JP5344736B2 - 基材、通信モジュール、および通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、携帯電話に代表される移動通信機器や無線機器に使用される高周波フィルタ、および分波器用の基材に関する。また、高周波フィルタおよび分波器に関し、特に弾性波デバイスを用いて提供される高周波フィルタおよび分波器に関する。さらには、これらを用いたモジュール、通信装置に関する。

近年、携帯電話に代表される無線通信機器はマルチバンド・マルチシステム化が進み、１台の携帯電話端末に複数の通信装置が搭載されるようになっている。一般に、１つの通信装置には複数のフィルタ、さらに分波器、パワーアンプ等が必要となるため、１台の携帯電話端末には非常に多くの高周波デバイスを搭載する必要があり、携帯電話端末の小型化を阻害する要因となっていた。このため、各高周波デバイスの小型、薄型化が強く求められているという状況である。

通信装置で使用される高周波フィルタや分波器、また、パワーアンプは、それぞれ入出力インピーダンスが５０Ωになるように調整され、パッケージに搭載されて供給される。高周波フィルタや分波器には、弾性表面波（Surface Acoustic Wave：ＳＡＷ）フィルタや、圧電薄膜共振器（Film Bulk Acoustic wave Resonator：ＦＢＡＲ）フィルタ等の弾性波デバイスが広く用いられている。これら弾性波デバイスについては、フィルタ素子の設計によって入出力インピーダンスを調整することが可能であるため、別途整合回路を付加することなく５０Ωを実現できる。しかしながら、パワーアンプの場合、入出力インピーダンスは通常数Ωであり、アンプ素子の設計だけでは５０Ωを達成できない。従って、整合回路素子が必須となり、そのためのスペースが必要であり小型化の障害になっていた。

図１８Ａは、従来の携帯電話端末におけるＲＦブロックの概要を示す。図１８Ａに示す高周波ブロックは、アンテナ１０１、分波器１０２、ローノイズアンプ（ＬＮＡ）１０３、受信段間フィルタ１０４、ＬＮＡ１０５、ミキサー１０６及び１０９、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１０７及び１１０、可変利得アンプ（ＶＧＡ）１０８及び１１１、位相制御回路１１２、送信回路１１３、送信段間フィルタ１１４、パワーアンプ（ＰＡ）１１５を備えている。図１８Ａは、１つの通信装置を構成するためのＲＦブロックであり、マルチバンド・マルチシステム化された携帯電話端末には、このブロックが複数個搭載される。

図１８Ａに示すように、パワーアンプ１１５の前後には送信段間フィルタ１１４および分波器１０２が配置されるのが一般的である。通常、パワーアンプ１１５は、図１８Ｂに示すように、アンプ素子１１５ａ、整合回路１１５ｂ及び１１５ｃを備えたパワーアンプモジュールとして提供され、フィルタおよび分波器との間で５０Ωのインピーダンス整合が達成されている。そのため、パワーアンプモジュールの大きさは４×４ｍｍ程度となり、高周波フィルタ（例えば１．４×１．０ｍｍ）と比較して大型となっていた。従って、このようなＲＦブロックを小型化するためには、パワーアンプ１１５に付加される整合回路を簡素化あるいは削除することが効果的である。そのためには、インピーダンス調整が可能である高周波フィルタおよび分波器の入出力インピーダンスを５０Ωより格段に小さくし、パワーアンプの入出力インピーダンスに近づける必要がある。

しかしながら、高周波フィルタや分波器は、パワーアンプに接続されると同時に、他の部品とも接続されており、それらの入出力インピーダンスは５０Ωであるのが一般的である。従って、高周波フィルタや分波器の入出力インピーダンスは、５０Ωと５０Ωより格段に小さい２つのインピーダンスであることが必要となる。

従来、異なる２つのインピーダンスを入出力インピーダンスに持つ高周波フィルタや分波器としては、５０Ωの入力インピーダンスと、平衡−不平衡出力変換を伴った５０Ωよりも大きな１００Ωや２００Ω等を持つものがあった。このようなフィルタや分波器は、ノイズ低減のために平衡入力に対応したローノイズアンプとフィルタとの間の平衡−不平衡変換回路を不要にするために実現されたものであった（例えば、特許文献１参照）。

これに対して、入出力インピーダンスが数Ωであるパワーアンプは、整合回路を付加してモジュールとして提供されることが一般的であったため、５０Ωと５０Ωより小さいインピーダンスの両方を持つ高周波フィルタや分波器は提供されていなかった。しかしながら、上述のように、高周波デバイスの小型化に対する要求から、パワーアンプの整合回路も簡略化あるいは削除することが望ましい。そのためには、５０Ωと５０Ωより小さなインピーダンスを持つ高周波フィルタや分波器が必要になってくる。

さらに、図１９に示すような携帯電話端末のＲＦブロックで使用される分波器２０１においては、５０Ωより低いインピーダンスを持つパワーアンプ２０３と、５０Ωより高いインピーダンスを持つローノイズアンプ２０２に直接接続することが予想される。したがって、分波器２０１において、送信ポート２０５は５０Ωよりも低い入力インピーダンスを備え、アンテナ１０１に接続されるアンテナポート２０６は５０Ωのインピーダンスを備え、ローノイズアンプ２０２に接続される受信ポート２０４は５０Ωより高いインピーダンスを備えている必要がある。すなわち、分波器２０１は、３種のインピーダンスを持つ必要がある。

以上まとめると、高周波フィルタや分波器においては、５０Ωより低いインピーダンスと５０Ωの２種のインピーダンスを持つもの（例えば図１８Ａの送信段間フィルタ１１４）、また５０Ωより低いインピーダンスと５０Ω、および５０Ωより高いインピーダンスの３種をもつもの（図１９の分波器２０１）、さらには、５０Ωと５０Ωより大きなインピーダンスの２種持つもの（例えば、図１８Ａの受信段間フィルタ１０４）等が要求される事態となっていた。

このような高周波フィルタや分波器を作製するには、ＳＡＷフィルタやＦＢＡＲフィルタといったフィルタ素子の入出力インピーダンスと、さらに、それらフィルタ素子を搭載する基材に設けられた伝送線路の特性インピーダンスが、それぞれ５０Ωより小さな値と大きな値を持つ必要がある。ＳＡＷフィルタやＦＢＡＲフィルタについては、容易に入力インピーダンスを調整可能であるため問題はない。
特開２００１−２６７８８５号公報

しかしながら、基材に設けられた伝送線路については、１つの基材内において、５０Ωよりも小さな特性インピーダンスと大きな特性インピーダンスを、小型を保ったままで製造性よく安価に作製するには、設計の工夫が必要となっていた。言い換えるならば、基材に形成される伝送線路については、同一基材内で複数の特性インピーダンスを容易に作製するためには、従来の基材では設計自由度が小さいという問題があった。さらに、現状求められている高周波フィルタや分波器に対するコストを考えると、例えば、図１８Ａ中の送信段間フィルタ１１４、受信段間フィルタ１０４および分波器１０２等の複数の製品に対して基材の層構成を統一することが望ましい。従って、１つの層構成で、特性インピーダンスの調整が容易であり、設計自由度を大きくできる層構成を有する基材が求められていた。

本発明の目的は、５０Ωより小さなインピーダンスと、５０Ωあるいはそれ以上のインピーダンスを有する高周波フィルタおよび分波器を、小型かつ安価で安定して提供することであり、フィルタ素子を搭載する１つの基材に形成される伝送線路の特性インピーダンスを、安価かつ小型化を阻害することなく容易に調整できるような層構成をもつ基材を実現することである。また、そのような基材を備えたフィルタ、分波器を実現することである。また、そのような基材、フィルタ、または分波器を備えた通信モジュールを実現することを目的とする。また、そのような通信モジュールを備えた通信装置を実現することを目的とする。

本発明の第１の基材は、フィルタ素子が搭載される基材であって、前記フィルタ素子を接続するための配線を備えたフィルタ配線層と、前記フィルタ配線層の下方に配され、少なくとも一部にグランド部を備えたグランド配線層と、前記フィルタ配線層と前記グランド配線層との間に配された絶縁層とを備え、前記絶縁層は、前記フィルタ配線層の配線の幅と前記絶縁層の誘電率及び厚さとで決定される特性インピーダンスが０．１〜５０Ωになる厚さに形成されているものである。

本発明の第２の基材は、フィルタ素子が搭載される基材であって、前記フィルタ素子を接続するための配線を備えたフィルタ配線層と、前記フィルタ配線層の下方に配され、少なくとも一部にグランド部を備えたグランド配線層と、前記フィルタ配線層と前記グランド配線層との間に配された絶縁層とを備え、前記絶縁層の厚さは、前記フィルタ配線層の配線の幅と前記絶縁層の誘電率及び厚さとで決定される特性インピーダンスが０．１〜５０Ωとなる厚さの、略半分以下に形成されているものである。

本発明によれば、複数の入力インピーダンスを有する高周波フィルタや分波器を構成するために必要なる、インピーダンスに関して非常に設計自由度の高く、さらに安価で安定して製造可能な基材を提供することが可能となる。また、その結果として、安価で安定して高周波フィルタおよび分波器を提供することが可能となる。さらには、基材の最表層絶縁層を薄型化するため、本発明を用いて作製された高周波フィルタおよび分波器は薄型化される効果も有する。

（実施の形態）
〔１．基材、フィルタ、および分波器の構成〕
図１は、本実施の形態における基材の層構造を示す断面図である。図１に示すように、本実施の形態の基材は、第１絶縁層１、第２絶縁層２、第３絶縁層３を備えている。また、第１絶縁層１の表面には第１配線層４が形成されている。また、第１絶縁層１と第２絶縁層２との間には第２配線層５が形成されている。また、第２絶縁層２と第３絶縁層３との間には第３配線層６が形成されている。また、第３絶縁層３の下面には第４配線層７が形成されている。第１配線層４は、伝送線路（マイクロストリップ線路）として用いられている。

なお、本実施の形態における第１配線層４は、本発明におけるフィルタ素子を接続可能なフィルタ配線層の一例である。また、本実施の形態における第２配線層５、第３配線層６、および第４配線層７は、少なくとも一部にグランドパターン（グランド部）を備えることができ、本発明のグランド配線層の一例である。

基材に形成される伝送線路として、基材表面に形成されるマイクロストリップ線路を用いてその特性インピーダンスについて説明する。図２は、マイクロストリップ線路の構造を示す。図２において、マイクロストリップ線路の配線パターン１２は、絶縁体１１の表面に形成されている。また、絶縁層１１の背面側にはグランド層１３が形成されている。

マイクロストリップ線路の特性インピーダンスは、絶縁体１１の誘電率、厚さｄ、および配線パターン１２の幅Ｗでほぼ決定される。絶縁体１１の誘電率は、絶縁体材料で決定されるため、設計要素としては、絶縁体１１の厚さｄと配線パターン１２の幅Ｗとなる。

ここで、特性インピーダンスの調整法について述べる。特性インピーダンスを小さくするには、絶縁体１１の厚さｄを薄くするか、配線パターン１２の幅Ｗを大きくする必要があり、また、特性インピーダンスを大きくするには、絶縁体１１の厚さｄを厚くするか、配線パターン１２の幅Ｗを小さくする必要がある。このような特性インピーダンスと絶縁体１１及び配線パターン１２の寸法との関係を踏まえて、小型化及び薄型化を進めながら、特性インピーダンスを５０Ωより小さい値から大きな値まで容易に調整可能であり、かつ安価で安定して製造可能な層構成を有する基材について説明する。

図１に戻り、本実施の形態の基材において、第１配線層４は、フィルタ素子を接続するためのものであり、基材の表面に形成されている。また、第２配線層５は、第１配線層４の下方であり、かつ、フィルタ搭載面の１層下に形成されている。また、第２配線層５の少なくとも一部にはグランドパターンが配置され、マイクロストリップ線路を形成している。

マイクロストリップ線路の特性インピーダンスは、上記したように第１配線層４の配線パターンの幅、および第１配線層４と第２配線層５とで挟まれた第１絶縁層１の誘電率及び厚さで決定される。したがって本実施の形態では、第１絶縁層１の厚さを、特性インピーダンスが５０Ωよりも小さくなるように薄くし、かつ、第１絶縁層１の厚さと略一致あるいはそれより厚い絶縁層が基材内に含まれていることを特徴としている。

このような構成とすることで、５０Ωより小さな特性インピーダンスについては、第１配線層４に配線パターンを形成し、第２配線層５にグランドパターンを形成することで、配線パターンの幅を大きくすることなく作製することができる。なお、特性インピーダンスの下限値は、基材の製造限界値とすることができ、例えば０．１Ωとすることができる。また、５０Ωおよびそれ以上の特性インピーダンスについては、第１配線層４の配線パターンの幅を細くするか、あるいは、グランドパターンを第２配線層５より下側の配線層（第３配線層６、第４配線層７など）に形成することにより、小型化を阻害することなく実現できる。

また、第１絶縁層１を薄く形成することで、基材全体の強度が弱くなる可能性があるが、他の絶縁層（第２絶縁層２、第３絶縁層３など）の厚さを第１絶縁層１の厚さよりも厚く形成することで、強度を確保し、安定して基材を供給することが可能となる。

なお、マイクロストリップ線路を形成している第１配線層４の配線パターンの幅Ｗ、および第１配線層４と第２配線層５とで挟まれた第１絶縁層１の比誘電率ｅ_rとしたとき、第１絶縁層１の厚さｄが、
ｄ≦（0.0952×Ｗ＋0.6）×ｅ_r＋（0.1168×Ｗ＋1.32） ・・・（式１）
を満足し、かつ、第１絶縁層１の厚さｄと略一致あるいはそれより厚い絶縁層が基材内に含まれている構成としてもよい。

このように第１絶縁層１の厚さｄを決定し、後述するように、第１絶縁層１を挟んで配線パターンとグランドパターンを配置することで、小型化を阻害することなく５０Ωよりも小さな特性インピーダンスをもつ伝送線路を容易に形成できる。また、５０Ωおよびそれ以上の特性インピーダンスについては、第１配線層４の配線パターンの幅Ｗを細くするか、あるいは、グランドパターンを第２配線層５より下の配線層に形成することにより実現できる。また、第１絶縁層１が薄くなることで基材全体の強度が弱くなる可能性があるが、他の絶縁層（第２絶縁層２、第３絶縁層３など）を第１絶縁層１よりも厚く形成することで強度を確保し、安定して基材を作製及び供給することが可能となる。

また、第１絶縁層１の厚さが、マイクロストリップ線路を形成している第１配線層４の配線パターンの幅Ｗ、および第１配線層４と第２配線層５とで挟まれた第１絶縁層１の誘電率、厚さｄで決定される特性インピーダンスが５０Ωとなる絶縁層の厚さの略半分以下になるように薄く設定し、かつ、第１絶縁層１の厚さｄと略一致あるいはそれより厚い絶縁層が基材内に含まれる構成としてもよい。

このような構成とすることで、５０Ωより小さな特性インピーダンスについては、第１配線層４に配線パターンを形成し、第２配線層５にグランドパターンを配置することで容易に作製でき、５０Ωの特性インピーダンスについては、第１配線層４に形成された配線パターンの幅を細くするか、または、第１絶縁層１とその下の絶縁層（第２絶縁層２）を挟んでグランドパターンを形成し、第１絶縁層１および第２絶縁層２の合計厚さを調整することで、ちょうど５０Ωの特性インピーダンスを達成することが可能である。言い換えると、配線パターンの幅Ｗを変更することなく、５０Ωより小さな特性インピーダンスと５０Ωの特性インピーダンスを実現することが可能となる。さらに、５０Ωより大きな特性インピーダンスの実現については、さらに第１配線層４の配線パターンの幅を細くしたり、第２絶縁層２の下にさらに絶縁層を介してグランドパターンを形成したりすることで、容易に実現可能である。また、このような基材については、第１絶縁層１が５０Ωの特性インピーダンスを実現するよりも極端に薄く形成されるため、第１絶縁層１と略一致か、あるいはそれよりも厚い絶縁層を基材内に含めることで、基材全体の強度を保ち、安定して作製及び供給することが可能となる。

また、マイクロストリップ線路を形成している第１配線層４の配線パターンの幅Ｗ、および第１配線層４と第２配線層５とで挟まれた第１絶縁層１の比誘電率ｅ_rとしたとき、第１絶縁層１の厚さｄが、
ｄ≦｛（0.0952×Ｗ＋0.6）×ｅ_r＋（0.1168×Ｗ＋1.32）｝／２ ・・・（式２）
の式を満足し、かつ、第１絶縁層１の厚さｄと略一致あるいはそれより厚い絶縁層が基材内に含まれている構成としてもよい。

このように第１絶縁層１の厚さｄを決定することで、後述するように、５０Ωとなる絶縁層の厚さの略半分以下となる。従って、第１絶縁層１を挟んで配線パターンとグランドパターンとを配置することで、５０Ωよりも格段に小さな特性インピーダンスをもつ伝送線路を容易に形成できる。また、５０Ωの特性インピーダンスについては、第１配線層４に形成された配線パターンの幅Ｗを細くするか、または、第１絶縁層１の下の絶縁層（第２絶縁層２）を挟んでグランドパターンを形成し、第１絶縁層１および第２絶縁層２の合計厚さを調整することで、ちょうど５０Ωを達成することが可能である。言い換えると、配線パターンの幅Ｗを変更することなく、５０Ωより小さな特性インピーダンスと５０Ωの特性インピーダンスを実現することが可能となる。さらに、５０Ωより大きな特性インピーダンスの実現については、さらに第１配線層４の配線パターンの幅Ｗを細くしたり、第２絶縁層２の下にさらに絶縁層を介してグランドパターンを形成したりすることで、容易に実現可能である。また、このような基材については、第１絶縁層１が５０Ωの特性インピーダンスを実現するよりも極端に薄く設定されるため、第１絶縁層１と略一致か、あるいはそれよりも厚い絶縁層を基材内に含めることで、基材全体の強度を保ち、安定して作製及び供給することが可能となる。

また、基材を３層以上の絶縁層を用いて構成することで、５０Ωより小さな値の特性インピーダンス、５０Ωの特性インピーダンス、および５０Ωより大きな値の特性インピーダンスの、３種の特性インピーダンスを実現するための誘電体厚さをそれぞれ個別に形成でき、より自由度が高い設計が可能となり望ましい。

また、基材を形成する絶縁層の少なくとも一部がセラミクスを含む材料とすることで、強度が強く、かつ吸湿性が小さいために気密封止を可能にすることができる。

また、基材の最下層の絶縁層（本実施の形態では第３絶縁層３）の厚さを第１絶縁層１の厚さよりも厚くすることで、基材製造の際の積層工程に最下層の絶縁層を高強度のベース基板として用いることができ、積層ずれが少なく、安定して基材を作製することができる。

図３は、基材表面に形成される伝送線路であるマイクロストリップ線路の特性インピーダンスについて、絶縁体の比誘電率および配線幅が決定されたときに、５０Ωを実現する絶縁体の厚さを計算した結果を示す。図４は、実際に高周波フィルタあるいは分波器の基材を作製することを想定し、絶縁体の比誘電率ｅ_rの範囲は２〜１０、マイクロストリップ線路の配線幅の範囲は５０〜１５０μｍとし、配線幅を２５μｍ毎、比誘電率ｅ_rを２毎に変化させて計算したものである。

図４からわかるように、計算した範囲内においては、比誘電率ｅ_rを変えたときに５０Ωを実現する絶縁層の厚さは、すべての配線幅において、ほぼ直線で近似できることがわかった。

また、各線幅の、比誘電率ｅ_rに対する５０Ωを実現するための絶縁層の厚さｄの変化を直線近似したときの近似式を以下に示す。ｄ₅₀は線幅が５０μｍの時の絶縁層の厚さ、ｄ₇₅は線幅が７５μｍの時の絶縁層の厚さ、ｄ₁₀₀は１００μｍの時の絶縁層の厚さ、ｄ₁₂₅は１２５μｍの時の絶縁層の厚さ、ｄ₁₅₀は１５０μｍの時の絶縁層の厚さである。

ｄ₅₀＝5.40×ｅ_r＋6.80 ・・・（式３）
ｄ₇₅＝7.75×ｅ_r＋10.10 ・・・（式４）
ｄ₁₀₀＝10.05×ｅ_r＋13.50 ・・・（式５）
ｄ₁₂₅＝12.45×ｅ_r＋16.30 ・・・（式６）
ｄ₁₅₀＝14.95×ｅ_r＋18.30 ・・・（式７）
つまり、５０Ωを実現するための絶縁層の厚さｄは、次式で表すことができる。

ｄ＝ａ（Ｗ）ｅ_r＋ｂ（Ｗ） ・・・（式８）
さらに、式８における１次係数ａ（Ｗ）と、定数項ｂ（Ｗ）の配線幅に対する変化をそれぞれ図４、図５に示す。配線幅Ｗに対する１次係数と定数項の変化は、直線近似できることが見て取れる。そこで、図５および図６の変化を直線近似したときの近似式は以下のようになる。

１次係数 ａ（Ｗ）＝0.0952×Ｗ＋0.6 ・・・（式９）
定数項 ｂ（Ｗ）＝0.1168×Ｗ＋1.32 ・・・（式１０）
この結果、式９及び式１０を式８に代入することで、配線幅Ｗおよび絶縁体の比誘電率ｅ_rが決定したときに、５０Ωを得るための絶縁体厚さｄは以下の式で表されることになり、容易に一意に求めることができる。

ｄ≦（0.0952×Ｗ＋0.6）×ｅ_r＋（0.1168×Ｗ＋1.32） ・・・（式１１）
（実施例１）
図６に、第１実施例の基材の層構造を示す。各層の構成については、図１に示す構成と同様であるため説明は省略する。絶縁層１〜３は、アルミナを主成分としたセラミクスで形成され、比誘電率ｅ_rは９．５である。第１配線層４の配線幅Ｗは１００μｍである。また、第１絶縁層１の厚さｄａは５０μｍであり、第２絶縁層２の厚さｄｂは５０μｍであり、第３絶縁層３の厚さｄｃは９０μｍである。

まず、式１１を用いて、ｅ_r＝９．５、Ｗ＝１００のときの５０Ωを得るための絶縁層厚さｄを求めると、ｄ＝１０９．１４μｍとなる。この結果、本実施例の第１絶縁層１の厚さｄａ＝５０μｍは、５０Ωを得るための絶縁体の厚さの１／２よりも薄いため、第１絶縁層１の下にグランドパターンを配置することにより、低い特性インピーダンスを容易に得ることができる。

例えば、図７に示すように、グランドパターンを第１絶縁層１の下（第２配線層５）に配置すれば、３２．５Ωの特性インピーダンスが得られる。なお、図７に示す構成は、第２配線層５にグランドパターンを備えるため、第２配線層５のグランドパターンと電気的に接続するビアパターン８及び９が、第２絶縁層２及び第３絶縁層３に配されている。ビアパターン８及び９の端部は、基材のフットパターンである第４配線層７に電気的に接続して接地される。

さらには、第１絶縁層１の厚さは、５０Ωの特性インピーダンスを得るための半分以下の厚さであるため、図８に示すように、グランドパターンを第２絶縁層２の下（第３配線層６）に配置すれば４７．８Ωが得られ、配線幅を変えずに５０Ωに非常に近い特性インピーダンスを実現可能である。なお、図８に示す構成は、第３配線層６にグランドパターンを備えるため、第３配線層６のグランドパターンと電気的に接続するビアパターン１０が、第３絶縁層３に配されている。ビアパターン１０の端部は、基材のフットパターンである第４配線層７に電気的に接続して接地される。

図９は、図６に示した層構成を備えた基材に、フィルタ素子を搭載して分波器を構成した例を示す。図９に示す分波器は、基材２０に整合回路２１、受信用ＳＡＷフィルタ２２、送信用ＳＡＷフィルタ２３を搭載した構成である。アンテナポート２４ａ、受信ポート２４ｂ、送信ポート２４ｃは、第１配線層４に形成されている配線である。また、第１配線層４の配線幅Ｗ（図６参照）は１００μｍである。送信ポート２４ｃは、下方の第２配線層５にグランドパターン２５ｃを形成して入力インピーダンスを５０Ωよりも小さい３２．５Ωにしている。さらに、アンテナポート２４ａおよび受信ポート２４ｂは、下方に第３配線層６にそれぞれグランドパターン２５ａ及び２５ｂを形成して、５０Ωに近い入力インピーダンスを達成している。また、グランドパターン２５ｄは、第２配線層５に形成されている。

なお、図９に示す構成は、各配線の下方近傍にのみグランドパターンを配置しているが、図１０に示すように第２配線層５の大部分にグランドパターン２５ｅを配置し、５０Ωに近いインピーダンスを形成したいアンテナポート２４ａおよび受信ポート２４ｂの部分だけ別のグランドパターン２５ａ及び２５ｂに接続する構造にしてもよい。

さらには、例えば受信ポート２４ｂに５０Ωより大きなインピーダンスを作製したい場合には、受信ポート用配線の下方付近に形成するグランドパターンを第４配線層７に形成する構成としてもよい。また、基材内にはグランドパターンを形成しない構成としてもよい。

（実施例２）
図１１は、第２実施例の基材の構造を示す。絶縁層３１〜３４の材料は、低温同時焼成セラミクス（Low Temperature Co-fired Ceramics）であり、比誘電率ｅ_rは７である。配線幅Ｗは１００μｍである。また、本構成は、絶縁層を４層積層した構造であり、第１絶縁層３１の厚さｄａは２５μｍ、第２絶縁層３２の厚さｄｂは７０μｍ、第３絶縁層３３の厚さｄｃは７０μｍ、第４絶縁層３４の厚さｄｄは７０μｍである。

まず、式１１を用いて、ｅ_r＝７、Ｗ＝１００のときの５０Ωの特性インピーダンスを得るための絶縁層の厚さｄを求めると、ｄ＝８３．８４μｍとなる。この結果、本実施例の第１絶縁層３１の厚さｄａは２５μｍであり、５０Ωの特性インピーダンスを得るための絶縁層の厚さｄよりも薄いため、グランドパターンを第１絶縁層３１の下（第２配線層３６）に配置することにより、低い特性インピーダンスを容易に得ることができる。

また、図１２に示すように、グランドパターンを第１絶縁層３１の下（第２配線層３６）に配置すれば、２３．４Ωの特性インピーダンスが得られる。この場合、第２配線層３６に電気的に接続されたビアパターン４０が、第２絶縁層３２を挿通し、第３配線層３７のグランドパターンに電気的に接続されている。また、第３配線層３７のグランドパターンは、第３絶縁層３３に配されたビアパターン４１により、第４配線層３８のグランドパターンに電気的に接続されている。また、第４配線層３８のグランドパターンは、第４絶縁層３４に配されたビアパターン４２により、フットパターンである第５配線層３９に電気的に接続され接地されている。

また、図１３に示すように、グランドパターンを第２絶縁層３２の下（第３配線層３３）に配置すれば、５３．７Ωの特性インピーダンスが得られ、配線幅を変えずに５０Ωに非常に近い特性インピーダンスを実現できる。この場合、第３配線層３７に電気的に接続したビアパターン４３が、第３絶縁層３３を挿通配置され第４配線層３８のグランドパターンに電気的に接続されている。また、第４配線層３８のグランドパターンは、第４絶縁層３４に形成されたビアパターン４４により、フットパターンである第５配線層３９に電気的に接続され接地されている。

このように、配線幅を変更する必要がないので、製造性よく基材を作製することが可能である。また、最下の絶縁層厚は７０μｍと第１絶縁層よりも厚いため、製造時の積層ずれも少なく、安定して基材を製造することが可能である。

図１４は、図１１に示した層構成をもつ基材を用い、フィルタ素子を搭載して、高周波フィルタを形成した例を示す。図１４に示す高周波フィルタは、基材５１上にＦＢＡＲフィルタ５２を搭載した構成である。入力ポート５３ａ、出力ポート５３ｂは、第１配線層３５に形成された配線である。第１配線層３５（図１１参照）の配線幅は１００μｍである。入力ポート５３ａは、下方の第２配線層３６にグランドパターン５４ａを形成して入力インピーダンスを５０Ωよりも小さい２３．４Ωにしている。出力ポート５３ｂは、第３配線層３７にグランドパターン５４ｂを形成して、５０Ωに近い５３．７Ωの入力インピーダンスを達成している。

なお、図１３では、各配線の下方近傍にのみグランドパターンを配置しているが、図１４に示すように、第２配線層３６の大部分にグランドパターン５４ｃを配置する構成としてもよい。このような構成の場合、５０Ωに近いインピーダンスを形成したい出力ポート５３ｂの部分だけ、別のグランドパターン５４ｂを形成した構造にしてもよい。

また、絶縁層としては、（表１）に示すものを適宜用いることができる。

また、第１および第２の実施例では、基材の材料としてセラミクスを主成分とした材料を用いたが、ガラスエポキシ、ポリイミド、フッソ樹脂等のプリント基板材料を用いたプリント基板であっても同様の効果が得られる。さらには、フレキシブル基板であってもよい。

また、第１および第２の実施例のように、基材の材料としてセラミクスを主成分とした材料を用いた場合、強度も強く、また、キャビティ構造を形成し、金属キャップを半田接合により装着することで気密封止を達成でき、良好な特性をもち、より信頼性も高くなり、高周波フィルタや分波器の基材としてはより望ましい。

また、基材の表面に形成する伝送線路の形態としてマイクロストリップ線路を用いて説明してきたが、例えば、コプレーナ線路等を用いても同様の効果が得られる。また、伝送線路をコプレーナ線路で構成し、基材表面にグランドパターンを形成する場合においても、配線とグランドとの距離が、第１絶縁層の厚さよりも大きい場合は、第２導体層に設けられたグランドによって特性インピーダンスが決定されるため、このようなコプレーナ線路に対しても、式１及び式２に示す関係が当てはまる。

〔２．通信モジュールの構成〕
図１６は、本実施の形態の基材、フィルタ、または分波器を備えた通信モジュールの一例を示す。図１６に示すように、デュープレクサ６２は、受信フィルタ６２ａと送信フィルタ６２ｂとを備えている。また、受信フィルタ６２ａには、例えばバランス出力に対応した受信端子６３ａ及び６３ｂが接続されている。また、送信フィルタ６２ｂは、パワーアンプ６４を介して送信端子６５に接続している。ここで、受信フィルタ６２ａ及び送信フィルタ６２ｂには、本実施の形態における基材、フィルタ、または分波器が含まれている。

受信動作を行う際、受信フィルタ６２ａは、アンテナ端子６１を介して入力される受信信号のうち、所定の周波数帯域の信号のみを通過させ、受信端子６３ａ及び６３ｂから外部へ出力する。また、送信動作を行う際、送信フィルタ６２ｂは、送信端子６５から入力されてパワーアンプ６４で増幅された送信信号のうち、所定の周波数帯域の信号のみを通過させ、アンテナ端子６１から外部へ出力する。

以上のように本実施の形態の基材、フィルタ、または分波器を通信モジュールの受信フィルタ６２ａ及び送信フィルタ６２ｂに備えることで、安価で、品質が安定した通信モジュールを実現することができる。また、基材の最表層絶縁層を薄型化するため、通信モジュールを薄型化することができる。また、整合回路の簡略化が可能となり、通信モジュールを小型化することができる。

なお、図１６に示す通信モジュールの構成は一例であり、他の形態の通信モジュールに本発明の基材、フィルタ、または分波器を搭載しても、同様の効果が得られる。

〔３．通信装置の構成〕
図１７は、本実施の形態の通信モジュールを備えた通信装置の一例として、携帯電話端末のＲＦブロックを示す。また、図１７に示す構成は、ＧＳＭ（Global System for Mobile Communications）通信方式及びＷ−ＣＤＭＡ（Wideband Code Divition Multiple Access）通信方式に対応した携帯電話端末の構成を示す。また、本実施の形態におけるＧＳＭ通信方式は、８５０ＭＨｚ帯、９５０ＭＨｚ帯、１．８ＧＨｚ帯、１．９ＧＨｚ帯に対応している。また、携帯電話端末は、図１７に示す構成以外にマイクロホン、スピーカー、液晶ディスプレイなどを備えているが、本実施の形態における説明では不要であるため図示を省略した。ここで、受信フィルタ７３ａ，７７，７８，７９，８０、および送信フィルタ７３ｂには、本実施の形態における基材、フィルタ、または分波器が含まれている。

まず、アンテナ７１を介して入力される受信信号は、その通信方式がＷ−ＣＤＭＡかＧＳＭかによってアンテナスイッチ回路７２で、動作の対象とするＬＳＩを選択する。入力される受信信号がＷ−ＣＤＭＡ通信方式に対応している場合は、受信信号をデュープレクサ７３に出力するように切り換える。デュープレクサ７３に入力される受信信号は、受信フィルタ７３ａで所定の周波数帯域に制限されて、バランス型の受信信号がＬＮＡ７４に出力される。ＬＮＡ７４は、入力される受信信号を増幅し、ＬＳＩ７６に出力する。ＬＳＩ７６では、入力される受信信号に基づいて音声信号への復調処理を行ったり、携帯電話端末内の各部を動作制御する。

一方、信号を送信する場合は、ＬＳＩ７６は送信信号を生成する。生成された送信信号は、パワーアンプ７５で増幅されて送信フィルタ７３ｂに入力される。送信フィルタ７３ｂは、入力される送信信号のうち所定の周波数帯域の信号のみを通過させる。送信フィルタ７３ｂから出力される送信信号は、アンテナスイッチ回路７２を介してアンテナ７１から外部に出力される。

また、入力される受信信号がＧＳＭ通信方式に対応した信号である場合は、アンテナスイッチ回路７２は、周波数帯域に応じて受信フィルタ７７〜８０のうちいずれか一つを選択し、受信信号を出力する。受信フィルタ７７〜８０のうちいずれか一つで帯域制限された受信信号は、ＬＳＩ８３に入力される。ＬＳＩ８３は、入力される受信信号に基づいて音声信号への復調処理を行ったり、携帯電話端末内の各部を動作制御する。一方、信号を送信する場合は、ＬＳＩ８３は送信信号を生成する。生成された送信信号は、パワーアンプ８１または８２で増幅されて、アンテナスイッチ回路７２を介してアンテナ７１から外部に出力される。

以上のように、本実施の形態の基材、フィルタ、または分波器を備えた通信モジュールを通信装置に備えることで、安価で、品質が安定した通信装置を実現することができる。また、基材の最表層絶縁層を薄型化するため、通信装置を薄型化することができる。

〔４．実施の形態の効果、他〕
本実施の形態によれば、複数の入力インピーダンスを有する高周波フィルタや分波器を構成するために必要なインピーダンスに関して、非常に設計自由度の高く、さらに安価で、安定して製造可能な基材を提供することが可能となる。また、その結果として、安価で、品質が安定した高周波フィルタおよび分波器を提供することが可能となる。

さらには、基材の最表層絶縁層（本実施の形態では第１絶縁層１）を薄型化するため、基材全体を薄型化することができ、そのような基材を備えた高周波フィルタおよび分波器を薄型化することができる。

また、本発明の基材、フィルタ、または分波器を通信モジュールまたは通信装置に搭載することで、通信モジュールまたは通信装置の小型化及び薄型化が可能になる。

〔付記１〕
フィルタ素子が搭載される基材であって、
前記フィルタ素子を接続するための配線を備えたフィルタ配線層と、
前記フィルタ配線層の下方に配され、少なくとも一部にグランド部を備えたグランド配線層と、
前記フィルタ配線層と前記グランド配線層との間に配された絶縁層とを備え、
前記絶縁層は、前記フィルタ配線層の配線の幅と前記絶縁層の誘電率及び厚さとで決定される特性インピーダンスが０．１〜５０Ωになる厚さに形成されている、基材。

〔付記２〕
前記フィルタ配線層の配線の幅をＷ、前記絶縁層の比誘電率をｅ_rとしたとき、前記絶縁層の厚さｄは、
ｄ≦（0.0952×Ｗ＋0.6）×ｅ_r＋（0.1168×Ｗ＋1.32）
の関係にある、付記１記載の基材。

〔付記３〕
フィルタ素子が搭載される基材であって、
前記フィルタ素子を接続するための配線を備えたフィルタ配線層と、
前記フィルタ配線層の下方に配され、少なくとも一部にグランド部を備えたグランド配線層と、
前記フィルタ配線層と前記グランド配線層との間に配された絶縁層とを備え、
前記絶縁層の厚さは、前記フィルタ配線層の配線の幅と前記絶縁層の誘電率及び厚さとで決定される特性インピーダンスが０．１〜５０Ωとなる厚さの、略半分以下に形成されている、基材。

〔付記４〕
前記フィルタ配線層の配線の幅をＷ、前記絶縁層の比誘電率をｅ_rとしたとき、前記絶縁層の厚さｄは、
ｄ≦｛（0.0952×Ｗ＋0.6）×ｅ_r＋（0.1168×Ｗ＋1.32）｝／２
の関係にある、付記３記載の基材。

〔付記５〕
前記絶縁層は、少なくとも３層備えた、付記１〜４のいずれかに記載の基材。

〔付記６〕
前記絶縁層は、少なくとも一部がセラミクスを含む、付記１〜５のいずれかに記載の基材。

〔付記７〕
前記絶縁層の厚さと略一致あるいはそれより厚い他の絶縁層を備えた、付記１〜６のいずれかに記載の基材。

〔付記８〕
前記絶縁層は、
複数の絶縁層で構成され、
最下層の絶縁層の厚さが、前記フィルタ配線層と前記グランド配線層とに挟まれた絶縁層の厚さよりも厚い、付記１〜６のいずれかに記載の基材。

〔付記９〕
付記１〜８のいずれかに記載の基材を備えた、フィルタ。

〔付記１０〕
付記１〜８のいずれかに記載の基材、または付記９に記載のフィルタを備えた分波器。

〔付記１１〕
付記９に記載のフィルタ、または付記１０に記載の分波器を備えた、通信モジュール。

〔付記１２〕
付記１１に記載の通信モジュールを備えた、通信装置。

本発明の弾性波デバイスは、所定周波数の信号を受信または送信することができる機器に有用である。

実施の形態における基材の断面図 マイクロストリップ線路の構成を示す斜視図 マイクロストリップ線路において、配線幅Ｗ、比誘電率ｅ_rが決定された時に、特性インピーダンスが５０Ωとなる絶縁体厚さを示す特性図 １次係数ａ（Ｗ）の配線幅に対する変化を示す特性図 定数項ｂ（Ｗ）の配線幅に対する変化を示す特性図 実施例１における基材の断面図 実施例１における基材の断面図 実施例１における基材の断面図 実施例１における基材に整合回路やフィルタなどを搭載した状態を示す模式図 実施例１における基材に整合回路やフィルタなどを搭載した状態を示す模式図 実施例２における基材の断面図 実施例２における基材の断面図 実施例２における基材の断面図 実施例２における基材にフィルタ素子を搭載した状態を示す模式図 実施例２における基材にフィルタ素子を搭載した状態を示す模式図 実施の形態の基材、フィルタ、または分波器を備えた通信モジュールのブロック図 実施の形態の通信モジュールを備えた通信装置のブロック図 従来のＲＦブロックの構成を示すブロック図 図１８Ａにおけるパワーアンプの構成を示す回路図 従来のＲＦブロックの構成を示すブロック図

符号の説明

１ 第１絶縁層
２ 第２絶縁層
３ 第３絶縁層
４ 第１配線層
５ 第２配線層
６ 第３配線層

Claims (7)

1. 送信フィルタ及び受信フィルタを含むフィルタ素子が搭載される基材であって、
   前記フィルタ素子の送信フィルタ及び受信フィルタを接続するための配線を備えたフィルタ配線層と、
   前記フィルタ配線層の下方に配され、少なくとも一部にグランド部を備えたグランド配線層と、
   前記フィルタ配線層と前記グランド配線層との間に配された少なくとも１層の絶縁層とを備え、
   前記送信フィルタを接続する配線の下方のグランド配線層と、前記受信フィルタを接続する配線の下方のグランド配線層は異なる層に形成され、
   前記送信フィルタを接続する配線と前記グランド配線層との間の前記絶縁層及び前記受信フィルタを接続する配線と前記グランド配線層との間の前記絶縁層は、それぞれ、前記フィルタ配線層の配線の幅と前記絶縁層の誘電率及び厚さとで決定される特性インピーダンスが０．１〜５０Ωになる厚さに形成されている、基材。
2. 前記フィルタ配線層の配線の幅をＷ、前記絶縁層の比誘電率をｅ_rとしたとき、前記送信フィルタを接続する配線の下方の前記絶縁層の厚さｄは、
   ｄ≦｛（0.0952×Ｗ＋0.6）×ｅ_r＋（0.1168×Ｗ＋1.32）｝／２
   の関係にある、請求項１記載の基材。
3. 前記フィルタ配線層の配線の幅をＷ、前記絶縁層の比誘電率をｅ_rとしたとき、前記受信フィルタを接続する配線の下方の前記絶縁層の厚さｄは、
   ｄ≦（0.0952×Ｗ＋0.6）×ｅ_r＋（0.1168×Ｗ＋1.32）
   の関係にある、請求項２記載の基材。
4. 前記絶縁層の厚さと略一致あるいはそれより厚い他の絶縁層を備えた、請求項１〜３のいずれかに記載の基材。
5. 前記絶縁層は、
   複数の絶縁層で構成され、
   最下層の絶縁層の厚さが、前記フィルタ配線層と前記グランド配線層とに挟まれた絶縁層の厚さよりも厚い、請求項１〜４のいずれかに記載の基材。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の基材を備えたフィルタ、または請求項１〜５のいずれかに記載の基材を備えた分波器を備えた、通信モジュール。
7. 請求項６に記載の通信モジュールを備えた、通信装置。
   

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