JP3778902B2 - 分波器及び電子装置 - Google Patents

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    • H04B1/52Hybrid arrangements, i.e. arrangements for transition from single-path two-direction transmission to single-direction transmission on each of two paths or vice versa

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、弾性表面波フィルタを用いた分波器に関する。
【0002】
【従来の技術】
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帯と1.5GHz〜2.0GHz帯と多岐にわたっている。
【0003】
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、ディジタルの時間分割変調方式(TDMA)とコード分割変調方式(CDMA)との併用、又はデュアルバンド(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フィルタなどの部品も高機能化が求められ、いろいろな開発がなされている。他方、多機能化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。
【0004】
高機能端末におけるアンテナ分波器は、誘電体又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ある。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。
【0005】
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位相整合用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及び受信用フィルタチップを搭載し位相整合用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。
【0006】
今後、更なる小型化が要求されているが、その小型化のためには、特許文献1に記載したような多層セラミクスパッケージを用いた構造を用いること、さらにはひとつのチップ上に2つのフィルタを形成することやワイヤ接続を用いないフリップチップ実装技術の適用等が今後行われることは必須である。いずれの場合においても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と2つのフィルタを用いて分波器を構成する場合の位相整合用回路は必要となる。
【0007】
更なる小型化をするためには、弾性表面波フィルタのチップとパッケージの接続は、ワイヤボンディング方式からフェイスダウン方式にする必要がある。
ワイヤボンディング方式は、ワイヤボンディングパッドの面積分とワイヤとキャップの接触防止のため、外形と高さが大きくなってしまう欠点がある。そこで、特許文献2や特許文献3に記載の技術が提案されているが、分波器デバイスで重要な相手側帯域の抑圧に関しては何ら考慮されていない(約−40〜−50dBは必要)。これは、並列共振器とグランドとの間のインダクタンス(並列共振器のグランド・インダクタンス)について考慮していないためである。
【0008】
特許文献4は、グランド層に挟まれた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おり、ストリップラインの特性インピーダンスを外部回路の特性インピーダンスよりも大きくしたものである。しかし、この方式では、特性インピーダンスを外部回路よりも高く保つために、ストリップラインとこの上下に有るグランドとの間隔を離さなければならず、小型化に反している。また、位相整合用の線路を挟むグランドは、フッドパッドよりも上方に設けられているため、パッケージの高さを低くする考慮がなされていない。
【0009】
【特許文献1】
特開平10−126213号公報
【特許文献2】
特開平11−26623号公報
【特許文献3】
特開2003−101385号公報
【特許文献4】
特開平8−18393号公報
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明は分波器において、帯域外抑圧度を向上させつつ小型化を可能にすることを課題とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、請求項1に記載のように、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パッケージに収容した分波器において、前記弾性表面波フィルタのチップをフェースダウン状態でパッケージのダイアタッチ層に実装し、前記ダイアタッチ層及び前記ダイアタッチ層の下層に、インダクタンスを形成するグランド線路パターンを有し、前記グランド線路パターンは送信側のグランド線路パターンを含み、該送信側のグランド線路パターンは最下層に形成されたフットパッドだけで共通化されている。ダイアタッチ層及びダイアタッチ層の下層に、送信側のグランド線路パターンを含むグランド線路パターンを設けたので、送信側において線路長の長いグランド線路を形成することができるため、ワイヤがなくても大きなインダクタンスを実装することが可能である。これにより、小型且つ高性能な分波器デバイスを実現することができる。
【0011】
また、請求項1記載の分波器は、好ましくは請求項2に記載のように、前記ダイアタッチ層と前記下層に設けられたグランド線路パターンとが、前記パッケージ内に設けられたビアを介して直列に接続された構成を含む。二層にわたり引き回された線路長の長いグランド線路を形成することができるため、ワイヤがなくても大きなインダクタンスを実装することが可能である。これにより、小型且つ高性能な分波器デバイスを実現することができる。
【0012】
また、請求項1記載の分波器は、好ましくは請求項3に記載のように、前記グランド線路パターンの線路長と線路幅の少なくとも一方が異なる。グランド配線の線路長又は線路幅を異ならせることにより、各グランド配線のインダクタンスの大きさを調整することができるとともに、帯域外抑圧度を向上させることができる。
【0013】
また、請求項1又は2記載の分波器は、好ましくは請求項4に記載のように、前記弾性表面波フィルタは直列共振器と並列共振器とを複数段接続した構成を有し、2つの段に共通に設けられた並列共振器に接続されるグランド配線パターンは、その他の並列共振器に接続されるグランド配線パターンよりも長い。この構成により、抑圧度を向上させることができる。
【0014】
請求項1から4のいずれかに記載の分波器において、好ましくは請求項5に記載のように、前記パッケージは更に、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層を有し、前記グランド配線パターンは、前記第1の位相整合用線路パターンの上を通る位置に配置されている。第1の位相整合用線路パターンがグランド配線パターンで覆われるため、位相整合用回路の特性インピーダンスが安定する。これにより、フィルタのマッチングが向上する。
【0015】
請求項1から4のいずれかに記載の分波器において、好ましくは請求項6に記載のように、前記パッケージは更に、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、前記第1の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が形成された第1のグランド層、第2のグランド層及び第3のグランド層とを有し、前記第1及び第2のグランド層に形成されたグランドパターンの間隔と、前記第2及び前記第3のグランド層に形成されたグランドパターンの間隔とが異なる。位相整合用回路の特性インピーダンスを調整できるので、マッチングを向上させることができる。
【0016】
請求項6に記載の分波器において、好ましくは請求項7に記載のように、前記第1及び第2のグランド層に形成されたグランドパターンの間隔は、前記第2及び前記第3のグランド層に形成されたグランドパターンの間隔よりも短い。この構成により位相整合用線路の特性インピーダンスが安定化するため、線路内での余分は反射が低減できるので、挿入損失を向上できる。
【0017】
請求項6又は7に記載の分波器において、好ましくは請求項8に記載のように、前記位相整合用線路の特性インピーダンスが、前記分波器に接続される外部回路の特性インピーダンスよりも小さい。これにより、位相整合用線路の特性インピーダンスの変動を少なくすることがでるので、位相整合用線路の特性インピーダンスが安定化する。これにより、線路内での余分は反射を低減することができるので、挿入損失を向上できる。
【0018】
請求項6から8のいずれかに記載の分波器において、好ましくは請求項9に記載のように、前記第1及び第2の位相整合用パターン層のそれぞれ形成された位相整合用線路パターンは、直交する部分を含む。この構成により、位相整合用線路同士の干渉を防止することができる。
【0019】
請求項6から9のいずれかに記載の分波器において、好ましくは請求項10に記載のように、前記第2の位相整合用線路パターンは、前記第1の位相整合用線路パターンよりも長い。これにより、位相整合用回路の特性インピーダンスを安定させることができる。
【0020】
請求項6から10のいずれかに記載の分波器において、好ましくは請求項11に記載のように、前記ダイアタッチ層と前記第1の位相整合用配線パターン層の間に前記第1のグランド層が配置されている。第1のグランド層に形成されたグランドパターンがダイアタッチ層の送信線路及び受信線路と、位相整合用回路を遮断するため、アイソレーションが大幅に向上する。
【0021】
請求項1から11のいずれかに記載の分波器において、好ましくは請求項12に記載のように、前記グランド線路パターンは、受信側のグランド線路パターンを有し、前記受信側のグランド線路パターンは、前記パッケージのキャップ搭載層に形成されたグランドパターンと、最下層に形成されたフットパッドだけで共通化されている。受信フィルタは並列共振器のグランドを共通化した後に、インダクタンスを持つと、減衰極が低周波側にできるため抑圧が悪くなってしまう。このため、フットパッドで共通化すれば、グランド共通化後は、ほとんどインダクタンスを持たないため、抑圧を向上させることができる。
【0022】
請求項1から11のいずれかに記載の分波器において、好ましくは請求項13に記載のように、前記グランド線路パターンは、受信側のグランド線路パターンを含み、前記送信側のグランド線路パターンと前記受信側のグランド線路パターンは、最下層に形成されたフットパッドだけで共通化されている。この構成により、アイソレーションを向上させることができる。
【0023】
請求項1から13のいずれかに記載の分波器において、好ましくは請求項14に記載のように、前記チップを搭載する前記ダイアタッチ層は、前記チップの回路形成面の外側に配置されたパッドに接続するフリップチップボンディングパッドを有する。これにより、線路の引き回しが容易となる。
【0024】
請求項1から14のいずれかに記載の分波器において、好ましくは請求項15に記載のように、前記位相整合用回路は前記パッケージの複数の層に形成された配線パターンを有し、当該配線パターンの両端は前記パッケージ内の所定の層上で対角の位置に配置されている。この配置により、位相整合用回路の線路の引き回しが容易となる。
【0025】
請求項1から15のいずれかに記載の分波器において、好ましくは請求項16に記載のように、前記チップは前記2つの弾性表面波フィルタを形成する1つチップであってパッケージに収容されており、前記2つの弾性表面波フィルタの一方を形成する共振器と、他方の弾性表面波フィルタを形成する共振器とは、弾性表面波の伝搬方向に横並びに配置され、前記チップは、前記横並びに配置された前記2つの弾性表面波フィルタを挟み込むように設けられたパッドを有する。この構成により、各パンプを離して配置させることができるため、アイソレーションが向上する。
【0026】
本発明はまた、請求項17に記載のように、アンテナと、これに接続される分波器と、該分波器に接続される送信系及び受信系回路とを具備し、前記分波器は、請求項1から請求項16のいずれか一項に記載の分波器である電子装置を含む。
【0027】
【発明の実施の形態】
初めに、分波器の基本構成について説明する。図1(a)は、分波器の回路構成の概念図、図1(b)は分波器の周波数特性を示す図である。なお、図1(b)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。
【0028】
図1(a)に示すように、分波器100は2つのフィルタ12(F1)、13(F2)、位相整合用回路11、共通端子14、送信側端子15及び受信側端子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、分波器100の外部に設けられる送信用回路を接続するためのもので、所望の中心周波数を持つ信号(送信信号)を送信用回路から分波器100に出力する端子である。受信側端子16は、分波器100の外部に設けられた受信用回路を接続するたものもので、所望の中心周波数を持つ受信信号を分波器100から受信用回路に出力する端子である。フィルタ12、13と位相整合用回路11とは、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はそれぞれ弾性表面波フィルタで構成され、互いに異なる通過帯域中心周波数F1、F2を持つ。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を称する場合がある)。この場合、例えばF2>F1であり、1.9GHz帯の分波器では、F1とF2の周波数差は約100MHzである。
【0029】
位相整合用回路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。位相整合用回路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。
【0030】
次に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【0031】
図2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。図3(a)は、キャップを取り外した分波器の平面図、同図(b)はフィルタチップの接続面を示す図である。
【0032】
図2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、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)135を有する。
【0033】
積層パッケージ120は、6つの層121〜126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はダイアタッチ層である。層123はグランド層である。層124は位相整合用線路パターン層である。層125はグランド層である。層126は位相整合用線路パターン層/フットパッド層である。
【0034】
積層パッケージ120の各層121〜126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、例えば約3.8mm×3.8mm×1.4mmである。1.4mmはパッケージの高さ(厚み)である。
【0035】
フィルタチップ129は、圧電基板上に弾性表面波共振器を形成するくし型電極や反射器、及びこれらを相互に結合する配線パターンを形成したものである。フィルタチップ129は、図1に示す2つのフィルタ12及び13を形成する。例えば、送信側フィルタ12をラダー型弾性表面波フィルタで構成し、受信側フィルタ13をラダー型弾性表面波フィルタで構成する。ラダー型弾性表面波フィルタは複数の弾性表面波共振器を含む。ラダー型弾性表面波フィルタは、1ポート弾性表面波共振器を梯子型に接続したものである。図3(a)、(b)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。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。
【0036】
キャップ搭載層121は、パッケージ内部に階段状部分を形成する。この階段状の空間が、フィルタチップ129を収容するキャビティを形成している。フィルタチップ129は、このキャビティ内にフェイスダウン状態で実装される(フリップチップ実装)。
【0037】
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1351〜13512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)。図示する例では、この溝135は一側面当り3つ形成されている。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。
【0038】
ダイアタッチ層122は、フィルタチップ129の実装表面を提供するとともに、後述するように、各種配線パターンを形成するための領域を提供する。フィルタチップ129はパッド上に設けられたバンプ131を用いて、ダイアタッチ層122上に設けられたパッドに接続される。バンプ131には、例えばAuバンプを用いることができる。
【0039】
グランド層123、125の各上面には、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、各グランド層123、125の大部分を覆うベタのグランドである。
【0040】
位相整合用線路パターン層124、126の各上面にはそれぞれ、位相整合用線路パターン132、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124、126上に導電膜を形成し、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。
【0041】
フットパッド127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。パッケージの最下層は、位相整合用線路パターン/フットパット層126である。フットパッド127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127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。
【0042】
図3(a)に示すように、図キャップ128を外すと、フィルタチップ129、キャップ搭載層121及びダイアタッチ層122の一部が現れる。図3(a)に示すフィルタチップ129は、フェースダウンした状態で上から透視したものである。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。また、キャップ搭載層121は、中央に開口部139を有する。この開口部139は、フィルタチップ129を収容するキャビティを形成する。シールリング136は、積層パッケージ120の各側面の中央に位置する合計4つの接続路135、135、135、13511と接続路13512を除く、各接続路135に接続されている。
【0043】
図4は、図2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)はダイアタッチ層122を、同図(c)はグランド層123を、同図(d)は位相整合用配線パターン層124を、同図(e)はグランド層125を、同図(f)は位相整合用線路パターン層/フットパッド層126(上面)、同図(g)は位相整合用線路パターン層/フットパッド層126(下面)をそれぞれ示している。また、図5は、図4(b)に示すダイアタッチ層122を拡大して図示したものである。
【0044】
図4(a)のキャップ搭載層121は、その中央部に上述した開口部139を有し、キャップ128を外すことにより、開口部139が見えるように構成されている。キャップ搭載層121には、シールリング136が形成されている。
【0045】
図4(b)及び図5に示すダイアタッチ層122の上には、フィルタチップ129をフェースダウン状態で実装する。
【0046】
ここで、説明の都合上、図4(g)に示す位相整合用線路パターン層/フットパッド層126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4(g)に示すように、この実装面には、接続路135、135、13511(図4(a)参照)にそれぞれ接続される送信用フッドパッド1271、受信用フットパッド127及び共通端子用フッドパッド127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1271、127、127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1271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127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127は、分波器100の共通端子14である。
【0047】
図4(b)及び図5に戻り、ダイアタッチ層122の上側の面には、信号パターン141、142、143、グランドパターン144、145、146、147、148、149、150が設けられている。フィルタチップ129は、バンプ131が設けられた一方の面が、ダイアタッチ層122の一方の面に対向するように配置され、バンプ131が信号パターン141〜143、グランドパターン144〜149の所定の位置に電気的に接続される。図3(a)、(b)に示すように、フリップチップボンディングパッドの配置が、チップの外側に位置していることによって、線路の引き回しが容易となる。
【0048】
更に、図4(b)及び図5を参照してダイアタッチ層122を更に説明するが、併せて図6も参照する。図6は、分波器100の回路図である。図示するように、送信側フィルタ12は、複数の送信側共振器(1ポート弾性表面波共振器)138をラダー型に4段接続した構成である。直列腕には4つの共振器S1〜S4が設けられ、並列腕には2つの共振器P1、P2が設けられている。並列腕の共振器P1は直列腕の共振器S1とS2で共用されている。同様に、並列腕の共振器P2は直列腕の共振器S3とS4で共用されている。受信側フィルタ13は、複数の送信側共振器(1ポート弾性表面波共振器)137をラダー型に5段接続した構成である。直列腕には4つの共振器S11〜S14が設けられ、並列腕には4つの共振器P11〜P14が設けられている。並列腕の共振器P14は、直列腕の共振器S13とS14で共用されている。L21とL22はそれぞれ共振器P1とP2に直列に接続されたインダクタンス、L23はL21とL22をグランドに接続するインダクタンスである。またL1〜L4はそれぞれ並列腕の共振器P11〜P14に直列に接続されたインダクタンスで、共振器P11〜P14はこれらを介してグランドに直接接続されている。なお、C1〜C3は寄生容量である。
【0049】
図4(b)及び図5に再び戻り、送信端子用パターン141は、接続路135を介して、最下層の位相整合用線路パターン層/フットパッド層126の送信用フットパッド1271に接続されている。受信端子用パターン142は、接続路135を介して、最下層の位相整合用線路パターン層/フットパッド層126の受信用フットパッド127に接続されている。共通端子用パターン143は、接続路13511を介して、位相整合用線路パターン層/フットパッド層126の共通端子用パットに接続されている。グランド配線パターン144は、受信用フィルタ13用のグランドであって、接続路1353を介して、図4(a)のシールリング136及び図4(g)のグランドパターン153に接続されている。グランド配線パターン144及び接続路135により、並列腕の共振器P11をグランドに接続するグランド配線のインダクタンスL1が形成される。
【0050】
グランド配線パターン145は、受信側フィルタ13のグランドであって、接続路1354を介して、図4(a)のシールリング136及び図4(g)のグランドパターン153に接続されている。グランド配線パターン145及び接続路1354により、共振器P12をグランドに接続するグランド配線のインダクタンスL2が形成される。
【0051】
グランド配線パターン146は、受信側フィルタ13のグランドであって、接続路135を介して、図4(g)のグランドパターン153に接続されている。グランド配線パターン146及び接続路135により、共振器P13をグランドに接続するグランド配線のインダクタンスL3が形成される。
【0052】
グランド配線パターン147は、ビア61を介して、図4(c)に示すダイアタッチ層122の下層に設けられたグランド層123のグランド配線パターン154に接続され、このグランド配線パターン154は、接続路135を介して、図4(a)のシールリング136及び図4(g)のグランドパターン153に接続されている。グランド配線パターン147、154は、受信フィルタ用のグランド配線である。グランド配線パターン147、154、ビア61及び接続路135により、並列腕の共振器P14をグランドに接続するグランド配線のインダクタンスL4が形成される。この共振器P14は、電気的には2つの共振器を物理的に1つにまとめたものなので、インダクタンスL4をインダクタンスL1〜L3よりも大きくすることで、帯域外抑圧度を大きくすることができる。例えば、並列腕の共振器2個を1個にまとめたP14には、1.3〜1.8nH程度の大きなインダクタンスL4を、並列腕の共振器をまとめていないP11からP13には、0.4〜0.7nH程度の小さなインダクタンスを設けると、抑圧が向上する。
【0053】
このように、フィルタチップ129をダイアタッチ層122にフェースダウン状態で実装し、ダイアタッチ層122及びダイアタッチ層122の下層のグランド層123で受信側フィルタ13をグランドに接続するグランド配線のインダクタンス(上記の例ではL4)を形成するようにしたので、線路長の長いグランド配線を形成することができるため、ワイヤがなくても大きなインダクタンスを実装することが可能である。なお、インダクタンスL1〜L4については、更に後述する。
【0054】
グランド配線パターン148は、送信用フィルタ12のグランドであって、一方はフィルタチップ129に接続され、他方はグランド配線パターン150に接続される。このグランド配線パターン148は、並列腕の共振器P2をグランドに接続するグランド配線のインダクタンスL21を形成する。
【0055】
グランド配線パターン149も、送信用フィルタ12のグランドであって、一方はフィルタチップ129に接続され、他方はグランドの配線パターン150に接続される。このグランド配線パターン149は、グランド配線のインダクタンスL22を形成する。グランド配線パターン148、149は共通化後に、グランド配線パターン150に接続されている。グランド配線パターン150は、ビア604を介して、図4(c)のグランド層123に形成されたグランド配線パターン155に接続されている。グランド配線パターン155は、接続路1351 を介して、図4(g)のグランドパターン153に接続されている。グランド配線パターン150、155、ビア604及び接続路1351 により、グランド配線のインダクタンスL23が形成されている。
【0056】
このように、フィルタチップ129をダイアタッチ層122にフェースダウン状態で実装し、ダイアタッチ層122及びダイアタッチ層122の下層のグランド層123でグランド配線のインダクタンスL21〜L23を形成するようにしたので、線路長の長いグランド配線を形成することができるため、ワイヤがなくても大きなインダクタンスを実装することが可能である。
【0057】
各グランド配線の線路長及び/又は線路幅を異ならせることにより、各グランド配線のインダクタンスの大きさを調整するようにしてもよい。
【0058】
図4(d)の位相整合用配線パターン層124上には、上述した位相整合用線路パターン132が形成されている。位相整合用パターン132は、所望の長さを確保するために、単なる直線ラインではなく、同一平面上で適当に折れ曲がった直線状の線路から構成されている。位相整合用線路パターン132の上下に位置するグランド層123、125に形成されたグランドパターン151、152(図2のグランド層134)がストリップ線路のグランドを形成する。
【0059】
位相整合用線路パターン132の一端は、ビア60を介して、図4(c)のグランド層123、ダイアタッチ層122の共通端子用線路パターン143に導かれている。この共通端子用線路パターン143の一端は、フィルタチップ129と接続され、他方は接続路13511を介して、最下層である位相整合用線路パターン層/フットパッド層126の共通端子用フットパッド1273に接続されている。位相整合用線路パターン132の他端は、ビア60を介して、図4(e)のグランド層125、図4(f)の位相整合用線路パターン層/フットパッド層126の位相整合用線路パターン133の一端に導かれている。位相整合用線路パターン133の他端は、ビア601を介して、図4(e)のグランド層125、図4(d)の位相整合用線路パターン層124、図4(c)のグランド層123、図4(b)のダイアタッチ層122の線路パターン156に導かれフィルタチップ129に接続される。
【0060】
図4(d)と(f)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よりも、下段の位相整合用線路パターン133の方を長くすることによって、特性インピーダンスが安定する。
【0061】
図4(a)に示すキャップ搭載層のシールリング(GND)136と、図4(c)及び図4(e)に示すグランドパターン151、152とは、接続路1351、135、135、13510を介して接続されている。図4(a)に示すキャップ搭載層のシールリング(GND)136と、図4(g)に示すグランドパターン153とは、接続路1351、135、1354、135、135、135、13510を介して接続されている。図4(c)のグランド層123のグランドパターン151と、図4(e)のグランド層125のグランドパターン152とは、ビア611〜61を介して接続されている。図4(e)のグランド層125のグランドパターン152と、図4(g)の位相整合用線路パターン/フットパッド層26のグランドパターン153とは、ビア61、61、61、61を介して接続されている。
【0062】
ダイアタッチ層122及びグランド層123に形成されたグランド配線パターン147、154は、位相整合用線路パターン層124に形成された位相整合用線路パターン132上に配置されている。これにより、位相整合用回路11は上からグランドで覆われるため、位相整合用回路の特性インピーダンスが安定する。
【0063】
ここで、図6に示す分波器における受信側フィルタ13のインダクタンスL1〜L4について、図7を用いて説明する。
【0064】
図7(a)は従来の分波器における受信側の回路図であり、図7(b)は本実施形態に係る分波器100の受信側の回路図を示している。図7(b)は、図6の受信側の回路に対応するものである。図7(a)において、符号14は共通端子、15は受信側端子、32はストリップライン(位相整合用線路)、37は受信側の共振器を示している。また、図7(b)において、符号14は共通端子、15は受信側端子、132、133はストリップライン(位相整合用線路)、137は受信側の共振器を示している。図7(a)に示すように、従来の分波器では、グランド共通化後にインダクタンスLが形成されている。他方、同図(b)に示すように、本実施形態に係る分波器100では、グランド共通化前にインダクタンスL1〜L4が形成されており、グランド共通化後にはほとんどインダクタンスが存在しない。このようなインダクタンスの配置により、本実施形態は従来構成では得られない以下の効果を奏する。
【0065】
図8は、本実施形態に係る分波器100の受信側フィルタ13のフィルタ特性を示した図である。図8の▲1▼に示すように、グランド共通化後にインダクタンスがある従来の分波器では、抑圧が悪くなる。他方、図8の▲2▼に示すように、グランドL1〜L4を共通化した後にインダクタンスがない本実施形態に係る分波器100では、抑圧が向上する。特に、低域側の抑圧度は飛躍的に改善する。
【0066】
図2に示す構成では、3つのグランドパターン134の隣接するグランドパターン134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。
【0067】
図9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9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6つの層121〜126が図示するように積層されている。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124、126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。
【0068】
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で挟む必要がある。しかし、グランドは、フットパッド127から高さ方向に遠ざかる程、フットパッドグランドよりもインダクタンスを持ったグランドとなってしまうため、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グランド134の間隔を狭める程、小さくなることが分かった。
【0069】
図10は、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。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す。図10に示すように、ストリップライン下段は、位相整合用線路の特性インピーダンスの変動が小さい。他方、ストリップライン上段は、位相整合用線路の特性インピーダンスの変動が大きい。このため、上段のグランド間隔を、下段のグランド間隔よりも狭めることによって、位相整合用線路の特性インピーダンスが安定化すると共に、上下段の特性インピーダンスの差が小さくなることが分かった。位相整合用線路の特性インピーダンスが安定化すると、線路内での余分な反射が低減でき、挿入損失向上につながる。
【0070】
このような見地から、図9に示す分波器200では、上段と中段のグランド層134間の距離をH1とし、中断と下段のグランド層134間の距離をH2としたときに、H1<H2となるように構成されている。
【0071】
また、図10は、位相整合用線路132、133の特性インピーダンスは、外部回路の特性インピーダンスよりも小さい方が、すなわち50Ωよりも小さい方が、変動が少ないことを示している。特性インピーダンスを50Ωよりも小さくするということは、位相整合用線路132、133の上下グランド層134の間隔を狭めるということであり、パッケージの小型化にもなる。
【0072】
なお、図10の長さが約7mm〜10mmにある特性インピーダンスの変動は、測定装置のプローブの影響によるもので、実際には特性インピーダンスは安定していると考えられる。
【0073】
次に、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の特性インピーダンスについて説明する。図11(a)は分波器100のフィルタ特性を示す図、同図(b)は受信側端子16(受信ポート)の反射特性を示す図である。図11(a)の横軸は周波数、縦軸は挿入損失を示している。図中、▲1▼は位相整合用線路の特性インピーダンスが外部回路の特性インピーダンスよりも高い場合を示し、図中▲2▼は位相整合用線路の特性インピーダンスが外部回路の特性インピーダンスよりも低い場合を示している。
【0074】
図11(a)に示すように、位相整合用線路パターン132、133の特性インピーダンスが、受信側端子16に接続される外部回路の特性インピーダンスよりも高いと、低い場合よりも分波器100の挿入損失が向上する。また、図11(b)に示すように、位相整合用線路の特性インピーダンスが外部回路の特性インピーダンスよりも低い場合、通過帯域の輪が縮まり、インピーダンスマッチングが向上する。
【0075】
積層パッケージ120は以下に説明するように、端子間のアイソレーションが優れている。図12に、各信号間のパッケージ単体アイソレーション(チップを搭載していない状態)を示す。図12(a)は送信側端子15と共通端子14との間のアイソレーション、図12(b)は共通端子14と受信側端子16との間のアイソレーション、及び図12(c)は送信側端子15と受信側端子16との間のアイソレーションを示す。各図において、▲1▼はダイアタッチ層に形成される送信用の信号パターン141(図4(b))及び受信用の信号パターン142と、位相整合用回路パターン132、133との間にグランドがない場合(比較例)のアイソレーションを示し、▲2▼はこれらの間にグランドパターン134(図4(c)のグランドパターン151)が設けられている場合のアイソレーション(本実施形態)を示す。グランドパターン134はダイアタッチ層122の送信線路141及び受信線路142と、位相整合用線路パターン132、133とを電気的に遮断しているので、アイソレーションが大幅に向上する。
【0076】
図13は、本実施形態に係る分波器100の積層パッケージを分解した各層を示す図であって、(a)はキャップ搭載層、(b)はダイアタッチ層、(c)はグランド層、(d)はフットパッド層を示している。なお、図4で示した位相整合用線路パターン層124、グランド層125は省略して図示している。図13(a)〜図13(d)は図3や図4で既に示しているが、以下に述べる説明の都合上、図13として再度図示している。図13に示すように、分波器100では、送信用グランドと受信用グランドがフットパッドのみで共通化されている。図13(c)に示す送信用グランドパターン155は接続路13512に接続され、この接続路13512はフットパッド面に形成されたグランドパターン153にのみ接続され、図13(a)に示すキャップ搭載層121のシールリング136には接続されていない(左下の破線部分)。つまり、送信用グランドパターン155はフットパッド面にあるグランドパターン153のみで受信用グランドと共通化されている。この結果、送信と受信間のアイソレーションが図14のように向上する(矢印部)。図14では、比較例として、図13(a)の接続路13512とシールリング136が接続しているときのアイソレーション特性(送信端子から受信端子への通過特性)を載せている。図14のグラフの横軸は周波数、縦軸は挿入損失(抑圧度)を示している
更に、本実施形態に係る分波器100では、図3に示すように、送信側フィルタ12を形成する共振器138と、受信側フィルタ13を形成する共振器137とは、弾性表面波の伝搬方向に横並びに配置され、フィルタチップ129は、横並びに配置された前記第1及び第2の弾性表面波フィルタ12と13を挟み込むように設けられたバンプ(パッド)131を有する。この配置により、フィルタチップ129上のバンプ131を離して設けることができるため、送受信間のアイソレーションを向上させることができる。なお、フィルタチップ129に発生するバルク波の影響を避けるため、例えば、フィルタチップ129の裏面(回路形成面に対向する面)が適当な荒さを持っていることが好ましい。この荒い裏面でバルク波が乱反射し、送信側フィルタ12と受信側フィルタ13との間の干渉を軽減することができる。
【0077】
また、図5に示すように、ダイアタッチ層122の送信線路141、受信線路142、位相整合用回路11の入口と出口部分の線路が、平行もしくはほぼ平行に配置されているので、フィルタチップ129上のバンプを離して配置することができ、アイソレーションが向上する。また、位相整合用回路11の入口と出口のフリップチップボンディングパッドが、対角もしくはほぼ対角の位置にあることによって、位相整合用回路の線路の引き回しが容易となる。
【0078】
以上説明した本発明の一実施形態によれば、分波器100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12、13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11とをパッケージ120に収容した分波器において、前記弾性表面波フィルタのチップ129をフェースダウン状態でパッケージのダイアタッチ層122に実装し、ダイアタッチ層122及びダイアタッチ層の下層であるグランド層123に、インダクタンスL4、L21〜L23を形成するグランド線路パターン147、154;148、149、150、155を有する。線路長の長いグランド線路を形成することができるため、ワイヤがなくても大きなインダクタンスを実装することが可能である。これにより、小型且つ高性能な分波器デバイスを実現することができる。このようなグランド線路は、2つの弾性表面波フィルタ12、13の何れか一方又は両方に適用することができる。
【0079】
また、分波器100は、ダイアタッチ層122とこの下層であるグランド層123に設けられたグランド線路パターン147、154;148、149、150、155とが、積層パッケージ120内に設けられたビア603、602、601を介して直列に接続されているので、二層にわたり引き回された線路長の充分に長いグランド線路を形成することができる。
【0080】
図15(a)は、分波器100の送信フィルタと受信フィルタの周波数特性を示し、図15(b)はアイソレーション特性(送信端子から受信端子への通過特性)を示す。分波器100は、帯域外抑圧度が高く挿入損失が小さく、かつ小型である。同様の特性が、前述した分波器200でも得られる。
【0081】
図16は、上記分波器100又は200を備えた電子装置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16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。
【0082】
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。
【0083】
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。
【0084】
図16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。
【0085】
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。
【0086】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、高い帯域外抑圧度を有する小型の分波器を提供することができる。
【0087】
【図面の簡単な説明】
【図1】 分波器の基本構成を示す図(a)及び分波器の周波数特性を示す図(b)である。
【図2】 本発明の一実施形態に係る分波器パッケージの縦断面図である。
【図3】 図2に示す分波器を説明するための図であって、(a)は、キャップを取り外した分波器の平面図、同図(b)は、フィルタチップの接続面を示す図である。
【図4】 図2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】図2(b)に示したダイアタッチ層を拡大して示した図である。
【図6】図2に示す分波器の電気的な等価モデルを示す。
【図7】(a)は従来の分波器における受信側の回路図、(b)は図2に示す分波器の受信側の回路図を示している。
【図8】図2に示す分波器の受信側フィルタのフィルタ特性を示した図である。
【図9】図2に示す分波器の変形例の断面図である。
【図10】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。
【図11】図2に示す分波器を説明するための図であって、(a)はこの分波器のフィルタ特性を示す図、(b)は受信ポートの反射特性を示す図である。
【図12】図2に示す分波器における各信号間のパッケージ単体アイソレーションを示す図である。
【図13】図2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14】図2に示す分波器のフィルタ特性を示す図である。
【図15】図2に示す分波器のフィルタ特性を示す図である。
【図16】第8実施形態に係る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
128 キャップ
129 フィルタチップ
132、133 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 (17)

  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パッケージに収容した分波器において、
    前記弾性表面波フィルタのチップをフェースダウン状態でパッケージのダイアタッチ層に実装し、前記ダイアタッチ層及び前記ダイアタッチ層の下層に、インダクタンスを形成するグランド線路パターンを有し、
    前記グランド線路パターンは送信側のグランド線路パターンを含み、該送信側のグランド線路パターンは最下層に形成されたフットパッドだけで共通化されていることを特徴とする分波器。
  2. 前記分波器は、前記ダイアタッチ層と前記下層に設けられたグランド線路パターンとが、前記パッケージ内に設けられたビアを介して直列に接続された構成を含むことを特徴とする請求項1記載の分波器。
  3. 前記グランド線路パターンは、線路長と線路幅の少なくとも一方が異なることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の分波器。
  4. 前記弾性表面波フィルタは直列共振器と並列共振器とを複数段接続した構成を有し、
    2つの段に共通に設けられた並列共振器に接続されるグランド配線パターンは、その他の並列共振器に接続されるグランド配線パターンよりも長いことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の分波器。
  5. 前記パッケージは更に、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層を有し、
    前記グランド配線パターンは、前記第1の位相整合用線路パターンの上を通る位置に配置されていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の分波器。
  6. 前記パッケージは更に、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、
    前記第1の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が形成された第1のグランド層、第2のグランド層及び第3のグランド層とを有し、
    前記第1及び第2のグランド層に形成されたグランドパターンの間隔と、前記第2及び前記第3のグランド層に形成されたグランドパターンの間隔とが異なることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の分波器。
  7. 前記第1及び第2のグランド層に形成されたグランドパターンの間隔は、前記第2及び前記第3のグランド層に形成されたグランドパターンの間隔よりも短いことを特徴とする請求項6記載の分波器。
  8. 前記位相整合用線路の特性インピーダンスは、前記分波器に接続される外部回路の特性インピーダンスよりも小さいことを特徴とする請求項6又は請求項7記載の分波器。
  9. 前記第1及び第2の位相整合用パターン層のそれぞれ形成された位相整合用線路パターンは、直交する部分を含むことを特徴とする請求項6から請求項8記載の分波器。
  10. 前記第2の位相整合用線路パターンは、前記第1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6から請求項9のいずれか一項に記載の分波器。
  11. 前記ダイアタッチ層と前記第1の位相整合用配線パターン層の間に前記第1のグランド層が配置されていることを特徴とする請求項6から請求項10のいずれか一項に記載の分波器。
  12. 前記グランド線路パターンは、受信側のグランド線路パターンを有し、
    前記受信側のグランド線路パターンは、前記パッケージのキャップ搭載層に形成されたグランドパターンと、最下層に形成されたフットパッドだけで共通化されていることを特徴とする請求項1から請求項11のいずれか一項に記載の分波器。
  13. 前記グランド線路パターンは、受信側のグランド線路パターンを含み、
    前記送信側のグランド線路パターンと前記受信側のグランド線路パターンは、最下層に形成されたフットパッドだけで共通化されていることを特徴とする請求項1から請求項11のいずれか一項に記載の分波器。
  14. 前記チップを搭載する前記ダイアタッチ層は、前記チップの回路形成面の外側に配置されたパッドに接続するフリップチップボンディングパッドを有することを特徴とする請求項1から請求項13記載のいずれか一項に記載の分波器。
  15. 前記位相整合用回路は、前記パッケージの複数の層に形成された配線パターンを有し、当該配線パターンの両端は、前記パッケージ内の所定の層上で対角の位置に配置されていることを特徴とする請求項1から請求項14のいずれか一項に記載の分波器。
  16. 前記チップは前記2つの弾性表面波フィルタを形成する1つチップであってパッケージに収容されており、
    前記2つの弾性表面波フィルタの一方を形成する共振器と他方の弾性表面波フィルタを形成する共振器とは、弾性表面波の伝搬方向に横並びに配置され、
    前記チップは、前記横並びに配置された前記2つの弾性表面波フィルタを挟み込むように設けられたパッドを有することを特徴とする請求項1から15のいずれか一項記載の分波器。
  17. アンテナと、これに接続される分波器と、該分波器に接続される送信系及び受信系回路とを具備し、前記分波器は、請求項1から請求項16のいずれか一項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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