JPWO2019138811A1 - 弾性波装置、マルチプレクサ、高周波フロントエンド回路、及び通信装置 - Google Patents
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Abstract
Description
まず、実施形態に係る弾性波装置1の全体構成について、図1を参照して説明する。
(2.1)第1弾性波共振子
まず、第1弾性波共振子3Aの構成について、図2、図3A及び図3Bを参照して説明する。第1弾性波共振子3Aは、例えば、3層構造の共振子である。第1弾性波共振子3Aは、図2に示すように、圧電体層6Aと、IDT(Interdigital Transducer)電極7Aと、高音速部材4Aと、を含む。
圧電体層6Aは、例えば、LiTaO3、LiNbO3、ZnO、AlN、又は、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)からなる。圧電体層6Aの厚さは、IDT電極7Aの電極指周期で定まる弾性波の波長をλとしたときに、3.5λ以下である。圧電体層6Aの厚さが3.5λ以下である場合、Q値は高くなるが、***振周波数よりも高周波数側にストップバンドリップルが発生する。
IDT電極7Aは、Al、Cu、Pt、Au、Ag、Ti、Ni、Cr、Mo、W又はこれらの金属のいずれかを主体とする合金等の適宜の金属材料により形成することができる。また、IDT電極7Aは、これらの金属又は合金からなる複数の金属膜を積層した構造を有していてもよい。例えば、IDT電極7Aは、Al膜であるが、これに限らず、例えば、圧電体層6A上に形成されたTi膜からなる密着膜と、密着膜上に形成されたAl膜からなる主電極膜との積層膜であってもよい。密着膜の厚さは、例えば、10nmである。また、主電極膜の厚さは、例えば、130nmである。
第1弾性波共振子3Aでは、高音速支持基板42である高音速部材4Aと圧電体層6Aとの間に設けられた低音速膜5Aを含むことにより、弾性波の音速が低下する。弾性波は本質的に低音速な媒質にエネルギーが集中する。したがって、第1弾性波共振子3Aでは、圧電体層6A内及び弾性波が励振されているIDT電極7A内への弾性波エネルギーの閉じ込め効果を高めることができる。そのため、第1弾性波共振子3Aでは、低音速膜5Aが設けられていない場合に比べて、損失を低減し、Q値を高めることができる。
高音速部材4Aは、圧電体層6A及びIDT電極7A等を支持している高音速支持基板42である。高音速支持基板42では、圧電体層6Aを伝搬する弾性波の音速よりも、高音速支持基板42を伝搬するバルク波の音速が高速である。
次に、SAW共振子3Bの構成について、図4A及び図4Bを参照して説明する。
圧電体基板8Bは、圧電材料からなる。圧電体基板8Bの圧電材料としては、LiTa03、LiNbO3、又は水晶等の適宜の圧電材料が用いられる。
IDT電極7Bは、第1弾性波共振子3AのIDT電極7A(図3A及び図3B参照)と同様の構成を有する。すなわち、IDT電極7Bは、IDT電極7Aの第1バスバー71A、第2バスバー72A、複数の第1電極指73A及び複数の第2電極指74Aのそれぞれと同様の、第1バスバー71B、第2バスバー72B、複数の第1電極指73B及び複数の第2電極指74Bを備える。
次に、第1弾性波共振子3A及びSAW共振子3Bの特性について、図5及び図6を参照して説明する。図5において、横軸は周波数を示し、左側の縦軸は反射率γの絶対値を示し、右側の縦軸は反射率γの偏角を示している。なお、図5の横軸において、ω2がストップバンドの上端周波数であり、ω1がストップバンドの下限周波数である。また、Arg(γ)は、例えば、文献「弾性表面波デバイスシミュレーション技術入門」、橋本研也、リアライズ社、p.215に記載されている「∠Γ」と同じ意味である。図6において、横軸は周波数を示し、縦軸はインピーダンスの位相を示している。また、図6において、一点鎖線a1は第1弾性波共振子3Aの場合であり、破線a2はSAW共振子3Bの場合である。
実施形態に係る弾性波装置1は、図7に示すように、マルチプレクサ100、マルチプレクサ100を備える高周波フロントエンド回路300、及び高周波フロントエンド回路300を備える通信装置400に適用することができる。以下、マルチプレクサ100、高周波フロントエンド回路300及び通信装置400の構成について、図7を参照して説明する。
実施形態に係るマルチプレクサ100は、図7に示すように、第1端子101と、第2端子102と、第3端子103と、弾性波装置1からなる第1フィルタ11と、第2フィルタ12と、を備える。
高周波フロントエンド回路300は、図7に示すように、マルチプレクサ100と、増幅回路303(以下、第1増幅回路303ともいう)と、スイッチ回路301(以下、第1スイッチ回路301ともいう)と、を備える。また、高周波フロントエンド回路300は、増幅回路304(以下、第2増幅回路304ともいう)と、スイッチ回路302(以下、第2スイッチ回路302ともいう)と、を更に備える。ただし、高周波フロントエンド回路300において、第2増幅回路304及び第2スイッチ回路302は、必須の構成要素ではない。
通信装置400は、図7に示すように、RF信号処理回路401と、高周波フロントエンド回路300と、を備える。RF信号処理回路401は、アンテナ200で受信される高周波信号を処理する。高周波フロントエンド回路300は、アンテナ200とRF信号処理回路401との間で高周波信号(受信信号、送信信号)を伝達する。また、通信装置400は、ベースバンド信号処理回路402を更に備える。ただし、通信装置400において、ベースバンド信号処理回路402は、信号処理回路に含まれていてもよいし、含まれていなくてもよい。すなわち、信号処理回路は、RF信号処理回路401のみであってもよい。
実施形態に係る弾性波装置1は、アンテナ端子である第1端子101と、第1端子101とは異なる第2端子102との間に設けられている。弾性波装置1は、複数の弾性波共振子31〜39を備える。
上述の実施形態は、本発明の様々な実施形態の一つに過ぎない。上述の実施形態は、本発明の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。以下、上述の実施形態の変形例を列挙する。以下に説明する変形例は、適宜組み合わせて適用可能である。
上述の実施形態では、第1弾性波共振子3Aが3層構造である場合を例示したが、2層構造であってもよい。以下、2層構造の第1弾性波共振子3Aaの構成について、図8Aを参照して説明する。図8Aは、2層構造の第1弾性波共振子3Aaの断面図である。なお、変形例1において、第1弾性波共振子3Aと同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
上述の実施形態では、第1弾性波共振子3Aが3層構造である場合を例示したが、4層構造であってもよい。以下、4層構造の第1弾性波共振子3Abの構成について、図8Bを参照して説明する。図8Bは、4層構造の第1弾性波共振子3Abの断面図である。なお、変形例2において、第1弾性波共振子3Aと同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
以下、変形例3に係るマルチプレクサ100bについて、図9を参照して説明する。
上述の実施形態では、直列腕共振子31がアンテナ端共振子である場合を例示したが、図10に示すように、並列腕共振子32がアンテナ端共振子であってもよい。以下、変形例4に係る弾性波装置1cについて、図10を参照して説明する。
上述の実施形態では、直列腕共振子(アンテナ端共振子)31及び並列腕共振子32がSAW共振子3Bである場合を例示したが、図11Aに示すように、直列腕共振子31及び並列腕共振子32はBAW(Bulk Acoustic Wave)共振子3Cであってもよい。以下、変形例5に係るBAW共振子3Cについて、図11Aを参照して説明する。
上述の実施形態では、直列腕共振子(アンテナ端共振子)31及び並列腕共振子32がSAW共振子3Bである場合を例示したが、図11Bに示すように、直列腕共振子31及び並列腕共振子32はBAW共振子3Dであってもよい。以下、変形例6に係るBAW共振子3Dについて、図11Bを参照して説明する。
以上説明した実施形態及び変形例より以下の態様が開示されている。
3A,3Aa,3Ab 第1弾性波共振子
4A 高音速部材
42 高音速支持基板
44A 支持基板
45A 高音速膜
5A 低音速膜
6A 圧電体層
61A 第1主面
62A 第2主面
7A IDT電極
71A 第1バスバー
72A 第2バスバー
73A 第1電極指
74A 第2電極指
3B SAW共振子
7B IDT電極
71B 第1バスバー
72B 第2バスバー
73B 第1電極指
74B 第2電極指
8B 圧電体基板
3C,3D BAW共振子
90E,90F 支持部材
91 支持基板
92 電気絶縁膜
93 高音響インピーダンス層
94 低音響インピーダンス層
95 音響多層膜
96 第1電極
97 圧電体膜
98 第2電極
99 空洞
31 弾性波共振子(直列腕共振子、アンテナ端共振子)
33,35,37,39 弾性波共振子(直列腕共振子)
32,34,36,38 弾性波共振子(並列腕共振子)
100,100b マルチプレクサ
11 第1フィルタ
12 第2フィルタ
21 第3フィルタ
22 第4フィルタ
101 第1端子
102 第2端子
103 第3端子
104 第4端子
105 第5端子
200 アンテナ
300 高周波フロントエンド回路
301 スイッチ回路(第1スイッチ回路)
302 スイッチ回路(第2スイッチ回路)
303 増幅回路(第1増幅回路)
304 増幅回路(第2増幅回路)
400 通信装置
401 RF信号処理回路
402 ベースバンド信号処理回路
N1,N2,N3,N4 ノード
r1 第1経路
r21,r22,r23,r24 第2経路
WA 幅
SA スペース幅
PλA 繰り返し周期
Claims (14)
- アンテナ端子である第1端子と、前記第1端子とは異なる第2端子との間に設けられる弾性波装置であって、
複数の弾性波共振子を備え、
前記複数の弾性波共振子は、
前記第1端子と前記第2端子とを結ぶ第1経路上に設けられた複数の直列腕共振子と、
前記第1経路上の複数のノードそれぞれとグラウンドとを結ぶ複数の第2経路上に設けられた複数の並列腕共振子と、を含み、
前記複数の弾性波共振子のうち前記第1端子に電気的に最も近い弾性波共振子をアンテナ端共振子とした場合に、
前記アンテナ端共振子は、SAW共振子又はBAW共振子であり、
前記複数の弾性波共振子のうち前記アンテナ端共振子以外の少なくとも1つの弾性波共振子は、第1弾性波共振子であり、
前記SAW共振子は、
圧電体基板と、
前記圧電体基板上に形成されており、複数の電極指を有するIDT電極と、を含み、
前記第1弾性波共振子は、
圧電体層と、
前記圧電体層上に形成されており、複数の電極指を有するIDT電極と、
前記圧電体層を挟んで前記IDT電極とは反対側に位置しており、前記圧電体層を伝搬する弾性波の音速よりも伝搬するバルク波の音速が高速である高音速部材と、を含み、
前記圧電体層の厚さが、前記IDT電極の電極指周期で定まる弾性波の波長をλとしたときに、3.5λ以下である、
弾性波装置。 - 前記BAW共振子は、
第1電極と、
前記第1電極上に形成されている圧電体膜と、
前記圧電体膜上に形成されている第2電極と、を含む、
請求項1に記載の弾性波装置。 - 前記アンテナ端共振子のストップバンドリップルが、前記第1弾性波共振子のストップバンドリップルよりも小さい、
請求項1又は2に記載の弾性波装置。 - 前記アンテナ端共振子のストップバンドリップルのみが、前記第1弾性波共振子のストップバンドリップルよりも小さい、
請求項3に記載の弾性波装置。 - 前記複数の直列腕共振子のうち1つの直列腕共振子が、前記複数の並列腕共振子よりも前記第1端子に電気的に近く、
前記1つの直列腕共振子が、前記アンテナ端共振子である、
請求項1〜4のいずれか1項に記載の弾性波装置。 - 前記複数の直列腕共振子のうち1つの直列腕共振子と前記複数の並列腕共振子のうち1つの並列腕共振子とが、前記第1端子と直接的に接続されており、
前記1つの直列腕共振子と前記1つの並列腕共振子との少なくとも一方が、前記アンテナ端共振子である、
請求項1〜4のいずれか1項に記載の弾性波装置。 - 前記複数の弾性波共振子のうち前記アンテナ端共振子を含む少なくとも1つの弾性波共振子は、前記SAW共振子又は前記BAW共振子であり、
前記複数の弾性波共振子のうち前記少なくとも1つの弾性波共振子以外の弾性波共振子は、前記第1弾性波共振子であり、
前記SAW共振子又は前記BAW共振子が、前記第1弾性波共振子とは異なるチップである、
請求項1〜6のいずれか1項に記載の弾性波装置。 - 前記高音速部材は、前記圧電体層を伝搬する弾性波の音速よりも伝搬するバルク波の音速が高速である高音速膜と、前記高音速膜を支持する支持基板と、を含み、
前記第1弾性波共振子は、前記高音速膜上に形成されている低音速膜を更に含む、
請求項1〜7のいずれか1項に記載の弾性波装置。 - 前記第1弾性波共振子は、
前記高音速部材と前記圧電体層との間に前記圧電体層を伝搬するバルク波の音速よりも伝搬するバルク波の音速が低速である低音速膜を更に含み、
前記高音速部材は、前記圧電体層を伝搬する弾性波の音速よりも伝搬するバルク波の音速が高速である高音速支持基板である、
請求項1〜7のいずれか1項に記載の弾性波装置。 - 請求項1〜9のいずれか1項に記載の弾性波装置からなる第1フィルタと、
前記第1端子と前記第1端子とは異なる第3端子との間に設けられた第2フィルタと、を備え、
前記第1フィルタの通過帯域が、前記第2フィルタの通過帯域よりも低周波数域である、
マルチプレクサ。 - 前記複数の弾性波共振子からなる共振子群を複数備え、
前記複数の共振子群では、前記第1端子が共通端子であり、かつ、前記第2端子が個別端子であり、
前記複数の共振子群の前記アンテナ端共振子が1チップに集積されている、
請求項10に記載のマルチプレクサ。 - 前記第1フィルタの前記通過帯域の最大周波数が、前記第2フィルタの前記通過帯域の最小周波数よりも低い、
請求項10又は11に記載のマルチプレクサ。 - 請求項10〜12のいずれか1項に記載のマルチプレクサと、
前記マルチプレクサに接続された増幅回路と、を備える、
高周波フロントエンド回路。 - 請求項13に記載の高周波フロントエンド回路と、
アンテナで送受信される高周波信号を処理する信号処理回路と、を備え、
前記高周波フロントエンド回路は、前記アンテナと前記信号処理回路との間で前記高周波信号を伝達する、
通信装置。
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