DE10128921A1 - Filter - Google Patents

Abstract

Ein Filter gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Substrat mit einer relativen dielektrischen Konstante von 200 oder weniger und einer Dicke von 0,1 mm oder mehr, eine erste Elektrode, die auf wenigstens einer Oberfläche des Substrats angeordnet ist, eine Gruppe von zweiten Elektroden, die auf wenigstens der anderen Oberfläche des Substrats angeordnet sind, wobei die Elektroden der zweiten Gruppe einander nicht kontaktieren und auch nicht mit der ersten Elektrode in Kontakt sind, und ein Induktionselement des Chip-Typs. Das Induktionselement des Chip-Typs weist eine Induktivität, die im Bereich zwischen 0,1 nH und 30 nH liegt, und die Dimensionen L1 in der Länge, L2 in der Breite und L3 in der Höhe auf, welche die folgenden Bedingungen erfüllen. DOLLAR A 0,3 mm < L1 < 2,1 mm DOLLAR A 0,1 mm < L2 < 1,1 mm DOLLAR A 0,1 mm < L3 < 1,1 mm.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Filter für die Verwendung in elektronischen Einrichtungen, die in Mobilfunkvorrichtungen und ähnlichem verwendet werden und insbesondere für die Handhabung von Hochfrequenzsignalen vorgesehen sind.

LC-Filter, die jeweils aus Induktionselementen, Kapazitätselementen und ähnlichem gebildet sind, sind in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. H06-176933, in der offengelegten japanischen Gebrauchsmusteranmeldung H04-15812 und ähnlichen Veröffentlichungen angegeben. Andere Beispiele aus dem Stand der Technik sind in der offengelegten japanischen Gebrauchsmusteranmeldung Nr. S61-9918, der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 2000-13167 und in ähnlichen Veröffentlichungen angegeben.

Bei den in den zuvor genannten Patenten und Gebrauchsmustern angegebenen Aufbauten der Filter werden keine Bedingungen für die Induktionselemente beschrieben, die für die Verwendung in den Filtern geeignet sind, insbesondere wenn die Filter in einem Hochfrequenzbereich verwendet werden. Außerdem haben sich schwerwiegende Probleme wie etwa die hohe Anzahl von Komponenten und die daraus resultierende ziemlich voluminöse Konfiguration herausgestellt.

Ein Filter der vorliegenden Erfindung umfasst:
ein Substrat mit einer dielektrischen Konstante von 200 oder weniger und einer Dicke von 0,1 mm oder mehr,
eine erste Elektrode, die auf wenigstens einer Oberfläche des Substrats angeordnet ist,
eine Gruppe von zweiten Elektroden, die auf wenigstens der anderen Oberfläche des Substrats angeordnet sind, wobei die Gruppe der zweiten Elektroden einander nicht kontaktieren und auch nicht in Kontakt mit der ersten Elektrode sind, und
ein Induktionselement des Chip-Typs, dessen Anschlüsse mit wenigstens zwei Elektroden aus der Gruppe der zweiten Elektroden entweder direkt oder über einen leitenden Klebstoff verbunden sind.

Das Induktionselement des Chip-Typs weist eine Induktivität zwischen 0,1 nH und 30 nH sowie Abmessungen von L1 in der Länge, L2 in der Breite und L3 in der Höhe auf, welche die folgenden Bedingungen erfüllen.
0,3 mm < L1 < 2,1 mm
0,1 mm < L2 < 1,1 mm
0,1 mm < L3 < 1,1 mm.

In Übereinstimmung mit dem in der vorliegenden Erfindung angegebenen Aufbau wird ein Filter erhalten, mit dem wenigstens eine geeignete Kennlinie für insbesondere einen Hochfrequenzbereich, eine Reduktion der Größe und/oder eine Reduktion der Anzahl der Komponenten erreicht werden kann.

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Filters in einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 ist eine Ansicht von unten des Filters in der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 3 ist ein äquivalentes Schaltungsdiagramm des Filters in der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht eines Induktionselements, das in dem Filter in der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird,

Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht eines anderen Induktionselements, das in dem Filter in der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird,

Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht eines Filters in einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 7 ist eine Seitenansicht des Filters in einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 8 ist eine perspektivische Ansicht eines Filters in einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 9 ist ein äquivalentes Schaltungsdiagramm des Filters von Fig. 6 in einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 10 ist eine Seitenansicht eines Filters in einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 11 ist eine Seitenansicht eines Filters in einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 12 ist ein äquivalentes Schaltungsdiagramm des Filters in einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 13 ist eine Seitenansicht eines Filters in einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 14 ist ein äquivalentes Schaltungsdiagramm des Filters in der anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 1 und Fig. 2 zeigten jeweils eine perspektivische Ansicht und eine Ansicht von unten eines Filters in einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

In Fig. 1 und Fig. 2 ist ein Substrat 1 als quadratische, kreisförmige oder ovale Platte oder in einer ähnlichen Form ausgebildet. Insbesondere erleichtert die quadratische Platte das Positionieren des Filters auf einer Leiterplatte, die innerhalb einer elektronischen Einrichtung oder ähnlichem vorgesehen wird.

Als Material für das Substrat 1 wird ein Kunstharzmaterial wie etwa Glasepoxidharz, ein Keramikmaterial oder ähnliches oder ein Laminat aus einem Kunstharzmaterial und einem Keramikmaterial verwendet. Insbesondere ist ein Keramiksubstrat mit einer relativen dielektrischen Konstante von 200 oder weniger (besser 150 oder weniger) vorzuziehen. Noch besser ist die Verwendung eines Materials mit geringem Verlust und hervorragender Temperaturstabilität wie etwa ein dielektrisches Keramikmaterial aus einer Bariumtitanatbasis. Indem die relative dielektrische Konstante des Substrats 1 auf weniger als 200 gehalten wird, kann eine Einstellung der Filterkennlinie einfach durchgeführt werden, indem beispielsweise ein Teil des Substrats 1 abgeschliffen wird. Die Änderungsrate der Kennlinie ist bei einer bestimmten abgeschliffenen Menge des Substrats 1 nicht übermäßig groß. Weiterhin kann mit einer relativen dielektrischen Konstante des Substrats 1 von 200 oder weniger einfach ein Filter vorbereitet werden, der mit hohen Frequenzen betrieben werden kann. Um das Substrat 1 außerdem mechanisch ausreichend stabil zu machen, beträgt die Dicke desselben vorzugsweise mehr als 0,1 mm. Wenn das Substrat 1 durch das Schichten von einer Vielzahl von Schichten gebildet wird, wird eine Elektrode zwischen den Schichten angeordnet, um eine Kapazität zwischen zwei benachbarten Elektroden zu bilden. Oder die zwischen den Schichten angeordnete Elektrode ist ein Induktionselement. Mit anderen Worten wird wenigstens die Funktion eines Kondensators oder die Funktion einer Induktivität in dem Substrat 1 selbst integriert. Dementsprechend kann das Substrat 1 selbst wenigstens die Funktion eine Hochpassfilters, eines Bandpassfilters, eines Duplexers, eines Kopplers, eines Symmetrieübertragers, eines Teilers oder eines ähnlichen Bauelements zusätzlich zu der Funktion eines Tiefpassfilters vorsehen.

Eine Elektrode 2, die an dem Endteil des Substrats 1 vorgesehen ist, ist auf der Hauptoberfläche 1a des Substrats 1 ausgebildet, und eine elektrische Verbindung ist zwischen der Elektrode 2 und einer Elektrode 4 vorgesehen, die durch eine Verlängerung von der Seitenoberfläche 1b zu der unteren Oberfläche 1c des Substrats 1 gebildet wird und als ein Anschluss verwendet werden kann. Weiterhin kann die Elektrode 4 einstückig mit der Elektrode 2 oder separat aus einem anderen Material nach der Elektrode 2 ausgebildet sein.

Weiterhin ist eine Elektrode 3 am Endteil gegenüber der Elektrode 2 auf der Hauptoberfläche 1a des Substrats 1 vorgesehen und ist eine elektrische Verbindung zwischen der Elektrode 3 und einer Elektrode 5 vorgesehen, die durch eine Verlängerung von der seitlichen Oberfläche 1b zu der unteren Oberfläche 1c des Substrats 1 wie in Fig. 2 gezeigt ausgebildet ist und die auch als Anschluss verwendet werden kann. Weiterhin kann die Elektrode 5 einstückig mit der Elektrode 3 oder separat aus einem anderen Material nach der Elektrode 3 ausgebildet sein.

Eine Elektrode 6, die nicht in elektrischem Kontakt mit den Elektroden 2 und 3 ist, ist auf der Hauptoberfläche 1a des Substrats 1 ausgebildet, und eine Elektrode 7 ist auf der unteren Oberfläche 1c des Substrats 1 ausgebildet, um zu erlauben, dass die Elektrode 7 als Erdungselektrode verwendet wird. U-förmige Vertiefungen sind auf der Elektrode 7 an entsprechenden Endteilen ausgebildet, und die Elektroden 4 und 5 sind in den entsprechenden Vertiefungen angeordnet, damit die Elektroden 4 und 5 nicht in elektrischen Kontakt mit der Elektrode 7 gebracht werden. Auch wenn die Elektroden 4 und 5 in Kontakt mit Kontaktstegen auf einer Leiterplatte gebracht werden, kann die Möglichkeit eines Kurzschlusses zwischen den Elektroden 4 und 5 und der Elektrode 7 aufgrund einer Lötbrücke oder ähnlichem wegen der Zwischenräume zwischen denselben reduziert werden.

Die Induktionselemente 8 und 9 sind jeweils zwischen den Elektroden 2 und 6 und zwischen den Elektroden 3 und 6 angeordnet.

Die Induktionselemente 8 und 9 sind Oberflächenmontageelemente des Chip-Typs und weisen Anschlüsse 8a und 9a auf, die beide an Endteilen derselben angeordnet sind, wobei die Anschlüsse 8a und 9a direkt jeweils mit den Elektroden 2, 3 und 6 verbunden werden können. Die Anschlüsse 8a und 9a und die Elektroden 2, 3 und 6 werden mittels leitender Verbindungsmaterialien wie etwa Lot, bleifreiem Lot oder ähnlichem verbunden.

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung erfüllen die Abmessungen der Induktionselemente 8 und 9, welche die Induktionskomponenten für einen Filter bilden, vorzugsweise die folgenden Bedingungen:
0,3 mm < L1 < 2,1 mm
0,1 mm < L2 < 1,1 mm
0,1 mm < L3 < 1,1 mm
wobei L1 die Länge, L2 die Breite und L3 die Höhe des Induktionselements ist.

Wenn L1 0,3 mm oder weniger beträgt, wird die Länge des Induktionselements zu kurz, um eine vorbestimmte Induktivität aufrechtzuerhalten, und wenn L2 2,1 mm oder mehr beträgt, wird das Induktionselement insgesamt zu groß, so dass die Größe des Filters schwer reduziert werden kann.

Wenn L2 und L3 jeweils 0,1 mm oder weniger betragen, nimmt die mechanische Stärke des Induktionselements ab, was zu einer Gefahr eines Bruchs des Induktionselements bei der Montage der Induktionselemente 8 und 9 auf dem Substrat 1 führt. Und wenn L2 und L3 jeweils 1,1 mm oder mehr betragen, wird das Induktionselement insgesamt zu voluminös, so dass die Größe des Filters schwer reduziert werden kann.

Weiterhin liegt die Induktivität der Induktionselemente 8 und 9 vorzugsweise im Bereich zwischen 0,5 nH und 30 nH, damit der Filter in einem Hochfrequenzbereich mit einer ausreichend hervorragenden Kennlinie betrieben werden kann.

Außerdem beträgt der Q-Faktor der Induktionselemente 8 und 9 vorzugsweise 20 oder mehr (besser 25, noch besser 30) bei Frequenzen über 1 GHz. Der Q-Faktor beträgt hier bei 1 GHz 18, wobei es jedoch auch beispielsweise annehmbar ist, wenn der Q-Faktor bei 1,1 Ghz 20 oder mehr beträgt.

In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform sind die Elektroden 4 und 5 auf dem Substrat 1 durch eine Verlängerung über die seitliche Oberfläche 1b und die untere Oberfläche 1c des Substrats vorgesehen, wobei die Elektroden 4 und 5 mit Kontaktstegen von anderen Schaltungen direkt oder indirekt über leitende Verbindungsmaterialien wie etwa Lot, bleifreies Lot und ähnlichem verbunden sind, um ein Filter für die Oberflächenmontage zu realisieren. Die Konfiguration des Filters der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Insbesondere können die Elektroden 4 und 5 in Übereinstimmung mit den Bedingungen der Kontaktstege und ähnlichem auf der Leiterplatte, auf welcher dieses Filter montiert wird, durch eine Verlängerung nur über die seitliche Oberfläche 1b und nicht über die untere Oberfläche 1c gebildet werden. Oder die Elektroden 2 und 3 können auch direkt mit den Kontaktstegen und ähnlichem der Leiterplatte ohne Verwendung der Elektroden 4 und 5 mittels eines Golddrahts oder ähnlichem und unter Verwendung eines Drahtbondingverfahrens verbunden werden.

Während weiterhin in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform nur eine Elektrode Elektrode 4 und 5 jeweils als Anschluss für die Elektroden 2 und 3 vorgesehen ist, kann auch eine Vielzahl von Elektroden als Anschlüsse vorgesehen werden, um die Verbindungsfähigkeiten bei der Oberflächenmontage zu erhöhen.

Im Folgenden werden die Elektroden 2, 3, 4, 5, 6 und 7 (nachfolgend als "Elektroden" bezeichnet) beschrieben.

Als Materialien für die Elektroden können reine Metalle wie etwa Gold, Silber, Kupfer, Aluminium, Nickel und ähnliches, Legierungen aus den oben genannten Metallen und Legierungen aus den oben genannten Metallen und anderen Metallen verwendet werden. Außerdem können die leitenden Verbindungsmaterialien wie etwa Lot, bleifreies Lot und ähnliches auch als Elektroden oder ähnliches vorgesehen werden. Insbesondere sind Silber oder Silberlegierungen ein bevorzugtes Material für die Elektroden.

Wenn eine Elektrode in einem einschichtigen Aufbau oder in einem mehrschichtigen Aufbau ausgebildet wird, liegt die Gesamtdicke der Elektrode vorzugsweise im Bereich zwischen 10 µm und 30 µm, um die Zuverlässigkeit der Lötung sicherzustellen.

Als Verfahren zum Ausbilden der Elektroden wird vorzugsweise eine Plattierungsverfahren, ein Beschichtungsverfahren, ein Druckverfahren oder ähnliches verwendet. Wenn ein Plattierungsverfahren zum Ausbilden von Elektroden und ähnlichem verwendet wird, wird ein Plattierungsschutzmaterial oder ähnliches verwendet, um Flächen zu maskieren, auf denen keine Elektroden auf dem Substrat 1 gebildet werden sollen, wobei eine Basisschicht mit einem nicht-elektrischen Plattierungsverfahren ausgebildet wird. Danach werden eine Elektrode und ähnliches auf der Basisschicht durch eine Elektroplattierungsverfahren ausgebildet.

Wenn das Beschichtungsverfahren verwendet wird, um Elektroden auszubilden, werden Pasten wie etwa Silberpaste oder ähnliches auf Flächen aufgetragen, wo Elektroden auf dem Substrat 1 ausgebildet werden sollen, wobei dann eine Wärmebehandlung angewendet wird, um die Elektroden fertig zu stellen.

Entsprechend wird bei einem Beschichtungsverfahren eine Paste auf dem Substrat 1 in Übereinstimmung mit dem Elektrodenmuster gedruckt, wobei dann eine Wärmebehandlung angewendet wird, um die Elektroden fertig zu stellen.

Die Elektroden können auch in einem Einfachschichtaufbau durch die Verwendung von einem Material oder auch in einem Mehrfachschichtaufbau vorbereitet werden. Auf der Oberfläche einer Elektrode aus Silber kann beispielsweise eine Verbindungsschicht aus Verbindungsmaterialien wie etwa Lot, bleifreiem Lot oder ähnlichem gebildet werden.

Insofern entsprechende Elektroden aus einem Material mit einem identischen Aufbau ausgebildet werden, kann derselbe Prozess für die Vorbereitung der Elektroden angewendet werden, wodurch unter anderem die Produktivität ähnliches verbessert wird. Es spielt jedoch keine Rolle, ob die Materialien oder der Aufbau für die entsprechenden Elektroden geändert werden. Weil beispielsweise die Elektroden 4 und 5 und die Elektrode 7 häufig mit Kontaktstegen der Leiterplatte verbunden werden, kann eine Verbindungsschicht aus Lot oder ähnlichem auf den Elektroden 4, 5 und 7 separat zu den anderen Elektroden ausgebildet werden. Es kann weiterhin auch eine antikorrosive Schicht (aus Nickel oder ähnlichem) ausgebildet werden.

Indem das Material und der Aufbau von Elektrode zu Elektrode variieren können, wird ein höherer Grad an Flexibilität bei der Oberflächenmontage der Komponenten erreicht.

Fig. 3 ist ein äquivalentes Schaltungsdiagramm des Filters mit dem oben beschriebenen Aufbau.

In Fig. 3 bilden die Elektroden 4 und 5 Anschlüsse für das Filter. Wenn jedoch die Elektroden 4 und 5 wie oben beschrieben ausgelassen werden, dienen die Elektroden 2 und 3 als Anschlüsse. Die Induktivität L1 wird durch das Induktionselement 8 vorgesehen, und die Induktivität L2 wird durch das Induktionselement 9 vorgesehen. Die Kapazität C1 wird zwischen der Elektrode 2 (oder den Elektroden 2 und 4) und der Elektrode 7 vorgesehen, die Kapazität C2 wird zwischen den Elektroden 6 und 7 gebildet und die Kapazität C3 wird zwischen der Elektrode 3 (oder den Elektroden 3 und 5) und der Elektrode 7 gebildet. CP1 ist die zwischen den Elektroden 2 und 6 gebildete Kapazität, und CP2 ist die zwischen den Elektroden 3 und 6 gebildete Kapazität. Auf diese Weise wird eine relativ große Kapazität C1 erhalten, indem die Elektrode 2 ungefähr gegenüber der Elektrode 7 mit dazwischen dem dielektrischen Substrat 1 angeordnet wird, und eine entsprechen große Kapazität C3 wird erhalten, indem die Elektrode 3 ungefähr gegenüber der Elektrode 7 mit dazwischen dem Substrat 1 angeordnet wird.

Wenn die Induktivitäten L1 und L2 geändert werden müssen, kann dies bewerkstelligt werden, indem die Induktivität der zu montierenden Induktionselemente 8 und 9 geändert wird. Und die Kapazität C1, C2 und C3 kann geändert werden, indem beispielsweise die entsprechende Ausbildungsfläche der Elektroden 2, 3 und 6 variiert wird. Weiterhin können die Kapazitäten CP1 und CP2 eingestellt werden, indem die Distanz zwischen den Elektroden 2 und 6 und die Breite der einander gegenüberliegenden Abschnitte variiert wird. Wie erläutert, können die Einstellungen der Parameter einfach durchgeführt werden. Die daraus resultierende Schaltung kann allgemein als ein Tiefpassfilter verwendet werden.

Im Folgenden wird der spezifische Aufbau der Induktionselemente 8 und 9 beschrieben.

Als Induktionselemente 8 und 9 werden am besten getrimmte, plattierte, drahtgewickelte, vergrabene oder ähnliche Induktionselemente verwendet. (Bei den vergrabenen Induktionselemente ist eine Spule in einem Isolatormaterial oder in einem magnetischen Material vergraben.) Für das plattierte und das drahtgewickelte Induktionselement wird weiter unten eine ausführlichere Beschreibung gegeben.

Das Induktionselement des vergrabenen Typs wird durch folgende Schritte ausgebildet: Ausbilden einer U-förmigen leitenden Schicht auf einer Oberfläche einer Isolationsschicht, Schichten einer Vielzahl von derartigen Schichten, Ausbilden von Durchgangslöchern und ähnlichem, um die leitenden Schichten miteinander über die Durchgangslöcher zu verbinden und einen Aufbau zu bilden, in dem eine spiralförmige Spule in dem Laminat ausgebildet ist. Das Induktionselement des vergrabenen Typs kann auch durch die folgende Schritte ausgebildet werden: Vorbereiten einer Spule durch das Wickeln eines Drahtes in Spiralform und Vergraben der Spule direkt in einem Isolationsmaterial oder in einem magnetischen Material.

Im Folgenden wird ein getrimmtes Induktionselement beschrieben.

Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht eines Induktionselements für ein Filter in einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

In Fig. 4 ist ein leitender Film 12 aus einem leitenden Material wie etwa Kupfer, einer Kupferlegierung oder ähnlichem auf der Oberfläche einer Basis 11 ausgebildet, die aus einem Isolationsmaterial wie etwa Aluminium oder ähnlichem oder einem magnetischen Material wie etwa Ferrit oder ähnlichem ausgebildet ist. Eine Vertiefung 13 ist in einer Spiralform auf dem leitenden Film 12 unter Verwendung eines Laserstrahls oder eines Schleifsteins ausgebildet, um den leitenden Film 12 zu einem spiralförmigen leitenden Film 12 umzubilden (der als Spule dient). Ein Schutzmaterial 14 ist derart vorgesehen, dass es die Rille 13 bedeckt, und Anschlüsse 15 und 16 sind mit den Elektroden 2, 3 und 6 wie in Fig. 1 direkt oder indirekt über ein leitendes Verbindungsmaterial verbunden.

Bei einem derartig aufgebauten Induktionselement kann die Induktivität einfach geändert werden, indem die Anzahl der Windungen oder ähnliches der Rille 13 angepasst wird. Weil der leitende Film 12 auf der Basis 11 fixiert ist, kann die Kennlinie des Induktionselements kaum durch eine von außerhalb einwirkende Kraft beeinflusst werden. Indem weiterhin die Oberflächenrauheit, die Dicke und das Material des leitenden Films 12 und indem weiterhin das Material, die Oberflächenrauheit und ähnliches der Basis 11 innerhalb von vorbestimmten Bereichen bestimmt werden, kann der Q-Faktor auf 20 oder mehr bei Frequenzen von über 1 GHz eingestellt werden.

Im Folgenden wird ein drahtgewickeltes Induktionselement beschrieben.

Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht eines Induktionselements für einen Filter in einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

In Fig. 5 ist ein Wicklungsdraht 21 in einer Spiralform um eine Basis 20, die aus einem Isolationsmaterial wie etwa Aluminium oder ähnlichem oder einem magnetischen Material wie etwa Ferrit oder ähnlichem ausgebildet ist, bis auf die Enden derselben gewickelt. Als Wicklungsdraht 21 kann ein leitender Draht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung und mit einer auf seiner Oberfläche angebrachten Beschichtung verwendet werden. Es ist ein Schutzmaterial 22 vorgesehen, um den Wicklungsdraht 21 zu umgeben. Die Endteile des Wicklungsdrahts 21 werden mit dem Anschlüssen 23 und 24 aus einem leitenden Film oder ähnlichem jeweils durch ein Heißpressverfahren, ein Laserschweißverfahren oder ähnliches verbunden.

Bei einem derart aufgebauten Induktionselement kann die Induktivität einfach eingestellt werden, indem die Anzahl der Wicklungen des Wicklungsdrahts 21 geändert wird. Weil weiterhin eine Spule aus dem Wicklungsdraht 21 gebildet wird, ist der Verlust in der Spule kleiner, was das Erhalten eines hohen Q-Faktors ermöglicht.

Ein derart aufgebautes Filter kann einen breiten Induktivitätsbereich aufweisen, weil die Induktionselemente 8 und 9 des Chip-Typs als Komponenten verwendet werden, um eine Induktivität zu bilden. Weil weiterhin der Verlust des Filters klein ist, wird ein breiter Bereich für die Filterkennlinie erhalten, wobei das Filter eine hervorragende Effizienz aufweist. Weiterhin ist eine weitere Reduktion der Größe des Filters möglich.

Während das Induktionselement 8 in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform zwischen den Elektroden 2 und 6 und ein anderes Induktionselement 9 zwischen den Elektroden 3 und 6 angeordnet ist, kann auch eine Vielzahl von Induktionselementen zwischen den Elektroden angeordnet werden. Während weiterhin die Induktionselemente 8 und 9 auf dem Substrat 1 mit einem dazwischen wie in Fig. 1 gezeigten Zwischenraum angeordnet sind, können die Induktionselemente 8 und 9 auch auf dem Substrat 1 ohne Zwischenräume zwischen den Anschlüssen 8b und 9b befestigt werden, um ein viel kleineres Filter zu erhalten.

Während weiterhin die zwei Induktionselemente in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform in Größe und Aufbau identisch sind und als Induktionselemente 8 und 9 verwendet werden, können sich die Induktionselemente in Größe und Aufbau auch voneinander unterscheiden. Wenn beispielsweise eine große Induktivität zwischen den Elektroden 2 und 6 benötigt wird, wird die Größe des Induktionselements 8 mit jeweils einer Höhe von 1,0 mm und einer Breite von ungefähr 0,5 mm vorgesehen (was als Induktivität des Typs 1005 bezeichnet wird), während die Größe des Induktionselements 9 mit einer Länge von ungefähr 0,6 mm und einer Höhe und Breite von 0,3 mm vorgesehen wird (was als Induktivität des Typs 0603 bezeichnet wird). Dieser Aufbau ermöglicht, dass das Induktionselement 8 zwischen den Elektroden 2 und 6 wegen der größeren Größe eine größere Induktivität aufweist als das Induktionselement 9, was den Schaltungsentwurf einfacher macht. Weiterhin kann bei dem oben beschriebenen und durch die größere Größe des Induktionselements 8 gekennzeichneten Aufbau der Q-Faktor erhöht werden. Wenn die Induktivität 8 wie oben beschrieben zwischen den Elektroden 2 und 6 einen geringen Verlust aufweisen muss, ist das Verwenden eines Induktionselements mit einer größeren Größe eine praktische Lösung.

Wenn ein Induktionselement derselben Größe und mit einem geringen Verlust zwischen den Elektroden 2 und 6 verwendet werden muss, kann ein drahtgewickeltes Induktionselement derselben Größe diese Anforderung erfüllen.

Indem die Induktionselemente 8 und 9 mit unterschiedlicher Größe und unterschiedlichem Aufbau vorgesehen werden, kann die Filterkennlinie einfach geändert werden, um unter anderem eine Verbesserung der Filterproduktivität zu erhalten.

Wenn die Größe des Substrats 1 reduziert wird (wenn insbesondere die Länge reduziert wird), können die Induktionselemente 8 und 9 nicht mit direkt einander gegenüberliegenden Endoberflächen 8b und 9b wie in Fig. 1 gezeigt montiert werden. In diesem Fall können die Induktionselemente 8 und 9 auf dem Substrat 1 montiert werden, wobei die entsprechenden Anschlüsse 8b und 9b wie in Fig. 6 gezeigt nicht direkt einander gegenüber liegen, damit das Substrat 1 weiter in seiner Größe reduziert werden kann. Weiterhin kann in Übereinstimmung mit dem Aufbau in Fig. 6 eine Störung zwischen den an den Induktionselementen 8 und 9 erzeugten magnetischen Flüssen verhindert werden, wodurch Variationen der Filterkennlinie reduziert werden.

Wenn andererseits ein Schaltungsaufbau eine Interaktion zwischen den an den Induktionselementen 8 und 9 erzeugten magnetischen Flüssen erfordert, werden die Induktionselemente 8 und 9 vorzugsweise derart auf dem Substrat 1 montiert, dass die Anschlüsse 8b und 9b wie in Fig. 1 gezeigt direkt einander gegenüber liegen.

Weiterhin kann die Höhe der Induktionselemente 8 und 9, die von der oberen Oberfläche des Substrats 1 vorsteht reduziert werden, indem die Induktionselemente 8 und 9 teilweise oder vollständig (nicht in der Zeichnung gezeigt) in Vertiefungen 1X und 1Y vergraben werden, die wie in Fig. 7 gezeigt auf dem Substrat 1 vorgesehen sind. In Übereinstimmung mit diesem Aufbau kann die Höhe eines resultierenden Filters selbst reduziert werden. Außerdem werden die Induktionselemente 8 und 9 fest auf dem Substrat 1 befestigt, was eine Verbesserung der mechanischen Stärke des Filters zur Folge hat. Vorzugsweise sind die Elektroden 2 und 3 teilweise oder wenigstens ein Teil der Elektrode 6 wie in Fig. 7 gezeigt innerhalb der Vertiefungen 1X und 1Y angeordnet. Bei diesem Aufbau können die Elektroden 2, 3 und 6 sowie die Induktionselemente 8 und 9 mit größerer Zuverlässigkeit elektrisch miteinander verbunden werden, um das Auftreten einer Variationen der Filterkennlinie und ähnliches zu verhindern.

Indem weiterhin Kondensatoren 30 und 31 des Chip-Typs (eine Komponente des Chip-Typs mit Anschlüssen an beiden Enden für die direkte Verbindung mit den Elektroden 2, 3 und 6) zusätzlich zu den Induktionselementen 8 und 9 auf dem Substrat 1 platziert werden, kann ein Filter mit einem höheren Dämpfungsgrad konstruiert werden. Insbesondere werden das Induktionselement 8 und der Kondensator 30 zwischen den Elektroden 2 und 6 und das Induktionselement 9 und der Kondensator 31 zwischen den Elektroden 3 und 6 verbunden. Fig. 9 ist ein äquivalentes Schaltungsdiagramm des derart aufgebauten Filters. Die Kapazitäten C1, C2 und C3 und die Induktivitäten L1 und L2 sind dieselben wie in Fig. 3. Die parallel zu L1 verbundene Kapazität C4 ist eine kombinierte Kapazität aus der Kapazität des Kondensators 30 und der Kapazität CP1 in Fig. 3, und die parallel zu C2 verbundene Kapazität C5 ist eine kombinierte Kapazität aus der Kapazität des Kondensators 31 und der Kapazität CP2 in Fig. 3. In der hier beschriebenen vorliegenden beispielhaften Ausführungsform sind die Kondensatoren 30 und 31 jeweils zwischen den Kondensatoren 2 und 6 und zwischen den Elektroden 3 und 6 verbunden. Indem wenigstens einer der Kondensatoren 30 und 31 platziert wird, kann ein höherer Dämpfungsgrad erhalten werden als mit dem in Fig. 1 Filter.

Während in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform nur eine Elektrode 6 zwischen den Elektroden 2 und 3 angeordnet ist, kann auch eine Vielzahl von Elektroden, die der Elektrode 6 entsprechen und einander nicht kontaktieren, auf dem Substrat 1 angeordnet werden, wobei Induktionselemente des Chip-Typs zwischen den entsprechenden Elektroden angeordnet werden können. Dieser Aufbau macht die Filter voluminös und führt Verluste und ähnliches ein. Das resultierende Filter weist jedoch eine steile Grenzkennlinie und einen hohen Dämpfungsgrad auf. Indem weiterhin eine Vielzahl von Chip- Kondensatoren zwischen den entsprechenden Elektroden vorgesehen wird, kann das resultierende Filter einen noch höheren Dämpfungsgrad aufweisen.

Wenn ein Filter auf einer Leiterplatte oder ähnlichem durch eine Montagemaschine oder ähnliches montiert wird, muss das Filter mit einer Saugdüse der Montagemaschine angesaugt werden. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Filter erschweren jedoch die vorstehenden Elemente 8 und 9 der Saugdüse das Ansaugen des Filters. Deshalb wird wie in Fig. 10 gezeigt ein Schutzmaterial 40 wenigstens auf der Oberfläche des Substrats ausgetragen, auf der die Induktionselemente 8 und 9 montiert sind, um die Vorsprünge und Vertiefungen auf der Oberfläche des Filters zu glätten, um das Ansaugen bei der Montage des Filters zu unterstützen. Außerdem wird die Oberfläche 40a des Schutzmaterials 40 vorzugsweise flach ausgebildet, um das Ansaugen des Filters zusätzlich zu unterstützen. Kunstharze wie etwa Epoxidharz, Polystyrolharz, Polyolefinharz und ähnliches sind für die Verwendung als Schutzmaterial 40 geeignet.

Fig. 11 ist eine Seitenansicht eines Filters in einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Übereinstimmung mit dem für das Filter von Fig. 11 verwendeten Schaltungsaufbau kann ein sogenanntes T-Typ-Filter erhalten werden. Ein derartig aufgebautes Filter unterscheidet sich von dem in Fig. 1 gezeigten Filter und ähnlichen Filtern dadurch, dass die Elektroden 2 und 3 über der Hauptoberfläche 1a, der seitlichen Oberfläche 1b und einer anderen Hauptoberfläche 1c angeordnet sind, wobei ein Teil der entsprechenden Elektroden 2 und 3 als Anschlusselektrode verwendet wird und wobei weiterhin eine Elektrode 7 über der seitlichen Oberfläche 1d, der gegenüber der seitlichen Oberfläche 1d liegenden und nicht in der Zeichnung gezeigten seitlichen Oberfläche, und der Hauptoberfläche 1c vorgesehen ist.

Daraus resultiert, dass die gegenüberliegende Fläche zwischen den Elektroden 6 und 7 mit dazwischen dem Substrat 1 größer ist, so dass die Kapazität zwischen den Elektroden 6 und 7 erhöht wird. Gleichzeitig werden die gegenüberliegenden entsprechenden Flächen zwischen den Elektroden 2 und 3 und der Elektrode 7 reduziert, so dass die Kapazität zwischen den Elektroden 2 und 3 und der Elektrode 7 reduziert wird. Fig. 12 ist ein äquivalentes Schaltungsdiagramm des derart aufgebauten Filters. In Fig. 12 stehen L1 und L2 jeweils für die Induktivität der Induktionselemente 8 und 9, während C6 für die zwischen den Elektroden 6 und 7 erzeugte Kapazität steht. Obwohl eine Kapazität zwischen den Elektroden 6 und 7 und der Elektrode 7 vorhanden ist, ist die Kapazität vernachlässigbar klein, weil die Kapazität beinahe wie eine Streukapazität ist.

Fig. 13 ist eine Seitenansicht eines Filters in einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Übereinstimmung mit dem für das Filter von Fig. 13 verwendeten Schaltungsaufbau wird ein sogenanntes n-Typ-Filter erhalten. Das derart aufgebaute Filter unterscheidet sich von dem in Fig. 1 gezeigten Filter und ähnlichen Filtern dadurch, dass die Elektroden 2 und 3 über der Hauptoberfläche 1a, der seitlichen Oberfläche 1b und einer andere Hauptoberfläche 1c angeordnet sind, wobei ein Teil der entsprechenden Elektroden 2 und 3 als Anschlusselektrode verwendet wird. Das Filter unterscheidet sich auch dadurch, dass die Elektrode 7 über der seitlichen Oberfläche 1d, der gegenüber der seitlichen Oberfläche 1d und nicht in der Zeichnung gezeigten seitlichen Oberfläche und der Hauptoberfläche 1c vorgesehen ist und weiterhin die Elektrode 6 und das Induktionselement 9 aus dem Filter ausgelassen sind.

Daraus resultiert, dass die Kapazität zwischen den Elektroden 2 und 4 und der Elektrode 7 höher ist, weil die gegenüberliegenden Flächen zwischen den Elektroden 2 und 3 und der Elektrode 7 mit dazwischen dem Substrat größer sind. Fig. 14 ist ein äquivalentes Schaltungsdiagramm des derart aufgebauten Filters. In Fig. 14 steht L1 für eine durch das Induktionselement 8 erzeugte Induktivität und stehen C3 und C4 jeweils für eine zwischen den Elektroden 2 und 3 und der Elektrode 7 erzeugte Kapazität.

Bei den in Fig. 11 und Fig. 13 gezeigten Filtern ist die Elektrode 7 über der seitlichen Oberfläche 1d, der gegenüberliegenden seitlichen Oberfläche und der Hauptoberfläche 1c vorgesehen. Die derart ausgebildeten seitlichen Elektroden erleichtern nicht nur die Einstellung der zwischen anderen Elektroden erzeugten Kapazität, sondern erhöhen auch die Zuverlässigkeit der Lötung der Elektroden des Filters mit den Kontaktstegen und ähnlichem auf der Leiterplatte, weil eine Ausrundung vorgesehen wird.

Bei dem in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten Filter ist die Elektrode 7 über den seitlichen Oberflächen 1d vorgesehen, um denselben oben beschriebenen Effekt zu erhalten.

Die vorliegende Erfindung gibt ein Filter an, welches umfasst:
ein isolierendes Substrat mit einer relativen dielektrischen Konstante von 200 oder weniger,
eine erste Elektrode, die auf einer Hauptoberfläche des Substrats angeordnet ist,
einer Vielzahl von zweiten Elektroden, die auf der anderen Hauptoberfläche des Substrats angeordnet sind, wobei die zweiten Elektroden nicht in Kontakt mit der ersten Elektrode sind und auch einander nicht kontaktieren, und
ein Induktionselement des Chip-Typs, das an beiden Enden jeweils einen Anschluss aufweist, der zwischen den zweiten Elektroden vorgesehen ist,
wobei die Anschlüsse des Induktionselements mit den zweiten Elektroden direkt oder über ein leitendes Verbindungsmaterial verbunden sind. Weiterhin weist das Induktionselement eine Induktivität im Bereich zwischen 0,1 nH und 30 nH und einen Q-Faktor von 20 oder mehr auf. Daraus resultiert, dass ein Filter mit einem reduzierten Steckverlust und mit einer ausgezeichneten Filterkennlinie über Hochfrequenzbereiche erhalten wird.

Außerdem weist ein Filter in einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Chipkomponenten auf, die auf einem Substrat 1 derart montiert sind, dass die Zentrumslinien (gepunktete Linien in Fig. 8) zwischen den Anschlüssen der entsprechenden Chipkomponenten wie in Fig. 8 gezeigt in derselben Richtung ausgerichtet sind. Dieser Aufbau ermöglicht es, dass die Chipkomponenten in einer Ordnung angeordnet werden, was einen Chipkomponentenmontageprozess mit hoher Produktivität ermöglicht.

Claims (14)

1. Filter mit:
einem Substrat mit einer spezifischen dielektrischen Konstante von 200 oder weniger und einer Dicke von 0,1 mm oder mehr,
einer ersten Elektrode, die auf wenigstens einer Oberfläche des Substrats angeordnet ist,
einer Gruppe von zweiten Elektroden, die auf wenigstens einer anderen Oberfläche des Substrats angeordnet sind; wobei die zweiten Elektroden einander nicht kontaktieren und nicht in Kontakt mit der ersten Elektrode sind, und
einem Induktionselement des Chip-Typs, wobei ein Anschluss des Induktionselements des Chip-Typs mit wenigstens zwei Elektroden aus der Gruppe der zweiten Elektroden verbunden ist und wobei das Induktionselement des Chip-Typs eine Induktivität zwischen 0,1 nH und 30 nH sowie die Dimensionen L1 in der Länge, L2 in der Breite und L3 in der Höhe aufweist, wobei diese Dimensionen die folgenden Bedingungen erfüllen:
0,3 mm < L1 < 2,1 mm
0,1 mm < L2 < 1,1 mm
0,1 mm < L3 < 1,1 mm.

2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode eine Erdungselektrode ist und wenigstens zwei Elektroden aus der Gruppe der zweiten Elektroden Eingangs- und Ausgangsanschlüsse sind.

3. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Induktionselement des Chip-Typs einen Q-Faktor von 20 oder mehr bei einer Frequenz von über 1 GHz aufweist.

4. Filter nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Induktionselementen, wobei die Außengröße von wenigstens einem Induktionselement aus der Vielzahl von Induktionselementen sich von der Außengröße des anderen Induktionselements unterscheidet.

5. Filter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines aus der Vielzahl von Induktionselementen einen anderen Aufbau als das andere Induktionselement aufweist.

6. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Induktionselement aus einem leitenden Film mit einer Spiralvertiefung und einem Schutzmaterial gebildet wird.

7. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Induktionselement Anschlüssen an beiden Enden eines Basis sowie einen um die Basis gewickelten Wicklungsdraht umfasst, wobei beide Enden des Wicklungsdrahts jeweils mit den Anschlüssen verbunden sind.

8. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kondensator des Chip-Typs parallel mit dem Induktionselement verbunden ist.

9. Filter nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch eine auf einer Oberfläche des Substrats ausgebildete Vertiefung, wobei wenigstens ein Teil des Induktionselements in der Vertiefung angeordnet ist.

10. Filter nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch ein Schutzmaterial auf einer Oberfläche des Substrats, auf der das Induktionselement angeordnet ist.

11. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode und die Gruppe von zweiten Elektroden aus wenigstens einem Material aus der Gruppe von Silber, Kupfer, einer Silberlegierung und einer Kupferlegierung ausgebildet sind.

12. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat aus einem Keramikmaterial besteht.

13. Filter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die entsprechenden Zentrumslinien von wenigstens zwei Induktionselementen aus der Vielzahl von Induktionselementen in derselben Richtung ausgerichtet sind.

14. Filter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet dass:
ein Anschluss eines ersten Induktionselements und ein Anschluss eines zweiten Induktionselements mit einer Elektrode verbunden sind, die aus der Gruppe der zweiten Elektroden gewählt ist,
ein anderer Anschluss des ersten Induktionselements und ein anderer Anschluss des zweiten Induktionselements mit zwei Elektroden verbunden sind, die aus der Gruppe von zweiten Elektroden ausgewählt sind.