JP2005039407A

JP2005039407A - 分波器

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Publication number: JP2005039407A
Application number: JP2003198326A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Yamaki; 雅弘山来; Yoshiichi Kihara; 芳一木原
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2003-07-17
Filing date: 2003-07-17
Publication date: 2005-02-10

Abstract

【課題】分波器の特性を向上させると共に回路設計の自由度を高める。
【解決手段】互いに異なる帯域中心周波数を有する複数の弾性表面波フィルタ１２，１３を積層基板２１に実装すると共に、該フィルタ１２，１３同士のインピーダンスを整合させる整合回路を導体線路３４により形成した分波器で、導体線路のうちの少なくとも一つの導体線路を、積層基板の複数の内層に亘って分割して形成し、該分割形成した導体線路の間に導体層３５を設けた。導体層３５をグランドに接続する。弾性表面波フィルタの下部領域の積層基板内に導体線路３４を配し、該導体線路と弾性表面波フィルタとの間に導体層３６を設ける。
【選択図】図２Ａ

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は分波器に係り、特に携帯電話機等の小型移動体通信機器に好適な弾性表面波フィルタを用いた分波器デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
弾性表面波フィルタ（以下、ＳＡＷフィルタという）を用いた分波器デバイスは、小型・高機能化に適するため、携帯電話機を中心とした移動体通信機器に近年使用されており、その使用帯域は例えば８００ＭＨｚ〜１ＧＨｚ帯、１．５〜２．０ＧＨｚ帯、さらには２．０〜６．０ＧＨｚ帯と多岐に亘っている。
【０００３】
かかる分波器は、信号の送受信を行うＲＦ部（高周波部）内の一構成部品であって一般に送信用フィルタと受信用フィルタとを備え、これら送・受信両フィルタのインピーダンスを整合させて送信信号と受信信号との干渉を防ぐための整合回路を有する。整合回路は、例えば各フィルタの中心周波数に対応した長さの導体線路により形成される。
【０００４】
図８Ａから図９は、従来のＳＡＷフィルタを用いた分波器を示すものである。これらの図に示すように、この種の分波器は、積層基板１にＳＡＷフィルタ２をワイヤボンディング実装（図８Ａ，８Ｂ）あるいはフリップチップ実装し（図９）、基板内にインピーダンス整合回路用の導体線路４を複数層に亘って分割（４ａ，４ｂ）して配置したパッケージモジュールとして構成される。整合回路用の線路を分割して設けるのは、分波器デバイスを小型化するためである。
【０００５】
また、このような分波器を開示するものとして下記特許文献がある。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−３２０２６０号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開２０００−６８７８５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、整合回路用の導体線路を複数層に分割して設ける従来の構造では、デバイスの小型化は可能となるものの、上下に配置した線路間に容量結合が生じ、このため位相回転量が意図する設計値から外れ、あるいは十分な位相回転量が得られないという問題があった。
【０００９】
一方、このような不都合を解消するため、前記特許文献１に記載の分波器デバイスでは、上下の線路パターンの形状を変えることにより（例えば一方を直線パターン、他方をミアンダパターンとする）、上下で線路が重なり合わないように線路を配置する。
【００１０】
ところが、このように線路パターンを層間で異なるものとすることは、当該デバイスの製造工程を複雑にするだけでなく、デバイス設計上のルールを増やし、回路設計の自由度を損なう結果を招く。さらに、線路の形状パターンを変えただけでは、線路間の影響を完全に遮断することは難しい。特に、近時の携帯電話機等の薄型化に応えるには分波器デバイスを低背化する必要があり、線路間の影響はより顕著なものとなって所定のフィルタ特性（設計値通りの位相回転量）を安定して得ることは困難である。また、前記特許文献２もこのような問題を解決できる手段を開示するものではない。
【００１１】
そこで本発明の目的は、分波器（特に整合回路用の導体線路を複数層に亘って分割形成するタイプの分波器）の特性をより一層向上させるとともに、回路設計の自由度を高めることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成して課題を解決するため、本発明に係る分波器（請求項１）は、互いに異なる帯域中心周波数を有する複数の弾性表面波フィルタを積層基板に実装するとともに、該複数の弾性表面波フィルタ同士のインピーダンスを整合させる整合回路を導体線路により形成した分波器であって、前記導体線路のうちの少なくとも一つの導体線路を、前記積層基板の複数の内層に亘って分割して形成し、該分割して形成した導体線路の間に導体層を設けたことを特徴とする。
【００１３】
本発明の分波器では、基板複数層に亘って分割形成したインピーダンス整合回路の線路間に導体層を設けるが、この導体層が当該線路間に従来発生することがあった電磁的あるいは静電的結合を遮断し、上下線路パターン同士の影響を排除する。したがって、上下線路パターン間の容量結合に起因する位相回転量の減少を防ぎ、設計通りの安定したフィルタ特性を得ることが可能となる。
【００１４】
また、上下層に導体線路を分割するときに、そのパターン形状を変えるよう考慮する必要がないから、設計ルール上の制約が生じることがなく、回路設計の自由度が高まる。したがって、本発明によれば、当該整合回路の導体線路を、前記従来の構造（図８Ａ，図９）のように積層方向について同一のパターン形状で同位置に重なり合うよう配置することも出来るし、異なるパターン形状としても勿論構わない。また同時に、インピーダンス整合回路を複数層に分割するから、分波器を小型化することが可能となる。
【００１５】
前記導体層は、上下線路間の遮断性を高めるため、グランドに接続することが好ましい（請求項２）。
【００１６】
また、本発明の分波器では、弾性表面波フィルタの下部領域の積層基板内に前記導体線路を配し、該導体線路と弾性表面波フィルタとの間に導体層を設けることがある（請求項３）。
【００１７】
弾性表面波フィルタの下部領域の積層基板内に前記導体線路を配することにより、当該分波器パッケージ内の実装密度を高め、当該デバイスのより一層の小型化を図ることが可能となる。また、導体線路と弾性表面波フィルタとの間に導体層を設けることで、これら導体線路と弾性表面波フィルタと間の電磁的・静電的結合を防ぎ、分波器の電気的特性を向上させることが出来る。
【００１８】
本発明の他の目的、特徴および利点は、以下の本発明の実施の形態および実施例の説明により明らかにする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【００２０】
図１から図３は、本発明の一実施形態（以下、本実施形態という）に係る分波器を示すものである。図１に示すように、この分波器１１は、２つの帯域通過フィルタ１２，１３と、１つのインピーダンス整合回路１４とを備え、アンテナに接続される共通端子１５と、外部端子に接続される入出力端子１６，１７とを有する。
【００２１】
フィルタ１２，１３は、小型化および高機能化が可能なＳＡＷフィルタ（弾性表面波フィルタ）を使用する。整合回路１４は、これら２つのＳＡＷフィルタ１２，１３間の干渉を防ぎ、所定のフィルタ特性を得るために共通端子１５と一方のフィルタ１３との間に挿入する。尚、整合回路１４は、他方のフィルタ１２と共通端子１５との間、あるいは共通端子１５と各フィルタ１２，１３との間にそれぞれ設けても良いが、分波器の小型化の観点から、本実施形態のように一方のフィルタと共通端子との間のみに設けることが望ましい。
【００２２】
図２Ａおよび図２Ｂは、本実施形態の分波器１１の断面構造と導体線路の形成層をそれぞれ示すものである。これらの図に示すように、分波器１１は、６層の積層基板２１の表面（最上層）にＳＡＷフィルタ１２，１３をワイヤボンディングにより実装し、このＳＡＷフィルタ１２，１３をキャップ２２で覆って封止したものである。基板２１の下面（最下層）には、グランド電極２３と外部端子に接続するための入出力端子２４とを形成し、基板側面には、層間接続用のサイドキャステレーション２５を設けてある。
【００２３】
一方、基板内部には、インピーダンス整合回路１４を構成する導体線路３４を形成する。この導体線路３４は、ＳＡＷフィルタ１２，１３の中心周波数に対応した所定の線路長を有し、上下２層に分割して形成してある。この上下層に分割して形成した整合回路の上側の線路部３４ａと下側の線路部３４ｂとの間には、導体層３５を配し、この導体層３５を基板側面に設けたサイドキャステレーション２５を通じて基板下面のグランド電極２３と接続する。さらに、該上側線路部３４ａの上部（上側線路部３４ａとＳＡＷフィルタ１２，１３との間）にも、同様に導体層３６を設け、該導体層３６もサイドキャステレーション２５を介して基板下面のグランド電極２３に接続する。尚、図２Ｂにおいて符号５０は、ＳＡＷフィルタの下部領域を示す。
【００２４】
これら導体層３５，３６によって、整合回路の上下導体線路３４ａ，３４ｂ同士間、並びにＳＡＷフィルタ１２，１３と整合回路用導体線路３４との間の電磁的・静電的（容量的）結合を防ぐことが出来る。尚、各導体層３５，３６は、導電性を有する材料により構成すれば良く、例えば銅箔により形成することが可能である。また、基板２１は、樹脂基板あるいはセラミック基板とすることができ、さらに、樹脂に無機フィラーを混入した複合材料（例えば樹脂に誘電体セラミック粉末を添加した高誘電率複合材料）によって形成した複合材料基板とすることも可能である。
【００２５】
ＳＡＷフィルタ１２，１３は、基板２１の表面にフリップチップ実装することも出来る。図３はこの例を示すもので、ＳＡＷフィルタ１２，１３をはんだバンプ２６で基板最上層の配線パターンに接続することにより基板２１にフリップチップ実装してある。尚、基板２１の構造（整合回路用導体線路３４および導体層３５，３６等）は、前記図２Ａ，２Ｂに示す例と同様である。
【００２６】
本実施形態の整合回路構造（上下２層に亘って分割した導体線路間に導体層を設けた場合）と、従来の整合回路構造（上下導体線路間に導体層がない場合）とを比較するシミュレーションを行った。
【００２７】
図４は、該シミュレーションにおける本実施形態の線路構造を示すもので、上下２枚の導体層３７，３８の間に整合回路用の導体線路３４ａ，３４ｂを２層に分けて上下方向に重なるように設け、これら上下導体線路部３４ａ，３４ｂの間に導体層３５を形成した。ここで、上部導体層３７と上側線路部３４ａとの間の距離をＬ１、上下線路部間に設けた導体層３５と上側線路部３４ａとの距離をＬ２、該導体層３５と下側線路部３４ｂとの距離をＬ３、下側線路部３４ｂと下部導体層３８との距離をＬ４とすると、Ｌ１＝１００μｍ、Ｌ２＝Ｌ３＝５０μｍ、Ｌ４＝１００μｍとした。また、上側線路部３４ａおよび下側線路部３４ｂの幅ｗは共に７０μｍであり、基板の誘電率εｒは４．７である。
【００２８】
一方、図６は、比較対照としての従来の線路構造を示すものである。この構造は、上記本実施形態の線路構造と同様に上下２枚の導体層３７，３８の間に整合回路用の導体線路４ａ，４ｂを２層に分けて上下方向に重なるように設けたものであるが、両線路部４ａ，４ｂの間に導体層を設けていない。また、上部導体層３７と上側線路部４ａとの間の距離をＬ５、上側線路部４ａと下側線路部４ｂとの距離をＬ６、下側線路部４ｂと下部導体層３８との距離をＬ７とすると、Ｌ５＝Ｌ６＝Ｌ７＝１００μｍであり、前記実施形態と同様に上下線路部４ａ，４ｂの幅ｗは共に７０μｍ、基板の誘電率εｒは４．７である。
【００２９】
図５は上記本実施形態の線路構造（図４）によって得られる位相回転量を示すスミスチャートとデバイス通過特性を示す線図であり、図７は従来の線路構造（図６）による場合である。
【００３０】
これらの図に示すように、位相回転量（６６０〜１０６０ＭＨｚ帯）について、従来構造では１２３．６°の回転量しか得られないのに対して本実施形態の構造によれば、１５５．２°の位相回転量を得ることが可能となった。また、フィルタＦ１の通過帯域における減衰量が、従来構造では８２４ＭＨｚで−３．３７ｄＢ、８４９ＭＨｚで−２．２５ｄＢであるのに対し、本実施形態の構造によれば８２４ＭＨｚで−２．４６ｄＢ、８４９ＭＨｚで−１．９１ｄＢであり、フィルタ特性（相手側フィルタの通過帯域における減衰量）を改善することが出来る。
【００３１】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内で種々の変更を行うことができることは当業者に明らかである。例えば、前記実施形態では、インピーダンス整合回路を構成する導体線路３４を２層に分けて形成したが、これを３層あるいはそれ以上の層に分けて形成することも可能である。この場合、各線路部間に導体層を配置して各線路部間の干渉を防止すれば良い。また、弾性表面波フィルタ（ＳＡＷフィルタ）についても、前記実施形態は２個のフィルタ１２，１３を備えるが、３個以上のフィルタを備えた分波器を構成しても良く、これらも本発明の範囲に含まれる。また、前記導体層３５，３６は、サイドキャステレーション２５を介してグランド電極に接続を行ったが、スルーホールあるいはビアホールによって接続を行うようにしても構わない。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、分波器（特に整合回路用の導体線路を複数層に亘って分割形成する分波器）の特性をより一層向上させるとともに、回路設計の自由度を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る分波器の一例を示すブロック図である。
【図２Ａ】本発明に係る分波器の一例を示す断面図である。
【図２Ｂ】前記図２Ａの分波器における基板の内層（導体線路の形成層）を示す平面図である。
【図３】本発明に係る分波器の別の例を示す断面図である。
【図４】本発明に係る分波器の整合回路における導体線路の配置例を示す図である。
【図５】（ａ）は前記図４の構造による位相回転量を示すスミスチャートであり、（ｂ）はデバイス通過特性を示す線図である。
【図６】従来の分波器の整合回路における導体線路の配置例を示す図である。
【図７】（ａ）は前記図６の構造による位相回転量を示すスミスチャートであり、（ｂ）はデバイス通過特性を示す線図である。
【図８Ａ】従来の分波器の一例を示す断面図である。
【図８Ｂ】前記図８Ａの分波器における基板の内層（導体線路の形成層）を示す平面図である。
【図９】従来の分波器の別の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１１分波器
１２，１３ＳＡＷフィルタ（弾性表面波フィルタ）
１４インピーダンス整合回路
１５アンテナ接続用共通端子
１６，１７，２４入出力端子
２１基板
２２封止用キャップ
２３グランド電極
２５サイドキャステレーション
４，３４整合回路用導体線路
４ａ，３４ａ整合回路の上側線路部
４ｂ，３４ｂ整合回路の下側線路部
３５，３６，３７，３８導体層
５０ＳＡＷフィルタの下部領域

Claims

互いに異なる帯域中心周波数を有する複数の弾性表面波フィルタを積層基板に実装するとともに、該複数の弾性表面波フィルタ同士のインピーダンスを整合させる整合回路を導体線路により形成した分波器であって、
前記導体線路のうちの少なくとも一つの導体線路を、前記積層基板の複数の内層に亘って分割して形成し、
該分割して形成した導体線路の間に導体層を設けた
ことを特徴とする分波器。
前記導体層がグランドに接続されている請求項１に記載の分波器。
前記弾性表面波フィルタの下部領域の積層基板内に前記導体線路を配し、
該導体線路と弾性表面波フィルタとの間に導体層を設けた
請求項１または２に記載の分波器。