表面声波器件 【技术领域】
本发明涉及表面声波器件，更具体地，涉及诸如表面声波滤波器的表面声波器件。
背景技术
表面声波器件在移动通信设备(例如蜂窝电话)的天线双工器中使用。要求移动通信装置的小型化，并且伴随着更大的复杂性而要求表面声波器件进一步的小型化。
在将表面声波器件用于天线双工器中的情况中，为了实现小型化，将发送表面声波(SAW)滤波器和接收表面声波(SAW)滤波器形成在同一公共芯片上。
此处，出现了这样的情况：发送谐振器将由发送端子输入的信号转换为表面声波，并且形成了短路，使得表面声波被传播并耦合到接收谐振器。在这种情况下，发送/接收隔离特性劣化，滤波器的通过特性出现了寄生发射。
作为解决该问题的常规技术，已公开了一种技术：通过在压电基板上的两个SAW滤波器之间进行划片(dicing)来提供沟槽(日本特开平5-102783号公报和日本特开2003-13179号公报)，或者另外一种技术：使一个滤波器中具有与信号端子相连的线路和与接地端子相连的线路的交叉部分(日本特开2003-51731号公报)。
然而，在日本特开平5-102783号公报和日本特开2003-13179号公报中公开地这些发明中，加工技术的精细加工存在问题，存在着谐振器的间隔和有关布局的限制，并存在使芯片尺寸增大的风险。另外，因为在通过划片提供沟槽时切屑飞向谐振器，所以导致了特性的劣化。
另一方面，根据日本特开2003-51731号公报的发明的目的是：防止为抵消磁通量(由流到滤波器中的电流的影响而引起的)而产生的相互感应引起的隔离和衰减量的恶化。
【发明内容】
因此，与日本特开2003-51731号公报中描述的目的和结构不同，本发明的目的是防止出现短路。本发明的另一目的是提供一种表面声波器件，其解决了精细加工复杂、芯片尺寸增大和通过划片提供沟槽时产生切屑的问题(这些问题是日本特开平5-102783号公报以及日本特开2000-13179号公报所共有的问题)，并允许在单个芯片上形成多个表面声波器件，并且实现了进一步的小型化。
实现了上述目的的根据本发明的表面声波器件的第一方面包括：压电基板；形成在该压电基板上的第一表面声波谐振器；以及沿第一表面声波谐振器的表面声波传播方向形成在压电基板上的第二表面声波谐振器，其中，在压电基板上形成第一和第二表面声波谐振器的位置在表面声波传播区中表现为至少部分重合的关系，该表面声波传播区是通过假想地延伸第一和第二表面声波谐振器的各个开口而限定的；而且，该表面声波器件还包括相位控制部分，其用于将重合的表面声波传播区划分为上半部分和下半部分，并使由第一表面声波谐振器传播的表面声波的相位在如此划分的上半区和下半区中表现为互为反相的关系。
实现了上述目的的根据本发明的表面声波器件的第二方面包括：压电基板；形成在压电基板上的第一表面声波谐振器；以及沿第一表面声波谐振器的表面声波传播方向形成在压电基板上的第二表面声波谐振器，其中，在压电基板上形成第一和第二表面声波谐振器的位置在表面声波传播区中表现为至少部分重合的关系，该表面声波传播区是通过假想地延伸第一和第二表面声波谐振器的各个开口而限定的；而且，该表面声波器件还包括相位控制部分，其用于将重合的表面声波传播区划分为多个区，并使由第一表面声波谐振器传播的表面声波的相位在如此划分的各个区的上半区和下半区中表现为互为反相的关系。
根据实现了上述目的的根据本发明的表面声波器件的第三方面，根据第一或第二方面的用于使由第一表面声波谐振器传播的表面声波的相位表现为互为反相关系的相位控制部分是形成在压电基板上、位于第一和第二表面声波谐振器之间的金属膜，该金属膜具有与重合的表面声波传播区的上半区或下半区相对应，并且长度L满足以下关系的切口：
L＝Vm×Vf×(2n+1)/(2×(Vf-Vm)×f)(n＝1，2...)(其中，Vm是在金属膜上的速度，Vf是在没有金属膜的区域中的速度，而f是驱动频率)。
根据实现了上述目的的根据本发明的表面声波器件的第四方面，根据第一和第二方面的、用于使由第一表面声波谐振器传播的表面声波的相位表现为互为反相关系的相位控制部分是形成在压电基板上、位于第一和第二表面声波谐振器之间的金属膜，该金属膜与重合的表面声波传播区的上半区或下半区相对应，其长度L满足以下关系：
L＝Vm×Vf×(2n+1)/(2×(Vf-Vm)×f)(n＝1，2...)(其中，Vm是在金属膜上的速度，Vf是在没有金属膜的区域中的速度，而f是第一表面声波谐振器的驱动频率)。
实现了上述目的的根据本发明的表面声波器件的第五方面包括：压电基板、形成在压电基板上的第一表面声波谐振器、以及沿第一表面声波谐振器的表面声波传播方向形成在压电基板上的第二表面声波谐振器，其中，在构成位于第一表面声波谐振器的与第二表面声波谐振器相对一侧的反射器的多个电极中，满足以下关系的N个电极的宽度是上述反射器部分的开口宽度的一半，并且由第一表面声波谐振器传播的表面声波的相位在具有上述1/2宽度的上半区和下半区中表现为互为反相的关系：
4×N/λ＝Vm×Vf×(2n+1)/(2×(Vf-Vm)×f)(n＝1，2，...)(其中，λ是所传播的表面声波的波长，而反射器的长度为λ/4)。
此外，实现了上述目的的、根据本发明的表面声波器件的第六方面是这样的表面声波器件：在该表面声波器件中，纵向连接的至少两个或更多个表面声波谐振器在压电基板上配置成至少两组或更多组，其中在压电基板上形成属于不同组的相邻的第一和第二表面声波谐振器的位置在表面声波传播区中表现为至少部分重合的关系，该表面声波传播区是通过假想地延伸第一和第二表面声波谐振器的各个开口而限定的；在相邻的第一和第二表面声波谐振器之间形成有环绕电极(wraparoundelectrode)；并且，所述环绕电极包括与重合的表面声波传播区的上半区或下半区相对应、长度L满足以下关系的切口：
L＝Vm×Vf×(2n+1)/(2×(Vf-Vm)×f)(n＝1，2...)(其中，Vm是在金属膜上的速度，Vf是在没有金属膜的区域中的速度，而f是驱动频率)。
通过以下参照附图而说明的本发明的实施例，将使本发明的特征变得更加明显。
【附图说明】
图1示出了由两个梯形表面声波滤波器构成的用作天线双工器的表面声波器件的常规结构；
图2示出了滤波器特性中的寄生发射；
图3示出了用于形成沟槽以防止表面声波传播到相邻滤波器的方法；
图4示出了涂覆高粘性的环氧树脂以吸收发送滤波器和接收滤波器之间的表面声波，从而防止表面声波传播到相邻滤波器的方法；
图5是应用了本发明的表面声波器件的第一实施例；
图6是本发明的第二实施例；
图7是本发明的第三实施例；
图8是根据本发明的另一实施例；
图9是示出各实施例的效果的曲线图；
图10示出了一实施例，在该实施例中还将本发明应用于由两个梯形表面声波滤波器构成的用作天线双工器的表面声波器件；
图11用于说明在图10所示的实施例中，长度L的切口和环绕电极EL1和EL2的电极宽度之间的关系。
作为本发明的结构的结果，可以消除公共封装中的谐振器之间的信号干涉，而无需通过划片形成沟槽，从而可以获得能在一个芯片上形成多个表面声波滤波器的表面声波器件，并可使其更加小型化。
【具体实施方式】
下面将参照附图描述本发明的实施例。这些实施例用于帮助理解本发明，但本发明的技术范围不受这些实施例的限制。
此处，在介绍这些实施例之前，将更详细地说明由本发明所解决的问题，以帮助理解本发明。
图1示出了由两个梯形表面声波滤波器构成的用作天线双工器的表面声波器件的常规结构。将发送信号施加到由图1的TP所表示的发送端子，并使其通过发送滤波器到达天线焊盘ANT，在该发送滤波器中，表面声波(SAW)谐振器T1到T4连接成梯形。
此外，通过移相器(未示出)将接收滤波器连接到天线(未示出)，在该接收滤波器中，SAW谐振器R1到R4连接成梯形。
如上所述，发送信号通过发送滤波器到达天线，并作为无线电波而发送，在一侧施加到接收滤波器。然而，在发送频带中，接收滤波器的频带处于衰减带中，因此，发送信号基本不会到达与接收器低噪声放大器连接的接收端子RP。
位于接收频带中的信号也处于发送滤波器的衰减带中，并处于接收滤波器的通带中。因此，由天线接收的信号通过移相器和天线端子ANT到达接收端子RP，但基本不会到达发送端子TP。
此处，隔离特性表明了这样的传输特性，根据该传输特性，从发送侧输入的信号通过发送SAW谐振器T4、T3，然后T2、天线焊盘ANT，然后接收谐振器R1、R2，然后R3输出到接收端子RP。希望这种传输特性的衰减为-50dB或更小。
然而，当发送和接收滤波器存在于同一芯片上时，出现了这样的情况，从发送侧输入的信号通过短路而输出到接收端子RP，该短路包括发送谐振器T3、表面声波传播、随后接收谐振器R3，或发送谐振器T2、表面声波传播、以及接收谐振器R2。这样一个短路的结果是使隔离特性劣化，并产生了寄生发射。
图2示出了滤波器特性中的寄生发射。图2A是由插入损耗对频率所表示的衰减特性，在图1中的由虚线所圈起的部分中，在上述常规结构中由于形成表面声波的短路而产生了寄生发射。图2B表示提取这种寄生发射成分。由于产生这种寄生发射而导致了滤波器特性的劣化。
为避免由于形成这种表面声波短路而导致产生寄生发射，常规的对策包括以下一种方法：如图3所示，如上所述通过进行划片来形成沟槽，以防止表面声波传播到相邻的滤波器。
在图3中，通过进行划片，在芯片的中央形成沟槽2，以分成两个区：发送侧区I和接收侧区II。通过沟槽2，可以防止形成使表面声波从发送侧区I中的谐振器向接收器区II中的谐振器短路传播的路径。
此处，通过划片形成的防止形成短路的沟槽的最小宽度在50μm的量级，因此，这并不是芯片小型化的大障碍。然而，因为划片是在芯片的中心进行的，因此，这限制了芯片的布局。此外，存在这样的问题：很可能因划片的切屑而导致对发送/接收滤波器产生影响。
作为防止形成短路的另一种方法，可以设想一种涂敷高粘性的环氧树脂以吸收发送滤波器和接收滤波器之间的表面声波的方法。图4示出了这种方法。以涂敷环氧树脂3来代替在传输滤波器和接收滤波器之间形成沟槽2。然而很可能因环氧树脂的化学影响而使性能劣化。此外，为吸收表面声波需要宽大的涂敷面积，这使芯片的小型化成为问题。
因此，本发明解决了用于防止形成表面声波短路的常规方法的这些问题。图5是应用了本发明的表面声波器件的第一实施例。
在LiTaO3、LiNbO3等的压电基板10的表面上，利用金属膜(如铝或铝合金)形成彼此相对的一对SAW谐振器11和12。此外，在SAW谐振器11和12之间形成有金属膜4。
在表面声波器件中，SAW谐振器11和12各具有不同的频率特性，这些频率特性与表面声波器件的预期使用相对应。此外，在压电基板10上形成SAW谐振器11和12的位置在表面声波传播区中至少呈部分重合的关系，该表面声波传播区是通过假想地延伸SAW谐振器11和12的各个开口而限定的。在下文描述的实施例中也有同样的要求。
作为这种部分重合关系的结果，导出了从SAW谐振器11传播的表面声波5被SAW谐振器12接收的宽度，也就是，与SAW谐振器12的电极的重合宽度，该宽度为M。
在SAW谐振器11和12之间设置的金属膜4在与宽度M/2(与SAW谐振器12的电极的重合宽度的上半部分)相对应的部分中设有长度L的切口。作为宽度为M/2、长度为L的电极切口的结果，对于输入到SAW谐振器12的表面声波5，在表面声波5的宽度M的上半部分SAW-U和下半部分SAW-D之间产生了相位差。
也就是说，假定在金属膜4的下部区域中的速度为Vm，在没有金属膜4的区域中的速度为Vf，其中，f是驱动频率，则在切口长度L满足以下条件的情况下，
L/Vm-L/Vf＝(2n+1)/(2×f)
L＝Vm×Vf×(2n+1)/(2×(Vf-Vm)×f)(n＝1，2...)...公式1
所传播的表面声波5中的到达SAW谐振器12的上半部分表面声波SAW-U和下半部分表面声波SAW-D具有表面声波的半波长的奇数倍的相位差。
表面声波SAW-U和表面声波SAW-D相互反相。因此，由于到达面对SAW谐振器11的SAW谐振器12的表面声波5的上半部分表面声波SAW-U和下半部分表面声波SAW-D的相位彼此反相，因此，两个波SAW-U和SAW-D相互抵消，这意味着SAW谐振器12不会再接收到寄生信号。结果，可以减少寄生信号。
图6是本发明的第二实施例。在图6中，对与图5中的第一实施例的部件相同的部件分配了相同的标号。如图5所示，SAW谐振器11和12被布置在压电基板10上。
图6的实施例是这样的结构，在该结构中，相反地，将与图5所示实施例的金属膜4的相当于宽M/2、长L的切口相对应的部分做成金属膜41。在其它部分中，不在SAW谐振器11和12之间形成电极。
而且，在图6所示的实施例中，由于金属膜41的存在，导致在到达SAW谐振器12的由SAW谐振器11传播的表面声波5的上半部分表面声波SAW-U和下半部分表面声波SAW-D之间产生相位差。因而，在该实施例中，同样地，因为上半部分表面声波SAW-U和下半部分表面声波SAW-D的相位互为反相，所以这两个波相互抵消，这意味着SAW谐振器12不会再接收到寄生信号。结果，与图5的实施例一样，可以减少寄生信号。
前述实施例是将通过假想地延伸第一SAW谐振器11和第二SAW谐振器12的各个开口而限定的表面声波传播区划分为上半区和下半区的示例。本发明进一步将重合的表面声波传播区分成多个区，并使由SAW谐振器11传播的表面声波的相位在所划分的这些区域的上半区和下半区中具有反相的关系。
图7是本发明的第三实施例，在该实施例中，将重合的表面声波传播区划分为两个区，在各个所划分的区域的上半区和下半区中，使表面声波的相位表现为互为反相的关系。
在图7中，对与上述实施例相同的构成部分分配了相同的标号。与图6中的实施例一样，在压电基板10上布置有谐振器11和12。此外，还将图6所示实施例的SAW谐振器11和12之间设置的宽为M/2、长为L的金属膜41进一步分为宽度为M/4的金属膜411和412。
作为这种结构的结果，在SAW谐振器11和12之间存在两个宽度为M/4、长度为L的金属膜411和412，并且由SAW谐振器11传播的表面声波5被分为通过金属膜411和412传播的表面声波SAW-U1和SAW-U2，以及通过没有电极的部分传播的表面声波SAW-D1和SAW-D2。
因此，通过金属膜411和412传播的表面声波SAW-U1和SAW-U2和通过没有电极的部分传播的表面声波SAW-D1和SAW-D2是互为反相的，当传播到SAW谐振器12时，表面声波SAW-U1和SAW-D1，以及SAW-U2和SAW-D2相互抵消，从而使SAW谐振器12不会接收到寄生信号。结果可以减少寄生信号。
图8是本发明的另一实施例。在图8中，对与上述实施例相同的部件分配了相同的标号。与上面的各实施例一样，将谐振器11和12彼此面对地布置在压电基板10上。本实施例的特征在于：将SAW谐振器11的面向SAW谐振器12的一部分反射器13的开口宽度减半。也就是说，在构成反射器13的多个电极中，N个反射器部分电极13-1的宽度是其它电极的宽度的一半。
反射器13的电极长度减半了的反射器部分13-1的宽度等于上述各实施例的长度L(实施例1中的布置在谐振器11和12之间的电极切口的长度L、以及实施例2和3中的布置在谐振器11和12之间的电极的长度L)。
也就是说，对于长度为λ/4的反射器13，通过使满足4×N/λ＝Vm×Vf×(2n+1)/(2×(Vf-Vm)×f)(n＝1，2...)的N个长度的反射器部分13-1的开口宽度减半，可以获得与上面的实施例相同的作用和效果，其中Vm是具有反射器电极的部分的速度，而Vf是没有反射器电极的部分的速度。
对于反射器13发出的表面声波，在没有这N个反射器部分电极13-1的部分SAW-D和具有这些部分电极的部分SAW-U之间产生了声速差和相位差。
因此，表面声波SAW-U和表面声波SAW-D相互抵消，并且SAW谐振器12不会接收到寄生信号。结果可以减少寄生信号。
图9的曲线图示出了上述各实施例的效果，横轴表示频率，纵轴表示插入损耗(dB)。与图2相比较，可以非常明显地看出本发明减少了寄生发射。
图10是还将本发明应用于由两个梯形表面声波滤波器构成的用作天线双工器的表面声波器件的实施例。
发送信号被施加到图10中的发送端子TP，并通过发送滤波器到达天线焊盘ANT，在发送滤波器中，表面声波(SAW)谐振器T1到T4连接成梯形。
此外，通过移相器(未示出)将接收滤波器与天线(未示出)相连，在该接收滤波器中，SAW谐振器R1到R4连接成梯形。
此处，在图10所示的结构中，由发送滤波器的SAW谐振器T2和T3产生的表面声波传播路径与接收滤波器的SAW谐振器R2和R3的位置相互重合。因此，对于发送滤波器和接收滤波器之间的表面声波，有可能在表面声波传播路径和SAW谐振器R2和R3之间形成短路。
在图10所示的实施例中，为了避免形成短路，与图5中的结构一样，在发送滤波器和接收滤波器之间形成的环绕电极EL1和EL2中形成有长度为L、宽度为M/2的切口101和102。结果，根据在图5中说明的相同原理，可以避免由发送滤波器的SAW谐振器T2和T3产生的表面声波与接收滤波器的SAW谐振器R2和R3发生短路耦合。可以看到在图10的实施例中，同样可以减少寄生发射。
图11用于考查在图10的实施例中，在环绕电极EL1和EL2中形成的长度为L的切口与环绕电极EL1和EL2的电极宽度之间的关系。
在形成切口(其长度L小于在图11的右侧所局部放大示出的环绕电极EL1(对于EL2情况相同)的电极宽度)时，假定在公式1中，
Vm＝4113.3(m/s)，Vf＝4210.3(m/s)，并且f＝800MHz，则
L＝4113.3×4210.3×0.5/(800×97×106)(m)
＝111×10-6(m)
＝111(μm)
因此，可以在环绕电极中形成长度为L的切口，而不改变在当前采用的移动通信频带中使用的通信装置的双工器的芯片中使用的电极的宽度。
根据本发明，可以避免安装在公共封装中的多个SAW谐振器之间的表面声波的不必要的耦合，而无需在SAW谐振器之间形成沟槽或设置表面声波吸收剂。结果，提供了一种消除了滤波器特性中不必要的寄生发射并可以实现器件小型化的表面声波器件，因此，对产业的贡献是显著的。
此外，虽然在上述实施例中描述的是单端口型SAW谐振器，但本发明的应用不限于这种情况。也就是说，根据本发明的应用场合，在表面声波的传播方向上设置多个IDT(梳状电极变换器)，可以很容易地看到对于在两侧设置有栅状反射器的两端口型SAW谐振器和DMS(多模式滤波器)可以获得类似的效果。