JP4389521B2 - 弾性波フィルタ - Google Patents

Description

本発明は各種通信機器に用いられる弾性波フィルタに関するものである。

従来のこの種の弾性波フィルタとしては図１４に示すようなものがある。図１４において第１の誘電体層７２の下面に送信端子６８、受信端子６９、アンテナ端子７０および第１のグランド電極７１が形成されており、この第１の誘電体層７２の上面には伝送線路７３，７４，７５，７６，７７が形成されており、これらの伝送線路７３，７４，７５，７６，７７の上面には第２の誘電体層７８が配置されており、この第２の誘電体層７８の上面には第２のグランド電極７９が形成されており、この第２のグランド電極７９の上面にはキャビティ８０が形成されている。このキャビティ８０はその中央に穴が設けられて筒形状を有しており、キャビティ８０の上側には金属板８１が溶接され、キャビティ８０の穴部分が密閉されてパッケージが構成されている。また第２のグランド電極７９の上面には弾性波素子８２が実装されており、この弾性波素子８２はキャビティ８０および金属板８１とは接触しないように配置された構成となっている。

以上のように構成された従来の弾性波フィルタの弾性波素子８２以外のパッケージのみの送信端子６８とアンテナ端子７０の間の通過特性、すなわちアイソレーション特性は図１５におけるＡ線のようなものになり、２．１７ＧＨｚにおいてその減衰量は５６．８ｄＢとなる。このような従来の弾性波フィルタが図６のような回路を持ち、その周波数特性が図７に示すような場合であるとき、この弾性波フィルタの２．１１ＧＨｚから２．１７ＧＨｚの間における減衰量は５７．８ｄＢであり、図１５に破線で示す。図１５に示すように、弾性波フィルタの減衰量よりもパッケージの減衰量の方が小さくなる、すなわち送信端子６８からアンテナ端子７０に伝播する信号量はパッケージを伝播する方が多くなる。このように従来のパッケージは減衰量が大きい弾性波フィルタを構成するためにはアイソレーション特性が不充分なものとなっている。

なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開平１０−３１３２２９号公報

しかしながら、上記従来の構成では、図１４に示す送信端子６８、アンテナ端子７０の間のアイソレーションが充分に取れないという問題を有していた。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、このアイソレーションを大きくとりフィルタ特性を向上させることのできる弾性波フィルタを提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載の発明は、入力端子と出力端子との間に電気的に接続された複数の直列腕弾性波素子と、直列弾性波素子とグランド電極との間に電気的に接続された並列腕弾性波素子と、出力端子と前記グランド電極との間に電気的に接続された第１の伝送線路と、並列腕弾性波素子とグランド電極との間に電気的に接続された第２の伝送線路と、グランド電極と電気的に接続された第３の伝送線路とを備え、第３の伝送線路は、第１の伝送線路及び第２の伝送線路と同じ誘電体層上であって、かつ、第１の伝送線路と第２の伝送線路との間に形成されたラダー型の弾性波フィルタである。

すなわち第１の伝送線路と第２の伝送線路との間にグランドを介在させることになり、端子間のアイソレーションを大きく取ることによりフィルタ特性を向上させることができる。

また、弾性素子で直列腕と並列腕を形成したラダー型フィルタとすることにより、弾性波フィルタの設計の自由度を向上できる。

また、伝送線路を少なくとも一つ以上の誘電体層上に形成し、伝送線路を多層構造とすることにより伝送線路の設計の自由度を向上できる。

本発明の請求項２に記載の発明は、金属板で直列腕弾性波素子及び並列腕弾性波素子を覆う構成とした請求項１に記載の弾性波フィルタであって、本構成によって弾性波素子を気密封止することが可能となり、フィルタの信頼性を向上させることができる。

本発明の請求項３に記載の発明は、伝送線路を形成した層をグランド層で挟み、各々のグランド層をビアホールで接続した請求項１に記載の弾性波フィルタであって、本構成によりグランドを強化することによりさらに大きなアイソレーションを得ることができるようになる。

本発明の請求項４に記載の発明は、ビアホールの直径が接続する伝送線路の線幅よりも小さくした請求項３に記載の弾性波フィルタであって、本構成により伝送線路にビアホールを接続するためのランド電極を構成する必要がなくなるので、伝送線路の設計の自由度を向上させることができる。

本発明の請求項５に記載の発明は、第３の伝送線路が少なくとも一つ以上の分岐を有した請求項１に記載の弾性波フィルタであって、本構成によりグランドに接続した伝送線路により仕切られる領域が３つ以上となり、アイソレーションを向上させる端子間を増やすことができる。

本発明の請求項６に記載の発明は、第３の伝送線路が少なくとも一つ以上の部分で４５°もしくは９０°の角度を持った伝送線路とした請求項１に記載の弾性波フィルタであって、本構成により伝送線路を形成するときにスクリーン印刷を導入しやすくなり、結果として線幅を小さくすることが容易となる。

本発明の請求項７に記載の発明は、角度を持った部分がビアホールによりグランド電極と接続された請求項６に記載の弾性波フィルタであって、本構成により角度を持った部分を接地できるようになる。伝送線路において角度を持った部分は直線部分とは異なるインピーダンスを持つので結合条件が異なるが本構成のようにすることで、直線部分と同じ結合条件を維持することができる。

また、送信端子と受信端子とアンテナ端子を使用周波数の波長以下の間隔でグランドに接続した伝送線路で仕切った共用器とすることにより、送信端子と受信端子とアンテナ端子のそれぞれの端子間のアイソレーションを大きく取ることができるものである。

本発明の請求項８に記載の発明は、通過帯よりも減衰帯が高い周波数を用いた請求項１に記載の弾性波フィルタであって、本構成により通過帯よりも減衰帯が高い周波数であるフィルタの特性を向上させることができる。

本発明の請求項９に記載の発明は、通過帯が６０ＭＨｚ以上とした請求項１に記載の弾性波フィルタであり、通過帯が６０ＭＨｚ以上であるフィルタの特性を向上させることができる。

本発明の請求項１０に記載の発明は、減衰帯が６０ＭＨｚ以上とした請求項１に記載の弾性波フィルタであって、減衰帯が６０ＭＨｚ以上であるフィルタの特性を向上させることができる。

以上のように本発明は、出力端子と前記グランド電極との間に電気的に接続された第１の伝送線路と、並列腕弾性波素子とグランド電極との間に電気的に接続された第２の伝送線路との間に、グランドに接続した第３の伝送線路を形成したものである。

すなわち第１の伝送線路と第２の伝送線路との間にグランドを介在させることになり、端子間のアイソレーションを大きく取ることによりフィルタ特性を向上させることができる。

以下、本発明の一実施の形態を添付図面により説明する。

図１は本発明の一実施の形態を示しており、図１において第１の誘電体層５の下面に送信端子１、受信端子２、アンテナ端子３および第１のグランド電極４が形成されており、この第１の誘電体層５の上面には伝送線路６，７，８，９，１０，１１が形成されており、これらの伝送線路６，７，８，９，１０，１１の上側には第２の誘電体層１２が配置されており、この第２の誘電体層１２の上面には第２のグランド電極１３が形成されており、この第２のグランド電極１３の上面にはキャビティ１４が形成されている。このキャビティ１４はその中央に穴が設けられて筒形状を有しており、キャビティ１４の上側には金属板１５が溶接され、キャビティ１４の穴部分が密閉されてパッケージが構成されている。また第２のグランド電極１３の上面には弾性波素子１６が実装されており、この弾性波素子１６はキャビティ１４および金属板１５とは接触しないように配置されている。

図２（ａ）は本発明の弾性波フィルタの上面図である。キャビティ１４の内部に弾性波素子１６と電極パッド１７ａ〜１７ｌの配置を示している。図２（ｂ）は本発明の弾性波フィルタの断面図である。キャビティ１４は中央部に弾性波素子１６を配置しその両側の２辺は階段状をなしており、その一方の階段面に電極パッド１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ，１７ｅ，１７ｆが設けられ、他方の階段面に電極パッド１７ｇ，１７ｈ，１７ｉ，１７ｊ，１７ｋ，１７ｌが設けられている。

図３は図１における第１の誘電体層５および第２の誘電体層１２およびキャビティ１４近傍の拡大図である。また図４は図１における第１のグランド電極４および第１の誘電体層５近傍の拡大図である。図３における伝送線路６は同図に示すビアホール１８によりその一端が電極パッド１７ｃに接続され、図４に示すビアホール２３によりその他端が第１のグランド電極４に接続されている。同様に図３における伝送線路７は同図に示すビアホール１９によりその一端が電極パッド１７ｄに接続され、図４に示すビアホール２４によりその他端が第１のグランド電極４に接続されている。同様に図３における伝送線路９は同図に示すビアホール２０によりその一端が電極パッド１７ｉに接続され、図４に示すビアホール２５によりその他端が第１のグランド電極４に接続されている。同様に図３における伝送線路８は同図に示すビアホール２１によりその一端が電極パッド１７ｊに接続され、図４に示すビアホール２６によりその他端が第１のグランド電極４に接続されている。また図３における伝送線路１０はその一端が同図に示すビアホール２２およびキャビティ１４内に形成された伝送線路（図示せず）を介して電極パッド１７ａに接続され、かつ図４に示すビアホール２７によりアンテナ端子３に接続され、さらに図４に示すビアホール２８によりその他端が第１のグランド電極４に接続されている。

図５は図４と同様に図１における第１のグランド電極４および第１の誘電体層５近傍の拡大図である。上記構成においてもっとも重要なことは第１の誘電体層５の上面に伝送線路１１が形成されていることである。この伝送線路１１は分岐点を１つ持ち、端部を３つ持った形状となっている。これらの端部がビアホール２９，３０，３１により第１のグランド電極４に接続されており、これらの端部の間がビアホール３２，３３，３４，３５により使用周波数の波長以下の間隔で第１のグランド電極４に接続されており、さらにビアホール３３は伝送線路１１の分岐点に接続されている。また伝送線路１１は１点で直角に曲がっており、ビアホール３５はこの直角に曲がっている点に接続されている。

以上のような構成の弾性波フィルタの動作について説明する。一例として、図６に示す回路を用いた場合について詳述する。

弾性波素子１６の表面に入力端子３６が形成され、この入力端子３６に第１の直列腕３７の一端と第１の並列腕３８の一端が接続され、第１の直列腕３７の他端に第２の直列腕３９の一端と第２の並列腕４０の一端が接続され、第２の直列腕３９の他端に弾性波素子１６の表面に形成された出力端子４１が接続されて構成されている。

入力端子３６と図２（ａ）に示す電極パッド１７ｅが電気的に接続され、さらに図２（ａ）に示す電極パッド１７ｅと送信端子１が電気的に接続され、また出力端子４１と図２（ａ）に示す電極パッド１７ａが電気的に接続されている。第１の並列腕３８の他端と図２（ａ）に示す電極パッド１７ｃが電気的に接続され、また第２の並列腕４０の他端と図２（ａ）に示す電極パッド１７ｄが電気的に接続されている。したがって、図６における第１のインダクタ４２は図１の伝送線路１０に、図６における第２のインダクタ４３は図１の伝送線路６、図６における第３のインダクタ４４は図１の伝送線路７にそれぞれ対応する。

以上のように形成された弾性波フィルタの送信端子１とアンテナ端子３の間の周波数特性を図７に示す。１．９２ＧＨｚから１．９８ＧＨｚまでは損失の少ない通過特性を示し、その両側において、特に２．１１ＧＨｚから２．１７ＧＨｚまでは大きな減衰量が取れるようになっていることが最も大きな特長となっている。このような大きな減衰量を得ることができる理由は図８を用いて次のように説明することができる。

図８のＢ線は本実施の形態の弾性波フィルタのパッケージのみの場合の送信端子１とアンテナ端子３の間の周波数特性、すなわち本実施の形態のうち弾性波素子１６を取り除いたときのアイソレーション特性を示したものである。また同図のＡ線は図１５に示す従来例のパッケージのアイソレーション特性を示している。

図１において説明したように伝送線路６と伝送線路１０は第１の誘電体層５上に形成されており、それらの間の電界結合は両者を最短距離で構成したときに最も大きくなる。伝送線路１１は伝送線路６と伝送線路１０を隔てるように誘電体層５上に形成されている。また図５に示すビアホール２９，３０，３１，３２，３３，３４，３５により第１のグランド電極４に接続されているので伝送線路１１の電位は充分に低い状態となっている。したがって伝送線路１１は伝送線路６と伝送線路１０の間の電界結合を弱める作用を及ぼし、結果として送信端子１とアンテナ端子３の間のアイソレーションを大きくすることができる。

第１の誘電体層５と第２の誘電体層１２とキャビティ１４をアルミナが主成分である誘電率７．８の低温焼結セラミックスにより形成し、形状３．８ｍｍ×３．８ｍｍ×１．３ｍｍのパッケージを構成する。伝送線路６と伝送線路７と伝送線路１０と伝送線路１１を銀が主成分である導体により線幅１００μｍとなるように形成する。伝送線路６と伝送線路１０はその最短距離が２００μｍとなるように配置する。伝送線路１１は伝送線路６と伝送線路１０が最短距離となる位置の中央部分を含んで両者を完全に隔てるように配置する。各ビアホールは銀が主成分となる導体により径１００μｍで形成し、各ビアホールと伝送線路との接続する部分は伝送線路の線幅が２００μｍとなるように形成する。

さらに２．１７ＧＨｚの波長以下の間隔で伝送線路１１をビアホール２９〜３５でグランド電極４に接続することでビアホール接続間のインピーダンスが前記使用周波数に対して小さくなりこの伝送線路１１におけるインピーダンスが無視できることになる。

このように構成したパッケージの送信端子１とアンテナ端子３の間の電界結合をコンデンサとして表わすと２．１７ＧＨｚにおいて約０．０００９５ｐＦとなり、従来例の場合の約０．００１２ｐＦと比較して約２０％低減されている。これを減衰量として表わすと図８のＢ線に示すように２．１７ＧＨｚにおいて５８．８ｄＢとなり、図７および図８において破線で示す弾性波フィルタの最も大きい減衰量である５７．８ｄＢをも上回っている。したがって、２．１１ＧＨｚから２．１７ＧＨｚの帯域において送信端子１からパッケージを伝播してアンテナ端子３に達する信号は送信端子１から弾性波素子１６を伝播してアンテナ端子３に達する信号よりも少なくなり、この結果、本構成のパッケージは図７に示す弾性波フィルタを構成できる。

なお、本実施の形態の弾性波素子１６はリチウム酸タンタレートを用いるのがよい。この場合は素子のカット角の自由度が大きく、低損失のフィルタを構成しやすくなる。本実施の形態の弾性波素子１６のカット角は３９°としている。

なお、本実施の形態においてビアホール２９〜３５と接続する部分の伝送線路１１の線幅を大きくしているが、これはビアホール径が伝送線路１１の線幅よりも小さく形成してもよい。この場合は伝送線路１１にビアホール２９〜３５を接続するためのランド電極１００を構成する必要がなくなるので、伝送線路１１の設計の自由度を向上させることができる。

なお、本実施の形態において伝送線路１１は１点で直角に曲がっているが、４５°でもよい。これは伝送線路１１を形成するスクリーン印刷において線路幅の管理が容易になり、結果として線幅を更に小さくしファインラインを形成する場合でも特性に何等影響を与えることはなく、弾性波フィルタを小型にすることができる。

なお、本実施の形態の伝送線路１１は第１の誘電体層５上に形成されているが、これは少なくとも１つの伝送線路を多層に分割してもよい。すなわち、図９に示すように第１のグランド電極４と第１の誘電体層５の間に第３の誘電体層４５が挿入され、第３の誘電体層４５上に伝送線路４６が形成され、伝送線路７の他端と伝送線路４６の一端がビアホール４７により接続され、伝送線路４６の他端がビアホール４８により第１のグランド電極４に接続された構造としてもよい。この場合は形成する伝送線路の設計の自由度を向上できる。つまり伝送線路のインダクタンス成分を大きくできるのでフィルタ設計に利用しやすくなる。

また上記のように多層に分割する伝送線路が２つ以上ある場合には図１０に示すように第３の誘電体層４５上に伝送線路４９を形成し、ビアホール５０，５１，５２，５３，５４，５５，５６により伝送線路１１および第１のグランド電極４に接続すればアイソレーションの劣化を防止することができる。

なお、本実施の形態においては第１のグランド電極４と第２のグランド電極１３は接続されていないが、これは図１１に示すようにビアホール５７，５８，５９，６０により両者を接続した構造としてもよい。この場合はグランドを強化することによりさらに大きなアイソレーションを得ることができるようになる。

なお、本実施の形態において図５に示す伝送線路１１と第１のグランド電極４はビアホール２９，３０，３１，３２，３３，３４，３５により接続されているが、これは図１２に示すようにビアホール６１，６２，６３，６４，６５，６６，６７により第２のグランド電極１３と接続する構成としてもよい。この場合は伝送線路６と伝送線路１０の間の電界結合をさらに弱める効果がある。この場合のパッケージの送信端子１とアンテナ端子３の間の電界結合をコンデンサとして表わすと２．１７ＧＨｚにおいて約０．０００７６ｐＦとなり、従来例と比較して約３６％低減されている。これを減衰量として表わすと図１３のＣ線に示すように２．１７ＧＨｚにおいて６０．７ｄＢとなり、さらに１．９ｄＢ大きくなっている。

なお、本実施の形態は送信端子１とアンテナ端子３の間に１．９２ＧＨｚから１．９８ＧＨｚの６０ＭＨｚの間で通過帯を持ち、２．１１ＧＨｚから２．１７ＧＨｚの６０ＭＨｚの間で減衰帯を持つフィルタを用いて説明しているが、これは受信端子２とアンテナ端子３の間に１．９２ＧＨｚから１．９８ＧＨｚの６０ＭＨｚの間で減衰帯を持ち、２．１１ＧＨｚから２．１７ＧＨｚの６０ＭＨｚの間で通過帯を持つフィルタを追加してもよい。この場合は送信端子１と受信端子２とアンテナ端子３が伝送線路１１により仕切られることになるので、各端子間のアイソレーション特性を向上させることができる。

なお、さらに広帯域が必要な場合は６０ＭＨｚ以上の通過帯あるいは減衰帯を持つことはいうまでもない。

本発明の弾性波フィルタは携帯電話等の移動体通信機器内の無線周波数回路に用いられる送信信号と受信信号を分波する、いわゆる共用器を構成するために有用である。特に近年の大容量のデータ通信に適している広い通過帯域および減衰帯域を有するＣＤＭＡ方式などのシステムに使用する共用器に有用である。

本発明の一実施の形態を示す弾性波フィルタの分解斜視図 （ａ）同パッケージを示す上面図、（ｂ）同パッケージを示す断面図 同ビアホール部分を示す拡大図 同ビアホール部分を示す拡大図 同ビアホール部分を示す拡大図 同回路図 同周波数特性図 同パッケージ部分の周波数特性図 本発明の別の実施の形態のビアホール部分を示す拡大図 本発明の別の実施の形態のビアホール部分を示す拡大図 本発明の別の実施の形態のビアホール部分を示す拡大図 本発明の他の実施の形態のビアホール部分を示す拡大図 本発明の他の実施の形態のパッケージ部分の周波数特性図 従来例を示す分解斜視図 従来例のパッケージ部分の周波数特性図

１ 送信端子
２ 受信端子
３ アンテナ端子
４ 第１のグランド電極
５ 第１の誘電体層
６，７，８，９，１０，１１ 伝送線路
１２ 第２の誘電体層
１３ 第２のグランド電極
１４ キャビティ
１５ 金属板
１６ 弾性波素子
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ，１７ｅ，１７ｆ，１７ｇ，１７ｈ，１７ｉ，１７ｊ，１７ｋ，１７ｌ 電極パッド
１８，１９，２０，２１，２２ ビアホール
２３，２４，２５，２６，２７，２８ ビアホール
２９，３０，３１，３２，３３，３４，３５ ビアホール
３６ 入力端子
３７ 第１の直列腕
３８ 第１の並列腕
３９ 第２の直列腕
４０ 第２の並列腕
４１ 出力端子
４２ 第１のインダクタ
４３ 第２のインダクタ
４４ 第３のインダクタ
４５ 第３の誘電体層
４６ 伝送線路
４７，４８ ビアホール
４９ 伝送線路
５０，５１，５２，５３，５４，５５，５６ ビアホール
５７，５８，５９，６０ ビアホール
６１，６２，６３，６４，６５，６６，６７ ビアホール

Claims (10)

1. 入力端子と出力端子との間に電気的に接続された複数の直列腕弾性波素子と、
   前記直列腕弾性波素子とグランド電極との間に電気的に接続された並列腕弾性波素子と、
   前記出力端子と前記グランド電極との間に電気的に接続された第１の伝送線路と、
   前記並列腕弾性波素子と前記グランド電極との間に電気的に接続された第２の伝送線路と、
   前記グランド電極と電気的に接続された第３の伝送線路とを備え、
   前記第３の伝送線路は、前記第１の伝送線路及び前記第２の伝送線路と同じ誘電体層上であって、かつ、前記第１の伝送線路と前記第２の伝送線路との間に形成されたラダー型の弾性波フィルタ。
2. 金属板で前記直列腕弾性波素子及び前記並列腕弾性波素子を覆う構成とした請求項１に記載のラダー型の弾性波フィルタ。
3. 前記誘電体層を前記グランド電極と電気的に接続した第１のグランド層及び第２のグランド層で挟み、第１のグランド層と第２のグランド層とをビアホールで接続した請求項１に記載のラダー型の弾性波フィルタ。
4. 前記グランド電極と前記第３の伝送線路とを電気的に接続するためのビアホールの直径は、前記第３の伝送線路の線幅よりも小さい請求項１に記載のラダー型の弾性波フィルタ。
5. 前記第３の伝送線路は、少なくとも一つ以上の分岐を有した請求項１に記載のラダー型の弾性波フィルタ。
6. 前記第３の伝送線路は、少なくとも一つ以上の部分で４５°もしくは９０°の角度を持った伝送線路とした請求項１に記載のラダー型の弾性波フィルタ。
7. 前記第３の伝送線路の角度を持った部分がビアホールにより前記グランド電極と接続された請求項６に記載のラダー型の弾性波フィルタ。
8. 通過帯よりも減衰帯が高い周波数を用いた請求項１に記載のラダー型の弾性波フィルタ。
9. 通過帯が６０ＭＨｚ以上とした請求項１に記載のラダー型の弾性波フィルタ。
10. 減衰帯が６０ＭＨｚ以上とした請求項１に記載のラダー型の弾性波フィルタ。

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