(57)【要約】【課題】  薄膜バルク音波共振器（ＦＢＡＲ）フィルタを用いた、パッケージの厚み、実装面積を減少させた小型の送受切換器を提供する。【解決手段】  送受切換器は、第１の端子と第２の端子を備えた受信フィルタと、第３の端子と第４の端子を備えた送信フィルタと、前記第１の端子と前記第３の端子とに接続されたアンテナ端子とを有する送受切換器であり、前記受信フィルタ及び前記送信フィルタは薄膜バルク音波共振器を備えた梯子型フィルタであり、前記第１の端子と前記第３の端子と前記アンテナ端子とを接続する伝送線に、一端がグランドに接続されている位相整合用インダクタが接続されており、前記送信フィルタと前記受信フィルタが特定の特性を有することを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の端子と第２の端子を備えた受信フィルタと、第３の端子と第４の端子を備えた送信フィルタと、前記第１の端子と前記第３の端子とに接続されたアンテナ端子とを有する送受切換器であり、前記受信フィルタ及び前記送信フィルタは薄膜バルク音波共振器を備えた梯子型フィルタであり、前記第１の端子と前記第３の端子と前記アンテナ端子とを接続する伝送線に、一端がグランドに接続されている位相整合用インダクタが接続されており、前記送受切換器に用いられる前記送信フィルタと前記受信フィルタは、それぞれの通過帯域内にアドミッタンス値の実部の値が１となる周波数を有し、前記受信フィルタの通過帯域と遮断帯域と前記送信フィルタの通過帯域と遮断帯域との４つの帯域内に、アドミッタンス値の虚部が同一の値を示す周波数を有し、前記４つの帯域において容量性を持っているフィルタであることを特徴とする送受切換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子デバイスである送受切換器に係り、詳細には薄膜バルク音波共振器（ＦＢＡＲ）により構成される薄膜バルク音波共振器（ＦＢＡＲ）フィルタを用いた送受切換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話を代表とする小型通信機器の開発が活発に進められている。これらの小型通信機器には送受信信号の分岐を行う送受切換器が用いられており、機器の小型化、高性能化のために送受切換器においても小型化、高性能化が要求されている。そして最近の無線通信においては高周波帯域を利用することが多く、圧電領域の厚みを変更することにより利用周波数を制御することが可能な薄膜バルク音波共振器（ＦＢＡＲ）フィルタの利用が検討されている。
【０００３】
通常、送受切換器の受信フィルタ及び送信フィルタは所定の周波数における位相を制御することが必要である。そのため、薄膜バルク音波共振器（ＦＢＡＲ）フィルタを用いた送受切換器においては、従来、図２のように９０°移相器が受信フィルタとアンテナ端子間に直列に接続されていた（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２４４７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
位相整合回路として９０°移相器を用いることは、パッケージの厚み増加、実装面積の増加など小型化する際の問題となっている。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、位相整合回路を変更することにより、パッケージの厚みや実装面積を減少させた、薄膜バルク音波共振器（ＦＢＡＲ）フィルタを用いた小型の送受切換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】
【０００７】
本発明は、第１の端子と第２の端子を備えた受信フィルタと、第３の端子と第４の端子を備えた送信フィルタと、前記第１の端子と前記第３の端子とに接続されたアンテナ端子とを有する送受切換器であり、前記受信フィルタ及び前記送信フィルタは薄膜バルク音波共振器を備えた梯子型フィルタであり、前記第１の端子と前記第３の端子と前記アンテナ端子とを接続する伝送線に、一端がグランドに接続されている位相整合用インダクタが接続されており、前記受信フィルタと前記送信フィルタは、それぞれの通過帯域内にアドミッタンス値の実部の値が１となる周波数を有し、前記受信フィルタの通過帯域と遮断帯域と前記送信フィルタの通過帯域と遮断帯域との４つの帯域内に、アドミッタンス値の虚部が同一の値を示す周波数を有し、前記４つの帯域において容量性を持っているフィルタであることを特徴とする送受切換器に関する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、パッケージの厚み減少、位相整合回路の長さ減少により、パッケージの小型化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。図１は、本発明の送受切換器の一実施形態を示す回路図である。本発明の送受切換器は第１の端子２と第２の端子４を備えた受信薄膜バルク音波共振器フィルタ７と、第３の端子３と第４の端子５を備えた送信薄膜バルク音波共振器フィルタ８と、前記受信薄膜バルク音波共振器フィルタ７の第１の端子２及び前記送信薄膜バルク音波共振器フィルタ８の第３の端子３とに接続されたアンテナ端子１とを有する。前記受信薄膜バルク音波共振器フィルタ７及び前記送信薄膜バルク音波共振器フィルタ８は薄膜バルク音波共振器１１を備えた梯子型フィルタである。本発明の特徴は前記アンテナ端子１と前記受信薄膜バルク音波共振器フィルタ７の第１の端子２と前記送信薄膜バルク音波共振器フィルタ８の第３の端子３とを接続する伝送線１０に一端がグランドに接続されている位相整合用インダクタ９を有することである。従来の９０°移相器の代わりに、インダクタンスを用いることにより、薄膜バルク音波共振器（ＦＢＡＲ）の特徴である小型化のメリットをさらに進めた小型の送受切換器を提供することが可能となる。
【００１０】
図３は前記薄膜バルク音波共振器１１の構造を説明するための模式的断面図である。図３に示すように前記薄膜バルク音波共振器１１は、上部電極１３、圧電層１４、及び下部電極１５を備えた共振部１９と、その共振部１９が設けられた基板１６と、前記下部電極１５の下部であって前記基板１６に形成されたキャビティ部１７により構成されている。また、前記薄膜バルク音波共振器１１は、上部電極１３上や、下部電極１５下にパッシベーション層や支持層等を設けた構成であってもよい。
【００１１】
前記上部電極１３としては、モリブデン（Ｍｏ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ルテニウム（Ｒｕ）、白金（Ｐｔ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）など適当な材料を用いることができる。
【００１２】
前記圧電層１４としては、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）など適当な材料を用いることができる。
【００１３】
前記下部電極１５としては、モリブデン（Ｍｏ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ルテニウム（Ｒｕ）、白金（Ｐｔ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）など適当な材料を用いることができる。
【００１４】
前記基板１６としては、シリコン（Ｓｉ）、酸化シリコン（ＳｉＯ2）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、ガラスなど適当な材料を用いることができる。
【００１５】
また、前記薄膜バルク音波共振器１１は、図４に示すような前記下部電極１５と前記基板１６の間に高音響インピーダンスを有する層と低音響インピーダンスを有する層が交互に積層された音響ミラー層１８が設けられた構成でもよい。これにより、前記キャビティ部１７が設けられた構造と同様に前記共振部１９により発生するエネルギーの閉じ込めることができる。
【００１６】
前記音響ミラー層１８は高音響インピーダンス層としては、金（Ａｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、低音響インピーダンス層としてはシリコン（Ｓｉ）、酸化シリコン（ＳｉＯ2）、アルミニウム（Ａｌ）を用いることができる。
【００１７】
次に、本発明に係わる前記薄膜バルク音波共振器１１の製造方法について説明する。前記キャビティ部１７を有する前記薄膜バルク音波共振器ＦＢＡＲ１１は前記基板１６に前記下部電極１５をスパッタリングなどの蒸着法により堆積し、所望の形状にパターニングを施す工程と、前記圧電層１４をスパッタリングなどの蒸着法により堆積し、所望の形状にパターニングを施す工程と、前記上部電極１３をスパッタリングなどの蒸着法により堆積し、所望の形状にパターニングを施す工程と、前記キャビティ部１７をエッチングなどにより前記下部電極１５と前記基板１６の間に設ける工程によって製造される。また、上部電極１３上や、下部電極１５下にパッシベーション層や支持層等を設ける工程を含んでもよい。
【００１８】
前記音響ミラー層１８を有する前記薄膜バルク音波共振器ＦＢＡＲ１１は前記基板１６に前記音響ミラー層１８として高音響インピーダンスを有する層と低音響インピーダンスを有する層をスパッタリングなどの蒸着法により交互に積層する工程と、前記下部電極１５をスパッタリングなどの蒸着法により堆積し、所望の形状にパターニングを施す工程と、前記圧電層１４をスパッタリングなどの蒸着法により堆積し、所望の形状にパターニングを施す工程と、前記上部電極１３をスパッタリングなどの蒸着法により堆積し、所望の形状にパターニングを施す工程によって製造される。また、上部電極１３上や、下部電極１５下にパッシベーション層や支持層等を設ける工程を含んでもよい。
【００１９】
本発明に係る梯子型フィルタ１２は、図５に示されるように前記薄膜バルク音波共振器１１が直列及び並列に接続されている。これらの直列に接続された前記薄膜バルク音波共振器１１は同様の周波数特性を有してもよいし、それぞれが異なる周波数特性を有してもよい。更に、並列に接続された前記薄膜バルク音波共振器１１は同様の周波数特性を有してもよいし、それぞれが異なる周波数特性を有してもよい。
【００２０】
また、本発明に係る梯子型フィルタ１２は、図６に示すように連続して直列の前記薄膜バルク音波共振器１１もしくは連続して並列の前記薄膜バルク音波共振器１１が接続された構成でもよい。
【００２１】
本発明の送受切換器では、図１に示すように、前記アンテナ端子１と前記受信薄膜バルク音波共振器フィルタ７の第１の端子２と前記送信薄膜バルク音波共振器フィルタ８の第３の端子３とが伝送線１０により接続されており、その伝送線１０とグランドの間に所望のフィルタ特性を得るために位相整合用インダクタ９を備えている。
【００２２】
前記伝送路１０は、前記第１の端子と前記第３の端子と前記アンテナ端子とを接続しており、パッケージ内に設けられ、受信信号及び送信信号が伝送される。
【００２３】
前記位相整合用インダクタ９は、パッケージにラインパターンで設けてもよいし、もしくは集中インダクタでもよい。前記位相整合用インダクタ９を設けることにより、位相整合がなされる。例えば、図７は、前記位相整合用インダクタ９を設ける前の前記受信薄膜バルク音波共振器フィルタ７または前記送信薄膜バルク音波共振器フィルタ８のアドミッタンス図であり、図８は、前記位相整合用インダクタ９を設けた時の前記受信薄膜バルク音波共振器フィルタ７または前記送信薄膜バルク音波共振器フィルタ８のアドミッタンス図である。図７および図８からわかるように、位相整合用インダクタ９を設けることにより位相整合がなされる。通常、受信及び送信フィルタの特性としては、図８に示すような特性が求められる。すなわち、通過帯域２０は回路全体のインピーダンスに近い値を持ち、遮断帯域２１は回路全体のインピーダンスよりはるかに大きな値とすることが必要である。このように位相整合を行うことにより、送受切換器の特性に影響を及ぼさない。
【００２４】
送受切換器に用いられる前記受信薄膜バルク音波共振器フィルタ７と前記送信薄膜バルク音波共振器フィルタ８としては、それぞれの通過帯域２０内にアドミッタンス値の実部の値が１となる周波数を有し、通過帯域２０内と遮断帯域帯域２１内に、アドミッタンス値の虚部が同一の値を示す周波数を有し、それぞれの帯域内において容量性を持つようなフィルタを使用することが好ましい。
【００２５】
さらに、本発明の送受切換器に用いられる前記受信薄膜バルク音波共振器フィルタ７と前記送信薄膜バルク音波共振器フィルタ８としては、それぞれの通過帯域２０内にアドミッタンス値の実部の値が１となる周波数を有し、前記受信薄膜バルク音波共振器フィルタ７の通過帯域２０と遮断帯域２１と前記受信薄膜バルク音波共振器フィルタ８の通過帯域２０と遮断帯域２１との４つの帯域内に、アドミッタンス値の虚部が同一の値を示す周波数を有し、前記４つの帯域において容量性を持っているフィルタであることを特徴とする。
【００２６】
本発明の送受切換器に使用する受信薄膜バルク音波共振器フィルタ７及び送信薄膜バルク音波共振器フィルタ８は、図７に示すように通過帯域２０のいずれかの周波数におけるアドミッタンス値の実部の値が１である。即ち、通過帯域２０の特性がアドミッタンスの実部が１を示す円の線上にあることを意味する。また、通過帯域２０のいずれかの周波数と遮断帯域２１のいずれかの周波数におけるアドミッタンスの虚部が同一の値を有する。即ち、図７に例示するアドミッタンス図において、アドミッタンスの虚部が同一となる線が、フィルタの通過帯域２０と遮断帯域２１を通ることを意味する。さらに、本発明の送受切換器に使用する前記受信薄膜バルク音波共振器フィルタ７と前記送信薄膜バルク音波共振器フィルタ８のそれぞれの通過帯域２０と遮断帯域２１内のいずれかの周波数でアドミッタンスの虚部が同一となることが好ましい。本発明の送受切換器に使用する前記受信薄膜バルク音波共振器フィルタ７及び前記送信薄膜バルク音波共振器フィルタ８は、通過帯域２０と遮断帯域２１が容量性を持つことが好ましい。
【００２７】
上記のような前記受信薄膜バルク音波共振器フィルタ７及び前記送信薄膜バルク音波共振器フィルタ８を用いることにより、受信薄膜バルク音波共振器７及び前記送信薄膜バルク音波共振器フィルタ８の位相整合量が同一になるため、アンテナ端子１と前記受信薄膜バルク音波共振器フィルタ７の第１の端子２とを接続する伝送線１０、または前記アンテナ端子１と前記送信薄膜バルク音波共振器フィルタ８の第１の端子３とを接続する伝送線１０に一端がグランドに接続されている位相整合用インダクタ９を設けることにより、前記受信薄膜バルク音波共振器フィルタ７及び前記送信薄膜バルク音波共振器フィルタ８の位相を所望の値とすることができる。
【実施例】
【００２８】
図９（ａ）は、図２に示した９０°移相器６を使用している従来の送受切換器のＬＴＣＣ基板内装図であり、図９（ｂ）は、図１に示した本発明の送受切換器のＬＴＣＣ基板内装図である。表１は、従来の９０°移相器６を使用している送受切換器において、ＬＴＣＣ基板にλ／４ラインの内層パターンを形成する際に必要なライン長さを示している。以下、これらを参照しながら、本実施形態の送受切換器の構成を説明する。
【００２９】
図２に示した従来の送受切換器においては、位相整合回路に９０°移相器６を用いており、送受切換器を構成するＬＴＣＣ基板は図９（ａ）に示したようになる。表１は、λ／４ラインの内層パターンで構成された９０°移相器６をＬＴＣＣ基板に形成する場合の線路長を示すものである。ＬＴＣＣ基板にλ／４ラインの９０°移相器６を設置した場合、表１に示したように線路長が１３．８ｍｍ必要であり、さらに内層パターンの上下面にグランドパターンが必要であり、その間にはそれぞれ０．２ｍｍの間隔が必要となる。このため、基板の必要枚数が増え、ＬＴＣＣ基板は０．６ｍｍと厚くなり小型にできない。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
これに対し、図１に示したように、位相整合回路に一端がグランドに接地した位相整合用インダクタ９を用いた本発明の送受切換器を作製した。本発明の送受切換器の一実施形態を構成するＬＴＣＣ基板は図９（ｂ）に示したようになる。図９（ｂ）に示したようにＬＴＣＣ基板に内層パターンで構成された位相整合用インダクタ９として設置した場合、線路長が６．０ｍｍで構成でき、上下面にグランドパターンが必要でないのでＬＴＣＣ基板の枚数を減らすことができ、０．３ｍｍの薄く小型の送受切換器を提供することができた。
【００３２】
さらに、前記送受切換器に用いられる前記受信薄膜バルク音波共振器フィルタ７と前記送信薄膜バルク音波共振器フィルタ８としては、それぞれの通過帯域２０内にアドミッタンス値の実部の値が１となる周波数を有し、通過帯域２０内と遮断帯域帯域２１内に、アドミッタンス値の虚部が同一の値を示す周波数を有し、それぞれの帯域内において容量性を持つようなフィルタを使用することが好ましい。
【００３３】
図１０は、本発明に係る受信薄膜バルク音波共振器フィルタ８のアドミッタンスチャート特性図である。図１０の特性を持つフィルタは、通過帯域２０内にアドミッタンス値の実部の値が１となる周波数を有し、遮断帯域２１内に、アドミッタンス値の虚部が同一の値を示す周波数を有し、通過帯域２０と遮断帯域２１において容量性を持つようなフィルタを示している。即ち、通過帯域２０のいずれかの周波数にてアドミッタンス値の実部が１であり、通過帯域２０のいずれかの周波数と遮断帯域２１のいずれかの周波数におけるアドミッタンス値の虚部の値が同一の値をとり、通過帯域２０と遮断帯域２１において、容量性を持っている。このようなフィルタに位相整合用インダクタ９を設けた場合、図１１に示すように通過帯域２０は回路全体のインピーダンスに近い値を持ち、遮断帯域２１は回路全体のインピーダンスよりはるかに大きな値となり、送受切換器の特性に影響を及ぼさないフィルタ特性が得られた。
【００３４】
図１２、図１３は本発明に係る送信薄膜バルク音波共振器フィルタ８のアドミッタンスチャート特性図である。
【００３５】
図１２では、通過帯域２０のある周波数においてアドミッタンス値の実部が１であるが、通過帯域２０のいずれかの周波数と遮断帯域２１のいずれかの周波数におけるアドミッタンス値の虚部の値が同一とはなっていない。このようなフィルタに、位相整合用インダクタ９を設けた場合、図１４に示すような特性を示した。
【００３６】
図１３では、通過帯域２０のアドミッタンス値の実部が１であり、通過帯域２０のいずれかの周波数と遮断帯域２１のいずれかの周波数におけるアドミッタンス値の虚部の値が同一の値をとり、通過帯域２０と遮断帯域２１が容量性を持っている。このような特性を示すフィルタを用いて、位相整合用インダクタ９を設けた場合、図１５に示すように通過帯域２０は回路全体のインピーダンスに近い値を持ち、遮断帯域２１は回路全体のインピーダンスよりはるかに大きな値となり、送受切換器の特性に影響を及ぼさないフィルタ特性が得られた。
【００３７】
さらに、送受切換器に用いられる受信薄膜バルク音波共振器フィルタ７と送信薄膜バルク音波共振器フィルタ８として、図１０、図１３に示すようにそれぞれの通過帯域２０内にアドミッタンス値の実部の値が１となる周波数を有し、前記受信薄膜バルク音波共振器フィルタ７の通過帯域２０と遮断帯域２１と前記送信薄膜バルク音波共振器フィルタ８の通過帯域２０と遮断帯域２１との４つの帯域内に、アドミッタンス値の虚部が同一の値を示す周波数を有し、前記４つの帯域において容量性を持つようなフィルタを使用した。即ち、前記受信薄膜バルク音波共振器フィルタ７及び前記送信薄膜バルク音波共振器フィルタ８のいずれかの周波数におけるアドミッタンス値の虚部の値が前記受信薄膜バルク音波共振器フィルタ７と前記送信薄膜バルク音波共振器フィルタ８において同一の値をとるような受信薄膜バルク音波共振器フィルタ７及び送信薄膜バルク音波共振器フィルタ８を用いて送受切換器を構成した。これにより、位相整合量が同一となり、位相整合用インダクタ９を備えることで、前記受信薄膜バルク音波共振器フィルタ７と前記送信薄膜バルク音波共振器フィルタ８のいずれにおいても、送受切換器の構成において重要な通過帯域が回路全体のインピーダンスに近い値を持ち、遮断帯域が回路全体のインピーダンスよりはるかに大きな値とすることができ、最適な送受切換器を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】実施形態に係わる送受切換器を示す回路図である。
【図２】従来の送受切換器を示す回路図である。
【図３】キャビティ部を有する薄膜バルク音波共振器の断面図である。
【図４】音響反射膜を有する薄膜バルク音波共振器の断面図である。
【図５】梯子型フィルタを示す回路図である。
【図６】梯子型フィルタを示す回路図である。
【図７】位相整合前のフィルタ特性を示すアドミッタンス図である。
【図８】位相整合後のフィルタ特性を示すアドミッタンス図である。
【図９】実施形態に係わる送受切換器のパッケージを示す内層パターン図である。
【図１０】実施形態に係わる受信薄膜バルク音波共振器フィルタの位相整合前のフィルタ特性を示すアドミッタンス図である。
【図１１】実施形態に係わる受信薄膜バルク音波共振器フィルタの位相整合後のフィルタ特性を示すアドミッタンス図である。
【図１２】実施形態に係わる送信薄膜バルク音波共振器フィルタの位相整合前のフィルタ特性を示すアドミッタンス図である。
【図１３】実施形態に係わる送信薄膜バルク音波共振器フィルタの位相整合前のフィルタ特性を示すアドミッタンス図である。
【図１４】実施形態に係わる送信薄膜バルク音波共振器フィルタの位相整合後のフィルタ特性を示すアドミッタンス図である。
【図１５】実施形態に係わる送信薄膜バルク音波共振器フィルタの位相整合後のフィルタ特性を示すアドミッタンス図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  アンテナ端子
２  受信薄膜バルク音波共振器フィルタの第１の端子
３  送信薄膜バルク音波共振器フィルタの第３の端子
４  受信薄膜バルク音波共振器フィルタの第２の端子
５  送信薄膜バルク音波共振器フィルタの第４の端子
６  ９０°移相器
７  受信薄膜バルク音波共振器フィルタ
８  送信薄膜バルク音波共振器フィルタ
９  位相整合用インダクタ
１０  伝送線
１１  薄膜バルク音波共振器
１２  梯子型フィルタ
１３  上部電極
１４  圧電層
１５  下部電極
１６  基板
１７  キャビティ部
１８  音響ミラー層
１９  共振部
２０  通過帯域
２１  遮断帯域
【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】
2009182368.tif 000014
【図１２】
2009182368.tif 000015
【図１３】
2009182368.tif 000016
【図１４】
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【図１５】
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