JPH08204501A - 弾性表面波フィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、梯子型接続される直列腕用及び並
列腕用弾性表面波共振子の等価並列容量を自在に制御し
た弾性表面波共振子梯子型接続弾性表面波フィルタを提
供することを目的とする。特に、共振子を構成するＩＤ
Ｔを多数対としても等価並列容量を小さな値の構造とす
ることを目的とする。 【構成】 複数の弾性表面波共振子を並列腕共振子、直
列腕共振子になるように梯子型に接続した弾性表面波共
振子を多数対型弾性表面波共振子で構成し、少なくとも
一つの多数対型弾性表面波共振子の電極パターンを複数
の電極部分に分割し、該電極部分が相互に電気的に直列
接続された多数対インターデジタルトランスジューサで
あることを特徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電体基板上に複数の
弾性表面波共振子を配置し、それらを梯子型に接続する
ことにより構成される梯子型接続弾性表面波フィルタに
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車に取り付けた自動車電話よ
り始まった移動体通信装置は、個人の携帯化、いわゆる
携帯電話へと移行し急速に普及しつつある。この携帯用
電話機は、その普及にともない小型・軽量・低損失化に
対する要求がますます大きくなってきており、この携帯
電話機において使用される個々の部品に対しても小型・
軽量・低損失化が求められている。この移動体通信装置
における主要な構成部品である高周波フィルタには、こ
の要求に答えるものとして弾性表面波フィルタが用いら
れつつある。

【０００３】従来、移動体通信装置等の高周波フィルタ
として用いられる弾性表面波フィルタは、同一弾性表面
波伝搬路上に複数個の弾性表面波変換器（インターデジ
タルトランスジューサ：以下ＩＤＴと略記）を配置し、
交互に入力用・出力用変換器とした多電極型弾性表面波
フィルタが検討されていた。先行技術文献としては、例
えば米国特許第３，５８２，８４０号が知られている。

【０００４】移動体通信装置等の高周波フィルタとして
用いられる弾性表面波フィルタ実現の他の方法として、
同一圧電体基板上に複数個の弾性表面波共振子を形成
し、これらを梯子型接続することによって構成する梯子
型接続弾性表面波フィルタが知られている。この種フィ
ルタの先行事例としては、例えば特開昭５２−１９０４
４がある（以下これを先行事例１と呼ぶ）。ここには、
ＩＤＴの両側に多数本のストライプより成る反射器を配
置したキャビティ型弾性表面波共振子を直列腕に（特開
昭５２−１９０４４明細書第４図、共振子Ａ）、多数対
ＩＤＴより成る多数対型弾性表面波共振子を並列腕に
（同図、共振子Ｂ）配置した構成例が開示されている。

【０００５】直列腕共振子、並列腕共振子共にキャビテ
ィ型弾性表面波共振子で構成した先行事例としては、例
えば、電子情報通信学会論文誌Ｖｏｌ．Ｊ７６−Ａ、Ｎ
ｏ．２、ｐｐ２４５−２５２（１９９３年）がある（以
下これを先行事例２と呼ぶ）。この資料中６図におい
て、キャビティ型弾性表面波共振子が模式的に示されて
いる。

【０００６】弾性表面波共振子を構成するうえで、反射
器を併用したキャビティ型の構成法を用いること、およ
び、反射器を用いず多数対のＩＤＴのみで構成する多数
対型の構成法を用いることは、共に公知である。上記先
行事例１、２において、梯子型接続弾性表面波フィルタ
を設計する上で重要なことは、直列腕共振子の共振周波
数と並列腕共振子の反共振周波数とを概ね一致させ、か
つ直列腕共振子の等価並列容量（Ｃos）と並列腕共振子
の等価並列容量（Ｃop）との比Ｃop／Ｃosを所望帯域外
抑圧レベルに応じて制御設定することであることが示さ
れている。

【０００７】

【従来技術の問題点】この弾性表面波共振子を梯子型接
続した弾性表面波フィルタの性能は、これを構成してい
る個々の弾性表面波共振子により決定されるが、この弾
性表面波共振子の性能を向上させ、よって梯子型接続弾
性表面波フィルタの性能を向上させる上で、従来以下の
ような問題点があった。

【０００８】先行事例１の構成、すなわち同一圧電体基
板上にキャビティ型弾性表面波共振子と多数対型弾性表
面波共振子とを混在させた構成では、それぞれの共振子
の共振性能を向上させる適正な電極膜厚範囲が、キャビ
ティ型と多数対型とでは異なり、設計の自由度が非常に
狭いものとなっていた。また、多数対型弾性表面波共振
子の共振性能向上には、一般に多くの対数が必要とさ
れ、このためＩＤＴの持つ等価並列容量が非常に大きな
値となり、高周波フィルタにおいて要求される入出力イ
ンピーダンスを５０Ωとする設計が非常に困難となって
いた。従来技術としてＩＤＴの交差幅を狭くすることに
より等価並列容量を小さくできることが知られている
が、この場合、弾性表面波励振源が点波源に近くなるこ
とになり、弾性表面波の回折現象により損失の増大を招
き問題となっていた。さらに、キャビティ型を直列腕
に、多数対型を並列腕に配置した構成では等価並列容量
の差は大きく出来るものの、所望とする帯域外抑圧レベ
ルに応じて自在に設定するのは困難であった。ＩＤＴ対
数は多数対型弾性表面波共振子の方がキャビティ型弾性
表面波共振子に較べて多くなり、等価並列容量も多数対
型弾性表面波共振子の方がキャビティ型弾性表面波共振
子に較べて大きくなることはよく知られたことである。

【０００９】先行事例２においては、直列腕共振子、並
列腕共振子ともに同一構造体すなわちキャビティ型弾性
表面波共振子で構成され、同一電極膜厚範囲で直列腕共
振子、並列腕共振子ともに性能向上が図れる。このキャ
ビティ型弾性表面波共振子の共振性能（共振抵抗、Ｑ）
を向上させるには、反射器の反射性能を向上させる必要
があるが、このための方法として反射器を構成する反射
ストライプの本数を非常に多くしてやることが考えられ
る。しかしながら、反射器の反射ストライプ本数を多く
すると、反射器としての動作帯域幅が狭くなり、その結
果フィルタとしての通過帯域幅も狭くなってしまう問題
点があった。

【００１０】反射器の反射性能を向上させる他の方法と
して、反射器を構成する反射ストライプの膜厚を厚く
し、反射ストライプ一本当たりの反射係数を増大させる
方法が考えられる。例えば、先行事例２の論文中には反
射ストライプ膜厚ｈを弾性表面波波長λで規格化した値
としてｈ／λ＝０．０７３としたことが示されている。
しかしながら、このような厚い膜厚のパターンを通常の
半導体フォトリソグラフィ技術で形成するのは難しく、
製造歩留の低下を招いていた。また、近年開発の進んだ
異方性ドライエッチング技術を用いれば、厚い膜のパタ
ーン形成も比較的容易となってきているが、この場合は
製造装置が高価となる問題点があった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の第１
の課題は、比較的薄い膜厚領域でも十分な共振性能と広
い動作バンド幅の得られる弾性表面波共振子を構成し
て、梯子型接続弾性表面波フィルタを提供することにあ
る。

【００１２】本発明の第２の課題は、同一圧電体基板上
で梯子型接続される直列腕用及び並列腕用弾性表面波共
振子の等価並列容量を自在に制御した弾性表面波共振子
梯子型接続弾性表面波フィルタを提供することにある。
特に、共振子を構成するＩＤＴを多数対としても等価並
列容量を小さな値とする構造を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、圧電体基板に複数の弾性表面波共振子を
形成し、これら弾性表面波共振子を直列腕共振子、並列
腕共振子とした弾性表面波共振子梯子型接続弾性表面波
フィルタであって、これら複数の弾性表面波共振子を多
数対のインターデジタルトランスジューサ（ＩＤＴ）よ
りなる多数対型弾性表面波共振子とし、この多数対型共
振子の少なくとも一つを、電極パターンが複数の部分に
分割されるとともにそれぞれ分割された電極が相互に電
気的に直列接続された多数対インターデジタルトランス
ジューサで構成されていることとすることにある。

【００１４】

【作用】圧電体基板上に形成された複数の弾性表面波共
振子は、すべて多数対型弾性表面波共振子であるので、
すべて同一膜厚で同様の共振性能が実現でき、従って、
一度の半導体フォトリソグラフィ技術で同時に形成でき
る。また多数対型弾性表面波共振子のみで構成している
ことから、キャビティ型弾性表面波共振子とする場合に
較べて、比較的薄い膜厚領域で所望の共振性能を実現で
き、製造が容易となる。従って製造歩留が向上する。

【００１５】また、共振子の等価並列容量は概ねＩＤＴ
対数と交差幅に比例し、多数対型型弾性表面波共振子で
は、対数の多いことから等価並列容量は大きな値となり
がちであるが、本発明の方法ではＩＤＴ電極パターンを
複数部分に分割しこれらを直列接続するため実効的等価
並列容量は自在な値に設定可能となる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明を図面に示した実施例および実
験データによって詳細に説明する。図１は本発明による
実施例を等価回路を用いて示したものである。図２は本
発明による実施例の電極構造を概略図で示したものであ
る。圧電体基板１上に多数対型弾性表面波共振子１０、
２０、３０、４０、５０、６０が形成され、このうち共
振子１０、３０、５０は直接腕共振子、共振子２０、４
０、６０は並列腕共振子となるよう接続構成されてい
る。共振子１０をさらに詳細に説明すると、共振子１０
は二つに分割された電極部分１１及び１２よりなり、こ
の１１、１２は共通のバスバー１３を通して電気的に直
列に接続されている。

【００１７】ところで、この梯子型接続弾性表面波フィ
ルタの入出力インピーダンスは、周辺回路とのインピー
ダンス整合のため、使用される高周波回路基板の信号ラ
イン特性インピーダンスと等しいことが要求される。通
常この特性インピーダンスは５０Ωとされている。一
方、梯子型接続弾性表面波フィルタの入出力インピーダ
ンスＲは、近似的に以下の数１により見積もることが出
来る。

【００１８】

【数１】

【００１９】ここで、ωoはフィルタの中心角周波数、
Ｃosは直列腕共振子の等価並列容量１４（図１）、Ｃop
は並列腕共振子の等価並列容量１５（図１）である。携
帯電話機等で使用されている８００から９００ＭＨｚ帯
の周波数で入出力インピーダンスを５０Ω（Ｒ＝５０
Ω）と設定するには、以下の数２にする必要がある。

【００２０】

【数２】

【００２１】Ｃos、Ｃopの等価並列容量比は目標とする
帯域外抑圧レベルに応じて設定すべきものであることは
すでに述べた。ここでは本発明の説明の簡便化のため、
直列腕共振子の等価並列容量Ｃosと並列腕共振子の等価
並列容量Ｃopとを等しく設定した場合（Ｃop／Ｃos＝
１）について詳述する。

【００２２】数２において、Ｃos＝Ｃop≒４ｐＦとなる
ことは容易に知られる。図３は本発明者等が実験により
多数対型弾性表面波共振子の電極指対数と共振子の共振
抵抗の関係を求めたものである。また図４は図３と同一
試料につき、電極指対数と共振子の等価並列容量の関係
を求めたものである。実験は各水準につき試料数１０個
とした。電極指交差幅は１０λ（λ：弾性表面波波長）
とした。１０λより小さな交差幅では、弾性表面波の回
折現象により充分な性能の共振子は得られなかった。図
３より、多数対型弾性表面波共振子で、安定かつ充分な
共振性能を得るには電極指対数を概略１５０対以上とす
べきことが実験により明かとなった。ところが、図４の
実験データより、電極指対数を１５０本以上とすると、
通常の多数対型弾性表面波共振子の構成では、等価並列
容量が約５．７ｐＦ以上と大きな値となってしまうこと
がわかった。

【００２３】本発明になる梯子型接続弾性表面波フィル
タの直列腕共振子、並列腕共振子のうち少なくとも一箇
所以上に配置される電極パターン（ＩＤＴ）が複数の部
分に分割されるとともにそれらが相互に電気的に直列接
続された多数対ＩＤＴで構成された弾性表面波共振子
（以下折り返し型ＩＤＴと呼ぶ）につき、従来の多数対
型弾性表面波共振子（多数対ＩＤＴ共振子と呼ぶ）との
比較実験データに基づき説明する。

【００２４】図５は本発明による梯子型接続弾性表面波
フィルタの構成の一部もしくは全部に使用される折り返
し型ＩＤＴ共振子の概略電極構造、図６はこの共振子の
インピーダンス特性である。図７は従来の多数対ＩＤＴ
共振子の概略電極構造、図８はこの共振子のインピーダ
ンス特性である。これらの実験データを比較検討するこ
とにより、二分割し電気的に直列接続した場合、等価並
列容量は分割前に較べて約１／３に減少させうることが
分かった。尚、この実験では共に電極指対数２００対、
電極指交差幅１４λとした。

【００２５】以上、本発明者等は鋭意実験検討を行った
結果、電極指交差幅を回折現象による共振子性能劣化が
問題とならない１０λ以上としても、多数対ＩＤＴを複
数に分割しそれらを相互に電気的に直列接続となるよう
に構成することにより、共振子の等価並列容量が自在に
設定出来ること、従って、これを梯子型接続弾性表面波
フィルタを構成する弾性表面波共振子の一部もしくは全
部に用いることによって、比較的薄い電極膜厚範囲でも
性能の優れたフィルタを構成出来ることを見いだした。

【００２６】図９は本発明の一実施例（図２の構成）に
より得られたフィルタ特性である。尚、本実施例では各
共振子のＩＤＴの総対数を３００対（分割後それぞれ１
５０対）、交差幅を６０μｍとし、直列腕共振子ＩＤＴ
の電極指ピッチを４．６６μｍ、並列腕共振子ＩＤＴの
電極指ピッチを４．８０μｍ、直列腕共振子および並列
腕共振子の等価並列容量を同じ値、電極膜厚を０．２μ
ｍ（ｈ／λ ０．０４２）としたが、本発明の効果はこ
の値に限定されるものではない。圧電体基板としては弾
性表面波素子用基板としてよく知られている３６度回転
Ｙカットタンタル酸リチウムを使用したが、他の基板例
えば、水晶、ニオブ酸リチウム等でも同様の効果の得ら
れることは明かである。電極材料としてはＡｌを用い、
真空蒸着法により基板上に形成し、フォトリソグラフィ
技術によりパターン形成を行ったが、電極材料としては
Ａｌに限定されるものではなく、また成膜、パターン形
成法についてもこれに限定されるものではない。本実施
例では直列腕共振子一個と並列腕共振子一個とで構成さ
れるユニットを一段と呼ぶと三段構成となっているが、
この段数は目標とするフィルタ仕様に応じて適宜選ばれ
るべきものである。本実施例ではＩＤＴを二分割するも
ののみ示したが、更に多数部分に分割し、ＩＤＴ電極指
の交差幅設定と合わせて自在に等価静電容量を設定出来
ることは明かである。

【００２７】図１０および図１１には、比較のため従来
技術であるキャビティ型弾性表面波共振子を用いて構成
（先行事例２）した三段構成の場合の梯子型接続弾性表
面波フィルタの周波数特性を示す。具体的構成として
は、直列腕共振子を電極指ピッチλを４．４２μｍ、電
極指交差幅７０μｍ（１５．８λ）、ＩＤＴ対数を８
０．５対（１６１本）、反射器ストライプ本数を１６０
本、並列腕共振子を電極指ピッチλを４．６０μｍ、電
極指交差幅２００μｍ（４３．５λ）、ＩＤＴ対数を４
４．５対（８９本）、反射器ストライプ本数を１６０本
とした。図１０の実験では電極膜厚を上記本発明の実施
例と同じく０．２μｍとした。この膜厚では、梯子型接
続されているそれぞれの共振子が充分な共振性能が得ら
れず、通過帯域内に大きなディップが入りフィルタとし
て機能しないことが分かった。図１１の実験では電極膜
厚を０．３μｍとした。この場合、通過帯域内にあった
ディップは高周波側に移動しフィルタ特性は改善される
が、電極膜厚が厚いことから従来技術であるウェットエ
ッチング法でのパターン形成が適用出来ず、試料作成は
高価な装置であるドライエッチングに依った。

【００２８】

【発明の効果】本発明は、以上実施例をもとに説明した
ように、圧電体基板上に複数の多数対型弾性表面波共振
子を形成し、これらを梯子型接続となるように構成し、
かつこの複数の多数対型弾性表面波共振子のうち少なく
とも一つを、電極パターンが複数の部分に分割されると
ともにそれぞれ分割された電極が相互に電気的に直列接
続された多数対インターデジタルトランスジューサで構
成されていることから、薄い電極膜厚領域でも十分な共
振性能を得、直列腕、並列腕それぞれの共振子の等価並
列容量が自在に設定された梯子型接続弾性表面波フィル
タを提供できるものである。さらに、電極膜厚が薄くて
良いことからフォトリソグラフィのプロセスが容易とな
り、製造歩留が向上される。さらに、本発明の実施例の
ごとく、梯子型接続弾性表面波フィルタの各直列腕共振
子、並列腕共振子のすべてを多数対型弾性表面波共振子
で構成すると、多数対型弾性表面波共振子はキャビティ
型弾性表面波共振子に較べてＩＤＴ対数が多いことか
ら、弾性表面波励振源が広範囲に分布していることにな
り、よって弾性エネルギーも広範囲に分布し、フィルタ
の耐電力性の向上も期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明に係わる梯子型接続弾性表面波フィル
タの一実施例の構成を示す等価回路図である。

【図２】本願発明に係わる梯子型接続弾性表面波フィル
タの一実施例の構成を示す概略図である。

【図３】従来の多数対型弾性表面波共振子の電極指対数
と共振抵抗との関係を示す実験データである。

【図４】従来の多数対型弾性表面波共振子の電極指対数
と等価並列容量との関係を示す実験データである。

【図５】本願発明に係わる梯子型接続弾性表面波フィル
タの構成の一部もしくは全部に使用される折り返し型Ｉ
ＤＴ共振子を示す概略図である。

【図６】折り返し型ＩＤＴ共振子のインピーダンス特性
を示す図である。

【図７】従来の多数対ＩＤＴ共振子を示す概略図であ
る。

【図８】多数対ＩＤＴ共振子のインピーダンス特性を示
す図である。

【図９】本願発明の一実施例により得られたフィルタ特
性を示す図である。

【図１０】従来のキャビティ型弾性表面波共振子を用い
た梯子型接続弾性表面波フィルタ構成により得られたフ
ィルタ特性を示す図（電極膜厚０．２μｍ）である。

【図１１】従来のキャビティ型弾性表面波共振子を用い
た梯子型接続弾性表面波フィルタ構成により得られたフ
ィルタ特性を示す図（電極膜厚０．３μｍ）である。

【符号の説明】

１ 圧電体基板 １０、２０、３０、４０、５０、６０ 多数対型弾
性表面波共振子 １１、１２ 二分割された多数対型弾性表面波共振
子 １３ 共通バスバー １４ 直列腕共振子の等価並列容量 １５ 並列腕共振子の等価並列容量

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の弾性表面波共振子を並列腕共振
   子、直列腕共振子になるように梯子型に接続した弾性表
   面波フィルタにおいて、 前記弾性表面波共振子を多数対型弾性表面波共振子で構
   成し、少なくとも一つの前記多数対型弾性表面波共振子
   の電極パターンを複数の電極部分に分割し、該電極部分
   が相互に電気的に直列接続された多数対インターデジタ
   ルトランスジューサであることを特徴とする弾性表面波
   フィルタ。