フィルタ、通信モジュール、および通信装置

【課題】
複数の共振器から構成される弾性波フィルタの小型化に伴い、弾性フィルタ内の配線パターンが隣接し不要な電磁結合が生じ、弾性波フィルタの特性劣化が生じるのを抑制する。
【解決手段】
基板上に配置された弾性波を利用するＳＡＷやＦＢＡＲ等の複数の共振器の間や、これら複数の共振器とグランド端子との間、共振器と入力端子との間や共振器と出力端子との間に配置された複数の配線パターンに沿って、これら配線パターンと隣接し、対向し、好ましくは配線パターン幅よりも広い幅を有するシールド電極を配置し、弾性波フィルタの小型化に伴う、弾性フィルタ内の配線パターン間の不要な電磁結合を抑制し、弾性波フィルタの特性劣化を防止する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はフィルタ、およびそのフィルタを使用した通信モジュール、および通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話に代表される無線通信機器では、通信に使用する周波数帯域を複数使用するマルチバンド化や各種の機能を備えたシステム化が進み、1台の電話機に複数の無線装置が搭載されるようになっている。しかしながら、携帯電話機自体は小型／薄型化が継続して要求されており、その中に搭載される部品の小型／薄型化が強く要望されている状況である。
【０００３】
また、機器の低コスト化に対する要求も強く、そのために、複数の搭載部品を1つにモジュール化することで、小型化とともに実装コストを低減させることが多くなっている。
【０００４】
無線通信機器の搭載部品のうち、弾性波フィルタやそれを用いた分波器は、半導体部品と製造工程が大きく異なるために、同一基板に集積することが困難である。そのために、弾性波フィルタや分波器は、半導体部品とは別に実装されてきた。しかしながら、近年のマルチバンド化のためには、1台の携帯電話に各周波数帯に応じた複数の弾性波フィルタや分波器を備える必要がある。小型、軽量化の要望に応えるために、これら複数の弾性波フィルタや分波器をそれぞれ1つにまとめてモジュール化が必要で、これらのモジュール自体の更なる小型／薄型化も要求されている。
このような要望に応えるために、弾性波フィルタやそれを用いた分波器を複数搭載したモジュールの開発が活発となっている。モジュールを小型化するためには、個々の弾性波フィルタや分波器を出来るだけ近接配置してモジュール基板に搭載する必要があり、分波器間の配線同士も近接して配置する必要がある。さらには、弾性波フィルタや、分波器自体も小型化が必要となるため、弾性波フィルタ素子内の振動子間の配線や弾性波フィルタ間の配線同士も近接して配置されることが多くなる。このような構造は、弾性波フィルタ内の配線間での不要な電磁結合を増加させたり、モジュール基板内の配線同士の不要な電磁結合を増加させ、いずれも弾性波フィルタの抑圧を劣化させたり、分波器のアイソレーションを劣化させるという問題が発生してしまっていた。
この弾性波フィルタの小型化に伴う問題点として、弾性波フィルタの通過帯域の周波数特性におけるリップルが発生し挿入損失が劣化することが知られており、それを防止するための構成が、例えば、特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２８８２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明では、モジュール用弾性波フィルタ素子内の配線同士の不要な電磁結合を抑制することを課題とし、小型で良好な抑圧特性、アイソレーション性能を有する弾性波フィルタを実現することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態においては、基板と、前記基板上に配置された弾性波を利用する複数の共振器と、前記基板上に配置されたグランド端子部と、前記複数の共振器の間および
前記共振器と前記グランド端子部間とを接続する前記基板上に配置された複数の配線パターンと、前記配線パターンに隣接して対向するように配置されたシールド電極とを有する弾性波フィルタが構成される。このように、配線パターンに隣接してシールド電極を設けるので、共振器を隣接して配置しても配線パターン間の配線間の電気的結合が抑制される。
また、シールド電極は、グランド端子に接続されていない配線部にのみに対面し、かつ、グランド端子に接続されていない配線部に沿うように形成されていることが望ましい。
また、シールド電極は、グランドに接続されていることが望ましく、弾性波フィルタをモジュール素子として実装するモジュール基板内で、弾性波フィルタの配線のグランド端子と接続されているか、または、弾性波フィルタの配線のグランド端子と弾性波フィルタ素子上で接続されていることが望ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一態様によれば、以上、本発明を用いることで、弾性波フィルタ素子の配線に対面し、かつ、配線に沿うようにシールド電極を設け、該シールド電極をグランドにすることで、弾性波フィルタのアイソレーションを向上させる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１に係る弾性波フィルタの回路構成を示す図
【図２】実施例１に係る弾性波フィルタの回路構成を示す図
【図３】実施例１に係る弾性波フィルタの一部断面を示す図
【図４】実施例１に係る弾性波フィルタの矢視図
【図５】実施例１に係る弾性波フィルタの矢視図
【図６】シールド電極の形状を示す図
【図７】実施例１に係る弾性波フィルタの一部断面を示す図
【図８】実施例１に係る弾性波フィルタと従来の弾性波フィルタとの特性を示す図
【図９】配線パターンとシールド電極間に誘電体層を設ける場合の製造工程を示す図
【図１０】配線パターンとシールド電極間に空隙を設ける場合の製造工程を示す図
【図１１】実施例１の弾性波フィルタを備えた実施例２のデュープレクサの構成を示す図
【図１２】実施例１の弾性波フィルタまたは実施例２のデュープレクサを備えた実施例３の通信装置の構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
上記した課題を解決するために、我々は弾性波フィルタのパッケージおよび弾性波フィルタを実装するモジュール基板の層構成を変更することでモジュール内の不要な電磁界結合を抑制している。しかしながら、小型化を進めていくと、さらに、弾性波フィルタ内の電磁界結合も抑制する必要があり、この弾性波フィルタ内の電磁界結合を抑制する構成を着想し、発明するに至った。
【００１１】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。
本発明の実施形態を説明する。実施例１に使用する弾性波フィルタ１０の回路構成を図１に示す。この弾性波フィルタ１０は、直列に接続された共振器Ｓ１１乃至Ｓ１５と並列に接続されたＰ２１乃至Ｐ２３から構成されるバンドパスフィルタを例にしている。このフィルタに使用する各共振器は、表面弾性波（ＳｕｒｆａｃｅＡｃｏｕｓｔｉｃＷａｖｅ）素子であっても良いが、以下の説明では圧電薄膜共振子（ＦｉｌｍＢｕｌｋＡｃｏｕｓｔｉｃＲｅｓｏｎａｔｏｒ：ＦＢＡＲ）を使用した場合について説明する。これら各共振器はシリコン基板（後述）上に形成されており、各共振器はルテニウム（Ｒｕ)、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、または（Ｉｒ）等を使用した配線パタ
ーン３１ａ乃至３７ａによって、電気的に図１に示す様に接続されている。なお、ＦＢＡＲの圧電体に電界を印加するための電極は、上部電極、下部電極と称し、配線パターンとは区別するが、上部電極、下部電極材は、配線パターンに使用するものと同じ材料を使用することが好ましい。
【００１２】
図２は、図１に示した弾性波フィルタ１０の各共振器間の各配線パターン３１ａ乃至３７ａに沿うように、所定距離だけ離してシールド電極３１ｂ乃至３７ｂを配置した回路構成を示す図である。シールド電極の幅は、対向する配線パターンの幅よりも広いことが好ましい。図示するように、各電極３１ｂ乃至３７ｂは接地されている。各配線パターンと電極との紙面に垂直な方向の位置関係を、図２中に示したＡＡに沿った断面を例に図３に示す。図示する様に、基板４０上に配線パターン３７ａが形成されており、所定距離だけ離し、シールド電極３７ｂが配置されている。
【００１３】
なお、配線パターン３７ａ等と対向するシールド電極３７ｂ等の間は空隙のままでも良いが、機械的に安定化させるために、誘電体を充填した構造でも良い。これらシールド電極の形成方法に付いては、後述する。
【００１４】
次に、図１に示した弾性波フィルタ１０を形成した詳細図を図４に示し、弾性波フィルタ１０の配線パターン上にシールド電極３１ｂ等を配置した詳細図を図５に示し、シールド電極の構造を明瞭に示すために、シールド電極３０のみの形状を図６に示し、シールド電極、共振器および基板の断面形状を図７に示す。図５、図６には、本実施例を簡潔に示すために、弾性波フィルタ１０（弾性波フィルタ２０）を１個のみ示したが、複数のフィルタを構成しても良い。
【００１５】
図４は、本実施例に係る弾性波フィルタ２０の斜視図である。各配線パターン３１ａ乃至３７ａの各々は各共振器Ｓ１１乃至Ｓ１５およびＰ２１乃至Ｐ２３の上部電極または下部電極と一体となって形成されている。また、図１に示した入力端子１３、出力端子１２は各々配線パターン３１ａ、３６ａと一体となって形成されている。
【００１６】
図５は、シールド電極３０を図４に示した弾性波フィルタ１０上に配置した構成を示す斜視図である。シールド電極は図２において、シールド電極３１ｂ乃至３７ｂで示したが、実際には、図５に示す様に、各シールド電極３１ｂ乃至３７ｂは一体としたシールド電極３０として形成するのが好ましい。このシールド電極３０は、各共振器間の配線パターンを覆うと伴に、各共振器上には開口部を設けた構造となっている。このように一体化したシールド電極３０では、本実施例ではＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４の４箇所をグランド端子として設けているが、必ずしも、この配置、個数には限定されない。
【００１７】
図６はシールド電極３０の構造を分かり易く示すために、平面部のみを斜視図として示したものであり、グランド端子のための折り返し部分は省略して示したものである。
【００１８】
なお、このシールド電極材としては、上部電極、下部電極材と同じものが使用できる。
【００１９】
次に、図５中に矢印ＢＢで示した矢視図を図７に示す。ＦＢＡＲ型の共振器Ｓ１１の上部電極３１Ｃは配線パターン３１ａと一体として形成され、下部電極３２ｃは配線パターン３２ａと一体として形成され、この下部電極３２ｃの下部の基板４０には空隙４２が設けられ、共振器のＱ値を向上させている。なお、この空隙は、必ずしも基板に設ける必要は無く、下部電極下に音響インピーダンスの小さなものがあれば良く、共振器Ｓ１１を基板４０から遠ざかる方向に湾曲させて湾曲部の空隙を利用した構造でも良い。配線パターン３１ａ、３２ａ上には各々シールド電極３１ｂおよび３２ｂが所定の間隔だけ離れて配置されており、ＦＢＡＲ型の共振器Ｓ１１上には、開口部３１ｄが位置している。
【００２０】
尚、シールド電極幅は、配線パターン幅よりも広いと配線パターン間の電磁結合などの抑圧により効果があり好ましい。
【００２１】
また、配線パターンとシールド電極間は、空隙または誘電体層または空隙と誘電体層とが混在していても良く。
【００２２】
更に、シールド電極は配線パターンの内、グランド端子に接続されていない配線パターンに隣接して対向するように配置するように構成しても良い。
【００２３】
シールド電極は複数の共振器の内、グランド端子と接続される共振器の電極と接続するように構成しても良い。
【００２４】
次に本実施例に基づく弾性波フィルタの特性について述べる。弾性波フィルタ１０は、シールド電極を設けていないので従来構造の弾性波フィルタに相当し、シールド電極３０を有する弾性波フィルタ２０との特性を比較した。この両フィルタの特性は、シミュレーションによって求めたものである。シミュレーション条件は、以下の手順で行った。
【００２５】
１．フィルタの各共振器の特性は、モードモード結合理論を用いて計算した。
【００２６】
２．配線パターンおよびシールド電極を含めた全体の特性は3次元の電磁界解析ソフトを用いて計算した。
【００２７】
３．フィルタの通過帯域は、BAND1の受信フィルタ（受信帯域：２１１０−２１７０ＭＨｚ）である。
【００２８】
４．弾性波フィルタ２０の配線パターンとシールド電極間の距離は１５μmとし、弾性波フィルタ１０には、シールド電極を設けていないので、シミュレーション上は、シールド電極が無い場合に相当する１００μmとした。
上記の条件の下に、計算した各弾性波フィルタの通過特性を計算した結果を図８に示す。図８の横軸は周波数であり、縦軸は減衰量を示す。実線が本実施例に係る弾性波フィルタ２０の通過帯域特性で、点線が従来構造の弾性波フィルタ１０に係る特性である。
この図８の特性結果から分かるように、本実施例の弾性波フィルタ２０は、通過帯域両側での抑圧比が改善されており、特に低域側２０７０ＭＨ付近で大きな減衰のピークがあり、抑圧が約２０数ｄＢと大幅に改善している。
【００２９】
次に、本実施例の弾性波フィルタ２０の製造方法について、図９および図１０を参照して説明する。図９および図１０は、弾性波フィルタの一部分を示すもので、図９は配線パターンとシールド電極間に誘電体層を設けた場合の製造工程を示す図で、図１０は配線パターンとシールド電極間を空隙にした場合の製造工程を示す。
【００３０】
図９において、本発明の弾性波フィルタのシールド電極の製造方法を説明する。なお、弾性波フィルタの共振器および配線に関しては、既存の手法であらかじめ形成されているとする。
【００３１】
図９（Ａ）において、配線パターン５０（配線パターン３１ａ等に代え、以下配線パターンの符号を５０とする。）が基板４０上に既知の手法で形成されている。この配線パターン５０上に誘電体で絶縁層を形成する。誘電体層は、数μm以上の厚さが望ましいので、感光性ポリイミド５１の塗布およびパターニング後の焼成により形成する(図９（Ｂ））。その後、シールド電極をリフトオフプロセスで形成するが、図９（Ｃ）に示すように
、レジスト５２をパターニングし、シールド電極に相当する箇所が開口したパターンを形成する。その後、図９（Ｄ）に示すように、真空蒸着などの方法で開口部に電極５３を形成する。最後に、レジストを除去して、図９（Ｅ）に示す様にシールド電極５４を形成する。
【００３２】
図１０において、本発明の弾性波フィルタのシールド電極と配線パターン間が空隙の場合の製造方法を説明する。なお、弾性波フィルタの共振器および配線に関しては、既存の手法であらかじめ形成されているとする。パターン配線とシールド電極の間隙は、誘電体よりも空隙の方が両電極間の容量が小さくなるため望ましい。但し、その場合、シールド電極を保持するための支柱が必要となる。
【００３３】
図１０（Ａ）は配線パターン５０が形成されている基板４０の断面である。図１０(Ｂ)に示すように、レジスト６０のパターニングによりシールド電極を保持するための支柱パターン６１を形成する。図中では、支柱パターン６１の形状は円筒状または円錐台状である。次に、図１０（Ｃ）に示すように、めっき用シード電極６２をスパッタリングなどの手法で形成する。引き続いて、図１０（Ｄ）に示すようにシールド電極６４を形成するため、レジスト６３で開口パターンを形成する。その後、図１０（Ｅ）に示すように、めっきにより開口パターンの部分にシールド電極６４となる金属を充電する。最後に、図１０（Ｆ）に示すように、レジスト６３を除去することでシールド電極６４および支柱６５を形成する。形成されたシールド電極は空中配線となるので、応力を考慮すると、シールド電極の主たる部分は、Ｃｕめっきが望ましい。
【００３４】
図１１は、本発明の実施例２で実施例１の弾性波フィルタを備えた通信モジュールの一例を示す。図１１に示すように、デュープレクサ７２は、受信フィルタ７２ａと送信フィルタ７２ｂとを備えている。また、受信フィルタ７２ａには、例えばバランス出力に対応した受信端子７３ａ及び７３ｂが接続されている。また、送信フィルタ７２ｂは、パワーアンプ７４を介して送信端子７５に接続している。ここで、受信フィルタ７２ａ及び送信フィルタ７２ｂには、本実施の形態における弾性波フィルタが含まれている。
【００３５】
受信動作を行う際、受信フィルタ７２ａは、アンテナ端子７１を介して入力される受信信号のうち、所定の周波数帯域の信号のみを通過させ、受信端子７３ａ及び７３ｂから外部へ出力する。また、送信動作を行う際、送信フィルタ７２ｂは、送信端子７５から入力されてパワーアンプ７４で増幅された送信信号のうち、所定の周波数帯域の信号のみを通過させ、アンテナ端子７１から外部へ出力する。なお、図１１に示す通信モジュールの構成は一例であり、他の形態の通信モジュールに本発明の弾性波フィルタを搭載しても、同様の効果が得られる。
【００３６】
図１２は、本実施の形態の実施例２の通信モジュールを備えた通信装置の一例として、携帯電話端末のＲＦブロックを示す。また、図１２に示す構成は、ＧＳＭ（ＧｌｏｂａｌＳｙｓｔｅｍｆｏｒＭｏｂｉｌｅＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）通信方式及びＷ−ＣＤＭＡ（ＷｉｄｅｂａｎｄＣｏｄｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ）通信方式に対応した携帯電話端末の構成を示す。また、携帯電話端末は、図１２に示す構成以外にマイクロホン、スピーカー、液晶ディスプレイなどを備えているが、本実施の形態における説明では不要であるため図示を省略した。ここで、受信フィルタ８３ａ，８７，８８，８９，９０、および送信フィルタ８３ｂには、実施例１における弾性波フィルタ、または実施例２の分波器が含まれている。
【００３７】
まず、アンテナ８１を介して入力される受信信号は、その通信方式がＷ−ＣＤＭＡかＧＳＭかによってアンテナスイッチ回路８２で、動作の対象とするＬＳＩを選択する。入力される受信信号がＷ−ＣＤＭＡ通信方式に対応している場合は、受信信号をデュープレク
サ８３に出力するように切り換える。デュープレクサ８３に入力される受信信号は、受信フィルタ８３ａで所定の周波数帯域に制限されて、バランス型の受信信号がローノイズアンプＬＮＡ８４に出力される。ＬＮＡ８４は、入力される受信信号を増幅し、ＬＳＩ８６に出力する。ＬＳＩ８６では、入力される受信信号に基づいて音声信号への復調処理を行い、携帯電話端末内の各部を動作制御する。
【００３８】
一方、信号を送信する場合は、ＬＳＩ８６は送信信号を生成する。生成された送信信号は、パワーアンプ８５で増幅されて送信フィルタ８３ｂに入力される。送信フィルタ８３ｂは、入力される送信信号のうち所定の周波数帯域の信号のみを通過させる。送信フィルタ８３ｂから出力される送信信号は、アンテナスイッチ回路８２を介してアンテナ８１から外部に出力される。
【００３９】
また、入力される受信信号がＧＳＭ通信方式に対応した信号である場合は、アンテナスイッチ回路８２は、周波数帯域に応じて受信フィルタ８７〜９０のうちいずれか一つを選択し、受信信号を出力する。受信フィルタ８７〜９０のうちいずれか一つで帯域制限された受信信号は、ＬＳＩ９３に入力される。ＬＳＩ９３は、入力される受信信号に基づいて音声信号への復調処理を行い、携帯電話端末内の各部を動作制御する。一方、信号を送信する場合は、ＬＳＩ９３は送信信号を生成する。生成された送信信号は、パワーアンプ９１または９２で増幅されて、アンテナスイッチ回路８２を介してアンテナ９１から外部に出力される。
【符号の説明】
【００４０】
１０：弾性波フィルタ
３１ａ−３７ａ：配線パターン
２０：弾性波フィルタ
３１ｂ−３７ｂ：シールド電極
３０：シールド電極
４０：基板
７２：デュープレクサ
８３：デュープレクサ
８３ｂ：送信フィルタ
８７−９０：受診フィルタ
Ｓ１１−Ｓ１５：共振器
Ｐ２１、Ｐ２２、Ｐ２３：共振器
Ｇ１−Ｇ４：グランド端子

【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に配置された弾性波を利用する複数の共振器と、
前記基板上に配置されたグランド端子部と、
前記複数の共振器の間および前記共振器と前記グランド端子部間とを接続する前記基板上に配置された複数の配線パターンと、
前記配線パターンに隣接して対向するように配置されたシールド電極とを有する弾性波フィルタ。
【請求項２】
前記シールド電極幅は、前記配線パターン幅に沿って配置され、前記配線パターン幅よりも広いことを特徴とする請求項１に記載の弾性波フィルタ。
【請求項３】
前記配線パターンと前記シールド電極間は、空隙または誘電体層または空隙と誘電体層とが混在していることを特徴とする請求項１に記載の弾性波フィルタ。
【請求項４】
前記シールド電極は前記配線パターンの内、前記グランド端子部に接続されていない配線パターンに隣接して対向するように配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の弾性波フィルタ。
【請求項５】
前記シールド電極は前記グランド端子部に接続されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の弾性波フィルタ。
【請求項６】
前記シールド電極は前記複数の共振器の内、前記グランド端子部と接続される共振器の電極と接続されることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の弾性波フィルタ。
【請求項７】
前記シールド電極は前記基板または前記グランド端子部に接続された配線パターンまたは前記グランド端子部と接続される共振器の電極との間に前記シールド電極に接続した導電性の支柱を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の弾性波フィルタ。
【請求項８】
前記支柱はめっきにより形成されることを特徴とする請求項７に記載の弾性波フィルタ。
【請求項９】
前記支柱は銅を主成分とする請求項８に記載の弾性波フィルタ。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の弾性波フィルタを有したデュープレクサ。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の弾性波フィルタまたは請求項１０に記載のデュープレクサのいずれかを有した通信モジュール。
【請求項１２】
基板上に弾性波を利用した複数の共振器と前記共振器間を接続する配線パターンを形成し、
前記配線パターンを覆う様に誘電体層を形成し、
前記誘電体層上に開口部を有するパターンをレジストで形成し、
前記開口部に導電性金属層を形成し、
前記レジストを除去する工程により前記基板上に配置された弾性波を利用する複数の共振器と、前記基板上に配置されたグランド端子部と、前記複数の共振器の間および前記共振器と前記グランド端子部間とを接続する前記基板上に配置された複数の配線パターンと
、前記配線パターンに隣接して対向するように配置されたシールド電極とを有する弾性波フィルタの製造方法。

【図１】