開關器件和模塊的制作方法
【專利摘要】開關器件和模塊。一種開關器件包括：開關，該開關選擇輸入輸出端子中的一個并將其連接到公共端子；以及延遲線，該延遲線在所述輸入輸出端子中的兩個端子之間與所述開關并聯連接，并利用聲波使信號延遲。
【專利說明】開關器件和模塊
【技術領域】
[0001 ] 本發明的特定方面涉及開關器件和模塊。
【背景技術】
[0002]以移動電話為代表的無線裝置的快速普及推動了開關器件的使用。例如，用于高頻通信的移動終端使用高頻開關來選擇多個高頻信號。所述開關包括機械開關以及使用半導體晶體管的開關。
[0003]日本特開2006-109084 (專利文獻I)和美國專利第7848712號(專利文獻2)公開了在輸入輸出端子之間設置電感器以改善開關的輸入輸出端子之間的隔離特性。
[0004]專利文獻I和2的技術可通過電感器的電抗成分來抵消輸入輸出端子之間的寄生電容，并且改善隔離特性。然而，輸入輸出端子之間的寄生電容值較小，進而使得電感器的電感較高。這使得小型化變得困難。
【發明內容】
[0005]根據本發明的一方面，提供了一種開關器件，該開關器件包括:開關，該開關選擇輸入輸出端子中的一個并將其連接到公共端子；以及延遲線，該延遲線在所述輸入輸出端子中的兩個端子之間與所述開關并聯連接，并利用聲波來使信號延遲。
[0006]根據本發明的一方面，提供了一種包括上述開關器件的模塊。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007]圖1A是開關器件中使用的開關的電路圖，圖1B是說明開關的隔離的示圖；
[0008]圖2是根據第一實施方式的開關器件的框圖；
[0009]圖3A是根據第二實施方式的開關器件的平面圖，圖3B是延遲線的平面圖，圖3C是沿圖3B中的線A-A截取的截面圖；
[0010]圖4A至圖4C是分別示出開關的輸入輸出端子之間的隔離度、|Y21|和ΖΥ21的示圖；
[0011]圖5Α至圖5C是分別示出第二實施方式的延遲線和開關的隔離度、IΥ211和Z Υ21的示圖；
[0012]圖6是示出根據第二實施方式的開關器件的隔離特性的示圖；
[0013]圖7Α是根據第三實施方式的開關器件的平面圖，圖7Β是示出第三實施方式的開關器件的隔離特性的示圖；
[0014]圖8Α至圖SC是分別示出在沒有延遲線的情況下開關的輸入輸出端子之間的隔離度、|Υ21|和Z Υ21的示圖；
[0015]圖9是根據第四實施方式的開關器件的平面圖；
[0016]圖1OA至圖1OC是示出延遲線和諧振器的隔離度、|Υ21|和ΖΥ21的示圖；
[0017]圖1lA至圖1lC是分別示出延遲線與諧振器以及開關與傳輸線的隔離度、IΥ211和Z Y21的示圖；
[0018]圖12是示出根據第四實施方式的開關器件的隔離特性的示圖；
[0019]圖13A和圖13B是示出第二實施方式至第四實施方式中使用的示例性延遲線的平面圖；
[0020]圖14的上部是示出第二實施方式至第四實施方式中使用的另選的示例性延遲線的平面圖，圖14的下部是沿圖14的上部的線A-A截取的截面圖；以及
[0021]圖15A和圖15B是根據第五實施方式的模塊的框圖。
【具體實施方式】
[0022]以下，將參照附圖描述實施方式。
[0023]第一實施方式
[0024]將描述半導體開關作為開關器件中使用的開關的示例。圖1A是開關器件中使用的開關的電路圖。如圖1A所不，開關10包括晶體管12至18。晶體管12的源極和漏極分別連接到輸入輸出端子Tl和公共端子T3。晶體管14的源極和漏極分別連接到輸入輸出端子T2和公共端子T3。晶體管16的源極和漏極分別連接到輸入輸出端子Tl和地。晶體管18的源極和漏極分別連接到輸入輸出端子T2和地。晶體管12至18的柵極連接到控制端子T4。
[0025]圖1B是說明開關的隔離的示圖。如圖1B所示，提供給控制端子T4的控制信號使晶體管12和18導通，使晶體管14和16截止。晶體管12和18被等效地表示為電阻器R12和R18，晶體管14和16被等效地表示為電容器C14和C16。輸入輸出端子Tl連接到公共端子T3，輸入輸出端子T2與公共端子T3斷開。如上所述，開關10選擇輸入輸出端子Tl和T2中的一個并將其連接至公共端子T3。這使得從輸入輸出端子Tl輸入的高頻信號64輸出至公共端子T3。作為高頻信號的一部分的信號60從輸入輸出端子Tl通過電容器C14和C16泄漏到輸入輸出端子T2。這使輸入輸出端子Tl和T2之間的隔離劣化。
[0026]圖2是根據第一實施方式的開關器件的框圖。開關器件100包括開關10和延遲線20。開關10是半導體開關或機械開關。諸如MOSFET(金屬氧化物半導體場效應晶體管)的FET或雙極型晶體管可用作半導體開關的有源元件。延遲線20在輸入輸出端子Tl和T2之間與開關10并聯連接。延遲線20連接在輸入輸出端子中的兩個端子之間就足夠了。
[0027]信號60是從輸入輸出端子Tl通過開關10泄漏到輸入輸出端子T2的信號。信號62是從輸入輸出端子Tl通過延遲線20流向輸入輸出端子T2的信號。延遲線20利用聲波來使信號62延遲。因此，延遲線20的調節能夠使信號60和62具有近似相同的振幅和相反的相位。因此，信號60和62彼此抵消，改善了從輸入輸出端子Tl至輸入輸出端子T2的隔離特性。此外，與專利文獻I和2中公開的技術相比，使用聲波的延遲線20的使用使得能夠減小尺寸。
[0028]第二實施方式
[0029]第二實施方式使用由壓電層上的梳狀電極激發的聲波作為延遲線的聲波。圖3A是根據第二實施方式的開關器件的平面圖，圖3B是延遲線的平面圖，圖3C是沿圖3B的線A-A截取的截面圖。如圖3A所示，開關器件102包括開關10和延遲線20。開關10具有與圖1A相同的結構，省略其描述。延遲線20在輸入輸出端子Tl和T2之間與開關10并聯連接。
[0030]如圖3B和圖3C所示，延遲線20包括形成在壓電基板22 (壓電層)上的IDT (叉指換能器)24和26。IDT24 (第一 IDT)包括一對梳狀電極24a和24b。梳狀電極24a接地，而梳狀電極24b連接到輸入端子Tin。IDT26(第二 IDT)包括一對梳狀電極26a和26b。梳狀電極26a接地，而梳狀電極26b連接到輸出端子Tout。輸入端子Tin電連接到輸入輸出端子Tl。輸出端子Tout電連接到輸入輸出端子T2。IDT24將輸入至輸入端子Tin的電信號轉換為壓電基板22的表面聲波25。IDT26將壓電基板22的表面聲波25轉換為電信號，并將其輸出給輸出端子Tout。其它結構與第一實施方式相同，省略其描述。
[0031]圖4A至圖4C是分別不出開關的輸入輸出端子之間的隔尚度、IY211和Z Y21的不圖。開關10是使用CM0SFET (互補MOSFET)的開關。所述隔離度是輸入輸出端子Tl和T2之間的隔離度(S21)，Y21是輸入輸出端子Tl和T2之間的Y21的振幅，ZY21是輸入輸出端子Tl和T2之間的Y21的相位。所述隔離度、IY211和Z Y21是針對從1.5GHz至2.5GHz的頻率模擬的。頻帶66是改善隔離特性的頻帶，并且是(例如)使用開關器件的移動終端的發送頻帶或接收頻帶。
[0032]如圖4A所示，頻帶66中的隔離度大約為_45dB。如圖4B所示，頻帶66中的|Y21大約為-60dB。如圖4C所示，頻帶66中的Z Y21大約為-90°。如上所述，輸入輸出端子Tl和T2之間存在容抗成分(即，寄生電容)。
[0033]圖5A至圖5C是分別示出第二實施方式的延遲線和開關的隔離度、IY211和ZY21的示圖。實線指示延遲線20，虛線指示開關10 (與圖4A至圖4C中相同)。在如下條件下模擬所述隔離度、|Y21|和ΖΥ21。
[0034]壓電基板22:44° Y切割鉭酸鋰單晶基板
[0035]IDT24:對數:2.5 對，間距:1.98 μ m，孔徑長度:65 λ
[0036]IDT26:對數:3對，間距:2.00 μ m，孔徑長度:65 λ
[0037]IDT24 和 26 之間的間隔:2.15 μ m
[0038]λ為聲波的波長。
[0039]如圖5Α所示，延遲線20的隔離度大于開關10的隔離度。如圖5Β所示，頻帶66中的延遲線20的|Υ21|大約等于開關10的|Υ21|。如圖5C所示，頻帶66中的延遲線20的ΖΥ21大約為90°，并且相位與開關10的相位相反。如上所述，IDT24和26的優化能夠使通過開關10的信號60的振幅與通過延遲線20的信號62的振幅近似相同，而相位相反。
[0040]圖6是示出第二實施方式的開關器件的隔離特性的示圖。實線指示從開關器件102的輸入輸出端子Tl至輸入輸出端子Τ2的隔離度的模擬結果。虛線指示從單獨的開關10的輸入輸出端子Tl至輸入輸出端子Τ2的模擬結果。如圖6所示，在頻帶66中，與單獨的開關10相比，開關器件102的隔離特性改善，如陰影區域所指示。
[0041]在第二實施方式中，IDT24將輸入至輸入輸出端子Tl的電信號轉換為在壓電基板22中傳播的聲波25。IDT26將在壓電基板22中傳播的聲波25轉換為電信號。如上所述，延遲線20形成有由形成在壓電基板22上的梳狀電極激發的聲波。這使得能夠通過適當地設計IDT24和26來改善開關器件102的隔離特性。另外，與專利文獻I和2中描述的使用電感器的技術相比，第二實施方式可以使開關器件102小型化。
[0042]如上所述，IDT24和26可以形成在壓電基板上。或者，IDT24和26可以形成在基板上的壓電層上。
[0043]第三實施方式
[0044]圖7A是根據第三實施方式的開關器件的平面圖，圖7B是示出第三實施方式的開關器件的隔離特性的示圖。如圖7A所示，開關器件103包括開關10、延遲線20和傳輸線30。兩條傳輸線30連接在輸入輸出端子Tl與開關10之間以及輸入輸出端子T2與開關10之間。例如，傳輸線30是形成在介電質基板32中的帶狀線(stripline)。其它結構與圖3A所不的第二實施方式相同，省略其描述。
[0045]基于這樣的假設模擬隔離特性:傳輸線30的特性阻抗為50 Ω，長度為1mm。在圖7B中，實線指示從圖7A中的開關器件103的輸入輸出端子Tl至輸入輸出端子T2的隔離度的模擬結果。虛線指示從單獨的開關10的輸入輸出端子Tl至輸入輸出端子T2的隔離度的模擬結果。如第三實施方式所述，即使傳輸線30連接在開關10與延遲線20之間，延遲線20也可改善隔離特性。然而，與圖6所示的第二實施方式相比，頻帶66中的開關器件103的隔離劣化。
[0046]實際的開關器件具有傳輸線以將開關10電連接到延遲線20。如圖7B所示，當傳輸線較長時，隔離特性的改善效果較小。為了調查原因，模擬從輸入輸出端子Tl通過開關10和傳輸線30 (而沒有圖7A中的延遲線20)到輸入輸出端子T2的信號的隔離度、|Y21和 Z Υ21。
[0047]圖8Α至圖SC是分別示出在沒有延遲線的情況下開關的輸入輸出端子之間的隔離度、|Υ21和Z Υ21的示圖。如圖8Α和圖8Β所示，隔離度和Υ21近似與圖4Α和圖4Β相同。如圖8C所示，ΖΥ21在超過-90°的負側。如圖所示，傳輸線30使相位從-90°進一步旋轉。因此，認為即使使用IDT24和26，也無法像第二實施方式那樣多地改善隔離特性，如圖7Β所示。
[0048]第四實施方式
[0049]圖9是根據第四實施方式的開關器件的平面圖。如圖9所示，單端對諧振器28連接在輸入輸出端子Tl與延遲線20的IDT24之間。
[0050]圖1OA至圖1OC是分別示出第四實施方式的延遲線和諧振器的隔離度、IΥ211和ΖΥ21的示圖。實線指示諧振器28，虛線指示延遲線20。在如下條件下模擬所述隔離度、
Υ211 和 Z Υ21。
[0051]壓電基板22:44° Y切割鉭酸鋰單晶基板
[0052]IDT24:對數:8.5 對，間距:1.97 μ m，孔徑長度-J2 λ
[0053]IDT26:對數:18.0對，間距:1.97 μ m，孔徑長度:72入
[0054]IDT24 和 26 之間的間隔:0.46 μ m
[0055]諧振器28:對數:14對，間距:2.0 μ m，孔徑長度:17 λ
[0056]λ為聲波的波長。
[0057]頻帶66中的延遲線20的|Υ211近似等于開關10的|Υ211。頻帶66中的延遲線20的Z Υ21大約為90°。如上所述，難以僅使用延遲線20來使Z Υ21從90°偏移。諧振器28的諧振點和反諧振點位于頻帶66中。
[0058]圖1lA至圖1lC是分別示出第四實施方式的延遲線與諧振器以及開關與傳輸線的隔離度、|Υ21|和ΖΥ21的示圖。實線指示延遲線20和諧振器28，虛線指示開關10和傳輸線30。如圖1lB所示，通過延遲線20和諧振器28傳輸的信號的|Y2l|近似等于通過開關10和傳輸線30傳輸的信號的IΥ211。如圖1lC所示，通過延遲線20和諧振器28傳輸的信號的Z Υ21略小于90°。這使得通過延遲線20和諧振器28傳輸的信號的相位與通過開關10和傳輸線30傳輸的信號的相位相反。
[0059]圖12是示出第四實施方式的開關器件的隔離特性的示圖。實線指示從開關器件104的輸入輸出端子Tl至輸入輸出端子Τ2的隔離度的模擬結果。虛線指示從單獨的開關10的輸入輸出端子Tl至輸入輸出端子Τ2的隔離度的模擬結果。如圖12所示，在頻帶66中，與單獨的開關10相比，開關器件104的隔尚特性改善。另外，與第三實施方式相比，隔離特性改善。
[0060]在第四實施方式中，諧振器28在輸入輸出端子Tl和Τ2之間與延遲線20串聯連接。除了延遲線20以外，諧振器28的設計常數可優化，因此即使存在傳輸線30，隔離特性也可優化。第四實施方式描述了諧振器28連接在IDT24與輸入輸出端子Tl之間的情況，但是諧振器可連接在IDT26與輸入輸出端子Τ2之間。另外，諧振器可連接在IDT24與輸入輸出端子Tl之間以及IDT26與輸入輸出端子Τ2之間。諧振器可以是單端對諧振器以外的諧振器。
[0061]圖13Α和圖13Β是示出第二實施方式至第四實施方式中使用的示例性延遲線的平面圖。如圖13Α所示，可在聲波的傳播方向上在IDT24和26的兩側或單側設置反射器27。如圖13Β所示，IDT24c和24d可連接至輸入端子Tin。另外，兩個或更多個IDT可連接至輸出端子Tout，兩個或更多個IDT可連接至輸入端子Tin和輸出端子Tout 二者。描述表面聲波作為由梳狀電極激發的聲波的示例，但是邊界聲波或樂甫波也可用作所述聲波。
[0062]圖14的上部是示出第二實施方式至第四實施方式中使用的另選的示例性延遲線的平面圖，圖14的下部是沿圖14的上部中的線A-A截取的截面圖。如圖14的上部和圖14的下部所示，壓電薄膜諧振器42通過空隙48設置在基板40上，壓電薄膜諧振器46通過壓電層44層疊在壓電薄膜諧振器42上。壓電薄膜諧振器42 (第二壓電薄膜諧振器)通過將下電極41、壓電層44和上電極43層疊而形成。壓電薄膜諧振器46(第一壓電薄膜諧振器)通過將下電極45、壓電層44和上電極47層疊而形成。諧振區域49是下電極41或45橫跨壓電層44與上電極43或47重疊的區域。
[0063]壓電薄膜諧振器46的上電極47連接至輸入端子Tin，下電極45接地。壓電薄膜諧振器42的下電極41連接至輸出端子Tout，上電極43接地。輸入端子Tin連接至輸入輸出端子Tl，輸出端子Tout連接至輸入輸出端子T2。壓電薄膜諧振器46的厚度振子39在壓電層44中激發聲波25。如上所述，壓電薄膜諧振器46將輸入至輸入端子Tin的電信號轉換為在壓電層44中傳播的聲波25。聲波25從壓電薄膜諧振器46傳播到壓電薄膜諧振器42。壓電薄膜諧振器42將聲波25轉換為電信號并將其輸出給輸出端子Tout。
[0064]如上所述，由厚度振子利用壓電層44激發的聲波可用于延遲線20和/或諧振器28。壓電薄膜諧振器42、46可通過反射聲波的聲多層膜設置在基板40上。
[0065]第五實施方式
[0066]第五實施方式是包括第一實施方式至第四實施方式中的任一個開關器件的示例性模塊。圖15A和圖15B是根據第五實施方式的模塊的框圖。如圖15A所示，模塊106包括開關器件100以及濾波器52和54。濾波器52連接在輸入輸出端子Tl與端子T5之間。濾波器54連接在輸入輸出端子T2與端子T6之間。公共端子Τ3連接至天線50。端子Τ5和Τ6均為發送端子或接收端子，或者端子Τ5和Τ6中的一個為發送端子，另一個為接收端子。
[0067]如圖15Β所示，模塊108包括開關器件100以及雙工器70和74。雙工器70包括發送濾波器71和接收濾波器72。發送濾波器71連接在輸入輸出端子Tl與端子Τ7之間。接收濾波器72連接在輸入輸出端子Tl與端子Τ8之間。雙工器74包括發送濾波器75和接收濾波器76。發送濾波器75連接在輸入輸出端子Τ2與端子T9之間。接收濾波器76連接在輸入輸出端子Τ2與端子TlO之間。公共端子Τ3連接至天線50。
[0068]如第五實施方式所述，輸入輸出端子Tl和Τ2可連接至濾波器或雙工器。聲波濾波器可用于濾波器或雙工器。
[0069]盡管已經詳細描述了本發明的實施方式，但是應該理解，在不脫離本發明的精神和范圍的情況下，可對其進行各種改變、置換和更改。
【權利要求】
1.一種開關器件，該開關器件包括: 開關，該開關選擇輸入輸出端子中的一個并將其連接到公共端子；以及 延遲線，該延遲線在所述輸入輸出端子中的兩個端子之間與所述開關并聯連接，并利用聲波來使信號延遲。
2.根據權利要求1所述的開關器件，其中， 所述延遲線將輸入至所述兩個端子中的第一端子的第一電信號轉換為在壓電層中傳播的聲波，并將在所述壓電層中傳播的所述聲波轉換為第二電信號，并將該第二電信號輸出給所述兩個端子中的第二端子。
3.根據權利要求1所述的開關器件，其中， 所述聲波是由形成在壓電層上的梳狀電極激發的聲波。
4.根據權利要求1所述的開關器件，其中，所述延遲線包括: 第一 IDT，其將輸入至所述兩個端子中的第一端子的第一電信號轉換為在壓電層中傳播的聲波；以及 第二 IDT，其將在所述壓電層中傳播的所述聲波轉換為第二電信號，并將該第二電信號輸出給所述兩個端子中的第二端子。
5.根據權利要求1所述的開關器件，其中， 所述聲波是由使用了壓電層的厚度振子激發的聲波。
6.根據權利要求1所述的開關器件，其中，所述延遲線包括: 第一壓電薄膜諧振器，其將輸入至所述兩個端子中的第一端子的第一電信號轉換為在壓電層中傳播的聲波；以及 第二壓電薄膜諧振器，其將在所述壓電層中傳播的所述聲波轉換為第二電信號，并將該第二電信號輸出給所述兩個端子中的第二端子。
7.根據權利要求1至6中的任一項所述的開關器件，該開關器件還包括: 諧振器，其在所述兩個端子之間與所述延遲線串聯連接。
8.根據權利要求1至6中的任一項所述的開關器件，其中，所述開關是半導體開關。
9.一種模塊,該模塊包含根據權利要求1至6中的任一項所述的開關器件。
10.根據權利要求9所述的模塊，該模塊還包含與所述兩個端子連接的濾波器。
【文檔編號】H03K17/94GK103812486SQ201310504023
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年10月23日 優先權日:2012年11月8日
【發明者】巖城匡郁 申請人:太陽誘電株式會社