專利名稱：表面聲波裝置的制作方法
發明
背景技術：
領域本發明涉及用作例如帶通濾波器的表面聲波裝置，尤其涉及一種具有與第二表面聲波諧振器濾波器并聯的第一表面聲波諧振器濾波器的表面聲波裝置。
相關技術描述業已設計了各種類型的表面聲波裝置，它們包括相互并聯的多個表面聲波諧振器濾波器。例如，日本特許公開No.6-334476(下稱專利文件1)揭示了一種表面聲波裝置，它包括設置在石英基板上的多個IDT電極，且包括IDT電極的第一表面聲波諧振器濾波器與同樣包括IDT電極的第二表面聲波諧振器濾波器并聯。這里，并聯的表面聲波諧振器濾波器的濾波特性向彼此移動(shift)以實現表面聲波裝置的寬頻帶濾波特性。
圖10示出了這種已知表面聲波裝置的濾波特性的實例。
另一方面，日本特許公開No.7-58585(下稱專利文件2)揭示了一種表面聲波裝置，它與專利文件1中揭示的表面聲波裝置類似。但是，專利文件2中揭示的并聯表面聲波諧振器濾波器的濾波特性的關系與專利文件1中的不同。這樣，參考圖11，虛線A和B分別示出表面聲波諧振器濾波器的第一特性和第二特性。實線示出表面聲波裝置的整體過濾特性。通過虛線A和B可以看出，每個表面聲波諧振器具有縱模的三個不同的諧振點。在專利文件2中的表面聲波裝置中，考慮了一個表面聲波諧振器濾波器的高頻側上的兩個諧振點和另一個表面聲波諧振器濾波器的低頻側上的兩個諧振點。因此，獲得了表面聲波裝置的整體濾波特性。
為了構建縱耦合的表面聲波諧振器濾波器，在壓電基板上并聯了多個表面聲波諧振器濾波器，如專利文件1和2中所揭示的。這種結構降低了表面聲波濾波器的阻抗。此外，通過使表面聲波諧振器濾波器的濾波特性向彼此移動實現了寬頻帶濾波特性，如專利文件1和2中所揭示的。
不幸的是，雖然通過使第一和第二表面聲波諧振器濾波器的濾波特性向彼此移動而實現了寬頻帶，但整體濾波特性中產生了不良波動。
另一方面，如專利文件2中所揭示的，重疊第一和第二表面聲波諧振器濾波器的濾波特性中的多個諧振點抑制了這些不良波動。然而，即使在這種設計中，有時由于在某種設計條件下的制造過程中的變化也會產生波動。即，如果偏移重疊的諧振點且失去相位的連續性，就會產生波動。特別是，在諧振點的高Q因子的情況中，即在相位急劇變化的情況中，重疊的諧振點的稍許偏移都會顯著地移動相位，從而產生波動。
發明概述為了克服上述問題，本發明的較佳實施例提供了一種表面聲波裝置，它具有并聯的第一和第二雙模表面聲波諧振器濾波器，具有寬頻帶濾波特性，并可靠地抑制了不良波動。
根據本發明的第一方面，一種表面聲波裝置包括相互并聯的第一和第二雙模表面聲波諧振器濾波器，它們每一個都包括壓電基板、在該壓電基板上的IDT電極和柵狀反射器，其中第一雙模表面聲波諧振器濾波器具有諧振頻率f1L和f1H，其中f1L＜f1H；第二雙模表面聲波諧振器濾波器具有諧振頻率f2L和f2H，其中f2L＜f2H；f1H＝f2L；以及第一和第二雙模表面聲波諧振器濾波器的至少一個中反射器的能量透過率的范圍從約12％到約28％。因此，在整體濾波特性中，使其中的第一和第二雙模表面聲波諧振器濾波器的諧振點向重疊以獲得寬頻帶，大大降低了相位特性的改變，從而有效地使通頻帶波動最小。
根據本發明的第二較佳實施例，一種表面聲波裝置包括相互并聯的第一和第二雙模表面聲波諧振器濾波器，每個所述第一和第二雙模表面聲波諧振器濾波器都包括壓電基板、置于所述壓電基板上的IDT電極和區域兩側上的柵狀反射器，其中所述區域是表面聲波傳播方向上放置IDT電極的區域；其中第一雙模表面聲波諧振器濾波器具有諧振頻率f1L和f1H，其中f1L＜f1H；第二雙模表面聲波諧振器濾波器具有諧振頻率f2L和f2H，其中f2L＜f2H；f1H＝f2L；以及第一和第二雙模表面聲波諧振器濾波器中的一個的諧振模的Q因子小于另一個雙模表面聲波諧振器濾波器的諧振模的Q因子。因此，在整體濾波特性中，使其中的第一和第二雙模表面聲波諧振器濾波器的諧振點相重疊以獲得寬頻帶，大大降低了相位特性的改變，從而有效地使通頻帶波動最小。
根據本發明的第一和第二較佳實施例，分數帶寬優選在從約0.18％到約0.22％的范圍內，其中所述分數帶寬是通頻帶與該通頻帶的中心頻率之比。因此，獲得了抑制通頻帶波動的寬頻帶濾波特性。
根據本發明的第一和第二較佳實施例，壓電基板優選是石英基板。
根據本發明的又一個較佳實施例，在表面聲波裝置中，第一表面聲波諧振器濾波器和第二表面聲波諧振器濾波器優選設置在同一壓電基板上。因此，提供了一種抑制通頻帶波動的表面聲波裝置作為由一個元件限定的部件。
通過以下較佳實施例的詳細描述并參考附圖將使本發明的其它特點、特性和優點將變得更加明顯。
附圖概述圖1是根據本發明第一較佳實施例的表面聲波裝置的示意性平面圖；圖2示出根據本發明第一較佳實施例的第一雙模表面聲波諧振器濾波器、第二表面聲波諧振器濾波器以及表面聲波裝置的濾波特性；圖3示出根據本發明第一較佳實施例的表面聲波裝置的傳播特性的實例，其中外部元件貼附到表面聲波裝置上用于阻抗匹配且通頻帶中不出現波動；圖4示出根據本發明第一較佳實施例的表面聲波裝置的傳播特性的實例，其中外部元件貼附到表面聲波裝置上用于阻抗匹配且通頻帶中出現波動；圖5示出在本發明的第一較佳實施例中改變柵狀反射器的電極指數量時群時間波動和峰值損耗的變化；圖6示出當在本發明第二較佳實施例中改變反射器的電極指數量時約0.18％的分數頻帶寬中群延遲時間波動和峰值損耗的變化；圖7示出當在本發明的第二較佳實施例中改變反射器的電極指數量時，約0.22％的分數頻帶寬中群延遲時間波動和峰值損耗的變化；圖8示出當在本發明的第三較佳實施例中改變反射器的電極指數量時，群延遲時間波動和峰值損耗的變化；圖9示出根據本發明第一到第三較佳實施例的結果，反射器的電極指和經由反射器的能量透過率之間的關系的計算結果；圖10示出第一和第二表面聲波諧振器濾波器的濾波特性和已知表面聲波裝置的一個實例的整體濾波特性；以及圖11示出第一和第二表面聲波諧振器濾波器的濾波特性和已知表面聲波裝置的另一個實例的整體濾波特性。
具體實施例方式
現在將描述本發明的優選實施例。
第一優選實施例圖1是根據本發明第一優選實施例的表面聲波裝置的平面示意圖。表面聲波裝置1包括壓電基板2上的第一和第二雙模表面聲波諧振器濾波器3和4。在這個優選實施例中，壓電基板2由石英晶體構成，但它也可以由諸如LiTaO3或LiNbO3的其它壓電單晶或者其它合適的材料構成。
第一表面聲波諧振器濾波器3包括IDT電極3a和3b，以及在表面聲波傳播方向上分別置于IDT電極3a和3b區域兩側上的柵狀反射器3c和3d。同樣，第二表面聲波諧振器濾波器4包括IDT電極4a和4b，以及柵狀反射器4c和4d。
在該優選實施例中，IDT電極3a、3b、4a和4b以及柵狀反射器3c、3d、4c和4d優選由主要包含Al的涂覆金屬構成。金屬膜的厚度約為所選表面聲波波長的3％。IDT電極3a、3b、4a和4b以及柵狀反射器3c、3d、4c和4d的占空比優選約0.55。術語“占空比”這里用來表示電極指的寬度比上所述寬度與電極指之間間隔之和的比率。
每個IDT電極3a、3b、4a和4b都包括68對電極指。
IDT電極3a和3b的指之間的中心距約為1.25λ，其中λ是反射器3c和3d的波長。反射器3c和IDT電極3a的指之間的中心距優選約0.52λ。同樣，反射器3d和IDT電極3b的指之間的中心距優選約0.52λ。
每個反射器3c和3d的指的數量設定為40、60、80、100或120。
另一方面，對于第二表面聲波諧振器濾波器，IDT電極4a和4b的指之間的中心距優選約0.64λ。反射器4c和IDT電極4a的指之間的中心距優選約0.52λ。反射器4d和IDT電極4b的指之間的中心距也優選約0.52λ。類似于第一表面聲波諧振器濾波器，每個反射器4c和4d的指的數量設定為40、60、80、100或120。
第一表面聲波諧振器濾波器3與第二表面聲波諧振器濾波器4并聯。即，第一表面聲波諧振器濾波器3的輸入IDT電極3a電連接到第二表面聲波諧振器濾波器4的輸入IDT電極4a，并隨后電連接到輸入端6。另一方面，第一表面聲波諧振器濾波器3的輸出IDT電極3b電連接到第二表面聲波諧振器濾波器4的輸出IDT電極4b，并隨后電連接到輸出端7。
參考圖2，虛線X1和X2分別示出表面聲波裝置1中第一和第二表面聲波諧振器濾波器3和4的濾波特性。圖2中，表面聲波裝置1的整體濾波特性由實線示出。
在表面聲波裝置1中，反射器3c、3d、4c和4d的指的數量設定為上述數量。這些數量控制入射到反射器3c、3d、4c和4d上的能量透過率以降低通頻帶中波動的出現。將參考圖2到5進行詳細描述。
如圖2中虛線X1和X2所示，當第一雙模表面聲波諧振器濾波器3的諧振頻率是f1L和f1H(其中f1L＜f1H)，且第二雙模表面聲波諧振器濾波器4的諧振頻率是f2L和f2H(其中f2L＜f2H)時，f1H＝f2L。從而，獲得了圖2中實線所示的寬頻帶濾波特性。
圖3和4分別示出制造過程中有和沒有結構變化的表面聲波裝置1的傳播特性。在圖3和4中，外部元件貼附到表面聲波裝置1上用于阻抗匹配。
通過圖3和4中傳播屬性的比較可以看出，如圖4中箭頭Y所示，產生較大波動。當如圖2所示的表面聲波諧振器濾波器3和4的濾波特性中重疊的諧振點由于制造過程中的結構變化而彼此稍許偏移時，產生波動。
這樣，在表面聲波裝置1的整體傳播特性中，產生相位的不連續。因此，明顯出現作為一種傳播特性的群延遲時間特性中的上述波動。
圖5示出在改變反射器的電極指的數量時表面聲波裝置1中群延遲波動和峰值損耗的量的變化。術語“群延遲波動”這里用來表示群延遲時間特性中通頻帶中出現的波動Y的量，而“峰值損耗”表示插入損耗的最小值。
如圖5所示，隨著柵狀反射器3c、3d、4c和4d的電極指的數量減少，群延遲波動降低，這是因為在減少反射器的電極指的數量時，入射到反射器上的表面聲波方便地穿過。結果，表面聲波的機械變化不能有效地轉換成電能，由此降低了第一和第二表面聲波諧振器濾波器3和4產生的諧振模的Q因子。換句話說，相位的適度變化使得組合第一和第二表面聲波諧振器濾波器3和4的濾波特性而引起的諧振模的適度移動，即相位的適度不連續。
另一方面，減少柵狀反射器3c、3d、4c和4d電極指的數量降低了從機械振動到電能的轉換效率。因此，雖然抑制了上述波動Y，但使得峰值損耗值劣化。
結果，在表面聲波裝置1中，如上所述，通過減少柵狀反射器3c、3d、4c和4d電極指的數量，即通過降低表面聲波諧振器濾波器3和4的諧振模的Q因子，有效抑制了波動Y。
因此，圖5示出，通過將反射器的電極指減少到小于或等于80有效地抑制了波動Y，并由此降低Q因子。
第二較佳實施例在該較佳實施例中，雖然在石英基板上設置了與第一較佳實施例中的表面聲波裝置1的電極結構相同的電極結構，但通頻帶的分數帶寬(fractional bandwidth)優選約為0.18％或約0.22％。
即，為了將分數帶寬設定為約0.18％，輸入IDT電極3a和輸出IDT電極3b之間的中心距優選設定為約1.17λ，且IDT3a和反射器3c之間的距離以及IDT3b和反射器3d之間的距離優選設定為約0.48λ。
在第二表面聲波諧振器濾波器中，輸入IDT電極4a和輸出IDT電極4b之間的中心距優選設定為約0.67λ，而IDT4a和反射器4c之間的距離以及IDT4b和反射器4d之間的距離優選設定為約0.52λ。
另一方面，為了實現具有約0.22％的分數帶寬的表面聲波裝置，在第一表面聲波諧振器濾波器3中，輸入IDT電極3a和輸出IDT電極3b之間的中心距優選設定為約1.09λ，且IDT3a和反射器3c之間的距離以及IDT3b和反射器3d之間的距離優選設定為約0.52λ。
在第二表面聲波諧振器濾波器4中，輸入IDT電極4a和輸出IDT電極4b之間的中心距優選設定為約0.64λ，且IDT4a和反射器4c之間的距離以及IDT4b和反射器4d之間的距離優選設定為約0.52λ。
在上述兩個表面聲波裝置中，與根據本發明第一較佳實施例的表面聲波裝置相比，只改變了分數帶寬。
圖6和7示出當改變反射器電極指數量時兩個表面聲波裝置中群延遲波動和峰值損耗的量的改變。與第一較佳實施例類似，通過將反射器的電極指數量降低到小于或等于80到90，即通過降低Q因子，降低了通頻帶中產生的波動。
第三較佳實施例在該較佳實施例中，在第一表面聲波諧振器濾波器3中，柵狀反射器3c和3d的電極指數量設定為80，在第二表面聲波諧振器反射器4中，柵狀反射器4c和4d的電極指數量設定為40、60、80、100或120。這樣，入射到第一表面聲波諧振器濾波器3的反射器3c和3d上的能量透過率保持恒定。隨后，通過改變第二表面聲波諧振器濾波器的柵狀反射器的電極指數量來獲得群延遲時間波動的改變。圖8示出當改變第二表面聲波諧振器濾波器中反射器的電極指數量時群延遲時間波動和峰值損耗的改變。
如圖8所示，通過減少第二表面聲波諧振器濾波器4中反射器的電極指數量降低了群延遲時間波動。
通過第一到第三較佳實施例可以了解，在表面聲波裝置1中，其中第一和第二表面聲波諧振器濾波器在壓電基板上并聯，且第一和第二表面聲波諧振器濾波器的諧振點被重疊，減少至少一個表面聲波諧振器濾波器中反射器的電極指數量，即降低諧振模的Q因子，減少了相位變化。因此，減少了通頻帶中的波動。這里，降低柵狀反射器的電極指數量相當于增加反射器的表面波能量透過率。
圖9示出柵狀反射器的電極指數量和經由根據本發明第一到第三較佳實施例的反射器的能量透過率之間的關系的計算結果。
通常，對于車載無鍵入口系統中包括的表面聲波濾波器，其特性需要插入損耗小于或等于約4dB和通頻帶波動小于或等于約1dB。在這種情況中，為了在考慮了溫度特性的變化后滿足這種需要，需要插入損耗小于或等于約3dB且通頻帶波動小于或等于約0.3dB。由于通頻帶波動主要取決于GDT，所以通頻帶中的GDT應小于或等于約300ns以使通頻帶中的波動保持在小于或等于0.3dB。因此，對于車載無鍵入口系統中包括的表面聲波濾波器，通頻帶中的GDT必須小于或等于約300ns且其特性中插入損耗必須小于或等于約3dB。
通過第一到第三較佳實施例可以了解，為了實現這個目的，反射器的電極指數量的范圍從60到80。這些值對應于圖9中示出的能量透過率的約12％到約28％的范圍。
根據本發明的各種較佳實施例，通過將至少一個表面聲波諧振器濾波器的能量透過率設定為約12％到約28％有效地抑制了通頻帶波動。
雖然通過其較佳實施例描述了本發明，但對于本技術領域內熟練的技術人員來說明顯的是，本發明可以以大量方式修改并可以假定出以上特別描述外的許多實施例。因此，所附權利要求書旨在覆蓋本發明的真實精神和范圍內的所有修改。
權利要求
1.一種表面聲波裝置，其特征在于，包括相互并聯的第一和第二雙模表面聲波諧振器濾波器，每個所述第一和第二雙模表面聲波諧振器濾波器包括壓電基板、置于壓電基板上的IDT電極和柵狀反射器；其中所述第一雙模表面聲波諧振器濾波器具有諧振頻率f1L和f1H，其中f1L＜f1H；所述第二雙模表面聲波諧振器濾波器具有諧振頻率f2L和f2H，其中f2L＜f2H；f1H＝f2L；以及第一和第二雙模表面聲波諧振器濾波器的至少一個中反射器的能量透過率的范圍從約12％到約28％。
2.如權利要求1所述的表面聲波裝置，其特征在于，分數帶寬的范圍從約0.18％到約0.22％，其中所述分數帶寬是通頻帶與所述通頻帶的中心頻率的比。
3.如權利要求1所述的表面聲波裝置，其特征在于，所述第一雙模表面聲波諧振器濾波器和第二雙模表面聲波諧振器濾波器置于同一壓電基板上。
4.如權利要求1所述的表面聲波裝置，其特征在于，所述壓電基板是石英基板。
5.如權利要求1所述的表面聲波裝置，其特征在于，所述壓電基板是LiTaO3基板。
6.如權利要求1所述的表面聲波裝置，其特征在于，所述壓電基板是LiNbO3基板。
7.如權利要求1所述的表面聲波裝置，其特征在于，所述IDT電極和柵狀反射器由厚度為所述壓電基板厚度的約3％的薄金屬膜構成。
8.如權利要求1所述的表面聲波裝置，其特征在于，所述薄金屬膜主要包括Al。
9.一種表面聲波裝置，其特征在于，包括相互并聯的第一和第二雙模表面聲波諧振器濾波器，每個所述第一和第二雙模表面聲波諧振器濾波器都包括壓電基板、置于所述壓電基板上的IDT電極、和區域兩側上的柵狀反射器，其中所述區域是表面聲波傳播方向上放置IDT電極的區域；其中所述第一雙模表面聲波諧振器濾波器具有諧振頻率f1L和f1H，其中f1L＜f1H；所述第二雙模表面聲波諧振器濾波器具有諧振頻率f2L和f2H，其中f2L＜f2H；f1H＝f2L；以及第一和第二雙模表面聲波諧振器濾波器中的一個的諧振模的Q因子小于另一個雙模表面聲波諧振器濾波器的諧振模的Q因子。
10.如權利要求9所述的表面聲波裝置，其特征在于，分數帶寬的范圍從0.18％到0.22％，其中所述分數帶寬是通頻帶與所述通頻帶的中心頻率之比。
11.如權利要求9所述的表面聲波裝置，其特征在于，所述第一雙模表面聲波諧振器濾波器和第二雙模表面聲波諧振器濾波器置于同一壓電基板上。
12.如權利要求9所述的表面聲波裝置，其特征在于，所述壓電基板是石英壓電基板。
13.如權利要求9所述的表面聲波裝置，其特征在于，所述壓電基板是LiTaO3基板。
14.如權利要求9所述的表面聲波裝置，其特征在于，所述壓電基板是LiNbO3基板。
15.如權利要求9所述的表面聲波裝置，其特征在于，所述IDT電極和柵狀反射器由厚度為所述壓電基板厚度的約3％的薄金屬膜構成。
16.如權利要求9所述的表面聲波裝置，其特征在于，所述薄金屬膜主要包括Al。
全文摘要
一種表面聲波裝置包括相互并聯的第一和第二表面聲波諧振器濾波器。第一雙模表面聲波諧振器濾波器具有諧振頻率f1L和f1H而第二雙模表面聲波諧振器濾波器具有諧振頻率f2L和f2H，其中f1H＝f2L。第一和第二雙模表面聲波諧振器濾波器中的一個的諧振模的Q因子比另一個表面聲波諧振器濾波器的小，或者第一和第二表面聲波諧振器濾波器中的至少一個中的反射器的能量透過率的范圍從約12％到約28％。
文檔編號H03H9/145GK1551499SQ20041004564
公開日2004年12月1日 申請日期2004年5月19日 優先權日2003年5月19日
發明者渡邊紀夫 申請人:株式會社村田制作所