JP2017022744A - 弾性波フィルタ及びモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】小型化可能、かつ、周波数特性の改善が可能な弾性波フィルタ及びモジュールを提供する。【解決手段】弾性波フィルタ１００は、圧電基板１８と、圧電基板上に設けられ、複数のＩＤＴ２０を有し並列接続された多重モードフィルタ（ＤＭＳ）１４、１６と、前記圧電基板上に設けられ、複数のＩＤＴとの間に空洞が形成されるように、複数のＩＤＴを覆う樹脂部と、封止部に設けられ、複数のＩＤＴとの間に空洞が形成されるように、複数のＩＤＴのうち少なくとも２つの上に共通に設けられ、複数のＩＤＴと電気的に接続された金属層（天井２６ａ、２６ｂ）と、前記金属層内の領域であって前記少なくとも２つのＩＤＴ上のそれぞれの領域をそれぞれ接地するインダクタンス手段Ｌ１、Ｌ２と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は弾性波フィルタ及びモジュールに関する。

携帯電話などの通信機器に搭載されるフィルタ及びデュプレクサとして、弾性表面波（Surface Acoustic Wave：ＳＡＷ）デバイスなどの弾性波フィルタが用いられる。弾性波フィルタには、抑圧帯域における高い抑圧度と、通過帯域における低損失とが求められる。特許文献１には、ダブルモードＳＡＷフィルタ（ＤＭＳ：Double Mode SAW filter）と１ポート共振器とを接続した弾性波フィルタが記載されている。特許文献２には、ＳＡＷフィルタを含むチップをパッケージに実装する技術が記載されている。特許文献３には、ＳＡＷフィルタが備えるＩＤＴ（Interdigital Transducer：櫛型電極）を樹脂により封止する技術が記載されている。特許文献４には、ＩＤＴ上に金属の天板を設けた技術が記載されている。

特開２０１０−２３３２６７号公報 特開２００５−３１８３０７号公報 特開平９−３２６４４７号公報 特開２０１０−１５７９５６号公報

弾性波フィルタには小型化が要求されている。複数のＩＤＴ上の天井を共通化することにより、弾性波フィルタの小型化が可能である。しかし、天井同士のショートを抑制するために、ＩＤＴごとに天井を設けることがある。例えば弾性波フィルタの周波数特性を改善するために、インダンクタを介して天井を接地することがある。このとき、天井ごとに異なる電位であることが求められるため、この場合、弾性波フィルタの小型化が困難となる。本発明は上記課題に鑑み、小型化、及び周波数特性の改善が可能な弾性波フィルタ及びモジュールを提供することを目的とする。

本発明は、ＩＤＴを有し、並列接続された複数の多重モードフィルタと、前記ＩＤＴとの間に空洞が形成されるように前記複数の多重モードフィルタのうち少なくとも２つの上に一体として設けられ、前記複数の多重モードフィルタと電気的に接続され、金属により形成された天井と、前記天井と電気的に接続され、前記少なくとも２つの多重モードフィルタの上に位置する少なくとも２つの端子と、を具備する弾性波フィルタである。

上記構成において、前記少なくとも２つの端子のそれぞれはインダクタを介して接地される構成とすることができる。

上記構成において、少なくとも２つの前記インダクタは異なるインダクタンスを有する構成とすることができる。

上記構成において、前記複数のＤＭＳと入力端子及び出力端子との間の少なくとも一方に接続された共振器を具備する構成とすることができる。

上記構成において、前記端子が露出するように前記天井の上に設けられた封止部を具備する構成とすることができる。

本発明は、前記インダクタを有し、かつ上記の弾性波フィルタが実装される基板を具備するモジュールである。

本発明によれば、小型化、及び周波数特性の改善が可能な弾性波フィルタ及びモジュールを提供することができる。

図１は比較例に係る弾性波フィルタを例示する平面図である。 図２は弾性波フィルタから天井を取り除いた構成を例示する平面図である。 図３（ａ）は弾性波フィルタを例示する断面図である。図３（ｂ）は弾性波フィルタの回路図である。 図４は実施例１に係る弾性波フィルタを例示する平面図である。 図５は弾性波フィルタから天井を取り除いた構成を例示する平面図である。 図６（ａ）は弾性波フィルタを例示する断面図である。図６（ｂ）はモジュールを示す断面図である。 図７はモジュールの回路図である。 図８（ａ）及び図８（ｂ）は周波数特性のシミュレーション結果を示すグラフである。 図９は支柱及び天井を例示する斜視図である

まず比較例について説明する。図１は比較例に係る弾性波フィルタ１００Ｒを例示する平面図である。図１における破線は天井２６下の支柱２４及びパッドを表す。図２は弾性波フィルタ１００Ｒから天井２６を取り除いた構成を例示する平面図である。図３（ａ）は弾性波フィルタ１００Ｒを例示する断面図であり、図１の線Ａ−Ａに沿った断面を示している。Ｘ方向はＩＤＴ２０の電極指の延びる方向である。Ｙ方向は電極指の配列方向である。Ｚ方向は圧電基板１８の厚さ方向である。これらの方向は、図４及び図９に示す同方向と対応している。

図１から図３（ａ）に示すように、弾性波フィルタ１００Ｒは、１ポート型の共振器１０及び１２、ＤＭＳ１４及び１６を備える。共振器１０及び１２、ＤＭＳ１４及び１６は、圧電基板１８、圧電基板１８上に設けられたＩＤＴ２０及び反射器２２を有する。共振器１０に含まれるＩＤＴ２０のうち一方には入力パッドＩｎ１が電気的に接続されている。共振器１２のＩＤＴ２０のうち一方には出力パッドＯｕｔ１が電気的に接続されている。共振器１０と共振器１２との間には、ＤＭＳ１４及び１６が並列接続されている。ＤＭＳ１４に含まれる１つのＩＤＴ２０には接地パッドＧＮＤ１ａが接続されている。ＤＭＳ１６に含まれる１つのＩＤＴ２０には接地パッドＧＮＤ２ａが接続されている。ＤＭＳ１６の２つのＩＤＴ２０は支柱２１を介して天井２０ａ及び２０ｂと接続されている。ＩＤＴ２０に電圧が印加されるとＩＤＴ２０は弾性波を励振する。反射器２２は弾性波の進行方向に沿って、ＩＤＴ２０の両側に設けられ、弾性波をＩＤＴ２０に向けて反射する。弾性波フィルタ１００ＲはＳＡＷフィルタである。

圧電基板１８上には、共振器１０及び１２、ＤＭＳ１４及び１６のそれぞれを囲むように支柱２４が設けられている。ＤＭＳ１４とＤＭＳ１６との間には２つの支柱２４が設けられている。共振器１０及び１２、ＤＭＳ１４及び１６のそれぞれの上には天井２６が設けられている。支柱２４は天井２６を支える。ＩＤＴ２０と天井２６との間、及び反射器２２と天井２６との間には空洞が形成されているため、弾性波の励振は妨げられない。複数の天井２６のうち、ＤＭＳ１４上のものを天井２６ａ、ＤＭＳ１６上のものを天井２６ｂとする。共振器１０上の天井２６は入力パッドＩｎ１、及び入力端子Ｉｎ２と接続されている。共振器１２上の天井２６は出力パッドＯｕｔ１及び出力端子Ｏｕｔ２と接続されている。天井２６ａは接地パッドＧＮＤ１ａ及び接地端子ＧＮＤ１ｂと接続されている。天井２６ｂは接地パッドＧＮＤ２ａ及び接地端子ＧＮＤ２ｂと接続されている。入力端子Ｉｎ２、出力端子Ｏｕｔ２は天井２６上に設けられ、接地端子ＧＮＤ１ｂは天井２６ａ上、接地端子ＧＮＤ２ｂは天井２６ｂ上に設けられている。天井２６上には、各端子が露出するように封止部２８が設けられている。

圧電基板１８は例えばタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）又はニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）などの圧電体により形成されている。ＩＤＴ２０及び反射器２２は例えばアルミニウム（Ａｌ）などの金属により形成されている。天井２６及び支柱２４は例えば銅（Ｃｕ）などの金属により形成されている。支柱２４の幅Ｙ１は例えば２０μｍである。封止部２８は例えばエポキシ樹脂などの絶縁体により形成されている。

入力端子Ｉｎ２に高周波（Radio Frequency：ＲＦ）信号が入力される。ＲＦ信号は入力パッドＩｎ１を介して共振器１０に入力される。ＲＦ信号のうち、周波数が弾性波フィルタ１００Ｒの通過帯域内の信号が弾性波フィルタ１００Ｒを通過し、出力パッドＯｕｔ１を介して出力端子Ｏｕｔ２から出力される。

図３（ｂ）は弾性波フィルタ１００Ｒの回路図である。図３（ｂ）に示す破線は天井２６、２６ａ及び２６ｂを表す。天井２６ａと交わる黒丸は接地パッドＧＮＤ１ａ及び接地端子ＧＮＤ１ｂを表す。天井２６ｂと交わる黒丸は接地パッドＧＮＤ２ａ及び接地端子ＧＮＤ２ｂを表す。

天井２６ａは接地端子ＧＮＤ１ｂを介してインダクタＬ１と接続される。ＤＭＳ１４は天井２６ａ及びインダクタＬ１を介して接地される。天井２６ｂは接地端子ＧＮＤ２ｂを介してインダクタＬ２と接続される。ＤＭＳ１６は天井２６ｂ及びインダクタＬ２を介して接地される。インダクタＬ１のインダクタンスをＬ_１、インダクタＬ２のインダクタンスをＬ_２とする。インダクタスＬ_１及びＬ_２のインダクタンスを調節することにより、弾性波フィルタ１００Ｒの周波数を改善することができる。

天井２６ａと天井２６ｂとには互いに異なるインダクタが接続されるため、天井２６ａの電位と天井２６ｂの電位とを異ならせる。従って、天井２６ａと天井２６ｂとを絶縁させる。このため、天井２６ａと天井２６ｂとの間に距離Ｄを確保する必要がある。従って、弾性波フィルタ１００Ｒの小型化が困難となる。距離Ｄは例えば２５μｍ、弾性波フィルタ１００Ｒの幅Ｙ２は例えば７００μｍである。弾性波フィルタ１００ＲのサイズはＸ１×Ｙ２＝１０００μｍ×７００μｍである。次に実施例１について説明する。

実施例１は天井２６ａと天井２６ｂとを一体化した例である。図４は実施例１に係る弾性波フィルタ１００を例示する平面図である。図５は弾性波フィルタ１００から天井を取り除いた構成を例示する平面図である。図６（ａ）は弾性波フィルタ１００を例示する断面図であり、図４の線Ａ−Ａに沿った断面を示している。

図４から図６（ａ）に示すように、ＤＭＳ１４及び１６の上に１つの天井２６ｃが設けられている。天井２６ｃを支える複数の支柱２４は、ＤＭＳ１４及び１６が備えるＩＤＴ２０及び反射器２２を囲むように配置されている。天井２６ｃは接地パッドＧＮＤ１ａ及び支柱２１を介してＤＭＳ１４のＩＤＴ２０と接続され、接地パッドＧＮＤ２ａ及び支柱２１を介してＤＭＳ１６のＩＤＴ２０と接続されている。天井２６ｃのＤＭＳ１４と重なる位置には接地端子ＧＮＤ１ｂが接続され、ＤＭＳ１６と重なる位置には接地端子ＧＮＤ２ｂが接続されている。

実施例１によれば、ＤＭＳ１４及び１６上の天井が一体化されている。このため、図１及び図２における距離Ｄを確保しなくてよい。またＤＭＳ１４とＤＭＳ１６との間には支柱２４は１つでよい。このため、ＤＭＳ１４とＤＭＳ１６との間隔を小さくすることができる。弾性波フィルタ１００の幅Ｙ３は６５５μｍであり、比較例における幅Ｙ２に比べ、距離Ｄ（＝２５μｍ）と支柱２４の幅Ｙ１（＝２０μｍ）との合計である４５μｍ小さい。

弾性波フィルタ１００を含むモジュール１１０について説明する。図６（ｂ）はモジュール１１０を示す断面図である。

図６（ｂ）に示すように、モジュール１１０の基板３０は、下から順に絶縁層３２及び３４が積層されて形成される多層基板である。絶縁層３２の下面に金属層３６、絶縁層３２と絶縁層３４との間に金属層３８、絶縁層３４の上面に金属層４０が設けられている。金属層間は、絶縁層を貫通するビア配線４２により電気的に接続されている。接地端子ＧＮＤ１ｂ及びＧＮＤ２ｂは、金属層３６及び３８、並びにビア配線４２を介して金属層４０と接続される。絶縁層３２及び３４は例えばガラスエポキシ又はセラミックなどの絶縁体により形成されている。金属層３６、３８及び４０並びにビア配線４２は例えばＣｕなどの金属により形成されている。

図７はモジュール１１０の回路図である。図７に示すように、天井２６ｃは接地端子ＧＮＤ１ｂを介してインダクタＬ１と接続され、接地端子ＧＮＤ２ｂを介してインダクタＬ２と接続される。インダクタＬ１は接地端子ＧＮＤ１ｂと金属層４０とを接続する金属層３６及び３８、並びにビア配線４２により生成される。インダクタＬ２は接地端子ＧＮＤ２ｂと金属層４０とを接続する金属層３６及び３８、並びにビア配線４２により生成される。つまり基板３０がインダクタＬ１及びＬ２を備える。

インダクタＬ１とインダクタＬ２とは天井２６ｃを通じて電気的に接続されている。しかし天井２６ｃはインダクタ成分を有する。このため、ＲＦ信号に対してはインダクタＬ１とインダクタＬ２とは同電位にならない。すなわち、別の天井２６ａ及び２６ｂにインダクタを接続した弾性波フィルタ１００Ｒの例と同様に、インダクタンスＬ_１はＤＭＳ１４の共振特性に、インダクタンスＬ_２はＤＭＳ１６の共振特性に影響を与える。インダクタンスＬ_１及びＬ_２により弾性波フィルタ１００の周波数特性が変化する。

次に周波数特性について説明する。インダクタンスＬ_１及びＬ_２を変え、周波数特性のシミュレーションを行った。シミュレーションに用いたパラメータは以下の通りである。
天井２６及び２６ｃの厚さ：２０μｍ、
支柱２４の高さ：５μｍ
支柱２４の幅：２０μｍ
弾性波フィルタ１００の通過帯域：１７１０〜１７５５ＭＨｚ（Ｗ−ＣＤＭＡ Ｂａｎｄ４の送信帯域）

図８（ａ）及び図８（ｂ）は周波数特性のシミュレーション結果を示すグラフである。横軸は周波数、縦軸は挿入損失を表す。

図８（ａ）の破線はＬ_１＝０．１ｎＨ、Ｌ_２＝０ｎＨの例である。つまり天井２６ｃにはインダクタＬ１が接続され、インダクタＬ２は接続されない。実線はＬ_１＝０．２ｎＨ、Ｌ_２＝０．２ｎＨの例である。両方の例において、Ｌ１及びＬ２の合成インダクタンスは０．１ｎＨである。しかし、図８（ａ）に示すように、周波数特性は異なる。つまり、合成インダクタが同一でも、天井２６ｃの異なる位置にインダクタを接続することで、周波数特性が変化する。このことは、ＲＦ信号に対して、インダクタＬ１及びＬ２は同電位にならないことを示している。

図８（ｂ）の破線はＬ_１＝０ｎＨ、Ｌ_２＝０．０４２８５７ｎＨの例である。実線はＬ_１＝０．０５ｎＨ、Ｌ_２＝０．３ｎＨの例である。両方の例において合成インダクタンスは０．０４２８５７ｎＨである。破線の例と比較して、実線の例において周波数特性が改善している。特に低周波数側の抑圧度が大きくなっている。１５７０ＭＨｚ付近において減衰極が生成されている。このように、インダクタンスＬ_１及びＬ_２を調整することにより、周波数特性を改善することが可能である。

実施例１によれば、小型化、及び周波数特性の改善が可能である。インダクタンスＬ_１及びＬ_２を調整することにより、所望の周波数特性を得ることができる。例えば図８（ｂ）のように、ＧＰＳ（Global Positioning System：全地球型測位システム）に使用される周波数である１５７０ＭＨｚ付近に減衰極を生成することが可能である。インダクタンスＬ_１及びＬ_２の調整により、他の周波数に減衰極を生成すること、及び高周波数側の抑圧度を大きくすることも可能である。

図９は支柱２４及び天井２６ｃを例示する斜視図である。図９中のＸ、Ｙ及びＺ方向は、図１及び図４に示した同方向と対応している。Ｘ２は支柱２４及び天井２６ｃのＸ方向の長さである。Ｙ４は天井２６ｃのＹ方向の幅である。Ｚ１は支柱２４の高さである。Ｚ２は天井２６ｃの厚さである。支柱２４及び天井２６ｃの寸法を変更し、インダクタンスを計算した。支柱２４及び天井２６ｃはＣｕにより形成されているとした。支柱２４のインダクタンスとはＺ方向のインダクタンスである。天井２６ｃのインダクタンスとはＹ方向のインダクタンスである。

表１は支柱２４の寸法、及びインダクタンスの計算結果を示す表である。表２は天井２６ｃの寸法、及びインダクタンスの計算結果を表す表である。

表１に示すように、支柱２４のインダクタンスは０．００１６２ｎＨ以下であり、非常に小さい。従って支柱２４のインダクタンスは周波数特性にほとんど影響を与えない。表２に示すように、天井２６ｃは０．１ｎＨ以上のような大きなインダクタンスを有することがある。従って、実施例１のように複数のインダクタンスを接続することで、周波数特性の改善が可能となる。

長さＸ２は電極指の開口長に応じて変更することができる。幅Ｙ４は電極指の幅、ピッチ及び本数などに応じて変更することができる。高さＺ１はＩＤＴ２０が振動する空間を確保できる程度の大きさであればよい。厚さＺ２は例えば天井２６ｃがつぶれない程度の大きさであればよい。

実施例１は２つのＤＭＳが並列接続されている例である。複数のＤＭＳが並列接続されていればよく、ＤＭＳは３つ以上でもよい。天井２６ｃは少なくとも２つのＤＭＳの上に一体として設けられ、かつ電気的に接続される。接地端子は少なくとも２つのＤＭＳの上に設けられ、それぞれインダクタに接続される。複数のインダクタは等しいインダクタンスを有してもよいし、互いに異なるインダクタンスを有してもよい。インダクタンスを調整し異なる値とすることにより、周波数特性を最適化することができる。

共振器１０及び１２は、通過帯域近傍の抑圧度を高める。ＤＭＳ１４及び１６と入力端子Ｉｎ２との間、ＤＭＳ１４及び１６と出力端子Ｏｕｔ２との間の少なくとも一方に共振器が設けられていればよい。共振器１０及び１２の周波数特性は、所望する弾性波フィルタ１００の周波数特性に応じて変更可能である。実施例１は入力及び出力がアンバランス型の例である。入力及び出力の少なくとも一方をバランス型としてもよい。例えばＤＭＳ１４及び１６それぞれの入力側又は出力側に１つずつ共振器を接続し、各共振器に入力端子又は出力端子を接続する。

本実施例はＤＭＳ以外の多重モードフィルタを用いてもよい。弾性波フィルタ１００はＳＡＷフィルタ以外に、弾性境界波フィルタ及びラブ波フィルタなどのように、ＩＤＴ上に天井を設ける弾性波フィルタでもよい。図６（ｂ）に示したように、インダクタＬ１及びＬ２は基板３０の配線として形成されてもよい。また例えば天井２６ｃから２つのワイヤを引き出してもよい。ワイヤのインダクタ成分がＬ_１及びＬ_２となる。天井２６ｃにチップインダクタなどを接続してもよい。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例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。

１０、１２ 共振器
１４、１６ ＤＭＳ
１８ 圧電基板
２０ ＩＤＴ
２１．２４ 支柱
２２ 反射器
２６、２６ａ、２６ｂ、２６ｃ 天井
１００ 弾性波フィルタ
１１０ モジュール
ＧＮＤ１ａ、ＧＮＤ２ａ 接地パッド
ＧＮＤ１ｂ、ＧＮＤ２ｂ 接地端子
Ｌ１、Ｌ２ インダクタ

Claims (7)

1. 圧電基板と、
   圧電基板上に設けられ、複数のＩＤＴを有し並列接続された多重モードフィルタと、
   前記圧電基板上に設けられ、前記複数のＩＤＴとの間に空洞が形成されるように、前記複数のＩＤＴを覆う樹脂部と、
   前記樹脂部に設けられ、前記複数のＩＤＴのうち少なくとも２つの上に共通に設けられ、前記複数のＩＤＴと電気的に接続された金属層と、
   前記金属層内の領域であって前記少なくとも２つのＩＤＴ上のそれぞれの領域をそれぞれ接地するインダクタンス手段と、
   を備える弾性波フィルタ。
2. 少なくとも２つの前記インダクタンス手段は異なるインダクタンスを有することを特徴とする請求項１記載の弾性波フィルタ。
3. 前記複数のＩＤＴと入力端子及び出力端子との間の少なくとも一方に接続された共振器を備えることを特徴とする請求項１または２記載の弾性波フィルタ。
4. 前記金属層上に設けられた少なくとも２つの端子をさらに備え、
   前記少なくとも２つの端子はそれぞれ前記インダクタンス手段を介し接地されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の弾性波フィルタ。
5. 前記少なくとも２つの端子は、前記樹脂部から露出することを特徴とする請求項４記載の弾性波フィルタ。
6. 前記樹脂部上に設けられ、前記樹脂部とは異なる層である絶縁層を備え、
   前記インダクタンス手段は、前記絶縁層内に設けられた金属層により形成される請求項５記載の弾性波フィルタ。
7. 前記インダクタンス手段を有し、かつ請求項１から６のいずれか一項記載の弾性波フィルタが実装される基板を具備することを特徴とするモジュール。
   

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