WO2014050219A1 - 弾性波フィルタ装置及びデュプレクサ - Google Patents

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Abstract

 ラダー型回路構成を有し、より一層の小型化を図り得る弾性波フィルタ装置を提供する。 パッケージ基板11上に弾性波フィルタチップ12が搭載されており、複数の直列腕共振子及び複数の並列腕共振子を有するラダー型回路が構成されており、少なくとも1つの直列腕共振子に並列に接続された第1のインダクタンスL1と、少なくとも1つの並列腕共振子とグラウンド電位との間に接続される第2のインダクタンスL2とが備えられており、第1のインダクタンスL1及び第2のインダクタンスL2がパッケージ基板11内に設けられており、かつ減衰極の周波数位置を移動させるように第1のインダクタンスL1が第2のインダクタンスL2と磁気結合されている、弾性波フィルタ装置1。

Description

弾性波フィルタ装置及びデュプレクサ
 本発明は、パッケージ基板上に弾性波フィルタチップが搭載されている弾性波フィルタ装置に関し、より詳細には、ラダー型回路構成を有する弾性波フィルタ装置及び該弾性波フィルタ装置を備えたデュプレクサに関する。
 従来、バンドパスフィルタとして、ラダー型回路構成の弾性波フィルタ装置が広く用いられている。例えば下記の特許文献1には、携帯電話機のデュプレクサの送信フィルタとして用いられる弾性波フィルタ装置が開示されている。この弾性波フィルタ装置は、複数の直列腕共振子と、複数の並列腕共振子とを有する。特許文献1では、一部の直列腕共振子に並列に橋絡インダクタンスが接続されている。他方、並列腕共振子とグラウンド電位との間に、通過帯域を広げるためのインダクタンスが接続されている。
特開2010-109694号公報
 特許文献1に記載の弾性波フィルタ装置では、橋絡インダクタンスにより通過帯域外の特定の周波数域における減衰量の拡大が図られている。また、並列腕共振子とグラウンド電位との間に接続されているインダクタンスにより広帯域化が図られている。
 上記橋絡インダクタンスや並列腕共振子に接続されているインダクタンスは、コイル状の導体パターンを用いて形成されている。また、インダクタンス比が比較的大きいため、比較的大きなコイル状導体を必要としていた。そのため、弾性波フィルタチップではなくパッケージ材、例えばパッケージ基板にインダクタンスが形成されている。しかしながら、そのような比較的大きなコイル導体を形成しなければならないため、弾性波フィルタ装置を構成するパッケージが大型化するという問題があった。
 本発明の目的は、直列腕共振子及び並列腕共振子に接続されているインダクタンスを有するラダー型回路構成の弾性波フィルタ装置であって、より一層の小型化を図ることができる弾性波フィルタ装置及び該弾性波フィルタ装置を有するデュプレクサを提供することにある。
 本発明に係る弾性波フィルタ装置は、パッケージ基板と、パッケージ基板上に搭載された弾性波フィルタチップとを備える。弾性波フィルタチップは、複数の直列腕共振子及び複数の並列腕共振子を有するラダー型回路を構成している。また、本発明では、少なくとも1つの直列腕共振子に並列に接続された第1のインダクタンスと、少なくとも1つの並列腕共振子とグラウンド電位との間に接続されている第2のインダクタンスとがさらに備えられている。第1のインダクタンス及び第2のインダクタンスはパッケージ基板内に設けられている。また、弾性波フィルタ装置のフィルタ特性における減衰極の周波数位置を移動させるように、第1のインダクタンスが第2のインダクタンスと磁気結合されている。
 本発明に係る弾性波フィルタ装置のある特定の局面では、通過帯域の低域側にある減衰極の周波数位置を低域側に移動させるように、前記第1のインダクタンスと第2のインダクタンスとが磁気結合されている。
 本発明に係る弾性波フィルタ装置の他の特定の局面では、前記パッケージ基板内において、前記第1のインダクタンスと前記第2のインダクタンスとが、間に他の電極パターンが存在しないように配置されている。
 本発明に係る弾性波フィルタ装置のさらに他の特定の局面では、前記第1のインダクタンスと前記第2のインダクタンスとが前記パッケージ基板内において、パッケージ基板の厚み方向において隔てられて設けられている。
 本発明に係る弾性波フィルタ装置のさらに別の特定の局面では、前記第1のインダクタンスと前記第2のインダクタンスとが前記パッケージ基板の厚み方向において少なくとも一部において重なり合っている。
 本発明に係る弾性波フィルタ装置のさらに別の特定の局面では、前記第1のインダクタンス及び前記第2のインダクタンスのうち少なくとも一方がコイル導体部を有する。
 本発明に係るデュプレクサは、第1の通過帯域を有する第1のフィルタと、前記第1の通過帯域と異なる通過帯域である第2の通過帯域を形成する第2のフィルタとを備えるデュプレクサであって、前記第1及び第2のフィルタのうちの少なくとも一方のフィルタが本発明に従って構成されている弾性波フィルタ装置からなる。
 第1のインダクタンス及び第2のインダクタンスがパッケージ基板内に設けられており、かつ減衰極の周波数位置を移動させるように第1のインダクタンスが第2のインダクタンスと磁気結合されているため、弾性波フィルタ装置のより一層の小型化を図ることができる。
図1は、本発明の一実施形態に係る弾性波フィルタ装置の回路図である。 図2は、本発明の一実施形態に係る弾性波フィルタ装置の構造を示す略図的正面断面図である。 図3は、本発明の一実施形態に係るデュプレクサに用いられるパッケージ基板の上面の電極構造を示す模式的平面図である。 図4は、本発明の一実施形態に係るデュプレクサに用いられるパッケージ基板の中間層の電極構造を示す模式的平面図である。 図5は、本発明の一実施形態に係るデュプレクサに用いられるパッケージ基板の下面の電極構造を示す模式的平面図である。 図6は、比較例及び比較例と橋絡インダクタンスの値が同じ実施形態の減衰量周波数特性を示す図である。 図7は、比較例及び比較例と減衰極の位置がほぼ同じ周波数位置である実施形態の減衰量周波数特性を示す図である。 図8は、図6の本発明の一実施形態において、第1及び第2のインダクタンスの磁気結合の結合係数Kを変えた場合における、実施形態の減衰量周波数特性を示す図である。 図9は、平面視して互いに重ならない場合の第1及び第2のインダクタンスの磁気結合を示す模式図である。 図10は、平面視して互いに重なる場合の第1及び第2のインダクタンスの磁気結合を示す模式図である。 図11は、本発明の他の実施形態で用いられるパッケージ基板を示す略図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弾性波フィルタ装置の回路図である。
 弾性波フィルタ装置1は、入力端子2と出力端子3とを有する。入力端子2と出力端子3とを結ぶ線路が直列腕である。この直列腕において、複数の直列腕共振子S1~S4が互いに直列に接続されている。
 出力端子3に最も近い直列腕共振子S4に並列に第1のインダクタンスL1が接続されている。第1のインダクタンスL1は、いわゆる橋絡インダクタンスである。橋絡インダクタンスは、弾性波フィルタ装置1の減衰域の特定の周波数における減衰量を拡大するように作用する。橋絡インダクタンスである第1のインダクタンスL1のインダクタンス値を調整することにより、この特定の周波数帯域の周波数域を調整することができる。
 入力端子2と直列腕共振子S1との間、及び直列腕共振子S4と出力端子3との間にインダクタンスL3,L3が接続されている。
 他方、直列腕とグラウンド電位とを結ぶように複数の並列腕4~6が設けられている。複数の並列腕4~6は、それぞれ、並列腕共振子P1~P3を有する。また、各並列腕4,5,6において、並列腕共振子P1,P2またはP3に直列に第2のインダクタンスL2が接続されている。すなわち、並列腕共振子P1~P3のグラウンド電位側端部とグラウンド電位との間に第2のインダクタンスL2が接続されている。第2のインダクタンスL2は、低域側の減衰極の周波数位置を調整するために設けられている。より具体的には、並列腕共振子P1~P3に第2のインダクタンスL2を接続することにより、並列腕共振子P1~P3の共振周波数を低域側に移動させることができる。従って、ラダー型回路構成の弾性波フィルタ装置1の通過帯域低域側の減衰極を低めるように帯域幅を調整することが可能となる。
 図2は、弾性波フィルタ装置1を有するデュプレクサ60の略図的正面断面図である。本実施形態のデュプレクサ60では、上記弾性波フィルタ装置1からなる送信フィルタと、受信フィルタとが一体に構成されている。受信フィルタの通過帯域は、弾性波フィルタ装置1からなる送信フィルタの通過帯域と異なっている。
 本実施形態ではパッケージ基板11が送信フィルタと受信フィルタとで共通化されている。弾性波フィルタ装置1が構成されている部分においては、パッケージ基板11上に、弾性波フィルタチップ12が実装されている。パッケージ基板11は、絶縁性セラミックスなどの適宜の絶縁材料からなる。パッケージ基板11内に、第1のインダクタンスL1と第2のインダクタンスL2とが構成されている。第1のインダクタンスL1及び第2のインダクタンスL2は、コイル状導体により形成されている。もっとも、ミアンダ状などの他の形状の導体によりインダクタンスL1,L2が形成されてもよい。
 本実施形態では、第1のインダクタンスL1と第2のインダクタンスL2は、パッケージ基板11内において基板の主面に沿う方向と平行な方向、すなわち図2に示すように横方向に隔てられて配置されている。
 前述したように、本実施形態では、図1に示した並列腕共振子P3に接続されている第2のインダクタンスL2が、第1のインダクタンスL1と磁気結合されている。より具体的には、図2に破線の矢印Mで示すように、第1のインダクタンスL1と、上記第2のインダクタンスL2が磁気結合されている。この磁気結合は、第1のインダクタンスL1と第2のインダクタンスL2とを磁気結合するように近接させることで達成し得る。そして、磁気結合の程度は、両者の距離により調整することができる。
 また、第1のインダクタンスL1と第2のインダクタンスL2とは間に他の導体パターンを有しないように配置されている。従って、第1,第2のインダクタンスL1,L2の磁気結合の程度を容易に調整することができる。
 パッケージ基板11の下面には、外部端子13,14が設けられている。外部端子13,14は、上記弾性波フィルタ装置1を外部と電気的に接続するための端子である。
 他方、パッケージ基板11の上面には、電極ランド15,16が形成されている。図2では電極ランド15,16のみを図示しているが、他の複数の電極ランドがパッケージ基板11上に設けられている。
 弾性波フィルタチップ12は、フリップチップボンディング工法により、電極ランド15,16に接合されている。すなわち、弾性波フィルタチップ12は、バンプ17,18により、電極ランド15,16に接合されている。弾性波フィルタチップ12は、圧電基板19と、圧電基板19の下面に設けられた電極20とを有する。電極20は、前述した直列腕共振子S1~S4及び並列腕共振子P1~P3並びにこれらを接続する配線部分を含む。もっとも、図1に示した第1のインダクタンスL1及び第2のインダクタンスL2は、前述したように、パッケージ基板11内に構成されている。従って、弾性波フィルタチップ12の大型化は招かない。
 加えて、本実施形態では、パッケージ基板11内において、上記第1のインダクタンスL1と、図1に示した並列腕共振子P3に接続されている第2のインダクタンスL2が磁気結合されている。それによって、パッケージ基板11の小型化も図り得る。
 図2の左側部分では、受信フィルタを構成する弾性波フィルタチップ61がバンプ62によりフリップチップボンディング工法により搭載されている。この受信フィルタは、縦結合共振子型の弾性表面波フィルタからなる。受信フィルタの通過帯域は、送信フィルタを構成している弾性波フィルタ装置1の通過帯域よりも低域側に存在する。前述の第1のインダクタンスL1、すなわち橋絡インダクタンスは、この受信フィルタの通過帯域における減衰量を拡大するために設けられている。より具体的には、第1のインダクタンスL1の接続により、受信フィルタの通過帯域に減衰極が形成される。この減衰極の位置が、第1のインダクタンスL1の値、さらに後述する磁気結合の程度により調整され得る。
 本実施形態の弾性波フィルタ装置1は、このように、デュプレクサの1つのバンドパスフィルタを構成する用途に好適に用いることができる。なお、弾性波フィルタチップ12を覆うように外装樹脂層21が設けられている。
 図3は、上記パッケージ基板11の上面の電極構造を示す平面図である。図4は、パッケージ基板11の中間層の電極構造を示す平面図である。図5は、パッケージ基板11の下面の電極構造を示す平面図である。
 図3の一点鎖線Aで示す領域内に上記弾性波フィルタチップ12が実装される。また、一点鎖線Bで囲まれた領域に、前記受信フィルタを構成する弾性波フィルタチップ61が搭載される。本実施形態では、上記送信フィルタを構成する弾性波フィルタチップ12を有する弾性波フィルタ装置1に特徴を有する。従って、以下においては、図3の一点鎖線Aで示す領域及びその下方に位置している電極構造を中心に説明することとする。
 一点鎖線Aで示す領域において、パッケージ基板11の上面には、複数の電極ランド15,16,33が形成されている。複数の電極ランド15,16,33は、パッケージ基板11の上面から下方に延びるビアホール電極34,35,36に電気的に接続されている。ここでは、電極ランド15,16は、コイル状導体部31a,32aを有する。コイル状導体部31a,32aは、コイル状導体の一部を構成している平面形状を有している。より具体的には、コイル状導体部31aの端部が、下方に延びるビアホール電極34に電気的に接続されている。同様に、コイル状導体部32aの端部が下方に延びるビアホール電極35に電気的に接続されている。残りの電極ランド33は、それぞれ、下方に延びるビアホール電極36に電気的に接続されている。
 図4に示すように、中間層においては、上記ビアホール電極34の下端に接続されるコイル状導体部41が形成されている。コイル状導体部41とコイル状導体部31aがビアホール電極34により電気的に接続されている。それによって、第1のインダクタンスL1が構成されている。
 同様に、コイル状導体部42が、コイル状導体部32aの下方に配置されている。コイル状導体部42は、ビアホール電極35によりコイル状導体部32aに電気的に接続されている。コイル状導体部32aとコイル状導体部42とにより、第2のインダクタンスL2が構成されている。
 上記のように、本実施形態では、パッケージ基板11内において、第1のインダクタンスL1と第2のインダクタンスL2とが横方向に隔てられて、但し磁気結合し得るように近接されて配置されている。
 この磁気結合の程度は、前述したように、第1,第2のインダクタンスL1,L2間の距離を調整することにより果たし得る。
 図4に示すコイル状導体部41,42は、それぞれ、ビアホール電極44,45に電気的に接続されている。ビアホール電極44は、図5に示す送信端子としての外部端子13に電気的に接続されている。また、ビアホール電極45は、図5に示すグラウンド端子としての外部端子14に電気的に接続されている。
 図3及び図4に示す残りの電極ランド33,37、ビアホール電極36,38、電極層46及びビアホール電極47は、上記送信フィルタ及び受信フィルタを図5に示す残りの外部端子53のいずれかに電気的に接続するために設けられている。
 本実施形態の弾性波フィルタ装置1では、上記のように第1のインダクタンスL1と第2のインダクタンスL2とがパッケージ基板11内において磁気結合されている。そのため、パッケージ基板11の小型化、ひいては弾性波フィルタ装置1の小型化を図ることができる。これを、図6及び図7を参照して説明する。
 図6の実線は、上記実施形態の弾性波フィルタ装置1の減衰量周波数特性を示し、破線は比較例の弾性波フィルタ装置の減衰量周波数特性を示す。なお、第1のインダクタンスL1のインダクタンス値はL1=6nHとした。第2のインダクタンスL2のインダクタンス値はL2=0.7nHとした。この比較例では、第1のインダクタンスL1と第2のインダクタンスL2とが磁気結合されていない。その他の点は、上記実施形態と同様である。本実施形態によれば、第1のインダクタンスL1と第2のインダクタンスL2とが磁気結合している。そのため、比較例では約2300MHzであった通過帯域の低域側にある減衰極の周波数が、本実施形態では約2200MHzとなっている。すなわち、本実施形態では、減衰極がより低い周波数側に移動していることが図6の減衰量周波数特性からわかる。
 図7の実線は、第1のインダクタンスL1の値を4.7nHとした実施形態の弾性波フィルタ装置の減衰量周波数特性を示す。破線は、第1のインダクタンスL1のインダクタンス値が6.0nHである、但し第1,第2のインダクタンスL1,L2が磁気結合されていない比較例の減衰量周波数特性を示す。
 図7から明らかなように、第1のインダクタンスL1のインダクタンス値を小さくした場合、通過帯域の低域側にある減衰極の周波数が本実施形態と比較例とで移動していないことがわかる。
 図6から明らかなように、橋絡インダクタンスの大きさが同じである場合、本実施形態は、比較例に比べ、橋絡インダクタンスによる通過帯域の低域側にある減衰極をより低い周波数位置に移動させ得ることがわかる。すなわち、本実施形態の構成を適応することによって、第1,第2のインダクタンスL1,L2が磁気結合される。それによって、減衰量を拡大させたい帯域をより低い周波数側に移動させ得ることがわかる。
 また、図7から明らかなように、本実施形態の構成を適用することによって、第1のインダクタンスL1の値を小さくしたとしても、橋絡インダクタンスによる通過帯域の低域側にある減衰極の周波数を比較例と同等とすることができる。従って、小型であってインダクタンス値が小さな第1のインダクタンスL1を用いてもフィルタの減衰特性を維持できる。よって、パッケージ基板11の小型化、ひいては弾性波フィルタ装置1の小型化を効果的に図り得ることがわかる。
 図8は、第1のインダクタンスL1の値を6nHと、第2のインダクタンスL2の値を0.7nHとした図6に示した実施形態の弾性波フィルタ装置の減衰量周波数特性を示し、第1のインダクタンスL1と第2のインダクタンスとの結合係数Kの値が、-0.1、0,0.1,0.2及び0.3に変化させた減衰量周波数特性を示す。図8によれば、Kの値が0、即ち磁気結合させない場合に比べ、Kの値が正の値で増加すると、弾性波フィルタ装置の通過帯域の低域側にある減衰極の位置が低周波側に移動し、Kの値が負の値になると、減衰極の位置が高周波側に移動する。従って、本発明の実施形態において、第1のインダクタンスL1と第2のインダクタンスL2とが、インダクタンス値を増加することなく、結合係数Kの値を変更することによって、つまり磁気結合の程度を変更することで、弾性波フィルタ装置1の通過帯域の低周波数側に減衰極の周波数の位置を変更できることが分かる。
 なお、上記実施形態では、パッケージ基板11内において、第1のインダクタンスL1と第2のインダクタンスL2が、パッケージ基板11の主面と平行な方向に隔てられていた。図9に示すように、配置された第1のインダクタンスL1と第2のインダクタンスL2とがパッケージ基板11を平面視する方向で互いに重ならず、平面と平行な方向に隔てられる場合、第1のインダクタンスL1とから発生する紙面下向きの磁束の向きと、第2のインダクタンスL2とから発生する紙面上向きの磁束の向きとが、互いに反対向きとなって磁気結合するときに結合係数Kが正の値となる。なお、磁束の向きが互いに同じ向きで磁気結合するときに結合係数Kが負の値となる。
 図10に示すように、パッケージ基板11内において、第1のインダクタンスL1を構成しているコイル導体と、第2のインダクタンスL2を構成しているコイル導体とが、パッケージ基板11の厚み方向において隔てられていてもよい。この場合、図10に示すように、第1のインダクタンスL1と第2のインダクタンスL2とがパッケージ基板11を平面視した場合、互いに部分的に重なり合うように配置することが望ましい。それによって、第1のインダクタンスL1と第2のインダクタンスL2との互いに重なり合わない面積を減少させることで、磁気結合の程度を強めることもできる。図10の構成では、平面視して互いに重なる部分で、第1のインダクタンスL1と第2のインダクタンスL2とから発生する磁束の向きが互いに同じで、磁気結合するときに結合係数Kが正の値となる。なお、磁束の向きが互いに反対向きで磁気結合するときに結合係数Kが負の値となる。
 また、図11に示す本発明の実施形態の変形例のように、インダクタンスの平面視した重なり合いの程度を変える、または第1のインダクタンスL1と第2のインダクタンスL2とパッケージ基板11の厚み方向の距離を変えることによって、磁気結合の程度を調整することも可能である。パッケージ基板11を平面視した方向において、第1のインダクタンスL1と第2のインダクタンスL2との間に、第1のインダクタンスL1及び第2のインダクタンスL2の少なくとも一部を構成するコイル導体を除くパッケージ基板内に設けられた導体である配線パターンが配置される場合、配線パターンの影響でインダクタンスの磁気結合の程度を弱める影響がある。よって、パッケージ基板11を平面視した方向において、第1のインダクタンスL1と第2のインダクタンスL2との間に、配線パターンが配置されない構成が、磁気結合の程度を強くする点で好ましい。
 なお、上記実施形態では、出力端子3に最も近い並列腕共振子P3に電気的に接続されている第2のインダクタンスL2と第1のインダクタンスL1とが磁気結合されていたが、他の並列腕共振子P1や並列腕共振子P2に接続されている第2のインダクタンスL2に第1のインダクタンスL1を磁気結合させてもよい。また、橋絡インダクタンスである第1のインダクタンスL1の接続位置についても、直列腕共振子S4に限らず、直列腕共振子S1~S3のいずれに並列に接続されていてもよい。
 また、第1のインダクタンスL1は複数のインダクタによって構成されていてもよい。この場合、第1のインダクタンスL1の少なくとも1つが、少なくとも1つの第2のインダクタンスL2と磁気的に結合されればよい。
 また、上記実施形態では、直列腕共振子S1~S4及び並列腕共振子P1~P3は、弾性表面波共振子により構成したが、弾性境界波共振子やバルク弾性波(BAW)共振子により構成してもよい。
1…弾性波フィルタ装置
2…入力端子
3…出力端子
4~6…並列腕
11…パッケージ基板
12…弾性波フィルタチップ
13,14…外部端子
15,16…電極ランド
17,18…バンプ
19…圧電基板
20…電極
21…外装樹脂層
33…電極ランド
31a,32a…コイル状導体部
37…電極ランド
34~36…ビアホール電極
38…ビアホール電極
41,42…コイル状導体部
44,45…ビアホール電極
46…電極層
47…ビアホール電極
53…外部端子
60…デュプレクサ
61…弾性波フィルタチップ
62…バンプ
L1~L3…インダクタンス
P1~P3…並列腕共振子
S1~S4…直列腕共振子

Claims (7)

  1.  パッケージ基板と、
     前記パッケージ基板上に搭載された弾性波フィルタチップとを備え、
     前記弾性波フィルタチップが、複数の直列腕共振子及び複数の並列腕共振子を有するラダー型回路を構成しており、
     少なくとも1つの前記直列腕共振子に並列に接続された第1のインダクタンスと、
     少なくとも1つの前記並列腕共振子とグラウンド電位との間に接続される第2のインダクタンスとがさらに備えられており、
     前記第1のインダクタンス及び第2のインダクタンスが前記パッケージ基板内に設けられており、かつ減衰極の周波数位置を移動させるように前記第1のインダクタンスが前記第2のインダクタンスと、磁気結合されている、弾性波フィルタ装置。
  2.  通過帯域の低域側にある前記減衰極の周波数位置を低域側に移動させるように、前記第1のインダクタンスと第2のインダクタンスとが磁気結合されている、請求項1に記載の弾性波フィルタ装置。
  3.  前記パッケージ基板内において、前記第1のインダクタンスと前記第2のインダクタンスとが、間に他の電極パターンが存在しないように配置されている、請求項1または2に記載の弾性波フィルタ装置。
  4.  前記第1のインダクタンスと前記第2のインダクタンスとが前記パッケージ基板内において、パッケージ基板の厚み方向において隔てられて設けられている、請求項1~3のいずれか1項に記載の弾性波フィルタ装置。
  5.  前記第1のインダクタンスと前記第2のインダクタンスとが前記パッケージ基板の厚み方向において少なくとも一部において重なり合っている、請求項4に記載の弾性波フィルタ装置。
  6.  前記第1のインダクタンス及び前記第2のインダクタンスのうち少なくとも一方がコイル導体部を有する、請求項1~5のいずれか1項に記載の弾性波フィルタ装置。
  7.  第1の通過帯域を有する第1のフィルタと、前記第1の通過帯域と異なる通過帯域である第2の通過帯域を形成する第2のフィルタとを備えるデュプレクサであって、
     前記第1及び第2のフィルタのうちの少なくとも一方のフィルタが請求項1~6のいずれか1項に記載の弾性波フィルタ装置からなる、デュプレクサ。
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