JP3638434B2

JP3638434B2 - 弾性表面波装置

Info

Publication number: JP3638434B2
Application number: JP15038398A
Authority: JP
Inventors: 雅之船見
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1998-05-29
Filing date: 1998-05-29
Publication date: 2005-04-13
Anticipated expiration: 2018-05-29
Also published as: JPH11346142A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話等の移動体通信機器などに用いられる弾性表面波フィルタ等の弾性表面波装置に関するものであって、特に複数の弾性表面波共振子をラダー（梯子）型に配設した平衡入力―平衡出力型の弾性表面波装置に関する。
【０００２】
【従来の技術とその問題点】
移動体通信用ＳＡＷフィルタは、携帯電話端末の小型化，省電力化のために低損失であることが望ましい。その上、受信用および送信用として用いられるＳＡＷフィルタには、それぞれ通過帯域外に抑止帯域があり、通過帯域端部の近傍から広い範囲にわたって高減衰量であることが強く要求されており、移動体通信システムの仕様によっては、局所的に特定の周波数帯域のみかなり大きい減衰量が必要な場合がある。
【０００３】
また従来、一般のＳＡＷフィルタは不平衡入力−不平衡出力型であるため、ＳＡＷフィルタ後段と電子回路間に、バラン回路等の不平衡−平衡変換器を挿入した回路構成をとっていた。一方、ＳＡＷフィルタ前段の電子回路等が平衡出力型となっている場合は、前段の電子回路とＳＡＷフィルタ間に平衡−不平衡変換器を挿入した回路構成としていた。
【０００４】
近年、前記の回路構成から不平衡−平衡変換器あるいは平衡−不平衡変換器を除去するために、ＳＡＷフィルタ自体に平衡−不平衡変換器あるいは不平衡−平衡変換器の機能を持たせた、いわゆる不平衡−平衡出力型のＳＡＷフィルタあるいは平衡−不平衡出力型のＳＡＷフィルタ（以下、平衡型あるいはバランス型のＳＡＷフィルタという）の実用化が進められている。
【０００５】
従来より、ＳＡＷフィルタの電極構成を大別すると、伝搬型，共振器型，ラダー型（梯子型），ラティス型（格子型）の４種類がある。これらはそれぞれに特徴がある設計法であり、性能面で一長一短がある。しかし、この中でも設計の自由度が高く、特に有用性があるのはラダー型の設計である。
【０００６】
図１に従来のラダー型の回路構成図を示す。ここで、ＳＡＷフィルタＪは、圧電基板上に複数の弾性表面波共振子を直並列に接続しており、その直列腕に直列共振子４ａが、並列腕に並列共振子４ｂが接続され、並列共振子４がグランド３に接地されている。
【０００７】
このフィルタの特徴は、他の構造に比較して、急峻な肩特性を実現し易いという点にある。しかしながら、ラダー型の欠点は上記４種の中で唯一バランス入出力に対応できない（不平衡入力−不平衡出力型であるため平衡入出力が実現できない）。通常、携帯電話機セット中に組み込む場合、図６に示すように、バランス動作（平衡入出力）させるために、バラン素子９をＳＡＷフィルタ１０の（前）後に挿入して使用していた。このため、部品点数が増加するといった問題があった。なお、バランス動作の目的は、グランドに直接は接していないため、グランド経由のノイズ成分が乗りにくいというメリットがあるためである。
【０００８】
また、携帯電話端末の小型，軽量化および低コスト化のために、使用部品の削減が急務となっており、そのためにＳＡＷフィルタに新たな機能の付加が要求されてきている。その一つに、例えばＲＦ(Radio Frequency :無線周波数) 段とＩＦ(Intermediate Frequency : 中間周波数) 段数等に使用されるフィルタに対して、不平衡入力−平衡出力型、あるいは平衡入力−不平衡出力型、あるいは平衡入力−平衡出力型と構成できるようにするといった要求がある。
【０００９】
そこで、本発明は、特性を変化させずに、平衡入出力型（バランス型）に対応でき、かつ耐電力性に優れたラダー型ＳＡＷフィルタの電極構成を提供することを目的とする。これにより、バラン素子を削減でき携帯電話機の小型・軽量・低コスト化が図ることができる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の弾性表面波装置は、圧電基板上に複数の弾性表面波共振子を直並列に接続したラダー型回路を二つ配設するとともに、各ラダー型回路の並列腕に接続された並列共振子をグランドに接続させ、前記二つのラダー型回路の出力差を取り出すように成した。
【００１１】
また特に、ラダー型回路の直列腕に接続された直列共振子と、並列腕に接続された並列共振子とを下記式を満足するように配設したことを特徴とする。
【００１２】
Ｃｐ／Ｃｓ＜１．５５
（ただし、Ｃｐ：並列共振子の容量の総和，Ｃｓ：直列共振子の容量の総和）
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態について図面に基づき詳細に説明する。
【００１４】
図２に示すように、本発明の弾性表面波装置Ｓは、不図示のニオブ酸リチウム単結晶、タンタル酸リチウム単結晶、四ホウ酸リチウム単結晶、ランガサイト型単結晶などから成る圧電基板上に、複数の弾性表面波共振子を直並列に接続したラダー型回路を二つ配設して成る。そして、各ラダー型回路の並列腕に接続された並列共振子４ａをグランド端子３に接続させ、二つのラダー型回路の出力差を取り出すように成したものである。さらに、Ｃｐ（並列共振子４ａの容量の総和）とＣｓ（直列共振子４ｂの容量の総和）との比率、すなわち、Ｃｐ／Ｃｓを１．５５未満にしている。図中、上部のラダー回路における５が入力端子で７が出力端子である。また下部のラダー型回路において、６が入力端子で８が出力端子である。ここでグランド端子３は上部ＳＡＷフィルタと下部ＳＡＷフィルタとは共通にしており、このグランド端子３に対して二つの回路が対称配置されている。
【００１５】
上記回路構成によれば、平衡入力信号を図中『ＩＮ』で示す端子５−６間に印加すると、図中『ＯＵＴ』で示す端子７−８間にフィルタを通過した平衡出力信号が出力される。ここで、印加された入力信号はグランド端子から浮いているため、端子５と６の間の位相差は１８０°である。このため、上部ＳＡＷフィルタと下部ＳＡＷフィルタの構成が全く同一であるため、出力側の端子７と８との位相差は、入力時の位相差が保存され１８０°となり、完全なる平衡出力が得られる。
【００１６】
また、図５（ａ）〜（ｄ）に、端子間７−３と端子間８−３の振幅特性と位相特性を示す。図より明らかなように、振幅特性は端子７と８は全く同一の特性が現れる。これは上述したように、ラダー型ＳＡＷフィルタの構成要素が、上部フィルタと下部フィルタで全く同一であるからである。また、位相特性も通過帯域内で完全に１８０°反転している。これは、やはり上部フィルタと下部フィルタで全く同一であるため、入力時の位相差が完全に保存されるためである。
【００１７】
また、本発明の構造のラダー型ＳＡＷフィルタは並列に２回路構成するために、電力は２等分され、ＳＡＷフィルタ全体の耐電力性（寿命）は２倍に向上する。
【００１８】
また、本発明のラダー型フィルタの電気特性はラダー型回路を構成する直列共振子４ａ，並列共振子４ｂの容量比と関係があることが判明した。図７は共振子の容量比（Ｃｐ／Ｃｓ）と定在波比（ＶＳＷＲ）との関係を図示したものである。この図より共振子の容量比によってフィルタの通過帯域内でのインピーダンス整合条件が異なり、一般的な整合条件であるＶＳＷＲ＜２の条件を満たすのは、容量比が１．５５未満であることが判明した。また、図７に示すように、容量比と所望の通過帯域幅での最大挿入損失との関係から、上記容量比範囲にて安定した挿入損失が得られることが判明した。
【００１９】
なお、本発明は基板材料を４２°ＹカットＬｉＴａＯ３としたが、３６°〜４２°ＹカットＬｉＴａＯ３あるいは、６４°ＹカットＬｉＮｂＯ３等としても良く、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更し実施しうる。
【００２０】
【実施例】
次に、本発明に係るラダー型ＳＡＷフィルタを具体的に作製した実施例について説明する。
【００２１】
タンタル酸リチウム単結晶の４２°Ｙカット基板上に、Ａｌを主成分とする微細電極パターン（規格化電極膜厚：９．６％）を形成した。パターン作製には、Ｄｅｅｐ−ＵＶ光を用いた密着露光機によりフォトリソグラフィーを行なった。
【００２２】
まず、上記基板材料をアセトン・ＩＰＡ等によって超音波をかけながら洗浄し有機分を除去した。次に、クリーンオーブンによって充分に基板乾燥を行なった後、基板上にフォトレジストをスピンコーターによって約１μm 厚み回転塗布した。
【００２３】
フォトマスクは石英ガラスを主成分とした厚み０．０９インチで外形５インチサイズとした。電極成膜には、電子ビーム蒸着機を使用し、ＡｌもしくはＡｌ- Ｃｕ（２％）の材料を蒸着によって成膜した。この電極膜厚は約４２００Åとした。
【００２４】
次に、レジスト剥離液中で基板に超音波をかけることで、不要Ａｌパターンをリフトオフした。なお、リフトオフでＡｌ等の材料をリフトオフするためには、レジストの断面形状を逆テーパにするための条件出しが必要となる（あるいは２層レジスト等の工夫が必要）。
【００２５】
この後、保護膜工程を行った。保護膜材料としてＳｉを採用した。Ｓｉは電子ビーム蒸着機にて蒸着し、これもまたレジストを逆テーパにすることでリフトオフによってパターニングした。なお、Ｓｉ膜厚は２５０Åで金属粉によるショートが防止できる。次に、基板をスクライブラインに沿ってダイシングし、チップごとに分割した。
【００２６】
そして、各チップはダイボンダーにかけられ、ピックアップされ、Ｓｉ樹脂を主成分とするダイボンド樹脂でＳＭＤパッケージ内キャビティに接着した。この後加熱し、乾燥・硬化させた。ＳＭＤパッケージは３ｍｍ角積層構造とし、チップサイズは１．６×１．０ｍｍとした。
【００２７】
次に、３０μφＡu ワイヤーをＳＭＤパッケージのパッド部とチップ上のＡｌパッド上にボールボンディングした後、パッケージリッドをパッケージにかぶせ、シームシーラーにてシーリングして完成となった。なお、チップ上のグランドは各々分離して配線され、Ａu ワイヤーボンディングにてパッケージ上のグランドパッドにボンディングした。なお、本電極は同一チップ上に配線するため、同一パッケージ内に納められる。
【００２８】
ラダー型ＳＡＷフィルタを構成するＳＡＷ共振子は、ＩＤＴの対数が４０〜１２０対、交差幅が１０〜３０λで、弾性表面波の波長は直列と並列で違えてあるが、概略４．４μｍとした。また、反射電極本数は直列共振子側で２０本、並列共振子側で２０本とした。
【００２９】
また、比較のため、図１に示す従来構成のフィルタも作製した。
【００３０】
ここで重要なのは、本発明では並列に２回路構成されたラダー型フィルタの電極設計を全く同一にすることである。これにより、出力波形の振幅は同一で、位相のみ１８０°違う応答が得られた。
【００３１】
特性測定には、ネットワークアナライザを用い、図３（本発明）及び図４（従来構成）に示す周波数特性結果を得た。これらの図より明らかなように、周波数特性の変化は、通過帯域内では従来特性とあまり大きな差は見られなかった。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の電極構成によって作製すれば、特性を変化させることなく、平衡入出力型（バランス型）に対応でき、かつ耐電力性に優れたラダー型ＳＡＷフィルタを提供でき、さらに、従来必要であったバラン素子を削減でき、携帯電話機の小型・軽量・低コスト化が図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のラダー型弾性表面波フィルタの回路構成図である。
【図２】本発明の平衡入出力対応のラダー型弾性表面波フィルタの回路構成図である。
【図３】本発明に係る弾性表面波フィルタの周波数特性図である。
【図４】従来構成の弾性表面波フィルタの周波数特性図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ本発明の平衡入出力対応ラダー型弾性表面波フィルタのバランス動作の確認結果を説明する図である。
【図６】従来の不平衡入出力ラダー型弾性表面波フィルタの前後にバラン素子を挿入して、平衡入出力を得るための構成を示す図である。
【図７】本発明のラダー型フィルタのＶＳＷＲと共振子容量比との関係を示す図である。
【図８】本発明のラダー型フィルタの帯域内最大挿入損失と共振子容量比との関係を示す図である。
【符号の説明】
１：入力端子
２：出力端子
３：グランド端子
４ａ：直列共振子
４ｂ：並列共振子
５、６：入力端子（バランス型）
７、８：出力端子（バランス型）
９：バラン素子
１０：従来のラダー型ＳＡＷフィルタ

Claims

圧電基板上に複数の弾性表面波共振子を直並列に接続したラダー型回路を二つ配設するとともに、各ラダー型回路の並列腕に接続された並列共振子をグランドに接続させ、前記二つのラダー型回路の出力差を取り出すように成した弾性表面波装置。
前記ラダー型回路の直列腕に接続された直列共振子と、並列腕に接続された並列共振子とを下記式を満足するように配設したことを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波装置。
Ｃｐ／Ｃｓ＜１．５５
（ただし、Ｃｐ：並列共振子の容量の総和，Ｃｓ：直列共振子の容量の総和）