CN100474774C - 使用表面声波滤波器的双工器和电子设备 - Google Patents

使用表面声波滤波器的双工器和电子设备 Download PDF

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CN100474774C CNB2004100375795A CN200410037579A CN100474774C CN 100474774 C CN100474774 C CN 100474774C CN B2004100375795 A CNB2004100375795 A CN B2004100375795A CN 200410037579 A CN200410037579 A CN 200410037579A CN 100474774 C CN100474774 C CN 100474774C
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Abstract

一种双工器,其包括:具有不同的中心频率的两个表面声波滤波器;匹配所述两个表面声波滤波器的相位的相位匹配电路;其中容纳有所述表面声波滤波器和所述相位匹配电路的封装,该封装具有其上倒装安装有所述表面声波滤波器的芯片的芯片安装层;以及设置在所述芯片安装层和位于所述芯片安装层下面的底层上的多个接地线路图案,这些接地线路图案形成多个电感。

Description

使用表面声波滤波器的双工器和电子设备
技术领域
本发明总体上涉及一种使用表面声波滤波器的双工器。
背景技术
近来,随着移动通信系统的发展,移动电话和便携式信息设备已经得到广泛普及。许多制造商在终端设备的小型化和高性能化方面进行了大量工作。一些移动电话可同时处理模拟系统和数字系统,并且使用诸如800MHz-1GHz频段和1.5GHz-2.0GHz频段的各种频带。
移动电话的近期发展集中于遵循多样化的系统标准的终端功能的扩展。例如,存在具有模拟和数字系统的双模移动电话、以及符合TDMA(时分多址)和CDMA(码分多址)的双频移动电话。还存在处理诸如800MHz频段和1.9GHz频段的组合,或者900MHz频段和1.8GHz或1.5GHz频段的组合的两个频段的双频段移动电话。这种趋势要求提高在这些移动电话中使用的诸如滤波器的部件的性能。而且还需要使设备小型化并降低成本。
在复杂的终端设备中使用了一些类型的天线双工器。电介质型双工器对发送滤波器和接收滤波器使用电介质。复合滤波器对发送滤波器和接收滤波器中的一个使用电介质而对另一个使用表面声波(SAW)滤波器。还存在另一种类型的双工器,该双工器仅使用SAW滤波器。该电介质型双工器具有相对大的尺寸并且难以使便携式终端设备小型化和变薄。复合滤波器具有与上述相同的问题。
使用多个SAW滤波器的双工器具有:模块型,其中在印刷电路板上安装有多个滤波器和相位匹配电路;集成型,具有陶瓷多层封装,该封装容纳发送滤波器和接收滤波器以及相位匹配电路。这些滤波器的体积大致等于电介质型双工器的1/3至1/15并且高度大致等于电介质型双工器的1/2至1/3。可以以与制造电介质型双工器几乎相同的成本来制造小型化和变薄的SAW双工器。
通过使用如日本专利申请公报No.10-126213中所述的陶瓷多层封装,或者通过使用其上安装有两个滤波器的单个芯片或者采用不需要接合引线的倒装芯片安装技术可以实现进一步的小型化。即使在使用任何致力于进一步的小型化的手段时,采用气密地密闭的封装来容纳两个滤波器和相位匹配电路也是必要的。
倒装焊接(facedown bonding)有助于小型化。相反地,引线接合由于需要大尺寸(尤其在高度方面)以设置用于引线接合的焊盘并防止引线与用于气密地密封的封盖接触,所以限制了小型化。在日本专利申请公报NO.11-26623或No.2003-101385中提出了使用倒装焊接的SAW双工器。然而,这些方案并没有说明如何减少一个滤波器的特性对与其相邻的其他滤波器的特性的影响。希望在其他的滤波器中只观测到低到-40dB至-50dB的小的影响。
日本专利申请公报No.8-18393公开了一种夹在用于相位匹配的多个接地层之间的线路图案,该线路图案布线在封装的两个层上。将带状线路的特性阻抗设计为具有大于外部电路的特性阻抗的值。然而,该设置需要在线路图案和接地图案之间尽可能地留有距离,以保持带状线路的特性阻抗高于外部电路的特性阻抗。该要求限制了小型化。夹有线路图案的多个接地层被设置在安装到封装底部的底脚焊盘(footpad)的上方,从而在小型化方面存在困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有改进的带外衰减的小型化的双工器。
本发明的目的通过如下的双工器来实现,该双工器包括:具有不同中心频率的两个表面声波(SAW)滤波器;匹配该两个SAW滤波器的相位的相位匹配电路;其中容纳有这些SAW滤波器和该相位匹配电路的封装,该封装具有其上倒装安装有SAW滤波器芯片的芯片安装层(die-attachedlayer);以及设置在该芯片安装层和位于该芯片安装层下面的底层上的接地线路图案,该接地线路图案形成电感。
本发明的上述目的还通过如下的双工器来实现,该双工器包括:具有第一和第二表面声波(SAW)滤波器的芯片,该第一和第二表面声波滤波器具有不同的中心频率;匹配该第一和第二SAW滤波器的相位的相位匹配电路;以及其中容纳有该第一和第二SAW滤波器和该相位匹配电路的封装,将第一和第二SAW滤波器的谐振器沿SAW的传播方向并排设置,该芯片具有位于谐振器更外侧的多个焊盘。
本发明还包括一种配备有上述双工器的电子设备。
附图说明
通过结合附图阅读以下的具体说明,本发明的其它目的、特征和优点将变得明了,其中:
图1A是根据本发明一实施例的双工器的概要框图;
图1B是图1A中所示的双工器的频率特性曲线;
图2是根据本发明实施例的双工器的封装的剖面视图;
图3A是已去除封盖的图2中所示的双工器的平面视图;
图3B是图2中所示的双工器的滤波器芯片的平面视图;
图4A、4B、4C、4D、4E、4F和4G表示图2中所示的双工器的封装的各层;
图5是图4B中所示的芯片安装层的放大视图;
图6是图2中所示的双工器的等价电路图;
图7A是一对比双工器的接收系统的电路图;
图7B是图2中所示的双工器的接收系统的电路图;
图8是图2中所示的双工器的接收滤波器的滤波器特性曲线;
图9是图2中所示的双工器的变形例的剖面视图;
图10表示作为带状线路的地到地距离的函数的特性阻抗的变化;
图11A是图2中所示的双工器的滤波器特性曲线;
图11B是图2中所示的双工器的接收端口的反射特性曲线;
图12A、12B和12C表示各信号间的封装单独隔离(package aloneisolation);
图13A、13B、13C和13D表示图2中所示的封装的各层;
图14是图2中所示的双工器的滤波器特性曲线;
图15A是图2中所示的双工器的频率特性曲线;
图15B是图2中所示的双工器的隔离特性曲线;以及
图16是配备有根据本发明的双工器的电子设备的框图。
具体实施方式
下面将参照图1A和1B对根据本发明一实施例的双工器的概要进行说明。图1A示意性地表示了双工器的电路构成,而图1B表示了双工器的频率特性。在图1B中,水平轴表示频率,该频率随着该水平轴上的位置向右移动而升高,而垂直轴表示通过强度(pass intensity),该通过强度随着该垂直轴上的位置向上移动而增加。
参照图1A,双工器100具有:两个滤波器12(F1)和13(F2)、相位匹配电路11、公共端子14、发送端子15和接收端子16。该公共端子14用于与通过天线来接收和发送波的外部电路进行连接。该外部电路可以是传输电缆。该发送端子15用于与设置在双工器100外部的发射机进行连接。通过发送电路15将来自发射机的具有所期望的中心频率的发送信号提供给双工器100。接收端子16用于与设置在双工器100的外部的接收器进行连接。通过接收端子16将具有所期望的中心频率的接收信号从双工器100提供给接收机。滤波器12和13以及相位匹配电路11容纳在多层陶瓷封装中。滤波器12和13是具有不同通带中心频率F1和F2的相应SAW滤波器。例如,滤波器12是发送滤波器,而滤波器13是接收滤波器。在这种情况下,接收滤波器的中心频率F2高于发送滤波器的中心频率F1。该1.9GHz频段的双工器在F1和F2之间仅具有大约100MHz的频率差。
将相位匹配电路11设置为用来抑制滤波器12和13之间的干涉。现假设Z1表示通过从公共端子14观测滤波器12而得到的特性阻抗,而Z2表示通过从公共端子14观测滤波器13而得到的特性阻抗。由于相位匹配电路11的作用,当从公共端子14输入的信号具有频率F1时,在滤波器12侧的特性阻抗Z1等于公共端子14的特性阻抗,而在滤波器13侧的特性阻抗为无穷大并且反射系数等于1。当从公共端子14输入的信号具有频率F2时,在滤波器13侧的特性阻抗Z2等于公共端子14的特性阻抗,而在滤波器12侧的特性阻抗为无穷大并且反射系数等于1。
图2是根据本发明一实施例的双工器的剖面视图。图3A是该双工器的平面视图,并且显示了已去除封盖的封装。图3B显示了容纳在该封装中的滤波器芯片的主表面。
参照图2,双工器100具有叠层封装120、封盖128、滤波器芯片129、相位匹配线路图案132和133,以及连接路径(侧堞形结构(sidecastellations))135。
叠层封装120具有由六个层121-126组成的多层结构。层121为封盖安装层。层122为芯片安装层。层123为接地层。层124为相位匹配线路图案层。层125为接地层。层126为相位匹配线路图案层或底脚焊盘层。
叠层封装120的层121至126可以由具有大约8至9.5的介电常数(ε)的氧化铝陶瓷或玻璃陶瓷制成。例如,叠层封装120的尺寸为3.8mm×3.8mm×1.4mm,其中“1.4mm”为厚度。
滤波器芯片129具有一压电基板,在该压电基板上设置有梳状电极、反射器和与该梳状电极相连以形成滤波器电路的布线图案。滤波器芯片129具有图1中所示的两个滤波器12和13。例如,发送滤波器12由一梯型(ladder-type)SAW滤波器形成,而接收滤波器13由另一梯型SAW滤波器形成。该梯型SAW滤波器包括以梯型方式连接的多个单端口SAW谐振器。图3A和3B示意性地显示了这些SAW谐振器,其中将包含在发送滤波器12中的SAW谐振器表示为发送谐振器138,而将包含在接收滤波器13中的SAW谐振器表示为接收谐振器137。滤波器芯片129的压电基板可以是钽酸锂(LiTaO3)的压电单晶,该压电基板可以是42°Y切断X传播基板。位于该压电基板上的梳状电极、反射器以及布线图案由导电材料制成。例如,通过溅射法在压电基板上形成金属或合金层或者多个合金层的叠层,并且对其进行光刻曝光和蚀刻。该合金可以包含作为主要成分的Al,例如Al-Cu或Al-Mg。该叠层可以是Al-Cu/Cu/Al-Cu、Al/Cu/Al、Al/Mg/Al、Al-Mg/Mg/Al-Mg。可以将发送滤波器12和接收滤波器13形成在分离的压电基板上。
封盖安装层121限定了封装中的分段部分。由该分段部分限定的空间限定容纳该滤波器芯片129的腔,该滤波器芯片129以面朝下的状态(倒装安装)安装在该腔中。
封盖128安装在封盖安装层121的顶部。封盖128将该滤波器芯片129气密地密封在该腔中。封盖128可以具有Au镀层或Ni镀层。叠层封装120在侧面上具有多个沟槽1351-13512,每个沟槽具有半圆形截面。在以下内容中,将沟槽1351-13512指定为标号135,除非提及某一特定的沟槽。该叠层封装120的四个侧面中的每一个侧面具有三个沟槽135。沟槽135从封盖安装层121一直贯通到相位匹配线路图案/底脚图案层127。对每个沟槽135设置一导电层,以使得可以限定一连接路径(侧堞形结构)。也将该连接路径指定为标号135。连接路径135进行层间连接,并且用作为进行外部连接的端子。
芯片安装层122限定其上安装滤波器芯片129的安装表面,并且提供一用于形成各种布线图案的区域。滤波器芯片129通过芯片安装层122上的焊盘上的多个凸点(bump)131与该焊盘相连。凸点131可以是Au凸点。
在接地层123和125的上表面上形成接地图案134。该接地图案134覆盖接地层123和125的上表面的大部分区域。
在相位匹配线路图案层124和126的上表面上设置相位匹配线路图案132和133。图案132和133形成图1中所示的相位匹配电路11。用于相位匹配的线路图案132和133布置在这两个层上,以使得尽管显著地减小封装120的尺寸也可以获得所期望的电感值。线路图案132和133具有大约80μm至120μm的宽度,并且与接地图案134一起用作为带状线路。相位匹配线路图案132和133可以由包含铜(Cu)、银(Ag)或钨(W)作为主要成分的导电材料制成。线路图案132和133可以通过在层124和126上淀积导电膜并且通过丝网印刷等进行构图来形成。
底脚焊盘127是用于进行外部连接的端子,并且被设置在封装120的最底层。底脚焊盘127用作为图1中所示的公共端子14、发送端子15和接收端子16。封装120的最底层是相位匹配线路/底脚焊盘层126。底脚焊盘127通过布线线路135和/或形成在叠层封装120中的多个通孔与双工器100中的电路相连。底脚焊盘127包括一根本不与该双工器内的电路相连的焊盘。
如图3A所示,由于去除了封盖128而呈现出滤波器芯片129、封盖安装层121以及部分芯片安装层122。显示图3A以从上方观察整个滤波器芯片129。密封圈136设置在封盖安装层121上。该密封圈136可以是镀有Ni或Au的Cu膜。在该密封圈136上安装封盖128。封盖安装层121具有位于其中心的窗口139。窗口139限定了容纳滤波器芯片129的腔。将密封圈136连接到位于封装120侧面上的中点的连接路径1352、1355、1358、13511、以及除连接路径13512以外的其他连接路径。
图4A到4G显示了双工器100的封装120的各层。图4A显示了封盖安装层121,而图4B显示了芯片安装层122。图4C显示了接地层123,而图4D显示了相位匹配线路图案层124。图4E显示了接地层125。图4F显示了相位匹配图案/底脚焊盘层126的上表面,而图4G显示了其下表面。图5是芯片安装层122的放大平面视图。
图4A中所示的封盖安装层121具有位于其中心的窗口139。通过去除封盖128可以呈现出窗口139。
将滤波器芯片129倒装安装在图4B和5中所示的芯片安装层122上。
现在,为了便于说明,对图4G中所示的相位匹配线路图案/底脚焊盘层126的底部进行说明。层126的底部是该双工器100的安装表面。将双工器100的该安装表面安装在电路板(未示出)上。在该安装表面上,设置有分别与连接路径1352、1358和13511(见图4A)相连的发送底脚焊盘1271、接收底脚焊盘1272以及公共端子底脚焊盘1273。这些底脚焊盘可以称为底脚堞形结构。底脚焊盘1271、1272以及1273用作为外部连接端子,通过这些底脚焊盘可以进行与电路板上的电极的电连接。发送底脚焊盘1271与图1中所示的双工器100的发送端子15相对应,而接收底脚焊盘1272与接收端子16相对应。公共底脚焊盘1273与双工器100的公共端子14相对应。
返回到图4B和5,在芯片安装层122的上表面上设置信号图案141、142和143,以及接地图案144、145、146、147、148、149和150。将该滤波器芯片129设置为使得其上设置有多个凸点131(图1)的滤波器芯片129的表面与芯片安装层122的上表面相对。将凸点131与信号图案141-143和接地图案144-149电连接。如图3A和3B所示,将接合焊盘设置在周边区域,以使得可以容易地对该布线线路进行布线。
除图4B和5以外,现在将参照图6对芯片安装层122进行进一步的说明。图6是双工器100的电路图。发送滤波器12具有相连以形成四级梯型排列的多个发送谐振器(单端口SAW谐振器)。将四个谐振器S1-S4设置在串联支路中,并且将两个SAW谐振器P1和P2设置在并联支路中。串联支路中的谐振器S1和S2共享该并联支路中的谐振器P1。类似地,串联支路中的谐振器S3和S4共享另一个并联支路中的谐振器P2。接收滤波器13具有多个接收谐振器(单端口SAW谐振器),这些SAW谐振器相连以形成五级梯型排列。将四个谐振器S11-S14设置在串联支路中,并且将四个谐振器P11-P14设置在并联支路中。谐振器S13和S14共享并联谐振器P14。将电感器L21和L22分别与谐振器P1和P2串联。电感器L23将电感器L21和L22接地。将电感L1-L4分别与关联谐振器P11-P14串联。谐振器P11-P14分别通过电感器L1-L4接地。符号C1-C3表示寄生电容。
返回到图4B和5,发送信号图案141通过连接路径1352与层126的底部上的底脚焊盘1271相连。接收信号图案142通过连接路径1358与层126的底部上的接收底脚焊盘1272相连。公共信号图案143通过连接路径13511与层126的底部上的公共端子焊盘1273相连。接地布线图案144为接收滤波器13提供接地,并且通过连接路径1353与图4A中所示的密封圈136以及图4G中所示的接地图案153相连。接地布线图案144和连接路径1353形成电感L1,并联谐振器P11通过该电感L1接地。
接地布线图案145为接收滤波器13提供接地,并且与图4A中所示的密封圈136以及图4G中所示的接地图案153相连。接地布线图案145和连接路径1354形成电感L2,并联谐振器P12通过该电感L2接地。
接地布线图案145为接收滤波器13提供接地,并且通过连接路径1355与图4G中所示的接地图案153相连。接地布线图案146和连接路径1355形成电感L3,并联谐振器P13通过该电感L3接地。
接地布线图案147通过通孔619与图4C中所示的芯片安装层122下面的接地层123上的接地布线图案154相连。接地图案154通过连接路径1356与图4A中所示的密封圈136和图4G中所示的接地图案153相连。接地布线图案147和154是接收滤波器13的接地。接地布线图案147和154、通孔619以及连接路径1356形成电感L4,并联谐振器P14通过该电感L4接地。并联谐振器P14由物理上一致的两个谐振器电构成。因此,电感L4大于电感L1至L3,以使得可以改善带外抑制。例如,将大到1.3-1.8nH的电感L4连接到并联谐振器P14,同时将小到0.4-0.7nH的电感L1-L3分别连接到并联谐振器P11-P13。该设置改善了带外抑制。
可以通过将滤波器芯片129倒装安装在芯片安装层122上而形成的长接地布线线路,以及通过使用芯片安装层122上的接地图案147和接地层123上的接地图案154来提供比较大的电感L4。应该注意的是,可以形成大的电感L4而无需任何接合引线。
接地布线图案148为发送滤波器12提供接地,并且通过一端与滤波器芯片129相连,并且通过另一端与接地布线图案150相连。接地布线图案148形成该接地线路中的电感L21,并联谐振器P2通过该接地线路接地。
接地布线图案149为发送滤波器12提供接地,并且通过一端与滤波器芯片129相连,并且通过另一端与接地布线图案150相连。接地布线图案149形成该接地线路中的电感L22。接地布线图案148和149在与接地布线图案150相连的一节点处相连接。接地布线图案150通过通孔604与形成在图4C中所示的接地层123上的接地布线图案155相连。接地布线图案155通过连接路径13512与图4G中所示的接地图案153相连。该接地布线图案150和155、通孔604以及连接路径13512形成该接地线路中的电感L23。
可以通过将滤波器芯片129倒装安装在芯片安装层122上而形成的长接地布线线路,以及通过使用芯片安装层122上的接地图案和接地层123上的接地图案来提供电感L21-23。应该注意的是,可以形成电感L21-L23而无需任何接合引线。
可以通过改变接地布线线路的长度和/或其宽度来调节电感值。
在图4D所示的相位匹配线路图案层124上形成相位匹配线路图案132。图案132在同一平面上的多个点处不是直的而是弯曲的,以确保所期望的长度。带状线路的接地由分别在位于相位匹配线路图案132上方和下方的接地层123和125(图2中的接地层134)上形成的接地图案151和152提供。
通过形成在图4C所示的接地层123中的通孔603将相位匹配线路图案132的一端与芯片安装层122上的公共端子的线路图案143相连。将线路图案143的一端与滤波器芯片129相连,而其另一端通过连接路径13511与最底层126的底部上的公共端子底脚焊盘1273相连。通过穿透图4E所示的接地层125的通孔602将相位匹配线路图案132的另一端与图4F所示的最底层126上的相位匹配线路图案133的一端相连。通过穿透图4E所示的接地层125、图4D所示的图案层124以及图4C所示的接地层123的通孔601将相位匹配线路图案133的另一端与图4B所示的芯片安装层122上的布线图案156相连。
优选地,如图4D和4F所示,位于比较上层的相位匹配线路图案132和位于比较下层的相位匹配线路图案133具有彼此交叉的部分。交叉部分的存在减少了图案132和133之间的干涉。通过使位于较低层的相位匹配线路图案133比位于较高层的图案132更长的设计,可以使特性阻抗稳定。
通过连接路径1351、1357、1359和13510将图4A所示的封盖安装层121上的密封圈(GND)136与图4C和4E所示的接地图案151和152相连。通过连接路径1351、1353、1356、1357、1359和13510将图4A所示的封盖安装层121上的密封圈(GND)136与图4G所示的接地图案153相连。利用通孔611-618使图4C所示的接地层123上的接地图案151与图4E所示的接地图案152相连。通过通孔612、613、616和617使图4E所示的接地层125上的接地图案152与图4G所示的最底层126上的接地图案153相连。
将分别形成在芯片安装层122和接地层123上的接地布线图案147和154设置在层124上的相位匹配线路图案132上方。因此,该相位匹配电路11由该接地平面从上方覆盖,以使相位匹配电路11的特性阻抗稳定。
现将参照图7A和7B对图6中所示的双工器的接收器滤波器13进行说明。
图7A是一对比双工器的接收系统的电路图,而图7B是根据本实施例的双工器100的接收系统的电路图。图7B中所示的电路与图6中所示的接收系统相对应。参照图7A,该接收系统具有公共端子14、接收端子15、带状线路32(相位匹配线路)、以及谐振器组37。图7B中所示的接收系统具有公共端子14、接收端子15、带状线路132和133(相位匹配线路)、以及谐振器组137。如图7A所示,该对比双工器采用如下的构成:从并联谐振器延伸的多个接地线路在单个节点处连接在一起,该节点然后通过电感L接地。相反,双工器100具有如下的构成:并联谐振器P1-P4分别与电感L1-L4相连,并且与接地的单个节点相连。需要注意的是,在该公共节点和地之间没有电感。图7B所示的这种独特的接地结构带来了以下优点。
图8是该对比双工器和根据本实施例的双工器100的滤波器特性曲线。如[1]所示,在公共节点和地之间连接有电感的对比双工器不具有良好的带外抑制。相反,在公共节点和地之间没有任何电感的双工器100具有经改善的带外抑制。特别地,在高频侧的带外抑制得到显著改善。
在图2中,三个接地图案134在相邻图案之间具有相等的距离。相反,如将作为本实施例的变形而进行说明的,这些接地图案在不同的相邻图案对之间具有不同的距离。这种独特的构造产生了显著的效果。
图9是本发明上述实施例的变形的剖面视图,其中对与上述附图中所示相同的部件赋予相同的标号。图9中所示的双工器200具有叠层封装220、滤波器芯片129、相位匹配线路图案132和133、以及封盖128。叠层封装220由六个层121-126组成,该六个层121-126用于本发明的上述实施例中。将相位匹配线路图案132和133分别形成在层124和126上,并且串联连接。这使得相位匹配的大电感值成为可能。
为了使相位匹配线路的特性阻抗稳定,应该将其夹在地之间。应该注意的是,当地在垂直或高度方向变得远离底脚焊盘127时,该地具有比底脚焊盘地更大的电感。这导致特性阻抗中的大的变化。发明人发现当减小该相位匹配线路图案和位于该相位匹配线路图案上方和下方的地之间的距离时,可以减小该特性阻抗的变化。
图10是作为上下带状线路的地到地距离的函数的特性阻抗的变化曲线。该曲线的水平轴表示带状线路的长度,而垂直轴表示特性阻抗。如图10所示,下带状线路在相位匹配线路的特性阻抗方面具有小的变化。相反,上带状线路在相位匹配线路的特性阻抗方面具有大的变化。从上述实验可以看出,应该使上阻抗匹配线路上的线路到地距离小于下阻抗匹配线路上的线路到地距离,由此可以使相位匹配线路的特性阻抗稳定,并且可以减小上下带状线路之间的特性阻抗差。该相位匹配线路的稳定的特性阻抗减少了在线路中发生的反射,并且改善了插入损失。
根据上述观点,将图9中所示的双工器200设计为满足H1<H2,其中H1表示上接地层和中间接地层134之间的距离,而H2表示中间接地层和下接地层134之间的距离。
图10还显示了相位匹配线路132和133,当相位匹配线路132和133具有低于外部电路的特性阻抗(即低于50Ω)时,它们具有相对小的特性阻抗的变化。通过相对于每个相位匹配线路132和133使上下地之间的距离变小,特性阻抗将变得低于50Ω。这有助于小型化。
认为在图10中在大约7mm至10mm范围内所观察到的特性阻抗的波动是由于测量装置的探测器的影响而导致的。然而,在该范围内的实际特性阻抗可以是稳定的。
现将对形成相位匹配电路11的相位匹配线路图案132和133的特性阻抗进行说明。更具体地,图11A显示了双工器100的滤波器特性,而图11B显示了接收端子16(接收端口)的反射特性。图11A的水平轴表示频率,而其垂直轴表示插入损失。符号①表示当相位匹配线路的特性阻抗高于外部电路的特性阻抗时的相位匹配线路的特性阻抗。符号②表示当相位匹配线路的特性阻抗低于外部电路的特性阻抗时的相位匹配线路的特性阻抗。
如图11A所示,当相位匹配线路图案132和133的特性阻抗高于与接收端子16相连的外部电路的特性阻抗时,双工器100具有比相位匹配线路图案132和133的特性阻抗相对较低的情况更好的插入损失。如图11B所示,当相位匹配线路图案132和133的特性阻抗低于与接收端子16相连的外部电路的特性阻抗时,通带的环形变得较小,因此可以提高阻抗匹配。
叠层封装120具有良好的端子到端子隔离。图12A、12B和12C显示了信号之间的封装单独隔离(其中没有安装SAW芯片)。更具体地,图12A显示了发送端子15和公共端子14之间的隔离。图12B显示了公共端子14和接收端子16之间的隔离。图12C显示了发送端子15和接收端子16之间的隔离。在这些附图中,符号①表示对比双工器的隔离,其中在发送信号图案141(图4B)和相位匹配线路图案132和133之间以及接收信号图案142和相位匹配线路图案132和133之间没有提供接地。符号②表示根据本实施例的双工器的隔离,其中在信号线路和相位匹配线路图案132和133之间提供接地图案134(图4C所示的接地图案151)。接地图案134将芯片安装层122上的发送线路141和接收线路142与相位匹配线路图案132和133电隔离,因此可以大大地改善隔离。
图13A至13D显示根据本实施例的双工器100的叠层封装的一些层。更具体地,图13A显示了封盖安装层121,而图13B显示了芯片安装层122。图13C显示了接地层123,而图13D显示了底脚焊盘层126。在此省略了相位匹配线路图案层124和接地层125。尽管图13A至13D已在图4A、4B、4C和4G中显示,但是为了便于更好地理解以下说明,再次显示这些附图。如图13A至13D所示,发送接地图案150和155,以及接收接地图案147和154仅通过底脚焊盘153连接在一起。例如,发送接地图案155与连接路径13512相连,该连接路径13512仅与形成在底脚焊盘表面上的接地图案153相连,并且不与图13A中所示的封盖安装层121上的密封圈136相连(见虚线圆圈)。即,发送接地图案155仅通过底脚焊盘表面上的接地图案153与接收地相连。该与发送接地图案155的连接方式对于发送接地图案150和接收接地图案147和154也有效。因此,如图14所示可以改善发送系统和接收系统之间的隔离(如箭头所示)。图14还显示了对比示例(其中图13A中所示的连接路径13512与密封圈136相连)的隔离特性(从发送端子到接收端子的导通特性)。图14的曲线的水平轴表示频率,而垂直轴表示插入损失(抑制程度)。
如图3A和3B所示,在根据本实施例的双工器100中,沿SAW传播方向并排设置了发送滤波器12的多个谐振器138和接收滤波器13的多个谐振器137。滤波器芯片129配备有多个凸点(焊盘)131,这些凸点131被设置为使得SAW滤波器12和13被插入在这些凸点131之间。换言之,这些凸点131位于谐振器137和138的更外侧。这种设置使得可以在滤波器芯片129上的相邻凸点131之间保持适当的距离,并且改善发送系统和接收系统的隔离。优选地,滤波器芯片129的背面(与其电路设置表面相对)具有适当的粗糙度,以避免滤波器芯片129中产生的体波的影响。该粗糙的背面导致漫反射,并且减少了发射滤波器12和接收滤波器13之间的干涉。
如图5所示,发送线路141和相位匹配电路11的输入部分基本上平行并且彼此间隔开。类似地,接收线路142和相位匹配电路11的输出基本上平行并且彼此间隔开。因此可以在滤波器芯片129的多个凸点之间保持适当的距离,并且可以改善隔离。将相位匹配电路11的输入和输出的倒装芯片接合焊盘对角设置,以使得可以提高对相位匹配线路图案进行布线的自由度。
简言之,根据本发明的双工器100具有一封装,该封装容纳具有不同中心频率的两个SAW滤波器12和13、以及匹配这些SAW滤波器的相位的相位匹配电路11,其中这些SAW滤波器的芯片129倒装安装在芯片安装层122上,并且在芯片安装层122和层122下方的接地层123上形成用于实现电感L4、L21-L23的接地线路图案147、154、148、149、150和155。通过该结构,可以形成长接地线路,并且可以实现大的电感而不需要引线。因此,可以实现具有高性能的紧凑型双工器。这样形成的接地线路可以应用于滤波器12或13或者两者。
在双工器100中,层122和123上的接地布线图案147、154、148、149、150以及155通过形成在叠层封装120中的通孔603、602以及601串联连接,以使得该接地线路贯穿这两个层,并且足够地长以获得目标电感值。
图15A显示了双工器100的发送滤波器和接收滤波器的频率特性,而图15B显示了其隔离特性(从发送端子到接收端子的导通特性)。从这些曲线可以看出,双工器100具有大的带外抑制以及小的插入损失。双工器200具有与图15A和15B相似的特性。
图16是配备有上述双工器100或200的电子设备的框图。该电子设备为移动电话,并且图16显示了其发送系统和接收系统。为简便起见,从图16中省略了诸如移动电话的语音处理系统的其他构成部分。
该移动电话具有RF(射频)部分270、调制器271以及IF(中频)部分272。该RF部分270包括天线273、双工器274、低噪声放大器283、级间滤波器284、混频器(乘法器)275、本机振荡器276、级间滤波器277、混频器(乘法器)278、级间滤波器279以及功率放大器280。通过调制器271对来自语音处理系统的语音信号进行调制。通过RF部分270的混频器278将调制信号与来自本机振荡器276的本机信号进行混频。如此获得的混频器278的增频变换信号(up-converted signal)通过级间滤波器279和功率放大器280,并提供给双工器274。
双工器274具有发送滤波器2741、接收滤波器2742、以及相位匹配电路(未示出),并且由双工器100或200形成。将来自功率放大器280的发送信号通过双工器274的发送滤波器2741提供给天线273。来自天线273的接收信号通过双工器274的接收滤波器2742,并且通过低噪声放大器283和级间滤波器284提供给混频器275。混频器275通过级间滤波器277接收来自本机振荡器275的本机信号,并且将其与所接收的信号进行混频。将如此获得的混频器275的降频变换信号(down-converted signal)提供给IF部分272,其中调制器282通过级间滤波器281接收该降频变换信号,并将其解调为原始语音信号。
图16所示的配备有本发明的双工器的移动电话具有小型化的尺寸和优异的滤波器特性。
本发明并不限于特定的公开实施例,在不脱离本发明的范围的情况下可以进行其他实施方式、变化和改进。
本发明基于2003年4月28日提交的日本专利申请No.2003-124385,并且在此引入其全文以供参考。

Claims (15)

1.一种双工器,其包括:
具有不同中心频率的两个表面声波滤波器;
匹配所述两个表面声波滤波器的相位的相位匹配电路;
用于在其中容纳所述表面声波滤波器和所述相位匹配电路的封装,该封装具有一芯片安装层,在该芯片安装层上倒装安装有所述表面声波滤波器的芯片;以及
设置在所述芯片安装层和位于所述芯片安装层下面的底层上的多个接地线路图案,这些接地线路图案形成多个电感,其中
所述多个接地线路图案包括包含在所述双工器的发送系统中的多个发送接地线路图案以及包含在所述双工器的接收系统中的接收接地线路图案;并且
所述多个发送接地线路图案仅通过形成在所述封装的最底层上的底脚焊盘连接到所述接收接地线路图案。
2.根据权利要求1所述的双工器,其中所述双工器包括下述的结构,在该结构中位于所述芯片安装层和所述底层上的所述多个接地线路图案通过设置在所述封装中的通孔进行连接。
3.根据权利要求1所述的双工器,其中所述多个接地线路图案具有不同的宽度和/或长度。
4.根据权利要求1所述的双工器,其中:
所述两个表面声波滤波器分别具有由多个串联谐振器和多个并联谐振器组成的多个级;并且
与由两个级共享的所述多个并联谐振器之一相连的所述多个接地线路图案之一比与专门用于所述多个级之一中的所述多个并联谐振器中的另一个相连的所述多个接地线路图案中的另一个更长。
5.根据权利要求1所述的双工器,其中:
所述封装还具有另一个层,在该层上设置有形成所述相位匹配电路的第一相位匹配线路图案;并且
所述多个接地线路图案包括在所述第一相位匹配线路图案上方布线的接地布线线路。
6.根据权利要求1所述的双工器,其中所述封装包括:
第一相位匹配图案层,其上形成有所述相位匹配电路的第一相位匹配线路图案;
第二相位匹配图案层,其上形成有所述相位匹配电路的第二相位匹配线路图案,该第二相位匹配图案层位于该第一匹配图案层下面;
第一、第二以及第三接地图案,这些接地图案被设置为使得所述第一相位匹配线路图案被插入在所述第一和第二接地图案之间,而所述第二相位匹配线路图案被插入在所述第二和第三接地图案之间,
所述第一和第二接地图案之间的距离与所述第二和第三接地图案之间的距离不同。
7.根据权利要求6所述的双工器,其中所述第一和第二接地图案之间的距离小于所述第二和第三接地图案之间的距离。
8.根据权利要求1所述的双工器,其中所述相位匹配电路包括一相位匹配线路图案,该相位匹配线路图案的阻抗小于与所述双工器耦接的外部电路的阻抗。
9.根据权利要求6所述的双工器,其中所述第一和第二相位匹配线路图案具有多个交叉部分。
10.根据权利要求6所述的双工器,其中所述第二相位匹配线路图案比所述第一相位匹配线路图案更长。
11.根据权利要求6所述的双工器,其中所述第一接地图案插入在所述芯片安装层和所述第一相位匹配线路图案之间。
12.根据权利要求1所述的双工器,其中:
所述接收接地线路图案仅与所述封装的封盖安装层上的接地图案和形成在所述封装的最底层上的底脚焊盘相连。
13.根据权利要求1所述的双工器,其中所述芯片安装层具有与所述芯片的主表面上的多个焊盘相连的多个倒装芯片接合焊盘。
14.根据权利要求1所述的双工器,其中:
所述相位匹配电路包括在所述封装的多个层上布线的一线路图案;并且
该线路图案的多个端部被对角设置在所述多个层中的一个层上。
15.一种电子设备,其包括
天线;
与所述天线相连的双工器;以及
与所述双工器相连的发送系统和接收系统,
所述双工器包括:
具有不同的中心频率的两个表面声波滤波器;
匹配所述两个表面声波滤波器的相位的相位匹配电路;
用于在其中容纳所述表面声波滤波器和所述相位匹配电路的封装,该封装具有其上倒装安装有所述表面声波滤波器的芯片的芯片安装层;以及
设置在所述芯片安装层和位于所述芯片安装层下面的底层上的多个接地线路图案,这些接地线路图案形成多个电感,其中
所述多个接地线路图案包括包含在所述双工器的发送系统中的多个发送接地线路图案以及包含在所述双工器的接收系统中的接收接地线路图案;并且
所述多个发送接地线路图案仅通过形成在所述封装的最底层上的底脚焊盘连接到所述接收接地线路图案。
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