滤波器、通信模组以及通信装置的制作方法

专利名称：滤波器、通信模组以及通信装置的制作方法
技术领域：
这里讨论的实施例涉及允许预定频带信号通过的滤波器。
背景技术：
近些年来，与移动通信设备(诸如便携式电话)的市场增长一样，服务也已经日趋成熟。随着这些，通信网络所利用的频带已经变成1GHz或更高的频带，并且还存在朝着多个通道的趋势发展。 图1是图示相关高频可变滤波器的构造的电路图。图1中所示的高频可变滤波器包括多个通道滤波器101a-101c以及切换器102a-102b。通道滤波器101a-101c的通带彼此不同。来自输入端子103的高频信号输入经由切换器102a-102b所选择的一个通道滤波器从输出端子104输出。通过切换上述切换器102a-102b，可以改变高频可变滤波器的通带。 例如，日本未审查专利公开JP-A 10-335903和JP-A 2007-174438公开了此前所描述的那种包括多个通道滤波器和切换器的高频可变滤波器。 但是，图1所示的构造包括与通道数相等的滤波器数。为此，与高频可变滤波器的尺寸增大一样，成本也增加。另外，每个切换器中产生信号丢失。 近些年来，已经注意到使用MEMS(微电机系统)切换器和可变电容器的小可变滤波器。MEMS器件(诸如，MEMS切换器)可以使用到高Q(品质因素)的高频带可变滤波器。
"D. Peroulis等 人 的"Tunable Lumped Components with ApplicationstoReconfigurable MEMS Filters", 2001 IEEE MTT-S Digest,第341-344页"、"E. Fourn等人的"MEMS Switchable Interdigital Coplanar Filter", IEEE Trans. Microwave TheoryTech.，第51巻，第1期，第320-324页，2003年1月"，and" A. A. Tami jani等人的"Miniatureand Tunable Filters Using MEMSCapacitors，，， IEEE Trans. Microwave Theory Tech.，第51巻，第7期，第1878-1885页，2003年7月"公开了之前描述的那种MEMS器件。
由于MEMS器件的较小尺寸和低成本，其经常用于CPW分布常数谐振器(CPW :共面波导)。 "A. A. Tami jani 等 人 的"Miniature and Tunable Filters UsingMEMSC即acitors，，， IEEE Trans. Microwave Theory Tech.，第51巻，第7其月，第1878_1885页，2003年7月"公开一种滤波器，在其结构中，多个MEMS可变电容器桥接三个分布常数线。在此滤波器中，通过偏移可变电容器以改变可变电容器和分布常数线之际的间隙，可以改变电容。通过改变电容器的电容，可以改变滤波器的通带。在"A. A. Tami jani等 人 的"Miniature and Tunable Filters UsingMEMSC即acitors，，， IEEE Trans. Microwave Theory Tech.，第51巻，第7其月，第1878_1885页，2003年7月"中，使用石英和玻璃作为衬底材料。另外，可变电容器的驱动电极布置在衬底上形成的接地线和信号线之间的间隙中。另外，线的长度由衬底的介电系数限定。
在之前已知的分布常数滤波器，带通越低，则尺寸越大。例如，主要的移动通信设备(诸如可移动电话)的可用频带大致为800MHz-6GHz。但是，当频带为800MHz_6GHz时，因为波长较长，则分布常数滤波器的尺寸对于实际应用而言太大了 。例如，在通过使用陶瓷衬底(介电系数e = 9. 4)将电长度为A /2的传输线制造成在800MHz下工作的物理长度约为77mm的75 Q微带线的情况下，难于将滤波器放入紧凑型的手持无线通信客户端。
通过使用高介电常数的衬底，可以在某种程度上縮短线的长度。但是，当衬底介电系数变高而不能够形成具有高特征阻抗的分布常数线时，在滤波器构造中没有自由度。例如，在使用介电系数e为80的衬底形成微带线的情况下，即使信号线和接地线之间的距离增大到600iim，50Q (或其他近似电阻)信号线可以仅取20 y m的宽度。为此，传输丢失增加。接着，存在通过增大衬底介电系数而减小滤波器尺寸的限制。

发明内容
—种滤波器，包括衬底；形成于衬底上的信号线，包括信号线两端处的输入端子和输出端子；以及第一对谐振线，连接在信号线和接地部分之间，其中，所述第一对谐振线
在相同点:连接到信号线。因此，该实施例的一个方面的目的在于减小滤波器的尺寸。


图1是相关滤波器构造的电路图；图2是实施例中滤波器的电路图；图3是耦合电路连接于其中的滤波器的构造的电路图；图4A-4N是耦合电路的电路图；图5是图示滤波器另一种构造的电路图；图6A是其中谐振线连接到共用接地线的构造的平面图；图6B是其中谐振线形成为弧形的构造的平面图；图7A是沿图6B中线A-A所取的可变滤波器元件的谐振线的平面7B是沿图7A的线Z-Z所取的剖视图；图8A-8G是图示制造可变滤波器元件的处理的剖视图；图9是通信模组的构造的框图；图10是包括可变滤波器的通信模组的构造的框图；图11是通信设备的构造的框图；以及图12是包括可变滤波器的通信设备的构造的框图。
具体实施例方式1.滤波器的构造 1-1.包括谐振线对的滤波器 图2是图示作为此实施例的滤波器示例的带通滤波器的基本构造的电路图。如图2所示，在本实施例的带通滤波器中，输入线2a连接到输入端子1。输入线2a连接接触点3。谐振线2b和谐振线2c连接在接触点3和接地之间。就是说，谐振线2b和2c在相同的接触点并联连接到信号线，所述信号线连接输入端子l和输出端子4。输出线2d连接在接触点3和输出端子4之间。另外，输入线2a、谐振线2b和2c以及输出线2d由分布常数传
输线形成。在此实施例中，并在相同点并联连接的两条谐振线定义为"谐振线对"。 图2中所示的滤波器的输入_输出阻抗例如取50 Q 。另外，谐振线2b和2c的阻
抗低于至少所述输入线2a和输出线2d的阻抗，在本实施例中，例如取20 Q 。 谐振线2b和2c的长度为(A /8) Xn(n为正整数)，在图2所示的滤波器中，他们
的长度为A /4(即，n = 2) 。
A是本实施例中滤波器中在分布常数传输线中所提取的信号
的频率(谐振线2b和2c的谐振频率)的波长(谐振波长)。另外，谐振线2b和2c中的每
一个是指一端连接到接地的谐振器，其由分布常数传输线形成。通过这样将每个谐振线2b
和2c的一端连接到接地，经由输入线2a输入到谐振线2b和2c信号通过从谐振线2b和2c
的接地端全部反射而被滤波，使得能够从输出端子4中提取期望的频率信号。 已经描述了这样的示例，其中谐振线2b和2c连接到接地，但是他们具有开路端也
是可以接受的。 通过将谐振线并联连接到信号线并且信号线中相同位置连接多个谐振线(如上 所述)，与其中串联连接线长度为A/2的多个谐振器的滤波器(迄今已知的技术)相比，可 以縮短输入线2a和输出线2d之间的线长度，所以可以沿信号线方向减小滤波器的尺寸。
另外，在图2中所示的滤波器中，谐振线2b和2c对沿着连接输入端子1和输出端 子4的信号线设置在彼此相对的位置。由于这个，可以高密度地设置谐振线，所以可以进一 步沿信号线方向减小滤波器的尺寸。即使在谐振线相对于信号线设置在相同侧(一侧)的 情况下，也可以沿信号线方向减小滤波器的尺寸。
1-2.包括多个谐振线对的滤波器 图3示出包括多个谐振线对的滤波器的电路图。在图3所示的滤波器中，输入线 12a连接到输入端子l。输入线12a连接接触点13a。谐振线12b和谐振线12c连接在接 触点13a和接地之间。S卩，谐振线12b和12c并联连接到接触点13a。另外，谐振线12b和 12c连接到信号线中的相同位置(接触点13a)。同时，在滤波器的输出侧，输出线12g连接 在接触点13b和输出端子4之间。谐振线12e和谐振线12f连接在接触点13b和接地之间。 即，谐振线12e和12f并联连接到接触点13b。另外，谐振线12e和12f连接到信号线中的 相同位置(接触点13b)。在本实施例中，已经描述了这样的示例，其中谐振线12b、12c、12e 和12f连接到接地，但是他们具有开路端也是可以接受的。 耦合电路14连接在接触点13a和接触点13b之间。耦合电路14是耦合滤波器中 的接触点13a和接触点13b的电路。耦合电路14例如可以由串联连接在接触点13a和接 触点13b之间的电容器来实现。 另外，在图3所示的滤波器中，优选地，谐振线12b、12c、12e和12f的阻抗至少低 于滤波器的输入-输出阻抗。这样构造使得来自输入端子1的信号(电流)流入谐振线 12b、12c、12e和12f。在本实施例中，作为示例，滤波器的输入_输出阻抗取50 Q ，谐振线 12b、 12c、 12e和12f的阻抗取20 Q 。 在图3所示的滤波器中，输入到输入端子1的信号经由输入线12a输入到谐振线 12b和12c。因为每个谐振线12b和12c的一端连接到接地，满足谐振线12b和12c的谐振 条件的信号从谐振线12b和12c的接地端全部反射，但是不满足谐振条件的信号(通过被 接地或反射到输入端侧)被减弱(滤波)。从谐振线12b和12c的接地端全部反射的信号经由耦合电路14输入到谐振线12e和12f。以如上所述的相同方法，在谐振线12e和12f
中执行信号的滤波，并且经滤波的信号经由输出线12g从输出端子4输出。因为在每个谐
振线中仅滤波预定频带信号，所以可以从输出端子4输出预定频带信号。 下面，将给出关于耦合电路14的具体构造的描述。如之前所述，耦合电路14可以
仅由电容器实现，但是各种其他形式也是可以想到的。 图4A-4C是图示代表性的耦合电路的图。图4A中所示的耦合电路图示其输入侧 和输出侧由一个电路模块连接。其是这样的电路，输入侧和输出侧例如由分布常数元件14a 作为电路模块连接。分布常数元件14a的电长度为分布常数元件14a的阻抗逼近滤 波器的输入-输出阻抗(例如，约50Q)，大于谐振线的阻抗(例如，20Q)。
图4B所示的耦合电路是Ji型耦合电路的示例。在Ji型耦合电路中，输入侧和输 出侧由电路模块141连接，而电路模块141的两端和接地由电路模块142和143连接。
图4C所示的耦合电路是T型耦合电路的示例。在T型耦合电路中，输入侧和输出 侧由两个电路模块145和146连接，而其之间的点和接地由电路模块147连接。这些电路 模块由分布常数元件或集中常数元件实现。分布常数元件例如是微带线，而集中常数元件 是电感器、电容器等。另外，电路模块由单独元件或其组合电路实现。
图4D-4L图示Ji型耦合电路的示例。 图4D所示的耦合电路包括连接到连接输入端子和输出端子之间的信号线的电容 器Cl、以及连接在信号线和接地之间的两个电感器Ll和L2。 图4E所示的耦合电路图示其中电路模块141包括多个元件的电路。此耦合电路 包括串联连接到信号线的两个分布常数元件14b和14c以及电容器Cll以及连接在信号线 和接地之间的两个电感器Lll和L12。 图4F所示的耦合电路包括连接到信号线的分布常数元件14d以及连接在信号线 和接地之间的两个电感器L21和L22。 图4G所示的耦合电路图示其中每个电路模块141-143包括组合并联连接的电感 器和电容器的电路。耦合电路是这样的电路，其中并联连接的电感器L31和电容器C31的 组合连接到信号线，并联连接的电感器L32和电容器C32的组合以及并联连接的电感器L33 和电容器C33的组合连接在信号线和接地之间。 图4H所示的耦合电路是这样的电路，其中并联连接的电容器L41和电容器C41的
组合连接到信号线，两个电容器C42和C43连接在信号线和接地之间。 图41所示的耦合电路是这样的电路，其中分布常数元件14e连接到信号线，并联
连接的电感L51和电容C51以及并联连接的电感器L52和电容器C52的组合连接在信号线
和接地之间。 图4J所示的耦合电路图示这样的电路，其包括其中并联连接的电感器和电容器 组合并且多个组合进一步连接的电路模块141。此耦合电路是这样的电路，其中并联连接 的电感器L60和电容器C61与并联连接的电感器L61和电容器C62的组合串联连接到信号 线，而并联连接的电感器L62和电容器C63的组合与并联连接的电感器L63和电容器C64 连接在信号线和接地之间。 图4K所示的耦合电路是这样的电路，其中电容器C61与并联连接的电感器L61和 电容器C62的组合串联连接到信号线，而并联连接的电感器L62和电容器C63的组合与并联连接的电感器L63和电容器C64连接在信号线和接地之间。 图4L所示的耦合电路是这样的电路，其中电容器L71与并联连接的电感器L72和 电容器C71的组合连接到信号线，而并联连接的电感器L73和电容器C72的组合与并联连 接的电感器L74和电容器C73连接在信号线和接地之间。 图4M和4N是T型耦合电路的示例。图4M图示这样的电路，其中并联连接的电容 器C91和电感器L91的组合与并联连接的电容器C92和电感器L92的组合串联连接到连接 输入端子和输出端子的信号线，而并联连接的电容器C93和电感器L93的组合连接在信号 线和接地之间。图4N所示的耦合电路是这样的电路，其包括串联连接到信号线的分布常数 元件14f和14g以及连接在信号线和接地之间的分布常数元件14h。 在包括集中常数元件的Ji型或T型的耦合电路中，如图4E、4F和4I所示，其可以 将分布常数元件连接到一部分。 另外，在连接于输入端子和输出端子之间的信号线上具有两个接触点的Ji型耦 合电路中，集中常数元件或分布常数元件连接于每个接触点和接地之间。优选地，连接于接 触点和接地之间的元件具有对称性。例如，优选地，相同的元件安装在图4D中的al部分和 a2部分中。在相同元件安装在al部分和a2部分中的构造的情况下，如图4D等所示安装电 容器是可接受的，如图4H所示安装电容器是可接受的，并且如图4G等所示安装多个集中常 数元件是可接受的。 如图3所示，通过将谐振线并联连接到信号线并且在信号线中相同位置连接多个 谐振线，与其中串联连接线长度为入/2的多个谐振器的滤波器(迄今已知的技术)相比， 可以縮短输入线12a和输出线2d之间的线长度，所以可以沿信号线方向减小滤波器的尺 寸。 另外，在图3中所示的滤波器中，成对的谐振线12b和12c与成对的谐振线12e和 12f中每一者沿着连接输入端子1和输出端子4的信号线设置在彼此相对的位置。通过这 种构造，可以高密度地设置谐振线，所以可以进一步沿信号线方向减小滤波器的尺寸。
在图3所示的滤波器中，谐振线12b、12c、12e和12f的电长度为A/4，但是可以 使得其为(入/8)Xn(A为谐振器的谐振波长，n为正整数)。即使在使用电波长例如为 入/8( S卩，n = 1)的谐振线的情况下，也可以获得相同优点。在连接线波长为入/8的谐振 线的情况下，每个谐振线12b、12c、12e和12f的一端连接到接地，如图3所示。通过这样连 接线波长为A/8的谐振线12b、12c、12e和12f，从输入端子1输入的信号经由接触点13a 输入到谐振线12b，仅满足谐振线12b的谐振条件的信号从接地端全部反射，而不满足谐振 条件的信号通过接地或反射到输入侧而被减弱。从谐振线12b的接地端全部反射的信号与 从输入端子1输入到接触点13a的信号具有A /2的相差并且与其干涉。由此，谐振线12b 和12c组合充当一个谐振器。谐振信号谐振线12e和12f中经由耦合电路14与之前描述 的相同方式再现谐振后，经由输出线12g从输出端子4输出。通过这样的方法，可以从输出 端子4输出期望频带信号。 在输入到输入端子1的信号中具有不满足谐振线的谐振条件的波长的信号通过 接地或反射到输入端侧而被减弱，并且被防止从输出端子4输出。通过这样做，滤波器执行 其功能。 在图3所示的滤波器中，输入侧的谐振线对和输出侧的谐振线对由一个耦合电路14连接。包括在滤波器中的谐振线对的数目不限于两个，可以连接三个或更多数目。更多 数目的谐振线对的连接可以通过将信号耦合在一对谐振线和另一对谐振线之间的信号的 耦合电路将其连接并且重复这种连接结构来实现。通过这种方法，包括在整个滤波器中的 谐振器的数目增加，可以以良好的陡度实现滤波器。 图5是图示滤波器的另一种构造示例的电路图；在图5所示的滤波器中，输入线 22a连接在输入端子1和接触点23a之间。谐振线22b连接在接触点23a和接地之间。第 一耦合电路24连接在接触点23a和接触点23b之间。谐振线22c和谐振线22d连接在接 触点23b和接地之间。第二耦合电路25连接在接触点23b和接触点23c之间。谐振线22e 连接在接触点23c和接地之间。输出线22f连接在接触点23c和输出端子4之间。
作为第一耦合电路24和第二耦合电路25，可以使用Ji型耦合电路或T型耦合电 路。另外，作为n型耦合电路或T型耦合电路，可以采用图4A-4N所示的耦合电路中的一 个。另外，在连接在包括集中常数元件的n型或T型中的耦合电路中，如图4E、4F和4I所 示，可以将分布常数元件连接到一部分。 这样，通过将谐振线22c和22d并联连接在信号线的相同部分，可以縮短连接输入 端子1和输出端子4的信号线的线长度，可以沿信号线方向减小滤波器的尺寸。
另外，在图5所示的滤波器中，已经给出其中谐振线22c和22e连接到地的示例的 描述，但是可以使得其连接到地的端子为开端。在此情况下，因为可以减弱谐振线22b中的 滤波器通带低频侧信号电平并且减弱谐振线22e的滤波器带通高频侧信号电平，所以可以 改善滤波器的通带特性的陡度。 在图5所示的滤波器中，输入侧线和输出侧线由第一耦合电路24和第二耦合电路 25连接，但是通过增加耦合电路的数目，可以连接更多成对的连接在信号线和接地之间的 谐振线。 1-3.谐振线的接地共享 图3和5中所示的谐振线12b、 12c、 12e和12f的接地端连接到每个单独接地是可 接受的，并且他们连接到相同接地也是可接受的。 图6A是图示滤波器具体构造的平面图。在图6A所示的滤波器中，图4F所示的电 路用作耦合电路14。在图6A所示的部件中，与图3和4所示的部件相同的部件被赋予相 同的标号和字符。另外，在图6A中，每个连接到独立接地的谐振线12b' 、12c' 、12e'和 12f'由虚线表示，而连接到相同接地的谐振线12b、12c、12e和12f由实线表示。谐振线 12b、12c、12e、12f、12b' 、12c' 、12e'和12f'的线长度都取W1。另外，谐振线12b、 12c、 12e和12f以及分布常数元件14d均以这样的方式构造，使得多个电容器电极桥接信号线 (下面将给出电容器电极的描述)。另外，谐振线12b和12e连接到相同接地G1。另外，谐 振线12c和12f连接到相同接地G2。另外，谐振线12b'连接到接地G1'。另外，谐振线 12c'连接到接地G2'。另外，谐振线12e'连接到接地G3'。另外，谐振线12f'连接到 接地G4'。接地G1' -G4'彼此物理独立。 如图6A中的虚线所示，在谐振线12b'和12e'被设置成垂直于两端连接到输入 和输出端子的信号线并且连接到相互独立的接地G1'和G3'的情况下，在垂直于信号线 的方向上需要尺寸W2(W2二W1)的布置空间。以相同方式，在谐振线12c'和12f'被设置 成垂直于两端连接到输入和输出端子的信号线并且连接到相互独立的接地G2'和G4'的情况下，在垂直于信号线的方向上一样需要与尺寸W2相同的尺寸的布置空间。因此，滤波 器在垂直方向(垂直于信号线的方向)的尺寸W4约为W2的两倍。 与此相反，如图6A的实线所示，通过将谐振线12b和谐振线12e连接到接地Gl并 且将其相对于信号线设置成一个角度，则充分地保证，用于设置谐振线12b和12e的空间沿 垂直于信号线的方向为尺寸W3(W3 < W2)。这样，通过将谐振线12c和谐振线12f连接到接 地G2并且将其相对于信号线设置成一个角度，则充分地保证，用于设置谐振线12c和12f 的空间沿垂直于信号线的方向为尺寸W3。因此，可以使得滤波器沿垂直方向的尺寸W5(W5 =W3X2)小于尺寸W4。这样，通过将多个谐振线在相同接触点连接到接地，可以减小设置 谐振线的空间。 图6B图示其中谐振线连接到相同接地线的滤波器的另一个示例。图6B所示的滤 波器与图6A所示的滤波器的不同之处在于，谐振线12b、12c、12e和12f形成为弧状。每个 谐振线12b、12c、12e和12f的线长度Wll与图6A所示的谐振线的线长度Wl相同。
这样，通过将谐振线12b、12c、12e和12f形成为弧状，可以使得谐振线布置空间沿 垂直于信号线的方向的尺寸W12小于图6A所示的尺寸W2。因此，可以使得滤波器沿垂直方 向(垂直于信号线的方向)的尺寸W13小于图6A所述的尺寸W4。 另外，可以使得沿垂直于信号线的方向的谐振线布置空间的尺寸W12小于图6A所 述的尺寸W3。因此，可以使得滤波器沿垂直方向(垂直于信号线的方向)的尺寸W13远小 于图6A所述的尺寸W5。 之前描述的能够小型化的滤波器构造对于损耗降低也是有利的。滤波器的损耗基 本取决于线导体的损耗。通过小型化滤波器，可以縮短滤波器的线长度，所以可以降低信号 通过损耗。 另外，通过小型化滤波器，可以增大由一个晶片在滤波器制造时可以生产的滤波 器的数目(有效数目)，可以降低每个元件的成本。 根据本实施例的滤波器例如可以用作使用MEMS可变电容的小GHz频带可变滤波 器。 2.可变滤波器的构造 在图3所示的谐振线12b、12c、12e和12f的电容中，因为设置在衬底上的其与接 地(下述)之间的电容是固定值，所以图3中所示的滤波器的通带为固定的。与此相反，通 过将可移动电容器电极(下述)安装在图3中所示的谐振线12b、12c、12e和12f以及耦合 电路14上，可以实现可以改变通带的可变滤波器。另外，通过将可移动电容器电极安装在 图5中所示的谐振线22b、22c、22e和22f以及耦合电路24和25上，可以实现可以改变通 带的可变滤波器。通过将可移动电容器电极安装在谐振线上，可以縮短线长度，并且可以进 一步小型化滤波器，可以改变通带。另外，通过将可移动电容器电极安装在耦合电路上，可 以等效地以这样的方式改变谐振器的电长度，以提供与谐振线中改变的通带一致的耦合电 路。已经描述了这样的示例，其中这些可变滤波器具有可变电容，但是使用可变电感来实现 它们也是可以接受的。此外，通过适当组合可变电容和可变电感来实现可变滤波器也是可 以接受的。 在仅包括集中常数元件的耦合电路安装在可变滤波器的情况下，如图4D、4G、4H、 4J、4K、4L和4M中所示，足以将包括在耦合电路中的集中常数元件中的至少一个集中常数元件改变成可变元件。例如，在通过将电容器C1改变成可变电容而安装图4D中所示的耦 合电路的情况下，可以实现与通带一致的耦合电路。 在包括集中常数元件和分布常数元件的耦合电路安装在可变滤波器的情况下，如 图4e、4F和41中所示，通过将可动电容器电极安装作为包括在耦合电路中的集中常数元 件，可以实现与通带一致的耦合电路。 另外，在包括多个分布常数元件的耦合电路安装在滤波器的情况下，如图4N中所 示，通过将可动电容器电极安装作为包括在耦合电路中的分布常数元件14f、14g和14h中 的至少一个分布常数元件，可以实现可变滤波器。 通过如在本实施例将可变电容器电极安装在谐振线中，可以改变谐振线中的电 容，可以改变谐振线中的信号通带。通过这样将通带可变的谐振线安装在滤波器中，可以实 现可变滤波器。 下面，将给出包括可动电容器电极(下面称为可变电容器元件)的谐振线的具体 构造。 2-1.可变电容器元件的构造 图7A是可变电容器元件的平面图。图7B是沿图7A的线Z_Z剖面的剖视图；
图7A和7B中所示的可变电容器元件(包括衬底31、信号线32、可动电容器电极 33、驱动电极35a和35b、电介质点36、锚定部分37a和37b、电极焊盘38以及封装构件39) 被构造为允许电磁波或电信号中规定高频带通过的滤波器的一个部分。封装构件39密封 的不仅是可变电容器元件部分，而是整个滤波器。 衬底31是包括多层内部配线(配线图案31c)的LTCC晶片(LTCC :低温巩烧陶 瓷)。衬底31由相互接合的多个绝缘层31c(图7中图示的衬底中为5个)形成。包括由 一个标准面(principal surface)形成到另一个标准面的通孔中的导电部分的过孔形成于 每个绝缘层31a中。另外，每个配线图案31c夹在至少一对相邻绝缘层31a之间。另外，配 线图案31c中定位在衬底31上最接近于第一表面31e的一侧的一部分是连接到接地的接 地线31d。接地线31d沿着绝缘层31a与信号线32相对，并且接地线31d和信号线32之间 具有间隙CG2。至于图7B中所示的接地线31d，已经描述这样的示例，其中其设置在接近第 一表面的位置，但是不限于此，将其设置在另一层也是可以接受的。在此情况下，接地线沿 着多个绝缘层31a与信号线32相对。为此，接地线31d和信号线32之间的间隙CG2等同 于多个绝缘层32a层叠的厚度。另外，连接配线图案31c，并且通过过孔31b连接配线图案 31c和电极焊盘38。在一些情况下，配线图案31c和信号线32通过过孔31b连接是可以接 受的。另外，绝缘层31a由LTCC实现。但是，它们不局限于LTCC，由另外电介质体形成它们 也是可以接受的。 如图7A所示，在其纵向方向的两端包括端子32a和32b的信号线32是其中电信号 通过端子32a和32b之间的导体图案。端子32a和32b通过连接到配线衬底上的其它元件 或制成一个开口端而经由配线衬底31 (未示出)中的预定过孔31b和配线图案31c电连接 到预定电极焊盘38。另外，信号线32(其是阻抗例如为20Q的分布常数传输线)由低阻抗 金属材料(诸如，Cu、Ag、Au、Al、W或Mo)形成。另外，信号线32的厚度例如为0.5-20 iim。
每个可移动电容器电极33的两端固定到形成于衬底31的第一表面31a上的锚定 部分37a和37b，并且其除了两端之外的主要部分沿空隙与信号线32以及驱动电极35a和35b相对。厚部33a形成于每个可移动电容器电极33中与信号线32相对的部分中。厚部 33a和信号线32沿间隙CG1彼此相对。可移动电容器电极33经由锚定部分37a和37b、过 孔31b以及配线图案31c连接到接地。由弹性变形材料形成的可移动电容器电极33例如 可以由低阻抗金属(诸如Au、Cu或Al)形成。电容变化的可变电容器元件通过可移动电容 器电极33移动以改变可移动电容器电极33与信号线32之间的距离而实现的。另外，可移 动电容器电极33与信号线32之间的间隙CG1例如可以制成为0. 1-10 iim。另外，可移动电 容器电极33和接地线31d是本实施例中接地配线部分的一个示例。 邻近信号线32设置的驱动电极35a和35b与每个可移动电容器电机33的一部分 相对。驱动电极35a和35b在其与可移动电容器电极33之间产生静电引力，使得可移动电 容器电极33沿箭头A所示的方向移位。通过驱动电极35a和35b的动作来移位可移动电 容器电极33，信号线32和可移动电容器电极33之间的电容变化。驱动电极35a和35b由 高阻抗金属薄膜(诸如，SiCr薄膜)形成。另外，为了抑制牵引现象(pull-inphenomenon) 的发生，优选地，驱动电极35a和35b与可移动电容器电极33之间的间隙等于或大于可移 动电容器电极33与信号线32之间的间隙CGI的三倍。 设置在信号线32上的电介质点36由电介质材料(诸如，A1203、 Si02、 SixNy或 SiOC)形成。能够防止信号线32和可移动电容器33短路的电介质点36可以增大信号线 32和可移动电容器电极33之间的间隙CG1中发生的电容。优选地增大电容，因为其由此可 以确保较宽的滤波器频率可变范围。 封装构件39密封接合到衬底31的第一表面31e上的滤波器的结构，该滤波器形 成于衬底31的第一表面31e上。 在图7A和7B所示的可变电容器元件中，第一电容器由形成于信号线32和设置在 衬底31中的接地线31d之间的间隙CG2形成。另外，第二电容器由形成于信号线32和可 移动电容器电极33之间形成的间隙CG1形成。通过这样形成两个电容器，可以增大电容。 因此，在这些电容器的情况下，与之前公知的仅包括第一电容器的微带线或分布常数元件 相比，可以增大电容。也就是说，在这些电容器的情况下，与不包括可移动电容器电极的微 带线或分布常数元件相比，可以增大电容。通过增大电容，可以縮短包括可动分布常数元件 的谐振线的物理信号线长度。因此，通过将这种可变电容器元件安装在滤波器中，可以縮短 谐振线的线长度，可以小型化滤波器。 另外，通过将电压经由电极焊盘38、过孔31b和配线图案31c施加到驱动电极35a 和35b，可以在驱动电极35a和35b与可移动电容器电极33之间产生静电引力并且沿箭头 A所示的方向弹性移位可移动电容器电极33。通过移位可移动电容器电极33，可以减小信 号线32和可移动电容器电极33之间的间隙CG1。通过减小间隙CG1，可以增大第二电容器 的电容。通过增大电容，分布常数元件的线长度等效或本质上增大，并且谐振频带可以转变 到低频侧。 另外，被分割为每个可移动电容器电极33的驱动电极35a和35b被构造使得电压 可以被施加到每个单独的驱动电极。然后，通过选择性将电压施加到分割的驱动电极35a 和35b，可选择地移位多个可移动电容器电极33。可移动电容器电极33被可选择地移位， 由此使得电容的变化幅度不同。 另夕卜，因为驱动电极35a和35b与可移动电极33之间发生的静电引力通过降低施加到驱动电极35a和35b的电压而减小，所以可移动电容器电极33的移位量减小，使得可 移动电容器电极33沿箭头B所示的方向返回。通过沿箭头B所示的方向返回可移动电容 器电极33，信号线32和可移动电容器电极33之间的间隙CGI增大，而第二电容器中的电容 减小。通过减小电容，分布常数元件的点长度等效或本质上减小。 这样，通过调节施加到驱动电极35a和35b的电压以及沿逼近信号线32的方向移 位可移动电容器电极33，可以使得第二电容器作为可变电容器，并且可以改变可变滤波器 元件中的信号线通过频带。例如通过将这样的可动电容器元件安装在图3中所示的谐振线 12b、12c、12e和12f以及耦合电路14、或者图5中所示谐振线22b、22c、22e和22f以及耦 合电路24，可以实现可变滤波器。
WO1] 另外，在公知的CPW信号线中，信号线(一个作为例子)和接地线(例如，两个) 设置在衬底的相同表面上，因为用于驱动可移动电容器电极的驱动电极设置在信号线和接 地线之间，所以在驱动电极布置空间上存在限制，并且增大驱动电极的面积也存在限制。与 此相反，因为图7A和7B所示使用微带线的可变滤波器元件没有设置在衬底上与形成信号 线的表面相同的表面上的接地线，所以可以在衬底31上确保驱动电极35a和35b的较大面 积。通过确保驱动电极35a和35b的较大面积，可以在移位可移动电容器电极33时减小施 加到驱动电极35a和35b的电压，可以确保可移动电容器电极33的较宽可移动范围。另外， 通过减小驱动电压，可以减小功耗。 另外，通过增大驱动电极35a和35b的面积，可以抑制因高频信号产生的自激励 (self-actuation)现象，这也是可以接受的。也就是说，因为可以通过增大驱动电极35a和 35b的面积增大驱动电极35a和35b与可移动电容器电极33之间发生的静电引力，所以可 以用具有高刚性的弹性体形成可移动电容器电极33。此外，驱动电极35a和35b与电容器 部分CAP的面积比越高，与驱动电极35a和35b与可移动电容器电极33之间因驱动电压而 产生的库伦力相比，信号线32和可移动电容器电极33之间因通过电容器部分CAP的高频 信号而发生的库伦力变得可以忽略不计。因此，在本实施例中，可以想象，增大驱动电极35a 和35b的面积对抑制平行板型可变电容器的自激励现象是有利的。
2-2.制造可变滤波器元件的方法 图8A-8G是图示制造可变滤波器元件的处理的剖视图。 首先，如图8A所示，电极焊盘38形成于包括多层内部配线的衬底31的第二表面 31f上。例如，在通过溅射方法在衬底31的第二表面31f上形成预定金属材料膜之后，通过 预定湿法蚀刻或干法蚀刻而图案化金属膜，可以形成电极焊盘38。可选地，在形成电极焊 盘38中，可以采用无电解电镀方法或电镀方法。接着，驱动电极35a和35b形成在衬底31 的第一表面31e上。例如，在通过溅射方法在衬底31上形成预定金属材料膜之后，通过预 定湿法蚀刻或干法蚀刻而图案化金属膜，可以形成驱动电极35a和35b。在形成驱动电极 35a和35b的处理之后，以这样覆盖驱动电极35a和35b的方式进行形成绝缘膜的处理，这 也是可以接受的。接着，信号线32以及锚定部分37a和37b形成在衬底31的第一表面31e 上。例如，在衬底31上通过图案化而形成具有与信号线32以及锚定部分37a和37b对应 的开口的抗蚀剂图案之后，通过电镀方法(无电解电镀或电镀)在开口中沉积预定金属材 料(例如，Au)并使得其生长，可以形成信号线32。 接着，如图8B所示，电介质点36形成于信号线32上。例如，在衬底31的第一表面31e侧形成预定电介质膜后，可以通过图案化电介质膜形成电介质点36。 接着，如图8C所示，形成牺牲层40。容易移除的牺牲层40由可以选择性蚀刻的材
料形成。 接着，如图8B所示，可移动电容器电极33形成在牺牲层40上。例如，在通过溅射 方法在牺牲层40上形成预定金属材料膜之后，通过预定湿法蚀刻或干法蚀刻而图案化金 属膜，可以形成可移动电容器电极33。可选地，通过采用无电解电镀方法或电镀方法，可以 形成可移动电容器电极33。 接着，如图8E所示，形成可移动电容器电极33的一部分的厚部33a被形成。例如， 在可移动电容器电极33和牺牲层40上方通过图案化而形成具有与厚部33a对应的开口的 抗蚀剂图案之后，通过电镀方法(无电解电镀或电镀)在开口中沉积预定金属材料(例如， Au)并使得其生长，可以形成厚部33a。 接着，如图8F所示，移除牺牲层40。通过这种方法，可以在可移动电容器电极33 与信号线32、驱动电极35a和35b以及电介质点36之间形成空隙。接着，如图8G所示，封装构件39被接合到衬底31的第一表面31e侧。作为将封
装构件39接合到衬底31的方法，例如可以提出阳极接合方法、直接接合方法、室温接合方
法以及共熔结合方法。封装构件39是通过处理LTCC而生产的，凹入39a提前设置在与衬
底31的每个可变滤波器形成部分对应的部分中。 接着，衬底31和封装构件39被切割成单独的可变滤波器。 通过上述方法，完成可变滤波器。 LTCC已经被用作封装构件，但是也可以使用电介质体，诸如树脂或陶瓷或高阻硅。
3.通信模组的构造 图9示出包括本实施例的带通滤波器的通信模组的示例。如图9所示，双工器62 包括接收滤波器62a和发射滤波器62b。另外，例如对应于平衡输出的接收端子63a和63b 连接到接收滤波器62a。另外，发射滤波器62b经由功率放大器64连接到发射端子65。这 里，本实施例的带通滤波器包括在接收滤波器62a和发射滤波器62b中。
当执行接收操作时，接收滤波器62a仅允许经由天线端子61输入的接收信号中预 定频带信号通过，并将其从接收端子63a和63b输出到外部。另外，当执行发射操作时，发 射滤波器62b仅允许从发射端子65输入并且经功率放大器64放大的发射信号中预定频带 信号通过，并将其从天线端子61输出到外部。 另外，图10示出包括用可变接收滤波器66a取代图9所示的通信模组中的接收滤 波器62a以及用可变发射滤波器66b取代发射滤波器62b的通信模组。可变接收滤波器 66a和可变发射滤波器66b包括在本说明书中"2.可变滤波器的构造"部分中所描述的可 变滤波器。在不能够改变通带的接收滤波器和发射滤波器中，在想实现可以发射和接收不 同频带的多个高频信号的多带兼容通信模组的情况下，通信模组包括与多个频带对应的多 个接收滤波器和发射滤波器以及在用于发射和接收信号的多个频带中的每一个的滤波器 之间切换的切换电路。与此相反，根据图IO所示的通信模组，通过其包括一个可变接收滤 波器66a和一个可变发射滤波器66b，可以减少滤波器的数目，并且可以縮小多带兼容通信 模组的尺寸。 通过如之前所述在通信模组的接收滤波器62a和发射滤波器62b中包括本实施例的带通滤波器，可以縮小通信模组的尺寸。也即是说，在迄今所知的滤波器中，因为已经采 用其中串联连接多个谐振线的构造，所以沿信号线方向的尺寸已经增大，但是在本实施例 中，因为采用其中在相同位置并联连接多个谐振线的构造，所以可以沿信号线方向减小滤 波器的尺寸。因此，通过安装小型化的滤波器，可以縮小通信模组的尺寸。具体而言，在执 行高频带通信的通信模组中，在本实施例中，通过安装信号线方向尺寸较小的滤波器而使 得滤波器的数目变大，可以縮小通信模组的尺寸。具体而言，对于执行高频带通信的通信模 组，因为通过安装信号线方向尺寸较小的滤波器而使得滤波器的数目变大，可以縮小与高 频带通信兼容的通信模组的尺寸。 另外，因为可以通过小型化滤波器而减少通过损耗，所以可以实现高通信特性的 通信模组。 图9和10所示的通信模组的构造作为一个例子，还可以在另一种形式的通信模组
中安装本实施例的带通滤波器时获得相同优点。
4.通信设备的构造 图11示出作为包括本实施例的带通滤波器或通信模组的通信设备的一个示例的 便携电话终端的RF模块。另外，图ll所示的通信设备图示为与GSM(移动通信的全球系 统)通信系统和W-CDMA(宽带分码多工存取)通信系统兼容的移动电话终端的一个示例。 另外，本实施例中的GSM通信系统与850MHz带、950MHz带、1. 8GHz带以及1. 9GHz带兼容。 另外，虽然便携电话终端除了图11所示的构造之外包括麦克风、扬声器、液晶显示器等，但 是因为它们在本实施例的描述不是必需的，所以省略其说明。这里，本实施例的带通滤波器 包括在接收滤波器73a、77、78、79和80以及发射滤波器73b中。 首先，待操作的LSI由天线切换电路72根据与经由天线71接收的信号输入兼容 的通信系统是W-CDMA或GSM来选择。在接收的信号输入与W-CDMA通信系统兼容的情况 下，接收信号以这样的方式切换，以输出到双工器73。输入到双工器73的接收信号输入被 接收滤波器限制到预定频带，并且平衡型接收信号被输出到LNA 74。 LNA 74放大输入接收 信号，并将其输出到LSI 76。 LSI 76基于输入接收信号执行解码到声音信号的处理，并且 控制便携电话终端中每个部分的驱动。 同样，当发射信号时，LSI 76产生发射信号。产生的发射信号由功率放大器75放 大并且输入到发射滤波器73b。发射滤波器73b仅使得输入发射信号中预定频带信号通过。 从发射滤波器73b输出的发射信号经由天线切换电路72从天线71输出到外部。
另外，在输入接收信号是与GSM通信系统兼容的信号的情况下，天线切换电路72 根据频带选择接收滤波器77-80中的一个并且输出接收信号。受到接收滤波器77-80中所 选择一个的频带限制的接收信号输入到LSI 83。 LSI 83基于输入接收信号执行解码到声 音信号的处理，并且控制便携电话终端中每个部分的驱动。同样，当发射信号时，LSI 83产 生发射信号。产生的发射信号被功率放大器81或82放大，并且经由天线切换电路72从天 线71输出到外部。 另外，图12示出包括用可变接收滤波器84取代图ll所示的通信模组中的接收滤 波器73a以及包括用可变发射滤波器85取代发射滤波器73b的通信设备。另外，通信设备 包括取代接收滤波器77、78、79和80的可变接收滤波器86。可变接收滤波器84和86以 及可变发射滤波器85包括在本实施例中"2.可变滤波器的构造"部分中所描述的可变滤波器。虽然没有图示，但是可变接收滤波器84和86以及可变发射滤波器85的通带由单独提 供的控制电路调节。 如之前所述，通过在通信设备中安装信号线方向尺寸减小的滤波器，可以縮小通 信设备的尺寸。也即是说，在迄今所知的滤波器中，因为已经采用其中串联连接多个谐振线 的构造，所以沿信号线方向的尺寸已经增大，但是在本实施例中，因为采用其中在相同位置 并联连接多个谐振线的构造，所以可以沿信号线方向减小滤波器的尺寸。因此，通过安装小 型化的滤波器，可以縮小通信设备的尺寸。具体而言，对于执行高频带通信的通信模组，因 为通过安装信号线方向尺寸较小的滤波器而使得滤波器的数目变大，可以縮小与高频带通 信兼容的通信设备的尺寸。 另外，通过安装可变滤波器，可以使用一个滤波器选择性地发射和接收多个频带 信号，即，可以减少滤波器的数目，可以縮小通信设备的尺寸。另外，因为可以通过小型化滤 波器而减少通过损耗，所以可以实现高通信特性的通信设备。 本实施例的通信设备对于可用频带大约为800MHz-6GHz的移动通信设备(具体， 使用2GHz或更高频带执行通信的移动通信设备)是有用的。
5.本实施例的优点以及其它 根据本实施例，通过将用作谐振器的谐振线连接在信号线与接地之间并且在信号 线中的相同位置连接多个谐振线，与其中沿信号线方向串联连接多个谐振线的构造(迄今 已知的技术)相比，可以縮短信号线方向的线长度，所以可以沿信号线方向减小滤波器的 尺寸。 另外，通过将谐振线中每一个的一端连接到接地，可以縮短谐振线的线长度。在谐
振线串联连接到信号线(迄今已知的技术)的情况下，谐振线的线长度为入/2，但是通过将
谐振线并联连接到信号线并且将每个谐振线的一端连接到接地(本实施例)，可以全部反
射满足谐振条件的信号，所以可以使得谐振线的长度为A /8Xn(n为正整数)。 另外，通过采用其中谐振线并联连接到信号线的构造，可以将它们高密度安装在
衬底上，所以可以小型化滤波器。 另外，通过采用其中多个谐振线连接到共同接地的构造，可以将谐振线相对于信 号线设置成一个角度，所以可以沿垂直方向(垂直于信号线的方向)减小滤波器的尺寸。
另外，通过将一端连接到信号线而另一端连接到接地的谐振线形成为大致弧状而 将多个谐振线连接到共同接地，可以沿垂直方向(垂直于信号线的方向)减小滤波器的尺 寸。 另外，通过将电容器电极悬挂在谐振线上，可以增大谐振线中的电容，S卩，可以縮 短谐振线的物理线长度，所以可以沿垂直方向(垂直于信号线的方向)减小滤波器的尺寸。
另外，通过将可变电容器电极悬挂在谐振线上并且通过移位可变电容器电极而改 变谐振线中的电容，可以等效地改变电长度，所以可以实现可变滤波器。通过采用可变滤波 器作为通信模组和通信设备中的接收滤波器和发射滤波器，不需要在多带兼容通信模组和 通信设备中为每个通带安装发射滤波器和接收滤波器，所以可以縮小通信模组和通信设备 的尺寸。 另外，通过小型化滤波器，可以增大由一个晶片在滤波器制造时可以生产的滤波 器模块的数目，可以降低制造成本。
这里所引用的所用示例和条件性语言仅用于教学目的，以辅助读者理解现有技术 之外的本发明的原理以及发明人所作出的概念，并且应当理解不能够局限于具体引用的示 例和调节，也不作为在说明书中与本发明所示出的优点和缺点的示例的组成。虽然已经具 体描述本发明的实施例，但是应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以作出 各种变化、置换以及改变。
1权利要求
一种滤波器，包括衬底；信号线，形成在所述衬底上，并且在所述信号线的任一端包括输入端子和输出端子；以及第一对谐振线，连接在所述信号线和接地部分之间；其中所述第一对谐振线在相同点连接到所述信号线。
2. 根据权利要求1所述的滤波器，还包括第二对谐振线，连接在所述信号线和所述接地部分之间；以及耦合部分，设置在所述第一对谐振线和所述第二对谐振线之间。
3. 如权利要求2所述的滤波器，其中所述耦合部分包括第一电路模块，连接到所述信号线，并且包括第一端子和第二端子；第二电路模块，连接在所述第一电路模块的所述第一端子和所述接地部分之间；以及第三电路模块，连接在所述第一电路模块的所述第二端子和所述接地部分之间。
4. 如权利要求2所述的滤波器，其中所述耦合部分包括第一电路模块和第二电路模块，串联连接到所述信号线；以及第三电路模块，连接在所述第一 电路模块和所述第二电路模块之间的点与所述接地部分之间。
5. 如权利要求l所述的滤波器，其中所述谐振线连接到所述信号线的相对侧。
6. 如权利要求l所述的滤波器，其中所述谐振线的长度为(入/8)Xn(A谐振波长，而n为正整数)。
7. 如权利要求2所述的滤波器，其中所述谐振线的特征阻抗低于所述信号线的特征阻抗。
8. 如权利要求l所述的滤波器，其中所述多个谐振线连接到同一接地部分。
9. 如权利要求7所述的滤波器，其中所述谐振线形成为弧状。
10. 根据权利要求1所述的滤波器，还包括可变电容器，包括经由空隙设置在所述谐振线上方的可变电容器电极以及用于改变所述可变电容器电极与所述谐振线之间距离的驱动电极。
11. 如权利要求l所述的滤波器，其中所述衬底为包括多个层叠内部配线的陶瓷衬底。
12. 如权利要求2所述的滤波器，其中所述耦合部分包括可变电容器或可变电感器。
13. 如权利要求2所述的滤波器，其中所述谐振线的阻抗低于所述信号线的阻抗。
14. 如权利要求l所述的滤波器，其中所述滤波器的输入_输出阻抗为约50 Q 。
15. —种包括滤波器的通信模组，其中所述滤波器包括衬底；信号线，形成在所述衬底上，并且在所述信号线的任一端包括输入端子和输出端子；以一对谐振线，连接在所述信号线和接地部分之间；其中所述谐振线在相同点连接到所述信号线。
全文摘要
本发明提供一种滤波器、通信模组以及通信装置。其中滤波器包括衬底；形成于衬底上的信号线，包括信号线两端处的输入端子和输出端子；以及第一对谐振线，连接在信号线和接地部分之间，其中，所述第一对谐振线在相同点连接到信号线。
文档编号H03H9/00GK101764593SQ20091026552
公开日2010年6月30日 申请日期2009年12月25日 优先权日2008年12月25日
发明者上田知史, 丰田治, 宓晓宇 申请人:富士通株式会社