JP2011182220A - 弾性波共振器及びこれを用いた縦結合二重モードフィルタ、ラダー型フィルタ - Google Patents
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Abstract
【課題】携帯電話や無線ＬＡＮ端末等に用いられる弾性波共振器において、横モードに起因するスプリアスを抑制する弾性波共振器の提供。
【解決手段】弾性波共振器８は、圧電基板９と、バスバー１０と、バスバー１０と平行となるように設けられたバスバー１１と、一端がバスバー１０と非直交となるように接続されるとともに、バスバー１１に向かって延伸した複数の電極指１２と、一端がバスバー１１と非直交となるように接続されるとともに、バスバー１０に向かって延伸し、複数の電極指１２と交差する複数の電極指１３と、を備えた構成とする。
【選択図】図１
【解決手段】弾性波共振器８は、圧電基板９と、バスバー１０と、バスバー１０と平行となるように設けられたバスバー１１と、一端がバスバー１０と非直交となるように接続されるとともに、バスバー１１に向かって延伸した複数の電極指１２と、一端がバスバー１１と非直交となるように接続されるとともに、バスバー１０に向かって延伸し、複数の電極指１２と交差する複数の電極指１３と、を備えた構成とする。
【選択図】図１
Description
本発明は、携帯電話や無線ＬＡＮ端末等に用いられる弾性波共振器及びこれを用いた縦結合二重モードフィルタ、ラダー型フィルタに関する。
図８に示すように、従来の弾性波共振器１は、圧電基板２と、圧電基板２の上に設けられたバスバー３と、圧電基板２の上にバスバー３と平行となるように設けられたバスバー４と、圧電基板２の上に設けられ、一端がバスバー３と接続されるとともに、バスバー４に向かって延伸した複数の電極指５と、圧電基板２の上に設けられ、一端がバスバー４と接続されるとともに、バスバー３に向かって延伸し、複数の電極指５と交差する複数の電極指６とを備えていた。バスバー３、４は方向ａに沿って延伸し、複数の電極指５、６は方向ａと直角の方向ｂに沿って延伸していた。
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
従来の弾性波共振器１の通過特性図を図９に示す。図９において、横軸は周波数を表し、縦軸は減衰量を表している。弾性波共振器１の通過特性７は、共振周波数の近傍に横モードに起因するスプリアスＳが発生している。このため、弾性波共振器１のＱ値が劣化していた。
そこで、本発明の弾性波共振器は、圧電基板と、圧電基板の上に設けられた第１のバスバーと、圧電基板の上に第１のバスバーと平行となるように設けられた第２のバスバーと、圧電基板の上に設けられ、一端が第１のバスバーと非直交となるように接続されるとともに、第２のバスバーに向かって延伸した複数の第１の電極指と、圧電基板の上に設けられ、一端が第２のバスバーと非直交となるように接続されるとともに、第１のバスバーに向かって延伸し、複数の第１の電極指と交差する複数の第２の電極指と、を備えた構成とする。この構成により、横モードに起因するスプリアスを抑制することができ、弾性波共振器のＱ値を改善することができる。
本発明の弾性波共振器は、横モードに起因するスプリアスを抑制することができ、弾性波共振器のＱ値を改善することができる。
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態における弾性波共振器８のブロック図である。
図１は、本実施の形態における弾性波共振器８のブロック図である。
図１において、弾性波共振器８は、圧電基板９と、圧電基板９の上に設けられたバスバー１０と、圧電基板９の上にバスバー１０と平行となるように設けられたバスバー１１と、圧電基板９の上に設けられ、一端がバスバー１０と非直交となるように接続されるとともに、バスバー１１に向かって延伸した複数の電極指１２と、圧電基板９の上に設けられ、一端がバスバー１１と非直交となるように接続されるとともに、バスバー１０に向かって延伸した複数の電極指１３と、を備えている。
ここで、バスバー１０、１１は方向ｃに沿って延伸し、複数の電極指１２、１３は方向ｄに沿って延伸している。方向ｃと方向ｄとのなす角θは非直交となっている。
以下、各構成要素について詳述する。
圧電基板９は、板厚１００〜３５０μｍ程度の単結晶圧電基板からなり、例えば、水晶、タンタル酸リチウム系、ニオブ酸リチウム系、又はニオブ酸カリウム系の基板である。なお、本実施の形態においては、圧電基板９としてニオブ酸リチウム系の基板を用いている。これにより、電気機械結合係数を大きくすることができ、通過帯域が広いフィルタを構成することができる。なお、−１５°〜＋３５°の範囲のＹカットＸ伝搬のニオブ酸リチウム基板を用いることにより、弾性波共振器８の電気機械係数をさらに大きくすることができる。本実施の形態においては、５°回転ＹカットＸ伝搬のニオブ酸リチウム基板を用いている。
バスバー１０、１１及び複数の電極指１２、１３は、膜厚０．１〜０．５μｍ程度の電極であり、例えば、アルミニウム、銅、銀、金、チタン、タングステン、白金、クロム、ニッケル、モリブデンの少なくとも一種からなる単体金属、又はこれらを主成分とする合金又はそれらの金属が積層された構成である。本実施の形態においては、バスバー１０、１１及び複数の電極指１２、１３としてアルミニウムを用いている。バスバー１０、１１及び複数の電極指１２、１３は、圧電基板９の上に、例えば、スパッタリングまたは蒸着により形成される。
弾性波共振器８において、弾性波は複数の電極指１２、１３が延伸する方向ｄと略直角となる方向に励振され、スプリアスとなる横モードの波は方向ｄに沿って励振される。ここで、複数の電極指１２、１３の配列方向である方向ｃを方向ｄと非直交とすることにより、複数の電極指１２、１３の方向ｃに沿った定在波が結合しにくくなり、横モードの波を抑圧することができる。
図２は、θ＝９８°とした場合の弾性波共振器８の通過特性図である。図２において、横軸は周波数を表し、縦軸は減衰量を表している。従来の弾性波共振器１の通過特性７（点線）においては、共振周波数の近傍にスプリアスＳが生じているが、弾性波共振器８の通過特性１４（実線）は、このスプリアスが大幅に抑圧されている。このように、本実施の形態における弾性波素子は、横モードに起因するスプリアスを大幅に抑制することができ、Ｑ値を改善することができる。
図３は、弾性波共振器８の他の例を示すブロック図である。図３に示す如く、バスバー１０、１１が延伸する方向（方向ｃ）の両端に反射器１５、１６を設けてもよい。これにより、弾性波を弾性波共振器８の内部に閉じ込める効果が増大し、弾性波共振器８のＱ値を高めることができる。
図４は、弾性波共振器８の他の例を示すブロック図である。図４の（ａ）に示す如く、圧電基板９の上に、複数の電極指１２と複数の電極指１３とを覆うように誘電体膜１７を設けてもよい。これにより、圧電基板９上において、複数の電極指１２、１３が形成された箇所と形成されていない箇所の音速差を低減することができるため、弾性波共振器８の共振周波数付近に現れる不要なレイリー波に起因するスプリアスを抑制することができる。
また、図４の（ａ）に示す如く、誘電体膜１７は、複数の電極指１２と複数の電極指１３とが交差する交差領域Ｃを覆うように設け、非交差領域Ｄの一部を覆わないようにしてもよい。これにより、非交差領域Ｄの音速を交差領域Ｃの音速よりも速くすることができ、非交差領域Ｄの音速と交差領域Ｃの音速との差を設けることができるため、横モードの波の定在波が発生しにくくすることができる。なお、非交差領域Ｄの幅と誘電体膜１７の幅とを一致させることにより、横モードの抑制を最大化することができるが、図４の（ａ）に示す如く、誘電体膜１７は、交差領域Ｃのみでなく、交差領域Ｃを超えて非交差領域Ｄの一部を含んでいても横モードの抑制効果を得ることができる。
また、図４の（ａ）に示す如く、誘電体膜１７におけるバスバー１０との対向面１７ａは直線状であり、かつ、方向ｃに沿って形成されている。誘電体膜１７におけるバスバー１１との対向面１７ｂは直線状であり、かつ、方向ｃに沿って形成されている。対向面１７ａ、１７ｂの方向と、複数の電極指１２、１３の延伸方向とは非直交である角度θとなっている。この構成により、バスバー１０とバスバー１１との間に発生する横モードの波が互いに結合しにくくなり、横モードの波を抑圧することができる。
図４の（ｂ）は、図４の（ａ）に示すＡ−Ａ線の断面図を示している。図４の（ｂ）に示す如く、誘電体膜１７は圧電基板９の上に、交差領域Ｃを覆うように設けられている。複数の電極指１２、１３の膜厚よりも、誘電体膜１７の膜厚を厚くすることにより、圧電基板９上において、複数の電極指１２、１３が形成された箇所と形成されていない箇所の音速差をより低減することができ、弾性波共振器８の共振周波数付近に現れる不要なレイリー波に起因するスプリアスの抑制効果をさらに高めることができる。
また、誘電体膜１７の上面は、複数の電極指１２と複数の電極指１３の上部が凸形状となるように、凹凸を有していても良い。これにより、音速調整の設計自由度を向上させることができ、誘電体膜１７を厚くせずに、複数の電極指１２、１３が形成された箇所と形成されていない箇所の音速差を同等にすることができる。本実施の形態においては、複数の電極指１２、１３の膜厚は約１６００Å（波長で規格化した規格化膜厚は８％）、誘電体膜１７の膜厚は約４０００Å（規格化膜厚は２０％）、誘電体膜１７の上面の凸形状は約１６００Å（波長で規格化した規格化膜厚は８％）としている。この条件により、レイリーモードに起因するスプリアスを非常に効果的に抑圧することができる。
さらに、図４の（ｃ）に示す如く、誘電体膜１７におけるバスバー１０、１１との対向面１７ａ、１７ｂを高さ方向に傾斜を有するテーパー状としても良い。この形状とすることにより、バスバー１０とバスバー１１との間に発生する横モードの定在波の波長を高さ方向で異ならせることができる。これにより、横モードに起因するスプリアスを効果的に分散させることができる。
誘電体膜１７は、望ましくは、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）の如く、圧電基板９とは逆の周波数温度特性を有する媒質を用いる。これにより、弾性波共振器８の周波数温度特性を向上することができる。この誘電体膜１７は、圧電基板９の上に、少なくとも複数の電極指１２と複数の電極指１３とが交差する交差領域Ｃを覆うように、例えば、スパッタリング、蒸着、ＣＶＤにより形成される。
図５は、弾性波共振器８の他の例を示すブロック図である。図５に示す如く、一端がバスバー１０と非直交となるように接続されるとともに、バスバー１１に向かって複数の電極指１３と対向するように延伸したダミー電極指１８と、一端がバスバー１１と非直交となるように接続されるとともに、バスバー１０に向かって複数の電極指１２と対向するように延伸したダミー電極指１９とを設けてもよい。この構成により、複数の電極指１２と複数の電極指１３とが交差しない非交差領域の音速を、複数の電極指１２と複数の電極指１３とが交差する交差領域の音速よりも速くすることができる。これにより、非交差領域の音速と交差領域の音速との差を設け、横モードの波の定在波が発生しにくくすることができる。また、図５に示す如く、バスバー１０、１１の延伸方向（方向ｃ）に沿って、複数の電極指１２と複数の電極指１３とが交差する交差領域の長さを変化させるとともに、ダミー電極指１８、１９の長さを変化させてもよい。本実施の形態においては、複数の電極指１２、１３は、バスバー１０、１１の中央部分において最も長く、バスバー１０、１１の中央部分から離れるほど短くなるように形成している。同様に、ダミー電極指１８、１９は、バスバー１０、１１の中央部分において最も短く、バスバー１０、１１の中央部分から離れるほど長くなるように形成している。この構成とすることにより、複数の電極指１２、１３の方向ｃに沿った定在波が発生する周波数を分散させることができるため、横モードの波を抑圧することができる。
図６は、本実施の形態における弾性波共振器を用いて構成した縦結合二重モードフィルタ２０の一例である。図６において、縦結合二重モードフィルタ２０は、圧電基板９の上に設けられた複数の弾性波共振器２１〜２３と、圧電基板９の上であって、複数の弾性波共振器２１〜２３の両端に設けられた反射器２４、２５とを備えている。また、複数の弾性波共振器２１〜２３の中央に配置された弾性波共振器２１と不平衡端子２６とが接続され、弾性波共振器２１の両端に配置された弾性波共振器２２、２３と平衡端子２７、２８とが接続されている。
図６の如く、本実施の形態における弾性波共振器を用いて縦結合二重モードフィルタ２０を構成することにより、横モードに起因するスプリアスを抑制することができ、縦結合二重モードフィルタの挿入損失を改善することができる。
なお、図６においては、弾性波共振器２１〜２３の全てが、バスバーの延伸方向と複数の電極指の延伸方向とを非直交としている。しかし、弾性波共振器２１〜２３のいずれか１つにおいて、バスバーの延伸方向と複数の電極指の延伸方向とを非直交とすることにより、横モードに起因するスプリアスを抑制することが可能である。
また、弾性波共振器２１におけるバスバーの延伸方向と複数の電極指の延伸方向とのなす角と、弾性波共振器２２におけるバスバーの延伸方向と複数の電極指の延伸方向とのなす角とを異ならせてもよい。
図７は、本実施の形態における弾性波共振器を用いて構成したラダー型フィルタ２９の一例である。図７において、ラダー型フィルタ２９は、圧電基板９の上であって、直列腕に設けられた弾性波共振器３０、３１と、並列腕に設けられた弾性波共振器３２、３３とを梯子状に設けている。また、弾性波共振器３０と端子３４とが接続され、弾性波共振器３１と端子３５とが接続されている。
図７の如く、本実施の形態における弾性波共振器を用いてラダー型フィルタ２９を構成することにより、横モードに起因するスプリアスを抑制することができ、ラダー型フィルタの挿入損失を改善することができる。
なお、図７においては、弾性波共振器３０〜３３の全てが、バスバーの延伸方向と複数の電極指の延伸方向とを非直交としている。しかし、弾性波共振器３０〜３３のいずれか１つにおいて、バスバーの延伸方向と複数の電極指の延伸方向とを非直交とすることにより、横モードに起因するスプリアスを抑制することが可能である。
また、弾性波共振器３０におけるバスバーの延伸方向と複数の電極指の延伸方向とのなす角と、弾性波共振器３１におけるバスバーの延伸方向と複数の電極指の延伸方向とのなす角とを異ならせてもよい。
本発明の弾性波共振器は、横モードに起因するスプリアスを抑制することができ、弾性波共振器のＱ値を改善することができるので、携帯電話や無線ＬＡＮ端末等において有用である。
１ 弾性波共振器
２ 圧電基板
３、４ バスバー
５、６ 電極指
７ 通過特性
８、２１〜２３、３０〜３３ 弾性波共振器
９ 圧電基板
１０、１１ バスバー
１２、１３ 電極指
１４ 通過特性
１５、１６、２４、２５ 反射器
１７ 誘電体膜
１８、１９ ダミー電極指
２０ 縦結合二重モードフィルタ
２６ 不平衡端子
２７、２８ 平衡端子
２９ ラダー型フィルタ
３４、３５ 端子
２ 圧電基板
３、４ バスバー
５、６ 電極指
７ 通過特性
８、２１〜２３、３０〜３３ 弾性波共振器
９ 圧電基板
１０、１１ バスバー
１２、１３ 電極指
１４ 通過特性
１５、１６、２４、２５ 反射器
１７ 誘電体膜
１８、１９ ダミー電極指
２０ 縦結合二重モードフィルタ
２６ 不平衡端子
２７、２８ 平衡端子
２９ ラダー型フィルタ
３４、３５ 端子
Claims (8)
- 圧電基板と、
前記圧電基板の上に設けられた第１のバスバーと、
前記圧電基板の上に前記第１のバスバーと平行となるように設けられた第２のバスバーと、
前記圧電基板の上に設けられ、一端が前記第１のバスバーと非直交となるように接続されるとともに、前記第２のバスバーに向かって延伸した複数の第１の電極指と、
前記圧電基板の上に設けられ、一端が前記第２のバスバーと非直交となるように接続されるとともに、前記第１のバスバーに向かって延伸し、前記複数の第１の電極指と交差する複数の第２の電極指と、を備えた弾性波共振器。 - 前記圧電基板の上に、前記複数の第１の電極指と前記複数の第２の電極指とが交差する交差領域を覆うように誘電体膜を設け、
前記誘電体膜における前記第１のバスバーとの対向面は直線状であり、かつ、前記対向面は前記複数の第１の電極指及び前記複数の第２の電極指と非直交である請求項１に記載の弾性波共振器。 - 前記対向面は高さ方向に傾斜を有する請求項２に記載の弾性波共振器。
- 前記第１のバスバー及び前記第２のバスバーが延伸する方向の両端に反射器を設けた請求項１に記載の弾性波共振器。
- 前記圧電基板は、ニオブ酸リチウムからなる請求項１に記載の弾性波共振器。
- 前記基板は、−１５°〜＋３５°回転ＹカットＸ伝搬のニオブ酸リチウム基板である請求項１に記載の弾性波共振器。
- 圧電基板と、
前記圧電基板の上に設けられた複数の弾性波共振器と、
前記圧電基板の上であって、前記複数の弾性波共振器の両端に設けた反射器と、を備え、
前記複数の弾性波共振器の少なくとも１つは、請求項１に記載の弾性波共振器である縦結合二重モードフィルタ。 - 圧電基板と、
前記圧電基板の上であって、直列及び並列に梯子状に設けられた複数の弾性波共振器と、を備え、
前記複数の弾性波共振器の少なくとも１つは、請求項１に記載の弾性波共振器であるラダー型フィルタ。
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