JP2024169817A

JP2024169817A - 弾性波デバイスおよびその弾性波デバイスを備えるモジュール

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Publication number: JP2024169817A
Application number: JP2023086582A
Authority: JP
Inventors: 英司桑原; Eiji Kuwabara; 伸一塩井; Shinichi Shioi
Original assignee: Sanan Japan Technology Corp
Current assignee: Sanan Japan Technology Corp
Priority date: 2023-05-26
Filing date: 2023-05-26
Publication date: 2024-12-06
Anticipated expiration: 2043-05-26
Also published as: US20240396527A1; JP7553141B1; CN119030493A

Abstract

【課題】追加素子を用いずに、挿入損失を増加させることなく、急峻性を確保しつつ、アイソレーション特性が向上した弾性波デバイスを提供する。
【解決手段】複数の直列共振器および複数の並列共振器を含むバンドパスフィルタを備え、前記複数の直列共振器は、第１直列共振器および第２直列共振器を含み、前記第１直列共振器は、第１減衰極および前記第１減衰極の半分以下の減衰量である第２減衰極を有し、前記第２直列共振器は、第３減衰極および第４減衰極を有し、前記第３減衰極および前記第４減衰極は、前記第１減衰極よりも減衰量が小さく、前記第２減衰極よりも減衰量が大きい弾性波デバイス。
【選択図】図４

Description

本開示は、弾性波デバイスおよびその弾性波デバイスを備えるモジュールに関し、特に、デュプレクサに関する。

近年の技術的進歩により、移動体通信端末に代表されるスマートフォンなどは、目覚ましく小型化、軽量化されている。このような移動通信端末に用いられる弾性波デバイスとしては、小型化が可能な弾性波デバイスが用いられている。また、移動体通信システムとして、同時送受信する通信システムが急増しデュプレクサの需要が急増している。

移動通信システムの変化に伴い、弾性波デバイスの要求仕様がより厳しくなってきている。例えば、従来に比してより小型化された弾性波デバイスが必要となっている。また、よりアイソレーション特性が改善された弾性波デバイスが必要となっている。

特許文献１には、アイソレーション特性を向上させるため、容量素子を受信フィルタと並列に接続する技術が開示されている。

ＷＯ２０１０／０７３３７７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の弾性波デバイスにおいては、追加素子を必要とするため、挿入損失が増加し、弾性波デバイスの小型化が阻害される。

本開示は、上述の課題を解決するためになされた。本開示の目的は、追加素子を用いずに、挿入損失を増加させることなく、急峻性を確保しつつ、アイソレーション特性が向上した弾性波デバイスおよびその弾性波デバイスを備えるモジュールを提供することである。

本開示に係る弾性波デバイスは、
複数の直列共振器および複数の並列共振器を含むバンドパスフィルタを備え、
前記複数の直列共振器は、第１直列共振器および第２直列共振器を含み、
前記第１直列共振器は、第１減衰極および前記第１減衰極の半分以下の減衰量である第２減衰極を有し、
前記第２直列共振器は、第３減衰極および第４減衰極を有し、
前記第３減衰極および前記第４減衰極は、前記第１減衰極よりも減衰量が小さく、前記第２減衰極よりも減衰量が大きい弾性波デバイスとした。なお、第１直列共振器および第２直列共振器は、回路的にこの順で並んで配置されている必要はない。

前記第２減衰極の周波数は、前記第３減衰極の周波数および前記第４減衰極の周波数の間であることが、本発明の一形態とされる。

前記第２減衰極の周波数は、前記第３減衰極の周波数および前記第４減衰極の周波数の間で、最も減衰量が小さい周波数と同じであることが、本開示の一形態とされる。

前記複数の直列共振器は、第３直列共振器を含み、
前記第３直列共振器は、第５減衰極および前記第５減衰極の半分以下の減衰量である第６減衰極を有し、
前記第６減衰極の周波数は、前記第１減衰極乃至前記第５減衰極の周波数よりも高周波であることが、本発明の一形態とされる。

第２バンドパスフィルタを備え、前記第２減衰極乃至前記第４減衰極の周波数は、前記第２バンドパスフィルタの通過帯域内であることが、本開示の一形態とされる。

第２バンドパスフィルタを備え、前記第１減衰極乃至前記第５減衰極の周波数は、前記第２バンドパスフィルタの通過帯域内であることが、本開示の一形態とされる。

前記複数の直列共振器および前記複数の並列共振器は、圧電基板上に形成されていることが、本開示の一形態とされる。

前記圧電基板は、ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムの単結晶からなる基板であることが、本開示の一形態とされる。

前記圧電基板の前記複数の直列共振器および前記複数の並列共振器が形成された主面とは反対の主面に支持基板を備え、前記支持基板は、サファイア、シリコン、アルミナ、スピネル、水晶またはガラスからなる基板であることが、本開示の一形態とされる。

前記弾性波デバイスを備えるモジュールが、本開示の一形態とされる。

本開示によれば、追加素子を用いずにアイソレーション特性が向上した弾性波デバイスおよびその弾性波デバイスを備えるモジュールを提供することができる。

図１は、実施の形態１における弾性波デバイスの縦断面図である。図２は、実施の形態１における弾性波デバイスの弾性波素子（共振器）の例を示す図である。図３は、実施の形態１における弾性波デバイスのデバイスチップ２５上に形成されたデュプレクサの例を示す図である。図４は、実施の形態１における直列共振器Ｓ１からＳ５の共振特性を示す図である。図５は、実施の形態１と比較例の弾性波デバイスの減衰特性を示す図である。図６は、実施の形態１と比較例の弾性波デバイスのアイソレーション特性を示す図である。図７は、実施の形態１と比較例の弾性波デバイスの挿入損失を示す図である。図８は、実施の形態２の弾性波デバイスが適用されるモジュールの縦断面図である。

実施の形態について添付の図面に従って説明する。なお、各図中、同一または相当する部分には同一の符号が付される。当該部分の重複説明は適宜に簡略化ないし省略される。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１における弾性波デバイスの縦断面図である。

図１に示すように、弾性波デバイス２０は、配線基板２３、外部接続端子２４、デバイスチップ２５、電極パッド２６、バンプ２７および封止部２８を備える。

例えば、配線基板２３は、樹脂からなる多層基板である。例えば、配線基板２３は、複数の誘電体層からなる低温同時焼成セラミックス（ＬｏｗＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏ－ｆｉｒｅｄＣｅｒａｍｉｃｓ：ＬＴＣＣ）多層基板である。

外部接続端子２４は、配線基板２３の下面に複数形成される。

電極パッド２６は、配線基板２３の主面に複数形成される。例えば、電極パッド２６は、銅または銅を含む合金で形成される。例えば、電極パッド２６の厚みは、１０μｍから２０μｍである。

バンプ２７は、電極パッド２６のそれぞれの上面に形成される。例えば、バンプ２７は、金バンプである。例えば、バンプ２７の高さは、１０μｍから５０μｍである。

配線基板２３とデバイスチップ２５の間は、空隙２９が形成されている。

デバイスチップ２５は、バンプ２７を介して、配線基板２３にフリップチップボンディングにより実装される。デバイスチップ２５は、複数のバンプ２７を介して複数の電極パッド２６と電気的に接続される。

デバイスチップ２５は、例えば表面弾性波デバイスチップである。デバイスチップ２５は、圧電材料で形成された圧電基板を備えている。圧電基板は、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムまたは水晶などの圧電単結晶で形成された基板である。

圧電基板の厚みは、例えば、１００μｍから３００μｍとすることができる。別の例によれば、圧電基板は、圧電セラミックスで形成された基板である。

さらに別の例によれば、デバイスチップ２５は、圧電基板と支持基板とが接合された基板である。支持基板は、例えば、サファイア、シリコン、アルミナ、スピネル、水晶またはガラスで形成された基板である。この場合の圧電基板の厚みは、例えば、０．３μｍから５μｍとすることができる。

圧電基板上に、弾性波素子５２が形成される。例えば、デバイスチップ２５の主面において、複数の弾性波素子５２を含む、送信フィルタまたは受信フィルタが形成される。

別の例によれば、デバイスチップ２５の主面上に、送信フィルタおよび受信フィルタを含むデュプレクサが形成される。

送信フィルタは、所望の周波数帯域の電気信号が通過し得るように形成される。例えば、送信フィルタは、複数の直列共振器と複数の並列共振器からなるラダー型フィルタである。

受信フィルタは、所望の周波数帯域の電気信号が通過し得るように形成される。例えば、受信フィルタは、ラダー型フィルタである。

封止部２８は、デバイスチップ２５を覆うように形成される。例えば、封止部２８は、合成樹脂等の絶縁体により形成される。例えば、封止部２８は、金属で形成される。

封止部２８が合成樹脂で形成される場合、当該合成樹脂は、エポキシ樹脂、ポリイミドなどである。好ましくは、封止部２８は、エポキシ樹脂を用い、低温硬化プロセスを用いてエポキシ樹脂で形成される。

次に、図２を用いて、デバイスチップ２５上に形成された弾性波素子５２の例を説明する。図２は、実施の形態１における弾性波デバイスの弾性波素子（共振器）の例を示す図である。

図２に示されるように、ＩＤＴ（ＩｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌＴｒａｎｓｄｕｃｅｒ）電極５２ａと一対の反射器５２ｂとが、デバイスチップ２５の主面に形成される。ＩＤＴ電極５２ａと一対の反射器５２ｂは、弾性波（主にＳＨ波）を励振し得るように設けられる。

例えば、ＩＤＴ電極５２ａと一対の反射器５２ｂは、アルミニウムと銅の合金で形成される。例えば、ＩＤＴ５２ａと一対の反射器５２ｂは、アルミニウム、モリブデン、イリジウム、タングステン、コバルト、ニッケル、ルテニウム、クロム、ストロンチウム、チタン、パラジウム、銀などの適宜の金属もしくはこれらの合金で形成される。

例えば、ＩＤＴ電極５２ａと一対の反射器５２ｂは、複数の金属層が積層した積層金属膜により形成される。例えば、ＩＤＴ電極５２ａと一対の反射器５２ｂの厚みは、１５０ｎｍから４５０ｎｍである。

ＩＤＴ電極５２ａは、一対の櫛形電極５２ｃを備える。一対の櫛形電極５２ｃは、互いに対向する。櫛形電極５２ｃは、複数の電極指５２ｄとバスバー５２ｅとを備える。

複数の電極指５２ｄは、長手方向を合わせて配置される。バスバー５２ｅは、複数の電極指５２ｄを接続する。

一対の反射器５２ｂの一方は、ＩＤＴ電極５２ａの一側に隣接する。一対の反射器５２ｂの他方は、ＩＤＴ電極５２ａの他側に隣接する。

次に、図３を用いて、実施の形態１における弾性波デバイスの例を説明する。図３は、実施の形態１における弾性波デバイスのデバイスチップ２５上に形成されたデュプレクサの例を示す図である。

図３に示されるように、デバイスチップ２５上に、バンドパスフィルタである送信フィルタ３０が形成されている。送信フィルタ３０は、アンテナパッドＡＮＴ、送信パッドＴｘおよびグランドパッドＧＮＤを含む。実施の形態１における弾性波デバイスの送信フィルタ３０の通過帯域は、８８０ＭＨｚから９１５ＭＨｚである。

また、送信フィルタ３０は、複数の直列共振器、例えば、送信パッドＴｘからみて一番目に配置された直列共振器Ｓ１、送信パッドＴｘからみて二番目に配置された直列共振器Ｓ２、送信パッドＴｘからみて三番目に配置された直列共振器Ｓ３、送信パッドＴｘからみて四番目に配置された直列共振器Ｓ４および送信パッドＴｘからみて五番目に配置された直列共振器Ｓ５を含んでいる。なお、図３に示されるように、直列共振器Ｓ１および直列共振器Ｓ２は、それぞれ、同じ周波数特性をもつ共振器に直列分割されており、一組で１個の直列共振器として扱われている。直列共振器Ｓ３と直列共振器Ｓ４は、これらの間に並列共振器が配置されておらず、一見して分割共振器のようであるが、周波数特性が異なるために別々の直列共振器として扱われる。

また、送信フィルタ３０は、複数の並列共振器、例えば、送信パッドＴｘから順に、一番目の並列共振器Ｐ１、二番目の並列共振器Ｐ２および三番目の並列共振器Ｐ３を含む、ラダー型フィルタである。

図３に示されるように、デバイスチップ２５上に、バンドパスフィルタである受信フィルタ４０が形成されている。受信フィルタ４０は、アンテナパッドＡＮＴ、受信パッドＲｘおよびグランドパッドＧＮＤを含む。アンテナパッドＡＮＴは、送信フィルタ３０と共通で用いられている。実施の形態１における弾性波デバイスの受信フィルタ４０の通過帯域は、９２５ＭＨｚから９６０ＭＨｚである。

アンテナパッドＡＮＴ、送信パッドＴｘ、受信パッドＲｘおよびグランドパッドＧＮＤには、それぞれにバンプ２７が配置され、配線基板２３上に形成されたバンプパッド２６と電気的に接続される。

図４は、実施の形態１における直列共振器Ｓ１からＳ５の共振特性を示す図である。なお、図４は、図５および図６で示され、後述する実線を含んでいる。

図４に示すとおり、直列共振器Ｓ１は、第１減衰極ＡＴＴ１と、第１減衰極ＡＴＴ１の減衰量の半分以下の減衰量である第２減衰極ＡＴＴ２を含む共振特性を有している。減衰量が半分以下であるとは、減衰量をｄＢで表したときの絶対値の値が半分以下であることをいう。

また、図４に示すとおり、直列共振器Ｓ４は、第１減衰極ＡＴＴ１よりも減衰量が小さく、かつ、第２減衰極ＡＴＴ２よりも減衰量が大きい、第３減衰極ＡＴＴ３および第４減衰極ＡＴＴ４を含む共振特性を有している。

また、図４に示すとおり、第２減衰極ＡＴＴ２の周波数は、第３減衰極ＡＴＴ３の周波数から第４減衰極ＡＴＴ４の周波数の間で、最も減衰量が小さい周波数と同じである。

また、図４に示すとおり、直列共振器Ｓ２は、第５減衰極ＡＴＴ５と、第５減衰極ＡＴＴ５の減衰量の半分以下の減衰量である第６減衰極ＡＴＴ６を含む共振特性を有している。第６減衰極ＡＴＴ６は、第１から第５減衰極の周波数よりも高周波である。

また、第１減衰極ＡＴＴ１の周波数は９３５．５ＭＨｚであり、減衰量は－２６．８ｄＢである。
また、第２減衰極ＡＴＴ２の周波数は９５１．６ＭＨｚであり、減衰量は－８．２ｄＢである。
また、第３減衰極ＡＴＴ３の周波数は９４４．８ＭＨｚであり、減衰量は－１５．６ｄＢである。
また、第４減衰極ＡＴＴ４の周波数は９５７．１ＭＨｚであり、減衰量は－１３．７ｄＢである。
また、第５減衰極ＡＴＴ５の周波数は９３１．２ＭＨｚであり、減衰量は－３１．８ｄＢである。
また、第６減衰極ＡＴＴ６の周波数は９６１．４ＭＨｚであり、減衰量は－９．７ｄＢである。
なお、減衰量は絶対値を以て大小関係が説明される。

受信フィルタ４０の通過帯域は、９２５ＭＨｚから９６０ＭＨｚであり、第１から第５減衰極の周波数は受信フィルタ４０の通過帯域内にある。

図５は、実施の形態１と比較例の弾性波デバイスの減衰特性を示す図である。実線は実施の形態１における弾性波デバイスの減衰特性を示している。破線は比較例における弾性波デバイスの減衰特性を示している。比較例に係る弾性波デバイスは、本発明を採用せずに、通常の設計手法により最適化したものであり、デバイスチップのサイズや使用される部材は実施の形態１にかかる弾性波デバイスと同様である。

図５に示すとおり、実施の形態１における弾性波デバイスのほうが、比較例の弾性波デバイスよりも、受信帯域（９２５ＭＨｚ～９６０ＭＨｚ）における減衰量（絶対値）の最小値が大きいため、減衰特性が優れていることがわかる。

図６は、実施の形態１と比較例の弾性波デバイスのアイソレーション特性を示す図である。実線は実施の形態１における弾性波デバイスのアイソレーション特性を示している。破線は比較例における弾性波デバイスのアイソレーション特性を示している。

図６に示すとおり、実施の形態１における弾性波デバイスのほうが、比較例の弾性波デバイスよりも、受信帯域（９２５ＭＨｚ～９６０ＭＨｚ）における減衰量（絶対値）の最小値が大きいため、アイソレーション特性が優れていることがわかる。

図７は、実施の形態１と比較例の弾性波デバイスの挿入損失を示す図である。実線は実施の形態１における弾性波デバイスの挿入損失を示している。破線は比較例における弾性波デバイスの挿入損失を示している。

図７に示すとおり、実施の形態１における弾性波デバイスと比較例の弾性波デバイスは挿入損失がほとんど変わらないことがわかる。

以上で説明された実施の形態１によれば、追加素子を用いずに、挿入損失を増加させることなく、急峻性を確保しつつ、アイソレーション特性が向上した弾性波デバイスを提供することができる。

実施の形態２．
図８は、実施の形態１の弾性波デバイスが適用されるモジュールの縦断面図である。なお、実施の形態１の部分と同一又は相当部分には同一符号が付される。当該部分の説明は省略される。

図８において、モジュール１００は、配線基板１３０と複数の外部接続端子１３１と集積回路部品ＩＣと弾性波デバイス２０とインダクタ１１１と封止部１１７とを備える。

複数の外部接続端子１３１は、配線基板１３０の下面に形成される。複数の外部接続端子１３１は、予め設定された移動通信端末のマザーボードに実装される。

例えば、集積回路部品ＩＣは、配線基板１３０の内部に実装される。集積回路部品ＩＣは、スイッチング回路とローノイズアンプとを含む。

弾性波デバイス２０は、配線基板１３０の主面に実装される。

インダクタ１１１は、配線基板１３０の主面に実装される。インダクタ１１１は、インピーダンスマッチングのために実装される。例えば、インダクタ１１１は、ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＰａｓｓｉｖｅＤｅｖｉｃｅ（ＩＰＤ）である。

封止部１１７は、弾性波デバイス２０を含む複数の電子部品を封止する。

以上で説明された実施の形態２によれば、モジュール１００は、弾性波デバイス２０を備える。このため、追加素子を用いずに、挿入損失を増加させることなく、急峻性を確保しつつ、アイソレーション特性が向上した弾性波デバイスを備えるモジュールを提供できる。

少なくとも一つの実施形態のいくつかの側面が説明されたが、様々な改変、修正および改善が当業者にとって容易に想起されることを理解されたい。かかる改変、修正および改善は、本開示の一部となることが意図され、かつ、本開示の範囲内にあることが意図される。

理解するべきことだが、ここで述べられた方法および装置の実施形態は、上記説明に記載され又は添付図面に例示された構成要素の構造および配列の詳細への適用に限られない。方法および装置は、他の実施形態で実装し、様々な態様で実施又は実行することができる。

特定の実装例は、例示のみを目的としてここに与えられ、限定されることを意図しない。

本開示で使用される表現および用語は、説明目的であって、限定としてみなすべきではない。ここでの「含む」、「備える」、「有する」、「包含する」およびこれらの変形の使用は、以降に列挙される項目およびその均等物並びに付加項目の包括を意味する。

「又は（若しくは）」の言及は、「又は（若しくは）」を使用して記載される任意の用語が、当該記載の用語の一つの、一つを超える、およびすべてのものを示すように解釈され得る。

前後左右、頂底上下、横縦、表裏への言及は、いずれも、記載の便宜を意図する。当該言及は、本開示の構成要素がいずれか一つの位置的又は空間的配向に限られるものではない。したがって、上記説明および図面は、例示にすぎない。

２０弾性波デバイス、２３配線基板、２４外部接続端子
２５デバイスチップ、２６電極パッド、２７バンプ２８封止部
５２弾性波素子、５２a ＩＤＴ電極、５２ｂ反射器
５２ｃ櫛形電極、５２ｄ電極指、５２ｅバスバー
３０送信フィルタ、４０受信フィルタ
ＡＮＴアンテナパッド、Ｔｘ送信パッド、Ｒｘ受信パッド
ＧＮＤグランドパッド
１００モジュール、１３０配線基板、１３１外部接続端子
ＩＣ集積回路部品、１１１インダクタ、１１７封止部

Claims

複数の直列共振器および複数の並列共振器を含むバンドパスフィルタを備え、
前記複数の直列共振器は、第１直列共振器および第２直列共振器を含み、
前記第１直列共振器は、第１減衰極および前記第１減衰極の半分以下の減衰量である第２減衰極を有し、
前記第２直列共振器は、第３減衰極および第４減衰極を有し、
前記第３減衰極および前記第４減衰極は、前記第１減衰極よりも減衰量が小さく、前記第２減衰極よりも減衰量が大きい弾性波デバイス。
前記第２減衰極の周波数は、前記第３減衰極の周波数および前記第４減衰極の周波数の間である請求項１に記載の弾性波デバイス。
前記第２減衰極の周波数は、前記第３減衰極の周波数および前記第４減衰極の周波数の間で、最も減衰量が小さい周波数と同じである請求項２に記載の弾性波デバイス。
前記複数の直列共振器は、第３直列共振器を含み、
前記第３直列共振器は、第５減衰極および前記第５減衰極の半分以下の減衰量である第６減衰極を有し、
前記第６減衰極の周波数は、前記第１減衰極乃至前記第５減衰極の周波数よりも高周波である請求項１に記載の弾性波デバイス。
第２バンドパスフィルタを備え、前記第２減衰極乃至前記第４減衰極の周波数は、前記第２バンドパスフィルタの通過帯域内である請求項１に記載の弾性波デバイス。
第２バンドパスフィルタを備え、前記第１減衰極乃至前記第５減衰極の周波数は、前記第２バンドパスフィルタの通過帯域内である請求項４に記載の弾性波デバイス。
前記複数の直列共振器および前記複数の並列共振器は、圧電基板上に形成されている請求項１に記載の弾性波デバイス。
前記圧電基板は、ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムの単結晶からなる基板である請求７に記載の弾性波デバイス。
前記圧電基板の前記複数の直列共振器および前記複数の並列共振器が形成された主面とは反対の主面に支持基板を備え、前記支持基板は、サファイア、シリコン、アルミナ、スピネル、水晶またはガラスからなる基板である請求項７に記載の弾性波デバイス。
請求項１から９のいずれか一項に記載の弾性波デバイスを備えるモジュール。