JP6801797B2

JP6801797B2 - 弾性波フィルタ

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Publication number: JP6801797B2
Application number: JP2019561661A
Authority: JP
Inventors: 幸治宮本
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2017-12-27
Filing date: 2018-12-21
Publication date: 2020-12-16
Anticipated expiration: 2038-12-21
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Description

本発明は、間引き電極を有する弾性波フィルタに関する。

通信機器などのＲＦ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）回路に使用される帯域フィルタとして、弾性表面波フィルタが実用化されている。無線通信のための周波数資源を有効活用するという観点から、携帯電話機などの通信帯域として、多くの周波数帯域が割り当てられるため、隣接する周波数帯域の間隔は狭くなっている。この周波数帯域の割り当て状況に鑑み、弾性表面波フィルタには、通過帯域低周波側における通過帯域から減衰帯域への挿入損失の変化率（以降、低周波端の急峻性と記す）、および、通過帯域高周波側における通過帯域から減衰帯域への挿入損失の変化率（以降、高周波端の急峻性と記す）が重要な設計パラメータとなっている。

特許文献１には、直列腕弾性表面波共振器と並列腕弾性表面波共振器とで構成された弾性表面波装置において、通過帯域低周波端の肩だれ、および、高周波端の急峻性を改善すべく、直列腕弾性表面波共振器および並列腕弾性表面波共振器の少なくとも１つに、間引き法による重みづけを施した構成が開示されている。

特開２００２−１５２００４号公報

弾性波フィルタの低周波端および高周波端における急峻性は、当該弾性波フィルタを構成する直列腕共振子および並列腕共振子のＱ特性に大きく依存する。

しかしながら、特許文献１に開示された弾性表面波装置においては、弾性波共振子に間引き電極を適用しているが、間引き電極の形状と当該間引き電極が適用された弾性波共振子のＱ特性との関係については検討されていない。つまり、特許文献１に開示された間引き電極は、当該間引き電極の形状に起因したＱ特性を考慮したものではないため、通過帯域高周波端および低周波端の急峻性を、要求仕様に応じて実効的に改善できない。

そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、直列腕共振子および並列腕共振子で構成された弾性波フィルタにおいて、通過帯域の低周波端および高周波端の急峻性が実効的に改善された弾性波フィルタを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るマルチプレクサは、第１入出力端子および第２入出力端子と、前記第１入出力端子と前記第２入出力端子とを結ぶ経路上に配置された１以上の直列腕共振子と、前記経路およびグランドの間に配置された１以上の並列腕共振子と、を備え、前記１以上の直列腕共振子および前記１以上の並列腕共振子のそれぞれは、圧電性を有する基板上に形成されたＩＤＴ（ＩｎｔｅｒＤｉｇｉｔａｌＴｒａｎｓｄｕｃｅｒ）電極を有する弾性波共振子であり、前記ＩＤＴ電極は、弾性波伝搬方向と交差する方向に延伸し、互いに平行に配置された複数の電極指と、当該複数の電極指を構成する電極指の一方端同士を接続するバスバー電極とで構成された櫛形電極を一対有し、前記複数の電極指のうち、前記一対の櫛形電極を構成するいずれの前記バスバー電極とも接続されていない電極指を第１間引き電極と定義し、前記複数の電極指のうち、最大の電極指幅を有する電極指であって、当該電極指を除く電極指における平均電極指幅の２倍以上の電極指幅を有する電極指を第２間引き電極と定義した場合、前記１以上の直列腕共振子の少なくとも１つが有するＩＤＴ電極は、前記第１間引き電極を含み、前記１以上の並列腕共振子の少なくとも１つが有するＩＤＴ電極は、前記第２間引き電極を含む。

直列腕共振子と並列腕共振子とで構成される弾性波フィルタの通過帯域の低周波端および高周波端の急峻性を向上させるため、ＩＤＴ電極に、いわゆる間引き法を利用した重みづけを施すことが有効である。特に、ラダー型の弾性波フィルタでは、通過帯域の低周波端における急峻性は、並列腕共振子の共振周波数付近のＱ特性が良くなると向上し、通過帯域の高周波端の急峻性は、直列腕共振子の反共振周波数付近のＱ特性が良くなると向上する。

発明者らは、第１間引き電極を含む弾性波共振子および第２間引き電極を含む弾性波共振子のＱ値を比較した場合、共振周波数近傍の低周波側では第２間引き電極を含む弾性波共振子のほうがＱ値が高く、反共振周波数近傍の高周波側では第１間引き電極を含む弾性波共振子のほうがＱ値が高いことを見出した。

この観点から、上記構成では、第２間引き電極を含むＩＤＴ電極を並列腕共振子に適用し、第１間引き電極を含むＩＤＴ電極を直列腕共振子に適用している。これにより、通過帯域の低周波端と高周波端の両方で急峻性を実効的に改善できる。

また、前記１以上の直列腕共振子のそれぞれが有するＩＤＴ電極は、前記第１間引き電極を含んでもよい。

上記構成では、第１間引き電極を含むＩＤＴ電極を、弾性波フィルタを構成する全ての直列腕共振子に適用している。これにより、通過帯域の高周波端での急峻性を最大に高めることが可能となる。

また、前記１以上の並列腕共振子のそれぞれが有するＩＤＴ電極は、前記第２間引き電極を含んでもよい。

上記構成では、第２間引き電極を含むＩＤＴ電極を、弾性波フィルタを構成する全ての並列腕共振子に適用している。これにより、通過帯域の低周波端での急峻性を最大に高めることが可能となる。

また、前記１以上の直列腕共振子のそれぞれが有するＩＤＴ電極において、前記複数の電極指の総数に対する前記第１間引き電極の本数の割合を、当該ＩＤＴ電極の第１間引き率と定義した場合、前記第１間引き電極を含む前記ＩＤＴ電極の前記第１間引き率は、３０％以下であってもよい。

ＩＤＴ電極が第１間引き電極を含むとＱ値が向上するが、その第１間引き率を３０％よりも高くすると、当該ＩＤＴ電極のＱ値が劣化する。これに対して上記構成によれば、第１間引き電極を含む直列腕共振子の反共振周波数近傍において、高いＱ値を維持できる。よって、同じ帯域幅を有し、直列腕共振子に第１間引き電極が適用されていない弾性波フィルタと比較して、通過帯域の高周波端での急峻性を高めることが可能となる。

また、前記１以上の並列腕共振子のそれぞれが有するＩＤＴ電極において、前記複数の電極指の総数に対する前記第２間引き電極の本数の割合を、当該ＩＤＴ電極の第２間引き率と定義した場合、前記第２間引き電極を含む前記ＩＤＴ電極の前記第２間引き率は、３０％以下であってもよい。

ＩＤＴ電極が第２間引き電極を含むとＱ値が向上するが、その第２間引き率を３０％よりも高くすると、当該ＩＤＴ電極のＱ値が劣化する。これに対して上記構成よれば、第２間引き電極を含む並列腕共振子の共振周波数近傍において、高いＱ値を維持できる。よって、同じ帯域幅を有し、並列腕共振子に第２間引き電極が適用されていない弾性波フィルタと比較して、通過帯域の低周波端での急峻性を高めることが可能となる。

また、前記基板は、前記ＩＤＴ電極が一方の面上に形成された圧電膜と、前記圧電膜を伝搬する弾性波音速よりも、伝搬するバルク波音速が高速である高音速支持基板と、前記高音速支持基板と前記圧電膜との間に配置され、前記圧電膜を伝搬するバルク波音速よりも、伝搬するバルク波音速が低速である低音速膜と、を備えてもよい。

上記構成によれば、間引き電極を施すことによる弾性波共振子のＱ値向上に加え、弾性波共振子のＱ値を高い値に維持できる。よって、通過帯域内の低損失性を有する弾性波フィルタを形成することが可能となる。

本発明に係る弾性波フィルタによれば、通過帯域の低周波端および高周波端の急峻性を実効的に改善することが可能となる。

図１は、実施の形態に係る弾性波フィルタの回路構成図である。図２Ａは、実施の形態に係る弾性波共振子の一例を模式的に表す平面図および断面図である。図２Ｂは、実施の形態の変形例に係る弾性波共振子を模式的に表す断面図である。図３は、ラダー型の弾性波フィルタの動作原理を説明する回路構成図および周波数特性を表すグラフである。図４Ａは、実施の形態に係る弾性波フィルタを構成する直列腕共振子のＩＤＴ電極の構成の一例を示す概略平面図である。図４Ｂは、実施の形態に係る弾性波フィルタを構成する並列腕共振子のＩＤＴ電極の構成の一例を示す概略平面図である。図５は、第１間引き電極が適用された弾性波共振子および第２間引き電極が適用された弾性波共振子のインピーダンス特性およびＱ特性を比較したグラフである。図６Ａは、第１間引き電極が適用された弾性波共振子および第２間引き電極が適用された弾性波共振子の、間引き率が５％の場合のＱ特性を比較したグラフである。図６Ｂは、第１間引き電極が適用された弾性波共振子および第２間引き電極が適用された弾性波共振子の、間引き率が１５％の場合のＱ特性を比較したグラフである。図６Ｃは、第１間引き電極が適用された弾性波共振子および第２間引き電極が適用された弾性波共振子の、間引き率が２０％の場合のＱ特性を比較したグラフである。図７は、実施の形態に係る弾性波フィルタの通過特性、直列腕共振子の通過特性、および並列腕共振子の反射特性を示すグラフである。図８は、実施の形態、比較例１および比較例２に係る弾性波フィルタの通過帯域周辺の挿入損失を比較したグラフである。図９は、実施の形態および比較例３に係る弾性波フィルタの通過帯域周辺の挿入損失を比較したグラフである。

以下、本発明の実施の形態について、実施の形態および図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置および接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、図面に示される構成要素の大きさまたは大きさの比は、必ずしも厳密ではない。

（実施の形態）
［１．弾性波フィルタの回路構成］
図１は、実施の形態に係る弾性波フィルタ１０の回路構成図である。同図に示すように、弾性波フィルタ１０は、直列腕共振子１０１、１０２、１０３、１０４および１０５と、並列腕共振子２０１、２０２、２０３および２０４と、入出力端子３１０および３２０と、を備える。

直列腕共振子１０１〜１０５は、入出力端子３１０（第１入出力端子）と入出力端子３２０（第２入出力端子）とを結ぶ経路上に配置され、互いに直列接続されている。また、並列腕共振子２０１〜２０４は、上記経路上のノードとグランド端子との間に配置されている。並列腕共振子２０１、２０２および２０３が接続されたグランド端子は、共通化されている。直列腕共振子１０１〜１０５および並列腕共振子２０１〜２０４の上記接続構成により、弾性波フィルタ１０は、ラダー型のバンドパスフィルタを構成している。

なお、並列腕共振子２０１、２０２、２０３および２０４が接続されたグランド端子の共通化および個別化は、図１に示された接続態様に限定されるものではなく、弾性波フィルタ１０の減衰極を調整するという観点から、任意に設定されてもよい。

また、弾性波フィルタ１０を構成する直列腕共振子の数は、図１に示された５つに限定されず、１以上であればよい。また、弾性波フィルタ１０を構成する並列腕共振子の数は、図１に示された４つに限定されず、１以上であればよい。

また、直列腕共振子１０１〜１０５、並列腕共振子２０１〜２０４、ならびに、入出力端子３１０および３２０の間に、インダクタおよびキャパシタなどの回路素子ならびに、縦結合型共振器などが挿入されていてもよい。

以下では、弾性波フィルタ１０を構成する直列腕共振子および並列腕共振子の基本構造について説明する。

［２．弾性波共振子の構造］
図２Ａは、本実施の形態に係る弾性波共振子の一例を模式的に表す概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）および（ｃ）は、（ａ）に示した一点鎖線における断面図である。図２Ａには、弾性波フィルタ１０を構成する直列腕共振子１０１〜１０５および並列腕共振子２０１〜２０４の基本構造を有する弾性波共振子１００が例示されている。なお、図２Ａに示された弾性波共振子１００は、弾性波共振子の典型的な構造を説明するためのものであって、電極を構成する電極指の本数および長さなどは、これに限定されない。

弾性波共振子１００は、圧電性を有する基板５と、櫛形電極１００ａおよび１００ｂとで構成されている。

図２Ａの（ａ）に示すように、基板５の上には、互いに対向する一対の櫛形電極１００ａおよび１００ｂが形成されている。櫛形電極１００ａは、互いに平行な複数の電極指１５０ａと、複数の電極指１５０ａを接続するバスバー電極１６０ａとで構成されている。また、櫛形電極１００ｂは、互いに平行な複数の電極指１５０ｂと、複数の電極指１５０ｂを接続するバスバー電極１６０ｂとで構成されている。複数の電極指１５０ａおよび１５０ｂは、弾性波伝搬方向（Ｘ軸方向）と直交する方向に沿って形成されている。

また、複数の電極指１５０ａおよび１５０ｂ、ならびに、バスバー電極１６０ａおよび１６０ｂで構成されるＩＤＴ（ＩｎｔｅｒＤｉｇｉｔａｌＴｒａｎｓｄｕｃｅｒ）電極５４は、図２Ａの（ｂ）に示すように、密着層５４１と主電極層５４２との積層構造となっている。

密着層５４１は、基板５と主電極層５４２との密着性を向上させるための層であり、材料として、例えば、Ｔｉが用いられる。密着層５４１の膜厚は、例えば、１２ｎｍである。

主電極層５４２は、材料として、例えば、Ｃｕを１％含有したＡｌが用いられる。主電極層５４２の膜厚は、例えば１６２ｎｍである。

保護層５５は、櫛形電極１００ａおよび１００ｂを覆うように形成されている。保護層５５は、主電極層５４２を外部環境から保護する、周波数温度特性を調整する、および、耐湿性を高めるなどを目的とする層であり、例えば、二酸化ケイ素を主成分とする誘電体膜である。保護層５５の厚さは、例えば２５ｎｍである。

なお、密着層５４１、主電極層５４２および保護層５５を構成する材料は、上述した材料に限定されない。さらに、ＩＤＴ電極５４は、上記積層構造でなくてもよい。ＩＤＴ電極５４は、例えば、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄなどの金属または合金から構成されてもよく、また、上記の金属または合金から構成される複数の積層体から構成されてもよい。また、保護層５５は、形成されていなくてもよい。

次に、基板５の積層構造について説明する。

図２Ａの（ｃ）に示すように、基板５は、高音速支持基板５１と、低音速膜５２と、圧電膜５３とを備え、高音速支持基板５１、低音速膜５２および圧電膜５３がこの順で積層された構造を有している。

圧電膜５３は、５０°ＹカットＸ伝搬ＬｉＴａＯ_３圧電単結晶または圧電セラミックス（Ｘ軸を中心軸としてＹ軸から５０°回転した軸を法線とする面で切断したタンタル酸リチウム単結晶、またはセラミックスであって、Ｘ軸方向に弾性表面波が伝搬する単結晶またはセラミックス）からなる。圧電膜５３は、例えば、厚みが６００ｎｍである。なお、各フィルタの要求仕様により、圧電膜５３として使用される圧電単結晶の材料およびカット角が適宜選択される。

高音速支持基板５１は、低音速膜５２、圧電膜５３ならびにＩＤＴ電極５４を支持する基板である。高音速支持基板５１は、さらに、圧電膜５３を伝搬する表面波および境界波などの弾性波よりも、高音速支持基板５１中のバルク波の音速が高速となる基板であり、弾性表面波を圧電膜５３および低音速膜５２が積層されている部分に閉じ込め、高音速支持基板５１より下方に漏れないように機能する。高音速支持基板５１は、例えば、シリコン基板であり、厚みは、例えば２００μｍである。

低音速膜５２は、圧電膜５３を伝搬するバルク波よりも、低音速膜５２中のバルク波の音速が低速となる膜であり、圧電膜５３と高音速支持基板５１との間に配置される。この構造と、弾性波が本質的に低音速な媒質にエネルギーが集中するという性質とにより、弾性表面波エネルギーのＩＤＴ電極外への漏れが抑制される。低音速膜５２は、例えば、二酸化ケイ素を主成分とする膜であり、厚みは、例えば６７０ｎｍである。

なお、基板５の上記積層構造によれば、圧電基板を単層で使用している従来の構造と比較して、共振周波数および反共振周波数におけるＱ値を大幅に高めることが可能となる。すなわち、Ｑ値が高い弾性波共振子を構成し得るので、当該弾性波共振子を用いて、挿入損失が小さいフィルタを構成することが可能となる。

また、弾性波フィルタ１０の通過帯域低周波端および高周波端の急峻性を改善すべく、後述するように、弾性波共振子に間引き電極が適用されると、間引き率によっては弾性波共振子のＱ値が等価的に小さくなる場合が想定される。しかしながら、上記基板の積層構造によれば、弾性波共振子１００のＱ値を高い値に維持できる。よって、通過帯域内の低損失が維持された弾性波フィルタ１０を形成することが可能となる。

なお、高音速支持基板５１は、支持基板と、圧電膜５３を伝搬する表面波および境界波などの弾性波よりも、伝搬するバルク波の音速が高速となる高音速膜とが積層された構造を有していてもよい。この場合、支持基板は、リチウムタンタレート、リチウムニオベイト、水晶等の圧電体、アルミナ、マグネシア、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、ジルコニア、コージライト、ムライト、ステアタイト、フォルステライト等の各種セラミック、サファイア、ガラス等の誘電体またはシリコン、窒化ガリウム等の半導体および樹脂基板等を用いることができる。また、高音速膜は、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、ＤＬＣ膜またはダイヤモンド、上記材料を主成分とする媒質、上記材料の混合物を主成分とする媒質等、様々な高音速材料を用いることができる。

また、図２Ｂは、実施の形態の変形例１に係る弾性波共振子を模式的に表す断面図である。図２Ａに示した弾性波共振子１００では、ＩＤＴ電極５４が、圧電膜５３を有する基板５上に形成された例を示したが、当該ＩＤＴ電極５４が形成される基板は、図２Ｂに示すように、圧電体層の単層からなる圧電単結晶基板５７であってもよい。圧電単結晶基板５７は、例えば、ＬｉＮｂＯ_３の圧電単結晶で構成されている。本変形例に係る弾性波共振子１００は、ＬｉＮｂＯ_３の圧電単結晶基板５７と、ＩＤＴ電極５４と、圧電単結晶基板５７上およびＩＤＴ電極５４上に形成された保護層５５と、で構成されている。

上述した圧電膜５３および圧電単結晶基板５７は、弾性波フィルタ装置の要求通過特性などに応じて、適宜、積層構造、材料、カット角、および、厚みを変更してもよい。上述したカット角以外のカット角を有するＬｉＴａＯ_３圧電基板などを用いた弾性波共振子１００であっても、上述した圧電膜５３を用いた弾性波共振子１００と同様の効果を奏することができる。

ここで、弾性波共振子１００を構成するＩＤＴ電極の電極パラメータの一例（実施例）について説明する。

弾性波共振子の波長とは、図２Ａの（ｂ）に示すＩＤＴ電極５４を構成する複数の電極指１５０ａまたは１５０ｂの繰り返し周期である波長λで規定される。また、電極ピッチは、波長λの１／２であり、櫛形電極１００ａおよび１００ｂを構成する電極指１５０ａおよび１５０ｂのライン幅をＷとし、隣り合う電極指１５０ａと電極指１５０ｂとの間のスペース幅をＳとした場合、（Ｗ＋Ｓ）で定義される。また、一対の櫛形電極１００ａおよび１００ｂの交叉幅Ｌは、図２Ａの（ａ）に示すように、電極指１５０ａと電極指１５０ｂとの弾性波伝搬方向（Ｘ軸方向）から見た場合の重複する電極指長さである。また、各弾性波共振子の電極デューティーは、複数の電極指１５０ａおよび１５０ｂのライン幅占有率であり、複数の電極指１５０ａおよび１５０ｂのライン幅とスペース幅との加算値に対する当該ライン幅の割合であり、Ｗ／（Ｗ＋Ｓ）で定義される。また、櫛形電極１００ａおよび１００ｂの高さをｈとしている。以降では、波長λ、交叉幅Ｌ、電極デューティー、ＩＤＴ電極５４の高さｈ等、弾性波共振子のＩＤＴ電極の形状に関するパラメータを、電極パラメータという。

［３．弾性波フィルタの動作原理］
次に、本実施の形態に係るラダー型の弾性波フィルタの動作原理について説明する。

図３は、ラダー型の弾性波フィルタの動作原理を説明する回路構成図および周波数特性を表すグラフである。

図３の（ａ）に示された弾性波フィルタは、１つの直列腕共振子３０１および１つの並列腕共振子３０２で構成された基本的なラダー型フィルタである。図３の（ｂ）に示すように、並列腕共振子３０２は、共振特性において共振周波数ｆｒｐおよび反共振周波数ｆａｐ（＞ｆｒｐ）を有している。また、直列腕共振子３０１は、共振特性において共振周波数ｆｒｓおよび反共振周波数ｆａｓ（＞ｆｒｓ＞ｆｒｐ）を有している。

ラダー型の弾性波共振子を用いてバンドパスフィルタを構成するにあたり、並列腕共振子３０２の反共振周波数ｆａｐと直列腕共振子３０１の共振周波数ｆｒｓとを近接させる。これにより、並列腕共振子３０２のインピーダンスが０に近づく共振周波数ｆｒｐ近傍は、低周波側阻止域となる。また、これより周波数が増加すると、反共振周波数ｆａｐ近傍で並列腕共振子３０２のインピーダンスが高くなり、かつ、共振周波数ｆｒｓ近傍で直列腕共振子３０１のインピーダンスが０に近づく。これにより、反共振周波数ｆａｐ〜共振周波数ｆｒｓの近傍では、入出力端子３１０から３２０への信号経路において信号通過域となる。さらに、周波数が高くなり、反共振周波数ｆａｓ近傍になると、直列腕共振子３０１のインピーダンスが高くなり、高周波側阻止域となる。

なお、並列腕共振子および直列腕共振子で構成される共振段の段数は、要求仕様に応じて、適宜最適化される。一般的に、複数の共振段で弾性波フィルタが構成される場合には、複数の並列腕共振子の反共振周波数ｆａｐを略一致させ、複数の直列腕共振子の反共振周波数ｆａｓを略一致させる。

上記動作原理を有する弾性波フィルタにおいて、入出力端子３１０から高周波信号が入力されると、入出力端子３１０と基準端子との間で電位差が生じ、これにより、圧電体層が歪むことでＸ方向に伝搬する弾性表面波が発生する。ここで、ＩＤＴ電極５４の波長λと、通過帯域の波長とを略一致させておくことにより、通過させたい周波数成分を有する高周波信号のみが当該弾性波フィルタを通過する。

［４．弾性波フィルタの電極構成］
次に、本実施の形態に係る弾性波フィルタ１０の特徴的な構成である直列腕共振子および並列腕共振子のＩＤＴ電極の構成について説明する。

図４Ａは、実施の形態に係る弾性波フィルタ１０を構成する直列腕共振子１０１〜１０５のＩＤＴ電極の構成の一例を示す概略平面図である。図４Ｂは、実施の形態に係る弾性波フィルタ１０を構成する並列腕共振子２０１〜２０４のＩＤＴ電極の構成の一例を示す概略平面図である。

図４Ａには、直列腕共振子１０１〜１０５を代表して、直列腕共振子１０１のＩＤＴ電極構造を表す平面模式図が例示されている。なお、図４Ａに示された直列腕共振子１０１は、直列腕共振子１０１〜１０５の典型的な構造を説明するためのものであって、電極を構成する電極指の本数および長さなどは、これに限定されない。

直列腕共振子１０１は、圧電性を有する基板５と、基板５上に形成された櫛形電極１０１ａおよび１０１ｂと、反射器１４１とで構成されている。

図４Ａに示すように、櫛形電極１０１ａは、互いに平行な複数の電極指１５１ａと、複数の電極指１５１ａの一方端同士を接続するバスバー電極１６１ａとで構成されている。また、櫛形電極１０１ｂは、互いに平行な複数の電極指１５１ｂと、複数の電極指１５１ｂの一方端同士を接続するバスバー電極１６１ｂとで構成されている。複数の電極指１５１ａおよび１５１ｂは、弾性波伝搬方向（Ｘ軸方向）と直交する方向に沿って形成されている。櫛形電極１０１ａおよび１０１ｂは、複数の電極指１５１ａと１５１ｂとが互いに間挿し合うように対向配置されている。つまり、直列腕共振子１０１のＩＤＴ電極は、一対の櫛形電極１０１ａおよび１０１ｂを有している。

なお、櫛形電極１０１ａは、複数の電極指１５１ｂの長手方向に対向して配置されたダミー電極を有しているが、当該ダミー電極はなくてもよい。また、櫛形電極１０１ｂは、複数の電極指１５１ａの長手方向に対向して配置されたダミー電極を有しているが、当該ダミー電極はなくてもよい。

反射器１４１は、互いに平行な複数の電極指と、当該複数の電極指を接続するバスバー電極とで構成され、一対の櫛形電極１０１ａおよび１０１ｂの両端に配置されている。

なお、一対の櫛形電極１０１ａおよび１０１ｂで構成されるＩＤＴ電極は、図２Ａの（ｂ）に示すように、密着層５４１と主電極層５４２との積層構造となっているが、当該積層構造に限定されない。

ここで、直列腕共振子１０１のＩＤＴ電極には、電極指１５２が離散的に形成されている。電極指１５２は、バスバー電極１６１ａおよび１６１ｂのいずれとも接続されておらず、複数の電極指１５１ａおよび１５１ｂと平行かつ同ピッチで配置された第１間引き電極（浮き電極）である。また、隣り合う２つの電極指１５２の間には、複数の電極指１５１ａおよび１５１ｂが配置されている。つまり、電極指１５２のピッチは、複数の電極指１５１ａおよび１５１ｂのピッチよりも大きい。

図４Ｂには、並列腕共振子２０１〜２０４を代表して、並列腕共振子２０１のＩＤＴ電極構造を表す平面模式図が例示されている。なお、図４Ｂに示された並列腕共振子２０１は、並列腕共振子２０１〜２０４の典型的な構造を説明するためのものであって、電極を構成する電極指の本数および長さなどは、これに限定されない。

並列腕共振子２０１は、圧電性を有する基板５と、基板５上に形成された櫛形電極２０１ａおよび２０１ｂと、反射器２４１とで構成されている。

図４Ｂに示すように、櫛形電極２０１ａは、互いに平行な複数の電極指２５１ａと、複数の電極指２５１ａの一方端同士を接続するバスバー電極２６１ａとで構成されている。また、櫛形電極２０１ｂは、互いに平行な複数の電極指２５１ｂと、複数の電極指２５１ｂの一方端同士を接続するバスバー電極２６１ｂとで構成されている。複数の電極指２５１ａおよび２５１ｂは、弾性波伝搬方向（Ｘ軸方向）と直交する方向に沿って形成されている。櫛形電極２０１ａおよび２０１ｂは、複数の電極指２５１ａと２５１ｂとが互いに間挿し合うように対向配置されている。つまり、並列腕共振子２０１のＩＤＴ電極は、一対の櫛形電極２０１ａおよび２０１ｂを有している。

なお、櫛形電極２０１ａは、複数の電極指２５１ｂの長手方向に対向して配置されたダミー電極を有しているが、当該ダミー電極はなくてもよい。また、櫛形電極２０１ｂは、複数の電極指２５１ａの長手方向に対向して配置されたダミー電極を有しているが、当該ダミー電極はなくてもよい。

反射器２４１は、互いに平行な複数の電極指と、当該複数の電極指を接続するバスバー電極とで構成され、一対の櫛形電極２０１ａおよび２０１ｂの両端に配置されている。

なお、一対の櫛形電極２０１ａおよび２０１ｂで構成されるＩＤＴ電極は、図２Ａの（ｂ）に示すように、密着層５４１と主電極層５４２との積層構造となっているが、当該積層構造に限定されない。

ここで、並列腕共振子２０１のＩＤＴ電極には、電極指２５２が離散的に形成されている。電極指２５２は、並列腕共振子２０１のＩＤＴ電極において最大の電極指幅を有する電極指であって、電極指２５２を除く電極指における平均電極指幅の２倍以上の電極指幅を有する第２間引き電極（塗りつぶし電極）である。言い換えると、電極指２５２は、隣り合う電極指２５１ａおよび２５１ｂと、当該隣り合う複数の電極指２５１ａおよび２５１ｂの間のスペースとが、まとめられて１本の電極指となり、バスバー電極２６１ａおよび２６１ｂのいずれかに接続され、複数の電極指２５１ａおよび２５１ｂよりも電極指幅の広い第２間引き電極（塗りつぶし電極）である。また、隣り合う２つの電極指２５２の間には、複数の電極指２５１ａおよび２５１ｂが配置されている。つまり、電極指２５２のピッチは、複数の電極指２５１ａおよび２５１ｂのピッチよりも大きい。

ここで、ＩＤＴ電極の間引き率を定義する。直列腕共振子１０１〜１０５におけるＩＤＴ電極の間引き率（第１間引き率）とは、当該ＩＤＴ電極における電極指１５２の本数をＭとし、隣り合う１組の電極指１５１ａおよび１５１ｂを一対の電極指とし、電極指１５２を施さずに電極指１５１ａおよび１５１ｂのみの繰り返しで構成された場合のＩＤＴ電極の対数をＮとした場合、以下の式１で示される。また、並列腕共振子２０１〜２０４におけるＩＤＴ電極の間引き率（第２間引き率）とは、当該ＩＤＴ電極における電極指２５２の本数をＭとし、隣り合う１組の電極指２５１ａおよび２５１ｂを一対の電極指とし、電極指２５２を施さずに電極指２５１ａおよび２５１ｂのみの繰り返しで構成された場合のＩＤＴ電極の対数をＮとした場合、以下の式１で示される。

間引き率（第１間引き率または第２間引き率）＝Ｍ／｛２（Ｎ−Ｍ）＋１｝（式１）

表１に、実施の形態に係る弾性波フィルタ１０の電極パラメータの一例を示す。

表１に示すように、本実施の形態では、直列腕共振子１０１〜１０５の全てのＩＤＴ電極に、第１間引き電極を適用し、並列腕共振子２０１〜２０４の全てのＩＤＴ電極に、第２間引き電極を適用している。これにより、通過帯域の低周波端および高周波端の双方で、急峻性を最大に高めることが可能となる。

なお、直列腕共振子１０１〜１０５のＩＤＴ電極の少なくとも１つに、第１間引き電極が適用されていてもよい。この場合であっても、通過帯域の高周波端において、急峻性を高めることが可能となる。また、並列腕共振子２０１〜２０４のＩＤＴ電極の少なくとも１つに、第２間引き電極が適用されていてもよい。この場合であっても、通過帯域の低周波端において、急峻性を高めることが可能となる。

［５．弾性波共振子の共振特性］
図５は、第１間引き電極（浮き電極）が適用された弾性波共振子および第２間引き電極（塗りつぶし電極）が適用された弾性波共振子のインピーダンス特性（図５の（ａ））およびＱ特性（図５の（ｂ））を比較したグラフである。なお、図５に示された弾性波共振子の第１間引き率および第２間引き率は、いずれも９％である。

図５の（ａ）に示すように、弾性波共振子の共振特性を示すインピーダンスは、共振周波数ｆｒにおいて０に近づく極小値となり、反共振周波数ｆａにおいて無限大に近づく極大値となる。第１間引き電極（浮き電極）が適用された弾性波共振子および第２間引き電極（塗りつぶし電極）が適用された弾性波共振子のインピーダンス特性は、概ね一致している。上記インピーダンス特性を有する弾性波共振子を、弾性波フィルタの直列腕共振子および並列腕共振子のいずれに適用しても、フィルタ通過特性における、減衰極の周波数および減衰量は、概ね同じとなる。

これに対して、図５の（ｂ）に示すように、共振周波数ｆｒから反共振周波数ｆａまでの周波数範囲のうち、低周波側の周波数範囲ＢＬでは第２間引き電極（塗りつぶし電極）のほうが第１間引き電極（浮き電極）よりもＱ値が高い。一方、共振周波数ｆｒから反共振周波数ｆａまでの周波数範囲のうち、高周波側の周波数範囲ＢＨでは第１間引き電極（浮き電極）のほうが第２間引き電極（塗りつぶし電極）よりもＱ値が高い。

直列腕共振子と並列腕共振子とで構成される弾性波フィルタの通過帯域低周波端および高周波端の急峻性を向上させるため、ＩＤＴ電極に、いわゆる間引き法を利用した重みづけを施すことが有効であることが従来から知られている。特に、ラダー型の弾性波フィルタでは、通過帯域の低周波端における急峻性は、並列腕共振子の共振周波数付近のＱ値が良くなると向上し、通過帯域の高周波端の急峻性は、直列腕共振子の反共振周波数付近のＱ特性が良くなると向上する。

発明者らは、図５に示すように、第１間引き電極（浮き電極）を含む弾性波共振子および第２間引き電極（塗りつぶし電極）を含む弾性波共振子のＱ値を比較した場合、共振周波数近傍の低周波側領域（周波数範囲ＢＬ）では第２間引き電極（塗りつぶし電極）を含む弾性波共振子のほうがＱ値が高く、反共振周波数近傍の高周波側領域（周波数範囲ＢＨ）では第１間引き電極（浮き電極）を含む弾性波共振子のほうがＱ値が高いことを見出した。

この間引き電極の形状によるＱ値の周波数特性については、以下の要因が挙げられる。第２間引き電極（塗りつぶし電極）は、塗りつぶされた領域が電極膜で占有されるため、塗りつぶされていない通常の領域と比較して低音速となる。一方、第１間引き電極（浮き電極）は、塗りつぶされた領域および通常の領域と比較して、高音速となる。このため、第２間引き電極（塗りつぶし電極）は、低音速に対応する低周波側でＱ値が良化し、第１間引き電極（浮き電極）は、高音速に対応する高周波側でＱ値が良化する。

この観点から、実施の形態に係る弾性波フィルタ１０では、第２間引き電極（塗りつぶし電極）を含むＩＤＴ電極を並列腕共振子２０１〜２０４に適用し、第１間引き電極（浮き電極）を含むＩＤＴ電極を直列腕共振子１０１〜１０５に適用している。これにより、通過帯域の低周波端と高周波端の両方で急峻性が高い弾性波フィルタ１０を実現できる。

図６Ａは、第１間引き電極が適用された弾性波共振子および第２間引き電極が適用された弾性波共振子の、間引き率（第１間引き率および第２間引き率のそれぞれ）が５％の場合のＱ特性を比較したグラフである。また、図６Ｂは、第１間引き電極が適用された弾性波共振子および第２間引き電極が適用された弾性波共振子の、間引き率（第１間引き率および第２間引き率のそれぞれ）が１５％の場合のＱ特性を比較したグラフである。また、図６Ｃは、第１間引き電極が適用された弾性波共振子および第２間引き電極が適用された弾性波共振子の、間引き率（第１間引き率および第２間引き率のそれぞれ）が２０％の場合のＱ特性を比較したグラフである。なお、図６Ａ〜図６Ｃにおける弾性波共振子は、図５の（ｂ）における弾性波共振子と比較して、間引き率以外の電極パラメータの数値が異なる。

図６Ａ〜図６Ｃに示すように、間引き率を変えても、共振周波数ｆｒから反共振周波数ｆａまでの周波数範囲のうち、低周波側の周波数範囲ＢＬでは第２間引き電極（塗りつぶし電極）のほうが第１間引き電極（浮き電極）よりもＱ値が高く、高周波側の周波数範囲ＢＨでは第１間引き電極（浮き電極）のほうが第２間引き電極（塗りつぶし電極）よりもＱ値が高い。

なお、ＩＤＴ電極が間引き電極を含むとＱ値が向上するが、その間引き率を３０％よりも高くすると、当該ＩＤＴ電極のＱ値が劣化する。このため、同じ帯域幅を確保するための、間引き電極を適用しないＩＤＴ電極と比較して、通過帯域の高周波端および低周波端における急峻性をより高めることができないことがある。このため、第１間引き電極（浮き電極）を含むＩＤＴ電極の第１間引き率は、３０％以下であることが望ましい。

これにより、第１間引き電極を含む直列腕共振子１０１〜１０５の反共振周波数ｆａｓ近傍において、高いＱ値を維持できる。よって、同じ帯域幅を有し、直列腕共振子に第１間引き電極が適用されていない弾性波フィルタと比較して、通過帯域の高周波端での急峻性を高めることが可能となる。

また、第２間引き電極（塗りつぶし電極）を含むＩＤＴ電極の第２間引き率は、３０％以下であることが望ましい。

これにより、第２間引き電極を含む並列腕共振子２０１〜２０４の共振周波数ｆｒｐ近傍において、高いＱ値を維持できる。よって、同じ帯域幅を有し、並列腕共振子に第２間引き電極が適用されていない弾性波フィルタと比較して、通過帯域の低周波端での急峻性を高めることが可能となる。

［６．弾性波フィルタの通過特性］
図７は、実施の形態に係る弾性波フィルタ１０の通過特性、直列腕共振子１０１〜１０５の通過特性、および並列腕共振子２０１〜２０４の反射特性を示すグラフである。同図には、弾性波フィルタ１０の通過帯域近傍の通過特性（挿入損失）に加えて、直列腕共振子１０１〜１０５のうちの１つの通過特性（挿入損失）および並列腕共振子２０１〜２０４のうちの１つの反射特性（反射損失）が示されている。並列腕共振子の反射特性において、反射損失の極大値を有する周波数が、当該並列腕共振子の共振周波数ｆｒｐを示している。また、直列腕共振子の通過特性において、挿入損失の極大値を有する周波数が、当該直列腕共振子の反共振周波数ｆａｓを示している。

実施の形態に係る弾性波フィルタ１０において、第２間引き電極（塗りつぶし電極）を含むＩＤＴ電極を並列腕共振子２０１〜２０４に適用し、第１間引き電極（浮き電極）を含むＩＤＴ電極を直列腕共振子１０１〜１０５に適用していることにより、図７に示すように、通過帯域の低周波端と高周波端の両方で急峻性が高くなっている。

図８は、実施の形態、比較例１および比較例２に係る弾性波フィルタの通過帯域周辺の挿入損失を比較したグラフである。なお、図８において、実施の形態、比較例１および比較例２に係る弾性波フィルタが有する各ＩＤＴ電極の間引き率は、いずれも９％である。

なお、比較例１に係る弾性波フィルタは、実施の形態に係る弾性波フィルタ１０と比較して、直列腕共振子１０１〜１０５および並列腕共振子２０１〜２０４の全共振子に第１間引き電極（浮き電極）を適用し、並列腕共振子２０１〜２０４には第２間引き電極（塗りつぶし電極）を適用していない点が構成として異なる。

また、比較例２に係る弾性波フィルタは、実施の形態に係る弾性波フィルタ１０と比較して、直列腕共振子１０１〜１０５および並列腕共振子２０１〜２０４の全共振子に第２間引き電極（塗りつぶし電極）を適用し、直列腕共振子１０１〜１０５には第１間引き電極（浮き電極）を適用していない点が構成として異なる。

図８に示すように、通過帯域の中央領域では、実施の形態、比較例１および比較例２に係る弾性波フィルタの挿入損失に差異は見られない。また、通過帯域の低周波端よりもさらに低周波側の領域（挿入損失の急峻性が低周波側で最大となる領域）、および、通過帯域の高周波端よりもさらに高周波側の領域（挿入損失の急峻性が高周波側で最大となる領域）では、実施の形態、比較例１および比較例２に係る弾性波フィルタの挿入損失に差異は見られない。これに対して、通過帯域低周波端および高周波端では、実施の形態、比較例１および比較例２に係る弾性波フィルタの挿入損失に差異が見られる。

通過帯域の低周波端では、挿入損失が小さい順に、比較例２、実施の形態、比較例１となっている。比較例１に係る弾性波フィルタでは、並列腕共振子２０１〜２０４に、高周波側の周波数範囲ＢＨでＱ値が高い第１間引き電極（浮き電極）を適用しているため、低周波側の周波数範囲ＢＬでは、挿入損失は増大する。これに対して、並列腕共振子２０１〜２０４に、低周波側の周波数範囲ＢＬでＱ値が高い第２間引き電極（塗りつぶし電極）を適用した実施の形態および比較例２に係る弾性波フィルタでは、低周波側の周波数範囲ＢＬにおける挿入損失は低減される。これにより、通過帯域の低周波端における挿入損失の急峻性は、比較例１に係る弾性波フィルタよりも、実施の形態および比較例２に係る弾性波フィルタのほうが高くなる。

また、通過帯域の高周波端では、挿入損失が小さい順に、実施の形態、比較例１、比較例２となっている。比較例２に係る弾性波フィルタでは、直列腕共振子１０１〜１０５に、低周波側の周波数範囲ＢＬでＱ値が高い第２間引き電極（塗りつぶし電極）を適用しているため、高周波側の周波数範囲ＢＨでは、挿入損失は増大する。これに対して、直列腕共振子１０１〜１０５に、高周波側の周波数範囲ＢＨでＱ値が高い第１間引き電極（浮き電極）を適用した実施の形態および比較例１に係る弾性波フィルタでは、高周波側の周波数範囲ＢＨにおける挿入損失は低減される。これにより、通過帯域の高周波端における挿入損失の急峻性は、比較例２に係る弾性波フィルタよりも、実施の形態および比較例１に係る弾性波フィルタのほうが高くなる。

よって、通過帯域の低周波端および高周波端の双方で、挿入損失の急峻性を改善できるのは、実施の形態に係る弾性波フィルタ１０であることが解る。

図９は、実施の形態および比較例３に係る弾性波フィルタの通過帯域周辺の挿入損失を比較したグラフである。

なお、比較例３に係る弾性波フィルタは、実施の形態に係る弾性波フィルタ１０と比較して、直列腕共振子１０１〜１０５および並列腕共振子２０１〜２０４のいずれの共振子にも間引き電極を適用していない点が構成として異なる。また、比較例３に係る弾性波フィルタの通過帯域幅と、実施の形態に係る弾性波フィルタ１０の通過帯域幅とが同じとなるよう、比較例３に係る弾性波フィルタのＩＤＴ電極の電極パラメータを調整している。

図９に示すように、通過帯域の低周波端および高周波端において、実施の形態に係る弾性波フィルタ１０のほうが、比較例３に係る弾性波フィルタよりも挿入損失が低減されている。また、通過帯域の低周波端よりもさらに低周波側の領域（挿入損失の急峻性が低周波側で最大となる領域）、および、通過帯域の高周波端よりもさらに高周波側の領域（挿入損失の急峻性が高周波側で最大となる領域）では、実施の形態および比較例３に係る弾性波フィルタの挿入損失に差異は見られない。

これにより、直列腕共振子１０１〜１０５に第１間引き電極（浮き電極）を適用せず、並列腕共振子２０１〜２０４に第２間引き電極（塗りつぶし電極）を適用していない、いわゆる間引き率が０％の弾性波フィルタに対して、実施の形態および比較例３に係る弾性波フィルタの通過帯域幅を同等に確保した状態で、実施の形態に係る弾性波フィルタ１０は、通過帯域の低周波端および高周波端の双方で、挿入損失の急峻性を改善することが可能である。

（その他の変形例など）
以上、本発明の実施の形態に係る弾性波フィルタ１０について、実施の形態を挙げて説明したが、本発明の弾性波フィルタは、上記実施の形態に限定されるものではない。上記実施の形態における任意の構成要素を組み合わせて実現される別の実施の形態や、上記実施の形態に対して本発明の主旨を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例や、本発明の実施の形態に係る弾性波フィルタ１０を内蔵した各種機器も本発明に含まれる。

本発明は、マルチバンド化およびマルチモード化された周波数規格に適用できる急峻性の高い弾性波フィルタとして、携帯電話などの通信機器に広く利用できる。

５基板
１０弾性波フィルタ
５１高音速支持基板
５２低音速膜
５３圧電膜
５４ＩＤＴ電極
５５保護層
５７圧電単結晶基板
１００弾性波共振子
１００ａ、１００ｂ、１０１ａ、１０１ｂ、２０１ａ、２０１ｂ櫛形電極
１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、３０１直列腕共振子
１４１、２４１反射器
１５０ａ、１５０ｂ、１５１ａ、１５１ｂ、１５２、２５１ａ、２５１ｂ、２５２電極指
１６０ａ、１６０ｂ、１６１ａ、１６１ｂ、２６１ａ、２６１ｂバスバー電極
２０１、２０２、２０３、２０４、３０２並列腕共振子
３１０、３２０入出力端子
５４１密着層
５４２主電極層

Claims

第１入出力端子および第２入出力端子と、
前記第１入出力端子と前記第２入出力端子とを結ぶ経路上に配置された１以上の直列腕共振子と、
前記経路およびグランドの間に配置された１以上の並列腕共振子と、を備え、
前記１以上の直列腕共振子および前記１以上の並列腕共振子のそれぞれは、圧電性を有する基板上に形成されたＩＤＴ（ＩｎｔｅｒＤｉｇｉｔａｌＴｒａｎｓｄｕｃｅｒ）電極を有する弾性波共振子であり、
前記ＩＤＴ電極は、弾性波伝搬方向と交差する方向に延伸し、互いに平行に配置された複数の電極指と、当該複数の電極指を構成する電極指の一方端同士を接続するバスバー電極とで構成された櫛形電極を一対有し、
前記複数の電極指のうち、前記一対の櫛形電極を構成するいずれの前記バスバー電極とも接続されていない電極指を第１間引き電極と定義し、
前記複数の電極指のうち、最大の電極指幅を有する電極指であって、当該電極指を除く電極指における平均電極指幅の２倍以上の電極指幅を有する電極指を第２間引き電極と定義した場合、
前記１以上の直列腕共振子の少なくとも１つが有するＩＤＴ電極は、前記第１間引き電極を含み、かつ、前記１以上の直列腕共振子が有するＩＤＴ電極は、前記第２間引き電極を含まず、
前記１以上の並列腕共振子の少なくとも１つが有するＩＤＴ電極は、前記第２間引き電極を含み、かつ、前記１以上の並列腕共振子が有するＩＤＴ電極は、前記第１間引き電極を含まない、
弾性波フィルタ。
前記１以上の直列腕共振子のそれぞれが有するＩＤＴ電極は、前記第１間引き電極を含む、
請求項１に記載の弾性波フィルタ。
前記１以上の並列腕共振子のそれぞれが有するＩＤＴ電極は、前記第２間引き電極を含む、
請求項１または２に記載の弾性波フィルタ。
前記１以上の直列腕共振子のそれぞれが有するＩＤＴ電極において、前記複数の電極指の総数に対する前記第１間引き電極の本数の割合を、当該ＩＤＴ電極の第１間引き率と定義した場合、
前記第１間引き電極を含む前記ＩＤＴ電極の前記第１間引き率は、３０％以下である、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の弾性波フィルタ。
前記１以上の並列腕共振子のそれぞれが有するＩＤＴ電極において、前記複数の電極指の総数に対する前記第２間引き電極の本数の割合を、当該ＩＤＴ電極の第２間引き率と定義した場合、
前記第２間引き電極を含む前記ＩＤＴ電極の前記第２間引き率は、３０％以下である、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の弾性波フィルタ。
前記基板は、
前記ＩＤＴ電極が一方の面上に形成された圧電膜と、
前記圧電膜を伝搬する弾性波音速よりも、伝搬するバルク波音速が高速である高音速支持基板と、
前記高音速支持基板と前記圧電膜との間に配置され、前記圧電膜を伝搬するバルク波音速よりも、伝搬するバルク波音速が低速である低音速膜と、を備える、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の弾性波フィルタ。