JP3948550B2 - 弾性表面波装置 - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電基板に形成された複数の弾性表面波共振器からなる弾性表面波素子が搭載された弾性表面波装置に関し、特に、これらの弾性表面波共振器がラダー型回路を構成する弾性表面波素子に適用して有効な技術に関するものである。また、本発明は、前記弾性表面波素子を複数用いたデュアル型フィルタ、分波器にも適用される。
【0002】
【従来の技術】
近年、携帯電話機をはじめとした移動体通信端末機が急速に発展している。この端末機は、持ち運びの便利さから、特に小型且つ軽量であることが望まれている。端末機の小型軽量化を達成するには、そこに使われる電子部品も小型軽量であることが必須であり、このため、端末機の高周波部や中間周波部には、複数の弾性表面波共振器(SAW共振子)を圧電基板上に形成された小型軽量化に有利な弾性表面波素子が多用されている。
【0003】
弾性表面波素子をフィルタとして用いた場合に求められる重要な特性として、挿入損失および通過帯域外減衰が挙げられる。ここで、挿入損失は、機器の消費電力に影響し、低損失であるほどバッテリの寿命が延びるためバッテリの容量を削減することができ小型軽量化に貢献する。また、一つのフィルタで高帯域外減衰を得ることができれば、機器の小型軽量化に貢献する。
【0004】
弾性表面波素子には、入力端子と出力端子との間を直列腕とし、この直列腕と基準電位端子との間に複数の並列腕を形成し、これら直列腕と並列腕とに適宜弾性表面波共振器を配置したラダー型回路を構成する弾性表面波素子が知られている。
【0005】
ラダー型回路を構成した弾性表面波素子では、直列腕に配置された弾性表面波共振器の共振周波数と、並列腕に配置された弾性表面波共振器の***振周波数とを一致させることにより、一致された周波数付近において入出力インピーダンスを特性インピーダンスと整合させ、それによって通過帯域を構成している。
【0006】
ところで、帯域フィルタとして用いられる弾性表面波素子は、通過帯域外の周波数領域における減衰量の拡大が強く求められている。
【0007】
ここで、本発明者が検討したラダー型弾性表面波素子の回路図を図4に示す。
【0008】
図示する弾性表面波素子111は、直列腕117に複数の弾性表面波共振器120が配置されている。また、入力端子115とこの入力端子115の最近傍に位置する弾性表面波共振器120との間、出力端子116とこの出力端子116の最近傍に位置する弾性表面波共振器120との間、および各弾性表面波共振器120の間に、並列腕119が形成されている。そして、これらの並列腕119に弾性表面波共振器121がそれぞれ配置されている。
【0009】
なお、図4において、符号Lは、弾性表面波素子111のチップとこのチップが実装されるパッケージとの間(配線やバンプあるいはボンディングワイヤなど)に含まれるインダクタンス成分を表している。また、符号Lpは、パッケージ上の接続パッドから装置側のグランドに至るまでの経路に含まれるインダクタンス成分を表している。
【0010】
そして、このような構成において、インダクタンス成分Lpの値を極めて小さく(0.03nH以下)設計し、インダクタンス成分Lの値を適切に選ぶことにより、所定の通過帯域周波数を確保しつつ、通過帯域周波数より低周波側における所望の減衰を得ていた。
【0011】
なお、この従来技術は本発明者が認識している本発明の基礎となった技術という意味であって、特許法上の公知技術という意味ではない。また、ここで従来技術として述べたことについての権利追求を放棄するものでもない。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した技術では、配線引き回しなどの理由により、インダクタンス成分Lpの値を小さくすることは実質的には困難である。
【0013】
また、実際のインダクタンス成分Lpの値を測定することは極めて難しいため、実測による試行錯誤が必要不可欠であった。特にパッケージ内部は立体的構造をとるため、試行錯誤の結果として必要となる設計変更が極めて困難な場合があった。
【0014】
そして、インダクタンス成分Lpの値を十分に小さくできないと、図3において、減衰極fLPが十分な減衰量をとることができず、破線に示すような特性しか得られない。なお、図中において、減衰極f は並列腕の弾性表面波共振器による共振周波数である。また、減衰極f は直列腕の弾性表面波共振器による共振周波数である。
【0015】
そこで、本発明は、インダクタンス成分を小さくすることなく、通過帯域外の周波数領域における減衰量の拡大を図ることのできる弾性表面波装置を提供することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る弾性表面波装置は、入力端子と出力端子との間に直列腕を有するとともに前記直列腕と基準電位端子との間に複数の並列腕を有するラダー型回路を構成する弾性表面波素子が搭載された弾性表面波装置であって、前記直列腕に配置された複数の第1の弾性表面波共振器と、前記並列腕にそれぞれ配置され、前記第1の弾性表面波共振器の共振周波数に一致する***振周波数を有する第2の弾性表面波共振器と、前記入力端子の最近傍に位置する前記並列腕の前記第2の弾性表面波共振器の基準電位端子側と、前記出力端子の最近傍に位置する前記並列腕の前記第2の弾性表面波共振器の基準電位端子側との間に配置される所定の容量手段と、それぞれの前記並列腕において前記第2の弾性表面波共振器の基準電位端子側と前記並列腕が相互に接続された基準電位端子側の接続点との間に含まれるインダクタンス成分と、前記並列腕が相互に接続された基準電位端子側の接続点と前記基準電位端子との間に含まれるインダクタンス成分と、を有することを特徴とする。
【0017】
このような発明によれば、入力端子の最近傍に位置する並列腕と出力端子の最近傍に位置する並列腕との間に容量手段が配置されているので、インダクタンス成分を小さくすることなく、通過帯域外の周波数領域における減衰量を大幅に拡大することが可能になる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつさらに具体的に説明する。ここで、添付図面において同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略されている。なお、発明の実施の形態は、本発明が実施される特に有用な形態としてのものであり、本発明がその実施の形態に限定されるものではない。
【0019】
図1は本発明の一実施の形態である弾性表面波素子がパッケージ化された弾性表面波装置を示す断面図、図2は本発明の一実施の形態である弾性表面波素子の等価回路を示す回路図、図3は図2の弾性表面波素子における減衰量周波数特性を示すグラフである。
【0020】
図1に示す弾性表面波フィルタ装置(弾性表面波装置)10は、電界により弾性表面波を発生したり、この弾性表面波を電気信号に変換する一対の交差指状(櫛の歯状)の電極(図示せず)から構成された弾性表面波共振器が圧電基板上の所定位置に複数配置された弾性表面波フィルタ(弾性表面波素子)11が、単層あるいは複数層からなり所定の配線パターンや回路パターンの形成されたセラミック製や樹脂製の実装基板12に搭載されたものである。
【0021】
図示する場合には、弾性表面波フィルタ11の素子形成面は実装基板12と対向配置されており、弾性表面波フィルタ11と実装基板12とはバンプ13を介してフリップチップ接続されている。なお、両者はワイヤボンディングによりワイヤ接続してもよい。
【0022】
ここで、前述した一対の電極の両側には、弾性表面波を増幅する反射器が設けられている。また、圧電基板は、LiNbO3 、LiTaO3 や水晶などの圧電単結晶、あるいはチタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックスのような圧電性セラミックスにより形成されている。但し、絶縁基板上にZnO薄膜などの圧電薄膜を形成したものを圧電基板として用いてもよい。
【0023】
そして、実装基板12には、弾性表面波フィルタ11を包囲するようにしてキャップ14が接着されており、弾性表面波フィルタ11を塵埃や機械的衝撃などから保護している。
【0024】
このような弾性表面波フィルタ装置10に実装された弾性表面波フィルタ11は、図2に示すように、入力端子15と出力端子16との間に直列腕17が形成されている。また、直列腕17と基準電位端子18との間には複数の並列腕19が接続されており、このような直列腕17と並列腕19とによってラダー型回路が構成されている。
【0025】
直列腕17には、複数の第1の弾性表面波共振器20が相互に直列に配置されている。なお、本実施の形態において、第1の弾性表面波共振器20は2つであるが、2つ、あるいは4つ以上を直列に配置してもよい。
【0026】
並列腕19は、入力端子15とこの入力端子15の最近傍に位置する第1の弾性表面波共振器20との間の接続点と基準電位端子18との間、出力端子16とこの出力端子16の最近傍に位置する第1の弾性表面波共振器20との間の接続点と基準電位端子18との間、および相互に隣接する2つの第1の弾性表面波共振器20の間と基準電位端子18との間に設けられている。
【0027】
そして、それぞれの並列腕19には第2の弾性表面波共振器21が配置されている。これら第2の弾性表面波共振器21は、第1の弾性表面波共振器20の共振周波数に一致する***振周波数を有している。
【0028】
なお、本明細書において、「第1の弾性表面波共振器の共振周波数に一致する***振周波数」とは、双方の周波数が厳密に一致していなくてもよく、フィルタなど所定の機能を発揮し得る程度に一致していれば足りる。
【0029】
さらに、入力端子15の最近傍に位置する並列腕19と出力端子16の最近傍に位置する並列腕19との間には、所定の静電容量を有する容量手段24が配置されている。ここで、容量手段24は、弾性表面波フィルタ11の回路の一部としてチップ上に形成してもよく、弾性表面波フィルタ11が実装される実装基板12に形成してもよく、実装基板12上にチップコンデンサなどの部品を実装することにより形成してもよい。
【0030】
そして、このような回路においては、弾性表面波フィルタ11のチップとこのチップが実装されるパッケージとの間(配線やバンプあるいはボンディングワイヤなど)にインダクタンス成分Lが、パッケージ上の接続パッドから装置側のグランドに至るまでの経路にインダクタンス成分Lpがある。
【0031】
次に、本実施の形態の弾性表面波フィルタ11の減衰量周波数特性について、図3を用いて説明する。
【0032】
このような弾性表面波フィルタ11では、図3に示すように、減衰極f 、減衰極f および減衰極fLPが現れる。ここで、減衰極f は第2の弾性表面波共振器21による共振周波数である。また、減衰極f は第1の弾性表面波共振器20による共振周波数である。そして、減衰極fLPは、第1の弾性表面波共振器20の静電容量および第2の弾性表面波共振器21の静電容量およびインダクタンス成分Lpによって形成される。
【0033】
ここで、本実施の形態においては、入力端子15の最近傍に位置する並列腕19と出力端子16の最近傍に位置する並列腕19との間に容量手段24が配置されているので、図3の実線に示すように、減衰極fLPが十分な減衰量をとることができる。したがって、インダクタンス成分を小さくすることなく、通過帯域外の周波数領域における減衰量を大幅に拡大することが可能になる。
【0034】
そして、このような容量手段24は容易に形成することができるので、インダクタンス成分Lp(パッケージ上の接続パッドから、装置側のグランドに至るまでの経路に含まれるインダクタンス成分)の値を極めて小さな値に設計することなく、十分な通過帯域外減衰量を確実に得ることができる。
【0035】
なお、以上の説明においては、弾性表面波フィルタ11が一個搭載された弾性表面波フィルタ装置10が示されているが、たとえば相互に異なる帯域中心周波数を有する2つの弾性表面波フィルタ11を搭載して分波器とするなど、本発明の弾性表面波フィルタは種々の形態の弾性表面波フィルタ装置に適用することが可能である。
【0036】
さらに、本発明の適用範囲はフィルタに限定されるものではなく、弾性表面波素子が1個あるいは複数個搭載されたフィルタ分野以外の種々の弾性表面波装置に適用することが可能である。
【0037】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば以下の効果を奏することができる。
【0038】
(1).入力端子の最近傍に位置する並列腕と出力端子の最近傍に位置する並列腕との間に容量手段が配置されているので、インダクタンス成分を小さくすることなく、通過帯域外の周波数領域における減衰量を大幅に拡大することが可能になる。
【0039】
(2).容量手段は容易に形成することができるので、インダクタンス成分の値を極めて小さな値に設計することなく、十分な通過帯域外減衰量を確実に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態である弾性表面波素子がパッケージ化された弾性表面波装置を示す断面図である。
【図2】本発明の一実施の形態である弾性表面波素子の等価回路を示す回路図である。
【図3】図2の弾性表面波素子における減衰量周波数特性を示すグラフである。
【図4】本発明者が検討対象とした弾性表面波素子の等価回路を示す回路図である。
【符号の説明】
10 弾性表面波フィルタ装置(弾性表面波装置)
11 弾性表面波フィルタ(弾性表面波素子)
12 実装基板
13 バンプ
14 キャップ
15 入力端子
16 出力端子
17 直列腕
18 基準電位端子
19 並列腕
20 第1の弾性表面波共振器
21 第2の弾性表面波共振器
24 容量手段
111 弾性表面波素子
115 入力端子
116 出力端子
117 直列腕
119 並列腕
120 弾性表面波共振器
121 弾性表面波共振器

Claims (3)

  1. 入力端子と出力端子との間に直列腕を有するとともに前記直列腕と基準電位端子との間に複数の並列腕を有するラダー型回路を構成する弾性表面波素子が搭載された弾性表面波装置であって、
    前記直列腕に配置された複数の第1の弾性表面波共振器と、
    前記並列腕にそれぞれ配置され、前記第1の弾性表面波共振器の共振周波数に一致する***振周波数を有する第2の弾性表面波共振器と、
    前記入力端子の最近傍に位置する前記並列腕の前記第2の弾性表面波共振器の基準電位端子側と、前記出力端子の最近傍に位置する前記並列腕の前記第2の弾性表面波共振器の基準電位端子側との間に配置される所定の容量手段と、
    それぞれの前記並列腕において前記第2の弾性表面波共振器の基準電位端子側と前記並列腕が相互に接続された基準電位端子側の接続点との間に含まれるインダクタンス成分と、
    前記並列腕が相互に接続された基準電位端子側の接続点と前記基準電位端子との間に含まれるインダクタンス成分と、
    を有することを特徴とする弾性表面波装置。
  2. 前記容量手段は前記弾性表面波素子上に設けられていることを特徴とする請求項1記載の弾性表面波装置。
  3. 前記弾性表面波装置は、相互に異なる帯域中心周波数を有する2つの前記弾性表面波素子が搭載された分波器であることを特徴とする請求項2記載の弾性表面波装置。
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