KR20210098344A - 탄성파 필터 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 탄성파 필터의 통과대역보다도 고주파측에 위치하는 감쇠 슬로프의 급준성을 향상시키고, 통과대역에 있어서의 리턴 로스를 억제하는 것을 과제로 한다.
탄성파 필터(10)가 구비하는 제1 직렬 암 공진자(110s) 및 제2 직렬 암 공진자(121s 내지 124s) 각각은, 복수의 전극 핑거(322a, 322b)와, 복수의 전극 핑거(322a, 322b)의 각각의 일단부(e1)끼리를 접속하는 버스 바 전극(321a, 321b)을 포함하고 있다. 복수의 전극 핑거(322a, 322b)의 각각의 타단부(e2)끼리를 연결하는 방향 D는, 상기 탄성파 전반 방향과 교차하고 있다. 제1 직렬 암 공진자(110s) 및 제2 직렬 암 공진자(121s 내지 124s)의 IDT 전극은, 타단부(e2)측에 있어서의 전극 핑거폭이 전극 핑거 중앙부(cp)에 있어서의 전극 핑거폭보다도 넓은 광폭부(wp)를 갖고 있다. 제1 직렬 암 공진자(110s)의 광폭부(wp)의 길이 L1은, 제2 직렬 암 공진자(121s 내지 124s)의 광폭부(wp)의 길이 L2보다도 길다.
탄성파 필터(10)가 구비하는 제1 직렬 암 공진자(110s) 및 제2 직렬 암 공진자(121s 내지 124s) 각각은, 복수의 전극 핑거(322a, 322b)와, 복수의 전극 핑거(322a, 322b)의 각각의 일단부(e1)끼리를 접속하는 버스 바 전극(321a, 321b)을 포함하고 있다. 복수의 전극 핑거(322a, 322b)의 각각의 타단부(e2)끼리를 연결하는 방향 D는, 상기 탄성파 전반 방향과 교차하고 있다. 제1 직렬 암 공진자(110s) 및 제2 직렬 암 공진자(121s 내지 124s)의 IDT 전극은, 타단부(e2)측에 있어서의 전극 핑거폭이 전극 핑거 중앙부(cp)에 있어서의 전극 핑거폭보다도 넓은 광폭부(wp)를 갖고 있다. 제1 직렬 암 공진자(110s)의 광폭부(wp)의 길이 L1은, 제2 직렬 암 공진자(121s 내지 124s)의 광폭부(wp)의 길이 L2보다도 길다.
Description
본 발명은 탄성파 필터에 관한 것이다.
종래, 직렬 암 공진자 및 병렬 암 공진자를 구비하는 래더형의 탄성파 필터가 알려져 있다. 특허문헌 1에 개시된 탄성파 필터에서는, 직렬 암 공진자, 병렬 암 공진자 각각이, IDT 전극 및 반사기 전극을 포함하고 있다.
이 특허문헌 1에는, 반사기 전극의 일부인 양쪽 버스 바 중, 한쪽의 버스 바를 시그널 배선 전극에 가깝게 배치하고, 다른 쪽의 버스 바를 IDT 전극의 접지측의 빗살 모양 전극에 접속함으로써, 시그널 배선 전극과 접지 간에 용량을 발생시켜, 공진자에 용량을 부여하는 것이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 1에는, 직렬 암 공진자에 용량을 부여함으로써 반공진 주파수를 저주파측으로 이동시키는 것이 기재되어 있다.
특허문헌 1에 기재된 바와 같이, 직렬 암 공진자의 반공진 주파수를 저주파측으로 이동시킴으로써, 탄성파 필터의 통과대역보다도 고주파측에 위치하는 감쇠 슬로프를 급준화하는 것이 가능하게 된다.
그러나, 예를 들어 직렬 암 공진자에 병렬로 용량을 부여하면, 용량의 저항 성분에 의해, 반공진 주파수의 Q값이 열화되고, 그에 수반하여 통과대역의 리턴 로스(삽입 손실)가 증가한다는 문제가 있다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것이며, 통과대역보다도 고주파측에 위치하는 감쇠 슬로프를 급준화하면서, 통과대역에 있어서의 리턴 로스를 억제하는 탄성파 필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일 양태에 관계되는 탄성파 필터는, 제1 단자와 제2 단자를 연결하는 경로 상에 배치된 제1 직렬 암 공진자와, 상기 경로 상에 배치된 제2 직렬 암 공진자를 구비하는 탄성파 필터이며, 상기 제1 직렬 암 공진자의 반공진 주파수는, 상기 탄성파 필터를 구성하는 직렬 암 공진자 중에서 가장 반공진 주파수가 낮고, 상기 제1 직렬 암 공진자 및 상기 제2 직렬 암 공진자 각각은, 압전체층을 갖는 기판 상에 형성된 한쌍의 빗살 모양 전극을 포함하는 IDT 전극을 갖고, 상기 제1 직렬 암 공진자 및 상기 제2 직렬 암 공진자가 갖는 상기 한쌍의 빗살 모양 전극 각각은, 탄성파 전반 방향의 직교 방향으로 연장되도록 배치된 복수의 전극 핑거와, 상기 복수의 전극 핑거의 각각의 일단부끼리를 접속하는 버스 바 전극을 포함하고, 상기 복수의 전극 핑거의 각각의 타단부끼리를 연결하는 방향은, 상기 탄성파 전반 방향과 교차하고 있고, 상기 제1 직렬 암 공진자 및 상기 제2 직렬 암 공진자의 상기 IDT 전극은, 상기 타단부측에 있어서의 전극 핑거폭이 전극 핑거 중앙부에 있어서의 전극 핑거폭보다도 넓은 광폭부를 갖고, 상기 제1 직렬 암 공진자의 상기 전극 핑거가 연장하는 방향에 있어서의 상기 광폭부의 길이는, 상기 제2 직렬 암 공진자의 상기 전극 핑거가 연장하는 방향에 있어서의 상기 광폭부의 길이보다도 길다.
본 발명에 관계되는 탄성파 필터에 의하면, 통과대역보다도 고주파측에 위치하는 감쇠 슬로프를 급준화하면서, 통과대역에 있어서의 리턴 로스를 억제할 수 있다.
도 1은, 실시 형태 1에 관계되는 탄성파 필터의 회로 구성도이다.
도 2는, 실시 형태 1에 관계되는 탄성파 필터의 공진자를 모식적으로 도시하는 평면도 및 단면도이다.
도 3a는, 실시 형태 1에 관계되는 탄성파 필터가 구비하는 제1 직렬 암 공진자의 IDT 전극을 도시하는 도면이다.
도 3b는, 실시 형태 1에 관계되는 탄성파 필터가 구비하는 제2 직렬 암 공진자의 IDT 전극을 도시하는 도면이다.
도 4는, 실시 형태 1의 실시예 1에 관계되는 제1 직렬 암 공진자의 임피던스 특성을 나타내는 그래프이다.
도 5는, 실시예 1에 관계되는 제1 직렬 암 공진자의 비대역을 나타내는 그래프이다.
도 6a는, 실시예 1에 관계되는 제1 직렬 암 공진자의 리턴 로스를 나타내는 그래프이며, 전극 핑거의 광폭부 길이가 0λ, 0.5λ, 0.6λ 또는 0.7λ일 경우를 나타내는 그래프이다.
도 6b는, 실시예 1에 관계되는 제1 직렬 암 공진자의 리턴 로스를 나타내는 그래프이며, 전극 핑거의 광폭부 길이가 0.1λ, 0.2λ, 0.3λ 또는 0.4λ일 경우를 나타내는 그래프이다.
도 7은, 실시예 1에 관계되는 탄성파 필터의 통과 특성을 나타내는 그래프이다.
도 8은, 실시 형태 1의 실시예 2에 관계되는 제1 직렬 암 공진자의 비대역과 IDT 전극의 교차폭의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는, 실시예 2에 관계되는 탄성파 필터의 통과 특성을 나타내는 그래프이다.
도 10은, 실시 형태 2에 관계되는 탄성파 필터의 회로 구성도이다.
도 11은, 실시 형태 2에 관계되는 탄성파 필터가 구비하는 제3 직렬 암 공진자의 IDT 전극을 도시하는 도면이다.
도 12는, 실시 형태 3에 관계되는 탄성파 필터의 회로 구성도이다.
도 2는, 실시 형태 1에 관계되는 탄성파 필터의 공진자를 모식적으로 도시하는 평면도 및 단면도이다.
도 3a는, 실시 형태 1에 관계되는 탄성파 필터가 구비하는 제1 직렬 암 공진자의 IDT 전극을 도시하는 도면이다.
도 3b는, 실시 형태 1에 관계되는 탄성파 필터가 구비하는 제2 직렬 암 공진자의 IDT 전극을 도시하는 도면이다.
도 4는, 실시 형태 1의 실시예 1에 관계되는 제1 직렬 암 공진자의 임피던스 특성을 나타내는 그래프이다.
도 5는, 실시예 1에 관계되는 제1 직렬 암 공진자의 비대역을 나타내는 그래프이다.
도 6a는, 실시예 1에 관계되는 제1 직렬 암 공진자의 리턴 로스를 나타내는 그래프이며, 전극 핑거의 광폭부 길이가 0λ, 0.5λ, 0.6λ 또는 0.7λ일 경우를 나타내는 그래프이다.
도 6b는, 실시예 1에 관계되는 제1 직렬 암 공진자의 리턴 로스를 나타내는 그래프이며, 전극 핑거의 광폭부 길이가 0.1λ, 0.2λ, 0.3λ 또는 0.4λ일 경우를 나타내는 그래프이다.
도 7은, 실시예 1에 관계되는 탄성파 필터의 통과 특성을 나타내는 그래프이다.
도 8은, 실시 형태 1의 실시예 2에 관계되는 제1 직렬 암 공진자의 비대역과 IDT 전극의 교차폭의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는, 실시예 2에 관계되는 탄성파 필터의 통과 특성을 나타내는 그래프이다.
도 10은, 실시 형태 2에 관계되는 탄성파 필터의 회로 구성도이다.
도 11은, 실시 형태 2에 관계되는 탄성파 필터가 구비하는 제3 직렬 암 공진자의 IDT 전극을 도시하는 도면이다.
도 12는, 실시 형태 3에 관계되는 탄성파 필터의 회로 구성도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서, 실시 형태 및 도면을 사용하여 상세하게 설명한다. 또한, 이하에서 설명하는 실시 형태는, 모두 포괄적 또는 구체적인 예를 나타내는 것이다. 이하의 실시 형태에서 나타나는 수치, 형상, 재료, 구성 요소, 구성 요소의 배치 및 접속 형태 등은, 일례이며, 본 발명을 한정하는 주지는 아니다. 이하의 실시 형태에 있어서의 구성 요소 중, 독립 청구항에 기재되어 있지 않은 구성 요소에 대해서는, 임의의 구성 요소로서 설명된다. 또한, 도면에 도시되는 구성 요소의 크기, 또는 크기의 비는, 반드시 엄밀한 것은 아니다. 또한, 각 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여하고 있고, 중복되는 설명은 생략 또는 간략화하는 경우가 있다. 또한, 이하의 실시 형태에 있어서, 「접속된다」란, 직접 접속되는 경우뿐만 아니라, 다른 소자 등을 통하여 전기적으로 접속되는 경우도 포함된다.
(실시 형태 1)
[1-1. 탄성파 필터의 기본 구성]
실시 형태 1에 관계되는 탄성파 필터의 기본 구성에 대해서, 도 1을 참조하면서 설명한다.
도 1은, 실시 형태 1에 관계되는 탄성파 필터(10)의 회로 구성도이다.
탄성파 필터(10)는 제1 단자(Port1)와 제2 단자(Port2)를 연결하는 경로 상에 배치된 복수의 직렬 암 공진자(110s 및 121s 내지 124s)와, 상기 경로와 기준 단자(접지) 사이에 배치된 복수의 병렬 암 공진자(121p 내지 124p)와, 인덕터(121L 및 122L)를 구비하고 있다.
이하에 있어서, 복수의 직렬 암 공진자(110s 및 121s 내지 124s) 중, 직렬 암 공진자(110s)를 제1 직렬 암 공진자(110s)라고 칭하고, 제1 직렬 암 공진자(110s)와 다른 직렬 암 공진자(121s, 122s, 123s, 124s) 각각을 제2 직렬 암 공진자(121s, 122s, 123s, 124s)라고 칭하는 경우가 있다.
제1 직렬 암 공진자(110s) 및 제2 직렬 암 공진자(121s 내지 124s)는, 제1 단자(Port1)와 제2 단자(Port2)를 연결하는 경로(직렬 암) 상에, 제1 단자(Port1)측으로부터 제2 직렬 암 공진자(121s), 제2 직렬 암 공진자(122s), 제1 직렬 암 공진자(110s), 제2 직렬 암 공진자(123s), 제2 직렬 암 공진자(124s)의 순으로 서로 직렬로 접속되어 있다.
병렬 암 공진자(121p 내지 124p)는, 제1 직렬 암 공진자(110s) 및 제2 직렬 암 공진자(121s 내지 124s)의 각 접속점과, 기준 단자를 연결하는 경로(병렬 암) 상에 서로 병렬로 접속되어 있다. 구체적으로는, 병렬 암 공진자(121p)는, 한쪽 단부가 직렬 암 공진자(121s와 122s) 사이의 노드에 접속되고, 다른 쪽 단부가 기준 단자에 직접 접속되어 있다. 병렬 암 공진자(122p)는, 한쪽 단부가 직렬 암 공진자(122s와 110s) 사이의 노드에 접속되고, 다른 쪽 단부가 인덕터(121L)를 통하여 기준 단자에 접속되어 있다. 병렬 암 공진자(123p)는, 한쪽 단부가 직렬 암 공진자(110s와 123s) 사이의 노드에 접속되고, 다른 쪽 단부가 인덕터(121L)를 통하여 기준 단자에 접속되어 있다. 병렬 암 공진자(124p)는, 한쪽 단부가 직렬 암 공진자(123s와 124s) 사이의 노드에 접속되고, 다른 쪽 단부가 인덕터(122L)를 통하여 기준 단자에 접속되어 있다.
이들 제1 직렬 암 공진자(110s), 제2 직렬 암 공진자(121s 내지 124s) 및 병렬 암 공진자(121p 내지 124p)의 접속 구성에 의해, 탄성파 필터(10)는 래더형의 대역 통과 필터를 구성하고 있다.
제1 직렬 암 공진자(110s) 및 제2 직렬 암 공진자(121s 내지 124s)의 각각의 공진 주파수는, 탄성파 필터(10)의 통과대역 내에 존재하고 있다. 또한, 제2 직렬 암 공진자(121s 내지 124s) 각각은, 다른 대수, 교차폭 및 공진 주파수를 갖고 있어도 된다. 제1 직렬 암 공진자(110s)의 반공진 주파수는, 제2 직렬 암 공진자(121s 내지 124s)의 각각의 반공진 주파수보다도 낮게 되어 있다. 즉, 제1 직렬 암 공진자(110s)는, 탄성파 필터(10)가 구비하는 직렬 암 공진자(110s, 121s 내지 124s) 중에서 가장 반공진 주파수가 낮다.
또한, 제1 직렬 암 공진자(110s)가 배치되는 위치는, 제1 단자(Port1)와 제2 단자(Port2)를 연결하는 경로 상이면, 제2 직렬 암 공진자(122s와 123s) 사이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 제1 직렬 암 공진자(110s)가 배치되는 위치는, 제2 직렬 암 공진자(121s와 122s) 사이여도 되고, 제2 직렬 암 공진자(123s와 124s) 사이여도 된다. 또한, 제1 직렬 암 공진자(110s)가 배치되는 위치는, 제1 단자(Port1)와 제2 직렬 암 공진자(121s) 사이여도 되고, 제2 직렬 암 공진자(124s)와 제2 단자(Port2) 사이여도 된다.
또한, 탄성파 필터(10)가 구비하는 제1 직렬 암 공진자(110s)의 수는, 1개에 한정되지 않고, 2개 이상이어도 된다. 또한, 제2 직렬 암 공진자(121s 내지 124s) 및 병렬 암 공진자(121p 내지 124p)의 수는, 각각 4개에 한정되지 않고, 각각 1개 이상 있으면 된다.
[1-2. 공진자의 기본 구조]
이어서, 탄성파 필터(10)를 구성하는 복수의 공진자(직렬 암 공진자 및 병렬 암 공진자)의 기본 구조에 대하여 설명한다. 복수의 공진자는, 탄성 표면파(SAW: Surface Acoustic Wave) 공진자이다.
도 2는, 탄성파 필터(10)의 공진자를 모식적으로 도시하는 평면도 및 단면도이다. 또한, 동 도면에 도시한 공진자는, 상기 복수의 공진자의 전형적인 구조를 설명하기 위한 것으로서, 전극을 구성하는 전극 핑거의 개수나 길이 등은, 이것에 한정되지 않는다.
도 2의 평면도에 도시하는 바와 같이, 공진자는, 서로 대향하는 한쌍의 빗살 모양 전극(32a 및 32b)과, 한쌍의 빗살 모양 전극(32a 및 32b)에 대하여 탄성파의 전반 방향으로 배치된 반사기(32c)를 갖는다. 한쌍의 빗살 모양 전극(32a 및 32b)은, IDT 전극(InterDigital Transducer) 전극을 구성하고 있다. 또한, 실장 레이아웃의 제약 등에 의해, 한쌍의 반사기(32c) 중 한쪽이 배치되어 있지 않아도 된다.
빗살 모양 전극(32a)은 빗살 형상으로 배치되고, 서로 평행한 복수의 전극 핑거(322a) 및 복수의 오프셋 전극 핑거(323a)와, 복수의 전극 핑거(322a)의 각각의 일단부(e1)끼리 및 복수의 오프셋 전극 핑거(323a)의 각각의 일단부(e1)끼리를 접속하는 버스 바 전극(321a)을 포함하고 있다. 또한, 빗살 모양 전극(32b)은 빗살 형상으로 배치되고, 서로 평행한 복수의 전극 핑거(322b) 및 복수의 오프셋 전극 핑거(323b)와, 복수의 전극 핑거(322b)의 각각의 일단부(e1)끼리 및 복수의 오프셋 전극 핑거(323b)의 각각의 일단부(e1)끼리를 접속하는 버스 바 전극(321b)을 포함하고 있다.
복수의 전극 핑거(322a 및 322b) 그리고 복수의 오프셋 전극 핑거(323a 및 323b)는, 탄성파 전반 방향(X축 방향)의 직교 방향으로 연장되도록 형성되어 있다. 또한, 전극 핑거(322a) 및 오프셋 전극 핑거(323b)는 상기 직교 방향에 있어서 서로 대향하고, 전극 핑거(322b) 및 오프셋 전극 핑거(323a)는 상기 직교 방향에 있어서 서로 대향하고 있다.
여기서, 복수의 전극 핑거(322a)의 각각의 타단부(e2)끼리(버스 바 전극(321a)과 접속되어 있지 않은 각각의 단부끼리)를 연결하는 방향 D는, 탄성파 전반 방향과 소정의 각도로 교차하고 있다. 또한, 복수의 전극 핑거(322b)의 각각의 타단부(e2)끼리(버스 바 전극(321b)과 접속되어 있지 않은 각각의 단부끼리)를 연결하는 방향 D는, 탄성파 전반 방향과 상기 소정의 각도로 교차하고 있다. 또한, 복수의 오프셋 전극 핑거(323a)의 각각의 타단부(e2)끼리(버스 바 전극(321a)과 접속되어 있지 않은 각각의 단부끼리)를 연결하는 방향 D는, 탄성파 전반 방향과 상기 소정의 각도로 교차하고 있다. 또한, 복수의 오프셋 전극 핑거(323b)의 각각의 타단부(e2)끼리(버스 바 전극(321b)과 접속되어 있지 않은 각각의 단부끼리)를 연결하는 방향 D는, 탄성파 전반 방향과 상기 소정의 각도로 교차하고 있다.
이 구조에 의해, 제1 직렬 암 공진자(110s), 제2 직렬 암 공진자(121s 내지 124s) 및 병렬 암 공진자(121p 내지 124p)를 구성하는 각 IDT 전극은, 탄성파 전반 방향과 복수의 전극 핑거의 배열 방향이 교차하는, 소위 경사 IDT가 되어 있다.
압전체층을 사용하여 형성된 1포트의 탄성 표면파를 이용한 공진자에서는, 공진 주파수와 반공진 주파수 사이에, 소위 횡모드 리플이 발생하여, 통과대역 내의 전송 특성을 열화시키는 경우가 있다. 본 실시 형태에 관계되는 탄성파 필터(10)에서는, 이 대책으로서, 각 공진자의 IDT 전극에는 경사 IDT가 채용되어 있다.
또한, 본 실시 형태에 관계되는 탄성파 필터(10)에서는, 복수의 전극 핑거(322a, 322b)의 각각의 타단부(e2), 및 복수의 오프셋 전극 핑거(323a, 323b)의 각각의 타단부(e2)가 T자상의 이형 형상을 갖고 있다(도 3a 및 도 3b 참조). 이 이형 형상에 대해서는, 나중에 상세하게 설명한다.
한쌍의 반사기(32c)는 한쌍의 빗살 모양 전극(32a 및 32b)에 대하여 상기 방향 D에 배치되어 있다. 구체적으로는, 한쌍의 반사기(32c)는 상기 방향 D에 있어서, 한쌍의 빗살 모양 전극(32a 및 32b)을 사이에 두도록 배치되어 있다. 각 반사기(32c)는 서로 평행한 복수의 반사 전극 핑거, 당해 복수의 반사 전극 핑거를 접속하는 반사기 버스 바 전극을 포함하고 있다. 한쌍의 반사기(32c)는 반사기 버스 바 전극이 상기 방향 D를 따라서 형성되어 있다.
또한, 복수의 전극 핑거(322a 및 322b), 복수의 오프셋 전극 핑거(323a 및 323b), 그리고, 버스 바 전극(321a 및 321b)을 포함하는 IDT 전극은, 도 2의 단면도에 도시하는 바와 같이, 밀착층(324)과 주전극층(325)의 적층 구조가 되어 있다. 또한, 반사기(32c)의 단면 구조는, IDT 전극의 단면 구조와 마찬가지이기 때문에, 이하에서는 그 설명을 생략한다.
밀착층(324)은 압전체층(327)과 주전극층(325)의 밀착성을 향상시키기 위한 층이며, 재료로서, 예를 들어, Ti가 사용된다.
주전극층(325)은 재료로서, 예를 들어, Cu를 1％ 함유한 Al이 사용된다.
보호층(326)은 IDT 전극을 덮도록 형성되어 있다. 보호층(326)은 주전극층(325)을 외부 환경으로부터 보호하는, 주파수 온도 특성을 조정하고, 내습성을 높이는 등을 목적으로 하는 층이며, 예를 들어, 이산화규소를 주성분으로 하는 막이다.
또한, 밀착층(324), 주전극층(325) 및 보호층(326)을 구성하는 재료는, 상술한 재료에 한정되지 않는다. 또한, IDT 전극은, 상기 적층 구조가 아니어도 된다. IDT 전극은, 예를 들어, Ti, Al, Cu, Pt, Au, Ag, Pd 등의 금속 또는 합금을 포함해도 되고, 또한, 상기 금속 또는 합금을 포함하는 복수의 적층체를 포함해도 된다. 또한, 보호층(326)은 형성되어 있지 않아도 된다.
이러한 IDT 전극 그리고 반사기(32c)는 다음으로 설명하는 기판(320)의 주면 상에 배치되어 있다. 이하, 기판(320)의 적층 구조에 대하여 설명한다.
도 2의 하단에 나타내는 바와 같이, 기판(320)은 고음속 지지 기판(329)과, 저음속막(328)과, 압전체층(327)을 구비하고, 고음속 지지 기판(329), 저음속막(328) 및 압전체층(327)이 이 순으로 적층된 구조를 갖고 있다.
압전체층(327)은 IDT 전극 그리고 반사기(32c)가 주면 상에 배치된 압전막이다. 압전체층(327)은 예를 들어, θY 커트 X 전반 LiTaO3 압전 단결정 또는 압전 세라믹스(X축을 중심축으로 하여 Y축으로부터 θ 회전한 축을 법선으로 하는 면에서 절단한 탄탈산리튬 단결정 또는 세라믹스이며, X축 방향으로 탄성 표면파가 전반하는 단결정 또는 세라믹스)를 포함한다. 압전체층(327)의 두께는, IDT 전극의 전극 피치로 정해지는 탄성파의 파장을 λ로 한 경우, 3.5λ 이하이고, 예를 들어, 600㎚이다.
고음속 지지 기판(329)은 저음속막(328), 압전체층(327) 및 IDT 전극을 지지하는 기판이다. 고음속 지지 기판(329)은 또한, 압전체층(327)을 전반하는 표면파나 경계파의 탄성파보다도, 고음속 지지 기판(329) 중의 벌크파의 음속이 고속이 되는 기판이며, 탄성 표면파를 압전체층(327) 및 저음속막(328)이 적층되어 있는 부분에 가두고, 고음속 지지 기판(329)으로부터 하방으로 누설되지 않도록 기능한다. 고음속 지지 기판(329)은 예를 들어, 실리콘 기판이며, 두께는, 예를 들어 125㎛이다. 또한, 고음속 지지 기판(329)은 (1) 질화알루미늄, 산화알루미늄, 탄화규소, 질화규소, 실리콘, 사파이어, 리튬탄탈레이트, 리튬니오베이트, 또는 수정 등의 압전체, (2) 알루미나, 지르코니아, 근청석, 멀라이트, 스테아타이트, 또는 포르스테라이트 등의 각종 세라믹, (3) 마그네시아 다이아몬드, (4) 상기 각 재료를 주성분으로 하는 재료, 그리고, (5) 상기 각 재료의 혼합물을 주성분으로 하는 재료의 어느 것을 포함하고 있어도 된다.
저음속막(328)은 압전체층(327)을 전반하는 탄성파의 음속보다도, 저음속막(328) 중의 벌크파의 음속이 저속이 되는 막이며, 압전체층(327)과 고음속 지지 기판(329) 사이에 배치된다. 이 구조와, 탄성파가 본질적으로 저음속의 매질에 에너지가 집중한다는 성질에 의해, 탄성 표면파 에너지의 IDT 전극 밖으로의 누설이 억제된다. 저음속막(328)은 예를 들어, 이산화규소를 주성분으로 하는 막이다. 저음속막(328)의 두께는, IDT 전극의 전극 피치로 정해지는 탄성파의 파장을 λ로 한 경우, 2λ 이하이고, 예를 들어 670㎚이다.
기판(320)의 상기 적층 구조에 의하면, 압전 기판을 단층으로 사용하고 있는 종래의 구조와 비교하여, 공진 주파수 및 반공진 주파수에 있어서의 Q값을 대폭으로 높이는 것이 가능하게 된다. 즉, Q값이 높은 탄성 표면파 공진자를 구성할 수 있으므로, 당해 탄성 표면파 공진자를 사용하여, 삽입 손실이 작은 탄성파 필터를 구성하는 것이 가능하게 된다.
또한, 고음속 지지 기판(329)은 지지 기판과, 압전체층(327)을 전반하는 표면파나 경계파의 탄성파보다도, 전반하는 벌크파의 음속이 고속이 되는 고음속막이 적층된 구조를 갖고 있어도 된다. 이 경우, 지지 기판은, 사파이어, 리튬탄탈레이트, 리튬니오베이트, 수정 등의 압전체, 알루미나, 마그네시아, 질화규소, 질화알루미늄, 탄화규소, 지르코니아, 근청석, 멀라이트, 스테아타이트, 포르스테라이트 등의 각종 세라믹, 유리 등의 유전체 또는 실리콘, 질화갈륨 등의 반도체 및 수지 기판 등을 사용할 수 있다. 또한, 고음속막은, 질화알루미늄, 산화알루미늄, 탄화규소, 질화규소, 산질화규소, DLC막 또는 다이아몬드, 상기 재료를 주성분으로 하는 매질, 상기 재료의 혼합물을 주성분으로 하는 매질 등, 여러가지 고음속 재료를 사용할 수 있다.
또한, 상기 본 실시 형태에 관계되는 압전체층(327)은 θY 커트 X 전반 LiTaO3 단결정을 사용한 것이지만, 단결정 재료의 커트각은 이것에 한정되지 않는다. 즉, 탄성파 필터 장치의 요구 통과 특성 등에 따라, 적절히, 적층 구조, 재료, 및 두께를 변경해도 되고, 상기 이외의 커트각을 갖는 LiTaO3 압전 기판 또는 LiNbO3 압전 기판 등을 사용한 탄성 표면파 필터여도, 마찬가지의 효과를 발휘하는 것이 가능하게 된다.
여기서, 탄성 표면파 공진자를 구성하는 IDT 전극의 전극 파라미터에 대하여 설명한다.
탄성 표면파 공진자의 파장이란, 도 2의 중단에 나타내는 IDT 전극을 구성하는 복수의 전극 핑거(322a 또는 322b)의 반복 주기인 파장 λ로 규정된다. 또한, 전극 피치는, 파장 λ의 1/2이며, 빗살 모양 전극(32a 및 32b)을 구성하는 전극 핑거(322a 및 322b)의 라인폭을 W로 하고, 인접하는 전극 핑거(322a)와 전극 핑거(322b) 사이의 스페이스폭을 S로 한 경우, (W+S)로 정의된다. 또한, 한쌍의 빗살 모양 전극(32a 및 32b)의 교차폭 L은, 도 2의 상단에 나타내는 바와 같이, 전극 핑거(322a)와 전극 핑거(322b)의 방향 D로부터 본 경우의 중복하는 전극 핑거 길이이다. 또한, 각 공진자의 전극 듀티는, 복수의 전극 핑거(322a 및 322b)의 라인폭 점유율이며, 복수의 전극 핑거(322a 및 322b)의 라인폭과 스페이스폭의 가산값에 대한 당해 라인폭의 비율이며, W/(W+S)로 정의된다. 각 전극 파라미터에 대해서는, 나중에 예시한다.
[1-3. 직렬 암 공진자의 IDT 전극]
이어서, 제1 직렬 암 공진자(110s) 및 제2 직렬 암 공진자(121s 내지 124s)의 IDT 전극의 구조에 대해서, 도 3a 및 도 3b를 참조하면서 설명한다.
도 3a는, 탄성파 필터(10)가 구비하는 제1 직렬 암 공진자(110s)의 IDT 전극을 도시하는 도면이다. 도 3b는, 탄성파 필터(10)가 구비하는 제2 직렬 암 공진자(121s)의 IDT 전극을 도시하는 도면이다. 도 3b에서는, 제2 직렬 암 공진자(121s 내지 124s) 중, 제2 직렬 암 공진자(121s)를 대표예로 들어 설명한다.
도 3a에 도시하는 바와 같이, 제1 직렬 암 공진자(110s)에서는, 전극 핑거(322b) 및 오프셋 전극 핑거(323a)가 T자상의 이형 형상을 갖고 있다. 또한, 도 3b에 도시하는 바와 같이, 제2 직렬 암 공진자(121s)에서는, 전극 핑거(322b) 및 오프셋 전극 핑거(323a)가 T자상의 이형 형상을 갖고 있다.
또한, 도 3a 및 도 3b의 확대도에서는, 전극 핑거(322a)의 타단부(e2) 및 오프셋 전극 핑거(323b)의 타단부(e2)가 도시되어 있지 않으나, 이들도 전극 핑거(322b)의 타단부(e2) 및 오프셋 전극 핑거(323a)의 타단부(e2)와 마찬가지의 구조를 갖고 있다. 즉, 제1 직렬 암 공진자(110s) 및 제2 직렬 암 공진자(121s)에서는, 전극 핑거(322a) 및 오프셋 전극 핑거(323b)도 T자상의 이형 형상을 갖고 있다.
여기에서 말하는 이형 형상이란, 복수의 전극 핑거 중 버스 바 전극과 접속되어 있지 않은 타단부(e2)측의 전극 핑거폭이, 전극 핑거 중앙부의 전극 핑거폭보다도 넓은 형상을 갖는 것을 의미한다. 즉, 복수의 전극 핑거(322a 및 322b)는, 타단부(e2)측에 있어서의 전극 핑거폭이 전극 핑거 중앙부(cp)에 있어서의 전극 핑거폭보다도 넓은 광폭부(wp)를 갖고 있다. 광폭부(wp)의 형상은 직사각형이지만, 그에 한정되지 않고, 8각 형상, 플러스(+)자 형상 또는 볼록 형상이어도 된다. 또한, 전극 핑거 중앙부(cp)란, 전극 핑거가 연장하는 방향에 있어서, 전극 핑거의 양단부를 제외하는 부분이다.
전극 핑거(322a)가 광폭부(wp)를 가짐으로써, 전극 핑거(322a)의 광폭부(wp)와, 이 광폭부(wp)의 이웃에 위치하는 전극 핑거(322b)의 X 방향의 간극(갭)은, 전극 핑거 중앙부(cp)에 있어서 인접하는 전극 핑거(322a와 322b)의 간극보다도 작게 되어 있다. 또한, 전극 핑거(322b)가 광폭부(wp)를 가짐으로써, 전극 핑거(322b)의 광폭부(wp)와, 이 광폭부(wp)의 이웃에 위치하는 전극 핑거(322a)의 간극은, 전극 핑거 중앙부(cp)에 있어서 인접하는 전극 핑거(322b와 322a)의 간극보다도 작게 되어 있다.
예를 들어, 전극 듀티가 0.5일 경우, 상기 인접하는 2개의 전극 핑거(322a와 322b)의 간극은 0.25λ이며, 전극 핑거(322a)의 광폭부(wp)와, 이 광폭부(wp)의 이웃에 위치하는 전극 핑거(322b)의 간극은, 0.1λ 이상 0.2λ 이하이다.
또한, 본 실시 형태에서는, 제1 직렬 암 공진자(110s)의 전극 핑거(322a, 322b)가 연장하는 방향에 있어서의 광폭부(wp)의 길이 L1은, 제2 직렬 암 공진자(121s 내지 124s)의 전극 핑거(322a, 322b)가 연장하는 방향에 있어서의 광폭부(wp)의 길이 L2보다도 길게 되어 있다(L2<L1). 또한, 제1 직렬 암 공진자(110s)의 오프셋 전극 핑거(323a, 323b)가 연장하는 방향에 있어서의 광폭부(wp)의 길이 L1은, 제2 직렬 암 공진자(121s 내지 124s)의 오프셋 전극 핑거(323a, 323b)가 연장하는 방향에 있어서의 광폭부(wp)의 길이 L2보다도 길게 되어 있다. 즉, 제1 직렬 암 공진자(110s)는, 모든 직렬 암 공진자(110s, 121s 내지 124s) 중에서 가장 광폭부(wp)의 길이가 길다.
제1 직렬 암 공진자(110s)의 광폭부(wp)의 길이 L1은, 탄성파 필터(10)의 파장을 λ로 한 경우에, 예를 들어 0.1λ 이상 0.4λ 이하인 것이 바람직하다. 또한, 전극 핑거(322a)와 전극 핑거(322b)의 교차폭 L은, 20λ 이하인 것이 바람직하다.
또한, 본 실시 형태에서는, 복수의 오프셋 전극 핑거(323a 및 323b)도, 타단부(e2)측에 있어서의 오프셋 전극 핑거폭이 전극 핑거 중앙부(cp)에 있어서의 전극 핑거폭보다도 넓은 광폭부(wp)를 갖고 있다. 오프셋 전극 핑거(323a 및 323b)의 광폭부(wp)의 각각의 길이 L1은, 전극 핑거(322a 및 322b)의 광폭부(wp)의 각각의 길이 L1과 동등하다.
[1-4. 실시 형태 1의 실시예 1]
이어서, 실시 형태 1의 실시예 1에 관계되는 제1 직렬 암 공진자(110s)의 특성에 대해서, 표 1 및 도 4 내지 도 6b를 참조하면서 설명한다.
표 1에는, 제1 직렬 암 공진자(110s)의 전극 핑거(322a 및 322b) 그리고 오프셋 전극 핑거(323a 및 323b)의 광폭부(wp)의 길이 L1을 바꾸었을 경우의, 제1 직렬 암 공진자(110s)의 비대역(％) 및 리턴 로스(dB)가 나타나 있다. 또한, 비대역의 값은 후술하는 도 5로부터 추출하고, 리턴 로스의 값은 후술하는 도 6a 및 도 6b로부터 추출하고 있다.
실시예 1에서는, 제1 직렬 암 공진자(110s)의 IDT 전극의 전극 피치로 정해지는 탄성파의 파장 λ를 2.1㎛, 교차폭 L을 12λ, 대수를 200, 전극 듀티를 0.5로 하였다. 표 1에 있어서, 광폭부(wp)의 길이 L1이 0λ란, 광폭부(wp)가 마련되어 있지 않고, 전극 핑거 중앙부(cp)에 있어서의 전극 핑거폭과 타단부(e2)에 있어서의 전극 핑거폭이 동등한 것을 의미하고 있다. 비대역은, (반공진 주파수-공진 주파수)/공진 주파수×100에 의해 구해지는 값이다.
도 4는, 실시예 1에 관계되는 제1 직렬 암 공진자(110s)의 임피던스 특성을 나타내는 그래프이다. 동 도면에는, 광폭부(wp)의 길이 L1을 0λ 내지 0.7λ의 범위로 바꾸었을 경우의 직렬 암 공진자(110s)의 임피던스 특성이 나타나 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 제1 직렬 암 공진자(110s)에 있어서의 광폭부(wp)의 길이 L1을 0λ로부터 0.7λ의 범위로 서서히 길게 함으로써, 제1 직렬 암 공진자(110s)의 반공진 주파수를 저주파측으로 이동시킬 수 있다.
도 5는, 실시예 1에 관계되는 제1 직렬 암 공진자(110s)의 비대역을 나타내는 그래프이다. 동 도면에는, 광폭부(wp)의 길이 L1을 0λ 내지 0.7λ의 범위로 바꾸었을 경우의 제1 직렬 암 공진자(110s)의 비대역이 나타나 있다.
도 5에 도시한 바와 같이, 광폭부(wp)의 길이 L1이 0.1λ 이상 0.4λ 이하의 범위에서는, 광폭부(wp)의 길이 L1이 길어짐에 따라, 비대역이 일정한 변화율로 작게 되어 있다. 또한, 광폭부(wp)의 길이 L1이 0.5λ 이상이 되면 비대역의 변화율은 감소하지만, 그래도 비대역은 서서히 작게 되어 있다.
도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 광폭부(wp)의 길이 L1을 길게 함으로써, 비대역을 좁게 할 수 있고, 또한, 반공진 주파수를 저주파측으로 이동시킬 수 있다. 이에 의해, 탄성파 필터(10)의 통과대역보다도 고주파측의 감쇠 슬로프를 급준화하는 것이 가능하게 된다. 그러나, 광폭부(wp)의 길이 L1을 너무 길게 하면, 이하에 기재한 바와 같이, 탄성파 필터의 통과대역에 있어서 불필요파가 발생하는 경우가 있다.
도 6a는, 실시예 1에 관계되는 제1 직렬 암 공진자의 리턴 로스를 나타내는 그래프이며, 전극 핑거의 광폭부 길이가 0λ, 0.5λ, 0.6λ 또는 0.7λ인 경우를 나타내는 그래프이다. 도 6b는, 실시예 1에 관계되는 제1 직렬 암 공진자의 리턴 로스를 나타내는 그래프이며, 전극 핑거의 광폭부 길이가 0.1λ, 0.2λ, 0.3λ 또는 0.4λ인 경우를 나타내는 그래프이다. 또한, 도 6a 및 도 6b에서는, 제1 직렬 암 공진자(110s)를 구비하는 탄성파 필터(10)의 통과대역을, 주파수 1730MHz 내지 1850MHz로 하고 있다.
도 6a에 도시하는 바와 같이, 광폭부(wp)의 길이 L1이 0λ일 경우(광폭부(wp)가 없을 경우) 또는 광폭부(wp)의 길이 L1이 0.5λ 이상인 경우에는, 탄성파 필터(10)의 통과대역 내에서 불필요파가 발생하여, 리턴 로스가 커진다. 그에 반해 도 6b에 나타내는 바와 같이, 광폭부(wp)의 길이 L1이 0.1λ 이상 0.4λ 이하인 경우에는, 불필요파의 발생이 억제되어, 제1 직렬 암 공진자(110s)의 리턴 로스가 작아진다. 구체적으로는, 광폭부(wp)의 길이 L1이 0.1λ 이상 0.4λ 이하인 경우에는, 제1 직렬 암 공진자(110s)의 리턴 로스가, 탄성파 필터(10)의 통과대역 특성에 영향을 주지 않는 레벨로 되는 0.8dB 이하로 되어 있다. 이와 같이, 광폭부(wp)의 길이 L1을 0.1λ 이상 0.4λ 이하로 함으로써, 통과대역에 있어서의 리턴 로스를 억제하는 것이 가능하게 된다.
또한, 도 6a 및 도 6b에 있어서, 통과대역 외의 주파수 1940MHz 부근에서 관측되는 리턴 로스는, 광폭부(wp) 상을 도파로로 하는 여진 모드이며, 탄성파 필터(10)의 통과대역에 대한 직접적인 영향은 없는 것으로 생각된다.
이어서, 실시 형태 1의 실시예 1에 관계되는 탄성파 필터(10)의 통과 특성에 대해서, 도 7을 참조하면서 설명한다.
도 7은, 실시예 1에 관계되는 탄성파 필터(10)의 통과 특성을 나타내는 그래프이다. 동 도면에는, 실시예 1 및 비교예 1의 탄성파 필터의 삽입 손실이 나타나 있다.
실시예 1의 탄성파 필터(10)에서는, 제1 직렬 암 공진자(110s)에 있어서의 광폭부(wp)의 길이 L1을 제2 직렬 암 공진자(121s 내지 124s)에 있어서의 광폭부(wp)의 길이 L2보다도 길게 하였다. 구체적으로는, 제1 직렬 암 공진자(110s)에 있어서의 광폭부(wp)의 길이 L1을 0.4λ로 하고, 제2 직렬 암 공진자(121s 내지 124s)에 있어서의 광폭부(wp)의 길이 L2를 0.2λ로 하였다.
한편, 비교예 1의 탄성파 필터에서는, 모든 직렬 암 공진자(110s, 121s 내지 124s)에 있어서의 광폭부(wp)의 길이를 동일하게 하였다. 구체적으로는, 모든 직렬 암 공진자(110s, 121s 내지 124s)에 있어서의 광폭부(wp)의 길이를 0.2λ로 하였다.
도 7에 도시하는 바와 같이, 실시예 1의 탄성파 필터(10)는 비교예 1의 탄성파 필터에 비하여, 통과대역보다도 고주파측에 위치하는 감쇠 슬로프의 급준성이 향상되어 있다. 구체적으로는, 삽입 손실 3dB-55dB에 있어서의 주파수 간격(주파수차)이 비교예 1은 13.72MHz인 데 반해 실시예 1은 11.17MHz가 되어, 실시예 1의 쪽이 2.55MHz 좁아져 있다. 또한, 실시예 1의 탄성파 필터(10)에서는, 통과대역인 주파수 1710MHz 내지 1785MHz에 있어서, 문제가 되는 리턴 로스가 발생하고 있지 않다.
이와 같이, 제1 직렬 암 공진자(110s)에 있어서의 광폭부(wp)의 길이 L1을 제2 직렬 암 공진자(121s 내지 124s)에 있어서의 광폭부(wp)의 길이 L2보다도 길게 함으로써, 통과대역보다도 고주파측에 위치하는 감쇠 슬로프의 급준성을 향상시키면서, 통과대역에 있어서의 리턴 로스를 억제할 수 있다.
[1-5. 실시 형태 1의 실시예 2]
이어서, 실시 형태 1의 실시예 2에 관계되는 제1 직렬 암 공진자(110s)의 특성에 대해서, 도 8을 참조하면서 설명한다.
도 8은, 실시예 2에 관계되는 제1 직렬 암 공진자(110s)의 비대역과 IDT 전극의 교차폭 L의 관계를 나타내는 그래프이다. 동 도면에는, IDT 전극의 용량을 일정하게 한 상태, 즉 교차폭×대수로 결정되는 면적을 일정하게 한 상태에서, 교차폭 L을 바꾸었을 경우의 비대역(％)의 변화가 나타나 있다.
도 8에 도시하는 바와 같이, 교차폭 L이 7.5λ 이상 20λ 이하의 범위에 있는 경우에는, 교차폭 L을 작게 할수록 비대역(％)이 좁아져 있다. 한편, 교차폭 L이 20λ보다도 큰 경우에는, 교차폭 L을 바꾸어도 비대역은 그다지 변화하지 않는다. 이와 같이, IDT 전극의 면적을 거의 일정하게 유지한 상태에서 IDT 전극의 교차폭 L을 20λ 이하로 함으로써, 비대역을 좁게 하는 것이 가능하게 된다. 이에 의해, 탄성파 필터(10)의 통과대역의 고주파측의 밖에 위치하는 감쇠 슬로프를 급준화하는 것이 가능하게 된다.
이어서, 실시 형태 1의 실시예 2에 관계되는 탄성파 필터(10)의 통과 특성에 대해서, 도 9를 참조하면서 설명한다.
도 9는, 실시예 2에 관계되는 탄성파 필터(10)의 통과 특성을 나타내는 그래프이다. 동 도면에는, 실시예 2 및 비교예 2의 탄성파 필터의 삽입 손실이 나타나 있다.
실시예 2의 탄성파 필터(10)에서는, 제1 직렬 암 공진자(110s)에 있어서의 광폭부(wp)의 길이 L1을 0.4λ으로 하고, 제2 직렬 암 공진자(121s 내지 124s)에 있어서의 광폭부(wp)의 길이 L2를 0.2λ로 하였다. 제1 직렬 암 공진자(110s)의 IDT 전극의 교차폭 L은 12λ이며, 제2 직렬 암 공진자(121s 내지 124s)의 각 IDT 전극의 교차폭 L도 12λ이다.
한편, 비교예 2의 탄성파 필터에서는, 모든 직렬 암 공진자(110s, 121s 내지 124s)에 있어서 광폭부(wp)를 마련하지 않고, 전극 핑거 중앙부(cp)에 있어서의 전극 핑거폭과 타단부(e2)에 있어서의 전극 핑거폭을 동등하게 하였다. 또한, 직렬 암 공진자(110s, 121s 내지 124s)에 있어서의 각각의 IDT 전극의 교차폭 L을 30λ로 하였다.
도 9에 도시하는 바와 같이, 실시예 2의 탄성파 필터(10)는 비교예 2의 탄성파 필터에 비하여, 통과대역보다도 고주파측에 위치하는 감쇠 슬로프의 급준성이 향상되어 있다. 구체적으로는, 삽입 손실 3dB-55dB에 있어서의 주파수 간격(주파수차)이 비교예는 15.09MHz인 데 반해, 실시예 2는 11.17MHz가 되어, 실시예 2 쪽이 3.92MHz 좁아져 있다. 또한, 실시예 2의 탄성파 필터(10)에서는, 통과대역인 주파수 1710MHz 내지 1785MHz에 있어서, 문제가 되는 리턴 로스가 발생하고 있지 않다.
이와 같이, 제1 직렬 암 공진자(110s)에 있어서의 광폭부(wp)의 길이 L1을 제2 직렬 암 공진자(121s 내지 124s)에 있어서의 광폭부(wp)의 길이 L2보다도 길게 하고, 또한, IDT 전극의 교차폭 L을 20λ 이하로 함으로써, 비교예 2에 비하여, 통과대역보다도 고주파측에 위치하는 감쇠 슬로프의 급준성을 향상시키면서, 통과대역에 있어서의 리턴 로스를 문제 없는 레벨로 할 수 있다.
(실시 형태 2)
이어서, 실시 형태 2에 관계되는 탄성파 필터의 기본 구성에 대해서, 도 10 및 도 11을 참조하면서 설명한다. 실시 형태 2에서는, 실시 형태 1에서 나타낸 제2 직렬 암 공진자(123s) 대신에 제3 직렬 암 공진자(130s)가 마련되어 있는 예에 대하여 설명한다.
도 10은, 실시 형태 2에 관계되는 탄성파 필터(10A)의 회로 구성도이다.
탄성파 필터(10A)는 제1 단자(Port1)와 제2 단자(Port2)를 연결하는 경로 상에 배치된 복수의 직렬 암 공진자(121s, 122s, 110s, 130s 및 124s)와, 상기 경로와 기준 단자(접지) 사이에 배치된 복수의 병렬 암 공진자(121p 내지 124p)와, 인덕터(121L 및 122L)를 구비하고 있다.
복수의 직렬 암 공진자(121s, 122s, 110s, 130s 및 124s)는, 제1 단자(Port1)와 제2 단자(Port2)를 연결하는 경로(직렬 암) 상에 제1 단자(Port1)측으로부터 제2 직렬 암 공진자(121s), 제2 직렬 암 공진자(122s), 제1 직렬 암 공진자(110s), 제3 직렬 암 공진자(130s), 제2 직렬 암 공진자(124s)의 순서로 서로 직렬로 접속되어 있다.
병렬 암 공진자(121p 내지 124p)는, 직렬 암 공진자(121s, 122s, 110s, 130s, 124s)의 각 접속점과, 기준 단자를 연결하는 경로(병렬 암) 상에 서로 병렬로 접속되어 있다.
이들 직렬 암 공진자(121s, 122s, 110s, 130s, 124s) 및 병렬 암 공진자(121p 내지 124p)의 접속 구성에 의해, 탄성파 필터(10A)는 래더형의 대역 통과 필터를 구성하고 있다.
제1 직렬 암 공진자(110s)의 공진 주파수, 제2 직렬 암 공진자(121s, 122s, 124s)의 공진 주파수 및 제3 직렬 암 공진자(130s)의 공진 주파수는, 탄성파 필터(10A)의 통과대역 내에 존재하고 있다. 제1 직렬 암 공진자(110s)의 반공진 주파수는, 제2 직렬 암 공진자(121s, 122s, 124s)의 반공진 주파수보다도 낮게 되어 있다. 또한, 제3 직렬 암 공진자(130s)의 반공진 주파수는, 제2 직렬 암 공진자(121s, 122s, 124s)의 반공진 주파수보다도 낮고, 제1 직렬 암 공진자(110s)의 반공진 주파수보다도 높게 되어 있다.
또한, 제3 직렬 암 공진자(130s)는, 제1 직렬 암 공진자(110s)와 제2 직렬 암 공진자(124s) 사이에 한정되지 않고, 제2 직렬 암 공진자(122s)와 제1 직렬 암 공진자(110s) 사이에 마련되어 있어도 된다. 즉, 제3 직렬 암 공진자(130s)는, 제1 직렬 암 공진자(110s)에 직접 접속되어 있으면 된다.
도 11은, 실시 형태 2에 관계되는 탄성파 필터(10A)가 구비하는 제3 직렬 암 공진자(130s)의 IDT 전극을 도시하는 도면이다.
제3 직렬 암 공진자(130s)의 IDT 전극은, 제1 직렬 암 공진자(110s)의 IDT 전극과 거의 마찬가지의 구성이며, 제3 직렬 암 공진자(130)에 있어서의 광폭부(wp)의 길이 L3은, 제2 직렬 암 공진자(121s, 122s, 124s)에 있어서의 광폭부(wp)의 길이 L2보다도 길게 되어 있다. 단, 길이 L3은, 제1 직렬 암 공진자(110s)에 있어서의 광폭부(wp)의 길이 L1 이하로 되어 있다(L2<L3≤L1).
즉, 실시 형태 2의 탄성파 필터(10A)는 상기 경로 상에 있어서 제1 직렬 암 공진자(110s)에 직렬 접속된 제3 직렬 암 공진자(130s)를 구비하고, 제3 직렬 암 공진자(130s)는, 압전체층을 갖는 기판 상에 형성된 한쌍의 빗살 모양 전극(32a, 32b)을 포함하는 IDT 전극을 갖고, 제3 직렬 암 공진자(130s)가 갖는 한쌍의 빗살 모양 전극(32a, 32b) 각각은, 탄성파 전반 방향의 직교 방향으로 연장되도록 배치된 복수의 전극 핑거(322a, 322b)와, 복수의 전극 핑거(322a, 322b)의 각각의 일단부(e1)끼리를 접속하는 버스 바 전극(321a, 321b)을 포함하고 있다.
복수의 전극 핑거(322a, 322b)의 각각의 타단부(e2)끼리를 연결하는 방향 D는, 탄성파 전반 방향과 교차하고 있고, 제3 직렬 암 공진자(130s)의 IDT 전극은, 타단부(e2)측에 있어서의 전극 핑거폭이 전극 핑거 중앙부(cp)에 있어서의 전극 핑거폭보다도 넓은 광폭부(wp)를 갖고 있다. 그리고, 제3 직렬 암 공진자(130s)의 전극 핑거(322a, 322b)가 연장하는 방향에 있어서의 광폭부(wp)의 길이 L3은, 제2 직렬 암 공진자(121s, 122s, 124s)의 전극 핑거(322a, 322b)가 연장하는 방향에 있어서의 광폭부(wp)의 길이 L2보다도 길게 되어 있다.
이상과 같이 구성된 탄성파 필터(10A)에 있어서도, 탄성파 필터(10A)의 통과대역보다도 고주파측에 위치하는 감쇠 슬로프를 급준화하면서, 통과대역에 있어서의 리턴 로스를 억제할 수 있다.
(실시 형태 3)
실시 형태 1에서는, 탄성파 필터(10)에 대해서, 래더형의 필터 구조만을 갖는 구성을 예로 들어 설명하였다. 그러나, 필터는, 래더형의 필터 구조에 더하여, 추가로 종결합형의 필터 구조를 가져도 상관없다. 그래서, 본 실시 형태에서는, 이러한 필터 구조를 갖는 필터에 대하여 설명한다.
도 12는, 실시 형태 3에 관계되는 탄성파 필터(10B)의 회로 구성도이다.
동 도면에 도시하는 바와 같이, 탄성파 필터(10B)는 제2 직렬 암 공진자(121s)와, 제1 직렬 암 공진자(110s)와, 병렬 암 공진자(121p 및 124p)와, 종결합 공진기(150)를 구비한다. 즉, 탄성파 필터(10B)는 래더형의 필터 구조에 종결합 공진기(150)가 부가된 필터이다.
종결합 공진기(150)는 제1 단자(Port1)와 제2 단자(Port2) 사이에 배치된 종결합형의 필터 구조를 갖는다. 본 실시 형태의 종결합 공진기(150)는 제1 직렬 암 공진자(110s)보다도 제2 단자(Port2)측에 배치되어 있고, 9개의 IDT와 그 양단에 배치된 반사기를 포함하고 있다. 또한, 종결합 공진기(150)가 배치되는 위치는, 이것에 한정되지 않고, 예를 들어, 제2 직렬 암 공진자(121s)와 제1 직렬 암 공진자(110s) 사이여도 된다. 또한, 종결합 공진기(150)의 IDT의 수는 3 이상이어도 된다.
이상과 같이 구성된 탄성파 필터(10B)여도, 탄성파 필터(10B)의 통과대역보다도 고주파측에 위치하는 감쇠 슬로프를 급준화하면서, 통과대역에 있어서의 리턴 로스를 억제할 수 있다.
(정리)
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 관계되는 탄성파 필터(10)는 제1 단자(Port1)와 제2 단자(Port2)를 연결하는 경로 상에 배치된 제1 직렬 암 공진자(110s)와, 상기 경로 상에 배치된 제2 직렬 암 공진자(121s 내지 124s)를 구비한다. 제1 직렬 암 공진자(110s)의 반공진 주파수는, 탄성파 필터(10)를 구성하는 직렬 암 공진자 중에서 가장 반공진 주파수가 낮다. 제1 직렬 암 공진자(110s) 및 제2 직렬 암 공진자(121s 내지 124s) 각각은, 압전체층(327)을 갖는 기판(320) 상에 형성된 한쌍의 빗살 모양 전극(32a, 32b)을 포함하는 IDT 전극을 갖고 있다. 제1 직렬 암 공진자(110s) 및 제2 직렬 암 공진자(121s 내지 124s)가 갖는 한쌍의 빗살 모양 전극(32a, 32b) 각각은, 탄성파 전반 방향의 직교 방향으로 연장되도록 배치된 복수의 전극 핑거(322a, 322b)와, 복수의 전극 핑거(322a, 322b)의 각각의 일단부(e1)끼리를 접속하는 버스 바 전극(321a, 321b)을 포함하고 있다. 복수의 전극 핑거(322a, 322b)의 각각의 타단부(e2)끼리를 연결하는 방향 D는, 상기 탄성파 전반 방향과 교차하고 있다. 제1 직렬 암 공진자(110s) 및 제2 직렬 암 공진자(121s 내지 124s)의 IDT 전극은, 타단부(e2)측에 있어서의 전극 핑거폭이 전극 핑거 중앙부(cp)에 있어서의 전극 핑거폭보다도 넓은 광폭부(wp)를 갖고 있다. 제1 직렬 암 공진자(110s)의 전극 핑거(322a, 322b)가 연장하는 방향에 있어서의 광폭부(wp)의 길이 L1은, 제2 직렬 암 공진자(121s 내지 124s)의 전극 핑거(322a, 322b)가 연장하는 방향에 있어서의 광폭부(wp)의 길이 L2보다도 길다.
이와 같이, 전극 핑거(322a, 322b)의 각각에 광폭부(wp)를 마련하고, 제1 직렬 암 공진자(110s)의 길이 L1을, 제2 직렬 암 공진자(121s 내지 124s)의 광폭부(wp)의 길이 L2보다도 길게 함으로써, 탄성파 필터(10)의 통과대역보다도 고주파측에 위치하는 감쇠 슬로프의 급준성을 향상시키면서, 통과대역에 있어서의 리턴 로스를 억제할 수 있다.
또한, 제1 직렬 암 공진자(110s)의 광폭부(wp)의 길이 L1은, 탄성파 필터(10)의 파장을 λ로 한 경우에, 0.1λ 이상 0.4λ 이하여도 된다.
이에 의하면, 탄성파 필터(10)의 통과대역에 있어서의 리턴 로스를 문제 없는 레벨 이하로 억제할 수 있다.
또한, 제1 직렬 암 공진자(110s)의 IDT 전극의 교차폭 L은, 20λ 이하여도 된다.
이에 의하면, IDT의 교차폭×대수로 결정되는 면적을 일정하게 한 상태에서 제1 직렬 암 공진자(110s)의 비대역을 좁게 할 수 있다. 이에 의해, 상기 면적을 일정하게 한 상태에서 탄성파 필터(10)의 통과대역보다도 고주파측에 위치하는 감쇠 슬로프의 급준성을 향상시키면서, 통과대역에 있어서의 리턴 로스를 문제 없는 레벨 이하로 억제할 수 있다.
또한, 기판(320)은 IDT 전극이 한쪽의 주면 상에 형성된 압전체층(327)과, 압전체층(327)을 전반하는 탄성파 음속보다도, 전반하는 벌크파 음속이 고속인 고음속 지지 기판(329)과, 고음속 지지 기판(329)과 압전체층(327) 사이에 배치되고, 압전체층(327)을 전반하는 탄성파 음속보다도, 전반하는 벌크파 음속이 저속인 저음속막(328)을 구비하고 있어도 된다.
이 구조에 의하면, 압전 기판을 단층으로 사용하고 있는 종래의 구조와 비교하여, 공진 주파수 및 반공진 주파수에 있어서의 Q값을 대폭으로 높이는 것이 가능하게 된다. 즉, Q값이 높은 탄성 표면파 공진자를 구성할 수 있으므로, 당해 탄성 표면파 공진자를 사용하여, 삽입 손실이 작은 탄성파 필터를 구성하는 것이 가능하게 된다.
또한, 탄성파 필터(10A)는 또한, 상기 경로 상에 있어서 제1 직렬 암 공진자(110s)에 직렬 접속된 제3 직렬 암 공진자(130s)를 구비한다. 제3 직렬 암 공진자(130s)의 반공진 주파수는, 제2 직렬 암 공진자(121s, 122s, 124s)의 반공진 주파수보다도 낮다. 제3 직렬 암 공진자(130s)는, 압전체층(327)을 갖는 기판(320) 상에 형성된 한쌍의 빗살 모양 전극(32a, 32b)을 포함하는 IDT 전극을 갖고 있다. 제3 직렬 암 공진자(130s)가 갖는 한쌍의 빗살 모양 전극(32a, 32b) 각각은, 상기 탄성파 전반 방향의 직교 방향으로 연장되도록 배치된 복수의 전극 핑거(322a, 322b)와, 복수의 전극 핑거(322a, 322b)의 각각의 일단부(e1)끼리를 접속하는 버스 바 전극(321a, 321b)를 포함하고 있다. 복수의 전극 핑거(322a, 322b)의 각각의 타단부(e2)끼리를 연결하는 방향 D는, 상기 탄성파 전반 방향과 교차하고 있다. 제3 직렬 암 공진자(130s)의 IDT 전극은, 타단부(e2)측에 있어서의 전극 핑거폭이 전극 핑거 중앙부(cp)에 있어서의 전극 핑거폭보다도 넓은 광폭부(wp)를 갖고 있다. 제3 직렬 암 공진자(130s)의 전극 핑거(322a, 322b)가 연장하는 방향에 있어서의 광폭부(wp)의 길이 L3은, 제2 직렬 암 공진자(121s, 122s, 124s)의 전극 핑거(322a, 322b)가 연장하는 방향에 있어서의 광폭부(wp)의 길이 L2보다도 길다.
이와 같이, 길이 L2보다도 긴, 길이 L3을 갖는 제3 직렬 암 공진자(130s)를 제1 직렬 암 공진자(110s)에 직렬 접속함으로써, 탄성파 필터(10A)의 통과대역보다도 고주파측에 위치하는 감쇠 슬로프의 급준성을 더욱 향상시키면서, 통과대역에 있어서의 리턴 로스를 억제할 수 있다.
(기타의 실시 형태)
이상, 본 발명의 실시 형태에 관계되는 탄성파 필터에 대해서, 실시 형태를 들어 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 있어서의 임의의 구성 요소를 조합하여 실현되는 다른 실시 형태나, 상기 실시 형태에 대하여 본 발명의 주지를 일탈하지 않는 범위에서 당업자가 생각해 내는 각종 변형을 실시하여 얻어지는 변형예나, 본 발명에 관계되는 탄성파 필터를 내장한 각종 기기도 본 발명에 포함된다.
예를 들어, 상기 실시 형태에서는, 모든 직렬 암 공진자가, 오프셋 전극 핑거를 갖고 있는 것이라고 하고 있지만, 이것에 한정되지 않고, 각 직렬 암 공진자는 오프셋 전극 핑거를 갖고 있지 않아도 된다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 제1 직렬 암 공진자(110s)에 있어서의 광폭부(wp)의 길이 L1을, 제2 직렬 암 공진자(121s 내지 124s)에 있어서의 광폭부(wp)의 길이 L2보다도 길게 하는 예에 대하여 설명했지만, 예를 들어, 길이 L1을 길이 L2보다도 길게 하는 것은, 제1 직렬 암 공진자(110s)의 전체 전극 핑거 중 50％ 이상이어도 된다.
예를 들어, 탄성파 필터(10)는 송신 필터 또는 수신 필터로서 사용되어도 된다. 예를 들어 탄성파 필터(10)가 송신 필터일 경우, 탄성파 필터(10)는 송신 회로(RFIC 등)에 의해 생성된 송신파를, 제2 단자(Port2)를 경유하여 입력하고, 당해 송신파를 소정의 밴드의 송신 통과대역에서 필터링하여 제1 단자(Port1)에 출력해도 된다. 탄성파 필터(10)가 수신 필터일 경우, 탄성파 필터(10)는 제1 단자(Port1)로부터 입력된 수신파를 입력하고, 당해 수신파를 소정의 밴드의 수신 통과대역에서 필터링하여 제2 단자(Port2)로 출력해도 된다.
또한, 제1 단자(Port1) 및 제2 단자(Port2)는, 입력 단자 또는 출력 단자여도 된다. 예를 들어, 제1 단자(Port1)가 입력 단자일 경우에는 제2 단자(Port2)가 출력 단자가 되고, 제2 단자(Port2)가 입력 단자일 경우에는 제1 단자(Port1)가 출력 단자가 된다.
본 발명은 탄성파 필터를 갖는 멀티플렉서, 프론트엔드 회로 및 통신 장치로서, 휴대 전화 등의 통신기기에 널리 이용할 수 있다.
10, 10A, 10B: 탄성파 필터
32a, 32b: 빗살 모양 전극
32c: 반사기
110s: 제1 직렬 암 공진자
121s, 122s, 123s, 124s: 제2 직렬 암 공진자
121p, 122p, 123p, 124p: 병렬 암 공진자
121L, 122L: 인덕터
130s: 제3 직렬 암 공진자
150: 종결합 공진기
320: 기판
321a, 321b: 버스 바 전극
322a, 322b: 전극 핑거
323a, 323b: 오프셋 전극 핑거
324: 밀착층
325: 주전극층
326: 보호층
327: 압전체층
328: 저음속막
329: 고음속 지지 기판
cp: 전극 핑거 중앙부
D: 방향
e1: 일단부
e2: 타단부
L: 교차폭
L1, L2, L3: 길이
Port1: 제1 단자
Port2: 제2 단자
wp: 광폭부
λ: 파장
32a, 32b: 빗살 모양 전극
32c: 반사기
110s: 제1 직렬 암 공진자
121s, 122s, 123s, 124s: 제2 직렬 암 공진자
121p, 122p, 123p, 124p: 병렬 암 공진자
121L, 122L: 인덕터
130s: 제3 직렬 암 공진자
150: 종결합 공진기
320: 기판
321a, 321b: 버스 바 전극
322a, 322b: 전극 핑거
323a, 323b: 오프셋 전극 핑거
324: 밀착층
325: 주전극층
326: 보호층
327: 압전체층
328: 저음속막
329: 고음속 지지 기판
cp: 전극 핑거 중앙부
D: 방향
e1: 일단부
e2: 타단부
L: 교차폭
L1, L2, L3: 길이
Port1: 제1 단자
Port2: 제2 단자
wp: 광폭부
λ: 파장
Claims (5)
- 제1 단자와 제2 단자를 연결하는 경로 상에 배치된 제1 직렬 암 공진자와,
상기 경로 상에 배치된 제2 직렬 암 공진자
를 구비하는 탄성파 필터이며,
상기 제1 직렬 암 공진자의 반공진 주파수는, 상기 탄성파 필터를 구성하는 직렬 암 공진자 중에서 가장 반공진 주파수가 낮고,
상기 제1 직렬 암 공진자 및 상기 제2 직렬 암 공진자 각각은, 압전체층을 갖는 기판 상에 형성된 한쌍의 빗살 모양 전극을 포함하는 IDT 전극을 갖고,
상기 제1 직렬 암 공진자 및 상기 제2 직렬 암 공진자가 갖는 상기 한쌍의 빗살 모양 전극 각각은, 탄성파 전반 방향의 직교 방향으로 연장되도록 배치된 복수의 전극 핑거와, 상기 복수의 전극 핑거의 각각의 일단부끼리를 접속하는 버스 바 전극을 포함하고,
상기 복수의 전극 핑거의 각각의 타단부끼리를 연결하는 방향은, 상기 탄성파 전반 방향과 교차하고 있고,
상기 제1 직렬 암 공진자 및 상기 제2 직렬 암 공진자의 상기 IDT 전극은, 상기 타단부측에 있어서의 전극 핑거폭이 전극 핑거 중앙부에 있어서의 전극 핑거폭보다도 넓은 광폭부를 갖고,
상기 제1 직렬 암 공진자의 상기 전극 핑거가 연장하는 방향에 있어서의 상기 광폭부의 길이는, 상기 제2 직렬 암 공진자의 상기 전극 핑거가 연장하는 방향에 있어서의 상기 광폭부의 길이보다도 긴
탄성파 필터. - 제1항에 있어서, 상기 제1 직렬 암 공진자의 상기 광폭부의 길이는, 상기 탄성파 필터의 파장을 λ로 한 경우에, 0.1λ 이상 0.4λ 이하인
탄성파 필터. - 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 직렬 암 공진자의 상기 IDT 전극의 교차폭은 20λ 이하인
탄성파 필터. - 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기판은,
상기 IDT 전극이 한쪽의 주면 상에 형성된 압전체층과,
상기 압전체층을 전반하는 탄성파 음속보다도, 전반하는 벌크파 음속이 고속인 고음속 지지 기판과,
상기 고음속 지지 기판과 상기 압전체층 사이에 배치되고, 상기 압전체층을 전반하는 탄성파 음속보다도, 전반하는 벌크파 음속이 저속인 저음속막을 구비하는,
탄성파 필터. - 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 경로 상에 있어서 상기 제1 직렬 암 공진자에 직렬 접속된 제3 직렬 암 공진자를 더 구비하고,
상기 제3 직렬 암 공진자의 반공진 주파수는, 상기 제2 직렬 암 공진자의 반공진 주파수보다도 낮고,
상기 제3 직렬 암 공진자는, 압전체층을 갖는 기판 상에 형성된 한쌍의 빗살 모양 전극을 포함하는 IDT 전극을 갖고,
상기 제3 직렬 암 공진자가 갖는 상기 한쌍의 빗살 모양 전극 각각은, 상기 탄성파 전반 방향의 직교 방향으로 연장되도록 배치된 복수의 전극 핑거와, 상기 복수의 전극 핑거의 각각의 일단부끼리를 접속하는 버스 바 전극을 포함하고,
상기 복수의 전극 핑거의 각각의 타단부끼리를 연결하는 방향은, 상기 탄성파 전반 방향과 교차하고 있고,
상기 제3 직렬 암 공진자의 상기 IDT 전극은, 상기 타단부측에 있어서의 전극 핑거폭이 전극 핑거 중앙부에 있어서의 전극 핑거폭보다도 넓은 광폭부를 갖고,
상기 제3 직렬 암 공진자의 상기 전극 핑거가 연장하는 방향에 있어서의 상기 광폭부의 길이는, 상기 제2 직렬 암 공진자의 상기 전극 핑거가 연장하는 방향에 있어서의 상기 광폭부의 길이보다도 긴
탄성파 필터.
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