弾性表面波共振器及び弾性表面波装置並びに通信装置
【課題】 通過帯域幅を広く保ちつつ挿入損失の劣化を低減し、かつ通過帯域の平坦性を向上できる優れた特性の弾性表面波装置及びそれを用いた通信装置を提供すること。
【解決手段】 圧電基板１上に複数のＩＤＴ電極２〜７を配設し、複数のＩＤＴ電極２〜７のうち隣り合う２つのＩＤＴ電極３，４がそれぞれ、相手側の端部から一部分であって電極指ピッチが残りの部分の電極指ピッチと異なる第１の部分Ｌ２，Ｌ３と残りの部分であって電極指ピッチが一定な第２の部分Ｌ１，Ｌ４とで構成され、第１の部分Ｌ２，Ｌ３の電極指ピッチの平均値が第２の部分Ｌ１，Ｌ４の電極指ピッチより短く、第１の部分Ｌ２，Ｌ３の電極指ピッチが隣り合う２つのＩＤＴ電極３，４の境界に向かって短くなっており、境界上が電極指ピッチの極小部Ｂであり、極小部Ｂの両側の第１の部分Ｌ２，Ｌ３にそれぞれ電極指ピッチの極大部Ｃを有する。
【解決手段】 圧電基板１上に複数のＩＤＴ電極２〜７を配設し、複数のＩＤＴ電極２〜７のうち隣り合う２つのＩＤＴ電極３，４がそれぞれ、相手側の端部から一部分であって電極指ピッチが残りの部分の電極指ピッチと異なる第１の部分Ｌ２，Ｌ３と残りの部分であって電極指ピッチが一定な第２の部分Ｌ１，Ｌ４とで構成され、第１の部分Ｌ２，Ｌ３の電極指ピッチの平均値が第２の部分Ｌ１，Ｌ４の電極指ピッチより短く、第１の部分Ｌ２，Ｌ３の電極指ピッチが隣り合う２つのＩＤＴ電極３，４の境界に向かって短くなっており、境界上が電極指ピッチの極小部Ｂであり、極小部Ｂの両側の第１の部分Ｌ２，Ｌ３にそれぞれ電極指ピッチの極大部Ｃを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば携帯電話等の移動体通信機器に用いられる弾性表面波フィルタや弾性表面波共振器等の弾性表面波装置及びこれを備えた通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、携帯電話や自動車電話等の移動体通信機器のＲＦ段に用いられる周波数選択フィルタとして、弾性表面波フィルタが広く用いられている。一般に、周波数選択フィルタに求められる特性としては、広通過帯域、低損失、高減衰量などの諸特性が挙げられる。近年、特に移動体通信機器における受信感度の向上、低消費電力化のために、さらに弾性表面波フィルタに対する低損失化の要求が高まっている。その理由として、近年、移動体通信機器において、小型化のためアンテナが従来のホイップアンテナから誘電体セラミックス等を用いた内蔵アンテナに移行してきており、そのためアンテナのゲインを充分に得ることが難しくなってきており、弾性表面波フィルタに対してさらに挿入損失の改善への要求が増大していることがある。
【０００３】
このような広帯域化を実現するために、例えば、圧電基板上に３つのＩＤＴ電極（Inter Digital Transducer）を設け、縦１次モードと縦３次モードを利用した２重モード弾性表面波共振器フィルタが提案されている。
【０００４】
図５（ｂ）に従来の共振器型弾性表面波フィルタの電極構造の平面図を示す。また、図５（ａ）は、（ｂ）の共振器型弾性表面波フィルタの各電極の位置（横軸）と電極指のピッチ（縦軸）との関係を示すグラフである。圧電基板２０２上に配設された複数の電極指を有するＩＤＴ電極２０４は、互いに対向させるとともに噛み合わせた状態の一対の櫛歯状電極からなり、この一対の櫛歯状電極に電界を印加し弾性表面波を生じさせるものである。ＩＤＴ電極２０４の一方の櫛歯状電極に接続された入力端子２１５から電気信号を入力することにより、励振された弾性表面波がＩＤＴ電極２０４の両側に配置されたＩＤＴ電極２０３，２０５に伝搬する。また、ＩＤＴ電極２０３，２０５のそれぞれを構成する一方の櫛歯状電極からＩＤＴ電極２０６，２０９を通じて出力端子２１６，２１７へ電気信号が出力される。
【０００５】
なお、図５中の２１０，２１１，２１２，２１３はそれぞれ反射器電極である。このように、共振器電極パターンを２段縦続接続させることにより、１段目と２段目の定在波の相互干渉により、帯域外減衰量を高減衰化し、フィルタ特性の帯域外減衰量を向上させることができる。即ち、同様の特性をもつ弾性表面波フィルタを２段縦続接続の構成とすることで、１段目で減衰された信号が２段目でさらに減衰され，帯域外減衰量を約２倍に向上させることができる。
【０００６】
ここで、ＩＤＴ電極２０４に接続された入力端子２１５に電気信号を入力することにより、弾性表面波を励振させ、この弾性表面波がＩＤＴ電極２０４の両側に位置するＩＤＴ電極２０３，２０５に伝搬され、ＩＤＴ電極２０７，２０８に接続された出力端子２１６，２１７から電気信号が出力される。また、ＩＤＴ電極２０３〜２０５の両端及びＩＤＴ電極２０６〜２０９の両端に位置する反射器電極２１０，２１１，２１２，２１３により弾性表面波が反射され、両端の反射器電極２１０，２１１，２１２，２１３間で定在波となる。
【０００７】
この定在波のモードには、３つのＩＤＴ電極（例えばＩＤＴ電極２０３，２０４，２０５）により１次モードとその高次（３次）モードが含まれる。これらのモードで発生する共振により通過特性が得られるため、これらのモードで発生する共振周波数の周波数の間隔を制御することにより通過帯域を広くすることができる。従来、共振周波数の間隔を制御するために、ＩＤＴ電極の端部に狭ピッチ部を設けることにより、表面波がバルク波に変換されるときのバルク波の放射損失を低減させて広帯域化を図っていた。また、他の方法としてＩＤＴ電極間の間隔ｄの制御により、共振周波数の間隔を制御していた。また、さらに他の手段として、出力用のＩＤＴ電極に容量を付加させて共振周波数の間隔を制御していた。
【０００８】
以上により、従来の２重モード弾性表面波共振器フィルタでは、圧電基板としてよく使用されるＬｉＴａＯ３基板を用いて２段縦続した場合、比帯域幅（中心周波数に対する通過帯域幅の値）は約０．４％（例えば特許文献１参照）、また、容量の付加を行った場合でも高々２％程度しか得られないものであった（例えば特許文献２参照）。また、ＩＤＴ電極間の間隔ｄを制御した場合、最大の帯域幅３．７％が得られているが（例えば特許文献３参照）、フィルタとしては温度変動を考慮しなければならず、また製造された電極形状のばらつきにより周波数が変動することから、広い通過帯域幅が必要な携帯電話等の通信装置器への適用には無理があった。
【０００９】
そこで、隣り合うＩＤＴ電極の端部に電極指の狭ピッチ部を設けることにより、ＩＤＴ電極間におけるバルク波の放射損を低減して、共振モードの状態を制御することにより広帯域化及び挿入損失の改善が図られていた（例えば特許文献４，５参照）。
【００１０】
また、広帯域、低損失で高域側の帯域外減衰量の大きな弾性表面波フィルタを提供するために、ＩＤＴ電極間に反射器電極を挿入する構成も提案されている（例えば特許文献６参照）。
【特許文献１】特開平１−２３１４１７号公報
【特許文献２】特開平４−４０７０５号公報
【特許文献３】特開平７−５８５８１号公報
【特許文献４】特開２００２−９５８７号公報
【特許文献５】特表２００２−５２８９８７号公報
【特許文献６】特開平８−２５０９６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献４，５に開示されている弾性表面波装置では、ＩＤＴ電極の端部に狭ピッチ部を設けると、弾性表面波が結合した状態で電極指ピッチが異なる部分が存在するため、通過帯域におけるフィルタ特性のリップルが大きくなり、肩特性が劣化して通過帯域の平坦な特性が得られない。また、ＩＤＴ電極の端部に狭ピッチ部を設けるだけでは、弾性表面波の励振に利用できる基本的な共振モードの数が縦１次モードと縦３次モードに限定され、他の共振モードが利用できないので、設計の自由度が小さくなっていた。そのため、通過帯域におけるフィルタ特性の平坦性を向上させ、広帯域化しつつ、挿入損失を向上させるには不充分であった。
【００１２】
また、特許文献６に開示されているような弾性表面波装置では、ＩＤＴ電極間に反射器電極を挿入しただけでは伝搬路長が長くなるため、伝搬損失が大きくなり、フィルタ特性においては挿入損失が増大し、通過帯域幅が減少して好ましくない。
【００１３】
なお、充分な帯域幅を確保するために３つのＩＤＴ電極に代えて５つのＩＤＴ電極を用いることも考えられるが、やはり同様に弾性表面波の伝搬路長が長くなるため、伝搬損失が大きくなり、フィルタ特性においては挿入損失が増大し、さらには弾性表面波フィルタのサイズが大きくなり好ましくない。
【００１４】
このように、従来、挿入損失を向上させ、広帯域化するため用いられてきた手段としては、隣接するＩＤＴ間の距離を短くするか、ＩＤＴ電極の端部に狭ピッチ部を設けていたが、単に電極指ピッチが短い部分をＩＤＴ電極の端部に設けただけでは、通過帯域において発生する共振モードの周波数位置を最適に配置調整することができないため、通過帯域におけるフィルタ特性の通過帯域幅を広帯域に保ったまま、さらに挿入損失及び平坦性を向上させることが充分にできていなかった。
【００１５】
一般に共振器型の弾性表面波フィルタは、弾性表面波の振幅の分布が共振モードの現れる周波数を決めており、弾性表面波の振幅分布は、ＩＤＴ電極の配置及びＩＤＴ電極の電極指ピッチを適切に選択することにより制御可能となる。特に、ＩＤＴ電極の電極指ピッチを適切に選択した場合、特定の弾性表面波の振幅分布の出現を抑制したり、増加させたりすることができるので、通過帯域における共振ピークを最適な周波数位置に配置調整することができる。
【００１６】
従って、本発明は、上述した従来の諸問題に鑑み提案されたものであり、その目的は、挿入損失の劣化（挿入損失の増大）を生じず、通過帯域幅の広い優れたフィルタ特性を有し、高品質な平衡型弾性表面波フィルタとしても機能する弾性表面波装置及びそれを用いた通信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するため、本発明の弾性表面波共振器は、１）圧電基板上に、該圧電基板上を伝搬する弾性表面波の伝搬方向に沿って、該伝搬方向に対して直交する方向に長い電極指を多数本有する複数のＩＤＴ電極を配設してなるとともに、前記複数のＩＤＴ電極のうち隣り合う２つのＩＤＴ電極がそれぞれ、相手側の端部から一部分であって電極指ピッチが残りの部分の電極指ピッチと異なる第１の部分と前記残りの部分であって電極指ピッチが一定な第２の部分とで構成され、前記第１の部分の電極指ピッチの平均値が前記第２の部分の電極指ピッチより短く形成されているとともに前記第１の部分の電極指ピッチが前記隣り合う２つのＩＤＴ電極の境界に向かって短くなっており、前記境界上が電極指ピッチの極小部であるとともに該極小部の両側の前記第１の部分にそれぞれ電極指ピッチの極大部を有することを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明の弾性表面波装置は、２）上記１）の構成において、弾性表面波共振器を構成する前記隣り合う２つのＩＤＴ電極において、一方のＩＤＴ電極の前記第２の部分の電極指ピッチが他方のＩＤＴ電極の前記第２の部分の電極指ピッチよりも長く、前記一方のＩＤＴ電極の前記第１の部分の電極指ピッチの平均値が前記他方のＩＤＴ電極の前記第１の部分の電極指ピッチの平均値よりも短いことを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明の弾性表面波装置は、３）上記１）または２）の構成において、本発明の弾性表面波共振器を構成する前記ＩＤＴ電極に対して、直列または並列に、ＩＤＴ電極と該ＩＤＴ電極を挟む反射器とから成り、１つ以上のモード共振を発生させる共振子を接続したことを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明の弾性表面波装置は、４）上記１）または２）の各構成において、本発明の弾性表面波共振器を２段縦続接続したことを特徴とするものである。
【００２１】
また、本発明の通信装置は、５）上記１）または２）の各構成において、本発明の弾性表面波共振器を有する、受信回路及び送信回路の少なくとも一方を備えたことを特徴とするものである。
【００２２】
また、本発明の通信装置は、６）上記３）または４）の各構成において、本発明の弾性表面波装置を有する、受信回路及び送信回路の少なくとも一方を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の弾性表面波装置によれば、複数のＩＤＴ電極のうち隣り合う２つのＩＤＴ電極がそれぞれ、相手側の端部から一部分であって電極指ピッチが残りの部分の電極指ピッチと異なる第１の部分と前記残りの部分であって電極指ピッチが一定な第２の部分とで構成され、第１の部分の電極指ピッチの平均値が第２の部分の電極指ピッチより短く形成されているとともに第１の部分の電極指ピッチが隣り合う２つのＩＤＴ電極の境界に向かって短くなっており、境界上が電極指ピッチの極小部であるとともに極小部の両側の第１の部分にそれぞれ電極指ピッチの極大部を有することにより、隣接するＩＤＴ電極間に複数の弾性表面波の共振モードを発生させ、その弾性表面波の共振モードを適切に配置して、ある程度以上の間隔をあけて共振周波数を配置することが可能となり、即ち広帯域特性に適した共振周波数の配置が容易となり、結果として広帯域化するのに有利となる。
【００２４】
また、特定の弾性表面波の振幅分布の出現を抑制したり、増加させたりすることができるので、通過帯域における複数の共振ピークを最適な周波数位置に配置制御することができ、結果としてフィルタ特性において、広帯域化しつつ平坦性及び挿入損失を向上させることができる。
【００２５】
本発明の弾性表面波共振器は好ましくは、上記構成において、隣り合う２つのＩＤＴ電極において、一方のＩＤＴ電極の第２の部分の電極指ピッチが他方のＩＤＴ電極の第２の部分の電極指ピッチよりも長く、一方のＩＤＴ電極の第１の部分の電極指ピッチの平均値が他方のＩＤＴ電極の第１の部分の電極指ピッチの平均値よりも短いことにより、隣り合うＩＤＴ電極間において、発生する弾性表面波の共振ピークを選択する自由度が増し、共振ピークを適切に配置制御することができ、さらに弾性表面波のバルク波へのモード変換時の放射損を最適に防ぐことが可能となり、通過帯域のフィルタ特性を広帯域化しつつ平坦性及び挿入損失を向上させることができる。
【００２６】
また、本発明の弾性表面波装置は、上記各構成において、弾性表面波共振器を構成するＩＤＴ電極に対して、直列または並列に、ＩＤＴ電極とそのＩＤＴ電極を挟む反射器とから成り、１つ以上のモード共振を発生させる弾性表面波共振子を接続したことにより、インピーダンス整合がとれるようになり、弾性表面波共振子を接続することで減衰極を形成することが可能であり、帯域外減衰量が高減衰で要求される仕様を満たすように特性を制御できる。
【００２７】
また、本発明の弾性表面波装置は、上記構成の弾性表面波共振器を２段縦続接続したことにより、例えば１段目から２段目につながる経路を増やすことができ、発生する弾性表面波の共振モードを重ね合わせて通過帯域の設計の自由度が増し、帯域外減衰量を高減衰にすることができ、より効果的に広い通過帯域幅を保ったまま平坦性及び挿入損失を向上させることができる。
【００２８】
また、例えば、弾性表面波共振器におけるＩＤＴ電極の一部の共通電極を分割してそれぞれを出力の平衡信号へと接続される電極とすることにより、不平衡−平衡信号の変換器の機能を有した弾性表面波装置を提供できる。
【００２９】
本発明の通信装置は、上記いずれかの本発明の弾性表面波共振器または弾性表面波装置を有する、受信回路及び送信回路の少なくとも一方を備えたことを特徴とするものである。
【００３０】
そして、本発明の通信装置によれば、以上のような本発明の弾性表面波共振器または弾性表面波装置を通信装置に用いることにより、従来より要求されていた厳しい挿入損失を満たすことができるものが得られ、感度が格段に良好な通信装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明の弾性表面波装置の実施の形態について図面を参照にしつつ以下に詳細に説明する。また、本発明の弾性表面波装置について、簡単な構造の共振器型の弾性表面波フィルタを例にとり説明する。
【００３２】
なお、以下に説明する図面において同一部位には同一符号を付している。また、各電極の大きさや電極間の距離等、電極指の本数や間隔等については、説明のために模式的に図示している。
【００３３】
図１（ｂ）に本発明の弾性表面波共振器の電極構造についての平面図を示す。また、一例として、図１（ａ）に図１（ｂ）で示した本発明の弾性表面波共振器の電極構造のＡ部（隣り合うＩＤＴ電極のそれぞれの第１の部分）におけるＩＤＴ電極の電極指ピッチの変化の線図を示す。
【００３４】
図１（ｂ）に示すように、本発明の弾性表面波共振器は、圧電基板１上に、この圧電基板１上を伝搬する弾性表面波の伝搬方向に沿って、伝搬方向に対して直交する方向に長い電極指を多数本有する複数のＩＤＴ電極２〜７（図１の例では、３つのＩＤＴ電極２，３，４と、３つのＩＤＴ電極５，６，７とを配設している）を配設してなるとともに、複数のＩＤＴ電極のうち隣り合う２つのＩＤＴ電極（ＩＤＴ電極２，３、ＩＤＴ電極３，４、ＩＤＴ電極５，６及びＩＤＴ電極６，７）がそれぞれ、相手側の端部から一部分であって電極指ピッチが残りの部分の電極指ピッチと異なる第１の部分と上記残りの部分であって電極指ピッチが一定な第２の部分とで構成され（この例では、図（ａ）のＬ１部とＬ４部が第１の部分に該当し、Ｌ２部とＬ３部が第２の部分に該当する）、第１の部分の電極指ピッチの平均値が第２の部分の電極指ピッチより短く形成されている（この例では、第１の部分Ｌ２部とＬ３の電極指ピッチの平均値が、それぞれ第２の部分Ｌ１部とＬ４部の電極指ピッチより短い）とともに第１の部分の電極指ピッチが隣り合う２つのＩＤＴ電極の境界に向かって短くなっており、境界上が電極指ピッチの極小部であるとともにその極小部の両側の第１の部分にそれぞれ電極指ピッチの極大部を有する（この例では、図１（ａ）に示すように、ＩＤＴ電極３とＩＤＴ電極４の境界上が電極指ピッチの極小部Ｂ部であり、この極小部Ｂの両側のＩＤＴ電極３とＩＤＴ電極４の第１の部分に、それぞれ電極指ピッチの極大部Ｃを有する）。
【００３５】
また、第１の弾性表面波共振器（図１（ｂ）では上側の弾性表面波共振器）の２つのＩＤＴ電極２，４がそれぞれ、第２の弾性表面波共振器（図１（ｂ）では下側の弾性表面波共振器）の２つのＩＤＴ電極５，７と縦続接続されている。
【００３６】
この構成により、弾性表面波の共振モードを適切に配置して、ある程度以上の周波数の間隔をあけて共振周波数を配置することが可能となり、即ち広帯域特性に適した共振周波数の配置が容易となり、結果として広帯域化するのに有利となる。また、特定の弾性表面波の振幅分布の出現を抑制したり、増加させたりすることができるので、通過帯域における共振ピークを最適な周波数位置に配置するよう制御することができ、結果として広帯域化しつつ通過帯域の平坦性及び挿入損失を向上させるといったフィルタ特性の制御を行うのに有利になる。
【００３７】
たとえばＧＳＭ（Global System for Mobile Communications）に本発明の弾性表面波装置を適用した場合、本発明において、第１の部分Ｌ２部とＬ３の電極指ピッチの平均値が、それぞれ第２の部分Ｌ１部とＬ４部の電極指ピッチより短いが、第１の部分Ｌ２部の電極指ピッチの平均値は１．８μｍ〜２．４μｍ程度、第１の部分Ｌ３部の電極指ピッチの平均値は１．８μｍ〜２．２μｍ程度、第２の部分Ｌ１部の電極指ピッチは２．１μｍ〜２．４μｍ程度、第２の部分Ｌ４部の電極指ピッチは２．０μｍ〜２．２μｍ程度である。
【００３８】
また、ＩＤＴ電極３とＩＤＴ電極４の境界は、ＩＤＴ電極３とＩＤＴ電極４との間の隙間の中心を意味する。
【００３９】
また、電極指ピッチの極小部Ｂは、電極指ピッチが１．８μｍ〜２．０μｍ程度である。極小部Ｂの両側の電極指ピッチの極大部Ｃは２．０μｍ〜２．１５μｍ程度である。この場合、ＩＤＴ電極３側の極大部Ｃの電極指ピッチと、ＩＤＴ電極４側の極大部Ｃの電極指ピッチとは、同じであってもよいが、異なっていてもよく、異なっていると励振される弾性表面波の共振モードの選択の自由度を増すことができ、弾性表面波装置の通過帯域における挿入損失を向上させる上でよい。
【００４０】
極小部Ｂとその両側の電極指ピッチの極大部Ｃとの間の距離は３．８μｍ〜８．２μｍがよく、３．８μｍ未満では励振される弾性表面波に異なる共振モードを発現させることとなり、８．２μｍを超えると励振される弾性表面波の共振ピークを適切な周波数位置に配置制御することが難しくなる。
【００４１】
また、極小部Ｂとその両側の電極指ピッチの極大部Ｃとの間における電極指ピッチの変化は、図１（ａ）に示すように、円弧状等の軌跡を描くように滑らかであるのがよい。この場合、弾性表面波のバルク波へのモード変換時の放射損を最適に防ぐことが可能となり、通過帯域のフィルタ特性を広帯域化しつつ平坦性及び挿入損失を向上させることができる。
【００４２】
また、上記構成において好ましくは、隣り合う２つのＩＤＴ電極（図１（ｂ）ではＩＤＴ電極２，３、ＩＤＴ電極３，４、ＩＤＴ電極５，６及びＩＤＴ電極６，７）において、一方のＩＤＴ電極の第２の部分の電極指ピッチが他方のＩＤＴ電極の第２の部分の電極指ピッチよりも長く（図１（ａ）に示すように、ＩＤＴ電極３側の第２の部分Ｌ１がＩＤＴ電極４側の第２の部分Ｌ４より電極指ピッチが長い）、一方のＩＤＴ電極の第１の部分の電極指ピッチの平均値が他方のＩＤＴ電極の第１の部分の電極指ピッチの平均値よりも短い（図１（ａ）に示すように、ＩＤＴ電極４の第１の部分Ｌ３の電極指ピッチの平均値が、ＩＤＴ電極３の第１の部分Ｌ２部の電極指ピッチの平均値よりも短い）。
【００４３】
上記の構成により、隣り合うＩＤＴ電極間において、発生する弾性表面波の共振ピークを選択する自由度が増し、共振ピークを適切に配置制御することができ、さらに弾性表面波のバルク波へのモード変換時の放射損を最適に防ぐことが可能となり、通過帯域のフィルタ特性を広帯域化しつつ平坦性及び挿入損失を向上させることができる。
【００４４】
さらに、図２に本発明の弾性表面波装置の電極構造についての平面図を示す。
【００４５】
図２に示すように、上記構成の弾性表面波共振器において、弾性表面波共振器を構成するＩＤＴ電極３に対して、直列または並列に（図２の場合は直列に）、ＩＤＴ電極とＩＤＴ電極を挟む反射器とから成り、１つ以上のモード共振を発生させる共振子（弾性表面波共振子）１２を接続したことにより、インピーダンス整合が良好にとれるようになり、弾性表面波共振子１２を接続することで減衰極を形成することが可能となり、帯域外減衰量が高減衰において要求される仕様を満たすように特性を制御できる弾性表面波装置を実現しできる。
【００４６】
また、上記構成の弾性表面波共振器を２段縦続接続したことにより、段間の縦続接続により、共振モード選択の自由度が大きくなり、そのため弾性表面波の振幅分布の制御の自由度が増し、フィルタ特性の制御に利用することが可能となる。共振モード選択の自由度が大きいと、ある程度以上の周波数の間隔をあけて共振周波数を配置することが可能となる。つまり、１段目から２段目につながる経路を増やすことができ、発生する弾性表面波の共振モードを重ね合わせて通過帯域の設計の自由度が増し、帯域外減衰量を高減衰にすることができ、より効果的に広い通過帯域幅を保ったまま通過帯域の平坦性及び挿入損失を向上させた弾性表面波装置を提供できる。
【００４７】
なお、ＩＤＴ電極２〜７、反射器電極８〜１１、共振子１２の電極指の本数は数本〜数１００本にも及ぶので、簡単のため、図においてはそれらの形状を簡略化して図示している。なお、１３は入力端子であり、１４，１５は出力端子である。
【００４８】
また、弾性表面波フィルタ用の圧電基板１としては、３６°±３°ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム単結晶、４２°±３°ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム単結晶、６４°±３°ＹカットＸ伝搬ニオブ酸リチウム単結晶、４１°±３°ＹカットＸ伝搬リチウム単結晶、４５°±３°ＸカットＺ伝搬四ホウ酸リチウム単結晶は電気機械結合係数が大きく、かつ、周波数温度係数が小さいため圧電基板１として好ましい。また、これらの焦電性圧電単結晶のうち、酸素欠陥やＦｅ等の固溶により焦電性を著しく減少させた基板であれば、デバイスの信頼性上良好である。圧電基板１の厚みは０．１〜０．５ｍｍ程度がよく、０．１ｍｍ未満では圧電基板１が脆くなり、０．５ｍｍ超では材料コストと部品寸法が大きくなり使用に適さない。
【００４９】
また、ＩＤＴ電極及び反射器電極は、ＡｌもしくはＡｌ合金（Ａｌ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｔｉ系）からなり、蒸着法、スパッタリング法、またはＣＶＤ法等の薄膜形成法により形成する。電極厚みは０．１〜０．５μｍ程度とすることが弾性表面波フィルタとしての特性を得る上で好適である。
【００５０】
さらに、本発明に係る弾性表面波フィルタの電極及び圧電基板１上の弾性表面波伝搬部に、ＳｉＯ２，ＳｉＮｘ，Ｓｉ，Ａｌ２Ｏ３を保護膜として形成して、導電性異物による通電防止や耐電力向上を図ることもできる。
【００５１】
また、本発明の弾性表面波フィルタを通信装置に適用することができる。即ち、少なくとも受信回路及び送信回路の少なくとも一方を備え、これらの回路に含まれるバンドパスフィルタとして用いる。例えば、送信回路から出力された送信信号をミキサでキャリア周波数にのせて、不要信号をバンドパスフィルタで減衰させ、その後、パワーアンプで送信信号を増幅して、デュプレクサを通ってアンテナより送信することができる送信回路を備えた通信装置、または、受信信号をアンテナで受信し、デュプレクサを通った受信信号をローノイズアンプで増幅し、その後、バンドパスフィルタで不要信号を減衰して、ミキサでキャリア周波数から信号を分離し、この信号を取り出す受信回路へ伝送するような受信回路を備えた通信装置に適用可能である。従って、本発明の弾性表面波装置を採用すれば、感度が向上した優れた通信装置を提供できる。
【００５２】
さらに、図３に本発明の弾性表面波装置の電極構造についての平面図を示す。この例では、２段目の弾性表面波共振器の中央のＩＤＴ電極６の一方の共通電極を２つに分割することにより、２つの平衡出力端子１４，１５へ接続される電極とすることにより、不平衡−平衡信号の変換器の機能を有した弾性表面波装置を構成している。
【００５３】
以上により、優れた特性の弾性表面波共振器または弾性表面波装置を有する受信回路や送信回路を備え、それら感度が格段に良好な優れた通信装置を提供できる。
【００５４】
なお、上述した実施の形態の説明では、簡単のために圧電基板１上を伝搬する弾性表面波の伝搬方向に沿って、この伝搬方向に対して直交する方向に長い電極指を多数本有する３つのＩＤＴ電極を配設した例を示したが、これに限定されるものではなく、ＩＤＴ電極を複数配設するようにしてもよく、その他の構成においても、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更することは可能である。
【実施例】
【００５５】
本発明の実施例について以下に説明する。
【００５６】
図１（ｂ）に示す弾性表面波装置を具体的に作製した実施例について説明する。３８．７°ＹカットのＸ方向伝搬とするＬｉＴａＯ３単結晶の圧電基板１（母基板）上に、Ａｌ（９９質量％）−Ｃｕ（１質量％）による微細電極パターン（ＩＤＴ電極２〜７及び反射器電極８〜１１の電極パターン）を形成した。そして、各隣り合うＩＤＴ電極間のＩＤＴ電極の電極指ピッチは、図１（ａ）に示すようなＩＤＴ電極３，４の電極指ピッチのプロファイルを有する。ＩＤＴ電極３側の第１の部分Ｌ２部の電極指ピッチの平均値は、２．０３μｍであり、第２の部分Ｌ１部の電極指ピッチは、２．１３μｍとした。また、ＩＤＴ電極４側の第１の部分Ｌ３部の電極指ピッチの平均値は、２．００μｍであり、第２の部分Ｌ４部の電極指ピッチは、２．１０μｍとした。また、図１（ａ）に示すように、２つのＩＤＴ電極３，４の境界上に電極指ピッチの極小部Ｂがあり、この極小部Ｂの両側に極大部Ｃが存在する。
【００５７】
そして、２つの弾性表面波共振器がＩＤＴ電極２と５及びＩＤＴ電極４と７により縦続接続されている。
【００５８】
また、各電極のパターン作製には、スパッタリング装置、縮小投影露光機（ステッパー）、及びＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置によりフォトリソグラフィを施すことにより行った。
【００５９】
まず、圧電基板１をアセトン，ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）等によって超音波洗浄し、有機成分を落とした。次に、クリーンオーブンによって充分に圧電基板１の乾燥を行った後、各電極となる金属層の成膜を行った。金属層の成膜にはスパッタリング装置を使用し、金属層の材料としてＡｌ（９９質量％）−Ｃｕ（１質量％）合金を用いた。このときの金属層の膜みは約０．３３μｍとした。
【００６０】
次に、金属層上にフォトレジストを約０．５μｍの厚みにスピンコートし、縮小投影露光装置（ステッパー）により、所望形状にパターニングを行い、現像装置にて不要部分のフォトレジストをアルカリ現像液で溶解させ、所望パターンを表出させた。その後、ＲＩＥ装置により金属層のエッチングを行い、パターニングを終了し、弾性表面波装置を構成する各電極のパターンを得た。
【００６１】
この後、各電極を含む圧電基板１上の所定領域上に保護膜を形成した。即ち、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置により、各電極のパターン及び圧電基板１上にＳｉＯ２を約０．０２μｍの厚みで形成した。
【００６２】
その後、フォトリソグラフィによりパターニングを行い、ＲＩＥ装置等でフリップチップ用の窓開け部のエッチングを行った。その後、この窓開け部に、スパッタリング装置を使用してＡｌを主体とする電極パッドを成膜した。このときの電極パッドの厚みは約１．０μｍとした。その後、フォトレジスト及び不要箇所のＡｌをリフトオフ法により同時に除去し、弾性表面波装置を外部回路基板等にフリップチップするための導体バンプを形成するための電極パッドを形成した。
【００６３】
次に、上記電極パッド上にＡｕからなるフリップチップ用の導体バンプをバンプボンディング装置を使用して形成した。導体バンプの直径は約８０μｍ、その高さは約３０μｍであった。
【００６４】
次に、圧電基板１（母基板）に分割線に沿ってダイシング加工を施し、各弾性表面波装置（チップ）ごとに分割した。その後、各チップをフリップチップ実装装置にて電極パッドの形成面を下面にしてセラミック製のパッケージ内に収容し接着した。その後、Ｎ２雰囲気中でベーキングを行い、パッケージ化された弾性表面波装置を完成した。パッケージは、セラミック層を多層積層して成る２．５×２．０ｍｍ角の積層構造のものを用いた。
【００６５】
また、比較例のサンプルとして、図１（ｂ）に示すような基本構成であって、隣り合う２つのＩＤＴ電極のそれぞれについて電極指ピッチが一定な弾性表面波装置を、上記と同様の工程で作製した。各弾性表面波共振器の両側に配設した反射器電極８〜１１の平均電極指ピッチは、２．１３μｍとした。
【００６６】
次に、本実施例及び比較例の弾性表面波装置のそれぞれについて特性測定を行った。０ｄＢｍの信号を入力し、周波数７８０〜９６０ＭＨｚ、測定ポイントを８００ポイントの条件として測定した。サンプル数は３０個、測定機器はマルチポートネットワークアナライザ（アジレントテクノロジー社製「Ｅ５０７１Ａ」）を用いた。
【００６７】
通過帯域近傍の周波数特性のグラフを図４に示す。図４は、フィルタの伝送特性を表す挿入損失の周波数依存性を示すグラフである。図４の実線に示すように、本実施例品の挿入損失は１．１３ｄＢ、リップルは０．４０ｄＢ、比帯域幅は４．７％であった。
【００６８】
一方、図４の破線に示すように、比較例品の挿入損失は１．４４ｄＢ、リップルは１．２６ｄＢ、比帯域幅は３．８％であった。
【００６９】
このように本実施例では、通過帯域を広帯域に保ちながら平坦性及び挿入損失を向上させた弾性表面波装置を実現することができた。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の弾性表面波装置について実施の形態の１例を示し、（ａ）は隣り合うＩＤＴ電極における各電極の位置と電極指ピッチとの関係を示すグラフ、（ｂ）は各電極のパターンを示す弾性表面波装置の平面図である。
【図２】本発明の弾性表面波装置について実施の形態の１例を示す平面図である。
【図３】本発明の弾性表面波装置について実施の形態の他例を示す平面図である。
【図４】本発明の実施例及び比較例の弾性表面波装置の通過帯域及びその近傍における挿入損失の周波数特性をそれぞれ示すグラフである。
【図５】（ａ）は従来の共振器型弾性表面波フィルタの各電極の位置と電極指のピッチとの関係を示すグラフ、（ｂ）は従来の共振器型弾性表面波フィルタの電極構造を示す平面図である。
【符号の説明】
【００７１】
１：圧電基板
２〜７：ＩＤＴ電極
８〜１１：反射器電極
１２：共振子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば携帯電話等の移動体通信機器に用いられる弾性表面波フィルタや弾性表面波共振器等の弾性表面波装置及びこれを備えた通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、携帯電話や自動車電話等の移動体通信機器のＲＦ段に用いられる周波数選択フィルタとして、弾性表面波フィルタが広く用いられている。一般に、周波数選択フィルタに求められる特性としては、広通過帯域、低損失、高減衰量などの諸特性が挙げられる。近年、特に移動体通信機器における受信感度の向上、低消費電力化のために、さらに弾性表面波フィルタに対する低損失化の要求が高まっている。その理由として、近年、移動体通信機器において、小型化のためアンテナが従来のホイップアンテナから誘電体セラミックス等を用いた内蔵アンテナに移行してきており、そのためアンテナのゲインを充分に得ることが難しくなってきており、弾性表面波フィルタに対してさらに挿入損失の改善への要求が増大していることがある。
【０００３】
このような広帯域化を実現するために、例えば、圧電基板上に３つのＩＤＴ電極（Inter Digital Transducer）を設け、縦１次モードと縦３次モードを利用した２重モード弾性表面波共振器フィルタが提案されている。
【０００４】
図５（ｂ）に従来の共振器型弾性表面波フィルタの電極構造の平面図を示す。また、図５（ａ）は、（ｂ）の共振器型弾性表面波フィルタの各電極の位置（横軸）と電極指のピッチ（縦軸）との関係を示すグラフである。圧電基板２０２上に配設された複数の電極指を有するＩＤＴ電極２０４は、互いに対向させるとともに噛み合わせた状態の一対の櫛歯状電極からなり、この一対の櫛歯状電極に電界を印加し弾性表面波を生じさせるものである。ＩＤＴ電極２０４の一方の櫛歯状電極に接続された入力端子２１５から電気信号を入力することにより、励振された弾性表面波がＩＤＴ電極２０４の両側に配置されたＩＤＴ電極２０３，２０５に伝搬する。また、ＩＤＴ電極２０３，２０５のそれぞれを構成する一方の櫛歯状電極からＩＤＴ電極２０６，２０９を通じて出力端子２１６，２１７へ電気信号が出力される。
【０００５】
なお、図５中の２１０，２１１，２１２，２１３はそれぞれ反射器電極である。このように、共振器電極パターンを２段縦続接続させることにより、１段目と２段目の定在波の相互干渉により、帯域外減衰量を高減衰化し、フィルタ特性の帯域外減衰量を向上させることができる。即ち、同様の特性をもつ弾性表面波フィルタを２段縦続接続の構成とすることで、１段目で減衰された信号が２段目でさらに減衰され，帯域外減衰量を約２倍に向上させることができる。
【０００６】
ここで、ＩＤＴ電極２０４に接続された入力端子２１５に電気信号を入力することにより、弾性表面波を励振させ、この弾性表面波がＩＤＴ電極２０４の両側に位置するＩＤＴ電極２０３，２０５に伝搬され、ＩＤＴ電極２０７，２０８に接続された出力端子２１６，２１７から電気信号が出力される。また、ＩＤＴ電極２０３〜２０５の両端及びＩＤＴ電極２０６〜２０９の両端に位置する反射器電極２１０，２１１，２１２，２１３により弾性表面波が反射され、両端の反射器電極２１０，２１１，２１２，２１３間で定在波となる。
【０００７】
この定在波のモードには、３つのＩＤＴ電極（例えばＩＤＴ電極２０３，２０４，２０５）により１次モードとその高次（３次）モードが含まれる。これらのモードで発生する共振により通過特性が得られるため、これらのモードで発生する共振周波数の周波数の間隔を制御することにより通過帯域を広くすることができる。従来、共振周波数の間隔を制御するために、ＩＤＴ電極の端部に狭ピッチ部を設けることにより、表面波がバルク波に変換されるときのバルク波の放射損失を低減させて広帯域化を図っていた。また、他の方法としてＩＤＴ電極間の間隔ｄの制御により、共振周波数の間隔を制御していた。また、さらに他の手段として、出力用のＩＤＴ電極に容量を付加させて共振周波数の間隔を制御していた。
【０００８】
以上により、従来の２重モード弾性表面波共振器フィルタでは、圧電基板としてよく使用されるＬｉＴａＯ３基板を用いて２段縦続した場合、比帯域幅（中心周波数に対する通過帯域幅の値）は約０．４％（例えば特許文献１参照）、また、容量の付加を行った場合でも高々２％程度しか得られないものであった（例えば特許文献２参照）。また、ＩＤＴ電極間の間隔ｄを制御した場合、最大の帯域幅３．７％が得られているが（例えば特許文献３参照）、フィルタとしては温度変動を考慮しなければならず、また製造された電極形状のばらつきにより周波数が変動することから、広い通過帯域幅が必要な携帯電話等の通信装置器への適用には無理があった。
【０００９】
そこで、隣り合うＩＤＴ電極の端部に電極指の狭ピッチ部を設けることにより、ＩＤＴ電極間におけるバルク波の放射損を低減して、共振モードの状態を制御することにより広帯域化及び挿入損失の改善が図られていた（例えば特許文献４，５参照）。
【００１０】
また、広帯域、低損失で高域側の帯域外減衰量の大きな弾性表面波フィルタを提供するために、ＩＤＴ電極間に反射器電極を挿入する構成も提案されている（例えば特許文献６参照）。
【特許文献１】特開平１−２３１４１７号公報
【特許文献２】特開平４−４０７０５号公報
【特許文献３】特開平７−５８５８１号公報
【特許文献４】特開２００２−９５８７号公報
【特許文献５】特表２００２−５２８９８７号公報
【特許文献６】特開平８−２５０９６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献４，５に開示されている弾性表面波装置では、ＩＤＴ電極の端部に狭ピッチ部を設けると、弾性表面波が結合した状態で電極指ピッチが異なる部分が存在するため、通過帯域におけるフィルタ特性のリップルが大きくなり、肩特性が劣化して通過帯域の平坦な特性が得られない。また、ＩＤＴ電極の端部に狭ピッチ部を設けるだけでは、弾性表面波の励振に利用できる基本的な共振モードの数が縦１次モードと縦３次モードに限定され、他の共振モードが利用できないので、設計の自由度が小さくなっていた。そのため、通過帯域におけるフィルタ特性の平坦性を向上させ、広帯域化しつつ、挿入損失を向上させるには不充分であった。
【００１２】
また、特許文献６に開示されているような弾性表面波装置では、ＩＤＴ電極間に反射器電極を挿入しただけでは伝搬路長が長くなるため、伝搬損失が大きくなり、フィルタ特性においては挿入損失が増大し、通過帯域幅が減少して好ましくない。
【００１３】
なお、充分な帯域幅を確保するために３つのＩＤＴ電極に代えて５つのＩＤＴ電極を用いることも考えられるが、やはり同様に弾性表面波の伝搬路長が長くなるため、伝搬損失が大きくなり、フィルタ特性においては挿入損失が増大し、さらには弾性表面波フィルタのサイズが大きくなり好ましくない。
【００１４】
このように、従来、挿入損失を向上させ、広帯域化するため用いられてきた手段としては、隣接するＩＤＴ間の距離を短くするか、ＩＤＴ電極の端部に狭ピッチ部を設けていたが、単に電極指ピッチが短い部分をＩＤＴ電極の端部に設けただけでは、通過帯域において発生する共振モードの周波数位置を最適に配置調整することができないため、通過帯域におけるフィルタ特性の通過帯域幅を広帯域に保ったまま、さらに挿入損失及び平坦性を向上させることが充分にできていなかった。
【００１５】
一般に共振器型の弾性表面波フィルタは、弾性表面波の振幅の分布が共振モードの現れる周波数を決めており、弾性表面波の振幅分布は、ＩＤＴ電極の配置及びＩＤＴ電極の電極指ピッチを適切に選択することにより制御可能となる。特に、ＩＤＴ電極の電極指ピッチを適切に選択した場合、特定の弾性表面波の振幅分布の出現を抑制したり、増加させたりすることができるので、通過帯域における共振ピークを最適な周波数位置に配置調整することができる。
【００１６】
従って、本発明は、上述した従来の諸問題に鑑み提案されたものであり、その目的は、挿入損失の劣化（挿入損失の増大）を生じず、通過帯域幅の広い優れたフィルタ特性を有し、高品質な平衡型弾性表面波フィルタとしても機能する弾性表面波装置及びそれを用いた通信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するため、本発明の弾性表面波共振器は、１）圧電基板上に、該圧電基板上を伝搬する弾性表面波の伝搬方向に沿って、該伝搬方向に対して直交する方向に長い電極指を多数本有する複数のＩＤＴ電極を配設してなるとともに、前記複数のＩＤＴ電極のうち隣り合う２つのＩＤＴ電極がそれぞれ、相手側の端部から一部分であって電極指ピッチが残りの部分の電極指ピッチと異なる第１の部分と前記残りの部分であって電極指ピッチが一定な第２の部分とで構成され、前記第１の部分の電極指ピッチの平均値が前記第２の部分の電極指ピッチより短く形成されているとともに前記第１の部分の電極指ピッチが前記隣り合う２つのＩＤＴ電極の境界に向かって短くなっており、前記境界上が電極指ピッチの極小部であるとともに該極小部の両側の前記第１の部分にそれぞれ電極指ピッチの極大部を有することを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明の弾性表面波装置は、２）上記１）の構成において、弾性表面波共振器を構成する前記隣り合う２つのＩＤＴ電極において、一方のＩＤＴ電極の前記第２の部分の電極指ピッチが他方のＩＤＴ電極の前記第２の部分の電極指ピッチよりも長く、前記一方のＩＤＴ電極の前記第１の部分の電極指ピッチの平均値が前記他方のＩＤＴ電極の前記第１の部分の電極指ピッチの平均値よりも短いことを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明の弾性表面波装置は、３）上記１）または２）の構成において、本発明の弾性表面波共振器を構成する前記ＩＤＴ電極に対して、直列または並列に、ＩＤＴ電極と該ＩＤＴ電極を挟む反射器とから成り、１つ以上のモード共振を発生させる共振子を接続したことを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明の弾性表面波装置は、４）上記１）または２）の各構成において、本発明の弾性表面波共振器を２段縦続接続したことを特徴とするものである。
【００２１】
また、本発明の通信装置は、５）上記１）または２）の各構成において、本発明の弾性表面波共振器を有する、受信回路及び送信回路の少なくとも一方を備えたことを特徴とするものである。
【００２２】
また、本発明の通信装置は、６）上記３）または４）の各構成において、本発明の弾性表面波装置を有する、受信回路及び送信回路の少なくとも一方を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の弾性表面波装置によれば、複数のＩＤＴ電極のうち隣り合う２つのＩＤＴ電極がそれぞれ、相手側の端部から一部分であって電極指ピッチが残りの部分の電極指ピッチと異なる第１の部分と前記残りの部分であって電極指ピッチが一定な第２の部分とで構成され、第１の部分の電極指ピッチの平均値が第２の部分の電極指ピッチより短く形成されているとともに第１の部分の電極指ピッチが隣り合う２つのＩＤＴ電極の境界に向かって短くなっており、境界上が電極指ピッチの極小部であるとともに極小部の両側の第１の部分にそれぞれ電極指ピッチの極大部を有することにより、隣接するＩＤＴ電極間に複数の弾性表面波の共振モードを発生させ、その弾性表面波の共振モードを適切に配置して、ある程度以上の間隔をあけて共振周波数を配置することが可能となり、即ち広帯域特性に適した共振周波数の配置が容易となり、結果として広帯域化するのに有利となる。
【００２４】
また、特定の弾性表面波の振幅分布の出現を抑制したり、増加させたりすることができるので、通過帯域における複数の共振ピークを最適な周波数位置に配置制御することができ、結果としてフィルタ特性において、広帯域化しつつ平坦性及び挿入損失を向上させることができる。
【００２５】
本発明の弾性表面波共振器は好ましくは、上記構成において、隣り合う２つのＩＤＴ電極において、一方のＩＤＴ電極の第２の部分の電極指ピッチが他方のＩＤＴ電極の第２の部分の電極指ピッチよりも長く、一方のＩＤＴ電極の第１の部分の電極指ピッチの平均値が他方のＩＤＴ電極の第１の部分の電極指ピッチの平均値よりも短いことにより、隣り合うＩＤＴ電極間において、発生する弾性表面波の共振ピークを選択する自由度が増し、共振ピークを適切に配置制御することができ、さらに弾性表面波のバルク波へのモード変換時の放射損を最適に防ぐことが可能となり、通過帯域のフィルタ特性を広帯域化しつつ平坦性及び挿入損失を向上させることができる。
【００２６】
また、本発明の弾性表面波装置は、上記各構成において、弾性表面波共振器を構成するＩＤＴ電極に対して、直列または並列に、ＩＤＴ電極とそのＩＤＴ電極を挟む反射器とから成り、１つ以上のモード共振を発生させる弾性表面波共振子を接続したことにより、インピーダンス整合がとれるようになり、弾性表面波共振子を接続することで減衰極を形成することが可能であり、帯域外減衰量が高減衰で要求される仕様を満たすように特性を制御できる。
【００２７】
また、本発明の弾性表面波装置は、上記構成の弾性表面波共振器を２段縦続接続したことにより、例えば１段目から２段目につながる経路を増やすことができ、発生する弾性表面波の共振モードを重ね合わせて通過帯域の設計の自由度が増し、帯域外減衰量を高減衰にすることができ、より効果的に広い通過帯域幅を保ったまま平坦性及び挿入損失を向上させることができる。
【００２８】
また、例えば、弾性表面波共振器におけるＩＤＴ電極の一部の共通電極を分割してそれぞれを出力の平衡信号へと接続される電極とすることにより、不平衡−平衡信号の変換器の機能を有した弾性表面波装置を提供できる。
【００２９】
本発明の通信装置は、上記いずれかの本発明の弾性表面波共振器または弾性表面波装置を有する、受信回路及び送信回路の少なくとも一方を備えたことを特徴とするものである。
【００３０】
そして、本発明の通信装置によれば、以上のような本発明の弾性表面波共振器または弾性表面波装置を通信装置に用いることにより、従来より要求されていた厳しい挿入損失を満たすことができるものが得られ、感度が格段に良好な通信装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明の弾性表面波装置の実施の形態について図面を参照にしつつ以下に詳細に説明する。また、本発明の弾性表面波装置について、簡単な構造の共振器型の弾性表面波フィルタを例にとり説明する。
【００３２】
なお、以下に説明する図面において同一部位には同一符号を付している。また、各電極の大きさや電極間の距離等、電極指の本数や間隔等については、説明のために模式的に図示している。
【００３３】
図１（ｂ）に本発明の弾性表面波共振器の電極構造についての平面図を示す。また、一例として、図１（ａ）に図１（ｂ）で示した本発明の弾性表面波共振器の電極構造のＡ部（隣り合うＩＤＴ電極のそれぞれの第１の部分）におけるＩＤＴ電極の電極指ピッチの変化の線図を示す。
【００３４】
図１（ｂ）に示すように、本発明の弾性表面波共振器は、圧電基板１上に、この圧電基板１上を伝搬する弾性表面波の伝搬方向に沿って、伝搬方向に対して直交する方向に長い電極指を多数本有する複数のＩＤＴ電極２〜７（図１の例では、３つのＩＤＴ電極２，３，４と、３つのＩＤＴ電極５，６，７とを配設している）を配設してなるとともに、複数のＩＤＴ電極のうち隣り合う２つのＩＤＴ電極（ＩＤＴ電極２，３、ＩＤＴ電極３，４、ＩＤＴ電極５，６及びＩＤＴ電極６，７）がそれぞれ、相手側の端部から一部分であって電極指ピッチが残りの部分の電極指ピッチと異なる第１の部分と上記残りの部分であって電極指ピッチが一定な第２の部分とで構成され（この例では、図（ａ）のＬ１部とＬ４部が第１の部分に該当し、Ｌ２部とＬ３部が第２の部分に該当する）、第１の部分の電極指ピッチの平均値が第２の部分の電極指ピッチより短く形成されている（この例では、第１の部分Ｌ２部とＬ３の電極指ピッチの平均値が、それぞれ第２の部分Ｌ１部とＬ４部の電極指ピッチより短い）とともに第１の部分の電極指ピッチが隣り合う２つのＩＤＴ電極の境界に向かって短くなっており、境界上が電極指ピッチの極小部であるとともにその極小部の両側の第１の部分にそれぞれ電極指ピッチの極大部を有する（この例では、図１（ａ）に示すように、ＩＤＴ電極３とＩＤＴ電極４の境界上が電極指ピッチの極小部Ｂ部であり、この極小部Ｂの両側のＩＤＴ電極３とＩＤＴ電極４の第１の部分に、それぞれ電極指ピッチの極大部Ｃを有する）。
【００３５】
また、第１の弾性表面波共振器（図１（ｂ）では上側の弾性表面波共振器）の２つのＩＤＴ電極２，４がそれぞれ、第２の弾性表面波共振器（図１（ｂ）では下側の弾性表面波共振器）の２つのＩＤＴ電極５，７と縦続接続されている。
【００３６】
この構成により、弾性表面波の共振モードを適切に配置して、ある程度以上の周波数の間隔をあけて共振周波数を配置することが可能となり、即ち広帯域特性に適した共振周波数の配置が容易となり、結果として広帯域化するのに有利となる。また、特定の弾性表面波の振幅分布の出現を抑制したり、増加させたりすることができるので、通過帯域における共振ピークを最適な周波数位置に配置するよう制御することができ、結果として広帯域化しつつ通過帯域の平坦性及び挿入損失を向上させるといったフィルタ特性の制御を行うのに有利になる。
【００３７】
たとえばＧＳＭ（Global System for Mobile Communications）に本発明の弾性表面波装置を適用した場合、本発明において、第１の部分Ｌ２部とＬ３の電極指ピッチの平均値が、それぞれ第２の部分Ｌ１部とＬ４部の電極指ピッチより短いが、第１の部分Ｌ２部の電極指ピッチの平均値は１．８μｍ〜２．４μｍ程度、第１の部分Ｌ３部の電極指ピッチの平均値は１．８μｍ〜２．２μｍ程度、第２の部分Ｌ１部の電極指ピッチは２．１μｍ〜２．４μｍ程度、第２の部分Ｌ４部の電極指ピッチは２．０μｍ〜２．２μｍ程度である。
【００３８】
また、ＩＤＴ電極３とＩＤＴ電極４の境界は、ＩＤＴ電極３とＩＤＴ電極４との間の隙間の中心を意味する。
【００３９】
また、電極指ピッチの極小部Ｂは、電極指ピッチが１．８μｍ〜２．０μｍ程度である。極小部Ｂの両側の電極指ピッチの極大部Ｃは２．０μｍ〜２．１５μｍ程度である。この場合、ＩＤＴ電極３側の極大部Ｃの電極指ピッチと、ＩＤＴ電極４側の極大部Ｃの電極指ピッチとは、同じであってもよいが、異なっていてもよく、異なっていると励振される弾性表面波の共振モードの選択の自由度を増すことができ、弾性表面波装置の通過帯域における挿入損失を向上させる上でよい。
【００４０】
極小部Ｂとその両側の電極指ピッチの極大部Ｃとの間の距離は３．８μｍ〜８．２μｍがよく、３．８μｍ未満では励振される弾性表面波に異なる共振モードを発現させることとなり、８．２μｍを超えると励振される弾性表面波の共振ピークを適切な周波数位置に配置制御することが難しくなる。
【００４１】
また、極小部Ｂとその両側の電極指ピッチの極大部Ｃとの間における電極指ピッチの変化は、図１（ａ）に示すように、円弧状等の軌跡を描くように滑らかであるのがよい。この場合、弾性表面波のバルク波へのモード変換時の放射損を最適に防ぐことが可能となり、通過帯域のフィルタ特性を広帯域化しつつ平坦性及び挿入損失を向上させることができる。
【００４２】
また、上記構成において好ましくは、隣り合う２つのＩＤＴ電極（図１（ｂ）ではＩＤＴ電極２，３、ＩＤＴ電極３，４、ＩＤＴ電極５，６及びＩＤＴ電極６，７）において、一方のＩＤＴ電極の第２の部分の電極指ピッチが他方のＩＤＴ電極の第２の部分の電極指ピッチよりも長く（図１（ａ）に示すように、ＩＤＴ電極３側の第２の部分Ｌ１がＩＤＴ電極４側の第２の部分Ｌ４より電極指ピッチが長い）、一方のＩＤＴ電極の第１の部分の電極指ピッチの平均値が他方のＩＤＴ電極の第１の部分の電極指ピッチの平均値よりも短い（図１（ａ）に示すように、ＩＤＴ電極４の第１の部分Ｌ３の電極指ピッチの平均値が、ＩＤＴ電極３の第１の部分Ｌ２部の電極指ピッチの平均値よりも短い）。
【００４３】
上記の構成により、隣り合うＩＤＴ電極間において、発生する弾性表面波の共振ピークを選択する自由度が増し、共振ピークを適切に配置制御することができ、さらに弾性表面波のバルク波へのモード変換時の放射損を最適に防ぐことが可能となり、通過帯域のフィルタ特性を広帯域化しつつ平坦性及び挿入損失を向上させることができる。
【００４４】
さらに、図２に本発明の弾性表面波装置の電極構造についての平面図を示す。
【００４５】
図２に示すように、上記構成の弾性表面波共振器において、弾性表面波共振器を構成するＩＤＴ電極３に対して、直列または並列に（図２の場合は直列に）、ＩＤＴ電極とＩＤＴ電極を挟む反射器とから成り、１つ以上のモード共振を発生させる共振子（弾性表面波共振子）１２を接続したことにより、インピーダンス整合が良好にとれるようになり、弾性表面波共振子１２を接続することで減衰極を形成することが可能となり、帯域外減衰量が高減衰において要求される仕様を満たすように特性を制御できる弾性表面波装置を実現しできる。
【００４６】
また、上記構成の弾性表面波共振器を２段縦続接続したことにより、段間の縦続接続により、共振モード選択の自由度が大きくなり、そのため弾性表面波の振幅分布の制御の自由度が増し、フィルタ特性の制御に利用することが可能となる。共振モード選択の自由度が大きいと、ある程度以上の周波数の間隔をあけて共振周波数を配置することが可能となる。つまり、１段目から２段目につながる経路を増やすことができ、発生する弾性表面波の共振モードを重ね合わせて通過帯域の設計の自由度が増し、帯域外減衰量を高減衰にすることができ、より効果的に広い通過帯域幅を保ったまま通過帯域の平坦性及び挿入損失を向上させた弾性表面波装置を提供できる。
【００４７】
なお、ＩＤＴ電極２〜７、反射器電極８〜１１、共振子１２の電極指の本数は数本〜数１００本にも及ぶので、簡単のため、図においてはそれらの形状を簡略化して図示している。なお、１３は入力端子であり、１４，１５は出力端子である。
【００４８】
また、弾性表面波フィルタ用の圧電基板１としては、３６°±３°ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム単結晶、４２°±３°ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム単結晶、６４°±３°ＹカットＸ伝搬ニオブ酸リチウム単結晶、４１°±３°ＹカットＸ伝搬リチウム単結晶、４５°±３°ＸカットＺ伝搬四ホウ酸リチウム単結晶は電気機械結合係数が大きく、かつ、周波数温度係数が小さいため圧電基板１として好ましい。また、これらの焦電性圧電単結晶のうち、酸素欠陥やＦｅ等の固溶により焦電性を著しく減少させた基板であれば、デバイスの信頼性上良好である。圧電基板１の厚みは０．１〜０．５ｍｍ程度がよく、０．１ｍｍ未満では圧電基板１が脆くなり、０．５ｍｍ超では材料コストと部品寸法が大きくなり使用に適さない。
【００４９】
また、ＩＤＴ電極及び反射器電極は、ＡｌもしくはＡｌ合金（Ａｌ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｔｉ系）からなり、蒸着法、スパッタリング法、またはＣＶＤ法等の薄膜形成法により形成する。電極厚みは０．１〜０．５μｍ程度とすることが弾性表面波フィルタとしての特性を得る上で好適である。
【００５０】
さらに、本発明に係る弾性表面波フィルタの電極及び圧電基板１上の弾性表面波伝搬部に、ＳｉＯ２，ＳｉＮｘ，Ｓｉ，Ａｌ２Ｏ３を保護膜として形成して、導電性異物による通電防止や耐電力向上を図ることもできる。
【００５１】
また、本発明の弾性表面波フィルタを通信装置に適用することができる。即ち、少なくとも受信回路及び送信回路の少なくとも一方を備え、これらの回路に含まれるバンドパスフィルタとして用いる。例えば、送信回路から出力された送信信号をミキサでキャリア周波数にのせて、不要信号をバンドパスフィルタで減衰させ、その後、パワーアンプで送信信号を増幅して、デュプレクサを通ってアンテナより送信することができる送信回路を備えた通信装置、または、受信信号をアンテナで受信し、デュプレクサを通った受信信号をローノイズアンプで増幅し、その後、バンドパスフィルタで不要信号を減衰して、ミキサでキャリア周波数から信号を分離し、この信号を取り出す受信回路へ伝送するような受信回路を備えた通信装置に適用可能である。従って、本発明の弾性表面波装置を採用すれば、感度が向上した優れた通信装置を提供できる。
【００５２】
さらに、図３に本発明の弾性表面波装置の電極構造についての平面図を示す。この例では、２段目の弾性表面波共振器の中央のＩＤＴ電極６の一方の共通電極を２つに分割することにより、２つの平衡出力端子１４，１５へ接続される電極とすることにより、不平衡−平衡信号の変換器の機能を有した弾性表面波装置を構成している。
【００５３】
以上により、優れた特性の弾性表面波共振器または弾性表面波装置を有する受信回路や送信回路を備え、それら感度が格段に良好な優れた通信装置を提供できる。
【００５４】
なお、上述した実施の形態の説明では、簡単のために圧電基板１上を伝搬する弾性表面波の伝搬方向に沿って、この伝搬方向に対して直交する方向に長い電極指を多数本有する３つのＩＤＴ電極を配設した例を示したが、これに限定されるものではなく、ＩＤＴ電極を複数配設するようにしてもよく、その他の構成においても、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更することは可能である。
【実施例】
【００５５】
本発明の実施例について以下に説明する。
【００５６】
図１（ｂ）に示す弾性表面波装置を具体的に作製した実施例について説明する。３８．７°ＹカットのＸ方向伝搬とするＬｉＴａＯ３単結晶の圧電基板１（母基板）上に、Ａｌ（９９質量％）−Ｃｕ（１質量％）による微細電極パターン（ＩＤＴ電極２〜７及び反射器電極８〜１１の電極パターン）を形成した。そして、各隣り合うＩＤＴ電極間のＩＤＴ電極の電極指ピッチは、図１（ａ）に示すようなＩＤＴ電極３，４の電極指ピッチのプロファイルを有する。ＩＤＴ電極３側の第１の部分Ｌ２部の電極指ピッチの平均値は、２．０３μｍであり、第２の部分Ｌ１部の電極指ピッチは、２．１３μｍとした。また、ＩＤＴ電極４側の第１の部分Ｌ３部の電極指ピッチの平均値は、２．００μｍであり、第２の部分Ｌ４部の電極指ピッチは、２．１０μｍとした。また、図１（ａ）に示すように、２つのＩＤＴ電極３，４の境界上に電極指ピッチの極小部Ｂがあり、この極小部Ｂの両側に極大部Ｃが存在する。
【００５７】
そして、２つの弾性表面波共振器がＩＤＴ電極２と５及びＩＤＴ電極４と７により縦続接続されている。
【００５８】
また、各電極のパターン作製には、スパッタリング装置、縮小投影露光機（ステッパー）、及びＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置によりフォトリソグラフィを施すことにより行った。
【００５９】
まず、圧電基板１をアセトン，ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）等によって超音波洗浄し、有機成分を落とした。次に、クリーンオーブンによって充分に圧電基板１の乾燥を行った後、各電極となる金属層の成膜を行った。金属層の成膜にはスパッタリング装置を使用し、金属層の材料としてＡｌ（９９質量％）−Ｃｕ（１質量％）合金を用いた。このときの金属層の膜みは約０．３３μｍとした。
【００６０】
次に、金属層上にフォトレジストを約０．５μｍの厚みにスピンコートし、縮小投影露光装置（ステッパー）により、所望形状にパターニングを行い、現像装置にて不要部分のフォトレジストをアルカリ現像液で溶解させ、所望パターンを表出させた。その後、ＲＩＥ装置により金属層のエッチングを行い、パターニングを終了し、弾性表面波装置を構成する各電極のパターンを得た。
【００６１】
この後、各電極を含む圧電基板１上の所定領域上に保護膜を形成した。即ち、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置により、各電極のパターン及び圧電基板１上にＳｉＯ２を約０．０２μｍの厚みで形成した。
【００６２】
その後、フォトリソグラフィによりパターニングを行い、ＲＩＥ装置等でフリップチップ用の窓開け部のエッチングを行った。その後、この窓開け部に、スパッタリング装置を使用してＡｌを主体とする電極パッドを成膜した。このときの電極パッドの厚みは約１．０μｍとした。その後、フォトレジスト及び不要箇所のＡｌをリフトオフ法により同時に除去し、弾性表面波装置を外部回路基板等にフリップチップするための導体バンプを形成するための電極パッドを形成した。
【００６３】
次に、上記電極パッド上にＡｕからなるフリップチップ用の導体バンプをバンプボンディング装置を使用して形成した。導体バンプの直径は約８０μｍ、その高さは約３０μｍであった。
【００６４】
次に、圧電基板１（母基板）に分割線に沿ってダイシング加工を施し、各弾性表面波装置（チップ）ごとに分割した。その後、各チップをフリップチップ実装装置にて電極パッドの形成面を下面にしてセラミック製のパッケージ内に収容し接着した。その後、Ｎ２雰囲気中でベーキングを行い、パッケージ化された弾性表面波装置を完成した。パッケージは、セラミック層を多層積層して成る２．５×２．０ｍｍ角の積層構造のものを用いた。
【００６５】
また、比較例のサンプルとして、図１（ｂ）に示すような基本構成であって、隣り合う２つのＩＤＴ電極のそれぞれについて電極指ピッチが一定な弾性表面波装置を、上記と同様の工程で作製した。各弾性表面波共振器の両側に配設した反射器電極８〜１１の平均電極指ピッチは、２．１３μｍとした。
【００６６】
次に、本実施例及び比較例の弾性表面波装置のそれぞれについて特性測定を行った。０ｄＢｍの信号を入力し、周波数７８０〜９６０ＭＨｚ、測定ポイントを８００ポイントの条件として測定した。サンプル数は３０個、測定機器はマルチポートネットワークアナライザ（アジレントテクノロジー社製「Ｅ５０７１Ａ」）を用いた。
【００６７】
通過帯域近傍の周波数特性のグラフを図４に示す。図４は、フィルタの伝送特性を表す挿入損失の周波数依存性を示すグラフである。図４の実線に示すように、本実施例品の挿入損失は１．１３ｄＢ、リップルは０．４０ｄＢ、比帯域幅は４．７％であった。
【００６８】
一方、図４の破線に示すように、比較例品の挿入損失は１．４４ｄＢ、リップルは１．２６ｄＢ、比帯域幅は３．８％であった。
【００６９】
このように本実施例では、通過帯域を広帯域に保ちながら平坦性及び挿入損失を向上させた弾性表面波装置を実現することができた。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の弾性表面波装置について実施の形態の１例を示し、（ａ）は隣り合うＩＤＴ電極における各電極の位置と電極指ピッチとの関係を示すグラフ、（ｂ）は各電極のパターンを示す弾性表面波装置の平面図である。
【図２】本発明の弾性表面波装置について実施の形態の１例を示す平面図である。
【図３】本発明の弾性表面波装置について実施の形態の他例を示す平面図である。
【図４】本発明の実施例及び比較例の弾性表面波装置の通過帯域及びその近傍における挿入損失の周波数特性をそれぞれ示すグラフである。
【図５】（ａ）は従来の共振器型弾性表面波フィルタの各電極の位置と電極指のピッチとの関係を示すグラフ、（ｂ）は従来の共振器型弾性表面波フィルタの電極構造を示す平面図である。
【符号の説明】
【００７１】
１：圧電基板
２〜７：ＩＤＴ電極
８〜１１：反射器電極
１２：共振子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板上に、該圧電基板上を伝搬する弾性表面波の伝搬方向に沿って、該伝搬方向に対して直交する方向に長い電極指を多数本有する複数のＩＤＴ電極を配設してなるとともに、前記複数のＩＤＴ電極のうち隣り合う２つのＩＤＴ電極がそれぞれ、相手側の端部から一部分であって電極指ピッチが残りの部分の電極指ピッチと異なる第１の部分と前記残りの部分であって電極指ピッチが一定な第２の部分とで構成され、前記第１の部分の電極指ピッチの平均値が前記第２の部分の電極指ピッチより短く形成されているとともに前記第１の部分の電極指ピッチが前記隣り合う２つのＩＤＴ電極の境界に向かって短くなっており、前記境界上が電極指ピッチの極小部であるとともに該極小部の両側の前記第１の部分にそれぞれ電極指ピッチの極大部を有することを特徴とする弾性表面波共振器。
【請求項２】
前記隣り合う２つのＩＤＴ電極において、一方のＩＤＴ電極の前記第２の部分の電極指ピッチが他方のＩＤＴ電極の前記第２の部分の電極指ピッチよりも長く、前記一方のＩＤＴ電極の前記第１の部分の電極指ピッチの平均値が前記他方のＩＤＴ電極の前記第１の部分の電極指ピッチの平均値よりも短いことを特徴とする請求項１記載の弾性表面波共振器。
【請求項３】
請求項１または２記載の弾性表面波共振器を構成する前記ＩＤＴ電極に対して、直列または並列に、ＩＤＴ電極と該ＩＤＴ電極を挟む反射器とから成り、１つ以上のモード共振を発生させる共振子を接続したことを特徴とする弾性表面波装置。
【請求項４】
請求項１または２記載の弾性表面波共振器を２段縦続接続したことを特徴とする弾性表面波装置。
【請求項５】
請求項１または２記載の弾性表面波共振器を有する、受信回路及び送信回路の少なくとも一方を備えたことを特徴とする通信装置。
【請求項６】
請求項３または４記載の弾性表面波装置を有する、受信回路及び送信回路の少なくとも一方を備えたことを特徴とする通信装置。
【請求項１】
圧電基板上に、該圧電基板上を伝搬する弾性表面波の伝搬方向に沿って、該伝搬方向に対して直交する方向に長い電極指を多数本有する複数のＩＤＴ電極を配設してなるとともに、前記複数のＩＤＴ電極のうち隣り合う２つのＩＤＴ電極がそれぞれ、相手側の端部から一部分であって電極指ピッチが残りの部分の電極指ピッチと異なる第１の部分と前記残りの部分であって電極指ピッチが一定な第２の部分とで構成され、前記第１の部分の電極指ピッチの平均値が前記第２の部分の電極指ピッチより短く形成されているとともに前記第１の部分の電極指ピッチが前記隣り合う２つのＩＤＴ電極の境界に向かって短くなっており、前記境界上が電極指ピッチの極小部であるとともに該極小部の両側の前記第１の部分にそれぞれ電極指ピッチの極大部を有することを特徴とする弾性表面波共振器。
【請求項２】
前記隣り合う２つのＩＤＴ電極において、一方のＩＤＴ電極の前記第２の部分の電極指ピッチが他方のＩＤＴ電極の前記第２の部分の電極指ピッチよりも長く、前記一方のＩＤＴ電極の前記第１の部分の電極指ピッチの平均値が前記他方のＩＤＴ電極の前記第１の部分の電極指ピッチの平均値よりも短いことを特徴とする請求項１記載の弾性表面波共振器。
【請求項３】
請求項１または２記載の弾性表面波共振器を構成する前記ＩＤＴ電極に対して、直列または並列に、ＩＤＴ電極と該ＩＤＴ電極を挟む反射器とから成り、１つ以上のモード共振を発生させる共振子を接続したことを特徴とする弾性表面波装置。
【請求項４】
請求項１または２記載の弾性表面波共振器を２段縦続接続したことを特徴とする弾性表面波装置。
【請求項５】
請求項１または２記載の弾性表面波共振器を有する、受信回路及び送信回路の少なくとも一方を備えたことを特徴とする通信装置。
【請求項６】
請求項３または４記載の弾性表面波装置を有する、受信回路及び送信回路の少なくとも一方を備えたことを特徴とする通信装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００７−９６４２８（Ｐ２００７−９６４２８Ａ）
【公開日】平成１９年４月１２日（２００７．４．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２７９６１８（Ｐ２００５−２７９６１８）
【出願日】平成１７年９月２７日（２００５．９．２７）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月１２日（２００７．４．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月２７日（２００５．９．２７）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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