專利名稱：聲表面波濾波器及使用它的通信設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及最好用于通信設(shè)備中的聲表面波(SAW)濾波器。
背景技術(shù)：
一般，聲表面波(SAW)濾波器用于諸如蜂窩式電話等通信設(shè)備。如本領(lǐng)域所公知，根據(jù)蜂窩式電話的類型而使用各種頻帶，而且使用各種頻率調(diào)節(jié)方法使SAW濾波器適應(yīng)于相應(yīng)的頻帶。
例如，一種公知的頻率帶寬調(diào)節(jié)方法是，把一絕緣膜均勻地加到包含叉指電極的SAW濾波器的壓電基底的整個(gè)表面，對(duì)此絕緣膜進(jìn)行蝕刻，從而提供依據(jù)所需頻率的厚度。以下描述依據(jù)這種方法的SAW濾波器的制造工藝。


圖1A到1D是示出制造一種公知的SAW濾波器的一系列過(guò)程。
如圖1A所示，首先，制備由LiTaO3或LiNbO3制成的壓電基底11。在對(duì)基底11進(jìn)行拋光后，使用公知的技術(shù)把光致抗蝕劑形成的抗蝕劑圖案40加到基底11的表面。然后，通過(guò)諸如汽相淀積等技術(shù)把由高電導(dǎo)率的Al或Au制成的金屬膜41淀積在其上，以提供預(yù)定厚度。
如圖1B所示，把獲得的產(chǎn)品浸入溶劑中，然后通過(guò)超聲波輻射使之同時(shí)熔化或同時(shí)剝離，因此抗蝕劑圖案40以及覆蓋在抗蝕劑圖案40上的金屬膜41被除去。
結(jié)果，如圖1C所示，由剩余的金屬膜形成了具有所需圖案的電極42。電極42相應(yīng)于叉指電極和反射器。
然后，如圖1D所示，在包括電極42的整個(gè)基底11上，淀積諸如SiO2等蝕刻率與電極42不同的材料制成的絕緣膜43，并通過(guò)濺射或化學(xué)汽相淀積(CVD)等附著，從而提供預(yù)定厚度。
使用晶片探測(cè)器把一電信號(hào)加到電極42來(lái)測(cè)量頻率，并確定測(cè)得的頻率與目標(biāo)值之差。為了使該差值為零，通過(guò)諸如干刻蝕等方法對(duì)絕緣膜43進(jìn)行蝕刻，同時(shí)監(jiān)測(cè)蝕刻時(shí)間來(lái)調(diào)節(jié)頻率。
參考圖2和3來(lái)描述把上述典型的頻率調(diào)節(jié)方法應(yīng)用于所謂的梯型SAW濾波器的情況。梯型SAW濾波器包括至少一個(gè)構(gòu)成串聯(lián)支路的串聯(lián)支路諧振器以及至少一個(gè)構(gòu)成并聯(lián)支路的并聯(lián)支路諧振器。
在圖2中，由(a)示出梯型SAW濾波器的示例頻率特性曲線，(b)示出特性SAW濾波器的示例阻抗特性曲線。
如圖2中的(a)和(b)所示，如果把串聯(lián)支路諧振器的諧振頻率frs與并聯(lián)支路諧振器的反諧振頻率fap設(shè)定為相互匹配，則獲得了具有中心頻率f0的帶通濾波器。其帶寬與并聯(lián)支路諧振器的諧振頻率frp與串聯(lián)支路諧振器的反諧振頻率fas之差有關(guān)。
圖3是示出在淀積SiO2膜前后，單端對(duì)(one-terminal-pair)聲表面波(SAW)器件的諧振頻率與反諧振頻率的偏移量的曲線圖。該曲線圖示出在A1電極的厚度為諧振頻率與反諧振頻率的平均波長(zhǎng)的7.2％時(shí)，以及在淀積SiO2制成的絕緣膜從而膜厚為諧振頻率與反諧振頻率的平均波長(zhǎng)的1.7％時(shí)，樣品的平均數(shù)據(jù)。
如果把絕緣膜淀積在串聯(lián)支路諧振器和并聯(lián)支路諧振器上，從而提供均勻厚度，則如圖3所示，每個(gè)諧振器的諧振頻率和反諧振頻率向下偏移。眾所周知，在此情況下，反諧振頻率比諧振頻率向下偏移得更多。
通常，把串聯(lián)支路諧振器的波長(zhǎng)設(shè)定為低于并聯(lián)支路諧振器的波長(zhǎng)，波長(zhǎng)越低，則頻率的偏移量越大。如果以均勻的厚度淀積絕緣膜，則與并聯(lián)支路諧振器的頻率相比，串聯(lián)支路諧振器的頻率向下偏移。
相應(yīng)地，在淀積絕緣膜時(shí)，SAW濾波器的帶寬變窄，這是因?yàn)閹捙c并聯(lián)支路諧振器的諧振頻率frp與串聯(lián)支路諧振器的反諧振頻率fas之差有關(guān)，因而不能獲得所需的特性。
為了避免這樣的問(wèn)題，在相關(guān)領(lǐng)域中，把絕緣膜淀積兩次，即第一次用于串聯(lián)支路諧振器，第二次用于并聯(lián)支路諧振器。在蝕刻前，以不同的厚度淀積絕緣膜，從而可使頻率的偏移量基本上相同。因此，實(shí)現(xiàn)了所需的頻率調(diào)節(jié)。
然而，如果執(zhí)行上述頻率調(diào)節(jié)，則梯型SAW濾波器會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題。
上述方案需要分兩次淀積絕緣膜。這增加了所需的工序數(shù)量和時(shí)間，導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述問(wèn)題，本發(fā)明的較佳實(shí)施例提供了一種聲表面波濾波器，在該濾波器為梯型濾波器時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)所需的頻率調(diào)節(jié)，僅需要淀積一次絕緣膜，而不使頻率帶寬降級(jí)。
依據(jù)本發(fā)明的較佳實(shí)施例，聲表面波濾波器包括壓電基底以及設(shè)置在壓電基底上的多個(gè)單端對(duì)聲表面波諧振器。每個(gè)單端對(duì)聲表面波諧振器包括設(shè)置在壓電基底上的叉指電極以及淀積并附著在叉指電極上的絕緣膜。多個(gè)單端對(duì)聲表面波諧振器中的至少一個(gè)是串聯(lián)支路諧振器，其余的單端對(duì)聲表面波諧振器中的至少一個(gè)是并聯(lián)支路諧振器。串聯(lián)支路諧振器與并聯(lián)支路諧振器以階梯狀配置耦合。
在由以下公式(1)來(lái)定義單端對(duì)聲表面波諧振器的電極占空率時(shí)，串聯(lián)支路諧振器的電極占空率(duty)大于并聯(lián)支路諧振器的電極占空率電極占空率＝2×W/λ ...(1)這里λ代表單端對(duì)聲表面波諧振器的波長(zhǎng)，W代表叉指電極的線寬。
這防止了淀積絕緣膜時(shí)頻率帶寬的降級(jí)。因而，可淀積具有較大厚度的絕緣膜，它起到了保護(hù)膜的作用，從而增強(qiáng)了可靠性。
可如此調(diào)節(jié)絕緣膜的厚度，從而提供預(yù)定的頻率特性。
最好，至少一個(gè)串聯(lián)支路諧振器的電極占空率約為0.5或更小。結(jié)果，可實(shí)現(xiàn)更有效的頻率調(diào)節(jié)。此外，用于頻率調(diào)節(jié)的頻率帶寬的偏移量較小，從而在滿足所需的濾波器特性的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了頻率調(diào)節(jié)。
聲表面波濾波器的衰減標(biāo)準(zhǔn)最好在通頻帶的高頻區(qū)域和低頻區(qū)域附近。
可適當(dāng)?shù)匕岩罁?jù)本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例的聲表面波濾波器實(shí)現(xiàn)為用于通信設(shè)備的GSM-1900或DCS濾波器，在該通信設(shè)備中過(guò)窄或過(guò)寬的帶寬都可能引起缺陷。
在本發(fā)明的另一個(gè)較佳實(shí)施例中，通信設(shè)備包括依據(jù)本發(fā)明的上述較佳實(shí)施例的聲表面波濾波器。
因此，結(jié)合了這種聲表面波濾波器的通信設(shè)備很便宜，且具有所需的頻率特性。
從以下對(duì)較佳實(shí)施例的詳細(xì)描述并參考附圖，將使本發(fā)明的其他特征、原理、步驟、特性和優(yōu)點(diǎn)變得明顯起來(lái)。
附圖概述圖1A到1D是制造典型的SAW濾波器的一系列工序的示意圖；圖2是梯型SAW濾波器的示例頻率特性曲線(a)和示例阻抗特性曲線(b)；圖3是示出在淀積SiO2膜前后，單端對(duì)SAW器件的諧振頻率和反諧振頻率的偏移量的曲線圖；圖4是設(shè)置在依據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例的SAW濾波器中的壓電基底上的電極的俯視圖；圖5是典型的叉指電極的放大部分的圖；圖6是四個(gè)試驗(yàn)樣品A到D的電極占空率的表格；圖7A和7B分別是在淀積SiO2膜前后以及在頻率調(diào)節(jié)前后帶寬的變化率(作為試驗(yàn)結(jié)果)的圖表；以及圖8A和8B分別是DCS濾波器和GSM-1900濾波器的頻帶的圖。
本發(fā)明的較佳實(shí)施方式參考圖4到8來(lái)描述依據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例的聲表面波(SAW)濾波器。在以下描述中，例如，SAW濾波器的頻率特性為以1.9GHz(1960MHz)的頻帶作為中心頻率。
圖4是設(shè)置在依據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例的SAW濾波器的壓電基底上的電極的俯視圖。如圖4所示，多個(gè)單端對(duì)SAW諧振器以階梯狀的方式安裝在36°旋轉(zhuǎn)的Y切割X傳播(propagation)的LiTaO3基底1上。在所示的較佳實(shí)施例中，這些單端對(duì)SAW諧振器包括限定串聯(lián)支路的兩個(gè)串聯(lián)支路諧振器2a和2b以及三個(gè)并聯(lián)支路諧振器3a、3b和3c，每個(gè)并聯(lián)支路諧振器的一端連到一串聯(lián)支路，另一端接地。這些SAW諧振器最好由通過(guò)光刻和蝕刻或其他適當(dāng)?shù)墓に囆纬傻匿X制成。每個(gè)SAW諧振器的電極厚度約為串聯(lián)支路諧振器2a和2b與并聯(lián)支路諧振器3a、3b和3c的平均波長(zhǎng)的9.2％。電極最好以與相關(guān)技術(shù)中相同的方式形成，從而省略其詳細(xì)描述。
串聯(lián)支路諧振器2a和2b都包括一對(duì)叉指電極21(具有相互面對(duì)且以恒定叉指寬度隔開(kāi)的交叉指)以及配置在叉指電極21兩端的兩個(gè)反射器22。同樣，并聯(lián)支路諧振器3a、3b和3c都包括一對(duì)叉指電極31(具有相互面對(duì)且以恒定叉指寬度隔開(kāi)的交叉指)以及配置在叉指電極31兩端的兩個(gè)反射器32。
本發(fā)明進(jìn)行了試驗(yàn)來(lái)研究如何通過(guò)改變串聯(lián)支路諧振器2a和2b與并聯(lián)支路諧振器3a、3b和3c的電極占空率來(lái)增加或降低頻率帶寬。更具體來(lái)說(shuō)，通過(guò)調(diào)節(jié)叉指電極21和31的線寬來(lái)改變電極占空率。如這里所使用的，由以下公式(1)來(lái)定義電極占空率電極占空率＝2×W/λ ...(1)參考圖5，這里λ代表單端對(duì)聲表面波諧振器的波長(zhǎng)，W代表叉指電極的線寬。
圖6是試驗(yàn)中所使用的四個(gè)樣本A到D的電極占空率的表格。在此試驗(yàn)中，如圖6所示，串聯(lián)支路諧振器2a和2b具有相同的結(jié)構(gòu)，每個(gè)諧振器的叉指電極21的交叉指之間的叉指寬度約為17μm。每個(gè)諧振器2a和2b都具有包括100個(gè)電極指對(duì)(總共200個(gè)指)的單個(gè)IDT(21)(總共100個(gè)叉指電極指)。每個(gè)諧振器2a和2b都具有兩個(gè)反射器(22)，每個(gè)反射器包括100個(gè)電極指。電極間距約0.99μm(聲表面波的波長(zhǎng)約1.99μm)。并聯(lián)支路諧振器3a、3b和3c具有相同的結(jié)構(gòu)，且每個(gè)諧振器具有約50μm的叉指寬度。每個(gè)并聯(lián)支路諧振器3a、3b和3c都具有包括40個(gè)電極指對(duì)(總共80個(gè)指)的單個(gè)IDT(31)。每個(gè)并聯(lián)支路諧振器3a、3b和3c都具有兩個(gè)反射器(32)，每個(gè)反射器包括100個(gè)電極指。電極間距約1.04μm(聲表面波的波長(zhǎng)約2.07μm)。
在形成串聯(lián)支路諧振器2a和2b以及并聯(lián)支路諧振器3a、3b和3c后，通過(guò)濺射在包括此串聯(lián)支路諧振器2a和2b以及并聯(lián)支路諧振器3a、3b和3c的整個(gè)基底1使淀積SiO2制成的絕緣膜(未示出)。在本較佳實(shí)施例中所淀積的絕緣膜的厚度約為串聯(lián)支路諧振器2a和2b與并聯(lián)支路諧振器3a、3b和3c的平均波長(zhǎng)的1.7％。
接地電極4和熱電極5經(jīng)由引出電極10電氣連接到諧振器2a、2b、3a、3b和3c。接地電極4和熱電極5還用作通過(guò)晶片探測(cè)諧振器2a、2b、3a、3b和3c的頻率特性的測(cè)量點(diǎn)。晶片探測(cè)是使晶片探測(cè)器(未示出)的接地引腳和熱引腳分別與接地電極4和熱電極5接觸來(lái)測(cè)量頻率的方法。根據(jù)測(cè)量結(jié)果，確定頻率調(diào)節(jié)量。
然后，在從頻率調(diào)節(jié)量計(jì)算得到的蝕刻時(shí)間內(nèi)對(duì)SiO2膜進(jìn)行蝕刻，以降低膜厚，從而實(shí)現(xiàn)所需的頻率特性?？墒褂酶墒交驖袷轿g刻。在所示的較佳實(shí)施例中，膜厚被減少約串聯(lián)支路諧振器2a和2b與并聯(lián)支路諧振器3a、3b和3c的平均波長(zhǎng)的0.6％。
參考圖7a和7B所示的圖表來(lái)描述相對(duì)于樣品A到D的試驗(yàn)結(jié)果。
圖7A是示出在淀積SiO2膜前后頻率帶寬的變化率的圖表，圖7B是示出在通過(guò)蝕刻獲得的膜而進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)前后頻率帶寬的變化率的圖表。
從圖7A中很明顯的是，在淀積絕緣膜時(shí)，與樣品C相比，樣品A和B的頻率帶寬降低得較少。在樣品A和B中，并聯(lián)支路諧振器3a、3b和3c的電極占空率大于串聯(lián)支路諧振器2a和2b的電極占空率。照例，在樣品C中，并聯(lián)支路諧振器3a、3b和3c的電極占空率與串聯(lián)支路諧振器2a和2b的電極占空率基本上相同。
如圖7B所示，與并聯(lián)支路諧振器3a、3b和3c的電極占空率與串聯(lián)支路諧振器2a和2b的電極占空率基本上相同的樣品C相比，在通過(guò)蝕刻而進(jìn)行的頻率調(diào)節(jié)后，樣品A和B(其中并聯(lián)支路諧振器3a、3b和3c的電極占空率大于串聯(lián)支路諧振器2a和2b的電極占空率)的頻率帶寬增加得較少，從而可更精確地調(diào)節(jié)頻率特性。過(guò)窄或過(guò)寬的頻率帶寬有時(shí)可能引起缺陷，有利的是防止頻率帶寬的增加。
從試驗(yàn)結(jié)果很清楚，當(dāng)并聯(lián)支路諧振器的電極占空率大于串聯(lián)支路諧振器的電極占空率時(shí)，帶寬變化較少，從而可更容易地實(shí)現(xiàn)所需的頻率調(diào)節(jié)。重要的是，相反，如果并聯(lián)支路諧振器的電極占空率高得多，則頻率帶寬可能降級(jí)。
從圖3可看到，在電極占空率超過(guò)約0.5的點(diǎn)周圍，頻率帶寬的偏移量基本上齊平。相應(yīng)地，從上述試驗(yàn)所示，由于頻率帶寬的增加或降低數(shù)量與并聯(lián)支路諧振器3a、3b和3c的諧振頻率frp與串聯(lián)支路諧振器2a和2b的反諧振頻率fas之差有關(guān)，所以特別是在并聯(lián)支路諧振器3a、3b和3c的電極占空率大于串聯(lián)支路諧振器2a和2b的電極占空率時(shí)，以及在串聯(lián)支路諧振器2a和2b的電極占空率等于約0.5或更小時(shí)，抑制了頻率帶寬的降低，從而更容易實(shí)現(xiàn)所需的頻率特性。不僅在圖3所示的條件下，而且在所示較佳實(shí)施例的條件下，都觀察到電極占空率超過(guò)約0.5時(shí)頻率帶寬的偏移量齊平的趨勢(shì)。
可把依據(jù)本發(fā)明各較佳實(shí)施例SAW濾波器用作例如通信設(shè)備的接收機(jī)RF濾波器，該通信設(shè)備符合DCS(中心頻率為1842.5MHz)或GSM-1900(中心頻率為1960MHz)標(biāo)準(zhǔn)。圖8A和8B分別示出DCS濾波器和GSM-1900濾波器。在DCS接收機(jī)RF濾波器中，衰減標(biāo)準(zhǔn)(Tx頻帶和防護(hù)頻帶)位于通頻帶的兩端，且與其隔開(kāi)20MHz和40MHz。在GSM-1900接收機(jī)RF濾波器中，衰減標(biāo)準(zhǔn)(Tx頻率和防護(hù)頻帶)位于通頻帶的兩端，且都與其隔開(kāi)20MHz。由于衰減標(biāo)準(zhǔn)在符合這兩種標(biāo)準(zhǔn)的接收機(jī)RF濾波器的通頻帶的高頻和低頻區(qū)域附近，所以過(guò)窄或過(guò)寬的帶寬都可能引起缺陷。為此，依據(jù)本發(fā)明一較佳實(shí)施例的頻率調(diào)節(jié)方法生產(chǎn)的帶寬增加或降低較少的SAW濾波器是適當(dāng)?shù)?。?dāng)然，依據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例的SAW濾波器不限于DCS和GSM-1900濾波器。尤其是，衰減標(biāo)準(zhǔn)在相對(duì)于中心頻率離通頻帶的高頻或低頻區(qū)域約2.5％的頻率范圍內(nèi)的濾波器是有效的。
基底1、叉指電極21和31以及絕緣膜的材料以及包括諧振器的波長(zhǎng)等其他數(shù)據(jù)不限于上述較佳實(shí)施例?？蛇M(jìn)行各種修改和變化，而不背離本發(fā)明的精神和范圍。
如上所述，依據(jù)本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并聯(lián)支路諧振器的電極占空率大于串聯(lián)支路諧振器的電極占空率。這防止了頻率帶寬在淀積絕緣膜時(shí)降級(jí)。因而，可淀積具有較大厚度的絕緣膜，該絕緣膜起到保護(hù)膜的作用，從而增強(qiáng)了可靠性。
還可通過(guò)在包含諧振器的整個(gè)壓電基底上淀積厚度均勻的絕緣膜來(lái)實(shí)現(xiàn)所需的頻率特性。因此，淀積一次絕緣膜就足夠了，因而有助于工藝的簡(jiǎn)單化，減少生產(chǎn)成本，并提高產(chǎn)量。此外，用于頻率調(diào)節(jié)的頻率帶寬的偏移量較小，從而在滿足所需的濾波器特性的同時(shí)通過(guò)蝕刻實(shí)現(xiàn)了頻率調(diào)節(jié)。
包括依據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例的聲表面波濾波器的通信設(shè)備很便宜，且具有所需的頻率特性。尤其是，可把本發(fā)明適當(dāng)?shù)貙?shí)施為用于通信設(shè)備(其中過(guò)窄或過(guò)寬的帶寬都可能引起缺陷)的GSM-1900或DCS濾波器。
雖然以上描述了本發(fā)明的較佳實(shí)施例，但可以理解，變化和修改對(duì)本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員來(lái)所是明顯的，而不背離本發(fā)明的精神和范圍。因此，本發(fā)明的范圍僅由以下權(quán)利要求來(lái)確定。
權(quán)利要求
1.一種聲表面波濾波器，包括壓電基底；以及設(shè)置在所述壓電基底上的多個(gè)單端對(duì)聲表面波諧振器，所述多個(gè)單端對(duì)聲表面波諧振器都包括設(shè)置在所述壓電基底上的叉指電極以及淀積并附著在叉指電極上的絕緣膜；其中多個(gè)單端對(duì)聲表面波諧振器中的至少一個(gè)是串聯(lián)支路諧振器，其余的單端對(duì)聲表面波諧振器中的至少一個(gè)是并聯(lián)支路諧振器，串聯(lián)支路諧振器與并聯(lián)支路諧振器以階梯狀配置耦合，以及在由以下公式(1)來(lái)定義單端對(duì)聲表面波諧振器的電極占空率時(shí)，串聯(lián)支路諧振器的電極占空率大于并聯(lián)支路諧振器的電極占空率電極占空率＝2×W/λ...(1)這里λ代表單端對(duì)聲表面波諧振器的波長(zhǎng)，W代表叉指電極的線寬。
2.如權(quán)利要求1所述的聲表面波濾波器，其特征在于壓電基底為36°旋轉(zhuǎn)的Y切割X傳播的LiTaO3基底。
3.如權(quán)利要求1所述的聲表面波濾波器，其特征在于每個(gè)SAW諧振器中的電極厚度約為串聯(lián)支路諧振器與并聯(lián)支路諧振器的平均波長(zhǎng)的9.2％。
4.如權(quán)利要求1所述的聲表面波濾波器，其特征在于還包括配置在叉指電極兩端的反射器。
5.如權(quán)利要求1所述的聲表面波濾波器，其特征在于絕緣膜為SiO2。
6.如權(quán)利要求1所述的聲表面波濾波器，其特征在于聲表面波諧振器為接收機(jī)RF濾波器。
7.如權(quán)利要求1所述的聲表面波濾波器，其特征在于絕緣膜的厚度具有實(shí)現(xiàn)預(yù)定頻率特性的尺寸。
8.如權(quán)利要求1所述的聲表面波濾波器，其特征在于至少一個(gè)串聯(lián)支路諧振器的電極占空率約0.5或更小。
9.一種通信設(shè)備，包括至少一個(gè)如權(quán)利要求1所述的聲表面波濾波器。
全文摘要
一種聲表面波濾波器包括多個(gè)單端對(duì)聲表面波諧振器,每個(gè)單端對(duì)聲表面波諧振器包括叉指電極以及淀積在叉指電極上的絕緣膜。單端對(duì)聲表面波諧振器包括串聯(lián)支路諧振器和并聯(lián)支路諧振器。由以下公式(1)來(lái)定義單端對(duì)聲表面波諧振器的電極占空率時(shí):電極占空率=2×W/λ…(1),這里λ代表單端對(duì)聲表面波諧振器的波長(zhǎng),W代表叉指電極的線寬,串聯(lián)支路諧振器的電極占空率(duty)大于并聯(lián)支路諧振器的電極占空率。由此結(jié)構(gòu),單次淀積絕緣膜就足以實(shí)現(xiàn)所需的頻率調(diào)節(jié),而不會(huì)使頻率帶寬變窄。
文檔編號(hào)H03H9/02GK1365188SQ0210182
公開(kāi)日2002年8月21日 申請(qǐng)日期2002年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月12日
發(fā)明者高田俊明 申請(qǐng)人:株式會(huì)社村田制作所