JP2009182368A - Duplexer - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a duplexer as an electronic device, and more particularly to a duplexer using a thin film bulk acoustic wave resonator (FBAR) filter constituted by a thin film bulk acoustic wave resonator (FBAR).
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。 In recent years, development of small communication devices represented by mobile phones has been actively promoted. These small communication devices use a transmission / reception switch for branching transmission / reception signals, and in order to reduce the size and performance of the device, the transmission / reception switch is also required to be small and high in performance. In recent wireless communication, the high frequency band is often used, and the use of a thin film bulk acoustic wave resonator (FBAR) filter capable of controlling the use frequency by changing the thickness of the piezoelectric region is being studied. .
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)。 Usually, the reception filter and the transmission filter of the duplexer need to control the phase at a predetermined frequency. Therefore, in a duplexer using a thin film bulk acoustic wave resonator (FBAR) filter, a 90 ° phase shifter is conventionally connected in series between the reception filter and the antenna terminal as shown in FIG. reference).
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。 The use of a 90 ° phase shifter as a phase matching circuit is a problem in miniaturization such as an increase in package thickness and an increase in mounting area.
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。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and is a small-sized transmission / reception switching using a thin film bulk acoustic wave resonator (FBAR) filter in which the thickness and mounting area of the package are reduced by changing the phase matching circuit. The purpose is to provide a vessel.
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。 The present invention is connected to a reception filter including a first terminal and a second terminal, a transmission filter including a third terminal and a fourth terminal, and the first terminal and the third terminal. A transmission / reception switch having a plurality of antenna terminals, wherein the reception filter and the transmission filter are ladder filters each having a thin film bulk acoustic wave resonator, the first terminal, the third terminal, and the antenna terminal Is connected to a transmission line connecting one end of the phase matching inductor, one end of which is connected to the ground, and the reception filter and the transmission filter have a real part value of 1 in their passbands. The imaginary part of the admittance value has the same value in four bands of the pass band and stop band of the reception filter and the pass band and stop band of the transmission filter. About duplexer, characterized in that in the four bands is a filter that has a capacitive.
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。 According to the present invention, the package can be downsized by reducing the thickness of the package and the length of the phase matching circuit.
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。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of a duplexer according to the present invention. The duplexer of the present invention comprises a receiving thin film bulk acoustic
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。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view for explaining the structure of the thin film bulk
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。
As the
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。
For the
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。
For the
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。
As the
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。
The thin film bulk
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。
The
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。
Next, a method for manufacturing the thin film bulk
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。
The thin film bulk acoustic wave resonator FBAR11 having the
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。
The
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。
The
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。
In the duplexer according to the present invention, as shown in FIG. 1, the
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。
The
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。
The phase matching inductor 9 may be provided in a package in a line pattern or may be a concentrated inductor. By providing the phase matching inductor 9, phase matching is achieved. For example, FIG. 7 is an admittance diagram of the reception thin film bulk
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。
The reception thin film bulk acoustic
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。
Furthermore, the reception thin film bulk acoustic
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。
The reception thin film bulk acoustic
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。
By using the reception thin film bulk
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。
9A is an LTCC board interior view of a conventional duplexer using the 90 °
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。
In the conventional transmission / reception switching device shown in FIG. 2, the 90 °
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。 On the other hand, as shown in FIG. 1, a duplexer according to the present invention using a phase matching inductor 9 having one end grounded to the ground was prepared. The LTCC board which comprises one Embodiment of the duplexer of this invention is as shown in FIG.9 (b). As shown in FIG. 9B, when installed as the phase matching inductor 9 formed of the inner layer pattern on the LTCC substrate, the line length can be configured with 6.0 mm, and no ground pattern is required on the upper and lower surfaces, so the LTCC substrate. Thus, a thin and small duplexer with a thickness of 0.3 mm could be provided.
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。
Further, the reception thin film bulk acoustic
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。
FIG. 10 is an admittance chart characteristic diagram of the receiving thin film bulk acoustic
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。
12 and 13 are admittance chart characteristics diagrams of the transmission thin film bulk acoustic
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。
In FIG. 12, the real part of the admittance value is 1 at a certain frequency in the
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。
In FIG. 13, the real part of the admittance value of the
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。
Further, as the reception thin film bulk acoustic
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
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