JP5526858B2 - Boundary wave filter device - Google Patents
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Description
本発明は、弾性境界波フィルタ装置に関する。特には、本発明は、弾性境界波を励振させる第1のIDT電極と、第1のIDT電極により励振された弾性境界波を電気信号に変換する第2のIDT電極とを有する弾性境界波フィルタ装置に関する。 The present invention relates to a boundary acoustic wave filter device. In particular, the present invention provides a boundary acoustic wave filter having a first IDT electrode for exciting a boundary acoustic wave and a second IDT electrode for converting the boundary acoustic wave excited by the first IDT electrode into an electrical signal. Relates to the device.
近年、携帯電話端末などの通信機器には、RFフィルタとして弾性波フィルタ装置が広く用いられるようになってきている。 In recent years, elastic wave filter devices have been widely used as RF filters in communication devices such as mobile phone terminals.
このような弾性波フィルタ装置としては、例えば、下記の特許文献1に記載されているような横結合共振子型弾性波フィルタ部を有する弾性表面波フィルタ装置や、下記の特許文献2に記載されているような縦結合共振子型弾性波フィルタ部やラダー型フィルタ部を有する弾性表面波フィルタ装置が知られている。
Examples of such an acoustic wave filter device include a surface acoustic wave filter device having a laterally coupled resonator type acoustic wave filter unit as described in
しかしながら、横結合共振子型弾性波フィルタ部や縦結合共振子型弾性波フィルタ部では、圧電基板上に、複数のIDT電極を弾性波の伝搬方向または弾性波伝搬方向に垂直な方向に配列する必要がある。また、ラダー型フィルタ部では、少なくとも直列腕共振子と、並列腕共振子とが必要となるため、複数の共振子が必要となる。このため、従来の弾性波フィルタ装置は、小型化が困難であるという問題があった。 However, in the laterally coupled resonator type acoustic wave filter unit and the longitudinally coupled resonator type acoustic wave filter unit, a plurality of IDT electrodes are arranged on the piezoelectric substrate in the direction of propagation of the acoustic wave or in a direction perpendicular to the direction of propagation of the acoustic wave There is a need. Further, since the ladder type filter unit requires at least a series arm resonator and a parallel arm resonator, a plurality of resonators are required. For this reason, the conventional acoustic wave filter device has a problem that it is difficult to reduce the size.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型化可能な弾性境界波フィルタ装置を提供することにある。 This invention is made | formed in view of this point, The objective is to provide the elastic boundary wave filter apparatus which can be reduced in size.
本発明に係る弾性境界波フィルタ装置は、第1の媒質と、第2の媒質と、第3の媒質と、第1のIDT電極と、第2のIDT電極とを備えている。第2の媒質は、第1の媒質の上に形成されている。第3の媒質は、第2の媒質の上に形成されている。第1のIDT電極は、第1の媒質と第2の媒質との間に形成されている。第2のIDT電極は、第2の媒質と第3の媒質との間に形成されている。第1及び第3の媒質が圧電体により構成されている。第2の媒質が誘電体により構成されている。第2の媒質の音速は、第1及び第3の媒質のそれぞれの音速よりも遅い。第1のIDT電極により励振された弾性境界波が第2のIDT電極により電気信号に変換される。
The boundary acoustic wave filter device according to the present invention includes a first medium, a second medium, a third medium, a first IDT electrode, and a second IDT electrode. The second medium is formed on the first medium. The third medium is formed on the second medium. The first IDT electrode is formed between the first medium and the second medium. The second IDT electrode is formed between the second medium and the third medium. The first and third medium quality is formed of piezoelectric material. Second medium quality is constituted by derivative collector. The speed of sound of the second medium is slower than the speed of sound of each of the first and third media. The boundary acoustic wave excited by the first IDT electrode is converted into an electric signal by the second IDT electrode.
本発明に係る弾性境界波フィルタ装置のある特定の局面では、弾性境界波フィルタ装置は、第1のIDT電極において異なる複数のモードが励振され、異なる複数のモードのうちの少なくとも2つが結合して通過帯域が形成されるように構成されている。 In a specific aspect of the boundary acoustic wave filter device according to the present invention, the boundary acoustic wave filter device is configured such that a plurality of different modes are excited in the first IDT electrode, and at least two of the plurality of different modes are combined. A pass band is formed.
本発明に係る弾性境界波フィルタ装置の他の特定の局面では、弾性境界波フィルタ装置は、第1のIDT電極において0次モードと高次モードとが励振され、0次モードと高次モードとが結合して通過帯域が形成されるように構成されている。 In another specific aspect of the boundary acoustic wave filter device according to the present invention, in the boundary acoustic wave filter device, the first-order mode and the higher-order mode are excited in the first IDT electrode. Are combined to form a passband.
本発明に係る弾性境界波フィルタ装置の別の特定の局面では、通過帯域は、高次モードのうちの1次モードと、0次モードとが結合することにより形成される。高次モードのなかでも、最も大きなエネルギーを有する1次モードを通過帯域の形成に用いることにより、フィルタ特性を向上することができる。 In another specific aspect of the boundary acoustic wave filter device according to the present invention, the passband is formed by combining the first-order mode of the higher-order modes and the zero-order mode. Among the higher-order modes, the filter characteristics can be improved by using the first-order mode having the largest energy for forming the passband.
なお、第1のIDT電極において励振される弾性境界波の0次モードとは、振動の腹をひとつ有するモードをいう。0次モードは、基本モードとも呼ばれる。また、第1のIDT電極において励振される弾性境界波の高次モードとは、複数の振動の腹を有するモードをいう。高次モードの一種である1次モードは、振動の腹を2つ有するモードである。 The 0th order mode of the boundary acoustic wave excited in the first IDT electrode is a mode having one vibration antinode. The 0th order mode is also called a basic mode. The higher order mode of the boundary acoustic wave excited in the first IDT electrode is a mode having a plurality of antinodes. The primary mode, which is a kind of higher-order mode, is a mode having two antinodes of vibration.
本発明に係る弾性境界波フィルタ装置のさらに他の特定の局面では、第1のIDT電極と第2のIDT電極とが第2の媒質を介して対向している。 In still another specific aspect of the boundary acoustic wave filter device according to the present invention, the first IDT electrode and the second IDT electrode are opposed to each other through the second medium.
本発明に係る弾性境界波フィルタ装置のさらに別の特定の局面では、第1及び第3の媒質が圧電体からなる。 In still another specific aspect of the boundary acoustic wave filter device according to the present invention, the first and third media are made of a piezoelectric body.
本発明に係る弾性境界波フィルタ装置のまた他の特定の局面では、第1及び第3の媒質が、LiNbO3、LiTaO3、水晶、酸化亜鉛または窒化アルミニウムからなり、第2の媒質が酸化ケイ素からなる。 In still another specific aspect of the boundary acoustic wave filter device according to the present invention, the first and third media are made of LiNbO 3 , LiTaO 3 , crystal, zinc oxide, or aluminum nitride, and the second medium is silicon oxide. Consists of.
本発明に係る弾性境界波フィルタ装置のまた別の特定の局面では、第2の媒質が圧電体からなる。 In another specific aspect of the boundary acoustic wave filter device according to the present invention, the second medium is made of a piezoelectric body.
本発明に係る弾性境界波フィルタ装置のさらにまた他の特定の局面では、第2の媒質が酸化亜鉛または窒化アルミニウムからなり、第1及び第3の媒質が、窒化ケイ素、サファイアまたはダイヤモンドからなる。 In still another specific aspect of the boundary acoustic wave filter device according to the present invention, the second medium is made of zinc oxide or aluminum nitride, and the first and third media are made of silicon nitride, sapphire, or diamond.
本発明では、第1のIDT電極により励振された弾性境界波が第2のIDT電極により電気信号に変換されることにより、フィルタ特性が実現される。すなわち、積層方向において異なる位置に設けられている2つのIDT電極によってフィルタ特性が実現される。このため、例えば、横結合共振子型弾性波フィルタや縦結合共振子型弾性波フィルタ、ラダー型フィルタのように、複数のIDT電極または共振子を圧電基板上に配列する必要がない。従って、弾性境界波フィルタ装置を小型化することができる。 In the present invention, the boundary acoustic wave excited by the first IDT electrode is converted into an electric signal by the second IDT electrode, thereby realizing a filter characteristic. That is, filter characteristics are realized by two IDT electrodes provided at different positions in the stacking direction. For this reason, for example, it is not necessary to arrange a plurality of IDT electrodes or resonators on the piezoelectric substrate, unlike a laterally coupled resonator type acoustic wave filter, a longitudinally coupled resonator type acoustic wave filter, and a ladder type filter. Therefore, the boundary acoustic wave filter device can be reduced in size.
以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について、図1に示す弾性境界波フィルタ装置1を例に挙げて説明する。但し、本発明に係る弾性境界波フィルタ装置は、弾性境界波フィルタ装置1に何ら限定されない。
Hereinafter, an example of a preferable embodiment in which the present invention is implemented will be described using the boundary acoustic
図1に示すように、弾性境界波フィルタ装置1は、第1〜第3の媒質11〜13を備えている。第2の媒質12は、第1の媒質11の上に形成されている。第3の媒質13は、第2の媒質12の上に形成されている。
As shown in FIG. 1, the boundary acoustic
第1〜第3の媒質11〜13のそれぞれは、圧電体または誘電体からなる。圧電体としては、例えば、LiNbO3、LiTaO3、水晶、ZnOなどの酸化亜鉛及び窒化アルミニウムが挙げられる。誘電体としては、SiO2などの酸化ケイ素、SiNなどの窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、サファイア、ダイヤモンドなどが挙げられる。
Each of the first to
具体的には、第1及び第2の媒質11,12のうちの少なくとも一方が圧電体により形成されていると共に、第2及び第3の媒質12,13のうちの少なくとも一方が圧電体により形成されている。すなわち、
(1)第1〜第3の媒質11〜13のうち、第2の媒質12が圧電体により形成されており、第1及び第3の媒質11,13のそれぞれが誘電体により形成されているか、
(2)第1〜第3の媒質11〜13のうち、第1及び第2の媒質11,12のそれぞれが圧電体により形成されており、第3の媒質13が誘電体により形成されているか、
(3)第1〜第3の媒質11〜13のうち、第2及び第3の媒質12,13のそれぞれが圧電体により形成されており、第1の媒質11が誘電体により形成されているか、
(4)第2の媒質12が誘電体により形成されており、第1及び第3の媒質11,13のそれぞれが圧電体により形成されているか、
(5)第1〜第3の媒質11〜13のそれぞれが圧電体により形成されているか、
のいずれかである。
Specifically, at least one of the first and
(1) Of the first to
(2) Of the first to
(3) Of the first to
(4) Whether the
(5) Whether each of the first to
One of them.
また、第2の媒質12の音速は、第1の媒質11の音速よりも遅く、かつ、第3の媒質13の音速よりも遅い。このため、この音速条件と、上記(1)〜(5)の材料に関する条件との両方を満たす組み合わせの例としては、例えば、下記の(A)〜(C)が挙げられる。
The sound speed of the
(A)
第1の媒質11:LiNbO3、LiTaO3、水晶、ZnOなどの酸化亜鉛または窒化アルミニウム、
第2の媒質12:SiO2などの酸化ケイ素、
第3の媒質13:LiNbO3、LiTaO3、水晶、ZnOなどの酸化亜鉛または窒化アルミニウム
(B)
第1の媒質11:SiNなどの窒化ケイ素、サファイアまたはダイヤモンド、
第2の媒質12:ZnOなどの酸化亜鉛または窒化アルミニウム、
第3の媒質13:SiNなどの窒化ケイ素、サファイアまたはダイヤモンド
(C)
第1の媒質11:LiNbO3,LiTaO3、
第2の媒質12:ZnOなどの酸化亜鉛、
第3の媒質13:LiNbO3,LiTaO3
なお、第1の媒質11と第3の媒質13とは、異なる材料からなるものであってもよいし、同一の材料からなるものであってもよい。
(A)
First medium 11: LiNbO 3 , LiTaO 3 , crystal, zinc oxide such as ZnO or aluminum nitride,
Second medium 12: silicon oxide such as SiO 2
Third medium 13: LiNbO 3 , LiTaO 3 , quartz, zinc oxide such as ZnO or aluminum nitride (B)
First medium 11: silicon nitride such as SiN, sapphire or diamond,
Second medium 12: zinc oxide or aluminum nitride such as ZnO,
Third medium 13: silicon nitride such as SiN, sapphire or diamond (C)
First medium 11: LiNbO 3 , LiTaO 3 ,
Second medium 12: zinc oxide such as ZnO,
Third medium 13: LiNbO 3 , LiTaO 3
Note that the
図1に示すように、第1の媒質11と第2の媒質12との間には、第1のIDT電極14が形成されている。図2に示すように、第1のIDT電極14は、互いに間挿し合っている一対のくし歯状電極14a、14bを備えている。第1のIDT電極14には、交流電源16が接続されている。この交流電源16により第1のIDT電極14に電圧が印加される。すなわち第1の電極14は、入力側IDT電極である。その結果、第1のIDT電極14において弾性波が励振される。また、この第1のIDT電極14は、弾性波伝搬方向の両側にリフレクタを備えていてもよい。ここで、上述の通り、第2の媒質12の音速は、第1の媒質11の音速よりも遅く、かつ、第3の媒質13の音速よりも遅い。このため、第1のIDT電極14において励振された弾性波は、弾性境界波として、第2の媒質12に閉じ込められる。
As shown in FIG. 1, a
図1に示すように、第2の媒質12と第3の媒質13との間には、第2のIDT電極15が形成されている。図2に示すように、第2のIDT電極15は、互いに間挿し合っている一対のくし歯状電極15a、15bを備えている。第2のIDT電極15は、第1のIDT電極14において励振された弾性境界波を電気信号に変換する。すなわち、第2のIDT電極15は出力側IDT電極である。この第2のIDT電極15は、弾性波伝搬方向の両側にリフレクタを備えていてもよい。
As shown in FIG. 1, a
本実施形態では、第1のIDT電極14と第2のIDT電極15とが第2の媒質12を介して対向している。
In the present embodiment, the
次に、主として図3を参照しながら、本実施形態における弾性境界波及びフィルタ特性について説明する。 Next, boundary acoustic waves and filter characteristics in the present embodiment will be described mainly with reference to FIG.
図3(a)は、第1のIDT電極において励振される0次モードと1次モードとのインピーダンス特性を模式的に表すグラフである。図3(b)は、第1のIDT電極において励振される0次モードと1次モードとの位相特性を模式的に表すグラフである。図3(c)は、第1のIDT電極において励振される0次モードと1次モードとの結合により形成されるフィルタ特性を模式的に表すグラフである。なお、図3(a)及び(b)において、実線が0次モードを示し、破線が1次モードを示している。 FIG. 3A is a graph schematically showing impedance characteristics of the 0th-order mode and the 1st-order mode excited in the first IDT electrode. FIG. 3B is a graph schematically showing the phase characteristics of the 0th-order mode and the 1st-order mode excited in the first IDT electrode. FIG. 3C is a graph schematically showing a filter characteristic formed by coupling of the 0th-order mode and the 1st-order mode excited in the first IDT electrode. 3A and 3B, the solid line indicates the 0th-order mode, and the broken line indicates the primary mode.
本実施形態では、第1のIDT電極14において、0次モード(基本モード)と、高次モードとが、厚み方向に励振される。具体的には、本実施形態では、図3(a)に示すように、基本モードである0次モードと、高次モードの一種である1次モードとが、厚み方向に励振される。
In the present embodiment, in the
励振された0次モードの共振周波数と、励振された1次モードの共振周波数とは、比較的近接しており、かつ、図3(b)に示すように、0次モードと1次モードとでは、共振特性の位相が反転している。すなわち、共振点及び***振点のそれぞれにおける位相が反転している。このため、第2のIDT電極15で取り出された0次モードと1次モードの出力信号の合成により、フィルタ特性が実現される。その結果、図3(c)及び図4に示すように、通過帯域が形成される。なお、図4に示すグラフは、以下の条件のときのグラフである。
The resonance frequency of the excited 0th-order mode and the resonance frequency of the excited 1st-order mode are relatively close to each other, and as shown in FIG. Then, the phase of the resonance characteristic is inverted. That is, the phases at the resonance point and the antiresonance point are inverted. For this reason, the filter characteristic is realized by combining the output signals of the 0th-order mode and the 1st-order mode extracted by the
第1及び第3の媒質11,13:LiNbO3基板、第1及び第3の媒質11,13の厚み:100μm、第1及び第3の媒質11,13の音速:4700m/秒、第2の媒質12:SiO2層、第2の媒質12の厚み:2μm、第2の媒質12の音速:3600m/秒、第1のIDT電極14及び第2のIDT電極15:Al、第1のIDT電極14及び第2のIDT電極15の膜厚:0.35μm、弾性境界波の波長:2μmである。
First and
このように、本実施形態では、第1のIDT電極14と第2のIDT電極15とによりフィルタ特性が実現されており、かつ、第1のIDT電極14と第2のIDT電極15とが厚さ方向において異なる位置に設けられている。すなわち、第1のIDT電極14と第2のIDT電極15とは、圧電基板の同一平面上に形成されていない。このため、例えば、ラダー型フィルタのように、圧電基板上に共振子を複数配列する必要がない。また、縦結合共振子型弾性波フィルタや横結合共振子型弾性波フィルタのように、圧電体上に複数のIDTを配列する必要はない。さらに、縦結合共振子型弾性波フィルタとは異なり、トランスバーサルフィルタとしてのレスポンスが発生しない。このため、減衰量を改善するために、縦結合共振子型弾性波フィルタに直列または並列にトラップを構成する共振子を接続したり、フィルタを多段接続したりする必要もない。従って、弾性境界波フィルタ装置1を小型化することができる。
Thus, in the present embodiment, the filter characteristics are realized by the
また、本実施形態では、第1のIDT電極14と第2のIDT電極15とが第2の媒質12を介して対向するように設けられている。このため、弾性境界波フィルタ装置1をより小型化することができる。
In the present embodiment, the
なお、トランスバーサルフィルタとしてのレスポンスとは、入力側IDT電極と出力側IDT電極とが弾性波の伝搬路上に位置している場合に、原理的に発生するレスポンスのことである。このため、入力側IDT電極である第1のIDT電極14と出力側IDT電極である第2のIDT電極15とが弾性波の伝搬を介して直接結合していない本実施形態の弾性境界波フィルタ装置1においては、このトランスバーサルフィルタとしてのレスポンスは、原理上生じ得ない。
The response as a transversal filter is a response that occurs in principle when the input-side IDT electrode and the output-side IDT electrode are located on the propagation path of the elastic wave. For this reason, the boundary acoustic wave filter of the present embodiment in which the
なお、0次モードの共振周波数と高次モードの共振周波数との差、及び0次モードと高次モードとの位相などを、0次モードと高次モードとが結合して通過帯域を形成するように調整する方法としては、例えば、第1〜第3の媒質11〜13の音速を変化させたり、第2の媒質12の厚みを変化させたりする方法が挙げられる。具体的には、例えば、図5に示すように、第2の媒質12の厚みを変化させることにより、0次モードの共振周波数と1次モードの共振周波数との差を調整することができる。
The 0th-order mode and the higher-order mode combine the difference between the resonance frequency of the 0th-order mode and the higher-order mode and the phase between the 0th-order mode and the higher-order mode to form a passband. Examples of the adjustment method include a method in which the sound speed of the first to
本実施形態では、0次モードと結合させる高次モードとして、高エネルギーの1次モードを選択したが、0次モードと、2次以上の高次モードとを結合させることにより通過帯域を形成してもよい。 In this embodiment, the high-energy primary mode is selected as the higher-order mode to be coupled with the 0th-order mode. However, a passband is formed by coupling the 0th-order mode with the second-order or higher-order mode. May be.
本実施形態の弾性境界波フィルタ装置1の製造方法は、特に限定されない。以下に、弾性境界波フィルタ装置1の製造方法の一例を示す。
The manufacturing method of the boundary acoustic
まず、圧電基板からなる第1の媒質11の上に、スパッタリング法やCVD法などの適宜の薄膜形成法などを利用して、第1のIDT電極14を形成する。
First, the
次に、第1の媒質11の上に、第1のIDT電極14を覆うように、第2の媒質12を形成する。第2の媒質12の形成方法は、特に限定されず、例えば、スパッタリング法やCVD法などにより第2の媒質12を形成することができる。
Next, the
次に、第2の媒質12に第2のIDT電極15用の溝を形成する。溝の形成は、例えば、公知のエッチング方法により行うことができる。その後、形成した溝中に第2のIDT電極15を形成する。もしくは、第2の媒質12の上に、第2のIDT電極15を形成した後に、さらに第2の媒質12と同一の材料からなる膜を形成し、表面を平坦化してもよい。
Next, a groove for the
最後に、第3の媒質13を、スパッタリング法やCVD法などにより形成することにより弾性境界波フィルタ装置1を完成させることができる。
Finally, the boundary acoustic
なお、弾性境界波フィルタ装置1では、第1のIDT電極14と第2のIDT電極15とが第2の媒質12に埋め込まれている例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、第1のIDT電極は、第1の媒質に埋め込まれていてもよい。第2のIDT電極は、第3の媒質に埋め込まれていてもよい。
In the boundary acoustic
なお、本実施形態では、0次モードと1次モードとが結合する場合について説明したが、本発明は、これに限定されない。例えば、0次モードと、1次モード以外の他の高次モードとが結合することにより通過帯域が形成されていてもよいし、2種類の高次モードが結合することにより通過帯域が形成されていてもよい。 In the present embodiment, the case where the 0th-order mode and the first-order mode are combined has been described, but the present invention is not limited to this. For example, the passband may be formed by combining the 0th-order mode and another higher-order mode other than the first-order mode, or the passband is formed by combining two types of higher-order modes. It may be.
また、3種類以上のモードが励振され、3種類以上のモードが結合することにより通過帯域が形成されていてもよい。さらに、3種類以上のモードが励振され、それらのうちの2種以上のモードの結合により通過帯域が形成され、残りのモードによって減衰域が形成されていてもよい。 In addition, three or more modes may be excited, and a pass band may be formed by combining three or more modes. Further, three or more types of modes may be excited, a pass band may be formed by combining two or more modes, and an attenuation region may be formed by the remaining modes.
1…弾性境界波フィルタ装置
11…第1の媒質
12…第2の媒質
13…第3の媒質
14…第1のIDT電極
15…第2のIDT電極
14a、14b、15a、15b…くし歯状電極
16…交流電源
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記第1の媒質の上に形成されている第2の媒質と、
前記第2の媒質の上に形成されている第3の媒質と、
前記第1の媒質と前記第2の媒質との間に形成されている第1のIDT電極と、
前記第2の媒質と前記第3の媒質との間に形成されている第2のIDT電極とを備え、
前記第1及び第3の媒質が圧電体により構成されており、前記第2の媒質が誘電体により構成されており、
前記第2の媒質の音速は、前記第1及び第3の媒質のそれぞれの音速よりも遅く、
前記第1のIDT電極により励振された弾性境界波が前記第2のIDT電極により電気信号に変換される弾性境界波フィルタ装置。 A first medium;
A second medium formed on the first medium;
A third medium formed on the second medium;
A first IDT electrode formed between the first medium and the second medium;
A second IDT electrode formed between the second medium and the third medium,
The first and third medium quality is constituted by a piezoelectric element, said second medium quality is constituted by derivative collector,
The speed of sound of the second medium is slower than the speed of sound of each of the first and third media,
A boundary acoustic wave filter device in which a boundary acoustic wave excited by the first IDT electrode is converted into an electric signal by the second IDT electrode.
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