JPWO2006016544A1 - デュプレクサ及び通信装置 - Google Patents

Abstract

耐電力性に優れているだけでなく、帯域外減衰量及びアイソレーション特性が十分な大きさとされ得るデュプレクサを提供する。複数の弾性表面波共振子をラダー型回路を構成するように接続してなる送信側及び受信側帯域フィルタ１Ａ，１Ｂを備え、各弾性表面波共振子が、４７°〜５８°の回転ＹカットのＸ伝搬のＬｉＮｂＯ３基板と、ＬｉＮｂＯ３基板上に形成されたＩＤＴ電極１２とを有し、ＬｉＮｂＯ３基板上にエピタキシャル成長されたＴｉ下地電極層を１２ａと、Ｔｉ下地電極層１２ａ上にエピタキシャル成長されたＡｌ電極層１２ｂとを有し、Ａｌ電極層の（１１１）面と、Ｔｉ下地電極層の（００１）面もしくは（１００）面と、ＬｉＮｂＯ３基板の（００１）面とが平行とされているデュプレクサ１。

Description

本発明は、通信機器に用いられるデュプレクサ及び通信装置に関し、より詳細には、複数の弾性表面波共振子をラダー型回路を構成するように接続してなる帯域フィルタを備えたデュプレクサ及び通信装置に関する。

弾性表面波素子では、圧電基板上に複数の電極指を有するインターデジタル電極（ＩＤＴ電極）が形成されている。ＩＤＴ電極の電極指は細く、電極指ピッチは非常に小さい。従って、大きな電力を投入した場合、電極指同士が短絡したり、電極指が断線したりすることがある。よって、弾性表面波素子では、耐電力性の向上が強く求められている。

下記の特許文献１には、耐電力性が高められた弾性表面波素子が開示されている。ここでは、６４°Ｙ−ＸカットのＬｉＮｂＯ_３基板上に、エピタキシャル成長により形成されたＴｉ下地電極層とＴｉ下地電極層上にさらにエピタキシャル成長により形成されたＡｌ電極層とを積層してなるＩＤＴ電極が形成されている。Ａｌ電極層の結晶の（１１１）面と、Ｔｉ下地電極層の結晶の（００１）面もしくは（１００）面と、ＬｉＴａＯ_３基板の（００１）面が平行とされており、それによって耐電力性が高められるとされている。

他方、Ｗ−ＣＤＭＡ方式の携帯電話などに用いられているデュプレクサにおいては、複数の弾性表面波素子を接続することにより、受信側帯域フィルタ及び送信側帯域フィルタが構成されている。このような従来のデュプレクサの回路の一例を図２０に示す。図２０において破線で囲まれた部分がデュプレクサ２０１を構成している。デュプレクサ２０１はアンテナ端子２０１ａを有する。アンテナ端子２０１ａがアンテナ２０２に接続されている。また、アンテナ端子２０１ａと、アンテナ２０２との間には外付けのインダクタンス２０３及びコンデンサ２０４が接続されている。具体的には、インダクタンス２０３は、アンテナ端子２０１ａとアンテナ２０２との間に挿入されており、コンデンサ２０４は、アンテナ２０２とインダクタンス２０３との間の接続点とグランド電位との間に接続されている。

他方、デュプレクサ２０１は、送信側帯域フィルタ２０１Ａと受信側帯域フィルタ２０１Ｂとを有する。送信側帯域フィルタ２０１Ａでは、複数の直列腕共振子Ｓａ〜Ｓｃと、並列腕共振子Ｐａ，Ｐｂとがラダー型回路を構成するように接続されている。ここでは、最終段の直列腕共振子Ｓｃに並列にインダクタンス素子２０５が接続されている。また、受信側帯域フィルタ２０１Ｂにおいても、複数の直列腕共振子Ｓｄ〜Ｓｆと、複数の並列腕共振子Ｐｃ、Ｐｄとがラダー型回路を実現するように接続されている。ここでは、中央の直列腕共振子Ｓｅと並列にインダクタンス２０６が接続されている。

また、送信側帯域フィルタの並列腕共振子Ｐａ，Ｐｂとグランド電位との間には、インダクタンス素子２０７，２０８がそれぞれ外付けされている。
特開２００２−３５３７６８号公報

特許文献１に記載の電極構造を有する弾性表面波素子では、前述したように耐電力性を高めることができる。しかしながら、図２０に示したデュプレクサ２０１の直列腕共振子Ｓａ〜Ｓｃ、並列腕共振子Ｐａ，Ｐｂ、直列腕共振子Ｓｄ〜Ｓｆ及び並列腕共振子Ｐｃ，Ｐｄとして、特許文献１に記載されている弾性表面波素子を用いた場合、耐電力性は高められるものの、帯域外減衰量が十分ではなく、かつアイソレーション特性も良好でないことがわかった。これを、図２１〜図２３を参照して説明する。

上記直列腕共振子Ｓａ〜Ｓｃ，Ｓｄ〜Ｓｆ及び並列腕共振子Ｐａ〜Ｐｄとして、特許文献１に記載の電極構造を有する弾性表面波素子を用い、６４°回転ＹカットのＬｉＮｂＯ_３基板を用い、デュプレクサ２０１を製作した。図２１は、送信側帯域フィルタ２０１Ａの周波数特性を、図２２は、受信側帯域フィルタ２０１Ｂの周波数特性を示す。なお、図２１及び図２２において下方に示す曲線は、通過帯域における周波数特性を拡大して示す周波数特性である。また、図２３は、デュプレクサ２０１のアイソレーション特性を示す。

Ｗ−ＣＤＭＡ方式の携帯電話のデュプレクサでは、送信側帯域フィルタにおける通過帯域である１９２０ＭＨｚ〜１９８０ＭＨｚの高域側の通過帯域外側近傍すなわち受信側帯域フィルタの通過帯域における減衰量は、少なくとも４０ｄＢ以上であることが求められている。そこで、図２０に示した送信側帯域フィルタ２０１Ａでは、インダクタンス２０５を直列腕共振子Ｓｃに接続することにより、挿入損失を犠牲にして通過帯域の高域外側に減衰極を設けて減衰量の拡大が図られている。しかしながら、図２１から明らかなように、上記減衰極を形成したとしても、通過帯域の高域外側における減衰量はかろうじて４０ｄＢを満たす程度でしかなかった。

また、図２３に示すように、アイソレーション特性においても受信側通過帯域である２１１０ＭＨｚ〜２１７０ＭＨｚにおいて、減衰量は４０ｄＢ程度にすぎなかった。他方、デュプレクサ２０１の特性は温度によって変動する。従って、デュプレクサ２０１が使用される温度範囲にわたり確実に受信側通過帯域における減衰量を４０ｄＢ以上とすることができないことがわかる。

本発明の目的は、上述した従来技術の現状に鑑み、複数の弾性表面波素子を用いて構成されたデュプレクサにおいて、耐電力性を高めるだけでなく、帯域外減衰量及びアイソレーション特性を十分な大きさとすることを可能とするデュプレクサ及び該デュプレクサを用いた通信装置を提供することにある。

本発明は、複数の弾性表面波共振子をラダー型回路を構成するように接続してなる送信側帯域フィルタ及び受信側帯域フィルタを備えるデュプレクサであって、前記弾性表面波共振子が、４７°〜５８°回転ＹカットのＸ伝搬ＬｉＮｂＯ_３基板と、前記ＬｉＮｂＯ_３基板上に形成されたＩＤＴ電極とを有し、前記ＩＤＴ電極が、ＬｉＮｂＯ_３基板上に形成されたＴｉ下地電極層と、Ｔｉ下地電極層上に形成されたＡｌ電極層とを有し、Ａｌ電極層の（１１１）面と、Ｔｉ下地電極層の（００１）面もしくは（１００）面と、ＬｉＮｂＯ_３基板の（００１）面とが平行とされていることを特徴とする。

本発明に係るデュプレクサのある特定の局面では、前記Ｔｉ下地電極層が前記ＬｉＮｂＯ_３基板上にエピタキシャル成長されたものであり、かつ前記Ａｌ電極層が前記Ｔｉ下地電極層上にエピタキシャル成長されたものである。

本発明に係るデュプレクサの他の特定の局面では、受信側帯域フィルタにおいて、複数の弾性表面波共振子のうち、ラダー型回路の直列腕に接続されている少なくとも１つの直列腕共振子に並列に第１のインダクタンスが挿入されており、前記送信側帯域フィルタにおいて、複数の弾性表面波共振子のうち、ラダー型回路の並列腕に接続されている並列腕共振子とグランド電位との間に第２のインダクタンスが挿入されている。

本発明に係るデュプレクサの他の特定の局面では、前記第１のインダクタンス及び前記第２のインダクタンスが、前記デュプレクサにおいて電気的接続に用いられているワイヤーボンディング、前記デュプレクサに内蔵された線路及び外付けのコイル部品の内の少なくとも１つによりそれぞれ構成されていることを特徴とする。

本発明に係る通信装置は、本発明に従って構成されたデュプレクサを有し、該デュプレクサがアンテナ端子を有し、該アンテナ端子とアンテナとの間に第３のインダクタンス素子が挿入されており、該第３のインダクタンスとアンテナとの間の接続点とグランド電位との間にコンデンサが接続されている。

本発明に係るデュプレクサでは、複数の弾性表面波共振子がラダー型回路を構成するように接続されてなる、送信側及び受信側帯域フィルタを備える。そして、各弾性表面波共振子が、ＬｉＮｂＯ_３基板上に形成されたＴｉ下地電極層と、Ｔｉ下地電極層上に形成されたＡｌ電極層とを有し、Ａｌ電極層の（１１１）面と、Ｔｉ下地電極層の（００１）面もしくは（１００）面と、ＬｉＮｂＯ_３基板の（００１）面とが平行とされているため、各弾性表面波共振子が十分な耐電力性を有する。従って、デュプレクサの耐電力性を高めることができる。

しかも、４７°〜５８°回転ＹカットのＸ伝搬ＬｉＮｂＯ_３基板を用いているため、後述の実験例から明らかなように、耐電力性を高め得るだけでなく、通過帯域高域側における減衰量を十分な大きさとすることができ、かつアイソレーション特性も効果的に改善することが可能とされている。

よって、本発明によれば、例えばＷ−ＣＤＭＡ方式の携帯電話機のデュプレクサとして好適に用いられ、耐電力性に優れ、大きな減衰量及びアイソレーション特性を有するデュプレクサを提供することが可能となる。

好ましくは、上記Ｔｉ下地電極層及びＡｌ電極層はエピタキシャル成長により形成されたものであり、その場合には、Ａｌ電極層の（１１１）面と、Ｔｉ下地電極層の（００１）面もしくは（１００）面をＬｉＮｂＯ_３の（００１）面と平行にすることが容易である。

受信側帯域フィルタにおいて、ラダー型に接続されている複数の弾性表面波共振子のうち、直列腕に接続されている少なくとも１つの直列腕共振子に並列に第１のインダクタンスが挿入されており、送信側帯域フィルタにおいて、ラダー型回路の並列腕に接続されている並列腕共振子とグランド電位との間に第２のインダクタンスが挿入されている場合には、帯域外減衰量をより一層大きくすることができる。

受信側帯域フィルタの直列腕共振子に並列に接続された上記第１のインダクタンスと、送信側帯域フィルタの並列腕共振子とグランド端子との間に接続された上記第２のインダクタンスとが、デュプレクサにおいて電気的接続に用いられているワイヤーボンディング、デュプレクサに内蔵されたインダクタンス線路及び外付けコイル部品の内の少なくとも１つによりそれぞれ構成されている場合には、外付けの部品や他の部品を要することなく、第１，第２のインダクタンスを構成することができる。従って、デュプレクサの部品点数の増大を招くことなく、本発明のデュプレクサを提供することができる。

本発明に係る通信装置は、本発明に従って構成されたデュプレクサを有し、アンテナ端子とアンテナとの間に第３のインダクタンスが挿入されており、該第３のインダクタンスとアンテナとの間の接続点とグランド電位との間にコンデンサが接続されている。従って、通過帯域外減衰量及びアイソレーション特性をより一層効果的に改善することが可能となる。

図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係るデュプレクサの回路構成を説明するための回路図、（ｂ）はＩＤＴ電極の構造を示す部分切欠正面断面図である。 図２は、第１の実施形態のデュプレクサの具体的構造を示す模式的平面図である。 図３は、図２に示したデュプレクサのパッケージの中間高さ位置の構造を示す模式的平面断面図である。 図４は、第１の実施形態のデュプレクサの模式的平面断面図である。 図５（ａ）は、第１の実施形態で用いられる弾性表面波素子チップの平面図、（ｂ）及び（ｃ）は、直列腕共振子及び並列腕共振子の電極構造を示す各模式的平面図である。 図６は、第１の実施形態のデュプレクサの送信側帯域フィルタの周波数特性を示す図である。 図７は、第１の実施形態のデュプレクサの受信側帯域フィルタの周波数特性を示す図である。 図８は、第１の実施形態に係るデュプレクサのアイソレーション特性を示す図である。 図９は、比較のために用意されたカット角が４５°のＬｉＮｂＯ_３基板を用いたデュプレクサの送信側帯域フィルタの周波数特性を示す図である。 図１０は、比較のために用意されたカット角が４５°のＬｉＮｂＯ_３基板を用いたデュプレクサの受信側帯域フィルタの周波数特性を示す図である。 図１１は、カット角が４５°のＬｉＮｂＯ_３基板を用いた比較のためのデュプレクサのアイソレーション特性を示す図である。 図１２は、ＬｉＮｂＯ_３基板のカット角と電気機械結合係数との関係を示す図である。 図１３は、第２の実施形態に係るデュプレクサの回路構成を説明するための回路図である。 図１４は、第２の実施形態のデュプレクサの送信側帯域フィルタの周波数特性を示す図である。 図１５は、第２の実施形態のデュプレクサの受信側帯域フィルタの周波数特性を示す図である。 図１６は、第２の実施形態のデュプレクサのアイソレーション特性を示す図である。 図１７は、第２の実施形態のデュプレクサの具体的構造を説明するための模式的平面図である。 図１８は、第２の実施形態のデュプレクサの変形例を説明するための回路図である。 図１９は、第１の実施形態の変形例に係るデュプレクサを説明するための略図的正面断面図である。 図２０は、従来のデュプレクサの一例を説明するための回路図である。 図２１は、従来のデュプレクサの送信側帯域フィルタの周波数特性を示す図である。 図２２は、従来のデュプレクサの受信側帯域フィルタの周波数特性を示す図である。 図２３は、従来のデュプレクサのアイソレーション特性を示す図である。

符号の説明

１…デュプレクサ
１ａ…アンテナ端子
１Ａ…送信側帯域フィルタ
１Ｂ…受信側帯域フィルタ
２…アンテナ
３…送信端子
４…受信端子
５，６…第２のインダクタンス
７…第１のインダクタンス
８…第３のインダクタンス
９…コンデンサ
１１…ＬｉＮｂＯ_３基板
１２…ＩＤＴ電極
１２ａ…Ｔｉ下地電極層
１２ｂ…Ａｌ電極層
２１…デュプレクサ
２１ａ…アンテナ端子
２１Ａ…送信側帯域フィルタ
２１Ｂ…受信側帯域フィルタ
２５…第２のインダクタンス
２７…第１のインダクタンス
３１…パッケージ
３２ａ…凹部
３３…蓋材
３４…弾性表面波素子チップ
４１…デュプレクサ
４２…多層基板
４３，４４…電極ランド
４５，４６…内部電極
４７ａ，４７ｂ…ビアホール電極
４８ａ，４８ｂ…ビアホール電極
４９，５０…内部電極
５１ａ，５１ｂ…ビアホール電極
５２，５３…端子電極
５４…ＬｉＮｂＯ_３基板
５５…枠材
５６…蓋材
Ｓ１〜Ｓ６…直列腕共振子
Ｐ１〜Ｐ４…並列腕共振子

以下図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るデュプレクサの回路構成を説明するための回路図である。なお、図１において破線で囲まれた部分が本実施形態のデュプレクサ部分である。

デュプレクサ１は、アンテナ端子１ａを有する。アンテナ端子１ａに、送信側帯域フィルタ１Ａ及び受信側帯域フィルタ１Ｂが接続されている。送信側帯域フィルタ１Ａは送信端子３に接続されており、受信側帯域フィルタ１Ｂは受信端子４に接続されている。

送信側帯域フィルタ１Ａでは、複数の弾性表面波共振子がラダー型回路を実現するように接続されている。すなわち、送信側帯域フィルタ１Ａは、それぞれが表面波共振子からなる複数の直列腕共振子Ｓ１〜Ｓ３及び並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２を有する。並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２とグランド電位との間には、インダクタンス５，６が接続されている。インダクタンス５，６は、本発明における第２のインダクタンスを構成している。なお、本実施形態では、インダクタンス５，６は、デュプレクサ１内に配置されているワイヤーボンディングや線路により構成されていている。

他方、受信側帯域フィルタ１Ｂは、複数の弾性表面波共振子をラダー型回路を構成するように接続した構造を有する。ここでは、複数の直列腕共振子Ｓ４〜Ｓ６と、複数の並列腕共振子Ｐ３，Ｐ４とが備えられている。そして、最終段の直列腕共振子Ｓ６と並列に第１のインダクタンス７が接続されている。第１のインダクタンス７を接続することにより、受信側帯域フィルタにおいて、通過帯域低域側に減衰極が形成され、それによって受信側帯域フィルタ１Ｂの通過帯域低域側の減衰量の拡大が図られている。

第１，第２のインダクタンス５〜７は、外付けのコイル部品により構成されてもよい。

もっとも、第１，第２のインダクタンス５，６，７は、好ましくは、デュプレクサ内のワイヤーボンディング及び線路の少なくとも一方により構成される。その場合には、コイル部品などの外付けの部品を別途必要としない。従って、部品点数の増加を招くことなく、第１，第２のインダクタンス５〜７を構成することができる。

他方、アンテナ端子１ａとアンテナ２との間には、第３のインダクタンス８が接続されている。また、第３のインダクタンス８とアンテナ２との間の接続点とグランド電位との間にコンデンサ９が接続されている。第３のインダクタンス８及びコンデンサ９は、デュプレクサ１に外付けの部品で構成される。このような外付けの部品としては、チップ型コイルやチップ型コンデンサなどを挙げることができる。

本実施形態では、上記のように、第１，第２のインダクタンス５〜７が、デュプレクサ内のワイヤーボンディング及び／または線路により構成されているため、相当の従来品に対して、パッケージ面積を９０．２５％、実装面積を８０％と小さくすることができた。

図１（ｂ）は、上記デュプレクサ１における電極構造を示す模式的正面断面図であり、電極構造の代表例として直列腕共振子Ｓ１の電極の一部を模式的に示す。直列腕共振子Ｓ１は、４７°〜５８°回転ＹカットのＸ伝搬のＬｉＮｂＯ_３基板１１と、ＬｉＮｂＯ_３基板１１上に形成されたＩＤＴ電極１２とを有する。そして、ＩＤＴ電極１２は、ＬｉＮｂＯ_３基板上においてエピタキシャル成長されたＴｉ下地電極層１２ａと、Ｔｉ下地電極層１２ａ上にエピタキシャル成長されたＡｌ電極層１２ｂとを有する。また、Ａｌ電極層１２ｂの（１１１）面と、Ｔｉ下地電極層（００１）面もしくは（１００）面と、ＬｉＮｂＯ_３基板の（００１）面とが平行とされている。従って、ＩＤＴ電極１２は、前述した特許文献１に記載の弾性表面波素子のＩＤＴ電極と同様の構造を有するため、耐電力性に優れている。なお、図１（ｂ）では、直列腕共振子Ｓ１の電極構造を模式的に示したが、他の直列腕共振子Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４〜Ｓ６及び並列腕共振子Ｐ１〜Ｐ４についても同様の結晶構造のＩＤＴ電極を用いて構成されている。従って、デュプレクサ１は、耐電力性に優れている。

次に、本実施形態のデュプレクサ１の具体的な構造を説明する。

図２は、第１の実施形態に係るデュプレクサの具体的な平面図であり、図３は、その中間高さ位置の平面断面図である。

デュプレクサ１は、パッケージ３１を有する。パッケージ３１は、アルミナなどの絶縁性セラミックスを用いて構成された多層パッケージ基板により構成されている。すなわち、図４に模式的断面図で示すように、パッケージ３１は、複数の絶縁性セラミック層を積層した多層パッケージ基板である。

パッケージ３１は、上方に開いた開口３１ａを有する。図４に示すように、凹部３１ａは、蓋材３２により閉成されている。図２では、上記蓋材３２の図示は省略されている。図２に示すように、凹部３１ａ内には、弾性表面波素子チップ３３が収納されている。

弾性表面波素子チップ３３を、図５（ａ）に平面図で示す。弾性表面波素子チップ３３は、矩形のＬｉＮｂＯ_３基板１１を用いて構成されている。前述したように、第１の実施形態では、ＬｉＮｂＯ_３基板１１として、５５°回転ＹカットのＬｉＮｂＯ_３基板が用いられている。

そして、ＬｉＮｂＯ_３基板１１上に、図１（ｂ）に示した断面構造のＩＤＴ電極を形成することにより、直列腕共振子Ｓ１〜Ｓ６及び並列腕共振子Ｐ１〜Ｐ４が形成されている。図５（ａ）では、直列腕共振子及び並列腕共振子の電極構造は簡略されて示されているが、図５（ｂ）に、直列腕共振子Ｓ６の電極構造を模式的平面図で示す。すなわち、直列腕共振子Ｓ６は、図５（ｂ）に示すように、ＩＤＴ電極３５と、ＩＤＴ電極３５の表面波伝搬方向両側に反射器３６，３７とを有する１端子対弾性表面波共振子である。

なお、他の直列腕共振子Ｓ３、Ｓ５及び並列腕共振子Ｐ１〜Ｐ４も、同様にＩＤＴ電極の表面波伝搬方向両側に反射器が配置された１端子対弾性表面波共振子により構成されている。他方、図５（ｃ）に示すように、直列腕共振子Ｓ２については、一対のＩＤＴ電極が接続されたＩＤＴ電極３８と、該ＩＤＴ電極３８の表面波伝搬方向両側に配置された反射器３９，４０とを備える。すなわち、直列腕共振子Ｓ２は、２個の直列腕共振子Ｓ２ａ，Ｓ２ｂが接続された構造を有する。同様に、直列腕共振子Ｓ１及び直列腕共振子Ｓ４についても、直列腕共振子Ｓ１ａ，Ｓ１ｂ及びＳ４ａ，Ｓ４ｂが接続された構造とされている。

もっとも、本発明において、ラダー型回路を構成する直列腕共振子または並列腕共振子は、一段構成または任意の段数の複数段構成の弾性表面波共振子で構成され得る。

図５（ａ）に示すように、ＬｉＮｂＯ_３基板１１上に、上記直列腕共振子Ｓ１〜Ｓ６及び並列腕共振子Ｐ１〜Ｐ４が形成されており、それぞれ、送信側帯域フィルタ１Ａ及び受信側帯域フィルタ１Ｂを構成するように電気的に接続されている。すなわち、図１に示したように、送信側帯域フィルタ１Ａにおいて、直列腕共振子Ｓ１〜Ｓ３及び並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２が梯子型回路を形成するように電気的に接続されている。同様に、受信側帯域フィルタ１Ｂにおいては、直列腕共振子Ｓ４〜Ｓ６及び並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２がラダー型回路を構成するように電気的に接続されている。

さらに、第１の実施形態では、第２のインダクタンス５，６が、パッケージ内に形成されたコイルパターンとボンディングワイヤーにより構成されていたが、より具体的には、図３に示すように、パッケージ３１の中間高さ位置に形成されたコイルパターン５ａ，６ａと、図４に示すボンディングワイヤー４１，４２などによりインダクタンス５，６が構成されている。また、第１のインダクタンス７は、図２に示すコイルパターン７ａと、パッケージ内のボンディングワイヤーとにより構成されている。このように、パッケージ内に設けられコイルパターン５ａ，６ａ，７ａとボンディングワイヤー４１，４２などを用いることにより、部品点数を増加させることなく第１，第２のインダクタンス５，６，７を構成することができる。

本実施形態のデュプレクサ１は、耐電力性に優れているだけでなく、４７°〜５８°回転ＹカットのＸ伝搬のＬｉＮｂＯ_３基板１１を用いて構成されているため、帯域外減衰量が十分に大きく、アイソレーション特性も良好である。これを具体的な実験例に基づき説明する。

上記直列腕共振子Ｓ１〜Ｓ６及び並列腕共振子Ｐ１〜Ｐ４を、５５°回転ＹカットのＸ伝搬ＬｉＮｂＯ_３基板１１上に上記構造のＩＤＴ電極を形成してなる弾性表面波共振子により構成した。なお、Ｔｉ下地電極層の厚みは１０ｎｍ、Ａｌ電極層の厚みは９２ｎｍとした。

直列腕共振子Ｓ１〜Ｓ６及び並列腕共振子Ｐ１〜Ｐ４の仕様は下記の表１及び表２に示す。下記の表１，表２には、反射器の電極指の本数、ＩＤＴ電極のデューィー比、ＩＤＴと反射器とのギャップの大きさ、ＩＤＴ電極の交差幅及び電極指の対数、並びに波長λを示す。

そして、送信側帯域フィルタ１Ａの中心周波数は１９４５ＭＨｚ、受信側帯域フィルタ１Ｂの中心周波数は２１４０ＭＨｚとなるように、送信側帯域フィルタ１Ａ及び受信側帯域フィルタ１Ｂを作製した。コイルパターンとして２．７ｎＨのインダクタンスのコイルパターンを形成し、該コイルパターンと０．６ｎＨのインダクタンスのボンディングワイヤーにより３．３ｎＨのインダクタンスとなるように第２のインダクタンス５，６を構成した。また、第１のインダクタンス７についても、コイルパターンのインダクタンス値を０．８ｎＨとし、ボンディングワイヤーによるインダクタンス値を１．２ｎＨとすることにより、第１のインダクタンス７のインダクタンス値は、１．９ｎＨとした。

第３のインダクタンス８の値は３．３ｎＨとし、コンデンサ９の容量は１．３ｐＦとした。このようにして作製された本実施形態のデュプレクサ１の周波数特性を測定した。結果を図６〜図８に示す。また、送信側帯域フィルタ１Ａの通過帯域は１９２０〜１９８０ＭＨｚであり、受信側帯域フィルタ１Ｂの通過帯域は２１１０〜２１７０ＭＨｚである。

図６は、送信側帯域フィルタ１Ａの周波数特性を、図７は、受信側帯域フィルタ１Ｂの周波数特性を、図８は、デュプレクサ１のアイソレーション特性を示す。なお、図６及び図７の下方の特性は、通過帯域の周波数特性を図６及び図７の右側のスケールに従って拡大した特性である。

図６から明らかなように、送信側帯域フィルタ１Ａにおいて、通過帯域高域側（受信側帯域）の減衰量が４７ｄＢとなり、要求特性である４０ｄＢを大きく上回っていることがわかる。同様に図７及び図８から明らかなように、受信側帯域フィルタ１Ｂ通過帯域において、アイソレーション特性の減衰量も４８ｄＢ以上得られていることがわかる。

すなわち、図６〜図８から明らかなように、デュプレクサ１では、耐電力性が高められているだけでなく、帯域外減衰量、特に送信側帯域フィルタ１Ａの通過帯域高域側における減衰量を大幅に改善することができ、かつアイソレーション特性についても大幅に改善され得ることがわかる。

上記のように、デュプレクサ１において、帯域外減衰量及びアイソレーション特性が大幅に改善されるのは、上記ＬｉＮｂＯ_３基板１１として、４７°〜５８°の範囲内のカット角のＬｉＮｂＯ_３基板を用いていることによる。これを具体的な実験例に基づき説明する。前述した図２１〜図２３に示した従来品の特性は、ＬｉＮｂＯ_３基板のカット角が６４°であること、及び直列腕共振子Ｓ１〜Ｓ３，Ｓ４〜Ｓ６及び並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４が下記の表３及び表４に示すように構成されていることを除いては、上記第１の実施形態と同様にして構成されたデュプレクサの特性である。ここで、基板のカット角が異なっていると、最適特性（低損失でかつ高減衰の特性）を得ることができるデューティ比や交叉幅等の値は、当然のことながら異ならせる必要がある。従って、カット角での特性比較を行うためには、５５°回転ＹカットのＸ伝搬のＬｉＮｂＯ_３基板での最適特性と６４°回転ＹカットのＸ伝搬のＬｉＮｂＯ_３基板での最適特性とで比較しなければならない。このため、５５°回転ＹカットのＸ伝搬のＬｉＮｂＯ_３基板で最適特性が得られる表１，２に示したデューティ比や交叉幅等と、６４°回転ＹカットのＸ伝搬のＬｉＮｂＯ_３基板で最適特性が得られる表３，４に示したデューティ比や交叉幅等とは異なっている。そして、図２１〜図２３を参照して説明したように、このデュプレクサ２０１では、送信側帯域フィルタの通過帯域減衰量及びアイソレーション特性が十分でなかった。

他方、さらに比較のために、ＬｉＮｂＯ_３基板のカット角が４５°であることを除いては、上記実施形態と同様にして構成されたデュプレクサを作製し、その周波数特性を測定した。結果を図９〜図１１に示す。

図９は、比較例のデュプレクサの送信側帯域フィルタの周波数特性を、図１０は受信側帯域フィルタの周波数特性を、図１１はアイソレーション特性をそれぞれ示す。なお、図９及び図１０における下方の周波数特性は、通過帯域における周波数特性を右側のスケールに従って拡大した特性である。

図９から明らかなように、カット角が４５°のＬｉＮｂＯ_３基板を用いた場合、受信側帯域フィルタの通過帯域高域側における減衰量が４０ｄＢを僅かに超える程度であり、上記実施形態のデュプレクサ１に比べれば減衰量が小さいことがわかる。また、図１０及び図１１から受信側帯域フィルタにおけるアイソレーション特性も４０ｄＢを少し上回った程度であり、十分でないことがわかる。

図９〜図１１に示したカット角が４５°のＬｉＮｂＯ_３基板を用いた比較例の結果、及び前述した図２０〜図２３を参照して説明したカット角が６４°のＬｉＮｂＯ_３基板を用いた従来例の結果を、上記実施形態の結果と比較すれば明らかなように、ＬｉＮｂＯ_３基板の回転角を５５°することにより、デュプレクサ１においては、帯域外減衰量及びアイソレーション特性が効果的に改善され得ることがわかる。そして、本願発明者の実験によれば、上記デュプレクサ１において、ＬｉＮｂＯ_３基板のカット角を４７°〜５８°の範囲とすれば、上記実施形態と同様に良好な特性の得られることが確かめられている。

図９〜図１１に示したように、カット角が小さくなると、帯域外減衰量を十分大きくすることができなかった。これは、カット角が小さくてなると、減衰定数αが多くなり、挿入損失が増大したり、電気機械結合係数が大きすぎるために、急峻性が得られず、減衰量が劣化したりする（帯域選択度が悪化する）ことによると考えられる。従って、温度により特性が変化することを考慮すると、十分な帯域外減衰量及びアイソレーション特性を得ることはできない。

加えて、カット角が小さくなると、Ｙ軸と基板の法線との間の角度が小さくなり、電極膜のエピタキシャル成長が困難となる。従って、耐電力性の高い電極を形成することも困難となる。エピタキシャル成長により電極膜を形成し得るカット角の下限は、本願発明者による実験では４７°付近であった。すなわち、４７°未満のカット角のＬｉＮｂＯ_３基板を用いた場合、エピタキシャル成長により電極膜を形成することができなかった。従って、上記のように、ＬｉＮｂＯ_３基板のカット角の下限は４７°である。

他方、デュプレクサの使用温度範囲を考慮すると、減衰量及びアイソレーション特性を満足し得るカット角の上限は５８°である。カット角が５８°を超えるＬｉＮｂＯ_３基板を用いた場合には、帯域外減衰量を十分な大きさとすることができない。従って、例えば送信側帯域フィルタにおいて、直列腕共振子に並列に接続されたインダクタンス素子を省略することができなくなる。

上記のように、本実施形態では、耐電力性を高める電極が４７°〜５８°のカット角を有する回転ＹカットのＸ伝搬のＬｉＮｂＯ_３基板を用いることにより、帯域外減衰量及びアイソレーション特性が効果的に改善されている。従来、弾性表面波共振子の圧電基板として、ＬｉＮｂＯ_３基板を用いる場合、そのカット角は大きい方が望ましいと考えられていた。図１２は、回転ＹカットのＬｉＮｂＯ_３基板のカット角と、表面波の電気機械結合係数との関係を示す図である。ここでは、電極のデューティ比は０．４、電極の規格化膜厚（Ｈ／λ）は５．１５とされている。なお、Ｈは、電極の膜厚を、λは弾性表面波の波長を示す。

図１２から明らかなように、カット角が４０°〜６０°を超え、さらに大きくなるにつれ、電気機械結合係数Ｋが小さくなることがわかる。従って、帯域近傍の帯域外減衰量を拡大するには、カット角を大きくし、帯域幅を小さくすることが望ましいと考えられていた。すなわち、従来、帯域外減衰量を拡大する場合には、回転ＹカットのＬｉＮｂＯ_３基板のカット角は、大きければ大きいほど望ましいと考えられていた。

また、従来、回転ＹカットのＬｉＮｂＯ_３基板を用いる場合、そのカット角が大きくなるにつれて、伝搬損失αが小さくなるため、挿入損失を小さくすることができ、かつ帯域外減衰量を拡大し得ると考えられていた。

すなわち、従来、回転ＹカットのＬｉＮｂＯ_３基板を用いてデュプレクサを構成する場合、帯域外減衰量を拡大するには、カット角はできるだけ大きく、すなわち６０°よりも大きい方が望ましいという技術的常識に敢えて逆らって、本発明はカット角を５８°以下としたことに特徴を有する。そして、カット角を４７°〜５８°の特定の範囲とすることにより、耐電力性に優れた電極を形成することができ、しかも帯域外減衰量及びアイソレーション特性を十分な大きさとすることが可能とされている。

よって、上記実施形態によれば、十分な帯域外減衰量を得ることができるため、減衰量を確保するためのインダクタンス素子の使用数を低減することができる。すなわち、図２０に示した従来のデュプレクサにおいて、送信側帯域フィルタ２０１Ａにおいて、直列腕共振子Ｓｃに並列にインダクタンス２０５が接続されていたが、このようなインダクタンス２０５を省略することが可能となる。従って、デュプレクサの小型化を図ることができる。

もっとも、上記実施形態のように、直列腕共振子Ｓ６に並列に第１のインダクタンス７を接続し、それによって帯域外減衰量をより一層拡大してもよい。なお、従来、６０°以上のカット角のＬｉＮｂＯ_３基板を用いた場合であっても、実際には、十分な帯域外減衰量を得ることができないため、実際には、上記インダクタンス２０５を省略することはできなかった。

図１３は、本発明の第２の実施形態に係るデュプレクサを説明するための回路図である。なお、図１３において破線で囲まれた部分が本実施形態のデュプレクサ構成部分である。

デュプレクサ２１は、アンテナ端子２１ａを有する。アンテナ端子２１ａに送信側帯域フィルタ２１Ａ及び受信側帯域フィルタ２１Ｂが接続されている。送信側帯域フィルタ２１Ａは、送信端子３に接続されており、受信側帯域フィルタ２１Ｂは、受信端子４に接続されている。送信側帯域フィルタ２１Ａ及び受信側帯域フィルタ２１Ｂは、いずれも、第１の実施形態における送信側帯域フィルタ１Ａ及び受信側帯域フィルタ１Ｂと同様に、５個の弾性表面波共振子をラダー型回路を実現するように接続した構造を有する。従って、同一部分については、同一参照番号を付することにより、第１の実施形態の説明を援用することとする。

第２の実施形態では、送信側帯域フィルタ２１Ａにおいては、並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２とグランド電位との間に、第２のインダクタンス２５が接続されている。ここでは、第２のインダクタンス２５は、デュプレクサ２１内に構成されている。

第２のインダクタンス２５は、デュプレクサ２１内において用いられているワイヤーボンディングや線路により構成され得る。もっとも、第２のインダクタンス２５は、デュプレクサ２１に外付けの部品としてのコイル部品などにより構成されてもよい。

また、受信側帯域フィルタ２１Ｂでは、最終段の直列腕共振子Ｓ６と並列に第１のインダクタンス２７が接続されている。第１のインダクタンス２７の接続により、受信側帯域フィルタ２１Ｂにおいて、通過帯域低域側に減衰極が形成される。それによって受信側帯域フィルタ２１Ｂの通過帯域低域側の減衰量の拡大が図られている。

第１のインダクタンス２７は、コイル部品により構成されてもよく、あるいは、デュプレクサ内のワイヤーボンディングや線路により構成されてもよい。

デュプレクサ２１においても、アンテナ端子２１ａとアンテナ２との間に、第３のインダクタンス８及びコンデンサ９が第１の実施形態の場合と同様に接続されている。

本実施形態においても、第１，第２のインダクタンス２５，２７は、デュプレクサ内のワイヤーボンディング及び線路の少なくとも一方により構成されている場合には、他のコイル部品を別途必要としない。従って部品点数の増加を招くことなく、第１，第２のインダクタンス２５，２７を構成することができる。

本実施形態においては、デュプレクサ２１は、５０°回転ＹカットのＸ伝搬ＬｉＮｂＯ_３基板を用いて構成されており、直列腕共振子Ｓ１〜Ｓ６及び並列腕共振子Ｐ１〜Ｐ４は、第１の実施形態の場合と同様に構成されている。各直列腕共振子Ｓ１〜Ｓ６及び並列腕共振子Ｐ１〜Ｐ４は、Ｔｉ下地電極層とＡｌ電極層とを積層した電極構造を有するＩＤＴ電極により構成されている。従ってＩＤＴ電極の構造については、図１（ｂ）を参照して行った第１の実施形態における電極構造の説明を援用することにより省略する。

上記第２の実施形態のデュプレクサ２１を以下の要領で作製し、周波数特性を測定した。

直列腕共振子Ｓ１〜Ｓ６及び並列腕共振子Ｐ１〜Ｐ４については、下記の表５及び表６に示すように構成した。

下記の実施形態においても、直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ４については、直列腕共振子Ｓ１ａ，Ｓ１ｂ、Ｓ２ａ，Ｓ２ｂ及びＳ４ａ，Ｓ４ｂの二段構成の構造とした。

また、第２のインダクタンス２５はデュプレクサ２１内のボンディングワイヤーにより構成し、そのインダクタンス値は０．６ｎＨとした。第１のインダクタンス２７については、デュプレクサ２１内に形成したコイルパターンとボンディングワイヤーにより構成した。コイルパターンのインダクタンス値を０．８ｎＨとし、ボンディングワイヤーによるインダクタンス値を１．２ｎＨとした。すなわち、インダクタンス２７については、２．０ｎＨのインダクタンス値を有するように構成した。

外部に付加されるインダクタンス８のインダクタンス値は３．３ｎＨとし、コンデンサ９の静電容量は１．３ｐＦとした。上記のようにして構成されたデュプレクサ２１の周波数特性を図１４〜図１６に示す。図１４は、上記デュプレクサ２１の送信側帯域フィルタの周波数特性を、図１５は、受信側帯域フィルタの周波数特性を、図１６はアイソレーション特性をそれぞれ示す。なお、図１４及び図１５における下方の周波数特性は、通過帯域における周波数特性を右側のスケールに従って拡大した特性である。

図１４から明らかなように、カット角が５０°のＬｉＮｂＯ_３基板を用いた場合にも、第１の実施形態の場合と同様に送信側帯域フィルタの通過帯域高域側（受信側帯域）における減衰量を４０ｄＢを超える大きさとすることができることがわかる。また、図１５及び図１６から受信側帯域におけるアイソレーション特性も４０ｄＢを大きく上回っていることがわかる。

図１７は、第２の実施形態のデュプレクサの模式的平面図である。デュプレクサ２１においても、第１の実施形態の場合と同様にパッケージ３１内にコイルパターン２７ａを形成することにより第２のインダクタンス２７を形成することができる。また、ボンディングワイヤー２５ａを用いて、第１のインダクタンス２５を構成することができる。このように、デュプレクサ２１を構成するパッケージ内のコイルパターンやボンディングワイヤーにより第２，第１のインダクタンス２５，２７を構成することにより、部品点数の増加を招くことなくデュプレクサ２１の小型化を図ることができる。

なお、第２の実施形態では、第１のインダクタンス２７は、受信側帯域フィルタの最終段の直列腕共振子Ｓ６に並列に接続されていたが、図１８に示すように、中央の直列腕共振子Ｓ５に並列に第１のインダクタンス２７Ａが接続されていてもよい。

また、上記実施形態においては、アンテナと送信側帯域フィルタ及び受信側帯域フィルタとをインピーダンスマッチングさせるために、アンテナ端子とアンテナとの間にインダクタンスを接続し、かつアンテナとグランドの間にコンデンサを接続したマッチング回路を用いている。しかしながら、アンテナと送信側帯域フィルタ及び受信側帯域フィルタとをインピーダンスマッチングさせることができるのであれば、これ以外のマッチング回路構成でもよく、例えば、アンテナ端子とアンテナとの間にコンデンサを接続し、かつアンテナとグランドの間にインダクタンスを接続したマッチング回路や、単にアンテナとグランドの間にインダクタンスを接続したマッチング回路でもよい。

また、図１９に示す変形例のデュプレクサ４１では、デュプレクサ１と同様のパッケージ構造が採用されている。もっとも、ここでは、パッケージ材として多層基板４２が用いられている。多層基板４２の上面には、電極ランド４３，４４が形成されており、該電極ランド４３，４４は、多層基板４２内に配置されたインダクタンス構成用の内部電極４５，４６にビアホール電極４７ａ，４７ｂにより電気的に接続されている。更に、内部電極４５，４６が、ビアホール電極４８ａ，４８ｂによりインダクタンス構成用の内部電極４９，５０に接続されている。内部電極４９，５０が、ビアホール電極５１ａ，５１ｂにより端子電極５２，５３に接続されている。このように、多層基板４２内にインダクタンスを構成し、多層基板４２上に、フリップチップボンディング工法によりＬｉＮｂＯ_３基板５４を用いて構成されているＳＡＷチップが搭載されていてもよい。

なお、多層基板４２の上面には同じ材料からなる枠材５５が一体的に設けられている。また、枠材５５の上面には枠材５５の上方開口を封止するように蓋材５６が接合されている。

Claims (5)

1. 複数の弾性表面波共振子をラダー型回路を構成するように接続してなる送信側帯域フィルタ及び受信側帯域フィルタを備えるデュプレクサであって、
   前記弾性表面波共振子が、４７°〜５８°回転ＹカットのＸ伝搬ＬｉＮｂＯ_３基板と、
   前記ＬｉＮｂＯ_３基板上に形成されたＩＤＴ電極とを有し、
   前記ＩＤＴ電極が、ＬｉＮｂＯ_３基板上に形成されたＴｉ下地電極層と、Ｔｉ下地電極層上に形成されたＡｌ電極層とを有し、Ａｌ電極層の（１１１）面と、Ｔｉ下地電極層の（００１）面もしくは（１００）面と、ＬｉＮｂＯ_３基板の（００１）面とが平行とされていることを特徴とする、デュプレクサ。
2. 前記Ｔｉ下地電極層が前記ＬｉＮｂＯ_３基板上にエピタキシャル成長されたものであり、かつ前記Ａｌ電極層が前記Ｔｉ下地電極層上にエピタキシャル成長されたものであることを特徴とする、請求項１に記載のデュプレクサ。
3. 受信側帯域フィルタにおいて、複数の弾性表面波共振子のうち、ラダー型回路の直列腕に接続されている少なくとも１つの直列腕共振子に並列に第１のインダクタンスが挿入されており、前記送信側帯域フィルタにおいて、複数の弾性表面波共振子のうち、ラダー型回路の並列腕に接続されている並列腕共振子とグランド電位との間に第２のインダクタンスが挿入されている、請求項１または２に記載のデュプレクサ。
4. 前記第１のインダクタンス及び前記第２のインダクタンスが、前記デュプレクサにおいて電気的接続に用いられているワイヤーボンディング、前記デュプレクサに内蔵された線路及び外付けのコイル部の内の少なくとも１つによりそれぞれ構成されていることを特徴とする、請求項３に記載のデュプレクサ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のデュプレクサを有する通信装置であって、
   前記デュプレクサがアンテナ端子を有し、該アンテナ端子とアンテナとの間に第３のインダクタンスが挿入されており、該第３のインダクタンスとアンテナとの間の接続点とグランド電位との間に接続されたコンデンサをさらに備えることを特徴とする、通信装置。

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