JP2014017537A - 弾性波フィルタ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】小型でありつつ、高調波の減衰量が大きな弾性波フィルタ装置を提供する。
【解決手段】弾性波分波器1は、第1のインダクタL3と、第2のインダクタL2と、キャパシタCとをさらに備えている。第1のインダクタL3は、アンテナ14とアンテナ端子11との間の接続点33とグラウンド電位との間に接続されている。第2のインダクタL2は、複数の並列腕24〜27のうちの少なくとも2つの並列腕24〜26とグラウンド電位との間に設けられている。キャパシタCは、第2のインダクタL2と少なくとも2つの並列腕24〜26との間の接続点29と、送信側フィルタ20とアンテナ端子11との間の接続点28との間に接続されている。
【選択図】図1

Description

本発明は、弾性波フィルタ装置に関する。
従来、分波器として、弾性表面波や弾性境界波などの弾性波を利用した弾性波分波器が広く使用されている。そのような弾性波分波器の一種として、下記の特許文献1には、図13に示す弾性表面波分波器100が開示されている。
図13に示すように弾性表面波分波器100は、アンテナ端子101と送信側信号端子102との間に接続されている送信側フィルタ部110と、アンテナ端子101と受信側信号端子103との間に接続されている受信側フィルタ部104とを有する。送信側フィルタ部110は、ラダー型弾性表面波フィルタ部である。送信側フィルタ部110では、送信側フィルタ部110と受信側フィルタ部104との間の接続点とアンテナ端子101との間の接続点とグラウンド電位との間にインダクタL101が設けられている。また、2つの並列腕111,112とグラウンド電位との間にインダクタL100が設けられている。
特開2007−74698号公報
ところで、弾性波分波器においては、通過帯域の2倍波及び3倍波などの高調波の減衰量を大きくしたいという要望がある。しかしながら、弾性表面波分波器100では、送信側フィルタ部110において高調波の減衰量を十分に大きくしようとすると、インダクタL100が大型化してしまい、その結果、弾性表面波分波器100が大型化してしまうという問題がある。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型でありつつ、送信側フィルタ部における高調波の減衰量が大きな弾性波フィルタ装置を提供することにある。
本発明に係る弾性波フィルタ装置は、第1の外部端子と、第2の外部端子と、直列腕と、複数の直列腕共振子と、複数の並列腕と、並列腕共振子と、第1のインダクタと、第2のインダクタと、キャパシタとを備えている。直列腕は、第1の外部端子と第2の外部端子との間を接続している。複数の直列腕共振子は、直列腕において直列に接続されている。複数の並列腕のそれぞれは、直列腕とグラウンド電位とを接続している。並列腕共振子は、複数の並列腕のそれぞれに設けられている。第1のインダクタは、第1の外部端子とグラウンド電位との間に接続されている。第2のインダクタは、複数の並列腕のうちの少なくとも2つの並列腕とグラウンド電位との間に設けられている。キャパシタは、第2のインダクタと少なくとも2つの並列腕との間の接続点と、第1の外部端子との間に接続されている。
本発明に係る弾性波フィルタ装置のある特定の局面では、弾性波フィルタ装置は、第1の外部端子により構成されているアンテナ端子と、第2の外部端子により構成されている送信側信号端子と、受信側信号端子と、アンテナ端子と送信側信号端子との間に接続されており、直列腕、複数の直列腕共振子、複数の並列腕、並列腕共振子を有する送信側フィルタ部と、アンテナ端子と受信側信号端子との間に接続されている受信側フィルタ部とを備えている。
本発明に係る弾性波フィルタ装置の他の特定の局面では、キャパシタの容量値は、送信側フィルタ部の通過帯域の2倍波の減衰が大きくなるような大きさに設定されている。
本発明に係る弾性波フィルタ装置の別の特定の局面では、弾性波フィルタ装置は、複数の直列腕共振子、複数の並列腕共振子及びキャパシタが形成されているフィルタチップと、フィルタチップが実装されており、第2のインダクタを構成している電極が形成されている配線基板とを備えている。
本発明に係る弾性波フィルタ装置のさらに他の特定の局面では、弾性波フィルタ装置は、弾性表面波装置または弾性境界波装置である。
本発明では、小型でありつつ、送信側フィルタ部における高調波の減衰量が大きな弾性波フィルタ装置を提供することができる。
本発明を実施した一実施形態に係る弾性表面波分波器の略図的回路図である。 本発明を実施した一実施形態に係る弾性表面波分波器の略図的断面図である。 本発明を実施した一実施形態における送信側フィルタチップの略図的透視平面図である。 本発明を実施した一実施形態における送信側フィルタチップの一部を拡大した略図的断面図である。 本発明を実施した一実施形態における受信側フィルタチップの略図的透視平面図である。 第1の誘電体層の表面の略図的透視平面図である。 第2の誘電体層の表面の略図的透視平面図である。 第2の誘電体層の裏面の略図的透視平面図である。 実施例1,2及び比較例1のそれぞれに係る弾性表面波分波器のアンテナ端子及び送信側信号端子間の挿入損失特性を表すグラフである。 実施例1,2及び比較例1のそれぞれに係る弾性表面波分波器のアンテナ端子及び送信側信号端子間の挿入損失特性を表すグラフである。 実施例1及び比較例2のそれぞれに係る弾性表面波分波器のアンテナ端子及び送信側信号端子間の挿入損失特性を表すグラフである。 変形例における送信側フィルタチップの一部を拡大した略図的断面図である。 特許文献1に記載の弾性表面波分波器の略図的回路図である。 本発明を実施した他の実施形態に係る弾性表面波フィルタ装置の略図的回路図である。
以下、本発明を実施した好ましい形態について、弾性表面波デュプレクサである、図1に示す弾性表面波分波器1を例に挙げて説明する。但し、弾性表面波分波器1は単なる例示である。本発明は、弾性表面波分波器1に何ら限定されない。本発明に係る弾性波フィルタ装置は、例えば、フィルタ部を1つのみ有するものであってもよいし、フィルタ部を3つ有するトリプレクサ等であってもよい。
本実施形態に係る弾性表面波分波器1は、UMTS−BAND5(送信周波数帯:824MHz〜849MHz、受信周波数帯:869MHz〜894MHz)に用いられる弾性表面波デュプレクサである。
図1は、本実施形態に係る弾性表面波分波器の略図的回路図である。まず、図1を参照しながら、本実施形態に係る弾性表面波分波器1の回路構成について説明する。
弾性表面波分波器1は、アンテナ14に接続される外部端子であるアンテナ端子11と、同じく外部端子である送信側信号端子12と、第1及び第2の受信側信号端子13a、13bとを有する。アンテナ端子11と第1及び第2の受信側信号端子13a、13bとの間には、平衡−不平衡変換機能を有する所謂バランス型の縦結合共振子型弾性表面波フィルタ部からなる受信側フィルタ部15が接続されている。一方、アンテナ端子11と送信側信号端子12との間には、ラダー型フィルタ部からなる送信側フィルタ部20が接続されている。アンテナ14とアンテナ端子11との間の接続点33とグラウンド電位との間には、整合用のインダクタL3が接続されている。
送信側フィルタ部20は、第1及び第2の信号端子21,22を有する。第1の信号端子21と第2の信号端子22とは、直列腕23によって接続されている。直列腕23においては、複数の直列腕共振子S1〜S4が直列に接続されている。直列腕23とグラウンド電位との間には、直列腕23とグラウンド電位とを接続する複数の並列腕24〜27が設けられている。並列腕24〜27のそれぞれには、並列腕共振子P1〜P4が設けられている。
並列腕27とグラウンド電位との間には、インダクタL1が接続されている。一方、並列腕24〜26のうちの少なくとも2つの並列腕とグラウンド電位との間には、インダクタL2が接続されている。具体的には、本実施形態では、並列腕24〜26のすべてとグラウンド電位とがインダクタL2を介して接続されている。
第2のインダクタL2と、並列腕24〜26との間の接続点29と、送信側フィルタ部20とアンテナ端子11との間の接続点28との間には、キャパシタCが接続されている。なお、接続点28は、接続点33よりも送信側フィルタ部20側に位置している。
本実施形態では、インダクタL1,L2は、インダクタL1により形成される減衰極がインダクタL2により形成される減衰極よりも高周波数側に位置するように構成されている。より具体的には、本実施形態では、インダクタL1,L2は、インダクタL1により形成される減衰極が送信側フィルタ部20の通過帯域の3倍波に相当する周波数帯に位置し、インダクタL2により形成される減衰極が送信側フィルタ部20の通過帯域の2倍波に相当する周波数帯に位置するように構成されている。
図2は、弾性表面波分波器の略図的断面図である。図3は、送信側フィルタチップの略図的透視平面図である。図4は、送信側フィルタチップの一部を拡大した略図的断面図である。図5は、受信側フィルタチップの略図的透視平面図である。図6は、第1の誘電体層の表面の略図的透視平面図である。図7は、第2の誘電体層の表面の略図的透視平面図である。図8は、第2の誘電体層の裏面の略図的透視平面図である。なお、図3及び図5においては、IDT電極やキャパシタ等を模式的に記載している。また、反射器等一部の構成の描画を省略している。
次に、図2〜図8を参照しながら、本実施形態の弾性表面波分波器1の具体的構成について説明する。
図2に示すように、弾性表面波分波器1は、配線基板40と、送信側フィルタチップ60と、受信側フィルタチップ70と備えている。送信側フィルタチップ60及び受信側フィルタチップ70は、バンプ81を介して配線基板40のダイアタッチ面の上にフリップチップ実装されている。送信側フィルタチップ60及び受信側フィルタチップ70は、配線基板40の上に設けられた封止樹脂層82により封止されている。
送信側フィルタチップ60には、送信側フィルタ部20とキャパシタCとが形成されている。具体的には、図3及び図4に示すように、送信側フィルタチップ60は、圧電基板61と、圧電基板61の上に形成された電極62とを有する。電極62には、直列腕共振子S1〜S4及び並列腕共振子P1〜P4のそれぞれを構成しているIDT電極及び反射器、キャパシタCを構成している互いに間挿し合っている一対のくし歯状電極、直列腕23、並列腕24〜27、第1及び第2の信号端子21,22及びグラウンド端子31,32が含まれている。
受信側フィルタチップ70には、上記受信側フィルタ部15が形成されている。具体的には、図5に示すように、圧電基板71と、圧電基板71の上に形成されている電極72とを有する。これら圧電基板71と電極72とにより、受信側フィルタ部15が構成されている。
なお、圧電基板61,71のそれぞれは、例えば、LiNbOやLiTaOにより形成することができる。電極62,72のそれぞれは、例えば、Al,Pt,Au,Ag,Cu,Ni,Ti,Cr及びPdからなる群から選ばれた金属、もしくは、Al,Pt,Au,Ag,Cu,Ni,Ti,Cr及びPdからなる群から選ばれた一種以上の金属を含む合金により形成することができる。また、電極62,72のそれぞれは、上記金属や合金からなる複数の金属層の積層体により構成されていてもよい。
配線基板40には、インダクタL1,L2が形成されている。具体的には、図2に示すように、配線基板40は、第1及び第2の誘電体層41,42の積層体により構成されている。受信側フィルタチップ70と送信側フィルタチップ60とは、ダイアタッチ面を構成している第1の誘電体層41の表面41aの上に実装されている。
図6に示すように、第1の誘電体層41の表面41aの上には、第1の信号端子21が接続されている電極パッド41a1、グラウンド端子31が接続されている電極パッド41a2、グラウンド端子32が接続されている電極パッド41a3、及び第2の信号端子22が接続されている電極パッド41a4が形成されている。
電極パッド41a1は、ビアホール電極41a5を介して、第2の誘電体層42の表面42aの上に形成されている電極42a1(図7を参照)に接続されている。電極42a1は、ビアホール電極42a2を介して、第2の誘電体層42の裏面42bの上に形成されているアンテナ端子11(図8を参照)に接続されている。
図6に示す電極パッド41a2は、ビアホール電極41a6を介して、第2の誘電体層42の表面42aの上に形成されている電極42a3(図7を参照)に接続されている。この電極42a3によりインダクタL1が構成されている。電極42a3は、ビアホール電極42a4,42a5を介して、第2の誘電体層42の裏面42bの上に形成されているグラウンド端子42b1,42b2(図8を参照)に接続されている。
図6に示す電極パッド41a3は、ビアホール電極41a7を介して、第2の誘電体層42の表面42aの上に形成されている電極42a6(図7を参照)に接続されている。この電極42a6によりインダクタL2が構成されている。電極42a6は、ビアホール電極42a7を介して、第2の誘電体層42の裏面42bの上に形成されているグラウンド端子42b3(図8を参照)に接続されている。
なお、本実施形態では、インダクタL3は外付けのチップコイルにより構成されているが、インダクタL1,L2と同様に配線基板40に形成されていてもよい。その場合、接続点33は、送信側フィルタ部20と受信側フィルタ部15との間の接続点とアンテナ端子11との間に配置される。
図6に示す電極パッド41a4は、ビアホール電極41a8を介して、第2の誘電体層42の表面42aの上に形成されている電極42a8(図7を参照)に接続されている。電極42a8は、ビアホール電極42a9を介して、第2の誘電体層42の裏面42bの上に形成されている送信側信号端子12(図8を参照)に接続されている。
以上説明したように、本実施形態では、キャパシタCが設けられている。このため、インダクタL2に要求されるインダクタンス値が小さくなる。すなわち、インダクタL2のインダクタンス値を小さくしても高調波の減衰量を大きくできる。その結果、インダクタL2を構成している電極42a6を短くすることができる。よって、配線基板40を小型化することができる。従って、弾性表面波分波器1を小型化することができる。
この効果について、具体的な実施例及び比較例に基づいて詳細に説明する。
まず、実施例1として、以下の設計パラメータで、上記実施形態の弾性表面波分波器1と実質的に同様の構成を有する弾性表面波分波器を作製し、その弾性表面波分波器のアンテナ端子11と送信側信号端子12との間の挿入損失を測定した。結果を図9〜図11に示す。
(実施例1の設計パラメータ)
直列腕共振子の交差幅:
S1:80μm、S2:50μm、S3:50μm、S4:50μm
並列腕共振子の交差幅:
P1:100μm、P2:160μm、P3:100μm、P4:100μm
直列腕共振子の対数:
S1:70対、S2:100対、S3:100対、S4:90対
並列腕共振子の対数:
P1:100対、P2:50対、P3:100対、P4:60対
キャパシタCの容量:1.0pF
インダクタL1のインダクタンス値:0.7nH
インダクタL2のインダクタンス値:0.23nH
インダクタL3のインダクタンス値:6.8nH
実施例2として、キャパシタCの容量を0.5pFとし、インダクタL3のインダクタンス値を7.5nHとしたこと以外は、上記実施例1と同様の弾性表面波分波器を作製し、その弾性表面波分波器のアンテナ端子11と送信側信号端子12との間の挿入損失を測定した。結果を図9及び図10に示す。
比較例1として、キャパシタCが設けられておらず、インダクタL3のインダクタンス値が8.2nHであること以外は、上記実施例1と同様の弾性表面波分波器を作製し、その弾性表面波分波器のアンテナ端子11と送信側信号端子12との間の挿入損失を測定した。結果を図9及び図10に示す。なお、図10においては、実施例1,2及び比較例1で挿入損失が実質的に同じであるため、実質上、実施例1のグラフ、実施例2のグラフ及び比較例1のグラフの区別が困難となっている。
比較例2として、キャパシタCを設けず、インダクタL2のインダクタンス値を0.3nHとした以外は、上記実施例1と同様の弾性表面波分波器を作製し、その弾性表面波分波器のアンテナ端子11と送信側信号端子12との間の挿入損失を測定した。結果を図11に示す。
図9に示す結果から、キャパシタCを設けることにより、インダクタL2により形成される減衰極が低周波数側にシフトすることが分かる。また、キャパシタCの容量を大きくすることにより、インダクタL2により形成される減衰極が低周波数側にさらに大きくシフトすることが分かる。そして、これにより、2倍波の周波数帯の減衰量を大きくできることが分かる。
なお、図11に示す結果から分かるように、キャパシタCを設けない場合であっても、インダクタL2のインダクタンス値を大きくすることによりインダクタL2により形成される減衰極を低周波数側にシフトさせることは可能である。しかしながら、インダクタL2のインダクタンス値を大きくするためには、インダクタL2を構成する配線の長さを長くする必要がある。このため、配線基板40が大型化する傾向にある。
それに対して、本実施形態のようにキャパシタCを設けることによりインダクタL2により形成される減衰極を低周波数側にシフトさせるのであれば、要求されるインダクタL2のインダクタンス値が小さくなる。このため、インダクタL2を構成している配線の長さを短くすることができる。従って、配線基板40を小型化することができる。その結果、弾性表面波分波器1を小型化することができる。
また、図9に示す結果から、キャパシタCを設けた場合、キャパシタCの容量を調整することにより、インダクタL2のインダクタンス値を変更することなく、インダクタL2により形成される減衰極の位置を調整できることが分かる。このため、送信側フィルタチップ60の種類を変更した場合においても、送信側フィルタチップ60に形成されたキャパシタCの容量を調整することにより、インダクタL2の設計を変更することなく2倍波の周波数帯の減衰量を大きくすることができる。従って、キャパシタCを設けておくことによって、送信側フィルタチップ60の種類や要求特性等が異なる複数種類の弾性表面波分波器において配線基板40を共通化することが可能となる。
また、本実施形態では、並列腕27とグラウンド電位との間に接続されているインダクタL1を有している。このため、3倍波の周波数帯に減衰極が発生し、インダクタL1を設けない場合よりも3倍波の周波数帯の減衰量を大きくすることができる。
ところで、キャパシタCを設けるとアンテナ端子11とグラウンド端子32との間に容量を付加することとなる。このため、信号ラインである直列腕23の接地容量が増大する。よって、通過帯域において、インピーダンスが容量性にシフトする。従って、通過帯域における挿入損失が増大する虞がある。しかしながら、上記実施形態では、キャパシタCに加えてインダクタL3が設けられている。このインダクタL3のインダクタンス値を調整することにより、上記のような通過帯域における挿入損失の増大を抑制することができる。
このことは、図10に示すように、キャパシタCを設けた実施例1,2のインダクタL3のインダクタンス値を比較例1のインダクタL3より小さくすることで、通過帯域における挿入損失をキャパシタCが設けられていない比較例1と同程度にまで低減することができることからも分かる。
以下、上記実施形態の変形例について説明する。以下の説明において、上記実施形態と実質的に共通の機能を有する部材を共通の符号で参照し、説明を省略する。
上記実施形態では、送信側フィルタチップ60が弾性表面波チップである例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、図12に示すように、送信側フィルタチップ60は、圧電基板61の上に、電極62を覆うように、第1及び第2の誘電体層63,64が形成された所謂3媒質型の弾性境界波フィルタチップや、誘電体層64を有さない2媒質型の弾性境界波フィルタチップであってもよい。すなわち、本発明に係る弾性波フィルタ装置は、弾性境界波を利用した弾性境界波フィルタ装置であってもよい。
誘電体層63と誘電体層64との材質は、誘電体層63の音速が誘電体層64の音速よりも遅い限り特に限定されない。たとえば、誘電体層63を酸化ケイ素により形成し、誘電体層64を窒化ケイ素や酸窒化ケイ素により形成することができる。
また、上記実施形態では、並列腕24〜26がインダクタL2に接続され、並列腕27がインダクタL1に接続されている例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。本発明においては、全ての並列腕がインダクタL2に接続されていてもよい。
(他の実施形態)
次に、本発明の他の実施形態について説明する。以下の説明において、上記実施形態と実質的に共通の機能を有する部材を共通の符号で参照し、説明を省略する。
上記実施形態では、本発明を実施した弾性波フィルタ装置の例として、弾性表面波分波器1を挙げた。但し、本発明に係る弾性波フィルタ装置は、弾性波分波器に限定されない。本発明に係る弾性波フィルタ装置は、例えば、図14に示すような1つのフィルタ部からなる弾性表面波フィルタフィルタ装置であってもよい。
図14に示すように、本実施形態のフィルタ部20は、前記実施形態の送信側フィルタ部20と同じラダー型フィルタ部からなる。フィルタ部20の第1の信号端子21は第1の外部端子211と接続され、第2の信号端子22は第1の外部端子211と接続されている。そして、第1の信号端子21と第1の外部端子211との間の接続点33とグラウンド電位との間には、耐サージ用のインダクタL3が接続されている。本実施形態では、インダクタL3はフィルタチップを実装する配線基板に形成されている電極により構成されている。
本実施形態でも、キャパシタCを設けることにより、インダクタL2を小さくできるため、配線基板を小型化できる。また、キャパシタCによって、インダクタL2により形成される減衰極の位置を調整することができるため、高調波の減衰量を大きくすることができる。
1…弾性表面波分波器
11…アンテナ端子
12…送信側信号端子
13a、13b…受信側信号端子
14…アンテナ
15…受信側フィルタ部
20…送信側フィルタ部
21…第1の信号端子
22…第2の信号端子
23…直列腕
24〜27…並列腕
28,29…接続点
31,32…グラウンド端子
40…配線基板
41…第1の誘電体層
41a…第1の誘電体層の表面
42…第2の誘電体層
42a…第2の誘電体層の表面
42b…第2の誘電体層の裏面
41a1〜41a4…電極パッド
41a5〜41a8,42a2,42a4,42a5,42a7,42a9…ビアホール電極
42a1,42a3,42a6,42a8…電極
42b1〜42b3…グラウンド端子
60…送信側フィルタチップ
61,71…圧電基板
62,72…電極
63…第1の誘電体層
64…第2の誘電体層
70…受信側フィルタチップ
81…バンプ
L1〜L3…インダクタ
C…キャパシタ
P1〜P4…並列腕共振子
S1〜S4…直列腕共振子

Claims (5)

  1. 第1の外部端子と、
    第2の外部端子と、
    前記第1の外部端子と前記第2の外部端子との間を接続している直列腕と、
    前記直列腕において直列に接続されている複数の直列腕共振子と、
    前記直列腕と前記グラウンド電位とを接続している複数の並列腕と、
    前記複数の並列腕のそれぞれに設けられた並列腕共振子と、
    前記第1の外部端子とグラウンド電位との間に接続されている第1のインダクタと、
    前記複数の並列腕のうちの少なくとも2つの並列腕とグラウンド電位との間に設けられた第2のインダクタと、
    前記第2のインダクタと前記少なくとも2つの並列腕との間の接続点と、前記第1の外部端子との間に接続されているキャパシタと、
    を備える、弾性波フィルタ装置。
  2. 前記第1の外部端子により構成されているアンテナ端子と、
    前記第2の外部端子により構成されている送信側信号端子と、
    受信側信号端子と、
    前記アンテナ端子と前記送信側信号端子との間に接続されており、前記直列腕、前記複数の直列腕共振子、前記複数の並列腕、前記並列腕共振子を有する送信側フィルタ部と、
    前記アンテナ端子と前記受信側信号端子との間に接続されている受信側フィルタ部と、
    を備える、請求項1に記載の弾性波フィルタ装置。
  3. 前記キャパシタの容量値は、前記送信側フィルタ部の通過帯域の2倍波の減衰が大きくなるような大きさに設定されている、請求項1または請求項2に記載の弾性波フィルタ装置。
  4. 前記複数の直列腕共振子、前記複数の並列腕共振子及び前記キャパシタが形成されているフィルタチップと、
    前記フィルタチップが実装されており、前記第2のインダクタを構成している電極が形成されている配線基板と、
    を備える、請求項1〜3のいずれか一項に記載の弾性波フィルタ装置。
  5. 弾性表面波装置または弾性境界波装置である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の弾性波フィルタ装置。
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