專利名稱：聲表面波器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及聲表面波元件并聯(lián)連接的聲表面波器件。
尤其是如GSM(Global System for Mobile Communication全球移動(dòng)通信系統(tǒng))的中頻(IFIntermediate Frequency)濾波器那樣，重視低損耗性，并且寬頻帶中，相鄰頻道靠近，因而在要求陡峭濾波器特性的系統(tǒng)用聲表面波元件中，采用例如多級(jí)級(jí)聯(lián)的諧振子型濾波器。
然而，多級(jí)級(jí)聯(lián)諧振子型濾波器為了確保陡峭性，需要增多級(jí)數(shù)，導(dǎo)致?lián)p耗變大。為了做到寬頻帶，各諧振子濾波器級(jí)間需要進(jìn)行調(diào)諧，難以安裝。
作為其他聲表面波濾波器，已知例如特開昭62-43204號(hào)公報(bào)和特開平9-214284號(hào)公報(bào)等記述的結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)利用各級(jí)諧振子中多模頻率間隔，實(shí)現(xiàn)寬頻帶化。
然而，這些濾波器由于多諧振頻率間隔主要取決于壓電基片固有的機(jī)電耦合系數(shù)，寬頻帶化受限制。而且，模帶外非所需高次模的相位不設(shè)定成與對(duì)方諧振子型濾波器的相位反相，則不能抑制非所需高次模。因此，實(shí)際上不可能又抑制帶外特性，又設(shè)計(jì)帶內(nèi)特性，用途受限制。
近年來，采用聲表面波元件RSPUDT(Resonant Single Phase Uni-Directional Transducer諧振單相單方向換能器)的聲表面波濾波器設(shè)計(jì)自由度高，損耗低且容易實(shí)現(xiàn)小型化，因而一直得到廣泛應(yīng)用。該RSPUDT為了使聲表面波傳播特性具有方向性，將形成單方向性電極結(jié)構(gòu)的梳狀電極所構(gòu)成的SPUDT(單相單方向換能器)相對(duì)配置，使激勵(lì)波的主傳播方向相互反向。
然而，這種聲表面波濾波器為了得到單方向性，積極利用電極指的內(nèi)部反射，其帶寬和過渡帶特性均取決于正向的單向電極與反向的單向電極的比率、反射率和電極指個(gè)數(shù)，因而獨(dú)立設(shè)計(jì)帶寬和過渡帶特性受到限制。尤其是難以兼有寬帶和陡峭過渡帶特性。
因此，本發(fā)明是考慮上述情況而完成的，其目的在于提供要求損耗小、頻帶寬且陡峭過渡帶特性的聲表面波器件。
發(fā)明揭示本發(fā)明涉及的聲表面波器件包含2個(gè)以上換能器，該換能器形成在壓電基片上，具有具備一對(duì)梳狀電極，并且表面波傳播方向相互反向的多個(gè)區(qū)域，這些換能器中至少2個(gè)相互并聯(lián)連接。
發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)RSPUDT結(jié)構(gòu)的聲表面波元件中，或換能器內(nèi)部正向SPUDT區(qū)與反向SPUDT區(qū)的比率(各SPUDT區(qū)電極指根數(shù)的比率)變化，則該換能器的頻率特性發(fā)生變化，尤其是諧振點(diǎn)間隔發(fā)生變化。
即，采用RSPUDT結(jié)構(gòu)的換能器的聲表面波元件，進(jìn)行已有橫向型濾波器與諧振子型濾波器中間動(dòng)作，形成以換能器內(nèi)部正向SPUDT區(qū)與反向SPUDT區(qū)的邊界為端面的諧振腔，呈現(xiàn)多模諧振頻率特性，頻率一振幅特性上具有多個(gè)峰(諧振點(diǎn))。
此RSPUDT結(jié)構(gòu)的濾波器中，隨著使換能器內(nèi)部正向SPUDT的電極指根數(shù)與反向SPUDT的電極指根數(shù)的比率變化，諧振腔長度發(fā)生變化。結(jié)果頻率軸上的諧振點(diǎn)位置也變化。例如，在45°X-Z四硼酸鋰(Li284O7LBO)壓電基片上形成的RSPUDT結(jié)構(gòu)換能器中，正向SPUDT區(qū)的電極指根數(shù)增多(提高正向SPUDT區(qū)的比率)，則顯然諧振點(diǎn)間隔擴(kuò)大。這點(diǎn)的詳細(xì)說明，請(qǐng)參閱1999 IEEEULTRASONICS SYMPOSIUM PROCEEDING Vol.1 P351～356。
利用此現(xiàn)象，反相并聯(lián)連接2個(gè)(或2個(gè)以上)RSPUDT，最好做成RSPUDT的雙方的諧振點(diǎn)在頻率軸上等間隔排列，以構(gòu)成濾波器，并使輸出阻抗匹配，從而能實(shí)現(xiàn)將2個(gè)RSPUDT的頻率特性加以合成的寬頻帶通過特性。這時(shí)，利用控制RSPUDT的諧振點(diǎn)間隔，可實(shí)現(xiàn)所希望的通帶特性，并且僅通過改變正向SPUDT和反向SPUDT的電極指根數(shù)的比率，就可控制諧振點(diǎn)間隔。因此，可利用電極設(shè)計(jì)上的小變動(dòng)，比較自由地安排通帶寬度。
設(shè)并聯(lián)連接的換能器中，一方的換能器的諧振頻率為Fl1、Fc1、Fu1，另一方換能器的諧振頻率為Fl2、Fc2、Fu2，則具有以下關(guān)系Fl1＜Fl2＜Fc2＜Fc1＜Fu1＜Fu2。
因此，帶外特性，尤其是過渡帶特性，由于在諧振頻率Fl1附近的低頻端和諧振頻率Fu2附近的高頻端保持相互反相的關(guān)系，所以一方換能器與另一方換能器的通過特性相互抵消，能實(shí)現(xiàn)陡峭的過渡帶特性，從而可實(shí)現(xiàn)陡峭性。
且，F(xiàn)l1的相位與Fl2的相位相反，F(xiàn)c1的相位與Fc2的相位相反，F(xiàn)u1與Fu2也反相，因而能展寬頻帶。
諧振頻率Fl1、Fc1、Fu1、Fl2、Fc2、Fu2中，使至少4個(gè)諧振頻率的間隔大致相等，因而能達(dá)到寬頻帶。
諧振頻率Fl1、Fc1、Fu1、Fl2、Fc2、Fu2中，至少4個(gè)諧振頻率的插入損耗值大致相等，因而與頻率無關(guān)，均勻達(dá)到寬頻帶。
可在同一芯片上形成一方換能器和另一方換能器。
也可在不同的芯片上形成一方換能器和另一方換能器。
此聲表面波器件1結(jié)構(gòu)上做成在同一芯片上并聯(lián)連接作為第1聲表面波元件的聲表面波濾波器A和作為第2聲表面波元件的聲表面波濾波器B。
這些聲表面波濾波器A和B均由配置在聲表面波主傳播方向的2個(gè)RSPUDT 5、9、13、16構(gòu)成。為了方便，將聲表面波(SAW)的行進(jìn)方向設(shè)為圖中右方是正向，左方是反向。于是，各RSPUDT分別由往正向傳SAW的正SPUDT 3、8、11、15和往反向傳SAW的反SPUDT 4、7、12、14構(gòu)成。
圖2示出SPUDT電極結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子。即，具有梳狀電極結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)交叉組合壓電基片10上所形成一對(duì)總線條中一總線條連接的λ/8(λ為聲表面波波長)寬的電極指3a和另一總線條連接的3λ/8寬的電極指3b及λ/8寬的電極指3C。
此梳狀電極結(jié)構(gòu)中，激勵(lì)波與在電極端部產(chǎn)生的內(nèi)部反射波的相位關(guān)系為圖中右方與左方不同。由于這種激勵(lì)波與內(nèi)部反射波的相位關(guān)系，激勵(lì)的聲表面波在一個(gè)方向增強(qiáng)，相反的方向減弱，因而得到單方向性。
本實(shí)施例中，對(duì)該梳狀電極結(jié)構(gòu)，將做成正好折疊線對(duì)稱的梳狀電極結(jié)構(gòu)排成一個(gè)換能器，從而得到RSPUDT結(jié)構(gòu)。
即，

圖1所示正SPUDT和反SPUDT構(gòu)成具有互連接在公用總線條的梳狀電極的一個(gè)換能器，并將其邊界夾在中間，從而電極配置形成線對(duì)稱結(jié)構(gòu)。
這里，所謂線對(duì)稱結(jié)構(gòu)，并非指完全線對(duì)稱。例如，正SPUDT與反SPUDT的電極指根數(shù)未必相同，下文將說明，可根據(jù)所需特性，改變各電極指根數(shù)的比率。
一個(gè)換能器不一定需要用一對(duì)正SPUDT區(qū)和反SPUDT區(qū)構(gòu)成，也可構(gòu)成一個(gè)換能器的內(nèi)部排列幾個(gè)正SPUDT區(qū)和反SPUDT區(qū)。
實(shí)際構(gòu)成濾波器時(shí)，例如利用此方向性進(jìn)行加權(quán)，以實(shí)現(xiàn)所希望的濾波器特性，因而正SPUDT和反SPUDT的排列往往復(fù)雜。因而，本發(fā)明不特別限定于圖1所示的RSPUDT結(jié)構(gòu)，當(dāng)然也可用上次復(fù)雜結(jié)構(gòu)的RSPUDT結(jié)構(gòu)。
濾波器A和B具有將上述正SPUDT與反SPUDT的邊界作為端部的諧振腔，進(jìn)行介于橫向型濾波器與諧振子型濾波器中間的動(dòng)作。這種結(jié)構(gòu)中，改變換能器內(nèi)部構(gòu)成正SPUDT的電極指與構(gòu)成反SPUDT的電極指的比率，則諧振腔長度發(fā)生變化。結(jié)果，這些濾波器的諧振模間隔也變化。
上述聲表面波濾波器A和聲表面波濾波器B分別具有3模諧振頻率。這時(shí)，設(shè)聲表面波濾波器A的諧振頻率為Fl1、Fc1、Fu1，聲表面波濾波器B的諧振頻率為F12、Fc2、Fu2，則具有以下關(guān)系Fl1＜Fl2＜Fc2＜Fc1＜Fu1＜Fu2。
如圖3和圖4所示，諧振頻率Fl1的相位與諧振頻率Fl2的相位符號(hào)相反，諧振頻率Fc1的相位與諧振頻率Fc2的相位符號(hào)相反，諧振頻率Fu1的相位與諧振頻率Fu2的相位符號(hào)相反。
對(duì)設(shè)定為諧振頻率Fl1、Fc1、Fu1，F(xiàn)l2、Fc2、Fu2中，至少4個(gè)諧振頻率的間隔大致相等，至少4個(gè)諧振頻率的插入損耗值大致相等。
使聲表面波濾波器A的3個(gè)諧振模和聲表面波濾波器B的3個(gè)諧振模，即共計(jì)6個(gè)諧振模，完全耦合，從而能形成一個(gè)大頻帶，如圖5所示。
在該頻帶的帶外，聲表面波濾波器A與聲表面波濾波器B，在頻帶附近也保持符號(hào)相反的關(guān)系，因而衰減量相互抵消，過渡帶特性的陡峭比聲表面波濾波器A和聲表面波濾波器B的單體加劇。這種狀態(tài)下，如果濾波器A與濾波器B的插入損耗電平相等，則頻帶附近的衰減量無限大。
圖6將反相并聯(lián)連接諧振子濾波器而構(gòu)成的聲表面波器件21作為圖1所示聲表面波器件1的比較例示出。
即，聲表面波器件21的結(jié)構(gòu)為在同一芯片上并聯(lián)連接作為第1聲表面波元件的聲表面波濾波器A和作為第2聲表面波元件的聲表面波濾波器B。
其中，聲表面波濾波器A由連接壓電基片20上形成的輸入端子22的IDT(Inter Digital Transducer叉指式換能器)25和連接壓電基片20上形成的輸出端子26的IDT29組成。
IDT25結(jié)構(gòu)上做成使梳狀電極23與梳狀電極24相互交叉。IDT29則使梳狀電極27與梳狀電極28相互交叉。
上述聲表面波濾波器B由連接壓電基片20上形成的輸入端子22的IDT33和連接壓電基片20上形成的輸出端子26的IDT36組成。
IDT33結(jié)構(gòu)上做成使梳狀電極31與梳狀電極32相互交叉。IDT36則使梳狀電極34與梳狀電極35相互交叉。
上述聲表面波濾波器A和聲表面波濾波器B，分別在其兩側(cè)具有反射器37。
上述聲表面波濾波器A和聲表面波濾波器B，還分別具有2模諧振頻率特性。這種情況下，即使聲表面波濾波器A的諧振頻率為Fl1、Fu1，聲表面波濾波器B的諧振頻率為Fl2、Fu2，其頻率特性也僅取決于基片的耦合常數(shù)和反射率，因而如圖7和圖8所示，與圖1所示的聲表面波器件1不同，難以謀求寬頻帶化。
上述實(shí)施例中，在同一芯片上形成聲表面波濾波器A和聲表面波濾波器B，但在不同的芯片上形成這兩種濾波器，也能取得同樣的的效果。
由于采用RSPUDT結(jié)構(gòu)，帶外特性也能利用以加權(quán)函數(shù)控制IDT的激勵(lì)或反射分布而自由設(shè)計(jì)。因此，與諧振子濾波器反相并聯(lián)連接的聲表面波器件21相比，能大幅度提高設(shè)計(jì)自由度。
即，與濾波器單體相比，能實(shí)現(xiàn)寬頻帶化，取得陡峭的過渡帶特性，同時(shí)能自由設(shè)計(jì)頻帶特性和帶外特性，而且能達(dá)到小型化。
下面，說明對(duì)在同一壓電基片上用鋁(Al)膜形成的2個(gè)RSPUDT構(gòu)成的聲表面波濾波器A、B進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。該濾波器采用LBO基片作為壓電基片，用于形成210MHz頻段的PCS(Personal Communications System個(gè)人通信系統(tǒng))的中頻濾波器。
圖9示出聲表面波濾波器A和50Ω系列頻率特性，圖10示出聲表面波濾波器B的50Ω系列頻率特性。
圖11示出并聯(lián)連接圖9所示頻率特性的聲表面波濾波器A和圖10所示頻率特性的聲表面波濾波器B時(shí)所得合成波形的頻率特性。
圖12示出的狀態(tài)為聲表面波器件1的輸入側(cè)連接由電阻R1、電容C1和電感L1組成的外部電路，聲表面波器件1的輸出側(cè)連接由電阻R2、電容C2和電感L2組成的外部電路，并且利用這些外部電路進(jìn)行匹配。
如圖12所示，取得匹配時(shí)，聲表面波器件1的模擬結(jié)果為圖13所示那樣，能得到與圖11所示情況下相同的頻率特性。
實(shí)際結(jié)果為圖14所示那樣的頻率特性，能得到與圖13所示模擬特性相同的結(jié)果。
上述實(shí)施例中，壓電基片采用LBO，但用其他壓電基片也能得到同樣的效果。
上述實(shí)施例中，對(duì)外部電路上需要調(diào)諧的中頻濾波器進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，但即使純50Ω驅(qū)動(dòng)的RF(Radio Frequency射頻)濾波器也能得到同樣的效果。
本發(fā)明不限定于上述實(shí)施例，在不脫離其要旨的范圍內(nèi)，可作其他種種變形加以實(shí)施。
產(chǎn)業(yè)上利用可能性綜上所述，根據(jù)本發(fā)明，首先，可由RSPUDT的頻率特性形成頻帶特性，該RSPUDT將形成單向性電極結(jié)構(gòu)的一對(duì)SPUDT相對(duì)配置，使傳播方向相互反向，以便傳播特性具有方向性。
且，通過改變RSPUDT中具有正向傳播特性的SPUDT的梳狀電極與具有反向傳播特性的SPUDT的梳狀電極之間的比率，即改變諧振腔，只要在梳狀電極的對(duì)數(shù)所規(guī)定的陷波范圍內(nèi)，就能自由控制頻帶寬度，從而能得到損耗低，頻帶寬，且陡峭的過渡帶特性。
權(quán)利要求
1.一種聲表面波器件，其特征在于，包含2個(gè)以上換能器，該換能器形成在壓電基片上，具備具有一對(duì)梳狀電極并且表面波傳播方向相互反向的多個(gè)區(qū)域；這些換能器中至少2個(gè)相互并聯(lián)連接。
2.如權(quán)利要求1所述的聲表面波器件，其特征在于，所述換能器分別具有3模諧振頻率特性。
3.如權(quán)利要求2所述的聲表面波器件，其特征在于，設(shè)并聯(lián)連接的所述換能器中，一方換能器的諧振頻率為Fl1、Fc1、Fu1，另一方換能器的諧振頻率為Fl2、Fc2、Fu2，則具有以下關(guān)系Fl1＜Fl2＜Fc2＜Fc1＜Fu1＜Fu2。
4.如權(quán)利要求2所述的聲表面波器件，其特征在于，設(shè)并聯(lián)連接的所述換能器中，一方換能器的諧振頻率為Fl1、Fc1、Fu1，另一方換能器的諧振頻率為Fl2、Fc2、Fu2，則Fl1的相位與Fl2的相位相反，F(xiàn)c1的相位與Fc2的相位相反，F(xiàn)u1的相位與Fu2的相位相反。
5.如權(quán)利要求2所述的聲表面波器件，其特征在于，設(shè)并聯(lián)連接的所述換能器中，一方換能器的諧振頻率為Fl1、Fc1、Fu1，另一方換能器的諧振頻率為Fl2、Fc2、Fu2，則6個(gè)諧振頻率Fl1、Fc1、Fu1、Fl2、Fc2、Fu2中，至少4個(gè)諧振頻率的間隔大致相等。
6.如權(quán)利要求2所述的聲表面波器件，其特征在于，設(shè)并聯(lián)連接的所述換能器中，一方換能器的諧振頻率為Fl1、Fc1、Fu1，另一方換能器的諧振頻率為Fl2、Fc2、Fu2，則6個(gè)諧振頻率Fl1、Fc1、Fu1、Fl2、Fc2、Fu2中，至少4個(gè)諧振頻率的插入損耗值大致相等。
7.如權(quán)利要求1所述的聲表面波器件，其特征在于，并聯(lián)連接的所述換能器中一方的換能器和另一方的換能器都形成在同一芯片上。
8.如權(quán)利要求1所述的聲表面波器件，其特征在于，并聯(lián)連接的所述換能器中一方的換能器和另一方的換能器分別形成在不同的芯片上。
全文摘要
一種聲表面波器件,在壓電基片上并聯(lián)連接由RSPUDT構(gòu)成的換能器;將傳播特性具有方向性的單向電極結(jié)構(gòu)的SPUDT相對(duì)配置,使傳播方向相互反向,從而構(gòu)成該RSPUDT。
文檔編號(hào)H03H9/64GK1327632SQ00802155
公開日2001年12月19日 申請(qǐng)日期2000年10月4日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月4日
發(fā)明者市川聰, 水戶部整一 申請(qǐng)人:東芝株式會(huì)社