(57)【要約】【課題】    中心周波数４００ＭＨｚ帯の高周波モノリシック・フィルタの広帯域化を実現しようとすると、電極面積は小さくなり、電極間間隙ｇは十数μｍ程度と極めて狭く電極間で静電的な結合が生じ、保証減衰量が大きく劣化し、電極膜厚も数百Å程度と極めて薄くなる。さらに、終端インピーダンスは要求終端条件よりかなり大きくなる。【解決手段】    高周波で且つ広帯域のＭＣＦを構成するために、水晶基板の一方の主表面上に所定の間隔を隔して第１及び第２の電極を配置し、該第１及び第２の電極と対向して他の主表面上に第３の電極を配設して構成したモノリシック・フィルタであって、前記第１、第２及び第３の電極の、モノリシック・フィルタの中央部より外寄りの電極部に多数の小さな空間を設けてモノリシック・フィルタを構成する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板の少なくとも一方の主面側に２つの電極を所定の間隔を隔して近接配置した構造を有するモノリシック・フィルタであって、
前記電極は前記間隙を中心として外側に位置する端縁部近傍に電極より十分に面積の小さい圧電基板露出孔を複数個備えていることを特徴とするモノリシック・フィルタ。
【請求項２】
前記圧電基板の他方の主面に前記２つの電極と対向する共通電極を配置したものであり、該共通電極は前記間隙に相当する位置を中心として外側に位置する端縁部近傍に電極より十分に面積の小さい圧電基板露出孔を複数個備えていることを特徴とする請求項１に記載のモノリシック・フィルタ。
【請求項３】
前記圧電基板露出孔は略円形であることを特徴とする請求項１又は２に記載のモノリシック・フィルタ。
【請求項４】
前記圧電基板露出孔は電極縁部から延びる切欠き状であることを特徴とする請求項１又は２に記載のモノリシック・フィルタ。
【請求項５】
前記切欠きの形状が楔形であることを特徴とする請求４に記載のモノリシック・フィルタ。
【請求項６】
前記圧電基板がＡＴカット水晶基板を用いその中央近傍を薄肉化し、該薄肉部分を振動部とした基板であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のモノリシック・フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モノリシック・フィルタに関し、特に高周波で且つ広帯域のモノリシック・フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電基板にＡＴカット水晶基板を用いたモノリシック・クリスタル・フィルタ（以下、ＭＣＦと称す）は、周波数温度特性が良好なこと、小型であること、高減衰量が得られること及び堅牢性を有すること等の理由から、移動体通信機のＩＦフィルタとして広く用いられている。
ＭＣＦの構成については、例えば、「人工水晶とその電気的応用」に詳細に記述されている。
【０００３】
図７は従来の２ポールＭＣＦの構成を示す概略図であって、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）はＱ−Ｑにおける断面図である。ＡＴカット水晶基板１１の一方の主表面上に電極１２、１３を、間隙ｇを隔して配置すると共に、他方の主表面上に電極１２、１３と対向して電極１４、１５を配設する。そして、電極１２、１３から水晶基板１１の端部に向けてそれぞれリード電極１２ａ、１３ａを延在し、リード電極１２ａは入力端子ＩＮに、リード電極１３ａは出力端子ＯＵＴに接続する。さらに、電極１４、１５からそれぞれリード電極１４ａ、１５ａを延在し、グランド端子Ｇに接続してＭＣＦを構成する。なお、電極１４、１５を短絡して共通電極としてもよい。
【０００４】
周知のように、２ポールＭＣＦの中心周波数は水晶基板１１の厚さに逆比例し、通過帯域幅は電極１２、１３の寸法、電極間間隙ｇ及び周波数低下率に依存する。そして、ＭＣＦのインピーダンスは通過帯域幅と、ＭＣＦの電極１２（１３）の面積及び水晶基板１１の厚さで決まるインダクタンスとに依存する。
【０００５】
高周波のＭＣＦ、例えば中心周波数が１００ＭＨｚ以上で且つ、広帯域のＭＣＦが要求される場合、ＭＣＦを基本波振動で動作させる必要がある。そのため、極めて薄い水晶基板が必要となる。しかし、薄い水晶基板をホルダーに保持するのは難しく、たとえ保持できたとしても振動、衝撃等で破損し易い。これを改善するために発明されたのが、特開平９−１９９９８０号公報等で開示された水晶基板を超薄板化する方法である。図８は超薄板化した水晶基板を用いて形成した２ポールＭＣＦの構成を示す概略図であって、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）はＱ−Ｑにおける断面図である。フォリソグラフィ手法とエッチング手段とを用い、図８（ｂ）に示すように水晶基板２１の中央部をエッチングして薄板状の振動部２０とし、該振動部２０の周辺に該振動部２０を保持する厚肉の環状囲繞部を一体的に形成する。水晶基板２１の平面側に所定の間隙を隔して電極２２、２３を配置し、凹陥部側に全面に電極２４を蒸着等で付着する。そして、電極２２、２３から水晶基板２１の端部に向けリード電極２２ａ、２３ａを延在し、水晶基板２１の厚肉部に形成したパッド電極２２ｂ、２３ｂと接続し、基本波振動で動作する高周波２ポールＭＣＦを構成する。
【非特許文献１】滝貞男著  「人工水晶とその電気的応用」  日刊工業出版  昭和４９年５月  発行
【特許文献１】特開平９−１９９９８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、図７、図８に示すような従来のＭＣＦの構造を用いて、要求される中心周波数４００ＭＨｚ帯、３ｄＢ帯域幅２００ｋＨｚ以上のＭＣＦを設計すると、電極面積は小さくなり、電極間間隙ｇは十数μｍ程度と極めて狭く、電極膜厚も数百Å程度と極めて薄くなる。さらに、ＭＣＦの終端インピーダンスは要求終端条件よりかなり大きくなる。また、十数μｍ程度と狭い電極間間隙ｇでは電極間で静電的な結合が生じ、保証減衰量が大きく劣化することになる。それに、数百Å程度と薄い電極では熱処理、環境試験等でＭＣＦの周波数が不安定となる。このように、従来のＭＣＦの構造で高周波で且つ広帯域のＭＣＦを構成するには限界があるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、水晶基板の一方の主表面上に所定の間隔を隔して第１及び第２の電極を配置し、該第１及び第２の電極と対向して他の主表面上に第３の電極を配設して構成したモノリシック・フィルタであって、第１、第２及び第３の電極のモノリシック・フィルタの中央部より外寄りの電極部に多数の小さな空間を設けてモノリシック・フィルタを構成することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のＭＣＦは、２つの振動モードの結合を強めるため、電極の外寄りの部分に多数の空間を形成したので、ＭＣＦのインピーダンスがそれほど大きくなることなく、通過帯域幅が拡大するという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は本発明に係る高周波ＭＣＦの実施の形態を示す概略図であって、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）はＱ−Ｑにおける断面図、同図（ｃ）は裏面図である。始めに、水晶基板１の両面全体に蒸着等の手段を用いて金属膜を形成する。そして、フォトリソグラフィ技法を用いて、水晶基板１の一方の主表面上に第１及び第２の電極２、３と、該第１及び第２の電極２、３から水晶基板１の端部に延在するリード電極２ａ、３ａを形成する。さらに、水晶基板１の他方の主表面に第１及び第２の電極２、３と対向する第３の電極５を形成し、第３の電極５から水晶基板１の端部に延在するリード電極５ａを形成して、本発明の高周波ＭＣＦを構成する。
【００１０】
本発明の特徴は図１に示すように電極２、３、４の前記間隙を中心として外寄りに位置する電極の端縁部近傍に多数の小さな円形の水晶基板露出孔を形成したことである。このような多数の小さな孔を形成することにより、通過帯域幅が広くなる。
【００１１】
本発明の高周波ＭＣＦが広帯域化する理由について考察してみる。図７に示すような従来のＭＣＦの構成で、電極１２、１３、１４、１５の材質、大きさ、厚みは全て等しく、電極間間隙ｇも一定とする。ＭＣＦ素子の出力端子ＯＵＴと接地端子Ｇとを接続し、入力端子ＩＮからインピーダンスダンス特性を測定すると、２つの共振周波数が得られる。この中、低い方の共振周波数ｆｓが対称振動モードＳの共振周波数で、高い方の共振周波数ｆａが反対称振動モードＡの共振周波数である。それぞれの振動モードの共振時の変位は図９のように、実線で示す曲線が対称モードＳ、破線で示す曲線が反対称モードＡの変位分布である。ここで、電極１４、１５間の間隙ｇに同一材質、厚みの電極を付着して共通電極とすると、対称モードＳと反対称モードＡ間の結合は強くなり、２つのモードＳ、Ａの共振間隔ｄｆ＝ｆａ−ｆｓが大きくなり、ＭＣＦの通過帯域幅は広くなる。
【００１２】
次に、図１に示すように電極２、３、４の間隙を中心として外寄りに位置する電極の端縁部近傍に多数の小さな円形の水晶基板露出孔を設けると、その部分の質量が軽くなり、質量負荷効果が小さくなる。即ち、対称モードＳ、反対称モードＡの変位分布のピークが電極２、３の中央寄りに移り、あたかも電極２、３、４を小さくしたように作用し、２つのモード間結合が強くなる。つまり、ｄｆ＝ｆａ−ｆｓが大きくなり、ＭＣＦの通過帯域幅は広くなる。これを実験的に確認すべく、中心周波数が４００ＭＨＺ帯で、電極２、３、４に空間部を設けないＭＣＦ（α）、図１に示す電極構成のＭＣＦ（β）、図２に示す電極構成ように、図１のそれより空間部を多くしたＭＣＦ（γ）を試作し、その共振特性を測定し、プロットした図が、図３に示す共振特性である。それぞれのＭＣＦの対称振動の周波数ｆｓを一致させて、共振特性を重ね書きすると、電極の外寄りに空間部を多く設けるに応じて、ＭＣＦの共振間隔ｄｆ＝ｆａ−ｆｓが大きくなり２つのモードＳ、Ａの結合が強くなることが分かる。
【００１３】
図４に示すフィルタ特性は図１に示した電極構成を用いて試作したＭＣＦの通過域特性で、中心周波数４３３．９５ＭＨｚ、３ｄＢの通過帯域幅は約３００ｋＨｚ、挿入損失は１．８ｄＢの広帯域のフィルタ特性が得られた。図５は広域のフィルタ特性を示した図である。
【００１４】
図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は他の実施例の電極パターンを示した図で、いずれの図も電極の半分のみを示した図である。このように、電極のＭＣＦの中央部より外寄りの電極部の質量負荷を減らすことにより、２つの電極上に励起される２つのモードＳ、Ａの結合を強め、通過帯域幅を広くすることができる。
【００１５】
以上の説明では水晶基板１として平板を用いて説明したが、図８で説明したようなエッチングで加工した超薄板を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る高周波ＭＣＦの構造を示した概略構成図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は裏面図である。
【図２】本発明に係る高周波ＭＣＦの他の実施例の平面図である。
【図３】本発明に係る高周波ＭＣＦの共振特性である。
【図４】本発明に係る高周波ＭＣＦの通過域特性である。
【図５】本発明に係る高周波ＭＣＦの広域のフィルタ特性である。
【図６】本発明に係る高周波ＭＣＦの他の実施例の電極パターン図である。
【図７】従来のＭＣＦの、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図８】従来の他のＭＣＦの、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図９】従来のＭＣＦの２つのモード振動変位分布を示す図で、Ｓは対称モードの、Ａは反対称モードの変位分布を示す図である。
【符号の説明】
【００１７】
１  水晶基板
２、２’、３、３’、４  電極
２ａ、３ａ、４ａ  リード電極  
５  空間
ｆｓ  対称モードの共振周波数
ｆａ  反対称モードの共振周波数
【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】
2005269242.tif 000007
【図６】
2005269242.tif 000008
【図７】
2005269242.tif 000009
【図８】
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【図９】
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