WO2015190178A1 - 弾性波装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an acoustic wave device having a longitudinally coupled resonator type surface acoustic wave filter and a parallel trap.
- Patent Document 1 discloses an acoustic wave filter device having a longitudinally coupled resonator type surface acoustic wave filter section having a narrow pitch section and a parallel trap.
- An object of the present invention is to provide an elastic wave device in which variation in attenuation characteristics hardly occurs even if the line widths of electrode fingers vary.
- An acoustic wave device includes a piezoelectric substrate, a longitudinally coupled resonator-type surface acoustic wave filter having first to third IDTs disposed on the piezoelectric substrate in order along an acoustic wave propagation direction,
- a longitudinally coupled resonator type surface acoustic wave filter is connected between one end of the surface acoustic wave filter and a ground potential, and includes a parallel trap made of a surface acoustic wave resonator, and is orthogonal to the acoustic wave propagation direction on the piezoelectric substrate.
- the longitudinally coupled resonator-type surface acoustic wave filter is configured to be asymmetrical with respect to the central axis of the second IDT extending in the direction, and the surface acoustic wave resonator constituting the parallel trap
- the duty ratio is D0 and the duty ratios of the first to third IDTs of the longitudinally coupled resonator type surface acoustic wave filter are D1 to D3
- the duty ratio D0 is the duty ratio D1.
- the maximum duty ratio of the D3 has a size between the minimum duty ratio.
- the duty ratio D2 is smaller than the duty ratio D1 and the duty ratio D3.
- the duty ratio D0 is in a range of a combined duty ratio ⁇ 0.02 of the duty ratios D1 to D3.
- the combined duty ratio is an average value of the duty ratio D1 and the duty ratio D3 and an average value of the duty ratio D2.
- the combined duty ratio is an arithmetic average of the duty ratios D1 to D3 of the first to third IDTs.
- the combined duty ratio is ⁇ (D1 + D3) / 2 + D2 ⁇ / 2.
- a hollow portion is formed which is bonded onto the piezoelectric substrate and faces the first to third IDTs and the IDT of the surface acoustic wave resonator.
- a package material bonded to the piezoelectric substrate is further provided.
- the package material is laminated on the piezoelectric substrate, and has a support member having an opening for forming the hollow portion, and the support member. And a cover member laminated to each other.
- the duty ratio of the surface acoustic wave resonator constituting the parallel trap and the duty ratios of the first to third IDTs of the longitudinally coupled resonator type surface acoustic wave filter are specified as described above. Therefore, even if the line widths of the electrode fingers vary, variations in attenuation characteristics are unlikely to occur.
- FIG. 1 is a schematic circuit diagram for explaining an acoustic wave device according to a first embodiment of the present invention.
- FIG. 2 shows the case where the line width of the electrode finger is the design value, the line width is ⁇ 0.03 ⁇ m narrower than the design value, and the line width is +0.03 ⁇ m wider than the design value in the elastic wave device of the comparative example. It is a figure which shows attenuation amount frequency characteristic.
- FIG. 3 shows an electrode finger line when the combined duty ratio of the longitudinally coupled resonator-type surface acoustic wave filter is 0.65 and the duty ratio of the parallel trap is 0.65 in one embodiment of the present invention.
- FIG. 1 is a schematic circuit diagram for explaining an acoustic wave device according to a first embodiment of the present invention.
- FIG. 2 shows the case where the line width of the electrode finger is the design value, the line width is ⁇ 0.03 ⁇ m narrower than the design value, and the line width is +0.03 ⁇ m wider than the design value
- FIG. 5 is a diagram illustrating attenuation frequency characteristics when the width is a design value, the line width is ⁇ 0.03 ⁇ m narrower than the design value, and the line width is +0.03 ⁇ m wider than the design value.
- FIG. 4 shows an electrode finger line when the combined duty ratio of the longitudinally coupled resonator type surface acoustic wave filter is 0.61 and the duty ratio of the parallel trap is 0.65 in one embodiment of the present invention.
- FIG. 5 is a diagram illustrating attenuation frequency characteristics when the width is a design value, the line width is ⁇ 0.03 ⁇ m narrower than the design value, and the line width is +0.03 ⁇ m wider than the design value.
- FIG. 5 shows an electrode finger line when the combined duty ratio of the longitudinally coupled resonator-type surface acoustic wave filter is 0.69 and the duty ratio of the parallel trap is 0.65 in one embodiment of the present invention.
- FIG. 5 is a diagram illustrating attenuation frequency characteristics when the width is a design value, the line width is ⁇ 0.03 ⁇ m narrower than the design value, and the line width is +0.03 ⁇ m wider than the design value.
- FIG. 6 shows an electrode finger line when the combined duty ratio of the longitudinally coupled resonator-type surface acoustic wave filter is 0.63 and the duty ratio of the parallel trap is 0.65 in one embodiment of the present invention.
- FIG. 5 is a diagram illustrating attenuation frequency characteristics when the width is a design value, the line width is ⁇ 0.03 ⁇ m narrower than the design value, and the line width is +0.03 ⁇ m wider than the design value.
- FIG. 6 shows an electrode finger line when the combined duty ratio of the longitudinally coupled re
- FIG. 5 is a diagram illustrating attenuation frequency characteristics when the width is a design value, the line width is ⁇ 0.03 ⁇ m narrower than the design value, and the line width is +0.03 ⁇ m wider than the design value.
- FIG. 7 shows an electrode finger line when the combined duty ratio of the longitudinally coupled resonator-type surface acoustic wave filter is 0.67 and the duty ratio of the parallel trap is 0.65 in one embodiment of the present invention.
- FIG. 5 is a diagram illustrating attenuation frequency characteristics when the width is a design value, the line width is ⁇ 0.03 ⁇ m narrower than the design value, and the line width is +0.03 ⁇ m wider than the design value.
- FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the combined duty ratio of the longitudinally coupled resonator-type surface acoustic wave filter and the degree of attenuation deterioration.
- FIG. 9 is a schematic diagram in which the WLP structure is applied to the elastic wave device of the present invention.
- FIG. 1 is a schematic circuit diagram of an acoustic wave device according to a first embodiment of the present invention.
- the acoustic wave device 1 is configured by forming the illustrated electrode structure on a piezoelectric substrate.
- a longitudinally coupled resonator type surface acoustic wave filter 4 is connected between an input terminal 2 and an output terminal 3.
- the longitudinally coupled resonator-type surface acoustic wave filter 4 has first to third IDTs 11 to 13 arranged on a piezoelectric substrate in order along the surface acoustic wave propagation direction.
- Reflectors 14 and 15 are provided on both sides of the surface acoustic wave propagation direction in the region where the first to third IDTs 11 to 13 are provided.
- the first to third IDTs 11 to 13 include IDT electrodes having first and second comb electrodes interleaved with each other in the cross width direction.
- the first and second comb electrodes include first and second electrode fingers having different ends joined to the first and second bus bars, respectively.
- the longitudinally coupled resonator type surface acoustic wave filter 4 is not particularly limited, but has an unbalanced-unbalanced input / output terminal.
- One end of the first and third IDTs 11 and 13 is connected to the input terminal 2.
- the other ends of the first IDT 11 and the third IDT 13 are connected to the ground potential.
- One end of the second IDT 12 is connected to the ground potential.
- the other end of the second IDT 12 is connected to the output terminal 3.
- a narrow pitch portion is provided in a portion where the IDTs are adjacent to each other.
- the narrow pitch portion refers to a portion where the electrode finger pitch is narrower than the remaining electrode finger portion of the IDT, that is, the main body portion.
- a narrow pitch portion is provided in each of a portion where the first IDT 11 and the second IDT 12 are adjacent and a portion where the second IDT 12 and the third IDT 13 are adjacent. Specifically, a narrow pitch portion is provided on either side of the portion where the first to third IDTs 11 to 13 are adjacent to each other.
- the portions present on both sides are asymmetrical with respect to the central axis of the second IDT 12 extending along the surface of the piezoelectric substrate in a direction orthogonal to the surface acoustic wave propagation direction.
- the number is different.
- both sides are asymmetric. By using this asymmetry, the frequency of the primary resonance mode can be adjusted.
- the resonance frequency of the primary resonance mode can be positioned in the attenuation region near the passband. Thereby, the steepness of the filter characteristics can be enhanced.
- the frequency of the primary resonance mode is adjusted by the configuration of the electrode fingers.
- a surface acoustic wave resonator 5 is connected to form a parallel trap between the output terminal of the second IDT 12 and the ground potential.
- the surface acoustic wave resonator 5 includes an IDT 16 and reflectors 17 and 18 provided on both sides of the IDT 16 in the surface acoustic wave propagation direction.
- the impedances of the input terminal 2 and the output terminal 3 are both 50 ⁇ .
- the elastic wave device 1 is used as a reception filter for Band 2 of UMTS.
- the transmission frequency band of UMTS-Band2 is 1850 to 1910 MHz, and the reception frequency band is 1930 to 1990 MHz.
- a 40 ° ⁇ 5 ° Y-cut X-propagation LiTaO 3 substrate is used as the piezoelectric substrate.
- the electrode structure described above is formed of Al on this piezoelectric substrate.
- the surface acoustic wave resonator 5 is provided to increase the attenuation outside the pass band of the longitudinally coupled resonator type surface acoustic wave filter 4.
- the resonant frequency of the surface acoustic wave resonator 5 is located at a frequency position outside the band on the lower frequency side than the pass band, and the anti-resonant frequency is arranged in the pass band.
- the characteristics of the surface acoustic wave device 1 according to the present embodiment are the duty ratios of the first to third IDTs 11 to 13 of the longitudinally coupled resonator type surface acoustic wave filter 4 and the surface acoustic wave resonator 5 constituting a parallel trap.
- the duty ratio of the IDT electrode in FIG. The width of the electrode finger is a dimension of the electrode finger in a direction along the elastic wave propagation direction.
- the duty ratio (metalization ratio) is a ratio obtained by dividing the width of the electrode finger by the sum of the width of the electrode finger in the direction along the elastic wave propagation direction and the gap between the adjacent electrode fingers.
- the duty ratio of IDT of the surface acoustic wave resonator 5 is D0.
- the duty ratios of the first to third IDTs 11 to 13 are D1, D2, and D3, respectively.
- the duty ratio D0 is a size between the maximum duty ratio among the duty ratios D1 to D3 and the minimum duty ratio.
- the duty ratio D2 is smaller than the duty ratio D1 and the duty ratio D3.
- the duty ratio D0 is in the range of the combined duty ratio ⁇ 0.02 of the duty ratios D1 to D3. In that case, it is possible to more effectively suppress the deterioration of the attenuation characteristic due to the variation in the line width.
- the composite duty ratio may be an average value of the duty ratio D1 of the first IDT, the average of the duty ratio D3 of the third IDT, and the duty ratio D2 of the second IDT. It may be an arithmetic average of D3. More preferably, the combined duty ratio is a value obtained by ⁇ (D1 + D3) / 2 + D2 ⁇ / 2.
- the longitudinally coupled resonator type surface acoustic wave filter 4 may have an unbalanced-equilibrium function. That is, it may be a longitudinally coupled resonator type surface acoustic wave filter in which three IDTs are arranged in the surface acoustic wave propagation direction and reflectors are provided on both sides thereof.
- FIG. 2 shows the attenuation frequency characteristics of the elastic wave device of the comparative example as will be described later
- FIGS. 3 to 7 are diagrams showing the attenuation frequency characteristics of the elastic wave device of the above embodiment.
- the elastic wave device of the above embodiment was produced with the following specifications.
- the wavelength determined by the electrode finger pitch of the main body portions of the first to third IDTs 11 to 13 excluding the narrow pitch portion is defined as ⁇ I.
- (Surface acoustic wave resonator 5) A surface acoustic wave resonator in which one end is connected to a signal wiring and the other end is connected to a ground potential, and the resonance frequency is arranged in the vicinity of the low band outside the pass band of the longitudinally coupled resonator type surface acoustic wave filter.
- the surface acoustic wave resonator 5 for forming the parallel trap was as follows.
- the wavelength determined by the pitch of the electrode fingers of the IDT was ⁇ I2.
- each IDT of the surface acoustic wave resonator is often configured with a duty ratio of 0.6 or more in order to reduce the wiring resistance.
- the relationship of the duty ratio is within the range of this embodiment.
- an acoustic wave device was produced as a comparative example in the same manner as in the above embodiment except that the duty ratios D0, D1, D2, and D3 were set as follows.
- FIG. 2 shows an attenuation frequency when the line width of the electrode finger of the IDT electrode is the design value Wd, the design value Wd ⁇ 0.03 ⁇ m, and the design value Wd + 0.03 ⁇ m in the elastic wave device of the comparative example. Show the characteristics. The results when the solid line is the design value Wd are shown, and the results when the broken line and the alternate long and short dash line are the design value Wd ⁇ 0.03 ⁇ m and the design value Wd + 0.03 ⁇ m are shown. As can be seen from FIG. 2, in the comparative example, when the line width of the electrode fingers of the IDT electrode varies by ⁇ 0.03 ⁇ m, the attenuation in the 1850 to 1910 MHz band, that is, the transmission frequency pass band, is greatly deteriorated.
- FIG. 3 shows attenuation frequency characteristics when the line width of the electrode finger of the IDT electrode is the design value Wd, the design value Wd ⁇ 0.03 ⁇ m, and the design value Wd + 0.03 ⁇ m in the above embodiment. Show. The result when the solid line is the design value Wd is shown, and when the broken line is the design value Wd ⁇ 0.03 ⁇ m, the result when the dashed line is the design value Wd + 0.03 ⁇ m is shown.
- the inventor of the present application determines the size of the duty ratios of the first to third IDTs 11 to 13 in the longitudinally coupled resonator type surface acoustic wave filter 4 and the surface acoustic wave resonator 5 constituting a parallel trap. It was found that if the magnitude of the duty ratio of IDT is selected, deterioration of attenuation characteristics due to line width variation can be suppressed. Therefore, the characteristics were examined by variously changing the duty ratio. 4 and 5, the duty ratio of the surface acoustic wave resonator 5 is 0.65, and the combined duty ratio of the duty ratios D1 to D3 is 0.61 or 0.69.
- the composite duty ratio was obtained by ⁇ (D1 + D3) / 2 + D2 ⁇ / 2.
- the duty ratio D1 0.62
- the duty ratio D2 0.60
- the duty ratio D3 0.62
- the combined duty ratio is 0.61.
- the duty ratios D1, D2 and D3 are 0.70, 0.68 and 0.70, respectively, and the combined duty ratio is 0.69.
- the attenuation characteristics are somewhat deteriorated when the combined duty ratio is different from the duty ratio D0 of the surface acoustic wave resonator by 0.04 or more. I understand.
- the synthetic duty ratio is 0.63, and the duty ratio D0 of the surface acoustic wave resonator 5 is 0.65.
- the synthetic duty ratio is 0.67, and the duty ratio of the surface acoustic wave resonator is 0.65.
- the solid line indicates the result when the line width of the electrode is the design value Wd.
- the broken line and the alternate long and short dash line show the results when the line width is the design value Wd ⁇ 0.03 ⁇ m and the design value Wd + 0.03 ⁇ m, respectively.
- the attenuation characteristic at 1850 to 1910 MHz hardly varies even if the line width varies.
- variations in attenuation characteristics in the band of 1850 to 1910 MHz are smaller than those in FIGS. That is, when the difference between the combined duty ratio and the duty ratio of the surface acoustic wave resonator 5 is 0.02, the variation in characteristics due to the frequency of the primary resonance mode due to the variation in the line width is very small, which is even more preferable. I understand that.
- the degree of attenuation deterioration in the frequency band of 1850 to 1910 MHz was measured by variously changing the composite duty ratio as described above.
- the degree of attenuation deterioration indicates the degree of attenuation deterioration (dB) in the 1850 to 1910 MHz band. The results are shown in FIG.
- the combined duty ratio is 0.65
- the degree of attenuation deterioration is the smallest, and the degree of attenuation deterioration increases as the combined duty ratio moves away from 0.65. That is, since the duty ratio of the surface acoustic wave resonator 5 is 0.65, it can be seen that it is preferable to make the combined duty ratio close to 0.65. Then, it can be seen that the combined duty ratio should be in the range of 0.63 to 0.67 in order to make the degree of attenuation deterioration below 1 dB. Therefore, as described above, the combined duty ratio is preferably in the range of D0 ⁇ 0.02. Thereby, variation in attenuation characteristics due to variation in line width can be more effectively suppressed, and deterioration of attenuation characteristics can be further suppressed.
- the composite duty ratio was determined by ⁇ (D1 + D3) / 2 + D2 ⁇ / 2.
- an average value of the duty ratios of the first to third IDTs 11 to 13 may be used as the combined duty ratio of the first to third IDTs 11 to 13.
- the average value in this case is not particularly limited.
- the average value of D1 and D3 and the average value of D2 may be used, and the arithmetic average of D1, D2, and D3 may be used.
- the physical structure of the elastic wave device of the present invention is not particularly limited.
- the present invention can be suitably applied to an acoustic wave device having a WLP structure.
- electrodes such as an IDT electrode 33 are formed on a piezoelectric substrate 32.
- a support member 34 having an opening 34a is laminated on the piezoelectric substrate 32.
- the opening 34 a exposes the IDT electrode 33.
- a cover member 35 is laminated on the support member 34 so as to form a hollow portion that becomes a sealed space by sealing the opening.
- the package material including the cover member 35 and the support member 34 is provided on the piezoelectric substrate 32.
- WLP structure wafer level package structure
- the elastic wave device of the present invention may be an elastic wave device having the above WLP structure. Further, the present invention can be used not only for the WLP structure but also for an acoustic wave device having a structure in which a surface acoustic wave chip is mounted on a mounting substrate by flip chip bonding.
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Abstract
電極指の線幅がばらついたとしても、減衰特性のばらつきが生じ難い弾性波装置を提供する。 第1~第3のIDT11~13を有する縦結合共振子型弾性表面波フィルタ4と、弾性表面波共振子5からなる並列トラップとを備えている。圧電基板上において弾性表面波伝搬方向に直交する方向に延びる第2のIDT12の中心軸に対して縦結合共振子型弾性表面波フィルタ4の両側が非対称とされており、弾性表面波共振子5のIDT16のデューティー比をD0とし、第1~第3のIDT11~13のデューティー比をD1~D3としたときに、デューティー比D0が、デューティー比D1~D3のうちの最大のデューティー比と、最小のデューティー比との間の大きさである、弾性波装置1。
Description
本発明は、縦結合共振子型弾性表面波フィルタと、並列トラップとを有する弾性波装置に関する。
従来、携帯通信端末のRF段のフィルタなどに、縦結合共振子型の弾性波フィルタ装置が用いられている。下記の特許文献1には、狭ピッチ部を有する縦結合共振子型弾性表面波フィルタ部と、並列トラップとを有する弾性波フィルタ装置が開示されている。複数の狭ピッチ部において電極指の本数を異ならせることにより、一次の共振モードの周波数位置を調整して、フィルタ特性の急峻性を高めている。また、並列トラップの共振周波数を減衰域に位置させ、フィルタ特性の急峻性をさらに高めている。
特許文献1に記載の弾性波フィルタ装置では、電極指の線幅がばらつくと、一次の共振モードや並列トラップの共振周波数がずれがちであった。
本発明の目的は、電極指の線幅がばらついたとしても、減衰特性のばらつきが生じ難い弾性波装置を提供することにある。
本発明に係る弾性波装置は、圧電基板と、弾性波伝搬方向に沿って順に前記圧電基板上に配置された第1~第3のIDTを有する縦結合共振子型弾性表面波フィルタと、前記縦結合共振子型弾性表面波フィルタの一端とグラウンド電位との間に接続されており、かつ弾性表面波共振子からなる並列トラップとを備え、前記圧電基板上において前記弾性波伝搬方向に直交する方向に延びる前記第2のIDTの中心軸に対して前記縦結合共振子型弾性表面波フィルタの両側の部分が非対称に構成されており、前記並列トラップを構成している弾性表面波共振子のデューティー比をD0とし、前記縦結合共振子型弾性表面波フィルタの第1~第3のIDTのデューティー比をD1~D3としたときに、デューティー比D0が、デューティー比D1~D3のうちの最大のデューティー比と、最小のデューティー比との間の大きさとされている。
本発明に係る弾性波装置のある特定の局面では、前記デューティー比D2が、前記デューティー比D1及び前記デューティー比D3より小さい。
本発明に係る弾性波装置の他の特定の局面では、前記デューティー比D0が、前記デューティー比D1~D3の合成デューティー比±0.02の範囲にある。
本発明に係る弾性波装置のさらに他の特定の局面では、前記合成デューティー比が、前記デューティー比D1と前記デューティー比D3の平均と、前記デューティー比D2との平均値である。
本発明に係る弾性波装置のさらに別の特定の局面では、前記合成デューティー比が前記第1~第3のIDTのデューティー比D1~D3の算術平均である。
本発明に係る弾性波装置のさらに他の特定の局面では、前記合成デューティー比が{(D1+D3)/2+D2}/2である。
本発明に係る弾性波装置の別の特定の局面では、前記圧電基板上に接合されており、前記第1~第3のIDT及び前記弾性表面波共振子のIDTが臨んでいる中空部を形成するように前記圧電基板上に接合されているパッケージ材がさらに備えられている。
本発明に係る弾性波装置の他の特定の局面では、前記パッケージ材が、前記圧電基板上に積層されており、前記中空部を形成するための開口部を有する支持部材と、前記支持部材上に積層されたカバー部材とを有する。
本発明に係る弾性波装置によれば、並列トラップを構成している弾性表面波共振子のデューティー比及び縦結合共振子型弾性表面波フィルタの第1~第3のIDTのデューティー比が上記特定の範囲とされているため、電極指の線幅がばらついたとしても、減衰特性のばらつきが生じ難い。
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る弾性波装置の模式的回路図である。
弾性波装置1は、圧電基板上に図示の電極構造を形成することにより構成されている。弾性波装置1では、入力端子2と出力端子3との間に、縦結合共振子型弾性表面波フィルタ4が接続されている。縦結合共振子型弾性表面波フィルタ4は、弾性表面波伝搬方向に沿って順に圧電基板上に配置された第1~第3のIDT11~13を有する。第1~第3のIDT11~13が設けられている領域の弾性表面波伝搬方向両側には反射器14,15が設けられている。第1~第3のIDT11~13は、交叉幅方向に互いに間挿し合う第1及び第2のくし歯電極を有するIDT電極を含んでいる。第1及び第2のくし歯電極は、第1及び第2のバスバーのそれぞれに互いに異なる端部が接合される第1及び第2の電極指を含んでいる。
縦結合共振子型弾性表面波フィルタ4は、特に限定されないが、不平衡-不平衡の入出力端子を有する。入力端子2に、第1,第3のIDT11,13の一端が接続されている。第1のIDT11及び第3のIDT13の他端はグラウンド電位に接続されている。第2のIDT12の一端がグラウンド電位に接続されている。第2のIDT12の他端は、出力端子3に接続されている。
第1~第3のIDT11~13には、IDT同士が隣り合う部分に狭ピッチ部が設けられている。狭ピッチ部とは、IDTの残りの電極指部分すなわち本体部分に比べて電極指ピッチが狭い部分をいう。
図1において、第1のIDT11と第2のIDT12とが隣り合っている部分、第2のIDT12と第3のIDT13とが隣り合っている部分のそれぞれに狭ピッチ部が設けられている。詳細には、第1~第3のIDT11~13が互いに隣り合っている部分のいずれの側にも狭ピッチ部が設けられている。
縦結合共振子型弾性表面波フィルタ4では、弾性表面波伝搬方向と直交する方向に圧電基板の表面に沿って延びる第2のIDT12の中心軸に対して、両側に存在する部分が非対称に構成されている。より具体的には、第2のIDT12の中心軸に対して一方側、すなわち第1のIDT11側の部分と、他方側、すなわち第3のIDT13側の部分とにおいて、電極指ピッチや電極指の本数等が異なっている。それによって両側の部分が非対称とされている。この非対称とすることにより、一次の共振モードの周波数を調整することができる。すなわち、特許文献1に記載のように一次の共振モードの共振周波数を通過帯域近傍の減衰域に位置させることができる。それによって、フィルタ特性の急峻性を高めることができる。この一次の共振モードの周波数は、電極指の構成によって調整される。
また、第2のIDT12の出力端と、グラウンド電位との間に並列トラップを形成するために弾性表面波共振子5が接続されている。
弾性表面波共振子5は、IDT16と、IDT16の弾性表面波伝搬方向両側に設けられた反射器17,18とを有する。
弾性波装置1は、入力端子2及び出力端子3のインピーダンスが共に50Ωである。弾性波装置1は、UMTSのBand2の受信用フィルタとして用いられる。UMTS-Band2の送信周波数帯は1850~1910MHzであり、受信周波数帯は1930~1990MHzである。
本実施形態では、40°±5°YカットX伝搬のLiTaO3基板が圧電基板として用いられている。この圧電基板上に上述した電極構造が、Alにより形成されている。
弾性表面波共振子5は、縦結合共振子型弾性表面波フィルタ4の通過帯域外における減衰量を高めるために設けられている。弾性表面波共振子5の共振周波数は、通過帯域よりも低周波数側の帯域外の周波数位置に位置しており、反共振周波数が通過帯域内に配置されている。
本実施形態の弾性波装置1の特徴は、縦結合共振子型弾性表面波フィルタ4の第1~第3のIDT11~13のデューティー比と、並列トラップを構成している弾性表面波共振子5におけるIDT電極のデューティー比が以下の関係とされていることにある。電極指の幅とは、弾性波伝搬方向に沿う方向における、電極指の寸法である。また、デューティー比(メタライゼーション比)は、電極指の幅を、弾性波伝搬方向に沿う方向における電極指の幅と隣り合う電極指間の隙間との和で除した比率である。
上記弾性表面波共振子5のIDTのデューティー比をD0とする。第1~第3のIDT11~13のデューティー比を、それぞれ、D1、D2及びD3とする。本実施形態では、デューティー比D0が、デューティー比D1~D3のうちの最大のデューティー比と、最小のデューティー比との間の大きさとされている。それによって、後述する実験例から明らかなように、電極指の幅方向寸法である線幅がばらついたとしても、減衰特性の劣化が生じ難い。
好ましくは、前記デューティー比D2が、前記デューティー比D1および前記デューティー比D3より小さい。このような構成により、電極指の線幅がばらついたとしても、一次の共振モードの周波数の変動による減衰特性の劣化を効果的に抑制することができる。より好ましくは、デューティー比D0が、デューティー比D1~D3の合成デューティー比±0.02の範囲にあることが望ましい。その場合には、線幅のばらつきによる減衰特性の劣化をより一層効果的に抑制することができる。
なお、合成デューティー比とは、第1のIDTのデューティー比D1と、第3のIDTのデューティー比D3の平均と、第2のIDTのデューティー比D2との平均値であってもよく、D1~D3の算術平均であってもよい。より好ましくは、合成デューティー比は、{(D1+D3)/2+D2}/2で求められた値である。
縦結合共振子型弾性表面波フィルタ4は、不平衡-平衡機能を有する構成であってもよい。すなわち、弾性表面波伝搬方向において、3つのIDTを並べ、この両側に反射器を含む縦結合共振子型弾性表面波フィルタであってもよい。
図2~図8を参照して、本実施形態により、電極指の線幅がばらついても、減衰特性の劣化が生じ難いことを説明する。図2は後述するように比較例の弾性波装置の減衰量周波数特性を示し、図3~図7が、上記実施形態の弾性波装置の減衰量周波数特性を示す図である。
また、上記実施形態の弾性波装置を以下の仕様で作製した。
(縦結合共振子型弾性表面波フィルタ4)
狭ピッチ部を除いた第1~第3のIDT11~13の本体部の電極指ピッチで定まる波長をλIとした。
狭ピッチ部を除いた第1~第3のIDT11~13の本体部の電極指ピッチで定まる波長をλIとした。
交叉幅:33.2λI
電極膜厚:0.092λI
第1~第3のIDTの電極指の本数:第1のIDT11の電極指の本数=44本、第2のIDT12の電極指の本数=52本、第3のIDT13の電極指の本数=44本
反射器14,15の電極指の本数:各61本
狭ピッチ部の電極指の本数:第1のIDT11の狭ピッチ部の電極指の本数=8本、第2のIDT12の第1のIDT11側の狭ピッチ部の電極指の本数=9本、第2のIDT12の第3のIDT13側の狭ピッチ部の電極指の本数=7本、第3のIDT13の狭ピッチ部の電極指の本数=6本
第1~第3のIDT11~13のデューティー比:第1のIDT11のデューティー比D1=0.68、第2のIDT12のデューティー比D2=0.62、第3のIDT13のデューティー比D3=0.68
狭ピッチ部のデューティー比:全ての狭ピッチ部においてデューティー比は0.62とした。
反射器14,15におけるデューティー比:0.68
電極膜厚:0.092λI
第1~第3のIDTの電極指の本数:第1のIDT11の電極指の本数=44本、第2のIDT12の電極指の本数=52本、第3のIDT13の電極指の本数=44本
反射器14,15の電極指の本数:各61本
狭ピッチ部の電極指の本数:第1のIDT11の狭ピッチ部の電極指の本数=8本、第2のIDT12の第1のIDT11側の狭ピッチ部の電極指の本数=9本、第2のIDT12の第3のIDT13側の狭ピッチ部の電極指の本数=7本、第3のIDT13の狭ピッチ部の電極指の本数=6本
第1~第3のIDT11~13のデューティー比:第1のIDT11のデューティー比D1=0.68、第2のIDT12のデューティー比D2=0.62、第3のIDT13のデューティー比D3=0.68
狭ピッチ部のデューティー比:全ての狭ピッチ部においてデューティー比は0.62とした。
反射器14,15におけるデューティー比:0.68
(弾性表面波共振子5)
一端が信号配線に接続され、かつ他端が接地電位に接続され、共振周波数が縦結合共振子型弾性表面波フィルタの通過帯域外の低域側近傍に配置された弾性表面波共振子である並列トラップを形成するための弾性表面波共振子5は以下の通りとした。
一端が信号配線に接続され、かつ他端が接地電位に接続され、共振周波数が縦結合共振子型弾性表面波フィルタの通過帯域外の低域側近傍に配置された弾性表面波共振子である並列トラップを形成するための弾性表面波共振子5は以下の通りとした。
IDTの電極指のピッチで定まる波長をλI2とした。
交叉幅:20.9λI2
IDT電極の電極指の本数=155本
反射器の電極指の本数=各30本
デューティー比=0.65
電極膜厚=0.093λI2
IDT電極の電極指の本数=155本
反射器の電極指の本数=各30本
デューティー比=0.65
電極膜厚=0.093λI2
第1~第3のIDT11~13のデューティー比は、狭ピッチ部を除いた本体部のデューティー比を使用する。従って、この弾性表面波装置における、並列トラップ、および第1~3のIDTのデューティー比は、それぞれD0=0.65、D1,D3=0.68、D2=0.62である。従って、D0は、D1~D3のうちの最大値0.68と、最小値0.62との間の値である。
通常、弾性表面波共振子において、共振特性を高めるために、0.50~0.60のデューティー比が採用される構成が多かった。また、縦結合共振子型弾性波フィルタにおいては、配線抵抗を低くするため0.6以上のデューティー比で弾性表面波共振子の各IDTが構成されることが多かった。しかしながら、3つのIDTを有する縦結合共振子型弾性波フィルタが中央のIDTの中心軸に対して非対称構造を有し、並列トラップを有する構成において、デューティー比の関係を本実施形態の範囲内に定めることで、電極指の線幅の変動による、一次の共振モードの周波数と並列トラップの共振周波数との位置関係変動による減衰特性の劣化が抑制できる。
比較のために、デューティー比D0、D1、D2及びD3が下記のように設定されていることを除いては、上記実施形態と同様にして、弾性波装置を比較例として作製した。
(比較例)
D0=0.60、D1=0.68、D2=0.68、D3=0.68。
D0=0.60、D1=0.68、D2=0.68、D3=0.68。
図2は、比較例の弾性波装置において、IDT電極の電極指の線幅が設計値Wdの場合と、設計値Wd-0.03μmの場合と、設計値Wd+0.03μmの場合の減衰量周波数特性を示す。実線が設計値Wd通りの場合の結果を示し、破線及び一点鎖線が、設計値Wd-0.03μmの場合及び設計値Wd+0.03μmの場合の結果を示す。図2から明らかなように、比較例では、IDT電極の電極指の線幅が±0.03μmばらつくと、1850~1910MHzの帯域、すなわち送信周波数の通過帯域における減衰量が大きく劣化している。
図3は、上記実施形態において、IDT電極の電極指の線幅が設計値Wd通りの場合と、設計値Wd-0.03μmの場合と、設計値Wd+0.03μmの場合の減衰量周波数特性を示す。実線が設計値Wd通りの場合の結果を示し、破線が設計値Wd-0.03μmの場合、一点鎖線が設計値Wd+0.03μmの場合の結果を示す。
図3と図2とを対比すれば明らかなように、本実施形態によれば、電極指の線幅がばらついたとしても、1850~1910MHzの帯域における減衰量の劣化が効果的に抑制されていることがわかる。より具体的には、±0.03μmの線幅ばらつきに対し、減衰量のばらつき量は、上記周波数域において1dB以下となっていることがわかる。従って、線幅がばらついたとしても、減衰量の劣化を効果的に抑制することができる。
本願発明者は、上記のように、縦結合共振子型弾性表面波フィルタ4における第1~第3のIDT11~13のデューティー比の大きさと、並列トラップを構成している弾性表面波共振子5におけるIDTのデューティー比の大きさを選択すれば、線幅ばらつきによる減衰特性の劣化を抑制し得ることを見出した。そこで、上記デューティー比を種々変更して特性を調べた。図4及び図5では、弾性表面波共振子5のデューティー比を0.65とし、デューティー比D1~D3の合成デューティー比を、0.61または0.69とした。ここで、合成デューティー比は、{(D1+D3)/2+D2}/2で求めた。
より具体的には、図4では、デューティー比D1=0.62、デューティー比D2=0.60、デューティー比D3=0.62とし、合成デューティー比を0.61とした。
また、図5では、デューティー比D1、D2及びD3をそれぞれ0.70、0.68、0.70とし、合成デューティー比を0.69とした。
図4及び図5においても、実線が設計値Wd通りの線幅の場合の結果を示し、破線が設計値Wd-0.03μmの場合の結果を、一点鎖線が設計値Wd+0.03μmの場合の結果を示す。図4及び図5を図3と対比すれば明らかなように、図4及び図5では、1850~1910MHzにおける減衰特性が、線幅のばらつきにより比較的大きくばらついている。
すなわち、図4及び図5に示した減衰量周波数特性から明らかなように、弾性表面波共振子のデューティー比D0に対し、合成デューティー比が0.04以上異なると、減衰特性がやや劣化することがわかる。
図6では、合成デューティー比を0.63とし、弾性表面波共振子5のデューティー比D0を0.65とした。また、図7では、合成デューティー比を0.67とし、弾性表面波共振子のデューティー比を0.65とした。
図6及び図7においても、実線が電極の線幅が設計値Wd通りの場合の結果を示す。また破線及び一点鎖線は、それぞれ、線幅が設計値Wd-0.03μmの場合及び設計値Wd+0.03μmの場合の結果を示す。
図6の減衰量周波数特性では、1850~1910MHzにおける減衰特性は、線幅がばらついてもほとんどばらついていないことがわかる。また、図7においても、1850~1910MHzの帯域における減衰特性のばらつきが図4及び図5の場合に比べて小さいことがわかる。すなわち、合成デューティー比と弾性表面波共振子5のデューティー比との差が0.02の場合には、線幅のばらつきによる一次の共振モードの周波数による特性のばらつきが非常に小さく、より一層好ましいことがわかる。
そこで、上記のように合成デューティー比を種々変化させ、上記1850~1910MHzの周波数帯域における減衰量劣化度を測定した。ここで減衰量劣化度とは、1850~1910MHz帯における減衰量の劣化の大きさ(dB)を示す。結果を図8に示す。
図8から明らかなように、合成デューティー比が0.65の場合に、減衰量劣化度が最も小さく、合成デューティー比が0.65から遠ざかるにつれて減衰量劣化度が大きくなっていくことがわかる。すなわち、弾性表面波共振子5のデューティー比が0.65であるため、合成デューティー比を0.65に近づけることが好ましいことがわかる。そして、上記減衰量劣化度を1dB以下とするには、合成デューティー比を0.63~0.67の範囲とすればよいことがわかる。従って、上述したように、合成デューティー比は、D0±0.02の範囲とすることが好ましい。それによって、線幅のばらつきによる減衰特性のばらつきをより一層効果的に抑制することができ、かつ減衰特性の劣化をより一層抑制することができる。
なお、上記実験例では、合成デューティー比を、{(D1+D3)/2+D2}/2で求めた。もっとも、第1~第3のIDT11~13の合成デューティー比では第1~第3のIDT11~13のデューティー比の平均値を用いてもよい。この場合の平均値としては、特に限定されない。D1とD3の平均値とD2との平均値を用いてもよく、D1、D2及びD3の算術平均を用いてもよい。
なお、本発明の弾性波装置の物理的な構造は特に限定されない。例えば図9に示すようにWLP構造の弾性波装置に本発明を好適に適用することができる。図9に示す弾性波装置31では、圧電基板32上にIDT電極33などの電極が形成されている。圧電基板32上には、開口部34aを有する支持部材34が積層されている。開口部34aはIDT電極33を露出させている。この開口部を封止して封止空間となる中空部を形成するように、カバー部材35が支持部材34上に積層されている。このように、カバー部材35及び支持部材34からなるパッケージ材が、圧電基板32上に設けられている。このような構造は、ウェハレベルパッケージ構造(WLP構造)として知られている。
本発明の弾性波装置は、上記のようなWLP構造を有する弾性波装置であってもよい。また、WLP構造に限らず、弾性表面波チップが実装基板上にフリップチップボンディングにより搭載されている構造の弾性波装置にも本発明を用いることができる。
1…弾性波装置
2…入力端子
3…出力端子
4…縦結合共振子型弾性表面波フィルタ
5…弾性表面波共振子
11~13…第1~第3のIDT
14,15…反射器
16…IDT
17,18…反射器
31…弾性波装置
32…圧電基板
33…IDT電極
34…支持部材
34a…開口部
35…カバー部材
2…入力端子
3…出力端子
4…縦結合共振子型弾性表面波フィルタ
5…弾性表面波共振子
11~13…第1~第3のIDT
14,15…反射器
16…IDT
17,18…反射器
31…弾性波装置
32…圧電基板
33…IDT電極
34…支持部材
34a…開口部
35…カバー部材
Claims (8)
- 圧電基板と、
弾性波伝搬方向に沿って順に前記圧電基板上に配置された第1~第3のIDTを有する縦結合共振子型弾性表面波フィルタと、
前記縦結合共振子型弾性表面波フィルタの一端とグラウンド電位との間に接続されており、かつ弾性表面波共振子からなる並列トラップとを備え、
前記圧電基板上において前記弾性波伝搬方向に直交する方向に延びる前記第2のIDTの中心軸に対して前記縦結合共振子型弾性表面波フィルタの両側の部分が非対称に構成されており、
前記並列トラップを構成している弾性表面波共振子のデューティー比をD0とし、前記縦結合共振子型弾性表面波フィルタの第1~第3のIDTのデューティー比をD1~D3としたときに、デューティー比D0が、デューティー比D1~D3のうちの最大のデューティー比と、最小のデューティー比との間の大きさである、弾性波装置。 - 前記デューティー比D2が、前記デューティー比D1及び前記デューティー比D3より小さい、請求項1に記載の弾性波装置。
- 前記デューティー比D0が、前記デューティー比D1~D3の合成デューティー比±0.02の範囲にある、請求項1または2に記載の弾性波装置。
- 前記合成デューティー比が、前記デューティー比D1と前記デューティー比D3との平均と、前記デューティー比D2との平均値である、請求項3に記載の弾性波装置。
- 前記合成デューティー比が前記第1~第3のIDTのデューティー比D1~D3の算術平均である、請求項3に記載の弾性波装置。
- 前記合成デューティー比が{(D1+D3)/2+D2}/2である、請求項3に記載の弾性波装置。
- 前記圧電基板上に接合されており、前記第1~第3のIDT及び前記弾性表面波共振子のIDTが臨んでいる中空部を形成するように前記圧電基板上に接合されているパッケージ材をさらに備える、請求項1~6のいずれか1項に記載の弾性波装置。
- 前記パッケージ材が、前記圧電基板上に積層されており、前記中空部を形成するための開口部を有する支持部材と、前記支持部材上に積層されたカバー部材とを有する、請求項7に記載の弾性波装置。
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