專利名稱：表面聲波諧振腔濾波器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及壓電基片上有多個叉指換能器和反射器的一種表面聲波諧振腔濾波器。
近來發(fā)展的各種通信設備都采用表面聲波濾波器，特別是在數(shù)字通信系統(tǒng)中近來已有一種應用中頻(IF)級的趨勢，要求有一個選擇性好、寬的通帶寬、平坦的組合延遲特性的小巧濾波器。有一種周知的傳統(tǒng)小巧表面聲波濾波器，插入損耗小，寬的通帶寬。這是一種縱向耦合的諧振腔濾波器，這種諧振腔濾波器在其36°Y截面X向傳播式的LiTaO3.基片上包括許多叉指換能器(IDT)彼此緊密配置，并在各IDT的兩側(cè)設有反射器。
然而，在采用36°Y截面X向傳播LiTaO3基片的傳統(tǒng)諧振腔濾波器中，頻率的溫度系數(shù)約為35ppm/℃，在例如室溫±50℃溫度范圍內(nèi)頻率的變化高達±1750ppm的范圍，因而有這樣的問題實際應用這種濾波器時有效的通帶寬度狹窄得使通帶附近的選擇性(毗鄰通道中的衰減)不足。此外還有這樣的問題出于與反射系數(shù)大小有關的原因，要將這類濾波器做得足夠小巧是有困難的，因為這種濾波器需要有很大數(shù)目的反射電極叉指的反射器來收集足夠的能量。
本發(fā)明的最佳實施例是提供一種溫度特性優(yōu)異、性能好、寬的通帶寬的價廉小巧的表面聲波諧振腔濾波器，具體措施是通過限制IDT的電極和反射器的厚度、SiO2薄膜的厚度，和將IDT電極叉指的數(shù)目限制在最佳的范圍。
為取得上述優(yōu)點，按照本發(fā)明實施例的第一方面，表面聲波諧振腔濾波器包括一個36°Y截面X向傳播LiTaO3基片；多個在LiTaO3基片上彼此緊密設置的IDT；在多個IDT兩側(cè)面上設置的反射器；和一個SiO2薄膜安置得使SiO2薄膜將各IDT和反射器都覆蓋住。IDT的電極和反射器最好由鋁或由鋁組成的合金制成。電極厚度比T/λ和SiO2薄膜厚度比H/λ最好取滿足下列范圍的值2.6％≤T/λ≤4.8％；22％≤H/λ≤38％；其中T表示IDT電極和反射器的厚度，H表示SiO2薄膜的厚度，λ表示表面聲波的波長，其長度是反射器電極間距的兩倍。
按照本發(fā)明最佳實施例的第二方面的表面聲波諧振腔濾波器，其特征在于，在36°Y截面X向傳播式的LiTaO3基片上設置有許多級，各級由諧振腔結構組成，這種諧振腔包括按本發(fā)明最佳實施例第一方面的多個IDT和反射器，各級按級聯(lián)連接。
按照本發(fā)明最佳實施例的第三方面，在本發(fā)明最佳實施例的第一或第二方面的表面聲波諧振腔濾波器中，其SiO2薄膜最好采用射頻磁控管濺射法形成。
按照本發(fā)明最佳實施例的第四方面，本發(fā)明最佳實施例的第一、第二、第三方面的表面聲波諧振腔濾波器的IDT，其一級中的電極叉指總對數(shù)Nt最好設在不等式14≤Nt≤68范圍內(nèi)。
按照本發(fā)明最佳實施例的第五方面，在本發(fā)明最佳實施例的第一方面、第二方面、第三方面和第四方面的表面聲波諧振腔濾波器中，其SiO2薄膜厚度比H/λ最好設在不等式26％≤H/λ≤36％的范圍內(nèi)。
按照本發(fā)明最佳實施例的第一方面，通過將電極厚度比T/λ和SiO2薄膜厚度比H/λ限制在最佳范圍內(nèi)可以按稍后將詳述的那樣提供具有插入損失小、溫度特性良好的小巧表面聲波諧振腔濾波器。
按照本發(fā)明最佳實施例的第二方面，通過連接多個上述級聯(lián)級，可以得出選擇性提高的濾波器。
按照本發(fā)明最佳實施例的第三方面，由于采用射頻磁控管濺射法形成SiO2薄膜，提高了成批生產(chǎn)的生產(chǎn)率。
按照本發(fā)明最佳實施例的第四方面，通過將IDT電極叉指對的數(shù)目限制在最佳范圍內(nèi)，可以保持所要求的通帶寬，并減小通帶波紋。
按照本發(fā)明最佳實施例的第五方面，通過將SiO2薄膜厚度比H/λ限制在最佳范圍，可以進一步改善頻率的溫度特性。
從下面對本發(fā)明附圖所示的最佳實施例的說明，本發(fā)明的的其他特征和優(yōu)點將變得顯明。
圖1(a)是沿圖1中的X-X線截取的剖視圖。
圖2是本發(fā)明第二實施例的表面聲波諧振腔濾波器的平面圖。
圖3示出了用電極厚度T/λ作為參數(shù)時一個電極叉指的SiO2薄膜厚度比H/λ與反射系數(shù)之間的關系曲線，是根據(jù)本發(fā)明最佳實施例所進行的一次實驗得出的。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明最佳實施例所進行的一次實驗得出的電極厚度比T/λ與插入損失之間的關系曲線。
圖5示出了采用電極厚度比T/λ作為參數(shù)時SiO2薄膜厚度比H/λ與頻率的溫度系數(shù)之間的關系曲線，是根據(jù)本發(fā)明最佳實施例進行的一次實驗取得的。
圖7示出了本發(fā)明另一最佳實施例的表面聲波諧振腔濾波器特性曲線的一個例子。
圖8示出了本發(fā)明最佳實施例的表面聲波諧振腔濾波器和一般的表面聲波諧振腔濾波器在中心頻率方面相對于溫度的變化情況。
本發(fā)明的發(fā)明者同人研究了用射頻磁控管濺射法在IDT和反射器上形成SiO2薄膜來改善頻率的溫度特性的可能性，發(fā)現(xiàn)了通過將鋁電極和SiO2薄膜等的厚度限制到最佳范圍可以改善頻率的溫度特性，且通過減少反射器電極叉指的數(shù)目可縮小表面聲波諧振腔濾波器的體積。
現(xiàn)在參看本發(fā)明一些最佳實施例的


本發(fā)明的內(nèi)容。以后各平面圖中的加點區(qū)表示被覆有SiO2薄膜的部位。
圖1(a)和1(b)示出了本發(fā)明第一個最佳實施例的表面聲波諧振腔濾波器的結構。圖1(a)的平面圖示出了本發(fā)明最佳實施例的表面聲波諧振腔濾波器最小單元基本結構的平面圖。圖1(b)的剖面圖是沿圖1(a)的X-X線截取的。
如圖1(a)和1(b)中所示，在此最佳實施例的表面聲波諧振腔濾波器中，在36°Y截面X向傳播式LiTaO3基片1上彼此緊密配置有IDT2和IDT3和反射器4，IDT2和IDT3各自的一對梳狀電極2a和2b以及各自的一對梳狀電極3a和3b，其電極指彼此交叉成叉指，反射器4則由多個在IDT2和IDT3兩側(cè)設置的反射電極指構成。此外，36°Y截面X向傳播LiTaO3基片上還形成有SiO2薄膜5將IDT2、IDT3和反射器4都覆蓋住。
梳狀電極2a、2b、3a和3b各自具有暴露的電極部分2c、2d、3c和3d，供在其連接部分輸入和輸出信號用。暴露的電極部分2c和3c接輸入/輸出端子6，暴露的電極部分2d和3d接地。
本發(fā)明最佳實施例的表面聲波諧振腔濾波器的最佳制造過程說明如下首先，通過蒸發(fā)、濺射等之類的方法在36°Y截面X向傳播式LiTaO3基片上形成鋁膜或含大約1％重量的銅的鋁合金膜。然后用光刻法等之類的方法在薄膜上形成一定的圖形，從而形成IDT2、IDT3和反射器4。接著用射頻磁控管濺射等之類的方法形成SiO2薄膜5，將IDT2、IDT3和反射器4都覆蓋上。
暴露的電極部分2c、2d、3c和3d是例如在CF4等離子體中進行離子蝕刻除去SiO2薄膜5的一部分或在形成SiO2薄膜5的過程中用掩膜形成的。
在36°Y截面X向傳播式LiTaO3母板(圓片)上形成上述多個表面聲波諧振腔濾波器，各濾波器則用切割機之類的工具將表面聲波諧振器切開制成的。圖1(b)中，T表示IDT2、IDT3和反射器4各自的電極的厚度，H表示SiO2薄膜5的厚度，λ表示表面聲波的波長，其長度兩倍于反射器電極的間距。
圖2示出了本發(fā)明第二最佳實施例的表面聲波諧振腔濾波器的結構。圖2是具有多個諧振腔的表面聲波諧振腔濾波器的平面圖，諧振腔上形成有圖1所示的構件。從圖2中可以看到，本最佳實施例的表面聲波諧振腔濾波器是在36°Y截面X向傳播LiTaO3基片1上包括三個由圖1所示的IDT2、IDT3和反射器4的表面聲波諧振腔濾波器彼此平行配置并級聯(lián)起來構成的。IDT和反射器的結構基本上與圖1的相同，因而這里不再介紹。
通過形成各包括IDT和反射器的多個表面聲波諧振腔濾波器組成的級聯(lián)級，由于通帶之外的衰減大，因而可以得出選擇性高的表面聲波諧振腔濾波器。
現(xiàn)在說明根據(jù)本發(fā)明的最佳實施例的表面聲波諧振腔濾波器之所以取根據(jù)實驗結果得出的設計條件的原因，實驗是對所制成的許多樣品通過改變電極厚度、SiO2薄膜的厚度、電極叉指的間隙、電極叉指的對數(shù)等進行的。
圖3示出了IDT或反射器的一個電極叉指的反射系數(shù)對SiO2薄膜厚度比H/λ的關系曲線圖，采用電極厚度比T/λ作為參數(shù)。
從圖3中可以看出，一個電極叉指的反射系數(shù)取決于SiO2薄膜的厚度H或電極的厚度T且與上述兩種情況下的厚度成線性地增加。
在一般的36°Y截面X向傳播式(無SiO2薄膜)的LiTaO3基片的情況下，為例如通過將表面聲波的能量充分收集在諧振腔濾波器中得出所要求的特性(插入損失)，當電極厚度比T/λ為4.5％，反射器需要大約50個電極叉指。在此情況下(T/λ＝4.5％，H/λ＝0)，如圖3中所示，一個電極叉指的反射系數(shù)為0.06。
為使表面聲波諧振腔濾波器小巧化，需要減少反射器電極叉指的數(shù)目。為將反射器電極叉指的數(shù)目減少到50個以下，和現(xiàn)有技術不同，一個電極叉指的反射系數(shù)必須起碼大于0.06。但SiO2薄膜的厚度大會增加形成薄膜的時間，從而降低生產(chǎn)率。此外，還導致在基片中產(chǎn)生應力，從而使基片在裝配的過程中或裝配之后斷裂，并使電極薄膜和SiO2薄膜產(chǎn)生裂紋。因此，在實際應用中，SiO2薄膜的厚度比H/λ必須等于或小于40％。
從圖3中可以看出，電極厚度比T/λ必須為2.6％或以上，則SiO2薄膜厚度比H/λ在0至40％實用范圍中時，一個電極叉指的反射系數(shù)可以在0.06以上。因此，要使濾波器小巧，電極厚度比T/λ要取2.6％或以上。
圖4示出了SiO2薄膜厚度比H/λ為29.5％時濾波器電極厚度比T/λ與最小插入損失的關系曲線。
從圖4中可以看出，在電極薄膜厚度比T/λ達到大約2.5％時，插入損失隨電極薄膜厚度比T/λ的增大而減小，因為各反射器將表面聲波的能量限制在諧振腔濾波器中。然而，超過大約2.5％時，插入損失隨著電極薄膜厚度比T/λ的增大而增加。我們認為這是由于電極的模從表面聲波轉(zhuǎn)變?yōu)轶w波而使損失增加所致。
由于中頻級中使用的濾波器通常必須具有高的選擇能力，因而這種濾波器必須構制得使其多個級如圖2所示的那樣級聯(lián)。三個級如圖2中那樣級聯(lián)時，插入損失會比一級結構的大兩倍。就是說，實際使用的濾波器的最小插入損失為圖4所示插入損失的三倍。
另一方面，按照經(jīng)常用作寬帶濾波器的橫向濾波器的設計技術，最小插入損失等于6分貝雙向損失和其它種類損失的和。因此，本發(fā)明最佳實施例旨在減少插入損失，取三級聯(lián)級的目標最小插入損失為6分貝。就是說，目標是圖4中等于或小于2分貝的插入損失，而這一點不用說可以通過取等于或小于4.8％的電極厚度比T/λ來達到。此外，在電極厚度比T/λ取等于4.3％或以下的情況下，插入損失可以減小到1.5分貝。
圖5示出了SiO2厚度比H/λ和頻率的溫度系數(shù)的關系曲線，采用電極厚度比T/λ作為參數(shù)。
如圖5中所示，頻率的溫度系數(shù)不僅取決于SiO2薄膜厚度比H/λ，而且還取決于電極厚度比T/λ，而溫度系數(shù)為0的SiO2薄膜厚度比H/λ隨電極厚度比T/λ而變化。
設計頻率的溫度系數(shù)的指標取現(xiàn)有技術指標的三分之一，即等于或小于±10ppm/℃。圖5示出了在電極厚度比T/λ如上述那樣取2.6至4.8％范圍的情況下取SiO2薄膜H/λ在22至38％的范圍可以得出等于或小于±10ppm/℃的頻率的溫度系數(shù)。
此外，使用石英基片時通過取SiO2薄膜厚度比H/λ在26至36％的范圍內(nèi)，頻率的溫度系數(shù)還可以取等于或優(yōu)于±5ppm/℃。由于頻率的溫度系數(shù)可以取0ppm/℃，因而最好取SiO2薄膜厚度比H/λ在大約27至35％的范圍。
現(xiàn)在談談妥善取IDT電極叉指對數(shù)以抑制通帶波紋和取得所要求的通帶寬度的過程。假設N表示圖1中各IDT2和IDT3的電極叉指對的數(shù)目，Nt表示該兩個IDT電極叉指對的總數(shù)(電極叉指的總數(shù))，圖6示出了電極叉指對總數(shù)Nt變化時通帶波紋和3分貝相對帶寬的變化情況。
例如，在歐洲數(shù)字無繩電話(DEECT)系統(tǒng)110.6兆赫中心頻率用的中頻波濾器的情況下，所要求的通帶寬度為±0.6兆赫或以上的標稱中心頻率，即1.2兆赫或以上。采用36°Y截面X向傳播式LiTaO3基片的一般表面聲波諧振腔濾波器當考慮到頻率的溫度特性和老化時其通帶寬度須為1.5兆赫或以上。然而，由于本發(fā)明最佳實施例的頻率的溫度系數(shù)可以非常小，1.3兆赫的通帶寬度和大約1.2％的相對帶寬，即使把頻率的溫度特性和老化容限考慮進去也不會在實際應用中產(chǎn)生任何問題。此外，在實際應用中，通帶波紋應為1分貝或以下。
圖6示出，電極叉指對總數(shù)Nt和電極叉指對數(shù)N(等于Nt的一半)分別取14至68和7至34的范圍時，可以使3分貝相對帶寬達1.2％或以上和1分貝或以下的通帶波紋。IDT的電極叉指對數(shù)越大，插入損失越大。但業(yè)已確定，當電極叉指總對數(shù)Nt的最大值為68時，插入損失等于或小于2分貝。
如上所述，為提供頻率的溫度系數(shù)為±10ppm/℃或以下、可以制成小巧型、損耗和波紋較低的表面聲波諧振腔濾波器，采用了36°Y截面X向傳播式LiTaO3基片，對設計條件嚴加限制。得出的設計條件概括起來如下(1)電極厚度比T/λ最好在2.6％≤T/λ≤4.8％的范圍內(nèi)。
(2)SiO2薄膜厚度比H/λ最好在22％≤H/λ≤38％，更好是26％≤H/λ≤36％的范圍內(nèi)。
(3)電極叉指總對數(shù)Nt最好在14≤Nt≤68的范圍內(nèi)。
圖7示出了按上述結果制成的標稱中心頻率為110.6兆赫的表面聲波諧振腔波器特性曲線的一實例。
當在圖2所示的具三級結構的表面聲波諧振腔濾波器的情況下，該表面聲波諧振腔濾波器的IDT和反射器由鋁電極構成，SiO2薄膜用射頻磁控管濺射法形成，電極厚度比T/λ、SiO2薄膜厚度比H/λ和電極叉指總對數(shù)Nt分別取3.7％、29.5％和28。
3分貝通帶寬約為1.5兆赫，得出的相對通帶寬為1.36％。此外，得出的頻率的溫度系數(shù)非常小，這使衰減在±50℃室溫度范圍要求大衰減量的110.6兆赫±1.728兆赫的頻率下維持在46分貝或以上。此外，一個電極叉指反射系數(shù)的測定值約為0.075。
圖8示出了一般沒有SiO2薄膜形成的表面聲波諧振腔濾波器和上述實施例的濾波器、它們的中心頻率相對于溫度而變化的曲線。從圖8可以看到，一般表面聲波諧振腔濾波器的頻率的溫度系數(shù)為-35ppm/℃，上述實施例濾波器的頻率的溫度系數(shù)為+0.6ppm/℃。因此大大改善了中心頻率相對于溫度的變化情況。
此外，一個電極叉指的反射系數(shù)可以達約0.075之大，這使反射器的電極叉指數(shù)可以從50個減少到40個。此外，由于IDT的輻射電導增加了，因而可以減少IDT的電極叉指對數(shù)。這樣就可以得出面積比為現(xiàn)有技術的三分之二的芯片，并提供一種表面聲波濾波器其包裝尺寸只有現(xiàn)有技術的三分之一。
雖然上述實施例是采用0級縱向模和1級縱向模、各IDT按上述最佳實施例在各反射器之間形成的雙模諧振腔濾波器，但本發(fā)明最佳實施例還可應用于在各反射器之間形成有三個或以上的IDT的表面聲波諧振腔濾波器，以促進更高次的模。
綜上所述，按照本發(fā)明的最佳實施例，通過下列措施可以得出溫度特性好、性能高和寬的通帶寬的小巧表面聲波諧振腔濾波器SiO2薄膜形成得使其覆蓋住在36°Y截面X向傳播LiTaO3基片上形成的IDT和反射器；電極的厚度、SiO2薄膜的厚度和電極叉指總對數(shù)取最佳范圍的值。
此外，用射頻磁控管濺射法形成SiO2薄膜，由于生產(chǎn)率高，因而降低了SiO2薄膜的造價；由于芯片體積減小了，因而從一個圓片得出的芯片數(shù)加到1.5倍；而溫度特性的改善提高了濾波器的產(chǎn)量，既降低了材料成本，又提高了生產(chǎn)率。
雖然已相對于具體的最佳實施例來說明本發(fā)明，對于本領域的一般技術人員來說將清楚了解有許多別的變化和變型及其他使用。因此，最好不要用其中的具體公開，而只應由所附權利要求來限定本發(fā)明。
權利要求
1.一種表面聲波諧振腔濾波器，其特征在于，它包括一種36°Y截面X向傳播的LiTaO3基片；多個IDT，設置在所述LiTaO3基片上；多個反射器，設置在所述多個IDT的兩側(cè)；和SiO2薄膜，設置得使其覆蓋住所述IDT和所述反射器；其中電極厚度比T/λ和SiO2薄膜厚度比H/λ取得滿足以下不等式的條件2.6％≤T/λ≤4.8％22％≤H/λ≤38％其中T表示所述IDT和反射器的各電極的厚度，H表示所述SiO2薄膜的厚度，λ表示在所述基片上產(chǎn)生的表面聲波的波長，其長度為反射器電極間距的兩倍。
2.一種表面聲波諧振腔濾波器，其特征在于它還包括多個級，各級由多個設置在所說LiTaO3基片上的所述IDT構成，其中所說級是級聯(lián)的。
3.如權利要求1所述的表面聲波諧振腔濾波器，其特征在于所述SiO2薄膜包括用射頻磁控管濺射法制成的薄膜。
4.如權利要求1所述的表面聲波諧振腔濾波器，其特征在于，其中所述多個IDT的電極叉指總對數(shù)Nt取滿足以下不等式條件的值14≤Nt≤68。
5.如權利要求1所述的表面聲波諧振腔濾波器，其特征在于，SiO2薄膜厚度比H/λ取滿足以下不等式條件的值26％≤H/λ≤36％。
6.如權利要求1所述的表面聲波諧振腔濾波器，其特征在于，SiO2薄膜厚度比H/λ取滿足以下不等式條件的值27％≤H/λ≤35％。
7.根據(jù)權利2的表面聲波諧振腔濾波器，其特征在于，所述SiO2薄膜包括一種由射頻磁控管濺射法形成的薄膜。
8.根據(jù)權利要求2的表面聲波諧振腔濾波器，其特征在于，設定所述多個IDT電極叉指的總對數(shù)，使其滿足14≤Nt≤68。
9.根據(jù)權利要求2的表面聲波諧振腔濾波器，其特征在于，設定SiO2薄膜厚度比H/λ，使其滿足26％≤H/λ≤36％。
10.一種制造表面聲波諧振腔濾波器的方法，包括下列步驟在一36°Y截面X向傳播的LiTaO3基片上形成多個電極供形成叉指換能器(IDT)和反射器之用，其中所述多個電極的厚度T和在所述基片上產(chǎn)生的表面聲波的波長λ設定得使其滿足2.6％≤T/λ≤4.8％；以及在所述IDT上用RF磁控管濺射法形成SiO2薄膜，其中所述SiO2薄膜的厚度H和所述波長λ設定得使其滿足22％≤H/λ≤35％。
11.根據(jù)權利要求10的方法，其特征在于，形成所述多個電極的步驟包括在所述基片上形成金屬膜；以及將所述金屬膜構圖，以形成具有電極叉指總對數(shù)為Nt的所述IDT，其中所述Nt設定得使其滿足14≤Nt≤68。
全文摘要
一種表面聲波諧振腔濾波器，包括多個IDT，彼此緊挨地在36°Y截面X向傳播式LiTaO
文檔編號H03H3/00GK1134627SQ9610197
公開日1996年10月30日 申請日期1996年3月22日 優(yōu)先權日1995年3月23日
發(fā)明者下江一伸, 平石明 申請人:株式會社村田制作所