JP2008258676A - 弾性表面波デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】弾性表面波デバイスとインピーダンス整合素子および信号処理デバイスの実装スペースを削減でき、しかもデバイス間のインピーダンスマッチングを確実、容易にする。
【解決手段】圧電基板２１上に弾性表面波素子部２２とインピーダンス調整用コンデンサ２４を一体形成する。圧電基板を実装するモジュール基板２３上にインピーダンス調整用チップインダクタ２５を実装する。
コンデンサは、圧電基板上に形成した一対の対向電極で構成する。この対向電極は、くし型電極構造、さらにＩＤＴ電極における弾性表面波の伝播方向に対して垂直な方向に形成した構造、ＩＤＴ電極の一対の電極指のうち、隣接して対向する電極指で構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、弾性表面波デバイスに係り、特に平衡型信号処理デバイスとの間のインピーダンスマッチング技術に関する。

弾性表面波（ＳＡＷ）デバイスは、圧電基板上にくし型電極（ＩＤＴ：インター・ディジタル・トランスデューサ）を形成し、高周波入力信号に対して所定の周波数帯域の高周波出力信号のみを取り出す高周波帯域フィルタとして多用されている。例えば、図９は無線通信端末になる携帯電話の送受信部の回路構成を示し、高周波（ＲＦ）の送信デバイス１とアンテナ２との間、および高周波の受信デバイス３とアンテナ２との間に弾性表面波デバイス４，５を介挿することで、それぞれ数百ＭＨｚ帯域の送信信号波と受信信号波を分離抽出する。また、図１０ではフィルタ周波数が異なる４つのＳＡＷデバイス６〜９と信号処理デバイス１０間に信号選択デバイス１１を介挿し、各ＳＡＷデバイス６〜９は信号処理デバイス１０が入出力する信号波を分離抽出する。

また、弾性表面波デバイスは、携帯電話の高機能化、高性能化に伴い、低挿入損失および優れた周波数選択性が要求されている。一方、最近では携帯電話または携帯電話内のノイズの影響を小さくするために、２つの信号線から構成される平衡型に回路設計されている。すなわち、弾性表面波フィルタは、従来はフィルタ機能のみをもつものであったが、最近は不平衡−平衡変換機能（バラン機能）が要求され、フィルタ機能とバラン機能の２つをもつ回路構成にされている。

例えば、図９の場合、弾性表面波デバイス４では送信デバイス１からの平衡送信信号をフィルタ処理すると共に不平衡信号に変換してアンテナ２に出力し、弾性表面波デバイス５ではアンテナ２からの不平衡受信信号をフィルタ処理すると共に平衡信号に変換して受信デバイス３に出力する。

上記の平衡型の信号処理デバイスと弾性表面波デバイスとの回路結合において、デバイスの挿入損失の軽減や反射波による損失（リターンロス）の抑制のために、入出力インピーダンスマッチングが図られる。例えば、図１１に示すように、同図の（ａ）では弾性表面波デバイス１２と平衡型の信号処理デバイス１３を接続する２つの入出力端子間にインピーダンス整合素子１４を設ける。また、同図の（ｂ）では弾性表面波デバイス１２と平衡型の信号処理デバイス１３を接続する２つの入出力端子とアース間にインピーダンス整合素子１５，１６を設ける。

これらインピーダンス整合素子は、例えばインダクタが使用され、実際にはチップ構成のインダクタが使用され、弾性表面波デバイスの平衡入出力端子のインピーダンスを平衡型の信号処理デバイスのそれに合わせる。他のインピーダンス整合素子としては、チップインダクタとチップコンデンサを併用することで、平衡端子間の信号の振幅および位相のバランス特性を改善するものも提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−３３８７２４号公報

図９〜図１１に示すように、弾性表面波デバイスと平衡型の信号処理デバイスの結合回路、さらには信号選択デバイスを介挿させた結合回路に、チップインダクタやチップコンデンサのインピーダンス整合素子を介挿する場合、プリント基板上に弾性表面波デバイスと信号処理デバイスを実装し、さらに信号選択デバイスを実装し、これらデバイス間にインピーダンス整合素子（チップ）を実装するという、組み立て（ディスクリート）構造にされる。この組み立て構造を採ることにより、各デバイスおよびインピーダンス整合素子チップの製造メーカが異なる場合にも、それらを使用した実装ができる。

しかしながら、上記の組み立て構造では、プリント基板には各デバイスおよびチップ部品を実装できるスペースを確保する必要があり、プリント基板の小型化を制約する問題があった。特に、携帯電話のような多機能装置では、プリント基板に他の機能デバイスも高密度で実装できることが要求され、弾性表面波デバイスと信号処理デバイス、信号選択デバイスおよびインピーダンス整合素子を実装するスペースの確保が問題となる。

次に、上記の組み立て構造では、弾性表面波デバイスと信号処理デバイス、信号選択デバイスおよびインピーダンス整合素子の各端子間は、プリント基板上に形成したストリップラインで互いの端子間の接続を得る。このライン接続には、浮遊容量の発生やラインがもつインダクタが介在してしまい、これらがデバイス間のインピーダンスマッチングに影響することがある。このため、インピーダンス整合素子の実装に際しては、設計通りのインダクタ値やコンデンサ容量のものが最適のものとはならず、装置組み立て時に微調整している。

しかし、既存のインダクタチップは、予め定めたインダクタ値のものしか提供されていないため、インピーダンスマッチングに最適のインダクタチップを選択できない場合が起きる。同様に、最適のコンデンサチップを選択できない場合が起きる。

例えば、ＪＩＳのＥ１２系列のインダクタチップは、インダクタ値が１０，１２，１５，１８，２２，２７，３３，４７，５６，６８，８２ｎＨという、飛び飛びのものに限られ、これらの内から１つを選択するのではインピーダンスマッチングが得られない場合があるし、チップ選択とその実装作業が煩雑になる。

本発明の目的は、弾性表面波デバイスとインピーダンス整合素子および信号処理デバイス等の実装スペースを削減でき、しかもデバイス間のインピーダンスマッチングを確実、容易にした弾性表面波デバイスを提供することにある。

本発明は、前記の課題を解決するため、ＩＤＴ電極を形成する圧電基板上にインピーダンス整合用コンデンサを一体形成した弾性表面波デバイスとしたもので、以下の構成を特徴とする。

（１）圧電基板上に形成した複数のＩＤＴ電極によって平衡／不平衡入出力を得る弾性表面波素子を構成し、この弾性表面波素子の入力端子及び出力端子の一方を構成する平衡端子にはインピーダンス整合用のインダクタおよびコンデンサが介挿されて平衡型信号処理デバイスに接続される弾性表面波デバイスであって、
前記コンデンサは、前記圧電基板上に形成した一対の対向電極で構成し、この対向電極を前記弾性表面波素子の平衡端子に接続した構造を特徴とする。

（２）前記対向電極は、くし型電極構造としたことを特徴とする。

（３）前記対向電極は、前記ＩＤＴ電極における弾性表面波の伝播方向に一致しない方向に形成したことを特徴とする。

（４）前記対向電極は、前記平衡端子に接続される前記ＩＤＴ電極の一対の電極指のうち、隣接して対向する電極指で構成することを特徴とする。

（５）前記弾性表面波素子が実装されるモジュール基板上に、インピーダンス整合用チップインダクタを実装した構造を特徴とする。

以上のとおり、本発明によれば、ＩＤＴ電極を形成する圧電基板上にインピーダンス整合用コンデンサを一体形成した弾性表面波デバイスとしたため、弾性表面波デバイスとインピーダンス整合素子および信号処理デバイスの実装スペースを削減でき、しかもデバイス間のインピーダンスマッチングが確実、容易になる。

また、弾性表面波素子とインピーダンス整合素子および平衡信号処理デバイスとの至近接続によって、それらの間の浮遊容量や自己インダクタンスを低減し、低挿入損失を図ることもできる。

（１）弾性表面波デバイスの構成
図１は、本発明の実施形態を示す弾性表面波デバイスの構成図である。弾性表面波デバイスは、圧電基板２１上にくし型電極（ＩＤＴ電極）構造の弾性表面波素子部２２を形成し、この圧電基板２１が搭載された弾性表面波装置２０をモジュール基板２３に実装して構成される。

ここで、本実施形態では、圧電基板２１上にインピーダンス調整用のコンデンサ２４を形成し、弾性表面波素子部２２の平衡端子に回路接続した構成とする。このコンデンサ２４は、後に具体例で説明するように、圧電基板２１上に対向電極として形成されるもので、従来のチップコンデンサを実装するものではない。

さらに、本実施形態では、モジュール基板２３上にインピーダンス調整用のチップインダクタ２５を実装し、弾性表面波素子部２２の平衡端子に回路接続した構成とする。

したがって、インピーダンス調整用のコンデンサ２４を弾性表面波素子部２２と至近距離で形成し、さらにチップインダクタ２５をモジュール基板２３上で圧電基板２１と至近距離で接続する。

この構造により、弾性表面波デバイスの平衡端子から見たインピーダンス調整を確実、容易にする。すなわち、弾性表面波素子部２２とコンデンサ２４およびチップインダクタ２５間の至近接続により、それらの間に余計な浮遊容量やインダクタが介在することがなく、チップインダクタ２５には規定のインダクタ値をもつものから選択し、終端インピーダンスが最適なコンデンサ２４を形成することで済む。

図２は、コンデンサ２４の容量によるインピーダンス変化のシミュレーション結果を示す。同図の（ａ）はコンデンサ２４の容量が０ｐＦの場合のスミスチャートを示し、弾性表面波デバイスの平衝側端子の反射特性が誘導性（スミスチャートの上側）になる。これに対し、同図の（ｂ）はコンデンサ２４の容量を０．０８ｐＦにした場合のスミスチャートを示し、平衡端子の反射特性が容量性に移動して最適のインピーダンスに調整できる。このときのリターンロス特性（反射特性の絶対値）は、コンデンサを挿入していない図２の（ｃ）の特性に対して、コンデンサを挿入した図２の（ｄ）では特性が改善され、ターゲットとしているスペックの１２ｄＢをクリアすることが確認された。

図３は、弾性表面波デバイスと信号処理デバイスをプリント基板に実装したときの側面図を示し、コンデンサ２４と弾性表面波素子部２２を形成した圧電基板２１を弾性表面波装置に完装したものと、チップインダクタ２５を実装したモジュール基板２３をプリント基板２６に実装し、このプリント基板２６にはモジュール基板２３に近接させて信号処理デバイス２７を実装し、これらデバイス間の信号接続をプリント基板２６上に形成したストリップラインで得る。

このように、本実施形態では、弾性表面波素子部２２とコンデンサ２４およびチップインダクタ２５間を至近接続してその小型化を図ることができ、これに伴い弾性表面波デバイスと信号処理デバイス等の実装スペースも削減できる。しかも、弾性表面波デバイスと信号処理デバイスの至近接続により、接続ラインで発生する浮遊容量や自己インダクタンスも極めて小さくなり、弾性表面波デバイス側で調整したインピーダンスがミスマッチとなることはないし、低挿入損失を実現できる。

（２）弾性表面波素子部とコンデンサの構成
図４は本実施形態における弾性表面波素子部とインピーダンス調整用のコンデンサの構成図を示す。圧電基板３１上に、くし型の３つのＩＤＴ電極３２〜３４と、その両側に一対の反射電極３５，３６を形成して平衡−不平衡端子をもつ弾性表面波素子を構成する。第１のＩＤＴ電極３２は、その一方の電極指が不平衡端子に接続され、他方の電極指は接地される。第２のＩＤＴ電極３３と第３のＩＤＴ電極３４は、その一方の電極指が接地され、他方の電極指が平衡端子に接続される。

インピーダンス調整用のコンデンサ３７は、同じ圧電基板３１上にＩＤＴ電極を形成する時に一緒に、その電極指と同等の一対の対向電極３７Ａ，３７Ｂとして形成され、ＩＤＴ電極３３，３４の電極指が接続される平衡端子間に接続される。このコンデンサ３７の容量は、対向電極３７Ａと３７Ｂの長さと、電極３７Ａ，３７Ｂ間のギャップの大きさで決定される。

ＩＤＴ電極３２〜３４とコンデンサ３７および平衡／不平衡端子とは、これらの電極指および電極を形成するときに一括形成するリード電極によって接続を得る。平衡端子にはチップインダクタ３８をモジュール基板上で接続する。

以上のように、弾性表面波素子とコンデンサは、同じ圧電基板上に一括形成され、さらにこれらの接続および平衡／不平衡端子とを接続するリード電極も一括形成され、所期のフィルタ特性と所期のインピーダンス調整容量をもつ小型の構成にできる。

図５は弾性表面波素子部とインピーダンス調整用のコンデンサの他の構成図を示す。同図が図４と異なる部分は、コンデンサ３７に代えて、一対のくし型電極３９Ａ，３９Ｂの対向配置で構成したコンデンサ３９とする点にある。このくし型電極３９Ａ，３９Ｂは、ＩＤＴ電極３２〜３４における弾性表面波の伝播方向に対して垂直な方向にし、弾性表面波による輻輳が起きにくくし、フィルタ特性やインピーダンスマッチングを阻害するのを防止する。

図６は弾性表面波素子部とインピーダンス調整用のコンデンサの他の構成図を示す。同図は、圧電基板４０上に、中央部のくし型電極を中心で分割した第１のＩＤＴ電極４１と、その両側に形成した第２、第３のＩＤＴ電極４２、４３と、これらの両側に一対の反射電極４４，４５を形成して平衡−不平衡端子をもつ弾性表面波素子部を構成する。中央部の第１のＩＤＴ電極４１は、その一方の電極指が接地され、他方の分割された一対の電極指は一対の平衡端子に接続される。第２のＩＤＴ電極４２と第３のＩＤＴ電極４３は、その一方の電極指が接地され、他方の電極指が不平衡端子に共通接続される。

インピーダンス調整用のコンデンサ４６は、同じ圧電基板４０上にＩＤＴ電極を形成する時に一緒に、その電極指と同等の一対の対向電極４６Ａ，４６Ｂとして形成され、ＩＤＴ電極４１の分割された一対の電極指が接続される平衡端子間に接続される。このコンデンサ４６の容量は、対向電極４６Ａと４６Ｂの長さと、電極４６Ａ，４６Ｂ間のギャップの大きさで決定される。

ＩＤＴ電極４１〜４３とコンデンサ４６および平衡／不平衡端子とは、これらの電極指および電極を形成するときに一括形成するリード電極によって接続を得る。平衡端子にはチップインダクタ４７をモジュール基板上で接続する。

以上の構成においても、弾性表面波素子部とコンデンサは、同じ圧電基板上に一括形成され、さらにこれらの接続および平衡／不平衡端子とを接続するリード電極も一括形成され、所期のフィルタ特性と所期のインピーダンス調整容量をもつ小型の構成にできる。

図７は弾性表面波素子部とインピーダンス調整用のコンデンサの他の構成図を示す。同図が図６と異なる部分は、コンデンサ４６に代えて、一対のくし型電極４８Ａ，４８Ｂの対向配置で構成したコンデンサ４８とする点にある。このくし型電極４８Ａ，４８Ｂは、ＩＤＴ電極４１〜４３における弾性表面波の伝播方向に一致しない方向にし、弾性表面波の励振を起きにくくし、フィルタ特性やインピーダンスマッチング劣化の影響を防ぐ。

図８は弾性表面波素子部とインピーダンス調整用のコンデンサの他の構成図を示す。同図は、圧電基板４９上に、中央部のくし型電極を中心で分割した第１のＩＤＴ電極５０と、その両側に形成した第２、第３のＩＤＴ電極５１、５２と、これらの両側に一対の反射電極５３，５４を形成して平衡−不平衡端子をもつ弾性表面波素子を構成する。中央部の第１のＩＤＴ電極５０は、その一方の電極指が接地され、他方の分割された一対の電極指は一対の平衡端子に接続される。第２のＩＤＴ電極５１と第３のＩＤＴ電極５２は、その一方の電極指が接地され、他方の電極指が不平衡端子に共通接続される。

インピーダンス調整用のコンデンサは、平衡端子に接続されるＩＤＴ電極５０の一対の電極指のうち、隣接して対向する電極指５０Ａ、５０Ｂをコンデンサ電極として利用する。この場合、インピーダンス調整用コンデンサの容量は、電極指５０Ａ、５０Ｂの長さがＩＤＴ電極の長さで制約されるため、その間のギャップの大きさで決定される。また、電極指５０Ａ、５０ＢがＩＤＴ電極５０の電極指として平衡端子に接続されるため、コンデンサとしての形成および接続は不要となる。平衡端子にはチップインダクタ５５をモジュール基板上で接続する。

図８の構成においては、インピーダンス調整用コンデンサは、弾性表面波素子部の電極指を利用するため、前記までの例のように、弾性表面波素子部とは別途にコンデンサ形成とリード電極による接続が不要になり、圧電基板およびモジュール基板の一層の小型化を図ることができ、弾性表面波デバイスと信号処理デバイス等の実装スペースを一層削減して、インピーダンスマッチングを一層確実、容易にする。

本発明の実施形態を示す弾性表面波デバイスの構成図。 コンデンサによるインピーダンス変化のシミュレーション結果。 弾性表面波デバイスと信号処理デバイスの実装側面図。 弾性表面波素子部とインピーダンス調整用コンデンサの構成図。 弾性表面波素子部とインピーダンス調整用コンデンサの構成図。 弾性表面波素子部とインピーダンス調整用コンデンサの構成図。 弾性表面波素子部とインピーダンス調整用コンデンサの構成図。 弾性表面波素子部とインピーダンス調整用コンデンサの構成図。 携帯電話の送受信部の回路構成図。 ＳＡＷデバイスと信号処理デバイスと信号選択デバイスの接続例。 信号処理デバイスと弾性表面波デバイスとインピーダンスマッチングの例。

符号の説明

２１ 圧電基板
２２ 弾性表面波素子部
２３ モジュール基板
２４ インピーダンス整合用コンデンサ
２５ インピーダンス整合用インダクタ
２６ プリント基板
２７ 信号処理デバイス

Claims (5)

1. 圧電基板上に形成した複数のＩＤＴ電極によって平衡／不平衡入出力を得る弾性表面波素子を構成し、この弾性表面波素子の入力端子及び出力端子の一方を構成する平衡端子にはインピーダンス整合用のインダクタおよびコンデンサが介挿されて平衡型信号処理デバイスに接続される弾性表面波デバイスであって、
   前記コンデンサは、前記圧電基板上に形成した一対の対向電極で構成し、この対向電極を前記弾性表面波素子の平衡端子に接続した構造を特徴とする弾性表面波デバイス。
2. 前記対向電極は、くし型電極構造としたことを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波デバイス。
3. 前記対向電極は、前記ＩＤＴ電極における弾性表面波の伝播方向に対して一致しない方向に形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の弾性表面波デバイス。
4. 前記対向電極は、前記平衡端子に接続される前記ＩＤＴ電極の一対の電極指のうち、隣接して対向する電極指で構成することを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波デバイス。
5. 前記弾性表面波素子が実装されるモジュール基板上に、インピーダンス整合用チップインダクタを実装した構造を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の弾性表面波デバイス。

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