JP6813092B2 - 弾性波フィルタ装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の弾性波フィルタを備える弾性波フィルタ装置に関する。

従来、移動体通信機のフロントエンド部に配置される帯域通過フィルタなどに、弾性波を使用した弾性波フィルタが広く用いられている。また、マルチモード／マルチバンドなどの複合化に対応すべく、複数の弾性波フィルタを備えた弾性波フィルタ装置が実用化されている。

単一の圧電基板に複数の弾性波フィルタを形成した弾性波フィルタ装置では、配線導体が高密度に配置されるため、異なる弾性波フィルタの信号を伝搬する配線導体同士が圧電基板を介して結合し、信号の漏洩による挿入損失特性の劣化が生じやすくなる。

この問題に対処すべく、例えば、特許文献１に開示される弾性波デバイスでは、配線導体と圧電基板との間に、誘電率が圧電基板の誘電率より小さい絶縁層を配置することよって、近接する配線導体間での容量結合を抑制している。

特開２０１３−１５３２８９号公報

しかしながら、装置のさらなる小型化が進んだ場合、従来技術の構成では、挿入損失特性の劣化を十分に抑制できない懸念がある。

そこで、本発明は、複数の弾性波フィルタを備え、小型でかつ挿入損失特性に優れた弾性波フィルタ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る弾性波フィルタ装置は、圧電基板上に形成された第１の弾性波フィルタおよび第２の弾性波フィルタを有し、前記圧電基板上に形成され、誘電率が前記圧電基板の誘電率より小さい絶縁層と、前記絶縁層上に平面視で互いに対向して形成され、前記第１の弾性波フィルタの電極に接続された第１の配線導体および前記第２の弾性波フィルタの電極に接続された第２の配線導体と、平面視で前記絶縁層上の前記第１の配線導体および前記第２の配線導体に外接する領域内において、前記絶縁層と前記圧電基板との間に形成されたグランド導体と、を備え、前記絶縁層は、平面視で前記第１の配線導体と重なる部分の厚みと前記第２の配線導体と重なる部分の厚みが異なる。

本発明に係る弾性波フィルタ装置によれば、第１の弾性波フィルタの信号を伝搬する第１の配線導体と第２の弾性波フィルタの信号を伝搬する第２の配線導体との間の結合をグランド導体によって阻害することにより、信号の漏洩を抑制する。その結果、複数の弾性波フィルタを備え、小型でかつ挿入損失特性に優れた弾性波フィルタ装置が得られる。

図１は、実施の形態に係る弾性波フィルタ装置の構成の一例を示す回路図である。 図２は、実施の形態に係る弾性波フィルタ装置のチップレイアウトの一例を示す平面図である。 図３は、実施の形態に係る弾性波フィルタ装置の要部のチップレイアウトの一例を示す拡大平面図である。 図４は、実施の形態に係る弾性波フィルタ装置の要部の構造の一例を示す断面図である。 図５は、比較例に係る弾性波フィルタ装置の要部の構造の一例を示す断面図である。 図６は、実施の形態および比較例に係る弾性波フィルタ装置の挿入損失特性の一例を示すグラフである。 図７Ａは、変形例に係る弾性波フィルタ装置の要部の構造の一例を示す断面図である。 図７Ｂは、変形例に係る弾性波フィルタ装置の要部の構造の一例を示す断面図である。 図８Ａは、変形例に係る弾性波フィルタ装置の要部の構造の一例を示す断面図である。 図８Ｂは、変形例に係る弾性波フィルタ装置の要部の構造の一例を示す断面図である。 図８Ｃは、変形例に係る弾性波フィルタ装置の要部の構造の一例を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、実施例および図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置および接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

（実施の形態）
実施の形態に係る弾性波フィルタ装置について、圧電基板上に形成された第１の弾性波フィルタおよび第２の弾性波フィルタを有する弾性波フィルタ装置の例を挙げて説明する。

図１は、実施の形態１に係る弾性波フィルタ装置１の構成の一例を示す回路図である。図１に示すように、弾性波フィルタ装置１は、弾性波フィルタ１０、２０を備える。弾性波フィルタ１０、２０は、通過帯域の一部が互いに重複する帯域通過フィルタである。弾性波フィルタ装置１は、一例として、ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）規格のＢａｎｄ３およびＢａｎｄ３９の受信用デュアルフィルタであってもよい。

弾性波フィルタ１０は、入力端子ＩＮ１と出力端子ＯＵＴ１との間に接続された直列共振子１１、１４、および縦結合型の共振器１２、１３を有する。直列共振子１１、１４は、弾性表面波共振子で構成されている。共振器１２、１３は、反射器を有する縦結合型の弾性表面波フィルタで構成されている。

弾性波フィルタ１０は、入力端子ＩＮ１で取得された受信信号を、Ｂａｎｄ３の受信通過帯域でフィルタリングして出力端子ＯＵＴ１へ出力する、非平衡入力−非平衡出力型の帯域通過フィルタである。

弾性波フィルタ２０は、入力端子ＩＮ２と出力端子ＯＵＴ２との間に接続された直列共振子２１、および縦結合型の共振器２２、２３、ならびに共振器２２、２３から出力端子ＯＵＴ２までの接続経路とグランド端子ＧＮＤとの間に接続された並列共振子２４を有する。直列共振子２１および並列共振子２４は、弾性表面波共振子で構成されている。共振器２２、２３は、反射器を有する縦結合型の弾性表面波フィルタで構成されている。

弾性波フィルタ２０は、入力端子ＩＮ２で取得された受信信号を、Ｂａｎｄ３９の受信通過帯域でフィルタリングして出力端子ＯＵＴ２へ出力する、非平衡入力−非平衡出力型の帯域通過フィルタである。

入力端子ＩＮ１、ＩＮ２は、例えば、アンテナ素子またはアンテナスイッチに接続され、出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２は、例えば、ＬＮＡ（Ｌｏｗ Ｎｏｉｓｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）に接続されてもよい。これにより、弾性波フィルタ装置１は、アンテナ素子で受信された高周波信号から周波数バンドごとの受信信号を通過させて、出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２に選択的に出力する。

図２は、弾性波フィルタ装置１のチップレイアウトの一例を示す平面図である。図２には、圧電基板３０の一方主面に形成されたグランド導体、絶縁層、配線導体、および共振子の配置の一例が示されている。図２のグランド導体、絶縁層、配線導体、および共振子は、図１の回路を構成している。グランド導体、絶縁層、および配線導体は、この順に、圧電基板３０の一方主面に積層配置されている。

圧電基板３０の他方主面には、入力端子ＩＮ１、ＩＮ２、出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２、およびグランド端子ＧＮＤに対応して、実装用の接続端子が形成されている。

図２に模式的に表記しているように、直列共振子１１、１４、２１、および並列共振子２４は、圧電基板３０上に形成された１対の櫛型電極で構成された弾性表面波共振子である。共振器１２、１３、２２、および２３は、圧電基板３０上に形成された、３対の櫛型電極と当該３対の櫛型電極を挟む１対の反射器とで構成された、縦結合型の弾性表面波フィルタである。櫛型電極は、ＩＤＴ（Ｉｎｔｅｒ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）電極とも称される。櫛型電極は、グランド導体または配線導体に接続される。櫛型電極は、グランド導体または配線導体と同じ材料で構成されてもよく、グランド導体または配線導体の一部であってもよい。

図３は、弾性波フィルタ装置１の要部のチップレイアウトの一例を示す拡大平面図である。

図４は、弾性波フィルタ装置１の要部の構造の一例を示す断面図である。図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線を矢印の方向に見た断面に対応している。

図３および図４に示される要部において、弾性波フィルタ装置１は、圧電基板３０と、圧電基板３０上に形成された絶縁層４０と、絶縁層４０上に互いに対向して形成された配線導体５１、５２とを備えている。配線導体５１は、弾性波フィルタ１０の共振器１２、１３の櫛型電極に接続され、配線導体５２は、弾性波フィルタ２０の共振器２２、２３の櫛型電極に接続されている（図１）。

圧電基板３０は、例えば、タンタル酸リチウムの単結晶、またはセラミックスなどの圧電材料で構成される。絶縁層４０は、例えば、ポリイミドなどの、誘電率が圧電基板３０の誘電率よりも小さい誘電体材料で構成される。配線導体５１、５２は、例えば、銅、アルミニウム、および銀のうちの少なくとも１つを含有する金属材料で構成される。

弾性波フィルタ装置１は、さらに、平面視で絶縁層４０上の配線導体５１、５２に外接する領域Ａ内において、絶縁層４０と圧電基板３０との間に形成されたグランド導体６０を備えている。

このように、弾性波フィルタ装置１においても、従来技術と同様に、配線導体５１、５２と圧電基板３０との間に、誘電率が圧電基板３０の誘電率より小さい絶縁層４０を配置することよって、近接する配線導体５１、５２間での容量結合を抑制している。

弾性波フィルタ装置１では、さらに、領域Ａ内において、絶縁層４０と圧電基板３０との間に形成されたグランド導体６０によって、配線導体５１、５２間の結合を阻害するので、配線導体５１、５２間での信号の直接的な漏洩が抑制される。

特に、グランド導体６０は、平面視で領域Ａ内の配線導体５１と重なる部分から配線導体５２と重なる部分にかけて、一体に形成されている。これにより、グランド導体６０のインピーダンスが小さくなる（いわゆる、グランドが強くなる）ので、信号の漏洩がより強く抑制され、優れた挿入損失特性が得られる。

グランド導体６０は、追加的な設置領域を必要とせず、配線導体５１、５２に重ねて配置されるので、弾性波フィルタ装置１が大型化することはない。その結果、弾性波フィルタ１０、２０を備え、小型でかつ挿入損失特性に優れた弾性波フィルタ装置１が得られる。

この効果を確認するために行ったシミュレーションの結果について説明する。

図５は、比較例としての弾性波フィルタ装置の要部の構造の一例を示す断面図である。図５の構造は、図４の構造と比べて、グランド導体６０が省略されている点において相違する。図４および図５の構造を設定して電磁界シミュレーションを行うことにより、グランド導体６０がある場合（実施例）とない場合（比較例）とについて、弾性波フィルタ１０、２０の挿入損失を求めた。

図６は、実施例および比較例のそれぞれについて算出された弾性波フィルタ１０、２０の挿入損失の周波数特性の一例を示すグラフである。図６に見られるように、グランド導体６０によって、弾性波フィルタ１０、２０ともに、挿入損失特性が向上することが確認できた。

以上、本発明の実施の形態に係る弾性波フィルタ装置について説明したが、本発明は、個々の実施の形態には限定されない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の一つ又は複数の態様の範囲内に含まれてもよい。

例えば、配線導体５１、５２間の結合を阻害する効果は、平面視で領域Ａ内の配線導体５１、５２の間隙部分に形成されているグランド導体によって、より強く発揮されていると考えられる。そこで、グランド導体の少なくとも一部が、平面視で領域Ａ内の配線導体５１、５２の間隙部分に形成されていることを限定してもよい。例えば、図４のグランド導体６０はこの限定を満たしており、さらに次のような変形例が考えられる。

図７Ａおよび図７Ｂは、変形例に係る弾性波フィルタ装置の要部の構造の一例を示す断面図である。範囲Ｂが平面視での領域Ａ内の配線導体５１、５２の間隙部分に対応する。

図７Ａの弾性波フィルタ装置２では、グランド導体６１は、範囲Ｂのみに形成されている。

図７Ｂの弾性波フィルタ装置３では、グランド導体６２は、平面視で配線導体５１、５２と重なりかつ一部が範囲Ｂに進入する位置に形成されている。

このような構造によれば、グランド導体の少なくとも一部が、平面視で領域Ａ内の配線導体５１、５２の間隙部分に形成されているので、配線導体５１、５２間の結合を阻害して、挿入損失特性の向上を図ることができる。

また、絶縁層４０の構造についても、いくつかの変形例が考えられる。

図８Ａ、図８Ｂ、および図８Ｃは、変形例に係る弾性波フィルタ装置の要部の構造の一例を示す断面図である。

図８Ａの弾性波フィルタ装置４では、絶縁層４１は、上面の配線導体５１、５２の間に、切り欠き４１ａを有している。切り欠き４１ａは、グランド導体６０に到達し、絶縁層４１は、２つのブロックに分離されている。

図８Ｂの弾性波フィルタ装置５では、絶縁層４２は、上面の配線導体５１、５２の間に、切り欠き４２ａを有している。切り欠き４２ａは、グランド導体６０には到達せず、絶縁層４１は、１つのブロックで構成されている。

図８Ａおよび図８Ｂのいずれの構造によっても、配線導体５１、５２は、絶縁層４１、４２の切り欠き４１ａ、４２ａによるエアギャップを挟んで対向するので、配線導体５１、５２の結合がより小さくなり、さらに優れた挿入損失特性が得られる。

図８Ｃの弾性波フィルタ装置６では、配線導体５１の下方における絶縁層４３の厚さと配線導体５２の下方における絶縁層４３の厚さとが異なっている。

図８Ｃの構造によれば、配線導体５１、５２が段違いに配置されるので、配線導体５１、５２の結合がより小さくなり、さらに優れた挿入損失特性が得られる。

また、実施の形態では、弾性波フィルタ１０、２０の通過帯域の一部が互いに重複する例について説明した。弾性波フィルタ１０、２０の通過帯域の一部が互いに重複する場合に配線導体５１、５２の結合を低減することは、相互に干渉し合う同一周波数の信号の回り込みの抑制にもなるので、挿入損失特性のみならず信号雑音比に優れた弾性波フィルタ装置が得られる。

ただし、弾性波フィルタ１０、２０の通過帯域の一部が互いに重複していることは必須ではない。弾性波フィルタ１０、２０の通過帯域は重複していなくてもよく、その場合、弾性波フィルタ１０の一方端と弾性波フィルタ２０の一方端とを接続してもよい。

これにより、弾性波フィルタ１０、２０のそれぞれの一方端を共通端子として、接続端子数を削減することができる。

（まとめ）
本発明の一態様に係る弾性波フィルタ装置は、圧電基板上に形成された第１の弾性波フィルタおよび第２の弾性波フィルタを有し、前記圧電基板上に形成され、誘電率が前記圧電基板の誘電率より小さい絶縁層と、前記絶縁層上に平面視で互いに対向して形成され、前記第１の弾性波フィルタの電極に接続された第１の配線導体および前記第２の弾性波フィルタの電極に接続された第２の配線導体と、平面視で前記絶縁層上の前記第１の配線導体および前記第２の配線導体に外接する領域内において、前記絶縁層と前記圧電基板との間に形成されたグランド導体と、を備える。

このような構成によれば、グランド導体によって、第１の配線導体と第２の配線導体との間の結合が阻害されるので、第１の配線導体と第２の配線導体との間での信号の直接的な漏洩が抑制される。グランド導体は、追加的な設置領域を必要とせず、第１の配線導体と第２の配線導体とに重ねて配置されるので、弾性波フィルタ装置が大型化することはない。その結果、複数の弾性波フィルタを備え、小型でかつ挿入損失特性に優れた弾性波フィルタ装置が得られる。

また、前記グランド導体の少なくとも一部は、平面視で前記領域内の前記第１の配線導体と前記第２の配線導体との間隙部分に形成されていてもよい。

このような構成によれば、グランド導体が、第１の配線導体と第２の配線導体との結合をより効果的に阻害する位置に設けられるので、さらに優れた挿入損失特性が得られる。

また、前記グランド導体は、平面視で前記第１の配線導体と重なる部分から前記第２の配線導体と重なる部分にかけて、一体に形成されていてもよい。

このような構成によれば、グランド導体のインピーダンスが小さくなる（いわゆる、グランドが強くなる）ので、信号の漏洩がより強く抑制され、さらに優れた挿入損失特性が得られる。

また、前記絶縁層は、上面の前記第１の配線導体と前記第２の配線導体との間に、切り欠きを有していてもよい。

このような構成によれば、第１の配線導体と第２の配線導体とが絶縁層の切り欠きを挟んで対向するので、第１の配線導体と第２の配線導体との結合がより小さくなり、さらに優れた挿入損失特性が得られる。

また、前記絶縁層は、平面視で前記第１の配線導体と重なる部分の厚みと前記第２の配線導体と重なる部分の厚みが異なっていてもよい。

このような構成によれば、第１の配線導体と第２の配線導体とが段違いに配置されるので、第１の配線導体と第２の配線導体との結合がより小さくなり、さらに優れた挿入損失特性が得られる。

また、前記第１の弾性波フィルタの通過帯域と前記第２の弾性波フィルタの通過帯域が少なくとも一部重複していてもよい。

このような構成によれば、第１の弾性波フィルタと第２の弾性波フィルタとで共通する通過帯域の信号（つまり、互いに干渉し合う信号）の回り込みが抑制できるので、挿入損失特性のみならず信号雑音比に優れた弾性波フィルタ装置が得られる。

また、前記第１の弾性波フィルタの一方端と前記第２の弾性波フィルタの一方端とが接続されていてもよい。

このような構成によれば、通過帯域が互いに異なる第１の弾性波フィルタと第２の弾性波フィルタとで一方端を共通化するので、より小型でかつ挿入損失特性に優れた弾性波フィルタ装置が得られる。

本発明は、複数の弾性波フィルタを備え、小型でかつ挿入損失特性に優れた弾性波フィルタ装置として、携帯電話などの通信機器に広く利用できる。

１〜６ 弾性波フィルタ装置
１０、２０ 弾性波フィルタ
１１、１４、２１ 直列共振子
１２、１３、２２、２３ 共振器
２４ 並列共振子
３０ 圧電基板
４０〜４３ 絶縁層
５１、５２ 配線導体
６０〜６２ グランド導体

Claims (6)

1. 圧電基板上に形成された第１の弾性波フィルタおよび第２の弾性波フィルタを有し、
   前記圧電基板上に形成され、誘電率が前記圧電基板の誘電率よりも小さい絶縁層と、
   前記絶縁層上に平面視で互いに対向して形成され、前記第１の弾性波フィルタの電極に接続された第１の配線導体および前記第２の弾性波フィルタの電極に接続された第２の配線導体と、
   平面視で前記絶縁層上の前記第１の配線導体および前記第２の配線導体に外接する領域内において、前記絶縁層と前記圧電基板との間に形成されたグランド導体と、
   を備え、
   前記絶縁層は、平面視で前記第１の配線導体と重なる部分の厚みと前記第２の配線導体と重なる部分の厚みが異なる、弾性波フィルタ装置。
2. 前記グランド導体の少なくとも一部は、平面視で前記領域内の前記第１の配線導体と前記第２の配線導体との間隙部分に形成されている、
   請求項１に記載の弾性波フィルタ装置。
3. 前記グランド導体は、平面視で前記第１の配線導体と重なる部分から前記第２の配線導体と重なる部分にかけて、一体に形成されている、
   請求項１または２に記載の弾性波フィルタ装置。
4. 前記絶縁層は、上面の前記第１の配線導体と前記第２の配線導体との間に、切り欠きを有している、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の弾性波フィルタ装置。
5. 前記第１の弾性波フィルタの通過帯域と前記第２の弾性波フィルタの通過帯域が少なくとも一部重複している、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の弾性波フィルタ装置。
6. 前記第１の弾性波フィルタの一方端と前記第２の弾性波フィルタの一方端とが接続されている、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の弾性波フィルタ装置。

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