WO2006016544A1

WO2006016544A1 - デュプレクサ及び通信装置

Info

Publication number: WO2006016544A1
Application number: PCT/JP2005/014500
Authority: WO
Inventors: Ryoichi Omote
Original assignee: Murata Manufacturing Co., Ltd.
Priority date: 2004-08-11
Filing date: 2005-08-08
Publication date: 2006-02-16
Also published as: US20070030094A1; JPWO2006016544A1

Abstract

　耐電力性に優れているだけでなく、帯域外減衰量及びアイソレーション特性が十分な大きさとされ得るデュプレクサを提供する。　複数の弾性表面波共振子をラダー型回路を構成するように接続してなる送信側及び受信側帯域フィルタ１Ａ，１Ｂを備え、各弾性表面波共振子が、４７°～５８°の回転ＹカットのＸ伝搬のＬｉＮｂＯ３基板と、ＬｉＮｂＯ３基板上に形成されたＩＤＴ電極１２とを有し、ＬｉＮｂＯ３基板上にエピタキシャル成長されたＴｉ下地電極層を１２ａと、Ｔｉ下地電極層１２ａ上にエピタキシャル成長されたＡｌ電極層１２ｂとを有し、Ａｌ電極層の（１１１）面と、Ｔｉ下地電極層の（００１）面もしくは（１００）面と、ＬｉＮｂＯ３基板の（００１）面とが平行とされているデュプレクサ１。

Description

明細書

デュプレクサ及び通信装置

技術分野

[0001] 本発明は、通信機器に用いられるデュプレクサ及び通信装置に関し、より詳細には

、複数の弾性表面波共振子をラダー型回路を構成するように接続してなる帯域フィルタを備えたデュプレクサ及び通信装置に関する。

背景技術

[0002] 弾性表面波素子では、圧電基板上に複数の電極指を有するインターデジタル電極

(IDT電極）が形成されている。 IDT電極の電極指は細ぐ電極指ピッチは非常に小さい。従って、大きな電力を投入した場合、電極指同士が短絡したり、電極指が断線したりすることがある。よって、弾性表面波素子では、耐電力性の向上が強く求められている。

[0003] 下記の特許文献 1には、耐電力性が高められた弾性表面波素子が開示されている。ここでは、 64° Y— Xカットの LiNbO基板上に、ェピタキシャル成長により形成さ

3

れた Ti下地電極層と Ti下地電極層上にさらにェピタキシャル成長により形成された A1電極層とを積層してなる IDT電極が形成されている。 A1電極層の結晶の（111)面と、 Ti下地電極層の結晶の（001)面もしくは（100)面と、 LiTaO基板の（001)面が

3

平行とされており、それによつて耐電力性が高められるとされている。

[0004] 他方、 W— CDMA方式の携帯電話などに用いられているデュプレクサにおいては、複数の弾性表面波素子を接続することにより、受信側帯域フィルタ及び送信側帯域フィルタが構成されている。このような従来のデュプレクサの回路の一例を図 20に示す。図 20において破線で囲まれた部分がデュプレクサ 201を構成している。デュプレクサ 201はアンテナ端子 201aを有する。アンテナ端子 201aがアンテナ 202に接続されている。また、アンテナ端子 201aと、アンテナ 202との間には外付けのインダクタンス 203及びコンデンサ 204が接続されている。具体的には、インダクタンス 20 3は、アンテナ端子 201aとアンテナ 202との間に挿入されており、コンデンサ 204は、アンテナ 202とインダクタンス 203との間の接続点とグランド電位との間に接続されている。

[0005] 他方、デュプレクサ 201は、送信側帯域フィルタ 201Aと受信側帯域フィルタ 201B とを有する。送信側帯域フィルタ 201Aでは、複数の直列腕共振子 Sa〜Scと、並列腕共振子 Pa, Pbとがラダー型回路を構成するように接続されている。ここでは、最終段の直列腕共振子 Scに並列にインダクタンス素子 205が接続されている。また、受信側帯域フィルタ 201Bにおいても、複数の直列腕共振子 Sd〜Sfと、複数の並列腕共振子 Pc、 Pdとがラダー型回路を実現するように接続されている。ここでは、中央の直列腕共振子 Seと並列にインダクタンス 206が接続されている。

[0006] また、送信側帯域フィルタの並列腕共振子 Pa, Pbとグランド電位との間には、インダクタンス素子 207, 208がそれぞれ外付けされて!/、る。

特許文献 1：特開 2002— 353768号公報

発明の開示

[0007] 特許文献 1に記載の電極構造を有する弾性表面波素子では、前述したように耐電力性を高めることができる。しかしながら、図 20に示したデュプレクサ 201の直列腕共振子 Sa〜Sc、並列腕共振子 Pa, Pb、直列腕共振子 Sd〜Sf及び並列腕共振子 Pc , Pdとして、特許文献 1に記載されている弾性表面波素子を用いた場合、耐電力性は高められるものの、帯域外減衰量が十分ではなぐかつアイソレーション特性も良好でないことがわ力つた。これを、図 21〜図 23を参照して説明する。

[0008] 上記直列腕共振子 Sa〜Sc, Sd〜Sf及び並列腕共振子 Pa〜Pdとして、特許文献 1に記載の電極構造を有する弾性表面波素子を用い、 64° 回転 Yカットの LiNbO

3 基板を用い、デュプレクサ 201を製作した。図 21は、送信側帯域フィルタ 201 Aの周波数特性を、図 22は、受信側帯域フィルタ 201Bの周波数特性を示す。なお、図 21 及び図 22において下方に示す曲線は、通過帯域における周波数特性を拡大して示す周波数特性である。また、図 23は、デュプレクサ 201のアイソレーション特性を示す。

[0009] W— CDMA方式の携帯電話のデュプレクサでは、送信側帯域フィルタにおける通過帯域である 1920MHz〜 1980MHzの高域側の通過帯域外側近傍すなわち受信側帯域フィルタの通過帯域における減衰量は、少なくとも 40dB以上であることが求められている。そこで、図 20に示した送信側帯域フィルタ 201Aでは、インダクタンス 205を直列腕共振子 Scに接続することにより、挿入損失を犠牲にして通過帯域の高域外側に減衰極を設けて減衰量の拡大が図られている。しかしながら、図 21から明らかなように、上記減衰極を形成したとしても、通過帯域の高域外側における減衰量はかろうじて 40dBを満たす程度でしかな力つた。

[0010] また、図 23に示すように、アイソレーション特性においても受信側通過帯域である 2 110MHz〜2170MHzにおいて、減衰量は 40dB程度にすぎなかった。他方、デュプレクサ 201の特性は温度によって変動する。従って、デュプレクサ 201が使用される温度範囲にわたり確実に受信側通過帯域における減衰量を 40dB以上とすることができないことがわかる。

[0011] 本発明の目的は、上述した従来技術の現状に鑑み、複数の弾性表面波素子を用いて構成されたデュプレクサにおいて、耐電力性を高めるだけでなぐ帯域外減衰量及びアイソレーション特性を十分な大きさとすることを可能とするデュプレクサ及び該デュプレクサを用いた通信装置を提供することにある。

[0012] 本発明は、複数の弾性表面波共振子をラダー型回路を構成するように接続してなる送信側帯域フィルタ及び受信側帯域フィルタを備えるデュプレクサであって、前記弾性表面波共振子が、 47° 〜58° 回転 Yカットの X伝搬 LiNbO基板と、前記 LiN

3

bO基板上に形成された IDT電極とを有し、前記 IDT電極が、 LiNbO基板上に形

3 3 成された Ti下地電極層と、 Ti下地電極層上に形成された A1電極層とを有し、 A1電極層の（111)面と、 Ti下地電極層の（001)面もしくは（100)面と、 LiNbO基板の（00

3

1)面とが平行とされて、ることを特徴とする。

[0013] 本発明に係るデュプレクサのある特定の局面では、前記 Ti下地電極層が前記 LiN bO基板上にェピタキシャル成長されたものであり、かつ前記 A1電極層が前記 Ti下

3

地電極層上にェピタキシャル成長されたものである。

[0014] 本発明に係るデュプレクサの他の特定の局面では、受信側帯域フィルタにおいて、複数の弾性表面波共振子のうち、ラダー型回路の直列腕に接続されている少なくとも 1つの直列腕共振子に並列に第 1のインダクタンスが挿入されており、前記送信側帯域フィルタにおいて、複数の弾性表面波共振子のうち、ラダー型回路の並列腕に接続されている並列腕共振子とグランド電位との間に第 2のインダクタンスが挿入されている。

[0015] 本発明に係るデュプレクサの他の特定の局面では、前記第 1のインダクタンス及び前記第 2のインダクタンスカ前記デュプレクサにおいて電気的接続に用いられているワイヤーボンディング、前記デュプレクサに内蔵された線路及び外付けのコイル部品の内の少なくとも 1つによりそれぞれ構成されていることを特徴とする。

[0016] 本発明に係る通信装置は、本発明に従って構成されたデュプレクサを有し、該デュプレクサがアンテナ端子を有し、該アンテナ端子とアンテナとの間に第 3のインダクタンス素子が挿入されており、該第 3のインダクタンスとアンテナとの間の接続点とダランド電位との間にコンデンサが接続されている。

[0017] 本発明に係るデュプレクサでは、複数の弾性表面波共振子がラダー型回路を構成するように接続されてなる、送信側及び受信側帯域フィルタを備える。そして、各弾性表面波共振子が、 LiNbO基板上に形成された Ti下地電極層と、 Ti下地電極層上

3

に形成された A1電極層とを有し、 A1電極層の（111)面と、 Ti下地電極層の（001)面もしくは（100)面と、 LiNbO基板の（001)面とが平行とされているため、各弾性表

3

面波共振子が十分な耐電力性を有する。従って、デュプレクサの耐電力性を高めることができる。

[0018] し力も、 47° 〜58° 回転 Yカットの X伝搬 LiNbO基板を用いているため、後述の

3

実験例から明らかなように、耐電力性を高め得るだけでなぐ通過帯域高域側における減衰量を十分な大きさとすることができ、かつアイソレーション特性も効果的に改善することが可能とされている。

[0019] よって、本発明によれば、例えば W— CDMA方式の携帯電話機のデュプレクサとして好適に用いられ、耐電力性に優れ、大きな減衰量及びアイソレーション特性を有するデュプレクサを提供することが可能となる。

[0020] 好ましくは、上記 Ti下地電極層及び A1電極層はェピタキシャル成長により形成されたものであり、その場合には、 A1電極層の（111)面と、 Ti下地電極層の（001)面もしくは（100)面を LiNbOの（001)面と平行にすることが容易である。

3

[0021] 受信側帯域フィルタにおいて、ラダー型に接続されている複数の弾性表面波共振子のうち、直列腕に接続されている少なくとも 1つの直列腕共振子に並列に第 1のィンダクタンスが挿入されており、送信側帯域フィルタにおいて、ラダー型回路の並列腕に接続されている並列腕共振子とグランド電位との間に第 2のインダクタンスが揷入されている場合には、帯域外減衰量をより一層大きくすることができる。

[0022] 受信側帯域フィルタの直列腕共振子に並列に接続された上記第 1のインダクタンスと、送信側帯域フィルタの並列腕共振子とグランド端子との間に接続された上記第 2 のインダクタンスとが、デュプレクサにお!、て電気的接続に用いられて、るワイヤーボンデイング、デュプレクサに内蔵されたインダクタンス線路及び外付けコイル部品の内の少なくとも 1つによりそれぞれ構成されている場合には、外付けの部品や他の部品を要することなぐ第 1,第 2のインダクタンスを構成することができる。従って、デュプレクサの部品点数の増大を招くことなぐ本発明のデュプレクサを提供することができる。

[0023] 本発明に係る通信装置は、本発明に従って構成されたデュプレクサを有し、アンテナ端子とアンテナとの間に第 3のインダクタンスが挿入されており、該第 3のインダクタンスとアンテナとの間の接続点とグランド電位との間にコンデンサが接続されている。従って、通過帯域外減衰量及びアイソレーション特性をより一層効果的に改善することが可能となる。

図面の簡単な説明

[0024] [図 1]図 1 (a)は、本発明の第 1の実施形態に係るデュプレクサの回路構成を説明するための回路図、（b)は IDT電極の構造を示す部分切欠正面断面図である。

[図 2]図 2は、第 1の実施形態のデュプレクサの具体的構造を示す模式的平面図である。

[図 3]図 3は、図 2に示したデュプレクサのパッケージの中間高さ位置の構造を示す模式的平面断面図である。

[図 4]図 4は、第 1の実施形態のデュプレクサの模式的平面断面図である。

[図 5]図 5 (a)は、第 1の実施形態で用いられる弾性表面波素子チップの平面図、（b) 及び (c)は、直列腕共振子及び並列腕共振子の電極構造を示す各模式的平面図である。圆 6]図 6は、第 1の実施形態のデュプレクサの送信側帯域フィルタの周波数特性を示す図である。

圆 7]図 7は、第 1の実施形態のデュプレクサの受信側帯域フィルタの周波数特性を示す図である。

[図 8]図 8は、第 1の実施形態に係るデュプレクサのアイソレーション特性を示す図である。

[図 9]図 9は、比較のために用意されたカット角が 45° の LiNbO基板を用いたデュ

3

プレクサの送信側帯域フィルタの周波数特性を示す図である。

[図 10]図 10は、比較のために用意されたカット角力 5° の LiNbO基板を用いたデ

3

ュプレクサの受信側帯域フィルタの周波数特性を示す図である。

[図 11]図 11は、カット角が 45° の LiNbO基板を用いた比較のためのデュプレクサ

3

のアイソレーション特性を示す図である。

[図 12]図 12は、 LiNbO基板のカット角と電気機械結合係数との関係を示す図であ

3

る。

[図 13]図 13は、第 2の実施形態に係るデュプレクサの回路構成を説明するための回路図である。

[図 14]図 14は、第 2の実施形態のデュプレクサの送信側帯域フィルタの周波数特性を示す図である。

[図 15]図 15は、第 2の実施形態のデュプレクサの受信側帯域フィルタの周波数特性を示す図である。

[図 16]図 16は、第 2の実施形態のデュプレクサのアイソレーション特性を示す図である。

[図 17]図 17は、第 2の実施形態のデュプレクサの具体的構造を説明するための模式的平面図である。

[図 18]図 18は、第 2の実施形態のデュプレクサの変形例を説明するための回路図である。

圆 19]図 19は、第 1の実施形態の変形例に係るデュプレクサを説明するための略図的正面断面図である。 [図 20]図 20は、従来のデュプレクサの一例を説明するための回路図である。

[図 21]図 21は、従来のデュプレクサの送信側帯域フィルタの周波数特性を示す図である。

[図 22]図 22は、従来のデュプレクサの受信側帯域フィルタの周波数特性を示す図である。

[図 23]図 23は、従来のデュプレクサのアイソレーション特性を示す図である。

符号の説明

1…デュプレクサ

la…アンテナ端子

1 A…送信側帯域フィルタ

1Β···受信側帯域フィルタ

2···アンテナ

3…送信端子

4…受信端子

5, 6···第 2のインダクタンス

7…第 1のインダクタンス

8···第 3のインダクタンス

9…コンデンサ

11- --LiNbO基板

3

12- IDT電極

12a—Ti下地電極層

121ν··Α1電極層

21···デュプレクサ

21a…アンテナ端子

21Α···送信側帯域フィルタ

21B…受信側帯域フィルタ

25···第 2のインダクタンス

27···第 1のインダクタンス 31…パッケージ

32a…凹部

33…蓋材

34…弾性表面波素子チップ

41· ··デュプレクサ

42…多層基板

43, 44· ··電極ランド

45, 46· ··内部電極

47a, 47b…ビアホール電極

48a, 48b…ビアホール電極

49, 50· ··内部電極

51a, 5 lb…ビアホール電極

52, 53· ··端子電極

54- --LiNbO基板

3

55…枠材

56…蓋材

S1〜S6…直列腕共振子

P1〜P4…並列腕共振子

発明を実施するための最良の形態

[0026] 以下図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。

[0027] 図 1は、本発明の第 1の実施形態に係るデュプレクサの回路構成を説明するための回路図である。なお、図 1において破線で囲まれた部分が本実施形態のデュプレクサ部分である。

[0028] デュプレクサ 1は、アンテナ端子 laを有する。アンテナ端子 laに、送信側帯域フィルタ 1A及び受信側帯域フィルタ 1Bが接続されて、る。送信側帯域フィルタ 1Aは送信端子 3に接続されており、受信側帯域フィルタ 1Bは受信端子 4に接続されている。

[0029] 送信側帯域フィルタ 1Aでは、複数の弾性表面波共振子がラダー型回路を実現するように接続されている。すなわち、送信側帯域フィルタ 1Aは、それぞれが表面波共振子からなる複数の直列腕共振子 S1〜S3及び並列腕共振子 PI, P2を有する。並列腕共振子 PI, P2とグランド電位との間には、インダクタンス 5, 6が接続されている。インダクタンス 5, 6は、本発明における第 2のインダクタンスを構成している。なお、本実施形態では、インダクタンス 5, 6は、デュプレクサ 1内に配置されているワイヤーボンディングや線路により構成されて、て、る。

[0030] 他方、受信側帯域フィルタ 1Bは、複数の弾性表面波共振子をラダー型回路を構成するように接続した構造を有する。ここでは、複数の直列腕共振子 S4〜S6と、複数の並列腕共振子 P3, P4とが備えられている。そして、最終段の直列腕共振子 S6と並列に第 1のインダクタンス 7が接続されている。第 1のインダクタンス 7を接続することにより、受信側帯域フィルタにおいて、通過帯域低域側に減衰極が形成され、それによって受信側帯域フィルタ 1Bの通過帯域低域側の減衰量の拡大が図られている。

[0031] 第 1,第 2のインダクタンス 5〜7は、外付けのコイル部品により構成されてもよい。

[0032] もっとも、第 1,第 2のインダクタンス 5, 6, 7は、好ましくは、デュプレクサ内のワイヤ一ボンディング及び線路の少なくとも一方により構成される。その場合には、コイル部品などの外付けの部品を別途必要としない。従って、部品点数の増加を招くことなぐ第 1,第 2のインダクタンス 5〜7を構成することができる。

[0033] 他方、アンテナ端子 laとアンテナ 2との間には、第 3のインダクタンス 8が接続されている。また、第 3のインダクタンス 8とアンテナ 2との間の接続点とグランド電位との間にコンデンサ 9が接続されている。第 3のインダクタンス 8及びコンデンサ 9は、デュプレクサ 1に外付けの部品で構成される。このような外付けの部品としては、チップ型コィルゃチップ型コンデンサなどを挙げることができる。

[0034] 本実施形態では、上記のように、第 1,第 2のインダクタンス 5〜7が、デュプレクサ内のワイヤーボンディング及び Zまたは線路により構成されているため、相当の従来品に対して、パッケージ面積を 90. 25%、実装面積を 80%と小さくすることができた。

[0035] 図 1 (b)は、上記デュプレクサ 1における電極構造を示す模式的正面断面図であり、電極構造の代表例として直列腕共振子 S1の電極の一部を模式的に示す。直列腕共振子 S1は、 47° 〜58° 回転 Yカットの X伝搬の LiNbO基板 11と、 LiNbO基板 11上に形成された IDT電極 12とを有する。そして、 IDT電極 12は、 LiNbO基板上

3 におヽてェピタキシャル成長された Ti下地電極層 12aと、 Ti下地電極層 12a上にェピタキシャル成長された A1電極層 12bとを有する。また、 A1電極層 12bの（111)面と、 Ti下地電極層（001)面もしくは（100)面と、 LiNbO基板の（001)面とが平行とさ

3

れている。従って、 IDT電極 12は、前述した特許文献 1に記載の弾性表面波素子の IDT電極と同様の構造を有するため、耐電力性に優れている。なお、図 1 (b)では、直列腕共振子 S1の電極構造を模式的に示したが、他の直列腕共振子 S2, S3, S4 〜S 6及び並列腕共振子 P 1〜P4についても同様の結晶構造の IDT電極を用いて構成されている。従って、デュプレクサ 1は、耐電力性に優れている。

[0036] 次に、本実施形態のデュプレクサ 1の具体的な構造を説明する。

[0037] 図 2は、第 1の実施形態に係るデュプレクサの具体的な平面図であり、図 3は、その中間高さ位置の平面断面図である。

[0038] デュプレクサ 1は、パッケージ 31を有する。パッケージ 31は、アルミナなどの絶縁性セラミックスを用いて構成された多層パッケージ基板により構成されている。すなわち、図 4に模式的断面図で示すように、パッケージ 31は、複数の絶縁性セラミック層を積層した多層ノッケージ基板である。

[0039] ノ¾ /ケージ 31は、上方に開いた開口 31aを有する。図 4に示すように、凹部 31aは、蓋材 32により閉成されている。図 2では、上記蓋材 32の図示は省略されている。図 2 に示すように、凹部 31a内には、弾性表面波素子チップ 33が収納されている。

[0040] 弾性表面波素子チップ 33を、図 5 (a)に平面図で示す。弾性表面波素子チップ 33 は、矩形の LiNbO基板 11を用いて構成されている。前述したように、第 1の実施形

3

態では、 LiNbO基板 11として、 55° 回転 Yカットの LiNbO基板が用いられている

3 3

[0041] そして、 LiNbO基板 11上に、図 1 (b)に示した断面構造の IDT電極を形成するこ

3

とにより、直列腕共振子 S1〜S6及び並列腕共振子 P1〜P4が形成されている。図 5 (a)では、直列腕共振子及び並列腕共振子の電極構造は簡略されて示されて!/、る力図 5 (b)に、直列腕共振子 S6の電極構造を模式的平面図で示す。すなわち、直列腕共振子 S6は、図 5 (b)に示すように、 IDT電極 35と、 IDT電極 35の表面波伝搬方向両側に反射器 36, 37とを有する 1端子対弾性表面波共振子である。

[0042] なお、他の直列腕共振子 S3、 S5及び並列腕共振子 P1〜P4も、同様に IDT電極の表面波伝搬方向両側に反射器が配置された 1端子対弾性表面波共振子により構成されている。他方、図 5 (c)に示すように、直列腕共振子 S2については、一対の ID T電極が接続された IDT電極 38と、該 IDT電極 38の表面波伝搬方向両側に配置された反射器 39, 40とを備える。すなわち、直列腕共振子 S2は、 2個の直列腕共振子 S2a, S2bが接続された構造を有する。同様に、直列腕共振子 S1及び直列腕共振子 S4についても、直列腕共振子 S la, Sib及び S4a, S4bが接続された構造とされている。

[0043] もっとも、本発明において、ラダー型回路を構成する直列腕共振子または並列腕共振子は、一段構成または任意の段数の複数段構成の弾性表面波共振子で構成され得る。

[0044] 図 5 (a)に示すように、 LiNbO基板 11上に、上記直列腕共振子 S1

3 〜S6及び並列腕共振子 P1〜P4が形成されており、それぞれ、送信側帯域フィルタ 1A及び受信側帯域フィルタ 1Bを構成するように電気的に接続されている。すなわち、図 1に示したように、送信側帯域フィルタ 1Aにおいて、直列腕共振子 S1〜S3及び並列腕共振子 PI, P2が梯子型回路を形成するように電気的に接続されている。同様に、受信側帯域フィルタ 1Bにおいては、直列腕共振子 S4〜S6及び並列腕共振子 PI, P2がラダ一型回路を構成するように電気的に接続されてヽる。

[0045] さらに、第 1の実施形態では、第 2のインダクタンス 5, 6が、ノッケージ内に形成されたコイルパターンとボンディングワイヤーにより構成されていた力より具体的には、図 3に示すように、パッケージ 31の中間高さ位置に形成されたコイルパターン 5a, 6a と、図 4に示すボンディングワイヤー 41, 42などによりインダクタンス 5, 6が構成されている。また、第 1のインダクタンス 7は、図 2に示すコイルパターン 7aと、パッケージ内のボンディングワイヤーとにより構成されている。このように、ノッケージ内に設けられコイルパターン 5a, 6a, 7aとボンディングワイヤー 41, 42などを用いることにより、部品点数を増加させることなく第 1,第 2のインダクタンス 5, 6, 7を構成することができる。 [0046] 本実施形態のデュプレクサ 1は、耐電力性に優れているだけでなぐ 47° 〜58° 回転 Yカットの X伝搬の LiNbO基板 11を用いて構成されているため、帯域外減衰

3

量が十分に大きぐアイソレーション特性も良好である。これを具体的な実験例に基づき説明する。

[0047] 上記直列腕共振子 S1〜S6及び並列腕共振子 P1〜P4を、 55° 回転 Yカットの X 伝搬 LiNbO基板 11上に上記構造の IDT電極を形成してなる弾性表面波共振子に

3

より構成した。なお、 Ti下地電極層の厚みは 10nm、 A1電極層の厚みは 92nmとした

[0048] 直列腕共振子 S1〜S6及び並列腕共振子 P1〜P4の仕様は下記の表 1及び表 2に示す。下記の表 1,表 2には、反射器の電極指の本数、 IDT電極のデューィー比、 ID Tと反射器とのギャップの大きさ、 IDT電極の交差幅及び電極指の対数、並びに波長 λを示す。

[0049] [表 1]

[0050] [表 2] 反射器の I D T対

ユ-ティ比キ'ャッフ。交叉幅 λ 本数数

S4a 15 0. 4 0. 5 40 65 1. 9648

S4b 15 0. 4 0. 5 40 65 1. 9648

P3 15 0. 4 0. 45 65 70 1. 1146

S5 15 0. 4 0. 5 50 80 1. 9703

P4 15 0. 4 0. 45 55 70 2. 1146

S6 15 0. 4 0. 5 50 85 2. 0057

[0051] そして、送信側帯域フィルタ 1Aの中心周波数は 1945ΜΗζ、受信側帯域フィルタ 1 Βの中心周波数は 2140MHzとなるように、送信側帯域フィルタ 1 A及び受信側帯域フィルタ 1Bを作製した。コイルパターンとして 2. 7nHのインダクタンスのコイルパターンを开成し、該コイルパターンと 0. 6nHのインダクタンスのボンディングワイヤーにより 3. 3nHのインダクタンスとなるように第 2のインダクタンス 5, 6を構成した。また、第 1 のインダクタンス 7についても、コィノレパターンのインダクタンス値を 0. 8nHとし、ボンデイングワイヤーによるインダクタンス値を 1. 2nHとすること〖こより、第 1のインダクタンス 7のインダクタンス値は、 1. 9nHとした。

[0052] 第 3のインダクタンス 8の値は 3. 3nHとし、コンデンサ 9の容量は 1. 3pFとした。このようにして作製された本実施形態のデュプレクサ 1の周波数特性を測定した。結果を図 6〜図 8に示す。また、送信側帯域フィルタ 1Aの通過帯域は 1920〜1980MH zであり、受信側帯域フィルタ 1Bの通過帯域は 2110〜2170MHzである。

[0053] 図 6は、送信側帯域フィルタ 1Aの周波数特性を、図 7は、受信側帯域フィルタ 1Bの周波数特性を、図 8は、デュプレクサ 1のアイソレーション特性を示す。なお、図 6及び図 7の下方の特性は、通過帯域の周波数特性を図 6及び図 7の右側のスケールに従つて拡大した特'性である。

[0054] 図 6から明らかなように、送信側帯域フィルタ 1 Aにおいて、通過帯域高域側 (受信側帯域)の減衰量力 7dBとなり、要求特性である 40dBを大きく上回っていることがわかる。同様に図 7及び図 8から明らかなように、受信側帯域フィルタ 1B通過帯域にお！、て、アイソレーション特性の減衰量も 48dB以上得られて!/、ることがわ力る。 [0055] すなわち、図 6〜図 8から明らかなように、デュプレクサ 1では、耐電力性が高められているだけでなぐ帯域外減衰量、特に送信側帯域フィルタ 1Aの通過帯域高域側における減衰量を大幅に改善することができ、かつアイソレーション特性についても大幅に改善され得ることがわかる。

[0056] 上記のように、デュプレクサ 1にお、て、帯域外減衰量及びアイソレーション特性が大幅に改善されるのは、上記 LiNbO基板 11として、 47° 〜58° の範囲内のカット

3

角の LiNbO基板を用いていることによる。これを具体的な実験例に基づき説明する

3

。前述した図 21〜図 23に示した従来品の特性は、 LiNbO基板のカット角が 64° で

3

あること、及び直列腕共振子 S1〜S3, S4〜S6及び並列腕共振子 PI, P2, P3, P4 が下記の表 3及び表 4に示すように構成されて、ることを除、ては、上記第 1の実施形態と同様にして構成されたデュプレクサの特性である。ここで、基板のカット角が異なって、ると、最適特性 (低損失でかつ高減衰の特性)を得ることができるデューティ比や交叉幅等の値は、当然のことながら異ならせる必要がある。従って、カット角での特性比較を行うためには、 55° 回転 Yカットの X伝搬の LiNbO基板での最適特性と

3

64° 回転 Yカットの X伝搬の LiNbO基板での最適特性とで比較しなければならな

3

い。このため、 55° 回転 Yカットの X伝搬の LiNbO基板で最適特性が得られる表 1

3

, 2に示したデューティ比や交叉幅等と、 64° 回転 Yカットの X伝搬の LiNbO基板

3 で最適特性が得られる表 3, 4に示したデューティ比や交叉幅等とは異なって、る。そして、図 21〜図 23を参照して説明したように、このデュプレクサ 201では、送信側帯域フィルタの通過帯域減衰量及びアイソレーション特性が十分でなカゝつた。

[0057] [表 3] 反射器の I DT

テ"ユ-ティ比キ'ャッフ。交叉幅 λ 本数対数

S1 14 0. 390 0. 5 60 196 2. 1450

P1 14 0. 347 0. 5 54. 3 92 2. 2525

S2a 14 0. 390 0. 5 32. 5 200 2. 1450

S2b 14 0. 390 0. 5 92 200 2. 1450

P2a 14 0. 347 0. 5 41. 9 90 2. 2526

P2b 14 0. 347 0. 5 41. 9 90 2. 2526

S3a 14 0. 390 0. 5 40 165 2. 1450

S3b 14 0. 390 0. 5 36 165 2. 1450 [0058] [表 4]

[0059] 他方、さらに比較のために、 LiNbO基板のカット角が 45° であることを除いては、

3

上記実施形態と同様にして構成されたデュプレクサを作製し、その周波数特性を測定した。結果を図 9〜図 11に示す。

[0060] 図 9は、比較例のデュプレクサの送信側帯域フィルタの周波数特性を、図 10は受信側帯域フィルタの周波数特性を、図 11はアイソレーション特性をそれぞれ示す。なお、図 9及び図 10における下方の周波数特性は、通過帯域における周波数特性を右側のスケールに従って拡大した特性である。

[0061] 図 9から明らかなように、カット角が 45° の LiNbO基板を用いた場合、受信側帯域

3

フィルタの通過帯域高域側における減衰量力 0dBを僅かに超える程度であり、上記実施形態のデュプレクサ 1に比べれば減衰量が小さいことがわかる。また、図 10及び図 11から受信側帯域フィルタにおけるアイソレーション特性も 40dBを少し上回った程度であり、十分でないことがわかる。

[0062] 図 9〜図 11に示したカット角力 5° の LiNbO基板を用いた比較例の結果、及び

3

前述した図 20〜図 23を参照して説明したカット角が 64° の LiNbO基板を用いた

3

従来例の結果を、上記実施形態の結果と比較すれば明らかなように、 LiNbO基板

3 の回転角を 55° することにより、デュプレクサ 1においては、帯域外減衰量及びアイソレーシヨン特性が効果的に改善され得ることがわかる。そして、本願発明者の実験によれば、上記デュプレクサ 1において、 LiNbO基板のカット角を 47° 〜58° の範

3

囲とすれば、上記実施形態と同様に良好な特性の得られることが確かめられている。 [0063] 図 9〜図 11に示したように、カット角が小さくなると、帯域外減衰量を十分大きくすることができな力つた。これは、カット角が小さくてなると、減衰定数 αが多くなり、挿入損失が増大したり、電気機械結合係数が大きすぎるために、急峻性が得られず、減衰量が劣化したりする（帯域選択度が悪ィ匕する）ことによると考えられる。従って、温度により特性が変化することを考慮すると、十分な帯域外減衰量及びアイソレーション特性を得ることはできな、。

[0064] カロえて、カット角が小さくなると、 Υ軸と基板の法線との間の角度が小さくなり、電極膜のェピタキシャル成長が困難となる。従って、耐電力性の高い電極を形成することも困難となる。ェピタキシャル成長により電極膜を形成し得るカット角の下限は、本願発明者による実験では 47° 付近であった。すなわち、 47° 未満のカット角の LiNbO 基板を用いた場合、ェピタキシャル成長により電極膜を形成することができなカゝつた

3

。従って、上記のように、 LiNbO基板のカット角の下限は 47° である。

3

[0065] 他方、デュプレクサの使用温度範囲を考慮すると、減衰量及びアイソレーション特性を満足し得るカット角の上限は 58° である。カット角が 58° を超える LiNbO基板

3 を用いた場合には、帯域外減衰量を十分な大きさとすることができない。従って、例えば送信側帯域フィルタにおヽて、直列腕共振子に並列に接続されたインダクタンス素子を省略することができなくなる。

[0066] 上記のように、本実施形態では、耐電力性を高める電極力 7° 〜58° のカット角を有する回転 Yカットの X伝搬の LiNbO基板を用いることにより、帯域外減衰量及び

3

アイソレーション特性が効果的に改善されている。従来、弾性表面波共振子の圧電基板として、 LiNbO基板を用いる場合、そのカット角は大きい方が望ましいと考えら

3

れていた。図 12は、回転 Yカットの LiNbO基板のカット角と、表面波の電気機械結

3

合係数との関係を示す図である。ここでは、電極のデューティ比は 0. 4、電極の規格化膜厚 (ΗΖ λ )は 5. 15とされている。なお、 Ηは、電極の膜厚を、 λは弾性表面波の波長を示す。

[0067] 図 12から明らかなように、カット角力 0° 〜60° を超え、さらに大きくなるにつれ、電気機械結合係数 Κが小さくなることがわかる。従って、帯域近傍の帯域外減衰量を拡大するには、カット角を大きくし、帯域幅を小さくすることが望ましいと考えられていた。すなわち、従来、帯域外減衰量を拡大する場合には、回転 Yカットの LiNbO基

3 板のカット角は、大きければ大き、ほど望まし、と考えられてヽた。

[0068] また、従来、回転 Yカットの LiNbO基板を用いる場合、そのカット角が大きくなるに

3

つれて、伝搬損失 αが小さくなるため、挿入損失を小さくすることができ、かつ帯域外減衰量を拡大し得ると考えられて!/、た。

[0069] すなわち、従来、回転 Υカットの LiNbO基板を用いてデュプレクサを構成する場合

3

、帯域外減衰量を拡大するには、カット角はできるだけ大きぐすなわち 60° よりも大きい方が望ましいという技術的常識に敢えて逆らって、本発明はカット角を 58° 以下としたことに特徴を有する。そして、カット角を 47° 〜58° の特定の範囲とすることにより、耐電力性に優れた電極を形成することができ、しかも帯域外減衰量及びアイソレーシヨン特性を十分な大きさとすることが可能とされている。

[0070] よって、上記実施形態によれば、十分な帯域外減衰量を得ることができるため、減衰量を確保するためのインダクタンス素子の使用数を低減することができる。すなわち、図 20に示した従来のデュプレクサにおいて、送信側帯域フィルタ 201Aにおいて、直列腕共振子 Scに並列にインダクタンス 205が接続されていた力このようなインダクタンス 205を省略することが可能となる。従って、デュプレクサの小型化を図ることができる。

[0071] もっとも、上記実施形態のように、直列腕共振子 S6に並列に第 1のインダクタンス 7 を接続し、それによつて帯域外減衰量をより一層拡大してもよい。なお、従来、 60° 以上のカット角の LiNbO基板を用いた場合であっても、実際には、十分な帯域外減

3

衰量を得ることができないため、実際には、上記インダクタンス 205を省略することはできなかった。

[0072] 図 13は、本発明の第 2の実施形態に係るデュプレクサを説明するための回路図である。なお、図 13において破線で囲まれた部分が本実施形態のデュプレクサ構成部分である。

[0073] デュプレクサ 21は、アンテナ端子 21aを有する。アンテナ端子 21aに送信側帯域フィルタ 21A及び受信側帯域フィルタ 21Bが接続されてヽる。送信側帯域フィルタ 21 Aは、送信端子 3に接続されており、受信側帯域フィルタ 21Bは、受信端子 4に接続されている。送信側帯域フィルタ 21A及び受信側帯域フィルタ 21Bは、いずれも、第 1の実施形態における送信側帯域フィルタ 1A及び受信側帯域フィルタ 1Bと同様に、 5個の弾性表面波共振子をラダー型回路を実現するように接続した構造を有する。従って、同一部分については、同一参照番号を付することにより、第 1の実施形態の説明を援用することとする。

[0074] 第 2の実施形態では、送信側帯域フィルタ 21Aにおいては、並列腕共振子 PI, P2 とグランド電位との間に、第 2のインダクタンス 25が接続されている。ここでは、第 2のインダクタンス 25は、デュプレクサ 21内に構成されて！、る。

[0075] 第 2のインダクタンス 25は、デュプレクサ 21内において用いられているワイヤーボンデイングや線路により構成され得る。もっとも、第 2のインダクタンス 25は、デュプレクサ 21に外付けの部品としてのコイル部品などにより構成されてもよい。

[0076] また、受信側帯域フィルタ 21Bでは、最終段の直列腕共振子 S6と並列に第 1のィンダクタンス 27が接続されている。第 1のインダクタンス 27の接続により、受信側帯域フィルタ 21Bにおいて、通過帯域低域側に減衰極が形成される。それによつて受信側帯域フィルタ 21Bの通過帯域低域側の減衰量の拡大が図られている。

[0077] 第 1のインダクタンス 27は、コイル部品により構成されてもよぐあるいは、デュプレクサ内のワイヤーボンディングや線路により構成されてもよい。

[0078] デュプレクサ 21においても、アンテナ端子 21aとアンテナ 2との間に、第 3のインダクタンス 8及びコンデンサ 9が第 1の実施形態の場合と同様に接続されている。

[0079] 本実施形態においても、第 1,第 2のインダクタンス 25, 27は、デュプレクサ内のヮィヤーボンディング及び線路の少なくとも一方により構成されている場合には、他のコィル部品を別途必要としない。従って部品点数の増加を招くことなぐ第 1,第 2のィンダクタンス 25, 27を構成することができる。

[0080] 本実施形態においては、デュプレクサ 21は、 50° 回転 Yカットの X伝搬 LiNbO基

3 板を用ヽて構成されており、直列腕共振子 S 1〜S6及び並列腕共振子 P 1〜P4は、第 1の実施形態の場合と同様に構成されている。各直列腕共振子 S1〜S6及び並列腕共振子 P 1〜P4は、 Ti下地電極層と A1電極層とを積層した電極構造を有する IDT 電極により構成されている。従って IDT電極の構造については、図 1 (b)を参照して行った第 1の実施形態における電極構造の説明を援用することにより省略する。

[0081] 上記第 2の実施形態のデュプレクサ 21を以下の要領で作製し、周波数特性を測定した。

[0082] 直列腕共振子 S1〜S6及び並列腕共振子 P1〜P4については、下記の表 5及び表

6に示すように構成した。

[0083] 下記の実施形態においても、直列腕共振子 SI, S2, S4については、直列腕共振子 Sla, Slb、 S2a, S2b及び S4a, S4bの二段構成の構造とした。

[0084] [表 5]

[0085] [表 6]

また、第 2のインダクタンス 25はデュプレクサ 21内のボンディングワイヤーにより構成し、そのインダクタンス値は 0. 6ηΗとした。第 1のインダクタンス 27については、デュプレクサ 21内に形成したコイルパターンとボンディングワイヤーにより構成した。コィノレパターンのインダクタンス値を 0. 8ηΗとし、ボンディングワイヤーによるインダクタンス値を 1. 2nHとした。すなわち、インダクタンス 27については、 2. OnHのインダクタンス値を有するように構成した。

[0087] 外部に付カ卩されるインダクタンス 8のインダクタンス値は 3. 3nHとし、コンデンサ 9の静電容量は 1. 3pFとした。上記のようにして構成されたデュプレクサ 21の周波数特性を図 14〜図 16に示す。図 14は、上記デュプレクサ 21の送信側帯域フィルタの周波数特性を、図 15は、受信側帯域フィルタの周波数特性を、図 16はアイソレーション特性をそれぞれ示す。なお、図 14及び図 15における下方の周波数特性は、通過帯域における周波数特性を右側のスケールに従って拡大した特性である。

[0088] 図 14から明らかなように、カット角が 50° の LiNbO基板を用いた場合にも、第 1の

3

実施形態の場合と同様に送信側帯域フィルタの通過帯域高域側 (受信側帯域）における減衰量を 40dBを超える大きさとすることができることがわかる。また、図 15及び図 16から受信側帯域におけるアイソレーション特性も 40dBを大きく上回っていることがわカゝる。

[0089] 図 17は、第 2の実施形態のデュプレクサの模式的平面図である。デュプレクサ 21 においても、第 1の実施形態の場合と同様にパッケージ 31内にコイルパターン 27aを形成することにより第 2のインダクタンス 27を形成することができる。また、ボンディングワイヤー 25aを用いて、第 1のインダクタンス 25を構成することができる。このように、デュプレクサ 21を構成するパッケージ内のコイルパターンやボンディングワイヤーにより第 2,第 1のインダクタンス 25, 27を構成することにより、部品点数の増加を招くことなくデュプレクサ 21の小型化を図ることができる。

[0090] なお、第 2の実施形態では、第 1のインダクタンス 27は、受信側帯域フィルタの最終段の直列腕共振子 S6に並列に接続されていた力図 18に示すように、中央の直列腕共振子 S 5に並列に第 1のインダクタンス 27Aが接続されていてもよい。

[0091] また、上記実施形態にお!、ては、アンテナと送信側帯域フィルタ及び受信側帯域フィルタとをインピーダンスマッチングさせるために、アンテナ端子とアンテナとの間にィンダクタンスを接続し、かつアンテナとグランドの間にコンデンサを接続したマツチング回路を用いている。し力しながら、アンテナと送信側帯域フィルタ及び受信側帯域フィルタとをインピーダンスマッチングさせることができるのであれば、これ以外のマツチング回路構成でもよぐ例えば、アンテナ端子とアンテナとの間にコンデンサを接続し、かつアンテナとグランドの間にインダクタンスを接続したマッチング回路や、単にアンテナとグランドの間にインダクタンスを接続したマッチング回路でもよ、。

[0092] また、図 19に示す変形例のデュプレクサ 41では、デュプレクサ 1と同様のパッケ一ジ構造が採用されている。もっとも、ここでは、ノ¾ /ケージ材として多層基板 42が用いられている。多層基板 42の上面には、電極ランド 43, 44が形成されており、該電極ランド 43, 44は、多層基板 42内に配置されたインダクタンス構成用の内部電極 45, 46【こヒ、、ホーノレ電極 47a, 47b【こより電気的【こ接続されて!ヽる。更【こ、内咅電極 45, 46力 S、ビアホール電極 48a, 48bによりインダクタンス構成用の内部電極 49, 50に接続されている。内部電極 49, 50力ビアホーノレ電極 51a, 51bにより端子電極 52, 5 3に接続されている。このように、多層基板 42内にインダクタンスを構成し、多層基板 42上に、フリップチップボンディング工法により LiNbO基板 54を用いて構成されて

3

V、る SAWチップが搭載されて!、てもよ!/、。

[0093] なお、多層基板 42の上面には同じ材料力もなる枠材 55がー体的に設けられている。また、枠材 55の上面には枠材 55の上方開口を封止するように蓋材 56が接合されている。

Claims

請求の範囲

[1] 複数の弾性表面波共振子をラダー型回路を構成するように接続してなる送信側帯域フィルタ及び受信側帯域フィルタを備えるデュプレクサであって、

前記弾性表面波共振子が、 47° 〜58° 回転 Yカットの X伝搬 LiNbO基板と、

3 前記 LiNbO基板上に形成された IDT電極とを有し、

3

前記 IDT電極が、 LiNbO基板上に形成された Ti下地電極層と、 Ti下地電極層上

3

に形成された A1電極層とを有し、 A1電極層の（111)面と、 Ti下地電極層の（001)面もしくは（100)面と、 LiNbO基板の（001)面とが平行とされていることを特徴とする

3

、デュプレクサ。

[2] 前記 Ti下地電極層が前記 LiNbO基板上にェピタキシャル成長されたものであり、

3

かつ前記 A1電極層が前記 Ti下地電極層上にェピタキシャル成長されたものであることを特徴とする、請求項 1に記載のデュプレクサ。

[3] 受信側帯域フィルタにおいて、複数の弾性表面波共振子のうち、ラダー型回路の直列腕に接続されている少なくとも 1つの直列腕共振子に並列に第 1のインダクタンスが挿入されており、前記送信側帯域フィルタにおいて、複数の弾性表面波共振子のうち、ラダー型回路の並列腕に接続されている並列腕共振子とグランド電位との間に第 2のインダクタンスが揷入されている、請求項 1または 2に記載のデュプレクサ。

[4] 前記第 1のインダクタンス及び前記第 2のインダクタンスが、前記デュプレクサにお V、て電気的接続に用いられて、るワイヤーボンディング、前記デュプレクサに内蔵された線路及び外付けのコイル部の内の少なくとも 1つによりそれぞれ構成されていることを特徴とする、請求項 3に記載のデュプレクサ。

[5] 請求項 1〜4のいずれか 1項に記載のデュプレクサを有する通信装置であって、前記デュプレクサがアンテナ端子を有し、該アンテナ端子とアンテナとの間に第 3のインダクタンスが挿入されており、該第 3のインダクタンスとアンテナとの間の接続点とグランド電位との間に接続されたコンデンサをさらに備えることを特徴とする、通信装置。