(57)【要約】【課題】携帯機器に使用される共用器等は、複数の圧電フィルタを基板に配置して気密封止する必要があり、デバイスのサイズが大きくなるという課題を有していた。【解決手段】基板２０１上に形成された下電極２０４、圧電体２０５、上電極２０６からなる圧電共振器を含む送信フィルタと、基板２０３上に形成された下電極２０７、圧電体２０８、上電極２０９からなる圧電共振器を含む受信フィルタを対向させ、基板２０１と基板２０１の周囲を外周パッド２０２で気密封止した構成とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板と、前記第１の基板上に形成された第１の圧電フィルタと、
第２の基板と、前記第２の基板上に形成された第２の圧電フィルタとを有し、
前記第１の基板の前記第１の圧電フィルタが形成された面と、前記第２の基板の前記第２の圧電フィルタが形成された面とを対向させ、前記第１の基板と前記第２の基板の間隙部分の内、少なくとも前記第１の圧電フィルタと前記第２の圧電フィルタが形成された領域を封止部により気密封止したことを特徴とする共用器。
【請求項２】
前記第１の基板と前記第２の基板の間に金属板を配置することを特徴とする請求項１に記載の共用器。
【請求項３】
前記第２のフィルタの前記第１の基板上への投影像が、前記第１の圧電フィルタと投影面で重なることなく配置されたことを特徴とする請求項１に記載の共用器。
【請求項４】
前記第２の基板において、前記第１の圧電フィルタに対向する部分と前記第１の基板において、前記第２の圧電フィルタに対向する部分に窪みを配置することを特徴とする請求項３に記載の共用器。
【請求項５】
投影面内で前記第１の圧電フィルタと前記第２の圧電フィルタの間に移相回路を配置することを特徴とする請求項３又は４のいずれかに記載の共用器。
【請求項６】
前記第１の圧電フィルタが送信フィルタであり、前記第１の圧電フィルタが下側に配置されることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の共用器。
【請求項７】
アンテナ、送信装置及び受信装置を備えた通信機器であって、請求項１又は６のいずれかに記載の共用器を、前記アンテナと前記送信装置及び前記受信装置との接続部分に備える通信機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話や無線ＬＡＮ等の移動体通信の無線回路に用いられる、圧電フィルタ、共用器及び通信機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯機器等の電子機器に内蔵される部品は、より小型化及び軽量化されることが要求されている。例えば、携帯機器に使われているフィルタや共用器には、小型であり、かつ周波数特性が精密に調整され、挿入損失が小さいことが要求される。これらの要求を満たすフィルタの１つとして、圧電共振器を用いた圧電フィルタが知られている。
【０００３】
図１０は従来の圧電フィルタを用いた共用器の斜視図、図１１は従来の圧電フィルタを用いた共用器の断面図を示している。
【０００４】
図１０において、圧電フィルタ１００１及び圧電フィルタ１００２は、セラミック又は樹脂からなる基板１００３上に機能面が下面になるようにフェイスダウン実装され、各々のフィルタの外周部は樹脂又は金属からなる封止体１００４が設けられている。圧電フィルタ１００１及び圧電フィルタ１００２は、基板１００３上又は内に設けられた配線電極１００５に接続され金属ビア１００６を介して裏面電極１００７に接続される（例えば、特許文献１を参照）。
【０００５】
圧電フィルタは、表面弾性波：ＳＡＷ（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｗａｖｅ）もしくはバルク弾性波：ＢＡＷ（Ｂｕｌｋ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｗａｖｅ）を用いており気密封止が必要となる。そこで、基板１００３と各フィルタと封止体１００４によってフィルタの機能面は中空状態で気密封止される。
【０００６】
同様に図１１において、圧電フィルタ１１０１及び１１０２は、基板１１０３上にフェイスアップ実装され、ワイヤー１１０４により引き出し電極１１０５と圧電フィルタ１１０１又は１１０２は電気的に接続される。キャップウェハ１１０６は引き出し電極１１０５を跨ぐ様に配置され、基板１１０３とで形成される中空部内に圧電フィルタ１１０１及び１１０２が気密封止され、圧電フィルタ１１０１又は１１０２と接続された引き出し電極１１０４と外部接続端子であるバンプ１１０７が接続された構成である（例えば、特許文献２を参照）。
【特許文献１】特開２００４−２１４４６９号公報
【特許文献２】特表２００４−５２３９４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、図１０や図１１に示した前記従来の構成では、複数の圧電フィルタ特に送信フィルタと受信フィルタを気密封止し一体化するためには同一基板に並べて配置することにより、デバイスのサイズが大きくなるという課題を有していた。
【０００８】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、小型デバイスを実現し、さらに小型にすることによる送信端子から受信端子へのアイソレーションの高い共用器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、第１の基板上に形成された第１の圧電フィルタと
第２の基板上に形成された第２の圧電フィルタとを有し
前記第１の圧電フィルタを前記第２の基板により封止し、
前記第２の圧電フィルタを前記第１の基板により封止することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、送信フィルタから受信フィルタへのアイソレーションを損なうことなくデバイスを小型化した共用器が実現可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１２】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る共用器の回路図である。
【００１３】
図１において、実施形態１に係る共用器は、送信端子１０１、受信端子１０５、アンテナ端子１０９、送信フィルタ部１１０と受信フィルタ部１１１と移相インダクタ１１２から構成される。
【００１４】
送信フィルタ部１１０は、送信端子１０１とアンテナ端子１０９間に配置され、受信フィルタ部１１１は、受信端子１０５とアンテナ端子１０９間に配置され、移相回路として移相インダクタ１１２が受信フィルタ部１１１とアンテナ端子１０９間に配置される。
【００１５】
送信フィルタ部は５つの圧電共振器１０２ａ〜１０２ｃ及び１０３ａ、１０３ｂとインダクタ１０４ａ、１０４ｂで構成された圧電フィルタであり、圧電共振器１０２ａ〜１０２ｃは入力送信端子１０１とアンテナ端子１０９間に直列に接続され、圧電共振器１０２ａと圧電共振器１０２ｂ間に、圧電共振器１０３ａが接続され、圧電共振器１０３ａの他端はインダクタ１０４ａを介して接地される。
【００１６】
また、圧電共振器１０２ｂと圧電共振器１０２ｃ間に、圧電共振器１０３ｂが接続され、圧電共振器１０３ｂの他端はインダクタ１０４ｂを介して接地される。
【００１７】
同様に、受信フィルタ部１１１も５つの圧電共振器１０６ａ〜１０６ｃ及び１０７ａ、１０７ｂとインダクタ１０８ａ、１０８ｂで構成された圧電フィルタであり、圧電共振器１０６ａ〜１０６ｃは受信端子１０５とアンテナ端子１０９間に直列に接続され、圧電共振器１０６ａと圧電共振器１０６ｂ間に、圧電共振器１０７ａが接続され、圧電共振器１０７ａの他端はインダクタ１０８ａを介して接地される。
【００１８】
また、圧電共振器１０６ｂと圧電共振器１０６ｃ間に、圧電共振器１０７ｂが接続され、圧電共振器１０７ｂの他端はインダクタ１０８ｂを介して接地される。
【００１９】
以上のように構成された本発明の実施形態１に係る共用器の動作を次に説明する。送信フィルタ部１１０及び受信フィルタ部１１１はラダー型構成により通過帯域の低域側と高域側に極を有するバンドパス特性を実現する。位相回路として移相インダクタ１１２によりインピーダンス及び位相を調整し、アンテナ端子１０９と送信フィルタ部１１０と受信フィルタ部１１１の接続点１１３から見た送信フィルタ部１１０のインピーダンスは受信帯域においてオープンに、接続点１１３から見た受信フィルタ部１１１のインピーダンスは送信帯域においてオープンに設計されている。これにより本来送信端子１０１から入力された信号は、送信フィルタ部１１０を通りアンテナ端子１０９に到達しなければならないが、受信フィルタ部１１１に漏れ出す信号が低減し、アイソレーションを高めることが可能となる。
【００２０】
図２は図１の回路を実現するための本発明の実施形態１に係る共用器の断面図であり、図２（ａ）は図３に示した本発明の実施形態１に係る共用器のＢ−Ｂ断面の断面図であり、図２（ｂ）は図３に示した本発明の実施形態１に係る共用器のＣ−Ｃ断面の断面図である。図３（ａ）は、図２に示した本発明の実施形態１に係る共用器のＡ−Ａ断面の上面俯瞰図であり、図３（ｂ）は、図２に示した本発明の実施形態１に係る共用器のＡ−Ａ断面の下面見上図であり、図１及び図２と同様の構成要素には同一の参照符号を付し、その説明を省略する。
【００２１】
図３（ａ）は送信フィルタ部１１０を示す。送信フィルタ部１１０を構成する５つの圧電共振器１０２ａ〜１０２ｃ及び１０３ａ、１０３ｂは、シリコンやガラス基板などからなる基板２０１上にモリブデン（Ｍｏ）・アルミニウム（Ａｌ）・銀（Ａｇ）・タングステン（Ｗ）・白金（Ｐｔ）などからなる下電極２０４、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）・酸化亜鉛（ＺｎＯ）・ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）・ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）・タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）・ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）などからなる圧電体２０５、モリブデン（Ｍｏ）・アルミニウム（Ａｌ）・銀（Ａｇ）・タングステン（Ｗ）・白金（Ｐｔ）などからなる上電極２０６の順に形成されて成る薄膜弾性波共振器により構成され、圧電共振器１０２ａは金（Ａｕ）・銅（Ｃｕ）・銀（Ａｇ）・錫（Ｓｎ）・アルミ（Ａｌ）などからなる送信端子パッド１０１ａに接続され、圧電共振器１０２ｃはアンテナ端子パッド１０９ａに接続され、受信端子パッド１０５ａはいずれの圧電共振器にも接続されておらず、グランド電極である送信フィルタ部１１０を囲う外周パッド２０２は圧電共振器１０３ａとインダクタ１０４ａを介して、更には圧電共振器１０３ｂとインダクタ１０４ｂを介して接続される。
【００２２】
同様に図３ｂは受信フィルタ部１１１を示す。受信フィルタ部１１１を構成する５つの圧電共振器１０６ａ〜１０６ｃ及び１０７ａ、１０７ｂは基板２０３上に下電極２０７、圧電体２０８、上電極２０９の順に形成されて成る薄膜弾性波共振器である。圧電共振器１０６ａは送信端子パッド１０５ａに接続され、圧電共振器１０６ｃはアンテナ端子パッド１０９ａに接続されている。送信端子パッド１０１ａはいずれの圧電共振器にも接続されていない。また、グランド電極である受信フィルタ部１１１を囲う外周パッド２０２は、インダクタ１０８ａを介して圧電共振器１０７ａと接続され、かつ、インダクタ１０８ｂを介して圧電共振器１０７ｂと接続され、かつ、移相インダクタ１１２を介してアンテナ端子パッド１０９ａと接続される。
【００２３】
送信端子パッド１０１ａは下電極２０４を介して基板２０１内に設けられた金（Ａｕ）・銅（Ｃｕ）・銀（Ａｇ）・錫（Ｓｎ）・アルミ（Ａｌ）などからなる送信端子接続電極１０１ｂに接続され、送信端子接続電極１０１ｂは外部への接続端子である送信端子１０１に接続される。
【００２４】
受信端子パッド１０５ａは下電極２０４を介して基板２０１内に設けられた受信端子接続電極１０５ｂに接続され、受信端子接続電極１０５ｂは外部への接続端子である受信端子１０５に接続される。
【００２５】
アンテナ端子パッド１０９ａは下電極２０４を介して基板２０１内に設けられたアンテナ端子接続電極１０９ｂに接続され、アンテナ端子接続電極１０９ｂは外部への接続端子であるアンテナ端子１０９に接続される。
【００２６】
外周パッド２０２は下電極２０４を介して基板２０１内に設けられた外周パッド接続電極２１０に接続され、外周パッド接続電極２１０は外部への接続端子であるグランド端子２１１に接続される。
【００２７】
このような構成とすることで、基板２０１と基板２０３の対向する空間に、送信端子パッド１０１ａと受信端子パッド１０５ａとアンテナ端子パッド１０９ａにより中空部を形成し、その内部に基板２０１上に形成された送信フィルタ部１１０と基板２０３上に形成された受信フィルタ部１１１を配置し、それぞれの気密封止を実現している。
【００２８】
送信端子１０１と受信端子１０５とアンテナ端子１０９を下面にし、マザー基板にフリップチップ実装することで、送信フィルタ部１１０がマザー基板に接することにより放熱効果を高めることが可能となる。
【００２９】
また、送信端子１０１と受信端子１０５とアンテナ端子１０９を上面にし、マザー基板とワイヤーボンディングなどで接続した場合は、送信フィルタ部１１０は基板２０３上に配置し、受信フィルタ部１１１は基板２０１上に配置する。つまり、送信フィルタ部１１０と受信フィルタ部１１１の上下の配置は実装方法により決まるものであり、マザー基板に接する側を送信フィルタ部１１０とすることが望ましい。
【００３０】
また、気密封止が必要な圧電フィルタ同士でそれぞれキャップすることにより、これらチップを実装するキャリア基板が不要となりデバイスの小型化が実現される。
【００３１】
なお、図１における共用器及び送受信回路の段数及びインダクタの配置に関してはこれに限るものではなく、所望特性に応じ適宜変更しても同様の効果が得られる。
【００３２】
また、本構成では、移相回路に並列のインダクタ構成のみとしているが、これに限るものではなく、送信フィルタや受信フィルタなどのインピーダンスにより適宜変更されるものであり、容量や共振器や伝送線路などを用いてもよく、これによっても同様の効果が得られる。
【００３３】
なお、圧電フィルタを構成する圧電共振器に使用する薄膜弾性波共振器の膜構成は上下電極とこれに挟まれた圧電体としているが、これに限るものではなく、誘電体層や絶縁体層などが電極や圧電体の上部や下部に配置されても同様の効果が得られる。
【００３４】
また、薄膜弾性波共振器を構成する材料はこれに限るものではない。
【００３５】
なお、圧電フィルタを構成する圧電共振器に薄膜弾性波共振器を適用しているが、表面弾性波：ＳＡＷ（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｗａｖｅ）を用いて同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００３６】
また、図３における圧電共振器の電極形状は四角形とあるが、これに限るものではないのは言うまでもない。
【００３７】
また、インダクタはメアンダ形状であるが、これに限るものではなく、スパライル形状でも同様の効果が得られる。
【００３８】
また、移相インダクタ１１２は受信フィルタ部１１１側に形成されているが、これに限るものではなく、送信フィルタ部１１０側もしくは、両方に移相回路として容量や共振器や伝送線路などを配置してもよい。
【００３９】
（実施形態２）
図４は、本発明の実施形態２に係る共用器の断面図であり、図４（ａ）は本発明の実施形態２に係る共用器のＥ−Ｅ断面の断面図であり、図４（ｂ）は本発明の実施形態２に係る共用器のＤ−Ｄ断面の断面図であり、前述の同様の構成要素には同一の参照符号を付し、その説明を省略する。
【００４０】
送信フィルタ部１１０が配置された基板２０１と受信フィルタ部１１１が配置された基板２０３の間には、送信端子パッド１０１ａと受信端子パッド１０５ａとアンテナ端子パッド１０９ａに接さず、外周パッド２０２と接続するように金属箔４０１が配置されている。
【００４１】
以上のように、本発明の実施形態２に係る共用器によれば、送信フィルタ部１１０と受信フィルタ部１１１間に金属箔４０１をすることにより、送信端子パッド１０１ａから受信端子パッド１０５ａへの空間的な信号の放射を金属箔４０１で遮断することが可能となり、送信端子１０１から受信端子１０５へのアイソレーションを高めた共用器が実現する。加えて、送信フィルタ部１１０と受信フィルタ部１１１との接合に対し、金属箔４０１を介することにより機械的に安定した接続強度の高い共用器を実現することが可能となる。
【００４２】
なお、金属箔４０１は金属膜を用いても同様の効果が得られる。
【００４３】
また、金属膜を用いる場合においても金属膜は外周パッド２０２と接しなければ、送信端子パッド１０１ａ、受信端子パッド１０５ａ、アンテナ端子パッド１０９ａに金属膜を配置しても送信フィルタ部１１０と受信フィルタ部１１１の密着性を高めることができる。
【００４４】
（実施形態３）
図５及び図６は発明の実施形態３に係る共用器の断面図であり、図５は図６に示した本発明の実施形態３に係る共用器のＧ−Ｇ断面の断面図であり、図６（ａ）は図５に示した本発明の実施形態３に係る共用器のＦ−Ｆ断面の上面俯瞰図であり、図６（ｂ）は図５に示した本発明の実施形態３に係る共用器のＦ−Ｆ断面の下面見上図である。前述と同様の構成要素には同一の参照符号を付し、その説明を省略する。
【００４５】
送信フィルタ部１１０が配置された基板２０１と受信フィルタ部１１１が配置された基板２０３は対向し、投影面内でアンテナ端子パッド１０９ａ以外では送信フィルタ部１１０と受信フィルタ部１１１は接さず、送信フィルタ部１１０と受信フィルタ部１１１の間には移相回路である移相インダクタ１１２が配置される。
【００４６】
以上のように、本発明の実施形態３に係る共用器によれば、基板２０１と基板２０３との空隙の高さは、基板２０１または基板２０３に配置される薄膜弾性波共振器の厚み程度でよく、共用器全体の低背化が実現できる。また、送信フィルタ部１１０と受信フィルタ部１１１間に移相回路である移相インダクタ１１２を配置することにより、送信端子パッド１０１ａから受信端子パッド１０５ａへの電波の放射が低減され、また送信端子パッド１０１ａと受信端子パッド１０５ａ間の距離をとることが可能となり、アイソレーションを高めた共用器が実現する。
【００４７】
なお、移相回路として今回移相インダクタ１１２を配置したが、これに限るものではなく、容量や共振器や伝送線路などを用いても同様の効果を得られることができる。
【００４８】
（実施形態４）
図７及び図８は発明の実施形態４に係る共用器の断面図であり、図７は図８に示した本発明の実施形態４に係る共用器のＩ−Ｉ断面の断面図であり、図８（ａ）は図７に示した本発明の実施形態４に係る共用器のＨ−Ｈ断面の上面俯瞰図であり、図８（ｂ）は図７に示した本発明の実施形態４に係る共用器のＨ−Ｈ断面の下面見上図である。前述と同様の構成要素には同一の参照符号を付し、その説明を省略する。
【００４９】
基板２０１と基板２０３は、送信端子パッド１０１ａ、受信端子パッド１０５ａ、アンテナ端子パッド１０９ａ及び外周パッド２０２により隙間を設け対向して接続される。基板２０３上には基板２０１に配置された送信フィルタ部１１０と対向する部分をエッチングなどにより掘り下げた窪み７０２を設け、また同様に基板２０１上には基板２０３に配置された受信フィルタ部１１１と対向する部分をエッチングなどにより掘り下げた窪み７０１を設ける。
【００５０】
以上のように、本発明の実施形態４に係る共用器によれば、基板２０１と基板２０３との空隙を更に小さくすることが可能となり、共用器の低背化だけではなく送信端子パッド１０１ａから受信端子パッド１０５ａへの電波の放射が低減され、アイソレーションを高めた共用器が実現する。
【００５１】
（実施形態５）
図９は、図１に示した共用器を用いた通信機器の構成例を示す図である。この通信機器は、ベースバンド部９０２と、パワーアンプ（ＰＡ）９０３と、共用器９０４と、アンテナ９０５と、ＬＮＡ９０６とからなる。
【００５２】
送信端子９０１に入力された信号は、ベースバンド部９０２を通り、パワーアンプ９０３で増幅され、共用器９０４でフィルタリングされ、アンテナ９０５から電波送信される。アンテナ９０５から受信された信号は、共用器９０４でフィルタリングされ、ＬＮＡ９０６で増幅され、ベースバンド部９０２を通って受信端子９０７に伝達される。この共用器９０４に、実施形態１〜４に示した共用器を用いることにより、本発明の有用な効果を発揮できる通信機器を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明の圧電共振器及び圧電フィルタは、小型・低損失特性かつ低コストで実現可能であり、携帯電話や無線ＬＡＮ等の移動体通信端末における無線回路内のフィルタ等として有用である。また、仕様に応じて無線基地局用のフィルタ等の用途にも応用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施形態１に係る共用器の回路図
【図２】（ａ）本発明の実施形態１に係る共用器のＢ−Ｂ断面の断面図（ｂ）本発明の実施形態１に係る共用器のＣ−Ｃ断面の断面図
【図３】（ａ）本発明の実施形態１に係る共用器のＡ−Ａ断面の上面俯瞰図（ｂ）本発明の実施形態１に係る共用器のＡ−Ａ断面の下面見上図
【図４】（ａ）本発明の実施形態２に係る共用器のＥ−Ｅ断面の断面図（ｂ）本発明の実施形態２に係る共用器のＤ−Ｄ断面の断面図
【図５】本発明の実施形態３に係る共用器のＧ−Ｇ断面の断面図
【図６】（ａ）本発明の実施形態３に係る共用器のＦ−Ｆ断面の上面俯瞰図（ｂ）本発明の実施形態３に係る共用器のＦ−Ｆ断面の下面見上図
【図７】本発明の実施形態４に係る共用器のＩ−Ｉ断面の断面図
【図８】（ａ）本発明の実施形態４に係る共用器のＨ−Ｈ断面の上面俯瞰図（ｂ）本発明の実施形態４に係る共用器のＨ−Ｈ断面の下面見上図
【図９】本発明の実施の形態５に係る圧電共振器を用いた通信機器の構成図
【図１０】従来の共用器の斜視図
【図１１】従来の共用器の断面図
【符号の説明】
【００５５】
１０１    送信端子
１０１ａ    送信端子パッド
１０１ｂ    送信端子接続電極
１０２ａ〜１０２ｃ，１０３ａ〜１０３ｂ，１０６ａ〜１０６ｃ，１０７ａ〜１０７ｂ    圧電共振器
１０４ａ〜１０４ｂ，１０８ａ〜１０８ｂ    インダクタ
１０５    受信端子
１０５ａ    受信端子パッド
１０５ｂ    受信端子接続電極
１０９    アンテナ端子
１０９ａ    アンテナ端子パッド
１０９ｂ    アンテナ端子接続電極
１１０    送信フィルタ部
１１１    受信フィルタ部
１１２    移相インダクタ
１１３    接続点
２０１，２０３，１００３，１１０３    基板
２０２    外周パッド
２０４，２０７    下電極
２０５，２０８    圧電体
２０６，２０９    上電極
２１０    外周パッド接続電極
２１１    グランド端子
４０１    金属箔
７０１    窪み
７０２    窪み
９０１    送信端子
９０２    ベースバンド部
９０３    パワーアンプ（ＰＡ）
９０４    共用器
９０５    アンテナ
９０６    ＬＮＡ
９０７    受信端子
１００１，１００２，１１０１，１１０２    圧電フィルタ
１００４    封止体
１００５    配線電極
１００６    金属ビア
１００７    裏面電極
１１０４    ワイヤー
１１０５    引き出し電極
１１０６    キャップウェハ
１１０７    バンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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