KR20060060719A - 탄성 표면파 장치 - Google Patents

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유이치 타카미네
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가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
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Abstract

본 발명은 특성을 향상할 수 있는 탄성 표면파 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 구성에 따르면, 탄성 표면파 장치는, 기판(1010)과, 기판(1010)에 배치되며, 적어도 불평형 단자(1051) 및 2개의 평형 단자(1052, 1053)를 포함하는, 복수의 단자(1051∼1055)와, 기판(1010)의 불평형 단자(1051)와 2개의 평형 단자(1052, 1053) 사이에 배치된, 적어도 1개의 탄성 표면파 소자(1020, 1030)를 구비한다. 동일한 탄성 표면파 소자(1020)에 각각 접속된 다른 신호선(1048;1041, 1042)이 절연막(1014, 1016)을 통해서 교차한다.
탄성 표면파 필터 소자, 압전기판, IDT, 불평형 신호 단자, 평형 신호 단자

Description

탄성 표면파 장치{ELASTIC SURFACE WAVE DEVICE}
본 발명은 탄성 표면파 장치에 관한 것으로, 상세하게는 탄성 표면파 소자를 구비한 탄성 표면파 장치에 관한 것이다.
종래, 1단째의 불평형-평형형 필터와 2단째의 평형-평형형 필터를 캐스케이드(cascade) 접속한 밸런스형 SAW(탄성 표면파) 필터에 있어서, 단간에 필터의 평형 단자끼리를 접속하는 신호 배선이 배치되고, 이 신호 배선 사이에, 1단째의 불평형 단자의 IDT(Inter Digital Transducer;빗형 전극)의 다른쪽 단자에 접속된 어스 패드가 배치되는 구성이 제안되어 있다.
도 5는 종래예의 탄성 표면파 장치가 구비하는 기판의 평면도이다. 기판(1210)은 LiTaO3의 단결정 기판이며, 그 주면(主面;1212)에는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 소정 패턴의 금속막이 형성되어 있다. 즉, 1단째의 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터(1220)와 2단째의 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터(1230)를 캐스케이드 접속하고, 패드(1251)를 불평형 단자, 패드(1252, 1253)를 평형 단자로서 사용하는 밸런스형 SAW 필터를 구성하고 있다. 필터(1220, 1230)와 필터(1220, 1230)를 캐스케이드 접속하는 배선(1241, 1242)에 의해 둘러싸이는 영역에, 불평형 단자 (1251)를 포함하는 IDT(1223)에 접속되는 어스 패드(1256)가 배치되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1참조).
또한, 근래, 휴대전화기의 RF단에 사용되는 탄성 표면파 필터에, 평형-불평형 변환기능, 이른바 발룬(balun)의 기능을 갖게 하는 요구가 강해져 오고 있다. 특히 최근에 와서는, 고주파에 대응할 수 있으며, 또한 평형-불평형 변환기능에 용이하게 대응할 수 있는 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터가 휴대전화기의 RF단의 밴드패스 필터로서 주류가 되어 오고 있다.
이 평형-불평형 변환기능을 갖게 한 탄성 표면파 필터는 평형, 혹은 차동 입출력을 갖는 믹서 IC(이하, "평형형 믹서 IC"라고 말함.)에 접속된다. 이 평형형 믹서 IC를 사용한 경우, 노이즈의 영향 저감 및 출력의 안정화를 도모할 수 있기 때문에, 휴대전화기의 특성 향상을 위해, 근래 많이 사용되고 있다.
이와 같은 평형-불평형 변환기능을 갖게 한 탄성 표면파 필터는 다양한 구성이 고려되어, 수 많이 제안되어 있다. 이들은 구조마다 장점, 단점이 있으며, 용도나 사용자 요구에 맞춰서 가려 쓰고 있다. 그 중 하나로, 1개의 IDT의 양단에 평형 신호 단자를 접속하는 구성이 있다.
예를 들면 도 6에, 이러한 종류의 탄성 표면파 필터의 소자 칩(30)의 구성예를 모식적으로 나타낸다. 이 탄성 표면파 필터는, 3개의 IDT(1, 2, 3)와 2개의 반사기(4, 5)를 갖는 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터 소자(6)의, 중앙에 위치하는 IDT(1)의 양단을 평형 신호 단자(11, 12)에 각각 접속하고, 좌우에 위치하는 IDT(2, 3)의 일단(一端)을, IDT(7)의 양측에 반사기(8, 9)가 배치된 탄성 표면파 공진자(10)의 IDT(7)를 통해서 불평형 신호 단자(13)에 접속함으로써 평형-불평형 변환기능을 갖게 하고 있다. 이 탄성 표면파 필터는 IDT(2, 3)의 타단(他端)은 어스 단자에 접속되어 있다.
이 소자 칩(30)은 바닥부가 상부층과 하부층으로 2분할되는 패키지에 수납된다. 도 7은 소자 칩(30)을 실장하는 패키지 바닥부(31)의 상부층(33)의 상면, 도 8은 패키지 바닥부(31)의 하부층(36)의 상면, 도 9는 패키지 바닥부(31)의 하부층(36)의 하면(패키지 이면)을 나타내고 있다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 패키지 바닥부(31)의 상부층(33)의 다이어태치부(die attachment portion;41)에는, 배선 패턴(랜드)(42∼45)이 노출되고, 도 6 및 도 7에 있어서 하얀 동그라미로 나타내는 범프(39)에 의해, 소자 칩(30)의 단자(패드)와 범프 접속된다. 도 7에 있어서 검은 동그라미로 나타내는 비아홀(46, 47)은 패키지 바닥부(31)의 상부층(33)을 관통하여, 배선 패턴(45, 44)과, 도 8에 나타낸 하부층(36)의 배선 패턴(61, 63)을 접속한다. 도 9에 나타낸 외부 단자(52∼56) 중, 도면에 있어서 우변 중앙의 외부 단자(56)가 불평형 신호 단자, 좌변 상하의 외부 단자(52, 53)가 평형 신호 단자, 그 외의 외부 단자(54, 55)가 어스 단자가 된다. 불평형 신호 단자인 외부 단자(56)는 캐스터레이션(castellation;48)을 통해서, 불평형 신호용의 배선 패턴(42)에 접속된다. 평형 신호 단자인 외부 단자(52, 53)는 캐스터레이션(49, 50)을 통해서, 평형 신호용의 각 배선 패턴(43, 44)에 접속된다.
다시 말하면, 도 6에 나타내는 소자 칩(30)상의 제1 및 제2의 평형 신호 단 자(패드)(11, 12)의 배치에 대응해서, 도 7에 나타내는 바와 같이, 소자 칩(30)의 플립칩 실장용 패키지에는, 제1의 평형 신호 단자용 배선 패턴(랜드)(43)을 패키지의 한 변의 중앙에 형성하고, 제2의 평형 신호 단자용 배선 패턴(랜드)(44)을 제1의 평형 신호 단자용 배선 패턴(랜드)(43)에 근접한 코너부에 형성하고 있다. 소자 칩(30)에 있어서, IDT의 일단과 제1의 평형 신호 단자(11)를 접속하는 신호라인(1a)과, 평형 IDT(1)의 타단과 제2의 평형 신호 단자(12)를 접속하는 신호라인(1b)이 비대칭이 되고, 이 상태에서는 평형도가 열화(劣化)한다. 그래서, 도 9에 나타내는 바와 같이, 제1, 제2의 평형 신호 단자가 되는 외부 단자(52, 53)를 패키지의 중심측에 대해서 서로 대칭으로 배치하고, 제1의 평형 신호 단자인 외부 단자(52)에 접속하는 신호라인과 제2의 평형 신호 단자인 외부 단자(53)에 접속하는 신호라인과의 패키지 내에 있어서의 경로차에 의해, 평형도를 조정하고 있다(예를 들면, 특허문헌 2).
도 6∼도 9의 탄성 표면파 필터의 패키지는, 도 22에 나타내는 바와 같이, 3개의 IDT(66a, 66b, 66c;68a, 68b, 68c)와 2개의 반사기(66s, 66t;68s, 68t)를 각각 갖는 2개의 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터 소자(66, 68)를 캐스케이드 접속한 구성의 소자 칩(60)의 실장에도 사용할 수 있다. 즉, 도 1에 나타낸 소자 칩(30)과, 도 22에 나타낸 소자 칩(60)은 외형 치수가 동일하고, 또한, 단자(패드)의 배치도 동일하다.
특허문헌 3에는, 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터 소자의 중앙의 IDT의 탄성 표면파 전파방향에 대해서 직각방향의 양측에 나온 2개의 단자를 평형 신호 단 자에 접속하고, 양측의 IDT를 2개의 불평형 신호라인을 사용해서 불평형 신호 단자에 접속하며, 한쪽의 평형 신호라인과 한쪽의 불평형 신호라인이 절연막을 통해서 입체 교차되어, 평형도를 개선한 플로트 밸런스형(float balanced-type) 탄성 표면파 필터가 개시되어 있다.
특허문헌 1: 일본국 특허공개 2002-300004호 공보
특허문헌 2: 일본국 특허공개 2002-271168호 공보
특허문헌 3: 일본국 특허공개 2003-204243호 공보
도 5의 종래예와 같이 2소자를 캐스케이드 접속하고, 단간에 어스 패드를 배치하는 경우, 캐스케이드 접속 배선과 어스 패드 사이의 부유용량이 크기 때문에 통과대역 내 삽입손실이 커진다고 하는 문제가 있다.
본 발명은 이러한 실정을 감안하여, 역 내 삽입손실을 저감할 수 있는, 2소자를 캐스케이드 접속한 탄성 표면파 장치를 제공하는 것을 제1의 목적으로 한다.
또한, 특허문헌 2에 개시된 바와 같은 방법으로, 1개의 IDT의 양측의 단자에 평형 신호 단자를 접속해서 평형-불평형 변환기능을 갖게 한 구성의 탄성 표면파 필터는 패키지의 구조가 복잡하고 또한 특수하므로, 패키지가 이 소자 구성 전용이 되어 버린다. 그 때문에, 예를 들면 도 10에 구성을 나타내는 탄성 표면파 필터(70)와 같이, 3개의 IDT(71a, 71b, 71c; 72a, 72b, 72c)와 2개의 반사기(71s, 71t;72s, 72t)를 각각 갖는 2개의 종결합 공진자형 필터 소자(71, 72)가 캐스케이드 접속되며, 한쪽의 종결합 공진자형 필터 소자(71)의 중앙의 IDT(71a)의 일단이 불평형 단자(73)에 접속되고, 다른쪽의 종결합 공진자형 필터 소자(72)의 중앙의 IDT(72a)의 일단(한쪽의 버스바)이 2분할되어, 각각 평형 신호 단자(74, 75)에 접속되는 것이나, 도 11에 구성을 나타내는 탄성 필터(80)와 같이, 3개의 IDT(81a, 81b, 81c;82a, 82b, 82c;83a, 83b, 83c;84a, 84b, 84c)와 2개의 반사기(81s, 81t;82s, 82t;83s, 83t;84s, 84t)를 각각 가지며 캐스케이드 접속된 2세트의 탄성 표면파 필터 소자(81, 82, 83, 84)에 대해서, 각 세트의 한쪽의 탄성 표면파 필터 소자(81, 83)의 중앙의 IDT(81a, 83a)의 일단을 평형 단자(85, 86)에 각각 접속하고, 각 세트의 다른쪽의 탄성 표면파 필터 소자(82, 84)의 중앙의 IDT(82a, 84a)의 일단을 불평형 단자(87)에 접속한 것 등, 탄성 표면파 소자를 결합하는 형태가 다른 다른 구성의 평형-불평형 변환기능을 갖는 탄성 표면파 필터와 패키지를 공용화할 수 없다.
또한, 패키지 내에서의 신호라인이 비대칭이 되므로, 기생용량 등의 영향이 평형 신호 단자에서 달라 버려서, 평형 신호 단자간의 평형도가 나쁘다고 하는 문제가 있다.
특허문헌 3의 탄성 표면파 필터는 평형 신호라인을 압전기판상에 형성하고, 불평형 신호라인을 평형 신호라인 위에 형성된 절연막상에 형성해서 입체 교차하고 있다. 그 때문에, 2개의 평형 신호 단자 각각에 들어가는 기생용량, 교락용량(bridge capacitance)의 차이가 커져서, 충분한 평형도 개선 효과가 얻어지지 않는다.
본 발명은 이러한 실정을 감안하여, 다른 구성의 탄성 표면파 필터와 패키지의 공용화가 용이하고, 또한 평형 신호 단자간의 평형도를 개선한, 탄성 표면파 필터를 제공하는 것을 제2의 목적으로 한다.
즉, 본 발명은 특성을 향상할 수 있는 탄성 표면파 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명은 이하와 같이 구성한 탄성 표면파 장치를 제공한다.
탄성 표면파 장치는 기판과, 상기 기판에 배치되며, 적어도 불평형 단자 및 2개의 평형 단자를 포함하는, 복수의 단자와, 상기 기판의 상기 불평형 단자와 2개의 상기 평형 단자 사이에 배치된, 적어도 1개의 탄성 표면파 소자를 구비한다. 동일한 상기 탄성 표면파 소자에 각각 접속된 다른 신호선이 절연막을 통해서 교차한다.
상기 구성에 있어서, 기판을 기판 전체가 압전 재료로 이루어지는 압전기판이어도 좋고, 비압전 재료로 이루어지는 기판 본체에 압전 재료의 박막(압전 박막)을 형성한 압전기판이어도 좋다. 후자의 경우, 적어도 탄성 표면파 소자의 부분에는 압전 박막을 형성한다. 평형 단자에는 평형 신호를, 불평형 단자에는 불평형 신호를, 각각 입력 또는 출력한다.
상기 구성과 같이 탄성 표면파 소자에 각각 접속된 다른 신호선이 절연막을 통해서 교차하면, 신호선이 교차하지 않도록 신호선을 세트하는 경우보다도, 신호선을 짧게 할 수 있고, 또한, 신호선의 세팅의 제약이 완화된다.
이것에 의해, 예를 들면, 2개의 탄성 표면파 소자를 신호선으로 접속해서 밸런스형 탄성 표면파 필터를 구성하는 경우, 탄성 표면파 소자간에 패드를 형성하지 않고, 2개의 탄성 표면파 소자의 간격을 작게 해서, 탄성 표면파 소자간을 접속하는 신호선을 짧게 함으로써, 삽입손실을 저감할 수 있다.
또한, 탄성 표면파 소자간을 접속하는 신호선이나, 탄성 표면파 소자와 단자 사이를 접속하는 신호선에 대해서, 세팅의 제약이 완화되므로, 패키지의 공용화가 용이해진다.
바람직하게는 상기 절연막이 폴리이미드이다.
폴리이미드의 비유전율은 압전기판의 비유전율에 비해서 충분히 작으므로, 부유용량을 작게 할 수 있다.
바람직한 제1의 형태로서는, 적어도 2개의 상기 탄성 표면파 소자를 구비한다. 1개의 상기 탄성 표면파 소자(이하, "제1의 소자"라고 말함)는 상기 불평형 단자와, 접지하기 위한 접지 단자(이하, "어스 패드"라고 말함.)에, 각각 다른 상기 신호선에 의해 접속된다. 다른 1개의 상기 탄성 표면파 소자(이하, "제2의 소자"라고 말함.)와 상기 제1의 소자 사이를 각각 접속하는 적어도 2개의 상기 신호선(이하, "신호 배선"이라고 말함.)이 형성된다. 적어도 1개의 상기 신호 배선과, 상기 어스 패드와 상기 제1의 소자 사이를 접속하는 상기 신호선(이하, "어스 배선"이라고 말함.)이 상기 절연막을 통해서 교차한다. 상기 어스 패드가 상기 제1의 소자, 상기 제2의 소자, 및 상기 신호 배선에 의해 둘러싸이는 영역의 외측에 배치되어 있다.
종래 장치에서는, 어스 패드가 제1의 소자와 제2의 소자와 신호 배선에 의해 둘러싸이는 영역의 내측에 형성되어, 통과대역 내 삽입손실이 커지고 있었으나, 상기 구성에 따르면, 어스 패드를 제1의 소자와 제2의 소자와 신호 배선에 의해 둘러싸이는 영역의 외측에 형성함으로써, 어스 패드와 신호 배선 사이의 부유용량을 작게 해서 통과대역 내 삽입손실을 저감할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1의 소자는 탄성 표면파의 전파방향을 가지런히 해서 배치된 3개의 IDT를 포함하고, 그 중앙의 상기 IDT에 상기 불평형 단자와 상기 어스 패드가 접속된다. 상기 제2의 소자는 탄성 표면파의 전파방향을 가지런히 해서 배치된 3개의 IDT를 포함하고, 그 중앙의 상기 IDT에 2개의 상기 평형 단자가 접속된다. 상기 제1의 소자의 양측의 상기 IDT와 상기 제2의 소자의 양측의 상기 IDT가 상기 신호 배선에 의해 각각 접속되어 있다.
상기 구성에 따르면, 종결합 공진자형 SAW 필터 소자(제1의 소자, 제2의 소자)를 2단 캐스케이드 접속한 밸런스형 SAW 필터의 통과대역 내 삽입손실을 저감할 수 있다.
바람직하게는, 2세트의 상기 제1의 소자, 상기 신호 배선 및 상기 제2의 소자가 상기 기판에 형성된다. 각 세트의 상기 제1의 소자는 각각 탄성 표면파의 전파방향을 가지런히 해서 배치된 3개의 IDT를 포함하고, 그 중앙의 상기 IDT에 상기 불평형 단자와 상기 어스 패드가 접속된다. 각 세트의 상기 제2의 소자는 각각 다른 1개의 상기 평형 단자에 접속된 1개의 IDT를 포함한다. 각 세트의 2개의 상기 신호 배선은 각 세트의 상기 제1의 소자의 양측의 상기 IDT와 각 세트의 상기 제2의 소자의 상기 IDT를 각각 접속한다. 2세트의 상기 제1의 소자는 역위상이다.
상기 구성에 따르면, 평형 패드에 접속된 종결합 공진자형 SAW 필터(제1의 소자)와 1포트 SAW 공진자(제2의 소자)를 직렬로 접속하고, 이것을 2세트 병렬로 접속하며, 종결합 공진자형 SAW 필터(제1의 소자)가 역위상이 되도록 하고, 1포트 SAW 공진자(제2의 소자)를 트랩(trap)으로서 사용하여, 필터 특성을 개선한 밸런스형 SAW 필터에 있어서, 통과대역 내 삽입손실을 저감할 수 있다.
바람직하게는, 상기 어스 배선은 상기 절연막 및 그 근방의 부분을 제외하고 형성된 1층째와, 상기 절연막 및 그 근방의 부분을 포함시켜서 형성된 2층째를 갖는다.
상기 구성에 따르면, 어스 배선에는, 절연막의 전후에 있어서 2층이 겹쳐지므로, 어스의 잔류 임피던스가 작아지고, 대역 외 감쇠가 개선된다. 또한, 신호 배선은 1층만으로 형성할 수 있고, 절연막의 전후에 있어서 2층이 겹쳐지도록 할 필요가 없으므로 짧게 할 수 있어, 제1의 소자와 제2의 소자 사이의 거리를 짧게 해서 소형화를 도모할 수 있다.
바람직한 제2의 형태로서는, 서로 접속된 적어도 2개의 상기 탄성 표면파 소자를 구비한다. 1개의 상기 탄성 표면파 소자(이하, "제1의 탄성 표면파 소자"라고 말함.)는 탄성 표면파의 전파방향을 따라 배치된 3개의 IDT를 갖는 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터 소자이고, 3개의 상기 IDT 중 중앙의 상기 IDT가 2개의 상기 신호선(이하, "제1 및 제2의 신호라인"이라고 말함.)을 통해서 2개의 상기 평형 신호 단자에 각각 접속된다. 2개의 상기 평형 신호 단자는 2개의 상기 탄성 표면파 소자가 늘어서는 방향과 거의 평행한 상기 기판의 중심축의 양측에 각각 배치된다. 상기 제1 및 제2의 신호라인의 적어도 한쪽이 상기 기판상에 형성된 상기 절연막상에 배치된다.
상기 구성에 있어서, 제1 및 제2의 신호라인의 적어도 한쪽이 탄성 표면파 소자간을 접속하는 신호선과 교차하는 경우, 이 교차부분에 있어서, 절연막을 통해서 입체 교차하도록 한다.
상기 구성에 따르면, 탄성 표면파 소자를 결합하는 형태가 다른 다른 구성의 탄성 표면파 필터와 동일한 위치에 평형 신호 단자를 배치하여, 패키지를 공용화할 수 있다. 또한, 평형 신호 단자에 접속되는 신호라인을 절연막상에 배치함으로써, 2개의 평형 신호 단자에 각각 들어가는 기생용량, 교락용량의 차이를 작게 해서, 평형도를 개선할 수 있다.
바람직하게는, 2개의 상기 평형 신호 단자는 상기 기판의 상기 중심축에 대해서 거의 대칭으로 배치된다.
상기 구성에 따르면, 대칭으로 평형 신호 단자가 배치되어 있는 다른 구성의 탄성 표면파 필터와 거의 동일한 위치에 평형 신호 단자가 배치되므로, 패키지의 공용화가 우수하다.
바람직하게는, 상기 제2의 탄성 표면파 소자는 탄성 표면파의 전파방향을 따라 배치되고, 상기 제1의 탄성 표면파 소자에 캐스케이드 접속된 3개의 IDT를 갖는 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터 소자이다.
상기 구성에 따르면, 통과대역 외의 감쇠량을 크게 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2의 탄성 표면파 소자는 1개 또는 복수 접속된 탄성 표면파 공진자 소자이다.
상기 구성에 따르면, 통과대역 외의 감쇠량을 크게 할 수 있다.
바람직한 제3의 형태로서는, 상기 탄성 표면파 소자는 탄성 표면파의 전파방향을 따라 배치된 3개의 IDT를 갖는 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터 소자이고, 3개의 상기 IDT 중 중앙의 상기 IDT가 상기 신호선(이하, "제1 및 제2의 신호라인"이라고 말함.)을 통해서 2개의 상기 평형 단자에 각각 접속된다. 2개의 상기 평형 신호 단자는 탄성 표면파의 전파방향에 수직방향의 상기 기판의 중심축의 양측에 각각 배치된다. 상기 제1 및 제2의 신호라인의 적어도 한쪽이 상기 압전기판상에 형성된 절연막상에 배치된다.
상기 구성에 있어서, 제1 및 제2의 신호라인의 적어도 한쪽이 IDT와 평형 단자 이외의 단자 사이를 접속하는 신호라인이나 접속라인과 교차하는 경우, 이 교차부분에 있어서, 절연막을 통해서 입체 교차하도록 한다.
상기 구성에 따르면, 탄성 표면파 소자를 결합하는 형태가 다른 다른 구성의 탄성 표면파 필터와 동일한 위치에 평형 신호 단자를 배치하여, 패키지를 공용화할 수 있다. 또한, 평형 신호 단자에 접속되는 신호라인을 절연막상에 배치함으로써, 2개의 평형 신호 단자에 각각 들어가는 기생용량, 교락용량의 차이를 작게 해서, 평형도를 개선할 수 있다.
<발명의 효과>
본 발명의 탄성 표면파 장치는 특성을 향상할 수 있다. 예를 들면, 상기 제1의 형태의 경우, 통과대역 내 삽입손실을 저감할 수 있다. 또한, 상기 제2 및 제3의 형태의 경우, 특허문헌 2에 개시된 구성보다도 각 평형 신호 단자에 들어가는 기생용량의 차이가 작아져서, 평형 신호 단자간의 평형도가 개선된다. 또한, 도 10, 도 11 등에 나타낸 다른 구성의 평형-불평형 변환기능을 갖는 탄성 표면파 필터와, 패키지의 공용화가 가능해져서, 전용의 패키지를 제작할 필요가 없어진다.
도 1은 밸런스형 SAW 필터의 평면도이다. (실시예 1)
도 2는 도 1의 선 II-II를 따라 절단한 단면도이다. (실시예 1)
도 3은 밸런스형 SAW 필터의 평면도이다. (실시예 2)
도 4는 도 3의 선 IV-IV를 따라 절단한 단면도이다. (실시예 2)
도 5는 밸런스형 SAW 필터의 평면도이다. (종래예)
도 6은 압전기판의 구성도이다. (종래예 2)
도 7은 패키지의 상부층의 평면도이다. (종래예 2)
도 8은 패키지의 하부층의 평면도이다. (종래예 2)
도 9는 패키지의 저면도이다. (종래예 2)
도 10은 탄성 표면파 필터의 구성도이다. (참고예 1)
도 11은 탄성 표면파 필터의 구성도이다. (참고예 2)
도 12는 탄성 표면파 필터의 구성도이다. (실시예 3)
도 13은 압전기판의 평면도이다. (실시예 3)
도 14는 탄성 표면파 필터의 특성을 나타내는 그래프이다. (실시예 3)
도 15는 압전기판의 평면도이다. (비교예)
도 16은 압전기판의 평면도이다. (실시예 4)
도 17은 압전기판의 평면도이다. (실시예 5)
도 18은 압전기판의 평면도이다. (참고예 1)
도 19는 압전기판의 평면도이다. (참고예 2)
도 20은 패키지의 저면도이다. (실시예 3)
도 21은 압전기판의 평면도이다. (실시예 6)
도 22는 압전기판의 평면도이다. (종래예 2)
도 23은 압전기판의 평면도이다. (실시예 7)
<부호의 설명>
100 : 압전기판
101 : 탄성 표면파 필터 소자(제2의 탄성 표면파 소자)
102 : 탄성 표면파 필터 소자(제1의 탄성 표면파 소자)
103, 104, 105 : IDT 108, 109, 110 : IDT
118, 119 : 평형 신호 단자 123, 124 : 신호라인
150 : 탄성 표면파 공진자 소자(제2의 탄성 표면파 소자)
250, 251, 252 : 절연막 500 : 압전기판
502 : 탄성 표면파 필터 소자(탄성 표면파 소자)
508, 509, 510 : IDT 518, 519 : 평형 신호 단자
523, 524 : 신호라인 650, 652 : 절연막
1010 : 기판 1014, 1016 : 절연막
1020 : 필터(제1의 소자) 1022, 1023, 1024 : IDT
1030 : 필터(제2의 소자) 1032, 1033, 1034 : IDT
1041, 1042 : 배선(신호 배선) 1048 : 배선(어스 배선)
1048a, 1048b, 1048c : 1층째 1048s : 2층째
1051 : 패드(불평형 단자) 1052, 1053 : 패드(평형 단자)
1054, 1055 : 어스 패드 1100 : 기판
1106, 10107 : 절연막 1110 : 필터(제1의 소자)
1114, 116, 118 : IDT 1120 : 필터(제1의 소자)
1124, 126, 128 : IDT 1130 : 트랩(trap)(제2의 소자)
1134 : IDT 1140 : 트랩(제2의 소자)
1144 : IDT 1153 : 배선(어스 배선)
1153a : 1층째 1153s : 2층째
1154 : 배선(어스 배선) 1154a : 1층째
1154s : 2층째
1155, 1156, 1157, 1158 : 배선(신호 배선)
1172 : 어스 패드(접지 단자)
1173 : 패드(불평형 단자) 1174, 1175 : 패드(평형 단자)
이하, 본 발명의 실시형태로서 실시예를, 도 1∼도 23을 참조하면서 설명한다.
우선, 본 발명의 실시예 1, 2에 대해서, 도 1∼도 4를 참조하면서 설명한다.
(실시예 1) 실시예 1의 탄성 표면파 장치에 대해서, 도 1 및 도 2를 참조하면서 설명한다. 도 1은 실시예 1의 탄성 표면파 장치가 구비하는 기판(1010)의 평면도, 도 2는 도 1의 선 II-II를 따라 절단한 단면도이다.
실시예 1의 탄성 표면파 장치는 기판(1010)을 구비한 EGSM 수신대용 필터이다. 예를 들면, 입력측 임피던스가 50Ω, 출력측 임피던스가 150Ω, 통과 주파수 대역이 925∼960MHz, 중심 주파수가 942.5MHz이다.
기판(1010)은 LiTaO3의 단결정 압전기판이며, 그 주면(主面;1012)에는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 소정 패턴의 금속막이 형성되어 있다. 즉, 1단째의 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터(1020)(이하, "필터(1020)"라고 말함.)와 2단째의 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터(1030)(이하, "필터(1030)"라고 말함.)를 종속(縱續)(캐스케이드) 접속하고, 패드(51)를 불평형 단자, 패드(1052, 1053)를 평형 단자로서 사용하는 밸런스형 SAW 필터를 구성하고 있다. 제1의 소자인 필터(1020)와 제2의 소자인 필터(1030)를 종속 접속하는 배선(즉, 신호 배선)(1041, 1042)은 절연막(1014, 1016)을 통해서, 불평형 단자(1051)를 포함하는 IDT(1023)에 접속되는 어스 배선(1048)과 입체 교차하고 있다. 불평형 단자(1051)에 대한 어스 배선(1048)은 단간 이외의 장소에 형성된 어스 패드(1054, 1055)에 접속되어 있다. 어스 패드(1054, 1055)는 접지하기 위한 접지 단자이다. 필터(1020, 1030)는 각각의 탄성 표면파의 전파방향이 서로 평행해지도록, 병렬로 배치되어 있다.
상세하게는, 1단째의 필터(1020)는 3개의 IDT(1022, 1023, 1024)가 탄성 표 면파의 전파방향으로 일렬로 가지런히 해서 배치되며, 그 양측에 2개의 반사기(1021, 1025)가 배치되어 있다. 중앙의 IDT(1023)의 한쪽의 전극측은 배선(1047)을 통해서, 불평형 단자인 패드(1051)에 접속되어 있다. 다른쪽의 전극측은 배선(1040, 1048)으로부터 배선(1043, 1046)을 지나, 어스 패드(1054, 1055)에 접속되어 있다. 어스 패드(1054, 1055)에는 배선(1044, 1045)을 통해서, 다른 IDT(1022, 1024)의 한쪽의 전극측도 접속되어 있다.
2단째의 필터(1030)는 3개의 IDT(1032, 1033, 1034)가 탄성 표면파의 전파방향으로 일렬로 가지런히 해서 배치되며, 그 양측에 2개의 반사기(1031, 1035)가 배치되어 있다.
중앙의 IDT(1033)의 한쪽의 전극측은 배선(1056, 1057)을 통해서, 평형 단자인 패드(1052, 1053)에 접속되고, 다른쪽의 전극은 플로팅 전극(floating electrode)으로 되어 있다. IDT(1033)의 양측에 배치된 IDT(1032, 1034)의 한쪽의 전극측은 배선(1041, 1042)을 통해서, 1단째의 필터(1020)의 IDT(1022, 1024)의 다른쪽의 전극측에 접속되어 있다. IDT(1032, 1034)의 다른쪽의 전극측은 배선(1043, 1046)을 통해서, 어스 패드(1054, 1055)에 접속되어 있다.
필터(1020, 1030)간을 접속하는 신호 선로의 배선(1041, 1042)의 일부를 덮도록, 직사각형의 절연막(1014, 1016)이 형성되고, 절연막(1014, 1016) 위에 배선(1048)이 형성되며, 배선(1041, 1042)과 배선(1048)이 절연막(1014, 1016)을 통해서, 입체 교차하도록 되어 있다.
절연막(1014, 1016)의 치수는 도면에 있어서 가로방향(배선(1048)의 연장방 향)의 치수가 50㎛, 도면에 있어서 세로방향(배선(1041, 1042)의 연장방향)의 치수가 1040∼50㎛, 두께가 2㎛이다. 입체 교차하는 하측의 배선(1041, 1042)의 폭은 약 30㎛, 상측의 배선(1048)의 폭은 20∼30㎛이다. 필터(1020, 1030)의 간격은 60∼70㎛이다. 어스 패드(1054, 1055)의 치수는 100㎛×100㎛이다. 캐스케이드 접속한 2개의 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터 사이에 동일한 치수의 어스 패드를 형성한 종래예에서는, 필터간의 거리가 20㎛ 정도이기 때문에, 실시예 1에서는, 필터 소자간의 거리를 종래예의 약 1/3 이하로 짧게 한 것이 된다. 절연막(1014, 1016)에는, 예를 들면 감광성 수지(폴리이미드, 비유전율: 약 2)를 사용한다.
실시예 1에서는, 어스 패드(1054, 1055)에 접속하기 위한 배선(1048)("어스 배선(1048)"이라고도 말함.)과, 필터(1020, 1030)간을 접속하는 배선(1041, 1042)("신호 배선(1041, 1042)"이라고도 말함.)이 평면에서 보아 교차하는 면적이 충분히 작고, 또한 절연막(1014, 1016)의 비유전율이 LiTaO3의 기판(10)의 비유전율 약 50에 비해서 충분히 작으며, 또한 절연막(1014, 1016)의 두께가 충분히 크므로, 종래예와 같이, 2소자를 캐스케이드 접속하고, 단간에 어스 패드를 배치하는 구성과 비교해서, 부유용량을 저감할 수 있다.
다음으로, 기판(1010)의 제조방법을 설명한다.
우선, 기판(1010)의 주면(1012)에, 드라이 에칭(dry etching) 또는 리프트 오프(lift-off)를 사용해서, 1층째의 Al막 패턴을 형성한다. 1층째의 Al막 패턴은 IDT, 패드, 배선 등의 최종적인 금속막 패턴과 거의 일치한다. 단, 도 2에 나타내 는 바와 같이, 배선(1048)의 1층째(1048a, 1048b, 1048c) 사이에 절연막(1014, 1016)을 배치할 수 있도록, 배선(1048)에 대해서는, 절연막(1014, 1016)을 형성하는 부분 및 그 근방 부분에 1층째의 패턴을 형성하지 않는다. 1층째의 Al막 두께는 IDT(1022∼1024, 1032∼1034)의 막두께와 동일하게 되며, 예를 들면 800MHz대 SAW 필터에서는 300∼400nm, 2GHz대 SAW 필터에서는 150nm∼200nm이다.
다음으로, 감광성 수지를 도포하고, 포토리소그래피 기술을 사용해서, 필터(1020, 1030)간의 배선(1041, 1042)과 어스 배선(1048)의 교차부분에, 절연막(1014, 1016)을 형성한다.
다음으로, 필터(1020, 1030) 및 배선(1041, 1042)의 노출부분을 제외하고, 최종적인 금속막 패턴에 대응해서 개구한 레지스트 마스크를 형성하며, 리프트 오프를 사용해서 2층째의 Al막 패턴을 형성한다. 1층째의 Al과 기판(1010) 사이, 또는 2층째의 Al과 1층째의 Al 사이에, 접착층으로서 Ti 또는 NiCr을 형성해도 좋다.
이것에 의해, 도 2에 나타내는 바와 같이, 배선(1048)의 2층째(1048s)를 1층째(1048a, 1048b, 1048c)에 겹쳐서 접속한다. 2층째(1048s)와 1층째(1048a, 1048b, 1048c)의 접속부에 있어서, 2층째(1048s)와 1층째(1048a, 1048b, 1048c) 사이의 접속 저항을 충분히 작게 하기 위해서, 접속부의 면적을 일정 이상의 크기로 할 필요가 있다. 그 때문에, 배선(1048)은 1층째(1048a, 1048b, 1048c)와 2층째(1048s)의 겹침 면적이 한 변당 20㎛ 이상의 면적이 되도록 한다.
그런데, 입체 교차의 상측의 배선(2층째)은 어느 하나의 장소에서, IDT에 연결되는 1층째에 접속할 필요가 있다. 2소자간을 접속하는 신호 선로를 입체 교차의 상측에 배치하는 경우, 한쪽의 소자와 입체 교차부 사이, 및 다른쪽의 소자와 입체 교차부 사이에, 각각, 1층째와 2층째를 접속하는 부분이 필요해진다. 즉, 2소자간의 거리는 입체 교차의 절연막뿐만 아니라, 그 전후의 1층째와 2층째의 접속부를 포함시키도록, 크게 할 필요가 있다.
이에 비해서, 실시예 1과 같이 2소자(필터(1020, 1030))간을 접속하는 신호 선로(배선(1041, 1042))를 입체 교차의 하측에 배치하는 경우, 소자와 입체 교차부 사이에 접속부를 형성할 필요가 없으므로, 2소자간의 거리는 입체 교차의 절연막의 치수만으로 결정할 수 있다. 그 때문에, 2소자간의 거리를 짧게 할 수 있다.
특히 실시예 1에서는, 2단째 중앙의 IDT(1033)를 분할해서 평형 출력(또는 평형 입력)에 대응하는 구성을 취하고, 2단째 중앙의 IDT(1033)에는 어스 배선이 불필요하기 때문에, 필터(1020, 1030)간의 어스 배선은 1단째 중앙의 IDT(1023)의 어스 배선(1048)만으로도 충분하다.
실시예 1에서는, 필터(1020, 1030)간의 신호 배선(1041, 1042)이 1층째만으로 되어 선로의 전기 저항률이 증대하지만, 필터(1020, 1030)간의 거리를 짧게 하여, 대역 내 삽입손실의 열화를 방지할 수 있다.
실시예 1의 탄성 표면파 장치는 어스 패드(1054, 1055)를 필터(1020, 1030)간(단간)으로부터 이동한 것에 의한 신호선-어스 패드간의 부유용량의 저감, 단간 거리를 짧게 한(다시 말하면, 필터(1020, 1030)간의 신호 배선(1041, 1042)을 짧게 한) 것에 의해, 통과대역 내 삽입손실을 저감할 수 있다.
(실시예 2) 다음으로, 본 발명의 실시예 2의 탄성 표면파 장치에 대해서, 도 3 및 도 4를 참조하면서 설명한다. 도 3은 실시예 2의 탄성 표면파 장치가 구비하는 기판(1100)의 평면도, 도 4는 도 3의 선 IV-IV를 따라 절단한 단면도이다.
실시예 2의 탄성 표면파 장치는 주면(1102)에 소정 패턴의 금속막이 형성된 기판(1100)을 도시하지 않은 패키지에 수납한 디바이스이며, 실시예 1과 동일한 방법으로 제조할 수 있다. 이하에서는, 실시예 1과의 차이점을 중심으로 설명한다.
실시예 2의 탄성 표면파 장치는, DCS 수신대용의 탄성 표면파 필터이다. 예를 들면, 입력측 임피던스가 50Ω, 출력측 임피던스가 150Ω, 통과 주파수 대역이 1805∼1880MHz이다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 2세트의 제1의 소자인 종결합 공진자형 SAW 필터(1110, 1120)(이하, "필터(1110, 1120)"라고도 말함.)를, 불평형 단자인 패드(1173)에 병렬 접속하고, 패드(1174, 1175)를 평형 단자로서 사용한다. 필터(1110, 1120)에는, 각각 직렬로, 제2의 소자인 1포트 SAW 공진자(1130, 1140)(이하, "트랩(1130, 1140)"이라고 말함.)가 접속되어 있다.
실시예 1과 같은 종결합 공진자형 SAW 필터의 2소자 캐스케이드 접속은 통과대역 외를 고감쇠량화할 수 있다고 하는 이점이 있으나, 통과대역 내 삽입손실이 커지는 결점이 있다. 실시예 2와 같이 종결합 공진자형 SAW 필터(1110, 1120)에 1포트 SAW 공진자(1130, 1140)를 직렬 접속함으로써, 통과대역의 극히 근방을 고감쇠로 할 수 있다. 1포트 SAW 공진자(1130, 1140)는 반공진 주파수를 종결합 공진자형 SAW 필터(1110, 1120)의 통과대역보다도 고주파수측에 위치시킨, 이른바 트랩으로서 사용하고 있다.
상세하게는, 필터(1110, 1120)는 각각 3개의 IDT(1114, 1116, 1118;1124, 1126, 1128)가 탄성 표면파의 전파방향으로 일렬로 가지런히 해서 배치되며, 그 양측에 2개의 반사기(1112;1122)가 배치되어 있다. 중앙의 IDT(1116;1126)의 한쪽의 전극측은 배선(1151;1152)을 통해서, 불평형 단자인 패드(1173)에 접속되어 있다. 다른쪽의 전극측은 배선(1153a, 1153;1154a, 1154)을 통해서, 접지 단자인 어스 패드(1172)에 접속되어 있다. 어스 패드(1172)에는 배선(1150, 1159)을 통해서, 다른 IDT(1114, 1118;1124, 1128)의 한쪽의 전극측도 접속되어 있다. 필터(1110, 1120)와는 역위상으로 되어 있다. 또한, 한쪽의 필터(1120)의 IDT(1124, 1128)는 평형도의 조정을 위해서, 교차폭에 웨이팅(weighting)을 하고 있다.
트랩(1130, 1140)은 IDT(1134, 1144)의 양측에 반사기(1132, 1142)가 배치되어 있다. IDT(1134;1144)의 한쪽의 전극측은 각각 배선(1155, 1156;1157, 1158)을 통해서, 필터(1110, 1120)의 IDT(1114, 1118;1124, 1128)의 다른쪽의 전극측에 접속되어 있다. IDT(1134;1144)의 다른쪽의 전극측은 배선(1160, 1162)을 통해서, 평형 단자인 패드(1174, 1175)에 접속되어 있다.
필터(1110, 1120)와 트랩(1130, 1140)을 각각 종속 접속하는 배선(1155, 1156;1157, 1158) 중 한쪽(1156, 1157)은 중앙에 배치된 어스 패드(1172)와 필터(1110, 1120)를 접속하는 배선(1153, 1154)과, 절연막(1106, 1107)을 통해서 입체 교차하고 있다. 또한, 배선(1151, 1152)과 배선(1150)도, 절연막(1104, 1105)을 통해서 입체 교차하고 있다.
절연막(1104, 1105, 1106, 1107)의 치수는 도 3에 있어서 가로방향(배선 (1150, 1153, 1154)의 연장방향)의 치수가 70㎛, 도 3에 있어서 세로방향(배선(1151, 1152)의 연장방향, 배선(1153, 1154)의 연장방향과 직각방향)의 치수가 40∼50㎛, 두께가 2㎛이다. 입체 교차하는 하측의 배선(1150, 1156, 1157)의 폭은 약 30㎛, 상측의 배선(1151, 1152, 1153, 1154)의 폭은 20∼30㎛이다. 필터(1110, 1120)와 트랩(1130, 1140)의 간격은 60∼70㎛이다. 어스 패드(1172)의 치수는 100㎛×100㎛이다. 필터와 트랩 사이에 동일한 치수의 어스 패드를 형성한 종래예에서는, 필터와 트랩 사이의 거리가 200㎛정도이며, 실시예 2에서는, 필터(1110, 1120)와 트랩(1130, 1140) 사이의 거리를, 종래예의 약 1/3 이하로 짧게 할 수 있다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 절연막(1106, 1107)상에는, 배선(1153, 1154)의 2층째(1153s, 1154s)가 형성되고, 절연막(1106, 1107)의 양측에서, 어스 패드(1172)의 1층째(1172a)와 1층째만의 배선(1153a, 1154a)에 겹쳐지도록 되어 있다. 1층째와 2층째는 한 변당 20㎛ 이상의 면적으로 겹침, 접속한다.
한편, 2층째는 패드(1172, 1173, 1174, 1175), 배선(1150)의 중간부분 및 배선(1151, 1152, 1153, 1154, 1159, 1160, 1162)에 형성된다.
실시예 2는, 필터(1110, 1120)와 트랩(1130, 1140) 사이에서 입체 배선으로 되어 있으나, 실시예 1과 동일한 효과를 갖는다. 즉, 필터(1110, 1120)와 트랩(1130, 1140)의 2소자간의 거리는 입체 교차를 위한 절연막(1106, 1107)의 치수만에 의해 결정할 수 있기 때문에, 짧게 할 수 있다.
트랩(1130, 1140)에는 어스 배선이 필요 없기 때문에, 2소자간의 어스 배선은 필터(1110, 1120)의 어스에 대해서 1개만으로 충분하다. 2소자간의 배선(1155, 1156;1157, 1158)이 1층째만으로 되어 선로의 전기 저항률이 증대하더라도, 2소자간의 거리가 짧아져서, 대역 내 삽입손실의 열화를 방지할 수 있다.
다음으로, 실시예 3∼7에 대해서, 도 12∼도 21, 도 23을 참조하면서 설명한다. 한편, 도면 중, 동일한 구성부분에는 동일한 부호를 사용하고 있다.
(실시예 3) 도 12∼도 19, 도 22를 참조하면서, 실시예 3의 탄성 표면파 필터에 대해서 설명한다. 실시예 3의 탄성 표면파 필터는 평형-불평형 변환기능을 갖는다. 여기에서는, 불평형 신호 단자의 임피던스가 50Ω, 평형 신호 단자의 임피던스가 100Ω이다. EGSM (Extended Global System for Mobile communications) 수신용 필터를 예로 설명한다.
우선, 도 12 및 도 13을 참조하면서, 실시예 3의 구성에 대해서 설명한다.
실시예 3의 탄성 표면파 필터는, 압전기판(100)상에 2개의 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터 소자(이하, "필터 소자"라고 말함.)(101, 102)를 형성하고, 그들을 캐스케이드 접속한 것이다. 압전기판(100)에는 40±5°Ycut X전파 LiTaO3 기판을 사용하고, 필터 소자(101, 102)는 Al전극에 의해 형성되어 있다.
도 12에 기본 구성을 모식적으로 나타내는 바와 같이, 한쪽의 필터 소자(101)는 탄성 표면파의 전파방향을 따라 배치된 3개의 IDT(103, 104, 105)와 2개의 반사기(106, 107)를 갖는다. 중앙의 IDT(104)를 끼워 넣도록 다른 IDT(103, 105)가 형성되고, 그 양측에 반사기(106, 107)가 형성되어 있다. 중앙의 IDT(104)의 일단은 신호라인(122)에 의해 불평형 신호 단자(117)에 접속되어 있다.
마찬가지로, 다른쪽의 필터 소자(102)도, 탄성 표면파의 전파방향을 따라 배치된 3개의 IDT(108, 109, 110)와 2개의 반사기(111, 112)를 갖는다. 중앙의 IDT(109)를 끼워 넣도록 다른 IDT(108, 110)가 형성되고, 그 양측에 반사기(111, 112)가 형성되어 있다. 중앙의 IDT(109)의 양단은 각각 신호라인(123, 124)에 의해 평형 신호 단자(118, 119)에 접속되어 있다.
2개의 필터 소자(101, 102)는 캐스케이드 접속되어 있다. 즉, 한쪽의 필터 소자(101)의 IDT(103, 105)의 일단과, 다른쪽의 필터 소자(102)의 IDT(108, 110)의 일단이 각각 신호라인(120, 121)에 의해 접속되어 있다. 한쪽의 필터 소자(101)의 IDT(103, 105)의 타단과, 다른쪽의 필터 소자(102)의 IDT(108, 110)의 타단은 각각 어스에 접지하고 있다. 한편, 이들 타단은 어스에 접지하는 대신에, 일단과 마찬가지로 서로 접속하더라도, 동작상 문제는 없다.
각 IDT(103, 104, 105, 108, 109, 110)의 방향은 IDT(103, 108)간을 접속하는 신호라인(120)을 전송하는 전기신호의 위상과, IDT(105, 110)간을 접속하는 신호라인(121)을 전송하는 전기신호의 위상이 약 180도 다르도록 조정되어 있다. 이것에 의해, 탄성 표면파 필터로서 양호한 진폭 평형도, 위상 평형도를 얻을 수 있다.
도 12에 있어서 부호 113∼116으로 나타낸 부위(이하, "협피치 전극지부(narrow-pitched electrode finger portions)"라고 말함.), 즉, 한쪽의 필터 소자(101)에 있어서 IDT(103, 104)간 및 IDT(104, 105)간, 다른쪽의 필터 소자(102)에 있어서 IDT(108, 109)간 및 IDT(109, 110)간에 있어서, 인접하는 수개의 전극지의 피치(전극지의 폭 및 전극지간의 간격)를, IDT(103, 104, 105, 108, 109, 110)의 다른 부분보다도 작게 하고 있다. 한편, 도 12에 있어서는, 간소화하기 위해서 전극지는 실제의 개수보다도 적게 도시하고 있다. 이와 같은 협피치 전극지부(113∼116)를 형성함으로써, IDT가 이웃하는 부위의 불연속성을 매우 작게 하고, 또한 IDT(103, 104, 105, 108, 109, 110)끼리의 간격을 조정함으로써, 광대역의 밴드패스 필터를 얻을 수 있다.
도 13은 압전기판(100)상의 실제의 레이아웃을 나타낸다. 도 13에 있어서, 간격이 좁은 사선부분은 1회째의 포토리소그래픽 공정에서 형성한 전극 패턴(이하, "1층째 패턴"이라고 말함.)이다. 간격이 넓은 사선부분은 2회째의 포토리소그래픽 공정에서 형성한 전극 패턴(이하, "2층째 패턴"이라고 말함.)이다. 사선이 없는 부분(250, 251, 252)은 2층째 패턴을 형성하기 전에, 유전율이 낮은 수지 등으로 형성한 절연막의 패턴(이하, "절연막 패턴"이라고 말함.)이다. 도 13에서는, 간단화하기 위해서, 1층째 패턴과 2층째 패턴이 접하도록 도시하고 있으나, 실제로는, 접하도록 도시한 부분의 근방에 있어서, 1층째 패턴과 2층째 패턴의 적어도 한쪽을 도시보다도 크게 형성하여, 1층째 패턴과 2층째 패턴을 겹쳐서 접속하도록 되어 있다.
불평형 단자(117)는 도 13에 있어서 압전기판(100)의 상부 중앙에 배치되어 있다. 평형 신호 단자(118, 119)는 도 13에 있어서 압전기판(100)의 하부의 좌우에 배치되어 있다. 어스 단자(201, 202)는 도 13에 있어서 압전기판(100)의 상부의 좌우에 배치되어 있다. 다시 말하면, 평형 신호 단자(118, 119)는 압전기판(100)의 가상 중심축(X)에 대해서 대칭으로 배치되어 있다.
한쪽의 필터 소자(101)의 중앙의 IDT(104)의 일단은 불평형 단자(117)에 접속되고, 타단은 어스 단자(202)에 접속되어 있다. 한쪽의 필터 소자(101)의 양측의 IDT(103, 105)의 일단은 어스 단자(201, 202)에 접속되고, 타단은 다른쪽의 필터 소자(102)의 IDT(108, 110)의 일단에, 신호라인(120, 121)에 의해 접속되어 있다. 중앙의 IDT(104)의 타단과 어스 단자(202)를 접속하는 접속라인은 부호 203으로 나타내는 부분에 있어서, IDT(105, 110)간을 접속하는 신호라인(121) 위에 형성된 절연막(251)을 통해서, 신호라인(201)과 입체 교차하고 있다.
다른쪽의 필터 소자(102)의 IDT(108)의 타단은, 반사기(111, 106)를 통해서, 어스 단자(201)에 접속되어 있다. 즉, IDT(108)의 타단과 반사기(111)가 접속라인(130)에 의해 접속되고, 반사기(106, 110)간이 접속라인(131)에 의해 접속되며, 반사기(106)와 어스 단자(201)가 접속되어 있다. IDT(110)의 타단은 어스 단자(202)에 접속되어 있다. 중앙의 IDT(109)의 일단은 신호라인(123)에 의해 한쪽의 평형 신호 단자(118)에 접속되어 있다. 신호라인(123)은 그 대부분이 절연막(250)상에 형성되어 있다. 신호라인(123)은 부호 204로 나타내는 부분에 있어서, 반사기(106, 111)간을 접속하는 접속라인(131)과 절연막(250)을 통해서 입체 교차함과 아울러, 부호 205로 나타내는 부분에 있어서, IDT(103, 108)간을 접속하는 신호라인(120)과 절연막(250)을 통해서 입체 교차한다. IDT(109)의 타단은 신호라인(124)에 의해 다른쪽의 평형 신호 단자(119)에 접속되어 있다. 신호라인(124)과 기판(100) 사이에는 절연막(252)이 형성되고, 평형 신호 단자(118, 119)간의 대칭성을 유지하도록 되어 있다.
다음으로, 기판(100)상의 각 패턴을 형성하는 방법에 대해서 설명한다.
우선, 기판(100)에, 드라이 에칭법 또는 리프트 오프법을 사용해서, 1층째의 Al막 패턴을 형성한다. 1층째의 Al막 패턴은 IDT(103, 104, 105;108, 109, 110), 반사기(106, 107;111, 112), 신호라인(120, 121), 접속라인(130, 131)을 포함한다. 1층째의 Al막 두께는 IDT(103, 104, 105;108, 109, 110) 모두 동일하게 된다.
다음으로, 감광성 수지를 도포하고, 포토리소그래피법을 사용해서, 절연막(250, 251, 252)을 형성한다. 감광성 수지에는, 예를 들면 폴리이미드(비유전율: 약 2)를 사용한다. 이 경우, 비유전율이 LiTaO3 기판(100)의 비유전율 약 50에 비해서 충분히 작으므로, 평형 신호 단자(118, 119)에 접속되는 신호라인(123, 124)을 절연막(250, 251) 위에 형성하면, 평형 신호 단자에 접속되는 신호라인을 기판상에 직접 형성하는 경우와 비교해서, 부유용량을 저감할 수 있다.
다음으로, 2층째 패턴에 대응해서 개구한 레지스트 마스크를 형성하고, 리프트 오프법을 사용해서 2층째의 Al막 패턴을 형성한다.
한편, 1층째의 Al과 기판(100) 사이, 또는 2층째의 Al과 1층째의 Al 사이에, 접착층으로서 Ti, 또는 NiCr을 형성해도 좋다.
도 20에, 실시예 3의 탄성 표면파 필터의 패키지 이면의 외부 단자(401∼405)의 레이아웃을 나타낸다. 도면에 있어서 상부 중앙의 외부 단자(401)가 불평형 신호 단자이며, 도 12, 도 13의 단자(117)에 접속된다. 우측 아래 및 좌측 아래의 코너부의 외부 단자(402, 403)가 평형 신호 단자이며, 각각 도 12, 도 13의 단자(118, 119)에 접속되어 있다. 중간 위치의 외부 단자(404, 405)는 어스 단자이다.
이 패키지에는, 도 18 및 도 19에 나타내는 바와 같이, 압전기판(100)과 동일한 사이즈의 압전기판(70, 80)상에 탄성 표면파 소자(71, 72;81∼84)가 형성된 다른 구성의 평형-불평형 변환기능을 갖는 탄성 표면파 필터의 소자 칩을 수납할 수 있다. 도 18은 도 10의 구성에 대응하고, 도 19는 도 11의 구성에 대응한다. 도 18 및 도 19의 다른 구성의 평형-불평형 변환기능을 갖는 탄성 표면파 필터는 실시예 3의 압전기판(100)과 마찬가지로, 불평형 단자(73, 87)가 도면에 있어서 압전기판(70, 80)의 상부 중앙에 배치되고, 평형 신호 단자(74, 75;86, 85)가 도면에 있어서 하부의 좌우에 배치되며, 어스 단자(76, 77;88, 89)가 도면에 있어서 상부의 좌우에 배치되어 있다. 이와 같은 단자 레이아웃은 실시예 3의 탄성 표면파 필터와 동일하다.
따라서, 실시예 3의 탄성 표면파 필터는 도 18, 도 19와 같은 다른 구성의 평형-불평형 변환기능을 갖는 탄성 표면파 필터와 패키지를 공용화할 수 있다.
한편, 도 18 및 도 19는 도 13과 마찬가지로, 1층째 패턴, 2층째 패턴, 절연막 패턴을 도시하고 있다. 도 18에 있어서, IDT(71b, 72b)간 및 IDT(71c, 72c)간의 신호라인과, IDT(71a)와 어스 단자(76, 77)를 접속하는 접속라인은 절연막(78, 79)을 통해서 입체 교차하고 있다. 도 19에 있어서, IDT(84a, 82a)와 단자(87)를 접속하는 신호라인과, IDT(84b, 82c)와 단자(88, 89) 사이를 접속하는 접속라인은 절연막(90, 91)을 통해서 입체 교차하고, IDT(83a, 81a)와 단자(86, 85)를 접속하는 신 호라인과, IDT(83b, 81c)와 단자(88, 89)를 접속하는 접속라인은 절연막(92, 93)을 통해서 입체 교차하고 있다.
다음으로, 탄성 표면파 필터의 필터 소자(101, 102)의 설계의 일례를 든다. 협피치 전극지부(113∼116) 이외의 피치를 작게 하고 있지 않은 전극지의 피치로 정해지는 파장을 λ1이라고 하면, 다음과 같이 된다.
·교차폭: 48.1λ1
·필터 소자(101)의 전극지의 개수(IDT(103, 104, 105) 순): 28(6)/(6)24(6)/(6)28(괄호 안은 협피치 전극지의 개수)
·필터 소자(102)의 전극지의 개수(IDT(108, 109, 110) 순): 28(6)/(3)24(3)/(6)28(괄호 안은 협피치 전극지의 개수)
·반사기 개수: 80개
·메탈라이제이션 비율(Metallization ratio): 0.70
·전극 막두께: 0.080λ1
도 14는 상기 설계예(실시예 3)의 주파수-코먼 모드(common-mode) 감쇠량 특성을 나타낸다. 코먼 모드 감쇠량이란, 평형 신호 단자간의 평형도를 나타내는 특성이며, 이 감쇠량이 큰 쪽이 평형 신호 단자간의 평형도가 좋은 것을 나타내고 있다.
도 14에는, 비교예로서, 특허문헌 2와 같이 패키지 내에 평형 신호 단자의 추가 결선(extra wiring)을 형성하고, 패키지의 이면 단자의 레이아웃을 도 20과 동일하게 한 경우의 주파수-코먼 모드 감쇠량 특성도 나타내고 있다. 이 비교예의 압전기판상의 레이아웃을 도 15에 나타낸다. 필터 소자(101, 102)는 상기 설계예(실시예 3)와 동일한 사양이다. 압전기판(300)상의 레이아웃을 나타내는 도 15에 있어서, 불평형 신호 단자(117')는 상부 중앙, 평형 신호 단자(118')는 중앙보다도 약간 우측 쪽, 평형 신호 단자(119')는 우측 아래에, 각각 배치되어 있다. 어스 단자(301)는 좌측 위, 어스 단자(302)는 우측 위, 어스 단자(303)는 중앙보다도 약간 좌측 쪽, 어스 단자(304)는 좌측 아래에, 각각 배치되어 있다.
EGSM 수신용 필터의 통과대역은 925∼960MHz이다. 도 14에 대해서, 이 주파수대에서 최대의 코먼 모드 감쇠량을 비교하면, 비교예에서는 약 24.0dB인 데 비해서, 실시예에서는 27.5dB로서, 비교예보다 약 3.5dB 코먼 모드 감쇠량이 개선되어 있다.
이와 같은 효과가 얻어진 요인은, 하나는 패키지 내에서 평형 신호 단자에 접속되는 추가 결선을 비교예와 같이 비대칭으로 하고 있지 않으므로, 그만큼의 기생용량 등의 영향의 차이가 없어진 것, 다른 하나는 압전기판상에서 IDT와 평형 신호 단자를 접속하는 신호라인(123, 124)을 유전율이 낮은 수지로 된 절연막 패턴 위에 형성하였으므로, 압전기판상에서 신호라인(123, 124)의 길이가 다르더라도, 각 평형 신호 단자에 들어가는 기생용량의 차이가 작은 것이라고 생각된다.
이상과 같이, 실시예 3에 따르면, 3개의 IDT를 갖는 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터의 3개의 IDT 중 중앙에 위치하는 IDT의 단자를 각각 평형 신호 단자에 접속함으로써, 평형-불평형 변환기능을 갖게 한 탄성 표면파 필터에 있어서, 종래 의 방법보다도 평형 신호 단자간의 평형도가 양호한 필터를 얻을 수 있고, 또한 다른 구성의 평형-불평형 변환기능을 갖는 탄성 표면파 필터와의 패키지의 공용화가 가능해진다.
다음으로, 다른 실시예 4∼7에 대해서 설명한다. 실시예 4∼7에 있어서도, 실시예 3과 동일한 효과가 얻어진다. 이하에서는, 실시예 3과의 차이점을 중심으로 설명한다.
(실시예 4) 실시예 3에 있어서, 신호라인(123, 124)은 모두 절연막(250, 251)상에 형성하였으나, 실시예 4에 있어서는, 도 16에 나타내는 바와 같이, 긴 쪽의 신호라인(123)에 대해서만, 절연막(250)상에 형성하고 있다.
(실시예 5) 도 17에 나타내는 바와 같이, IDT(108)와 어스 단자의 접속방법이 실시예 3과 다르다. 즉, IDT(108)와 반사기(111) 사이, 반사기(106, 111) 사이, 반사기(106)와 어스 단자(201) 사이를 접속하는 접속라인이 없다. 대신에, 어스 단자(202)와 접속하기 위해서, 1층째의 패턴에 의해 IDT(108)에 연속하는 접속라인(132)을 형성하고 있다. 이 접속라인(132)은 IDT(110)와 어스 단자(202)를 접속하는 2층째 패턴의 접속라인에 접속하도록 한다. 접속라인(132) 위에는 절연막(252)이 형성되고, 중앙의 IDT(109)와 평형 신호 단자(119)를 접속하는 신호라인(124)과 입체 교차한다.
(실시예 6) 도 21에 나타내는 바와 같이, 필터 소자(102)에 탄성 표면파 공진자 소자(이하, "공진자 소자"라고 말함.)(150)를 직렬 접속한다. 이 경우도, 2개의 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터 소자를 캐스케이드 접속한 실시예 3∼5와 마 찬가지로, 통과대역 외의 감쇠량을 크게 할 수 있다.
공진자 소자(150)는 탄성 표면파의 전파방향을 따라, IDT(151)의 양측에 반사기(152, 153)가 배치되어 있다. IDT(151)의 일단은 불평형 신호 단자(117)에 접속되고, 타단은 신호라인(120', 121')에 의해 필터 소자(102)의 IDT(108, 110)의 일단과 접속된다.
1층째의 패턴은 필터 소자(102)와, 공진자 소자(150)와, 신호라인(120', 121')과, IDT(108)와 반사기(111) 사이의 접속라인(130)과, 반사기(111)로부터 공진자 소자(150)측으로 도중까지 뻗은 접속라인(131')을 포함한다. 공진자 소자(150)측으로 도중까지 뻗은 접속라인(131')은 2층째 패턴의 접속라인에 의해, 어스 단자(201)에 접속되어 있다. 필터 소자(102)의 IDT(109)와 평형 단자(118)를 접속하는 신호라인(123)은 절연막(250)을 통해서, 신호라인(120') 및 접속라인(131')과 입체 교차한다.
공진자 소자(150)는 IDT(151)의 일단을 어스 단자(201 또는 202)에 접속하고, 신호라인(120', 121')에 의해 필터 소자(102)와 접속된 타단은 불평형 신호 단자(117)와 접속해서, 필터 소자(102)에 공진자 소자(105)를 병렬 접속해도 좋다.
또한, 공진자 소자(150)는 복수의 공진자 소자가 직렬 또는 병렬로 접속되어 있어도 좋다.
(실시예 7) 도 23에 나타내는 바와 같이, 압전기판(500) 위에 1개의 필터 소자(502)만을 배치한다. 이 경우도 실시예 3∼6과 마찬가지로, 종래의 방법보다도 평형 신호 단자(518, 519)간의 평형도가 양호한 필터를 얻을 수 있으며, 또한 다른 구성의 평형-불평형 변환기능을 갖는 탄성 표면파 필터와의 패키지의 공용화가 가능해진다.
필터 소자(502)는 3개의 IDT(508, 509, 510)의 양측에, 반사기(511, 512)를 갖는다. 양측의 IDT(508, 510) 중, 한쪽의 IDT(508)의 일단은 신호라인(520')에 접속되고, 다른쪽의 IDT(510)의 일단은 신호라인(521')에 접속된다. 신호라인(520', 521')은 2층째 패턴의 접속라인에 의해 불평형 신호 단자(517)에 접속된다.
1층째의 패턴은 필터 소자(502)와, 신호라인(520', 521')과, IDT(508)의 타단과 반사기(511) 사이를 접속하는 접속라인(530)을 포함한다. 반사기(511)로부터 도중까지 뻗은 접속라인(531')은 2층째 패턴의 접속라인에 의해, 어스 단자(601)에 접속되어 있다. IDT(510)의 타단은 2층째 패턴의 접속라인에 의해, 어스 단자(602)에 접속되어 있다. 필터 소자(502)의 IDT(509)의 일단과 한쪽의 평형 단자(518)를 접속하는 신호라인(523)은 절연막(650)을 통해서, 신호라인(520') 및 접속라인(531')과 입체 교차한다. 필터 소자(502)의 IDT(509)의 타단과 다른쪽의 평형 단자(519)를 접속하는 신호라인(524)과 압전기판(500) 사이에도, 절연막(652)이 형성되어 있다.
이상으로 설명한 바와 같이, 실시예 3∼7의 탄성 표면파 필터는 압전기판상에 형성되는 각 단자(범프)의 레이아웃을, 다른 구성의 탄성 표면파 필터의 소자 칩에 있어서의 각 단자(범프)의 레이아웃과 동일하게 할 수 있으므로, 다른 구성의 탄성 표면파 필터와 패키지를 공용화할 수 있다.
또한, 평형 신호 단자에 접속되는 신호라인을, 압전기판상에 형성된 절연막 패턴 위에 형성함으로써, 소자 칩에 있어서의 신호라인의 경로차를 거의 없앨 수 있으므로, 패키지 내에 있어서 경로차를 형성하지 않고, 평형도를 개선할 수 있다.
(정리) 실시예 1∼7에 따르면, 탄성 표면파 장치의 특성을 향상할 수 있다.
한편, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 다양하게 변경을 가해서 실시 가능하다.
예를 들면, 기판에는, LiTaO3 이외에, 수정, LiNbO3 등의 단결정 기판을 사용할 수 있다. 또한, 본 발명은 ZnO, AlN 등의 압전 박막을 사용한 탄성 표면파 장치에도 적용할 수 있다.
예를 들면, 실시예 3∼7에서는 40±5°Ycut X전파 LiTaO3 기판을 사용하였으나, 효과가 얻어지는 원리로부터, 본 발명은 이 기판에 한하지 않으며, 예를 들면 64∼72°Ycut X전파 LiNbO3, 41°Ycut X전파 LiNbO3 등의 기판으로도, 동일한 효과가 얻어진다.
또한, 본 발명은 평형-불평형 변환기능을 갖게 한 구성의 탄성 표면파 필터에 한하지 않으며, 평형-평형 변환기능을 갖게 한 구성의 탄성 표면파 필터에도 적용 가능하다.

Claims (11)

  1. 기판과,
    상기 기판에 배치되며, 적어도 불평형 단자 및 2개의 평형 단자를 포함하는, 복수의 단자와,
    상기 기판의 상기 불평형 단자와 2개의 상기 평형 단자 사이에 배치된, 적어도 1개의 탄성 표면파 소자를 구비하고,
    동일한 상기 탄성 표면파 소자에 각각 접속된 다른 신호선이 절연막을 통해서 교차하는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 절연막이 폴리이미드인 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 적어도 2개의 상기 탄성 표면파 소자를 구비하고,
    1개의 상기 탄성 표면파 소자(이하, "제1의 소자"라고 말함.)는 상기 불평형 단자와, 접지하기 위한 접지 단자(이하, "어스 패드"라고 말함.)에, 각각 다른 상기 신호선에 의해 접속되며,
    다른 1개의 상기 탄성 표면파 소자(이하, "제2의 소자"라고 말함.)와 상기 제1의 소자 사이를 각각 접속하는 적어도 2개의 상기 신호선(이하, "신호 배선"이 라고 말함.)이 형성되고,
    적어도 1개의 상기 신호 배선과, 상기 어스 패드와 상기 제1의 소자 사이를 접속하는 상기 신호선(이하, "어스 배선"이라고 말함.)이 상기 절연막을 통해서 교차하며,
    상기 어스 패드가 상기 제1의 소자, 상기 제2의 소자, 및 상기 신호 배선에 의해 둘러싸이는 영역의 외측에 배치된 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1의 소자는 탄성 표면파의 전파방향을 가지런히 해서 배치된 3개의 IDT를 포함하고, 그 중앙의 상기 IDT에 상기 불평형 단자와 상기 어스 패드가 접속되며,
    상기 제2의 소자는 탄성 표면파의 전파방향을 가지런히 해서 배치된 3개의 IDT를 포함하고, 그 중앙의 상기 IDT에 2개의 상기 평형 단자가 접속되며,
    상기 제1의 소자의 양측의 상기 IDT와 상기 제2의 소자의 양측의 상기 IDT가 상기 신호 배선에 의해 각각 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.
  5. 2세트의 상기 제1의 소자, 상기 신호 배선 및 상기 제2의 소자가 상기 기판에 형성되고,
    각 세트의 상기 제1의 소자는 각각 탄성 표면파의 전파방향을 가지런히 해서 배치된 3개의 IDT를 포함하며, 그 중앙의 상기 IDT에 상기 불평형 단자와 상기 어스 패드가 접속되고,
    각 세트의 상기 제2의 소자는 각각 다른 1개의 상기 평형 단자에 접속된 1개의 IDT를 포함하며,
    각 세트의 2개의 상기 신호 배선은 각 세트의 상기 제1의 소자의 양측의 상기 IDT와 각 세트의 상기 제2의 소자의 상기 IDT를 각각 접속하고,
    2세트의 상기 제1의 소자는 역위상인 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.
  6. 제3항, 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 어스 배선은 상기 절연막 및 그 근방의 부분을 제외하고 형성된 1층째와, 상기 절연막 및 그 근방의 부분을 포함시켜서 형성된 2층째를 갖는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 서로 접속된 적어도 2개의 상기 탄성 표면파 소자를 구비하고,
    1개의 상기 탄성 표면파 소자(이하, "제1의 탄성 표면파 소자"라고 말함.)는 탄성 표면파의 전파방향을 따라 배치된 3개의 IDT를 갖는 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터 소자이며, 3개의 상기 IDT 중 중앙의 상기 IDT가 2개의 상기 신호선(이하, "제1 및 제2의 신호라인"이라고 말함.)을 통해서 2개의 상기 평형 신호 단자에 각각 접속되고,
    2개의 상기 평형 신호 단자는 2개의 상기 탄성 표면파 소자가 늘어서는 방향과 거의 평행한 상기 기판의 중심축의 양측에 각각 배치되며,
    상기 제1 및 제2의 신호라인의 적어도 한쪽이 상기 기판상에 형성된 상기 절 연막상에 배치된 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.
  8. 제7항에 있어서, 2개의 상기 평형 신호 단자는 상기 기판의 상기 중심축에 대해서 거의 대칭으로 배치된 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 제2의 탄성 표면파 소자는 탄성 표면파의 전파방향을 따라 배치되고, 상기 제1의 탄성 표면파 소자에 캐스케이드(cascade) 접속된 3개의 IDT를 갖는 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터 소자인 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.
  10. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 제2의 탄성 표면파 소자는 1개 또는 복수 접속된 탄성 표면파 공진자 소자인 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 탄성 표면파 소자는 탄성 표면파의 전파방향을 따라 배치된 3개의 IDT를 갖는 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터 소자이며, 3개의 상기 IDT 중 중앙의 상기 IDT가 상기 신호선(이하, "제1 및 제2의 신호라인"이라고 말함.)을 통해서 2개의 상기 평형 단자에 각각 접속되고,
    2개의 상기 평형 신호 단자는 탄성 표면파의 전파방향에 거의 직각방향의 상기 기판의 중심축의 양측에 각각 배치되며,
    상기 제1 및 제2의 신호라인의 적어도 한쪽이 상기 기판상에 형성된 상기 절 연막상에 배치된 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.
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