送受切換器
【課題】 薄膜バルク音波共振器(FBAR)フィルタを用いた、パッケージの厚み、実装面積を減少させた小型の送受切換器を提供する。
【解決手段】 送受切換器は、第1の端子と第2の端子を備えた受信フィルタと、第3の端子と第4の端子を備えた送信フィルタと、前記第1の端子と前記第3の端子とに接続されたアンテナ端子とを有する送受切換器であり、前記受信フィルタ及び前記送信フィルタは薄膜バルク音波共振器を備えた梯子型フィルタであり、前記第1の端子と前記第3の端子と前記アンテナ端子とを接続する伝送線に、一端がグランドに接続されている位相整合用インダクタが接続されており、前記送信フィルタと前記受信フィルタが特定の特性を有することを特徴とする。
【解決手段】 送受切換器は、第1の端子と第2の端子を備えた受信フィルタと、第3の端子と第4の端子を備えた送信フィルタと、前記第1の端子と前記第3の端子とに接続されたアンテナ端子とを有する送受切換器であり、前記受信フィルタ及び前記送信フィルタは薄膜バルク音波共振器を備えた梯子型フィルタであり、前記第1の端子と前記第3の端子と前記アンテナ端子とを接続する伝送線に、一端がグランドに接続されている位相整合用インダクタが接続されており、前記送信フィルタと前記受信フィルタが特定の特性を有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電子デバイスである送受切換器に係り、詳細には薄膜バルク音波共振器(FBAR)により構成される薄膜バルク音波共振器(FBAR)フィルタを用いた送受切換器に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、携帯電話を代表とする小型通信機器の開発が活発に進められている。これらの小型通信機器には送受信信号の分岐を行う送受切換器が用いられており、機器の小型化、高性能化のために送受切換器においても小型化、高性能化が要求されている。そして最近の無線通信においては高周波帯域を利用することが多く、圧電領域の厚みを変更することにより利用周波数を制御することが可能な薄膜バルク音波共振器(FBAR)フィルタの利用が検討されている。
【0003】
通常、送受切換器の受信フィルタ及び送信フィルタは所定の周波数における位相を制御することが必要である。そのため、薄膜バルク音波共振器(FBAR)フィルタを用いた送受切換器においては、従来、図2のように90°移相器が受信フィルタとアンテナ端子間に直列に接続されていた(特許文献1参照)。
【0004】
【特許文献1】特開2001−24476号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
位相整合回路として90°移相器を用いることは、パッケージの厚み増加、実装面積の増加など小型化する際の問題となっている。
【0006】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、位相整合回路を変更することにより、パッケージの厚みや実装面積を減少させた、薄膜バルク音波共振器(FBAR)フィルタを用いた小型の送受切換器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】
【0007】
本発明は、第1の端子と第2の端子を備えた受信フィルタと、第3の端子と第4の端子を備えた送信フィルタと、前記第1の端子と前記第3の端子とに接続されたアンテナ端子とを有する送受切換器であり、前記受信フィルタ及び前記送信フィルタは薄膜バルク音波共振器を備えた梯子型フィルタであり、前記第1の端子と前記第3の端子と前記アンテナ端子とを接続する伝送線に、一端がグランドに接続されている位相整合用インダクタが接続されており、前記受信フィルタと前記送信フィルタは、それぞれの通過帯域内にアドミッタンス値の実部の値が1となる周波数を有し、前記受信フィルタの通過帯域と遮断帯域と前記送信フィルタの通過帯域と遮断帯域との4つの帯域内に、アドミッタンス値の虚部が同一の値を示す周波数を有し、前記4つの帯域において容量性を持っているフィルタであることを特徴とする送受切換器に関する。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、パッケージの厚み減少、位相整合回路の長さ減少により、パッケージの小型化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0009】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。図1は、本発明の送受切換器の一実施形態を示す回路図である。本発明の送受切換器は第1の端子2と第2の端子4を備えた受信薄膜バルク音波共振器フィルタ7と、第3の端子3と第4の端子5を備えた送信薄膜バルク音波共振器フィルタ8と、前記受信薄膜バルク音波共振器フィルタ7の第1の端子2及び前記送信薄膜バルク音波共振器フィルタ8の第3の端子3とに接続されたアンテナ端子1とを有する。前記受信薄膜バルク音波共振器フィルタ7及び前記送信薄膜バルク音波共振器フィルタ8は薄膜バルク音波共振器11を備えた梯子型フィルタである。本発明の特徴は前記アンテナ端子1と前記受信薄膜バルク音波共振器フィルタ7の第1の端子2と前記送信薄膜バルク音波共振器フィルタ8の第3の端子3とを接続する伝送線10に一端がグランドに接続されている位相整合用インダクタ9を有することである。従来の90°移相器の代わりに、インダクタンスを用いることにより、薄膜バルク音波共振器(FBAR)の特徴である小型化のメリットをさらに進めた小型の送受切換器を提供することが可能となる。
【0010】
図3は前記薄膜バルク音波共振器11の構造を説明するための模式的断面図である。図3に示すように前記薄膜バルク音波共振器11は、上部電極13、圧電層14、及び下部電極15を備えた共振部19と、その共振部19が設けられた基板16と、前記下部電極15の下部であって前記基板16に形成されたキャビティ部17により構成されている。また、前記薄膜バルク音波共振器11は、上部電極13上や、下部電極15下にパッシベーション層や支持層等を設けた構成であってもよい。
【0011】
前記上部電極13としては、モリブデン(Mo)、金(Au)、アルミニウム(Al)、ルテニウム(Ru)、白金(Pt)、タングステン(W)、チタン(Ti)など適当な材料を用いることができる。
【0012】
前記圧電層14としては、窒化アルミニウム(AlN)、酸化亜鉛(ZnO)など適当な材料を用いることができる。
【0013】
前記下部電極15としては、モリブデン(Mo)、金(Au)、アルミニウム(Al)、ルテニウム(Ru)、白金(Pt)、タングステン(W)、チタン(Ti)など適当な材料を用いることができる。
【0014】
前記基板16としては、シリコン(Si)、酸化シリコン(SiO2)、ガリウム砒素(GaAs)、ガラスなど適当な材料を用いることができる。
【0015】
また、前記薄膜バルク音波共振器11は、図4に示すような前記下部電極15と前記基板16の間に高音響インピーダンスを有する層と低音響インピーダンスを有する層が交互に積層された音響ミラー層18が設けられた構成でもよい。これにより、前記キャビティ部17が設けられた構造と同様に前記共振部19により発生するエネルギーの閉じ込めることができる。
【0016】
前記音響ミラー層18は高音響インピーダンス層としては、金(Au)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、低音響インピーダンス層としてはシリコン(Si)、酸化シリコン(SiO2)、アルミニウム(Al)を用いることができる。
【0017】
次に、本発明に係わる前記薄膜バルク音波共振器11の製造方法について説明する。前記キャビティ部17を有する前記薄膜バルク音波共振器FBAR11は前記基板16に前記下部電極15をスパッタリングなどの蒸着法により堆積し、所望の形状にパターニングを施す工程と、前記圧電層14をスパッタリングなどの蒸着法により堆積し、所望の形状にパターニングを施す工程と、前記上部電極13をスパッタリングなどの蒸着法により堆積し、所望の形状にパターニングを施す工程と、前記キャビティ部17をエッチングなどにより前記下部電極15と前記基板16の間に設ける工程によって製造される。また、上部電極13上や、下部電極15下にパッシベーション層や支持層等を設ける工程を含んでもよい。
【0018】
前記音響ミラー層18を有する前記薄膜バルク音波共振器FBAR11は前記基板16に前記音響ミラー層18として高音響インピーダンスを有する層と低音響インピーダンスを有する層をスパッタリングなどの蒸着法により交互に積層する工程と、前記下部電極15をスパッタリングなどの蒸着法により堆積し、所望の形状にパターニングを施す工程と、前記圧電層14をスパッタリングなどの蒸着法により堆積し、所望の形状にパターニングを施す工程と、前記上部電極13をスパッタリングなどの蒸着法により堆積し、所望の形状にパターニングを施す工程によって製造される。また、上部電極13上や、下部電極15下にパッシベーション層や支持層等を設ける工程を含んでもよい。
【0019】
本発明に係る梯子型フィルタ12は、図5に示されるように前記薄膜バルク音波共振器11が直列及び並列に接続されている。これらの直列に接続された前記薄膜バルク音波共振器11は同様の周波数特性を有してもよいし、それぞれが異なる周波数特性を有してもよい。更に、並列に接続された前記薄膜バルク音波共振器11は同様の周波数特性を有してもよいし、それぞれが異なる周波数特性を有してもよい。
【0020】
また、本発明に係る梯子型フィルタ12は、図6に示すように連続して直列の前記薄膜バルク音波共振器11もしくは連続して並列の前記薄膜バルク音波共振器11が接続された構成でもよい。
【0021】
本発明の送受切換器では、図1に示すように、前記アンテナ端子1と前記受信薄膜バルク音波共振器フィルタ7の第1の端子2と前記送信薄膜バルク音波共振器フィルタ8の第3の端子3とが伝送線10により接続されており、その伝送線10とグランドの間に所望のフィルタ特性を得るために位相整合用インダクタ9を備えている。
【0022】
前記伝送路10は、前記第1の端子と前記第3の端子と前記アンテナ端子とを接続しており、パッケージ内に設けられ、受信信号及び送信信号が伝送される。
【0023】
前記位相整合用インダクタ9は、パッケージにラインパターンで設けてもよいし、もしくは集中インダクタでもよい。前記位相整合用インダクタ9を設けることにより、位相整合がなされる。例えば、図7は、前記位相整合用インダクタ9を設ける前の前記受信薄膜バルク音波共振器フィルタ7または前記送信薄膜バルク音波共振器フィルタ8のアドミッタンス図であり、図8は、前記位相整合用インダクタ9を設けた時の前記受信薄膜バルク音波共振器フィルタ7または前記送信薄膜バルク音波共振器フィルタ8のアドミッタンス図である。図7および図8からわかるように、位相整合用インダクタ9を設けることにより位相整合がなされる。通常、受信及び送信フィルタの特性としては、図8に示すような特性が求められる。すなわち、通過帯域20は回路全体のインピーダンスに近い値を持ち、遮断帯域21は回路全体のインピーダンスよりはるかに大きな値とすることが必要である。このように位相整合を行うことにより、送受切換器の特性に影響を及ぼさない。
【0024】
送受切換器に用いられる前記受信薄膜バルク音波共振器フィルタ7と前記送信薄膜バルク音波共振器フィルタ8としては、それぞれの通過帯域20内にアドミッタンス値の実部の値が1となる周波数を有し、通過帯域20内と遮断帯域帯域21内に、アドミッタンス値の虚部が同一の値を示す周波数を有し、それぞれの帯域内において容量性を持つようなフィルタを使用することが好ましい。
【0025】
さらに、本発明の送受切換器に用いられる前記受信薄膜バルク音波共振器フィルタ7と前記送信薄膜バルク音波共振器フィルタ8としては、それぞれの通過帯域20内にアドミッタンス値の実部の値が1となる周波数を有し、前記受信薄膜バルク音波共振器フィルタ7の通過帯域20と遮断帯域21と前記受信薄膜バルク音波共振器フィルタ8の通過帯域20と遮断帯域21との4つの帯域内に、アドミッタンス値の虚部が同一の値を示す周波数を有し、前記4つの帯域において容量性を持っているフィルタであることを特徴とする。
【0026】
本発明の送受切換器に使用する受信薄膜バルク音波共振器フィルタ7及び送信薄膜バルク音波共振器フィルタ8は、図7に示すように通過帯域20のいずれかの周波数におけるアドミッタンス値の実部の値が1である。即ち、通過帯域20の特性がアドミッタンスの実部が1を示す円の線上にあることを意味する。また、通過帯域20のいずれかの周波数と遮断帯域21のいずれかの周波数におけるアドミッタンスの虚部が同一の値を有する。即ち、図7に例示するアドミッタンス図において、アドミッタンスの虚部が同一となる線が、フィルタの通過帯域20と遮断帯域21を通ることを意味する。さらに、本発明の送受切換器に使用する前記受信薄膜バルク音波共振器フィルタ7と前記送信薄膜バルク音波共振器フィルタ8のそれぞれの通過帯域20と遮断帯域21内のいずれかの周波数でアドミッタンスの虚部が同一となることが好ましい。本発明の送受切換器に使用する前記受信薄膜バルク音波共振器フィルタ7及び前記送信薄膜バルク音波共振器フィルタ8は、通過帯域20と遮断帯域21が容量性を持つことが好ましい。
【0027】
上記のような前記受信薄膜バルク音波共振器フィルタ7及び前記送信薄膜バルク音波共振器フィルタ8を用いることにより、受信薄膜バルク音波共振器7及び前記送信薄膜バルク音波共振器フィルタ8の位相整合量が同一になるため、アンテナ端子1と前記受信薄膜バルク音波共振器フィルタ7の第1の端子2とを接続する伝送線10、または前記アンテナ端子1と前記送信薄膜バルク音波共振器フィルタ8の第1の端子3とを接続する伝送線10に一端がグランドに接続されている位相整合用インダクタ9を設けることにより、前記受信薄膜バルク音波共振器フィルタ7及び前記送信薄膜バルク音波共振器フィルタ8の位相を所望の値とすることができる。
【実施例】
【0028】
図9(a)は、図2に示した90°移相器6を使用している従来の送受切換器のLTCC基板内装図であり、図9(b)は、図1に示した本発明の送受切換器のLTCC基板内装図である。表1は、従来の90°移相器6を使用している送受切換器において、LTCC基板にλ/4ラインの内層パターンを形成する際に必要なライン長さを示している。以下、これらを参照しながら、本実施形態の送受切換器の構成を説明する。
【0029】
図2に示した従来の送受切換器においては、位相整合回路に90°移相器6を用いており、送受切換器を構成するLTCC基板は図9(a)に示したようになる。表1は、λ/4ラインの内層パターンで構成された90°移相器6をLTCC基板に形成する場合の線路長を示すものである。LTCC基板にλ/4ラインの90°移相器6を設置した場合、表1に示したように線路長が13.8mm必要であり、さらに内層パターンの上下面にグランドパターンが必要であり、その間にはそれぞれ0.2mmの間隔が必要となる。このため、基板の必要枚数が増え、LTCC基板は0.6mmと厚くなり小型にできない。
【0030】
【表1】
【0031】
これに対し、図1に示したように、位相整合回路に一端がグランドに接地した位相整合用インダクタ9を用いた本発明の送受切換器を作製した。本発明の送受切換器の一実施形態を構成するLTCC基板は図9(b)に示したようになる。図9(b)に示したようにLTCC基板に内層パターンで構成された位相整合用インダクタ9として設置した場合、線路長が6.0mmで構成でき、上下面にグランドパターンが必要でないのでLTCC基板の枚数を減らすことができ、0.3mmの薄く小型の送受切換器を提供することができた。
【0032】
さらに、前記送受切換器に用いられる前記受信薄膜バルク音波共振器フィルタ7と前記送信薄膜バルク音波共振器フィルタ8としては、それぞれの通過帯域20内にアドミッタンス値の実部の値が1となる周波数を有し、通過帯域20内と遮断帯域帯域21内に、アドミッタンス値の虚部が同一の値を示す周波数を有し、それぞれの帯域内において容量性を持つようなフィルタを使用することが好ましい。
【0033】
図10は、本発明に係る受信薄膜バルク音波共振器フィルタ8のアドミッタンスチャート特性図である。図10の特性を持つフィルタは、通過帯域20内にアドミッタンス値の実部の値が1となる周波数を有し、遮断帯域21内に、アドミッタンス値の虚部が同一の値を示す周波数を有し、通過帯域20と遮断帯域21において容量性を持つようなフィルタを示している。即ち、通過帯域20のいずれかの周波数にてアドミッタンス値の実部が1であり、通過帯域20のいずれかの周波数と遮断帯域21のいずれかの周波数におけるアドミッタンス値の虚部の値が同一の値をとり、通過帯域20と遮断帯域21において、容量性を持っている。このようなフィルタに位相整合用インダクタ9を設けた場合、図11に示すように通過帯域20は回路全体のインピーダンスに近い値を持ち、遮断帯域21は回路全体のインピーダンスよりはるかに大きな値となり、送受切換器の特性に影響を及ぼさないフィルタ特性が得られた。
【0034】
図12、図13は本発明に係る送信薄膜バルク音波共振器フィルタ8のアドミッタンスチャート特性図である。
【0035】
図12では、通過帯域20のある周波数においてアドミッタンス値の実部が1であるが、通過帯域20のいずれかの周波数と遮断帯域21のいずれかの周波数におけるアドミッタンス値の虚部の値が同一とはなっていない。このようなフィルタに、位相整合用インダクタ9を設けた場合、図14に示すような特性を示した。
【0036】
図13では、通過帯域20のアドミッタンス値の実部が1であり、通過帯域20のいずれかの周波数と遮断帯域21のいずれかの周波数におけるアドミッタンス値の虚部の値が同一の値をとり、通過帯域20と遮断帯域21が容量性を持っている。このような特性を示すフィルタを用いて、位相整合用インダクタ9を設けた場合、図15に示すように通過帯域20は回路全体のインピーダンスに近い値を持ち、遮断帯域21は回路全体のインピーダンスよりはるかに大きな値となり、送受切換器の特性に影響を及ぼさないフィルタ特性が得られた。
【0037】
さらに、送受切換器に用いられる受信薄膜バルク音波共振器フィルタ7と送信薄膜バルク音波共振器フィルタ8として、図10、図13に示すようにそれぞれの通過帯域20内にアドミッタンス値の実部の値が1となる周波数を有し、前記受信薄膜バルク音波共振器フィルタ7の通過帯域20と遮断帯域21と前記送信薄膜バルク音波共振器フィルタ8の通過帯域20と遮断帯域21との4つの帯域内に、アドミッタンス値の虚部が同一の値を示す周波数を有し、前記4つの帯域において容量性を持つようなフィルタを使用した。即ち、前記受信薄膜バルク音波共振器フィルタ7及び前記送信薄膜バルク音波共振器フィルタ8のいずれかの周波数におけるアドミッタンス値の虚部の値が前記受信薄膜バルク音波共振器フィルタ7と前記送信薄膜バルク音波共振器フィルタ8において同一の値をとるような受信薄膜バルク音波共振器フィルタ7及び送信薄膜バルク音波共振器フィルタ8を用いて送受切換器を構成した。これにより、位相整合量が同一となり、位相整合用インダクタ9を備えることで、前記受信薄膜バルク音波共振器フィルタ7と前記送信薄膜バルク音波共振器フィルタ8のいずれにおいても、送受切換器の構成において重要な通過帯域が回路全体のインピーダンスに近い値を持ち、遮断帯域が回路全体のインピーダンスよりはるかに大きな値とすることができ、最適な送受切換器を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【0038】
【図1】実施形態に係わる送受切換器を示す回路図である。
【図2】従来の送受切換器を示す回路図である。
【図3】キャビティ部を有する薄膜バルク音波共振器の断面図である。
【図4】音響反射膜を有する薄膜バルク音波共振器の断面図である。
【図5】梯子型フィルタを示す回路図である。
【図6】梯子型フィルタを示す回路図である。
【図7】位相整合前のフィルタ特性を示すアドミッタンス図である。
【図8】位相整合後のフィルタ特性を示すアドミッタンス図である。
【図9】実施形態に係わる送受切換器のパッケージを示す内層パターン図である。
【図10】実施形態に係わる受信薄膜バルク音波共振器フィルタの位相整合前のフィルタ特性を示すアドミッタンス図である。
【図11】実施形態に係わる受信薄膜バルク音波共振器フィルタの位相整合後のフィルタ特性を示すアドミッタンス図である。
【図12】実施形態に係わる送信薄膜バルク音波共振器フィルタの位相整合前のフィルタ特性を示すアドミッタンス図である。
【図13】実施形態に係わる送信薄膜バルク音波共振器フィルタの位相整合前のフィルタ特性を示すアドミッタンス図である。
【図14】実施形態に係わる送信薄膜バルク音波共振器フィルタの位相整合後のフィルタ特性を示すアドミッタンス図である。
【図15】実施形態に係わる送信薄膜バルク音波共振器フィルタの位相整合後のフィルタ特性を示すアドミッタンス図である。
【符号の説明】
【0039】
1 アンテナ端子
2 受信薄膜バルク音波共振器フィルタの第1の端子
3 送信薄膜バルク音波共振器フィルタの第3の端子
4 受信薄膜バルク音波共振器フィルタの第2の端子
5 送信薄膜バルク音波共振器フィルタの第4の端子
6 90°移相器
7 受信薄膜バルク音波共振器フィルタ
8 送信薄膜バルク音波共振器フィルタ
9 位相整合用インダクタ
10 伝送線
11 薄膜バルク音波共振器
12 梯子型フィルタ
13 上部電極
14 圧電層
15 下部電極
16 基板
17 キャビティ部
18 音響ミラー層
19 共振部
20 通過帯域
21 遮断帯域
【技術分野】
【0001】
本発明は、電子デバイスである送受切換器に係り、詳細には薄膜バルク音波共振器(FBAR)により構成される薄膜バルク音波共振器(FBAR)フィルタを用いた送受切換器に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、携帯電話を代表とする小型通信機器の開発が活発に進められている。これらの小型通信機器には送受信信号の分岐を行う送受切換器が用いられており、機器の小型化、高性能化のために送受切換器においても小型化、高性能化が要求されている。そして最近の無線通信においては高周波帯域を利用することが多く、圧電領域の厚みを変更することにより利用周波数を制御することが可能な薄膜バルク音波共振器(FBAR)フィルタの利用が検討されている。
【0003】
通常、送受切換器の受信フィルタ及び送信フィルタは所定の周波数における位相を制御することが必要である。そのため、薄膜バルク音波共振器(FBAR)フィルタを用いた送受切換器においては、従来、図2のように90°移相器が受信フィルタとアンテナ端子間に直列に接続されていた(特許文献1参照)。
【0004】
【特許文献1】特開2001−24476号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
位相整合回路として90°移相器を用いることは、パッケージの厚み増加、実装面積の増加など小型化する際の問題となっている。
【0006】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、位相整合回路を変更することにより、パッケージの厚みや実装面積を減少させた、薄膜バルク音波共振器(FBAR)フィルタを用いた小型の送受切換器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】
【0007】
本発明は、第1の端子と第2の端子を備えた受信フィルタと、第3の端子と第4の端子を備えた送信フィルタと、前記第1の端子と前記第3の端子とに接続されたアンテナ端子とを有する送受切換器であり、前記受信フィルタ及び前記送信フィルタは薄膜バルク音波共振器を備えた梯子型フィルタであり、前記第1の端子と前記第3の端子と前記アンテナ端子とを接続する伝送線に、一端がグランドに接続されている位相整合用インダクタが接続されており、前記受信フィルタと前記送信フィルタは、それぞれの通過帯域内にアドミッタンス値の実部の値が1となる周波数を有し、前記受信フィルタの通過帯域と遮断帯域と前記送信フィルタの通過帯域と遮断帯域との4つの帯域内に、アドミッタンス値の虚部が同一の値を示す周波数を有し、前記4つの帯域において容量性を持っているフィルタであることを特徴とする送受切換器に関する。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、パッケージの厚み減少、位相整合回路の長さ減少により、パッケージの小型化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0009】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。図1は、本発明の送受切換器の一実施形態を示す回路図である。本発明の送受切換器は第1の端子2と第2の端子4を備えた受信薄膜バルク音波共振器フィルタ7と、第3の端子3と第4の端子5を備えた送信薄膜バルク音波共振器フィルタ8と、前記受信薄膜バルク音波共振器フィルタ7の第1の端子2及び前記送信薄膜バルク音波共振器フィルタ8の第3の端子3とに接続されたアンテナ端子1とを有する。前記受信薄膜バルク音波共振器フィルタ7及び前記送信薄膜バルク音波共振器フィルタ8は薄膜バルク音波共振器11を備えた梯子型フィルタである。本発明の特徴は前記アンテナ端子1と前記受信薄膜バルク音波共振器フィルタ7の第1の端子2と前記送信薄膜バルク音波共振器フィルタ8の第3の端子3とを接続する伝送線10に一端がグランドに接続されている位相整合用インダクタ9を有することである。従来の90°移相器の代わりに、インダクタンスを用いることにより、薄膜バルク音波共振器(FBAR)の特徴である小型化のメリットをさらに進めた小型の送受切換器を提供することが可能となる。
【0010】
図3は前記薄膜バルク音波共振器11の構造を説明するための模式的断面図である。図3に示すように前記薄膜バルク音波共振器11は、上部電極13、圧電層14、及び下部電極15を備えた共振部19と、その共振部19が設けられた基板16と、前記下部電極15の下部であって前記基板16に形成されたキャビティ部17により構成されている。また、前記薄膜バルク音波共振器11は、上部電極13上や、下部電極15下にパッシベーション層や支持層等を設けた構成であってもよい。
【0011】
前記上部電極13としては、モリブデン(Mo)、金(Au)、アルミニウム(Al)、ルテニウム(Ru)、白金(Pt)、タングステン(W)、チタン(Ti)など適当な材料を用いることができる。
【0012】
前記圧電層14としては、窒化アルミニウム(AlN)、酸化亜鉛(ZnO)など適当な材料を用いることができる。
【0013】
前記下部電極15としては、モリブデン(Mo)、金(Au)、アルミニウム(Al)、ルテニウム(Ru)、白金(Pt)、タングステン(W)、チタン(Ti)など適当な材料を用いることができる。
【0014】
前記基板16としては、シリコン(Si)、酸化シリコン(SiO2)、ガリウム砒素(GaAs)、ガラスなど適当な材料を用いることができる。
【0015】
また、前記薄膜バルク音波共振器11は、図4に示すような前記下部電極15と前記基板16の間に高音響インピーダンスを有する層と低音響インピーダンスを有する層が交互に積層された音響ミラー層18が設けられた構成でもよい。これにより、前記キャビティ部17が設けられた構造と同様に前記共振部19により発生するエネルギーの閉じ込めることができる。
【0016】
前記音響ミラー層18は高音響インピーダンス層としては、金(Au)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、低音響インピーダンス層としてはシリコン(Si)、酸化シリコン(SiO2)、アルミニウム(Al)を用いることができる。
【0017】
次に、本発明に係わる前記薄膜バルク音波共振器11の製造方法について説明する。前記キャビティ部17を有する前記薄膜バルク音波共振器FBAR11は前記基板16に前記下部電極15をスパッタリングなどの蒸着法により堆積し、所望の形状にパターニングを施す工程と、前記圧電層14をスパッタリングなどの蒸着法により堆積し、所望の形状にパターニングを施す工程と、前記上部電極13をスパッタリングなどの蒸着法により堆積し、所望の形状にパターニングを施す工程と、前記キャビティ部17をエッチングなどにより前記下部電極15と前記基板16の間に設ける工程によって製造される。また、上部電極13上や、下部電極15下にパッシベーション層や支持層等を設ける工程を含んでもよい。
【0018】
前記音響ミラー層18を有する前記薄膜バルク音波共振器FBAR11は前記基板16に前記音響ミラー層18として高音響インピーダンスを有する層と低音響インピーダンスを有する層をスパッタリングなどの蒸着法により交互に積層する工程と、前記下部電極15をスパッタリングなどの蒸着法により堆積し、所望の形状にパターニングを施す工程と、前記圧電層14をスパッタリングなどの蒸着法により堆積し、所望の形状にパターニングを施す工程と、前記上部電極13をスパッタリングなどの蒸着法により堆積し、所望の形状にパターニングを施す工程によって製造される。また、上部電極13上や、下部電極15下にパッシベーション層や支持層等を設ける工程を含んでもよい。
【0019】
本発明に係る梯子型フィルタ12は、図5に示されるように前記薄膜バルク音波共振器11が直列及び並列に接続されている。これらの直列に接続された前記薄膜バルク音波共振器11は同様の周波数特性を有してもよいし、それぞれが異なる周波数特性を有してもよい。更に、並列に接続された前記薄膜バルク音波共振器11は同様の周波数特性を有してもよいし、それぞれが異なる周波数特性を有してもよい。
【0020】
また、本発明に係る梯子型フィルタ12は、図6に示すように連続して直列の前記薄膜バルク音波共振器11もしくは連続して並列の前記薄膜バルク音波共振器11が接続された構成でもよい。
【0021】
本発明の送受切換器では、図1に示すように、前記アンテナ端子1と前記受信薄膜バルク音波共振器フィルタ7の第1の端子2と前記送信薄膜バルク音波共振器フィルタ8の第3の端子3とが伝送線10により接続されており、その伝送線10とグランドの間に所望のフィルタ特性を得るために位相整合用インダクタ9を備えている。
【0022】
前記伝送路10は、前記第1の端子と前記第3の端子と前記アンテナ端子とを接続しており、パッケージ内に設けられ、受信信号及び送信信号が伝送される。
【0023】
前記位相整合用インダクタ9は、パッケージにラインパターンで設けてもよいし、もしくは集中インダクタでもよい。前記位相整合用インダクタ9を設けることにより、位相整合がなされる。例えば、図7は、前記位相整合用インダクタ9を設ける前の前記受信薄膜バルク音波共振器フィルタ7または前記送信薄膜バルク音波共振器フィルタ8のアドミッタンス図であり、図8は、前記位相整合用インダクタ9を設けた時の前記受信薄膜バルク音波共振器フィルタ7または前記送信薄膜バルク音波共振器フィルタ8のアドミッタンス図である。図7および図8からわかるように、位相整合用インダクタ9を設けることにより位相整合がなされる。通常、受信及び送信フィルタの特性としては、図8に示すような特性が求められる。すなわち、通過帯域20は回路全体のインピーダンスに近い値を持ち、遮断帯域21は回路全体のインピーダンスよりはるかに大きな値とすることが必要である。このように位相整合を行うことにより、送受切換器の特性に影響を及ぼさない。
【0024】
送受切換器に用いられる前記受信薄膜バルク音波共振器フィルタ7と前記送信薄膜バルク音波共振器フィルタ8としては、それぞれの通過帯域20内にアドミッタンス値の実部の値が1となる周波数を有し、通過帯域20内と遮断帯域帯域21内に、アドミッタンス値の虚部が同一の値を示す周波数を有し、それぞれの帯域内において容量性を持つようなフィルタを使用することが好ましい。
【0025】
さらに、本発明の送受切換器に用いられる前記受信薄膜バルク音波共振器フィルタ7と前記送信薄膜バルク音波共振器フィルタ8としては、それぞれの通過帯域20内にアドミッタンス値の実部の値が1となる周波数を有し、前記受信薄膜バルク音波共振器フィルタ7の通過帯域20と遮断帯域21と前記受信薄膜バルク音波共振器フィルタ8の通過帯域20と遮断帯域21との4つの帯域内に、アドミッタンス値の虚部が同一の値を示す周波数を有し、前記4つの帯域において容量性を持っているフィルタであることを特徴とする。
【0026】
本発明の送受切換器に使用する受信薄膜バルク音波共振器フィルタ7及び送信薄膜バルク音波共振器フィルタ8は、図7に示すように通過帯域20のいずれかの周波数におけるアドミッタンス値の実部の値が1である。即ち、通過帯域20の特性がアドミッタンスの実部が1を示す円の線上にあることを意味する。また、通過帯域20のいずれかの周波数と遮断帯域21のいずれかの周波数におけるアドミッタンスの虚部が同一の値を有する。即ち、図7に例示するアドミッタンス図において、アドミッタンスの虚部が同一となる線が、フィルタの通過帯域20と遮断帯域21を通ることを意味する。さらに、本発明の送受切換器に使用する前記受信薄膜バルク音波共振器フィルタ7と前記送信薄膜バルク音波共振器フィルタ8のそれぞれの通過帯域20と遮断帯域21内のいずれかの周波数でアドミッタンスの虚部が同一となることが好ましい。本発明の送受切換器に使用する前記受信薄膜バルク音波共振器フィルタ7及び前記送信薄膜バルク音波共振器フィルタ8は、通過帯域20と遮断帯域21が容量性を持つことが好ましい。
【0027】
上記のような前記受信薄膜バルク音波共振器フィルタ7及び前記送信薄膜バルク音波共振器フィルタ8を用いることにより、受信薄膜バルク音波共振器7及び前記送信薄膜バルク音波共振器フィルタ8の位相整合量が同一になるため、アンテナ端子1と前記受信薄膜バルク音波共振器フィルタ7の第1の端子2とを接続する伝送線10、または前記アンテナ端子1と前記送信薄膜バルク音波共振器フィルタ8の第1の端子3とを接続する伝送線10に一端がグランドに接続されている位相整合用インダクタ9を設けることにより、前記受信薄膜バルク音波共振器フィルタ7及び前記送信薄膜バルク音波共振器フィルタ8の位相を所望の値とすることができる。
【実施例】
【0028】
図9(a)は、図2に示した90°移相器6を使用している従来の送受切換器のLTCC基板内装図であり、図9(b)は、図1に示した本発明の送受切換器のLTCC基板内装図である。表1は、従来の90°移相器6を使用している送受切換器において、LTCC基板にλ/4ラインの内層パターンを形成する際に必要なライン長さを示している。以下、これらを参照しながら、本実施形態の送受切換器の構成を説明する。
【0029】
図2に示した従来の送受切換器においては、位相整合回路に90°移相器6を用いており、送受切換器を構成するLTCC基板は図9(a)に示したようになる。表1は、λ/4ラインの内層パターンで構成された90°移相器6をLTCC基板に形成する場合の線路長を示すものである。LTCC基板にλ/4ラインの90°移相器6を設置した場合、表1に示したように線路長が13.8mm必要であり、さらに内層パターンの上下面にグランドパターンが必要であり、その間にはそれぞれ0.2mmの間隔が必要となる。このため、基板の必要枚数が増え、LTCC基板は0.6mmと厚くなり小型にできない。
【0030】
【表1】
【0031】
これに対し、図1に示したように、位相整合回路に一端がグランドに接地した位相整合用インダクタ9を用いた本発明の送受切換器を作製した。本発明の送受切換器の一実施形態を構成するLTCC基板は図9(b)に示したようになる。図9(b)に示したようにLTCC基板に内層パターンで構成された位相整合用インダクタ9として設置した場合、線路長が6.0mmで構成でき、上下面にグランドパターンが必要でないのでLTCC基板の枚数を減らすことができ、0.3mmの薄く小型の送受切換器を提供することができた。
【0032】
さらに、前記送受切換器に用いられる前記受信薄膜バルク音波共振器フィルタ7と前記送信薄膜バルク音波共振器フィルタ8としては、それぞれの通過帯域20内にアドミッタンス値の実部の値が1となる周波数を有し、通過帯域20内と遮断帯域帯域21内に、アドミッタンス値の虚部が同一の値を示す周波数を有し、それぞれの帯域内において容量性を持つようなフィルタを使用することが好ましい。
【0033】
図10は、本発明に係る受信薄膜バルク音波共振器フィルタ8のアドミッタンスチャート特性図である。図10の特性を持つフィルタは、通過帯域20内にアドミッタンス値の実部の値が1となる周波数を有し、遮断帯域21内に、アドミッタンス値の虚部が同一の値を示す周波数を有し、通過帯域20と遮断帯域21において容量性を持つようなフィルタを示している。即ち、通過帯域20のいずれかの周波数にてアドミッタンス値の実部が1であり、通過帯域20のいずれかの周波数と遮断帯域21のいずれかの周波数におけるアドミッタンス値の虚部の値が同一の値をとり、通過帯域20と遮断帯域21において、容量性を持っている。このようなフィルタに位相整合用インダクタ9を設けた場合、図11に示すように通過帯域20は回路全体のインピーダンスに近い値を持ち、遮断帯域21は回路全体のインピーダンスよりはるかに大きな値となり、送受切換器の特性に影響を及ぼさないフィルタ特性が得られた。
【0034】
図12、図13は本発明に係る送信薄膜バルク音波共振器フィルタ8のアドミッタンスチャート特性図である。
【0035】
図12では、通過帯域20のある周波数においてアドミッタンス値の実部が1であるが、通過帯域20のいずれかの周波数と遮断帯域21のいずれかの周波数におけるアドミッタンス値の虚部の値が同一とはなっていない。このようなフィルタに、位相整合用インダクタ9を設けた場合、図14に示すような特性を示した。
【0036】
図13では、通過帯域20のアドミッタンス値の実部が1であり、通過帯域20のいずれかの周波数と遮断帯域21のいずれかの周波数におけるアドミッタンス値の虚部の値が同一の値をとり、通過帯域20と遮断帯域21が容量性を持っている。このような特性を示すフィルタを用いて、位相整合用インダクタ9を設けた場合、図15に示すように通過帯域20は回路全体のインピーダンスに近い値を持ち、遮断帯域21は回路全体のインピーダンスよりはるかに大きな値となり、送受切換器の特性に影響を及ぼさないフィルタ特性が得られた。
【0037】
さらに、送受切換器に用いられる受信薄膜バルク音波共振器フィルタ7と送信薄膜バルク音波共振器フィルタ8として、図10、図13に示すようにそれぞれの通過帯域20内にアドミッタンス値の実部の値が1となる周波数を有し、前記受信薄膜バルク音波共振器フィルタ7の通過帯域20と遮断帯域21と前記送信薄膜バルク音波共振器フィルタ8の通過帯域20と遮断帯域21との4つの帯域内に、アドミッタンス値の虚部が同一の値を示す周波数を有し、前記4つの帯域において容量性を持つようなフィルタを使用した。即ち、前記受信薄膜バルク音波共振器フィルタ7及び前記送信薄膜バルク音波共振器フィルタ8のいずれかの周波数におけるアドミッタンス値の虚部の値が前記受信薄膜バルク音波共振器フィルタ7と前記送信薄膜バルク音波共振器フィルタ8において同一の値をとるような受信薄膜バルク音波共振器フィルタ7及び送信薄膜バルク音波共振器フィルタ8を用いて送受切換器を構成した。これにより、位相整合量が同一となり、位相整合用インダクタ9を備えることで、前記受信薄膜バルク音波共振器フィルタ7と前記送信薄膜バルク音波共振器フィルタ8のいずれにおいても、送受切換器の構成において重要な通過帯域が回路全体のインピーダンスに近い値を持ち、遮断帯域が回路全体のインピーダンスよりはるかに大きな値とすることができ、最適な送受切換器を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【0038】
【図1】実施形態に係わる送受切換器を示す回路図である。
【図2】従来の送受切換器を示す回路図である。
【図3】キャビティ部を有する薄膜バルク音波共振器の断面図である。
【図4】音響反射膜を有する薄膜バルク音波共振器の断面図である。
【図5】梯子型フィルタを示す回路図である。
【図6】梯子型フィルタを示す回路図である。
【図7】位相整合前のフィルタ特性を示すアドミッタンス図である。
【図8】位相整合後のフィルタ特性を示すアドミッタンス図である。
【図9】実施形態に係わる送受切換器のパッケージを示す内層パターン図である。
【図10】実施形態に係わる受信薄膜バルク音波共振器フィルタの位相整合前のフィルタ特性を示すアドミッタンス図である。
【図11】実施形態に係わる受信薄膜バルク音波共振器フィルタの位相整合後のフィルタ特性を示すアドミッタンス図である。
【図12】実施形態に係わる送信薄膜バルク音波共振器フィルタの位相整合前のフィルタ特性を示すアドミッタンス図である。
【図13】実施形態に係わる送信薄膜バルク音波共振器フィルタの位相整合前のフィルタ特性を示すアドミッタンス図である。
【図14】実施形態に係わる送信薄膜バルク音波共振器フィルタの位相整合後のフィルタ特性を示すアドミッタンス図である。
【図15】実施形態に係わる送信薄膜バルク音波共振器フィルタの位相整合後のフィルタ特性を示すアドミッタンス図である。
【符号の説明】
【0039】
1 アンテナ端子
2 受信薄膜バルク音波共振器フィルタの第1の端子
3 送信薄膜バルク音波共振器フィルタの第3の端子
4 受信薄膜バルク音波共振器フィルタの第2の端子
5 送信薄膜バルク音波共振器フィルタの第4の端子
6 90°移相器
7 受信薄膜バルク音波共振器フィルタ
8 送信薄膜バルク音波共振器フィルタ
9 位相整合用インダクタ
10 伝送線
11 薄膜バルク音波共振器
12 梯子型フィルタ
13 上部電極
14 圧電層
15 下部電極
16 基板
17 キャビティ部
18 音響ミラー層
19 共振部
20 通過帯域
21 遮断帯域
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1の端子と第2の端子を備えた受信フィルタと、第3の端子と第4の端子を備えた送信フィルタと、前記第1の端子と前記第3の端子とに接続されたアンテナ端子とを有する送受切換器であり、前記受信フィルタ及び前記送信フィルタは薄膜バルク音波共振器を備えた梯子型フィルタであり、前記第1の端子と前記第3の端子と前記アンテナ端子とを接続する伝送線に、一端がグランドに接続されている位相整合用インダクタが接続されており、前記送受切換器に用いられる前記送信フィルタと前記受信フィルタは、それぞれの通過帯域内にアドミッタンス値の実部の値が1となる周波数を有し、前記受信フィルタの通過帯域と遮断帯域と前記送信フィルタの通過帯域と遮断帯域との4つの帯域内に、アドミッタンス値の虚部が同一の値を示す周波数を有し、前記4つの帯域において容量性を持っているフィルタであることを特徴とする送受切換器。
【請求項1】
第1の端子と第2の端子を備えた受信フィルタと、第3の端子と第4の端子を備えた送信フィルタと、前記第1の端子と前記第3の端子とに接続されたアンテナ端子とを有する送受切換器であり、前記受信フィルタ及び前記送信フィルタは薄膜バルク音波共振器を備えた梯子型フィルタであり、前記第1の端子と前記第3の端子と前記アンテナ端子とを接続する伝送線に、一端がグランドに接続されている位相整合用インダクタが接続されており、前記送受切換器に用いられる前記送信フィルタと前記受信フィルタは、それぞれの通過帯域内にアドミッタンス値の実部の値が1となる周波数を有し、前記受信フィルタの通過帯域と遮断帯域と前記送信フィルタの通過帯域と遮断帯域との4つの帯域内に、アドミッタンス値の虚部が同一の値を示す周波数を有し、前記4つの帯域において容量性を持っているフィルタであることを特徴とする送受切換器。
【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】
【公開番号】特開2009−182368(P2009−182368A)
【公開日】平成21年8月13日(2009.8.13)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−130078(P2006−130078)
【出願日】平成18年5月9日(2006.5.9)
【出願人】(000000206)宇部興産株式会社 (2,022)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成21年8月13日(2009.8.13)
【国際特許分類】
【出願日】平成18年5月9日(2006.5.9)
【出願人】(000000206)宇部興産株式会社 (2,022)
【Fターム(参考)】
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