JP6170349B2 - 弾性波デバイス - Google Patents

Description

本発明は、弾性波デバイスに関する。

弾性波デバイスは、移動体通信端末が備える弾性波フィルタ、デュプレクサ、及びこれらを含むモジュール等として用いられる。弾性波デバイスを構成する弾性波共振器には、リーキー波、ラブ波などの弾性表面波（ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave））、境界波、バルク波、及びラム波等を用いた共振器がある。弾性波を励振する機能部分は、例えばＳＡＷフィルタではＩＤＴ（Inter Digital Transducer）電極が形成された領域である。

ここで、弾性波デバイスの課題の一つとして、温度変化による特性の劣化がある。例えば、特許文献１及び２には、ＩＤＴ電極を有するＳＡＷフィルタの周波数温度特性を向上した技術が開示されている。

特開２００４−３４３３５９号公報 特開２００８−７２７７１号公報

携帯電話などの通信機器で使用されるデュプレクサやフィルタなどの部品は、高い耐電力性が求められる。従来は、例えば特許文献１に開示のように、サファイアなどの熱伝導率の高い基板を圧電基板に接合し、放熱性を向上させることにより、耐電力性の向上を図っていた。しかし、近年の携帯電話等の高機能化により、使用される部品は小型・低背化が要求される。特許文献１に開示の技術では、小型・低背化に限界がある。また、製造工数が多くなり、コスト負担が大きい。

また、ＳＡＷ共振器は、弾性波が励振されるＩＤＴ電極が形成された領域においてエネルギー密度が高くなる。そのため、特許文献２に開示の技術では、ＩＤＴ電極が形成された領域から直接に放熱することができず、放熱が十分に行えない。したがって、十分な耐電力性を得られない。

本発明は、圧電基板と、前記圧電基板上に形成され、前記圧電基板よりも熱伝導率の高い絶縁膜と、前記圧電基板上又は前記絶縁膜上に形成された少なくとも２つのパッドと、前記絶縁膜上に形成された少なくとも１つのパッドと、前記絶縁膜上に形成された少なくとも1つの弾性波共振器と、前記圧電基板上に直接形成された少なくとも1つの弾性波共振器と、を有する弾性波フィルタである。上記構成によれば、十分な耐電力性を備えた弾性波フィルタを得ることができる。

上記構成において、前記絶縁膜上に形成された少なくとも１つのパッドは、入力パッド、出力パッド、グランドパッド、又はダミーパッドのいずれかである、構成とすることができる。

上記構成において、前記圧電基板上に直接形成された少なくとも1つの弾性波共振器は、前記絶縁膜上に形成されたパッドと直接接続され、前記絶縁膜上に形成された弾性波共振器は前記絶縁膜上に形成されたパッドとは直接接続されていない、構成とすることができる。

上記構成において、前記絶縁膜上に形成された少なくとも１つの弾性波共振器は、いかなるパッドとも直接接続されていない、構成とすることができる。

上記構成において、の弾性波フィルタはラダー型フィルタであって、前記絶縁膜上に形成された少なくとも1つの弾性波共振器は直列共振器である、構成とすることができる。

上記構成において、前記絶縁膜上に形成された直列共振器は、入力パッドである前記圧電基板上又は前記絶縁膜上に形成されたパッドから二つめの直列共振器である、構成とすることができる。

上記構成において、前記絶縁膜上に形成された直列共振器は、入力パッドである前記圧電基板上又は前記絶縁膜上に形成されたパッドから二つめと三つめの直列共振器である、構成とすることができる。

上記構成の一部において、弾性波フィルタはラダー型フィルタであって、前記絶縁膜上に形成された少なくとも1つの弾性波共振器は並列共振器であって、前記並列共振器はグランドパッドである前記圧電基板上又は前記絶縁膜上に形成されたパッドと直接接続されている、構成とすることができる。

上記構成において、弾性波フィルタはダブルモード型共振器を含む、構成とすることができる。

上記構成において、弾性波フィルタはダブルモード型共振器とラダー型フィルタを含む、構成とすることができる。

上記構成において、弾性波フィルタは、積層基板からなるパッケージ基板及び封止部を有し、前記圧電基板は前記パッケージ基板にフリップチップ接続され、前記パッケージ基板及び封止部により封止されている、構成とすることができる。

本発明は、さらに、上記構成の弾性波フィルタを含む、デュプレクサである。上記構成によれば、十分な耐電力性を備えたデュプレクサを得ることができる。

本発明は、さらに、上記構成のデュプレクサと、パワーアンプを含む、モジュールである。上記構成によれば、十分な耐電力性を備えたモジュールを得ることができる。

本発明によれば、小型・低背化の要求を満たしつつ、耐電力性を十分に確保した弾性波デバイスを提供することができる。

図１は、本発明の弾性波デバイスの実施例１にかかるＳＡＷフィルタの圧電基板上の構成を示す図である。 図２は、図１におけるＡ−Ａ´断面図を示す図である。 図３は、実施例１におけるＳＡＷフィルタの断面図を示す図である。 図４は、実施例１にかかるＳＡＷフィルタの製造工程を示す断面図である。 図５は、実施例１における変形例１を示す図である。 図６は、実施例１における変形例２を示す図である。 図７は、本発明の弾性波デバイスの実施例２にかかるデュプレクサを示す図である。 図８は、本発明の弾性波デバイスの実施例３にかかるモジュールを示す図である。

図１は、本発明の弾性波デバイスの実施例１にかかるＳＡＷフィルタ１００の圧電基板１上の構成を示す図である。

図１に示すように、圧電基板１上に、電気信号が入力される入力パッド２及び電気信号が出力される出力パッド３が形成されている。また、圧電基板１上に、入力パッド２と出力パッド３の間に直列に接続された直列共振器Ｓ１,Ｓ３，Ｓ４が直接形成されている。Ｓ２については後述する。さらに、圧電基板１上に、入力パッド２と出力パッド３の間に並列に接続された並列共振器Ｐ１〜Ｐ３が直接形成されている。なお、「直接形成」とは、共振器、パッドなどが圧電基板に直接に接触して形成されている場合をいう。単に「形成」とした場合は、「直接形成」した場合及び、圧電基板上に形成された他の膜の上に共振器、パッドなどが形成された場合を含む。

また、圧電基板１上に、絶縁膜４が形成されている。絶縁膜４上には、入力パッド２と出力パッド３の間に直列に接続された直列共振器Ｓ２と、並列共振器Ｐ１と直接接続されたグランドパッド５が形成されている。なお、「直接接続」とは、要素としての共振器及びパッドの接続関係を問題とし、配線等の接続要素を問題としない。接続要素には、配線をミアンダ形状等にしてインダクタンスを得ようとするもの及びキャパシタンスを得ようとする形状のものを含む。

さらに、圧電基板１上には、並列共振器Ｐ２，Ｐ３を後述するパッケージ基板１１のグランドに接続するためのグランドパッド６と、ダミーパッド７が形成されている。ダミーパッド７は、電気的接続に寄与するものではなく、フィルタの特性にほとんど影響を与えるものではないが、後述するように、略長方形の圧電基板１をパッケージ基板１１にバンプ１２を介してフリップチップボンディングにより実装する際に、実装の安定性の観点から形成される。

ここで、直列共振器Ｓ２は、並列共振器Ｐ１を介してグランドパッド５と接続されているため、グランドパッド５と直接接続されていない。また、各共振器は、反射器Ｒｆに挟まれたＩＤＴ電極からなり、ラダー型フィルタを構成している。

図２は、図１におけるＡ−Ａ´断面図を示す図である。

図２に示すように、圧電基板１上に入力パッド２が直接形成されている。また、圧電基板１上に絶縁膜４が形成され、絶縁膜４上に極列共振器Ｓ２及びグランドパッド５が形成されている。

圧電基板の材料としては、例えばリチウムタンタレート（熱伝導率は約５Ｗ／ｍＫ（Ｗ：ワット、ｍ：メートル、Ｋ：ケルビン））、リチウムナイオベート（約１０Ｗ／ｍＫ）などがある。絶縁膜４は、圧電基板１よりも熱伝導性に優れた絶縁性部材からなる。例えば、アルミナ（熱伝導率は約２１Ｗ／ｍＫ）、窒化アルミ（約２００Ｗ／ｍＫ）などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。このような絶縁膜４上に形成した共振器は、圧電基板１上に形成した場合に比べて、放熱がよくなるため、耐電力が向上する。

図３は、ＳＡＷフィルタ１００の断面図を示す図である。

図３に示すように、パッケージ基板上１１にバンプ１２を介して圧電基板１がフリップチップ接続されている。圧電基板１は、パッケージ基板１１と封止部１３により封止され、弾性波を励振する機能部分であるＩＤＴ電極が振動する空間１４を形成しつつ、ＩＤＴ電極が外気に触れないようになっている。パッケージ基板１１は複数の外部接続用の端子１５を有する。

直列共振器Ｓ２で発生した熱は、絶縁膜４、パッド５、及びバンプ１２を介して、ダイアタッチパターンＤＡに放熱される。

図４は、実施例１にかかるＳＡＷフィルタ１００の製造工程を示す断面図である。

図４(a)に示すように、圧電基板１上に、真空蒸着法などにより、アルミナを直列共振器Ｓ２とグランドパッド５の形成位置に選択的に形成する。これにより、絶縁膜４が形成される。さらに、圧電基板１及び絶縁膜４の上に金属層９を形成する。圧電基板の厚みは、１５０μｍとすることができる。絶縁膜４の厚みは、１００ｎｍとすることができる。金属層９の厚みは、１μｍとすることができる。金属層９は、例えばアルミニウムとチタンを積層して形成することができる。

次に、図４(b)に示すように、金属層９をパターニングし、入力パッド２、直列共振器Ｓ２、及びグランドパッド５を形成する。図示はしていないが、これにより、図１に示される入力パッド２、出力パッド３、各共振器Ｓ１、Ｓ３、Ｓ４、Ｐ１〜Ｐ３、各共振器を挟むように配置される反射器Ｒｆ、グランドパッド６、ダミーパッド７、及び、配線８を同時に形成する。

次に、図４(c)に示すように、各パッドにバンプ１２を形成し、パッケージ基板１１にフリップチップボンディングする。バンプ１２は、例えば金を用いることができる。また、フリップチップボンディングは、圧電基板１に超音波振動を印加することにより、パッケージ基板１１と接合することができる。なお、金バンプに代えて半田バンプにより接合してもよい。

次に、封止部１３を形成することで、図３に示したＳＡＷフィルタ１００を得られる。封止部１３は、半田等の導電性部材や、樹脂等の絶縁性部材を用いることができる。気密性や放熱性、更には、電磁的遮蔽効果を高めるために、半田等の金属で封止することが望ましい。

実施例１において、直列共振器Ｓ２を絶縁膜４上に形成した理由は、入力パッド２から二つめの直列共振器Ｓ２は特にＩＤＴ電極の破壊が起こりやすいからである。

詳細には、電気信号が入力パッド２に入力されると、各共振器のＩＤＴ電極は、弾性波を励振するためエネルギー密度が高くなり、発熱する。ここで、並列共振器Ｐ１〜Ｐ３はグランドパッド５、６に直接接続されており、放熱されやすい。また、直列共振器Ｓ１，Ｓ４も入力パッド２、出力パッド３にそれぞれ直接接続されており、放熱されやすい。しかし、配線によりいかなるパッドとも直接接続されていない、入力パッドから二つめと三つめの直列共振器
Ｓ２，Ｓ３は、発熱する複数の共振器とのみ直接接続され、放熱経路がないため、熱が留まり易くなっている。

具体的には、直列共振器Ｓ２は、直列共振器Ｓ１，Ｓ３、及び並列共振器Ｐ１，Ｐ２と直接接続され、いかなるパッドとも直接接続されていない。また、直列共振器Ｓ３は、直列共振器Ｓ２，Ｓ４，及び並列共振器Ｐ２，Ｐ３と直接接続され、やはりいかなるパッドとも直接接続されていない。さらに、直列共振器Ｓ２とＳ３を比べると、より入力パッド２に近いＳ２の方が、入力される電力による破壊の影響を受けやすい。また、入力される電力の影響を最も受けやすいのは直列共振器Ｓ１である。よって、放熱と電力の観点から、多くの場合には、Ｓ２，Ｓ３，Ｓ１の順で、ＩＤＴ電極の破壊が起こりやすい。

ＩＤＴ電極の破壊のし易さ、つまり耐電力性は、ＩＤＴ電極のピッチ、デューティ比（電極指幅を電極指の配列周期で除したもの）、開口長、対数等の種々の設計パラメータ、及び配線パターン等によって変化し得る。よって、ある程度までは耐電力性を考慮した設計によってＩＤＴ電極の破壊を防ぐことはできる。しかし、耐電力性を考慮しなければならないことにより、共振特性を向上させるための設計の自由度は阻害される。そこで本発明を適用すれば、任意の共振器の放熱性を高め、耐電力性を向上させることができるため、各ＩＤＴ電極の種々のパラメータにおける設計の自由度が増す。

上記構成によれば、直列共振器Ｓ２に発生した熱は、絶縁膜４を介してグランドパッド５に流れる。グランドパッド５はパッケージ基板に形成されたダイアタッチパターンＤＡにバンプ１２を介して接続されているため、放熱が実現される。このため、直列共振器Ｓ２は放熱性が良く、耐電力性に優れる。

図５は、実施例１の変形例１にかかるＳＡＷフィルタの圧電基板１上の構成を示す図である。

変形例１が実施例１と異なる点は、入力パットから三つめの直列共振器Ｓ３も、絶縁膜４上に形成されている点である。これにより、実施例１の構成に比べて、さらに放熱がされやすくなるため、ＩＤＴ電極の破壊がさらに抑制される。その他の構成は、実施例１と同様であるため、説明を省略する。

図６は、実施例１の変形例２にかかるＳＡＷフィルタの圧電基板１上の構成を示す図である。

変形例２は、ラダー型フィルタとダブルモード型共振器ＤＭＳ１、ＤＭＳ２を含むＳＡＷフィルタである。図６に示されるように並列共振器Ｐ１と入力パッド２が絶縁膜４上に形成されている。また、変形例２では、グランドパッド５の下に絶縁膜は配置されていない。また、変形例２は、バランス出力型フィルタであり、出力パッド３が二つ形成されている。変形例２のＳＡＷフィルタは、主に受信フィルタとして用いることができる。

ここで、各共振器の配置によっては、グランドパッド６までの接続するための配線８が長くなることがある。変形例２の場合、並列共振器Ｐ１はグランドパッド６に直接接続されているものの、配線８が長いため、放熱が十分でない。よって、並列共振器Ｐ１のＩＤＴ電極の破壊が起こりやすい状況である。

また、受信フィルタの場合、アンテナから入力されてくる電力は、パワーアンプを経由して送信フィルタに入力される電力に比べて微弱であり、ＩＤＴ電極の破壊が問題となることは少ない。しかし、分波器の場合、送信フィルタから送信信号が出力される場合に、送信信号とアンテナとのインピーダンスのミスマッチにより、送信信号の一部がアンテナで反射され、その反射信号が受信フィルタに入力され、受信フィルタのＩＤＴ電極の破壊を起こすことがある。

そこで、上記構成により、並列共振器Ｐ１に近接する入力パッド２に放熱経路を作ることで、分波器に用いられる受信フィルタにおける特定のＩＤＴ電極の破壊を防ぐことができる。

さらに、図６に点線の囲いで示す領域１７に、すなわち直列共振器Ｓ２，Ｓ３及びダミーパッド７の下に、絶縁膜を形成してもよい。また、点線の囲いで示す領域１８に、すなわちダブルモード型共振器ＤＭＳ２及び出力パッド３の下に、絶縁膜を形成してもよい。これにより、ＩＤＴ電極の破壊をさらに抑制することができる。

図７は、本発明の弾性波デバイスの実施例２にかかるデュプレクサ２００を示す図である。

実施例２のデュプレクサは、パッケージ基板１１上に送信フィルタＴｘ及び受信フィルタＲｘが形成され、封止部１３により封止されている。パッケージ基板は絶縁性の積層基板からなり、基板間に配線層を含んでいる。配線層には、グランドパターン、引き回し配線によるマッチング回路を含めることができる。ダイアタッチパターンＤＡ、配線層、及び外部接続用の端子１５は、積層基板を貫通するように形成された複数のビアにより電気的に接続されている。

実施例２のデュプレクサは、送信フィルタＴｘとして実施例１にかかるＳＡＷフィルタ１００を含んでいる。受信フィルタＲｘには、実施例１の変形例２にかかるＳＡＷフィルタ及び弾性波を利用した種々のフィルタを採用することができる。

ラダー型のＳＡＷフィルタを送信フィルタに用いた場合に、受信フィルタに用いた場合に比べて、よりＩＤＴ電極の破壊が問題になる。パワーアンプＰＡで増幅された送信信号が入力されると、より大量の熱が発生する。そこで、送信フィルタに実施例１にかかるＳＡＷフィルタ１００を採用することで、パワーアンプＰＡで増幅された送信信号の電力による破壊に耐えるデュプレクサを得ることができる。

いうまでもなく、本発明の弾性波デバイスにかかるデュプレクサは、実施例１及び実施例１にかかる変形例１及び２のフィルタを、それぞれ任意にその送信フィルタ及び受信フィルタに適用することができる。

図８は、本発明の弾性波デバイスの実施例３にかかるモジュール３００を示す図である。

実施例３のモジュールは、絶縁性の積層基板からなるモジュール基板３０１上に、実施例２にかかるデュプレクサ２００、送信信号を増幅するためのパワーアンプＰＡを備えている。また、アンテナ端子Ａｎｔに入力された受信信号が、デュプレクサ２００を構成する受信フィルタＲｘを介して、バランス出力に対応した出力端子３３から出力される構成となっている。さらに、入力端子３２に入力された送信信号が、パワーアンプＰＡ及びデュプレクサ２００を構成する送信フィルタＴｘを介して、アンテナ端子Ａｎｔから出力される構成となっている。

実施例３のモジュールの受信動作において、受信フィルタＲｘは、アンテナ端子Ａｎｔ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、出力端子３３から外部へ出力する。また、送信動作において、送信フィルタＴｘは、入力端子３２から入力されてパワーアンプＰＡ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Ａｎｔから外部へ出力する。

実施例３のモジュールにおいては、実施例２にかかるデュプレクサ２００のみならず、他に複数のデュプレクサを備えてもよい。さらに、複数のデュプレクサを備えた場合において、任意の一又は複数のデュプレクサを選択するスイッチ（図示なし）を備えてもよい。

実施例２にかかるデュプレクサ２００を採用することで、パワーアンプＰＡで増幅された送信信号の電力による破壊に耐えるモジュールを得ることができる。

圧電基板 1入力パッド 2出力パッド 3絶縁膜 4グランドパッド 5，6ダミーパッド 7配線 8直列共振器 S1〜S4並列共振器 P1〜P3反射器 Ｒｆパッケージ基板 11バンプ 12封止部 13空間 14端子 15グランドパターン 16領域 17、１８ダイアタッチパターン ＤＡＳＡＷフィルタ 100ダブルモード型共振器 DMS1、DMS２デュプレクサ 200送信フィルタ Tx受信フィルタ Rxモジュール 300モジュール基板 301パワーアンプ ＰＡアンテナ端子 Ant入力端子 32出力端子 33

Claims (13)

1. 圧電基板と、前記圧電基板上に形成され、前記圧電基板よりも熱伝導率の高い絶縁膜と、前記圧電基板上又は前記絶縁膜上に形成された少なくとも２つのパッドと、前記絶縁膜上に形成された少なくとも１つのパッドと、前記絶縁膜上に形成された少なくとも1つの弾性波共振器と、前記圧電基板上に直接形成された少なくとも1つの弾性波共振器と、を有する弾性波フィルタ。
2. 前記絶縁膜上に形成された少なくとも１つのパッドは、入力パッド、出力パッド、グランドパッド、又はダミーパッドのいずれかである、請求項１に記載の弾性波フィルタ。
3. 前記圧電基板上に直接形成された少なくとも1つの弾性波共振器は、前記絶縁膜上に形成されたパッドと直接接続され、前記絶縁膜上に形成された弾性波共振器は前記絶縁膜上に形成されたパッドとは直接接続されていない、請求項１又は２に記載の弾性波フィルタ。
4. 前記絶縁膜上に形成された少なくとも１つの弾性波共振器は、いかなるパッドとも直接接続されていない、請求項１〜３に記載の弾性波フィルタ。
5. 請求項１〜４に記載の弾性波フィルタはラダー型フィルタであって、前記絶縁膜上に形成された少なくとも1つの弾性波共振器は直列共振器である、弾性波フィルタ。
6. 前記絶縁膜上に形成された直列共振器は、入力パッドである前記圧電基板上又は前記絶縁膜上に形成されたパッドから二つめの直列共振器である、請求項５に記載の弾性波フィルタ。
7. 前記絶縁膜上に形成された直列共振器は、入力パッドである前記圧電基板上又は前記絶縁膜上に形成されたパッドから二つめと三つめの直列共振器である、請求項６に記載の弾性波フィルタ。
8. 請求項１〜３に記載の弾性波フィルタはラダー型フィルタであって、前記絶縁膜上に形成された少なくとも1つの弾性波共振器は並列共振器であって、前記並列共振器はグランドパッドである前記圧電基板上又は前記絶縁膜上に形成されたパッドと直接接続されている、弾性波フィルタ。
9. 請求項１〜８に記載の弾性波フィルタはダブルモード型共振器を含む、弾性波フィルタ。
10. 請求項１〜９に記載の弾性波フィルタはダブルモード型共振器とラダー型フィルタを含む、弾性波フィルタ。
11. 請求項１〜１０に記載の弾性波フィルタは、積層基板からなるパッケージ基板及び封止部を有し、前記圧電基板は前記パッケージ基板にフリップチップ接続され、前記パッケージ基板及び封止部により封止されている、弾性波フィルタ。
12. 請求項１〜１１に記載の弾性波フィルタを含む、デュプレクサ。
13. 請求項１２に記載のデュプレクサと、パワーアンプを含む、モジュール。

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