(57)【要約】【課題】本発明は、信号配線を通過する信号の伝搬損失を抑制し、これにより弾性波フィルタの通過特性を向上させることを目的とする。【解決手段】この目的を達成するために、本発明の弾性波フィルタ１は、圧電体２と、圧電体２の上に設けられたＩＤＴ電極３と、ＩＤＴ電極３と電気的に接続された信号配線５とを備え、信号配線５の膜厚は、信号配線５を流れる信号の周波数及び信号配線５の導電率に基づいて規定される表皮深さ以上であることを特徴とする。【選択図】図１
2011030208.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体と、
前記圧電体の上に設けられたＩＤＴ電極と、
前記ＩＤＴ電極と電気的に接続された信号配線と、を備えた弾性波フィルタであって、
前記信号配線の膜厚は、下式で表される表皮深さｄ［μｍ］以上であることを特徴とする弾性波フィルタ。
【数１】
2011030208.tif 000005
ただし、ｆは前記信号配線を流れる信号の周波数［ＧＨｚ］を表し、σは前記信号配線の導電率［Ｓ／ｍ］を表す。
【請求項２】
前記信号配線の膜厚は、前記表皮深さｄの１．２倍以下である請求項１に記載の弾性波フィルタ。
【請求項３】
圧電体と、
前記圧電体の上に設けられたＩＤＴ電極と、
前記ＩＤＴ電極と電気的に接続された信号配線と、を備えた弾性波フィルタであって、
前記ＩＤＴ電極の外端部と前記信号配線の外端部は重なるように形成されるとともに、
前記ＩＤＴ電極と前記信号配線とが重なる部分における前記ＩＤＴ電極の膜厚と前記信号配線の膜厚の加算値は、下式で表される表皮深さｄ［μｍ］以上であることを特徴とする弾性波フィルタ。
【数２】
2011030208.tif 000006
ただし、ｆは前記信号配線を流れる信号の周波数［ＧＨｚ］を表し、σは前記信号配線の導電率［Ｓ／ｍ］を表す。
【請求項４】
前記ＩＤＴ電極と前記信号配線とが重なる部分における前記ＩＤＴ電極の膜厚と前記信号配線の膜厚の加算値は、前記表皮深さｄの１．２倍以下である請求項３に記載の弾性波フィルタ。
【請求項５】
圧電体と、
前記圧電体の上に設けられた複数の受信用ＩＤＴ電極及び前記受信用ＩＤＴ電極と電気的に接続された受信用信号配線を備えた受信フィルタと、
前記圧電体の上に設けられた複数の送信用ＩＤＴ電極及び前記送信用ＩＤＴ電極と電気的に接続された送信用信号配線を備えた送信フィルタと、を備えたデュプレクサであって、前記受信用信号配線の膜厚及び前記送信用信号配線の膜厚は、下式で表される表皮深さｄ［μｍ］以上であることを特徴とするデュプレクサ。
【数３】
2011030208.tif 000007
ただし、ｆは前記受信フィルタの受信周波数帯域と前記送信フィルタの送信周波数帯域との中央の周波数［ＧＨｚ］を表し、σは前記受信用信号配線及び前記送信用信号配線の導電率［Ｓ／ｍ］を表す。
【請求項６】
圧電体と、
前記圧電体の上に設けられたＩＤＴ電極と、
前記ＩＤＴ電極と電気的に接続された信号配線と、を備えた弾性波フィルタであって、
前記信号配線はＡｌを主成分とするとともに、前記信号配線の膜厚は２．４μｍ以上である弾性波フィルタ。
【請求項７】
圧電体と、
前記圧電体の上に設けられたＩＤＴ電極と、
前記ＩＤＴ電極と電気的に接続された信号配線と、を備えた弾性波フィルタであって、
前記ＩＤＴ電極の膜厚及び前記信号配線はＡｌを主成分とするとともに、
前記ＩＤＴ電極の外端部と前記信号配線の外端部は重なるように形成され、
前記ＩＤＴ電極と前記信号配線とが重なる部分における前記ＩＤＴ電極の膜厚と前記信号配線の膜厚の加算値は２．４μｍ以上である弾性波フィルタ。
【請求項８】
前記信号配線は複数の電極層の積層構造であると共に、
前記表皮深さｄが前記信号配線の最上層の電極層の膜厚以下である場合、前記信号配線の導電率σは、前記信号配線の最上層の電極層の導電率である請求項１又は請求項３に記載の弾性波フィルタ。
【請求項９】
前記信号配線は複数の電極層の積層構造であると共に、
前記表皮深さｄが前記信号配線の最上層の電極層の膜厚より大きい場合、前記信号配線の導電率σは、前記信号配線の上面から前記表皮深さｄまでの各電極層の導電率の平均値である請求項１又は請求項３に記載の弾性波フィルタ。
【請求項１０】
請求項１又は請求項３に記載の弾性波フィルタを有する受信フィルタと、
請求項１又は請求項３に記載の弾性波フィルタを有する送信フィルタと、を備えたデュプレクサであって、
前記受信フィルタが有する弾性波フィルタの信号配線の膜厚は、
前記送信フィルタが有する弾性波フィルタの信号配線の膜厚よりも大きいデュプレクサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性波フィルタ及びこれを用いたデュプレクサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の弾性波フィルタは、信号配線がＩＤＴ電極よりも膜厚が厚く形成された構成がとられていた。
【０００３】
なお、この出願の発明に関する先行技術文献としては、例えば、特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２１２１７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の弾性波フィルタでは、信号配線を通過する信号の伝搬損失の観点から、信号配線の膜厚を規定していなかった。すなわち、先行技術文献において具体的に開示された信号配線の膜厚では、信号配線を通過する信号の伝搬損失を最小化することができなかった。
【０００６】
そこで、本発明は、信号配線を通過する信号の伝搬損失を抑制し、これにより弾性波フィルタの通過特性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題を解決するために、本発明の弾性波フィルタは、圧電体の上に設けられたＩＤＴ電極と、ＩＤＴ電極と電気的に接続された信号配線とを備え、信号配線の膜厚は、下式で表される表皮深さｄ［μｍ］以上であることを特徴とする。
【０００８】
【数１】
2011030208.tif 000003
【０００９】
ただし、ｆは前記信号配線を流れる信号の周波数［ＧＨｚ］を表し、σは前記信号配線の導電率［Ｓ／ｍ］を表す。
【発明の効果】
【００１０】
このような構成により、信号配線の伝搬損失を抑制することができ、弾性波フィルタの通過特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１における弾性波フィルタの斜視図及び断面図
【図２】同弾性波フィルタの８８０ＭＨｚにおける通過特性を示す図
【図３】バンドパスフィルタの通過特性を示す図
【図４】膜厚と表皮深さの関係を示す図
【図５】同弾性波フィルタの８８０ＭＨｚにおける通過特性の実測データを示す図
【図６】ラダー型フィルタを示す図
【図７】縦結合２重モード型フィルタを示す図
【図８】同弾性波フィルタにおける他の断面図
【図９】同弾性波フィルタにおける他の断面図
【図１０】本発明の実施の形態２におけるデュプレクサを説明するための略図的平面図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。なお、本発明は、これら実施の形態によって限定されるものではない。
【００１３】
（実施の形態１）
本実施の形態における弾性波フィルタ１について、図１の（ａ）及び（ｂ）を用いて説明する。図１の（ａ）は、本実施の形態における弾性波フィルタ１の斜視図である。図１の（ａ）において、弾性波フィルタ１は、圧電体２と、この圧電体２の上に設けられたＩＤＴ（インターディジタルトランスデューサ）電極３と、このＩＤＴ電極３を弾性波伝搬方向に挟むように配置された一対の反射器４と、ＩＤＴ電極３と電気的に接続された信号配線５とを備えている。信号配線５は一端がＩＤＴ電極３に電気的に接続され、他端は電極ＰＡＤ（図示せず）又は他のＩＤＴ電極（図示せず）等と電気的に接続されている。
【００１４】
図１の（ｂ）は、図１の（ａ）のＡＡ線における断面図である。この図に示すように、信号配線５の膜厚はＭである。なお、図１の（ｂ）では、ＩＤＴ電極３の外端部と信号配線５の外端部が重なるように形成することにより、ＩＤＴ電極３と信号配線５とが電気的に接続されている。しかし、図１の（ｂ）の構成に限らず、圧電体２と信号配線５との間の大部分にＩＤＴ電極３を外端部を延長して形成することにより、ＩＤＴ電極３と信号配線５とを電気的に接続してもよい。この場合には、圧電体２と信号配線５との間に形成されたＩＤＴ電極３と、信号配線５は一体となって信号の伝搬路となる。従って、この場合には、ＩＤＴ電極３の膜厚と信号配線５の膜厚の加算値が膜厚Ｍとなる。また、ＩＤＴ電極３の外端部と信号配線５の外端部を重ねずに、ＩＤＴ電極３の端面と信号配線５の端面を接合するように形成することにより、ＩＤＴ電極３と信号配線５とが電気的に接続してもよい。
【００１５】
信号配線５として、ＡｌやＮｉ、Ａｕ等の導電性材料が用いられる。また、これらの導電性材料にＣｕ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｔａ等が添加される場合もある。また、圧電体２と信号配線５との間に、Ｔｉ等の接着層が形成される場合もある。
【００１６】
図２は、信号配線５としてＡｌを用いた場合における、信号配線５の膜厚Ｍと弾性波フィルタ１の通過特性を表している。信号配線５を流れる信号の周波数は、ＵＭＴＳのＢａｎｄ８の送信周波数帯域である８８０ＭＨｚである。図２から分かるように、信号配線５の膜厚Ｍが大きくなるほど通過特性は改善されるが、通過特性の膜厚Ｍへの依存性は徐々に小さくなり、信号配線５の膜厚Ｍが約２．４μｍで通過特性が約−１．９ｄＢに飽和している。
【００１７】
図３の（ａ）は、弾性波フィルタ１を用いたバンドパスフィルタの通過特性を示している。このバンドパスフィルタは図６のようなラダー型フィルタであり、弾性波フィルタ１を複数個用いて構成している。図３の（ｂ）は、図３の（ａ）における８８０ＭＨｚ付近の点線部分Ｔの拡大図である。図３の（ｂ）から分かるように、信号配線５の膜厚Ｍを約２．４μｍ以上とすれば、弾性波フィルタ１の通過帯域内のロスが改善される。
【００１８】
以上のように、信号配線５の膜厚Ｍを所定値以上とすることで、伝搬損失を抑制することができ、この信号配線５を用いた弾性波フィルタ１の通過特性を向上させることができる。
【００１９】
ここで、伝搬損失を抑制するための信号配線５の膜厚Ｍは、信号配線５の表皮深さと関係していることが分かった。高周波信号が流れる信号配線５においては、信号配線５の表面に電流が集中し、表面からの深さに依存して電流密度が指数関数的に減少する。表面電流に対して、電流密度が１／ｅ（約０．３７）となる表面からの深さを表皮深さといい、この領域に大部分の電流が集中している。信号配線５を流れる信号の周波数をｆ［ＧＨｚ］、導電率をσ［Ｓ／ｍ］とすると、表皮深さｄ［μｍ］は以下の（式１）で定まる。
【００２０】
【数２】
2011030208.tif 000004
【００２１】
図４は伝搬損失を抑制するための信号配線５の膜厚Ｍと、信号配線５の表皮深さｄの関係を示している。図４の各図において、信号配線５の上面１０から表皮深さのみを示し、下面１１や側面１２からの表皮深さは省略している。また、各図において電流密度の分布は示していないが、実際には表面から指数関数的に電流密度が減少する。
【００２２】
図４の（ａ）は、膜厚Ｍ１の信号配線５を用いた場合において、弾性波フィルタ１の通過帯域における高周波側の信号の表皮深さｄ１を表している。図４の（ｂ）は、膜厚Ｍ１の信号配線５を用いた場合において、弾性波フィルタ１の通過帯域における低周波側の信号の表皮深さｄ２を表している。図４の（ｃ）は、Ｍ１より厚い膜厚Ｍ２の信号配線５を用いた場合において、弾性波フィルタ１の通過帯域における高周波側の信号の表皮深さｄ１を表している。図４の（ｄ）は、Ｍ１より厚い膜厚Ｍ２の信号配線５を用いた場合において、弾性波フィルタ１の通過帯域における低周波側の信号の表皮深さｄ２を表している。
【００２３】
例えば、ＵＭＴＳのＢａｎｄ８の送信周波数帯域の高周波側の信号は９１５ＭＨｚであり、信号配線５としてＡｌ（導電率）を用いた場合には、表皮深さｄ１は２．３４μｍとなる。図４の（ａ）に示すように、膜厚Ｍ１は表皮深さｄ１よりも大きいので、大部分の電流を損失なく伝搬することができる。
【００２４】
一方、ＵＭＴＳのＢａｎｄ８の送信周波数帯域の低周波側の信号は８８０ＭＨｚであり、信号配線５としてＡｌ（導電率）を用いた場合には、表皮深さｄ２は２．３８μｍとなる。図４の（ｂ）に示すように、膜厚Ｍ１は表皮深さｄ２よりも小さいので、電流を効率的に伝送することができず、伝搬損失が発生する。
【００２５】
一方、膜厚Ｍ２は低周波側の表皮深さｄ２よりも大きい。従って、図４の（ｃ）及び（ｄ）はともに、大部分の電流を損失なく伝搬することができる。
【００２６】
なお、信号配線５の膜厚Ｍと下面１１からの表皮深さの関係も、信号配線５の膜厚Ｍと上面１０からの表皮深さの関係と同様である。また、信号配線５の線幅は一般的に表皮深さよりも大きいので、側面１２からの表皮深さに分布する電流は損失なく伝搬することができる。
【００２７】
以上より、理想的には、信号配線５の膜厚Ｍを、弾性波フィルタ１の通過帯域における低周波側における表皮深さｄよりも大きくすることにより、信号配線５の伝搬損失を抑制し、これにより弾性波フィルタ１の通過帯域におけるロスを小さくすることができる。
【００２８】
なお、圧電体２と信号配線５との間にＩＤＴ電極３を外端部を延長して形成した場合には、ＩＤＴ電極３の膜厚と信号配線５の膜厚の加算値を膜厚Ｍとすればよい。
【００２９】
図５は、信号配線５の膜厚Ｍと周波数が８８０ＭＨｚにおける伝搬損失の実測データである。図５において、信号配線５の膜厚Ｍが１．１ｄまでは伝搬損失が徐々に改善されるが、１．１ｄ以上では伝搬損失が劣化している。これは、信号配線５を薄膜形成した場合、信号配線５の膜厚Ｍが大きくなるにつれて、信号配線５の表面が粗くなってしまう現象が影響している。信号配線５の薄膜形成プロセスはＩＤＴ電極３を形成した後に行われるため、一般的に真空蒸着などの方法が使用され、信号配線５を形成する導電性材料は一度蒸発して堆積した状態にあり、表面に凹凸が生じている。膜厚Ｍを大きくした場合、この堆積量が増加し、必然的に表面の凹凸も大きくなる。すなわち、信号配線５の膜厚Ｍが大きくなるにつれ、信号配線５の表面粗さが増大し、これにより信号配線５の表面付近に分布する電流の抵抗損が増大し、これにより信号配線５の伝搬損失が増大する。
【００３０】
このように、信号配線５の膜厚Ｍを必要以上に大きくすると伝搬損失が大きくなるため、信号配線５の表皮深さｄから規定される最適膜厚の下限値（表皮深さｄの１倍）とすることが望ましい。ここで、プロセスばらつきに起因する信号配線５の膜厚Ｍのばらつきが１０％程度であることを考慮して、設計値として信号配線５の膜厚Ｍを表皮深さｄの１．１倍とすることが望ましい。これにより、信号配線５の膜厚Ｍは表皮深さｄの１倍以上かつ１．２倍以下（１．１ｄ±１０％）とすることができる。すなわち、信号配線５の膜厚Ｍの下限値を表皮深さｄの１倍以上かつ１．２倍以下とすることができ、信頼性を向上させることができる。
【００３１】
以上のように、信号配線５の膜厚Ｍを表皮深さｄの１倍以上かつ１．２倍以下とすることにより、信号配線５の膜厚Ｍが大きくなるにつれて伝搬損失が小さくなる表皮深さの影響と、信号配線５の膜厚Ｍが大きくなるにつれて伝搬損失が大きくなる表面粗さの影響を考慮して、実質的に信号配線５の伝搬損失を抑制することができる。この結果、弾性波フィルタ１の通過特性を向上させることができる。
【００３２】
また、本実施の形態に記載の発明の効果は、１つのＩＤＴ電極を有する弾性波フィルタに限られない。図６に示される複数のＩＤＴ電極を梯子状に接続したラダー型フィルタや、図７に示される１対の反射器の間に複数のＩＤＴ電極を配した縦結合２重モード型フィルタにおいても適用することができる。すなわち、図６の信号配線２０や図７の信号配線２１の膜厚を、表皮深さｄ以上とすることにより、伝搬損失を抑制することができる。また、図６の信号配線２０や図７の信号配線２１の膜厚を、１．０×ｄ≦Ｍ≦１．２×ｄとすることにより、表面粗さの影響をも考慮して、伝搬損失を抑制することができる。
【００３３】
なお、図６及び図７に示すように、信号配線として電極ＰＡＤやグランド配線を含めても良い。
【００３４】
尚、信号配線５は複数の電極層の積層構造であっても良い。このとき、表皮深さｄが信号配線５の最上層の電極層の膜厚以下である場合、信号配線５の導電率σは、信号配線の最上層の電極層の導電率となる。例えば、ＵＭＴＳシステムのＢａｎｄ８用、即ち、送信周波数帯域（８８０ＭＨｚ〜９１５ＭＨｚ），受信周波数帯域（９２５ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚ）のデュプレクサ３０において、信号配線を流れる信号の周波数ｆ＝０．９２[ＧＨｚ]とし、図８に示す様に、最上層としてＡｌ層（σ＝４０．０×１０6［Ｓ／ｍ］）が２．４μｍ、その下にＴｉ層（σ＝２．３４０×１０6［Ｓ／ｍ］）が０．１μｍで信号配線５が形成されている場合は、信号周波数表皮深さｄ＝２．３３μｍとなり、表皮深さｄを決定する信号配線５の導電率σは、最上層のＡｌ層の導電率で決定する。
【００３５】
また、信号配線５が複数の電極層の積層構造であって、表皮深さｄが信号配線５の最上層の電極層の膜厚より大きい場合、信号配線５の導電率σは、信号配線５の上面から表皮深さｄまでの各電極層の導電率の平均値となる。例えば、上記同様のデュプレクサ３０において、信号配線５を流れる信号の周波数ｆ＝０．９２[ＧＨｚ]とし、図９に示すように、最上層としてＡｌ層（σ＝４０．０×１０6［Ｓ／ｍ］）が１．８μｍ、その下にＴｉ層（σ＝２．３４０×１０6［Ｓ／ｍ］）が０．１μｍ、その下にＭｏ層が１．０μｍで信号配線５が形成されている場合、表皮深さｄは２．６５μｍとなり、表皮深さｄを決定する信号配線５の導電率σは、Ａｌ層及びＴｉ層及びＭｏ層のうちの上部０．７５μｍの各電極層の導電率の平均値（信号配線５の上面から表皮深さｄまでの各電極層膜厚に応じた値）で決定する。
【００３６】
上記のように、信号配線５が複数の電極層の積層構造であった場合でも、信号配線５の膜厚Ｍを、１．０ｄ以上、望ましくは１．０ｄ以上１．２ｄ以下とすることにより、伝搬損失を抑制することができる。
【００３７】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２におけるデュプレクサ３０について、図１０を用いて説明する。図１０は本発明の実施の形態２に係るデュプレクサ３０を説明するための略図的平面図である。なお、本実施の形態に係るデュプレクサ３０に用いられるＩＤＴ電極は実施の形態１において説明した構造と同様に構成されている。従って、実施の形態１の説明を援用することで省略する。
【００３８】
デュプレクサ３０は、圧電体３１と、圧電体３１上に構成されたアンテナ用端子３２と送信信号入力用端子３３との間に送信用信号配線３５により接続された送信フィルタと、アンテナ用端子３２と２つの受信信号出力用端子３４ａ、３４ｂの間に受信用信号配線３６により接続された受信フィルタとからなる。送信フィルタは複数のＩＤＴ電極が梯子状に接続されて構成され、受信フィルタは１つのＩＤＴ電極と３つの縦結合２重モード型フィルタとから構成されている。それぞれのＩＤＴ電極は実施の形態１で示した構造と同様である。
【００３９】
なお、図１０における各ＩＤＴ電極および縦結合２重モード型フィルタは略図的に示されており、実際のＩＤＴ本数や交差幅の比率は異なる場合がある。
【００４０】
送信用信号配線３５、受信用信号配線３６はＡｌを主成分とするＡｌとＴｉの積層構造を用いている。送信用信号配線３５の膜厚Ｍと受信用信号配線３６の膜厚Ｍはともに２．４μｍとした。
【００４１】
デュプレクサ３０はＵＭＴＳのＢａｎｄ８用であり、送信周波数帯域８８０ＭＨｚ〜９１５ＭＨｚと受信周波数帯域９２５ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚの中央の周波数は９２０ＭＨｚである。この９２０ＭＨｚにおけるＡｌの表皮深さｄは、（式１）を用いて計算すると、２．３３μｍである。従って、送信用信号配線３５の膜厚Ｍと受信用信号配線３６の膜厚Ｍとをともに、表皮深さ２．３３μｍとその１．２倍の２．７９μｍの間の値である２．４μｍに設定した。これにより、送信用信号配線３５と受信用信号配線３６とを同一プロセスで形成することができるとともに、図５に示す如く、送信用信号、受信用信号それぞれに対する表面粗さによる損失と抵抗による損失を両立し、伝搬損失を抑制することができる。
【００４２】
なお、送信用信号配線３５と受信用信号配線３６の膜厚Ｍは必ずしも同じにする必要はなく、送信用信号配線３５の膜厚Ｍｔ、受信用信号配線３６の膜厚Ｍｒをそれぞれの信号の周波数帯域における表皮深さの１．０倍以上１．２倍以下に設定してもよい。この場合、ＵＭＴＳのＢａｎｄ８においては、送信周波数帯域よりも受信周波数帯域の方が高周波側となるので、送信用信号配線３５の膜厚Ｍｔよりも受信用信号配線３６の膜厚Ｍｒの方が大きくなる。
【００４３】
このように、送信用信号配線３５の膜厚Ｍｔ及び受信用信号配線３６の膜厚Ｍｒをそれぞれの伝搬信号の周波数に最適化することにより、各々の伝搬損失を抑制することができる。また、この際、送信フィルタと受信フィルタは異なる圧電体に形成されていても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明のフィルタは、弾性波フィルタの通過特性を向上させることができる効果を有し、携帯電話等の各種通信機器において有用である。
【符号の説明】
【００４５】
１  弾性波フィルタ
２  圧電体
３  ＩＤＴ電極
４  反射器
５  信号配線
１０  上面
１１  下面
１２  側面
２０  ラダー型フィルタの信号配線
２１  縦結合２重モード型フィルタの信号配線
３０  デュプレクサ
３１  圧電体
３２  アンテナ用端子
３３  送信信号入力用端子
３４ａ、３４ｂ  受信信号出力用端子
３５  送信用信号配線
３６  受信用信号配線
【図１】
2011030208.tif 000008
【図２】
2011030208.tif 000009
【図３】
2011030208.tif 000010
【図４】
2011030208.tif 000011
【図５】
2011030208.tif 000012
【図６】
2011030208.tif 000013
【図７】
2011030208.tif 000014
【図８】
2011030208.tif 000015
【図９】
2011030208.tif 000016
【図１０】
2011030208.tif 000017