专利名称：表面声波滤波器元件和通过对其封装而制成的表面声波滤波器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种表面声波滤波器元件和通过对其进行封装而制成的表面声波滤波器。
近来，蜂窝电话和其他无绳电话的使用变得更为广泛。估计每人都有一个PHP(个人手持电话)的日子已经不远，而这种电话将成为下一代的无绳电话。当实现其网络系统时，其需求将大幅度增长。
蜂窝电话的广泛使用，是由于它们的尺寸变得更为紧凑且重量变得更轻，从而足以成为便携机，而且它已经成为一种不可缺少的通信工具。这种接收机的高频电路中包含一个滤波器。最新的无绳电话采用了这样的滤波器，即采用表面声波元件的表面声波滤波器，以进一步减小尺寸和重量。
表面声波滤波器具有以下特征(1)由于它可以象LSI那样借助光刻制作，因而它是高度可靠的并能够在不用调节的情况下投入使用。另外，它适合于大规模的生产。
(2)由于表面声波的速度大约为电磁波的十万分之一，所以它能够被制作得更紧凑且重量更轻。
由于表面声波滤波器能够处理高于晶体石英滤波器的频率，因此预期它能够被用于下一代的通信应用，诸如卫星通信。
用于这种蜂窝电话的发送器和接收机的滤波器，必须具有最小的插入损耗，以尽量增大接收，且该滤波器应该具有大的带外衰减以抑制不需要的信号。
图1是电路图，显示了传统的表面声波滤波器的配置。
更具体地说，图1显示了梯形表面声波滤波器的电路配置，其中表面声波谐振器以梯形形式连接。
梯形形式的表面声波滤波器被作为带通滤波器来使用。该表面声波滤波器包括串联的四个部分10，其每一个都带有连接成L形的串联谐振器S和并联谐振器P，且在最后一级中的部分10与另一个并联谐振器P相连接。在第一个例子中，可以作出这样的设计，即串联谐振器S的谐振频率与并联谐振器P的反谐振频率和带通滤波器的中心频率相等。这使得从并联谐振器P的谐振频率至串联谐振器S的反谐振频率的范围为输入信号的带通范围。在第二个例子中，可以作出另一种设计，其中为了扩大带通范围，并联谐振器P的反谐振频率被设定得小于串联谐振器S的谐振频率，且串联谐振器S的反谐振频率与并联谐振器P的谐振频率的中点被设定得等于带通滤波器的中心频率。这使得从并联谐振器P的谐振频率的附近至串联谐振器S的反谐振频率附近的带通范围为输入信号的带通范围。
图2是框图，显示了传统的表面声波谐振器的配置。
更具体地，图2显示了构成一个元件的串联谐振器S或并联谐振器P的基本结构。
这种元件，在压电板(未显示)的顶部上，形成了通常被称为IDT(叉指形换能器)的驱动电极20和在驱动电极20的两侧上的反射器30(反射电极)。
驱动电极20是由彼此交叉配合的两个相对梳状电极20U和20L构成的。在压电板的表面上借助驱动电极20激发的表面声波的波长λ和这种驱动电极20的两个电极之间的距离l1具有以下关系l1＝λ/2另外，反射器30是短条型的，其中以栅极周期l2的间隔平行地形成有多个电极条31。栅极周期l2等于表面声波的波长λ的一半。
即，l1＝l2表面声波谐振器(在图2中显示)，是通过将表面声波包含在其中而获得谐振特性的能量包含型谐振器。它具有用于在压电板的表面上激发表面声波的驱动电极20和用于反射在驱动电极20的两侧上行进的表面声波的两个反射器30。
为了改善能量包含效率，将谐振器的反射器30的一个开口32的纵向距离(以下称为开口长度)L2设定为等于形成在驱动电极20的一个上梳状电极20U与一个下梳状电极20L之间的开口22的纵向距离(以下称为开口长度)L1。
为了改善具有图1所示的结构的表面声波滤波器作为带通滤波器的特性，即为了增大其带外衰减，需要增大梯形级的数目，即级联的部分10的数目。然而，由于这将增大谐振器的数目，因而元件的总体尺寸变得较大，从而给使硬件紧凑和重量轻的努力产生了障碍。
本发明的目的，是使连接成多级的梯形表面声波滤波器能够以小的元件尺寸实现大的带外衰减。
本发明涉及由连接成梯形的多个表面声波谐振器组成的表面声波滤波器元件，各个表面声波谐振器包括一个压电板、位于该压电板的顶部的驱动电极和设置在压电板的顶部以从其两侧夹持驱动电极的的两个反射电极。
另外，本发明的特征，在于用一个并联谐振器代替了相继的并联谐振器(例如两个并联谐振器)—这一个并联谐振器的驱动电极的面积等于相继的并联谐振器的驱动电极的总面积。
例如，在此情况下，用来进行代替的并联谐振器的驱动电极的电极对的数目，可以大于将要被代替的各个相继并联谐振器的驱动电极的电极数目。
在另一个例子中，用来进行代替的并联谐振器的驱动电极的开口长度，可以大于将要被代替的各个相继并联谐振器的驱动电极的开口长度。
另外，本发明使得能够将上述两个例子的方法结合起来。即可以使用来进行代替的并联谐振器的驱动电极的开口长度和电极对数目同时分别大于将要被代替的各个相继并联谐振器中的驱动电极的开口长度和电极对数目。
表面声波滤波器的带外衰减取决于并联谐振器的驱动电极电容Cp与串联谐振器的驱动电极电容Cs之比Cp/Cs。因此，用并联谐振器对相继并联谐振器的上述代替(结合)—其中并联谐振器的驱动电极的面积等于相继的驱动电极的总面积—几乎不改变作为带通滤波器的表面声波滤波器的特性。
另外，由于这种代替减少了并联谐振器(反射器)的数目，且由于串联谐振器之间的连线电极长度能够得到缩短，因而元件的尺寸与现有技术相比能够得到减小。另外，当梯形表面声波滤波器被设置在多个级中时，元件的尺寸与现有技术相比能够得到减小。
这种表面声波滤波器元件的一个最佳配置，是为彼此电绝缘的所有并联谐振器提供接地电极。
为所有并联谐振器提供彼此分离的接地电极，保证了良好的接地效果，并防止了当表面声波滤波器被设置在多级中时带外衰减的恶化。
另外，本发明的特征，在于通过对上述表面声波滤波器元件进行封装而制成的表面声波滤波器，其中表面声波滤波器元件的所有并联谐振器的接地电极都被连接到设置在封装侧上的分离的电极连接区上。
如上所述，借助分离的接地连接区(即用于接地的连接区)的并联谐振器接地电极连接和设置在封装侧上的连线接合，增大了接地效果和带外衰减。这保证了表面声波滤波器具有良好的特性。
图1是电路图，显示了表面声波滤波器的传统结构；图2示意显示了表面声波谐振器的电极配置；图3是电路图，显示了本发明的最佳实施例的表面声波滤波器的结构；图4是曲线图，显示了表面声波滤波器的带通滤波器频率特性；图5是平面图，显示了根据该实施例的表面声波滤波器元件的结构；图6是平面图，显示了根据另一实施例的表面声波滤波器元件的结构；图7是曲线图，显示了在表面声波滤波器元件中的并联谐振器的接地电极彼此绝缘的情况下与其中这些电极被电连接的情况下的不同带外衰减；图8A示意显示了根据一个实施例的表面声波滤波器元件封装的顶视图；图8B示意显示了图8A所示的表面声波滤波器元件封装的B-B截面。
以下结合附图对本发明的最佳实施例进行描述。
图3是电路图，显示了根据本发明的一个最佳实施例的表面声波滤波器的结构。
该实施例的表面声波滤波器(图3中所示)具有与现有技术中的表面声波滤波器基本上类似的特性。即本实施例的表面声波滤波器具有传统的梯形表面声波滤波器，并用一个并联谐振器P0代替了两个相继并联谐振器P和P。换言之，这两个并联谐振器P和P被结合成一个并联谐振器P0。在此情况下，通过使驱动并联谐振器P0(结合并联谐振器)的面积的尺寸为并联谐振器P的两倍，可以使部分100的级数少于现有技术的级数，从而减小了滤波器元件的总尺寸。下面解释为什么这种结构能够获得与传统的表面声波滤波器非常类似的特性。
图4是曲线图，显示了根据该实施例的表面声波滤波器的带通滤波器频率特性。
更具体地，图4显示了表面声波滤波器的并联谐振器静电电容Cp与串联谐振器静电电容Cs的比值Cp/Cs与带外衰减之间的关系。
纵轴显示了衰减(单位为dB)，而横轴显示了输入信号的频率(单位为MHz)。必须注意的是，这里值离纵轴的原点越近，该值的衰减越大。同样，Cp和Cs等于表面声波谐振器的等价电路的电极之间的电容。
图4显示了具有910MHz至950MHz的带通范围的带通滤波器的一个例子。它显示出，Cp/Cs比值越大，带通范围以外的衰减就越大，即带通滤波器的特性就越有效。
在此实施例中，通过利用表面声波滤波器的这种特性，没有增加部分10的级数，而是使并联谐振器P0的驱动电极单元的静电电容为传统并联谐振器P的驱动电极单元的静电电容的两倍。换言之，并联谐振器P0的驱动电极的面积被作成传统的并联谐振器P的驱动电极的面积的两倍，从而使作为带通滤波器的部分100(图3所示)的特性几乎等于传统的电路10’(图1所示)的那些特性。在此情况下，由于传统电路10’中的两个并联谐振器P被一个并联谐振器P0所取代，反射器的数目从四个减小到了两个。由于用于这两个并联谐振器P和P之间的连线部分的面积的减小，电路100的面积能够被作得小于传统电路10’中的面积。
下面描述作为带通滤波器的表面声波滤波器的设计的一个例子，该带通滤波器具有如图3所示的电路配置，其中心频率f-0为930MHz。
在此情况下，例如，作为压电板，采用了36°Y-XLiTaO3(钽酸锂，即一种钽酸锂盐)。此时，通过将一个电压施加到驱动电极上而在板的表面上激发的表面声波的速度Vs大约为4000m/s。
如上所述，为了将中心频率f0设定在930MHz，串联谐振器S的谐振频率被设定在930MHz，且并联谐振器P0和P的谐振频率被设定在920MHz。
如上所述，由表面声波谐振器激发的表面声波的波长λ是λ＝Vs/f……(1)其中，Vs是表面声波的速度且f是频率。
另外，表面声波的波长λ是驱动电极20的电极间距l1的两倍(参见图2)λ＝2l1……(2)因此，从上述表示式(1)和(2)2l1＝Vs/f……(3)在此定义两个梳状电极20U和20L之间的电极间距为L，因为获得了L＝2l1……(4)(参见图2)，从上述表示式(2)和(4)L＝Vs/f……(5)另外，从上述表示式(2)和(4)L＝λ……(6)首先，为了将串联谐振器S的谐振频率设定在930MHz，通过将f＝930MHz和Vs＝4000m/s代入表达式(1)，获得了
λ≈4.30μm另外，当并联谐振器P0和P的谐振频率被设定为920MHz时，通过将f＝920MHz和Vs＝4000m/s代入表达式(1)λ≈4.35μm因此，从表达式(6)，串联谐振器S中的驱动电极20的上和下梳状电极20U和20L的电极间距L被设定为4.30μm，而并联谐振器P0和P的电极间距L被设定为大约4.35μm。
随后，串联谐振器S的开口长度L1和L2被设定为50μm，且电极对的数目N被设定为40对。另外，并联谐振器P的开口长度L1和L2被设定为为150μm，且电极对的数目N被设定为50对。
此外，根据以上理由，开口长度L1和电极对的数目N得到适当设定，以使并联谐振器P0的驱动电极20的面积为并联谐振器P的两倍。
此时，利用了这样的关系，即驱动电极20的面积与电极对的数目N和开口长度L1的乘积成正比。因此，例如(1)开口长度L1被设定为150μm，且电极对的数目N被设定为100对，或者(2)开口长度L1被设定为200μm，且电极对的数目N被设定为75对。
(1)描述一种方法，其中在保持开口长度L1不变的同时，通过使电极对的数目N加倍，而使驱动电极20的面积加倍。
(2)描述一种方法，其中在使开口长度L1扩大的情况下，在几乎不增大电极对的数目N的情况下，使驱动电极20的面积加倍。
除了上述方法(1)和(2)以外，还有一种使驱动电极20的面积加倍的方法，其中(3)在不改变电极对的数目N的情况下，使开口长度L1加倍。
图5是平面图，显示了一种表面声波滤波器元件的结构。
图6是平面图，显示了另一种表面声波滤波器元件的结构。
图5和6显示了表面声波滤波器元件140的实际形状，其中并联谐振器P0(包括P01和P02)的驱动电极20的开口长度L1和电极对的数目N分别如上述的方法(1)和(2)进行设定。具体地，图5和6示意显示了滤波器元件140的形状，其中电极对的数目N看上去比实际情况少。
在图5和6中，四个串联谐振器S1至S4和三个并联谐振器P01、P02和P，被形成在36°Y-X LiTaO3制成的压电板150上，并如图3所示地被连接在一起，而且其每一个都具有如图2所示的基本形状。即，在四个串联谐振器S1至S4的每一个中的驱动电极20S，都经过连线电极151、152和153而与相邻的一个级联在一起。另外，由于并联谐振器P01的驱动电极20P0经过连线电极151而连接在相应的串联谐振器S1和S2的相应驱动电极20S之间，并联谐振器P02的驱动电极20P0经过连线电极153而连接在串联谐振器S3和S4的相应驱动电极20S之间。另外，串联谐振器S4的驱动电极20S，经过连线电极154而连接到并联谐振器P的驱动电极20P。
同样，形成了输入电极155，并使之与初始级的串联谐振器S1的驱动电极20P的另一端相连。另外，连线电极154的一部分—它将最后一个级中串联谐振器S4的驱动电极20S连接到最后一级中的并联谐振器P的驱动电极20P，形成了输出电极156。
另外，形成了接地电极157(GND电极)，并使之分别与并联谐振器P01、P02和P的驱动电极20P0、20P0、20P的另一端相连。另外，在并联谐振器P01、P02和P的两侧，分别形成了反射器对30P0、30P0和30P。并联谐振器P01、P02和P的反射器对30P0、30P0和30P各自的开口长度，等于对应的驱动电极20P0、20P0和20P的开口长度。
如图5和6所示，由于用具有单个并联谐振器P0的代替了利用两个并联谐振器P和P的传统部分，使并联谐振器的数目由五个减少到三个，且级的数目由四级减少到三级，从而与现有技术相比，缩短了串联谐振器S2和S3之间的连线电极152的长度。这使元件沿着A方向的长度比现有技术中的短。其结果，表面声波滤波器元件的总尺寸，与现有技术的相比，得到了减小，而在带通滤波器的特性上几乎没有改变。
以此方式，在梯形滤波器的表面声波滤波器元件中，由于能够在不实际影响带通滤波器的特性的情况下用一个并联谐振器代替(结合)不少于两个的相继并联谐振器，因而在采用多级的情况下元件的尺寸能够比现有技术中的小。这使得封装表面声波滤波器更为紧凑，且其重量更轻。
更具体地，通过将铝层在由LiTaO3制成的压电板150之上形成到例如约3000埃的厚度(例如借助溅射或蒸发方法)，并用光刻技术在铝上作出图形，可以制成串联谐振器S1至S4、并联谐振器P01、P02和P、以及电极151至157。
图7是曲线图，显示了其中表面声波滤波器元件中的并联谐振器的接地电极彼此绝缘的情况与其中表面声波滤波器元件中的并联谐振器的接地电极彼此电连接的情况之间的带外衰减的不同。
另外，由于并联谐振器P01、P02和P的接地电极(GND电极)157的元件与其他并联谐振器的元件的公共使用，如图7所示地阻止了足够的带外衰减，因而并联谐振器P01、P02和P的相应接地电极157在该元件中被彼此分离地形成，如图5和6所示。具体地说，图7中的“导电”曲线表示当各个并联谐振器P01、P02和P的接地电极157与其他并联谐振器的接地电极157一起制成时的衰减特性，其中衰减(以dB为单元)越高，它沿着纵轴离原点越近。
图8A示意显示了表面声波滤波器元件封装件的顶视图。
图8B示意显示了图8A所示的表面声波滤波器元件封装件沿着B-B线的剖视图。
具体地说，图8A示意显示了图5和6所示的表面声波元件140。
更具体地说，图8A和8B，从图5和6的描述中的观点，显示了将表面声波滤波器元件140加到一个陶瓷多层铝封装上的封装例子，它是表面封装型的LCC(无引线芯片载体)。
该陶瓷封装件是在带有三个叠置的陶瓷片的陶瓷板200上的，其中接地线233在第一层的陶瓷片上通过形成图形而形成，且接地线231和输入/输出信号线(未显示)在第二层陶瓷片上通过形成图形而形成。这里，图形是借助诸如网板印刷方法形成的。随后，表面声波滤波器元件140(图5和6所示)被加在其上形成有接地线231的多层陶瓷板200的第一层的陶瓷片上。
如图8A所示，在多层陶瓷板200的第二层的陶瓷片表面的角212和214上，形成有四个彼此电绝缘的接地连接区(用于接地的连接区)201-1至201-4。另外，在这些角212和214的中心，在接地连接区201-1至201-4之间，形成有用于输入信号的连接区203，且在接地连接区201-2与201-3之间形成有用于输出信号的连接区205。
即，如图8B中的影线所示的接地线231的图形的部分，形成了接地连接区201-1至201-4。另外，在多层陶瓷板200的外侧，设置了与接地连接区201-1至201-4、203、和205中的每一个相电连接的L形外部连接器241至246，如图8A和8B所示。
另外，并联谐振器P01、P02和P的接地电极157，经过由诸如铝或金制成的连线221、222和223，而分别与接地连接区201-1、201-2和201-3相连，如图8A所示。随后，接地连接区201-1、201-2和201-3，经过孔251，而直接或间接地分别与外部终端241、242和243相连，如图8B所示。
同样，孔251将接地线231与相应的层中的接地线233相连。因此，通过将表面声波滤波器元件140的并联谐振器P01、P02和P的相应接地电极157分别与接地连接区201-1、201-3和201-2相连(而不是与多层陶瓷板200的同一接地连接区相连)，可以获得良好的接地效果。因此，能够防止在采用多级时带外衰减的恶化，且同时提高了表面声波滤波器的性能。
这里，输入侧上的串联谐振器S1的输入电极155，经过连接导线224(由铝或金制成)，而与输入连接区203相连，串联谐振器S4的输出电极156通过用铝或Au制成的连线223而与输出连接区205相连。另外，如上所述，在多层陶瓷板200—在其第一层陶瓷片的中心上加有表面声波元件140—的顶部，设有一个盖260，用于保护表面声波元件140不受外部环境的影响。
虽然上述实施例采用了LiTaO3(钽酸锂)来作为压电板150的材料，但也可以采用诸如LiNbO3(铌酸锂)、SiO2(二氧化硅，晶体石英)、TeO2(二氧化锝)、ZnO(氧化锌)的材料。另外，对表面声波滤波器元件140的封装，不仅限于用在上述实施例中描述的陶瓷层方法制成的LCC(无引线芯片载体)封装，而是可以是任何类型的封装；诸如表面封装和罐封装的。
另外，本发明不仅可以应用到表面声波滤波器—其中串联谐振器S和并联谐振器P以图3所示的方式被连接到一个输出端，而且还可以被应用到其中只有串联谐振器S与输出端相连的表面声波滤波器。另外，表面声波滤波器元件的结构不仅限于图5和6所示的结构，且所用的串联谐振器和并联谐振器的数目和它们的连接也不受限制。
权利要求
1.一种表面声波滤波器元件，包括连接成梯形的串联谐振器和多个相继并联谐振器，其每一个都带有一个压电板、设置在所述压电板上的驱动电极、以及以从两侧夹持所述驱动电极的方式设置在所述压电板上的两个反射电极，其中一个并联谐振器取代了所述相继并联谐振器，该一个并联谐振器具有其面积等于所述相继并联谐振器的驱动电极的总面积的驱动电极。
2.根据权利要求1的表面声波滤波器元件，其中在用一个并联谐振器取代所述相继并联谐振器时，用来进行代替的所述并联谐振器的驱动电极的电极对数目比各个所述相继并联谐振器的驱动电极的电极对数目大。
3.根据权利要求1的表面声波滤波器元件，其中在用一个并联谐振器来代替所述相继并联谐振器时，用来进行代替的所述并联谐振器的驱动电极的开口长度大于各个所述相继并联谐振器的驱动电极的开口长度。
4.根据权利要求1的表面声波滤波器元件，其中在用一个并联谐振器来取代所述相继并联谐振器时，用来进行代替的所述并联谐振器的驱动电极的电极对数目和开口长度都大于各个所述相继并联谐振器的驱动电极的电极对数目和开口长度。
5.根据权利要求1的表面声波滤波器元件，其中所有并联谐振器的接地电极都彼此绝缘地设置。
6.一种表面声波滤波器，包括一个表面声波滤波器元件，它包括连接成梯形的一个串联谐振器和多个并联谐振器，其每一个都具有一个压电板、设置在所述压电板上的驱动电极、以及以从两侧夹持所述驱动电极的方式设置在所述压电板上的两个反射电极，其中一个并联谐振器取代了相继的所述并联谐振器，该一个并联谐振器具有其面积等于所述相继的所述并联谐振器的驱动电极的总面积的驱动电极，所有并联谐振器的接地电极都彼此分离地设置；以及一个封装部分，它对所述表面声波滤波器元件进行封装以使所有并联谐振器的接地电极都与用于接地的分离电极连接区相连。
7.根据权利要求6的表面声波滤波器，其中所述封装部分是芯片载体封装部分。
8.一种表面声波滤波器元件，包括连接成梯形的串联谐振器和谐振器，各个谐振器都具有压电板、设置在所述压电板上的驱动电极、以及以从两侧夹持所述驱动电极的方式设置在所述压电板上的两个反射电极，其中所述并联谐振器的所述驱动电极的面积等于将要与所述串联谐振器相连的多个并联谐振器的驱动电极的面积之和。
9.根据权利要求8的表面声波滤波器元件，其中将要与所述串联谐振器相连的所述多个并联谐振器是相继的。
10.一种表面声波滤波器元件器件，包括连接成梯形的一个串联谐振器和多个并联谐振器，各个谐振器具有压电板、设置在所述压电板上的驱动电极、以及以从两侧夹持所述驱动电极的方式设置在所述压电板上的两个反射电极，其中一个所述并联谐振器的所述驱动电极的面积等于将要与所述串联谐振器相连的一个以上的所述并联谐振器的驱动电极的面积之和；所有并联谐振器的接地电极都彼此分离地设置；以及一个封装部分，它对所述表面声波滤波器元件进行封装以使所有并联谐振器的接地电极都与用于接地的分离电极连接区相连。
11.根据权利要求10的表面声波滤波器元件，其中所述一个以上的将要与所述串联谐振器相连的所述并联谐振器是相继的。
12.提供一种表面声波滤波器元件的方法，该元件包括连接成梯形的串联谐振器和谐振器，各个谐振器都具有压电板、设置在所述压电板上的驱动电极、以及以从两侧夹持所述驱动电极的方式设置在所述压电板上的两个反射电极；该方法包括使所述并联谐振器的所述驱动电极的面积等于将要与所述串联谐振器相连的相继并联谐振器的驱动电极的面积之和的步骤。
13.提供一种表面声波滤波器元件的方法，该元件包括连接成梯形的串联谐振器和多个并联谐振器，各个谐振器都具有压电板、设置在所述压电板上的驱动电极、以及以从两侧夹持所述驱动电极的方式设置在所述压电板上的两个反射电极；包括以下步骤使所述并联谐振器的所述驱动电极的面积等于将要与所述串联谐振器相连的相继的所述并联谐振器的驱动电极的面积之和；为所有的并联谐振器设置彼此分离的接地电极；以及对所述表面声波滤波器元件进行封装以使所有并联谐振器的接地电极都与分离的接地连接区相连。
全文摘要
利用单个的并联谐振器——它具有其面积等于设置成梯形的多个相继并联谐振器的驱动电极面积之和的驱动电极，与串联谐振器一起构成表面声波滤波器元件，以构成表面声波谐振器。另外，在通过对该表面声波滤波器元件进行封装而制成的表面声波滤波器中，滤波器元件的并联谐振器的接地电极彼此电绝缘，并与不同的接地电极连接区相连。
文档编号H03H9/25GK1119372SQ9510287
公开日1996年3月27日 申请日期1995年3月16日 优先权日1994年3月16日
发明者桥本一司 申请人:富士通株式会社