專利名稱：表面聲波濾波器和濾波器器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及表面聲波濾波器和濾波器器件。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在，在移動電話設(shè)備和無線LAN(局域網(wǎng))系統(tǒng)中，使用諸如800MHz、1.9GHz和2.4GHz等頻帶。然而，由于要傳輸?shù)男畔⒘亢蛯Ω叩耐ㄐ潘俣鹊男枨笠恢痹谠鲩L，通信中所用的頻帶也在移向更高的頻帶，例如5GHz波段。在這一趨勢中，對在5GHz和更高的頻帶中工作的帶通濾波器的需求也在增長。
同時(shí)，由于表面聲波(SAW)濾波器的截止特性陡，體積小，重量輕，并且價(jià)格便宜，作為用于諸如便攜式電話等的移動通信設(shè)備的RF波段濾波器和IF波段濾波器，表面聲波濾波器已經(jīng)變得必不可少。
通過加工諸如鋁膜之類的薄膜，以在由鉭酸鋰晶體等制成的壓電基板上形成梳狀電極，來制備SAW濾波器。芯片從加工過的基板上被切割下來后，被安裝在尺寸為幾個(gè)毫米的陶瓷封裝上，然后利用接合線等將該芯片與所述陶瓷封裝電連接。
梯型SAW濾波器具有多個(gè)其梳狀電極以梯狀方式相連的SAW諧振器，通常認(rèn)為這種梯型SAW濾波器是這樣一種裝置，其可實(shí)現(xiàn)在用于便攜式電話設(shè)備的濾波器(在較寬波段中表現(xiàn)出低損耗)中所需的陡的通過特性。就損耗而言，梯型SAW濾波器被認(rèn)為比其他類型的濾波器更適合在較高的頻帶中使用。在下面的文獻(xiàn)中公開了這種梯型SAW濾波器的一個(gè)示例“RF Band SAW Filters for Cellular Phones(Yoshio Satoh andOsamu Ikata，IEICE Transactions，Vol.84，No.11，Nov.2001，pp.782-789)”。
在梯型SAW濾波器中，通過改變以梯狀方式相連的多個(gè)并聯(lián)支路(parallel-arm)和多個(gè)串聯(lián)支路(series-arm)SAW諧振器每個(gè)中的電極指對的窗孔長度(aperture length)和數(shù)量，來調(diào)節(jié)靜電電容，以使輸入/輸出阻抗可以與外部電路的阻抗匹配。例如，日本未審專利公開6-69750公開了一種調(diào)節(jié)SAW諧振器的靜電電容以實(shí)現(xiàn)良好的阻抗匹配的方法。由于在定K型濾波器的條件下，在中心頻率的鄰域中，所述多個(gè)并聯(lián)支路諧振器的諧振頻率與所述多個(gè)串聯(lián)支路諧振器的反諧振頻率基本相同，所以邏輯匹配條件可以表示為1/(ω02CopCos)=R2,ω0=2πf0----(1)]]>其中，f0是中心頻率，Cop是所述多個(gè)并聯(lián)支路諧振器的靜電電容，Cos是所述多個(gè)串聯(lián)支路諧振器的靜電電容，R是額定阻抗。在用于無線移動通信的RF單元的帶通濾波器中，額定阻抗R通常是50Ω。
進(jìn)一步，可以根據(jù)梯型SAW濾波器的實(shí)際的輸入/輸出阻抗來確定最優(yōu)的匹配條件，該最優(yōu)的匹配條件可以表示為-0.28Cos+3448/f0-746/f0≤Cop≤-0.28Cos+3448/f0+746/f0(2)這里，所述多個(gè)并聯(lián)支路諧振器的靜電電容Cop的中心可以表示為Cop＝-0.28Cos+3448/f0(3)圖1顯示了滿足表達(dá)式(2)所示匹配條件并且濾波特性的中心頻率f0為5.25GHz的靜電電容Cop和Cos的范圍。圖2顯示了一種梯型SAW濾波器的濾波特性，這種梯型SAW濾波器是通過將多個(gè)并聯(lián)支路和多個(gè)串聯(lián)支路SAW諧振器每個(gè)中的電極指對的窗孔長度和數(shù)量以下面的方式設(shè)置來制備的，即，使靜電電容Cop和Cos落在圖1中的斜線所指示的范圍中。在該示例中，用含1％銅(Cu)的鋁(Al)來做電極膜。圖3顯示了這種梯型SAW濾波器的等效電路。在圖3中，每個(gè)S代表一串聯(lián)支路SAW諧振器，每個(gè)P代表一并聯(lián)支路SAW諧振器。
從圖2可知，在這種梯型SAW濾波器的濾波特性中，中心頻率是5.2GHz，4dB帶寬是230MHz，最小插入損耗是2dB。在下面的文獻(xiàn)中具體公開了這樣一種梯型SAW濾波器“Development of Ladder-Type SAWFilter for 5 GHz Band(Tadashi Nakatani，Tokihiro Nishihara，TsutomuMjvashita，and Yoshio Satoh，Proceedings of the 2001 IEICE ESSConference，SA-3-9，Sep.2001，p.289)”。
圖4顯示了滿足表達(dá)式(2)所示匹配條件并且濾波特性的中心頻率f0為1.9GHz的靜電電容Cop和Cos的范圍。這種梯型SAW濾波器具有與圖3中的相同的等效電路。
從上述事實(shí)可知，當(dāng)濾波器的中心頻率f0變得越高時(shí)，SAW諧振器的靜電電容就需要做得越小。在1.9-GHz-波段濾波器中，如果將作為基本設(shè)計(jì)參數(shù)之一的靜電電容Cop與靜電電容Cos之比Cop/Cos設(shè)為標(biāo)準(zhǔn)值0.5，那么靜電電容Cop在約1pF至1.5pF之間，而靜電電容Cos在約2pF至3pF之間，如圖4中所示。而在5-GHz-波段SAW濾波器中，靜電電容Cop在約0.3pF至0.5pF之間，而靜電電容Cos在約0.6pF至1pF之間，如圖1中所示。
然而，所用的電容越小，雜散電容對阻抗匹配的影響就越大，這些雜散電容包括存在于所述SAW濾波器芯片安裝在其上的陶瓷封裝中的信號端子與地端子之間的雜散電容(約0.4pF)，和存在于所述SAW濾波器芯片中的信號電極和地電極之間的雜散電容(約0.1pF)。結(jié)果，阻抗匹配變得更差，并且導(dǎo)致所述SAW濾波器的插入損耗更大。
日本未審專利公開11-205080公開了一種降低雜散電容的方法。根據(jù)該公開，通過最小化一個(gè)封裝中的金屬化區(qū)域，降低了存在于該金屬化區(qū)域與形成在該金屬化區(qū)域上的電極膜之間的雜散電容。日本未審專利公開10-13183公開了另一種降低雜散電容的方法。根據(jù)該公開，在壓電基板上，使信號電極位于距地電極10μm或更遠(yuǎn)的位置處，以便降低雜散電容。
不過，利用任一種上述方法所能消除的雜散電容的量都太小，因而不能解決前述問題。利用日本未審專利公開10-13183中所公開的方法，隨著電極間距離的增大，濾波器芯片變得更大，而且布線長度也相應(yīng)增加了，從而由于布線電阻增大，導(dǎo)致了更大的損耗。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的就是提供一種表面聲波濾波器和濾波器器件，其中消除了上述缺點(diǎn)。
本發(fā)明的更具體的目的是提供一種表面聲波濾波器和濾波器器件，其中，降低了雜散電容，同時(shí)也避免了芯片尺寸的增加。
本發(fā)明的上述目的利用一種包括以梯狀方式相連的多個(gè)串聯(lián)支路諧振器和多個(gè)并聯(lián)支路諧振器的表面聲波濾波器來實(shí)現(xiàn)，該表面聲波濾波器滿足如下所示的條件1×106≤4π2f02R2CopCos≤3.1×106其中，Cop是所述多個(gè)并聯(lián)支路諧振器的靜電電容，Cos是所述多個(gè)串聯(lián)支路諧振器的靜電電容，f0是中心頻率，R是額定阻抗。
本發(fā)明的上述目的還可利用一種包括以梯狀方式相連的多個(gè)串聯(lián)支路諧振器和多個(gè)并聯(lián)支路諧振器的表面聲波濾波器來實(shí)現(xiàn)，該表面聲波濾波器滿足如下所示的條件1.3×106≤4π2f02R2CopCos≤3.1×106其中，Cop是所述多個(gè)并聯(lián)支路諧振器的靜電電容，Cos是所述多個(gè)串聯(lián)支路諧振器的靜電電容，f0是中心頻率，R是額定阻抗。
本發(fā)明的上述目的還可利用一種包括以梯狀方式相連的多個(gè)串聯(lián)支路諧振器和多個(gè)并聯(lián)支路諧振器的表面聲波濾波器來實(shí)現(xiàn)，該表面聲波濾波器滿足如下所示的條件1.6×106≤4π2f02R2CopCos≤2.9×106其中，Cop是所述多個(gè)并聯(lián)支路諧振器的靜電電容，Cos是所述多個(gè)串聯(lián)支路諧振器的靜電電容，f0是中心頻率，R是額定阻抗。
本發(fā)明的上述目的利用一種濾波器器件來實(shí)現(xiàn)，該濾波器器件包括表面聲波濾波器和利用線接合技術(shù)將該表面聲波濾波器安裝到其上的封裝，所述表面聲波濾波器包括以梯狀方式相連的多個(gè)串聯(lián)支路諧振器和多個(gè)并聯(lián)支路諧振器，該表面聲波濾波器滿足如下所示的條件1×106≤4π2f02R2CopCos≤3.1×106其中，Cop是所述多個(gè)并聯(lián)支路諧振器的靜電電容，Cos是所述多個(gè)串聯(lián)支路諧振器的靜電電容，f0是中心頻率，R是額定阻抗，所述封裝具有一信號端子，該信號端子通過一條接合線與所述表面聲波濾波器的多個(gè)信號電極相連，以及所述接合線具有滿足如下所示的條件的電感Li0.7≤Li≤1.3。
本發(fā)明的上述目的利用一種濾波器器件來實(shí)現(xiàn)，該濾波器器件包括表面聲波濾波器和利用線接合技術(shù)將該表面聲波濾波器安裝到其上的封裝，所述表面聲波濾波器包括以梯狀方式相連的多個(gè)串聯(lián)支路諧振器和多個(gè)并聯(lián)支路諧振器，該表面聲波濾波器滿足如下所示的條件1.3×106≤4π2f02R2CopCos≤3.1×106其中，Cop是所述多個(gè)并聯(lián)支路諧振器的靜電電容，Cos是所述多個(gè)串聯(lián)支路諧振器的靜電電容，f0是中心頻率，R是額定阻抗，所述封裝具有一信號端子，該信號端子通過一條接合線與所述表面聲波濾波器的多個(gè)信號電極相連，以及所述接合線具有滿足如下所示的條件的電感Li0.7≤Li≤1.3。
本發(fā)明的上述目的還可利用一種濾波器器件來實(shí)現(xiàn)，該濾波器器件包括表面聲波濾波器和利用線接合技術(shù)將該表面聲波濾波器安裝到其上的封裝，所述表面聲波濾波器包括以梯狀方式相連的多個(gè)串聯(lián)支路諧振器和多個(gè)并聯(lián)支路諧振器，該表面聲波濾波器滿足如下所示的條件1.6×106≤4π2f02R2CopCos≤2.9×106其中，Cop是所述多個(gè)并聯(lián)支路諧振器的靜電電容，Cos是所述多個(gè)串聯(lián)支路諧振器的靜電電容，f0是中心頻率，R是額定阻抗，所述封裝具有一信號端子，該信號端子通過一條接合線與所述表面聲波濾波器的多個(gè)信號電極相連，以及所述接合線具有滿足如下所示的條件的電感Li0.7≤Li≤1.3。
本發(fā)明的上述目的還可利用一種濾波器器件來實(shí)現(xiàn)，該濾波器器件包括表面聲波濾波器和將該表面聲波濾波器以倒裝方式安裝到其上的封裝，所述表面聲波濾波器包括以梯狀方式相連的多個(gè)串聯(lián)支路諧振器和多個(gè)并聯(lián)支路諧振器，該表面聲波濾波器滿足如下所示的條件
1×106≤4π2f02R2CopCos≤3.1×106其中，Cop是所述多個(gè)并聯(lián)支路諧振器的靜電電容，Cos是所述多個(gè)串聯(lián)支路諧振器的靜電電容，f0是中心頻率，R是額定阻抗，所述封裝具有一由微帶線形成的信號線，以及所述微帶線具有滿足如下所示的條件的電感Li0.7≤Li≤1.3。
本發(fā)明的上述目的還可利用一種濾波器器件來實(shí)現(xiàn)，該濾波器器件包括表面聲波濾波器和將該表面聲波濾波器以倒裝方式安裝到其上的封裝，所述表面聲波濾波器包括以梯狀方式相連的多個(gè)串聯(lián)支路諧振器和多個(gè)并聯(lián)支路諧振器，該表面聲波濾波器滿足如下所示的條件1.3×106≤4π2f02R2CopCos≤3.1×106其中，Cop是所述多個(gè)并聯(lián)支路諧振器的靜電電容，Cos是所述多個(gè)串聯(lián)支路諧振器的靜電電容，f0是中心頻率，R是額定阻抗，所述封裝具有一由微帶線形成的信號線，以及所述微帶線具有滿足如下所示的條件的電感Li0.7≤Li≤1.3。
本發(fā)明的上述目的利用一種濾波器器件來實(shí)現(xiàn)，該濾波器器件包括表面聲波濾波器和將該表面聲波濾波器以倒裝方式安裝到其上的封裝，所述表面聲波濾波器包括以梯狀方式相連的多個(gè)串聯(lián)支路諧振器和多個(gè)并聯(lián)支路諧振器，該表面聲波濾波器滿足如下所示的條件1.6×106≤4π2f02R2CopCos≤2.9×106其中，Cop是所述多個(gè)并聯(lián)支路諧振器的靜電電容，Cos是所述多個(gè)串聯(lián)支路諧振器的靜電電容，f0是中心頻率，R是額定阻抗，所述封裝具有一由微帶線形成的信號線，以及所述微帶線具有滿足如下所示的條件的電感Li0.7≤Li≤1.3。


結(jié)合附圖閱讀下面的詳細(xì)說明，本發(fā)明的其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將顯得更加清楚，其中圖1顯示滿足表達(dá)式(2)所示匹配條件并且所述現(xiàn)有技術(shù)的濾波特性的中心頻率為5.25GHz的靜電電容Cop和Cos的范圍；圖2是傳統(tǒng)梯型SAW濾波器的濾波特性圖，該濾波器的設(shè)計(jì)方案如下確定多個(gè)并聯(lián)支路SAW諧振器和多個(gè)串聯(lián)支路SAW諧振器每個(gè)的電極指對的窗孔長度和數(shù)量，以使靜電電容Cop和Cos落在圖1中的斜線所示范圍內(nèi)。
圖3顯示了具有圖2中所示的濾波特性的傳統(tǒng)梯型SAW濾波器的等效電路；圖4顯示了滿足表達(dá)式(2)所示匹配條件并且所述現(xiàn)有技術(shù)的濾波特性的中心頻率為1.9GHz的靜電電容Cop和Cos的范圍；圖5是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的梯型SAW濾波器的俯視圖；圖6是將圖5中的梯型SAW濾波器安裝在一封裝上的濾波器器件的剖視圖，該剖視圖沿SAW傳播方向的線截?。粓D7顯示了圖6中的濾波器器件的等效電路；圖8A至8D顯示了對圖6中的濾波器器件的樣品進(jìn)行仿真的結(jié)果；圖9顯示了在圖8A至8D的仿真中所用的多個(gè)樣品的濾波特性對比；圖10顯示了當(dāng)CopCos/(CopCos)0從0.7變化至3.1時(shí)，基于第一實(shí)施例的濾波特性的4dB帶寬的變化圖；圖11顯示了第一實(shí)施例的梯型SAW濾波器的具體示例中的多個(gè)并聯(lián)支路諧振器和多個(gè)串聯(lián)支路諧振器的靜電電容Cop和Cos的曲線圖；圖12是將第一實(shí)施例的梯型SAW濾波器的具體示例安裝在封裝上所形成的濾波器器件的濾波特性圖；圖13是圖12中所示的濾波特性的-1dB至-6dB區(qū)域的放大圖；圖14顯示了基于圖13中所示曲線圖的4dB帶寬曲線圖；圖15A顯示了對根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的具有電感為0.5nH的接合線的樣品進(jìn)行仿真的結(jié)果的曲線圖和圓圖；圖15B顯示了對具有電感為1nH的接合線的樣品進(jìn)行仿真的結(jié)果的曲線圖和圓圖；
圖15C顯示了對具有電感為1.5nH的接合線的樣品進(jìn)行仿真的結(jié)果的曲線圖和圓圖；圖16是在圖15A至15C中所示的仿真中所用的多個(gè)樣品的濾波特性圖；圖17是具有根據(jù)第二實(shí)施例的具體結(jié)構(gòu)的樣品的濾波特性和VSWR的曲線圖和圓圖；圖18是具有圖17中所示的濾波特性的樣品的VSWR與(多條)接合線的電感之間的關(guān)系曲線圖；圖19是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的濾波器器件的剖視圖；圖20示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的微帶線結(jié)構(gòu)；圖21是根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的濾波器器件的剖視圖，該剖視圖沿SAW傳播方向的線截取。
具體實(shí)施例方式
(第一實(shí)施例)下面參考附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的第一實(shí)施例。在該實(shí)施例中，設(shè)置多個(gè)并聯(lián)支路SAW諧振器(下文中簡稱為多個(gè)并聯(lián)支路諧振器)的靜電電容Cop與多個(gè)串聯(lián)支路SAW諧振器(下文中簡稱為多個(gè)串聯(lián)支路諧振器)的靜電電容Cos的乘積CopCos，以降低雜散電容的不利影響。
圖5是根據(jù)本實(shí)施例的梯型SAW濾波器10的俯視圖。該梯型SAW濾波器10具有四級梯型結(jié)構(gòu)。圖6是該梯型SAW濾波器10安裝在封裝20上的剖視圖，該剖視圖沿著圖5中所示結(jié)構(gòu)中的SAW傳播方向的線截取。
如圖5中所示，梯型SAW濾波器10具有以梯狀方式相連的多個(gè)串聯(lián)支路諧振器S(S12和S34)和多個(gè)并聯(lián)支路諧振器P(P1、P23和P4)。串聯(lián)支路諧振器S12和S34每個(gè)都具有合并成一個(gè)的兩個(gè)串聯(lián)支路諧振器S。并聯(lián)支路諧振器P23也具有合并成一個(gè)的兩個(gè)并聯(lián)支路諧振器P。
在該結(jié)構(gòu)中，多個(gè)串聯(lián)支路諧振器S和多個(gè)并聯(lián)支路諧振器P每個(gè)都具有諧振器區(qū)域，其包括形成在基板11上的多個(gè)梳狀電極(交指型變換器IDT)12；和多個(gè)反射器區(qū)域，其沿SAW傳播方向夾著所述諧振器區(qū)域，并且包括形成在基板11上的多個(gè)反射電極13。每個(gè)IDT 12通過布線單元14與電極焊盤單元15相連，從而通過電極焊盤單元15與封裝20的電極焊盤單元25相連，如圖6中所示。這里，最好使用導(dǎo)電層來形成所述多個(gè)IDT 12、多個(gè)反射電極13、布線單元14和電極焊盤單元15。
如從圖6中所看到的，將梯型SAW濾波器10以面朝上狀態(tài)收容在封裝20中。這里，采用由金(Au)、銅(Cu)、鋁(Al)等制成的接合線21(或帶狀電纜)將梯型SAW濾波器10的電極焊盤單元15與封裝20的電極焊盤單元25連接起來。由此，形成了濾波器器件30。圖7顯示了該濾波器器件30的等效電路。所述多個(gè)并聯(lián)支路諧振器P和多個(gè)串聯(lián)支路諧振器S的電容Cop和Cos由每個(gè)IDT 12中的電極指對的電極指間隔、窗孔長度和數(shù)量來確定。
圖8A至8D顯示了對濾波器器件30進(jìn)行仿真的結(jié)果，其中考慮了封裝20的雜散電容、接合線21的電感和梯型SAW濾波器10的芯片的雜散電容。在圖8A至8D每一個(gè)中，左側(cè)的曲線圖顯示了樣品(濾波器器件)的濾波特性，而右側(cè)的圓圖顯示了該樣品的施密斯圓圖。更具體來說，圖8A顯示了對濾波器器件30的一樣品進(jìn)行仿真的結(jié)果，在該樣品中，多個(gè)并聯(lián)支路諧振器P和多個(gè)串聯(lián)支路諧振器S的靜電電容的乘積CopCos是根據(jù)表達(dá)式(2)所示匹配條件所獲得的值(CopCos)0的0.6倍。圖8B顯示了對濾波器器件30的一樣品進(jìn)行仿真的結(jié)果，在該樣品中，所述乘積CopCos與根據(jù)表達(dá)式(2)所獲得的值(CopCos)0相等。圖8C顯示了對濾波器器件30的一樣品進(jìn)行仿真的結(jié)果，在該樣品中，所述乘積CopCos是根據(jù)表達(dá)式(2)所獲得的值(CopCos)0的2倍。圖8D顯示了對濾波器器件30的一樣品進(jìn)行仿真的結(jié)果，在該樣品中，所述乘積CopCos是根據(jù)表達(dá)式(2)所獲得的值(CopCos)0的2.7倍。此外，圖9顯示了圖8A至8D的仿真中所用的多個(gè)樣品的濾波特性對比。
如從圖8A至8D所能看到的，當(dāng)多個(gè)并聯(lián)支路諧振器P的靜電電容Cop與多個(gè)串聯(lián)支路諧振器S的靜電電容Cos之比Cop/Cos是0.5，并且靜電電容Cop與Cos的乘積CopCos是根據(jù)表達(dá)式(2)所示匹配條件所獲得的值(CopCos)0的2倍時(shí)，實(shí)現(xiàn)了良好的阻抗匹配。如圖9中所示，滿足如上條件的樣品在通帶中表現(xiàn)出最低的插入損耗，并且具有最大的帶寬。
圖10是更詳細(xì)地顯示用來檢查上述事實(shí)的實(shí)驗(yàn)的結(jié)果的曲線圖。該曲線圖顯示了當(dāng)CopCos/(CopCos)0值從0.7變化至3.1時(shí)，所獲得的基于所述濾波特性的4dB帶寬的變化。如從圖10所能看到的，值CopCos/(CopCos)0是2.2時(shí)，4dB帶寬最大。這表明利用滿足如上條件的樣品可以實(shí)現(xiàn)最佳的阻抗匹配。
另外，為了實(shí)現(xiàn)良好的阻抗匹配，樣品應(yīng)被設(shè)計(jì)得使值CopCos/(CopCos)0落在范圍1～3.1內(nèi)，如從圖10中所看到的。設(shè)置該范圍1～3.1以使4dB帶寬位于距在值CopCos/(CopCos)0為2.2時(shí)所獲得的4dB帶寬20MHz的范圍內(nèi)。更加優(yōu)選的是，樣品應(yīng)被設(shè)計(jì)得使值CopCos/(CopCos)0落在范圍1.3～3.1內(nèi)。該范圍使4dB帶寬位于距在值CopCos/(CopCos)0為2.2時(shí)所獲得的4 dB帶寬10MHz的范圍內(nèi)。進(jìn)一步優(yōu)選的是，樣品應(yīng)被設(shè)計(jì)得使值CopCos/(CopCos)0落在范圍1.6～2.9內(nèi)。該范圍使4dB帶寬位于距在值CopCos/(CopCos)0為2.2時(shí)所獲得的4dB帶寬5MHz的范圍內(nèi)。
考慮上述事實(shí)，理想的條件可以表示為1(CopCos)0≤CopCos≤3.1(CopCos)0(4)1.3(CopCos)0≤CopCos≤3.1(CopCos)0(5)1.6(CopCos)0≤CopCos≤2.9(CopCos)0(6)令(CopCos)0為1/(ω02R2)，則可將表達(dá)式(4)至(6)變成下面的表達(dá)式(7)至(9)1×106≤ω02R2CopCos≤3.1×106(ω0＝2πf0) (7)1.3×106≤ω02R2CopCos≤3.1×106(ω0＝2πf0) (8)1.6×106≤ω02R2CopCos≤2.9×106(ω0＝2πf0) (9)其中，f0是中心頻率[GHz]，R是額定阻抗[Ω]。
這里，可以根據(jù)下列表達(dá)式(10)至(12)來確定電極指對的窗孔長度L[μm]和數(shù)量N，進(jìn)而設(shè)計(jì)出具有靜電電容C[pF]的諧振器
C＝2C001N，1＝L/100(10)C00＝2×10-2[pF/100μm] (11)在下述文獻(xiàn)中公開了有關(guān)這些表達(dá)式的更多細(xì)節(jié)“Low-Loss BandFilter Using SAW Resonators(Yoshio Satoh，et al.，IEICETransactions，A，Vol.J76-A，No.2，F(xiàn)eb.1993，pp.245-252)”。
就所述內(nèi)容而言，應(yīng)將濾波器器件設(shè)計(jì)得使并聯(lián)支路諧振器電容Cop與串聯(lián)支路諧振器電容Cos的乘積CopCos滿足表達(dá)式(7)或(8)所示條件，更為優(yōu)選的是，滿足表達(dá)式(9)所示條件。這樣，可以避免芯片尺寸的增大，并且可以實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的阻抗匹配。此外，可以降低所述梯型SAW濾波器的雜散電容的不利影響。
下面，參考附圖詳細(xì)說明制備具有上述結(jié)構(gòu)的濾波器器件30的實(shí)驗(yàn)。在下面所述的實(shí)驗(yàn)中，梯型SAW濾波器10的中心頻率f0是5.25GHz。
為了制備所述梯型SAW濾波器10，采用42°Y切割X傳播鉭酸鋰晶體基板作為基板11。利用濺射技術(shù)在基板11上形成73nm厚的含1％銅的鋁膜之后，接著利用光刻技術(shù)和反應(yīng)離子刻蝕(RIE)技術(shù)進(jìn)行構(gòu)圖，以形成多個(gè)IDT 12、多個(gè)反射電極13、布線單元14和電極焊盤單元15。接下來對構(gòu)圖后的基板11進(jìn)行切片，以形成梯型SAW濾波器10的芯片。將梯型SAW濾波器10的芯片安裝在外尺寸為3mm×3mm的陶瓷封裝(在此示例中由氮化鋁或氧化鋁制成)上，并且用接合線21將二者線接合起來。
這種梯型SAW濾波器10具有四級梯型結(jié)構(gòu)，其中，靜電電容為Cop的多個(gè)并聯(lián)支路諧振器P和靜電電容為Cos的多個(gè)串聯(lián)支路諧振器S以梯狀方式連接在一起。多個(gè)串聯(lián)支路諧振器S與多個(gè)并聯(lián)支路諧振器P的靜電電容的乘積CopCos是根據(jù)所述匹配條件的邏輯表達(dá)式所獲得的值(CopCos)0的兩倍，而靜電電容之比Cop/Cos是0.5。據(jù)此，確定多個(gè)串聯(lián)支路諧振器S和多個(gè)并聯(lián)支路諧振器P每個(gè)中的電極指對的窗孔長度和數(shù)量，以使靜電電容Cop為0.61pF，而靜電電容Cos為1.21pF。更具體來說，每個(gè)并聯(lián)支路諧振器P的電極間隔為0.7343μm，窗孔長度為20μm，電極指對的數(shù)量為76。每個(gè)串聯(lián)支路諧振器S的電極間隔為0.701μm，窗孔長度為10μm，電極指對的數(shù)量為303。在該梯型結(jié)構(gòu)的中部，兩個(gè)相鄰的并聯(lián)支路諧振器P合并成一個(gè)，合并后的諧振器的靜電電容是單個(gè)并聯(lián)支路諧振器P的靜電電容的兩倍。因此，合并后的并聯(lián)支路諧振器的窗孔長度為20μm，電極指對的數(shù)量是152。
圖11顯示了梯型SAW濾波器10中的多個(gè)并聯(lián)支路諧振器P和多個(gè)串聯(lián)支路諧振器S的靜電電容Cop和Cos。作為對比示例，圖11還顯示了形成傳統(tǒng)梯型SAW濾波器的多個(gè)并聯(lián)支路諧振器P和多個(gè)串聯(lián)支路諧振器S的靜電電容Cop和Cos。在該對比示例中，靜電電容乘積CopCos是值(CopCos)0的1.2倍。另外，在該對比示例中，每個(gè)并聯(lián)支路諧振器P的電極間隔為0.771μm，窗孔長度為20μm，電極指對的數(shù)量為59；而每個(gè)串聯(lián)支路諧振器S的電極間隔為0.7375μm，窗孔長度為10μm，電極指對的數(shù)量為235。
從圖11可知，本實(shí)施例的梯型SAW濾波器10的靜電電容乘積CopCos大于所述對比示例的靜電電容乘積CopCos。因此，在本實(shí)施例的梯型SAW濾波器10中，雜散電容的不利影響更小。
圖12顯示了將本實(shí)施例的梯型SAW濾波器10安裝在封裝20上所形成的濾波器器件30的濾波特性。在圖12中，還用虛線顯示了將所述對比示例的梯型SAW濾波器安裝在封裝20上所形成的濾波器器件的濾波特性。從圖12可知，本實(shí)施例的濾波器器件30的濾波特性表現(xiàn)出更寬的通帶區(qū)域和更大的阻帶抑制。圖13是圖12中所示的濾波特性的-1dB至-6dB區(qū)域的放大圖。圖14顯示了基于圖13中所示的特性的4dB帶寬。如從圖14所能看到的，本實(shí)施例具有300MHz的4dB帶寬，這明顯寬于所述對比示例的230MHz的4dB帶寬。根據(jù)上述事實(shí)，顯然采用本實(shí)施例的梯型SAW濾波器10實(shí)現(xiàn)了改進(jìn)的阻抗匹配。
(第二實(shí)施例)下面參考附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的第二實(shí)施例。本實(shí)施例具有與第一實(shí)施例幾乎相同的結(jié)構(gòu)，所不同的是，對接合線21的長度進(jìn)行了優(yōu)化，以便接合線21的電感降低封裝20的雜散電容的不利影響。本實(shí)施例中所用的梯型SAW濾波器10和封裝20與第一實(shí)施例中的相同，因此，在下面的說明中將省略對它們的解釋。
圖15A至15C顯示了對多個(gè)樣品進(jìn)行仿真的結(jié)果，在這些樣品中，接合線21的電感從0.5nH變化至1nH再變化至1.5nH。在圖15A至15C每一個(gè)中，左側(cè)的曲線圖顯示樣品(濾波器器件)的濾波特性，右側(cè)的圓圖顯示該樣品的施密斯圓圖。圖15A顯示了對其接合線21的電感為0.5nH的樣品進(jìn)行仿真的結(jié)果。圖15B顯示了對其接合線21的電感為1nH的樣品進(jìn)行仿真的結(jié)果。圖15C顯示了對其接合線21的電感為1.5nH的樣品進(jìn)行仿真的結(jié)果。此外，圖16顯示了圖15A至15C的仿真中所用的多個(gè)樣品的濾波特性對比。
如從圖15A至15C所能看到的，當(dāng)接合線21的電感Li為1nH(參看圖15B和圖16中的實(shí)線)時(shí)，實(shí)現(xiàn)了良好的阻抗匹配。如圖16中所示，滿足如上條件的樣品在通帶中表現(xiàn)出最低的插入損耗，并且具有最大的帶寬。
下面，參考附圖詳細(xì)說明實(shí)際制備具有上述結(jié)構(gòu)的濾波器器件30的實(shí)驗(yàn)。在下面所述的實(shí)驗(yàn)中，梯型SAW濾波器10的中心頻率f0也是5.25GHz。
在該實(shí)驗(yàn)中，對比了多個(gè)樣品的濾波特性和VSWR(電壓駐波比)。在這些樣品中，一個(gè)用一條接合線21將梯型SAW濾波器10與封裝20連接起來，一個(gè)用兩條接合線21將梯型SAW濾波器10與封裝20連接起來，一個(gè)用三條接合線21將梯型濾波器10與封裝20連接起來。
本實(shí)施例中所用的梯型SAW濾波器10具有在第一實(shí)施例中說明的具體結(jié)構(gòu)，封裝20是氧化鋁(氮化鋁)封裝，其外形尺寸為3mm×3mm。多條接合線21每一條都是長為1.2 mm、直徑為30μm的鋁線。
圖17顯示了這些樣品的濾波特性和VSWR。在圖17中，上方的曲線圖顯示了這些樣品(濾波器器件)的濾波特性，中間的圓圖是施密斯圓圖，下方的曲線圖顯示了VSWR。在這些曲線圖和圓圖中，實(shí)線表示對具有一條其電感為0.25nH的接合線21的樣品進(jìn)行仿真的結(jié)果，虛線表示對具有兩條其電感為0.4nH的接合線21的樣品進(jìn)行仿真的結(jié)果，而短劃線表示對具有三條其電感為0.8nH的接合線21的樣品進(jìn)行仿真的結(jié)果。此外，與這些樣品的上述電感相關(guān)的VSWR顯示在圖18中。
如從圖17和18中所能看到的，隨著接合線21的數(shù)量的增多，電感變得更小，而阻抗匹配也變差了。結(jié)果，通帶中的損耗和VSWR更大了。根據(jù)這一事實(shí)可判斷出，接合線21的數(shù)量應(yīng)為2或更小，更為優(yōu)選的是，接合線21的數(shù)量為1，以將VSWR限制到2或更小。采用兩條或更少的接合線21，可以降低雜散電容的不利影響。
考慮上述結(jié)果，為了實(shí)現(xiàn)滿意的阻抗匹配，接合線21的電感Li應(yīng)該在下面的表達(dá)式(12)所示的范圍中0.7≤Li≤1.3 (12)表達(dá)式(12)所示的電感Li的上限表示最大的可能有效值，任何超過該上限值的電感值在實(shí)現(xiàn)良好的阻抗匹配方面都不太有效。
接合線21通常所用的材料每1mm的電感大約是0.85nH。因此，為使所述電感保持在表達(dá)式(12)所示的范圍內(nèi)，接合線21的長度Ln(mm)應(yīng)該在下面的表達(dá)式(13)所示的范圍內(nèi)0.8≤Ln≤1.5 (13)采用長度在表達(dá)式(13)所示的范圍中的接合線21，可以改進(jìn)阻抗匹配，并且降低所述梯型SAW濾波器的雜散電容的不利影響。
(第三實(shí)施例)盡管在第一實(shí)施例中，將梯型SAW濾波器10以面朝上的狀態(tài)收容在封裝20中，并且用接合線21將該梯型SAW濾波器10與封裝20連接起來，但本發(fā)明并不限于這種結(jié)構(gòu)，也可以利用倒裝式安裝技術(shù)將梯型SAW濾波器10面朝下地安裝在封裝20上。下面將參考附圖來說明作為本發(fā)明的第三實(shí)施例的這一結(jié)構(gòu)。
圖19是根據(jù)第三實(shí)施例的濾波器器件50的剖視圖。在該濾波器器件50中，使用了與第一實(shí)施例(參見圖5)的相同的梯型SAW濾波器10。
如圖19中所示，梯型SAW濾波器10呈面朝下狀態(tài)收容在封裝40中。這里，用由Au、Al或焊錫制成的金屬凸起41將梯型SAW濾波器10的電極焊盤單元15與封裝40的電極焊盤單元25連接起來。
在該結(jié)構(gòu)中，將梯型SAW濾波器10的多個(gè)串聯(lián)支路和多個(gè)并聯(lián)支路諧振器每個(gè)的靜電電容設(shè)置得滿足表達(dá)式(2)所示條件，從而可以降低雜散電容的不利影響，如在第一實(shí)施例中那樣。
本實(shí)施例也可以應(yīng)用于具有被以倒裝方式安裝在封裝20上的梯型SAW濾波器10的第二實(shí)施例。更具體來說，多條滿足表達(dá)式12(或13)所示條件的微帶線用做形成在封裝40上的布線單元44，以便改進(jìn)阻抗匹配，并且可以降低梯型SAW濾波器10的雜散電容的不利影響。圖20顯示了這種使用多條微帶線的結(jié)構(gòu)。
如圖20中所示，本實(shí)施例的封裝40包括由多條微帶線形成的布線單元44，電極焊盤單元25，以及外部布線焊盤單元26。在該結(jié)構(gòu)中，布線單元44具有如上所述的微帶線結(jié)構(gòu)。用多個(gè)凸起41將電極焊盤單元25和電極焊盤單元15彼此連接起來。
采用上述結(jié)構(gòu)，可以避免芯片尺寸的增加，改進(jìn)阻抗匹配，并且降低所述梯型SAW濾波器的雜散電容的不利影響。
(第四實(shí)施例)就所述第一至第三實(shí)施例而言，如圖12所示，至少每個(gè)梯型SAW濾波器10的多個(gè)IDT 12，或者更優(yōu)選地，整個(gè)導(dǎo)電層，可以被諸如SiO2膜之類的電介質(zhì)膜61覆蓋。采用電介質(zhì)膜61覆蓋多個(gè)IDT 12或整個(gè)導(dǎo)電層后，就可以保護(hù)所述多個(gè)IDT 12不受在切片過程中所用的切割液體和空氣中的濕氣的侵蝕。
盡管示出和說明的是本發(fā)明的幾個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，本領(lǐng)域內(nèi)的熟練技術(shù)人員應(yīng)該明白，在不偏離權(quán)利要求及其等同物所限定的本發(fā)明的原理和精神的條件下，可以對這些實(shí)施例進(jìn)行修改。
權(quán)利要求
1.一種表面聲波濾波器，其包括以梯狀方式相連的多個(gè)串聯(lián)支路諧振器和多個(gè)并聯(lián)支路諧振器，該表面聲波濾波器滿足如下所示的條件1×106≤4π2f02R2CopCos≤3.1×106其中，Cop是所述多個(gè)并聯(lián)支路諧振器的靜電電容，Cos是所述多個(gè)串聯(lián)支路諧振器的靜電電容，f0是中心頻率，R是額定阻抗。
2.一種表面聲波濾波器，其包括以梯狀方式相連的多個(gè)串聯(lián)支路諧振器和多個(gè)并聯(lián)支路諧振器，該表面聲波濾波器滿足如下所示的條件1.3×106≤4π2f02R2CopCos≤3.1×106其中，Cop是所述多個(gè)并聯(lián)支路諧振器的靜電電容，Cos是所述多個(gè)串聯(lián)支路諧振器的靜電電容，f0是中心頻率，R是額定阻抗。
3.一種表面聲波濾波器，其包括以梯狀方式相連的多個(gè)串聯(lián)支路諧振器和多個(gè)并聯(lián)支路諧振器，該表面聲波濾波器滿足如下所示的條件1.6×106≤4π2f02R2CopCos≤2.9×106其中，Cop是所述多個(gè)并聯(lián)支路諧振器的靜電電容，Cos是所述多個(gè)串聯(lián)支路諧振器的靜電電容，f0是中心頻率，R是額定阻抗。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面聲波濾波器，其中，所述靜電電容Cop與所述靜電電容Cos之比Cop/Cos是0.5。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面聲波濾波器，其中，至少所述多個(gè)串聯(lián)支路諧振器和所述多個(gè)并聯(lián)支路諧振器中的多個(gè)梳狀電極被用電介質(zhì)膜覆蓋。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面聲波濾波器，其中，所述中心頻率f0位于5GHz波段。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面聲波濾波器，其中，所述多個(gè)串聯(lián)支路諧振器與所述多個(gè)并聯(lián)支路諧振器相連，形成四級結(jié)構(gòu)。
8.一種濾波器器件，其包括表面聲波濾波器；以及封裝，所述表面聲波濾波器被利用線接合技術(shù)安裝到該封裝上，所述表面聲波濾波器包括以梯狀方式相連的多個(gè)串聯(lián)支路諧振器和多個(gè)并聯(lián)支路諧振器，所述表面聲波濾波器滿足如下所示的條件1×106≤4π2f02R2CopCos≤3.1×106其中，Cop是所述多個(gè)并聯(lián)支路諧振器的靜電電容，Cos是所述多個(gè)串聯(lián)支路諧振器的靜電電容，f0是中心頻率，R是額定阻抗，所述封裝具有一信號端子，其通過一條接合線與所述表面聲波濾波器的多個(gè)信號電極相連，以及所述接合線具有滿足如下所示條件的電感Li0.7≤Li≤1.3。
9.一種濾波器器件，其包括表面聲波濾波器；以及封裝，所述表面聲波濾波器被利用線接合技術(shù)安裝到該封裝上，所述表面聲波濾波器包括以梯狀方式相連的多個(gè)串聯(lián)支路諧振器和多個(gè)并聯(lián)支路諧振器，所述表面聲波濾波器滿足如下所示的條件1.3×106≤4π2f02R2CopCos≤3.1×106其中，Cop是所述多個(gè)并聯(lián)支路諧振器的靜電電容，Cos是所述多個(gè)串聯(lián)支路諧振器的靜電電容，f0是中心頻率，R是額定阻抗，所述封裝具有一信號端子，其通過一條接合線與所述表面聲波濾波器的多個(gè)信號電極相連，以及所述接合線具有滿足如下所示條件的電感Li0.7≤Li≤1.3。
10.一種濾波器器件，其包括表面聲波濾波器；以及封裝，所述表面聲波濾波器被利用線接合技術(shù)安裝到該封裝上，所述表面聲波濾波器包括以梯狀方式相連的多個(gè)串聯(lián)支路諧振器和多個(gè)并聯(lián)支路諧振器，所述表面聲波濾波器滿足如下所示的條件1.6×106≤4π2f02R2CopCos≤2.9×106其中，Cop是所述多個(gè)并聯(lián)支路諧振器的靜電電容，Cos是所述多個(gè)串聯(lián)支路諧振器的靜電電容，f0是中心頻率，R是額定阻抗，所述封裝具有一信號端子，其通過一條接合線與所述表面聲波濾波器的多個(gè)信號電極相連，以及所述接合線具有滿足如下所示條件的電感Li0.7≤Li≤1.3。
11.一種濾波器器件，其包括表面聲波濾波器；以及封裝，所述表面聲波濾波器被以倒裝方式安裝到該封裝上，所述表面聲波濾波器包括以梯狀方式相連的多個(gè)串聯(lián)支路諧振器和多個(gè)并聯(lián)支路諧振器，所述表面聲波濾波器滿足如下所示的條件1×106≤4π2f02R2CopCos≤3.1×106其中，Cop是所述多個(gè)并聯(lián)支路諧振器的靜電電容，Cos是所述多個(gè)串聯(lián)支路諧振器的靜電電容，f0是中心頻率，R是額定阻抗，所述封裝具有一由微帶線形成的信號線，以及所述微帶線具有滿足如下所示條件的電感Li0.7≤Li≤1.3。
12.一種濾波器器件，其包括表面聲波濾波器；以及封裝，所述表面聲波濾波器被以倒裝方式安裝到該封裝上，所述表面聲波濾波器包括以梯狀方式相連的多個(gè)串聯(lián)支路諧振器和多個(gè)并聯(lián)支路諧振器，所述表面聲波濾波器滿足如下所示的條件1.3×106≤4π2f02R2CopCos≤3.1×106其中，Cop是所述多個(gè)并聯(lián)支路諧振器的靜電電容，Cos是所述多個(gè)串聯(lián)支路諧振器的靜電電容，f0是中心頻率，R是額定阻抗，所述封裝具有一由微帶線形成的信號線，以及所述微帶線具有滿足如下所示條件的電感Li0.7≤Li≤1.3。
13.一種濾波器器件，其包括表面聲波濾波器；以及封裝，所述表面聲波濾波器被以倒裝方式安裝到該封裝上，所述表面聲波濾波器包括以梯狀方式相連的多個(gè)串聯(lián)支路諧振器和多個(gè)并聯(lián)支路諧振器，所述表面聲波濾波器滿足如下所示的條件1.6×106≤4π2f02R2CopCos≤2.9×106其中，Cop是所述多個(gè)并聯(lián)支路諧振器的靜電電容，Cos是所述多個(gè)串聯(lián)支路諧振器的靜電電容，f0是中心頻率，R是額定阻抗，所述封裝具有一由微帶線形成的信號線，以及所述微帶線具有滿足如下所示條件的電感Li0.7≤Li≤1.3。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的濾波器器件，其中，所述靜電電容Cop與所述靜電電容Cos之比Cop/Cos是0.5。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的濾波器器件，其中，至少所述多個(gè)串聯(lián)支路諧振器和所述多個(gè)并聯(lián)支路諧振器中的多個(gè)梳狀電極被用電介質(zhì)膜覆蓋。
16.根據(jù)權(quán)利要求8所述的濾波器器件，其中，所述中心頻率f0位于5GHz波段。
17.根據(jù)權(quán)利要求8所述的濾波器器件，其中，所述多個(gè)串聯(lián)支路諧振器與所述多個(gè)并聯(lián)支路諧振器相連，形成四級結(jié)構(gòu)。
18.根據(jù)權(quán)利要求8所述的濾波器器件，其中，所述封裝由陶瓷制成。
全文摘要
一種表面聲波濾波器包括以梯狀方式相連的多個(gè)串聯(lián)支路諧振器和多個(gè)并聯(lián)支路諧振器。該表面聲波濾波器滿足如下所示的條件1×10
文檔編號H03H9/64GK1497845SQ20031010170
公開日2004年5月19日 申請日期2003年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月21日
發(fā)明者中谷忠司, 宮下勉, 佐藤良夫, 夫 申請人:富士通媒體部品株式會社, 富士通株式會社