JP2003142981A - 高周波部品 - Google Patents
高周波部品Info
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Abstract
アンテナスイッチ回路を具備したアンテナスイッチ積層
モジュールを提供する。 【解決手段】 絶縁基板に、弾性表面波素子と、該弾性
表面波素子の平衡出力端の近傍で、かつ前記平衡出力端
間に並列に配置されたインダクタを備え、前記弾性表面
波素子と前記インダクタとを前記絶縁基板に形成した接
続線路により接続して弾性表面波フィルタとしたことを
特徴とした。
Description
用いられる弾性表面波フィルタを有する高周波部品に関
し、特に携帯電話に用いられる弾性表面波フィルタ、分
波器、高周波スイッチモジュール、アンプモジュールな
どの高周波部品に関する。
話機などの高周波無線機器の小型化に大いに貢献するも
のとして大変注目されている。欧州地域をはじめとして
広く適用されているEGSM900やDCS1800等
の携帯機では、最近、雑音指数を下げ、受信感度を上げ
るように、RF回路に2本の信号端子を持つ平衡型のR
Fデバイスを用いることが提案されている。平衡型の回
路は不平衡型の回路に比べノイズに強い特長を持つ。図
10はEGSM900とDCS1800のデュアルバン
ド携帯機のRF回路ブロック図であり、分波器51、高
周波スイッチ52、53、ローパスフィルタ54、5
5、RF段間フィルタ(弾性表面波フィルタ)56、5
7、低雑音増幅器(LNA)75、76、方向性結合器
81、82、パワーアンプ(PA)83、84などのR
Fデバイスを具備するものである。前記のような要請か
ら、最近になり、不平衡入力型のLNAに変わり平衡入
力型のLNAが用いられつつある。この場合、平衡入力
型のLNA75、76と、その前段に配置されるRF段
間フィルタ(弾性表面波フィルタ)56、57とを接続
するのに、不平衡型回路と平衡型回路との変換を行う平
衡−不平衡変換トランス77、78を用いるのが一般的
であった。そして、これらRFデバイスは、それぞれ独
立した個別の部品から構成され、RFデバイスをプリン
ト基板上に実装し、マイクロストリップラインなどの接
続線路を用いて互いに接続していた。
平衡変換トランスを用いると必然的に部品点数が増えて
しまう。例えば、前記EGSM900方式、DCS18
00方式に対応したデュアルバンド対応の携帯電話にお
いては、それぞれの送受信系に平衡−不平衡変換トラン
スを設けなくてはならず、小型化、低価格化の要請に応
じられないだけでなく、部品点数の増加による実装面積
が増加するという問題があった。平衡−不平衡変換トラ
ンスと接続する弾性表面波フィルタは、所謂パッケージ
(管封止)型の構成であって、ワイヤボンディングの為
のリード線やモールド樹脂のために寄生のインダクタン
ス成分やコンデンサ成分を持つ。また前記の如く、平衡
−不平衡変換トランスとの接続は、プリント基板上の接
続線路を引き回して行われ、これによる寄生のインダク
タンスやコンデンサ成分も生じる。このため、通過帯域
での挿入損失特性の劣化したり、平衡−不平衡変換トラ
ンスからの出力信号において、所望の振幅平衡度、位相
平衡度が得られなくなるといった問題があった。また、
個々のRFデバイスをプリント基板上の接続線路により
接続する場合には、損失の増加や、インピーダンスの不
整合の為、良好な高周波特性を有するRF回路を再現性
良く製造することが困難であり、RFデバイス以外にイ
ンピーダンス整合のため、多くの外付け部品を必要と
し、部品点数が多く回路全体が大型化するという欠点を
有していた。そこで本発明の目的は、挿入損失特性、振
幅平衡度、位相平衡度の優れた平衡型弾性表面波フィル
タと、これを用いて他のRFデバイス、特には高周波ス
イッチと複合化した高周波スイッチモジュールを提供す
ることを目的とする。
に、弾性表面波素子と、該弾性表面波素子の平衡出力端
の近傍で、かつ前記平衡出力端間に並列に配置されたイ
ンダクタを備え、前記弾性表面波素子と前記インダクタ
とを前記絶縁基板に形成した接続線路により接続して弾
性表面波フィルタとした高周波部品である。本発明にお
いては、前記絶縁基板を複数の誘電体層を積層してなる
積層基板とし、前記接続線路を絶縁基板の外表面に形
成、又は絶縁基板に内蔵するのが好ましい。そして、前
記インダクタを分布定数線路として前記絶縁基板に一体
的に形成する、又はチップインダクタとして前記絶縁基
板に搭載するのも好ましい。前記絶縁基板は、相対向す
る第1および第2の主面と当該主面間を連結する側面を
備えるものである。この絶縁基板に前記弾性表面波素子
がベアチップとして前記第1の主面、又は第2の主面の
少なくとも一方にフェースダウン実装するのも好まし
い。前記弾性表面波素子の入力端及び出力端がLGA
(Land Grid Array)又はBGA(Ball Grid Array)で
構成されるのが好ましい。本発明によれば前記弾性表面
波フィルタの帯域内リップルは2.0dB以下に構成す
ることが出来る。帯域内リップルが2.0dBを超える
と受信信号の品質の劣化と言った問題が生じるので好ま
しくない。また、弾性表面波フィルタが低雑音増幅器に
接続される場合に、その振幅平衡度、位相平衡度が良好
でないと、前記低雑音増幅器に入力される高周波信号が
劣化し、低雑音増幅器は外来ノイズの影響を受けやすく
なり、発振などの不具合が生じるので、振幅平衡度は±
1dB以内とし、位相平衡度を180±10deg.以
内であるのが好ましい。第2の発明は、通過帯域が異な
る複数の弾性表面波フィルタを備え、該弾性表面波フィ
ルタとして第1のフィルタの不平衡入力・平衡出力型弾
性表面波フィルタを用いて、不平衡端子側を接続して共
通端として分波器とした高周波部品である。第3の発明
は、第1の発明の弾性表面波フィルタと、スイッチング
素子、コンデンサ及び/又はインダクタで構成される高
周波スイッチとを備えた高周波スイッチモジュールであ
る。本発明にいては、前記高周波スイッチを、入力端が
一つで出力端が二つのSPDT型のスイッチとし、出力
端の少なくとも一つに第1の発明の弾性表面波フィルタ
を接続するのが好ましい。そして、前記弾性表面波フィ
ルタと、前記高周波スイッチを複数の誘電体層を積層し
てなる積層基板に一体的に形成するのが好ましい。前記
スイッチング素子は、PINダイオード又は電解効果型
トランジスタであり、半導体ベアチップとして前記積層
基板にフェースダウン実装されるのがより好ましい。前
記高周波スイッチは、送信回路とアンテナの間に配置さ
れた第1のスイッチング素子と、当該第1のスイッチング
素子の送信回路側を接地する第1の分布定数線路又はイ
ンダクタと、アンテナと受信回路との間に配置された第
2の分布定数線路と、当該第2の分布定数線路の受信回
路側を接地する第2のスイッチング素子を具備し、前記
第2の分布定数線路に第1の発明の平衡出力型弾性表面
波フィルタを接続するように構成するのが好ましい。
性能化に取り組むなかで、平衡出力弾性表面波フィルタ
を用いて平衡入力型LNAと接続することで、平衡不平
衡変換トランスを用いることなくRF回路を構成するこ
とを着想した。しかしながら、プリント基板上に接続線
路を形成した場合には、通常引き回しのため少なくとも
3〜5mmの線路を構成する必要があり、これにより発
生する寄生容量や寄生インダクタにより通過帯域内でリ
ップルが発生し、所望の伝送特性が得られないといった
問題があった。そこで寄生容量を相殺するように、イン
ダクタを前記記接続線路に接続して、平衡出力型弾性表
面波フィルタの平衡出力端間に平行配置したが、十分な
リップル改善効果は得られなかった。
列配置インダクタの効果を発揮させるには、前記インダ
クタを平衡出力端子の極近傍に配置し、浮遊インピーダ
ンス成分を小さくすれば良いことを知見した。その手段
として絶縁基板に、平衡出力型弾性表面波素子と、該弾
性表面波素子の出力端の近傍に前記出力端間に並列配置
したインダクタとを前記絶縁基板に形成された接続線路
により接続する本発明に想到した。具体的には、例えば
図1に図示するように、平衡型弾性表面波素子1とイン
ダクタ2を一つの基板において直近に配置することによ
り、弾性表面波素子1とインダクタ2とを接続する伝送
線路パターンの長さwを短く構成して、弾性表面波素子
の出力端42、43と並列配置したインダクタ4との間
の浮遊インピーダンス成分を極力小さく構成した。
をそれぞれが独立した個別の部品から構成するよりも、
複数の機能を複合化したRFデバイスとすれば、プリン
ト基板上の接続線路により接続する場合の、損失の増加
や、インピーダンスの不整合による高周波特性の劣化な
どの問題を解消でき、またインピーダンス整合などのた
めの外付け部品を必要とせず、RF回路の部品点数を少
なく構成でき、回路全体を小型化で出来る。そこで、前
記平衡型弾性表面波フィルタを構成する絶縁基板に前記
RFデバイスを複合化することで、小型かつ電気的特性
に優れたRFデバイスを構成することが出来る。
がら詳細に説明する。図1は、本発明の一実施例に係る
平衡出力型弾性表面波フィルタの等価回路である。本発
明の弾性表面波フィルタは、平衡出力型弾性表面波素子
3とその平衡出力端間42、43に並列配置されたイン
ダクタ4とが、一つの絶縁基板2に形成された接続線路
5で接続され構成される。図2は、本発明の一実施例に
係る平衡出力型弾性表面波フィルタの構成を説明するた
めの斜視図である。図示した弾性表面波フィルタは、平
衡出力型弾性表面波素子3を管封止の弾性表面波フィル
タとし、絶縁基板2に前記弾性表面波フィルタ3とイン
ダクタ4を実装し、絶縁基板2に形成された接続電極5
(等価回路中、回路機能を有さない電極)により互いに
接続して構成される。
用いる前記絶縁基板2の製造法について以下説明する。
例えばAl2O3を主成分としSiO2、SrO、Ca
O、PbO、Na2O、K2Oを副成分として含む低温
焼結誘電体磁器組成物、Al2O3を主成分としMg
O、SiO2、GdOを副成分として含む低温焼結誘電
体磁器組成物などの誘電体材料や、Bi2O3、Y2O
3、CaCO3、Fe2O 3、In2O3、V2O5を
成分組成として含む磁性体材料をボールミルにて湿式混
合し、得られたスラリーを乾燥した後、700℃〜85
0℃の温度で仮焼し、粉砕乾燥して材料粉末を得て、こ
の材料粉末と有機バインダー、可塑材、および、有機溶
剤をボールミルにて混合し、脱泡機で粘度を調整した
後、ドクターブレード法にて30μm〜250μmのセ
ラミックグリーンシートとする。
を構成する電極パターンを導電性ペーストにより印刷形
成し、前記電極パターン間を接続するビアホールを形成
して、さらにグリーンシートを重ねて80℃に加熱して
12MPaの圧力で熱圧着して積層体とし、所定の大き
さ、形状となるように、例えばダイシングソーや鋼刃で
前記積層体を切断して900℃〜1000℃で、2時間
〜8時間焼成して絶縁基板2を得る。
あり、弾性表面波素子を搭載する第1の主面と、実装基
板と接続するための接続端子が形成された第2の主面
と、前記切断により形成される側面を備える。絶縁基板
2の第1の主面には、平衡出力型弾性表面波素子3やイ
ンダクタ3を実装するための電極パターンが形成され、
絶縁基板2の内部には前記電極パターンを接続するビア
ホール6や、接続線路5が形成される。本実施例におい
ては、絶縁基板2にパッケージ(管封止)型の弾性表面
波フィルタを第1の主面に実装し、絶縁基板2の第1の主
面に形成された接続線路5により弾性表面波フィルタの
出力端間に並列配置したインダクタと接続する。接続線
路5は、CuやAgなどの電極パターンで第1の主面上
に形成されているが、図3に示す様に絶縁基板2に積層
形成しても良い。このように構成することで、プリント
基板に弾性表面波素子と並列配置するインダクタを別々
に実装して、接続線路で電気的に接続する場合よりも、
極めて近接して配置でき、接続線路の寄生のインダクタ
ンス成分やコンデンサ成分を極めて小さく構成できる。
力型弾性表面波フィルタの断面図である。ここでは、平
衡出力型弾性表面波素子3をBGA(Ball Grid Arra
y)のベアチップを用い、絶縁基板2に封止金属60で
気密封止している。そして、絶縁基板2として、複数の
セラミック層が積層されて一体焼成されてなる低温焼結
セラミック積層体とし、これに前記平衡出力型弾性表面
波素子3とインダクタ4を搭載している。前記インダク
タ4のインダクタンス値は、使用される周波数で適宜選
定されるが、例えばDCS1800( DIGITAL CELLULA
R SYSTEM )では10nH程度、800MHz帯のGSM
( GLOBAL SYSTEM FORMOBILE COMMUNICATIONS )では3
0〜60nH程度が推奨される。前記インダクタ4は、
チップインダクタとして絶縁基板2に搭載しても良い
し、前記絶縁基板に分布定数線路として形成しても良
い。前記インダクタ4を、積層インダクタとする場合に
は、必要に応じてチップインダクタを交換してインダク
タンス値を微調整できる。また、前記インダクタ4を図
4に示すように絶縁基板2に電極パターンを用いて分布
定数線路4として積層形成すれば、インダクタを実装す
るための実装面積を低減でき、更に小型の弾性表面波フ
ィルタを得ることが出来る。分布定数線路として形成す
る場合には、ミアンダ状、コイル状、スパイラル状等の
パターンでインダクタ4を形成するが、積層基板上に前
記パターンの少なくとも一部を形成すれば、トリミング
によりインダクタンス値を微調整できるので好ましい。
のベアチップとし、バンプ接続すれば、パッケージ型の
弾性表面波フィルタでのワイヤボンディングの為のリー
ド線やモールド樹脂のために寄生のインダクタンスやコ
ンデンサ成分を極めて小さく構成できる。またその封止
は封止金属3で気密封止する方法や、封止樹脂による方
法がある。
の第1の主面や第2の主面に形成した凹部(キャビテ
ィ)に配置し、絶縁基板2にフェースダウン実装すれ
ば、第1の主面や第2の主面を平坦にすることが出来、
マウンター等による取り扱いが容易となる。前記の実施
例では平衡出力型弾性表面波素子3をBGA(BallGrid
Array)のベアチップを用いているが、LGA(Land G
rid Array)のベアチップを用いても良い。
表面波素子をセラミックパッケージに封止した面実装型
弾性表面波素子3とインダクタ4を積層基板2の内部に
形成された接続線路5で接続する弾性表面波フィルタで
ある。前記積層基板は低温焼成が可能なセラミック誘電
体材料からなり、厚さが30μm〜200μmのグリー
ンシートを用意し、そのグリーンシート上にAgやCu
等の導電ペーストを印刷して所望の電極パターンを形成
し、それを適宜積層し、一体焼成させて構成される。前
記電極パターンは、グランド電極GNDや分布定数線路
を構成するライン電極、コンデンサを構成するコンデン
サ電極や、回路素子間を電気的に接続する接続電極5を
構成する。前記セラミック誘電体材料として、Al2O
3を主成分としSiO2、SrO、CaO、PbO、N
a2O、K2Oを副成分として含む、比誘電率が7の低
温焼結誘電体磁器組成物を用いた。
弾性表面波素子3とチップインダクタを搭載している。
面実装型弾性表面波素子3とチップインダクタ4は、絶
縁基板2の第1の主面に形成された接続線路5で互いに
電気的に接続され、その距離は凡そ0.2mmとなる様
に形成されている。このように構成した高周波部品(弾
性表面波フィルタ)の挿入損失特性及び通過帯域内リッ
プル、フェイズバランス(位相平衡度)、アンプリチュ
ードバランス(振幅平衡度)を評価した結果を表1及び
図4、図5に示す。
リップ量を2.0dB以下に調整することが出来る。平
衡出力端に並列接続されるインダクタの位置が前記出力
端から離間することにより挿入損失特性が劣化するとと
もにリップル量も増加する。これを改善するにはインダ
クタンス値を大きくすれば良いが、アンプリチュードバ
ランスや、フェイズバランスも変化することから、前記
インダクタの配置位置とそのインダクタンス値は、挿入
損失特性、リップル量、アンプリチュードバランス、フ
ェイズバランスの各特性を勘案しながら決定するのが好
ましい。
タを組み合わせて異なる2周波f1、f2の分波器を作
製した。図5に前記分波器のブロック図を示す。この分
波器は、例えばDCS(f1)とPCS(f2)の受信
信号を分波するためのものであり、共用の端子20に接
続された第1の位相器30と、その後段に配置された第
1の弾性表面波フィルタ1aと、同じく共用の端子20
に接続された第2の位相器31と、その後段に配置され
た第2の弾性表面波フィルタ1bとからなる。位相器3
0,31は、伝送線路からなり、それぞれ周波数帯域f
1、f2で実際の線路長がλ/10〜λ/3となるよう
に構成されている。第1の弾性表面波フィルタ1aは、
f1の受信周波数帯でほぼ50Ωとなり、f2の受信周
波数帯でほぼショートするような入力インピーダンス特
性を有する弾性表面波フィルタであり、また第2の弾性
表面波フィルタ1bはf2の受信周波数帯でほぼ50Ω
となり、f1の受信周波数帯でほぼショートするような
入力インピーダンス特性を有する弾性表面波フィルタで
ある。
に第1の位相器を配置し、f2の受信帯域で、前記共用
の端子20から見たインピーダンス特性がほぼ開放の状
態となし、他方第2の弾性表面波フィルタの前段に第2
の位相器を配置し、f1の受信帯域で、前記共用の端子
20から見たインピーダンス特性がほぼ開放の状態とし
ている。ここで、「ほぼ開放状態」とは、インピーダンス
ZをZ=R+jXで表すときの実装部Rを150Ω以上
に調整した場合、及び虚数部Xの絶対値を100Ω以上
に調整した場合である。また、「ほぼショート状態」と
は、同様に実装部Rを15Ω以下に調整した場合、及び
虚数部Xの絶対値を15Ω以下に調整した場合である。
上記のように構成した分波器は、帯域内リップル、振幅
平衡度、位相平衡度に優れた弾性表面波フィルタを用い
たので、分波器としても優れた特性を得ることが出来
る。
1、f2の分波器を用いて高周波スイッチモジュールを
作製した。図6に本発明の一実施例に係る前記高周波ス
イッチモジュールの断面図と、図7に本発明の一実施例
に係る高周波スイッチモジュールの等価回路を示す。こ
の高周波スイッチモジュールは、アンテナANTに対し
てDCS(f1)/PCS(f2)の送信回路TXとf
1又はf2の受信回路RXを切り換えるものである。第
1のスイッチ回路SW1はダイオードと伝送線路を主要
素子とし、ダイオード202のカソードは入出力端子1
0に接続され、アノードはf1、f2共用の送信系端子
TXにコンデンサ303を介して接続され、またコンデ
ンサ304を介してアースに接続される伝送線路402
に接続されている。また伝送線路402とコンデンサ3
04の間にダイオード制御用の電圧コントロール回路V
C2がある。アンテナANTと受信回路RXとの間に伝
送線路401が接続され、受信側にアノードが接続され
たダイオード201が接続され、ダイオード201のカ
ソードにはアースとの間にコンデンサ302が接続さ
れ、ダイオード201とコンデンサ302の間にダイオ
ード制御用の電圧コントロール回路VC1が接続され、
前記ダイオード201のアノードとf1/f2の各受信
回路RXとの間に、前記実施例2の分波器を挿入配置し
た。前記分波器を構成する弾性表面波素子3は、絶縁基
板2に形成された凹部にフェースダウン実装され、樹脂
封止されている。そして、弾性表面波素子3の平衡出力
端にはビアホールで形成される接続線路5を介して分布
定数線路で形成されたインダクタが接続される。また、
絶縁基板2には回路素子の一部のコンデンサパターン、
分布定数線路が積層形成される。上記のように構成した
高周波スイッチモジュールは、帯域内リップル、振幅平
衡度、位相平衡度に優れた弾性表面波フィルタ で構成
した分波器を用いたので、高周波スイッチモジュールと
しても優れた特性を得ることが出来る。
出力型の弾性表面波フィルタと、該弾性表面波フィルタ
の出力に近接配置した並列インダクタとでなるバンドパ
スフィルタ回路によると、小型で高性能な弾性表面波フ
ィルタを搭載しアンテナスイッチ回路を具備したアンテ
ナスイッチ積層モジュールが提供できる。
の回路ブロック図である。
の斜視図である。
の断面図である。
タの断面図である。
ク図である。
ュールの断面図である。
ュールの等価回路図である。
の電気的特性図である。
ある。
図である。
Claims (9)
- 【請求項1】 絶縁基板に、弾性表面波素子と、該弾性
表面波素子の平衡出力端の近傍で、かつ前記平衡出力端
間に並列に配置されたインダクタを備え、前記弾性表面
波素子と前記インダクタとを前記絶縁基板に形成した接
続線路により接続して弾性表面波フィルタとしたことを
特徴とする高周波部品。 - 【請求項2】 前記絶縁基板が、複数の誘電体層を積層
してなる積層基板であり、前記接続線路を絶縁基板の外
表面に形成、又は絶縁基板に内蔵することを特徴とする
請求項1に記載の高周波部品。 - 【請求項3】 前記インダクタを分布定数線路として前
記絶縁基板に一体的に形成する、又はチップインダクタ
として前記絶縁基板に搭載することを特徴とする請求項
1又は2に記載の高周波部品。 - 【請求項4】 前記絶縁基板は、相対向する第1および
第2の主面と当該主面間を連結する側面を備え、前記弾
性表面波素子がベアチップとして前記第1の主面、又は
第2の主面の少なくとも一方にフェースダウン実装され
ることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の
高周波部品。 - 【請求項5】 前記弾性表面波フィルタの帯域内リップ
ルが2dB以下であることを特徴とする請求項1乃至4
の何れかに記載の高周波部品。 - 【請求項6】 通過帯域が異なる複数の弾性表面波フィ
ルタを備え、該弾性表面波フィルタは請求項1乃至5の
いずれかに記載の不平衡入力・平衡出力型弾性表面波フ
ィルタであり、不平衡端子側を接続して共通端として分
波器とすることを特徴とする高周波部品。 - 【請求項7】 請求項1乃至5のいずれかに記載の弾性
表面波フィルタと、スイッチング素子、コンデンサ及び
/又はインダクタで構成される高周波スイッチとを前記
絶縁基板に一体化して高周波スイッチモジュールとする
ことを特徴とする高周波部品。 - 【請求項8】 前記高周波スイッチは、入力端が一つで
出力端が二つのSPDT型のスイッチであり、前記出力
端の少なくとも一つに請求項1乃至5のいずれかに記載
の弾性表面波フィルタを接続することを特徴とする請求
項8に記載の高周波部品。 - 【請求項9】 前記高周波スイッチは、送信回路とアン
テナの間に配置された第1のスイッチング素子と、当該
第1のスイッチング素子の送信回路側を接地する第1の分
布定数線路又はインダクタと、アンテナと受信回路との
間に配置された第2の分布定数線路と、当該第2の分布
定数線路の受信回路側を接地する第2のスイッチング素
子を具備し、前記第2の分布定数線路に請求項1乃至5
の何れかに記載の平衡出力型弾性表面波フィルタを接続
することを特徴とする請求項7又は8のいずれかに記載
の高周波部品。
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