(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＤＴ電極とその両側に配置したグレーティング反射器とを備えた弾性表面波共振子を圧電基板の主面上に複数個有し、前記弾性表面波共振子が並列腕と直列腕に配置されたラダー型弾性表面波フィルタにおいて、
前記並列腕に配置された弾性表面波共振子の接地側に接続され、且つ複数のリード電極の直列接続よりなるリード電極群と、
前記リード電極群の一端と前記ＩＤＴとの間を連結し、且つ前記リード電極よりも幅広である第１パッド電極と、
前記リード電極群の他端に設けられ、且つ前記リード電極よりも幅広である、接地用の第２パッド電極と、
前記複数のリード電極を連結し、且つ前記リード電極よりも幅広である第３パッド電極と、
を有することを特徴とするラダー型弾性表面波フィルタ。
【請求項２】
前記第１、第２及び第３パッド電極の少なくとも一つに金属バンプを形成し、該バンプを介して電気的接続をしたことを特徴とする請求項１記載のラダー型弾性表面波フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はラダー型弾性表面波フィルタに関し、特に通過帯域幅と通過帯域近傍の減衰量とを改善したラダー型弾性表面波フィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、弾性表面波フィルタは通信分野で広く利用され、高性能、小型、量産性等の優れた特徴を有することから特に携帯電話等に多く用いられている。
弾性表面波フィルタ（以下、ＳＡＷフィルタと称す）の中で、減衰傾度が急峻であると共に挿入損失が小さいという特徴を備えたラダー型ＳＡＷフィルタが、セルラー方式携帯電話のＲＦ段に数多く用いられている。
周知のように、ラダー型ＳＡＷフィルタは同一圧電基板上に一端子対弾性表面波共振子（以下、ＳＡＷ共振子と称す）複数個を並列、直列、並列と交互に配置してラダー型構造に構成した共振子型ＳＡＷフィルタである。
【０００３】
図４（ａ）は、ラダー型ＳＡＷフィルタに用いられるＳＡＷ共振子の構成を示す平面図であって、圧電基板２１の主面上に表面波の伝搬方向に沿ってＩＤＴ電極２２とその両側にグレーティング反射器（以下、反射器と称す）２３ａ、２３ｂを配置してＳＡＷ共振子を構成したものである。
ＩＤＴ電極２２はそれぞれ互いに間挿し合う複数本の電極指を有する一対のくし形電極より構成され、一方のくし形電極と、他方のくし形電極とで一端子対ＳＡＷ共振子を構成している。ここで、記号ＷはＩＤＴ電極２２の交差幅を示している。
【０００４】
一般にラダー型回路は、図４（ｂ）に示すように、並列腕Ｙｐと直列腕Ｚｓとが共に１個の共振子からなるラダー型フィルタ基本区間（以下、基本区間と称す）を、互いにインピーダンスが整合するように、ｎ区間（図の例では４区間）縦続接続して構成される。影像パラメータ理論によると、基本区間の並列腕（Yp）の反共振周波数faと、直列腕（Zs）の共振周波数fsをほぼ一致させるように設定することにより、該周波数を中心周波数とする帯域フィルタが形成され、並列腕（Yp）の共振周波数及び直列腕（Zs）の反共振周波数によりそれぞれ減衰極が形成される。
【０００５】
図４（ｂ）に示すように基本区間を４個縦続接続したラダー形回路において、直列腕のインピーダンスZsを有する共振子を２個直列接続した回路は、周知のようにインピーダンス２Zsの１個の共振子と等価であり、また、並列腕のアドミッタンスYpを有する共振子が２個並列に接続されたものは、アドミッタンス２Ypの１個の共振子と等価となる。
従って、図４（ｂ）に示した４基本区間のラダー型回路は、同図（ｃ）に示す５素子ラダー型回路に等価変換される。即ち、アドミッタンスYpを有する並列腕と、インピーダンス2Zsを有する直列腕と、アドミッタンス２Ypの並列腕と、インピーダンス2Zsの直列腕と、アドミッタンスYpを有する並列腕とからなるラダー型回路に変換される。このため、並列腕のＳＡＷ共振子24、26、28は同一の共振周波数を有するものの、ＳＡＷ共振子26はＳＡＷ共振子24、28の２倍のアドミッタンスを有することになる。
【０００６】
図５（ａ）は従来のラダー型ＳＡＷフィルタの断面図を示す模式図であって、セラミックパッケージ３１の凹陥部にラダー型ＳＡＷフィルタ（以下、パッケージに収容する場合はＳＡＷフィルタチップと称す）３２を収容すると共に、該チップ３２の底面と凹陥部底面とを接着剤３３を用いて接着固定する。さらに、ＳＡＷフィルタチップ３２の主面上に配設したリード電極とパッケージ３１の端子電極３５とをボンディングワイヤを用いて接続した後、パッケージ３１上面の金属フランジに金属蓋３６を抵抗溶接等の手段を用いて気密溶接してラダー型ＳＡＷフィルタを完成する。
【０００７】
ここで、例えば図５（ｂ）に示すように並列腕のＳＡＷ共振子２４、２６、２８にそれぞれインダクタンスＬを直列接続することにより広帯域化を実現できることが知られている。周知のように、ＳＡＷ共振子にインダクタンスを直列接続すると、反共振周波数は変化しないが共振周波数は低周波側にシフトするため、共振−反共振周波数の間隔が広がり、フィルタとしては通過域が広帯域化することになる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、特開平５−１８３３８０にはラダー型ＳＡＷフィルタを広帯域化する手段として、ＳＡＷフィルタチップ３２と外部の端子とを接続するためのボンディングワイヤ３４をインダクタンスＬとして利用したものが提案されている。しかしながら、特開平５−１８３３８０によれば、ラダー型ＳＡＷフィルタを広帯域化するためにはインダクタンスＬとして４nH程度の大きさが必要となるが、ワイヤボンディングを通常に用いる範囲では高々１nH程度のインダクタンスしか得られず、４nHものインダクタンスを得るためには長大なワイヤを必要とするため、小型化の観点からも非現実的とされていた。
また、最近ではＳＡＷフィルタの更なる小型化要求のため、図６にラダー型ＳＡＷフィルタの模式的断面図を示すように、セラミックパッケージ４１の凹陥部に収容したＳＡＷフィルタチップ４２上のパッド電極とパッケージの端子電極４４、４４・・とを金属バンプ４３、４３・・を介して接続するフリップチップボンディング技術が、ＳＡＷフィルタにも適用されるようになった。これに伴い、ボンディングワイヤによるインダクタンスの形成に代えて、例えば特開平１０−９３３７６に開示されているように、圧電基板上にストリップラインを形成して広帯域のラダー型ＳＡＷフィルタを実現する手法が提案されている。ところが、同じＳＡＷフィルタを異なる用途に使用することは少なくなく、その用途に応じてインダクタンス値の変更が必要となる場合があるが、ストリップラインの場合はその長さを微調整して所望のインダクタンス値を得るといったことができないという不具合がある。このストリップラインはＳＡＷ共振子と同一のプロセスにて形成されるのが一般的である。従って、インダクタンスを変更する必要が生ずると、ストリップラインだけでなくＳＡＷ共振子を含むフォトリソグラフィ用マスクを再製作することとなり、そのコストは高価なものとなる。
本発明は上記問題を解決するためになされたものであって、広帯域化と通過域近傍の減衰量を改善したラダー型ＳＡＷフィルタを安価に提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明に係るラダー型弾性表面波フィルタは、ＩＤＴ電極とその両側に配置したグレーティング反射器とを備えた弾性表面波共振子を圧電基板の主面上に複数個有し、前記弾性表面波共振子が並列腕と直列腕に配置されたラダー型弾性表面波フィルタにおいて、前記並列腕に配置された弾性表面波共振子の接地側に接続され、且つ複数のリード電極の直列接続よりなるリード電極群と、前記リード電極群の一端と前記ＩＤＴとの間を連結し、且つ前記リード電極よりも幅広である第１パッド電極と、前記リード電極群の他端に設けられ、且つ前記リード電極よりも幅広である、接地用の第２パッド電極と、前記複数のリード電極を連結し、且つ前記リード電極よりも幅広である第３パッド電極と、を有することを特徴とする。
さらに本発明は、前記第１、第２及び第３パッド電極の少なくとも一つに金属バンプを形成し、該バンプを介して電気的接続をしたことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下本発明を図面に示した実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１（ａ）は本発明に係るラダー型ＳＡＷフィルタの一構成例を示す平面図、同図（ｂ）はラダー型ＳＡＷフィルタをセラミックパッケージに収容し、フリップチップボンディングしたものの模式的断面図である。図１（ａ）は、圧電基板１主面上にＩＤＴ電極とその両側に配置した反射器とを備えたＳＡＷ共振子を、入力側ＩＮから交互に並列腕ＳＡＷ共振子２、直列腕ＳＡＷ共振子３、並列腕ＳＡＷ共振子４、直列腕ＳＡＷ共振子５、並列腕ＳＡＷ共振子６と接続回路が梯子状になるように配設して構成した５素子ラダー型ＳＡＷフィルタ１１である。
ＳＡＷ共振子２〜６を構成するＩＤＴ電極はそれぞれ互いに間挿し合う複数本の電極指を有する一対のくし形電極により構成され、ＩＤＴ電極の一方のくし形電極と他方のくし形電極とで一端子対ＳＡＷ共振子を構成している。
図１（ａ）に示したＳＡＷフィルタチップ１１をパターン形成面を下向きにしてセラミックパッケージ１２の凹陥部に収容し、ＳＡＷフィルタチップ１１に設けたパッド電極Ｑ１、Ｑ２及びＱEと、パッケージ１２の外部より内部に気密貫通する端子電極１４、１４・・とを金属バンプ１３、１３・・を介して固定すると共に導通接続している。
【００１１】
本発明の特徴は図１（ａ）に示すようにラダー型ＳＡＷフィルタの並列腕ＳＡＷ共振子２、４及び６の接地側のリード電極Ｌ１、Ｌ２及びＬ３に、それぞれの共振子の近傍にパッド電極Ｑ３、Ｑ４及びＱ５を配置すると共に、基板１の図中中央下部に設けたパッド電極ＱEまでの間に複数個のパッド電極を設けている点にある。図１（ａ）の例ではパッド電極ＱEの一点に金属バンプを形成して接地を施したフィルタの例を示している。
リード電極Ｌ１、Ｌ２及びＬ３は、800ＭＨｚ帯という高周波ではそれぞれインダクタンスを呈し、その大きさは接地点までの長さに比例する。つまり、図１（ａ）に示すようにパッド電極ＱEの一点で接地した場合が、各並列腕に直結されるインダクタンスの値がほぼ同一となると共に大きな値を呈することになる。
一方、パッケージ１２の内部端子電極と外部端子電極との間の導体部でもインダクタンスが形成され、入力端子、接地端子、出力端子の各導体部ではそれぞれインダクタンスLpI、LpE、LpOを呈することになる。従って、各並列腕のＳＡＷ共振子２、４、６には接地点までのリード電極の長さに比例したインダクタンスと、パッケージ１２の接地導体のインダクタンスLpEとの和が直列接続されていることになる。
【００１２】
接地側のリード電極Ｌ１、Ｌ２及びＬ３を長く延在すると共に、それぞれの途中にパッド電極を複数個設けたことにより、並列腕のＳＡＷ共振子２、４及び６に直結するそれぞれのインダクタンスを適宜設定できるようになる。即ち、並列腕ＳＡＷ共振子の接地側のリード電極を各共振子から一番遠い点、即ちパッド電極ＱEで接地した場合、ＳＡＷ共振子に直列接続するインダクタンスが最も大きくなり、並列腕のＳＡＷ共振子の共振周波数を低周波側へシフトさせ、フィルタの帯域幅が広くなる。
【００１３】
図２はN-CDMA方式のＲＦフィルタ用に、中心周波数を851MHz、帯域幅を38MHzとし、圧電基板にLiTaO3を用い、両側の並列腕ＳＡＷ共振子２、６のＩＤＴ電極対数を８６対、反射器本数をそれぞれ７４本、交差幅を１６．８λ（λはＩＤＴ電極の電極周期）、中央の並列腕ＳＡＷ共振子４のＩＤＴ電極対数を１４６対、反射器本数をそれぞれ３４本、交差幅を２０λ、直列腕のＳＡＷ共振子３、５のＩＤＴ電極対数を５６対、反射器本数をそれぞれ１０６本、交差幅を１７．２λとし、図１（ａ）に示すようにＳＡＷ共振子２、４、６の接地側のリード電極を１つのパッド電極ＱEまで延在し、該電極に金属バンプを介して接地したフィルタをシミュレーションした特性が曲線αである。
一方、曲線βは比較するためのフィルタ特性で、回路構成、ＳＡＷ共振子の定数値等は曲線αのフィルタと同一であるが、並列腕ＳＡＷ共振子２、４、６の近傍のパッド電極Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５にバンプを設けてそれぞれを接地したフィルタをシミュレーションした特性である。
図２から明らかなように、パッド電極ＱEで接地した場合の方が低域側の通過域が広がると共に、通過域近傍の減衰特性が改善されることがわかる。
【００１４】
図３は回路構成、ＳＡＷ共振子の定数値は図２に示したものと同一であるが、並列腕ＳＡＷ共振子の接地側リード電極の接地点を変えた場合のフィルタ特性である。即ち、曲線αは図１（ａ）に示すように両側の並列腕のＳＡＷ共振子２、６の接地側のリード電極を図中下部中央に設けたパッド電極ＱEまで延在して、該パッドに金属バンプを介して接地すると共に、中央の並列腕に配置したＳＡＷ共振子４の接地は、該共振子の近傍に設けたパッド電極Ｑ４にて接地したラダー型ＳＡＷフィルタを測定したフィルタ特性である。
一方、曲線βは比較のために示したフィルタ特性で、並列腕のＳＡＷ共振子２、４、６の接地側リード電極をそれぞれの共振子の近傍に設けたパッド電極Ｑ３、Ｑ４及びＱ５にて接地した場合の測定例である。
図３のフィルタ特性から、並列腕のＳＡＷ共振子の接地位置によって通過域近傍の減衰特性が変化することが判明した。並列腕ＳＡＷ共振子の接地側リード電極を該共振子の近傍でそれぞれ接地すると、リード電極によるインダクタンスが小さくなるため、通過域低域側において減衰量が改善される。これに対して、両側の並列腕ＳＡＷ共振子の接地用リード電極を長くし、それらを１点にて接地し、並列腕の中央のＳＡＷ共振子はその近傍に設けたパッド電極で接地するすると、帯域幅が若干広がると共に、通過域近傍の高域側の減衰量が改善できることが判明した。
つまり、用途に応じてバンプを形成するパッド電極を選択するだけで、圧電基板上の電極パターンを設計変更することなく必要な特性が得られるのである。
【００１５】
以上の説明では５素子ラダー型ＳＡＷフィルタを例として説明したが、他の素子数のフィルタについても適用できることは云うまでもない。
また、圧電基板としてタンタル酸リチウムを用いて説明したが、他の圧電材料、例えばニオブ酸リチウム、ランガサイト、四硼酸リチウム等にも適用できることは説明するまでもない。
上記の例ではリード電極をストリップライン状にして複数のパッド電極を設けた場合を説明したが、リード電極を直線状とし、該リード電極上に複数個のパッド電極を設けてもよいし、またリード電極自体を太幅とすると共に任意の位置にバンプを形成できるように構成したものでもよい。
【００１６】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成したので、通過域の広帯域化に貢献すると共に、接地点の数により通過域近傍の減衰量を改善することが可能となり、用途に応じたフィルタ特性を実現することができる。本発明になるフリップチップラダー型ＳＡＷフィルタをN-CDMA方式のＲＦフィルタとして用いれば優れた特性の携帯電話ができるという効果を表す。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明に係るフリップチップラダー型ＳＡＷフィルタの構成を示す平面図、（ｂ）はその模式的断面図である。
【図２】  曲線αは本発明のフリップチップラダー型ＳＡＷフィルタの特性をシミュレーションにより求めた図、曲線βは比較のために従来のフリップチップラダー型ＳＡＷフィルタの特性を示す図である。
【図３】曲線αは両側の並列腕のＳＡＷ共振子を１点で接地したラダー型ＳＡＷフィルタの特性、曲線βは比較のためのフィルタ特性で、ＳＡＷ共振子の近傍でそれぞれ接地したフィルタ特性である。
【図４】（ａ）は従来のＳＡＷ共振子の構成を示す平面図、（ｂ）はラダー型ＳＡＷフィルタの基本区間を４個縦続接続したラダー型ＳＡＷフィルタ、（ｃ）は直列腕、並列腕のＳＡＷ共振子を合成して５素子ラダー型ＳＡＷフィルタとしたものである。
【図５】（ａ）はＳＡＷフィルタチップをパッケージの凹陥部に収容し、ボンディングワイヤを用いて端子電極と導通を図った従来のラダー型ＳＡＷフィルタの断面図、（ｂ）はその電気的等価回路である。
【図６】フリップチップボンディング方式のラダー型ＳＡＷフィルタの断面を示す模式図である。
【符号の説明】
１・・圧電基板
２、３、４、５、６・・ＳＡＷ共振子
１１・・フリップチップラダー型ＳＡＷフィルタ（ＳＡＷフィルタチップ）
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３・・リード電極
Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５、ＱE・・パッド電極
LpI、LpE、LpO・・パッケージの電極導体のインダクタンス
１２・・パッケージ
１３・・金属バンプ
１４・・端子電極
１５・・金属蓋
【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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