JP3554133B2 - 弾性表面波フィルタ - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電性材料からなる基板上に弾性表面波を励振させ、所望の周波数帯域を選択的に取り出すことのできる弾性表面波フィルタに関し、特に高調波領域の十分な減衰量が要求される移動体通信機器の高周波フィルタに適した共振器梯子型弾性表面波フィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
移動体通信用の高周波フィルタとしては、従来から弾性表面波フィルタが広く用いられている。特に、共振器梯子型弾性表面波フィルタは挿入損失が小さく、５０Ω整合性が優れているなどの理由から注目されている。
【０００３】
以下、従来の共振器梯子型弾性表面波フィルタについて説明する。共振器梯子型弾性表面波フィルタの原理は、従来のセラミック梯子型フィルタと同一であり、共振器部分が弾性表面波共振器に置き換わっているだけである。この場合、直列腕弾性表面波共振器の共振周波数と並列腕弾性表面波共振器の***振周波数とをほぼ一致させることにより、この周波数の近傍を通過帯域とし、直列腕弾性表面波共振器の***振周波数よりも高い周波数及び並列腕弾性表面波共振器の共振周波数よりも低い周波数を阻止域とするフィルタ特性が得られる。従来の共振器梯子型弾性表面波フィルタの基本的な構成は、図６に示すように圧電性基板上に直列腕弾性表面波共振器および並列腕弾性表面波共振器を交互に接続し、この圧電性基板を図７のようにパッケージに収容しボンディングワイヤで電気的に接続される。この共振器梯子型弾性表面波フィルタの周波数特性は図８に示すような特性である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の共振器梯子型弾性表面波フィルタでは、通過帯域近傍での帯域外減衰量は安定して確保されているが、図８に示すように、２倍波および３倍波などの高調波領域になると帯域外減衰量が急速に小さくなりフィルタ特性が悪化している。これは、圧電性基板上の並列腕弾性表面波共振器に接続しているストリップラインやパッケージ内のストリップラインおよびボンディングワイヤのインダクタンスが並列腕弾性表面波共振器と共に高調波領域で共振に似た現象を生じるからと考えられる。この現象を小さくするためには、前記インダクタンスを小さくするか、並列腕弾性表面波共振器の静電容量を小さくしなければならない。しかし、前記並列腕弾性表面波共振器の静電容量はフィルタの外部回路との電気的整合性や、直列腕弾性表面波共振器および並列腕弾性表面波共振器との静電容量比で決まる通過帯域近傍の帯域外減衰量に密接に関係があため、並列腕弾性表面波共振器の静電容量を任意に小さくすることが不可能である。
【０００５】
本発明は、以上の従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、２倍波および３倍波などの高調波領域でも帯域外減衰量が大きく、安定した良好な周波数特性を有する共振器梯子型弾性表面波フィルタを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明に係る共振器梯子型弾性表面波フィルタの第１の構成は、圧電性基板上に、入力電気端子および出力電気端子およびアース端子を設け、前記入力電気端子および出力電気端子間に弾性表面波を励振するすだれ状トランスデューサからなる直列腕弾性表面波共振器および並列腕弾性表面波共振器とを備えた共振器梯子型弾性表面波フィルタにおいて、１つの直列腕弾性表面波共振器に対して、同一点から分割した少なくとも２つの並列腕弾性表面波共振器が接続されて共振器梯子型弾性表面波フィルタを構成し、前記共振器梯子型弾性表面波フィルタの中心周波数をｆｃ、前記並列腕弾性表面波共振器のすだれ状トランスデューサの電極指対数および電極指交差幅により決まる前記同一点から分割した少なくとも２つの並列腕弾性表面波共振器の静電容量の総和をＣｐとし、
ｆｃ・Ｃｐ ＞ ４
ｆｃ : 中心周波数 [GHz]
Ｃｐ : 並列腕弾性表面波共振器の
すだれ状トランスデューサ静電容量 [pF]
を満たすことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の第 1 の構成において、前記共振器梯子型弾性表面波フィルタは、第１及び第２の直列腕弾性表面波共振器と、第１〜第４の並列腕弾性表面波共振器とを供え、前記第１の直列腕弾性表面波共振器に前記第１及び第２の並列腕弾性表面波共振器が接続され、前記第２の直列腕弾性表面波共振器に前記第３及び第４の並列腕弾性表面波共振器が接続されていることが好ましい。
【０００８】
また、本発明の第1の構成において、前記圧電性基板上の複数の前記アース端子が、前記圧電性基板上において互いに電気的に接続されていないことが好ましい。
【０００９】
また、本発明の第１の構成において、前記圧電性基板と前記圧電性基板を収容するパッケージまたは実装基板との電気的な実装法において、前記圧電性基板上に作製された入力電気端子および出力電気端子およびアース端子と、前記パッケージ内または前記実装基板内に作製された入力電気端子および出力電気端子およびアース端子が、互いに対面し導電性物質を介して電気的に実装されていることが好ましい。
【００１０】
また、本発明の第１の構成においては、前記圧電性基板上に作製された入力電気端子および出力電気端子およびアース端子に導電性の突起が備わっていることをが好ましい。
【００１１】
また、本発明の第１の構成においては、前記導電性物質が導電フィラーであることが好ましい。
【００１２】
また、前記本発明の第１の構成においては、前記導電性物質が導電シートであることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の第１の構成においては、前記少なくとも２つの並列腕弾性表面波共振器のすだれ状トランスデューサ静電容量が実質的に等しいことが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１５】
前記本発明の第１の構成によれば、圧電性基板上に、入力電気端子および出力電気端子およびアース端子を設け、前記入力電気端子および出力電気端子間に弾性表面波を励振するすだれ状トランスデューサからなる直列腕弾性表面波共振器および並列腕弾性表面波共振器とを備えた共振器梯子型弾性表面波フィルタにおいて、前記共振器梯子型弾性表面波フィルタの中心周波数をｆｃ、前記並列腕弾性表面波共振器のすだれ状トランスデューサの電極指対数および電極指交差幅により決まる静電容量をＣｐとし、
ｆｃ・Ｃｐ ＞ ４
ｆｃ : 中心周波数 [GHz]
Ｃｐ : 並列腕弾性表面波共振器の
すだれ状トランスデューサ静電容量 [pF]
のとき、前記並列腕弾性表面波共振器を前記入力電気端子および前記出力端子間の同一点から少なくとも２個の並列腕弾性表面波共振器に分割した箇所を少なくとも１箇所備えたことを特徴とすることにより、２倍波および３倍波などの高調波領域で帯域外減衰量が大きく安定した良好な周波数特性が得られる。
【００１６】
また、前記本発明の第１の構成において、前記圧電性基板上の複数の前記アース端子が、前記圧電性基板上において互いに電気的に接続されていないことにより、更に安定した周波数特性が得られる。
【００１７】
また、前記本発明の第２の構成によれば、前記圧電性基板と前記圧電性基板を収容するパッケージまたは実装基板との電気的な実装法において、前記圧電性基板上に作製された入力電気端子および出力電気端子およびアース端子と、前記パッケージ内または前記実装基板内に作製された入力電気端子および出力電気端子およびアース端子が、互いに対面し導電性物質を介して電気的に実装されたことを特徴とすることにより、前記圧電性基板と前記圧電性基板を収容するパッケージまたは実装基板との電気的な実装におけるインダクタンスを小さくすることができ、２倍波および３倍波などの高調波領域で帯域外減衰量が大きく安定した良好な周波数特性が得られる。
【００１８】
また、前記本発明の第２の構成において、前記圧電性基板上に作製された入力電気端子および出力電気端子およびアース端子に導電性の突起が備わっているという好ましい例によれば、圧電性基板とパッケージまたは実装基板との距離を一定に保つことができ、更に安定した周波数特性が得られる。
【００１９】
また、前記本発明の第２の構成において、ＳＢＢ実装であることが更に好ましいという例によれば、更に安定した周波数特性が得られる。
【００２０】
また、前記本発明の第２の構成において、前記導電性物質が導電フィラーであるという好ましい例によっても、圧電性基板とパッケージまたは実装基板との距離を一定に保つことができ、更に安定した周波数特性が得られる。
【００２１】
また、前記本発明の第２の構成において、前記導電性物質が導電シートであるという好ましい例によっても、圧電性基板とパッケージまたは実装基板との距離を一定に保つことができ、更に安定した周波数特性が得られる。
【００２２】
【実施例】
＜第１の実施例＞
図１は本発明に係る共振器梯子型弾性表面波フィルタの第１の実施例を示す図である。
【００２３】
図１に示すように、圧電性基板１の上には、入力電気端子２および出力電気端子３と、弾性表面波を励振するすだれ状トランスデューサ７（以下「ＩＤＴ」という。）からなる直列腕弾性表面波共振器５および並列腕弾性表面波共振器６と、並列腕弾性表面波共振器６に接続されたアース端子４とが形成されている。これにより、共振器梯子型弾性表面波フィルタが構成されている。尚、ここでは直列腕弾性表面波共振器５および並列腕弾性表面波共振器６にはＩＤＴの弾性表面波伝搬方向に沿った両側に反射器が設けられているが、この反射器が無い場合もある。
【００２４】
本実施例では、中心周波数が１.９ＧＨｚ、通過帯域幅が７５ＭＨｚの共振器梯子型弾性表面波フィルタを作製して行なった。圧電性基板は３６°ＹカットＸ方向伝搬のタンタル酸リチウムであり、この圧電性基板上に図２の下図に示すように直列腕弾性表面波共振器および並列腕弾性表面波共振器を接続した構成である。この構成における並列腕弾性表面波共振器は、図２の上図に示すような従来の構成での各並列腕弾性表面波共振器の静電容量ＣｐをＣｐ／２ずつに２分割し、従来のＣｐの静電容量をもった並列腕弾性表面波共振器が接続されているところに、Ｃｐ／２の静電容量をもった並列腕弾性表面波共振器を２個並列に接続されたものである。従って、合計の並列腕弾性表面波共振器の静電容量は変わらないため、外部回路との電気的整合性に影響は与えず、また、静電容量比（並列腕弾性表面波共振器の静電容量Ｃｐ／直列腕弾性表面波共振器の静電容量Ｃｓ）も変わらないため、通過帯域近傍の帯域外減衰量にも影響は与えない。
【００２５】
ここで、並列腕弾性表面波共振器を分割するための条件を示す。従来の構成における周波数特性では、図８に示すように極Ａを境にして急速に帯域外減衰量が小さくなり３倍波領域では殆んど通過帯域と同程度の減衰量である。この極Ａは並列腕弾性表面波共振器の静電容量により周波数軸に沿って移動させることができる。この静電容量が小さいほど極Ａは高周波数側に移動する。図９は並列腕弾性表面波共振器の静電容量Ｃｐと極Ａの周波数との関係図である。縦軸は静電容量Ｃｐと共振器梯子型弾性表面波フィルタの中心周波数ｆｃとの積を、横軸は極Ａの周波数をｆｃで規格化している。図９より、極Ａを３倍波領域以上に移動させるためには、ｆｃ・Ｃｐが４以下であればよいことがわかる。しかしフィルタ設計において通過帯域近傍の減水量の規定や外部回路との整合性を考慮すると、必ずしもｆｃ・Ｃｐを４以下にすることはできない。従って、ｆｃ・Ｃｐが４以上のときは、並列腕弾性表面波共振器の静電容量を小さくするために分割し、極Ａが３倍波領域より高い周波数になるように移動させる。
【００２６】
本実施例で作製した共振器梯子型弾性表面波フィルタにおいて、各直列腕弾性表面波共振器の弾性表面波を励振するすだれ状トランスデューサ（以下、ＩＤＴという）の電極指の幅は０．５１７μｍ、ＩＤＴの電極周期は２．０６８μｍ、ＩＤＴ内の向かい合う電極指の対数は１００．５対、ＩＤＴ内の向かい合う電極指の交差幅は３０μｍでありＩＤＴの両側に反射器が１００本ずつ設けられている。また、各並列腕弾性表面波共振器のＩＤＴの電極指の幅は０．５４４μｍ、ＩＤＴの電極周期は２．１７６μｍ、ＩＤＴ内の向かい合う電極指の対数は５０．５対、ＩＤＴ内の向かい合う電極指の交差幅は５０μｍでありＩＤＴの両側に反射器が１００本ずつ設けられている。ここで、従来例の並列腕弾性表面波共振器の静電容量Ｃｐは、２．４[pF]であり、ｆｃ・Ｃｐ＝４．５６となるため、従来例の並列腕弾性表面波共振器の電極指の対数を半分にし静電容量が１／２である１．２[pF]となるようにした。これらの各弾性表面波共振器を図１に示すように圧電性基板上に作製し、図７に示すようにパッケージに実装し、ボンディングワイヤにより圧電性基板とパッケージ間の電気的な接続を行った。
【００２７】
以上のように構成された共振器梯子型弾性表面波フィルタの周波数特性を図３に示す。従来の共振器梯子型弾性表面波フィルタと比較して、高調波領域の帯域外減衰量が大きくなり、特に３倍波領域において２５ｄＢ以上の改善をはかることができた。
【００２８】
なお、本実施例では、並列腕弾性表面波共振器の静電容量を２等分したが、２等分でなくても本発明の効果があることは明らかである。また、３分割以上にしても同等な効果ある。なぜなら、従来の並列腕弾性表面波共振器の静電容量より小さな静電容量をもった並列腕弾性表面波共振器になるからである。
【００２９】
また、圧電性基板上の複数のアース端子が、圧電性基板上において互いに電気的に接続されていない場合は、実質的に圧電性基板上での各アース端子の面積が小さくなり、浮遊容量および寄生容量を抑えることができるため、高調波領域で安定した帯域外減衰量が得られる。
【００３０】
以上のように、本実施例の共振器梯子型弾性表面波フィルタによれば、従来の共振器梯子型弾性表面波フィルタと比較して、２倍波および３倍波などの高調波領域で帯域外減衰量が大きく安定した良好な周波数特性が得られる。
【００３１】
＜第２の実施例＞
ここでは、発明が解決しようとする課題に記載したように、圧電性基板上の並列腕弾性表面波共振器に接続しているストリップラインやパッケージ内のストリップラインおよびボンディングワイヤのインダクタンスを小さくする方法についての実施例を示す。
【００３２】
前記インダクタンスを小さくするためには、前記ストリップラインを太く短くしたり、ボンディングワイヤの本数を増やす等が考えられる。しかし、前記ストリップラインこのうち圧電性基板とパッケージを電気的に接続しているボンディングワイヤのインダクタンスが最も不安定でありかつインダクタンスの値も１ｎＨ前後と大きい。従って、圧電性基板とパッケージとの電気的接続に係わるインダクタンスを小さくするほど高調波領域の減衰量を大きくすることができる。
【００３３】
図４は本発明に係る共振器梯子型弾性表面波フィルタの第２の実施例を示す図である。この図は、圧電性基板上のアース端子を含む断面図である。
【００３４】
図４に示すように、圧電性基板１のＩＤＴが作製された面と実装基板１０とが互いに対面しており、圧電性基板１上のアース端子面に導電性の突起１４を設け、実装基板１０上のアース端子１１と電気的に接続されている。この導電性の突起１４の周囲は、導電性物質１５により接続の補強がはかられている。実装基板１０上のアース端子１１から外部アース端子１２へは、ビアホール１３により電気的に接続されている。ここで、実装基板上のアース端子から外部アース端子への電気的接続には、ビアホールを用いず、実装基板の外周を取り巻くようにストリップラインで電気的接続を行なってもよい。また、封止のため圧電性基板と実装基板との周囲を樹脂１６等で取り囲んでもよい。
【００３５】
本実施例では、導電性の突起により圧電性基板と実装基板とを一定の間隔に保つことができるため、ここでの電気的接続におけるインダクタンスの値を安定させることができる。また、この突起の周囲を導電性物質で補強することにより、接続断面が太くなり、インダクタンスの値を小さくすることができる。ＳＢＢ実装法はこのような構成に最も適している。
【００３６】
なお、圧電性基板と実装基板との間隔を一定に保つために、導電性の突起の代りに導電フィラーまたは導電シートを用いても同等の効果がある。
【００３７】
以上のように実装された共振器梯子型弾性表面波フィルタの周波数特性を図５に示す。従来の共振器梯子型弾性表面波フィルタと比較して、高調波領域の帯域外減衰量が実施例１よりさらに大きくなり、特に３倍波領域において従来の共振器梯子型弾性表面波フィルタより３０ｄＢ以上の改善をはかることができた。
【００３８】
以上のように、本実施例の共振器梯子型弾性表面波フィルタによれば、従来の共振器梯子型弾性表面波フィルタと比較して、２倍波および３倍波などの高調波領域で帯域外減衰量が大きく安定した良好な周波数特性が得られる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る共振器梯子型弾性表面波フィルタによれば、２倍波および３倍波などの高調波領域で帯域外減衰量が大きく安定した良好な周波数特性が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る共振器梯子型弾性表面波フィルタの第１の実施例を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施例の共振器梯子型弾性表面波フィルタにおける弾性表面波共振器の構成図であり、上図は従来のものであり、下図は本発明に係わるものである。
【図３】本発明の第１の実施例における共振器梯子型弾性表面波フィルタの周波数特性図である。
【図４】本発明の第２の実施例における共振器梯子型弾性表面波フィルタの構成図であり、アース端子を含む断面図である。
【図５】本発明の第２の実施例における共振器梯子型弾性表面波フィルタの周波数特性図である。
【図６】従来の共振器梯子型弾性表面波フィルタにおける弾性表面波共振器の構成図である。
【図７】従来の共振器梯子型弾性表面波フィルタにおける実装方法を示す図であり、上図は上面図、下図は断面図である。
【図８】従来の共振器梯子型弾性表面波フィルタの周波数特性図である。
【図９】並列腕弾性表面波共振器の静電容量Ｃｐと極Ａの周波数との関係図である。
【符号の説明】
１ 圧電性基板
２ 入力電気端子
３ 出力電気端子
４ アース端子
５ 直列腕弾性表面波共振器
６ 並列腕弾性表面波共振器
１０ 実装基板
１１ 実装基板上のアース端子
１２ 実装基板の外部アース端子
１３ ビアホール
１４ 導電性の突起

Claims (7)

  1. 圧電性基板上に、入力電気端子、出力電気端子およびアース端子が設けられ、前記入力電気端子および出力電気端子間に、弾性表面波を励振するすだれ状トランスデューサからなる直列腕弾性表面波共振器および並列腕弾性表面波共振器とが設けられた共振器梯子型弾性表面波フィルタであって、
    １つの直列腕弾性表面波共振器に対して、同一点から分割した少なくとも２つの並列腕弾性表面波共振器が接続されて共振器梯子型弾性表面波フィルタを構成し、
    前記共振器梯子型弾性表面波フィルタの中心周波数をｆｃ、前記並列腕弾性表面波共振器のすだれ状トランスデューサの電極指対数および電極指交差幅により決まる前記同一点から分割した少なくとも２つの並列腕弾性表面波共振器の静電容量の総和をＣｐとし、
    ｆｃ・Ｃｐ ＞ ４
    ｆｃ : 中心周波数 [GHz]
    Ｃｐ : 並列腕弾性表面波共振器の
    すだれ状トランスデューサ静電容量 [pF]
    を満たすことを特徴とする共振器梯子型弾性表面波フィルタ。
  2. 前記共振器梯子型弾性表面波フィルタは、第１及び第２の直列腕弾性表面波共振器と、第１〜第４の並列腕弾性表面波共振器とを供え、前記第１の直列腕弾性表面波共振器に前記第１及び第２の並列腕弾性表面波共振器が接続され、前記第２の直列腕弾性表面波共振器に前記第３及び第４の並列腕弾性表面波共振器が接続されていることを特徴とする請求項１記載の共振器梯子型弾性表面波フィルタ。
  3. 前記圧電性基板上の複数の前記アース端子が、前記圧電性基板上において互いに電気的に接続されていないことを特徴とする請求項１に記載の共振器梯子型弾性表面波フィルタ。
  4. 前記圧電性基板上に作製された前記入力電気端子、前記出力電気端子および前記アース端子と、前記圧電性基板を収容するパッケージ内または実装基板内に作製された入力電気端子、出力電気端子およびアース端子とが、互いに対面し導電性物質を介して電気的に接続されていることを特徴とする請求項１記載の共振器梯子型弾性表面波フィルタ。
  5. 前記圧電性基板上に作製された入力電気端子、出力電気端子およびアース端子に導電性の突起が設けられていることを特徴とする請求項３記載の共振器梯子型弾性表面波フィルタ。
  6. 前記導電性物質が導電フィラー又は導電シートであることを特徴とする請求項４記載の共振器梯子型弾性表面波フィルタ。
  7. 前記少なくとも２つの並列腕弾性表面波共振器のすだれ状トランスデューサ静電容量が実質的に等しい請求項１記載の共振器梯子型弾性表面波フィルタ。
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