JP3822470B2

JP3822470B2 - Piezoelectric resonator, filter, duplexer, and method for adjusting resonance frequency of piezoelectric resonator

Info

Publication number: JP3822470B2
Application number: JP2001247915A
Authority: JP
Inventors: 勝彦郡司; 栄樹小室
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2001-08-17
Filing date: 2001-08-17
Publication date: 2006-09-20
Anticipated expiration: 2021-08-17
Also published as: JP2003060479A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電振動子を含み、移動体通信機器等で使用される圧電共振子、この圧電共振子を含むフィルタ、このフィルタを含むデュプレクサ、ならびに圧電共振子の共振周波数調整方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年飛躍的に普及してきた携帯電話等の移動体通信機器では、年々、小型化、および使用周波数の高周波化が進められている。そのため、移動体通信機器に使用される電子部品にも、小型化、および対応可能な周波数の高周波化が要望されている。
【０００３】
移動体通信機器には、１つのアンテナを送信と受信とに共用させるために送信信号の経路と受信信号の経路とを切り替えるデュプレクサを備えているものがある。このデュプレクサは、送信信号を通過させ、受信信号を遮断するフィルタと、受信信号を通過させ、送信信号を遮断するフィルタとを備えている。
【０００４】
近年、上記デュプレクサにおけるフィルタには、弾性表面波フィルタが用いられることがある。弾性表面波フィルタは、２ＧＨｚまでの周波数に対応でき、また、セラミックフィルタに比べて小型化が可能であるという特徴を有する。しかし、今後、移動体通信機器の使用周波数が２ＧＨｚ以上となった場合、弾性表面波フィルタがそのような周波数に対応するには、現状では技術的課題が多い。
【０００５】
そこで、最近、特開２０００−２７８０７８号公報に示されるように、薄膜バルクアコースティック共振子（Thin Film Bulk Acoustic Resonator；以下、ＦＢＡＲとも記す。）と呼ばれるデバイスが注目されている。このＦＢＡＲは、圧電体薄膜の厚み方向の共振を利用した圧電共振子である。ＦＢＡＲでは、圧電体薄膜の厚みを変えることにより共振周波数を変えることができる。また、ＦＢＡＲは、数ＧＨｚの周波数まで対応することが可能であると考えられる。
【０００６】
ところで、ＦＢＡＲでは、所定の共振周波数を得るためには、圧電体薄膜や電極の厚みを正確に制御することが必要である。しかしながら、これらの厚みを完璧に制御することは困難である。そのため、何らかの方法でＦＢＡＲの共振周波数を調整することが必要になる。
【０００７】
ＦＢＡＲの共振周波数を調整する方法としては、国際公開第９８／１５９８４号パンフレットや、米国特許第５，７８０，７１３号明細書や、米国特許第５，５８７，６２０号明細書において、ＦＢＡＲの作製後に、エッチングや成膜により電極等の厚みを変更する方法が提案されている。
【０００８】
また、特開平４−３２９７０５号公報には、トリプレート構造のストリップラインを共振素子として用いた発振器において、ストリップラインを構成するストリップ導体をトリミングすることによって、そのインダクタンス成分を増加させて、ストリップラインの共振周波数を、ひいては当該発振器の発振周波数を調整する技術が開示されている。
【０００９】
また、特開昭６４−３７１０２号公報には、誘電体同軸共振器の内導体に電気的に接続されている基板上の電極をトリミングすることにより、誘電体同軸共振器の共振周波数を調整する技術が開示されている。
【００１０】
また、特開昭６３−２６８２９７号公報には、多層基板を使用した高周波回路において、多層基板の内層にインダクタンス線路を形成すると共に、所望のインダクタンスの一部を外層導体で形成する技術が開示されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＦＢＡＲの作製後に電極等の厚みを変更して、ＦＢＡＲの共振周波数を調整する方法では、電極等のエッチングや成膜のために大掛かりな装置が必要になるという問題点がある。また、この方法では、電極等のエッチングや成膜のために、ＦＢＡＲを収納したチャンバ内を真空にする必要がある場合もある。この場合には、ＦＢＡＲの共振周波数を調整するために多くの時間を要するという問題点がある。
【００１２】
また、特開平４−３２９７０５号公報に示された、ストリップ導体をトリミングする方法や、特開昭６４−３７１０２号公報に示された、電極をトリミングする方法では、共振周波数を容易に且つ正確に調整するのが難しいという問題点がある。
【００１３】
また、特開昭６３−２６８２９７号公報には、所望のインダクタンスの一部を外層導体で形成しているためにインダクタンスの調整を行うことができる旨が記載されているが、どのようにしてインダクタンスの調整を行うのかは具体的には記載されていない。
【００１４】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、圧電振動子を備え、共振周波数を容易に調整できるようにした圧電共振子、この圧電共振子を含むフィルタ、およびフィルタを含むデュプレクサを提供することにある。
【００１５】
本発明の第２の目的は、圧電振動子を備えた圧電共振子の共振周波数を容易に調整できるようにした圧電共振子の共振周波数調整方法を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の圧電共振子は、
圧電性を有する圧電薄膜と、圧電薄膜の両面に配置され、圧電薄膜に対して励振用電圧を印加するための２つの電極とを有する圧電振動子と、
２つの電極の少なくとも一方に接続され、切断され得る部分である切断予定部を１つ以上含み、切断予定部の状態に応じてインピーダンスが変化するインピーダンス調整部とを備えたものである。
【００１７】
本発明の圧電共振子では、インピーダンス調整部の切断予定部の状態を選択することによってインピーダンス調整部のインピーダンスを変えることができる。これにより、圧電振動子とインピーダンス調整部とを含む圧電共振子の共振周波数を調整することが可能になる。
【００１８】
本発明の圧電共振子において、インピーダンス調整部は、切断予定部の状態に応じてインダクタンスが変化するものであってもよい。
【００１９】
また、本発明の圧電共振子において、インピーダンス調整部のインダクタンスは、０〜１０ｎＨの範囲で変化してもよい。
【００２０】
また、本発明の圧電共振子において、インピーダンス調整部のインダクタンスは、０〜３ｎＨの範囲で変化してもよい。
【００２１】
また、本発明の圧電共振子は、０．５〜１０ＧＨｚの周波数帯域で使用されるものであってもよい。
【００２２】
また、本発明の圧電共振子は、０．８〜６ＧＨｚの周波数帯域で使用されるものであってもよい。
【００２３】
また、本発明の圧電共振子において、圧電振動子は、更に、圧電薄膜および電極を支持する基体を有し、インピーダンス調整部は、２つの電極のうち基体から離れた方の電極に接続されていてもよい。
【００２４】
本発明のフィルタは、本発明の圧電共振子を少なくとも１つ含んで構成されたものである。
【００２５】
本発明のデュプレクサは、送信信号を通過させ、受信信号を遮断する第１のフィルタと、受信信号を通過させ、送信信号を遮断する第２のフィルタとを備え、アンテナに接続されるものであって、第１のフィルタと第２のフィルタの少なくとも一方が、本発明の圧電共振子を少なくとも１つ含んで構成されているものである。
【００２６】
本発明の圧電共振子の共振周波数調整方法は、圧電性を有する圧電薄膜と、圧電薄膜の両面に配置され、圧電薄膜に対して励振用電圧を印加するための２つの電極とを有する圧電振動子を備えた圧電共振子の共振周波数を調整する方法であって、２つの電極の少なくとも一方に接続され、切断され得る部分である切断予定部を１つ以上含み、切断予定部の状態に応じてインピーダンスが変化するインピーダンス調整部を設け、切断部の状態を選択することによって、圧電共振子の共振周波数を調整するものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。まず、図１ないし図４を参照して、本発明の一実施の形態に係る圧電共振子の構成について説明する。図１は本実施の形態に係る圧電共振子の分解斜視図、図２は本実施の形態に係る圧電共振子の電極を示す平面図、図３は図２のＡ−Ａ線断面図、図４は図２のＢ−Ｂ線断面図である。なお、図２は圧電薄膜を省略して描いている。
【００２８】
本実施の形態に係る圧電共振子１は、基体１１と、この基体１１の下面に隣接するように配置された下部バリア層１２と、基体１１の上面に隣接するように配置された上部バリア層１３とを備えている。圧電共振子１は、更に、上部バリア層１３の上に配置された下部電極１４と、この下部電極１４の上に配置された圧電薄膜１５と、この圧電薄膜１５の上に配置された上部電極１６とを備えている。圧電共振子１は、更に、圧電薄膜１５の上に配置されると共に上部電極１６に接続されたインピーダンス調整部２０と、下部バリア層１２の下において、下部バリア層１２、基体１１、上部バリア層１３および圧電薄膜１５を介してインピーダンス調整部２０と対向する位置に配置された接地電極１７とを備えている。
【００２９】
基体１１は、圧電共振子１における他の構成要素を支持するためのものである。基体１１には空洞１１ａが設けられている。基体１１には、例えばＳｉ基板が用いられる。
【００３０】
後で説明するように、下部バリア層１２は、基体１１に空洞１１ａを形成するためのマスクとして用いられる。そのため、下部バリア層１２には、空洞１１ａに対応する位置に開口部１２ａが形成されている。下部バリア層１２の材料には、例えば窒化ケイ素（ＳｉＮ_Ｘ）が用いられる。
【００３１】
上部バリア層１３は、基体１１の空洞１１ａに対応する位置にも下部電極１４を配置できるように、基体１１と下部電極１４とを隔てる絶縁層である。上部バリア層１３の材料には、例えば窒化ケイ素（ＳｉＮ_Ｘ）が用いられる。
【００３２】
圧電薄膜１５は、圧電性を有する薄膜である。圧電薄膜１５の材料には、例えばＺｎＯが用いられる。下部電極１４および上部電極１６は、それぞれ、主として金属よりなり、例えばＣｒ層の上にＡｕ層を積層して形成される。インピーダンス調整部２０は、所定の形状にパターニングされた導体よりなる。インピーダンス調整部２０は、上部電極１６と同じ材料で形成されていてもよい。
【００３３】
下部電極１４は、信号電極１４Ａと、接地電極１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄとを有している。これらの電極１４Ａ〜１４Ｄは同一平面上に配置されている。信号電極１４Ａは、基体１１の空洞１１ａに対応する位置に配置された第１の部分１４Ａａと、一方向に延びると共に中央部分で第１の部分１４Ａａに接続された第２の部分１４Ａｂとを含んでいる。接地電極１４Ｂは、信号電極１４Ａの第２の部分１４Ａｂと平行に配置されている。接地電極１４Ｃ，１４Ｄは、信号電極１４Ａの第１の部分１４Ａａの両側に配置されている。接地電極１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄは接地されるようになっている。また、信号電極１４Ａと接地電極１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄとの間のインピーダンスは、例えば５０Ωに設定されている。
【００３４】
上部電極１６は、基体１１の空洞１１ａに対応する位置に配置されている。従って、下部電極１４の信号電極１４Ａの第１の部分１４Ａａと、上部電極１６は、圧電薄膜１５を介して対向している。
【００３５】
圧電薄膜１５において、信号電極１４Ａの第２の部分１４Ａｂの両端部に対応する位置にはスルーホール１５ａ，１５ｂが形成されている。また、圧電薄膜１５において、接地電極１４Ｂの両端部に対応する位置にはスルーホール１５ｃ，１５ｄが形成され、接地電極１４Ｃの両端部に対応する位置にはスルーホール１５ｅ，１５ｆが形成され、接地電極１４Ｄの両端部に対応する位置にはスルーホール１５ｇ，１５ｈが形成されている。
【００３６】
図２に示したように、接地電極１４Ｃ，１４Ｄは、スルーホール１５ｅ，１５ｇを通過するワイヤ１９によって互いに接続されている。信号電極１４Ａは、スルーホール１５ａ，１５ｂを介して、圧電共振子１を用いる回路に接続されるようになっている。
【００３７】
圧電共振子１のうち、インピーダンス調整部２０および接地電極１７以外の部分は、圧電振動子を構成している。
【００３８】
インピーダンス調整部２０は、上部電極１６と同一平面上に配置されている。インピーダンス調整部２０は、切断され得る部分である切断予定部を１つ以上含み、この切断予定部の状態に応じてインピーダンスが変化するものである。本実施の形態では、特に、インピーダンス調整部２０は、切断予定部の状態に応じてインダクタンスが変化するようになっている。
【００３９】
図１および図２には、インピーダンス調整部２０の形状の一例を示している。この例におけるインピーダンス調整部２０は、一方向に延び、互いに平行に配置された４つの枝部２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄと、枝部２０Ａ〜２０Ｄの一端部を連結する連結部２０Ｅと、枝部２０Ａ〜２０Ｄの他端部を連結する連結部２０Ｆとを有している。インピーダンス調整部２０は、枝部２０Ａと連結部２０Ｅとの接続部分の近傍において、上部電極１６に接続されている。
【００４０】
この例におけるインピーダンス調整部２０には、図２に示したように、１１個の切断予定部２１ａ〜２１ｋが設けられている。切断予定部２１ａは、インピーダンス調整部２０における上部電極１６との接続部分に配置されている。切断予定部２１ｂは、連結部２０Ｅにおいて、枝部２０Ａとの接続部分の近傍に配置されている。切断予定部２１ｃは、連結部２０Ｆにおいて、枝部２０Ａとの接続部分の近傍に配置されている。切断予定部２１ｄは、枝部２０Ａにおいて、連結部２０Ｅとの接続部分の近傍に配置されている。切断予定部２１ｅは、枝部２０Ａにおいて、連結部２０Ｆとの接続部分の近傍に配置されている。切断予定部２１ｆは、連結部２０Ｅにおいて、枝部２０Ｂと枝部２０Ｃとの間であって、枝部２０Ｂに近い位置に配置されている。切断予定部２１ｇは、連結部２０Ｆにおいて、枝部２０Ｂと枝部２０Ｃとの間であって、枝部２０Ｂに近い位置に配置されている。切断予定部２１ｈは、枝部２０Ｂにおいて、連結部２０Ｅとの接続部分の近傍に配置されている。切断予定部２１ｉは、枝部２０Ｂにおいて、連結部２０Ｆとの接続部分の近傍に配置されている。切断予定部２１ｊは、連結部２０Ｅにおいて、枝部２０Ｃと枝部２０Ｄとの間であって、枝部２０Ｃに近い位置に配置されている。切断予定部２１ｋは、連結部２０Ｆにおいて、枝部２０Ｃと枝部２０Ｄとの間であって、枝部２０Ｃに近い位置に配置されている。
【００４１】
インピーダンス調整部２０は、下部バリア層１２、基体１１、上部バリア層１３および圧電薄膜１５を介して接地電極１７に対向しているので、マイクロストリッブラインとなる。マイクロストリッブラインは、その形状によって、インダクタンスの変化も含めて、インピーダンスが変化する。従って、インピーダンス調整部２０における各切断予定部２１ａ〜２１ｋの状態、すなわち切断されているか否かによって、インピーダンス調整部２０の形状が変化し、インピーダンス調整部２０のインピーダンスが変化する。
【００４２】
次に、本実施の形態に係る圧電共振子１の製造方法の一例について説明する。この製造方法では、基体１１として、（１００）面を有するように配向したＳｉ基板を用いた。そして、この基体１１の上面（表面）と下面（裏面）にそれぞれ、化学的気相成長（ＣＶＤ）法により、２００ｎｍの厚みの窒化ケイ素（ＳｉＮ_Ｘ）膜を形成した。基体１１の上面に形成された窒化ケイ素膜は上部バリア層１３となり、基体１１の下面に形成された窒化ケイ素膜は下部バリア層１２となる。
【００４３】
次に、下部バリア層１２に、フォトリソグラフィおよびドライエッチングにより開口部１２ａを形成した。下部バリア層１２は、後にエッチングによって基体１１に空洞１１ａを形成するためのマスクとして用いられる。
【００４４】
次に、下部バリア層１２の下面に、後に形成されるインピーダンス調整部２０と対向する接地電極１７を形成した。接地電極１７は、以下で説明するようにリフトオフ法により、約５ｎｍの厚みのＣｒ層および約１００ｎｍのＡｕ層を、この順に形成することによって形成した。すなわち、まず、下部バリア層１２の下面に、フォトリソグラフィにより、接地電極１７を形成すべき位置に開口部を有するレジストパターンを形成した。次に、スパッタ法により、レジストパターンを覆うように、約５ｎｍの厚みのＣｒ層および約１００ｎｍのＡｕ層を、この順に形成した。次に、レジストパターンを除去し、レジストパターンの開口部内に形成されたＣｒ層およびＡｕ層を接地電極１７とした。
【００４５】
次に、上部バリア層１３の上面に下部電極１４を形成した。下部電極１４は、以下で説明するようにリフトオフ法により、約５ｎｍの厚みのＣｒ層および約１００ｎｍのＡｕ層を、この順に形成することによって形成した。すなわち、まず、上部バリア層１３の上面に、フォトリソグラフィにより、下部電極１４を形成すべき位置に開口部を有するレジストパターンを形成した。次に、スパッタ法により、レジストパターンを覆うように、約５ｎｍの厚みのＣｒ層および約１００ｎｍのＡｕ層を、この順に形成した。次に、レジストパターンを除去し、レジストパターンの開口部内に形成されたＣｒ層およびＡｕ層を下部電極１４とした。
【００４６】
なお、下部電極１４は、信号電極１４Ａおよび接地電極１４Ｂ〜１４Ｄを有しているが、これらの電極１４Ａ〜１４Ｄは同一平面上に配置した。また、信号電極１４Ａと接地電極１４Ｂ〜１４Ｄとの間のインピーダンスは５０Ωになるようにした。
【００４７】
次に、スパッタ法により、下部電極１４を覆うように約１．２μｍの厚みのＺｎＯ層を形成することによって、圧電薄膜１５を形成した。次に、酢酸を用いて圧電薄膜１５の一部を除去することによって、スルーホール１５ａ〜１５ｈを形成した。
【００４８】
次に、圧電薄膜１５の上面に上部電極１６およびインピーダンス調整部２０を形成した。上部電極１６およびインピーダンス調整部２０は、以下で説明するようにリフトオフ法により、約５ｎｍの厚みのＣｒ層および約１００ｎｍのＡｕ層を、この順に形成することによって形成した。すなわち、まず、圧電薄膜１５の上面に、フォトリソグラフィにより、上部電極１６およびインピーダンス調整部２０を形成すべき位置に開口部を有するレジストパターンを形成した。次に、スパッタ法により、レジストパターンを覆うように、約５ｎｍの厚みのＣｒ層および約１００ｎｍのＡｕ層を、この順に形成した。次に、レジストパターンを除去し、レジストパターンの開口部内に形成されたＣｒ層およびＡｕ層を上部電極１６およびインピーダンス調整部２０とした。インピーダンス調整部２０における線路の幅は２０μｍとした。
【００４９】
圧電薄膜１５のうち、信号電極１４Ａの第１の部分１４Ａａと上部電極１６との間に配置された部分が共振する部分である。この部分の大きさは、縦１５０μｍ、横１５０μｍの矩形とした。
【００５０】
次に、下部バリア層１２をマスクとし、ＫＯＨを用いて、下面（裏面）側より基体１１をエッチングして、空洞１１ａを形成した。（１００）面を有するように配向したＳｉ基板よりなる基体１１は、ＫＯＨにより異方性エッチングが施される。その結果、基体１１には、図３および図４に示したように、下側に向けて徐々に幅が広がる形状の空洞１１ａが形成された。なお、基体１１のエッチングの際には、接地電極１７がエッチング液による影響を受けることを避けるために、接地電極１７の表面を保護した。
【００５１】
次に、ワイヤボンディング法によって、接地電極１４Ｃ，１４Ｄをワイヤ１９によって互いに接続した。
【００５２】
次に、本実施の形態に係る圧電共振子１の作用および共振周波数調整方法について説明する。圧電共振子１において、下部電極１４の信号電極１４Ａと上部電極１６には、高周波の励振用電圧が印加される。この励振用電圧は圧電薄膜１５に印加される。これにより、圧電薄膜１５のうち、信号電極１４Ａの第１の部分１４Ａａと上部電極１６との間に配置された部分が励振され、この部分に厚み方向に進行する縦波が発生する。この部分は、励振用電圧の周波数が所定の共振周波数のときに共振する。
【００５３】
圧電共振子１の共振周波数は、インピーダンス調整部２０のインダクタンスによって変化する。このことを、図５および図６を参照して説明する。図５は圧電共振子１の回路構成を示す回路図、図６は圧電共振子１の等価回路を示す回路図である。図５に示したように、圧電共振子１は、２つの端子２，３と、この端子２，３間に設けられた圧電振動子１０およびインピーダンス調整部２０とを備えている。圧電振動子１０とインピーダンス調整部２０は直列に接続されている。圧電振動子１０は、圧電共振子１のうち、インピーダンス調整部２０および接地電極１７以外の部分である。また、図５では、インピーダンス調整部２０を、半固定のインダクタで表している。圧電振動子１０の一方の端部は端子２に接続されている。圧電振動子１０の他方の端部は、インピーダンス調整部２０の一方の端部に接続されている。インピーダンス調整部２０の他方の端部は端子３に接続されている。
【００５４】
図６に示したように、圧電振動子１０の等価回路は、直列に接続されたインダクタ３１、キャパシタ３２および抵抗器３３と、これらによる直列回路に対して並列に接続されたキャパシタ３４とで構成される。ここで、インダクタ３１のインダクタンスをＬｍ、キャパシタ３２のキャパシタンスをＣｍ、抵抗器３３の抵抗値をＲｍ、キャパシタ３４のキャパシタンスをＣｏとする。インダクタンスＬｍは等価インダクタンスと呼ばれ、キャパシタンスＣｍは等価キャパシタンスと呼ばれ、抵抗値Ｒｍは共振抵抗と呼ばれる。キャパシタンスＣｏは制動容量である。
【００５５】
図６において、キャパシタ３４とインダクタ３１との接続点は下部電極１４の信号電極１４Ａに対応し、キャパシタ３４と抵抗器３３との接続点は上部電極１６に対応する。圧電共振子１の等価回路は、上記の圧電振動子１０の等価回路にインピーダンス調整部２０を加えたものになる。図６では、インピーダンス調整部２０を、インダクタンスがＬｖのインダクタで表している。このインダクタの一端は、キャパシタ３４と抵抗器３３との接続点に接続されている。
【００５６】
図６の等価回路で表される圧電共振子１の共振周波数ωｒは、次の式（１）で表される。
【００５７】
ωｒ＝１／√{（Ｌｍ＋Ｌｖ）Ｃｍ} …（１）
【００５８】
式（１）から分かるように、圧電共振子１の共振周波数ωｒは、インピーダンス調整部２０のインダクタンスＬｖによって変化する。
【００５９】
インピーダンス調整部２０のインダクタンスＬｖは、各切断予定部２１ａ〜２１ｋの状態、すなわち各切断予定部２１ａ〜２１ｋが切断されているか否かによって変化する。
【００６０】
以下、各切断予定部２１ａ〜２１ｋの状態と、インピーダンス調整部２０のインダクタンスＬｖとの関係の一例を説明する。この例では、インピーダンス調整部２０は、図７ないし図１０に示した４つの状態のうちの１つを選択できるようになっている。また、この例では、上部電極１６は、直接、あるいはインピーダンス調整部２０を介して接地されるものとする。
【００６１】
図７に示した第１の状態は、切断予定部２１ａ〜２１ｋのうち切断予定部２１ａのみが切断された状態である。第１の状態では、上部電極１６が接地される。この第１の状態では、インピーダンス調整部２０は上部電極１６から分離されるため、上部電極１６に接続されるインピーダンス調整部２０の線路の長さは０ｍｍである。第１の状態では、上部電極１６に接続されるインピーダンス調整部２０のインダクタンスＬｖは０ｎＨである。
【００６２】
図８に示した第２の状態は、切断予定部２１ａ〜２１ｋのうち切断予定部２１ｂ，２１ｃのみが切断された状態である。第２の状態では、インピーダンス調整部２０は、枝部２０Ａを挟んで上部電極１６とは反対側となる端部において接地される。この第２の状態では、上部電極１６に接続されるインピーダンス調整部２０の線路の長さは０．６ｍｍである。第２の状態では、上部電極１６に接続されるインピーダンス調整部２０のインダクタンスＬｖは約０．５ｎＨであった。
【００６３】
図９に示した第３の状態は、切断予定部２１ａ〜２１ｋのうち切断予定部２１ｄ，２１ｅ，２１ｆ，２１ｇのみが切断された状態である。第３の状態では、インピーダンス調整部２０は、枝部２０Ａを挟んで上部電極１６とは反対側となる端部において接地される。この第３の状態では、上部電極１６に接続されるインピーダンス調整部２０の線路の長さは１．２ｍｍである。第３の状態では、上部電極１６に接続されるインピーダンス調整部２０のインダクタンスＬｖは約１．０ｎＨであった。
【００６４】
図１０に示した第４の状態は、切断予定部２１ａ〜２１ｋのうち切断予定部２１ｄ，２１ｅ，２１ｈ，２１ｉ，２１ｊ，２１ｋのみが切断された状態である。第４の状態では、インピーダンス調整部２０は、枝部２０Ａを挟んで上部電極１６とは反対側となる端部において接地される。この第４の状態では、上部電極１６に接続されるインピーダンス調整部２０の線路の長さは１．８ｍｍである。第４の状態では、上部電極１６に接続されるインピーダンス調整部２０のインダクタンスＬｖは約１．５ｎＨであった。
【００６５】
なお、切断予定部２１ａ〜２１ｋの切断には、例えばレーザービームが用いられる。また、切断予定部２１ａ〜２１ｋを切断する際には、切断された部分によってインピーダンス調整部２０に大きな静電容量成分が発生しないように、ある程度の幅をもって切断予定部２１ａ〜２１ｋを切断するのが好ましい。
【００６６】
また、図示しないが、インピーダンス調整部２０において、切断予定部２１ａ〜２１ｋのうちの切断予定部２１ｄ，２１ｅ，２１ｈ，２１ｉを切断すると共に枝部２０Ｃの両端部分を切断することによって、インピーダンス調整部２０の第５の状態を設定できるようにしてもよい。
【００６７】
図１１は、圧電共振子１の特性を測定するために用いられるプローブを示す平面図である。このプローブ４０は、３つの端子４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃを有している。プローブ４０にはケーブル４２の一端が接続されている。図示しないが、ケーブル４２内には２本の導線が挿通されている。一方の導線の一端は端子４１Ｂに接続され、他方の導線の一端は端子４１Ａおよび端子４１Ｃに接続されている。
【００６８】
圧電共振子１の特性を測定する際には、２つのプローブ４０が用いられる。一方のプローブ４０の端子４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃは、そのプローブ４０に接続されたケーブル４２内の導線を介して、ネットワークアナライザの第１のポートに接続される。他方のプローブ４０の端子４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃは、そのプローブ４０に接続されたケーブル４２内の導線を介して、同じネットワークアナライザの第２のポートに接続される。
【００６９】
一方のプローブ４０の端子４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃは、それぞれ、スルーホール１５ｃ，１５ａ，１５ｈに挿入され、接地電極１４Ｂの一端部、信号電極１４Ａの第２の部分１４Ａｂの一端部、接地電極１４Ｄの一端部に接触する。他方のプローブ４０の端子４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃは、それぞれ、スルーホール１５ｄ，１５ｂ，１５ｆに挿入され、接地電極１４Ｂの他端部、信号電極１４Ａの第２の部分１４Ａｂの他端部、接地電極１４Ｃの一端部に接触する。
【００７０】
ネットワークアナライザは、信号電極１４Ａの第２の部分１４Ａｂを介して、２つのプローブ４０の端子４１Ｂ間で信号をやり取りして、圧電共振子１の特性を測定する。なお、接地電極１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄは、２つのプローブ４０の端子４１Ａ，４１Ｃおよびネットワークアナライザを介して接地される。
【００７１】
次に、図７ないし図１０に示した４つの状態毎に、圧電共振子１を含む回路の周波数特性を実験によって求めた結果について説明する。ここでは、図１２に示した回路を構成し、この回路における信号の減衰量の周波数特性を求めた。図１２に示した回路は、信号線５０と、信号線５０の一端に設けられた入力端５１と、信号線５０の他端に設けられた出力端５２と、信号線５０に接続された圧電共振子１とを有している。圧電共振子１における圧電振動子１０側の端部は信号線５０に接続され、圧電共振子１におけるインピーダンス調整部２０側の端部は接地されている。
【００７２】
図７ないし図１０に示した４つの状態毎に、図１２に示した回路の周波数特性を実験によって求めた結果を、図１３ないし図１６に示す。図１３ないし図１６において、減衰量が最大になる周波数が、圧電共振子１の共振周波数である。第１の状態では、図１３に示したように、共振周波数は１．８１ＧＨｚとなり、共振周波数における減衰量は−１６．５ｄＢであった。第２の状態では、図１４に示したように、共振周波数は１．８０ＧＨｚとなり、共振周波数における減衰量は−１６．７ｄＢであった。第３の状態では、図１５に示したように、共振周波数は１．７９ＧＨｚとなり、共振周波数における減衰量は−１６．９ｄＢであった。第４の状態では、図１６に示したように、共振周波数は１．７８ＧＨｚとなり、共振周波数における減衰量は−１６．９ｄＢであった。
【００７３】
図１３ないし図１６に示した結果から、本実施の形態では、インピーダンス調整部２０の状態を選択することによって、圧電共振子１の共振周波数を調整でききることが分かる。
【００７４】
なお、本実施の形態において、インピーダンス調整部２０は、切断され得る部分である切断予定部を１つ以上含み、切断予定部の状態に応じてインピーダンスが変化するものであればよい。従って、インピーダンス調整部２０の形状やインピーダンス調整部２０のインピーダンス（インダクタンス）の調整の方法は、前述の形状や方法に限定されない。例えば、図２に示したインピーダンス調整部２０において、４つの枝部２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ中の各１箇所を選択的に切断することによって、インピーダンス調整部２０のインダクタンスを調整するようにしてもよい。
【００７５】
ここで、図１７および図１８を参照して、インピーダンス調整部２０の他の構成例について説明する。図１７に示したインピーダンス調整部２０は、ジクザク形に形成された導体部６１を有している。導体部６１の一端は圧電振動子１０に接続されている。導体部６１の他端には端子６２が接続されている。また、導体部６１の途中の２箇所には端子６３，６４が接続されている。このインピーダンス調整部２０では、端子６２と端子６３との間における導体部６１の途中に切断予定部６５が設けられ、端子６３と端子６４との間における導体部６１の途中に切断予定部６６が設けられている。
【００７６】
図１７に示したインピーダンス調整部２０では、インダクタンスが異なる３つの状態のうちの１つを選択できるようになっている。第１の状態は、切断予定部６５，６６が共に切断されていない状態である。第１の状態では、端子６２を、圧電共振子１における一方の端子として使用する。第２の状態は、切断予定部６５が切断された状態である。第２の状態では、端子６３を、圧電共振子１における一方の端子として使用する。第３の状態は、切断予定部６６が切断された状態である。第３の状態では、端子６４を、圧電共振子１における一方の端子として使用する。上記の第１ないし第３の状態では、それぞれ、圧電振動子１０に接続された導体部６１の長さが異なるため、インピーダンス調整部２０のインダクタンスも異なる。
【００７７】
なお、図１７に示した例では、導体部６１の途中の２箇所に端子６３，６４を設けたが、導体部６１の途中の１箇所に端子を設けてもよいし、導体部６１の途中の３箇所以上に端子を設けてもよい。いずれの場合にも、インピーダンス調整部２０において選択可能な状態の数は、導体部６１の途中に設けられた端子の数に１を足した数となる。
【００７８】
図１８に示したインピーダンス調整部２０は、圧電振動子１０に接続されたボンディングパッド７１と、端子３に接続されたボンディングパッド７２と、ボンディングパッド７１，７２間を接続する４本のボンディングワイヤ７３〜７６とを有している。このインピーダンス調整部２０では、各ボンディングワイヤ７３〜７６が切断予定部となる。
【００７９】
図１８に示したインピーダンス調整部２０では、インダクタンスが異なる４つの状態のうちの１つを選択できるようになっている。第１の状態は、全てのボンディングワイヤ７３〜７６が切断されていない状態である。第２の状態は、ボンディングワイヤ７３〜７６のうちの１本のボンディングワイヤが切断されている状態である。第３の状態は、ボンディングワイヤ７３〜７６のうちの２本のボンディングワイヤが切断されている状態である。第４の状態は、ボンディングワイヤ７３〜７６のうちの３本のボンディングワイヤが切断されている状態である。上記の第１ないし第４の状態では、それぞれ、ボンディングパッド７１，７２間を接続するボンディングワイヤの数が異なるため、インピーダンス調整部２０のインダクタンスも異なる。
【００８０】
ボンディングワイヤ７３〜７６の切断は、鋏やピンセット等の治具７７を用いて簡単に行うことができる。ボンディングワイヤ７３〜７６を切断する代わりに、例えば、鉤状の治具を用いてボンディングワイヤ７３〜７６を引いて、ボンディングワイヤ７３〜７６の少なくとも一方の端部がボンディングパッド７１，７２から離れるようにしてもよい。
【００８１】
以上説明したように、本実施の形態に係る圧電共振子１は、圧電振動子１０とインピーダンス調整部２０とを備えている。圧電振動子１０は、圧電性を有する圧電薄膜１５と、この圧電薄膜１５の両面に配置され、圧電薄膜１５に対して励振用電圧を印加するための２つの電極１４Ａ，１６とを有している。インピーダンス調整部２０は、２つの電極１４Ａ，１６の少なくとも一方に接続され、切断され得る部分である切断予定部を１つ以上含み、この切断予定部の状態に応じてインピーダンス（特にインダクタンス）が変化するものである。
【００８２】
本実施の形態に係る圧電共振子１では、インピーダンス調整部２０における切断予定部は予め定められているので、切断予定部の状態とインピーダンス調整部２０のインピーダンス（インダクタンス）との関係は、予め知ることができる。従って、圧電共振子１では、インピーダンス調整部２０の切断予定部の状態を選択することによってインピーダンス調整部２０のインピーダンス（インダクタンス）を、予め知られた量だけ変えることができる。その結果、本実施の形態によれば、圧電振動子１０とインピーダンス調整部２０とを含む圧電共振子１の共振周波数を容易に調整することが可能になる。
【００８３】
本実施の形態に係る圧電共振子１において、インピーダンス調整部２０のインダクタンスは、インピーダンス調整部２０の作製の容易性の観点から、０〜１０ｎＨの範囲で変化するのが好ましく、０〜３ｎＨの範囲で変化するのがより好ましい。
【００８４】
また、本実施の形態に係る圧電共振子１は、０．５〜１０ＧＨｚの周波数帯域で使用されるのが好ましく、０．８〜６ＧＨｚの周波数帯域で使用されるのがより好ましい。
【００８５】
式（１）から分かるように、本実施の形態に係る圧電共振子１では、共振周波数ωｒを高く設定するほど、（Ｌｍ＋Ｌｖ）Ｃｍは小さくてよい。従って、圧電共振子１を上記の好ましい周波数帯域で使用する場合には、インピーダンス調整部２０のインダクタンスＬｖは小さくて済む。また、（Ｌｍ＋Ｌｖ）Ｃｍが小さいほど、共振周波数ωｒを同じ量だけ変化させるのに必要なＬｖの変化量は小さくて済む。従って、圧電共振子１を上記の好ましい周波数帯域で使用する場合には、インピーダンス調整部２０のインダクタンスＬｖの変化量は小さくて済む。これらのことから、圧電共振子１を上記の好ましい周波数帯域で使用する場合には、インピーダンス調整部２０の作製およびインピーダンス（インダクタンス）の調整が容易になる。
【００８６】
また、本実施の形態に係る圧電共振子１では、インピーダンス調整部２０は、２つの電極１４Ａ，１６のうち、基体１１から離れた方の電極１６に接続されている。これにより、インピーダンス調整部２０の切断予定部を切断する作業を容易に行うことが可能になる。
【００８７】
次に、本実施の形態に係るフィルタについて説明する。図１９は、本実施の形態に係るフィルタの回路図である。本実施の形態に係るフィルタ８０は、ラダー型フィルタになっている。フィルタ８０は、２つの入力端子８１，８２と、２つの出力端子８３，８４とを備えている。入力端子８２と出力端子８４は互いに接続されている。
【００８８】
フィルタ８０は、更に、入力端子８１と出力端子８３との間に設けられた直列共振子としての圧電共振子１Ａを備えている。圧電共振子１Ａは、直列に接続された圧電振動子１０Ａおよびインピーダンス調整部２０Ａを有している。圧電振動子１０Ａの一方の端部は入力端子８１に接続され、他方の端部はインピーダンス調整部２０Ａの一方の端部に接続されている。インピーダンス調整部２０Ａの他方の端部は出力端子８３に接続されている。
【００８９】
フィルタ８０は、更に、一端が圧電共振子１Ａと出力端子８３との接続点に接続された並列共振子としての圧電共振子１Ｂを備えている。圧電共振子１Ｂは、直列に接続された圧電振動子１０Ｂおよびインピーダンス調整部２０Ｂを有している。圧電振動子１０Ｂの一方の端部は圧電共振子１Ａと出力端子８３との接続点に接続され、他方の端部はインピーダンス調整部２０Ｂの一方の端部に接続されている。インピーダンス調整部２０Ｂの他方の端部は入力端子８２および出力端子８４に接続されている。
【００９０】
圧電共振子１Ａ、１Ｂの構成は圧電共振子１と同様であり、圧電振動子１０Ａ，１０Ｂの構成は圧電振動子１０と同様であり、インピーダンス調整部２０Ａ，２０Ｂの構成はインピーダンス調整部２０と同様である。
【００９１】
なお、図１９は、本実施の形態に係るフィルタ８０の基本構成（最小単位）を示している。本実施の形態に係るフィルタ８０は、図１９に示した回路を複数個、縦続接続した構成であってもよい。
【００９２】
本実施の形態に係るフィルタ８０では、インピーダンス調整部２０Ａ，２０Ｂの少なくとも一方のインピーダンス（インダクタンス）を変えることによって、圧電共振子１Ａ，１Ｂの少なくとも一方の共振周波数を容易に調整することが可能である。従って、本実施の形態によれば、フィルタ８０の周波数特性を容易に調整することが可能になる。
【００９３】
なお、本実施の形態に係るフィルタ８０では、インピーダンス調整部２０Ａ，２０Ｂの一方は省略してもよい。
【００９４】
次に、本実施の形態に係るデュプレクサについて説明する。図２０は本実施の形態に係るデュプレクサの回路図である。本実施の形態に係るデュプレクサ９０は、図示しないアンテナに接続されるアンテナ端子９１，９２と、アンテナに対して送信信号を出力する図示しない送信回路に接続される送信信号端子９３，９４と、アンテナからの受信信号を入力する図示しない受信回路に接続される受信信号端子９５，９６とを備えている。
【００９５】
デュプレクサ９０は、更に、送信信号を通過させ、受信信号を遮断する第１のフィルタ９７と、受信信号を通過させ、送信信号を遮断する第２のフィルタ９８とを備えている。フィルタ９７，９８は、それぞれ、２つの入力端子と２つの出力端子とを有している。
【００９６】
フィルタ９７の２つの入力端子はそれぞれ送信信号端子９３，９４に接続されている。フィルタ９７の２つの出力端子はそれぞれアンテナ端子９１，９２に接続されている。フィルタ９８の２つの入力端子はそれぞれアンテナ端子９１，９２に接続されている。フィルタ９８の２つの出力端子はそれぞれ受信信号端子９５，９６に接続されている。
【００９７】
本実施の形態に係るデュプレクサ９０では、フィルタ９７，９８の少なくとも一方は、本実施の形態に係る圧電共振子１を少なくとも１つ含んで構成されている。この圧電共振子１を含むフィルタでは、インピーダンス調整部２０のインピーダンスを変えて圧電共振子１の共振周波数を調整することによって、フィルタの周波数特性を調整することが可能である。従って、本実施の形態によれば、デュプレクサ９０の周波数特性を容易に調整することが可能になる。
【００９８】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、本発明の圧電共振子は、圧電振動子の２つの電極のそれぞれに接続された２つのインピーダンス調整部を備えていてもよい。
【００９９】
また、図１９にはラダー型のフィルタを示したが、本発明のフィルタは、本発明の圧電共振子を少なくとも１つ含んでいれば、他の構成であってもよい。
【０１００】
また、本発明において、インピーダンス調整部は、切断予定部の状態に応じてインピーダンスが変化するものであればよい。
【０１０１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１ないし６のいずれかに記載の圧電共振子では、インピーダンス調整部の切断予定部の状態を選択することによってインピーダンス調整部のインダクタンスを、予め知られた量だけ変えることができる。従って、本発明によれば、圧電共振子の共振周波数を容易に調整することができるという効果を奏する。
【０１０２】
また、請求項６記載の圧電共振子では、インピーダンス調整部は、２つの電極のうち、基体から離れた方の電極に接続されている。従って、本発明によれば、インピーダンス調整部の切断予定部を切断する作業を容易に行うことが可能になるという効果を奏する。
【０１０３】
また、請求項７記載のフィルタでは、インピーダンス調整部のインダクタンスを変えることによって、圧電共振子の共振周波数を容易に調節することが可能である。従って、本発明によれば、フィルタの周波数特性を容易に調節することが可能になるという効果を奏する。
【０１０４】
また、請求項８記載のデュプレクサでは、第１のフィルタと第２のフィルタの少なくとも一方は、インピーダンス調整部を有する圧電共振子を少なくとも１つ含んで構成されている。この圧電共振子を含むフィルタでは、インピーダンス調整部のインダクタンスを変えて圧電共振子の共振周波数を調整することによって、フィルタの周波数特性を調整することが可能である。従って、本発明によれば、デュプレクサの周波数特性を容易に調整することが可能になるという効果を奏する。
【０１０５】
また、請求項９記載の圧電共振子の共振周波数調整方法によれば、インピーダンス調整部の切断予定部の状態を選択することによってインピーダンス調整部のインダクタンスを、予め知られた量だけ変えることができる。従って、本発明によれば、圧電共振子の共振周波数を容易に調整することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る圧電共振子の分解斜視図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る圧電共振子の電極を示す平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】本発明の一実施の形態に係る圧電共振子の回路構成を示す回路図である。
【図６】本発明の一実施の形態に係る圧電共振子の等価回路を示す回路図である。
【図７】本発明の一実施の形態におけるインピーダンス調整部の第１の状態を示す説明図である。
【図８】本発明の一実施の形態におけるインピーダンス調整部の第２の状態を示す説明図である。
【図９】本発明の一実施の形態におけるインピーダンス調整部の第３の状態を示す説明図である。
【図１０】本発明の一実施の形態におけるインピーダンス調整部の第４の状態を示す説明図である。
【図１１】本発明の一実施の形態に係る圧電共振子の特性を測定するために用いられるプローブを示す平面図である。
【図１２】本発明の一実施の形態に係る圧電共振子を含む回路を示す回路図である。
【図１３】切断予定部の第１の状態について図１２に示した回路の周波数特性を実験によって求めた結果を示す特性図である。
【図１４】切断予定部の第２の状態について図１２に示した回路の周波数特性を実験によって求めた結果を示す特性図である。
【図１５】切断予定部の第３の状態について図１２に示した回路の周波数特性を実験によって求めた結果を示す特性図である。
【図１６】切断予定部の第４の状態について図１２に示した回路の周波数特性を実験によって求めた結果を示す特性図である。
【図１７】本発明の一実施の形態におけるインピーダンス調整部の他の構成例を示す説明図である。
【図１８】本発明の一実施の形態におけるインピーダンス調整部の更に他の構成例を示す説明図である。
【図１９】本発明の一実施の形態に係るフィルタの回路図である。
【図２０】本発明の一実施の形態に係るデュプレクサの回路図である。
【符号の説明】
１…圧電共振子、１０…圧電振動子、１１…基体、１２…下部バリア層、１３…上部バリア層、１４…下部電極、１５…圧電薄膜、１６…上部電極、１７…接地電極、２０…インピーダンス調整部、２１ａ〜２１ｋ…切断予定部。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a piezoelectric resonator that includes a piezoelectric vibrator and is used in a mobile communication device or the like, a filter including the piezoelectric resonator, a duplexer including the filter, and a resonance frequency adjusting method for the piezoelectric resonator.
[0002]
[Prior art]
In recent years, mobile communication devices such as mobile phones, which have been remarkably popular, have been reduced in size and used frequency. For this reason, electronic components used in mobile communication devices are also required to be downsized and to be compatible with higher frequencies.
[0003]
Some mobile communication devices include a duplexer that switches between a transmission signal path and a reception signal path in order to share one antenna for transmission and reception. The duplexer includes a filter that allows a transmission signal to pass and blocks a reception signal, and a filter that allows a reception signal to pass and blocks a transmission signal.
[0004]
In recent years, a surface acoustic wave filter is sometimes used as a filter in the duplexer. The surface acoustic wave filter has a feature that it can cope with a frequency up to 2 GHz and can be downsized as compared with a ceramic filter. However, in the future, when the use frequency of the mobile communication device becomes 2 GHz or more, there are many technical problems at present for the surface acoustic wave filter to cope with such a frequency.
[0005]
Therefore, recently, as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-278078, a device called a thin film bulk acoustic resonator (hereinafter also referred to as FBAR) has attracted attention. This FBAR is a piezoelectric resonator utilizing resonance in the thickness direction of the piezoelectric thin film. In FBAR, the resonance frequency can be changed by changing the thickness of the piezoelectric thin film. Moreover, it is thought that FBAR can respond to a frequency of several GHz.
[0006]
By the way, in FBAR, in order to obtain a predetermined resonance frequency, it is necessary to accurately control the thicknesses of the piezoelectric thin film and the electrode. However, it is difficult to control these thicknesses perfectly. Therefore, it is necessary to adjust the resonance frequency of the FBAR by some method.
[0007]
As a method for adjusting the resonance frequency of the FBAR, as described in WO98 / 15984 pamphlet, US Pat. No. 5,780,713 and US Pat. No. 5,587,620, the FBAR is manufactured. Later, a method of changing the thickness of an electrode or the like by etching or film formation has been proposed.
[0008]
Japanese Laid-Open Patent Publication No. 4-329705 discloses an oscillator that uses a strip line having a triplate structure as a resonant element, and trims the strip conductors constituting the strip line to increase the inductance component thereof. A technique for adjusting the resonance frequency of the oscillator and thus the oscillation frequency of the oscillator is disclosed.
[0009]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-37102 adjusts the resonance frequency of a dielectric coaxial resonator by trimming an electrode on a substrate that is electrically connected to the inner conductor of the dielectric coaxial resonator. Technology is disclosed.
[0010]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-268297 discloses a technique for forming an inductance line on the inner layer of a multilayer substrate and forming a part of desired inductance with an outer layer conductor in a high frequency circuit using the multilayer substrate. ing.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, the method of adjusting the resonance frequency of the FBAR by changing the thickness of the electrode or the like after manufacturing the FBAR has a problem that a large apparatus is required for etching or film formation of the electrode or the like. Further, in this method, it may be necessary to evacuate the chamber in which the FBAR is accommodated for etching of electrodes and film formation. In this case, there is a problem that it takes a long time to adjust the resonance frequency of the FBAR.
[0012]
Further, in the method of trimming the strip conductor disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-329705 and the method of trimming the electrode disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 64-37102, the resonance frequency is easily and accurately set. There is a problem that it is difficult to adjust.
[0013]
Japanese Patent Laid-Open No. 63-268297 describes that the inductance can be adjusted because part of the desired inductance is formed by the outer layer conductor. It is not specifically described whether the adjustment is performed.
[0014]
The present invention has been made in view of such problems, and a first object thereof is a piezoelectric resonator provided with a piezoelectric vibrator and capable of easily adjusting a resonance frequency, a filter including the piezoelectric resonator, and It is to provide a duplexer including a filter.
[0015]
A second object of the present invention is to provide a method for adjusting the resonance frequency of a piezoelectric resonator that can easily adjust the resonance frequency of a piezoelectric resonator including a piezoelectric vibrator.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
The piezoelectric resonator of the present invention is
A piezoelectric vibrator having a piezoelectric thin film having piezoelectricity and two electrodes disposed on both sides of the piezoelectric thin film for applying an excitation voltage to the piezoelectric thin film;
An impedance adjusting unit that includes one or more scheduled cutting portions that are connected to at least one of the two electrodes and can be cut, and whose impedance changes according to the state of the planned cutting portion.
[0017]
In the piezoelectric resonator of the present invention, the impedance of the impedance adjusting unit can be changed by selecting the state of the planned cutting portion of the impedance adjusting unit. This makes it possible to adjust the resonance frequency of the piezoelectric resonator including the piezoelectric vibrator and the impedance adjustment unit.
[0018]
In the piezoelectric resonator according to the aspect of the invention, the impedance adjusting unit may have an inductance that varies depending on a state of the planned cutting portion.
[0019]
In the piezoelectric resonator of the present invention, the inductance of the impedance adjusting unit may vary in the range of 0 to 10 nH.
[0020]
In the piezoelectric resonator of the present invention, the inductance of the impedance adjusting unit may vary in the range of 0 to 3 nH.
[0021]
Moreover, the piezoelectric resonator of the present invention may be used in a frequency band of 0.5 to 10 GHz.
[0022]
Moreover, the piezoelectric resonator of the present invention may be used in a frequency band of 0.8 to 6 GHz.
[0023]
In the piezoelectric resonator according to the aspect of the invention, the piezoelectric vibrator further includes a base that supports the piezoelectric thin film and the electrode, and the impedance adjustment unit is connected to the electrode farther from the base out of the two electrodes. May be.
[0024]
The filter of the present invention includes at least one piezoelectric resonator of the present invention.
[0025]
The duplexer of the present invention includes a first filter that passes a transmission signal and blocks a reception signal, and a second filter that passes a reception signal and blocks a transmission signal, and is connected to an antenna. Thus, at least one of the first filter and the second filter is configured to include at least one piezoelectric resonator of the present invention.
[0026]
A method for adjusting a resonance frequency of a piezoelectric resonator according to the present invention includes a piezoelectric vibration having a piezoelectric thin film and two electrodes disposed on both sides of the piezoelectric thin film for applying an excitation voltage to the piezoelectric thin film. A method for adjusting a resonance frequency of a piezoelectric resonator including a child, comprising at least one to-be-cut portion connected to at least one of two electrodes and capable of being cut, depending on a state of the to-be-cut portion In this case, an impedance adjustment unit that changes impedance is provided, and the state of the cutting unit is selected to adjust the resonance frequency of the piezoelectric resonator.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, with reference to FIG. 1 thru | or FIG. 4, the structure of the piezoelectric resonator which concerns on one embodiment of this invention is demonstrated. 1 is an exploded perspective view of a piezoelectric resonator according to the present embodiment, FIG. 2 is a plan view showing electrodes of the piezoelectric resonator according to the present embodiment, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. In FIG. 2, the piezoelectric thin film is omitted.
[0028]
The piezoelectric resonator 1 according to the present embodiment includes a base 11, a lower barrier layer 12 that is disposed adjacent to the lower surface of the base 11, and an upper barrier layer that is disposed adjacent to the upper surface of the base 11. 13. The piezoelectric resonator 1 further includes a lower electrode 14 disposed on the upper barrier layer 13, a piezoelectric thin film 15 disposed on the lower electrode 14, and an upper electrode disposed on the piezoelectric thin film 15. 16. The piezoelectric resonator 1 is further disposed on the piezoelectric thin film 15 and connected to the upper electrode 16, and below the lower barrier layer 12, the lower barrier layer 12, the substrate 11, and the upper barrier layer. 13 and a ground electrode 17 disposed at a position facing the impedance adjusting unit 20 via the piezoelectric thin film 15.
[0029]
The base 11 is for supporting other components in the piezoelectric resonator 1. The base 11 is provided with a cavity 11a. For the base 11, for example, a Si substrate is used.
[0030]
As will be described later, the lower barrier layer 12 is used as a mask for forming the cavity 11 a in the base 11. Therefore, an opening 12a is formed in the lower barrier layer 12 at a position corresponding to the cavity 11a. The material of the lower barrier layer 12 is, for example, silicon nitride (SiN_X) Is used.
[0031]
The upper barrier layer 13 is an insulating layer that separates the base 11 and the lower electrode 14 so that the lower electrode 14 can be disposed at a position corresponding to the cavity 11 a of the base 11. The material of the upper barrier layer 13 is, for example, silicon nitride (SiN_X) Is used.
[0032]
The piezoelectric thin film 15 is a thin film having piezoelectricity. For example, ZnO is used as the material of the piezoelectric thin film 15. Each of the lower electrode 14 and the upper electrode 16 is mainly made of metal, and is formed, for example, by laminating an Au layer on a Cr layer. The impedance adjusting unit 20 is made of a conductor patterned into a predetermined shape. The impedance adjustment unit 20 may be formed of the same material as the upper electrode 16.
[0033]
The lower electrode 14 includes a signal electrode 14A and ground electrodes 14B, 14C, and 14D. These electrodes 14A to 14D are arranged on the same plane. The signal electrode 14A includes a first portion 14Aa disposed at a position corresponding to the cavity 11a of the base 11, and a second portion 14Ab extending in one direction and connected to the first portion 14Aa at a central portion. It is out. The ground electrode 14B is disposed in parallel with the second portion 14Ab of the signal electrode 14A. The ground electrodes 14C and 14D are disposed on both sides of the first portion 14Aa of the signal electrode 14A. The ground electrodes 14B, 14C, and 14D are grounded. Further, the impedance between the signal electrode 14A and the ground electrodes 14B, 14C, 14D is set to 50Ω, for example.
[0034]
The upper electrode 16 is disposed at a position corresponding to the cavity 11 a of the base body 11. Accordingly, the first portion 14Aa of the signal electrode 14A of the lower electrode 14 and the upper electrode 16 are opposed to each other with the piezoelectric thin film 15 interposed therebetween.
[0035]
In the piezoelectric thin film 15, through holes 15a and 15b are formed at positions corresponding to both ends of the second portion 14Ab of the signal electrode 14A. In the piezoelectric thin film 15, through holes 15c and 15d are formed at positions corresponding to both ends of the ground electrode 14B, and through holes 15e and 15f are formed at positions corresponding to both ends of the ground electrode 14C. Through holes 15g and 15h are formed at positions corresponding to both ends of the electrode 14D.
[0036]
As shown in FIG. 2, the ground electrodes 14C and 14D are connected to each other by a wire 19 that passes through the through holes 15e and 15g. The signal electrode 14A is connected to a circuit using the piezoelectric resonator 1 through the through holes 15a and 15b.
[0037]
In the piezoelectric resonator 1, parts other than the impedance adjusting unit 20 and the ground electrode 17 constitute a piezoelectric vibrator.
[0038]
The impedance adjusting unit 20 is disposed on the same plane as the upper electrode 16. The impedance adjusting unit 20 includes one or more scheduled cutting portions that can be cut, and the impedance changes according to the state of the planned cutting portion. In the present embodiment, in particular, the impedance of the impedance adjusting unit 20 changes in accordance with the state of the planned cutting portion.
[0039]
1 and 2 show an example of the shape of the impedance adjustment unit 20. The impedance adjusting unit 20 in this example includes four branch portions 20A, 20B, 20C, and 20D that extend in one direction and are arranged in parallel to each other, a connecting portion 20E that connects one end portions of the branch portions 20A to 20D, It has the connection part 20F which connects the other end part of part 20A-20D. The impedance adjusting unit 20 is connected to the upper electrode 16 in the vicinity of the connection portion between the branch portion 20A and the connecting portion 20E.
[0040]
As shown in FIG. 2, the impedance adjusting unit 20 in this example is provided with eleven scheduled cutting portions 21a to 21k. The planned cutting portion 21 a is disposed at a connection portion with the upper electrode 16 in the impedance adjusting unit 20. The planned cutting part 21b is arranged in the vicinity of the connection part with the branch part 20A in the connecting part 20E. The to-be-cut part 21c is arrange | positioned in the connection part 20F in the vicinity of the connection part with the branch part 20A. The planned cutting part 21d is arranged in the vicinity of the connection part with the connecting part 20E in the branch part 20A. The planned cutting part 21e is arranged in the vicinity of the connection part with the connecting part 20F in the branch part 20A. In the connecting portion 20E, the planned cutting portion 21f is disposed between the branch portion 20B and the branch portion 20C and close to the branch portion 20B. In the connecting part 20F, the planned cutting part 21g is located between the branch part 20B and the branch part 20C and at a position close to the branch part 20B. The planned cutting portion 21h is arranged in the vicinity of the connecting portion with the connecting portion 20E in the branch portion 20B. The planned cutting part 21i is arranged in the vicinity of the connection part with the connecting part 20F in the branch part 20B. The planned cutting portion 21j is arranged between the branch portion 20C and the branch portion 20D and at a position close to the branch portion 20C in the connecting portion 20E. The planned cutting portion 21k is arranged between the branch portion 20C and the branch portion 20D and at a position close to the branch portion 20C in the connecting portion 20F.
[0041]
Since the impedance adjustment unit 20 faces the ground electrode 17 through the lower barrier layer 12, the substrate 11, the upper barrier layer 13, and the piezoelectric thin film 15, it becomes a microstrip line. The impedance of the microstrip line changes depending on its shape, including the change of inductance. Therefore, the shape of the impedance adjusting unit 20 changes depending on the state of each of the scheduled cutting portions 21a to 21k in the impedance adjusting unit 20, that is, whether or not the cutting is performed, and the impedance of the impedance adjusting unit 20 changes.
[0042]
Next, an example of a method for manufacturing the piezoelectric resonator 1 according to the present embodiment will be described. In this manufacturing method, a Si substrate oriented so as to have a (100) plane was used as the substrate 11. Then, silicon nitride (SiN) having a thickness of 200 nm is formed on the upper surface (front surface) and the lower surface (back surface) of the substrate 11 by a chemical vapor deposition (CVD) method._X) A film was formed. The silicon nitride film formed on the upper surface of the substrate 11 becomes the upper barrier layer 13, and the silicon nitride film formed on the lower surface of the substrate 11 becomes the lower barrier layer 12.
[0043]
Next, an opening 12a was formed in the lower barrier layer 12 by photolithography and dry etching. The lower barrier layer 12 is used as a mask for forming a cavity 11a in the substrate 11 by etching later.
[0044]
Next, a ground electrode 17 was formed on the lower surface of the lower barrier layer 12 so as to face the impedance adjusting unit 20 to be formed later. The ground electrode 17 was formed by forming a Cr layer having a thickness of about 5 nm and an Au layer having a thickness of about 100 nm in this order by a lift-off method as described below. That is, first, a resist pattern having an opening at a position where the ground electrode 17 is to be formed was formed on the lower surface of the lower barrier layer 12 by photolithography. Next, a Cr layer having a thickness of about 5 nm and an Au layer having a thickness of about 100 nm were formed in this order so as to cover the resist pattern by sputtering. Next, the resist pattern was removed, and the Cr layer and the Au layer formed in the opening of the resist pattern were used as the ground electrode 17.
[0045]
Next, the lower electrode 14 was formed on the upper surface of the upper barrier layer 13. The lower electrode 14 was formed by forming a Cr layer having a thickness of about 5 nm and an Au layer having a thickness of about 100 nm in this order by a lift-off method as described below. That is, first, a resist pattern having an opening at a position where the lower electrode 14 is to be formed was formed on the upper surface of the upper barrier layer 13 by photolithography. Next, a Cr layer having a thickness of about 5 nm and an Au layer having a thickness of about 100 nm were formed in this order so as to cover the resist pattern by sputtering. Next, the resist pattern was removed, and the Cr layer and the Au layer formed in the opening of the resist pattern were used as the lower electrode 14.
[0046]
The lower electrode 14 includes a signal electrode 14A and ground electrodes 14B to 14D. These electrodes 14A to 14D are arranged on the same plane. The impedance between the signal electrode 14A and the ground electrodes 14B to 14D was set to 50Ω.
[0047]
Next, a piezoelectric thin film 15 was formed by forming a ZnO layer having a thickness of about 1.2 μm so as to cover the lower electrode 14 by sputtering. Next, through holes 15a to 15h were formed by removing a part of the piezoelectric thin film 15 using acetic acid.
[0048]
Next, the upper electrode 16 and the impedance adjusting unit 20 were formed on the upper surface of the piezoelectric thin film 15. The upper electrode 16 and the impedance adjustment unit 20 were formed by forming a Cr layer having a thickness of about 5 nm and an Au layer having a thickness of about 100 nm in this order by a lift-off method as described below. That is, first, a resist pattern having openings at positions where the upper electrode 16 and the impedance adjusting unit 20 are to be formed was formed on the upper surface of the piezoelectric thin film 15 by photolithography. Next, a Cr layer having a thickness of about 5 nm and an Au layer having a thickness of about 100 nm were formed in this order so as to cover the resist pattern by sputtering. Next, the resist pattern was removed, and the Cr layer and the Au layer formed in the opening of the resist pattern were used as the upper electrode 16 and the impedance adjusting unit 20. The width of the line in the impedance adjustment unit 20 was 20 μm.
[0049]
In the piezoelectric thin film 15, a portion disposed between the first portion 14Aa of the signal electrode 14A and the upper electrode 16 is a portion that resonates. The size of this portion was a rectangle having a length of 150 μm and a width of 150 μm.
[0050]
Next, using the lower barrier layer 12 as a mask, the base 11 was etched from the lower surface (back surface) side using KOH to form the cavity 11a. The base 11 made of a Si substrate oriented to have a (100) plane is subjected to anisotropic etching with KOH. As a result, as shown in FIGS. 3 and 4, the base 11 was formed with a cavity 11 a having a shape that gradually widens downward. When the base 11 was etched, the surface of the ground electrode 17 was protected in order to prevent the ground electrode 17 from being affected by the etching solution.
[0051]
Next, the ground electrodes 14C and 14D were connected to each other by the wire 19 by wire bonding.
[0052]
Next, the operation of the piezoelectric resonator 1 and the resonance frequency adjusting method according to the present embodiment will be described. In the piezoelectric resonator 1, a high-frequency excitation voltage is applied to the signal electrode 14 </ b> A and the upper electrode 16 of the lower electrode 14. This excitation voltage is applied to the piezoelectric thin film 15. As a result, a portion of the piezoelectric thin film 15 disposed between the first portion 14Aa of the signal electrode 14A and the upper electrode 16 is excited, and a longitudinal wave traveling in the thickness direction is generated in this portion. This portion resonates when the frequency of the excitation voltage is a predetermined resonance frequency.
[0053]
The resonance frequency of the piezoelectric resonator 1 varies depending on the inductance of the impedance adjustment unit 20. This will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a circuit diagram showing a circuit configuration of the piezoelectric resonator 1, and FIG. 6 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the piezoelectric resonator 1. As shown in FIG. 5, the piezoelectric resonator 1 includes two terminals 2 and 3, and a piezoelectric vibrator 10 and an impedance adjusting unit 20 provided between the terminals 2 and 3. The piezoelectric vibrator 10 and the impedance adjusting unit 20 are connected in series. The piezoelectric vibrator 10 is a part of the piezoelectric resonator 1 other than the impedance adjustment unit 20 and the ground electrode 17. In FIG. 5, the impedance adjustment unit 20 is represented by a semi-fixed inductor. One end of the piezoelectric vibrator 10 is connected to the terminal 2. The other end of the piezoelectric vibrator 10 is connected to one end of the impedance adjusting unit 20. The other end of the impedance adjustment unit 20 is connected to the terminal 3.
[0054]
As shown in FIG. 6, the equivalent circuit of the piezoelectric vibrator 10 includes an inductor 31, a capacitor 32, and a resistor 33 connected in series, and a capacitor 34 connected in parallel to the series circuit formed by these. Is done. Here, the inductance of the inductor 31 is Lm, the capacitance of the capacitor 32 is Cm, the resistance value of the resistor 33 is Rm, and the capacitance of the capacitor 34 is Co. The inductance Lm is called an equivalent inductance, the capacitance Cm is called an equivalent capacitance, and the resistance value Rm is called a resonance resistance. Capacitance Co is a braking capacity.
[0055]
In FIG. 6, the connection point between the capacitor 34 and the inductor 31 corresponds to the signal electrode 14 </ b> A of the lower electrode 14, and the connection point between the capacitor 34 and the resistor 33 corresponds to the upper electrode 16. An equivalent circuit of the piezoelectric resonator 1 is obtained by adding an impedance adjusting unit 20 to the equivalent circuit of the piezoelectric vibrator 10 described above. In FIG. 6, the impedance adjusting unit 20 is represented by an inductor having an inductance Lv. One end of the inductor is connected to a connection point between the capacitor 34 and the resistor 33.
[0056]
The resonance frequency ωr of the piezoelectric resonator 1 represented by the equivalent circuit of FIG. 6 is represented by the following equation (1).
[0057]
ωr = 1 / √ {(Lm + Lv) Cm} (1)
[0058]
As can be seen from the equation (1), the resonance frequency ωr of the piezoelectric resonator 1 varies depending on the inductance Lv of the impedance adjustment unit 20.
[0059]
The inductance Lv of the impedance adjusting unit 20 varies depending on the state of each of the planned cutting portions 21a to 21k, that is, whether or not each of the planned cutting portions 21a to 21k is cut.
[0060]
Hereinafter, an example of the relationship between the states of the respective scheduled cutting portions 21a to 21k and the inductance Lv of the impedance adjusting unit 20 will be described. In this example, the impedance adjustment unit 20 can select one of the four states shown in FIGS. In this example, it is assumed that the upper electrode 16 is grounded directly or via the impedance adjusting unit 20.
[0061]
The first state shown in FIG. 7 is a state in which only the planned cutting portion 21a is cut among the planned cutting portions 21a to 21k. In the first state, the upper electrode 16 is grounded. In this first state, since the impedance adjusting unit 20 is separated from the upper electrode 16, the length of the line of the impedance adjusting unit 20 connected to the upper electrode 16 is 0 mm. In the first state, the inductance Lv of the impedance adjusting unit 20 connected to the upper electrode 16 is 0 nH.
[0062]
The second state shown in FIG. 8 is a state in which only the planned cutting portions 21b and 21c are cut among the planned cutting portions 21a to 21k. In the second state, the impedance adjustment unit 20 is grounded at an end portion on the opposite side to the upper electrode 16 with the branch portion 20A interposed therebetween. In this second state, the length of the line of the impedance adjusting unit 20 connected to the upper electrode 16 is 0.6 mm. In the second state, the inductance Lv of the impedance adjusting unit 20 connected to the upper electrode 16 was about 0.5 nH.
[0063]
The third state illustrated in FIG. 9 is a state in which only the planned cutting portions 21d, 21e, 21f, and 21g among the planned cutting portions 21a to 21k are cut. In the third state, the impedance adjustment unit 20 is grounded at an end portion on the opposite side to the upper electrode 16 with the branch portion 20A interposed therebetween. In this third state, the length of the line of the impedance adjusting unit 20 connected to the upper electrode 16 is 1.2 mm. In the third state, the inductance Lv of the impedance adjusting unit 20 connected to the upper electrode 16 was about 1.0 nH.
[0064]
The fourth state shown in FIG. 10 is a state in which only the scheduled cutting portions 21d, 21e, 21h, 21i, 21j, and 21k among the planned cutting portions 21a to 21k are cut. In the fourth state, the impedance adjusting unit 20 is grounded at an end portion on the opposite side to the upper electrode 16 with the branch portion 20A interposed therebetween. In the fourth state, the length of the line of the impedance adjusting unit 20 connected to the upper electrode 16 is 1.8 mm. In the fourth state, the inductance Lv of the impedance adjusting unit 20 connected to the upper electrode 16 was about 1.5 nH.
[0065]
For example, a laser beam is used for cutting the scheduled cutting portions 21a to 21k. Further, when cutting the planned cutting portions 21a to 21k, the planned cutting portions 21a to 21k are cut with a certain width so that a large capacitance component is not generated in the impedance adjusting unit 20 due to the cut portions. Is preferred.
[0066]
Moreover, although not shown in figure, in the impedance adjustment part 20, the impedance adjustment part is cut | disconnected by cut | disconnecting the cutting scheduled parts 21d, 21e, 21h, and 21i of the cutting planned parts 21a-21k, and cutting the both ends of the branch part 20C. You may enable it to set 20 5th states.
[0067]
FIG. 11 is a plan view showing a probe used for measuring the characteristics of the piezoelectric resonator 1. The probe 40 has three terminals 41A, 41B, and 41C. One end of a cable 42 is connected to the probe 40. Although not shown, two conductors are inserted into the cable 42. One end of one conducting wire is connected to the terminal 41B, and one end of the other conducting wire is connected to the terminal 41A and the terminal 41C.
[0068]
When measuring the characteristics of the piezoelectric resonator 1, two probes 40 are used. Terminals 41A, 41B, and 41C of one probe 40 are connected to a first port of the network analyzer via a conductor in a cable 42 connected to the probe 40. The terminals 41A, 41B, and 41C of the other probe 40 are connected to the second port of the same network analyzer via a conductor in the cable 42 connected to the probe 40.
[0069]
Terminals 41A, 41B, and 41C of one probe 40 are inserted into the through holes 15c, 15a, and 15h, respectively, one end of the ground electrode 14B, one end of the second portion 14Ab of the signal electrode 14A, and the ground electrode 14D. Contact one end. Terminals 41A, 41B, and 41C of the other probe 40 are inserted into the through holes 15d, 15b, and 15f, respectively, and the other end of the ground electrode 14B, the other end of the second portion 14Ab of the signal electrode 14A, and the ground electrode It contacts one end of 14C.
[0070]
The network analyzer measures the characteristics of the piezoelectric resonator 1 by exchanging signals between the terminals 41B of the two probes 40 via the second portion 14Ab of the signal electrode 14A. The ground electrodes 14B, 14C, and 14D are grounded via the terminals 41A and 41C of the two probes 40 and the network analyzer.
[0071]
Next, a description will be given of the results of experiments for determining the frequency characteristics of the circuit including the piezoelectric resonator 1 for each of the four states shown in FIGS. Here, the circuit shown in FIG. 12 is configured, and the frequency characteristics of the signal attenuation in this circuit are obtained. The circuit shown in FIG. 12 includes a signal line 50, an input end 51 provided at one end of the signal line 50, an output end 52 provided at the other end of the signal line 50, and a piezoelectric connected to the signal line 50. And a resonator 1. The end of the piezoelectric resonator 1 on the side of the piezoelectric vibrator 10 is connected to the signal line 50, and the end of the piezoelectric resonator 1 on the side of the impedance adjusting unit 20 is grounded.
[0072]
FIG. 13 to FIG. 16 show the results of experiments on the frequency characteristics of the circuit shown in FIG. 12 for each of the four states shown in FIG. 7 to FIG. In FIG. 13 to FIG. 16, the frequency that maximizes the attenuation is the resonance frequency of the piezoelectric resonator 1. In the first state, as shown in FIG. 13, the resonance frequency was 1.81 GHz and the attenuation at the resonance frequency was −16.5 dB. In the second state, as shown in FIG. 14, the resonance frequency was 1.80 GHz, and the attenuation at the resonance frequency was −16.7 dB. In the third state, as shown in FIG. 15, the resonance frequency was 1.79 GHz, and the attenuation at the resonance frequency was −16.9 dB. In the fourth state, as shown in FIG. 16, the resonance frequency was 1.78 GHz, and the attenuation at the resonance frequency was −16.9 dB.
[0073]
From the results shown in FIG. 13 to FIG. 16, it can be seen that in this embodiment, the resonance frequency of the piezoelectric resonator 1 can be adjusted by selecting the state of the impedance adjustment unit 20.
[0074]
In the present embodiment, the impedance adjusting unit 20 may include one or more scheduled cutting portions that can be cut, and the impedance may be changed according to the state of the planned cutting portion. Therefore, the method of adjusting the shape of the impedance adjusting unit 20 and the impedance (inductance) of the impedance adjusting unit 20 is not limited to the above-described shape and method. For example, in the impedance adjustment unit 20 shown in FIG. 2, the inductance of the impedance adjustment unit 20 is adjusted by selectively cutting each one of the four branches 20A, 20B, 20C, and 20D. Also good.
[0075]
Here, another configuration example of the impedance adjustment unit 20 will be described with reference to FIGS. 17 and 18. The impedance adjustment unit 20 shown in FIG. 17 has a conductor portion 61 formed in a zigzag shape. One end of the conductor portion 61 is connected to the piezoelectric vibrator 10. A terminal 62 is connected to the other end of the conductor portion 61. Further, terminals 63 and 64 are connected to two places in the middle of the conductor portion 61. In the impedance adjustment unit 20, a planned cutting portion 65 is provided in the middle of the conductor portion 61 between the terminal 62 and the terminal 63, and the planned cutting portion 66 is provided in the middle of the conductor portion 61 between the terminal 63 and the terminal 64. Is provided.
[0076]
In the impedance adjustment unit 20 shown in FIG. 17, one of three states having different inductances can be selected. The first state is a state in which both of the scheduled cutting parts 65 and 66 are not cut. In the first state, the terminal 62 is used as one terminal in the piezoelectric resonator 1. The second state is a state where the scheduled cutting portion 65 is cut. In the second state, the terminal 63 is used as one terminal in the piezoelectric resonator 1. The third state is a state where the scheduled cutting portion 66 is cut. In the third state, the terminal 64 is used as one terminal in the piezoelectric resonator 1. In the first to third states, the lengths of the conductor portions 61 connected to the piezoelectric vibrator 10 are different, so that the inductance of the impedance adjusting portion 20 is also different.
[0077]
In the example shown in FIG. 17, the terminals 63 and 64 are provided at two locations in the middle of the conductor portion 61, but a terminal may be provided at one location in the middle of the conductor portion 61, or in the middle of the conductor portion 61. Terminals may be provided at three or more locations. In any case, the number of states that can be selected in the impedance adjustment unit 20 is the number obtained by adding 1 to the number of terminals provided in the middle of the conductor unit 61.
[0078]
The impedance adjustment unit 20 shown in FIG. 18 includes a bonding pad 71 connected to the piezoelectric vibrator 10, a bonding pad 72 connected to the terminal 3, and four bonding wires 73 connecting the bonding pads 71 and 72. ~ 76. In the impedance adjusting unit 20, the bonding wires 73 to 76 are to be cut.
[0079]
The impedance adjustment unit 20 shown in FIG. 18 can select one of four states with different inductances. The first state is a state where all the bonding wires 73 to 76 are not cut. The second state is a state where one of the bonding wires 73 to 76 is cut. The third state is a state where two of the bonding wires 73 to 76 are cut. The fourth state is a state where three of the bonding wires 73 to 76 are cut. In the above first to fourth states, since the number of bonding wires connecting the bonding pads 71 and 72 is different, the inductance of the impedance adjusting unit 20 is also different.
[0080]
The bonding wires 73 to 76 can be easily cut using a jig 77 such as a scissors or tweezers. Instead of cutting the bonding wires 73 to 76, for example, the bonding wires 73 to 76 are pulled using a hook-shaped jig so that at least one end of the bonding wires 73 to 76 is separated from the bonding pads 71 and 72. It may be.
[0081]
As described above, the piezoelectric resonator 1 according to this embodiment includes the piezoelectric vibrator 10 and the impedance adjustment unit 20. The piezoelectric vibrator 10 includes a piezoelectric thin film 15 having piezoelectricity, and two electrodes 14A and 16 that are disposed on both surfaces of the piezoelectric thin film 15 and apply an excitation voltage to the piezoelectric thin film 15. Yes. The impedance adjustment unit 20 includes one or more scheduled cutting portions that are connected to at least one of the two electrodes 14A and 16 and can be cut, and the impedance (particularly inductance) changes according to the state of the planned cutting portion. To do.
[0082]
In the piezoelectric resonator 1 according to the present embodiment, since the scheduled cutting portion in the impedance adjusting unit 20 is determined in advance, the relationship between the state of the planned cutting portion and the impedance (inductance) of the impedance adjusting unit 20 is known in advance. be able to. Therefore, in the piezoelectric resonator 1, the impedance (inductance) of the impedance adjusting unit 20 can be changed by a known amount by selecting the state of the planned cutting portion of the impedance adjusting unit 20. As a result, according to the present embodiment, the resonance frequency of the piezoelectric resonator 1 including the piezoelectric vibrator 10 and the impedance adjustment unit 20 can be easily adjusted.
[0083]
In the piezoelectric resonator 1 according to the present embodiment, the inductance of the impedance adjustment unit 20 is preferably changed in the range of 0 to 10 nH from the viewpoint of ease of manufacturing the impedance adjustment unit 20, and is in the range of 0 to 3 nH. It is more preferable to change with.
[0084]
In addition, the piezoelectric resonator 1 according to the present embodiment is preferably used in a frequency band of 0.5 to 10 GHz, and more preferably used in a frequency band of 0.8 to 6 GHz.
[0085]
As can be seen from the equation (1), in the piezoelectric resonator 1 according to this embodiment, (Lm + Lv) Cm may be smaller as the resonance frequency ωr is set higher. Therefore, when the piezoelectric resonator 1 is used in the preferable frequency band, the inductance Lv of the impedance adjusting unit 20 can be small. Further, the smaller the (Lm + Lv) Cm, the smaller the amount of change in Lv required to change the resonance frequency ωr by the same amount. Therefore, when the piezoelectric resonator 1 is used in the preferable frequency band, the amount of change in the inductance Lv of the impedance adjusting unit 20 can be small. For these reasons, when the piezoelectric resonator 1 is used in the preferred frequency band described above, it is easy to produce the impedance adjusting unit 20 and adjust the impedance (inductance).
[0086]
Further, in the piezoelectric resonator 1 according to the present embodiment, the impedance adjusting unit 20 is connected to the electrode 16 that is farther from the base body 11 among the two electrodes 14A and 16. Thereby, it becomes possible to easily perform the operation of cutting the planned cutting portion of the impedance adjusting unit 20.
[0087]
Next, the filter according to the present embodiment will be described. FIG. 19 is a circuit diagram of a filter according to the present embodiment. The filter 80 according to the present embodiment is a ladder type filter. The filter 80 includes two input terminals 81 and 82 and two output terminals 83 and 84. The input terminal 82 and the output terminal 84 are connected to each other.
[0088]
The filter 80 further includes a piezoelectric resonator 1 </ b> A as a series resonator provided between the input terminal 81 and the output terminal 83. The piezoelectric resonator 1A includes a piezoelectric vibrator 10A and an impedance adjustment unit 20A connected in series. One end of the piezoelectric vibrator 10A is connected to the input terminal 81, and the other end is connected to one end of the impedance adjusting unit 20A. The other end of the impedance adjustment unit 20 </ b> A is connected to the output terminal 83.
[0089]
The filter 80 further includes a piezoelectric resonator 1B as a parallel resonator having one end connected to a connection point between the piezoelectric resonator 1A and the output terminal 83. The piezoelectric resonator 1B includes a piezoelectric vibrator 10B and an impedance adjustment unit 20B connected in series. One end of the piezoelectric vibrator 10B is connected to a connection point between the piezoelectric resonator 1A and the output terminal 83, and the other end is connected to one end of the impedance adjusting unit 20B. The other end of the impedance adjustment unit 20B is connected to the input terminal 82 and the output terminal 84.
[0090]
The configurations of the piezoelectric resonators 1A and 1B are the same as those of the piezoelectric resonator 1, the configurations of the piezoelectric vibrators 10A and 10B are the same as those of the piezoelectric vibrator 10, and the configurations of the impedance adjustment units 20A and 20B are the same as those of the impedance adjustment unit 20. It is the same.
[0091]
FIG. 19 shows a basic configuration (minimum unit) of the filter 80 according to the present embodiment. The filter 80 according to the present embodiment may have a configuration in which a plurality of circuits shown in FIG. 19 are connected in cascade.
[0092]
In the filter 80 according to the present embodiment, it is possible to easily adjust the resonance frequency of at least one of the piezoelectric resonators 1A and 1B by changing the impedance (inductance) of at least one of the impedance adjustment units 20A and 20B. is there. Therefore, according to the present embodiment, the frequency characteristic of the filter 80 can be easily adjusted.
[0093]
In the filter 80 according to the present embodiment, one of the impedance adjustment units 20A and 20B may be omitted.
[0094]
Next, the duplexer according to the present embodiment will be described. FIG. 20 is a circuit diagram of the duplexer according to the present embodiment. The duplexer 90 according to the present embodiment includes antenna terminals 91 and 92 connected to an antenna (not shown), transmission signal terminals 93 and 94 connected to a transmission circuit (not shown) that outputs a transmission signal to the antenna, and an antenna. Receiving signal terminals 95 and 96 connected to a receiving circuit (not shown) for inputting a receiving signal from the receiver.
[0095]
The duplexer 90 further includes a first filter 97 that allows the transmission signal to pass therethrough and blocks the reception signal, and a second filter 98 that allows the reception signal to pass therethrough and blocks the transmission signal. Each of the filters 97 and 98 has two input terminals and two output terminals.
[0096]
Two input terminals of the filter 97 are connected to transmission signal terminals 93 and 94, respectively. Two output terminals of the filter 97 are connected to antenna terminals 91 and 92, respectively. Two input terminals of the filter 98 are connected to antenna terminals 91 and 92, respectively. Two output terminals of the filter 98 are connected to reception signal terminals 95 and 96, respectively.
[0097]
In the duplexer 90 according to the present embodiment, at least one of the filters 97 and 98 includes at least one piezoelectric resonator 1 according to the present embodiment. In the filter including the piezoelectric resonator 1, the frequency characteristic of the filter can be adjusted by changing the impedance of the impedance adjusting unit 20 to adjust the resonance frequency of the piezoelectric resonator 1. Therefore, according to the present embodiment, the frequency characteristic of the duplexer 90 can be easily adjusted.
[0098]
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various change is possible. For example, the piezoelectric resonator of the present invention may include two impedance adjusting units connected to each of two electrodes of the piezoelectric vibrator.
[0099]
FIG. 19 shows a ladder-type filter, but the filter of the present invention may have another configuration as long as it includes at least one piezoelectric resonator of the present invention.
[0100]
  In the present invention, the impedance adjustment unit may be any one whose impedance changes according to the state of the planned cutting portion.Yes.
[0101]
【The invention's effect】
  As explained above, claims 1 to6In the piezoelectric resonator according to any one of the above, by selecting the state of the planned cutting portion of the impedance adjusting unit, the impedance adjusting unitInductanceCan be changed by a known amount. Therefore, according to the present invention, it is possible to easily adjust the resonance frequency of the piezoelectric resonator.
[0102]
  Claims6In the described piezoelectric resonator, the impedance adjusting unit is connected to the electrode farther from the substrate out of the two electrodes. Therefore, according to the present invention, there is an effect that it is possible to easily perform the operation of cutting the planned cutting portion of the impedance adjustment unit.
[0103]
  Claims7In the described filter, the impedance adjustment sectionInductanceBy changing the above, it is possible to easily adjust the resonance frequency of the piezoelectric resonator. Therefore, according to the present invention, it is possible to easily adjust the frequency characteristics of the filter.
[0104]
  Claims8In the described duplexer, at least one of the first filter and the second filter is configured to include at least one piezoelectric resonator having an impedance adjustment unit. In the filter including this piezoelectric resonator, the impedance adjustment unitInductanceIt is possible to adjust the frequency characteristics of the filter by changing the resonance frequency of the piezoelectric resonator by changing. Therefore, according to the present invention, the frequency characteristic of the duplexer can be easily adjusted.
[0105]
  Claims9According to the described resonance frequency adjustment method of the piezoelectric resonator, by selecting the state of the planned cutting portion of the impedance adjustment unit,InductanceCan be changed by a known amount. Therefore, according to the present invention, it is possible to easily adjust the resonance frequency of the piezoelectric resonator.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of a piezoelectric resonator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing electrodes of a piezoelectric resonator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
4 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.
FIG. 5 is a circuit diagram showing a circuit configuration of a piezoelectric resonator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the piezoelectric resonator according to one embodiment of the present invention.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a first state of an impedance adjustment unit according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a second state of the impedance adjustment unit according to the embodiment of the present invention.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a third state of the impedance adjustment unit according to the embodiment of the present invention.
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a fourth state of the impedance adjustment unit according to the embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a plan view showing a probe used for measuring the characteristics of the piezoelectric resonator according to the embodiment of the invention.
FIG. 12 is a circuit diagram showing a circuit including a piezoelectric resonator according to an embodiment of the present invention.
13 is a characteristic diagram showing a result of an experiment to obtain a frequency characteristic of the circuit shown in FIG. 12 in the first state of the planned cutting portion.
14 is a characteristic diagram showing a result of an experiment to obtain a frequency characteristic of the circuit shown in FIG. 12 in a second state of a planned cutting portion.
15 is a characteristic diagram showing a result of an experiment to obtain a frequency characteristic of the circuit shown in FIG. 12 for the third state of the planned cutting portion.
16 is a characteristic diagram showing a result of an experiment for determining a frequency characteristic of the circuit shown in FIG. 12 in a fourth state of a planned cutting portion.
FIG. 17 is an explanatory diagram illustrating another configuration example of the impedance adjustment unit according to the embodiment of the present invention.
FIG. 18 is an explanatory diagram showing still another configuration example of the impedance adjustment unit according to the embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a circuit diagram of a filter according to an embodiment of the present invention.
FIG. 20 is a circuit diagram of a duplexer according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Piezoelectric resonator, 10 ... Piezoelectric vibrator, 11 ... Base | substrate, 12 ... Lower barrier layer, 13 ... Upper barrier layer, 14 ... Lower electrode, 15 ... Piezoelectric thin film, 16 ... Upper electrode, 17 ... Ground electrode, 20 ... Impedance adjustment part, 21a-21k ... scheduled cutting part.

Claims

圧電性を有する圧電薄膜と、前記圧電薄膜の両面に配置され、前記圧電薄膜に対して励振用電圧を印加するための２つの電極とを有する圧電振動子と、
前記２つの電極の少なくとも一方に接続され、切断され得る部分である切断予定部を１つ以上含み、切断予定部の状態に応じてインダクタンスが変化するインピーダンス調整部と
を備えたことを特徴とする圧電共振子。A piezoelectric vibrator having a piezoelectric thin film having piezoelectricity, and two electrodes disposed on both sides of the piezoelectric thin film for applying an excitation voltage to the piezoelectric thin film;
And an impedance adjusting unit that includes one or more scheduled cutting portions that are connected to at least one of the two electrodes and can be cut, and whose inductance varies depending on the state of the planned cutting portion. Piezoelectric resonator.

前記インピーダンス調整部のインダクタンスは、０〜１０ｎＨの範囲で変化することを特徴とする請求項１記載の圧電共振子。Inductance of the impedance adjusting unit, a piezoelectric resonator according to claim 1, wherein the changes in the range of 0～10NH.

前記インピーダンス調整部のインダクタンスは、０〜３ｎＨの範囲で変化することを特徴とする請求項１記載の圧電共振子。Inductance of the impedance adjusting unit, a piezoelectric resonator according to claim 1, wherein the changes in the range of 0～3NH.

０．５〜１０ＧＨｚの周波数帯域で使用されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の圧電共振子。The piezoelectric resonator according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it is used in a frequency band 0.5～10GHz.

０．８〜６ＧＨｚの周波数帯域で使用されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の圧電共振子。The piezoelectric resonator according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it is used in a frequency band 0.8～6GHz.

前記圧電振動子は、更に、前記圧電薄膜および電極を支持する基体を有し、前記インピーダンス調整部は、２つの電極のうち前記基体から離れた方の電極に接続されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の圧電共振子。The piezoelectric vibrator further includes a base that supports the piezoelectric thin film and the electrode, and the impedance adjusting unit is connected to an electrode farther from the base of the two electrodes. The piezoelectric resonator according to any one of claims 1 to 5 .

請求項１ないし６のいずれかに記載の圧電共振子を少なくとも１つ含んで構成されたことを特徴とするフィルタ。Filter, characterized in that it is constituted at least one comprise a piezoelectric resonator according to any one of claims 1 to 6.

送信信号を通過させ、受信信号を遮断する第１のフィルタと、受信信号を通過させ、送信信号を遮断する第２のフィルタとを備え、アンテナに接続されるデュプレクサであって、前記第１のフィルタと第２のフィルタの少なくとも一方は、請求項１ないし６のいずれかに記載の圧電共振子を少なくとも１つ含んで構成されていることを特徴とするデュプレクサ。A duplexer connected to an antenna, comprising: a first filter that passes a transmission signal and blocks a reception signal; and a second filter that passes a reception signal and blocks a transmission signal; At least one of the filter and the second filter is configured to include at least one piezoelectric resonator according to any one of claims 1 to 6 .

圧電性を有する圧電薄膜と、前記圧電薄膜の両面に配置され、前記圧電薄膜に対して励振用電圧を印加するための２つの電極とを有する圧電振動子を備えた圧電共振子の共振周波数を調整する方法であって、
前記２つの電極の少なくとも一方に接続され、切断され得る部分である切断予定部を１つ以上含み、前記切断予定部の状態に応じてインダクタンスが変化するインピーダンス調整部を設け、
前記切断部の状態を選択することによって、前記圧電共振子の共振周波数を調整することを特徴とする圧電共振子の共振周波数調整方法。Resonance frequency of a piezoelectric resonator having a piezoelectric vibrator having a piezoelectric thin film having piezoelectricity and two electrodes disposed on both sides of the piezoelectric thin film for applying an excitation voltage to the piezoelectric thin film. A method of adjusting,
Including one or more scheduled cutting parts that are connected to at least one of the two electrodes and can be cut, and provided with an impedance adjusting unit whose inductance changes according to the state of the scheduled cutting part;
A method for adjusting a resonance frequency of a piezoelectric resonator, wherein the resonance frequency of the piezoelectric resonator is adjusted by selecting a state of the cut portion.