WO2005125008A1

WO2005125008A1 - Ｆｂａｒフィルタ

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Publication number: WO2005125008A1
Application number: PCT/JP2005/008187
Authority: WO
Inventors: Kazuhiro Yahata; Tsuyoshi Tanaka; Motonori Ishii
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-06-17
Filing date: 2005-04-28
Publication date: 2005-12-29
Anticipated expiration: 2006-12-17
Also published as: JPWO2005125008A1; US20070210876A1; EP1764918A1; EP1764918A4

Abstract

【課題】　平衡不平衡変換機能を付加したＦＢＡＲフィルタを提供する。【解決手段】　二つの不平衡端子１０１、１０４を有し、それらの端子間で信号のフィルタリングを行うＦＢＡＲフィルタ素子１０８と、一つの不平衡端子１０５と一組の平衡端子１０６、１０７とを有し、それらの端子間で信号の平衡不平衡変換を行う平衡不平衡変換器１０９とを備え、不平衡端子１０４と不平衡端子１０５とが接続され、不平衡端子１０１と平衡端子１０６、１０７との間で信号のフィルタリングと同時に平衡不平衡変換を行う。信号のフィルタリングにはＦＢＡＲフィルタ素子１０８本来の特性が発揮される。ＦＢＡＲフィルタ素子１０８及び平衡不平衡変換器１０９は一体化され、小型で低価格な一部品として提供される。

Description

明細書

FBARフィルタ

技術分野

[0001] 本発明は、携帯電話等の無線機器に用いられるフィルタに関するものである。

背景技術

[0002] 携帯電話等の無線機器においては、送信波の不要輻射、送信波の受信部への回り込みによる感度劣化、受信部へのイメージ妨害等を防ぐため、アンテナ端、段間でのフィルタリングが必須である。従来から、表面弾性波（SAW:Surface Acoustic Wave )、誘電体を用いた段間フィルタ、共用器が使用されている。特に送受信の周波数間隔が狭ぐより急峻なフィルタ特性を必要とするシステムにおいては、近年、薄膜音響共振子（FBAR:film bulk acoustic resonator)フィルタが用いられている。

[0003] また、フィルタの前後に位置する回路ブロックの入出力が差動とシングルエンドとで異なる場合に対応するため、フィルタには平衡不平衡変能を有するものが望まれており、 SAWフィルタでは、平衡不平衡機能を有するものが既に多く実用化されている。

[0004] ここで、 FBARフィルタの主要部となる薄膜音響共振子は圧電膜を電極で挟んで構成され、 FBARフィルタはその圧電膜に生じる共振振動 (バルタ弾性波と呼ばれる )を利用して信号のフィルタリングを行う。このような構造は、 FBARフィルタを、半導体基板、誘電体基板、金属基板といった基板上に半導体プロセスを用いて形成し、チップとして作製する上で適して、る。

[0005] 以下、一般的な従来例を図 14 (a)、図 14 (b)を用いて説明する。この従来例は、例えば特許文献 1に示されてヽる。

[0006] 図 14 (a)は、平衡不平衡変能を有さないフィルタを用いた場合における、携帯電話等の無線機器の無線回路の構成の一例を示したものであって、この無線回路は、アンテナ 901、共用器 902、送信部として、 PA (パワーアンプ） 903、送信段間 BPF (以降 TxBPFとする） 904、変調 IC905、受信部として LNA (ローノイズアンプ: AGC 機能付き） 906、受信段間 BPF (以降 RxBPFとする） 907、復調 IC908から成る。 [0007] 送信信号は、変調 IC905力ら、 TxBPF904、 PA903、共用器 902を介して、アンテナ 901へと導かれる。一方、受信信号は、アンテナ 901から、共用器 902、 LNA9

06、 RxBPF907を介して、復調 IC908へ導力れる。

[0008] 一般的に変調 IC、復調 IC等の半導体では、外来のノイズに強くするため、内部の回路を差動構成とすることが多ぐ入出力端子は平衡の入出力となる。

[0009] 図 14 (b)は、平衡不平衡変換機能を有するフィルタを用いた場合における、携帯電話等の無線機器の無線回路の構成の一例を示したものであって、構成の概要と信号の流れは、図 14 (a)と同様である。

[0010] TxBPF954、 RxBPF957はそれぞれ平衡不平衡変換機能を有するフィルタであり

、従来の SAWフィルタがこれに相当する。この場合、送信部では、 TxBPF954と変調 IC905とを直接接続することが可能であり、変調 IC905から差動出力された信号は、 TxBPF954で平衡不平衡変換され PA903へ導かれる。また同様に、受信部では、 RxBPF957と復調 IC908とを直接接続することが可能であり、共用器 902から L

NA906を介して RxBPF957へ入力された不平衡信号は、 RxBPF957で不平衡平衡変換され、平衡信号となって、復調 IC908に入力される。

[0011] SAWフィルタに比べ、 FBARフィルタは、ロス、減衰量、温度特性等で優れた特性を有していながら、平衡不平衡変能を有していないため、他の回路ブロックとの接続は、図 14 (a)のようになる。

[0012] 送信部では変調 IC905から差動出力された信号の一方は接地され、他方が TxBP

F904へ入力される、また受信部では、復調 IC908の差動入力の一方は接地され、他方へ RxBPF907から出力された不平衡信号が入力される。

特許文献 1：特開 2001— 28552号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0013] し力しながら、従来の FBARフィルタには、前述したように、平衡不平衡変能を有するものが存在しな、ため、 SAWフィルタより急峻なフィルタ特性を必要とするシステムにお、て FBARフィルタを使用する場合、例えば簡便には他の回路ブロックの平衡入出力端子の一方に FBARフィルタを接続し他方を接地する等の処置が必要になる。

[0014] 図 14 (a)に示される具体例については、送信部では変調 IC905から差動出力された信号は片側接地され、 TxBPF904へ入力される、また受信部では、 RxBPF907から出力された不平衡信号は、復調 IC908の入力部の片側を接地し、他方へ入力される。このような場合入出力時に信号を約半分ロスすることになり、電力効率や雑音指数の悪ィ匕のために、 FBARフィルタの優れた特性が帳消しにされてしまうと言う課題がある。

[0015] 本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、平衡不平衡変換機能を付カロした FBARフィルタを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0016] 上記課題を解決するために本発明の薄膜音響共振子フィルタは、信号のフィルタリングを行う薄膜音響共振子フィルタ素子と、信号の平衡不平衡変換を行う平衡不平衡変換器とを備え、前記薄膜音響共振子フィルタ素子と前記平衡不平衡変換器とが、電気的に接続されると共に一体化されていることを特徴とする。

[0017] ここで、前記薄膜音響共振子フィルタ素子は、二つの第 1不平衡端子を有するか、又は二組の第 1平衡端子を有し、それらの端子間で信号のフィルタリングを行い、前記平衡不平衡変換器は、一つの第 2不平衡端子と一組の第 2平衡端子とを有し、それらの端子間で信号の平衡不平衡変換を行!ヽ、前記薄膜音響共振子フィルタ素子が二つの第 1不平衡端子を有する場合、前記第 1不平衡端子の一方と前記第 2不平衡端子とが接続され、前記第 1不平衡端子の他方と前記第 2平衡端子との間で信号のフィルタリングと共に平衡不平衡変換を行ヽ、前記薄膜音響共振子フィルタ素子が二組の第 1平衡端子を有する場合、前記第 1平衡端子の一組と前記第 2平衡端子とが接続され、前記第 1平衡端子の他の一組と前記第 2不平衡端子との間で信号のフィルタリングと共に平衡不平衡変換を行うとしてもよい。

[0018] この構成によれば、前記薄膜音響共振子フィルタ素子の特性と平衡不平衡変

能とを兼ね備えた薄膜音響共振子フィルタを実現できる。前記薄膜音響共振子フィルタ素子及び前記平衡不平衡変換器は一体化され、この薄膜音響共振子フィルタを小型かつ低価格な一部品として提供することを可能にする。 [0019] そして、前記薄膜音響共振子フィルタ素子には、不平衡入出力型、平衡入出力型の何れもが利用可能である。

[0020] また、前記平衡不平衡変換器は基板の表面又は内部に形成され、前記薄膜音響共振子フィルタ素子は前記基板に実装されて、るとしてもょ、。

[0021] ここで、前記平衡不平衡変換器を、バラン、ラットレース回路、ウィルキンソン回路、及び位相回転回路のうちの一つ以上を用いて構成してもよい。

[0022] この構成によれば、前記平衡不平衡変を受動素子として実現でき、前記薄膜音響共振子フィルタ素子の一側をその受動素子と接続することによって、帯域内帯域外の周波数特性を安定させることができる。

[0023] また、ノラン、ラットレース回路、ウィルキンソン回路、及び位相回転回路の回路機能は、何れも基板の内層に、適切なパターンを用いて形成されるストリップラインによつて作りこむことができる。そこで、前記薄膜音響共振子フィルタ素子を実装する実装基板の内部にこれらの回路を作りこめば、平衡不平衡変能を付加するためのフロアサイズの増大や価格の上昇を抑えることができる。

[0024] また、前記ラットレース回路、ウィルキンソン回路、及び位相回転回路のうちの一つ以上を、インダクタとコンデンサとを用いて T型もしくは π型に構成される位相回転回路を用いて構成してもよい。

[0025] この構成によれば、前記ストリップラインを集中定数のインダクタ又はキャパシタに置き換えることによって、前記実装基板の内層のパターンのみならず、半導体基板上のコンデンサ（ΜΙΜキャパシタ、 IDT、 FBARの容量成分、 MEMS等）、インダクタ（スパイラルインダクタ、ワイヤーのインダクタンス成分、 FBARのインダクタンス成分、 MEMS等)を用いて構成できるようになるので、前記薄膜音響共振子フィルタの実現方法の選択肢が増える。例えば、 FBARフィルタチップそのものに、例えば半導体プロセスを用いて平衡不平衡変換機能を作りこむことも可能となる。

[0026] また、前記平衡不平衡変換器は、一つの入力端子と二つの出力端子とを有し、前記入力端子から得た信号を前記二つの出力端子に逆相で出力する一段の増幅回路からなり、前記入力端子を前記第 2不平衡端子とし、前記二つの出力端子を前記第 2平衡端子としてもよい。 [0027] この構成によれば、 FBARフィルタチップそのものに、例えば半導体プロセスを用

V、て平衡不平衡変棚能を作りこむ上で好適である。

[0028] また、前記薄膜音響共振子フィルタ素子は、第 1チップとして形成され、前記平衡不平衡変換器は、第 2チップとして形成され、信号の平衡不平衡変換機能を有する表面弾性波フィルタであるとしてもよ、。

[0029] この構成によれば、前記薄膜音響共振子フィルタ素子及び前記平衡不平衡変換器が何れもチップに形成されるので、この薄膜音響共振子フィルタを小型かつ低価格に実装する上で有利である。

[0030] 特に、前記薄膜音響共振子フィルタ素子では、主にフィルタリングを行！ヽ、表面弾性波フィルタでは主に平衡不平衡変換を行えば、ロスが少なぐ且つ平衡不平衡変換機能を有する薄膜音響共振子フィルタが実現できる。

[0031] また、前記第 1チップ及び前記第 2チップの一方の上に他方がフリップチップ実装されて、るとしてもよ！/、。

[0032] この構成によれば、フリップチップ実装を行うことで、前記薄膜音響共振子フィルタの小型化、低価格ィ匕を大きく推進できると同時に、接続部のインピーダンスを任意に設定することができ、設計自由度が向上するとともに、不要なインダクタンスを極力小さくすることが出来る。

[0033] また、前記薄膜音響共振子フィルタ素子と前記表面弾性波フィルタとが、一つの基板上に形成されて、るとしてもよ!/、。

[0034] この構成によれば、前記薄膜音響共振子フィルタ素子と前記表面弾性波フィルタとを半導体プロセスを用いて前記一つの基板に連続的に形成することができるので、低コスト化に寄与できる。

[0035] また、前記薄膜音響共振子フィルタ素子を構成する圧電薄膜が、前記基板とは別の基板上に形成された多層膜を転写することにより設けられるとしてもよい。

[0036] この構成によれば、前記別の基板上で形成された良好な膜質の圧電膜を用いて前記薄膜音響共振子フィルタ素子を構成できるので、良好な特性を有する薄膜音響共振子フィルタが容易に得られる。発明の効果 [0037] 本発明によれば、信号のフィルタリングを行う薄膜音響共振子フィルタ素子と、信号の平衡不平衡変換を行う平衡不平衡変翻とが、電気的に接続されると共に一体ィ匕することによって薄膜音響共振子フィルタを構成するので、前記薄膜音響共振子フィルタ素子本来の特性と平衡不平衡変 «能とを兼ね備えた薄膜音響共振子フィルタが得られる。前記薄膜音響共振子フィルタ素子及び前記平衡不平衡変換器は一体化され、この薄膜音響共振子フィルタを小型かつ低価格な一部品として提供することを可能にする。

図面の簡単な説明

[0038] [図 1]図 1は、第 1の実施形態における FBARフィルタの構成例を示すブロック図

[図 2]図 2 (a) (b) (c) (d)は、本発明の第 2の実施形態における FBARフィルタの構成例を示す上面図、底面図、および断面図

[図 3]図 3は、第 2の実施形態におけるバランを形成する内層パターンの一例を示す図

[図 4]図 4は、第 3の実施形態における FBARフィルタの構成例を示すブロック図 [図 5]図 5は、第 3の実施形態の変形例における FBARフィルタの構成例を示すプロック図

[図 6]図 6は、第 4の実施形態における FBARフィルタの構成例を示すブロック図 [図 7]図 7は、第 4の実施形態の変形例における FBARフィルタの構成例を示すプロック図

[図 8]図 8は、第 5の実施形態における FBARフィルタの構成例を示したブロック図 [図 9]図 9 (a) (b)は、第 6の実施形態における FBARフィルタの構成例を示すブロック図

[図 10]図 10 (a) (b) (c)は、第 7の実施形態における FBARフィルタの構成例を示す上面図と断面図

[図 11]図 11 (a) (b) (c) (d)は、第 8の実施形態における FBARフィルタの構成例を示す上面図と断面図

[図 12]図 12 (a) (b)は、第 9の実施形態における FBARフィルタの構成例を示す上面図と断面図 [図 13]図 13 (a) (b) (c) (d)は、第 10の実施形態における FBARフィルタの製造方法を示す図

[図 14]図 14 (a) (b)は、従来のフィルタを用いた無線回路の構成の一例を示すブロック図

符号の説明

101 入力端子

102、 103 出力端子 (差動片側）

104 FBARフィルタチップの出力端子

105 バランの入力端子

106、 107 バランの出力端子 (差動片側)

108 FBARフィノレタチップ

109 ノラン

110 λ /', 2ストリップライン

111、 112 λ 4ストリップライン

201、 211 キャップ

202、 212 多層基板

204、 214 FBARフィルタチップ

205、 215 ワイヤーボンディング

206、 216 内層パターン

207、 217 多層基板のパッド

209、 219 FBARフィルタチップのパッド

301、 304 GND層

302 λ / 2ストリップライン層

303 λハ 4ストリップライン層

305 バラン入力端子

306 2ストリップライン

307 λハ 1ストリップライン接地部

308 バラン差動出力端子 309 λ Ζ4ストリップライン

401 501、 601、 605、 701、 801 入力端子

402 403、 502、 503、 602、 603、 606、 607、 702、 703、 802、 803 出力端子

404 504 611、 704、 804 FBARフィルタ

405 505 ラットレース回路

406 407 408、 409 ポー卜

506 708 HPF

608 609 610 接続点

612 705 回路

613 614、 615、 616、

618 位相反転回路

706 位相回転回路

805 1段アンプ

806 FET

807 ゲート負荷

808 ドレイン負荷

809 ソース負荷

810

811 接地

1101、 1111 1211、 1213、 1304、 1306、 1404、 1406 入力端子

1102、 1103 1112、 1113、 1212、 1214、 1215、 1305、 1307、 1308、 1309 、 1310、 1405 1407、 1408 出力端子

1104、 1114 1115 接続点

1105、 1117 FBARフイノレタ

1106、 1116 SAWフィルタ

1201 実装基板

1202、 1301 FBARフィルタチップ 1203、 1302 SAWフィルタチップ

1311 フジップチップ

1401、 1501 圧電基板

1402 FBARフィルタ

1403、 1503 SAWフィルタ

1502 ダミー基板

1503 SAWフィルタ

1504 圧電膜

発明を実施するための最良の形態

[0040] (第 1の実施形態）

本発明の第 1の実施形態に係る FBARフィルタについて、図 1を用いて説明する。図 1は、本発明の第 1の実施形態に係る FBARフィルタの構成例を示すブロック図であって、この FBARフィルタは、チップに形成された FBARフィルタ 108、及びバラン 109から構成される。ここで、ノラン 109は、平衡不平衡変翻として用いられる。

[0041] FBARフィルタチップ 108は、不平衡の入出力端子 101、 104を持つ。バラン 109 は、先端オープンの λ Ζ2ストリップライン 110と 2つの先端ショートの λ Ζ4ストリップライン 111、 112力成り、 1つの入力端子 105と 2つの出力端子 106、 107を持ち、入力端子 105から入力された不平衡信号は、 λ Ζ2ストリップライン 110、 λ Ζ4ストリップライン 111、 112の結合により、平衡信号に変換され、 2つの出力端子 106、 107 カゝら出力される。この構成によって、平衡不平衡変能を有する FBARフィルタが実現される。さらに入出力端子の片方を受動素子と接続することで FBARフィルタの帯域内帯域外の周波数特性を安定させることが出来る。なお、このフィルタは、入出力が可逆である。

[0042] なお、図 1に示されるように、この FBARフィルタは、出力端子 102、 103を有している。

[0043] (第 2の実施形態）

本発明の第 2の実施形態に係る FBARフィルタについて、図 2を用いて説明する。この実施形態に係る FBARフィルタは、基板上に半導体プロセスを用いて形成し易 V、とヽぅ前述した特徴を活力ゝしてチップとして作製された FBARフィルタ素子を、信頼性を確保するため、例えば、多層基板に実装し、さらにセラミックパッケージ等に封止してなる。もちろん、セラミックパッケージ以外に、ステンレスキャップ等で封止することち考免られる。

[0044] 図 2 (a)はこの FBARフィルタをキャップ側から眺めた上面図（但し、キャップは図示しな、)、図 2 (b)はこの FBARフィルタの底面図、図 2 (c)はこの FBARフィルタの A A'断面図、図 2 (d)はこの FBARフィルタの変形例に係る断面図である。

[0045] 図 2 (c) (d)に見られるように、 FBARフィルタチップを格納する空間は、多層基板 2 02に突起を設ける（図 2 (c) )か、又はキャップ 211に突起を設ける（図 2 (d) )ことによつて作られる。

[0046] 図 2 (a) (b) (c)を用いてこの FBARフィルタの構成例について説明する。 FBARフィルタチップ 204は多層基板 202に実装される。多層基板 202の内層にはバランを構成する内層パターン 206が形成される。ノ《ランの構成については、後に詳しく述べる。

[0047] 多層基板 202にはパッド 207が形成され、多層基板のパッド 207と FBARフィルタチップのパッド 209との間はワイヤーボンディング 205により導通がなされる。そして、多層基板 202の上にキャップ 201が載置される。

[0048] 多層基板 202の底面には複数の端子 210が設けられる。例えば、 SIG101と記した端子は FBARフィルタチップ 204の端子の一つと多層基板 202の内部で接続され、 SIG102、 SIG103と記した端子はバランの平衡入出力端子と多層基板 202の内部で接続され、 GNDと記した端子は FBARフィルタ全体のグランドと接続される。

[0049] 次に、図 2 (d)を用いてこの FBARフィルタの他の構成例について説明する。 FBA Rフィルタチップ 214は多層基板 212に実装される。多層基板 212の内層にはバランを構成する内層パターン 216が形成される。なお、多層基板 212には多層基板のパッド 217が形成され、多層基板のパッド 217と FBARフィルタチップのパッド 219との間はワイヤーボンディング 215により導通がなされる。多層基板 212の上にキャップ 2 11が載置される。

[0050] 以下、図 3を用いて、多層基板 202の内層に構成されるバランについて説明する。図 3はバランを構成する各層のパターンの一例を層ごとに示している。グランド層 301 、 304で挟まれた、ノターン層 302、 303【こ ίま、 /2ストリップライン 306及び 2つの λ Ζ4ストリップライン 309が形成されている。

[0051] 入力端子 305から入力された不平衡信号は、接地スルーホール 307によって先端が接地に短絡された 2つの λ Ζ4ストリップラインに結合し、先端開放 λ Ζ2ストリップライン 306と先端短絡 λ Ζ4ストリップライン 309の結合により 2つの出力端子 308から平衡信号として出力される。

[0052] この実施形態に係る FBARフィルタでは FBARフィルタチップを実装するための多層基板 212の中にバランを作りこむことによって、バランを設けない場合と比較してサィズが大きくなることが無ぐ価格の大きな上昇もなしに、平衡不平衡変換機能を付加した FBARフィルタを提供することができる。なお、このフィルタは、入出力が可逆である。

[0053] (第 3の実施形態）

次に、本発明の第 3の実施形態に係る FBARフィルタについて、図 4を用いて説明する。図 4は、本発明の第 3の実施形態に係る FBARフィルタの構成例を示すブロック図であって、この FBARフィルタは、平衡不平衡変^ ^としてラットレース回路 405 を備える。

[0054] FBARフィルタチップ 404は、不平衡の入出力端子をもつ。ラットレース回路 405は図 4【こ示すよう【こ、ポート 406—ポート 407、ポート 407—ポート 408、ポート 408—ポート 409間は λ Ζ4離して配置し、ポート 406—ポート 409間は 3 λ Ζ4離して配置する。ポート 406から信号を入力する。ポート 407には、ポート 406から時計回りに λ Ζ 4だけリングを進んだ信号と、ポート 406から反時計回りに 5 λ Ζ4進んだ信号が到達する。これら 2つの信号は同相になり、足し合わされて、ポート 407に出力される。ポート 409は、ポート 406から見て時計回り、反時計回り共に 3 λ Ζ4の位置にあるので、信号は足し合わされて出力される。ポート 408にはポート 406から時計回りに λ Ζ2 進んだ信号と、ポート 406反時計回りに λ進んだ信号が到達し、これら 2つの信号名は逆相になるため打ち消され、信号は出力されない。この時、ポート 407とポート 409 の出力の位相は逆相になる。 [0055] 即ち、入力端子から入力された不平衡信号は、ラットレース回路 405によって平衡信号に変換される。この構成によって、 FBARフィルタに平衡不平衡変換機能を付加し、さらに入出力端子の片方を受動素子と接続することで FBARフィルタの帯域内帯域外の周波数特性を安定させることが出来る。なお、このフィルタは入出力が可逆である。なお、図 4に示されるように、この FBARフィルタは、入力端子 401、及び出力端子 402、 403を有している。

[0056] このようなラットレースを、 FBARフィルタチップを実装するための多層基板の内層に作りこむことにより、ラットレースを設けない場合と比較してサイズが大きくなることが無ぐ価格の大きな上昇もなしに、平衡不平衡変換機能を付加した FBARフィルタを提供することができる。

[0057] (変形例）

さらに、図 5のように、図 4に示すストリップラインを T型及び π型の LPF(Low Pass Filter)及び HPF (High Pass Filter)で構成することにより、同様にラットレース回路 50 5が構成できる。図 5では、 CLCの T型 HPF506を用いて構成されるそのような回路の一例を、 FBARフィルタ 504を含めて示している。この回路例は、図 4に示すストリップラインを集中定数のインダクタ (L)またはキャパシタ (C)に置換えたものである。このことによって、実装基板内層での構成や FBARチップの FBARフィルタと同チップ内に半導体基板上のコンデンサ（MIMキャパシタ、 IDT、 FBARの容量成分、 ME MS等）、インダクタ（スパイラルインダクタ、ワイヤーのインダクタンス成分、 FBARのインダクタンス成分、 MEMS等)で構成できるようになり、本発明の構成方法の選択肢が増える。また、 FBARフィルタチップそのものに、例えば半導体プロセスを用いて平衡不平衡変 «能を作りこむことも可能となる。

[0058] なお、図 5に示されるように、この FBARフィルタは、入力端子 501、及び出力端子 502、 503を有している。

[0059] (第 4の実施形態）

次に、本発明の第 4の実施形態に係る FBARフィルタについて、図 6を用いて説明する。図 6は、本発明の第 4の実施形態に係る FBARフィルタの構成例を示すブロック図であって、この FBARフィルタは、平衡不平衡変^ ^として、ウィルキンソン回路 612及び位相反転回路 618を備える。

[0060] ^フィルタチップ611は、不平衡の入出力端子をもつ。ウィルキンソン回路 61 2は、図 6に示すように、 1つの人力端子 605と、 2つの出力端子 606、 607を有し、人力端子 605から信号を入力し、出力端子 606、 607から分割された同相信号を取り出すものであって、この場合、出力端子 606、 607から出力される信号の大きさは 1 対 1である。

[0061] ウィルキンソン回路 612の構成は、図 6に示すように、入力端子 605と接続点 608との間にストリップライン 613を挿入し、接続点 608—接続点 609間、接続点 608—接続点 610間にそれぞれストリップライン 614、 615を挿入し、接続点 609—接続点 61 0間に 100 Ωの抵抗を挿入し、接続点 609—出力端子 606、接続点 610—出力端子 607間にそれぞれストリップライン 616、 617を挿入する。

[0062] 上記ストリップラインのインピーダンス、位相回転量を最適に選ぶことにより、入力端子 605から信号を入力し、出力端子 606、 607から分割された同相信号を取り出すことが可能となる。

[0063] 位相反転回路 618はストリップライン力も成り、インピーダンス、長さを最適に選ぶことにより、位相を 180度回転させる。

[0064] FBARフィルタの入力端子 601から入力された不平衡信号は、 FBARフィルタチップ 611でフィルタリングされ、ウィルキンソン回路 612により同相信号に変換され、位相反転回路 618によって、同相信号の片側を 180度位相回転させることで、平衡信号に変換され、 FBARフィルタの出力端子 602、 603力ら出力される。

[0065] この構成によって、 FBARフィルタに平衡不平衡変^ ¾能を付カ卩し、さらに入出力端子の片方を受動素子と接続することで FBARフィルタの帯域内帯域外の周波数特性を安定させることが出来る。なお、このフィルタは入出力が可逆である。

[0066] このようなウィルキンソン回路 612及び位相回転回路 618を、 FBARフィルタチップを実装する多層基板の内層に作りこむことにより、これらの回路を設けない場合と比較してサイズが大きくなることが無ぐ価格の大きな上昇もなしに、平衡不平衡変能を付加した FBARフィルタを提供することができる。

[0067] (変形例）さらに、図 7のように、図 6のストリップラインを T型及び π型の LPF (Low Pass Filter )及び HPF (High Pass Filter)で構成することにより、同様にウィルキンソン回路 705 及び位相回転回路 706が構成できる。図 7では、 CLCの T型 HPF708を用いて構成されるそのような回路の一例を、 FABRフィルタ 704を含めて示している。この回路例は、図 6に示すストリップラインを集中定数のインダクタ (L)またはキャパシタ (C)に置換えたものである。このこと〖こよって、実装基板内層での構成や FBARチップの FBA Rフィルタと同チップ内に半導体基板上のコンデンサ（MIMキャパシタ、 IDT、 FBA Rの容量成分、 MEMS等）、インダクタ（スパイラルインダクタ、ワイヤーのインダクタンス成分、 FBARのインダクタンス成分、 MEMS等）で構成できるようになり、本発明の構成方法の選択肢が増える。また、 FBARフィルタチップそのものに、例えば半導体プロセスを用いて平衡不平衡変換機能を作りこむことも可能となる。

[0068] なお、図 7に示されるように、 FBARフィルタは、入力端子 701、及び出力端子 702 、 703を有している。

[0069] (第 5の実施形態）

次に、本発明の第 5の実施形態に係る FBARフィルタについて、図 8を用いて説明する。図 8は、本発明の第 5の実施形態に係る FBARフィルタの構成例を示すブロック図であって、この FBARフィルタは、平衡不平衡変^ ^として、 1段アンプ 805を備える。

[0070] FBARフィルタチップ 804は、不平衡の入出力端子をもつ。 1段アンプ（バイアス回路は図示せず） 805は、 FET806、ゲート負荷 807を有し、さらに FET806のドレインと電源 810間にドレイン負荷 808、ソースと接地 811間にソース負荷 809が接続され、電源を印加し、ゲートから信号を入力し、ドレインとソース力信号を取り出す構成である。ソース負荷 809とドレイン負荷 808を適切に選択することにより、同じ信号レベルで、逆位相の信号を取り出すことが出来る。

[0071] すなわち、入力端子 801から入力された不平衡信号は、 1段アンプ 805を用いて平衡信号に変換され、出力端子 802、 803から出力される。この構成によって、平衡不平衡変能を有する FBARフィルタが実現される。

[0072] (第 6の実施形態）本発明の第 6の実施形態に係る FBARフィルタについて、図 9 (a) (b)を用いて説明する。

[0073] 図 9 (a)は、本発明の第 6の実施形態に係る FBARフィルタの構成例を示すブロック図であって、この FBARフィルタは、チップに形成された FBARフィルタチップ 1105 、及びチップに形成された SAWフィルタチップ 1106から構成される。ここで、 SAW フィルタチップ 1106は、平衡不平衡変翻として用いられる。

[0074] FBARフィルタチップ 1105は、不平衡の入出力端子 1101、 1104を持ち、 SAWフィルタチップ 1106は、平衡不平衡変換機能を有し、 1つの入力端子 1104と 2つの出力端子 1102、 1103を持ち、入力端子 1104から入力された不平衡信号は、平衡信号に変換され、 2つの出力端子 1102、 1103力ら出力される。この FBARフィルタチップ 1105の出力端子と SAWフィルタチップ 1106の入力端子とを接続することで、平衡不平衡変棚能を付加された FBARフィルタが実現できる。この構成にお、て、 FBARフィルタチップ 1105では主にフィルタリングを行い、 SAWフィルタチップ 11 06では主に平衡不平衡変換を行うことで、ロスが少なぐ且つ平衡不平衡変換機能を有する FBARフィルタが実現できる。なお、このフィルタは、入出力が可逆である。

[0075] 図 9 (b)は、本発明の第 6の実施形態に係る FBARフィルタの他の構成例を示すブロック図であって、この FBARフィルタは、チップに形成された SAWフィルタチップ 11 16、及びチップに形成された FBARフィルタチップ 1117から構成される。ここで、 S AWフィルタチップ 1116は、平衡不平衡変^ ^として用いられる。

[0076] SAWフィルタチップ 1116は、平衡不平衡変換機能を有し、 1つの入力端子 1111 と 2つの出力端子 1114、 1115を持ち、入力端子 1111から入力された不平衡信号は、平衡信号に変換され、 2つの出力端子 1114、 1115から出力される。 FBARフィルタチップ 1117は、一側の不平衡の入出力端子 1114、 1115、及び他側の不平衡の入出力端子 1112、 1113を持つ。この SAWフィルタチップ 1116の出力端子と FB ARフィルタチップ 1117の一側の入出力端子とを接続することで、平衡不平衡変換機能を有する FBARフィルタが実現できる。

[0077] (第 7の実施形態）

本発明の第 7の実施形態に係る FBARフィルタについて、図 10を用いて説明する [0078] 図 10 (a)はこの FBARフィルタの上面図、図 10 (b)はこの FBARフィルタの横断面図、図 10 (c)はこの FBARフィルタの変形例に係る横断面図である。

[0079] この FBARフィルタは、実装基板 1201、 FBARフィルタチップ 1202、 SAWフィルタチップ 1203を有し、 FBARフィルタチップ 1202は、不平衡の入出力端子 1211、 1 212を持ち、 SAWフィルタチップ 1203は、平衡不平衡変換機能を有し、 1つの入力端子 1213と 2つの出力端子 1214、 1215を持ち、入力端子 1213から入力された不平衡信号は、平衡信号に変換され、 2つの出力端子 1214、 1215から出力される。

[0080] FBARフィルタチップ 1202の出力端子と SAWフィルタチップ 1203の入力端子とを接続することで、平衡不平衡変能を付加された FBARフィルタが実現できる。この構成において、 FBARフィルタチップ 1202では、主にフィルタリングを行い、 SA Wフィルタチップ 1203では主に平衡不平衡変換を行うことで、ロスが少なぐ且つ平衡不平衡変能を有する FBARフィルタが実現できる。なお、このフィルタは、入出力が可逆である。さらに、 FBARフィルタと SAWフィルタの接続部をワイヤボンディングのみで短く接続することで、不要なインダクタンスを極力小さくすることが出来る。

[0081] さら〖こ、図 10 (c)に示すよう〖こ、 FBARチップ、 SAWチップを、実装基板上にフリツプチップ実装することで接続部のインピーダンスを任意に設定することができ、設計自由度が向上する。

[0082] (第 8の実施形態）

本発明の第 8の実施形態に係る FBARフィルタについて、図 11を用いて説明する

[0083] 図 11 (a) (b)は、 SAWチップ実装前の FBARフィルタの上面図及び断面図、図 11

(c) (d)は、 SAWチップ実装後の FBARフィルタの上面図及び断面図である。

[0084] この FBARフィルタは、 FBARフィルタチップ 1301と SAWフィルタチップ 1302とから構成される。 FBARフィルタチップ 1301には FBARフィルタ素子（全体としての FB ARフィルタと区別して FBARフィルタ素子と呼ぶ） 1303力例えば半導体プロセスを用いて形成され、 SAWフィルタチップ 1302が FBARフィルタチップ 1301表面にフリップチップ実装されている。 [0085] FBARフィルタ素子 1303は、不平衡の入出力端子 1304、 1305を持ち、 SAWフィルタチップ 1302は、平衡不平衡変換機能を有し、 1つの入力端子 1306と 2つの出力端子 1307、 1308を持ち、入力端子 1306から入力された不平衡信号は、平衡信号に変換され、 2つの出力端子 1307、 1308力ら出力される。 SAWフィルタチップ 1 302をフリップチップ実装によって FBARフィルタチップ 1301に実装し、 FBARフィルタの出力端子と SAWフィルタの入力端子を接続することで、平衡不平衡変換機能を付加された FBARフィルタが実現できる。この構成において、 FBARフィルタ素子 1 303では、主にフィルタリングを行い、 SAWフィルタチップ 1302では主に平衡不平衡変換を行うことで、ロスが少なぐ且つ平衡不平衡変換機能を有する FBARフィルタが実現できる。なお、このフィルタは、入出力が可逆である。

[0086] なお、 011 (a)にお!/、て、出力端子 1309、 1310ίま SAWフイノレタチップ 1302をノンプ 1311の接合によってフリップチップ実装したとき、出力端子 1307、 1308と接続される。

[0087] さらに、 FBARフィルタと SAWフィルタの接続部をフリップチップ実装で短く接続することで不要なインダクタンスを極力小さくすることが出来る。さらに、 FBARフィルタ素子 1303の真上に SAWフィルタチップ 1302をチップオンチップ実装すれば、より小型なフィルタを提供できる。

[0088] (第 9の実施形態）

本発明の第 9の実施形態に係る FBARフィルタについて、図 12を用いて説明する

[0089] 図 12 (a) (b)は、それぞれ本発明の第 9の実施形態に係る FBARフィルタの上面図及び断面図である。

[0090] FBARフィルタは、共通の圧電基板 1401上に、 FBARフィルタ素子 1402及び SA Wフィルタ 1403が形成されてなる。

[0091] FBARフィルタ素子 1402は、不平衡の入出力端子 1404、 1405を持ち、 SAWフィルタ 1403は、平衡不平衡変換機能を有し、 1つの入力端子 1406と 2つの出力端子 1407、 1408を持ち、入力端子 1406から入力された不平衡信号は、平衡信号に変換され、 2つの出力端子 1407、 1408力ら出力される。 FBARフィルタ素子 1402 の出力端子 1405と SAWフィルタ 1403の入力端子 406を接続することで、平衡不平衡変能を付加された FBARフィルタが実現できる。また、 FBARフィルタ素子 14 02では、主にフィルタリングを行い、 SAWフィルタ 1403では主に平衡不平衡変換を行うことで、ロスが少なぐかつ平衡不平衡変能を有する FBARフィルタが実現できる。なお、このフィルタは、入出力が可逆である。

[0092] また、このような FBARフィルタ素子、及び SAWフィルタは、半導体プロセスを用いて圧電基板上に連続的に形成できるので、低コスト化に寄与できる。

[0093] (第 10の実施形態）

図 13は、本発明のフィルタに係る製造方法の一例を示した図である。予め SAWフィルタ 1503が形成された圧電基板 1501と FBAR用の圧電膜 1504が形成されたダミー基板 1502を準備し、圧電膜 1504を圧電基板 1501に転写する。 FBARフィルタの特性を大きく支配する圧電膜の膜質は、圧電膜形成時の基板に大きく依存するため、 SAWフィルタの基板上に FBAR用の良好な圧電膜を直接形成することは困難であることから、前述した製造方法に従って予め別の基板に圧電膜のみ作成し、それを転写することで良好な特性を有する FBARフィルタが得られる。

[0094] この製造方法に従って作られた FBARフィルタも、本発明に含まれる。

産業上の利用可能性

[0095] 本発明の FBARフィルタは、携帯電話等の無線機器に特に好適に用いられる。

Claims

請求の範囲

[1] 信号のフィルタリングを行う薄膜音響共振子フィルタ素子と、

信号の平衡不平衡変換を行う平衡不平衡変^^と

を備え、

前記薄膜音響共振子フィルタ素子と前記平衡不平衡変換器とが、電気的に接続されると共に一体化されてヽる

ことを特徴とする薄膜音響共振子フィルタ。

[2] 前記薄膜音響共振子フィルタ素子は、二つの第 1不平衡端子を有するか、又は二組の第 1平衡端子を有し、それらの端子間で信号のフィルタリングを行い、

前記平衡不平衡変は、一つの第 2不平衡端子と一組の第 2平衡端子とを有し、それらの端子間で信号の平衡不平衡変換を行い、

前記薄膜音響共振子フィルタ素子が二つの第 1不平衡端子を有する場合、前記第 1不平衡端子の一方と前記第 2不平衡端子とが接続され、前記第 1不平衡端子の他方と前記第 2平衡端子との間で信号のフィルタリングと共に平衡不平衡変換を行い、前記薄膜音響共振子フィルタ素子が二組の第 1平衡端子を有する場合、前記第 1 平衡端子の一組と前記第 2平衡端子とが接続され、前記第 1平衡端子の他の一組と前記第 2不平衡端子との間で信号のフィルタリングと共に平衡不平衡変換を行うことを特徴とする請求項 1に記載の薄膜音響共振子フィルタ。

[3] 前記平衡不平衡変換器は基板の表面又は内部に形成され、

前記薄膜音響共振子フィルタ素子は前記基板に実装されている

ことを特徴とする請求項 1に記載の薄膜音響共振子フィルタ。

[4] 前記平衡不平衡変換器はバランである

ことを特徴とする請求項 3に記載の薄膜音響共振子フィルタ。

[5] 前記平衡不平衡変翻はラットレース回路である

[6] 前記ラットレース回路が、インダクタとコンデンサとを用いて T型もしくは π型に構成される位相回転回路力なる

ことを特徴とする請求項 5に記載の薄膜音響共振子フィルタ。

[7] 前記平衡不平衡変換器は、

一つの合成端子と二つの分配端子とを有するウィルキンソン回路と、

二つの第 3不平衡端子を有し、それらの端子間で信号を 2分の 1波長位相回転させる位相回転回路とからなり、

前記分配端子の一方と前記第 3不平衡端子の一方とが接続され、

前記合成端子を前記第 2不平衡端子とし、

前記分配端子の他方と前記第 3端子の他方とを前記第 2平衡端子とすることを特徴とする請求項 3に記載の薄膜音響共振子フィルタ。

[8] 前記ウィルキンソン回路及び前記位相回転回路の少なくとも一方が、インダクタとコンデンサとを用いて T型もしくは π型に構成される位相回転回路力もなる

ことを特徴とする請求項 7に記載の薄膜音響共振子フィルタ。

[9] 前記平衡不平衡変換器は、

一つの入力端子と二つの出力端子とを有し、前記入力端子から得た信号を前記二つの出力端子に逆相で出力する一段の増幅回路からなり、

前記入力端子を前記第 2不平衡端子とし、

前記二つの出力端子を前記第 2平衡端子とする

[10] 前記薄膜音響共振子フィルタ素子は、第 1チップとして形成され、

前記平衡不平衡変換器は、第 2チップとして形成され、信号の平衡不平衡変換機能を有する表面弾性波フィルタである

[11] 前記第 1チップ及び前記第 2チップの一方の上に他方がフリップチップ実装されている

ことを特徴とする請求項 11に記載の薄膜音響共振子フィルタ。

[12] 前記薄膜音響共振子フィルタ素子と前記表面弾性波フィルタとが、一つの基板上に形成されている

[13] 前記薄膜音響共振子フィルタ素子を構成する圧電薄膜が、前記基板とは別の基板上に形成された多層膜を転写することにより設けられることを特徴とする請求項 12に記載の薄膜音響共振子フィルタ。