CN113474996A

CN113474996A - 滤波器和多滤波器

Info

Publication number: CN113474996A
Application number: CN202080017010.XA
Authority: CN
Inventors: 浦田知德
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2019-02-26
Filing date: 2020-02-18
Publication date: 2021-10-01
Anticipated expiration: 2040-02-18
Also published as: JP7421541B2; US20220140816A1; US12113513B2; CN113474996B; WO2020175240A1; JPWO2020175240A1

Abstract

滤波器，包括：形成于第一压电基板上的梯型滤波器单元；以及，与其连接，形成于与所述第一压电基板不同的第二压电基板上的多模式型滤波器单元；所述梯型滤波器及所述多模式型滤波器单元构成一个通带。

Description

滤波器和多滤波器

技术领域

本公开涉及利用弹性波的滤波器和包括这种滤波器的多滤波器。

背景技术

已知一种弹性波装置，用于对压电体上的IDT(Interdigital transducer，叉指换能器)电极施加电压，以产生在压电体中传播的弹性波。作为使用这种IDT电极的滤波器，例如，已知有梯型滤波器和多模式型滤波器。

专利文献1公开了将梯型滤波器单元和多模式型滤波器单元组合作为接收滤波器的示例。梯型滤波器单元和多模式型滤波器单元形成于同一基板内。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本发明专利第5765502号

发明内容

根据本公开的一个方面的滤波器包括：形成于第一压电基板上的梯型滤波器单元，以及，与其连接，并形成于与所述第一压电基板不同的第二压电基板上的多模式型滤波器单元；所述梯型滤波器单元与所述多模式型滤波器单元构成一个通带。

根据本公开的一个方面的多滤波器包括：使用上述滤波器的第一滤波器、第二滤波器和第三滤波器；所述第一滤波器的通带的中心频率取所述第二滤波器以及所述第三滤波器的中心频率之间的值，所述第一基板或所述第二基板由所述第二滤波器或所述第三滤波器共用。

附图说明

图1为表示实施方式的滤波器的概略结构的图。

图2(a)至图2(d)为表示电极厚度与电气特性之间的相关性的线图。

图3为表示实施方式的多滤波器的概略结构的框图。

图4为图3所示的多滤波器的俯视图。

图5为表示图1所示的滤波器的变形例的主要部分的剖视图。

具体实施方式

在下文中，将通过参考附图解释本公开的技术的具体实施例，来阐明本公开的技术。

[滤波器1]

图1示出了滤波器1的示意图。滤波器1包括位于端子11和端子12之间的梯型滤波器单元3和多模式型滤波器单元5。在该示例中，梯型滤波器单元3和多模式型滤波器单元5串联连接，以形成一个通带。

梯型滤波器单元3包括：串联连接的串联谐振器S1～S3，以及，并联连接在这些串联谐振器S1～S3与参考电位之间的并联谐振器P1～P2。另外，在梯型滤波器单元3中，串联谐振器S和并联谐振器P只需梯型连接即可，每个谐振器的数量、尺寸等可以根据所需特性自由选择。

在该示例中，多模式型滤波器单元5包括DMS(Double Mode SAW，双模式SAW)型滤波器51。在该示例中，DMS型滤波器51是不平衡型滤波器，但它可以是具有平衡-不平衡转换功能的滤波器。此外，可以包括多个DMS型滤波器51，或者，DMS型滤波器51的前级或后级可以连接谐振器53，或者可以连接电感等。

每个滤波器单元向压电基板上的IDT(interdigital transducer，叉指换能器)电极施加电压，以产生在压电体中传播的弹性波，形成滤波器特性。IDT电极通过对导体层(金属层)进行图案化而形成，例如由Al或Al合金构成。此外，IDT电极可以由层叠有多个不同导体层的层叠体构成。

这样的IDT电极包括一对梳齿电极。一对梳齿电极被配置为互相啮合，每一个梳齿电极中均具有多个电极指(相当于梳齿)。形成以该电极指的间距p的两倍作为波长的弹性波的驻波，该驻波的频率成为共振频率。梯型滤波器单元3具有由谐振频率和反谐振频率形成的通带，多模式型滤波器单元5具有由谐振频率形成的通带。

由此，当滤波器1包括梯型滤波器单元3和多模式型滤波器单元5时，可以是具有两种滤波器优点的滤波器。即，滤波器1可以具有宽频带和优良的衰减特性。

为了进一步改善这种滤波器1的特性，在本公开的滤波器1中，梯型滤波器单元3和多模式型滤波器单元5被形成于不同的压电基板。具体地，梯型滤波器单元3形成于第一压电基板35，多模式型滤波器单元5形成于第二压电基板55。在图1中，形成于同一压电基板上的部分被虚线包围。另外，第一压电基板35和第二压电基板55是不同基板即可，但是除此之外，材料、切角和膜厚中的任一个都可以不同。

图2表示使用钽酸锂基板(以下称为LT基板)时，谐振器的电极厚度与损耗的关系。图2(a)和图2(b)是使用切角为42°的LT基板作为压电基板时的模拟结果，图2(c)和图2(d)是使用切角为46°的LT基板作为压电基板时的模拟结果。图2(a)和图2(c)示出了谐振频率和反谐振频率处的损耗与电极厚度之间的相关性。图2(b)和图2(d)是示出谐振频率和反谐振频率之间的损耗的平均值与电极厚度之间的相关性的图。每幅图中，横轴为电极厚度(单位：λ)，纵轴为损耗(单位：dB)。

从图2可以清楚地看出，损耗最小的电极厚度的谐振频率和反谐振频率也不同，并且，随切角的不同而改变。在此，梯型滤波器单元3选择使谐振频率和反谐振频率的损耗的平均值最小的电极厚度，以使构成通带的谐振频率和反谐振频率的双方的损耗都低。另一方面，多模式型滤波器单元5选择使构成通带的谐振频率的损耗低的电极厚度。因此，为了提高两个滤波器单元各自的特性，两个滤波器单元之间的电极的最佳厚度并不同，但是为了在一个基板上实现这一点，必须要在同一基板上形成多个电极膜厚度，生产率有下降的风险。与此相对地，根据本公开，通过在不同基板上配置各滤波器单元3和5，可以在不使制造工艺复杂化的情况下，使两个滤波器单元3和5之间的电极厚度不同，从而可以提供一种生产率高的滤波器1。

此外，由于布线的电阻值随电极厚度的增加而降低，因此在不小于由于最佳厚度引起的谐振特性的损耗降低的范围内，通过增加电极厚度，可以改善插入损耗。即使当压电基板的切角不同时，这种趋势也是相同的。因此，为了增加电极厚度，梯型滤波器单元3可以增大配置有梯型滤波器单元3的压电基板(第一压电基板35)的切角。在该情况下，第一压电基板35的切角可以大于第二压电基板55的切角。例如，具有46°～50°Y-X切角的LT基板可以用作第一压电基板35，具有41°～43°Y-X切角的LT基板可以用作第二压电基板55。

另外，在梯型滤波器中，如果位于反谐振频率高频侧的阻带位于通带内或通带附近，则插入损耗和陡峭性都会降低。在此，通过增加电极膜厚和改变IDT电极的电极指间距，可以将阻带移动到高频侧。从这点来看，梯型滤波器单元3中使用的第一压电基板35的切角可以大于第二压电基板55的切角，也可以增加电极膜厚度。通过使用这种方法，可以减少梯型滤波器的插入损耗和陡峭性的降低。此外，即使当压电基板的切角不同时，也可以确认这种趋势是相同的。

以此方式，可使得梯型滤波器单元3能够通过增加电极厚度来调整电气特性。因此，为了增加电极厚度，可以增大其上布置有梯型滤波器单元3的压电基板(第一压电基板35)的切角。在该情况下，第一压电基板35的切角可以大于第二压电基板55的切角。例如，具有46°～50°Y-X切角的LT基板可以用作第一压电基板35，并且具有41°～43°Y-X切角的LT基板可以用作第二压电基板55。

以此方式，通过在不同的压电基板上形成梯型滤波器单元3和多模式型滤波器单元5，可以增强滤波器单元3和5各自的特性，其结果是，能提供电气特性优异的滤波器1。

另外，梯型滤波器单元3和多模式型滤波器单元5可以通过设置于安装基板上的布线进行电连接，安装基板上安装有形成它们的第一压电基板35和第二压电基板55。

[多滤波器100]

图3是示出了本公开的多滤波器100的一个示例的电路图，图4是图3所示的多滤波器1的俯视示意图。

多滤波器100包括天线端子120、输入/输出端子130A至130D、以及彼此具有不同通带的第一滤波器F1至第四滤波器F4。在天线端子120和每个输入/输出端子130的四个路径的每一个的路径中，连接有第一滤波器F1至第四滤波器F4中的一个。换言之，多滤波器100是所谓的多路复用器，第一滤波器F1至第四滤波器F4共同并联连接至天线端子120。

假设第一滤波器F1至第四滤波器F4的通带的中心频率分别为f1、f2、f3和f4，f1取其中的最大值以及最小值以外的值。在本例中，满足f2<f1<f4<f3的关系。

第一滤波器F1～第四滤波器F4的滤波器的种类没有特别限定，可以是使用弹性波的频带的滤波器。在本例中，第一滤波器F1和第二滤波器F2构成一个频带的接收滤波器和发送滤波器，第三滤波器F3和第四滤波器F4构成另一个频带的接收滤波器和发送滤波器。

并且，使用图1所示的滤波器1作为第一滤波器F1。具体地，滤波器1的第一端子11与天线端子120电连接，第二端子12与输入/输出端子130A电连接。

第二滤波器F2和第四滤波器F4是由梯型滤波器构成的发送滤波器。第三滤波器F3是由梯型滤波器和垂直耦合型滤波器(DMS)组合构成的接收滤波器。另外，在本示例中，第三滤波器F3虽然与第一滤波器F1的构成相同，但可以仅由梯型滤波器构成，也可以不包括仅由DMS滤波器或者仅由DMS滤波器和谐振器构成的梯型滤波器。

在这样的第一滤波器F1至第四滤波器F4中，第一滤波器F1由被分割成两块的基板构成，且这些分割的基板被其他滤波器F2至F4其中的任一个共用。具体地，如图4所示，第一滤波器F1的梯型滤波器单元3与第二滤波器F2一体地构成于同一基板上。即，在第一压电基板35上，形成有构成梯型滤波器单元3和第二滤波器F2的谐振器组。第一压电基板35是46°Y-X切角的LT基板，构成梯型滤波器单元3与第二滤波器F2的谐振器组之间的导体层的厚度为

同样地，第一滤波器F1的多模式型滤波器单元5与第三滤波器F3一体地构成于同一基板上。即，在第二压电基板55上，形成有构成多模式型滤波器单元5和第三滤波器F3的谐振器组。第二压电基板55是42°Y-X切角的LT基板，构成多模式型滤波器单元5与第三滤波器F3的谐振器组之间的导体层的厚度为

另外，第四滤波器F4形成于与第一压电基板35、第二压电基板55不同的压电基板140。压电基板140，与第二压电基板55同样地，使用46°Y-X切角的LT基板。并且，构成第四滤波器F4的谐振器组的导体层的厚度设置为

第一压电基板35、第二压电基板55和压电基板140安装在安装基板150，并且滤波器通过形成于安装基板150上或其内部的布线彼此电连接，从而可以提供多滤波器100。另外，第一压电基板35、第二压电基板55、压电基板140被形成为使得形成有该滤波器用电极的表面与安装基板150相对。另外，图中虚线包围的区域表示在各压电基板上形成有与各滤波器对应的电极的区域。

通过这样的结构，能够在3个芯片(3个压电基板)中实现4个滤波器，因此能够使多滤波器100小型化。此外，如果一个滤波器被分割成两个基板，每个基板的尺寸就会变小，处理变得困难；但是，如上所述，能够通过与其他滤波器共用基板来确保单独的芯片尺寸，提供处理容易、生产率高的多滤波器100。

进一步地，在该示例中，在第一至第四滤波器F1至F4中，梯型滤波器被集合在同一基板上，且DMS型滤波器被集合在同一基板上。由此，可以为每个滤波器选择最佳的电极层厚度和压电基板。这使得可以改善单个滤波器的电气特性。

另外，在该示例中，梯型滤波器单元3的第一压电基板35上形成第二滤波器F2的谐振器组，但也可以形成第四滤波器F4的谐振器组。进一步地，第一压电基板35上可以形成有第二滤波器F2的谐振器组以及第四滤波器F4的谐振器组。

此外，在该示例中，梯型滤波器一起配置于第一压电基板35，DMS滤波器一起配置于第二压电基板55。这使得可以为每种滤波器类型选择最佳电极厚度和基板。在本例中，由于第三滤波器F3也是梯型滤波器和DMS型滤波器组合构成一个通带的滤波器，因此，可以仅将第三滤波器F3的DMS型滤波器单元设置于第二压电基板55，将梯型滤波器单元设置于第一压电基板35和压电基板140。

[变形例]

在上述例子中，尽管已对第一压电基板35和第二压电基板55均使用单个基板的情况进行了说明，但是，也可以减小第一压电基板35和第二压电基板55的厚度，并贴合另外的支撑基板。图5表示滤波器1A的主要部分放大剖视图。

在图5中，第一压电基板35的厚度较薄，且与配置有梯型滤波器单元3的一侧相对的表面上，直接或间接地配置有支撑基板37。支撑基板37，只要具有能够支撑第一压电基板35的强度，就没有特别限定；例如，当使用线膨胀系数小于第一压电基板35的材料时，可以抑制因温度变化而引起的第一压电基板35的变形，提高温度补偿效果。在这种情况下，以上述λ为基准，第一压电基板35的厚度可以为20λ以下。

此外，当第一压电基板35的厚度小于1λ时，可以抑制弹性波在基板厚度方向上的泄漏，将弹性波封闭在第一压电基板35中，结果是，可以提供低损耗的滤波器。在这种情况下，在第一压电基板35和支撑基板37之间，可以插入由低声速膜和高声速膜交替层叠形成的声学多层膜，例如可以插入由氧化硅等绝缘材料制成的接合层。进一步地，在梯型滤波器单元3中，为了抑制体波寄生的影响，可以使用声速比第一压电基板35高的材料作为支撑基板37。这样的支撑基板37的材料的示例包括AlN、氮化硅、蓝宝石基板和Si基板。

另一方面，第二压电基板55是通常的LT基板，在其下表面没有插入支撑基板等。

由此，对于滤波器1A，第一压电基板35的厚度和第二压电基板55的厚度不同。且，第一压电基板35和第二压电基板55以形成有IDT电极的一侧表面朝下的方式被安装于安装用的基板70。且，梯型滤波器单元3和多模式型滤波器单元5通过位于基板70内部的布线图案71电连接。由此，滤波器单元3和5可以用作过滤波器1A。另外，通过确保在俯视透视时，布线图案71的路径比在基板70内直线连接梯型滤波器单元3和多模式型滤波器单元5的线段长，布线图案71也可以作为电感器发挥作用。在这种情况下，可以扩展滤波器1A的通带。进一步地，布线图案71可以位于基板70的上表面(安装表面)上。此外，在该示例中，第一压电基板35和第二压电基板55经由安装凸块72安装在安装用的基板70上，但是不限于此。

根据滤波器1A，在连接天线端子120的一侧的滤波器单元(即，梯型滤波器单元3)中，能够得到损耗被抑制的电特性。此处，如图3所示，当多个滤波器共同连接到天线端子120时，位于最接近天线端子120的位置处的谐振器的特性与其他滤波器的插入损耗有关。为此，通过将包括靠近天线端子120的谐振器的梯型滤波器单元3形成于包括厚度薄的第一压电基板35以及用于支撑其的支撑基板37的复合基板，可以提供具有良好的温度特性、可降低插入损耗的多滤波器。

由上可知，在图3所示的多滤波器100中，包括变薄的第一压电基板35的复合基板，可以形成相邻通带之间间隔小的滤波器的谐振器组。在该情况下，可以抑制该滤波器的频率波动，获得高度可靠的多滤波器。

另外，在上述示例中，仅将第一压电基板35变薄的情况作为示例进行了描述，但是第二压电基板55也可以被变薄。

[变形例]

第一压电基板35和第二压电基板55的材料可以不同。例如，一个可以是LT基板，另一个可以是铌酸锂(LN)基板。

此外，当梯型滤波器单元3位于天线端子120正下方时，构成第一压电基板35的压电晶体的切角可以大于第二压电基板55的切角。在这种情况下，可以增加梯型滤波器单元3的电极厚度，从而可以提高耐电性。

进一步地，在上述示例中，仅将第一压电基板35变薄的情况作为示例进行了描述，但是第二压电基板55、压电基板140也可以被变薄。

符号说明

1…滤波器，3…梯型滤波器单元，5…多模式型滤波器单元，35…第一压电基板，55…第二压电基板。

Claims

1.滤波器，包括：

形成于第一压电基板上的梯型滤波器单元，以及，与其连接，并形成于与所述第一压电基板不同的第二压电基板上的多模式型滤波器单元；所述梯型滤波单元与所述多模式型滤波单元构成一个通带。

2.根据权利要求1所述的滤波器，构成所述梯型滤波器单元的电极厚度与构成所述多模式型滤波单元的电极厚度不同。

3.根据权利要求1或2所述的滤波器，所述第一压电基板的切角与所述第二压电基板的切角不同。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的滤波器，所述第一压电基板的厚度与所述第二压电基板的厚度不同。

5.根据权利要求4所述的滤波器，所述梯型滤波器单元包括梯型连接的多个谐振器；

所述谐振器包括IDT电极，所述IDT电极具有多个以间距p排列的电极指；

所述第一压电基板的厚度为2p以下。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的滤波器，

所述梯型滤波器单元，

其一端连接天线端子，包括多个电极指重复排列的谐振器；

所述第一压电基板的厚度为所述电极指重复排列的间距的2倍以下；

还包括与所述第一压电基板直接或间接连接的支撑基板。

7.多滤波器，包括使用权利要求1至6中任一项所述的滤波器的第一滤波器、第二滤波器和第三滤波器；

所述第一滤波器的通带的中心频率取所述第二滤波器以及所述第三滤波器的中心频率之间的值；

所述第一基板或所述第二基板由所述第二滤波器或所述第三滤波器共用。

8.根据权利要求7所述的多滤波器，所述第二滤波器为梯型滤波器，共用所述第一基板。

9.根据权利要求7或8所述的多滤波器，所述第三滤波器为多模式型滤波器，共用所述第二基板。