WO2018003837A1 - マルチプレクサ及びその製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a multiplexer having a plurality of filters and a method for manufacturing the same.
- Recent cellular phones are required to support a plurality of frequency bands and a plurality of wireless systems, so-called multiband and multimode, in one terminal. Further, along with the downsizing of mobile phones, there is a demand for further downsizing of modules mounted on mobile phones. Therefore, in order to meet such a demand, a multiplexer is used in which a plurality of filters having different pass bands are connected to one antenna without using a switch.
- an object of the present invention is to provide a multiplexer that can reduce loss in the passband of another filter that constitutes a multiplexer together with one filter, and a method for manufacturing the same.
- a multiplexer includes a first filter disposed on a first path connecting an antenna common terminal and a first terminal, the antenna common terminal and the second terminal, The first filter is disposed on a second path connecting the first filter and the first filter between the first filter and a second filter having a pass band different from that of the first filter, and a common connection point between the first path and the second path.
- a series trap disposed on the path, wherein the series trap has a resonance frequency located in a band different from any of the pass bands of the first and second filters, and It has an anti-resonance frequency located in the passband.
- the impedance of the series trap becomes maximum (ideally infinite).
- the first filter is in a high impedance pseudo-open state as seen from the common connection point.
- the main signal a high-frequency signal that passes through the second filter
- the loss in the pass band of the second filter can be suppressed, so that the loss of the second filter due to the common connection of the first filter and the second filter can be reduced.
- the first filter has a lower passband frequency than the second filter, and the resonance frequency of the series trap is in a band between the passband of the first filter and the passband of the second filter. It may be located.
- the series trap acts as a capacity without being excited. For this reason, deterioration of the filter characteristics of the first filter can be suppressed.
- the resonance frequency of the series trap may be substantially the same as the frequency of the attenuation pole of the second filter.
- the impedance of the series trap is minimum (ideally zero) at the resonance frequency.
- the impedance of the first filter rapidly decreases in the frequency region from the end of the pass band of the second filter to the attenuation pole. That is, in this frequency region, the high frequency signal passing through the second filter is rapidly attenuated.
- the steepness of the attenuation slope can be improved for the filter characteristics of the second filter.
- At least one of the first and second filters and the series trap may include an elastic wave resonator using SAW (Surface Acoustic Wave) and BAW (Bulk Acoustic Wave).
- SAW Surface Acoustic Wave
- BAW Bulk Acoustic Wave
- the multiplexer can be reduced in size and cost.
- an elastic wave resonator using SAW and BAW generally exhibits high Q characteristics, it is possible to reduce loss.
- the at least one of the first and second filters and the series trap includes an acoustic wave resonator using the SAW, and an IDT electrode and a piezoelectric film in which the IDT electrode is disposed on a main surface And a high sonic support substrate having a higher bulk wave sound velocity than the elastic wave sound velocity propagating through the piezoelectric film, and being disposed between the high sound velocity support substrate and the piezoelectric film, and propagating through the piezoelectric film. It is also possible to provide a low-velocity film whose propagating bulk wave velocity is lower than the bulk wave velocity.
- series trap and the second filter may be formed of the same chip.
- the multiplexer includes three or more filters connected to the antenna common terminal and having different passbands including the first and second filters, the resonance frequency of the series trap, and the three or more filters. It may be located in a band different from any of the passbands.
- the present invention can also be realized as a manufacturing method for manufacturing such a multiplexer. That is, in the multiplexer manufacturing method according to one aspect of the present invention, the first filter disposed on the first path connecting the antenna common terminal and the first terminal is formed on the first chip, and the antenna common A second filter disposed on a second path connecting the terminal and the second terminal and having a pass band different from that of the first filter; a common connection point between the first path and the second path; Forming a series trap disposed on the first path between the first filter and the second filter on the second chip, wherein the series trap is a pass band of either the first filter or the second filter. It has a resonance frequency located in a different band and an anti-resonance frequency located in the pass band of the second filter.
- the multiplexer or the like it is possible to reduce the characteristic loss of other filters that constitute the multiplexer together with one filter.
- FIG. 1 is a configuration diagram of a multiplexer according to the embodiment.
- FIG. 2 is a graph schematically showing impedance characteristics of the series trap in the embodiment.
- FIG. 3 is a circuit configuration diagram of the LB band filter in the embodiment.
- FIG. 4 is a plan view and a cross-sectional view schematically showing the resonator according to the embodiment.
- FIG. 5A is a diagram schematically illustrating filter characteristics of the LB band filter and the HB band filter before being commonly connected.
- FIG. 5B is a diagram schematically illustrating filter characteristics of the LB band filter and the HB band filter after they are commonly connected without providing a series trap.
- FIG. 5C is a diagram schematically illustrating the filter characteristics of the LB band filter and the HB band filter after the series trap is provided and commonly connected.
- FIG. 6A is a diagram for explaining a problem that may occur in a multiplexer without a series trap.
- FIG. 6B is a diagram for explaining the effect of the multiplexer according to the embodiment including the series trap.
- FIG. 7A is a first diagram illustrating characteristics of the LB band filter before being commonly connected in the example and the comparative example.
- FIG. 7B is a second diagram illustrating the characteristics of the LB band filter before being commonly connected in the example and the comparative example.
- FIG. 8 is a diagram illustrating characteristics of the LB band filter and the HB band filter after being commonly connected in the example and the comparative example.
- FIG. 9A is a configuration diagram schematically illustrating a chip configuration of the multiplexer according to the embodiment.
- FIG. 9B is an external perspective view of the multiplexer shown in FIG. 9A.
- FIG. 10A is a diagram illustrating pass characteristics of the LB band filter when the resonance frequency of the series trap is varied.
- FIG. 10B is a diagram illustrating pass characteristics of the HB band filter when the resonance frequency of the series trap is varied.
- FIG. 10C is a diagram showing a pass characteristic obtained by removing mismatch loss from the pass characteristic shown in FIG. 10B.
- FIG. 11 is a configuration diagram of a high-frequency front end circuit according to a modification.
- FIG. 12A is a configuration diagram of a multiplexer according to another modification.
- FIG. 12B is a graph schematically showing the impedance characteristic of the series trap in another modified example.
- FIG. 1 is a configuration diagram of a multiplexer 1 according to the present embodiment. In the figure, the antenna element 2 connected to the common terminal Port1 of the multiplexer 1 is also shown.
- the multiplexer 1 is a duplexer that includes a plurality of filters having different passbands, and the antenna-side terminals of the plurality of filters are commonly connected by a common terminal Port1.
- the multiplexer 1 includes a common terminal Port1, a plurality of individual terminals (here, two individual terminals including individual terminals Port2 and 3), and a plurality of filters (here. , An LB (Low Band) band filter 10 and an HB (High Band) band filter 20).
- the common terminal Port 1 is provided in common to the plurality of filters, and is connected to the plurality of filters inside the multiplexer 1.
- the common terminal Port 1 is connected to the antenna element 2 outside the multiplexer 1. That is, the common terminal Port1 is an antenna common terminal of the multiplexer 1.
- the two individual terminals Port 2 and 3 are provided corresponding to the LB band filter 10 and the HB band filter 20 in this order, and are connected to the corresponding filters inside the multiplexer 1. Further, the individual terminals Port 2 and 3 are connected to an RF signal processing circuit (RFIC: Radio Frequency Integrated Circuit, not shown) via an amplifier circuit or the like (not shown) outside the multiplexer 1.
- RFIC Radio Frequency Integrated Circuit
- the LB band filter 10 is a first filter disposed on a first path connecting the common terminal Port1 and the individual terminal Port2 (first terminal).
- an LB band is assigned to the LB band filter 10 as a pass band, and the frequency of the pass band is lower than that of the HB band filter (second filter).
- the HB band filter 20 is a second filter that is disposed on a second path connecting the common terminal Port1 and the individual terminal Port3 (second terminal) and has a pass band different from that of the LB band filter 10 (first filter).
- the passbands are different includes not only a case where the passbands are completely separated but also a case where at least a part of the passbands overlap.
- an HB band that is completely separated from the LB band is assigned to the HB band filter 20 as a pass band. For example, the free band between the LB band and the HB band is wider than the pass bandwidths of the LB band and the HB band.
- the first path passing through the LB band filter 10 and the second path passing through the HB band filter 20 are connected at a common connection point N. That is, the common connection point N is a node that connects the first route and the second route.
- the series trap 30 is disposed on the first path between the common connection point N and the LB band filter 10 (first filter). That is, the series trap 30 is connected in series between the common connection point N and the LB band filter 10.
- the series trap 30 is a resonance circuit having a resonance frequency at which the impedance is minimum (ideally zero) and an anti-resonance frequency at which the impedance is maximum (ideally infinite).
- FIG. 2 is a graph schematically showing impedance characteristics of the series trap 30.
- the series trap 30 includes a pass band of the LB band filter 10 (pass band of the first filter, LB band in the figure) and a pass band of the HB band filter 20 (pass band of the second filter, FIG.
- the resonance frequency fr and the antiresonance frequency fa satisfy fr ⁇ fa, and the resonance frequency fr is located in a free band between the LB band and the HB band.
- the resonance frequency fr substantially coincides with the frequency of the attenuation pole (here, the attenuation pole on the low frequency side) of the HB band filter 20 (second filter).
- the resonance frequency fr substantially coincides with the attenuation pole whose frequency is closest to the pass band of the HB band filter 20.
- Such a series trap 30 is constituted by a resonator.
- the series trap 30 is not limited to a resonator, but may be a resonance circuit having a resonance frequency and an anti-resonance frequency.
- the series trap 30 may be an LC parallel resonance circuit (so-called tank circuit) configured by an inductor and a capacitor. It doesn't matter.
- the resonance frequency fr and the antiresonance frequency fa are not limited to fr ⁇ fa, and may satisfy fr> fa.
- FIG. 3 is a circuit configuration diagram of the LB band filter 10. In the figure, the series trap 30 connected to the LB band filter 10 is also shown.
- the LB band filter 10 includes seven series resonators 111s, 121s, 122s, 131s, 141s, 151s, and 152s, and six parallel resonators 111p, 121p, 131p, 141p, 151p, and 152p. .
- the series resonators 111s, 121s, 122s, 131s, 141s, 151s, and 152s are connected in series to each other in this order from the common terminal Port1 side on the first path (series arm) that connects the common terminal Port1 and the individual terminal Port2. ing.
- the series resonator 111s and the series resonator 122s, and the series resonator 151s and the series resonator 152s are connected in series without any parallel resonator being connected.
- the parallel resonators 111p, 121p, 131p, 141p, and 151p are connected from the common terminal Port1 side on the path (parallel arm) that connects the connection points of the series trap 30 and the series resonator to the reference terminal (ground). They are connected in parallel in this order.
- the parallel resonator 152p is connected in series with the parallel resonator 151p.
- the LB band filter 10 configured in this way has a ladder type filter structure with a plurality of stages (in this embodiment, five stages).
- the number and connection mode of the series resonators and parallel resonators of the LB band filter 10 are not particularly limited.
- the LB band filter 10 is not limited to a ladder type filter structure having a series resonator and a parallel resonator, and may be a vertically coupled filter structure.
- the LB band filter 10 is not limited to a configuration having a resonator, and may be an LC resonance filter or a dielectric filter. That is, the configuration of the LB band filter 10 can be selected as appropriate according to restrictions on the mounting layout or required filter characteristics. These matters are the same for the HB band filter 20.
- resonator structure Next, the structure of the resonator constituting the LB band filter 10 (first filter), the HB band filter 20 (second filter), and the series trap 30 will be described.
- These resonators are, for example, acoustic wave resonators using surface acoustic waves (SAW).
- SAW surface acoustic waves
- These resonators are not limited to resonators using SAW, and may be, for example, elastic wave resonators using boundary acoustic waves or bulk acoustic waves (BAW).
- FIG. 4 is a plan view and a cross-sectional view schematically showing the resonator according to the present embodiment.
- a schematic plan view and a schematic cross-sectional view showing the structure of the series trap 30 among a plurality of resonators constituting the multiplexer 1 are illustrated.
- the series trap 30 shown in FIG. 4 is for explaining a typical structure of the plurality of resonators, and the number and length of the electrode fingers constituting the electrode are limited to this. Not.
- Each resonator of the multiplexer 1 includes a substrate 420 having a piezoelectric layer 427, and IDT (InterDigital Transducer) electrodes 42a and 42b having a comb shape.
- IDT InterDigital Transducer
- the IDT electrode 42a includes a plurality of electrode fingers 422a parallel to each other and a bus bar electrode 421a connecting the plurality of electrode fingers 422a.
- the IDT electrode 42b includes a plurality of electrode fingers 422b that are parallel to each other and a bus bar electrode 421b that connects the plurality of electrode fingers 422b.
- the plurality of electrode fingers 422a and 422b are formed along a direction orthogonal to the propagation direction of the elastic wave.
- the IDT electrode 42 composed of the plurality of electrode fingers 422a and 422b and the bus bar electrodes 421a and 421b is formed of the adhesive layer 423 and the main electrode as shown in the cross-sectional view of FIG. A layered structure with the layer 424 is employed. That is, the IDT electrode 42 has a stacked structure of two or more (here, two) different metal materials.
- the adhesion layer 423 is a layer for improving the adhesion between the piezoelectric layer 427 and the main electrode layer 424, and, for example, Ti is used as a material.
- the film thickness of the adhesion layer 423 is, for example, 12 nm.
- the main electrode layer 424 is made of, for example, Al containing 1% Cu.
- the film thickness of the main electrode layer 424 is, for example, 131 nm.
- the protective layer 425 is formed so as to cover the IDT electrodes 42a and 42b.
- the protective layer 425 is a layer for the purpose of protecting the main electrode layer 424 from the external environment, adjusting frequency temperature characteristics, and improving moisture resistance, for example, a film mainly composed of silicon dioxide. .
- the film thickness of the protective layer 425 is, for example, 30 nm.
- the IDT electrode 42 does not have to have the above laminated structure.
- the IDT electrode 42 may be made of, for example, a metal or alloy such as Ti, Al, Cu, Pt, Au, Ag, Pd, Ni, Cr, or W, or a plurality of the metals or alloys described above. You may comprise from the laminated body of.
- the protective layer 425 may not be formed.
- the substrate 420 is a substrate based on any piezoelectric material such as lithium tantalate, lithium niobate (LiTaO 3 ), crystal, silicon, sapphire, zinc oxide, and aluminum nitride.
- the substrate 420 has a stacked structure described below.
- the substrate 420 includes a high sound speed support substrate 428, a low sound speed film 426, and a piezoelectric layer 427.
- the high sound speed support substrate 428, the low sound speed film 426, and the piezoelectric layer 427 are provided. It has a laminated structure in this order.
- the piezoelectric layer 427 is, for example, a 50 ° Y-cut X-propagating LiTaO 3 piezoelectric single crystal or a piezoelectric ceramic (a surface having an axis rotated by 50 ° from the Y-axis with the elastic wave propagation direction (X-axis) as the central axis as a normal line. 1 is a piezoelectric film made of lithium tantalate single crystal or ceramics cut in a step. The thickness of the piezoelectric layer 427 is, for example, 125 nm.
- the high sound velocity support substrate 428 is a substrate that supports the low sound velocity film 426, the piezoelectric layer 427 and the IDT electrode 42.
- the high-sonic support substrate 428 is a substrate in which the acoustic velocity of the bulk wave in the high-sonic support substrate 428 is higher than the acoustic wave of the surface wave and boundary wave propagating through the piezoelectric layer 427, and the surface acoustic wave is
- the piezoelectric layer 427 and the low acoustic velocity film 426 are confined in a laminated portion and function so as not to leak downward from the high acoustic velocity support substrate 428.
- the high sound speed support substrate 428 is, for example, a silicon substrate, and has a thickness of, for example, 200 ⁇ m.
- the low acoustic velocity film 426 is a membrane in which the acoustic velocity of the bulk wave in the low acoustic velocity film 426 is lower than the acoustic velocity of the elastic wave propagating through the piezoelectric layer 427.
- the low acoustic velocity membrane 426 is formed between the piezoelectric layer 427 and the high acoustic velocity support substrate 428. Arranged between. Due to this structure and the property that energy is concentrated in a medium where acoustic waves are essentially low in sound velocity, leakage of surface acoustic wave energy to the outside of the IDT electrode is suppressed.
- the low acoustic velocity film 426 is, for example, a film mainly composed of silicon dioxide, and has a thickness of, for example, 505 nm.
- the Q value at the resonance frequency and the anti-resonance frequency can be significantly increased as compared with the conventional structure in which the piezoelectric substrate is used as a single layer. That is, since a surface acoustic wave resonator having a high Q value can be formed, a filter or the like having a small insertion loss can be formed using the surface acoustic wave resonator.
- the high sound velocity support substrate 428 has a structure in which a support substrate and a high sound velocity film in which the sound velocity of the propagating bulk wave is higher than that of the surface wave and boundary wave propagating in the piezoelectric layer 427 are stacked.
- the support substrate is a piezoelectric material such as sapphire, lithium tantalate, lithium niobate, crystal, alumina, magnesia, silicon nitride, aluminum nitride, silicon carbide, zirconia, cordierite, mullite, steatite, forsterite, etc.
- the high sound velocity film includes various materials such as aluminum nitride, aluminum oxide, silicon carbide, silicon nitride, silicon oxynitride, DLC film or diamond, a medium mainly composed of the above materials, and a medium mainly composed of a mixture of the above materials. High sound velocity material can be used.
- the IDT electrode 42 is formed on the substrate 420 having a stacked structure, but may be formed on a substrate having a single layer structure.
- a substrate having a single layer structure for example, a single layer substrate composed of a piezoelectric single crystal of LiTaO 3 or another piezoelectric single crystal such as LiNbO 3 can be used.
- the substrate on which the IDT electrode 42 is formed may have a structure in which a piezoelectric layer is laminated on a support substrate in addition to a piezoelectric layer as a whole as long as it has a piezoelectric layer.
- the piezoelectric layer 427 uses a 50 ° Y-cut X-propagation LiTaO 3 single crystal, but the cut angle of the single crystal material is not limited thereto.
- the laminated structure, material, and thickness may be appropriately changed according to the required pass characteristics of the acoustic wave resonator, and a LiTaO 3 piezoelectric substrate or a LiNbO 3 piezoelectric substrate having a cut angle other than the above is used. Even with the existing acoustic wave resonator, the same effect can be obtained.
- the wavelength of the surface acoustic wave resonator is defined by the repetition pitch ⁇ of the plurality of electrode fingers 422a and 422b constituting the IDT electrode 42 shown in the middle of FIG.
- the crossing width L of the IDT electrodes is the length of the overlapping electrode fingers when viewed from the X-axis direction of the electrode fingers 422a of the IDT electrodes 42a and the electrode fingers 422b of the IDT electrodes 42b, as shown in the upper part of FIG. It is.
- the electrode duty ratio of each resonator is the line width occupation ratio of the plurality of electrode fingers 422a and 422b, and is the ratio of the line width to the sum of the line width and the space width of the plurality of electrode fingers 422a and 422b. is there. More specifically, in the electrode duty ratio, the line width of the electrode fingers 422a and 422b constituting the IDT electrodes 42a and 42b is W, and the space width between the adjacent electrode fingers 422a and 422b is S. In this case, it is defined by W / (W + S).
- Loss reduction mechanism According to the multiplexer 1 configured as described above, one filter (first filter, LB band filter 10 in the present embodiment) and other filters (second filter, in the present embodiment) that constitute the multiplexer 1 are included.
- the in-band loss of the HB band filter 20) can be reduced.
- the mechanism capable of reducing this loss will be described with reference to FIGS. 5A to 6B, including the background to the present invention.
- FIG. 5A to FIG. 5C are diagrams schematically showing a mechanism capable of reducing loss in the present embodiment.
- FIG. 5A is a diagram schematically illustrating filter characteristics (pass characteristics) of the LB band filter 10 and the HB band filter 20 before being commonly connected.
- FIG. 5B is a diagram schematically illustrating the filter characteristics of the LB band filter 10 and the HB band filter 20 after they are commonly connected without providing the series trap 30.
- FIG. 5C is a diagram schematically illustrating the filter characteristics of the LB band filter 10 and the HB band filter 20 after the series trap 30 is provided and commonly connected.
- the filter characteristics of the LB band filter 10 and the filter characteristics of the HB band filter 20 are respectively the insertion loss between the common terminal Port1 and the individual terminal Port2, and the common terminal Port1. This refers to the insertion loss between the individual terminal Port3.
- FIGS. 6A and 6B are diagrams schematically illustrating a state in which a leakage signal is suppressed by the series trap 30.
- FIG. 6A is a diagram for explaining a problem that may occur in the multiplexer 901 that does not include the serial trap 30.
- FIG. 6B is a diagram for explaining the effect of the multiplexer 1 according to the present embodiment including the series trap 30.
- the LB band filter 10 and the HB band filter 20 are connected to each other without the series trap 30 as compared to the multiplexer 1 according to the embodiment. Different.
- the other side filter (second filter, here HB band filter) connected in common due to the influence of one filter (first filter, here LB band filter 10). 20) A loss that deteriorates the filter characteristics or the like may occur.
- the inventors of the present application may be able to deteriorate the pass characteristics of the commonly connected counterpart filter due to the magnitude relationship between the impedance inherent to one filter and the impedance inherent to the counterpart filter commonly connected thereto. Noticed.
- the impedance may decrease due to the influence of the intrinsic impedance.
- the impedance of the LB band filter 10 is insufficient in the HB band (for example, the impedance of the LB band filter 10 is insufficient with respect to the HB band filter 20 as viewed from the common connection point N). The impedance decreases. In this case, as shown in FIG.
- a part of the main signal (a high-frequency signal passing through the HB band filter 20) leaks out to the LB band filter 10 at the time of both transmission and reception as a leakage signal.
- a pass band different from its own band (its own pass band, here, the LB band) is formed in the LB band filter 10 after the common connection.
- the high-frequency signal passing through the HB band filter 20 leaks to the LB band filter 10, and as a result, an in-band loss of the HB band filter 20 can occur as shown in FIG. 5B. .
- the multiplexer 1 by providing the series trap 30, it is possible to reduce the loss in the passband of the HB band filter 20 that constitutes the multiplexer together with the LB band filter 10.
- the anti-resonance frequency fa of the series trap 30 is located in the pass band (HB band) of the HB band filter 20 (second filter).
- the impedance of the series trap 30 becomes maximum (ideally infinite). Therefore, as shown in FIG. 6B, in the HB band, the LB band filter 10 is in a pseudo open state with a high impedance when viewed from the common connection point N.
- the main signal a high-frequency signal that passes through the HB band filter 20
- FIG. 5C the anti-resonance frequency fa of the series trap 30 is located in the pass band (HB band) of the HB band filter 20 (second filter).
- the impedance of the series trap 30 becomes maximum (ideally infinite). Therefore, as shown in FIG. 6B, in the HB band, the LB band filter 10 is in a pseudo open state with a high impedance when viewed from the common connection point N.
- the main signal a high-frequency signal that passes through the HB band filter 20
- the loss in the pass band of the HB band filter 20 can be suppressed. That is, the loss in the pass band of the HB band filter 20 due to the common connection of the LB band filter 10 and the HB band filter 20 can be reduced.
- the LB band filter 10 (first filter) has a lower passband frequency than the HB band filter 20 (second filter), and the resonance frequency fr of the series trap 30 is , LB band (pass band of the first filter) and HB band (pass band of the second filter). Therefore, in the LB band, the series trap 30 acts as a capacitor without being excited. For this reason, deterioration of the filter characteristics of the LB band filter 10 can be suppressed.
- the resonance frequency fr of the series trap 30 substantially matches the frequency of the attenuation pole of the HB band filter 20 (second filter).
- the impedance of the LB band filter 10 rapidly decreases in the frequency region from the end of the pass band of the HB band filter 20 to the attenuation pole. become. That is, in this frequency region, the high frequency signal passing through the HB band filter 20 is rapidly attenuated. For this reason, the steepness of the attenuation slope (so-called “filter characteristic sharpness”) can be improved for the filter characteristics of the HB band filter 20.
- the multiplexer of the example has the configuration of the multiplexer 1 according to the above embodiment. Specifically, LTE (Long Term Evolution) Band 34 (2010 to 2025 MHz) is assigned to the LB band filter 10 (first filter), and the HB band filter 20 (second filter) is passed. LTE Band 40 (2300 to 2400 MHz) is allocated as a band.
- LTE Long Term Evolution
- the comparative example is different from the embodiment in that the series trap 30 is not provided.
- the multiplexer of the comparative example has a first stage series resonator of the LB band filter 10 instead of the series trap 30. That is, in the comparative example, the first-stage series resonator that contributes to the formation of the pass band (formation of the self-band) by the LB band filter 10 is provided, whereas in the embodiment, the series resonator is used in place of the first-stage series resonator.
- a trap 30 is provided.
- the series trap 30 of the embodiment has a structure in which the design parameters and the like of the IDT electrode 42 are adjusted so that the antiresonance frequency fa is located in the HB band for the first stage series resonator of the comparative example.
- FIG. 7A and 7B are diagrams showing the characteristics of the LB band filter 10 before common connection in the example and the comparative example. These figures show the characteristics of the LB band filter 10 before common connection in the case of the comparative example (without the series trap 30) and the example (with the series trap 30).
- the upper part of FIG. 7A schematically shows the configuration of the embodiment before common connection.
- the middle stage of FIG. 7A shows the pass characteristic of the path passing through the LB band filter 10 at this time. More specifically, the signal output from the common terminal Port1 with respect to the signal input to the individual terminal Port2 The insertion loss, which is the intensity ratio, is shown.
- the lower stage of FIG. 7A shows the pass characteristic from which the mismatch loss at this time is removed.
- the insertion loss shown in the middle stage of FIG. 7A for example, the common connection point N and the LB band filter 10
- the insertion loss is shown with the mismatch loss between the two removed.
- 7B shows the reflection characteristics at this time. More specifically, the reflection loss, which is the intensity ratio of the signal output from the common terminal Port1 to the signal input to the common terminal Port1, is shown. It is shown. In the lower part of FIG. 7B, the reflection characteristic at this time is shown by a Smith chart, and more specifically, the reflection characteristic at the common connection point N is shown.
- the LB band filter 10 increases the insertion loss of the HB band (for example, The insertion loss in the LB band can be maintained at the marker portion in the figure (about 0.6 dB).
- the impedance of the LB band filter 10 viewed from the common connection point N is improved (impedance value is improved) in the HB band by providing the series trap 30 in the embodiment.
- the antiresonance frequency fa at which the impedance of the series trap 30 is maximized is located in the HB band, so that the impedance of the LB band filter 10 viewed from the common connection point N is also maximized. That is, as shown in the lower part of FIG. 7B, the series trap 30 moves the impedance in the HB band to the outer periphery (region with a larger impedance value) on the Smith chart.
- FIG. 8 is a diagram showing characteristics of the LB band filter 10 and the HB band filter 20 after being commonly connected in the example and the comparative example.
- the figure shows the characteristics after the common connection in the case of the comparative example (without the series trap 30) and the example (with the series trap 30).
- the upper part of FIG. 8 schematically shows the configuration of the embodiment after the common connection.
- the middle part of FIG. 8 shows the pass characteristics of the paths passing through the LB band filter 10 and the HB band filter 20 at this time. More specifically, the insertion loss that is the intensity ratio of the signal output from the common terminal Port1 to the signal input to the individual terminal Port2, and the signal output from the common terminal Port1 to the signal input to the individual terminal Port3 The insertion loss, which is the intensity ratio, is shown.
- the lower part of FIG. 8 shows the pass characteristic from which the mismatch loss at this time is removed. More specifically, from the insertion loss shown in the middle part of FIG. 8, for example, the common connection point N and the LB band filter 10 and The insertion loss is shown with the mismatch loss with the HB band filter 20 removed.
- the insertion loss (loss due to common connection) in the HB band is reduced (for example, about 0.20 dB).
- the IDT electrode 42 is arranged so that the anti-resonance frequency fa is located in the HB band instead of the first stage series resonator of the LB band filter of the comparative example.
- the series trap 30 in which the design parameters and the like are adjusted, it is possible to reduce the loss due to the common connection for the HB band filter 20.
- the insertion loss may increase in the self band (LB band) due to the influence of the series trap 30 acting as a capacity compared to before common connection.
- this insertion loss can be sufficiently reduced by appropriately adjusting the design parameters of the resonators constituting the LB band filter 10.
- the series trap 30 and the HB band filter 20 are preferably formed on the same chip.
- FIG. 9A is a configuration diagram schematically showing the chip configuration of the multiplexer 1 according to the present embodiment.
- FIG. 9B is an external perspective view of the multiplexer 1 shown in FIG. 9A.
- FIG. 9A a component that is transmitted through the sealing member 55 and sealed by the sealing member 55 is illustrated.
- the multiplexer 1 includes a module substrate 51, chip components 52A and 52B, and a sealing member 55.
- the module substrate 51 is, for example, an LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramics) substrate that incorporates wiring constituting the multiplexer 1 by connecting the LB band filter 10, the HB band filter 20, and the series trap 30.
- the module substrate 51 may include an inductor, a capacitor, and the like that constitute a matching circuit for impedance matching between the multiplexer 1 and the antenna element 2.
- the chip component 52A is a first chip in which the LB band filter 10 is built.
- the chip component 52 ⁇ / b> B is a second chip that incorporates the HB band filter 20 and the series trap 30.
- the common connection point N is formed on the chip component 52B.
- the component in which the common connection point N is formed is not limited to this, and may be formed on the module substrate 51, for example.
- These chip components 52 ⁇ / b> A and 52 ⁇ / b> B are formed by the above-described substrate 420, IDT electrode 42, and the like, and are mounted on the module substrate 51.
- the sealing member 55 is, for example, a resin that seals components (chip components 52A and 52B) disposed on the module substrate 51.
- Such a multiplexer 1 is manufactured by the following manufacturing process (manufacturing method), for example. That is, the method for manufacturing the multiplexer 1 according to the present embodiment includes a first step of forming the chip component 52A (first chip) and a second step of forming the chip component 52B (second chip).
- the LB band filter 10 first filter disposed on the first path connecting the common terminal Port1 (antenna common terminal) and the individual terminal Port2 (first terminal) is replaced with a chip component 52A.
- the HB band filter 20 disposed on the second path connecting the common terminal Port1 and the individual terminal Port3 (second terminal) and having a different passband frequency from the LB band filter 10, and A series trap 30 disposed on the first path between the common connection point N between the first path and the second path and the LB band filter 10 is formed in the chip component 52B.
- the multiplexer 1 is produced by mounting the chip components 52A and 52B formed in the first step and the second step on the module substrate 51.
- the order of the first step and the second step is not particularly limited, and the second step may be performed after the first step, or vice versa.
- the series trap 30 is manufactured under the same processing conditions (manufacturing conditions) as the HB band filter 20. Therefore, it becomes easy to apply the anti-resonance frequency fa of the series trap 30 to the pass band of the HB band filter 20. That is, the anti-resonance frequency fa is likely to be within the pass band of the HB band filter 20. For this reason, the multiplexer 1 which can reduce the loss by common connection about the HB band filter 20 can be produced easily.
- the anti-resonance frequency fa of the series trap 30 is applied to the pass band of the HB band filter 20 due to variations in each element. It is very difficult.
- FIG. 10A to 10C are diagrams showing pass characteristics when the resonance frequency fr of the series trap 30 is swung in the range of 2100 MHz to 2400 MHz at approximately 50 MHz intervals (some are 100 MHz intervals).
- FIG. 10A shows the pass characteristic of the LB band filter 10 in this case.
- FIG. 10B shows the pass characteristic of the HB band filter 20 in this case.
- FIG. 10C shows a pass characteristic obtained by removing mismatch loss from the pass characteristic shown in FIG. 10B.
- the items related to the reflection characteristics shown in the transmission characteristics are the same as the items related to the reflection characteristics described above.
- the pass characteristic of the HB band filter 20 is unlikely to deteriorate. That is, in this case, the loss due to the common connection can be reduced as compared with the configuration in which the series trap 30 is not provided.
- the resonance frequency fr is 2300 to 2400 MHz
- the pass characteristic of the HB band filter 20 is deteriorated. That is, in this case, the loss due to the common connection can be increased compared to the configuration in which the series trap 30 is not provided.
- the anti-resonance frequency fa is located outside the pass band because the resonance frequency fr falls within the HB band pass band (here, 2300 to 2400 MHz). That is, in this case, the impedance of the LB band filter 10 as viewed from the common connection point N decreases, so that a high frequency signal in the HB band easily leaks into the LB band filter 10.
- the series trap 30 provided on the same path as the LB band filter 10 is formed on the same chip as the HB band filter 20.
- variation by process conditions etc. can be made equivalent by the serial trap 30 and the HB band filter 20.
- Such a structure is useful for a configuration in which the LB band filter 10 and the HB band filter 20 cannot be formed on the same chip due to required filter characteristics and the like.
- the HB band filter 20 has a narrow band filter or a temperature characteristic difference.
- the anti-resonance frequency fa of the series trap 30 is useful for a configuration in which it is difficult to match the pass band of the HB band filter 20 such as a large filter.
- this “element and electrode structure” refers to (i) the cut angle of the piezoelectric substrate (in this embodiment, the cut angle of the piezoelectric layer 427, that is, the Euler angle at the time of wafer cutting), and (ii) the piezoelectric Material (in this embodiment, the material of the piezoelectric layer 427, that is, lithium tantalate, lithium niobate, crystal, etc.), (iii) excitation wave mode (mode of elastic wave such as Rayleigh wave, Love wave, leaky wave), And (iv) the electrode structure of the excitation part (in this embodiment, the structure of the IDT electrode 42, that is, the content ratio of Al and Cu, a laminated structure or a single-layer structure).
- the multiplexer 1 described in the above embodiment can be applied to a high-frequency front end circuit and a communication device including the same. Therefore, in this modification, such a high-frequency front-end circuit and a communication device will be described.
- FIG. 11 is a configuration diagram of the high-frequency front end circuit 6 according to this modification.
- an RFIC 71 constituting the communication device 7 together with the high-frequency front end circuit 6 and the antenna element 2 connected to the communication device 7 are also shown.
- the high-frequency front end circuit 6 includes switches 61H and 61L, transmission amplification circuits 62H and 62L, and reception amplification circuits 63H and 63L.
- the switch 61H and the switch 61L are switches that are connected to the individual terminals Port3 and Port2 of the multiplexer 1 and switch between transmission and reception in accordance with a TDD (Time Division Duplex) system. Specifically, these are SPDT (Single Pole Double Throw) type switches in which the connection is switched in accordance with a control signal from a control unit (not shown) included in the RFIC 71 or the like.
- the switch 61H is a switch for switching between transmission and reception of an HB band high-frequency signal, the common terminal is connected to the individual terminal Port3 of the multiplexer 1, and the two selection terminals are the transmission amplifier circuit 62H and the reception amplifier circuit. 63H is connected.
- the switch 61L is a switch for switching between transmission and reception of an LB band high-frequency signal.
- the common terminal is connected to the individual terminal Port2 of the multiplexer 1, and the two selection terminals are connected to the transmission amplifier circuit 62L and the reception amplifier circuit 63L. Has been.
- the transmission amplifier circuits 62H and 62L are power amplifiers that amplify the power of a high-frequency signal (here, a high-frequency transmission signal).
- the transmission amplifier circuit 62H amplifies the power of the HB band high-frequency signal input from the RFIC 71 and outputs the amplified signal to the multiplexer 1 via the switch 61H.
- the transmission amplifier circuit 62L amplifies the power of the LB band high-frequency signal input from the RFIC 71 and outputs the amplified signal to the multiplexer 1 via the switch 61H.
- Receive amplifier circuits 63H and 63L are low-noise amplifiers that amplify the power of high-frequency signals (here, high-frequency received signals).
- the reception amplification circuit 63H amplifies the power of the HB band high-frequency signal input from the multiplexer 1 via the switch 61H and outputs the amplified signal to the RFIC 71.
- the reception amplifier circuit 63L amplifies the power of the LB band high frequency signal input from the multiplexer 1 via the switch 61L and outputs the amplified signal to the RFIC 71.
- the multiplexer According to the high-frequency front-end circuit 6 and the communication device 7 configured as described above, by including the multiplexer according to the above-described embodiment, it is possible to reduce loss in the passband while supporting multiband. .
- a multiplexer including two filters in the above description, the LB band filter 10 and the HB band filter 20 has been described as an example.
- the number of filters included in the multiplexer is not limited to this, and may be three or more.
- FIG. 12A is a configuration diagram of such a multiplexer 101.
- an antenna element 2 connected to the multiplexer 1 is also shown.
- the multiplexer 101 shown in the figure includes three or more filters (here, three filters 110, 120, and 130) connected to a common terminal (antenna common terminal) and having different passbands. Bands A, B, and C are assigned to the filters 110, 120, and 130 in this order from the low band side as pass bands.
- the series trap 30 is arranged on a path connecting the common connection point N and the filter 120 to which the paths passing through the filters 110, 120, and 130 are commonly connected.
- FIG. 12B is a graph schematically showing impedance characteristics of the series trap 30.
- the resonance frequency fr of the series trap 30 is located in a band different from any of the pass bands of three or more filters (here, three filters 110, 120, and 130). Specifically, the resonance frequency fr is located in a free band between the band B and the band C.
- the series trap 30 has an anti-resonance frequency fa located in the pass band (band C) of the filter 130.
- the filter 130 that configures the multiplexer 101 together with the filter 120 (first filter) while supporting multibanding of three or more bands (here, three bands). Loss due to common connection can be reduced.
- the multiplexer 101 may further include a series trap disposed on a path connecting the common connection point N and the filter 110. According to such a multiplexer 101, the characteristic loss of the filter 130 due to the influence of the filter 110 can be reduced, and therefore the loss due to the common connection of the filter 130 can be further reduced.
- the LB band filter 10 is used as the first filter and the HB band filter 20 is used as the second filter. That is, the first filter has a lower passband frequency than the second filter.
- the frequency relationship between the passbands of the first and second filters is not limited to this.
- the first filter may have a higher passband frequency than the second filter.
- the resonance frequency fr may be located in a band lower than any of the pass bands of the first and second filters.
- Band 34 and Band 40 have been described as examples of pass bands assigned to the LB band filter 10 (first filter) and the HB band filter 20 (second filter).
- the combination of assigned passbands is not limited to this.
- the multiplexer 1 is not limited to the configuration corresponding to the TDD scheme, and may be a configuration corresponding to, for example, an FDD (Frequency Division Duplex) scheme.
- the multiplexer 1 transmits a transmission filter (first) corresponding to LTE Band 4 (transmission band: 1710 to 1755 MHz, reception band: 2110 to 2155) in which the transmission band (Tx) and the reception band (Rx) are relatively separated from each other.
- a filter) and a reception filter (second filter) may be provided.
- impedance matching is performed on a path connecting each of the LB band filter 10 and the HB band filter 20 to the common connection point N, or on a path connecting the common connection point N and the common terminal Port 1.
- An impedance element such as an inductor may be connected.
- the present invention can be widely used in communication devices such as mobile phones as a small multiplexer applicable to a multiband system.
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Abstract
マルチプレクサ(1)は、共通端子(Port1)と個別端子(Port2)とを結ぶ第1経路上に配置されたLB帯フィルタ(10)と、共通端子(Port1)と個別端子(Port3)とを結ぶ第2経路上に配置され、LB帯フィルタ(10)と通過帯域が異なるHB帯フィルタ(20)と、第1経路と第2経路との共通接続点(N)とLB帯フィルタ(10)の間の第1経路上に配置された直列トラップ(30)と、を備え、直列トラップ(30)は、LB帯フィルタ(10)及びHB帯フィルタ(20)の通過帯域のいずれとも異なる帯域に位置する共振周波数を有し、かつ、HB帯フィルタ(20)の通過帯域内に位置する反共振周波数を有する。
Description
本発明は、複数のフィルタを有するマルチプレクサ及びその製造方法に関する。
近年の携帯電話には、一端末で複数の周波数帯域及び複数の無線方式、いわゆるマルチバンド化及びマルチモード化に対応することが要求されている。また、携帯電話の小型化に伴い、携帯電話に搭載されるモジュールにも、さらなる小型化が要求されている。そこで、このような要求に対応すべく、1つのアンテナに対し、スイッチを介さずに互いに通過帯域の異なる複数のフィルタを接続するマルチプレクサが用いられている。
しかし、このようなマルチプレクサでは、複数のフィルタを経由する複数の信号経路がスイッチを介さずに共通接続されることにより、複数の信号経路の分離性が悪いという問題があった。
そこで、分離性を改善する手法として、一のフィルタのアンテナ端子側(アンテナ共通端子側)の整合エレメントとして、複数のフィルタの通過帯域外に共振周波数を有する共振子を設ける構成が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、上記の構成では、一のフィルタの固有インピーダンスと他のフィルタの固有インピーダンスとの大小関係によっては、分離性の改善効果が十分に得られず、他のフィルタについて通過帯域内のロスが劣化し得るという問題がある。具体的には、複数の信号経路が共通接続された後の一のフィルタでは、共通接続される前(すなわち単体時)に比べて、固有インピーダンスが理想的には無限大となるべき周波数領域において、他のフィルタの固有インピーダンスの影響によりインピーダンスが低下する場合がある。この場合、共通接続された後の一のフィルタに、自帯域(自身の通過帯域)とは別の通過帯域が形成される。このため、共通接続された後に、他のフィルタを通過する高周波信号が一のフィルタに漏れ出すことになり、他のフィルタについて通過帯域内のロスが悪化する。
そこで、本発明は、一のフィルタとともにマルチプレクサを構成する他のフィルタの通過帯域内のロスを低減できるマルチプレクサ及びその製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るマルチプレクサは、アンテナ共通端子と第1端子とを結ぶ第1経路上に配置された第1フィルタと、前記アンテナ共通端子と第2端子とを結ぶ第2経路上に配置され、前記第1フィルタと通過帯域が異なる第2フィルタと、前記第1経路と前記第2経路との共通接続点と前記第1フィルタとの間の前記第1経路上に配置された直列トラップと、を備え、前記直列トラップは、前記第1及び前記第2フィルタの通過帯域のいずれとも異なる帯域に位置する共振周波数を有し、かつ、前記第2フィルタの通過帯域内に位置する反共振周波数を有する。
ここで、反共振周波数では直列トラップのインピーダンスが最大(理想的には無限大)となる。このため、第2フィルタの通過帯域では、共通接続点から見て、第1フィルタが高インピーダンスの疑似オープン状態となる。これにより、送信時及び受信時のいずれにおいても、メイン信号(第2フィルタを通過する高周波信号)が第1フィルタに漏れにくくなる。その結果、第2フィルタの通過帯域内のロスを抑制することができるので、第1フィルタと第2フィルタとが共通接続されたことによる第2フィルタのロスを低減することができる。このように、本態様によれば、一のフィルタ(第1フィルタ)とともにマルチプレクサを構成する他のフィルタ(第2フィルタ)の特性ロスを低減することができる。
また、前記第1フィルタは、前記第2フィルタより通過帯域の周波数が低く、前記直列トラップの前記共振周波数は、前記第1フィルタの通過帯域と前記第2フィルタの通過帯域との間の帯域に位置することにしてもよい。
これにより、第1フィルタの通過帯域では、直列トラップは、励振せずに容量として作用する。このため、第1フィルタのフィルタ特性の劣化を抑制することができる。このように、本態様によれば、一のフィルタ(第1フィルタ)の特性ロスを低減しつつ、他のフィルタ(第2フィルタ)のロスを低減することができる。
また、前記直列トラップの前記共振周波数は、前記第2フィルタの減衰極の周波数と略一致することにしてもよい。
ここで、共振周波数では直列トラップのインピーダンスが最小(理想的にはゼロ)となる。これにより、共通接続点から第1フィルタ及び第2フィルタを見ると、第2フィルタの通過帯域の端から減衰極までの周波数領域において第1フィルタのインピーダンスが急激に低下することになる。つまり、この周波数領域では、第2フィルタを通過する高周波信号が急激に減衰される。このため、第2フィルタのフィルタ特性について、減衰スロープの急峻性(いわゆる「フィルタ特性のキレ」)を向上することができる。
また、前記第1及び前記第2フィルタならびに前記直列トラップの少なくとも1つは、SAW(Surface Acoustic Wave)及びBAW(Bulk Acoustic Wave)を用いた弾性波共振子を含むことにしてもよい。
これにより、第1及び前記第2フィルタならびに直列トラップの少なくとも1つを小型化できるので、マルチプレクサの小型化及び低コスト化が可能となる。また、SAW及びBAWを用いた弾性波共振子は、一般的に高Qの特性を示すため、低ロス化が可能となる。
また、前記第1及び前記第2フィルタならびに前記直列トラップの前記少なくとも1つは、前記SAWを用いた弾性波共振子を含み、IDT電極と、前記IDT電極が主面上に配置された圧電膜と、前記圧電膜を伝搬する弾性波音速よりも、伝搬するバルク波音速が高速である高音速支持基板と、前記高音速支持基板と前記圧電膜との間に配置され、前記圧電膜を伝搬するバルク波音速よりも、伝搬するバルク波音速が低速である低音速膜と、を備えることにしてもよい。
これにより、弾性波共振子のQ値を高い値に維持できる。
また、前記直列トラップと前記第2フィルタとは、同一チップで形成されていることにしてもよい。
これにより、直列トラップと第2フィルタとで、加工条件等によるバラつきを同等とすることができる。つまり、当該バラつきによる影響をキャンセルすることができる。したがって、直列トラップの反共振周波数を第2フィルタの通過帯域内に容易に収めることができる。このため、第2フィルタの共通接続によるロスを低減できるマルチプレクサを容易に作製することができる。
また、前記マルチプレクサは、前記アンテナ共通端子に接続された、前記第1及び前記第2フィルタを含む互いに通過帯域が異なる3以上のフィルタを備え、前記直列トラップの前記共振周波数、前記3以上のフィルタの通過帯域のいずれとも異なる帯域に位置することにしてもよい。
これにより、3バンド以上のマルチバンド化に対応しつつ、第2フィルタの共通接続によるロスを低減することができる。
また、本発明は、このようなマルチプレクサを製造する製造方法としても実現できる。つまり、本発明の一態様に係るマルチプレクサの製造方法は、アンテナ共通端子と第1端子とを結ぶ第1経路上に配置される第1フィルタを、第1チップに形成する工程と、前記アンテナ共通端子と第2端子とを結ぶ第2経路上に配置され、かつ、前記第1フィルタと通過帯域が異なる第2フィルタ、ならびに、前記第1経路と前記第2経路との共通接続点と前記第1フィルタとの間の前記第1経路上に配置される直列トラップを、第2チップに形成する工程と、を含み、前記直列トラップは、前記第1及び前記第2フィルタの通過帯域のいずれとも異なる帯域に位置する共振周波数を有し、かつ、前記第2フィルタの通過帯域内に位置する反共振周波数を有する。
本発明に係るマルチプレクサ等によれば、一のフィルタとともにマルチプレクサを構成する他のフィルタの特性ロスを低減することができる。
以下、本発明の実施の形態について、実施例及び図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、図面に示される構成要素の大きさ、または大きさの比は、必ずしも厳密ではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略または簡略化する場合がある。また、以下の実施の形態において、「接続される」とは、直接接続される場合だけでなく、他の素子等を介して電気的に接続される場合も含まれる。
(実施の形態)
[1.マルチプレクサの回路構成]
図1は、本実施の形態に係るマルチプレクサ1の構成図である。なお、同図には、マルチプレクサ1の共通端子Port1に接続されるアンテナ素子2も図示されている。
[1.マルチプレクサの回路構成]
図1は、本実施の形態に係るマルチプレクサ1の構成図である。なお、同図には、マルチプレクサ1の共通端子Port1に接続されるアンテナ素子2も図示されている。
マルチプレクサ1は、通過帯域が互いに異なる複数のフィルタを備え、これら複数のフィルタのアンテナ側の端子が共通端子Port1で共通接続された分波器である。本実施の形態では、図1に示すように、マルチプレクサ1は、共通端子Port1と、複数の個別端子(ここでは、個別端子Port2及び3からなる2つの個別端子)と、複数のフィルタ(ここでは、LB(Low Band)帯フィルタ10及びHB(High Band)帯フィルタ20からなる2つのフィルタ)と、を有する。
共通端子Port1は、複数のフィルタに共通に設けられ、マルチプレクサ1の内部でこれら複数のフィルタに接続されている。また、共通端子Port1は、マルチプレクサ1の外部でアンテナ素子2に接続される。つまり、共通端子Port1は、マルチプレクサ1のアンテナ共通端子である。
2つの個別端子Port2及び3は、この順に、LB帯フィルタ10及びHB帯フィルタ20に個別に対応して設けられ、マルチプレクサ1の内部で対応するフィルタに接続されている。また、個別端子Port2及び3は、マルチプレクサ1の外部で、増幅回路等(図示せず)を介してRF信号処理回路(RFIC:Radio Frequency Integrated Circuit、図示せず)に接続される。
LB帯フィルタ10は、共通端子Port1と個別端子Port2(第1端子)とを結ぶ第1経路上に配置された第1フィルタである。本実施の形態では、LB帯フィルタ10には、通過帯域としてLB帯が割り当てられ、HB帯フィルタ(第2フィルタ)より通過帯域の周波数が低くなっている。
HB帯フィルタ20は、共通端子Port1と個別端子Port3(第2端子)とを結ぶ第2経路上に配置され、LB帯フィルタ10(第1フィルタ)と通過帯域が異なる第2フィルタである。ここで、「通過帯域が異なる」とは、通過帯域が完全に離間している場合だけでなく、通過帯域の少なくとも一部が重複する場合も含まれる。本実施の形態では、HB帯フィルタ20には、通過帯域として、LB帯と完全に離間するHB帯が割り当てられている。例えば、LB帯とHB帯との間の空き帯域は、LB帯及びHB帯それぞれの通過帯域幅よりも広域である。
これらLB帯フィルタ10を通過する第1経路とHB帯フィルタ20を通過する第2経路とは、共通接続点Nで接続されている。つまり、共通接続点Nは、第1経路と第2経路とを接続するノードである。
直列トラップ30は、共通接続点NとLB帯フィルタ10(第1フィルタ)との間の第1経路上に配置されている。つまり、直列トラップ30は、共通接続点NとLB帯フィルタ10との間で、これらに直列接続されている。この直列トラップ30は、インピーダンスが最小(理想的にはゼロ)となる共振周波数と、インピーダンスが最大(理想的には無限大)となる反共振周波数と、を有する共振回路である。
図2は、直列トラップ30のインピーダンス特性を模式的に示すグラフである。
同図に示すように、直列トラップ30は、LB帯フィルタ10の通過帯域(第1フィルタの通過帯域、図中のLB帯)及びHB帯フィルタ20の通過帯域(第2フィルタの通過帯域、図中のHB帯)のいずれとも異なる帯域に位置する共振周波数frを有し、かつ、HB帯フィルタ20の通過帯域内に位置する反共振周波数faを有する。本実施の形態では、共振周波数frと反共振周波数faとはfr<faを満たし、共振周波数frはLB帯とHB帯との間の空き帯域に位置する。また、本実施の形態では、共振周波数frは、HB帯フィルタ20(第2フィルタ)の減衰極(ここでは、低域側の減衰極)の周波数と略一致する。例えば、HB帯フィルタ20の減衰極が複数存在する場合、共振周波数frは、HB帯フィルタ20の通過帯域に周波数が最も近い減衰極と略一致する。なお、「略一致」とは、完全に一致する場合だけでなく、実質的に一致する場合も含まれる。つまり、「略」とは数パーセント程度の誤差を含む。
このような直列トラップ30は、共振子によって構成される。なお、直列トラップ30は、共振子に限らず、共振周波数及び反共振周波数を有する共振回路であればよく、例えば、インダクタ及びキャパシタによって構成されたLC並列共振回路(いわゆるタンク回路)であってもかまわない。このように構成された直列トラップ30では、共振周波数frと反共振周波数faとは、fr<faに限らずfr>faを満たしてもかまわない。
[2.フィルタの回路構成]
次に、各フィルタ(LB帯フィルタ10及びHB帯フィルタ20)の回路構成について、LB帯フィルタ10を例に説明する。
次に、各フィルタ(LB帯フィルタ10及びHB帯フィルタ20)の回路構成について、LB帯フィルタ10を例に説明する。
図3は、LB帯フィルタ10の回路構成図である。なお、同図には、LB帯フィルタ10と接続されている直列トラップ30についても、併せて図示されている。
同図に示すように、LB帯フィルタ10は、7つの直列共振子111s、121s、122s、131s、141s、151s及び152sと、6つの並列共振子111p、121p、131p、141p、151p及び152pと、を備える。
直列共振子111s、121s、122s、131s、141s、151s及び152sは、共通端子Port1と個別端子Port2とを結ぶ第1経路(直列腕)上に、共通端子Port1側からこの順に互いに直列に接続されている。直列共振子111sと直列共振子122s、ならびに、直列共振子151sと直列共振子152sは、いずれの並列共振子も接続されることなく互いに直列接続されている。
並列共振子111p、121p、131p、141p及び151pは、直列トラップ30及び上記の直列共振子の各接続点と、基準端子(グランド)とを結ぶ経路(並列腕)上に、共通端子Port1側からこの順に互いに並列に接続されている。並列共振子152pは、並列共振子151pと直列接続されている。
このように構成されたLB帯フィルタ10は、複数段(本実施の形態では5段)のラダー型のフィルタ構造を有する。
なお、LB帯フィルタ10の直列共振子及び並列共振子の個数及び接続態様は特に限定されない。また、LB帯フィルタ10は、直列共振子及び並列共振子を有するラダー型のフィルタ構造に限らず、縦結合型のフィルタ構造であってもかまわない。さらには、LB帯フィルタ10は、共振子を有する構成に限らず、LC共振フィルタまたは誘電体フィルタであってもかまわない。つまり、LB帯フィルタ10の構成は、実装レイアウトの制約または要求されるフィルタ特性等に応じて適宜選択され得る。また、これらの事項は、HB帯フィルタ20についても同様である。
[3.共振子構造]
次に、LB帯フィルタ10(第1フィルタ)、HB帯フィルタ20(第2フィルタ)及び直列トラップ30を構成する共振子の構造について、説明する。これらの共振子は、例えば弾性表面波(SAW:Surface Acoustic Wave)を用いた弾性波共振子である。なお、これらの共振子は、SAWを用いた共振子に限らず、例えば、弾性境界波やバルク波(BAW:Bulk Acoustic Wave)を用いた弾性波共振子であってもかまわない。
次に、LB帯フィルタ10(第1フィルタ)、HB帯フィルタ20(第2フィルタ)及び直列トラップ30を構成する共振子の構造について、説明する。これらの共振子は、例えば弾性表面波(SAW:Surface Acoustic Wave)を用いた弾性波共振子である。なお、これらの共振子は、SAWを用いた共振子に限らず、例えば、弾性境界波やバルク波(BAW:Bulk Acoustic Wave)を用いた弾性波共振子であってもかまわない。
図4は、本実施の形態における共振子を模式的に表す平面図及び断面図である。同図には、マルチプレクサ1を構成する複数の共振子のうち、直列トラップ30の構造を表す平面摸式図及び断面模式図が例示されている。なお、図4に示された直列トラップ30は、上記複数の共振子の典型的な構造を説明するためのものであって、電極を構成する電極指の本数や長さなどは、これに限定されない。
マルチプレクサ1の各共振子は、圧電体層427を有する基板420と、櫛形形状を有するIDT(InterDigital Transducer)電極42a及び42bとで構成されている。
図4の平面図(図中の上段の図)に示すように、圧電体層427の上には、互いに対向する一対のIDT電極42a及び42bが形成されている。IDT電極42aは、互いに平行な複数の電極指422aと、複数の電極指422aを接続するバスバー電極421aとで構成されている。また、IDT電極42bは、互いに平行な複数の電極指422bと、複数の電極指422bを接続するバスバー電極421bとで構成されている。複数の電極指422a及び422bは、弾性波の伝搬方向と直交する方向に沿って形成されている。
また、複数の電極指422a及び422b、ならびに、バスバー電極421a及び421bで構成されるIDT電極42は、図4の断面図(図中の中段の図)に示すように、密着層423と主電極層424との積層構造となっている。つまり、IDT電極42は、2種以上(ここでは2種)の異種金属材料の積層構造を有する。
密着層423は、圧電体層427と主電極層424との密着性を向上させるための層であり、材料として、例えば、Tiが用いられる。密着層423の膜厚は、例えば、12nmである。
主電極層424は、材料として、例えば、Cuを1%含有したAlが用いられる。主電極層424の膜厚は、例えば131nmである。
保護層425は、IDT電極42a及び42bを覆うように形成されている。保護層425は、主電極層424を外部環境から保護する、周波数温度特性を調整する、及び、耐湿性を高めるなどを目的とする層であり、例えば、二酸化ケイ素を主成分とする膜である。保護層425の膜厚は、例えば30nmである。
なお、密着層423、主電極層424及び保護層425を構成する材料は、上述した材料に限定されない。さらに、IDT電極42は、上記積層構造でなくてもよい。IDT電極42は、例えば、Ti、Al、Cu、Pt、Au、Ag、Pd、Ni、Cr、Wなどの金属又は合金から構成されてもよく、また、上記の金属または合金から構成される複数の積層体から構成されてもよい。また、保護層425は、形成されていなくてもよい。
基板420は、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム(LiTaO3)、水晶、シリコン、サファイア、酸化亜鉛、窒化アルミニウム等のいずれかの圧電材料を基にした基板である。本実施の形態では、基板420は、以下に説明する積層構造を有する。
図4の下段に示すように、基板420は、高音速支持基板428と、低音速膜426と、圧電体層427とを備え、高音速支持基板428、低音速膜426及び圧電体層427がこの順で積層された構造を有している。
圧電体層427は、例えば、50°YカットX伝搬LiTaO3圧電単結晶または圧電セラミックス(弾性波の伝搬方向(X軸)を中心軸としてY軸から50°回転した軸を法線とする面で切断したタンタル酸リチウム単結晶またはセラミックス)からなる圧電膜である。圧電体層427の厚みは、例えば125nmである。
高音速支持基板428は、低音速膜426、圧電体層427ならびにIDT電極42を支持する基板である。高音速支持基板428は、さらに、圧電体層427を伝搬する表面波や境界波の弾性波よりも、高音速支持基板428中のバルク波の音速が高速となる基板であり、弾性表面波を圧電体層427及び低音速膜426が積層されている部分に閉じ込め、高音速支持基板428より下方に漏れないように機能する。高音速支持基板428は、例えば、シリコン基板であり、厚みは、例えば200μmである。
低音速膜426は、圧電体層427を伝搬する弾性波の音速よりも、低音速膜426中のバルク波の音速が低速となる膜であり、圧電体層427と高音速支持基板428との間に配置される。この構造と、弾性波が本質的に低音速な媒質にエネルギーが集中するという性質とにより、弾性表面波エネルギーのIDT電極外への漏れが抑制される。低音速膜426は、例えば、二酸化ケイ素を主成分とする膜であり、厚みは、例えば505nmである。
基板420の上記積層構造によれば、圧電基板を単層で使用している従来の構造と比較して、共振周波数及び反共振周波数におけるQ値を大幅に高めることが可能となる。すなわち、Q値が高い弾性表面波共振子を構成し得るので、当該弾性表面波共振子を用いて、挿入損失が小さいフィルタ等を構成することが可能となる。
なお、高音速支持基板428は、支持基板と、圧電体層427を伝搬する表面波や境界波の弾性波よりも、伝搬するバルク波の音速が高速となる高音速膜とが積層された構造を有していてもよい。この場合、支持基板は、サファイア、リチウムタンタレート、リチウムニオベイト、水晶等の圧電体、アルミナ、マグネシア、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、ジルコニア、コージライト、ムライト、ステアタイト、フォルステライト等の各種セラミック、ガラス等の誘電体またはシリコン、窒化ガリウム等の半導体及び樹脂基板等を用いることができる。また、高音速膜は、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、DLC膜またはダイヤモンド、上記材料を主成分とする媒質、上記材料の混合物を主成分とする媒質等、様々な高音速材料を用いることができる。
なお、本実施の形態では、IDT電極42は、積層構造を有する基板420上に形成された例を示したが、単層構造を有する基板上に形成されていてもかまわない。単層構造を有する基板としては、例えば、LiTaO3の圧電単結晶、または、LiNbO3などの他の圧電単結晶で構成される単層基板が用いられ得る。
また、IDT電極42が形成される基板は、圧電体層を有する限り、全体が圧電体層からなるものの他、支持基板上に圧電体層が積層されている構造を用いてもよい。
また、上記実施例に係る圧電体層427は、50°YカットX伝搬LiTaO3単結晶を使用したものであるが、単結晶材料のカット角はこれに限定されない。つまり、弾性波共振子の要求通過特性などに応じて、適宜、積層構造、材料、及び厚みを変更してもよく、上記以外のカット角を有するLiTaO3圧電基板またはLiNbO3圧電基板などを用いた弾性波共振子であっても、同様の効果を奏することが可能となる。
ここで、IDT電極42の設計パラメータについて説明する。弾性表面波共振子の波長とは、図4の中段に示すIDT電極42を構成する複数の電極指422a及び422bの繰り返しピッチλで規定される。また、IDT電極の交叉幅Lは、図4の上段に示すように、IDT電極42aの電極指422aとIDT電極42bの電極指422bとのX軸方向から見た場合の重複する電極指長さである。また、各共振子の電極デューティー比は、複数の電極指422a及び422bのライン幅占有率であり、複数の電極指422a及び422bのライン幅とスペース幅との加算値に対する当該ライン幅の割合である。より具体的には、電極デューティー比は、IDT電極42a及び42bを構成する電極指422a及び422bのライン幅をWとし、隣り合う電極指422aと電極指422bとの間のスペース幅をSとした場合、W/(W+S)で定義される。
[4.ロス低減のメカニズム]
以上のように構成されたマルチプレクサ1によれば、一のフィルタ(第1フィルタ、本実施の形態ではLB帯フィルタ10)とともにマルチプレクサ1を構成する他のフィルタ(第2フィルタ、本実施の形態ではHB帯フィルタ20)の帯域内ロスを低減することができる。以下、このロスを低減できるメカニズムについて、本発明に至った経緯を含めて、図5A~図6Bを用いて説明する。
以上のように構成されたマルチプレクサ1によれば、一のフィルタ(第1フィルタ、本実施の形態ではLB帯フィルタ10)とともにマルチプレクサ1を構成する他のフィルタ(第2フィルタ、本実施の形態ではHB帯フィルタ20)の帯域内ロスを低減することができる。以下、このロスを低減できるメカニズムについて、本発明に至った経緯を含めて、図5A~図6Bを用いて説明する。
図5A~図5Cは、本実施の形態において、ロスを低減できるメカニズムを模式的に示す図である。具体的には、図5Aは、共通接続される前の、LB帯フィルタ10及びHB帯フィルタ20のフィルタ特性(通過特性)を模式的に示す図である。図5Bは、直列トラップ30を設けずに共通接続された後の、LB帯フィルタ10及びHB帯フィルタ20のフィルタ特性を模式的に示す図である。図5Cは、直列トラップ30を設けて共通接続された後の、LB帯フィルタ10及びHB帯フィルタ20のフィルタ特性を模式的に示す図である。なお、これらの図及び以降の説明において、LB帯フィルタ10のフィルタ特性及びHB帯フィルタ20のフィルタ特性は、それぞれ、共通端子Port1と個別端子Port2との間の挿入損失、及び、共通端子Port1と個別端子Port3との間の挿入損失を指す。
図6A及び図6Bは、直列トラップ30により漏れ信号が抑制される様子を模式的に示す図である。具体的には、図6Aは、直列トラップ30を備えないマルチプレクサ901に生じ得る問題を説明するための図である。図6Bは、直列トラップ30を備える本実施の形態に係るマルチプレクサ1による効果を説明するための図である。
ここで、直列トラップ30を備えないマルチプレクサ901では、実施の形態に係るマルチプレクサ1に比べて、LB帯フィルタ10とHB帯フィルタ20とが、直列トラップ30を介さずに互いに接続されている点が異なる。
図5A及び図5Bに示すように、マルチプレクサ901では、一のフィルタ(第1フィルタ、ここではLB帯フィルタ10)の影響により、共通接続される相手側フィルタ(第2フィルタ、ここではHB帯フィルタ20)のフィルタ特性等が劣化するロスが発生し得る。これに関し、本願発明者らは、一のフィルタ固有のインピーダンスとこれに共通接続される相手側フィルタ固有のインピーダンスとの大小関係により、共通接続される相手側フィルタの通過特性が劣化し得ることに気付いた。
具体的には、共通接続後の一のフィルタでは、共通接続前(すなわち単体時)に比べて、固有インピーダンスが理想的には無限大となるべき周波数領域において、共通接続される相手側フィルタの固有インピーダンスの影響によりインピーダンスが低下する場合がある。例えば、マルチプレクサ901では、HB帯において、LB帯フィルタ10のインピーダンスが不足している場合(例えば、共通接続点Nから見て、HB帯フィルタ20に対してLB帯フィルタ10のインピーダンスが不足している場合)にインピーダンスが低下する。この場合、図6Aに示すように、送信時及び受信時のいずれにおいても、メイン信号(HB帯フィルタ20を通過する高周波信号)の一部が漏れ信号となってLB帯フィルタ10へと漏れ出す。これにより、マルチプレクサ901では、共通接続後のLB帯フィルタ10に、自帯域(自身の通過帯域、ここではLB帯)とは別の通過帯域が形成される。このため、共通接続後に、HB帯フィルタ20を通過する高周波信号がLB帯フィルタ10に漏れ出すことになり、その結果、図5Bに示すように、HB帯フィルタ20の帯域内ロスが発生し得る。
これに対して、本実施の形態に係るマルチプレクサ1では、直列トラップ30を設けることにより、LB帯フィルタ10とともにマルチプレクサを構成するHB帯フィルタ20について通過帯域内ロスを低減することができる。
具体的には、本実施の形態では、図5Cに示すように、直列トラップ30の反共振周波数faは、HB帯フィルタ20(第2フィルタ)の通過帯域(HB帯)内に位置する。ここで、反共振周波数faでは直列トラップ30のインピーダンスが最大(理想的には無限大)となる。このため、図6Bに示すように、HB帯では、共通接続点Nから見て、LB帯フィルタ10が高インピーダンスの疑似オープン状態となる。これにより、送信時及び受信時のいずれにおいても、メイン信号(HB帯フィルタ20を通過する高周波信号)がLB帯フィルタ10に漏れにくくなる。その結果、図5Cに示すように、HB帯フィルタ20の通過帯域内のロスを抑制することができる。つまり、LB帯フィルタ10とHB帯フィルタ20とが共通接続されたことによるHB帯フィルタ20の通過帯域内ロスを低減することができる。このように、本実施の形態によれば、LB帯フィルタ10(一のフィルタ)とともにマルチプレクサ1を構成するHB帯フィルタ20(他のフィルタ)について、通過帯域内ロスを低減することができる。
また、本実施の形態では、図5Cに示すように、LB帯フィルタ10(第1フィルタ)はHB帯フィルタ20(第2フィルタ)より通過帯域の周波数が低く、直列トラップ30の共振周波数frは、LB帯(第1フィルタの通過帯域)とHB帯(第2フィルタの通過帯域)との間に位置する。よって、LB帯では、直列トラップ30は、励振せずに容量として作用する。このため、LB帯フィルタ10のフィルタ特性の劣化を抑制することができる。このように、本実施の形態によれば、LB帯フィルタ10(一のフィルタ)の特性ロスを低減しつつ、HB帯フィルタ20(他のフィルタ)について共通接続によるロスを低減することができる。
また、本実施の形態では、直列トラップ30の共振周波数frがHB帯フィルタ20(第2フィルタ)の減衰極の周波数と略一致する。これにより、共通接続点NからLB帯フィルタ10及びHB帯フィルタ20を見ると、HB帯フィルタ20の通過帯域の端から減衰極までの周波数領域においてLB帯フィルタ10のインピーダンスが急激に低下することになる。つまり、この周波数領域では、HB帯フィルタ20を通過する高周波信号が急激に減衰される。このため、HB帯フィルタ20のフィルタ特性について、減衰スロープの急峻性(いわゆる「フィルタ特性のキレ」)を向上することができる。
<実施例と比較例との比較>
以下、本実施の形態に係るマルチプレクサ1による共通接続によるロスの低減効果について、実施例及び比較例に基づいて、詳細に説明する。なお、以下では、周波数帯域の範囲について、A以上B以下を示す数値範囲をA~Bのように簡略化して記載する。
以下、本実施の形態に係るマルチプレクサ1による共通接続によるロスの低減効果について、実施例及び比較例に基づいて、詳細に説明する。なお、以下では、周波数帯域の範囲について、A以上B以下を示す数値範囲をA~Bのように簡略化して記載する。
実施例のマルチプレクサは、上記実施の形態に係るマルチプレクサ1の構成を有する。具体的には、LB帯フィルタ10(第1フィルタ)には、通過帯域としてLTE(Long Term Evolution)のBand34(2010~2025MHz)が割り当てられ、HB帯フィルタ20(第2フィルタ)には、通過帯域としてLTEのBand40(2300~2400MHz)が割り当てられている。
また、比較例では、実施例に比べて直列トラップ30が設けられていない点が異なる。具体的には、比較例のマルチプレクサは、直列トラップ30に代わりLB帯フィルタ10の初段の直列共振子を有する。つまり、比較例では、LB帯フィルタ10による通過帯域の形成(自帯域の形成)に寄与する初段の直列共振子が設けられているのに対し、実施例では、初段の直列共振子に代わり直列トラップ30が設けられている。言い換えると、実施例の直列トラップ30は、比較例の初段の直列共振子について、反共振周波数faがHB帯内に位置するようにIDT電極42の設計パラメータ等が調整された構造を有する。
図7A及び図7Bは、実施例及び比較例について、共通接続前のLB帯フィルタ10の特性を示す図である。これらの図には、共通接続前のLB帯フィルタ10の特性について、比較例(直列トラップ30なし)の場合、及び、実施例(直列トラップ30あり)の場合それぞれの特性が示されている。具体的には、図7Aの上段には、共通接続前における実施例の構成が模式的に示されている。図7Aの中段には、このときのLB帯フィルタ10を経由する経路の通過特性が示されており、より具体的には、個別端子Port2に入力された信号に対する共通端子Port1から出力された信号の強度比である挿入損失が示されている。図7Aの下段には、このときの不整合損を除去した通過特性が示されており、より具体的には、図7Aの中段に示す挿入損失から例えば共通接続点NとLB帯フィルタ10との間の不整合損を除去した挿入損失が示されている。また、図7Bの上段には、このときの反射特性が示されており、より具体的には、共通端子Port1に入力された信号に対する共通端子Port1から出力された信号の強度比である反射損失が示されている。図7Bの下段には、このときの反射特性がスミスチャートで示されており、より具体的には、共通接続点Nにおける反射特性が示されている。
図7Aの中段及び下段に示すように、実施例と比較例とを比べると、実施例では直列トラップ30を設けることにより、LB帯フィルタ10において、HB帯の挿入損失を増大しつつ(例えば、図中のマーカー箇所では0.6dB程度)、LB帯における挿入損失を維持することができている。
このことは、図7Bの上段に示すように、実施例では直列トラップ30を設けることにより、HB帯において、共通接続点NからLB帯フィルタ10を見たインピーダンスが良化(インピーダンス値が向上)することによる(例えば、図中のマーカー箇所では0.8dB程度)。具体的には、直列トラップ30のインピーダンスが最大となる反共振周波数faがHB帯に位置することにより、共通接続点NからLB帯フィルタ10を見たインピーダンスも最大となることによる。すなわち、図7Bの下段に示すように、直列トラップ30によって、HB帯における当該インピーダンスがスミスチャート上の外周(インピーダンス値のより大きな領域)に移動するためである。
次に、LB帯フィルタ10とHB帯フィルタ20とが共通接続された後の特性について、説明する。
図8は、実施例及び比較例について、共通接続された後のLB帯フィルタ10及びHB帯フィルタ20の特性を示す図である。同図には、共通接続された後の当該特性について、比較例(直列トラップ30なし)の場合、及び、実施例(直列トラップ30あり)の場合それぞれの特性が示されている。具体的には、図8の上段には、共通接続された後における実施例の構成が模式的に示されている。図8の中段には、このときのLB帯フィルタ10及びHB帯フィルタ20のそれぞれを経由する経路の通過特性が示されている。より具体的には、個別端子Port2に入力された信号に対する共通端子Port1から出力された信号の強度比である挿入損失、及び、個別端子Port3に入力された信号に対する共通端子Port1から出力された信号の強度比である挿入損失が示されている。図8の下段には、このときの不整合損を除去した通過特性が示されており、より具体的には、図8の中段に示す挿入損失から例えば共通接続点NとLB帯フィルタ10及びHB帯フィルタ20との間の不整合損を除去した挿入損失が示されている。
図8の中段及び下段に示すように、実施例と比較例とを比べると、HB帯フィルタ20において、HB帯の挿入損失(共通接続によるロス)が低減されている(例えば0.20dB程度)。
このことは、図7A及び図7Bで示したように、HB帯においてLB帯フィルタ10のインピーダンスが良化する(挿入損失が増大する)ことによって、HB帯の高周波信号がLB帯フィルタ10に漏れ出しにくくなることによる。
このように、実施例と比較例とを比べると、実施例では、比較例のLB帯フィルタの初段の直列共振子に代わり、反共振周波数faがHB帯内に位置するようにIDT電極42の設計パラメータ等が調整された直列トラップ30を有することにより、HB帯フィルタ20について共通接続によるロスを低減することができる。
ここで、LB帯フィルタ10では、自帯域(LB帯)において、容量として作用する直列トラップ30の影響により、共通接続前に比べて挿入損失が増大する場合がある。しかし、この挿入損失については、LB帯フィルタ10を構成する各共振子の設計パラメータを適宜調整することにより、十分に低減することができる。
[5.マルチプレクサの構造]
以上のような本実施の形態に係るマルチプレクサ1は、直列トラップ30とHB帯フィルタ20とが同一チップで形成されていることが好ましい。
以上のような本実施の形態に係るマルチプレクサ1は、直列トラップ30とHB帯フィルタ20とが同一チップで形成されていることが好ましい。
図9Aは、本実施の形態に係るマルチプレクサ1のチップ構成を模式的に示す構成図である。図9Bは、図9Aに示すマルチプレクサ1の外観斜視図である。なお、図9Aでは、封止部材55を透過して、封止部材55によって封止された部品を図示している。
これらの図に示すように、マルチプレクサ1は、モジュール基板51、チップ部品52A及び52B、ならびに、封止部材55を備える。
モジュール基板51は、LB帯フィルタ10、HB帯フィルタ20及び直列トラップ30を接続することにより、マルチプレクサ1を構成する配線を内蔵する、例えばLTCC(Low Temperature Co-fired Ceramics)基板である。なお、モジュール基板51には、マルチプレクサ1とアンテナ素子2とのインピーダンス整合をとるための整合回路を構成するインダクタ及びキャパシタ等が内蔵されていてもかまわない。
チップ部品52Aは、LB帯フィルタ10を内蔵する第1チップである。チップ部品52Bは、HB帯フィルタ20及び直列トラップ30を内蔵する第2チップである。本実施の形態では、共通接続点Nはチップ部品52Bに形成されている。なお、共通接続点Nが形成される部品はこれに限らず、例えば、モジュール基板51に形成されていてもかまわない。これらチップ部品52A及び52Bは、上述した基板420及びIDT電極42等で形成されており、モジュール基板51に実装されている。
封止部材55は、モジュール基板51上に配置された部品(チップ部品52A及び52B)を封止する、例えば樹脂である。
このようなマルチプレクサ1は、例えば、次のような製造工程(製造方法)により作製される。すなわち、本実施の形態に係るマルチプレクサ1の製造方法は、チップ部品52A(第1チップ)を形成する第1工程と、チップ部品52B(第2チップ)を形成する第2工程と、を含む。ここで、第1工程では、共通端子Port1(アンテナ共通端子)と個別端子Port2(第1端子)とを結ぶ第1経路上に配置されるLB帯フィルタ10(第1フィルタ)を、チップ部品52Aに形成する。また、第2工程では、共通端子Port1と個別端子Port3(第2端子)とを結ぶ第2経路上に配置され、かつ、LB帯フィルタ10と通過帯域の周波数が異なるHB帯フィルタ20、ならびに、上記第1経路と上記第2経路との共通接続点NとLB帯フィルタ10との間の第1経路上に配置される直列トラップ30を、チップ部品52Bに形成する。
その後、第1工程及び第2工程で形成されたチップ部品52A及び52Bをモジュール基板51に実装することにより、マルチプレクサ1が作製される。
なお、第1工程と第2工程との順序は特に限定されず、第1工程の後に第2工程が行われてもかまわないし、その逆であってもかまわない。
このように作製されたマルチプレクサ1では、直列トラップ30がHB帯フィルタ20と同一の加工条件(製造条件)で作製される。よって、直列トラップ30の反共振周波数faをHB帯フィルタ20の通過帯域に当てやすくなる。すなわち、反共振周波数faがHB帯フィルタ20の通過帯域内に収まりやすくなる。このため、HB帯フィルタ20について共通接続によるロスを低減できるマルチプレクサ1を容易に作製することができる。
具体的には、直列トラップ30とHB帯フィルタ20とが別の製造工程で作製されていると、素子ごとのバラつきにより、直列トラップ30の反共振周波数faをHB帯フィルタ20の通過帯域に当てることが非常に難しい。
図10A~図10Cは、直列トラップ30の共振周波数frを2100MHz~2400MHzの範囲で概ね50MHz間隔(一部は100MHz間隔)で振った場合の通過特性を示す図である。具体的には、図10Aには、この場合のLB帯フィルタ10の通過特性が示されている。図10Bには、この場合のHB帯フィルタ20の通過特性が示されている。図10Cには、図10Bに示す通過特性から不整合損を除去した通過特性が示されている。なお、これらの通過特性に示される反射特性に関する事項については、上述した反射特性に関する事項と同様である。
これらの図から明らかなように、直列トラップ30の共振周波数frが2100~2250MHzの場合には、HB帯フィルタ20の通過特性は劣化しにくい。つまり、この場合、直列トラップ30を設けない構成に比べて、共通接続によるロスを低減することができる。しかし、共振周波数frが2300~2400MHzの場合、HB帯フィルタ20の通過特性が劣化してしまう。つまり、この場合、直列トラップ30を設けない構成に比べて、共通接続によるロスが逆に増大し得る。このことは、共振周波数frがHB帯の通過帯域(ここでは、2300~2400MHz)内に収まってしまうことにより、反共振周波数faが当該通過帯域外に位置してしまうことによる。つまり、この場合、共通接続点Nから見たLB帯フィルタ10のインピーダンスが低下することにより、HB帯の高周波信号がLB帯フィルタ10に漏れ出しやすくなる。
このような共振周波数fr及び反共振周波数faのバラつきは、直列トラップ30をHB帯フィルタ20と異なる加工条件で作製する場合に発生しやすい。また、特に、LB帯フィルタ10とHB帯フィルタ20との加工条件及び素子構成等が大きく異なる場合、上記のバラつきは、HB帯フィルタ20の通過特性の劣化等、マルチプレクサ1の特性劣化の大きな要因となり得る。
これに対して、本実施の形態では、LB帯フィルタ10と同一経路上に設けられた直列トラップ30を、HB帯フィルタ20と敢えて同一チップに形成する。これにより、直列トラップ30とHB帯フィルタ20とで、加工条件等によるバラつきを同等とすることができる。つまり、当該バラつきによる影響をキャンセルすることができる。したがって、チップ部品52A(第1チップ)とチップ部品52B(第2チップ)との組み合わせによらず、直列トラップ30の反共振周波数faをHB帯フィルタ20の通過帯域内に収めることができる。このため、チップ部品52A及びチップ部品52Bのサンプル同士の組み合わせによらず、HB帯フィルタ20の共通接続によるロスを低減できるマルチプレクサ1を容易に作製することができる。
このような構造は、要求されるフィルタ特性等によりLB帯フィルタ10とHB帯フィルタ20とを同一チップに形成できない構成に有用であり、特に、HB帯フィルタ20が狭帯域フィルタまたは温度特性差の大きなフィルタである等、直列トラップ30の反共振周波数faをHB帯フィルタ20の通過帯域に合わせづらい構成に有用である。
ここで、直列トラップ30とHB帯フィルタ20とで加工条件が同一とは、例えば、これらを構成する素子(共振子)及び電極構造等が略一致することを指す。この「素子及び電極構造」とは、具体的には、(i)圧電基板のカット角(本実施の形態では圧電体層427のカット角、すなわちウェハ切り出し時のオイラー角)、(ii)圧電材料(本実施の形態では圧電体層427の材料、すなわちタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、水晶等)、(iii)励振波モード(レイリー波、ラブ波、リーキー波等の弾性波のモード)、ならびに、(iv)励振部の電極構造(本実施の形態ではIDT電極42の構造、すなわちAl及びCu等の含有比、積層構造または単層構造等)等を指す。
(変形例)
上記実施の形態で説明したマルチプレクサ1は、高周波フロントエンド回路及びこれを備える通信装置に適用することができる。そこで、本変形例では、このような高周波フロントエンド回路及び通信装置について説明する。
上記実施の形態で説明したマルチプレクサ1は、高周波フロントエンド回路及びこれを備える通信装置に適用することができる。そこで、本変形例では、このような高周波フロントエンド回路及び通信装置について説明する。
図11は、本変形例に係る高周波フロントエンド回路6の構成図である。なお、同図には、高周波フロントエンド回路6とともに通信装置7を構成するRFIC71、及び、通信装置7に接続されるアンテナ素子2も図示されている。
同図に示すように、高周波フロントエンド回路6は、スイッチ61H及び61Lと、送信増幅回路62H及び62Lならびに受信増幅回路63H及び63Lと、を備える。
スイッチ61H及びスイッチ61Lは、マルチプレクサ1の個別端子Port3及びPort2に接続され、TDD(Time Division Duplex:時分割複信)方式に対応して送信及び受信を切り替えるスイッチである。具体的には、これらはそれぞれ、RFIC71等が有する制御部(図示せず)からの制御信号にしたがって接続が切り替えられるSPDT(Single Pole Double Throw)型のスイッチである。本変形例では、スイッチ61Hは、HB帯の高周波信号の送信及び受信を切り替えるスイッチであり、共通端子がマルチプレクサ1の個別端子Port3に接続され、2つの選択端子が送信増幅回路62H及び受信増幅回路63Hに接続されている。また、スイッチ61Lは、LB帯の高周波信号の送信及び受信を切り替えるスイッチであり、共通端子がマルチプレクサ1の個別端子Port2に接続され、2つの選択端子が送信増幅回路62L及び受信増幅回路63Lに接続されている。
送信増幅回路62H及び62Lは、高周波信号(ここでは高周波送信信号)を電力増幅するパワーアンプである。本変形例では、送信増幅回路62Hは、RFIC71から入力されたHB帯の高周波信号を電力増幅してスイッチ61Hを介してマルチプレクサ1に出力する。また、送信増幅回路62Lは、RFIC71から入力されたLB帯の高周波信号を電力増幅してスイッチ61Hを介してマルチプレクサ1に出力する。
受信増幅回路63H及び63L、高周波信号(ここでは高周波受信信号)を電力増幅するローノイズアンプである。本変形例では、受信増幅回路63Hは、スイッチ61Hを介してマルチプレクサ1から入力されたHB帯の高周波信号を電力増幅してRFIC71に出力する。また、受信増幅回路63Lは、スイッチ61Lを介してマルチプレクサ1から入力されたLB帯の高周波信号を電力増幅してRFIC71に出力する。
このように構成された高周波フロントエンド回路6及び通信装置7によれば、上記実施の形態に係るマルチプレクサを備えることにより、マルチバンド化に対応しつつ、通過帯域内のロスを低減することができる。
(その他の変形例)
以上、本発明に係るマルチプレクサ及びその製造方法について、実施の形態及び変形例に基づいて説明したが、本発明は、上記実施の形態及び変形例に限定されるものではない。上記実施の形態及び変形例における任意の構成要素を組み合わせて実現される別の実施の形態や、上記実施の形態に対して本発明の主旨を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例や、本発明に係るマルチプレクサを内蔵した各種機器も本発明に含まれる。
以上、本発明に係るマルチプレクサ及びその製造方法について、実施の形態及び変形例に基づいて説明したが、本発明は、上記実施の形態及び変形例に限定されるものではない。上記実施の形態及び変形例における任意の構成要素を組み合わせて実現される別の実施の形態や、上記実施の形態に対して本発明の主旨を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例や、本発明に係るマルチプレクサを内蔵した各種機器も本発明に含まれる。
例えば、上記説明では、2つのフィルタ(上記説明では、LB帯フィルタ10及びHB帯フィルタ20)を備えるマルチプレクサを例に説明した。しかし、マルチプレクサが備えるフィルタの個数はこれに限定されず、3以上であってもかまわない。
図12Aは、このようなマルチプレクサ101の構成図である。なお、同図には、マルチプレクサ1に接続されるアンテナ素子2も図示されている。
同図に示すマルチプレクサ101は、共通端子(アンテナ共通端子)に接続された互いに通過帯域が異なる3以上のフィルタ(ここでは、3つのフィルタ110、120及び130)を備える。フィルタ110、120及び130には、通過帯域としてこの順に、低域側から帯域A、帯域B及び帯域Cが割り当てられている。
直列トラップ30は、フィルタ110、120及び130のそれぞれを通過する経路が共通接続された共通接続点Nとフィルタ120とを結ぶ経路上に配置されている。
図12Bは、直列トラップ30のインピーダンス特性を模式的に示すグラフである。
同図に示すように、直列トラップ30の共振周波数frは、3以上のフィルタ(ここでは、3つのフィルタ110、120及び130)の通過帯域のいずれとも異なる帯域に位置する。具体的には、共振周波数frは帯域Bと帯域Cとの間の空き帯域に位置する。また、直列トラップ30は、フィルタ130の通過帯域(帯域C)内に位置する反共振周波数faを有する。
このように構成されたマルチプレクサ101によれば、3バンド以上(ここでは3バンド)のマルチバンド化に対応しつつ、フィルタ120(第1フィルタ)とともにマルチプレクサ101を構成するフィルタ130(第2フィルタ)の共通接続によるロスを低減することができる。
なお、マルチプレクサ101はさらに、共通接続点Nとフィルタ110とを結ぶ経路上に配置された直列トラップを備えてもかまわない。このようなマルチプレクサ101によれば、フィルタ110の影響によるフィルタ130の特性ロスを低減することができるため、フィルタ130の共通接続によるロスをさらに低減することができる。
また、上記実施の形態では、第1フィルタとしてLB帯フィルタ10かつ第2フィルタとしてHB帯フィルタ20を例に説明した。つまり、第1フィルタは第2フィルタより通過帯域の周波数が低いとした。しかし、第1及び第2フィルタの通過帯域の周波数関係はこれに限定されず、例えば、第1フィルタは第2フィルタより通過帯域の周波数が高くてもかまわない。
このように構成されたマルチプレクサでは、共振周波数frは、第1及び第2フィルタのいずれの通過帯域よりも低い帯域に位置していてもかまわない。
また、上記実施例では、LB帯フィルタ10(第1フィルタ)及びHB帯フィルタ20(第2フィルタ)に割り当てられた通過帯域としてBand34及びBand40を例に説明した。しかし、割り当てられる通過帯域の組み合わせはこれに限定されない。
また、マルチプレクサ1は、TDD方式に対応する構成に限らず、例えば、FDD(Frequency Division Duplex:周波数分割複信)方式に対応する構成であってもかまわない。例えば、マルチプレクサ1は、送信帯域(Tx)と受信帯域(Rx)とが比較的離れているLTEのBand4(送信帯域:1710~1755MHz、受信帯域:2110~2155)に対応する送信フィルタ(第1フィルタ)と受信フィルタ(第2フィルタ)とを備えてもかまわない。
また、マルチプレクサ1において、LB帯フィルタ10とHB帯フィルタ20のそれぞれと共通接続点Nとを結ぶ経路上、あるいは、共通接続点Nと共通端子Port1とを結ぶ経路上等に、インピーダンス整合用のインダクタ等のインピーダンス素子が接続されていてもかまわない。
本発明は、マルチバンドシステムに適用できる小型のマルチプレクサとして、携帯電話などの通信機器に広く利用できる。
1、101、901 マルチプレクサ
2 アンテナ素子
6 高周波フロントエンド回路
7 通信装置
10 LB帯フィルタ(第1フィルタ)
20 HB帯フィルタ(第2フィルタ)
30 直列トラップ
42、42a、42b IDT電極
51 モジュール基板
52A、52B チップ部品
55 封止部材
61H、61L スイッチ
62H、62L 送信増幅回路
63H、63L 受信増幅回路
71 RFIC
110、120、130 フィルタ
111p、121p、131p、141p、151p、152p 並列共振子
111s、121s、122s、131s、141s、151s、152s 直列共振子
420 基板
421a、421b バスバー電極
422a、422b 電極指
423 密着層
424 主電極層
425 保護層
426 低音速膜
427 圧電体層
428 高音速支持基板
N 共通接続点
Port1 共通端子(アンテナ共通端子)
Port2 個別端子(第1端子)
Port3 個別端子(第2端子)
2 アンテナ素子
6 高周波フロントエンド回路
7 通信装置
10 LB帯フィルタ(第1フィルタ)
20 HB帯フィルタ(第2フィルタ)
30 直列トラップ
42、42a、42b IDT電極
51 モジュール基板
52A、52B チップ部品
55 封止部材
61H、61L スイッチ
62H、62L 送信増幅回路
63H、63L 受信増幅回路
71 RFIC
110、120、130 フィルタ
111p、121p、131p、141p、151p、152p 並列共振子
111s、121s、122s、131s、141s、151s、152s 直列共振子
420 基板
421a、421b バスバー電極
422a、422b 電極指
423 密着層
424 主電極層
425 保護層
426 低音速膜
427 圧電体層
428 高音速支持基板
N 共通接続点
Port1 共通端子(アンテナ共通端子)
Port2 個別端子(第1端子)
Port3 個別端子(第2端子)
Claims (8)
- アンテナ共通端子と第1端子とを結ぶ第1経路上に配置された第1フィルタと、
前記アンテナ共通端子と第2端子とを結ぶ第2経路上に配置され、前記第1フィルタと通過帯域が異なる第2フィルタと、
前記第1経路と前記第2経路との共通接続点と前記第1フィルタとの間の前記第1経路上に配置された直列トラップと、を備え、
前記直列トラップは、前記第1及び前記第2フィルタの通過帯域のいずれとも異なる帯域に位置する共振周波数を有し、かつ、前記第2フィルタの通過帯域内に位置する反共振周波数を有する、
マルチプレクサ。 - 前記第1フィルタは、前記第2フィルタより通過帯域の周波数が低く、
前記直列トラップの前記共振周波数は、前記第1フィルタの通過帯域と前記第2フィルタの通過帯域との間の帯域に位置する、
請求項1に記載のマルチプレクサ。 - 前記直列トラップの前記共振周波数は、前記第2フィルタの減衰極の周波数と略一致する、
請求項1または2に記載のマルチプレクサ。 - 前記第1及び前記第2フィルタならびに前記直列トラップの少なくとも1つは、SAW(Surface Acoustic Wave)及びBAW(Bulk Acoustic Wave)を用いた弾性波共振子を含む、
請求項1~3のいずれか1項に記載のマルチプレクサ。 - 前記第1及び前記第2フィルタならびに前記直列トラップの前記少なくとも1つは、前記SAWを用いた弾性波共振子を含み、
IDT電極と、
前記IDT電極が主面上に配置された圧電膜と、
前記圧電膜を伝搬する弾性波音速よりも、伝搬するバルク波音速が高速である高音速支持基板と、
前記高音速支持基板と前記圧電膜との間に配置され、前記圧電膜を伝搬するバルク波音速よりも、伝搬するバルク波音速が低速である低音速膜と、を備える、
請求項4に記載のマルチプレクサ。 - 前記直列トラップと前記第2フィルタとは、同一チップで形成されている、
請求項1~5のいずれか1項に記載のマルチプレクサ。 - 前記マルチプレクサは、前記アンテナ共通端子に接続された、前記第1及び前記第2フィルタを含む互いに通過帯域が異なる3以上のフィルタを備え、
前記直列トラップの前記共振周波数、前記3以上のフィルタの通過帯域のいずれとも異なる帯域に位置する、
請求項1~6のいずれか1項に記載のマルチプレクサ。 - アンテナ共通端子と第1端子とを結ぶ第1経路上に配置される第1フィルタを、第1チップに形成する工程と、
前記アンテナ共通端子と第2端子とを結ぶ第2経路上に配置され、かつ、前記第1フィルタと通過帯域が異なる第2フィルタ、ならびに、前記第1経路と前記第2経路との共通接続点と前記第1フィルタとの間の前記第1経路上に配置される直列トラップを、第2チップに形成する工程と、を含み、
前記直列トラップは、前記第1及び前記第2フィルタの通過帯域のいずれとも異なる帯域に位置する共振周波数を有し、かつ、前記第2フィルタの通過帯域内に位置する反共振周波数を有する、
マルチプレクサの製造方法。
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