WO2022102620A1 - フィルタ装置 - Google Patents

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哲也 木村
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株式会社村田製作所
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Definitions

  • the present invention relates to a filter device.
  • An object of the present invention is to provide a filter device capable of suppressing spurious.
  • the filter device includes a first elastic wave resonator and a second elastic wave resonator, and the first elastic wave resonator and the second elastic wave resonator are support members, respectively.
  • a piezoelectric layer provided on the support member, having X-axis, Y-axis, and Z-axis which are crystal axes, and made of Y-cut lithium niobate, and provided on the piezoelectric layer. It has an IDT electrode, and the IDT electrodes of the first elastic wave resonator and the second elastic wave resonator face each other with a first bus bar and a second bus bar, and the first bus bar.
  • the direction in which the envelope extends and the direction of the X-axis intersect, and in the first elastic wave resonator.
  • An angle other than 0 ° is defined as the first slant angle ⁇ 1
  • the envelope is formed. It is an angle formed by the extending direction and the direction of the X axis, and when an angle other than 0 ° is taken as the second slant angle ⁇ 2, the absolute value of the first slant angle ⁇ 1 and the second slant The absolute value of the angle ⁇ 2 is different.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of the filter device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic plan view of a first elastic wave resonator according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the slant angle ⁇ in the elastic wave resonator and the phase characteristic. The frequency near the frequency where spurious is generated is shown.
  • FIG. 4 is an enlarged view of FIG.
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the slant angle ⁇ in the elastic wave resonator and the frequency at which the phase of the ripple due to spurious Sp1 is maximized.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of the filter device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic plan view of a first elastic wave resonator according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the slant angle ⁇ in the elastic wave resonator and the phase characteristic. The frequency near the
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the slant angle ⁇ in the elastic wave resonator and the maximum value of the phase of the ripple due to the spurious Sp1.
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the slant angle ⁇ in the elastic wave resonator and the maximum value of the phase of the ripple due to the spurious Sp3.
  • FIG. 8 is a schematic circuit diagram of the filter device according to the second embodiment of the present invention.
  • 9 (a) is a schematic perspective view showing the appearance of a filter device using a bulk wave in a thickness slip mode
  • FIG. 9 (b) is a plan view showing an electrode structure on a piezoelectric layer.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a portion along the line AA in FIG. 9A.
  • FIG. 11A is a schematic front sectional view for explaining a Lamb wave propagating in the piezoelectric film of the elastic wave device
  • FIG. 11B is a thickness slip mode propagating in the piezoelectric film in the filter device. It is a schematic front sectional view for explaining the bulk wave of.
  • FIG. 12 is a diagram showing the amplitude direction of the bulk wave in the thickness slip mode.
  • FIG. 13 is a diagram showing resonance characteristics of a filter device using a bulk wave in a thickness slip mode.
  • FIG. 14 is a diagram showing the relationship between d / p and the specific band as a resonator when the distance between the centers of adjacent electrodes is p and the thickness of the piezoelectric layer is d.
  • FIG. 15 is a plan view of an elastic wave device that utilizes a bulk wave in a thickness slip mode.
  • FIG. 16 is a diagram showing the resonance characteristics of the elastic wave device of the reference example in which spurious appears.
  • FIG. 17 is a diagram showing the relationship between the specific band and the phase rotation amount of the impedance of the spurious normalized at 180 degrees as the size of the spurious.
  • FIG. 18 is a diagram showing the relationship between d / 2p and the metallization ratio MR.
  • FIG. 19 is a diagram showing a map of the specific band with respect to Euler angles (0 °, ⁇ , ⁇ ) of LiNbO3 when d / p is brought as close to 0 as possible.
  • FIG. 20 is a front sectional view of an elastic wave device having an acoustic multilayer film.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of the filter device according to the first embodiment of the present invention.
  • the filter device 10 has a first signal end 12A and a second signal end 12B, a ground end 19, and a plurality of elastic wave resonators. More specifically, the plurality of elastic wave resonators of the filter device 10 are elastic wave resonator R1, elastic wave resonator R2, elastic wave resonator R3, and elastic wave resonator R4.
  • the elastic wave resonator R1 is the first elastic wave resonator in the present invention.
  • the elastic wave resonator R3 is the second elastic wave resonator in the present invention.
  • the first signal end 12A is an antenna end. The end of the antenna is connected to the antenna.
  • the elastic wave resonator R1 and the elastic wave resonator R2 are connected in series between the first signal end 12A and the second signal end 12B.
  • An elastic wave resonator R3 and an elastic wave resonator R4 are connected in series with each other between the first signal end 12A and the ground end 19.
  • the elastic wave resonator R1 as the first elastic wave resonator is an elastic wave resonator arranged on the most first signal end 12A side.
  • the circuit configuration of the filter device 10 is not limited to the above.
  • the pass band of the filter device 10 is n77. More specifically, the pass band of the filter device 10 is 3400 to 4200 MHz. However, the pass band of the filter device 10 is not limited to the above.
  • the filter device according to the present invention may be a transmission filter, a reception filter, or a composite filter device such as a duplexer or a multiplexer.
  • a plurality of elastic wave resonators share the piezoelectric substrate 13.
  • the piezoelectric substrate 13 has a piezoelectric layer 17.
  • the piezoelectric layer 17 has an X-axis, a Y-axis, and a Z-axis, which are crystal axes.
  • the piezoelectric layer 17 is made of Y-cut lithium niobate.
  • a certain member is made of a certain material, including a case where a trace amount of impurities is contained so as not to deteriorate the electrical characteristics of the filter device.
  • the cut angle of lithium niobate constituting the piezoelectric layer 17 is within the range of 128 ° ⁇ 10 ° Y cut.
  • the cut angle of lithium niobate constituting the piezoelectric layer 17 is not limited to the above.
  • Each elastic wave resonator has an IDT electrode.
  • Each IDT electrode is provided on the piezoelectric layer 17.
  • each IDT electrode is composed of a laminated metal film in which a Ti layer and an Al layer are laminated. The Ti layer is located closer to the piezoelectric layer 17 than the Al layer.
  • the material of each IDT electrode is not limited to the above.
  • each IDT electrode may be made of a single layer metal film.
  • the IDT electrode of the elastic wave resonator R1 as the first elastic wave resonator is the IDT electrode 18A.
  • the IDT electrode 18A has a first bus bar 22 and a second bus bar 23, and a plurality of first electrode fingers 24 and a plurality of second electrode fingers 25.
  • the first electrode finger 24 is the first electrode in the present invention.
  • the plurality of first electrode fingers 24 are periodically arranged. One end of each of the plurality of first electrode fingers 24 is connected to the first bus bar 22.
  • the second electrode finger 25 is the second electrode in the present invention.
  • the plurality of second electrode fingers 25 are periodically arranged. One end of each of the plurality of second electrode fingers 25 is connected to the second bus bar 23.
  • the plurality of first electrode fingers 24 and the plurality of second electrode fingers 25 are interleaved with each other.
  • the first electrode finger 24 and the second electrode finger 25 may be simply referred to as an electrode finger.
  • the direction in which the adjacent electrode fingers face each other is the direction in which the electrode fingers face each other and the direction in which the plurality of electrode fingers extend is the direction in which the electrode fingers extend
  • the direction in which the electrode fingers extend is orthogonal to the direction in which the electrode fingers face each other. are doing.
  • the electrode finger extension direction is orthogonal to the direction of the X axis.
  • the relationship between the electrode finger extension direction, the electrode finger facing direction, and the X-axis direction is not limited to the above.
  • the IDT electrode 18A is a tilted IDT electrode. More specifically, when the virtual line formed by connecting the tips of the plurality of first electrode fingers 24 is the first envelope E1, the direction in which the first envelope E1 extends is the X-axis. Crosses the direction of. In FIG. 1, the direction of the X-axis is indicated by an arrow of a two-dot chain line. Similarly, when the virtual line formed by connecting the tips of the plurality of second electrode fingers 25 is the second envelope E2, the direction in which the second envelope E2 extends is the direction of the X axis. It is crossing. In this embodiment, the first envelope E1 and the second envelope E2 are parallel. However, the relationship between the first envelope E1 and the second envelope E2 is not limited to the above.
  • each elastic wave resonator other than the elastic wave resonator R1 also has an inclined IDT electrode.
  • Each IDT electrode also has a first bus bar and a second bus bar, and a plurality of first electrode fingers and a plurality of second electrode fingers.
  • an imaginary line as a first envelope and a second envelope can be formed.
  • the IDT electrode of the elastic wave resonator R3 as the second elastic wave resonator is the IDT electrode 18B.
  • the IDT electrode 18B has a first bus bar 26 and a second bus bar 27, and a plurality of first electrode fingers 28 and a plurality of second electrode fingers 29.
  • the electrode finger extension direction in the elastic wave resonator R3 is also orthogonal to the electrode finger facing direction and the X-axis direction.
  • the first envelope E3 and the second envelope E4 of the IDT electrode 18B are parallel.
  • the relationship between the electrode finger extension direction, the electrode finger facing direction, and the X-axis direction, and the relationship between the first envelope E3 and the second envelope E4 are not limited to the above.
  • the angle between the direction in which the first envelope extends and the direction of the X axis is defined as the slant angle.
  • the first elastic wave resonator it is the angle between the direction in which the first envelope E1 extends and the direction of the X axis, and an angle other than 0 ° is defined as the first slant angle ⁇ 1.
  • the second elastic wave resonator it is an angle formed by the direction in which the first envelope E3 extends and the direction of the X axis, and an angle other than 0 ° is defined as a second slant angle ⁇ 2.
  • the slant angle of the IDT electrode of the elastic wave resonator R2 is the same as that of the first slant angle ⁇ 1.
  • the slant angle of the IDT electric of the elastic wave resonator R4 is the same as that of the second slant angle ⁇ 2.
  • the configurations of the elastic wave resonator R2 and the elastic wave resonator R4 are not limited to the above.
  • the first envelope and the second envelope in the IDT electrodes of the elastic wave resonator R2 and the elastic wave resonator R4 may be parallel to the X axis.
  • FIG. 2 is a schematic plan view of the first elastic wave resonator in the first embodiment.
  • the region where adjacent electrode fingers overlap each other when viewed from the electrode finger facing direction is a crossover region.
  • the elastic wave resonator R1 has a plurality of excitation regions C. Similar to the crossover region, the excitation region C is a region where adjacent electrode fingers overlap each other when viewed from the electrode finger facing direction. Each excitation region C is a region between a pair of electrode fingers. More specifically, the excitation region C is a region from the center of one electrode finger in the direction facing the electrode finger to the center of the other electrode finger in the direction facing the electrode finger. Therefore, the crossover region includes a plurality of excitation regions C.
  • the elastic wave resonator R1 is configured so that the bulk wave of the thickness slip mode such as the thickness slip primary mode can be used.
  • Other elastic wave resonators also have a crossover region and a plurality of excitation regions.
  • the piezoelectric substrate 13 is a laminate of a support member, an insulating layer, and a piezoelectric layer 17. An insulating layer is provided on the support member. A piezoelectric layer 17 is provided on the insulating layer. However, the piezoelectric layer 17 may be provided directly on the support member. As shown in FIG.
  • a plurality of elastic wave resonators share the same support member, insulating layer, and the same piezoelectric layer 17.
  • the plurality of elastic wave resonators may have separate support members, insulating layers, and piezoelectric layers.
  • the cut angle of lithium niobate used in the piezoelectric layer is within the range of 128 ° ⁇ 10 ° Y cut. May be.
  • the feature of this embodiment is that the absolute value
  • the details are shown below.
  • the resonance characteristics were evaluated each time the slant angle ⁇ of the elastic wave resonator was changed. More specifically, the slant angle ⁇ was changed in 2 ° increments at 0 ° or more and 40 ° or less.
  • the design parameters of the elastic wave resonator are as follows.
  • the following electrode finger pitch is the distance between the centers of adjacent electrode fingers.
  • the distance between the tip of the electrode finger and the bus bar is defined as the IB gap.
  • the dimension along the electrode finger extension direction of the crossover region is defined as the crossover width.
  • the width of the electrode finger is a dimension along the electrode finger facing direction of the electrode finger.
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the slant angle ⁇ in the elastic wave resonator and the phase characteristic.
  • FIG. 4 is an enlarged view of FIG.
  • spurious Sp1, spurious Sp2, spurious Sp3, spurious Sp4, spurious Sp5 and spurious Sp6 are generated in the elastic wave resonator.
  • spurious Sp1 spurious Sp2, spurious Sp3, spurious Sp4, spurious Sp5 and spurious Sp6 are generated in the elastic wave resonator.
  • the frequency and phase at which each spurious is generated are also different. This will be shown in more detail for spurious Sp1 with reference to FIGS. 5 and 6 below.
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the slant angle ⁇ in the elastic wave resonator and the frequency at which the phase of the ripple due to spurious Sp1 is maximized.
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the slant angle ⁇ in the elastic wave resonator and the maximum value of the phase of the ripple due to the spurious Sp1.
  • the frequency at which the phase of spurious Sp1 is maximized is different.
  • the maximum value of the phase of the spurious Sp1 is also different.
  • of the second slant angle ⁇ 2 are different from each other. Therefore, the frequency at which the phase of the ripple due to the spurious Sp1 becomes maximum and the maximum value of the phase of the ripple due to the spurious Sp1 can be dispersed. The same is true for other spurious emissions. Therefore, spurious can be suppressed as a whole of the filter device 10.
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the slant angle ⁇ in the elastic wave resonator and the maximum value of the phase of the ripple due to the spurious Sp3.
  • the IDT electrodes of the plurality of elastic wave resonators are all inclined type IDT electrodes.
  • the IDT electrode in the elastic wave resonator other than the first elastic wave resonator and the second elastic wave resonator may be a so-called normal IDT electrode.
  • the electrode finger facing direction, the direction in which the first envelope extends, and the direction in which the second envelope extends are parallel.
  • the second embodiment and the third embodiment will be shown as examples in which the circuit configuration and the arrangement of the first elastic wave resonator and the second elastic wave resonator are different from those of the first embodiment.
  • FIG. 8 is a schematic circuit diagram of the filter device according to the second embodiment.
  • the filter device 30 of this embodiment is a ladder type filter.
  • the filter device 30 has a first signal end 32A and a second signal end 32B, and a plurality of series arm resonators and a plurality of parallel arm resonators.
  • the plurality of series arm resonators includes a plurality of split resonators.
  • a plurality of parallel arm resonators also have a plurality of split resonators.
  • the split resonator is a resonator in which one resonator is divided in series or in parallel.
  • the plurality of split resonators are all split resonators in parallel.
  • the plurality of split resonators may include resonators split in series.
  • the resonators of the filter device 30 are all elastic wave resonators.
  • the first signal end 32A is the antenna end.
  • the second signal end 32B is an input end.
  • the first signal end 32A and the second signal end 32B may be configured as, for example, an electrode pad or may be configured as wiring.
  • the filter device 30 uses the series arm resonator group S1, the series arm resonator group S2, and the series arm resonator group S1. It has a group S3 and a series arm resonator group S4.
  • the series arm resonator group S1, the series arm resonator group S2, the series arm resonator group S3, and the series arm resonator group S4 are connected in series between the first signal end 3A and the second signal end 32B. Has been done.
  • the series arm resonator group S1 includes a series arm resonator S1a, a series arm resonator S1b, a series arm resonator S1c, and a series arm resonator S1d as a plurality of split resonators.
  • the series arm resonator group S2 includes a series arm resonator S2a, a series arm resonator S2b, a series arm resonator S2c, and a series arm resonator S2d as a plurality of split resonators.
  • the series arm resonator group S3 includes a series arm resonator S3a, a series arm resonator S3b, a series arm resonator S3c, and a series arm resonator S3d as a plurality of split resonators.
  • the series arm resonator group S4 includes a series arm resonator S4a, a series arm resonator S4b, a series arm resonator S4c, and a series arm resonator S4d as a plurality of split resonators.
  • the filter device 30 uses the parallel arm resonator group P1, the parallel arm resonator group P2, and the parallel arm resonator group P1. It has a group P3 and a parallel arm resonator P4.
  • the parallel arm resonator group P1 is connected between the connection point between the series arm resonator group S1 and the series arm resonator group S2 and the ground potential.
  • the parallel arm resonator group P2 is connected between the connection point between the series arm resonator group S2 and the series arm resonator group S3 and the ground potential.
  • the parallel arm resonator group P3 is connected between the connection point between the series arm resonator group S3 and the series arm resonator group S4 and the ground potential.
  • a parallel arm resonator P4 is connected between the first signal end 32A and the ground potential.
  • the parallel arm resonator group P1 includes a parallel arm resonator P1a, a parallel arm resonator P1b, a parallel arm resonator P1c, and a parallel arm resonator P1d as a plurality of split resonators.
  • the parallel arm resonator group P2 includes a parallel arm resonator P2a and a parallel arm resonator P2b as a plurality of split resonators.
  • the parallel arm resonator group P3 includes a parallel arm resonator P3a, a parallel arm resonator P3b, and a parallel arm resonator P3c as a plurality of divided resonators.
  • each series arm resonator group and each parallel arm resonator group include a first elastic wave resonator group and a second elastic wave resonator group, respectively.
  • the first elastic wave resonator of the series arm resonator group S1 is the series arm resonator S1b.
  • the second elastic wave resonator of the series arm resonator group S1 is the series arm resonator S1c.
  • the series arm resonator group S1 includes elastic wave resonators other than the first elastic wave resonator and the second elastic wave resonator. More specifically, the elastic wave resonators are the series arm resonator S1a and the series arm resonator S1d.
  • the slant angle of the series arm resonator S1a is ⁇ _S1a
  • the slant angle of the series arm resonator S1b is ⁇ _S1b
  • the slant angle of the series arm resonator S1c is ⁇ _S1c
  • the slant angle of the series arm resonator S1d is ⁇ _S1d .
  • the slant angle ⁇ _S1a is 5 °.
  • the slant angle ⁇ _S1b is 10 °.
  • the slant angle ⁇ _S1c is 15 °.
  • the slant angle ⁇ _S1d is 20 °.
  • the absolute value of the slant angle ⁇ _S1b as the first slant angle ⁇ 1 and the absolute value of the slant angle ⁇ _S1c as the second slant angle ⁇ 2 are different from each other. Further, the absolute values of the slant angles ⁇ of the resonators other than the first elastic wave resonator and the second elastic wave resonator are also different from the absolute values of the first slant angle ⁇ 1 and the second slant angle ⁇ 2. However, the absolute value of the slant angle ⁇ _S1b as the first slant angle ⁇ 1 and the absolute value of the slant angle ⁇ _S1c as the second slant angle ⁇ 2 may be different from each other.
  • the first elastic wave resonator of the parallel arm resonator group P1 is the parallel arm resonator P1b.
  • the second elastic wave resonator of the parallel arm resonator group P1 is the parallel arm resonator P1c.
  • the parallel arm resonator group P1 includes elastic wave resonators other than the first elastic wave resonator and the second elastic wave resonator. More specifically, the elastic wave resonators are the parallel arm resonator P1a and the parallel arm resonator P1d.
  • the slant angle of the parallel arm resonator P1a is ⁇ _P1a
  • the slant angle of the parallel arm resonator P1b is ⁇ _P1b
  • the slant angle of the parallel arm resonator P1c is ⁇ _P1c
  • the slant angle of the parallel arm resonator P1d is ⁇ _P1d .
  • the slant angle ⁇ _P1a is 0 °.
  • the slant angle ⁇ _P1b is 10 °.
  • the slant angle ⁇ _P1c is 20 °.
  • the slant angle ⁇ _P1d is 30 °.
  • the absolute value of the slant angle ⁇ _P1b as the first slant angle ⁇ 1 and the absolute value of the slant angle ⁇ _P1c as the second slant angle ⁇ 2 are different. Further, the absolute values of the slant angles ⁇ of the elastic wave resonators other than the first elastic wave resonator and the second elastic wave resonator are also different from the absolute values of the first slant angle ⁇ 1 and the second slant angle ⁇ 2. .. However, the absolute value of the slant angle ⁇ _P1b as the first slant angle ⁇ 1 and the absolute value of the slant angle ⁇ _P1c as the second slant angle ⁇ 2 may be different.
  • the series arm resonator group and the parallel arm resonator group other than the series arm resonator group S1 and the parallel arm resonator group P1 also include the first elastic wave resonator and the second elastic wave resonator group, respectively. Then, in each series arm resonator group and each series arm resonator group, the absolute value of the first slant angle ⁇ 1 and the absolute value of the second slant angle ⁇ 2 are different from each other. Thereby, spurious can be dispersed, and spurious can be suppressed as a whole of the filter device 30.
  • the filter device 30 may have at least one first elastic wave resonator and at least one second elastic wave resonator. As in the present embodiment, it may have at least one elastic wave resonator other than the first elastic wave resonator and the second elastic wave resonator. As described above, the absolute value of the slant angle ⁇ of the at least one elastic wave resonator may be different from the absolute value of the first slant angle ⁇ 1 and the absolute value of the second slant angle ⁇ 2. Further, the absolute values of the slant angles ⁇ may be different from each other among a plurality of elastic wave resonators other than the first elastic wave resonator and the second elastic wave resonator.
  • circuit configuration of the third embodiment shown below is the same as the circuit configuration of the second embodiment. Therefore, the third embodiment will be described with reference to the drawings and reference numerals that explain the second embodiment.
  • the filter device of the third embodiment has the same configuration as the filter device 30 of the second embodiment.
  • one group of the plurality of series arm resonator groups includes the first elastic wave resonator group, and the other one group of the plurality of series arm resonator groups includes the second elastic wave resonance group. Including children.
  • one group of the plurality of parallel arm resonators includes the first elastic wave resonator group, and the other group of the plurality of parallel arm resonator groups includes the second elastic wave resonator group.
  • the first elastic wave resonator is the series arm resonator S2a.
  • the second elastic wave resonator is the series arm resonator S3a.
  • the slant angle of the series arm resonator S1a is ⁇ _S1a
  • the slant angle of the series arm resonator S2a is ⁇ _S2a
  • the slant angle of the series arm resonator S3a is ⁇ _S3a
  • the slant angle of the series arm resonator S4a is ⁇ _S4a .
  • the slant angle ⁇ _S1a is 5 °.
  • the slant angle ⁇ _S2a is 10 °.
  • the slant angle ⁇ _S3a is 15 °.
  • the slant angle ⁇ _S4a is 20 °. Therefore, the absolute value of the slant angle ⁇ _S2a as the first slant angle ⁇ 1 and the absolute value of the slant angle ⁇ _S3a as the second slant angle ⁇ 2 are different from each other. Further, the absolute values of the slant angles ⁇ of the elastic wave resonators other than the first elastic wave resonator and the second elastic wave resonator are also different from the absolute values of the first slant angle ⁇ 1 and the second slant angle ⁇ 2. ..
  • the absolute value of the slant angle ⁇ _S2a as the first slant angle ⁇ 1 and the absolute value of the slant angle ⁇ _S3a as the second slant angle ⁇ 2 may be different from each other.
  • the slant angles ⁇ of all series arm resonators in the same series arm resonator group may be the same.
  • the first elastic wave resonator is the parallel arm resonator P2a.
  • the second elastic wave resonator is the parallel arm resonator P3a.
  • the slant angle of the parallel arm resonator P1a is ⁇ _P1a
  • the slant angle of the parallel arm resonator P2a is ⁇ _P2a
  • the slant angle of the parallel arm resonator P3a is ⁇ _P3a
  • the slant angle of the parallel arm resonator P4a is ⁇ _P4a.
  • the slant angle ⁇ _P1a is 0 °.
  • the slant angle ⁇ _P2a is 10 °.
  • the slant angle ⁇ _P3a is 20 °.
  • the slant angle ⁇ _P4a is 40 °. Therefore, the absolute value of the slant angle ⁇ _P2a as the first slant angle ⁇ 1 and the absolute value of the slant angle ⁇ _P3a as the second slant angle ⁇ 2 are different from each other. Further, the absolute values of the slant angles ⁇ of the elastic wave resonators other than the first elastic wave resonator and the second elastic wave resonator are also different from the absolute values of the first slant angle ⁇ 1 and the second slant angle ⁇ 2. ..
  • the absolute value of the slant angle ⁇ _P2a as the first slant angle ⁇ 1 and the absolute value of the slant angle ⁇ _P3a as the second slant angle ⁇ 2 may be different from each other.
  • the slant angles ⁇ of all parallel arm resonators in the same parallel arm resonator group may be the same.
  • spurious can be dispersed and spurious can be suppressed as a whole in the filter device as in the second embodiment.
  • the third embodiment may have at least one elastic wave resonator other than the first elastic wave resonator and the second elastic wave resonator.
  • the absolute value of the slant angle ⁇ of the at least one elastic wave resonator may be different from the absolute value of the first slant angle ⁇ 1 and the absolute value of the second slant angle ⁇ 2.
  • the absolute values of the slant angles ⁇ may be different from each other among a plurality of elastic wave resonators other than the first elastic wave resonator and the second elastic wave resonator.
  • the elastic wave device is synonymous with the elastic wave resonator.
  • the piezoelectric substrate of the elastic wave resonator in the first to third embodiments is a laminate of the support member, the insulating layer, and the piezoelectric layer shown below. However, the piezoelectric layer may be provided directly on the support member.
  • FIG. 9 (a) is a schematic perspective view showing the appearance of an elastic wave device using a bulk wave in a thickness slip mode
  • FIG. 9 (b) is a plan view showing an electrode structure on a piezoelectric layer
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a portion along the line AA in FIG. 9A.
  • the elastic wave device 1 has a piezoelectric layer 2 made of LiNbO 3 .
  • the cut angle of LiNbO 3 is Z cut, but it may be Y cut or X cut.
  • the thickness of the piezoelectric layer 2 is not particularly limited, but in order to effectively excite the thickness slip mode, it is preferably 40 nm or more and 1000 nm or less, and more preferably 50 nm or more and 1000 nm or less.
  • the piezoelectric layer 2 has first and second main surfaces 2a and 2b facing each other.
  • the electrode 3 and the electrode 4 are provided on the first main surface 2a.
  • the electrode 3 is an example of the “first electrode”
  • the electrode 4 is an example of the “second electrode”.
  • a plurality of electrodes 3 are connected to the first bus bar 5.
  • the plurality of electrodes 4 are connected to the second bus bar 6.
  • the plurality of electrodes 3 and the plurality of electrodes 4 are interleaved with each other.
  • the electrode 3 and the electrode 4 have a rectangular shape and have a length direction.
  • the electrode 3 and the adjacent electrode 4 face each other in a direction orthogonal to the length direction.
  • the IDT (Interdigital Transducer) electrode is composed of the plurality of electrodes 3 and 4, the first bus bar 5, and the second bus bar 6. Both the length direction of the electrodes 3 and 4 and the direction orthogonal to the length direction of the electrodes 3 and 4 are directions intersecting with each other in the thickness direction of the piezoelectric layer 2.
  • the electrode 3 and the adjacent electrode 4 face each other in the direction of crossing in the thickness direction of the piezoelectric layer 2.
  • the length directions of the electrodes 3 and 4 may be replaced with the directions orthogonal to the length directions of the electrodes 3 and 4 shown in FIGS. 9 (a) and 9 (b). That is, in FIGS. 9 (a) and 9 (b), the electrodes 3 and 4 may be extended in the direction in which the first bus bar 5 and the second bus bar 6 are extended. In that case, the first bus bar 5 and the second bus bar 6 extend in the direction in which the electrodes 3 and 4 extend in FIGS. 9 (a) and 9 (b).
  • a pair of structures in which the electrode 3 connected to one potential and the electrode 4 connected to the other potential are adjacent to each other are provided in a direction orthogonal to the length direction of the electrodes 3 and 4.
  • the case where the electrode 3 and the electrode 4 are adjacent to each other does not mean that the electrode 3 and the electrode 4 are arranged so as to be in direct contact with each other, but that the electrode 3 and the electrode 4 are arranged so as to be spaced apart from each other. Point to. Further, when the electrode 3 and the electrode 4 are adjacent to each other, the electrode connected to the hot electrode or the ground electrode, including the other electrodes 3 and 4, is not arranged between the electrode 3 and the electrode 4.
  • This logarithm does not have to be an integer pair, and may be 1.5 pairs, 2.5 pairs, or the like.
  • the distance between the centers of the electrodes 3 and 4, that is, the pitch is preferably in the range of 1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
  • the width of the electrodes 3 and 4, that is, the dimensions of the electrodes 3 and 4 in the opposite direction are preferably in the range of 50 nm or more and 1000 nm or less, and more preferably in the range of 150 nm or more and 1000 nm or less.
  • the distance between the centers of the electrodes 3 and 4 is the center of the dimension (width dimension) of the electrode 3 in the direction orthogonal to the length direction of the electrode 3 and the electrode 4 in the direction orthogonal to the length direction of the electrode 4. It is the distance connected to the center of the dimension (width dimension) of.
  • the direction orthogonal to the length direction of the electrodes 3 and 4 is the direction orthogonal to the polarization direction of the piezoelectric layer 2. This does not apply when a piezoelectric material having another cut angle is used as the piezoelectric layer 2.
  • “orthogonal” is not limited to the case of being strictly orthogonal, and is substantially orthogonal (the angle formed by the direction orthogonal to the length direction of the electrodes 3 and 4 and the polarization direction is, for example, 90 ° ⁇ 10 °). Within the range).
  • a support member 8 is laminated on the second main surface 2b side of the piezoelectric layer 2 via an insulating layer 7.
  • the insulating layer 7 and the support member 8 have a frame-like shape and have openings 7a and 8a as shown in FIG. As a result, the cavity 9 is formed.
  • the cavity 9 is provided so as not to interfere with the vibration of the excitation region C of the piezoelectric layer 2. Therefore, the support member 8 is laminated on the second main surface 2b via the insulating layer 7 at a position where it does not overlap with the portion where at least one pair of electrodes 3 and 4 are provided.
  • the insulating layer 7 may not be provided. Therefore, the support member 8 may be directly or indirectly laminated on the second main surface 2b of the piezoelectric layer 2.
  • the insulating layer 7 is made of silicon oxide. However, in addition to silicon oxide, an appropriate insulating material such as silicon nitride or alumina can be used.
  • the support member 8 is made of Si. The plane orientation of Si on the surface of the piezoelectric layer 2 side may be (100), (110), or (111). It is desirable that Si constituting the support member 8 has a high resistance having a resistivity of 4 k ⁇ or more. However, the support member 8 can also be configured by using an appropriate insulating material or semiconductor material.
  • Examples of the material of the support member 8 include piezoelectric materials such as aluminum oxide, lithium tantalate, lithium niobate, and quartz, alumina, magnesia, sapphire, silicon nitride, aluminum nitride, silicon carbide, zirconia, cordierite, mulite, and steer.
  • piezoelectric materials such as aluminum oxide, lithium tantalate, lithium niobate, and quartz, alumina, magnesia, sapphire, silicon nitride, aluminum nitride, silicon carbide, zirconia, cordierite, mulite, and steer.
  • Various ceramics such as tight and forsterite, dielectrics such as diamond and glass, and semiconductors such as gallium nitride can be used.
  • the plurality of electrodes 3, 4 and the first and second bus bars 5, 6 are made of an appropriate metal or alloy such as an Al or AlCu alloy.
  • the electrodes 3 and 4 and the first and second bus bars 5 and 6 have a structure in which an Al film is laminated on a Ti film.
  • An adhesive layer other than the Ti film may be used.
  • an AC voltage is applied between the plurality of electrodes 3 and the plurality of electrodes 4. More specifically, an AC voltage is applied between the first bus bar 5 and the second bus bar 6.
  • d / p is 0. It is said to be 5 or less. Therefore, the bulk wave in the thickness slip mode is effectively excited, and good resonance characteristics can be obtained. More preferably, d / p is 0.24 or less, in which case even better resonance characteristics can be obtained.
  • the Q value is unlikely to decrease even if the logarithm of the electrodes 3 and 4 is reduced in order to reduce the size. This is because the propagation loss is small even if the number of electrode fingers in the reflectors on both sides is reduced. Further, the reason why the number of the electrode fingers can be reduced is that the bulk wave in the thickness slip mode is used. The difference between the lamb wave used in the elastic wave device and the bulk wave in the thickness slip mode will be described with reference to FIGS. 11 (a) and 11 (b).
  • FIG. 11A is a schematic front sectional view for explaining a Lamb wave propagating in a piezoelectric film of an elastic wave device as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-257019.
  • the wave propagates in the piezoelectric film 201 as shown by an arrow.
  • the first main surface 201a and the second main surface 201b face each other, and the thickness direction connecting the first main surface 201a and the second main surface 201b is the Z direction.
  • the X direction is the direction in which the electrode fingers of the IDT electrodes are lined up.
  • the wave propagates in the X direction as shown in the figure.
  • the piezoelectric film 201 vibrates as a whole because it is a plate wave, the wave propagates in the X direction, so reflectors are arranged on both sides to obtain resonance characteristics. Therefore, a wave propagation loss occurs, and the Q value decreases when the size is reduced, that is, when the logarithm of the electrode fingers is reduced.
  • the wave is generated by the first main surface 2a and the second main surface of the piezoelectric layer 2. It propagates substantially in the direction connecting 2b, that is, in the Z direction, and resonates. That is, the X-direction component of the wave is significantly smaller than the Z-direction component. Since the resonance characteristic is obtained by the propagation of the wave in the Z direction, the propagation loss is unlikely to occur even if the number of electrode fingers of the reflector is reduced. Further, even if the logarithm of the electrode pair consisting of the electrodes 3 and 4 is reduced in order to promote miniaturization, the Q value is unlikely to decrease.
  • the amplitude direction of the bulk wave in the thickness slip mode is opposite in the first region 451 included in the excitation region C of the piezoelectric layer 2 and the second region 452 included in the excitation region C.
  • FIG. 12 schematically shows a bulk wave when a voltage at which the electrode 4 has a higher potential than that of the electrode 3 is applied between the electrode 3 and the electrode 4.
  • the first region 451 is a region of the excitation region C between the virtual plane VP1 orthogonal to the thickness direction of the piezoelectric layer 2 and dividing the piezoelectric layer 2 into two, and the first main surface 2a.
  • the second region 452 is a region of the excitation region C between the virtual plane VP1 and the second main surface 2b.
  • the elastic wave device 1 at least one pair of electrodes consisting of the electrodes 3 and 4 is arranged, but since the waves are not propagated in the X direction, they are composed of the electrodes 3 and 4.
  • the number of pairs of electrodes does not have to be multiple. That is, it is only necessary to provide at least one pair of electrodes.
  • the electrode 3 is an electrode connected to a hot potential
  • the electrode 4 is an electrode connected to a ground potential.
  • the electrode 3 may be connected to the ground potential and the electrode 4 may be connected to the hot potential.
  • at least one pair of electrodes is an electrode connected to a hot potential or an electrode connected to a ground potential as described above, and is not provided with a floating electrode.
  • FIG. 13 is a diagram showing the resonance characteristics of the elastic wave device shown in FIG.
  • the design parameters of the elastic wave device 1 that has obtained this resonance characteristic are as follows.
  • Insulation layer 7 1 ⁇ m thick silicon oxide film.
  • Support member 8 Si.
  • the length of the excitation region C is a dimension along the length direction of the electrodes 3 and 4 of the excitation region C.
  • the distances between the electrodes of the electrode pairs consisting of the electrodes 3 and 4 are all the same in the plurality of pairs. That is, the electrodes 3 and 4 are arranged at equal pitches.
  • d / p is more preferably 0.5 or less. Is 0.24 or less. This will be described with reference to FIG.
  • FIG. 14 is a diagram showing the relationship between this d / p and the specific band as a resonator of the elastic wave device.
  • the ratio band is less than 5% even if d / p is adjusted.
  • the specific band can be set to 5% or more by changing the d / p within that range, that is, the resonator having a high coupling coefficient. Can be configured.
  • the specific band can be increased to 7% or more.
  • a resonator having a wider specific band can be obtained, and a resonator having a higher coupling coefficient can be realized. Therefore, it can be seen that by setting d / p to 0.5 or less, a resonator having a high coupling coefficient can be configured by utilizing the bulk wave in the thickness slip mode.
  • FIG. 15 is a plan view of an elastic wave device that utilizes a bulk wave in a thickness slip mode.
  • the elastic wave device 80 a pair of electrodes having an electrode 3 and an electrode 4 is provided on the first main surface 2a of the piezoelectric layer 2.
  • K in FIG. 15 is the crossover width.
  • the logarithm of the electrodes may be one pair. Even in this case, if the d / p is 0.5 or less, the bulk wave in the thickness slip mode can be effectively excited.
  • the plurality of electrodes 3 and 4 are adjacent to the excitation region C, which is a region in which any of the adjacent electrodes 3 and 4 overlap when viewed in the opposite direction. It is desirable that the metallization ratio MR of the matching electrodes 3 and 4 satisfies MR ⁇ 1.75 (d / p) +0.075. In that case, spurious can be effectively reduced. This will be described with reference to FIGS. 16 and 17.
  • FIG. 16 is a reference diagram showing an example of the resonance characteristics of the elastic wave device 1.
  • the spurious indicated by the arrow B appears between the resonance frequency and the antiresonance frequency.
  • the metallization ratio MR will be described with reference to FIG. 9 (b).
  • the portion surrounded by the alternate long and short dash line C is the excitation region.
  • the excitation region C is a region in which the electrode 3 and the electrode 4 overlap with the electrode 4 in the electrode 3 when viewed in a direction orthogonal to the length direction of the electrodes 3 and 4, that is, in an opposite direction, and the electrode in the electrode 4. The region where the electrode 3 and the electrode 4 overlap each other and the region where the electrode 3 and the electrode 4 overlap each other.
  • the metallization ratio MR is a ratio of the area of the metallization portion to the area of the excitation region C.
  • the ratio of the metallization portion included in the total excitation region to the total area of the excitation region may be MR.
  • FIG. 17 is a diagram showing the relationship between the specific band when a large number of elastic wave resonators are configured according to the present embodiment and the phase rotation amount of the impedance of the spurious standardized at 180 degrees as the size of the spurious. be.
  • the specific band was adjusted by variously changing the film thickness of the piezoelectric layer and the dimensions of the electrodes.
  • FIG. 16 shows the results when a piezoelectric layer made of Z-cut LiNbO 3 is used, but the same tendency is obtained when a piezoelectric layer having another cut angle is used.
  • the spurious is as large as 1.0.
  • the specific band exceeds 0.17, that is, when it exceeds 17%, the pass band even if a large spurious having a spurious level of 1 or more changes the parameters constituting the specific band. Appears in. That is, as shown in the resonance characteristic of FIG. 16, a large spurious indicated by an arrow B appears in the band. Therefore, the specific band is preferably 17% or less. In this case, the spurious can be reduced by adjusting the film thickness of the piezoelectric layer 2 and the dimensions of the electrodes 3 and 4.
  • FIG. 18 is a diagram showing the relationship between d / 2p, the metallization ratio MR, and the specific band.
  • various elastic wave devices having different MRs from d / 2p were configured, and the specific band was measured.
  • the portion shown with hatching on the right side of the broken line D in FIG. 18 is a region having a specific band of 17% or less.
  • FIG. 19 is a diagram showing a map of the specific band with respect to Euler angles (0 °, ⁇ , ⁇ ) of LiNbO3 when d / p is brought as close to 0 as possible.
  • the portion shown with hatching in FIG. 19 is a region where a specific band of at least 5% or more can be obtained, and when the range of the region is approximated, the following equations (1), (2) and (3) are approximated. ).
  • Equation (1) (0 ° ⁇ 10 °, 20 ° to 80 °, 0 ° to 60 ° (1- ( ⁇ -50) 2/900) 1/2 ) or (0 ° ⁇ 10 °, 20 ° to 80 °, [180] ° -60 ° (1- ( ⁇ -50) 2/900) 1/2 ] to 180 °).
  • Equation (2) (0 ° ⁇ 10 °, [180 ° -30 ° (1- ( ⁇ 90) 2/8100) 1/2 ] to 180 °, arbitrary ⁇ ).
  • the specific band can be sufficiently widened, which is preferable.
  • FIG. 20 is a front sectional view of an elastic wave device having an acoustic multilayer film.
  • the acoustic multilayer film 82 is laminated on the second main surface 2b of the piezoelectric layer 2.
  • the acoustic multilayer film 82 has a laminated structure of low acoustic impedance layers 82a, 82c, 82e having a relatively low acoustic impedance and high acoustic impedance layers 82b, 82d having a relatively high acoustic impedance.
  • the bulk wave in the thickness slip mode can be confined in the piezoelectric layer 2 without using the cavity 9 in the elastic wave device 1. Also in the elastic wave device 81, by setting the d / p to 0.5 or less, resonance characteristics based on the bulk wave in the thickness slip mode can be obtained.
  • the number of layers of the low acoustic impedance layers 82a, 82c, 82e and the high acoustic impedance layers 82b, 82d is not particularly limited. It is sufficient that at least one high acoustic impedance layer 82b, 82d is arranged on the side farther from the piezoelectric layer 2 than the low acoustic impedance layers 82a, 82c, 82e.
  • the low acoustic impedance layers 82a, 82c, 82e and the high acoustic impedance layers 82b, 82d can be made of an appropriate material as long as the relationship of the acoustic impedance is satisfied.
  • examples of the material of the low acoustic impedance layers 82a, 82c, 82e include silicon oxide and silicon nitride. Further, examples of the material of the high acoustic impedance layers 82b and 82d include alumina, silicon nitride, and metal.
  • the support member 8 has a cavity portion 9. It may be provided. At least one of the first elastic wave resonator and the second elastic wave resonator may overlap at least a part of the IDT electrode with the cavity 9 when viewed in a plan view.
  • an acoustic multilayer film 82 as an acoustic reflection film is provided between the support member 8 and the piezoelectric layer 2. It may have been.
  • d / p is 0.24 or less in at least one of the first elastic wave resonator and the second elastic wave resonator. Thereby, even better resonance characteristics can be obtained.
  • At least one of the first elastic wave resonator and the second elastic wave resonator satisfies MR ⁇ 1.75 (d / p) +0.075 as described above. In this case, spurious can be suppressed more reliably.
  • the Euler angles ( ⁇ , ⁇ , ⁇ ) of lithium niobate constituting the piezoelectric layer in at least one of the first elastic wave resonator and the second elastic wave resonator are the above equations (1). It is preferably in the range of the formula (2) or the formula (3). In this case, the specific band can be sufficiently widened.

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Abstract

スプリアスを抑制することができる、フィルタ装置を提供する。 フィルタ装置10は第1,第2の弾性波共振子を備える。第1,第2の弾性波共振子は、支持部材と、結晶軸であるX軸、Y軸及びZ軸を有し、かつYカットのニオブ酸リチウムからなる圧電層17と、IDT電極とを有する。IDT電極は複数の第1,第2の電極指を有する。圧電層17の厚みをd、隣り合う第1,第2の電極指の中心間距離をpとした場合、d/pが0.5以下である。複数の第1の電極指の先端を結んだ仮想線を包絡線としたときに、第1の弾性波共振子において、包絡線が延びる方向とX軸の方向とがなす角の角度であり、0°以外の角度を第1のスラント角α1とし、第2の弾性波共振子において、包絡線が延びる方向とX軸の方向とがなす角の角度であり、0°以外の角度を第2のスラント角α2としたときに、第1のスラント角α1の絶対値と第2のスラント角α2の絶対値とが異なる。

Description

フィルタ装置
 本発明は、フィルタ装置に関する。
 従来、弾性波共振子を有するフィルタ装置は、携帯電話機などに広く用いられている。近年においては、下記の特許文献1に記載のような、厚み滑りモードのバルク波を用いた弾性波装置が提案されている。この弾性波装置においては、圧電層上に、対となる電極が設けられている。対となる電極は圧電層上において対向し合っており、かつ異なる電位に接続される。上記電極間に交流電圧を印加することにより、厚み滑りモードのバルク波を励振させている。
米国特許第10491192号明細書
 厚み滑りモードのバルク波を利用する弾性波共振子において、圧電層としてYカットのLiNbOを用いると、大きなスプリアスが生じることにより、良好な共振特性を得ることができないことがあった。そのため、フィルタ装置全体としても、フィルタ特性が劣化することがあった。
 本発明の目的は、スプリアスを抑制することができる、フィルタ装置を提供することにある。
 本発明に係るフィルタ装置は、第1の弾性波共振子と、第2の弾性波共振子とを備え、前記第1の弾性波共振子及び前記第2の弾性波共振子がそれぞれ、支持部材と、前記支持部材上に設けられており、結晶軸であるX軸、Y軸及びZ軸を有し、かつYカットのニオブ酸リチウムからなる圧電層と、前記圧電層上に設けられているIDT電極とを有し、前記第1の弾性波共振子及び前記第2の弾性波共振子のそれぞれの前記IDT電極が、対向し合う第1のバスバー及び第2のバスバーと、前記第1のバスバーのそれぞれ一端が接続されている複数の第1の電極指と、前記第2のバスバーにそれぞれ一端が接続されており、かつ前記複数の第1の電極指と間挿し合っている複数の第2の電極指とを有し、前記第1の弾性波共振子及び前記第2の弾性波共振子のそれぞれにおいて、前記圧電層の厚みをd、隣り合う前記第1の電極指及び前記第2の電極指の中心間距離をpとした場合、d/pが0.5以下であり、前記第1の弾性波共振子及び前記第2の弾性波共振子のそれぞれにおいて、前記複数の第1の電極指の先端を結ぶことにより形成される仮想線を包絡線としたときに、前記包絡線が延びる方向と前記X軸の方向とが交叉しており、前記第1の弾性波共振子において、前記包絡線が延びる方向と前記X軸の方向とがなす角の角度であり、0°以外の角度を第1のスラント角α1とし、前記第2の弾性波共振子において、前記包絡線が延びる方向と前記X軸の方向とがなす角の角度であり、0°以外の角度を第2のスラント角α2としたときに、前記第1のスラント角α1の絶対値と前記第2のスラント角α2の絶対値とが異なる。
 本発明に係るフィルタ装置によれば、スプリアスを抑制することができる。
図1は、本発明の第1の実施形態に係るフィルタ装置の模式的平面図である。 図2は、本発明の第1の実施形態における第1の弾性波共振子の模式的平面図である。 図3は、弾性波共振子におけるスラント角αと、位相特性との関係を示す図である。スプリアスが生じる周波数付近を示す。 図4は、図3の拡大図である。 図5は、弾性波共振子におけるスラント角αと、スプリアスSp1によるリップルの位相が最大となる周波数との関係を示す図である。 図6は、弾性波共振子におけるスラント角αと、スプリアスSp1によるリップルの位相の最大値との関係を示す図である。 図7は、弾性波共振子におけるスラント角αと、スプリアスSp3によるリップルの位相の最大値との関係を示す図である。 図8は、本発明の第2の実施形態に係るフィルタ装置の模式的回路図である。 図9(a)は、厚み滑りモードのバルク波を利用するフィルタ装置の外観を示す略図的斜視図であり、図9(b)は、圧電層上の電極構造を示す平面図である。 図10は、図9(a)中のA-A線に沿う部分の断面図である。 図11(a)は、弾性波装置の圧電膜を伝搬するラム波を説明するための模式的正面断面図であり、図11(b)は、フィルタ装置における、圧電膜を伝搬する厚み滑りモードのバルク波を説明するための模式的正面断面図である。 図12は、厚み滑りモードのバルク波の振幅方向を示す図である。 図13は、厚み滑りモードのバルク波を利用するフィルタ装置の共振特性を示す図である。 図14は、隣り合う電極の中心間距離をp、圧電層の厚みをdとした場合のd/pと共振子としての比帯域との関係を示す図である。 図15は、厚み滑りモードのバルク波を利用する弾性波装置の平面図である。 図16は、スプリアスが現れている参考例の弾性波装置の共振特性を示す図である。 図17は、比帯域と、スプリアスの大きさとしての180度で規格化されたスプリアスのインピーダンスの位相回転量との関係を示す図である。 図18は、d/2pと、メタライゼーション比MRとの関係を示す図である。 図19は、d/pを限りなく0に近づけた場合のLiNbOのオイラー角(0°,θ,ψ)に対する比帯域のマップを示す図である。 図20は、音響多層膜を有する弾性波装置の正面断面図である。
 以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
 なお、本明細書に記載の各実施形態は、例示的なものであり、異なる実施形態間において、構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることを指摘しておく。
 図1は、本発明の第1の実施形態に係るフィルタ装置の模式的平面図である。
 フィルタ装置10は、第1の信号端12A及び第2の信号端12Bと、グラウンド端19と、複数の弾性波共振子とを有する。より具体的には、フィルタ装置10の複数の弾性波共振子は、弾性波共振子R1、弾性波共振子R2、弾性波共振子R3及び弾性波共振子R4である。弾性波共振子R1は本発明における第1の弾性波共振子である。弾性波共振子R3は本発明における第2の弾性波共振子である。第1の信号端12Aはアンテナ端である。アンテナ端はアンテナに接続される。
 フィルタ装置10においては、第1の信号端12A及び第2の信号端12Bの間に、弾性波共振子R1及び弾性波共振子R2が互いに直列に接続されている。第1の信号端12A及びグラウンド端19の間に、弾性波共振子R3及び弾性波共振子R4が互いに直列に接続されている。本実施形態では、第1の弾性波共振子としての弾性波共振子R1が、最も第1の信号端12A側に配置された弾性波共振子である。なお、フィルタ装置10の回路構成は上記に限定されない。
 フィルタ装置10の通過帯域はn77である。より具体的には、フィルタ装置10の通過帯域は3400~4200MHzである。もっとも、フィルタ装置10の通過帯域は上記に限定されない。なお、本発明に係るフィルタ装置は、送信フィルタであってもよく、受信フィルタであってもよく、あるいは、デュプレクサやマルチプレクサなどの複合フィルタ装置であってもよい。
 複数の弾性波共振子は圧電性基板13を共有している。圧電性基板13は圧電層17を有する。圧電層17は、結晶軸であるX軸、Y軸及びZ軸を有する。圧電層17はYカットのニオブ酸リチウムからなる。本明細書において、ある部材がある材料からなるとは、フィルタ装置の電気的特性が劣化しない程度の微量な不純物が含まれる場合を含む。本実施形態では、圧電層17を構成しているニオブ酸リチウムのカット角は、128°±10°Yカットの範囲内である。もっとも、圧電層17を構成しているニオブ酸リチウムのカット角は上記に限定されない。
 各弾性波共振子は、IDT電極をそれぞれ有する。各IDT電極は、圧電層17上に設けられている。本実施形態においては、各IDT電極は、Ti層及びAl層が積層された積層金属膜からなる。Ti層は、Al層よりも圧電層17側に位置する。もっとも、各IDT電極の材料は上記に限定されない。あるいは、各IDT電極は、単層の金属膜からなっていてもよい。
 第1の弾性波共振子としての弾性波共振子R1のIDT電極は、IDT電極18Aである。IDT電極18Aは、第1のバスバー22及び第2のバスバー23と、複数の第1の電極指24及び複数の第2の電極指25とを有する。第1の電極指24は本発明における第1電極である。複数の第1の電極指24は周期的に配置されている。複数の第1の電極指24の一端はそれぞれ、第1のバスバー22に接続されている。第2の電極指25は本発明における第2電極である。複数の第2の電極指25は周期的に配置されている。複数の第2の電極指25の一端はそれぞれ、第2のバスバー23に接続されている。複数の第1の電極指24及び複数の第2の電極指25は互いに間挿し合っている。
 以下においては、第1の電極指24及び第2の電極指25を単に電極指と記載することもある。隣り合う電極指同士が対向する方向を電極指対向方向とし、複数の電極指が延びる方向を電極指延伸方向としたときに、IDT電極18Aにおいては、電極指延伸方向は電極指対向方向と直交している。さらに、電極指延伸方向はX軸の方向と直交している。もっとも、電極指延伸方向、電極指対向方向及びX軸の方向の関係は上記に限定されない。
 IDT電極18Aは、傾斜型のIDT電極である。より具体的には、複数の第1の電極指24の先端を結ぶことにより形成される仮想線を第1の包絡線E1としたときに、第1の包絡線E1が延びる方向は、X軸の方向と交叉している。なお、図1においては、X軸の方向を二点鎖線の矢印により示している。同様に、複数の第2の電極指25の先端を結ぶことにより形成される仮想線を第2の包絡線E2としたときに、第2の包絡線E2が延びる方向は、X軸の方向と交叉している。本実施形態では、第1の包絡線E1及び第2の包絡線E2は平行である。もっとも、第1の包絡線E1及び第2の包絡線E2の関係は上記に限定されるものではない。
 同様に、弾性波共振子R1以外の弾性波共振子もそれぞれ、傾斜型のIDT電極を有する。各IDT電極も、第1のバスバー及び第2のバスバーと、複数の第1の電極指及び複数の第2の電極指とを有する。各IDT電極においても、第1の包絡線及び第2の包絡線としての仮想線を形成することができる。より具体的には、第2の弾性波共振子としての弾性波共振子R3のIDT電極は、IDT電極18Bである。IDT電極18Bは、第1のバスバー26及び第2のバスバー27と、複数の第1の電極指28及び複数の第2の電極指29とを有する。弾性波共振子R3における電極指延伸方向も、電極指対向方向及びX軸の方向と直交している。本実施形態では、IDT電極18Bの第1の包絡線E3及び第2の包絡線E4は平行である。もっとも、電極指延伸方向、電極指対向方向及びX軸の方向の関係、並びに第1の包絡線E3及び第2の包絡線E4の関係は上記に限定されない。
 弾性波共振子において、第1の包絡線が延びる方向とX軸の方向とがなす角の角度をスラント角とする。特に、第1の弾性波共振子において、第1の包絡線E1が延びる方向とX軸の方向とがなす角の角度であり、0°以外の角度を第1のスラント角α1とする。第2の弾性波共振子において、第1の包絡線E3が延びる方向とX軸の方向とがなす角の角度であり、0°以外の角度を第2のスラント角α2とする。フィルタ装置10においては、弾性波共振子R2のIDT電極のスラント角は、第1のスラント角α1と同じである。弾性波共振子R4のIDT電のスラント角は、第2のスラント角α2と同じである。もっとも、弾性波共振子R2及び弾性波共振子R4の構成は上記に限定されない。例えば、弾性波共振子R2及び弾性波共振子R4のIDT電極における第1の包絡線及び第2の包絡線は、X軸と平行であってもよい。
 図2は、第1の実施形態における第1の弾性波共振子の模式的平面図である。
 IDT電極18Aにおいて、電極指対向方向から見たときに、隣り合う電極指同士が重なり合う領域は交叉領域である。さらに、弾性波共振子R1は複数の励振領域Cを有する。励振領域Cは、交叉領域と同様に、電極指対向方向から見たときに、隣り合う電極指同士が重なり合う領域である。各励振領域Cはそれぞれ、1対の電極指間の領域である。より詳細には、励振領域Cは、一方の電極指の電極指対向方向における中心から、他方の電極指の電極指対向方向における中心までの領域である。よって、交叉領域は、複数の励振領域Cを含む。IDT電極18Aに交流電圧を印加することにより、複数の励振領域Cにおいて弾性波が励振される。本実施形態においては、例えば厚み滑り1次モードなどの、厚み滑りモードのバルク波を利用可能に、弾性波共振子R1が構成されている。他の弾性波共振子も同様に、交叉領域及び複数の励振領域を有する。
 複数の弾性波共振子のそれぞれにおいて、圧電層17の厚みをd、隣り合う第1の電極指及び第2の電極指の中心間距離をpとした場合、d/pは0.5以下である。これにより、厚み滑りモードのバルク波が好適に励振される。なお、詳細は後述するが、圧電性基板13は、支持部材、絶縁層及び圧電層17の積層体である。支持部材上に絶縁層が設けられている。絶縁層上に圧電層17が設けられている。もっとも、圧電層17は、支持部材上に直接的に設けられていてもよい。図1に示すように、複数の弾性波共振子は同じ支持部材、絶縁層及び同じ圧電層17を共有している。もっとも、複数の弾性波共振子は、それぞれ別個の支持部材、絶縁層及び圧電層を有していてもよい。例えば、第1の弾性波共振子及び第2の弾性波共振子のうち少なくとも一方において、圧電層に用いられているニオブ酸リチウムのカット角が、128°±10°Yカットの範囲内であってもよい。
 本実施形態の特徴は、第1のスラント角α1の絶対値|α1|と、第2のスラント角α2の絶対値|α2|とが異なることにある。それによって、スプリアスを抑制することができる。この詳細を以下において示す。
 弾性波共振子のスラント角αを変化させる毎に、共振特性を評価した。より具体的には、スラント角αを、0°以上、40°以下において2°刻みで変化させた。弾性波共振子の設計パラメータは以下の通りとした。なお、下記の電極指ピッチとは、隣り合う電極指同士の中心間距離である。電極指の先端及びバスバーの間の距離をI-Bギャップとする。交叉領域の電極指延伸方向に沿う寸法を交叉幅とする。電極指の幅とは、電極指の電極指対向方向に沿う寸法である。
 IDT電極の層構成;各層の材料…圧電層側からTi/Al、各層の厚み…圧電層側から0.05μm/0.6μm
 電極指ピッチ;3.96μm
 I-Bギャップ;3.96μm
 交叉幅:57.88μm
 電極指の幅;1.2μm
 電極指の対数;100対
 圧電層のオイラー角(φ,θ,ψ);(0°,38°,0°)
 圧電層の厚み;0.5μm
 図3は、弾性波共振子におけるスラント角αと、位相特性との関係を示す図である。図4は、図3の拡大図である。
 図3に示すように、弾性波共振子においては、スプリアスSp1、スプリアスSp2、スプリアスSp3、スプリアスSp4、スプリアスSp5及びスプリアスSp6が生じている。図3及び図4に示すように、スラント角αが異なる場合には、各スプリアスが生じる周波数や位相も異なる。これを、下記の図5及び図6を参照して、スプリアスSp1についてより詳細に示す。
 図5は、弾性波共振子におけるスラント角αと、スプリアスSp1によるリップルの位相が最大となる周波数との関係を示す図である。図6は、弾性波共振子におけるスラント角αと、スプリアスSp1によるリップルの位相の最大値との関係を示す図である。
 図5に示すように、弾性波共振子においてはスラント角αが異なると、スプリアスSp1の位相が最大となる周波数が異なる。さらに、図6に示すように、スラント角αが異なると、スプリアスSp1の位相の最大値も異なる。ここで、第1の実施形態では、第1のスラント角α1の絶対値|α1|と、第2のスラント角α2の絶対値|α2|とが互いに異なる。よって、スプリアスSp1によるリップルの位相が最大となる周波数、及びスプリアスSp1によるリップルの位相の最大値を分散させることができる。他のスプリアスについても同様である。従って、フィルタ装置10全体として、スプリアスを抑制することができる。
 図7は、弾性波共振子におけるスラント角αと、スプリアスSp3によるリップルの位相の最大値との関係を示す図である。
 図7に示すように、スラント角αと、スプリアスSp3によるリップルの位相の最大値とは相関関係を有する。より具体的には、スラント角αが4°以上の場合には、スラント角αが大きくなるほど、上記リップルの位相の最大値が大きくなっている。なお、スプリアスSp3は通過帯域内において生じる。この場合には、スプリアスSp3によるリップルの位相の値が大きいほど、該リップルを抑制することができる。図7に示すように、スラント角αが10°以上である場合には、スラント角αが0°である場合よりも、スプリアスSp3によるリップルの位相の最大値を大きくできることがわかる。このことから、第1のスラント角α1及び第2のスラント角α2のうち少なくとも一方の絶対値が10°以上であることが好ましい。それによって、通過帯域内におけるリップルを効果的に抑制することができる。
 なお、第1の実施形態においては、複数の弾性波共振子のIDT電極は全て傾斜型のIDT電極である。もっとも、第1の弾性波共振子及び第2の弾性波共振子以外の弾性波共振子におけるIDT電極は、いわゆる正規型のIDT電極であってもよい。本明細書における正規型のIDT電極においては、電極指対向方向、第1の包絡線が延びる方向及び第2の包絡線が延びる方向は平行である。
 以下において、回路構成並びに第1の弾性波共振子及び第2の弾性波共振子の配置が第1の実施形態と異なる例として、第2の実施形態及び第3の実施形態を示す。
 図8は、第2の実施形態に係るフィルタ装置の模式的回路図である。
 本実施形態のフィルタ装置30はラダー型フィルタである。フィルタ装置30は、第1の信号端32A及び第2の信号端32Bと、複数の直列腕共振子及び複数の並列腕共振子とを有する。複数の直列腕共振子は複数の分割共振子を含む。同様に、複数の並列腕共振子も複数の分割共振子を有する。分割共振子は、1つの共振子が直列分割または並列分割された共振子である。本実施形態においては、複数の分割共振子は全て並列分割された共振子である。もっとも、複数の分割共振子は、直列分割された共振子を含んでいてもよい。フィルタ装置30の共振子は、全て弾性波共振子である。
 フィルタ装置30においては、第1の信号端32Aはアンテナ端である。第2の信号端32Bは入力端である。第1の信号端32A及び第2の信号端32Bは、例えば、電極パッドとして構成されていてもよく、あるいは、配線として構成されていてもよい。
 同じ直列腕共振子が分割された複数の分割共振子の群を直列腕共振子群としたときに、フィルタ装置30は、直列腕共振子群S1、直列腕共振子群S2、直列腕共振子群S3及び直列腕共振子群S4を有する。直列腕共振子群S1、直列腕共振子群S2、直列腕共振子群S3及び直列腕共振子群S4は、第1の信号端3A及び第2の信号端32Bの間に、互いに直列に接続されている。直列腕共振子群S1は、複数の分割共振子としての、直列腕共振子S1a、直列腕共振子S1b、直列腕共振子S1c及び直列腕共振子S1dを含む。直列腕共振子群S2は、複数の分割共振子としての、直列腕共振子S2a、直列腕共振子S2b、直列腕共振子S2c及び直列腕共振子S2dを含む。直列腕共振子群S3は、複数の分割共振子としての、直列腕共振子S3a、直列腕共振子S3b、直列腕共振子S3c及び直列腕共振子S3dを含む。直列腕共振子群S4は、複数の分割共振子としての、直列腕共振子S4a、直列腕共振子S4b、直列腕共振子S4c及び直列腕共振子S4dを含む。
 同じ並列腕共振子が分割された複数の分割共振子の群を並列腕共振子群としたときに、フィルタ装置30は、並列腕共振子群P1、並列腕共振子群P2及び並列腕共振子群P3と、並列腕共振子P4とを有する。直列腕共振子群S1及び直列腕共振子群S2の間の接続点とグラウンド電位との間に、並列腕共振子群P1が接続されている。直列腕共振子群S2及び直列腕共振子群S3の間の接続点とグラウンド電位との間に、並列腕共振子群P2が接続されている。直列腕共振子群S3及び直列腕共振子群S4の間の接続点とグラウンド電位との間に、並列腕共振子群P3が接続されている。第1の信号端32Aとグラウンド電位との間に、並列腕共振子P4が接続されている。
 並列腕共振子群P1は、複数の分割共振子としての、並列腕共振子P1a、並列腕共振子P1b、並列腕共振子P1c及び並列腕共振子P1dを含む。並列腕共振子群P2は、複数の分割共振子としての、並列腕共振子P2a及び並列腕共振子P2bを含む。並列腕共振子群P3は、複数の分割共振子としての、並列腕共振子P3a、並列腕共振子P3b及び並列腕共振子P3cを含む。
 本実施形態においては、各直列腕共振子群及び各並列腕共振子群がそれぞれ、第1の弾性波共振子及び第2の弾性波共振子を含む。具体的には、直列腕共振子群S1の第1の弾性波共振子は、直列腕共振子S1bである。直列腕共振子群S1の第2の弾性波共振子は、直列腕共振子S1cである。なお、直列腕共振子群S1は、第1の弾性波共振子及び第2の弾性波共振子以外の弾性波共振子を含む。より具体的には、該弾性波共振子は、直列腕共振子S1a及び直列腕共振子S1dである。
 直列腕共振子S1aのスラント角をα_S1a、直列腕共振子S1bのスラント角をα_S1b、直列腕共振子S1cのスラント角をα_S1c、直列腕共振子S1dのスラント角をα_S1dとしたときに、スラント角α_S1aは5°である。スラント角α_S1bは10°である。スラント角α_S1cは15°である。スラント角α_S1dは20°である。よって、第1のスラント角α1としてのスラント角α_S1bの絶対値と、第2のスラント角α2としてのスラント角α_S1cの絶対値とは互いに異なる。さらに、第1の弾性波共振子及び第2の弾性波共振子以外の共振子のスラント角αの絶対値も、第1のスラント角α1及び第2のスラント角α2の絶対値と異なる。もっとも、第1のスラント角α1としてのスラント角α_S1bの絶対値と、第2のスラント角α2としてのスラント角α_S1cの絶対値とが互いに異なっていればよい。
 他方、並列腕共振子群P1の第1の弾性波共振子は、並列腕共振子P1bである。並列腕共振子群P1の第2の弾性波共振子は、並列腕共振子P1cである。なお、並列腕共振子群P1は、第1の弾性波共振子及び第2の弾性波共振子以外の弾性波共振子を含む。より具体的には、該弾性波共振子は、並列腕共振子P1a及び並列腕共振子P1dである。
 並列腕共振子P1aのスラント角をα_P1a、並列腕共振子P1bのスラント角をα_P1b、並列腕共振子P1cのスラント角をα_P1c、並列腕共振子P1dのスラント角をα_P1dとしたときに、スラント角α_P1aは0°である。スラント角α_P1bは10°である。スラント角α_P1cは20°である。スラント角α_P1dは30°である。よって、第1のスラント角α1としてのスラント角α_P1bの絶対値と、第2のスラント角α2としてのスラント角α_P1cの絶対値とは異なる。さらに、第1の弾性波共振子及び第2の弾性波共振子以外の弾性波共振子のスラント角αの絶対値も、第1のスラント角α1及び第2のスラント角α2の絶対値と異なる。もっとも、第1のスラント角α1としてのスラント角α_P1bの絶対値と、第2のスラント角α2としてのスラント角α_P1cの絶対値とが異なっていればよい。
 直列腕共振子群S1及び並列腕共振子群P1以外の直列腕共振子群及び並列腕共振子群もそれぞれ、第1の弾性波共振子及び第2の弾性波共振子を含む。そして、各直列腕共振子群及び各直列腕共振子群において、第1のスラント角α1の絶対値と、第2のスラント角α2の絶対値とが互いに異なる。それによって、スプリアスを分散させることができ、フィルタ装置30全体として、スプリアスを抑制することができる。
 なお、フィルタ装置30は、少なくとも1つの第1の弾性波共振子及び少なくとも1つの第2の弾性波共振子を有していればよい。本実施形態のように、第1の弾性波共振子及び第2の弾性波共振子以外の少なくとも1つの弾性波共振子を有していてもよい。上記のように、該少なくとも1つの弾性波共振子のスラント角αの絶対値が、第1のスラント角α1の絶対値及び第2のスラント角α2の絶対値と異なっていてもよい。さらに、第1の弾性波共振子及び第2の弾性波共振子以外の複数の弾性波共振子間において、スラント角αの絶対値が互いに異なっていてもよい。
 以下に示す第3の実施形態の回路構成は、第2の実施形態の回路構成と同じである。そのため、第2の実施形態を説明した図面及び符号を援用して第3の実施形態を説明する。
 第3の実施形態は、第1の弾性波共振子及び第2の弾性波共振子の配置が第2の実施形態と異なる。上記の点以外においては、第3の実施形態のフィルタ装置は第2の実施形態のフィルタ装置30と同様の構成を有する。
 第3の実施形態においては、複数の直列腕共振子群のうち1群が第1の弾性波共振子を含み、複数の直列腕共振子群のうち他の1群が第2の弾性波共振子を含む。さらに、複数の並列腕共振子群のうち1群が第1の弾性波共振子を含み、複数の並列腕共振子群のうち他の1群が第2の弾性波共振子を含む。
 具体的には、複数の直列腕共振子群においては、第1の弾性波共振子は直列腕共振子S2aである。第2の弾性波共振子は直列腕共振子S3aである。直列腕共振子S1aのスラント角をα_S1a、直列腕共振子S2aのスラント角をα_S2a、直列腕共振子S3aのスラント角をα_S3a、直列腕共振子S4aのスラント角をα_S4aとしたときに、スラント角α_S1aは5°である。スラント角α_S2aは10°である。スラント角α_S3aは15°である。スラント角α_S4aは20°である。よって、第1のスラント角α1としてのスラント角α_S2aの絶対値と、第2のスラント角α2としてのスラント角α_S3aの絶対値とは互いに異なる。さらに、第1の弾性波共振子及び第2の弾性波共振子以外の弾性波共振子のスラント角αの絶対値も、第1のスラント角α1及び第2のスラント角α2の絶対値と異なる。もっとも、第1のスラント角α1としてのスラント角α_S2aの絶対値と、第2のスラント角α2としてのスラント角α_S3aの絶対値とが互いに異なっていればよい。例えば、同じ直列腕共振子群の全ての直列腕共振子のスラント角αは、同じであってもよい。
 他方、複数の並列腕共振子群においては、第1の弾性波共振子は並列腕共振子P2aである。第2の弾性波共振子は並列腕共振子P3aである。並列腕共振子P1aのスラント角をα_P1a、並列腕共振子P2aのスラント角をα_P2a、並列腕共振子P3aのスラント角をα_P3a、並列腕共振子P4aのスラント角をα_P4aとしたときに、スラント角α_P1aは0°である。スラント角α_P2aは10°である。スラント角α_P3aは20°である。スラント角α_P4aは40°である。よって、第1のスラント角α1としてのスラント角α_P2aの絶対値と、第2のスラント角α2としてのスラント角α_P3aの絶対値とは互いに異なる。さらに、第1の弾性波共振子及び第2の弾性波共振子以外の弾性波共振子のスラント角αの絶対値も、第1のスラント角α1及び第2のスラント角α2の絶対値と異なる。もっとも、第1のスラント角α1としてのスラント角α_P2aの絶対値と、第2のスラント角α2としてのスラント角α_P3aの絶対値とが互いに異なっていればよい。例えば、同じ並列腕共振子群の全ての並列腕共振子のスラント角αは、同じであってもよい。
 第3の実施形態においても、第2の実施形態と同様に、スプリアスを分散させることができ、フィルタ装置全体として、スプリアスを抑制することができる。
 第3の実施形態のように、第1の弾性波共振子及び第2の弾性波共振子以外の少なくとも1つの弾性波共振子を有していてもよい。上記のように、該少なくとも1つの弾性波共振子のスラント角αの絶対値が、第1のスラント角α1の絶対値及び第2のスラント角α2の絶対値と異なっていてもよい。さらに、第1の弾性波共振子及び第2の弾性波共振子以外の複数の弾性波共振子間において、スラント角αの絶対値が互いに異なっていてもよい。
 以下において、正規型のIDT電極を例として用いて、厚み滑りモードのバルク波を利用する弾性波装置の詳細を説明する。なお、以下においては、弾性波装置は弾性波共振子と同義である。上記第1~第3の実施形態における弾性波共振子の圧電性基板は、下記に示す支持部材、絶縁層及び圧電層の積層体である。もっとも、圧電層は、支持部材上に直接的に設けられていてもよい。
 図9(a)は、厚み滑りモードのバルク波を利用する弾性波装置の外観を示す略図的斜視図であり、図9(b)は、圧電層上の電極構造を示す平面図であり、図10は、図9(a)中のA-A線に沿う部分の断面図である。
 弾性波装置1は、LiNbOからなる圧電層2を有する。LiNbOのカット角は、Zカットであるが、YカットやXカットであってもよい。圧電層2の厚みは、特に限定されないが、厚み滑りモードを効果的に励振するには、40nm以上、1000nm以下であることが好ましく、50nm以上、1000nm以下であることがより好ましい。圧電層2は、対向し合う第1,第2の主面2a,2bを有する。第1の主面2a上に、電極3及び電極4が設けられている。ここで電極3が「第1電極」の一例であり、電極4が「第2電極」の一例である。図9(a)及び図9(b)では、複数の電極3が、第1のバスバー5に接続されている。複数の電極4は、第2のバスバー6に接続されている。複数の電極3及び複数の電極4は、互いに間挿し合っている。電極3及び電極4は、矩形形状を有し、長さ方向を有する。この長さ方向と直交する方向において、電極3と、隣りの電極4とが対向している。これら複数の電極3,4、及び第1のバスバー5、第2のバスバー6によりIDT(Interdigital Transuducer)電極が構成されている。電極3,4の長さ方向、及び、電極3,4の長さ方向と直交する方向はいずれも、圧電層2の厚み方向に交叉する方向である。このため、電極3と、隣りの電極4とは、圧電層2の厚み方向に交叉する方向において対向しているともいえる。また、電極3,4の長さ方向が図9(a)及び図9(b)に示す電極3,4の長さ方向に直交する方向と入れ替わってもよい。すなわち、図9(a)及び図9(b)において、第1のバスバー5及び第2のバスバー6が延びている方向に電極3,4を延ばしてもよい。その場合、第1のバスバー5及び第2のバスバー6は、図9(a)及び図9(b)において電極3,4が延びている方向に延びることとなる。そして、一方電位に接続される電極3と、他方電位に接続される電極4とが隣り合う1対の構造が、上記電極3,4の長さ方向と直交する方向に、複数対設けられている。ここで電極3と電極4とが隣り合うとは、電極3と電極4とが直接接触するように配置されている場合ではなく、電極3と電極4とが間隔を介して配置されている場合を指す。また、電極3と電極4とが隣り合う場合、電極3と電極4との間には、他の電極3,4を含む、ホット電極やグラウンド電極に接続される電極は配置されない。この対数は、整数対である必要はなく、1.5対や2.5対などであってもよい。電極3,4間の中心間距離すなわちピッチは、1μm以上、10μm以下の範囲が好ましい。また、電極3,4の幅、すなわち電極3,4の対向方向の寸法は、50nm以上、1000nm以下の範囲であることが好ましく、150nm以上、1000nm以下の範囲であることがより好ましい。なお、電極3,4間の中心間距離とは、電極3の長さ方向と直交する方向における電極3の寸法(幅寸法)の中心と、電極4の長さ方向と直交する方向における電極4の寸法(幅寸法)の中心とを結んだ距離となる。
 また、弾性波装置1では、Zカットの圧電層を用いているため、電極3,4の長さ方向と直交する方向は、圧電層2の分極方向に直交する方向となる。圧電層2として他のカット角の圧電体を用いた場合には、この限りでない。ここにおいて、「直交」とは、厳密に直交する場合のみに限定されず、略直交(電極3,4の長さ方向と直交する方向と分極方向とのなす角度が例えば90°±10°の範囲内)でもよい。
 圧電層2の第2の主面2b側には、絶縁層7を介して支持部材8が積層されている。絶縁層7及び支持部材8は、枠状の形状を有し、図10に示すように、開口部7a,8aを有する。それによって、空洞部9が形成されている。空洞部9は、圧電層2の励振領域Cの振動を妨げないために設けられている。従って、上記支持部材8は、少なくとも1対の電極3,4が設けられている部分と重ならない位置において、第2の主面2bに絶縁層7を介して積層されている。なお、絶縁層7は設けられずともよい。従って、支持部材8は、圧電層2の第2の主面2bに直接または間接に積層され得る。
 絶縁層7は、酸化ケイ素からなる。もっとも、酸化ケイ素の他、酸窒化ケイ素、アルミナなどの適宜の絶縁性材料を用いることができる。支持部材8は、Siからなる。Siの圧電層2側の面における面方位は(100)や(110)であってもよく、(111)であってもよい。支持部材8を構成するSiは、抵抗率4kΩ以上の高抵抗であることが望ましい。もっとも、支持部材8についても適宜の絶縁性材料や半導体材料を用いて構成することができる。
 支持部材8の材料としては、例えば、酸化アルミニウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、水晶などの圧電体、アルミナ、マグネシア、サファイア、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、ジルコニア、コージライト、ムライト、ステアタイト、フォルステライトなどの各種セラミック、ダイヤモンド、ガラスなどの誘電体、窒化ガリウムなどの半導体などを用いることができる。
 上記複数の電極3,4及び第1,第2のバスバー5,6は、Al、AlCu合金などの適宜の金属もしくは合金からなる。本実施形態では、電極3,4及び第1,第2のバスバー5,6は、Ti膜上にAl膜を積層した構造を有する。なお、Ti膜以外の密着層を用いてもよい。
 駆動に際しては、複数の電極3と、複数の電極4との間に交流電圧を印加する。より具体的には、第1のバスバー5と第2のバスバー6との間に交流電圧を印加する。それによって、圧電層2において励振される厚み滑りモードのバルク波を利用した、共振特性を得ることが可能とされている。また、弾性波装置1では、圧電層2の厚みをd、複数対の電極3,4のうちいずれかの隣り合う電極3,4の中心間距離をpとした場合、d/pは0.5以下とされている。そのため、上記厚み滑りモードのバルク波が効果的に励振され、良好な共振特性を得ることができる。より好ましくは、d/pは0.24以下であり、その場合には、より一層良好な共振特性を得ることができる。
 弾性波装置1では、上記構成を備えるため、小型化を図ろうとして、電極3,4の対数を小さくしたとしても、Q値の低下が生じ難い。これは、両側の反射器における電極指の本数を少なくしても、伝搬ロスが少ないためである。また、上記電極指の本数を少なくできるのは、厚み滑りモードのバルク波を利用していることによる。弾性波装置で利用したラム波と、上記厚み滑りモードのバルク波の相違を、図11(a)及び図11(b)を参照して説明する。
 図11(a)は、日本公開特許公報 特開2012-257019号公報に記載のような弾性波装置の圧電膜を伝搬するラム波を説明するための模式的正面断面図である。ここでは、圧電膜201中を矢印で示すように波が伝搬する。ここで、圧電膜201では、第1の主面201aと、第2の主面201bとが対向しており、第1の主面201aと第2の主面201bとを結ぶ厚み方向がZ方向である。X方向は、IDT電極の電極指が並んでいる方向である。図11(a)に示すように、ラム波では、波が図示のように、X方向に伝搬していく。板波であるため、圧電膜201が全体として振動するものの、波はX方向に伝搬するため、両側に反射器を配置して、共振特性を得ている。そのため、波の伝搬ロスが生じ、小型化を図った場合、すなわち電極指の対数を少なくした場合、Q値が低下する。
 これに対して、図11(b)に示すように、弾性波装置1では、振動変位は厚み滑り方向であるから、波は、圧電層2の第1の主面2aと第2の主面2bとを結ぶ方向、すなわちZ方向にほぼ伝搬し、共振する。すなわち、波のX方向成分がZ方向成分に比べて著しく小さい。そして、このZ方向の波の伝搬により共振特性が得られるため、反射器の電極指の本数を少なくしても、伝搬損失は生じ難い。さらに、小型化を進めようとして、電極3,4からなる電極対の対数を減らしたとしても、Q値の低下が生じ難い。
 なお、厚み滑りモードのバルク波の振幅方向は、図12に示すように、圧電層2の励振領域Cに含まれる第1領域451と、励振領域Cに含まれる第2領域452とで逆になる。図12では、電極3と電極4との間に、電極4が電極3よりも高電位となる電圧が印加された場合のバルク波を模式的に示してある。第1領域451は、励振領域Cのうち、圧電層2の厚み方向に直交し圧電層2を2分する仮想平面VP1と、第1の主面2aとの間の領域である。第2領域452は、励振領域Cのうち、仮想平面VP1と、第2の主面2bとの間の領域である。
 上記のように、弾性波装置1では、電極3と電極4とからなる少なくとも1対の電極が配置されているが、X方向に波を伝搬させるものではないため、この電極3,4からなる電極対の対数は複数対ある必要はない。すなわち、少なくとも1対の電極が設けられてさえおればよい。
 例えば、上記電極3がホット電位に接続される電極であり、電極4がグラウンド電位に接続される電極である。もっとも、電極3がグラウンド電位に、電極4がホット電位に接続されてもよい。本実施形態では、少なくとも1対の電極は、上記のように、ホット電位に接続される電極またはグラウンド電位に接続される電極であり、浮き電極は設けられていない。
 図13は、図10に示す弾性波装置の共振特性を示す図である。なお、この共振特性を得た弾性波装置1の設計パラメータは以下の通りである。
 圧電層2:オイラー角(0°,0°,90°)のLiNbO、厚み=400nm。
 電極3と電極4の長さ方向と直交する方向に視たときに、電極3と電極4とが重なっている領域、すなわち励振領域Cの長さ=40μm、電極3,4からなる電極の対数=21対、電極間中心距離=3μm、電極3,4の幅=500nm、d/p=0.133。
 絶縁層7:1μmの厚みの酸化ケイ素膜。
 支持部材8:Si。
 なお、励振領域Cの長さとは、励振領域Cの電極3,4の長さ方向に沿う寸法である。
 本実施形態では、電極3,4からなる電極対の電極間距離は、複数対において全て等しくした。すなわち、電極3と電極4とを等ピッチで配置した。
 図13から明らかなように、反射器を有しないにも関わらず、比帯域が12.5%である良好な共振特性が得られている。
 ところで、上記圧電層2の厚みをd、電極3と電極4との電極の中心間距離をpとした場合、前述したように、本実施形態では、d/pは0.5以下、より好ましくは0.24以下である。これを、図14を参照して説明する。
 図13に示した共振特性を得た弾性波装置と同様に、但しd/pを変化させ、複数の弾性波装置を得た。図14は、このd/pと、弾性波装置の共振子としての比帯域との関係を示す図である。
 図14から明らかなように、d/p>0.5では、d/pを調整しても、比帯域は5%未満である。これに対して、d/p≦0.5の場合には、その範囲内でd/pを変化させれば、比帯域を5%以上とすることができ、すなわち高い結合係数を有する共振子を構成することができる。また、d/pが0.24以下の場合には、比帯域を7%以上と高めることができる。加えて、d/pをこの範囲内で調整すれば、より一層比帯域の広い共振子を得ることができ、より一層高い結合係数を有する共振子を実現することができる。従って、d/pを0.5以下とすることにより、上記厚み滑りモードのバルク波を利用した、高い結合係数を有する共振子を構成し得ることがわかる。
 図15は、厚み滑りモードのバルク波を利用する弾性波装置の平面図である。弾性波装置80では、圧電層2の第1の主面2a上において、電極3と電極4とを有する1対の電極が設けられている。なお、図15中のKが交叉幅となる。前述したように、本発明の弾性波装置では、電極の対数は1対であってもよい。この場合においても、上記d/pが0.5以下であれば、厚み滑りモードのバルク波を効果的に励振することができる。
 弾性波装置1では、好ましくは、複数の電極3,4において、いずれかの隣り合う電極3,4が対向している方向に視たときに重なっている領域である励振領域Cに対する、上記隣り合う電極3,4のメタライゼーション比MRが、MR≦1.75(d/p)+0.075を満たすことが望ましい。その場合には、スプリアスを効果的に小さくすることができる。これを、図16及び図17を参照して説明する。図16は、上記弾性波装置1の共振特性の一例を示す参考図である。矢印Bで示すスプリアスが、共振周波数と反共振周波数との間に現れている。なお、d/p=0.08として、かつLiNbOのオイラー角(0°,0°,90°)とした。また、上記メタライゼーション比MR=0.35とした。
 メタライゼーション比MRを、図9(b)を参照して説明する。図9(b)の電極構造において、1対の電極3,4に着目した場合、この1対の電極3,4のみが設けられるとする。この場合、一点鎖線Cで囲まれた部分が励振領域となる。この励振領域Cとは、電極3と電極4とを、電極3,4の長さ方向と直交する方向すなわち対向方向に視たときに電極3における電極4と重なり合っている領域、電極4における電極3と重なり合っている領域、及び、電極3と電極4との間の領域における電極3と電極4とが重なり合っている領域である。そして、この励振領域Cの面積に対する、励振領域C内の電極3,4の面積が、メタライゼーション比MRとなる。すなわち、メタライゼーション比MRは、メタライゼーション部分の面積の励振領域Cの面積に対する比である。
 なお、複数対の電極が設けられている場合、励振領域の面積の合計に対する全励振領域に含まれているメタライゼーション部分の割合をMRとすればよい。
 図17は本実施形態に従って、多数の弾性波共振子を構成した場合の比帯域と、スプリアスの大きさとしての180度で規格化されたスプリアスのインピーダンスの位相回転量との関係を示す図である。なお、比帯域については、圧電層の膜厚や電極の寸法を種々変更し、調整した。また、図16は、ZカットのLiNbOからなる圧電層を用いた場合の結果であるが、他のカット角の圧電層を用いた場合においても、同様の傾向となる。
 図17中の楕円Jで囲まれている領域では、スプリアスが1.0と大きくなっている。図17から明らかなように、比帯域が0.17を超えると、すなわち17%を超えると、スプリアスレベルが1以上の大きなスプリアスが、比帯域を構成するパラメータを変化させたとしても、通過帯域内に現れる。すなわち、図16に示す共振特性のように、矢印Bで示す大きなスプリアスが帯域内に現れる。よって、比帯域は17%以下であることが好ましい。この場合には、圧電層2の膜厚や電極3,4の寸法などを調整することにより、スプリアスを小さくすることができる。
 図18は、d/2pと、メタライゼーション比MRと、比帯域との関係を示す図である。上記弾性波装置において、d/2pと、MRが異なる様々な弾性波装置を構成し、比帯域を測定した。図18の破線Dの右側のハッチングを付して示した部分が、比帯域が17%以下の領域である。このハッチングを付した領域と、付していない領域との境界は、MR=3.5(d/2p)+0.075で表される。すなわち、MR=1.75(d/p)+0.075である。従って、好ましくは、MR≦1.75(d/p)+0.075である。その場合には、比帯域を17%以下としやすい。より好ましくは、図18中の一点鎖線D1で示すMR=3.5(d/2p)+0.05の右側の領域である。すなわち、MR≦1.75(d/p)+0.05であれば、比帯域を確実に17%以下にすることができる。
 図19は、d/pを限りなく0に近づけた場合のLiNbOのオイラー角(0°,θ,ψ)に対する比帯域のマップを示す図である。図19のハッチングを付して示した部分が、少なくとも5%以上の比帯域が得られる領域であり、当該領域の範囲を近似すると、下記の式(1)、式(2)及び式(3)で表される範囲となる。
 (0°±10°,0°~20°,任意のψ)  …式(1)
 (0°±10°,20°~80°,0°~60°(1-(θ-50)/900)1/2) または (0°±10°,20°~80°,[180°-60°(1-(θ-50)/900)1/2]~180°)  …式(2)
 (0°±10°,[180°-30°(1-(ψ-90)/8100)1/2]~180°,任意のψ)  …式(3)
 従って、上記式(1)、式(2)または式(3)のオイラー角範囲の場合、比帯域を十分に広くすることができ、好ましい。
 図20は、音響多層膜を有する弾性波装置の正面断面図である。弾性波装置81では、圧電層2の第2の主面2bに音響多層膜82が積層されている。音響多層膜82は、音響インピーダンスが相対的に低い低音響インピーダンス層82a,82c,82eと、音響インピーダンスが相対的に高い高音響インピーダンス層82b,82dとの積層構造を有する。音響多層膜82を用いた場合、弾性波装置1における空洞部9を用いずとも、厚み滑りモードのバルク波を圧電層2内に閉じ込めることができる。弾性波装置81においても、上記d/pを0.5以下とすることにより、厚み滑りモードのバルク波に基づく共振特性を得ることができる。なお、音響多層膜82においては、その低音響インピーダンス層82a,82c,82e及び高音響インピーダンス層82b,82dの積層数は特に限定されない。低音響インピーダンス層82a,82c,82eよりも、少なくとも1層の高音響インピーダンス層82b,82dが圧電層2から遠い側に配置されておりさえすればよい。
 上記低音響インピーダンス層82a,82c,82e及び高音響インピーダンス層82b,82dは、上記音響インピーダンスの関係を満たす限り、適宜の材料で構成することができる。
 例えば、低音響インピーダンス層82a,82c,82eの材料としては、酸化ケイ素または酸窒化ケイ素などを挙げることができる。また、高音響インピーダンス層82b,82dの材料としては、アルミナ、窒化ケイ素または金属などを挙げることができる。
 図2に示す第1の実施形態などにおいては、第1の弾性波共振子及び第2の弾性波共振子のうち少なくとも一方において、図10に示すように、支持部材8に、空洞部9が設けられていてもよい。第1の弾性波共振子及び第2の弾性波共振子のうち少なくとも一方において、平面視したときに、IDT電極の少なくとも一部と空洞部9とが重なっていてもよい。
 第1の弾性波共振子及び第2の弾性波共振子のうち少なくとも一方において、図20に示すように、支持部材8及び圧電層2の間に、音響反射膜としての音響多層膜82が設けられていてもよい。
 第1の弾性波共振子及び第2の弾性波共振子のうち少なくとも一方において、d/pが0.24以下であることが好ましい。それによって、より一層良好な共振特性を得ることができる。
 第1の弾性波共振子及び第2の弾性波共振子のうち少なくとも一方において、上記のように、MR≦1.75(d/p)+0.075を満たすことが好ましい。この場合には、スプリアスをより確実に抑制することができる。
 第1の弾性波共振子及び第2の弾性波共振子のうち少なくとも一方において、圧電層を構成しているニオブ酸リチウムのオイラー角(φ,θ,ψ)が、上記の式(1)、式(2)または式(3)の範囲にあることが好ましい。この場合、比帯域を十分に広くすることができる。
1…弾性波装置
2…圧電層
2a…第1の主面
2b…第2の主面
3,4…電極
5,6…第1,第2のバスバー
7…絶縁層
7a…開口部
8…支持部材
8a…開口部
9…空洞部
10…フィルタ装置
12A,12B…第1,第2の信号端
13…圧電性基板
17…圧電層
18A,18B…IDT電極
19…グラウンド端
22,23…第1,第2のバスバー
24,25…第1,第2の電極指
26,27…第1,第2のバスバー
28,29…第1,第2の電極指
30…フィルタ装置
32A,32B…第1,第2の信号端
80,81…弾性波装置
82…音響多層膜
82a,82c,82e…低音響インピーダンス層
82b,82d…高音響インピーダンス層
201…圧電膜
201a,201b…第1,第2の主面
451,452…第1,第2領域
C…励振領域
P1~P3…並列腕共振子群
P1a~P1d,P2a,P2b,P3a~P3c…並列腕共振子
P4…並列腕共振子
S1~S4…直列腕共振子群
S1a~S1d,S2a~S2d,S3a~S3d,S4a~S4d…直列腕共振子
VP1…仮想平面

Claims (12)

  1.  第1の弾性波共振子と、
     第2の弾性波共振子と、
    を備え、
     前記第1の弾性波共振子及び前記第2の弾性波共振子がそれぞれ、支持部材と、前記支持部材上に設けられており、結晶軸であるX軸、Y軸及びZ軸を有し、かつYカットのニオブ酸リチウムからなる圧電層と、前記圧電層上に設けられているIDT電極と、を有し、
     前記第1の弾性波共振子及び前記第2の弾性波共振子のそれぞれの前記IDT電極が、対向し合う第1のバスバー及び第2のバスバーと、前記第1のバスバーのそれぞれ一端が接続されている複数の第1の電極指と、前記第2のバスバーにそれぞれ一端が接続されており、かつ前記複数の第1の電極指と間挿し合っている複数の第2の電極指と、を有し、
     前記第1の弾性波共振子及び前記第2の弾性波共振子のそれぞれにおいて、前記圧電層の厚みをd、隣り合う前記第1の電極指及び前記第2の電極指の中心間距離をpとした場合、d/pが0.5以下であり、
     前記第1の弾性波共振子及び前記第2の弾性波共振子のそれぞれにおいて、前記複数の第1の電極指の先端を結ぶことにより形成される仮想線を包絡線としたときに、前記包絡線が延びる方向と前記X軸の方向とが交叉しており、
     前記第1の弾性波共振子において、前記包絡線が延びる方向と前記X軸の方向とがなす角の角度であり、0°以外の角度を第1のスラント角α1とし、前記第2の弾性波共振子において、前記包絡線が延びる方向と前記X軸の方向とがなす角の角度であり、0°以外の角度を第2のスラント角α2としたときに、前記第1のスラント角α1の絶対値と前記第2のスラント角α2の絶対値とが異なる、フィルタ装置。
  2.  前記第1のスラント角α1及び前記第2のスラント角α2のうち少なくとも一方の絶対値が10°以上である、請求項1に記載のフィルタ装置。
  3.  ラダー型フィルタであり、前記第1の弾性波共振子及び前記第2の弾性波共振子が、直列腕共振子である、請求項1または2に記載のフィルタ装置。
  4.  ラダー型フィルタであり、前記第1の弾性波共振子及び前記第2の弾性波共振子が並列腕共振子である、請求項1または2に記載のフィルタ装置。
  5.  前記第1の弾性波共振子及び前記第2の弾性波共振子が、直列分割または並列分割された弾性波共振子である、請求項3または4に記載のフィルタ装置。
  6.  前記第1の弾性波共振子及び前記第2の弾性波共振子のうち少なくとも一方において、前記支持部材に、前記圧電層側に開口している空洞部が設けられており、平面視において、前記IDT電極の少なくとも一部と前記空洞部とが重なっている、請求項1~5のいずれか1項に記載のフィルタ装置。
  7.  前記第1の弾性波共振子及び前記第2の弾性波共振子のうち少なくとも一方が、前記支持部材及び前記圧電層の間に設けられている音響反射膜をさらに有し、
     前記音響反射膜が、相対的に音響インピーダンスが低い、少なくとも1層の低音響インピーダンス層と、相対的に音響インピーダンスが高い、少なくとも1層の高音響インピーダンス層と、を有し、前記低音響インピーダンス層及び前記高音響インピーダンス層が交互に積層されている、請求項1~5のいずれか1項に記載のフィルタ装置。
  8.  前記第1の弾性波共振子及び前記第2の弾性波共振子のうち少なくとも一方の前記圧電層に用いられているニオブ酸リチウムのカット角が、128°±10°Yカットの範囲内である、請求項1~7のいずれか1項に記載のフィルタ装置。
  9.  通過帯域がn77である、請求項1~8のいずれか1項に記載のフィルタ装置。
  10.  前記第1の弾性波共振子及び前記第2の弾性波共振子のうち少なくとも一方において、d/pが0.24以下である、請求項1~9のいずれか1項に記載のフィルタ装置。
  11.  前記第1の弾性波共振子及び前記第2の弾性波共振子のうち少なくとも一方において、隣り合う前記第1の電極指及び前記第2の電極指が対向している方向に見たときに重なっている領域が励振領域であり、前記励振領域に対する、前記複数の電極指のメタライゼーション比をMRとしたときに、MR≦1.75(d/p)+0.075を満たす、請求項1~10のいずれか1項に記載のフィルタ装置。
  12.  前記第1の弾性波共振子及び前記第2の弾性波共振子のうち少なくとも一方において、前記圧電層を構成しているニオブ酸リチウムのオイラー角(φ,θ,ψ)が、以下の式(1)、式(2)または式(3)の範囲にある、請求項1~11のいずれか1項に記載のフィルタ装置。
     (0°±10°,0°~20°,任意のψ)  …式(1)
     (0°±10°,20°~80°,0°~60°(1-(θ-50)/900)1/2) または (0°±10°,20°~80°,[180°-60°(1-(θ-50)/900)1/2]~180°)  …式(2)
     (0°±10°,[180°-30°(1-(ψ-90)/8100)1/2]~180°,任意のψ)  …式(3)
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