(57)【要約】 【課題】  ＳＨ波型表面波を用いた縦続接続型縦結合二重モードＳＡＷフィルタのスプリアスを改善する手段を得る。【解決手段】  カット角θをＺ軸より反時計方向に−６４.０°＜θ＜−４９.３°とした回転Ｙカット水晶基板のＺ軸方向に沿って、第１及び第２の２つのＩＤＴ電極を近接配置すると共に、その両側にグレーティング反射器を配設し、該電極の膜厚Ｈを前記ＩＤＴ電極の電極ピッチλで基準化して０.０４＜Ｈ／λ＜０.１２とした縦結合二重モードＳＡＷフィルタを２段縦続接続した縦続接続型縦結合二重モードＳＡＷフィルタにおいて、第一段のＩＤＴ電極の電極周期と、第二段のＩＤＴ電極の電極周期とを互いに異ならせた弾性表面波デバイスを構成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カット角θをＺ軸より反時計方向に−６４.０°＜θ＜−４９.３°とした回転Ｙカット水晶基板の結晶軸Ｘの垂直方向（Ｚ’軸方向）に沿って、少なくとも２つのＩＤＴ電極を近接配置すると共に、その両側にグレーティング反射器を配設し、該電極の膜厚Ｈを前記ＩＤＴ電極の電極周期λで基準化して０.０４＜Ｈ／λ＜０.１２とした縦結合二重モードＳＡＷフィルタを２段縦続接続した縦結合二重モードＳＡＷフィルタにおいて、前記フィルタの１段目のＩＤＴ電極の電極周期と、２段目のＩＤＴ電極の電極周期とを互いに異ならせたことを特徴とする弾性表面波デバイス。
【請求項２】
前記ＩＤＴ電極及びグレーティング反射器をＡｌ又はＡｌを主成分とする合金とすることを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波デバイス。
【請求項３】
モジュール化したことを特徴とする請求項１あるいは２に記載の弾性表面波デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性表面波デバイス（ＳＡＷデバイス）に関し、特に回転Ｙカット水晶基板上に励起されるＳＨ波型表面波を用いて構成される多重モードＳＡＷフィルタのスプリアス改善に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＳＡＷデバイスは通信分野で広く利用され、高性能、小型、量産性等の優れた特徴を有することから特に携帯電話、ＬＡＮ等に多く用いられている。ＳＴカット水晶基板（結晶軸Ｘを回転軸としてＸＺ面（Ｙ面）を結晶軸Ｚより反時計方向に４２．７５°回転した水晶基板）上をＸ軸方向に伝搬するレイリー波（（Ｐ＋ＳＶ）波）を用いて構成するＳＡＷデバイスが広く用いられてきた。ＳＴカット水晶ＳＡＷデバイスの１次温度係数は零であるものの、２次温度係数は約−０．０３４（ｐｐｍ／℃２）と比較的大きいので、広温度範囲の使用では周波数変動量が大きくなるという問題があった。
【０００３】
この問題を解決するものとして、Meirion Lewis,"Surface Skimming Bulk Wave,SSBW", IEEE Ultrasonics Symp. Proc.,pp.744〜752 (1977)や、特公昭６２−０１６０５０号公報等に開示されたＳＡＷデバイスがある。このＳＡＷデバイスは、図５（ａ）に示すように回転Ｙカット水晶基板のカット角θを結晶軸Ｚより反時計方向に−５０°回転（回転後の基板の軸をそれぞれＸ、Ｙ’、Ｚ’軸とする）し、Ｘ軸に対して垂直な方向（Ｚ'軸方向）に伝搬するＳＨ波を利用して構成したＳＨ波型ＳＡＷデバイスである。なお、このカット角をオイラー角で表示すると（０°，θ＋９０°，９０°）＝（０°，４０°，９０°）と表示できる。図５（ｂ）は、回転Ｙカット水晶基板１１の主表面上にＺ’軸に沿ってＩＤＴ電極１２と、その両側にグレーティング反射器１３ａ、１３ｂとを配置して構成したＳＨ波型ＳＡＷ共振子である。このＳＡＷデバイスは、圧電基板の表面直下を伝搬するＳＨ波型表面波をＩＤＴ電極１２によって励起し、その振動エネルギーを電極（１２、１３ａ、１３ｂ）直下に閉じ込めるものである。ＳＨ波型ＳＡＷデバイスの周波数温度特性は３次曲線を呈し、広温度範囲で良好な周波数温度特性が得られる。
【０００４】
しかし、ＳＨ波型弾性表面波は本質的に基板内部を潜って進んでいく波であるため、ＳＴカット水晶板に励起されるレイリー波のように圧電基板表面に沿って伝搬するＳＡＷデバイスと比較して、グレーティング反射器による弾性表面波の反射効率が悪く、小型で高いＱのＳＨ波型ＳＡＷデバイスを実現することが難しいという問題があった。
この問題を解決すべく、特公平０１−０３４４１１号公報では、図６に示すようにカット角θが−５０°である回転Ｙカット水晶基板１１上を、Ｚ'軸方向に伝搬するＳＨ波型表面波を用いたＳＡＷ共振子が開示されている。ＩＤＴ電極１４を８００対±２００対とし、グレーティング反射器を用いることなく、ＩＤＴ電極１４の電極指からの反射だけでＳＨ波型表面波の振動エネルギーを閉じ込め、高Ｑ化を図った所謂多対ＩＤＴ電極型ＳＡＷ共振子である。
【０００５】
しかし、この多対ＩＤＴ電極型ＳＡＷ共振子は、グレーティング反射器を用いたレイリー波型ＳＡＷ共振子と比較してエネルギー閉じ込め効果が小さく、高いＱ値を得るにはＩＤＴ電極対数が８００対±２００対と非常に多くの対数を必要とするので、ＳＴカット水晶ＳＡＷ共振子よりも基板が大きくなり、ひいてはデバイスサイズが大きくなって、最近の小型化の要求に応えることができないという問題があった。
【０００６】
また、特公平０１−０３４４１１号公報に開示されているＳＡＷ共振子では、ＩＤＴ電極によって励振されるＳＨ波型表面波の電極周期（波長）をλとしたとき、電極膜厚を２％λ以上、好ましくは４％λ以下とすることによりＱ値を高めることができると記されている。例えば周波数を２００ＭＨｚとした場合、基準化電極膜厚が４％λ付近でＱ値が飽和するが、そのときのＱ値は２０,０００程度であり、ＳＴカット水晶ＳＡＷ共振子と比較してもほぼ同等のＱ値しか得られてない。この原因として、基準化電極膜厚が２％λ以上、４％λ以下の膜厚ではＳＨ波型表面波が圧電基板表面に十分集まらず十分な反射効率が得られないので、Ｑ値が大きくならないものと考えられる。
【０００７】
本願発明者らは先願の特願２００４−１０８６０８号において上記課題を解決するため、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−６４．０°＜θ＜−４９．３°の範囲とし、結晶軸Ｘに対し９０°±５°方向に伝搬するＳＨ波型表面波を用い、基準化電極膜厚Ｈ／λを０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２の範囲に設定することにより、高Ｑと良好な２次温度係数とが得られたこと示した。
【０００８】
図７は、図５（ｂ）に示したＳＡＷ共振子の水晶基板１１に−５１°回転Ｙカット９０°Ｘ伝搬水晶基板を用い、共振周波数を３１５ＭＨｚ、ＩＤＴ電極１２の対数を１００対、グレーティング反射器１３ａ、１３ｂの本数を各々１００本とし、基準化電極膜厚Ｈ／λを０．０３から０．１５まで変化させたときのＳＡＷ共振子のＱ値を測定した図である。基準化電極膜厚Ｈ／λを０．０３から大きくするに応じてＱ値も急激に増大し、基準化電極膜厚Ｈ／λが０．０６近辺でＱ値は最大値となり、さらに基準化電極膜厚Ｈ／λを大きくするとＱ値は単調に減少することを示している。つまり、基準化電極膜厚Ｈ／λを０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２の範囲に設定することにより、ＳＴカット水晶共振子のＱ値（＝１５０００）を上回る値が得られることを示した。更に、０．０５＜Ｈ／λ＜０．１０の範囲に設定することにより２００００以上もの高いＱ値が得られることが分かる。
また、図８は、図７と同じ定数を用い、ＳＡＷ共振子の基準化電極膜厚Ｈ／λと２次温度係数との関係を示した図である。基準化電極膜厚Ｈ／λを高いＱ値が得られる０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２の範囲に設定することにより、ＳＴカット水晶共振子の２次温度係数−０．０３４（ｐｐｍ／℃２）より良好な２次温度係数が得られることを、図８は示している。
また、特願２００４−１０８６０８号によると、回転Ｙカット水晶基板のカット角θを結晶Ｚ軸より反時計方向に−６１．４°＜θ＜−５１．４°に設定すれば、周波数温度特性の頂点温度を実用的な０〜７０℃の間に設定できることが開示されている。
【０００９】
特願２００４−１０８６０８号に基づいて、１次−２次縦結合二重モードＳＡＷフィルタ（以下、縦ＤＭＳフィルタと称す）を２段縦続接続したフィルタを試作した。縦ＤＭＳフィルタの構成は、図９の平面図に示すように圧電基板２１の主表面上にＺ’軸方向に沿って２つのＩＤＴ電極２２、２３を近接して配置し、その両側にグレーティング反射器２４ａ、２４ｂを配設して、これを第１の縦ＤＭＳフィルタＦ１とする。なお、ＩＤＴ電極２２、２３はそれぞれ互いに間挿し合う複数本の電極指を有する一対の櫛形電極により形成される。第１の縦ＤＭＳフィルタＦ１と同様に、ＩＤＴ電極２２’、２３’、グレーティング反射２４’ａ、２４’ｂからなる第２の縦ＤＭＳフィルタＦ２を同一の圧電基板２１上に形成し、縦ＤＭＳフィルタＦ１、Ｆ２の基板２１中央寄りの対向するバスバー同士をリード電極にて接続し、２段縦続接続型縦ＤＭＳフィルタを構成した。
【００１０】
図１０は、カット角θが−５２°の水晶基板上に、図９に示した２段縦続接続型縦ＤＭＳフィルタを構成し、中心周波数を３１５ＭＨｚ、ＩＤＴ電極２２、２３（２２’、２３’）の対数をそれぞれ４５対、グレーティング反射器２４ａ、２４ｂ（２４’ａ、２４’ｂ）の本数をそれぞれ１１０本、交差幅Ｗを２０λ（λは電極周期）、基準化電極膜厚Ｈ／λを０．０６とした場合のフィルタ特性である。通過域に近接して高域側に横３次−縦２次モードのスプリアスと、横３次−縦１次モードのスプリアス等が生じ、これらが減衰域特性を劣化させている。
【００１１】
図１１は、交差幅Ｗを１０λとし、その他は図１０と同一のパラメータを用いた場合の２段縦続接続型縦ＤＭＳフィルタの特性である。交差幅Ｗを１０λと狭めることにより高次モードのスプリアスは抑圧されるものの、ＩＤＴ電極から圧電基板へのエネルギー漏れは大きく、図１２の通過域特性に示すようにフィルタの挿入損失が１ｄＢ以上大きくなる。図１２で実線は交差幅Ｗが２０λ、破線は１０λとしたときのそれぞれのパスバンド特性である。
【特許文献１】特公昭６２−０１６０５０号公報
【特許文献２】特公平０１−０３４４１１号公報
【特許文献３】特願２００４−１０８６０８号
【非特許文献１】Meirion Lewis,"Surface Skimming Bulk Wave,SSBW", IEEE Ultrasonics Symp. Proc.,pp.744〜752 (1977)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、基準化膜厚を上記のように適切に設定して、高Ｑと良好な２次温度係数とが得られ、カット角を適切に設定して、周波数温度特性が呈する２次曲線の頂点温度が実用的な温度に設定できるというものの、縦続接続型縦ＤＭＳフィルタのフィルタ特性例を図１０に示したように通過域近傍に高次横モードのスプリアスが生じ、これを低減すべく図１１、１２に示したように交差幅を狭めると挿入損失が大きくなるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る弾性表面波デバイスの第１の発明は、カット角θをＺ軸より反時計方向に−６４.０°＜θ＜−４９.３°とした回転Ｙカット水晶基板の結晶軸Ｘの垂直方向（Ｚ’軸方向）に沿って、少なくとも２つのＩＤＴ電極を近接配置すると共に、その両側にグレーティング反射器を配設し、該電極の膜厚Ｈを前記ＩＤＴ電極の電極周期λで基準化して０.０４＜Ｈ／λ＜０.１２とした縦結合二重モードＳＡＷフィルタを２段縦続接続した縦結合二重モードＳＡＷフィルタにおいて、前記フィルタの１段目のＩＤＴ電極の電極周期と、２段目のＩＤＴ電極の電極周期とを互いに異ならせて弾性表面波デバイスを構成することを特徴とする。
第２の発明は、前記ＩＤＴ電極及びグレーティング反射器をＡｌ又はＡｌを主成分とする合金とすることを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波デバイスである。
第３の発明は、モジュール化したことを特徴とする請求項１あるいは２に記載の弾性表面波デバイスである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の請求項１に記載のＳＨ波型表面波を用いた多段接続縦ＤＭＳフィルタは、それぞれの縦ＤＭＳフィルタのＩＤＴ電極周期（波長）を互いに異ならせて構成したので、通過域の高域側に発生するスプリアスを抑圧でき、高減衰量の多段接続型縦ＤＭＳフィルタが実現できるという利点がある。
本発明の請求項２に記載のＳＡＷデバイスは、コストも安価で容易に入手できるＡｌあるいはＡｌを主とする合金を電極に用いることにより、実用性のあるＳＡＷデバイスを構成することができるという利点がある。
本発明の請求項３に記載の発明は、スプリアスの少ないＳＡＷデバイスを用いてモジュールを構成するので、高性能のモジュールが構成できるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は本発明に係るＳＨ波型の１次−２次縦結合二重モードＳＡＷフィルタ（縦ＤＭＳフィルタ）の実施の形態を示す平面図であって、圧電基板１の主表面上にＺ’軸方向に沿って２つのＩＤＴ電極２、３を近接して配置し、その両側にグレーティング反射器４ａ、４ｂを配設して第１の縦ＤＭＳフィルタＦ１を構成する。なお、ＩＤＴ電極２、３はそれぞれ互いに間挿し合う複数本の電極指を有する一対の櫛形電極により形成される。第１の縦ＤＭＳフィルタＦ１と同様に、ＩＤＴ電極２’、３’、グレーティング反射４’ａ、４’ｂからなる第２の縦ＤＭＳフィルタＦ２を同一の圧電基板１上に形成し、縦ＤＭＳフィルタＦ１、Ｆ２の圧電基板１の中央寄りで対向するバスバー同士をリード電極５ａ、５ｂにて接続し、２段縦続接続型縦ＤＭＳフィルタを構成する。
【００１６】
圧電基板１は回転Ｙカット水晶基板を用い、カット角θを結晶軸Ｚより反時計方向に−６４．０°＜θ＜−４９．３°とし、結晶軸Ｘに対し垂直方向（Ｚ’軸方向）に伝搬するＳＨ波を利用する。ＳＡＷデバイスが呈する周波数温度特性の頂点温度Ｔｐ（℃）を０℃≦Ｔｐ≦＋７０℃の範囲とするには、カット角θを−６１．４°＜θ＜−５１．１°に設定する必要がある。また、電極の材料としてはアルミニウム、あるいはアルミニウムを主とする合金を用い、電極周期λで基準化した基準化電極膜厚Ｈ／λを０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２、好ましくは０．０５＜Ｈ／λ＜０．１０に設定することによりＳＴカット水晶ＳＡＷデバイスよりＱ値が高いＳＡＷデバイスが得られる。
【００１７】
本発明の特徴は図１に示すように、第１の縦ＤＭＳフィルタＦ１のＩＤＴ電極２、３の電極周期（波長）λ１と、第２の縦ＤＭＳフィルタＦ２のＩＤＴ電極２’、３’の電極周期（波長）λ２とを互いに異ならせたところである。このように、縦続接続するそれぞれの縦ＤＭＳフィルタの電極周期を僅かに異ならせることにより、高次モードによるスプリアスの発生する周波数が異なり、縦続接続することによりスプリアスを抑制することが期待できる。
【００１８】
図２は水晶基板のカット角θを−５２°とし、図１に示した電極パターンを用いて、中心周波数を３１５ＭＨｚ、ＩＤＴ電極２、３（２’、３’）の対数をそれぞれ４５対、グレーティング反射器４ａ、４ｂ（４’ａ、４’ｂ）の本数をそれぞれ１１０本、交差幅を２０λ（λは波長）、基準化電極膜厚Ｈ／λ０（ここでλ０＝（λ１＋λ２）／２）を０．０６、第１の縦ＤＭＳフィルタＦ１の電極周期（波長）λ１を１０．３０９２μｍ、第２の縦ＤＭＳフィルタＦ２の電極周期（波長）λ２を１０．３１２５μｍとした場合の２段縦続接続型縦ＤＭＳフィルタのフィルタ特性である。図１０に示す従来のＩＤＴ電極の電極周期（波長）を同一とした２段縦続接続型縦ＤＭＳフィルタのフィルタ特性と比較し、高次横モードによるスプリアスが大幅に改善されることが分かった。図３は、本発明の２段縦続接続型縦ＤＭＳフィルタのフィルタ特性と、従来のそれとを比較するために、図２と図１０とを重ね書きしたもので、実線が本発明のフィルタ、破線は従来のフィルタである。
【００１９】
図４は、本発明の２段縦続接続型縦ＤＭＳフィルタの通過域特性と、従来のそれとを比較するために重ね書きしたもので、実線が本発明のフィルタ、破線は従来のフィルタである。帯域幅は若干狭まるものの挿入損失はほぼ同等の値となることが分かる。
【００２０】
以上では１次−２次縦モードを利用した２段縦続接続型縦ＤＭＳフィルタについて説明したが、本発明はこれのみに限定するものではなく、１次−３次縦モードを利用した２段縦続接続型二重モードＳＡＷフィルタ、縦多重モードを利用した多段縦続接続型縦多重モードＳＡＷフィルタにも適用できることは説明するまでもない。
また、ＳＨ型表面波を用いた１次−２次縦ＤＭＳフィルタを縦続接続した場合を説明したが、１次−２次縦ＤＭＳフィルタや、１次−３次二重モードＳＡＷフィルタあるいは多重モードフィルタを並列接続した並列接続型縦多重モードＳＡＷフィルタにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る２段縦続接続型縦ＤＭＳフィルタの構成を示す概略平面図である。
【図２】本発明に係る２段縦続接続型縦ＤＭＳフィルタのフィルタ特性を示す図である。
【図３】本発明に係る２段縦続接続型縦ＤＭＳフィルタのフィルタ特性と、従来のフィルタのそれとを重ね書きした図である。
【図４】本発明に係る２段縦続接続型縦ＤＭＳフィルタの通過域特性と、従来のフィルタのそれとを重ね書きした図である。
【図５】（ａ）はＳＨ波型表面波を励起する切断角度、（ｂ）はＳＨ波型ＳＡＷ共振子の電極パターンを示す平面図である。
【図６】多対ＩＤＴ電極型ＳＡＷ共振子の構成を示す平面図である。
【図７】ＳＨ波型ＳＡＷ共振子の基準化電極膜厚Ｈ／λとＱ値との関係を示す図である。
【図８】ＳＨ波型ＳＡＷ共振子の基準化電極膜厚Ｈ／λと二次温度係数との関係を示す図である。
【図９】従来の２段縦続接続型縦ＤＭＳフィルタの構成を示す平面図である。
【図１０】従来の２段縦続接続型縦ＤＭＳフィルタのフィルタ特性を示す図である（交差幅が２０λ）。
【図１１】交差幅を１０λとしたときの２段縦続接続型縦ＤＭＳフィルタのフィルタ特性を示す図である。
【図１２】交差幅を１０λ、２０λとしたときの２段縦続接続型縦ＤＭＳフィルタのそれぞれの通過域特性を示す図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  圧電基板
２、３、２’、３’  ＩＤＴ電極
４ａ、４ｂ、４’ａ、４’ｂ  グレーティング反射器  
５ａ、５ｂ  リード電極
λ１、λ２  電極周期（波長）
【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】
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【図１０】
2007013681.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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