(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板の主面上において３つの櫛歯状電極を互いに噛み合うように配置し、これらの櫛歯状電極を、低周波帯域で共振させる場合は３相の電位で駆動し、高周波帯域で共振させる場合は２相の電位で駆動するように切り替えて駆動することを特徴とする弾性表面波装置。
【請求項２】
電極指間隔が最小の櫛歯状電極の電極指ピッチをｐとした場合、前記電極指間隔が最小の櫛歯状電極に対して、電極指ピッチが２ｐ倍の２個の櫛歯状電極を交互に噛み合わせて配置して成る請求項１記載の弾性表面波装置。
【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等に内蔵される周波数帯域フィルタあるいは発振器等に使用される弾性表面波装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の弾性表面波（Surface Acoustic Wave で、以下、ＳＡＷと略す）装置Ｄを図５に示す。同図（ａ）は、ＳＡＷ装置Ｄの一対の櫛歯状電極であるＩＤＴ（Inter Digital Transducer）電極の部分平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線における断面図である。同図において、４は圧電基板、５はＩＤＴ電極７，８によって励振された電位ポテンシャルである。一対のＩＤＴ電極７，８は、これらが互いに噛み合うように構成されており、入力される高周波信号に対して電極指のピッチ等の構成パラメータにより、所定の周波数で共振する。
【０００３】
また、従来のＳＡＷフィルタの例を図７に示す。同図は、移動体通信用のＧＨｚ帯域のラダー型（梯子型）ＳＡＷフィルタＦで、２．５段π型のものの回路図である。同図において、１２は一対のＩＤＴ電極、１３はＩＤＴ電極１２のＳＡＷ伝搬路の両端に設けられＳＡＷを効率良く共振させるための反射器、１４，１５は直列ＳＡＷ共振子（直列ＳＡＷ装置）、１６〜１８は並列ＳＡＷ共振子である。
【０００４】
そして、ＳＡＷフィルタＦは、３６°Ｙカット−Ｘ伝搬のＬｉＴａＯ3 単結晶等の圧電基板（図示せず）の主面に形成されてあり、直列ＳＡＷ共振子１４，１５と並列ＳＡＷ共振子１６〜１８を、並列、直列交互に接続して構成される。尚、同図でＩＮは入力端子、ＯＵＴは出力端子を示す。また、ＩＤＴ電極１２及び反射器１３，１３の電極指の本数は数１０〜数１００本に及ぶため、その形状を簡略化して描いてある。
【０００５】
このようなＳＡＷフィルタＦは、一般に図５のＳＡＷ共振子（ＳＡＷ装置Ｄ）を基本的な構成要素としている。また、ＳＡＷ共振子の他の応用分野として、発振器等もある。
【０００６】
上記のラダー型のＳＡＷフィルタＦにおいて、その通過帯域幅は、個々のＳＡＷ共振子のストップバンド幅（≡Δｆ）によってほぼ決まる。図６は、ＳＡＷ共振子のＩＤＴ電極１２をインピーダンスアナライザ等に接続して、入力インピーダンスの絶対値｜Ｚ｜−周波数特性を測定したグラフである。同図において、ｆ1 は｜Ｚ｜が最小となる共振周波数であり、ｆ2 は｜Ｚ｜が最大となる反共振周波数である。ストップバンド幅Δｆは、ｆ1 とｆ2 の周波数間隔に相当する。
【０００７】
そして、Δｆが小さく、リチウムタンタレート（ＬｉＴａＯ3 ）単結晶のような高Ｑ（Ｑ：共振の尖鋭度）な材料を用いて、ＳＡＷ共振子の共振周波数及び反共振周波数の尖鋭度を大きくすれば、ＳＡＷフィルタＦの急峻度は良好な特性となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＳＡＷ共振子を用いたＳＡＷフィルタでは、その構造によって動作可能な周波数及び周波数帯域が一義的に決まってしまっていた。例えば、近時需要が伸びている携帯電話の機能として、２つの異なる周波数帯域を利用する機能、所謂デュアルモード機能があり、この場合、２つの周波数帯域に合わせて２種類のＳＡＷフィルタが必要になるという問題があった。また、２種類のＳＡＷフィルタ間を電気的に接続するためのインピーダンス整合回路が必要になっていた。そのため、デュアルモードタイプの携帯電話（デュアルモード機）等とする場合、従来のＳＡＷ共振子は小型化、コストダウンの点で問題があった。
【０００９】
従って、本発明は上記事情に鑑みて完成されたものであり、その目的は、単一のＳＡＷ装置を複数の異なる周波数帯域で使用することにより、小型化された多モードのＳＡＷ装置が作製でき、またデュアルモード機用のＳＡＷフィルタ及び発振器において、ＳＡＷ共振子の数を大幅に低減させ、インピーダンス整合回路を簡略化することにより、大幅な小型化及びコストダウンを実現することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明による弾性表面波装置は、圧電基板の主面上において３つの櫛歯状電極を互いに噛み合うように配置し、これらの櫛歯状電極を、低周波帯域で共振させる場合は３相の電位で駆動し、高周波帯域で共振させる場合は２相の電位で駆動するように切り替えて駆動することを特徴とし、これにより、３相または２相の異なる電位によって駆動するようにスイッチング回路によって駆動電位を切り替えることで異なる２種の周波数で共振させることができ、その結果２モードの機能を１個の弾性表面波装置に付与することになり、大幅に小型化された２モードタイプが実現する。
【００１１】
本発明において、好ましくは、電極指間隔が最小の櫛歯状電極の電極指ピッチをｐとした場合、前記電極指間隔が最小の櫛歯状電極に対して、電極指ピッチが２ｐ倍の２個の櫛歯状電極を交互に噛み合わせて配置して成る。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明のＳＡＷ装置を以下に説明する。図１，図２は本発明のＳＡＷ装置Ｄ１，Ｄ２を示し、図１（ａ）及び図２（ａ）はＩＤＴ電極の部分平面図、図１（ｂ）及び図２（ｂ）はＩＤＴ電極のＡ−Ａ線（図１），Ｂ−Ｂ線（図２）における断面図である。これらは、３つのＩＤＴ電極を３相又は２相の電位で駆動し、２種の周波数で共振させるようにした例である。勿論、４個以上のＩＤＴ電極を複数相の電位で駆動し、２種以上の周波数で共振させてもよい。
【００１３】
図１及び図２において、１は電極指間隔が最小で電極指ピッチがｐのＩＤＴ電極、２はＩＤＴ電極１の２倍の電極指ピッチ２ｐを有するＩＤＴ電極、３は電極指ピッチ２ｐのもう一つのＩＤＴ電極、４はＬｉＴａＯ3 単結晶等から成る圧電基板、５はＩＤＴ電極に入力された模式的な電位ポテンシャル、６は高周波電源の電位を分割する抵抗である。また、ＩＤＴ電極２とＩＤＴ電極３は重なっているが、これらの間にはＳｉＯ2 等の絶縁層が形成されている。
【００１４】
そして、共振すべき周波数によって、ＩＤＴ電極１〜３に供給する電位を、外部のダイオードスイッチ等で切り替えることができる。
【００１５】
図１のＳＡＷ装置Ｄ１は、図２と比較して低周波帯域で共振させる場合の例であり、ＩＤＴ電極１は接地電極、ＩＤＴ電極２はプラス電極又マイナス電極は、ＩＤＴ電極３はマイナス電極又はプラス電極として機能する。その結果、電位ポテンシャル５に示されるように、電極指ピッチ２ｐ分が励振されるＳＡＷの一波長に相当する。
【００１６】
図２のＳＡＷ装置Ｄ２は、高周波帯域で共振させる場合の例であり、ＩＤＴ電極１はプラス電極又はマイナス電極、ＩＤＴ電極２，３はマイナス電極又はプラス電極として機能する。その結果、電位ポテンシャル５に示されるように、電極指ピッチｐ分が励振されるＳＡＷの一波長に相当する。
【００１７】
ここで、図１と図２の電源を共有とし、スイッチで２種の電源を切り替えることで、低周波帯域又は高周波帯域での共振が可能となる。
【００１８】
図１，２のＳＡＷ装置Ｄ１，Ｄ２は、ＩＤＴ電極の数を４つ以上にすることができ、より一般化して、ＩＤＴ電極の数をｎ（ｎは３以上の整数）、電極指間隔が最小のＩＤＴ電極の電極指ピッチをｐとした場合、前記電極指間隔が最小のＩＤＴ電極に対して、電極指ピッチが（ｎ−１）ｐ倍のｎ−１個のＩＤＴ電極を交互に噛み合わせて配置する。
【００１９】
この場合、ｎ＝３としたのが図１，図２の例であり、容易に駆動周波数が２倍（図２）のものを構成することができる。また、ｎ≧４とすることができ、その基本動作は図１，図２のものと同様である。ｎ＝４の場合を図３に示し、ＩＤＴ電極２１に対し、３つのＩＤＴ電極２２〜２４を噛み合わせて配置している。本発明はこのような構成により、トランスバーサル型ＳＡＷフィルタ、共振器型ＳＡＷフィルタ等において、各ＩＤＴ電極に入力する高周波信号の位相を調整することにより、通過帯域幅や位相特性を可変にできるという効果も有する。
【００２０】
また、電極指間隔がｑで同じであるＩＤＴ電極の数をｍ（ｍは３以上の整数）とした場合、一つのＩＤＴ電極に対してｍ−１個のＩＤＴ電極が噛み合わされて成り、前記一つのＩＤＴ電極の電極指間に、ｍ−１個のＩＤＴ電極の電極指が配置される構成とすることができる。この場合、ｍの数にもよるが、例えばｍが奇数であれば図１，図２と同様の動作が可能となる。そして、トランスバーサル型ＳＡＷフィルタ、共振器型ＳＡＷフィルタ等においては、各ＩＤＴ電極に入力する高周波信号の位相を調整することにより、通過帯域幅や位相特性を可変にできる。
【００２１】
更には、複数のＩＤＴ電極に対して複数のＩＤＴ電極を噛み合わせるように構成することもできる。２つのＩＤＴ電極３１，３２に対して２つのＩＤＴ電極３３，３４を噛み合わせて配置した例を図４に示した。
【００２２】
本発明において、ＩＤＴ電極１〜３はＡｌあるいはＡｌ合金（Ａｌ−Ｃｕ系，Ａｌ−Ｔｉ系等）からなり、特にＡｌが励振効率が高く、材料コストが低いため好ましい。また、ＩＤＴ電極１〜３は蒸着法、スパッタリング法又はＣＶＤ法等の薄膜形成法により形成する。
【００２３】
そして、ＩＤＴ電極１〜３の電極指の対数は５０〜２００程度、電極指の線幅は０．１〜１０．０μｍ程度、電極指の間隔は０．１〜１０．０μｍ程度、電極指の開口幅（交差幅）は１０〜１００μｍ程度、ＩＤＴ電極１ａの厚みは０．２〜０．４μｍ程度とすることが、ＳＡＷ共振子あるいはＳＡＷフィルタとしての所期の特性を得るうえで好適である。また、ＩＤＴ電極１〜３の電極指間に酸化亜鉛，酸化アルミニウム等の圧電材料を成膜すれば、ＳＡＷの共振効率が向上し好適である。
【００２４】
圧電基板としては、３６°Ｙカット−Ｘ伝搬のＬｉＴａＯ3 単結晶、６４°Ｙカット−Ｘ伝搬のＬｉＮｂＯ3 単結晶、４５°Ｘカット−Ｚ伝搬のＬｉＢ4 Ｏ7 単結晶等が、電気機械結合係数が大きく且つ群遅延時間温度係数が小さいため好ましく、特に電気機械結合係数の大きな３６°Ｙカット−Ｘ伝搬のＬｉＴａＯ3 単結晶が良い。また、結晶Ｙ軸方向におけるカット角は３６°±１０°の範囲内であれば良く、その場合十分な圧電特性が得られる。圧電基板の厚みは０．１〜０．５ｍｍ程度がよく、０．１ｍｍ未満では圧電基板が脆くなり、０．５ｍｍ超では材料コストが大きくなる。
【００２５】
かくして、本発明は、複数相の異なる電位によって駆動し、スイッチング回路によって駆動電位を切り替えることで異なる２種以上の周波数で共振させることができ、大幅に小型化された多モードタイプが実現するという作用効果を有する。
【００２６】
更に、本発明のＳＡＷ装置は、同一の圧電基板の主面において複数のＳＡＷ装置を接続して、例えば図５に示すようなラダー型のＳＡＷフィルタＦを構成することができる。その場合、１．５段型，２段型，２．５段型，３段型，３．５段型，より多段接続したタイプを構成してもよい。あるいは、ラダー型に限らず、ラチス型ＳＡＷフィルタ、ノッチ型ＳＡＷフィルタ等の種々のタイプのＳＡＷフィルタに使用できる。また、圧電基板の両主面（表裏面）に、ＳＡＷ装置やＳＡＷフィルタを設けてもよい。
【００２７】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更は何等差し支えない。
【００２８】
【実施例】
本発明の実施例を以下に説明する。図１に示すようなＡｌから成るＳＡＷ装置Ｄ１のパターンを用いて、図７のような２．５段π型でラダー型のＳＡＷフィルタＦを、３６°Ｙカット−Ｘ伝搬のＬｉＴａＯ3 単結晶から成る圧電基板上に形成した。具体的には以下のようにして作製した。
【００２９】
（１）紫外線（Ｄｅｅｐ  ＵＶ）を用いた密着露光機によるフォトリソグラフィー法で、前記圧電基板用のウェハ上にＩＤＴ電極１，２用のレジストのネガパターンを形成した。
【００３０】
（２）前記ウェハに電子ビーム蒸着機でＡｌを成膜し、レジスト剥離液中で不要なＡｌをリフトオフし、多数個のＳＡＷフィルタＦ用の微細なパターンを作製した。
【００３１】
（３）再度レジストを塗布してフォトリソグラフィー加工を行い、ＩＤＴ電極２，３が重なる部分のＩＤＴ電極２上にスパッタリング法によりＳｉＯ2 から成る絶縁層を３００Å形成した。
【００３２】
（４）更にレジストを塗布してフォトリソグラフィー加工を行い、ＩＤＴ電極３に該当するレジストのネガパターンを形成した。
【００３３】
（５）電子ビーム蒸着機でＡｌを成膜し、レジスト剥離液中で不要なＡｌをリフトオフし、ＩＤＴ電極１〜３の微細なパターンを完成した。
【００３４】
（６）パターニングの終了したウェハをダイシング法で切断して、個々のＳＡＷフィルタＦを切り出した。
【００３５】
（７）個々のＳＡＷフィルタＦのチップを、ＳＭＤ（Surface Mounted Device：表面実装素子）用のパッケージ内にエポキシ樹脂で接着し、載置固定した。３５μｍφ（直径３５μｍ）のＡｌワイヤーを、パッケージの電極パッドとチップ上のＡｌパッドを接続するように超音波ボンディングした後、パッケージリッドを被せ接着し、パッケージングを終了した。
【００３６】
このとき、１個のＳＡＷ装置Ｄ１において、ＩＤＴ電極１の対数＝８５対，ＩＤＴ電極１の電極指の線幅＝１．１μｍ，ＩＤＴ電極１の電極指の間隔＝１．１μｍ，ＩＤＴ電極１の電極指の厚み＝３５００Å，反射器の電極指本数＝２０本，反射器の電極指の線幅＝１．１μｍ，反射器の電極指の間隔＝１．１μｍ，反射器の電極指の厚み＝３５００Åであった。
【００３７】
また、ＩＤＴ電極２の対数＝８５対，ＩＤＴ電極２の電極指の線幅＝１．１μｍ，ＩＤＴ電極２の電極指の間隔＝２．２μｍ，ＩＤＴ電極２の電極指の厚み＝３５００Å，ＩＤＴ電極３の対数＝８５対，ＩＤＴ電極３の電極指の線幅＝１．１μｍ，ＩＤＴ電極３の電極指の間隔＝２．２μｍ，ＩＤＴ電極３の電極指の厚み＝３５００Åとした。
【００３８】
上記本発明のＳＡＷフィルタＦは従来のものと比較して、インピーダンス整合回路も簡略化されたので、そのサイズは約１／３程度と大幅に小型化された。
【００３９】
また、上記構成において、約９００ＭＨｚで駆動するように、ＩＤＴ電極１にグランド電位、ＩＤＴ電極２に高周波信号、ＩＤＴ電極３にＩＤＴ電極２とは逆相の高周波信号を入力する場合と、約１８００ＭＨｚでより高周波駆動するように、ＩＤＴ電極１に高周波信号、ＩＤＴ電極２にＩＤＴ電極１とは逆相の高周波信号、ＩＤＴ電極３にＩＤＴ電極２と同じ高周波信号を入力する場合とを、外部のスイッチング回路により切り替えるようにし、単一のＳＡＷフィルタＦで２種類の通過帯域が得られた。
【００４０】
【発明の効果】
本発明は、３つのＩＤＴ電極が互いに噛み合うようにして構成し、かつ３相または２相の電位で駆動することにより、単一のＳＡＷ装置を２つの異なる周波数帯域で使用することにより、小型化された２モードのＳＡＷ装置が作製でき、またデュアルモード機用のＳＡＷフィルタ及び発振器において、ＳＡＷ装置の数を大幅に低減させ、インピーダンス整合回路を簡略化することにより、大幅な小型化及びコストダウンを実現するという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＳＡＷ装置Ｄ１を示し、（ａ）はＳＡＷ装置Ｄ１のＩＤＴ電極の部分平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。
【図２】本発明のＳＡＷ装置Ｄ２を示し、（ａ）はＳＡＷ装置Ｄ２のＩＤＴ電極の部分平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。
【図３】本発明のＳＡＷ装置の他の実施形態を示し、１つのＩＤＴ電極に対し３つのＩＤＴ電極を噛み合わせて配置した場合の部分平面図である。
【図４】本発明のＳＡＷ装置の他の実施形態を示し、２つのＩＤＴ電極に対し２つのＩＤＴ電極を噛み合わせて配置した場合の部分平面図である。
【図５】従来のＳＡＷ装置Ｄを示し、（ａ）はＳＡＷ装置ＤのＩＤＴ電極の部分平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線における断面図である。
【図６】ＳＡＷ共振子の入力インピーダンス｜Ｚ｜の周波数特性のグラフである。
【図７】従来の２．５段π型でラダー型のＳＡＷフィルタＦの回路図である。
【符号の説明】
１：ＩＤＴ電極
２：ＩＤＴ電極
３：ＩＤＴ電極
４：圧電基板
５：電位ポテンシャル
６：抵抗
【図１】
0003677384.tif 000002
【図２】
0003677384.tif 000003
【図３】
0003677384.tif 000004
【図４】
0003677384.tif 000005
【図５】
0003677384.tif 000006
【図６】
0003677384.tif 000007
【図７】
0003677384.tif 000008