KR20230125019A - 탄성파 장치 - Google Patents

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KR20230125019A
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resonator
elastic wave
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코이치로 카와사키
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가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
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Abstract

멀티플렉서(10)는 필터(100, 200)와 수지층(60)과 도전체층(70)을 포함한다. 필터(200)의 통과 대역은 필터(100)의 통과 대역보다도 낮다. 필터(100)는 도전체층에 접해 있고, 필터(200)는 도전체층과는 접해 있지 않다. 필터(200)는 래더형 필터이다. 필터(200)의 열 저항값은 필터(100)보다도 크고, 온도가 상승하면 통과 대역이 저하된다. 필터(200)의 압전성 기판에서 압전성 기판의 중심으로부터, 필터(100) 측을 제1 영역, 반대 측을 제2 영역으로 하며, 제1 영역 및 제2 영역에서 병렬암 회로에 포함되는 탄성파 공진자가 형성되는 영역의 면적을 제1 면적 및 제2 면적으로 하면, 제2 면적 쪽이 제1 면적보다도 크다.

Description

탄성파 장치
본 개시는 탄성파 소자를 포함하는 탄성파 장치에 관한 것이고, 보다 특정적으로는 복수개의 탄성파 소자를 포함하는 멀티플렉서에서 온도 상승에 따른 특성의 열화(劣化)를 억제하기 위한 기술에 관한 것이다.
국제공개공보 WO2013/146374(특허문헌 1)에는 복수개의 탄성파 소자가 플립 칩 본딩 공법에 의해 실장 기판 상에 실장된 구성이 개시되어 있다. 국제공개공보 WO2013/146374(특허문헌 1)에 개시된 탄성파 장치에서는 실장 기판 상의 탄성파 소자가 수지에 의해 봉지(封止)되어 있고, 각 탄성파 소자를 형성하는 지지 기판이 고열전도 부재에 직접 접하도록 배치되어 있다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 탄성파 소자에서 발생한 열을, 고열전도 부재를 통해 신속하게 외부에 방산시킬 수 있다. 따라서, 탄성파 장치의 방열성이 개선되고, 탄성파 장치의 특성 열화를 억제할 수 있다.
국제공개공보 WO2013/146374
국제공개공보 WO2013/146374(특허문헌 1)와 같은 구성에서는 어떤 탄성파 소자에서 발생한 열은 봉지용 수지 및 고열전도 부재를 통해 다른 탄성파 소자에도 전달될 수 있다.
한편으로, 탄성파 소자를 형성하는 압전성 기판의 재료는 탄성파 소자에 따라 다른 경우가 있고, 그와 같은 경우에는 탄성파 소자마다 온도 특성이 다른 상태가 발생할 수 있다. 그 때문에, 탄성파 소자에서 발생한 열이 봉지용 수지 혹은 방열용 고열전도 부재를 통해 다른 탄성파 소자에 전달되면, 상기 다른 탄성파 소자의 특성이 열화될 가능성이 있다.
본 개시는 이와 같은 개제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 그 목적은 복수개의 탄성파 소자를 가지는 탄성파 장치에서 열의 영향에 의한 탄성파 장치의 특성 열화를 억제하는 것이다.
본 개시의 제1 국면에 따른 탄성파 장치는 실장 기판과, 실장 기판 상에 배치된 제1 필터 및 제2 필터와, 제1 필터 및 제2 필터를 봉지하는 수지층과, 수지층을 덮는 도전체층을 포함한다. 제2 필터는 제1 필터에 대하여 제1 방향으로 인접하여 배치된다. 제2 필터의 통과 대역은 제1 필터의 통과 대역보다도 높다. 제1 필터 및 제2 필터 각각은 압전성 기판과, 압전성 기판 상에 배치된 탄성파 공진자를 포함한다. 제1 필터는 도전체층에 접해 있고, 제2 필터는 도전체층과는 접해 있지 않다. 제2 필터는 적어도 하나의 병렬암(parallel arm) 공진자 및 적어도 하나의 직렬암(serial arm) 공진자를 포함하는 래더(ladder)형 탄성파 필터, 또는 적어도 하나의 종결합 공진자를 포함하는 종결합형 탄성파 필터이다. 제2 필터의 압전성 기판의 제1 방향의 열 저항값은 제1 필터의 압전성 기판의 제1 방향의 열 저항값보다도 크다. 제2 필터는 제2 필터의 압전성 기판의 온도가 상승하면 통과 대역이 저하되는 특성을 가지고 있다. 제2 필터의 압전성 기판에서 제1 방향에 직교하면서 상기 압전성 기판의 중심을 지나는 가상선에 대하여, 제1 필터 측 영역을 제1 영역으로 하고, 제1 필터와는 반대 측의 영역을 제2 영역으로 하며, 래더형 탄성파 필터에 포함되는 모든 병렬암 공진자를 병렬암 회로, 모든 직렬암 공진자를 직렬암 회로로 하고, 종결합형 탄성파 필터에 포함되는 모든 종결합 공진자를 종결합 회로로 하며, 제1 영역 및 제2 영역에서 병렬암 회로 혹은 종결합 회로에 포함되는 탄성파 공진자가 형성되는 영역의 면적을 각각 제1 면적 및 제2 면적으로 하면, 제2 면적 쪽이 제1 면적보다도 크다.
본 개시의 제2 국면에 따른 탄성파 장치는 실장 기판과, 실장 기판 상에 배치된 제1 필터 및 제2 필터와, 제1 필터 및 제2 필터를 봉지하는 수지층과, 수지층을 덮는 도전체층을 포함한다. 제2 필터는 제1 필터에 대하여 제1 방향으로 인접하여 배치된다. 제2 필터의 통과 대역은 제1 필터의 통과 대역보다도 높다. 제1 필터 및 제2 필터 각각은 압전성 기판과, 압전성 기판 상에 배치된 탄성파 공진자를 포함한다. 제1 필터는 도전체층에 접해 있고, 제2 필터는 도전체층과는 접해 있지 않다. 제2 필터는 적어도 하나의 병렬암 공진자 및 적어도 하나의 직렬암 공진자를 포함하는 래더형 탄성파 필터, 또는 적어도 하나의 종결합 공진자를 포함하는 종결합형 탄성파 필터이다. 제2 필터의 압전성 기판의 제1 방향의 열 저항값은 제1 필터의 압전성 기판의 제1 방향의 열 저항값보다도 크다. 제2 필터는 제2 필터의 압전성 기판의 온도가 상승하면 통과 대역이 높아지는 특성을 가지고 있다. 제2 필터의 압전성 기판에서 제1 방향에 직교하면서 상기 압전성 기판의 중심을 지나는 가상선에 대하여, 제1 필터 측 영역을 제1 영역으로 하고, 제1 필터와는 반대 측의 영역을 제2 영역으로 하며, 래더형 탄성파 필터에 포함되는 모든 병렬암 공진자를 병렬암 회로, 모든 직렬암 공진자를 직렬암 회로로 하고, 종결합형 탄성파 필터에 포함되는 모든 종결합 공진자를 종결합 회로로 하며, 제1 영역 및 제2 영역에서 병렬암 회로 혹은 종결합 회로에 포함되는 탄성파 공진자가 형성되는 영역의 면적을 각각 제1 면적 및 제2 면적으로 하면, 제1 면적 쪽이 제2 면적보다도 크다.
본 개시의 제3 국면에 따른 탄성파 장치는 실장 기판과, 실장 기판 상에 배치된 제1 필터 및 제2 필터와, 제1 필터 및 제2 필터를 봉지하는 수지층과, 수지층을 덮는 도전체층을 포함한다. 제2 필터는 제1 필터에 대하여 제1 방향으로 인접하여 배치된다. 제2 필터의 통과 대역은 제1 필터의 통과 대역보다도 낮다. 제1 필터 및 제2 필터 각각은 압전성 기판과, 압전성 기판 상에 배치된 탄성파 공진자를 포함한다. 제1 필터는 도전체층에 접해 있고, 제2 필터는 도전체층과는 접해 있지 않다. 제2 필터는 적어도 하나의 병렬암 공진자 및 적어도 하나의 직렬암 공진자를 포함하는 래더형 탄성파 필터, 또는 적어도 하나의 종결합 공진자를 포함하는 종결합형 탄성파 필터이다. 제2 필터의 압전성 기판의 제1 방향의 열 저항값은 제1 필터의 압전성 기판의 제1 방향의 열 저항값보다도 크다. 제2 필터는 제2 필터의 압전성 기판의 온도가 상승하면 통과 대역이 높아지는 특성을 가지고 있다. 제2 필터의 압전성 기판에서 제1 방향에 직교하면서 상기 압전성 기판의 중심을 지나는 가상선에 대하여, 제1 필터 측 영역을 제1 영역으로 하고, 제1 필터와는 반대 측의 영역을 제2 영역으로 하며, 래더형 탄성파 필터에 포함되는 모든 병렬암 공진자를 병렬암 회로, 모든 직렬암 공진자를 직렬암 회로로 하고, 종결합형 탄성파 필터에 포함되는 모든 종결합 공진자를 종결합 회로로 하며, 제1 영역 및 제2 영역에서 직렬암 회로 혹은 종결합 회로에 포함되는 탄성파 공진자가 형성되는 영역의 면적을 각각 제3 면적 및 제4 면적으로 하면, 제4 면적 쪽이 제3 면적보다도 크다.
본 개시의 제4 국면에 따른 탄성파 장치는 실장 기판과, 실장 기판 상에 배치된 제1 필터 및 제2 필터와, 제1 필터 및 제2 필터를 봉지하는 수지층과, 수지층을 덮는 도전체층을 포함한다. 제2 필터는 제1 필터에 대하여 제1 방향으로 인접하여 배치된다. 제2 필터의 통과 대역은 제1 필터의 통과 대역보다도 낮다. 제1 필터 및 제2 필터 각각은 압전성 기판과, 압전성 기판 상에 배치된 탄성파 공진자를 포함한다. 제1 필터는 도전체층에 접해 있고, 제2 필터는 도전체층과는 접해 있지 않다. 제2 필터는 적어도 하나의 병렬암 공진자 및 적어도 하나의 직렬암 공진자를 포함하는 래더형 탄성파 필터, 또는 적어도 하나의 종결합 공진자를 포함하는 종결합형 탄성파 필터이다. 제2 필터의 압전성 기판의 제1 방향의 열 저항값은 제1 필터의 압전성 기판의 제1 방향의 열 저항값보다도 크다. 제2 필터는 제2 필터의 압전성 기판의 온도가 상승하면 통과 대역이 저하되는 특성을 가지고 있다. 제2 필터의 압전성 기판에서 제1 방향에 직교하면서 상기 압전성 기판의 중심을 지나는 가상선에 대하여, 제1 필터 측 영역을 제1 영역으로 하고, 제1 필터와는 반대 측의 영역을 제2 영역으로 하며, 래더형 탄성파 필터에 포함되는 모든 병렬암 공진자를 병렬암 회로, 모든 직렬암 공진자를 직렬암 회로로 하고, 종결합형 탄성파 필터에 포함되는 모든 종결합 공진자를 종결합 회로로 하며, 제1 영역 및 제2 영역에서 직렬암 회로 혹은 종결합 회로에 포함되는 탄성파 공진자가 형성되는 영역의 면적을 각각 제3 면적 및 제4 면적으로 하면, 제3 면적 쪽이 제4 면적보다도 크다.
본 개시에 따른 탄성파 장치에서는 상대적으로 열 저항값이 작은 탄성파 소자(제1 필터)는 탄성파 소자의 바깥둘레를 덮는 도전체층에 접하도록 배치되고, 상대적으로 열 저항값이 큰 탄성파 소자(제2 필터)는 도전체층에 접하지 않도록 배치된다. 그리고 상대적으로 열 저항값이 큰 제2 필터의 주파수 온도 특성에 따라, 제2 필터에 포함되는 탄성파 공진자의 배치를 결정한다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 열의 영향에 의한 탄성파 장치의 특성 열화를 억제할 수 있다.
도 1은 실시형태 1에 따른 탄성파 장치의 회로 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 멀티플렉서의 단면도이다.
도 3은 압전성 기판의 상세를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 비교예의 멀티플렉서의 단면도이다.
도 5는 도 1의 멀티플렉서에서의 온도 분포도의 일례이다.
도 6은 압전성 기판의 재료 및 도전체층과의 접촉 상태에 의한, 필터 온도에 대한 영향을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 인접 필터에 생기는 손실(병렬 배치 손실)의 온도 상승에 따른 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 케이스 1의 경우의 병렬 배치 손실을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 케이스 1의 경우의 병렬암 공진부의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 탄성파 공진자가 형성되는 영역의 면적을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 케이스 2의 경우의 병렬 배치 손실을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 케이스 2의 경우의 병렬암 공진부의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 케이스 3의 경우의 병렬 배치 손실을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 케이스 3의 경우의 직렬암 공진부의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 케이스 4의 경우의 병렬 배치 손실을 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 케이스 4의 경우의 직렬암 공진부의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 실시형태 2에 따른 멀티플렉서의 회로 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
이하, 본 개시의 실시형태에 대해, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 한편, 도면 중 동일하거나 상당하는 부분에는 동일한 부호를 붙여 그 설명은 반복하지 않는다.
[실시형태 1]
(멀티플렉서의 구성)
도 1은 실시형태 1에 따르는 탄성파 장치의 일례인 멀티플렉서(10)의 회로 구성을 나타내는 도면이다. 멀티플렉서(10)는 예를 들면 통신 장치의 송수신 회로에 이용되는 필터이다.
도 1을 참조하여, 멀티플렉서(10)는 안테나 단자(T1)와, 안테나 단자(T1)에서 안테나(ANT)와 전기적으로 접속된 송신(TX)용 필터(100) 및 수신(RX)용 필터(200)를 포함한다. 도 1에 기재한 멀티플렉서(10)의 예는 2개의 필터로 이루어지는 이른바 듀플렉서이다.
필터(100)는 안테나 단자(T1)와 송신용 단자(T2) 사이에 접속된 래더형 필터이며, 송신용 단자(T2)에서 받은 신호를 필터링하여 안테나(ANT)로부터 출력한다. 필터(100)는 통과 대역(BW1)(제1 통과 대역)의 신호를 통과 가능하게 구성되어 있다.
송신용 필터(100)는 안테나 단자(T1)와 송신용 단자(T2) 사이에 직렬 접속된 직렬암 공진부(S1~S5)를 포함하는 직렬암 회로와, 상기 직렬암 회로와 접지 전위(GND) 사이에 접속된 병렬암 공진부(P1~P4)를 포함하는 병렬암 회로를 포함한다. 직렬암 공진부(S1~S5) 및 병렬암 공진부(P1~P4)의 각 공진부는 적어도 하나의 탄성파 공진자를 포함하여 구성된다. 도 1의 예에서는 직렬암 공진부(S1, S5) 및 병렬암 공진부(P1~P4)의 각 공진부가 하나의 탄성파 공진자로 구성되고, 직렬암 공진부(S2~S4)의 각 공진부가 2개의 탄성파 공진자로 구성되도록 기재되어 있다. 그러나 각 공진부에 포함되는 탄성파 공진자의 수는 이에 한정되지 않고, 필터의 특성에 맞추어 적절히 선택된다. 탄성파 공진자로는 예를 들면 탄성 표면파(Surface Acoustic Wave: SAW) 공진자 혹은 벌크 탄성파(Bulk Acoustic Wave: BAW) 공진자 등을 이용할 수 있다.
병렬암 공진부(P1)의 일방단(一方端)은 직렬암 공진부(S1)와 직렬암 공진부(S2) 사이의 접속점과 접속되어 있고, 타방단(他方端)은 인덕터(L1)를 통해 접지 전위(GND)에 접속되어 있다. 병렬암 공진부(P2)의 일방단은 직렬암 공진부(S2)와 직렬암 공진부(S3) 사이의 접속점과 접속되어 있고, 타방단은 병렬암 공진부(P1)와 마찬가지로 인덕터(L1)를 통해 접지 전위(GND)에 접속되어 있다. 병렬암 공진부(P3)의 일방단은 직렬암 공진부(S3)와 직렬암 공진부(S4) 사이의 접속점과 접속되어 있고, 타방단은 병렬암 공진부(P1, P2)와 마찬가지로 인덕터(L1)를 통해 접지 전위(GND)에 접속되어 있다. 병렬암 공진부(P4)의 일방단은 직렬암 공진부(S4)와 직렬암 공진부(S5) 사이의 접속점과 접속되어 있고, 타방단은 인덕터(L2)를 통해 접지 전위(GND)에 접속되어 있다.
수신용 필터(200)는 안테나 단자(T1)와 수신용 단자(T3) 사이에 접속된 래더형 필터이며, 안테나(ANT)에서 받은 신호를 필터링하여 수신용 단자(T3)로부터 출력한다. 필터(200)는 통과 대역(BW2)(제2 통과 대역)의 신호를 통과할 수 있게 구성되어 있다. 필터(200)의 통과 대역(BW2)은 필터(100)의 통과 대역(BW1)과는 다르다. 필터(200)는 임피던스 매칭용 인덕터(L11)를 통해 안테나 단자(T1)에 접속되어 있다.
필터(200)는 인덕터(L11)와 수신용 단자(T3) 사이에 직렬 접속된 직렬암 공진부(S11~S14)를 포함하는 직렬암 회로와, 상기 직렬암 회로와 접지 전위(GND) 사이에 접속된 병렬암 공진부(P11~P14)를 포함하는 직렬암 회로를 포함한다. 직렬암 공진부(S11~S14) 및 병렬암 공진부(P11~P14)의 각 공진부는 적어도 하나의 탄성파 공진자를 포함하여 구성된다. 필터(200)에서도 필터(100)와 마찬가지로, 각 공진부에 포함되는 탄성파 공진자의 수는 도 1의 경우에 한정되지 않고, 필터의 특성에 맞추어 적절히 선택된다. 또한, 사용되는 탄성파 공진자에 대해서도 SAW 공진자 혹은 BAW 공진자 등을 이용할 수 있다.
병렬암 공진부(P11)의 일방단은 인덕터(L11)와 직렬암 공진부(S11) 사이의 접속점과 접속되어 있고, 타방단은 접지 전위(GND)에 접속되어 있다. 병렬암 공진부(P12)의 일방단은 직렬암 공진부(S11)와 직렬암 공진부(S12) 사이의 접속점과 접속되어 있고, 타방단은 접지 전위(GND)에 접속되어 있다. 병렬암 공진부(P13)의 일방단은 직렬암 공진부(S12)와 직렬암 공진부(S13) 사이의 접속점과 접속되어 있고, 타방단은 접지 전위(GND)에 접속되어 있다. 병렬암 공진부(P14)의 일방단은 직렬암 공진부(S13)와 직렬암 공진부(S14) 사이의 접속점과 접속되어 있고, 타방단은 접지 전위(GND)에 접속되어 있다.
한편, 필터(100)는 본 개시에서의 "제1 필터"에 대응하고, 필터(200)는 본 개시에서의 "제2 필터"에 대응한다.
도 2는 도 1의 멀티플렉서(10)의 단면도이다. 도 2를 참조하여, 멀티플렉서(10)는 필터(100, 200)에 추가로, 실장 기판(50)과 수지층(60)과 도전체층(70)을 포함한다. 한편, 이하의 설명에서는 필터(100, 200)가 탄성 공진자로서 SAW 공진자를 이용하는 경우를 예로 설명한다.
필터(100, 200)는 WLP(Wafer Level Package) 구조를 가지고 있고, 실장 기판(50) 상에 인접하여 배치되어 있다. 한편, 이후의 설명에서 실장 기판(50)의 두께 방향을 Z축으로 하고, 실장 기판(50)의 면내 방향에서의 필터(100, 200)의 인접 방향을 X축방향으로 한다. 도 2의 예에서는 필터(100)가 필터(200)보다도 X축의 정방향으로 이간되어 배치되어 있다. 또한, Z축의 정방향을 윗면 측, 부방향을 아랫면 측이라고 칭하는 경우가 있다.
실장 기판(50)은 예를 들면 에폭시 혹은 폴리이미드 등의 수지에 의해 형성된 단층 또는 다층의 기판이다. 실장 기판(50)에는 어느 것도 도시되지 않지만, 윗면 및 아랫면에 형성된 접속 단자, 그리고 기판 내 및/또는 기판 표면에 형성된 배선 패턴을 포함한다.
필터(100)는 압전성 기판(110)과 지지층(120)과 커버층(130)과 기능 소자(140)와 기둥 형상 전극(150)과 배선 패턴(160)을 포함한다.
압전성 기판(110)은 도 3에 나타내는 바와 같이, 베이스 기판(112)과, 베이스 기판(112)의 아랫면 측에 배치된 압전층(111)과, 압전층(111)과 베이스 기판(112) 사이에 배치된 중간층(113)을 포함한다.
압전층(111)은 예를 들면, 탄탈산리튬(LiTaO3: LT), 니오브산리튬(LiNbO3: LN), 알루미나, 실리콘(Si), 및 사파이어와 같은 압전 단결정 재료, 혹은 LiTaO3 또는 LiNbO3로 이루어지는 압전 적층 재료에 의해 형성된다. 베이스 기판(112)은 예를 들면 실리콘(Si), 탄탈산리튬(LT), 혹은 니오브산리튬(LN) 등으로 형성되어 있다.
중간층(113)은 저음속층(1131) 및 고음속층(1132)을 포함하여 구성되어 있다. 저음속층(1131) 및 고음속층(1132)은 베이스 기판(112)으로부터 압전층(111)을 향해 고음속층(1132) 및 저음속층(1131) 순서로 배치되어 있다.
저음속층(1131)은 상기 저음속층(1131)을 전파하는 벌크파 음속이 압전층(111)을 전파하는 벌크파 음속보다도 저속인 재료로 형성되어 있다. 저음속층(1131)은 예를 들면 이산화규소(SiO2), 유리, 산질화실리콘, 산화탄탈 등의 유전체, 혹은 이산화규소에 불소, 탄소, 붕소 등을 첨가한 화합물 등으로 형성된다.
또한, 고음속층(1132)은 상기 고음속층(1132)을 전파하는 벌크파 음속이 압전층(111)을 전파하는 탄성파 음속보다도 고속인 재료로 형성되어 있다. 고음속층(1132)은 예를 들면, 질화규소(SiN), 질화알루미늄, 산화알루미늄(알루미나), 산질화규소, 탄화규소, 다이아몬드 라이크 카본(DLC), 다이아몬드 등의 재료로 형성된다.
압전층(111)과 베이스 기판(112) 사이에 저음속층(1131) 및 고음속층(1132)을 배치하는 구성으로 함으로써, 저음속층(1131) 및 고음속층(1132)은 반사층(미러층)으로서 기능한다. 즉, 압전층(111)으로부터 베이스 기판(112) 방향으로 누설된 탄성 표면파는 전파하는 음속의 차에 의해 고음속층(1132)에서 반사되고, 저음속층(1131) 내에 갇힌다. 이와 같이, 중간층(113)에 의해 전파되는 탄성 표면파의 음향 에너지의 손실이 억제되기 때문에, 효율적으로 탄성 표면파를 전파할 수 있다.
한편, 도 3에서는 중간층(113)으로서 저음속층(1131) 및 고음속층(1132)이 각각 1층 형성되는 예에 대해 설명했는데, 중간층(113)은 복수개의 저음속층(1131) 및 고음속층(1132)이 교대로 배치된 구성이어도 된다. 또한, 중간층(113)은 필수 구성이 아니며, 압전성 기판(110)이 압전층(111) 및 베이스 기판(112)으로만 형성되어 있어도 된다.
압전성 기판(110)의 압전층(111)의 아랫면에는 적어도 하나의 기능 소자(140)가 형성되어 있다. 기능 소자(140)는 예를 들면 알루미늄, 구리, 은, 금, 티탄, 텅스텐, 백금, 크롬, 니켈, 몰리브덴 중 적어도 1종으로 이루어지는 단체(單體) 금속, 또는 이들을 주성분으로 하는 합금 등의 전극 재료를 사용하여 형성된 한 쌍의 빗살 형상의 IDT(Interdigital Transducer) 전극이 포함된다. 필터(100)에서 압전성 기판(110) 및 IDT 전극에 의해 탄성 표면파(SAW) 공진자가 형성된다.
압전성 기판(110)의 아랫면에서 기능 소자(140)의 주위를 둘러싸도록 지지층(120)이 배치되어 있다. 지지층(120)은 압전성 기판(110)으로부터 Z축방향으로 소정의 거리만큼 이격된 위치에 커버층(130)을 지지하고 있다. 지지층(120) 및 커버층(130)은 모두 에폭시, 폴리이미드, 아크릴, 우레탄 등을 주성분으로 한 절연성의 수지에 의해 형성되어 있다. 압전성 기판(110), 지지층(120) 및 커버층(130)에 의해 중공(中空) 공간(180)이 형성된다. 기능 소자(140)는 상기 중공 공간(180) 내에 배치되어 있다.
또한, 압전성 기판(110)의 아랫면에는 기능 소자(140)들을 전기적으로 접속하기 위해, 및 기능 소자(140)와 기둥 형상 전극(150)(비어)을 전기적으로 접속하기 위한 배선 패턴(160)이 형성되어 있다.
기둥 형상 전극(150)은 압전성 기판(110)의 아랫면으로부터 하방(Z축의 부방향) 측으로 돌출되어 있고, 지지층(120) 및 커버층(130)을 관통하고 있다. 기둥 형상 전극(150)은 솔더 범프(170) 등의 도전성 접속 부재에 의해, 실장 기판(50)에 형성되는 접속 단자에 접속된다. 기둥 형상 전극(150)에 의해, 기능 소자(140)와 실장 기판(50) 상의 다른 전자부품을 전기적으로 접속할 수 있다. 기둥 형상 전극(150) 및 배선 패턴(160)은 예를 들면 알루미늄, 구리, 은, 및 금 등의 도전성 재료에 의해 형성되어 있다.
필터(200)는 기본적으로는 필터(100)와 마찬가지의 구성을 가지고 있고, 압전성 기판(210)과 지지층(220)과 커버층(230)과 기능 소자(240)와 기둥 형상 전극(250)과 배선 패턴(260)을 포함한다. 기능 소자(240)는 압전성 기판(210), 지지층(220) 및 커버층(230)으로 형성되는 중공 공간(280) 내에 형성된다. 필터(200)는 솔더 범프(270) 등의 도전성 접속 부재에 의해 실장 기판(50)에 접속되어 있다. 또한, 필터(200)의 압전성 기판(210)은 압전층(211)과 베이스 기판(212)과 중간층(213)을 포함한다. 필터(200)의 각 요소에 대해서는 필터(100)에서의 대응하는 요소와 마찬가지이기 때문에, 상세한 설명은 반복하지 않는다.
실장 기판(50) 상에 배치된 필터(100, 200)는 수지층(60)에 의해 봉지된다. 수지층(60)은 예를 들면, 규소 화합물, 에폭시계 수지, 실리콘계 수지, 불소계 수지, 또는 아크릴계 수지 등의 재료에 금속 등의 무기 필러를 혼입시킨 재료로 형성된다. 수지층(60)을 덮도록 도전체층(70)이 배치되어 있다.
도전체층(70)은 예를 들면, 알루미늄, 구리, 은, 또는 금 등의 도전성을 가지면서 높은 전열 특성을 가지는 금속 재료에 의해 형성되어 있다. 도전체층(70)은 실장 기판(50)에서 접지 전위에 접속되어 있다. 도전체층(70)은 멀티플렉서(10)의 내부에서 발생한 전자 노이즈가 장치 밖으로 누설되는 것을 방지하기 위해, 및 장치 외부로부터 멀티플렉서(10) 내부로의 전자 노이즈의 침입을 방지하기 위한 실드로서 기능한다.
실시형태 1의 멀티플렉서(10)에서는 도 1에서 설명한 바와 같이 필터(100)가 송신용 필터로서 이용되고, 필터(200)가 수신용 필터로서 이용된다. 일반적으로, 송신용 신호에 대해서는 가능한 한 먼 곳까지 전파를 방사할 수 있도록, 파워앰프를 이용하여 수신용 신호보다도 높은 전력을 이용하여 전달된다. 그 때문에, 필터(100)는 필터(200)에 비해 전력 소비량이 많아지고, 필터(200)보다도 발열되기 쉬운 경향에 있다.
그 때문에, 멀티플렉서(10)에서는 필터(100)에서의 압전성 기판(110)의 윗면을 수지층(60)으로부터 노출시키고, 도전체층(70)에 직접 접하는 바와 같은 구성으로 하고 있다. 상술한 바와 같이 도전체층(70)은 높은 전열성을 가지는 금속 재료로 형성되어 있다. 그 때문에, 도전체층(70)은 필터(100)의 히트 싱크로서 기능하고, 필터(100)에서 발생한 열은 도전체층(70)에 의해 확산 및 방산된다.
한편, 실시형태 1의 멀티플렉서(10)에서는 필터(200)의 압전성 기판(210)은 필터(100)의 압전성 기판(110)보다도 얇게 형성되어 있고, 도전체층(70)에는 접해 있지 않다. 상기와 같이 도전체층(70)은 필터(100)의 히트 싱크로서 기능하는데, 높은 전열성을 가지고 있기 때문에, 도 4의 비교예의 멀티플렉서(10#)와 같이 필터(200#)의 압전성 기판(210#)을 도전체층(70)에 접하도록 배치하면, 필터(100)로부터의 열이 도전체층(70)을 통해 필터(200#)에 전달된다. 그러면, 필터(100)로부터의 열에 의해 필터(200#)의 온도가 상승하고, 필터(200#)의 필터 특성 저하로 이어질 가능성이 있다.
예를 들면, 압전성 기판을 형성하는 재료에 따라서는 기판 온도가 상승함으로써 필터의 통과 대역이 시프트되는 경우가 있다. 주파수 온도 특성(Temperature Characteristics of Frequency: TCF)이 양인 경우(TCF>0)는 온도가 상승하면 주파수 대역이 고주파수 측으로 시프트한다. 반대로, TCF가 음인 경우(TCF<0)에는 온도가 상승하면 주파수 대역이 저주파수 측으로 시프트한다.
멀티플렉서와 같이 다른 통과 대역을 가지는 필터가 인접 배치되어 있는 구성에서 2개의 통과 대역이 근접하고 있는 바와 같은 경우에는 하나의 필터의 통과 대역이 다른 하나의 필터의 통과 대역에 가까워지도록 시프트하면, 필터 사이의 임피던스가 저하되고, 아이솔레이션이 악화될 우려가 있다. 이로써 필터의 삽입 손실이 저하되는 상태가 될 수 있다. 본 개시에서 이와 같은 인접하는 필터 사이에서 생기는 손실의 증가를 "병렬 배치 손실"이라고 칭한다.
실시형태 1의 멀티플렉서(10)에서는 상대적으로 발열량이 많은 송신 측 필터(100)에 대해서는 압전성 기판(110)의 두께(Z축방향의 치수)를 두껍게 하여 도전체층(70)에 직접 접촉시킴으로써, 방열 효과를 높여서 수지층(60)을 통해 전달되는 열을 저감할 수 있다. 또한, 상대적으로 발열량이 적은 수신 측 필터(200)에 대해서는 압전성 기판(210)을 얇게 하여 도전체층(70)과 접하지 않게 함으로써, 도전체층(70)을 통한 열의 전달이 억제된다. 따라서, 이와 같은 구성으로 함으로써, 필터(100)의 열이 필터(200)에 전달되는 것이 저감되므로, 필터(100)와 필터(200)를 인접 배치함에 따른 병렬 배치 손실을 저감할 수 있다.
도 5는 도 1의 멀티플렉서(10)를 동작시킨 경우의 온도 분포도의 일례를 나타내는 도면이다. 도 5에서는 마더 보드(300) 상에 멀티플렉서(10)가 배치되어 있고, 온도 분포가 등고선으로 나타내져 있다. 도 5에서는 필터(100) 부분의 온도가 가장 높고, 화살표(AR0) 방향을 향해 서서히 온도가 낮아지고 있다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 도전체층(70)에 의해 필터(200) 측에서의 수지층(60)의 윗면 측 온도는 필터(200) 근방의 온도보다도 높아져 있다. 필터(200)의 압전성 기판(210)의 두께를 얇게 함으로써, 도전체층(70)을 통해 압전성 기판(210)에 전달되는 열이 저감되어 있는 것을 알 수 있다.
도 6은 압전성 기판(110, 210)의 재료 및 도전체층(70)과의 접촉 상태의 차이에 의한, 필터(200)의 온도에 대한 영향을 설명하기 위한 도면이다. 도 6에서 실선(LN1)은 압전성 기판(110)의 재료가 실리콘(Si), 압전성 기판(210)의 재료가 니오브산리튬(LN)이며, 압전성 기판(210)이 도전체층(70)에 접촉하고 있지 않은 경우를 나타내고 있다. 파선(LN2)은 압전성 기판(110, 210) 쌍방의 재료가 실리콘이며, 압전성 기판(210)이 도전체층(70)에 접촉하고 있지 않은 경우를 나타내고 있다. 일점쇄선(LN3)은 2개의 압전성 기판의 재료가 실리콘이며, 압전성 기판(210)이 도전체층(70)에 접촉하고 있는 경우(즉, 도 4의 비교예의 경우)를 나타내고 있다. 이점쇄선(LN4)은 압전성 기판(110, 210) 쌍방의 재료가 실리콘이며, 압전성 기판(210)이 도전체층(70)에 접촉하고 있지 않은 경우를 나타내고 있다.
한편, 도 6에서 가로축에는 필터(200)의 외측 단부(端部)로부터 X축방향으로의 거리(도 2 중의 좌표축(α))가 나타내져 있고, 세로축에는 일점쇄선(LN3)을 기준으로 한 경우의 상대 온도 차가 나타내져 있다.
도 6을 참조하여, 압전성 기판(210)을 도전체층(70)에 접촉시키지 않는 실시형태 1의 경우(선(LN1, LN2, LN4))는 비교예(선(LN3))에 비교하면, 압전성 기판(210)의 온도가 저하되어 있다. 또한, 압전성 기판(210)의 재료에 니오브산리튬을 사용한 경우에는 실리콘을 사용하는 경우에 비해 X축방향의 온도 구배가 커져 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 압전성 기판(210)의 재료에 니오브산리튬과 같은 열 저항값이 큰 재료를 사용하는 경우 및 압전성 기판(210)의 두께가 얇은 경우에는 압전성 기판(210) 내에서의 탄성파 공진자의 위치에 따라서도 특성의 열화가 생길 수 있다.
(열에 의한 필터 특성에 대한 영향)
다음으로, 도 7을 이용하여, 인접 필터에 생기는 손실(병렬 배치 손실)이 온도 상승에 따라 변화되는 이유에 대해 설명한다. 한편, 도 6에서는 송신(TX) 측 필터(100)의 통과 대역(BW1)이 수신(RX) 측 필터(200)의 통과 대역(BW2)보다도 낮은 경우(BW1<BW2)를 예로 설명한다.
도 7의 상단은 필터(100, 200)가 단체인 경우의 삽입 손실(파선(LN11, LN21))과, 필터(100, 200)가 멀티플렉서(10)에 편입된 경우의 삽입 손실(실선(LN10, LN20))을 비교한 도면이다. 도 7의 상단에 나타내지는 바와 같이, 필터(100, 200)를 멀티플렉서로서 공통 단자에 접속하면, 쌍방의 필터의 삽입 손실(병렬 배치 손실)이 증가한다(화살표(AR1)). 이 병렬 배치 손실은 공통 단자로부터 본 경우에, 상대 측 필터의 임피던스가 완전히 무한대로는 될 수 없기 때문에, 송신 신호의 일부가 수신용 필터(200)로 누설되거나, 수신 신호의 일부가 송신용 필터(100)로 누설되기 때문에 발생한다.
이 상태에서 필터(200)의 온도가 상승하면, 필터(200)의 온도 특성에 의해 필터(200)의 통과 대역(BW2)이 변동될 수 있다. 예를 들면, 온도 상승에 따라 필터(200)의 통과 대역(BW2)이 저하되는(TCF<0) 경우(일점쇄선(LN22))에는 필터(200)의 통과 대역이 필터(100)의 통과 대역(BW1)에 가까워지게 된다. 그러면, 필터(100)와 필터(200) 사이의 아이솔레이션이 저하되기 때문에, 필터(100)의 고주파수 측 삽입 손실이 화살표(AR2)와 같이 증가한다(일점쇄선(LN12)). 즉, 필터(200)의 온도 상승에 의해 병렬 배치 손실이 증가한다.
한편, 온도 상승에 따라 필터(200)의 통과 대역(BW2)이 높아지는(TCF>0) 경우(일점쇄선(LN23))는 필터(200)의 통과 대역(BW2)이 필터(100)의 통과 대역(BW1)으로부터 멀어지게 된다. 이 경우에는 필터(100)와 필터(200) 사이의 아이솔레이션이 높아지기 때문에, 필터(100)의 고주파수 측 삽입 손실이 화살표(AR3)와 같이 감소한다(파선(LN13)). 즉, TCF>0인 경우에는 온도 상승에 따라 병렬 배치 손실은 저감한다.
반대로, 필터(100)의 통과 대역(BW1)이 필터(200)의 통과 대역(BW2)보다도 높은 경우(BW1>BW2)에는, TCF<0인 경우에는 온도 상승에 따라 병렬 배치 손실이 감소하고, TCF>0인 경우에는 온도 상승에 따라 병렬 배치 손실이 증가한다.
이하에서 필터(100, 200)의 통과 대역의 대소 관계 및 TCF의 관계에 따른 4개의 케이스에 대해, 온도 상승에 따른 병렬 배치 손실의 변화와, 그에 대응한 탄성파 공진자의 배치에 대해 상세하게 설명한다.
(케이스 1)
도 8은 케이스 1의 경우의 병렬 배치 손실을 설명하기 위한 도면이다. 케이스 1은 필터(100)의 통과 대역(BW1)이 필터(200)의 통과 대역(BW2)보다도 낮으(BW1<BW2)면서 필터(200)의 통과 대역(BW2)이 온도 상승과 함께 저하되는(TCF<0) 경우이다.
이 경우, 도 8의 상단에 나타내는 바와 같이, 필터(200)의 통과 대역(BW2)은 실선(LN40)으로부터 파선(LN41)으로 저주파수 측으로 시프트한다(화살표(AR20)). 이로써, 필터(100)의 고주파수 측 삽입 손실이 실선(LN30)으로부터 파선(LN31)으로 증가한다(화살표(AR10)).
도 1에서 나타낸 바와 같이 필터(200)는 래더형 필터이기 때문에, 일반적으로는 저주파수 측 감쇠극은 병렬암 공진부(P1~P4)에 의해 형성된다. 그 때문에, 케이스 1의 경우에, 온도 상승에 따른 병렬 배치 손실의 증가를 억제하기 위해서는 병렬암 공진부의 온도 상승을 가능한 한 억제하여, 통과 대역(BW2)의 저주파수 측 감쇠극을 보다 고주파수 측으로 시프트시키는 것이 바람직하다. 그 때문에, 케이스 1의 경우에는 도 9에 나타내는 바와 같이, 필터(200)에서 병렬암 공진부(P1~P4)를 필터(100)로부터 멀어지는 위치에 배치하여, 병렬암 공진부(P1~P4)의 온도 상승을 억제한다.
도 9와 같이, 필터(200)에서 필터(100, 200)의 배열 방향, 즉 X축방향(제1 방향)에 직교하면서 필터(200)의 압전성 기판(210)의 중심을 지나는 가상선(CL1)에 대하여, 필터(100) 측 영역을 영역(RG1)으로 하고, 필터(100)와는 반대 측의 영역을 영역(RG2)으로 한다. 이 때, 병렬암 공진부(P1~P4)에 포함되는 탄성파 공진자가 형성되는 영역의 면적 중, 상기 영역(RG2) 내의 면적의 총합(SM2)이 영역(RG1) 내의 면적의 총합(SM1)보다도 커지도록(SM1<SM2), 병렬암 공진부(P1~P4)를 배치한다.
이와 같이 병렬암 공진부(P1~P4)를 배치함으로써, 도 8의 하단에 나타내는 바와 같이, 필터(200)의 통과 대역(BW2)의 저주파수 측이 일점쇄선(LN42)과 같이 고주파수 측으로 시프트한다(화살표(AR21)). 그러면, 필터(100)와 필터(200) 사이의 아이솔레이션이 개선되어, 일점쇄선(LN32)과 같이 필터(100)의 통과 대역(BW1)의 고주파수 측 삽입 손실을 저감할 수 있다(화살표(AR11).
상기 및 이후의 설명에서 "탄성파 공진자가 형성되는 영역의 면적"이란, 도 10(A)에 나타내는 바와 같이, 탄성파 공진자에 포함되는 IDT 전극(IDT)에서의 전극지(電極指)의 교차 영역(SQ1)의 면적을 칭한다. 여기서 교차 영역이란, IDT 전극에서 탄성파의 전파 방향에서 보았을 때에, IDT 전극이 포함하는 복수개의 전극지가 겹쳐 있는 영역이다. 예를 들면, 도 10(A)의 경우, 탄성파의 전파 방향에서 보았을 때에, 복수개의 전극지가 겹쳐 있는 영역에 대해, 전극지가 연장되는 방향의 길이를 L1로 하고, IDT 전극에서의 최외 전극지 사이의 거리를 L2로 하면, 교차 영역의 면적은 L1과 L2의 곱으로 나타내진다.
또한, 종결합 공진자의 경우에는 도 10(B)의 교차 영역(SQ2)의 면적을 칭한다. 이 경우의 교차 영역은 종결합 공진자를 구성하는 IDT 전극(IDT1~IDT3)이 포함하는 복수개의 전극지가 겹쳐 있는 영역이다. 예를 들면, 도 10(B)의 경우, 탄성파의 전파 방향에서 보았을 때에, 복수개의 전극지가 겹쳐 있는 영역에 대해, 전극지가 연장되는 방향의 길이를 L3으로 하고, 종결합 공진자를 구성하는 IDT 전극에서의 최외 전극지 사이의 거리를 L4로 하면, 교차 영역의 면적은 L3과 L4의 곱으로 나타내진다.
(케이스 2)
도 11은 케이스 2의 경우의 병렬 배치 손실을 설명하기 위한 도면이다. 케이스 2는 필터(100)의 통과 대역(BW1)이 필터(200)의 통과 대역(BW2)보다도 낮으(BW1<BW2)면서 필터(200)의 통과 대역(BW2)이 온도 상승과 함께 높아지는 (TCF>0) 경우이다. 즉, 케이스 2의 경우에는 필터(200)의 온도가 상승하면, 필터(100)의 통과 대역과 필터(200)의 통과 대역의 간격이 확대되기 때문에, 아이솔레이션이 개선된다.
이 경우, 도 11의 상단에 나타내는 바와 같이, 필터(200)의 통과 대역(BW2)은 실선(LN60)으로부터 파선(LN61)으로 고주파수 측으로 시프트한다(화살표(AR40)). 이로써, 필터(100)의 고주파수 측 삽입 손실이 실선(LN50)으로부터 파선(LN51)으로 감소한다(화살표(AR30)).
케이스 1에서도 설명한 바와 같이, 래더형 필터(200)에서는 저주파수 측 감쇠극은 병렬암 공진부(P1~P4)에 의해 형성된다. 케이스 2에서는 필터(200)의 온도가 상승하면 병렬 배치 손실이 감소하기 때문에, 병렬암 공진부의 온도를 가능한 한 상승시켜서, 통과 대역(BW2)의 저주파수 측 감쇠극을 보다 고주파수 측으로 시프트시키는 것이 바람직하다. 그 때문에, 케이스 2의 경우에서는 도 12에 나타내는 바와 같이, 필터(200)에서 병렬암 공진부(P1~P4)를 필터(100)에 가까워지는 위치에 배치하여, 병렬암 공진부(P1~P4)의 온도 상승을 촉진한다.
즉, 도 12와 같이 필터(200)에서 병렬암 공진부(P1~P4)에 포함되는 탄성파 공진자가 형성되는 영역의 면적 중, 상기 영역(RG1) 내의 면적의 총합(SM1)이 영역(RG2) 내의 면적의 총합(SM2)보다도 커지도록(SM1>SM2) 병렬암 공진부(P1~P4)를 배치한다.
이와 같이 병렬암 공진부(P1~P4)를 배치함으로써, 도 11의 하단에 나타내는 바와 같이, 필터(200)의 통과 대역(BW2)의 저주파수 측이 일점쇄선(LN62)과 같이 고주파수 측으로 더 시프트한다(화살표(AR41)). 그러면, 필터(100)와 필터(200) 사이의 아이솔레이션이 더 높아져서, 일점쇄선(LN52)과 같이 필터(100)의 통과 대역(BW1)의 고주파수 측 삽입 손실을 더 개선할 수 있다(화살표(AR31)).
(케이스 3)
도 13은 케이스 3의 경우의 병렬 배치 손실을 설명하기 위한 도면이다. 케이스 3은 필터(100)의 통과 대역(BW1)이 필터(200)의 통과 대역(BW2)보다도 높으(BW1>BW2)면서 필터(200)의 통과 대역(BW2)이 온도 상승과 함께 높아지는(TCF>0) 경우이다. 즉, 케이스 3의 경우에는 필터(200)의 온도가 상승하면, 필터(100)의 통과 대역과 필터(200)의 통과 대역의 간격이 좁아지기 때문에, 아이솔레이션이 저하된다.
이 경우, 도 13의 상단에 나타내는 바와 같이, 필터(200)의 통과 대역(BW2)은 실선(LN80)으로부터 파선(LN81)으로 고주파수 측으로 시프트한다(화살표(AR60)). 이로써, 필터(100)의 저주파수 측 삽입 손실이 실선(LN70)으로부터 파선(LN71)으로 증가한다(화살표(AR50)).
래더형 필터(200)에서는 일반적으로 고주파수 측 감쇠극은 직렬암 공진부(S1~S5)에 의해 형성된다. 케이스 3에서는 필터(200)의 온도가 상승하면 병렬 배치 손실이 증가하기 때문에, 직렬암 공진부의 온도 상승을 가능한 한 억제하여, 통과 대역(BW2)의 고주파수 측 감쇠극을 저주파수 측으로 시프트시키는 것이 바람직하다. 그 때문에, 케이스 3의 경우에서는 도 14에 나타내는 바와 같이, 필터(200)에서 직렬암 공진부(S1~S5)를, 필터(100)로부터 멀어지는 위치에 배치하여, 직렬암 공진부(S1~S5)의 온도 상승을 억제한다.
즉, 도 14와 같이, 필터(200)에서 직렬암 공진부(S1~S5)에 포함되는 탄성파 공진자가 형성되는 영역의 면적 중, 상기 영역(RG2) 내의 면적의 총합(SM4)이 영역(RG1) 내의 면적의 총합(SM3)보다도 커지도록(SM3<SM4), 직렬암 공진부(S1~S5)를 배치한다.
이와 같이 직렬암 공진부(S1~S5)를 배치함으로써, 도 13의 하단에 나타내는 바와 같이, 필터(200)의 통과 대역(BW2)의 고주파수 측이 일점쇄선(LN82)과 같이 저주파수 측으로 시프트한다(화살표(AR61)). 그러면, 필터(100)와 필터(200) 사이의 아이솔레이션이 높아져서, 일점쇄선(LN72)과 같이 필터(100)의 통과 대역(BW1)의 저주파수 측 삽입 손실을 개선할 수 있다(화살표(AR51)).
(케이스 4)
도 15는 케이스 4의 경우의 병렬 배치 손실을 설명하기 위한 도면이다. 케이스 4는 필터(100)의 통과 대역(BW1)이 필터(200)의 통과 대역(BW2)보다도 높으(BW1>BW2)면서 필터(200)의 통과 대역(BW2)이 온도 상승과 함께 낮아지는(TCF<0) 경우이다. 즉, 케이스 4의 경우에는 필터(200)의 온도가 상승하면, 필터(100)의 통과 대역과 필터(200)의 통과 대역의 간격이 확대되기 때문에, 아이솔레이션이 개선된다.
이 경우, 도 15의 상단에 나타내는 바와 같이, 필터(200)의 통과 대역(BW2)은 실선(LN100)으로부터 파선(LN101)으로 저주파수 측으로 시프트한다(화살표(AR80)). 이로써, 필터(100)의 저주파수 측 삽입 손실이 실선(LN90)으로부터 파선(LN91)으로 저감된다(화살표(AR70)).
케이스 3에서도 설명한 바와 같이 래더형 필터(200)에서는 고주파수 측 감쇠극은 직렬암 공진부(S1~S5)에 의해 형성된다. 케이스 4에서는 필터(200)의 온도가 상승하면 병렬 배치 손실이 감소하기 때문에, 직렬암 공진부의 온도를 가능한 한 상승시켜서, 통과 대역(BW2)의 고주파수 측 감쇠극을 보다 저주파수 측으로 시프트시키는 것이 바람직하다. 그 때문에, 케이스 4의 경우에서는 도 16에 나타내는 바와 같이, 필터(200)에서 직렬암 공진부(S1~S5)를 필터(100)에 가까워지는 위치에 배치하여, 직렬암 공진부(S1~S5)의 온도 상승을 촉진한다.
즉, 도 16과 같이, 필터(200)에서 직렬암 공진부(S1~S5)에 포함되는 탄성파 공진자가 형성되는 영역의 면적 중, 상기 영역(RG1) 내의 면적의 총합(SM3)이 영역(RG2) 내의 면적의 총합(SM4)보다도 커지도록(SM3>SM4), 직렬암 공진부(S1~S5)를 배치한다.
이와 같이 직렬암 공진부(S1~S5)를 배치함으로써, 도 15의 하단에 나타내는 바와 같이, 필터(200)의 통과 대역(BW2)의 고주파수 측이 일점쇄선(LN102)과 같이 저주파수 측으로 더 시프트한다(화살표(AR81)). 그러면, 필터(100)와 필터(200) 사이의 아이솔레이션이 더 높아져서, 일점쇄선(LN92)과 같이 필터(100)의 통과 대역(BW1)의 고주파수 측 삽입 손실을 더 개선할 수 있다(화살표(AR71)).
이상과 같이 실시형태 1의 멀티플렉서에서는 인접 배치된 2개의 필터 중 상대적으로 열 저항값이 작은 필터(제1 필터)를 도전체층에 접촉시킴과 함께, 상대적으로 열 저항값이 큰 필터(제2 필터)를 도전체층과는 비접촉으로 함으로써, 인접하는 필터 간에서의 열전달을 억제할 수 있다. 또한 제2 필터에 대해, 주파수 온도 특성(TCF)에 기초하여, 제1 필터의 통과 대역에 근접하는 제2 필터의 감쇠극이 제1 필터의 통과 대역으로부터 멀어지도록 탄성파 공진자를 배치함으로써, 열 저항에 의해 압전성 기판 내에 생기는 온도 구배를 이용하여 제1 필터에 생기는 병렬 배치 손실을 억제할 수 있다. 따라서, 열의 영향에 의한 멀티플렉서(탄성파 장치)의 특성의 열화를 억제할 수 있다.
한편, 실시형태 1에서는 상대적으로 발열량이 많은 송신용 필터를 도전체층에 접촉시키는 예에 대해 설명했는데, 송신용 필터의 열 저항값이 수신용 필터의 열 저항값보다도 큰 경우에는 수신용 필터를 도전체층에 접촉시키고, 송신용 필터를 도전체층과 비접촉으로 해도 된다.
또한, 2개의 필터에서의 압전성 기판의 재료는 달라도 되고, 동일한 재료(예를 들면 실리콘)이어도 된다. 그 경우, 열 저항값은 압전성 기판의 두께를 서로 다르게 함으로써 조정한다.
또한 2개의 필터는 송신용 필터와 수신용 필터의 조합이 아니어도 되고, 서로 다른 통과 대역을 가지는 2개의 필터이면 쌍방이 송신용 필터인 경우이어도 되며, 쌍방이 수신용 필터인 경우이어도 된다. 송신용 필터와 수신용 필터의 조합으로는 예를 들면, 송신 1710~1785㎒/수신 1805~1880㎒, 혹은 송신 2500~2570㎒/수신 2620~2690㎒ 등의 통과 대역의 멀티플렉서에 적용할 수 있다. 또한, 쌍방이 송신용 필터인 경우로는 예를 들면, 송신 1710~1785㎒/송신 1850~1915㎒의 통과 대역의 멀티플렉서에 적용할 수 있다.
[실시형태 2]
실시형태 1에서는 멀티플렉서에 포함되는 2개의 필터가 모두 래더형 탄성파 필터인 경우에 대해 설명했다. 실시형태 2에서는 수신용 필터가 종결합 공진자를 포함하는 종결합형 탄성파 필터인 경우에 대해 설명한다.
도 17은 실시형태 2에 따르는 탄성파 장치의 일례인 멀티플렉서(10A)의 회로 구성을 나타내는 도면이다. 도 17을 참조하여, 멀티플렉서(10A)는 안테나 단자(T1)와, 안테나 단자(T1)에서 안테나(ANT)와 전기적으로 접속된 송신용 필터(100A) 및 수신용 필터(200A)를 포함한다.
송신용 필터(100A)는 안테나 단자(T1)와 송신용 단자(T2) 사이에 직렬 접속된 직렬암 공진부(S21~S25)를 포함하는 직렬암 회로와, 상기 직렬암 회로와 접지 전위(GND) 사이에 접속된 병렬암 공진부(P21~P24)를 포함하는 병렬암 회로를 포함한 래더형 탄성파 필터이다. 직렬암 공진부(S21~S25) 및 병렬암 공진부(P21~P24)의 각 공진부는 적어도 하나의 탄성파 공진자를 포함하여 구성된다. 도 17의 예에서는 직렬암 공진부(S21, S25) 및 병렬암 공진부(P21~P24)의 각 공진부는 하나의 탄성파 공진자로 구성되고, 직렬암 공진부(S22~S24)의 각 공진부는 2개의 탄성파 공진자로 구성된다. 한편, 각 공진부에 포함되는 탄성파 공진자의 수는 이에 한정되지 않고, 필터의 특성에 맞추어 적절히 선택된다. 탄성파 공진자로는 SAW 공진자 혹은 BAW 공진자를 이용할 수 있다.
병렬암 공진부(P21)의 일방단은 직렬암 공진부(S21)와 직렬암 공진부(S22) 사이의 접속점과 접속되어 있고, 타방단은 접지 전위(GND)에 접속되어 있다. 병렬암 공진부(P22)의 일방단은 직렬암 공진부(S22)와 직렬암 공진부(S23) 사이의 접속점과 접속되어 있고, 타방단은 접지 전위(GND)에 접속되어 있다. 병렬암 공진부(P23)의 일방단은 직렬암 공진부(S23)와 직렬암 공진부(S24) 사이의 접속점과 접속되어 있고, 타방단은 접지 전위(GND)에 접속되어 있다. 병렬암 공진부(P24)의 일방단은 직렬암 공진부(S24)와 직렬암 공진부(S25) 사이의 접속점과 접속되어 있고, 타방단은 접지 전위(GND)에 접속되어 있다.
수신용 필터(200A)는 직렬암 공진부(S30, S31)와 인덕터(L31)를 포함한다. 직렬암 공진부(S30) 및 직렬암 공진부(S31)는 안테나 단자(T1)와 수신용 단자(T3) 사이에 직렬 접속되어 있다.
직렬암 공진부(S30)에는 예를 들면 하나의 탄성파 공진자가 포함된다. 직렬암 공진부(S31)는 이른바 종결합 공진자형 탄성파 공진자를 적어도 하나 포함하는 종결합 회로이며, 3개의 IDT 전극(IDT1~IDT3)과 2개의 반사기(REF)를 포함한다.
직렬암 공진부(S30)의 일방단은 필터(100A)와의 공통 단자인 안테나 단자(T1)에 접속된다. 직렬암 공진부(S30)의 타방단과 접지 전위(GND) 사이에 직렬암 공진부(S31)의 IDT 전극(IDT2)이 접속된다.
IDT 전극(IDT2)에서의 여진(勵振) 방향의 일방단에 대향하여 IDT 전극(IDT1)이 배치되어 있고, 여진 방향의 타방단에 대향하여 IDT 전극(IDT3)이 배치되어 있다. IDT 전극(IDT1) 및 IDT 전극(IDT3)은 수신용 단자(T3)와 접지 전위(GND) 사이에 병렬로 접속되어 있다. IDT 전극(IDT1, IDT3) 각각에서 IDT 전극(IDT2)과는 반대 측의 여진 방향에 대향하여 반사기(REF)가 배치되어 있다.
인덕터(L1)는 안테나 단자(T1)와 접지 전위(GND) 사이에 접속된다. 인덕터(L1)는 임피던스 정합용 인덕터로서 기능한다. 인덕터(L1)의 인덕턴스는 필터(100A)의 통과 대역의 고주파 신호에 대하여, 안테나 단자(T1)에서 필터(200A)를 보았을 때의 임피던스가 오픈이 되도록 조정된다. 이로써, 필터(100A)의 통과 대역의 고주파 신호가 수신용 단자(T3) 측으로 통과하는 것을 억제할 수 있다.
한편, 실시형태 2의 멀티플렉서(10A)의 단면도는 기본적으로는 도 2와 마찬가지이고, 도 2에서의 기능 소자(240)에 의해 종결합 공진자가 형성된다.
멀티플렉서(10A)에서도 상대적으로 발열량이 많은 송신 측 필터(100A)에 대해서는 압전성 기판의 두께를 두껍게 하여 도전체층에 직접 접촉시킴으로써 방열 효과를 높여, 수지층을 통해 전달되는 열을 저감할 수 있다. 또한, 상대적으로 발열량이 적은 수신 측 필터(200A)에 대해서는 압전성 기판을 얇게 하여 도전체층과 접하지 않게 함으로써, 도전체층을 통한 열의 전달이 억제된다. 따라서, 이와 같은 구성으로 함으로써, 필터(100A)의 열이 필터(200A)에 전달되는 것이 저감되므로, 필터(100A)와 필터(200A)를 인접 배치함에 따른 병렬 배치 손실을 저감할 수 있다.
여기서, 필터(200A)에서는 통과 대역의 고주파수 측 감쇠극 및 저주파수 측 감쇠극 중 어느 것이나 종결합 공진자에 의해 정해진다. 그 때문에, 실시형태 1에서의 케이스 1, 3에서의 병렬 배치 손실의 저감, 및 케이스 2, 4에서의 삽입 손실의 한층 더 나은 개선에 대해서는 종결합 회로에 포함되는 탄성파 공진자를 각 케이스에서 나타낸 바와 같은 배치로 함으로써 실현할 수 있다.
구체적으로는 필터(200A)의 종결합 회로에 포함되는 탄성파 공진자가 형성되는 영역의 면적 중, 도 9에서 나타낸 영역(RG1) 내의 면적의 총합을 SM5로 하고, 영역(RG2) 내의 면적의 총합을 SM6으로 하면, 케이스 1, 3의 경우에는 영역(RG2) 내의 면적의 총합(SM6) 쪽이 영역(RG1) 내의 면적의 총합(SM5)보다도 커지도록 각 종결합 공진자가 배치된다(SM5<SM6). 또한, 케이스 2, 4의 경우에는 영역(RG1) 내의 면적의 총합(SM5) 쪽이 영역(RG2) 내의 면적의 총합(SM6)보다도 커지도록 각 종결합 공진자가 배치된다(SM5>SM6).
금번 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 본 개시의 범위는 상기한 실시형태의 설명이 아닌 청구범위에 의해 나타내지고, 청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
10, 10A: 멀티플렉서
50: 실장 기판
60: 수지층
70: 도전체층
100, 100A, 200, 200A: 필터
110, 210: 압전성 기판
111, 211: 압전층
112, 212: 베이스 기판
113, 213: 중간층
120, 220: 지지층
130, 230: 커버층
140, 240: 기능 소자
150, 250: 기둥 형상 전극
160, 260: 배선 패턴
170, 270: 솔더 범프
180, 280: 중공 공간
300: 마더 보드
1131: 저음속층
1132: 고음속층
ANT: 안테나
GND: 접지 전위
IDT, IDT1~IDT3: IDT 전극
L1, L2, L11, L31: 인덕터
P1~P4, P11~P14, P21~P24: 병렬암 공진부
REF: 반사기
S1~S5, S11~S14, S21~S25, S30, S31: 직렬암 공진부
T1: 안테나 단자
T2: 송신용 단자
T3: 수신용 단자

Claims (10)

  1. 실장 기판과,
    상기 실장 기판 상에 배치되고 제1 통과 대역을 가지는 제1 필터와,
    상기 실장 기판 상에서 상기 제1 필터에 대하여 제1 방향으로 인접하여 배치되고 상기 제1 통과 대역보다도 높은 제2 통과 대역을 가지는 제2 필터와,
    상기 실장 기판 상에서 상기 제1 필터 및 상기 제2 필터를 봉지(封止)하는 수지층과,
    상기 수지층을 덮는 도전체층을 포함하며,
    상기 제1 필터 및 상기 제2 필터 각각은
    압전성 기판과,
    상기 압전성 기판 상에 배치된 탄성파 공진자를 포함하고,
    상기 제1 필터는 상기 도전체층에 접하며,
    상기 제2 필터는 상기 도전체층과는 접하지 않고,
    상기 제2 필터는 적어도 하나의 병렬암(parallel arm) 공진자 및 적어도 하나의 직렬암(serial arm) 공진자를 포함하는 래더(ladder)형 탄성파 필터, 또는 적어도 하나의 종결합 공진자를 포함하는 종결합형 탄성파 필터이며,
    상기 제2 필터의 압전성 기판의 상기 제1 방향의 열 저항값은 상기 제1 필터의 압전성 기판의 상기 제1 방향의 열 저항값보다도 크고,
    상기 제2 필터는 상기 제2 필터의 압전성 기판의 온도가 상승하면 통과 대역이 저하되는 특성을 가지며,
    상기 제2 필터의 압전성 기판에서 상기 제1 방향에 직교하면서 상기 압전성 기판의 중심을 지나는 가상선에 대하여, 상기 제1 필터 측 영역을 제1 영역으로 하고, 상기 제1 필터와는 반대 측의 영역을 제2 영역으로 하며,
    상기 래더형 탄성파 필터에 포함되는 모든 병렬암 공진자를 병렬암 회로, 모든 직렬암 공진자를 직렬암 회로로 하고, 상기 종결합형 탄성파 필터에 포함되는 모든 종결합 공진자를 종결합 회로로 하며,
    상기 제1 영역 및 상기 제2 영역에서 상기 병렬암 회로 혹은 상기 종결합 회로에 포함되는 탄성파 공진자가 형성되는 영역의 면적을 각각 제1 면적 및 제2 면적으로 하면,
    상기 제2 면적 쪽이 상기 제1 면적보다도 큰, 탄성파 장치.
  2. 실장 기판과,
    상기 실장 기판 상에 배치되고 제1 통과 대역을 가지는 제1 필터와,
    상기 실장 기판 상에서 상기 제1 필터에 대하여 제1 방향으로 인접하여 배치되고 상기 제1 통과 대역보다도 높은 제2 통과 대역을 가지는 제2 필터와,
    상기 실장 기판 상에서 상기 제1 필터 및 상기 제2 필터를 봉지(封止)하는 수지층과,
    상기 수지층을 덮는 도전체층을 포함하며,
    상기 제1 필터 및 상기 제2 필터 각각은
    압전성 기판과,
    상기 압전성 기판 상에 배치된 탄성파 공진자를 포함하고,
    상기 제1 필터는 상기 도전체층에 접하며,
    상기 제2 필터는 상기 도전체층과는 접하지 않고,
    상기 제2 필터는 적어도 하나의 병렬암(parallel arm) 공진자 및 적어도 하나의 직렬암(serial arm) 공진자를 포함하는 래더(ladder)형 탄성파 필터, 또는 적어도 하나의 종결합 공진자를 포함하는 종결합형 탄성파 필터이며,
    상기 제2 필터의 압전성 기판의 상기 제1 방향의 열 저항값은 상기 제1 필터의 압전성 기판의 상기 제1 방향의 열 저항값보다도 크고,
    상기 제2 필터는 상기 제2 필터의 압전성 기판의 온도가 상승하면 통과 대역이 높아지는 특성을 가지며,
    상기 제2 필터의 압전성 기판에서 상기 제1 방향에 직교하면서 상기 압전성 기판의 중심을 지나는 가상선에 대하여, 상기 제1 필터 측 영역을 제1 영역으로 하고, 상기 제1 필터와는 반대 측의 영역을 제2 영역으로 하며,
    상기 래더형 탄성파 필터에 포함되는 모든 병렬암 공진자를 병렬암 회로, 모든 직렬암 공진자를 직렬암 회로로 하고, 상기 종결합형 탄성파 필터에 포함되는 모든 종결합 공진자를 종결합 회로로 하며,
    상기 제1 영역 및 상기 제2 영역에서 상기 병렬암 회로 혹은 상기 종결합 회로에 포함되는 탄성파 공진자가 형성되는 영역의 면적을 각각 제1 면적 및 제2 면적으로 하면,
    상기 제1 면적 쪽이 상기 제2 면적보다도 큰, 탄성파 장치.
  3. 실장 기판과,
    상기 실장 기판 상에 배치되고 제1 통과 대역을 가지는 제1 필터와,
    상기 실장 기판 상에서 상기 제1 필터에 대하여 제1 방향으로 인접하여 배치되고 상기 제1 통과 대역보다도 낮은 제2 통과 대역을 가지는 제2 필터와,
    상기 실장 기판 상에서 상기 제1 필터 및 상기 제2 필터를 봉지(封止)하는 수지층과,
    상기 수지층을 덮는 도전체층을 포함하고,
    상기 제1 필터 및 상기 제2 필터 각각은
    압전성 기판과,
    상기 압전성 기판 상에 배치된 탄성파 공진자를 포함하고,
    상기 제1 필터는 상기 도전체층에 접하며,
    상기 제2 필터는 상기 도전체층과는 접하지 않고,
    상기 제2 필터는 적어도 하나의 병렬암(parallel arm) 공진자 및 적어도 하나의 직렬암(serial arm) 공진자를 포함하는 래더(ladder)형 탄성파 필터, 또는 적어도 하나의 종결합 공진자를 포함하는 종결합형 탄성파 필터이며,
    상기 제2 필터의 압전성 기판의 상기 제1 방향의 열 저항값은 상기 제1 필터의 압전성 기판의 상기 제1 방향의 열 저항값보다도 크고,
    상기 제2 필터는 상기 제2 필터의 압전성 기판의 온도가 상승하면 통과 대역이 높아지는 특성을 가지며,
    상기 제2 필터의 압전성 기판에서 상기 제1 방향에 직교하면서 상기 압전성 기판의 중심을 지나는 가상선에 대하여, 상기 제1 필터 측 영역을 제1 영역으로 하고, 상기 제1 필터와는 반대 측의 영역을 제2 영역으로 하며,
    상기 래더형 탄성파 필터에 포함되는 모든 병렬암 공진자를 병렬암 회로, 모든 직렬암 공진자를 직렬암 회로로 하고, 상기 종결합형 탄성파 필터에 포함되는 모든 종결합 공진자를 종결합 회로로 하며,
    상기 제1 영역 및 상기 제2 영역에서 상기 직렬암 회로 혹은 상기 종결합 회로에 포함되는 탄성파 공진자가 형성되는 영역의 면적을 각각 제3 면적 및 제4 면적으로 하면,
    상기 제4 면적 쪽이 상기 제3 면적보다도 큰, 탄성파 장치.
  4. 실장 기판과,
    상기 실장 기판 상에 배치되고 제1 통과 대역을 가지는 제1 필터와,
    상기 실장 기판 상에서 상기 제1 필터에 대하여 제1 방향으로 인접하여 배치되고 상기 제1 통과 대역보다도 낮은 제2 통과 대역을 가지는 제2 필터와,
    상기 실장 기판 상에서 상기 제1 필터 및 상기 제2 필터를 봉지(封止)하는 수지층과,
    상기 수지층을 덮는 도전체층을 포함하며,
    상기 제1 필터 및 상기 제2 필터 각각은
    압전성 기판과,
    상기 압전성 기판 상에 배치된 탄성파 공진자를 포함하고,
    상기 제1 필터는 상기 도전체층에 접하며,
    상기 제2 필터는 상기 도전체층과는 접하지 않고,
    상기 제2 필터는 적어도 하나의 병렬암(parallel arm) 공진자 및 적어도 하나의 직렬암(serial arm) 공진자를 포함하는 래더(ladder)형 탄성파 필터, 또는 적어도 하나의 종결합 공진자를 포함하는 종결합형 탄성파 필터이며,
    상기 제2 필터의 압전성 기판의 상기 제1 방향의 열 저항값은 상기 제1 필터의 압전성 기판의 상기 제1 방향의 열 저항값보다도 크고,
    상기 제2 필터는 상기 제2 필터의 압전성 기판의 온도가 상승하면 통과 대역이 저하되는 특성을 가지며,
    상기 제2 필터의 압전성 기판에서 상기 제1 방향에 직교하면서 상기 압전성 기판의 중심을 지나는 가상선에 대하여, 상기 제1 필터 측 영역을 제1 영역으로 하고, 상기 제1 필터와는 반대 측의 영역을 제2 영역으로 하며,
    상기 래더형 탄성파 필터에 포함되는 모든 병렬암 공진자를 병렬암 회로, 모든 직렬암 공진자를 직렬암 회로로 하고, 상기 종결합형 탄성파 필터에 포함되는 모든 종결합 공진자를 종결합 회로로 하며,
    상기 제1 영역 및 상기 제2 영역에서 상기 직렬암 회로 혹은 상기 종결합 회로에 포함되는 탄성파 공진자가 형성되는 영역의 면적을 각각 제3 면적 및 제4 면적으로 하면,
    상기 제3 면적 쪽이 상기 제4 면적보다도 큰, 탄성파 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 필터의 압전성 기판은 실리콘인, 탄성파 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 필터에 포함되는 탄성파 공진자는 IDT(Interdigital Transducer) 전극을 포함하는, 탄성파 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄성파 장치는 상기 제1 필터 및 상기 제2 필터가 공통 단자에 접속된 멀티플렉서이며,
    상기 제1 필터는 상기 공통 단자를 통해 신호를 송신하는 송신용 필터로서 기능하고,
    상기 제2 필터는 상기 공통 단자에서 수신한 신호를 수신하는 수신용 필터로서 기능하는, 탄성파 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도전체층은 금속 재료로 형성되는, 탄성파 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 도전체층은 접지 전위를 가지는, 탄성파 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 필터는 상기 제2 필터의 압전성 기판과 상기 실장 기판 사이에 배치된 커버층을 포함하고, 상기 압전성 기판과 상기 커버층 사이에 중공(中空) 공간이 형성되며,
    상기 제2 필터에 포함되는 탄성파 공진자는 상기 중공 공간에서 상기 제2 필터의 압전성 기판 상에 배치되는, 탄성파 장치.
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