DE69412424T2

DE69412424T2 - Akustisches Oberflächenwellenfilter

Info

Publication number: DE69412424T2
Application number: DE69412424T
Authority: DE
Inventors: Kazuo Nara-Shi Nara-Ken Eda; Keiji Settsu-Shi Osaka Onishi; Shun-Ichi Yodagawa-Ku Osaka-Shi Osaka Seki; Yutaka Ibaraki-Shi Osaka Taguchi
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1993-11-05
Filing date: 1994-11-04
Publication date: 1998-12-24
Anticipated expiration: 2014-11-05
Also published as: EP0652637B1; DE69412424D1; US5506552A; EP0652637A1

Description

1. Gebiet der Erfindung:

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein akustisches Oberflächenwellen (SAW = surface acoustic wave)-Filter zum Anregen einer akustischen Oberflächenwelle auf einem Substrat, welches aus einem piezoelektrischen Material hergestellt ist, und zum selektiven Hindurchlassen eines gewünschten Frequenzbandes bzw.- bereiches. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Leiter- bzw. Siebketten-(ladder-type) SAW-Filter, welches geeignet als ein HF bzw. RF-Filter bei der Ausrüstung für die mobile Kommunikation verwendet wird.

2. Beschreibung des technologischen Hintergrunds:

In den zurückliegenden Jahren stieg mit der Miniaturisierung der Ausrüstung für die mobile Kommunikation die Nachfrage nach SAW-Filtern an. Die SAW-Filter müssen überragende Eigenschaften hinsichtlich einer großen Sperrbereichdämpfung bzw. -Zurückweisung sowie einen niedrigen Verlust aufweisen. Unter verschiedenen Arten von SAW-Filtern sind SAW-Filter vom Leiter- bzw. Siebketten-Typ die vielversprechendsten, weil deren Verlust vorteilhaft niedriger gemacht werden kann, verglichen mit interdigitierenden bzw. parallel geschalteten Interdigital-SAW- Filtern des Wandlerstrukturtyps, bei welchem eine Vielzahl von Eingabe-Interdigital-Wandlern (IDTs) und Ausgabe-IDTs abwechselnd in einer Richtung angeordnet sind, in welcher sich die akustische Oberflächenwelle fortpflanzt bzw. ausbreitet. Herkömmliche SAW-Filter vom Siebkettentyp sind z.B. in der japanischen Patent offenlegungsschrift Nr.52-19044 oder der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 5-183380, welche der EP-A-541 284 entspricht, beschrieben.
Die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr.52-19044 bezieht sich auf einen SAW- Filter vom Siebkettentyp zum Verwirklichen von Schmalbandfiltereigenschaften mit einer ausreichend schmalen Durchlaßbandbreite und einer ausreichend großen Sperrbereichzurückweisung bzw. -dämpfung. Zu diesem Zweck weist der SAW-Filter vom Siebkettentyp gemäß der oben genannten Veröffentlichung einen Aufbau auf, bei welchem ein serieller Zweig und ein paralleler Zweig, wobei jeder einen SAW-Resonator aüfweist, auf einem Substrat vorgesehen sind, welches aus einem piezoelektrischen Material hergestellt ist (hiernach wird darauf als ein piezoelektrisches Substrat Bezug genommen). Zusätzlich ist der SAW-Filter vom Siebkettentyp so aufgebaut, daß die Resonanzfrequenz des Resonators des seriellen Zweigs gleich der Antiresonanzfrequenz des Resonators des parallelen Zweigs gemacht ist, so daß die gleiche Frequenz als die Mittenfrequenz (center frequency) des Durchlaßbandes festgesetzt wird. Die Schmalbandfiltereigenschaften der ausreichend schmalen Durchlaßbandbreite und der ausreichend großen Sperrbereichzurückweisung bzw. -dämpfung werden verwirklicht durch Festlegen der parallelen Ersatzkapazität des parallelen Zweigresonators, so daß diese größer ist als die parallele Ersatzkapazität des seriellen Zweigresonators und demzufolge wird das Verhältnis (ratio) der parallelen Ersatzkapazität größer als 1 gemacht.
Bei den oben beschriebenen Konstruktionen zur Verwirklichung eines Schmalbandfilters kann die Sperrbereichzurückweisung größer gemacht werden, indem das Verhältnis der parallelen Ersatzkapazität größer gemacht wird, während die Bandbreite schmaler wird, wenn das Verhältnis der parallelen Ersatzkapazität erhöht wird.
Bei dem SAW-Filter vom Siebkettentyp, wie in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr.5-183380 beschrieben, wird zusätzlich eine Induktivität mit dem Resonator des parallelen Zweigs verbunden, so daß die Antiresonanzfrequenz des Resonators des parallelen Zweigs auf die niedrigere Seite verschoben wird. Entsprechend kann die Bandbreite als eine der Filtereigenschaften geregelt bzw. gesteuert bzw. eingestellt werden, indem ein Frequenzunterschied zwischen der Resonanzfrequenz und der Antiresonanzfrequenz des Resonators des parallelen Zweigs verwendet wird. Demzufolge errnöglicht das zusätzliche Vorsehen der Induktivität, die Bandbreite zu erweitern, indem der Frequenz-Unterschied zwischen der Resonanzfrequenz und der Antiresonanzfrequenz erhöht wird.
Bei der oben beschriebenen Konstruktion ist es nötig, das Verhältnis der parallelen Ersatzkapazität zu vergrößern oder die Anzahl der seriell verbundenen Filter vom Siebkettentyp zu erhöhen, um eine große Sperrbereichzurückweisung bzw. -dämpfung sicherzustellen. Jedoch beeinfiüssen der elektrische Widerstand und die Induktivität der Verbindungsverdrahtung zwischen den SAW-Resonatoren auf dem piezoelektrischen Substrat und die Drahtverbindung erheblich die Eigenschaften bzw. Kennlinien des Resonators des parallelen Zweigs, weil eine Induktivität zusätzlich zu dem Resonator des parallelen Zweigs seriell, wie oben beschrieben, geschaltet wird. Als Ergebnis wird die Resonanzfrequenz des Resonators des parallelen Zweigs auch auf die niedrigere Seite verschoben. Demzufolge kann ein steiler Anstieg zu dem Durchlaßband nicht bei den Filtereigenschaften bzw.- kennlinien erhalten werden, und demzufolge kann eine zufriedenstellende Sperrbereichzurückweisung nicht erzielt werden.
Wie oben beschrieben, weisen die herkömmlichen SAW-Filter vom Siebkettentyp Schwierigkeitn beim Erzielen sowohl einer breiten Bandbreite als auch einer ausreichenden Sperrbereichzurückweisung bzw. -dämpfung auf.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Der akustische Oberflächenwellenfilter dieser Erfindung umfaßt: Ein Substrat, welches aus einem piezoelektrischen Material hergestellt ist; einen Eingabeanschluß (terminal) und einen Ausgabeanschluß, welche auf dem Substrat vorgesehen sind; und drei Fundamental- bzw. Grundwellenresonatoreinheiten, welche seriell zwischen dem Eingabeanschluß und dem Ausgabeanschluß auf dem Substrat verbunden bzw. geschaltet sind, wobei jede der drei Grundwellenresonatoreinheiten umfaßt: Einen ersten akustischen Oberflächenwellenresonator und einen zweiten akustischen Oberflächenwellenresonator, welche seriell zwischen dem Eingabeanschluß und dem Ausgabeanschluß geschaltet sind; und einen dritten akustischen Oberflächenwellenresonator, welcher zwischen dem ersten und dem zweiten akustischen Oberfiächenwellenresonator geschaltet ist, wobei der dritte akustische Oberfiächenwellenresonator geerdet ist.
Bei einer Ausfiihrungsform der Erfindung ist das Substrat ein 36º Y-Schnitt (Y-cut) X-Ausbreitungs Lithiumtantalat-Substrat, und Interdigitalwandler, die in den ersten, zweiten und dritten akustischen Oberflächenwellenresonatoren enthalten sind, sind aus einem Metallfilm hergestellt, welcher Al als einen Hauptbestandteil aufweist.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung weist die Dicke des Metallfilms, der die Interdigital-Wandler bildet, einen Wert im Bereich von 8 % bis 10 % eines Elektrodenabstands (electro pitch) des Interdigital-Wandlers auf, welcher in dem dritten akustischen Oberfiächenwellenresonator enthalten ist.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung existieren Wertsätze bzw. -paare (Cs, Cp) von Cs und Cp in einem Bereich (einschließlich dessen Grenze), welcher durch die Koordinaten
A: (Cs, Cp) = (2,00; 8,00)
B: (Cs, Cp) = (2,75; 5,09)
C: (Cs, Cp) = (4,32; 8,00)
definiert ist in einem ebenen Koordinatensystem mit Cs und Cp als Koordinatenachsen, und die Mittenfrequenz liegt in dem Bereich von 800 MHz bis 1000 MHz, wenn die elektrostatische Kapazität der Interdigital-Wandler, welche in den ersten und den zweiten akustischen Oberflächenwellenresonatoren enthalten sind, durch Cs, und die elektrostatische Kapazität des Interdigital-Wandlers, welcher in dem dritten akustischen Oberfiächenwellenresonator enthalten ist, durch Cp dargestellt werden.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung umfaßt der akustische Oberflächenwellenfilter weiter zwei Erdungsanschlüsse, wobei einer der beiden Erdungsanschlüsse im allgemeinen zum Erden der dritten akustischen Obertlächenwellenresonatoren verwendet wird, welche in zwei der drei Grundwellenresonatoreneinheiten enthalten sind, und der andere Erdungsanschluß wird zum Erden des dritten akustischen Oberflächenwellenresonators verwendet, welcher in der verbleibenden einen Grundwellenresonatoreinheit enthalten ist.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung weist eine Verdrahtung zum Verbinden des dritten akustischen Oberflächenwellenresonators mit den ersten und zweiten akustischen Oberfiächenwellenresonatoren eine Breite von 50 um oder mehr auf.
Bei einer Ausführungsforrn der Erfindung ist eine Fläche sowohl, des Eingabeanschlusses als auch des Ausgabeanschlusses 0,14 mm² oder weniger.
Demzufolge ermöglicht die hierin beschriebene Erfindung den Vorteil des Schaffens eines SAW-Filters vom Leiter- bzw. Siebkettentyp (ladder-type) mit einer großen Sperrbereichszurückweisung bzw. -dämpfüng und einer großen Bandbreite.
Diese und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden den Fachleuten beim Lesen und Verstehen der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren offensichtlich werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Darstellung, die schematisch den Aufbau bzw. die Struktur eines SAW-Resonators zeigt, welcher bei einer Ausführungsform der Erfindung verwendet wird.
Fig. 2 ist eine Darstellung, die schematisch die Struktur eines SAW-Filters vom Leiter- bzw. Siebkettentyp in einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Fig. 3 ist ein Diagramm, welches die Frequenzkennlinie des SAW-Filters vom Siebkettentyp in einer Ausführungsform der Erfindung darstellt.
Fig. 4 ist ein Diagramm, das die Frequenzkennlinie eines herkömmlichen SAW-Filters vom Siebkettentyp darstellt.
Fig. 5 ist ein Diagramm, welches das Verhältnis zwischen der Al-Filmdicke und der normierten Bandbreite des SAW-Filters vom Siebkettentyp veranschaulicht, sowie das Verhältnis zwischen der Al-Filmdicke und der Sperrbereichdämpfüng in dem Übertragungsband in einer Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 6 ist ein Diagramm, das den Einfluß der Al-Filmdicke auf die Frequenzeigenschaften bzw. Kennlinien des SAW-Filters vom Siebkettentyp in einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
Fig. 7 ist ein Diagramm, welches das Verhältnis zwischen der Al-Dicke und der Welligkeit (ripple) in dem Durchlaßband des SAW-Filters vom Siebkettentyp in einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
Fig. 8 ist ein Diagramm, das das Verhältnis zwischen der Sperrbereichsdämpfung bzw. Sperrung und der elektrostatischen IDT-Kapazität des Resonators aus dem seriellen Zweig und der elektrostatischen IDT-Kapazität des Resonators aus dem parallelen Zweig des SAW- Filters vom Siebkettentyp in einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
Fig. 9 ist ein Diagramm, das die Frequenzkennlinie des SAW-Filters vom Siebkettentyp in einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Fig. 10 ist ein Diagramm, welches das Verhältnis zwischen der Breite einer Verbindungsverdrahtung zum Verbinden der Resonatoren und der Sperrbereichsdämpfüng des SAW-Filters vom Siebkettentyp in einer Ausführungsforrn der Erfindung zeigt.
Fig. 11 ist ein Diagranim, welches das Verhältnis zwischen der Fläche der Eingabe/Ausgabeanschlüsse und der Welligkeit in dem Durchlaßband bzw.- bereich des SAW-Filters vom Siebkettentyp in einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Hiernach wird die vorliegende Erfindung mittels veranschaulichender Beispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 zeigt schematisch die Struktur eines akustischen Oberflächenwellen (SAW)- Resonators 10, welcher bei dieser Erfindung verwendet wird. Der SAW-Resonator 10 umfaßt einen Interdigital-Wandler (hiernach als IDT = interdigital transducer bezeichnet) 2 und zwei Refiektoren 3, welche auf beiden Seiten des IDTs 2 auf einem piezoelektrischen Substrat 1 vorgesehen sind. Der IDT 2 weist eine Eingabeelektrode und eine Ausgabeelektrode und Eingabelausgabeanschlüsse 4 auf, welche jeweils damit verbunden sind. In dem Fall, in dem der Elektrodenabstand (electrode pitch) des IDTs 2 auf L festgesetzt wird (siehe Fig. 1), regt der IDT 2 eine akustische Oberflächenwelle an mit einer Wellenlänge, die im wesentlichen gleich groß wie L ist, und zwar durch Anlegen eines Hochfrequenzsignals an den IDT 2 über die Anschlüsse 4. Diese angeregte akustische Oberflächenwelle wird begrenzt bzw. beschränkt zwischen den Reflektoren 3, so daß sie eine stehende Welle ist, was zu einem Resonanzphänomen bzw. einer Resonanzerscheinung führt. Der SAW-Resonator 10 verwendet den Resonanzeffekt der akustischen Welle.
Fig. 2 zeigt die Struktur einers SAW-Filters 20 vom Leiter- bzw. Siebkettentyp in einer Ausführungsform der Erfindung. Bei dem SAW-Filter 20 vom Siebkettentyp sind Resonatoren 22a bis 22f des seriellen Zweigs und Resonatoren 23a bis 23c im parallelen Zweig auf einem piezoelektrischen Substrat 21 vorgesehen. Jeder der Resonatoren 22a - 22f, 23a - 23c ist ein SAW-Resonator 10 mit dem oben beschriebenen Aufbau, bei welchem der IDT 2 zwischen den zwei Refiektoren 3 liegt, wie in Fig. 1 gezeigt. In der nachfolgenden Beschreibung werden, wenn die Resonatoren 22a - 22f des seriellen Zweigs zusammen angesprochen werden, diese durch deren Bezugszeichen 22 bezeichnet. Dieselbe gemeinsame Bezeichnung kann für viele andere Bestandteile durchgeführt werden.
Die Resonatoren des seriellen Zweigs 22 sind in Serie verbunden bzw. seriell geschaltet. Der erste und der letzte Resonator 22a und 22f sind mit einem Eingabeanschluß 24a bzw. einem Ausgabeanschluß 24b verbunden. Jeder der Resonatoren 23 in einem parallelen Zweig ist zwischen zwei Resonatoren 22 in einem seriellen Zweig des entsprechenden Paares über eine Verdrahtung 26 verbunden und ist über einen Erdungsanschluß 25 geerdet. Obwohl nicht gezeigt, sind die Verbindungen bzw. Verdrahtungen mit den Eingabelausgabeanschlüssen 24 und dem Erdungsanschluß 25 jeweils durch eine Drahtverbindung bzw. Drahtbondierung verbunden.
Bei der oben beschriebenen Konstruktion sind zwei Resonatoren 22 eines seriellen Zweigs und ein Resonator 23 eines parallelen Zweigs in der Form eines T verbunden, so daß diese eine Grundwelleneinheit 27 bilden. Entsprechend gibt es drei Grundwellen bzw. Fundamentaleinheiten 27a, 27b und 27c, welche seriell miteinander verbunden sind. Insbesondere bilden die Resonatoren 22a und 22b des seriellen Zweigs und der Resonator 23a des parallelen Zweigs die erste Grundwelleneinheit 27a. Ähnlich bilden die Resonatoren 22c und 22d des seriellen Zweigs und der Resonator 23b des parallelen Zweigs die zweite Grundwelleneinheit 27b, und die Resonatoren 22e und 22f des seriellen Zweigs und der Resonator 23c des parallelen Zweigs bilden die dritte Grundwelleneinheit 27c.
Bei der in Fig. 2 gezeigten Konstruktion ist der Erdungsanschluß 25a der ersten Grundwelleneinheit 27a unabhängig unter den Erdungsanschlüssen 25 vorgesehen, welche in den jeweiligen Grundwelleneinheiten 27 enthalten sind. Für die zweite und die dritte Grundwelleneinheit 27b und 27c ist aus dem nachfolgenden Grund ein gemeinsamer Erdungsanschluß 25b vorgesehen.
Wie oben beschrieben, sind die Verbindungen bzw. Verdrahtungen mit den Erdungsanschlüssen 25 durch eine Drahtverbindung bzw. Drahtbondierung verbunden. Eine solche Verdrahtung weist zwangsläufig eine Induktivität auf, und die Induktivität kann die Filterkennlinien bzw. -eigenschaften beeinflussen. Wenn die Erdungsanschlüsse 25 unabhängig voneinander für die jeweiligen Grundwelleneinheiten 27 vorgesehen sind, wird die Drahtverbindung bzw. Bondierung für jeden der Erdungsanschlüsse 25 durchgeführt. Als Ergebnis kann sich der Wert der Induktivität, welche zusätzlich damit verbunden ist, für die jeweiligen Grundwelleneinheiten 27 verändern. Entsprechend ist es wünschenswert, um die benötigten Filtereigenschaften zu erhalten, einen gemeinsamen Erdungsanschluß 25 für alle Grundwelleneinheiten 27 vorzusehen, wodurch der Einfluß der drahtverbundenen bzw. bondierten Verdrahtung auf die Filtereigenschaften für die jeweiligen Grundwelleneinheiten 27 gleichgemacht wird.
Jedoch wird das Verdrahtungsmuster auf dem piezoelektrischen Substrat 21 kompliziert, wenn alle Erdungsanschlüsse 25 als ein gemeinsamer Erdungsanschluß ausgebildet werden, und die Länge der Verdrahtung wird erhöht. Dieses komplizierte Verdrahtungsmuster ist nachteilig bezüglich der Vereinfachung des Herstellungsverfahrens und der Kostenreduzierung. Zusätzlich führt die Erhöhung der Länge der Verdrahtung zu einem Ansteigen der ohmschen bzw. mit einem Widerstand behafteten Bestandteile, was verhindert, daß die gewünschten Filtereigenschaften erhalten werden.
Deshalb wird es bevorzugt, wenn man die oben erwähnten nachteiligen Faktoren berücksichtigt, daß bei dem SAW-Filter 20 vom Siebkettentyp, welcher in Fig. 2 gezeigt ist, bei welchem drei Grundwelleneinheiten 27 seriell miteinander verbunden sind, zwei der drei Grundwelleneinheiten 27 mit einem gemeinsamen Erdungsanschluß 25 versehen sind und die verbleibende eine Grundwelleneinheit mit einem unabhängigen Erdungsanschluß 25 versehen ist. Bei der in Fig. 2 gezeigten Struktur ist der Erdungsanschluß 25a für die erste Grundwelleneinheit 27a unabhängig vorgesehen, und der Erdungsanschluß 25b ist gemeinsam für die zweite und dritte Grundwelleneinheit 27b und 27c vorgesehen. Jedoch ist die Struktur nicht auf diese besondere Form beschränkt. Es wird gewünscht, daß andere Kombinationen in Abhängigkeit von dem Entwurf des gesamten Filters angepaßt werden. Zum Beispiel kann ein Erdungsanschluß für die dritte Grundwelleneinheit 27c unabhängig vorgesehen werden, und ein gemeinsamer Erdungsanschluß kann für die erste und zweite Grundwelleneinheit 27a und 27b vorgesehen werden.
Bei dem SAW-Filter 20 vom Siebkettentyp, welcher die SAW-Resonatoren 10 verwendet, wird die Sperrbereichsdämpfung durch das Verhältnis Cr (=Cp/Cs) der elektrostatischen IDT-Kapazität Cp des Resonators 23 des parallelen Zweigs zu der elektrostatischen IDT-Kapazität Cs des Resonators 22 des seriellen Zweigs bestimmt, und durch die Anzahl der seriell verbundenen Grundwelleneinheiten 27.
Fig. 3 zeigt die Frequenzkennlinie (das Verhältnis zwischen der Frequenz und der Dämpfung) des SAW-Filters 20 vom Siebkettentyp, welches in Fig. 2 gezeigt ist, in dem Fall, wo ein 36º Y-Schnitt X-Ausbreitungs-Lithiumtantalat-Substrat als piezoelektrisches Substrat 21 verwendet wird; die jeweiligen Resonatoren 22 und 23 sind so ausgebildet, daß sie ein elektrostatisches Kapazitätsverhältnis von Cr = 2,5 aufweisen. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, kann in diesem Fall eine Sperrband- bzw. Sperrbereichsdämpfüng von -50 dB erhalten werden.
Fig. 4 zeigt die Frequenzkennlinie eines herkömmlichen SAW-Filters vom Siebkettentyp, bei welchem die Resonatoren des seriellen Zweigs und die Resonatoren des parallelen Zweigs abwechselnd miteinander verbunden sind, und zwar für den Fall, daß das elektrostatische Kapazitätsverhältnis Cr auf 2,5 festgesetzt, und die Sperr bereichsdämpfüng von -50 dB sichergestellt wird. Bei der herkömmlichen Struktur ist es, um die in Fig. 4 gezeigte Kennlinie zu erhalten, notwendig, vier Paare von Resonatoren in einem seriellen Zweig und Resonatoren in einem parallelen Zweig (als ein Ganzes, vier Resonatoren eines seriellen Zweigs und vier Resonatoren eines parallelen Zweigs) miteinander zu verbinden. Jedoch ist bei einer solchen Verbindung die Anzahl der Resonatoren des parallelen Zweigs größer als die bei der Ausführungsform der Erfindung, so daß die Filtereigenschaften bzw. Kennlinien erheblich durch die Induktivität beeinflußt werden können, die äquivalent mit jedem Resonator eines parallelen Zweigs verbunden ist aufgrund der Verbindungsverdrahtungen zwischen den Resonatoren, der Verdrahtungsverbindung bzw. Bondierung und ähnlichem. Als Ergebnis kann, wie in Fig. 4 gezeigt, in einem niedrigeren Frequenzbereich als dem Durchlaßband ein steiler Anstieg des Durchlaßbandes nicht erhalten werden, und ein Ansprechen auf Nebenfrequenzen bzw. ein ungewolltes "Übersprechen" kann auftreten.
Bei dem SAW-Filter 20 dieser Ausführungsform, die in Fig. 2 gezeigt ist, können die oben beschriebenen Probleme des Standes der Technik nicht verursacht werden, und eine zufriedenstellende Sperrbereichsdämpfung kann sichergestellt werden. In der Beschreibung wird das 36º Y-Schnitt X-Ausbreitungs-Lithtiumtantalat- Substrat als piezoelektrische Substrat verwendet. Alternativ. können die gleichen Effekte erzielt werden, wenn ein Lithiumniobat-Substrat oder ein Lithiumborat- Substrat verwendet wird. Um die besten Kennlinien für einen HF bzw. RF-Filter zu erhalten, welcher im Mobilfünk bzw. in der mobilen Kommuniation verwendet wird, kann als am besten geeignet das 36º Y-Schnitt X-Ausbreitungs-Lithiumtantalat-Substrat verwendet werden, und zwar hinsichtlich der Geschwindigkeit der akustischen Welle, welche sich auf dem Substrat ausbreitet, des elektromechanischen Kopplungsfaktors, der Temperatureigenschaft und ähnlichem.
Als das Material für den IDT 2 des SAW-Resonators 10 wird ein Metallfilm, welcher Aluminium als den Hauptbestandteil enthält, mit einem geringen elektrischen Widerstand und einer geringen Dichte (hiernach als Al-Film bezeichnet) verwendet. Der Reflexionskoeffizient der akustischen Oberflächenwelle bei dem Elektrodenende und der wesentliche elektromechanische Kopplungsfaktor hängen von der Dicke des Al-Films ab, so daß sich der Frequenz-Unterschied zwischen den Resonanz- und den Antiresonanzfrequenzen eines Resonators in Abhängigkeit von der Dicke des Al-Films verändert. Wenn die Dicke des Al-Films erhöht wird, erhöht sich der wesentliche elektromechanische Kopplungsfaktor und demzufolge wird der Frequenzunterschied erhöht. Deshalb kann die Bandbreite eines Filters verbreitert werden, indem die Dicke des Al-Films erhöht wird.
Im allgemeinen erfordert eine Ausrüstung für die mobile Kommunikation bzw. den Mobilfünk HF bzw. RF-Filter mit einer guten Grenzfrequenz-Eigenschaft, weil es Empfangs- und Übertragungsbänder gibt. Zum Beispiel gibt es als einen beispielhaften Standard der mobilen Kommunikation im 800 MHz-Band einen analogen Inlandsstandard in Japan. Bei diesem Standard ist das Empfangsband in dem Bereich von 860 MHz bis 885 MHz, und das Übertragungsband ist im Bereich von 915 MHz bis 940 MHz Das Intervall zwischen dem Empfangsband und dem Übertragungsband beträgt 30 MHz Hiernach werden die Merkmale des SAW-Filters 20 dieser Ausführungsform weiter in einem Beispielfall beschrieben, wobei der Filter als ein Empfangsfilter für den oben erwähnten japanischen analogen Inlandsstandard verwendet wird.
Fig. 5 zeigt das Verhältnis zwischen der normierten Al-Filmdicke, (der Al-Filmdikke/dem Elektrodenabstand des IDT des Resonators 23 im parallelen Zweig) und der normierten Bandbreite (der Bandbreite/der Mittenfrequenz), und das Verhältnis zwischen der normierten Al-Filmdicke und der Sperrbereichs- bzw. Sperrbanddämpfung in dem Übertragungsband. Die Bandbreite ist als ein Punkt definiert, bei welchem die Einfügungsdämpfüng (insertion loss) geringer ist als die minimale Einfügungsdämpfüng in dem Durchlaßband, um 1 dB.
Es kann aus Fig. 5 gesehen werden, daß, wenn die Al-Filmdicke erhöht wird, die Bandbreite verbreitert wird. Der Empfangsfilter des japanischen analogen Inlands standards weist eine Mittenfrequenz von 872,5 MHz auf, und eine Bandbreite von 25 MHz, und erfüllt die Anforderungen, wenn die normierte Bandbreite 3 % oder größer ist. Deshalb ist es für die Al-Fumdicke ausreichend, daß die normierte Al- Fumdicke 8 % oder größer ist.
Es wird auch aus Fig. 5 gesehen, daß, wenn die Al-Fumdicke erhöht wird, die Sperrbereichs- bzw. Sperrbanddämpfüng in dem Übertragungsband verringert wird. Die Gründe werden unter Bezugnahme auf Fig. 6 beschrieben. Fig. 6 zeigt den Einfluß der Al-Fumdicke auf die Frequenzkennlinie des SAW-Filters 20 vom Siebkettentyp einer Ausführungsform der Erfindung. In Fig. 6 wird die Al-Filmdicke als die normierte Al-Filmdicke angezeigt, und die Kennlinien in den Fällen von 8 %, 9 % und 10 % sind dargestellt. Wie aus Fig. 6 ist gesehen wird, wird, wenn die Al- Filmdicke erhöht wird, das Durchlaßband verbreitert, jedoch der Unterschied der Frequenz zwischen den Sperrbereichen auf beiden Seiten des Durchlaßbandes bzw. Durchlaßbereiches wird erhöht. Entsprechend wird die Grenzfrequenz (cut-off)- Eigenschaft verschlechtert, und die Sperrbereichsdämpfung ist erheblich verringert. Wie in Fig. 6 gezeigt, entspricht das Ubertragungsband einem Frequenzbereich, welcher ein wenig höher als das Durchlaßband ist, jedoch erstreckt sich die Seitenfianke (side lobe) von dem Durchlaßband zu der Seite mit der höheren Frequenz in das Übertragungsband. Entsprechend ist es unmöglich, eine zufriedenstellende Dämpfüng in diesem Bereich sicherzustellen, und eine solche nicht ausreichende Dämpfüng kann zu einem Rauschen führen. Um ein solches Problem auszuschließen, wird gewünscht, daß die normierte Al-Filmdicke auf 10 % oder weniger festgesetzt wird.
Wie oben beschrieben, ist die optimale Al-Filmdicke definiert in dem Bereich von 8 % bis 10 % bei der normierten Filmdicke. Für andere Standards, welche das 800 MHz-Band verwenden, wie AMPS, welches in Nordamerika verwendet wird, und GSM, welches in Europa verwendet wird, wird der gleiche Grad der Filtereigenschaften wie der des oben beschriebenen japanischen analogen Inlandstandards benötigt, obwohl die Mittenfrequenz verschieden ist. In einem solchen Fall können durch geeignetes Festsetzen der normieren Al-Fumdicke in dem oben erwähnten Bereich auch gute Filtereigenschaften erhalten werden.
Fig. 7 zeigt das Verhältnis zwischen der normierten Al-Filmdicke und der Welligkeit in dem Durchlaßbereich in dem Fall, wo die normierte Bandbreite, welche für einen RF-Filter in der Ausrüstung für die mobile Kommunikation für das 800 MHz-Band benötigt wird, 3,7 % beträgt, in Bezug auf den SAW-Filter 20 vom Siebkettentyp in diesem Beispiel, welcher in Fig. 2 gezeigt ist, und das 36º Y- Schnitt X-Ausbreitungs-Lithiumtantalat-Substrat 21 verwendet. Es ist aus diesem Verhältnis ersichtlich, daß die Welligkeit in dem Durchlaßband einen minimalen Wert aufweist, wenn die normierte Al-Filmdicke ungefähr 9 % beträgt. Zusätzlich kann die Welligkeit in dem Durchlaßband 1,5 dB oder weniger sein, was annehmbar ist, wenn die normierte Al-Filmdicke in dem oben erwähnten Bereich von 8 % bis 10 % liegt. Deshalb ist der oben erwähnte Bereich der normierten Al-Filmdicke auch wirksam in Bezug auf die Verringerung der Welligkeit im Durchlaßband.
Fig. 8 zeigt das Verhältnis zwischen der Sperrbereichsdämpfüng, und der elektrostatischen IDT-Kapazität Cs des Resonators des seriellen Zweigs und der elektrostatischen IDT-Kapazität Cp des Resonators in dem parallelen Zweig, in dem Fall, wo der SAW-Filter 20 vom Siebkettentyp dieser Ausführungsform, welcher das 36º Y-Schnitt X-Ausbreitungs-Lithiumtantalat-Substrat 21 verwendet, so hergestellt wird, daß er eine normierte Al-Filmdicke von 9 % aufweist. Dies ist die Simulation in einem Ersatzschaltkreis, bei dem das zweite Modell von Smith, basierend auf der Beschreibung in IEEE Trans. MTT 20(7) (1972) Seiten 458-471 leicht modifiziert wird.
Im allgemeinen umfassen die Parameter, welche die Filtereigenschaften beeinflussen, einen VSWR (voltage standing wave ration; Welligkeitsfaktor) im Durchlaßband zusätzlich zu der oben beschriebenen Sperrbanddämpfüng und der normierten Bandbreite. Hierin ist das VSWR im Durchlaßband bzw. Durchlaßbereich ein Parameter, der die Reflexionseigenschaft des Filters darstellt. Wenn der Wert des VSWR im Durchlaßband list, bedeutet dies, daß keine Reflexion auftritt. Deshalb wird, wenn der Wert des VSWRS im Durchlaßband näher an 1 herankommt, bestimmt, daß der Filter bessere Eigenschaften mit einer geringen Reflexion hat.
Die Spezifikationen oder Eigenschaften, welche für Filter im praktischen Gebrauch benötigt werden, hängen von dem Entwurf bzw. Design der Vorrichtung ab, bei welcher jeder Filter verwendet wird. Im allgemeinen können die erforderlichen Spezifikationen durch eine Sperrbereichsdämpfüng von -45 dB oder höher, einer normierten Bandbreite von 3 % oder höher und einem VSWR im Durchlaßband von 2,5 oder weniger verwirklicht werden. In Fig. 8 entspricht der oben erwähnte Bereich dem Bereich (einschließlich der Grenze), welcher von den drei Punkten eingefaßt wird mit den Koordinatenwerten, welche durch die nachfolgenden Ausdrücke dargestellt werden.
A: (Cs, Cp) = (2,00; 8,00)
B: (Cs, Cp) = (2,75; 5,09)
C: (Cs, Cp) = (4,32; 8,00)
Entsprechend können, wenn der SAW-Filter 20 vom Siebkettentyp so aufgebaut ist, daß Cs und Cp die Werte in dem oben angegebenen Bereich aufweisen, die benötigten Eigenschaften für einen RF-Filter für eine Ausrüstung bei der mobilen Kommunikation für 800 MHz erfüllt werden.
Fig. 9 zeigt die Frequenzkennlinie des SAW-Filters 20 vom Siebkettentyp, welcher so hergestellt ist, daß die elektrostatischen IDT Kapazitäten der Resonatoren 22 und 23 die Werte im Punkt T in Fig. 8 erfüllen, d.h. (Cs, Cp) = (3,1; 6,5). Insbesondere ist bei dem Resonator 22 im seriellen Zweig der Elektrodenabstand des IDTS 4,408 um, die Länge der Öffnung ist 55,10 um und die Anzahl der IDT Paare beträgt 120; und bei dem Resonator 23 des parallelen Zweigs ist der Elektrodenabstand des IDTs 4,612 um, die I-änge der Öffnung ist 138,36 um und die Anzahl der IDT Paare beträgt 100. In einem solchen Fall ist die Mittenfrequenz des Durchlaßbandes 872,5 MHz, die Bandbreite beträgt 31 MHz, das VSWR im Durchlaßband beträgt 2,2. Demzufolge ist die Sperrbereichsdämpfüng in dem Übertragungsband -50 dB, so daß die Sperrbereichsdämpfüng groß und die Welligkeit in dem Durchlaßband klein ist, bei der erhaltenen Frequenzkennlinie.
Die Resonanzeigenschaften des SAW-Filters verändern sich in Abhängigkeit von dem elektrischen Widerstand und der Induktivität der Verbindungsverdrahtung 26 zwischen den Resonatoren 22 und 23 und der Verdrahtung durch Drahtverbindung bzw. -bondierung. Insbesondere wird die Resonanzfrequenz des Resonators auf eine niedrigere verschoben, wenn die Induktivität, welche äquivalent bzw. als Ersatzschaltbild mit dem Resonator verbunden ist, erhöht wird. Jedoch ist die Resonanzfrequenz des Resonators 23 im parallelen Zweig der Sperrbereich der Seite der niedrigeren Frequenz des Durchlaßbandes. Entsprechend wird die Grenzfrequenzeigenschaft (cut-off characteristic) des SAW-Filters 20 vom Siebkettentyp verschlechtert, wenn die Induktivität erhöht wird, und der steile Anstieg zu dem Durchlaßband kann nicht in der Frequenzkennlinie erhalten werden. Zusätzlich wird, wenn der elektrische Widerstand im Zusammenhang mit dem Resonator 23 im parallelen Zweig erhöht wird, der Resonanzwiderstand bei der Resonanzfrequenz erhöht und demzufolge verschwindet das Sperrband bzw. der Sperrbereich.
Die Verbindungsverdrahtung 26, welche den Resonator 23 des parallelen Zweigs mit dem Resonator 22 des seriellen Zweigs verbindet, wie in Fig. 2 gezeigt, ist ein A1-Film mit einer Dicke von 0,4 um, weil dieser gleichzeitig mit der Ausbildung der Resonatoren 22 und 23 ausgebildet wird, während die Verbindungsverdrahtung 26 eine Länge von 500 um oder mehr zum Erzielen der Verbindung haben muß. Deshalb ist es nötig, die Breite der Verbindungsverdrahtung 26 zum Verringern des elektrischen Widerstands und dessen Induktivität zu erhöhen.
Fig. 10 zeigt das Verhältnis zwischen der Breite der Verbindungsverdrahtung 26 und der Dämpfüng bei einer Frequenz, welche um 30 MHz geringer ist als das Durchlaßband in der in Fig. 2 gezeigten Struktur. Die Länge der Verbindungsverdrahtung 26 beträgt 500 um. Wenn die Breite der Verbindungsverdrahtung 26 größer als 50 um ist, konvergiert die Dämpfüng bei 35 dB. Wenn die Breite der Verbindungsverdrahtung 26 kleiner als 50 um ist, wird die Induktivität erhöht und die Dämpfüng wird erheblich verringert. Deshalb wird eine Verbindungsverdrahtung 26 benötigt, welche eine Breite von mindestens 50 um aufweist.
Andererseits wird bei den Eingabelausgabeanschlüssen 24 eine Kapazität gegen eine Erdung über das Substrat 21 erzeugt. Wenn eine solche Kapazität gegen die Erdung bei den Eingabelausgabeanschlüssen 24 erhöht wird, wird die Welligkeit in dem Durchlaßband erhöht. Bei einem RF-Filter für eine Ausrüstung für die mobile Kommunikation wird gewünscht, daß die Welligkeit in dem Durchlaßband so klein wie möglich ist, und die maximale erlaubbare Welligkeit in dem Durchlaßband beträgt gewöhnlich 1,5 dB oder weniger.
Fig. 11 zeigt das Verhältnis zwischen einer Fläche von jedem der Eingabe/Ausgabeanschlüsse 24 und der Welligkeit in dem Durchlaßband. Wie aus Fig. 11 zu sehen ist, weist die Welligkeit in dem Durchlaßband einen annehmbaren Wert von 1,5 dB oder weniger auf, wenn die Fläche von jedem der Eingabe/Ausgabeanschlüsse 24 0,14 mm² oder weniger beträgt. Jedoch weist bei jedem der Eingabe/Ausgabeanschlüsse 24 eine Seite davon eine Länge von 150 um oder mehr zum Verbinden der Verdrahtung durch eine Drahtverbindung bzw. Drahtbondierung auf.
Wie oben beschrieben, kann ein SAW-Filter 20 vom Siebkettentyp mit der Struktur dieser Ausführungsform eine überragende Frequenzkennlinie bzw. -eigenschaft verwirklichen, wie eine geringe Welligkeit in dem Durchlaßband und eine ausreichende Sperrbanddämpfüng, verglichen mit dem SAW-Filter vom herkömmlichen Siebkettentyp.
Bei der Beschreibung dieser Ausführungsform sind drei Grundwelleneinheiten 27 des SAW-Filters 20 vom Siebkettentyp seriell geschaltet bzw. miteinander verbunden.
Bei dem SAW-Filter 20 vom Siebkettentyp dieser Ausführungsform, welche in Fig. 2 gezeigt ist, ist die Form von jedem der Eingabe/Ausgabeanschlüsse 24 und der Erdungsanschlüsse 25 rechtecklg. Es ist jedoch denkbar, daß jeder Anschluß jede andere Form aufweisen kann, wie z.B. eine kreisförmige Form.
Verschiedene andere Abwandlungen werden den Fachleuten offensichtlich werden und können von diesen leicht ausgeführt werden, ohne von Schutzbereich der Erfindung, wie beansprucht, abzuweichen. Entsprechend ist nicht beabsichtigt, daß die hier beiliegenden Ansprüche auf die Beschreibung, wie hierin aufgeführt, beschränkt werden, sondern daß diese Ansprüche breit ausgelegt werden.

Claims

1.Akustisches Oberflächenwellenfilter mit:

einem Substrat, welches aus einem piezoelektrischen Material hergestellt ist;

einem Eingabeanschluß und einem Ausgabeanschluß, welche auf dem Substrat vorgesehen sind; und

drei Fundamental- bzw. Grundwellenresonatoreinheiten, welche seriell zwischen dem Eingabeanschluß und dem Ausgabeanschluß auf dem Substrat verbunden bzw. geschaltet sind,

wobei jede der drei Grundwellenresonatoreinheiten umfaßt:

einen ersten akustischen Oberflächenwellenresonator und einen zweiten akustischen Oberfiächenwellenresonator, welche seriell zwischen dem Eingabeanschluß und dem Ausgabeanschluß geschaltet sind, und

einen dritten akustischen Oberflächenwellenresonator, welcher zwischen den ersten und den zweiten akustischen Obeffiächenwellenresonator geschaltet ist, wobei der dritte akustische Obefflächenwellenresonator geerdet ist.

2. Akustisches Oberflächenwellenfilter nach Anspruch 1, wobei das Substrat ein 36º Y-Schnitt X-Ausbreitungs(Y-cut X-propagation) Lithiumtantalat- Substrat ist, und wobei Interdigitalwandler in den ersten, zweiten und dritten akustischen Oberflächenwellenresonatoren enthalten und aus einem Metallfilm hergestellt sind, welcher Al als einen Hauptbestandteil enthält.

3. Akustisches Oberflächenwellenfilter nach Anspruch 2, wobei die Dicke des Metallfilms, welcher die Interdigitalwandler bildet, einen Wert in dem Bereich von 8 % bis 10 % eines Elektrodenabstands (electrode pitch) des Interdigitalwandlers aufweist, welcher in dem dritten akustischen Oberflächenwellenresonator enthalten ist.

4. Akustisches Oberflächenwellenfilter nach Anspruch 3, wobei, wenn die elektrostatische Kapazität der Interdigitalwandler, welche in den ersten und den zweiten akustischen Oberflächenwellenresonatoren enthalten sind, durch Cs dargestellt wird und die elektrostatische Kapazität des Interdigitalwandlers, welcher in dem dritten akustischen Oberflächenwellenresonator enthalten ist, durch Cp dargestellt ist, die Wertesätze bzw. -paare (CSI, Cp) von Cs und Cp in einem Bereich liegen (einschließlich dessen Grenze), welcher durch die Koordinaten

A: (Cs, Cp) = (2,00, 8,00)

B : (Cs, Cp) = (2,75, 5,09)

C: (Cs, Cp) = (4,32, 8,00)

in einem ebenen Koordinatensystem mit Cs und Cp als Koordinatenachsen definiert ist, und wobei die Mittenfrequenz im Bereich von 800 MHz bis 1000 MHz liegt.

5. Akustisches Oberflächenwellenfilter nach Anspruch 1, weiter aufweisend zwei Erdungsanschlüsse, wobei einer der zwei Erdungsanschlüsse gemeinsam für die Erdung des dritten akustischen Oberflächenwellenresonators, welcher in zwei der drei Grundwellenresonatoreinheiten enthalten ist, verwendet wird, und der andere Erdungsanschluß zur Erdung des dritten akustischen Oberflächenwellenresonators verwendet wird, welcher in der verbleibenden einen Grundwellenresonatoreinheit enthalten ist.

6. Akustisches Oberflächenwellenfilter nach Anspruch 1, wobei eine Verdrahtung zur Verbindung des dritten akustischen Oberflächenwellenresonators mit den ersten und zweiten akustischen Oberflächenwellenresonatoren eine Breite vom 50 um oder mehr aufweist.

7. Akustisches Oberflächenwellenfilter nach Anspruch 1, wobei die Fläche sowohl des Eingabeanschlusses als auch des Ausgabeanschlusses 0,14 mm² oder weniger beträgt.