开关器件和模块的制作方法
【专利摘要】开关器件和模块。一种开关器件包括：开关，该开关选择输入输出端子中的一个并将其连接到公共端子；以及延迟线，该延迟线在所述输入输出端子中的两个端子之间与所述开关并联连接，并利用声波使信号延迟。
【专利说明】开关器件和模块
【技术领域】
[0001 ] 本发明的特定方面涉及开关器件和模块。
【背景技术】
[0002]以移动电话为代表的无线装置的快速普及推动了开关器件的使用。例如，用于高频通信的移动终端使用高频开关来选择多个高频信号。所述开关包括机械开关以及使用半导体晶体管的开关。
[0003]日本特开2006-109084 (专利文献I)和美国专利第7848712号(专利文献2)公开了在输入输出端子之间设置电感器以改善开关的输入输出端子之间的隔离特性。
[0004]专利文献I和2的技术可通过电感器的电抗成分来抵消输入输出端子之间的寄生电容，并且改善隔离特性。然而，输入输出端子之间的寄生电容值较小，进而使得电感器的电感较高。这使得小型化变得困难。
【发明内容】
[0005]根据本发明的一方面，提供了一种开关器件，该开关器件包括:开关，该开关选择输入输出端子中的一个并将其连接到公共端子；以及延迟线，该延迟线在所述输入输出端子中的两个端子之间与所述开关并联连接，并利用声波来使信号延迟。
[0006]根据本发明的一方面，提供了一种包括上述开关器件的模块。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1A是开关器件中使用的开关的电路图，图1B是说明开关的隔离的示图；
[0008]图2是根据第一实施方式的开关器件的框图；
[0009]图3A是根据第二实施方式的开关器件的平面图，图3B是延迟线的平面图，图3C是沿图3B中的线A-A截取的截面图；
[0010]图4A至图4C是分别示出开关的输入输出端子之间的隔离度、|Y21|和ΖΥ21的示图；
[0011]图5Α至图5C是分别示出第二实施方式的延迟线和开关的隔离度、IΥ211和Z Υ21的示图；
[0012]图6是示出根据第二实施方式的开关器件的隔离特性的示图；
[0013]图7Α是根据第三实施方式的开关器件的平面图，图7Β是示出第三实施方式的开关器件的隔离特性的示图；
[0014]图8Α至图SC是分别示出在没有延迟线的情况下开关的输入输出端子之间的隔离度、|Υ21|和Z Υ21的示图；
[0015]图9是根据第四实施方式的开关器件的平面图；
[0016]图1OA至图1OC是示出延迟线和谐振器的隔离度、|Υ21|和ΖΥ21的示图；
[0017]图1lA至图1lC是分别示出延迟线与谐振器以及开关与传输线的隔离度、IΥ211和Z Y21的示图；
[0018]图12是示出根据第四实施方式的开关器件的隔离特性的示图；
[0019]图13A和图13B是示出第二实施方式至第四实施方式中使用的示例性延迟线的平面图；
[0020]图14的上部是示出第二实施方式至第四实施方式中使用的另选的示例性延迟线的平面图，图14的下部是沿图14的上部的线A-A截取的截面图；以及
[0021]图15A和图15B是根据第五实施方式的模块的框图。
【具体实施方式】
[0022]以下，将参照附图描述实施方式。
[0023]第一实施方式
[0024]将描述半导体开关作为开关器件中使用的开关的示例。图1A是开关器件中使用的开关的电路图。如图1A所不，开关10包括晶体管12至18。晶体管12的源极和漏极分别连接到输入输出端子Tl和公共端子T3。晶体管14的源极和漏极分别连接到输入输出端子T2和公共端子T3。晶体管16的源极和漏极分别连接到输入输出端子Tl和地。晶体管18的源极和漏极分别连接到输入输出端子T2和地。晶体管12至18的栅极连接到控制端子T4。
[0025]图1B是说明开关的隔离的示图。如图1B所示，提供给控制端子T4的控制信号使晶体管12和18导通，使晶体管14和16截止。晶体管12和18被等效地表示为电阻器R12和R18，晶体管14和16被等效地表示为电容器C14和C16。输入输出端子Tl连接到公共端子T3，输入输出端子T2与公共端子T3断开。如上所述，开关10选择输入输出端子Tl和T2中的一个并将其连接至公共端子T3。这使得从输入输出端子Tl输入的高频信号64输出至公共端子T3。作为高频信号的一部分的信号60从输入输出端子Tl通过电容器C14和C16泄漏到输入输出端子T2。这使输入输出端子Tl和T2之间的隔离劣化。
[0026]图2是根据第一实施方式的开关器件的框图。开关器件100包括开关10和延迟线20。开关10是半导体开关或机械开关。诸如MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)的FET或双极型晶体管可用作半导体开关的有源元件。延迟线20在输入输出端子Tl和T2之间与开关10并联连接。延迟线20连接在输入输出端子中的两个端子之间就足够了。
[0027]信号60是从输入输出端子Tl通过开关10泄漏到输入输出端子T2的信号。信号62是从输入输出端子Tl通过延迟线20流向输入输出端子T2的信号。延迟线20利用声波来使信号62延迟。因此，延迟线20的调节能够使信号60和62具有近似相同的振幅和相反的相位。因此，信号60和62彼此抵消，改善了从输入输出端子Tl至输入输出端子T2的隔离特性。此外，与专利文献I和2中公开的技术相比，使用声波的延迟线20的使用使得能够减小尺寸。
[0028]第二实施方式
[0029]第二实施方式使用由压电层上的梳状电极激发的声波作为延迟线的声波。图3A是根据第二实施方式的开关器件的平面图，图3B是延迟线的平面图，图3C是沿图3B的线A-A截取的截面图。如图3A所示，开关器件102包括开关10和延迟线20。开关10具有与图1A相同的结构，省略其描述。延迟线20在输入输出端子Tl和T2之间与开关10并联连接。
[0030]如图3B和图3C所示，延迟线20包括形成在压电基板22 (压电层)上的IDT (叉指换能器)24和26。IDT24 (第一 IDT)包括一对梳状电极24a和24b。梳状电极24a接地，而梳状电极24b连接到输入端子Tin。IDT26(第二 IDT)包括一对梳状电极26a和26b。梳状电极26a接地，而梳状电极26b连接到输出端子Tout。输入端子Tin电连接到输入输出端子Tl。输出端子Tout电连接到输入输出端子T2。IDT24将输入至输入端子Tin的电信号转换为压电基板22的表面声波25。IDT26将压电基板22的表面声波25转换为电信号，并将其输出给输出端子Tout。其它结构与第一实施方式相同，省略其描述。
[0031]图4A至图4C是分别不出开关的输入输出端子之间的隔尚度、IY211和Z Y21的不图。开关10是使用CM0SFET (互补MOSFET)的开关。所述隔离度是输入输出端子Tl和T2之间的隔离度(S21)，Y21是输入输出端子Tl和T2之间的Y21的振幅，ZY21是输入输出端子Tl和T2之间的Y21的相位。所述隔离度、IY211和Z Y21是针对从1.5GHz至2.5GHz的频率模拟的。频带66是改善隔离特性的频带，并且是(例如)使用开关器件的移动终端的发送频带或接收频带。
[0032]如图4A所示，频带66中的隔离度大约为_45dB。如图4B所示，频带66中的|Y21大约为-60dB。如图4C所示，频带66中的Z Y21大约为-90°。如上所述，输入输出端子Tl和T2之间存在容抗成分(即，寄生电容)。
[0033]图5A至图5C是分别示出第二实施方式的延迟线和开关的隔离度、IY211和ZY21的示图。实线指示延迟线20，虚线指示开关10 (与图4A至图4C中相同)。在如下条件下模拟所述隔离度、|Y21|和ΖΥ21。
[0034]压电基板22:44° Y切割钽酸锂单晶基板
[0035]IDT24:对数:2.5 对，间距:1.98 μ m，孔径长度:65 λ
[0036]IDT26:对数:3对，间距:2.00 μ m，孔径长度:65 λ
[0037]IDT24 和 26 之间的间隔:2.15 μ m
[0038]λ为声波的波长。
[0039]如图5Α所示，延迟线20的隔离度大于开关10的隔离度。如图5Β所示，频带66中的延迟线20的|Υ21|大约等于开关10的|Υ21|。如图5C所示，频带66中的延迟线20的ΖΥ21大约为90°，并且相位与开关10的相位相反。如上所述，IDT24和26的优化能够使通过开关10的信号60的振幅与通过延迟线20的信号62的振幅近似相同，而相位相反。
[0040]图6是示出第二实施方式的开关器件的隔离特性的示图。实线指示从开关器件102的输入输出端子Tl至输入输出端子Τ2的隔离度的模拟结果。虚线指示从单独的开关10的输入输出端子Tl至输入输出端子Τ2的模拟结果。如图6所示，在频带66中，与单独的开关10相比，开关器件102的隔离特性改善，如阴影区域所指示。
[0041]在第二实施方式中，IDT24将输入至输入输出端子Tl的电信号转换为在压电基板22中传播的声波25。IDT26将在压电基板22中传播的声波25转换为电信号。如上所述，延迟线20形成有由形成在压电基板22上的梳状电极激发的声波。这使得能够通过适当地设计IDT24和26来改善开关器件102的隔离特性。另外，与专利文献I和2中描述的使用电感器的技术相比，第二实施方式可以使开关器件102小型化。
[0042]如上所述，IDT24和26可以形成在压电基板上。或者，IDT24和26可以形成在基板上的压电层上。
[0043]第三实施方式
[0044]图7A是根据第三实施方式的开关器件的平面图，图7B是示出第三实施方式的开关器件的隔离特性的示图。如图7A所示，开关器件103包括开关10、延迟线20和传输线30。两条传输线30连接在输入输出端子Tl与开关10之间以及输入输出端子T2与开关10之间。例如，传输线30是形成在介电质基板32中的带状线(stripline)。其它结构与图3A所不的第二实施方式相同，省略其描述。
[0045]基于这样的假设模拟隔离特性:传输线30的特性阻抗为50 Ω，长度为1mm。在图7B中，实线指示从图7A中的开关器件103的输入输出端子Tl至输入输出端子T2的隔离度的模拟结果。虚线指示从单独的开关10的输入输出端子Tl至输入输出端子T2的隔离度的模拟结果。如第三实施方式所述，即使传输线30连接在开关10与延迟线20之间，延迟线20也可改善隔离特性。然而，与图6所示的第二实施方式相比，频带66中的开关器件103的隔离劣化。
[0046]实际的开关器件具有传输线以将开关10电连接到延迟线20。如图7B所示，当传输线较长时，隔离特性的改善效果较小。为了调查原因，模拟从输入输出端子Tl通过开关10和传输线30 (而没有图7A中的延迟线20)到输入输出端子T2的信号的隔离度、|Y21和 Z Υ21。
[0047]图8Α至图SC是分别示出在没有延迟线的情况下开关的输入输出端子之间的隔离度、|Υ21和Z Υ21的示图。如图8Α和图8Β所示，隔离度和Υ21近似与图4Α和图4Β相同。如图8C所示，ΖΥ21在超过-90°的负侧。如图所示，传输线30使相位从-90°进一步旋转。因此，认为即使使用IDT24和26，也无法像第二实施方式那样多地改善隔离特性，如图7Β所示。
[0048]第四实施方式
[0049]图9是根据第四实施方式的开关器件的平面图。如图9所示，单端对谐振器28连接在输入输出端子Tl与延迟线20的IDT24之间。
[0050]图1OA至图1OC是分别示出第四实施方式的延迟线和谐振器的隔离度、IΥ211和ΖΥ21的示图。实线指示谐振器28，虚线指示延迟线20。在如下条件下模拟所述隔离度、
Υ211 和 Z Υ21。
[0051]压电基板22:44° Y切割钽酸锂单晶基板
[0052]IDT24:对数:8.5 对，间距:1.97 μ m，孔径长度-J2 λ
[0053]IDT26:对数:18.0对，间距:1.97 μ m，孔径长度:72入
[0054]IDT24 和 26 之间的间隔:0.46 μ m
[0055]谐振器28:对数:14对，间距:2.0 μ m，孔径长度:17 λ
[0056]λ为声波的波长。
[0057]频带66中的延迟线20的|Υ211近似等于开关10的|Υ211。频带66中的延迟线20的Z Υ21大约为90°。如上所述，难以仅使用延迟线20来使Z Υ21从90°偏移。谐振器28的谐振点和反谐振点位于频带66中。
[0058]图1lA至图1lC是分别示出第四实施方式的延迟线与谐振器以及开关与传输线的隔离度、|Υ21|和ΖΥ21的示图。实线指示延迟线20和谐振器28，虚线指示开关10和传输线30。如图1lB所示，通过延迟线20和谐振器28传输的信号的|Y2l|近似等于通过开关10和传输线30传输的信号的IΥ211。如图1lC所示，通过延迟线20和谐振器28传输的信号的Z Υ21略小于90°。这使得通过延迟线20和谐振器28传输的信号的相位与通过开关10和传输线30传输的信号的相位相反。
[0059]图12是示出第四实施方式的开关器件的隔离特性的示图。实线指示从开关器件104的输入输出端子Tl至输入输出端子Τ2的隔离度的模拟结果。虚线指示从单独的开关10的输入输出端子Tl至输入输出端子Τ2的隔离度的模拟结果。如图12所示，在频带66中，与单独的开关10相比，开关器件104的隔尚特性改善。另外，与第三实施方式相比，隔离特性改善。
[0060]在第四实施方式中，谐振器28在输入输出端子Tl和Τ2之间与延迟线20串联连接。除了延迟线20以外，谐振器28的设计常数可优化，因此即使存在传输线30，隔离特性也可优化。第四实施方式描述了谐振器28连接在IDT24与输入输出端子Tl之间的情况，但是谐振器可连接在IDT26与输入输出端子Τ2之间。另外，谐振器可连接在IDT24与输入输出端子Tl之间以及IDT26与输入输出端子Τ2之间。谐振器可以是单端对谐振器以外的谐振器。
[0061]图13Α和图13Β是示出第二实施方式至第四实施方式中使用的示例性延迟线的平面图。如图13Α所示，可在声波的传播方向上在IDT24和26的两侧或单侧设置反射器27。如图13Β所示，IDT24c和24d可连接至输入端子Tin。另外，两个或更多个IDT可连接至输出端子Tout，两个或更多个IDT可连接至输入端子Tin和输出端子Tout 二者。描述表面声波作为由梳状电极激发的声波的示例，但是边界声波或乐甫波也可用作所述声波。
[0062]图14的上部是示出第二实施方式至第四实施方式中使用的另选的示例性延迟线的平面图，图14的下部是沿图14的上部中的线A-A截取的截面图。如图14的上部和图14的下部所示，压电薄膜谐振器42通过空隙48设置在基板40上，压电薄膜谐振器46通过压电层44层叠在压电薄膜谐振器42上。压电薄膜谐振器42 (第二压电薄膜谐振器)通过将下电极41、压电层44和上电极43层叠而形成。压电薄膜谐振器46(第一压电薄膜谐振器)通过将下电极45、压电层44和上电极47层叠而形成。谐振区域49是下电极41或45横跨压电层44与上电极43或47重叠的区域。
[0063]压电薄膜谐振器46的上电极47连接至输入端子Tin，下电极45接地。压电薄膜谐振器42的下电极41连接至输出端子Tout，上电极43接地。输入端子Tin连接至输入输出端子Tl，输出端子Tout连接至输入输出端子T2。压电薄膜谐振器46的厚度振子39在压电层44中激发声波25。如上所述，压电薄膜谐振器46将输入至输入端子Tin的电信号转换为在压电层44中传播的声波25。声波25从压电薄膜谐振器46传播到压电薄膜谐振器42。压电薄膜谐振器42将声波25转换为电信号并将其输出给输出端子Tout。
[0064]如上所述，由厚度振子利用压电层44激发的声波可用于延迟线20和/或谐振器28。压电薄膜谐振器42、46可通过反射声波的声多层膜设置在基板40上。
[0065]第五实施方式
[0066]第五实施方式是包括第一实施方式至第四实施方式中的任一个开关器件的示例性模块。图15A和图15B是根据第五实施方式的模块的框图。如图15A所示，模块106包括开关器件100以及滤波器52和54。滤波器52连接在输入输出端子Tl与端子T5之间。滤波器54连接在输入输出端子T2与端子T6之间。公共端子Τ3连接至天线50。端子Τ5和Τ6均为发送端子或接收端子，或者端子Τ5和Τ6中的一个为发送端子，另一个为接收端子。
[0067]如图15Β所示，模块108包括开关器件100以及双工器70和74。双工器70包括发送滤波器71和接收滤波器72。发送滤波器71连接在输入输出端子Tl与端子Τ7之间。接收滤波器72连接在输入输出端子Tl与端子Τ8之间。双工器74包括发送滤波器75和接收滤波器76。发送滤波器75连接在输入输出端子Τ2与端子T9之间。接收滤波器76连接在输入输出端子Τ2与端子TlO之间。公共端子Τ3连接至天线50。
[0068]如第五实施方式所述，输入输出端子Tl和Τ2可连接至滤波器或双工器。声波滤波器可用于滤波器或双工器。
[0069]尽管已经详细描述了本发明的实施方式，但是应该理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可对其进行各种改变、置换和更改。
【权利要求】
1.一种开关器件，该开关器件包括: 开关，该开关选择输入输出端子中的一个并将其连接到公共端子；以及 延迟线，该延迟线在所述输入输出端子中的两个端子之间与所述开关并联连接，并利用声波来使信号延迟。
2.根据权利要求1所述的开关器件，其中， 所述延迟线将输入至所述两个端子中的第一端子的第一电信号转换为在压电层中传播的声波，并将在所述压电层中传播的所述声波转换为第二电信号，并将该第二电信号输出给所述两个端子中的第二端子。
3.根据权利要求1所述的开关器件，其中， 所述声波是由形成在压电层上的梳状电极激发的声波。
4.根据权利要求1所述的开关器件，其中，所述延迟线包括: 第一 IDT，其将输入至所述两个端子中的第一端子的第一电信号转换为在压电层中传播的声波；以及 第二 IDT，其将在所述压电层中传播的所述声波转换为第二电信号，并将该第二电信号输出给所述两个端子中的第二端子。
5.根据权利要求1所述的开关器件，其中， 所述声波是由使用了压电层的厚度振子激发的声波。
6.根据权利要求1所述的开关器件，其中，所述延迟线包括: 第一压电薄膜谐振器，其将输入至所述两个端子中的第一端子的第一电信号转换为在压电层中传播的声波；以及 第二压电薄膜谐振器，其将在所述压电层中传播的所述声波转换为第二电信号，并将该第二电信号输出给所述两个端子中的第二端子。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的开关器件，该开关器件还包括: 谐振器，其在所述两个端子之间与所述延迟线串联连接。
8.根据权利要求1至6中的任一项所述的开关器件，其中，所述开关是半导体开关。
9.一种模块,该模块包含根据权利要求1至6中的任一项所述的开关器件。
10.根据权利要求9所述的模块，该模块还包含与所述两个端子连接的滤波器。
【文档编号】H03K17/94GK103812486SQ201310504023
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年10月23日 优先权日:2012年11月8日
【发明者】岩城匡郁 申请人:太阳诱电株式会社