(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体上に、入出力信号線に対して複数の共振子を並列に接続して成る弾性表面波素子を配設した弾性表面波装置であって、前記基体は少なくとも第１誘電体層と第２誘電体層とを有し、前記第１誘電体層に前記共振子の少なくとも１つに接続された接地電極が複数形成され、且つ前記第２誘電体層に前記複数の接地電極の全てに接続された共通電極が形成されており、前記共振子から前記接地電極を経由して前記共通電極までのインダクタ成分を前記共通電極から接地電位までのインダクタ成分よりも大きくしていることを特徴とする弾性表面波装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車電話及び携帯電話等の移動体無線機器に内蔵される共振器及び周波数帯域フィルタ用の弾性表面波装置に関する。
【０００２】
【従来技術とその課題】
近年、電波を利用し通信を行なう電子機器用の帯域通過フィルタ等の周波数フィルタ（以下、フィルタという）、遅延線、発信器等の電子部品として、多くの弾性表面波（Surface Acoustic Wave 、以下、ＳＡＷと略す）共振子やＳＡＷフィルタが用いられている。
【０００３】
特に、移動体通信分野において、携帯電話等の携帯端末装置のＲＦ（Radio Frequency ：無線周波数あるいは高周波）ブロック及びＩＦ（Intermidiate Frequency：中間周波数）ブロックのフィルタとして多用されている。例えば、自動車電話及び携帯電話等の移動体無線機器を使用した通信システムでは、占有周波数が約２ＧＨｚの高周波帯に設定され、機器内の増幅器のひずみにより高調波が増幅されるため、通過周波数の２倍や３倍の約４ＧＨｚや約６ＧＨｚの周波数帯にて大きく減衰が可能なフィルタが望まれている。
【０００４】
図９（ａ）〜（ｃ）に従来フィルタの構成を示す。ＳＡＷフィルタＪを構成するＳＡＷ素子Ｅの共振子Ｒは、一対の櫛歯状電極（InterDigital Transducer 、以下、ＩＤＴ電極と略す）を例えばラダー型回路に接続している。なお、ＩＤＴ電極から励起されるＳＡＷの伝搬路上にＳＡＷを効率良く共振させるため、ＩＤＴ電極の両側に反射器を配置する場合がある。図中、１はパッケージの蓋体、Ｋはパッケージを構成する板状の基体、２は側面入力電極、３は側面接地電極、４は入力電極パッド、５は出力電極パッド、６は接地電極パッド、７は接地接続電極、８は接地共通電極、９はボンディングワイヤである。
【０００５】
ここで、共振子Ｒは例えば４２°ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム単結晶等からなる圧電基板上に、蒸着法やスパッタ法等によりＡｌやＡｌ−Ｃｕ合金等の導電物が成膜され、フォトリソグラフィ法により微細な電極となるようパターニングされ、ＳＡＷ素子Ｅが作製される。
【０００６】
また、このＳＡＷ素子Ｅを載置する基体Ｋは、電極を配した複数の主にアルミナで構成された上部層９１と下部層９２とで構成されている。そして、入出力電極または接地電極をそれぞれの引き出し電極にワイヤ９で接続したり、またはＡｕバンプを用いたフリップチップにより接続したり、電気接続部にある保護膜をエッチングやリフトオフで取り除いた状態で電極接続部に導電性樹脂を塗布し接続を行うようにしている。
【０００７】
セラミック層で構成した基体Ｋの斜視図を図９（ｂ）及び図９（ｃ）に示す。上部層９１に配線した接地電極６とＳＡＷ素子Ｅの接地接続パッド電極間、および入出力電極パッド４、５とＳＡＷ素子Ｅの接地接続パッド電極間をワイヤボンドにて接続している。下部層９２には、上部層９１から側面接地電極３を通じて接地共通電極８へ接続されている。
【０００８】
また、図１０（ａ）は従来のＳＡＷフィルタＪの上面図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＡ−Ａ’断面図、図１０（ｃ）は図１０（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。また、図１１は従来のＳＡＷフィルタの高周波における電気成分の概略等価回路を示し、符号はそれぞれの部位に相当する等価素子を示した。
【０００９】
このように、従来のＳＡＷフィルタＪでは、基体ＫのＳＡＷ素子Ｅ（入出力信号線Ｌに対して並列に接続された共振子）の接続される接地電極が等しい電位になるように、全ての基体層にわたり、接地電極が接続することで減衰量を大きくしていた。また、高々３ＧＨｚ程度の周波数帯における減衰量を確保すればよかったのであり、上記ＳＡＷフィルタＪの構成でも対応可能であった。
【００１０】
しかしながら、ＳＡＷフィルタの使用周波数帯が準ミリ波帯側になるにつれ接地電極の長さが周波数波長領域に近づくことになり、もはや接地電極といえども通過帯域の高周波側において、通過周波数の２倍、３倍のハーモニック信号を抑圧する減衰量を確保できないという問題が生じる。
【００１１】
そこで、本発明は上述の問題を解決するために提案されたものであり、通過域の特に高域側において阻止減衰が可能な特性の優れたＳＡＷフィルタを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の弾性表面波装置は、基体上に、入出力信号線に対して複数の共振子を並列に接続して成る弾性表面波素子を配設した弾性表面波装置であって、基体は少なくとも第１誘電体層と第２誘電体層とを有し、第１誘電体層に共振子の少なくとも１つに接続された接地電極が複数形成され、且つ第２誘電体層に複数の接地電極の全てに接続された共通電極が形成されており、前記共振子から前記接地電極を経由して前記共通電極までのインダクタ成分を前記共通電極から接地電位までのインダクタ成分よりも大きくしていることを特徴とする。そして、第１誘電体層と第２誘電体層との間にインダクタ成分を有するようにした。また、特に共通電極と接地電位間のインダクタンスで並列共振子と共通電極間のインダクタンスを割った値を１０〜２０とした。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明に係る弾性表面波装置の実施形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００１４】
図１に本発明の弾性表面波装置であるＳＡＷフィルタＳ１の一部破断面斜視図を示す。また、その等価回路を図４に示す。なお、既に説明した図と同様な部材については同一符号を付し一部説明を省略する。
【００１５】
このように、ＳＡＷフィルタＳ１は、ラダー型回路の入出力信号線Ｌに対して並列に複数の共振子Ｒを接続して成り、ＳＡＷ素子Ｅを基体Ｋに載置したものである。
【００１６】
ここで、基体Ｋは並列共振子Ｒの少なくとも１つを接続した接地電極６を複数備える第１誘電体層である上部基体１１と、接地電極６の全てを接続した共通電極８を備える第２誘電体層である下部基体１３とを少なくとも含むとともに、上部基体１１と下部基体１３との間にインダクタ成分を有するようにしている。
【００１７】
図２（ａ）〜（ｃ）に本発明ＳＡＷフィルタの基体Ｋの分解斜視図を示し、図３（ａ）に本発明のＳＡＷフィルタの基体の上面図を、図３（ｂ）に図３（ａ）のＡ−Ａ’線断面図を、図３（ｃ）に図３（ａ）のＢ−Ｂ’線断面図を示す。また、図４には本発明のＳＡＷフィルタの高周波における電気成分の概略等価回路を示し、符号はそれぞれの部位に相当する等価素子を示す。
【００１８】
ＳＡＷ素子Ｅの並列共振子Ｒとそれぞれ接続される接地電極パッド６は、上部基体１１においてそれぞれ互いに独立している。また、接地電極６は図２（ｂ）の接地電極接続部７を経由して、図２（ｃ）の接地共通電極８に接続され、同図の側面接地電極３で外部基板と接続される。また、ＳＡＷ素子Ｅの入出力信号は、入出力電極パッド４，５に接続され、側面電極２を経由して外部基板の入出力信号と接続される。
【００１９】
ＳＡＷ素子Ｅに配置する共振子Ｒは高周波において容量性を有し、等価回路の共振子Ｒ、ボンディングワイヤ９、基体の接地電極３，６，７のインダクタ成分により、並列ＬＣ回路で減衰極が発生する。減衰極は回路構成により２つ存在し、低周波側にある減衰極は並列共振子Ｒから接地共通電極８までのインダクタ成分と並列共振子Ｒの容量で発生し、また、高周波側にある減衰極は接地共通電極８から接地電位までのインダクタ成分と並列共振子Ｒの容量で発生する。このことから、並列共振子Ｒから接地共通電極８までインダクタ成分を大きくすることで、上記ＬＣ回路により通過帯域の３倍の周波数帯以上で発生していた減衰極を低周波へ移動でき、また、接地共通電極８から接地電位までのインダクタ成分を小さくすることで、前記ＬＣ回路により通過帯域の周波数帯で発生していた減衰極を高周波へ移動できる。
【００２０】
上部基体１１のように接地電極６をそれぞれ独立にすることで、並列共振子Ｒから接地共通電極８までのインダクタ成分を大きくでき、且つ、共通電極を外部基板の接地電位の近くに配することで、接地共通電極８から接地電位までのインダクタ成分を小さくできる。このような構造により、通過帯域の高周波側の減衰量の良好な電気特性が得られる。
【００２１】
また特に、通過帯域の２倍及び３倍の周波数帯で減衰量を大きく出来得る範囲は、接地共通電極８と接地電位間のインダクタ成分で前記並列共振子Ｒと共通電極８間のインダクタ成分を割った値が１０〜２０とすれば良い。
【００２２】
上記の実施形態の説明では、ＳＡＷ共振子Ｅとの接続方法はワイヤボンドにより接続したが、Ａｕバンプを用いたフリップチップにより接続する場合、若しくは電気接続部にある保護膜をエッチングやリフトオフで取り除いた状態で電極接続部に導電性樹脂を塗布し接続を行う場合は、上記ボンディングワイヤのインダクタ成分を図５（ｂ）の蛇行状電極１０またはらせん状などの電極配線による構成でとるようにしてもよい。
【００２３】
なお、ＳＡＷ素子を構成する圧電基板はタンタル酸リチウム単結晶、ニオブ酸リチウム単結晶、水晶、四ほう酸リチウム単結晶、ランガサイト型結晶構造を有する単結晶、ニオブ酸カリウム単結晶、ガリウム砒素などが主に適用できる。また、ＩＤＴ電極材はアルミニウム、アルミニウム・銅合金、アルミニウム・チタン合金、アルミニウム・珪素合金、金、銀、銀・パラジウム合金が主に適用できる。また、引き出し電極材は主材にアルミニウム、アルミニウム・銅合金、アルミニウム・チタン合金、アルミニウム・珪素合金、金、銀、銀・パラジウム合金が主に適用でき、電極の密着度向上や電気抵抗の削減のため下地材が必要な場合には、クロム、チタン、銅が主に適用できる。また、絶縁性部材としては、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、Ｓｉ、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｌｉｋｅ  Ｃａｒｂｏｎ）、ＺｎＯ、ポリイミド、フッ素系樹脂、オレフィン系樹脂、またウエハプロセスに使用されるポジ型レジストのような感光性硬化樹脂が主に適用できる。これらの比抵抗は１０−８ｃｍΩ以上であるが、その他の絶縁部材を使用した場合比抵抗で１０−５ｃｍΩ以上の材料であれば適用できる。その他、電極材料に陽極酸化法を用いて絶縁性すれば保護膜同様の効果が現れる。
【００２４】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものでなく、ＳＡＷフィルタだけでなく、ＳＡＷデュプレクサにも本発明が適用でき、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更は何等差し支えない。
【００２５】
【実施例】
〔実施例１〕
図１に示すように、ＳＡＷ素子Ｅは、４２°ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム単結晶の圧電基板上に、ＩＤＴ電極の周期長１．９９μｍ、対数１１０対、交差幅３９．８μｍの梯子型直列腕共振子Ｒを２個と、周期長２．１μｍ、対数７５対、交差幅４２．０μｍの梯子型並列腕共振子Ｒを３個、また、全ての共振子の反射器本数が２０本で設計し、電極は材料Ａｌ−Ｃｕ合金をスパッタ法にて膜厚２０００Åで成膜し、ウエハプロセスで通常行われているフォトリソグラフィ工程によりパターニングした。保護膜は素子全面に材料ＳｉＯ2 をスパッタ法にて膜厚５００Åで成膜した。この後、ワイヤと接続させる部位をＣＤＥ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｄｒｙ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）で除去し、このウエハをダイシングし、個々の素子に切り離した。この素子を図１に示す基体Ｋに載置し、ワイヤボンド９をＳＡＷ素子の接続パッドと上部基体１１の電極パッド４，５，６の間に接続した。その後、耐候性を持たせるためリッド１にてシーム溶接法で気密封止を行った。
【００２６】
図６に本発明のＳＡＷフィルタの電気特性評価を示す。評価方法は、上述の如く組み立てた外部回路基板の入出力端子に３．５ｍｍ径のコネクタを接続し、ネットワークアナライザにより測定した。図６における実線が本実施例の結果であり、破線が従来構造の結果である。この測定結果から、通過域の２倍の周波数において減衰量は従来構造のＳＡＷフィルタでは１４ｄＢ、本実施例では４１ｄＢとなり、通過域の３倍の周波数において従来ＳＡＷフィルタでは１１ｄＢ、本実施例では２８ｄＢの減衰量であった。
【００２７】
〔実施例２〕
次に、図５に示すように、４２°ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム単結晶の圧電基板上に、ＩＤＴ電極の周期長１．９９μｍ，対数１１０対，交差幅３９．８μｍの梯子型直列腕共振子Ｒを２個、周期長２．１μｍ，対数７５対，交差幅４２．０μｍの梯子型並列腕共振子Ｒを３個、また、全ての共振子の反射器本数が２０本で設計し、電極はＡｌ−Ｃｕ合金をスパッタ法にて膜厚２０００Åで成膜し、ウエハプロセスで通常行われているフォトリソグラフィ工程によりパターニングを行った。保護膜は素子全面に材料ＳｉＯ2 をスパッタ法にて膜厚５００Åで成膜した。この後、Ａｕバンプと接続させる部位をＣＤＥで除去し、本ウエハをダイシングし、個々の素子に切り離した。
【００２８】
この素子を図５に示すような基体Ｋに載置し、Ａｕバンプにより接続する。その後、耐候性を持たせるためリッド１にてシーム溶接法で気密封止した。第１誘電体層における蛇行状電極は幅０．１ｍｍ、長さ２ｍｍの電極構造で電極材質は下地層にＷ材、上層にＡｕ材とした。
【００２９】
図７に上記ＳＡＷフィルタの電気特性評価を示す。評価方法は、上述の如く組み立てた外部回路基板の入出力端子に３．５ｍｍ径のコネクタを接続し、ネットワークアナライザで測定を行った。図７における実線が本実施例であり、破線が従来のＳＡＷフィルタの結果である。測定結果より、通過域の２倍の周波数において減衰量は従来のフリップチップ型のＳＡＷフィルタでは２１ｄＢ、本実施例では３８ｄＢであり、通過域の３倍の周波数において従来ＳＡＷフィルタでは２６ｄＢ、本実施例では３５ｄＢの減衰量であった。本結果より、本発明による構造が良好な値を得ることが判った。
【００３０】
また、図５（ｃ）の共通電極８から接地電位までのインダクタ成分を０．０５ｎＨにして、図５（ｂ）の蛇行状電極を０．１ｍｍ幅で長さを変化させることで各種インダクタ付きの基体を用い、実験的にインダクタの好適な範囲を決定した。
【００３１】
図８にその結果を示す。図中の●印は通過域の２倍の周波数での減衰量であり、○印は通過域の３倍の周波数での減衰量である。所望の減衰量は最低２０ｄＢ以上あれば良いため、上記蛇行状電極またはらせん状電極配線には０．５ｎＨ以上１．０ｎＨ以下のインダクタ成分があれば良いことが判明した。すなわち、共通電極と接地電位間のインダクタ成分（インダクタンス）で並列共振子と共通電極間のインダクタ成分を割った値を１０〜２０とすれば、最も良好な特性を示すことが判明した。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の弾性表面波装置によれば、ＳＡＷフィルタの通過帯域の高域側における阻止域減衰量を大幅に改善することが可能となる。また、特に携帯電話等のＲＦ段に用いる場合、ミキサーで発生する局部発振周波数の２倍、３倍におけるハーモニック信号を十分に抑圧することができる。
【００３３】
さらに、ＳＡＷ素子と基体を直接接合する場合、減衰量を大幅に改善することが可能となり、安価で小型なＳＡＷフィルタを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る弾性表面波装置の一部破断面斜視図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る弾性表面波装置の基体の斜視図である。
【図３】本発明に係る弾性表面波装置を説明する図であり、（ａ）は一部破断上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’線断面図である。
【図４】本発明に係る弾性表面波フィルタの等価回路図である。
【図５】本発明に係る他の弾性表面波装置を説明する図であり、（ａ）は一部破断断面図であり、（ｂ）は上部基体の斜視図、（ｃ）は下部基体の斜視図である。
【図６】実施例１における従来の弾性表面波フィルタと本発明に係る弾性表面波フィルタの電気特性を示す。
【図７】実施例２における従来の弾性表面波フィルタと本発明に係る弾性表面波フィルタの電気特性を示す。
【図８】接続電極のインダクタ成分と通過域の２倍の周波数と３倍の周波数での減衰量の関係を示した図である。
【図９】従来の弾性表面波装置を説明する図であり、（ａ）は一部破断断面図であり、（ｂ）は上部基体の斜視図、（ｃ）は下部基体の斜視図である。
【図１０】従来の弾性表面波装置を説明する図であり、（ａ）は一部破断上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’線断面図である。
【図１１】従来の弾性表面波フィルタの等価回路図である。
【符号の説明】
１：蓋体
２：側面入力電極
３：側面接地電極
４：入力電極パッド
５：出力電極パッド
６：接地電極パッド
７：接地接続電極
８：接地共通電極
９：ワイヤ
１０：蛇行状電極
Ｓ１，Ｓ２：ＳＡＷフィルタ
Ｅ：ＳＡＷ素子
Ｒ：共振子
Ｋ：基体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0003683737.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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