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JP7627174B2 - Ladder Filters and Multiplexers - Google Patents

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JP7627174B2 JP2021090798A JP2021090798A JP7627174B2 JP 7627174 B2 JP7627174 B2 JP 7627174B2 JP 2021090798 A JP2021090798 A JP 2021090798A JP 2021090798 A JP2021090798 A JP 2021090798A JP 7627174 B2 JP7627174 B2 JP 7627174B2
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悟士 折戸
博士 川上
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  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Description

本発明は、ラダー型フィルタおよびマルチプレクサに関し、例えば圧電薄膜共振器を有するラダー型フィルタおよびマルチプレクサに関する。 The present invention relates to ladder-type filters and multiplexers, for example ladder-type filters and multiplexers having piezoelectric thin-film resonators.

携帯電話等の通信機器に用いられるフィルタとして、圧電薄膜共振器を有するラダー型フィルタが知られている。圧電薄膜共振器は、下部電極と上部電極とで圧電膜を挟む構造を有している。圧電膜の少なくとも一部を挟み下部電極と上部電極とが重なる領域が共振領域である。共振領域における下部電極と上部電極との間に挿入膜を挿入することが知られている(例えば特許文献1~3)。圧電薄膜共振器をラダー型フィルタに用いることが知られている(例えば特許文献4~7)。 Ladder-type filters having piezoelectric thin-film resonators are known as filters used in communication devices such as mobile phones. A piezoelectric thin-film resonator has a structure in which a piezoelectric film is sandwiched between a lower electrode and an upper electrode. The region where the lower electrode and the upper electrode overlap, sandwiching at least a portion of the piezoelectric film, is the resonance region. It is known to insert an insertion film between the lower electrode and the upper electrode in the resonance region (e.g., Patent Documents 1 to 3). It is known to use piezoelectric thin-film resonators in ladder-type filters (e.g., Patent Documents 4 to 7).

特開2015-95729号公報JP 2015-95729 A 特開2016-29766号公報JP 2016-29766 A 特開2017-34358号公報JP 2017-34358 A 特開2003-22074号公報JP 2003-22074 A 特開2004-173236号公報JP 2004-173236 A 特開2005-223808号公報JP 2005-223808 A 特開2007-324823号公報JP 2007-324823 A

ラダー型フィルタにおいて、スカート特性の急峻を高め、広帯域化しようとするために、圧電薄膜共振器の電気機械結合係数を異ならせることがある。電気機械結合係数の異なる圧電薄膜共振器を有するラダー型フィルタを製造するためには、製造工数が増加し製造コストが高くなる。 In ladder type filters, the electromechanical coupling coefficients of the piezoelectric thin film resonators are sometimes made different in order to increase the steepness of the skirt characteristics and broaden the bandwidth. To manufacture a ladder type filter having piezoelectric thin film resonators with different electromechanical coupling coefficients, the number of manufacturing steps increases, resulting in higher manufacturing costs.

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、特性を向上させかつ製造工程の増加を抑制することを目的とする。 The present invention was developed in consideration of the above problems, and aims to improve characteristics and prevent an increase in the manufacturing process.

本発明は、基板と、前記基板上に設けられた圧電膜と、前記圧電膜の少なくとも一部を挟み互いに重なる共振領域を形成する第1電極および第2電極と、を備え、少なくとも一部の圧電薄膜共振器は前記共振領域内において前記第1電極と前記第2電極との間に設けられた挿入膜を備える複数の圧電薄膜共振器と、第1端子と第2端子との間に直列接続され、前記複数の圧電薄膜共振器に含まれ、前記第2端子に最も電気的に近い第1直列共振器は、複数の直列共振器のうち最も挿入膜が薄く、前記第1直列共振器以外の少なくとも1つの第2直列共振器は前記第1直列共振器より挿入膜が厚い複数の直列共振器と、一端が前記第1端子と前記第2端子との間に経路に接続され、他端が接地され、前記複数の圧電薄膜共振器に含まれ、前記第2端子に最も電気的に近い第1並列共振器は、複数の並列共振器のうち最も挿入膜が薄いまたは挿入膜を備えず、前記第1並列共振器以外の少なくとも1つの第2並列共振器は前記第1並列共振器より挿入膜が厚い複数の並列共振器と、一端が前記複数の並列共振器のうち少なくとも1つの第1共振器に接続され、他端が接地されたインダクタと、前記複数の直列共振器と接地されたインダクタが接続されていない並列共振器とのうち少なくとも1つであり、前記インダクタの接続された並列共振器の挿入膜と実質的に同じ厚さの挿入膜を備える第2共振器と、を備えるラダー型フィルタである。 The present invention relates to a piezoelectric thin-film resonator comprising a substrate, a piezoelectric film provided on the substrate, and a first electrode and a second electrode that sandwich at least a portion of the piezoelectric film and form a resonance region that overlaps with each other, at least some of the piezoelectric thin-film resonators having an insertion film provided between the first electrode and the second electrode in the resonance region, a first series resonator included in the plurality of piezoelectric thin-film resonators that is connected in series between a first terminal and a second terminal and is electrically closest to the second terminal, the first series resonator having the thinnest insertion film among the plurality of series resonators, and at least one second series resonator other than the first series resonator having a thicker insertion film than the first series resonator, and a series resonator having one end that is connected in a path between the first terminal and the second terminal. The ladder-type filter includes a first parallel resonator that is electrically closest to the second terminal and is connected to at least one first resonator among the plurality of piezoelectric thin-film resonators and has the thinnest insertion film or does not have an insertion film, and at least one second parallel resonator other than the first parallel resonator has a thicker insertion film than the first parallel resonator; an inductor having one end connected to at least one first resonator among the plurality of parallel resonators and the other end grounded; and a second resonator that is at least one of the plurality of parallel resonators and a parallel resonator to which the grounded inductor is not connected, and has an insertion film that is substantially the same thickness as the insertion film of the parallel resonator to which the inductor is connected.

上記構成において、前記第1共振器は前記第1並列共振器を含み、前記第2共振器は前記第1直列共振器を含む構成とすることができる。 In the above configuration, the first resonator may include the first parallel resonator, and the second resonator may include the first series resonator.

上記構成において、前記複数の直列共振器および前記複数の並列共振器のうち、前記第1並列共振器は最も挿入膜が薄く、前記第2直列共振器は2番目に挿入膜が薄い構成とすることができる。 In the above configuration, among the plurality of series resonators and the plurality of parallel resonators, the first parallel resonator may have the thinnest insertion film, and the second series resonator may have the second thinnest insertion film.

上記構成において、前記複数の並列共振器のうち前記第1端子に最も電気的に近い第3並列共振器は、前記複数の直列共振器および前記複数の並列共振器のうち最も挿入膜が厚い構成とすることができる。 In the above configuration, the third parallel resonator, which is electrically closest to the first terminal among the multiple parallel resonators, can be configured to have the thickest insertion film among the multiple series resonators and the multiple parallel resonators.

本発明は、基板と、前記基板上に設けられた圧電膜と、前記圧電膜の少なくとも一部を挟み互いに重なる共振領域を形成する第1電極および第2電極と、を備え、少なくとも一部の圧電薄膜共振器は前記共振領域内において前記第1電極と前記第2電極との間に設けられた挿入膜を備える複数の圧電薄膜共振器と、第1端子と第2端子との間に直列接続され、前記複数の圧電薄膜共振器に含まれ、前記第2端子に最も電気的に近い第1直列共振器は、複数の直列共振器のうち最も挿入膜が薄く、前記第1直列共振器以外の少なくとも1つの第2直列共振器は前記第1直列共振器より挿入膜が厚い複数の直列共振器と、一端が前記第1端子と前記第2端子との間に経路に接続され、他端が接地され、前記複数の圧電薄膜共振器に含まれ、前記第2端子に最も電気的に近い第1並列共振器は、複数の並列共振器のうち最も挿入膜が薄いまたは挿入膜を備えず、前記第1並列共振器以外の少なくとも1つの第2並列共振器は前記第1並列共振器より挿入膜が厚い複数の並列共振器と、前記複数の直列共振器および前記複数の並列共振器のうち少なくとも1つの第1共振器に並列接続されたキャパシタと、前記複数の直列共振器および前記複数の並列共振器のうち少なくとも1つであり、キャパシタが並列接続されておらず、前記キャパシタが並列接続された共振器の挿入膜と実質的に同じ厚さの挿入膜を備える第2共振器と、を備えるラダー型フィルタである。 The present invention relates to a piezoelectric thin-film resonator comprising a substrate, a piezoelectric film provided on the substrate, and a first electrode and a second electrode that sandwich at least a portion of the piezoelectric film and form a resonance region that overlaps with each other, at least some of the piezoelectric thin-film resonators having an insertion film provided between the first electrode and the second electrode in the resonance region, a first series resonator included in the plurality of piezoelectric thin-film resonators that is electrically closest to the second terminal, has the thinnest insertion film among the plurality of series resonators, and at least one second series resonator other than the first series resonator has a thicker insertion film than the first series resonator, and one end of the series resonator is connected to a path between the first terminal and the second terminal. , the other end of which is grounded, and a first parallel resonator included in the plurality of piezoelectric thin-film resonators and electrically closest to the second terminal has the thinnest insertion film or does not have an insertion film among the plurality of parallel resonators, and at least one second parallel resonator other than the first parallel resonator has a thicker insertion film than the first parallel resonator; a capacitor connected in parallel to the plurality of series resonators and at least one first resonator among the plurality of parallel resonators; and a second resonator that is at least one of the plurality of series resonators and the plurality of parallel resonators, has no capacitor connected in parallel, and has an insertion film substantially the same thickness as the insertion film of the resonator to which the capacitor is connected in parallel.

上記構成において、前記第1共振器は前記第1直列共振器を含み、前記第2共振器は前記第1並列共振器を含む構成とすることができる。 In the above configuration, the first resonator may include the first series resonator, and the second resonator may include the first parallel resonator.

上記構成において、前記複数の直列共振器および前記複数の並列共振器のうち、前記第1並列共振器は最も挿入膜が薄く、前記第2直列共振器は2番目に挿入膜が薄い構成とすることができる。 In the above configuration, among the plurality of series resonators and the plurality of parallel resonators, the first parallel resonator may have the thinnest insertion film, and the second series resonator may have the second thinnest insertion film.

上記構成において、前記複数の並列共振器のうち前記第1端子に最も電気的に近い第3並列共振器は、前記複数の直列共振器および前記複数の並列共振器のうち最も挿入膜が厚い構成とすることができる。 In the above configuration, the third parallel resonator, which is electrically closest to the first terminal among the multiple parallel resonators, can be configured to have the thickest insertion film among the multiple series resonators and the multiple parallel resonators.

上記構成において、前記第1共振器は前記第3並列共振器を含む構成とすることができる。 In the above configuration, the first resonator may include the third parallel resonator.

上記構成において、前記複数の圧電薄膜共振器において、前記圧電膜の厚さは実質的に同じであり、前記第1電極の厚さは実質的に同じであり、前記第2電極の厚さは実質的に同じである構成とすることができる。 In the above configuration, the thickness of the piezoelectric film in the multiple piezoelectric thin film resonators can be substantially the same, the thickness of the first electrodes can be substantially the same, and the thickness of the second electrodes can be substantially the same.

本発明は、基板と、前記基板上に設けられた圧電膜と、前記圧電膜の少なくとも一部を挟み互いに重なる共振領域を形成する第1電極および第2電極と、を備える複数の圧電薄膜共振器と、第1端子と第2端子との間に直列接続され、前記複数の圧電薄膜共振器に含まれ、前記第2端子に最も電気的に近い第1直列共振器は、複数の直列共振器のうち最も単体の電気機械結合係数が大きく、前記第1直列共振器以外の少なくとも1つの第2直列共振器は前記第1直列共振器より単体の電気機械結合係数が小さい複数の直列共振器と、一端が前記第1端子と前記第2端子との間に経路に接続され、他端が接地され、前記複数の圧電薄膜共振器に含まれ、前記第2端子に最も電気的に近い第1並列共振器は、複数の並列共振器のうち最も単体の電気機械結合係数が大きく、前記第1並列共振器以外の少なくとも1つの第2並列共振器は前記第1並列共振器より単体の電気機械結合係数が小さい複数の並列共振器と、一端が前記複数の並列共振器のうち少なくとも1つの第1共振器に接続され、他端が接地されたインダクタと、前記複数の直列共振器と接地されたインダクタが接続されていない並列共振器とのうち少なくとも1つであり、前記インダクタの接続された並列共振器の単体の電気機械結合係数と実質的に同じ大きさの単体の電気機械結合係数を有する第2共振器と、を備えるラダー型フィルタである。 The present invention relates to a plurality of piezoelectric thin-film resonators each including a substrate, a piezoelectric film provided on the substrate, and a first electrode and a second electrode that sandwich at least a portion of the piezoelectric film and form a resonance region that overlaps with each other; a first series resonator that is connected in series between a first terminal and a second terminal and is included in the plurality of piezoelectric thin-film resonators, the first series resonator being electrically closest to the second terminal and having the largest single electromechanical coupling coefficient among the plurality of series resonators, and at least one second series resonator other than the first series resonator having a smaller single electromechanical coupling coefficient than the first series resonator; and a plurality of series resonators each having one end connected to a path between the first terminal and the second terminal and the other end grounded and included in the plurality of piezoelectric thin-film resonators, The ladder-type filter includes a first parallel resonator electrically closest to the second terminal, which has the largest single electromechanical coupling coefficient among the multiple parallel resonators, and at least one second parallel resonator other than the first parallel resonator has a smaller single electromechanical coupling coefficient than the first parallel resonator, an inductor having one end connected to at least one first resonator among the multiple parallel resonators and the other end grounded, and a second resonator that is at least one of the multiple series resonators and a parallel resonator to which the grounded inductor is not connected, and has a single electromechanical coupling coefficient substantially the same as the single electromechanical coupling coefficient of the parallel resonator to which the inductor is connected.

本発明は、基板と、前記基板上に設けられた圧電膜と、前記圧電膜の少なくとも一部を挟み互いに重なる共振領域を形成する第1電極および第2電極と、を備える複数の圧電薄膜共振器と、第1端子と第2端子との間に直列接続され、前記複数の圧電薄膜共振器に含まれ、前記第2端子に最も電気的に近い第1直列共振器は、複数の直列共振器のうち最も単体の電気機械結合係数が大きく、前記第1直列共振器以外の少なくとも1つの第2直列共振器は前記第1直列共振器より単体の電気機械結合係数が小さい複数の直列共振器と、一端が前記第1端子と前記第2端子との間に経路に接続され、他端が接地され、前記複数の圧電薄膜共振器に含まれ、前記第2端子に最も電気的に近い第1並列共振器は、複数の並列共振器のうち最も単体の電気機械結合係数が大きく、前記第1並列共振器以外の少なくとも1つの第2並列共振器は前記第1並列共振器より単体の電気機械結合係数が小さい複数の並列共振器と、前記複数の直列共振器および前記複数の並列共振器のうち少なくとも1つの第1共振器に並列接続されたキャパシタと、前記複数の直列共振器および前記複数の並列共振器のうち少なくとも1つであり、キャパシタが並列接続されておらず、前記キャパシタが並列接続された共振器の単体の電気機械結合係数と実質的に同じ単体の電気機械結合係数を有する第2共振器と、を備えるラダー型フィルタである。 The present invention relates to a plurality of piezoelectric thin-film resonators each including a substrate, a piezoelectric film provided on the substrate, and a first electrode and a second electrode that sandwich at least a portion of the piezoelectric film and form a resonance region that overlaps with each other; a first series resonator that is connected in series between a first terminal and a second terminal and is included in the plurality of piezoelectric thin-film resonators, and is electrically closest to the second terminal, has the largest single electromechanical coupling coefficient among the plurality of series resonators, and at least one second series resonator other than the first series resonator has a smaller single electromechanical coupling coefficient than the first series resonator; and a plurality of series resonators each having one end connected to a path between the first terminal and the second terminal and the other end grounded and included in the plurality of piezoelectric thin-film resonators, the second series resonator having the largest single electromechanical coupling coefficient among the plurality of series resonators. The ladder-type filter includes a plurality of parallel resonators, in which a first parallel resonator electrically closest to the terminal has the largest single electromechanical coupling coefficient among the plurality of parallel resonators, and at least one second parallel resonator other than the first parallel resonator has a single electromechanical coupling coefficient smaller than that of the first parallel resonator, a capacitor connected in parallel to the plurality of series resonators and at least one first resonator among the plurality of parallel resonators, and a second resonator that is at least one of the plurality of series resonators and the plurality of parallel resonators, in which a capacitor is not connected in parallel, and which has a single electromechanical coupling coefficient substantially the same as the single electromechanical coupling coefficient of the resonator to which the capacitor is connected in parallel.

本発明は、上記ラダー型フィルタを備えるマルチプレクサである。 The present invention is a multiplexer equipped with the above ladder-type filter.

本発明によれば、特性を向上させかつ製造工程の増加を抑制することができる。 The present invention can improve properties while minimizing the increase in manufacturing steps.

図1(a)は、ラダー型フィルタの回路図、図1(b)は、図1(a)のラダー型フィルタを区間に分割した回路図である。FIG. 1A is a circuit diagram of a ladder-type filter, and FIG. 1B is a circuit diagram in which the ladder-type filter of FIG. 1A is divided into sections. 図2(a)は、連立チェビシェフ近似を用いて設計するフィルタの通過特性を示す図、図2(b)は、圧電薄膜共振器の等価回路である。FIG. 2A is a diagram showing the pass characteristic of a filter designed using the simultaneous Chebyshev approximation, and FIG. 2B is an equivalent circuit of a piezoelectric thin film resonator. 図3(a)および図3(b)は、シミュレーション1におけるラダー型フィルタの回路図である。3A and 3B are circuit diagrams of the ladder filter in Simulation 1. FIG. 図4(a)は、フィルタA1~A3における各共振器の電気機械結合係数を示す図、図4(b)は、フィルタA4~A6における各共振器の電気機械結合係数を示す図である。FIG. 4A is a diagram showing the electromechanical coupling coefficients of the resonators in the filters A1 to A3, and FIG. 4B is a diagram showing the electromechanical coupling coefficients of the resonators in the filters A4 to A6. 図5(a)および図5(b)は、実施例1における圧電薄膜共振器の断面図である。5A and 5B are cross-sectional views of the piezoelectric thin film resonator in the first embodiment. 図6は、挿入膜の厚さT8に対する電気機械結合係数kを示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the electromechanical coupling coefficient k2 versus the thickness T8 of the insertion film. 図7は、実施例1におけるラダー型フィルタの回路図である。FIG. 7 is a circuit diagram of the ladder-type filter according to the first embodiment. 図8(a)は、共振器にインダクタンスLgを直列接続したときの等価回路、図8(b)は、インダクタンスLgの大きさに対する電気機械結合係数を示す図である。FIG. 8A is an equivalent circuit when an inductance Lg is connected in series to a resonator, and FIG. 8B is a diagram showing the electromechanical coupling coefficient versus the magnitude of the inductance Lg. 図9(a)および図9(b)は、シミュレーション2におけるフィルタB1~B3の通過特性を示す図である。9A and 9B are diagrams showing the pass characteristics of the filters B1 to B3 in the simulation 2. FIG. 図10(a)および図10(b)は、それぞれ実施例1の変形例1および2におけるラダー型フィルタの回路図である。10A and 10B are circuit diagrams of ladder-type filters according to first and second modifications of the first embodiment, respectively. 図11(a)は、共振器にキャパシタンスCpを並列接続したときの等価回路、図11(b)および図11(c)は、キャパシタンスCpの大きさに対する電気機械結合係数を示す図である。FIG. 11A is an equivalent circuit when a capacitance Cp is connected in parallel to a resonator, and FIG. 11B and FIG. 11C are diagrams showing the electromechanical coupling coefficient versus the magnitude of the capacitance Cp. 図12(a)および図12(b)は、シミュレーション3におけるフィルタB1、C1およびC2の通過特性を示す図である。12A and 12B are diagrams showing the pass characteristics of the filters B1, C1 and C2 in Simulation 3. FIG. 図13(a)および図13(b)は、シミュレーション3におけるフィルタB1、C3およびC4の通過特性を示す図である。13A and 13B are diagrams showing the pass characteristics of the filters B1, C3 and C4 in Simulation 3. FIG. 図14(a)および図14(b)は、それぞれ実施例1の変形例3および4に係る圧電薄膜共振器の断面図である。14A and 14B are cross-sectional views of film bulk acoustic resonators according to third and fourth modifications of the first embodiment, respectively. 図15は、実施例2に係るデュプレクサの回路図である。FIG. 15 is a circuit diagram of a duplexer in accordance with the second embodiment.

以下、図面を参照し本発明の実施例について説明する。 The following describes an embodiment of the present invention with reference to the drawings.

[ラダー型フィルタと設計手法]
実施例1について説明する前にラダー型フィルタの設計手法について説明する。図1(a)は、ラダー型フィルタの回路図である。図1(a)に示すように、ラダー型フィルタでは、端子T1(第1端子)とT2(第2端子)との間に複数の直列共振器S1~S3が直列接続されている。端子T1とT2との間に複数の並列共振器P1~P3が並列接続されている。並列共振器P1~P3の一端は端子T1とT2の経路に接続され、他端はグランド端子Gndに接続(接地)されている。端子T1およびT2の一方は高周波信号が入力する入力端子であり、端子T1およびT2の他方は濾過された高周波信号が出力される出力端子である。
[Ladder type filters and design methods]
Before describing the first embodiment, a design method of a ladder filter will be described. FIG. 1A is a circuit diagram of a ladder filter. As shown in FIG. 1A, in the ladder filter, a plurality of series resonators S1 to S3 are connected in series between terminals T1 (first terminal) and T2 (second terminal). A plurality of parallel resonators P1 to P3 are connected in parallel between terminals T1 and T2. One end of the parallel resonators P1 to P3 is connected to a path between terminals T1 and T2, and the other end is connected (grounded) to a ground terminal Gnd. One of the terminals T1 and T2 is an input terminal to which a high-frequency signal is input, and the other of the terminals T1 and T2 is an output terminal to which a filtered high-frequency signal is output.

[イメージインピーダンス法]
図1(b)は、図1(a)のラダー型フィルタを区間に分割した回路図である。図1(b)に示すように、直列共振器S1を2つの直列共振器S1aおよびS1bに分割し、直列共振器S2を2つの直列共振器S2aおよびS2bに分割する。並列共振器P2を2つの並列共振器P2aおよびP2bに分割し、並列共振器P3は2つの並列共振器P3aおよびP3bに分割する。1つの並列共振器と1つの直列共振器を含む区間21~25を設定する。このように、図1(a)のラダー型フィルタは5個の区間21~25を有する5段のラダー型フィルタである。イメージインピーダンス法では、区間21~25を用いフィルタを設計する。定k型の設計では区間21~25のインピーダンスを所望の値になるように設計する。誘導m型の設計では、定k型に加え、減衰極を設けることで、スカート特性を急峻にする。しかし、通過帯域から離れた減衰量は定k型より劣る。
[Image impedance method]
FIG. 1(b) is a circuit diagram in which the ladder filter of FIG. 1(a) is divided into sections. As shown in FIG. 1(b), the series resonator S1 is divided into two series resonators S1a and S1b, and the series resonator S2 is divided into two series resonators S2a and S2b. The parallel resonator P2 is divided into two parallel resonators P2a and P2b, and the parallel resonator P3 is divided into two parallel resonators P3a and P3b. Sections 21 to 25 including one parallel resonator and one series resonator are set. In this way, the ladder filter of FIG. 1(a) is a five-stage ladder filter having five sections 21 to 25. In the image impedance method, the filter is designed using the sections 21 to 25. In the design of the constant k type, the impedance of the sections 21 to 25 is designed to be a desired value. In the design of the induced m type, in addition to the constant k type, an attenuation pole is provided to make the skirt characteristic steep. However, the attenuation away from the passband is less than that of the fixed-k type.

イメージインピーダンス法は、設計のための計算が簡単であり、ラダー型フィルタの設計に広く用いられている。イメージインピーダンス法を用い設計された圧電薄膜共振器を有するラダー型フィルタでは、複数の直列共振器における電気機械結合係数はほとんど同じであり、複数の並列共振器における電気機械結合係数はほとんど同じである。しかし、イメージインピーダンス法を用い設計されたラダー型フィルタは圧電薄膜共振器の個数が多くなり特性が劣化する。急峻なスカート特性を有しかつ広帯域なラダー型フィルタの設計には限界がある。 The image impedance method is widely used in the design of ladder filters because the design calculations are simple. In a ladder filter with piezoelectric thin-film resonators designed using the image impedance method, the electromechanical coupling coefficients of multiple series resonators are almost the same, and the electromechanical coupling coefficients of multiple parallel resonators are almost the same. However, ladder filters designed using the image impedance method have a large number of piezoelectric thin-film resonators, which leads to deterioration of characteristics. There are limitations to the design of ladder filters that have steep skirt characteristics and a wide bandwidth.

[動的パラメータ法]
動的パラメータ法は、所望の特性に最も近似できるフィルタ回路のパラメータを直接まとめて算出する方法である。少ない共振器の個数でフィルタを構成できるため特性が向上する。動的パラメータ法として、連立チェビシェフ近似を用いラダー型フィルタを設計することを検討した。連立チェビシェフ近似では、通過帯域にリップルを形成し、減衰域に減衰極を形成することで急峻なスカート特性を得ることができる。圧電薄膜共振器を用いたラダー型フィルタの設計に連立チェビシェフ近似を用いることを検討した。
[Dynamic Parameter Method]
The dynamic parameter method is a method for directly calculating the parameters of a filter circuit that most closely resembles the desired characteristics. The filter can be constructed with a smaller number of resonators, which improves characteristics. As an example of the dynamic parameter method, we considered designing a ladder filter using the simultaneous Chebyshev approximation. In the simultaneous Chebyshev approximation, a steep skirt characteristic can be obtained by forming a ripple in the passband and an attenuation pole in the attenuation band. We considered using the simultaneous Chebyshev approximation to design a ladder filter using piezoelectric thin film resonators.

図2(a)は、連立チェビシェフ近似を用いて設計するフィルタの通過特性を示す図である。図2(a)に示すように、フィルタの通過帯域Passにおける最大損失をPdBとする。損失PdBにおけるバンド幅をBW1とする。減衰域Attにおける最小減衰量をAdBとする。減衰量がAdBにおけるバンド幅をBWnとする。通過帯域Passと減衰域Attとの間のスカートの傾きをフィルタ降下率θとする。反射係数ρ[%]=(10RdB/1-1)/(10RdB/10)であり、θ=arcsin(BW1/BWn)である。nは次数である。連立チェビシェフ近似では、特性パラメータρ、θおよびAdBと設計パラメータnの4つから3つの値を決めることにより基準LPF(Low Pass Filter)を定める。基準LPFを回路変換することで所望の特性を有するBPF(Band Pass Filter)が設計できる。 FIG. 2(a) is a diagram showing the pass characteristic of a filter designed using the simultaneous Chebyshev approximation. As shown in FIG. 2(a), the maximum loss in the passband Pass of the filter is PdB. The bandwidth at the loss PdB is BW1. The minimum attenuation in the attenuation band Att is AdB. The bandwidth at the attenuation AdB is BWn. The slope of the skirt between the passband Pass and the attenuation band Att is the filter drop rate θ. The reflection coefficient ρ [%] = (10 RdB/1 -1)/(10 RdB /10), and θ = arcsin(BW1/BWn). n is the order. In the simultaneous Chebyshev approximation, a reference LPF (Low Pass Filter) is determined by determining three values out of four: characteristic parameters ρ, θ, and AdB, and design parameter n. A BPF (Band Pass Filter) having desired characteristics can be designed by converting the circuit of the reference LPF.

圧電薄膜共振器の等価回路にはBVD(Butterworth-Van Dyke)モデルが用いられる。図2(b)は、圧電薄膜共振器の等価回路である。図2(b)に示すように、端子T01とT02との間に動インダクタンスLmと動キャパシタンスCmが直列接続されている。動インダクタンスLmと動キャパシタンスCmに並列にキャパシタンスC0が接続されている。圧電薄膜共振器の等価回路としてBVDモデルを用い連立チェビシェフ近似に基づいてラダー型フィルタを設計する。共振器の共振周波数frはfr=1/(2π√(Lm×Cm))となり、反共振周波数faはfa=fr√(1+Cm/C0)となり、電気機械結合係数kはk=(π/2)(fr/fa)(fa-fr)/faとなる。 The BVD (Butterworth-Van Dyke) model is used for the equivalent circuit of the piezoelectric thin film resonator. FIG. 2B shows the equivalent circuit of the piezoelectric thin film resonator. As shown in FIG. 2B, the motional inductance Lm and motional capacitance Cm are connected in series between the terminals T01 and T02. The motional inductance Lm and motional capacitance Cm are connected in parallel with the capacitance C0. A ladder filter is designed based on the simultaneous Chebyshev approximation using the BVD model as the equivalent circuit of the piezoelectric thin film resonator. The resonant frequency fr of the resonator is fr=1/(2π√(Lm×Cm)), the anti-resonant frequency fa is fa=fr√(1+Cm/C0), and the electromechanical coupling coefficient k 2 is k 2 =(π/2) 2 (fr/fa)(fa-fr)/fa.

[シミュレーション1]
特性パラメータおよび設計パラメータを変え連立チェビシェフ近似に基づいて6個のフィルタA1~A6を設計した。各フィルタA1~A6のパラメータは以下である。
フィルタA1:θ=60°、AdB=59dB、ρ=20%、段数:5
フィルタA2:θ=70°、AdB=44dB、ρ=20%、段数:5
フィルタA3:θ=80°、AdB=29dB、ρ=20%、段数:5
フィルタA4:θ=51°、AdB=48dB、ρ=20%、段数:3
フィルタA5:θ=51°、AdB=73dB、ρ=20%、段数:5
フィルタA6:θ=51°、AdB=98dB、ρ=20%、段数:7
[Simulation 1]
Six filters A1 to A6 were designed based on the simultaneous Chebyshev approximation by changing the characteristic parameters and design parameters. The parameters of each filter A1 to A6 are as follows.
Filter A1: θ=60°, AdB=59 dB, ρ=20%, number of stages: 5
Filter A2: θ=70°, AdB=44 dB, ρ=20%, number of stages: 5
Filter A3: θ=80°, AdB=29 dB, ρ=20%, number of stages: 5
Filter A4: θ=51°, AdB=48 dB, ρ=20%, number of stages: 3
Filter A5: θ=51°, AdB=73 dB, ρ=20%, number of stages: 5
Filter A6: θ=51°, AdB=98 dB, ρ=20%, number of stages: 7

段数が5段のラダー型フィルタの回路図は図1(a)である。図3(a)および図3(b)は、シミュレーション1におけるラダー型フィルタの回路図である。図3(a)に示すように、段数が3段のラダー型フィルタでは、端子T1とT2との間に、2個の直列共振器S1およびS2が直列接続され、2個の並列共振器P1およびP2が並列接続されている。図3(b)に示すように、段数が7段のラダー型フィルタでは、端子T1とT2との間に、4個の直列共振器S1~S4が直列接続され、4個の並列共振器P1~P4が並列接続されている。その他の構成は図1(a)と同じであり説明を省略する。 Figure 1(a) shows a circuit diagram of a ladder filter with five stages. Figures 3(a) and 3(b) show circuit diagrams of ladder filters in Simulation 1. As shown in Figure 3(a), in a ladder filter with three stages, two series resonators S1 and S2 are connected in series between terminals T1 and T2, and two parallel resonators P1 and P2 are connected in parallel. As shown in Figure 3(b), in a ladder filter with seven stages, four series resonators S1 to S4 are connected in series between terminals T1 and T2, and four parallel resonators P1 to P4 are connected in parallel. The rest of the configuration is the same as in Figure 1(a), so a description is omitted.

表1~表6は、フィルタA1~A6におけるキャパシタンスC0、動インダクタンスLm、動キャパシタンスCm、共振周波数fr、反共振周波数faおよび電気機械結合係数kを示す表である。 Tables 1 to 6 show the capacitance C0, dynamic inductance Lm, dynamic capacitance Cm, resonance frequency fr, anti-resonance frequency fa, and electromechanical coupling coefficient k2 in the filters A1 to A6.

Figure 0007627174000001
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Figure 0007627174000002
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Figure 0007627174000003
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Figure 0007627174000004
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Figure 0007627174000006
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図4(a)は、フィルタA1~A3における各共振器の電気機械結合係数を示す図、図4(b)は、フィルタA4~A6における各共振器の電気機械結合係数を示す図である。図4(a)および図4(b)に示すように、各共振器の電気機械結合係数kは異なる。フィルタA1~A6とも最も電気機械結合係数kの大きい共振器は並列共振器のうち最も端子T2に近い並列共振器である。2番目に電気機械結合係数kの大きい共振器は直列共振器のうち最も端子T2に近い直列共振器である。段数が3段および5段では最も電気機械結合係数kの小さい共振器は並列共振器のうち端子T1に最も近い並列共振器である。最も大きい電気機械結合係数kは最も小さい電気機械結合係数kの2倍近くである。このように、連立チェビシェフ近似を用いて設計するラダー型フィルタでは、共振器毎に電気機械結合係数kを大きく異ならせる。また、特性パラメータおよび設計パラメータに依存せず、端子T2に近い直列共振器および並列共振器の電気機械結合係数kを大きくする。なお、端子T2は入力端子でもよいし出力端子でもよい。 FIG. 4(a) is a diagram showing the electromechanical coupling coefficients of the resonators in the filters A1 to A3, and FIG. 4(b) is a diagram showing the electromechanical coupling coefficients of the resonators in the filters A4 to A6. As shown in FIG. 4(a) and FIG. 4(b), the electromechanical coupling coefficients k 2 of the resonators are different. In the filters A1 to A6, the resonator with the largest electromechanical coupling coefficient k 2 is the parallel resonator closest to the terminal T2 among the parallel resonators. The resonator with the second largest electromechanical coupling coefficient k 2 is the series resonator closest to the terminal T2 among the series resonators. In the case of three and five stages, the resonator with the smallest electromechanical coupling coefficient k 2 is the parallel resonator closest to the terminal T1 among the parallel resonators. The largest electromechanical coupling coefficient k 2 is nearly twice the smallest electromechanical coupling coefficient k 2. In this way, in a ladder filter designed using the simultaneous Chebyshev approximation, the electromechanical coupling coefficient k 2 is made to differ greatly for each resonator. Furthermore, the electromechanical coupling coefficient k2 of the series resonator and parallel resonator close to the terminal T2 is increased regardless of the characteristic parameters and design parameters. The terminal T2 may be an input terminal or an output terminal.

電気機械結合係数kの異なる圧電薄膜共振器の例を説明する。図5(a)および図5(b)は、実施例1における圧電薄膜共振器の断面図である。図5(a)に示すように、基板10上に共振器11aおよび11bが設けられている。基板10の上面に窪みからなる空隙30が設けられている。基板10および空隙30上に下部電極12(第1電極)、下部電極12上に圧電膜14、圧電膜14上に上部電極16(第2電極)が設けられている。圧電膜14の少なくとも一部を介し下部電極12と上部電極16とが重なる(対向する)領域は共振領域50である。共振領域50の平面形状は、楕円形状、多角形状(四角形状または五角形状)等の任意に設定できる。共振器11aには挿入膜18は設けられていない。共振器11bでは、圧電膜14は、下部電極12上に設けられた下部圧電膜14aと下部圧電膜14a上に設けられた上部圧電膜14bとを備えている。下部圧電膜14aと上部圧電膜14bとの間に挿入膜18が設けられている。 Examples of piezoelectric thin film resonators with different electromechanical coupling coefficients k2 will be described. Figures 5(a) and 5(b) are cross-sectional views of the piezoelectric thin film resonator in Example 1. As shown in Figure 5(a), resonators 11a and 11b are provided on a substrate 10. A cavity 30 consisting of a recess is provided on the upper surface of the substrate 10. A lower electrode 12 (first electrode) is provided on the substrate 10 and the cavity 30, a piezoelectric film 14 is provided on the lower electrode 12, and an upper electrode 16 (second electrode) is provided on the piezoelectric film 14. The region where the lower electrode 12 and the upper electrode 16 overlap (face each other) through at least a part of the piezoelectric film 14 is a resonance region 50. The planar shape of the resonance region 50 can be set to any shape, such as an ellipse, a polygon (rectangle or pentagon), or the like. The resonator 11a is not provided with an insertion film 18. In the resonator 11b, the piezoelectric film 14 includes a lower piezoelectric film 14a provided on the lower electrode 12 and an upper piezoelectric film 14b provided on the lower piezoelectric film 14a. An insertion film 18 is provided between the lower piezoelectric film 14a and the upper piezoelectric film 14b.

共振器11aでは、下部電極12、圧電膜14および上部電極16の厚さをそれぞれT2、T4およびT6とする。共振器11bでは、下部圧電膜14a、上部圧電膜14bおよび挿入膜18の厚さをそれぞれT4a、T4bおよびT8とする。T4=T4a+T4bである。挿入膜18の設けられていない共振器11bでは、挿入膜18の厚さT8は0である。共振器11aと11bとでは、下部電極12、圧電膜14および上部電極16を同時に形成する。このため、共振器11aと11bとで下部電極12の厚さT2は製造誤差程度に実質的に同じであり、圧電膜14の厚さT4は製造誤差程度に実質的に同じであり、上部電極16の厚さT6は製造誤差程度に実質的に同じである。 In the resonator 11a, the thicknesses of the lower electrode 12, the piezoelectric film 14, and the upper electrode 16 are T2, T4, and T6, respectively. In the resonator 11b, the thicknesses of the lower piezoelectric film 14a, the upper piezoelectric film 14b, and the insertion film 18 are T4a, T4b, and T8, respectively. T4=T4a+T4b. In the resonator 11b in which the insertion film 18 is not provided, the thickness T8 of the insertion film 18 is 0. In the resonators 11a and 11b, the lower electrode 12, the piezoelectric film 14, and the upper electrode 16 are formed simultaneously. Therefore, the thicknesses T2 of the lower electrodes 12 are substantially the same within the manufacturing error range in the resonators 11a and 11b, the thicknesses T4 of the piezoelectric film 14 are substantially the same within the manufacturing error range, and the thicknesses T6 of the upper electrodes 16 are substantially the same within the manufacturing error range.

図5(b)に示すように、共振器11aでは、圧電膜14は、下部電極12上に設けられた下部圧電膜14aと下部圧電膜14a上に設けられた上部圧電膜14bとを備えている。下部圧電膜14aと上部圧電膜14bとの間に挿入膜18が設けられている。共振器11aの挿入膜18の厚さT8は共振器11bの挿入膜18の厚さT8より薄い。その他の構成は図4(a)と同じであり説明を省略する。 As shown in FIG. 5(b), in the resonator 11a, the piezoelectric film 14 comprises a lower piezoelectric film 14a provided on the lower electrode 12 and an upper piezoelectric film 14b provided on the lower piezoelectric film 14a. An insertion film 18 is provided between the lower piezoelectric film 14a and the upper piezoelectric film 14b. The thickness T8 of the insertion film 18 of the resonator 11a is thinner than the thickness T8 of the insertion film 18 of the resonator 11b. The other configuration is the same as in FIG. 4(a), and a description thereof will be omitted.

基板10は、例えばシリコン基板、サファイア基板、スピネル基板、アルミナ基板、石英基板、ガラス基板、水晶基板、セラミック基板またはGaAs基板等の絶縁基板または半導体基板である。下部電極12および上部電極16は、例えばルテニウム(Ru)、クロム(Cr)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、銅(Cu)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、タンタル(Ta)、白金(Pt)、ロジウム(Rh)またはイリジウム(Ir)等の金属の単層膜またはこれらの積層膜である。 The substrate 10 is an insulating substrate or a semiconductor substrate, such as a silicon substrate, a sapphire substrate, a spinel substrate, an alumina substrate, a quartz substrate, a glass substrate, a crystal substrate, a ceramic substrate, or a GaAs substrate. The lower electrode 12 and the upper electrode 16 are a single layer film of a metal, such as ruthenium (Ru), chromium (Cr), aluminum (Al), titanium (Ti), copper (Cu), molybdenum (Mo), tungsten (W), tantalum (Ta), platinum (Pt), rhodium (Rh), or iridium (Ir), or a laminate film of these metals.

圧電膜14は、窒化アルミニウム(AlN)、酸化亜鉛(ZnO)、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、チタン酸鉛(PbTiO3)、単結晶タンタル酸リチウム(LiTaO)または単結晶ニオブ酸リチウム(LiNbO)等を主成分とした膜である。また、例えば、圧電膜14は、窒化アルミニウムを主成分とし、共振特性の向上または圧電性の向上のため他の元素を含んでもよい。例えば、添加元素として、スカンジウム(Sc)、2族元素と4族元素との2つの元素、または2族元素と5族元素との2つの元素を用いることにより、圧電膜14の圧電性が向上する。このため、圧電薄膜共振器の実効的電気機械結合係数を向上できる。2族元素は、例えばカルシウム(Ca)、マグネシウム(Mg)、ストロンチウム(Sr)または亜鉛(Zn)である。4族元素は、例えばチタン、ジルコニウム(Zr)またはハフニウム(Hf)である。5族元素は、例えばタンタル、ニオブ(Nb)またはバナジウム(V)である。さらに、圧電膜14は、窒化アルミニウムを主成分とし、ボロン(B)を含んでもよい。 The piezoelectric film 14 is a film mainly composed of aluminum nitride (AlN), zinc oxide (ZnO), lead zirconate titanate (PZT), lead titanate (PbTiO 3 ), single crystal lithium tantalate (LiTaO 3 ), single crystal lithium niobate (LiNbO 3 ), or the like. For example, the piezoelectric film 14 may be mainly composed of aluminum nitride and contain other elements to improve resonance characteristics or piezoelectricity. For example, the piezoelectricity of the piezoelectric film 14 is improved by using scandium (Sc), two elements of a group 2 element and a group 4 element, or two elements of a group 2 element and a group 5 element as an additive element. Therefore, the effective electromechanical coupling coefficient of the piezoelectric thin film resonator can be improved. The group 2 element is, for example, calcium (Ca), magnesium (Mg), strontium (Sr), or zinc (Zn). The group 4 element is, for example, titanium, zirconium (Zr), or hafnium (Hf). The Group 5 element is, for example, tantalum, niobium (Nb) or vanadium (V). Furthermore, the piezoelectric film 14 may be mainly composed of aluminum nitride and may also contain boron (B).

挿入膜18の音響インピーダンスは、圧電膜14の音響インピーダンスより小さいことが好ましい。圧電膜14が窒化アルミニウムを主成分とする場合、挿入膜18は、例えば酸化シリコン膜、アルミニウム膜、金膜、銅膜、チタン膜、白金膜またはタンタル膜である。 The acoustic impedance of the insertion film 18 is preferably smaller than the acoustic impedance of the piezoelectric film 14. When the piezoelectric film 14 is mainly composed of aluminum nitride, the insertion film 18 is, for example, a silicon oxide film, an aluminum film, a gold film, a copper film, a titanium film, a platinum film, or a tantalum film.

図6は、挿入膜の厚さT8に対する電気機械結合係数kを示す図である。下部電極12は、厚さT2が130nmのルテニウム膜、圧電膜14は厚さT4が800nmの窒化アルミニウム膜、上部電極16は厚さT6が145nmのルテニウム膜、挿入膜18は酸化シリコン膜である。図6に示すように、挿入膜18の厚さT8が厚くなると電気機械結合係数kが小さくなる。挿入膜18の厚さT8を100nm程度にすると電気機械結合係数kは挿入膜18を設けない共振器の約半分となる。このように、挿入膜18の厚さT8を異ならせることで、共振器の電気機械結合係数kを大きく異ならせることができる。 FIG. 6 is a diagram showing the electromechanical coupling coefficient k2 with respect to the thickness T8 of the insertion film. The lower electrode 12 is a ruthenium film with a thickness T2 of 130 nm, the piezoelectric film 14 is an aluminum nitride film with a thickness T4 of 800 nm, the upper electrode 16 is a ruthenium film with a thickness T6 of 145 nm, and the insertion film 18 is a silicon oxide film. As shown in FIG. 6, the electromechanical coupling coefficient k2 decreases as the thickness T8 of the insertion film 18 increases. When the thickness T8 of the insertion film 18 is set to about 100 nm, the electromechanical coupling coefficient k2 is about half that of a resonator without the insertion film 18. In this way, by changing the thickness T8 of the insertion film 18, the electromechanical coupling coefficient k2 of the resonator can be greatly changed.

図7は、実施例1におけるラダー型フィルタの回路図である。図7に示すように、インダクタL1およびL2が設けられている。インダクタL1の一端は並列共振器P2に接続され、他端はグランド端子Gndに接続されている。インダクタL2の一端は並列共振器P3に接続され、他端はグランド端子Gndに接続されている。その他の回路構成は図1(a)と同じであり説明を省略する。 Figure 7 is a circuit diagram of the ladder filter in Example 1. As shown in Figure 7, inductors L1 and L2 are provided. One end of inductor L1 is connected to parallel resonator P2, and the other end is connected to ground terminal Gnd. One end of inductor L2 is connected to parallel resonator P3, and the other end is connected to ground terminal Gnd. The other circuit configuration is the same as in Figure 1 (a), and the description will be omitted.

図8(a)は、共振器にインダクタンスLgを直列接続したときの等価回路、図8(b)は、インダクタンスLgの大きさに対する電気機械結合係数を示す図である。図8(a)に示すように、動キャパシタンスCmとキャパシタンスC0が接続されるノードN01と端子T01との間にインダクタンスLgが接続されている。インダクタンスLgが接続された共振器の共振周波数fr´は、fr´=1/(2π√(Lm×Cm+Lg×Cm))となる。反共振周波数faはインダクタンスLgを設けない図2(b)と同じであり、fa=fr√(1+Cm/C0)である。 Figure 8(a) shows an equivalent circuit when an inductance Lg is connected in series to a resonator, and Figure 8(b) shows the electromechanical coupling coefficient versus the magnitude of inductance Lg. As shown in Figure 8(a), inductance Lg is connected between node N01, to which motional capacitance Cm and capacitance C0 are connected, and terminal T01. The resonant frequency fr' of a resonator to which inductance Lg is connected is fr' = 1/(2π√(Lm x Cm + Lg x Cm)). The anti-resonant frequency fa is the same as in Figure 2(b) where inductance Lg is not provided, and is fa = fr√(1 + Cm/C0).

図8(b)は、並列共振器P2およびP3に直列接続されたインダクタL1およびL2のインダクタンスLgに対する電気機械結合係数の変化量Δkの算出結果を示す図である。変化量ΔkはインダクタンスLgを直列接続しない共振器における単体の電気機械結合係数kに対するインダクタL1およびL2を直列接続したときの実質的な電気機械結合係数kの変化量である。すなわち、Δk=(実質的なk-単体k)/(実質的なk)×100[%]である。並列共振器P2およびP3の単体での電気機械結合係数kはそれぞれ3.3%および5.6%である。図8(b)に示すように、インダクタンスLgを大きくすると電気機械結合係数kが大きくなる。共振器単体での電気機械結合係数kの大きい並列共振器P3では、並列共振器P2に比べ、同じインダクタンスLgに対する変化量Δkが大きい。 FIG. 8B is a diagram showing the calculation result of the change amount Δk 2 of the electromechanical coupling coefficient with respect to the inductance Lg of the inductors L1 and L2 connected in series to the parallel resonators P2 and P3. The change amount Δk 2 is the change amount of the substantial electromechanical coupling coefficient k 2 when the inductors L1 and L2 are connected in series with respect to the electromechanical coupling coefficient k 2 of the single unit in the resonator without the inductance Lg connected in series. That is, Δk 2 = (substantial k 2 -single unit k 2 )/(substantial k 2 )×100[%]. The electromechanical coupling coefficient k 2 of the single unit of the parallel resonators P2 and P3 is 3.3% and 5.6%, respectively. As shown in FIG. 8B, the electromechanical coupling coefficient k 2 increases when the inductance Lg is increased. In the parallel resonator P3 with a large electromechanical coupling coefficient k 2 of the single unit of the resonator, the change amount Δk 2 is larger with respect to the same inductance Lg than the parallel resonator P2.

圧電薄膜共振器では、挿入膜18の厚さT8を異ならせるためには工程を増やすことになる。このため、連立チェビシェフ近似に基づき設計したラダー型フィルタを、圧電薄膜共振器を用いて実現しようとすると、製造工数が増大し、製造コストが高くなる。そこで、直列共振器S1~S3および並列共振器P1~P3のうち電気機械結合係数kの近い共振器では、挿入膜18の厚さT8を略同じとし、圧電薄膜共振器における単体の電気機械結合係数kを略同じとする。単体の電気機械結合係数kが略同じ圧電薄膜共振器のうち実質的な電気機械結合係数kを大きくするべき並列共振器にインダクタンスLgを接続する。これにより、挿入膜18の厚さT8の水準を少なくでき、製造工数が削減できる。 In the piezoelectric thin film resonator, the number of steps is increased in order to make the thickness T8 of the insertion film 18 different. Therefore, if a ladder filter designed based on the simultaneous Chebyshev approximation is to be realized using a piezoelectric thin film resonator, the number of manufacturing steps increases and the manufacturing cost increases. Therefore, in the series resonators S1 to S3 and the parallel resonators P1 to P3 having similar electromechanical coupling coefficients k2 , the thickness T8 of the insertion film 18 is made substantially the same, and the electromechanical coupling coefficients k2 of the piezoelectric thin film resonators are made substantially the same. In the piezoelectric thin film resonators having substantially the same electromechanical coupling coefficients k2 , the inductance Lg is connected to the parallel resonators whose substantial electromechanical coupling coefficients k2 should be increased. This allows the level of the thickness T8 of the insertion film 18 to be reduced, and the number of manufacturing steps to be reduced.

[シミュレーション2]
LTE(Long Term Evolution)バンド7の送信フィルタを例にラダー型フィルタの通過特性をシミュレーションした。LTEバンド7では、送信帯域は2500MHz~2570MHz、受信帯域は2620MHzz~2690MHzである。送信帯域と受信帯域との間のガードバンドの幅は50MHzである。一方、送信帯域および受信帯域の幅は各々70MHzであり、周波数に対する帯域幅である比帯域は2.7%である。このように、ガードバンド幅の小さいバンドに用いるフィルタはスカート特性を急峻にすることが求められる。また、通過帯域幅を70MHzと大きくし、かつ通過帯域内のリップルを抑制することが求められる。
[Simulation 2]
The pass characteristic of a ladder filter was simulated using a transmission filter for LTE (Long Term Evolution) band 7 as an example. In LTE band 7, the transmission band is 2500 MHz to 2570 MHz, and the reception band is 2620 MHz to 2690 MHz. The width of the guard band between the transmission band and the reception band is 50 MHz. On the other hand, the width of the transmission band and the reception band is 70 MHz, respectively, and the relative bandwidth, which is the bandwidth relative to the frequency, is 2.7%. Thus, a filter used in a band with a small guard band width is required to have a steep skirt characteristic. In addition, it is required to increase the passband width to 70 MHz and suppress ripples in the passband.

フィルタB1~B3について通過特性をシミュレーションした。フィルタB1およびB2は比較例であり、フィルタB3は実施例1に相当する。 The pass characteristics were simulated for filters B1 to B3. Filters B1 and B2 are comparative examples, and filter B3 corresponds to Example 1.

フィルタB1は、図1(a)のようにインダクタL1およびL2を含まず、全ての共振器の電気機械結合係数kを連立チェビシェフ近似に基づき設計された値とする。フィルタB1では、6個の水準の電気機械結合係数k(すなわち挿入膜18の厚さT8)を有する圧電薄膜共振器を用いる。 1A, the filter B1 does not include the inductors L1 and L2, and the electromechanical coupling coefficient k2 of all the resonators is set to a value designed based on the simultaneous Chebyshev approximation. The filter B1 uses piezoelectric thin film resonators having six levels of electromechanical coupling coefficient k2 (i.e., thickness T8 of the insertion film 18).

フィルタB2は、図1(a)のようにインダクタL1およびL2を含まず、連立チェビシェフ近似に基づき設計された電気機械結合係数kのうち近いものを同じ電気機械結合係数kを同じとした圧電薄膜共振器を用いる。並列共振器P1およびP2の電気機械結合係数kを同じとし、並列共振器P3および直列共振器S3の電気機械結合係数kを同じとした。フィルタB2では、4個の水準の電気機械結合係数k(すなわち挿入膜18の厚さT8)を有する圧電薄膜共振器を用いる。 1A, the filter B2 does not include the inductors L1 and L2, and uses piezoelectric thin film resonators with the same electromechanical coupling coefficient k2, which is close to the electromechanical coupling coefficient k2 designed based on the simultaneous Chebyshev approximation. The electromechanical coupling coefficients k2 of the parallel resonators P1 and P2 are set to be the same, and the electromechanical coupling coefficients k2 of the parallel resonators P3 and the series resonators S3 are set to be the same. Filter B2 uses piezoelectric thin film resonators with four levels of electromechanical coupling coefficient k2 (i.e., thickness T8 of the insertion film 18).

フィルタB3は、図7のように、インダクタL1とL2を含む。各共振器の単体の電気機械結合係数kはフィルタB2と同じとした。単体の電気機械結合係数k(すなわち挿入膜18の厚さT8)の水準は4個である。並列共振器P2およびP3にインダクタL1とL2を直列接続することで実質的な電気機械結合係数kを並列共振器P2およびP3における単体の電気機械結合係数kより大きくした。これにより、全ての共振器の実質的な電気機械結合係数kを連立チェビシェフ近似に基づき設計された値とする。 Filter B3 includes inductors L1 and L2 as shown in FIG. 7. The electromechanical coupling coefficient k2 of each resonator is the same as that of filter B2. There are four levels of the electromechanical coupling coefficient k2 of the single unit (i.e., the thickness T8 of the insertion film 18). By connecting inductors L1 and L2 in series to parallel resonators P2 and P3, the effective electromechanical coupling coefficient k2 is made larger than the electromechanical coupling coefficient k2 of the single unit in parallel resonators P2 and P3. As a result, the effective electromechanical coupling coefficient k2 of all resonators is set to a value designed based on the simultaneous Chebyshev approximation.

表7~表9は、フィルタB1~B3におけるキャパシタンスC0、動インダクタンスLm、動キャパシタンスCm、共振周波数fr、反共振周波数faおよび電気機械結合係数kを示す表である。表9では、フィルタB3におけるインダクタンスLgおよび単体kを示す。表9におけるkはインダクタL1およびL2を接続した共振器の実質的なkであり、単体kは共振器単体のkである。 Tables 7 to 9 show the capacitance C0, dynamic inductance Lm, dynamic capacitance Cm, resonance frequency fr, anti-resonance frequency fa, and electromechanical coupling coefficient k2 in filters B1 to B3. Table 9 shows the inductance Lg and unit k2 in filter B3. In Table 9, k2 is the substantial k2 of the resonator to which inductors L1 and L2 are connected, and unit k2 is the k2 of the resonator alone.

Figure 0007627174000007
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Figure 0007627174000008
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Figure 0007627174000009
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表7と表9に示すように、フィルタB1とB3とにおける各共振器の各パラメータはほぼ同じとなる。表7~表9のように、フィルタB2の並列共振器P2およびP3の各パラメータはフィルタB1およびB3と異なっている。 As shown in Tables 7 and 9, the parameters of the resonators in filters B1 and B3 are almost the same. As shown in Tables 7 to 9, the parameters of the parallel resonators P2 and P3 in filter B2 are different from those in filters B1 and B3.

図9(a)および図9(b)は、シミュレーション2におけるフィルタB1~B3の通過特性を示す図である。図9(b)は、図9(a)の通過帯域付近の拡大図である。図9(a)および図9(b)に示すように、フィルタB1とB3は通過帯域の幅、通過帯域におけるリップルおよび低周波側のスカートの急峻性は同程度である。フィルタB2では、フィルタB1およびB3に対し通過帯域の幅が狭くなり、かつ低周波側のスカートの急峻性が低下している。 Figures 9(a) and 9(b) show the pass characteristics of filters B1 to B3 in simulation 2. Figure 9(b) is an enlarged view of the pass band area of Figure 9(a). As shown in Figures 9(a) and 9(b), filters B1 and B3 have similar pass band widths, ripples in the pass band, and steepness of the skirt on the low-frequency side. Filter B2 has a narrower pass band width than filters B1 and B3, and the steepness of the skirt on the low-frequency side is reduced.

このように、フィルタB1では、通過帯域の幅は広くスカートの急峻性が高いが、6水準の電気機械結合係数kを有する圧電薄膜共振器を準備するため製造工程が増加し製造コストが高くなる。フィルタB2では、電気機械結合係数kを4水準とするため製造工程を削減でき製造コストを抑制できる。しかし、フィルタ特性が劣化する。フィルタB3では、インダクタL1およびL2を設けることで、共振器単体の電気機械結合係数kを4水準とするため製造工程を削減でき製造コストを抑制できる。インダクタL1およびL2を接続することで、実質的な電気機械結合係数kをフィルタB1と同程度にできる。これにより、フィルタ特性をフィルタB1と同程度とすることができる。 Thus, in filter B1, the passband width is wide and the skirt steepness is high, but the manufacturing process increases and the manufacturing cost increases because a piezoelectric thin film resonator having six levels of electromechanical coupling coefficient k2 is prepared. In filter B2, the electromechanical coupling coefficient k2 is set to four levels, so the manufacturing process can be reduced and the manufacturing cost can be suppressed. However, the filter characteristics are deteriorated. In filter B3, by providing inductors L1 and L2, the electromechanical coupling coefficient k2 of the resonator alone is set to four levels, so the manufacturing process can be reduced and the manufacturing cost can be suppressed. By connecting inductors L1 and L2, the substantial electromechanical coupling coefficient k2 can be made to be approximately the same as that of filter B1. This allows the filter characteristics to be approximately the same as that of filter B1.

[実施例1の変形例1]
図10(a)は、実施例1の変形例1におけるラダー型フィルタの回路図である。図10(a)に示すように、キャパシタC1およびC2が設けられている。キャパシタC1は直列共振器S2に並列接続され、キャパシタC2は直列共振器S3に並列接続されている。その他の回路構成は図1(a)と同じであり説明を省略する。
[Modification 1 of Example 1]
Fig. 10A is a circuit diagram of a ladder filter according to Modification 1 of the first embodiment. As shown in Fig. 10A, capacitors C1 and C2 are provided. The capacitor C1 is connected in parallel to the series resonator S2, and the capacitor C2 is connected in parallel to the series resonator S3. The other circuit configurations are the same as those in Fig. 1A, and therefore description thereof will be omitted.

[実施例1の変形例2]
図10(b)は、実施例1の変形例2におけるラダー型フィルタの回路図である。図10(b)に示すように、キャパシタC3およびC4が設けられている。キャパシタC3は並列共振器P1に並列接続され、キャパシタC4は並列共振器P4に並列接続されている。その他の回路構成は図1(a)と同じであり説明を省略する。
[Modification 2 of Example 1]
Fig. 10B is a circuit diagram of a ladder filter according to the second modification of the first embodiment. As shown in Fig. 10B, capacitors C3 and C4 are provided. The capacitor C3 is connected in parallel to the parallel resonator P1, and the capacitor C4 is connected in parallel to the parallel resonator P4. The other circuit configurations are the same as those in Fig. 1A, and therefore description thereof will be omitted.

図11(a)は、共振器にキャパシタンスCpを並列接続したときの等価回路、図11(b)および図11(c)は、キャパシタンスCpの大きさに対する電気機械結合係数を示す図である。図11(a)に示すように、キャパシタンスCpはキャパシタンスC0に並列接続されている。キャパシタンスCpが接続された共振器の反共振周波数fa´は、fa´=fr√(1+Cm/(C0+Cp))となる。共振周波数frはキャパシタンスCpを設けない図2(b)と同じであり、fr=1/(2π√(Lm×Cm))である。 Figure 11(a) shows an equivalent circuit when a capacitance Cp is connected in parallel to a resonator, and Figures 11(b) and 11(c) show the electromechanical coupling coefficient versus the magnitude of capacitance Cp. As shown in Figure 11(a), capacitance Cp is connected in parallel to capacitance C0. The anti-resonant frequency fa' of a resonator to which capacitance Cp is connected is fa' = fr√(1 + Cm/(C0 + Cp)). The resonant frequency fr is the same as in Figure 2(b) where capacitance Cp is not provided, and is fr = 1/(2π√(Lm × Cm)).

図11(b)は、直列共振器S2およびS3に並列接続されたキャパシタC1およびC2のキャパシタンスCpに対する電気機械結合係数の変化量Δkの算出結果を示す図である。変化量ΔkはキャパシタンスCpを並列接続しない共振器における単体の電気機械結合係数kに対するキャパシタC1およびC2を並列接続したときの実質的な電気機械結合係数kの変化量である。直列共振器S2およびS3の単体での電気機械結合係数kはそれぞれ3.8%および6.7%である。 11B is a diagram showing the calculation results of the change Δk2 in the electromechanical coupling coefficient with respect to the capacitance Cp of the capacitors C1 and C2 connected in parallel to the series resonators S2 and S3 . The change Δk2 is the substantial change in the electromechanical coupling coefficient k2 when the capacitors C1 and C2 are connected in parallel with respect to the electromechanical coupling coefficient k2 of a single resonator without the capacitance Cp connected in parallel. The electromechanical coupling coefficients k2 of the single series resonators S2 and S3 are 3.8% and 6.7%, respectively.

図11(c)は、並列共振器P1およびP2に並列接続されたキャパシタC3およびC4のキャパシタンスCpに対する電気機械結合係数の変化量Δkの算出結果を示す図である。並列共振器P1およびP2の単体での電気機械結合係数kはそれぞれ3.4%および4.5%である。 11C is a diagram showing the calculation results of the change Δk2 in the electromechanical coupling coefficient with respect to the capacitance Cp of the capacitors C3 and C4 connected in parallel to the parallel resonators P1 and P2. The electromechanical coupling coefficients k2 of the parallel resonators P1 and P2 alone are 3.4% and 4.5%, respectively.

図11(b)および図11(c)に示すように、キャパシタンスCpを大きくすると電気機械結合係数kが小さくなる。共振器単体での電気機械結合係数kの大きい共振器では、同じキャパシタンスCpに対する変化量Δkが大きい。このように、並列にキャパシタンスCpを設けることで、実質的な電気機械結合係数kを単体の電気機械結合係数kより小さくできる。 11B and 11C, increasing the capacitance Cp reduces the electromechanical coupling coefficient k2 . In a resonator with a large electromechanical coupling coefficient k2 of the resonator alone, the change amount Δk2 for the same capacitance Cp is large. In this way, by providing the capacitance Cp in parallel, the effective electromechanical coupling coefficient k2 can be made smaller than the electromechanical coupling coefficient k2 of the single resonator.

[シミュレーション3]
LTEバンド7の送信フィルタを例にフィルタC1~C4の通過特性をシミュレーションした。フィルタC1およびC3は比較例であり、フィルタC2は実施例1の変形例1に相当し、フィルタC3は実施例1の変形例2に相当する。
[Simulation 3]
The pass characteristics of filters C1 to C4 were simulated using as an example a transmission filter for LTE band 7. Filters C1 and C3 are comparative examples, filter C2 corresponds to modified example 1 of embodiment 1, and filter C3 corresponds to modified example 2 of embodiment 1.

フィルタC1およびC3は、図1(a)のようにキャパシタC1~C4を含まず、全ての共振器の電気機械結合係数kを連立チェビシェフ近似に基づき設計された電気機械結合係数kのうち近いものを同じ電気機械結合係数kを同じとした圧電薄膜共振器を用いる。 The filters C1 and C3 do not include the capacitors C1 to C4 as shown in FIG. 1A, and use piezoelectric thin-film resonators in which the electromechanical coupling coefficient k2 of all the resonators is set to the same electromechanical coupling coefficient k2 that is close to the electromechanical coupling coefficient k2 designed based on the simultaneous Chebyshev approximation.

フィルタC1では、並列共振器P2および直列共振器S2の電気機械結合係数kを同じとし、並列共振器P3および直列共振器S3の電気機械結合係数kを同じとした。電気機械結合係数k(すなわち挿入膜18の厚さT8)の水準は4個である。 In the filter C1, the electromechanical coupling coefficient k2 of the parallel resonator P2 is the same as that of the series resonator S2, and the electromechanical coupling coefficient k2 of the parallel resonator P3 is the same as that of the series resonator S3. There are four levels of the electromechanical coupling coefficient k2 (i.e., the thickness T8 of the insertion film 18).

フィルタC3では、並列共振器P1と直列共振器S2の電気機械結合係数kを同じとし、直列共振器S1と並列共振器P2の電気機械結合係数kを同じとした。電気機械結合係数k(すなわち挿入膜18の厚さT8)の水準は4個である。 In the filter C3, the electromechanical coupling coefficient k2 of the parallel resonator P1 is the same as that of the series resonator S2, and the electromechanical coupling coefficient k2 of the series resonator S1 is the same as that of the parallel resonator P2. There are four levels of the electromechanical coupling coefficient k2 (i.e., the thickness T8 of the insertion film 18).

フィルタC2は、単体の圧電薄膜共振器の電気機械結合係数kはフィルタC1と同じであり、単体の電気機械結合係数k(すなわち挿入膜18の厚さT8)の水準は4個である。図10(a)のように、直列共振器S2およびS3にキャパシタC1およびC2を並列接続することで、直列共振器S2およびS3における実質的な電気機械結合係数kを直列共振器S2およびS3における単体の電気機械結合係数より小さくした。これにより、全ての共振器の電気機械結合係数kを連立チェビシェフ近似に基づき設計された値とする。 In filter C2, the electromechanical coupling coefficient k2 of the single piezoelectric thin film resonator is the same as that of filter C1, and the level of the single electromechanical coupling coefficient k2 (i.e., the thickness T8 of the insertion film 18) is four. As shown in Fig. 10(a), by connecting capacitors C1 and C2 in parallel to the series resonators S2 and S3, the substantial electromechanical coupling coefficient k2 in the series resonators S2 and S3 is made smaller than the single electromechanical coupling coefficient in the series resonators S2 and S3. As a result, the electromechanical coupling coefficient k2 of all resonators is set to a value designed based on the simultaneous Chebyshev approximation.

フィルタC4は、単体の圧電薄膜共振器の電気機械結合係数kはフィルタC3と同じであり、電気機械結合係数k(すなわち挿入膜18の厚さT8)の水準は4個である。図10(b)のように、並列共振器P1およびP2にキャパシタC3およびC4を並列接続することで、並列共振器P1およびP2における実質的な電気機械結合係数kを直列共振器S1およびS2における単体の電気機械結合係数kより小さくした。これにより、全ての共振器の電気機械結合係数kを連立チェビシェフ近似に基づき設計された値とする。 In the filter C4, the electromechanical coupling coefficient k2 of the single piezoelectric thin film resonator is the same as that of the filter C3, and the level of the electromechanical coupling coefficient k2 (i.e., the thickness T8 of the insertion film 18) is four. As shown in Fig. 10B, by connecting the capacitors C3 and C4 in parallel to the parallel resonators P1 and P2, the substantial electromechanical coupling coefficient k2 in the parallel resonators P1 and P2 is made smaller than the electromechanical coupling coefficient k2 of the single resonator in the series resonators S1 and S2. As a result, the electromechanical coupling coefficient k2 of all the resonators is set to a value designed based on the simultaneous Chebyshev approximation.

表10~表13は、フィルタC1~C4におけるキャパシタンスC0、動インダクタンスLm、動キャパシタンスCm、共振周波数fr、反共振周波数faおよび電気機械結合係数kを示す表である。表11および表13では、フィルタC2およびC4におけるキャパシタンスCpおよび単体kを示す。表11および表13におけるkはキャパシタC1~C4を並列接続した共振器の実質的なkであり、単体kは共振器単体のkである。 Tables 10 to 13 show the capacitance C0, dynamic inductance Lm, dynamic capacitance Cm, resonance frequency fr, anti-resonance frequency fa, and electromechanical coupling coefficient k2 in filters C1 to C4. Tables 11 and 13 show the capacitance Cp and unit k2 in filters C2 and C4. In Tables 11 and 13, k2 is the substantial k2 of the resonator in which capacitors C1 to C4 are connected in parallel, and unit k2 is the k2 of the resonator alone.

Figure 0007627174000010
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Figure 0007627174000011
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Figure 0007627174000012
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Figure 0007627174000013
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表11および表13に示すように、フィルタC2およびC4における各共振器の各パラメータは表7のフィルタB1とほぼ同じとなる。表10およびC12のように、フィルタC1の直列共振器S2およびS3の各パラメータはフィルタB1およびC2と異なっている。フィルタC3の並列共振器P1およびP2の各パラメータはフィルタB1およびC4と異なっている。 As shown in Tables 11 and 13, the parameters of the resonators in filters C2 and C4 are almost the same as those of filter B1 in Table 7. As shown in Tables 10 and C12, the parameters of the series resonators S2 and S3 in filter C1 are different from those of filters B1 and C2. The parameters of the parallel resonators P1 and P2 in filter C3 are different from those of filters B1 and C4.

図12(a)および図12(b)は、シミュレーション3におけるフィルタB1、C1およびC2の通過特性を示す図である。図12(b)は、図12(a)の通過帯域付近の拡大図である。図12(a)および図12(b)に示すように、フィルタB1とC2との通過特性はほぼ重なっている。フィルタC1では、フィルタB1およびC2に対し通過帯域の幅が広いものの通過帯域内にリップルが形成され、高周波側のスカートの急峻性が低くなっている。 Figures 12(a) and 12(b) are diagrams showing the pass characteristics of filters B1, C1, and C2 in simulation 3. Figure 12(b) is an enlarged view of the pass band of Figure 12(a). As shown in Figures 12(a) and 12(b), the pass characteristics of filters B1 and C2 almost overlap. Filter C1 has a wider pass band than filters B1 and C2, but ripples are formed within the pass band and the steepness of the skirt on the high-frequency side is reduced.

図13(a)および図13(b)は、シミュレーション3におけるフィルタB1、C3およびC4の通過特性を示す図である。図13(b)は、図13(a)の通過帯域付近の拡大図である。図13(a)および図13(b)に示すように、フィルタB1とC4との通過特性はほぼ重なっている。フィルタC3では、フィルタB1およびC4に対し通過帯域の高周波側の肩にリップルが形成されている。これにより、通過帯域の幅が狭くなっている。 Figures 13(a) and 13(b) are diagrams showing the pass characteristics of filters B1, C3, and C4 in simulation 3. Figure 13(b) is an enlarged view of the pass band of Figure 13(a). As shown in Figures 13(a) and 13(b), the pass characteristics of filters B1 and C4 almost overlap. In filter C3, a ripple is formed on the shoulder on the high frequency side of the pass band compared to filters B1 and C4. This narrows the width of the pass band.

このように、フィルタC2およびC4では、キャパシタC1~C4を設けることで、共振器単体の電気機械結合係数kを4水準とするため製造工程を削減でき製造コストを抑制できる。キャパシタC1~C4を接続することで、実質的な電気機械結合係数kをフィルタB1と同程度にできる。これにより、フィルタ特性をフィルタB1と同程度とすることができる。 In this way, in filters C2 and C4, by providing capacitors C1 to C4, the electromechanical coupling coefficient k2 of the resonator alone can be set to four levels, thereby reducing the manufacturing process and suppressing the manufacturing cost. By connecting capacitors C1 to C4, the substantial electromechanical coupling coefficient k2 can be made to be approximately the same as that of filter B1. This allows the filter characteristics to be approximately the same as that of filter B1.

実施例1およびその変形例によれば、連立チェビシェフ近似に基づきラダー型フィルタを設計すると、シミュレーション1のフィルタA1~A6のように、端子T2に最も電気的に近い直列共振器S3(第1直列共振器)は、複数の直列共振器S1~S3のうち単体の電気機械結合係数kが最も大きい。すなわち、直列共振器S3は、複数の直列共振器S1~S3のうち最も挿入膜18が薄い。直列共振器S3以外の少なくとも1つの直列共振器S1およびS2(第2直列共振器)は直列共振器S3より単体の電気機械結合係数kが小さい。すなわち、直列共振器S1およびS2は直列共振器S3より挿入膜18が厚い。なお、挿入膜18が設けられていない共振器に対し、挿入膜18が設けられた共振器は挿入膜18が厚いと表現する。また、挿入膜18が設けられていない共振器は、挿入膜18が設けられた共振器に対し挿入膜18が薄いと表現する。 According to the first embodiment and its modified example, when a ladder filter is designed based on the simultaneous Chebyshev approximation, as in the filters A1 to A6 in the simulation 1, the series resonator S3 (first series resonator) electrically closest to the terminal T2 has the largest electromechanical coupling coefficient k2 among the multiple series resonators S1 to S3. That is, the series resonator S3 has the thinnest insertion film 18 among the multiple series resonators S1 to S3. At least one of the series resonators S1 and S2 (second series resonators) other than the series resonator S3 has a smaller electromechanical coupling coefficient k2 than the series resonator S3. That is, the series resonators S1 and S2 have a thicker insertion film 18 than the series resonator S3. Note that the resonator provided with the insertion film 18 is expressed as having a thicker insertion film 18 than the resonator not provided with the insertion film 18. Note that the resonator not provided with the insertion film 18 is expressed as having a thinner insertion film 18 than the resonator provided with the insertion film 18.

同様に、端子T2に最も電気的に近い並列共振器P3(第1並列共振器)は、複数の並列共振器P1~P3のうち単体の電気機械結合係数kが最も大きい。すなわち、並列共振器P3は、複数の並列共振器P1~P3のうち最も挿入膜18が薄いまたは挿入膜18を備えない。並列共振器P3以外の少なくとも1つの並列共振器P1およびP2(第2並列共振器)は並列共振器P3より単体の電気機械結合係数kが小さい。すなわち、並列共振器P1およびP2は並列共振器P3より挿入膜18が厚い。 Similarly, the parallel resonator P3 (first parallel resonator) that is electrically closest to the terminal T2 has the largest electromechanical coupling coefficient k2 among the multiple parallel resonators P1 to P3. That is, the parallel resonator P3 has the thinnest insertion film 18 among the multiple parallel resonators P1 to P3 or does not have an insertion film 18. At least one of the parallel resonators P1 and P2 (second parallel resonators) other than the parallel resonator P3 has a smaller electromechanical coupling coefficient k2 than the parallel resonator P3. That is, the parallel resonators P1 and P2 have a thicker insertion film 18 than the parallel resonator P3.

実施例1では、フィルタB3、図7のように、インダクタL1およびL2の一端を複数の並列共振器P1~P3のうち少なくとも1つの並列共振器P2およびP3(第1共振器)に接続し、他端を接地する。これにより、並列共振器P2およびP2における実質的な電気機械結合係数kを共振器単体の電気機械結合係数kより大きくできる。複数の直列共振器S1~S3と接地されたインダクタが接続されていない並列共振器P1とのうち少なくとも1つの共振器(第2共振器)の単体の電気機械結合係数kを並列共振器P2およびP3の単体の電気機械結合係数kと実質的に同じにする。すなわち、並列共振器P3と直列共振器S3とは単体の電気機械結合係数kが実質的に同じ(フィルタB3では5.6%)である(すなわち挿入膜18の厚さが実質的に同じである)。並列共振器P2とP1とは単体の電気機械結合係数kが実質的に同じ(フィルタB3では3.3%)である(すなわち挿入膜18の厚さが実質的に同じである)。これにより、製造工数を増やすことなく、ラダー型フィルタ内の圧電薄膜共振器の電気機械結合係数kの水準の数を少なくできる。並列共振器P2およびP3にインダクタL1およびL2を直列接続することで、並列共振器P2およびP3の実質的な電気機械結合係数kを単体の電気機械結合係数kより大きくできる。これにより、フィルタ特性を向上できる。よって、特性を向上させかつ製造工程の増加を抑制することができる。 In the first embodiment, as shown in FIG. 7, in the filter B3, one end of the inductors L1 and L2 is connected to at least one of the parallel resonators P2 and P3 (first resonator) among the multiple parallel resonators P1 to P3, and the other end is grounded. This allows the substantial electromechanical coupling coefficient k2 in the parallel resonators P2 and P2 to be greater than the electromechanical coupling coefficient k2 of the resonator alone. The electromechanical coupling coefficient k2 of at least one resonator (second resonator) among the multiple series resonators S1 to S3 and the parallel resonator P1 to which the grounded inductor is not connected is made substantially the same as the electromechanical coupling coefficient k2 of the parallel resonators P2 and P3 alone. That is, the parallel resonator P3 and the series resonator S3 have substantially the same electromechanical coupling coefficient k2 (5.6% in the filter B3) (that is, the thickness of the insertion film 18 is substantially the same). The parallel resonators P2 and P1 have substantially the same electromechanical coupling coefficient k2 (3.3% in the filter B3) (i.e., the thickness of the insertion film 18 is substantially the same). This makes it possible to reduce the number of levels of the electromechanical coupling coefficient k2 of the piezoelectric thin film resonators in the ladder filter without increasing the number of manufacturing steps. By connecting the inductors L1 and L2 in series to the parallel resonators P2 and P3, the substantial electromechanical coupling coefficient k2 of the parallel resonators P2 and P3 can be made larger than the electromechanical coupling coefficient k2 of the parallel resonators P2 and P3. This makes it possible to improve the filter characteristics. Therefore, it is possible to improve the characteristics and suppress an increase in the manufacturing steps.

連立チェビシェフ近似に基づきラダー型フィルタを設計すると、シミュレーション1のフィルタA1~A6のように、直列共振器S3の電気機械結合係数kは並列共振器P3の電気機械結合係数より大きくなる。そこで、インダクタL2の接続される並列共振器(第1共振器)を並列共振器P3(第1並列共振器)とし、直列共振器S3(第1直列共振器)は、並列共振器P3と実質的に同じ単体の電気機械結合係数kとする。すなわち、直列共振器S3(第1直列共振器)と並列共振器P3(第1並列共振器)との挿入膜18の厚さT8を実質的に同じにする。これにより、特性を向上させかつ製造工程の増加を抑制することができる。 When a ladder filter is designed based on the simultaneous Chebyshev approximation, the electromechanical coupling coefficient k2 of the series resonator S3 becomes larger than that of the parallel resonator P3, as in the filters A1 to A6 of Simulation 1. Therefore, the parallel resonator (first resonator) to which the inductor L2 is connected is designated as the parallel resonator P3 (first parallel resonator), and the series resonator S3 (first series resonator) has a single electromechanical coupling coefficient k2 substantially the same as that of the parallel resonator P3. That is, the thicknesses T8 of the insertion films 18 of the series resonator S3 (first series resonator) and the parallel resonator P3 (first parallel resonator) are made substantially the same. This makes it possible to improve the characteristics and suppress an increase in the number of manufacturing steps.

また、連立チェビシェフ近似に基づきラダー型フィルタを設計すると、複数の直列共振器S1~S3のうち、端子T2に最も近い並列共振器P3が最も電気機械結合係数kが大きく、端子T2に最も近い直列共振器S3が2番目に電気機械結合係数kが大きい。すなわち、並列共振器P3は最も挿入膜18が薄く、直列共振器S3は2番目に挿入膜が薄い。直列共振器S3の単体の電気機械結合係数kは、複数の直列共振器S1~S3のうち最も小さい単体の電気機械結合係数kの1.2倍以上または1.4倍以上となる。また、端子T2に最も近い並列共振器P3の単体の電気機械結合係数kは、複数の並列共振器P1~P3のうち最も小さい単体の電気機械結合係数kの1.2倍以上または1.4倍以上となる。これを実現するため、直列共振器S3の挿入膜18と複数の直列共振器S1~S3のうち最も厚い挿入膜18との厚さの差は5nm以上であり、10nm以上である。並列共振器P3の挿入膜18と複数の並列共振器P1~P3のうち最も厚い挿入膜18との厚さの差は5nm以上であり、10nm以上である。 Furthermore, when a ladder filter is designed based on the simultaneous Chebyshev approximation, among the multiple series resonators S1 to S3, the parallel resonator P3 closest to the terminal T2 has the largest electromechanical coupling coefficient k2 , and the series resonator S3 closest to the terminal T2 has the second largest electromechanical coupling coefficient k2 . That is, the parallel resonator P3 has the thinnest insertion film 18, and the series resonator S3 has the second thinnest insertion film. The electromechanical coupling coefficient k2 of the single unit of the series resonator S3 is 1.2 times or more or 1.4 times or more the smallest electromechanical coupling coefficient k2 of the single unit of the multiple series resonators S1 to S3. Furthermore, the electromechanical coupling coefficient k2 of the single unit of the parallel resonator P3 closest to the terminal T2 is 1.2 times or more or 1.4 times or more the smallest electromechanical coupling coefficient k2 of the single unit of the multiple parallel resonators P1 to P3. To achieve this, the difference in thickness between the insertion film 18 of the series resonator S3 and the thickest insertion film 18 of the multiple series resonators S1 to S3 is 5 nm or more and 10 nm or more. The difference in thickness between the insertion film 18 of the parallel resonator P3 and the thickest insertion film 18 of the multiple parallel resonators P1 to P3 is 5 nm or more and 10 nm or more.

さらに、連立チェビシェフ近似に基づきラダー型フィルタを設計すると、シミュレーション1のフィルタA1~A6のように、段数が5段以下では、端子T1に最も電気的に近い並列共振器P1(第3並列共振器)は、直列共振器S1~S3および並列共振器P1~P3のうち最も単体の電気機械結合係数kが小さい(すなわち、挿入膜18が最も大きい)。 Furthermore, when a ladder filter is designed based on the simultaneous Chebyshev approximation, as in the filters A1 to A6 of Simulation 1, in which the number of stages is five or less, the parallel resonator P1 (third parallel resonator) that is electrically closest to the terminal T1 has the smallest electromechanical coupling coefficient k2 of the series resonators S1 to S3 and the parallel resonators P1 to P3 (i.e., the insertion film 18 has the largest).

実施例1の変形例1および2では、フィルタC2、C4および図10(a)および図10(b)のように、キャパシタC1~C4は直列共振器S1~S3および並列共振器P1~P3のうち少なくとも1つの共振器(第1共振器)に並列接続されている。キャパシタC1が並列接続された共振器の単体の電気機械結合係数kと同じ単体の電気機械結合係数kを有する(すなわち挿入膜18の厚さT8が実質的に同じ)共振器(第2共振器)が設けられている。例えば、フィルタC2では、キャパシタC1が並列接続された直列共振器S2とキャパシタが並列接続されていない並列共振器P2とは実質的に同じ単体の電気機械結合係数k(3.8%)を有する。キャパシタC2が並列接続された直列共振器S3とキャパシタが並列接続されていない並列共振器P3とは実質的に同じ単体の電気機械結合係数k(6.7%)を有する。フィルタC4では、キャパシタC3が並列接続された並列共振器P1とキャパシタが接続されていない直列共振器S2とは実質的に同じ単体の電気機械結合係数k(3.4%)を有する。キャパシタC4が並列接続された並列共振器P2とキャパシタが接続されていない直列共振器S1とは実質的に同じ単体の電気機械結合係数k(4.5%)を有する。これにより、製造工数を増やすことなく、ラダー型フィルタ内の圧電薄膜共振器の単体の電気機械結合係数kの水準の数を少なくできる。キャパシタC1~C4を共振器に並列接続することで、共振器の実質的な電気機械結合係数kを単体の電気機械結合係数kより小さくできる。これにより、フィルタ特性を向上できる。よって、特性を向上させかつ製造工程の増加を抑制することができる。 In the first and second modifications of the first embodiment, as shown in the filters C2 and C4 and in FIG. 10(a) and FIG. 10(b), the capacitors C1 to C4 are connected in parallel to at least one resonator (first resonator) among the series resonators S1 to S3 and the parallel resonators P1 to P3. A resonator (second resonator) is provided that has the same single electromechanical coupling coefficient k 2 as the single electromechanical coupling coefficient k 2 of the resonator to which the capacitor C1 is connected in parallel (i.e., the thickness T8 of the insertion film 18 is substantially the same). For example, in the filter C2, the series resonator S2 to which the capacitor C1 is connected in parallel and the parallel resonator P2 to which the capacitor is not connected in parallel have substantially the same single electromechanical coupling coefficient k 2 (3.8%). The series resonator S3 to which the capacitor C2 is connected in parallel and the parallel resonator P3 to which the capacitor is not connected in parallel have substantially the same single electromechanical coupling coefficient k 2 (6.7%). In the filter C4, the parallel resonator P1 to which the capacitor C3 is connected in parallel and the series resonator S2 to which no capacitor is connected have substantially the same single electromechanical coupling coefficient k 2 (3.4%). The parallel resonator P2 to which the capacitor C4 is connected in parallel and the series resonator S1 to which no capacitor is connected have substantially the same single electromechanical coupling coefficient k 2 (4.5%). This makes it possible to reduce the number of levels of the single electromechanical coupling coefficient k 2 of the piezoelectric thin film resonator in the ladder filter without increasing the number of manufacturing steps. By connecting the capacitors C1 to C4 in parallel to the resonators, the effective electromechanical coupling coefficient k 2 of the resonators can be made smaller than the single electromechanical coupling coefficient k 2. This makes it possible to improve the filter characteristics. Therefore, it is possible to improve the characteristics and suppress an increase in the manufacturing process.

連立チェビシェフ近似に基づきラダー型フィルタを設計すると、シミュレーション1のフィルタA1~A6のように、直列共振器S3の電気機械結合係数kは並列共振器P3の電気機械結合係数kより大きくなる。そこで、フィルタC2では、キャパシタC2が並列接続される共振器(第1共振器)を直列共振器S3(第1直列共振器)とし、並列共振器P3(第1並列共振器)は、直列共振器S3と実質的に同じ単体の電気機械結合係数kとする。すなわち、並列共振器P3(第1並列共振器)と直列共振器S3(第1直列共振器)との挿入膜18の厚さを実質的に同じとする。これにより、特性を向上させかつ製造工程の増加を抑制することができる。 When a ladder filter is designed based on the simultaneous Chebyshev approximation, the electromechanical coupling coefficient k2 of the series resonator S3 becomes larger than the electromechanical coupling coefficient k2 of the parallel resonator P3, as in the filters A1 to A6 of Simulation 1. Therefore, in the filter C2, the resonator (first resonator) to which the capacitor C2 is connected in parallel is set as the series resonator S3 (first series resonator), and the parallel resonator P3 (first parallel resonator) has a single electromechanical coupling coefficient k2 substantially the same as that of the series resonator S3. That is, the thicknesses of the insertion films 18 of the parallel resonator P3 (first parallel resonator) and the series resonator S3 (first series resonator) are substantially the same. This makes it possible to improve the characteristics and suppress an increase in the number of manufacturing steps.

また、連立チェビシェフ近似に基づきラダー型フィルタを設計すると、シミュレーション1のフィルタA1~A6のように、段数が5段以下では、端子T1に最も電気的に近い並列共振器P1(第3並列共振器)は、直列共振器S1~S3および並列共振器P1~P3のうち最も単体の電気機械結合係数kが小さい(すなわち、挿入膜18が最も大きい)。そこで、フィルタC4のように、並列共振器P1の単体の電気機械結合係数kを他の共振器(フィルタC4では直列共振器S2)の単体の電気機械結合係数kと実質的に同じとし、並列共振器P1にキャパシタC3を並列接続する。これにより、特性を向上させかつ製造工程の増加を抑制することができる。 Furthermore, when a ladder filter is designed based on the simultaneous Chebyshev approximation, as in filters A1 to A6 in Simulation 1, when the number of stages is five or less, the parallel resonator P1 (third parallel resonator) electrically closest to the terminal T1 has the smallest electromechanical coupling coefficient k2 of the series resonators S1 to S3 and the parallel resonators P1 to P3 (i.e., the insertion film 18 has the largest electromechanical coupling coefficient k2). Therefore, as in filter C4, the electromechanical coupling coefficient k2 of the parallel resonator P1 is made substantially the same as that of the other resonators (series resonator S2 in filter C4 ), and a capacitor C3 is connected in parallel to the parallel resonator P1. This makes it possible to improve the characteristics and suppress an increase in the number of manufacturing steps.

複数の共振器において単体の電気機械結合係数kが実質的に同じとは、複数の共振器の最大の単体の電気機械結合係数をkmax、最小の単体の電気機械結合係数をkminとしたとき、(kmax-kmin)/(kmax+kmin)は例えば0.1以下または0.05以下である。複数の共振器においてある層の厚さが実質的に同じとは、複数の共振器のある層の最大厚をTmax、最小厚をTminとしたとき、(Tmax-Tmin)/(Tmax+Tmin)は例えば0.1以下または0.05以下である。 The electromechanical coupling coefficients k2 of the plurality of resonators being substantially the same means that, when the maximum electromechanical coupling coefficient of the plurality of resonators is kmax and the minimum electromechanical coupling coefficient of the plurality of resonators is kmax, (kmax-kmin)/(kmax+kmin) is, for example, 0.1 or less or 0.05 or less. The thickness of a certain layer of the plurality of resonators being substantially the same means that, when the maximum thickness of a certain layer of the plurality of resonators is Tmax and the minimum thickness is Tmin, (Tmax-Tmin)/(Tmax+Tmin) is, for example, 0.1 or less or 0.05 or less.

圧電薄膜共振器における電気機械結合係数kを異ならせる方法として、挿入膜の厚さを異ならせる方法以外に、圧電膜14に不純物を添加し圧電性を異ならせる方法を用いてもよく、共振領域50の平面面積に対する共振領域50内の挿入膜18平面面積の比を変える方法等を用いてもよい。フィルタA1~A6のように、連立チェビシェフ近似に基づきラダー型フィルタを設計すると、直列共振器および並列共振器内で最も大きい電気機械結合係数kは、最も小さい電気機械結合係数kの1.5倍以上であり、場合によっては2倍以上となる。このように、電気機械結合係数kを大きく異ならせる方法としては、挿入膜18の厚さT2を異ならせる方法が好ましい。 As a method for varying the electromechanical coupling coefficient k2 in the piezoelectric thin film resonator, in addition to the method of varying the thickness of the insertion film, a method of adding impurities to the piezoelectric film 14 to vary the piezoelectricity, a method of changing the ratio of the planar area of the insertion film 18 in the resonance region 50 to the planar area of the resonance region 50, etc. may be used. When a ladder type filter is designed based on the simultaneous Chebyshev approximation like the filters A1 to A6, the largest electromechanical coupling coefficient k2 in the series resonator and parallel resonator is 1.5 times or more, and in some cases, 2 times or more, of the smallest electromechanical coupling coefficient k2 . Thus, as a method for greatly varying the electromechanical coupling coefficient k2 , a method of varying the thickness T2 of the insertion film 18 is preferable.

[実施例1の変形例3]
実施例1の変形例3および4は、空隙の構成を変えた例である。図14(a)および図14(b)は、それぞれ実施例1の変形例3および4に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図14(a)に示すように、実施例1の変形例3では、基板10の上面は平坦であり、基板10と下部電極12との間にドーム状の空隙30が設けられている。その他の構成は、実施例1の図5(a)と同じであり説明を省略する。
[Modification 3 of Example 1]
Modifications 3 and 4 of Example 1 are examples in which the configuration of the gap is changed. Figures 14(a) and 14(b) are cross-sectional views of piezoelectric thin film resonators according to Modifications 3 and 4 of Example 1, respectively. As shown in Figure 14(a) , in Modification 3 of Example 1, the upper surface of the substrate 10 is flat, and a dome-shaped gap 30 is provided between the substrate 10 and the lower electrode 12. The other configurations are the same as those in Figure 5(a) of Example 1, and therefore description thereof will be omitted.

[実施例1の変形例4]
図14(b)に示すように、実施例1の変形例4では、共振領域50の下部電極12下に音響反射膜31が形成されている。音響反射膜31は、音響インピーダンスの低い膜31aと音響インピーダンスの高い膜31bとが交互に設けられている。膜31aおよび31bの膜厚は例えばそれぞれほぼλ/4(λは弾性波の波長)である。膜31aと膜31bの積層数は任意に設定できる。音響反射膜31は、音響特性の異なる少なくとも2種類の層が間隔をあけて積層されていればよい。また、基板10が音響反射膜31の音響特性の異なる少なくとも2種類の層のうちの1層であってもよい。例えば、音響反射膜31は、基板10中に音響インピーダンスの異なる膜が一層設けられている構成でもよい。その他の構成は、実施例1の図5(a)と同じであり説明を省略する。
[Fourth Modification of the First Embodiment]
As shown in FIG. 14B, in the fourth modification of the first embodiment, an acoustic reflection film 31 is formed under the lower electrode 12 of the resonance region 50. The acoustic reflection film 31 is formed by alternating low acoustic impedance films 31a and high acoustic impedance films 31b. The thicknesses of the films 31a and 31b are, for example, approximately λ/4 (λ is the wavelength of the elastic wave). The number of layers of the films 31a and 31b can be set arbitrarily. The acoustic reflection film 31 may be formed by stacking at least two types of layers with different acoustic characteristics with a gap therebetween. The substrate 10 may be one of the at least two types of layers with different acoustic characteristics of the acoustic reflection film 31. For example, the acoustic reflection film 31 may be configured such that one film with different acoustic impedance is provided in the substrate 10. The other configurations are the same as those in FIG. 5A of the first embodiment, and will not be described.

実施例1およびその変形例1~3のように、圧電薄膜共振器は、共振領域50において空隙30が基板10と下部電極12との間に形成されているFBAR(Film Bulk Acoustic Resonator)でもよい。また、実施例1の変形例4のように、圧電薄膜共振器は、共振領域50において下部電極12下に圧電膜14を伝搬する弾性波を反射する音響反射膜31を備えるSMR(Solidly Mounted Resonator)でもよい。共振領域50を含む音響反射層は、空隙30または音響反射膜31を含めばよい。 As in Example 1 and its Modifications 1 to 3, the piezoelectric thin film resonator may be an FBAR (Film Bulk Acoustic Resonator) in which a gap 30 is formed between the substrate 10 and the lower electrode 12 in the resonance region 50. As in Modification 4 of Example 1, the piezoelectric thin film resonator may be an SMR (Solidly Mounted Resonator) that includes an acoustic reflection film 31 that reflects elastic waves propagating through the piezoelectric film 14 under the lower electrode 12 in the resonance region 50. The acoustic reflection layer that includes the resonance region 50 may include the gap 30 or the acoustic reflection film 31.

図15は、実施例2に係るデュプレクサの回路図である。図15に示すように、共通端子Antと送信端子Txとの間に送信フィルタ40が接続されている。共通端子Antと受信端子Rxとの間に受信フィルタ42が接続されている。送信フィルタ40は、送信端子Txから入力された信号のうち送信帯域の信号を送信信号として共通端子Antに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。受信フィルタ42は、共通端子Antから入力された信号のうち受信帯域の信号を受信信号として受信端子Rxに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。送信フィルタ40および受信フィルタ42の少なくとも一方を実施例1およびその変形例のフィルタとすることができる。 Figure 15 is a circuit diagram of a duplexer according to the second embodiment. As shown in Figure 15, a transmission filter 40 is connected between the common terminal Ant and the transmission terminal Tx. A reception filter 42 is connected between the common terminal Ant and the reception terminal Rx. The transmission filter 40 passes signals in the transmission band among the signals input from the transmission terminal Tx to the common terminal Ant as transmission signals, and suppresses signals of other frequencies. The reception filter 42 passes signals in the reception band among the signals input from the common terminal Ant to the reception terminal Rx as reception signals, and suppresses signals of other frequencies. At least one of the transmission filter 40 and the reception filter 42 can be the filter of the first embodiment and its modified examples.

マルチプレクサとしてデュプレクサを例に説明したがトリプレクサまたはクワッドプレクサでもよい。 Although a duplexer has been used as an example of a multiplexer, a triplexer or quadplexer may also be used.

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to these specific embodiments, and various modifications and variations are possible within the scope of the gist of the present invention as described in the claims.

10 基板
12 下部電極
14 圧電膜
16 上部電極
18 挿入膜
40 送信フィルタ
42 受信フィルタ
50 共振領域
REFERENCE SIGNS LIST 10: Substrate 12: Lower electrode 14: Piezoelectric film 16: Upper electrode 18: Insertion film 40: Transmitting filter 42: Receiving filter 50: Resonance region

Claims (11)

基板と、前記基板上に設けられた圧電膜と、前記圧電膜の少なくとも一部を挟み互いに重なる共振領域を形成する第1電極および第2電極と、を備え、少なくとも一部の圧電薄膜共振器は前記共振領域内において前記第1電極と前記第2電極との間に設けられた挿入膜を備える複数の圧電薄膜共振器と、
第1端子と第2端子との間に直列接続され、前記複数の圧電薄膜共振器に含まれ、前記第2端子に最も電気的に近い第1直列共振器は、複数の直列共振器のうち最も挿入膜が薄く、前記第1直列共振器以外の少なくとも1つの第2直列共振器は前記第1直列共振器より挿入膜が厚い複数の直列共振器と、
一端が前記第1端子と前記第2端子との間に経路に接続され、他端が接地され、前記複数の圧電薄膜共振器に含まれ、前記第2端子に最も電気的に近い第1並列共振器は、複数の並列共振器のうち最も挿入膜が薄いまたは挿入膜を備えず、前記第1並列共振器以外の少なくとも1つの第2並列共振器は前記第1並列共振器より挿入膜が厚い複数の並列共振器と、
一端が前記複数の並列共振器のうち少なくとも1つの第1共振器に接続され、他端が接地されたインダクタと、
前記複数の直列共振器と接地されたインダクタが接続されていない並列共振器とのうち少なくとも1つであり、前記インダクタの接続された並列共振器の挿入膜と実質的に同じ厚さの挿入膜を備える第2共振器と、
を備えるラダー型フィルタ。
a plurality of piezoelectric thin film resonators comprising a substrate, a piezoelectric film provided on the substrate, and a first electrode and a second electrode that sandwich at least a portion of the piezoelectric film and form a resonance region that overlaps with each other, at least some of the piezoelectric thin film resonators comprising an insertion film provided between the first electrode and the second electrode within the resonance region;
a plurality of series resonators connected in series between a first terminal and a second terminal, the plurality of series resonators including a first series resonator electrically closest to the second terminal, the first series resonator having the thinnest insertion film among the plurality of series resonators, and at least one second series resonator other than the first series resonator having a thicker insertion film than the first series resonator;
a first parallel resonator, one end of which is connected to a path between the first terminal and the second terminal and the other end of which is grounded and which is included in the plurality of piezoelectric thin film resonators and is electrically closest to the second terminal, has the thinnest insertion film or does not have an insertion film among the plurality of parallel resonators, and at least one second parallel resonator other than the first parallel resonator has a thicker insertion film than the first parallel resonator;
an inductor having one end connected to at least one first resonator among the plurality of parallel resonators and the other end grounded;
a second resonator which is at least one of the plurality of series resonators and a parallel resonator to which no grounded inductor is connected and has an insertion film having substantially the same thickness as an insertion film of the parallel resonator to which the inductor is connected;
A ladder type filter comprising:
前記第1共振器は前記第1並列共振器を含み、
前記第2共振器は前記第1直列共振器を含む請求項1に記載のラダー型フィルタ。
the first resonator includes the first parallel resonator,
2. The ladder filter according to claim 1, wherein the second resonator includes the first series resonator.
前記複数の直列共振器および前記複数の並列共振器のうち、前記第1並列共振器は最も挿入膜が薄く、前記第2直列共振器は2番目に挿入膜が薄い請求項1または2に記載のラダー型フィルタ。 The ladder filter according to claim 1 or 2, wherein the first parallel resonator has the thinnest insertion film among the plurality of series resonators and the plurality of parallel resonators, and the second series resonator has the second thinnest insertion film. 前記複数の並列共振器のうち前記第1端子に最も電気的に近い第3並列共振器は、前記複数の直列共振器および前記複数の並列共振器のうち最も挿入膜が厚い請求項1から3のいずれか一項に記載のラダー型フィルタ。 The ladder filter according to any one of claims 1 to 3, wherein a third parallel resonator, which is electrically closest to the first terminal among the plurality of parallel resonators, has the thickest insertion film among the plurality of series resonators and the plurality of parallel resonators. 基板と、前記基板上に設けられた圧電膜と、前記圧電膜の少なくとも一部を挟み互いに重なる共振領域を形成する第1電極および第2電極と、を備え、少なくとも一部の圧電薄膜共振器は前記共振領域内において前記第1電極と前記第2電極との間に設けられた挿入膜を備える複数の圧電薄膜共振器と、
第1端子と第2端子との間に直列接続され、前記複数の圧電薄膜共振器に含まれ、前記第2端子に最も電気的に近い第1直列共振器は、複数の直列共振器のうち最も挿入膜が薄く、前記第1直列共振器以外の少なくとも1つの第2直列共振器は前記第1直列共振器より挿入膜が厚い複数の直列共振器と、
一端が前記第1端子と前記第2端子との間に経路に接続され、他端が接地され、前記複数の圧電薄膜共振器に含まれ、前記第2端子に最も電気的に近い第1並列共振器は、複数の並列共振器のうち最も挿入膜が薄いまたは挿入膜を備えず、前記第1並列共振器以外の少なくとも1つの第2並列共振器は前記第1並列共振器より挿入膜が厚い複数の並列共振器と、
前記複数の直列共振器および前記複数の並列共振器のうち少なくとも1つの第1共振器に並列接続されたキャパシタと、
前記複数の直列共振器および前記複数の並列共振器のうち少なくとも1つであり、キャパシタが並列接続されておらず、前記キャパシタが並列接続された共振器の挿入膜と実質的に同じ厚さの挿入膜を備える第2共振器と、
を備えるラダー型フィルタ。
a plurality of piezoelectric thin film resonators comprising a substrate, a piezoelectric film provided on the substrate, and a first electrode and a second electrode that sandwich at least a portion of the piezoelectric film and form a resonance region that overlaps with each other, at least some of the piezoelectric thin film resonators comprising an insertion film provided between the first electrode and the second electrode within the resonance region;
a plurality of series resonators connected in series between a first terminal and a second terminal, the plurality of series resonators including a first series resonator electrically closest to the second terminal, the first series resonator having the thinnest insertion film among the plurality of series resonators, and at least one second series resonator other than the first series resonator having a thicker insertion film than the first series resonator;
a first parallel resonator, one end of which is connected to a path between the first terminal and the second terminal and the other end of which is grounded and which is included in the plurality of piezoelectric thin film resonators and is electrically closest to the second terminal, has the thinnest insertion film or does not have an insertion film among the plurality of parallel resonators, and at least one second parallel resonator other than the first parallel resonator has a thicker insertion film than the first parallel resonator;
a capacitor connected in parallel to at least one first resonator among the plurality of series resonators and the plurality of parallel resonators;
a second resonator, which is at least one of the plurality of series resonators and the plurality of parallel resonators, in which a capacitor is not connected in parallel and which has an insertion film having substantially the same thickness as an insertion film of a resonator in which the capacitor is connected in parallel;
A ladder type filter comprising:
前記第1共振器は前記第1直列共振器を含み、
前記第2共振器は前記第1並列共振器を含む請求項5に記載のラダー型フィルタ。
the first resonator includes the first series resonator,
6. The ladder filter according to claim 5, wherein the second resonator includes the first parallel resonator.
前記複数の直列共振器および前記複数の並列共振器のうち、前記第1並列共振器は最も挿入膜が薄く、前記第2直列共振器は2番目に挿入膜が薄い請求項5または6に記載のラダー型フィルタ。 The ladder filter according to claim 5 or 6, wherein the first parallel resonator has the thinnest insertion film and the second series resonator has the second thinnest insertion film among the plurality of series resonators and the plurality of parallel resonators. 前記複数の並列共振器のうち前記第1端子に最も電気的に近い第3並列共振器は、前記複数の直列共振器および前記複数の並列共振器のうち最も挿入膜が厚い請求項5から7のいずれか一項に記載のラダー型フィルタ。 The ladder filter according to any one of claims 5 to 7, wherein a third parallel resonator, which is electrically closest to the first terminal among the plurality of parallel resonators, has the thickest insertion film among the plurality of series resonators and the plurality of parallel resonators. 前記第1共振器は前記第3並列共振器を含む請求項8に記載のラダー型フィルタ。 The ladder filter according to claim 8, wherein the first resonator includes the third parallel resonator. 前記複数の圧電薄膜共振器において、前記圧電膜の厚さは実質的に同じであり、前記第1電極の厚さは実質的に同じであり、前記第2電極の厚さは実質的に同じである請求項1から9のいずれか一項に記載のラダー型フィルタ。 The ladder filter according to any one of claims 1 to 9, wherein in the plurality of piezoelectric thin film resonators, the thickness of the piezoelectric film is substantially the same, the thickness of the first electrodes is substantially the same, and the thickness of the second electrodes is substantially the same. 請求項1から10のいずれか一項に記載のラダー型フィルタを備えるマルチプレクサ。
A multiplexer comprising the ladder filter according to any one of claims 1 to 10 .
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