JP4557396B2 - 弾性表面波装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、デュプレクサや微弱信号抽出用フィルタに用いられる複数のSAWフィルタ素子を1つの容器に収容して成る弾性表面波装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、弾性表面波素子で構成された弾性表面波フィルタ(以下、SAWフィルタと称す)素子は多くの通信分野で用いられ、高性能、小型、量産性等の特徴を有することから携帯電話等の普及の一翼を担っている。
【0003】
例えば、デュプレクサは、1つの容器内に受信用フィルタを構成するSAWフィルタ素子と送信用フィルタを構成するSAWフィルタ素子とを配置していた。
また、微弱信号抽出用フィルタは、前段SAWフィルタ素子、増幅回路、後段SAWフィルタ素子とから成り、上述の前段SAWフィルタ素子と後段SAWフィルタ素子とを同一容器のキャビティー部内に配置されていた。
【0004】
いずれの場合でも、複数のSAWフィルタ素子間での浮遊容量を抑えて、相互干渉(クロストーク)を防止することが重要となる。特に、微弱信号抽出フィルタでは、前段SAWフィルタ素子と後段SAWフィルタ素子の帯域の中心周波数が略同一で、しかも、同時に2つのSAWフィルタ素子を駆動する必要があるため、両者の相互干渉を如何に低減するかが重要となる。
【0005】
即ち、相互干渉が大きいと、前段SAWフィルタ素子と後段SAWフィルタ素子とを外部配線によって従属接続した場合、2つのSAWフィルタ素子の各減衰量から期待できるトータル減衰量がそのまま得られない場合が多い。これは、相互干渉によって2つのSAWフィルタ素子のトータル減衰量が、前段SAWフィルタ素子と後段SAWフィルタ素子のアイソレーションレベルにより制約される為である。実際の機器では、2つのSAWフィルタ素子間に増幅回路を挟んで使用されることが多いが、その場合も同様の問題が発生する。
【0006】
従来、上述のようなSAWフィルタ素子の相互の干渉を低減する方法としては、例えば、特開平11−205077号などに開示されている。
【0007】
同号公報の技術は、2つのSAWフィルタ素子を容器のキャビティー部内に収容し、前記容器の入力パッド、出力パッド、グランドパッドとSAWフィルタ素子の入力電極、出力電極、グランド電極とを電気的に接続して弾性表面波装置を構成したものである。特に、前記容器のキャビティー部内に複数のグランドパッドを設け、一方のSAWフィルタ素子のグランド電極と他方のSAWフィルタ素子のグランド電極とを別のグランドパッドに接続することが開示されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の従来技術では、SAWフィルタ素子とキャビティー部内に形成されたグランドパッドとの接続関係しか規定されていない。本発明者が種々実験を行ったところ、SAWフィルタ素子のグランド電極と容器のグランドパッド間との接続手段に起因する相互干渉が発生すること、即ち、ボンディングワイヤ以外に、SAWフィルタ素子を実装するキャビティー部の実装面に形成するグランド導体膜、グランド外部端子に起因する相互干渉が発生することを知見した。
【0009】
従来の弾性表面波装置SWを図16、図17に示す。図16は、従来の弾性表面波装置SWにおける金属製蓋体を省略した状態の外観図であり、図17は、図16においてSAWフィルタ素子を省略した状態の外観図である。図中、100は前段SAWフィルタ素子、200は後段SAWフィルタ素子、300は凹状の容器、136は容器300の段差部に形成され、前段SAWフィルタ素子100のグランド電極101からボンディングワイヤを介して接続されるグランドパッド、139は、容器300の段差部に形成され、後段SAWフィルタ素子200のグランド電極102からボンディングワイヤを介して接続されるグランドパッド、500は容器300のキャビティー部317の実装面の略全面に形成されたグランド導体膜、145、146、147,148は、容器300の外側面に形成され、不図示の金属製蓋体に接続される外部グランド端子である。
【0010】
図17に示すように、グランド導体膜500はグランドパッド136に接続され、容器300の外側面に形成されたグランド外部端子145と導通されている。同様に、グランド導体膜500はグランドパッド139に接続されグランド外部端子146に、また、グランド導体膜500はグランドパッド138に接続されてグランド外部端子147と、また、グランド導体膜500はグランドパッド137に接続されグランド外部端子148と夫々導通されている。なお、複数個所からグランド外部端子145、146、147、148を設けているのはグランド導体膜500のグランドを強化するためである。
【0011】
以上の構成により、例えばSAWフィルタ素子100から接続されたグランドパッド136とSAWフィルタ素子200から接続されたグランドパッド139とがグランド導体膜500で共通に接続されていると、結果として、容器300内のグランド導体膜500で2つのSAWフィルタ素子100、200が共通に接続されてしまうことになる。
【0012】
このようなグランド導体膜500を形成した弾性表面波装置SWを実装基板(不図示、以下同じ)に実装した場合、グランド導体膜500のグランド電位と、実装基板のグランド電位との間にグランド外部端子145、146、147、148に起因する寄生成分や、グランド導体膜500に起因する寄生成分が発生してしまう。これら寄生成分は各SAWフィルタ素子100、200の双方から共通に導通したグランド導体膜500を経由して実装基板のグランド電極との間で発生してしまうことにより、一方のSAWフィルタ素子100側での寄生成分が、他方のSAWフィルタ素子200にも互いに影響しあうことになる。
【0013】
以上により、容器外部に形成したグランド外部端子と前記グランド導体膜との接続状態によって、グランドレベルが2つのSAWフィルタ素子との間で共通になり、例えば、特開平11−205077号に示すように2つのSAWフィルタ素子毎に固有のグランドパッドに接続したとしても、互いのSAWフィルタ素子の相互干渉を充分に抑えることができず、安定した特性を得ることができなかった。
【0014】
また、この安定した特性を得ることができない原因としては、2つのSAWフィルタ素子に跨がって共通のグランド導体膜がキャビティー部の実装面に幅広く形成されるため、即ち、グランド導体膜の面積が根本的に広いため、グランド導体膜全体を均一にグランド電位に接地することが困難となるためであり、また、面積が広いため寄生成分が発生する度合いが増大するためと考えられる。
【0015】
一方、弾性表面波装置において、容器のキャビティー部の実装面に形成したグランド導体膜を電気的に分離する構成についは特開平10−224175、特開平10−209800に開示されている。
【0016】
しかしながら、何れの弾性表面波装置についても1つのSAWフィルタ素子における入力側又は出力側で接続するグランド導体膜を分離したり(特開平10−224175)、1つのSAWフィルタ素子における櫛歯状電極の受信側又は送信側で接続するグランド導体膜を分離したものであり(特開平10−209800)、何れの場合にも、1つのSAWフィルタ素子における帯域外の信号の減衰特性を向上させるものである。従って、デュプレクサや微弱信号抽出用フィルタのように複数のSAWフィルタ素子を用いた場合、グランド導体膜を分離する技術に関して、互いのSAWフィルタの相互干渉を防止できる技術の開示は全くされていない。
【0017】
本発明は、上述の課題に鑑みて案出されたものであり、その目的には、容器側のグランド構造において、各SAWフィルタ素子のグランド電極から、容器の外周面に形成されるグランド外部端子電極間のグランド接続構造を、容器内部では、各々のSAWフィルタ素子で独立させることにより、他のSAWフィルタ素子のグランド接続構造による寄生成分の影響を有効に抑え、互いのSAWフィルタ素子の相互干渉を抑えるとともに、安定したフィルタ特性が導出できる弾性表面波装置を提供するものである。
【0018】
本発明の弾性表面波装置は、外周面に複数の入力外部端子、出力外部端子およびグランド外部端子を、キャビティー部内に、前記入力外部端子、前記出力外部端子および前記グランド外部端子に夫々導通した複数の入力パッド、出力パッドおよびグランドパッドを有する四角形状の容器と、該容器の前記キャビティー部内に収容された複数のSAWフィルタ素子と、前記キャビティー部内の各前記SAWフィルタ素子が収容される領域に形成され、複数の前記グランド外部端子同士を接続している複数のグランド導体膜と、前記容器の前記キャビティー部を封止する金属製蓋体とから成り、各前記SAWフィルタ素子の入力電極は前記入力パッドに、出力電極は前記出力パッドに、グランド電極は前記グランドパッドに夫々接続されているとともに、各前記SAWフィルタ素子が収容される領域に形成されている前記グランド導体膜は、そのいずれもが前記キャビティー部内で電気的に分離されてなる弾性表面波装置であって、前記グランド導体膜を介して互いに接続されている複数の前記グランド外部端子は、その少なくとも1つが前記金属製蓋体と接続され、他は前記金属製蓋体と非接続となっており、かつ前記グランド導体膜のうち前記金属製蓋体と接続されている前記グランド外部端子近傍に位置する領域には、前記グランド外部端子よりも幅が狭い導体膜からなる高インピーダンス部が設けられており、各前記グランド導体膜のうち前記金属製蓋体と非接続となっている前記グランド外部端子近傍に位置する領域には、前記高インピーダンス部よりも幅が広い導体膜からなる低インピーダンス部が設けられており、一方、前記SAWフィルタ素子のうち最前段の前記SAWフィルタ素子の前記入力電極に導通した前記入力外部端子を前記容器の前記外周面の第1角部又はその近傍に、最後段の前記SAWフィルタ素子の前記出力電極に導通した前記出力外部端子を前記第1角部に対して対角線方向にある第2角部又はその近傍に形成したことを特徴とするものである。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の弾性表面波装置を図面に基づいて説明する。尚、実施例は、微小信号抽出用フィルタを用いて説明する。微小信号とは、例えば、人工衛星などから地上に送信される信号などが例示される。
【0020】
この微小信号抽出用フィルタは、例えば、図1に示すように、アンテナ回路Aに接続され、且つ増幅手段Pとともに用いられる。具体的には、アンテナ回路Aに、特定周波数帯域を通過させ得る前段(フロントエンド)SAWフィルタ素子(以下、単に前段SAWフィルタ素子)1、この特定周波数の信号成分を抽出した信号を増幅する増幅手段P、増幅した信号を再度抽出処理する後段(インターステージ)SAWフィルタ素子(以下、単に後段SAWフィルタ素子)2を順次接続する。これにより、微弱信号を増幅した信号が、通常のスイッチ回路や受信回路で処理できる程度のレベルの信号となり、しかも、ノイズ成分が抑制された信号が得られることになる。
【0021】
このような微小信号抽出用フィルタの構成において、少なくとも増幅手段Pは、ICチップなどによって別部品で扱うことになる。そして、前段SAWフィルタ素子と後段SAWフィルタ素子とを同一容器内に収容して、1つの部品と取り扱う。
【0022】
本発明の弾性表面波装置SWは、この前段SAWフィルタ素子1と後段SAWフィルタ素子2とを一体化した部品をいう。尚、SAWフィルタ素子とは、それ自体がフィルタ機能を持つもので、個々で共振器の機能を有して、これらを接続することでフィルタとなるものは含まれない。
【0023】
図2には、本発明の弾性表面波装置SWの外観図である。また、図3は、金属製蓋体を省略した状態の平面図であり、図7、図9は、容器の断面構造を示し、図6、図8は、容器の主要部分の平面図である。尚、図5(a)、(b)は、本発明のSAWフィルタ素子の等価回路を示す。
【0024】
図2において、本発明の弾性表面波装置SWは、容器3と容器上面に被着封止された金属製蓋体6とから構成されている。また、容器3外側の4つの端面には、外部端子を形成するための平面から見た形が半円形の溝部が例えば8つ(一対の辺には夫々3つ、もう一対の辺には1つ)形成されている。
【0025】
この外部端子を形成する半円形の溝部は容器3の厚み方向に形成されており、この溝部内に外部端子41〜48が形成されている。例えば、一対の対向しあう端面の一方面には、前段SAWフィルタ素子用入力パッドに導通する前段用入力外部端子41、後段SAWフィルタ素子用グランドパッドに導通するグランド外部端子45、後段SAWフィルタ素子用入力パッドに導通した後段用入力外部端子43が形成されている。
【0026】
また、一対の対向しあう端面の他方面には、前段SAWフィルタ素子用出力パッド(後述)に導通する前段用出力外部端子42、前段SAWフィルタ素子用グランドパッド(後述)に導通するグランド外部端子46、後段SAWフィルタ素子用出力パッド(後述)に導通した後段用出力外部端子44が形成されている。
【0027】
さらに、もう一対の端面の一方面には、前段SAWフィルタ素子用グランドパッドに導通するグランド外部端子47が配置されている。また、もう一対の端面の他方面には、後段SAWフィルタ素子用グランドパッドに導通するグランド外部端子48が配置されている。
【0028】
このような容器3の上面には、図3に示すように、例えば2つのSAWフィルタ素子1、2が実装される実装面3C及び両側面に段差部3a、3bを有するキャビティー部30が形成されている。そして、この実装面3Cには、SAWフィルタ素子1、2が配置されている。また、キャビティー部30の段差部3aには、図3の上側から、前段SAWフィルタ素子1の入力電極(後述)と接続する入力パッド31、前段SAWフィルタ素子1のグランド電極(後述)と接続するグランドパッド35、後段SAWフィルタ素子2のグランド電極と接続するグランドパッド36、後段SAWフィルタ素子2の入力電極と接続する入力パッド33、後段SAWフィルタ素子2のグランド電極と接続するグランドパッド37が配置されている。
【0029】
また、他方の段差部3bには、図3の上側から、前段SAWフィルタ素子1のグランド電極と接続するグランドパッド38、前段SAWフィルタ素子1の出力電極と接続する出力パッド32、前段SAWフィルタ素子1のグランド電極と接続するグランドパッド39、後段SAWフィルタ素子2のグランド電極と接続するグランドパッド40、後段SAWフィルタ素子2の出力電極と接続する出力パッド34が配置されている。
【0030】
また、キャビティー部30で、この段差部3a、3bに囲まれたキャビティー部の実装面3Cには、2つのSAWフィルタ素子1、2が接合される領域において、夫々グランド導体膜51、52が形成されている(図11参照)。
【0031】
即ち、図3でキャビティー部3の実装面3cの上側であるグランド導体膜51上には、前段SAWフィルタ素子1が配置されている。また、下側であるグランド導体膜52上には後段SAWフィルタ素子2が配置されている。
【0032】
このSAWフィルタ素子1、2は、図4に示すようにタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、水晶基板などの圧電基板53、54の表面に、互いに噛み合う1組の櫛型電極指からなるインターデジタル電極PS、接続導体PPS、入力電極11、21、出力電極12、22、グランド電極13、14、23〜25、必要に応じて反射器電極(図中、×の記号を指す)が形成されている。
【0033】
そして、このインターデジタル電極PSにより、1つの共振部を構成することになる。そして、この共振部は直列共振部、並列共振部に分類され、接続導体を介して、直列共振部、並列共振部とが互いに接続される。
【0034】
例えば、図4の上部に示す前段SAWフィルタ素子1は、圧電基板53上に3つの直列共振部S11〜S13と4つの並列共振部P11〜P14とが接続導体PPSによってラダー状に接続されている。この等価回路図を図5(a)に示す。
【0035】
そして、このSAWフィルタ素子1には、1つの入力電極11、1つの出力電極12、2つのグランド電極13、14が被着形成されている。
【0036】
図4の下部に示す後段SAWフィルタ素子2は、圧電基板54上に2つの直列共振部S21〜S22と3つの並列共振部P21〜P23とが接続導体(符号を省略する)によってラダー状に接続されている。この等価回路図を図5(b)に示す。
【0037】
そして、このSAWフィルタ素子2には、1つの入力電極21、1つの出力電極22、3つのグランド電極23〜25が被着形成されている。
【0038】
尚、前段SAWフィルタ素子1及び後段SAWフィルタ素子2は、夫々通過帯域での特性、及び選択性を考慮して、接続段数が若干相違している。
【0039】
このようなSAWフィルタ素子1、2は、絶縁性接着材を介して、キャビティー部30の実装面3cのグランド導体膜51、52に接合されている。
【0040】
また、前段SAWフィルタ素子1の入力電極11は、図3の右側の段差部3aに形成した入力パッド31にボンディングワイヤを介して接続され、出力電極12は、左側の段差部3bに形成した出力パッド32にボンディングワイヤを介して接続されている。また、グランド電極13は、段差部3aのグランドパッド35にボンディングワイヤを介して接続され、グランド電極14は、段差部3bのグランドパッド38にボンディングワイヤを介して接続されている。
【0041】
また、後段SAWフィルタ素子2の入力電極21は、図3の右側の段差部3aに形成された入力パッド33にボンディングワイヤを介して接続され、出力電極22は、段差部3bに形成した出力パッド34にボンディングワイヤを介して接続されている。また、グランド電極23は、段差部3aに形成したグランドパッド36にボンディングワイヤを介して接続され、グランド電極24は、段差部3bに形成したグランドパッド40にボンディングワイヤを介して接続され、グランド電極25は、段差部3aに形成したグランドパッド37にボンディングワイヤを介して接続されている。
【0042】
このような容器3は、少なくとも3層のセラミック層から構成されており、上述のように容器3の一対の外側端面には、図6に示すように、容器3の外部端子41、45、43が厚み方向に形成されている。この外部端子41、45、43は、断面半円形状の溝部の内部に、底面から所定位置まで導体が形成されている。例えば、図6〜図9に示すように前段SAWフィルタ素子1の入力電極11(図4参照)と接続する入力外部端子41及び後段SAWフィルタ素子2の入力電極21(図4参照)と接続する入力外部端子43は、容器3の底面から外側端面にかけて容器3の厚みの途中まで延びている。また、容器3外側端面の幅方向の略中央部分に位置するグランド外部端子45は、容器3の底面から外側端面を通って容器3の厚み方向全域に延びて形成され、さらに、容器3の上面に形成したシールリング接合用の導体膜61に導通している。
【0043】
また、容器3のもう一方の外側端面は、側面図を省略しているが、図6と同様、出力外部端子42、44は、底面から容器の厚みの途中にまで延び、グランド外部端子46は、容器3の底面から容器の上面にまで延び、さらに、容器3の上面に形成したシールリング接合用の導体膜61に導通している。
【0044】
尚、図7において、61は、上述したようにシールリング接合用導体膜(グランド電位)であり、62はシールリングであり、7は、金属蓋体である。
【0045】
また、図8は、図6と直交する外側端面である。この外側端面には、グランド外部端子47のみが形成されている。これに対向する容器3の端面には、グランド外部端子48のみが形成されている。このグランド外部端子47、48は、容器3の底面から上面に延びて形成されている。
【0046】
図7、図9に示す容器3は、最上面のセラミック層3xは、キャビティー部30(図3参照)の開口を形成するためにリング状を成しており、その上面の全面にわたり、コバール(登録商標)、42アロイなどからなるシールリング62をロウ付により接合する導体膜61が被着形成されている。
【0047】
ここで、図7に示すように最上層のセラミック層3xに形成された溝部30xには、例えば入力外部端子41となる導体膜が被着されていない。これは、他の入出力外部端子42、43、44についても同様な構造である。
【0048】
また、図9に示すように、グランド外部端子45、46については、3つのセラミック層3x〜3zの厚みに跨がって導体膜が形成され、図8に示すようにグランド外部端子47、48についてはセラミック層3xに形成された溝部31xには、導体膜が被着されていない。この理由は後述する。
【0049】
また、中間に位置するセラミック層3yの上面図を図10に示す。セラミック層3yはキャビティー部30内壁に段差部3a、3bを形成するため(図3参照)、キャビティー部30の開口部寸法に比較して若干小さい開口部を有するリング状となっている。そして、このセラミック層3yの外周には、外部端子を形成する領域を確保するための容器3の外側端面に溝部が形成される半円形の凹部(符号を省略している)が8つ形成されている。夫々の凹部には、前段SAWフィルタ素子側の入力外部端子41となる導体膜、グランド外部端子45となる導体膜、後段SAWフィルタ素子側の入力外部端子43となる導体膜、グランド外部端子48となる導体膜、後段SAWフィルタ素子側の出力外部端子34となる導体膜、グランド外部端子46となる導体膜、後段SAWフィルタ素子側の出力外部端子42となる導体膜、グランド外部端子47となる導体膜が形成されている。
【0050】
また、このセラミック層3yの開口周囲には、各SAWフィルタ素子の入力電極11、21と接続する入力パッド31、33となる導体膜、出力電極12、22と接続する出力パッド32、34となる導体膜、グランド電極13、14、23、24、25と接続するグランドパッド35、36、37、38、39、40となる導体膜が形成されている。
【0051】
例えば、最上層のセラミック層3xの開口と中間に位置するセラミック層3yの開口の差によって発生する段差部3aにおいて、例えば、図3の右側となる段差部3aに相当する部分には、図10の上から、前段SAWフィルタ素子1の入力電極11と接続する入力パッド31となる導体膜、前段SAWフィルタ素子1のグランド電極13と接続するグランドパッド35となる導体膜、後段SAWフィルタ素子2のグランド電極23と接続するグランドパッド36となる導体膜、後段SAWフィルタ素子2の入力電極21と接続する入力パッド33となる導体膜、後段SAWフィルタ素子2のグランド電極25と接続するグランドパッド37となる導体膜が形成されている。そして、この5つのパッドのうち、前段SAWフィルタ素子1の入力電極11に接続する入力パッド31となる導体膜は、この辺の外方側に延出され、溝部内の入力外部端子41となる導体膜に導通している。また、後段SAWフィルタ素子2のグランド電極23に接続するグランドパッド36となる導体膜は、この辺の外方側に延出され、溝部内のグランド外部端子45となる導体膜に導通している。また、後段SAWフィルタ素子2の入力電極21に接続する入力パッド33となる導体膜は、この辺の外方側に延出され、そのまま溝部内の入力外部端子43となる導体膜に導通している。また、後段SAWフィルタ素子2のグランド電極25に接続するグランドパッド37となる導体膜は、異なる辺に形成された溝部内のグランド外部端子48となる導体膜に導通している。
【0052】
尚、段差部3aの上から2つ目のパッドである前段SAWフィルタ素子1のグランド電極13と接続するグランドパッド35は、段差部3aの内側に導出され、その壁面に形成した半円形状凹部内に導出されている。
【0053】
また、図面の左側となる段差部3bに相当する部分の各パッドにおいて、前段SAWフィルタ素子1のグランド電極14に接続するグランドパッド38は、異なる辺に形成された溝部内のグランド外部端子47となる導体膜に導通している。また、前段SAWフィルタ素子1の出力電極12に接続する出力パッド32となる導体膜は、この辺の外方側に延出され、そのまま図面の左辺の溝部内の出力外部端子42となる導体膜に導通している。また、後段SAWフィルタ素子2の出力電極22に接続する出力パッド34となる導体膜は、この辺の外方側に延出され、そのまま図面の左辺の溝部内の出力外部端子44となる導体膜に導通している。
【0054】
尚、グランドパッド39はそのまま図面の左辺の溝部内グランド側外部端子46となる導体膜に導通している。また、グランドパッド40は、段差部3bの内側に導出され、その壁面に形成した半円形状溝部内に導出されている。
【0055】
最下層のセラミック層3zの上面図を図11に示す。セラミック層3zは平板形状となっており、各セラミック層3x、3yと同様に外周に8つの凹部が形成されている。そして、各凹部の内面には、それぞれ外部端子となる導体膜が形成されている。
【0056】
また、このセラミック層3zの上面で、キャビティー部30の実装面となる領域には、2つの平面に広がったグランド導体膜51、52が形成されている。1つのグランド導体膜51は、実質的に前段SAWフィルタ素子1が搭載される領域に形成され、もう1つのグランド導体膜52は、実質的に後段SAWフィルタ素子2が搭載される領域に形成され、互いに接続されていない。
【0057】
また、前段SAWフィルタ素子1が接合されるグランド導体膜51は、右側段差部3aの図面上から2つ目のグランドパッド35と接続するように、その凹部の下部にまで延出されている(延出部51a参照)。また、このグランド導体膜51は、図面上、上辺に形成された凹部にまで延出され、グランド外部端子47となる導体膜と低インピーダンス部を介して導通している。さらに、図面上、左辺中央に形成された凹部にまで延出され、グランド外部端子46に高インピーダンス部を介して導通している。即ち、このグランド導体膜51は、例えば、容器3の異なる辺に形成されたグランド外部端子47、46に接続されている。これにより、異なる方向からグランド電位に接地する。
【0058】
また、後段SAWフィルタ素子2が接合されるグランド導体膜52は、段差部3bの図面上から4つ目のグランドパッド40と接続するように、その凹部の下部にまで延出されている(延出部52a参照)。また、このグランド導体膜52は、図面上、下辺に形成された凹部にまで延出され、グランド外部端子48となる導体膜と低インピーダンス部を介して導通している。
【0059】
さらに、図面上、右辺中央に形成された凹部にまで延出され、グランド外部端子45に高インピーダンス部を介して導通している。即ち、このグランド導体膜52は、導体膜51と同様に、例えば、容器3の異なる辺に形成されたグランド外部端子48、45に接続されている。これにより、異なる方向からグランド電位に接地する。
【0060】
なお、上述の高インピーダンス部とは、グランド導体膜51、52からグランド外部端子へ流れる微少な電流が略抑制される部分のことをいい、低インピーダンス部とはその逆をいうものと定義する。
【0061】
また、セラミック層3zの底面図を図12に示す。セラミック層3zの底面には、各端子電極41〜48と導通した平面状の端子電極41a〜48aが被着形成されている。
【0062】
このような容器3は、複数の容器3が抽出できる形状の複数類、例えば3種類のセラミックグリーンシートを順次積層して形成される。即ち、最上層に位置するセラミック層3x、中間層となるセラミック層3y、最下層となるセラミック層3zとなるシートは、所定位置に凹部となるスルーホールを形成し、このシート上またはスルーホールの内面に導電性ペーストを塗布する。尚、最上層に位置するセラミック層3x、中間層となるセラミック層3yとなるシートに関しては、キャビティー部を形成する開口を有する。
【0063】
そして、このようなセラミックシートを積層一体化し、焼成し、さらに、容器3の形状に分割または切断することによって得られる。尚、分割または切断を焼成処理前に行っても構わない。ここで、各種導体膜は、W(タングテステン)やMo(モリブデン)、Ag、Cuなどが例示できる。尚、これらの金属は、セラミックの材料(焼成温度、焼成雰囲気が相違する)によって決定される。セラミック材料がアルミナであれば、導体材料は、W(タングテステン)やMo(モリブデン)が例示できる。セラミック材料がガラス−セラミック材料であれば、Ag、Cuなどが例示できる。
【0064】
尚、Cuを用いた場合には、焼成雰囲気は還元性雰囲気でおこなう。
【0065】
また、容器3から露出するパッド31〜40、外部端子41〜48は、その表面にNiメッキ、Auメッキなどが塗着されている。これにより、パッド31〜40においては、ボンディングワイヤによる接合が容易に行え、外部端子41〜48においては半田などとの接合が容易となる。また、最上面に位置する導体膜61では、シールリングとのろう付け接合が容易且つ強固に行える。
【0066】
このような3つのセラミック層3x〜3zからなる容器3の表面に位置する導体膜61(容器4側面に位置するグランド外部端子に導通している)上には、シールリング62がろう付けによって接合されて容器3全体が構成される。
【0067】
容器3のキャビティー部30には、上述したように、前段SAWフィルタ素子1及び後段SAWフィルタ素子2が接着剤を介して、グランド導体膜51、52に接合される。
【0068】
そして、このように容器3のキャビティー部30内に収容された前段SAWフィルタ素子1及び後段SAWフィルタ素子2は、キャビティー部30の外部の開口周囲に配置されたシールリング62上に金属製蓋体7が載置され、金属蓋体7とシールリング62との接合部分に、所定電流を通電して、シーム溶接を行う。
【0069】
このように形成された金属蓋体7は、コバールや42アロイなどの金属平板に、表面に応じて、実装面側にAg層を形成している。実質的には、容器3の外周面である側面に配置されたグランド外部端子45〜48を介してグランド電位に接地されることになる。
【0070】
以上のような構成の弾性表面波装置SWでは、グランド外部端子45〜48のうち、各SAWフィルタ素子の間、即ち、2つのSAWフィルタ素子の間である分割位置に配置され、かつ、互いに向かい合ったグランド外部端子45、46は容器3の外部で金属性蓋体6と電気的に接続されている。また、グランドパッド35〜40は各々のSAWフィルタ素子1、2で共有されず、かつ各々のSAWフィルタ素子1、2が接続されるグランドパッド35〜40のグランド電位は容器内部で電気的に分離されている。
【0071】
ここで、グランド外部端子45〜48とグランド導体膜51、52及びグランド外部端子45〜48と金属製蓋体6との電気的接続について説明する。
まず、グランド外部端子45、46は、グランド導体膜51、52の高インピーダンス部を介して接続されており、かつ、この部分のみが金属製蓋体6に接続されているので、高インピーダンス部により流れる電流が抑制されて主に金属製蓋体6をグランド電位に確実に落とすという役割を担う。これによりSAWフィルタ素子1、2間での金属製蓋体6を介した相互干渉は、金属製蓋体6上で略理想グランドに近い電位を形成しているために金属蓋体6がシールド効果を有してSAWフィルタ素子1、2の相互干渉を抑制することができる。しかも、図11のような2つのSAWフィルタ素子を分割する線上で、かつ互いに対向する面にグランド外部端子45、46を配置したので、分割部分がほぼ理想グランドに近い電位と成っているため、金属製蓋体上でのSAWフィルタ素子1、2の寄生成分が分割部分で断ち切ることができ、SAWフィルタ素子1、2間のシールド効果をより強めることができる。
【0072】
一方、グランド外部端子47、48は、グランド導体膜51、52の低インピーダンス部に接続され、金属制蓋体6とは接続されていない為、これらのグランド外部端子47、48は主にグランド導体膜51,52だけをグランド電位に落とすという役割を担うため、グランド導体膜51,52のグランドが強化されるものである。
【0073】
これに対して従来は、すべてのグランド外部端子45〜48を金属製蓋体6に接続していた為、グランド導体膜51、52の外部グランド導体45〜48の接続部から落ちるグランドと金属製蓋体6から落ちるグランドとが同じ経路であり、これにより、グランド導体膜51、52が十分にグランドに落ちることができず、金属製蓋体6による十分なシールド効果を得ることもできなかった。その結果、グランド導体膜51、52と実装基板(不図示)の電位差に起因した影響が現れやすかった。
【0074】
発明者らは、この効果を確認するために、アイソレーション特性の実測を行った。図20にアイソレーション特性の測定結果を示す。ここで、太実線で示した特性は本発明の実施の形態で説明した構成の弾性表面波装置SWのアイソレーション特性であり、細実線は、外部グランド端子45〜48全てが金属製蓋体6の接続した場合以外は本発明の実施の形態と同様の構成であり、破線は、外部グランド端子45、46、47だけを金属製蓋体6に接続した以外は本発明の実施の形態と同じ構成である。一番好ましい結果としては本発明の弾性表面波装置SWが最も良いアイソレーション特性となり、続いて、破線の外部グランド端子45、46、47を金属製蓋体に接続した場合で、全ての外部グランド端子を金属製蓋体に接続した場合が最も悪いアイソレーション特性となり、考察通りの結果が得られた。
【0075】
また、相互干渉はSAWフィルタ素子1、2から実装基板のグランド電位までの間の寄生成分により発生する。以下その寄生成分について等価回路を用いて説明する。
【0076】
図13は、本発明の弾性表面波装置におけるグランド導体膜を中心とした寄生成分を示す等価回路である。また、図14は、従来、即ち、図17に示すような、キャビティー部の実装面のグランド導体を2つのSAWフィルタ素子の領域に跨がって共通とした弾性表面波装置の寄生インピーダンス成分を示す等価回路を示す。
【0077】
図13において、前段SAWフィルタ素子1のグランド電極13、14は、グランドパッド35、38、前段SAWフィルタ素子1専有のグランド導体膜51に接続され、前段SAWフィルタ素子1専有の複数のグランド外部端子46、47を介して配線基板のグランド電位に接続されていることになる。
【0078】
また、後段SAWフィルタ素子2側において、後段SAWフィルタ素子2専有のグランド導体膜52、グランド外部端子45、48を介してグランド電位に接続されている。
【0079】
これより、SAWフィルタ素子1、2のIN−OUTラインに対してグランド導体膜51、52のグランド電位G51、G52との間に、寄生容量成分C1、C2が夫々独立して発生する。
【0080】
また、グランド導体膜51、52のグランド電位G51、G52と配線基板のグランド電位G0との間に、夫々グランド導体膜51、52に起因する寄生インピーダンス成分C3、C4が夫々独立して発生する。
【0081】
従って、前段SAWフィルタ素子1専有のグランド導体膜51に起因する寄生インピーダンスC3の影響は、前段SAWフィルタ素子1のみに影響し、他方の後段SAWフィルタ素子2には影響しない。同様に、後段SAWフィルタ素子2専有のグランド導体膜52に起因する寄生インピーダンスC4の影響は、前段SAWフィルタ素子1に影響しない。
【0082】
これに対して、従来は、図17に示すように、最下層のセラミック層の上面に全面に拡がったグランド導体膜500が形成され、各SAWフィルタ素子100,200のグランド電位は、このグランド導体膜500により接続されていた。
【0083】
図14に示す従来の構造での寄生インピーダンス成分に関する等価回路では、共通のグランド導体膜500に起因する寄生インピーダンスC5は、グランド導体膜500と配線基板のグランド電位G0との間に共通的に発生する。しかも、この寄生インピーダンスC5は、前段SAWフィルタ素子100及び後段SAWフィルタ素子200の両方に影響してしまう。
【0084】
しかも、この寄生インピーダンスC5は、面積が2つのSAWフィルタ素子分の領域に形成されており、単純に、本発明の構造に対して、グランド導体膜の寸法が2倍となっており、1つのSAWフィルタ素子から見た寄生容量成分が2倍となってしまう。
【0085】
この結果、両SAWフィルタ素子間で、アイソレーション特性が劣化してしまう。
【0086】
本発明者らは、前段SAWフィルタ素子1、後段SAWフィルタ素子2とともに、1.57GHZ帯域の中心周波数となる微小信号抽出用フィルタ装置に基づいて、アイソレーション特性を実測した。
【0087】
その結果、本発明の外部グランド端子45〜48と金属製蓋体6との接続構造を有する弾性表面波装置SWでは、図15に示すように通過帯域の低周波側(例えば、1.48GHz)において−62dBの減衰量を確保できるのに対して、図18に示すように、従来のすべての外部グランド端子を金属製蓋体に接続し、かつ、キャビティー内部のグランド導体膜を2つのSAWフィルタ素子で共有化したグランド導体膜の構造を有する装置では、通過帯域の低周波側(例えば、1.48GHz)において−40dB程度の減衰量しか確保できない。
【0088】
また、図15に示すように通過帯域の高周波側(例えば、1.68GHz)において−61dBの減衰量を確保できるのに対して、図18に示すように、従来では、−40dB程度の減衰量しか確保できない。
【0089】
なお、本発明の構成の弾性表面波装置SWにおいては、容器3の外周面に形成する複数の入出力外部端子41〜48の内、最前段のSAWフィルタ素子1から導通した入力外部端子41を容器3の第1角部Jの近傍に形成している。例えば、図3に示した面に形成しても良く、その面と直交する面に形成してもよい。また、第1角部Jに形成しても良い。一方、最後段のSAWフィルタ素子2から導通した出力外部端子44を、容器3の第1角部Jから出た対角線の方向に存在する第2角部Kの近傍に形成している。この形成する面も例えば図3に示した面に形成してもよく、その面と直交する面に形成してもよい。
【0090】
この構成により各SAWフィルタ素子1、2の相互干渉を抑えることができる。その理由を以下に説明する。
【0091】
前段のSAWフィルタ素子1の外部端子41と後段のSAWフィルタ素子2の出力外部端子44間の相互干渉は
(1)外部端子41から出る電磁波等が空中を伝わって、直接、出力外部端子44に伝搬することによる相互干渉
(2)前段のSAWフィルタ素子1の入力外部端子41から出る電磁波等が空中を伝わって、直接、出力外部端子42に伝搬することによる相互干渉
(3)前段のSAWフィルタ素子1の入力外部端子41から出る電磁波等が空中を伝わって、直接、後段のSAWフィルタ素子2の入力外部端子43に伝搬されることによる相互干渉
が考えられるが、特に(3)の入力外部端子41と入力外部端子43との干渉に起因した成分は、図3に開示した構成では端子間の距離が最も近いため大きいと考えられるが、この干渉成分の大部分は、その後、後段のSAWフィルタ素子2を通って不要な成分がカットされる為、結果として殆ど影響を及ぼさない。これは(2)でも同様の理由で殆ど影響を及ぼさないものである。しかし、(1)の場合には出力外部端子44に伝搬した干渉成分が直接、弾性表面波装置SWのアイソレーション特性に影響を与える。
【0092】
しかしながら、入力外部端子41と出力外部端子44間との直接の干渉は、容器3の第1角部Jの近傍から対角線方向にある第2角部Kの近傍に形成したため、入力外部端子41と出力外部端子44の端子間距離が極大化され、干渉成分が極小に抑えこまれている。よって、非常に良好なアイソレーション特性が得られる。
【0093】
次に、容器3内部において入力外部端子41に接続する入力パッド31及びボンディングワイヤと出力外部端子44に接続する出力パッド34及びボンディングワイヤとの相互干渉については、互いに平行にならないように配置することが必要である。
【0094】
しかしながら、外部端子41と出力外部端子44の端子間距離が極大化されているため、互いに平行に配置したとしてもパッド、ボンディングワイヤ同士の干渉も極小にすることができる。逆に、パッド、ボンディングワイヤ同士を平行に形成することができるため、これにより、一方方向にパッド、ボンディングワイヤを配置させることができ弾性表面波装置SWの小型化を達成することができる。
【0095】
一方、図3のような入力外部端子41、出力外部端子44の配置をとらなかった場合として、前段SAWフィルタ素子1の外部入出力端子41はそのままに、後段SAWフィルタ2の外部入出力端子44を逆転させた場合、即ち、図19に示す外部入出力端子配置とした場合の入力外部端子41と出力外部端子44との相互干渉を考える。
【0096】
図19において、入力外部端子41と出力外部端子44間の距離的が短くなっている為に入力外部端子41から直接出力外部端子44に伝わりやくすなり、干渉成分は増大する。従って、実施例に比較して十分なアイソレーション特性が得られない。これらは、パッドやボンディングワイヤ同士の干渉も同様のことがいえる。
【0097】
本発明者は、前段SAWフィルタ1、後段SAWフィルタ2ともに、1.57GHZ帯域の中心周波数となる微小信号抽出用フィルタ装置に基づいて、本発明の請求項9に記載した弾性表面波装置と、その外部端子配置を図19の様に変化させた弾性表面波装置のアイソレーション特性を実測した。
【0098】
その結果、本発明の外部端子の配置では、図15に示すように通過帯域の低周波側(例えば、1.48GHz)において−62dBの減衰量を確保できるのに対して、図19に示すように、客先での使い勝手を優先させた外部端子の配置では、図20に示すように通過帯域の低周波側(例えば、1.48GHz)において−57dB程度の減衰量しか確保できない。
【0099】
また、図15に示すように通過帯域の高周波側(例えば、1.68GHz)において−61dBの減衰量を確保できるのに対して、図20に示すように、−52dB程度の減衰量しか確保できない。
【0100】
このような結果は、以下の作用によって達成されると考える。(1)容器3のキャビティー部30内のグランド導体膜51、52が、各SAWフィルタ素子1、2毎に専有化され、物理的に分割されているため、相互干渉が発生しにくい。(2)グランド導体膜51、52の高インピーダンス部に接続した互いに向かい合うグランド外部端子45、46のみが容器3の金属製蓋体7と電気的に接続することにより、金属製蓋体7上で2つのSAWフィルタ素子を分割する線上に位置する部分がほぼ理想グランドに近い電位となり、金属製蓋体7上でのシールド効果により、金属製蓋体7を介した2つのSAWフィルタ素子間での干渉が起こりにくい。(3)グランド導体膜51、52の低インピーダンス部に接続し互いに向かい合ったグランド外部端子47、48を容器3外部で金属性蓋体6と電気的に接続していないため、グランド導体膜がグランド電位に十分に落ち、2つのSAWフィルタ素子間での干渉が起こりにくい。(4)入力外部端子41と出力外部端子44の距離、入力パッド31と出力パッド34の距離が極大化するため、前段SAWフィルタ1の入力外部端子41と後段SAWフィルタ2の出力外部端子34間の相互干渉が発生しにくい。
【0101】
尚、グランド導体膜51、52を各SAWフィルタ素子1、2毎に専有化して分割したとしても、2つのSAWフィルタ素子1、2のグランド電極13〜14、23〜25からグランドパッド35〜40にボンディングワイヤによって接続するにあたり、グランドパッド35〜40には、何れか1つのSAWフィルタ素子からのみ接続されていると良好である。
【0102】
このため、SAWフィルタ素子1、2のグランド電極13〜14、23〜25と、キャビティー部30の段差部3a、3bの上のグランドパッド35〜40とを接続するにあたり、一方のグランド導体膜51と導通するグランドパッド35、38、39には、前段SAWフィルタ素子1のみの接続を行い、他方のグランド導体膜52と導通するグランドパッド36、37、40には、後段SAWフィルタ素子2のみの接続を行うことが重要となる。
【0103】
本発明者は、比較例として、上述の2つのSAWフィルタ素子1、2のグランド電極13、23を1つのグランドパッド35に接続した場合のアイソレーション特性を測定した。この場合、本発明の実施の形態であるグランド導体膜51、52を用いた構造として実験を行った。
【0104】
その結果は図19に示す通り、通過帯域の低周波側(例えば、1.48GHz)において−44dB程度の減衰量しか確保できず、また、高周波側(例えば、1.68GHz)において−45dBの減衰量しか確保できなかった。
【0105】
上述の結果から理解できるように、前段SAWフィルタ素子1の各グランド電極13〜14は、前段SAWフィルタ素子1が実装されたグランド導体膜51に導通したグランドパッド35、38、39に接続し、後段SAWフィルタ素子2のグランド電極23〜25は、後段SAWフィルタ素子2が実装されたグランド導体膜52に導通したグランドパッド36、37、40、に接続することが、アイソレーション特性上重要となる。
【0106】
尚、上述の実施例では、2つのSAWフィルタ素子1、2を容器3内のキャビティー部30に収容した微小信号抽出用フィルタで説明したが、キャビティー部30内に、3つ以上のSAWフィルタ素子を配置しても構わない。また、2つのSAWフィルタ素子1、2を同一基板上に形成しても構わない。
【0107】
例えば、3つのSAWフィルタ素子を収容した場合には、それぞれの素子を分割する位置に配置された互いに向かい合った外部グランド端子を金属製蓋体と接続し、3つのグランド導体膜を、3つのSAWフィルタ素子夫々が独立するように形成し、しかも、グランド外部端子との接続において、他のグランド導体膜と共用しないようにし、さらに最前段のSAWフィルタ素子の入力外部端子と最後段の出力外部端子を対向する面に配置すればよい。
【0108】
また、上述の実施例では、微小信号抽出用フィルタを例にして説明したが、1つの容器に2つ以上のSAWフィルタ素子を収容した全ての弾性表面波装置にも広く適用できる。
【0109】
【発明の効果】
本発明では、2つのSAWフィルタ素子間の相互干渉(クロストーク)を大幅に抑圧することが可能な弾性表面波装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の弾性表面波装置の実装形態を示す等価回路図である。
【図2】 本発明の弾性表面波装置の外観斜視図である。
【図3】 本発明の弾性表面波装置において、金属製蓋体を省略した状態であり、特にSAWフィルタ素子と導体膜との関係を示した概略図である。
【図4】 本発明の弾性表面波装置に用いるSAWフィルタ素子の配置関係を示した平面図である。
【図5】 (a)は本発明の前段SAWフィルタ素子の等価回路図であり、(b)は、前段SAフィルタW素子の等価回路図である。
【図6】 本発明の弾性表面波装置における容器の一方面側の側面図である。
【図7】 本発明の弾性表面波装置における入出力外部端子部分の断面図である。
【図8】 本発明の弾性表面波装置における容器の他方の端面側の側面図である。
【図9】 本発明の弾性表面波装置におけるグランド外部端子部分の断面図である。
【図10】 本発明の弾性表面波装置の容器を構成する中間に位置するセラミック層の上面図である。
【図11】 本発明の弾性表面波装置の容器を構成する最下層に位置するセラミック層の上面図である。
【図12】 本発明の弾性表面波装置の容器を構成する最下層に位置するセラミック層の下面図である。
【図13】 本発明の弾性表面波装置におけるグランド導体膜に発生する寄生インピーダンス成分を示す等価回路図である。
【図14】 従来の弾性表面波装置における共通グランド導体膜に発生する寄生インピーダンス成分を示す等価回路図である。
【図15】 本発明弾性表面波装置におけるアイソレーション特性図である。
【図16】 従来の弾性表面波装置において、金属製蓋体を省略した状態であり、特にSAWフィルタ素子と導体膜との関係を示した外観斜視図である。
【図17】 図16において、SAWフィルタ素子を省略した状態の外観斜視図である。
【図18】 従来の弾性表面波装置におけるアイソレーション特性図である。
【図19】 従来の弾性表面波装置で、入出力外部端子の配置を考慮していない弾性表面波装置である。
【図20】 図19における弾性表面波装置のアイソレーション特性を示す図である。
【図21】 グランドパッドを2つのSAWフィルタ素子で共有した場合のアイソレーション特性を示す図である。
【符号の説明】
1・・前段SAWフィルタ素子
2・・後段SAWフィルタ素子
3・・容器
30・・キャビティー部
41・・前段SAWフィルタ素子用の入力外部端子
42・・前段SAWフィルタ素子用の出力外部端子
46、47・・前段SAWフィルタ素子用グランド外部端子
43・・後段SAWフィルタ素子用の入力外部端子
44・・後段SAWフィルタ素子用の出力外部端子
45、48・・後段SAWフィルタ素子用グランド外部端子
31・・前段SAWフィルタ素子用の入力パッド
32・・前段SAWフィルタ素子用の出力パッド
35、38、39・・前段SAWフィルタ素子用グランドパッド
33・・後段SAWフィルタ素子用の入力パッド
34・・後段SAWフィルタ素子用の出力パッド
36、37、40・・後段SAWフィルタ素子用グランドパッド
51・・前段SAWフィルタ素子用のグランド導体膜
52・・後段SAWフィルタ素子用のグランド導体膜
J・・・第1角部
K・・・第2角部
Claims (1)
- 外周面に複数の入力外部端子、出力外部端子およびグランド外部端子を、キャビティー部内に、前記入力外部端子、前記出力外部端子および前記グランド外部端子に夫々導通した複数の入力パッド、出力パッドおよびグランドパッドを有する四角形状の容器と、
該容器の前記キャビティー部内に収容された複数のSAWフィルタ素子と、
前記キャビティー部内の各前記SAWフィルタ素子が収容される領域に形成され、複数の前記グランド外部端子同士を接続している複数のグランド導体膜と、
前記容器の前記キャビティー部を封止する金属製蓋体とから成り、
各前記SAWフィルタ素子の入力電極は前記入力パッドに、出力電極は前記出力パッドに、グランド電極は前記グランドパッドに夫々接続されているとともに、各前記SAWフィルタ素子が収容される領域に形成されている前記グランド導体膜は、そのいずれもが前記キャビティー部内で電気的に分離されてなる弾性表面波装置であって、
前記グランド導体膜を介して互いに接続されている複数の前記グランド外部端子は、その少なくとも1つが前記金属製蓋体と接続され、他は前記金属製蓋体と非接続となっており、かつ前記グランド導体膜のうち前記金属製蓋体と接続されている前記グランド外部端子近傍に位置する領域には、前記グランド外部端子よりも幅が狭い導体膜からなる高インピーダンス部が設けられており、各前記グランド導体膜のうち前記金属製蓋体と非接続となっている前記グランド外部端子近傍に位置する領域には、前記高インピーダンス部よりも幅が広い導体膜からなる低インピーダンス部が設けられており、
一方、前記SAWフィルタ素子のうち最前段の前記SAWフィルタ素子の前記入力電極に導通した前記入力外部端子を前記容器の前記外周面の第1角部又はその近傍に、最後段の前記SAWフィルタ素子の前記出力電極に導通した前記出力外部端子を前記第1角部に対して対角線方向にある第2角部又はその近傍に形成したことを特徴とする弾性表面波装置。
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