本发明涉及压电基片上有多个叉指换能器和反射器的一种表面 声波谐振腔滤波器。

近来发展的各种通信设备都采用表面声波滤波器，特别是在数字 通信系统中近来已有一种应用中频(IF)级的趋势，要求有一个选择性 好、宽的通带宽、平坦的组合延迟特性的小巧滤波器。有一种周知的 传统小巧表面声波滤波器，插入损耗小，宽的通带宽。这是一种纵向 耦合的谐振腔滤波器，这种谐振腔滤波器在其36°Y截面X向传播 式的LiTaO3基片上包括许多叉指换能器(IDT)彼此紧密配置，并在各 IDT的两侧设有反射器。

然而，在采用36°Y截面X向传播LiTaO3基片的传统谐振腔 滤波器中，频率的温度系数约为35ppm/℃，在例如室温±50℃温度 范围内频率的变化高达±1750ppm的范围，因而有这样的问题：实际 应用这种滤波器时有效的通带宽度狭窄得使通带附近的选择性(毗邻 通道中的衰减)不足。此外还有这样的问题：出于与反射系数大小有关 的原因，要将这类滤波器做得足够小巧是有困难的，因为这种滤波器 需要有很大数目的反射电极叉指的反射器来收集足够的能量。

本发明的最佳实施例是提供一种温度特性优异、性能好、宽的通 带宽的价廉小巧的表面声波谐振腔滤波器，具体措施是：通过限制IDT 的电极和反射器的厚度、SiO2薄膜的厚度，和将IDT电极叉指的数 目限制在最佳的范围。

为取得上述优点，按照本发明实施例的第一方面，表面声波谐振 腔滤波器包括：一个36°Y截面X向传播LiTaO3基片；多个在LiTaO3基片上彼此紧密设置的IDT；在多个IDT两侧面上设置的反射器；和 一个SiO2薄膜安置得使SiO2薄膜将各IDT和反射器都覆盖住。IDT 的电极和反射器最好由铝或由铝组成的合金制成。电极厚度比T/λ和 SiO2薄膜厚度比H/λ最好取满足下列范围的值：

    2.6％≤T/λ≤4.8％；22％≤H/λ≤38％； 其中T表示IDT电极和反射器的厚度，H表示SiO2薄膜的厚度，λ 表示表面声波的波长，其长度是反射器电极间距的两倍。

按照本发明最佳实施例的第二方面的表面声波谐振腔滤波器，其 特征在于，在36°Y截面X向传播式的LiTaO3基片上设置有许多级， 各级由谐振腔结构组成，这种谐振腔包括按本发明最佳实施例第一方 面的多个IDT和反射器，各级按级联连接。

按照本发明最佳实施例的第三方面，在本发明最佳实施例的第一 或第二方面的表面声波谐振腔滤波器中，其SiO2薄膜最好采用射频磁 控管溅射法形成。

按照本发明最佳实施例的第四方面，本发明最佳实施例的第一、 第二、第三方面的表面声波谐振腔滤波器的IDT，其一级中的电极叉 指总对数Nt最好设在不等式14≤Nt≤68范围内。

按照本发明最佳实施例的第五方面，在本发明最佳实施例的第一 方面、第二方面、第三方面和第四方面的表面声波谐振腔滤波器中， 其SiO2薄膜厚度比H/λ最好设在不等式26％≤H/λ≤36％的范围 内。

按照本发明最佳实施例的第一方面，通过将电极厚度比T/λ和 SiO2薄膜厚度比H/λ限制在最佳范围内可以按稍后将详述的那样提 供具有插入损失小、温度特性良好的小巧表面声波谐振腔滤波器。

按照本发明最佳实施例的第二方面，通过连接多个上述级联级， 可以得出选择性提高的滤波器。

按照本发明最佳实施例的第三方面，由于采用射频磁控管溅射法形成SiO2薄膜，提高了成批生产的生产率。

按照本发明最佳实施例的第四方面，通过将IDT电极叉指对的数目限制在 最佳范围内，可以保持所要求的通带宽，并减小通带波纹。

按照本发明最佳实施例的第五方面，通过将SiO2薄膜厚度比H/λ限制在 最佳范围，可以进一步改善频率的温度特性。

从下面对本发明附图所示的最佳实施例的说明，本发明的的其他特征和优 点将变得显明。

图1(a)是沿图1中的X-X线截取的剖视图。

图2是本发明第二实施例的表面声波谐振腔滤波器的平面图。

图3示出了用电极厚度T/λ作为参数时一个电极叉指的SiO2薄膜厚度比 H/λ与反射系数之间的关系曲线，是根据本发明最佳实施例所进行的一次实验 得出的。

图4示出了根据本发明最佳实施例所进行的一次实验得出的电极厚度比 T/λ与插入损失之间的关系曲线。

图5示出了采用电极厚度比T/λ作为参数时SiO2薄膜厚度比H/λ与频率 的温度系数之间的关系曲线，是根据本发明最佳实施例进行的一次实验取得 的。

图6示出了IDT的电极叉指对总数Nt、通带波纹和3分贝相对带宽之间 的关系，是根据本发明的最佳实施例进行的一次实验取得的。

图7示出了本发明另一最佳实施例的表面声波谐振腔滤波器特性曲线的 一个例子。

图8示出了本发明最佳实施例的表面声波谐振腔滤波器和一般的表面声 波谐振腔滤波器在中心频率方面相对于温度的变化情况。

本发明的发明者同人研究了用射频磁控管溅射法在IDT和反射器上形成 SiO2薄膜来改善频率的温度特性的可能性，发现了通过将铝电极和SiO2薄膜 等的厚度限制到最佳范围可以改善频率的温度特 性，且通过减少反射器电极叉指的数目可缩小表面声波谐振腔滤波器 的体积。

现在参看本发明一些最佳实施例的附图说明本发明的内容。以后 各平面图中的加点区表示被覆有SiO2薄膜的部位。

图1(a)和1(b)示出了本发明第一个最佳实施例的表面声波谐振腔 滤波器的结构。图1(a)的平面图示出了本发明最佳实施例的表面声波 谐振腔滤波器最小单元基本结构的平面图。图1(b)的剖面图是沿图1(a) 的X-X线截取的。

如图1(a)和1(b)中所示，在此最佳实施例的表面声波谐振腔滤波 器中，在36°Y截面X向传播式LiTaO3基片1上彼此紧密配置有IDT 2和IDT3和反射器4，IDT2和IDT3各自的一对梳状电极2a和2b 以及各自的一对梳状电极3a和3b，其电极指彼此交叉成叉指，反射 器4则由多个在IDT2和IDT3两侧设置的反射电极指构成。此外， 36°Y截面X向传播LiTaO3基片上还形成有SiO2薄膜5将IDT2、 IDT3和反射器4都覆盖住。

梳状电极2a、2b、3a和3b各自具有暴露的电极部分2c、2d、 3c和3d，供在其连接部分输入和输出信号用。暴露的电极部分2c和 3c接输入/输出端子6，暴露的电极部分2d和3d接地。

本发明最佳实施例的表面声波谐振腔滤波器的最佳制造过程说 明如下：

首先，通过蒸发、溅射等之类的方法在36°Y截面X向传播式 LiTaO3基片上形成铝膜或含大约1％重量的铜的铝合金膜。然后用光 刻法等之类的方法在薄膜上形成一定的图形，从而形成IDT2、IDT3 和反射器4。接着用射频磁控管溅射等之类的方法形成SiO2薄膜5， 将IDT2、IDT3和反射器4都覆盖上。

暴露的电极部分2c、2d、3c和3d是例如在CF4等离子体中进 行离子蚀刻除去SiO2薄膜5的一部分或在形成SiO2薄膜5的过程中 用掩膜形成的。

在36°Y截面X向传播式LiTaO3母板(圆片)上形成上述多个表 面声波谐振腔滤波器，各滤波器则用切割机之类的工具将表面声波谐 振器切开制成的。图1(b)中，T表示IDT2、IDT3和反射器4各自 的电极的厚度，H表示SiO2薄膜5的厚度，λ表示表面声波的波长， 其长度两倍于反射器电极的间距。

图2示出了本发明第二最佳实施例的表面声波谐振腔滤波器的 结构。图2是具有多个谐振腔的表面声波谐振腔滤波器的平面图，谐 振腔上形成有图1所示的构件。从图2中可以看到，本最佳实施例的 表面声波谐振腔滤波器是在36°Y截面X向传播LiTaO3基片1上 包括三个由图1所示的IDT2、IDT3和反射器4的表面声波谐振腔 滤波器彼此平行配置并级联起来构成的。IDT和反射器的结构基本上 与图1的相同，因而这里不再介绍。

通过形成各包括IDT和反射器的多个表面声波谐振腔滤波器组 成的级联级，由于通带之外的衰减大，因而可以得出选择性高的表面 声波谐振腔滤波器。

现在说明根据本发明的最佳实施例的表面声波谐振腔滤波器之 所以取根据实验结果得出的设计条件的原因，实验是对所制成的许多 样品通过改变电极厚度、SiO2薄膜的厚度、电极叉指的间隙、电极叉 指的对数等进行的。

图3示出了IDT或反射器的一个电极叉指的反射系数对SiO2薄 膜厚度比H/λ的关系曲线图，采用电极厚度比T/λ作为参数。

从图3中可以看出，一个电极叉指的反射系数取决于SiO2薄膜 的厚度H或电极的厚度T且与上述两种情况下的厚度成线性地增加。

在一般的36°Y截面X向传播式(无SiO2薄膜)的LiTaO3基片 的情况下，为例如通过将表面声波的能量充分收集在谐振腔滤波器中 得出所要求的特性(插λ损失)，当电极厚度比T/λ为4.5％，反射器需 要大约50个电极叉指。在此情况下(T/λ=4.5％,H/λ=0)，如图3 中所示，一个电极叉指的反射系数为0.06。

为使表面声波谐振腔滤波器小巧化，需要减少反射器电极叉指的 数目。为将反射器电极叉指的数目减少到50个以下，和现有技术不 同，一个电极叉指的反射系数必须起码大于0.06。但SiO2薄膜的厚 度大会增加形成薄膜的时间，从而降低生产率。此外，还导致在基片 中产生应力，从而使基片在装配的过程中或装配之后断裂，并使电极 薄膜和SiO2薄膜产生裂纹。因此，在实际应用中，SiO2薄膜的厚度 比H/λ必须等于或小于40％。

从图3中可以看出，电极厚度比T/λ必须为2.6％或以上，则SiO2薄膜厚度比H/λ在0至40％实用范围中时，一个电极叉指的反射系数 可以在0.06以上。因此，要使滤波器小巧，电极厚度比T/λ要取2.6％ 或以上。

图4示出了SiO2薄膜厚度比H/λ为29.5％时滤波器电极厚度比 T/λ与最小插λ损失的关系曲线。

从图4中可以看出，在电极薄膜厚度比T/λ达到大约2.5％时， 插入损失随电极薄膜厚度比T/λ的增大而减小，因为各反射器将表面 声波的能量限制在谐振腔滤波器中。然而，超过大约2.5％时，插入损 失随着电极薄膜厚度比T/λ的增大而增加。我们认为这是由于电极的 模从表面声波转变为体波而使损失增加所致。

由于中频级中使用的滤波器通常必须具有高的选择能力，因而这 种滤波器必须构制得使其多个级如图2所示的那样级联。三个级如图 2中那样级联时，插入损失会比一级结构的大两倍。就是说，实际使 用的滤波器的最小插入损失为图4所示插入损失的三倍。

另一方面，按照经常用作宽带滤波器的横向滤波器的设计技术， 最小插入损失等于6分贝双向损失和其它种类损失的和。因此，本发 明最佳实施例旨在减少插入损失，取三级联级的目标最小插入损失为 6分贝。就是说，目标是图4中等于或小于2分贝的插入损失，而这 一点不用说可以通过取等于或小于4.8％的电极厚度比T/λ来达到。 此外，在电极厚度比T/λ取等于4.3％或以下的情况下，插入损失可 以减小到1.5分贝。

图5示出了SiO2厚度比H/λ和频率的温度系数的关系曲线，采 用电极厚度比T/λ作为参数。

如图5中所示，频率的温度系数不仅取决于SiO2薄膜厚度比H/ λ，而且还取决于电极厚度比T/λ，而温度系数为0的SiO2薄膜厚度 比H/λ随电极厚度比T/λ而变化。

设计频率的温度系数的指标取现有技术指标的三分之一，即等于 或小于±10ppm/℃。图5示出了在电极厚度比T/λ如上述那样取2.6 至4.8％范围的情况下取SiO2薄膜H/λ在22至38％的范围可以得出 等于或小于±10ppm/℃的频率的温度系数。

此外，使用石英基片时通过取SiO2薄膜厚度比H/λ在26至36％ 的范围内，频率的温度系数还可以取等于或优于±5ppm/℃。由于频 率的温度系数可以取0ppm/℃，因而最好取SiO2薄膜厚度比H/λ在大 约27至35％的范围。

现在谈谈妥善取IDT电极叉指对数以抑制通带波纹和取得所要 求的通带宽度的过程。假设N表示图1中各IDT2和IDT3的电极叉 指对的数目，Nt表示该两个IDT电极叉指对的总数(电极叉指的总 数)，图6示出了电极叉指对总数Nt变化时通带波纹和3分贝相对带 宽的变化情况。

例如，在欧洲数字无绳电话(DECT)系统110.6兆赫中心频率用的 中频波滤器的情况下，所要求的通带宽度为±0.6兆赫或以上的标称 中心频率，即1.2兆赫或以上。采用36°Y截面X向传播式LiTaO3基片的一般表面声波谐振腔滤波器当考虑到频率的温度特性和老化 时其通带宽度须为1.5兆赫或以上。然而，由于本发明最佳实施例的 频率的温度系数可以非常小，1.3兆赫的通带宽度和大约1.2％的相对 带宽，即使把频率的温度特性和老化容限考虑进去也不会在实际应用 中产生任何问题。此外，在实际应用中，通带波纹应为1分贝或以下。

图6示出，电极叉指对总数Nt和电极叉指对数N(等于Nt的一 半)分别取14至68和7至34的范围时，可以使3分贝相对带宽达1.2％ 或以上和1分贝或以下的通带波纹。IDT的电极叉指对数越大，插入 损失越大。但业已确定，当电极叉指总对数Nt的最大值为68时，插 入损失等于或小于2分贝。

如上所述，为提供频率的温度系数为±10ppm/℃或以下、可以 制成小巧型、损耗和波纹较低的表面声波谐振腔滤波器，采用了36° Y截面X向传播式LiTaO3基片，对设计条件严加限制。得出的设计 条件概括起来如下：

(1)电极厚度比T/λ最好在2.6％≤T/λ≤4.8％的范围内。

(2)SiO2薄膜厚度比H/λ最好在22％≤H/λ≤38％，更好是26％ ≤H/λ≤36％的范围内。

(3)电极叉指总对数Nt最好在14≤Nt≤68的范围内。

图7示出了按上述结果制成的标称中心频率为110.6兆赫的表面 声波谐振腔波器特性曲线的一实例。

当在图2所示的具三级结构的表面声波谐振腔滤波器的情况 下，该表面声波谐振腔滤波器的IDT和反射器由铝电极构成，SiO2薄膜用射频磁控管溅射法形成，电极厚度比T/λ、SiO2薄膜厚度比 H/λ和电极叉指总对数Nt分别取3.7％、29.5％和28。

3分贝通带宽约为1.5兆赫，得出的相对通带宽为1.36％。此外， 得出的频率的温度系数非常小，这使衰减在±50℃室温度范围要求 大衰减量的110.6兆赫±1.728兆赫的频率下维持在46分贝或以上。 此外，一个电极叉指反射系数的测定值约为0.075。

图8示出了一般没有SiO2薄膜形成的表面声波谐振腔滤波器和 上述实施例的滤波器、它们的中心频率相对于温度而变化的曲线。从 图8可以看到，一般表面声波谐振腔滤波器的频率的温度系数为- 35ppm/℃，上述实施例滤波器的频率的温度系数为+0.6ppm/℃。因此 大大改善了中心频率相对于温度的变化情况。

此外，一个电极叉指的反射系数可以达约0.075之大，这使反射 器的电极叉指数可以从50个减少到40个。此外，由于IDT的辐射电 导增加了，因而可以减少IDT的电极叉指对数。这样就可以得出面积 比为现有技术的三分之二的芯片，并提供一种表面声波滤波器其包装 尺寸只有现有技术的三分之一。

虽然上述实施例是采用0级纵向模和1级纵向模、各IDT按上述 最佳实施例在各反射器之间形成的双模谐振腔滤波器，但本发明最佳 实施例还可应用于在各反射器之间形成有三个或以上的IDT的表面声 波谐振腔滤波器，以促进更高次的模。

综上所述，按照本发明的最佳实施例，通过下列措施可以得出温 度特性好、性能高和宽的通带宽的小巧表面声波谐振腔滤波器：SiO2薄膜形成得使其覆盖住在36°Y截面X向传播LiTaO3基片上形成 的IDT和反射器；电极的厚度、SiO2薄膜的厚度和电极叉指总对数 取最佳范围的值。

此外，用射频磁控管溅射法形成SiO2薄膜，由于生产率高，因 而降低了SiO2薄膜的造价；由于芯片体积减小了，因而从一个圆片得 出的芯片数加到1.5倍；而温度特性的改善提高了滤波器的产量，既 降低了材料成本，又提高了生产率。

虽然已相对于具体的最佳实施例来说明本发明，对于本领域的一 般技术人员来说将清楚了解有许多别的变化和变型及其他使用。因 此，最好不要用其中的具体公开，而只应由所附权利要求来限定本发 明。