JP2005079694A

JP2005079694A - 分波器

Info

Publication number: JP2005079694A
Application number: JP2003305115A
Authority: JP
Inventors: Miki Ito; 幹伊藤
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-08-28
Filing date: 2003-08-28
Publication date: 2005-03-24

Abstract

【課題】小型化で周波数特性を向上させた分波器を提供すること。
【解決手段】圧電基板上に励振電極を有する受信用フィルタ領域を備えたＳＡＷ装置２をパッケージ３上に備えた分波器において、パッケージ３の側面に、外部アンテナに接続させる線路パターン６を形成するとともに、この線路パターン６と前記受信用フィルタ領域とを接続したことを特徴とする分波器とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車電話及び携帯電話などの移動体無線機器等に内蔵される弾性表面波装置を使用した周波数帯域分波器であって、積層型パッケージを用いて弾性表面波装置を内蔵している。積層型パッケージを小型化し、さらに周波数特性を向上させた分波器に関する。

近年、携帯電話等の移動体通信機器に使用される電子部品として、半導体素子からなる能動部品、チップコンデンサ、チップ抵抗、チップインダクタ、そして弾性表面波（Surface Acoustic Wave、以下、ＳＡＷともいう）フィルタ等のＳＡＷ装置を使用したフィルタ、分波器などがある。能動部品，チップコンデンサ，チップ抵抗は、移動体通信機器の小型化に対応して小型化されてきているが、ＳＡＷフィルタまたはＳＡＷフィルタを使用した分波器（以下、ＳＡＷ分波器ともいう）において、積層型パッケージ（以下、パッケージという）がその体積の大部分を占めており、パッケージの小型化に対する要望が強くなっている。

ここで、図15に携帯電話の高周波回路のブロック回路図を示す。送信される高周波信号は、ＳＡＷフィルタ24によりその不要信号が除去され、パワーアンプ25で増幅された後、アイソレータ26とＳＡＷ分波器18を通り、アンテナ17から放射される。また、アンテナ17で受信された高周波信号は、ＳＡＷ分波器18を通りローノイズアンプ19で増幅され、ＳＡＷフィルタ21でその不要信号を除去された後、アンプ22で再増幅されミキサ23で低周波信号に変換される。この高周波回路の部品では、特にＳＡＷ分波器18が形状的に大きなものとなっていた。

次に、ＳＡＷ分波器の構成を図６に示す。分波器は送信用フィルタ８ａ、受信用フィルタ８ｂおよび送信信号が受信側に漏れないように整合をとるインピーダンス整合用回路である整合回路９から構成されている。送信用フィルタ８ａは図７、受信用フィルタは図８にそれぞれ示すように、ＳＡＷ共振子Ｓを用いたラダー型で構成されている。または、ＳＡＷの縦結合を用いた２重モードＳＡＷフィルタで構成されている（図示なし）。フィルタ８ａ，８ｂは圧電基板８上に形成されている。

次に、ＳＡＷ共振子Ｓの基本構成を図９に示す。同図において、11はＬｉＴａＯ_３等の圧電基板上にスパッタ等の方法で形成された櫛歯状電極（Inter Digital Transducerで、以下、ＩＤＴ電極という）、12はＳＡＷをＩＤＴ11側へ反射し効率良く共振させる反射器である。なお、同図においてＩＤＴ11及び反射器12の電極指は、実際には数10〜数100本にも及ぶため簡略化して示している。

図４および図５に従来のＳＡＷ分波器を示す。ＬｉＴａＯ_３単結晶等の圧電基板上に少なくとも一対のＩＤＴ電極及び反射器等が形成されて成るＳＡＷ装置（素子）102と、それを気密封止し実装するパッケージ103（103ａ，103ｂ，103ｃ，103ｄ）よりなる。ＳＡＷ素子102は、金バンプ102などを介してパッケージ103の底面に、電極形成面をパッケージ側に対向させて接着固定され、ＳＡＷ素子102とパッケージ103表面の電極とを導通接続した後、蓋体104により気密封止している。

ここで、送信信号が受信側に漏れないように整合をとる回路が必要であるが、従来この整合回路は、ストリップラインを使用した線路パターン106で構成されている。この線路パターン106は整合を取るためには線幅0.1ｍｍとして、18ｍｍ以上の長さが必要である。一例として図14に線路パターン106と減衰量のシミュレーション結果を示す。線路パターン106は１層の場合で線幅0.1ｍｍ、層厚み0.2ｍｍ、膜厚２μｍ、誘電率10としている。上記シミュレーション結果によると、40ｄＢ以上の良好な減衰量を得るためには18ｍｍから27ｍｍの線路長が必要であることがわかる。

パッケージの単一の層内で長い線路パターンを形成するとパッケージのサイズが大きくなる。パッケージのサイズを小型化するために、線路パターンをミアンダ状に折り返して線路長を長くすることができるが、これも印刷の精度に限界がある。そのため一般的には、線路パターンはパッケージの複数の層に渡って形成され、ビア108およびビア受け電極108を介して接続する方法が一般的に行われている（特許文献１を参照。）。
特願2000−137191号公報

しかしながら、上記従来のＳＡＷ分波器はパッケージの各層にビアの接続不良をなくすためのビア受け電極が形成されている。このビア受け電極は積層ずれに対しての余裕を持たせるため、ビアの直径よりも大きなものが必要であり、線路パターンを形成できる面積が非常に狭くなるという問題があった。また、ＳＡＷ分波器は、従来５ｍｍ角の大きさが主に使用されているが、たとえば３ｍｍ角以下の小型化を行うことが望まれている。この場合、線路パターンが形成できる面積はさらに小さくなる。３ｍｍ角のパッケージに形成することができる線路パターンは約15ｍｍ程度が最長であり、これでは十分な整合が取れないことになる。特性的に非常に問題の大きいＳＡＷ分波器となっていた。

従って、本発明は上記事情に鑑みて完成されたものであり、その目的は特性が良好でかつ小型化された分波器とすることにある。

本発明の分波器は、１）圧電基板上に励振電極を有する受信用フィルタ領域を備えた弾性表面波装置を基体上に備えた分波器であって、前記基体の側面に、外部アンテナに接続させるインピーダンス整合用線路を形成するとともに、該インピーダンス整合用線路と前記受信用フィルタ領域とを接続したことを特徴とする。

また、２）上記１）において、前記基体は、前記インピーダンス整合用線路が側面から上面または下面にかけて形成された層が複数積層されて成り、前記インピーダンス整合用線路は、前記基体の平面視において前記インピーダンス整合用線路どうしが重ならない状態で形成されていることを特徴とする。

また、３）上記１）において、前記基体は、前記インピーダンス整合用線路が形成された層が複数積層されて成り、前記インピーダンス整合用線路は、前記基体の平面視において前記インピーダンス整合用線路どうしが直交する箇所を含むように引き回されていることを特徴とする。

また特に、４）前記インピーダンス整合用線路はミアンダ形状であり、各層の線路パターンが略直交していることを特徴とする。

本発明の分波器によれば、ビアおよびビア受け電極を形成する必要がないため、線路パターンを形成できる面積を大きくでき、十分なインピーダンス整合を取ることができる。また、インピーダンス整合用線路どうしが交差しない状態で形成されている。もしくは、インピーダンス整合用線路どうしが直交して交差する箇所を含むように形成されているので、インピーダンス整合用線路どうしが互いに干渉することが極力防止される。その結果、特性が良好で小型化された分波器を提供することができる。

本発明の弾性表面波（以下、ＳＡＷという）装置について以下に説明する。図１は本発明の分波器を示している。本発明の分波器はＳＡＷ装置２と、ＳＡＷ装置２を実装する基体であるパッケージ３、気密封止する部材４から構成される。上記ＳＡＷ装置２はＬｉＴａＯ_３単結晶、ＬｉＮｂＯ_３単結晶などの圧電基板上に励振電極であるＩＤＴ電極，反射器，入出力電極，接地電極等が形成されて構成されている。また、パッケージ３はアルミナ，低温焼成セラミック，ＢＴレジンなどの樹脂などより構成されており、複数層３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの積層構造となっている。高周波信号入出力電極及び接地電極が、厚膜印刷法により形成されている。また、送信信号が受信側に漏れないように整合をとるための線路パターン６が、このパッケージ３の複数の層に形成されている。また、上記気密封止する部材４は金属よりなる蓋体を溶接、または半田などにより気密封止している。なお、５はＡｕ（金）等からなるバンプである。

本発明の特徴は、パッケージ３の複数層３ｃ，３ｄに形成された整合をとるための線路パターン（インピーダンス整合用線路）６がパッケージ３の側面に形成された溝部７をとおして接合されている構成にある。すなわち、圧電基板上に励振電極を有する受信用フィルタ領域を備えたＳＡＷ装置２をパッケージ３上に備えた分波器において、パッケージ３の側面に、外部アンテナに接続させる線路パターン６を形成するとともに、この線路パターン６と前記受信用フィルタ領域とを接続したことを特徴とする。また特に、パッケージ３は線路パターン６が側面から上面または下面にかけて形成された層が複数積層されて成り、線路パターン６は、パッケージ３の平面視において線路パターン６どうしが重ならない状態で形成されていることを特徴とする。あるいは、パッケージ３は、線路パターン６が形成された層が複数積層されて成り、線路パターン６はパッケージ３の平面視において線路パターン６どうしが直交する箇所を含むように形成されていることを特徴とする。これにより、パッケージの各層にビアおよびビア受け電極を形成する必要がないため、線路パターンを形成できる面積を大きくでき、線路パターンどうしの電磁気的な干渉を極力防止して十分な整合をとることができる。

図２および図３は本発明の分波器を各層毎に上面から見た平面視での図である。図２は線路パターン６がパッケージ３の平面視において線路パターン６どうしが重ならない状態で形成されている様子を示すものである、また、図３は線路パターン６がパッケージ３の平面視において線路パターン６どうしが直交する箇所を含むように形成されている様子を示すものである。層３ｃ，３ｄにはインピーダンス整合をとるための線路パターンが形成されている。このように、ビアおよびビア受け電極が形成されていないため、線路パターンを形成できる面積が従来に比べて、格段に大きくすることが可能になっていることが判る。３ｍｍ角のパッケージに形成することができる線路パターンは約25ｍｍ程度が最長となり、十分な整合が取れることになる。また、本発明は、線路間の容量結合などにより実効的な線路長が短くなることを防ぐため、複数の層に形成された線路パターンは重なり位置が異なるように配置することを特徴としている。さらに、複数の層に形成された線路パターンの方向が直交するように配置することを特徴としている。この場合、複数の層に形成された線路パターンの重なり位置が最小となり、良好な特性が得られる。

また、本発明のパッケージ３の各層の厚さは75〜800μｍが良い。なぜなら、厚さが75μｍ未満では強度が低下しグリーンシートから作製するのが困難であるからであり、厚さが800μｍを超えると、押し出し成形によるグリーンシートの作製が難しくなるからである。より好ましくは、100〜500μｍの範囲とする。

本発明の分波器用のＳＡＷ共振子は、ＩＤＴ電極がＡｌ又はＡｌ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｔｉ系、Ａｌ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｍｇ−Ｃｕ系等のＡｌ合金、またはＡｌＣｕ／Ｃｕ／ＡｌＣｕ、Ｔｉ／ＡｌＣｕ、Ｔｉ／ＡｌＣｕ／Ｔｉなどの積層膜からなるのが良い。また、ＩＤＴ電極は蒸着法、スパッタリング法又はＣＶＤ法等の薄膜形成法により形成する。

そして、ＩＤＴ電極の電極指の対数は50〜250程度、電極指の線幅は0.1〜10.0μｍ程度、電極指の間隔は0.1〜10.0μｍ程度、電極指の開口幅（交差幅）は10〜200μｍ程度、ＩＤＴ電極の厚みは0.2〜0.5μｍ程度とすることが、ＳＡＷ共振子あるいはＳＡＷフィルタとしての所期の特性を得るうえで好適である。

圧電基板としては、36°±10°Ｙカット−Ｘ伝搬のＬｉＴａＯ_３単結晶、64°±10°Ｙカット−Ｘ伝搬のＬｉＮｂＯ_３単結晶、45°±10°Ｘカット−Ｚ伝搬のＬｉＢ_４Ｏ_７単結晶等が、電気機械結合係数が大きく且つ群遅延時間温度係数が小さいため好ましく、特に電気機械結合係数の大きな36°±10°Ｙカット−Ｘ伝搬のＬｉＴａＯ_３単結晶が良い。また、結晶Ｙ軸方向におけるカット角は36°±10°の範囲内であれば良く、その場合十分な圧電特性が得られる。圧電基板の厚みは0.1〜0.5ｍｍ程度がよく0.1ｍｍ未満では圧電基板が脆くなり、0.5ｍｍ超では材料コストが大きくなる。

また、受信用のＳＡＷ素子，送信用のＳＡＷ素子は、上記の例では１つの圧電基板の主面上に形成されているが、それぞれ別々の圧電基板に作成し、個々にパッケージに実装されても問題はない。

また、封止法は図12に示すとおり樹脂による封止を行ってよい。また図13に示すとおり、ワイヤボンディング法による実装を行っても何ら問題ない。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更は何等差し支えない。

本発明をより具体化した実施例について以下に説明する。

図１の分波器１を以下のように構成した。本実施例ではセラミックパッケージを使用した場合を説明する。まず、パッケージ３について説明する。セラミックスからなる親基板から多数個取りするようにし、前記親基板上に電極パターンを印刷し焼成した後、個別に切断しパッケージの入出力電極及び接地電極を印刷法により形成した。

次に、ＳＡＷ素子２について説明する。38.7°ＹカットのＬｉＴａＯ_３単結晶の圧電基板上に、図２に示すようなＴｉ（厚み90ｎｍ）／Ａｌ（99重量％）−Ｃｕ（１重量％）の２層構造とするか、Ａｌ（99重量％）−Ｃｕ（１重量％）−Ｍｇ（１重量％）の１層構造による微細電極パターンで形成した。送信用ＳＡＷフィルタは2.5段Ｔ型ラダー、受信用ＳＡＷフィルタは2.5段π型ラダーとした。このときの送信用ＳＡＷフィルタの電極周期は約2.2〜2.3μｍとした。受信用ＳＡＷフィルタの電極周期は2.0〜2.2μｍとした、パターン作製には、スパッタリング装置、縮小投影露光機（ステッパー）、およびＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置によりフォトリソグラフィを行った。

まず、基板材料をスクラブ洗浄し、不純物を落とした。次に、電極の成膜を行った。電極の成膜にはスパッタリング装置を使用し、このときの電極膜厚は約0.35μｍとした。

次に、フォトレジストを約0.5μｍの厚みにスピンコートし、縮小投影露光装置（ステッパー）により、所望形状にパターニングを行ない、現像装置にて不要部分のフォトレジストをアルカリ現像液で溶解させ、所望パターンを表出した後、ＲＩＥ装置により電極膜のエッチングを行ない、パターンニングを終了し、梯子型弾性表面波フィルタを構成する弾性表面波共振器の電極パターンを得た。

この後、前記電極の所定領域上に保護膜を作製した。すなわち、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置により、電極パターンおよび圧電基板上にＳｉＯ_２を約0.02μｍの厚みに形成した。その後、フォトリソグラフィによってフォトレジストのパターニングを行ない、ＲＩＥ装置等でフリップチップ用窓開け部のエッチングを行った。その後、スパッタリング装置を使用し、Ａｌを主体とする電極を成膜した。このときの電極膜厚は約1.0μｍとした。その後、フォトレジストおよび不要箇所のＡｌをリフトオフ法により同時に除去し、フリップチップ用バンプを形成するパッドを完成した。

次に、上記パッドにＡｕからなるフリップチップ用バンプを、バンプボンディング装置を使用し形成した。バンプの直径は約80μｍ、高さは約30μｍである。

次に、基板をダイシング線に沿ってダイシング加工を施し、チップごとに分割した。その後、各チップをフリップチップ実装装置にて電極形成面を下面にして
パッケージ内に接着した。その後、窒素雰囲気中でベークを行ない、金属の蓋体を溶接して分波器を完成した。パッケージは3.0ｍｍ×3.0ｍｍ角の積層構造のものを用いた。

比較用サンプルとして、図４および図５に示すような従来パッケージも上記と同様な工程で作製を行った。

次に、本実施例における分波期の特性測定を行った。０ｄＢｍの信号を入力し、周波数760ＭＨｚ〜960ＭＨｚ、測定ポイント数80ポイントの条件にて測定した。サンプル数は10個、測定機器はアジレント・テクノロジー社製マルチポート・ネットワークアナライザE5071Bである。

通過帯域近傍の周波数特性グラフを図10に示す。ここで、図10は分波器の伝送特性を表す挿入損失の周波数依存性を示すグラフである。

本発明品のフィルタ特性は非常に良好であった。図10の実線に示すように、受信用フィルタの特性14は、受信帯域内869ＭＨｚ〜894ＭＨｚの挿入損失約2.9ｄＢ以下であり、送信帯域内824ＭＨｚ〜869ＭＨｚの減衰量43ｄＢ以上であった。また、送信用フィルタの特性13は送信帯域内824ＭＨｚ〜869ＭＨｚの挿入損失約3.0ｄＢ以下であり、受信帯域内869ＭＨｚ〜894ＭＨｚの減衰量55ｄＢ以上であった。

これに対して、比較サンプルとして作製した従来構造の分波器は、図11の実線に示すように、受信用フィルタの特性16は受信帯域内869ＭＨｚ〜894ＭＨｚの挿入損失約3.2ｄＢ以下であり、送信帯域内824ＭＨｚ〜869ＭＨｚの減衰量は33ｄＢ以上であった。また、送信用フィルタの特性15は送信帯域内824ＭＨｚ〜869ＭＨｚの挿入損失約3.4ｄＢ以下であり、受信帯域内869ＭＨｚ〜894ＭＨｚの減衰量53ｄＢ以上であった。

受信用フィルタについては、挿入損失は0.3ｄＢ改善、減衰量は10ｄＢの改善が見られた。送信用フィルタについては、挿入損失は0.4ｄＢ改善、減衰量は２ｄＢの改善が見られた。

このように、本発明の分波器は、圧電基板の主面上に２個以上の、少なくとも１対の櫛歯状電極指から成る励振電極を配置してなる弾性表面波装置を１つのパッケージに実装する分波器であって、弾性表面波素子の整合用線路パターンがパッケージの複数の層に形成され、各層の整合用線路パターンはパッケージ側面に形成された溝部を通して接続されたことを特徴とする。また、各層の整合線路パターンが重ならないように配置されていることを特徴とする。また、各層の整合線路パターンはミアンダ形状であり、各層の線路パターンが略直交している箇所を含むようにしてもよい。これにより、ビアおよびビア受け電極を形成する必要がないため、線路パターンを形成できる面積を大きくでき、十分なインピーダンス整合をとることができた。その結果、特性が良好で小型化されたＳＡＷ分波器を提供することができた。

本発明の分波器の断面図である。本発明の分波器の各層毎の一例を示す上面図である。本発明の分波器の各層毎の他の例を示す上面図である。本発明の分波器の断面図である。本発明の分波器の各層毎の他の例を示す上面図である。本発明の分波器の構成を示すブロック図である。本発明の分波器の送信用フィルタの構成を示すブロック図である。本発明の分波器を構成する受信用フィルタの構成を示すブロック図である。本発明の分波器に使用されているＳＡＷ共振子の基本構成の平面図である。本発明の分波器の周波数と挿入損失の関係を示すグラフである。従来の分波器の周波数と挿入損失の関係を示すグラフである。本発明の分波器を樹脂封止した場合の断面図である。本発明の分波器をワイヤボンディング実装した場合の断面図である。分波器のパッケージの線路パターン長さと分波器の減衰量との関係を示すシミュレーション結果のグラフである。携帯電話の高周波回路のブロック図である。

符号の説明

１：分波器
２：ＳＡＷ装置
３：パッケージ（基体）
３ａ〜３ｄ：パッケージの層
４：蓋体
５：Ａｕバンプ
６：インピーダンス整合用線路パターン（線路パターン）
７：溝部

Claims

圧電基板上に励振電極を有する受信用フィルタ領域を備えた弾性表面波装置を基体上に備えた分波器であって、前記基体の側面に、外部アンテナに接続させるインピーダンス整合用線路を形成するとともに、該インピーダンス整合用線路と前記受信用フィルタ領域とを接続したことを特徴とする分波器。
前記基体は、前記インピーダンス整合用線路が側面から上面または下面にかけて形成された層が複数積層されて成り、前記インピーダンス整合用線路は、前記基体の平面視において前記インピーダンス整合用線路どうしが重ならない状態で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の分波器。
前記基体は、前記インピーダンス整合用線路が形成された層が複数積層されて成り、前記インピーダンス整合用線路は、前記基体の平面視において前記インピーダンス整合用線路どうしが直交する箇所を含むように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の分波器。