JP2005318128A - 分波器及び電子装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 小型で特性の安定した分波器及びこれを用いた電子装置を提供すること。
【解決手段】 位相整合用線路パターン層125および位相整合用線路パターン層/フットパッド層127の2枚の層の各上面にはそれぞれ、位相整合用線路パターン132および133が形成されている。これらのパターンは位相整合用回路11を構成する。位相整合用線路パターン132、133を2層にわたり引き回すことで、パッケージを小型化しても充分なインダクタンス値を得ることができる。従来構成では、位相整合用線路パターン層125上に設けられた位相整合用線路パターン132が、ワイヤボンディングパッド層122およびその直下に設けられているキャビティ層123a上にも引き回されているのに対して、本発明の分波器ではかかる位相整合用線路パターンの引き回しがない。
【選択図】 図3

Description

本発明は弾性表面波フィルタを用いた分波器及びこれを用いた電子装置に関する。
近年、移動体通信システムの発展に伴って携帯電話、携帯情報端末等が急速に普及しており、これら端末の小型・高性能化の競争が各メーカ間で行なわれている。また、携帯電話のシステムも、アナログとディジタルの両方が用いられ、使用周波数も800MHz〜1GHz帯や1.5GHz〜2.0GHz帯と多岐にわたっており、これら移動通信用に用いられる機器に提供する弾性表面波フィルタを用いたアンテナ分波器デバイスが提案されている。
近年の携帯電話器の開発では、システムの多様化によりデュアルモード(アナログとディジタルの併用、ディジタルのTDMA:時間分割変調方式、とCDMAコード分割変調方式の併用)あるいはデュアルバンド(800MHz帯と1.9GHz帯、900MHz帯と1.8GHz帯又は1.5GHz帯の併用)化を行なうことで端末を高機能化することが行なわれている。これらに用いられる部品(フィルタ)も高機能化が求められいろいろな開発がなされている。
一方、機能以外に小型且つ低コスト化の要求も当然のように求められている。高機能端末におけるアンテナ分波器は、誘電体あるいは少なくとも一方に誘電体を用いた弾性表面波との複合分波器あるいは弾性表面波デバイスのみで構成されたものが多い。
誘電体分波器は、サイズが大きいために、携帯端末機器の小型化や薄型化が非常に難しい。また、片方に弾性表面波分波器を用いる場合でも誘電体デバイスのサイズが小型・薄型化を難しくしている。従来の弾性表面波フィルタを用いた分波器デバイスは、プリント板上に個別のフィルタと整合回路を搭載したモジュール型のものや多層セラミックパッケージに送信用及び受信用フィルタチップを搭載し整合回路をパッケージ内に設けた一体型のものがある。
これらは、誘電体分波器に比べ体積が1/3から1/15程度であり、また高さ方向だけでみると1/2から1/3程度の小型薄型化が可能となる。この弾性表面波デバイスを用い且つデバイスサイズを小型にすることで、誘電体デバイスと同等のコストにすることが可能となっている。
次に、従来の分波器について説明する。図1は、従来の分波器の構成を示すブロック図である。図2は分波器の周波数特性を示す図である。なお、図2の横軸は周波数(右に向かって周波数が高くなる)、縦軸は通過強度(上に向かって高くなる)である。図1に示すように、分波器100は2つのフィルタ12、13、インピーダンス整合回路(以下、単に整合回路ということがある)11、共通端子14、及び個別端子15及び16を有する。
共通端子14は、アンテナを通して電波を送受信する外部回路を接続する端子である。送信側端子15は、外部の送信用回路が接続され、所望の中心周波数を持つ信号を出力する端子である。受信側端子16は、外部の受信用回路が接続され、所望の中心周波数を持つ信号を入力する端子である。送信側端子15及び受信側端子16と異なるもう一方の端子は、グランドレベル(GND)に接地されている。
通常、弾性表面波フィルタF1、F2と整合回路11が多層のセラミックパッケージ内に納められる。フィルタ12と13は弾性表面波フィルタで構成され、夫々互いに異なる通過帯域中心周波数F1、F2を持つ(F2>F1)。例えば、フィルタ12は送信用フィルタであり、フィルタ13は受信用フィルタである(以下、フィルタ12と13を夫々送信用フィルタ及び受信用フィルタと称する場合がある)。例えば、1.9GHz帯の分波器では、F1とF2の周波数差は約100MHzである。
整合回路11は、フィルタ12、13のフィルタ特性を互いに劣化させないようにするために設けられている。今、共通端子14からフィルタ12を見た場合の特性インピーダンスをZ1、フィルタ13を見た場合の特性インピーダンスをZ2とする。整合回路11の作用により、共通端子14から入力する信号の周波数がF1の場合はフィルタ12側の特性インピーダンスZ1は共通端子14の特性インピーダンス値と一致し、フィルタ13側の特性インピーダンスは無限大であってかつ反射係数は1となる。また、信号の周波数がF2の場合はフィルタ12側の特性インピーダンスは無限大かつ反射係数は1、フィルタ13の特性インピーダンスZ2は共通端子14の特性インピーダンスと一致するようになっている。
次に、小型化を目的として提案されている従来技術について説明する。特許文献1によれば、多層セラミクスパッケージを用いた構造が提案されている。さらに、位相整合用の配線パターンを2層にわたって引き回すことが提案されている。また、特許文献2によれば、位相整合用の配線パターンを2層にわたって引き回すことが提案されている。また、特許文献3によれば、複数の位相整合用線路パターンを引き回すことが提案されている。また、特許文献4記載によれば、複数の位相整合用線路パターンを、チップの外周に引き回すことが提案されている。
しかしながら、特許文献1では、多層セラミクスパッケージを用いた構造が採用されているが、ワイヤを用いてチップを接続しているため、小型化の点で問題がある。また、2つの弾性表面波フィルタを搭載する気密封止可能なパッケージを用いて分波器を構成する場合、それぞれ整合回路が必要となる。
また、特許文献1及び特許文献2では、位相整合用の線路パターンが2層にわたって引き回されているが、アンテナ端子側にのみ位相整合用線路を配置しており、送信端子側や受信端子側の位相整合用線路については、なんら考慮されていない。これは、パッケージの寄生インピーダンスの影響が2GHz帯よりも少ない、800MHz帯の分波器デバイス向けに考えられたものであるからである。このため、特に2GHz帯のような高周波の分波器デバイスにおいて、フィルタのマッチングがずれた場合は、対処できないという問題がある。
また、特許文献3では、複数の位相整合用線路パターンが引き回されているが、送信端子側や受信端子側の位相整合用線路は2層にわたって引き回されていないため、特に2GHz帯のような高周波の分波器デバイスにおいて、フィルタのマッチングがずれた場合は対処できないという問題がある。
また、特許文献4では、複数の位相整合用線路パターンがチップの外周に引き回されているため、パッケージサイズが大きくなり小型化出来ないという問題があった。
特開平10−126213号公報 特開平8−18393号公報 特開平10−75153号公報 特開2001−339273号公報
分波器の小型化を目的とした構造は、特願2003−126089号明細書および特願2003−124385号明細書においても提案されている。前者(特願2003−126089号明細書)に開示されている分波器は、位相調整用の線路パターンを2層に渡って引き回して小型化を図るとともに、その線路長を長くして位相回転を大きくし、これにより通過帯域のマッチング向上による挿入損失を向上させた構成を有するものである。
この構成では、位相調整用の線路がワイヤボンディングパッド層やその直下にあるキャビティ層にも引き回されている。このような構成でも、パッケージサイズが5mm×5mm程度(上記明細書には例えば約5mm×5mm×1.5mmまたは約3.8mm×3.8mm×1.5mmとある)の大きさであれば、各信号用の線路パターン相互間の距離を、充分な抑圧が確保できる程度に離すことができる。しかし、パッケージサイズが3mm×3mm程度にまで小型化した場合には、ワイヤボンディングパッド層(単にボンディング層ということがある)上で信号線路パターンを引き回すと、信号間のアイソレーションを確保することが困難となって充分な抑圧を得ることができないという問題が生じる。さらに、位相整合用回路の役目をする線路パターンと送信用線路パターンとの距離、および位相整合用回路の役目をする線路パターンと受信用線路パターンとの距離も接近してこれらのアイソレーションの確保も不充分となって、充分な抑圧を得ることもできない。
また、後者(特願2003−124385号明細書)には、上段に第1の位相整合用線路パターン、下段に第2の位相整合用線路パターンが配置され、上段のグランド間隔を短く、第2の位相整合用線路パターンを長くした構成の分波器が開示されている。このような分波器は、パッケージサイズが5mm×5mm程度であれば、位相整合用線路パターンを引き回すスペースが充分にあるため、位相整合用線路パターンの自己結合も少なく特に問題は生じない。また、800MHz帯の分波器デバイスであれば、弾性表面波共振器を形成する「くし型電極」の断面積も充分な大きさとすることができるので耐電力についての問題もない。
しかし、パッケージサイズが3mm×3mm程度にまで小型化すると、位相整合用線路パターンを引き回すスペースが少なくなるため、線路パターン同士のスペースを狭くする必要がある。この結果、線路パターンが自己結合し、受信フィルタの共通端子から見た反射特性で、送信帯域の反射特性が小さくなる。このような状態となると、送信信号が共通端子に流れる際に受信信号側に電流が漏れてしまい、受信フィルタの破壊に繋がり耐電力が低下するという問題がある。さらに、2GHz帯の分波器デバイスでは、その「くし型電極」の断面積を大幅に狭くする必要があるために、800MHz帯の分波器デバイスに比較して反射特性を高めない限り耐電力の低下を避けることができないという問題がある。
本発明は、このような従来の問題点に鑑みなされたものであって、小型で特性の安定した分波器及びこれを用いた電子装置を提供することを目的とする。
本発明は、このような課題を解決するために、請求項1に記載の分波器は、異なる帯域中心周波数を有する2つの弾性表面波フィルタと、該2つの弾性表面波フィルタ同士の位相を整合させる位相整合用回路とを備え、前記弾性表面波フィルタと送信端子間または/および前記弾性波表面フィルタと受信端子間で、かつ、周囲のグランドパターンで規定された範囲内で、前記弾性表面波フィルタとの接続用パッドが設けられているボンディング層を含む複数の層から構成されているパッケージの2層以上の層にわたって引き回されている線路パターンを有し、当該線路パターンは、前記ボンディング層における引き回しを有しないことを特徴とする。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の分波器において、前記線路パターンは、前記ボンディング層の直下に位置する層における引き回しを有しないことを特徴とする。
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の分波器において、前記線路パターンは、前記パッケージの3層以上にわたる引き回しがなされており、かつ、前記線路パターン同士を遮る面状のグランドを有しないことを特徴とする。
請求項4に記載の分波器は、異なる帯域中心周波数を有する2つの弾性表面波フィルタと、該2つの弾性表面波フィルタ同士の位相を整合させる位相整合用回路とを備え、送信用位相整合用線路パターンと前記位相整合用回路間または/および受信用位相整合用線路パターンと前記位相整合用回路間に、グランドパターンが設けられていることを特徴とする。
請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の分波器において、前記グランドパターンは、複数のグランドビアに接続されていることを特徴とする。
請求項6に記載の分波器は、異なる帯域中心周波数を有する第1および第2の2つの弾性表面波フィルタと、該2つの弾性表面波フィルタ同士の位相を整合させる位相整合用回路とを備え、ボンディング層に設けられた前記第1の弾性表面波フィルタ用グランドと前記第2の弾性表面波フィルタ用グランドとは、当該ボンディング層で接続していることを特徴とする。
請求項7に記載の分波器は、異なる帯域中心周波数を有する第1および第2の2つの弾性表面波フィルタと、該2つの弾性表面波フィルタ同士の位相を整合させる位相整合用回路とを備え、前記位相整合用回路を構成する第1の位相整合用線路パターンが形成された第1の位相整合用パターン層と、当該第1の位相整合用パターン層よりも下段に位置し前記位相整合用回路を構成する第2の位相整合用線路パターンが形成された第2の位相整合用パターン層と、前記第1の位相整合用パターン層よりも上段に位置する第1のグランド層と、前記第1および第2の位相整合用パターン層の間に位置する第2のグランド層と、前記第2の位相整合用パターン層よりも下段に位置する第3のグランド層とを有し、前記第1乃至第3のグランド層にはそれぞれにグランドパターンが設けられており、前記第1と第2のグランド層に設けられたグランドパターンの間隔が、前記第2と前記第3のグランド層に設けられたグランドパターンの間隔よりも長いことを特徴とする。
請求項8に記載の分波器は、異なる帯域中心周波数を有する第1および第2の2つの弾性表面波フィルタと、該2つの弾性表面波フィルタ同士の位相を整合させる位相整合用回路とを備え、前記位相整合用回路を構成する第1の位相整合用線路パターンが形成された第1の位相整合用パターン層と、当該第1の位相整合用パターン層よりも下段に位置し前記位相整合用回路を構成する第2の位相整合用線路パターンが形成された第2の位相整合用パターン層と、前記第1の位相整合用パターン層よりも上段に位置する第1のグランド層と、前記第1および第2の位相整合用パターン層の間に位置する第2のグランド層と、前記第2の位相整合用パターン層よりも下段に位置する第3のグランド層とを有し、前記第1乃至第3のグランド層にはそれぞれにグランドパターンが設けられており、前記第1の位相整合用線路パターンは前記第2の位相整合用線路パターンよりも長いことを特徴とする。
請求項9に記載の発明は、請求項7または8に記載の分波器において、前記グランドパターンは、面状のグランドのパターンであることを特徴とする。
請求項10に記載の発明は、請求項9に記載の分波器において、前記3つの面状のグランドのパターンは、最上段の面状のグランドパターンの面積が最小であることを特徴とする。
請求項11に記載の発明は、請求項10に記載の分波器において、前記3つの面状のグランドのパターンは、最下段の面状のグランドパターンの面積が最大であることを特徴とする。
請求項12に記載の電子装置は、アンテナと、当該アンテナに接続された分波器と、当該分波器に接続された送信系回路および受信系回路とを備え、前記分波器は、請求項1乃至11の何れかに記載の分波器であることを特徴とする。
本発明によれば、弾性表面波フィルタと送信端子間または/および弾性波表面フィルタと受信端子間で、かつ、周囲のグランドパターンで規定された範囲内で、複数層から構成されているパッケージの2層以上の層にわたって引き回されている線路パターンが、ボンディング層においては引き回しがなされないように線路パターンを設計したので、位相整合用線路間のアイソレーションが向上し、小型で高性能の分波器を実現することができる。
また、送信用位相整合用線路パターンと位相整合用回路間または/および受信用位相整合用線路パターンと位相整合用回路間に、グランドパターンを設けることとしたので、アイソレーションが向上して抑圧が向上し、小型で高性能の分波器を実現することができる。
また、ボンディング層に設けられた第1の弾性表面波フィルタ用グランドと第2の弾性表面波フィルタ用グランドとをボンディング層で接続することとしたので、共通インダクタンスが最適化されて抑圧が向上し、小型で高性能の分波器を実現することができる。
また、上段の第1と第2のグランド層に設けられたグランドパターンの間隔を、下段の第2と第3のグランド層に設けられたグランドパターンの間隔よりも長くすることとしたので、位相整合用線路パターンの特性インピーダンスを高くすることが可能となって、小型で高性能の分波器を実現することができる。
また、上段の第1の位相整合用線路パターンを下段の第2の位相整合用線路パターンよりも長くすることとしたので、送信帯域の反射係数を大きくすることができ、小型で高性能の分波器を実現することができる。
さらに、これらの分波器を用いることで、電子装置の装置の小型化と高機能化に寄与することが可能となる。
本発明の分波器の回路構成の概念図およびこの分波器に用いられる中心周波数の異なる2つのフィルタの概念的な周波数特性は、既に図1および図2において説明したものと同様であるので重複して説明することはせず、以下では、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
図3は、本発明の一実施形態に係る分波器を説明するための図であって、フィルタチップを搭載したパッケージの断面図を示している。また、図4は、キャップを取り外した分波器の平面図である。
図3に示すように、分波器100は積層パッケージ120、キャップ128、フィルタチップ129、第1および第2の位相整合用線路パターン132、133、接続路(サイドキャステレーション:溝)135を有する。
積層パッケージ120は、8つの層121〜127を、図示するように積層した多層構造を有する。層121はキャップ搭載層である。層122はワイヤボンディングパッド層である。層123aおよび層123bはそれぞれ第1および第2のキャビティ層である。層124はダイアタッチ層でありグランド層を兼ねるものである。層125は位相整合用線路パターン層である。層126はグランド層である。そして、層127は位相整合用線路パターン層/フットパッド層である。
積層パッケージ120の各層121〜127は、誘電率(ε)が8〜9.5程度のアルミナセラミック又はガラスセラミックの材料で形成されている。積層パッケージ120の寸法は、約3mm×3mm×1.5mmで、1.5mmはパッケージの高さ(厚み)である。
図4では弾性表面波共振器を模式的に示してあり、送信側フィルタ12を構成する弾性表面波共振器を送信側共振器138として示し、受信側フィルタ13を構成する弾性表面波共振器を受信側共振器137として示してある。
フィルタチップ129は、1ポート弾性表面波共振器を梯子型に接続したラダー型設計として2重モード型弾性表面波フィルタとし、図1に示す2つのフィルタ12及び13を形成する。フィルタチップ129の圧電基板としては、例えば、LiTaO3(例えば42°Yカット−X伝搬)などの圧電単結晶を用いることができる。圧電基板上に形成されるくし型電極、反射器、及び配線パターンは導電材料で形成される。例えば、圧電基板上にAlを主成分とする合金(Al−Cu、Al−Mg等)及びその多層膜(Al−Cu/Cu/Al−Cu、Al/Cu/Al、Al/Mg/Al、Al−Mg/Mg/Al−Mg等)をスパッタにより形成し、露光、エッチングにより電極及び配線のパターンを形成する。また、パッケージとチップを接続するワイヤには、Ai−Siワイヤを用いた。なお、送信用フィルタ12と受信用フィルタ13とをそれぞれ別々の圧電基板上に形成する構成であってもよい。
キャップ搭載層121、ワイヤボンディングパッド層122、第1および第2のキャビティ層123a、123bは、パッケージ内部に階段状部分を形成する。この階段状の空間に、フィルタチップ129が収容されて実装されている。
キャップ搭載層121上には、キャップ128取り付けられている。キャップ128は、フィルタチップ129を密封封止する。キャップ128はAuメッキあるいはNiメッキなどの金属材料で作られている。また、積層パッケージ120の側面には、半円状の溝1351〜135が形成されている(以下、溝を総称するときには、溝135という)。これらの溝は、キャップ搭載層121から位相整合用線路パターン層/フットパッド層127まで連続している。溝135には導電層が設けられ、接続路(サイドキャステレーション)を構成する(以下、接続路も参照番号135で示す)。接続路135は層間の導通を形成するとともに、外部接続端子としても用いることができる。
ダイアタッチ層124は、フィルタチップ129の実装表面を提供する。フィルタチップ129は、導電性接着剤130を用いてダイアタッチ層124上に実装される。
ダイアタッチ層124とグランド層126の各上面および位相整合用線路パターン層/フットパッド層127の裏面には、グランドパターン(GND)134が形成されている。グランドパターン134は、これらの各層124、126、127の大部分を覆う面状のグランド(べたグランド)であり、それぞれ、第1のグランドパターン134a、第2のグランドパターン134b、第3のグランドパターン134cで図示されている。
位相整合用線路パターン層125および位相整合用線路パターン層/フットパッド層127の2枚の層の各上面にはそれぞれ、位相整合用線路パターン132および133が形成されている。これらのパターンは、図1に示す位相整合用回路11を構成する。位相整合用線路パターン132、133を2層にわたり引き回すことで、パッケージを小型化しても充分なインダクタンス値を得ることができる。位相整合用線路パターン132、133は、例えば約80〜120μmの幅を有し、グランドパターン134等とともにストリップ線路構造(ストリップパターン)を形成する。
また、位相整合用パターン132、133は、例えば銅(Cu)、銀(Ag)、タングステン(W)などを主成分とする導電材料で作製されている。位相整合用線路パターン132、133は、位相整合用線路パターン層125および位相整合用線路パターン層/フットパッド層127の各上面に導電膜を形成し、これをパターン印刷などの手法でパターニングすることで形成される。
フットパッド131は、外部接続端子であり、パッケージの最下層に設けられ、図1に示した共通端子14、送信側端子15、受信側端子16に相当する部分である。フットパッド131は接続路135や積層パッケージ120内に形成されたビアを介して、分波器内部の回路に接続されている。また、フットパッド131は、分波器内部の回路に接続されないフットパッドを含むものであってもよい。
図4に示すように、キャップ128を外すと、フィルタチップ129とキャップ搭載層121、およびワイヤボンディングパッド層122の一部が現れる。キャップ搭載層121上には、CuにNiとAuをメッキした導電材料等で形成されたシールリング136が形成されている。キャップ128はシールリング136上に搭載される。ワイヤボンディングパッド層122には、送信用グランドワイヤボンディングパッド139a1、送信用ワイヤボンディングパッド139a2、3つの受信用グランドワイヤボンディングパッド139b1、139b2、および139b3、受信用ワイヤボンディングパッド139b4、位相整合用線路パターンの入口および出口の各々のワイヤボンディングパッド139c1、139c2が設けられており、それぞれがフィルタチップ129面上の対応する電極部とボンディングワイヤ140により接続されている。ストリップ線路構造は、シールリング136部のメタルグランドと内層のグランド間若しくはボンディングパッド部のグランドパターンと外部端子面に形成したグランドパターン間で形成される。
図5は、図3に示す分波器100の積層パッケージ120を分解した各層を示す図であって、同図(a)はキャップ搭載層121を、同図(b)はワイヤボンディングパッド層122を、同図(c)は第1のキャビティ層123aを、同図(d)は第2のキャビティ層123bを、同図(e)はダイアタッチ層124を、同図(f)は位相整合用線路パターン層125を、同図(g)はグランド層126を、同図(h)は位相整合用線路パターン層/フットパッド層127の上面を、そして同図(i)は位相整合用線路パターン層/フットパッド層127の下面をそれぞれ示している。
また、図6は、図5に示した本発明の分波器の各層の構成との比較のために従来の各層の構成を示す図で、同図(a)はキャップ328を搭載するキャップ搭載層321を、同図(b)はワイヤボンディングパッド層322を、同図(c)はキャビティ層323を、同図(d)はダイアタッチ部344を有するダイアタッチ層324を、同図(e)は位相整合用線路パターン層325を、同図(f)は共通グランド/フットパッド層326の上面を、そして同図(g)は共通グランド/フットパッド層326の下面をそれぞれ示している。この構成では、位相整合用線路パターン層325上に設けられた位相整合用線路パターン332が、ワイヤボンディングパッド層322およびその直下に設けられているキャビティ層323上にも引き回されている。
先ず、図5(i)に示す位相整合用線路パターン層/フットパッド層127の底面を説明する。この底面は、分波器100の実装面である。分波器100の実装面を配線基板(図示省略)上に設けて、分波器100を配線基板上に実装する。図5(i)に示すように、この実装面には、接続路135、135、135にそれぞれ接続される送信用フッドパッド1311、受信用フットパッド131及び共通端子用フッドパッド131が形成されている。各フットパッドはフットキャステレーションともいう。各フットパッド1311、131、131は外部接続端子として機能し、配線基板上の対応する電極に接触して電気的接続が形成される。送信用フットパッド1311は、分波器100の送信側端子15である(図1参照)。受信用フットパッド131は、分波器100の受信側端子16である。共通端子用フットパッド131は、分波器100の共通端子14である。
図5(b)に戻り、ワイヤボンディングパッド層122の上側の面には、送信用グランドワイヤボンディングパッド139a1、送信用ワイヤボンディングパッド139a2、3つの受信用グランドワイヤボンディングパッド139b1、139b2、139b3、受信用ワイヤボンディングパッド139b4、および位相整合用線路パターンの入口ならびに出口のワイヤボンディングパッド139c1、139c2が設けられており、送信用グランドワイヤボンディングパッド139a1(送信用グランド)と受信用グランドワイヤボンディングパッド139b1(受信用グランド)とが接続されている。これらのパッドは、フィルタチップ129の対応する端子とボンディングワイヤにより電気的に接続される。
位相整合用線路パターン層125上に設けられた位相整合用線路パターン132の一端は、ビア141を介して、この層の直上に設けられたダイアタッチ層124の接続路135と接続される。一方、位相整合用線路パターン132の他端は、ビア141を介して、図5(g)に示したグランド層126を通って位相整合用線路パターン層/フットパッド層127へと引き回されている。そして、位相整合用線路パターン層/フットパッド層127の上面内での引き回しの後にビア141を介して位相整合用線路パターン層/フットパッド層127の裏面に設けられているフットパッド131へと導かれる。
受信用の位相整合用線路パターン142の一端は、ワイヤボンディングパッド層122上に設けられた受信用ワイヤボンディングパッド139b4に接続され、他端はビア141および141を介して、第1及び第2のキャビティ層123a、123b、ダイアタッチ部144を有するダイヤタッチ層124、位相整合用線路パターン層125、グランド層126、および位相整合用線路パターン層/フットパッド層127へと順次導かれ、さらにビア141を介して位相整合用線路パターン層/フットパッド層127の裏面へと導かれて受信用フットパッド131へと接続される。
受信用グランドは受信側フィルタ13のグランドであって、接続路135と135を介して、図5(a)のシールリング136及び図5(i)のグランドパターン134cに接続されている。
図5(f)と(h)に示すように、上段の位相整合用線路パターン132と、下段の位相整合用線路パターン133とは、直交している部分を含んでいるとよい。これにより、位相整合用線路同士の干渉を防止することができる。また、上段の位相整合用線路パターン132は、下段の位相整合用線路パターン133よりも長くなるように設計されている。このようなパターン長とすることによって、送信帯域の反射係数を大きくすることができる。
図5(a)に示すキャップ搭載層121のシールリング(GND)136と、グランドパターン134a、134b、および134cとは、接続路135、135、135、135を介して接続されている。
図5(f)の位相整合用線路パターン層125に設けられたグランドパターン143aおよび143bと、図5(h)の位相整合用線路パターン層/フットパッド層127に設けられたグランドパターン143c、143dとは、グランド層126に設けられたグランドビア141〜14116を介して接続されている。
以下では、上述した構成を有する本発明の分波器の特性上の利点について説明する。
図7は、図5に示したようにワイヤボンディングパッド層122(およびその直下に設けられている第1のキャビティ層123a)で位相整合用の線路パターンの引き回しのない層構成とした本発明の分波器100と、図6に示したようにワイヤボンディングパッド層322(およびその直下に設けられているキャビティ層323)で位相整合用の線路パターンが引き回されている層構成の従来の分波器の挿入損失特性を比較して示す図である。
従来の位相整合用線路パターンは、ワイヤボンディングパッド層322およびその直下に設けられているキャビティ層323を含む複数の(2層以上の層)に渡り引き回されている。これに対して、本発明では、図5(d)〜(h)に示されているように、受信用フットパッドから受信フィルタへと至る回路(受信回路)において、受信用位相整合用線路パターンが複数層(2層以上の層)に渡り引き回されてはいるが、この受信用位相整合用線路パターンは、ワイヤボンディングパッド層122およびこの層の直下に位置する第1のキャビティ層123aにおいては引き回しがなされないようにパターン設計されている。このため、共通回路(位相整合用線路)と受信回路(受信用位相整合用線路)のアイソレーションが向上する。
特に、共通回路に接続している位相整合用線路パターンの入口のワイヤボンディングパッド139c1と受信用位相整合用線路パターンとのアイソレーションが向上する。このアイソレーションのためには、ワイヤボンディングパッド層122のみならず、この層の直下に位置する層(第1のキャビティ層123a)においても受信用位相整合用線路パターンを引き回さないことが効果的である。
このようなアイソレーションの向上の結果として、図7に示すように抑圧を高めることが可能となる。特に、低域側の抑圧度は飛躍的に改善される。
パッケージが小型化すると、受信用位相整合用線路パターンを引き回すためのスペースが狭くなる。例えば、パッケージを5mm角から3mm角に小型化すると、線路パターンの引き回しのための面積は9/25になる。また、線路パターンの引き回しスペースが狭いと、異なる層に設けられた線路パターン同士が干渉してインダクタンス性が低下するため、線路パターンの特性インピーダンスも低下してマッチングが悪化する。図5に示した本発明の分波器では、受信用位相整合用線路パターンは分波器を構成する層のうちの3層以上に渡って引き回しがなされ、かつこの線路パターン同士を遮る「べたグランド」がない。このため、線路パターンの特性インピーダンスが低下せずにマッチングが向上するために挿入損失が向上し、パッケージの小型化に伴う上記の問題を解決している。
図8は、図5(f)および図5(h)に示したように受信用位相整合用線路パターンと位相整合用線路パターンとの間にグランドパターン143a〜143dを配置した本発明の分波器100と、図6に示したようにかかるグランドパターンを備えていない従来の分波器の挿入損失特性を比較して示す図である。
本発明のように受信用位相整合用線路パターンと位相整合用線路パターンとの間にグランドパターンを設けると、アイソレーションが向上して抑圧が向上する。これと同様に、送信用の信号線と位相整合用線路パターンとの間にグランドパターンを配置することとした場合にも、アイソレーションの向上と抑圧の向上を図ることが可能である。
図9は、上記グランドパターンに加え、位相整合用線路パターンを上下で挟む「べたグランド」(すなわち、ダイアタッチ層124の「べたグランド」からフットパッド131までの「べたグランド」)を接続するグランドビア141〜14116を配置した効果を説明するための図で、かかるグランドビアがある場合とない場合の分波器の挿入損失特性を比較して示す図である。
この図から明らかなように、位相整合用線路パターンを上下で挟む「べたグランド」を接続するグランドビアを配置することによって、信号間のアイソレーションが向上し抑圧が向上する。このようなグランドビアを設けることによって、当該グランドビアを設けた層(位相整合用線路パターン層125、グランド層126、位相整合用線路パターン層/フットパッド層127)だけでなく、その層の上下に位置する層に対しても、信号線間の結合防止効果を得ることができる。
また、図5(f)および図5(h)に示したように、送信および受信用の信号線を囲むようにグランドパターンおよびグランドビアを配置すると、位相整合用線路パターン132、133を層内で引き回すスペースが確保される。このため、位相整合用線路パターンの自己結合が防げ、効果的に位相整合用線路パターンのインダクタンス性を引き出すことができる。
図10は、ワイヤボンディングパッド層122において、送信用グランド(送信用グランドワイヤボンディングパッド139a1)と受信用グランド(受信用グランドワイヤボンディングパッド139b1)とを接続させた効果を説明するための図で、図5(b)に示したように送信用グランド139a1と受信用グランド139b1の1箇所のみをワイヤボンディングパッド層122で接続するようにした本発明の分波器では、共通インダクタンスが最適化されて抑圧が向上している。
図3に示した分波器の構成では、3つのグランドパターン134a〜134cの互いに隣接するグランドパターン(134aと134b、134bと134c)間の距離はほぼ等しい。これに対し、以下に本実施形態の変形例として説明するように、これらの間隔が異なるようにすることで、格別の効果を得ることができる。
図11は、本発明の本実施形態に係る分波器を変形した構成を示す断面図である。なお、図中、前述した構成要素と同一のものには同一符号を付してある。図11に示すように、分波器200は、積層パッケージ220、フィルタチップ129、位相整合用線路パターン132、133及びキャップ128を有する。積層パッケージ220は、前述した8つの層121〜127が図示するように積層されている。第1および第2の位相整合用線路パターン132、133は、各位相整合用線路パターン層125および位相整合用線路パターン層/フットパッド層127上にそれぞれ形成され、かつ直列に接続されている。これにより、位相整合に必要な大きさのインダクタンス値を得ることができる。
ここで、位相整合用線路の特性インピーダンスを安定させるため、位相整合用線路の上下をグランド134で挟む必要がある。しかし、グランド134は、フットパッド131から高さ方向に遠ざかる程、フットパッド131のグランド134cよりもインダクタンスを持ったグランドとなって特性インピーダンスの変動が大きくなる。この変動は、位相整合用線路パターンの上下に設けられるグランド134の間隔を狭める程小さくなる。
そこで、本発明では、図11に示すように、位相整合用回路を構成する第1の位相整合用線路パターン132が形成された位相整合用パターン層125と、この位相整合用パターン層125よりも下段に位置して位相整合用回路を構成する第2の位相整合用線路パターン133が形成された位相整合用線路パターン層/フットパッド層127(第2の位相整合用パターン層)と、これら第1及び第2の位相整合用パターン層を挟むように設けられ、それぞれグランドパターン134が形成されたダイアタッチ層124(第1のグランド層)、グランド層126(第2のグランド層)、および位相整合用線路パターン層/フットパッド層127(第3のグランド層)とを有する積層構造において、第1のグランド層124及び第2のグランド層126に形成されたグランドパターン134の間隔(L1)が、第2のグランド層126及び第3のグランド層127に形成されたグランドパターン134の間隔(L2)よりも長くなる(L1>L2)ように設計されている。グランドパターン134をこのように設計することで、位相整合用線路パターン132、133の特性インピーダンスを高くすることができる。
図12は、位相整合用線路パターンの特性インピーダンスの違いによる送信帯域の反射係数について説明するための図で、ここでは、図12(a)に示すように、最上段のグランド134aから最下段のグランド134cまでのトータルの高さを0.7mm一定とし、表1に示すように、上段グランド間隔(L1)と下段グランド間隔(L2)を変化させている。
Figure 2005318128
このように上段グランド間隔(L1)と下段グランド間隔(L2)を変化させると、特性インピーダンスに違いが生じる。図12(b)は、受信フィルタのみをパッケージに搭載した場合の共通端子側から測定した反射特性を示す図であるが、上段グランド間隔(L1)が広くなると、反射特性がインピーダンス無限大の方向に移動することが分かる。この事実は、位相整合用線路パターンの特性インピーダンスが高くなっていることを意味している。
図13は、図12(b)における送信帯域の実軸上の反射係数(縦軸)の上段グランド間隔(L1)依存性を説明するための図である。この図に示すように、上段グランド間隔L1が大きくなる程、反射係数が大きくなり耐電力性が向上することが分かる。従来より、パッケージが小型化すると、受信用位相整合用線路パターンを引き回すスペースがなくなるために位相整合用線路パターンが自己共振を起こして反射係数が著しく小さくなるという問題があったが、本発明によればこの問題が解決されることとなる。
図14は、下段グランド間隔L2を一定とし、表2のように上段グランド間隔L1を変化させた場合の送信帯域の反射係数の比較結果を説明するための図であり、図15は、上段グランド間隔L1を一定とし、表3のように下段グランド間隔L2を変化させた場合の送信帯域の反射係数の比較結果を説明するための図である。
Figure 2005318128
Figure 2005318128
図14および図15から、反射係数を大きくするためには、下段グランド間隔L2を広げても効果がなく、上段グランド間隔L1を広げることが効果的であることがわかる。
本発明の分波器は、上段の位相整合用線路パターン132を下段の位相整合用線路パターン133よりも長く設定することで送信帯域の反射係数を大きくすることができる。
図16は、上段の位相整合用線路パターンを下段の位相整合用線路パターンよりも長く設定することの効果を説明するための図で、図16(a)は上段グランド間隔(L1)と下段グランド間隔(L2)を等しく設定した分波器の断面図、図16(b)は位相整合用線路パターン層125上に設けられた第1の位相整合用線路パターン132、および位相整合用線路パターン層/フットパッド層127上に設けられた第2の位相整合用線路パターン133の様子を説明する図、そして図16(c)は位相整合用線路(ストリップライン)の間隔に応じた特性インピーダンスの変動を説明するための図で、横軸はストリップラインの長さを、縦軸は特性インピーダンスを示している。
図16(c)に示すように、上段グランド間隔L1と下段グランド間隔L2が同じ場合でも、第1の位相整合用線路パターン132の方が、第2の位相整合用線路パターン133よりも特性インピーダンスが高い。このため、特性インピーダンスが高い第1の位相整合用線路パターン132の方を、第2の位相整合用線路パターン133よりも長くすることによってトータルの特性インピーダンスは高くなり、送信帯域の反射係数が大きくなり耐電力性が向上する。
本発明の分波器では、第1の位相整合用線路パターン132と、第2の位相整合用線路パターン133との間に、両者の結合を防止するための「べたグランド」を設けることで送信帯域の反射係数を大きくしている。図17は、このような「べたグランド」の効果を説明するための図で、図17(a)および図17(b)はそれぞれ、第1の位相整合用線路パターン132と第2の位相整合用線路パターン133との間に「べたグランド」を設けていない構造の分波器の断面図および第1の位相整合用線路パターン132と第2の位相整合用線路パターン133との間に「べたグランド」を設けた構造の分波器の断面図である。また、図17(c)は、これらの分波器の位相整合用線路(ストリップライン)の間隔に応じた特性インピーダンスの変動を説明するための図で、横軸はストリップラインの長さを、縦軸は特性インピーダンスを示している。さらに、図17(d)は、受信フィルタのみをパッケージに搭載した場合の共通端子側から測定した反射特性を示す図である。
図17(c)および図17(d)に示すように、第1の位相整合用線路パターン132と第2の位相整合用線路パターン133との間に「べたグランド」を設けていない場合には、位相整合用線路パターンの自己結合によって特性インピーダンスが著しく変動し、かつ反射係数も小さくなる。これに対して、本発明の分波器は第1の位相整合用線路パターン132と第2の位相整合用線路パターン133との間に「べたグランド」を設けた構造とされているために、位相整合用線路パターンの自己結合による特性インピーダンスの変動が抑制され、かつ反射係数も大きくなっている。
本発明の分波器では、位相整合用線路パターン132および133を挟む第1乃至第3の3枚の「べたグランド」の面積は、最も上層の「べたグランド」の面積が最小とされ、これによって第1の位相整合用線路パターン132の特性インピーダンスを高くしている。
図18(a)は、3枚の「べたグランド」の各面積Sを、第1(134a)、第2(134b)、第3(134c)のグランドパターンの順に広く設定(S(134a)<S(134b)<S(134c))した本発明の分波器の断面図であり、図18(b)は、この分波器の位相整合用線路(ストリップライン)の間隔に応じた特性インピーダンスの変動を説明するための図で、横軸はストリップラインの長さを、縦軸は特性インピーダンスを示している。なお、比較のために、第1の「べたグランド」の面積および第3の「べたグランド」の面積を図18(a)に示した分波器のそれと同じとし、第2の「べたグランド」の面積を第1の「べたグランド」の面積と等しく設定した分波器の特性インピーダンスの変動の様子を同時に示してある。
この図に示すように、第1の「べたグランド」の面積を最も狭く設定することにより第1の位相整合用線路パターン132の容量性を小さくでき、これにより特性インピーダンスを高くすることができる。また、この結果、送信帯域の反射係数を大きくすることができ、耐電力性が向上する。このような「べたグランド」の面積設定は、デバイスの高さを大きくすることなく位相整合用線路パターンの特性インピーダンスを高くすることを可能とするため、デバイスの低背化に極めて有効である。なお、第2の「べたグランド」を最も狭く設定すると、第1の位相整合用線路パターンと第2の位相整合用線路パターンとの間で自己結合が起こる可能性があるため得策ではない。このように、本発明の分波器では、3枚の「べたグランド」の面積のうち、最も下側の「べたグランド」の面積を最も広く設定しているため、外部ノイズに対して強い分波器となる。
これまでは、本発明の分波器は、チップとパッケージとがワイヤ接続されて実装されているものとして説明してきたが、図19に示す分波器300のように、チップ129と積層パッケージ320とをバンプ145で接続して実装するフェースダウン方式(フリップチップ方式)の分波器としてもよいことはいうまでもない。この場合には、受信用の位相整合用線路パターンは、位相整合用線路パターン層125とは別に新たに設けた受信用位相整合用線路パターン層325a、325bに配置すればよい。なお、この図においてダイアタッチ層124の直下に設けられている層はグランド層324である。
図20は、上記分波器100又は200を備えた電子装置(ここでは、携帯電話用の高周波用装置の例)のブロック図である。この電子装置は携帯電話であって、図20はその送受信系を示している。携帯電話の音声処理系などその他の構成は、便宜上省略してある。
携帯電話は、RF部270、変調器271及びIF(中間周波数)部272を有する。RF部はアンテナ273、分波器274、ローノイズアンプ283、段間フィルタ284、ミキサ(乗算器)275、局部発振器276、段間フィルタ277、ミキサ(乗算器)278、段間フィルタ279及びパワーアンプ280を有する。音声処理系からの音声信号は変調器271で変調され、RF部270のミキサ278で局部発振器276の発振信号を用いて周波数変換(混合)される。ミキサ278の出力は段間フィルタ279及びパワーアンプ280を通り、分波器274に与えられる。
分波器274は、送信フィルタ2741と、受信フィルタ274と、図示を省略してある位相整合用回路とを有する分波器100又は200である。パワーアンプ280からの送信信号は、分波器274を通りアンテナ273に供給される。アンテナ273からの受信信号は、分波器274の受信フィルタ274を通り、ローノイズアンプ283、段間フィルタ284を経て、ミキサ275に与えられる。ミキサ275は、局部発振器276の発振周波数を段間フィルタ277を介して受け取り、受信信号の周波数を変換して、IF部272に出力する。IF部272は、この信号をIFフィルタ281を介して受け取り、復調器282で復調して図示しない音声処理系に復調した音声信号を出力する。
図20に示す通信装置は、本発明の分波器を具備しているため、優れたフィルタ特性を持った小型の通信装置を提供することができる。
以上本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態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。
本発明は、小型で特性の安定した分波器及びこれを用いた電子装置を提供する。
分波器の構成を示すブロック図である。 分波器の周波数特性を示す図である。 本発明の一実施形態に係る分波器を説明するための図である。 キャップを取り外した分波器の平面図である。 図3に示す分波器の積層パッケージを分解した各層を示す図である。 図5に示した本発明の分波器の各層の構成との比較のために従来の各層の構成を示す図である。 ワイヤボンディングパッド層で位相整合用の線路パターンの引き回しのない層構成とした本発明の分波器の挿入損失特性を示す図である。 受信用位相整合用線路パターンと位相整合用線路パターンとの間にグランドパターンを配置した本発明の分波器の挿入損失特性を示す図である。 位相整合用線路パターンを上下で挟む「べたグランド」を接続するグランドビアを配置した効果を説明するための図である。 ワイヤボンディングパッド層において、送信用グランドと受信用グランドとを接続させた効果を説明するための図である。 本発明の本実施形態に係る分波器を変形した構成を示す断面図である。 位相整合用線路パターンの特性インピーダンスの違いによる送信帯域の反射係数について説明するための図である。 図12(b)における送信帯域の実軸上の反射係数の上段グランド間隔依存性を説明するための図である。 下段グランド間隔を一定とし、上段グランド間隔L1を変化させた場合の送信帯域の反射係数の比較結果を説明するための図である。 上段グランド間隔を一定とし、下段グランド間隔を変化させた場合の送信帯域の反射係数の比較結果を説明するための図である。 上段の位相整合用線路パターンを下段の位相整合用線路パターンよりも長く設定することの効果を説明するための図である。 「べたグランド」の効果を説明するための図である。 本発明の分波器の位相整合用線路(ストリップライン)の間隔に応じた特性インピーダンスの変動を説明するための図である。 チップと積層パッケージとをバンプで接続して実装するフェースダウン方式(フリップチップ方式)の本発明の分波器の構成を説明するための図である。 本発明の分波器を備えた電子装置のブロック図である。
符号の説明
100 分波器
120 積層パッケージ
121 キャップ搭載層
122 ワイヤボンディングパッド層
123a 第1のキャビティ層
123b 第2のキャビティ層
124 ダイアタッチ層
125 位相整合用線路パターン層
126 グランド層
127 位相整合用線路パターン層/フットパッド層
128 キャップ
129 フィルタチップ
130 導電性接着剤
131 フットパッド
132 第1の位相整合用線路パターン
133 第2の位相整合用線路パターン
134 グランドパターン
135 接続路

Claims (12)

  1. 異なる帯域中心周波数を有する2つの弾性表面波フィルタと、該2つの弾性表面波フィルタ同士の位相を整合させる位相整合用回路とを備え、
    前記弾性表面波フィルタと送信端子間または/および前記弾性波表面フィルタと受信端子間で、かつ、周囲のグランドパターンで規定された範囲内で、前記弾性表面波フィルタとの接続用パッドが設けられているボンディング層を含む複数の層から構成されているパッケージの2層以上の層にわたって引き回されている線路パターンを有し、
    当該線路パターンは、前記ボンディング層における引き回しを持たないことを特徴とする分波器。
  2. 前記線路パターンは、前記ボンディング層の直下に位置する層における引き回しを有しないことを特徴とする請求項1に記載の分波器。
  3. 前記線路パターンは、前記パッケージの3層以上にわたる引き回しがなされており、かつ、前記線路パターン同士を遮る面状のグランドを有しないことを特徴とする請求項1に記載の分波器。
  4. 異なる帯域中心周波数を有する2つの弾性表面波フィルタと、該2つの弾性表面波フィルタ同士の位相を整合させる位相整合用回路とを備え、
    送信用位相整合用線路パターンと前記位相整合用回路間または/および受信用位相整合用線路パターンと前記位相整合用回路間に、グランドパターンが設けられていることを特徴とする分波器。
  5. 前記グランドパターンは、複数のグランドビアに接続されていることを特徴とする請求項4に記載の分波器。
  6. 異なる帯域中心周波数を有する第1および第2の2つの弾性表面波フィルタと、該2つの弾性表面波フィルタ同士の位相を整合させる位相整合用回路とを備え、
    ボンディング層に設けられた前記第1の弾性表面波フィルタ用グランドと前記第2の弾性表面波フィルタ用グランドとは、当該ボンディング層で接続していることを特徴とする分波器。
  7. 異なる帯域中心周波数を有する第1および第2の2つの弾性表面波フィルタと、該2つの弾性表面波フィルタ同士の位相を整合させる位相整合用回路とを備え、
    前記位相整合用回路を構成する第1の位相整合用線路パターンが形成された第1の位相整合用パターン層と、当該第1の位相整合用パターン層よりも下段に位置し前記位相整合用回路を構成する第2の位相整合用線路パターンが形成された第2の位相整合用パターン層と、前記第1の位相整合用パターン層よりも上段に位置する第1のグランド層と、前記第1および第2の位相整合用パターン層の間に位置する第2のグランド層と、前記第2の位相整合用パターン層よりも下段に位置する第3のグランド層とを有し、
    前記第1乃至第3のグランド層にはそれぞれにグランドパターンが設けられており、前記第1と第2のグランド層に設けられたグランドパターンの間隔が、前記第2と前記第3のグランド層に設けられたグランドパターンの間隔よりも長いことを特徴とする分波器。
  8. 異なる帯域中心周波数を有する第1および第2の2つの弾性表面波フィルタと、該2つの弾性表面波フィルタ同士の位相を整合させる位相整合用回路とを備え、
    前記位相整合用回路を構成する第1の位相整合用線路パターンが形成された第1の位相整合用パターン層と、当該第1の位相整合用パターン層よりも下段に位置し前記位相整合用回路を構成する第2の位相整合用線路パターンが形成された第2の位相整合用パターン層と、前記第1の位相整合用パターン層よりも上段に位置する第1のグランド層と、前記第1および第2の位相整合用パターン層の間に位置する第2のグランド層と、前記第2の位相整合用パターン層よりも下段に位置する第3のグランド層とを有し、
    前記第1乃至第3のグランド層にはそれぞれにグランドパターンが設けられており、前記第1の位相整合用線路パターンは前記第2の位相整合用線路パターンよりも長いことを特徴とする分波器。
  9. 前記グランドパターンは、面状のグランドのパターンであることを特徴とする請求項7または8に記載の分波器。
  10. 前記3つの面状のグランドのパターンは、最上段の面状のグランドパターンの面積が最小であることを特徴とする請求項9に記載の分波器。
  11. 前記3つの面状のグランドのパターンは、最下段の面状のグランドパターンの面積が最大であることを特徴とする請求項10に記載の分波器。
  12. アンテナと、当該アンテナに接続された分波器と、当該分波器に接続された送信系回路および受信系回路とを備え、前記分波器は、請求項1乃至11の何れかに記載の分波器であることを特徴とする電子装置。
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