Title:
Multiplexer
Document Type and Number:
Kind Code:
B3

Abstract:

In einem zur Signaltrennung im Carrier Aggregation Betrieb ausgelegten Multiplexer werden zwei Filter des Multiplexers in verschiedenen Technologien mit unterschiedlichem Reflexionsverhalten ausgebildet. Die Auswahl und Zuordnung der jeweiligen Technologie für eines der beiden Filter erfolgt jeweils so, dass das mit der jeweiligen Technologie ausgeführte Filter eine höhere Reflektivität für das jeweilige Gegenband aufweist.





Inventors:
Schmidhammer, Edgar, Dr. (83371, Stein, DE)
Application Number:
DE102016107309A
Publication Date:
08/31/2017
Filing Date:
04/20/2016
Assignee:
SnapTrack, Inc. (Calif., San Diego, US)
International Classes:
H03H9/70; H03H9/72
Foreign References:
74955292009-02-24
Other References:
Andreas Link; Phil Warder: Golden Age for Filter Design. In: IEEE Microwave Magazine, August 2015, 60 - 72.
Mingdong Li, u.a.: A fully matched LTE-A carrier aggregation quadplexer based on BAW and SAW technologies. In: 2014 IEEE International Ultrasonics Symposium, 2014, 77 - 80.
Attorney, Agent or Firm:
BARDEHLE PAGENBERG Partnerschaft mbB Patentanwälte, Rechtsanwälte, 81675, München, DE
Claims:
1. Multiplexeranordnung (MPX) zur Signaltrennung in CA-Bandkombinationen, aufweisend eine Anzahl von n Filtern (FE1, FE2) für n Bänder, die mit einem gemeinsamen Knotenpunkt verbunden sind, wobei zumindest zwei Filter in unterschiedlichen Technologien realisiert sind, die ein unterschiedliches Reflektivitätsverhalten für Frequenzen im Band des jeweiligen anderen Filters aufweisen, wobei ein erstes der Filter (FE1) auf einem Lithiumniobat Substrat aufgebaut und zusätzlich mit einer über Wandlerelektroden angeordneten TCF Kompensationsschicht versehen ist, wobei ein zweites der Filter (FE2) auf einem Lithiumtantalat Substrat aufgebaut ist und wobei für jedes dieser zumindest zwei Filter diejenige Technologie ausgewählt ist, die die höhere Reflektivität für das jeweilige Gegenband aufweist.

2. Multiplexeranordnung nach dem vorangehenden Anspruch, bei der das erste Filter (FE1) einem Band zugeordnet ist, dessen Frequenzen unterhalb der Frequenzen des Bands liegen, das dem zweiten Filter (FE2) zugeordnet ist.

3. Multiplexeranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Filter unabhängig voneinander als SAW Filter oder BAW Filter realisiert sind.

4. Multiplexeranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Multiplexeranordnung als Diplexer Triplexer, Quadplexer oder Quintplexer ausgebildet ist.

5. Multiplexeranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Multiplexeranordnung Duplexer für Bänder umfasst, die für einen Carrier Aggregation Betrieb ausgewählt sind.

6. Multiplexeranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Multiplexeranordnung ein Quadplexer ist, der Duplexer umfasst, die für die Mobilfunkbänder B8 und B20 ausgelegt sind.

7. Multiplexeranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
bei der das erste Filter für Band 8 ausgelegt ist und als SAW Filter auf einem LT Substrat ausgebildet ist,
bei der das zweite Filter für Band 20 ausgelegt ist und als SAW Filter auf einem LN Substrat ausgebildet und mit einer TCF Kompensationsschicht versehen ist.

8. Multiplexeranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jedes der Filter oder der Duplexer mit einem Phasenschieber verschaltet ist.

9. Multiplexeranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zumindest eines der Filter oder der Duplexer in einem TFAP Package verkapselt ist.

10. Multiplexeranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Filter in ein mehrschichtiges Substrat eingebettet ist.

Description:

Zur Bewältigung des zunehmenden Bedarfs an Bandbreite in existierenden 4G und zukünftigen 5G Netzwerken wurde die so genannte „Carrier Aggregation” (CA) eingeführt. Hierbei werden bei ein und derselben Kommunikationsverbindung oder Datenübertragung mehrere Mobilfunkbänder gleichzeitig betrieben, um mehr Bandbreite zur Verfügung zu haben. Für die Carrier Aggregation werden bislang nur Bänder für den Empfangsbetrieb aggregiert (RX-CA), es sind aber bereits zahlreiche Bandkombinationen vorgeschlagen worden, die auch im Sendebetrieb den CA Modus nutzen. CA Bandkombinationen können dabei mehrere Bänder für Rx, Tx oder beides Rx, Tx zugleich kombinieren.

Zwei zu kombinierende Mobilfunkbänder mit ausreichendem Frequenzabstand können Diplexer zur Signaltrennung nutzen (in der Regel Hochpass/Tiefpass Kombination zur Trennung von beispielsweise 1 GHz und 2 GHz Bändern). Für Bänderkombinationen mit mehr als zwei unterschiedlichen Bändern oder mit geringerem Frequenzabstand benötigt man Multiplexer, die mehrere innerhalb des gleichen Frequenzbereichs, z. B. innerhalb des 1 GHz Bereichs liegende Bänder voneinander trennen können.

In einem n-fach Multiplexer sind n Filter mit einem gemeinsamen Antennenanschluss verbunden. Dabei steigen aber mit zunehmender Anzahl n auch die Verluste in den Filtern an. Damit die Signale der verschiedenen Bänder bzw. Frequenzen in den einzelnen Filtern sauber und mit niedrigem Verlust voneinander getrennt werden können, ist es neben der Minimierung der elektrischen Verluste insbesondere wichtig, die Reflektivität jedes einzelnen Filters für die Frequenzen der anderen Bänder zu maximieren.

Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, eine Multiplexeranordnung anzugeben, welche verbesserte Eigenschaften und insbesondere niedrigere Verluste aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Multiplexer-Anordnung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.

Es wurde festgestellt, dass sich in unterschiedlichen Filtern, die sich bezüglich ihres Substratmaterials oder ihres genauen Schichtaufbaus im Hinblick auf die gewählten Materialkombinationen unterscheiden, das Reflektivitätsverhalten im oberen und unteren Sperrband unterscheidet. So sind Filteraufbauten bekannt, die im unteren Sperrband eine hohe Reflexion, im oberen Sperrband dagegen eine schlechtere Reflexion aufweisen. Andere Filtertechnologien weisen im oberen Sperrband eine sehr gute Reflektivität Reflexion, im unteren Sperrband jedoch eine schlechtere Reflektivität auf als Filter, die in der jeweils anderen Technologie ausgeführt sind.

Grundlegende Idee der Erfindung ist es daher, für einen Multiplexer Filter zu kombinieren, die aus unterschiedlichen Materialsystemen aufgebaut sind. Die Materialsysteme werden dabei so ausgewählt, dass für das einzelne Filter die Reflektivität im jeweiligen Gegenband, also im Band des anderen Filters, maximal ist. Das Materialsystem eines Filters im erfindungsgemäßen Multiplexer wird also in Abhängigkeit davon ausgewählt, ob das Gegenband, also das Passband des anderen Filters des Multiplexers im oberen oder unteren Sperrband liegt.

Auf diese Weise lässt sich ein Multiplexer erhalten, der – verglichen jeweils mit einem in einheitlicher Technologie ausgeführten Multiplexer – ein insgesamt verbessertes Reflektivitätsverhalten aufweist und damit eine niedrigere Einfügedämpfung aufweist.

Eine mögliche erste Technologie, die in einem erfindungsgemäßen Duplexer Verwendung finden kann, sind akustische Filter auf der Basis von Lithiumniobat-Substraten. Derartige Filter weisen im oberen und unteren Sperrband eine annähernd gleich gute und akzeptable Reflektivität auf. Eine zweite Technologie, mit der Filter mit einer davon unterschiedlichen Reflektivität hergestellt werden können, sind akustische Filter auf der Basis von Lithiumtantalat-Substraten. Daraus hergestellte Filter zeigen im unteren Sperrband eine gegenüber der erstgenannten Technologie verbesserte Reflektivität, im oberen Sperrband jedoch eine schlechtere Reflektivität.

Sind nun in einem Multiplexer ein erstes und ein zweites Filter kombiniert und wird das Frequenzband mit den höheren Frequenzen dem ersten Filter zugeordnet, so wird erfindungsgemäß das erste Filter in der zweiten Technologie ausgeführt, das zweite Filter dagegen in der ersten Technologie. Dies hat den Vorteil, dass das erste Filter gegenüber den Frequenzen des zweiten Filters eine verbesserte Reflektivität aufweist. Würde hingegen ein in der zweiten Technologie ausgeführtes Filter für das Band mit der niedrigeren Frequenz ausgewählt werden, so wäre dessen Reflektivität gegenüber dem höheren Band deutlich verschlechtert. Mit der Erfindung werden daher die Vor- und Nachteile der beiden Technologien vorteilhaft kombiniert, sodass im Wesentlichen die Vorteile zum Tragen kommen.

Ein in der ersten Technologie ausgeführtes Filter kann neben dem Lithiumniobat-Substrat und einer mehrschichtig ausgeführten Metallisierung noch eine TCF-Kompensationsschicht (TCF = Temperaturkoeffizient der Frequenz) aufweisen, welche üblicherweise aus einer relativ dicken Siliziumdioxidschicht besteht. Üblicherweise ist die TCF-Kompensationsschicht noch mit einer relativ dünnen Passivierungsschicht, beispielsweise aus Siliziumnitrid, versehen. Andere Ausführungsformen, z. B. ein anderes Material oder weitere Schichten sind ebenso denkbar.

Ein erfindungsgemäßer Multiplexer ist jedoch von den beiden genannten Technologien unabhängig und wird immer dann erhalten, wenn zwei miteinander kombinierte Technologien bzw. zwei miteinander kombinierte Filter in unterschiedlichen Technologien ausgeführt sind, die sich in ihrem Reflektivitätsverhalten unterscheiden. So können auch die Filter unabhängig voneinander als SAW-Filter oder als BAW-Filter realisiert sein. Ebenso lassen sich alle Sendefilter in einer Technologie, die Empfangsfilter dagegen in einer anderen Technologie ausführen. Die Erfindung kann so bereits bei einem Duplexer eingesetzt werden.

Eine erfindungsgemäße Multiplexer-Anordnung kann außerdem als Diplexer, Triplexer, Quadplexer oder Quintplexer ausgebildet sein. Derartige Multiplexer können aus Einzelfiltern aufgebaut sein. Möglich ist es jedoch auch, in einem Multiplexer bereits vorgefertigte Duplexer einzusetzen und mit Einzelfiltern oder weiteren Duplexern zu kombinieren. Ein vorgefertigter Duplexer hat den Vorteil, dass die beiden Filter des Duplexers, also RX-Filter und TX-Filter, elektrisch einander bereits so gut angepasst sind, dass die elektrischen Verluste im reinen Duplex-Betrieb minimiert sind.

In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst die Multiplexer-Anordnung zwei Duplexer, die jeweils für einen Betrieb in Band 8 bzw. Band 20 ausgebildet sind. In der einfachsten Ausführung ist ein solcher beispielhafter Multiplexer dann als Quadplexer ausgebildet, der die Mobilfunkbänder B8 und B20 kombiniert und für jedes der beiden Bänder je ein RX- und ein TX-Filter zur Verfügung stellt.

Prinzipiell ist es natürlich auch möglich, in einem Multiplexer Filter und/oder Duplexer zu kombinieren, die die Bänder 8, 20 und ein oder mehrere weitere Bänder abdecken. Entscheidend ist allein, dass für die Filterkombinationen die Technologien so ausgewählt werden, dass die Reflektivität maximiert ist und so die davon abhängigen Verluste minimiert sind.

In der vorgeschlagenen beispielhaften Bandkombination, die auch für den Carrier-Aggregation-Betrieb vorgeschlagen wird, kann das erste Filter für Band 8 ausgelegt sein und wird dann als SAW-Filter auf einem Lithiumtantalat-Substrat ausgebildet. Vorteilhaft ist es dann, das zweite Filter, welches für Band 20 ausgelegt ist, als SAW-Filter auf einem Lithiumniobat-Substrat auszubilden und mit einer SiO2 umfassenden TCF-Kompensationsschicht zu versehen.

Während die Auswahl der passenden Technologie bzw. die Zuordnung der passenden Technologie zu dem jeweiligen Filter in der erfindungsgemäßen Multiplexer-Anordnung allein materialbedingte Verluste minimiert, sind zusätzlich im Multiplexer noch Maßnahmen erforderlich, die elektrischen Verluste zu minimieren, die sich aus der Zusammenschaltung mehrerer Filter zu einem Multiplexer ergeben.

Dazu kann auf herkömmliche und an sich bekannte Multiplexer-Aufbauten zurückgegriffen werden. In solchen Multiplexern werden mehrere Filter mit einem gemeinsamen Antennenanschluss verbunden. Die elektrische Bandtrennung gelingt durch Verbindung eines jeden Filters mit einer Phasenschieberschaltung, mit der die Phase um einen für eine optimale Anpassung geeigneten Betrag von beispielsweise 30° gedreht wird. Vorteilhaft ist in einem Multiplexer jedes dieser Filter mit einer separaten Phasenschieberschaltung verbunden. Eine solche Filtertopologie ist beispielsweise aus der US 7,495,529 B2 bekannt.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein erfindungsgemäßer Multiplexer in einem TFAP-Package verkapselt (TFAP = Thin-Film Acoustic Package). Diese Technologie ist besonders für MEMS-Bauelemente geeignet, wie sie akustische Bauelemente oder eben akustische Filter darstellen. Mit einem TFAP-Package kann der zum ungestörten Arbeiten der elektroakustischen Wandler erforderliche Hohlraum in einfacher Weise realisiert werden.

Ein solches TFAP-Package kann in einem integrierten Prozess hergestellt werden, bei dem über den Elektrodenstrukturen, wo der Hohlraum zur Verfügung gestellt werden muss, zunächst ein Opfermaterial aufgebracht und strukturiert wird. Dieses wird anschließend mit einer harten bzw. mechanisch stabilen Schicht überdeckt. Anschließend werden Öffnungen in dieser Schicht geschaffen, um das Opfermaterial durch diese Öffnungen hindurch auf bzw. herauszulösen. Anschließend wird die Öffnung wieder verschlossen. Auf diese Weise können außerdem Packages erhalten werden, die sich neben ihrer einfachen Herstellung noch durch eine niedrige Bauform auszeichnen. Des Weiteren ist die Herstellung vollintegriert und daher kostengünstig möglich.

In einem erfindungsgemäßen Multiplexer können mit einem TFAP-Package einzelne Filterstrukturen, einzelne Filter oder einzelne Duplexer separat für sich unter einem jeweils eigenen Hohlraum verkapselt werden. Möglich ist es jedoch auch, alle Komponenten des Multiplexers gemeinsam zu verkapseln. Entsprechend kann eine Vielzahl von Hohlräumen für jeweils einzelne Elektrodenstrukturen oder entsprechend größere Hohlräume für ein oder mehrere Filter geschaffen werden, unter denen ein oder mehrere Filter verkapselt werden können.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert. Die Zeichnungen können dabei schematisch ausgeführt sein und zur besseren Darstellung in einzelnen Dimensionen vergrößert, verkleinert oder auch verzerrt dargestellt sein.

Elemente, die einander gleichen oder die gleiche Funktion aufweisen, sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Es zeigen:

1 eine an sich bekannte Multiplexer-Konfiguration,

2 die Reflektivität und die damit verbundenen zusätzlichen Verluste in Abhängigkeit von dem Grad eines Multiplexers,

3 ein SAW-Filter, aufgebaut in einer ersten Technologie im schematischen Querschnitt,

4 ein SAW-Filter, aufgebaut in einer zweiten Technologie im schematischen Querschnitt,

5 den Verlauf der Reflektivitäten von zwei in unterschiedlichen Technologien ausgeführten Diplexern,

6 einen erfindungsgemäßen Multiplexer in schematischem Blockschaltbild,

7 die übereinander gelegten Durchlasskurven von vier zu einem erfindungsgemäßen Quadplexer verbundenen Filtern,

8A bis 8C verschiedene Verfahrensstufen bei der Herstellung einer TFAP Verkapselung,

9A und 9B ein Bauelement mit TFAP Verkapselung in der Draufsicht und in schematischem Querschnitt,

10 ein Modul in SESUB Technologie, bei dem ein erfindungsgemäßer Multiplexer in den Laminataufbau integriert ist.

1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines an sich bekannten Multiplexers MPX. Dieser umfasst eine Anzahl von n einzelnen Filtern FE1, FE2, ..., FEn, die jeweils über eine Phasenschieberschaltung PS1, PS2, ..., PSn mit einem gemeinsamen Knoten und insbesondere mit einem gemeinsamen Antennenanschluss AT verbunden sind. Da jedes Filter nur mit einer begrenzten und daher nicht optimalen Reflektivität realisiert werden kann, entstehen dabei Verluste, die mit zunehmender Anzahl n der im Multiplexer verbundenen Filter weiter ansteigen.

Es lässt sich eine einfache Formel erstellen, die die Abhängigkeit der addierten zusätzlichen Verluste ILadd von der Anzahl n der im Multiplexer kombinierten Filter und deren Reflexionsfaktor ρ angibt, wobei angenommen wird, dass der Reflexionsfaktor ρ für alle Filter gleich ist. Die Variable m bestimmt sich zu m = n – 1: ILadd = 2·1 + |ρ|(2 + m) + |ρ|·(2 – m)

2 zeigt die Abhängigkeit der zusätzlichen Verluste von der Reflektivität der für den Multiplexer verwendeten Filter. Die unterschiedlichen Graphen stehen für Multiplexer unterschiedlichen Grads, wobei n von zwei bis fünf Filter variiert.

Es zeigt sich, dass bei optimaler Reflektivität 1 keine zusätzlichen Verluste entstehen. Bei kleiner werdender Reflektivität wachsen die Verluste mit dem Grad des Multiplexers stark an. Für einen Multiplexer mit noch akzeptablen Verlusten sollte daher eine Reflektivität von mindestens 0,8 angestrebt werden.

3 zeigt im schematischen Querschnitt ein in einer ersten Technologie ausgeführtes SAW-Filter, bei dem als Substrat ein Lithiumniobat-Kristall LiNbO3 dient. Die Elektrodenfinger EF der Wandlerelektroden sind als Mehrschichtaufbau ausgeführt, der zumindest aluminium- und/oder kupferhaltige Teilschichten umfassen kann. Über dem Substrat und den Fingerelektroden FE ist eine TCF-Kompensationsschicht CL aufgebracht, deren Dicke so bemessen ist, dass sich ein minimaler Temperaturkoeffizient der Mittenfrequenz des Filters ergibt.

Zum Schutz der TCF-Kombinationsschicht TCL ist hier über dem gesamten Aufbau noch eine Passivierungsschicht PL aufgebracht, beispielsweise eine dünne Siliziumnitridschicht.

4 zeigt in schematischem Querschnitt den Aufbau eines SAW-Filters, welches in einer zweiten Technologie ausgeführt ist. Dieses weist auf einem Substrat SU aus Lithiumtantalat Aluminium umfassende Wandlerelektroden mit einzelnen Elektrodenfingern EF auf.

5 zeigt das unterschiedliche Reflektivitätsverhalten von zwei Filtern, die in den beiden oben genannten Technologien ausgeführt und auf das gleiche Passband optimiert sind, hier auf Band 8. Aufgetragen ist die Abhängigkeit der Reflektivität von der Frequenz, wobei eine erste Kurve 1 die Reflektivität für ein Filter nach der ersten Technologie (LN bzw. HQTCF) angibt, während die Kurve 2 die Reflektivität für ein Filter in zweiter Technologie (LT) darstellt.

Es zeigt sich, dass die Kurve 2 für ein Filter gemäß der zweiten Technologie im unteren Sperrbereich SBU eine hohe Reflektivität aufweist, im oberen Sperrbereich SBO dagegen eine schlechtere. Ganz anders die Reflektivität eines Filters gemäß der ersten Technologie (Kurve 1). Diese weist im unteren Sperrbereich SPU eine nur geringfügig verschlechterte Reflektivität, dafür im oberen Sperrbereich SPO eine gegenüber der zweiten Technologie wesentlich verbesserte Reflektivität.

6 zeigt anhand eines Blockschaltbilds, wie ein erfindungsgemäßer Multiplexer mit einer Anzahl von n = 2 Filtern aufgebaut werden kann. Ein erstes Filter FE1 ist für eine erste Frequenz f1 ausgelegt. Ein zweites Filter FE2 ist für eine zweite Frequenz f2 ausgelegt. Beide Filter FE1, FE2 sind jeweils über einen Phasenschieber PS1, PS2 mit einem gemeinsamen Knoten, hier einem Antennenanschluss AT verbunden. Das erste Filter FE1 ist als Passbandfilter in der ersten Technologie ausgeführt. Das zweite Filter FE2 ist als Passbandfilter in der zweiten Technologie ausgeführt. Erfindungsgemäß werden dann erhebliche Verbesserungen bezüglich Reflektivität und der damit verbundenen Verluste erhalten, wenn die erste Frequenz f1 kleiner ist als die zweite Frequenz f2. Dann wirkt sich die im unteren Sperrband SPU verbesserte Reflektivität eines Filters der zweiten Technologie genau im Passband des ersten Filters FE2 aus und erzeugt weniger Verluste.

Parallel dazu erzeugt die verbesserte Reflektivität des zweiten Filters im oberen Sperrbereich SPO des zweiten Filters FE2 eine verbesserte Reflektivität im Passband des ersten Filters FE1. In 6 ist angedeutet, dass sich der erfindungsgemäße Multiplexer um weitere einzelne Filter oder Paare von Filtern erweitern lässt, wobei für jedes Paar frequenzabhängig die jeweils günstige Technologie verwendet wird.

7 zeigt in kombinierter Darstellung die vier Passbänder eines Quadplexers, also eines Multiplexers mit n = 4. Der Multiplexer weist zusammen vier Rx und Tx Filter für die Bänder B8 und B20 auf. An den Ausgängen der einzelnen Filter wird jeweils eine entsprechende Durchlasskurve mit dem entsprechenden Passband erhalten. Ein erstes Passband PB1 entspricht dem RX-Filter für Band 20. Ein zweites Passband PB2 entspricht einem TX-Filter für Band 20. Passband 3 PB3 und Passband 4 PB4 sind dem TX- und dem RX-Filter von Band 8 zugeordnet. Die Durchlasskurven zeigen auf, dass ein erfindungsgemäßer Multiplexer nur geringe Verluste in den einzelnen Filtern aufweist.

Der in 7 dargestellte Multiplexer kann erfindungsgemäß realisiert werden, indem sowohl RX- als auch TX-Filter von Band 8 entsprechend den Passbändern PB3 und PB4 in der zweiten Technologie aufgeführt sind, mit der sich jeweils ein Filter mit hoher Reflektivität gegenüber Frequenzen im unteren Sperrband ergibt. Die Filter für Band 20 mit dem ersten und zweiten Passband PB1 und PB2 sind dann in der ersten Technologie ausgeführt, die eine verbesserte Reflektivität im oberen Sperrband aufweist. Dementsprechend sind die Filter für die beiden Bänder 8 und 20 im jeweiligen Gegenband gut gegeneinander isoliert. Dies zeigt sich in der niedrigen Einfügedämpfung, wie die 7 klar zeigt.

Möglich ist es jedoch auch, die Filter für einen Multiplexer, wie etwa für einen Quadplexer nach 7, auf andere Art und Weise in erster und zweiter Technologie auszuführen, sodass paarweise jeweils ein RX-Filter und ein TX-Filter aus erstem und zweitem Band im jeweiligen Gegenband eine verbesserte Isolation bzw. Reflektivität aufweisen.

Für den ausgewählten Quadplexer, der die Bänder 20 und 8 bedienen kann, kann beispielsweise das RX-Filter für Band 8 in zweiter Technologie, das TX-Filter für Band 8 dagegen in erster Technologie ausgeführt sein. Entsprechend kann dann das TX-Filter für Band 20 in der zweiten Technologie, das RX-Filter für Band 20 in der ersten Technologie ausgeführt sein.

Für Multiplexer mit anderen Bandkombinationen, bei denen die Frequenzen der Tx Filter jeweils über den entsprechenden Rx Frequenzen liegen, können auch die Tx Filter in der zweiten Technologie, die Rx Filter dagegen in der ersten Technologie ausgeführt sein.

Liegen die Rx Frequenzen über den Tx Frequenzen, so kann die Zuordnung umgekehrt vorgenommen werden.

Bei einem höheren Multiplexer können in entsprechender Weise die Filter beliebig zugeordnet werden unter der Prämisse, dass jeweils ein Filter mit der höheren Frequenz der zweiten Technologie und ein Filter mit der niedrigeren Frequenz der ersten Technologie zugeordnet sind. Die einander zugeordneten Filter müssen nicht das gleiche Band bedienen. Die Paarzuordnung kann intermittierend sein. Möglich ist es jedoch auch, dass ein erstes Filter für ein Passband mit der höchstgelegenen Frequenz in der zweiten Technologie, ein Filter mit der tiefsten Frequenz dann in der ersten Technologie ausgeführt ist, wobei zwei weitere Bänder zwischen dem ersten und dem zweiten Band angesiedelt sind, von denen jeweils wieder das obere Band in der zweiten Technologie und das untere Band in der ersten Technologie ausgeführt sein können.

Die 8A bis 8C zeigen anhand schematischer Querschnitte verschiedene Verfahrensstufen bei der Herstellung eines TFAP-Packages, welches insbesondere für akustische Bauelemente geeignet ist.

8A zweigt ein akustisches Filter, wie es in einem erfindungsgemäßen Multiplexer Verwendung findet. Es ist beispielsweise auf einem Substrat SU aufgebaut und umfasst Wandlerstrukturen, von denen in der 8A nur einzelne Elektrodenfinger EF im longitudinalen Querschnitt dargestellt sind. Über den Wandlerstrukturen wird nun eine Opferschicht SL aufgebracht und so strukturiert, dass alle Wandlerstrukturen bzw. Elektrodenfinger mit einer gemeinsamen Opferschicht SL abgedeckt sind. Die Strukturierung kann auch so erfolgen, dass einzelne Teilstrukturen des Filters separat mit einer eigenen Opferschicht SL abgedeckt sind.

Über der Opferschicht wird nun eine erste Abdeckschicht CL1 aufgebracht, wie es in der 8B dargestellt ist.

In diese erste Abdeckschicht werden anschließend Öffnungen OE eingebracht, beispielsweise durch Ätzen. Damit gelingt es nun, die Opferschicht SL mit einem geeigneten Lösungs- oder Ätzmittel durch die Öffnungen hindurch aufzulösen und zu entfernen. Anschließend werden die Öffnungen OE wieder verschlossen, beispielsweise durch Aufbringen einer zweiten Abdeckschicht CL2, wie es in 8C dargestellt ist.

Jede der beiden Abdeckschichten CL1, CL2 kann selbst wieder aus einer Schichtkombination unterschiedlicher Schichten bestehen, um die entsprechenden Anforderungen an die Abdeckschicht bezüglich mechanischer Stabilität und Ätzbarkeit zu gewährleisten.

Da ein TFAP-Package passgenau auf abzudeckende Strukturen hin optimiert und dimensioniert werden kann, gelingt eine äußerst Platz sparende Verkapselung der akustischen Bauelemente, die als Filter für den erfindungsgemäßen Multiplexer dienen können. Möglich ist es auch, den gesamten Multiplexer als Modul auszuführen und die Filter einzeln mit einem TFAP-Package zu verkapseln.

9A zeigt beispielsweise in schematischer Draufsicht ein Bauelement BE, dessen Komponenten bzw. elektroakustische Teilstrukturen sowohl einzeln als auch in Gruppen mit einem TFAP-Package verkapselt sind. Die gestrichelte Linie deutet eine Schnittebene an, die in der 9B schematisch dargestellt ist. Aus dieser Darstellung geht hervor, dass die Lötstellen für die Wandlerstrukturen außerhalb des TFAP-Packages vorgesehen werden. Die Abdeckschichten CL1, CL2 sind auf den Raum zwischen den Lötpads beschränkt und entsprechend strukturiert.

Über den Lötpads kann eine geeignete Lotverbindung BU, beispielsweise wie dargestellt ein Bump, vorgesehen werden, der eine Flip-Chip-Montage des Bauelements BE, beispielsweise auf einen Schaltungsträger, ermöglicht.

10 zeigt eine weitere Möglichkeit, ein Bauelement BE wie einen erfindungsgemäßen Multiplexer raumsparend in eine Schaltungsumgebung zu integrieren mittels der so genannten SESUB-Technologie (SESUB = Semiconductor Embedded in Substrate). Dabei wird in den Herstellungsprozess eines mehrschichtigen Laminats LM, welches Metallisierungsebenen ML1 und ML2 umfasst, die Herstellung eines Hohlraums integriert, in dem bereits während des Aufbau des Laminats ein Bauelement BE angeordnet und durch weitere als Abdeckschichten fungierende Schichten in das Laminat LM eingebaut werden kann.

Jede der zahlreichen Metallisierungsebenen ML umfasst dabei Metallisierungen, die wiederum Verdrahtungsebenen bilden oder deren Metallisierungen teils auch schichtübergreifend passive Komponenten wie Widerstände, Kapazitäten und Induktivitäten realisieren können. Im Ergebnis wird ein Laminat erhalten, das wiederum als Schaltungsträger für weitere Komponenten dienen kann, beispielsweise für ICs oder weitere passive Komponenten PC.

Durch Kombination der beiden Aufbauten TFAP und SESUB können sehr dünne aber trotzdem hochintegrierte Bauelemente in kostengünstiger Weise erhalten werden.

Ein dünnes TFAP Bauelement (z. B. ein erfindungsgemäßer Multiplexer kann einfach in einen SESUB Aufbau integriert werden.

Bezugszeichenliste

  • MPX
    Multiplexeranordnung
    AT
    Knotenpunkt/Antennenanschluss
    FE
    Filter
    n
    Anzahl der Filter
    f1...fn
    Frequenz
    PS1...PSn
    Phasenschieber
    CL
    TCF Kompensationsschicht
    EF
    Wandlerelektroden
    SU
    Substrat
    TFAP
    TFAP Package
    PB
    Passband
    PL
    Passivierungsschicht
    SBO
    oberes Sperrband
    SBU
    unteres Sperrband
    SL
    Opferschicht
    CL1, CL2
    erste und zweite Abdeckschicht
    OE
    Öffnung in CL1
    BE
    Bauelement
    BU
    Lötverbindung
    LM
    Laminat
    ML
    Metallisierungsebenen
    IC
    Integrierter Schaltkreis
    PC
    Passive Komponente