Beschreibung

HF-Filter mit verbesserter Gegenbandunterdrückung

HF-Filter werden insbesondere in Endgeräten der mobilen Kommunikation benötigt. Meist sind sie zum Einsatz in Mobilfunksystemen ausgelegt, die in unterschiedlichen aber nahe beieinander liegenden Frequenzbändern senden und empfangen. Die Empfangsfilter sind üblicherweise als Bandpass ausgebildet, deren Durchlassbereich zumindest der Bandbreite des RX-Bandes entspricht. Erforderlich ist dabei meist, dass die Frequenzen des dazugehörigen TX-Bandes unterdrückt werden.

Zur Herstellung von HF-Filtern sind unterschiedliche Technologien geeignet . Dielektrische Filter werden aus diskreten L- und C-Elementen hergestellt und benötigen eine Vielzahl diskreter Elemente, um die geforderten Filtereigenschaften bereitzustellen. Mikrowellenkeramikfilter sind kostengünstig herzustellen, haben eine niedrige Einfügedämpfung und sind aber für den Einbau in miniaturisierte Endgeräte üblicherweise zu groß. Gute elektrische Eigenschaften bieten Filter, die auf der Basis von Volumenwellenresonatoren oder von Ober- flächenwellenbauelementen aufgebaut sind. Besonders bevorzugt sind SAW oder Oberflächenwellenbauelemente, die sich durch eine geringe Größe und eine große Vielzahl bezüglich der einzustellenden elektrischen Parameter auszeichnen^

HF-Filter auf SAW-Basis können als DMS-Filter (Dual mode SAW) oder als Reaktanzfilter aus einer Vielzahl von Resonatoren aufgebaut sein, die in einem seriellen und dazu parallelen Zweigen in Form einer Laddertype-Anordnung oder einer Lattice-Anordnung miteinander verschaltet sind.

Neben der geringen Größe und der einfachen Herstellbarkeit wird für ein HF-Filter eine gegebene Bandbreite gefordert, wobei das Passband zum Sperrbereich hin mit einer steilen Flanke abfallen soll. Die Einfügedämpfung im Durchlassbereich soll minimal sein, um die energetischen Verluste zu minimieren. Andererseits soll ein HF-Filter leistungsverträglich sein und selbst bei hoher Ein- oder Ausgangsleistung auf Dauer keine Beschädigungen der Elektrodenstrukturen aufweisen.

Zur Verbesserung der Gegenbandunterdrückung, bei einem RX- Filter beispielsweise zur Unterdrückung der TX-Frequenzen wurde bereits vorgeschlagen, ein Zweispur-Dreiwandler-DMS- Filter am Ein- und Ausgang mit Parallelresonatoren zu verschalten. Eine solche Struktur erweist sich jedoch als nicht ausreichend leistungsfest und weist eine relativ große Einfügedämpfung auf .

Ein reines Reaktanzfilter benötigt zum Erreichen einer ausreichenden Gegenbandunterdrückung eine zu große Anzahl aus Grundgliedern, wobei jedes Grundglied sich aus einem Serienresonator und einem Parallelresonator zusammensetzt. Mit zunehmender Anzahl an Grundgliedern verschlechtert sich jedoch die Einfügedämpfung solcher Filter.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein HF- Filter anzugeben, das eine gute Gegenbandunterdrückung aufweist und diese mit anderen vorteilhaften Eigenschaften kombiniert .

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein HF-Filter mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind weiteren Ansprüchen zu entnehmen.

Es wird ein HF-Filter vorgeschlagen, welches aus einem ersten und einem zweiten Teilfilter zusammengesetzt ist. Das erste Teilfilter ist als Reaktanzfilter ausgelegt und weist zumindest zwei Parallelresonatoren und einen Serienresonator auf. Das zweite Teilfilter ist als DMS-Filter ausgebildet und weist zumindest drei interdigitale Wandler auf. Zum Erzielen einer ausreichenden Gegenbandunterdrückung ist dieses Filter in ein speziell ausgelegtes Gehäuse eingebaut, in dem die Masseanschlüsse von erstem Parallelresonator und zweitem Teilfilter getrennt voneinander geführt und getrennten äußeren Gehäusekontakten zugeleitet werden.

Es zeigt sich, dass mit diesen getrennten Masseleitungen die galvanische Kopplung zwischen den unterschiedlichen Filterelementen reduziert wird, die andernfalls zu unerwünschten Signalen am Ausgang führt. Diese unerwünschten Signale können je nach ihrer Natur den Durchlassbereich beeinträchtigen, zu unerwünschten Peaks im Sperrband führen oder ganz allgemein das Nutzsignal mit zu unterdrückenden Signalen verfälschen.

Erstes und zweites Teilfilter können auf einem gemeinsamen piezoelektrischen Substrat aufgebaut und dort miteinander verschaltet sein. Das erste Teilfilter ist vorzugsweise mit dem Eingang verbunden. Dies hat den Vorteil, dass das leistungsfestere Reaktanzfilter als erstes Teilfilter einen Teil der Leistung des empfangenen Signals aufnimmt, sodass das zweite Teilfilter, also das DMS-Filter mit einem geringeren Signalpegel belastet wird. Insbesondere im Gegenband nimmt das Reaktanzfilter den größten Teil der Leistung auf. Damit wird das vorgeschlagene HF-Filter insgesamt leistungsverträglicher.

Mit dem vorgeschlagenen Filter wird auch eine gute Gegenband- unterdrückung und eine hohe Flankensteilheit erreicht . Dabei wird die gute Nahbereichsunterdrückung eines Reaktanzfilters genutzt, die sich durch geeignete Frequenzlage der Pole, insbesondere durch geeignete Wahl der Resonanzfrequenz der Parallelresonatoren gut einstellen lässt. Eine gute Fernbereichsunterdrückung wird dagegen von dem DMS-Filter bereitgestellt. In Kombination der beiden Teilfilter werden die vorteilhaften Eigenschaften der unterschiedlichen Filtertypen im kombinierten HF-Filter addiert.

Das Gehäuse des Filters kann eine Grundplatte umfassen, die zumindest eine dielektrische Lage aufweist, die im Wesentlichen elektrisch nicht leitfähig ist. Bei mehreren dielektrischen Lagen kann jeweils zwischen zwei Lagen eine Metallisierungsebene angeordnet sein. In der Metallisierungsebene sind Leiterbahnen oder allgemein eine Verschaltung strukturiert. über Durchkontaktierungen durch die dielektrischen Lagen sind die Leiterbahnen und Schaltungselemente der zumindest einen Metallisierungsebene mit inneren und äußeren Gehäusekontakten verbunden. Unter Durchkontaktierung ist dabei eine durch eine oder mehrere dielektrische Lagen führende und mit einem leitfähigen Material gefüllte oder zumindest leitfähig beschichtete Bohrung zu verstehen.

Die inneren Gehäusekontakte dienen zum Anschluss der Substratkontakte von erstem und zweitem Teilfilter, während die äußeren Gehäusekontakte zum Anschluss des Filters an eine äußere Schaltungsumgebung dienen. Vorzugsweise ist der Masseanschluss des ersten Parallelresonators, der dem Filtereingang am nächsten gelegen ist, separat und getrennt von anderen Leitungen durch das Gehäuse und insbesondere durch die Grundplatte geführt und direkt mit einem ersten

äußeren Gehäusekontakt verbunden. Dadurch wird erreicht, dass galvanische Kopplungseffekte mit dem ersten Parallelzweig nur noch durch eventuelle Impedanzen in der äußeren Schaltungs- umgebung verursacht erden. Gewöhnlich sind die äußeren Masse- kontakte aber sehr gut an die Masse der Schaltungsumgebung angeschlossen, so dass galvanische Kopplungseffekte in Form von elektrischem übersprechen minimiert sind.

Die Verbindung zwischen dem Masseanschluss des ersten Parallelresonators und dem ersten äußeren Gehäusekontakt ist geradlinig geführt und ausschließlich als Durchkontaktierung ausgebildet. Dies gewährleistet, dass bei einer gegebenen Dicke des Gehäuses beziehungsweise der Grundplatte des Gehäuses die mit dieser Leitung verbundene Induktivität minimiert ist. Dadurch wird eine Vergrößerung des PoI- Nullstellenabstands des Resonators vermieden und es kann eine größere Steilheit der linken Flanke erreicht werden. Auch die Dämpfung bei sehr hohen Frequenzen wird dadurch verbessert .. Diese bezüglich der galvanischen Kopplung optimierte Leitung durch die Grundplatte ist für den ersten Parallelzweig besonders vorteilhaft, da dessen hohe Leistungsaufnahme und damit hoher Stromfluss, bedingt durch die Lage am Filtereingang auch ein hohes Potenzial für Kopplungen mit anderen Leitungen und Metallisierungen aufweist.

Vorteilhaft ist es außerdem, den Masseanschluss des zweiten Parallelresonators getrennt von anderen Durchleitungen durch das Gehäuse zu führen und mit einem äußeren Gehäusekontakt, beispielsweise dem Gehäusekontakt des ersten Parallel - resonators zu verbinden. Damit erfolgt eine Verbindung der beiden Massenanschlüsse des ersten und zweiten Parallelresonators erst auf der Ebene des äußeren Gehäusekontakts, der in der Regel eine gute Masse darstellt, oder mit einer

guten Masse verbunden ist, sodass allein aus diesem Grund die galvanische Kopplung zwischen den beiden Masseleitungen minimiert ist .

Zur weiteren Verbesserung der Gegenbandunterdrückung kann ein zweiter Serienresonator und in einem dritten Parallelzweig ein dritter Parallelresonator vorgesehen werden. Der Massean- schluss des dritten Parallelresonators ist vorzugsweise mit einem zweiten äußeren Gehäusekontakt verbunden, der nicht mit dem ersten Gehäusekontakt identisch ist.

Damit wird die Kopplung von erstem und drittem Parallelzweig beziehungsweise von deren Masseanschlüssen vermindert .

Eine geeignete Filterfunktion wird erzielt, wenn das zweite Teilfilter eine DMS-Spur mit fünf Wandlern aufweist. Alternativ ist es auch möglich, das zweite Teilfilter mit zwei elektrisch parallel geschalteten DMS-Spuren mit je drei Wandlern auszuführen. Dadurch werden die Verlusteigenschaften gegenüber einer Einspur-Dreiwandler-DMS-Anordnung weiter verbessert .

Zur Leistungsverbesserung des Reaktanzfilters wird vorgeschlagen, zumindest den ersten Serienresonator, vorzugsweise auch den ersten Parallelresonator und gegebenenfalls weitere Serienresonatoren zu kaskadieren, das heißt in zwei in Serie geschaltete Teilresonatoren aufzuspalten. Um die Impedanz eines kaskadierten Resonators beizubehalten, muss im Gegenzug die Resonatorfläche vergrößert werden, was für den gesamten Resonator zum Beispiel bei einer Zweierkaskade eine Vervierfachung der Resonatorfläche gegenüber einem ungesplitteten Resonator bedeutet. Dies kann durch eine Erhöhung der Fingeranzahl und/oder eine Vergrößerung der Apertur erzielt

werden. Zusammen mit der nun geringen Spannung, die an jedem der in Serie geschalteten Teilresonatoren anliegt, ergibt dies eine deutliche Verbesserung der Leistungsverträglichkeit des kaskadierten Resonators .

Das HF-Filter kann einen unsymmetrischen Eingang und einen unsymmetrischen Ausgang aufweisen. In diesem Fall ist es ausreichend, wenn das Gehäuse vier äußere Gehäusekontakte aufweist. Wird dagegen der Ausgang symmetrisch geschaltet, so ist ein weiterer Gehäusekontakt erforderlich, sodass zumindest fünf äußere Gehäusekontakte vorliegen müssen. Möglich ist es jedoch stets, eine größere Anzahl von äußeren Gehäusekontakten vorzusehen, die bezüglich ihres Platzbedarfs und des erhöhten Schaltungsaufwands beim Verbinden des Filters mit einer äußeren Schaltungsumgebung in der Regel jedoch nachteilig sind. Ohne großen zusätzlichen Aufwand kann jedoch eine ungerade Anzahl an äußeren Gehäusekontakte um eins auf die nächste gerade Anzahl erhöht werden.

Um Beschädigungen des Filters durch einen überschlag von aufgrund des pyroelektrischen Effekts entstehender elektrischer Ladungen zu vermeiden ist es sinnvoll, die auf der Grundplatte getrennten Massen auf dem Substrat hochohmig (beispielsweise mit zumindest einem Kiloohm) zu verbinden. Dies kann zum Beispiel durch metallische mäanderförmige Strukturen auf der Substratoberfläche realisiert werden. Durch eine solch hochohmige Verbindung wird das übersprechen und damit die Gegenbandunterdrückung nicht beeinflusst .

Eine verbesserte Flankensteilheit kann erzielt werden, wenn im zweiten Teilfilter die einander benachbarten endständigen Elektrodenfinger von unterschiedlichen Wandlern beide heiß oder beide kalt angeschlossen werden. Dies bedeutet, dass die

beiden benachbarten Elektrodenfinger unterschiedlicher Wandler entweder beide mit einer Signalleitung oder beide mit einem Masseanschluss zu verbinden sind.

Ein bezüglich der Abschirmung und Dichtigkeit verbessertes Gehäuse wird erhalten, wenn das Substrat mit den Teilfiltern im Gehäuse zwischen der Grundplatte und einem Deckel angeordnet wird, bei dem der Deckel zumindest eine elektrisch leitende Schicht umfasst . Zur Verbesserung der Abschirmung ist der Deckel elektrisch leitend mit der Masseanbindung innerhalb der Grundplatte und weiter mit einem Masseanschluss des Filters beziehungsweise mit einem mit Masse verbundenem äußeren Gehäusekontakt des HF-Filters verbunden. Der elektrisch leitende Deckel des Gehäuses kann über mehrere Punkte mit der Masseanbindung innerhalb oder auf der Grundplatte verbunden sein. So können über den Deckel unterschiedliche Masseanschlüsse des Filters miteinander verbunden sein, die in der Grundplatte oder auf dem Substrat getrennt sind. Vorzugsweise ist der Deckel unsymmetrisch an die Verschaltung angeschlossen. Vorteilhaft ist eine eingangsseitige verbesserte Masseanbindung des Deckels, die über mehr parallel geführte und geschaltete Durchkontaktierungen als die Ausgangsseite vorgenommen ist.

üblicherweise übersteigt die Anzahl der auf dem Substrat vorliegenden Masseanschlüsse für die beiden Teilfilter die Anzahl der äußeren Gehäusekontakte. Daher wird vorgeschlagen, im Inneren des Gehäuses und insbesondere im Inneren der Grundplatte zumindest zwei elektrisch gegeneinander isolierte innere Masseflächen vorzusehen, die jeweils mehrere Masseanschlüsse von erstem und zweitem Teilfilter miteinander verbinden. Die inneren Masseflächen wiederum sind über Durchkon- taktierungen mit den äußeren Gehäusekontakten verbunden.

Dabei ist es möglich, mehrere Durchkontaktierungen zum Anschluss der inneren Masseflächen an die äußeren Gehäusekontakte zu verwenden, wodurch die im gemeinsamen Massezweig liegende Induktivität reduziert wird. Dies verringert die galvanische Verkopplung der so verbundenen Massezweige und verbessert somit das Selektionsverhalten des Filters.

Eine weitere Verbesserung des Passbandes und insbesondere eine steilere linke Flanke kann erhalten werden, wenn parallel zu den Parallelresonatoren Kapazitäten geschaltet werden. Solche Parallelkapazitäten sind bekannt dafür, den Pol-Nullstellenabstand der Resonatoren zu verringern und somit die Flankensteilheit zu verbessern. Diese können vorteilhaft in Form metallischer Strukturen auf der Substratoberfläche realisiert werden. Möglich ist es beispielsweise, die Kapazitäten als Interdigitalstrukturen auszubilden. Um zu erreichen, dass diese Interdigitalstrukturen möglichst als reine Kapazität wirken und keine Verluste in Form von abgestrahlten Wellen erzeugen, ist es vorteilhaft, für diese eine Fingerperiode zu wählen, die deutlich kleiner ist als die Fingerperiode der Wandler von erstem und zweiten Teilfilter.

Eine weitere Möglichkeit, die Abstrahlung von akustischen Wellen aus dem als Interdigitalstruktur realisierten Kapazitäten zu verhindern besteht darin, die Interdigitalstruktur zu drehen und entlang einer Kristallachse des Substrats auszurichten, in dem keine Wellen angeregt werden. Wird beispielsweise ein Substrat aus Lithiumtantalat (LT) verwendet, so kann dies mit einer Drehung um 90 Grad erreicht werden. Die Kapazitäten können jedoch auch mithilfe anders gestalteter metallischer Strukturen realisiert werden.

Im Folgenden wird das vorgeschlagene HF-Filter anhand von Ausführungsbeispielen und der dazugehörigen Figuren näher erläutert. Diese sind rein schematisch und daher nicht maßstabsgetreu ausgeführt .

Es zeigen:

Figur 1 eine erste mögliche Elektrodenstruktur für erstes und zweites Teilfilter,

Figur 2 zeigt drei Metallisierungsebenen einer zweilagigen Grundplatte,

Figur 3 verschiedene schematische Querschnitte durch Gehäuse mit ein- und zweilagigen Grundplatten,

Figur 4 ein Ersatzschaltbild einer möglichen Verschaltung der Filterelemente,

Figur 5 eine zweite Elektrodenstruktur für erstes und zweites Teilfilter,

Figur 6 verschiedene Möglichkeiten zur Realisierung paralleler Kapazitäten,

Figur 7 die übertragungskurve eines erfindungsgemäßen Filters im Vergleich mit dem Stand der Technik,

Figuren 8 und 9 vergleichen die übertragungskurve vorgeschlagener Filter mit Teststrukturen, bei denen innere Massen im Gehäuse miteinander verbunden sind,

Figur 10 den Effekt einer symmetrischen Anbindung des Gehäusedeckels im Vergleich zu einer unsymmetrischen Anbindung,

Figur 11 zwei Möglichkeiten, einen Resonator in zwei Teilresonatoren aufzusplitten.

Vorteilhafte Topologien für das erste Teilfilter bestehen aus drei bis fünf Grundgliedern, die vom Filtereingang her gesehen in einer Resonatorreihenfolge PSPSP beziehungsweise PSPSPS realisiert werden können, wobei P für einen Parallelresonator und S für einen Serienresonator steht. Figur 1 zeigt die Metallisierungsstruktur auf dem piezoelektrischen Substrat für erstes und zweites Teilfilter, wobei für das erste Teilfilter sechs Resonatoren S, P verwendet werden, die in der Reihenfolge PSPSPS geschaltet sind und fünf Grundglieder bilden. Der erste Parallelresonator Pl ist in einem ersten Parallelzweig angeordnet, der direkt mit dem Eingang IN verbunden ist. Ebenfalls direkt mit dem Eingang IN verbunden ist der erste Serienresonator Sl. Zwischen je zwei Serienresonatoren ist ein Parallelzweig mit einem Parallelresonator angeordnet. Der im ersten Teilfilter endständige dritte Serienresonator S3 ist mit dem Eingang des zweiten Teilfilters verbunden.

Das zweite Teilfilter TF2 besteht aus fünf Interdigitalwand- lern, wobei drei Wandler mit der Eingangsseite beziehungsweise mit dem Ausgang des ersten Teilfilters und zwei Wandler mit dem Ausgang OUT verbunden sind. Mit dem Ein- und Ausgang verbundene Wandler sind alternierend angeordnet. Die Fingeranordnung der einzelnen Wandler ist im zweiten Teilfilter TF2 bei Single-Ended-Betrieb, also bei beidseitig unsymmetrischer Betriebsweise so ausgebildet, dass ein endständiger Elektro-

denfinger eines Eingangswandlers und der direkt benachbarte endständige Elektrodenfinger eines Ausgangswandlers hier jeweils auf heißem Potenzial angeordnet sind. Jeder Wandler besteht aus zwei ineinander greifenden kammartigen Elektrodenstrukturen, auch Interdigitalstruktur genannt. Jeweils mehrere von Elektrodenfinger sind an eine gemeinsame Sammelschiene (Busbar) angeschlossen. Während ein Busbar mit dem Signal beaufschlagt ist, ist der andere Busbar desselben Wandlers jeweils mit einem Masseanschluss MA verbunden. Im zweiten Teilfilter TF2 sind die drei Eingangswandler parallel geschaltet und mit ihren heißen Busbars mit dem Ausgang des dritten Serienresonators verbunden. Ebenso sind die beiden heißen Busbars der beiden parallel geschalteten Ausgangswandler mit dem Ausgang OUT verbunden. Das dargestellte Filter ist also beidseitig unsymmetrisch zu betreiben, sodass ein- und ausgangsseitig nur eine signalführende Leitung benötigt wird. Grundsätzlich ist es hier ebenso wie bei praktisch allen HF Filtern möglich, Ein- und Ausgang des Filters zu vertauschen.

An weiteren Anschlüssen hat das erste Teilfilter TFl je einen Masseanschluss für jeden der drei Parallelresonatoren, während das zweite Teilfilter TF2 je einen Masseanschluss für jeden der fünf Wandler aufweist. Dies bedeutet in der Summe acht Masseanschlüsse, einen Eingang und einen Ausgang, die auf der Oberfläche des Substrats als Anschlusspads oder als lötbare metallisierte Flächen ausgebildet sind.

Figur 2 zeigt in schematischer Ausführung eine mögliche Ausgestaltung einer innerhalb des Gehäuses zu realisierenden Verschaltung anhand von drei Metallisierungsebenen. Figur 2a zeigt die Oberfläche der Grundplatte GP des Gehäuses, die eine der Anzahl der Anschlüsse des Filters entsprechende

Anzahl von inneren Gehäusekontakten GK ₁ aufweist. Bezogen auf das in Figur 1 dargestellte Ausführungsbeispiel wären dies zehn Kontakte. Im gewählten Ausführungsbeispiel werden jedoch die drei in der Figur 1 unten dargestellten Masseanschlüsse MA bereits auf dem Substrat miteinander verbunden. Dafür werden die beiden mit den Ausgangswandlern verbundenen Anschlüsse getrennt zu den inneren Gehäusekontakten GKi geführt, so- dass neun innere Gehäusekontakte zum Anbinden der Anschlüsse auf dem Substrat erforderlich sind. In der Figur 2a ist ein zehnter Anschluss dargestellt, der allein aus Symmetriegründen eingeführt ist und der Stabilität des Gehäuses dient . Weiter sind auf der Oberfläche der in Figur 2a dargestellten Grundplatte Deckelkontaktanschlussflachen DK angeordnet, die elektrisch sowohl mit dem Gehäusedeckel als auch mit den Masseanbindungen im inneren der Grundplatte verbunden sind. Dementsprechend sind diese Deckelkontaktanschlussflachen außerhalb der für das Substrat SU vorgesehenen Fläche angeordnet, die in Figur 2a durch eine gestrichelte Linie gekennzeichnet ist .

Figur 2b zeigt die Metallisierung der mittleren Metallisierungsebene, die durch eine dielektrische Lage DLl von der in Figur 2a und durch eine weitere dielektrische Lage DL2 von der in Figur 2c dargestellten Metallisierungsebene getrennt ist. Die dielektrischen Lagen sind vorzugsweise aus Keramik, können jedoch aus anderen Materialien und insbesondere Kunststoffmaterial oder Glas bestehen. In der mittleren Metallisierungsebene gemäß Figur 2b sind zwei Masseflächen C2 und C4 vorgesehen. Die Durchkontaktierungen zur oberen Metallisierungsebene sind durch Kreuze gekennzeichnet. Dementsprechend ergibt sich, dass die Massefläche C2 mit fünf inneren Gehäusekontakten der oberen Metallisierungsebene und dementsprechend mit fünf Masseanschlüssen des Filters

verbunden ist. Des weiteren ist die innere Massefläche C2 mit einem Deckelkontaktanschluss L3 auf der ersten Metallisierungsebene verbunden. Die zweite Massefläche C4 ist mit nur einem inneren Gehäusekontakt (G2) für einen Masseanschluss sowie mit zwei Deckelkontaktanschlüssen Ll, L2 verbunden. Eine Leiterbahnstruktur C3 stellt eine elektrische Verbindung zwischen den beiden Anschlüssen der Ausgangswandler des zweiten Teilfilters TF2 dar. Eine weitere dagegen isolierte Leiterbahn Cl ist mit dem für den Eingang IN vorgesehenen inneren Gehäusekontakt Il verbunden. Ein weiterer Kontakt C5 der mittleren Metallisierungsebene ist mit einem für einen Masseanschluss Gl vorgesehenen inneren Gehäusekontakt verbunden.

Figur 2c zeigt die untere Metallisierungsebene, die von vier äußeren Gehäusekontakten GK _a gebildet ist. Die Durchkontak- tierungen zur mittleren Metallisierungsebene sind wiederum durch Kreuze gekennzeichnet . Daraus ergibt sich, dass der erste äußere Gehäusekontakt El über eine Durchkontaktierung mit der Leiterbahn Cl und diese über eine Durchkontaktierung mit dem Eingang des ersten Teilfilters verbunden ist. Ein dritter äußerer Gehäusekontakt E3 ist über eine Durchkontak- tierung mit der Leiterbahn C3 und diese wiederum mit den beiden Anschlüssen der beiden Ausgangswandler des zweiten Teilfilters verbunden. Die innere Massefläche C2 ist über drei Durchkontaktierungen mit dem zweiten äußeren Gehäusekontakt E2 verbunden. Der vierte äußere Gehäusekontakt E4 ist über zwei Durchkontaktierungen mit der inneren Massefläche C4 und über eine Durchkontaktierung mit dem Anschluss C5 auf der mittleren Metallisierungsebene verbunden.

Figur 3A zeigt einen Querschnitt entlang der in Figur 2 angedeuteten Schnittlinie A-A' durch Grundplatte, Substrat und Deckel des Gehäuses. Aus der Figur geht hervor, dass das

Substrat SU über hier als Bumps BU ausgeführte Lötverbindungen mit den inneren Gehäusekontakten auf der Oberfläche der Grundplatte GP verbunden ist. Ebenfalls auf der Grundplatte GP sitzt der Gehäusedeckel D auf, der das Substrat SU unter sich abdeckt. Beispielsweise ist der Gehäusedeckel D als metallisierte Folie ausgebildet, die über das Substrat auf die Oberfläche der Grundplatte GP laminiert ist. Der Deckel D kann jedoch auch starr ausgeführt und auf der Grundplatte aufgesetzt sein. Möglich ist es auch, den Zwischenraum zwischen Substrat SU und Oberfläche der Grundplatte GP am Rand des Substrats zu verschließen und den Deckel durch direkte Metallisierung der Oberflächen herzustellen.

Entsprechend dem in Figur 2 dargestellten Metallisierungsmuster umfasst die Grundplatte GP hier eine erste und zweite dielektrische Lage DLl, DL2 mit einer ersten Metallisierungsebene auf der Oberfläche der Grundplatte, einer zweiten Metallisierungsebene zwischen erster und zweiter dielektrischer Lage und einer dritten Metallisierungsebene auf der Unterseite. Die elektrischen Verbindungen zwischen den Metallisierungsebenen werden über Durchkontaktierungen hergestellt, die beispielsweise als metallisierte Löcher durch die dielektrischen Lagen ausgeführt sind. Die Metallisierung innerhalb der Durchkontaktierung kann die Bohrungen verschließen oder auch nur die Ränder der entsprechenden Bohrungen bedecken.

Die Metallisierungen der Metallisierungsebenen sind beispielsweise aufgedruckt oder in einem Dünn- oder Dickschicht- verfahren hergestellt.

Möglich ist es auch, die Metallisierungen durch eine Kombination von Dünn- und Dickschichttechniken auszuführen.

Beispielsweise kann eine Grundmetallisierung strukturiert aufgebracht und galvanisch verstärkt werden.

Aus der Figur 3A geht auch hervor, dass der innere Gehäuse- kontakt Gl, der mit dem Masseanschluss des ersten Parallel - resonators Pl verbunden ist, durch zwei übereinander angeordnete Durchkontaktierungen durch die beiden keramischen Lagen direkt mit dem äußeren Gehäusekontakt E4 verbunden ist. Die inneren Gehäusekontakte G2 und Jl, die mit Metallisierungen C4 und Cl in der zweiten Metallisierungsebene verbunden sind, sind erst in der Ebene versetzt mit entsprechenden äußeren Gehäusekontakten verbunden. Der metallisierte Deckel ist mit eine Deckelkontaktanschlussflache L2 über eine Durchkontak- tierung mit der Metallisierungsfläche C4 der mittleren Metallisierungsebene und über eine weitere Durchkontaktierung mit dem äußeren Gehäusekontakt E4 verbunden.

Figur 3B zeigt im schematischen Querschnitt ein Filter, bei dem das Substrat SU in ein Gehäuse, bestehend aus einer Grundplatte GP und einem Deckel D eingeklebt und mit Bonddrahtverbindungen kontaktiert ist. Die Durchkontak- tierungen zu den äußeren Gehäusekontakten sind in der Figur nicht dargestellt.

Figur 3C zeigt im schematischen Querschnitt ein Filter, bei dem in ein Gehäuseunterteil aus einer einlagigen Grundplatte GP und einem Rahmen gebildet wird, auf dem das Substrat SU als Deckel aufsitzt. Die Verbindungen des Substrats SU zu den inneren Gehäusekontakten sind z.B. über metallische Strukturen, insbesondere über Bumps möglich.

Figur 4 zeigt ein schematisches Ersatzschaltbild des Filters inklusive der in der Grundplatte vorgesehenen Verbindungen

und ihrer parasitären Induktivitäten (Durchführungsinduktivi- täten) . In der Figur sind die verschiedenen Filterelemente nach dem Ort bzw. ihrer Herkunft getrennt. Unterschieden werden daher von oben nach unten die Ebene der Filterstrukturen auf dem Substrat, die Ebene der inneren Gehäusekontakte, die Ebene der ersten dielektrischen Lage DLl, die sich nur in Form von Durchführungsinduktivitäten bemerkbar macht, die mittlere Metallisierungsebene MM, die zweite dielektrische Lage DL2 mit ihren Durchführungsinduktivitäten und schließlich die Ebene der äußeren Gehäusekontakte GK _a . Die Induktivitäten auf dem Substrat sind vernachlässigt. In der obersten Metallisierungsebene finden sich die inneren Gehäusekontakte GK ₁ , wobei der Kontakt Il mit dem Eingang, Gl mit dem ersten Parallelresonator Pl, G2 mit dem zweiten Parallelresonator P2 , G3 mit dem dritten Parallelresonator P3 verbunden ist. Die Massekontakte des zweiten Teilfilters TF2 auf der Seite der Ausgangsanschlüsse sind bereits auf der Ebene der Substratmetallisierung SM miteinander und mit einem einzigen inneren Gehäusekontakt G7 verbunden. Mit den Gehäusekontakten G4 und G5 sind die übrigen beiden Masseanschlüsse des zweiten Teilfilters verbunden. Die beiden Ausgänge sind mit Gehäusekontakten Ol und 02 verbunden.

Aus der Figur ist gut zu erkennen, dass die Masseanschlüsse der ersten beiden Parallelresonatoren Pl und P2 getrennt voneinander durch die Grundplatte des Gehäuses geführt und erst auf der untersten Metallisierungsebene mit dem äußeren Gehäusekontakt E4 verbunden sind. Dadurch sind die beiden Parallelresonatoren gut voneinander entkoppelt. Die beiden Ausgänge des zweiten Teilfilters werden getrennt voneinander bis zur mittleren Metallisierungsebene MM geführt und erst dort über die Metallisierung C3 verbunden. Die Masseanschlüsse des dritten Parallelresonators sowie sämtliche Massean-

Schlüsse des zweiten Teilfilters werden mit der Metallisierungsfläche C2 auf der mittleren Metallisierungsebene MM verbunden und von dort aus über drei parallele Durchkontak- tierungen mit dem äußeren Gehäusekontakt E2 , der einen Masseanschluss darstellt, verbunden.

Das in Figur 4 dargestellte Masseanbindungsschema ist auf das gewählte und in Figur 1 dargestellte Ausführungsbeispiel optimiert und zeigt bezüglich Selektion und Gegenbandunterdrückung optimale Eigenschaften. Stehen mehr äußere Gehäusekontakte zur Verfügung, so ist es möglich, zusätzlich die Masseanschlüsse für ersten und zweiten Parallelresonator zu trennen und getrennten äußeren Gehäusekontakten zuzuführen. Im nächsten Schritt könnte noch der Massekontakt für den dritten Parallelresonator einen eigenen äußeren Gehäusekontakt zugeleitet werden. Auch eine Auftrennung der Masseanschlüsse des zweiten Teilfilters bezüglich der Ein- und Ausgangswandler würde Selektion und Gegenbandunterdrückung weiter verbessern.

Das Gehäuse beziehungsweise die hier als Mehrlagenaufbau realisierte Grundplatte ist dahingehend optimiert, dass die Durchführungsinduktivitäten minimal sind. Dies wird insbesondere mit kurzen Durchkontaktierungen beziehungsweise mit einer geringen Dicke der dielektrischen Lagen erreicht, aber auch über parallel geschaltete Durchführungen. Weiter lässt sich die Induktivität noch über die geometrische Ausgestaltung der Durchkontaktierung beeinflussen. Mit geringen Induktivitätswerten der Durchkontaktierungen wird ein Passband mit steilen Flanken erzielt. Werden mehrere Masseanschlüsse auf der mittleren Metallisierungsebene MM vereinigt und mittels einer einzigen Durchkontaktierung einem äußeren Gehäusekontakt zugeführt, beispielsweise der Durchkontak-

tierung, die die innere Metallfläche C2 mit dem Gehäusekontakt E2 verbindet, so ist diese letzte gemeinsame Durchkontaktierung bezüglich ihres Induktivitätswertes besonders kritisch und beeinflusst die Verkopplung der Masseanschlüsse besonders stark. Es kann daher sinnvoll sein, die zweite dielektrische Lage dünner zu gestalten als die erste dielektrische Lage.

In einer Variation des in Figur 4 dargestellten beispielhaften Filters ist es möglich, die mit den inneren Gehäusekontakten G3 und G7 verbundenen Masseanschlüsse bereits auf dem Substrat miteinander zu verbinden, wobei sich sogar eine etwas höhere Selektion ergibt. In der Figur 4 nicht dargestellt ist die Anbindung des Gehäusedeckels D, über den die Masseflächen C2 und C4 indirekt verbunden sind. Weil sowohl C2 als auch C4 direkt mit den guten Massen E2 und E4 verbunden sind, ist der Einfluss des Deckels zwar minimiert, aber immer noch deutliche vorhanden, wie später Figur 10 zeigt.

Im Ersatzschaltbild auch nicht dargestellt sind hochohmige Verbindungen, mit denen die Gehäusekontakte Gl, G2 , G7 und G3 beziehungsweise die mit ihnen verbundenen Anschlüsse auf dem Substrat miteinander verbunden werden, um durch das pyroelek- trische Verhalten des Substrats entstehende Ladungen unschädlich für das Bauelement abzuleiten. Diese können insbesondere bei Temperaturänderungen auftreten und bei überschlägen die Metallisierungsstruktur oder das Substrat beschädigen oder gar zerstören.

In Figur 5 ist das in Figur 1 dargestellte Metallisierungsschema für die beiden Teilfilter dahingehend variiert, dass nun ein symmetrischer Betrieb am Ausgang ermöglicht wird. Dazu ist die Elektrodenstruktur des einen (rechten) Ausgangs-

wandlers im Vergleich zum anderen Ausgangswandler gespiegelt, sodass an den beiden Ausgangsanschlüssen nun zwei um 180 Grad unterschiedliche beziehungsweise phasenverschobene Signale erhalten werden. Für das zusätzliche Signal ist daher ein zusätzlicher äußerer Gehäusekontakt erforderlich. In Abwandlung von der in Figur 4 dargestellten Verschaltung werden bei einem am Ausgang symmetrisch betriebenen Filter die beiden Ausgangsanschlüsse getrennt voneinander durch die Grundplatte geführt und mit getrennten äußeren Gehäuse- kontakten verbunden. Entsprechend erhöht sich die Anzahl der minimal erforderlichen äußeren Gehäusekontakte auf fünf.

Figur 6 zeigt parallel zu den Parallelresonatoren geschaltete Kapazitäten, mit denen sich die Flankensteilheit des Filters verbessern lässt, und zwar insbesondere die linke Flanke des Passbands. Die Kapazitäten werden günstigerweise auf der Substratoberfläche in Form von Anschlussflächen oder als Interdigitalstrukturen realisiert. Figur 6a zeigt eine solche Kapazität im schematischen Ersatzschaltbild. Figur 6b zeigt eine Ausgestaltung als einander benachbarte Metallisierungsflächen, zwischen denen sich die Kapazität CA ausbilden kann. Figur 6c zeigt eine als Interdigitalstruktur ausgebildete Kapazität, die eine geringere Fingerperiode als der Wandler des Parallelresonators aufweist. Figur 6d zeigt ebenfalls eine Interdigitalstruktur, die in der Ausrichtung auf dem Substrat gegenüber der Ausrichtung des Parallelresonators um 90 Grad gedreht ist. Zusätzlich kann die Fingerperiode noch kleiner als die des Interdigitalwandlers sein. Mit parallel zu Serienresonatoren geschalteten Kapazitäten CA kann auch die Steilheit der rechten Flanke des Passbands verbessert werden .

Figur 7 zeigt eine mit einem erfindungsgemäßen Filter erhaltene übertragungsfunktion S21 (siehe Kurve a) im Vergleich mit der übertragungsfunktion eines Filters nach dem Stand der Technik (Kurve b) , welches zwei in Serie geschaltete 3- Wandler DMS Strukturen und zusätzlich je einen Parallel - resonator an Ein- und Ausgang enthält. Es zeigt sich, dass das vorgeschlagene Filter sowohl bezüglich der Flankensteilheit als auch bezüglich Gegenbandunterdrückung deutlich verbessert ist.

In Figur 8 ist anhand zweier beispielhafter übertragungskurven S21 noch einmal dargestellt, welchen Effekt die getrennten Massen auf das Filterverhalten zeigen. Es werden die Durchlasskurven S21 von zwei Filtern verglichen, und zwar eines wie vorgeschlagen nach Figur 4 ausgebildetes Filter (siehe Kurve a) mit einem ähnlichen Filter, bei dem die Masseflächen C2 und C4 der mittleren Metallisierungsebene MM direkt miteinander verbunden sind (siehe Kurve b) . Klar zeigt sich der deutliche Effekt bezüglich der Flankensteilheit (der linken Flanke) und der Gegenbandunterdrückung.

Auch die Figur 9 zeigt den Vorteil der getrennten Masseführung, indem dort die Durchlasskurve eines erfindungsgemäß gemäß Figur 4 ausgebildeten Filters (siehe Kurve a) mit der Durchlasskurve eines Filters verglichen wird, bei dem in der mittleren Metallisierungsebene MM die den Punkten C4 und C5 entsprechenden Masseanschlüssen der ersten beiden Parallel- resonatoren miteinander verbunden sind (siehe Kurve b) . Auch hier zeigt sich die Verbesserung der Selektion und insbesondere die verbesserte Gegenbandunterdrückung.

In Figur 10 ist ein Effekt dargestellt, der durch die wie vorgeschlagen vorgenommene elektrische Anbindung des Deckels

bewirkt wird. Verglichen wird hier die Durchlasskurve a eines wie in Figur 2 angebundenen Deckels, der über einen inneren Gehäusekontakt L3 und eine Durchkontaktierung mit der Masse- fläche C2 sowie über die inneren Gehäusekontakte Ll und L2 und jeweils eine Durchkontaktierung mit der Masse C4 verbunden ist. Verglichen wird dieses Filter mit einem symmetrisch angebundenen Deckel, bei dem eine gleiche Anzahl von Durchkontaktierungen zu den Masseflächen C2 und C4 geführt ist. (Kurve b) . Es zeigt sich, dass mit der unsymmetrischen Deckelanbindung ebenfalls ein positiver Effekt bezüglich Selektion und insbesondere Gegenbandunterdrückung erzielt wird.

Figur 11 zeigt einen Resonator, der in zwei in Serie geschaltete Teilresonatoren TRI und TR2 aufgeteilt ist. Die Fingeranordnung ist in Figur IIb so, dass in den beiden Teilresonatoren die Phase der akustischen Welle übereinstimmt. In Figur IIa dagegen ist die Phase der akustischen Welle in den beiden Teilresonatoren um 180° versetzt. Ein in Teilresonatoren aufgeteilter Resonator kann als Serien- und als Parallelresonator eingesetzt werden und verbessert die Leistungsverträglichkeit der entsprechenden Resonatoren.

Das vorgeschlagene Filter ist nicht auf die Ausführungs- beispiele beschränkt und kann in Abhängigkeit von der Zahl der zur Verfügung stehenden äußeren Gehäusekontakte im Rahmen der Erfindung variiert werden. Das Gehäuse kann aus nur einer oder auch aus weiteren dielektrischen Lagen und weiteren Metallisierungsebenen aufgebaut sein. Auch bezüglich der Materialien sind Abweichungen von den vorgeschlagenen möglich. Das erste Teilfilter kann auch auf einem getrennten zweiten Substrat angeordnet sein oder aus anderen als SAW Resonatoren aufgebaut sein, beispielsweise aus mit akustischen Volumenwellen BAW arbeitenden Resonatoren.

Bezugszeichenliste

SU Substrat

TFl erstes Teilfilter

Sl, S2, S3 Serienresonator

Pl, P2, P3 Parallelresonator

TF2 zweites Teilfilter

GKi innerer Gehäusekontakt

GKa äußerer Gehäusekontakt

GP Grundplatte

DLl, DL2 dielektrische Lage

TRI, TR2 Teilresonator

D Deckel

Gl bis G5 innere Gehäusekontakte für Masse

Ll, L2 , L3 Deckelkontaktanschlussflachen

I innere Gehäusekontakte für Eingang

O innere Gehäusekontakte für Ausgang

Cl bis C5 inner Metallisierungsflächen

MM Mittlere Metallisierungsebene

CA Kapazität

MA Masseanschluss

El bis E4 äußere Gehäusekontakte

VI Durchkontaktierung

BU Bump

IN Eingang

OUT Ausgang