本發明涉及彈性波元件、濾波器元件及通信裝置。
背景技術:
近年來,在移動終端等的通信裝置中,彈性波元件被用于對從天線被發送·接收的信號進行濾波的分波器中。彈性波元件由壓電基板、和形成在壓電基板的主面的激勵電極構成。彈性波元件利用的是能夠根據激勵電極與壓電基板的關系將電信號與聲表面波相互地變換的特性。
分波器通過使用多個彈性波元件,從而例如構成接收濾波器及發送濾波器(參照JP特開2007-214902號公報等)。分波器通過組合多個彈性波元件,從而能設定接收頻帶及發送頻帶的通帶。
技術實現要素:
-發明所要解決的技術問題-
這種分波器中,使接收頻帶或發送頻帶的通帶內的特性提高成為課題之一。
因而,本發明是鑒于該事情而進行的,其目的在于,提供一種能夠使信號在通帶內的特性提高的彈性波元件、濾波器元件及通信裝置。
-用于解決技術問題的手段-
本發明的一實施方式涉及的彈性波元件具備:壓電基板;激勵電極,被配置在該壓電基板上且具有多個電極指;和2個反射器,被配置在所述壓電基板上且具有多個反射電極指,在彈性波的傳播方向上這2個反射器夾持所述激勵電極。在此,所述激勵電極在多個所述電極指的排列的中心附近具有主區域,在該主區域中多個所述電極指的中心間的間隔相同且為第1間隔。所述反射器具有移位部,在該移位部中,至少1根所述反射電極指相對于從所述主區域的所述電極指起以所述第1間隔反復設定的虛設電極指位置,向所述激勵電極側移位。
本發明的一實施方式涉及的濾波器元件,具備被連接在輸入輸出端子間的至少1個串聯臂諧振器及至少1個并聯臂諧振器的濾波器元件,該并聯臂諧振器是上述彈性波元件。
本發明的一實施方式涉及的通信裝置具備:天線;被電連接于該天線的上述濾波器元件;和被電連接于該濾波器元件的RF-IC。
-發明效果-
根據本發明的彈性波元件、濾波器元件及通信裝置,能夠使信號的通帶內的特性提高。
附圖說明
圖1是表示本發明一實施方式涉及的彈性波元件構成的俯視圖。
圖2是相當于圖1的彈性波元件中用Ic-Ic線切斷后的剖面。
圖3是在圖1的彈性波元件中將激勵電極的一部分放大后的放大俯視圖。
圖4是在圖1的彈性波元件中將反射器的一部分放大后的放大俯視圖。
圖5是在圖1的彈性波元件中將激勵電極及反射器的一部分放大后的放大俯視圖。
圖6(a)是表示在圖5的情況下使間隔G變化后的彈性波元件的阻抗特性的實測結果的圖,(b)是將(a)的一部分放大后的圖。
圖7表示在圖5的情況下使間隔G變化后的彈性波元件向壓電基板的厚度方向的能量泄漏的模擬結果。
圖8是對在圖5的情況下使間隔G變化后的彈性波元件的相位特性進行比較的線圖,(a)表示諧振頻率與反諧振頻率之間的頻帶中的特性、(b)表示比反諧振頻率還高1%的高頻側的頻帶中的特性。
圖9是表示本發明的變形例涉及的彈性波元件的構成的圖,是將激勵電極及反射器的一部分放大后的放大俯視圖。
圖10(a)表示在圖9的情況下使反射電極指的間距Pt2變化后的彈性波元件的阻抗特性的實測結果,(b)為將(a)的一部分放大后的圖。
圖11是對在圖7的情況下使反射電極指的間距Pt2變化的部位發生了變化的彈性波元件的相位特性進行比較的線圖。
圖12是表示本發明一實施方式的變形例涉及的彈性波元件的構成的圖,是將激勵電極及反射器的一部分放大后的放大俯視圖。
圖13(a)是表示在圖12的情況下使電極指的間距Pt1變化后的彈性波元件的阻抗特性的實測結果的圖,(b)是將(a)的一部分放大后的圖。
圖14是對本發明一實施方式涉及的通信裝置進行說明的示意圖。
圖15是對本發明一實施方式涉及的分波器進行說明的電路圖。
圖16是表示本發明一實施方式涉及的分波器的濾波器特性與串聯臂諧振器及并聯臂諧振器的關系的概念圖。
圖17(a)是表示本發明一實施方式的變形例涉及的彈性波元件的阻抗特性的實測結果的圖,(b)是將(a)的一部分放大后的圖。
圖18(a)是表示本發明一實施方式的變形例涉及的彈性波元件的阻抗特性的實測結果的圖,(b)是將(a)的一部分放大后的圖。
圖19(a)是表示本發明一實施方式的變形例涉及的彈性波元件的阻抗特性的實測結果的圖,(b)是將(a)的一部分放大后的圖。
圖20(a)是表示本發明一實施方式的變形例涉及的彈性波元件的阻抗特性的實測結果的圖,(b)是將(a)的一部分放大后的圖。
圖21(a)是表示本發明一實施方式的變形例涉及的彈性波元件的阻抗特性的實測結果的圖,(b)是將(a)的一部分放大后的圖。
圖22(a)是表示本發明一實施方式的變形例涉及的彈性波元件的阻抗特性的實測結果的圖,(b)是將(a)的一部分放大后的圖。
具體實施方式
以下,參照附圖來說明本發明一實施方式涉及的彈性波元件、濾波器元件及通信裝置。其中,以下的說明中采用的圖是示意性的圖,附圖上的尺寸及比率等并非一定要與現實的尺寸及比率一致。
彈性波元件雖然可是將任一方向設為上方或下方的元件,但以下為了方便對正交坐標系xyz進行定義,并且將z方向的正側作為上方,并使用上表面、下表面等用語。
<彈性波元件的構成的概要>
圖1是作為本發明一實施方式涉及的彈性波元件的一例而表示使用了聲表面波(SAW:Surface Acoustic Wave)的彈性波元件1的構成的俯視圖。以下,將彈性波元件1略記為SAW元件1。圖2是圖1的Ic-Ic線處的剖面圖。如圖1所示,SAW元件1具有壓電基板2、被設置在壓電基板2的上表面2A的激勵電極3(以下記載為IDT(Interdigital Transducer)電極3)及反射器4。
壓電基板2通過鈮酸鋰(LiNbO3)結晶或鉭酸鋰(LiTaO3)結晶所構成的具有壓電性的單晶體的基板來構成。具體是,例如壓電基板2通過36°~48°Y-X切割的LiTaO3基板來構成。壓電基板2的平面形狀及各種尺寸能適宜地設定。作為一例,壓電基板2的厚度(z方向)為0.2mm以上且0.5mm以下。
如圖1所示,IDT電極3具有第1梳齒電極30a及第2梳齒電極30b。其中,在以下的說明中,將第1梳齒電極30a及第2梳齒電極30b簡單地稱為梳齒電極30,有時對這些電極不進行區別。
如圖1所示,梳齒電極30具有相互對置的2根匯流條31、及從各匯流條31向另一匯流條31側延伸的多個電極指32。而且,1對梳齒電極30被配置成第1電極指32a與第2電極指32b在彈性波的傳播方向上相互咬合(交叉)。
再有,梳齒電極30具有與各自的電極指32對置的虛擬電極指33。第1虛擬電極指33a從第1匯流條31a朝向第2電極指32b延伸。第2虛擬電極指33b從第2匯流條31b朝向第1電極指32a延伸。另外,也可以在梳齒電極30不配置虛擬電極指33。
匯流條31形成為例如以大致恒定的寬度直線狀地延伸的長條狀。因此,匯流條31的相互對置一側的邊緣部為直線狀。多個電極指32例如形成為以大致恒定的寬度呈直線狀地延伸的長條狀,以大致恒定的間隔排列在彈性波的傳播方向上。
另外,匯流條31的寬度也可以不是恒定的。只要匯流條31的相互對置的一側(內側)的邊緣部為直線狀即可,例如也可以是將內側的邊緣部作為梯形的底邊的形狀。
此后,有時將第1匯流條31a及第2匯流條31b簡單地稱為匯流條31,不區別為第1與第2。同樣地,有時將第1電極指32a及第2電極指32b簡單地稱為電極指32、將第1虛擬電極指33a及第2虛擬電極指33b簡單地稱為虛擬電極指33,不區別為第1與第2。
構成IDT電極3的一對梳齒電極30的多個電極指32并排地在附圖的x方向上反復排列。更詳細的是,如圖2所示,第1電極指32a及第2電極指32b空出間隔地交替地反復配置在壓電基板2的上表面2A。
這樣,構成IDT電極3的一對梳齒電極30的多個電極指32被設定為具有間距Pt1。間距Pt1是多個電極指32的中心間的間隔(反復間隔),例如被設置成與想要進行諧振的頻率下的彈性波的波長λ的半波長同等。波長λ(2×Pt1)例如為1.5μm以上且6μm以下。IDT電極3通過將多個電極指32基本配置成具有間距Pt1,從而多個電極指32以恒定的反復間隔配置,因此能夠有效地產生彈性波。
在此,如圖3所示,間距Pt1指的是在彈性波的傳播方向上從第1電極指32a的中心到與該第1電極指32a相鄰的第2電極指32b的中心為止的間隔。各電極指32的彈性波的傳播方向上的寬度w1可以根據SAW元件1所要求的電特性等適宜地設定。電極指32的寬度w1例如相對于間距Pt1為0.3倍以上且0.7倍以下。
這種IDT電極3中,電極指32的中央附近3a,具有從第1電極指32a的中心到與該第1電極指32a相鄰的第2電極指32b的中心為止的間隔(間距)以第1間隔a保持恒定的主區域。圖1~圖3所示的例子中,表示多個電極指32的間距在整個區域內相同的情況。即,表示IDT電極3的全部由主區域構成的情況。
另外,在IDT電極3中,在電極指32的排列的兩端部附近,間距Pt1也可以與第1間隔a不同。即便在該情況下,對于由IDT電極3作為整體而被激勵的彈性波而言,由彈性波的振幅強度最高的中心附近3a中的第1間隔a來決定的頻率的彈性波成為主導。
產生在與該多個電極指32正交的方向上傳播的彈性波。因此,在考慮了壓電基板2的結晶方位的基礎上,2根匯流條31配置為在與想要傳播彈性波的方向交叉的方向上相互對置。多個電極指32形成為在相對于想要傳播彈性波的方向正交的方向上延伸。另外,彈性波的傳播方向雖然是通過多個電極指32的朝向等來確定的,但在本實施方式中,為了方便有時將彈性波的傳播方向作為基準而對多個電極指32的朝向等進行說明。
多個電極指32的長度(從匯流條31到電極指32的前端為止的長度),例如大致相同地被設定。其中,可以改變各電極指32的長度,可以例如隨著在傳播方向上行進而增長、或縮短。具體是,也可以通過使各電極指32的長度相對于傳播方向而變化,從而構成變跡型的IDT電極3。該情況下,能夠使橫模的寄生降低、或使耐電力性提高。
如圖2所示,IDT電極3例如通過金屬所構成的導電層15來構成。作為該金屬,例如可列舉Al或以Al為主成分的合金(Al合金)。A1合金例如為Al-Cu合金。其中,IDT電極3也可以由多個金屬層構成。IDT電極3的各種尺寸能夠根據SAW元件1所要求的電特性等適宜地設定。IDT電極3的厚度S(z方向)例如為50nm以上且600nm以下。
IDT電極3既可以直接配置于壓電基板2的上表面2A,也可以隔著其他的構件而配置于壓電基板2的上表面2A。其他的構件例如由Ti、Cr或者這些金屬的合金等構成。在隔著其他的構件而將IDT電極3配置于壓電基板2的上表面2A的情況下,其他的構件的厚度被設定成基本不會對IDT電極3的電特性造成影響的程度的厚度(例如Ti的情況下位IDT電極3的厚度的5%程度的厚度)。
再有,在構成IDT電極3的電極指32上,為了提高SAW元件1的溫度特性,也可以層疊質量附加膜。作為質量附加膜,例如能夠使用SiO2等所構成的膜。
若施加電壓,則IDT電極3在壓電基板2的上表面2A附近激發在x方向上傳播的彈性波。被激發出的彈性波在與電極指32的非配置區域(相鄰的電極指32間的長條狀的區域)的邊界處進行反射。而且,形成將電極指32的間距Pt1設為半波長的駐波。駐波被變換成與該駐波同一頻率的電信號并由電極指32取出。這樣一來,SAW元件1作為1端口的諧振器起作用。
反射器4被配置為在彈性波的傳播方向上夾持IDT電極3。反射器4形成為大致柵格狀。即,反射器4具有:在與彈性波的傳播方向交叉的方向上相互對置的反射器匯流條41;以及在這些匯流條41間沿著與彈性波的傳播方向正交的方向延伸的多個反射電極指42。反射器匯流條41例如形成為以大致恒定的寬度呈直線狀延伸的長條狀,在彈性波的傳播方向上平行地配置。
多個反射電極指42基本上配置成使IDT電極3所激發的彈性波反射的間距Pt2。間距Pt2是多個反射電極指42的中心間的間隔(反復間隔),在將IDT電極3的間距Pt1設定為彈性波的波長λ的半波長的情況下,只要設定為與間距Pt1相同的程度即可。波長λ(2×Pt2)例如為1.5μm以上且6μm以下。在此,如圖4所示,間距Pt2指的是在傳播方向上從反射電極指42的中心到相鄰的反射電極指42的中心為止的間隔。
再有,多個反射電極指42形成為以大致恒定的寬度呈直線狀延伸的長條狀。反射電極指42的寬度w2能夠設定為例如與電極指32的寬度wl大致同等。反射器4例如通過與IDT電極3相同的材料形成,并且形成為與IDT電極3同等的厚度。
反射器4相對于IDT電極3空出間隔G地進行配置。在此,間隔G指的是從IDT電極3的位于反射器4側的端部的電極指32的中心到反射器4的位于IDT電極3側的端部的反射電極指42的中心為止的間隔。間隔G通常被設定為與IDT電極3的位于中心附近3a的電極指32的間距Pt1(或間距Pt2)相同。
如圖2所示,保護層5設置在壓電基板2上,以便覆蓋于IDT電極3及反射器4上。具體是,保護層5覆蓋IDT電極3及反射器4的表面,并且覆蓋壓電基板2的上表面2A之中從IDT電極3及反射器4露出的部分。保護層5的厚度例如為1nm以上且50nm以下。
保護層5由絕緣性的材料構成,有助于保護導電層15不會腐蝕等。優選,保護層5通過若溫度上升、則彈性波的傳播速度加快的SiO2等材料形成,由此也能將彈性波元件1的溫度的變化導致的電特性的變化抑制得較小。
本實施方式的SAW元件1中,反射器4的至少1根反射電極指42,具備與構成IDT電極3的多個電極指32的間距相比更靠IDT電極3側配置的移位部。在此,“構成IDT電極3的多個電極指32的間距”指的是從主區域中的電極指32起以第1間隔a反復設定的虛設電極指位置。移位部既可以由構成反射器4的多個反射電極指42的全部來構成,也可以由一部分來構成。
本實施方式中,以下說明通過使反射器4接近IDT電極而將反射電極指42配置得比多個電極指32的間距更靠IDT電極3側的情況。
反射器4被設定為:與IDT電極3的間隔G比位于IDT電極3的中心附近3a的電極指32的間距Pt1(第1間隔a)縮窄。在此,位于IDT電極3的中心附近3a的電極指32的間距Pt1指的是至少包含位于IDT電極3的中心的電極指32的2根以上的電極指32的間距Pt1。即,指的是第1間隔a。
本實施方式中,作為間隔G的比較對象,雖然使用位于中心附近3a的電極指32的間距Pt1的情況進行說明,但例如也可以使用IDT電極3的電極指32的間距Pt1的平均值、或使用占據IDT電極3的大部分的電極指32的間距Pt1。
間隔G相對于通常的間隔(IDT電極3的中心附近3a的間距Pt1;第1間隔a)在例如以0.8倍以上且0.975倍以下的范圍縮窄了的位置處接近反射器4而配置。更優選,在以0.8倍以上且0.95倍以下的范圍縮窄了的位置處接近反射器4而配置。換言之,反射器4配置在向IDT電極3側移位通常的間隔的0.05倍以上且0.2倍以下的距離并接近的位置處。進而換言之,反射器4以0.025λ~0.1λ的范圍向IDT電極3側移位。
這樣,通過使反射器4接近IDT電極3而配置,從而如圖5所示,反射器4的反射電極指42與通常的間距相比更接近于IDT電極3側。即,多個反射器電極指42全部從各自的虛設電極指位置更向IDT電極3側移位,由反射器電極指42的全部構成移位部。
這樣一來,能夠降低反諧振點附近的諧振器的損耗。通過使反射器4接近IDT電極3而配置,從而可推測出IDT電極3所激勵的彈性波(SAW)的相位和由反射器4反射的SAW的相位在反諧振點附近充分地匹配。為此,在反諧振點附近,能夠防止SAW被變換成其他種類的彈性波而從諧振器泄漏,認為諧振器的損耗被改善。
針對如本實施方式的SAW元件1那樣使反射器4接近了IDT電極3側的情況,實際上制作SAW元件并進行了評價。制作出的SAW元件的基本構成如下所述。
[壓電基板2]
材料:42°Y切割X傳播LiTaO3基板
[IDT電極3]
材料:Al-Cu合金
(其中,壓電基板2與導電層15之間存在6nm的Ti所構成的基底層。)
厚度(Al-Cu合金層):154nm
IDT電極3的電極指32:
(根數)200根
(間距Pt1)1.06μm
(占空比:w1/Pt1)0.5
(交叉寬度W)20λ(λ=2×Pt1)
[反射器4]
材料:Al-Cu合金
(其中,壓電基板2與導電層15之間存在6nm的Ti所構成的基底層)
厚度(Al-Cu合金層):154nm
反射電極指42的根數:30根
反射電極指42的交叉寬度:20λ(λ=2×Pt1)
反射電極指42的間距Pt2:Pt1
IDT電極3的間隔G:Pt1
[保護層5]
材料:SiO2
厚度:15nm
作為本實施方式的SAW元件,針對將IDT電極3及反射器4的間隔G相對于IDT電極3的中心附近3a的間距Pt1而設成1.0倍及0.90倍的情況,制作樣本并進行了評價。其中,間隔G相對于間距Pt1為1.0倍的情況是通常的情況。將制作出的樣本的測定結果表示于圖6中。圖6中,橫軸表示頻率(MHz)、縱軸的左軸表示阻抗(ohm)、右軸表示相位(deg)。根據該結果可知:反諧振點附近的阻抗的相位在將間隔G縮窄了的情況下接近于-90°。由此,在比反諧振點更靠高頻側,諧振器的損耗越小則阻抗的相位越接近于-90°,因此根據該結果可知:在將間隔G縮窄了的情況下存在減小諧振器的損耗的效果。
(驗證)
對上述的SAW元件1的特性改善進行了驗證。如上述,反射器4具備移位部,由此考慮到在IDT電極3的端部與反射器4的端部之間通過使彈性波的相位匹配,從而比反諧振點更靠高頻側的損耗變小。
除了該機理以外,考慮到能夠抑制彈性波向壓電基板2的厚度方向的泄漏。以下,對該機理進行研究探討。
制作了由IDT電極3和反射器4所構成的SAW元件的有限要素法中的模型,其中作為IDT電極3而具備了80根電極指32,反射器4具備20根配置在IDT電極3的兩端的反射電極指42。在此,在SAW元件中,針對在反射器4未設置移位部的情況及設置了僅向IDT電極3側移位0.1λ的移位部的情況,通過模擬而求出向壓電基板2的厚度方向的能量泄漏量。
將該結果表示于圖7。圖7中,縱軸為向壓電基板2的厚度方向的能量泄漏量,橫軸表示電極指32及反射電極指42的排列方向。縱軸中負的值越變大則表示泄漏量越增多。模擬是在比反諧振頻率還高1%的頻率下進行的。再有,圖7表示從壓電基板2的上表面2A起在厚度方向上為3λ的深度的地點中的、向壓電基板2的厚度方向的能量泄漏。實線表示未設置移位部的SAW元件中的泄漏量、虛線表示設置了移位部的SAW元件中的泄漏量。另外,未設置移位部的SAW元件是通常的SAW元件。具備移位部的SAW元件是本實施方式涉及的SAW元件。
如圖7所示,通常的SAW元件中,在從IDT電極3與反射器4的邊界起與電極指32或反射電極指42離開了20根程度的位置處泄漏最大。認為這是因IDT電極3與反射器4的邊界附近處的電極指32和反射電極指42的不連續而被放射的體波在壓電基板2沿厚度方向傾斜地傳播,在距上表面2A為3λ的厚度位置處,到達從IDT電極3與反射器4的邊界起電極指32離開了20根程度的位置的緣故。
與此相對,本實施方式涉及的SAW元件中,可以確認:IDT電極3側及反射器4側的雙方中,與通常的SAW元件相比向壓電基板2的厚度方向的泄漏能量量少。即,可知能量向壓電基板2的厚度方向的泄漏被抑制。
據此,認為在作為諧振器的SAW元件1中,能夠抑制能量的泄漏,能夠抑制諧振器的損耗。
接著,對移位部向IDT電極3的一側的移位量與諧振器特性的關系進行驗證。將彈性波的波長λ設為2.0μm來制作模型,將移位部的移位量設為-0.15λ~0.05λ而進行了模擬。另外,圖8中,在移位量為負的情況向IDT電極3的一側接近,在正的情況下表示從IDT電極3遠離。移位量為0λ的模型表示通常的SAW元件。
在此,在使移位量發生了變化時,在比諧振頻率更高的高頻側、比反諧振頻率更高的高頻側的2個頻率區域中,能夠確認出SAW元件的相位特性變化。在此,“比諧振頻率更高的高頻側”是指諧振頻率與反諧振頻率之間的中心的頻帶,“比反諧振頻率更高的高頻側”指的是比反諧振頻率還高1%的高頻側的頻帶。
圖8是表示相位特性相對于移位量的變化的圖,將比諧振頻率更高的高頻側中的相位特性表示于圖8(a),比反諧振頻率更高的高頻側中的相位特性表示于圖8(b)。在這些圖中,橫軸表示反射器移位量(×λ)、縱軸表示阻抗相位(deg)。
在諧振頻率與反諧振頻率之間的頻帶,諧振器的損耗越小則阻抗的相位越接近于90°。在此,如圖8(a)所示,在比諧振頻率更高的高頻側,若使向IDT電極3的一側的移位量比0.1λ更大,則能夠確認在相位從90°離開的方向急劇地惡化,損耗變大。該頻帶在將SAW元件用作為形成濾波器的并聯臂諧振器的情況下相當于濾波器的通帶的左肩(低頻側的端部)。為此,為了抑制通帶的低頻側的端部中的損耗并使肩特性良好,需要將移位量抑制為0.1λ以下。
接著,在比反諧振頻率更高的高頻側,諧振器的損耗越小則阻抗的相位越接近于-90°。在此,如圖8(b)所示,在比反諧振頻率更高的高頻側,能夠確認通過使反射器4向IDT電極3的一側移位,從而相位接近于-90°。另外,該改善傾向,若移位量變大而超過0.1λ,則達到飽和,進一步的改善能夠確認到不是預期的樣子。比反諧振頻率更高的高頻側的頻帶,在將SAW元件用作為形成濾波器的并聯臂諧振器的情況下,相當于濾波器的通帶的右肩(高頻側的端部)。為此,為了抑制通帶的高頻側的端部中的損耗并使肩特性良好,需要比0λ更接近IDT電極3的一側。此外,最好抑制為0.1λ以下。尤其,在設為0.025λ以上且0.075λ以下的情況下濾波器的肩特性變得良好。
(SAW元件的變形例1)
上述中,雖然對在SAW元件1中將IDT電極3及反射器4的間隔G縮窄的情況進行了說明,但如圖9所示,作為將反射電極指42配置得比虛設電極指位置更靠IDT電極3側的方法,也可以將一部分的反射電極指42的間距Pt2縮窄。
具體是,反射器4也可以使位于IDT電極3側的至少相鄰的2根反射電極指42(第1反射電極指42a,第2反射電極指42b)的中心間的間隔即第2間隔b變得比位于IDT電極3的中心附近3a的電極指32的間距Pt1(第1間隔a)更窄。雖然使間距Pt2比間距Pt1更窄的反射電極指42只要至少2根即可,但也可以將反射電極指42的間距Pt2全部縮窄。
圖9所示的例子中,將位于IDT電極3側的第1反射電極指42a、和與之相鄰且相對于第1反射電極指42a配置在IDT電極3的相反側的第2反射電極指42b的間距設為第2間隔b。另外,第1反射電極指42a配置于虛設電極指位置。再有,與第2反射電極指42b相比更位于IDT電極3的相反側的反射電極指42的間距和第1間隔a同等。由此,通過第2反射電極指42b、和與第2反射電極指42b相比更位于IDT電極3的相反側的反射電極指42來形成移位部。換言之,由與第1反射電極指42a相比更位于IDT電極3的相反側的反射電極指42群來構成移位部。
將間距Pt2縮窄的反射電極指42,相對于第1間隔a,能夠在例如0.8倍以上且0.975倍以下的范圍內設定間距Pt2。換言之,接近于激勵電極3側的距離相對于第1間隔a,例如只要設定成0.025倍以上且0.2倍以下的距離即可。進而換言之,相對于虛設電極指位置,以0.0125λ以上且0.1λ以下的距離向IDT電極3側移位。
再有,本變形例雖然是將包含位于IDT電極3側的端部的反射電極指42在內的2根反射電極指42的間距Pt2縮窄的情況,但未限于此,也可以將未處于IDT電極3側的端部的(存在于DT電極3離開了的位置的反射電極指42的間距Pt2縮窄。還有,也可以針對反射電極指42的全部將間距Pt2縮窄。其中,在多個反射電極指42之中,間距Pt2與第1間隔a相比不會變大。
如本變形例那樣通過僅將一部分的反射電極指42的間距Pt2縮窄,從而能夠優選進行彈性波的反射,并且能夠維持反諧振點附近的損耗改善效果、同時降低諧振點附近的特性惡化。
通過將反射電極指42的間距Pt2在至少一部分縮窄,從而如圖9所示,能夠使反射器4的反射電極指42的至少一部分與通常的間距(虛設電極指位置)相比更接近IDT電極3側。結果,能夠獲得上述將IDT電極3及反射器4的間隔G縮窄的情況同樣的效果。再者,因為將反射電極指42的間距Pt2縮窄,所以IDT電極3與反射器4之間的間隔G不會變小,因此能夠難以引起耐ESD(Electrostatic Discharge)性、耐電力性的劣化。
接著,如本變形例的SAW元件1那樣,針對將反射電極指42的一部分的間距Pt2縮窄了的情況制作SAW元件的樣本并進行了阻抗特性的評價。對于樣本的基本構成而言,與上述實施方式同樣。本變形例的SAW元件1中,是將IDT電極3側的2根反射電極指42的間距Pt2相對于第1間隔a設定成1.0倍及0.9倍的情況。另外,間距Pt2為間距第1間隔a的1.0倍的情況是通常的SAW元件的情況。
將制作出的樣本的測定結果表示于圖10。圖10中,橫軸表示頻率(MHz),縱軸的左軸表示阻抗絕對值(ohm)、右軸表示相位(deg)。圖中的實線表示通常的SAW元件的特性、虛線表示本變形例的SAW元件1的特性。根據該圖所表示的結果能夠清楚地確認:變形例的SAW元件1與通常的SAW元件相比,在反諧振頻率的高頻側的區域中相位接近于-90°。根據結果可知:與上述實施方式那樣將間隔G縮窄了的情況同樣地,能夠獲得抑制諧振器的損耗的效果。
再有,在反射器4中為了驗證使將反射電極指42的一部分的間距Pt2縮窄的部位相異時的損耗抑制效果而制作出SAW元件的樣本。具體是,制作模型1~9的SAW元件的樣本并進行了阻抗的相位特性的評價。模型1是通常的SAW元件,模型2是將IDT電極3與反射器4的間隔G設為0.9λ的SAW元件,模型3~9是將反射電極指42的間隔設為第2間隔b的SAW元件。模型3~9是使將2根反射電極指42的間隔設為第2間隔b的部分(狹間距部)的位置相異的模型,依次錯開成模型3設為位于激勵電極3側的端部的反射電極指42與從端部起第1根之間、模型4設為從端部起第1根與第2根之間,模型9設為從端部起第6根與第7根之間。這些例子中,位于IDT電極3側的端部的反射電極指42成為第0根。另外,反射電極指42間的間隔,除了設為第2間隔b的部位以外都設為第1間隔a。第2間隔b設為0.9λ。
針對這種模型1~9測定了比反諧振頻率還高1%的高頻側的頻帶中的相位。將該結果表示于圖11。
圖11描繪了模型1~9的反諧振頻率的高頻側的相位特性值。圖中,橫軸表示各模型的編號(No.)、縱軸表示2070MHz的阻抗相位(deg)。由于是反諧振頻率的高頻側,故相位越接近于-90°則作為諧振器的損耗越少。
根據圖11所表示的結果能夠清楚地確認:通過設置狹間距部而提高比反諧振頻率更高的高頻側的相位特性,尤其在模型3(圖7所示的構成)中,與對IDT電極3與反射器4的間隔G進行了調整的情況(模型2)相比相位特性更優越。再有,能夠確認:雖然隨著狹間距部從IDT電極3遠離、相位特性提高的效果減少,從位于IDT電極3側的端部的反射電極指42起至第6根與第7根之間為止相位特性充分地提高,作為諧振器而具備損耗改善特性。
(SAW元件的變形例2)
再有,SAW元件1中,作為使反射電極指42比構成IDT電極3的多個電極指32的間距配置得更靠IDT電極3側的方法,如圖12所示,也可以將IDT電極3的電極指32的間距Pt1縮窄。
具體是,對于IDT電極3而言,位于反射器4側的至少相鄰的2根電極指32的間距Pt1也可以變得比位于IDT電極3的中心附近3a的電極指32的第1間隔a更窄。將間距Pt1縮窄的IDT電極3只要至少2根即可。本變形例中,雖然是將IDT電極3中包含位于反射器4側的端部的電極指32的2根電極指32的間距Pt1縮窄的情況,但未限于此,也可以將從端部離開了的電極指32的間距Pt1縮窄。
這樣通過將電極指32的間距Pt1縮窄,如圖12所示,從而反射器4的反射電極指42能夠與通常的間距相比更接近于IDT電極3側。結果,能夠獲得與上述的將IDT電極3及反射器4的間隔G縮窄的情況同樣的效果。
如本變形例的SAW元件1那樣,針對將IDT電極3的間距Ptを縮窄了的情況制作樣本并進行了阻抗特性的評價。對于樣本的基本構成而言,與上述的實施方式同樣。本變形例的SAW元件1是將IDT電極3中的反射器4側的2根電極指32的間距Pt1相對于IDT電極3的中心附近3a的間距Pt1而設定成0.9倍的情況。即,將IDT電極3中的反射器4側的2根電極指32的間隔設為0.9a。將制作出的樣本的測定結果表示于圖13。圖13中,橫軸表示頻率(MHz)、縱軸的左軸表示阻抗絕對值(ohm)、右軸表示相位(deg)。以實線表示通常的SAW元件的特性、以虛線表示本變形例的SAW元件1的特性。如圖13(b)所示,可以確認:在反諧振頻率更高的高頻側,變形例的SAW元件1與通常的SAW元件相比,相位更接近于-90°,能夠抑制作為諧振器的損耗。根據該結果可知:本變形例的SAW元件1能夠獲得與上述實施方式那樣將間隔G縮窄了的情況同樣的效果。
<濾波器元件及通信裝置>
圖14是表示本發明的實施方式涉及的通信裝置101的主要部分的框圖。通信裝置101進行利用了電波的無線通信。分波器7具有在通信裝置101中對發送頻率的信號與接收頻率的信號進行分波的功能。
通信裝置101中,包含應發送的信息的發送信息信號TIS由RF-IC103進行調制及頻率的提升(向載波頻率的高頻信號的變換)并成為發送信號TS。發送信號TS由帶通濾波器105除去發送用的通帶以外的不需要的分量,由放大器107放大后被輸入分波器7中。被放大后的發送信號TS中因通過放大器107有時會混入噪聲。分波器7從這種被輸入的發送信號TS中除去發送用的通帶以外的不需要的分量(噪聲等)并向天線109輸出。天線109將所輸入的電信號(發送信號TS)變換為無線信號后進行發送。
通信裝置101中,由天線109接收到的無線信號被天線109變換成電信號(接收信號RS)后被輸入分波器7中。分波器7從所輸入的接收信號RS中除去接收用的通帶以外的不需要的分量并向放大器111輸出。被輸出的接收信號RS被放大器111放大,由帶通濾波器113除去接收用的通帶以外的不需要的分量。作為被帶通濾波器113去除的不需要的分量,例如可列舉由放大器111混入的噪聲等。而且,接收信號RS由RF-IC103進行頻率的下拉及解調,由此成為接收信息信號RIS。
發送信息信號TIS及接收信息信號RIS最好是包含適宜的信息的低頻信號(基帶信號),例如最好是模擬的聲音信號或已被數字化的聲音信號。無線信號的通帶依據于UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)等的各種標準。調制方式也可以是相位調制、振幅調制、頻率調制或這些中的任意2個以上的組合的其中一個。再有,RF-IC103也可具備帶通濾波器105及帶通濾波器113的功能,省略這些的濾波器し。
圖15是表示本發明的一實施方式涉及的分波器7的構成的電路圖。分波器7是圖14中通信裝置101所使用的分波器。分波器7具有構成發送濾波器11及接收濾波器12的至少一方的濾波器元件。構成發送濾波器11及接收濾波器12的至少一方的濾波器元件包含串聯臂諧振器與并聯臂諧振器,且作為并聯臂諧振器而采用SAW元件1。串聯臂諧振器及并聯臂諧振器與SAW元件1共享壓電基板2。
SAW元件1例如是構成圖14示出的分波器7中的發送濾波器11的梯子型濾波器電路的一部分的SAW元件。如圖15所示,發送濾波器11具有壓電基板2、和形成在壓電基板2上的串聯臂諧振器S1~S3及并聯臂諧振器P1~P3。
分波器7主要由天線端子8、發送端子9、接收端子10、被配置在天線端子8與發送端子9之間的發送濾波器11、以及被配置在天線端子8與接收端子10之間的接收濾波器12構成。
向發送端子9輸入來自放大器107的發送信號TS,被輸入至發送端子9的發送信號TS在發送濾波器11中被除去發送用的通帶以外的不需要的分量并被輸出至天線端子8。再有,從天線109向天線端子8輸入接收信號RS,在接收濾波器12中被除去接收用的通帶以外的不需要的分量并被輸出至接收端子10。
發送濾波器11例如由梯子型SAW濾波器構成。具體是,發送濾波器11具有:串聯連接在其輸入側與輸出側之間的3個串聯臂諧振器S1、S2、S3;以及被設置在用于將串聯臂諧振器S1、S2、S3彼此連接的布線即串聯臂與基準電位部Gnd之間的3個并聯臂諧振器P1、P2、P3。即,發送濾波器11是3級構成的梯子型濾波器。其中,發送濾波器11中,梯子型濾波器的級數是任意的。而且,在發送濾波器11中,發送端子9作為輸入端子起作用,天線端子8作為輸出端子起作用。另外,在由梯子型濾波器來構成接收濾波器12的情況下,天線端子8作為輸入端子起作用,接收端子10作為輸出端子起作用。
并聯臂諧振器P1、P2、P3與基準電位部Gnd之間有時設置有電感器L。通過將該電感器L的電感設定為給定的大小,從而在發送信號的通過頻率的頻帶外形成衰減極,增大頻帶外衰減。多個串聯臂諧振器S1、S2、S3及多個并聯臂諧振器P1、P2、P3分別由SAW元件1這種的SAW諧振器構成。
接收濾波器12例如具有多次模式型SAW濾波器17和被串聯連接在其輸入側的輔助諧振器18。另外,在本實施方式中,多次模式包含2次模式。多次模式型SAW濾波器17具有平衡-不平衡變換功能,接收濾波器12連接于輸出平衡信號的2個接收端子10。接收濾波器12未限于由多次模式型SAW濾波器17構成的結構,既可以由梯子型濾波器構成,也可以是不具有平衡-不平衡變換功能的濾波器。
也可以在發送濾波器11、接收濾波器12及天線端子8的連接點與接地電位部Gnd之間插入電感器等所構成的阻抗匹配用的電路。
也可以將本實施方式的SAW元件1使用于并聯臂諧振器P1~P3中任一個。通過將SAW元件1用于并聯臂諧振器P1~P3的至少1個,從而能夠降低濾波器的通帶的高頻側端部附近的損耗。分波器7中,由于發送頻帶大多與接收頻帶相比更位于低頻側,故尤其在發送濾波器11中,在通帶的高頻側需要陡峭的衰減特性。為此,通過將SAW元件1用于并聯臂諧振器P1~P3,從而能夠在降低通帶的高頻側附近的損耗的同時使陡峭度提高,在分波器7中既能減小損耗、又能夠使發送信號與接收信號的分離度提高。
圖16是表示梯子型濾波器的通過特性和串聯臂諧振器S1、S2、S3及并聯臂諧振器P1、P2、P3的阻抗特性的頻率位置的概念圖。位于下方的是串聯臂諧振器及并聯臂諧振器的阻抗特性。以實線表示串聯臂諧振器的特性、以虛線表示并聯臂諧振器的特性。另外,橫軸表示頻率、縱軸表示阻抗。通過將這種串聯臂諧振器及并聯臂諧振器連接成梯子型,從而作為濾波器起作用。關于該濾波器的濾波器通過特性,示于圖16的上方。在此,縱軸表示阻抗、橫軸表示頻率。
根據圖16所示的阻抗特性可知,串聯臂諧振器的諧振點與并聯臂諧振器的反諧振點位于濾波器通帶的大致中央。相當于濾波器通帶的高頻側的端部的頻率,如圖16中以A所標示出的,與并聯臂諧振器的反諧振點相比位于稍微高的高頻側。
在將本實施方式的SAW元件1利用于并聯臂諧振器P1~P3的情況下,能夠降低該頻率區域內的損耗,因此作為結果能夠降低濾波器的通帶的高頻側端部附近的損耗。再有,本實施方式的SAW元件1,諧振頻率近旁中的特性劣化。然而,并聯臂諧振器P1~P3的諧振頻率近旁比濾波器的通帶更靠低頻側,作為濾波器整體的特性,能夠難以成為大的缺點。
再有,尤其至少在并聯臂諧振器P1~P3之中諧振頻率最低的并聯臂諧振器使用SAW元件1,由此在濾波器通帶中能夠抑制高頻側端部的損耗,使其結果的肩特性提高,能夠使濾波器的通帶中的陡峭性提高。即,在包含并聯臂諧振器P1~P3之中第1并聯臂諧振器和與其相比諧振頻率更高的第2并聯臂諧振器的情況下,優選將SAW元件1應用于第1并聯臂諧振器。更優選,第1并聯臂諧振器的諧振頻率在并聯臂諧振器之中最低。
本發明的SAW元件未限于上述的實施方式,也可以增加各種各樣的變更。例如,上述的實施方式中,作為將反射電極指42配置得與構成IDT電極3的多個電極指32的間距相比更靠IDT電極3側的方法,分別對將間隔G縮窄的情況、將反射電極指42的間距Pt2縮窄的情況、及將電極指32的間距Pt1縮窄的情況進行了說明,但也可以將這些進行組合。
即,作為將反射電極指42配置得與構成IDT電極3的多個電極指32的間距相比更靠IDT電極3側的方法,也可以既將間隔G縮窄、又將反射電極指42的間距Pt2縮窄。該情況下,可以減小將間隔G縮窄的寬度、和將間距Pt2縮窄的寬度,因此能夠降低各個構成中的特性的劣化。另外,既可以在將間隔G縮窄的同時將IDT電極3的電極指32的間距Pt1縮窄,也可以將間隔G、間距Pt1及間距Pt2全部縮窄。
再有,上述的實施方式的SAW元件與通帶的頻率無關地達到效果。圖17~22雖然將通帶的頻率設定為800MHz帶,但可知達到與上述實施方式同樣的效果。具體是,圖17~圖22中,橫軸表示頻率(MHz)、縱軸表示相位(deg)。這些圖中,以實線表示將間隔G相對于間距Pt1設為1.0倍的SAW元件的特性,以虛線表示將間隔G相對于間距Pt1設為0.9倍的SAW元件的特性。另外,間距Pt1的1.0倍的SAW元件是通常的SAW元件。這些圖的全部圖中,能夠確認:以虛線表示的將間隔G相對于間距Pt1設為0.9倍的SAW元件,與設為1.0倍的SAW元件相比,比反諧振頻率更高的高頻側的相位接近于-90°,抑制損耗的產生。
還有,在上述實施方式中,是將IDT電極3的電極指32的根數設為200根的情況。與此相對,制作從上述實施方式的SAW元件的基本構成變更了IDT電極3的電極指32的根數的SAW元件,將測定出的結果示于圖17~19。具體是,圖17、18、19是分別制作將IDT電極3的根數設定為100根、200根及300根的SAW元件并測定了相位特性的結果。電極指32的膜厚如標準化膜厚為7.7%那樣設定成378μm(包含基底層的6nm)的情況。標準化膜厚是電極指32的膜厚相對于彈性波的波長的比例,將電極指32的膜厚除以波長的值。
如將結果示于圖17~19,可知與電極指32的根數無關地達到本發明的效果。
另一方面,如圖20~22所示,可知在改變了電極指32的膜厚的情況下能夠獲得與本實施方式的SAW元件同樣的效果。圖20~22是在上述實施方式的SAW元件中制作使電極膜厚變化、以使標準化膜厚變化的SAW元件并進行了測定的結果。具體是,圖20~22分別是設定為標準化膜厚6.5%(電極膜厚320nm(包含基底層6nm))、7.7%(電極膜厚378nm(包含基底層6nm))、8.2%(電極膜厚400nm(包含基底層6nm))的圖。根據該結果能夠清楚:不拘于電極指32的膜厚,高改善頻側的損耗。尤其在膜厚薄的情況下知曉損耗的改善效果大且紋波也能夠減小。
-符號說明-
1:彈性波元件(SAW元件),2:壓電基板,2A:上表面,3:激勵電極(IDT電極),30:梳齒電極(第1梳齒電極30a、第2梳齒電極30b),31:匯流條(第1匯流條31a、第2匯流條31b),32:電極指(第1電極指32a、第2電極指32b),33:虛擬電極指(第1虛擬電極指33a、第2虛擬電極指33b),3a:中心附近,4:反射器,41:反射器匯流條,42:反射電極指,5:保護層,7:分波器,8:天線端子,9:發送端子,10:接收端子,11:發送濾波器,12:接收濾波器,101:通信裝置,103:RF-IC,109:天線,S1~S3:串聯臂諧振器,P1~P3:并聯臂諧振器。