WO2013180003A1

WO2013180003A1 - 高周波モジュール

Info

Publication number: WO2013180003A1
Application number: PCT/JP2013/064344
Authority: WO
Inventors: 大輔 ▲徳▼田
Original assignee: 株式会社村田製作所
Priority date: 2012-06-01
Filing date: 2013-05-23
Publication date: 2013-12-05
Also published as: US20150070107A1; US9692388B2

Abstract

　小型化及び低コスト化を図り得る高周波モジュールを提供する。　薄膜プロセスにより形成されたインダクタ及び薄膜プロセスにより形成されたコンデンサを有するＬＣフィルタ２と、ＬＣフィルタ２に直列に接続されており、ＬＣフィルタ２の通過帯域外に共振周波数を有するトラップフィルタとして圧電共振子３が接続されている、高周波モジュール１。

Description

高周波モジュール

　本発明は、帯域通過型フィルタにトラップフィルタが接続されている高周波モジュールに関する。

　従来、携帯電話機などの移動体通信機器では、所望とする周波数特性を得るために様々なフィルタ回路が用いられている。また、携帯電話機では、小型化が強く求められている。従って、上記フィルタ回路を構成する部品として、弾性表面波フィルタを含む様々な圧電フィルタが広く用いられている。例えば、下記の特許文献１には、弾性表面波フィルタからなるフィルタ装置が開示されている。

　従来、この種のフィルタ装置では、弾性表面波フィルタなどの圧電フィルタからなるバンドパスフィルタの帯域幅を広げるために、外付けのＬＣチップを接続する方法が知られている。

特開２００３－５１７３１号公報

　しかしながら、圧電フィルタにＬＣチップが外付けした構造では、フィルタ装置の大型化及び高コスト化を招くという問題があった。

　本発明の目的は、小型化及び低コスト化を図り得る、高周波モジュールを提供することにある。

　本発明に係る高周波モジュールは、帯域通過型のＬＣフィルタと、圧電共振子とを有する。ＬＣフィルタは、薄膜プロセスにより形成されたインダクタ及び薄膜プロセスにより形成されたコンデンサを有する、帯域通過型のＬＣフィルタである。また上記圧電共振子は、ＬＣフィルタに接続されており、該ＬＣフィルタの通過帯域外に共振周波数または反共振周波数を有する。

　本発明に係る高周波モジュールのある特定の局面では、圧電共振子がＬＣフィルタに一体化されている。従って、高周波モジュールのより一層の小型化及び低コスト化を図ることができる。

　本発明に係る高周波モジュールの他の特定の局面では、圧電共振子が上記ＬＣフィルタに積層されている。従って、高周波モジュールの実装スペースを低減することができる。

　本発明に係る高周波モジュールの他の特定の局面では、圧電共振子が弾性境界波素子からなる。弾性境界波素子の場合、弾性表面波素子と異なり、振動を妨げないための空間を必要としない。この場合には、圧電体のｔａｎδが小さいので、周波数特性を改善し得る。また、高周波モジュールの小型化を効果的に図ることができる。

　本発明に係る高周波モジュールによれば、帯域通過型のＬＣフィルタは、薄膜プロセスにより形成されたインダクタ及びコンデンサを有するため、小型化を図り得る。さらに、帯域通過型のＬＣフィルタにトラップフィルタとしての圧電共振子が接続されている構成を有するため、高周波モジュールの小型化及び低コスト化を果たすことが可能となる。

図１は、本発明の一実施形態に係る高周波モジュールの略図的正面断面図である。図２（ａ）及び図２（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る高周波モジュールにおけるＬＣフィルタの要部を示す模式的平面図及び図２（ａ）中のＢ－Ｂ線に沿う部分の部分拡大断面図である。図３は、本発明の一実施形態に係る高周波モジュールの等価回路を示す図である。図４は、ＬＣフィルタの通過特性及び反射特性を示す図である。図５は、本発明の一実施形態に係る高周波モジュールの通過特性及び反射特性を示す図である。図６は、本発明で用いられる圧電共振子としての弾性境界波素子を示す模式的正面断面図である。

　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、本発明の一実施形態に係る高周波モジュールの略図的正面断面図である。高周波モジュール１は、帯域通過型のＬＣフィルタ２を有する。ＬＣフィルタ２上に、圧電共振子３が積層されている。本実施形態では、圧電共振子３は、弾性境界波素子からなる。上記ＬＣフィルタ２に積層されて圧電共振子３がＬＣフィルタ２に一体化されている。上記ＬＣフィルタ２の側面及び上面と、圧電共振子３の側面及び上面とを覆うように樹脂モールド層４が形成されている。樹脂モールド層４は、合成樹脂からなる。

　樹脂モールド層４の下面には、外部と電気的に接続するための端子電極５，６が形成されている。端子電極５，６はボンディングワイヤー７，８によりＬＣフィルタ２に電気的に接続されている。また、端子電極５，６は、ボンディングワイヤー９，１０により圧電共振子３に接続されている。それによって、圧電共振子３が後述するように、ＬＣフィルタ２に直列に接続されている。圧電共振子３の共振周波数は、減衰量を大きくしたい位置にある。従って、圧電共振子３の共振周波数は、ＬＣフィルタ２の通過帯域外にある。なお、圧電共振子３は並列に接続されていてもよい。

　高周波モジュール１の特徴は、ＬＣフィルタ２が薄膜プロセスにより形成されたインダクタ及び薄膜プロセスにより形成されたコンデンサを有すること、並びに圧電共振子３がＬＣフィルタ２の通過帯域外の共振周波数または反共振周波数を有していることにある。

　図２（ａ）は、上記ＬＣフィルタ２におけるインダクタ及びコンデンサ構成部分を説明するための模式的平面図である。ＬＣフィルタ２は、薄膜プロセスにより形成されている。図２（ａ）に示すように、ＬＣフィルタ２では、コイルパターンを薄膜プロセスにより形成することにより、インダクタＬが構成されている。図２（ａ）では、薄膜プロセスにより形成された積層体中の異なる層に跨って形成されているコイルパターンが略図的に示されている。

　また、ＬＣフィルタ２では、コンデンサＣが同様に薄膜プロセスにより形成されている。図２（ｂ）に示すように、コンデンサＣが構成されている部分では、薄膜プロセスにより形成された第１の電極１１と第２の電極１２とが薄膜プロセスにより形成された誘電体膜１３を介して重なり合っている。それによって、コンデンサＣが構成されている。

　他方、図２（ｂ）に示すように、インダクタＬを構成するコイルパターンは、コイルパターン上の導体１４により構成されている。なお、誘電体膜１３は、コイルパターンを構成している導体１４も覆うように形成されている。上記第１の電極１１、第２の電極１２及び導体１４は、適宜の金属もしくは合金からなる。また、誘電体膜１３については、適宜の誘電体を薄膜プロセスにより形成することにより構成されている。図２（ｂ）では、絶縁層１５上に、上記コンデンサＣ及びインダクタＬを構成する部分の一部が部分拡大断面図で示されている。実際には、絶縁層１５の下方に、さらに導体１４がコイル状に連なるように複数の絶縁層及び複数の絶縁層間に形成された導体が設けられている。上記のように、ＬＣフィルタ２は、上述した周知の薄膜プロセスを用いて形成されている。このような薄膜プロセスとしては、蒸着、スパッタリング、めっき等を挙げることができる。

　上記圧電共振子３として用いられる弾性境界波素子の構造は、特に限定されるものではない。図６は、本実施形態における弾性境界波素子の一例を示す模式的正面断面図である。ここでは、圧電体層２１上に弾性境界波を閉じ込める固体層２２が積層されている。固体層２２は、ＳｉＯ_２などの誘電体からなる。圧電体層２１と固体層２２との間にＩＤＴ電極２３及び反射器２４，２５が形成されている。

　圧電共振子３が弾性境界波素子からなる場合、振動を妨げないための空間を必要としない。従って、図１の高周波モジュール１では低背化及び小型化をより一層進めることができる。もっとも、高周波モジュール１では、ＬＣフィルタ２に圧電共振子３が積層されて一体化されているため、弾性境界波素子以外の圧電共振子３を用いた場合においても、小型化及び低コスト化を図り得る。

　ここで、従来のＬＣチップを圧電フィルタに外付け接続した構造では、圧電フィルタからなるバンドパスフィルタが弾性表面波フィルタである場合、その寸法が比較的大きい。また、ＬＣチップの寸法も比較的大きい。従って、フィルタ装置の大型化を招く。また、弾性表面波フィルタなどからなるバンドパスフィルタのコストも高くつく。

　これに対して、本実施形態の高周波モジュールでは、薄膜プロセスにより形成されたインダクタ及びコンデンサを有するＬＣフィルタをバンドパスフィルタとして用いている。従って、その寸法は弾性表面波フィルタからなるバンドパスフィルタに比べて非常に小さい。このような小さいＬＣフィルタ２により通過帯域を確保することができる。そして、減衰量が大きく求められている部分は、圧電共振子３をトラップフィルタとして用いることによって、大きな減衰量が確保される。このようなトラップフィルタとして用いられる圧電共振子３は、小型で良いため、それによっても高周波モジュール１の小型化を図ることができる。よって、高周波モジュール１では、低コスト化及び小型化を図ることができる。

　図３は、上記実施形態の高周波モジュール１の等価回路を示す図である。図３に示すように、ＬＣフィルタ２は、入力端子２ａと出力端子２ｂとを有する。入力端子２ａと出力端子２ｂとを結ぶ直列腕にコンデンサＣ１，コンデンサＣ２が設けられている。コンデンサＣ１とコンデンサＣ２とは直列に接続されている。また、直列腕とグラウンド電位間の並列腕に、インダクタＬ１～Ｌ３が接続されている。すなわち、入力端子２ａとグラウンド電位との間にインダクタＬ１が接続されている。また、コンデンサＣ１とコンデンサＣ２との間の接続点とグラウンド電位との間にインダクタＬ２が接続されている。さらに出力端子２ｂとグラウンド電位との間にインダクタＬ３が接続されている。

　他方、入力端子２ａとグラウンド電位との間には、コンデンサＣ４が接続されている。さらに、コンデンサＣ１とコンデンサＣ２との間の接続点とグラウンド電位との間にコンデンサＣ５が接続されている。出力端子２ｂとグラウンド電位との間にコンデンサＣ６が接続されている。また、入力端子２ａと出力端子２ｂとの間において、上記直列腕に並列にコンデンサＣ７が接続されている。このようにして、ＬＣフィルタ２が構成されている。

　もっとも、本発明において、ＬＣフィルタ２の回路構成は、図３に示すものに限定されない。すなわち、所望とする通過帯域に応じて、適宜の回路構成のＬＣフィルタを用いることができる。

　圧電共振子３は、図３に示すように、ＬＣフィルタ２に直列に接続されている。ここでは、圧電共振子３の等価回路が示されている。この等価回路では、信号が流れる直列腕とグラウンド電位との間に、コンデンサＣ１１，Ｃ１２、インダクタＬ１３及びインダクタＬ１４が接続されている。より具体的には、コンデンサＣ１１は、コンデンサＣ１２とインダクタＬ１３との直列接続部分に並列に接続されている。インダクタＬ１４は、ワイヤーによるインダクタンス分を表している。

　なお、圧電共振子３の回路は、図３に示す構成に限定されるものではない。

　図４は、上記ＬＣフィルタ２の通過特性及び反射特性を示す図である。実線が通過特性、破線が反射特性を示す。

　また、図５は、上記ＬＣフィルタ２に圧電共振子３を直列に接続してなる本実施形態の高周波モジュール１の通過特性及び反射特性を示す。実線が通過特性、破線が反射特性を示す。

　図４及び図５に示す周波数特性は、ＬＣフィルタ２及び圧電共振子３を以下の仕様で構成した場合の特性である。ここで、Ｃ１＝１．０ｐＦ、Ｃ２＝１．０ｐＦ、Ｃ４＝３．１ｐＦ、Ｃ５＝３．０ｐＦ、Ｃ６＝３．１ｐＦ、Ｃ７＝０．４ｐＦ。Ｌ１＝０．７ｎＨ、Ｌ２＝０．７ｎＨ、Ｌ３＝０．７ｎＨ、Ｃ１１＝０．７５ｐＦ、Ｃ１２＝０．１３ｐＦ、Ｌ１３＝４１ｎＨ、Ｌ１４＝１ｎＨ、である。

　図４から明らかなように、ＬＣフィルタ２の通過帯域は、２．４～３．０ＧＨｚ帯である。

　図４と図５とを対比すれば明らかなように、圧電共振子３の接続により、通過帯域低域側における減衰量、すなわち２．１７ＧＨｚ付近の減衰量が非常に大きくされていることがわかる。本実施形態では、圧電共振子３の共振周波数が２．１７ＧＨｚ付近に存在する。従って、この部分においてトラップが形成され、高周波モジュール１の周波数特性の改善が図られている。また、圧電共振子がＬＣフィルタに並列に接続されている場合は、減衰量を確保したい帯域に該圧電共振子の反共振周波数を設定すればよい。

　上述した実施形態では、ＬＣフィルタ２に圧電共振子３が積層され一体化されていた。しかしながら、本発明においては、圧電共振子３は、ＬＣフィルタ２の上面に積層されている必要は必ずしもない。ＬＣフィルタ２の側方に圧電共振子３が配置されて樹脂モールド層４により一体化されていてもよい。その場合においても、ＬＣフィルタ２が薄膜プロセスにより形成されているため、低背化を進めることができる。また、上記実施形態と同様に低コスト化を図り得る。従って、低コスト化及び小型化を図り得る。

　もっとも、上記実施形態のように、圧電共振子３がＬＣフィルタ２に積層されていることが望ましい。圧電共振子３は圧電体層を有する。この圧電体層のｔａｎδは、樹脂モールド層４のｔａｎδよりも遥かに小さい。例えば、圧電体層がＬｉＮｂＯ_３の場合にｔａｎδは０．０００６程度である。他方、樹脂モールド層４は、例えばエポキシ樹脂のような合成樹脂の場合、ｔａｎδは０．０１程度である。よって、ｔａｎδが圧電体層では非常に小さいため、圧電共振子３がＬＣフィルタ２に積層されていると、ＬＣフィルタ２の周波数特性を改善することができる。従って、好ましくは、圧電共振子３として、弾性境界波素子を用い、該弾性境界波素子と圧電体層がＬＣフィルタ２の直上に位置するように圧電共振子３がＬＣフィルタ２に直接積層されていることが望ましい。

　もっとも、本発明において、圧電共振子３は、弾性境界波素子に限らず、他の圧電共振子を用いて構成してもよい。その場合においても、圧電体層がＬＣフィルタ上に積層されていることが上記理由により好ましい。

　圧電共振子３は、上記のようにトラップフィルタとして用いられるものであるため、ＬＣチップに比べて小型であり、安価に構成することができる。よって、弾性境界波素子以外の圧電共振子を用いた場合においても、高周波モジュール１の小型化及び低コスト化を果たし得る。

　なお、上記実施形態では、樹脂モールド層４を用いたが、樹脂モールド層４を設けずともよい。

１…高周波モジュール
２…ＬＣフィルタ
２ａ…入力端子
２ｂ…出力端子
３…圧電共振子
４…樹脂モールド層
５，６…端子電極
７～１０…ボンディングワイヤー
１１…第１の電極
１２…第２の電極
１３…誘電体膜
１４…導体
１５…絶縁層
２１…圧電体層
２２…固体層
２３…ＩＤＴ電極
２４，２５…反射器

Claims

　薄膜プロセスにより形成されたインダクタ及び薄膜プロセスにより形成されたコンデンサを有する帯域通過型のＬＣフィルタと、
　前記ＬＣフィルタに接続されており、前記ＬＣフィルタの通過帯域外に共振周波数または反共振周波数を有する圧電共振子とを備える、高周波モジュール。
　前記圧電共振子が前記ＬＣフィルタに一体化されている、請求項１に記載の高周波モジュール。
　前記圧電共振子が前記ＬＣフィルタに積層されている、請求項２に記載の高周波モジュール。
　前記圧電共振子が弾性境界波素子からなる、請求項１～３のいずれか１項に記載の高周波モジュール。