KR100955548B1 - 듀플렉서 및 이것을 이용한 통신 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 소형이고 절연 특성이 우수한 사다리형 필터를 이용하는 듀플렉서 및 이 듀플렉서를 이용한 통신 장치를 제공한다. 제 1 필터 소자(F1)에 포함된 직렬 공진자(R1)와 제 2 필터 소자(F2)에 포함된 병렬 공진자(R4)가, 탄성파 전파 경로가 서로 겹치지 않도록 배치된다. 이와 같이 배치함으로써 직렬 공진자(R1)로부터 누설되어 절연 특성에 대부분 영향을 주는 탄성파가 병렬 공진자(R4)에 의해 수신되지 않게 방지할 수 있다. 결과적으로, 절연 특성이 우수한 소형의 듀플렉서를 달성할 수 있다.
Description
본 발명은 탄성 표면파 소자로 형성된 듀플렉서 및, 이와 같은 필터를 이용한 통신 장치에 관한 것이다.
최근에, 복수의 밴드를 갖는 다기능 휴대형 통신 단말의 개발에 따라, 소위 RF 프론트-엔드부(front-end portion)를 구성하는 부품의 수가 또한 증가하였으나, 휴대형 통신 단말 자체의 구조에 있어 소형 및 경량에 대한 요구가 있었으므로, 각각의 부품에 있어서도 통상의 부품과 비교해서 소형 및 경량에 대한 요구가 또한 있었다.
휴대형 통신 단말의 각각의 부품 중에 안타나 바로 아래에 배치되어 이용되는 듀플렉서가 있다. 듀플렉서는 다른 주파수 밴드를 갖는 신호를 분리하는 기능을 갖는 디바이스로서, 예컨대, CDMA 시스템의 휴대형 통신 단말 등에서는 송신 주파수 밴드와 수신 주파수 밴드를 서로 분리하는 듀플렉서가 이용된다.
통상적으로, 유전체 공진자 필터를 이용하는 듀플렉서가 이용되어 왔지만, 최근에는, 소형에 대한 요청 때문에, 탄성 표면파 필터를 이용하는 듀플렉서가 이용되게 되었다. 탄성 표면파 필터는 압전 기판상에 배치된 IDT(인터 디지털 트랜스듀서(inter digital transducer))에 의해 여진된 탄성 표면파를 이용하는 소자이다(예컨대, 일본 특개평05-167388호 참조).
듀플렉서는 다른 주파수 통과 밴드를 갖는 복수의 필터 장치를 서로 접속함으로써 구성된다. 도 2는 일반적인 예로서 듀플렉서(D1)의 회로 구조를 개략적으로 도시하는 도면이다. 듀플렉서(D1)에서 제 1 필터(F1)와 제 2 필터(F2)가 공통 전극(4000)에 의해 접속되며, 안테나 단자(1000)가 공통 전극(4000)에 접속된다. 예컨대, 제 1 필터(F1)는 송신 주파수 밴드를 통과시키는 필터(이후 "Tx 필터"라고 함)로서 기능하고 제 2 필터(F2)는 수신 주파수 밴드를 통과시키는 필터(이후 "Rx 필터"라고 함)로서 기능할 때, 안테나 단자(1000)에 의해 수신된 신호는 제 2 필터(F2)(Rx 필터)를 통해 출력 단자(3000)로부터 도시되지 않은 수신 회로로 보내지고, 도시되지 않은 송신 회로로부터의 신호는 입력 단자(2000)로부터 제 1 필터(F1)(Tx 필터)를 통해 안테나 단자(1000)으로 보내져서 그로부터 송신된다.
그러나, 도 2에 도시된 회로 구조에서는, 예컨대, 송신 신호가 공통 전극(4000)으로부터 안테나 단자(1000)로 보내질뿐 아니라, 수신 회로측으로도 누설된다. 따라서, 안테나 단자(1000)와 제각기의 필터(F1, F2) 사이에 정합 회로(L1)가 배치된다. 정합 회로(L1)는, 수신 주파수 밴드에서 안테나 단자(1000)에 대해 송신 회로가 가상의 무한 임피던스를 갖도록 기능하고, 송신 주파수 밴드에서 송신 회로에 대해 수신 회로가 가상의 무한 임피던스를 갖도록 기능한다. 여기서, 송신 회로로부터 수신 회로로 누설되는 신호의 정도를 표시하는 수치값은 일반적으로 절연 특성으로 참조되며, 이것은, 누설이 적을수록 큰 값을 나타낸다.
듀플렉서는 송신 밴드에서는 물론 수신 밴드에서 높은 절연 특성(isolation characteristic)을 가질 것이 요구된다. 통상의 듀플렉서에서는, 소형을 달성하기 위해, 제각기의 공진자가 통상 서로에 대해 가깝게 배치된다. 그러나, 이러한 구조에서는, 신호가 Tx 필터와 Rx 필터 사이에 누설되어, 절연 특성의 저하를 피할 수 없다.
이러한 문제에 대해, 일본 공개 특허 공보 제2004-48240호는, DMS형 필터에 있어 제각기의 탄성파의 주 전파 방향이 서로 겹치지 않도록, 복수의 빗형 전극 쌍(pairs of comb-shaped electrodes)이 배치된 구조를 개시하였으며, 이 특허 문헌에서는 이렇게 하여 전극간에 전파하는 파(waves)가 서로 간섭하는 것을 피할 수 있고 결과적으로 허위 특성(spurious characteristics)을 감소시킬 수 있게 된다고 기술하고 있다(예컨대, 청구항 11, 도 2 등 참조).
DMS형 필터는 일반적으로 공진자를 거의 갖지 않기 때문에, 앞서 기술된 바와 같이, 제각기의 탄성파의 주 전파 방향이 서로 겹치지 않도록 빗형 전극을 배치하는 것이 비교적 용이하다. 그러나, 내전력성(power resistant property)을 요구하는 듀플렉서의 경우에, DMS형 필터가 아니라 사다리형(ladder-type) 필터가 이용되는 경향이다. 여기서, 사다리형 필터는 다수의 공진자를 가지며, 따라서, 상기한 일본 공개 특허 공보 제 2004-48240 호에 개시된 기술을 사다리형 필터에 적용하여, 제각기의 탄성파의 전파 경로가 서로 어긋나도록 빗형 전극을 배치하려고 하 면, 소형화를 달성하기 어렵게 되는 문제가 발생한다.
본 발명의 발명자들은 사다리형 필터를 이용하는 듀플렉서의 절연 특성에 관하여, 저주파수측에 통과 밴드를 갖는 Tx 필터와 고주파수측에 통과 밴드를 갖는 Rx 필터를 제각기 형성하는 공진자가 그들의 탄성파 전파 경로의 연장선에서 겹치는 부분을 가질 때라도 절연 특성의 저하가 덜 발생하는 어떤 구조가 있다는 것을 알았다. 이러한 발견에 근거해서, 발명자들은 더욱 연구를 거듭하여, 저주파수측에 통과 밴드를 갖는 필터 소자의 고 통과 밴드측의 특성을 제어하는 공진자로서 작용하는 직렬 암(series arms) 에 배치된 공진자(이후 "직렬 공진자"라고 함)로부터 누설된 탄성파가, 고주파수측에 통과 밴드를 갖는 필터 소자의 저 통과 밴드측의 특성을 제어하는 공진자로서 기능하는 병렬 암(parallel arms)에 배치된 공진자(이후 "병렬 공진자"라고 함)에 의해 수신된 경우, 절연 특성은 가장 심각하게 저하한다는 것을 알았다. 이러한 지식에 기초하여, 발명자들은 더욱 실험과 평가를 거듭하였고, 따라서 이후 설명되는 본 발명의 구조를 성취하였다.
본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위해 창안되었으며, 그 목적은 내전력성이 우수한 사다리형을 이용하고 소형이고 절연 특성이 우수한 듀플렉서와, 이러한 필터를 이용하는 통신 장치를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 제 1 측면에 따른 듀플렉서는 제 1 필터 소자와, 이 제 1 필터 소자보다 높은 주파수 통과 밴드를 갖는 제 2 필터 소자를 포함하되, 이들은 압전 기판상에 배치되며, 제 1 및 제 2 필터 소자는 모두 빗형 전극 핑거를 갖는 복수의 공진자가 직렬 암과 하나 또는 복수의 병렬 암에 배치된 사다리형 구조를 갖고, 이들 제 1 및 제 2 필터 소자는 압전 기판상에서 서로 마주하도록 배치되고, 제 1 및 제 2 필터 소자의 모든 복수의 공진자는 그의 장방향이 압전 기판의 탄성 표면파의 전파 방향을 따르도록 배치되고, 제 2 필터 소자의 하나 또는 복수의 병렬 암에 배치된 하나 또는 복수의 공진자중 적어도 하나는 압전 기판상에서 제 1 필터 소자의 병렬 암에 배치된 모든 공진자의 탄성파 전파 경로로부터 벗어난 위치에 배치된다.
제 1 측면에 따르면, 제 1 필터 소자의 고 통과 밴드측의 특성을 제어하기 위해 이용된 공진자인 직렬 공진자로부터 누설되는 탄성파가, 제 2 필터 소자의 저 통과 밴드측의 특성을 제어하는데 이용된 하나 또는 복수의 병렬 공진자에 의해 수신되는 것이 억제된다. 이렇게 하여, 절연 특성이 우수한 듀플렉서를 얻을 수 있게 된다.
제 2 측면에 따른 듀플렉서는 제 1 필터 소자와, 이 제 1 필터 소자보다 높은 주파수 통과 밴드를 갖는 제 2 필터 소자를 포함하되, 이들은 압전 기판 상에 마련되며, 이들 제 1 및 제 2 필터 소자는, 빗형 전극 핑거를 갖는 복수의 공진자가 직렬 암과 하나 또는 복수의 병렬 암에 배치되는 사다리형 구조를 갖고, 제 1 및 제 2 필터 소자는 압전 기판상에서 서로 마주하도록 배치되며, 제 1 및 제 2 필터 소자의 모든 복수의 공진자는 그의 장방향이 압전 기판의 탄성 표면파의 전파 방향을 따르도록 배열되고, 제 2 필터 소자의 하나 또는 복수의 병렬 암에 배치된 하나 또는 복수의 공진자는 압전 기판상에서 제 1 필터 소자의 직렬 암에 배치된 공진자 중에서 탄성파 전파 경로가 최대폭을 갖는 공진자의 탄성파 전파 경로로부터 벗어난 위치에 배치된다.
제 2 측면에 따르면, 제 1 필터 소자의 고 통과 밴드측의 특성을 제어하는데 이용된 직렬 공진자 중에서 탄성파 전파 경로에서 최대 폭을 갖는 공진자로부터 누설되는 탄성파가, 제 2 필터 소자의 저 통과 밴드측의 특성을 제어하는데 이용되는 하나 또는 복수의 병렬 공진자에 의해 수신되는 것이 효과적으로 방지된다. 이렇게 하여, 절연 특성이 우수한 듀플렉서를 얻을 수 있게 된다.
제 3 측면에 따른 듀플렉서는 제 2 측면의 듀플렉서에 관한 것으로, 제 2 필터 소자의 하나 또는 복수의 병렬 암에 배치된 하나 또는 복수의 공진자가 압전 기판상에서 제 1 필터 소자의 직렬 암에 배치된 모든 공진자의 탄성파 전파 경로로부터 벗어난 위치에 배치된 구조를 갖는다.
제 3 측면에 따르면, 제 1 필터 소자의 고 통과 밴드측의 특성을 제어하는데 이용된 공진자인 직렬 공진자로부터 누설된 탄성파가, 실사용시에 문제를 일으키지 않는 수준까지, 제 2 필터 소자의 저 통과 밴드측의 특성을 제어하는데 이용된 하나 또는 복수의 병렬 공진자에 의해 수신되지 않게 억제된다. 이렇게 하여, 절연 특성이 우수한 듀플렉서를 얻을 수 있게 된다.
제 4 측면에 따른 듀플렉서는 제 1 필터 소자와, 이 제 1 필터소자보다 높은 주파수 통과 밴드를 갖는 제 2 필터 소자를 포함하고, 이들은 압전 기판상에 마련되며, 이들 제 1 및 제 2 필터 소자는, 빗형 전극 핑거를 갖는 복수의 공진자가 직렬 암과 하나 또는 복수의 병렬 암에 배치되는 사다리형 구조를 갖고, 제 1 및 제 2 필터소자는 압전 기판상에서 서로 마주하도록 배치되고, 제 1 및 제 2 필터 소자의 모든 복수의 공진자는 그의 장방향이 압전 기판의 탄성 표면파 전파 방향을 따르도록 배치되고, 압전 기판상에서, 제 1 필터 소자의 직렬 암에 배치된 적어도 하나의 공진자는 제 2 필터 소자의 하나 또는 복수의 병렬 암에 배치된 하나 또는 복수의 공진자의 탄성파 전파 경로로부터 벗어난 위치에 배치된다.
제 4 측면에 따르면, 제 1 필터 소자의 고 통과 밴드측의 특성을 제어하는데 이용된 공진자인 적어도 하나의 직렬 공진자로부터 누설된 탄성파가, 제 2 필터 소자의 저 통과 밴드측의 특성을 제어하는데 이용된 하나 또는 복수의 병렬 공진자에 의해 수신되지 않게 억제된다. 이렇게 하여, 절연 특성이 우수한 듀플렉서를 얻을 수 있게 된다.
제 5 측면에 따른 듀플렉서는 제 1 필터 소자와 이 제 1 필터 소자보다 높은 주파수 통과 밴드를 갖는 제 2 필터 소자를 포함하고, 이들는 모두 압전 기판 상에 마련되며, 이들 제 1 및 제 2 필터 소자는, 빗형 전극 핑거를 갖는 복수의 공진자가 직렬 암 및 하나 또는 복수의 병렬 암에 배치된 사다리형 구조를 갖고, 제 1 및 제 2 필터 소자는 압전 기판 상에서 서로 마주하도록 배치되고, 제 1 및 제 2 필터 소자의 모든 복수의 공진자는 그의 장방향이 압전 기판의 탄성 표면파 전파 방향을 따르도록 배치되고, 압전 기판상에서, 제 1 필터 소자의 직렬 암에 배치된 공진자 중에서 탄성파 전파 경로의 최대폭을 갖는 공진자는 제 2 필터 소자의 하나 또는 복수의 병렬 암에 배치된 하나 또는 복수의 공진자의 탄성 표면파 전파 경로로부터 벗어난 위치에 배치된다.
제 5 측면에 따르면, 제 1 필터 소자의 고 통과 밴드측의 특성을 제어하는데 이용된 직렬 공진자 중에서 탄성파 전파 경로가 최대폭을 갖는 공진자로부터 누설된 탄성파가, 제 2 필터 소자의 저 통과 밴드측의 특성을 제어하는데 이용된 하나 또는 복수의 병렬 공진자에 의해 수신되지 않게 효과적으로 억제된다. 이렇게 하여, 절연 특성이 우수한 듀플렉서를 얻을 수 있게 된다.
제 6 측면에 따른 듀플렉서는, 제 5 측면의 듀플렉서에 관한 것으로, 압전 기판상에서, 제 1 필터의 직렬 암에 배치된 모든 공진자가 제 2 필터 소자의 하나 또는 복수의 병렬 암에 배치된 하나 또는 복수의 공진자의 탄성파 전파 경로로부터 벗어난 위치에 배치된다.
제 6 측면에 따르면, 제 1 필터 소자의 고 통과 밴드측의 특성을 제어하는데 이용된 공진자인 직렬 공진자로부터 누설된 탄성파가, 실사용시에 문제를 일으키지 않는 수준까지, 제 2 필터 소자의 저 통과 밴드측의 특성을 제어하는데 이용된 하나 또는 복수의 병렬 공진자에 의해 수신되지 않게 억제된다. 이렇게 하여, 절연 특성이 우수한 듀플렉서를 얻을 수 있게 된다.
제 7 측면에 따른 듀플렉서는 제 1 필터 소자와, 이 제 1 필터 소자보다 높은 주파수 통과 밴드를 갖는 제 2 필터 소자를 포함하고, 이들은 모두 압전 기판상에 마련되고, 이들 제 1 및 제 2 필터 소자는, 한 쌍의 빗형 전극 핑거를 갖는 복수의 공진자가 직렬 암 및 하나 또는 복수의 병렬 암에 배치된 사다리형 구조를 갖고, 제 1 및 제 2 필터 소자는 압전 기판상에서 서로 마주하도록 배치되고, 제 1 및 제 2 필터 소자의 모든 복수의 공진자는 그의 장방향이 압전 기판의 탄성 표면파 전파 방향을 따르도록 배치되고, 제 1 필터 소자의 직렬 암에 배치된 공진자와 제 2 필터 소자의 하나 또는 복수의 병렬 암에 배치된 공진자는 압전 기판상에서 다른 공진자의 탄성파 전파 경로로부터 서로 벗어난 위치에 위치된다.
제 7 측면에 따르면, 제 1 필터 소자의 고 통과 밴드측의 특성을 제어하는데 이용된 공진자인 직렬 공진자로부터 누설된 탄성파가, 실사용시에 문제를 일으키지 않는 수준까지, 제 2 필터 소자의 저 통과 밴드측의 특성을 제어하는데 이용된 하나 또는 복수의 병렬 공진자에 의해 수신되지 않게 억제된다. 이렇게 하여, 절연 특성이 우수한 듀플렉서를 얻을 수 있게 된다.
또한, 제 1 내지 제 7 측면에 따르면, 제 1 필터 소자의 병렬 공진자와 제 2 필터 소자의 직렬 공진자가, 이들중 한쪽으로부터 누설된 탄성파가 다른쪽에 의해 수신되게 배치된 경우에도, 대응하는 수신 처리의 발생으로 절연 특성에 단지 작은 영향을 줄 뿐이며, 따라서, 이들 공진자는 중첩되는 탄성파 전파 경로를 고려할 필요없이 배치될 수 있다.
제 8 측면에 따른 듀플렉서는 제 1 측면의 듀플렉서에 관한 것으로, 제 1 필터 소자의 직렬 암에 배치된 공진자 중에서 탄성파 전파 경로가 최대폭을 갖는 공진자가, 제 2 필터 소자의 병렬 암의 최외측에 배치된 공진자의 탄성파 전파 경로와, 대응하는 병렬 암에서 그에 인접하여 배치된 공진자의 탄성파 전파 경로 사이의 영역내에 배치된다.
제 8 측면에 따르면, 소형이고 절연 특성이 우수한 듀플렉서를 얻을 수 있게 된다.
제 9 측면에 따른 듀플렉서는, 제 1 측면의 듀플렉서에 관한 것으로, 압전 기판은 장방형 또는 직사각형을 갖고, 탄성 표면파의 전파 방향은 압전 기판의 측변중 어느 하나에 평행한 구조를 갖는다.
제 9 측면에 따르면, 압전 기판상에 데드 스페이스(dead space)를 감소시키고 절연 특성이 우수한 듀플렉서를 얻을 수 있다.
제 10 측면에 따른 통신 장치는 제 1 측면에 따른 듀플렉서를 이용함으로써 구성된다.
제 10 측면에 따르면, 절연 특성이 우수한 듀플렉서를 이용함으로써 형성된, 소형이고 통신 품질이 우수한 통신 장치를 제공할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 듀플렉서(DP)를 도시하는 상부 평면도,
도 2는 일반적인 듀플렉서를 도시하는 회로 블록도,
도 3은 실시예에 관련된 듀플렉서와 비교예에 관련된 듀플렉서의 절연 특성을 나타내는 선도,
도 4는 변형예에 관련된 듀플렉서(DP1)를 도시하는 도면,
도 5는 다른 변형예에 관련되는 듀플렉서(DP2)를 도시하는 도면,
도 6은 다른 변형예에 관련되는 듀플렉서(DP3)를 도시하는 도면,
도 7은 통신 장치(100)의 구조를 개략적으로 도시하는 도면,
도 8은 비교예에 관련된 듀플렉서(DP4)를 도시하는 도면이다.
<듀플렉서의 구조>
도면을 참조하여, 본 발명의 듀플렉서의 실시형태를 이하에 설명한다. 여기서, 이후 설명될 도면에서, 동일한 기능을 갖는 구성요소들에는 동일한 참조 번호를 붙여 표시하였다. 또한, 제각기의 전극의 사이즈, 전극간 거리 등, 전극 핑거의 수, 및 그들간의 길이 및 폭 등은 설명의 편의를 위해 도면중에 개략적으로 도시되었으며, 따라서, 본 발명은 이들 도면에 도시된 것에 의해 제한되지 않는다.
도 1은 본 실시형태에 따른 듀플렉서(DP)를 도시하는 상부 평면도이다. 듀플렉서 DP는 제 1 및 제 2 필터 소자(F1, F2)에 의해 구성된다. 이들 제 1 및 제 2 필터 소자(F1, F2)는 사다리형 필터로서 마련된다. 여기서, 제 1 및 제 2 필터 소자(F1, F2)는, 제 2 필터 소자(F2)가 제 1 필터 소자(F1)보다 높은 주파수 통과 밴드를 갖도록 설계된다. 즉, 듀플렉서(DP)에서, 제 1 필터 소자는 저 통과 밴드 필터 소자로서 기능하고, 제 2 필터 소자는 고 통과 밴드 필터 소자로서 기능한다.
제 1 및 제 2 필터 소자(F, F2)는 압전 기판(1)의 상부면(표면)에 형성되며, 이들 각각은 복수의 공진자(R1, R2, R3, R4)와, 이들을 연결하는 신호선(S1, S2)과, 접지 배선(G1, G2), 송신측의 입/출력 전극(10, 20), 수신측의 입/출력 전극(30, 40), 및 접지 전극(50)으로 구성된다. 각각의 공진자(R1, R2, R3, R4)는 빗형 전극 핑거를 갖는 IDT와 반사기로 구성된다.
제 1 필터 소자(F1)는, 서로 전기적으로 직렬 위치에 배치된 복수의 공진자(R1)(이후 "직렬 공진자(R1)"라고도 함)와, 서로 전기적으로 병렬 위치에 배치된 복수의 공진자(R2)(이후 "병렬 공진자(R2)"라고도 함)를 포함한다. 더욱 구체적으로, 직렬 공진자(R1)는 송신측의 입/출력 전극(10, 20)을 서로 접속하는 신호선(S1)상에 배치된다. 또한, 병렬 공진자(R2)는 신호선(S1)과 접지선(50)을 서로 접속하는 접지 배선(G1)상에 배치된다.
동일한 방법으로, 제 2 필터 소자(F2)는 서로 전기적으로 직렬 위치에 배치된 복수의 공진자(R3)(이후 "직렬 공진자(R3)"라고도 함)와, 서로 전기적으로 병렬 위치에 배치된 복수의 공진자(R4)(이후 "병렬 공진자(R4)"라고도 함)를 포함한다. 보다 구체적으로, 직렬 공진자(R3)는 수신측의 입/출력 전극(30, 40)을 서로 접속하는 신호선(S2)상에 배치된다. 또한, 병렬 공진자(R4)는 신호선(S2)과 접지 전극(50)을 접속하는 접지 배선(G2)상에 배치된다.
본 실시예에 따른 듀플렉서 DP에서, 모든 공진자(R1∼R4)는 그의 장방향이 압전 기판(1)에서 탄성 표면파의 전파 방향으로 정렬되도록 배치된다. 즉, 모든 공진자(R1∼R4)는, 제각기의 IDT의 빗형 전극 핑거와 반사기가 전파 방향에 수직인 방향으로 향하도록 배치된다. 여기서, 각각의 공진자에 관하여, IDT의 빗형 전극 핑거의 교차부를 탄성 표면파의 전파 방향으로 연장함으로써 형성된 영역은 공진자의 탄성파 전파 경로로서 규정된다. 도 1에서는, 도시의 간략화를 위해, 하나의 직렬 공진자 R과 하나의 병렬 공진자(R4)에 대하여 탄성파 전파 경로(P1, P2)만이 도시되었다. 두개의 일점쇄선 사이의 폭 W를 갖는 영역이 이들 각각에 대응한다. 다른 공진자에 관하여, 탄성파 전파 경로는 마찬가지로 규정된다.
또한, 도 1에서 흰 화살표 각각은 직렬 공진자(R1)과 병렬 공진자(R4)로부터 누설되는 탄성파의 방향을 나타낸다. 탄성파의 누설은 각 공진자의 탄성파 전파 경로를 따라 발생한다. 그러나, 이 경우에, 누설 파(leakage wages)는 압전 기판(1)의 표면뿐 아니라 그 내측으로도 전파하는 것으로 생각된다. 듀플렉서 DP에 있어서, 탄성파의 누설은 도면중에서 흰 화살표를 갖지 않는 다른 공진자에서도 마찬가지로 발생할 수 있다. 더욱이, 탄성파의 누설은 또한 흰 화살표로 표시된 방향뿐만 아니라, 공진자를 사이에 두고 반대 방향으로도 발생할 수 있지만, 그 설명은 생략한다.
장방형 또는 직사각형을 갖고 표면(상부면)에 필터 소자가 형성된 압전 기판이 압전 기판(1)로서 이용되며, 제 1 및 제 2 필터 소자(F1, F2)에 포함된 모든 공진자의 탄성파 전파 방향은 압전 기판(1)의 측변중 어느 하나에 평행한 것이 바람직하다. 이 경우에, 공진자가 압전 기판(1)의 에지부 근방에 배치하는 구성이 이용될 수 있으므로, 압전 기판(1)상에서 데드 스페이스를 감소시킬 수 있는 듀플렉서를 얻을 수 있다. 이러한 구조는 듀플렉서의 생산 비용 절감에 기여한다.
<공진자의 배치 관계>
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시형태에 관련된 듀플렉서(DP)에서, 제 1 필터 소자(F1)에 포함된 직렬 공진자(R1)와 제 2 필터 소자(F2)에 포함된 병렬 공진자(R4)는, 탄성파 전파 경로가 서로 중첩되지 않게 배치된다. 즉, 직렬 공진 자(R1)와 병렬 공진자(R4)는 서로 상대방 공진자의 탄성파 전파 경로로부터 벗어난 위치에 배치된다. 이러한 공진자의 배치 관계는 "본 실시형태에 관련된 제 1 공진자 배치 요건"으로도 참조된다.
직렬 공진자(R1)와 병렬 공진자(R4)를 본 실시예에 관련된 공진자 배치를 만족시키도록 배치함으로써, 직렬 공진자(R1)로부터 누설된 탄성파가 병렬 공진자(R4)에 의해 수신되지 않게 억제할 수 있다. 이렇게 하여, 본 실시형태의 듀플렉서는 제 1 및 제 2 필터 소자(F1, F2)간에 상호 절연 특성을 향상시킬 수 있다.
본 실시형태에 관련된 제 1 공진자 배치 요건을 만족시킴으로써, 절연 특성이 향상될 수 있고, 이와 같이 향상이 얻어지는 이유는 다음과 같이 생각될 수 있다. 일반적으로, 사다리형 필터에서, 주파수 통과 밴드의 고 밴드측의 특성에 더욱 강한 영향을 주는 것은 직렬 공진자이고, 주파수 통과 밴드의 저 밴드측의 특성에 더 강한 영향을 주는 것은 병렬 공진자이다. 그러므로, 다른 주파수 통과 밴드를 갖는 두 종류의 사다리형 필터를 갖는 듀플렉서의 경우에는, 저 통과 밴드 필터 소자의 직렬 공진자(통과 밴드의 고 밴드측의 특성에 관련됨)와 고 통과 밴드 필터 소자의 병렬 공진자(통과 밴드의 저 밴드측의 특성에 관련됨) 사이에, 서로 관련된 가장 가까운 주파수 밴드를 갖는 공진자가 서로 결합된다. 즉, 이들 공진자의 배치는 절연 특성에 가장 큰 영역을 주려고 하며, 따라서, 직렬 공진자(R1)와 병렬 공진자(R)를 본 실시형태에 관련된 듀플렉서(DP)에 도시된 바와 같이 배치함으로써, 직렬 공진자(R1)로부터 누설된 탄성파가 병렬 공진자(R4)에 의해 수신되는 것이 억제되며, 따라서 절연 특성이 향상될 수 있는 것으로 생각된다.
또한, 사다리형 필터에서는, 저 통과 밴드 필터 소자의 병렬 공진자(통과 밴드의 저 밴드측의 특성에 관련됨)와 고 통과 밴드 필터 소자의 직렬 공진자(통과 밴드의 고 밴드측의 특성에 관련됨) 사이에, 서로 관련된 가장 먼 주파수 밴드를 갖는 이들 공진자가 서로 결합된다. 따라서, 이들 공진자로부터 누설되는 결합된 탄성파에 의해 절연 특성에 주어지게 될 영향이 앞서 언급된 배치에 비해 작아지므로, 이들 공진자는 탄성파의 전파 경로가 중첩되는 것을 고려할 필요없이 가깝게 배치될 수 있다. 즉, 제 1 필터 소자(F1)의 직렬 공진자(R1)과 제 2 필터 소자(F2)의 병렬 공진자(R4)를 본 실시형태에 관련된 제 1 공진자 배치 요건을 만족시키도록 앞서 설명된 바와 같이 배치할 필요가 있을 뿐이며, 이와 같이 해서, 이러한 구조는 절연 특성이 우수하고 소형의 듀플렉서를 얻을 수 있게 한다.
<듀플렉서의 변형예>
지금까지는, 제 1 및 제 2 필터 소자(F1, F2)의 도시되지 않은 제각기의 안테나 단자가 서로 전기적으로 분리된 것을 가정하고 설명되었지만, 본 실시예에 관련한 듀플렉서(DP)의 모드(mode)는 이것에 제한되지 않으며, 공통 접속된 안테나 단자를 갖는 구조의 경우에도 전혀 문제를 일으키지 않고 적용될 수 있다. 요구되는 어느 하나의 구조를 선택함으로써 요구된 특성에 따른 설계 프로세스가 수행될 수 있다.
또한, 제 1 및 제 2 필터 소자(F1, F2)를 구성하는 직렬 공진자 및 병렬 공진자(R1, R2, R3, R4)의 IDT의 전극 핑거의 수, 전극 핑거의 교차폭, 전극 핑거의 배치 간격 등은 요구된 설계에 따라 선택될 수 있다. 즉, 이들은 도 1에 도시된 것에 의해 제한되지 않는다.
도 4, 5 및 6은 듀플렉서(DP)와 다른 공진자 배치를 갖는 듀플렉서(DP1, DP2, DP3)를 제각기 도시하는 도면이다. 여기서, 각 도면에서는 도시의 편의를 위하여, IDT와 반사기가 빗금부분으로 일체로 표시되어 있다. 또한, 각각의 듀플렉서(DP1, DP2, DP3)에는 압전 기판(1) 표면의 주변부에 환형(annular) 전극(60)이 마련된다. 듀플렉서(DP1, DP2, DP3)에 이용된 공진자(R1, R2, R3, R4)의 모든 설계 프로세스는 동일하며, 오직 제각기의 공진자의 배치만이 변경된다. 더욱이, 각각의 듀플렉서에서, 공진자의 몇몇은 내전압성(voltage resistant property)을 향상시키기 위해 두개로 나뉘어진다.
도 4의 듀플렉서(DP1)에서, 제 1 필터 소자(F1)의 모든 공진자, 즉, 모든 직렬 공진자(R1) 및 모든 병렬 공진자(R2)의 탄성파 전파 경로 및 제 2 필터 소자(F2)의 모든 공진자, 즉, 모든 직렬 공진자(R3) 및 모든 병렬 공진자(R4)의 탄성파 전파 경로는 서로로부터 벗어난 위치에 배치된다.
대조적으로, 도 1에 도시된 것과 마찬가지로, 도 5의 듀플렉서(DP2)에서는, 제 1 필터 소자(F1)의 모든 직렬 공진자(R1)의 탄성파 전파 경로 및 제 2 필터 소자(R2)의 모든 병렬 공진자(R4)의 탄성파 전파 경로가 서로 벗어난 위치에 배치되고, 제 1 필터 소자(F1)의 병렬 공진자(R2)의 탄성파 전파 경로 및 제 2 필터 소자(F2)의 직렬 공진자(R3)의 탄성파 전파 경로는 서로 중첩되는 위치에 배치된다.
또한, 도 6의 듀플렉서(DP3)에서는, 제 1 필터 소자(F1)의 공진자 중에서, 최대폭의 탄성파 전파 경로를 갖는 직렬 공진자(R1m)(이것은 내전력성을 향상시키기 위해 본 실시형태에서 직렬 공진자(R1a) 및 직렬 공진자(R1b)로 나뉘어진다)의 탄성파 전파 경로 및 제 2 필터 소자(F2)의 모든 병렬 공진자(R4)는 서로로부터 상호 벗어난 위치에 배치되며, 직렬 공진자(R1m) 이외의 직렬 공진자(R1)의 탄성파 전파 경로 및 병렬 공진자(R4)의 탄성파 전파 경로는 서로 중첩되는 위치에 배치된다.
또한, 도 8은, 제 1 필터 소자(F1)의 직렬 공진자(R1)의 탄성파 전파 경로와 제 2 필터 소자(F2)의 병렬 공진자(R4)의 탄성파 전파 경로가 서로 겹치는 것을 고려하지 않고, 가능한한 작은 사이즈를 갖도록 공진자가 배치된 듀플렉서(DP4)를 도시하는 도면이다. 듀플렉서(DP4)가 갖는 공진자(R1, R2, R3, R4)는 듀플렉서(DP1, DP2, DP3)가 갖는 공진자들과 동일하게 설계된다.
본 발명의 발명자들은, 이들 듀플렉서(DP1, DP2, DP3, DP4)의 절연 특성을 서로 비교했을 때, 듀플렉서(DP1)가 가장 절연특성이 우수하고, 듀플렉서(DP2, DP3)는 그 순서로 양호한 절연 특성을 갖고, 듀플렉서(DP4)는 최저의 절연특성을 갖는 것을 확인하였다. 이것은, 예컨대, 듀플렉서(DP3)에 나타내어진 바와 같이, 제 2 필터 소자(F2)의 병렬 공진자(R4)의 적어도 하나를 제 1 필터 소자(F1)의 직렬 공진자(R1)의 탄성파 전파 경로로부터 벗어난 위치에 배치함으로써, 절연 특성 개선의 효과가 얻어질 수 있음을 의미한다. 즉, 이것은 또한, 제 1 필터 소자(F1)의 직렬 공진자(R1)의 적어도 하나가 제 2 필터 소자(F2)의 병렬 공진자(R4)의 탄성파 전파 경로로부터 벗어난 위치에 배치되면, 절연 특성의 향상 효과가 얻어질 수 있음을 의미한다. 이와 같은 공진자의 배치 관계는 "본 실시형태에 관련한 제 2 공진자 배치 요건"으로도 참조된다.
도 4에 도시된 듀플렉서(DP1)는 모든 공진자의 탄성파 전파 경로가 서로 벗어난 위치에 배치된 구조를 가지므로, 우수한 절연 특성을 제공하지만, 소형화의 관점에서는 듀플렉서(DP2, DP3)에 비교해서 불충분하다. 예컨대, 도 4∼6 및 도 8에 도시된 듀플렉서(DP1∼DP4) 각각에 대한 도면상(보다 엄격히 말해서 압전 기판(1)상)에서 상하방향으로의 길이가 2.2㎜라고 가정하면, 도 4~6 및 도 8의 제각기의 듀플렉서(DP1∼DP4)의 도면상 좌우방향 길이는 각각 2.16㎜, 1.86㎜, 1.70㎜, 1.70㎜이 된다. 이때, 압전 기판(1)의 표면적은 제각기 4.75㎟, 4.09㎟, 3.74㎟, 3.74㎟이다. 이 경우에, 도 6에 도시된 듀플렉서(DP3)와 도 8에 도시된 듀플렉서(DP4)의 각각의 표면적은 도 4에 도시된 듀플렉서(DP1)의 표면적보다 약 22% 작게된다. 대조적으로, 듀플렉스(DP4)의 구조에서는, 제 1 필터 소자(F1)의 직렬 공진자로부터 누설된 탄성파는 제 2 필터 소자(F2)의 병렬 공진자에 의해 수신되므로, 우수한 절연 특성을 얻을 수 있다. 이러한 관점에서, 본 실시형태에 관련된 제 2 공진자 배치 요건을 만족하는 구조를 제공함으로써, 소형이고 우수한 절연 특성을 또한 갖는 듀플렉서를 제공할 수 있게 된다.
특히, 도 6의 듀플렉서(DP3)에 의해 도시된 구조는, 제 2 필터 소자(F2)의 병렬 공진자(R4)가 제 1 필터 소자(F1)의 직렬 공진자(R1)중 탄성파 전파 경로가 최대폭을 갖는 직렬 공진자(R1m)의 탄성파 전파 경로로부터 벗어난 위치에 배치되는 구조로서, 사이즈의 소형화의 효과 및 절연 특성 향상의 효과를 더욱 효과적으로 얻을 수 있게 되기 때문에 바람직하게 이용된다. 즉, 대응하는 구조적 모드에 의해 본 실시형태가 요청하는 제 2 공진자 배치 요건을 만족시킬 수 있고, 또한 압전 기판(1)의 표면적을 최소화할 수 있다. 여기서, 도 6의 듀플렉서(DP3)는, 제 1 필터 소자(F1)가 송신측 회로에 이용되고 제 2 필터 소자(F2)가 수신측 회로에 이용되는 모드를 갖는 통신 장치에 탑재되는 경우를 상정한 구조를 갖는다. 즉, 송신측 입력 전극(10), 송신측 출력 전극(20), 수신측 출력 전극(30) 및 수신측 입력 전극(40)이 제공된다. 또한, 이러한 모드로 이용되는 듀플렉서는 일반적으로, 송신측의 직렬 공진자 중에서, 제 1 스테이지의 직렬 공진자의 탄성파 전파 경로의 폭이 최대가 되도록 설계된다. 이러한 구조로 하는 이유는 다음과 같다. 듀플렉서에서, 파워 증폭기에 의해 증폭되는 고 파워 신호가 송신 필터에 입력되므로, 직렬 접속된 직렬 공진자의 제 1 스테이지에서 듀플렉서의 내전력 성능을 만족시키도록 제공하는 것이 효과적이다. 도 6의 듀플렉서(DP3)는 또한 대응하는 구조를 가지며, 제 2 필터 소자(F2)의 병렬 공진자(R4)를 제 1 스테이지의 직렬 공진자의 탄성파 전파 경로로부터 벗어난 위치에 배치함으로써, 절연 특성을 향상시키는 효과를 더욱 효과적으로 얻을 수 있게 된다. 다른 관점으로부터, 제 1 필터 소자(F1)의 직렬 공진자(R1)중에서, 탄성파 전파 경로가 최대폭을 갖는 공진자(R1m)를 제 2 필터 소자(F2)의 병렬 공진자(R4)의 탄성파 전파 경로로부터 벗어난 위치에 바람직하게 배치함으로써, 절연 특성을 향상시키는 효과를 더욱 효과적으로 얻을 수 있게 된다. 특히, 송신 필터의 제 1 스테이지의 직렬 공진자에는 고 파워 신호가 입력되어 누설되는 탄성파의 강도가 더욱 크므로, 도 6의 배치는 누설을 억제하기 위해 매우 효과적이다.
여기서, 도 6에 도시된 듀플렉서(DP3)는 제 1 필터 소자(F1)의 직렬 공진자(R1m)가, 제 2 필터 소자(F2)의 병렬 암의 최외측에 배치된 병렬 공진자(R4a)와 그에 인접한 병렬 공진자(R4b)의 제각기의 탄성파 전파 경로 사이의 영역내에 배치되는 구조를 갖는다.
또한, 도 6에 도시된 듀플렉서(DP3)는 압전 기판(1)의 표면의 주변부에 부가하여, 제 1 필터 소자(F1)와 제 2 필터 소자(F2) 사이의 부분에 환형 전극(60)이 또한 배치된 구조를 갖는다. 환형 전극(60)이 접지 전극(기준 전위 전극)으로서 이용된 경우에는, 병렬 공진자(R4a)의 접지 전극측의 전극이 환형 전극(60)과 공유될 수 있으므로, 더욱 소형화가 효과적으로 달성된다. 이런 식으로, 제 1 필터 소자(F1)와 제 2 필터 소자(F2) 사이에 환형 전극이 존재하는 경우에도, 본 실시형태의 제 1 및 제 2 공진자 배치 요건이 만족되는 한, 절연 특성을 더욱 향상시키는 효과는 얻어질 수 있다. 그 이유는 다음과 같다. 탄성파의 누설은 압전 기판(1)의 깊이 방향으로도 발생하며, 이들 누설 파는 소위 벌크 파(bulk waves)로서 압전 기판(1)의 바닥면을 통해 전파하여 바닥면으로부터의 반사파가 표면을 향해 전파한다. 그러나, 앞서 설명된 공진자의 배치에 의하면, 이와 같이 제 1 필터 소자(F1)의 직렬 공진자(R1)으로부터 누설되어 환형 전극(60) 아래를 통과하여 전파한 탄성파가 제 2 필터 소자의 병렬 공진자에 의해 수신되는 것을 억제한다.
<듀플렉서를 제조하는 방법>
이제부터 본 실시형태의 듀플렉서의 제각각의 구성요소의 재료와 이 듀플렉서를 제조하는 방법을 설명한다. 이하에서는 도 4 내지 도 6에 도시된 환형 전극이 탑재된 것을 가정하여 설명한다.
압전 기판(1)으로서, 36°±10° Y-컷-X-전파의 LiTaO3 단결정, 64°±10° Y-컷-X-전파의 Li2NbO3 단결정, 45°±10° X-컷-Z-전파의 Li2B4O7 단결정과 같은 재료를 이용하는 것이 바람직하다. 이것에 대한 이유는, 이들 재료는 전기기계 결합 계수가 크고 그룹 지연 시간 온도 계수가 작기 때문이다. 특히, 36°±10° Y-컷-X-전파의 LiTaO3 단결정은 전기기계 결합 계수가 높아서 바람직하게 이용된다. 더욱이, Y축 결정 방향에서 컷 각도는 36°±10°의 범위에서 설정되는 것이 바람직하다. 이와 같이하여, 충분한 압전 특성을 얻을 수 있다.
압전 기판(1)의 두께는 0.1㎜∼0.5㎜의 범위에서 설정될 수 있다. 0.1㎜ 미만의 두께는 압전 기판(1)을 깨지기 쉽게 하기 때문에 바람직하지 않고, 0.5㎜를 초과하는 두께는 재료 비용을 상승시키므로 바람직하지 않다. 더욱이, 초전기 효과(pyroelectric effect)에 기인한 전극 손상을 방지하기 위해, 환원 처리가 실시된 압전 기판(1)을 이용할 수 있다. 또한, 초전기 효과로 인한 전극 손상을 방지하기 위해 Fe원소가 첨가된 압전 기판(1)을 이용할 수 있다.
직렬 공진자 및 병렬 공진자(R1∼R4)의 IDT 각각은 빗형 전극 핑거 쌍이 서로 맞물림으로써 형성된다. 전극 핑거의 재료로서는, Al 또는, Al-Cu-기반 합금, Al-Ti-기반 합금, Al-Mg-기반 합금 및 Al-Cu-Mg-기반 합금과 같은 Al 합금을 이용 할 수 있다. 대안적으로, IDT는 Al-Cu/Cu/Al-Cu, Ti/Al-Cu, Ti/Al-Cu/Ti 등의 적층막으로 구성될 수 있다. 여기서, 각 공진자의 반사기는 동일 재료를 이용하여 형성될 수 있다.
또한, 공진자는 앞서 언급된 재료로 이루어진 금속막을, 기상 증착법, 스퍼터링법 또는 CVD법과 같은 박막 형성법을 이용해 형성한 후, 이것을 포토리소그래피 나 RIE와 같은 통상의 공지된 방법을 이용하여 사전결정된 형상으로 에칭하는 프로세스에 의해 형성된다. 각 공진자의 IDT 및 반사기는 바람직한 공진자 특성을 얻을 수 있도록, 빗형 전극 핑거 쌍의 수가 50∼300의 범위이고, 전극 핑거의 선폭이 약 0.1∼약10㎛이고, 전극 핑거의 피치가 약 0.1∼10㎛의 범위이고, 전극 핑거의 개구폭(교차폭)이 약 10∼약 200㎛의 범위이고, 각 전극 핑거의 두께가 약 0.1∼약 0.5㎛의 범위로 형성되는 것이 바람직하다.
여기서, 신호선, 접지선, 패드 전극, 환형 전극 등은 이상 설명된 공진자와 동일한 방법을 이용하여 또한 형성될 수 있다. 또한, 신호선은 송신측 입/출력 전극(10, 20) 및 수신측 입/출력 전극(30, 40)으로 참조될 뿐만 아니라, 공진자를 서로 접속하는 신호 전위의 배선 전극으로도 참조된다. 또한, 접지선은 접지 전극(50)으로 참조될뿐만 아니라 병렬 공진자로부터 접지 전극(50)에 이르는 범위의 접지 전위(기준 전위)의 배선 전극으로도 참조된다.
더욱이, 듀플렉서(DP)에 관하여, 도시되지 않은 정합 회로는, 예컨대, 신호선(S1) 등에 접속된 도전층으로서 압전 기판(1)상에 형성될 수 있다. 이 경우에, 도전층의 폭 및 선로 길이는 물론 두께 등을 조정함으로써 원하는 인덕턴스값을 갖 는 정합 회로를 실현할 수 있다. 대안적으로, 정합 회로는, 외부 회로로서 정합 회로를 접속하거나 인덕터 소자를 탑재함으로써 제공될 수도 있다. 여기서, 정합 회로는, 예컨대, LTCC(저온 동시 소성 세라믹:Low Temperature Co-fired Ceramics) 기판과 같은 조립 회로 기판에 내장시키고, 이 회로 기판에 대해 듀플렉서(DP)가 형성된 압전 기판(1)을 조립함으로써 정합 회로와 듀플렉서(DP)가 서로 접속될 수도 있다. 이때, 앞서 언급된 패드 전극 부분에 땜납 범프(solder bumps)가 형성되며, 대향하는 회로 기판상에도 대응하는 형상을 갖는 전극 패턴을 또한 제공함으로써 서로간에 플립칩 접속(flip chip connection)이 행해질 수 있다.
공진자, 신호선, 접지선, 패드 전극, 환형 전극 등의 각각에는, 예컨대, SiO2로 이루어진 보호층을 형성하는 것이 바람직하다. 보호층은, 통상적으로 알려진 CVD법, 스퍼터링법 등으로 SiO2막 등을 형성한 후, 얻어진 막을 포토리소그래피, RIE 등에 의해 사전결정된 형상으로 처리하는 프로세스에 의해 형성될 수 있다. 여기서, 보호층의 두께는, 예컨대, 약 0.02㎛로 설정된다.
<통신 장치에의 적용>
앞서 설명된 바와 같이, 본 실시형태에 따른 듀플렉서는 소형이고 절연 특성이 우수하다. 그러므로, 본 실시형태의 듀플렉서는 통신 장치에 적절히 적용될 수 있다.
도 7은 대응하는 통신 장치의 일례로서 통신 장치(100)의 구조를 개략적으로 도시하는 도면이다. 통신 장치(100)에는 주로 송수신기(300), 안테나(400), 제어 유닛(200), 동작 유닛(600), 마이크로폰(MP) 및 스피커(SP)가 제공된다.
제어 유닛(200)은 통신 장치(100)의 다양한 동작을 통괄 제어하는 유닛이다. 제어 유닛(200)은 CPU, RAM, ROM 등을 구비하며, ROM에 저장된 프로그램을 판독하여 그 프로그램을 실행함으로써, CPU는 통신 장치(100)상에서 다양한 제어 및 다양한 기능을 수행한다.
송수신기(300)에서는, 마이크로폰(MP)으로부터 제어 유닛(200)을 통해 입력되는 아날로그 음성 신호를 DSP(Digital Signal Processor)에서 A/D 변환(아날로그 신호로부터 디지털 신호로 변환)한 후, 그 결과 얻어진 신호는 변조기(302)에 의해 변조되고 믹서(303)에서 국부 발진기(320)의 발진 신호를 이용하여 주파수 변환된다. 믹서(303)의 출력은 송신 밴드 통과 필터(304) 및 파워 증폭기(305)를 통과하여 듀플렉서(306)에 의해 송신 신호로서 안테나(400)로 보내져 출력된다.
또한, 안테나(400)로부터 수신된 신호는 듀플렉서(306)에 의해 저 노이즈 증폭기(307) 및 수신 밴드 통과 필터(308)를 통해 믹서(309)에 입력된다. 믹서(309)는 국부 발진기(320)의 발진 신호를 이용하여 수신된 신호의 주파수를 변환하고, 이와 같이 변환된 신호는 저역 통과 필터(310)를 통과해서 복조기(311)에 의해 복조되며, DSP(301)에서 또한 D/A 변환(디지털 신호로부터 아날로그 신호로 변환)된 후, 결과적인 신호는 아날로그 음성 신호로서 스피커(SP)로 출력된다.
동작 유닛(600)은 사용자에 의한 통신 장치(100)로의 다양한 입력을 수신하는 유닛으로서, 예컨대, 다양한 버튼으로 구성된다.
통신 장치(100)의 듀플렉서(306)와 관련하여, 본 실시형태에 따른 듀플렉서(DP) 또는 듀플렉서(DP1∼DP3)중 어느 하나가 이용될 수 있다. 예컨대, 제 1 필터 소자(F1)가 송신측 회로에 이용되고, 제 2 필터 소자가 수신측 회로에 이용된 경우, 상호 회로간에 신호의 누설을 억제할 수 있으므로 결과적으로는 높은 통신 품질을 얻을 수 있다. 이렇게 하여, 소형이고 통신 품질이 우수한 통신 장치를 제공할 수 있게 된다. 여기서, 제 2 필터 소자가 송신측 회로에 이용되고 제 1 필터 소자가 수신측 회로에 이용될 수도 있다.
또한, 본 발명의 듀플렉서의 실시형태는 이상 설명된 모드에 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 다양한 변형이 이루어질 수 있다.
예컨대, 빗형 전극 핑거 쌍의 수, 이들 빗형 전극 핑거의 교차폭 등은 각각의 공진자에 대해 모드에 따라 다를 수 있다. 전극 쌍의 수, 빗형 전극 핑거의 교차폭 등을 적절히 결정함으로써 기생 용량이 조정될 수 있고 탄성 표면파가 제어될 수 있기 때문에 더욱 저손실로 높은 절연 특성을 얻을 수 있게 된다.
(실시예)
이제부터는 앞서 설명된 실시형태에 따른 듀플렉서의 실시예를 설명한다. 이후 설명되는 실시예들은 본 발명의 실시형태의 단지 일례뿐, 본 발명은 이러한 예에 의해 제한되지 않는다. 또한, 본 실시예에서, 듀플렉서(DP)는 824∼849㎒ 범위의 송신 주파수 밴드와 869∼894㎒ 범위의 수신 주파수 밴드를 갖도록 설계되며, 따라서 제 1 필터 소자(F1)는 송신 회로에 이용되고 제 2 필터 소자(F2)는 수신 회 로에 이용된다.
먼저, LiTaO3로 이루어진 압전 기판을 준비하고, 그의 주 표면상에 6nm의 두께를 갖는 Ti 박막층을 형성하며, 그 위에 130nm의 두께를 갖는 Al-Cu 박막층을 형성하였다. 이들 제각기의 층들을 교대로 총 3층씩 적층하여, 총 6개의 박막층으로 된 Ti/Al-Cu 적층막을 형성했다.
다음으로, Ti/Al-Cu 적층막 위에 레지스트 코팅 장치를 이용하여 약 0.5㎛의 두께로 포토레지스트를 도포하였다. 또한, 그 위에, 공진자, 신호선, 접지선, 패드 전극 등을 규정하기 위한 포토레지스트 패턴을 형성하여, 축소 투영 노광 장치(스테퍼)에 의해 도 6에 도시되는 바와 같은 배치 위치를 제공하였다. 그 후, 현상 장치에 의해 불필요한 부분의 포토레지스트를 알칼리 현상 용액으로 용해시켰다.
다음으로, 필요한 부분을 남기고 불필요한 부분을 제거하기 위해 RIE(Reactive Ion Etching) 장치에 의해 에칭 프로세스를 수행하여 도 6에 도시된 바와 같은 전극 패턴을 형성하였다.
보다 엄격히 말하면, 이러한 전극 패턴의 형성은, 복수개를 얻는데 이용하는 모기판(mother substrate)으로서 준비된 압전 기판 상에 원하는 전극 패턴을 2차원적으로 반복 배치함으로써 행해진다.
다음으로, 전극 패턴의 사전결정된 영역에 보호막을 형성하였다. 즉, CVD(Chemical Vapor Deposition) 장치에 의해 SiO2막을 전극 패턴 및 압전 기판의 주 표면상에 0.02㎛의 두께로 형성했다. 그리고 나서, 포토레지스트를 포토리소그래피에 의해 패터닝하고, 플립-칩용 전극 부분(입/출력 전극 및 접지 전극과 같은 패드 전극 부분 및 환형 전극 부분)에 대응하는 SiO2막을 RIE 장치 등에 의해 에칭하였다.
다음으로, 스퍼터링 장치에 의해 Cr, Ni, 및 Au로 이루어진 적층 전극을 제거된 SiO2막에 대응하는 부분에 성막했다. 이 때, 전극의 막 두께는 약 1㎛(Cr:0.02㎛, Ni:1㎛, Au:0.1㎛)로 설정하였다. 그리고 나서, 불필요한 부분의 포토레지스트 및 적층 전극을 리프트-오프 법(lift-off method)에 의해 동시에 제거하며, 적층 전극이 형성된 부분을 플립-칩용 범프를 접속하는데 이용되는 플립-칩용 전극 부분으로서 이용하였다.
그 후, 압전 기판에 마련된 각각의 다이싱 라인(dicing lines)을 따라 다이싱 프로세스를 수행하여, 연장된 압전 기판(1)에 전극 패턴이 형성된 상태의 다수의 칩을 얻었다.
다음으로, 미리 준비해 둔 세라믹 재료로 이루어진 회로 기판상에 형성되어 있는 은으로 된 패턴 전극, 입/출력 도체, 접지 도체, 및 환형 도체 상에 도체 재료를 인쇄하였다. 도체 재료로서는 땜납(solder)을 이용하였다. 그리고 나서, 제각기의 칩을, 전극 형성면이 아래로 향하게, 플립-칩 조립 장치에 의해 세라믹 회로 기판상에 임시 접합하였다. 임시 접합 프로세스는 N2 분위기중에 수행하였다. 또한, N2 분위기에서 베이킹 프로세스(baking process)를 수행하여, 결과적으로 땜 납이 용융하여 칩이 세라믹 회로 기판에 접합되었다. 땜납은 칩 위에 형성된 환형 전극은 물론, 회로 기판상에 형성된 환형 도체 상에서도 용융하여 서로 접합되어, 칩 표면의 전극 패턴이 기밀 방식(air-tight manner)으로 밀봉되었다.
또한, 칩이 접합된 세라믹 회로 기판을 수지로 코팅한 후 N2 분위기에서 베이킹하여 칩을 수지 밀봉하였다.
마지막으로, 세라믹 회로 기판 위의 다이싱 라인을 따라 다이싱 프로세스를 행하여 기판을 개개로 분리하며, 이와 같이 하여, 본 실시예에 따른 각각의 듀플렉스(A)가 회로 기판상에 조립된 형태로 얻어졌다. 또한, 개개의 조각으로 분할된 각각의 세라믹 회로 기판은 2.5×2.0㎜의 평면 사이즈와 적층 구조를 갖는다.
또한, 비교예로서, 이상의 실시예와 동일한 막구조를 갖지만 공진자의 배치가 다른 듀플렉서(B)가 동일한 방법으로 제조된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 듀플렉서(B)에서는, 제 1 필터 소자의 직렬 공진자와 제 2 필터 소자의 병렬 공진자가 탄성파 전파 경로가 서로 중첩되는 위치에 배치된다.
이들 듀플렉서(A, B)의 전기적 특성은 회로 분석기에 의해 측정하였다. 도 3은 그 결과를 도시하는 것으로서, 듀플렉서(A, B)의 통과 밴드 근방의 절연 특성을 나타내는 선도이다. 도 3에서, 횡축은 주파수(단위:㎒)를, 종축은 절연도(단위:dB)를 나타낸다. 실선으로 표시되는 특성 곡선은 듀플렉서(A)의 결과를 도시하고 점선으로 표시되는 특성 곡선은 듀플렉서(B)의 결과를 도시한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 듀플렉서(A)는 절연 특성이 송신 밴드에서 62dB이고 수신 밴드에서 51dB인 결과를 나타내었고, 더욱이, 공진자로부터 누설된 탄성파가 다른 공진자에 의해 수신됨으로써 야기되는 리플(ripple)이 극히 작은 결과를 나타내었다. 대조적으로, 비교예에 따른 듀플렉서(B)는 절연 특성이 송신 밴드에서 60dB이고 수신 밴드에서 47dB인 결과와 리플이 매우 큰 결과를 나타내었다.
결과적으로, 제 1 필터 소자(F1)에 포함된 직렬 공진자(R1)와 제 2 필터 소자(F2)에 포함된 병렬 공진자(R4)를 그들의 탄성파 전파 경로가 서로 겹치지 않도록 배치함으로써, 즉, 상호 탄성파 전파 경로가 서로 벗어난 위치에 배치함으로써 어느 하나로부터 누설된 탄성파가 다른 하나에 의해 수신되는 것을 억제할 수 있고, 결과적으로, 절연 특성이 개선됨으로써, 우수한 전기적 특성이 달성될 수 있음을 확인할 수 있었다.
Claims (10)
- 제 1 필터 소자와,상기 제 1 필터 소자보다 높은 주파수 통과 밴드를 갖는 제 2 필터 소자를 포함하되,상기 제 1 필터 소자 및 제 2 필터 소자는 압전 기판(piezoelectric substrate)상에 배치되며,각각의 상기 제 1 및 제 2 필터 소자는 빗형 전극 핑거(comb-shaped electrode finger)를 갖는 복수의 공진자가 직렬 암(series arm)과 하나 또는 복수의 병렬 암(parallel arm)에 배치된 사다리형 구조(ladder-type structure)를 갖고,상기 제 1 및 제 2 필터 소자는 상기 압전 기판상에서 서로 마주하도록 배치되고,상기 제 1 및 제 2 필터 소자의 모든 복수의 공진자는 그의 장방향(longitudinal direction)이 상기 압전 기판의 탄성 표면파의 전파 방향을 따르도록 배열되고,상기 제 2 필터 소자의 하나 또는 복수의 병렬 암에 배치된 하나 또는 복수의 공진자중 적어도 하나는 상기 압전 기판상에서 상기 제 1 필터 소자의 직렬 암에 배치된 모든 공진자의 탄성파 전파 경로로부터 벗어난 위치에 배치되고,상기 제 2 필터 소자의 병렬 암에 있어서 최외측에 배치된 공진자와, 상기 병렬 암에 있어서 이에 인접하여 배치된 공진자 각각의 탄성파 전파 경로 사이의 영역 내에, 상기 제 1 필터 소자의 상기 직렬 암에 배치된 공진자 중에서 탄성파 전파 경로의 폭이 최대인 공진자가 배치되는듀플렉서.
- 제 1 필터 소자와,상기 제 1 필터 소자보다 높은 주파수 통과 밴드를 갖는 제 2 필터 소자를 갖고,상기 제 1 및 제 2 필터 소자는 압전 기판 상에 마련되며,각각의 상기 제 1 및 제 2 필터 소자는, 빗형 전극 핑거 쌍을 갖는 복수의 공진자가 직렬 암과 하나 또는 복수의 병렬 암에 배치되는 사다리형 구조를 갖고,상기 제 1 및 제 2 필터 소자는 상기 압전 기판상에서 서로 마주하도록 배치되며,상기 제 1 및 제 2 필터 소자의 모든 상기 복수의 공진자는 그의 장방향이 상기 압전 기판의 탄성 표면파의 전파 방향을 따르도록 배열되고,상기 제 2 필터 소자의 하나 또는 복수의 병렬 암에 배치된 하나 또는 복수의 공진자는 상기 압전 기판상에서 상기 제 1 필터 소자의 상기 직렬 암에 배치된 공진자 중에서 탄성파 전파 경로가 최대폭을 갖는 공진자의 탄성파 전파 경로로부터 벗어난 위치에 배치되는듀플렉서.
- 제 2 항에 있어서,상기 제 2 필터 소자의 하나 또는 복수의 병렬 암에 배치된 하나 또는 복수 의 공진자는 상기 압전 기판상에서 상기 제 1 필터 소자의 직렬 암에 배치된 모든 공진자의 탄성파 전파 경로로부터 벗어난 위치에 배치되는 듀플렉서.
- 삭제
- 제 1 필터 소자와,상기 제 1 필터 소자보다 높은 주파수 통과 밴드를 갖는 제 2 필터 소자를 포함하되,상기 제 1 및 제 2 필터 소자는 압전 기판 상에 마련되고,각각의 상기 제 1 및 제 2 필터 소자는, 빗형 전극 핑거 쌍을 갖는 복수의 공진자가 직렬 암 및 하나 또는 복수의 병렬 암에 배치된 사다리형 구조를 갖고,상기 제 1 및 제 2 필터 소자는 상기 압전 기판 상에서 서로 마주하도록 배치되고,상기 제 1 및 제 2 필터 소자의 모든 상기 복수의 공진자는 그의 장방향이 상기 압전 기판의 탄성 표면파의 전파 방향을 따르도록 배열되고,상기 제 1 필터 소자의 직렬 암에 배치된 공진자 중에서 탄성파 전파 경로가 최대폭을 갖는 공진자는 상기 제 2 필터 소자의 상기 하나 또는 복수의 병렬 암에 배치된 하나 또는 복수의 공진자의 탄성 표면파 전파 경로로부터 벗어난 위치에 배치되는듀플렉서.
- 제 5 항에 있어서,상기 제 1 필터의 직렬 암에 배치된 모든 공진자는, 상기 압전 기판상에서, 상기 제 2 필터 소자의 상기 하나 또는 복수의 병렬 암에 배치된 하나 또는 복수의 공진자의 탄성파 전파 경로로부터 벗어난 위치에 배치되는 듀플렉서.
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,상기 압전 기판은 장방형 또는 직사각형을 갖고, 상기 탄성 표면파의 전파 방향은 상기 압전 기판의 측변중 어느 한 변에 평행한 듀플렉서.
- 청구항 1, 2, 5 중 어느 하나에 기재된 듀플렉서를 이용함으로써 구성된 통신 장치.
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