CN1330375A - 滤波器 - Google Patents
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Abstract
一种滤波器,具有:相对介电常数在200以下、厚度为0.1mm以上的基片;至少设于基片一个面上的第一电极;至少设于基片的另一个面上、设置成相互不接触且与第一电极不接触的第二电极组;以及与从所述第二电极组中选出的至少两个电极连接的片状电感元件。片状电感元件具有0.1nH－30nH的电感,片状电感元件的尺寸为,设长度为L1、宽度为L2、高度为L3时,满足下列条件:0.3mm<L1<2.1mm,0.1mm<L2<1.1mm,0.1mm<L3<1.1mm
Description
本发明涉及使用于移动通信等电子装置的、尤其适应高频信号的滤波器。
以往，在日本发明专利公开1994年第176933号公报及日本实用新型公开1992年第15812号公报等上，记载了在基片上安装有电感元件和电容器等元器件LC滤波器。其它的现有例子，还有日本实用新型公开1986年第9918号公报、日本发明专利公开2000年第13167号公报等。
但是，在上述现有的构成中，完全未提出作为高频区域的滤波器适合使用的电感元件的条件，而且存在元器件数量多、装置大型化之类的问题。
为了解决上述问题，本发明的滤波器，具有：
相对介电常数在200以下、厚度为0.1mm以上的基片；
至少设于基片一个面上的第一电极；
至少设于基片的另一个面上、设置成相互不接触且与第一电极不接触的第二电极组；
端子部分直接或通过导电性接合剂等连接在从第二电极组中选出的至少两个电极之间的片状电感元件。
所述片状电感元件具有0.1nH-30nH的电感，设所述片状电感元件的尺寸是长为L1、宽为L2、高为L3时，
0.3mm＜L1＜2.1mm
0.1mm＜L2＜1.1mm
0.1mm＜L3＜1.1mm
采用本发明的构成获得的滤波器，能实现具有特别适合高频区域的特性，或者，能实现小型化及减少元器件数量之中的至少一个目标。
附图的简单说明。
图1所示为本发明一实施形态的滤波器立体图。
图2所示为本发明一实施形态的滤波器仰视图。
图3所示为本发明一实施形态的滤波器的等效电路图。
图4所示为本发明一实施形态的滤波器所使用电感元件的立体图。
图5所示为本发明一实施形态的滤波器所使用电感元件的立体图。
图6所示为本发明另一实施形态的滤波器立体图。
图7所示为本发明另一实施形态的滤波器侧视图。
图8所示为本发明另一实施形态的滤波器立体图。
图9所示为本发明另一实施形态的滤波器的等效电路图。
图10所示为本发明另一实施形态的滤波器侧视图。
图11所示为本发明另一实施形态的滤波器侧视图。
图12所示为本发明另一实施形态的滤波器的等效电路图。
图13所示为本发明另一实施形态的滤波器侧视图。
图14所示为本发明另一实施形态的滤波器的等效电路图。
图1、图2分别为本发明一实施形态中的滤波器的立体图和仰视图。
在图1、2中，作为基片的形状，可以使用方形片状、圆片状、椭圆片状等等，尤其是做成方形片状，就容易在电子装置等内部设置的电路基板上定位。
作为基片的构成材料，可以将玻璃环氧树脂等树脂材料、陶瓷材料等作为单体使用，或者使用这些材料的层叠材料。尤其理想的是，使用相对介电常数在200以下(最好150以下)的陶瓷制基片，作为具体的构成材料，最好选择使用钛酸钡系介电陶瓷的低损耗、温度稳定性高的材料。由于基片1的相对介电常数在200以下，这样在利用切削基片等来调整特性时，因为例如相对基片1的切削量，其特性变化量就不太大，所以容易进行调整。还有，由于基片的相对介电常数在200以下，就能方便制成适应高频波的滤波器。此外，作为基片1的厚度，最好在0.1mm-0.2mm以上，来保证机械强度。另外，在基片1是将多片层叠基片层叠起来的情况下，也可以在层叠基片之间设置电极，在电极之间形成电容，或者用电极形成电感器。即，也可以使基片1本身具有电容器或电感器中的至少一个功能，通过这样的构成，可以使基片1本身除了具有低通滤波器的功能之外，还具有高通滤波器、带通滤波器、天线共用器、耦合器、平衡一不平衡变换器及分配器等中的至少一种功能。
在基片1上的端部设置的电极2形成在基片的主面1a上，且电极2与从基片1的侧面1b至基片1的底面1c设置的可用作端子的电极4电气连接。另外，电极4可以与电极2一体形成，也可以在电极2形成之后，用另外构件形成电极4。
此外，在基片1的主面1a上的与电极2相反侧的端部，设有电极3，如图2所示，与从基片1的侧面1b至基片1的底面1c设置的可用作端子的电极5电气连接。另外，电极5可以与电极3一体形成，也可以在形成电极3之后，用另外构件形成电极5。
在基片1的主面1a上，形成有与电极2、3在电气上不接触的电极6，在基片的底面1c上形成有电极7，可以用作接地。电极7设有U字形等的缺口部，在该缺口部内设有电极4、5，以使电极7与电极4、5在电气上不接触。做成这样的构成，即使使电路基板上的焊盘等与电极4、5接合，也因为与电极7之间有间隙，故能降低电极4、5与电极7因焊锡等而发生短路的可能性。
电感元件8、9分别配置在电极2与电极6之间及电极3与电极6之间。
电感元件8、9为片状的表面安装元件，在两端部分别设有可与电极2、3、6直接接合的端子部分8a、9a，端子部分8a、9a与电极2、3、6用焊锡、无铅焊锡等导电性接合剂相互接合。
在本发明中，形成滤波器的电感分量的电感元件8、9的元件尺寸，当设长度为L1、宽度为L2、高度为L3时，其理想的范围为：
0.3mm＜L1＜2.1mm
0.1mm＜L2＜1.1mm
0.1mm＜L3＜1.1mm
如果L1为0.3mm以下，则元件长度太短，不能获得规定的电感，而若在2.1mm以上，则元件本身太大，滤波器就难以实现小型化。
L2、L3若在0.1mm以下，则元件的机械强度太弱，则在将电感元件8、9安装到基片1上时，元件有可能发生折断等，而若1.1mm以上，则元件本身过大，难以实现滤波器的小型化。
此外，理想的是，电感元件8、9的电感为0.5nH-30nH。电感取在该范围，可获得充分满足高频区域使用的滤波器性能。
此外，电感元件8、9的Q值在超过1GHz的频率时，最好有20(理想的是25，更理想的是30)以上。即，例如在1GHz时，Q值为18，在1.1GHz时，Q值超过20即可。
另外，在本实施形态中，通过从基片1的侧面1b至底面1c设置电极4、5，构成直接或间接地用焊锡或无铅焊锡等导电性接合剂使电极4、5与其它电路的焊盘部分等接合的表面安装用滤波器。但本发明滤波器并不限于该形状。即，根据安装该滤波器的电路基板等的焊盘等的状况，电极4、5也可以不设置到底面1c，而形成到侧面1b为止，或者，不设置电极4、5，用金线等直接将电极2、3与电路基板上的焊盘等接合，进行金属线键合。
此外，在本实施形态中，是在电极2、3上分别仅设有一个作为端子的电极4、5，但通过设置多个作为端子的电极，可以提高表面安装接合性能。
以下对电极2、3、4、5、6、7(以下简称为电极)进行说明。
作为电极的构成材料，比较合适的是，使用金、银、铜、铝、镍等单体金属材料，或者这些金属材料的合金，或者这些金属材料与其它金属材料等的合金。除此之外，将焊锡、无铅焊锡等导电性接合剂设置作为电极等也行。特别理想的是银或银合金。
此外，用单层或多层形成电极时，使其总厚度在10μm—30μm的范围内，对保证焊接的可靠性有利。
作为电极的形成方法，可使用镀层法、涂布法、印刷法等。用镀层法形成电极等时，首先用抗蚀剂等遮蔽基片1上不形成电极的部分，进行化学镀，形成基底层，然后在基底层之上，经电镀形成电极等。
用涂布法进行时，在基片1的形成电极的部分，涂布银等糊剂，再进行热处理而形成电极。
印刷法也一样，通过印刷，在基片1上按电极形状涂布糊剂，进行热处理而形成电极。
此外，电极可以用同一种材料形成单层结构，也可以做成多层结构。例如，在用银等形成的电极之上，再在表面形成用焊锡及无铅焊锡等接合材料构成的接合层。
此外，如果各电极分别用相同材料做成相同结构，则因为在形成电极时，可以用同一工序形成电极，所以有生产率提高的优点，但对于各电极，也可以改变其构成材料及结构。例如，因为电极4、5及电极7需要与电路基板上的焊盘等接合，所以，可以考虑与其它电极不同，在电极4、5、7上再设置焊锡等的接合层，或再设置抗蚀层(镍等)。
这样在各电极中，通过使其构成材料及结构有所不同，可以增加作为安装元件的安装自由度。
如上所述构成的滤波器的等效电路图在图3示出。
在图3中，成为滤波器端子的是电极4、5。但如上所述，在未设置电极4、5时，电极2、3为端子。电感L1由电感元件8构成，电感L2由电感元件9构成。电容C1在电极2(或电极2和电极4)与电极7之间形成，电容C2在电极6与电极7之间形成，电容C3在电极3(或电极3和电极5)与电极7之间形成。CP1是在电极2、6之间形成的电容，CP2是在电极3、6之间形成的电容。这样，电极2夹着作为介质的基片1与电极7大致对置，从而能获得较大的电容C1，而电极3夹着作为介质的基片1与电极7大致对置，从而能获得较大的电容C3。
要使电感L1、L2变化时，使安装的电感元件8、9的电感改变就能解决，要使电容C1、C2、C3变化时，例如增大或减小电极2、3、6各自的形成面积就能解决。而要使电容CP1、CP2变化时，则通过改变电极2、6之间的距离、相对宽度等就能解决，这样能方便实现各部分的调整。这样的电路一般用作低通滤波器。
以下对电感元件8、9的具体结构进行说明。
作为电感元件8、9，比较合适的是采用微调式、线圈式、或将线圈部分埋入在绝缘体或磁性体中的埋入式等。关于镀层式及线圈式，后面将详细叙述。作为埋入式，在绝缘片的一个面上形成コ字形的导电膜，将这些片层叠，并在片上形成贯穿孔等，通过该贯穿孔将各导电膜接合，从而在层叠体中构成螺旋状线圈，或者直接在绝缘体或磁性体中埋入卷成螺旋状线圈而构成。
首先对微调式电感元件进行说明。
图4所示为本发明一实施形态中的滤波器所使用的电感元件的立体图。
在图4中，在由氧化铝等绝缘体或铁氧体等磁性体等构成的基底11的表面，设有铜或铜合金等导电材料构成的导电膜12。导电膜12上，通过激光加工或砂轮加工，形成螺旋状的槽13，结果是使导电膜12形成为螺旋状的导电膜(线圈部分)12。设置保护材料14覆盖槽13，端子部分15、16直接或通过导电性接合剂间接与例如图1所示的电极2、3、6接合。
这样，所构成的电感元件通过调整槽13的圈数等，就能方便地改变电感。此外，因为导电膜12固定在基底11上，所以很少会因外力而发生特性变化。而且，通过使导电膜12的表面粗糙度、厚度及构成材料，还有基底11的构成材料、表面粗糙度等在规定的范围内，就能使Q值在超过1GHz的频率时为20以上。
以下对线圈式电感元件进行说明。
图5所示为本发明一实施形态中的滤波器所使用的电感元件的立体图。
在图5中，由氧化铝等绝缘材料或铁氧体等磁性材料构成的基底20除了两端部之外，卷绕有螺旋状线圈21。线圈21比较合适的是，使用例如由铜或铜合金构成、在导线周围形成有被覆的线圈。保护材料22覆盖线圈21。线圈21的端部通过热压接、激光焊接等方法与形成有导电膜等的端子部分23、24接合。
这样构成的电感元件通过改变线圈21的圈数，能方便地调整电感，而且通过用线圈21形成线圈部分，损耗也小，能获得高Q值。
如上所述，所构成的滤波器，作为构成电感的元件使用片状电感元件8、9，就能获得大范围的电感值。而且，由于滤波器的损耗小，因此能获得大范围的滤波器特性，且效率高，还有，能实现滤波器本身的小型化。
另外在本实施形态中，是例如在电极2、6之间设有一个电感元件8，在电极3、6之间设有一个电感元件9，但是，也可以在电极之间设置多个电感元件。另外，在本实施形态中，将电感元件8、9安装在基片1上时，使两者之间设有间隙，但是，若安装电感元件8、9时，使图1所示的电感元件8、9的各端面8b、9b之间无间隙，就可以进一步使滤波器小型化。
还有，在本实施形态中，作为电感元件8、9，是使用相同尺寸和相同结构的元件，但也可以使电感元件的尺寸及结构不相同。例如，当电极2与电极6之间需要较大的电感时，使电感元件8的元件尺寸为长约1.0mm，高及宽约0.5mm(所谓的1005式)，而使电感元件9的元件尺寸为长约0.6mm、高及宽约0.3mm(所谓的0603式)。根据该构成，电极2、6之间的电感元件8由于尺寸增大，故能获得比电感元件9大的电感，就容易进行电路设计。此外，利用上述构成，使电感元件8的元件尺寸变大，就能提高Q值。这样，电极2、6之间使用的电感元件8在欲使用损耗小的电感元件的情况下，利用尺寸大的电感元件就比较有效。
此外，在元件尺寸相同，而在电极2、6之间想使用损耗小的电感元件时，作为电感元件8，使用相同尺寸的线圈式电感元件就能实现。
这样，通过使电感元件8、9的尺寸及结构不相同，就能方便地改变滤波器特性，所以能可靠提高滤波器的生产率。
此外，使基片1小型化(尤其是缩短长度时)时，有时不能如图1所示使电感元件8、9的各端面8b、9b直接相对进行安装。在这种情况下，如图6所示，通过使端面8b、9b不直接相对地进行安装，能实现基片1的更小型化。还有，若是这样的构成，因为能抑制电感元件8、9产生的磁通的相互干扰，所以能降低滤波器特性的差异。
又，在进行电路设计时，要想使电感元件8、9之间的磁通相互影响另一电感元件，则如图1所示，使端面8b、9b直接相对地进行安装较理想。
再有，如图7所示，在基片1设置凹部1X、1Y，并在凹部1X、1Y内埋置电感元件8、9的一部分或埋置全部(未图示)，这样配置就能降低电感元件8、9的高度。若采用该结构，则能降低滤波器本身的高度，且能将电感元件8、9可靠固定在基片1上，机械强度也提高。最好如图7所示，将电极2、3的一部分或电极6的至少一部分设置在凹部1X、1Y内，就能更可靠地进行电极2、3、6与电感元件8、9之间的电气连接，不会发生特性差异等。
此外，如图8所示，除了电感元件8、9之外，再设置片状电容器30、31(两端有与电极2、3、6直接接合的端子部分的片状元件)，就能做成能确保更高衰减量的滤波器。即，在电极2、6之间连接电感元件8和电容器30，在电极3、6之间连接电感元件9和电容器31。其等效电路在图9示出。C1、C2、C3及L1、L2与图3所示相同。与L1并联连接的C4是电容器30的电容与图3所示电容CP1的合成电容，与L2并联连接的C5是电容器31的电容与图3所示的电容CP2的合成电容。在以上的实施形态中，是在电极2、6之间及电极3、6之间分别设有电容器30、31，但即使至少设置其中之一的电容器，也能比图1所示滤波器有更高的衰减量。
另外，在本实施形态中，是在电极2与电极3之间仅设置一个电极6，但如果设置相当于该电极6的多个相互不接触的电极，在该多个电极之间也设置片状电感元件，则虽然滤波器本身大小增大，插入损耗等变差，但频率截止的截断性能改善，能做成具有高衰减量的滤波器。此外，在该多个电极之间再连接片状电容器，则可以获得更高衰减量。
又，用装配机将滤波器安装在电路基板等上时，必须用装配机的吸嘴吸附滤波器，但图1等所示的滤波器，电感元件8、9等露出在外，故吸嘴的吸附困难。因此，如图10所示，至少在安装有电感元件8、9的一侧面设置保护材料40，来减小表面凹凸，就能提高吸附性能。此外最好使保护材料40的表面40a变平坦，就能进一步提高吸附性能。作为保护材料，可以使用环氧树脂、聚苯乙烯树脂、聚烯烃树脂等树脂材料。
图11所示为本发明另一实施形态中的滤波器的侧视图，采用这样的电路构成，可以做成所谓的T型滤波器。与图1等所示的滤波器不同之点在于，从主面1a经侧面1b到主面1c形成电极2和电极3，将电极2、3的一部分用作端子电极，并从侧面1d经主面1c到与侧面1d相反侧的侧面(未图示)形成电极7。
由于这样的构成，可以增大电极6与电极7之间夹着基片1相对的面积，加大电极6与电极7之间的电容，同时使电极2、3与电极7相对的面积减少，可以减小电极2、3与电极7之间的电容。图12示出等效电路。在图12中，L1、L2分别为由电感元件8、9构成的电感，C6是在电极6与电极7之间形成的电容。如前所述，电极2、3与电极7之间虽存在电容，但由于是寄生电容大小的电容，所以小到可以忽略的程度。
图13所示为本发明另一实施形态的滤波器的侧视图，采用这样的电路构成，可以构成所谓的π型滤波器。与图1等所示的滤波器不同之点在于，从主面1a经侧面1b到主面1c形成电极2和电极3，将电极2、3的一部分用作端子电极，从侧面1d经主面1c到与侧面1d相反侧的侧面(未图示)形成电极7，并省略了电极6和电感元件9。
由于这样的构成，通过增大电极2与电极3之间夹着基片1相对的面积，可以增加电极2、3与电极7之间的电容。图14示出等效电路。在图14中，L1为由电感元件8构成的电感，C7、C8是在电极2、3与电极7之间分别形成的电容。
又，在图11、图13所示的滤波器中，电极7是横跨侧面1d、与侧面1d相反侧的侧面及主面1c形成的，这样形成的侧面电极不仅容易调节与其它电极之间产生的电容，而且与电路基板上的焊盘等焊接时，能形成焊脚，所以可以提高焊接可靠性。
为了使图1、图2所示的滤波器也具有该效果，当然同样也可以使电极7跨过侧面1d形成。
如以上所述，本发明滤波器具有：
相对介电常数为200以下、具有绝缘性的基片；
设于基片一主面的第一电极；
设于基片另一主面、与第一电极不接触且相互不接触的多个第二电极组；以及
连接在第二电极组之间的片状电感元件，
电感元件具有0.1nH-30nH的电感，并在超过1GHz的频率时，Q值为20以上。
若采用该构成，可以获得在高频区域能降低插入损耗、具有良好滤波器性能的滤波器。
还有，在本实施形态中，例如图8所示的各片状元件的中心线(图8的虚线)沿着同一方向，这样，将各片状元件安装在基片1上，就能使片状元件整齐排列，片状元件容易安装，生产率提高。
Claims (14)
1.一种滤波器，其特征在于具有：
相对介电常数在200以下、厚度为0.1mm以上的基片；
至少设于基片一个面上的第一电极；
至少设于基片的另一个面上、设置成相互不接触且与所述第一电极不接触的第二电极组；以及
片状电感元件，
所述片状电感元件的端子部分与从所述第二电极组中选出的至少两个电极连接，且所述片状电感元件具有0.1nH-30nH的电感，所述片状电感元件的尺寸为，设长度为L1、宽度为L2、高度为L3时，
0.3mm＜L1＜2.1mm
0.1mm＜L2＜1.1mm
0.1mm＜L3＜1.1mm
2.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述第一电极作为接地电极，所述第二电极组之中的至少两个电极作为输入、输出用的端子。
3.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述片状电感元件在超过1GHz频率时，Q值为20以上。
4.根据权利要求1所示的滤波器，其特征在于，所述电感元件有多个，并且所述多个电感元件的至少一个的外形尺寸与其它电感元件的外形尺寸不相同。
5.根据权利要求4所述的滤波器，其特征在于，所述多个电感元件的至少一个的结构与其它电感元件的结构不相同。
6.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述电感元件由具有螺旋状槽的导电膜和保护材料构成。
7.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述电感元件的构成为，基底两端部为端子部分，卷绕在所述基底上的线圈两端部与所述端子部分接合。
8.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，片状电容器与所述电感元件并联设置在第二电极组之间。
9.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，在配置所述电感元件的基片表面设有凹部，在所述凹部内装入电感元件的至少一部分。
10.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，在所述基片的配置有所述电感元件的面上设有保护材料。
11.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述第一电极、所述第二电极组由从银、铜、银合金、铜合金从选出的至少一种材料构成。
12.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述基片由陶瓷材料构成。
13.根据权利要求4所述的滤波器，其特征在于，所述多个电感元件中的至少两个电感元件的中心线配置在同一方向。
14.根据权利要求4所述的滤波器，其特征在于，配置在所述基片上的第一电感元件的一个端子部分和第二电感元件的一个端子部分与从所述第二电极组中选出的一个电极接合，所述第一电感元件的另一端子部分和所述第二电感元件的另一端子部分与从所述第二电极组中选出的两个电极分别连接。
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