JP2009147914A

JP2009147914A - 弾性波フィルタ及び弾性波デュプレクサ

Info

Publication number: JP2009147914A
Application number: JP2008265982A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Mitani; 大亮三谷; Shiroji Fujiwara; 城二藤原; Hiroyuki Nakamura; 弘幸中村; Tooru Harube; 徹治部
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2007-11-22
Filing date: 2008-10-15
Publication date: 2009-07-02
Also published as: US20090134958A1; US7898360B2

Abstract

【課題】本発明は、弾性波フィルタのフィルタ特性を向上させることを目的とするものである。
【解決手段】そして、この目的を達成するために本発明は、入力側の第１の端子１と、出力側の第２の端子２と、第１、第２の端子１、２間に電気的に接続される複数個の共振器３と、第１、第２の端子１、２と複数個の共振器３との上面に設けられた圧電基板５とを備え、圧電基板５の厚さは０．２ｍｍ未満とする弾性波フィルタとしたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、携帯電話等に用いられる弾性波フィルタ及び弾性波デュプレクサに関するものである。

従来この種の弾性波フィルタは、図１２に示すごとく、入力側の第１の端子１０１と、出力側の第２の端子１０２と、これら第１の端子１０１、第２の端子１０２間に電気的に接続される複数個の共振器１０３と、この共振器１０３の上面に設けられた圧電基板１０５とを備え、入力側の第１の端子１０１からは、１８００ＭＨｚ〜２３００ＭＨｚの周波数の信号が入力される構成としていた。

そして、この前記圧電基板１０５は、ベース基板１０４上にフリップチップ実装されパッケージ化されており、圧電基板１０５が封止１０６で覆われる構成となっている。

この封止１０６を樹脂で形成することにより、封止１０６とベース基板１０４との密着性を確保していた。

なお、この出願に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１、２が知られている。
特開平９−７４３２９号公報特開平１０−２２７６３号公報

このような従来の弾性波フィルタでは、そのフィルタ特性が悪いことが問題となっていた。

すなわち、上記従来の弾性波フィルタにおいては、図１３のＡ部に示すごとく、２１４０ＭＨｚ付近における減衰特性が悪く、その結果としてフィルタ特性が悪くなってしまっていた。

そこで本発明は、弾性波フィルタのフィルタ特性を向上させることを目的とする。

そして、この目的を達成するために本発明は、圧電基板の厚さを０．２ｍｍ未満としたものである。

上記構成により、２１４０ＭＨｚ付近における減衰特性を改善することができ、その結果として、フィルタ特性を向上させることができる。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における弾性波フィルタについて図面を参照しながら説明する。

本実施の形態に示す弾性波フィルタは、図１に示すごとく、入力側の第１の端子１と、出力側の第２の端子２と、図２に示すごとく、これら第１、第２の端子１、２間に電気的に接続される共振器３ａ〜３ｅと、図１に示すごとく、この共振器３ａ〜３ｅの上面に設けられた圧電基板５とを備えており、この圧電基板５の材料は、ＬｉＴａＯ₃またはＬｉＮｂＯ₃のいずれか一方の材料で構成される。

ここで、図２に示した弾性波フィルタの共振器３ａ〜３ｅは金属材料で構成されているため、その酸化を防止する目的や、共振器３ａ〜３ｅの表面に汚染物質が付着すると特性が大きく変化してしまうこと、また、外部からの応力に対する耐久性や小型化しやすい構成などの点を考慮して、当該弾性波フィルタをパッケージ化している。具体的には、図１に示すごとく、複数の共振器３が設けられた圧電基板５はベース基板４上にフリップチップ実装され、この圧電基板５を覆うように樹脂封止６を施している。

そして、圧電基板５の厚さＷ１を０．２ｍｍ未満とすることにより、２１４０ＭＨｚ付近における減衰特性を改善することができ、その結果として、フィルタ特性を向上させることができる。以下、その説明をする。

まず、本実施の形態における弾性波フィルタの、入力側の第１の端子１と、出力側の第２の端子２間の通過特性を図４に示す。グラフの横軸は弾性波フィルタに入力される信号の周波数を、グラフの縦軸は入出力間の信号の通過特性を表わしている。縦軸の通過特性（ｄＢ）の絶対値が小さいほど信号が通りやすい状態を示す。

これは、携帯電話システムの送信側のシステムで使用されるフィルタであり、１９２０ＭＨｚ〜１９８０ＭＨｚが送信側システムで使用される周波数帯域である。送信側フィルタでは、この周波数帯域の信号だけをより多く通過させる必要があるため、この周波数帯域においては、信号の減衰量が小さいほど通過特性が良い状態を示す。

また、２１１０ＭＨｚ〜２１７０ＭＨｚが受信側のシステムで使用される周波数帯域であり、この周波数帯域の信号が送信側のシステムに回り込まないようにするために、送信側フィルタにおいては、この周波数帯域の減衰を一定値以上にとる必要がある。従って、この周波数帯域においては、信号の減衰量が大きいほど減衰特性が良い状態を示す。

ここで、図１に示した圧電基板５の厚さＷ１を０．３５ｍｍから０．０２５ｍｍまで徐々に変更させて、圧電基板５の厚さに対する２１４０ＭＨｚ付近での減衰特性の変化を調べた結果、図３のような変化を示すことが明らかになった。グラフの横軸は圧電基板５の厚さＷ１を、縦軸は２１４０ＭＨｚにおける減衰量（ｄＢ）を表わしており、減衰量の絶対値が大きいほど特性が良い状態を示す。

図３に示すごとく、圧電基板５の厚さＷ１を０．３５ｍｍから徐々に薄くするに従って減衰特性も徐々に良くなり、０．１５ｍｍ付近で減衰特性が最も良くなり、そこから更に薄くした場合には減衰特性が劣化している。圧電基板５の厚さが０．０７５ｍｍ以上０．２ｍｍ未満の範囲では、２１４０ＭＨｚにおける減衰量が−５０ｄＢ以下となっており、良い減衰特性の結果が得られている。また、最も薄くした０．０２５ｍｍにおいても０．３５ｍｍよりは減衰特性が向上していることがわかる。

圧電基板５の厚さＷ１を従来の例としての０．３５ｍｍから、本実施の形態における１つの実施例である０．１５ｍｍへと変更した場合のフィルタ特性の比較を図４に示す。２１４０ＭＨｚにおける減衰特性は、図４に示すごとく、−４１．１ｄＢから−６１．５ｄＢへと改善されている。

従って、圧電基板５の厚さＷ１を０．２ｍｍ未満、好ましくは０．０７５ｍｍ以上０．２ｍｍ未満とすることでフィルタの減衰特性を向上させることができるということができる。

なお、その理由としては、共振器に並列に発生する容量結合を減少させることにより、減衰特性が改善したものと考えている。即ち、圧電基板５は高い誘電率を持っているため、この圧電基板５の内部では様々な電気的結合成分が形成されるが、その一例として、図２に示すごとく、複数個の共振器３ａ〜３ｅのそれぞれに並列に、容量結合７ａ〜７ｅなどの不要結合成分が形成され、これが特性を悪化させる一要因であった。この容量結合は、圧電基板の内部を通って形成される成分であるため、圧電基板５が厚い場合には、結合経路が広くなるためにその成分も大きくなってしまう。それに対し、圧電基板５の厚さを薄くした場合には、結合経路が狭くなるため、容量結合を小さくすることができ、その結果、フィルタの減衰特性を向上させることができるようになったものと考えている。

本実施の形態においては、圧電基板５を覆うように樹脂封止６を施してパッケージ化した構造について述べたが、樹脂封止６は樹脂以外の絶縁材料であっても、本発明と同様の効果が得られる。また、樹脂封止６のような封止材の無い構造であってもよい。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２における弾性波デュプレクサについて図面を参照しながら説明する。

本実施の形態に示す弾性波デュプレクサは、図５に示すごとく、送信端子１９と、この送信端子１９に電気的に接続されるとともにアンテナ２２が接続されるアンテナ端子２０と、このアンテナ端子２０に電気的に接続される受信端子２１と、送信端子１９とアンテナ端子２０との間に介在する共振器１３ｆ、１３ｇ、１３ｈ、１３ｉ、１３ｊと、アンテナ端子２０と受信端子２１との間に介在する共振器１３ｋ、１３ｌ、１３ｍ、１３ｎ、１３ｏ、１３ｐ、１３ｑと、図８に示すごとく、これら複数の共振器１３の上面に設けられた圧電基板１５とを備えており、この圧電基板１５の材料は、ＬｉＴａＯ₃またはＬｉＮｂＯ₃のいずれか一方の材料で構成される。

複数の共振器１３と、その上面に設けられた圧電基板１５は、図８に示すごとくパッケージ化されている。

本実施の形態における弾性波デュプレクサは、図５に示すごとく、送信フィルタ２３と受信フィルタ２４を１本のアンテナ２２で共用するデバイスであり、送信端子１９とアンテナ端子２０間に配置された複数個の共振器１３ｆ、１３ｇ、１３ｈ、１３ｉ、１３ｊによって送信フィルタ２３が構成され、アンテナ端子２０と受信端子２１間に配置された複数個の共振器１３ｋ、１３ｌ、１３ｍ、１３ｎ、１３ｏ、１３ｐ、１３ｑによって受信フィルタ２４が構成される。

このような弾性波デュプレクサの、送信端子１９とアンテナ端子２０との間の送信フィルタ２３の通過特性を図７に示す。グラフの横軸は周波数を、縦軸は通過特性を表わしている。この弾性波デュプレクサの送信フィルタ２３は、携帯電話システムの送信側のシステムで使用されるものである。

弾性波デュプレクサの送信フィルタ２３において、図８に示した圧電基板１５の厚さＷ２に対する２１４０ＭＨｚ付近の減衰特性の変化を調べた結果を図６に示す。

図６に示すごとく、圧電基板１５の厚さＷ２を０．３５ｍｍから徐々に薄くするに従って減衰特性も徐々に良くなり、０．１２５ｍｍ付近で特性が最も良くなり、そこから更に薄くした場合には特性が劣化している。圧電基板１５の厚さが０．０７５ｍｍ以上０．２ｍｍ未満の範囲では、２１４０ＭＨｚにおける減衰量が−５０ｄＢ以下となっており、良い減衰特性の結果が得られている。また、最も薄くした０．０２５ｍｍにおいては０．２ｍｍよりも減衰特性が向上しており、０．２ｍｍ未満の全てにおいて良い減衰特性の結果が得られている。

圧電基板１５の厚さＷ２を従来の例としての０．３５ｍｍから、本実施の形態における１つの実施例である０．１２５ｍｍへと変更した場合のフィルタ特性の比較を図７に示す。２１４０ＭＨｚにおける減衰特性は、図７に示すごとく、−４１．８ｄＢから−７６．７ｄＢへと改善されている。

以上のように、弾性波デュプレクサにおいて圧電基板１５の厚さＷ２を０．２ｍｍ未満、好ましくは０．０７５ｍｍ以上０．２ｍｍ未満とすることでフィルタの減衰特性を向上させることができる。

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３における弾性波フィルタについて図面を参照しながら説明する。

本実施の形態３に示す弾性波フィルタは、図９に示すごとく複数の共振器３と、その上面に設けられた圧電基板５とを備えている。その圧電基板５の複数の共振器３が設けられた面が空隙を設けて密封されるように、圧電基板５がベース基板４上に実装されてパッケージ化されている。即ち、弾性波フィルタは、図１に示すような圧電基板５を覆う樹脂封止６を備えない構造となっている。弾性波フィルタをこのようなパッケージ構成とすることによって、実施の形態１や実施の形態２で示したパッケージ構造よりも更に小型化が可能となる。

本実施の形態３における弾性波フィルタの、入力側の第１の端子１と、出力側の第２の端子２間の通過特性を図１０に示す。この弾性波フィルタは、実施の形態１で示した弾性波フィルタと同じ周波数帯の、携帯電話システムの送信側のシステムで使用されるものである。

図１０は、圧電基板５の厚さＷ１を従来の例としての０．３５ｍｍから、本実施の形態３における１つの実施例である０．１５ｍｍへと変更した場合のフィルタ特性の比較を示している。この図１０により、２１４０ＭＨｚにおける減衰特性は、およそ−５０ｄＢからおよそ−８０ｄＢへと改善されていることが分かる。

さらに、図９に示した圧電基板５の厚さＷ１に対する２１４０ＭＨｚ付近の減衰特性の変化を調べた結果を図１１に示す。

図１１に示すごとく、圧電基板５の厚さＷ１を０．３５ｍｍから徐々に薄くするに従って減衰特性も徐々に良くなり、０．１５ｍｍ付近で特性が最も良くなり、そこから更に薄くした場合には特性が劣化している。さらに、圧電基板５の厚さが０．０７５ｍｍ以上０．２ｍｍ未満の範囲では、良い減衰特性の結果が得られている。

以上のように、ウエハーレベルで実装されたパッケージ構成の弾性波フィルタにおいても、圧電基板５の厚さＷ１を０．２ｍｍ未満、好ましくは０．０７５ｍｍ以上０．２ｍｍ未満とすることでフィルタの減衰特性を向上させることができる。

本実施の形態においては、ウエハーレベルで実装されたパッケージ構成の弾性波フィルタについて述べたが、同構成の弾性波デュプレクサにおいても、本実施の形態３と同様の効果が得られる。

なお、本発明の弾性波フィルタまたは弾性波デュプレクサにおける圧電基板は単一の材料で構成されているが、これに限るものでなく、例えば、異なる材料の基板を複数貼り合わせた構成であっても、本発明と同様の効果が得られる。異なる材料の基板を複数貼り合わせた構成の貼り合わせ基板においては、複数の基板全体の厚さを０．２ｍｍ未満、好ましくは０．０７５ｍｍ以上０．２ｍｍ未満とする。

なお、本発明の弾性波フィルタまたは弾性波デュプレクサにおいては、フリップチップ実装され、樹脂封止された、弾性波フィルタおよび弾性波デュプレクサについて述べたが、この構成に限るものではなく、圧電基板の共振器が設けられている側の反対側、すなわち圧電基板の裏面がシールド電極を備えていない構成、例えば、ウエハーレベルの実装や、境界波デバイスなどの構成であっても、本発明と同様の効果が得られる。

本発明の弾性波フィルタ、弾性波デュプレクサは、高いフィルタ特性を有するという効果を有し、携帯電話等の各種電子機器において有用である。

本発明の実施の形態１における弾性波フィルタを示す断面図本発明の実施の形態１における弾性波フィルタの共振器の接続を示す等価回路図本発明の実施の形態１における弾性波フィルタの圧電基板の厚さに対する２１４０ＭＨｚでの減衰量の変化を示す特性図本発明の実施の形態１における弾性波フィルタの通過特性図本発明の実施の形態２における弾性波デュプレクサの共振器の接続を示す等価回路図本発明の実施の形態２における弾性波デュプレクサの圧電基板の厚さに対する２１４０ＭＨｚでの減衰量の変化を示す特性図本発明の実施の形態２における弾性波デュプレクサの通過特性図本発明の実施の形態２における弾性波デュプレクサを示す断面図本発明の実施の形態３における弾性波フィルタを示す断面図本発明の実施の形態１における弾性波フィルタの圧電基板の厚さに対する２１４０ＭＨｚでの減衰量の変化を示す特性図本発明の実施の形態１における弾性波フィルタの通過特性図従来の弾性波フィルタを示す断面図従来の弾性波フィルタの通過特性図

符号の説明

１第１の端子
２第２の端子
３共振器
５圧電基板

Claims

第１の端子と、第２の端子と、
前記第１、第２の端子間に電気的に接続される共振器と、
前記第１、第２の端子と前記共振器との上面に設けられた圧電基板とを備え、
前記圧電基板の厚さは０．２ｍｍ未満とした
弾性波フィルタ。
前記圧電基板の厚さは０．０７５ｍｍ以上０．２ｍｍ未満とした
請求項１に記載の弾性波フィルタ。
前記圧電基板はベース基板上にフリップチップ実装され、
前記圧電基板には樹脂封止が施されてパッケージ化されている
請求項１に記載の弾性波フィルタ。
前記圧電基板がＬｉＴａＯ₃またはＬｉＮｂＯ₃からなる
請求項１に記載の弾性波フィルタ。
前記第１、第２の端子間には１８００ＭＨｚ〜２３００ＭＨｚの信号が伝搬される
請求項１に記載の弾性波フィルタ。
前記圧電基板は、異なる材料の基板を複数貼り合わせた構成である請求項１に記載の弾性波フィルタ。
送信端子と、受信端子と、アンテナ端子と、
前記送信端子と前記アンテナ端子間に電気的に接続される共振器と、
前記受信端子と前記アンテナ端子間に電気的に接続される共振器と、
前記送信端子、受信端子、アンテナ端子、及び前記共振器の上面に
設けられた圧電基板とを備え、
前記圧電基板の厚さは０．２ｍｍ未満とした
弾性波デュプレクサ。
前記圧電基板の厚さは０．０７５ｍｍ以上０．２ｍｍ未満とした
請求項６に記載の弾性波デュプレクサ。
前記圧電基板はベース基板上にフリップチップ実装され、
前記圧電基板は樹脂封止が施されてパッケージ化されている
請求項６に記載の弾性波デュプレクサ。
前記圧電基板がＬｉＴａＯ₃またはＬｉＮｂＯ₃からなる
請求項６に記載の弾性波デュプレクサ。
前記第１、第２の端子間には１８００ＭＨｚ〜２３００ＭＨｚの信号が伝搬される
請求項６に記載の弾性波デュプレクサ。