專利名稱：表面聲波裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種表面聲波裝置，其中將具有相對低的通帶的第一濾波器和具有相對高的通帶的第二濾波器連接，更具體地，涉及一種表面聲波裝置，其中在第一壓電基板上提供第一濾波器，并且在第二壓電基板上提供第二濾波器，所述第二壓電基板不同于第一壓電基板。
背景技術：
最近，已經將用于蜂窩式便攜無線電話等中的分路濾波器的尺寸減小。為了減小這樣的分路濾波器的尺寸，已經采用了包含多個表面聲波共振器的表面聲波濾波器。
在分路濾波器中，將例如具有相對低的通帶的傳輸側濾波器和例如具有相對高的通帶的接收側濾波器連接。在這種情況下，當兩個濾波器的通帶彼此接近時，在具有低通帶的濾波器的通帶高頻側必須提高濾波器特性的陡度。另外，在具有高通帶的另一濾波器的通帶低頻側必須提高濾波器特性的陡度。
專利文件1公開了用于這種應用的表面聲波分路濾波器的一個實例。


圖12是顯示專利文件1中所述的表面聲波分路濾波器的示意性平面圖。
在圖12中所示的表面聲波分路濾波器101中，為了降低其尺寸和成本，在同一壓電基板102上提供第一濾波器103和第二濾波器104。即，通過在壓電基板102上形成構成多個表面聲波共振器的電極而提供具有相對低的通帶的第一濾波器103。類似地，通過在壓電基板102上形成構成多個表面聲波共振器的電極而提供具有相對高的通帶的第二濾波器104。
專利文件1還公開了這樣一種結構，其中在不同壓電基板上提供具有不同通帶的第一濾波器和第二濾波器。
專利文件1日本未審查專利申請公開No.4-369111發(fā)明內容然而，專利文件1沒有描述在分開的壓電基板上形成通帶頻率范圍相對低的第一濾波器和通帶頻率范圍相對高的第二濾波器時所使用的壓電基板類型。
如專利文件1所述，在同一壓電基板上提供傳輸側濾波器和接收側濾波器的結構以及在不同壓電基板上提供傳輸側濾波器和接收側濾波器的結構是已知的。在這種表面聲波分路濾波器中，主要使用具有使傳播衰減因子最小的交角的壓電基板。當在分開的壓電基板上提供傳輸側濾波器和接收側濾波器時，通常使用由具有使傳播衰減因子最小的交角的材料構成的兩塊壓電基板。
然而，在由相同材料構成的兩塊壓電基板上提供傳輸側濾波器和接收側濾波器的結構中，當該結構用于例如傳輸側濾波器的通帶和接收側濾波器的通帶彼此接近的分路濾波器中時，濾波器特性的陡度不足，并且難以達到滿意的頻率特性。
考慮到上述相關技術的現(xiàn)有狀況，本發(fā)明的一個目的是提供一種表面聲波裝置，其中有效提高具有相對低頻率范圍的第一濾波器通帶高頻側的濾波器特性的陡度和具有相對高的通帶的第二濾波器的通帶低頻側的濾波器特性的陡度，并且即使將該表面聲波裝置用于其中通帶彼此接近的應用中時，也可以獲得滿意的頻率特性。
本發(fā)明提供一種表面聲波裝置，包括第一濾波器和第二濾波器，在所述的第一濾波器中連接多個表面聲波共振器以在第一壓電基板上具有梯形電路結構，并且通帶的頻率范圍相對低，在所述的第二濾波器中連接多個表面聲波共振器以在第二壓電基板上具有梯形電路結構，并且通帶的頻率范圍相對高，其中所述的第一壓電基板和所述的第二壓電基板是旋轉Y-相交X-傳播LiTaO3基板，并且第一壓電基板的交角大于第二壓電基板的交角。
在本發(fā)明的一個更加限制的方面，第一壓電基板可以由交角為45°或更大的旋轉Y-相交X-傳播LiTaO3基板構成，第二壓電基板可以由交角小于45°的旋轉Y-相交X-傳播LiTaO3基板構成。
在根據本發(fā)明的表面聲波裝置中，優(yōu)選第一和第二濾波器分別包括提供在第一和第二壓電基板上的第一和第二電極，并且當?shù)谝缓偷诙姌O的密度分別用ρ1和ρ2(g/cm3)表示時，且第一和第二濾波器的波長分別用λ1和λ2(μm)表示時，優(yōu)選第一電極的薄膜厚度在0.18×λ1/ρ1～0.40×λ1/ρ1范圍內，并且優(yōu)選第二電極的薄膜厚度在0.27×λ2/ρ2～0.53×λ2/ρ2范圍內。
在本發(fā)明的一個更加限制的方面，第一電極和第二電極可以由Cu構成，第一電極的厚度可以在0.02λ1～0.045λ1范圍內，并且第二電極的厚度可以在0.03λ2～0.06λ2范圍內。
在根據本發(fā)明的表面聲波裝置中，優(yōu)選在第一壓電基板和第二壓電基板中的每個上提供用于改善溫度相關特性的SiO2薄膜。
SiO2薄膜的厚度優(yōu)選在第一濾波器和第二濾波器的波長的5％～50％范圍內。
優(yōu)選將SiO2薄膜的頂面平面化。
根據本發(fā)明的表面聲波裝置可適合用作例如雙工器。
在根據本發(fā)明的表面聲波裝置中，使用旋轉Y-相交X-傳播LiTaO3基板作為具有相對低的通帶的第一濾波器的第一壓電基板，并且也使用旋轉Y-相交X-傳播LiTaO3基板作為具有相對高的通帶的第二濾波器的第二壓電基板。由于LiTaO3基板具有大的機電系數(shù)，因此根據本發(fā)明可以提供低損耗表面聲波裝置。
此外，由于第一壓電基板的交角大于第二壓電基板的交角，因此可以有效提高第一濾波器和第二濾波器的濾波器特性的陡度。特別是，當?shù)谝粔弘娀宓慕唤菫?5°或更大時，構成第一濾波器的表面聲波共振器的反共振Q高于其共振Q，并且可以有效提高第一濾波器通帶高頻側的陡度。當?shù)诙弘娀宓慕唤切∮?5°時，構成第二濾波器的表面聲波共振器的共振Q高于其反共振Q，并且可以有效提高第二濾波器通帶低頻側的陡度。
當?shù)谝粸V波器的電極厚度在0.18×λ1/ρ1～0.40×λ1/ρ1范圍內，并且第二濾波器的電極厚度在0.27×λ2/ρ2～0.53×λ2/ρ2范圍內時，可以有效提高第一濾波器中表面聲波共振器的反共振Q，并且可以有效提高第二濾波器中表面聲波共振器的共振Q。因此，可以獲得更加滿意的頻率特性。
本發(fā)明中，當在第一和第二壓電基板中的每個上提供SiO2薄膜時，通過形成SiO2薄膜可以改善裝置的溫度相關頻率特性。特別是，當SiO2薄膜的厚度在波長的5％～50％范圍內時，可更加有效地改善共振頻率的溫度系數(shù)。
當將SiO2薄膜的頂面平面化時，與提供SiO2薄膜使得其頂面具有反映電極結構的不規(guī)則度的情況相比，可以抑制通帶中的不合需要的波動等。因此，可以獲得滿意的頻率特性。
附圖簡述圖1(a)和1(b)分別是根據本發(fā)明一個實施方案的表面聲波分路濾波器的第一濾波器和第二濾波器的示意性平面圖。
圖2是顯示根據本發(fā)明該實施方案的表面聲波分路濾波器的電路結構的電路圖。
圖3是顯示用于PCS的表面聲波雙工器中傳輸側濾波器的已知代表性頻率特性的一個實例的圖。
圖4是顯示用于PCS的表面聲波雙工器中接收側濾波器的已知代表性頻率特性的一個實例的圖。
圖5是顯示1-端口表面聲波共振器的阻抗和頻率特性之間關系的圖。
圖6是顯示1-端口表面聲波共振器的相和頻率特性之間關系的圖。
圖7是顯示1-端口表面聲波共振器的共振Q值和在低于梯形濾波器通帶的頻率的濾波器特性的陡度之間關系的圖。
圖8是顯示1-端口表面聲波共振器的反共振Q值和高于梯形濾波器通帶的頻率的濾波器特性的陡度之間關系的圖。
圖9是顯示旋轉Y-相交X-傳播LiTaO3基板的交角和共振Q值之間關系以及交角和反共振Q值之間關系的。
圖10是顯示Cu電極薄膜厚度和反共振Q值之間關系的圖。
圖11是顯示Cu電極薄膜厚度和共振Q值之間關系的圖。
圖12是顯示已知表面聲波分路濾波器的一個實例的示意性平面圖。
附圖標記1 表面聲波分路濾波器11第一濾波器12第二濾波器13第一壓電基板14第二壓電基板S11a～S11c串聯(lián)-臂共振器P11a和P11b并聯(lián)-臂共振器L11a和L11b電感元件C11 電容器元件ANT 天線S12a～S12c串聯(lián)-臂共振器P12a～P12d并聯(lián)-臂共振器L12a和L12b電感元件C12a和C12b電容器元件實施本發(fā)明的最佳方式現(xiàn)在將參考附圖描述本發(fā)明的具體實施方案，從而闡明本發(fā)明。
圖1(a)和1(b)分別是用于根據本發(fā)明一個實施方案的表面聲波分路濾波器中的第一和第二示意性平面圖。圖2是顯示其電路結構的圖。
該實施方案的表面聲波分路濾波器1是用于PCS的雙工器。在PCS的情況下，傳輸側的通帶在1,850～1,910MHz范圍內，接收側的通帶在1,930～1,990MHz范圍內。因此，在表面聲波分路濾波器1中，傳輸側的第一濾波器11具有在先的通帶，而具有相對高的通帶的接收側的第二濾波器12的通帶在1,930～1,990MHz范圍內。
如圖2中所示，第一濾波器11和第二濾波器12每個都具有這樣的結構，其中連接多個表面聲波共振器以具有梯形電路結構。在該實施方案中，第一濾波器11包括串聯(lián)-臂共振器S11a、S11b和S11c以及并聯(lián)-臂共振器P11a和P11b。第二濾波器12包括串聯(lián)-臂共振器S12a、S12b和S12c以及并聯(lián)-臂共振器P12a、P12b、P12c和P12d。
在第一濾波器11中，將電感器L11a連接在并聯(lián)-臂共振器P11a和地電位之間，并且將電感器L11b連接在并聯(lián)-臂共振器P11b和地電位之間。將電容器C11連接在天線輸入端ANT和串聯(lián)-臂共振器S11a之間。另一方面，在第二濾波器12中，將匹配電路連接在天線輸入端ANT和第二濾波器12的輸入端之間以進行阻抗-匹配。匹配電路包括安置在天線輸入端ANT和第二濾波器12之間的電感元件L12a，并且將電容器元件C12a和C12b連接在電感元件L12a的兩端和地電位之間。將電感元件L12b并聯(lián)地連接至串聯(lián)-臂共振器S12c。
如圖1(a)和1(b)中所示，串聯(lián)-臂共振器S11a～S11c、并聯(lián)-臂共振器P11a和P11b、串聯(lián)-臂共振器S12a～S12c和并聯(lián)-臂共振器P12a～P12d是由1-端口表面聲波共振器構成的，每個1-端口表面聲波共振器在表面聲波傳播方向上包括交叉指型電極和安置在交叉指型電極兩側的反射器。
在該實施方案中，在第一壓電基板13上提供第一濾波器11。即，在第一壓電基板13上提供各種電極以實現(xiàn)圖2中所示的第一濾波器11的電路結構。另一方面，在第二壓電基板14提供第二濾波器12。在第二壓電基板14提供各種電極以實現(xiàn)圖2中所示的第二濾波器12的電路結構。
在該實施方案的表面聲波分路濾波器1中，使用這樣的壓電基板作為第一壓電基板13，其中第一濾波器11中使用的表面聲波共振器的反共振Q大于該表面聲波共振器的共振Q，并且使用這樣的壓電基板作為第二壓電基板14，其中第二濾波器12中使用的表面聲波共振器的共振Q大于該表面聲波共振器的反共振Q。從而，如下所述地提高第一濾波器的通帶高頻側的濾波器特性的陡度和第二濾波器的通帶低頻側的濾波器特性的陡度。
圖3和4分別顯示了用于普通PCS的傳輸濾波器和接收濾波器的頻率特性的代表性實例。在PCS的情況下，傳輸側的通帶和接收側的通帶之間的頻率間隔非常窄，即，20MHz。傳輸側濾波器必須在1,930～1,990MHz的波段中具有充分的衰減。接收側濾波器必須在1,850～1,910MHz波段中具有充分的衰減。因此，在傳輸側濾波器中，適宜的是在通帶高頻側，即，在圖3中箭頭A所示的區(qū)域中，有效提高濾波器特性的陡度。在接收側濾波器中，適宜的是在通帶低頻側，即，在圖4中箭頭B所示的區(qū)域中，有效提高濾波器特性的陡度。在該實施方案的表面聲波分路濾波器1中，如下所述可以滿足這些要求。
圖5和6是顯示兩種1-端口表面聲波共振器的代表性阻抗特性和相特性的圖。圖7是顯示表面聲波共振器的共振Q值和包括多個表面聲波共振器的梯形濾波器的通帶低頻側的濾波器特性的陡度之間關系的圖。圖7縱軸所述的陡度是用由(衰減為3.0dB時的頻率)-(衰減為50dB時的頻率)確定的值表示的。
如從圖7明顯的是，隨著表面聲波共振器共振Q值的提高，梯形濾波器通帶低頻側的陡度得到了改善。
圖8是顯示表面聲波共振器的反共振Q值和梯形濾波器通帶高頻側的陡度之間關系的圖。圖8縱軸所述的陡度是用由衰減為3.0dB時的頻率-衰減為40dB時的頻率確定的值表示的。如從圖8明顯的是，隨著表面聲波共振器反共振Q值的提高，梯形濾波器通帶高頻側的陡度得到了改善。
因此，使用具有各種旋轉角的Y-相交X-傳播LiTaO3基板制備各種1-端口表面聲波共振器，并且確定共振Q值和反共振Q值。結果示于圖9中。構成表面聲波共振器的電極是由Cu組成的，并且其厚度為波長的4.0％(即，80nm)。IDT電極的線寬為0.5μm，波長為約2μm。此外，在表面聲波的傳播方向上，在IDT電極的兩側，使用Cu形成一對反射器，所述反射器具有與電極相同的0.5μm線寬和相同的4.0％厚度。此外，為了改善溫度相關特性，沉積SiO2薄膜以覆蓋電極。SiO2薄膜的厚度為波長的20％，即，400nm。
如從圖9明顯的是，共振Q和反共振Q通過改變1-端口表面聲波共振器的交角而改變。另外，顯示提供滿意的共振Q的交角和提供滿意的反共振Q的交角的結果是不同的。另一方面，如從圖7明顯的是，通過提高共振Q可以改善通帶低頻側的陡度，并且如從圖8明顯的是，通過提高反共振Q可以改善通帶高頻側的濾波器特性的陡度。因此，為了提高具有相對低的通帶的第一濾波器中高頻側的濾波器特性的陡度，提高使用的表面聲波共振器的反共振Q。為此，如圖9中所示，優(yōu)選使用具有大的交角的壓電基板。相反，為了提高具有相對高的通帶的第二濾波器中濾波器側的濾波器特性的陡度，提高表面聲波共振器的共振Q。為此，如圖9中所示，優(yōu)選使用具有小的交角的壓電基板。
因此，在該實施方案的表面聲波分路濾波器1中，第一濾波器11中使用的第一壓電基板13由交角大于第二壓電基板14交角的Y-相交X-傳播LiTaO3基板構成。因此，根據該實施方案，可以有效提高第一濾波器的通帶高頻側的濾波器特性的陡度和第二濾波器12的通帶低頻側的濾波器特性的陡度。
迄今，如專利文件1所述，在同一壓電基板上提供傳輸側濾波器和接收側濾波器。在這種情況下，壓電基板的交角不可避免地是相同的。因此，為了提高共振Q和反共振Q，使用交角為約45°的LiTaO3基板。然而，在該結構中，不能顯著提高傳輸側濾波器的通帶的高頻側的陡度和接收側濾波器的通帶的低頻側的陡度。
相反，在該實施方案的表面聲波分路濾波器中，第一壓電基板13和第二壓電基板14的交角是如上所述選擇的。因此，可以有效提高與在第一濾波器11和第二濾波器12通帶中對應部分的通帶相鄰的阻帶處的陡度。
如從圖9明顯的是，在旋轉Y-相交X-傳播LiTaO3基板中，表面聲波共振器的共振Q值的線和反共振Q值的線在約45°的交角處相交。反共振Q在交角為45°或更大時增大，而共振Q在交角小于45°時增大。因此，優(yōu)選第一壓電基板13由交角為45°或更大的旋轉Y-相交X-傳播LiTaO3基板構成，而優(yōu)選第二壓電基板14由交角小于45°的旋轉Y-相交X-傳播LiTaO3基板構成。
如上所述，在該實施方案的表面聲波分路濾波器中，使用具有不同交角的壓電基板13和14分別作為具有相對低的通帶的第一濾波器11和具有相對高的通帶的第二濾波器12。從而，對于各自的濾波器可以使用能夠實現(xiàn)最佳反共振Q和最佳共振Q的壓電基板。因此，可以有效提高第一濾波器通帶高頻側和第二濾波器12通帶低頻側的濾波器特性的陡度。
在上述實施方案中，表面聲波共振器的IDT電極由Cu構成。本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當改變電極的薄膜厚度時，表面聲波共振器的共振Q和反共振Q也被改變。圖10和11是分別顯示在改變由Cu構成的電極的薄膜厚度的情況下，1-端口表面聲波共振器的反共振Q的變化和共振Q的變化的圖。圖10中，使用交角為42°的旋轉Y-相交X-傳播LiTaO3基板作為壓電基板。圖11中，使用交角為46°的旋轉Y-相交X-傳播LiTaO3基板作為壓電基板。除薄膜厚度外的電極結構與上述實施方案相同。電極的薄膜厚度用厚度與波長的比率(％)表示，所述波長是基于電極指周期確定的。如從圖10和11明顯的是，通過改變由Cu構成的電極的薄膜厚度，改變了共振Q和反共振Q。參考圖10，當電極的薄膜厚度在波長的2％～4.5％范圍內時，反共振Q值滿意并且為700或更大。參考圖11，當電極的薄膜厚度在波長的3％～6％范圍內時，共振Q值滿意并且為700或更大。
因此，上述結果顯示，當?shù)谝粸V波器中Cu電極的薄膜厚度在波長的2％～4.5％范圍內時，并且當?shù)诙V波器12中Cu電極的薄膜厚度在波長的3％～6％范圍內時，共振Q值可以為700或更大，為滿意的值。因此，在第一濾波器11中，由Cu構成的電極的薄膜厚度優(yōu)選在波長的2％～4.5％范圍內，在第二濾波器12中，由Cu構成的電極的薄膜厚度優(yōu)選在波長的3％～6％范圍內。
圖10和11顯示了電極是由Cu構成的情況下的結果。備選地，本發(fā)明中，電極可以由Cu以外的金屬構成，例如，Cu合金，Cu以外的金屬或其合金，或者通過層壓多個金屬薄膜而制備的層壓的金屬薄膜。在這樣的情況下，優(yōu)選的薄膜厚度可以從電極的密度ρ和銅的密度ρCu之間的關系轉化得到。具體地，當電極的平均密度為ρ時，關于電極薄膜厚度的優(yōu)選范圍，可以基于Cu的密度，即，ρCu＝8.9(g/cm3)，確定第一濾波器11中電極的薄膜厚度的優(yōu)選范圍和濾波器中可以提高共振Q的電極薄膜厚度的優(yōu)選范圍。在等式(1)和(2)中，λ1和λ2分別表示基于第一濾波器和第二濾波器的電極指周期確定的波長，并且ρ1和ρ2分別表示第一濾波器和第二濾波器的電極的密度。當電極具有由多種金屬構成的多層結構，或者電極由合金等構成時，可以確定整個電極的平均密度并且用作電極的密度。
等式(1)第一濾波器中電極的薄膜厚度的優(yōu)選范圍＝0.18×λ1/ρ1～0.40×λ1/ρ1等式(2)第二濾波器中電極的薄膜厚度的優(yōu)選范圍＝0.27×λ2/ρ2～0.53×λ2/ρ2本發(fā)明的表面聲波裝置不僅可用于PCS的雙工器，而且可用于各種分路濾波器和雙工器。
壓電基板不限于LiTaO3基板，還可以使用其它壓電單晶基板如LiNbO3基板。
權利要求
1.一種表面聲波裝置，包含第一濾波器和第二濾波器，在所述的第一濾波器中連接多個表面聲波共振器以在第一壓電基板上具有梯形電路結構，并且通帶的頻率范圍相對低，在所述的第二濾波器中連接多個表面聲波共振器以在第二壓電基板上具有梯形電路結構，并且通帶的頻率范圍相對高，其中所述的第一壓電基板和所述的第二壓電基板是旋轉Y-相交X-傳播LiTaO3基板，并且所述的第一壓電基板的交角大于所述的第二壓電基板的交角。
2.根據權利要求1的表面聲波裝置，其中所述的第一壓電基板包含交角為45°或更大的旋轉Y-相交X-傳播LiTaO3基板，并且所述第二壓電基板包含交角小于45°的旋轉Y-相交X-傳播LiTaO3基板。
3.根據權利要求1或權利要求2的表面聲波裝置，其中所述的第一和第二濾波器分別包含提供在所述的第一和第二壓電基板上的構成濾波器的第一和第二電極，并且當所述的第一和第二電極的密度分別用ρ1和ρ2(g/cm3)表示，且基于所述的第一和第二濾波器的電極的電極指周期測量的波長分別用λ1和λ2(μm)表示時，所述第一電極的薄膜厚度在0.18×λ1/ρ1～0.40×λ1/ρ1范圍內，并且所述第二電極的薄膜厚度在0.27λ2/ρ2～0.53×λ2/ρ2范圍內。
4.根據權利要求3的表面聲波裝置，其中所述的第一電極和第二電極包含Cu，所述的第一電極的厚度在0.02λ1～0.045λ1范圍內，并且所述的第二電極的厚度在0.03λ2～0.06λ2范圍內。
5.根據權利要求1～4中任何一項的表面聲波裝置，其還包含提供在所述第一壓電基板和所述第二壓電基板中每個上的用于改善溫度相關特性的SiO2薄膜。
6.根據權利要求5的表面聲波裝置，其中所述的SiO2薄膜的厚度在所述第一濾波器和所述第二濾波器的波長的5％～50％范圍內。
7.根據權利要求5或權利要求6的表面聲波裝置，其中將所述的SiO2薄膜的頂面平面化。
8.根據權利要求1～7中任何一項的表面聲波裝置，其中所述的表面聲波裝置是雙工器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種表面聲波分路濾波器，其中提高具有相對低的通帶的第一濾波器素通帶高頻側的濾波器特性的陡度和具有相對高的通帶的第二濾波器的通帶低頻側的濾波器特性的陡度。該表面聲波分路濾波器(1)包括第一和第二濾波器(11，12)，第一和第二濾波器各自包括多個表面聲波共振器以形成梯形電路結構。在第一壓電基板(13)上提供通帶的頻率范圍相對低的第一濾波器(11)，并且在第二壓電基板(14)上提供通帶的頻率范圍相對高的第二濾波器(12)。第一和第二壓電基板(13，14)是旋轉Y－相交X－傳播LiTaO
文檔編號H03H9/25GK1930778SQ20058000753
公開日2007年3月14日 申請日期2005年3月2日 優(yōu)先權日2004年3月12日
發(fā)明者三村昌和, 小村知久, 谷口典生, 中尾武志, 門田道雄 申請人:株式會社村田制作所