CN1264506A - 弹性表面波滤波器 - Google Patents
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Abstract
一种弹性表面波滤波器,具有设在压电基板上的纵向模式耦合双口的第1弹性表面波谐振元件10和与该第1弹性表面波谐振元件10连接成串联臂的第2弹性表面波谐振元件20,第2弹性表面波谐振元件20的占空系数小于第1弹性表面波谐振元件10的占空系数,由此,可将第2弹性表面波谐振元件20侧的每1根电极指的反射率设成小于第1弹性表面波谐振元件10,即使在对第2弹性表面波谐振元件20的特性附加电感成分的影响的情况下,也可将谐振频率fr与反谐振频率far之差值抑制得较小,可降低弹性表面波滤波器的通过频带高频侧的损耗,并可提高通过频带高频侧附近的衰减特性。
Description
技术领域
本发明涉及使用弹性表面波的弹性表面波滤波器,尤其涉及具有设置在同一压电基板上的纵向模式耦合双口弹性表面波谐振元件和与该弹性表面波谐振元件连接设置的弹性表面波谐振元件的弹性表面波滤波器。
背景技术
用于汽车电话和移动电话等的RF声表面波(Surface Acoustic Wave)滤波器,使用一种主要在数百MHz~数GHz频段具有该通过频段的滤波器。该频率及所需的频段取决于所使用的***。一般要求频段是百分之几的频带率。
另外,用于这种移动电话等的声表面波滤波器,要求较低的***损耗。因此,主要使用了如下的滤波器:在例如日本发明专利公开1993年第183380号上揭示的将弹性表面波谐振元件连接成梯子状的梯型滤波器;或如在日本发明专利公开1992年第207615号上揭示的在反射器间夹有多个梳型电极式的纵向模式耦合谐振元件型滤波器;还有将它们组合后的弹性表面波滤波器。
任何一种弹性表面波滤波器,特点之一都是可实现***损耗较小的滤波器。在将这些滤波器用于移动电话用的RF滤波器的情况下,可实现的通过带宽与形成该滤波器的压电基板的机电耦合系数k2有很大关系。因此,往往使用具有较大的机电耦合系数k2的36°Y-X LiTaO3或64°Y-X LiNbO3、41°Y-XLiNbO3等的压电基板。
这些压电基板具有如下的问题。即,如此的压电基板,当将在基板上形成梳齿状电极或反射器等的导电性薄膜的膜厚增厚使,从弹性表面波转为体波的变换损耗就增大。因此,存在的问题是用该膜厚形成的滤波器的***损耗增大。另外,当减小膜厚时,压电基板上形成的梳齿状电极的电极部的电阻就增大。因此,仍存在***损耗增大的问题。由于这种情况,在使用这些压电基板的情况下,设置在压电基板上的导电性薄膜的厚度h有一个最佳值。该最佳值是,以沿压电基板表面传播的弹性表面波的波长λ而归一化的归一化膜厚(h/λ)来计算,是百分之几左右(约3~8%左右)。
在将纵向模式耦合双口弹性表面波谐振元件和弹性表面波谐振元件连接的这种型式的弹性表面波滤波器中,通常任何的元件在压电基板上形成的导电性薄膜都是将例如Al薄膜或包含Si、Cu等微量组成的Al薄膜等通过图形形成工艺而制成。因此,两元件都用同一膜厚形成。
在移动通信用途中所需的通过带宽是以频带率表示,为百分之几室比较宽的。由此,在纵向模式耦合双口弹性表面波谐振元件中,在如上所述具有较高的机电耦合系数k2的压电基板上,以规定范围的归一化膜厚形成导电性膜来使用。另外,从降低***损耗的观点来看,往往将相邻的电极指的电极指宽度/电极指设置间距(W/P、以下简称占空系数)设定在50~65%左右。
对于与该双口弹性表面波谐振元件连接的弹性表面波谐振元件,具有在通过频带附近获得衰减的效果。在移动通信用途中,由于收发两频带接近,故多用来使两频带中任一个频带衰减。
但是,是与要求宽频带的纵向模式耦合双口弹性表面波谐振元件用同一的膜厚来形成,因此,在所连接的弹性表面波谐振元件中,其谐振、反谐振频率也有较大的频率差。
此外,纵向模式耦合双口弹性表面波谐振元件的引导部的结构较复杂,在其布线部分具有电感成分。此外,插件、键合引线等也有电感成分。
当这些电感成分附加在弹性表面波谐振元件上时,外表看起来进一步扩大了谐振频率、反谐振频率间的频率差。
在串联臂的弹性表面波谐振元件中,在反谐振频率获得陡峭的衰减特性,在谐振频率附近获得通过特性。在具有欲使弹性表面波滤波器通过频带的高频侧附近衰减的频段时,需将串联臂的弹性表面波谐振元件的反谐振频率设置在该欲使其衰减的频段的低频侧端附近。
此时,若串联臂的弹性表面波谐振元件的谐振频率处于纵向模式接合双口弹性表面波谐振元件侧的通过频带中央附近,则无问题。然而,当串联臂的弹性表面波谐振元件的谐振频率偏移到通过频带低频侧时,则在通过频带高频侧损耗就增大。因此,作为整个弹性表面波滤波器的通过特性,则存在着肩部变圆的问题。即,通过频带高频侧附近的衰减区域,非常接近通过频带,在要求通过频带本身宽频带特性的情况下,存在着在通过频带的高频侧损耗变大的问题。
本发明就是用于解决上述问题的。
即,本发明的目的在于,提供一种损耗小而截止特性优异的弹性表面波滤波器,尤其提供一种通过频带高频侧附近的衰减特性优异的移动通信用弹性表面波滤波器。
发明的公开
本发明的弹性表面波滤波器的特点是,其具有:压电基板;在该压电基板上设置的具有第1占空系数的梳齿状电极的纵向模式接合双口的第1弹性表面波谐振元件;在所述压电基板上设有与所述第1弹性表面波谐振元件连接成串联臂的、具有比所述第1占空系数还小的第2占空系数的梳齿状电极的第2弹性表面波谐振元件。
所述第1占空系数与所述第2占空系数,也可调节成:构成所述第2弹性表面波谐振元件的梳齿状电极的每1根电极指的反射率小于构成所述第1弹性表面波谐振元件的梳齿状电极的每1根电极指的反射率。
另外,所述第1占空系数与所述第2占空系数,也可调节成:所述第2弹性表面波谐振元件的梳齿状电极与所述压电基板的机电耦合系数小于所述第1弹性表面波谐振元件的梳齿状电极与所述压电基板的机电耦合系数。
另外,所述第1弹性表面波谐振元件具有3对以上的梳齿状电极,同时,将所述第1弹性表面波谐振元件与所述第2弹性表面波谐振元件连接起来的布线设置成包围与所述第1弹性表面波谐振元件的至少一对梳齿状电极的接地侧连接的连接片,在这种情况下,可防止第2弹性表面波谐振元件的谐振频率与反谐振频率的频率差更加扩大。
所述压电基板也可使用36°Y切型X传播LiTaO3。其他也可使用例如64°Y切型X传播LiTaO3、41°切型X传播LiNbO3、45°X切型Z传播Li2B4O7等其他的压电基板。
另外,作为压电基板,在使用36°Y切型X传播LiTaO3或与该基板等同的压电基板的情况下,构成所述第1弹性表面波谐振元件及所述第2弹性表面波谐振元件的电极膜厚具有约6%~8%的归一化膜厚(h/λ),并且使所述第1占空系数约是45~60%,所述第2占空系数约是45%以下,这是最佳的。通过如此调节,可提高弹性表面波滤波器的频率特性。
即,本发明的弹性表面波滤波器,其具有:设在压电基板上的至少一个纵向模式耦合双口的第1弹性表面波谐振元件;与该第1弹性表面波谐振元件连接成串联臂的第2弹性表面波谐振元件。并且,将第2弹性表面波谐振元件的(电极指宽度/电极指间距)即占空系数设置得小于第1弹性表面波谐振元件的电极指宽度/电极指间距。
通过采用如此结构,在本发明的弹性表面波滤波器中,可将第2弹性表面波谐振元件的每1根电极指的反射率设定成小于与其连接的纵向模式耦合双口的第1弹性表面波谐振元件的每1根电极指的反射率。因此,即使在对第2弹性表面波谐振元件的特性附加电感成分影响的情况下,也可缩小谐振频率fr与反谐振频率far的频率差。所以,可降低弹性表面波滤波器的通过频带高频侧的损耗。另外,可提高通过频带高频侧附近的衰减特性。此外,由于不需要将第1弹性表面波谐振元件与第2弹性表面波谐振元件设成不同的膜厚,故可提高弹性表面波滤波器的生产率。
本发明通过减小机电耦合系数k2及反射率来避免附加在第2弹性表面波谐振元件上的电感成分的不良影响。具体地说,为使第2弹性表面波谐振元件侧的每1根电极指的反射率小于第1弹性表面波谐振元件的每1根电极指的反射率,将第2弹性表面波谐振元件的占空系数设成小于第1弹性表面波谐振元件的占空系数。作为其他方法,也可考虑通过将例如构成第2弹性表面波谐振元件的电极膜厚做薄,可获得同样的效果。但是,在该情况下,需个别调节设置在同一压电基板上的多个弹性表面波谐振元件的膜厚。因此,弹性表面波滤波器的制造工序变得复杂,生产率大大下降。在本发明的弹性表面波滤波器中,第1弹性表面波谐振元件及第2弹性表面波谐振元件都可用同一膜厚h形成。所以,可大大提高弹性表面波滤波器的生产率。
附图的简单说明
图1是大致表示本发明弹性表面波滤波器结构的示意图;
图2A、图2B、图2C是大致表示第2弹性表面波谐振元件的频率与电抗jX之间关系的曲线图;
图3是用来说明占空系数的示意图;
图4是表示本发明弹性表面波滤波器的频率特性例子的曲线图;
图5是表示36°Y切型X传播LiTaO3基板的反射率相对于归一化膜厚与占空系数的利用有限元法进行模拟结果的曲线图;
图6是大致表示本发明弹性表面波滤波器结构的另外例子的示意图。
实施发明的最佳形态
下面进一步详细说明本发明弹性表面波滤波器。
(实施例1)
图1是大致表示本发明弹性表面波滤波器结构的示意图。
该弹性表面波滤波器的结构是,将设置在压电基板100上的第1弹性表面波谐振元件10和与该第1弹性表面谐振元件10连接成串联臂的第2弹性表面波谐振元件20***在输入输出端子之间。第1弹性表面波谐振元件10是纵向模式耦合双口的弹性表面波谐振元件。第2弹性表面波谐振元件20是单口的弹性表面波谐振元件。
第1弹性表面波谐振元件10与第2弹性表面波谐振元件20,包括由相对啮合配置的一对梳齿状电极构成的IDT和格子板状的反射器。
第1弹性表面波谐振元件10与输入片11连接。第1弹性表面波谐振元件10包括:将供给输入片11的电信号变换成弹性表面波的IDT12a、12b;接受该IDT12a、12b激振后的弹性表面波而变换成电信号的3个IDT13a、13b、13c;以及将这些IDT夹在当中而设置的反射器14a、14b。
第2弹性表面波谐振元件20包括:接收IDT13a、13b、13c;通过引导布线15a、15b、15c而连接的IDT16;将该IDT16夹在当中而设置的反射器17a、17b。IDT16另一方的梳齿状电极与电信号的输出片18连接。
输入片11、输出片18、处于接地电位的接地片19a、19b、19c、19d、19e利用例如未图示的键合引线、导电凸块而与壳体等外部电路连接。
这里,对于弹性表面波谐振元件20,由于与键合片18连接的键合引线、及来自纵向模式耦合双口的第1弹性表面波谐振元件10的引导布线15a、15b、15c等的作用附加了电感成分。
图2A、图2B、图2C分别是定性表示第2弹性表面波谐振元件20的频率与电抗jX之间关系的曲线图。图2A表示第2弹性表面波谐振元件20单体的电抗。图2B表示与附带的电感成分相对应的电抗成分。图2C表示包含第2弹性表面波谐振元件本身与附加的电感成分在内时的频率与电抗之间的关系。另外,各图的纵轴的刻度不相同。
我们从图2A、图2B、图2C中知道,第2弹性表面波谐振元件20的谐振频率fr与反谐振频率far的频率差随着电感成分的附加量的增大而扩大。
这里,反谐振频率far的位置由通过频带高频侧附近的衰减所需的频带决定。因此,当谐振频率fr太偏向低频侧时,在通过频带内高频侧因第2弹性表面波谐振元件及附带的电感成分所造成的电抗就增大,从而损耗就增大。
为降低这样增大的损耗,在本发明的弹性表面波滤波器中,将第1弹性表面波谐振元件10及第2弹性表面波谐振元件20设置在压电基板上而使第2弹性表面波谐振元件20的占空系数小于纵向模式耦合双口的第1弹性表面波谐振元件10的占空系数。
图3是用来说明占空系数的示意图。梳齿状电极30由与汇流条31连接的电极指32所构成,这里,将电极指宽度W与相邻的电极指的设置间距P之比W/P作为占空系数。也就是说,在本发明的弹性表面波滤波器中,将第2弹性表面波谐振元件20的(电极指宽度:W)/(电极指的设置间距:P)之比设成小于第1弹性表面波谐振元件10的(电极指宽度:W)/(电极指的设置间距:P)之比。
在图1例示结构的本发明弹性表面波滤波器中,将纵向模式耦合双口的第1弹性表面波谐振元件10设置成为占空系数大约为50%,而将第2弹性表面波谐振元件20设置成为占空系数大约为40%。
通过采用如此结构,可降低每1根电极指的弹性表面波(包含漏波、SSBW等)的反射率,可缩小串联臂的弹性表面波谐振元件20的谐振频率fr与反谐振频率far的频率差。
图4是表示本发明弹性表面波滤波器的频率特性的例子。这里,以用作图1例示的个人通信***PCS(Personal Communication System)的Tx(发送用)滤波器的弹性表面波滤波器特性为例进行说明。曲线图中左边的刻度是对应于整个曲线的。而曲线图中右边的刻度是对应于将通过频带放大表示的曲线。
该弹性表面波滤波器的中心频率是1880MHz,该***要求的带宽为60MHz,该***的接收用的频带是以1960MHz为中心的60MHz。因此,从Tx滤波器看,在通过频带高频侧附近要求该区域衰减。在这种情况下,***的频带间的频率差约是20MHz。但是,为了适应构成弹性表面波滤波器的压电基板所产生的频率随温度变化的余量和弹性表面波滤波器形成时Al膜厚的误差等可变因素等情况,作为弹性表面波滤波器,就要求非常陡峭的肩部特性(衰减特性)。
我们从图4中知道,在本发明的弹性表面波滤波器中,与现有技术相比,通过频带的高频侧的衰减特性呈陡峭状态。这样,在本发明的弹性表面波滤波器中,可在通过频带高频侧获得陡峭的肩部特性。
图5是表示36°Y切型X传播LiTaO3基板的反射率相对于归一化膜厚(h/λ)与占空系数的利用有限元法进行模拟结果的曲线图。图示的等高线与每1根电极指的反射率相对应。
该压电基板,对于约6~8%的归一化膜厚,在占空系数大约50%附近具有反射率峰值。因此,我们知道,只要设置纵向模式耦合双口的第1弹性表面波谐振元件,使其占空系数的大约45~60%,设置第1弹性表面波谐振元件使其占空系数的大约45%以下,就能满足要求。
在本发明的弹性表面波滤波器中,将第2弹性表面波谐振元件的占空系数设定在对于在同膜厚上呈最大反射率的占空系数一侧,而不设定在增大占空系数又减小反射率的一侧。这是因为:由于第2弹性表面波谐振元件的一般设在比双口的第1弹性表面波谐振元件更高频一侧,故难以用更大的(宽的)占空系数形成。
如此,在本发明的弹性表面波滤波器中,将第1弹性表面波谐振元件的占空系数和第2弹性表面波谐振元件的占空系数加以调节设置成:构成第2弹性表面波谐振元件的梳齿状电极的其每1根电极指的反射率小于构成第1弹性表面波谐振元件的梳齿状电极其每1根电极指的反射率。由此,即使在同一个压电基板上用相同膜厚设置第1弹性表面波谐振元件和第2弹性表面波谐振元件的情况下,也可防止第2弹性表面波谐振元件的谐振频率fr向低频侧移动。
因此,可提高将这些弹性表面波谐振元件组合后的弹性表面波滤波器的通过频段的特性。尤其,即使在由于键合引线或引导布线等对第2弹性表面波谐振元件附加电感成分的情况下,也可获得陡峭的肩部特性。所以,可适应因弹性表面波滤波器用的压电基板所产生的频率随温度变化和弹性表面滤波器形成时导电性薄膜的膜厚h的误差等的可变因素的情况,还可提高弹性表面波滤波器的性能、可靠性、生产率。
(实施例2)
图6是大致表示本发明弹性表面波滤波器结构的另外例子的示意图。在该弹性表面波滤波器中,作为第2弹性表面波滤波器20b,具有由切指的梳齿状电极构成的IDT16b。
通过采用这种结构,尤其可抑制由于当第2弹性表面波谐振元件的开口长度较大时所产生的横向模式寄生导致频带内高频侧特性的恶化。
(实施例3)
实际制造图1例示结构的弹性表面波滤波器。
作为压电基板100,使用36°Y切型X传播LiTaO3。
首先利用溅射方法将添加了Si、Cu等的Al成膜在由36°Y切型X传播LiTaO3构成的晶片上,作为导电性薄膜。导电性膜的膜厚h设定在0.16μm。该膜厚h以工作频率而归一化的换算膜厚(h/λ)来计算,相当于7.4%左右。
接着,利用光刻技术将导电性膜形成具有图1所示的第1弹性表面波谐振元件10、第2弹性表面波谐振元件20的图形,即,形成的图形为,纵向模式耦合双口的第1弹性表面波谐振元件10设置成占空系数的约50%,而第2弹性表面波谐振元件20设置成占空系数的约40%。然后,利用切割将形成在晶片上的许多的弹性表面波滤波器分开。
在现有的弹性表面滤波器中,需要改变第1弹性表面波滤波器10与第2弹性表面波滤波器20的膜厚h。因此,要用保护膜覆盖某一种弹性表面波谐振元件形成区域,对另一种弹性表面波谐振元件形成区域再实施蚀刻而形成薄膜。或者,要用保护膜覆盖某一种弹性表面波谐振元件形成区域,对另一种弹性表面波谐振元件形成区域再实施溅射形成厚膜。因此,弹性表面波滤波器的制造工序变得繁杂,生产率下降。例如,由于导电性膜的膜厚不相同,故或者增加蚀刻工序,或者蚀刻条件很难进行控制。
在本发明的弹性表面波滤波器中,第1弹性表面波谐振元件10、第2弹性表面波谐振元件20都可用同一的膜厚h构成。因此,减少了导电性膜的成膜工序和成膜后的导电膜的图形生成工序,还可大幅度提高弹性表面波滤波器的生产率。
工业上利用的可能性
如上说明,在本发明的弹性表面波滤波器中,通过将第1弹性表面波谐振元件的占空系数和第2弹性表面波谐振元件的占空系数进行调节设置成构成第2弹性表面波谐振元件的梳齿状电极的每1根电极指的反射率小于构成第1弹性表面波谐振元件的梳齿状电极的每1根电极指的反射率,从而可降低通过频带高频侧的损耗恶化,还可提高通过频带高频侧附近的衰减特性。
尤其,即使在对第2弹性表面波谐振元件附加由于键合引线或引导布线而产生的电感成分的情况下,也可获得陡峭的肩部特性。因此,能适应因弹性表面波滤波器用的压电基板所产生的频率随温度变化和弹性表面波滤波器形成时导电性薄膜的膜厚误差等可变因素的情况,还可提高弹性表面波滤波器的性能、可靠性、生产率。
Claims (17)
1.一种弹性表面波滤波器,其特征在于,具有:
压电基板;
在该压电基板上设置的具有第1占空系数的第1梳齿状电极的纵向模式接合双口的第1弹性表面波谐振元件;
在所述压电基板上设有与所述第1弹性表面波谐振元件连接成串联臂的、具有比所述第1占空系数还小的第2占空系数的第2梳齿状电极的第2弹性表面波谐振元件。
2.如权利要求1所述的弹性表面波滤波器,其特征在于,所述第1梳齿状电极与所述第2梳齿状电极的厚度不相同。
3.如权利要求1所述的弹性表面波滤波器,其特征在于,所述第1弹性表面波谐振元件具有3对以上的梳齿状电极,将所述第1弹性表面波谐振元件与所述第2弹性表面波谐振元件连接起来的布线设置成包围与所述第1弹性表面波谐振元件的至少一对梳齿状电极的接地侧连接的连接片。
4.如权利要求1所述的弹性表面波滤波器,其特征在于,所述压电基板由36°Y切型X传播LiTaO3所构成。
5.如权利要求1所述的弹性表面波滤波器,其特征在于,构成所述第1弹性表面波谐振元件及所述第2弹性表面波谐振元件的电极膜厚具有约6~8%的归一化膜厚,所述第1占空系数约是45~60%,所述第2占空系数约是45%以下。
6.一种弹性表面波滤波器,其特征在于,具有:
压电基板;
在该压电基板上设置的使每1根电极指的反射率具有第1反射率的第1梳齿状电极的纵向模式耦合双口的第1弹性表面谐振元件;
在所述压电基板上设有与所述第1弹性表面波谐振元件连接成串联臂的、使所述每1根电极指的反射率具有小于所述第1反射率的第2反射率的第2梳齿状电极的第2弹性表面波谐振元件。
7.如权利要求6所述的弹性表面波滤波器,其特征在于,所述第1梳齿状电极设置成具有第1占空系数,所述第2梳齿状电极设置成具有小于所述第1占空系数的第2占空系数。
8.如权利要求6所述的弹性表面波滤波器,其特征在于,所述第1梳齿状电极与所述第2梳齿状电极的厚度不相同。
9.如权利要求6所述的弹性表面波滤波器,其特征在于,所述第1弹性表面波谐振元件具有3对以上的梳齿状电极,将所述第1弹性表面波谐振元件与所述第2弹性表面波谐振元件连接起来的布线设置成包围与所述第1弹性表面波谐振元件的至少一对梳齿状电极的接地侧连接的连接片。
10.如权利要求6所述的弹性表面波滤波器,其特征在于,所述压电基板由36°Y切型X传播LiTaO3所构成。
11.如权利要求7所述的弹性表面波滤波器,其特征在于,构成所述第1弹性表面波谐振元件及所述第2弹性表面波谐振元件的电极膜厚具有约6~8%的归一化膜厚,所述第1占空系数约是45~60%,所述第2占空系数约是45%以下。
12.一种弹性表面波滤波器,其特征在于,具有:
压电基板;
在该压电基板上设置的具有所述压电基板与第1机电耦合系数的第1梳齿状电极的纵向模式耦合双口的第1弹性表面波谐振元件;
在所述压电基板上设有与所述第1弹性表面波谐振元件连接成串联臂的、具有小于所述压电基板与所述第1机电耦合系数的第2机电耦合系数的第2梳齿状电极的第2弹性表面波谐振元件。
13.如权利要求12所述的弹性表面波滤波器,其特征在于,所述第1梳齿状电极设置成具有第1占空系数,所述第2梳齿状电极设置成具有小于所述第1占空系数的第2占空系数。
14.如权利要求12所述的弹性表面波滤波器,其特征在于,所述第1梳齿状电极与所述第2梳齿状电极的厚度不相同。
15.如权利要求12所述的弹性表面波滤波器,其特征在于,所述第1弹性表面波谐振元件具有3对以上的梳齿状电极,将所述第1弹性表面波谐振元件与所述第2弹性表面波谐振元件连接起来的布线设置成包围与所述第1弹性表面波谐振元件的至少一对梳齿状电极的接地侧连接的连接片。
16.如权利要求12所述的弹性表面波滤波器,其特征在于,所述压电基板由36°Y切型X传播LiTaO3所构成。
17.如权利要求13所述的弹性表面波滤波器,其特征在于,构成所述第1弹性表面波谐振元件及所述第2弹性表面波谐振元件的电极膜厚具有约6~8%的归一化膜厚,所述第1占空系数约是45~60%,所述第2占空系数约是45%以下。
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