SAWデバイスとこれを用いた装置
【課題】 GPS受信機のRF用SAWデバイスの要求規格を満たす手段を得る。
【解決手段】 オイラー角(0°±4°,144.1°〜160.0°,0°±4°)のタンタル酸リチウム基板の上に少なくとも1つのIDT電極と該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SAWデバイスであって、前記IDT電極及びグレーティング反射器をアルミニウムあるいはアルミニウム合金で形成し、その基準化電極膜厚H/λ(Hは電極膜厚、λは波長)を0.10から0.14の範囲に設定して構成する。
【解決手段】 オイラー角(0°±4°,144.1°〜160.0°,0°±4°)のタンタル酸リチウム基板の上に少なくとも1つのIDT電極と該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SAWデバイスであって、前記IDT電極及びグレーティング反射器をアルミニウムあるいはアルミニウム合金で形成し、その基準化電極膜厚H/λ(Hは電極膜厚、λは波長)を0.10から0.14の範囲に設定して構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、SAWデバイスとこれを用いた装置に関し、特に要求される通過帯域幅と減衰特性とを共に満たすように改善したSAWデバイスと、これを用いた装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、SAWフィルタ(弾性表面波フィルタ)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を有することから特に携帯電話機等に多く用いられている。例えば、米国の1.9GHz帯携帯電話システム(PCS)には、送受とも60MHzの帯域幅(比帯域幅で約3%)を有するRFフィルタが用いられ、韓国の1.8GHz帯携帯電話システム(Korea−PCS)では、送受とも30MHz(比帯域幅で約1.6%)のRFフィルタが用いられている。
携帯電話システムのRF用SAWフィルタには、温度特性の比較的良好な回転YカットX伝搬のタンタル酸リチウム(LiTaO3)基板が用いられ、カット角としては36°や42°等が多く使用されている。これらのカット角のLiTaO3基板を用いると、大きな電気機械結合係数が得られ、携帯電話のRFフィルタに要求される保証帯域幅(比帯域で約1.6%〜約3%)を満たすことができる。
【0003】
一方、複数の航行衛星からの信号電波を受信し、これに基づいて地上の位置情報を高精度に算出するGPS受信機には、中心周波数が1575.42MHz、帯域幅が2.046MHz(比帯域幅で約0.13%)の狭帯域RFフィルタが要求される。このRF帯域(1575.42±1.023MHz、以下GPS帯と称す)の近傍には、インマルサット衛星通信システムに使用されている帯域(ダウンリンクは1525〜1559MHz,アップリンクは1626.5〜1660.5MHz)やイリジウム携帯電話システムに使用されている帯域(1616〜1626.5MHz)、さらには日本のMCA業務用無線システムに使用されている帯域(1501〜1525MHz)があり、これらのシステムとの相互干渉を避けるために、GPS受信機のRF用SAWフィルタは狭帯域で、且つ通過域近傍の減衰特性が急峻のものが要求される。また、GPS衛星から到来する信号電波は微弱であり、また最近ではGPS受信機を搭載した携帯電話機も普及しつつあることから、GPS受信機のRFフィルタには低損失な伝送特性も要求されている。
【0004】
GPS受信機のRF用SAWフィルタには、42°回転YカットX伝搬LiTaO3基板を使用したSAWフィルタが多く用いられているが、36°あるいは42°回転YカットX伝搬LiTaO3基板を用いてラダー型SAWフィルタ、DMSフィルタ(二重モードSAWフィルタ)等を構成すると、要求される通過帯域幅に対して通過帯域幅が広くなり過ぎる。そのため、前記インマルサット衛星通信システム等の帯域における減衰量が不十分となる。特に、DMSフィルタは通過域近傍の高域側における減衰特性がラダー型SAWフィルタのそれより劣るため、インマルサット・アップリンク帯やイリジウム帯で十分な減衰量が得られない。
【0005】
図7(a)はラダー型SAWフィルタの基本区間の構成を示す概略図であって、並列腕のSAW共振子Xpと直列腕のSAW共振子Xsとから構成され、それぞれの腕のリアクタンス曲線は同図(b)に示すように設定される。即ち、並列腕SAW共振子Xp(破線)の反共振周波数と、直列腕SAW共振子Xs(実線)の共振周波数とをほぼ一致するように設定すると、その周波数を中心周波数として、図7(b)のF(太い実線)に示すようにバンドパスフィルタが形成される。そして、並列腕SAW共振子Xpの共振周波数と直列腕SAW共振子Xsの反共振周波数とにそれぞれ減衰極が形成され、低損失で減衰傾度の急峻なフィルタが得られる。さらに、減衰傾度の急峻なフィルタや、保証減衰量の大きなフィルタが必要な場合には、ラダー型基本区間フィルタをインピーダンスが整合するように縦続接続して高次のフィルタを構成すればよい。
【0006】
図7(b)から明らかなように、ラダー型SAWフィルタの帯域幅はSAW共振子の共振周波数fsと反共振周波数faとの差df=fa−fsに依存する。そして、共振周波数差dfはSAW共振子の容量比γ(モーショナルキャパシタンスC1に対する静電容量C0の比γ=C0/C1)により次式のように表される。
df=fs((1+1/γ)1/2−1)
従って、ラダー型SAWフィルタの帯域幅はSAW共振子の容量比γによって決定されることになる。即ち、狭帯域のラダー型SAWフィルタを得るにはSAW共振子の容量比γを大きくすることが必要となる。
【0007】
特開平9−167936号公報にはカット角38°〜46°の回転YカットX伝搬LiTaO3基板上にアルミニウム(Al)を主成分とした電極パターンを形成し、該電極パターンの膜厚Hを表面波の波長λで基準化した基準化電極膜厚H/λが0.03〜0.15の範囲のSAWデバイスが開示されている。そして、これらのパラメータを用いて複数のSAW共振子を同一圧電基板上に形成し、該SAW共振子を梯子状に接続したラダー型SAWフィルタについても記述されている。
また、米国特許6556104号公報にはオイラー角(0,μ,0)の回転YカットX伝搬LiTaO3基板上にアルミニウム(Al)の電極パターンを形成し、基準化電極膜厚H/λを約0.05〜約0.15の範囲に設定したSAWデバイスであって、オイラー角のμが −44°<μ≦−36°の範囲のSAW共振子と、該SAW共振子を用いたラダー型SAWフィルタが開示されている。
【0008】
これらの先行技術に基づき、GPS受信機のRF用ラダー型SAWフィルタのフィルタ特性をシミュレーションにより求めることにした。回転YカットX伝搬LiTaO3基板のカット角は42°と46.5°とに設定し、該圧電基板上に形成する電極パターンとして銅(Cu)を1.0wt%含むアルミニウム合金を用いた。図8はシミュレーションに用いたラダー型SAWフィルタの回路構成を示す図で、4個の直列腕のSAW共振子Xsと、3個の並列腕のSAW共振子Xpとを梯子状に順次接続して構成した回路である。この回路構成は、ラダー型基本区間フィルタをインピーダンスが整合するように縦続接続して構成した回路構成と若干異なり、直列腕のSAW共振子Xsを全て同一、並列腕のSAW共振子Xpを全て同一とする構成である。このような回路構成とすることによりフィルタ特性の通過域の中央部のみが平坦となり、通過域の端寄りでリップルが大きくなる特徴がある。
【0009】
図9、10はそれぞれ、図8に示したラダー型SAWフィルタに用いた直列腕及び並列腕SAW共振子Xs、Xpの電極パターン構成を示す図である。直列腕腕SAW共振子XsはIDT電極の交差幅Wが全電極指で一様な、所謂正規型IDT電極とし、電極指とバスバーとの接続部にライン占有率(電極指ライン幅/(電極指ライン幅+スペース幅))の大きなダミー電極を設けることにより、SAW導波路構造としている。直列腕SAW共振子Xsのパラメータは図9に示すように、波長Lt=λを2.44μm、IDT電極対数Nを50対、反射器本数Mをそれぞれ100本、交差幅Wを14.7λ、電極指先端ギャップG0を0.20λ、ダミー電極長D0を2.00λ、ダミー電極ライン占有率を60.0%、Lt/Lr(Lrは反射器の電極指間間隔の2倍)を0.98、Ltr(IDT電極とグレーティング反射器(以下、反射器と称す)との最隣接電極指間の間隔)を0.45λとした。なお、IDT電極上には絶縁膜(SiO2膜等)は付着しない。
【0010】
並列腕SAW共振子Xpの電極構成も図10に示すように、ダミー電極を設けてSAW導波路構造としているが、IDT電極は楕円状のアポダイズ重み付けを施した構成とした。他のパラメータは、波長Lt=λを2.53μm、IDT電極対数Nを100対、反射器本数Mをそれぞれ150本、交差幅Wを39.3λ、電極指先端ギャップG0を0.20λ、ダミー電極長D0を0.75λ、ダミー電極ライン占有率を60.0%、Lt/Lr(Lrは反射器の電極指間間隔の2倍)を0.98、Ltr(IDT電極と反射器との最隣接電極指間の間隔)を0.45λとした。IDT電極上には絶縁膜(SiO2膜等)は設けていない。電極膜厚Hは直列腕及び並列腕SAW共振子とも0.24μmとした。また、IDT電極のライン占有率は圧電基板のカット角により僅かに異ならせ、カット角が42°の場合は直列腕及び並列腕のSAW共振子とも48.7%、カット角が46.5°の場合は両SAW共振子とも共に50.0%に設定した。
【0011】
図11はラダー型SAWフィルタの断面図を示す概略図であり、所謂チップ・サイズ・パッケージ(CSP)の構造を採用した。圧電基板31の主表面上にIDT電極32と接続用のパッド電極33とを形成したラダー型SAWフィルタ素子(SAWチップ)Tは、アルミナセラミック基板34に形成した接続用の電極35と金バンプ36を介してフリップチップ実装される。そして、この上に封止用樹脂37を塗布し、硬化させればSAWチップTは密封され、内部に空間38の有るチップ・サイズ・パッケージ(CSP)が構成される。アルミナセラミック基板34は多層構造でパッケージの内側の電極35と外側の電極39とはアルミナセラミック基板34の内部配線40により接続さる。
図8の回路図に示すようにラダー型SAWフィルタは3つの並列腕SAW共振子Xpを含んでいるが、それぞれの並列腕SAW共振子XpのアースボンディングパッドはSAWチップT上では独立している。アルミナセラミック基板34の内部配線によって、3つの並列腕SAW共振子Xpうち中央のSAW共振子と他の1つの並列腕SAW共振子とが接続される構造とする。このような構造とすることにより、図8に示すように、GND1とGND2とが高周波的に分離されたラダー型SAWフィルタが構成され、帯域外の減衰量が改善される。
【0012】
ラダー型SAWフィルタのフィルタ特性をシミュレーションにより求めるに当たり、SAW共振子の電気的特性は実測したものを用いたが、SAWチップTやアルミナセラミック基板34の配線に関する電気的特性は電磁界解析シミュレーションにより求めたものを用いた。そして、SAW共振子実測データと配線の電磁界解析とを合成して、ラダー型SAWフィルタのフィルタ特性を求めた。図12(a)、(b)はシミュレーションより求めたフィルタ特性で、同図(a)はフィルタの減衰特性であり、同図(b)は通過域を拡大した図である。図中の実線は42°回転YカットX伝搬LiTaO3基板を用いた伝送特性、破線は46.5°回転YカットX伝搬LiTaO3基板での伝送特性である。図12(a)、(b)にはGPS受信機用RFフィルタに要求される規格の一例を記入してある。図12の符号A、B、C、D、Eはそれぞれ、MCA帯,イリジウム帯,インマルサットアップリンク帯,インマルサットダウンリンク帯,GPS帯であり、これらを保証帯域と言う。符号A’、BC’、D’、E’は、ラダー型SAWフィルタが保証帯域A、B、C、D、Eを規格の下記の諸条件で満たすために設定された室温での検査規格であり、各保証帯域幅よりかなり広く設定した。
【0013】
つまり、温度変化による周波数変動、SAWフィルタ素子を回路基板に半田実装する際のリフローによる周波数変動、SAWフィルタが高温や低温を経た後の周波数変動、SAWフィルタに熱衝撃や機械的衝撃が加わった後の周波数変動等、種々の周波数変動を考慮し、それらによる周波数変動分にマージンを加えた周波数範囲を保証帯域幅に加えて検査規格としている。この検査規格を満たせば室温の検査のみでSAWフィルタの動作温度範囲内の諸性能や上記の環境条件下での信頼性を保証することが可能となる。図12に示した各検査帯域A’、BC’、D’、E’は、各保証帯域A、B、C、D、Eの低域側に4.76MHz、高域側に5.03MHzの周波数範囲を付加している。例えば、GPS帯の検査帯域(E’)は1569.637MHz〜1581.473MHz、MCA帯の検査帯域(A’)は1496.24〜1530.03MHzとなる。GPS帯の検査帯域(E’)における最大挿入損失の規格は2.2dB 以下、MCA帯(A’)、イリジウム帯及びインマルサットアップリンク帯(BC’)の各検査帯域の最小減衰量の規格は45dB 以上、インマルサットダウンリンク帯検査帯域(D’)の最小減衰量の規格は2.4dB 以上である。
【0014】
図12(a)、(b)のフィルタ特性からGPS帯の検査帯域(E’)における最大挿入損失はカット角42°、46.5°とも検査規格を満たしているものの、減衰特性に関してはいずれのカット角とも検査規格を満たしていない。図8に示したように並列腕SAW共振子のアース配線の工夫により、通過域低域側や通過域高域側に形成される減衰極により、大きな減衰量は得られたもののラダー型SAWフィルタの帯域幅が広すぎるために通過域近傍の減衰特性が不十分である。
このように特開平9−167936号公報、米国特許6556104号公報に開示されている回転YカットX伝搬LiTaO3基板を用いたラダー型SAWフィルタでは、GPS受信機のRFフィルタとしては帯域幅が広すぎ、GPS受信機の要求規格を満たせないことが分かった。
【0015】
これを改善するにはラダー型SAWフィルタを狭帯域化する手段が必要となる。ラダー型SAWフィルタを狭帯域化するには、並列腕及び直列腕に配置されるSAW共振子の容量比γを大きくする手段が必要である。この他にも並列腕のインピーダンスを小さくして直列腕のインピーダンスを大きくする方法や、並列腕と直列腕とからなるラダー型基本区間フィルタの接続段数を増やす方法等があるが、前者の場合は挿入損失の劣化が生じ、後者の場合は挿入損失の劣化に加えラダー型SAWフィルタが大型化するという欠点がある。これらの理由から通過帯域内の低損失と通過域近傍の高減衰特性と共に満たすには、ラダー型SAWフィルタを構成するSAW共振子の容量γを大きくする手段が最良と考えられる。
【0016】
特開平8−65089号公報にはSAW共振子に直列、あるいは並列に容量を付加したラダー型SAWフィルタの発明が開示されている。付加容量を直列または並列接続することによりSAW共振子の容量比γを大きくし、狭帯域のラダー型SAWフィルタを実現できると記述されている。
また、特開平9−167937号公報にはSAW共振子に容量を直列、または並列に接続したタイプのラダー型SAWフィルタの発明が開示されている。同公報の他の実施例において、直列腕SAW共振子にインダクタを並列接続したラダー型SAWフィルタも記述されている。これによると直列腕SAW共振子にインダクタを並列接続したタイプのラダー型SAWフィルタは、通過帯域幅を保ちつつ通過域高域側の減衰傾度を急峻にできると記述されている。
【0017】
前記特開平8−65089号公報、特開平9−167937号公報に記述されているラダー型SAWフィルタは、SAW共振子にリアクタンスを直列または並列接続するため、リアクタンスパターン(くし型キャパシタ,平行平板キャパシタ,マイクロストリップインダクタ等)と、これをSAW共振子に接続するための接続配線パターンを圧電基板上に設ける必要があるため、圧電基板上の配線が複雑、且つ配線の自由度が減少し、さらに圧電基板上のSAW共振子配置可能数が減少する等の欠点を有している。
【0018】
SAW共振子にリアクタンスを接続することなしに、SAW共振子の容量比γを大きくする手段として、SAW共振子のIDT電極に間引き重み付けを施す手法がある。この手法は、特開平11−163664号公報や特開2002−353769号公報に詳細に開示されている。特開平11−163664号公報の間引き重み付けは、IDT電極内に電極指が配置されない箇所を周期的に設けるもので、間引きの種類としては励振及び反射間引きに属する。
また、特開2002−353769号公報の間引き重み付けは、励振間引き(反射は間引かない)で、IDT電極内の間引き重み付けをSAW伝搬方向に対して左右で異なるようにしたものである。
【0019】
しかし、IDT電極に間引き重み付けを施したSAW共振子の容量比γは大きくなるものの、SAW共振子の損失が大きくなるという欠点があるため、ラダー型SAWフィルタの通過帯域内の挿入損失が増大し、通過帯域内の伝送特性が単峰になり、カットオフの減衰傾度が低下する等の欠点がある。また間引きに起因してスプリアスも発生し、ラダー型SAWフィルタの伝送特性が劣化する問題もある。
【0020】
一方、特開2001−77662号公報にはLiTaO3基板の切断角、つまりオイラー角を限定し、該基板上に形成するIDT電極に金(Au)やクロム(Cr)等の比重の大きい電極材料を用い、その膜厚を適切に選ぶことにより、伝搬損失の少ないSAWデバイスが得られたと記述されている。LiTaO3のオイラー角はIDT電極の電極材料により異ならせている。例えば、電極材料が金(Au)の場合、オイラー角は(0°,125°〜146°,0°±5°)となり、基準化電極膜厚H/λは0.001〜0.05の範囲としている。電極材料がクロム(Cr)の場合は、オイラー角は(0°,125°〜147°,0°±5°)とし、H/λは0.003〜0.05の範囲としている。
【0021】
特開2001−77662号公報の記述の通り、IDT電極を形成する電極材料に比重の大きい金属を用いた場合、アルミニウム(Al)のように比重の小さい金属を用いるよりも電気機械結合係数が大きくなる。従って、前記公報の手段は、SAW共振子の容量比γを大きくしたいという要求に対しては逆行することになる。同公報の手段に基づいてSAW共振子の容量比γを大きくする場合は、前記したようにSAW共振子にリアクタンスを接続し、あるいはSAW共振子のIDT電極に間引き重み付けを施す等の手段を併用せざるを得ず、従来技術が有していた欠点が解決されず残ることになる。
【0022】
また、IDT電極の電極材料として一般的な材料はアルミニウム(Al)を主成分としたものである。金(Au)やクロム(Cr)等を主成分とした金属を電極材料として用いると、Al合金電極を形成する製造工程や製造設備とは別な設備を用意する必要が生じる。製造設備を共用する場合には電極材料の切換え作業等が新たに生じ、製造設備や製造工程の簡略化、簡素化という面からも望ましくない。ひいては、SAWデバイスの生産性低下や設備費用の増大による製造コストの上昇を招くおそれもある。
【0023】
特開2003−188679号公報には、25°〜55°回転YカットX伝搬のLiTaO3基板上にアルミニウム(Al)よりも密度の大きい金属(もしくは合金)からなるIDT電極を形成し、周波数温度特性を改善するため、IDT電極上にSiO2膜を形成したSAWデバイスが開示されている。また同公報には、Alよりも密度の大きな金属のIDT電極に対するSiO2膜の密着強度を高めるため、IDT電極の上面にAl等からなる密着層を設けたSAWデバイスについても記述されている。このAl等からなる密着層の膜厚は表面波の波長λの1%以下が望ましいとの記述されている。同公報にはIDT電極にAlよりも密度の高い金属を用いることでIDT電極膜厚を、Alを用いた場合より薄くすることができ、周波数温度特性改善のためにIDT電極上に設けたSiO2膜に発生するクラックを抑制することができると記されている。
【0024】
特開2003−188679号公報に示されたIDT電極は、電極材料として前に説明した特開2001−77662号公報と同じ電極材料が挙げられているので、特開2001−77662号公報と同じ問題、即ちIDT電極に比重の大きい金属を用いることで、Alのように比重の小さい金属を用いるよりも電気機械結合係数が大きくなり、SAW共振子の容量比γを大きくしたいという要求に逆行する。また、製造設備や製造工程の簡略化、簡素化に逆行するという欠点、SAWデバイスの生産性低下や設備費用の増大により製造コスト上昇を招くという欠点等を有している。
また特開2003−188679号公報では、IDT電極上にSiO2膜を付着することを前提としているが、この手段ではSiO2膜を付着するための製造工程を追加する必要があり、生産性の低下が懸念される。また、周波数温度特性を改善するには、IDT電極上にかなり厚い膜厚のSiO2を形成する必要があり、SiO2の膜応力等によりLiTaO3ウエハが破損するおそれがあり、LiTaO3ウエハの薄型化が困難になる等の問題を有する。
【0025】
特開2003−188679号公報には、AlからなるIDT電極の規格化電極膜厚H/λを0.04まで薄くすることにより、電気機械結合係数が小さくなるとの記述されている。これに基づき、図9に示したような導波路構造のSAW共振子を試作した。圧電基板は38.7°回転YカットX伝搬LiTaO3を用い、電極の材料はCuを1.0wt%含有したAl合金、波長Lt=λを4μm、電極対数Nを50対,反射器本数Mをそれぞれ100本、交差幅Wを20λ、IDT電極ライン占有率を46.1%、電極指先端ギャップG0を0.15λ、ダミー電極長D0を0.75λ、ダミー電極ライン占有率を60%、Lt/Lrを1.0、Ltrを0.5λ、基準化電極膜厚H/λを0.04に設定し、IDT電極上のSiO2膜は設けていない。
図13は上記のパラメータを用いて試作したSAW共振子のインピーダンス絶対値の周波数特性を示す図である。この図から反共振周波数の高域側近傍に大きなスプリアスが発生していることが分かる。このようなSAW共振子をラダー型SAWフィルタの並列腕に用いた場合には、通過帯域内もしくは通過域高域側近傍におおきなスプリアスが発生することになる。このスプリアスを反共振周波数から遠ざける手法として、IDT電極上にSiO2等の絶縁膜を形成することが知られているが、これにはかなり厚いSiO2膜を形成する必要があり、SiO2膜の形成に伴う前述の欠点が伴う。
【0026】
また、IDT電極の電極膜厚を薄くすることは、耐電力性や静電気耐圧性の劣化が生じ、また電極の電気的抵抗の増大によるフィルタ特性の劣化が伴う場合があるので好ましくない。また、特開2003−188679号公報にはSiO2膜/Au電極/回転YカットX伝搬LiTaO3構造 におけるLiTaO3基板のカット角θと、電気機械結合係数との関係が示されており、カット角θを大きくするほど電気機械結合係数が小さくなる傾向が示されている。この傾向はSiO2の膜厚が0、即ちSiO2膜なしの場合でも同じである。ただし、電極材料としてのAuは、先に述べた欠点を有すると共に、Auが高価な電極材料であることや、LiTaO3等の金属酸化物との密着性が弱い等の品質、信頼性が低下する等の欠点もある。
【0027】
特開2003−218664号公報にはオイラー角(0°±3°,110°〜150°,0°±3°)のLiTaO3基板上に銀(Ag)からなるIDT電極を形成し、周波数温度特性を改善するためIDT電極上にSiO2膜を形成したSAWデバイスが開示されている。この手段も前に挙げた特開2003−188679号公報と同様の欠点を有している。つまり、Agが高価な電極材料であることや、AgがLiTaO3等の金属酸化物との密着性が弱いという欠点を有している。
【特許文献1】特開平9−167936号公報
【特許文献2】米国特許6556104号公報
【特許文献3】特開平8−65089号公報
【特許文献4】特開平9−167937号公報
【特許文献5】特開平11−163664号公報
【特許文献6】特開2002−353769号公報
【特許文献7】特開2001−77662号公報
【特許文献8】特開2003−188679号公報
【特許文献9】特開2003−218664号公報
【特許文献10】特開平11−92147号公報
【特許文献11】特開2004−35396号公報
【非特許文献1】http://www.cdmatech.com/solutions/pdf/msm6275_chipset.pdf
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0028】
解決しようとする問題点は、上述したようにGPS受信機のRF用SAWフィルタに要求される規格を満たすフィルタが実現できない点である。
要求規格を満たさないSAWフィルタをRF回路や通信装置に使用すれば、回路や装置の性能を劣化させるという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【0029】
本発明は、GPS受信機のRF用フィルタの規格を満たするため、オイラー角(0°±4°,144.1°〜160.0°,0°±4°)のタンタル酸リチウム(LiTaO3)基板の主表面上に表面波の伝搬方向に沿って形成された少なくとも1つのIDT電極と該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SAWデバイスであって、前記IDT電極及びグレーティング反射器をアルミニウムあるいはアルミニウム合金で形成し、その基準化電極膜厚H/λ(Hは電極膜厚、λは波長)を0.10から0.14の範囲に設定してSAWデバイスを構成することを特徴とする。
【発明の効果】
【0030】
本発明に係るカット角のタンタル酸リチウム基板と基準化電極膜厚とを用いてSAWデバイスを構成すれば、GPS受信機のRF用フィルタに要求される規格を全て満たすことができるという効果がある。また、本発明のSAWデバイスをRF回路や装置に用いれば、回路や装置の性能を向上させるという効果もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【0031】
図1(a)は本発明に係るラダー型SAWフィルタの実施の形態を示す回路図であって、圧電基板11の主表面上に弾性表面波の伝搬方向に沿って複数のSAW共振子を形成し、該SAW共振子を同一圧電基板11上に形成したリード電極にて、直列腕SAW共振子Xs、並列腕SAW共振子Xp、直列腕SAW共振子Xs、並列腕SAW共振子Xpと順次梯子状に接続して、ラダー型SAWフィルタ素子12を構成する。そして、図1(b)の断面図に示すように、ラダー型SAWフィルタ素子12(SAWチップ)上に形成したパッド電極13とアルミナセラミック基板14に形成した接続用の電極15とを金バンプ16を介してフリップチップ実装する。そして、この上に封止用樹脂17を塗布し、硬化させればSAWチップは密封され、内部に空間18を有るチップ・サイズ・パッケージ(CSP)が構成される。アルミナセラミック基板14は多層構造でパッケージの内側の電極15と外部電極19とはアルミナセラミック基板14の内部配線20により接続し、ラダー型SAWフィルタを構成する。
【0032】
GPS受信機のRF用フィルタは、GPS帯における挿入損失が2.2dB 以下、MCA帯、イリジウム帯、インマルサットアップリンク帯における減衰量が45dB 以上、インマルサットダウンリンク帯の減衰量が2.4dB 以上という規格を満たす必要がある。回転YカットX伝搬LiTaO3を用いたラダー型SAWフィルタがこの条件を満たすためには、各々のSAW共振子の容量比γがどのような値をとるすべきかを検討した。その結果、直列腕及び並列腕SAW共振子の容量比γが共に14.6〜23.6の範囲内の値をとることが必要であることが分かった。容量比γが14.6よりも小さい場合はGPS帯近傍の減衰帯域の規格を満たすことができず、容量比γが23.6よりも大きい場合はGPS帯における挿入損失の規格を満たすことができない。
【0033】
そこで、電極材料にAlを用いた場合の、回転YカットX伝搬LiTaO3のカット角と基準化電極膜厚H/λとをパラメータとして、図9のような導波路構造のSAW共振子の容量比γについてシミュレーションを行った。SAW共振子の設計パラメータは、波長Lt=λを2.5μm、IDT電極対数Nを50対、反射器の本数Mをそれぞれ100本、交差幅Wを20λ、IDT電極ライン占有率50%、電極指先端ギャップG0を0.15λ、ダミー電極長D0を0.75λ、ダミー電極ライン占有率を60%、Lt/Lr=1.0、Ltr=0.5λとし、SiO2膜はIDT電極上に付着しない。図2にカット角と基準化電極膜厚H/λとに対して求めたSAW共振子の容量比γを示す。図2より、カット角が54.1°〜70°の範囲で、且つH/λが0.10〜0.14の範囲の値をとる場合、容量比γは14.6〜23.6の範囲内の値となることが判明した。これに対して、カット角が42°、46.5°ではH/λを0.10から0.14まで変化させても容量比γは14.6より小さくなることが分かった。即ち、カット角が42°、46.5°の場合、GPS帯近傍の減衰特性の規格を満たせず、図12のフィルタ特性のシミュレーション結果と一致している。
【0034】
また、カット角が75°では、H/λを0.12より小さい値にすると容量比γは23.6よりも大きくなり、GPS帯の挿入損失の規格2.2dB以下を満たせなくなる。カット角が75°で、且つH/λを0.12〜0.14の範囲内の値に設定すると、容量比γは14.6〜23.6の範囲内の値となるが、図3に示すようにカット角が大きくなると周波数温度係数(TCF)が劣化するため、カット角を70°よりも大きく設定するのは望ましくない。また、リーキー波の伝搬損失もカット角が70°以上になると大きくなり実用的ではなくなるので、カット角の範囲は54.1°〜70°の範囲が望ましい。
従来用いられたカット角の42°や46.5°よりもカット角を大きくすると、一般的に周波数温度係数が劣化するが、基準化電極膜厚H/λを大きく設定することにより周波数温度係数が改善されるので、カット角が54.1°〜70°の範囲では、H/λは0.10以上に設定すると良い。
【0035】
図4は55°回転YカットX伝搬LiTaO3を用いて試作したSAW共振子のインピーダンス絶対値の周波数特性である。電極の材料はCuを1.0wt%含有したAl合金、波長Lt=λを2.5μm、IDT電極対数Nを50対、反射器本数Mをそれぞれ100本、交差幅Wを14λ、IDT電極ライン占有率50%、電極指先端ギャップG0を0.20λ、ダミー電極長D0を1.00λ、ダミー電極ライン占有率を60%、Lt/Lrを0.98、Ltrを0.45λとし、IDT電極上にSiO2膜は設けていない。太い実線は基準化電極膜厚H/λが0.128の場合、細い実線はH/λが0.064の場合、細い破線はH/λが0.16の場合のインピーダンス絶対値の周波数特性である。基準化電極膜厚H/λが0.10〜0.14の範囲から外れると、共振子の損失が大きくなるため、H/λは0.10〜0.14の範囲に設定するのが良い。
【0036】
回転YカットX伝搬LiTaO3でカット角が54.1°〜70°に相当するオイラー角は(0°,144.1°〜160.0°,0°)となり、カット角以外については、実験の結果によると±4°の範囲内であれば良い。つまり、オイラー角表示で(0°±4°,144.1°〜160.0°,0°±4°)であるLiTaO3基板上に、AlまたはAlを主成分とする合金にて電極を形成し、該電極の基準化電極膜厚H/λを0.10〜0.14としたSAW共振子を用いてラダー型SAWフィルタを構成すれば、GPS受信機のRF用フィルタの要求規格を満足できるものと想定される。
【0037】
図5(a)、(b)はGPS受信機のRF用ラダー型SAWフィルタのフィルタ特性をシミュレーションにより求めた図で、同図(a)は減衰域のフィルタ特性、同図(b)は通過域を拡大した特性である。シミュレーションはSAW共振子のみ実測データを用い、その他は電磁界解析の結果を用いている。圧電基板に55°回転YカットX伝搬LiTaO3を用い、IDT電極をCuを1.0wt%含有したAl合金、電極膜厚Hを0.31μmとし、直列腕SAW共振子Xsは、波長Lt=λ=2.36μm、ダミー電極長D0を1.00λ、IDT電極ライン占有率を49.6%とし、並列腕SAW共振子Xpは、波長Lt=λ=2.43μm、ダミー電極長D0を0.75λ、IDT電極ライン占有率49.6%とし、その他のパラメータは図12に示したものと同一とした。また、直列腕及び並列腕SAW共振子のH/λはそれぞれ0.131及び0.127である。
図5に示すフィルタ特性の太い実線は本発明によるラダー型SAWフィルタであり、比較のため42°及び46.5°回転YカットX伝搬LiTaO3を用いたラダー型SAWフィルタのフィルタ特性も重ね書きした。前者のフィルタ特性は細い実線、後者は細い破線である。
図5から明らかなように、GPS受信機のRF用フィルタに要求される規格をすべて満足することが判明した。
【0038】
本発明のラダー型SAWフィルタには、LiTaO3の焦電効果に起因するIDT電極指の破壊防止と、図1(b)に示すようなCSP構造のフィルタにおける封止樹脂の帯電防止とで、圧電基板のバルク導電率を高めた回転YカットX伝搬LiTaO3を用い、そのカット角は55°としている。LiTaO3のバルク導電率を高める手段は、特開平11−92147号公報や特開2004−35396号公報に開示されている。実験の結果、LiTaO3のバルク導電率を高めたものと、通常のものをとでSAW共振子の特性に差は認められなかった。
【0039】
図5から明らかなように、本発明によるラダー型SAWフィルタは、従来のラダー型SAWフィルタでは満たすことのできなかった要求規格を全て満たすことが可能となった。通過帯域においてもフィルタ特性の劣化はなく、むしろ従来のラダー型SAWフィルタで生じていたリップルが、本発明のラダー型SAWフィルタでは抑圧されたため、図6に示すように、GPS帯検査帯域における最大挿入損失と最大偏差は従来のラダー型SAWフィルタよりも改善される結果となった。
従来のカット角を用いたラダー型フィルタにおいて通過域内でリップルが生じるのは、IDT電極内部のエネルギー閉じ込めが弱く、反射器の反射特性のサイドローブ特性が共振周波数付近で重畳するためと推定される。
【0040】
本発明に係る回転YカットX伝搬LiTaO3基板は従来のカット角よりも高角度の圧電基板を用い、且つ基準化電極膜厚H/λも大きく(厚く)したため、H/λが大きくなった分、各電極指からの反射も大きくなり、全体として反射係数が大きくなった。そのため、本発明に係るSAW共振子はIDT電極内部のエネルギー閉じ込めが強くなるので、反射器を省略することが可能となった。
従って、本発明に係るラダー型SAWフィルタは、IDT電極の両側に設けていた反射器を省略することができ、ラダー型SAWフィルタの小型化が可能となった。
【0041】
本発明の主たる目的は従来のものよりも狭いラダー型SAWフィルタを実現する手段を得ることであるが、広帯域化を図る場合には周知の技術、例えば並列腕のインピーダンスを大きくして直列腕のインピーダンスを小さくする方法や、並列腕と直列腕とからなる基本区間フィルタの縦続段数を減らす方法、並列腕SAW共振子と直列腕SAW共振子の周波数差を大きくする方法などを併用することにより、比帯域約3.5%(米国PCS用RFフィルタ等)の通過帯域幅を保証できる。
また、本発明はラダー型SAWフィルタのみでなく、DMSフィルタにも適用可能であり、入出力いずれか一方が平衡終端のフィルタにも適用可能である。ただ、本発明に係るSAW共振子はIDT電極内部のエネルギー閉じ込めが強く、近接した複数のIDT電極間の音響的な結合を利用するDMSフィルタにおいては、各IDT電極の対数を減らしてIDT電極間の音響結合を強める等の手段が必要となる。
さらに、本発明に係るSAWフィルタを用いて、SAW分波器を構成することも可能である。
また、本発明によるSAWフィルタをRF回路やGPS受信機等に使用すれば、SAWフィルタ単体の性能向上、小型化、低価格化のみならず、GPS受信機の性能向上、小型化、低価格化、部品点数減、低消費電力化という効果も発揮することができる。
【0042】
以上ではSAWデバイスを説明してきたが、Qualcomm社のチップセットMSM6275TMの Chipset Solution Data Sheet によれば、GPS受信回路のRF段には、GPSアンテナとPre−LNAとの間に1個のバンド・パス・フィルタ(以下、TOPフィルタと称す)、Pre−LNAとLNAとの間に1個のバンド・パス・フィルタ(以下、段間フィルタと称す)の2個のバンド・パス・フィルタが使用される。例えば、TOPフィルタにはSAWフィルタや積層セラミックLCフィルタ、同軸共振器型誘電体フィルタ等が用いられ、段間フィルタにはSAWフィルタ等が用いられる。一般にTOPフィルタには低損失な特性が要求され、段間フィルタには高減衰特性が要求されるが、例えば段間フィルタに用いるSAWフィルタの減衰特性が通過帯域内の挿入損失の劣化を伴わずに改善されれば、その分TOPフィルタに必要とされる減衰量は小さくできる。これにより様々な利点があり、例えばTOPフィルタに積層LCフィルタを用いる場合は、多層セラミックの積層数を減らすことができ、多層セラミックに内蔵するインダクタやキャパシタ等のエレメント数を減らすことができる等、小型化や低価格化に寄与することができる。またTOPフィルタに誘電体フィルタを用いる場合においては、同軸共振器の個数を減らすことも可能であり、小型化や低価格化に寄与することができる。さらに、TOPフィルタ自体を省略することも可能となり、回路に使う部品点数を減らし、増幅器等の能動素子の使用個数を減らすことによる低消費電力化も可能であろう。
【図面の簡単な説明】
【0043】
【図1】(a)は本発明に係るラダー型SAWフィルタの回路構成を示した図、(b)はラダー型SAWフィルタの断面を示す概略構成図である。
【図2】カット角と基準化電極膜厚とをパラメータとしたときの容量比γを示す図である。
【図3】カット角と基準化電極膜厚とをパラメータとしたときの周波数温度係数を示す図である。
【図4】SAW共振子のインピーダンス絶対値の周波数特性を示す図である。
【図5】本発明に係るラダー型SAWフィルタの、(a)は減衰特性、(b)は通過域特性を示す図である。
【図6】カット角と最大挿入損失、最大偏差との関係を示す図である。
【図7】(a)、(b)はラダー型基本区間フィルタとそのフィルタ特性を示す図である。
【図8】従来のラダー型SAWフィルタの回路構成を示した図である。
【図9】直列腕SAW共振子の電極パターンを示す図である。
【図10】並列腕SAW共振子の電極パターンを示す図である。
【図11】ラダー型SAWフィルタの構造を示す断面図である。
【図12】従来のラダー型SAWフィルタの、(a)は減衰特性、(b)は通過域特性を示す図である。
【図13】従来のSAW共振子のインピーダンス絶対値の周波数特性を示す図である。
【符号の説明】
【0044】
11 圧電基板
14 アルミナセラミック基板
Xs 直列腕SAW共振子
Xp 並列腕SAW共振子
GND1、GND2 接地
12 SAWチップ
13 パッド電極
15 接続用の電極
16 金バンプ
17 樹脂
18 空間
19 外部電極
20 内部配線
【技術分野】
【0001】
本発明は、SAWデバイスとこれを用いた装置に関し、特に要求される通過帯域幅と減衰特性とを共に満たすように改善したSAWデバイスと、これを用いた装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、SAWフィルタ(弾性表面波フィルタ)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を有することから特に携帯電話機等に多く用いられている。例えば、米国の1.9GHz帯携帯電話システム(PCS)には、送受とも60MHzの帯域幅(比帯域幅で約3%)を有するRFフィルタが用いられ、韓国の1.8GHz帯携帯電話システム(Korea−PCS)では、送受とも30MHz(比帯域幅で約1.6%)のRFフィルタが用いられている。
携帯電話システムのRF用SAWフィルタには、温度特性の比較的良好な回転YカットX伝搬のタンタル酸リチウム(LiTaO3)基板が用いられ、カット角としては36°や42°等が多く使用されている。これらのカット角のLiTaO3基板を用いると、大きな電気機械結合係数が得られ、携帯電話のRFフィルタに要求される保証帯域幅(比帯域で約1.6%〜約3%)を満たすことができる。
【0003】
一方、複数の航行衛星からの信号電波を受信し、これに基づいて地上の位置情報を高精度に算出するGPS受信機には、中心周波数が1575.42MHz、帯域幅が2.046MHz(比帯域幅で約0.13%)の狭帯域RFフィルタが要求される。このRF帯域(1575.42±1.023MHz、以下GPS帯と称す)の近傍には、インマルサット衛星通信システムに使用されている帯域(ダウンリンクは1525〜1559MHz,アップリンクは1626.5〜1660.5MHz)やイリジウム携帯電話システムに使用されている帯域(1616〜1626.5MHz)、さらには日本のMCA業務用無線システムに使用されている帯域(1501〜1525MHz)があり、これらのシステムとの相互干渉を避けるために、GPS受信機のRF用SAWフィルタは狭帯域で、且つ通過域近傍の減衰特性が急峻のものが要求される。また、GPS衛星から到来する信号電波は微弱であり、また最近ではGPS受信機を搭載した携帯電話機も普及しつつあることから、GPS受信機のRFフィルタには低損失な伝送特性も要求されている。
【0004】
GPS受信機のRF用SAWフィルタには、42°回転YカットX伝搬LiTaO3基板を使用したSAWフィルタが多く用いられているが、36°あるいは42°回転YカットX伝搬LiTaO3基板を用いてラダー型SAWフィルタ、DMSフィルタ(二重モードSAWフィルタ)等を構成すると、要求される通過帯域幅に対して通過帯域幅が広くなり過ぎる。そのため、前記インマルサット衛星通信システム等の帯域における減衰量が不十分となる。特に、DMSフィルタは通過域近傍の高域側における減衰特性がラダー型SAWフィルタのそれより劣るため、インマルサット・アップリンク帯やイリジウム帯で十分な減衰量が得られない。
【0005】
図7(a)はラダー型SAWフィルタの基本区間の構成を示す概略図であって、並列腕のSAW共振子Xpと直列腕のSAW共振子Xsとから構成され、それぞれの腕のリアクタンス曲線は同図(b)に示すように設定される。即ち、並列腕SAW共振子Xp(破線)の反共振周波数と、直列腕SAW共振子Xs(実線)の共振周波数とをほぼ一致するように設定すると、その周波数を中心周波数として、図7(b)のF(太い実線)に示すようにバンドパスフィルタが形成される。そして、並列腕SAW共振子Xpの共振周波数と直列腕SAW共振子Xsの反共振周波数とにそれぞれ減衰極が形成され、低損失で減衰傾度の急峻なフィルタが得られる。さらに、減衰傾度の急峻なフィルタや、保証減衰量の大きなフィルタが必要な場合には、ラダー型基本区間フィルタをインピーダンスが整合するように縦続接続して高次のフィルタを構成すればよい。
【0006】
図7(b)から明らかなように、ラダー型SAWフィルタの帯域幅はSAW共振子の共振周波数fsと反共振周波数faとの差df=fa−fsに依存する。そして、共振周波数差dfはSAW共振子の容量比γ(モーショナルキャパシタンスC1に対する静電容量C0の比γ=C0/C1)により次式のように表される。
df=fs((1+1/γ)1/2−1)
従って、ラダー型SAWフィルタの帯域幅はSAW共振子の容量比γによって決定されることになる。即ち、狭帯域のラダー型SAWフィルタを得るにはSAW共振子の容量比γを大きくすることが必要となる。
【0007】
特開平9−167936号公報にはカット角38°〜46°の回転YカットX伝搬LiTaO3基板上にアルミニウム(Al)を主成分とした電極パターンを形成し、該電極パターンの膜厚Hを表面波の波長λで基準化した基準化電極膜厚H/λが0.03〜0.15の範囲のSAWデバイスが開示されている。そして、これらのパラメータを用いて複数のSAW共振子を同一圧電基板上に形成し、該SAW共振子を梯子状に接続したラダー型SAWフィルタについても記述されている。
また、米国特許6556104号公報にはオイラー角(0,μ,0)の回転YカットX伝搬LiTaO3基板上にアルミニウム(Al)の電極パターンを形成し、基準化電極膜厚H/λを約0.05〜約0.15の範囲に設定したSAWデバイスであって、オイラー角のμが −44°<μ≦−36°の範囲のSAW共振子と、該SAW共振子を用いたラダー型SAWフィルタが開示されている。
【0008】
これらの先行技術に基づき、GPS受信機のRF用ラダー型SAWフィルタのフィルタ特性をシミュレーションにより求めることにした。回転YカットX伝搬LiTaO3基板のカット角は42°と46.5°とに設定し、該圧電基板上に形成する電極パターンとして銅(Cu)を1.0wt%含むアルミニウム合金を用いた。図8はシミュレーションに用いたラダー型SAWフィルタの回路構成を示す図で、4個の直列腕のSAW共振子Xsと、3個の並列腕のSAW共振子Xpとを梯子状に順次接続して構成した回路である。この回路構成は、ラダー型基本区間フィルタをインピーダンスが整合するように縦続接続して構成した回路構成と若干異なり、直列腕のSAW共振子Xsを全て同一、並列腕のSAW共振子Xpを全て同一とする構成である。このような回路構成とすることによりフィルタ特性の通過域の中央部のみが平坦となり、通過域の端寄りでリップルが大きくなる特徴がある。
【0009】
図9、10はそれぞれ、図8に示したラダー型SAWフィルタに用いた直列腕及び並列腕SAW共振子Xs、Xpの電極パターン構成を示す図である。直列腕腕SAW共振子XsはIDT電極の交差幅Wが全電極指で一様な、所謂正規型IDT電極とし、電極指とバスバーとの接続部にライン占有率(電極指ライン幅/(電極指ライン幅+スペース幅))の大きなダミー電極を設けることにより、SAW導波路構造としている。直列腕SAW共振子Xsのパラメータは図9に示すように、波長Lt=λを2.44μm、IDT電極対数Nを50対、反射器本数Mをそれぞれ100本、交差幅Wを14.7λ、電極指先端ギャップG0を0.20λ、ダミー電極長D0を2.00λ、ダミー電極ライン占有率を60.0%、Lt/Lr(Lrは反射器の電極指間間隔の2倍)を0.98、Ltr(IDT電極とグレーティング反射器(以下、反射器と称す)との最隣接電極指間の間隔)を0.45λとした。なお、IDT電極上には絶縁膜(SiO2膜等)は付着しない。
【0010】
並列腕SAW共振子Xpの電極構成も図10に示すように、ダミー電極を設けてSAW導波路構造としているが、IDT電極は楕円状のアポダイズ重み付けを施した構成とした。他のパラメータは、波長Lt=λを2.53μm、IDT電極対数Nを100対、反射器本数Mをそれぞれ150本、交差幅Wを39.3λ、電極指先端ギャップG0を0.20λ、ダミー電極長D0を0.75λ、ダミー電極ライン占有率を60.0%、Lt/Lr(Lrは反射器の電極指間間隔の2倍)を0.98、Ltr(IDT電極と反射器との最隣接電極指間の間隔)を0.45λとした。IDT電極上には絶縁膜(SiO2膜等)は設けていない。電極膜厚Hは直列腕及び並列腕SAW共振子とも0.24μmとした。また、IDT電極のライン占有率は圧電基板のカット角により僅かに異ならせ、カット角が42°の場合は直列腕及び並列腕のSAW共振子とも48.7%、カット角が46.5°の場合は両SAW共振子とも共に50.0%に設定した。
【0011】
図11はラダー型SAWフィルタの断面図を示す概略図であり、所謂チップ・サイズ・パッケージ(CSP)の構造を採用した。圧電基板31の主表面上にIDT電極32と接続用のパッド電極33とを形成したラダー型SAWフィルタ素子(SAWチップ)Tは、アルミナセラミック基板34に形成した接続用の電極35と金バンプ36を介してフリップチップ実装される。そして、この上に封止用樹脂37を塗布し、硬化させればSAWチップTは密封され、内部に空間38の有るチップ・サイズ・パッケージ(CSP)が構成される。アルミナセラミック基板34は多層構造でパッケージの内側の電極35と外側の電極39とはアルミナセラミック基板34の内部配線40により接続さる。
図8の回路図に示すようにラダー型SAWフィルタは3つの並列腕SAW共振子Xpを含んでいるが、それぞれの並列腕SAW共振子XpのアースボンディングパッドはSAWチップT上では独立している。アルミナセラミック基板34の内部配線によって、3つの並列腕SAW共振子Xpうち中央のSAW共振子と他の1つの並列腕SAW共振子とが接続される構造とする。このような構造とすることにより、図8に示すように、GND1とGND2とが高周波的に分離されたラダー型SAWフィルタが構成され、帯域外の減衰量が改善される。
【0012】
ラダー型SAWフィルタのフィルタ特性をシミュレーションにより求めるに当たり、SAW共振子の電気的特性は実測したものを用いたが、SAWチップTやアルミナセラミック基板34の配線に関する電気的特性は電磁界解析シミュレーションにより求めたものを用いた。そして、SAW共振子実測データと配線の電磁界解析とを合成して、ラダー型SAWフィルタのフィルタ特性を求めた。図12(a)、(b)はシミュレーションより求めたフィルタ特性で、同図(a)はフィルタの減衰特性であり、同図(b)は通過域を拡大した図である。図中の実線は42°回転YカットX伝搬LiTaO3基板を用いた伝送特性、破線は46.5°回転YカットX伝搬LiTaO3基板での伝送特性である。図12(a)、(b)にはGPS受信機用RFフィルタに要求される規格の一例を記入してある。図12の符号A、B、C、D、Eはそれぞれ、MCA帯,イリジウム帯,インマルサットアップリンク帯,インマルサットダウンリンク帯,GPS帯であり、これらを保証帯域と言う。符号A’、BC’、D’、E’は、ラダー型SAWフィルタが保証帯域A、B、C、D、Eを規格の下記の諸条件で満たすために設定された室温での検査規格であり、各保証帯域幅よりかなり広く設定した。
【0013】
つまり、温度変化による周波数変動、SAWフィルタ素子を回路基板に半田実装する際のリフローによる周波数変動、SAWフィルタが高温や低温を経た後の周波数変動、SAWフィルタに熱衝撃や機械的衝撃が加わった後の周波数変動等、種々の周波数変動を考慮し、それらによる周波数変動分にマージンを加えた周波数範囲を保証帯域幅に加えて検査規格としている。この検査規格を満たせば室温の検査のみでSAWフィルタの動作温度範囲内の諸性能や上記の環境条件下での信頼性を保証することが可能となる。図12に示した各検査帯域A’、BC’、D’、E’は、各保証帯域A、B、C、D、Eの低域側に4.76MHz、高域側に5.03MHzの周波数範囲を付加している。例えば、GPS帯の検査帯域(E’)は1569.637MHz〜1581.473MHz、MCA帯の検査帯域(A’)は1496.24〜1530.03MHzとなる。GPS帯の検査帯域(E’)における最大挿入損失の規格は2.2dB 以下、MCA帯(A’)、イリジウム帯及びインマルサットアップリンク帯(BC’)の各検査帯域の最小減衰量の規格は45dB 以上、インマルサットダウンリンク帯検査帯域(D’)の最小減衰量の規格は2.4dB 以上である。
【0014】
図12(a)、(b)のフィルタ特性からGPS帯の検査帯域(E’)における最大挿入損失はカット角42°、46.5°とも検査規格を満たしているものの、減衰特性に関してはいずれのカット角とも検査規格を満たしていない。図8に示したように並列腕SAW共振子のアース配線の工夫により、通過域低域側や通過域高域側に形成される減衰極により、大きな減衰量は得られたもののラダー型SAWフィルタの帯域幅が広すぎるために通過域近傍の減衰特性が不十分である。
このように特開平9−167936号公報、米国特許6556104号公報に開示されている回転YカットX伝搬LiTaO3基板を用いたラダー型SAWフィルタでは、GPS受信機のRFフィルタとしては帯域幅が広すぎ、GPS受信機の要求規格を満たせないことが分かった。
【0015】
これを改善するにはラダー型SAWフィルタを狭帯域化する手段が必要となる。ラダー型SAWフィルタを狭帯域化するには、並列腕及び直列腕に配置されるSAW共振子の容量比γを大きくする手段が必要である。この他にも並列腕のインピーダンスを小さくして直列腕のインピーダンスを大きくする方法や、並列腕と直列腕とからなるラダー型基本区間フィルタの接続段数を増やす方法等があるが、前者の場合は挿入損失の劣化が生じ、後者の場合は挿入損失の劣化に加えラダー型SAWフィルタが大型化するという欠点がある。これらの理由から通過帯域内の低損失と通過域近傍の高減衰特性と共に満たすには、ラダー型SAWフィルタを構成するSAW共振子の容量γを大きくする手段が最良と考えられる。
【0016】
特開平8−65089号公報にはSAW共振子に直列、あるいは並列に容量を付加したラダー型SAWフィルタの発明が開示されている。付加容量を直列または並列接続することによりSAW共振子の容量比γを大きくし、狭帯域のラダー型SAWフィルタを実現できると記述されている。
また、特開平9−167937号公報にはSAW共振子に容量を直列、または並列に接続したタイプのラダー型SAWフィルタの発明が開示されている。同公報の他の実施例において、直列腕SAW共振子にインダクタを並列接続したラダー型SAWフィルタも記述されている。これによると直列腕SAW共振子にインダクタを並列接続したタイプのラダー型SAWフィルタは、通過帯域幅を保ちつつ通過域高域側の減衰傾度を急峻にできると記述されている。
【0017】
前記特開平8−65089号公報、特開平9−167937号公報に記述されているラダー型SAWフィルタは、SAW共振子にリアクタンスを直列または並列接続するため、リアクタンスパターン(くし型キャパシタ,平行平板キャパシタ,マイクロストリップインダクタ等)と、これをSAW共振子に接続するための接続配線パターンを圧電基板上に設ける必要があるため、圧電基板上の配線が複雑、且つ配線の自由度が減少し、さらに圧電基板上のSAW共振子配置可能数が減少する等の欠点を有している。
【0018】
SAW共振子にリアクタンスを接続することなしに、SAW共振子の容量比γを大きくする手段として、SAW共振子のIDT電極に間引き重み付けを施す手法がある。この手法は、特開平11−163664号公報や特開2002−353769号公報に詳細に開示されている。特開平11−163664号公報の間引き重み付けは、IDT電極内に電極指が配置されない箇所を周期的に設けるもので、間引きの種類としては励振及び反射間引きに属する。
また、特開2002−353769号公報の間引き重み付けは、励振間引き(反射は間引かない)で、IDT電極内の間引き重み付けをSAW伝搬方向に対して左右で異なるようにしたものである。
【0019】
しかし、IDT電極に間引き重み付けを施したSAW共振子の容量比γは大きくなるものの、SAW共振子の損失が大きくなるという欠点があるため、ラダー型SAWフィルタの通過帯域内の挿入損失が増大し、通過帯域内の伝送特性が単峰になり、カットオフの減衰傾度が低下する等の欠点がある。また間引きに起因してスプリアスも発生し、ラダー型SAWフィルタの伝送特性が劣化する問題もある。
【0020】
一方、特開2001−77662号公報にはLiTaO3基板の切断角、つまりオイラー角を限定し、該基板上に形成するIDT電極に金(Au)やクロム(Cr)等の比重の大きい電極材料を用い、その膜厚を適切に選ぶことにより、伝搬損失の少ないSAWデバイスが得られたと記述されている。LiTaO3のオイラー角はIDT電極の電極材料により異ならせている。例えば、電極材料が金(Au)の場合、オイラー角は(0°,125°〜146°,0°±5°)となり、基準化電極膜厚H/λは0.001〜0.05の範囲としている。電極材料がクロム(Cr)の場合は、オイラー角は(0°,125°〜147°,0°±5°)とし、H/λは0.003〜0.05の範囲としている。
【0021】
特開2001−77662号公報の記述の通り、IDT電極を形成する電極材料に比重の大きい金属を用いた場合、アルミニウム(Al)のように比重の小さい金属を用いるよりも電気機械結合係数が大きくなる。従って、前記公報の手段は、SAW共振子の容量比γを大きくしたいという要求に対しては逆行することになる。同公報の手段に基づいてSAW共振子の容量比γを大きくする場合は、前記したようにSAW共振子にリアクタンスを接続し、あるいはSAW共振子のIDT電極に間引き重み付けを施す等の手段を併用せざるを得ず、従来技術が有していた欠点が解決されず残ることになる。
【0022】
また、IDT電極の電極材料として一般的な材料はアルミニウム(Al)を主成分としたものである。金(Au)やクロム(Cr)等を主成分とした金属を電極材料として用いると、Al合金電極を形成する製造工程や製造設備とは別な設備を用意する必要が生じる。製造設備を共用する場合には電極材料の切換え作業等が新たに生じ、製造設備や製造工程の簡略化、簡素化という面からも望ましくない。ひいては、SAWデバイスの生産性低下や設備費用の増大による製造コストの上昇を招くおそれもある。
【0023】
特開2003−188679号公報には、25°〜55°回転YカットX伝搬のLiTaO3基板上にアルミニウム(Al)よりも密度の大きい金属(もしくは合金)からなるIDT電極を形成し、周波数温度特性を改善するため、IDT電極上にSiO2膜を形成したSAWデバイスが開示されている。また同公報には、Alよりも密度の大きな金属のIDT電極に対するSiO2膜の密着強度を高めるため、IDT電極の上面にAl等からなる密着層を設けたSAWデバイスについても記述されている。このAl等からなる密着層の膜厚は表面波の波長λの1%以下が望ましいとの記述されている。同公報にはIDT電極にAlよりも密度の高い金属を用いることでIDT電極膜厚を、Alを用いた場合より薄くすることができ、周波数温度特性改善のためにIDT電極上に設けたSiO2膜に発生するクラックを抑制することができると記されている。
【0024】
特開2003−188679号公報に示されたIDT電極は、電極材料として前に説明した特開2001−77662号公報と同じ電極材料が挙げられているので、特開2001−77662号公報と同じ問題、即ちIDT電極に比重の大きい金属を用いることで、Alのように比重の小さい金属を用いるよりも電気機械結合係数が大きくなり、SAW共振子の容量比γを大きくしたいという要求に逆行する。また、製造設備や製造工程の簡略化、簡素化に逆行するという欠点、SAWデバイスの生産性低下や設備費用の増大により製造コスト上昇を招くという欠点等を有している。
また特開2003−188679号公報では、IDT電極上にSiO2膜を付着することを前提としているが、この手段ではSiO2膜を付着するための製造工程を追加する必要があり、生産性の低下が懸念される。また、周波数温度特性を改善するには、IDT電極上にかなり厚い膜厚のSiO2を形成する必要があり、SiO2の膜応力等によりLiTaO3ウエハが破損するおそれがあり、LiTaO3ウエハの薄型化が困難になる等の問題を有する。
【0025】
特開2003−188679号公報には、AlからなるIDT電極の規格化電極膜厚H/λを0.04まで薄くすることにより、電気機械結合係数が小さくなるとの記述されている。これに基づき、図9に示したような導波路構造のSAW共振子を試作した。圧電基板は38.7°回転YカットX伝搬LiTaO3を用い、電極の材料はCuを1.0wt%含有したAl合金、波長Lt=λを4μm、電極対数Nを50対,反射器本数Mをそれぞれ100本、交差幅Wを20λ、IDT電極ライン占有率を46.1%、電極指先端ギャップG0を0.15λ、ダミー電極長D0を0.75λ、ダミー電極ライン占有率を60%、Lt/Lrを1.0、Ltrを0.5λ、基準化電極膜厚H/λを0.04に設定し、IDT電極上のSiO2膜は設けていない。
図13は上記のパラメータを用いて試作したSAW共振子のインピーダンス絶対値の周波数特性を示す図である。この図から反共振周波数の高域側近傍に大きなスプリアスが発生していることが分かる。このようなSAW共振子をラダー型SAWフィルタの並列腕に用いた場合には、通過帯域内もしくは通過域高域側近傍におおきなスプリアスが発生することになる。このスプリアスを反共振周波数から遠ざける手法として、IDT電極上にSiO2等の絶縁膜を形成することが知られているが、これにはかなり厚いSiO2膜を形成する必要があり、SiO2膜の形成に伴う前述の欠点が伴う。
【0026】
また、IDT電極の電極膜厚を薄くすることは、耐電力性や静電気耐圧性の劣化が生じ、また電極の電気的抵抗の増大によるフィルタ特性の劣化が伴う場合があるので好ましくない。また、特開2003−188679号公報にはSiO2膜/Au電極/回転YカットX伝搬LiTaO3構造 におけるLiTaO3基板のカット角θと、電気機械結合係数との関係が示されており、カット角θを大きくするほど電気機械結合係数が小さくなる傾向が示されている。この傾向はSiO2の膜厚が0、即ちSiO2膜なしの場合でも同じである。ただし、電極材料としてのAuは、先に述べた欠点を有すると共に、Auが高価な電極材料であることや、LiTaO3等の金属酸化物との密着性が弱い等の品質、信頼性が低下する等の欠点もある。
【0027】
特開2003−218664号公報にはオイラー角(0°±3°,110°〜150°,0°±3°)のLiTaO3基板上に銀(Ag)からなるIDT電極を形成し、周波数温度特性を改善するためIDT電極上にSiO2膜を形成したSAWデバイスが開示されている。この手段も前に挙げた特開2003−188679号公報と同様の欠点を有している。つまり、Agが高価な電極材料であることや、AgがLiTaO3等の金属酸化物との密着性が弱いという欠点を有している。
【特許文献1】特開平9−167936号公報
【特許文献2】米国特許6556104号公報
【特許文献3】特開平8−65089号公報
【特許文献4】特開平9−167937号公報
【特許文献5】特開平11−163664号公報
【特許文献6】特開2002−353769号公報
【特許文献7】特開2001−77662号公報
【特許文献8】特開2003−188679号公報
【特許文献9】特開2003−218664号公報
【特許文献10】特開平11−92147号公報
【特許文献11】特開2004−35396号公報
【非特許文献1】http://www.cdmatech.com/solutions/pdf/msm6275_chipset.pdf
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0028】
解決しようとする問題点は、上述したようにGPS受信機のRF用SAWフィルタに要求される規格を満たすフィルタが実現できない点である。
要求規格を満たさないSAWフィルタをRF回路や通信装置に使用すれば、回路や装置の性能を劣化させるという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【0029】
本発明は、GPS受信機のRF用フィルタの規格を満たするため、オイラー角(0°±4°,144.1°〜160.0°,0°±4°)のタンタル酸リチウム(LiTaO3)基板の主表面上に表面波の伝搬方向に沿って形成された少なくとも1つのIDT電極と該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SAWデバイスであって、前記IDT電極及びグレーティング反射器をアルミニウムあるいはアルミニウム合金で形成し、その基準化電極膜厚H/λ(Hは電極膜厚、λは波長)を0.10から0.14の範囲に設定してSAWデバイスを構成することを特徴とする。
【発明の効果】
【0030】
本発明に係るカット角のタンタル酸リチウム基板と基準化電極膜厚とを用いてSAWデバイスを構成すれば、GPS受信機のRF用フィルタに要求される規格を全て満たすことができるという効果がある。また、本発明のSAWデバイスをRF回路や装置に用いれば、回路や装置の性能を向上させるという効果もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【0031】
図1(a)は本発明に係るラダー型SAWフィルタの実施の形態を示す回路図であって、圧電基板11の主表面上に弾性表面波の伝搬方向に沿って複数のSAW共振子を形成し、該SAW共振子を同一圧電基板11上に形成したリード電極にて、直列腕SAW共振子Xs、並列腕SAW共振子Xp、直列腕SAW共振子Xs、並列腕SAW共振子Xpと順次梯子状に接続して、ラダー型SAWフィルタ素子12を構成する。そして、図1(b)の断面図に示すように、ラダー型SAWフィルタ素子12(SAWチップ)上に形成したパッド電極13とアルミナセラミック基板14に形成した接続用の電極15とを金バンプ16を介してフリップチップ実装する。そして、この上に封止用樹脂17を塗布し、硬化させればSAWチップは密封され、内部に空間18を有るチップ・サイズ・パッケージ(CSP)が構成される。アルミナセラミック基板14は多層構造でパッケージの内側の電極15と外部電極19とはアルミナセラミック基板14の内部配線20により接続し、ラダー型SAWフィルタを構成する。
【0032】
GPS受信機のRF用フィルタは、GPS帯における挿入損失が2.2dB 以下、MCA帯、イリジウム帯、インマルサットアップリンク帯における減衰量が45dB 以上、インマルサットダウンリンク帯の減衰量が2.4dB 以上という規格を満たす必要がある。回転YカットX伝搬LiTaO3を用いたラダー型SAWフィルタがこの条件を満たすためには、各々のSAW共振子の容量比γがどのような値をとるすべきかを検討した。その結果、直列腕及び並列腕SAW共振子の容量比γが共に14.6〜23.6の範囲内の値をとることが必要であることが分かった。容量比γが14.6よりも小さい場合はGPS帯近傍の減衰帯域の規格を満たすことができず、容量比γが23.6よりも大きい場合はGPS帯における挿入損失の規格を満たすことができない。
【0033】
そこで、電極材料にAlを用いた場合の、回転YカットX伝搬LiTaO3のカット角と基準化電極膜厚H/λとをパラメータとして、図9のような導波路構造のSAW共振子の容量比γについてシミュレーションを行った。SAW共振子の設計パラメータは、波長Lt=λを2.5μm、IDT電極対数Nを50対、反射器の本数Mをそれぞれ100本、交差幅Wを20λ、IDT電極ライン占有率50%、電極指先端ギャップG0を0.15λ、ダミー電極長D0を0.75λ、ダミー電極ライン占有率を60%、Lt/Lr=1.0、Ltr=0.5λとし、SiO2膜はIDT電極上に付着しない。図2にカット角と基準化電極膜厚H/λとに対して求めたSAW共振子の容量比γを示す。図2より、カット角が54.1°〜70°の範囲で、且つH/λが0.10〜0.14の範囲の値をとる場合、容量比γは14.6〜23.6の範囲内の値となることが判明した。これに対して、カット角が42°、46.5°ではH/λを0.10から0.14まで変化させても容量比γは14.6より小さくなることが分かった。即ち、カット角が42°、46.5°の場合、GPS帯近傍の減衰特性の規格を満たせず、図12のフィルタ特性のシミュレーション結果と一致している。
【0034】
また、カット角が75°では、H/λを0.12より小さい値にすると容量比γは23.6よりも大きくなり、GPS帯の挿入損失の規格2.2dB以下を満たせなくなる。カット角が75°で、且つH/λを0.12〜0.14の範囲内の値に設定すると、容量比γは14.6〜23.6の範囲内の値となるが、図3に示すようにカット角が大きくなると周波数温度係数(TCF)が劣化するため、カット角を70°よりも大きく設定するのは望ましくない。また、リーキー波の伝搬損失もカット角が70°以上になると大きくなり実用的ではなくなるので、カット角の範囲は54.1°〜70°の範囲が望ましい。
従来用いられたカット角の42°や46.5°よりもカット角を大きくすると、一般的に周波数温度係数が劣化するが、基準化電極膜厚H/λを大きく設定することにより周波数温度係数が改善されるので、カット角が54.1°〜70°の範囲では、H/λは0.10以上に設定すると良い。
【0035】
図4は55°回転YカットX伝搬LiTaO3を用いて試作したSAW共振子のインピーダンス絶対値の周波数特性である。電極の材料はCuを1.0wt%含有したAl合金、波長Lt=λを2.5μm、IDT電極対数Nを50対、反射器本数Mをそれぞれ100本、交差幅Wを14λ、IDT電極ライン占有率50%、電極指先端ギャップG0を0.20λ、ダミー電極長D0を1.00λ、ダミー電極ライン占有率を60%、Lt/Lrを0.98、Ltrを0.45λとし、IDT電極上にSiO2膜は設けていない。太い実線は基準化電極膜厚H/λが0.128の場合、細い実線はH/λが0.064の場合、細い破線はH/λが0.16の場合のインピーダンス絶対値の周波数特性である。基準化電極膜厚H/λが0.10〜0.14の範囲から外れると、共振子の損失が大きくなるため、H/λは0.10〜0.14の範囲に設定するのが良い。
【0036】
回転YカットX伝搬LiTaO3でカット角が54.1°〜70°に相当するオイラー角は(0°,144.1°〜160.0°,0°)となり、カット角以外については、実験の結果によると±4°の範囲内であれば良い。つまり、オイラー角表示で(0°±4°,144.1°〜160.0°,0°±4°)であるLiTaO3基板上に、AlまたはAlを主成分とする合金にて電極を形成し、該電極の基準化電極膜厚H/λを0.10〜0.14としたSAW共振子を用いてラダー型SAWフィルタを構成すれば、GPS受信機のRF用フィルタの要求規格を満足できるものと想定される。
【0037】
図5(a)、(b)はGPS受信機のRF用ラダー型SAWフィルタのフィルタ特性をシミュレーションにより求めた図で、同図(a)は減衰域のフィルタ特性、同図(b)は通過域を拡大した特性である。シミュレーションはSAW共振子のみ実測データを用い、その他は電磁界解析の結果を用いている。圧電基板に55°回転YカットX伝搬LiTaO3を用い、IDT電極をCuを1.0wt%含有したAl合金、電極膜厚Hを0.31μmとし、直列腕SAW共振子Xsは、波長Lt=λ=2.36μm、ダミー電極長D0を1.00λ、IDT電極ライン占有率を49.6%とし、並列腕SAW共振子Xpは、波長Lt=λ=2.43μm、ダミー電極長D0を0.75λ、IDT電極ライン占有率49.6%とし、その他のパラメータは図12に示したものと同一とした。また、直列腕及び並列腕SAW共振子のH/λはそれぞれ0.131及び0.127である。
図5に示すフィルタ特性の太い実線は本発明によるラダー型SAWフィルタであり、比較のため42°及び46.5°回転YカットX伝搬LiTaO3を用いたラダー型SAWフィルタのフィルタ特性も重ね書きした。前者のフィルタ特性は細い実線、後者は細い破線である。
図5から明らかなように、GPS受信機のRF用フィルタに要求される規格をすべて満足することが判明した。
【0038】
本発明のラダー型SAWフィルタには、LiTaO3の焦電効果に起因するIDT電極指の破壊防止と、図1(b)に示すようなCSP構造のフィルタにおける封止樹脂の帯電防止とで、圧電基板のバルク導電率を高めた回転YカットX伝搬LiTaO3を用い、そのカット角は55°としている。LiTaO3のバルク導電率を高める手段は、特開平11−92147号公報や特開2004−35396号公報に開示されている。実験の結果、LiTaO3のバルク導電率を高めたものと、通常のものをとでSAW共振子の特性に差は認められなかった。
【0039】
図5から明らかなように、本発明によるラダー型SAWフィルタは、従来のラダー型SAWフィルタでは満たすことのできなかった要求規格を全て満たすことが可能となった。通過帯域においてもフィルタ特性の劣化はなく、むしろ従来のラダー型SAWフィルタで生じていたリップルが、本発明のラダー型SAWフィルタでは抑圧されたため、図6に示すように、GPS帯検査帯域における最大挿入損失と最大偏差は従来のラダー型SAWフィルタよりも改善される結果となった。
従来のカット角を用いたラダー型フィルタにおいて通過域内でリップルが生じるのは、IDT電極内部のエネルギー閉じ込めが弱く、反射器の反射特性のサイドローブ特性が共振周波数付近で重畳するためと推定される。
【0040】
本発明に係る回転YカットX伝搬LiTaO3基板は従来のカット角よりも高角度の圧電基板を用い、且つ基準化電極膜厚H/λも大きく(厚く)したため、H/λが大きくなった分、各電極指からの反射も大きくなり、全体として反射係数が大きくなった。そのため、本発明に係るSAW共振子はIDT電極内部のエネルギー閉じ込めが強くなるので、反射器を省略することが可能となった。
従って、本発明に係るラダー型SAWフィルタは、IDT電極の両側に設けていた反射器を省略することができ、ラダー型SAWフィルタの小型化が可能となった。
【0041】
本発明の主たる目的は従来のものよりも狭いラダー型SAWフィルタを実現する手段を得ることであるが、広帯域化を図る場合には周知の技術、例えば並列腕のインピーダンスを大きくして直列腕のインピーダンスを小さくする方法や、並列腕と直列腕とからなる基本区間フィルタの縦続段数を減らす方法、並列腕SAW共振子と直列腕SAW共振子の周波数差を大きくする方法などを併用することにより、比帯域約3.5%(米国PCS用RFフィルタ等)の通過帯域幅を保証できる。
また、本発明はラダー型SAWフィルタのみでなく、DMSフィルタにも適用可能であり、入出力いずれか一方が平衡終端のフィルタにも適用可能である。ただ、本発明に係るSAW共振子はIDT電極内部のエネルギー閉じ込めが強く、近接した複数のIDT電極間の音響的な結合を利用するDMSフィルタにおいては、各IDT電極の対数を減らしてIDT電極間の音響結合を強める等の手段が必要となる。
さらに、本発明に係るSAWフィルタを用いて、SAW分波器を構成することも可能である。
また、本発明によるSAWフィルタをRF回路やGPS受信機等に使用すれば、SAWフィルタ単体の性能向上、小型化、低価格化のみならず、GPS受信機の性能向上、小型化、低価格化、部品点数減、低消費電力化という効果も発揮することができる。
【0042】
以上ではSAWデバイスを説明してきたが、Qualcomm社のチップセットMSM6275TMの Chipset Solution Data Sheet によれば、GPS受信回路のRF段には、GPSアンテナとPre−LNAとの間に1個のバンド・パス・フィルタ(以下、TOPフィルタと称す)、Pre−LNAとLNAとの間に1個のバンド・パス・フィルタ(以下、段間フィルタと称す)の2個のバンド・パス・フィルタが使用される。例えば、TOPフィルタにはSAWフィルタや積層セラミックLCフィルタ、同軸共振器型誘電体フィルタ等が用いられ、段間フィルタにはSAWフィルタ等が用いられる。一般にTOPフィルタには低損失な特性が要求され、段間フィルタには高減衰特性が要求されるが、例えば段間フィルタに用いるSAWフィルタの減衰特性が通過帯域内の挿入損失の劣化を伴わずに改善されれば、その分TOPフィルタに必要とされる減衰量は小さくできる。これにより様々な利点があり、例えばTOPフィルタに積層LCフィルタを用いる場合は、多層セラミックの積層数を減らすことができ、多層セラミックに内蔵するインダクタやキャパシタ等のエレメント数を減らすことができる等、小型化や低価格化に寄与することができる。またTOPフィルタに誘電体フィルタを用いる場合においては、同軸共振器の個数を減らすことも可能であり、小型化や低価格化に寄与することができる。さらに、TOPフィルタ自体を省略することも可能となり、回路に使う部品点数を減らし、増幅器等の能動素子の使用個数を減らすことによる低消費電力化も可能であろう。
【図面の簡単な説明】
【0043】
【図1】(a)は本発明に係るラダー型SAWフィルタの回路構成を示した図、(b)はラダー型SAWフィルタの断面を示す概略構成図である。
【図2】カット角と基準化電極膜厚とをパラメータとしたときの容量比γを示す図である。
【図3】カット角と基準化電極膜厚とをパラメータとしたときの周波数温度係数を示す図である。
【図4】SAW共振子のインピーダンス絶対値の周波数特性を示す図である。
【図5】本発明に係るラダー型SAWフィルタの、(a)は減衰特性、(b)は通過域特性を示す図である。
【図6】カット角と最大挿入損失、最大偏差との関係を示す図である。
【図7】(a)、(b)はラダー型基本区間フィルタとそのフィルタ特性を示す図である。
【図8】従来のラダー型SAWフィルタの回路構成を示した図である。
【図9】直列腕SAW共振子の電極パターンを示す図である。
【図10】並列腕SAW共振子の電極パターンを示す図である。
【図11】ラダー型SAWフィルタの構造を示す断面図である。
【図12】従来のラダー型SAWフィルタの、(a)は減衰特性、(b)は通過域特性を示す図である。
【図13】従来のSAW共振子のインピーダンス絶対値の周波数特性を示す図である。
【符号の説明】
【0044】
11 圧電基板
14 アルミナセラミック基板
Xs 直列腕SAW共振子
Xp 並列腕SAW共振子
GND1、GND2 接地
12 SAWチップ
13 パッド電極
15 接続用の電極
16 金バンプ
17 樹脂
18 空間
19 外部電極
20 内部配線
【特許請求の範囲】
【請求項1】
オイラー角(0°±4°,144.1°〜160.0°,0°±4°)のタンタル酸リチウム(LiTaO3)基板の主表面上に表面波の伝搬方向に沿って形成された少なくとも1つのIDT電極と該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SAWデバイスであって、前記IDT電極及びグレーティング反射器をアルミニウムあるいはアルミニウム合金で形成し、その基準化電極膜厚H/λ(Hは電極膜厚、λは波長)を0.10から0.14の範囲に設定したことを特徴とするSAWデバイス。
【請求項2】
オイラー角(0°±4°,144.1°〜160.0°,0°±4°)のタンタル酸リチウム基板と、該タンタル酸リチウム基板の主表面上に表面波の伝搬方向に沿って形成された少なくとも1つのIDT電極を備えたSAWデバイスであって、前記IDT電極をアルミニウムあるいはアルミニウム合金で形成し、その基準化電極膜厚H/λ(Hは電極膜厚、λは波長)を0.10から0.14の範囲に設定したことを特徴とするSAWデバイス。
【請求項3】
前記SAWデバイスが一端子対SAW共振子であることを特徴とする請求項1または2に記載のSAWデバイス。
【請求項4】
前記タンタル酸リチウム基板上に形成したリード電極にて前記SAWデバイスを直列腕、並列腕と順次梯子状に接続してラダー型SAWフィルタを構成したことを特徴とする請求項1または2に記載のSAWデバイス。
【請求項5】
請求項4に記載のSAWデバイスを用いて分波器を構成したことを特徴とするSAWデバイス。
【請求項6】
前記タンタル酸リチウム基板がバルク導電率を高めたものであることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載のSAWデバイス。
【請求項7】
前記タンタル酸リチウム基板が該基板の導電性を高めるため熱と化学的に還元する雰囲気との組み合わせに放置したものであることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載のSAWデバイス。
【請求項8】
前記タンタル酸リチウム基板が該基板の導電性を高めるためキュリー温度未満の温度にて金属蒸気を含む雰囲気で加熱したことを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載のSAWデバイス。
【請求項9】
請求項1乃至8のいずれかに記載のSAWデバイスをGPS受信機の回路に搭載したことを特徴とする装置。
【請求項1】
オイラー角(0°±4°,144.1°〜160.0°,0°±4°)のタンタル酸リチウム(LiTaO3)基板の主表面上に表面波の伝搬方向に沿って形成された少なくとも1つのIDT電極と該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SAWデバイスであって、前記IDT電極及びグレーティング反射器をアルミニウムあるいはアルミニウム合金で形成し、その基準化電極膜厚H/λ(Hは電極膜厚、λは波長)を0.10から0.14の範囲に設定したことを特徴とするSAWデバイス。
【請求項2】
オイラー角(0°±4°,144.1°〜160.0°,0°±4°)のタンタル酸リチウム基板と、該タンタル酸リチウム基板の主表面上に表面波の伝搬方向に沿って形成された少なくとも1つのIDT電極を備えたSAWデバイスであって、前記IDT電極をアルミニウムあるいはアルミニウム合金で形成し、その基準化電極膜厚H/λ(Hは電極膜厚、λは波長)を0.10から0.14の範囲に設定したことを特徴とするSAWデバイス。
【請求項3】
前記SAWデバイスが一端子対SAW共振子であることを特徴とする請求項1または2に記載のSAWデバイス。
【請求項4】
前記タンタル酸リチウム基板上に形成したリード電極にて前記SAWデバイスを直列腕、並列腕と順次梯子状に接続してラダー型SAWフィルタを構成したことを特徴とする請求項1または2に記載のSAWデバイス。
【請求項5】
請求項4に記載のSAWデバイスを用いて分波器を構成したことを特徴とするSAWデバイス。
【請求項6】
前記タンタル酸リチウム基板がバルク導電率を高めたものであることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載のSAWデバイス。
【請求項7】
前記タンタル酸リチウム基板が該基板の導電性を高めるため熱と化学的に還元する雰囲気との組み合わせに放置したものであることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載のSAWデバイス。
【請求項8】
前記タンタル酸リチウム基板が該基板の導電性を高めるためキュリー温度未満の温度にて金属蒸気を含む雰囲気で加熱したことを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載のSAWデバイス。
【請求項9】
請求項1乃至8のいずれかに記載のSAWデバイスをGPS受信機の回路に搭載したことを特徴とする装置。
【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2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【公開番号】特開2006−13576(P2006−13576A)
【公開日】平成18年1月12日(2006.1.12)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2004−183293(P2004−183293)
【出願日】平成16年6月22日(2004.6.22)
【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18年1月12日(2006.1.12)
【国際特許分類】
【出願日】平成16年6月22日(2004.6.22)
【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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