弾性表面波フィルタ
【課題】高結合のＬｉＮｂＯ3、ＬｉＴａＯ3基板を用いて、耐熱衝撃性のＳＡＷデバイスを得る。
【解決手段】圧電基板５上に表面波の伝搬方向に沿って近接配置した３つのＩＤＴ電極と、この３つのＩＤＴ電極の両側に配置したグレーティング反射器と、を備えた縦結合多重モード弾性表面波フィルタＦ１、Ｆ２を複数段縦続接続した縦続接続型多重モード弾性表面波フィルタであって、３つのＩＤＴ電極の内、一方の端子に接続されるＩＤＴ電極と他方の端子に接続されるＩＤＴ電極は、インピーダンスが異なるように形成され、且つ、インピーダンスが高いＩＤＴ電極が圧電基板の＋Ｚ’軸側に、インピーダンスの低いＩＤＴ電極が−Ｚ’軸側に配置されるように縦続接続型多重モード弾性表面波フィルタＦ１、Ｆ２を構成するようにした。
【解決手段】圧電基板５上に表面波の伝搬方向に沿って近接配置した３つのＩＤＴ電極と、この３つのＩＤＴ電極の両側に配置したグレーティング反射器と、を備えた縦結合多重モード弾性表面波フィルタＦ１、Ｆ２を複数段縦続接続した縦続接続型多重モード弾性表面波フィルタであって、３つのＩＤＴ電極の内、一方の端子に接続されるＩＤＴ電極と他方の端子に接続されるＩＤＴ電極は、インピーダンスが異なるように形成され、且つ、インピーダンスが高いＩＤＴ電極が圧電基板の＋Ｚ’軸側に、インピーダンスの低いＩＤＴ電極が−Ｚ’軸側に配置されるように縦続接続型多重モード弾性表面波フィルタＦ１、Ｆ２を構成するようにした。
【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に関し、特に焦電性を有する圧電基板上に弾性表面波フィルタを形成する際に、熱衝撃試験の影響を低減するのに好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、弾性表面波デバイス（ＳＡＷデバイス）は通信分野で広く利用され、高性能、小型、量産性等の優れた特徴に加え、低コストであるため携帯電話機等に多く用いられている。特にＲＦ段に用いられるＳＡＷデバイスは低損失、広帯域等が要求されるため、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、又はタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）等の高結合材料を用いて構成される。しかしながら、高結合材料は同時に焦電効果も有するため、温度試験等によりＩＤＴ電極、あるいは基板が破損する虞がある。特許文献１には、ＬｉＮｂＯ3又はＬｉＴａＯ3基板を酸素還元処理し、圧電性を保ったまま抵抗率を１．０×１０7Ω・ｃｍ以上、１．０×１０13Ω・ｃｍ以下とし、焦電荷が問題となる半田リフロー工程では、放電の時定数を従来の圧電基板に比べ１／１００以下として、昇温中に焦電荷が発生したとしても蓄積されず、防止できることが開示されている。
一方、圧電基板の抵抗率が１．０×１０7Ω・ｃｍ以上であれば、寄生抵抗が約１．０×１０7Ω以上となり、例えばＲＦ用弾性表面波フィルタ（ＳＡＷフィルタ）のインピーダンスである５０Ω〜数百Ωと比較しても５桁以上大きいので、挿入損失に影響せず、ＳＡＷフィルタの電気的特性の劣化は生じない。
【０００３】
また、ＳＡＷデバイスとパッケージのパッド電極とを接続するバンプは、３００℃以下で接続可能な半田材、例えばＡｇＳｎ合金、又はＡｕＳｎ合金などを用いて、焦電化を抑圧した例が開示されている。Ａｕなども、３００℃以下の加熱において、超音波振動と加重を印加することでＡｕバンプとして用いることができる。パッケージ本体と蓋体との封止材は、融点が３００℃以下であるもの、例えばＡｇＳｎ合金又はＡｕＳｎ合金を用いれば、圧電基板の温度上昇を抑えることにより、焦電性の復活を防止することができる。
還元処理した圧電基板であっても、空気中でアニール処理すると焦電性が復活し、アニール処理温度が約３５０℃以上になると急激に焦電性が復活する。そこで、窒素雰囲気であれば、加熱温度が高くなっても、圧電基板の焦電性復活防止に効果がある。従って、バンプの半田材や封止材の融点は、３００℃以下に限定しなくてもよいと記されている。
【０００４】
ＳＡＷデバイスの帯電防止対策が特許文献２に開示されている。ＳＡＷデバイスは、図１７の断面図に示すように、圧電基板、例えばＬｉＴａＯ3と該圧電基板４１の一方の主面（下面）上に励振電極（櫛形電極）４２ａと該励振電極４２ａから延出するボンディングパッド４２ｂとからなるＳＡＷデバイス素子（以下「ＳＡＷチップ」と称す）４０と、上面に前記ＳＡＷチップ実装用のパッド電極４５を配設すると共に、下面に外部電極４７を備えた平板状のプリント配線基板４４、例えばセラミック基板と、を備えている。前記ＳＡＷチップ４０の下面と前記プリント配線基板４４の上面との間隙に所定のギャップ４８を隔てて機械的に固定（フリップチップ実装）する共に、前記ボンディングパッド４２ｂに固定した金属バンプ４３を介して前記パッド電極４５と電気的導通している。前記ＳＡＷチップ４０を実装した前記プリント配線基板４４の上面、即ち前記ＳＡＷチップ４０の上面及び四側面と、前記プリント配線基板４４の上面の前記ＳＡＷチップ４０と重複しないスペースと、にかけて金属膜４９ａ及び４９ｂを、ドライプロセス（真空蒸着、スパッタリング及びＣＶＤ）によって形成する。さらに、前記金属膜４９ａ（及び４９ｂの上面、及び前記ギャップ４８の開口部、即ち前記ＳＡＷチップ４０の下面周縁部と、該周縁部に対向する前記プリント配線基板４４の上面との間隙を、絶縁材料から成る樹脂部材４６で封止する。
以上により、前記樹脂部材４６、特に前記ＳＡＷチップ４０の上面に形成する樹脂部材の厚みが約０．１２ｍｍと薄肉状であることから該樹脂部材４６に帯電した電荷の電圧は高くならず、さらに前記樹脂部材４６の内側面に前記金属膜４９ａ及び４９ｂが接触することで、樹脂部材４６は見掛け体積固有抵抗値を小さく変質されて、静電気を蓄積しないことが確認できたと開示されている。
【０００５】
ここで、例えば１次−３次縦結合二重モードＳＡＷフィルタについて簡単に説明する。図１８はＲＦ回路に用いられる２段縦続接続型の縦結合１次−３次二重モードＳＡＷフィルタの構成を示す平面図であり、アンテナに接続する側（ＩＮ）は不平衡回路、ＩＣ回路に接続する側（ＯＵＴ１−ＯＵＴ２）は平衡回路として構成した例である。圧電基板５１の主表面上に表面波の伝搬方向に沿ってＩＤＴ電極５２、５３、５４を近接配置すると共に、該ＩＤＴ電極５２、５３、５４の両側にグレーティング反射器５５ａ、５５ｂを配設して、第１の１次−３次縦結合二重モードＳＡＷフィルタＦ１（以下、ＳＡＷフィルタと称す）を形成する。ここで、ＩＤＴ電極５２、５３、５４はそれぞれ互いに間挿し合う複数の電極指を有する一対のくし形電極から形成されている。さらに、同一圧電基板５１上に第１のＳＡＷフィルタＦ１と同様に、ＩＤＴ電極５２’、５３’、５４’と、反射器５５’ａ、５５’ｂとからなる第２のＳＡＷフィルタＦ２を形成し、第１及び第２の１次−３次縦結合二重モードＳＡＷフィルタＦ１、Ｆ２を縦続接続して縦続接続型ＳＡＷフィルタを構成する。
図１８では入力側を不平衡入力とするためＩＤＴ電極５２の一方のくし形電極を入力端子ＩＮに、他方のくし形電極を接地している。そして、出力側を平衡出力とするためＩＤＴ電極５２’の一方のくし形電極を出力端子ＯＵＴ１に、他方のくし形電極を出力端子ＯＵＴ２に接続している。ここで、縦続接続型ＳＡＷフィルタを構成するのは、減衰傾度、保証減衰量を増して要求される規格を満たすためである。
【特許文献１】ＷＯ２００５／０９１５００号公報
【特許文献２】特開２００５−１３０４１２公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
最近では、焦電性を有する圧電基板（ＬｉＮｂＯ3、ＬｉＴａＯ3等）を用いてＳＡＷデバイスを構成する場合、特許文献１に開示されているような低焦電性基板（体積抵抗率の低い基板）を用いるのが一般的である。また、パッケージ内部の雰囲気は窒素（Ｎ2）で置換され、焦電性復活防止対策がなされている。
しかしながら、ＬｉＴａＯ3基板に１次−３次縦結合二重モードＳＡＷフィルタを２つ形成し、これらを縦続接続して構成した縦続接続型ＳＡＷフィルタに、数千サイクルの熱衝撃試験（ヒートサイクル試験）を行うと、焦電破壊は免れるものの、図２０（ａ）の実線で示す通過域特性のように、熱衝撃試験前の通過域特性（破線）から劣化するという問題があった。ここで、図１９に示す回路は、フィルタ特性測定に用いた測定回路で、縦続接続型ＳＡＷフィルタのインピーダンに合わせて入出力とも５０Ωである。縦続接続型ＳＡＷフィルタは入出力対称で設計したので、一方の１次−３次縦結合二重モードＳＡＷフィルタの電極パターンを図２１に示す。中心周波数を８６９ＭＨｚ、中央のＩＤＴ電極６０の対数を２０．５対、両側のＩＤＴ電極６１、６２の対数を１５．５対、交差幅を２０λ（λは励起される表面波の波長）、反射器本数を９１本、膜厚５％λとした。両側のＩＤＴ電極６１、６２の対数は１５．５対であるが、中央側から２、６、１０、２２、２６、３０本目の電極指を接地側のバスバーから離し、信号側のバスバーに接続してある。また、段間の容量６５、６６を形成するＩＤＴ電極の対数はそれぞれ１０対とした。
【０００７】
熱衝撃試験をした縦続接続型ＳＡＷフィルタのパッケージの蓋体を開封し、ＩＤＴ電極、反射器、リード電極、圧電基板、パッド部等を、顕微鏡を用いて観察したが、フィルタ特性の劣化に結びつくような現象、例えばＩＤＴ電極の破壊、圧電基板の破壊等は見出せなかった。そこで、縦続接続型ＳＡＷフィルタの入力及び出力からインピーダンス特性を測定し、これをスミスチャートで表した図が、図２０（ｂ）、（ｃ）に示す図である。何れの図も破線が熱衝撃試験前、実線が試験後のスミスチャートである。図２０（ｂ）より熱衝撃試験後に通過域近傍の周波数領域において、入力側のインピーダンスが中心周波数近傍で実軸近傍から容量性側にシフトしていることが分かる。また、図２０（ｃ）より通過域近傍の出力側のインピーダンスは、入力側インピーダンスの容量性側へのシフトの影響によって終端インピーダンスである５０Ωから離れてしまっているものの、入力側インピーダンスでみられた容量性側へのシフトは見られず、熱衝撃による影響が入力側に比べて小さいことが分かる。
本発明は上記問題を解決するためになされてもので、熱衝撃試験の影響をできるだけ軽減したＳＡＷフィルタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００９】
［適用例１］圧電基板上に表面波の伝搬方向に沿って近接配置した複数のＩＤＴ電極と、該複数のＩＤＴ電極の両側に配置したグレーティング反射器と、を備えた縦結合多重モード弾性表面波フィルタを複数段縦続接続した弾性表面波フィルタであって、前記複数段縦続接続した夫々の縦結合多重モード弾性表面波フィルタは互いにインピーダンスが異なるように形成され、且つインピーダンスが高い縦結合多重モード弾性表面波フィルタが前記圧電基板の＋Ｚ’軸側に、インピーダンスの低い縦結合多重モード弾性表面波フィルタが−Ｚ’軸側に配置されていることを特徴とする。
【００１０】
このように弾性表面波フィルタを構成すると、該フィルタをプリント基板に実装するため半田リフロー工程にかける際や、客先の要求により熱衝撃試験を行う際に、縦続接続型ＳＡＷフィルタの通過域特性、及びインピーダンス特性の劣化が抑えられるという効果がある。
【００１１】
［適用例２］前記圧電基板がタンタル酸リチウムである適用例１に記載の弾性表面波フィルタを特徴とする。
以上のようにタンタル酸リチウムを用いて縦続接続型ＳＡＷフィルタを構成すると、広帯域、低損失のＳＡＷフィルタが構成でき、しかも熱衝撃による特性の劣化が防げるという利点がある。
【００１２】
［適用例３］前記圧電基板がニオブ酸リチウムである適用例１に記載の弾性表面波フィルタを特徴とする。
以上のようにニオブ酸リチウムを用いて縦続接続型ＳＡＷフィルタを構成すると、一層広帯域で、低損失のＳＡＷフィルタが構成でき、且つ熱衝撃による特性の劣化も抑えられるという利点がある。
【００１３】
［適用例４］前記縦結合多重モード弾性表面波フィルタは、１次−３次縦結合多重モード弾性表面波フィルタである適用例１乃至３の何れか１項に記載の弾性表面波フィルタを特徴とする。
【００１４】
以上のように、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の高結合基板上に、１次−３次縦結合モードを用いて多重モードＳＡＷフィルタを構成すると、広帯域で低損失のフィルタが構成でき、且つ耐熱衝撃のあるＳＡＷフィルタが構成できるという利点がある。
【００１５】
［適用例５］前記縦結合多重モード弾性表面波フィルタが１次−２次縦結合多重モード弾性表面波フィルタである適用例１乃至３の何れか１項に記載の弾性表面波フィルタを特徴とする。
【００１６】
以上のように、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の高結合基板上に、１次−２次縦結合モードを用いて多重モードＳＡＷフィルタを構成すると、中帯域のフィルタが構成でき、且つ耐熱衝撃のあるＳＡＷフィルタが構成できるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る第１の実施の形態の縦続接続型多重モード弾性表面波フィルタの構成を示す平面図である。縦続接続型多重モード弾性表面波フィルタ１（以下、縦続接続型ＳＡＷフィルタと称す）は、圧電基板５、例えばＬｉＴａＯ3の主面上で表面波の伝搬方向に沿って３つのＩＤＴ電極１０、１１、１２を近接配置し、該３つのＩＤＴ電極１０、１１、１２の両側にグレーティング反射器（以下、反射器と称す）１３ａ、１３ｂをそれぞれ配置して、第１の１次−３次縦結合多重モード弾性表面波フィルタ（以下、多重モードＳＡＷフィルタと称す）Ｆ１を形成する。ＩＤＴ電極１０、１１、１２はそれぞれ互いに間挿し合う複数の電極指を有する一対のくし形電極から形成されている。同様に、同一の圧電基板５上に表面波の伝搬方向に沿って３つのＩＤＴ電極２０、２１、２２を近接配置し、該３つのＩＤＴ電極２０、２１、２２の両側に反射器２３ａ、２３ｂをそれぞれ配置して、第２の多重モードＳＡＷフィルタＦ２を形成する。ＩＤＴ電極２０、２１、２２はそれぞれ互いに間挿し合う複数の電極指を有する一対のくし形電極から形成されている。
【００１８】
多重モードＳＡＷフィルタＦ１の中央ＩＤＴ電極１０の圧電基板５端部寄りのバスバーと入力パッドＩＮを接続し、ＩＤＴ電極１０の圧電基板５中央寄りのバスバーを接地する。Ｆ１の両側のＩＤＴ電極１１、１２の圧電基板５端部寄りのバスバーをそれぞれ接地し、ＩＤＴ電極１１、１２の圧電基板５中央寄りのバスバーと、第２の多重モードＳＡＷフィルタＦ２の両側のＩＤＴ電極２１、２２の圧電基板５中央寄りのバスバーと、を同一圧電基板５上に形成したリード電極にてそれぞれ接続する。Ｆ２の中央のＩＤＴ電極２０の圧電基板５端部寄りのバスバーと出力パッドＯＵＴとを接続し、ＩＤＴ電極２０の圧電基板５内部寄りのバスバーを接地する。更にＩＤＴ電極２１，２２の圧電基板５端部寄りのバスバーをそれぞれ接地する。そして、ＩＤＴ電極１１と２１、及びＩＤＴ電極１２と２２を接続するリード電極と接地間に、それぞれくし形電極かなる容量２７ａ、２７ｂを接続して、縦続接続型ＳＡＷフィルタ１を構成する。
【００１９】
本発明に係る縦続接続型ＳＡＷフィルタは、例えば携帯電話等のアンテナと回路側ＲＦ部との間に用いられる。このようなＳＡＷフィルタは入出力が共に５０Ωである場合が一般的であるが、アンテナ側が５０Ω、ＲＦ部側が例えば２００Ωと、インピーダンスが非対称のフィルタもある。後者のようなＳＡＷフィルタでは、第１の多重モードＳＡＷフィルタＦ１の中央のＩＤＴ電極１０が呈するインピーダンスと、第２の多重モードＳＡＷフィルタＦ２の中央のＩＤＴ電極２０が呈するインピーダンスと、を異なるように形成する。そして、インピーダンスの高い側のＩＤＴ電極（図１ではＩＤＴ電極２０）が圧電基板５の＋Ｚ’軸側に、インピーダンスの低い側のＩＤＴ電極（図１ではＩＤＴ電極１０）が、−Ｚ’軸側に配置されるように縦続接続型多重モードＳＡＷフィルタ１を構成する。
圧電結晶ＬｉＴａＯ3、ＬｉＮｂＯ3等は三方晶系に属し、３回対称軸のＺ軸、Ｙ軸、Ｘ軸が互いに直交している。図２は、θ°ＹカットＸ伝搬ＬｉＴａＯ3基板の切り出し角を示した図で、元の座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）のＹカット基板をＸ軸の回りに反時計方向にθ°（３６°〜４８°）回転して切り出す。従って基板の主面に平行な方向はＺ’軸と、Ｘ軸であり、垂直な方向がＹ’軸となる。なお、Ｚ’軸には方向性があり、矢印の先端部側が＋Ｚ’軸方向、原点側が−Ｚ’軸方向となる。
【００２０】
図３はウエハー７上に縦続接続型ＳＡＷフィルタパターンを格子状に配置した図で、ウエハー７の場合も縦続接続型ＳＡＷフィルタパターンの内、＋Ｚ’軸方向にインピーダンスの高いＩＤＴ電極を、−Ｚ’軸方向にインピーダンスの低いＩＤＴ電極を配置するようにする。つまり、Ａ−Ｉの縦続接続型ＳＡＷフィルタパターンの場合、インピーダンスの高いＩＤＴ電極２０’はウエハー内で、＋Ｚ’軸方向に、インピーダンスの低いＩＤＴ電極１０’はウエハー内で−Ｚ’軸方向に配置する。Ｃ−ＩＩＩの縦続接続型ＳＡＷフィルタパターンの場合も同様で、インピーダンスの高いＩＤＴ電極２０’は、インピーダンスの低いＩＤＴ電極１０’より＋Ｚ’軸方向に配置する。ウエハー７をダイシングソーで切断して個片の縦続接続型ＳＡＷフィルタ素子を得るが、個片の状態でも図１で説明したように、インピーダンスダンスの高い側のＩＤＴ電極が＋Ｚ’軸方向に、インピーダンスの低い側のＩＤＴ電極が−Ｚ’軸方向に配置される。
【００２１】
図２０に示した熱衝撃試験前後のフィルタ特性の変化から、熱衝撃試験により縦続接続型ＳＡＷフィルタの入出力のインピーダンスに変化が生じたことは明らかである。そこで、このインピーダンスダンスの変化を電気回路で近似することができれば、測定回路の終端条件に近似回路を付加することにより熱衝撃試験の前後の特性を模擬的に評価できることを想致した。
種々の実験及びシミュレーションを用いて通過域特性、及びインピーダンスダンス特性を求めた。つまり、入出力インピーダンスが共に５０Ωの縦続接続型ＳＡＷフィルタを測定回路を用いて実測し、該実測Ｓパラメータに計算上で容量を直列接続し、シミュレーションにより通過域特性、入出力インピーダンス特性を求めた。ただし、記述が煩雑になるのでシミュレーションにより求めたとせず、測定したと表現する。
熱衝撃試験前の縦続接続型ＳＡＷフィルタの測定は、５０Ω−５０Ω終端回路で実測するが、熱衝撃試験は、図４の回路に示すように、縦続接続型ＳＡＷフィルタの入力側１５ｐＦ、出力側に４５ｐＦを、それぞれ直列に接続して測定した場合が、熱衝撃試験後の変化を表現できることを見出した。
【００２２】
図５（ａ）は縦続接続型ＳＡＷフィルタの通過域特性で、破線が５０Ω−５０Ω終端の場合の通過域特性、実線が図４に示すように、（５０Ω＋１５ｐＦ）−（４５ｐＦ＋５０Ω）終端とした場合の特性である。同様に、図５（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ入力側、出力側からみたインピーダンス特性のスミスチャートで、破線が５０Ω終端の場合のスミスチャート、実線が容量素子１５ｐＦ，４５ｐＦを含めて、図４のＱ１、Ｑ２からみたスミスチャートＳ（１，１）、Ｓ（２，２）である。図５と図２０を比較して、縦続接続型ＳＡＷフィルタの入出力に容量素子を付加することにより、熱衝撃試験を行わずに熱衝撃試験前後の通過域特性の変化、入出力のインピーダンス特性の変化を、近似できることが分かる。
ちなみに、５０Ω−５０Ω終端の測定回路と、図６の測定回路に示すように縦続接続型ＳＡＷフィルタの入力側に４５ｐＦ、出力側に１５ｐＦをそれぞれ直列に付加した測定回路と、を用いて縦続接続型ＳＡＷフィルタの通過域特性、入出力のインピーダンス特性を測定した図が、図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す図である。通過域特性は変わらないものの入出力のインピーダンス特性は、図６のそれと逆になる。
【００２３】
前述したように、非対称ＲＦ−ＳＡＷフィルタは、アンテナ側が５０Ω、ＲＦ部側が、例えば２００Ωと、入出力インピーダンスが非対称である。図８は、図１に示した入出力インピーダンスが非対称な縦続接続型ＳＡＷフィルタの詳細な電極パターンを示す図で、同図（ａ）が高インピーダンス側（２００Ω）の多重モードＳＡＷフィルタＦ２を、同図（ｂ）が低インピーダンス側（５０Ω）の多重モードＳＡＷフィルタＦ１を、示すＩＤＴ電極構成である。試作した縦続接続型ＳＡＷフィルタの一例は中心周波数８３５ＭＨｚ、入力側５０Ω、出力側２００Ωの非対称終端である。出力側のＦ２の中央ＩＤＴ電極２０は２９対、両側のＩＤＴ電極２１，２２は共に１９．５対で、交差幅は３０λ（λは励起される表面波の波長）、反射器本数は８５本、膜厚は３．７％λである。中央のＩＤＴ電極２０はインピーダンスを高くするため、１対目、３対目、５対目と奇数対目を間引きしている。つまり、上下のバスバーから離して互いにリング状（ロ字状）に接続し、短絡グレーティングとして間引きを施している。また、入力側のＦ１の中央ＩＤＴ電極１０は、２９対、両側のＩＤＴ電極１１、１２は共に１９．５対、反射器本数は８５本、膜厚は３．７％λである。
【００２４】
インピーダンスが非対称なＲＦ−ＳＡＷフィルタの熱衝撃試験前後の通過域特性の変化を予測するために、図９に示す５０Ω−２００Ω終端測定回路と、図１０に示す（５０Ω＋１５ｐＦ）−（４５ｐＦ＋２００Ω）終端測定回路と、を用いた。中心周波数８３５ＭＨｚの縦続接続型ＳＡＷフィルタを試作し、図９の測定回路を用いて熱衝撃試験前の通過域特性を測定した図が、図１１の破線で示すフィルタ特性である。熱衝撃試験後のインピーダンスの変化を、実際の熱衝撃試験にかけずに図１０の測定回路を用いて模擬試験した。図１０の測定回路を用いて測定した通過域特性が、図１１に示す実線である。図１０に示すように、入力側に１５ｐＦ、出力側に４５ｐＦを付加して、縦続接続型ＳＡＷフィルタの入力側の劣化が大きいことを表現している。このように、入力側（５０Ω）のインピーダンスの劣化が、出力側（２００Ω）の劣化より大きな場合は、熱衝撃試験前後の通過域特性の変化が大きいことが想定される。
【００２５】
そこで、図１２に示す測定回路のように、入力側（５０Ω＋４５ｐＦ）、出力側（１５ｐＦ＋２００Ω）とした終端回路を用いて、縦続接続型ＳＡＷフィルタに実際の熱衝撃試験をかけずに、模擬試験で通過域特性の変化を予測した。図９、１２に示した測定回路を用いて、縦続接続型ＳＡＷフィルタを測定したときの通過域特性が図１３で、破線は図９を用いて測定した、つまり熱衝撃試験前の特性であり、実線は図１２を用いて測定した、模擬熱衝撃試験後の特性である。図１３より破線及び実線の通過域特性は差が極めて小さいことが分かった。
また、熱衝撃試験による縦続接続型ＳＡＷフィルタ特性へのダメージ、例えば通過域特性のシフト、インピーダンス特性の変化等は、−Ｚ’軸側より＋Ｚ’軸側の方がよりダメージを受けることは、多数の実験より明らかとなっている。
図１３の測定結果を踏まえ、よりダメージの大きい＋Ｚ’軸側にインピーダンスの高い側のＩＤＴ電極を配置し、インピーダンスダンスの低い側のＩＤＴ電極を−Ｚ’軸側に配置することにより、熱衝撃試験後のフィルタ特性の劣化を最小限に止めることができることが判明した。
【００２６】
図１４は、縦続接続型ＳＡＷフィルタ素子１をパッケージ本体Ｐに収容し、素子１の入出力パッドＳ１、Ｓ２と、パッケージ本体Ｐの入出力端子Ｐ１、Ｐ２と、をそれぞれボンディングワイヤＢ１、Ｂ２で接続する。中央の接地パッドＳ３、Ｓ４と、パッケージ本体の接地端子Ｇ１，Ｇ２と、をボンディングワイヤＢ３、Ｂ４で接続し、接地パッドＳ５、Ｓ６と、パッケージ本体Ｐの接地端子Ｇ３、Ｇ４と、をボンディングワイヤＢ５、Ｂ６にて接続し、パッケージ本体のシールリングＲに蓋部材（図示せず）をシーム溶接して縦続接続型ＳＡＷフィルタを構成する。
ＩＤＴ電極の電極指を間引き操作してインピーダンスを高くする手段は、各種の手法が知られており、図１５（ａ）〜（ｅ）はその一例である。図１５（ａ）は、上下のバスバーに接続する電極指と、相隣接する電極指２本を上端で短絡接続したものと、を交互に配置した構成であるが、所望とするインピーダンスにより種々の組み合わせがある。図１５（ｂ）は上下のバスバーに接続する電極指と、相隣接する電極指２本を電極指の中央で短絡接続したものと、を交互に配置した構成であるが、所望とするインピーダンスにより種々の組み合わせがある。図１５（ｃ）は上下のバスバーに接続する電極指と、相隣接する電極指３本を電極指中央で短絡接続したものと、を交互に配置した構成であるが、所望とするインピーダンスにより種々の組み合わせがある。図１５（ｄ）は、左側のＩＤＴ電極の右端から１、３番目の電極指を下側バスバーから離し、上側バスバーに接続して、左側のＩＤＴ電極のインピーダンスを高めた例である。図１５（ｅ）は、左側のＩＤＴ電極の右端から３、４、７、８本目の電極指を逆側のバスバーに接続し、インピーダンスを高めた例である。
【００２７】
図１６は本発明に係る他の縦続接続型多ＳＡＷフィルタの構成を示す平面図である。縦続接続型多ＳＡＷフィルタ２は、圧電基板（図示せず）、例えばＬｉＴａＯ3の主面上で表面波の伝搬方向に沿って２つのＩＤＴ電極３０、３１を近接配置し、該２つのＩＤＴ電極３０、３１の両側に反射器３２ａ、３２ｂをそれぞれ配置して、第１の１次−２次縦結合多重モード弾性表面波フィルタ（以下、多重モードＳＡＷフィルタと称す）Ｆ’１を形成する。ＩＤＴ電極３０、３１はそれぞれ互いに間挿し合う複数の電極指を有する一対のくし形電極から形成されている。同様に、同一の圧電基板上に表面波の伝搬方向に沿って２つのＩＤＴ電極３５、３６を近接配置し、該２つのＩＤＴ電極３５、３６の両側に反射器３７ａ、３７ｂをそれぞれ配置して、第２の多重モードＳＡＷフィルタＦ’２を形成する。第１及び第２の多重モードＳＡＷフィルタＦ’１、Ｆ’２を縦続接続して縦続接続型多ＳＡＷフィルタ２を構成する。
そして、インピーダンスの高い側のＩＤＴ電極（図１６ではＩＤＴ電極３０）が圧電基板の＋Ｚ’軸側に、インピーダンスの低い側のＩＤＴ電極（図１６ではＩＤＴ電極３５）が−Ｚ’軸側に配置されるように縦続接続型多重モードＳＡＷフィルタ２を構成する。このようにＩＤＴ電極のインピーダンスの大小（高低）により、＋Ｚ’軸側と−Ｚ’軸側とに配設することにより、熱衝撃試験による縦続接続型ＳＡＷフィルタのインピーダンスの劣化を最小限に抑えることができる。
【００２８】
以上では圧電基板にＬｉＴａＯ3を用いて説明したが、同じ三方晶系に属し、強焦電性を示すＬｉＮｂＯ3についても本発明を適用できる。つまり、インピーダンスの高い側のＩＤＴ電極を圧電基板（ＬｉＮｂＯ3）の＋Ｚ’軸側に、インピーダンスの低い側のＩＤＴ電極を、−Ｚ’軸側に配置することにより、熱衝撃試験による縦続接続型ＳＡＷフィルタのインピーダンスの劣化を最小限に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る縦続接続型ＳＡＷフィルタ素子の構成と、座標軸との関係を示す平面図である。
【図２】ＬｉＴａＯ3基板の切断方位と座標軸との関係を示した図である。
【図３】ウエハー上のＩＤＴ電極パターンと、座標軸との関係を示す平面図である。
【図４】測定回路を示した図である。
【図５】（ａ）は測定回路による通過域特性の違いを示した図、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ入出力のインピーダンス特性を示したスミスチャートである。
【図６】測定回路を示した図である。
【図７】（ａ）は測定回路による通過域特性の違いを示した図、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ入出力のインピーダンス特性を示したスミスチャートである。
【図８】（ａ）は高インピーダンスを呈する多重モードＳＡＷフィルタの電極パターン、（ｂ）は低インピーダンスを呈する多重モードＳＡＷフィルタの電極パターンを示した図である。
【図９】測定回路を示した図である。
【図１０】測定回路を示した図である。
【図１１】非対称縦続接続型ＳＡＷフィルタの測定回路による通過域特性の違いを示した図である。
【図１２】測定回路を示した図である。
【図１３】非対称縦続接続型ＳＡＷフィルタの測定回路による通過域特性の違いを示した図である。
【図１４】非対称縦続接続型ＳＡＷフィルタの組み立て図である。
【図１５】（ａ）〜（ｅ）はＩＤＴ電極を高インピーダンスにするための電極指の処理法を示した図である。
【図１６】１次−２次縦結合二重モードＳＡＷフィルタを縦続接続して構成した縦続接続型ＳＡＷフィルタの構成を示した平面図である。
【図１７】従来の縦続接続型ＳＡＷフィルタの構成を示す断面図である。
【図１８】従来の縦続接続型ＳＡＷフィルタの電極パターンを示した図である。
【図１９】測定回路を示した図である。
【図２０】（ａ）は熱衝撃試験前後の通過域特性の差、（ｂ）、（ｃ）は熱衝撃試験前後の入力及び出力のインピーダンス特性の差を示した図である。
【図２１】入出力共に５０Ωの縦続接続型ＳＡＷフィルタの電極パターンを示した図である。
【符号の説明】
【００３０】
１ 縦続接続型ＳＡＷフィルタ素子、５ 圧電基板、７ 圧電ウエハー、１０、１０’、１１、１２、２０、２０’、２１、２２、３０、３１、３５、３６ ＩＤＴ電極、１３ａ、１３ｂ、２３ａ、２３ｂ、３２ａ、３２ｂ、３７ａ、３７ｂ 反射器、２７ａ、２７ｂ 容量、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ’１、Ｆ’２ 多重モードＳＡＷフィルタ、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６ ボンディングワイヤ、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６ パッド、Ｐ１、Ｐ２ 入出力端子、Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４ 接地端子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性表面波フィルタに関し、特に焦電性を有する圧電基板上に弾性表面波フィルタを形成する際に、熱衝撃試験の影響を低減するのに好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、弾性表面波デバイス（ＳＡＷデバイス）は通信分野で広く利用され、高性能、小型、量産性等の優れた特徴に加え、低コストであるため携帯電話機等に多く用いられている。特にＲＦ段に用いられるＳＡＷデバイスは低損失、広帯域等が要求されるため、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、又はタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）等の高結合材料を用いて構成される。しかしながら、高結合材料は同時に焦電効果も有するため、温度試験等によりＩＤＴ電極、あるいは基板が破損する虞がある。特許文献１には、ＬｉＮｂＯ3又はＬｉＴａＯ3基板を酸素還元処理し、圧電性を保ったまま抵抗率を１．０×１０7Ω・ｃｍ以上、１．０×１０13Ω・ｃｍ以下とし、焦電荷が問題となる半田リフロー工程では、放電の時定数を従来の圧電基板に比べ１／１００以下として、昇温中に焦電荷が発生したとしても蓄積されず、防止できることが開示されている。
一方、圧電基板の抵抗率が１．０×１０7Ω・ｃｍ以上であれば、寄生抵抗が約１．０×１０7Ω以上となり、例えばＲＦ用弾性表面波フィルタ（ＳＡＷフィルタ）のインピーダンスである５０Ω〜数百Ωと比較しても５桁以上大きいので、挿入損失に影響せず、ＳＡＷフィルタの電気的特性の劣化は生じない。
【０００３】
また、ＳＡＷデバイスとパッケージのパッド電極とを接続するバンプは、３００℃以下で接続可能な半田材、例えばＡｇＳｎ合金、又はＡｕＳｎ合金などを用いて、焦電化を抑圧した例が開示されている。Ａｕなども、３００℃以下の加熱において、超音波振動と加重を印加することでＡｕバンプとして用いることができる。パッケージ本体と蓋体との封止材は、融点が３００℃以下であるもの、例えばＡｇＳｎ合金又はＡｕＳｎ合金を用いれば、圧電基板の温度上昇を抑えることにより、焦電性の復活を防止することができる。
還元処理した圧電基板であっても、空気中でアニール処理すると焦電性が復活し、アニール処理温度が約３５０℃以上になると急激に焦電性が復活する。そこで、窒素雰囲気であれば、加熱温度が高くなっても、圧電基板の焦電性復活防止に効果がある。従って、バンプの半田材や封止材の融点は、３００℃以下に限定しなくてもよいと記されている。
【０００４】
ＳＡＷデバイスの帯電防止対策が特許文献２に開示されている。ＳＡＷデバイスは、図１７の断面図に示すように、圧電基板、例えばＬｉＴａＯ3と該圧電基板４１の一方の主面（下面）上に励振電極（櫛形電極）４２ａと該励振電極４２ａから延出するボンディングパッド４２ｂとからなるＳＡＷデバイス素子（以下「ＳＡＷチップ」と称す）４０と、上面に前記ＳＡＷチップ実装用のパッド電極４５を配設すると共に、下面に外部電極４７を備えた平板状のプリント配線基板４４、例えばセラミック基板と、を備えている。前記ＳＡＷチップ４０の下面と前記プリント配線基板４４の上面との間隙に所定のギャップ４８を隔てて機械的に固定（フリップチップ実装）する共に、前記ボンディングパッド４２ｂに固定した金属バンプ４３を介して前記パッド電極４５と電気的導通している。前記ＳＡＷチップ４０を実装した前記プリント配線基板４４の上面、即ち前記ＳＡＷチップ４０の上面及び四側面と、前記プリント配線基板４４の上面の前記ＳＡＷチップ４０と重複しないスペースと、にかけて金属膜４９ａ及び４９ｂを、ドライプロセス（真空蒸着、スパッタリング及びＣＶＤ）によって形成する。さらに、前記金属膜４９ａ（及び４９ｂの上面、及び前記ギャップ４８の開口部、即ち前記ＳＡＷチップ４０の下面周縁部と、該周縁部に対向する前記プリント配線基板４４の上面との間隙を、絶縁材料から成る樹脂部材４６で封止する。
以上により、前記樹脂部材４６、特に前記ＳＡＷチップ４０の上面に形成する樹脂部材の厚みが約０．１２ｍｍと薄肉状であることから該樹脂部材４６に帯電した電荷の電圧は高くならず、さらに前記樹脂部材４６の内側面に前記金属膜４９ａ及び４９ｂが接触することで、樹脂部材４６は見掛け体積固有抵抗値を小さく変質されて、静電気を蓄積しないことが確認できたと開示されている。
【０００５】
ここで、例えば１次−３次縦結合二重モードＳＡＷフィルタについて簡単に説明する。図１８はＲＦ回路に用いられる２段縦続接続型の縦結合１次−３次二重モードＳＡＷフィルタの構成を示す平面図であり、アンテナに接続する側（ＩＮ）は不平衡回路、ＩＣ回路に接続する側（ＯＵＴ１−ＯＵＴ２）は平衡回路として構成した例である。圧電基板５１の主表面上に表面波の伝搬方向に沿ってＩＤＴ電極５２、５３、５４を近接配置すると共に、該ＩＤＴ電極５２、５３、５４の両側にグレーティング反射器５５ａ、５５ｂを配設して、第１の１次−３次縦結合二重モードＳＡＷフィルタＦ１（以下、ＳＡＷフィルタと称す）を形成する。ここで、ＩＤＴ電極５２、５３、５４はそれぞれ互いに間挿し合う複数の電極指を有する一対のくし形電極から形成されている。さらに、同一圧電基板５１上に第１のＳＡＷフィルタＦ１と同様に、ＩＤＴ電極５２’、５３’、５４’と、反射器５５’ａ、５５’ｂとからなる第２のＳＡＷフィルタＦ２を形成し、第１及び第２の１次−３次縦結合二重モードＳＡＷフィルタＦ１、Ｆ２を縦続接続して縦続接続型ＳＡＷフィルタを構成する。
図１８では入力側を不平衡入力とするためＩＤＴ電極５２の一方のくし形電極を入力端子ＩＮに、他方のくし形電極を接地している。そして、出力側を平衡出力とするためＩＤＴ電極５２’の一方のくし形電極を出力端子ＯＵＴ１に、他方のくし形電極を出力端子ＯＵＴ２に接続している。ここで、縦続接続型ＳＡＷフィルタを構成するのは、減衰傾度、保証減衰量を増して要求される規格を満たすためである。
【特許文献１】ＷＯ２００５／０９１５００号公報
【特許文献２】特開２００５−１３０４１２公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
最近では、焦電性を有する圧電基板（ＬｉＮｂＯ3、ＬｉＴａＯ3等）を用いてＳＡＷデバイスを構成する場合、特許文献１に開示されているような低焦電性基板（体積抵抗率の低い基板）を用いるのが一般的である。また、パッケージ内部の雰囲気は窒素（Ｎ2）で置換され、焦電性復活防止対策がなされている。
しかしながら、ＬｉＴａＯ3基板に１次−３次縦結合二重モードＳＡＷフィルタを２つ形成し、これらを縦続接続して構成した縦続接続型ＳＡＷフィルタに、数千サイクルの熱衝撃試験（ヒートサイクル試験）を行うと、焦電破壊は免れるものの、図２０（ａ）の実線で示す通過域特性のように、熱衝撃試験前の通過域特性（破線）から劣化するという問題があった。ここで、図１９に示す回路は、フィルタ特性測定に用いた測定回路で、縦続接続型ＳＡＷフィルタのインピーダンに合わせて入出力とも５０Ωである。縦続接続型ＳＡＷフィルタは入出力対称で設計したので、一方の１次−３次縦結合二重モードＳＡＷフィルタの電極パターンを図２１に示す。中心周波数を８６９ＭＨｚ、中央のＩＤＴ電極６０の対数を２０．５対、両側のＩＤＴ電極６１、６２の対数を１５．５対、交差幅を２０λ（λは励起される表面波の波長）、反射器本数を９１本、膜厚５％λとした。両側のＩＤＴ電極６１、６２の対数は１５．５対であるが、中央側から２、６、１０、２２、２６、３０本目の電極指を接地側のバスバーから離し、信号側のバスバーに接続してある。また、段間の容量６５、６６を形成するＩＤＴ電極の対数はそれぞれ１０対とした。
【０００７】
熱衝撃試験をした縦続接続型ＳＡＷフィルタのパッケージの蓋体を開封し、ＩＤＴ電極、反射器、リード電極、圧電基板、パッド部等を、顕微鏡を用いて観察したが、フィルタ特性の劣化に結びつくような現象、例えばＩＤＴ電極の破壊、圧電基板の破壊等は見出せなかった。そこで、縦続接続型ＳＡＷフィルタの入力及び出力からインピーダンス特性を測定し、これをスミスチャートで表した図が、図２０（ｂ）、（ｃ）に示す図である。何れの図も破線が熱衝撃試験前、実線が試験後のスミスチャートである。図２０（ｂ）より熱衝撃試験後に通過域近傍の周波数領域において、入力側のインピーダンスが中心周波数近傍で実軸近傍から容量性側にシフトしていることが分かる。また、図２０（ｃ）より通過域近傍の出力側のインピーダンスは、入力側インピーダンスの容量性側へのシフトの影響によって終端インピーダンスである５０Ωから離れてしまっているものの、入力側インピーダンスでみられた容量性側へのシフトは見られず、熱衝撃による影響が入力側に比べて小さいことが分かる。
本発明は上記問題を解決するためになされてもので、熱衝撃試験の影響をできるだけ軽減したＳＡＷフィルタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００９】
［適用例１］圧電基板上に表面波の伝搬方向に沿って近接配置した複数のＩＤＴ電極と、該複数のＩＤＴ電極の両側に配置したグレーティング反射器と、を備えた縦結合多重モード弾性表面波フィルタを複数段縦続接続した弾性表面波フィルタであって、前記複数段縦続接続した夫々の縦結合多重モード弾性表面波フィルタは互いにインピーダンスが異なるように形成され、且つインピーダンスが高い縦結合多重モード弾性表面波フィルタが前記圧電基板の＋Ｚ’軸側に、インピーダンスの低い縦結合多重モード弾性表面波フィルタが−Ｚ’軸側に配置されていることを特徴とする。
【００１０】
このように弾性表面波フィルタを構成すると、該フィルタをプリント基板に実装するため半田リフロー工程にかける際や、客先の要求により熱衝撃試験を行う際に、縦続接続型ＳＡＷフィルタの通過域特性、及びインピーダンス特性の劣化が抑えられるという効果がある。
【００１１】
［適用例２］前記圧電基板がタンタル酸リチウムである適用例１に記載の弾性表面波フィルタを特徴とする。
以上のようにタンタル酸リチウムを用いて縦続接続型ＳＡＷフィルタを構成すると、広帯域、低損失のＳＡＷフィルタが構成でき、しかも熱衝撃による特性の劣化が防げるという利点がある。
【００１２】
［適用例３］前記圧電基板がニオブ酸リチウムである適用例１に記載の弾性表面波フィルタを特徴とする。
以上のようにニオブ酸リチウムを用いて縦続接続型ＳＡＷフィルタを構成すると、一層広帯域で、低損失のＳＡＷフィルタが構成でき、且つ熱衝撃による特性の劣化も抑えられるという利点がある。
【００１３】
［適用例４］前記縦結合多重モード弾性表面波フィルタは、１次−３次縦結合多重モード弾性表面波フィルタである適用例１乃至３の何れか１項に記載の弾性表面波フィルタを特徴とする。
【００１４】
以上のように、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の高結合基板上に、１次−３次縦結合モードを用いて多重モードＳＡＷフィルタを構成すると、広帯域で低損失のフィルタが構成でき、且つ耐熱衝撃のあるＳＡＷフィルタが構成できるという利点がある。
【００１５】
［適用例５］前記縦結合多重モード弾性表面波フィルタが１次−２次縦結合多重モード弾性表面波フィルタである適用例１乃至３の何れか１項に記載の弾性表面波フィルタを特徴とする。
【００１６】
以上のように、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の高結合基板上に、１次−２次縦結合モードを用いて多重モードＳＡＷフィルタを構成すると、中帯域のフィルタが構成でき、且つ耐熱衝撃のあるＳＡＷフィルタが構成できるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る第１の実施の形態の縦続接続型多重モード弾性表面波フィルタの構成を示す平面図である。縦続接続型多重モード弾性表面波フィルタ１（以下、縦続接続型ＳＡＷフィルタと称す）は、圧電基板５、例えばＬｉＴａＯ3の主面上で表面波の伝搬方向に沿って３つのＩＤＴ電極１０、１１、１２を近接配置し、該３つのＩＤＴ電極１０、１１、１２の両側にグレーティング反射器（以下、反射器と称す）１３ａ、１３ｂをそれぞれ配置して、第１の１次−３次縦結合多重モード弾性表面波フィルタ（以下、多重モードＳＡＷフィルタと称す）Ｆ１を形成する。ＩＤＴ電極１０、１１、１２はそれぞれ互いに間挿し合う複数の電極指を有する一対のくし形電極から形成されている。同様に、同一の圧電基板５上に表面波の伝搬方向に沿って３つのＩＤＴ電極２０、２１、２２を近接配置し、該３つのＩＤＴ電極２０、２１、２２の両側に反射器２３ａ、２３ｂをそれぞれ配置して、第２の多重モードＳＡＷフィルタＦ２を形成する。ＩＤＴ電極２０、２１、２２はそれぞれ互いに間挿し合う複数の電極指を有する一対のくし形電極から形成されている。
【００１８】
多重モードＳＡＷフィルタＦ１の中央ＩＤＴ電極１０の圧電基板５端部寄りのバスバーと入力パッドＩＮを接続し、ＩＤＴ電極１０の圧電基板５中央寄りのバスバーを接地する。Ｆ１の両側のＩＤＴ電極１１、１２の圧電基板５端部寄りのバスバーをそれぞれ接地し、ＩＤＴ電極１１、１２の圧電基板５中央寄りのバスバーと、第２の多重モードＳＡＷフィルタＦ２の両側のＩＤＴ電極２１、２２の圧電基板５中央寄りのバスバーと、を同一圧電基板５上に形成したリード電極にてそれぞれ接続する。Ｆ２の中央のＩＤＴ電極２０の圧電基板５端部寄りのバスバーと出力パッドＯＵＴとを接続し、ＩＤＴ電極２０の圧電基板５内部寄りのバスバーを接地する。更にＩＤＴ電極２１，２２の圧電基板５端部寄りのバスバーをそれぞれ接地する。そして、ＩＤＴ電極１１と２１、及びＩＤＴ電極１２と２２を接続するリード電極と接地間に、それぞれくし形電極かなる容量２７ａ、２７ｂを接続して、縦続接続型ＳＡＷフィルタ１を構成する。
【００１９】
本発明に係る縦続接続型ＳＡＷフィルタは、例えば携帯電話等のアンテナと回路側ＲＦ部との間に用いられる。このようなＳＡＷフィルタは入出力が共に５０Ωである場合が一般的であるが、アンテナ側が５０Ω、ＲＦ部側が例えば２００Ωと、インピーダンスが非対称のフィルタもある。後者のようなＳＡＷフィルタでは、第１の多重モードＳＡＷフィルタＦ１の中央のＩＤＴ電極１０が呈するインピーダンスと、第２の多重モードＳＡＷフィルタＦ２の中央のＩＤＴ電極２０が呈するインピーダンスと、を異なるように形成する。そして、インピーダンスの高い側のＩＤＴ電極（図１ではＩＤＴ電極２０）が圧電基板５の＋Ｚ’軸側に、インピーダンスの低い側のＩＤＴ電極（図１ではＩＤＴ電極１０）が、−Ｚ’軸側に配置されるように縦続接続型多重モードＳＡＷフィルタ１を構成する。
圧電結晶ＬｉＴａＯ3、ＬｉＮｂＯ3等は三方晶系に属し、３回対称軸のＺ軸、Ｙ軸、Ｘ軸が互いに直交している。図２は、θ°ＹカットＸ伝搬ＬｉＴａＯ3基板の切り出し角を示した図で、元の座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）のＹカット基板をＸ軸の回りに反時計方向にθ°（３６°〜４８°）回転して切り出す。従って基板の主面に平行な方向はＺ’軸と、Ｘ軸であり、垂直な方向がＹ’軸となる。なお、Ｚ’軸には方向性があり、矢印の先端部側が＋Ｚ’軸方向、原点側が−Ｚ’軸方向となる。
【００２０】
図３はウエハー７上に縦続接続型ＳＡＷフィルタパターンを格子状に配置した図で、ウエハー７の場合も縦続接続型ＳＡＷフィルタパターンの内、＋Ｚ’軸方向にインピーダンスの高いＩＤＴ電極を、−Ｚ’軸方向にインピーダンスの低いＩＤＴ電極を配置するようにする。つまり、Ａ−Ｉの縦続接続型ＳＡＷフィルタパターンの場合、インピーダンスの高いＩＤＴ電極２０’はウエハー内で、＋Ｚ’軸方向に、インピーダンスの低いＩＤＴ電極１０’はウエハー内で−Ｚ’軸方向に配置する。Ｃ−ＩＩＩの縦続接続型ＳＡＷフィルタパターンの場合も同様で、インピーダンスの高いＩＤＴ電極２０’は、インピーダンスの低いＩＤＴ電極１０’より＋Ｚ’軸方向に配置する。ウエハー７をダイシングソーで切断して個片の縦続接続型ＳＡＷフィルタ素子を得るが、個片の状態でも図１で説明したように、インピーダンスダンスの高い側のＩＤＴ電極が＋Ｚ’軸方向に、インピーダンスの低い側のＩＤＴ電極が−Ｚ’軸方向に配置される。
【００２１】
図２０に示した熱衝撃試験前後のフィルタ特性の変化から、熱衝撃試験により縦続接続型ＳＡＷフィルタの入出力のインピーダンスに変化が生じたことは明らかである。そこで、このインピーダンスダンスの変化を電気回路で近似することができれば、測定回路の終端条件に近似回路を付加することにより熱衝撃試験の前後の特性を模擬的に評価できることを想致した。
種々の実験及びシミュレーションを用いて通過域特性、及びインピーダンスダンス特性を求めた。つまり、入出力インピーダンスが共に５０Ωの縦続接続型ＳＡＷフィルタを測定回路を用いて実測し、該実測Ｓパラメータに計算上で容量を直列接続し、シミュレーションにより通過域特性、入出力インピーダンス特性を求めた。ただし、記述が煩雑になるのでシミュレーションにより求めたとせず、測定したと表現する。
熱衝撃試験前の縦続接続型ＳＡＷフィルタの測定は、５０Ω−５０Ω終端回路で実測するが、熱衝撃試験は、図４の回路に示すように、縦続接続型ＳＡＷフィルタの入力側１５ｐＦ、出力側に４５ｐＦを、それぞれ直列に接続して測定した場合が、熱衝撃試験後の変化を表現できることを見出した。
【００２２】
図５（ａ）は縦続接続型ＳＡＷフィルタの通過域特性で、破線が５０Ω−５０Ω終端の場合の通過域特性、実線が図４に示すように、（５０Ω＋１５ｐＦ）−（４５ｐＦ＋５０Ω）終端とした場合の特性である。同様に、図５（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ入力側、出力側からみたインピーダンス特性のスミスチャートで、破線が５０Ω終端の場合のスミスチャート、実線が容量素子１５ｐＦ，４５ｐＦを含めて、図４のＱ１、Ｑ２からみたスミスチャートＳ（１，１）、Ｓ（２，２）である。図５と図２０を比較して、縦続接続型ＳＡＷフィルタの入出力に容量素子を付加することにより、熱衝撃試験を行わずに熱衝撃試験前後の通過域特性の変化、入出力のインピーダンス特性の変化を、近似できることが分かる。
ちなみに、５０Ω−５０Ω終端の測定回路と、図６の測定回路に示すように縦続接続型ＳＡＷフィルタの入力側に４５ｐＦ、出力側に１５ｐＦをそれぞれ直列に付加した測定回路と、を用いて縦続接続型ＳＡＷフィルタの通過域特性、入出力のインピーダンス特性を測定した図が、図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す図である。通過域特性は変わらないものの入出力のインピーダンス特性は、図６のそれと逆になる。
【００２３】
前述したように、非対称ＲＦ−ＳＡＷフィルタは、アンテナ側が５０Ω、ＲＦ部側が、例えば２００Ωと、入出力インピーダンスが非対称である。図８は、図１に示した入出力インピーダンスが非対称な縦続接続型ＳＡＷフィルタの詳細な電極パターンを示す図で、同図（ａ）が高インピーダンス側（２００Ω）の多重モードＳＡＷフィルタＦ２を、同図（ｂ）が低インピーダンス側（５０Ω）の多重モードＳＡＷフィルタＦ１を、示すＩＤＴ電極構成である。試作した縦続接続型ＳＡＷフィルタの一例は中心周波数８３５ＭＨｚ、入力側５０Ω、出力側２００Ωの非対称終端である。出力側のＦ２の中央ＩＤＴ電極２０は２９対、両側のＩＤＴ電極２１，２２は共に１９．５対で、交差幅は３０λ（λは励起される表面波の波長）、反射器本数は８５本、膜厚は３．７％λである。中央のＩＤＴ電極２０はインピーダンスを高くするため、１対目、３対目、５対目と奇数対目を間引きしている。つまり、上下のバスバーから離して互いにリング状（ロ字状）に接続し、短絡グレーティングとして間引きを施している。また、入力側のＦ１の中央ＩＤＴ電極１０は、２９対、両側のＩＤＴ電極１１、１２は共に１９．５対、反射器本数は８５本、膜厚は３．７％λである。
【００２４】
インピーダンスが非対称なＲＦ−ＳＡＷフィルタの熱衝撃試験前後の通過域特性の変化を予測するために、図９に示す５０Ω−２００Ω終端測定回路と、図１０に示す（５０Ω＋１５ｐＦ）−（４５ｐＦ＋２００Ω）終端測定回路と、を用いた。中心周波数８３５ＭＨｚの縦続接続型ＳＡＷフィルタを試作し、図９の測定回路を用いて熱衝撃試験前の通過域特性を測定した図が、図１１の破線で示すフィルタ特性である。熱衝撃試験後のインピーダンスの変化を、実際の熱衝撃試験にかけずに図１０の測定回路を用いて模擬試験した。図１０の測定回路を用いて測定した通過域特性が、図１１に示す実線である。図１０に示すように、入力側に１５ｐＦ、出力側に４５ｐＦを付加して、縦続接続型ＳＡＷフィルタの入力側の劣化が大きいことを表現している。このように、入力側（５０Ω）のインピーダンスの劣化が、出力側（２００Ω）の劣化より大きな場合は、熱衝撃試験前後の通過域特性の変化が大きいことが想定される。
【００２５】
そこで、図１２に示す測定回路のように、入力側（５０Ω＋４５ｐＦ）、出力側（１５ｐＦ＋２００Ω）とした終端回路を用いて、縦続接続型ＳＡＷフィルタに実際の熱衝撃試験をかけずに、模擬試験で通過域特性の変化を予測した。図９、１２に示した測定回路を用いて、縦続接続型ＳＡＷフィルタを測定したときの通過域特性が図１３で、破線は図９を用いて測定した、つまり熱衝撃試験前の特性であり、実線は図１２を用いて測定した、模擬熱衝撃試験後の特性である。図１３より破線及び実線の通過域特性は差が極めて小さいことが分かった。
また、熱衝撃試験による縦続接続型ＳＡＷフィルタ特性へのダメージ、例えば通過域特性のシフト、インピーダンス特性の変化等は、−Ｚ’軸側より＋Ｚ’軸側の方がよりダメージを受けることは、多数の実験より明らかとなっている。
図１３の測定結果を踏まえ、よりダメージの大きい＋Ｚ’軸側にインピーダンスの高い側のＩＤＴ電極を配置し、インピーダンスダンスの低い側のＩＤＴ電極を−Ｚ’軸側に配置することにより、熱衝撃試験後のフィルタ特性の劣化を最小限に止めることができることが判明した。
【００２６】
図１４は、縦続接続型ＳＡＷフィルタ素子１をパッケージ本体Ｐに収容し、素子１の入出力パッドＳ１、Ｓ２と、パッケージ本体Ｐの入出力端子Ｐ１、Ｐ２と、をそれぞれボンディングワイヤＢ１、Ｂ２で接続する。中央の接地パッドＳ３、Ｓ４と、パッケージ本体の接地端子Ｇ１，Ｇ２と、をボンディングワイヤＢ３、Ｂ４で接続し、接地パッドＳ５、Ｓ６と、パッケージ本体Ｐの接地端子Ｇ３、Ｇ４と、をボンディングワイヤＢ５、Ｂ６にて接続し、パッケージ本体のシールリングＲに蓋部材（図示せず）をシーム溶接して縦続接続型ＳＡＷフィルタを構成する。
ＩＤＴ電極の電極指を間引き操作してインピーダンスを高くする手段は、各種の手法が知られており、図１５（ａ）〜（ｅ）はその一例である。図１５（ａ）は、上下のバスバーに接続する電極指と、相隣接する電極指２本を上端で短絡接続したものと、を交互に配置した構成であるが、所望とするインピーダンスにより種々の組み合わせがある。図１５（ｂ）は上下のバスバーに接続する電極指と、相隣接する電極指２本を電極指の中央で短絡接続したものと、を交互に配置した構成であるが、所望とするインピーダンスにより種々の組み合わせがある。図１５（ｃ）は上下のバスバーに接続する電極指と、相隣接する電極指３本を電極指中央で短絡接続したものと、を交互に配置した構成であるが、所望とするインピーダンスにより種々の組み合わせがある。図１５（ｄ）は、左側のＩＤＴ電極の右端から１、３番目の電極指を下側バスバーから離し、上側バスバーに接続して、左側のＩＤＴ電極のインピーダンスを高めた例である。図１５（ｅ）は、左側のＩＤＴ電極の右端から３、４、７、８本目の電極指を逆側のバスバーに接続し、インピーダンスを高めた例である。
【００２７】
図１６は本発明に係る他の縦続接続型多ＳＡＷフィルタの構成を示す平面図である。縦続接続型多ＳＡＷフィルタ２は、圧電基板（図示せず）、例えばＬｉＴａＯ3の主面上で表面波の伝搬方向に沿って２つのＩＤＴ電極３０、３１を近接配置し、該２つのＩＤＴ電極３０、３１の両側に反射器３２ａ、３２ｂをそれぞれ配置して、第１の１次−２次縦結合多重モード弾性表面波フィルタ（以下、多重モードＳＡＷフィルタと称す）Ｆ’１を形成する。ＩＤＴ電極３０、３１はそれぞれ互いに間挿し合う複数の電極指を有する一対のくし形電極から形成されている。同様に、同一の圧電基板上に表面波の伝搬方向に沿って２つのＩＤＴ電極３５、３６を近接配置し、該２つのＩＤＴ電極３５、３６の両側に反射器３７ａ、３７ｂをそれぞれ配置して、第２の多重モードＳＡＷフィルタＦ’２を形成する。第１及び第２の多重モードＳＡＷフィルタＦ’１、Ｆ’２を縦続接続して縦続接続型多ＳＡＷフィルタ２を構成する。
そして、インピーダンスの高い側のＩＤＴ電極（図１６ではＩＤＴ電極３０）が圧電基板の＋Ｚ’軸側に、インピーダンスの低い側のＩＤＴ電極（図１６ではＩＤＴ電極３５）が−Ｚ’軸側に配置されるように縦続接続型多重モードＳＡＷフィルタ２を構成する。このようにＩＤＴ電極のインピーダンスの大小（高低）により、＋Ｚ’軸側と−Ｚ’軸側とに配設することにより、熱衝撃試験による縦続接続型ＳＡＷフィルタのインピーダンスの劣化を最小限に抑えることができる。
【００２８】
以上では圧電基板にＬｉＴａＯ3を用いて説明したが、同じ三方晶系に属し、強焦電性を示すＬｉＮｂＯ3についても本発明を適用できる。つまり、インピーダンスの高い側のＩＤＴ電極を圧電基板（ＬｉＮｂＯ3）の＋Ｚ’軸側に、インピーダンスの低い側のＩＤＴ電極を、−Ｚ’軸側に配置することにより、熱衝撃試験による縦続接続型ＳＡＷフィルタのインピーダンスの劣化を最小限に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る縦続接続型ＳＡＷフィルタ素子の構成と、座標軸との関係を示す平面図である。
【図２】ＬｉＴａＯ3基板の切断方位と座標軸との関係を示した図である。
【図３】ウエハー上のＩＤＴ電極パターンと、座標軸との関係を示す平面図である。
【図４】測定回路を示した図である。
【図５】（ａ）は測定回路による通過域特性の違いを示した図、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ入出力のインピーダンス特性を示したスミスチャートである。
【図６】測定回路を示した図である。
【図７】（ａ）は測定回路による通過域特性の違いを示した図、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ入出力のインピーダンス特性を示したスミスチャートである。
【図８】（ａ）は高インピーダンスを呈する多重モードＳＡＷフィルタの電極パターン、（ｂ）は低インピーダンスを呈する多重モードＳＡＷフィルタの電極パターンを示した図である。
【図９】測定回路を示した図である。
【図１０】測定回路を示した図である。
【図１１】非対称縦続接続型ＳＡＷフィルタの測定回路による通過域特性の違いを示した図である。
【図１２】測定回路を示した図である。
【図１３】非対称縦続接続型ＳＡＷフィルタの測定回路による通過域特性の違いを示した図である。
【図１４】非対称縦続接続型ＳＡＷフィルタの組み立て図である。
【図１５】（ａ）〜（ｅ）はＩＤＴ電極を高インピーダンスにするための電極指の処理法を示した図である。
【図１６】１次−２次縦結合二重モードＳＡＷフィルタを縦続接続して構成した縦続接続型ＳＡＷフィルタの構成を示した平面図である。
【図１７】従来の縦続接続型ＳＡＷフィルタの構成を示す断面図である。
【図１８】従来の縦続接続型ＳＡＷフィルタの電極パターンを示した図である。
【図１９】測定回路を示した図である。
【図２０】（ａ）は熱衝撃試験前後の通過域特性の差、（ｂ）、（ｃ）は熱衝撃試験前後の入力及び出力のインピーダンス特性の差を示した図である。
【図２１】入出力共に５０Ωの縦続接続型ＳＡＷフィルタの電極パターンを示した図である。
【符号の説明】
【００３０】
１ 縦続接続型ＳＡＷフィルタ素子、５ 圧電基板、７ 圧電ウエハー、１０、１０’、１１、１２、２０、２０’、２１、２２、３０、３１、３５、３６ ＩＤＴ電極、１３ａ、１３ｂ、２３ａ、２３ｂ、３２ａ、３２ｂ、３７ａ、３７ｂ 反射器、２７ａ、２７ｂ 容量、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ’１、Ｆ’２ 多重モードＳＡＷフィルタ、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６ ボンディングワイヤ、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６ パッド、Ｐ１、Ｐ２ 入出力端子、Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４ 接地端子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板上に表面波の伝搬方向に沿って近接配置した複数のＩＤＴ電極と、該複数のＩＤＴ電極の両側に配置したグレーティング反射器と、を備えた縦結合多重モード弾性表面波フィルタを複数段縦続接続した弾性表面波フィルタであって、
前記複数段縦続接続した夫々の縦結合多重モード弾性表面波フィルタは互いにインピーダンスが異なるように形成され、且つインピーダンスが高い縦結合多重モード弾性表面波フィルタが前記圧電基板の＋Ｚ’軸側に、インピーダンスの低い縦結合多重モード弾性表面波フィルタが−Ｚ’軸側に配置されていることを特徴とする弾性表面波フィルタ。
【請求項２】
前記圧電基板がタンタル酸リチウムであることを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波フィルタ。
【請求項３】
前記圧電基板がニオブ酸リチウムであることを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波フィルタ。
【請求項４】
前記縦結合多重モード弾性表面波フィルタが１次−３次縦結合多重モード弾性表面波フィルタであることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の弾性表面波フィルタ。
【請求項５】
前記縦結合多重モード弾性表面波フィルタが１次−２次縦結合多重モード弾性表面波フィルタであることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の弾性表面波フィルタ。
【請求項１】
圧電基板上に表面波の伝搬方向に沿って近接配置した複数のＩＤＴ電極と、該複数のＩＤＴ電極の両側に配置したグレーティング反射器と、を備えた縦結合多重モード弾性表面波フィルタを複数段縦続接続した弾性表面波フィルタであって、
前記複数段縦続接続した夫々の縦結合多重モード弾性表面波フィルタは互いにインピーダンスが異なるように形成され、且つインピーダンスが高い縦結合多重モード弾性表面波フィルタが前記圧電基板の＋Ｚ’軸側に、インピーダンスの低い縦結合多重モード弾性表面波フィルタが−Ｚ’軸側に配置されていることを特徴とする弾性表面波フィルタ。
【請求項２】
前記圧電基板がタンタル酸リチウムであることを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波フィルタ。
【請求項３】
前記圧電基板がニオブ酸リチウムであることを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波フィルタ。
【請求項４】
前記縦結合多重モード弾性表面波フィルタが１次−３次縦結合多重モード弾性表面波フィルタであることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の弾性表面波フィルタ。
【請求項５】
前記縦結合多重モード弾性表面波フィルタが１次−２次縦結合多重モード弾性表面波フィルタであることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の弾性表面波フィルタ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２００９−２２５０９４（Ｐ２００９−２２５０９４Ａ）
【公開日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−６７１９４（Ｐ２００８−６７１９４）
【出願日】平成２０年３月１７日（２００８．３．１７）
【出願人】（０００００３１０４）エプソントヨコム株式会社 (1,528)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月１７日（２００８．３．１７）
【出願人】（０００００３１０４）エプソントヨコム株式会社 (1,528)
【Ｆターム（参考）】
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