공진자에서의 불요파의 비대역이 0.005% 이하인 압전 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 θ의 상한값 및 하한값과, 주전극층의 막 두께의 관계를 나타내는 도면이다.
도 25는 X=0.15인 경우의, 탄성파 공진자에서의 IDT 전극의 파장, 압전 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 θ 및 불요파의 비대역의 관계를 나타내는 도면이다.
도 26은 X=0.15인 경우의, 탄성파 공진자에서의 불요파의 비대역이 0.005% 이하인 압전 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 θ의 상한값 및 하한값과, 주전극층의 막 두께의 관계를 나타내는 도면이다.
도 27은 X=0.20인 경우의, 탄성파 공진자에서의 IDT 전극의 파장, 압전 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 θ 및 불요파의 비대역의 관계를 나타내는 도면이다.
도 28은 X=0.20인 경우의, 탄성파 공진자에서의 불요파의 비대역이 0.005% 이하인 압전 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 θ의 상한값 및 하한값과, 주전극층의 막 두께의 관계를 나타내는 도면이다.
도 29는 고주파 프론트 엔드 회로를 가지는 통신 장치의 구성도이다.
도 30은 탄성파 필터의 통과 대역 내에 크기가 0.2㏈인 스퓨리어스가 생긴 경우의 탄성파 필터의 통과 특성을 나타내는 도면이다.
도 31은 탄성파 필터의 통과 대역 내에 크기가 0.27㏈인 스퓨리어스가 생긴 경우의 탄성파 필터의 통과 특성을 나타내는 도면이다
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 탄성파 장치의 모식도이다.
탄성파 장치(1)는 안테나에 접속되는 안테나 단자(12)와, 안테나 단자(12)에 공통 접속되어 있는 복수개의 대역 통과형 필터를 가진다. 복수개의 대역 통과형 필터의 통과 대역은 서로 다르다. 본 실시형태의 탄성파 장치(1)는 캐리어 어그리게이션 등에 이용되는 복합 필터 장치이다.
복수개의 대역 통과형 필터는 제1 대역 통과형 필터(3A), 제2 대역 통과형 필터(3B) 및 제3 대역 통과형 필터(3C)를 포함한다. 탄성파 장치(1)는 제1 대역 통과형 필터(3A), 제2 대역 통과형 필터(3B) 및 제3 대역 통과형 필터(3C) 이외의 대역 통과형 필터도 가진다. 한편, 대역 통과형 필터의 개수는 특별히 한정되지 않는다.
복수개의 대역 통과형 필터 중 제1 대역 통과형 필터(3A)의 통과 대역은 가장 저주파 측에 위치한다. 한편, 복수개의 대역 통과형 필터 중 제2 대역 통과형 필터(3B)의 통과 대역은 가장 고주파 측에 위치한다.
여기서, 탄성파 장치(1)는 압전 기판을 가진다. 제1 대역 통과형 필터(3A)와 제2 대역 통과형 필터(3B)는 동일한 압전 기판 상에서 구성되어 있다.
제1 대역 통과형 필터(3A)는 제1 탄성파 공진자를 포함하는 복수개의 탄성파 공진자를 가진다. 마찬가지로, 제2 대역 통과형 필터(3B)는 제2 탄성파 공진자를 포함하는 복수개의 탄성파 공진자를 가진다. 제1 대역 통과형 필터(3A), 제2 대역 통과형 필터(3B) 및 제3 대역 통과형 필터(3C)는 래더(ladder)형 필터이어도 되고, 혹은 종결합 공진자형 탄성파 필터를 가지고 있어도 된다. 제1 대역 통과형 필터(3A)는 적어도 제1 탄성파 공진자를 가지고 있으면 된다. 제2 대역 통과형 필터(3B)는 적어도 제2 탄성파 공진자를 가지고 있으면 된다. 제1 대역 통과형 필터(3A), 제2 대역 통과형 필터(3B) 및 제3 대역 통과형 필터(3C)의 회로 구성은 특별히 한정되지 않는다.
도 2는 제1 실시형태에 따른 탄성파 장치의 모식적 정면 단면도이다.
도 2에 나타내는 압전 기판(2)은 LiNbO3으로 이루어진다. 본 실시형태에서는 압전 기판(2)의 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 φ는 0°±5°이며, ψ는 0°±10°이다. 오일러각(0°±5°, θ, 0°±10°)에서의 θ에 대해서는 후술한다. 한편, 본 명세서에서는 예를 들면, 0°±5°는 -5° 이상, 5° 이하의 범위를 나타낸다.
압전 기판(2)에서 상기 제1 탄성파 공진자(13A) 및 상기 제2 탄성파 공진자(13B)가 구성되어 있다. 한편, 도 2에서는 제1 탄성파 공진자(13A) 및 제2 탄성파 공진자(13B)는 서로 이웃하는 위치에 배치되어 있는데, 제1 탄성파 공진자(13A) 및 제2 탄성파 공진자(13B)의 배치는 특별히 한정되지 않는다.
도 3은 제1 실시형태에서의 제1 탄성파 공진자의 전극 구조를 나타내는 모식적 평면도이다.
제1 탄성파 공진자(13A)는 압전 기판 상에 마련되어 있는 제1 IDT 전극(4A)을 가진다. 제1 IDT 전극(4A)에 교류 전압을 인가함으로써 탄성파가 여진(勵振)된다. 탄성파 장치(1)는 탄성파로서 레일리파를 이용한다. 제1 IDT 전극(4A)의 탄성파 전파 방향 양 측에는 반사기(7a) 및 반사기(7b)가 배치되어 있다.
제1 IDT 전극(4A)은 서로 대향하는 제1 버스바(busbar)(5a) 및 제2 버스바(6a)를 가진다. 제1 IDT 전극(4A)은 제1 버스바(5a)에 일단(一端)이 접속되어 있는 복수개의 제1 전극지(5b)를 가진다. 더욱이, 제1 IDT 전극(4A)은 제2 버스바(6a)에 일단이 접속되어 있는 복수개의 제2 전극지(6b)를 가진다. 복수개의 제1 전극지(5b)와 복수개의 제2 전극지(6b)는 서로 맞물려 있다.
도 4는 제1 실시형태에서의 제1 IDT 전극의 확대 정면 단면도이다.
제1 IDT 전극(4A)은 압전 기판(2) 상에 마련되어 있는 주전극층(14a)과, 주전극층(14a) 상에 마련되어 있는 도전 보조 전극층(14b)을 가진다. 본 명세서에서 주전극층은 IDT 전극을 구성하는 금속층 중 가장 큰 질량을 차지하는 금속층이다.
제1 IDT 전극(4A)에 이용되는 재료는 특별히 한정되지 않는데, 본 실시형태에서는 주전극층(14a)은 Pt로 이루어진다. 한편, 주전극층(14a)에는 Pt 이외에도, 예를 들면, Au, W, Mo 또는 Cu 등, 비교적 밀도가 높은 금속이 알맞게 이용된다. 도전 보조 전극층(14b)은 Al로 이루어진다. 비교적 전기 저항이 작은 도전 보조 전극층(14b)을 가짐으로써, 제1 IDT 전극(4A)의 전기 저항을 작게 할 수 있다. 한편, 제1 탄성파 공진자의 반사기는 제1 IDT 전극(4A)과 동일한 각 금속층으로 이루어진다.
본 실시형태에서는 제1 IDT 전극(4A)은 주전극층(14a) 및 도전 보조 전극층(14b)으로 이루어지는데, 밀착층을 가지고 있어도 된다. 밀착층은 예를 들면, 압전 기판(2)과 주전극층(14a) 사이나 도전 보조 전극층(14b) 상에 배치할 수 있다. 밀착층에는 예를 들면, NiCr, Ti나 Cr을 사용할 수 있다. 주전극층(14a)과 도전 보조 전극층(14b) 사이에는 확산 방지층이 마련되어 있어도 된다. 확산 방지층에는 예를 들면, Ti를 사용할 수 있다. 한편, 제1 IDT 전극(4A)은 주전극층(14a)으로만 이루어져 있어도 된다.
제1 탄성파 공진자와 마찬가지로, 제2 탄성파 공진자도 도 2에 나타내는 제2 IDT 전극(4B) 및 반사기를 가진다. 제1 대역 통과형 필터 및 제2 대역 통과형 필터의 다른 복수개의 탄성파 공진자도 각각 IDT 전극 및 반사기를 가진다. 본 실시형태에서는 제1 대역 통과형 필터 및 제2 대역 통과형 필터에서의 제1 IDT 전극(4A), 제2 IDT 전극(4B), 다른 복수개의 IDT 전극 및 각 반사기의 막 두께 및 재료는 실질적으로 동일하다. 본 명세서에서 실질적으로 동일하다란, 탄성파 장치(1)의 전기적 특성을 열화(劣化)시키지 않는 정도로 동일한 것을 말한다. 예를 들면, 실제로는 복수개의 IDT 전극이나 각 반사기 등을 동일한 막 두께가 되도록 형성했을 때에도 막 두께에 제조 편차가 생기지만, 전기적 특성을 열화시키지 않는 정도의 막 두께 차라면 실질적으로 동일한 막 두께라고 할 수 있다.
여기서, 제1 IDT 전극(4A)의 전극지 피치에 의해 규정되는 파장을 λ1, 제2 IDT 전극(4B)의 전극지 피치에 의해 규정되는 파장을 λ2로 한다. 이 때, 복수개의 IDT 전극의 파장 중 제1 IDT 전극의 파장 λ1이 가장 길고, 제2 IDT 전극의 파장 λ2가 가장 짧다. 본 실시형태에서는 파장 λ1 및 파장 λ2의 평균값을 λ0=(λ1+λ2)/2로 하고, λ1/λ0=1+X로 하면서 λ2/λ0=1-X로 했을 때에, 0.05≤X≤0.65이다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 압전 기판(2) 상에는 제1 유전체막(8)이 마련되어 있다. 제1 유전체막(8)은 제1 IDT 전극(4A), 제2 IDT 전극(4B) 및 각 반사기를 덮고 있다. 제1 유전체막(8)에서의 제1 IDT 전극(4A) 상에 마련된 부분의 막 두께 및 제2 IDT 전극(4B) 상에 마련된 부분의 막 두께는 실질적으로 동일하다.
본 실시형태에서는 제1 유전체막(8)은 SiO2 등의 산화규소를 주성분으로 한다. 이로 인해, 주파수 온도 계수의 절대값을 작게 할 수 있고, 주파수 온도 특성을 개선할 수 있다. 또한, 복수개의 IDT 전극의 표면을 보호할 수 있고, 복수개의 IDT 전극이 파손되기 어렵다. 본 명세서에서 주성분이란 50중량% 이상 포함하는 성분을 말한다. 한편, 제1 유전체막(8)의 재료는 상기에 한정되지 않고, 예를 들면, 산질화규소나 산화텔루륨 등이어도 된다.
제1 유전체막(8) 상에는 제2 유전체막(9)이 마련되어 있다. 본 실시형태에서는 제2 유전체막(9)은 SiN 등의 질화규소로 이루어진다. 제2 유전체막(9)의 막 두께를 조정함으로써, 주파수 조정을 용이하게 실시할 수 있다. 한편, 제2 유전체막(9)의 재료는 상기에 한정되지 않고, 예를 들면 산화알루미늄, 질화알루미늄이나 산질화규소이어도 된다.
본 실시형태의 특징은 LiNbO3으로 이루어지는 압전 기판(2)과, 압전 기판(2) 상에 마련되어 있으면서 제1 IDT 전극(4A) 및 제2 IDT 전극(4B)을 포함하는 복수개의 IDT 전극과, 복수개의 IDT 전극을 덮도록 압전 기판(2) 상에 마련되어 있는 제1 유전체막(8)을 포함하고 있으면서 이하의 구성을 가지는 것에 있다. 1) 제1 IDT 전극(4A) 및 제2 IDT 전극(4B)에서 λ1/λ0=1+X이고, λ2/λ0=1-X이며, 0.05≤X≤0.65이다. 2) 제1 IDT 전극(4A)의 주전극층 및 제2 IDT 전극(4B)의 주전극층 중 적어도 한쪽의 막 두께를 평균값 λ0에 의해 규격화되는 막 두께를 T, 주전극층의 재료와 Pt의 밀도비를 r로 했을 때에, 압전 기판(2)의 오일러각(0°±5°, θ, 0°±10°)에서의 θ가 하기 식 1~식 8을 충족시킨다. 한편, 밀도비 r은 주전극층의 재료의 밀도를 Pt의 밀도에 의해 나눈 값이다.
-A1/(T×r-B1)+C1≤θ≤-A2/(T×r-B2)+C2 … 식 1
B1＜T×r≤0.10λ0이고 B2＜T×r≤0.10λ0이다. 식 1에서의 A1, B1, C1, A2, B2 및 C2는 X를 이용한 하기 식 2~식 8에 의해 나타내진다.
A1=0.056×10-4.93×X+0.0016 … 식 2
B1=-0.088×X2+0.066×X+0.0386(0.05≤X≤0.375) … 식 3
B1=0.051(0.375≤X≤0.65) … 식 4
C1=0.714×10-5.26×X+29.37 … 식 5
A2=0.0987×X2-0.0918×X+0.0644 … 식 6
B2=-0.0651×X2+0.1114×X+0.0351 … 식 7
C2=0.7830×X2-1.7424×X+32.70 … 식 8
상기 구성을 가짐으로써, 전극지 피치가 다른 복수개의 IDT 전극이 동일한 압전 기판 상에 마련되어 있는 경우에도 불요파를 효과적으로 억제할 수 있다. 이를 제1 실시형태와 비교예를 비교함으로써 나타낸다.
한편, 비교예는 압전 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)이 상기 식 1을 충족시키지 않는 점에서 제1 실시형태와 다르다. 제1 실시형태 및 비교예에서 이용하는 탄성파는 레일리파이고, SH파가 불요파가 된다.
제1 실시형태의 탄성파 공진자의 IDT 전극 및 비교예의 탄성파 공진자의 IDT 전극의 파장을 변화시켜 리턴 손실 특성을 비교했다. 파장은 제1 IDT 전극의 파장 λ1 및 제2 IDT 전극의 파장 λ2의 평균값 λ0을 기준값으로 하여 0.90λ0 이상, 1.10λ0 이하의 범위에서 변화시켰다. 한편, 제1 실시형태에서는 이하의 조건으로 했다.
압전 기판: 재료 LiNbO3, 오일러각(0°, 30°, 0°)
주전극층: 재료 Pt, 막 두께 0.085λ0
도전 보조 전극층: 재료 Al, 막 두께 0.08λ0
듀티비: 0.60
제1 유전체막: 재료 SiO2, 막 두께 0.35λ0
제2 유전체막: 재료 SiN, 막 두께 0.01λ0
비교예에서는 이하의 조건으로 했다.
압전 기판: 재료 LiNbO3, 오일러각(0°, 19°, 0°)
주전극층: 재료 Pt, 막 두께 0.0425λ0
도전 보조 전극층: 재료 Al, 막 두께 0.08λ0
듀티비: 0.60
제1 유전체막: 재료 SiO2, 막 두께 0.35λ0
제2 유전체막: 재료 SiN, 막 두께 0.01λ0
도 5는 비교예의 탄성파 공진자의 IDT 전극의 파장을 1.00λ0으로 한 경우의 리턴 손실을 나타내는 도면이다. 도 6은 비교예의 탄성파 공진자의 IDT 전극의 파장을 0.90λ0으로 한 경우의 리턴 손실을 나타내는 도면이다. 도 7은 비교예의 탄성파 공진자의 IDT 전극의 파장을 0.95λ0으로 한 경우의 리턴 손실을 나타내는 도면이다. 도 8은 비교예의 탄성파 공진자의 IDT 전극의 파장을 1.05λ0으로 한 경우의 리턴 손실을 나타내는 도면이다. 도 9는 비교예의 탄성파 공진자의 IDT 전극의 파장을 1.10λ0으로 한 경우의 리턴 손실을 나타내는 도면이다. 이들 도면에서 가로축은 각 탄성파 공진자의 공진 주파수로 규격화한 규격화 주파수이다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 비교예에서는 IDT 전극의 파장을 1.00λ0으로 한 경우에는 스퓨리어스는 억제되어 있다. 그러나 도 6~도 9에 나타내는 바와 같이, 파장이 0.95λ0 이하인 경우 및 파장이 1.05λ0 이상인 경우에는 불요파에 의한 큰 스퓨리어스가 생겨 있는 것을 알 수 있다.
여기서, X=0.10으로 하면 λ1=1.10λ0, λ2=0.90λ0이고, 제1 탄성파 공진자의 리턴 손실 특성이 도 9에 상당하며, 제2 탄성파 공진자의 리턴 손실 특성이 도 6에 상당한다. 이 때, IDT 전극의 파장이 0.90λ0 이상, 1.10λ0 이하의 범위의 어떠한 값을 취하는 경우에도 불요파에 의한 스퓨리어스를 억제할 수 있는 것이 바람직하다. 그러나 도 5~도 9에 나타내는 바와 같이, IDT 전극의 파장이 1.00λ0인 경우는 스퓨리어스가 생겨 있지 않기는 하지만, 0.90λ0, 0.95λ0, 1.05λ0, 1.10λ0인 경우에는 큰 스퓨리어스가 생겨 있다. 한편, 이 때 A1=0.0196, B1=0.0311, C1=29.58, A2=0.0562, B2=0.0456, C2=32.53이 되기 때문에, T×r＜B2가 되어 상술한 B2＜T×r≤0.10λ0의 조건을 충족시키지 않는다. 따라서, 비교예의 경우는 원하는 IDT 전극의 파장 범위 내에서 큰 스퓨리어스가 생기는 경우가 있으며, 동일한 압전 기판 상에서 IDT 전극의 전극지 피치가 다르고 파장이 다르면, 불요파를 억제하는 것은 곤란해진다.
도 10은 제1 실시형태의 탄성파 공진자의 IDT 전극의 파장을 1.00λ0으로 한 경우의 리턴 손실을 나타내는 도면이다. 도 11은 제1 실시형태의 탄성파 공진자의 IDT 전극의 파장을 0.90λ0으로 한 경우의 리턴 손실을 나타내는 도면이다. 도 12는 제1 실시형태의 탄성파 공진자의 IDT 전극의 파장을 0.95λ0으로 한 경우의 리턴 손실을 나타내는 도면이다. 도 13은 제1 실시형태의 탄성파 공진자의 IDT 전극의 파장을 1.05λ0으로 한 경우의 리턴 손실을 나타내는 도면이다. 도 14는 제1 실시형태의 탄성파 공진자의 IDT 전극의 파장을 1.10λ0으로 한 경우의 리턴 손실을 나타내는 도면이다.
도 10~도 14에 나타내는 바와 같이, 제1 실시형태에서는 IDT 전극의 파장을 0.90λ0 이상, 1.10λ0 이하의 범위에서 변화시킨 경우에도 불요파가 효과적으로 억제되어 있는 것을 알 수 있다.
여기서, 상기와 마찬가지로 X=0.10으로 하면 λ1=1.10λ0, λ2=0.90λ0이고, 제1 탄성파 공진자의 리턴 손실 특성이 도 14에 상당하며, 제2 탄성파 공진자의 리턴 손실 특성이 도 11에 상당한다. 도 10~도 14에 나타내는 바와 같이, IDT 전극의 파장이 0.90λ0 이상, 1.10λ0 이하의 범위의 어떠한 값을 취해도 불요파에 의한 스퓨리어스가 효과적으로 억제되어 있는 것을 알 수 있다. 한편, 이 때의 A1, B1, C1, A2, B2, C2의 값은 상기 비교예의 경우와 동일하다. 이 경우, 제1 실시형태에서의 IDT 전극의 주전극층의 막 두께 T에 대하여는, 식 1은 29.09≤θ≤31.27이 되고, 제1 실시형태의 θ는 식 1을 충족시킨다. 따라서, 동일한 압전 기판 상에서 IDT 전극의 전극지 피치가 다르고 파장이 달라도 불요파를 효과적으로 억제할 수 있다.
이하에서 상기 식 1~식 8의 상세를 설명한다. 그를 위해, 우선 하기 도 15~도 20을 이용하여, 불요파를 충분히 억제할 수 있는 불요파의 비대역의 기준을 나타낸다. 다음으로, X의 값을 변화시킨 경우의 각 예를 나타내고, 상기 식 1~식 8을 충족시킴으로써 불요파를 효과적으로 억제할 수 있는 것을 나타낸다.
하기 도 15~도 19는 도 10에 나타낸 리턴 손실의 측정에 이용한 제1 실시형태의 탄성파 공진자와 동일한 조건인 탄성파 공진자에서 θ를 변화시켜 리턴 손실을 측정한 결과를 나타낸다. IDT 전극의 파장은 1.00λ0으로 하고, 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 θ를 28° 이상, 32° 이하의 범위에서 변화시켰다. 한편, 상술한 바와 같이, 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 φ를 0°로 하고, ψ를 0°로 했다.
도 15는 IDT 전극의 파장이 1.00λ0인 탄성파 공진자의, 압전 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 θ가 28°인 경우의 리턴 손실을 나타내는 도면이다. 도 16은 IDT 전극의 파장이 1.00λ0인 탄성파 공진자의, 압전 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 θ가 29°인 경우의 리턴 손실을 나타내는 도면이다. 도 17은 IDT 전극의 파장이 1.00λ0인 탄성파 공진자의, 압전 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 θ가 30°인 경우의 리턴 손실을 나타내는 도면이다. 도 18은 IDT 전극의 파장이 1.00λ0인 탄성파 공진자의, 압전 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 θ가 31°인 경우의 리턴 손실을 나타내는 도면이다. 도 19는 IDT 전극의 파장이 1.00λ0인 탄성파 공진자의, 압전 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 θ가 32°인 경우의 리턴 손실을 나타내는 도면이다.
도 15에 나타내는 바와 같이, 압전 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 θ가 28°인 경우에는 불요파에 의한 스퓨리어스가 충분히 억제되어 있지 않은 것을 알 수 있다. 일반적으로 탄성파 공진자의 리턴 손실에서 불요파에 의한 스퓨리어스의 절대값의 크기가 0.3㏈보다 큰 경우에 탄성파 장치의 특성이 크게 열화하고, 문제가 된다.
예를 들면, 스퓨리어스를 발생시키는 탄성파 공진자를 이용하여 래더형 탄성파 필터를 형성한 경우, 탄성파 필터의 통과 대역 내에 탄성파 공진자의 리턴 손실에서 보여지고 있는 스퓨리어스 크기의 1/2~2/3 크기의 스퓨리어스가 생기는 것을 알고 있다. 따라서, 탄성파 공진자의 리턴 손실에서 불요파에 의한 스퓨리어스의 절대값의 크기가 0.3㏈인 경우에는 탄성파 필터의 통과 대역 내에 크기 0.15㏈~0.2㏈의 스퓨리어스가 생기게 된다.
여기서, 탄성파 필터의 통과 대역 내에 크기가 0.2㏈인 스퓨리어스가 생긴 경우의 탄성파 필터의 통과 특성을 도 30에 나타낸다. 한편, 도 30의 가로축은 스퓨리어스가 생기는 주파수를 1로 한 규격화 주파수이다. 도 30에 나타내는 정도의 스퓨리어스는 일반적으로 문제로는 되지 않는다. 따라서, 탄성파 공진자의 리턴 손실에서 불요파에 의한 스퓨리어스의 절대값의 크기가 0.3㏈이면, 이 탄성파 공진자를 이용한 탄성파 필터나 고주파 프론트 엔드 회로, 및 통신 장치의 동작에 악영향을 주는 것은 크게 억제된다.
한편, 탄성파 공진자의 리턴 손실에서 불요파에 의한 스퓨리어스의 절대값의 크기가 0.4㏈인 경우에는 탄성파 필터의 통과 대역 내에 크기 0.2~0.27㏈의 스퓨리어스가 생기게 된다. 탄성파 필터의 통과 대역 내에 크기가 0.27㏈인 스퓨리어스가 생긴 경우의 탄성파 필터의 통과 특성을 도 31에 나타낸다. 한편, 도 31의 가로축은 스퓨리어스가 생기는 주파수를 1로 한 규격화 주파수이다. 도 31에 나타내는 정도 크기의 스퓨리어스는 탄성파 필터에서 문제가 되는 경우가 있다. 따라서, 탄성파 공진자의 리턴 손실에서 불요파에 의한 스퓨리어스의 절대값의 크기가 0.4㏈일 때에는 이 탄성파 공진자를 이용한 탄성파 필터나 고주파 프론트 엔드 회로, 및 통신 장치의 동작에 악영향을 줄 수 있는 것을 알 수 있다.
이상에서, 탄성파 공진자의 리턴 손실에서 불요파에 의한 스퓨리어스의 절대값의 크기가 0.3㏈보다 크면, 이 탄성파 공진자를 이용한 탄성파 필터나 고주파 프론트 엔드 회로, 및 통신 장치의 동작에 악영향을 줄 가능성이 있다. 따라서, 스퓨리어스의 절대값의 크기를 탄성파 공진자의 리턴 손실 특성에서 0.3㏈ 이하로 억제함으로써, 이 탄성파 공진자를 이용한 탄성파 필터나 고주파 프론트 엔드 회로, 및 통신 장치의 필터 특성의 열화를 억제할 수 있다.
도 16~도 18에 나타내는 바와 같이, IDT 전극의 파장이 1.00λ0인 경우, 압전 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 θ를 29° 이상, 31° 이하로 한 경우에서 스퓨리어스의 절대값의 크기를 0.3㏈ 이하로 억제할 수 있다. 한편, 도 19에 나타내는 바와 같이, θ가 32°인 경우에는 불요파에 의한 스퓨리어스를 충분히 억제할 수 없다.
도 20은 IDT 전극의 파장이 1.00λ0인 탄성파 공진자에서의, 압전 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 θ와, 불요파의 비대역의 관계를 나타내는 도면이다. 한편, 도 20에서의 불요파는 SH파이다. 불요파의 비대역의 크기와 스퓨리어스의 크기는 대응하기 때문에, 비대역의 크기가 작을수록 스퓨리어스를 억제할 수 있다. 도 20에서의 측정에 이용한 탄성파 공진자는 도 10에서 나타낸 리턴 손실의 측정에 이용한 제1 실시형태의 탄성파 공진자와 θ를 변화시킨 것 이외에는 동일한 조건이다. 후술할 도 21, 도 23, 도 25, 도 27에서의 탄성파 공진자도 마찬가지이다.
도 20에 나타내는 바와 같이, IDT 전극의 파장이 1.00λ0인 경우에는 압전 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 θ가 30° 부근인 경우에서 불요파의 비대역이 거의 0%로 되어 있다. θ가 30°로부터 떨어진 값이 될수록 불요파의 비대역이 커져 있다. 상기에서 도 16을 이용하여 압전 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 θ가 29°인 경우에 불요파에 의한 스퓨리어스의 절대값의 크기를 0.3㏈ 이하로 할 수 있고, 충분히 억제할 수 있는 것을 나타냈다. 도 20에 나타내는 바와 같이, θ가 29°일 때, 불요파의 비대역은 0.005% 이하의 값으로 되어 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 불요파의 비대역이 0.005% 이하인 θ의 범위에서 불요파에 의한 스퓨리어스를 충분히 억제할 수 있다.
도 20에 나타내는 제1 실시형태의 조건에서 불요파의 비대역이 0.005% 이하인 θ의 범위는 28.9°≤θ≤31.4°이다. 따라서, IDT 전극의 파장이 1.00λ0이고 단일인 경우에는 상기 θ의 범위를 선택함으로써 불요파에 의한 스퓨리어스를 충분히 억제할 수 있다.
다음으로, 이하에서 X의 값을 변화시킨 각 예를 나타낸다.
제1 실시형태의 탄성파 장치(1)에서는 복수개의 IDT 전극 중 제1 IDT 전극의 파장 λ1이 가장 길고, 제2 IDT 전극의 파장 λ2가 가장 짧다. 상술한 바와 같이, 파장 λ1 및 파장 λ2는 파장 λ1 및 파장 λ2의 평균값 λ0을 이용하여 λ1=(1+X)λ0 및 λ2=(1-X)λ0으로 나타낼 수 있다. 이하에서, 탄성파 장치(1)에서 복수개의 IDT 전극 중 파장이 λ2 이상, λ1 이하의 어떠한 값을 취한 경우에도 불요파에 의한 스퓨리어스를 충분히 억제할 수 있는 θ의 범위를 구한다.
여기서, X=0.05로 한 경우에 제1 IDT 전극 및 제2 IDT 전극에서 불요파의 비대역이 0.005% 이하가 되는 상기 θ의 범위를 하기 도 21에 나타낸다.
도 21은 X=0.05인 경우의, 탄성파 공진자에서의 IDT 전극의 파장, 압전 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 θ 및 불요파의 비대역의 관계를 나타내는 도면이다. 실선은 IDT 전극의 파장이 λ0인 경우의 결과를 나타낸다. 파선은 파장이 1.05λ0인, 제1 IDT 전극에 상당하는 결과를 나타낸다. 일점쇄선은 파장이 0.95λ0인, 제2 IDT 전극에 상당하는 결과를 나타낸다. 한편, 실선에 의해 나타내는 결과는 도 20에서 나타낸 결과와 동일하다.
도 21에 나타내는 바와 같이, 불요파의 비대역이 0.005% 이하인, 압전 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 θ의 범위는 IDT 전극의 파장에 의해 다른 것을 알 수 있다. IDT 전극의 파장이 0.95λ0 이상, 1.05λ0 이하의 범위에서는 도 21 중의 화살표(D1)에 의해 나타내는 29.01°≤θ≤31.29°의 범위에서 불요파의 비대역을 0.005% 이하로 할 수 있다. IDT 전극의 파장이 0.95λ0 이상, 1.05λ0 이하의 범위인 경우의 θ와 비대역의 관계를 나타내는 선은 도 21 중의 파선과 일점쇄선 사이의 영역에 존재하기 때문에, 화살표(D1)로 나타내는 범위의 θ를 선택함으로써, IDT 전극의 파장이 0.95λ0 이상, 1.05λ0 이하의 범위의 어떠한 값을 취해도 불요파를 충분히 억제할 수 있다.
IDT 전극의 주전극층의 막 두께가 다른 경우에는 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 θ와 불요파의 비대역의 관계가 변화된다. 주전극층의 두께를 변화시켜 도 21과 동일한 평가를 실시하고, 주전극층의 막 두께와, 불요파의 비대역이 0.005% 이하인 θ의 상한값 및 하한값의 관계를 구했다. 그 결과를 하기 표 1 및 도 22에 나타낸다.
도 22는 X=0.05인 경우의, 탄성파 공진자에서의 불요파의 비대역이 0.005% 이하인 압전 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 θ의 상한값 및 하한값과, 주전극층의 막 두께의 관계를 나타내는 도면이다. 도 22 중의 실선으로 나타내는 곡선(E1)은 주전극층의 막 두께와, 불요파의 비대역이 0.005% 이하인 θ의 하한값의 관계를 나타낸다. 파선으로 나타내는 곡선(F1)은 주전극층의 막 두께와, 불요파의 비대역이 0.005% 이하인 θ의 상한값의 관계를 나타낸다.
도 22 중의 곡선(E1)은 주전극층의 막 두께를 TPt로 했을 때에, θ=-0.028/(TPt-0.043)+29.70에 의해 나타내진다. 곡선(F1)은 θ=-0.060/(TPt-0.041)+32.62에 의해 나타내진다. 도 22에서의 곡선(E1) 및 곡선(F1)에 의해 둘러싸이는 영역이 불요파를 충분히 억제할 수 있는 영역이다. 이 영역은 하기 식 9에 의해 나타낼 수 있다.
-0.028/(TPt-0.043)+29.70≤θ≤-0.060/(TPt-0.041)+32.62 … 식 9
상술한 바와 같이 제1 실시형태에서의 IDT 전극의 주전극층은 Pt로 이루어진다. 식 9 중의 TPt는 주전극층이 Pt인 경우의 막 두께를 λ0으로 규격화한 값이다. X=0.05인 경우의 막 두께 TPt의 하한값은 곡선(E1)과 곡선(F1)의 교점에서의 막 두께이고, 0.049λ0이다.
한편, 주전극층의 막 두께가 지나치게 커지면, IDT 전극의 애스펙트비(aspect ratio)가 과도하게 커지고, IDT 전극의 형성이 곤란해진다. 더욱이, IDT 전극의 애스펙트비가 큰 경우에는 IDT 전극 사이의 갭의 애스펙트비도 커지고, 이 부분의 제1 유전체막 중에 보이드나 크랙이 생기기 쉬워진다. 따라서, 주전극층이 Pt로 이루어지는 경우의 막 두께 TPt는 0.12λ0 이하인 것이 바람직하고, 0.10λ0 이하인 것이 보다 바람직하다. 한편, 본 명세서에서 IDT 전극의 애스펙트비는 IDT 전극의 전극지의 막 두께의, 전극지의 횡단 방향을 따르는 치수에 대한 비이다. IDT 전극 사이의 갭의 애스펙트비는 갭을 사이에 두어 서로 이웃하는 전극지의 막 두께의, 갭의 횡단 방향을 따르는 치수에 대한 비이다.
주전극층에 Pt 이외의 금속을 사용하는 경우에는, 주전극층의 막 두께는 상기 금속과 Pt의 밀도비에 따른 막 두께로 하면 된다. 보다 구체적으로는 Pt의 밀도를 ρPt, 주전극층에 사용하는 금속의 밀도를 ρ로 했을 때에, 밀도비는 ρ/ρPt에 의해 나타내진다. 주전극층의 막 두께를 T, 밀도비를 r=ρ/ρPt로 했을 때에, 막 두께 T와 상기 식 9 중의 막 두께 TPt의 관계는 TPt=T/(ρPt/ρ)=T×r에 의해 나타내진다. 이를 식 9에 대입함으로써 하기 식 10을 구할 수 있다.
-0.028/(T×r-0.043)+29.70≤θ≤-0.060/(T×r-0.041)+32.62 … 식 10
한편, 식 10 중에서의 T×r은 0.049λ0≤T×r≤0.10λ0의 범위인 것이 바람직하다.
식 10은 X=0.05의 경우에서 불요파를 효과적으로 억제할 수 있는 θ의 범위를 나타낸다. 식 10은 하기 식 1에서의 A1, B1, C1, A2, B2 및 C2에 각 수치를 대입한 식이다.
-A1/(T×r-B1)+C1≤θ≤-A2/(T×r-B2)+C2 … 식 1
X가 0.05 이외인 경우에도 식 1에서의 A1, B1, C1, A2, B2 및 C2에 각 수치를 대입한 식에 의해 불요파를 효과적으로 억제할 수 있는 θ의 범위를 나타낼 수 있다. 이하에서 X가 0.05 이외인 경우의 예를 나타내고, 상기 식 1~식 8을 충족시킴으로써, X를 변화시켜도 불요파를 억제할 수 있는 것을 나타낸다.
도 23은 X=0.10인 경우의, 탄성파 공진자에서의 IDT 전극의 파장, 압전 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 θ 및 불요파의 비대역의 관계를 나타내는 도면이다. 실선은 IDT 전극의 파장이 λ0인 경우의 결과를 나타낸다. 파선은 파장이 1.10λ0인 결과를 나타낸다. 일점쇄선은 파장이 0.90λ0인 결과를 나타낸다.
도 23에 나타내는 바와 같이, IDT 전극의 파장이 0.90λ0 이상, 1.10λ0 이하의 범위에서는 화살표(D2)에 의해 나타내는 29.11°≤θ≤31.13°의 범위에서 불요파의 비대역을 0.005% 이하로 할 수 있다. IDT 전극의 파장이 0.90λ0 이상, 1.10λ0 이하의 범위인 경우의 θ와 비대역의 관계를 나타내는 선은 도 23 중의 파선과 일점쇄선 사이의 영역에 존재하기 때문에, 화살표(D2)로 나타내는 범위의 θ를 선택함으로써 IDT 전극의 파장이 0.90λ0 이상, 1.10λ0 이하의 범위의 어떠한 값을 취해도 불요파를 충분히 억제할 수 있다.
더욱이, 주전극층의 두께를 변화시켜 도 23과 동일한 평가를 실시하고, 주전극층의 막 두께와, 불요파의 비대역이 0.005% 이하인 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 θ의 상한값 및 하한값의 관계를 구했다. 그 결과를 하기 표 2 및 도 24에 나타낸다.
도 24는 X=0.10인 경우의, 탄성파 공진자에서의 불요파의 비대역이 0.005% 이하인 압전 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 θ의 상한값 및 하한값과, 주전극층의 막 두께의 관계를 나타내는 도면이다. 도 24 중의 실선으로 나타내는 곡선(E2)은 주전극층의 막 두께와, 불요파의 비대역이 0.005% 이하인 θ의 하한값의 관계를 나타낸다. 파선으로 나타내는 곡선(F2)은 주전극층의 막 두께와, 불요파의 비대역이 0.005% 이하인 θ의 상한값의 관계를 나타낸다.
도 24에서의 곡선(E2) 및 곡선(F2)에 의해 둘러싸이는 영역이, X=0.10인 경우에서 불요파를 충분히 억제할 수 있는 영역이다. 이 영역은 TPt=T×r로 함으로써 하기 식 11에 의해 나타낼 수 있다. 한편, X=0.10인 경우의 T×r의 하한값은 곡선(E2)과 곡선(F2)의 교점이며, 0.058λ0이다.
-0.020/(T×r-0.044)+29.61≤θ≤-0.057/(T×r-0.045)+32.53 … 식 11
식 11 중에서의 T×r은 0.058λ0≤T×r≤0.10λ0의 범위인 것이 바람직하다.
도 25는 X=0.15인 경우의, 탄성파 공진자에서의 IDT 전극의 파장, 압전 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 θ 및 불요파의 비대역의 관계를 나타내는 도면이다. 실선은 IDT 전극의 파장이 λ0인 경우의 결과를 나타낸다. 파선은 파장이 1.15λ0인 결과를 나타낸다. 일점쇄선은 파장이 0.85λ0인 결과를 나타낸다.
도 25에 나타내는 바와 같이, IDT 전극의 파장이 0.85λ0 이상, 1.15λ0 이하의 범위에서는, 화살표(D3)에 의해 나타내는 29.18°≤θ≤30.94°의 범위에서 불요파의 비대역을 0.005% 이하로 할 수 있다. IDT 전극의 파장이 0.85λ0 이상, 1.15λ0 이하의 범위인 경우의 θ와 비대역의 관계를 나타내는 선은 도 25 중의 파선과 일점쇄선 사이의 영역에 존재하기 때문에, 화살표(D3)로 나타내는 범위의 θ를 선택함으로써, IDT 전극의 파장이 0.85λ0 이상, 1.15λ0 이하의 범위의 어떠한 값을 취해도 불요파를 충분히 억제할 수 있다.
더욱이, 주전극층의 두께를 변화시켜 도 25와 동일한 평가를 실시하고, 주전극층의 막 두께와, 불요파의 비대역이 0.005% 이하인 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 θ의 상한값 및 하한값의 관계를 구했다. 그 결과를 하기 표 3 및 도 26에 나타낸다.
도 26은 X=0.15인 경우의, 탄성파 공진자에서의 불요파의 비대역이 0.005% 이하인 압전 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 θ의 상한값 및 하한값과, 주전극층의 막 두께의 관계를 나타내는 도면이다. 도 26 중의 실선으로 나타내는 곡선(E3)은 주전극층의 막 두께와, 불요파의 비대역이 0.005% 이하인 θ의 하한값의 관계를 나타낸다. 파선으로 나타내는 곡선(F3)은 주전극층의 막 두께와, 불요파의 비대역이 0.005% 이하인 θ의 상한값의 관계를 나타낸다.
도 26에서의 곡선(E3) 및 곡선(F3)에 의해 둘러싸이는 영역이, X=0.15인 경우에서 불요파를 충분히 억제할 수 있는 영역이다. 이 영역은 TPt=T×r로 함으로써 하기 식 12에 의해 나타낼 수 있다. 한편, X=0.15인 경우의 T×r의 하한값은 곡선(E3)과 곡선(F3)의 교점이며, 0.064λ0이다.
-0.012/(T×r-0.047)+29.50≤θ≤-0.055/(T×r-0.049)+32.48 … 식 12
식 12 중에서의 T×r은 0.064λ0≤T×r≤0.10λ0의 범위인 것이 바람직하다.
도 27은 X=0.20인 경우의, 탄성파 공진자에서의 IDT 전극의 파장, 압전 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 θ 및 불요파의 비대역의 관계를 나타내는 도면이다. 실선은 IDT 전극의 파장이 λ0인 경우의 결과를 나타낸다. 파선은 파장이 1.20λ0인 결과를 나타낸다. 일점쇄선은 파장이 0.80λ0인 결과를 나타낸다.
도 27에 나타내는 바와 같이, IDT 전극의 파장이 0.80λ0 이상, 1.20λ0 이하의 범위에서는, 화살표(D4)에 의해 나타내는 29.24°≤θ≤30.73°의 범위에서 불요파의 비대역을 0.005% 이하로 할 수 있다. IDT 전극의 파장이 0.80λ0 이상, 1.20λ0 이하의 범위인 경우의 θ와 비대역의 관계를 나타내는 선은 도 27 중의 파선과 일점쇄선 사이의 영역에 존재하기 떼문에, 화살표(D4)로 나타내는 범위의 θ를 선택함으로써, IDT 전극의 파장이 0.80λ0 이상, 1.20λ0 이하의 범위의 어떠한 값을 취해도 불요파를 충분히 억제할 수 있다.
더욱이, 주전극층의 두께를 변화시켜 도 27과 동일한 평가를 실시하고, 주전극층의 막 두께와, 불요파의 비대역이 0.005% 이하인 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 θ의 상한값 및 하한값의 관계를 구했다. 그 결과를 하기 표 4 및 도 28에 나타낸다.
도 28은 X=0.20인 경우의, 탄성파 공진자에서의 불요파의 비대역이 0.005% 이하인 압전 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 θ의 상한값 및 하한값과, 주전극층의 막 두께의 관계를 나타내는 도면이다. 도 28 중의 실선으로 나타내는 곡선(E4)은 주전극층의 막 두께와, 불요파의 비대역이 0.005% 이하인 θ의 하한값의 관계를 나타낸다. 파선으로 나타내는 곡선(F4)은 주전극층의 막 두께와, 불요파의 비대역이 0.005% 이하인 θ의 상한값의 관계를 나타낸다.
도 28에서의 곡선(E4) 및 곡선(F4)에 의해 둘러싸이는 영역이, X=0.20인 경우에서 불요파를 충분히 억제할 수 있는 영역이다. 이 영역은 TPt=T×r로 함으로써 하기 식 13에 의해 나타낼 수 있다. 한편, X=0.20인 경우의 T×r의 하한값은 곡선(E4)과 곡선(F4)의 교점이며, 0.069λ0이다.
-0.008/(T×r-0.048)+29.45≤θ≤-0.050/(T×r-0.054)+32.36 … 식 13
식 13 중에서의 T×r은 0.069λ0≤T×r≤0.10λ0의 범위인 것이 바람직하다.
상기에서는 X가 0.05, 0.10, 0.15 및 0.20인 경우에서, 불요파를 효과적으로 억제할 수 있는 상기 θ의 범위를 구했다. 마찬가지로, X가 0.25 이상, 0.65 이하인 경우에도, 불요파를 효과적으로 억제할 수 있는 상기 θ의 범위를 구했다. X를 변화시킨 경우의 각 θ의 범위는 각각 하기 식 1에서의 A1, B1, C1, A2, B2 및 C2에 각 수치를 대입한 식으로서 구했다. 각각의 A1, B1, C1, A2, B2 및 C2의 값을 하기 표 5에 나타낸다.
이들 결과에 기초하여 A1, B1, C1, A2, B2 및 C2를, 각각 X를 이용한 하기 식 2~식 8로서 구했다.
-A1/(T×r-B1)+C1≤θ≤-A2/(T×r-B2)+C2 … 식 1
식 1에서의 A1, B1, C1, A2, B2 및 C2는 X를 이용한 하기 식 2~식 8에 의해 나타내진다.
A1=0.056×10-4.93×X+0.0016 … 식 2
B1=-0.088×X2+0.066×X+0.0386(0.05≤X≤0.375) … 식 3
B1=0.051(0.375≤X≤0.65) … 식 4
C1=0.714×10-5.26×X+29.37 … 식 5
A2=0.0987×X2-0.0918×X+0.0644 … 식 6
B2=-0.0651×X2+0.1114×X+0.0351 … 식 7
C2=0.7830×X2-1.7424×X+32.70 … 식 8
이상과 같이 식 1~식 8을 충족시킴으로써, 전극지 피치가 다른 IDT 전극이 동일한 압전 기판에 형성되어 있는 경우에도 불요파를 효과적으로 억제할 수 있다.
한편, 식 1의 좌변에서 T×r=B1이 된 경우에는 분모가 0이 되어 θ가 발산된다. 마찬가지로, 식 1의 우변에서 T×r=B2가 된 경우에는 분모가 0이 되어 θ가 발산된다. 더욱이, 상술한 바와 같이, IDT 전극의 주전극층의 막 두께는 0.12λ0 이하인 것이 바람직하고, 0.10λ0 이하인 것이 보다 바람직하다. 따라서, 본 실시형태에서는 B1＜T×r≤0.10λ0이고 B2＜T×r≤0.10λ0으로 하고 있다. 주전극층의 막 두께가 0.10λ0 이하인 경우, X가 0.65를 초과하면, 상기 θ가 불요파를 충분히 억제할 수 있는 범위를 가지지 않게 된다. 따라서, 제1 실시형태에서는 X를 0.65 이하로 하고 있다.
탄성파 장치(1)에서는 도 2에 나타내는 바와 같이, 제1 IDT 전극(4A)의 막 두께 및 제2 IDT 전극(4B)의 막 두께가 실질적으로 동일하다. 제1 유전체막(8)에서의 제1 IDT 전극(4A) 상에 마련된 부분의 막 두께 및 제2 IDT 전극(4B) 상에 마련된 부분의 막 두께도 실질적으로 동일하다. 따라서, 탄성파 장치(1)에서의 제1 대역 통과형 필터 및 제2 대역 통과형 필터는 동시에 형성할 수 있다. 이와 같이, 제1 실시형태에서는 공정의 번잡화를 초래하지 않고 불요파를 효과적으로 억제할 수 있다.
제1 실시형태의 탄성파 장치(1)는 캐리어 어그리게이션 등에 이용되는 복합 필터 장치이다. 이하에서, 탄성파 장치(1)가 다양한 통신 밴드의 조합에서 불요파를 효과적으로 억제할 수 있는 것을 설명한다. 하기 표 6에 캐리어 어그리게이션에서 이용되는 통신 밴드의 조합의 예 및 각 통신 밴드의 수신 대역의 중심 주파수비를 나타낸다.
대역 통과형 필터의 통과 대역을 원하는 대역으로 하기 위해서는 탄성파 공진자에서의 IDT 전극의 전극지 피치에 의해 규정되는 파장을 원하는 대역에 따른 파장으로 할 필요가 있다. 조합한 통신 밴드의 중심 주파수비가 클수록, 한쪽 대역 통과형 필터와 다른 쪽 대역 통과형 필터 사이에서, 탄성파 공진자에서의 IDT 전극의 전극지 피치의 차는 커진다.
여기서, 상술한 바와 같이, 도 1에 나타내는 제1 대역 통과형 필터(3A)는 파장이 가장 긴 λ1인 제1 IDT 전극을 포함하는 제1 탄성파 공진자를 가진다. 따라서, 탄성파 장치(1)에서의 탄성파 공진자의 IDT 전극의 파장은 λ1 이하이다. 한편, 제2 대역 통과형 필터(3B)는 파장이 가장 짧은 λ2인 제2 IDT 전극을 포함하는 제2 탄성파 공진자를 가진다. 따라서, 탄성파 장치(1)에서의 탄성파 공진자의 IDT 전극의 파장은 λ2 이상이다.
제1 대역 통과형 필터(3A)의 탄성파 공진자와 제2 대역 통과형 필터(3B)의 탄성파 공진자에서의 최대 파장비는 λ1/λ2=(1+X)λ0/(1-X)λ0=(1+X)/(1-X)에 의해 나타낼 수 있다. 따라서, 제1 대역 통과형 필터(3A)의 통과 대역을 구성하는 탄성파 공진자와, 제2 대역 통과형 필터(3B)의 통과 대역을 구성하는 탄성파 공진자 사이에서의 파장비는 (1+X)/(1-X) 이하이다. 제1 대역 통과형 필터(3A)가 속하는 통신 밴드와, 제2 대역 통과형 필터(3B)가 속하는 통신 밴드 사이에서의 중심 주파수비가 (1+X)/(1-X) 이하인 경우에는 제1 실시형태의 구성으로 할 수 있다. 이 경우에는 불요파를 효과적으로 억제할 수 있다.
여기서, 제1 실시형태에서는 0.05≤X≤0.65이다. 예를 들면, X=0.05인 경우, λ1/λ2=(1+X)/(1-X)=1.105가 된다. 한편, 표 6에 나타내는 Band4-Band30 사이의 중심 주파수비는 1.104이다. 따라서, Band4-Band30 사이의 중심 주파수비 이하의 통신 밴드의 조합으로 한 경우에서 불요파를 효과적으로 억제할 수 있다.
더욱이, 예를 들면, X=0.20인 경우, λ1/λ2=1.50이 된다. 따라서, 표 6에 나타내는 Band66-Band11 사이의 중심 주파수비 이하의 통신 밴드의 조합으로 한 경우에서 불요파를 효과적으로 억제할 수 있다. 이와 같이, 다양한 통신 밴드의 조합에서 불요파를 효과적으로 억제할 수 있다.
제1 실시형태의 탄성파 장치(1)는 복합 필터이다. 본 발명의 탄성파 장치는 상기에 한정되지 않고, 예를 들면, 동일한 압전 기판 상에 구성되어 있으면서 공통 접속되어 있지 않은 복수개의 탄성파 필터를 가지는 탄성파 장치이어도 된다. 공통 접속된 복수개의 탄성파 필터와, 공통 접속되어 있지 않은 탄성파 필터가 혼재되어 있어도 된다. 혹은, 본 발명의 탄성파 장치는 래더형 필터이어도 된다. 이들 경우와 같이, 전극지 피치가 다른 복수개의 IDT 전극이 동일한 압전 기판 상에 마련되어 있어도 불요파를 효과적으로 억제할 수 있다.
상기 탄성파 장치는 고주파 프론트 엔드 회로의 듀플렉서 등으로서 이용할 수 있다. 이 예를 하기에서 설명한다.
도 29는 통신 장치 및 고주파 프론트 엔드 회로의 구성도이다. 한편, 동(同)도에는 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 로우 노이즈 앰프 회로(214, 224)와 파워 앰프 회로(234a, 234b, 244a, 244b)를 포함한다. 한편, 도 29의 고주파 프론트 엔드 회로(230) 및 통신 장치(240)는 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치의 일례이며, 이 구성에 한정되는 것은 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)이어도 되고, 필터(211, 212, 221, 222)이어도 된다.
더욱이, 상기 탄성파 장치는 예를 들면, 3개의 필터의 안테나 단자가 공통화된 트리플렉서나, 6개의 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 필터 쌍방을 포함하는 구성에 한정되지 않고, 송신 필터만 또는 수신 필터만을 포함하는 구성이어도 상관 없다.
스위치(225)는 제어부(도시하지 않음)로부터의 제어 신호를 따라 안테나 소자(202)와 소정의 밴드에 대응하는 신호 경로를 접속하고, 예를 들면, SPDT(Single Pole Double Throw)형 스위치에 의해 구성된다. 한편, 안테나 소자(202)와 접속되는 신호 경로는 하나에 한정되지 않고, 복수개이어도 된다. 즉, 고주파 프론트 엔드 회로(230)는 캐리어 어그리게이션에 대응하고 있어도 된다.
로우 노이즈 앰프 회로(214)는 안테나 소자(202), 스위치(225) 및 듀플렉서(201A)를 경유한 고주파 신호(여기서는 고주파 수신 신호)를 증폭시키고, RF 신호 처리 회로(203)에 출력하는 수신 증폭 회로이다. 로우 노이즈 앰프 회로(224)는 안테나 소자(202), 스위치(225) 및 듀플렉서(201B)를 경유한 고주파 신호(여기서는 고주파 수신 신호)를 증폭시키고, RF 신호 처리 회로(203)에 출력하는 수신 증폭 회로이다.
파워 앰프 회로(234a, 234b)는 RF 신호 처리 회로(203)로부터 출력된 고주파 신호(여기서는 고주파 송신 신호)를 증폭시키고, 듀플렉서(201A) 및 스위치(225)를 경유하여 안테나 소자(202)에 출력하는 송신 증폭 회로이다. 파워 앰프 회로(244a, 244b)는 RF 신호 처리 회로(203)로부터 출력된 고주파 신호(여기서는 고주파 송신 신호)를 증폭시키고, 듀플렉서(201B) 및 스위치(225)를 경유하여 안테나 소자(202)에 출력하는 송신 증폭 회로이다.
RF 신호 처리 회로(203)는 안테나 소자(202)로부터 수신 신호 경로를 통해 입력된 고주파 수신 신호를 다운 컨버트 등에 의해 신호 처리하고, 상기 신호 처리하여 생성된 수신 신호를 출력한다. 또한, RF 신호 처리 회로(203)는 입력된 송신 신호를 업 컨버트 등에 의해 신호 처리하고, 상기 신호 처리하여 생성된 고주파 송신 신호를 파워 앰프 회로(234a, 234b, 244a, 244b)에 출력한다. RF 신호 처리 회로(203)는 예를 들면, RFIC이다. 한편, 통신 장치는 BB(베이스 밴드)IC를 포함하고 있어도 된다. 이 경우, BBIC는 RFIC로 처리된 수신 신호를 신호 처리한다. 또한, BBIC는 송신 신호를 신호 처리하고, RFIC에 출력한다. BBIC로 처리된 수신 신호나, BBIC가 신호 처리하기 전의 송신 신호는 예를 들면, 화상 신호나 음성 신호 등이다.
이상과 같이 구성된 고주파 프론트 엔드 회로(230) 및 통신 장치(240)에 의하면, 불요파를 효과적으로 억제할 수 있다.
한편, 고주파 프론트 엔드 회로(230)는 상기 듀플렉서(201A, 201B) 대신에 듀플렉서(201A, 201B)의 변형예에 따른 듀플렉서를 포함하고 있어도 된다.
한편, 통신 장치(240)에서의 필터(231, 232)는 로우 노이즈 앰프 회로(214, 224) 및 파워 앰프 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 마찬가지로, 스위치(225)를 통해 안테나 소자(202)에 접속된다.
이상, 본 발명의 실시형태에 따른 탄성파 장치, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치에 대해 실시형태 및 그 변형예를 들어 설명했는데, 본 발명은 상기 실시형태 및 변형예에서의 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 전화기 등의 통신 장치에 널리 이용할 수 있다.
1: 탄성파 장치 2: 압전 기판
3A~3C: 제1~제3 대역 통과형 필터 4A, 4B: 제1, 제2 IDT 전극
5a, 6a: 제1, 제2 버스바 5b, 6b: 제1, 제2 전극지
7a, 7b: 반사기 8, 9: 제1, 제2 유전체막
12: 안테나 단자 13A, 13B: 제1, 제2 탄성파 공진자
14a: 주전극층 14b: 도전 보조 전극층
201A, 201B: 듀플렉서 202: 안테나 소자
203: RF 신호 처리 회로 211, 212: 필터
214: 로우 노이즈 앰프 회로 221, 222: 필터
224: 로우 노이즈 앰프 회로 225: 스위치
230: 고주파 프론트 엔드 회로 231, 232: 필터
234a, 234b:파워 앰프 회로 240: 통신 장치
244a, 244b: 파워 앰프 회로
3A~3C: 제1~제3 대역 통과형 필터 4A, 4B: 제1, 제2 IDT 전극
5a, 6a: 제1, 제2 버스바 5b, 6b: 제1, 제2 전극지
7a, 7b: 반사기 8, 9: 제1, 제2 유전체막
12: 안테나 단자 13A, 13B: 제1, 제2 탄성파 공진자
14a: 주전극층 14b: 도전 보조 전극층
201A, 201B: 듀플렉서 202: 안테나 소자
203: RF 신호 처리 회로 211, 212: 필터
214: 로우 노이즈 앰프 회로 221, 222: 필터
224: 로우 노이즈 앰프 회로 225: 스위치
230: 고주파 프론트 엔드 회로 231, 232: 필터
234a, 234b:파워 앰프 회로 240: 통신 장치
244a, 244b: 파워 앰프 회로
Claims (9)
- LiNbO3으로 이루어지는 압전 기판과,
상기 압전 기판 상에 마련되어 있으면서 제1 IDT 전극 및 제2 IDT 전극을 포함하는 복수개의 IDT 전극과,
상기 복수개의 IDT 전극을 덮도록 상기 압전 기판 상에 마련되어 있는 유전체막을 포함하고,
상기 제1 IDT 전극 및 상기 제2 IDT 전극이 주(主)전극층을 가지며,
상기 제1 IDT 전극의 전극지(電極指) 피치에 의해 규정되는 파장을 λ1, 상기 제2 IDT 전극의 전극지 피치에 의해 규정되는 파장을 λ2, 상기 파장 λ1 및 상기 파장 λ2의 평균값을 λ0=(λ1+λ2)/2로 하고, λ1/λ0=1+X이며 λ2/λ0=1-X로 했을 때에, 0.05≤X≤0.65이고,
상기 복수개의 IDT 전극 중 상기 제1 IDT 전극의 상기 파장 λ1이 가장 길고, 상기 제2 IDT 전극의 상기 파장 λ2가 가장 짧으며,
상기 제1 IDT 전극의 상기 주전극층 및 상기 제2 IDT 전극의 상기 주전극층 중 적어도 한쪽의 막 두께를 상기 평균값 λ0으로 규격화한 막 두께를 T, 상기 주전극층의 재료와 Pt의 밀도비를 r로 했을 때에, 상기 압전 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 φ가 0°±5°이고, ψ가 0°±10°이며, θ가 하기 식 1을 충족시키고,
-A1/(T×r-B1)+C1≤θ≤-A2/(T×r-B2)+C2 … 식 1
B1＜T×r≤0.10λ0이며 B2＜T×r≤0.10λ0이고,
상기 식 1에서의 A1, B1, C1, A2, B2 및 C2가 X를 이용한 하기 식 2~식 8에 의해 나타내지는, 탄성파 장치.
A1=0.056×10-4.93×X+0.0016 … 식 2
B1=-0.088×X2+0.066×X+0.0386(0.05≤X≤0.375) … 식 3
B1=0.051(0.375≤X≤0.65) … 식 4
C1=0.714×10-5.26×X+29.37 … 식 5
A2=0.0987×X2-0.0918×X+0.0644 … 식 6
B2=-0.0651×X2+0.1114×X+0.0351 … 식 7
C2=0.7830×X2-1.7424×X+32.70 … 식 8 - LiNbO3으로 이루어지는 압전 기판과,
상기 압전 기판 상에 마련되어 있으면서 제1 IDT 전극 및 제2 IDT 전극을 포함하는 복수개의 IDT 전극과,
상기 복수개의 IDT 전극을 덮도록 상기 압전 기판 상에 마련되어 있는 유전체막을 포함하고,
상기 제1 IDT 전극 및 상기 제2 IDT 전극이 주전극층을 가지며,
상기 제1 IDT 전극의 전극지 피치에 의해 규정되는 파장을 λ1, 상기 제2 IDT 전극의 전극지 피치에 의해 규정되는 파장을 λ2, 상기 파장 λ1 및 상기 파장 λ2의 평균값을 λ0=(λ1+λ2)/2로 하고, λ1/λ0=1+X이며 λ2/λ0=1-X로 했을 때에, 0.05≤X≤0.65이고,
상기 복수개의 IDT 전극 중 상기 제1 IDT 전극의 상기 파장 λ1이 가장 길고, 상기 제2 IDT 전극의 상기 파장 λ2가 가장 짧으며,
상기 제1 IDT 전극의 상기 주전극층 및 상기 제2 IDT 전극의 상기 주전극층 중 적어도 한쪽의 막 두께를 상기 평균값 λ0으로 규격화한 막 두께를 T, 상기 주전극층의 재료와 Pt의 밀도비를 r로 했을 때에, 상기 압전 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)에서의 φ가 0°±5°이고, ψ가 0°±10°이며, θ가 하기 식 1을 충족시키고,
-A1/(T×r-B1)+C1≤θ≤-A2/(T×r-B2)+C2 … 식 1
B1＜T×r≤0.12λ0이며 B2＜T×r≤0.12λ0이고,
상기 식 1에서의 A1, B1, C1, A2, B2 및 C2가 X를 이용한 하기 식 2~식 8에 의해 나타내지는, 탄성파 장치.
A1=0.056×10-4.93×X+0.0016 … 식 2
B1=-0.088×X2+0.066×X+0.0386(0.05≤X≤0.375) … 식 3
B1=0.051(0.375≤X≤0.65) … 식 4
C1=0.714×10-5.26×X+29.37 … 식 5
A2=0.0987×X2-0.0918×X+0.0644 … 식 6
B2=-0.0651×X2+0.1114×X+0.0351 … 식 7
C2=0.7830×X2-1.7424×X+32.70 … 식 8 - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 IDT 전극의 상기 주전극층 및 상기 제2 IDT 전극의 상기 주전극층의 막 두께 및 재료가 실질적으로 동일하고,
상기 유전체막에서의 상기 제1 IDT 전극 상에 마련된 부분의 막 두께 및 상기 제2 IDT 전극 상에 마련된 부분의 막 두께가 실질적으로 동일한, 탄성파 장치. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유전체막이 산화규소를 주성분으로 하는, 탄성파 장치. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압전 기판에서 통과 대역이 다른 통신 밴드에 속하는 복수개의 대역 통과형 필터가 구성되어 있는, 탄성파 장치. - 제5항에 있어서,
상기 압전 기판 상에, 안테나에 접속되는 안테나 단자가 마련되어 있고,
상기 안테나 단자에 상기 복수개의 대역 통과형 필터가 공통 접속되어 있으며, 복합 필터가 구성되어 있는, 탄성파 장치. - 제5항에 있어서,
상기 복수개의 대역 통과형 필터에 의해 복합 필터가 구성되어 있지 않은, 탄성파 장치. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 탄성파 장치와,
파워 앰프를 포함하는, 고주파 프론트 엔드 회로. - 제8항에 기재된 고주파 프론트 엔드 회로와,
RF 신호 처리 회로를 포함하는, 통신 장치.
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