(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
櫛歯状のＩＤＴ電極の両端部に梯子状の反射器電極を配して成る複数の共振子を、ＩＤＴ電極間を接続配線でラダー型に接続した弾性表面波フィルタであって、少なくとも一つの共振子を構成するＩＤＴ電極の一方のバスバーを該ＩＤＴ電極の一端部に配されている反射器電極のバスバーに接続するとともに、前記反射器電極と接続配線との間に容量を得るように成しており、前記接続配線の前記反射器電極と対向する領域と前記反射器電極との面積の総面積を容量付加部としたときに、該容量付加部の周波数で規格化した面積が２１０〜５３０ｍｍ２／ＭＨｚであることを特徴とする弾性表面波フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話等の移動体通信機器に用いられる弾性表面波フィルタであって、圧電基板上に複数の弾性表面波共振子をラダー型に配設した弾性表面波フィルタに関する。
【０００２】
【従来技術とその課題】
近年、電波を利用する電子機器のフィルタ，遅延線，発信機等の素子として多くの弾性表面波素子が用いられている。特に、小型・軽量でかつフィルタとしての急峻遮断性能が高い弾性表面波フィルタは、移動体通信分野において、携帯端末装置のＲＦ段及びＩＦ段のフィルタとして多用されるようになって来ており、低損失かつ通過帯域外の遮断特性が優れた様々の比帯域幅を有する弾性表面波フィルタが要求されている。
【０００３】
今までに、弾性表面波フィルタには、電極構成の観点から、梯子型（ラダー型），トランスバーサル型，縦モード結合共振器型等種々のものが実用化されているが、中でもラダー型表面弾性波フィルタは、低損失でかつ良好な通過帯域近傍の遮断特性を有し、高周波化による電極の微細化に伴う耐電力面での信頼性も高く、非常に有望視されている弾性表面波フィルタである。
【０００４】
このような、ラダー型フィルタの場合、比帯域幅（通過帯域幅を中心周波数で規格化したもの）は、フィルタを構成する弾性表面波共振子の共振周波数と反共振周波数の差であるΔｆを、共振周波数で規格化したものでほぼ決定される。これは、圧電基板の材料定数の一つである電気機械結合係数に大きく依存するが、所望の比帯域幅を得るために、適切な電気機械結合係数を有する圧電基板、及び適切な電極膜厚を選択してフィルタを作製する必要がある。
【０００５】
また近年、携帯電話システムの急激な変化に伴なって、システム側の要求スペックも変化しており、従来よりも急峻な肩特性を持つ弾性表面波フィルタが切望されている。
【０００６】
弾性表面波フィルタの肩特性はΔｆで決まるため、これに対しても、適切な電気機械結合係数を有する圧電基板、及び適切な電極膜厚を選択してフィルタを作製することが望ましいが、これらの最適な組み合わせが存在せず、やむを得ず一般的な組み合わせを採用している。
【０００７】
そこで、本発明は圧電基板及び電極膜厚を変えずに、急峻な肩特性を具備させることが可能で、しかも所望の特性に応じて設計を容易にすることが可能な優れた弾性表面波フィルタを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の弾性表面波フィルタは、櫛歯状のＩＤＴ電極の両端部に梯子状の反射器電極を配して成る複数の共振子を、ＩＤＴ電極間を接続配線でラダー型に接続したものであって、少なくとも一つの共振子を構成するＩＤＴ電極の一方のバスバーを該ＩＤＴ電極の一端部に配されている反射器電極のバスバーに接続するとともに、前記反射器電極と接続配線との間に容量を得るように成しており、前記接続配線の前記反射器電極と対向する領域と前記反射器電極との面積の総面積を容量付加部としたときに、該容量付加部の周波数で規格化した面積が２１０〜５３０ｍｍ２／ＭＨｚであることを特徴とする。なお、ここで、さらに他方のバスバーを該ＩＤＴ電極の他端部に配されている反射器電極のバスバーに接続するようにしてもよい。
【０００９】
ここで、図１に本発明のラダー型回路において並列接続された共振子（並列共振子）とそれに接続される接続線の構成例を、図２に従来の構成例を示す。図２に示すように、従来は弾性表面波共振子のＩＤＴ電極１と反射器電極２は接続しないか、反射器電極２を共通電位（グランド（ＧＮＤ）電極など）に接続していた。
【００１０】
本発明では、例えば図１に示すように、並列共振子において、接続配線３に近接する反射器電極２のバスバーをＩＤＴ電極１には接続せずに、そのバスバーに対向する一方のバスバーをＩＤＴ電極１へ短絡する。このように接続することにより、ＧＮＤ電極と直列シグナル電極との間に容量を発生せしめ、弾性表面波共振子に並列に容量が入った場合と同等とすることにより、反共振周波数ｆａを低下させることができる。なお、直列共振子においても上記と同様にして反共振周波数ｆａを低下させることができる。いずれにせよ本発明では、少なくとも一つの共振子を構成するＩＤＴ電極の一方のバスバーを該ＩＤＴ電極の一端部に配されている反射器電極のバスバーに接続し、反射器電極と接続配線との間に容量を得るようにしている。
【００１１】
これにより、Δｆ＝ｆａ−ｆｒである（ｆｒ：共振周波数）から、Δｆの小さな共振子が構成され、図３に示すように、従来のインピーダンス特性Ｔ１は、Δｆの減少により本発明のインピーダンス特性Ｔ２のごとくとなる。
【００１２】
図４（ａ）は弾性表面波共振子に並列に容量が入った場合の等価回路図であり、８で示す弾性表面波共振子はＬＣＲの直列接続と、これに並列に容量が入った構造で表わせる。通常、ｆａ（反共振周波数）はこの容量で大きく変化するが、図４（ｂ）に示すように、並列容量９が加わることによってさらにｆａは変化する。また、同様に直列共振子のシグナル電極を太くして反射器電極との間に容量をもたせることで、Δｆを小さくすることができる。
【００１３】
このようにして、Δｆの小さな弾性表面波共振子を多数構成すれば、肩特性の急峻な周波数特性を実現できる。すなわち、直列共振子５に本発明を適用した場合は、図６（ａ）に示す適用前の周波数特性Ｔ３が、高周波側に急峻性を示す周波数特性Ｔ４となり、並列共振子６に本発明を適用した場合は、図６（ｂ）に示す適用前の周波数特性Ｔ５が、低周波側に急峻性を示す周波数特性Ｔ６となる。直列共振子及び並列共振子の双方に本発明を適用した場合には、図７に示すように、適用前の周波数特性Ｔ７が、高周波側及び低周波側に急峻性を示す優れた周波数特性Ｔ８となる。
【００１４】
すなわち、図１において、反射器電極２とそれに対向する接続配線３の点線で囲まれた領域３ａとの部分で並列容量が発生する。これら２つの面積で表される領域（（Ａ＋Ｂ）×Ｃ、ただし、Ａ：接続配線３の幅、Ｂ：反射器電極２の幅、Ｃ：反射器電極２のバスバー２ａの長さ）の総面積（例えばラダー型回路においてＮ箇所において存在する場合、Ｎ×（Ａ＋Ｂ）×Ｃ、容量付加部という）が、周波数で規格化した２１０〜５３０ｍｍ2／ＭＨｚであり、これによりΔｆを小さくすることができ、特に２１０〜４３０ｍｍ2／ＭＨｚであれば、通過帯域内でリップルの発生の全く無い優れた弾性表面波フィルタとすることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明に係る一実施形態について図面に基づき詳細に説明する。なお、上述した図１にて説明した部材については同一符号で説明するものとする。
【００１６】
図５に示す弾性表面波フィルタＳは、タンタル酸リチウム単結晶、ニオブ酸リチウム単結晶、ランガサイト型ランタン−ガリウム−ニオブ系単結晶、四ホウ酸リチウム単結晶等の各種の圧電基板４上に、複数の電極指１ｂを備えた２つのバスバー１ａどうしを対向させて成る櫛歯状のＩＤＴ電極１の両端部に、梯子状の反射器電極２を配設した共振子（直列共振子５，並列共振子６）の複数を、ＩＤＴ電極間に接続配線３，７を介してラダー型回路を成すものである。
【００１７】
ここで、ラダー型回路の少なくとも一つの共振子のＩＤＴ電極の一方のバスバーと該ＩＤＴ電極の一端部に配設した反射器電極のバスバーとを接続するとともに、ＩＤＴ電極の他方のバスバーと該ＩＤＴ電極の他端部に配設した反射器電極のバスバーとを接続し、両反射器電極と接続配線との間に容量を得るように成している。なお、本発明では、少なくとも一つの共振子を構成するＩＤＴ電極の一方のバスバーを該ＩＤＴ電極の一端部に配されている反射器電極のバスバーに接続して、反射器電極と接続配線との間に容量を得るようにすればよい。
【００１８】
例えば、４２°ＹカットＬｉＴａＯ3 （タンタル酸リチウム）単結晶の圧電基板上で、対向する電極間に発生する容量を実測して、この結果により所望の容量が得られる設計上可能なパターンを選択すれば良い。これは実際、ラダー型弾性表面波フィルタの各共振子ごとに容量を変え、Δｆの異なる設計を行うことが容易にできる。また、このような設計は、基板方位や電極膜厚に応じ行うことは不可能である。
【００１９】
図８に示すように、容量付加部（図１に示す接続配線の反射器電極２と対向する領域３ａと反射器電極２との面積の総面積、図５では直列共振子５においてはＨ′とＨで示される領域、並列共振子においてはＨで示される領域であり、領域Ｈ′は反射器電極２の一部とそれに対向する接続配線のほぼ同等の面積の領域（図中、破線で示す）との合計面積部分、領域Ｈは反射器電極の面積とそれに対向する接続配線の領域（図中、破線で示す））とＶＳＷＲ（定在波比）、及びΔｆ／ｆｏ（ただし、ｆｏ：中心周波数）との関係は、容量付加部の面積が周波数で規格化した２１０〜５３０ｍｍ2／ＭＨｚであり、Δｆを小さくすることができ、特に２１０〜４３０ｍｍ2／ＭＨｚであれば、通過帯域内でリップルの発生の全く無い、非常に特性の優れた弾性表面波フィルタとすることができる。
【００２０】
また、本発明の構造のラダー型弾性表面波フィルタでは、直列共振子と直列配線との容量を大きくとるために、直列配線の幅は広く設計を行うので副次的効果として、挿入損失が低下し耐電力性（寿命）が向上する。
【００２１】
なお、上記基板材料を４２°ＹカットＬｉＴａＯ3 としたが、３６°〜４２°ＹカットＬｉＴａＯ3 あるいは、６４°ＹカットＬｉＮｂＯ3 等の単結晶を用いても同様な効果を奏することができ、特に基板材料に依存するものではない。また、膜厚についても特に既定するものではない。
【００２２】
次に、他の実施形態について説明する。
【００２３】
図９に示すように、反射器電極２のバスバー２ａを長手方向へ延在させた延在部２ｃを設けることで、容量付加部Ｈの面積を制御するようにしてもよく、また、図１０に示すように、反射器電極２の周囲を太い領域（バスバー）２ｄで囲むようにしてもよい。また、図１１に示すように、接続配線３と反射器電極２の一方のバスバーとを接続して太い接続領域２ｅとして、容量付加部Ｈの面積を制御することも可能であり、これにより同様な効果を奏することができる。そして、このような反射器電極や接続配線の形状や接続のし方は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更実施が可能である。
【００２４】
【実施例】
次に、本発明に係るラダー型弾性表面波フィルタの実施例を説明する。
【００２５】
まず、オプティカルグレードの４２°ＹカットＬｉＴａＯ3 単結晶基板を用意し、この基板上にＡｌを主成分とする微細電極パターンを形成した。このパターン作製には、縮小投影露光機（ステッパー）、およびＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置によりフォトリソグラフィにより行なった。
【００２６】
すなわち、基板材料をアセトン・ＩＰＡ等によって超音波洗浄することにより有機成分等を除去し、次に、クリーンオーブンによって充分に基板乾燥を行なった後に、電極の成膜を行なった。電極成膜には、スパッタリング装置を使用し、Ａｌ−Ｃｕ（重量２％）の材料を成膜した。電極膜厚は約２０００Åとした。
【００２７】
そして、フォトレジストを約０．５μｍ厚みにスピンコートし、上記ステッパーにより、所望のパターニングを行なった。このステッパーには、パターニングの原版となるレチクルが必要であるが、これは、ステッパー自身の光学系にて像を１／５に縮小投影するため、実際のパターンの５倍のサイズでかまわない。このため、逆に従来のコンタクトアライナーに比べると、５倍の解像度が得られる。
【００２８】
次に、現像装置にて不要部分のフォトレジストをアルカリ現像液で溶解させ、所望パターンを表出した後、上記ＲＩＥ装置により、Ａｌ−Ｃｕのエッチングを行ない、基板上にラダー型回路を構成するように微細電極のパターンニングを終了した。
【００２９】
この後、保護膜を積層した。すなわち、微細電極上にＳｉＯ2 をスパッタリング装置にて膜厚約１５０Å程度に成膜し、その後、フォトリソグラフィによってフォトレジストのパターニングを行ない、ＲＩＥ装置等でワイヤーボンディング用窓開け部のエッチングを行ない、保護膜パターンを完成した。
【００３０】
次に、基板をダイシングラインに沿ってダイシングし、チップごとに分割した。そして、各チップをダイボンダーによりピックアップし、シリコーン樹脂を主成分とするダイボンド樹脂でＳＭＤパッケージキャビティ内に接着した。この後約１６０℃の温度をかけ、樹脂を乾燥・硬化した。なお、ＳＭＤパッケージは３ｍｍ角程度の積層構造とした。
【００３１】
次に、３０μｍφＡｕワイヤーをＳＭＤパッケージのパッド部とチップ上のＡｌパッド上にボールボンディングした後、リッドをパッケージにかぶせ、シームシーラーにてシーリングし完成した。なお、チップ上のグランド電極は各々分離して配線し、Ａｕボールボンディングにてパッケージ上のグランドパッドにボンディングした。
【００３２】
また、ラダー型弾性表面波フィルタを構成する弾性表面波共振子は、ＩＤＴ電極の対数が４０〜１２０対、その交差幅が１０〜３０λ（λは弾性表面波の波長）で、弾性表面波の波長λは直列共振子と並列共振子とで違えてあるが、ほぼ２μｍとした。ここで、反射器電極の本数は直列共振子側で２０本、並列共振子側で２０本とした。
【００３３】
この結果、直列側に本発明を用いた場合は、主に直列共振子のインピーダンスによって形成される高周波側の肩特性が急峻になり、同様に並列側に用いた場合では並列共振子のインピーダンスによって形成される低周波側の肩特性が急峻になった。また、直列及び並列に本発明を用いた場合は、同じ理由から図７に示すように低周波側も高周波側も肩特性が急峻になり、下記に示すように非常に特性の優れた弾性表面波フィルタを得ることができた。
【００３４】
比較例として用いた弾性表面波共振子は、ＩＤＴ電極の対数を６０対、ＩＤＴ電極の交差幅を１０λ、ＩＤＴ電極の線幅０．５μｍ、反射器電極の本数を２０本とし、４２°Ｙカット−Ｘ方向伝搬のタンタル酸リチウム単結晶基板を用い、Ａｌ−Ｃｕ重量２％電極を膜厚２０００Åで形成して試作した。
【００３５】
実際の測定にはネットワークアナライザのＳ１１を測定し、概略１．９ＧＨｚ付近で共振特性を有した。この弾性表面波共振子に並列に、交差幅が１００μｍ、反射器電極と接続配線とのギャップＧ（図１を参照）が１７μｍ、接続配線の幅が２００μｍの場合の容量をつけた。この場合、容量は０．１ｐＦで設計した。この結果、本容量付き共振子のΔｆは約５０ＭＨｚ、容量なしの比較例の場合は約６０ＭＨｚであったから、その差である約１０ＭＨｚ減少したことになり、従来よりも非常に急峻な周波数特性を実現した。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の弾性表面波フィルタによれば、基板材料や電極膜厚を変えず、Δｆの小さな弾性表面波共振子を接続したフィルタとすることができ、肩特性の急峻な周波数特性を実現することができる。
【００３７】
また、特に接続配線の幅を広くすることにより、挿入損失が低下し、耐電力性（寿命）の優れた弾性表面波フィルタを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るラダー型弾性表面波フィルタを構成する弾性表面波共振子の一例を模式的に説明する平面図である。
【図２】従来のラダー型弾性表面波フィルタを構成する弾性表面波共振子とその配線方法を模式的に示す平面図である。
【図３】周波数とインピーダンスとの関係を示す線図である。
【図４】（ａ），（ｂ）はそれぞれ弾性表面波共振子に並列に容量が入った場合の等価回路を示す図である。
【図５】本発明の弾性表面波フィルタを説明する概略平面図である。
【図６】（ａ），（ｂ）はそれぞれ周波数と減衰量との関係を示す線図である。
【図７】周波数と減衰量との関係を示す線図である。
【図８】規格化した容量付加部の総面積とＶＳＷＲ、及びΔｆ／ｆｏとの関係を説明する線図である。
【図９】弾性表面波共振子と接続配線の他の実施形態を模式的に説明する平面図である。
【図１０】弾性表面波共振子と接続配線の他の実施形態を模式的に説明する平面図である。
【図１１】弾性表面波共振子と接続配線の他の実施形態を模式的に説明する平面図である。
【符号の説明】
１：ＩＤＴ（Interdigital Transducer)  電極
２：反射器電極
３，７：接続配線
４：圧電基板
５：直列共振子
６：並列共振子
Ｈ，Ｈ′：容量付加部
Ｓ：弾性表面波フィルタ
【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】
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【図１１】
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