弾性表面波フィルタ装置
【課題】急峻なフィルタ特性を有すると共に、通過帯域が広く、かつフィルタ特性の製造ばらつきが小さい弾性表面波フィルタ装置を提供する。
【解決手段】弾性表面波フィルタ装置１は、ラダー型弾性表面波フィルタ部２０を備えている。直列腕共振子を構成する弾性表面波共振子３０の誘電体層３３の厚さｔ１が、並列腕共振子を構成する弾性表面波共振子４０の誘電体層４３の厚みｔ２と異なっている。誘電体層の厚さが厚い弾性表面波共振子３０のＩＤＴ電極３２のデューティー比が、誘電体層の厚さが薄い弾性表面波共振子４０のＩＤＴ電極４２のデューティー比よりも小さい。
【解決手段】弾性表面波フィルタ装置１は、ラダー型弾性表面波フィルタ部２０を備えている。直列腕共振子を構成する弾性表面波共振子３０の誘電体層３３の厚さｔ１が、並列腕共振子を構成する弾性表面波共振子４０の誘電体層４３の厚みｔ２と異なっている。誘電体層の厚さが厚い弾性表面波共振子３０のＩＤＴ電極３２のデューティー比が、誘電体層の厚さが薄い弾性表面波共振子４０のＩＤＴ電極４２のデューティー比よりも小さい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性表面波フィルタ装置に関する。特に、本発明は、ラダー型弾性表面波フィルタ部を有する弾性表面波フィルタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば携帯電話機などの通信機におけるＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）回路に搭載される帯域通過フィルタや分波器として、弾性表面波を利用した弾性表面波フィルタ装置が用いられている。そのような弾性表面波フィルタ装置の一例として、例えば下記の特許文献１には、ラダー型弾性表面波フィルタ部を有する弾性表面波フィルタ装置が記載されている。特許文献１には、ラダー型弾性表面波フィルタ部を構成する複数の弾性表面波共振子において、各弾性表面波共振子のＩＤＴ電極の上に保護膜を設け、並列腕共振子を構成している弾性表面波共振子におけるＩＤＴ電極の上の保護膜の厚さと、直列腕共振子を構成している弾性表面波共振子におけるＩＤＴ電極の上の保護膜の厚さとを異ならせることにより、フィルタ特性を急峻にすると共に、通過帯域における周波数特性を平坦にすることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１９６４０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の弾性表面波フィルタ装置を製造しようとすると、フィルタ特性の製造ばらつきが大きくなってしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、斯かる点に鑑みて成されたものであり、その目的は、急峻なフィルタ特性を有すると共に、通過帯域が広く、かつフィルタ特性の製造ばらつきが小さい弾性表面波フィルタ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る弾性表面波フィルタ装置は、ラダー型弾性表面波フィルタ部を備えている。ラダー型弾性表面波フィルタ部は、直列腕と、直列腕共振子と、並列腕と、並列腕共振子とを有する。直列腕共振子は、直列腕において接続されている。並列腕は、直列腕とグラウンドとを接続している。並列腕共振子は、並列腕に設けられている。直列腕共振子と並列腕共振子とのそれぞれは、圧電基板と、ＩＤＴ電極と、誘電体層とを有する弾性表面波共振子により構成されている。ＩＤＴ電極は、圧電基板の上に形成されている。誘電体層は、ＩＤＴ電極を覆うように形成されている。直列腕共振子を構成する弾性表面波共振子の誘電体層の厚さが、並列腕共振子を構成する弾性表面波共振子の誘電体層の厚さと異なっている。誘電体層の厚さが厚い弾性表面波共振子のＩＤＴ電極のデューティー比が、誘電体層の厚さが薄い弾性表面波共振子のＩＤＴ電極のデューティー比よりも小さい。
【０００７】
本発明に係る弾性表面波フィルタ装置のある特定の局面では、直列腕共振子と前記並列腕共振子とのそれぞれは、複数の弾性表面波共振子により構成されており、誘電体層の厚さが厚い弾性表面波共振子のＩＤＴ電極のデューティー比の平均値が、誘電体層の厚さが薄い弾性表面波共振子のＩＤＴ電極のデューティー比の平均値よりも小さい。
【０００８】
本発明に係る弾性表面波フィルタ装置の他の特定の局面では、直列腕共振子及び並列腕共振子のそれぞれを構成する弾性表面波共振子のＩＤＴ電極のデューティー比が０．４〜０．６の範囲内にある。
【０００９】
本発明に係る弾性表面波フィルタ装置の別の特定の局面では、弾性表面波フィルタ装置は、直列腕共振子又は並列腕共振子を構成しており、誘電体層の厚さが厚い弾性表面波共振子の誘電体層の弾性表面波の波長で規格化された厚さをｔ１、直列腕共振子又は並列腕共振子を構成しており、誘電体層の厚さが薄い弾性表面波共振子の誘電体層の弾性表面波の波長で規格化された厚さをｔ２、直列腕共振子又は並列腕共振子を構成しており、誘電体層の厚さが厚い弾性表面波共振子のＩＤＴ電極のデューティー比の平均値をＤ１、直列腕共振子又は並列腕共振子を構成しており、誘電体層の厚さが薄い弾性表面波共振子のＩＤＴ電極のデューティー比の平均値をＤ２としたときに、Ｄ１＜Ｄ２＜Ｄ１＋０．４６５×（ｔ１−ｔ２）を満たす。
【００１０】
本発明に係る弾性表面波フィルタ装置のさらに他の特定の局面では、圧電基板がＬｉＮｂＯ３基板からなる。弾性表面波フィルタ装置は、主モードとしてレイリー波を利用するものである。
【００１１】
本発明に係る弾性表面波フィルタ装置のさらに別の特定の局面では、誘電体層は、ＳｉＯ２層を含む。なお、誘電体層は、ＳｉＯ２層のみにより構成されていてもよいし、ＳｉＯ２層を含む積層体により構成されていてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、急峻なフィルタ特性を有すると共に、通過帯域が広く、かつフィルタ特性の製造ばらつきが小さい弾性表面波フィルタ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る弾性表面波フィルタ装置の等価回路図である。
【図２】本発明の一実施形態における直列腕共振子を構成している弾性表面波共振子の一部分の略図的断面図である。
【図３】本発明の一実施形態における並列腕共振子を構成している弾性表面波共振子の一部分の略図的断面図である。
【図４】比較例１の弾性表面波フィルタ装置の送信フィルタのフィルタ特性と、比較例２の弾性表面波フィルタ装置の送信フィルタのフィルタ特性とを表すグラフである。
【図５】本発明の一実施形態に係る弾性表面波フィルタ装置の送信フィルタのフィルタ特性と、比較例１の弾性表面波フィルタ装置の送信フィルタのフィルタ特性とを表すグラフである。
【図６】本発明の一実施形態に係る弾性表面波フィルタ装置の送信フィルタのフィルタ特性と、比較例２の弾性表面波フィルタ装置の送信フィルタのフィルタ特性とを表すグラフである。
【図７】ＩＤＴ電極のデューティー比と、ＩＤＴ電極の周波数の電極指幅依存性との関係を表すグラフである。なお、図７において、菱形で示すデータは、ＩＤＴ電極の上に形成されている誘電体層のＳｉＯ２層の弾性表面波の波長で規格化された厚さが０．３３である場合のデータである。図７において、正方形で示すデータは、ＩＤＴ電極の上に形成されている誘電体層のＳｉＯ２層の弾性表面波の波長で規格化された厚さが０．２９である場合のデータである。図７において、三角で示すデータは、ＩＤＴ電極の上に形成されている誘電体層のＳｉＯ２層の弾性表面波の波長で規格化された厚さが０．２４である場合のデータである。図７において、×で示すデータは、ＩＤＴ電極の上に形成されている誘電体層のＳｉＯ２層の弾性表面波の波長で規格化された厚さが０．２０である場合のデータである。
【図８】比較例３の第１のパターンの弾性表面波フィルタ装置の送信フィルタのフィルタ特性と、第２のパターンの弾性表面波フィルタ装置の送信フィルタのフィルタ特性とを表すグラフである。
【図９】本発明の実施例の第１のパターンの弾性表面波フィルタ装置の送信フィルタのフィルタ特性と、第２のパターンの弾性表面波フィルタ装置の送信フィルタのフィルタ特性とをとを表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施した好ましい形態について、図１に示す弾性表面波フィルタ装置１を例に挙げて説明する。本実施形態の弾性表面波フィルタ装置１は、ラダー型弾性表面波フィルタ部を有する、デュプレクサである。デュプレクサは、分波器の一種である。但し、本発明に係る弾性表面波フィルタ装置は、デュプレクサに限定されない。本発明に係る弾性表面波フィルタ装置は、ラダー型弾性表面波フィルタ部を有するものである限りにおいて特に限定されず、トリプレクサなどの他の分波器であってもよいし、入力信号端子または出力信号端子の少なくとも一方が共通に接続されていない複数のフィルタ部を含むものであってもよいし、ひとつのラダー型弾性表面波フィルタ部のみを有するものであってもよい。
【００１５】
図１は、本実施形態に係る弾性表面波フィルタ装置１の等価回路図である。図２は、本実施形態における直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を構成している弾性表面波共振子３０の一部分の略図的断面図である。図３は、本実施形態における並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を構成している弾性表面波共振子４０の一部分の略図的断面図である。
【００１６】
本実施形態の弾性表面波フィルタ装置１は、例えば、ＵＭＴＳのようなＣＤＭＡ方式に対応する携帯電話機などのＲＦ回路に搭載されるものである。具体的には、弾性表面波フィルタ装置１は、ＵＭＴＳ−ＢＡＮＤ３に対応するデュプレクサである。ＵＭＴＳ−ＢＡＮＤ３の送信周波数帯は、１７１０ＭＨｚ〜１７８５ＭＨｚであり、受信周波数帯は、１８０５ＭＨｚ〜１８８０ＭＨｚである。このように、ＵＭＴＳ−ＢＡＮＤ３においては、送信側周波数帯が受信側周波数帯よりも低域側に位置している。
【００１７】
図１に示すように、弾性表面波フィルタ装置１は、アンテナに接続されるアンテナ端子１０と、送信側信号端子１１と、受信側信号端子１２とを備えている。アンテナ端子１０と受信側信号端子１２との間には、受信フィルタ１３が接続されている。本実施形態において受信フィルタ１３の構成は、特に限定されない。受信フィルタ１３は、例えば、縦結合共振子型弾性表面波フィルタ部により構成されていてもよいし、ラダー型弾性表面波フィルタ部により構成されていてもよい。なお、図１においては、ひとつの受信側信号端子１２のみを描画しているが、受信フィルタ１３が平衡−不平衡変換機能を有するバランス型のフィルタ部により構成されている場合は、２つの受信側信号端子が設けられる。
【００１８】
アンテナ端子１０と送信側信号端子１１との間には、送信フィルタ２０が接続されている。送信フィルタ２０と受信フィルタ１３との接続点とアンテナ端子１０との間の接続点と、グラウンドとの間には、整合回路としてのインダクタＬが接続されている。
【００１９】
送信フィルタ２０は、ラダー型弾性表面波フィルタ部により構成されている。送信フィルタ２０は、アンテナ端子１０と送信側信号端子１１とを接続している直列腕２１を有する。直列腕２１には、複数の直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３が直列に接続されている。なお、直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３は、それぞれ、ひとつの共振子として機能する複数の弾性表面波共振子によって構成されている。これにより、送信フィルタ２０の耐電力性が高められている。もっとも、本発明においては、直列腕共振子は、ひとつの共振子として機能する複数の弾性表面波共振子によって構成されていてもよいし、ひとつの弾性表面波共振子によって構成されていてもよい。
【００２０】
送信フィルタ２０は、直列腕２１とグラウンドとの間に接続されている複数の並列腕２２，２３，２４を有する。並列腕２２，２３，２４のそれぞれには、並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３が設けられている。並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３のそれぞれは、ひとつの共振子として機能する複数の弾性表面波共振子により構成されている。これにより、送信フィルタ２０の耐電力性が高められている。もっとも、本発明においては、並列腕共振子は、ひとつの共振子として機能する複数の弾性表面波共振子によって構成されていてもよいし、ひとつの弾性表面波共振子によって構成されていてもよい。
【００２１】
次に、図２及び図３を参照しながら、直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を構成している弾性表面波共振子３０と、並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を構成している弾性表面波共振子４０との構成について説明する。
【００２２】
弾性表面波共振子３０，４０は、圧電基板３１を備えている。すなわち、弾性表面波共振子３０，４０は、圧電基板３１を共有している。本実施形態の送信フィルタ２０では、レイリー波を主モードとしている。そのため、圧電基板３１は、ＬｉＮｂＯ３基板により構成されている。具体的には、本実施形態では、圧電基板３１は、オイラー角（φ，θ，ψ）のθが２５°〜４５°の範囲にあるＬｉＮｂＯ３基板により構成されている。なお、φは、０°±５°の範囲内であることが好ましい。
【００２３】
以下、本実施形態においては、圧電基板３１が、オイラー角が（０°，３７．５°，０°）であるＬｉＮｂＯ３基板により構成されている例について説明する。この場合、送信フィルタ２０では、ψの方向に伝搬するレイリー波を主モードとする。すなわち、ψ＝０°が伝搬方位となる。なお、オイラー角が（０°，３７．５°，０°）であるＬｉＮｂＯ３基板は、別の表現では、１２７．５°ＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ３基板となる。もっとも、本発明において、圧電基板は、ＬｉＮｂＯ３基板により構成されていなくてもよい。圧電基板は、例えば、ＬｉＴａＯ３基板や水晶基板等により構成されていてもよい。
【００２４】
弾性表面波共振子３０は、ＩＤＴ電極３２と、誘電体層３３とを有する。ＩＤＴ電極３２は、圧電基板３１の主面３１ａの上に形成されている。誘電体層３３は、ＩＤＴ電極３２と圧電基板３１の主面３１ａとの上に形成されている。すなわち、誘電体層３３によりＩＤＴ電極３２が覆われている。弾性表面波共振子４０は、ＩＤＴ電極４２と、誘電体層４３とを有する。ＩＤＴ電極４２は、圧電基板３１の主面３１ａの上に形成されている。誘電体層４３は、ＩＤＴ電極４２と圧電基板３１の主面３１ａとの上に形成されている。すなわち、誘電体層４３によりＩＤＴ電極４２が覆われている。
【００２５】
ＩＤＴ電極３２，４２は、１組の櫛歯状電極により構成されている。櫛歯状電極は、複数の電極指と、複数の電極指が接続されているバスバーとを有する。図２及び図３では、ＩＤＴ電極３２，４２のうち、電極指の部分のみが図示されている。ＩＤＴ電極３２，４２は、特に限定されない。ＩＤＴ電極３２，４２は、例えば、Ａｌ，Ｐｔ，Ｃｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｗ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｃｏ及びＴａからなる群から選ばれた金属、もしくは、Ａｌ，Ｐｔ，Ｃｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｗ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｃｏ及びＴａからなる群から選ばれた一種以上の金属を含む合金により形成することができる。また、ＩＤＴ電極３２，４２は、上記金属や合金からなる複数の導電膜の積層体により構成されていてもよい。
【００２６】
具体的には、本実施形態では、ＩＤＴ電極３２，４２は、共に、圧電基板３１側から、ＮｉＣｒ層（厚さ１０ｎｍ）と、Ｐｔ層（厚さ４０ｎｍ）と、Ｔｉ層（厚さ１０ｎｍ）と、Ａｌ層（厚さ１５０ｎｍ）と、Ｔｉ層（厚さ１０ｎｍ）とがこの順番で積層された積層体により構成されている。すなわち、ＩＤＴ電極３２とＩＤＴ電極４２とでは、同一の層構成及び同一の膜厚となっている。本実施形態では、ＩＤＴ電極３２，４２は、レイリー波を主モードとすることができるように構成されている。
【００２７】
本実施形態では、弾性表面波共振子３０と弾性表面波共振子４０とは、ＩＤＴ電極のデューティー比（メタライゼーション・レシオ）が異ならされている。具体的には、ＩＤＴ電極３２のデューティー比は０．４７５であり、ＩＤＴ電極４２のデューティー比は０．５２である。
【００２８】
誘電体層３３，４３は、例えば、ＳｉＯ２，ＳｉＮ，ＳｉＯＮ，Ｔａ２Ｏ５，ＡｌＮ，Ａｌ２Ｏ３，ＺｎＯなどの各種誘電体材料により形成することができる。また、誘電体層３３，４３は、単一の誘電体層により構成されていてもよいが、複数の誘電体層の積層体により構成されていてもよい。誘電体層３３，４３は、ＳｉＯ２層を含むことが好ましい。この場合、ＳｉＯ２層は正の周波数温度係数（ＴＣＦ：Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）を有し、ＬｉＮｂＯ３基板は負の周波数温度係数を有することから、誘電体層３３，４３の周波数温度係数と、圧電基板３１の周波数温度係数との符号が逆になるため、送信フィルタ２０の周波数温度特性を改善することができる。
【００２９】
誘電体層３３，４３は、例えば、ＳｉＯ２層のみにより構成されていてもよいが、ＳｉＯ２層を含む積層体により構成されていてもよい。具体的には、本実施形態では、誘電体層３３，４３は、ＳｉＯ２層３３ａ，４３ａとＳｉＮ層３３ｂ，４３ｂとの積層体により構成されている。ＳｉＯ２層３３ａ，４３ａは、ＩＤＴ電極３２，４２と圧電基板３１の主面３１ａとを覆うように形成されている。ＳｉＮ層３３ｂ，４３ｂは、ＳｉＯ２層３３ａ，４３ａの上に形成されている。なお、ＳｉＮ層３３ｂ，４３ｂは、その厚さを調整することにより、送信フィルタ２０の周波数を調整するための周波数調整膜として機能する。ＳｉＮ層３３ｂ，４３ｂの厚さは、例えば、２０ｎｍ程度とすることができる。
【００３０】
本実施形態においては、ＳｉＯ２層３３ａの厚さが６７０ｎｍであり、ＳｉＯ２層４３ａの厚さが３７０ｎｍである。このため、直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を構成している弾性表面波共振子３０における誘電体層３３の厚みｔ１が、並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を構成している弾性表面波共振子４０における誘電体層４３の厚さｔ２よりも大きい（ｔ１＞ｔ２）。
【００３１】
本実施形態の弾性表面波フィルタ装置１においては、直列腕共振子を構成する弾性表面波共振子の誘電体層の厚さが、並列腕共振子を構成する弾性表面波共振子の誘電体層の厚さと異なっており、かつ、誘電体層の厚さが厚い弾性表面波共振子のＩＤＴ電極のデューティー比が、誘電体層の厚さが薄い弾性表面波共振子のＩＤＴ電極のデューティー比よりも小さい。
【００３２】
すなわち、本実施形態の弾性表面波フィルタ装置１においては、直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を構成している弾性表面波共振子３０の誘電体層３３の厚さが、並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を構成している弾性表面波共振子４０の誘電体層４３の厚さと異なっており、かつ、誘電体層の厚さが厚い弾性表面波共振子３０のＩＤＴ電極３２のデューティー比が、誘電体層の厚さが薄い弾性表面波共振子４０のＩＤＴ電極４２のデューティー比よりも小さい。
【００３３】
ＵＭＴＳ−ＢＡＮＤ３では、送信周波数帯と受信周波数帯とは２０ＭＨｚしか離れていない。このように、送信周波数帯と受信周波数帯との間隔が狭いシステムに対応するデュプレクサにおいては、送信フィルタ及び受信フィルタの少なくとも一方は、急峻性が高いフィルタ特性を有することや周波数温度特性が優れていることが求められる。より詳細には、送信周波数帯が受信周波数帯よりも低域側に位置する場合、送信フィルタは、通過帯域高域側の急峻性が高いフィルタ特性を有することが求められる。また、送信周波数帯が受信周波数帯よりも高域側に位置する場合、送信フィルタは、通過帯域低域側の急峻性が高いフィルタ特性を有することが求められる。
【００３４】
ここで、送信フィルタがラダー型弾性表面波フィルタ部により構成されている場合、通過帯域高域側の急峻性が高いフィルタ特性を実現するためには、直列腕共振子を構成している弾性表面波共振子のΔｆ（共振周波数と反共振周波数との周波数差）を小さくすることが必要となる。これは、直列腕共振子を構成している弾性表面波共振子のΔｆが、通過帯域高域側の急峻性に大きく影響するためである。一方、通過帯域低域側の急峻性が高いフィルタ特性を実現するためには、並列腕共振子を構成している弾性表面波共振子のΔｆを小さくすることが必要となる。これは、並列腕共振子を構成している弾性表面波共振子のΔｆが、通過帯域低域側の急峻性に大きく影響するためである。
【００３５】
弾性表面波共振子においては、ＩＤＴ電極と圧電基板の主面とを覆うように形成されている誘電体層を厚くすることにより、Δｆを小さくすることができる。特に、圧電基板がＬｉＮｂＯ３基板またはＬｉＴａＯ３基板である弾性表面波共振子の場合、ＳｉＯ２層を含む誘電体層とし、誘電体層を厚くすることにより、Δｆを小さくすることができるとともに、周波数温度特性を改善することができる。送信フィルタの通過帯域高域側の急峻性と通過帯域低域側の急峻性との両方を改善する観点からは、直列腕共振子及び並列腕共振子の両方を構成している弾性表面波共振子において、誘電体層を厚くすることが考えられる。
【００３６】
送信フィルタ２０を構成している弾性表面波共振子３０，４０における誘電体層３３，４３の厚さを３７０ｎｍとした弾性表面波フィルタ装置を比較例１として用意し、送信フィルタ２０を構成している弾性表面波共振子３０，４０における誘電体層３３，４３の厚さを６７０ｎｍとした弾性表面波フィルタ装置を比較例２として用意した。図４に、比較例１の弾性表面波フィルタ装置の送信フィルタのフィルタ特性と、比較例２の弾性表面波フィルタ装置の送信フィルタのフィルタ特性とを示す。図４において、実線が比較例１を示し、破線が比較例２を示す。
【００３７】
比較例１では、送信フィルタの直列腕共振子及び並列腕共振子の両方を構成している弾性表面波共振子において、誘電体層を薄くしたため、全ての弾性表面波共振子のΔｆが大きくなる。このため、図４から分かるように、通過帯域幅が広くなる一方で、通過帯域高域側の急峻性と通過帯域低域側の急峻性との両方が低くなっている。そのため、比較例１では、ＵＭＴＳ−ＢＡＮＤ３の受信周波数帯における減衰量が不十分となっている。
【００３８】
また、比較例２では、送信フィルタの直列腕共振子及び並列腕共振子の両方を構成している弾性表面波共振子において、誘電体層を厚くしたため、全ての弾性表面波共振子のΔｆが小さくなる。このため、図４から分かるように、通過帯域高域側の急峻性と通過帯域低域側の急峻性との両方が高くなる一方で、通過帯域幅が狭くなっている。そのため、比較例２では、ＵＭＴＳ−ＢＡＮＤ３の送信周波数帯に対応する通過帯域幅が実現できていない。
【００３９】
このように、直列腕共振子を構成している弾性表面波共振子における誘電体層の厚さと並列腕共振子を構成している弾性表面波共振子における誘電体層の厚さとを等しくした場合は、高い急峻性と、広い通過帯域幅とを有するフィルタ特性を実現することは困難である。
【００４０】
図５に、本実施形態の弾性表面波フィルタ装置１の送信フィルタ２０のフィルタ特性と、比較例１の弾性表面波フィルタ装置の送信フィルタのフィルタ特性とを示す。図５において、実線が本実施形態を示し、破線が比較例１を示す。図６に、本実施形態の弾性表面波フィルタ装置１の送信フィルタ２０のフィルタ特性と、比較例２の弾性表面波フィルタ装置の送信フィルタのフィルタ特性とを示す。図６において、実線が本実施形態を示し、破線が比較例２を示す。
【００４１】
上述のように、本実施形態の弾性表面波フィルタ装置１の送信フィルタ２０においては、直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を構成している弾性表面波共振子３０における誘電体層３３の厚さｔ１が、並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を構成している弾性表面波共振子４０における誘電体層４３の厚さｔ２よりも厚くされている。そのため、本実施形態では、図５に示すように、比較例１とほぼ同等の広さの通過帯域幅を得ることができる。さらに、図６に示すように、比較例２と同等の通過帯域高域側の急峻性を得ることができる。
【００４２】
本実施形態では、直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を構成している弾性表面波共振子３０における誘電体層３３が厚くされていることにより、弾性表面波共振子３０のΔｆが小さくなり、通過帯域高域側の急峻性が高くなっている。一方、並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を構成している弾性表面波共振子４０における誘電体層４３が薄くされていることにより、弾性表面波共振子４０のΔｆが大きくなり、通過帯域幅が広くなっている。すなわち、直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を構成している弾性表面波共振子３０における誘電体層３３の厚さｔ１が、並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を構成している弾性表面波共振子４０における誘電体層４３の厚さｔ２よりも厚くされている本実施形態では、高い急峻性と、広い通過帯域幅とを有するフィルタ特性を実現することができる。
【００４３】
なお、本実施形態では、送信側周波数帯が受信側周波数帯よりも低域側に位置しており、通過帯域高域側の急峻性が高いフィルタ特性を有する送信フィルタが求められる、ＵＭＴＳ−ＢＡＮＤ３に対応するため、直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を構成している弾性表面波共振子３０における誘電体層３３の厚さｔ１が、並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を構成している弾性表面波共振子４０における誘電体層４３の厚さｔ２よりも厚くされている。
【００４４】
本発明において、送信側周波数帯が受信側周波数帯よりも高域側に位置しており、通過帯域低域側の急峻性が高いフィルタ特性を有する送信フィルタが求められる、通信システムに対応する弾性表面波フィルタ装置では、直列腕共振子を構成している弾性表面波共振子における誘電体層の厚さが、並列腕共振子を構成している弾性表面波共振子における誘電体層の厚さよりも薄くされる。この場合、並列腕共振子を構成している弾性表面波共振子における誘電体層が厚くされていることにより、弾性表面波共振子のΔｆが小さくなり、通過帯域低域側の急峻性が高くなる一方、直列腕共振子を構成している弾性表面波共振子における誘電体層が薄くされていることにより、弾性表面波共振子のΔｆが大きくなり、通過帯域幅が広くなる。
【００４５】
一方で、本発明者らは、鋭意研究の結果、直列腕共振子を構成している弾性表面波共振子における誘電体層の厚さと並列腕共振子を構成している弾性表面波共振子における誘電体層の厚さとが異なる場合は、ＩＤＴ電極の電極指の幅が変化したときにおける、直列腕共振子を構成している弾性表面波共振子の周波数の変化量と、並列腕共振子を構成している弾性表面波共振子の周波数の変化量とが異なることを見出した。このため、ＩＤＴ電極の電極指の幅が変化すると、得られるフィルタ特性が変化してしまう。従って、ＩＤＴ電極の電極指の幅に製造ばらつきが生じることによって、得られるフィルタ特性にも大きなばらつきが生じてしまうこととなる。
【００４６】
この知見を元に、本発明者らは、さらに鋭意研究した結果、直列腕共振子を構成している弾性表面波共振子における誘電体層の厚さと並列腕共振子を構成している弾性表面波共振子における誘電体層の厚さとが異なる場合であっても、ＩＤＴ電極のデューティー比を異ならせることで、ＩＤＴ電極の電極指の幅が変化したときにおける、弾性表面波共振子の周波数の変化量を調整し、フィルタ特性の製造ばらつきを小さくすることができることを見出した。
【００４７】
図７は、ＩＤＴ電極のデューティー比と、ＩＤＴ電極の周波数の電極指幅依存性との関係を表すグラフである。ここで、ＩＤＴ電極の周波数の電極指幅依存性とは、ＩＤＴ電極の電極指の幅が変化したときの周波数の変化量を示すものである。ＩＤＴ電極の周波数の電極指幅依存性が０．００に近いほど、ＩＤＴ電極の電極指の幅が変化したときにおける、弾性表面波共振子の周波数の変化量が小さくなる。
【００４８】
なお、図７において、菱形で示すデータは、本実施形態の弾性表面波共振子３０，４０と同じ構成を有する弾性表面波共振子であって、ＩＤＴ電極の上に形成されている誘電体層のＳｉＯ２層の弾性表面波の波長で規格化された厚さが０．３３である場合のデータである。図７において、正方形で示すデータは、本実施形態の弾性表面波共振子３０，４０と同じ構成を有する弾性表面波共振子であって、ＩＤＴ電極の上に形成されている誘電体層のＳｉＯ２層の弾性表面波の波長で規格化された厚さが０．２９である場合のデータである。図７において、三角で示すデータは、本実施形態の弾性表面波共振子３０，４０と同じ構成を有する弾性表面波共振子であって、ＩＤＴ電極の上に形成されている誘電体層のＳｉＯ２層の弾性表面波の波長で規格化された厚さが０．２４である場合のデータである。図７において、×で示すデータは、本実施形態の弾性表面波共振子３０，４０と同じ構成を有する弾性表面波共振子であって、ＩＤＴ電極の上に形成されている誘電体層のＳｉＯ２層の弾性表面波の波長で規格化された厚さが０．２０である場合のデータである。
【００４９】
図７に示す結果から、ＩＤＴ電極のデューティー比が一定である場合、誘電体層が薄くなるにつれて、ＩＤＴ電極の周波数の電極指幅依存性が大きくなっていくことが分かる。また、誘電体層の厚さが一定である場合、ＩＤＴ電極のデューティー比が小さくなるにつれて、ＩＤＴ電極の周波数の電極指幅依存性が大きくなっていくことが分かる。
【００５０】
例えば、ラダー型弾性表面波フィルタ部において、直列腕共振子を構成している弾性表面波共振子のＩＤＴ電極の上に形成されている誘電体層のＳｉＯ２層の弾性表面波の波長で規格化された厚さが０．３３であり、並列腕共振子を構成している弾性表面波共振子のＩＤＴ電極の上に形成されている誘電体層のＳｉＯ２層の弾性表面波の波長で規格化された厚さが０．２０である場合において、直列腕共振子及び並列腕共振子を構成している弾性表面波共振子のそれぞれのＩＤＴ電極のデューティー比を０．５に統一した場合は、直列腕共振子を構成している弾性表面波共振子のＩＤＴ電極の周波数の電極指幅依存性と、並列腕共振子を構成している弾性表面波共振子のＩＤＴ電極の周波数の電極指幅依存性とが、約０．０５異なることとなる。このため、直列腕共振子を構成している弾性表面波共振子における誘電体層の厚さと並列腕共振子を構成している弾性表面波共振子における誘電体層の厚さとが異なる場合は、直列腕共振子及び並列腕共振子を構成している弾性表面波共振子のそれぞれのＩＤＴ電極のデューティー比が同じであると、ＩＤＴ電極の電極指幅に製造ばらつきが生じた場合に、直列腕共振子を構成している弾性表面波共振子の周波数の変化量と、並列腕共振子を構成している弾性表面波共振子の周波数の変化量とが異なり、得られるフィルタ特性にも製造ばらつきが生じる結果となる。その具体例を以下に示す。
【００５１】
直列腕共振子を構成する弾性表面波共振子のＩＤＴ電極のデューティー比が、並列腕共振子を構成する弾性表面波共振子のＩＤＴ電極のデューティー比と等しくされている点以外は、本実施形態の弾性表面波共振子３０，４０と同じ構成を有する弾性表面波共振子からなるラダー型弾性表面波フィルタ部を有する弾性表面波フィルタ装置を比較例３として用意した。ＩＤＴ電極の電極指幅に製造ばらつきが生じた場合を想定して、ＩＤＴ電極の電極指幅を５００ｎｍとしたものを比較例３の第１のパターンとし、ＩＤＴ電極の電極指幅を５２０ｎｍとしたものを比較例３の第２のパターンとして、送信フィルタのフィルタ特性を測定した。
【００５２】
図８に、比較例３の第１のパターンの弾性表面波フィルタ装置の送信フィルタのフィルタ特性と、第２のパターンの弾性表面波フィルタ装置の送信フィルタのフィルタ特性とを示す。図８において、実線が比較例３の第１のパターンを示し、破線が比較例３の第２のパターンを示す。
【００５３】
図８に示すように、比較例３の第１のパターンと第２のパターンでは、送信フィルタのフィルタ特性が異なる。詳細には、比較例３の第１のパターンと第２のパターンでは、送信フィルタの周波数だけではなく、波形も異なっている。比較例３の第２のパターンでは、通過帯域内にリップルが発生している。このように、直列腕共振子を構成する弾性表面波共振子と並列腕共振子を構成する弾性表面波共振子とでＩＤＴ電極のデューティー比が等しい場合は、ＩＤＴ電極の電極指幅に製造ばらつきが生じると、直列腕共振子を構成している弾性表面波共振子の周波数の変化量と、並列腕共振子を構成している弾性表面波共振子の周波数の変化量とが異なることから、送信フィルタのフィルタ特性に製造ばらつきが生じてしまう。
【００５４】
ここで、本実施形態の弾性表面波フィルタ装置１では、直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を構成している弾性表面波共振子３０の誘電体層３３の厚さが、並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を構成している弾性表面波共振子４０の誘電体層４３の厚さと異なっており、かつ、誘電体層の厚さが厚い弾性表面波共振子３０のＩＤＴ電極３２のデューティー比が、誘電体層の厚さが薄い弾性表面波共振子４０のＩＤＴ電極４２のデューティー比よりも小さくされている。このため、本実施形態では、直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を構成している弾性表面波共振子３０のＩＤＴ電極３２の周波数の電極指幅依存性と、並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を構成している弾性表面波共振子４０のＩＤＴ電極４２の周波数の電極指幅依存性との差が小さい。従って、ＩＤＴ電極の電極指幅に製造ばらつきが生じた場合であっても、フィルタ特性の製造ばらつきを抑制することができる。
【００５５】
具体的には、例えば、ラダー型弾性表面波フィルタ部において、直列腕共振子を構成している弾性表面波共振子のＩＤＴ電極の上に形成されている誘電体層のＳｉＯ２層の弾性表面波の波長で規格化された厚さが０．３３であり、並列腕共振子を構成している弾性表面波共振子のＩＤＴ電極の上に形成されている誘電体層のＳｉＯ２層の弾性表面波の波長で規格化された厚さが０．２０である場合において、直列腕共振子を構成している弾性表面波共振子のＩＤＴ電極のデューティー比を０．５５とし、並列腕共振子を構成している弾性表面波共振子のＩＤＴ電極のデューティー比を０．６０とすることによって、直列腕共振子を構成している弾性表面波共振子のＩＤＴ電極の周波数の電極指幅依存性と、並列腕共振子を構成している弾性表面波共振子のＩＤＴ電極の周波数の電極指幅依存性とを実質的に等しくすることができる。従って、ＩＤＴ電極の電極指幅に製造ばらつきが生じた場合であっても、フィルタ特性の製造ばらつきを抑制することができる。その具体例を以下に示す。
【００５６】
本実施形態の弾性表面波共振子３０，４０と同じ構成を有する弾性表面波共振子からなるラダー型弾性表面波フィルタ部を有する弾性表面波フィルタ装置を実施例として用意した。ＩＤＴ電極の電極指幅に製造ばらつきが生じた場合を想定して、ＩＤＴ電極の電極指幅を５００ｎｍとしたものを実施例の第１のパターンとし、ＩＤＴ電極の電極指幅を５２０ｎｍとしたものを実施例の第２のパターンとして、送信フィルタのフィルタ特性を測定した。
【００５７】
図９に、実施例の第１のパターンの弾性表面波フィルタ装置の送信フィルタのフィルタ特性と、第２のパターンの弾性表面波フィルタ装置の送信フィルタのフィルタ特性とを示す。図９において、実線が実施例の第１のパターンを示し、破線が実施例の第２のパターンを示す。
【００５８】
図９に示すように、実施例の第１のパターンと第２のパターンで、送信フィルタのフィルタ特性はほとんど同じである。詳細には、実施例の第１のパターンと第２のパターンでは、送信フィルタの周波数が異なっているものの、波形はほとんど異なっていない。このように、直列腕共振子及び並列腕共振子を構成する弾性表面波共振子において、誘電体層の厚さが厚い弾性表面波共振子３０のＩＤＴ電極３２のデューティー比が、誘電体層の厚さが薄い弾性表面波共振子４０のＩＤＴ電極４２のデューティー比よりも小さい場合は、ＩＤＴ電極の電極指幅に製造ばらつきが生じても、直列腕共振子を構成している弾性表面波共振子の周波数の変化量と、並列腕共振子を構成している弾性表面波共振子の周波数の変化量とが実質的に等しいことから、送信フィルタのフィルタ特性に製造ばらつきがほとんど生じない。
【００５９】
図９では、実施例の第１のパターンと第２のパターンでは、送信フィルタの周波数が異なっているものの、誘電体層３３，４３のＳｉＮ層３３ｂ，４３ｂの厚さを調整することにより、所望の周波数にすることができる。
【００６０】
なお、本実施形態では、直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を構成している弾性表面波共振子３０における誘電体層３３の厚さｔ１が、並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を構成している弾性表面波共振子４０における誘電体層４３の厚さｔ２よりも厚くされているため、直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を構成している弾性表面波共振子３０のＩＤＴ電極３２のデューティー比が、並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を構成している弾性表面波共振子４０のＩＤＴ電極４２のデューティー比よりも小さくされている。
【００６１】
本発明において、並列腕共振子を構成している弾性表面波共振子における誘電体層の厚さが、直列腕共振子を構成している弾性表面波共振子における誘電体層の厚さよりも厚くされている弾性表面波フィルタ装置では、並列腕共振子を構成している弾性表面波共振子のＩＤＴ電極のデューティー比が、直列腕共振子を構成している弾性表面波共振子のＩＤＴ電極のデューティー比よりも小さくされる。この場合においても、送信フィルタのフィルタ特性に製造ばらつきがほとんど生じない。
【００６２】
なお、本実施形態では、直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を構成している弾性表面波共振子３０のＩＤＴ電極３２のデューティー比が、並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を構成している弾性表面波共振子４０のＩＤＴ電極４２のデューティー比よりも小さくされているが、直列腕共振子又は並列腕共振子を構成している弾性表面波共振子の全ての弾性表面波共振子のＩＤＴ電極のデューティー比を同じ大きさにする必要はない。例えば、直列腕共振子又は並列腕共振子を構成している弾性表面波共振子のうち、特定の弾性表面波共振子のＩＤＴ電極のデューティー比を他の弾性表面波共振子のＩＤＴ電極のデューティー比と異ならせてもよい。特に、直列腕共振子又は並列腕共振子を構成している弾性表面波共振子のうち、特定の弾性表面波共振子のＩＤＴ電極のデューティー比を他の弾性表面波共振子のＩＤＴ電極のデューティー比と異ならせ、直列腕共振子を構成している弾性表面波共振子のＩＤＴ電極のデューティー比の平均値と、並列腕共振子を構成している弾性表面波共振子のＩＤＴ電極のデューティー比平均値とが異なっていればよい。
【００６３】
図７をより詳細に検討すると、下記の関係式（１）が成り立つことが分かる。
【００６４】
（ＩＤＴ電極の周波数の電極指幅依存性）＝−０．６５６＋０．３３７×（誘電体層の弾性表面波の波長で規格化された厚さ）＋０．７２４×（ＩＤＴ電極のデューティー比） ……… （１）
【００６５】
このため、以下の式（２）を満足するようにＩＤＴ電極のデューティー比を設定することが理想的である。
【００６６】
Ｄ２＝Ｄ１＋０．４６５×（ｔ１−ｔ２） ……… （２）
但し、
ｔ１：直列腕共振子又は並列腕共振子を構成しており、誘電体層の厚さが厚い弾性表面波共振子の誘電体層の弾性表面波の波長で規格化された厚さ、
ｔ２：直列腕共振子又は並列腕共振子を構成しており、誘電体層の厚さが薄い弾性表面波共振子の誘電体層の弾性表面波の波長で規格化された厚さ、
Ｄ１：直列腕共振子又は並列腕共振子を構成しており、誘電体層の厚さが厚い弾性表面波共振子のＩＤＴ電極のデューティー比の平均値、
Ｄ２：直列腕共振子又は並列腕共振子を構成しており、誘電体層の厚さが薄い弾性表面波共振子のＩＤＴ電極のデューティー比の平均値、
である。
【００６７】
しかしながら、実際上は、上記式（２）を満たす必要は必ずしもない。なぜなら、直列腕共振子又は並列腕共振子を構成している弾性表面波共振子の中には、フィルタ波形への影響が大きいものと、フィルタ波形への影響が小さいものとがあるためである。従って、直列腕共振子を構成している弾性表面波共振子のうち、フィルタ波形への影響が大きい弾性表面波共振子と、並列腕共振子を構成している弾性表面波共振子のうち、フィルタ波形への影響が大きい弾性表面波共振子との間で上記式（２）が成立することが好ましい。このような観点から、下記の式（３）が成立することが好ましい。
【００６８】
Ｄ１＜Ｄ２＜Ｄ１＋０．４６５×（ｔ１−ｔ２） ……… （３）
【００６９】
なお、直列腕共振子又は並列腕共振子を構成している弾性表面波共振子のそれぞれのＩＤＴ電極のデューティー比は、０．４〜０．６の範囲内にあることが好ましい。このようにすることにより、急峻なフィルタ特性を実現できると共に、通過帯域が広くすることができ、フィルタ特性の製造ばらつきが小さくすることができる。
【００７０】
次に、本実施形態の送信フィルタ２０の製造方法の一例について説明する。
【００７１】
まず、圧電基板３１上にＩＤＴ電極３２，４２を形成する。ＩＤＴ電極３２，４２は、例えば、蒸着法やスパッタリング法により形成することができる。
【００７２】
次に、圧電基板３１の上にＩＤＴ電極３２，４２を覆うように、ＳｉＯ２層を形成する。ＳｉＯ２層は、例えば、バイアススパッタリング法などにより形成することができる。次に、形成したＳｉＯ２層の表面をエッチバック工法により平坦化する。
【００７３】
次に、直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を構成している弾性表面波共振子３０のＩＤＴ電極３２の上に、レジストなどからなるマスクを形成し、並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を構成している弾性表面波共振子４０のＩＤＴ電極４２の上のＳｉＯ２層をエッチングすることにより、ＳｉＯ２層３３ａ，４３ａを形成する。その後、マスクを剥離する。
【００７４】
最後に、ＳｉＮ層３３ｂ，４３ｂを形成することにより送信フィルタ２０を形成することができる。
【符号の説明】
【００７５】
１…弾性表面波フィルタ装置
１０…アンテナ端子
１１…送信側信号端子
１２…受信側信号端子
１３…受信フィルタ
２０…送信フィルタ
２１…直列腕
２２，２３，２４…並列腕
３０，４０…弾性表面波共振子
３１…圧電基板
３１ａ…主面
３２，４２…ＩＤＴ電極
３３，４３…誘電体層
３３ａ，４３ａ…ＳｉＯ２層
３３ｂ，４３ｂ…ＳｉＮ層
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３…並列腕共振子
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３…直列腕共振子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性表面波フィルタ装置に関する。特に、本発明は、ラダー型弾性表面波フィルタ部を有する弾性表面波フィルタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば携帯電話機などの通信機におけるＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）回路に搭載される帯域通過フィルタや分波器として、弾性表面波を利用した弾性表面波フィルタ装置が用いられている。そのような弾性表面波フィルタ装置の一例として、例えば下記の特許文献１には、ラダー型弾性表面波フィルタ部を有する弾性表面波フィルタ装置が記載されている。特許文献１には、ラダー型弾性表面波フィルタ部を構成する複数の弾性表面波共振子において、各弾性表面波共振子のＩＤＴ電極の上に保護膜を設け、並列腕共振子を構成している弾性表面波共振子におけるＩＤＴ電極の上の保護膜の厚さと、直列腕共振子を構成している弾性表面波共振子におけるＩＤＴ電極の上の保護膜の厚さとを異ならせることにより、フィルタ特性を急峻にすると共に、通過帯域における周波数特性を平坦にすることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１９６４０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の弾性表面波フィルタ装置を製造しようとすると、フィルタ特性の製造ばらつきが大きくなってしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、斯かる点に鑑みて成されたものであり、その目的は、急峻なフィルタ特性を有すると共に、通過帯域が広く、かつフィルタ特性の製造ばらつきが小さい弾性表面波フィルタ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る弾性表面波フィルタ装置は、ラダー型弾性表面波フィルタ部を備えている。ラダー型弾性表面波フィルタ部は、直列腕と、直列腕共振子と、並列腕と、並列腕共振子とを有する。直列腕共振子は、直列腕において接続されている。並列腕は、直列腕とグラウンドとを接続している。並列腕共振子は、並列腕に設けられている。直列腕共振子と並列腕共振子とのそれぞれは、圧電基板と、ＩＤＴ電極と、誘電体層とを有する弾性表面波共振子により構成されている。ＩＤＴ電極は、圧電基板の上に形成されている。誘電体層は、ＩＤＴ電極を覆うように形成されている。直列腕共振子を構成する弾性表面波共振子の誘電体層の厚さが、並列腕共振子を構成する弾性表面波共振子の誘電体層の厚さと異なっている。誘電体層の厚さが厚い弾性表面波共振子のＩＤＴ電極のデューティー比が、誘電体層の厚さが薄い弾性表面波共振子のＩＤＴ電極のデューティー比よりも小さい。
【０００７】
本発明に係る弾性表面波フィルタ装置のある特定の局面では、直列腕共振子と前記並列腕共振子とのそれぞれは、複数の弾性表面波共振子により構成されており、誘電体層の厚さが厚い弾性表面波共振子のＩＤＴ電極のデューティー比の平均値が、誘電体層の厚さが薄い弾性表面波共振子のＩＤＴ電極のデューティー比の平均値よりも小さい。
【０００８】
本発明に係る弾性表面波フィルタ装置の他の特定の局面では、直列腕共振子及び並列腕共振子のそれぞれを構成する弾性表面波共振子のＩＤＴ電極のデューティー比が０．４〜０．６の範囲内にある。
【０００９】
本発明に係る弾性表面波フィルタ装置の別の特定の局面では、弾性表面波フィルタ装置は、直列腕共振子又は並列腕共振子を構成しており、誘電体層の厚さが厚い弾性表面波共振子の誘電体層の弾性表面波の波長で規格化された厚さをｔ１、直列腕共振子又は並列腕共振子を構成しており、誘電体層の厚さが薄い弾性表面波共振子の誘電体層の弾性表面波の波長で規格化された厚さをｔ２、直列腕共振子又は並列腕共振子を構成しており、誘電体層の厚さが厚い弾性表面波共振子のＩＤＴ電極のデューティー比の平均値をＤ１、直列腕共振子又は並列腕共振子を構成しており、誘電体層の厚さが薄い弾性表面波共振子のＩＤＴ電極のデューティー比の平均値をＤ２としたときに、Ｄ１＜Ｄ２＜Ｄ１＋０．４６５×（ｔ１−ｔ２）を満たす。
【００１０】
本発明に係る弾性表面波フィルタ装置のさらに他の特定の局面では、圧電基板がＬｉＮｂＯ３基板からなる。弾性表面波フィルタ装置は、主モードとしてレイリー波を利用するものである。
【００１１】
本発明に係る弾性表面波フィルタ装置のさらに別の特定の局面では、誘電体層は、ＳｉＯ２層を含む。なお、誘電体層は、ＳｉＯ２層のみにより構成されていてもよいし、ＳｉＯ２層を含む積層体により構成されていてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、急峻なフィルタ特性を有すると共に、通過帯域が広く、かつフィルタ特性の製造ばらつきが小さい弾性表面波フィルタ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る弾性表面波フィルタ装置の等価回路図である。
【図２】本発明の一実施形態における直列腕共振子を構成している弾性表面波共振子の一部分の略図的断面図である。
【図３】本発明の一実施形態における並列腕共振子を構成している弾性表面波共振子の一部分の略図的断面図である。
【図４】比較例１の弾性表面波フィルタ装置の送信フィルタのフィルタ特性と、比較例２の弾性表面波フィルタ装置の送信フィルタのフィルタ特性とを表すグラフである。
【図５】本発明の一実施形態に係る弾性表面波フィルタ装置の送信フィルタのフィルタ特性と、比較例１の弾性表面波フィルタ装置の送信フィルタのフィルタ特性とを表すグラフである。
【図６】本発明の一実施形態に係る弾性表面波フィルタ装置の送信フィルタのフィルタ特性と、比較例２の弾性表面波フィルタ装置の送信フィルタのフィルタ特性とを表すグラフである。
【図７】ＩＤＴ電極のデューティー比と、ＩＤＴ電極の周波数の電極指幅依存性との関係を表すグラフである。なお、図７において、菱形で示すデータは、ＩＤＴ電極の上に形成されている誘電体層のＳｉＯ２層の弾性表面波の波長で規格化された厚さが０．３３である場合のデータである。図７において、正方形で示すデータは、ＩＤＴ電極の上に形成されている誘電体層のＳｉＯ２層の弾性表面波の波長で規格化された厚さが０．２９である場合のデータである。図７において、三角で示すデータは、ＩＤＴ電極の上に形成されている誘電体層のＳｉＯ２層の弾性表面波の波長で規格化された厚さが０．２４である場合のデータである。図７において、×で示すデータは、ＩＤＴ電極の上に形成されている誘電体層のＳｉＯ２層の弾性表面波の波長で規格化された厚さが０．２０である場合のデータである。
【図８】比較例３の第１のパターンの弾性表面波フィルタ装置の送信フィルタのフィルタ特性と、第２のパターンの弾性表面波フィルタ装置の送信フィルタのフィルタ特性とを表すグラフである。
【図９】本発明の実施例の第１のパターンの弾性表面波フィルタ装置の送信フィルタのフィルタ特性と、第２のパターンの弾性表面波フィルタ装置の送信フィルタのフィルタ特性とをとを表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施した好ましい形態について、図１に示す弾性表面波フィルタ装置１を例に挙げて説明する。本実施形態の弾性表面波フィルタ装置１は、ラダー型弾性表面波フィルタ部を有する、デュプレクサである。デュプレクサは、分波器の一種である。但し、本発明に係る弾性表面波フィルタ装置は、デュプレクサに限定されない。本発明に係る弾性表面波フィルタ装置は、ラダー型弾性表面波フィルタ部を有するものである限りにおいて特に限定されず、トリプレクサなどの他の分波器であってもよいし、入力信号端子または出力信号端子の少なくとも一方が共通に接続されていない複数のフィルタ部を含むものであってもよいし、ひとつのラダー型弾性表面波フィルタ部のみを有するものであってもよい。
【００１５】
図１は、本実施形態に係る弾性表面波フィルタ装置１の等価回路図である。図２は、本実施形態における直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を構成している弾性表面波共振子３０の一部分の略図的断面図である。図３は、本実施形態における並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を構成している弾性表面波共振子４０の一部分の略図的断面図である。
【００１６】
本実施形態の弾性表面波フィルタ装置１は、例えば、ＵＭＴＳのようなＣＤＭＡ方式に対応する携帯電話機などのＲＦ回路に搭載されるものである。具体的には、弾性表面波フィルタ装置１は、ＵＭＴＳ−ＢＡＮＤ３に対応するデュプレクサである。ＵＭＴＳ−ＢＡＮＤ３の送信周波数帯は、１７１０ＭＨｚ〜１７８５ＭＨｚであり、受信周波数帯は、１８０５ＭＨｚ〜１８８０ＭＨｚである。このように、ＵＭＴＳ−ＢＡＮＤ３においては、送信側周波数帯が受信側周波数帯よりも低域側に位置している。
【００１７】
図１に示すように、弾性表面波フィルタ装置１は、アンテナに接続されるアンテナ端子１０と、送信側信号端子１１と、受信側信号端子１２とを備えている。アンテナ端子１０と受信側信号端子１２との間には、受信フィルタ１３が接続されている。本実施形態において受信フィルタ１３の構成は、特に限定されない。受信フィルタ１３は、例えば、縦結合共振子型弾性表面波フィルタ部により構成されていてもよいし、ラダー型弾性表面波フィルタ部により構成されていてもよい。なお、図１においては、ひとつの受信側信号端子１２のみを描画しているが、受信フィルタ１３が平衡−不平衡変換機能を有するバランス型のフィルタ部により構成されている場合は、２つの受信側信号端子が設けられる。
【００１８】
アンテナ端子１０と送信側信号端子１１との間には、送信フィルタ２０が接続されている。送信フィルタ２０と受信フィルタ１３との接続点とアンテナ端子１０との間の接続点と、グラウンドとの間には、整合回路としてのインダクタＬが接続されている。
【００１９】
送信フィルタ２０は、ラダー型弾性表面波フィルタ部により構成されている。送信フィルタ２０は、アンテナ端子１０と送信側信号端子１１とを接続している直列腕２１を有する。直列腕２１には、複数の直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３が直列に接続されている。なお、直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３は、それぞれ、ひとつの共振子として機能する複数の弾性表面波共振子によって構成されている。これにより、送信フィルタ２０の耐電力性が高められている。もっとも、本発明においては、直列腕共振子は、ひとつの共振子として機能する複数の弾性表面波共振子によって構成されていてもよいし、ひとつの弾性表面波共振子によって構成されていてもよい。
【００２０】
送信フィルタ２０は、直列腕２１とグラウンドとの間に接続されている複数の並列腕２２，２３，２４を有する。並列腕２２，２３，２４のそれぞれには、並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３が設けられている。並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３のそれぞれは、ひとつの共振子として機能する複数の弾性表面波共振子により構成されている。これにより、送信フィルタ２０の耐電力性が高められている。もっとも、本発明においては、並列腕共振子は、ひとつの共振子として機能する複数の弾性表面波共振子によって構成されていてもよいし、ひとつの弾性表面波共振子によって構成されていてもよい。
【００２１】
次に、図２及び図３を参照しながら、直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を構成している弾性表面波共振子３０と、並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を構成している弾性表面波共振子４０との構成について説明する。
【００２２】
弾性表面波共振子３０，４０は、圧電基板３１を備えている。すなわち、弾性表面波共振子３０，４０は、圧電基板３１を共有している。本実施形態の送信フィルタ２０では、レイリー波を主モードとしている。そのため、圧電基板３１は、ＬｉＮｂＯ３基板により構成されている。具体的には、本実施形態では、圧電基板３１は、オイラー角（φ，θ，ψ）のθが２５°〜４５°の範囲にあるＬｉＮｂＯ３基板により構成されている。なお、φは、０°±５°の範囲内であることが好ましい。
【００２３】
以下、本実施形態においては、圧電基板３１が、オイラー角が（０°，３７．５°，０°）であるＬｉＮｂＯ３基板により構成されている例について説明する。この場合、送信フィルタ２０では、ψの方向に伝搬するレイリー波を主モードとする。すなわち、ψ＝０°が伝搬方位となる。なお、オイラー角が（０°，３７．５°，０°）であるＬｉＮｂＯ３基板は、別の表現では、１２７．５°ＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ３基板となる。もっとも、本発明において、圧電基板は、ＬｉＮｂＯ３基板により構成されていなくてもよい。圧電基板は、例えば、ＬｉＴａＯ３基板や水晶基板等により構成されていてもよい。
【００２４】
弾性表面波共振子３０は、ＩＤＴ電極３２と、誘電体層３３とを有する。ＩＤＴ電極３２は、圧電基板３１の主面３１ａの上に形成されている。誘電体層３３は、ＩＤＴ電極３２と圧電基板３１の主面３１ａとの上に形成されている。すなわち、誘電体層３３によりＩＤＴ電極３２が覆われている。弾性表面波共振子４０は、ＩＤＴ電極４２と、誘電体層４３とを有する。ＩＤＴ電極４２は、圧電基板３１の主面３１ａの上に形成されている。誘電体層４３は、ＩＤＴ電極４２と圧電基板３１の主面３１ａとの上に形成されている。すなわち、誘電体層４３によりＩＤＴ電極４２が覆われている。
【００２５】
ＩＤＴ電極３２，４２は、１組の櫛歯状電極により構成されている。櫛歯状電極は、複数の電極指と、複数の電極指が接続されているバスバーとを有する。図２及び図３では、ＩＤＴ電極３２，４２のうち、電極指の部分のみが図示されている。ＩＤＴ電極３２，４２は、特に限定されない。ＩＤＴ電極３２，４２は、例えば、Ａｌ，Ｐｔ，Ｃｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｗ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｃｏ及びＴａからなる群から選ばれた金属、もしくは、Ａｌ，Ｐｔ，Ｃｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｗ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｃｏ及びＴａからなる群から選ばれた一種以上の金属を含む合金により形成することができる。また、ＩＤＴ電極３２，４２は、上記金属や合金からなる複数の導電膜の積層体により構成されていてもよい。
【００２６】
具体的には、本実施形態では、ＩＤＴ電極３２，４２は、共に、圧電基板３１側から、ＮｉＣｒ層（厚さ１０ｎｍ）と、Ｐｔ層（厚さ４０ｎｍ）と、Ｔｉ層（厚さ１０ｎｍ）と、Ａｌ層（厚さ１５０ｎｍ）と、Ｔｉ層（厚さ１０ｎｍ）とがこの順番で積層された積層体により構成されている。すなわち、ＩＤＴ電極３２とＩＤＴ電極４２とでは、同一の層構成及び同一の膜厚となっている。本実施形態では、ＩＤＴ電極３２，４２は、レイリー波を主モードとすることができるように構成されている。
【００２７】
本実施形態では、弾性表面波共振子３０と弾性表面波共振子４０とは、ＩＤＴ電極のデューティー比（メタライゼーション・レシオ）が異ならされている。具体的には、ＩＤＴ電極３２のデューティー比は０．４７５であり、ＩＤＴ電極４２のデューティー比は０．５２である。
【００２８】
誘電体層３３，４３は、例えば、ＳｉＯ２，ＳｉＮ，ＳｉＯＮ，Ｔａ２Ｏ５，ＡｌＮ，Ａｌ２Ｏ３，ＺｎＯなどの各種誘電体材料により形成することができる。また、誘電体層３３，４３は、単一の誘電体層により構成されていてもよいが、複数の誘電体層の積層体により構成されていてもよい。誘電体層３３，４３は、ＳｉＯ２層を含むことが好ましい。この場合、ＳｉＯ２層は正の周波数温度係数（ＴＣＦ：Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）を有し、ＬｉＮｂＯ３基板は負の周波数温度係数を有することから、誘電体層３３，４３の周波数温度係数と、圧電基板３１の周波数温度係数との符号が逆になるため、送信フィルタ２０の周波数温度特性を改善することができる。
【００２９】
誘電体層３３，４３は、例えば、ＳｉＯ２層のみにより構成されていてもよいが、ＳｉＯ２層を含む積層体により構成されていてもよい。具体的には、本実施形態では、誘電体層３３，４３は、ＳｉＯ２層３３ａ，４３ａとＳｉＮ層３３ｂ，４３ｂとの積層体により構成されている。ＳｉＯ２層３３ａ，４３ａは、ＩＤＴ電極３２，４２と圧電基板３１の主面３１ａとを覆うように形成されている。ＳｉＮ層３３ｂ，４３ｂは、ＳｉＯ２層３３ａ，４３ａの上に形成されている。なお、ＳｉＮ層３３ｂ，４３ｂは、その厚さを調整することにより、送信フィルタ２０の周波数を調整するための周波数調整膜として機能する。ＳｉＮ層３３ｂ，４３ｂの厚さは、例えば、２０ｎｍ程度とすることができる。
【００３０】
本実施形態においては、ＳｉＯ２層３３ａの厚さが６７０ｎｍであり、ＳｉＯ２層４３ａの厚さが３７０ｎｍである。このため、直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を構成している弾性表面波共振子３０における誘電体層３３の厚みｔ１が、並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を構成している弾性表面波共振子４０における誘電体層４３の厚さｔ２よりも大きい（ｔ１＞ｔ２）。
【００３１】
本実施形態の弾性表面波フィルタ装置１においては、直列腕共振子を構成する弾性表面波共振子の誘電体層の厚さが、並列腕共振子を構成する弾性表面波共振子の誘電体層の厚さと異なっており、かつ、誘電体層の厚さが厚い弾性表面波共振子のＩＤＴ電極のデューティー比が、誘電体層の厚さが薄い弾性表面波共振子のＩＤＴ電極のデューティー比よりも小さい。
【００３２】
すなわち、本実施形態の弾性表面波フィルタ装置１においては、直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を構成している弾性表面波共振子３０の誘電体層３３の厚さが、並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を構成している弾性表面波共振子４０の誘電体層４３の厚さと異なっており、かつ、誘電体層の厚さが厚い弾性表面波共振子３０のＩＤＴ電極３２のデューティー比が、誘電体層の厚さが薄い弾性表面波共振子４０のＩＤＴ電極４２のデューティー比よりも小さい。
【００３３】
ＵＭＴＳ−ＢＡＮＤ３では、送信周波数帯と受信周波数帯とは２０ＭＨｚしか離れていない。このように、送信周波数帯と受信周波数帯との間隔が狭いシステムに対応するデュプレクサにおいては、送信フィルタ及び受信フィルタの少なくとも一方は、急峻性が高いフィルタ特性を有することや周波数温度特性が優れていることが求められる。より詳細には、送信周波数帯が受信周波数帯よりも低域側に位置する場合、送信フィルタは、通過帯域高域側の急峻性が高いフィルタ特性を有することが求められる。また、送信周波数帯が受信周波数帯よりも高域側に位置する場合、送信フィルタは、通過帯域低域側の急峻性が高いフィルタ特性を有することが求められる。
【００３４】
ここで、送信フィルタがラダー型弾性表面波フィルタ部により構成されている場合、通過帯域高域側の急峻性が高いフィルタ特性を実現するためには、直列腕共振子を構成している弾性表面波共振子のΔｆ（共振周波数と反共振周波数との周波数差）を小さくすることが必要となる。これは、直列腕共振子を構成している弾性表面波共振子のΔｆが、通過帯域高域側の急峻性に大きく影響するためである。一方、通過帯域低域側の急峻性が高いフィルタ特性を実現するためには、並列腕共振子を構成している弾性表面波共振子のΔｆを小さくすることが必要となる。これは、並列腕共振子を構成している弾性表面波共振子のΔｆが、通過帯域低域側の急峻性に大きく影響するためである。
【００３５】
弾性表面波共振子においては、ＩＤＴ電極と圧電基板の主面とを覆うように形成されている誘電体層を厚くすることにより、Δｆを小さくすることができる。特に、圧電基板がＬｉＮｂＯ３基板またはＬｉＴａＯ３基板である弾性表面波共振子の場合、ＳｉＯ２層を含む誘電体層とし、誘電体層を厚くすることにより、Δｆを小さくすることができるとともに、周波数温度特性を改善することができる。送信フィルタの通過帯域高域側の急峻性と通過帯域低域側の急峻性との両方を改善する観点からは、直列腕共振子及び並列腕共振子の両方を構成している弾性表面波共振子において、誘電体層を厚くすることが考えられる。
【００３６】
送信フィルタ２０を構成している弾性表面波共振子３０，４０における誘電体層３３，４３の厚さを３７０ｎｍとした弾性表面波フィルタ装置を比較例１として用意し、送信フィルタ２０を構成している弾性表面波共振子３０，４０における誘電体層３３，４３の厚さを６７０ｎｍとした弾性表面波フィルタ装置を比較例２として用意した。図４に、比較例１の弾性表面波フィルタ装置の送信フィルタのフィルタ特性と、比較例２の弾性表面波フィルタ装置の送信フィルタのフィルタ特性とを示す。図４において、実線が比較例１を示し、破線が比較例２を示す。
【００３７】
比較例１では、送信フィルタの直列腕共振子及び並列腕共振子の両方を構成している弾性表面波共振子において、誘電体層を薄くしたため、全ての弾性表面波共振子のΔｆが大きくなる。このため、図４から分かるように、通過帯域幅が広くなる一方で、通過帯域高域側の急峻性と通過帯域低域側の急峻性との両方が低くなっている。そのため、比較例１では、ＵＭＴＳ−ＢＡＮＤ３の受信周波数帯における減衰量が不十分となっている。
【００３８】
また、比較例２では、送信フィルタの直列腕共振子及び並列腕共振子の両方を構成している弾性表面波共振子において、誘電体層を厚くしたため、全ての弾性表面波共振子のΔｆが小さくなる。このため、図４から分かるように、通過帯域高域側の急峻性と通過帯域低域側の急峻性との両方が高くなる一方で、通過帯域幅が狭くなっている。そのため、比較例２では、ＵＭＴＳ−ＢＡＮＤ３の送信周波数帯に対応する通過帯域幅が実現できていない。
【００３９】
このように、直列腕共振子を構成している弾性表面波共振子における誘電体層の厚さと並列腕共振子を構成している弾性表面波共振子における誘電体層の厚さとを等しくした場合は、高い急峻性と、広い通過帯域幅とを有するフィルタ特性を実現することは困難である。
【００４０】
図５に、本実施形態の弾性表面波フィルタ装置１の送信フィルタ２０のフィルタ特性と、比較例１の弾性表面波フィルタ装置の送信フィルタのフィルタ特性とを示す。図５において、実線が本実施形態を示し、破線が比較例１を示す。図６に、本実施形態の弾性表面波フィルタ装置１の送信フィルタ２０のフィルタ特性と、比較例２の弾性表面波フィルタ装置の送信フィルタのフィルタ特性とを示す。図６において、実線が本実施形態を示し、破線が比較例２を示す。
【００４１】
上述のように、本実施形態の弾性表面波フィルタ装置１の送信フィルタ２０においては、直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を構成している弾性表面波共振子３０における誘電体層３３の厚さｔ１が、並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を構成している弾性表面波共振子４０における誘電体層４３の厚さｔ２よりも厚くされている。そのため、本実施形態では、図５に示すように、比較例１とほぼ同等の広さの通過帯域幅を得ることができる。さらに、図６に示すように、比較例２と同等の通過帯域高域側の急峻性を得ることができる。
【００４２】
本実施形態では、直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を構成している弾性表面波共振子３０における誘電体層３３が厚くされていることにより、弾性表面波共振子３０のΔｆが小さくなり、通過帯域高域側の急峻性が高くなっている。一方、並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を構成している弾性表面波共振子４０における誘電体層４３が薄くされていることにより、弾性表面波共振子４０のΔｆが大きくなり、通過帯域幅が広くなっている。すなわち、直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を構成している弾性表面波共振子３０における誘電体層３３の厚さｔ１が、並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を構成している弾性表面波共振子４０における誘電体層４３の厚さｔ２よりも厚くされている本実施形態では、高い急峻性と、広い通過帯域幅とを有するフィルタ特性を実現することができる。
【００４３】
なお、本実施形態では、送信側周波数帯が受信側周波数帯よりも低域側に位置しており、通過帯域高域側の急峻性が高いフィルタ特性を有する送信フィルタが求められる、ＵＭＴＳ−ＢＡＮＤ３に対応するため、直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を構成している弾性表面波共振子３０における誘電体層３３の厚さｔ１が、並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を構成している弾性表面波共振子４０における誘電体層４３の厚さｔ２よりも厚くされている。
【００４４】
本発明において、送信側周波数帯が受信側周波数帯よりも高域側に位置しており、通過帯域低域側の急峻性が高いフィルタ特性を有する送信フィルタが求められる、通信システムに対応する弾性表面波フィルタ装置では、直列腕共振子を構成している弾性表面波共振子における誘電体層の厚さが、並列腕共振子を構成している弾性表面波共振子における誘電体層の厚さよりも薄くされる。この場合、並列腕共振子を構成している弾性表面波共振子における誘電体層が厚くされていることにより、弾性表面波共振子のΔｆが小さくなり、通過帯域低域側の急峻性が高くなる一方、直列腕共振子を構成している弾性表面波共振子における誘電体層が薄くされていることにより、弾性表面波共振子のΔｆが大きくなり、通過帯域幅が広くなる。
【００４５】
一方で、本発明者らは、鋭意研究の結果、直列腕共振子を構成している弾性表面波共振子における誘電体層の厚さと並列腕共振子を構成している弾性表面波共振子における誘電体層の厚さとが異なる場合は、ＩＤＴ電極の電極指の幅が変化したときにおける、直列腕共振子を構成している弾性表面波共振子の周波数の変化量と、並列腕共振子を構成している弾性表面波共振子の周波数の変化量とが異なることを見出した。このため、ＩＤＴ電極の電極指の幅が変化すると、得られるフィルタ特性が変化してしまう。従って、ＩＤＴ電極の電極指の幅に製造ばらつきが生じることによって、得られるフィルタ特性にも大きなばらつきが生じてしまうこととなる。
【００４６】
この知見を元に、本発明者らは、さらに鋭意研究した結果、直列腕共振子を構成している弾性表面波共振子における誘電体層の厚さと並列腕共振子を構成している弾性表面波共振子における誘電体層の厚さとが異なる場合であっても、ＩＤＴ電極のデューティー比を異ならせることで、ＩＤＴ電極の電極指の幅が変化したときにおける、弾性表面波共振子の周波数の変化量を調整し、フィルタ特性の製造ばらつきを小さくすることができることを見出した。
【００４７】
図７は、ＩＤＴ電極のデューティー比と、ＩＤＴ電極の周波数の電極指幅依存性との関係を表すグラフである。ここで、ＩＤＴ電極の周波数の電極指幅依存性とは、ＩＤＴ電極の電極指の幅が変化したときの周波数の変化量を示すものである。ＩＤＴ電極の周波数の電極指幅依存性が０．００に近いほど、ＩＤＴ電極の電極指の幅が変化したときにおける、弾性表面波共振子の周波数の変化量が小さくなる。
【００４８】
なお、図７において、菱形で示すデータは、本実施形態の弾性表面波共振子３０，４０と同じ構成を有する弾性表面波共振子であって、ＩＤＴ電極の上に形成されている誘電体層のＳｉＯ２層の弾性表面波の波長で規格化された厚さが０．３３である場合のデータである。図７において、正方形で示すデータは、本実施形態の弾性表面波共振子３０，４０と同じ構成を有する弾性表面波共振子であって、ＩＤＴ電極の上に形成されている誘電体層のＳｉＯ２層の弾性表面波の波長で規格化された厚さが０．２９である場合のデータである。図７において、三角で示すデータは、本実施形態の弾性表面波共振子３０，４０と同じ構成を有する弾性表面波共振子であって、ＩＤＴ電極の上に形成されている誘電体層のＳｉＯ２層の弾性表面波の波長で規格化された厚さが０．２４である場合のデータである。図７において、×で示すデータは、本実施形態の弾性表面波共振子３０，４０と同じ構成を有する弾性表面波共振子であって、ＩＤＴ電極の上に形成されている誘電体層のＳｉＯ２層の弾性表面波の波長で規格化された厚さが０．２０である場合のデータである。
【００４９】
図７に示す結果から、ＩＤＴ電極のデューティー比が一定である場合、誘電体層が薄くなるにつれて、ＩＤＴ電極の周波数の電極指幅依存性が大きくなっていくことが分かる。また、誘電体層の厚さが一定である場合、ＩＤＴ電極のデューティー比が小さくなるにつれて、ＩＤＴ電極の周波数の電極指幅依存性が大きくなっていくことが分かる。
【００５０】
例えば、ラダー型弾性表面波フィルタ部において、直列腕共振子を構成している弾性表面波共振子のＩＤＴ電極の上に形成されている誘電体層のＳｉＯ２層の弾性表面波の波長で規格化された厚さが０．３３であり、並列腕共振子を構成している弾性表面波共振子のＩＤＴ電極の上に形成されている誘電体層のＳｉＯ２層の弾性表面波の波長で規格化された厚さが０．２０である場合において、直列腕共振子及び並列腕共振子を構成している弾性表面波共振子のそれぞれのＩＤＴ電極のデューティー比を０．５に統一した場合は、直列腕共振子を構成している弾性表面波共振子のＩＤＴ電極の周波数の電極指幅依存性と、並列腕共振子を構成している弾性表面波共振子のＩＤＴ電極の周波数の電極指幅依存性とが、約０．０５異なることとなる。このため、直列腕共振子を構成している弾性表面波共振子における誘電体層の厚さと並列腕共振子を構成している弾性表面波共振子における誘電体層の厚さとが異なる場合は、直列腕共振子及び並列腕共振子を構成している弾性表面波共振子のそれぞれのＩＤＴ電極のデューティー比が同じであると、ＩＤＴ電極の電極指幅に製造ばらつきが生じた場合に、直列腕共振子を構成している弾性表面波共振子の周波数の変化量と、並列腕共振子を構成している弾性表面波共振子の周波数の変化量とが異なり、得られるフィルタ特性にも製造ばらつきが生じる結果となる。その具体例を以下に示す。
【００５１】
直列腕共振子を構成する弾性表面波共振子のＩＤＴ電極のデューティー比が、並列腕共振子を構成する弾性表面波共振子のＩＤＴ電極のデューティー比と等しくされている点以外は、本実施形態の弾性表面波共振子３０，４０と同じ構成を有する弾性表面波共振子からなるラダー型弾性表面波フィルタ部を有する弾性表面波フィルタ装置を比較例３として用意した。ＩＤＴ電極の電極指幅に製造ばらつきが生じた場合を想定して、ＩＤＴ電極の電極指幅を５００ｎｍとしたものを比較例３の第１のパターンとし、ＩＤＴ電極の電極指幅を５２０ｎｍとしたものを比較例３の第２のパターンとして、送信フィルタのフィルタ特性を測定した。
【００５２】
図８に、比較例３の第１のパターンの弾性表面波フィルタ装置の送信フィルタのフィルタ特性と、第２のパターンの弾性表面波フィルタ装置の送信フィルタのフィルタ特性とを示す。図８において、実線が比較例３の第１のパターンを示し、破線が比較例３の第２のパターンを示す。
【００５３】
図８に示すように、比較例３の第１のパターンと第２のパターンでは、送信フィルタのフィルタ特性が異なる。詳細には、比較例３の第１のパターンと第２のパターンでは、送信フィルタの周波数だけではなく、波形も異なっている。比較例３の第２のパターンでは、通過帯域内にリップルが発生している。このように、直列腕共振子を構成する弾性表面波共振子と並列腕共振子を構成する弾性表面波共振子とでＩＤＴ電極のデューティー比が等しい場合は、ＩＤＴ電極の電極指幅に製造ばらつきが生じると、直列腕共振子を構成している弾性表面波共振子の周波数の変化量と、並列腕共振子を構成している弾性表面波共振子の周波数の変化量とが異なることから、送信フィルタのフィルタ特性に製造ばらつきが生じてしまう。
【００５４】
ここで、本実施形態の弾性表面波フィルタ装置１では、直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を構成している弾性表面波共振子３０の誘電体層３３の厚さが、並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を構成している弾性表面波共振子４０の誘電体層４３の厚さと異なっており、かつ、誘電体層の厚さが厚い弾性表面波共振子３０のＩＤＴ電極３２のデューティー比が、誘電体層の厚さが薄い弾性表面波共振子４０のＩＤＴ電極４２のデューティー比よりも小さくされている。このため、本実施形態では、直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を構成している弾性表面波共振子３０のＩＤＴ電極３２の周波数の電極指幅依存性と、並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を構成している弾性表面波共振子４０のＩＤＴ電極４２の周波数の電極指幅依存性との差が小さい。従って、ＩＤＴ電極の電極指幅に製造ばらつきが生じた場合であっても、フィルタ特性の製造ばらつきを抑制することができる。
【００５５】
具体的には、例えば、ラダー型弾性表面波フィルタ部において、直列腕共振子を構成している弾性表面波共振子のＩＤＴ電極の上に形成されている誘電体層のＳｉＯ２層の弾性表面波の波長で規格化された厚さが０．３３であり、並列腕共振子を構成している弾性表面波共振子のＩＤＴ電極の上に形成されている誘電体層のＳｉＯ２層の弾性表面波の波長で規格化された厚さが０．２０である場合において、直列腕共振子を構成している弾性表面波共振子のＩＤＴ電極のデューティー比を０．５５とし、並列腕共振子を構成している弾性表面波共振子のＩＤＴ電極のデューティー比を０．６０とすることによって、直列腕共振子を構成している弾性表面波共振子のＩＤＴ電極の周波数の電極指幅依存性と、並列腕共振子を構成している弾性表面波共振子のＩＤＴ電極の周波数の電極指幅依存性とを実質的に等しくすることができる。従って、ＩＤＴ電極の電極指幅に製造ばらつきが生じた場合であっても、フィルタ特性の製造ばらつきを抑制することができる。その具体例を以下に示す。
【００５６】
本実施形態の弾性表面波共振子３０，４０と同じ構成を有する弾性表面波共振子からなるラダー型弾性表面波フィルタ部を有する弾性表面波フィルタ装置を実施例として用意した。ＩＤＴ電極の電極指幅に製造ばらつきが生じた場合を想定して、ＩＤＴ電極の電極指幅を５００ｎｍとしたものを実施例の第１のパターンとし、ＩＤＴ電極の電極指幅を５２０ｎｍとしたものを実施例の第２のパターンとして、送信フィルタのフィルタ特性を測定した。
【００５７】
図９に、実施例の第１のパターンの弾性表面波フィルタ装置の送信フィルタのフィルタ特性と、第２のパターンの弾性表面波フィルタ装置の送信フィルタのフィルタ特性とを示す。図９において、実線が実施例の第１のパターンを示し、破線が実施例の第２のパターンを示す。
【００５８】
図９に示すように、実施例の第１のパターンと第２のパターンで、送信フィルタのフィルタ特性はほとんど同じである。詳細には、実施例の第１のパターンと第２のパターンでは、送信フィルタの周波数が異なっているものの、波形はほとんど異なっていない。このように、直列腕共振子及び並列腕共振子を構成する弾性表面波共振子において、誘電体層の厚さが厚い弾性表面波共振子３０のＩＤＴ電極３２のデューティー比が、誘電体層の厚さが薄い弾性表面波共振子４０のＩＤＴ電極４２のデューティー比よりも小さい場合は、ＩＤＴ電極の電極指幅に製造ばらつきが生じても、直列腕共振子を構成している弾性表面波共振子の周波数の変化量と、並列腕共振子を構成している弾性表面波共振子の周波数の変化量とが実質的に等しいことから、送信フィルタのフィルタ特性に製造ばらつきがほとんど生じない。
【００５９】
図９では、実施例の第１のパターンと第２のパターンでは、送信フィルタの周波数が異なっているものの、誘電体層３３，４３のＳｉＮ層３３ｂ，４３ｂの厚さを調整することにより、所望の周波数にすることができる。
【００６０】
なお、本実施形態では、直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を構成している弾性表面波共振子３０における誘電体層３３の厚さｔ１が、並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を構成している弾性表面波共振子４０における誘電体層４３の厚さｔ２よりも厚くされているため、直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を構成している弾性表面波共振子３０のＩＤＴ電極３２のデューティー比が、並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を構成している弾性表面波共振子４０のＩＤＴ電極４２のデューティー比よりも小さくされている。
【００６１】
本発明において、並列腕共振子を構成している弾性表面波共振子における誘電体層の厚さが、直列腕共振子を構成している弾性表面波共振子における誘電体層の厚さよりも厚くされている弾性表面波フィルタ装置では、並列腕共振子を構成している弾性表面波共振子のＩＤＴ電極のデューティー比が、直列腕共振子を構成している弾性表面波共振子のＩＤＴ電極のデューティー比よりも小さくされる。この場合においても、送信フィルタのフィルタ特性に製造ばらつきがほとんど生じない。
【００６２】
なお、本実施形態では、直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を構成している弾性表面波共振子３０のＩＤＴ電極３２のデューティー比が、並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を構成している弾性表面波共振子４０のＩＤＴ電極４２のデューティー比よりも小さくされているが、直列腕共振子又は並列腕共振子を構成している弾性表面波共振子の全ての弾性表面波共振子のＩＤＴ電極のデューティー比を同じ大きさにする必要はない。例えば、直列腕共振子又は並列腕共振子を構成している弾性表面波共振子のうち、特定の弾性表面波共振子のＩＤＴ電極のデューティー比を他の弾性表面波共振子のＩＤＴ電極のデューティー比と異ならせてもよい。特に、直列腕共振子又は並列腕共振子を構成している弾性表面波共振子のうち、特定の弾性表面波共振子のＩＤＴ電極のデューティー比を他の弾性表面波共振子のＩＤＴ電極のデューティー比と異ならせ、直列腕共振子を構成している弾性表面波共振子のＩＤＴ電極のデューティー比の平均値と、並列腕共振子を構成している弾性表面波共振子のＩＤＴ電極のデューティー比平均値とが異なっていればよい。
【００６３】
図７をより詳細に検討すると、下記の関係式（１）が成り立つことが分かる。
【００６４】
（ＩＤＴ電極の周波数の電極指幅依存性）＝−０．６５６＋０．３３７×（誘電体層の弾性表面波の波長で規格化された厚さ）＋０．７２４×（ＩＤＴ電極のデューティー比） ……… （１）
【００６５】
このため、以下の式（２）を満足するようにＩＤＴ電極のデューティー比を設定することが理想的である。
【００６６】
Ｄ２＝Ｄ１＋０．４６５×（ｔ１−ｔ２） ……… （２）
但し、
ｔ１：直列腕共振子又は並列腕共振子を構成しており、誘電体層の厚さが厚い弾性表面波共振子の誘電体層の弾性表面波の波長で規格化された厚さ、
ｔ２：直列腕共振子又は並列腕共振子を構成しており、誘電体層の厚さが薄い弾性表面波共振子の誘電体層の弾性表面波の波長で規格化された厚さ、
Ｄ１：直列腕共振子又は並列腕共振子を構成しており、誘電体層の厚さが厚い弾性表面波共振子のＩＤＴ電極のデューティー比の平均値、
Ｄ２：直列腕共振子又は並列腕共振子を構成しており、誘電体層の厚さが薄い弾性表面波共振子のＩＤＴ電極のデューティー比の平均値、
である。
【００６７】
しかしながら、実際上は、上記式（２）を満たす必要は必ずしもない。なぜなら、直列腕共振子又は並列腕共振子を構成している弾性表面波共振子の中には、フィルタ波形への影響が大きいものと、フィルタ波形への影響が小さいものとがあるためである。従って、直列腕共振子を構成している弾性表面波共振子のうち、フィルタ波形への影響が大きい弾性表面波共振子と、並列腕共振子を構成している弾性表面波共振子のうち、フィルタ波形への影響が大きい弾性表面波共振子との間で上記式（２）が成立することが好ましい。このような観点から、下記の式（３）が成立することが好ましい。
【００６８】
Ｄ１＜Ｄ２＜Ｄ１＋０．４６５×（ｔ１−ｔ２） ……… （３）
【００６９】
なお、直列腕共振子又は並列腕共振子を構成している弾性表面波共振子のそれぞれのＩＤＴ電極のデューティー比は、０．４〜０．６の範囲内にあることが好ましい。このようにすることにより、急峻なフィルタ特性を実現できると共に、通過帯域が広くすることができ、フィルタ特性の製造ばらつきが小さくすることができる。
【００７０】
次に、本実施形態の送信フィルタ２０の製造方法の一例について説明する。
【００７１】
まず、圧電基板３１上にＩＤＴ電極３２，４２を形成する。ＩＤＴ電極３２，４２は、例えば、蒸着法やスパッタリング法により形成することができる。
【００７２】
次に、圧電基板３１の上にＩＤＴ電極３２，４２を覆うように、ＳｉＯ２層を形成する。ＳｉＯ２層は、例えば、バイアススパッタリング法などにより形成することができる。次に、形成したＳｉＯ２層の表面をエッチバック工法により平坦化する。
【００７３】
次に、直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を構成している弾性表面波共振子３０のＩＤＴ電極３２の上に、レジストなどからなるマスクを形成し、並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を構成している弾性表面波共振子４０のＩＤＴ電極４２の上のＳｉＯ２層をエッチングすることにより、ＳｉＯ２層３３ａ，４３ａを形成する。その後、マスクを剥離する。
【００７４】
最後に、ＳｉＮ層３３ｂ，４３ｂを形成することにより送信フィルタ２０を形成することができる。
【符号の説明】
【００７５】
１…弾性表面波フィルタ装置
１０…アンテナ端子
１１…送信側信号端子
１２…受信側信号端子
１３…受信フィルタ
２０…送信フィルタ
２１…直列腕
２２，２３，２４…並列腕
３０，４０…弾性表面波共振子
３１…圧電基板
３１ａ…主面
３２，４２…ＩＤＴ電極
３３，４３…誘電体層
３３ａ，４３ａ…ＳｉＯ２層
３３ｂ，４３ｂ…ＳｉＮ層
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３…並列腕共振子
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３…直列腕共振子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列腕と、
前記直列腕において接続されている直列腕共振子と、
前記直列腕とグラウンドとを接続している並列腕と、
前記並列腕に設けられている並列腕共振子と、
を有するラダー型弾性表面波フィルタ部を備える弾性表面波フィルタ装置であって、
前記直列腕共振子と前記並列腕共振子とのそれぞれは、圧電基板と、前記圧電基板の上に形成されたＩＤＴ電極と、前記ＩＤＴ電極を覆うように形成された誘電体層とを有する弾性表面波共振子により構成されており、
前記直列腕共振子を構成する弾性表面波共振子の誘電体層の厚さが、前記並列腕共振子を構成する弾性表面波共振子の誘電体層の厚さと異なっており、かつ、前記誘電体層の厚さが厚い弾性表面波共振子のＩＤＴ電極のデューティー比が、前記誘電体層の厚さが薄い弾性表面波共振子のＩＤＴ電極のデューティー比よりも小さい、弾性表面波フィルタ装置。
【請求項２】
前記直列腕共振子と前記並列腕共振子とのそれぞれは、複数の弾性表面波共振子により構成されており、前記誘電体層の厚さが厚い弾性表面波共振子のＩＤＴ電極のデューティー比の平均値が、前記誘電体層の厚さが薄い弾性表面波共振子のＩＤＴ電極のデューティー比の平均値よりも小さい、請求項１に記載の弾性表面波フィルタ装置。
【請求項３】
前記直列腕共振子及び前記並列腕共振子のそれぞれを構成する弾性表面波共振子のＩＤＴ電極のデューティー比が０．４〜０．６の範囲内にある、請求項１または２に記載の弾性表面波フィルタ装置。
【請求項４】
前記直列腕共振子又は並列腕共振子を構成しており、誘電体層の厚さが厚い弾性表面波共振子の誘電体層の弾性表面波の波長で規格化された厚さをｔ１、前記直列腕共振子又は並列腕共振子を構成しており、誘電体層の厚さが薄い弾性表面波共振子の誘電体層の弾性表面波の波長で規格化された厚さをｔ２、前記直列腕共振子又は並列腕共振子を構成しており、誘電体層の厚さが厚い弾性表面波共振子のＩＤＴ電極のデューティー比の平均値をＤ１、前記直列腕共振子又は並列腕共振子を構成しており、誘電体層の厚さが薄い弾性表面波共振子のＩＤＴ電極のデューティー比の平均値をＤ２としたときに、
Ｄ１＜Ｄ２＜Ｄ１＋０．４６５×（ｔ１−ｔ２）
を満たす、請求項１〜３のいずれか一項に記載の弾性表面波フィルタ装置。
【請求項５】
前記圧電基板がＬｉＮｂＯ３基板からなり、主モードとしてレイリー波を利用する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の弾性表面波フィルタ装置。
【請求項６】
前記誘電体層は、ＳｉＯ２層を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の弾性表面波フィルタ装置。
【請求項１】
直列腕と、
前記直列腕において接続されている直列腕共振子と、
前記直列腕とグラウンドとを接続している並列腕と、
前記並列腕に設けられている並列腕共振子と、
を有するラダー型弾性表面波フィルタ部を備える弾性表面波フィルタ装置であって、
前記直列腕共振子と前記並列腕共振子とのそれぞれは、圧電基板と、前記圧電基板の上に形成されたＩＤＴ電極と、前記ＩＤＴ電極を覆うように形成された誘電体層とを有する弾性表面波共振子により構成されており、
前記直列腕共振子を構成する弾性表面波共振子の誘電体層の厚さが、前記並列腕共振子を構成する弾性表面波共振子の誘電体層の厚さと異なっており、かつ、前記誘電体層の厚さが厚い弾性表面波共振子のＩＤＴ電極のデューティー比が、前記誘電体層の厚さが薄い弾性表面波共振子のＩＤＴ電極のデューティー比よりも小さい、弾性表面波フィルタ装置。
【請求項２】
前記直列腕共振子と前記並列腕共振子とのそれぞれは、複数の弾性表面波共振子により構成されており、前記誘電体層の厚さが厚い弾性表面波共振子のＩＤＴ電極のデューティー比の平均値が、前記誘電体層の厚さが薄い弾性表面波共振子のＩＤＴ電極のデューティー比の平均値よりも小さい、請求項１に記載の弾性表面波フィルタ装置。
【請求項３】
前記直列腕共振子及び前記並列腕共振子のそれぞれを構成する弾性表面波共振子のＩＤＴ電極のデューティー比が０．４〜０．６の範囲内にある、請求項１または２に記載の弾性表面波フィルタ装置。
【請求項４】
前記直列腕共振子又は並列腕共振子を構成しており、誘電体層の厚さが厚い弾性表面波共振子の誘電体層の弾性表面波の波長で規格化された厚さをｔ１、前記直列腕共振子又は並列腕共振子を構成しており、誘電体層の厚さが薄い弾性表面波共振子の誘電体層の弾性表面波の波長で規格化された厚さをｔ２、前記直列腕共振子又は並列腕共振子を構成しており、誘電体層の厚さが厚い弾性表面波共振子のＩＤＴ電極のデューティー比の平均値をＤ１、前記直列腕共振子又は並列腕共振子を構成しており、誘電体層の厚さが薄い弾性表面波共振子のＩＤＴ電極のデューティー比の平均値をＤ２としたときに、
Ｄ１＜Ｄ２＜Ｄ１＋０．４６５×（ｔ１−ｔ２）
を満たす、請求項１〜３のいずれか一項に記載の弾性表面波フィルタ装置。
【請求項５】
前記圧電基板がＬｉＮｂＯ３基板からなり、主モードとしてレイリー波を利用する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の弾性表面波フィルタ装置。
【請求項６】
前記誘電体層は、ＳｉＯ２層を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の弾性表面波フィルタ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１７５３１５（Ｐ２０１２−１７５３１５Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３４１７５（Ｐ２０１１−３４１７５）
【出願日】平成２３年２月２１日（２０１１．２．２１）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２１日（２０１１．２．２１）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
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