フィルタ及びデュープレクサ
【課題】高周波数において減衰極を形成しかつ小型化可能なフィルタ及びデュープレクサを提供すること。
【解決手段】本発明は、直列共振器S1〜S4と、圧電基板10上に形成され、直列共振器S1〜S4と並列接続された並列共振器P1〜P4と、並列共振器P4に直列接続されたインダクタL3と、圧電基板10上に形成され、インダクタL3に並列接続されたキャパシタC1と、圧電基板10上に形成され、並列共振器P4とキャパシタC1とを接続する配線18と、を具備するフィルタ及びデュープレクサである。
【解決手段】本発明は、直列共振器S1〜S4と、圧電基板10上に形成され、直列共振器S1〜S4と並列接続された並列共振器P1〜P4と、並列共振器P4に直列接続されたインダクタL3と、圧電基板10上に形成され、インダクタL3に並列接続されたキャパシタC1と、圧電基板10上に形成され、並列共振器P4とキャパシタC1とを接続する配線18と、を具備するフィルタ及びデュープレクサである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明はフィルタ及びデュープレクサに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、移動体通信システムの発展に伴い、携帯電話、携帯情報端末等が急速に普及している。このため高周波用フィルタへの需要が拡大しており、特に小型で特性が急峻であるフィルタが要求されている。またフィルタには、混変調及び干渉を抑制するため、通過帯域よりも高周波側に位置する、高調波(2倍波、3倍波等)、並びにワイヤレスLAN(Local
Area Network:ローカルエリアネットワーク)及びBluetooth(ブルートゥース 登録商標)の使用周波数帯での抑圧が高いことが求められる。
【0003】
高周波フィルタとして、共振器を直列腕及び並列腕に接続したラダー型フィルタが用いられることがある。特許文献1及び特許文献2には、ラダー型フィルタの並列腕にインダクタ及びキャパシタを接続し、通過帯域より高周波側の減衰を大きくする発明が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2008−205947号公報
【特許文献2】特開2006−333012号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、従来の技術では、通過帯域より高周波側に減衰極を形成したフィルタにおいて、フィルタの小型化が困難になる可能性があった。本発明は上記課題に鑑み、高周波数において減衰極を形成しかつ小型化可能なフィルタ及びデュープレクサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は、直列共振器と、基板上に形成され、前記直列共振器と並列接続された並列共振器と、前記並列共振器に直列接続されたインダクタと、前記基板上に形成され、前記インダクタに並列接続されたキャパシタと、前記基板上に形成され、前記並列共振器と前記キャパシタとを接続する配線と、を具備するフィルタである。本発明によれば、高周波数において減衰極を形成しかつ小型化可能なフィルタを提供することができる。
【0007】
上記構成において、複数の前記並列共振器に、前記インダクタが直列接続され、複数の前記インダクタのうち第1インダクタに前記キャパシタが並列接続され、前記キャパシタと、前記第1インダクタと、前記第1インダクタと直列接続された並列共振器とが形成する減衰極は、前記第1インダクタ以外のインダクタと、前記第1インダクタ以外のインダクタと直列接続された並列共振器とが形成する減衰極よりも低周波側に位置する構成とすることができる。この構成によれば、フィルタをより効果的に小型化することが可能となる。
【0008】
上記構成において、前記第1並列腕が形成する減衰極は、複数の前記第2並列腕の各々が形成する減衰極より低周波側に位置する構成とすることができる。この構成によれば、フィルタを小型化し、またフィルタの通過特性を改善することができる。
【0009】
上記構成において、前記第1並列腕が形成する減衰極は、前記フィルタの通過帯域より高周波側に位置する構成とすることができる。この構成によれば、フィルタを小型化し、またフィルタの通過特性を改善することができる。
【0010】
上記構成において、前記第2並列腕が形成する減衰極は、前記フィルタの通過帯域の2倍波に相当する周波数帯域に位置し、前記第1並列腕が形成する減衰極は、前記フィルタの通過帯域と、前記通過帯域の2倍波に相当する周波数帯域との間の周波数帯域に位置する構成とすることができる。この構成によれば、フィルタを小型化し、またフィルタの通過特性を改善することができる。
【0011】
上記構成において、前記フィルタの通過帯域は、携帯電話の送信周波数帯域であり、前記第1並列腕が形成する減衰極は、ブルートゥースの使用周波数帯域、又は無線LANの使用周波数帯域に位置する構成とすることができる。この構成によれば、混変調及び干渉を抑制することができる。
【0012】
上記構成において、前記基板上に前記直列共振器、前記並列共振器、前記キャパシタ及び前記配線を備えるチップと、前記チップが実装されたパッケージ基板と、を具備し、前記インダクタは前記パッケージ基板に設けられている構成とすることができる。この構成によれば、フィルタの小型化が可能となる。
【0013】
上記構成において、前記直列共振器及び前記並列共振器は対向する櫛形電極を備える弾性波共振器であり、前記キャパシタは、前記弾性波共振器が備える櫛形電極と同じ金属層からなり、かつ電極指ピッチが異なる櫛形電極を備える構成とすることができる。この構成によれば、工程を簡略化することができる。また、キャパシタを精度高く形成することが可能となる。さらにキャパシタンスの容量値を容易に調整することができる。
【0014】
上記構成において、前記直列共振器及び前記並列共振器は対向する櫛形電極を備える弾性波共振器であり、前記キャパシタは、前記弾性波共振器が備える櫛形電極と同じ金属層からなり、かつ弾性波の伝搬方向が異なる櫛形電極を備える構成とすることができる。この構成によれば、工程を簡略化することができる。また、キャパシタを精度高く形成することが可能となる。さらにキャパシタンスの容量値を容易に調整することができる。
【0015】
上記構成において、前記配線は、前記キャパシタが備える櫛形電極の幅と同一の幅を有する領域、又は前記櫛形電極の幅よりも大きい幅を有する領域、を含む構成とすることができる。この構成によれば、配線のインダクタンス成分を小さくすることができる。
【0016】
上記構成において、前記直列共振器及び前記並列共振器は圧電薄膜共振器であり、前記キャパシタは、前記圧電薄膜共振器が備える下部電極及び上部電極の各々と同じ金属層からなる電極を備える構成とすることができる。この構成によれば、工程を簡略化することができる。また、キャパシタを精度高く形成することが可能となる。さらにキャパシタンスの容量値を容易に調整することができる。
【0017】
本発明は、基板上に形成された直列共振器と、前記基板上に形成され、前記直列共振器と並列接続された並列共振器と、前記並列共振器に直列接続されたインダクタと、前記基板上に形成され、前記インダクタに並列接続されたキャパシタと、前記基板上に形成され、前記並列共振器と前記キャパシタとを接続する配線と、を有するフィルタを具備するデュープレクサである。本発明によれば、高周波数において減衰極を形成しかつ小型化可能なデュープレクサを提供することができる。
【0018】
上記構成において、前記フィルタは送信フィルタである構成とすることができる。この構成によれば、デュープレクサの特性を改善することができる。また受信信号と送信信号との混信等を抑制することができる。
【発明の効果】
【0019】
本発明によれば、高周波数において減衰極を形成しかつ小型化可能なフィルタ及びデュープレクサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】図1(a)は直列共振器の構成図であり、図1(b)は並列共振器の構成図であり、図1(c)は直列共振器及び直列共振器の通過特性を示す図である。
【図2】図2(a)は1段ラダー型フィルタの構成図であり、図2(b)は1段ラダー型フィルタの通過特性を示す図である。
【図3】図3(a)及び図3(b)は、多段ラダー型フィルタの構成図である。
【図4】図4(a)は高周波側に減衰極を形成するラダー型フィルタの構成図であり、図4(b)は高周波側に減衰極を形成するラダー型フィルタの減衰特性を示す図である。
【図5】図5(a)は高調波に減衰極を形成するラダー型フィルタの構成図であり、図5(b)は高調波に減衰極を形成するラダー型フィルタの減衰特性を示す図である。
【図6】図6(a)はキャパシタを追加したラダー型フィルタの構成図であり、図6(b)はキャパシタを追加したラダー型フィルタの減衰特性を示す図である。
【図7】図7(a)は容量値とインダクタンス値との関係を示す図であり、図7(b)はインダクタンス値を変化させたラダー型フィルタの減衰特性を示す図である。
【図8】図8(a)及び図8(b)は、ラダー型フィルタの並列腕の構成図である。
【図9】図9(a)及び図9(b)はラダー型フィルタの並列腕の構成図であり、図9(c)は並列腕のインピーダンスを示す図である。
【図10】図10は並列腕のインピーダンスを示す図である。
【図11】図11(a)はデュープレクサを例示するブロック図であり、図11(b)は携帯電話のRF(Radio Frequency)モジュールを例示するブロック図である。
【図12】図12(a)は実施例1に係るデュープレクサを例示する平面図であり、図12(b)は実施例1に係るデュープレクサを例示する断面図である。
【図13】図13は実施例1に係るデュープレクサが備える送信フィルタチップを例示する平面図である。
【図14】図14(a)から図14(c)は、実施例3に係るデュープレクサが備えるパッケージ基板を例示する平面図である。
【図15】図15は実施例1の変形例に係るデュープレクサが備える送信フィルタチップを例示する平面図である。
【図16】図16(a)は圧電薄膜共振器を例示する平面図であり、図16(b)は圧電薄膜共振器を例示する断面図である。
【図17】図17(a)から図17(c)は圧電薄膜共振器を例示する断面図である。
【図18】図16は実施例2に係るデュープレクサが備える送信フィルタチップを例示する平面図である。
【図19】図19は実施例2の変形例に係るデュープレクサが備える送信フィルタチップを例示する平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
まず、ラダー型フィルタについて説明する。図1(a)は直列共振器の構成図であり、図1(b)は並列共振器の構成図であり、図1(c)は直列共振器及び直列共振器の通過特性を示す図である。
【0022】
図1(a)に示すように、直列共振器は、共振器S21を一端子対共振器としたとき、その2つの信号端子のうち、一方を入力端子In、他方を出力端子Outとしたものである。図1(b)に示すように、並列共振器は、共振器P21を一端子対共振器としたとき、その2つの信号端子のうち、一方をグランド端子に接続し、他方を入力端子Inと出力端子Outの短絡線路に接続したものである。
【0023】
図1(c)の横軸は周波数、縦軸は通過量である。直列共振器の通過特性は実線、並列共振器の通過特性は破線で示す。図1(c)に示すように、直列共振器の通過特性は、1つの共振点(共振周波数)frsと1つの反共振点(反共振周波数)fasとを有する。共振点frsで通過量は最大となり、反共振点fasで通過量は最小となる。一方、並列共振器の通過特性は、1つの共振点frpと1つの反共振点fapとを有する。共振点frpで通過量は最小となり、反共振点fapで通過量は最大となる。
【0024】
図2(a)は1段ラダー型フィルタの構成図であり、図2(b)は1段ラダー型フィルタの通過特性を示す図である。
【0025】
図2(a)に示すように、直列共振器S22が直列共振器として入力端子Inと出力端子Outに直列に接続され、並列共振器P22が並列共振器として出力端子Outとグランド間に接続される。このとき、直列共振器の共振点frsと並列共振器の反共振点fapは概一致するように設計する。
【0026】
図2(b)の横軸は周波数、縦軸は通過量を示す。図2(a)の構成により、直列共振器と並列共振器の通過特性が合成され,図2(b)の通過特性が得られる。通過量は、直列共振器の共振点frsと並列共振器の反共振点fap付近が最大となり、直列共振器の反共振点fas及び並列共振器の共振点frpが極小となる。そして、並列共振器の共振点frpから直列共振器の反共振点fasの周波数帯域が通過帯域となり、並列共振器の共振点frp以下及び直列共振器の反共振点fas以上の周波数帯域が減衰域となる。このように、ラダー型フィルタはバンドパスフィルタとして機能する。
【0027】
次に多段ラダー型フィルタについて説明する。図3(a)及び図3(b)は、多段ラダー型フィルタの構成図である。図3(b)の横軸は周波数、縦軸は減衰量を表す。
【0028】
図3(a)に示すように、ラダー型フィルタF10は直列共振器S1,S2a,S2b及びS3、並びに並列共振器P1a,P1b,P2a及びP2bを備える。入力端子Inと出力端子Outとの間に、直列共振器S1,S2a,S2b及びS3が直列に接続されている。直列共振器S1は入力端子Inに接続されている。直列共振器S4は出力端子Outに接続されている。
【0029】
直列共振器S1と直列共振器S2aとの間には、並列共振器P1a及び並列共振器P1bがそれぞれ並列に接続されている。直列共振器2bと直列共振器3との間には、並列共振器P2a及び並列共振器P2bがそれぞれ並列に接続されている。また並列共振器P1a,P1b,P2a及びP2bはグランド端子に接続されている。多段ラダー型フィルタF10は、1段ラダー型フィルタを複数接続して構成される。なお、各段間での信号の反射を抑制するため、1段ラダーがフィルタを反転させた形で接続される。
【0030】
図3(b)に示すように、フィルタの小型化のために、直列共振器S2a及びS2bを1つの直列共振器S2としてもよい。また並列共振器P1a及びP1bを1つの並列共振器P1とし、さらに並列共振器P2a及びP2bを1つの並列共振器P2としてもよい。つまり図3(a)中の点線で囲んだ構成を1つにまとめてもよい。後述するように、直列共振器及び並列共振器はキャパシタとして機能する。直列共振器S2の容量値は、直列共振器S2aと直列共振器S2bとを直列に接続した場合の直列共振器S2aとS2bとの合成容量値に等しくなる。並列共振器P2の容量値は、並列共振器P2aと並列共振器P2bとを並列に接続した場合の並列共振器P2aとP2bとの合成容量値に等しくなる。
【0031】
次に高調波に減衰極を形成したラダー型フィルタについて説明する。図4(a)は高周波側に減衰極を形成するラダー型フィルタの構成図であり、図4(b)は高周波側に減衰極を形成するラダー型フィルタの減衰特性を示す図である。
【0032】
図4(a)に示すように、ラダー型フィルタF11においては、並列共振器P1にインダクタL1、並列共振器P2にインダクタL2が、それぞれ直列接続されている。インダクタL1の一端は並列共振器P1に接続され、他端はグランド端子に接続されている。インダクタL2の一端は並列共振器P2に接続され、他端はグランド端子に接続されている。共振器は、通過帯域外ではキャパシタとして機能する。このため、並列共振器P1とインダクタL1、及び並列共振器P2とインダクタL2とは、それぞれLC共振回路として機能する。並列共振器P1及びP2それぞれの容量値をCp、インダクタL1のインダクタンス値をL1とする。この場合、並列共振器P1とインダクタL1とが形成するLC共振回路の共振周波数f1は、数式1で表される。
【数1】
並列共振器P2とインダクタL2とが形成するLC共振回路の共振周波数も式1と同様の式で表される。
【0033】
図4(b)に示すように、周波数f1及びf2において減衰極が形成される。ラダー型フィルタF11では並列腕を2つとしたが、並列腕を増設し、かつインダクタを接続することで、減衰極を追加することができる。また並列共振器の容量値及びインダクタのインダクタンス値を調節することで、減衰極が現れる周波数を調節することもできる。例えば周波数f1及びf2を、フィルタの通過帯域の2倍波に相当する周波数帯域(Tx2倍波)、及び3倍波に相当する周波数帯域(Tx3倍波)の各々に含まれるようにしてもよい。これにより、Tx2倍波及びTx3倍波等の高調波に減衰極を形成することができる。次に比較例について説明する。
【0034】
図5(a)は高調波に減衰極を形成するラダー型フィルタの構成図であり、図5(b)は高調波に減衰極を形成するラダー型フィルタの減衰特性を示す図である。なお、図5(b)はラダー型フィルタF12の減衰特性を計算した結果である。
【0035】
図5(a)に示すように、ラダー型フィルタF12は、ラダー型フィルタF11に、直列共振器S4、並列共振器P3及びP4、並びにインダクタL3を増設したものである。並列共振器P2及びP3は、それぞれインダクタL2に直列接続されている。並列共振器P4はインダクタL3に直列接続されている。つまりラダー型フィルタF12は3つの並列腕を有し、それぞれの並列腕がLC共振回路として機能する。次にラダー型フィルタF12の減衰特性のシミュレーションについて説明する。
【0036】
減衰特性の計算に用いた条件を説明する。ラダー型フィルタF12をデュープレクサの送信フィルタとして用いる場合を考える。ラダー型フィルタF12は、以下の仕様のW−CDMA(Wideband
Code Division Multiple Access) Band2方式の送信フィルタとした。
送信フィルタの通過帯域:1850〜1910MHz
受信フィルタの通過帯域:1930〜1990MHz
Tx2倍波の周波数帯域:3700〜3820MHz
Tx3倍波の周波数帯域:5550〜5730MHz
使用した共振器:弾性表面波共振器
直列共振器S1の容量値:1.87pF
直列共振器S2〜S4各々の容量値:0.935pF
並列共振器P1〜P3各々の容量値:2.24pF
並列共振器P4の容量値:1.12pF
インダクタL1のインダクタンス値L1:0.355nH
インダクタL2のインダクタンス値L2:0.182nH
インダクタL3のインダクタンス値L3:4.15nH
直列共振器S1〜S4の共振周波数は同一とし、並列共振器P1〜P4の共振周波数も同一とした。また直列共振器S1〜S4及び並列共振器P1〜P4の電気機械結合定数は同一とした。
【0037】
図5(b)に示すように、ラダー型フィルタF12ではTx2倍波及びTx3倍波に対応する周波数帯域に減衰極が形成された。また無線LAN及びBluetoothの使用帯域(以下「BT/LAN」)である2400〜2500MHzにおいても減衰極が形成された。
【0038】
ここでインダクタンス値とフィルタサイズとの関係について説明する。表1はラダー型フィルタF12におけるインダクタL1〜L3のインダクタンス値L1〜L3、及び減衰極が形成される周波数帯域をまとめたものである。
【表1】
【0039】
表1に示すように、Tx3倍波の減衰極に対応するインダクタL1のインダクタンス値L1は0.355nHである。Tx2倍波の減衰極に対応するインダクタL2のインダクタンス値L2は0.182nHである。BT/LANの減衰極に対応するインダクタL3のインダクタンス値L3は4.15nHである。上述の式に示したように、LC共振回路の共振周波数は、インダクタンス値が大きくなるほど低くなる。インダクタンスL3はBT/LANにおける減衰極の形成に寄与する。なお、Tx2がTx3より低い周波数帯であるにも関わらず、インダクタL2がインダクタンスL1より小さいインダクタンス値を有する。これは、インダクタL2が接続される並列共振器P2及びP3が、並列接続されているためである。
【0040】
インダクタL3は4.15nHと非常に大きなインダクタンス値を有する。このためインダクタL3として外付けのチップインダクタを用いることがあり、他のインダクタ及び共振器と同一のチップ内、又は同一のパッケージ内に形成することが困難となる場合がある。この結果、フィルタの小型化・低背化が困難となる。さらにフィルタを構成部品とするデュープレクサに小型化・低背化も難しくなる。
【0041】
次にインダクタンス値を抑制したラダー型フィルタについて説明する。図6(a)はキャパシタを追加したラダー型フィルタの構成図であり、図6(b)はキャパシタを追加したラダー型フィルタの減衰特性を示す図である。
【0042】
図6(a)に示すように、ラダー型フィルタF13はキャパシタC1を備える。キャパシタC1はインダクタL3(第1インダクタ)に並列接続されている。図中に破線で囲んだように、並列共振器P1とインダクタL1とを備える並列腕を並列腕Paとする。並列共振器P2とインダクタL2とを備える並列腕と、並列共振器P3とインダクタL2とを備える並列腕とを合わせて並列腕Pbとする。並列共振器P4とインダクタL3とキャパシタC1とを備える並列腕を並列腕Pc(第1並列腕)とする。
【0043】
ラダー型フィルタF13は、ラダー型フィルタF12と同じ帯域に減衰極を形成するフィルタである。図6(b)で後述するように、キャパシタC1を並列接続することで、インダクタL3のインダクタンス値L3を大幅に小さくすることができた。
【0044】
図6(b)ではラダー型フィルタF12の減衰特性とラダー型フィルタF13の減衰特性とを重ねて示している。ラダー型フィルタF12の減衰特性を点線、ラダー型フィルタF13の減衰特性を実線で図示している。ラダー型フィルタF12の計算のパラメータは、図5(b)の計算に用いたものと同じである。ラダー型フィルタF13の計算のパラメータは、次のインダクタL3及びキャパシタC1に関するもの以外は、ラダー型フィルタF12の計算のパラメータと同じである。
インダクタL3のインダクタンス値L3:2.00nH
キャパシタC1の容量値C1:1.07pF
ここではキャパシタC1を接続し、図5(b)と同じ周波数帯域に減衰極が形成されるように、インダクタL3のインダクタンス値L3を調整した。
【0045】
図6(b)に示すように、ラダー型フィルタF12及びラダー型フィルタF13の各々の減衰特性には、BT/LAN、Tx2倍波、及びTx3倍波の各々に対応する周波数帯域に減衰極が形成された。つまり、キャパシタC1と、インダクタL3と、並列共振器P4とを有する並列腕Pc(第1並列腕)が形成する減衰極は、他の並列腕Pa及びPb(第2並列腕)の各々が形成する減衰極よりも低周波側に位置する。また並列腕Pcが形成する減衰極は、フィルタの通過帯域よりも高周波側に位置する。並列腕Paが形成する減衰極はTx3倍波に位置し、並列腕Pbが形成する減衰極はTx2倍波に位置することは、ラダー型フィルタF12の場合と同様である。つまり並列腕Pcが形成する減衰極は、フィルタの通過帯域とTx2倍波との間に位置する。
【0046】
表2は、ラダー型フィルタF13におけるインダクタンス値L1〜L3及び容量値C1をまとめたものである。
【表2】
表2に点線で示すように、キャパシタC1を並列接続することにより、高調波及びBT/LANに減衰極を形成し、かつインダクタL3のインダクタンス値L3を大幅に小さくすることができた。またラダー型フィルタF13の方が、ラダー型フィルタF12と比較して、Tx2倍波の周波数帯域より高周波数側での減衰量が大きくなった。また減衰量の増大は、高周波数帯域の方が顕著であった。
【0047】
さらに容量値及びインダクタンス値を変化させた場合について説明する。ラダー型フィルタF13において、同じ周波数帯域に減衰極が形成されるようにキャパシタC1の容量値C1及びインダクタL3のインダクタンス値L3を変化させて、減衰特性の計算を行った。図7(a)は容量値とインダクタンス値との関係を示す図であり、図7(b)はインダクタンス値を変化させたラダー型フィルタの減衰特性を示す図である。
【0048】
図7(a)の横軸はキャパシタC1の容量値C1、縦軸はインダクタL3のインダクタンス値L3を表す。図7(a)に示すように、キャパシタC1の容量値C1が大きくなるに伴い、インダクタL3のインダクタンス値L3は小さくなった。
【0049】
図7(b)において、太い実線はL3=4.0nHの場合を示す。太い点線はL3=3.5nHの場合を示す。太い破線はL3=3.0nHの場合を示す。太い一点鎖線はL3=2.5nHの場合を示す。細い実線はL3=2.0nHの場合を示す。細い点線はL3=1.5nHの場合を示す。細い破線はL3=1.0nHの場合を示す。細い一点鎖線はL3=0.5nHの場合を示す。
【0050】
図7(b)に示すように、キャパシタC1の容量値C1及びインダクタL3のインダクタンス値L3を調整することで、ラダー型フィルタF13はラダー型フィルタF12と同じ周波数帯域(BT/LAN、Tx2倍波、及びTx3倍波)に減衰極を形成することができた。また、インダクタL3のインダクタンス値L3が小さくなることに伴い、言い換えればキャパシタC1の容量値C1が大きくなることに伴い、Tx2倍波より高周波帯域での減衰量が大きくなり、特性が改善した。
【0051】
次にインダクタンス値を抑制できる原理について説明する。図8(a)及び図8(b)は、ラダー型フィルタの並列腕の構成図である。図8(a)はラダー型フィルタF12の右端の並列腕を、図8(b)はラダー型フィルタF13の右端の並列腕Pcを、それぞれ抜き出したものである。なお式中では、インダクタL3のインダクタ値は、図8(a)の場合はL3、図8(b)の場合はL3aとして、両者を区別する。
【0052】
図8(a)に示すような並列腕は、既述したようにLC共振回路として機能する。共振周波数f3は数式2で表される。
【数2】
図8(b)に示す並列腕PcもLC共振回路として機能する。共振周波数f4は次の数式3で表される。
【数3】
ここで、図8(a)の共振回路と図8(b)の共振回路とで、同じ周波数帯域に減衰極が形成されるため、共振周波数とは等しくなる。つまり数式2=数式3となる。インダクタンス値L3aは次の数式4で表される。
【数4】
数式4より、キャパシタC1の付加によって、インダクタンス値L3aがL3よりも小さくなることが分かる。
【0053】
次に並列腕のインピーダンスについて説明する。まず特許文献1及び2に記載された並列腕について説明する。図9(a)及び図9(b)はラダー型フィルタの並列腕の構成図であり、図9(c)は並列腕のインピーダンスを示す図である。特許文献1及び2の各々には、図9(a)及び図9(b)の各々に示した並列腕が記載されている。
【0054】
図9(a)に示す並列腕及び図9(b)に示す並列腕は、図8(b)に示す並列腕PcにインダクタL4を直列接続したものである。図9(a)においては、インダクタL4が並列共振器P4とインダクタL3との間に直列接続されている。図9(b)においては、インダクタL4及びキャパシタC1がインダクタL3と並列接続されている。インダクタL4はキャパシタC1と直列接続されている。
【0055】
図9(c)の横軸は周波数、縦軸は並列腕のインピーダンスである。周波数fz1及びfz2においてインピーダンスがゼロになる。また周波数fpにおいてインピーダンスは極限を示す。インピーダンスがゼロになる周波数fz1及びfz2の各々において、減衰極が形成される。つまり、図9(a)及び図9(b)の構成によって、複数の減衰極を形成することができる。しかしながら、周波数がfz2より高くなるにつれ、インピーダンスは増加し、正の値を有する。並列腕のインピーダンスが増加することにより、並列腕には信号が流れにくくなる。つまり並列腕のインピーダンスの増加により、フィルタの減衰特性が劣化する。
【0056】
次に図8(b)に示した並列腕Pcのインピーダンスについて説明する。図10は並列腕のインピーダンスを示す図である。
【0057】
図10に示すように、周波数fpよりも高い周波数において、インピーダンスはゼロに漸近する。インピーダンスがゼロに近づくことで、並列腕に信号が流れやすくなる。つまり高周波においてフィルタの抑圧が改善する。インピーダンスの変化は、前述の図6(b)に示した減衰特性において、周波数が高くなるほど、特性の改善が顕著であることにも表われている。
【実施例1】
【0058】
以上の考察に基づいた本発明の実施例について説明する。実施例1は弾性波共振器を用いる例である。まずデュープレクサの構成について説明する。図11(a)はデュープレクサを例示するブロック図であり、図11(b)は携帯電話のRF(Radio
Frequency)モジュールを例示するブロック図である。
【0059】
図11(a)に示すように、デュープレクサ100は受信フィルタ100a及び送信フィルタ100bを備えている。受信フィルタ100a及び送信フィルタ100bは共通に共通端子(アンテナ端子)102に接続されている。共通端子102はアンテナ104に接続されている。受信フィルタ100aは、アンテナ104から信号を受信し、受信した信号を例えばアンプ等に出力する。送信フィルタ100bは、アンプ等から入力された信号をアンテナ104に出力する。アンテナ104は信号を送信する。なおフィルタの構成については後述する。
【0060】
図11(b)に示すように、RFモジュール110は、アンテナ104、アンテナスイッチ112、デュープレクサバンク114、並びにアンプモジュール116を備える。RFモジュール110は、GSM(Global
System for Mobile Communication)通信方式及びW−CDMA通信方式等、複数の通信方式に対応している。GSM方式については、850MHz帯(GSM850)、900MHz帯(GSM900)、1800MHz帯(GSM1800)、1900MHz帯(GSM1900)に対応している。アンテナ104は、GSM方式及びW−CDMA方式いずれの送受信信号をも送受信できる。デュープレクサバンク114は、複数のデュープレクサ114a,114b及び114cを含む。複数のデュープレクサの各々は、複数の通信方式の各々に対応したデュープレクサである。なお、デュープレクサバンク114が備えるデュープレクサは2つでもよいし、4つ以上でもよい。アンテナスイッチ112は、送受信する信号の通信方式に応じて、デュープレクサバンク114が備える複数のデュープレクサから、通信方式に対応するデュープレクサを選択し、選択されたデュープレクサとアンテナ104とを接続する。各デュープレクサはアンプモジュール116に接続されている。アンプモジュール116はデュープレクサの受信フィルタが受信した信号を増幅し、処理部に出力する。またアンプモジュール116は、処理部により生成された信号を増幅しデュープレクサの送信フィルタに出力する
【0061】
次に実施例1に係るデュープレクサの構成について説明する。図12(a)は実施例1に係るデュープレクサを例示する平面図であり、図12(b)は実施例1に係るデュープレクサを例示する断面図である。図12(b)は図12(a)のA−A1に沿った断面図である。
【0062】
図12(a)及び図12(b)に示すように、実施例1に係るデュープレクサ100は、受信フィルタチップ100c、送信フィルタチップ100d、パッケージ基板120、及び封止部122を備える。図12(a)では封止部122を透視している。受信フィルタチップ100c及び送信フィルタチップ100dは、バンプ124によりパッケージ基板120上にフリップチップ実装されている。パッケージ基板120は例えばセラミック等の絶縁体からなる。パッケージ基板120は、第1層120−1、及び第1層120−1下の第2層120−2からなる二層構造の基板である。後述するように、パッケージ基板120の上面、中間層及び下面の各々には配線層120a,120b及び120cの各々が形成され、各配線層間はビア配線26により接続されている。配線層120bは、第1層120−1と第2層120−2との間に位置する。パッケージ基板120に設けられた配線の一部は、インダクタL1〜L3として機能する。つまり受信フィルタチップ100c及び送信フィルタチップ100dがパッケージ基板120に実装されることで、受信フィルタ及び送信フィルタが実現される。封止部122は、例えばエポキシ樹脂等の絶縁体、又は半田等からなり、受信フィルタチップ100c及び送信フィルタチップ100dを封止する。バンプ124は例えば金(Au)等の金属からなる。
【0063】
次にデュープレクサが備えるフィルタの構成について説明する。図13は実施例1に係るデュープレクサが備える送信フィルタチップを例示する平面図である。例とするフィルタチップは送信フィルタチップ100dとして説明する。
【0064】
図13に示すように、送信フィルタチップ100dは、直列共振器S1〜S4,並列共振器P1〜P4,及びキャパシタC1は、櫛形電極を備える弾性表面波共振器により構成されている。
【0065】
直列共振器S1を例に、弾性表面波共振器の構成について説明する。直列共振器S1は、圧電基板10の上に、対向する一対の櫛形電極12を配置し、さらに櫛形電極12の両側に反射器14を配置することで構成される。櫛形電極12が電極指のピッチに応じた周波数の弾性波を励振する。反射器14は櫛形電極12から伝搬する弾性波を反射する。直列共振器S2〜S4,及び並列共振器P1〜P4についても同様の構成である。各弾性表面波共振器の弾性表面波の伝搬方向は同一である。またキャパシタC1は、直列共振器S1〜S4及び並列共振器P1〜P4の各々が備える櫛形電極と同じ金属層からなる櫛形電極を備える。キャパシタC1を形成する櫛形電極の電極指ピッチは、直列共振器S1〜S4及び並列共振器P1〜P4の各々が備える櫛形電極の電極指ピッチとは異なる。つまり、キャパシタC1は、キャパシタC1の共振周波数が送信フィルタの通過帯域外となるように設計されている。このためキャパシタC1において弾性表面波は励振されにくく、フィルタの特性への影響が抑制される。なお、キャパシタC1は反射器を備えなくてもよいが、Q値を改善するためには反射器を備えていることが好ましい。キャパシタC1の容量値は、電極指ピッチ又は電極指の交差幅を変更することで、調整することができる。
【0066】
直列共振器S1を構成する櫛形電極はアンテナ端子Ant1に接続されている。アンテナ端子Ant1は、図10(b)に示したアンテナ104と接続される。直列共振器S4が備える櫛形電極は送信端子Tx1に接続されている。送信端子Tx1は、例えば図10(b)に示したアンプモジュール116に接続され、送信信号が入力する。並列共振器P1が備える櫛形電極は端子16aに接続されている。端子16aはインダクタL1に接続されている。並列共振器P2が備える櫛形電極及び並列共振器P3を構成する櫛形電極は、端子16bに接続されている。端子16bは、インダクタL2に接続されている。並列共振器P4が備える櫛形電極と、キャパシタC1が備える櫛形電極とは、配線18により接続されている。また配線18は端子16cに接続されている。端子16cはインダクタL3に接続されている。キャパシタC1が備える櫛形電極に接続された別の配線19は、端子16dに接続されている。端子16dは、パッケージ基板120が備えるグランド端子に接続されている。図中に白丸には、パッケージ基板120と接続するためのバンプ124が形成される。
【0067】
圧電基板10は例えばリチウムタンタル酸(LiTaO3)又はリチウムニオブ酸(LiNbO3)等の圧電体からなる。櫛形電極12、反射器14、及び櫛形電極12を接続する配線は例えばアルミニウム(Al)等の金属からなり、同一の金属層から形成される。直列共振器S1〜S4,並列共振器P1〜P4,キャパシタC1、配線18、端子16a〜16d、アンテナ端子Ant、及び送信端子Txは、同一の圧電基板上に形成され、かつ同一の金属層からなる。なお、図13では送信フィルタチップ100dについて説明したが、受信フィルタチップ100cが同様の構成からなるとしてもよい。受信フィルタチップ100cは、送信端子Tx1の代わりに受信端子Rx1を備える。
【0068】
次にパッケージ基板120について説明する。図14(a)から図14(c)は、実施例3に係るデュープレクサが備えるパッケージ基板を例示する平面図である。図14(a)はパッケージ基板120の上面を示す。図14(b)は第1層120−1を透視し、第2層120−2の上面を示す。図14(c)は第1層120−1及び第2層120−2を透視した図を示す。
【0069】
図14(a)に示すように、パッケージ基板120の上面に設けられた配線層120aは、アンテナ端子Ant2、送信端子Tx2、受信端子Rx2、グランド端子GND1、並びに配線20a,22a及び24aを備える。図中の白丸は、図13のバンプ124が接続される箇所を表す。なお受信フィルタチップ100cと接続するためのバンプの位置は図示を省略している。
【0070】
アンテナ端子Ant2は、送信フィルタチップ100dが備えるアンテナ端子Ant1と接続される。送信端子Tx2は、送信フィルタチップ100dが備える送信端子Tx1と接続される。受信端子Rx2は、受信フィルタチップ100cが備える受信端子Rx1と接続される。配線20aは、送信フィルタチップ100dが備える端子16aと接続される。配線22aは端子16bと接続される。配線24aは端子16cと接続される。グランド端子GND1は端子16dと接続される。それぞれの接続は、バンプ124を介して行われる。配線20aはインダクタL1の形成に寄与する。配線22aはインダクタL2の形成に寄与する。配線24aはインダクタL3の形成に寄与する。配線層120aの各構成は、ビア配線26により配線層120bの対応する各構成に接続されている。
【0071】
図14(b)に示すように、パッケージ基板120の第1層120−1と第2層120−2との間には、配線層120bが形成されている。配線層120bは、アンテナパターンAnt3、出力パターンTx3、入力パターンRx3、グランドパターンGND2、並びに配線20b,22b及び24bを備える。図中の白丸は、配線層120aと接続するためのビア配線26を示す。アンテナパターンAnt3は、配線層120aが備えるアンテナ端子Ant2と接続される。出力パターンTx3は送信端子Tx2と接続される。入力パターンRx3は受信端子Rx2と接続される。グランドパターンGND2はグランド端子GND1と接続される。配線20bは配線20aと接続される。配線22bは配線22aと接続される。配線24bは配線24cと接続される。それぞれの接続は、ビア配線26を介して行われる。配線20bはインダクタL1の形成に寄与する。配線22bはインダクタL2の形成に寄与する。配線24bはインダクタL3の形成に寄与する。
【0072】
図14(c)に示すように、パッケージ基板120の下面に設けられた配線層120cは、アンテナ端子Ant4、送信端子Tx4、受信端子Rx4、及びグランド端子GND3を備える。図14(c)における白丸は、配線層120cと接続するためのビア配線26を示す。アンテナ端子Ant4は、配線層120bが備えるアンテナパターンAnt3と接続される。送信端子Tx4は出力パターンTx3と接続される。受信端子Rx4は入力パターンRx3と接続される。グランド端子GND3は、配線層120bが備える配線20b、配線22b、配線24b、及びグランドパターンGND2と接続される。配線層120cは、フットパターンとして機能する。
【0073】
図14(a)から図14(c)に示すように、インダクタL1は配線20a及び20bにより形成される。インダクタL2は配線22a及び22bにより形成される。インダクタL3は配線24a及び24bにより形成される。つまりインダクタL1〜L3は、パッケージ基板120に設けられる。送信フィルタチップ100dがパッケージ基板120に実装されることで、図6(a)に示したラダー型フィルタF13の構成を有する送信フィルタが形成される。
【0074】
実施例1において、圧電基板10上に形成された並列共振器P1〜P4と、並列共振器P4に直列接続されたインダクタL3と、圧電基板10上に形成されインダクタL3と並列接続されたキャパシタC1と、並列共振器P4とキャパシタC1とを接続する配線18を備える送信フィルタを形成した。これにより、図6(b)に示すように、高周波数において減衰極を形成し、かつインダクタL3のインダクタ値を小さくすることができた。インダクタ値が小さくなるため、インダクタL3が小型化可能となった。つまりインダクタL3を、外付けの部品ではなく、例えば図14(a)から図14(c)に示したようにパッケージ基板120に形成することが可能となる。これにより、フィルタの小型化が可能となる。つまり小型化可能なフィルタが実現できる。さらに小型化されたフィルタを用いることで、デュープレクサ100の小型化も可能となる。
【0075】
また実施例1によれば、並列共振器P4とキャパシタC1と配線18とを同一の圧電基板10上に形成するため、送信フィルタチップ100dの小型化が可能となる。インダクタを、例えばフィルタチップ内の配線として形成する場合、又はワイヤボンディングに用いるワイヤとして形成する場合、配線を引き回すことがある。このためインダクタはフィルタの小型化の妨げとなる可能性がある。これに対し、キャパシタは、配線を引き回さなくてもよいため、インダクタよりも占有する面積を少なくすることができる。つまりキャパシタC1を送信フィルタチップ100d内に形成することで、フィルタ及びデュープレクサの小型化が可能となる。またインダクタL1〜L3をパッケージ基板120内に形成する。言い換えればインダクタL1〜L3を、パッケージ基板120内を引き回す配線として形成する。このため、フィルタおよびデュープレクサの小型化が可能となる。
【0076】
例えば配線18がワイヤのように、大きなインダクタンス値を有する場合、キャパシタC1、インダクタL1、及び並列共振器P4を備える並列腕Pc(図6(a)参照)は、図9(a)又は図9(b)のような並列腕に相当する構成となる。この場合、図9(b)で説明したように、並列腕のインピーダンスが高周波側において大きくなり、減衰特性が悪化する。
【0077】
これに対し、実施例1における配線18は、例えばベタパターン等のように、インダクタとして機能しにくい配線である。また、配線18は、キャパシタC1を構成する櫛形電極よりも幅広の領域を含む。つまり、図13に示すように、配線18が含む領域の幅W1は、キャパシタC1が備える櫛形電極の幅W2よりも大きい。なお幅方向は、図13におけるキャパシタC1の電極指の配列方向である。配線18が含む領域の幅W1が、キャパシタC1が備える櫛形電極の幅よりも大きいことにより、配線18のインダクタンス成分を大幅に小さくすることができる。また配線18が含む領域の幅W1が、キャパシタC1が備える櫛形電極の幅W2と同一であっても、インダクタンス成分の低減は可能である。なお、図13に示すように、配線18の全体が、キャパシタC1が備える櫛形電極より幅が広くてもよい。この場合、配線18のインダクタンス成分がより小さくなる。また配線18のうち一部の領域が、キャパシタC1が備える櫛形電極よりも幅広で、他の領域はキャパシタC1が備える櫛形電極より幅が狭くてもよい。つまり、配線18は、キャパシタC1が備える櫛形電極の幅と同一の幅を有する領域、又は櫛形電極の幅よりも大きい幅を有する領域を含む。
【0078】
つまり、配線18のインダクタ値は、インダクタンスL3のインダクタンス値よりも大幅に小さい。このため、図13の送信フィルタチップをパッケージ基板120に実装して形成される送信フィルタの回路構成は、図6(a)に示したラダー型フィルタF13の回路構成に相当する。すなわち、実施例1における並列腕Pcは、図9(a)及び図9(b)に示した並列腕において、L4を小さくした構成となり、図8(b)の構成となる。従って、並列腕Pcのインピーダンスは図10に示すように、高周波側でゼロに近づく。この結果、高周波側においてフィルタの減衰特性が改善する。
【0079】
各共振器が弾性表面波共振器からなり、かつキャパシタC1は各共振器が備える櫛形電極と同じ金属層からなる櫛形電極を備える。同一の金属層をパターニングすることで、各共振器及びキャパシタC1を形成することができるため、工程を簡略化し、フィルタ及びデュープレクサを低コスト化することができる。また、パターニングにより、キャパシタC1を精度高く形成することが可能となる。さらに、電極指の本数又は電極指ピッチを変更することで、キャパシタC1の容量値を容易に調整することができる。圧電基板10上の配線及び端子を、櫛形電極及び反射器と同一の金属層から形成することで、工程をより簡略化することができる。
【0080】
キャパシタC1は例えばインダクタL1及びL2のいずれかと並列接続してもよい。例えばインダクタL1とキャパシタC1が並列接続されることで、Tx3倍波の減衰極に寄与するインダクタL1のインダクタンス値を小さくすることができる。ただし、表1に示すように、減衰局の中で最も低周波側に位置するBT/LANの減衰極に寄与するインダクタL3のインダクタンス値が大きい。このため、インダクタL1〜L3のうち、インダクタL3が大型化する可能性が高い。従って、インダクタL3とキャパシタC1とを並列接続することで、フィルタをより効果的に小型化することが可能となる。また、図6(b)に示すように、並列腕PcがキャパシタC1を備えることで、高周波側の減衰特性が改善する。従って、フィルタの小型化及び減衰特性改善のために、並列腕Pcが形成する減衰極は、並列腕Pa及び並列腕Pbの各々が形成する減衰極より低周波側に位置することが好ましい。
【0081】
また既述したように、混変調及び干渉を抑制するためには、減衰極をTx2倍波、Tx3倍波、及びBT/LANに形成することが好ましい。言い換えれば、並列腕Paが形成する減衰極はTx3倍波に位置し、並列腕Pbが形成する減衰極はTx2倍波に位置することが好ましい。上述のように、並列腕Pcが形成する減衰極は、並列腕Pa及び並列腕Pbの各々が形成する減衰極より低周波側、特にBT/LANに位置することが好ましい。
【0082】
送信フィルタの減衰特性は、通過帯域より高周波側で悪化する可能性がある。従って、送信フィルタの高周波側の特性を改善することで、デュープレクサの特性を改善することができる。また一般に、受信用の周波数帯域は、送信用の周波数帯域より高周波側に位置する。このため、図6(b)のように、送信フィルタの高周波側の特性を改善することで、受信信号と送信信号との混信等を抑制することができる。つまり、並列腕Pcが形成する減衰極は、送信フィルタの通過帯域より高周波側に位置することが好ましい。なお、送信フィルタ及び受信フィルタの両方、又は受信フィルタのみに図6(b)のようなフィルタを採用してもよいが、上記のように送信フィルタに採用することが特に好ましい。さらに、図13に示したフィルタは、デュープレクサ以外にも、フィルタ単体として用いることもできる。
【0083】
減衰極はBT/LAN、Tx2倍波、及びTx3倍波のそれぞれに対応する帯域に形成したが、上記3つの少なくとも1つの帯域に減衰極を形成してもよい。また上記3つ以外の帯域に減衰極を形成してもよい。減衰極が形成される帯域は、容量値およびインダクタンス値を調節することで、変更することができる。なお、キャパシタC1の容量値C1が大きすぎると、減衰極が図6(b)の下方向に鋭く尖った形状となり、所望の帯域(BT/LAN等)において抑圧が不十分となり、減衰特性が悪化する可能性がある。減衰特性を効果的に改善するために、キャパシタC1の容量値C1は、所望の帯域において、減衰量が大きくなるように調節することが好ましい。
【0084】
各共振器は弾性表面波共振器からなるとしたが、例えば弾性境界波共振器のような、他の弾性波共振器からなるとしてもよい。パッケージ基板120は二層構造としたが、単層構造でもよいし、三層以上の多層構造としてもよい。インダクタL1〜L3は複数の配線層からなるとしてもよいし、単一の配線層に設けてもよい。
【0085】
次に実施例1の変形例について説明する。図15は実施例1の変形例に係るデュープレクサが備える送信フィルタチップを例示する平面図である。既述した構成と同じ構成については説明を省略する。
【0086】
図15に示すように、キャパシタC1が備える櫛形電極の弾性表面波の伝搬方向が、直列共振器S1〜S4及び並列共振器P1〜P4と、例えば90°異なっている。これによりキャパシタC1において弾性表面波が励振されにくくなる。なお、キャパシタC1と、直列共振器S1〜S4及び並列共振器P1〜P4とでは、弾性表面波の伝搬方向が異なっていれば弾性表面波の励振は抑制される。ただし弾性表面波の励振を効果的に抑制するためには、伝搬方向の違いは90°であることが好ましい。
【実施例2】
【0087】
実施例2は圧電薄膜共振器を用いる例である。デュープレクサの構成は既述したものと同じであるため、説明を省略する。次に圧電薄膜共振器について説明する。図16(a)は圧電薄膜共振器を例示する平面図であり、図16(b)は圧電薄膜共振器を例示する断面図である。図16(b)は、図16(a)のB−B1に沿った断面図である。
【0088】
図16(a)に示すように、圧電薄膜共振器130は、基板132、下部電極134、上部電極136、及び圧電薄膜138を備える。図16(b)に示すように、下部電極134と上部電極136とが、圧電薄膜138を挟んでいる。下部電極134、圧電薄膜138及び上部電極136が重なる領域140において弾性波が励振される。領域140下には、基板132を貫通する貫通孔142が形成されている。このため、弾性波の励振は妨げられない。基板132は例えばシリコン、ガラス等からなる。下部電極134及び上部電極136は、例えばアルミニウム(Al)、銅(Cu)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、タンタル(Ta)、白金(Pt)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)、クロム(Cr)、チタン(Ti)等またはこれらを組み合わせた膜を用いることができる。圧電薄膜138は、例えば窒化アルミニウム(AlN)、酸化亜鉛(ZnO)、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、チタン酸鉛(PbTiO3)等からなる。圧電薄膜共振器では、下部電極134及び上部電極136それぞれの電極膜厚を調整することで、共振周波数を調整することができる。
【0089】
さらに圧電薄膜共振器の他の構成例について説明する。図17(a)から図17(c)は圧電薄膜共振器を例示する断面図である。図17(a)から図17(c)は、図16(a)のB−B1に沿った断面図である。
【0090】
図17(a)に示すように、基板132にキャビティ144が設けられていてもよい。図17(b)に示すように、下部電極134、上部電極136及び圧電薄膜138が隆起し、下部電極134と基板132との間に空隙146が形成されていてもよい。図17(c)に示すように、基板132と下部電極134及び圧電薄膜138との間に音響反射膜148が設けられていてもよい。音響反射膜148は、音響インピーダンスが高い膜と低い膜を交互にλ/4(λ:弾性波の波長)の膜厚で積層された構造である。フィルタには、図16(b)、図17(a)及び図17(b)FBAR(Film
Bulk Acoustic Resonator)タイプ、又は図17(c)のSMR(Solidly Mounted Resonator)タイプのいずれの圧電薄膜共振器を用いてもよい。
【0091】
図18は実施例2に係るデュープレクサが備える送信フィルタチップを例示する平面図である。既述した構成と同じ構成については説明を省略する。図18に示すように、直列共振器S1〜S4、及び並列共振器P1〜P4、は圧電薄膜共振器からなる。図中では、圧電薄膜共振器を網掛けで図示した。基板132は、上述のように例えばシリコン又はガラス等からなる非圧電基板である。キャパシタC1は、各共振器が備える下部電極と同じ金属層からなる下部電極を備える。またキャパシタC1は、各共振器が備える上部電極と同じ金属層からなる上部電極を備える。つまりキャパシタC1は、各共振器と同様、下部電極と上部電極とで圧電薄膜を挟んだ構成を有する。キャパシタC1は、キャパシタC1の共振周波数がフィルタの通過帯域外となるように設計されている。その他の構成は、図13に示したものと同じである。
【0092】
実施例2によれば、実施例1と同様に、高周波数において減衰極を形成し、フィルタを小型化することが可能となった。また各共振器とキャパシタC1とは、同一の金属層から下部電極尾帯上部電極の各々を形成し、かつ同一の圧電膜から圧電薄膜を形成することができる。つまり同一の層をパターニングすることで、一括して各共振器とキャパシタC1とを形成できるため、工程を簡略化することができる。また、キャパシタC1には、圧電薄膜138に代えて、例えば酸化シリコン(SiO2)又は窒化シリコン(Si3N4)等からなる誘電膜を用いてもよい。これにより、キャパシタC1の容量を調整でき、かつキャパシタC1における弾性波の励振を抑制することができる。また下部電極134及び上部電極136の大きさ、又は電極間の距離を変更することで、キャパシタC1の容量値を容易に調整することが可能となる。
【0093】
次に実施例2の変形例について説明する。図19は実施例2の変形例に係るデュープレクサが備える送信フィルタチップを例示する平面図である。図19に示すように、キャパシタC1は対向する櫛形電極からなる。基板132は非圧電基板であるため、櫛形電極は弾性波を励振するものではなく、キャパシタC1として機能する。つまり弾性波共振器と圧電薄膜共振器とを組み合わせて用いてもよい。
【0094】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【0095】
圧電基板 10
櫛形電極 12
反射器 14
デュープレクサ 100
受信フィルタ 100a
送信フィルタ 100b
受信フィルタチップ 100c
送信フィルタチップ 100d
アンテナ 104
パッケージ基板 120
第1層 120−1
第2層 120−2
配線層 120a,120b,120c
圧電薄膜共振器 130
基板 132
下部電極 134
上部電極 136
圧電薄膜 138
キャパシタ C1
インダクタ L1,L2,L3
並列共振器 P1,P2,P3,P4
並列腕 Pa,Pb,Pc
直列共振器 S1,S2,S3,S4
【技術分野】
【0001】
本発明はフィルタ及びデュープレクサに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、移動体通信システムの発展に伴い、携帯電話、携帯情報端末等が急速に普及している。このため高周波用フィルタへの需要が拡大しており、特に小型で特性が急峻であるフィルタが要求されている。またフィルタには、混変調及び干渉を抑制するため、通過帯域よりも高周波側に位置する、高調波(2倍波、3倍波等)、並びにワイヤレスLAN(Local
Area Network:ローカルエリアネットワーク)及びBluetooth(ブルートゥース 登録商標)の使用周波数帯での抑圧が高いことが求められる。
【0003】
高周波フィルタとして、共振器を直列腕及び並列腕に接続したラダー型フィルタが用いられることがある。特許文献1及び特許文献2には、ラダー型フィルタの並列腕にインダクタ及びキャパシタを接続し、通過帯域より高周波側の減衰を大きくする発明が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2008−205947号公報
【特許文献2】特開2006−333012号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、従来の技術では、通過帯域より高周波側に減衰極を形成したフィルタにおいて、フィルタの小型化が困難になる可能性があった。本発明は上記課題に鑑み、高周波数において減衰極を形成しかつ小型化可能なフィルタ及びデュープレクサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は、直列共振器と、基板上に形成され、前記直列共振器と並列接続された並列共振器と、前記並列共振器に直列接続されたインダクタと、前記基板上に形成され、前記インダクタに並列接続されたキャパシタと、前記基板上に形成され、前記並列共振器と前記キャパシタとを接続する配線と、を具備するフィルタである。本発明によれば、高周波数において減衰極を形成しかつ小型化可能なフィルタを提供することができる。
【0007】
上記構成において、複数の前記並列共振器に、前記インダクタが直列接続され、複数の前記インダクタのうち第1インダクタに前記キャパシタが並列接続され、前記キャパシタと、前記第1インダクタと、前記第1インダクタと直列接続された並列共振器とが形成する減衰極は、前記第1インダクタ以外のインダクタと、前記第1インダクタ以外のインダクタと直列接続された並列共振器とが形成する減衰極よりも低周波側に位置する構成とすることができる。この構成によれば、フィルタをより効果的に小型化することが可能となる。
【0008】
上記構成において、前記第1並列腕が形成する減衰極は、複数の前記第2並列腕の各々が形成する減衰極より低周波側に位置する構成とすることができる。この構成によれば、フィルタを小型化し、またフィルタの通過特性を改善することができる。
【0009】
上記構成において、前記第1並列腕が形成する減衰極は、前記フィルタの通過帯域より高周波側に位置する構成とすることができる。この構成によれば、フィルタを小型化し、またフィルタの通過特性を改善することができる。
【0010】
上記構成において、前記第2並列腕が形成する減衰極は、前記フィルタの通過帯域の2倍波に相当する周波数帯域に位置し、前記第1並列腕が形成する減衰極は、前記フィルタの通過帯域と、前記通過帯域の2倍波に相当する周波数帯域との間の周波数帯域に位置する構成とすることができる。この構成によれば、フィルタを小型化し、またフィルタの通過特性を改善することができる。
【0011】
上記構成において、前記フィルタの通過帯域は、携帯電話の送信周波数帯域であり、前記第1並列腕が形成する減衰極は、ブルートゥースの使用周波数帯域、又は無線LANの使用周波数帯域に位置する構成とすることができる。この構成によれば、混変調及び干渉を抑制することができる。
【0012】
上記構成において、前記基板上に前記直列共振器、前記並列共振器、前記キャパシタ及び前記配線を備えるチップと、前記チップが実装されたパッケージ基板と、を具備し、前記インダクタは前記パッケージ基板に設けられている構成とすることができる。この構成によれば、フィルタの小型化が可能となる。
【0013】
上記構成において、前記直列共振器及び前記並列共振器は対向する櫛形電極を備える弾性波共振器であり、前記キャパシタは、前記弾性波共振器が備える櫛形電極と同じ金属層からなり、かつ電極指ピッチが異なる櫛形電極を備える構成とすることができる。この構成によれば、工程を簡略化することができる。また、キャパシタを精度高く形成することが可能となる。さらにキャパシタンスの容量値を容易に調整することができる。
【0014】
上記構成において、前記直列共振器及び前記並列共振器は対向する櫛形電極を備える弾性波共振器であり、前記キャパシタは、前記弾性波共振器が備える櫛形電極と同じ金属層からなり、かつ弾性波の伝搬方向が異なる櫛形電極を備える構成とすることができる。この構成によれば、工程を簡略化することができる。また、キャパシタを精度高く形成することが可能となる。さらにキャパシタンスの容量値を容易に調整することができる。
【0015】
上記構成において、前記配線は、前記キャパシタが備える櫛形電極の幅と同一の幅を有する領域、又は前記櫛形電極の幅よりも大きい幅を有する領域、を含む構成とすることができる。この構成によれば、配線のインダクタンス成分を小さくすることができる。
【0016】
上記構成において、前記直列共振器及び前記並列共振器は圧電薄膜共振器であり、前記キャパシタは、前記圧電薄膜共振器が備える下部電極及び上部電極の各々と同じ金属層からなる電極を備える構成とすることができる。この構成によれば、工程を簡略化することができる。また、キャパシタを精度高く形成することが可能となる。さらにキャパシタンスの容量値を容易に調整することができる。
【0017】
本発明は、基板上に形成された直列共振器と、前記基板上に形成され、前記直列共振器と並列接続された並列共振器と、前記並列共振器に直列接続されたインダクタと、前記基板上に形成され、前記インダクタに並列接続されたキャパシタと、前記基板上に形成され、前記並列共振器と前記キャパシタとを接続する配線と、を有するフィルタを具備するデュープレクサである。本発明によれば、高周波数において減衰極を形成しかつ小型化可能なデュープレクサを提供することができる。
【0018】
上記構成において、前記フィルタは送信フィルタである構成とすることができる。この構成によれば、デュープレクサの特性を改善することができる。また受信信号と送信信号との混信等を抑制することができる。
【発明の効果】
【0019】
本発明によれば、高周波数において減衰極を形成しかつ小型化可能なフィルタ及びデュープレクサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】図1(a)は直列共振器の構成図であり、図1(b)は並列共振器の構成図であり、図1(c)は直列共振器及び直列共振器の通過特性を示す図である。
【図2】図2(a)は1段ラダー型フィルタの構成図であり、図2(b)は1段ラダー型フィルタの通過特性を示す図である。
【図3】図3(a)及び図3(b)は、多段ラダー型フィルタの構成図である。
【図4】図4(a)は高周波側に減衰極を形成するラダー型フィルタの構成図であり、図4(b)は高周波側に減衰極を形成するラダー型フィルタの減衰特性を示す図である。
【図5】図5(a)は高調波に減衰極を形成するラダー型フィルタの構成図であり、図5(b)は高調波に減衰極を形成するラダー型フィルタの減衰特性を示す図である。
【図6】図6(a)はキャパシタを追加したラダー型フィルタの構成図であり、図6(b)はキャパシタを追加したラダー型フィルタの減衰特性を示す図である。
【図7】図7(a)は容量値とインダクタンス値との関係を示す図であり、図7(b)はインダクタンス値を変化させたラダー型フィルタの減衰特性を示す図である。
【図8】図8(a)及び図8(b)は、ラダー型フィルタの並列腕の構成図である。
【図9】図9(a)及び図9(b)はラダー型フィルタの並列腕の構成図であり、図9(c)は並列腕のインピーダンスを示す図である。
【図10】図10は並列腕のインピーダンスを示す図である。
【図11】図11(a)はデュープレクサを例示するブロック図であり、図11(b)は携帯電話のRF(Radio Frequency)モジュールを例示するブロック図である。
【図12】図12(a)は実施例1に係るデュープレクサを例示する平面図であり、図12(b)は実施例1に係るデュープレクサを例示する断面図である。
【図13】図13は実施例1に係るデュープレクサが備える送信フィルタチップを例示する平面図である。
【図14】図14(a)から図14(c)は、実施例3に係るデュープレクサが備えるパッケージ基板を例示する平面図である。
【図15】図15は実施例1の変形例に係るデュープレクサが備える送信フィルタチップを例示する平面図である。
【図16】図16(a)は圧電薄膜共振器を例示する平面図であり、図16(b)は圧電薄膜共振器を例示する断面図である。
【図17】図17(a)から図17(c)は圧電薄膜共振器を例示する断面図である。
【図18】図16は実施例2に係るデュープレクサが備える送信フィルタチップを例示する平面図である。
【図19】図19は実施例2の変形例に係るデュープレクサが備える送信フィルタチップを例示する平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
まず、ラダー型フィルタについて説明する。図1(a)は直列共振器の構成図であり、図1(b)は並列共振器の構成図であり、図1(c)は直列共振器及び直列共振器の通過特性を示す図である。
【0022】
図1(a)に示すように、直列共振器は、共振器S21を一端子対共振器としたとき、その2つの信号端子のうち、一方を入力端子In、他方を出力端子Outとしたものである。図1(b)に示すように、並列共振器は、共振器P21を一端子対共振器としたとき、その2つの信号端子のうち、一方をグランド端子に接続し、他方を入力端子Inと出力端子Outの短絡線路に接続したものである。
【0023】
図1(c)の横軸は周波数、縦軸は通過量である。直列共振器の通過特性は実線、並列共振器の通過特性は破線で示す。図1(c)に示すように、直列共振器の通過特性は、1つの共振点(共振周波数)frsと1つの反共振点(反共振周波数)fasとを有する。共振点frsで通過量は最大となり、反共振点fasで通過量は最小となる。一方、並列共振器の通過特性は、1つの共振点frpと1つの反共振点fapとを有する。共振点frpで通過量は最小となり、反共振点fapで通過量は最大となる。
【0024】
図2(a)は1段ラダー型フィルタの構成図であり、図2(b)は1段ラダー型フィルタの通過特性を示す図である。
【0025】
図2(a)に示すように、直列共振器S22が直列共振器として入力端子Inと出力端子Outに直列に接続され、並列共振器P22が並列共振器として出力端子Outとグランド間に接続される。このとき、直列共振器の共振点frsと並列共振器の反共振点fapは概一致するように設計する。
【0026】
図2(b)の横軸は周波数、縦軸は通過量を示す。図2(a)の構成により、直列共振器と並列共振器の通過特性が合成され,図2(b)の通過特性が得られる。通過量は、直列共振器の共振点frsと並列共振器の反共振点fap付近が最大となり、直列共振器の反共振点fas及び並列共振器の共振点frpが極小となる。そして、並列共振器の共振点frpから直列共振器の反共振点fasの周波数帯域が通過帯域となり、並列共振器の共振点frp以下及び直列共振器の反共振点fas以上の周波数帯域が減衰域となる。このように、ラダー型フィルタはバンドパスフィルタとして機能する。
【0027】
次に多段ラダー型フィルタについて説明する。図3(a)及び図3(b)は、多段ラダー型フィルタの構成図である。図3(b)の横軸は周波数、縦軸は減衰量を表す。
【0028】
図3(a)に示すように、ラダー型フィルタF10は直列共振器S1,S2a,S2b及びS3、並びに並列共振器P1a,P1b,P2a及びP2bを備える。入力端子Inと出力端子Outとの間に、直列共振器S1,S2a,S2b及びS3が直列に接続されている。直列共振器S1は入力端子Inに接続されている。直列共振器S4は出力端子Outに接続されている。
【0029】
直列共振器S1と直列共振器S2aとの間には、並列共振器P1a及び並列共振器P1bがそれぞれ並列に接続されている。直列共振器2bと直列共振器3との間には、並列共振器P2a及び並列共振器P2bがそれぞれ並列に接続されている。また並列共振器P1a,P1b,P2a及びP2bはグランド端子に接続されている。多段ラダー型フィルタF10は、1段ラダー型フィルタを複数接続して構成される。なお、各段間での信号の反射を抑制するため、1段ラダーがフィルタを反転させた形で接続される。
【0030】
図3(b)に示すように、フィルタの小型化のために、直列共振器S2a及びS2bを1つの直列共振器S2としてもよい。また並列共振器P1a及びP1bを1つの並列共振器P1とし、さらに並列共振器P2a及びP2bを1つの並列共振器P2としてもよい。つまり図3(a)中の点線で囲んだ構成を1つにまとめてもよい。後述するように、直列共振器及び並列共振器はキャパシタとして機能する。直列共振器S2の容量値は、直列共振器S2aと直列共振器S2bとを直列に接続した場合の直列共振器S2aとS2bとの合成容量値に等しくなる。並列共振器P2の容量値は、並列共振器P2aと並列共振器P2bとを並列に接続した場合の並列共振器P2aとP2bとの合成容量値に等しくなる。
【0031】
次に高調波に減衰極を形成したラダー型フィルタについて説明する。図4(a)は高周波側に減衰極を形成するラダー型フィルタの構成図であり、図4(b)は高周波側に減衰極を形成するラダー型フィルタの減衰特性を示す図である。
【0032】
図4(a)に示すように、ラダー型フィルタF11においては、並列共振器P1にインダクタL1、並列共振器P2にインダクタL2が、それぞれ直列接続されている。インダクタL1の一端は並列共振器P1に接続され、他端はグランド端子に接続されている。インダクタL2の一端は並列共振器P2に接続され、他端はグランド端子に接続されている。共振器は、通過帯域外ではキャパシタとして機能する。このため、並列共振器P1とインダクタL1、及び並列共振器P2とインダクタL2とは、それぞれLC共振回路として機能する。並列共振器P1及びP2それぞれの容量値をCp、インダクタL1のインダクタンス値をL1とする。この場合、並列共振器P1とインダクタL1とが形成するLC共振回路の共振周波数f1は、数式1で表される。
【数1】
並列共振器P2とインダクタL2とが形成するLC共振回路の共振周波数も式1と同様の式で表される。
【0033】
図4(b)に示すように、周波数f1及びf2において減衰極が形成される。ラダー型フィルタF11では並列腕を2つとしたが、並列腕を増設し、かつインダクタを接続することで、減衰極を追加することができる。また並列共振器の容量値及びインダクタのインダクタンス値を調節することで、減衰極が現れる周波数を調節することもできる。例えば周波数f1及びf2を、フィルタの通過帯域の2倍波に相当する周波数帯域(Tx2倍波)、及び3倍波に相当する周波数帯域(Tx3倍波)の各々に含まれるようにしてもよい。これにより、Tx2倍波及びTx3倍波等の高調波に減衰極を形成することができる。次に比較例について説明する。
【0034】
図5(a)は高調波に減衰極を形成するラダー型フィルタの構成図であり、図5(b)は高調波に減衰極を形成するラダー型フィルタの減衰特性を示す図である。なお、図5(b)はラダー型フィルタF12の減衰特性を計算した結果である。
【0035】
図5(a)に示すように、ラダー型フィルタF12は、ラダー型フィルタF11に、直列共振器S4、並列共振器P3及びP4、並びにインダクタL3を増設したものである。並列共振器P2及びP3は、それぞれインダクタL2に直列接続されている。並列共振器P4はインダクタL3に直列接続されている。つまりラダー型フィルタF12は3つの並列腕を有し、それぞれの並列腕がLC共振回路として機能する。次にラダー型フィルタF12の減衰特性のシミュレーションについて説明する。
【0036】
減衰特性の計算に用いた条件を説明する。ラダー型フィルタF12をデュープレクサの送信フィルタとして用いる場合を考える。ラダー型フィルタF12は、以下の仕様のW−CDMA(Wideband
Code Division Multiple Access) Band2方式の送信フィルタとした。
送信フィルタの通過帯域:1850〜1910MHz
受信フィルタの通過帯域:1930〜1990MHz
Tx2倍波の周波数帯域:3700〜3820MHz
Tx3倍波の周波数帯域:5550〜5730MHz
使用した共振器:弾性表面波共振器
直列共振器S1の容量値:1.87pF
直列共振器S2〜S4各々の容量値:0.935pF
並列共振器P1〜P3各々の容量値:2.24pF
並列共振器P4の容量値:1.12pF
インダクタL1のインダクタンス値L1:0.355nH
インダクタL2のインダクタンス値L2:0.182nH
インダクタL3のインダクタンス値L3:4.15nH
直列共振器S1〜S4の共振周波数は同一とし、並列共振器P1〜P4の共振周波数も同一とした。また直列共振器S1〜S4及び並列共振器P1〜P4の電気機械結合定数は同一とした。
【0037】
図5(b)に示すように、ラダー型フィルタF12ではTx2倍波及びTx3倍波に対応する周波数帯域に減衰極が形成された。また無線LAN及びBluetoothの使用帯域(以下「BT/LAN」)である2400〜2500MHzにおいても減衰極が形成された。
【0038】
ここでインダクタンス値とフィルタサイズとの関係について説明する。表1はラダー型フィルタF12におけるインダクタL1〜L3のインダクタンス値L1〜L3、及び減衰極が形成される周波数帯域をまとめたものである。
【表1】
【0039】
表1に示すように、Tx3倍波の減衰極に対応するインダクタL1のインダクタンス値L1は0.355nHである。Tx2倍波の減衰極に対応するインダクタL2のインダクタンス値L2は0.182nHである。BT/LANの減衰極に対応するインダクタL3のインダクタンス値L3は4.15nHである。上述の式に示したように、LC共振回路の共振周波数は、インダクタンス値が大きくなるほど低くなる。インダクタンスL3はBT/LANにおける減衰極の形成に寄与する。なお、Tx2がTx3より低い周波数帯であるにも関わらず、インダクタL2がインダクタンスL1より小さいインダクタンス値を有する。これは、インダクタL2が接続される並列共振器P2及びP3が、並列接続されているためである。
【0040】
インダクタL3は4.15nHと非常に大きなインダクタンス値を有する。このためインダクタL3として外付けのチップインダクタを用いることがあり、他のインダクタ及び共振器と同一のチップ内、又は同一のパッケージ内に形成することが困難となる場合がある。この結果、フィルタの小型化・低背化が困難となる。さらにフィルタを構成部品とするデュープレクサに小型化・低背化も難しくなる。
【0041】
次にインダクタンス値を抑制したラダー型フィルタについて説明する。図6(a)はキャパシタを追加したラダー型フィルタの構成図であり、図6(b)はキャパシタを追加したラダー型フィルタの減衰特性を示す図である。
【0042】
図6(a)に示すように、ラダー型フィルタF13はキャパシタC1を備える。キャパシタC1はインダクタL3(第1インダクタ)に並列接続されている。図中に破線で囲んだように、並列共振器P1とインダクタL1とを備える並列腕を並列腕Paとする。並列共振器P2とインダクタL2とを備える並列腕と、並列共振器P3とインダクタL2とを備える並列腕とを合わせて並列腕Pbとする。並列共振器P4とインダクタL3とキャパシタC1とを備える並列腕を並列腕Pc(第1並列腕)とする。
【0043】
ラダー型フィルタF13は、ラダー型フィルタF12と同じ帯域に減衰極を形成するフィルタである。図6(b)で後述するように、キャパシタC1を並列接続することで、インダクタL3のインダクタンス値L3を大幅に小さくすることができた。
【0044】
図6(b)ではラダー型フィルタF12の減衰特性とラダー型フィルタF13の減衰特性とを重ねて示している。ラダー型フィルタF12の減衰特性を点線、ラダー型フィルタF13の減衰特性を実線で図示している。ラダー型フィルタF12の計算のパラメータは、図5(b)の計算に用いたものと同じである。ラダー型フィルタF13の計算のパラメータは、次のインダクタL3及びキャパシタC1に関するもの以外は、ラダー型フィルタF12の計算のパラメータと同じである。
インダクタL3のインダクタンス値L3:2.00nH
キャパシタC1の容量値C1:1.07pF
ここではキャパシタC1を接続し、図5(b)と同じ周波数帯域に減衰極が形成されるように、インダクタL3のインダクタンス値L3を調整した。
【0045】
図6(b)に示すように、ラダー型フィルタF12及びラダー型フィルタF13の各々の減衰特性には、BT/LAN、Tx2倍波、及びTx3倍波の各々に対応する周波数帯域に減衰極が形成された。つまり、キャパシタC1と、インダクタL3と、並列共振器P4とを有する並列腕Pc(第1並列腕)が形成する減衰極は、他の並列腕Pa及びPb(第2並列腕)の各々が形成する減衰極よりも低周波側に位置する。また並列腕Pcが形成する減衰極は、フィルタの通過帯域よりも高周波側に位置する。並列腕Paが形成する減衰極はTx3倍波に位置し、並列腕Pbが形成する減衰極はTx2倍波に位置することは、ラダー型フィルタF12の場合と同様である。つまり並列腕Pcが形成する減衰極は、フィルタの通過帯域とTx2倍波との間に位置する。
【0046】
表2は、ラダー型フィルタF13におけるインダクタンス値L1〜L3及び容量値C1をまとめたものである。
【表2】
表2に点線で示すように、キャパシタC1を並列接続することにより、高調波及びBT/LANに減衰極を形成し、かつインダクタL3のインダクタンス値L3を大幅に小さくすることができた。またラダー型フィルタF13の方が、ラダー型フィルタF12と比較して、Tx2倍波の周波数帯域より高周波数側での減衰量が大きくなった。また減衰量の増大は、高周波数帯域の方が顕著であった。
【0047】
さらに容量値及びインダクタンス値を変化させた場合について説明する。ラダー型フィルタF13において、同じ周波数帯域に減衰極が形成されるようにキャパシタC1の容量値C1及びインダクタL3のインダクタンス値L3を変化させて、減衰特性の計算を行った。図7(a)は容量値とインダクタンス値との関係を示す図であり、図7(b)はインダクタンス値を変化させたラダー型フィルタの減衰特性を示す図である。
【0048】
図7(a)の横軸はキャパシタC1の容量値C1、縦軸はインダクタL3のインダクタンス値L3を表す。図7(a)に示すように、キャパシタC1の容量値C1が大きくなるに伴い、インダクタL3のインダクタンス値L3は小さくなった。
【0049】
図7(b)において、太い実線はL3=4.0nHの場合を示す。太い点線はL3=3.5nHの場合を示す。太い破線はL3=3.0nHの場合を示す。太い一点鎖線はL3=2.5nHの場合を示す。細い実線はL3=2.0nHの場合を示す。細い点線はL3=1.5nHの場合を示す。細い破線はL3=1.0nHの場合を示す。細い一点鎖線はL3=0.5nHの場合を示す。
【0050】
図7(b)に示すように、キャパシタC1の容量値C1及びインダクタL3のインダクタンス値L3を調整することで、ラダー型フィルタF13はラダー型フィルタF12と同じ周波数帯域(BT/LAN、Tx2倍波、及びTx3倍波)に減衰極を形成することができた。また、インダクタL3のインダクタンス値L3が小さくなることに伴い、言い換えればキャパシタC1の容量値C1が大きくなることに伴い、Tx2倍波より高周波帯域での減衰量が大きくなり、特性が改善した。
【0051】
次にインダクタンス値を抑制できる原理について説明する。図8(a)及び図8(b)は、ラダー型フィルタの並列腕の構成図である。図8(a)はラダー型フィルタF12の右端の並列腕を、図8(b)はラダー型フィルタF13の右端の並列腕Pcを、それぞれ抜き出したものである。なお式中では、インダクタL3のインダクタ値は、図8(a)の場合はL3、図8(b)の場合はL3aとして、両者を区別する。
【0052】
図8(a)に示すような並列腕は、既述したようにLC共振回路として機能する。共振周波数f3は数式2で表される。
【数2】
図8(b)に示す並列腕PcもLC共振回路として機能する。共振周波数f4は次の数式3で表される。
【数3】
ここで、図8(a)の共振回路と図8(b)の共振回路とで、同じ周波数帯域に減衰極が形成されるため、共振周波数とは等しくなる。つまり数式2=数式3となる。インダクタンス値L3aは次の数式4で表される。
【数4】
数式4より、キャパシタC1の付加によって、インダクタンス値L3aがL3よりも小さくなることが分かる。
【0053】
次に並列腕のインピーダンスについて説明する。まず特許文献1及び2に記載された並列腕について説明する。図9(a)及び図9(b)はラダー型フィルタの並列腕の構成図であり、図9(c)は並列腕のインピーダンスを示す図である。特許文献1及び2の各々には、図9(a)及び図9(b)の各々に示した並列腕が記載されている。
【0054】
図9(a)に示す並列腕及び図9(b)に示す並列腕は、図8(b)に示す並列腕PcにインダクタL4を直列接続したものである。図9(a)においては、インダクタL4が並列共振器P4とインダクタL3との間に直列接続されている。図9(b)においては、インダクタL4及びキャパシタC1がインダクタL3と並列接続されている。インダクタL4はキャパシタC1と直列接続されている。
【0055】
図9(c)の横軸は周波数、縦軸は並列腕のインピーダンスである。周波数fz1及びfz2においてインピーダンスがゼロになる。また周波数fpにおいてインピーダンスは極限を示す。インピーダンスがゼロになる周波数fz1及びfz2の各々において、減衰極が形成される。つまり、図9(a)及び図9(b)の構成によって、複数の減衰極を形成することができる。しかしながら、周波数がfz2より高くなるにつれ、インピーダンスは増加し、正の値を有する。並列腕のインピーダンスが増加することにより、並列腕には信号が流れにくくなる。つまり並列腕のインピーダンスの増加により、フィルタの減衰特性が劣化する。
【0056】
次に図8(b)に示した並列腕Pcのインピーダンスについて説明する。図10は並列腕のインピーダンスを示す図である。
【0057】
図10に示すように、周波数fpよりも高い周波数において、インピーダンスはゼロに漸近する。インピーダンスがゼロに近づくことで、並列腕に信号が流れやすくなる。つまり高周波においてフィルタの抑圧が改善する。インピーダンスの変化は、前述の図6(b)に示した減衰特性において、周波数が高くなるほど、特性の改善が顕著であることにも表われている。
【実施例1】
【0058】
以上の考察に基づいた本発明の実施例について説明する。実施例1は弾性波共振器を用いる例である。まずデュープレクサの構成について説明する。図11(a)はデュープレクサを例示するブロック図であり、図11(b)は携帯電話のRF(Radio
Frequency)モジュールを例示するブロック図である。
【0059】
図11(a)に示すように、デュープレクサ100は受信フィルタ100a及び送信フィルタ100bを備えている。受信フィルタ100a及び送信フィルタ100bは共通に共通端子(アンテナ端子)102に接続されている。共通端子102はアンテナ104に接続されている。受信フィルタ100aは、アンテナ104から信号を受信し、受信した信号を例えばアンプ等に出力する。送信フィルタ100bは、アンプ等から入力された信号をアンテナ104に出力する。アンテナ104は信号を送信する。なおフィルタの構成については後述する。
【0060】
図11(b)に示すように、RFモジュール110は、アンテナ104、アンテナスイッチ112、デュープレクサバンク114、並びにアンプモジュール116を備える。RFモジュール110は、GSM(Global
System for Mobile Communication)通信方式及びW−CDMA通信方式等、複数の通信方式に対応している。GSM方式については、850MHz帯(GSM850)、900MHz帯(GSM900)、1800MHz帯(GSM1800)、1900MHz帯(GSM1900)に対応している。アンテナ104は、GSM方式及びW−CDMA方式いずれの送受信信号をも送受信できる。デュープレクサバンク114は、複数のデュープレクサ114a,114b及び114cを含む。複数のデュープレクサの各々は、複数の通信方式の各々に対応したデュープレクサである。なお、デュープレクサバンク114が備えるデュープレクサは2つでもよいし、4つ以上でもよい。アンテナスイッチ112は、送受信する信号の通信方式に応じて、デュープレクサバンク114が備える複数のデュープレクサから、通信方式に対応するデュープレクサを選択し、選択されたデュープレクサとアンテナ104とを接続する。各デュープレクサはアンプモジュール116に接続されている。アンプモジュール116はデュープレクサの受信フィルタが受信した信号を増幅し、処理部に出力する。またアンプモジュール116は、処理部により生成された信号を増幅しデュープレクサの送信フィルタに出力する
【0061】
次に実施例1に係るデュープレクサの構成について説明する。図12(a)は実施例1に係るデュープレクサを例示する平面図であり、図12(b)は実施例1に係るデュープレクサを例示する断面図である。図12(b)は図12(a)のA−A1に沿った断面図である。
【0062】
図12(a)及び図12(b)に示すように、実施例1に係るデュープレクサ100は、受信フィルタチップ100c、送信フィルタチップ100d、パッケージ基板120、及び封止部122を備える。図12(a)では封止部122を透視している。受信フィルタチップ100c及び送信フィルタチップ100dは、バンプ124によりパッケージ基板120上にフリップチップ実装されている。パッケージ基板120は例えばセラミック等の絶縁体からなる。パッケージ基板120は、第1層120−1、及び第1層120−1下の第2層120−2からなる二層構造の基板である。後述するように、パッケージ基板120の上面、中間層及び下面の各々には配線層120a,120b及び120cの各々が形成され、各配線層間はビア配線26により接続されている。配線層120bは、第1層120−1と第2層120−2との間に位置する。パッケージ基板120に設けられた配線の一部は、インダクタL1〜L3として機能する。つまり受信フィルタチップ100c及び送信フィルタチップ100dがパッケージ基板120に実装されることで、受信フィルタ及び送信フィルタが実現される。封止部122は、例えばエポキシ樹脂等の絶縁体、又は半田等からなり、受信フィルタチップ100c及び送信フィルタチップ100dを封止する。バンプ124は例えば金(Au)等の金属からなる。
【0063】
次にデュープレクサが備えるフィルタの構成について説明する。図13は実施例1に係るデュープレクサが備える送信フィルタチップを例示する平面図である。例とするフィルタチップは送信フィルタチップ100dとして説明する。
【0064】
図13に示すように、送信フィルタチップ100dは、直列共振器S1〜S4,並列共振器P1〜P4,及びキャパシタC1は、櫛形電極を備える弾性表面波共振器により構成されている。
【0065】
直列共振器S1を例に、弾性表面波共振器の構成について説明する。直列共振器S1は、圧電基板10の上に、対向する一対の櫛形電極12を配置し、さらに櫛形電極12の両側に反射器14を配置することで構成される。櫛形電極12が電極指のピッチに応じた周波数の弾性波を励振する。反射器14は櫛形電極12から伝搬する弾性波を反射する。直列共振器S2〜S4,及び並列共振器P1〜P4についても同様の構成である。各弾性表面波共振器の弾性表面波の伝搬方向は同一である。またキャパシタC1は、直列共振器S1〜S4及び並列共振器P1〜P4の各々が備える櫛形電極と同じ金属層からなる櫛形電極を備える。キャパシタC1を形成する櫛形電極の電極指ピッチは、直列共振器S1〜S4及び並列共振器P1〜P4の各々が備える櫛形電極の電極指ピッチとは異なる。つまり、キャパシタC1は、キャパシタC1の共振周波数が送信フィルタの通過帯域外となるように設計されている。このためキャパシタC1において弾性表面波は励振されにくく、フィルタの特性への影響が抑制される。なお、キャパシタC1は反射器を備えなくてもよいが、Q値を改善するためには反射器を備えていることが好ましい。キャパシタC1の容量値は、電極指ピッチ又は電極指の交差幅を変更することで、調整することができる。
【0066】
直列共振器S1を構成する櫛形電極はアンテナ端子Ant1に接続されている。アンテナ端子Ant1は、図10(b)に示したアンテナ104と接続される。直列共振器S4が備える櫛形電極は送信端子Tx1に接続されている。送信端子Tx1は、例えば図10(b)に示したアンプモジュール116に接続され、送信信号が入力する。並列共振器P1が備える櫛形電極は端子16aに接続されている。端子16aはインダクタL1に接続されている。並列共振器P2が備える櫛形電極及び並列共振器P3を構成する櫛形電極は、端子16bに接続されている。端子16bは、インダクタL2に接続されている。並列共振器P4が備える櫛形電極と、キャパシタC1が備える櫛形電極とは、配線18により接続されている。また配線18は端子16cに接続されている。端子16cはインダクタL3に接続されている。キャパシタC1が備える櫛形電極に接続された別の配線19は、端子16dに接続されている。端子16dは、パッケージ基板120が備えるグランド端子に接続されている。図中に白丸には、パッケージ基板120と接続するためのバンプ124が形成される。
【0067】
圧電基板10は例えばリチウムタンタル酸(LiTaO3)又はリチウムニオブ酸(LiNbO3)等の圧電体からなる。櫛形電極12、反射器14、及び櫛形電極12を接続する配線は例えばアルミニウム(Al)等の金属からなり、同一の金属層から形成される。直列共振器S1〜S4,並列共振器P1〜P4,キャパシタC1、配線18、端子16a〜16d、アンテナ端子Ant、及び送信端子Txは、同一の圧電基板上に形成され、かつ同一の金属層からなる。なお、図13では送信フィルタチップ100dについて説明したが、受信フィルタチップ100cが同様の構成からなるとしてもよい。受信フィルタチップ100cは、送信端子Tx1の代わりに受信端子Rx1を備える。
【0068】
次にパッケージ基板120について説明する。図14(a)から図14(c)は、実施例3に係るデュープレクサが備えるパッケージ基板を例示する平面図である。図14(a)はパッケージ基板120の上面を示す。図14(b)は第1層120−1を透視し、第2層120−2の上面を示す。図14(c)は第1層120−1及び第2層120−2を透視した図を示す。
【0069】
図14(a)に示すように、パッケージ基板120の上面に設けられた配線層120aは、アンテナ端子Ant2、送信端子Tx2、受信端子Rx2、グランド端子GND1、並びに配線20a,22a及び24aを備える。図中の白丸は、図13のバンプ124が接続される箇所を表す。なお受信フィルタチップ100cと接続するためのバンプの位置は図示を省略している。
【0070】
アンテナ端子Ant2は、送信フィルタチップ100dが備えるアンテナ端子Ant1と接続される。送信端子Tx2は、送信フィルタチップ100dが備える送信端子Tx1と接続される。受信端子Rx2は、受信フィルタチップ100cが備える受信端子Rx1と接続される。配線20aは、送信フィルタチップ100dが備える端子16aと接続される。配線22aは端子16bと接続される。配線24aは端子16cと接続される。グランド端子GND1は端子16dと接続される。それぞれの接続は、バンプ124を介して行われる。配線20aはインダクタL1の形成に寄与する。配線22aはインダクタL2の形成に寄与する。配線24aはインダクタL3の形成に寄与する。配線層120aの各構成は、ビア配線26により配線層120bの対応する各構成に接続されている。
【0071】
図14(b)に示すように、パッケージ基板120の第1層120−1と第2層120−2との間には、配線層120bが形成されている。配線層120bは、アンテナパターンAnt3、出力パターンTx3、入力パターンRx3、グランドパターンGND2、並びに配線20b,22b及び24bを備える。図中の白丸は、配線層120aと接続するためのビア配線26を示す。アンテナパターンAnt3は、配線層120aが備えるアンテナ端子Ant2と接続される。出力パターンTx3は送信端子Tx2と接続される。入力パターンRx3は受信端子Rx2と接続される。グランドパターンGND2はグランド端子GND1と接続される。配線20bは配線20aと接続される。配線22bは配線22aと接続される。配線24bは配線24cと接続される。それぞれの接続は、ビア配線26を介して行われる。配線20bはインダクタL1の形成に寄与する。配線22bはインダクタL2の形成に寄与する。配線24bはインダクタL3の形成に寄与する。
【0072】
図14(c)に示すように、パッケージ基板120の下面に設けられた配線層120cは、アンテナ端子Ant4、送信端子Tx4、受信端子Rx4、及びグランド端子GND3を備える。図14(c)における白丸は、配線層120cと接続するためのビア配線26を示す。アンテナ端子Ant4は、配線層120bが備えるアンテナパターンAnt3と接続される。送信端子Tx4は出力パターンTx3と接続される。受信端子Rx4は入力パターンRx3と接続される。グランド端子GND3は、配線層120bが備える配線20b、配線22b、配線24b、及びグランドパターンGND2と接続される。配線層120cは、フットパターンとして機能する。
【0073】
図14(a)から図14(c)に示すように、インダクタL1は配線20a及び20bにより形成される。インダクタL2は配線22a及び22bにより形成される。インダクタL3は配線24a及び24bにより形成される。つまりインダクタL1〜L3は、パッケージ基板120に設けられる。送信フィルタチップ100dがパッケージ基板120に実装されることで、図6(a)に示したラダー型フィルタF13の構成を有する送信フィルタが形成される。
【0074】
実施例1において、圧電基板10上に形成された並列共振器P1〜P4と、並列共振器P4に直列接続されたインダクタL3と、圧電基板10上に形成されインダクタL3と並列接続されたキャパシタC1と、並列共振器P4とキャパシタC1とを接続する配線18を備える送信フィルタを形成した。これにより、図6(b)に示すように、高周波数において減衰極を形成し、かつインダクタL3のインダクタ値を小さくすることができた。インダクタ値が小さくなるため、インダクタL3が小型化可能となった。つまりインダクタL3を、外付けの部品ではなく、例えば図14(a)から図14(c)に示したようにパッケージ基板120に形成することが可能となる。これにより、フィルタの小型化が可能となる。つまり小型化可能なフィルタが実現できる。さらに小型化されたフィルタを用いることで、デュープレクサ100の小型化も可能となる。
【0075】
また実施例1によれば、並列共振器P4とキャパシタC1と配線18とを同一の圧電基板10上に形成するため、送信フィルタチップ100dの小型化が可能となる。インダクタを、例えばフィルタチップ内の配線として形成する場合、又はワイヤボンディングに用いるワイヤとして形成する場合、配線を引き回すことがある。このためインダクタはフィルタの小型化の妨げとなる可能性がある。これに対し、キャパシタは、配線を引き回さなくてもよいため、インダクタよりも占有する面積を少なくすることができる。つまりキャパシタC1を送信フィルタチップ100d内に形成することで、フィルタ及びデュープレクサの小型化が可能となる。またインダクタL1〜L3をパッケージ基板120内に形成する。言い換えればインダクタL1〜L3を、パッケージ基板120内を引き回す配線として形成する。このため、フィルタおよびデュープレクサの小型化が可能となる。
【0076】
例えば配線18がワイヤのように、大きなインダクタンス値を有する場合、キャパシタC1、インダクタL1、及び並列共振器P4を備える並列腕Pc(図6(a)参照)は、図9(a)又は図9(b)のような並列腕に相当する構成となる。この場合、図9(b)で説明したように、並列腕のインピーダンスが高周波側において大きくなり、減衰特性が悪化する。
【0077】
これに対し、実施例1における配線18は、例えばベタパターン等のように、インダクタとして機能しにくい配線である。また、配線18は、キャパシタC1を構成する櫛形電極よりも幅広の領域を含む。つまり、図13に示すように、配線18が含む領域の幅W1は、キャパシタC1が備える櫛形電極の幅W2よりも大きい。なお幅方向は、図13におけるキャパシタC1の電極指の配列方向である。配線18が含む領域の幅W1が、キャパシタC1が備える櫛形電極の幅よりも大きいことにより、配線18のインダクタンス成分を大幅に小さくすることができる。また配線18が含む領域の幅W1が、キャパシタC1が備える櫛形電極の幅W2と同一であっても、インダクタンス成分の低減は可能である。なお、図13に示すように、配線18の全体が、キャパシタC1が備える櫛形電極より幅が広くてもよい。この場合、配線18のインダクタンス成分がより小さくなる。また配線18のうち一部の領域が、キャパシタC1が備える櫛形電極よりも幅広で、他の領域はキャパシタC1が備える櫛形電極より幅が狭くてもよい。つまり、配線18は、キャパシタC1が備える櫛形電極の幅と同一の幅を有する領域、又は櫛形電極の幅よりも大きい幅を有する領域を含む。
【0078】
つまり、配線18のインダクタ値は、インダクタンスL3のインダクタンス値よりも大幅に小さい。このため、図13の送信フィルタチップをパッケージ基板120に実装して形成される送信フィルタの回路構成は、図6(a)に示したラダー型フィルタF13の回路構成に相当する。すなわち、実施例1における並列腕Pcは、図9(a)及び図9(b)に示した並列腕において、L4を小さくした構成となり、図8(b)の構成となる。従って、並列腕Pcのインピーダンスは図10に示すように、高周波側でゼロに近づく。この結果、高周波側においてフィルタの減衰特性が改善する。
【0079】
各共振器が弾性表面波共振器からなり、かつキャパシタC1は各共振器が備える櫛形電極と同じ金属層からなる櫛形電極を備える。同一の金属層をパターニングすることで、各共振器及びキャパシタC1を形成することができるため、工程を簡略化し、フィルタ及びデュープレクサを低コスト化することができる。また、パターニングにより、キャパシタC1を精度高く形成することが可能となる。さらに、電極指の本数又は電極指ピッチを変更することで、キャパシタC1の容量値を容易に調整することができる。圧電基板10上の配線及び端子を、櫛形電極及び反射器と同一の金属層から形成することで、工程をより簡略化することができる。
【0080】
キャパシタC1は例えばインダクタL1及びL2のいずれかと並列接続してもよい。例えばインダクタL1とキャパシタC1が並列接続されることで、Tx3倍波の減衰極に寄与するインダクタL1のインダクタンス値を小さくすることができる。ただし、表1に示すように、減衰局の中で最も低周波側に位置するBT/LANの減衰極に寄与するインダクタL3のインダクタンス値が大きい。このため、インダクタL1〜L3のうち、インダクタL3が大型化する可能性が高い。従って、インダクタL3とキャパシタC1とを並列接続することで、フィルタをより効果的に小型化することが可能となる。また、図6(b)に示すように、並列腕PcがキャパシタC1を備えることで、高周波側の減衰特性が改善する。従って、フィルタの小型化及び減衰特性改善のために、並列腕Pcが形成する減衰極は、並列腕Pa及び並列腕Pbの各々が形成する減衰極より低周波側に位置することが好ましい。
【0081】
また既述したように、混変調及び干渉を抑制するためには、減衰極をTx2倍波、Tx3倍波、及びBT/LANに形成することが好ましい。言い換えれば、並列腕Paが形成する減衰極はTx3倍波に位置し、並列腕Pbが形成する減衰極はTx2倍波に位置することが好ましい。上述のように、並列腕Pcが形成する減衰極は、並列腕Pa及び並列腕Pbの各々が形成する減衰極より低周波側、特にBT/LANに位置することが好ましい。
【0082】
送信フィルタの減衰特性は、通過帯域より高周波側で悪化する可能性がある。従って、送信フィルタの高周波側の特性を改善することで、デュープレクサの特性を改善することができる。また一般に、受信用の周波数帯域は、送信用の周波数帯域より高周波側に位置する。このため、図6(b)のように、送信フィルタの高周波側の特性を改善することで、受信信号と送信信号との混信等を抑制することができる。つまり、並列腕Pcが形成する減衰極は、送信フィルタの通過帯域より高周波側に位置することが好ましい。なお、送信フィルタ及び受信フィルタの両方、又は受信フィルタのみに図6(b)のようなフィルタを採用してもよいが、上記のように送信フィルタに採用することが特に好ましい。さらに、図13に示したフィルタは、デュープレクサ以外にも、フィルタ単体として用いることもできる。
【0083】
減衰極はBT/LAN、Tx2倍波、及びTx3倍波のそれぞれに対応する帯域に形成したが、上記3つの少なくとも1つの帯域に減衰極を形成してもよい。また上記3つ以外の帯域に減衰極を形成してもよい。減衰極が形成される帯域は、容量値およびインダクタンス値を調節することで、変更することができる。なお、キャパシタC1の容量値C1が大きすぎると、減衰極が図6(b)の下方向に鋭く尖った形状となり、所望の帯域(BT/LAN等)において抑圧が不十分となり、減衰特性が悪化する可能性がある。減衰特性を効果的に改善するために、キャパシタC1の容量値C1は、所望の帯域において、減衰量が大きくなるように調節することが好ましい。
【0084】
各共振器は弾性表面波共振器からなるとしたが、例えば弾性境界波共振器のような、他の弾性波共振器からなるとしてもよい。パッケージ基板120は二層構造としたが、単層構造でもよいし、三層以上の多層構造としてもよい。インダクタL1〜L3は複数の配線層からなるとしてもよいし、単一の配線層に設けてもよい。
【0085】
次に実施例1の変形例について説明する。図15は実施例1の変形例に係るデュープレクサが備える送信フィルタチップを例示する平面図である。既述した構成と同じ構成については説明を省略する。
【0086】
図15に示すように、キャパシタC1が備える櫛形電極の弾性表面波の伝搬方向が、直列共振器S1〜S4及び並列共振器P1〜P4と、例えば90°異なっている。これによりキャパシタC1において弾性表面波が励振されにくくなる。なお、キャパシタC1と、直列共振器S1〜S4及び並列共振器P1〜P4とでは、弾性表面波の伝搬方向が異なっていれば弾性表面波の励振は抑制される。ただし弾性表面波の励振を効果的に抑制するためには、伝搬方向の違いは90°であることが好ましい。
【実施例2】
【0087】
実施例2は圧電薄膜共振器を用いる例である。デュープレクサの構成は既述したものと同じであるため、説明を省略する。次に圧電薄膜共振器について説明する。図16(a)は圧電薄膜共振器を例示する平面図であり、図16(b)は圧電薄膜共振器を例示する断面図である。図16(b)は、図16(a)のB−B1に沿った断面図である。
【0088】
図16(a)に示すように、圧電薄膜共振器130は、基板132、下部電極134、上部電極136、及び圧電薄膜138を備える。図16(b)に示すように、下部電極134と上部電極136とが、圧電薄膜138を挟んでいる。下部電極134、圧電薄膜138及び上部電極136が重なる領域140において弾性波が励振される。領域140下には、基板132を貫通する貫通孔142が形成されている。このため、弾性波の励振は妨げられない。基板132は例えばシリコン、ガラス等からなる。下部電極134及び上部電極136は、例えばアルミニウム(Al)、銅(Cu)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、タンタル(Ta)、白金(Pt)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)、クロム(Cr)、チタン(Ti)等またはこれらを組み合わせた膜を用いることができる。圧電薄膜138は、例えば窒化アルミニウム(AlN)、酸化亜鉛(ZnO)、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、チタン酸鉛(PbTiO3)等からなる。圧電薄膜共振器では、下部電極134及び上部電極136それぞれの電極膜厚を調整することで、共振周波数を調整することができる。
【0089】
さらに圧電薄膜共振器の他の構成例について説明する。図17(a)から図17(c)は圧電薄膜共振器を例示する断面図である。図17(a)から図17(c)は、図16(a)のB−B1に沿った断面図である。
【0090】
図17(a)に示すように、基板132にキャビティ144が設けられていてもよい。図17(b)に示すように、下部電極134、上部電極136及び圧電薄膜138が隆起し、下部電極134と基板132との間に空隙146が形成されていてもよい。図17(c)に示すように、基板132と下部電極134及び圧電薄膜138との間に音響反射膜148が設けられていてもよい。音響反射膜148は、音響インピーダンスが高い膜と低い膜を交互にλ/4(λ:弾性波の波長)の膜厚で積層された構造である。フィルタには、図16(b)、図17(a)及び図17(b)FBAR(Film
Bulk Acoustic Resonator)タイプ、又は図17(c)のSMR(Solidly Mounted Resonator)タイプのいずれの圧電薄膜共振器を用いてもよい。
【0091】
図18は実施例2に係るデュープレクサが備える送信フィルタチップを例示する平面図である。既述した構成と同じ構成については説明を省略する。図18に示すように、直列共振器S1〜S4、及び並列共振器P1〜P4、は圧電薄膜共振器からなる。図中では、圧電薄膜共振器を網掛けで図示した。基板132は、上述のように例えばシリコン又はガラス等からなる非圧電基板である。キャパシタC1は、各共振器が備える下部電極と同じ金属層からなる下部電極を備える。またキャパシタC1は、各共振器が備える上部電極と同じ金属層からなる上部電極を備える。つまりキャパシタC1は、各共振器と同様、下部電極と上部電極とで圧電薄膜を挟んだ構成を有する。キャパシタC1は、キャパシタC1の共振周波数がフィルタの通過帯域外となるように設計されている。その他の構成は、図13に示したものと同じである。
【0092】
実施例2によれば、実施例1と同様に、高周波数において減衰極を形成し、フィルタを小型化することが可能となった。また各共振器とキャパシタC1とは、同一の金属層から下部電極尾帯上部電極の各々を形成し、かつ同一の圧電膜から圧電薄膜を形成することができる。つまり同一の層をパターニングすることで、一括して各共振器とキャパシタC1とを形成できるため、工程を簡略化することができる。また、キャパシタC1には、圧電薄膜138に代えて、例えば酸化シリコン(SiO2)又は窒化シリコン(Si3N4)等からなる誘電膜を用いてもよい。これにより、キャパシタC1の容量を調整でき、かつキャパシタC1における弾性波の励振を抑制することができる。また下部電極134及び上部電極136の大きさ、又は電極間の距離を変更することで、キャパシタC1の容量値を容易に調整することが可能となる。
【0093】
次に実施例2の変形例について説明する。図19は実施例2の変形例に係るデュープレクサが備える送信フィルタチップを例示する平面図である。図19に示すように、キャパシタC1は対向する櫛形電極からなる。基板132は非圧電基板であるため、櫛形電極は弾性波を励振するものではなく、キャパシタC1として機能する。つまり弾性波共振器と圧電薄膜共振器とを組み合わせて用いてもよい。
【0094】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【0095】
圧電基板 10
櫛形電極 12
反射器 14
デュープレクサ 100
受信フィルタ 100a
送信フィルタ 100b
受信フィルタチップ 100c
送信フィルタチップ 100d
アンテナ 104
パッケージ基板 120
第1層 120−1
第2層 120−2
配線層 120a,120b,120c
圧電薄膜共振器 130
基板 132
下部電極 134
上部電極 136
圧電薄膜 138
キャパシタ C1
インダクタ L1,L2,L3
並列共振器 P1,P2,P3,P4
並列腕 Pa,Pb,Pc
直列共振器 S1,S2,S3,S4
【特許請求の範囲】
【請求項1】
直列共振器と、
基板上に形成され、前記直列共振器と並列接続された並列共振器と、
前記並列共振器に直列接続されたインダクタと、
前記基板上に形成され、前記インダクタに並列接続されたキャパシタと、
前記基板上に形成され、前記並列共振器と前記キャパシタとを接続する配線と、を具備することを特徴とするフィルタ。
【請求項2】
複数の前記並列共振器の各々に前記インダクタが直列接続され、
複数の前記インダクタのうち第1インダクタに前記キャパシタが並列接続され、
前記キャパシタと、前記第1インダクタと、前記第1インダクタと直列接続された並列共振器とを有する第1並列腕が形成する減衰極は、
前記第1インダクタ以外のインダクタと、前記第1インダクタ以外のインダクタと直列接続された並列共振器とを有する第2並列腕が形成する減衰極よりも低周波側に位置することを特徴とする請求項1記載のフィルタ。
【請求項3】
前記第1並列腕が形成する減衰極は、複数の前記第2並列腕の各々が形成する減衰極より低周波側に位置することを特徴とする請求項2記載のフィルタ。
【請求項4】
前記第1並列腕が形成する減衰極は、前記フィルタの通過帯域より高周波側に位置することを特徴とする請求項2又は3記載のフィルタ。
【請求項5】
前記第2並列腕が形成する減衰極は、前記フィルタの通過帯域の2倍波に相当する周波数帯域に位置し、
前記第1並列腕が形成する減衰極は、前記フィルタの通過帯域と、前記通過帯域の2倍波に相当する周波数帯域との間の周波数帯域に位置することを特徴とする請求項2から4いずれか一項記載のフィルタ。
【請求項6】
前記フィルタの通過帯域は、携帯電話の送信周波数帯域であり、
前記第1並列腕が形成する減衰極は、ブルートゥースの使用周波数帯域、又は無線LANの使用周波数帯域に位置することを特徴とする請求項2から5いずれか一項記載のフィルタ。
【請求項7】
前記基板上に前記直列共振器、前記並列共振器、前記キャパシタ及び前記配線を備えるチップと、
前記チップが実装されたパッケージ基板と、を具備し、
前記インダクタは前記パッケージ基板に設けられていることを特徴とする請求項1から6いずれか一項記載のフィルタ。
【請求項8】
前記直列共振器及び前記並列共振器は対向する櫛形電極を備える弾性波共振器であり、
前記キャパシタは、前記弾性波共振器が備える櫛形電極と同じ金属層からなり、かつ電極指ピッチが異なる櫛形電極を備えることを特徴とする請求項1から7いずれか一項記載のフィルタ。
【請求項9】
前記直列共振器及び前記並列共振器は対向する櫛形電極を備える弾性波共振器であり、
前記キャパシタは、前記弾性波共振器が備える櫛形電極と同じ金属層からなり、かつ弾性波の伝搬方向が異なる櫛形電極を備えることを特徴とする請求項1から7いずれか一項記載のフィルタ。
【請求項10】
前記配線は、前記キャパシタが備える櫛形電極の幅と同一の幅を有する領域、又は前記櫛形電極の幅よりも大きい幅を有する領域、を含むことを特徴とする請求項8又は9記載のフィルタ。
【請求項11】
前記直列共振器及び前記並列共振器は圧電薄膜共振器であり、
前記キャパシタは、前記圧電薄膜共振器が備える下部電極及び上部電極の各々と同じ金属層からなる電極を備えることを特徴とする請求項1から7いずれか一項記載のフィルタ。
【請求項12】
基板上に形成された直列共振器と、前記基板上に形成され、前記直列共振器と並列接続された並列共振器と、前記並列共振器に直列接続されたインダクタと、前記基板上に形成され、前記インダクタに並列接続されたキャパシタと、前記基板上に形成され、前記並列共振器と前記キャパシタとを接続する配線と、を有するフィルタを具備することを特徴とするデュープレクサ。
【請求項13】
前記フィルタは送信フィルタであることを特徴とする請求項12記載のデュープレクサ。
【請求項1】
直列共振器と、
基板上に形成され、前記直列共振器と並列接続された並列共振器と、
前記並列共振器に直列接続されたインダクタと、
前記基板上に形成され、前記インダクタに並列接続されたキャパシタと、
前記基板上に形成され、前記並列共振器と前記キャパシタとを接続する配線と、を具備することを特徴とするフィルタ。
【請求項2】
複数の前記並列共振器の各々に前記インダクタが直列接続され、
複数の前記インダクタのうち第1インダクタに前記キャパシタが並列接続され、
前記キャパシタと、前記第1インダクタと、前記第1インダクタと直列接続された並列共振器とを有する第1並列腕が形成する減衰極は、
前記第1インダクタ以外のインダクタと、前記第1インダクタ以外のインダクタと直列接続された並列共振器とを有する第2並列腕が形成する減衰極よりも低周波側に位置することを特徴とする請求項1記載のフィルタ。
【請求項3】
前記第1並列腕が形成する減衰極は、複数の前記第2並列腕の各々が形成する減衰極より低周波側に位置することを特徴とする請求項2記載のフィルタ。
【請求項4】
前記第1並列腕が形成する減衰極は、前記フィルタの通過帯域より高周波側に位置することを特徴とする請求項2又は3記載のフィルタ。
【請求項5】
前記第2並列腕が形成する減衰極は、前記フィルタの通過帯域の2倍波に相当する周波数帯域に位置し、
前記第1並列腕が形成する減衰極は、前記フィルタの通過帯域と、前記通過帯域の2倍波に相当する周波数帯域との間の周波数帯域に位置することを特徴とする請求項2から4いずれか一項記載のフィルタ。
【請求項6】
前記フィルタの通過帯域は、携帯電話の送信周波数帯域であり、
前記第1並列腕が形成する減衰極は、ブルートゥースの使用周波数帯域、又は無線LANの使用周波数帯域に位置することを特徴とする請求項2から5いずれか一項記載のフィルタ。
【請求項7】
前記基板上に前記直列共振器、前記並列共振器、前記キャパシタ及び前記配線を備えるチップと、
前記チップが実装されたパッケージ基板と、を具備し、
前記インダクタは前記パッケージ基板に設けられていることを特徴とする請求項1から6いずれか一項記載のフィルタ。
【請求項8】
前記直列共振器及び前記並列共振器は対向する櫛形電極を備える弾性波共振器であり、
前記キャパシタは、前記弾性波共振器が備える櫛形電極と同じ金属層からなり、かつ電極指ピッチが異なる櫛形電極を備えることを特徴とする請求項1から7いずれか一項記載のフィルタ。
【請求項9】
前記直列共振器及び前記並列共振器は対向する櫛形電極を備える弾性波共振器であり、
前記キャパシタは、前記弾性波共振器が備える櫛形電極と同じ金属層からなり、かつ弾性波の伝搬方向が異なる櫛形電極を備えることを特徴とする請求項1から7いずれか一項記載のフィルタ。
【請求項10】
前記配線は、前記キャパシタが備える櫛形電極の幅と同一の幅を有する領域、又は前記櫛形電極の幅よりも大きい幅を有する領域、を含むことを特徴とする請求項8又は9記載のフィルタ。
【請求項11】
前記直列共振器及び前記並列共振器は圧電薄膜共振器であり、
前記キャパシタは、前記圧電薄膜共振器が備える下部電極及び上部電極の各々と同じ金属層からなる電極を備えることを特徴とする請求項1から7いずれか一項記載のフィルタ。
【請求項12】
基板上に形成された直列共振器と、前記基板上に形成され、前記直列共振器と並列接続された並列共振器と、前記並列共振器に直列接続されたインダクタと、前記基板上に形成され、前記インダクタに並列接続されたキャパシタと、前記基板上に形成され、前記並列共振器と前記キャパシタとを接続する配線と、を有するフィルタを具備することを特徴とするデュープレクサ。
【請求項13】
前記フィルタは送信フィルタであることを特徴とする請求項12記載のデュープレクサ。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【公開番号】特開2012−49758(P2012−49758A)
【公開日】平成24年3月8日(2012.3.8)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−189084(P2010−189084)
【出願日】平成22年8月26日(2010.8.26)
【公序良俗違反の表示】
(特許庁注:以下のものは登録商標)
1.GSM
【出願人】(000204284)太陽誘電株式会社 (964)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成24年3月8日(2012.3.8)
【国際特許分類】
【出願日】平成22年8月26日(2010.8.26)
【公序良俗違反の表示】
(特許庁注:以下のものは登録商標)
1.GSM
【出願人】(000204284)太陽誘電株式会社 (964)
【Fターム(参考)】
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