CN1691501A - 天线双工器和电子设备 - Google Patents

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Abstract

天线双工器和电子设备。一种天线双工器，包括具有不同中心频率的两个表面声波滤波器，以及与这两个表面声波滤波器的相位相匹配的相位匹配电路。在这两个表面声波滤波器与发射及接收端子之间的至少两层上、以及在由多层封装中的片状接地规定的区域内设置匹配线路图案，该多层封装包括包含有焊接层的多个层，在该焊接层上设置有用于连接这两个表面声波滤波器的布线焊盘，并且所述匹配线路图案不具有设置在所述焊接层上的部分。

Description

天线双工器和电子设备
技术领域
本发明总体上涉及具有表面声波滤波器的天线双工器和采用该天线双工器的电子设备。
背景技术
近年来，随着移动通信系统的发展，移动电话和移动信息终端已经迅速普及。在制造业中的竞争集中在这些设备的小型化和高性能上。移动电话使用模拟和数字网络，而且使用的频带范围很宽，例如，800MHz至1GHz或者1.5GHz至2.0GHz。已经提出在移动通信设备中使用具有表面声波(下文中称为SAW)滤波器的天线双工器(或者简称为双工器)。
移动电话使用双模或双频带，以使其更加完善并且符合在近些年的开发环境中的多样化的通信系统。双模是指对诸如TDMA(时分多址)和CDMA(码分多址)的模拟和数字网络两者都使用。双频带是指对800MHz和1.9GHz两个频带都使用、或者对900MHz和1.8GHz或1.5GHz两个频带都使用。已经在进行一些开发，以生产出包括在移动电话中使用的滤波器的更加先进的部件。
同时，要求移动终端的尺寸更小且成本更低。在大多数情况中，复杂的双工器是电介质双工器(仅包括电介质材料)、电介质材料和SAW器件的组合、或SAW双工器(仅包括SAW器件)。
电介质双工器的尺寸大，所以在将其安装在移动终端上时，很难使移动终端小型化并减小该移动终端的厚度。即使使用包括SAW器件的双工器，电介质材料也不能使整个双工器小型化并减小其厚度。一种SAW双工器是模块型的，并且包括多个传统的SAW滤波器。将这些SAW滤波器和匹配电路安装在印刷板上。另一种SAW双工器是集成型的，并且包括多层陶瓷封装，在该多层陶瓷封装上安装有用于信号发射和接收的SAW滤波器芯片。
SAW双工器的体积是电介质双工器体积的1/3至1/15，而且可以将其小型化并将高度减小大约1/2至1/3。利用这种小型化的SAW双工器，可以将成本降低至几乎和电介质双工器的成本相同。
现在将对传统的双工器进行说明。图1是传统双工器的结构框图。图2是传统双工器的频率特征的曲线图。图2中的横轴表示频率，该频率向右侧变得更大。图2中的纵轴表示通带强度，该通带强度向上方变得更高。参照图1，双工器100包括一个阻抗匹配电路(或简称为匹配电路)11、两个SAW滤波器12和13、公共端子14、发射端子15和接收端子16。
公共端子14连接到通过天线发射和接收电波的外部电路。发射端子15连接到用于信号发射的另一个外部电路并且输出具有期望中心频率的信号。接收端子16连接到用于信号接收的外部电路并且输入具有期望中心频率的信号。与发射端子15和接收端子16成对的端子分别接地。
通常，阻抗匹配电路11及SAW滤波器12和13被包括在多层陶瓷封装中。SAW滤波器12和13具有不同的中心频率。SAW滤波器12具有通频带中心频率F1，而SAW滤波器13具有通频带中心频率F2。其中，F2＞F1。SAW滤波器12是用于信号发射的滤波器，而SAW滤波器13是用于信号接收的滤波器。因此，将SAW滤波器12称为发射滤波器12，而将SAW滤波器13称为接收滤波器13。例如，1.9GHz范围的双工器在频率F1与F2之间具有100MHz的频率差。
设置匹配电路11，以不降低滤波器12和13的滤波器特性。Z1是从公共端子14观察SAW滤波器12的特性阻抗。Z2是从公共端子14观察SAW滤波器13的特性阻抗。如果从公共端子14输入频率为F1的信号，则由于匹配电路11的功能，公共端子14的特性阻抗对应于SAW滤波器12的特性阻抗Z1，SAW滤波器13的特性阻抗Z2为无穷大，其反射系数为1。如果从公共端子14输入频率为F2的信号，则由于匹配电路11的功能，公共端子14的特性阻抗相当于SAW滤波器13的特性阻抗Z2，SAW滤波器12的特性阻抗Z1为无穷大，其反射系数为1。
现在将对用于减小双工器尺寸的传统技术进行描述。日本特开平10-126213号公报(下文中称为文献1)提出了使用多层陶瓷封装的双工器结构。文献1还提出：在两层上设置有匹配线路图案，用于匹配相位。日本特开平8-18393号公报(下文中称为文献2)也提出了在两层上设置匹配线路图案。日本特开平10-75153号公报(下文中称为文献3)提出了在两层上设置多个匹配线路图案。日本特开2001-339273号公报(下文中称为文献4)提出了在芯片的周围区域中设置多个匹配线路图案。
文献1使用多层陶瓷封装的结构。然而，芯片与布线相连。这会在小型化过程中引发缺点。另外，在双工器使用将SAW滤波器气密密封的封装时，对于两个SAW滤波器分别需要匹配电路。
文献1和文献2描述了在两层上设置有匹配线路图案。然而，仅在天线端子上设置有匹配线路图案。没有对在发射端子或者接收端子上的匹配线路进行考虑。这是因为文献1和文献2的双工器是针对于800MHz频带而设计的，与来自2GHz频带的影响相比，寄生阻抗的影响不大。这就存在一个问题，即：在诸如特别是2GHz频带的高频双工器中，不能对滤波器的不匹配进行调整。
文献3描述了设置多层匹配线路图案，用于相位匹配。然而，在发射端子或者接收端子上，在两层上没有设置匹配线路图案的部分。这就带来了相同的问题，即：在诸如特别是2GHz范围的高频双工器中，不能对滤波器的不匹配进行调整。
文献4描述了在芯片的周围区域中设置多层匹配线路图案。这就带来了一个问题，即：封装尺寸大而且难于被小型化。
发明内容
本发明的一般的目的是提供一种具有稳定特性的小尺寸双工器以及具有该双工器的电子设备。
根据本发明的一个方面，优选地，提供一种天线双工器，其包括：具有不同中心频率的两个表面声波滤波器，以及与这两个表面声波滤波器的相位相匹配的相位匹配电路。在这两个表面声波滤波器与发射及接收端子之间的至少两层上、以及在由多层封装中的片状接地指定的区域内设置有匹配线路图案，该多层封装包括包含有焊接层的多个层，在该焊接层上设置有用于连接这两个表面声波滤波器的多个布线焊盘，并且该匹配线路图案不具有设置在焊接层上的部分。
根据本发明的另一方面，优选地，提供一种天线双工器，其包括：具有不同中心频率的两个表面声波滤波器；以及，与这两个表面声波滤波器相位相匹配的相位匹配电路。在用于信号发射的匹配线路图案与相位匹配电路之间和/或者用于信号接收的匹配线路图案与相位匹配电路之间设置有接地图案。
根据本发明的另一方面，优选地，提供一种天线双工器，其包括：具有不同中心频率的第一和第二表面声波滤波器；以及，与这两个表面声波滤波器的相位相匹配的相位匹配电路；设置在焊接层上的与焊接层相连的第一和第二表面声波滤波器的接地。
根据本发明的另一方面，优选地，提供一种天线双工器，其包括：具有不同中心频率的第一和第二表面声波滤波器；与这两个表面声波滤波器的相位相匹配的相位匹配电路；以及，多层封装。该多层封装包括第一图案层、第二图案层、第一接地层、第二接地层和第三接地层，该第一图案层在其上具有形成相位匹配电路的第一匹配线路图案，第二图案层在其上具有形成相位匹配电路的第二匹配线路图案并且被布置在第一图案层的下面，第一接地层被布置在第一图案层的上面，第二接地层被布置在第一与第二图案层之间，第三接地层被布置在第二图案层的下面。第一到第三接地层分别在其上具有接地图案，并且在第一接地层上的接地图案与第二接地层上的接地图案之间的第一距离比在第二接地层上的接地图案与第三接地层上的接地图案之间的第二距离更大。
根据本发明的另一方面，优选地，提供一种天线双工器，其包括：具有不同中心频率的第一和第二表面声波滤波器，以及与这两个表面声波滤波器的相位相匹配的相位匹配电路。多层封装包括第一图案层、第二图案层、第一接地层、第二接地层和第三接地层，该第一图案层在其上具有形成相位匹配电路的第一匹配线路图案，第二图案层在其上具有形成相位匹配电路的第二匹配线路图案并且被布置在第一图案层的下面，第一接地层被布置在第一图案层的上面，第二接地层被布置在第一与第二图案层之间，第三接地层被布置在第二图案层的下面。第一到第三接地层分别在其上具有接地图案；并且第一匹配线路图案比第二匹配线路图案大。
根据本发明的另一方面，优选地，提供一种电子设备，其包括天线、连接到该天线的天线双工器、连接到天线双工器的用于信号发射和接收的电路，所述天线双工器是本发明的上述天线双工器中的一种。
附图说明
下面将参照附图详细地描述本发明的优选实施例，其中：
图1是传统双工器的结构框图；
图2是示出了传统双工器频率特性的图线图；
图3是根据本发明实施例的双工器；
图4是在移去盖之后的双工器的顶视图；
图5A到5I示出了在图3所示双工器中的层压封装的各个层；
图6A到6G示出了传统双工器的各个层，以与本发明的双工器进行比较；
图7示出了在本发明的双工器与传统双工器之间的插入损耗特性的比较；
图8示出了在本发明的双工器与传统双工器之间的插入损耗特性的比较；
图9是示出了用于连接“片状接地”的接地通孔的效果的曲线图，该“片状接地”从顶部夹到底部夹着匹配线路图案；
图10是示出了将布线焊盘(发射接地)连接到布线焊盘(接收接地)的情形的效果的曲线图；
图11是作为根据本发明实施例的一种变型的另一双工器的剖视图；
图12A和12B是描述了发射频带的反射系数的视图，其中匹配线路图案具有不同的特性阻抗；
图13是示出了发射频带实轴上的反射系数如何依从于上层接地距离的曲线图；
图14是示出了发射频带中的反射系数的比较结果的曲线图；
图15是示出了发射频带中的反射系数的比较结果的另一曲线图；
图16A到16C描述了在上层设置的第一匹配线路图案长于在下层设置的第二匹配线路图案的双工器的效果；
图17A到17D示出了“片状接地”的效果；
图18A和18B示出了依从于根据本发明的双工器的匹配线路(带状线路)之间的距离而变化的特性阻抗；
图19是本发明的双工器的剖视图，该双工器包括通过凸块连接到层压封装的芯片，并且将其以面朝下的状态安装(倒装芯片安装)；以及
图20是包括根据本发明的双工器的电子设备的框图。
具体实施方式
为了便于对本发明更好地理解，现在将给出两个比较的双工器的描述。第一个比较双工器旨在减小封装的尺寸。该双工器具有设置在两层上的线路图案，用于相位匹配。该匹配线路图案被加长以增加相位旋转。这能够改善在通带中的匹配和插入损耗。
利用这种结构，在布线焊盘层上和紧挨着该布线焊盘层下方布置的空腔层(cavity layer)上设置用于相位匹配的线路。如果封装的尺寸大约是5mm×5mm，则能够使用于发射信号的互连图案之间的距离相分离，以保持充分的抑制。然而，如果在尺寸缩小到3mm×3mm的封装中的布线焊盘层(有时称为焊接层)上设置用于信号发射的互连图案，则很难保持信号之间的隔离。这会带来不能获得充分抑制的问题。此外，用作相位匹配电路的匹配线路图案与用于信号发射的匹配线路图案之间的距离也变得更近。此外，在用作相位匹配电路的匹配线路图案与用于信号接收的匹配线路图案之间的距离也变得更近。难于保持这些图案之间的隔离。因此，不能保持充分的抑制。
另一个比较双工器具有设置在上层的用于相位匹配的第一线路图案、和设置在下层的用于相位匹配的第二线路图案。接地与第一匹配线路图案之间的距离在上层上是短的，而第二匹配线路图案在下层上是长的。如此配置的双工器具有足以在近似于5mm×5mm尺寸的封装中设置匹配线路图案的空间。该匹配线路图案很少形成自连接，特别是不会出现问题。如果双工器使用800MHz频带，则能够在SAW谐振器中配置具有充足的横截面积的“梳状电极”。在功率耐久性方面不会出现问题。
然后，如果将封装的尺寸减小到大约3mm×3mm，则不会有充足的空间来设置匹配线路图案。所以，匹配线路图案之间的距离就不得不变得很窄。结果，匹配线路图案形成了自连接，而且由于是从接收滤波器的公共端子端观察反射特性，所以在发射频带中的反射特性会变小。在这种情况下，当将发射信号施加给公共端子时，电流会泄漏给接收信号，由此带来了一个问题，即：接收滤波器受到破坏并且功率耐久性降低。另外，在2GHz频带的双工器中，必须显著地缩窄“梳状电极”的横截面积。还出现了一个问题，即：与800MHz频带的双工器相比，不能够避免功率耐久性的降低，除非提高反射特性。
根据本发明的设备的结构框图和基本频率特性与图1和2中示出的相同。因此将省略对其的描述。
现在将参照附图，对本发明实施例进行描述。
图3示出了根据本发明实施例的双工器，并且是其上安装有滤波器芯片的封装的剖视图。图4是在移去盖时双工器的顶视图。
参照图3，双工器100包括层压封装120、盖128、滤波器芯片129、第一匹配线路图案132、第二匹配线路图案133和堞形侧壁135。堞形侧壁135也称作连接路径135。
层压封装120具有由层121到127八层构成的多层结构。层121是盖安装层。层122是布线焊盘层。层123a是第一空腔层，层123b是第二空腔层。层124是芯片连接层(die attach layer)，同时也是接地层。层125是用于相位匹配的匹配线路图案层(或者简称为第一图案层)，层126是接地层。层127是用于相位匹配的另一匹配图案线路层/底脚焊盘(footpad)层(或者简称为第二图案层)。
层压封装120中的层121到127的每一层都是由介电常数(ε)近似为8-9.5的氧化铝陶瓷基片或者玻璃陶瓷基片制成的。层压封装120的尺寸大约是3mm×3mm×1.5mm。这里，1.5mm表示封装的高度(厚度)。
图4示意性地示出了SAW谐振器。发射谐振器138是具有发射滤波器12的SAW谐振器。发射谐振器137是具有接收滤波器13的SAW谐振器。
滤波器芯片129是具有梯形结构的双模SAW滤波器，其中将多个单端口的SAW谐振器以阶梯方式连接。滤波器芯片129包括图1所示的两个滤波器12和13。滤波器芯片129中的压电基片可以采用例如诸如LiTaO3的压电单晶(例如，42度Y-切割，X-传播)。设置在压电基片上的梳状电极、谐振器和匹配线路图案可以由导电材料制成。例如，以铝作为主要成分的合金(例如Al-Cu、Al-Mg等)，并且通过溅射来形成铝的多层膜(例如Al-Cu/Cu/Al-Cu、Al/Cu/Al、Al/Mg/Al、Al-Mg/Mg/Al-Mg等)。然后，通过曝光和蚀刻来形成电极和互连图案。使用Ai-Si布线来连接封装和芯片。可以将发射滤波器12和接收滤波器13分别形成在各个压电基片上。
盖安装层121、布线焊盘层122、第一空腔层123a以及第二空腔层123b在封装内形成台阶区域。在通过该台阶区域形成的空腔中容纳有滤波器芯片129。
在盖安装层121上附连有盖128。盖128将滤波器芯片129气密密封。盖128是由诸如Au镀层或者Ni镀层的金属材料制成的。在层压封装120的侧壁上设置有半圆形的凹槽1351到1358。将这些凹槽设置为从盖安装层121直到匹配图案线路层/底脚焊盘层127。在凹槽1351到1358上设置有导电层，以形成连接路径1351到1358(可以将其称为堞形侧壁135)。设置连接路径1351到1358，以建立层间导电并且用作外部连接端子。
芯片连接层124是用于安装滤波器芯片129的芯片安装表面。利用导电粘合剂130将滤波器芯片129安装到芯片连接层124上。
在芯片连接层124的上表面上设置有第一接地图案134a。在接地层126的上表面上设置有第二接地图案134b。在匹配图案线路层/底脚焊盘层127的背面设置有第三接地图案134c。这些接地图案是片状接地(片状接地)，并且覆盖各个层的大部分。在下文中，将这些接地图案134a、134b和134c称为接地图案134。
在匹配线路图案层125上形成有第一匹配线路图案132。在匹配图案线路层/底脚焊盘层127上形成有第二匹配线路图案133。上述图案形成了图1示出的相位匹配电路11。如上所述，即使将第一匹配线路图案132和第二匹配线路图案133设置在两层上，并且由此减小了封装尺寸，也能够获得充足的电感。第一匹配线路图案132和第二匹配线路图案133分别具有例如80到120μm的宽度，并且与接地图案134一起形成带状线路结构(带状图案)。
第一匹配线路图案132和第二匹配线路图案133由以诸如铜(Cu)、银(Ag)或者钨(W)作为主要成分的导电材料制成。第一匹配线路图案132和第二匹配线路图案133分别在匹配线路图案层125和匹配图案线路层/底脚焊盘层127上形成导电层，并且利用图案印刷来对导电膜进行构图。
底脚焊盘131是多个外部连接端子，并且被设置在封装的最底层上。底脚焊盘131对应于图1中示出的公共端子14、发射端子15和接收端子16。通过形成在堞形侧壁135上和层压封装120内部的多个通孔将底脚焊盘131耦合到双工器的内部电路。底脚焊盘131可以包括没有被耦合到双工器的内部电路的底脚焊盘。
如图4所示，当移去盖128时，可以看到滤波器芯片129、盖安装层121和布线焊盘层122的一部分。在盖安装层121上形成有密封环136。密封环136是由在Cu上镀有Ni和Au的导电材料制成的。在密封环136上安装盖128。布线焊盘层122包括用于发射接地的接地布线焊盘139a1，用于信号发射的布线焊盘139a2，用于接收接地的三个接地布线焊盘139b1、139b2和139b3，用于信号接收的布线焊盘139b4，用作匹配线路图案引入线的布线焊盘139c1以及用作匹配线路图案引出线的布线焊盘139c2。通过焊接布线140将上述布线焊盘分别连接到设置在滤波器芯片129上的对应电极。在密封环136的金属接地与内层接地之间、或者在焊盘层122的接地图案和形成在外部连接端子上的接地图案之间形成带状线路结构。
图5A到5I示出了双工器100中的层压封装120的各层。图5A是盖安装层121。图5B是布线焊盘层122。图5C是第一空腔层123a。图5D是第二空腔层123b。图5E是芯片连接层124。图5F是匹配线路图案层125。图5G是接地层126。图5H是匹配图案线路层/底脚焊盘层127的上表面。图5I是匹配图案线路层/底脚焊盘层127的底面。
图6A到6G示出了在传统双工器中的各层，以与本发明的双工器中的各层进行比较。图6A示出了用于安装盖328的盖安装层321。图6B示出了布线焊盘层322。图6C示出了空腔层323。图6D示出了具有芯片连接部分344的芯片连接层324。图6E示出了用于相位匹配的匹配线路图案层325。图6F示出了公共接地/底脚焊盘层326的上表面。图6G示出了公共接地/底脚焊盘层326的底面。利用这种结构，设置在匹配线路图案层325上的匹配线路图案332也被设置在布线焊盘层322和空腔层323上。在紧接着布线焊盘层322之下布置有空腔层323。
现在将给出图5I所示的匹配图案线路层/底脚焊盘层127的底面进行描述。该底面是双工器100的安装表面。将双工器100的安装表面设置在电路板(未示出)上，以便在电路板上安装双工器100。在安装表面上形成有用于信号发射的底脚焊盘1311、用于信号接收的底脚焊盘1312以及用于公共端子的底脚焊盘1313，以便分别与连接路径1357、1353和1355耦合。也将各个底脚焊盘称为脚堞形结构。底脚焊盘1311、1312和1313用作外部连接端子，并且与电路板上的多个对应电极相接触，以建立电连接。用于信号发射的底脚焊盘1311是双工器100中的发射端子15(参见图1)。用于信号接收的底脚焊盘1312是双工器100中的接收端子16。用于公共端子的底脚焊盘1313是双工器100中的公共端子14。
回来参照图5B，布线焊盘层122的顶面包括用于信号发射的接地布线焊盘139a1，用于信号发射的接地布线焊盘139a2，三个用于信号接收的接地布线焊盘139b1、139b2和139b3，用于信号接收的布线焊盘139b4，用作匹配线路图案的引入线的布线焊盘139c1，以及用作匹配线路图案的引出线的布线焊盘139c2。用于信号发射的接地布线焊盘139a1(发射接地)与用于信号接收的接地布线焊盘139b1(接收接地)相连。上面提到的垫通过焊接布线与滤波器芯片129中对应端子电耦合。
设置在匹配线路图案层125上的第一匹配线路图案132的一端经由通孔1411与设置在芯片连接层124上的连接路径1355相连。芯片连接层124被设置在紧接着匹配线路图案层125的上方。第一匹配线路图案132的另一端经由图5G示出的通孔1412通过接地层126、并且延伸至且设置在匹配图案线路层/底脚焊盘层127上。从而在匹配图案线路层/底脚焊盘层127的顶面上设置上述第一匹配线路图案132的另一端，并且其通过通孔1413进一步延伸到设置在匹配图案线路层/底脚焊盘层127的背面上的底脚焊盘131。
用于信号接收的匹配线路图案142的另一端与设置在布线焊盘层122上的用于信号接收的布线焊盘139b4相连。匹配线路图案142的另一端经由通孔1414和1415，并且依次设置在第一空腔层123a、第二空腔层123b、具有芯片连接部分144的芯片连接层124、匹配线路图案层125、接地层126和匹配图案线路层/底脚焊盘层127上。该另一端经由通孔1416进一步延伸到匹配图案线路层/底脚焊盘层127的背面，并且与用于信号接收的底脚焊盘1312相连。
接收接地用于接收滤波器13，并且被连接到图5A中的密封环136和图5I中的接地图案134c。
如图5F和5H所示，优选地，设置在上层上的第一匹配线路图案132和设置在下层上的第二匹配线路图案133包括在彼此的直角处布置的部分。这可以防止线路之间的干扰。设置在上层上的第一匹配线路图案132被配置为比设置在底层上的第二匹配线路图案133更长。这些图案的长度可以增大发射频带的反射系数。
图5A中示出的盖安装层121上的密封环(GND)136通过连接路径1352、1354、1356和1358被连接到接地图案134a、134b和134c。
在匹配线路图案层125上设置的接地图案143a和143b通过接地通孔1417到14116被连接到设置在匹配图案线路层/底脚焊盘层127上的接地图案143c和143d。
下面将描述具有上述结构的本发明的双工器的特性优点。
图7示出了在本发明的双工器100与传统双工器之间的插入损耗特性的比较。如图5A到5I所示，双工器100被配置为：在布线焊盘层122上(以及在紧接着布线焊盘层122下面布置的第一空腔层123a上)不设置匹配线路图案部分。如图6所示，传统双工器被配置为：在布线焊盘层322上(以及在紧接着布线焊盘层322下面布置的空腔层323上)设置有匹配线路图案。
在包括布线焊盘层322和刚好布置在布线焊盘层322下面的空腔层323的多层(至少两层)上设置有传统匹配线路图案。与此相反，如图5D到5H所示，在从用于信号接收的底脚焊盘1312到接收滤波器13的接收电路中的多层(至少两层)上还设置有用于信号接收的匹配线路图案。然而，将上述用于信号接收的匹配线路图案设计为：不将其设置在布线焊盘层122和刚好布置在布线焊盘层122下面的第一空腔层123a上。因此，可以提高公共电路与接收电路之间的隔离。公共电路与匹配线路图案相对应。接收电路与用于信号接收的匹配线路图案相对应。
特别地，提高了在用作匹配线路图案的引入线的布线焊盘139c1与用于信号接收的匹配线路图案之间的隔离。为了建立这种隔离，以下方案是有效的：在布线焊盘层122或者在紧接着布线焊盘层122下面布置的层(第一空腔层123a)上不设置用于信号接收的匹配线路图案。
回来参照图7，这种改进的隔离能够提高抑制。特别地，在低频带上显著地提高了抑制。
小型化封装中不具有足够的空间来布置用于信号接收的匹配线路图案。例如，如果将封装尺寸从5平方毫米减小到3平方毫米，则为线路图案提供的面积会减少到9/25。此外，由于设置在不同层上的匹配线路图案之间的干扰的原因，所以提供给线路图案的窄空间会降低电感。这会进一步降低匹配线路图案的特性阻抗，并且还降低相位匹配。图5示出的本发明的双工器具有设置在其层压体中的三层或者多层上的用于信号接收的匹配线路图案。本发明的双工器不包括用于将匹配线路图案彼此隔离的“片状接地”。匹配线路图案的特性阻抗不会降低，而且相位匹配得以改善。因此，可以改善插入损耗并且解决上述小型化封装中的问题。
图8示出了在本发明的双工器100与传统双工器之间的插入损耗特性的比较。本发明的双工器100包括设置在用于信号接收的匹配线路图案与匹配线路图案之间的接地图案143a到143d，如图5F到5H所示。
根据本发明，在用于信号接收的匹配线路图案142与第一和第二匹配线路图案132及133之间设置有接地图案143a到143d，从而提高了隔离并且改善了抑制。同样地，在用于信号发射的信号线路与第一和第二匹配线路图案132及133之间设置接地图案，从而可以增强隔离并且可以改善抑制。
图9是示出了用于连接从顶部到底部夹着匹配线路图案的“片状接地”的接地通孔1417到14116的效果的曲线图。接地通孔1417到14116连接在芯片连接层124上的“片状接地”和底脚焊盘131上的“片状接地”。换句话说，图9是示出了在有接地通孔与无接地通孔的双工器之间的插入损耗特性的差异。
从图9中明显看出的是，通过设置连接片状接地的多个接地通孔增强了信号之间的隔离并改善了抑制，该片状接地用于从顶到底夹住匹配线路图案。另外，接地通孔能够提供防止信号线路之间的连接的保护，这些信号线路不仅在具有接地通孔的层(诸如匹配线路图案层125、接地层126和匹配线路图案层/底脚焊盘层127)上，而且还在布置在上述层的上面和下面的层上。
回来参照图5F到5H，接地图案和接地通孔被布置为围绕用于信号发射的信号线路和用于信号接收的信号线路，并且可以保持一定空间，以便第一匹配线路图案132和第二匹配线路图案133可以被布置在各个层的内部。因此，可以防止匹配线路图案的自连接，从而有效地提高匹配线路图案的电感。
图10是示出了将发射接地(用于信号发射的接地布线焊盘139a1)连接到接收接地(用于信号接收的接地布线焊盘139b1)的情形的效果。如图5B所示，本发明的双工器被配置为：仅仅在布线焊盘层122上连接用于信号发射的接地布线焊盘139a1和用于信号接收的接地布线焊盘139b1。优化了公共电感同时改善了抑制。
回来参照图3，在双工器100上的三个接地图案134a到134c的相邻接地图案之间的距离基本上相等。也就是说，接地图案134a与接地图案134b之间的距离基本上等于接地图案134b与接地图案134c之间的距离。现在将对本发明实施例的一种变型进行描述。通过将距离配置为不相同，可以获得特别的效果。
图11是根据本发明的该实施例的一种变型的双工器200的剖面图。在下文中，在以下说明中相同的组件和结构具有与所述相同的标号。双工器200包括层压封装220、滤波器芯片129、第一匹配线路图案132、第二匹配线路图案133和盖128。层压封装220包括图11所示的上述八层121到127。第一匹配线路图案132设置在匹配线路图案层125上。第二匹配线路图案133设置在匹配线路图案层/底脚焊盘层127上。第一匹配线路图案132与第二匹配线路图案133串联连接。这可以获得相位匹配所需的电感。
优选地，为了获得用于相位匹配线路的稳定的特性阻抗，需要接地图案134a、134b和134c来夹住匹配线路图案。当将接地图案134a和134b配置为在高度方向上更加远离底脚焊盘131时，接地图案134a和134b具有高于底脚焊盘131的接地图案134c的电感，而且特性阻抗变化更大。当将设置在第一和第二匹配线路132和133的上方和下方的接地图案134a到134c之间的距离配置得越小时，这种变化就变得越小。
如图11所示，双工器200具有层压结构，该层压结构具有芯片连接层124、匹配线路图案层125、接地层126和匹配线路图案层/底脚焊盘层127的。芯片连接层124是其上设置有接地图案134a的第一接地层。在匹配线路图案层125上具有用作相位匹配电路的第一匹配线路图案132。接地层126是第二接地层。匹配线路图案层/底脚焊盘层127是第三接地层。上接地距离L1表示在第一接地图案134a与第二接地图案134b之间的距离。下接地距离L2表示在第二接地图案134b与第三接地图案134c之间的距离。双工器200被配置为：上接地距离L1可以大于下接地距离L2(L1＞L2)。如此设置的接地图案能够改善第一和第二匹配线路图案132和133的阻抗。
图12A和12B是描述了发射频带的反射系数的图，其中匹配线路图案具有不同的特性阻抗。参照图12A，上接地距离L1与距离L2相加得到一个恒定值0.7mm。下接地距离L2与距离L1相加表示从第一接地图案134a到接地图案134c的距离。参照下面的表1，表1示出了上接地距离L1和下接地距离L2的变化。
表1
封装A 封装B 封装C
 L1  0.325mm  0.350mm  0.375mm
 L2  0.375mm  0.350mm  0.325mm
如此变化的上接地距离L1和下接地距离L2也改变特性阻抗。图12B示出了在封装中的公共端子上测得的发射特性，在该封装上仅安装有接收滤波器。当上接地距离L1被配置得更大时，反射特性向无限大阻抗移动。这表明匹配线路图案具有更高的特性阻抗。
图13是示出了发射频带实轴上的反射系数如何依从于上接地距离L1的曲线图。纵轴表示反射系数。如图13所示，当上接地距离L1变得更长时，反射系数会变得更大，从而功率耐久性得到改善。与传统封装相比，小型化封装没有足够的空间来提供用于信号接收的匹配线路图案。因此，存在一个问题，即：匹配线路图案会引起自谐振而且反射系数会极剧变小。因此，可以利用本发明的双工器来解决上述问题。
图14是示出了在发射频带中的反射系数的比较结果的曲线图。这里，下接地距离L2恒定，而上接地距离L1变化，如下面的表2所示。图15是示出了在发射频带中的反射系数的比较结果的另一曲线图。上接地距离L1恒定，而下接地距离L2变化，如下面的表3所示。
表2
 封装D  封装E
 L1  0.350mm  0.400mm
 L2  0.350mm  0.350mm
表3
 封装D  封装E
 L1  0.350mm  0.350mm
 L2  0.350mm  0.300mm
图14和15证明了当上接地距离变长时，获取更大的发射系数是更加有效的。当下接地距离变长时是无效的。
利用本发明的双工器，第一匹配线路图案132被配置为比第二匹配线路图案133更长，以便在发射频带中的反射系数可以更大。
图16A到16C描述了设置在上层的第一匹配线路图案132比设置在下层的第二匹配线路图案133更长的双工器的效果。图16A是包括具有相同长度的上接地距离D1和下接地距离D2的双工器的剖面图。图16B示出了设置在匹配线路图案层125上的第一匹配线路图案132和设置在匹配线路图案层/底脚焊盘层127上的第二匹配线路图案133。图16C是描述了根据相位匹配用线路(即带状线路)之间的距离而变化的特性阻抗的曲线图。横轴表示带状线路的长度。纵轴表示特性阻抗。
参照图16C，甚至当上接地距离L1与下接地距离L2具有相同的长度时，第一匹配线路图案132仍具有比第二匹配线路图案133更高的特性阻抗。因此，具有更高特性阻抗的第一匹配线路图案132被配置为比第二匹配线路图案133更长，从而总的特性阻抗会变得更高。因此，可以获得更高的反射系数，从而提高功率耐久性。
根据本发明的双工器被配置为：包括布置在第一匹配线路图案132与第二匹配线路图案133之间的“片状接地”134b，以使得发射频带中的反射系数更大。图17A到17D示出了上述“片状接地”的效果。图17A是包括布置在第一匹配线路图案132与第二匹配线路图案133之间的“片状接地”134b的双工器的剖面图。图17B是没有“片状接地”的双工器的剖面图。图17C是示出了在有或者无片状接地的双工器中根据相位匹配用线路(带状线路)之间的距离而变化的特性阻抗的曲线图。横轴表示带状线路的长度。纵轴表示特性阻抗。图17D示出了在仅具有接收滤波器的封装中的公共端子上测得的发射特性。
参照图17C和17D，没有在第一匹配线路图案132与第二匹配线路图案133之间布置“片状接地”，并且特性阻抗根据第一和第二匹配线路图案的自连接而极剧地变化。此外，反射系数变得更小。与此相反，本发明的双工器包括布置在第一匹配线路图案132与第二匹配线路图案133之间的“片状接地”134b，这可以抑制由于自连接而引起的特性阻抗的变化。此外，反射系数会变得更大。
本发明的双工器包括三个“片状接地”134a、134b和134c，其被交替地布置以将第一和第二匹配线路图案夹在中间。在第一匹配线路图案132上方的上层上设置有面积最小的片状接地134a。这可以改善第一匹配线路图案132的特性阻抗。
图18A是本发明双工器的剖视图，该双工器包括面积为S1、S2和S3的三个“片状接地”。片状接地134a具有最小面积S1。片状接地134b具有面积S2。片状接地134c具有最大面积S3。这里，S1＜S2＜S3。图18B示出了根据在上述双工器的相位匹配用线路(带状线路)之间的距离而变化的特性阻抗。横轴表示带状线路的长度。纵轴表示特性阻抗。图18B示出了图18A中示出的双工器的特性阻抗，也示出了具有与面积S2几乎相等的面积S1的另一个双工器的特性阻抗，而面积S1和S3与图8A中示出的相同。
如图18A和18B所示，第一片状接地134a的面积S1被配置为最小，从而可以使第一匹配线路图案132的电容较小，并且可以改善特性阻抗。另外，这会导致在发射频带中的更大的反射系数，从而提高功率耐久性。如此配置的片状接地的面积能够增加匹配线路图案的特性阻抗，而不会增加设备的高度。这对于减小设备的高度明显有效的。如果片状接地134b的面积S2被配置为三个面积S1、S2和S3中最小的一个，则在第一匹配线路图案132与第二匹配线路图案133之间可能出现自连接，并且这不能成为一种有效的方案。根据本发明在双工器上将面积S3配置为最大，使得双工器对于来自外部的噪声能够具有高的容限。
已经对根据本发明的通过布线来连接芯片和封装的双工器进行了描述。然而，图19中示出的双工器300可以包括通过凸块145连接到层压封装320的芯片129。以面朝下的状态来安装(倒装芯片安装)芯片129。在这种情况下，可以在新布置的用于信号接收的匹配线路图案层325a和325b(代替匹配线路图案层125)上设置用于信号接收的匹配线路图案。在图19中，在紧接着芯片连接层324的下面提供接地层324。
图20是包括双工器100或者双工器200的电子设备的框图。作为一个示例，现将对安装到移动电话上的高频设备进行描述。为了简明起见，省略了诸如在移动电话上的语音处理系统的其他部分。
移动电话包括RF单元270、调制器271和IF(中频)单元272。RF单元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、本地振荡器276、另一个级间滤波器277、另一个混频器(乘法器)278、另一个级间滤波器279和功率放大器280。在调制器271上对来自语音处理系统的语音信号进行调制，而在RF单元270的混频器278上将其频率利用本地振荡器276的振荡信号进行转换(混频)。来自混频器278的输出通过级间滤波器279和功率放大器280，并且被应用到双工器274。
双工器274包括发射滤波器2741，接收滤波器2742和具有相位匹配电路的双工器100或者200(未示出)。来自功率放大器280的发射信号通过天线273被反馈到双工器274。来自天线273的接收信号通过双工器274的接收滤波器2742、低噪声放大器283和级间滤波器284，并且被应用到混频器275。混频器275通过级间滤波器277来接收本地振荡器276的振荡频率，对接收信号的频率进行转换，并且将信号输出到IF单元272。IF单元272通过IF滤波器281接收信号，利用解调器282来解调信号，并且将所解调的语音信号输出到语音处理系统(未示出)。
图20中示出的电子设备是具有本发明的双工器的通信设备。因此，提供具有优异滤波器特性的小型通信设备是可能的。
本发明不仅限于上述实施例，在不脱离本发明范围的情况下可以做出各种变型和修改。
本发明是以于2004年4月27日提交的日本专利申请No.2004-132126为基础的，通过引用将其全部内容引入本文。

Claims (15)

1.一种天线双工器，包括：
具有不同中心频率的两个表面声波滤波器；以及
与所述两个表面声波滤波器的相位相匹配的相位匹配电路；
其中：
在所述两个表面声波滤波器与发射端子及接收端子之间的至少两层上、并且在由多层封装中的片状接地规定的区域内设置有匹配线路图案，所述多层封装包括包含有焊接层的多个层，在所述焊接层上设置有用于连接到所述两个表面声波滤波器的多个布线焊盘；并且
所述匹配线路图案不具有设置在所述焊接层上的部分。
2.根据权利要求1所述的天线双工器，其中所述匹配线路图案不具有设置在所述多个层中的紧接着所述焊接层的下面布置的一个层上的部分。
3.根据权利要求1所述的天线双工器，其中
在所述多个层中的至少三层上设置有所述匹配线路图案；并且
所述多层封装不具有插入在设置在所述至少三层上的所述匹配线路图案的部分之间的片状接地。
4.一种天线双工器，包括：
具有不同中心频率的两个表面声波滤波器；以及
与所述两个表面声波滤波器的相位相匹配的相位匹配电路；
其中，在用于信号发射的匹配线路图案与所述相位匹配电路之间和/或在用于信号接收的所述匹配线路图案与所述相位匹配电路之间设置有接地图案。
5.根据权利要求4所述的天线双工器，其中所述接地图案通过多个接地通孔连接。
6.一种天线双工器，包括：
具有不同中心频率的第一表面声波滤波器和第二表面声波滤波器；以及
与所述两个表面声波滤波器的相位相匹配的相位匹配电路，
设置在焊接层上并且与所述焊接层相连的所述第一表面声波滤波器和所述第二表面声波滤波器的接地。
7.一种天线双工器，包括：
具有不同中心频率的第一表面声波滤波器和第二表面声波滤波器；
与所述两个表面声波滤波器的相位相匹配的相位匹配电路；以及
多层封装，
其中：
所述多层封装包括第一图案层、第二图案层、第一接地层、第二接地层和第三接地层，所述第一图案层在其上具有形成所述相位匹配电路的第一匹配线路图案，所述第二图案层在其上具有形成所述相位匹配电路的第二匹配线路图案并且被布置在所述第一图案层的下面，所述第一接地层被布置在所述第一图案层的上面，所述第二接地层被布置在所述第一图案层与所述第二图案层之间，所述第三接地层被布置在所述第二图案层的下面；
所述第一接地层到所述第三接地层分别在其上具有接地图案；并且
在所述第一接地层上的所述接地图案与所述第二接地层上的所述接地图案之间的第一距离比在所述第二接地层上的所述接地图案与所述第三接地层上的所述接地图案之间的第二距离大。
8.一种天线双工器，包括：
具有不同中心频率的第一表面声波滤波器和第二表面声波滤波器；以及
与所述两个表面声波滤波器的相位相匹配的相位匹配电路，
其中：
多层封装包括第一图案层、第二图案层、第一接地层、第二接地层和第三接地层，所述第一图案层在其上具有形成所述相位匹配电路的第一匹配线路图案，所述第二图案层在其上具有形成所述相位匹配电路的第二匹配线路图案并且被布置在所述第一图案层的下面，所述第一接地层被布置在所述第一图案层的上面，所述第二接地层被布置在所述第一与所述第二图案层之间，所述第三接地层被布置在所述第二图案层的下面；
所述第一接地层到所述第三接地层分别在其上具有接地图案；并且
所述第一匹配线路图案比所述第二匹配线路图案大。
9.根据权利要求7所述的天线双工器，其中所述接地图案是片状接地。
10.根据权利要求8所述的天线双工器，其中所述接地图案是片状接地。
11.根据权利要求9的天线双工器，其中设置在所述第一接地层上的所述接地图案具有最小的面积。
12.根据权利要求10所述的天线双工器，其中设置在所述第一接地层上的所述接地图案具有最小的面积。
13.根据权利要求11所述的天线双工器，其中设置在所述第三接地层上的所述接地图案具有最大的面积。
14.根据权利要求12所述的天线双工器，其中设置在所述第三接地层上的所述接地图案具有最大的面积。
15.一种电子设备，包括：
天线；
连接到所述天线的天线双工器；
连接到所述天线双工器的用于信号发射和接收的电路；并且
所述天线双工器包括：
具有不同中心频率的两个表面声波滤波器；以及
与所述两个表面声波滤波器的相位相匹配的相位匹配电路；
其中：
在所述两个表面声波滤波器与发射及接收端子之间的至少两层上、以及在由多层封装中的片状接地规定的区域内设置匹配线路图案，所述多层封装包括包含有焊接层的多个层，在所述焊接层上设置有用于连接所述两个表面声波滤波器的多个布线焊盘；并且
所述匹配线路图案不具有在所述焊接层上的部分。
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