(57)【要約】【課題】高周波領域において広帯域化を図ることができるＳＡＷフィルタ装置を提供する。【解決手段】所定の中心周波数とは異なる中心周波数で、帯域幅が所定帯域幅より狭い複数のＳＡＷフィルタ１２ａ、１２ｂと、複数のＳＡＷフィルタ１２ａ、１２ｂの入出力ラインに夫々設けられ、何れかのＳＡＷフィルタを選択するために連動して切り替わる切替スイッチ３、４と、を備え、複数のＳＡＷフィルタ１２ａ、１２ｂは、回転Ｙカット角を結晶Ｚ軸より反時計方向に４０°±２０°の範囲に設定し、且つ、ＳＡＷの伝搬方向を結晶Ｘ軸に対して９０°±３°に設定した水晶基板１１と、この水晶基板１１上に形成され、Ａｌ又はＡｌを主成分とする合金からなりＳＨ波を励振するＩＤＴ１３、１４とを有し、励振するＳＡＷの波長をλとしたとき、ＩＤＴ１３，１４の膜厚が０．０６λ以下となるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波領域の中心周波数において所定の通過帯域幅を有するＳＡＷフィルタ装置であって、
前記中心周波数とは異なる中心周波数で、通過帯域幅が前記所定の通過帯域幅より狭い複数のＳＡＷフィルタと、
前記複数のＳＡＷフィルタの入出力ラインに夫々設けられ、何れかの前記ＳＡＷフィルタを選択するために連動して切り替わる切替スイッチと、を備え、
前記複数のＳＡＷフィルタは、回転Ｙカット角を結晶Ｚ軸より反時計方向に４０°±２０°の範囲に設定し、且つ、ＳＡＷの伝搬方向を結晶Ｘ軸に対して９０°±３°に設定した圧電基板と、該圧電基板上に形成され、Ａｌ又はＡｌを主成分とする合金からなり、ＳＨ波を励振するＩＤＴと、を有し、励振するＳＡＷの波長をλとしたとき、前記ＩＤＴの膜厚が０．０６λ以下であることを特徴とするＳＡＷフィルタ装置。
【請求項２】
前記複数のＳＡＷフィルタは、第１のＳＡＷフィルタと、第２のＳＡＷフィルタからなり、
前記第１のＳＡＷフィルタの通過帯域幅は、前記所定の通過帯域幅の１／２以下であり、
前記第２のＳＡＷフィルタの通過帯域幅は、所定帯域幅の１／２以上であることを特徴とする請求項１に記載のＳＡＷフィルタ装置。
【請求項３】
前記複数のＳＡＷフィルタのＩＤＴは、同一の圧電基板上に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のＳＡＷフィルタ装置。
【請求項４】
前記複数のＳＡＷフィルタのＩＤＴは、膜厚の絶対値が同一であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のＳＡＷフィルタ装置。
【請求項５】
前記複数のＳＡＷフィルタは、通過帯域の一部がオーバーラップすることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のＳＡＷフィルタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳＡＷフィルタ装置に関わり、特に中心周波数が２．２ＧＨｚ以上で比帯域幅が０．５％以上のＳＡＷフィルタ装置に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、移動体通信機器などの帯域通過フィルタとしては、ＳＡＷ（弾性表面波）フィルタが広く用いられている。例えば特許文献１には、水晶基板上にＳＨ波を励振するＩＤＴ（Inter Digital Transducer）用のフィンガ、及びＳＨ波を反射するフィンガを形成した表面波装置であって、水晶基板がオイラー角（０°，θ，９０±２°）において、θが１１０°〜１５０°、ＳＴカット９０°Ｘ軸伝搬の水晶基板であり、フィンガがＡｌを主成分とする材料からなり、かつ、フィンガの規格化膜厚（Ｈ／λ）が０．０２５〜０．１３５の範囲にある表面波装置が提案されている。
【特許文献１】特開２００２−３３００５１公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、従来の表面波装置である縦結合型ＤＭＳフィルタやラダー型ＳＡＷフィルタは、通過帯域幅をＢＷ、中心周波数をｆ０とした場合、ＢＷ／ｆ０により比帯域幅が求めることができる。そして、ＳＡＷフィルタでは、この比帯域幅の値が大きくなるにしたがって電気機械結合係数Ｋ2の大きい圧電材料を用いて作製した圧電基板が必要になることが知られている。これは換言すれば、ＳＡＷフィルタの広帯域化を図るには電気機械結合係数Ｋ2を大きくする必要があることを意味している。
ここで、電気機械結合係数Ｋ2の一例としては、例えば、圧電基板が３６°Ｙ−Ｘ  ＬｉＴａＯ3の場合、電気機械結合係数Ｋ2は７．５％である。また圧電基板がＳＴカット水晶の場合、電気機械結合係数Ｋ2は０．１２％である。
しかしながら、上記したような表面波装置では、一般に、電気機械結合係数Ｋ2が大きい場合は、ＳＡＷフィルタの周波数温度係数（ＴＣＦ）が悪化する。このため、従来の表面波装置では、例えば中心周波数が２．２ＧＨｚ以上の高周波領域において、例えば比帯域幅を０．５％以上の広帯域化を図る場合に、周波数温度特性が劣化するという欠点があった。
本発明は上記したような問題点を鑑みてなされたものであり、高周波領域において広帯域化を図ることができるＳＡＷフィルタ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するため、本発明のＳＡＷフィルタ装置は、高周波領域の中心周波数において所定の通過帯域幅を有するＳＡＷフィルタ装置であって、中心周波数とは異なる中心周波数で、通過帯域幅が所定の通過帯域幅より狭い複数のＳＡＷフィルタと、複数のＳＡＷフィルタの入出力ラインに夫々設けられ、何れかのＳＡＷフィルタを選択するために連動して切り替わる切替スイッチと、を備え、複数のＳＡＷフィルタは、回転Ｙカット角を結晶Ｚ軸より反時計方向に４０°±２０°の範囲に設定し、且つ、ＳＡＷの伝搬方向を結晶Ｘ軸に対して９０°±３°に設定した圧電基板と、該圧電基板上に形成され、Ａｌ又はＡｌを主成分とする合金からなり、ＳＨ波を励振するＩＤＴと、を有し、励振するＳＡＷの波長をλとしたとき、ＩＤＴの膜厚が０．０６λ以下であることを特徴とする。
このような本発明によれば、当該ＳＡＷフィルタ装置の中心周波数とは異なる中心周波数で、当該ＳＡＷフィルタ装置の通過帯域幅より狭い通過帯域幅のＳＡＷフィルタを複数備え、この複数のＳＡＷフィルタの何れかを切替スイッチにより選択することで、高周波領域において所定の通過帯域幅を有するＳＡＷフィルタ装置を実現するようにした。これにより、圧電基板の電気機械結合係数Ｋ2を従来より十分に小さい値で、例えば、中心周波数２．２ＧＨｚ以上の高周波領域において、良好な周波数温度特性を保ちながら通過帯域幅が比帯域幅０．５％以上の広帯域化を実現することが可能になる。
【０００５】
また本発明のＳＡＷフィルタ装置は、複数のＳＡＷフィルタは、第１のＳＡＷフィルタと、第２のＳＡＷフィルタからなり、第１のＳＡＷフィルタの通過帯域幅は、所定の通過帯域幅の１／２以下であり、第２のＳＡＷフィルタの通過帯域幅は、所定帯域幅の１／２以上であることを特徴とする。
このような本発明によれば、第１のＳＡＷフィルタと第２のＳＡＷフィルタを組み合わせることで、当該ＳＡＷフィルタ装置の中心周波数において所定の通過帯域幅を有するＳＡＷフィルタ装置を実現することが可能になる。これにより、圧電基板の電気機械結合係数Ｋ2を従来より十分に小さい値で、中心周波数が２．２ＧＨｚ以上の高周波領域において、良好な周波数温度特性を保ちながら通過帯域幅が比帯域幅を０．５％以上の広帯域化を実現することができる。
【０００６】
また本発明のＳＡＷフィルタ装置は、複数のＳＡＷフィルタのＩＤＴを、同一の圧電基板上に配置するようにした。このような本発明によれば、複数のＳＡＷフィルタを１つのパッケージに収納することが可能になるのでＳＡＷ装置の小型化を図ることができる。また製造工程も簡略化されるので製造コストも安価になる。
また本発明のＳＡＷフィルタ装置は、複数のＳＡＷフィルタのＩＤＴは膜厚の絶対値を同一にした。このような本発明によれば、低周波側のＳＡＷフィルタより高周波側のＳＡＷフィルタの波長換算膜厚を厚くすることができ、高周波側のＳＡＷフィルタの電気機械結合係数を高めることができるので、広帯域化という観点からは好ましい。
また本発明のＳＡＷフィルタ装置は、複数のＳＡＷフィルタの通過帯域の一部がオーバーラップするようにした。このような本発明によれば、本発明のＳＡＷフィルタ装置の中心周波数において所定の通過帯域幅を確実に実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
先ず、本発明に至った背景について説明しておく。
近年、携帯電話等の各種通信機の進歩に伴い、帯域通過フィルタとして使用されるＳＡＷフィルタ装置の中心周波数の高周波化、及び通過帯域の広帯域化が求められている。
このため、本願発明者らは、中心周波数が２．２ＧＨｚ以上で、比帯域幅が０．５％以上のＳＡＷフィルタ装置を実現すべく検討を行った。なお、ここでは、周波数温度特性が良好で、同時にＳＡＷの音速が高速であり高周波化に有利な、オイラー角表示で（０°，１３０°，９０°）の水晶基板を用いてＳＨ波タイプのＳＡＷフィルタを構成して検討を行った。
【０００８】
図５はＳＡＷフィルタの膜厚と音速の関係を示した図、図６は周波数を２．２ＧＨｚとした場合のＳＡＷフィルタの膜厚とＩＤＴの最小線幅との関係を示した図、図７はＳＡＷフィルタの膜厚と規格化結合係数との関係を示した図である。
圧電基板上にＡｌ合金によりＩＤＴを形成した場合、圧電基板上の表面波（ＳＡＷ）の速度（音速）は、図５に示すようにＡｌ合金の膜厚が厚くなるにしたがって低下していくことが知られている。ここで、本実施形態のＡｌ合金は、Ａｌに重量比で１％のＣｕ（銅）を添加した合金を用いているが、純Ａｌや、Ｃｕの添加量が２％以下のＡｌ合金の場合であれば図５と同様の関係を示す。またＡｌ合金の膜厚はλ（但し、λはＩＤＴによって励起される表面波の波長であり、この波長λはＩＤＴの連続する任意の同電位の電極指の中央から中央までの電極周期）に対する割合であらわしている。また周波数を２．２ＧＨｚにする場合のＩＤＴの最小線幅は、図６に示すようにＡｌ合金の膜厚が厚くなるにしたがって細くなり、ＩＤＴのピッチも狭くなることが知られている。
前述のとおり、ＳＡＷフィルタの広帯域化を図るにはＩＤＴを形成するＡｌ合金の膜厚をできるだけ厚くすることが好ましい。しかしながら、周波数を２．２ＧＨｚに維持しつつＡｌ合金の膜厚を厚くするとＩＤＴの線幅が細くなってしまい、圧電基板上に形成できるＩＤＴの最小線幅の限界を超えてしまう場合がある。
【０００９】
例えば、露光装置によりｉ線ステッパーによる縮小投影露光を行った後、エッチング処理としてＲＩＥ等のドライエッチング処理を施してＩＤＴを形成する場合は、図６に示したように、生産可能なＩＤＴの最小線幅は約０．３５μｍであり、量産性を考慮した場合はＩＤＴの最小線幅を０．５０μｍ以上の範囲に設定することが望ましい。
従って、図５に示すＩＤＴの音速と、図６に示すＩＤＴの最小線幅という観点からは、ＩＤＴの膜厚は０．０６λより薄くしたほうが良いことがわかる。
一方、図７に示すようにＩＤＴの電気機械結合係数Ｋ2は、膜厚が厚くなるにしたがって大きくなる。そして、先にも述べたようにＳＡＷフィルタの広帯域化を図るには電気機械結合係数Ｋ2は大きいことが好ましい。またフィルタの温度特性という観点からは電気機械結合係数Ｋ2は小さいものの、周波数温度特性が良好な水晶基板を用いたＳＡＷフィルタを構成することが好ましい。更に水晶基板においても、２．２ＧＨｚ以上の高周波では、ＳＡＷの音速が高速でＳＡＷの波長λを大きくとれる、オイラー角表示で（０°，１３０°，９０°）の水晶基板を用いたＳＨ波タイプのＳＡＷフィルタを構成することが好ましい。そこで、本願発明者らはこれらの諸条件を考慮して以下に説明するような本実施形態のＳＡＷフィルタ装置を見出したものである。
【００１０】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明の実施形態に係るＳＡＷフィルタ装置を模式的に示した図である。
なお、本実施形態のＳＡＷフィルタ装置１では、一例として中心周波数ｆ０が２．２ＧＨｚ、通過帯域幅ＢＷが比帯域幅０．５％のＳＡＷフィルタ装置を実現する場合を例に挙げて説明する。
図１に示す本実施形態のＳＡＷフィルタ装置１は、ＳＡＷフィルタ部２と、切替スイッチ３、４とにより構成される。ＳＡＷフィルタ部２は、水晶基板（圧電基板）１１と、この水晶基板１１上に形成される第１及び第２のＳＡＷフィルタ１２ａ、１２ｂとから構成される。第１のＳＡＷフィルタ１２ａは、その中心周波数ｆ０１が当該ＳＡＷフィルタ装置１の中心周波数ｆ０より低く、通過帯域幅ＢＷ１が当該ＳＡＷフィルタ装置１の通過帯域幅ＢＷの１／２以下に設定される。また第２のＳＡＷフィルタ１２ｂは、その中心周波数ｆ０２が当該ＳＡＷフィルタ装置１の中心周波数ｆ０より高く、通過帯域幅ＢＷ２が当該ＳＡＷフィルタ装置１の通過帯域幅ＢＷの１／２以上に設定される。但し、第１及び第２のＳＡＷフィルタ１２ａ、１２ｂは、通過帯域の一部がオーバーラップするように設定されている。
【００１１】
水晶基板１１は、図２に示すようにＹカット水晶基板の回転角θを結晶軸Ｚより反時計方向に４０°±２０°の範囲に設定し、且つ、結晶軸Ｘに対して９０°±３°方向にＳＨ波を伝搬する構造とされる。なお、このような水晶基板１１は、オイラー角表示で〈０°，１３０°±２０°，９０±３°）となる。
ＳＡＷフィルタ１２ａには、ＳＨ波を励振する２つのＩＤＴ１３ａ、１４ａと、その両側にそれぞれＳＨ波を反射する反射器１５ａ、１６ａが配置されている。ＩＤＴ１３ａ、１４ａは、一対の櫛歯状電極が、夫々の櫛歯部分が互いに対向するように配置されている。この場合、ＩＤＴ１３ａ、１４ａを構成する各フィンガ（電極指）の周期はλ１に設定されている。またＩＤＴ１３ａ、１４ａ及び反射器１５ａ、１６ａの各フィンガは、表面波（ＳＡＷ）の伝搬方向と直交するように配設されている。
またＳＡＷフィルタ１２ｂには、ＳＨ波を励振する２つのＩＤＴ１３ｂ、１４ｂと、その両側にそれぞれＳＨ波を反射する反射器１５ｂ、１６ｂが配置されている。ＩＤＴ１３ｂ、１４ｂは、一対の櫛歯状電極が、夫々の櫛歯部分が互いに対向するように配置されている。この場合、ＩＤＴ１３ｂ、１４ｂを構成する各フィンガの周期λ２は、上記したＳＡＷフィルタ１２ａの各フィンガの周期λ１よりも短くなる。また、ＩＤＴ１３ｂ、１４ｂ及び反射器１５ｂ、１６ｂを構成する各フィンガもＳＡＷの伝搬方向と直交するように配設されている。
【００１２】
このように本実施形態では、第１及び第２のＳＡＷフィルタ１２ａ、１２ｂを同一の水晶基板１１上に配置するようにした。そのうえで、水晶基板１１上に形成されたＳＡＷフィルタ１２ａのＩＤＴ１３ａ、１４ａと反射器１５ａ、１６ａ、及びＳＡＷフィルタ１２ｂのＩＤＴ１３ｂ、１４ｂと反射器１５ｂ、１６ｂは、Ａｌ又はＡｌを主成分とする合金により構成した。さらにこれらＩＤＴ１３、１４、及び反射器１５、１６を構成する各フィンガの規格化膜厚（Ｈ／λ）を０．０６λ、又は０．０６λより薄くした。
切替スイッチ３は、ＳＡＷフィルタ１２ａ、１２ｂの入力端子１７ａ、１７ｂに夫々接続される。また切替スイッチ４は、ＳＡＷフィルタ１２ａ、１２ｂの出力端子１８ａ、１８ｂに夫々接続される。これらの切替スイッチ３、４は、図示しない外部からの切替信号Ｓにより連動して何れかのＳＡＷフィルタ１２ａ、１２ｂを選択するようにしている。
【００１３】
図３は上記した本実施形態のＳＡＷフィルタ装置１の周波数特性を示した図である。
この図３に示すように、本実施形態のＳＡＷフィルタ装置１では、ＳＡＷフィルタ部２に、当該ＳＡＷフィルタ装置１の中心周波数ｆ０より低い中心周波数ｆ０１で、当該ＳＡＷフィルタ装置１の通過帯域幅ＢＷの１／２以下の通過帯域幅ＢＷ１を有する第１のＳＡＷフィルタ１２ａと、当該ＳＡＷフィルタ装置１の中心周波数ｆ０より高い中心周波数ｆ０２で、当該ＳＡＷフィルタ装置１の通過帯域幅ＢＷの１／２以上の通過帯域幅ＢＷ２を有する第２のＳＡＷフィルタ１２ｂを形成するようにしている。そして、この第１及び第２のＳＡＷフィルタ１２ａ、１２ｂの何れか一方を切替スイッチ３、４により選択することで、中心周波数ｆ０において通過帯域幅ＢＷを有するＳＡＷフィルタ装置１を構成するようにした。このようにすると、従来はＩＤＴの膜厚を０．０６λ又はそれ以下の値に設定した場合は電気機械結合係数Ｋ2が小さく、実現することができなかった中心周波数ｆ０が２．２ＧＨｚ以上の高周波領域において比帯域幅が０．５％以上と広帯域で周波数温度特性の優れたフィルタを実現することが可能になる。
【００１４】
また本実施形態のＳＡＷフィルタ装置１では、ＳＡＷフィルタ部２として、オイラー角表示で（０°，１３０°±２０°，９０±３°）となる水晶基板を用いてＩＤＴの膜厚を０．０６λ以下の値に設定したＳＨ波を励振するタイプのＳＡＷフィルタを構成したことで、図５に示したように、４４００ｍ／ｓ以上の極めて高い音速を得ることが可能になる。さらに、図６に示したようにＩＤＴの線幅も０．５０μｍ、又はそれ以上の確保することができるので、量産性も優れたものとなる。
さらに、１枚の水晶基板１１上に第１のＳＡＷフィルタ１２ａと第２のＳＡＷフィルタ１２ｂを形成するようにしている。この場合は、図４に示すように第１及び第２のＳＡＷフィルタ１２ａ、１２ｂのＩＤＴの膜厚Ｈの絶対値を同一にすれば、低周波側の第１のＳＡＷフィルタ１２ａの波長換算膜厚（Ｈ／λ１）より高周波側の第２のＳＡＷフィルタ１２ｂの波長換算膜厚（Ｈ／λ２）ほうが厚くできる。従って、第２のＳＡＷフィルタ１２ｂの電気機械結合係数Ｋ2を、第１のＳＡＷフィルタ１２ａの電気機械結合係数Ｋ2より高めることができ、広帯域化という観点からは好ましいといえる。
【００１５】
なお、本実施の形態のＳＡＷフィルタ装置１では、ＳＡＷフィルタ部２に第１及び第２のＳＡＷフィルタ１２ａ、１２ｂを設けるようにしているが、これはあくまでも一例であり、ＳＡＷフィルタ部２は通過帯域が異なる３つ以上のＳＡＷフィルタにより分割して構成するようにしても良い。
また、本実施の形態のＳＡＷフィルタ装置１では、ＳＡＷフィルタ部２の第１及び第２のＳＡＷフィルタ１２ａ、１２ｂを同一水晶基板上に形成しているが、第１及び第２のＳＡＷフィルタ１２ａ、１２ｂは異なる水晶基板上に形成しても良い。
また、本実施の形態のＳＡＷフィルタ装置１では、中心周波数ｆ０を２．２ＧＨｚ、通過帯域幅ＢＷが比帯域幅０．５％のＳＡＷフィルタ装置を例に挙げて説明したが、中心周波数が２．２ＧＨｚ以上で、通過帯域幅ＢＷが比帯域幅０．５％以上のＳＡＷフィルタ装置にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係るＳＡＷフィルタ装置を模式的に示した図である。
【図２】本実施形態のＳＡＷフィルタ装置の水晶基板のカット角を説明した図である。
【図３】本実施形態のＳＡＷフィルタ装置１の周波数特性を示した図である。
【図４】第１のＳＡＷフィルタの波長換算膜厚と第２のＳＡＷフィルタの波長換算膜厚との関係を示した図である。
【図５】ＳＡＷフィルタの膜厚と音速の関係を示した図である。
【図６】ＳＡＷフィルタの膜厚とＩＤＴの最小線幅との関係を示した図である。
【図７】ＳＡＷフィルタの膜厚と規格化結合係数との関係を示した図である。
【符号の説明】
【００１７】
１…ＳＡＷフィルタ装置、２…ＳＡＷフィルタ、３、４…切替スイッチ、１１…水晶基板、１３、１３ａ、１３ｂ…ＩＤＴ、１５、１６…反射器、１７ａ…入力端子、１８ａ…出力端子
【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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