JP6183932B2 - 音響波で動作する共鳴器を備えるリアクタンスフィルタ - Google Patents

Description

本発明はリアクタンスフィルタに関し、とりわけ音響波で動作する共鳴器を備えるリアクタンスフィルタに関する。

現代の無線通信規格においては、数個の周波数帯がそれらの各々の中心周波数，帯域幅，および復信間隔で規定されている。それぞれの周波数帯は、ユーザの電話での信号を送信するために用いられ、その通信方向がアップストリームとも呼ばれるＴｘバンド、および信号を受信するために用いられ、その通信方向がダウンストリームとも呼ばれるＲｘバンドを備える。このバンド間隔は、送信信号と受信信号とを分離する周波数間隔を表している。ＴｘバンドまたはＲｘバンド用に用いられるバンドパスフィルタは、隣接するバンドにおける減衰が要求されている値以上となるように、隣接するＲｘバンドまたはＴｘバンドに面する側に急峻なスロープを必要とする。

新たな無線通信サービス用のもっと大きな帯域幅に対する増大する需要は、周波数帯域の定義の課題となっている。１つの例がＡＰＥＣの特定アプリケーションとなっているバンド２８である。このＴｘバンドは７０３〜７４８ＭＨｚであり、またそのＲｘバンドは７５８〜８０３ＭＨｚであり、６％の帯域幅および１０ＭＨｚのバンド間隔を順守している。殆ど６％の大きな帯域幅および１０ＭＨｚの小さなバンド間隔の２つの要求は、表面音響波で動作するフィルタに基づいたフロントエンド回路によって同時に実現することは殆ど不可能であるため、この定義は大きな課題となっている。さらなる課題は、周波数の温度係数であり、これは中心周波数のようなフィルタ特性すなわちフィルタのスロープも温度と共に変化することを意味する。したがって与えられたＴＣＦに関わらず、フィルタは、通常の環境温度条件に応じた温度範囲内のそれぞれの温度での帯域の定義を順守しなければならない。

標準的なタンタル酸リチウムの圧電材料上で実現された電子音響バンドパスフィルタは、これによって生じる小さなバンド間距離およびスロープの急峻さが、要求されているものに適合している。しかしながらこのようなフィルタは帯域幅の仕様を満足せず、またこの仕様の達成からは程遠いものである。他方、標準的なニオブ酸リチウムの圧電材料上で実現されたバンドパスフィルタは、約６％のバンド幅を達成できるが、スロープに急峻さの点に関する要求には全く適合していない。これはその比較的大きな、約８０ｐｐｍ／ＫのＴＣＦ（temperature coefficient of frequency）のためである。

これらの２つの標準的な圧電材料は、上述のバンド２８の定義に適合するバンドパスフィルタを実現するには適していないので、本発明の課題は、困難な要求である、たとえばバンド２８に適合する、音響波で動作するバンドパスフィルタを提供することである。

この課題およびさらなる課題は、請求項１に記載のリアクタンスフィルタによって解決される。有利な実施形態は、さらなる従属請求項によって示される。

本発明は、ラダー型構造または格子型構造で配設されたインピーダンス素子を備えるリアクタンスフィルタを提供する。このリアクタンスフィルタは、複数の直列インピーダンス素子が直列に結合された１つの直列分岐を備える。ラダー型フィルタにおいては、並列分岐（複数）がこの直列分岐を接地接続しており、格子型フィルタにおいては、並列分岐（複数）が２つの直列分岐を接続している。各々の並列分岐は、１つの並列インピーダンス素子を備えている。

これらの並列および直列インピーダンス素子は、１つの共鳴器，またはこのような１つの共鳴器と１つの直列インダクタンス素子との１つの直列回路，または並列に結合された１つの共鳴器と１つの静電容量素子、を備えている。全ての共鳴器は、音響波で動作する。上記の直列分岐における第１のインピーダンス素子の第１の共鳴器は、第１の圧電材料から成り、これに対し上記の並列分岐における第２のインピーダンス素子の第２の共鳴器は、この第１の圧電材料と異なる第２の圧電材料から成っている。

これはこのリアクタンスフィルタにおいて、これらの直列インピーダンス素子および並列インピーダンス素子の第１および第２の共鳴器が、それぞれ異なる圧電材料上に構築されており、したがってこれらが急峻なスロープまたは大きな帯域幅から特定の条件を選択するという観点で、独立に最適化され得ることを意味している。第１および第２の共鳴器は、ＳＡＷ共鳴器（ＳＡＷ＝Surface Acoustic Wave）および音響体積波で動作する共鳴器から選択される。後者の共鳴器は、ＢＡＷ共鳴器およびＧＢＡＷ共鳴器（ＢＡＷ＝Bulk Acoustic Wave；ＧＢＡＷ＝Guided Bulk Acoustic Wave）から選択されてよい。

１つの共鳴器の帯域幅を決定すること、またこの結果１つのフィルタの帯域幅を決定することの重要な要素は、共鳴器が構築されているそれぞれの圧電材料の電気機械結合（electro mechanic coupling）である。したがって第１および第２の共鳴器は、第１および第２の圧電材料で実現され、これら２つの圧電材料はそれらのカップリングが大きく異なっている。これらの共鳴器の少なくとも１つのタイプの共鳴器は、相対的に大きな結合係数（coupling coefficient）を有する圧電材料上で実現されており、他方これに対し他のタイプは、相対的に小さな結合係数を有する圧電材料で実現されている。好ましくは小さなカップリングを有する圧電材料は、小さなＴＣＦを有する。

大きなカップリングは、共鳴器の主共鳴と反共鳴との間の距離を増大する。この距離はポールゼロ距離とも呼ばれ、直接このフィルタの帯域幅に対応している。

第１および第２の共鳴器へのそれぞれの圧電材料の割り当ては、それぞれのフィルタが満たすべき仕様すなわちそれぞれのフィルタの通過帯域が満たすべき仕様に依存する。その通過帯域の低周波数側で急峻なスロープを有することが必要なフィルタは、第１の圧電材料より小さなカップリングを有する第２の圧電材料を必要とする。他方、その通過帯域の高周波数側で急峻なスロープを有することが必要なフィルタは、第２の圧電材料より小さな結合係数を有する第１の圧電材料を選択することによって実現される。

これはこのリアクタンスフィルタの並列分岐に配設された第２の共鳴器が通過帯域の左側のスロープに関与し、またこのリアクタンスフィルタの直列共鳴器が通過帯域の高周波数側に面する右側のスロープを生成することに関与しているという事実に拠っている。

１つの実施形態においては、小さな帯域幅およびしたがって小さなカップリングを生成するように選択された直列分岐または並列分岐の少なくとも１つのインピーダンス素子は、１つの共鳴器と１つの静電容量素子との並列回路によって実現される。このようにすることによって、それぞれのインピーダンス素子の帯域幅はさらに低減される。この並列静電容量素子は、その静電容量をこの共鳴器の静的な静電容量に追加し、これによって共鳴器の動的な静電容量に対する静的な静電容量の比ｒを増加する。ポールゼロ距離ｐｚｄが以下の式に従うｒに依存しているため、増加された静電容量比は低減された帯域幅を生成する。

低カップリングの１つの第１の共鳴器あるいは１つの第２の共鳴器のみの代わりに、１つの共鳴器と１つの静電容量素子の並列回路だけを使用することが可能である。

本発明のさらなる実施形態によれば、共鳴器の帯域幅またはカップリングに影響を与えるいかなる手段も、所望のやり方で第１および第２の共鳴器から選択された共鳴器のそれぞれのタイプに使用することができる。

共鳴器の帯域幅を増大する手段は、それぞれの共鳴器の１つ以上に直列にカップリングされている直列インダクタンス素子である。

１つの共鳴器のタイプの帯域幅を低減する手段は、それぞれの共鳴器の上に堆積された誘電体層である。この誘電体層は、この共鳴器の圧電材料と電極との間に堆積されてよく、またはそれぞれの共鳴器の最上位の電極上に堆積されてよい。ＳＡＷ共鳴器の場合、この誘電体層は、このＳＡＷ共鳴器の櫛歯電極のある表面全体に堆積される。最も大きな効果は、この誘電体層が圧電材料と櫛歯電極との間に堆積される場合に達成される。音響共鳴器としてＢＡＷ共鳴器が用いられる場合、この誘電体層は好ましくはこのＢＡＷ共鳴器の最上位の電極の上に堆積される。

本発明の基本的アイデアは、第１および第２の共鳴器用に異なる圧電材料を用いることである。これはこれらの２つのタイプの共鳴器、すなわち第１および第２の共鳴器用に、分離された基板を用いることにより最も好適に実現することができる。基板は圧電材料のバルク片であってよく、これは圧電材料の結晶から切り出されたチップである。この基板はその上に堆積される圧電材料層用の担体ともなり得る。第１および第２の共鳴器の分離された基板は、これら２つの基板が別々に処理されて、これら２つの基板のそれぞれをこれらの共鳴器の所望の特性の観点から、個別に最適化することができるという利点を有する。分離された基板を用いることで、基板の全表面に均一に作用する方法を適用することができ、１つの共通な基板上におけるような第１の共鳴器と第２の共鳴器とを差別する必要がない。

第１の基板は、大きな帯域幅を提供し、他方第２の基板はその通過帯域の所望の側における急峻なスロープを有する共鳴器を実現するように最適化することができる。急峻なスロープは、通常は小さな帯域幅および／または小さな周波数温度係数に付随する。したがって、この実施形態によれば、第２の基板上の第２の共鳴器の帯域幅は低減される。

もう１つの実施形態においては、第１および第２の基板は正反対に最適化されてよく、第１の基板は小さな帯域幅および／または小さな周波数温度係数の観点から最適化され、他方第２の基板は大きな帯域幅の観点から最適化される。

もう１つの実施形態においては、より大きなカップリングを有するようにされる共鳴器（複数）は、ＳＡＷ共鳴器（複数）として実現される。他方小さなカップリング係数およびこれによって急峻なスロープ有するようにされる共鳴器（複数）は、ＢＡＷ共鳴器として実現することができる。

その第１および第２の共鳴器が分離された基板上で実現されているリアクタンスフィルタは、ラダー型または格子型に第１および第２のインピーダンス素子（複数）を電気的に接続するための接続手段を必要とする。これは直接的に行われてよい。しかしながら第１および第２のインピーダンス素子を電気的に接続するために１つの配線板を用いることが好ましい。この配線板は、２つの接続パッドを接続する電気的接続線を提供する。上記の２つの基板は、それぞれの共鳴器に接続されたボンディングパッドを有し、かつこの配線板上にこれらの基板を単に取り付けることによってそれぞれの接続パッドに電気的に接続される。次に直列分岐（複数）と並列分岐（複数）との間の電気的接続がこの配線板上または配線板内に形成されている接続線によって行われる。

上記の２つの基板を、セラミックまたは有機ラミネート体から製造された１つの共通な配線板上に配設する場合、第１および第２の基板をこの共通な配線板上でカプセル封止するために１つの共通のパッケージを用いることが可能である。これはこの配線板の最上面をシールするカバーを配設することによって行われ、ここで第１および第２の基板をこのカバーの下にカプセル封止する。

このカバーは、キャップ形状の硬いカバーであってよく、キャップと配線基板との間にキャビティを形成し、このキャビティ内に上記の２つの基板を封止する。

もう１つの実施形態によれば、このカバーはポリマー薄膜からなるフィルムであり、このフィルムは上記の配線板の上にラミネート加工されてよく、これによってこの配線板の上に取り付けられた上記の第１および第２の基板を覆っている。このラミネート加工された薄膜は、２つ以上の副層を備えてよく、これらの副層は材料および厚さが同じであっても異なっていてもよい。さらにこの薄膜は金属の副層を含む気密な密封薄膜であってよい。この金属の副層は、金属フィルムとして上記のカバー上に堆積されてもよい。

このパッケージ内で、本発明によるリアクタンスフィルタは、少なくとも第１および第２の共鳴器を担持する第１および第２の基板を備え、ここで第１の共鳴器（複数）は、第１の基板において実現されており、第２の共鳴器（複数）は、第２の基板において実現されている。第１の基板において実現されている直列分岐と第２の基板において実現されている所与の数の並列分岐との間の全ての接続は、接続線（複数）によって行われており、上記の配線板の上または多層配線板内のメタライズ層内で行われている。これらの基板と配線板との間の接続は、これらの基板上のボンディングパッドと配線板上の接続パッドとの間のバンプ接続で行われてよい。

第１の基板上のボンディングパッドは、各々の共鳴器が２つの第１のボンディングパッドに隣接するように配設されてよい。各々の第１のボンディングパッドは、上記の配線板上で１つの接続線を介して、１つの第２の接続パッドに接続された１つの第１の接続パッドに接続されている。この第２の接続パッドは、第２の基板上に配設された１つの第２のボンディングパッドに接続されており、電気的に１つの並列分岐に接続されている。電気信号の入力および出力は、この第１の基板上の最も外側のそれぞれの第１のボンディングパッド（複数）によって行われてよい。これらの最も外側の第１のボンディングパッドは、第１の接続パッド（複数）に接続されていてよく、入力および出力は、上記の配線板上のそれぞれの最も外側の第１の接続パッドに接続されていてよい。

１つの実施形態によれば、上記の第１の基板は、複数のｎ個の第１の共鳴器を備え、ここでｎは２≦ｎ≦６の整数である。したがってこの第１の基板は少なくともｎ＋１個の第１のボンディンパッドを備える。これらの第１のボンディングパッドの各々は、上記の配線板上の１つの第１の接続パッドに割り当てられているので、この配線板は、ｎ＋１個の第１の接続パッドを備える。上記の第２の基板は、複数のｍ個の共鳴器を備え、ここでｍは、ｎ−１≦ｍ≦ｎ＋１の整数である。各々の第２のボンディングパッドは、１つの並列分岐に接続されており、それぞれ１つの第２の共鳴器を備える。各々の第２のボンディングパッドは、１つの第２の接続パッドに接続されて第１のボンディングパッドへの接続が達成されており、これより第１の基板内で接続線および第１の接続パッドを介して直列分岐に接続されている。

各々の並列分岐は直列分岐と１つの接地接続部との間に接続されており、リアクタンスフィルタは、各々の並列分岐に接続された少なくとも１つの接地接続部を必要とする。これよりこれらの並列分岐の接地側端部を、上記の第２の基板の上の共通の接地線を介して相互接続することができる。

もう１つの実施形態によれば、各々の並列分岐は別々にそれぞれの接地パッドを介して上記の配線板上のそれぞれの接地接続部に接続することができ、１つの接続線を介して全ての接地接続部をこのリアクタンスフィルタの１つの接地端子に接続することができる。

もう１つの実施形態によれば、所望の数の、上記の並列分岐（複数）の接地側端部（複数）を上記の第２の基板の上で相互接続することができ、ここでこの所望の数は２以上であるがｍ未満である。

ボンディングパッド（複数）と接続パッド（複数）との間の電気的接続は、それぞれの基板をフリップチップ技術を用いて上記の配線板の上に取り付ける際にバンプ（複数）を介して行うことができる。これらのバンプは、はんだバンプまたはスタッドバンプであってよい。

上述のように、上記の配線板は、１つのインダクタンス線を介してこの配線板の１つの接地端子に接続された、少なくとも１つの接地接続部を備える。この接地端子は、１つの外部端子であり、上記の基板（複数）が取り付けられている上面側に向いていないこの配線板の底部上に配設されている。リアクタンスフィルタの入力および出力は、同じ底面上に配設されており、この配線板を貫通する貫通接続部を介してそれぞれの接続パッドに接続されている。代替として導電線（複数）がこの配線板の上面からエッジを回ってこの配線板の下面上のそれぞれの端子に導かれていてよい。

１つの実施形態によれば、上記の配線板の複数の接続パッドと複数の外部はんだパッド（端子）との間の接続（複数）は、この配線板内あるいはこの配線板上の導電線によって形成されているインダクタンス線を備えてよい。このようなインダクタンス線が高インダクタンス値を必要とする場合、このインダクタンス線は、コイルの巻線を形成するような曲線で実現されていてよい。このコイルは、スパイラル形状またはヘリカル形状であってよく、多層配線板の異なるメタライズ面に配設された導電体部を備えてよい。

さらなる直列インダクタンス素子が、それぞれの１つの共鳴器に直列に接続されていてよく、またそれぞれの上記の基板上の導電線または上記の配線板内の導電線として形成されていてよい。

さらなる実施形態によれば、リアクタンスフィルタは１つのデュプレクサの一部であってよい。デュプレクサは、通常Ｔｘフィルタと呼ばれる送信フィルタと、受信フィルタ（Ｒｘフィルタ）とを備えており、これら２つのフィルタは、別々に動作するが、通常は隣接した周波数帯域で動作する。デュプレクサのＴｘフィルタまたはＲｘフィルタの少なくとも１つは、上記のようなリアクタンスフィルタであってよい。

もう１つの実施形態によれば、このデュプレクサの２つのフィルタは、上記のようなリアクタンスフィルタで実現されていてよい。Ｔｘフィルタの周波数帯域とＲｘフィルタの周波数帯域との間にほんの小さなギャップがある場合、これらの２つの周波数帯域の低い方で動作するフィルタ（通常はＴｘフィルタ）は、急峻な右側フィルタスロープを必要とする。他方、高い方の周波数帯域で動作するフィルタは、その隣接する周波数帯域における充分な減衰をもたらすために、急峻な左側フィルタスロープを必要とする。

１つの実施形態によれば、デュプレクサの低い方の周波数帯域で動作するリアクタンスフィルタは、上記の第１の共鳴器のベースである第１の圧電材料よりも大きな結合係数を有する第２の圧電材料をベースとした第２の共鳴器を有する。この逆に、高い方の周波数帯域で動作するリアクタンスフィルタである、このデュプレクサの他のフィルタは、上記の第２の共鳴器のベースである第２の圧電材料よりも大きな結合係数を有する第１の圧電材料をベースとした第１の共鳴器を有する。

第１の圧電材料より小さな結合係数を示す第２の圧電材料をベースとした第２の音響共鳴器は、リアクタンスフィルタの通過帯域の低い方の周波数側で急峻なスロープを生成する。この第１の圧電材料の結合係数が充分高く選択されると、このリアクタンスフィルタは充分に大きな帯域幅を示す。この逆に、この第１の圧電材料が小さな圧電結合係数を有するように選択されると、これは通過帯域の高い方の周波数側で急峻なスロープを有する通過帯域を生成する。

本発明によるリアクタンスフィルタをいくつかの実施形態とこれに付随する概略図を用いて詳細に説明する。これらの図は、寸法通りに描かれておらず、ある部分は分り易いように拡大されて示されている場合がある。

第１および第２のインピーダンス素子を有する１つの実施形態の全体を示す。 第１および第２の共鳴器を備える第２の実施形態を示す。 並列分岐が共通の接地接続部に接続されている、インピーダンス素子（複数）を有する１つのリアクタンスフィルタを示す。 図３の実施形態で、接地接続が１つのインダクタンス線を介して行われている場合を示す。 並列分岐（複数）が複数のインダクタンス線を介して接地接続されている実施形態を示す。 対応するボンディングパッド（複数）を有する第１および第２の基板と、対応する接続パッド（複数）を有する配線板とが、これらが相互に接続された場合に、ラダー型フィルタを形成することを概略的に示す。 （ａ）は１つのＳＡＷ共鳴器として具体化された共鳴器を上面図で示し、（ｂ）は断面図で示す。 １つのＢＡＷ共鳴器として具体化された共鳴器を断面図で示す。 リアクタンスフィルタ全体を断面図で示す。 第１および第２の基板をカプセル封止する１つのカバーを備えるリアクタンスフィルタを示す。 図６に示すフィルタの伝達関数を示す。 図１１に示す通過帯域を拡大図で示す。

図１は、本発明による１つのリアクタンスフィルタの全体ブロック図を概略的に示す。このフィルタは、１つの直列分岐ＳＢおよびこれに接続された複数の並列分岐ＰＢを備えるラダー型構造に配設された、直列および並列のインピーダンス素子（複数）ＳＩ，ＰＩを備える。この直列分岐ＳＢは、端子ＡおよびＢを接続する１つの信号線を備える。直列インピーダンス素子ＳＩ１〜ＳＩ３は、この直列分岐ＳＢに配設されており、端子ＡとＢとの間に直列に接続されている。２つの隣接する直列インピーダンス素子ＳＩの間には、１つの並列分岐ＰＢの一方の端部がこの直列分岐ＳＢに接続されている。第１の並列分岐ＰＢ１は、１つの並列インピーダンス素子ＰＩ１を備え，第２の並列分岐ＰＢ２は、第２の並列インピーダンス素子ＰＩ２を備える。

図１の下側部分の実施形態ａ）〜ｃ）は、インピーダンス素子ＳＩまたはＰＩを実現する例を示す。インピーダンス素子ＳＩ，ＰＩは、実施形態ａ）では共鳴器Ｒだけであってよく、実施形態ｂ）では１つの共鳴器Ｒと１つのインダクタンス素子の直列回路であってよく、実施形態ｃ）では１つの共鳴器Ｒと１つの静電容量素子ＣＥの並列回路であってよい。

本発明から逸脱せずに、リアクタンスフィルタの設計の際に、さらなるインピーダンス素子（複数）が選択されて直列または並列に配設されてよい。

直列インピーダンス素子ＳＩは、並列インピーダンス素子とは、少なくともその共鳴器の圧電材料が異なっている。こうして、それぞれのインピーダンス素子ＳＩ，ＰＩであるかあるいは一部である第１および第２の共鳴器においては、選択された圧電材料の全ての特性が異なっている。リアクタンスフィルタで望まれる特性の最も重要なものは、圧電材料の結合係数であり、これは２つのインピーダンス素子のタイプで大きく異なっていることが最良である。第１および第２の共鳴器を実現するには、それぞれ大きなカップリングの圧電材料および小さなカップリングの圧電材料を選択すると有利である。１つの好ましい実施形態においては、タンタル酸リチウム４２°ＸＹ回転基板が、低カップリング基板として選択されている。この圧電材料は、１つの高カップリング基板、好ましくはニオブ酸リチウム４１°ＸＹ回転基板または６４°ＸＹ回転基板と組み合わされてよい。これらの２つのニオブ酸リチウム材料は、比較的大きな結合係数を示し、したがって高カップリングをもたらす。

Ｒｘフィルタの周波数帯域の高周波数側で直ぐ隣に周波数帯域を有するデュプレクサのＴｘフィルタを設計するために、このＴｘリアクタンスフィルタの第１の共鳴器（複数）には上記の低カップリング材料のタンタル酸リチウムが選択される。このＴｘフィルタの第２のインピーダンス素子（複数）の第２の共鳴器（複数）は上記のニオブ酸リチウムから選択される。このようなＴｘフィルタは、バンド２８の要求仕様に適合する。約６％相対帯域幅のフィルタは、上記の好ましい実施形態に従って、第１および第２の共鳴器に上記の２つの異なる圧電材料を用いて、設計されていてよい。この設計されたＴｘフィルタは、１０ＭＨｚのバンド間距離を保持することができ、Ｒｘバンドにおける必要な減衰をもたらすことができる。

上述したように、第１および第２の共鳴器は異なるカップリングとなっていなければならない。これより、このカップリングに所望の方向に影響する全ての手段が上記のようなリアクタンスフィルタ内で適用されてよい。１つのインピーダンス素子ＳＩ，ＰＩとして、１つの共鳴器Ｒと１つのインダクタンス素子ＰＩＮの直列回路を用いると、この共鳴器のカップリングは大きくなる。

図１の実施形態ｃ）によれば、１つの共鳴器Ｒと１つの静電容量素子ＣＥとの並列回路は、共鳴器Ｒのカップリングが低減されたインピーダンス素子となる。このような回路は、リアクタンスフィルタがＲｘ周波数帯域に対し低い周波数帯域で動作するＴｘフィルタとして使用される場合の第１のインピーダンス素子に用いられる。この際好ましくはインダクタンス素子と共鳴器の直列回路が第２のインピーダンス素子の設計に用いられる。

図２はもう１つの実施形態を示し、ここでは第１の共鳴器Ｒ１および第２の共鳴器Ｒ２がラダー型構造のリアクタンスフィルタ内のインピーダンス素子として用いられている。ここに示す実施形態においては、４個の第１の共鳴器Ｒ１が直列分岐ＳＢ内で接続点ＡとＢの間に配設されている。それぞれの２つの第１の共鳴器Ｒ１の間には、１つの並列共鳴器ＰＢが直列分岐ＳＢに接続され、全部で３個の並列分岐ＰＢ１〜ＰＢ３が存在している。各々の並列分岐ＰＢは、この直列分岐ＳＢと接地電位とを接続している。

各々の共鳴器は、ＳＡＷ共鳴器またはＢＡＷ共鳴器のような音響波で動作する共鳴器として、またはガイド体積音響波（ＧＢＡＷ）で動作する共鳴器として具体化されている。第１および第２の共鳴器は同じ共鳴器技術を用いて製造されていてよい。しかしながら第１の共鳴器に第１の技術を用い、また第２の共鳴器に第２の技術を用いることも可能である。たとえばＢＡＷ共鳴器は、ＳＡＷ共鳴器よりも小さなカップリングを生じるように、好ましくは第１の共鳴器に用いられてよい。

図３は、直列インピーダンス素子ＳＩおよび並列インピーダンス素子ＰＩのラダー型構造を概略的に示す。この図は並列分岐の接地接続の変形例を示す。この実施形態においては、これらの並列分岐の接地された側の端部（複数）が第２の基板上で相互接続されており、またそれから共通の接地線を用いて接地電位に接続されている。この接地接続は、短くかつ小さな導電線を用いた低インダクタンスで行われてよい。

図４は、図３の実施形態とは異なり、接地接続が直列インダクタンス素子ＰＩＮ１を介して行われている実施形態を示す。このようなインダクタンス素子は、この並列分岐の共鳴ポールをシフトすることができる。

図５は、３個の直列インピーダンス素子ＳＩ１および３個の並列インピーダンス素子ＰＩ１〜ＰＩ３が、ラダー型構造に配設されている１つの実施形態を示す。これらの並列分岐の内の２つは、インピーダンス素子ＰＩ１およびＰＩ２を有し、それらの接地側で相互接続されており、かつ直列インダクタンス素子ＰＩＮ１を介して接地接続されている。これとは別に、残りの第２のインピーダンス素子ＰＩ３は、もう１つのインダクタンス素子ＰＩＮ２を介して接地されている。たとえこれらの２つのインダクタンス素子ＰＩＮ１およびＰＩＮ２が同じインダクタンス値であったとしても、インダクタンス素子を有しないラダー型構造に対し相対的に高い周波数側にシフトされた２つの異なるポールを生成することができる。２つの直列インダクタンス素子ＰＩＮ１およびＰＩＮ２を異なるインダクタンス値となるように選択することで、それぞれのポールをさらにシフトすることができる。

図６の実施形態においては、直列インピーダンス素子ＳＩと並列インピーダンス素子ＰＩ、異なる基板Ｓ１，Ｓ２上の第１および第２のそれぞれの共鳴器の分離が示されている。この図は、第１および第２の基板Ｓ１，Ｓ２が、それぞれ直列分岐ＳＢと並列分岐ＰＢとの間で、配線板ＰＣＢを介してどのように電気的接続が行われるかを示している。第１の基板Ｓ１上で、１つの直列分岐ＳＢ内に４個の第１の共鳴器が配設されている。各々の２つの第１の共鳴器Ｒ１の間で、１つの第１のボンディングパッドＢＰ１が設けられている。この直列分岐の両端には、それぞれさらなる１つのボンディングパッドＢＰ１が存在している。これらの第１のボンディングパッドＢＰ１は、並列分岐（複数）ＰＢを直列分岐ＳＢに接続するためのものであり、またリアクタンスフィルタを入力および出力に接続するためのものである。

第２の基板Ｓ２上には、３個の並列分岐ＰＢ１，ＰＢ２，およびＰＢ３が配設されており、各々は１つの第２の共鳴器Ｒ２に接続された１つのボンディングパッドＢＰ２をそれぞれ備えている。これらの３個の並列分岐ＰＢのための接地接続は、別の方法で行われてよいので、ここでは示していない。

第１の基板Ｓ１および第２の基板Ｓ２は、異なる圧電材料ＰＭから成っている。もし共鳴器がＳＡＷ技術に従っていれば、この圧電材料ＰＭは、基板Ｓを形成してよい。もし第１および第２の共鳴器の１つがＢＡＷ技術で実現されていれば、その基板Ｓは、機械的に剛性のある担体材料であってよく、この上に第１の電極Ｅ１，圧電材料ＰＭの層，および第２の電極Ｅ２を堆積することによって、ＢＡＷ共鳴器（複数）が形成される。これらの電極Ｅ１，Ｅ２は、それぞれのボンディングパッドまで延伸してよい。しかしながら、共鳴器技術および基板材料は、第１および第２の基板に対して独立に選択されてよい。

この図には第１の基板と第２の基板との間の相互接続が、破線で示されている。これらは好ましくは配線板ＰＣＢを介して実現されている。この配線板ＰＣＢは、第１の基板Ｓ１上の第１のボンディングパッドＢＰ１に接続される第１の接続パッドＣＰ１を提供し、また第２の基板Ｓ２上の第２のボンディングパッドＢＰ２に接続される第２の接続パッドＣＰ２を提供する。第１および第２の接続パッドＣＰ１，ＣＰ２の各々は、接続線ＣＬを介して接続されている。

さらなる接続パッドが直列分岐ＳＢの入力および出力に接続され、これらは接続線ＣＬには接続されていない。次に、相互に対応づけられたパッド間の電気的および機械的接続がはんだ処理によって行われ、ここでこれらの接続パッドおよびボンディングパッドを介して第１および第２の基板が配線板ＰＣＢ上に取り付けられるように、第１および第２の基板においてはんだ付けされる。この接続は、はんだ不要のスタッドバンプを介して行われてもよい。配線板は好ましくは、有機ラミネート体または多層のセラミック状ＨＴＣＣ（High-Temperature Co-fired Ceramics）またはＬＴＣＣ（Low-Temperature Co-fired Ceramics）から成っている。この配線板ＰＣＢ上に配設されなければならないこれらの接続パッドの他に、この配線板内で２つの絶縁層の間にさらにメタライズ部（複数）があってよい。この配線板内のこれらのメタライズ部によってインダクタンス，静電容量，または抵抗のような受動的素子が形成されてよい。さらにこの配線板を貫通する、異なるメタライズ層または異なるメタライズ面に配設されている異なる導電部を相互接続する貫通接続部（複数）があってもよく、あるいはこれらの貫通接続部は、任意のメタライズ面を、この配線板ＰＣＢの底部上のはんだ付けパッドである外部接続部に接続している。

図１ｂ）および１ｃ）に示すように、もし１つのインピーダンス素子が１つのインダクタンス素子または１つの静電容量素子を備える場合は、それぞれの受動的素子は、この配線板ＰＣＢ内で実現されていてよい。もし第１の基板Ｓ１におけるインピーダンス素子が図１ｂ）のように実現されている場合は、この直列分岐ＳＢ内で必要なそれぞれのインダクタンス素子も、配線板上に実現されていてよい。もし更なる第１のボンディングパッド（複数）ＢＰ１がこの直列分岐に挿入される場合は、対応する数の第１の接続パッドもこの配線板上に実現されていてよい。こうして２つの隣接する第１のボンディングパッド間の電気的接続がこの配線板Ｓ１上で分断されて、これらの２つの隣接するボンディングパッドが、この配線板ＰＣＢ内のインダクタンス素子を介して接続することができる。図１ｃ）に示すような静電容量素子（複数）ＣＥを含むインピーダンス素子（複数）は、何の問題もなく、また上記の第１のボンディングパッド（複数）を倍にすることなく組み込むことができる。これらの静電容量素子は、この配線板内に配設されたメタライズ面によって提供することができ、この静電容量素子を介して接続するように、２つの隣接する接続パッドＣＰ１に接続される。１つの実施形態においては、静電容量素子（複数）は、第１および第２の基板上でトランスデューサのパターンで実現されている。もし共鳴器（複数）が同様なトランスデューサ（複数）を備えたＳＡＷ共鳴器（複数）である場合は、この実施形態は好ましいものである。好ましくはこれらのトランスデューサは、静電容量素子として用いられ、またこれらの共鳴器のトランスデューサは、異なるピッチを有し、したがって異なる共鳴周波数を有する。さらに静電容量素子は、妨害音響波の生成を避けるために、たとえば９０°回転されていてよい。

並列分岐（複数）内の直列インダクタンス素子（複数）は、各々の並列分岐の開放端部に接続されていいてよく、上記の配線板ＰＣＢ内のそれぞれのメタライズ部で実現されている。

図１１の曲線１は、図９に示す裸のフィルタの伝達関数（マトリックス要素Ｓ２１）を示し、ここでＳＡＷ共鳴器（複数）は、直列および並列インピーダンス素子として用いられている。第１の共鳴器は、ＬＴ４２°基板上に実現されており、第２の共鳴器は、ＬＮ４１°基板上で実現されている。曲線１は、このフィルタの純粋な音響特性を示し、一方曲線２は、図１０に示すパッケージ内のフィルタの特性を示す。このパッケージは、配線板として、メタライズ化されたラミネート体または多層セラミック配線板を備える。このパッケージの内側には、さらなる直列インダクタンスが配線板上で実現されており、並列分岐に直列に接続されている。これらの直列インダクタンスは、ベースメタライズ部のスパッタリングと、溶液層におけるこのベースメタライズ部の電界めっき処理または無電解めっき処理とを含む複合金属堆積処理によって形成されている。レジストパターンの厚さが少なくともこの結果生成する金属パターンの厚さを有することで、正確に調整可能な幾何形状寸法のコイルが達成される。これは高いＱ値および正確にスケーリングされたインダクタンス値を有する高品質なインダクタンスを保証する。

図１２は、通過帯域で拡大された同じ曲線を示す。６％の相対帯域幅より大きな、広通過帯域が達成されていることが分る。この通過帯域の右側スロープは、バンド２８のＲｘ周波数帯が配置される高周波数側で要求されている減衰に対し充分急峻になっている。これはこのフィルタがバンド２８の仕様に完全に適合していることを示す。このようなことは従来のＳＡＷフィルタでは全くできなかったものである。

図７のａ）は、１つのＳＡＷ共鳴器として具体化された共鳴器を上面図で示す。この共鳴器は、両端部に１つの音響反射器が設けられた少なくとも１つの櫛歯トランスデューサを備える。図７のｂ）は、このＳＡＷフィルタを断面図で示す。圧電材料ＰＭは、基板Ｓを形成し、この上にこの櫛歯トランスデューサが１つの電極パターンとして形成されている。

図８は１つのＢＡＷ共鳴器を断面図で示す。このような共鳴器Ｒを構築するために、電気的な絶縁基板上に異なる機能層が堆積される。１つの第１の電極層Ｅ１が堆積されパターニングされて、このＢＡＷ共鳴器の底部電極を形成する。圧電材料層ＰＭは、この第１の電極層Ｅ１上に堆積されてパターニングされる。最後にこの圧電材料ＰＭ上に１つの第２の電極層が堆積されパターニングされて、この共鳴器Ｒの１つの第２の電極Ｅ２を形成する。

図９は、１つの配線板ＰＣＢ上に取り付けられた１つの第１の基板Ｓ１および１つの第２の基板Ｓ２を備えた１つのリアクタンスフィルタを示す。この図においては、図の見易さのため、上記の共鳴器パターンは示されていない。上記の第１の共鳴器（複数）を有する第１の基板Ｓ１は、この配線板ＰＣＢ上にバンプ技術を用いてフリップチップ実装されている。これによって第１の基板Ｓ１の第１のボンディングパッドとこの配線板ＰＣＢ上の第１の接続パッドＣＰ１との電気的および機械的な接続が１つのステップで行われる。対応する１組のボンディングパッドＢＰおよび接続パッドＣＰ毎に１つのバンプ接続が用いられる。同様に上記の第２の基板Ｓ２もそれぞれのバンプを用いてフリップ実装される。これによって第２のボンディングパッド（複数）ＢＰ２と第２の接続パッド（複数）ＣＰ２は、１つのステップで電気的かつ機械的に接続される。第１および第２の基板を同時に取り付けることが可能である。代替としてこれら２つの基板は、連続して順番に取り付けられてよい。

配線板ＰＣＢの断面図において、貫通接続部（複数）が示されているが、これらはこの配線板ＰＣＢ全部を一直線に貫通するように設けられてよい。代替として図９に示すように、対応する貫通接続部（複数）ＴＫの、多層配線板の単層を貫通する各々が横方向に互いにシフトされ、かつこの配線板の２つの隣接する誘電体層間のメタライズ面内の１つの導電体部によって接続されていてよい。はんだパッド（複数）ＳＰは、リアクタンスフィルタの外部電気端子を形成し、配線板の底部に配設され、貫通接続部（複数）ＴＫを介して回路部に接続されている。

図１０は、２つの基板Ｓ１，Ｓ２が１つの共通なカバーＣＶによってカプセル封止されている１つのリアクタンスフィルタを示し、このカバーは、第１および第２の基板を覆って配設されており、配線板の上面を密封し、カバーＣＶと配線板ＰＣＢとの間に１つのキャビティを封止し、このキャビティ内にこれら２つの基板を封止している。このカバーは、これらの第１および第２の基板に関係なく決まった体積を封止するために堅固なものであってよい。このカバーは接着層を用いて配線板に接合されていてよい。もし金属材料から成っている場合、このカバーはこの配線板上のメタライズ部にはんだ付けされていてよい。もう１つの実施形態においては、このカバーは、ラミネートフィルムであってよく、このラミネートフィルムは配線板の上に取り付けられ、２つの基板の背面およびこの配線板の上面と密に接触してよい。これによって気密シーリングが形成される。このラミネートフィルムは樹脂フィルムであってよく、好ましくはある程度の弾性を有し、かつ加熱の際にある種の粘着性を帯びる。このようにしてこのフィルムは配線板および基板の背面に接着される。上記の構成体の上に一旦このフィルムがラミネートされると、このラミネートフィルムは、たとえば金属から成るさらなる層によって補強されてよい。金属層はこのリアクタンスフィルタの電磁シールドとなり得る。このカバーの金属層をグラウンドに接続部に接続することでこのシールドを向上することができる。図９に示すリアクタンスフィルタを１つのケースに封止する、代替の構成も可能である。

本発明は限られた数の図を用いて説明されているが、これらの特定の実施形態に限定されるものではない。異なる図のそれぞれの要素が、本発明を損なわずに異なるように組み合わされることが可能である。とりわけインピーダンス素子の数およびインピーダンス素子の種類は上述の例以外であってよい。基本的なフィルタ機能は、直列分岐におけるただ１つの直列インピーダンス素子およびこれに接続された１つの並列インピーダンス素子からなる１つの並列分岐によって既に達成される。このような構造はリアクタンスフィルタの基本素子と呼ばれており、２つ以上のこのような基本素子を直列に接続することが好ましく、こうして通過帯域の側部の適度な減衰が生成される。

ＳＩ ： 直列インピーダンス素子
ＳＢ ： 直列分岐
ＰＩ ： 並列インピーダンス素子
ＰＢ ： 並列分岐
Ｒ１ ： 第１の共鳴器（直列分岐における）
Ｒ２ ： 第２の共鳴器（並列分岐における）
ＰＭ１，ＰＭ２ ： 第１および第２の圧電材料
Ｓ１，Ｓ２ ： 第１および第２の基板
ＣＥ ： 静電容量素子（第１および第２の共鳴器に並列に接続された）
ＰＩＮ ： １つの分岐における直列インダクタンス素子
Ｅ１，Ｅ２ ： 共鳴器の電極
Ｒ ： ＳＡＷまたはＢＡＷ共鳴器
ＰＣＢ ： 配線板
ＣＶ ： カバー
ＣＬ ： 接続線
ＢＰ１，ＢＰ２ ： 基板上の第１および第２のボンディングパッド
ＣＰ１，ＣＰ２ ： 基板上の第１および第２の接続パッド
Ａ ： リアクタンスフィルタの入力端子
Ｂ ： リアクタンスフィルタの出力端子
ＴＫ ： 誘電体層を貫通する貫通接続部
ＳＰ ： 外部端子用はんだパッド

Claims (12)

1. 複数の直列インピーダンス素子が直列に結合された１つの直列分岐と、
   前記直列分岐に並列に結合された複数の並列分岐であって、各々の並列分岐が１つの並列インピーダンス素子を備えた並列分岐と、
   を備えたリアクタンスフィルタであって、
   前記インピーダンス素子の各々は、１つの共鳴器，または１つの共鳴器と１つの直列インダクタンス素子との１つの直列回路，または並列に結合された１つの共鳴器と１つの静電容量素子、を備え、
   全ての共鳴器は、音響波で動作し、
   前記共鳴器のうち、前記直列分岐における複数の第１の共鳴器は、第１の圧電材料からなる基板上に配設され、
   前記共鳴器にうち、前記並列分岐における複数の第２の共鳴器は、前記第１の圧電材料とは異なる材料であって、かつ結合係数が互いに異なる第２の圧電材料からなり、
   前記複数の第１の共鳴器および前記複数の第２の共鳴器は、ＳＡＷ共鳴器および体積音響波で動作する共鳴器のいずれかから別々に選択され、
   前記複数の第１の共鳴器および前記複数の第２の共鳴器両方の上に１つの誘電体層が配設されており 、
   前記複数の第１の共鳴器の上の誘電体層の厚さは、前記複数の第２の共鳴器の上の誘電体層の厚さと異なり、
   前記複数の第１の共鳴器および前記複数の第２の共鳴器は別々の基板上に配設され、
   当該別々の基板は共に１つの同じ配線板上に取り付けられており、
   前記直列分岐と前記並列分岐との間の全ての電気的結合は、前記配線板上に形成された 複数の導体部によって行われている、
   ことを特徴とするリアクタンスフィルタ。
2. 請求項１に記載のリアクタンスフィタにおいて、
   前記第１の圧電材料は、前記第２の圧電材料より小さな結合係数を有することを特徴とするリアクタンスフィルタ。
3. 請求項２に記載のリアクタンスフィタにおいて、
   前記複数の第１の共鳴器の少なくとも１つに、１つの静電容量素子が並列に結合されていることを特徴とするリアクタンスフィルタ。
4. 請求項１に記載のリアクタンスフィタにおいて、
   前記第１の圧電材料は、前記第２の圧電材料より大きな結合係数を有することを特徴と するリアクタンスフィルタ。
5. 請求項４に記載のリアクタンスフィタにおいて、
   １つの直列インダクタンス素子が、前記複数の第１の共鳴器の少なくとも１つに直列に結合されていることを特徴とするリアクタンスフィタ。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載のリアクタンスフィタにおいて、
   前記第１の共鳴器および前記第２の共鳴器が、それぞれの共鳴器のタイプに応じて別々に第１の基板および第２の基板に配設されており、各々の基板はそれぞれの圧電材料または当該圧電材料の１つの層用の１つの担体であり、当該圧電材料からそれぞれの共鳴器が形成されており、
   前記基板とそれぞれの前記共鳴器の１つの電極との間の前記第１の共鳴器または前記第２の共鳴器の上、または前記圧電材料上に直接配設されているそれぞれの電極の上に、１つの誘電体層が配設されている、
   ことを特徴とするリアクタンスフィルタ。
7. 請求項６に記載のリアクタンスフィタにおいて、
   大きな結合係数を有する前記共鳴器は、ＳＡＷ共鳴器として実現されていることを特徴とするリアクタンスフィタ。
8. 請求項６または７に記載のリアクタンスフィルタにおいて、
   第１の基板および第２の基板は、第１の基板および第２の基板をカプセル封止し前記配線板の上面を密封する１つのカバーを備えた同じパッケージ内に、配設されていることを特徴とするリアクタンスフィルタ。
9. 請求項６乃至８のいずれか１項に記載のリアクタンスフィルタにおいて、
   前記の第１の基板は、複数のｎ個の第１の共鳴器を備え、ｎは２≦ｎ≦６の整数であり 、
   各々の第１の共鳴器は、少なくともｎ＋１個が存在するボンディングパッドの、２つの第１のボンディングパッド間に接続されており、
   前記第２の基板は、少なくとも１つの接地ボンディングパッドと複数のｍ個の第２の共鳴器とを備え、ｎは、ｎ−１≦ｍ≦ｎ＋１の整数であり、当該第２の共鳴器はそれぞれ１つの第２のボンディングパッドと少なくとも１つの接地ボンディングパッドとの間に接続されており、
   前記配線板は、１つの第１の接続パッドと１つの第２の接続パッドとの間に延在する複数のｍ個の接続線を備え、前記配線板は、少なくとも１つの接地接続パッドをさらに備え 、
   各々の第１のボンディングパッドは、１つの第１の接続パッドに結合され、
   各々の第２のボンディングパッドは、１つの第２の接続パッドに結合され、
   前記少なくとも１つの接地ボンディングパッドは、前記少なくとも１つの接地接続パッドに結合されている、
   ことを特徴とするリアクタンスフィルタ。
10. 請求項９に記載のリアクタンスフィルタにおいて、
    前記すくなくとも１つの接地接続パッドは、１つのインダクタンス線を介して前記配線板の１つの接地端子に接続されていることを特徴とするリアクタンスフィルタ。
11. 請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のリアクタンスフィルタにおいて、
    少なくとも１つの直列インダクタンス素子が前記配線板上に形成され、かつ１つの第１のボンディングパッドを介して前記直列分岐に接続されており、当該直列インダクタンス素子は、２つの第１の共鳴器の間、または第１の共鳴器の１つの端子と前記リアクタンスフィルタの入力または出力端子との間に結合されていることを特徴とするリアクタンスフィルタ。
12. デュプレクサであって
    それぞれ別の周波数帯域で動作する１つのＴｘフィルタおよび１つのＲｘフィルタを備え、
    ＴｘフィルタおよびＲｘフィルタの少なくとも１つが請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のリアクタンスフィルタであり、
    低い方の周波数帯域で動作する前記Ｔｘフィルタまたは前記Ｒｘフィルタにおいて、前記第２の圧電材料は前記第１の圧電材料より大きな結合係数を有し、および／または高い方の周波数帯域で動作する前記Ｔｘフィルタまたは前記Ｒｘフィルタにおいて、前記第１の圧電材料は前記第２の圧電材料より大きな結合係数を有する、
    ことを特徴とするデュプレクサ。

Images