專利名稱:使用表面聲波濾波器的雙工器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明總體上涉及一種使用表面聲波濾波器的雙工器。
背景技術(shù):
近來,隨著移動通信系統(tǒng)的發(fā)展,移動電話和便攜式信息設(shè)備已經(jīng)得到廣泛普及。許多制造商在終端設(shè)備的小型化和高性能化方面進(jìn)行了大量工作。一些移動電話可同時處理模擬系統(tǒng)和數(shù)字系統(tǒng),并且使用諸如800MHz-1GHz頻段和1.5GHz-2.0GHz頻段的各種頻帶。
移動電話的近期發(fā)展集中于遵循多樣化的系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的終端功能的擴(kuò)展。例如,存在具有模擬和數(shù)字系統(tǒng)的雙模移動電話、以及符合TDMA(時分多址)和CDMA(碼分多址)的雙頻移動電話。還存在處理諸如800MHz頻段和1.9GHz頻段的組合,或者900MHz頻段和1.8GHz或1.5GHz頻段的組合的兩個頻段的雙頻段移動電話。這種趨勢要求提高在這些移動電話中使用的諸如濾波器的部件的性能。而且還需要使設(shè)備小型化并降低成本。
在復(fù)雜的終端設(shè)備中使用了一些類型的天線雙工器。電介質(zhì)型雙工器對發(fā)送濾波器和接收濾波器使用電介質(zhì)。復(fù)合濾波器對發(fā)送濾波器和接收濾波器中的一個使用電介質(zhì)而對另一個使用表面聲波(SAW)濾波器。還存在另一種類型的雙工器,該雙工器僅使用SAW濾波器。該電介質(zhì)型雙工器具有相對大的尺寸并且難以使便攜式終端設(shè)備小型化和變薄。復(fù)合濾波器具有與上述相同的問題。
使用多個SAW濾波器的雙工器具有模塊型,其中在印刷電路板上安裝有多個濾波器和相位匹配電路;集成型,具有陶瓷多層封裝,該封裝容納發(fā)送濾波器和接收濾波器以及相位匹配電路。這些濾波器的體積大致等于電介質(zhì)型雙工器的1/3至1/15并且高度大致等于電介質(zhì)型雙工器的1/2至1/3。可以以與制造電介質(zhì)型雙工器幾乎相同的成本來制造小型化和變薄的SAW雙工器。
通過使用如日本專利申請公報No.10-126213中所述的陶瓷多層封裝,或者通過使用其上安裝有兩個濾波器的單個芯片或者采用不需要接合引線的倒裝芯片安裝技術(shù)可以實現(xiàn)進(jìn)一步的小型化。即使在使用任何致力于進(jìn)一步的小型化的手段時,采用氣密地密閉的封裝來容納兩個濾波器和相位匹配電路也是必要的。
倒裝焊接(facedown bonding)有助于小型化。相反地,引線接合由于需要大尺寸(尤其在高度方面)以設(shè)置用于引線接合的焊盤并防止引線與用于氣密地密封的封蓋接觸,所以限制了小型化。在日本專利申請公報NO.11-26623或No.2003-101385中提出了使用倒裝焊接的SAW雙工器。然而,這些方案并沒有說明如何減少一個濾波器的特性對與其相鄰的其他濾波器的特性的影響。希望在其他的濾波器中只觀測到低到-40dB至-50dB的小的影響。
日本專利申請公報No.8-18393公開了一種夾在用于相位匹配的多個接地層之間的線路圖案,該線路圖案布線在封裝的兩個層上。將帶狀線路的特性阻抗設(shè)計為具有大于外部電路的特性阻抗的值。然而,該設(shè)置需要在線路圖案和接地圖案之間盡可能地留有距離,以保持帶狀線路的特性阻抗高于外部電路的特性阻抗。該要求限制了小型化。夾有線路圖案的多個接地層被設(shè)置在安裝到封裝底部的底腳焊盤(footpad)的上方,從而在小型化方面存在困難。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有改進(jìn)的帶外衰減的小型化的雙工器。
本發(fā)明的目的通過如下的雙工器來實現(xiàn),該雙工器包括具有不同中心頻率的兩個表面聲波(SAW)濾波器;匹配該兩個SAW濾波器的相位的相位匹配電路;其中容納有這些SAW濾波器和該相位匹配電路的封裝,該封裝具有其上倒裝安裝有SAW濾波器芯片的芯片安裝層(die-attachedlayer);以及設(shè)置在該芯片安裝層和位于該芯片安裝層下面的底層上的接地線路圖案,該接地線路圖案形成電感。
本發(fā)明的上述目的還通過如下的雙工器來實現(xiàn),該雙工器包括具有第一和第二表面聲波(SAW)濾波器的芯片,該第一和第二表面聲波濾波器具有不同的中心頻率;匹配該第一和第二SAW濾波器的相位的相位匹配電路;以及其中容納有該第一和第二SAW濾波器和該相位匹配電路的封裝,將第一和第二SAW濾波器的諧振器沿SAW的傳播方向并排設(shè)置,該芯片具有位于諧振器更外側(cè)的多個焊盤。
本發(fā)明還包括一種配備有上述雙工器的電子設(shè)備。
通過結(jié)合附圖閱讀以下的具體說明,本發(fā)明的其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得明了,其中圖1A是根據(jù)本發(fā)明一實施例的雙工器的概要框圖;圖1B是圖1A中所示的雙工器的頻率特性曲線;圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的雙工器的封裝的剖面視圖;圖3A是已去除封蓋的圖2中所示的雙工器的平面視圖;圖3B是圖2中所示的雙工器的濾波器芯片的平面視圖;圖4A、4B、4C、4D、4E、4F和4G表示圖2中所示的雙工器的封裝的各層;圖5是圖4B中所示的芯片安裝層的放大視圖;圖6是圖2中所示的雙工器的等價電路圖;圖7A是一對比雙工器的接收系統(tǒng)的電路圖;圖7B是圖2中所示的雙工器的接收系統(tǒng)的電路圖;圖8是圖2中所示的雙工器的接收濾波器的濾波器特性曲線;圖9是圖2中所示的雙工器的變形例的剖面視圖;圖10表示作為帶狀線路的地到地距離的函數(shù)的特性阻抗的變化;圖11A是圖2中所示的雙工器的濾波器特性曲線;圖11B是圖2中所示的雙工器的接收端口的反射特性曲線;
圖12A、12B和12C表示各信號間的封裝單獨(dú)隔離(package aloneisolation);圖13A、13B、13C和13D表示圖2中所示的封裝的各層;圖14是圖2中所示的雙工器的濾波器特性曲線;圖15A是圖2中所示的雙工器的頻率特性曲線;圖15B是圖2中所示的雙工器的隔離特性曲線;以及圖16是配備有根據(jù)本發(fā)明的雙工器的電子設(shè)備的框圖。
具體實施例方式
下面將參照圖1A和1B對根據(jù)本發(fā)明一實施例的雙工器的概要進(jìn)行說明。圖1A示意性地表示了雙工器的電路構(gòu)成,而圖1B表示了雙工器的頻率特性。在圖1B中,水平軸表示頻率,該頻率隨著該水平軸上的位置向右移動而升高,而垂直軸表示通過強(qiáng)度(pass intensity),該通過強(qiáng)度隨著該垂直軸上的位置向上移動而增加。
參照圖1A,雙工器100具有兩個濾波器12(F1)和13(F2)、相位匹配電路11、公共端子14、發(fā)送端子15和接收端子16。該公共端子14用于與通過天線來接收和發(fā)送波的外部電路進(jìn)行連接。該外部電路可以是傳輸電纜。該發(fā)送端子15用于與設(shè)置在雙工器100外部的發(fā)射機(jī)進(jìn)行連接。通過發(fā)送電路15將來自發(fā)射機(jī)的具有所期望的中心頻率的發(fā)送信號提供給雙工器100。接收端子16用于與設(shè)置在雙工器100的外部的接收器進(jìn)行連接。通過接收端子16將具有所期望的中心頻率的接收信號從雙工器100提供給接收機(jī)。濾波器12和13以及相位匹配電路11容納在多層陶瓷封裝中。濾波器12和13是具有不同通帶中心頻率F1和F2的相應(yīng)SAW濾波器。例如,濾波器12是發(fā)送濾波器,而濾波器13是接收濾波器。在這種情況下,接收濾波器的中心頻率F2高于發(fā)送濾波器的中心頻率F1。該1.9GHz頻段的雙工器在F1和F2之間僅具有大約100MHz的頻率差。
將相位匹配電路11設(shè)置為用來抑制濾波器12和13之間的干涉。現(xiàn)假設(shè)Z1表示通過從公共端子14觀測濾波器12而得到的特性阻抗,而Z2表示通過從公共端子14觀測濾波器13而得到的特性阻抗。由于相位匹配電路11的作用,當(dāng)從公共端子14輸入的信號具有頻率F1時,在濾波器12側(cè)的特性阻抗Z1等于公共端子14的特性阻抗,而在濾波器13側(cè)的特性阻抗為無窮大并且反射系數(shù)等于1。當(dāng)從公共端子14輸入的信號具有頻率F2時,在濾波器13側(cè)的特性阻抗Z2等于公共端子14的特性阻抗,而在濾波器12側(cè)的特性阻抗為無窮大并且反射系數(shù)等于1。
圖2是根據(jù)本發(fā)明一實施例的雙工器的剖面視圖。圖3A是該雙工器的平面視圖,并且顯示了已去除封蓋的封裝。圖3B顯示了容納在該封裝中的濾波器芯片的主表面。
參照圖2,雙工器100具有疊層封裝120、封蓋128、濾波器芯片129、相位匹配線路圖案132和133,以及連接路徑(側(cè)堞形結(jié)構(gòu)(sidecastellations))135。
疊層封裝120具有由六個層121-126組成的多層結(jié)構(gòu)。層121為封蓋安裝層。層122為芯片安裝層。層123為接地層。層124為相位匹配線路圖案層。層125為接地層。層126為相位匹配線路圖案層或底腳焊盤層。
疊層封裝120的層121至126可以由具有大約8至9.5的介電常數(shù)(ε)的氧化鋁陶瓷或玻璃陶瓷制成。例如,疊層封裝120的尺寸為3.8mm×3.8mm×1.4mm,其中“1.4mm”為厚度。
濾波器芯片129具有一壓電基板,在該壓電基板上設(shè)置有梳狀電極、反射器和與該梳狀電極相連以形成濾波器電路的布線圖案。濾波器芯片129具有圖1中所示的兩個濾波器12和13。例如,發(fā)送濾波器12由一梯型(ladder-type)SAW濾波器形成,而接收濾波器13由另一梯型SAW濾波器形成。該梯型SAW濾波器包括以梯型方式連接的多個單端口SAW諧振器。圖3A和3B示意性地顯示了這些SAW諧振器,其中將包含在發(fā)送濾波器12中的SAW諧振器表示為發(fā)送諧振器138,而將包含在接收濾波器13中的SAW諧振器表示為接收諧振器137。濾波器芯片129的壓電基板可以是鉭酸鋰(LiTaO3)的壓電單晶,該壓電基板可以是42°Y切斷X傳播基板。位于該壓電基板上的梳狀電極、反射器以及布線圖案由導(dǎo)電材料制成。例如,通過濺射法在壓電基板上形成金屬或合金層或者多個合金層的疊層,并且對其進(jìn)行光刻曝光和蝕刻。該合金可以包含作為主要成分的Al,例如Al-Cu或Al-Mg。該疊層可以是Al-Cu/Cu/Al-Cu、Al/Cu/Al、Al/Mg/Al、Al-Mg/Mg/Al-Mg。可以將發(fā)送濾波器12和接收濾波器13形成在分離的壓電基板上。
封蓋安裝層121限定了封裝中的分段部分。由該分段部分限定的空間限定容納該濾波器芯片129的腔,該濾波器芯片129以面朝下的狀態(tài)(倒裝安裝)安裝在該腔中。
封蓋128安裝在封蓋安裝層121的頂部。封蓋128將該濾波器芯片129氣密地密封在該腔中。封蓋128可以具有Au鍍層或Ni鍍層。疊層封裝120在側(cè)面上具有多個溝槽1351-13512,每個溝槽具有半圓形截面。在以下內(nèi)容中,將溝槽1351-13512指定為標(biāo)號135,除非提及某一特定的溝槽。該疊層封裝120的四個側(cè)面中的每一個側(cè)面具有三個溝槽135。溝槽135從封蓋安裝層121一直貫通到相位匹配線路圖案/底腳圖案層127。對每個溝槽135設(shè)置一導(dǎo)電層,以使得可以限定一連接路徑(側(cè)堞形結(jié)構(gòu))。也將該連接路徑指定為標(biāo)號135。連接路徑135進(jìn)行層間連接,并且用作為進(jìn)行外部連接的端子。
芯片安裝層122限定其上安裝濾波器芯片129的安裝表面,并且提供一用于形成各種布線圖案的區(qū)域。濾波器芯片129通過芯片安裝層122上的焊盤上的多個凸點(diǎn)(bump)131與該焊盤相連。凸點(diǎn)131可以是Au凸點(diǎn)。
在接地層123和125的上表面上形成接地圖案134。該接地圖案134覆蓋接地層123和125的上表面的大部分區(qū)域。
在相位匹配線路圖案層124和126的上表面上設(shè)置相位匹配線路圖案132和133。圖案132和133形成圖1中所示的相位匹配電路11。用于相位匹配的線路圖案132和133布置在這兩個層上,以使得盡管顯著地減小封裝120的尺寸也可以獲得所期望的電感值。線路圖案132和133具有大約80μm至120μm的寬度,并且與接地圖案134一起用作為帶狀線路。相位匹配線路圖案132和133可以由包含銅(Cu)、銀(Ag)或鎢(W)作為主要成分的導(dǎo)電材料制成。線路圖案132和133可以通過在層124和126上淀積導(dǎo)電膜并且通過絲網(wǎng)印刷等進(jìn)行構(gòu)圖來形成。
底腳焊盤127是用于進(jìn)行外部連接的端子,并且被設(shè)置在封裝120的最底層。底腳焊盤127用作為圖1中所示的公共端子14、發(fā)送端子15和接收端子16。封裝120的最底層是相位匹配線路/底腳焊盤層126。底腳焊盤127通過布線線路135和/或形成在疊層封裝120中的多個通孔與雙工器100中的電路相連。底腳焊盤127包括一根本不與該雙工器內(nèi)的電路相連的焊盤。
如圖3A所示,由于去除了封蓋128而呈現(xiàn)出濾波器芯片129、封蓋安裝層121以及部分芯片安裝層122。顯示圖3A以從上方觀察整個濾波器芯片129。密封圈136設(shè)置在封蓋安裝層121上。該密封圈136可以是鍍有Ni或Au的Cu膜。在該密封圈136上安裝封蓋128。封蓋安裝層121具有位于其中心的窗口139。窗口139限定了容納濾波器芯片129的腔。將密封圈136連接到位于封裝120側(cè)面上的中點(diǎn)的連接路徑1352、1355、1358、13511、以及除連接路徑13512以外的其他連接路徑。
圖4A到4G顯示了雙工器100的封裝120的各層。圖4A顯示了封蓋安裝層121,而圖4B顯示了芯片安裝層122。圖4C顯示了接地層123,而圖4D顯示了相位匹配線路圖案層124。圖4E顯示了接地層125。圖4F顯示了相位匹配圖案/底腳焊盤層126的上表面,而圖4G顯示了其下表面。圖5是芯片安裝層122的放大平面視圖。
圖4A中所示的封蓋安裝層121具有位于其中心的窗口139。通過去除封蓋128可以呈現(xiàn)出窗口139。
將濾波器芯片129倒裝安裝在圖4B和5中所示的芯片安裝層122上。
現(xiàn)在,為了便于說明,對圖4G中所示的相位匹配線路圖案/底腳焊盤層126的底部進(jìn)行說明。層126的底部是該雙工器100的安裝表面。將雙工器100的該安裝表面安裝在電路板(未示出)上。在該安裝表面上,設(shè)置有分別與連接路徑1352、1358和13511(見圖4A)相連的發(fā)送底腳焊盤1271、接收底腳焊盤1272以及公共端子底腳焊盤1273。這些底腳焊盤可以稱為底腳堞形結(jié)構(gòu)。底腳焊盤1271、1272以及1273用作為外部連接端子,通過這些底腳焊盤可以進(jìn)行與電路板上的電極的電連接。發(fā)送底腳焊盤1271與圖1中所示的雙工器100的發(fā)送端子15相對應(yīng),而接收底腳焊盤1272與接收端子16相對應(yīng)。公共底腳焊盤1273與雙工器100的公共端子14相對應(yīng)。
返回到圖4B和5,在芯片安裝層122的上表面上設(shè)置信號圖案141、142和143,以及接地圖案144、145、146、147、148、149和150。將該濾波器芯片129設(shè)置為使得其上設(shè)置有多個凸點(diǎn)131(圖1)的濾波器芯片129的表面與芯片安裝層122的上表面相對。將凸點(diǎn)131與信號圖案141-143和接地圖案144-149電連接。如圖3A和3B所示,將接合焊盤設(shè)置在周邊區(qū)域,以使得可以容易地對該布線線路進(jìn)行布線。
除圖4B和5以外,現(xiàn)在將參照圖6對芯片安裝層122進(jìn)行進(jìn)一步的說明。圖6是雙工器100的電路圖。發(fā)送濾波器12具有相連以形成四級梯型排列的多個發(fā)送諧振器(單端口SAW諧振器)。將四個諧振器S1-S4設(shè)置在串聯(lián)支路中,并且將兩個SAW諧振器P1和P2設(shè)置在并聯(lián)支路中。串聯(lián)支路中的諧振器S1和S2共享該并聯(lián)支路中的諧振器P1。類似地,串聯(lián)支路中的諧振器S3和S4共享另一個并聯(lián)支路中的諧振器P2。接收濾波器13具有多個接收諧振器(單端口SAW諧振器),這些SAW諧振器相連以形成五級梯型排列。將四個諧振器S11-S14設(shè)置在串聯(lián)支路中,并且將四個諧振器P11-P14設(shè)置在并聯(lián)支路中。諧振器S13和S14共享并聯(lián)諧振器P14。將電感器L21和L22分別與諧振器P1和P2串聯(lián)。電感器L23將電感器L21和L22接地。將電感L1-L4分別與關(guān)聯(lián)諧振器P11-P14串聯(lián)。諧振器P11-P14分別通過電感器L1-L4接地。符號C1-C3表示寄生電容。
返回到圖4B和5,發(fā)送信號圖案141通過連接路徑1352與層126的底部上的底腳焊盤1271相連。接收信號圖案142通過連接路徑1358與層126的底部上的接收底腳焊盤1272相連。公共信號圖案143通過連接路徑13511與層126的底部上的公共端子焊盤1273相連。接地布線圖案144為接收濾波器13提供接地,并且通過連接路徑1353與圖4A中所示的密封圈136以及圖4G中所示的接地圖案153相連。接地布線圖案144和連接路徑1353形成電感L1,并聯(lián)諧振器P11通過該電感L1接地。
接地布線圖案145為接收濾波器13提供接地,并且與圖4A中所示的密封圈136以及圖4G中所示的接地圖案153相連。接地布線圖案145和連接路徑1354形成電感L2,并聯(lián)諧振器P12通過該電感L2接地。
接地布線圖案145為接收濾波器13提供接地,并且通過連接路徑1355與圖4G中所示的接地圖案153相連。接地布線圖案146和連接路徑1355形成電感L3,并聯(lián)諧振器P13通過該電感L3接地。
接地布線圖案147通過通孔619與圖4C中所示的芯片安裝層122下面的接地層123上的接地布線圖案154相連。接地圖案154通過連接路徑1356與圖4A中所示的密封圈136和圖4G中所示的接地圖案153相連。接地布線圖案147和154是接收濾波器13的接地。接地布線圖案147和154、通孔619以及連接路徑1356形成電感L4,并聯(lián)諧振器P14通過該電感L4接地。并聯(lián)諧振器P14由物理上一致的兩個諧振器電構(gòu)成。因此,電感L4大于電感L1至L3,以使得可以改善帶外抑制。例如,將大到1.3-1.8nH的電感L4連接到并聯(lián)諧振器P14,同時將小到0.4-0.7nH的電感L1-L3分別連接到并聯(lián)諧振器P11-P13。該設(shè)置改善了帶外抑制。
可以通過將濾波器芯片129倒裝安裝在芯片安裝層122上而形成的長接地布線線路,以及通過使用芯片安裝層122上的接地圖案147和接地層123上的接地圖案154來提供比較大的電感L4。應(yīng)該注意的是,可以形成大的電感L4而無需任何接合引線。
接地布線圖案148為發(fā)送濾波器12提供接地,并且通過一端與濾波器芯片129相連,并且通過另一端與接地布線圖案150相連。接地布線圖案148形成該接地線路中的電感L21,并聯(lián)諧振器P2通過該接地線路接地。
接地布線圖案149為發(fā)送濾波器12提供接地,并且通過一端與濾波器芯片129相連,并且通過另一端與接地布線圖案150相連。接地布線圖案149形成該接地線路中的電感L22。接地布線圖案148和149在與接地布線圖案150相連的一節(jié)點(diǎn)處相連接。接地布線圖案150通過通孔604與形成在圖4C中所示的接地層123上的接地布線圖案155相連。接地布線圖案155通過連接路徑13512與圖4G中所示的接地圖案153相連。該接地布線圖案150和155、通孔604以及連接路徑13512形成該接地線路中的電感L23。
可以通過將濾波器芯片129倒裝安裝在芯片安裝層122上而形成的長接地布線線路,以及通過使用芯片安裝層122上的接地圖案和接地層123上的接地圖案來提供電感L21-23。應(yīng)該注意的是,可以形成電感L21-L23而無需任何接合引線。
可以通過改變接地布線線路的長度和/或其寬度來調(diào)節(jié)電感值。
在圖4D所示的相位匹配線路圖案層124上形成相位匹配線路圖案132。圖案132在同一平面上的多個點(diǎn)處不是直的而是彎曲的,以確保所期望的長度。帶狀線路的接地由分別在位于相位匹配線路圖案132上方和下方的接地層123和125(圖2中的接地層134)上形成的接地圖案151和152提供。
通過形成在圖4C所示的接地層123中的通孔603將相位匹配線路圖案132的一端與芯片安裝層122上的公共端子的線路圖案143相連。將線路圖案143的一端與濾波器芯片129相連,而其另一端通過連接路徑13511與最底層126的底部上的公共端子底腳焊盤1273相連。通過穿透圖4E所示的接地層125的通孔602將相位匹配線路圖案132的另一端與圖4F所示的最底層126上的相位匹配線路圖案133的一端相連。通過穿透圖4E所示的接地層125、圖4D所示的圖案層124以及圖4C所示的接地層123的通孔601將相位匹配線路圖案133的另一端與圖4B所示的芯片安裝層122上的布線圖案156相連。
優(yōu)選地,如圖4D和4F所示,位于比較上層的相位匹配線路圖案132和位于比較下層的相位匹配線路圖案133具有彼此交叉的部分。交叉部分的存在減少了圖案132和133之間的干涉。通過使位于較低層的相位匹配線路圖案133比位于較高層的圖案132更長的設(shè)計,可以使特性阻抗穩(wěn)定。
通過連接路徑1351、1357、1359和13510將圖4A所示的封蓋安裝層121上的密封圈(GND)136與圖4C和4E所示的接地圖案151和152相連。
通過連接路徑1351、1353、1356、1357、1359和13510將圖4A所示的封蓋安裝層121上的密封圈(GND)136與圖4G所示的接地圖案153相連。利用通孔611-618使圖4C所示的接地層123上的接地圖案151與圖4E所示的接地圖案152相連。通過通孔612、613、616和617使圖4E所示的接地層125上的接地圖案152與圖4G所示的最底層126上的接地圖案153相連。
將分別形成在芯片安裝層122和接地層123上的接地布線圖案147和154設(shè)置在層124上的相位匹配線路圖案132上方。因此,該相位匹配電路11由該接地平面從上方覆蓋,以使相位匹配電路11的特性阻抗穩(wěn)定。
現(xiàn)將參照圖7A和7B對圖6中所示的雙工器的接收器濾波器13進(jìn)行說明。
圖7A是一對比雙工器的接收系統(tǒng)的電路圖,而圖7B是根據(jù)本實施例的雙工器100的接收系統(tǒng)的電路圖。圖7B中所示的電路與圖6中所示的接收系統(tǒng)相對應(yīng)。參照圖7A,該接收系統(tǒng)具有公共端子14、接收端子15、帶狀線路32(相位匹配線路)、以及諧振器組37。圖7B中所示的接收系統(tǒng)具有公共端子14、接收端子15、帶狀線路132和133(相位匹配線路)、以及諧振器組137。如圖7A所示,該對比雙工器采用如下的構(gòu)成從并聯(lián)諧振器延伸的多個接地線路在單個節(jié)點(diǎn)處連接在一起,該節(jié)點(diǎn)然后通過電感L接地。相反,雙工器100具有如下的構(gòu)成并聯(lián)諧振器P1-P4分別與電感L1-L4相連,并且與接地的單個節(jié)點(diǎn)相連。需要注意的是,在該公共節(jié)點(diǎn)和地之間沒有電感。圖7B所示的這種獨(dú)特的接地結(jié)構(gòu)帶來了以下優(yōu)點(diǎn)。
圖8是該對比雙工器和根據(jù)本實施例的雙工器100的濾波器特性曲線。如[1]所示,在公共節(jié)點(diǎn)和地之間連接有電感的對比雙工器不具有良好的帶外抑制。相反,在公共節(jié)點(diǎn)和地之間沒有任何電感的雙工器100具有經(jīng)改善的帶外抑制。特別地,在高頻側(cè)的帶外抑制得到顯著改善。
在圖2中,三個接地圖案134在相鄰圖案之間具有相等的距離。相反,如將作為本實施例的變形而進(jìn)行說明的,這些接地圖案在不同的相鄰圖案對之間具有不同的距離。這種獨(dú)特的構(gòu)造產(chǎn)生了顯著的效果。
圖9是本發(fā)明上述實施例的變形的剖面視圖,其中對與上述附圖中所示相同的部件賦予相同的標(biāo)號。圖9中所示的雙工器200具有疊層封裝220、濾波器芯片129、相位匹配線路圖案132和133、以及封蓋128。疊層封裝220由六個層121-126組成,該六個層121-126用于本發(fā)明的上述實施例中。將相位匹配線路圖案132和133分別形成在層124和126上,并且串聯(lián)連接。這使得相位匹配的大電感值成為可能。
為了使相位匹配線路的特性阻抗穩(wěn)定,應(yīng)該將其夾在地之間。應(yīng)該注意的是,當(dāng)?shù)卦诖怪被蚋叨确较蜃兊眠h(yuǎn)離底腳焊盤127時,該地具有比底腳焊盤地更大的電感。這導(dǎo)致特性阻抗中的大的變化。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)當(dāng)減小該相位匹配線路圖案和位于該相位匹配線路圖案上方和下方的地之間的距離時,可以減小該特性阻抗的變化。
圖10是作為上下帶狀線路的地到地距離的函數(shù)的特性阻抗的變化曲線。該曲線的水平軸表示帶狀線路的長度,而垂直軸表示特性阻抗。如圖10所示,下帶狀線路在相位匹配線路的特性阻抗方面具有小的變化。相反,上帶狀線路在相位匹配線路的特性阻抗方面具有大的變化。從上述實驗可以看出,應(yīng)該使上阻抗匹配線路上的線路到地距離小于下阻抗匹配線路上的線路到地距離,由此可以使相位匹配線路的特性阻抗穩(wěn)定,并且可以減小上下帶狀線路之間的特性阻抗差。該相位匹配線路的穩(wěn)定的特性阻抗減少了在線路中發(fā)生的反射,并且改善了插入損失。
根據(jù)上述觀點(diǎn),將圖9中所示的雙工器200設(shè)計為滿足H1<H2,其中H1表示上接地層和中間接地層134之間的距離,而H2表示中間接地層和下接地層134之間的距離。
圖10還顯示了相位匹配線路132和133,當(dāng)相位匹配線路132和133具有低于外部電路的特性阻抗(即低于50Ω)時,它們具有相對小的特性阻抗的變化。通過相對于每個相位匹配線路132和133使上下地之間的距離變小,特性阻抗將變得低于50Ω。這有助于小型化。
認(rèn)為在圖10中在大約7mm至10mm范圍內(nèi)所觀察到的特性阻抗的波動是由于測量裝置的探測器的影響而導(dǎo)致的。然而,在該范圍內(nèi)的實際特性阻抗可以是穩(wěn)定的。
現(xiàn)將對形成相位匹配電路11的相位匹配線路圖案132和133的特性阻抗進(jìn)行說明。更具體地,圖11A顯示了雙工器100的濾波器特性,而圖11B顯示了接收端子16(接收端口)的反射特性。圖11A的水平軸表示頻率,而其垂直軸表示插入損失。符號①表示當(dāng)相位匹配線路的特性阻抗高于外部電路的特性阻抗時的相位匹配線路的特性阻抗。符號②表示當(dāng)相位匹配線路的特性阻抗低于外部電路的特性阻抗時的相位匹配線路的特性阻抗。
如圖11A所示,當(dāng)相位匹配線路圖案132和133的特性阻抗高于與接收端子16相連的外部電路的特性阻抗時,雙工器100具有比相位匹配線路圖案132和133的特性阻抗相對較低的情況更好的插入損失。如圖11B所示,當(dāng)相位匹配線路圖案132和133的特性阻抗低于與接收端子16相連的外部電路的特性阻抗時,通帶的環(huán)形變得較小,因此可以提高阻抗匹配。
疊層封裝120具有良好的端子到端子隔離。圖12A、12B和12C顯示了信號之間的封裝單獨(dú)隔離(其中沒有安裝SAW芯片)。更具體地,圖12A顯示了發(fā)送端子15和公共端子14之間的隔離。圖12B顯示了公共端子14和接收端子16之間的隔離。圖12C顯示了發(fā)送端子15和接收端子16之間的隔離。在這些附圖中,符號①表示對比雙工器的隔離,其中在發(fā)送信號圖案141(圖4B)和相位匹配線路圖案132和133之間以及接收信號圖案142和相位匹配線路圖案132和133之間沒有提供接地。符號②表示根據(jù)本實施例的雙工器的隔離,其中在信號線路和相位匹配線路圖案132和133之間提供接地圖案134(圖4C所示的接地圖案151)。接地圖案134將芯片安裝層122上的發(fā)送線路141和接收線路142與相位匹配線路圖案132和133電隔離,因此可以大大地改善隔離。
圖13A至13D顯示根據(jù)本實施例的雙工器100的疊層封裝的一些層。更具體地,圖13A顯示了封蓋安裝層121,而圖13B顯示了芯片安裝層122。圖13C顯示了接地層123,而圖13D顯示了底腳焊盤層126。在此省略了相位匹配線路圖案層124和接地層125。盡管圖13A至13D已在圖4A、4B、4C和4G中顯示,但是為了便于更好地理解以下說明,再次顯示這些附圖。如圖13A至13D所示,發(fā)送接地圖案150和155,以及接收接地圖案147和154僅通過底腳焊盤153連接在一起。例如,發(fā)送接地圖案155與連接路徑13512相連,該連接路徑13512僅與形成在底腳焊盤表面上的接地圖案153相連,并且不與圖13A中所示的封蓋安裝層121上的密封圈136相連(見虛線圓圈)。即,發(fā)送接地圖案155僅通過底腳焊盤表面上的接地圖案153與接收地相連。該與發(fā)送接地圖案155的連接方式對于發(fā)送接地圖案150和接收接地圖案147和154也有效。因此,如圖14所示可以改善發(fā)送系統(tǒng)和接收系統(tǒng)之間的隔離(如箭頭所示)。圖14還顯示了對比示例(其中圖13A中所示的連接路徑13512與密封圈136相連)的隔離特性(從發(fā)送端子到接收端子的導(dǎo)通特性)。圖14的曲線的水平軸表示頻率,而垂直軸表示插入損失(抑制程度)。
如圖3A和3B所示,在根據(jù)本實施例的雙工器100中,沿SAW傳播方向并排設(shè)置了發(fā)送濾波器12的多個諧振器138和接收濾波器13的多個諧振器137。濾波器芯片129配備有多個凸點(diǎn)(焊盤)131,這些凸點(diǎn)131被設(shè)置為使得SAW濾波器12和13被插入在這些凸點(diǎn)131之間。換言之,這些凸點(diǎn)131位于諧振器137和138的更外側(cè)。這種設(shè)置使得可以在濾波器芯片129上的相鄰?fù)裹c(diǎn)131之間保持適當(dāng)?shù)木嚯x,并且改善發(fā)送系統(tǒng)和接收系統(tǒng)的隔離。優(yōu)選地,濾波器芯片129的背面(與其電路設(shè)置表面相對)具有適當(dāng)?shù)拇植诙?,以避免濾波器芯片129中產(chǎn)生的體波的影響。該粗糙的背面導(dǎo)致漫反射,并且減少了發(fā)射濾波器12和接收濾波器13之間的干涉。
如圖5所示,發(fā)送線路141和相位匹配電路11的輸入部分基本上平行并且彼此間隔開。類似地,接收線路142和相位匹配電路11的輸出基本上平行并且彼此間隔開。因此可以在濾波器芯片129的多個凸點(diǎn)之間保持適當(dāng)?shù)木嚯x,并且可以改善隔離。將相位匹配電路11的輸入和輸出的倒裝芯片接合焊盤對角設(shè)置,以使得可以提高對相位匹配線路圖案進(jìn)行布線的自由度。
簡言之,根據(jù)本發(fā)明的雙工器100具有一封裝,該封裝容納具有不同中心頻率的兩個SAW濾波器12和13、以及匹配這些SAW濾波器的相位的相位匹配電路11,其中這些SAW濾波器的芯片129倒裝安裝在芯片安裝層122上,并且在芯片安裝層122和層122下方的接地層123上形成用于實現(xiàn)電感L4、L21-L23的接地線路圖案147、154、148、149、150和155。通過該結(jié)構(gòu),可以形成長接地線路,并且可以實現(xiàn)大的電感而不需要引線。因此,可以實現(xiàn)具有高性能的緊湊型雙工器。這樣形成的接地線路可以應(yīng)用于濾波器12或13或者兩者。
在雙工器100中,層122和123上的接地布線圖案147、154、148、149、150以及155通過形成在疊層封裝120中的通孔603、602以及601串聯(lián)連接,以使得該接地線路貫穿這兩個層,并且足夠地長以獲得目標(biāo)電感值。
圖15A顯示了雙工器100的發(fā)送濾波器和接收濾波器的頻率特性,而圖15B顯示了其隔離特性(從發(fā)送端子到接收端子的導(dǎo)通特性)。從這些曲線可以看出,雙工器100具有大的帶外抑制以及小的插入損失。雙工器200具有與圖15A和15B相似的特性。
圖16是配備有上述雙工器100或200的電子設(shè)備的框圖。該電子設(shè)備為移動電話,并且圖16顯示了其發(fā)送系統(tǒng)和接收系統(tǒng)。為簡便起見,從圖16中省略了諸如移動電話的語音處理系統(tǒng)的其他構(gòu)成部分。
該移動電話具有RF(射頻)部分270、調(diào)制器271以及IF(中頻)部分272。該RF部分270包括天線273、雙工器274、低噪聲放大器283、級間濾波器284、混頻器(乘法器)275、本機(jī)振蕩器276、級間濾波器277、混頻器(乘法器)278、級間濾波器279以及功率放大器280。通過調(diào)制器271對來自語音處理系統(tǒng)的語音信號進(jìn)行調(diào)制。通過RF部分270的混頻器278將調(diào)制信號與來自本機(jī)振蕩器276的本機(jī)信號進(jìn)行混頻。如此獲得的混頻器278的增頻變換信號(up-converted signal)通過級間濾波器279和功率放大器280,并提供給雙工器274。
雙工器274具有發(fā)送濾波器2741、接收濾波器2742、以及相位匹配電路(未示出),并且由雙工器100或200形成。將來自功率放大器280的發(fā)送信號通過雙工器274的發(fā)送濾波器2741提供給天線273。來自天線273的接收信號通過雙工器274的接收濾波器2742,并且通過低噪聲放大器283和級間濾波器284提供給混頻器275?;祛l器275通過級間濾波器277接收來自本機(jī)振蕩器275的本機(jī)信號,并且將其與所接收的信號進(jìn)行混頻。將如此獲得的混頻器275的降頻變換信號(down-converted signal)提供給IF部分272,其中調(diào)制器282通過級間濾波器281接收該降頻變換信號,并將其解調(diào)為原始語音信號。
圖16所示的配備有本發(fā)明的雙工器的移動電話具有小型化的尺寸和優(yōu)異的濾波器特性。
本發(fā)明并不限于特定的公開實施例,在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下可以進(jìn)行其他實施方式、變化和改進(jìn)。
本發(fā)明基于2003年4月28日提交的日本專利申請No.2003-124385,并且在此引入其全文以供參考。
權(quán)利要求
1.一種雙工器,其包括具有不同中心頻率的兩個表面聲波濾波器;匹配所述兩個表面聲波濾波器的相位的相位匹配電路;用于在其中容納所述表面聲波濾波器和所述相位匹配電路的封裝,該封裝具有一芯片安裝層,在該芯片安裝層上倒裝安裝有所述表面聲波濾波器的芯片;以及設(shè)置在所述芯片安裝層和位于所述芯片安裝層下面的底層上的多個接地線路圖案,這些接地線路圖案形成多個電感。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙工器,其中所述雙工器包括下述的結(jié)構(gòu),在該結(jié)構(gòu)中位于所述芯片安裝層和所述底層上的所述多個接地線路圖案通過設(shè)置在所述封裝中的通孔進(jìn)行連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙工器,其中所述多個接地線路圖案具有不同的寬度和/或長度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙工器,其中所述兩個表面聲波濾波器具有由多個串聯(lián)諧振器和多個并聯(lián)諧振器組成的多個級;并且與由兩個級共享的所述多個并聯(lián)諧振器之一相連的所述多個接地線路圖案之一比與專門用于所述多個級之一中的所述多個并聯(lián)諧振器中的另一個相連的所述多個接地線路圖案中的另一個更長。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙工器,其中所述封裝還具有另一個層,在該層上設(shè)置有形成所述相位匹配電路的第一相位匹配線路圖案;并且所述多個接地線路圖案包括在所述第一相位匹配線路圖案上方布線的接地布線線路。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙工器,其中所述封裝包括第一相位匹配圖案層,其上形成有所述相位匹配電路的第一相位匹配線路圖案;第二相位匹配圖案層,其上形成有所述相位匹配電路的第二相位匹配線路圖案,該第二相位匹配圖案層位于該第一匹配圖案層下面;第一、第二以及第三接地圖案,這些接地圖案被設(shè)置為使得所述第一相位匹配線路圖案被插入在所述第一和第二接地圖案之間,而所述第二相位匹配線路圖案被插入在所述第二和第三接地圖案之間,所述第一和第二接地圖案之間的距離與所述第二和第三接地圖案之間的距離不同。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的雙工器,其中所述第一和第二接地圖案之間的距離小于所述第二和第三接地圖案之間的距離。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙工器,其中所述相位匹配電路包括一相位匹配線路圖案,該相位匹配線路圖案的阻抗小于與所述雙工器耦接的外部電路的阻抗。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的雙工器,其中所述第一和第二相位匹配線路圖案具有多個交叉部分。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的雙工器,其中所述第二相位匹配線路圖案比所述第一相位匹配線路圖案更長。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的雙工器,其中所述第一接地圖案插入在所述芯片安裝層和所述第一相位匹配線路圖案之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙工器,其中所述多個接地線路圖案包括包含在所述雙工器的接收系統(tǒng)中的接收接地線路圖案;并且所述接收接地線路圖案僅與所述封裝的封蓋安裝層上的接地圖案和形成在所述封裝的最底層上的底腳焊盤相連。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的雙工器,其中所述多個接地線路圖案包括包含在所述雙工器的發(fā)送系統(tǒng)中的發(fā)送接地線路圖案;并且該發(fā)送接地線路圖案僅通過所述底腳焊盤與所述接收接地線路圖案相連。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙工器,其中所述芯片安裝層具有與所述芯片的主表面上的多個焊盤相連的多個倒裝芯片接合焊盤。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙工器,其中所述相位匹配電路包括在所述封裝的多個層上布線的一線路圖案;并且該線路圖案的多個端部被對角設(shè)置在所述多個層中的一個層上。
16.一種雙工器,其包括具有第一和第二表面聲波濾波器的芯片,該第一和第二表面聲波濾波器具有不同的中心頻率;匹配所述第一和第二表面聲波濾波器的相位的相位匹配電路;以及用于在其中容納所述第一和第二表面聲波濾波器和所述相位匹配電路的封裝,所述第一和第二表面聲波濾波器的多個諧振器沿表面聲波傳播方向并排設(shè)置,所述芯片具有位于所述多個諧振器更外側(cè)的多個焊盤。
17.一種電子設(shè)備,其包括天線;與所述天線相連的雙工器;以及與所述雙工器相連的發(fā)送系統(tǒng)和接收系統(tǒng),所述雙工器包括具有不同的中心頻率的兩個表面聲波濾波器;匹配所述兩個表面聲波濾波器的相位的相位匹配電路;用于在其中容納所述表面聲波濾波器和所述相位匹配電路的封裝,該封裝具有其上倒裝安裝有所述表面聲波濾波器的芯片的芯片安裝層;以及設(shè)置在所述芯片安裝層和位于所述芯片安裝層下面的底層上的多個接地線路圖案,這些接地線路圖案形成多個電感。
18.一種電子設(shè)備,其包括天線;與所述天線相連的雙工器;以及與所述雙工器相連的發(fā)送系統(tǒng)和接收系統(tǒng),所述雙工器包括具有第一和第二表面聲波濾波器的芯片,該第一和第二表面聲波濾波器具有不同的中心頻率;匹配所述第一和第二表面聲波濾波器的相位的相位匹配電路;以及用于在其中容納所述第一和第二表面聲波濾波器和所述相位匹配電路的封裝,所述第一和第二表面聲波濾波器的多個諧振器沿表面聲波傳播方向并排設(shè)置,所述芯片具有位于所述多個諧振器更外側(cè)的多個焊盤。
全文摘要
一種雙工器,其包括具有不同的中心頻率的兩個表面聲波濾波器;匹配所述兩個表面聲波濾波器的相位的相位匹配電路;其中容納有所述表面聲波濾波器和所述相位匹配電路的封裝,該封裝具有其上倒裝安裝有所述表面聲波濾波器的芯片的芯片安裝層;以及設(shè)置在所述芯片安裝層和位于所述芯片安裝層下面的底層上的多個接地線路圖案,這些接地線路圖案形成多個電感。
文檔編號H03H9/10GK1543065SQ200410037579
公開日2004年11月3日 申請日期2004年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月28日
發(fā)明者巖本康秀, 志, 松田隆志 申請人:富士通媒體部品株式會社, 富士通株式會社