JP4344190B2 - 分波器 - Google Patents

Description

この発明は、多層パッケージ基板上に弾性表面波フィルタチップを搭載してなる分波器に関する。この発明は、例えば、携帯電話機等の移動体通信端末におけるアンテナ用ＲＦ(Radio Frequency) 部品に適用することができる。

従来より、弾性表面波フィルタ（例えば有極型弾性表面波フィルタ）を多層パッケージ基板に搭載してなる分波器が知られている。このような分波器は、例えば、携帯電話等の移動体通信端末のＲＦ部品に採用されている。移動体通信端末では、一本のアンテナが送信および受信の両方に使用される。このため、移動体通信端末用の分波器では、送信用フィルタ、受信用フィルタ、分波線路等が１個の多層パッケージ基板に搭載される。多層パッケージ基板を有する分波器は、例えば下記特許文献１、２によって開示されている。

下記特許文献１の図１にも示されているように、この種の分波器において、多層パッケージ基板は、複数のパッケージ基板によって構成されている。そして、最上層のパッケージ基板は、上面に弾性表面波フィルタのチップが設置される。このチップには、例えば多数の櫛形フィルタが形成されている。また、各パッケージ基板の上面には、配線パターンが形成される。さらに、最下層のパッケージ基板は、下面に信号電極や接地電極等が形成される。弾性表面波フィルタのチップは、例えばワイヤボンディング等によって、最上層の配線パターンに接続される。各層の配線パターンと最下層下面の電極（信号電極や接地電極）とは、多層パッケージ基板内に設けられた貫通電極によって、適宜接続される。

加えて、下記特許文献２の図１３、図１４にも示されているように、多層パッケージ基板の側面に配線パターンを設けて、最上層パッケージ基板の上面に設けられた電極と最下層パッケージ基板の下層に設けられた電極とを接続する場合もある。

このような構成の分波器は、移動体通信端末の小型化、軽量化を図る上で有用である。
特開２００２−１２４８４７号公報（第３−４頁、図１） 特開平１０−１２６２１３号公報（第３頁、図１３−１７）

上述のように、移動体通信端末等では一本のアンテナが送信および受信の両方に使用される。例えば、送信周波数帯域が８２４ＭＨｚ〜８４９ＭＨｚ且つ受信周波数帯域が８６９ＭＨｚ〜８９４ＭＨｚとすると、８２４ＭＨｚ〜８４９ＭＨｚを通過帯域とし且つ他の周波数を減衰帯域とする弾性表面波フィルタと、８６９ＭＨｚ〜８９４ＭＨｚを通過帯域とし且つ他の周波数を減衰帯域とする弾性表面波フィルタとが、上述のチップに形成される。そして、このチップが、最上層パッケージ基板の上面に搭載される。

ここで、この分波特性は、通過帯域における通過域特性および減衰帯域における減衰特性が、予め定められた規格を満たしていなければならない。しかしながら、弾性表面波フィルタは、チップ単体のときと、多層パッケージに搭載した後とで、特性が変化する。したがって、チップ単体の特性は、この特性変化を見越して、決定しなければならない。この特性変化の一つの要因としては、このチップと配線パターンとを接続するボンディング用ワイヤのインダクタンスの影響がある。また、他の要因としては、多層パッケージ内に設けられた接地電位部分の不完全さや、配線パターン間の結合があ。

このため、従来は、ボンディング用ワイヤのインダクタンスを考慮して、各弾性表面波フィルタの設計条件を定めることとしていた。しかしながら、このような方法では、設計特性どおりの、高性能の特性を得ることが困難であった。

このような理由から、高性能のフィルタ特性を備え且つ製造歩留まりが高い分波器が嘱望されていた。

この発明に係る分波器は、複数のパッケージ基板を積層してなる多層パッケージ基板と、最上層をなすパッケージ基板の上面に配置された弾性表面波フィルタチップと、最上層をなすパッケージ基板の上面に形成され、弾性表面波フィルタチップの接地電極に接続された上面接地電極と、最下層をなすパッケージ基板の下面に形成された下面接地電極と、複数のパッケージ基板の各接合面のうち少なくとも一つの接合面に形成され、多層パッケージ基板内に設けられた貫通電極を介して上面接地電極および下面接地電極と接続された接地配線と、多層パッケージ基板の側面に設けられ、接地配線の一部または全部と上面接地電極と下面接地電極とに接続された、１本または複数本の第１接続線路と、多層パッケージ基板の側面に設けられ、上面接地電極と下面接地電極に接続され且つ接地配線が形成された面において接地配線に接続されていない１本または複数本の第２接続線路とを備える。

このような構成によれば、第２接続線路を設けたことにより、多層パッケージ基板内の接地電位部のインピーダンスが寄生インピーダンス等によってばらつくことを抑制でき、これにより、分波器の減衰特性を向上させることができる。

本発明によれば、上面接地電極と下面接地電極とを接続する手段として、貫通電極および第１接続線路に加えて第２接続線路を設けたので、分波器の減衰特性を向上させることができる。

以下、この発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、図中、各構成成分の大きさ、形状および配置関係は、この発明が理解できる程度に概略的に示してあるにすぎず、また、以下に説明する数値的条件は単なる例示にすぎない。

図１は、この実施の形態に係る分波器が搭載される移動体通信端末の概略構成を示すブロック図である。図１に示したように、この移動体通信端末は、分波器１００と、アンテナ１１０と、電力増幅器１２０とを備える。また、分波器１００は、アンテナ端子１０１、送信信号入力端子１０２、受信信号出力端子１０３、送信用フィルタ１０４、分波線路１０５および受信用フィルタ１０６を備える。ここで、送信用フィルタ１０４および受信用フィルタ１０６は、後述の弾性表面波フィルタチップに形成される。図１において、送信信号は、電力増幅器１２０で増幅された後、送信用フィルタ１０４を通過して、アンテナ１１０から送信される。また、受信信号は、アンテナ１１０で受信された後に、分波線路１０５を介して受信用フィルタ１０６に入力され、減衰帯域成分を除去されて、処理回路（図示せず）に送られる。

図２〜図５は、この実施の形態に係る分波器１００の構造を概略的に示す図であり、図２は斜視図、図３は平面図、図４は図３のＡ−Ａ’断面図である。また、図５は、分波線路１０５の要部を示す概念図である。

図２〜図５に示したように、本発明の分波器１００は、多層パッケージ基板２１０と、弾性表面波フィルタチップ２２０とを備えている。

多層パッケージ基板２１０は、５層のパッケージ基板２１１，２１２，２１３，２１４，２１５を備えている。各パッケージ基板２１１〜２１５は、それぞれ、例えばセラミック等の絶縁性材料で形成されている。

最上層のパッケージ基板２１１には、フィルタチップ２２０が搭載される。また、このパッケージ基板２１１には、上面に、上面アンテナ電極２３１，２３２と、上面送信信号電極２３３と、上面受信信号電極２３４と、上面接地電極２３５とが形成されている。上面接地電極２３５は、配線２３６を介して、後述の貫通電極２６１，２６１，・・・に接続される。

最下層のパッケージ基板２１５の下面には、図示しない、下面アンテナ電極（図１のアンテナ端子１０１に相当）、下面送信信号電極（図１の送信信号入力端子１０２に相当）と、下面受信信号電極（図１の受信信号出力端子１０３に相当）とが設けられている。さらに、パッケージ基板２１５の下面には、下面接地電極２３７が形成されている（図４参照）。

パッケージ基板２１２，２１３の接合面およびパッケージ基板２１４，２１５の接合面には、接地用の配線パターン２５１，２５２が形成されている。接地用配線パターン２５１は、４本の貫通電極２６１，２６１，・・・を介して、上面接地電極２３５と接続されている。さらに、接地用配線パターン２５１，２５２は、１６本の貫通電極２６２，２６２，・・・によって、相互に接続されている。また、接地用配線パターン２５２は、貫通電極２６３を介して、下面接地電極２３７と接続されている。なお、上面アンテナ電極２３１，２３２と下面アンテナ電極、上面送信信号電極２３３と下面送信信号電極、上面受信信号電極２３４と下面受信信号電極も、それぞれ、図示しない配線パターンおよび貫通電極を介して、相互に接続されている。

多層パッケージ基板２１０の側面には、６本の第１接続線路２７１，２７２，２７３，２７４，２７５，２７６と、２本の第２接続線路２８１，２８２とが形成されている。第１接続線路２７１〜２７６は、上面接地電極２３５、下面接地電極２３６および接地用配線パターン２５１，２５２に接続されている。一方、第２接続線路２８１，２８２は、上面接地電極２３５および下面接地電極２３７には接続されているが、接地用配線パターン２５１，２５２には接続されていない（図５参照）。

弾性表面波フィルタチップ２２０は、多数の櫛形フィルタ（図示せず）と、アンテナ電極２４１，２４２と、送信信号入力電極２４３と、受信信号出力電極２４４と、接地電極２４５，２４６とを備えている。各電極２４１〜２４６は、図示しないボンディングワイヤによって、対応する電極２３１〜２３５に接続されている。櫛形フィルタを用いた回路部分の詳細は、従来と同様であるので省略する。

次に、この実施の形態に係る分波器１００の原理を説明する。

弾性表面波フィルタの良好な減衰特性を得るためには、各パッケージ基板２１１〜２１５の接地電位が完全な零であることが望ましい。このため、多層パッケージ基板２１０には、接地用の貫通電極および接続線路が、多数設けられている。しかしながら、このような構成によっても、各パッケージ基板２１１〜２１５の電位を完全な零にすることは困難である。

これに対して、この実施の形態では、かかる電位を完全な零に近づけるのではなく、各パッケージ基板２１１〜２１５とグランドとの間のインピーダンスを最適な値に設定することによって、減衰特性の向上を図っている。このために、この実施の形態では、第２接続線路２８１，２８２、すなわち上面接地電極２３５および下面接地電極２３７には接続されているが接地用配線パターン２５１，２５２には接続されていない接続線路を、新たに設けた。

以下、各パッケージ基板２１１〜２１５とグランドとの間のインピーダンスについて、第２接続線路２８１，２８２を有さない分波器と比較しつつ説明する。なお、以下の説明では、説明を簡単にするために、接続線路の総数を４本とする。

図６は、第２接続線路（図５の符号２８１，２８２参照）を有さない分波器６００の接地配線例を示す概念図である。この分波器６００では、４本の接続線路６０１，６０２，６０３，６０４のすべてが、接地用配線パターン２５１，２５２に接続されている。

図７に、１本の接続線路のインピーダンスを説明するための等価回路を示す。図７において、Ｚ１は、多層パッケージ基板２１０内の任意の点Ａと、接地用配線パターン２５１の端部Ｂ（接続線路６０１〜６０４との接続端）と間のインピーダンスである（図７参照）。Ｚ２は、接続点Ｂと、接続線路６０１〜６０４側の接続部分Ｃとの間のインピーダンスである。Ｚ３は、接続点Ｃと、下面接地電極２３７上の点Ｅ２との間のインピーダンスである。Ｚ４は、接続点Ｂと、上面接地電極２３５上の点Ｅ１との間のインピーダンスである。また、Ｚ５は、接続点Ｃと、接地用配線パターン２５２側の接続部分Ｆとの間のインピーダンスである。図７において、インピーダンスＺ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４，Ｚ５は、２層分のインピーダンス（第１層の下面と第３層の下面との間のインピーダンスや、第３層の下面と第５層の下面との間のインピーダンス）と近似的に等しいとみなすことができる。したがって、以下の説明では、Ｚ＝Ｚ１＝Ｚ２＝Ｚ３＝Ｚ４＝Ｚ５とする。

図７に示したような１本の第１接続線路において、ＦマトリクスＦ０およびＹマトリクスＹ０は、下式（１）、（２）で表される。なお、ＦマトリクスおよびＹマトリクスについては、例えば、高橋秀俊編「大学演習 回路」（株）裳華房発行（昭和３７年１２月１０日初版発行）を参照されたい。

次に、接続線路６０１，６０２，６０３，６０４（図６参照）の合成インピーダンスについて、４本の接続線路がすべて接地用配線パターン２５１，２５２に接続されている場合、２本の接続線路のみが接地用配線パターン２５１，２５２に接続されている場合、１本の接続線路のみが接地用配線パターン２５１，２５２に接続されている場合に分けて検討する。

(I)４本の接続線路がすべて接地用配線パターン２５１，２５２に接続されている場合
この場合の等価回路を図８（Ａ）に示す。図８（Ａ）からわかるように、この場合は、同じ構成の回路が４個並列に接続されていることになる。したがって、この場合のＦマトリクスＦ４０およびＹマトリクスＹ４０は、下式（３）、（４）で表される。

そして、この場合の、Ａ−Ｅ２間のインピーダンスＺ４０は、下式（５）で与えられる。

上述のように、Ｚはパッケージ基板２層分のインピーダンスである。周知のように、インピーダンスは、Ｚ＝ｊωＬで表すことができる（ｊは虚数単位、ωは角周波数、Ｌはインダクタンス）。インダクタンスをＬ＝０．２［ｎＨ］としたときのインピーダンスの計算結果を、図９のグラフに(I)で示す。

（II)２本の接続線路のみが接地用配線パターン２５１，２５２に接続されている場合
この場合の等価回路を図８（Ｂ）に示す。図８（Ｂ）からわかるように、この場合は、図７と同様の接続線路２本と、図７の回路からインピーダンスＺ４，Ｚ５を取り除いた接続線路２本とが並列に接続されていることになる。このとき、ＦマトリクスＦ２２は、下式（６）で表される。

そして、この場合の、Ａ−Ｅ２間のインピーダンスＺ２２は、下式（７）で与えられる。

インダクタンスをＬ＝０．２［ｎＨ］としたときのインピーダンスの計算結果を、図９に(II)で示す。図９からわかるように、この場合のインピーダンスは、符号が負になっている点で、上述の場合（I)と異なる。

(III)１本の接続線路のみが接地用配線パターン２５１，２５２に接続されている場合
この場合の等価回路を図８（Ｃ）に示す。図８（Ｃ）からわかるように、この場合は、図７と同様の接続線路１本と、図７の回路からインピーダンスＺ４，Ｚ５を取り除いた接続線路３本とが並列に接続されていることになる。この場合のＡ−Ｅ２間のインピーダンスＺ１３は、下式（８）で与えられる。

インダクタンスをＬ＝０．２［ｎＨ］としたときのインピーダンスの計算結果を、図９のグラフに(III)で示す。この場合のインピーダンスは、虚数部が反転する点で、上述の場合（I)と異なる。

以上説明したように、接地用配線パターン２５１，２５２に接続されている接続線路（第１接続線路）と、接地用配線パターン２５１，２５２に接続されていない接続線路（第２接続線路）とを両方設けることにより、多層パッケージ基板２１０の接地電位を調整することができる。これにより、分波器１００の減衰特性を向上させることが可能である。

図１０（Ａ）、（Ｂ）は、ＣＤＭＡ(Code Division Maltiple Access) 方式の携帯電話端末（送信周波数帯域が８２４ＭＨｚ〜８４９ＭＨｚ且つ受信周波数帯域が８６９ＭＨｚ〜８９４ＭＨｚの場合）に使用される分波器の特性を示すグラフである。図１０（Ａ）、（Ｂ）において、縦軸は減衰［ｄＢ］であり、横軸は周波数である。また、（Ａ）は比較例の分波器（４本の第１接続線路のみとした）の特性であり、（Ｂ）は実施の形態に係る分波器（第１接続線路を２本、第２接続線路を２本とした）の特性である。

比較例の分波器では、受信用フィルタ１０６（図１参照）の減衰極周波数（減衰帯域の極小値、図１０（Ａ）の符号α参照）が、送信用フィルタ１０４の通過帯域（８２４ＭＨｚ〜８４９ＭＨｚ）内に位置している。これに対して、この実施の形態に係る分波器では、減衰極周波数αが、送信用フィルタ１０４の通過帯域の外側に位置している。受信周波数の減衰極周波数αが送信周波数通過帯域の外側に位置している方が、良好で安定した送信特性を得ることができる。

本発明者は、接続線路の総数が４本で、そのうち３本が第２接続線路の場合、２本が第２接続線路の場合、１本が第２接続線路の場合、０本が第２接続線路の場合（比較例）について、分波器を試作した。その結果、減衰極周波数は、３本が第２接続線路の場合は８１６ＭＨｚ、２本が第２接続線路の場合は８１９ＭＨｚ、１本が第２接続線路の場合は８２２ＭＨｚ、０本が第２接続線路の場合（比較例）は８２５ＭＨｚであった。このように、第２接続線路が１本以上設けられた場合は受信周波数の減衰極周波数が送信周波数通過帯域の外側に位置するのに対し、第２接続線路が設けられていない場合（比較例）は当該減衰極周波数が送信周波数通過帯域の内側に位置することが解った。

実施の形態に係る分波器が搭載される移動体通信端末の概略構成を示すブロック図である。 実施の形態に係る分波器の構造を概略的に示す斜視図である。 実施の形態に係る分波器の構造を概略的に示す平面図である。 図３のＡ−Ａ’断面図である。 実施の形態に係る分波器の接地配線を示す概念図である。 比較例に係る分波器の接地配線を示す概念図である。 実施の形態に係る分波器の動作原理を説明するための等価回路である。 実施の形態に係る分波器の動作原理を説明するための等価回路である。 実施の形態に係る分波器の特性を説明するためのグラフである。 実施の形態に係る分波器の特性を説明するためのグラフである。

符号の説明

１００ 分波器
１０１ アンテナ端子
１０２ 送信信号入力端子
１０３ 受信信号出力端子
１０４ 送信用フィルタ
１０５ 分波線路
１０６ 受信用フィルタ
１１０ アンテナ
１２０ 電力増幅器
２１０ 多層パッケージ基板
２１１〜２１５ パッケージ基板
２２０ フィルタチップ
２３１，２３２ 上面アンテナ電極
２３３ 上面送信信号電極
２３４ 上面受信信号電極
２３５ 上面接地電極
２３６ 配線
２３７ 下面接地電極
２４１，２４２ チップアンテナ電極
２４３ チップ送信信号入力電極
２４４ チップ受信信号出力電極
２４５，２４６ チップ接地電極
２５１，２５２ 接地用配線パターン
２６１，２６２，２６３ 貫通電極
２７１〜２７６ 第１接続線路
２８１，２８２ 第２接続線路

Claims (2)

1. 複数のパッケージ基板を積層してなる多層パッケージ基板と、
   最上層をなす前記パッケージ基板の上面に配置された弾性表面波フィルタチップと、
   最上層をなす前記パッケージ基板の上面に形成され、前記弾性表面波フィルタチップの接地電極に接続された上面接地電極と、
   最下層をなす前記パッケージ基板の下面に形成された下面接地電極と、
   前記複数のパッケージ基板の各接合面のうち少なくとも一つの接合面に形成され、前記多層パッケージ基板内に設けられた貫通電極を介して前記上面接地電極および前記下面接地電極と接続された接地配線と、
   前記多層パッケージ基板の側面に設けられ、前記接地配線の一部または全部と前記上面接地電極と前記下面接地電極とに接続された、１本または複数本の第１接続線路と、
   前記多層パッケージ基板の側面に設けられ、前記上面接地電極と前記下面接地電極に接続され且つ前記接地配線が形成された面において前記接地配線に接続されていない、１本または複数本の第２接続線路と、
   を備えることを特徴とする分波器。
2. 前記第１接続線路が、すべての前記接地配線に接続されたことを特徴とする請求項１に記載の分波器。

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