JP3952464B2 - デュプレクサ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜圧電共振子を用いたデュプレクサおよびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年飛躍的に普及してきた携帯電話等の移動体通信機器では、年々、小型化、および使用周波数の高周波化が進められている。そのため、移動体通信機器に使用される電子部品にも、小型化、および対応可能な周波数の高周波化が要望されている。
【0003】
移動体通信機器には、1つのアンテナを送信と受信とに共用させるために送信信号の経路と受信信号の経路とを切り替えるデュプレクサを備えているものがある。このデュプレクサは、送信信号を通過させ、受信信号を遮断する送信用フィルタと、受信信号を通過させ、送信信号を遮断する受信用フィルタとを備えている。
【0004】
近年、上記デュプレクサにおけるフィルタには、弾性表面波フィルタが用いられることがある。弾性表面波フィルタは、2GHzまでの周波数に対応でき、また、セラミックフィルタに比べて小型化が可能であるという特徴を有する。しかし、今後、移動体通信機器の使用周波数が2GHz以上となった場合、弾性表面波フィルタがそのような周波数に対応するには、現状では技術的課題が多い。
【0005】
そこで、最近、特許文献1に示されるように、薄膜バルクアコースティック共振子(Thin Film Bulk Acoustic Resonator;以下、FBARとも記す。)と呼ばれるデバイスが注目されている。このFBARは、圧電薄膜の厚さ方向の共振を利用した薄膜圧電共振子である。FBARでは、圧電薄膜の厚さを変えることにより共振周波数を変えることができる。また、FBARは、数GHzの周波数まで対応することが可能であると考えられる。
【0006】
共振子を用いたフィルタとしては、例えばラダー型フィルタがある。このラダー型フィルタは、基本構成として直列共振子と並列共振子とを含む。ラダー型フィルタは、必要に応じて、複数の基本構成が縦続接続されて構成される。
【0007】
【特許文献1】
特開2000−278078号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、デュプレクサの製造方法としては、送信用フィルタを含むチップと受信用フィルタを含むチップとを別個に作製し、これらのチップをデュプレクサ用の実装基板に搭載する方法が一般的である。
【0009】
しかしながら、上記の製造方法では、2種類のチップを作製する必要があると共に、実装基板に2つのチップを実装する必要がある。そのため、この製造方法では、デュプレクサを製造するのに要する工程数が多いという問題点がある。
【0010】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、少ない工程数で製造することが可能なデュプレクサおよびその製造方法を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明のデュプレクサは、送信信号を通過させ、受信信号を遮断する送信用フィルタと、受信信号を通過させ、送信信号を遮断する受信用フィルタとを備え、アンテナに接続されるデュプレクサであって、
更に1つの基体を備え、
送信用フィルタおよび受信用フィルタは、いずれも、圧電性を有する圧電薄膜と、圧電薄膜の両面に配置され、圧電薄膜に励振用電圧を印加する第1および第2の励振用電極とを有する薄膜圧電共振子を含み、
送信用フィルタおよび受信用フィルタに含まれるすべての薄膜圧電共振子は、基体の上に配置され、
すべての薄膜圧電共振子における圧電薄膜は連続しているものである。
【0012】
本発明のデュプレクサの製造方法は、送信信号を通過させ、受信信号を遮断する送信用フィルタと、受信信号を通過させ、送信信号を遮断する受信用フィルタとを備え、アンテナに接続され、送信用フィルタおよび受信用フィルタは、いずれも、圧電性を有する圧電薄膜と、圧電薄膜の両面に配置され、圧電薄膜に励振用電圧を印加する第1および第2の励振用電極とを有する薄膜圧電共振子を含むデュプレクサを製造する方法であって、
1つの基体上に、送信用フィルタおよび受信用フィルタに含まれるすべての薄膜圧電共振子の第1の励振用電極を形成する工程と、
すべての薄膜圧電共振子における圧電薄膜が連続するように、第1の励振用電極の上に圧電薄膜を形成する工程と、
圧電薄膜の上に送信用フィルタおよび受信用フィルタに含まれるすべての薄膜圧電共振子の第2の励振用電極を形成する工程とを備えたものである。
【0013】
本発明のデュプレクサまたはその製造方法では、送信用フィルタおよび受信用フィルタに含まれるすべての薄膜圧電共振子は1つの基体上に配置される。従って、本発明では、送信用フィルタを含むチップと受信用フィルタを含むチップとを別個に作製し、これらを実装基板に実装して製造するデュプレクサに比べて、少ない工程数でデュプレクサを製造することが可能になる。
【0014】
本発明のデュプレクサまたはその製造方法において、すべての薄膜圧電共振子における第1の励振用電極は、連続する1つの面の上に配置されてもよい。また、本発明のデュプレクサまたはその製造方法において、すべての薄膜圧電共振子における第2の励振用電極は、連続する1つの面の上に配置されてもよい。
【0015】
また、本発明のデュプレクサまたはその製造方法において、送信用フィルタは、それぞれ薄膜圧電共振子からなり、ラダー型のフィルタ回路を構成する第1の直列共振子と第1の並列共振子とを含み、受信用フィルタは、それぞれ薄膜圧電共振子からなり、ラダー型のフィルタ回路を構成する第2の直列共振子と第2の並列共振子とを含んでいてもよい。
【0016】
送信用フィルタにおいて、それぞれ圧電薄膜の一方の面に配置された第1の直列共振子の励振用電極と第1の並列共振子の励振用電極とは、互いに厚さが異なり、受信用フィルタにおいて、それぞれ圧電薄膜の一方の面に配置された第2の直列共振子の励振用電極と第2の並列共振子の励振用電極とは、互いに厚さが異なっていてもよい。更に、第1の直列共振子の励振用電極と第1の並列共振子の励振用電極との間における厚さの差は、第2の直列共振子の励振用電極と第2の並列共振子の励振用電極との間における厚さの差と等しくてもよい。
【0017】
また、互いに厚さが異なる第1の直列共振子の励振用電極と第1の並列共振子の励振用電極は、共に、圧電薄膜における基体とは反対側の面に配置され、互いに厚さが異なる第2の直列共振子の励振用電極と第2の並列共振子の励振用電極は、共に、圧電薄膜における基体とは反対側の面に配置されていてもよい。
【0018】
また、互いに厚さが異なる第1の直列共振子の励振用電極と第1の並列共振子の励振用電極、および互いに厚さが異なる第2の直列共振子の励振用電極と第2の並列共振子の励振用電極のうち、第1の直列共振子の励振用電極は、第1の厚さの第1の電極用膜によって構成され、第2の直列共振子の励振用電極は、第2の厚さの第2の電極用膜によって構成され、第1の並列共振子の励振用電極は、第1の電極用膜と第3の電極用膜との積層体によって構成され、第2の並列共振子の励振用電極は、第2の電極用膜と第3の電極用膜との積層体によって構成されていてもよい。
【0019】
また、本発明のデュプレクサまたはその製造方法において、送信用フィルタおよび受信用フィルタに含まれるすべての薄膜圧電共振子は、更に、音響インピーダンスが異なる複数の誘電体層によって構成された音響多層膜を有していてもよい。この場合、すべての薄膜圧電共振子における音響多層膜の厚さは等しくてもよい。また、すべての薄膜圧電共振子における音響多層膜は連続していてもよい。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
[第1の実施の形態]
まず、図1を参照して、本発明の第1の実施の形態に係るデュプレクサの構成について説明する。図1は本実施の形態に係るデュプレクサの平面図である。
【0021】
本実施の形態に係るデュプレクサ1は、図1に示したように、送信信号を通過させ、受信信号を遮断する送信用フィルタ97と、受信信号を通過させ、送信信号を遮断する受信用フィルタ98とを備え、図示しないアンテナに接続されるものである。送信用フィルタ97および受信用フィルタ98は、それぞれ複数の圧電薄膜共振子を含んでいる。送信用フィルタ97および受信用フィルタ98に含まれるすべての圧電薄膜共振子は、1つの基体の上に配置されている。このようにして、送信用フィルタ97および受信用フィルタ98を含むチップ10が構成されている。デュプレクサ1は、チップ10と、このチップ10が実装された実装基板30とを備えている。
【0022】
次に、図1ないし図3を参照して、実装基板30の構成について詳しく説明する。図2は実装基板30の平面図、図3は実装基板30の中層を示す平面図である。実装基板30は、積層された複数の層を含んでいる。そのうちの1つが、図3に示した中層であり、この中層は、実装基板30の厚さ方向の中間の位置に配置されている。実装基板30の大きさは、例えば縦8mm、横8mm、厚さ1mmである。また、実装基板30の材料には、例えばガラスエポキシが用いられる。
【0023】
図1および図2に示したように、実装基板30の上面には、信号用導体部32,33,34,35と接地用導体部36とが設けられている。信号用導体部32は、実装基板30に実装されるチップ10の図1における左上の角部近傍の位置から、実装基板30の上面における左辺の中央部まで延びている。信号用導体部33は、実装基板30に実装されるチップ10の図1における右下の角部近傍の位置から、実装基板30の上面における右辺の中央部まで延びている。信号用導体部34は、実装基板30に実装されるチップ10の図1における左下の角部近傍の位置から、実装基板30の上面における下辺の中央部まで延びている。信号用導体部35は、実装基板30に実装されるチップ10の図1における右上の角部近傍の位置に配置されている。
【0024】
接地用導体部36は、実装基板30の上面中央に形成された中央部36aと、この中央部36aから周辺へ向かって延びる複数の延在部36bとを有している。中央部36aは、実装基板30の上面におけるチップ10と重なる部分のほぼ全体を覆っている。各延在部36bは、信号用導体部32,33,34,35を避けるようにして、中央部36aから実装基板30の上面の四つの辺のいずれかまで延びている。
【0025】
実装基板30の4つの側面には、それぞれ、端面スルーホール39が3つずつ設けられている。信号用導体部32は、実装基板30の上面における左辺の中央に配置された端面スルーホール39に電気的に接続されている。同様に、信号用導体部33は、実装基板30の上面における右辺の中央に配置された端面スルーホール39に電気的に接続されている。信号用導体部34は、実装基板30の上面における下辺の中央に配置された端面スルーホール39に電気的に接続されている。接地用導体部36の複数の延在部36bは、それぞれ残りの端面スルーホール39に電気的に接続されている。
【0026】
図3に示したように、実装基板30の中層は、蛇行しながら延びる所定の長さの導体部を有している。この導体部によって4分の1波長位相変換器99が構成されている。4分の1波長位相変換器99の一端部は、実装基板30の中層まで達する信号用導体部35に接続されている。4分の1波長位相変換器99の他端部は、実装基板30の図3における下辺中央部に位置する端面スルーホール39を介して信号用導体部34に接続されている。
【0027】
また、信号用導体部32,33,34、接地用導体部36および4分の1波長位相変換器99はそれぞれ、例えば、銅(Cu)層の上にニッケル(Ni)層と金(Au)層を順に積層して形成される。この場合、銅層の厚さは例えば18μmであり、ニッケル層と金層を合わせた厚さは例えば5μmである。
【0028】
次に、本実施の形態に係るデュプレクサ1の回路構成について説明する。図4は本実施の形態に係るデュプレクサ1の回路図である。本実施の形態に係るデュプレクサ1は、図示しないアンテナに接続されるアンテナ端子91,92と、アンテナに対して送信信号を出力する図示しない送信回路に接続される送信信号端子93,94と、アンテナからの受信信号を入力する図示しない受信回路に接続される受信信号端子95,96とを備えている。
【0029】
デュプレクサ1は、更に、送信信号を通過させ、受信信号を遮断する送信用フィルタ97と、受信信号を通過させ、送信信号を遮断する受信用フィルタ98とを備えている。フィルタ97,98は、それぞれ、2つの入力端子と2つの出力端子とを有している。
【0030】
フィルタ97の2つの入力端子はそれぞれ送信信号端子93,94に接続されている。フィルタ97の2つの出力端子はそれぞれアンテナ端子91,92に接続されている。フィルタ98の一方の入力端子は4分の1波長位相変換器99を介してアンテナ端子91に接続され、他方の入力端子はアンテナ端子92に接続されている。フィルタ98の2つの出力端子はそれぞれ受信信号端子95,96に接続されている。送信回路から送られてきた送信信号は、フィルタ97を通過してアンテナに送られる。また、アンテナからの受信信号は、4分の1波長位相変換器99を通過して、4分の1波長だけ位相がずれた信号に変換された後、フィルタ98を通過して図示しない受信回路に送られる。
【0031】
図4におけるアンテナ端子91は、図1における信号用導体部34に対応する。図4における送信信号端子93は、図1における信号用導体部33に対応する。図4における受信信号端子95は、図1における信号用導体部32に対応する。図4におけるアンテナ端子92、送信信号端子94および受信信号端子96は、図1における接地用導体部36に対応する。
【0032】
次に、本実施の形態における送信用フィルタ97の回路構成について説明する。図5は、送信用フィルタ97の回路構成を示す回路図である。図5に示したように、送信用フィルタ97は、それぞれ薄膜圧電共振子からなり、ラダー型のフィルタ回路を構成する直列共振子16Tおよび並列共振子17Tを有している。直列共振子16Tおよび並列共振子17Tは、それぞれ本発明における第1の直列共振子および第1の並列共振子に対応する。
【0033】
また、送信用フィルタ97は、縦続接続された複数、例えば2つのフィルタ部43を備えている。2つのフィルタ部43は、それぞれ入力端と出力端とを有している。前段のフィルタ部43の入力端は、送信用フィルタ97の入力端41Tに接続されている。また、前段のフィルタ部43の出力端は、後段のフィルタ部43の入力端に接続されている。また、後段のフィルタ部43の出力端は、送信用フィルタ97の出力端42Tに接続されている。
【0034】
各フィルタ部43は、2つの直列共振子16Tと、1つの並列共振子17Tとを有している。一方の直列共振子16Tの一端は、フィルタ部43の入力端に接続されている。一方の直列共振子16Tの他端は、他方の直列共振子16Tの一端に接続されている。他方の直列共振子16Tの他端は、フィルタ部43の出力端に接続されている。並列共振子17Tの一端は、2つの直列共振子16Tの接続点に接続されている。並列共振子17Tの他端は、接地されている。
【0035】
次に、本実施の形態における受信用フィルタ98の回路構成について説明する。図6は、受信用フィルタ98の回路構成を示す回路図である。図6に示したように、受信用フィルタ98は、それぞれ薄膜圧電共振子からなり、ラダー型のフィルタ回路を構成する直列共振子16Rおよび並列共振子17Rを有している。直列共振子16Rおよび並列共振子17Rは、それぞれ本発明における第2の直列共振子および第2の並列共振子に対応する。
【0036】
また、受信用フィルタ98は、縦続接続された複数、例えば2つのフィルタ部44を備えている。2つのフィルタ部44は、それぞれ入力端と出力端とを有している。前段のフィルタ部44の入力端は、受信用フィルタ98の入力端41Rに接続されている。また、前段のフィルタ部44の出力端は、後段のフィルタ部44の入力端に接続されている。また、後段のフィルタ部44の出力端は、受信用フィルタ98の出力端42Rに接続されている。
【0037】
各フィルタ部44は、1つの直列共振子16Rと、2つの並列共振子17Rとを有している。直列共振子16Rの一端は、フィルタ部44の入力端に接続されている。直列共振子16Rの他端は、フィルタ部44の出力端に接続されている。一方の並列共振子17Rの一端は、フィルタ部44の入力端に接続されている。また、一方の並列共振子17Rの他端は、接地されている。他方の並列共振子17Rの一端は、フィルタ部44の出力端に接続されている。また、他方の並列共振子17Rの他端は、接地されている。
【0038】
図1に示したように、チップ10は、例えば、フェースアップボンディングによって実装基板30に実装されている。すなわち、チップ10は、複数の接続用の電極が露出した一方の面が、実装基板30の上面と同じ方向を向くように上向きに配置されている。チップ10の各接続用の電極は、例えばボンディングワイヤ20によって、実装基板30の導体部32〜36の所定の位置に電気的に接続されている。
【0039】
次に、図7および図8を参照して、チップ10における1つのフィルタ部43の構成について詳しく説明する。図7はフィルタ部43を示す平面図、図8は図7におけるA−A線断面を拡大して示す断面図である。なお、図8では、水平方向の寸法よりも垂直方向の寸法、すなわち厚さを大きく描いている。
【0040】
チップ10は、基体11と、この基体11の上に配置されたバリア層12とを備えている。フィルタ部43は、バリア層12の上に配置された下部電極13A〜13Dと、これらの下部電極13A〜13Dの上に配置された圧電薄膜14と、この圧電薄膜14の上に配置された上部電極15Aとを備えている。なお、図7は、基体11およびバリア層12を省略して描いている。
【0041】
図7および図8に示したように、基体11には、2つの直列共振子16Tと1つの並列共振子17Tが配置される領域に、1つの空洞11aが設けられている。図7に示したように、上方から見たときの空洞11aの形状は矩形になっている。基体11には、例えばSi基板が用いられる。
【0042】
バリア層12は、基体11の空洞11aに対応する領域にも下部電極13A,13B,13Cを配置できるように、基体11と下部電極13A〜13Dとを隔てる絶縁層である。バリア層12の材料には、例えば窒化ケイ素(SiNX)が用いられる。
【0043】
圧電薄膜14は、圧電性を有する薄膜である。圧電薄膜14の材料には、例えばZnOやAlNが用いられる。下部電極13A〜13Dおよび上部電極15Aは、それぞれ、主として金属よりなり、例えばクロム(Cr)層の上に金(Au)層を積層して形成される。
【0044】
下部電極13A,13Bは、図7における左右に並べて配置されている。下部電極13Cは、下部電極13A,13Bの図7における下側に配置されている。下部電極13Dは、下部電極13A,13Bの図7における上側に配置されている。下部電極13A,13Bの各平面形状は、互いに近接する端部近傍部分の幅が他の部分より若干大きい略矩形状に形成されている。下部電極13C,13Dの各平面形状は、いずれも、一方向に長い矩形をなしている。上部電極15Aの平面形状は、略T字形をなし、且つ下部電極13A,13Bと対向する2つの部分の幅は他の部分より若干大きくなっている。下部電極13Aはフィルタ部43の入力端を兼ね、下部電極13Bはフィルタ部43の出力端を兼ねている。下部電極13C,13Dは接地される。
【0045】
図7に示したように上方から見たときに、下部電極13Aの右側の約半分は空洞11aに対応する領域内に配置され、下部電極13Aの左側の約半分は空洞11aに対応する領域の外に配置されている。下部電極13Bの左側の約半分は空洞11aに対応する領域内に配置され、下部電極13Bの右側の約半分は空洞11aに対応する領域の外に配置されている。また、下部電極13Cの両端近傍の部分は空洞11aに対応する領域の外に配置され、下部電極13Cの他の部分は空洞11aに対応する領域内に配置されている。下部電極13Dは全体が空洞11aに対応する領域の外に配置されている。また、上部電極15Aは全体が空洞11aに対応する領域内に配置されている。
【0046】
下部電極13Aの右側の端部近傍の一部と上部電極15Aの左側の端部近傍の一部は、圧電薄膜14を介して互いに対向するように配置されている。そして、下部電極13Aおよび上部電極15Aの互いに重なる部分と、これらの間に配置された圧電薄膜14の一部とによって、フィルタ部43の入力端側の直列共振子16Tが形成されている。この直列共振子16Tは、圧電性を有する圧電薄膜14と、圧電薄膜14の両面に配置され、圧電薄膜14に対して励振用電圧を印加するための2つの励振用電極である下部電極13Aおよび上部電極15Aを有する薄膜圧電共振子である。なお、図7では、便宜上、下部電極13Aと上部電極15Aの互いに重なる部分の大きさを若干異ならせているが、実際にはこれらの大きさは等しい。
【0047】
また、下部電極13Bの左側の端部近傍の一部と上部電極15Aの右側の端部近傍の一部は、圧電薄膜14を介して互いに対向するように配置されている。そして、下部電極13Bおよび上部電極15Aの互いに重なる部分と、これらの間に配置された圧電薄膜14の一部とによって、フィルタ部43の出力端側の直列共振子16Tが形成されている。この直列共振子16Tは、入力端側の直列共振子16Tと同様に、圧電性を有する圧電薄膜14と、圧電薄膜14の両面に配置され、圧電薄膜14に対して励振用電圧を印加するための2つの励振用電極である下部電極13Bおよび上部電極15Aを有する薄膜圧電共振子である。なお、図7では、便宜上、下部電極13Bと上部電極15Aの互いに重なる部分の大きさを若干異ならせているが、実際にはこれらの大きさは等しい。また、出力端側の直列共振子16Tの断面構造は、図8に示した入力端側の直列共振子16Tと同様である。
【0048】
また、下部電極13Cの中央近傍の一部と上部電極15Aの下側の端部近傍の一部は、圧電薄膜14を介して互いに対向するように配置されている。そして、下部電極13Cおよび上部電極15Aの互いに重なる部分と、これらの間に配置された圧電薄膜14の一部とによって、並列共振子17Tが形成されている。この並列共振子17Tは、直列共振子16Tと同様に、圧電性を有する圧電薄膜14と、圧電薄膜14の両面に配置され、圧電薄膜14に対して励振用電圧を印加するための2つの励振用電極である下部電極13Cおよび上部電極15Aを有する薄膜圧電共振子である。なお、この並列共振子17Tの断面構造は、図8に示した直列共振子16Tと同様である。
【0049】
図7に示したように、圧電薄膜14において、下部電極13Aの左側の端部近傍の部分に対応する位置と、下部電極13Bの右側の端部近傍の部分に対応する位置と、下部電極13Cの両端部近傍の部分に対応する位置と、下部電極13Dの両端部近傍の部分に対応する位置には、それぞれスルーホール14a,14b,14c,14dが形成されている。
【0050】
なお、前段のフィルタ部43の下部電極13Bと後段のフィルタ部43の下部電極13Aは、図示しない導体を介して接続されてもよいし、予め一体化されていてもよい。また、前段のフィルタ部43と後段のフィルタ部43の下部電極13C同士は、図示しない導体を介して接続されてもよいし、予め一体化されていてもよい。同様に、前段のフィルタ部43と後段のフィルタ部43の下部電極13D同士は、図示しない導体を介して接続されてもよいし、予め一体化されていてもよい。
【0051】
前段のフィルタ部43の下部電極13Aは、スルーホール14aを通過するボンディングワイヤ20によって、信号用導体部33に接続されている。また、後段のフィルタ部43の下部電極13Bは、スルーホール14bを通過するボンディングワイヤ20によって、信号用導体部34に接続されている。また、2つのフィルタ部43の下部電極13Cは、いずれかのスルーホール14cを通過するボンディングワイヤ20によって、接地用導体部36に接続されている。また、2つのフィルタ部43の下部電極13Dは、いずれかのスルーホール14dを通過するボンディングワイヤ20によって、接地用導体部36に接続されている。
【0052】
下部電極13A〜13Dは本発明における第1の励振用電極に対応し、上部電極15Aは本発明における第2の励振用電極に対応する。下部電極13A〜13Dおよび上部電極15Aは、いずれも1つの導体層を含んでいる。従って、フィルタ部43において、各薄膜圧電共振子における下部電極または上部電極は、他のいずれかの薄膜圧電共振子における下部電極または上部電極に対して、これらの電極に共通に用いられる導体層によって接続されている。
【0053】
次に、図9を参照して、チップ10における1つのフィルタ部44の構成について詳しく説明する。図9はフィルタ部44を示す平面図である。
【0054】
フィルタ部44は、バリア層12の上に配置された下部電極13E,13Fと、これらの下部電極13E,13Fの上に配置された圧電薄膜14と、この圧電薄膜14の上に配置された上部電極15B,15Cとを備えている。なお、図9は、基体11およびバリア層12を省略して描いている。
【0055】
図9に示したように、基体11には、1つの直列共振子16Rと2つの並列共振子17Rが配置される領域に、1つの空洞11bが設けられている。上方から見たときの空洞11bの形状は矩形になっている。
【0056】
下部電極13E,13Fおよび上部電極15B,15Cは、フィルタ部43側の下部電極13A〜13Dおよび上部電極15Aと同様に、それぞれ、主として金属よりなり、例えばクロム(Cr)層の上に金(Au)層を積層して形成される。
【0057】
下部電極13E,13Fは、図9において上下に配置されている。このうち、上側に配置された下部電極13Eの平面形状は、略逆T字形をなし、且つ左側の端部近傍部分の幅は他の部分よりも若干大きくなっている。下側に配置された下部電極13Fの平面形状は、一方向に長い矩形をなしている。上部電極15B,15Cは、図9において上下に配置されている。このうち、下側に配置された上部電極15Bの平面形状は、略T字形をなし、且つ右側の端部近傍部分の幅は他の部分よりも若干大きくなっている。上側に配置された上部電極15Cの平面形状は、一方向に長い矩形をなしている。下部電極13Eはフィルタ部44の入力端を兼ね、上部電極15Bはフィルタ部44の出力端を兼ねている。下部電極13Fおよび上部電極15Cは接地される。
【0058】
図9に示したように上方から見たときに、下部電極13Eの右側の端部近傍の部分は空洞11bに対応する領域の外に配置され、下部電極13Eの他の部分は、空洞11bに対応する領域内に配置されている。下部電極13Fの両端近傍の部分は空洞11bに対応する領域の外に配置され、下部電極13Fの他の部分は空洞11bに対応する領域内に配置されている。また、上部電極15Bの左側の端部近傍の部分は空洞11bに対応する領域の外に配置され、上部電極15Bの他の部分は、空洞11bに対応する領域内に配置されている。上部電極15Cの両端近傍の部分は空洞11bに対応する領域の外に配置され、上部電極15Cの他の部分は空洞11bに対応する領域内に配置されている。
【0059】
下部電極13Eの左側の端部近傍の一部と上部電極15Bの右側の端部近傍の一部とは、圧電薄膜14を介して互いに対向するように配置されている。そして、下部電極13Eおよび上部電極15Bの互いに重なる部分と、これらの間に配置された圧電薄膜14の一部とによって、直列共振子16Rが形成されている。この直列共振子16Rは、直列共振子16Tと同様に、圧電性を有する圧電薄膜14と、圧電薄膜14の両面に配置され、圧電薄膜14に対して励振用電圧を印加するための2つの励振用電極である下部電極13Eおよび上部電極15Bを有する薄膜圧電共振子である。なお、この直列共振子16Rの断面構造は、図8に示した直列共振子16Tと同様である。また、図9では、便宜上、下部電極13Eと上部電極15Bの互いに重なる部分の大きさを若干異ならせているが、実際にはこれらの大きさは等しい。
【0060】
また、下部電極13Eの図9における上側の端部近傍の一部と上部電極15Cの中間部分の一部は、圧電薄膜14を介して互いに対向するように配置されている。そして、下部電極13Eおよび上部電極15Cの互いに重なる部分と、これらの間に配置された圧電薄膜14の一部とによって、フィルタ部44の入力端側の並列共振子17Rが形成されている。この並列共振子17Rは、直列共振子16Tと同様に、圧電性を有する圧電薄膜14と、圧電薄膜14の両面に配置され、圧電薄膜14に対して励振用電圧を印加するための2つの励振用電極である下部電極13Eおよび上部電極15Cを有する薄膜圧電共振子である。なお、この並列共振子17Rの断面構造は、図8に示した直列共振子16Tと同様である。
【0061】
また、下部電極13Fの中間部分の一部と上部電極15Bの図9における下側の端部近傍の一部は、圧電薄膜14を介して互いに対向するように配置されている。そして、下部電極13Fおよび上部電極15Bの互いに重なる部分と、これらの間に配置された圧電薄膜14の一部とによって、フィルタ部44の出力側の並列共振子17Rが形成されている。この並列共振子17Rは、直列共振子16Tと同様に、圧電性を有する圧電薄膜14と、圧電薄膜14の両面に配置され、圧電薄膜14に対して励振用電圧を印加するための2つの励振用電極である下部電極13Fおよび上部電極15Bを有する薄膜圧電共振子である。なお、この並列共振子17Rの断面構造は、図8に示した直列共振子16Tと同様である。
【0062】
図9に示したように、圧電薄膜14において、下部電極13Eの右側の端部近傍の部分に対応する位置と、下部電極13Fの両端部近傍の部分に対応する位置とには、それぞれスルーホール14e,14fが形成されている。
【0063】
前段のフィルタ部44の上部電極15Bは、図示しない導体を介していると共に、スルーホール14eを経て、後段のフィルタ部44の下部電極13Eに接続される。また、前段のフィルタ部44と後段のフィルタ部44の下部電極13F同士は、図示しない導体を介して接続されてもよいし、予め一体化されていてもよい。同様に、前段のフィルタ部44と後段のフィルタ部44の上部電極15C同士は、図示しない導体を介して接続されてもよいし、予め一体化されていてもよい。
【0064】
前段のフィルタ部44の下部電極13Eは、スルーホール14eを通過するボンディングワイヤ20によって、信号用導体部35に接続されている。また、後段のフィルタ部44の上部電極15Bは、ボンディングワイヤ20によって、信号用導体部32に接続されている。また、2つのフィルタ部44の下部電極13Fは、いずれかのスルーホール14fを通過するボンディングワイヤ20によって、接地用導体部36に接続されている。また、上部電極15Cは、ボンディングワイヤ20によって、接地用導体部36に接続されている。
【0065】
下部電極13E,13Fは本発明における第1の励振用電極に対応し、上部電極15B,15Cは本発明における第2の励振用電極に対応する。下部電極13E,13Fおよび上部電極15B,15Cは、いずれも1つの導体層を含んでいる。従って、フィルタ部44において、各薄膜圧電共振子における下部電極または上部電極は、他のいずれかの薄膜圧電共振子における下部電極または上部電極に対して、これらの電極に共通に用いられる導体層によって接続されている。
【0066】
本実施の形態では、送信用フィルタ97および受信用フィルタ98に含まれるすべての薄膜圧電共振子における圧電薄膜14は連続している。なお、圧電薄膜14が連続しているというのは、圧電薄膜14が複数の部分に完全に分断されていないことを言い、例えば圧電薄膜14にスルーホールのような孔が形成されている場合も含む。
【0067】
また、本実施の形態では、送信用フィルタ97および受信用フィルタ98に含まれるすべての薄膜圧電共振子における下部電極は、連続する1つの面の上に配置されている。この連続する1つの面というのは、連続する1つの層の1つの面を言い、ここではバリア層12の上面である。なお、連続する1つの面は、平面に限らず、多少の凹凸を含む面であってもよい。
【0068】
また、本実施の形態では、送信用フィルタ97および受信用フィルタ98に含まれるすべての薄膜圧電共振子における上部電極は、連続する1つの面の上に配置されている。この連続する1つの面というのは、連続する1つの層の1つの面を言い、ここでは圧電薄膜14の上面である。なお、連続する1つの面は、平面に限らず、多少の凹凸を含む面であってもよい。また、すべての薄膜圧電共振子における上部電極は、圧電薄膜14の上面の上に、連続する他の層を介して配置されていてもよい。
【0069】
各共振子16T,17T,16R,17Rにおいて、下部電極と上部電極には、高周波の励振用電圧が印加される。この励振用電圧は圧電薄膜14に印加される。これにより、圧電薄膜14のうち、下部電極と上部電極との間に配置された部分が励振され、この部分に厚さ方向に進行する弾性波が発生する。この部分は、励振用電圧の周波数が所定の共振周波数のときに共振する。
【0070】
本実施の形態では、共振子16T,17T,16R,17Rのそれぞれにおける上部電極の厚さを変えることによって、各共振子16T,17T,16R,17Rの共振周波数を異ならせている。
【0071】
図7に示したように、フィルタ部43における上部電極15Aは、それぞれ下部電極13A,13Bに対向して、各直列共振子16Tの一部を構成する2つの直列共振子形成部15Asと、下部電極13Cに対向して、並列共振子17Tの一部を構成する並列共振子形成部15Apとを有している。直列共振子形成部15Asと並列共振子形成部15Apとは、互いに厚さが異なっている。本実施の形態では、並列共振子形成部15Apの厚さt3は、直列共振子形成部15Asの厚さt1よりも大きくなっている。そして、厚さの差t3−t1をΔt31で表す。直列共振子形成部15Asは、本発明における第1の直列共振子の励振用電極に対応し、並列共振子形成部15Apは、本発明における第1の並列共振子の励振用電極に対応する。
【0072】
また、図9に示したように、フィルタ部44における上部電極15Bは、下部電極13Eに対向して、直列共振子16Rの一部を構成する直列共振子形成部15Bsと、下部電極13Fに対向して、並列共振子17Rの一部を構成する並列共振子形成部15Bpとを有している。また、フィルタ部44における上部電極15Cは、下部電極13Eに対向して、並列共振子17Rの一部を構成する並列共振子形成部15Cpを有している。直列共振子形成部15Bsは、並列共振子形成部15Bpおよび並列共振子形成部15Cpと厚さが異なっている。本実施の形態では、並列共振子形成部15Bpおよび並列共振子形成部15Cpの各厚さは共にt4となっている。この厚さt4は、直列共振子形成部15Bsの厚さt2よりも大きくなっている。そして、厚さの差t4−t2をΔt42で表す。直列共振子形成部15Bsは、本発明における第2の直列共振子の励振用電極に対応し、並列共振子形成部15Bpおよび並列共振子形成部15Cpは、本発明における第2の並列共振子の励振用電極に対応する。
【0073】
送信用フィルタ97と受信用フィルタ98とでは、通過帯域が異なっている。そのため、上記の各厚さt1〜t4は互いに異なっている。ただし、本実施の形態では、並列共振子形成部15Apと直列共振子形成部15Asの厚さの差Δt31を、並列共振子形成部15Bp,15Cpと直列共振子形成部15Bsの厚さの差Δt42と等しくしている。
【0074】
ここで、本実施の形態に係るデュプレクサ1における各部の寸法の一例を挙げる。この例では、フィルタ部43およびフィルタ部44の双方において、圧電薄膜14の厚さは0.9μmであり、下部電極13A〜13Fの厚さは100nmである。また、フィルタ部43において、直列共振子16Tの大きさは、縦150μm、横150μmであり、並列共振子17Tの大きさは、縦185μm、横185μmである。更に、フィルタ部44において、直列共振子16Rの大きさは、縦100μm、横100μmであり、並列共振子17Rの大きさは、縦143μm、横143μmである。そして、直列共振子形成部15Asの厚さt1は90nmであり、並列共振子形成部15Apの厚さt3は105nmである。また、直列共振子形成部15Bsの厚さt2は55nmであり、並列共振子形成部15Bp,15Cpの厚さt4は70nmである。厚さの差Δt31、Δt42は、いずれも15nmである。
【0075】
次に、本実施の形態に係るデュプレクサ1の製造方法について説明する。この製造方法は、チップ10を作製する工程と、実装基板30を作製する工程と、チップ10を実装基板30に実装する工程とを備えている。なお、図1に示したように、チップ10は、複数の接続用の電極が露出した一方の面が、実装基板30の上面と同じ方向を向くように上向きに配置されている。
【0076】
このようにして、パッケージ化されたデュプレクサ1が製造される。このデュプレクサ1は、実装基板30の端面スルーホール39の近辺において他の基板にはんだ付けされることによって、他の基板に対して電気的に接続され、且つ機械的に固定される。
【0077】
次に、本実施の形態におけるチップ10の作製工程の一例について説明する。このチップ10の作製工程では、基体11として、(100)面を有するように配向したSi基板を用いた。そして、この基体11の上面(表面)と下面(裏面)にそれぞれ、化学的気相成長(CVD)法により、200nmの厚さの窒化ケイ素(SiNX)膜を形成した。基体11の上面に形成された窒化ケイ素膜は上部のバリア層12となり、基体11の下面に形成された窒化ケイ素膜は、図示しない下部のバリア層となる。
【0078】
次に、下部のバリア層に、フォトリソグラフィおよびドライエッチングにより図示しない複数の開口部を形成した。下部のバリア層は、後にエッチングによって基体11に空洞11a,11bを形成するためのマスクとして用いられる。
【0079】
次に、バリア層12の上面の上に、送信用フィルタ97および受信用フィルタ98に含まれるすべての薄膜圧電共振子における下部電極13A〜13Fを形成した。なお、本例では、バリア層12の上面は平面である。従って、すべての薄膜圧電共振子における下部電極13A〜13Fは、同一平面上に配置される。下部電極13A〜13Fは、以下で説明するようにリフトオフ法により、約5nmの厚さのCr層および約100nmのAu層を、この順に形成することによって形成した。すなわち、まず、バリア層12の上面に、フォトリソグラフィにより、下部電極13A〜13Fの各々を形成すべき位置に開口部を有するレジストパターンを形成した。次に、スパッタ法により、レジストパターンを覆うように、約5nmの厚さのCr層および約100nmの厚さのAu層を、この順に形成した。次に、レジストパターンを除去し、レジストパターンの開口部内に形成されたCr層およびAu層を下部電極13A〜13Fとした。
【0080】
次に、スパッタ法により、下部電極13A〜13Fを覆うように約0.9μmの厚さのZnO層を形成することによって、送信用フィルタ97および受信用フィルタ98に含まれるすべての薄膜圧電共振子における圧電薄膜14が連続するように、圧電薄膜14を形成した。次に、酢酸を用いて圧電薄膜14の一部を除去することによって、スルーホール14a〜14fを形成した。
【0081】
次に、圧電薄膜14の上面の上に、送信用フィルタ97および受信用フィルタ98に含まれるすべての薄膜圧電共振子における上部電極15A〜15Cを、リフトオフ法により形成した。この上部電極15A〜15Cを形成する工程については、後で詳しく説明する。
【0082】
上部電極15A〜15Cの形成が完了した後、下部のバリア層をマスクとし、KOHを用いて、下面(裏面)側より基体11をエッチングして、空洞11a,11bを形成した。(100)面を有するように配向したSi基板よりなる基体11は、KOHにより異方性エッチングが施される。その結果、基体11には、下側に向けて徐々に幅が広がる形状の空洞11a,11bが形成された。
【0083】
次に、本実施の形態における上部電極15A〜15Cを形成する工程について詳しく説明する。この上部電極15A〜15Cの形成工程は、フィルタ部43における上部電極15Aを形成すべき領域に、この上部電極15Aと同じ平面形状と第1の厚さとを有する第1の電極用膜を形成する工程と、フィルタ部44における上部電極15B,15Cを形成すべき領域に、この上部電極15B,15Cと同じ平面形状と第2の厚さとを有する第2の電極用膜を形成する工程と、上部電極15Aのうちの並列共振子形成部15Apおよび上部電極15B,15Cのうちの並列共振子形成部15Bp,15Cpを形成すべき領域に、これらと同じ平面形状と第3の厚さとを有する第3の電極用膜を形成する工程とを含んでいる。これら3つの工程の順序は、任意である。第1の電極用膜は、2つの薄膜圧電共振子16Tおよび1つの薄膜圧電共振子17Tにおける上部電極に共通に用いられる導体層に対応する。上部電極15Bと同じ平面形状を有する第2の電極用膜は、1つの薄膜圧電共振子16Rおよび1つの薄膜圧電共振子17Rにおける上部電極に共通に用いられる導体層に対応する。
【0084】
このようにして、本実施の形態では、送信用フィルタ97における直列共振子16Tの上部電極(直列共振子形成部15As)は、第1の厚さの第1の電極用膜によって形成され、受信用フィルタ98における直列共振子16Rの上部電極(直列共振子形成部15Bs)は、第2の厚さの第2の電極用膜によって形成される。また、送信用フィルタ97における並列共振子17Tの上部電極(並列共振子形成部15Ap)は、第1の電極用膜と第3の電極用膜との積層体によって形成され、受信用フィルタ98における並列共振子17Rの上部電極(並列共振子形成部15Bp,15Cp)は、第2の電極用膜と第3の電極用膜との積層体によって形成される。このように、本実施の形態によれば、3回の成膜工程によって、互いに厚さの異なる4種類の上部電極を形成することができる。
【0085】
なお、上部電極15A〜15Cの下地との密着性を確保するために形成されるCr層等の層は、上記の3つの工程の順番に関係なく、最初に形成する。
【0086】
以下、図10ないし図13を参照して、上部電極15A〜15Cの形成工程の具体的な一例について説明する。この例では、まず、圧電薄膜14の上面に、フォトリソグラフィにより、フィルタ部43における上部電極15Aに対応した形状の開口部を有するレジストパターンを形成した。次に、スパッタ法により、レジストパターンを覆うように、第1の電極用膜151を90nmの厚さに形成した。次に、レジストパターンを除去して、図10に示したように、上部電極15Aを形成すべき領域に、上部電極15Aと同じ平面形状を有するようにパターニングされた第1の電極用膜151を形成した。
【0087】
次に、第1の電極用膜151および圧電薄膜14の上面に、フォトリソグラフィにより、フィルタ部44における上部電極15B,15Cに対応した形状の開口部を有するレジストパターンを形成した。次に、スパッタ法により、レジストパターンを覆うように、第2の電極用膜152を55nmの厚さに形成した。次に、レジストパターンを除去して、図11に示したように、上部電極15B,15Cを形成すべき領域に、上部電極15B,15Cと同じ平面形状を有するようにパターニングされた第2の電極用膜152を形成した。
【0088】
次に、第1の電極用膜151、第2の電極用膜152および圧電薄膜14の上面に、フォトリソグラフィにより、フィルタ部43における並列共振子形成部15Apおよびフィルタ部44における並列共振子形成部15Bp,15Cpに対応した形状の開口部を有するレジストパターンを形成した。次に、スパッタ法により、レジストパターンを覆うように、第3の電極用膜153,154を15nmの厚さに形成した。次に、レジストパターンを除去し、図12に示したように、並列共振子形成部15Apを形成すべき領域に、並列共振子形成部15Apと同じ平面形状を有するようにパターニングされた第3の電極用膜153を形成した。これと同時に、図13に示したように、並列共振子形成部15Bp,15Cpを形成すべき領域に、並列共振子形成部15Bp,15Cpと同じ平面形状を有するようにパターニングされた第3の電極用膜154を形成した。このようにして、第1の電極用膜151と第3の電極用膜153からなる厚さ105nmの積層体と、第2の電極用膜152と第3の電極用膜154からなる厚さ70nm積層体とを同時に形成した。
【0089】
この例では、送信用フィルタ97における直列共振子16Tの上部電極(直列共振子形成部15As)は第1の電極用膜151によって形成され、受信用フィルタ98における直列共振子16Rの上部電極(直列共振子形成部15Bs)は第2の電極用膜152によって形成される。また、送信用フィルタ97における並列共振子17Tの上部電極(並列共振子形成部15Ap)は、第1の電極用膜151と第3の電極用膜153との積層体によって形成され、受信用フィルタ98における並列共振子17Rの上部電極(並列共振子形成部15Bp,15Cp)は、第2の電極用膜152と第3の電極用膜154との積層体によって形成される。このように、本例では、3回の成膜工程によって、互いに厚さの異なる4種類の上部電極を形成した。
【0090】
図14は、送信用フィルタ97の所望の特性の一例を示し、図15は、受信用フィルタ98の所望の特性の一例を示している。なお、図14および図15は、送信用フィルタ97および受信用フィルタ98を構成する各フィルタ回路の伝送特性(減衰量)を表すS21パラメータの周波数特性を表している。本実施の形態では、例えば、図14、図15に示したような送信用フィルタ97および受信用フィルタ98のフィルタ特性をシミュレーションで設計する。この際、下部電極13A〜13Fおよび圧電薄膜14の各厚さ、ならびに下部電極13A〜13Fおよび上部電極15A〜15Cの大きさ等を最適化して、送信用フィルタ97における直列共振子16Tの上部電極(直列共振子形成部15As)と並列共振子17Tの上部電極(並列共振子形成部15Ap)と間における厚さの差と、受信用フィルタ98における直列共振子16Rの上部電極(直列共振子形成部15Bs)と並列共振子17Rの上部電極(並列共振子形成部15Bp,15Cp)との間における厚さの差とが互いに等しくなるようにした。
【0091】
以上説明したように、本実施の形態では、送信用フィルタ97および受信用フィルタ98に含まれる直列共振子16T,16Rおよび並列共振子17T,17Rのすべてを1つの基体11上に配置して、送信用フィルタ97と受信用フィルタ98とを1つのチップ10内に設けている。そのため、本実施の形態によれば、送信用フィルタ97を含むチップと受信用フィルタ98を含むチップとを別個に作製する場合に比べて、チップを作製するために要する工程数を少なくすることができる。また、本実施の形態によれば、送信用フィルタ97を含むチップと受信用フィルタ98を含むチップとを別個に作製する場合に比べて、製作すべきチップの数が減ることから、ウェハからチップを切り出す回数も減る。更に、本実施の形態によれば、デュプレクサ1の実装基板30に1つのチップ10を実装すればよく、2つのチップを実装する場合に比べて工程数を少なくすることができる。以上のことから、本実施の形態によれば、デュプレクサ1を少ない工程数で製造することができる。
【0092】
また、本実施の形態では、送信用フィルタ97および受信用フィルタ98に含まれるすべての薄膜圧電共振子における圧電薄膜14は連続している。従って、本実施の形態によれば、圧電薄膜14を各薄膜圧電共振子毎に分割されるようにパターニングする必要がなく、これにより、より少ない工程数でデュプレクサを製造することができる。
【0093】
また、本実施の形態では、送信用フィルタ97および受信用フィルタ98に含まれるすべての薄膜圧電共振子における下部電極は、連続する1つの面の上に配置されている。これにより、本実施の形態によれば、下部電極の形成が容易になる。
【0094】
また、本実施の形態では、送信用フィルタ97および受信用フィルタ98に含まれるすべての薄膜圧電共振子における上部電極は、連続する1つの面の上に配置されている。これにより、本実施の形態によれば、上部電極の形成が容易になる。
【0095】
また、本実施の形態では、送信用フィルタ97における並列共振子形成部15Apの厚さt3と直列共振子形成部15Asの厚さt1との差Δt31を、受信用フィルタ98における並列共振子形成部15Bpおよび並列共振子形成部15Cpの厚さt4と直列共振子形成部15Bsの厚さt2との差Δt42と等しくしている。従って、例えば、第1回目の成膜工程で厚さt1の第1の電極用膜を成膜し、第2回目の成膜工程で厚さt2の第2の電極用膜を成膜し、第3回目の成膜で厚さt1の第1の電極用膜および厚さt2の第2の電極用膜のそれぞれの上に、差Δt31(Δt42)に対応した厚さの第3の電極用膜を部分的に成膜することにより、3回の成膜工程で4種類の異なる厚さの上部電極を形成することができる。これにより、デュプレクサ1をより少ない工程数で製造することができる。
【0096】
[第2の実施の形態]
次に、図16を参照して、本発明の第2の実施の形態に係るデュプレクサおよびその製造方法について説明する。図16は、本実施の形態における送信用フィルタ97および受信用フィルタ98に含まれるすべての薄膜圧電共振子を代表して示す断面図である。図16において、符号13は下部電極13A〜13Fを代表して示し、符号15は上部電極15A〜15Cを代表して示している。本実施の形態に係るデュプレクサでは、送信用フィルタ97および受信用フィルタ98に含まれるすべての薄膜圧電共振子は、音響インピーダンスが異なる複数の誘電体層によって構成された音響多層膜23を有している。この音響多層膜23は、基体11と下部電極13との間に配置されている。本実施の形態では、基体11に空洞11aは設けられていない。
【0097】
音響多層膜23は、音響インピーダンスの高い誘電体材料からなる第1の誘電体層23Aと、音響インピーダンスの低い誘電体材料からなる第2の誘電体層23Bとを交互に積層することによって構成されている。第1の誘電体層23Aは、例えばAlN、ZnO、Al2O3のいずれかによって構成されている。第2の誘電体層23Bは、例えばSiO2によって構成されている。
【0098】
音響多層膜23は、圧電薄膜14によって発生された弾性波を圧電薄膜14内に閉じ込める機能を有する。各誘電体層23A,23Bの厚さは、例えば、共振周波数に対応する各誘電体層23A,23B内における波長の4分の1前後に設定される。
【0099】
本実施の形態において、送信用フィルタ97および受信用フィルタ98に含まれるすべての薄膜圧電共振子における音響多層膜23の厚さは等しくなっている。また、送信用フィルタ97および受信用フィルタ98に含まれるすべての薄膜圧電共振子における音響多層膜23は連続している。本実施の形態に係るデュプレクサのその他の構成は、第1の実施の形態と同様である。
【0100】
本実施の形態に係るデュプレクサの製造方法では、下部電極13を形成する工程の前に、基体11の上に、送信用フィルタ97および受信用フィルタ98に含まれるすべての薄膜圧電共振子における音響多層膜23を形成する工程を備えている。下部電極13は、音響多層膜23の上に形成される。本実施の形態に係るデュプレクサの製造方法におけるその他の工程は、第1の実施の形態と同様である。
【0101】
本実施の形態において、音響多層膜23は、金属層を含まず、音響インピーダンスが異なる複数の誘電体層のみによって構成されている。もし、音響多層膜23が金属層を含んでいると、音響多層膜23を各薄膜圧電共振子の平面形状と同様な形状にパターン化しなければ、各薄膜圧電共振子における下部電極と金属層との間に大きなキャパシタンスが生じてしまう。このキャパシタンスは、1つの共振子から他の共振子への好ましくない寄生容量結合を生じさせる。しかし、音響多層膜23をパターン化すると、音響多層膜23が存在する部分と存在しない部分との間に段差が生じ、音響多層膜23の上に薄膜圧電共振子の他の層を安定して形成することが難しくなる。これに対し、本実施の形態では、音響多層膜23は複数の誘電体層のみによって構成されているので、上記の寄生容量結合を生じさせることなく、すべての薄膜圧電共振子間で連続するように音響多層膜23を形成することができる。これにより、本実施の形態によれば、少ない工程数で、安定してデュプレクサを製造することができる。
【0102】
ところで、音響多層膜23の最適な厚さは、各薄膜圧電共振子の共振周波数によって異なる。しかし、デュプレクサにおける送信用フィルタ97と受信用フィルタ98に用いられる複数の薄膜圧電共振子間では、共振周波数の差は非常に小さい。例えば、2GHz付近の周波数帯域で使用されるデュプレクサでは、複数の薄膜圧電共振子間における共振周波数の差は80MHz程度であり、これは共振周波数の4%程度である。従って、各薄膜圧電共振子毎に音響多層膜23の厚さを変えなくても、デュプレクサとして十分な特性を得ることができる。そこで、本実施の形態では、送信用フィルタ97および受信用フィルタ98に含まれるすべての薄膜圧電共振子における音響多層膜23の厚さを等しくしている。これにより、少ない工程数で、安定してデュプレクサを製造することができる。
【0103】
圧電薄膜14の材料には、例えばZnOやAlNが用いられる。これらの材料の弾性定数の温度係数は負である。これに対し、SiO2の弾性定数の温度係数は正である。そのため、本実施の形態において、音響多層膜23における第2の誘電体層23Bの材料としてSiO2を用いた場合には、第2の誘電体層23Bに、薄膜圧電共振子の共振周波数の温度係数を零に近づける温度補償層の機能も持たせることができる。なお、共振周波数の温度係数とは、温度変化に対する共振周波数の変化率を言う。
【0104】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第1の実施の形態と同様である。
【0105】
なお、本発明は上記各実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、チップを実装基板に実装する方法としては、フェースアップボンディングに限らず、フリップチップボンディング等のフェースダウンボンディングを用いてもよい。
【0106】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のデュプレクサでは、送信用フィルタおよび受信用フィルタに含まれるすべての薄膜圧電共振子は1つの基体上に配置される。従って、本発明によれば、送信用フィルタを含むチップと受信用フィルタを含むチップとを別個に作製し、これらを実装基板に実装して製造するデュプレクサに比べて、少ない工程数でデュプレクサを製造することが可能になるという効果を奏する。また、本発明では、すべての薄膜圧電共振子における圧電薄膜は連続している。従って、本発明によれば、圧電薄膜を各薄膜圧電共振子毎に分割されるようにパターニングする必要がなく、これにより、より少ない工程数でデュプレクサを製造することができるという効果を奏する。
【0107】
また、本発明のデュプレクサにおいて、すべての薄膜圧電共振子における第1の励振用電極は、連続する1つの面の上に配置されていてもよい。この場合には、第1の励振用電極の形成が容易になるという効果を奏する。
【0108】
また、本発明のデュプレクサにおいて、すべての薄膜圧電共振子における第2の励振用電極は、連続する1つの面の上に配置されていてもよい。この場合には、第2の励振用電極の形成が容易になるという効果を奏する。
【0109】
また、本発明のデュプレクサによれば、3回の成膜工程により、互いに厚さの異なる4種類の励振用電極を形成することができる。従って、本発明によれば、より少ない工程数でデュプレクサを製造することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係るデュプレクサの平面図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態における実装基板の平面図である。
【図3】本発明の第1の実施の形態における実装基板の中層を示す平面図である。
【図4】本発明の第1の実施の形態に係るデュプレクサの回路構成を示す回路図である。
【図5】本発明の第1の実施の形態における送信用フィルタの回路構成を示す回路図である。
【図6】本発明の第1の実施の形態における受信用フィルタの回路構成を示す回路図である。
【図7】本発明の第1の実施の形態における送信用フィルタを構成するフィルタ部を示す平面図である。
【図8】図7におけるA−A線断面を拡大して示す断面図である。
【図9】本発明の第1の実施の形態における受信用フィルタを構成するフィルタ部を示す平面図である。
【図10】本発明の第1の実施の形態に係るデュプレクサの製造方法における一工程を示す説明図である。
【図11】図10に示した工程に続く工程を示す説明図である。
【図12】図11に示した工程に続く工程を示す説明図である。
【図13】図12に示した工程と同時に行う工程を示す説明図である。
【図14】本発明の第1の実施の形態における送信用フィルタの特性を示す特性図である。
【図15】本発明の第1の実施の形態における受信用フィルタの特性を示す特性図である。
【図16】本発明の第2の実施の形態における薄膜圧電共振子の断面図である。
【符号の説明】
1…デュプレクサ、10…チップ、11…基体、12…バリア層、13A〜13F…下部電極、14…圧電薄膜、15A〜15C…上部電極、16T,16R…直列共振子、17T,17R…並列共振子、30…実装基板、97…送信用フィルタ、98…受信用フィルタ。
Claims (4)
- 送信信号を通過させ、受信信号を遮断する送信用フィルタと、受信信号を通過させ、送信信号を遮断する受信用フィルタとを備え、アンテナに接続されるデュプレクサであって、
更に1つの基体を備え、
前記送信用フィルタおよび受信用フィルタは、いずれも、圧電性を有する圧電薄膜と、前記圧電薄膜の両面に配置され、前記圧電薄膜に励振用電圧を印加する第1および第2の励振用電極とを有する薄膜圧電共振子を含み、
前記送信用フィルタおよび受信用フィルタに含まれるすべての薄膜圧電共振子は、前記基体の上に配置され、
すべての薄膜圧電共振子における圧電薄膜は連続し、
前記送信用フィルタは、それぞれ前記薄膜圧電共振子からなり、ラダー型のフィルタ回路を構成する第1の直列共振子と第1の並列共振子とを含み、
前記受信用フィルタは、それぞれ前記薄膜圧電共振子からなり、ラダー型のフィルタ回路を構成する第2の直列共振子と第2の並列共振子とを含み、
前記送信用フィルタにおいて、それぞれ前記圧電薄膜の一方の面に配置された前記第1の直列共振子の励振用電極と前記第1の並列共振子の励振用電極とは、互いに厚さが異なり、
前記受信用フィルタにおいて、それぞれ前記圧電薄膜の一方の面に配置された前記第2の直列共振子の励振用電極と前記第2の並列共振子の励振用電極とは、互いに厚さが異なり、
前記第1の直列共振子の励振用電極と前記第1の並列共振子の励振用電極との間における厚さの差は、前記第2の直列共振子の励振用電極と前記第2の並列共振子の励振用電極との間における厚さの差と等しく、
互いに厚さが異なる第1の直列共振子の励振用電極と第1の並列共振子の励振用電極、および互いに厚さが異なる第2の直列共振子の励振用電極と第2の並列共振子の励振用電極のうち、第1の直列共振子の励振用電極は、第1の厚さの第1の電極用膜によって構成され、第2の直列共振子の励振用電極は、第2の厚さの第2の電極用膜によって構成され、第1の並列共振子の励振用電極は、前記第1の電極用膜と第3の電極用膜との積層体によって構成され、第2の並列共振子の励振用電極は、前記第2の電極用膜と第3の電極用膜との積層体によって構成されていることを特徴とするデュプレクサ。 - すべての薄膜圧電共振子における第1の励振用電極は、連続する1つの面の上に配置されていることを特徴とする請求項1記載のデュプレクサ。
- すべての薄膜圧電共振子における第2の励振用電極は、連続する1つの面の上に配置されていることを特徴とする請求項1または2記載のデュプレクサ。
- 互いに厚さが異なる前記第1の直列共振子の励振用電極と前記第1の並列共振子の励振用電極は、共に、前記圧電薄膜における基体とは反対側の面に配置され、互いに厚さが異なる前記第2の直列共振子の励振用電極と前記第2の並列共振子の励振用電極は、共に、前記圧電薄膜における基体とは反対側の面に配置されていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載のデュプレクサ。
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