JP7055492B1 - 弾性波デバイス - Google Patents
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Abstract
【課題】より小型で、よりアイソレーション特性に優れた弾性波デバイスおよびその弾性波デバイスを備えるモジュールを提供する。
【解決手段】送信通過帯域を有する送信フィルタと、受信通過帯域を有する受信フィルタとを備える弾性波デバイスであって、前記送信フィルタは、複数の直列共振器と複数の並列共振器を有し、前記複数の直列共振器のうちで、前記送信フィルタの入力端子に最も近い位置に配置された直列共振器は、前記受信通過帯域の最も高い周波数と同じ反共振周波数を有し、前記送信通過帯域の周波数ではない共振周波数を有し、前記複数の直列共振器のキャパシタンスの平均値よりも小さく、かつ、前記複数の並列共振器のキャパシタンスの平均値よりも大きいキャパシタンスを有する、弾性波デバイス。
【選択図】図２
【解決手段】送信通過帯域を有する送信フィルタと、受信通過帯域を有する受信フィルタとを備える弾性波デバイスであって、前記送信フィルタは、複数の直列共振器と複数の並列共振器を有し、前記複数の直列共振器のうちで、前記送信フィルタの入力端子に最も近い位置に配置された直列共振器は、前記受信通過帯域の最も高い周波数と同じ反共振周波数を有し、前記送信通過帯域の周波数ではない共振周波数を有し、前記複数の直列共振器のキャパシタンスの平均値よりも小さく、かつ、前記複数の並列共振器のキャパシタンスの平均値よりも大きいキャパシタンスを有する、弾性波デバイス。
【選択図】図２
Description
本発明は、弾性波デバイスに関連する。
近年の技術的進歩により、移動体通信端末に代表されるスマートフォンなどは、目覚ましく小型化、軽量化されている。このような移動通信端末に用いられるフィルタとしては、小型化が可能な弾性波デバイスが用いられている。また、移動体通信システムとしては、同時送受信する通信システムが急増しデュプレクサ等の弾性波デバイスの需要が急増している。
これらの状況によって、デュプレクサ等の弾性波デバイスの要求仕様がより厳しくなってきている。すなわち、従来に比してより小型で、よりアイソレーション特性に優れたデュプレクサ等の弾性波デバイスが必要となっている。
特許文献１には、複数のフィルタを有する弾性波デバイスにおいて、アイソレーション特性を向上させるため、付加回路を設ける技術の一例が開示されている。
しかしながら、特許文献１に開示の技術では、十分に小型化ができ、かつ、十分なアイソレーション特性をもつ弾性波デバイスを提供することができない。本発明は、より小型で、よりアイソレーション特性に優れた弾性波デバイスを提供することを目的とする。
前記課題を達成するために、本発明にあっては、
送信通過帯域を有する送信フィルタと
受信通過帯域を有する受信フィルタと
を備える弾性波デバイスであって、
前記送信フィルタは、複数の直列共振器と複数の並列共振器を有し、
前記複数の直列共振器のうちで、前記送信フィルタの入力端子に最も近い位置に配置された直列共振器は、
前記受信通過帯域の最も高い周波数と同じ反共振周波数を有し、
前記送信通過帯域の周波数ではない共振周波数を有し、
前記複数の直列共振器のキャパシタンスの平均値よりも小さく、かつ、
前記複数の並列共振器のキャパシタンスの平均値よりも大きいキャパシタンスを有する、
弾性波デバイスとした。
送信通過帯域を有する送信フィルタと
受信通過帯域を有する受信フィルタと
を備える弾性波デバイスであって、
前記送信フィルタは、複数の直列共振器と複数の並列共振器を有し、
前記複数の直列共振器のうちで、前記送信フィルタの入力端子に最も近い位置に配置された直列共振器は、
前記受信通過帯域の最も高い周波数と同じ反共振周波数を有し、
前記送信通過帯域の周波数ではない共振周波数を有し、
前記複数の直列共振器のキャパシタンスの平均値よりも小さく、かつ、
前記複数の並列共振器のキャパシタンスの平均値よりも大きいキャパシタンスを有する、
弾性波デバイスとした。
前記送信フィルタと前記受信フィルタの少なくとも一方は、音響薄膜共振器を用いたフィルタであることが、本発明の一形態とされる。
前記送信フィルタと前記受信フィルタの少なくとも一方は、圧電基板上に形成された弾性表面波共振器を用いたフィルタであることが、本発明の一形態とされる。
前記送信フィルタおよび前記受信フィルタは弾性表面波共振器を用いたフィルタであり、同一の圧電基板上に形成されていることが、本発明の一形態とされる。
前記圧電基板は、サファイア、シリコン、アルミナ、スピネル、水晶またはガラスからなる基板が接合されていることが、本発明の一形態とされる。
前記弾性波デバイスを備えるモジュールが、本発明の一形態とされる。
本発明によれば、より小型で、よりアイソレーション特性に優れた弾性波デバイスを提供することができる。
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施の形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
（実施例１）
図１は、実施例１にかかる弾性波デバイス１の断面図である。
図１は、実施例１にかかる弾性波デバイス１の断面図である。
図１に示すように、本実施例にかかる弾性波デバイス１は、配線基板３と、配線基板３上に実装された、２つのデバイスチップ５を備える。
本実施例では、デバイスチップ５（Ｒｘ）を受信フィルタとして、デバイスチップ５（Ｔｘ）を送信フィルタとする、デュプレクサである弾性波デバイスの例を示すが、当然のことながら、本発明の適用対象として、デバイスチップ５が一つであるワンチップデュプレクサでもよいし、クワトロプレクサとしての弾性波デバイスとしてもよい。
配線基板３は、例えば、樹脂からなる多層基板、または、複数の誘電体層からなる低温同時焼成セラミックス（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ－ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ：ＬＴＣＣ）多層基板等が用いられる。また、配線基板３は、複数の外部接続端子３１を備える。
デバイスチップ５上には、所望の周波数帯域の電気信号が通過するように構成されたバンドパスフィルタが形成されている。デバイスチップ５（Ｔｘ）上には、複数の直列共振器と複数の並列共振器からなるラダー型フィルタが形成されている。本実施例において、デバイスチップ５（Ｔｘ）上に構成されたバンドパスフィルタは、送信通過帯域を有するように構成された送信フィルタである。
デバイスチップ５（Ｒｘ）上には、バンドパスフィルタが形成されている。本実施例において、デバイスチップ５（Ｒｘ）上に構成されたバンドパスフィルタは、受信通過帯域を有するように構成された受信フィルタである。
配線基板３上に、複数の電極パッド９が形成されている。電極パッド９は、例えば、銅または銅を含む合金を用いることができる。また、電極パッド９は、例えば、１０μｍ～２０μｍの厚みとすることができる。
デバイスチップ５を覆うように、封止部１７が形成されている。封止部１７は、例えば、合成樹脂等の絶縁体により形成してもよく、金属を用いてもよい。合成樹脂は、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミドなどを用いることができるが、これらに限るものではない。好ましくは、エポキシ樹脂を用い、低温硬化プロセスを用いて封止部１７を形成する。
デバイスチップ５は、バンプ１５を介して、配線基板３にフリップチップボンディングにより実装されている。
バンプ１５は、例えば、金バンプを用いることができる。バンプ１５の高さは、例えば、２０μｍから５０μｍである。
電極パッド９は、バンプ１５を介して、デバイスチップ５と電気的に接続されている。
次に、デバイスチップ５（Ｔｘ）上の構成について説明する。図２は、デバイスチップ５（Ｔｘ）の構成例を示す図である。
図２に示すように、デバイスチップ５（Ｔｘ）上に、弾性波素子５２および配線パターン５４が形成されている。
弾性波素子５２は、複数の直列共振器Ｓ１～Ｓ５および複数の並列共振器Ｐ１～Ｐ４を含む。
配線パターン５４は、入力パッドＩｎ、出力パッドＯｕｔおよびグランドパッドＧＮＤを構成する配線を含んでいる。また、配線パターン５４は、弾性波素子５２と電気的に接続されている。
入力パッドＩｎは、バンプ１５、電極パッド９および配線基板３を介して、送信フィルタの入力端子となる外部接続端子３１と電気的に接続されている。
出力パッドＯｕｔは、バンプ１５、電極パッド９および配線基板３を介して、送信フィルタの出力端子となる外部接続端子３１と電気的に接続されている。
グランドパッドＧＮＤは、バンプ１５、電極パッド９および配線基板３を介して、送信フィルタのグランド端子となる外部接続端子３１と電気的に接続されている。
本実施例において、複数の直列共振器のうち、送信フィルタの入力端子に最も近い位置に配置された直列共振器Ｓ１は、受信フィルタ（図２において図示なし）の受信通過帯域の最も高い周波数に近似する反共振周波数を有している。
また、直列共振器Ｓ１のキャパシタンスは、他の直列共振器Ｓ２～Ｓ５のキャパシタンスの平均値よりも、小さく設計されている。直列共振器Ｓ１の反共振周波数および共振周波数は、送信通過帯域の周波数から離れており、反共振周波数および共振周波数に直接高い電力が印可されないため、他の直列共振器よりも、耐電力が低くても破壊されにくい。よって、入力端子に最も近い位置に配置されている直列共振器であるにもかかわらず、小さく設計することができる。
送信フィルタの入力端子に最も近い位置に配置されている直列共振器は、パワーアンプで増幅された電気信号が最初に印可される共振器である。よって、通常、送信フィルタにおいては、入力端子に最も近い位置に配置されている直列共振器は、破壊しないよう十分な耐電力を確保するため、比較的大きく設計される必要がある。
本実施例のように、受信フィルタの受信通過帯域の最も高い周波数に近似する反共振周波数を有する直列共振器を送信フィルタの入力端子に最も近い位置に配置することで、耐電力が向上し、弾性波デバイス全体を小型化できる。
また、直列共振器Ｓ１のキャパシタンスは、並列共振器Ｐ１～Ｐ４のキャパシタンスの平均値よりも、大きく設計されている。直列共振器は、配線パターンにより直接グランドパッドと接続されていない。よって、並列共振器に比べて、放熱されにくい。
また、電力の印可の影響により、温度が上昇すると、共振器の周波数は、低周波側へシフトする。これらの影響を考慮すると、直列共振器Ｓ１のキャパシタンスは、並列共振器Ｐ１～Ｐ４のキャパシタンスの平均値よりも、大きく設計されることが望ましい。
図３は、弾性波素子５２が弾性表面波共振器である例を示す平面図である。
図３に示すように、デバイスチップ５上に、弾性表面波を励振するＩＤＴ（Ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）５２ａと反射器５２ｂが形成されている。ＩＤＴ５２ａは、互いに対向する一対の櫛形電極５２ｃを有する。櫛形電極５２ｃは、複数の電極指５２ｄと複数の電極指５２ｄを接続するバスバー５２ｅを有する。反射器５２ｂは、ＩＤＴ５２ａの両側に設けられている。
ＩＤＴ５２ａおよび反射器５２ｂは、例えば、アルミニウムと銅の合金からなる。ＩＤＴ５２ａおよび反射器５２ｂは、その厚みが、例えば、１５０ｎｍから４００ｎｍの薄膜である。
ＩＤＴ５２ａおよび反射器５２ｂは、他の金属、例えば、チタン、パラジウム、銀などの適宜の金属もしくはこれらの合金を含んでもよく、これらの合金により形成されてもよい。また、ＩＤＴ５２ａおよび反射器５２ｂは、複数の金属層を積層してなる積層金属膜により形成されてもよい。
弾性表面波共振器は、例えば、銀、アルミニウム、銅、チタン、パラジウムなどの適宜の金属もしくは合金により形成することができる。また、弾性表面波共振器は、複数の金属層を積層してなる積層金属膜により形成されてもよい。また、弾性表面波共振器は、その厚みが、例えば、１５０ｎｍから４００ｎｍとすることができる。
デバイスチップ５は、例えば、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムまたは水晶などの圧電単結晶、あるいは圧電セラミックスからなる基板を用いることができる。あるいは、後述するように、音響薄膜共振器を用いたバンドパスフィルタにおいては、シリコン等の半導体基板、または、サファイア、アルミナ、スピネルもしくはガラス等の絶縁基板を用いることができる。
また、デバイスチップ５は、圧電基板と支持基板が接合された基板を用いてもよい。支持基板は、例えば、サファイア、アルミナ、スピネル、水晶、ガラスまたはシリコン基板を用いることができる。
図４は、弾性波素子５２が圧電薄膜共振器である例を示す断面図である。
図４に示すように、デバイスチップ５となるチップ基板６０上に圧電膜６２が設けられている。圧電膜６２を挟むように下部電極６４および上部電極６６が設けられている。下部電極６４とチップ基板６０との間に空隙６８が形成されている。下部電極６４および上部電極６６は、圧電膜６２内に、厚み縦振動モードの弾性波を励振する。
チップ基板６０は、例えば、シリコン等の半導体基板、または、サファイア、アルミナ、スピネルもしくはガラス等の絶縁基板を用いることができる。圧電膜６２は、例えば、窒化アルミニウムを用いることができる。下部電極６４および上部電極６６は、例えば、ルテニウム等の金属を用いることができる。
配線パターン５４は、例えば、銀、アルミニウム、銅、チタン、パラジウムなどの適宜の金属もしくは合金により形成することができる。また、配線パターン５４は、複数の金属層を積層してなる積層金属膜により形成されてもよい。また、配線パターン５４は、その厚みが、例えば、１５０ｎｍから４００ｎｍとすることができる。
デバイスチップ５（Ｒｘ）に形成される受信フィルタは、送信フィルタ同様、弾性波素子５２を複数形成することで、適宜のバンドパスフィルタを構成することにより実現することができる。
バンドパスフィルタは、入力パッドから入力された電気信号のうち、所望の周波数帯域のみの電気信号を出力パッドに通過させるように設計されている。ラダー型フィルタとして設計してもよいし、多重モード型フィルタとして設計してもよい。また、弾性表面波共振器により構成してもよいし、音響薄膜共振器により構成してもよい。
受信フィルタにおいても、デバイスチップ５（Ｒｘ）上に、入力パッド、出力パッドおよびグランドパッドが形成されている（図示なし）。
受信フィルタの入力パッドは、バンプ１５、電極パッド９および配線基板３を介して、受信フィルタの入力端子となる外部接続端子３１と電気的に接続されている。
受信フィルタの出力パッドは、バンプ１５、電極パッド９および配線基板３を介して、受信フィルタの出力端子となる外部接続端子３１と電気的に接続されている。
受信フィルタのグランドパッドは、バンプ１５、電極パッド９および配線基板３を介して、受信フィルタのグランド端子となる外部接続端子３１と電気的に接続されている。
受信フィルタの入力端子から入力された電気信号は、受信フィルタを通過し、所望の周波数帯域の電気信号が、受信フィルタの出力端子である外部接続端子３１から出力される。
図５は、本実施例と比較例のアイソレーション特性を示す図である。
図５に示すように、本実施例にかかる弾性波デバイスは、送信通過帯域が１９２０ＭＨｚから１９８０ＭＨｚであり、受信通過帯域が２１１０ＭＨｚから２１７０ＭＨｚである、デュプレクサである。
実線で示された波形は、本実施例である弾性波デバイスのアイソレーション特性を示す。また、破線で示された波形は、比較例のアイソレーション特性を示す。比較例のデュプレクサは、送信フィルタの入力端子に最も近い位置に配置された直列共振器の共振周波数を送信通過帯域の低周波側となるように設計した。その他の条件は、本実施例のデュプレクサと同様とした。
図５に示すように、本実施例の受信通過帯域の高周波側のアイソレーション特性は、比較例と比べて大幅に改善していることがわかる。また、図５に示す波形ＴｘＳ１は、本実施例の送信フィルタの入力端子に最も近い位置に配置された直列共振器Ｓ１の共振特性を示す。図５に示すように、直列共振器Ｓ１は、受信通過帯域の最も高い周波数である２１７０ＭＨｚに近似する反共振周波数を有する。
図６は、本実施例と比較例のデュプレクサの通過特性を示す図である。
実線で示された波形は、本実施例である弾性波デバイスのデュプレクサの通過特性を示す。また、破線で示された波形は、比較例の通過特性を示す。比較例のデュプレクサは、図５で示したアイソレーション特性をもつデュプレクサである。その他の条件は、本実施例のデュプレクサと同様とした。
図６に示すように、通過帯域の特性は、本実施例および比較例ともに同等の特性であるのに対して、通過帯域外となる２１７０ＭＨｚ付近よりも高周波となる領域から、本実施例のアイソレーション特性が優れていることがわかる。
すなわち、本発明によれば、より小型で、よりアイソレーション特性に優れた弾性波デバイスを提供することができる。
（実施例２）
次に、本発明の別の実施形態である実施例２について説明する。
次に、本発明の別の実施形態である実施例２について説明する。
図７は、実施例２にかかるデバイスチップ１０５の構成例を示す図である。
図７に示すように、一つのデバイスチップ１０５上に、受信フィルタＲｘＢＰＦと送信フィルタＴｘＢＰＦが形成されている。これにより、一つのデバイスチップでデュプレクサとしての弾性波デバイスを提供することができる。
図７に示すように、受信フィルタＲｘＢＰＦの入力パッドＩｎ（Ｒｘ）と送信フィルタＴｘＢＰＦの出力パッドＯｕｔ（Ｔｘ）は、共通となっている。また、図７に示すように、受信フィルタＲｘＢＰＦの出力パッドＯｕｔ（Ｒｘ）と送信フィルタＴｘＢＰＦの入力パッドＩｎ（Ｔｘ）は、デバイスチップ１０５上において、最も離れた配置とすることが望ましい。受信フィルタＲｘＢＰＦと送信フィルタＴｘＢＰＦ間の干渉を低減することができ、デュプレクサの特性が向上するからである。
その他の構成は、実施例１と同様の構成を採用することができるため、説明を省略する。
（実施例３）
次に、本発明の別の実施形態である実施例３について説明する。
次に、本発明の別の実施形態である実施例３について説明する。
図８は、本発明の実施例３にかかるモジュール１００の断面図である。
図８に示すように、配線基板１３０の主面上に、弾性波デバイス１が実装されている。弾性波デバイス１は、例えば、実施例１または実施例２で説明した構成を採用したデュプレクサであるとすることができる。配線基板１３０は、複数の外部接続端子１３１を有している。複数の外部接続端子１３１は、所定の移動通信端末のマザーボードに実装される構成となっている。
配線基板１３０の主面上に、インピーダンスマッチングのため、インダクタ１１１が実装されている。インダクタ１１１は、Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｐａｓｓｉｖｅ Ｄｅｖｉｃｅ（ＩＰＤ）とすることができる。モジュール１００は、弾性波デバイス１を含む複数の電子部品を封止するための封止部１１７により、封止されている。
配線基板１３０の内部に、集積回路部品ＩＣが実装されている。集積回路部品ＩＣは、図示はしないが、スイッチング回路、ローノイズアンプを含む。
その他の構成は、実施例１または実施例２で説明した内容と重複するため、省略する。
以上説明した本発明の実施形態によれば、より矩形に近く、低損失で急峻性に優れた通過帯域特性を持つ多重モード型共振器を用いた弾性波デバイスおよびその弾性波デバイスを備えるモジュールを提供することすることができる。
なお、当然のことながら、本発明は以上に説明した実施態様に限定されるものではなく、本発明の目的を達成し得るすべての実施態様を含むものである。
また、少なくとも一つの実施形態のいくつかの側面を上述したが、様々な改変、修正および改善が当業者にとって容易に想起されることを理解されたい。
かかる改変、修正および改善は、本開示の一部となることが意図され、かつ、本発明の範囲内にあることが意図される。理解するべきことだが、ここで述べられた方法および装置の実施形態は、上記説明に記載され又は添付図面に例示された構成要素の構造および配列の詳細への適用に限られない。
方法および装置は、他の実施形態で実装し、様々な態様で実施又は実行することができる。特定の実装例は、例示のみを目的としてここに与えられ、限定されることを意図しない。
また、ここで使用される表現および用語は、説明目的であって、限定としてみなすべきではない。ここでの「含む」、「備える」、「有する」、「包含する」およびこれらの変形の使用は、以降に列挙される項目およびその均等物並びに付加項目の包括を意味する。「又は（若しくは）」の言及は、「又は（若しくは）」を使用して記載される任意の用語が、当該記載の用語の一つの、一つを超える、およびすべてのものを示すように解釈され得る。前後左右、頂底上下、および横縦への言及はいずれも、記載の便宜を意図しており、本発明の構成要素がいずれか一つの位置的又は空間的配向に限られるものではない。したがって、上記説明および図面は例示にすぎない。
１ 弾性波デバイス
３ １３０ 配線基板
５ １０５ デバイスチップ
９ 電極パッド
１５ バンプ
１７ １１７ 封止部
３１ １３１ 外部接続端子
５２ 弾性波素子
５４ 配線パターン
６０ チップ基板
６２ 圧電膜
６４ 下部電極
６６ 上部電極
６８ 空隙
１００ モジュール
１１１ インダクタ
ＩＣ 集積回路部品
３ １３０ 配線基板
５ １０５ デバイスチップ
９ 電極パッド
１５ バンプ
１７ １１７ 封止部
３１ １３１ 外部接続端子
５２ 弾性波素子
５４ 配線パターン
６０ チップ基板
６２ 圧電膜
６４ 下部電極
６６ 上部電極
６８ 空隙
１００ モジュール
１１１ インダクタ
ＩＣ 集積回路部品
Claims (6)
- 送信通過帯域を有する送信フィルタと
受信通過帯域を有する受信フィルタと
を備える弾性波デバイスであって、
前記送信フィルタは、複数の直列共振器と複数の並列共振器を有し、
前記複数の直列共振器のうちで、前記送信フィルタの入力端子に最も近い位置に配置された直列共振器は、
前記受信通過帯域の最も高い周波数と同じ反共振周波数を有し、
前記送信通過帯域の周波数から離れた共振周波数を有し、
前記複数の直列共振器のキャパシタンスの平均値よりも小さく、かつ、
前記複数の並列共振器のキャパシタンスの平均値よりも大きいキャパシタンスを有する、弾性波デバイス。 - 前記送信フィルタと前記受信フィルタの少なくとも一方は、音響薄膜共振器を用いたフィルタである、請求項１に記載の弾性波デバイス。
- 前記送信フィルタと前記受信フィルタの少なくとも一方は、圧電基板上に形成された弾性表面波共振器を用いたフィルタである、請求項１または２に記載の弾性波デバイス。
- 前記送信フィルタおよび前記受信フィルタは弾性表面波共振器を用いたフィルタであり、同一の圧電基板上に形成されている、請求項１～３に記載の弾性波デバイス。
- 前記圧電基板は、サファイア、シリコン、アルミナ、スピネル、水晶またはガラスからなる基板が接合されている請求項３または４に記載の弾性波デバイス。
- 請求項１乃至５に記載の弾性波デバイスを備えるモジュール。
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