JPWO2016013330A1 - デュプレクサ - Google Patents

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Abstract

アイソレーション特性を改善し得る、デュプレクサを提供する。デュプレクサ１の送信フィルタ及び受信フィルタのうち少なくとも一方は、圧電基板２と、圧電基板２上に設けられており、かつアース電位に接続される複数のアース端１２Ａ〜１２Ｄを有する弾性波フィルタ電極部３と、圧電基板２上に形成されている支持層と、支持層の開口部を封止するように支持層上に設けられているカバー部材と、支持層及びカバー部材を貫通するように形成されており、第１，第２の端部を有する複数のビアホール電極とを備える。複数のアース端１２Ａ〜１２Ｄは圧電基板２において共通接続されており、かつ複数のアース端１２Ａ〜１２Ｄは複数のビアホール電極の第１の端部にそれぞれ電気的に接続されている。複数のビアホール電極の第２の端部は外部においてアース電位に接続される。

Description

本発明は、ＷＬＰ（Ｗａｆｅｒ Ｌｅｖｅｌ Ｐａｃｋａｇｅ）構造を有するデュプレクサに関する。
従来、ＷＬＰ構造を有する弾性波フィルタ装置が携帯電話機の帯域フィルタなどとして広く用いられている。
下記の特許文献１には、ＷＬＰ構造の弾性波フィルタ装置の一例が開示されている。特許文献１の弾性波フィルタ装置では、圧電基板に構成された弾性波フィルタ電極部を囲むように、圧電基板上に支持層が形成されている。支持層の開口部を封止するように、支持層上にカバー部材が設けられている。支持層及びカバー部材を貫通するように、複数のビアホール電極が設けられている。弾性波フィルタ電極部はアース電位に接続される複数のアース端を有し、複数のアース端は複数のビアホール電極に電気的に接続されている。
特開２０１１−１７２１９０号公報
しかしながら、特許文献１に記載の弾性波フィルタ装置においては、複数のビアホール電極により、該アース端とアース電位間に大きなインダクタンスを有していた。よって、アイソレーション特性を充分に大きくすることができなかった。
また、従来の不平衡入力−不平衡出力の弾性波フィルタ装置では、特にアイソレーション特性を充分に高めることができなかった。
本発明の目的は、アイソレーション特性を改善し得る、デュプレクサを提供することにある。
本発明に係るデュプレクサは、送信フィルタと受信フィルタとを備えるデュプレクサであって、前記送信フィルタ及び前記受信フィルタのうち少なくとも一方は、圧電基板と、弾性波フィルタを構成するために上記圧電基板上に設けられており、かつアース電位に接続される複数のアース端を有する弾性波フィルタ電極部と、上記弾性波フィルタ電極部を囲む開口部を有しており、上記圧電基板上に形成されている支持層と、上記支持層の上記開口部を封止するように上記支持層上に設けられているカバー部材と、上記支持層及び上記カバー部材を貫通するように形成されており、第１，第２の端部を有する複数のビアホール電極とを備える。上記複数のアース端は上記圧電基板において共通接続されており、かつ上記複数のアース端は上記複数のビアホール電極の上記第１の端部にそれぞれ電気的に接続されている。上記複数のビアホール電極の上記第２の端部は外部においてアース電位に接続される弾性波フィルタである。
本発明に係るデュプレクサのある特定の局面では、上記受信フィルタが、上記弾性波フィルタである。
本発明に係るデュプレクサの他の特定の局面では、上記複数のビアホール電極の第２の端部にバンプがそれぞれ接合されている。
本発明に係るデュプレクサのさらに他の特定の局面では、上記弾性波フィルタ電極部は縦結合共振子型弾性波フィルタを有する。
本発明に係るデュプレクサの別の特定の局面では、上記縦結合共振子型弾性波フィルタは不平衡入力端子と不平衡出力端子とを有する縦結合共振子型弾性波フィルタである。
本発明に係るデュプレクサのさらに別の特定の局面では、上記縦結合共振子型弾性波フィルタは１段構成の縦結合共振子型弾性波フィルタである。
本発明に係るデュプレクサのさらに別の特定の局面では、上記圧電基板上に形成されている入力端子及び出力端子と、一端が上記入力端子と上記弾性波フィルタ電極部との間の接続点に接続されており、他端が上記ビアホール電極に接続されている第１の並列腕共振子と、一端が上記弾性波フィルタ電極部の上記出力端子側の端部に接続されており、他端が上記ビアホール電極に接続されている第２の並列腕共振子とがさらに備えられている。
本発明によれば、アイソレーション特性を改善し得る、デュプレクサを提供することができる。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るデュプレクサに用いられている圧電基板と、圧電基板上の電極構造を示す略図的平面図である。 図２は、図１のＩ−Ｉ線に沿う断面に相当する部分のデュプレクサの略図的断面図である。 図３は、本発明の第１の実施形態に係るデュプレクサが回路基板に実装された状態の回路図である。 図４は、本発明のデュプレクサの比較例が回路基板に実装された状態の回路図である。 図５は、本発明の第１の実施形態に係るデュプレクサ及び比較例の減衰量の周波数特性を示す図である。
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に用いられている圧電基板と、圧電基板上の電極構造を示す略図的平面図である。図２は、図１のＩ−Ｉ線に沿う断面に相当する部分のデュプレクサの略図的断面図である。
デュプレクサ１は、圧電基板２を有する。圧電基板２は、ＬｉＮｂＯ３やＬｉＴａＯ３などの圧電単結晶からなる。なお、圧電基板２は圧電セラミックスからなっていてもよい。
図２に示すように、圧電基板２上には、弾性波フィルタを構成するために、弾性波フィルタ電極部３が設けられている。弾性波フィルタ電極部３は後述する直列腕共振子Ｓ１及び並列腕共振子Ｐ１を含む複数の弾性波共振子を有する。各弾性波共振子はＩＤＴ電極及び反射器を有する。弾性表面波の伝搬方向においてＩＤＴ電極の両側に反射器が形成されている。上記ＩＤＴ電極及び反射器は、適宜の金属または合金からなる。
圧電基板２上には、弾性波フィルタ電極部３を囲む開口部４Ａを有するように、支持層４が形成されている。支持層４は適宜の樹脂からなる。支持層４は、例えば、フォトリソグラフィー法により形成することができる。
支持層４の開口部４Ａを封止するように、支持層４上にカバー部材５が設けられている。カバー部材５は、適宜の樹脂からなる。
支持層４及びカバー部材５を貫通するように、第１，第４のビアホール電極６Ａ，６Ｄが形成されている。第１，第４のビアホール電極６Ａ，６Ｄは、適宜の金属または合金からなる。第１，第４のビアホール電極６Ａ，６Ｄの形成に際しては、まず、レーザー照射により支持層４及びカバー部材５にビアホールを形成する。次に、電解めっき法などにより上記ビアホールに導体を充填する。
第１のビアホール電極６Ａは、第１，第２の端部６Ａ１，６Ａ２を有する。第４のビアホール電極６Ｄは、第１，第２の端部６Ｄ１，６Ｄ２を有する。第１の端部６Ａ１，６Ｄ１は、圧電基板２側に位置する端部である。第２の端部６Ａ２，６Ｄ２は、カバー部材５側に位置する端部である。第１，第４のビアホール電極６Ａ，６Ｄの第２の端部６Ａ２，６Ｄ２には、第１，第４のバンプ７Ａ，７Ｄがそれぞれ接合されている。第１，第４のバンプ７Ａ，７Ｄは、適宜のろう材用金属からなる。なお、図２には示されていないが、本実施形態のデュプレクサ１には、第１，第４のビアホール電極６Ａ，６Ｄ以外にも、第２，第３のビアホール電極を含む複数のビアホール電極が形成されている。上記複数のビアホール電極も、第１，第４のビアホール電極６Ａ，６Ｄと同様に、第１，第２の端部を有する。第２，第３のビアホール電極を含む複数のビアホール電極の第２の端部には、第２，第３のバンプを含む複数のバンプがそれぞれ接合されている。
図１に戻り、デュプレクサ１は、第１の帯域通過型フィルタ１Ａと、通過帯域が第１の帯域通過型フィルタ１Ａとは異なる第２の帯域通過型フィルタ１Ｂとを有するデュプレクサである。図２に略図的に示した弾性波フィルタ電極部３は、図１に示す第１，第２の帯域通過型フィルタ１Ａ，１Ｂを構成している。ここで、第１の帯域通過型フィルタ１Ａは受信フィルタ、第２の帯域通過型フィルタ１Ｂは送信フィルタである。
図３は、本発明の第１の実施形態のデュプレクサが回路基板に実装された状態の回路図である。
デュプレクサ１の第１の帯域通過型フィルタ１Ａは、入力端子８、出力端子１０及び複数のアース端としてのアース端子１２Ａ〜１２Ｄを有する。入力端子８と出力端子１０との間には、直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２及び縦結合共振子型弾性波フィルタ９が直列に接続されている。直列腕共振子Ｓ１と直列腕共振子Ｓ２との間の接続点と、アース端子１２Ａとの間に、第１の並列腕共振子Ｐ１が接続されている。縦結合共振子型弾性波フィルタ９と出力端子１０との間の接続点と、アース端子１２Ｄとの間には、第２の並列腕共振子Ｐ２が接続されている。
縦結合共振子型弾性波フィルタ９は第１〜第５のＩＤＴ電極９ａ〜９ｅを有する。第１〜第５のＩＤＴ電極９ａ〜９ｅは一対のバスバーをそれぞれ有する。該一対のバスバーには複数本の電極指の一端がそれぞれ共通接続されている。一方のバスバーに接続されている複数本の電極指と他方のバスバーに接続されている複数本の電極指とは互いに間挿し合っている。第１〜第５のＩＤＴ電極９ａ〜９ｅのそれぞれの一方のバスバーはホット側に接続されており、他方のバスバーはアース側に接続されている。
より具体的には、第１，第３，第５のＩＤＴ電極９ａ，９ｃ，９ｅの一方のバスバーは直列腕共振子Ｓ２に共通接続されており、他方のバスバーはアース端子に接続されている。従って、第１，第３，第５のＩＤＴ電極９ａ，９ｃ，９ｅは直列腕共振子Ｓ２及び直列腕共振子Ｓ１を介して入力端子８に共通接続されている。第２，第４のＩＤＴ電極９ｂ，９ｄの一方のバスバーは出力端子１０に共通接続されており、他方のバスバーはアース端子に接続されている。縦結合共振子型弾性波フィルタ９は不平衡入力端子及び不平衡出力端子とを有する不平衡入力−不平衡出力の縦結合共振子型弾性波フィルタである。
アース端子１２Ａ〜１２Ｄは第１〜第４のインダクタＬ１〜Ｌ４にそれぞれ接続されている。第１〜第４のインダクタＬ１〜Ｌ４は外部のインダクタＬ５に共通接続されている。外部のインダクタＬ５はアース電位に接続されている。
なお、第１〜第４のインダクタＬ１〜Ｌ４は、第１〜第４のビアホール電極及び第１〜第４のバンプのインダクタンス分により形成されている。
デュプレクサ１の第２の帯域通過型フィルタ１Ｂはラダー型フィルタである。第２の帯域通過型フィルタ１Ｂは入力端子１３及び出力端子１４を有する。なお、第２の帯域通過型フィルタ１Ｂの出力端子１４は第１の帯域通過型フィルタ１Ａの入力端子８でもある。入力端子１３と出力端子１４との間には、直列腕共振子Ｓ１１〜Ｓ１５が直列に接続されている。直列腕共振子Ｓ１１と直列腕共振子Ｓ１２との間の接続点とアース電位との間には並列腕共振子Ｐ１１が接続されている。並列腕共振子Ｐ１１はインダクタＬ１１を介してアース電位に接続されている。直列腕共振子Ｓ１２と直列腕共振子Ｓ１３との間の接続点と、アース電位との間には並列腕共振子Ｐ１２が接続されている。直列腕共振子Ｓ１３と直列腕共振子Ｓ１４との間の接続点と、アース電位との間には並列腕共振子Ｐ１３が接続されている。直列腕共振子Ｓ１４と直列腕共振子Ｓ１５との間の接続点と、アース電位との間には並列腕共振子Ｐ１４が接続されている。並列腕共振子Ｐ１２〜Ｐ１４はインダクタＬ１２を介してアース電位に共通接続されている。
ここで、図１に戻り、圧電基板２上には、入力端子８，１３、出力端子１０，１４及びアース端子１２Ａ〜１２Ｄが形成されている。また、圧電基板２には直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ１１〜Ｓ１５、第１，第２の並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２、並列腕共振子Ｐ１１〜Ｐ１４及び縦結合共振子型弾性波フィルタ９が構成されている。
アース端子１２Ａ〜１２Ｄにおける破線Ａ〜Ｄの部分には、上記第１〜第４のビアホール電極の第１の端部がそれぞれ接合されている。アース端子１２Ａ〜１２Ｄは第１〜第４のビアホール電極にそれぞれ電気的に接続されている。また、入力端子８、出力端子１０及び他の端子における破線の部分にも、複数のビアホール電極の第１の端部がそれぞれ接合されている。
圧電基板２上には接続配線１５ａ，１５ｃ，１５ｄ及び図示されていない接続配線が形成されている。図示されていない接続配線は平面視において層間絶縁膜１１ａに隠れている。アース端子１２Ａとアース端子１２Ｂとは接続配線１５ａにより接続されている。アース端子１２Ｂとアース端子１２Ｃとは図示されていない接続配線により接続されている。アース端子１２Ｃとアース端子１２Ｄとは接続配線１５ｃにより接続されている。縦結合共振子型弾性波フィルタ９と出力端子１０とを接続している各配線と接続配線１５ａ，１５ｃ及び上記図示されていない接続配線とは、層間絶縁膜１１ａにより接触しないようにされている。アース端子１２Ｄとアース端子１２Ａとは接続配線１５ｄにより接続されている。縦結合共振子型弾性波フィルタ９と直列腕共振子Ｓ２とを接続している各配線と接続配線１５ｄとは、層間絶縁膜１１ｂにより接触しないようにされている。このように、アース端子１２Ａ〜１２Ｄは圧電基板２において電気的に共通接続されている。
本実施形態の特徴は、アース端子１２Ａ〜１２Ｄが圧電基板２において電気的に共通接続されていることにある。それによって、アイソレーション特性を改善することができる。これについて、以下において説明する。なお、アイソレーション特性とは、入力端子１３と出力端子１０間の減衰特性を示している。
図３に示した第１，第４のインダクタＬ１，Ｌ４は、図２に示されている第１，第４のビアホール電極６Ａ，６Ｄ及び第１，第４のバンプ７Ａ，７Ｄのインダクタンス分により形成されている。第１，第４のビアホール電極６Ａ，６Ｄ及び第１，第４のバンプ７Ａ，７Ｄの厚み方向に沿う寸法は、支持層４及びカバー部材５の厚み方向に沿う寸法よりも大きい。そのため、第１，第４のビアホール電極６Ａ，６Ｄ及び第１，第４のバンプ７Ａ，７Ｄが大きなインダクタンスを有するインダクタとして機能する。図３の第２，第３のインダクタＬ２，Ｌ３も同様に、第２，第３のビアホール電極及び第２，第３のバンプのインダクタンス分により形成されている。
本実施形態のデュプレクサ１は回路基板に実装される。すなわち、上記第１〜第４のバンプを介して回路基板のアース端子に接合される。図３に示されている外部のインダクタＬ５は、回路基板のアース端子及びアース配線などのインダクタンス分により形成されている。
第１〜第４のインダクタＬ１〜Ｌ４のアース端子１２Ａ〜１２Ｄと接続されていない側の端部は、外部のインダクタＬ５に共通接続されている。また、アース端子１２Ａ〜１２Ｄが共通接続されていることにより、第１〜第４のインダクタＬ１〜Ｌ４は互いに並列に接続されている。
図４は本発明のデュプレクサの比較例が回路基板に実装された状態の回路図である。
図４から明らかなように、比較例のデュプレクサ１０１の第１〜第４のインダクタＬ１〜Ｌ４は互いに並列に接続されていない。そのため、第１〜第４のインダクタＬ１〜Ｌ４のインダクタンスの合計が大きくなってしまっていた。これに対して、本実施形態の第１〜第４のインダクタＬ１〜Ｌ４は互いに並列に接続されているため、インダクタンスの合計を小さくすることができる。例えば、第１〜第４のインダクタＬ１〜Ｌ４のインダクタンスが等しい場合、第１〜第４のインダクタＬ１〜Ｌ４のインダクタンスの合計は、本実施形態では比較例の１／１６となる。このように、アース端子１２Ａ〜１２Ｄに接続されている複数のインダクタのインダクタンスの合計を大幅に小さくすることができる。
次に、本願発明者は、本実施形態のデュプレクサ及び比較のためのデュプレクサを作製し、減衰量について検討した。図３に示されている縦結合共振子型弾性波フィルタ９の第１〜第５のＩＤＴ電極９ａ〜９ｅ、直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２及び第１，第２の並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２の電極指の対数、交叉幅は下記の表１の通りとした。各反射器の電極指の本数は表１の通りとした。第１〜第５のＩＤＴ電極９ａ〜９ｅ、直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２、第１，第２の並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２及び各反射器のデューティは表１の通りとした。また、第１〜第５のＩＤＴ電極９ａ〜９ｅ、直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２、第１，第２の並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２及び各反射器によりそれぞれ規定される波長は表１の通りである。縦結合共振子型弾性波フィルタ９の各ＩＤＴ電極同士の間隔は、反射器により規定される波長をλＲとして、下記の表２の通りとした。
Figure 2016013330
Figure 2016013330
 また、比較のためのデュプレクサは、図４に示されているデュプレクサ１０１と同様の回路構成とした。すなわち、第１〜第４のインダクタＬ１〜Ｌ４が互いに並列に接続されていない以外は本実施形態のデュプレクサと同様の回路構成である。
図５は、本発明の第１の実施形態に係るデュプレクサ及び比較例の減衰量の周波数特性を示す図である。実線は第１の実施形態の減衰量の周波数特性を示し、破線は比較例の減衰量の周波数特性を示す。
図５に示されているように、本実施形態では、通信帯域の低域側である送信帯域において、アイソレーション特性をより一層高め得ることがわかる。
比較例では、上述のように、アース電位に接続されているインダクタのインダクタンスの合計が大きい。このため、送信フィルタのアース電流が、アースの経路から受信フィルタに伝送されてしまい、その影響でアイソレーション特性が劣化する。
これに対して、本実施形態では、アース電位に接続されているインダクタのインダクタンスの合計をより一層小さくすることができる。それによって、アイソレーション特性をより一層改善することができる。
なお、図１に示されている縦結合共振子型弾性波フィルタ９は複数段により構成されていてもよい。もっとも、本発明は、本実施形態のように縦結合共振子型弾性波フィルタ９が１段構成である場合においてより一層好適に適用することができる。
また、本実施形態では、図１に示されている第１の帯域通過型フィルタ１Ａは受信フィルタである。もっとも、第１の帯域通過型フィルタ１Ａは送信フィルタであってもよい。送信フィルタにおいて本発明を適用することによっても、アイソレーション特性を効果的に改善することができる。
上述のように、従来、不平衡入力−不平衡出力の縦結合共振子型弾性波フィルタでは、アイソレーション特性を高めることができなかった。しかしながら、本実施形態の不平衡入力−不平衡出力の縦結合共振子型弾性波フィルタでは、アース電位に接続されているインダクタのインダクタンスの合計をより一層小さくすることができる。それによって、不平衡入力−不平衡出力の縦結合共振子型弾性波フィルタのアイソレーション特性を効果的に高めることができる。
なお、縦結合共振子型弾性波フィルタ９は不平衡入力−不平衡出力の縦結合共振子型弾性波フィルタに限られない。もっとも、本発明は、不平衡入力−不平衡出力の縦結合共振子型弾性波フィルタにおいてより一層効果的である。
１…デュプレクサ
１Ａ，１Ｂ…第１，第２の帯域通過型フィルタ
２…圧電基板
３…弾性波フィルタ電極部
４…支持層
４Ａ…開口部
５…カバー部材
６Ａ，６Ｄ…第１，第４のビアホール電極
６Ａ１，６Ａ２…第１，第２の端部
６Ｄ１，６Ｄ２…第１，第２の端部
７Ａ，７Ｄ…第１，第４のバンプ
８…入力端子
９…縦結合共振子型弾性波フィルタ
９ａ〜９ｅ…第１〜第５のＩＤＴ電極
１０…出力端子
１１ａ，１１ｂ…層間絶縁膜
１２Ａ〜１２Ｄ…アース端子
１３…入力端子
１４…出力端子
１５ａ，１５ｃ，１５ｄ…接続配線
１０１…デュプレクサ
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ１１〜Ｓ１５…直列腕共振子
Ｐ１，Ｐ２…第１，第２の並列腕共振子
Ｐ１１〜Ｐ１４…並列腕共振子
Ｌ１〜Ｌ４…第１〜第４のインダクタ
Ｌ５…外部のインダクタ
Ｌ１１，Ｌ１２…インダクタ

Claims (7)

  1. 送信フィルタと受信フィルタとを備えるデュプレクサであって、
    前記送信フィルタ及び前記受信フィルタのうち少なくとも一方は、
    圧電基板と、
    弾性波フィルタを構成するために前記圧電基板上に設けられており、かつアース電位に接続される複数のアース端を有する弾性波フィルタ電極部と、
    前記弾性波フィルタ電極部を囲む開口部を有しており、前記圧電基板上に形成されている支持層と、
    前記支持層の前記開口部を封止するように前記支持層上に設けられているカバー部材と、
    前記支持層及び前記カバー部材を貫通するように形成されており、第１，第２の端部を有する複数のビアホール電極とを備え、
    前記複数のアース端が前記圧電基板において共通接続されており、かつ前記複数のアース端が前記複数のビアホール電極の前記第１の端部にそれぞれ電気的に接続されており、前記複数のビアホール電極の前記第２の端部が外部においてアース電位に接続される弾性波フィルタである、デュプレクサ。
  2. 前記受信フィルタが、前記弾性波フィルタである、請求項１に記載のデュプレクサ。
  3. 前記複数のビアホール電極の第２の端部にバンプがそれぞれ接合されている、請求項１または２に記載のデュプレクサ。
  4. 前記弾性波フィルタ電極部が縦結合共振子型弾性波フィルタを有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のデュプレクサ。
  5. 前記縦結合共振子型弾性波フィルタが不平衡入力端子と不平衡出力端子とを有する縦結合共振子型弾性波フィルタである、請求項４に記載のデュプレクサ。
  6. 前記縦結合共振子型弾性波フィルタが１段構成の縦結合共振子型弾性波フィルタである、請求項４または５に記載のデュプレクサ。
  7. 前記圧電基板上に形成されている入力端子及び出力端子と、
    一端が前記入力端子と前記弾性波フィルタ電極部との間の接続点に接続されており、他端が前記ビアホール電極に接続されている第１の並列腕共振子と、
    一端が前記弾性波フィルタ電極部の前記出力端子側の端部に接続されており、他端が前記ビアホール電極に接続されている第２の並列腕共振子とをさらに備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載のデュプレクサ。
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