JP2000278005A

JP2000278005A - 分布定数素子及びその製造方法

Info

Publication number: JP2000278005A
Application number: JP11077000A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Hirabayashi; 崇之平林
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1999-03-23
Filing date: 1999-03-23
Publication date: 2000-10-06

Abstract

(57)【要約】【課題】小型化を図ることができ、しかも特性の
変化がなく、完成後の微調整が可能である分布定数素子
を提供すること。【解決手段】基体である誘電体基板Ａ１４の裏面に
は、グランドパターン１７が形成されている。誘電体基
板Ａ１４の上には、誘電体基板Ｂ１５が設けられてい
る。この誘電体基板Ｂ１５は、内部に凹部が形成されて
いる。また、誘電体基板Ｂ１５の上には、誘電体基板Ｃ
１６が設けられている。したがって、誘電体基板Ａ１
４、誘電体基板Ｂ１５の凹部、及び誘電体基板Ｃ１６に
より第１空間部１８が形成されている。また、誘電体基
板Ｃ１６上には、特定パターンが形成されている。誘電
体基板Ｃ１６上には、第２空間層１９を介してシールド
層２０が配置される。このシールド層２０は、導電部２
２との間ではんだ２１などの接合部材により接合されて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主にマイクロ波、
ミリ波帯で使用されるフィルタなどの分布定数素子及び
その製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】無線ＬＡＮ、各種通信端末など、マイク
ロ渡帯、ミリ波帯をキャリアとした高周波アプリケーシ
ョンにおいては、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）、ハイパ
スフィルタ（ＨＰＦ）、バントパスフィルタ（ＢＰＦ）
などの素子は、Ｌ、Ｃなどのチップ部品を使った集中定
数設計ではなく、マイクロストリップラインなどによる
分布定数にて設計されるのが常である。

【０００３】図８は、マイクロストリップラインによる
ＢＰＦを、プリント基板、セラミック基板などの誘電体
基板上のパターンとして形成した一例を示す図である。
図８において、このＢＰＦは、通過波長の１／４程度の
長さだけ２つのパターンがオーバラップするようにして
誘電体基板８０上にマイクロストリップラインパターン
８１が形成されてなる。

【０００４】このようなパターンを最適化することによ
り、所望の周波数帯域の信号を選択的に透過させること
ができる。この種の平面型構造のフィルタは、実装基板
の表面層に印刷やリソグラフィーで配線パターンを形成
する方法で形成することができるので、配線パターンの
形成時に同時に実装基板上に形成することができる。

【０００５】ところで、近年、高周波アプリケーション
においても、機器や基板の小型化の要求が強くなってい
る。その場合、図８に示すようなＢＰＦでは、特性上、
通過波長の１／４の直線状のパターンをオーバーラップ
させることが必要となるので、パターンの占有面積をあ
る程度以上小さくすることは困難である。

【０００６】そのため、図１０に示すように、パターン
を基板の表面層ではなく内層に作る、いわゆるトリプレ
ート構造を採用することが検討されている。このトリプ
レート構造は、図１０及び図１１に示すようになってい
る。すなわち、この構造の内層は、図１０（Ａ）に示す
ように、第１誘電体板１０６ａ上に共振器パターン１０
１、給電タップ１０２を有する。

【０００７】この内層の給電タップ１０２は、図１０
（Ｂ）に示すように、第２誘電体板１０６ｂに設けられ
たビアホール内に埋め込まれた導電部１０３により第２
誘電体板１０６ｂ表面に設けられた導体パターン１０７
と電気的に接続されている。また、図１０において、１
０５は第１誘電体板１０６ａの表面及び第２誘電体板１
０６ｂの裏面に形成されたグランドパターンであり、両
グランドパターンは、層間ビアホール１０４内に埋め込
まれた導電部により電気的に接続されている。なお、図
１１（Ａ）は、このトリプレート構造を表面側から見た
図であり、図１１（Ｂ）はこのトリプレート構造を裏面
側から見た図である。

【０００８】このような構造にすることにより、図８に
示すパターンよりも占有面積を小さくすることができ
る。これは、等価回路的には、図９に示すように、並列
共振回路９０がコンデンサ９１で容量結合した形で表わ
される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、図１
２に示す構造のＢＰＦ１２１は、実装基板の表面層にグ
ランドパターン１２２、電源供給パッド１２４、及び電
源配線１２５と同時にパターニングにより形成すること
ができ、例えばチップコンデンサ１２３やＭＭＩＣ１２
６などの電子部品との結線を同一平面上で行なうことが
できる。

【００１０】しかしながら、基板の小型化を図るため
に、図１０に示すような構造を採ると、ＢＰＦのパター
ンが基板の内層に形成されるため、図１３に示すよう
に、ＢＰＦとチップコンデンサ１３１やＭＭＩＣ１３２
などの電子部品や、電源配線１３３、電源供給パッド１
３４との電気的な接続は、ビアホール１３５を介して行
なわなければならない。なお、図中１３６はグランドパ
ターンを示し、１３７は内層のＢＰＦの領域を示す。

【００１１】このため、ＢＰＦ入出力部にビアホール部
分に寄生インタクタンス成分（高インピーダンス）が加
わり、中心周波数、挿入損失などのフィルタ特性が所望
の特性から変化してしまうという問題がある。

【００１２】また、図１０に示す構造においては、ＢＰ
Ｆのパターンが基板の内層に形成される。したがって、
パターンが表面層に形成される図８に示す構造の場合と
違って、基板完成後にパターンの幅や長さなどをカッタ
ーで削るなどしてフィルタの中心周波数の微調整をする
といった、特性のトリミングを行なうことは不可能であ
る。この結果、パターン加工などの基板作製時に厳格な
精度が要求され、歩留まりの低下やコストアップにつな
がる。

【００１３】本発明はかかる点に鑑みてなされたもので
あり、小型化を図ることができ、しかも特性の変化がな
く、完成後の微調整が可能である分布定数素子を提供す
ることを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は以下の手段を講じた。本発明は、基体上に
第１空間層を介して配置され、表面に特定のパターンを
有する誘電体基板と、前記特定のパターンを覆う領域上
に第２空間層を介して配置されたシールド層と、を具備
することを特徴とする分布定数素子を提供する。

【００１５】この構成によれば、誘電体層である第１及
び第２空間層により特定のパターンを挟み込んでいるの
で、特定のパターンが、見かけ上トリプレート構造の内
層に存在していることになる。これにより、素子の小型
化を図ることができる。また、特定のパターンと、電子
部品や配線パターンとを同一平面上に形成することがで
きるので、特定のパターンと、電子部品や配線パターン
とをビアホールを介して接続する必要がない。その結
果、寄生インタクタンス成分に起因する中心周波数、挿
入損失などのフィルタ特性が変化することを防止でき
る。

【００１６】本発明の分布定数素子は、特定のパターン
が共振器パターンであることが好ましく、第１空間層の
厚さが第２空間層の厚さと同じであっても異なっていて
も良い。また、本発明の分布定数素子は、第１空間層及
び第２空間層の少なくとも一方に誘電体材料が充填され
ていることが好ましく、この場合、第１空間層に充填さ
れる誘電体材料は、第２空間層に充填される誘電体材料
と同じであっても良く、異なっていても良い。

【００１７】また、本発明は、基体上に第１空間層を介
して誘電体基板を配置する工程と、前記誘電体基板上に
特定のパターンを形成する工程と、前記特定のパターン
を覆う領域上に第２空間層を介してシールド層を配置す
る工程と、を具備することを特徴とする分布定数素子の
製造方法を提供する。

【００１８】また、本発明は、凹部を設けた第１誘電体
基板の前記凹部内に樹脂材料を充填する工程と、前記樹
脂材料を前記凹部に充填した第１誘電体基板上に、特定
パターンを有する第２誘電体基板を配置する工程と、前
記樹脂材料を溶出させて前記凹部を空洞化させる工程
と、前記特定のパターンを覆う領域上に空間層を介して
シールド層を配置する工程と、を具備することを特徴と
する分布定数素子の製造方法を提供する。

【００１９】これらの構成によれば、フィルタ特性が変
化することを防止することができ、しかも小型化を図る
ことができる分布定数素子を効率良く得ることができ
る。

【００２０】さらに、本発明は、基体上に第１空間層を
介して配置され、同一平面上に共振器パターン、配線パ
ターン、及び部品実装パターンを有する誘電体基板と、
前記特定のパターンを覆う領域上に第２空間層を介して
配置されたシールド層と、を具備することを特徴とする
機能基板を提供する。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明
の一実施の形態に係る分布定数素子の構成を示す透視平
面図である。図１において、誘電体基板Ｃ１６上に２つ
の共振器パターン１１が平行して形成されており、その
共振器パターン１１から外側に延出するように給電タッ
プ１２が形成されている。

【００２２】また、誘電体基板Ｃの外縁部には、グラン
ドパターン１３が形成されている。このグランドパター
ン１３は、裏面のグランドパターンと電気的導通を図る
ために、ビアホールが形成されており、このビアホール
内に導電部２２が形成されている。

【００２３】図２は、図１に示す分布定数素子の断面図
であり、図２（Ａ）は、図１におけるIIＡ線に沿う断面
図であり、図２（Ｂ）は、図１におけるIIＢ線に沿う断
面図である。

【００２４】図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、基体で
ある誘電体基板Ａ１４の裏面には、グランドパターン１
７が形成されている。誘電体基板Ａ１４の上には、誘電
体基板Ｂ１５が設けられている。この誘電体基板Ｂ１５
は、内部に凹部が形成されている。また、誘電体基板Ｂ
１５の上には、誘電体基板Ｃ１６が設けられている。し
たがって、誘電体基板Ａ１４、誘電体基板Ｂ１５の凹
部、及び誘電体基板Ｃ１６により第１空間部１８が形成
されている。

【００２５】また、誘電体基板Ｃ１６上には、特定パタ
ーンが形成されている。ここでは、誘電体基板Ｃ１６上
には、共振器パターン１１、給電タップ１２、及びグラ
ンドパターン１３が形成されている。また、他の配線パ
ターンや部品実装パターンなどもこの誘電体基板Ｃ１６
上に、すなわち同一平面上に形成される。

【００２６】誘電体基板Ｃ１６上には、第２空間層１９
を介してシールド層２０が配置される。このシールド層
２０は、導電部２２との間ではんだ２１などの接合部材
により接合されている。なお、図３（Ａ）は、この分布
定数素子を表面側から見た図であり、図３（Ｂ）はこの
分布定数素子を裏面側から見た図である。

【００２７】ここで、誘電体基板Ａ１４、Ｂ１５、Ｃ１
６としては、セラミックス基板、プリント配線板、フッ
素樹脂基板などを挙げることができる。また、パターン
の材料としては、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌ、鋼などを挙げるこ
とができる。また、これらのパターン材料に適宜メッキ
などを施して被覆層を形成しても良い。さらに、シール
ド層２０の材料としては、金属材料などを挙げることが
できる。

【００２８】上記構成を有する分布定数素子は、誘電体
層である第１及び第２空間層１８，１９により特定のパ
ターンである共振器パターン１１を挟み込んでいるの
で、共振器パターン１１が、見かけ上トリプレート構造
の内層に存在していることになる。これにより、素子の
小型化を図ることができる。また、共振器パターン１１
と、電子部品や配線パターンとを同一平面上に形成する
ことができるので、共振器パターン１１と、電子部品や
配線パターンとをビアホールを介して接続する必要がな
い。その結果、寄生インタクタンス成分に起因する中心
周波数、挿入損失などのフィルタ特性が変化することを
防止できる。

【００２９】本発明の分布定数素子は、例えば図４及び
図５に示す以下のような工程で簡単に製造することがで
きる。図４（Ａ），（Ｂ）は、本発明の分布定数素子の
製造方法を作製するための断面図である。まず、誘電体
基板として、ガラスセラミックなどの同時焼成基板を用
いる場合について説明する。

【００３０】すなわち、図４（Ａ）に示すように、鋼、
金などの金属を印刷法やメッキ法などにより、ガラスセ
ラミック基板である誘電体基板Ｃ１６上に共振器パター
ン１１及び給電タップ１２を形成してグリーンシート作
製する。

【００３１】また、ガラスセラミック基板である誘電体
基板Ｂ１５の共振器パターン１１を含む領域に対応する
部分、すなわち空洞となる部分をパンチング・ドリリン
グなどで部分穴開けしてグリーンシートを作製する。

【００３２】また、鋼、金などの金属を印刷法やメッキ
法などにより、ガラスセラミック基板である誘電体基板
Ａ１４の一方の面上に形成して、グリーンシートを作製
する。

【００３３】これら３つのグリーンシートを図４（Ｂ）
に示すように重ね合わせて同時焼成を行なう。これによ
り、共振器パターンを含む領域の下部に空間部を形成す
ることができる。さらに、誘電体基板Ｃ１６上に空間部
を介してシールド層２０を配置し、シールド層２０とグ
ランドパターン１３の導電部２２とをはんだ付けするこ
とにより、図１、図２に示す構造を得ることができる。

【００３４】なお、基板完成後にパターンの幅や長さな
どをカッターで削るなどしてフィルタの中心周波数の微
調整をするといった、特性のトリミングは、シールド層
２０を取り付ける前に行なう。

【００３５】誘電体基板として、ガラスエポキシ基板な
どのプリント配線板やフッ素樹脂基板を用いる場合につ
いて説明する。図５（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の分布定
数素子の製造方法を作製するための断面図である。

【００３６】すなわち、図５（Ａ）に示すように、鋼、
金などの金属を印刷法やメッキ法などにより、誘電体基
板Ｃ１６上に共振器パターン１１及び給電タップ１２を
形成する。また、パンチング、ドリリング、エッチング
などによりあらかじめ穴部を形成する。

【００３７】また、誘電体基板Ｂ１５の共振器パターン
１１を含む領域に対応する部分、すなわち空洞となる部
分をパンチング、エッチングなどで部分的に凹部を形成
し、その凹部内にフォトレジストなどの溶出可能な樹脂
材料３０を充填して、平滑化処理を行なう。

【００３８】また、鋼、金などの金属を印刷法やメッキ
法などにより、誘電体基板Ａ１４の一方の面上に形成す
る。

【００３９】これら３つの誘電体基板１４〜１６の間に
プリプレグシート３１を挟んで重ね合わせ、３つの誘電
体基板１４〜１６を接着する。さらに、誘電体基板Ｃ１
６に開けた穴からアセトンなどの溶剤や酸素プラズマな
どを誘電体基板Ｂ１５の凹部内に充填した樹脂材料３０
に照射して樹脂材料３０を除去する。これにより、共振
器パターンを含む領域の下部に空間部３２を形成するこ
とができる。最後に、誘電体基板Ｃ１６上に空間部を介
してシールド層２０を配置し、シールド層２０とグラン
ドパターン１３の導電部２２とをはんだ付けすることに
より、図１、図２に示す構造を得ることができる。

【００４０】本発明の方法によれば、シールド層２０を
取り付ける前に、基板完成後にパターンの幅や長さなど
をカッターで削るなどしてフィルタの中心周波数の微調
整をするといった、特性のトリミングを行なうことがで
きる。したがって、中間周波数などの微調整を容易に行
なうことができる。その結果、ビアホールによるパター
ン接続が不要となり、歩留まりの向上やコスト低減を図
ることができる。

【００４１】また、図６に示すように、本発明において
共振器パターン１１の下部、すなわち誘電体基板Ｂ１５
内に形成される空間部１８の深さｂと、共振器パターン
１１の上部、すなわち誘電体基板Ｃ１６とシールド層２
０とにより形成される空間部１９の深さａは、必ずしも
同じ値にする必要はなく、意図的にこれらを変更して所
望の特性のフィルタ設計をすることもできる。これは、
シールドケースのサイズや、誘電体基板Ｂ１５の厚みを
変更することで容易に実現することができる。

【００４２】また、本発明において共振器パターン１１
の上下に形成される空間部１８，１９は、必ずしも空間
である必要はなく、意図的にこれらの空間部に別の誘電
物質４０、４１を充填して所望の特性のフィルタ設計を
することもできる。さらに、その場合は共振器パターン
１１の上下の誘電物質を必ずしも同じにする必要もな
く、意図的に共振器パターンの上下に別の誘電物質を充
填して所望の特性のフィルタ設計をしても良い。

【００４３】本発明は、上記実施の形態に限定されず、
種々変更して実施することが可能である。すなわち、上
記実施の形態では、ＢＰＦについて説明しているが、本
発明は、ＬＰＦやＨＰＦ、カップラーなど他の素子にも
同様に適用することができる。

【００４４】また、シールドのサイズ、基板凹部の深
さ、空間部への誘電物質充填の有無、誘電物質種類など
を様々に選択することが可能であり、設計の自由度を向
上させることができる。

【００４５】さらに、本発明の分布定数素子を実装基板
に設けて、他の実装部品と一体化させることにより、機
能基板を実現することができる。本方法によれば、この
ような機能基板の作製が容易である。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように本発明の分布定数素
子は、トリプレート構造の素子であるにもかかわらず、
パターン形成後の幅、長さなどのトリミングが可能とな
り、中心周波数等特性の微調整をすることができる。こ
れにより、厳しい特性のものでもその特性を実現しつ
つ、歩留まりを向上させ、コストを低減させることがで
きる。

【００４７】また、トリプレート構造の素子であるにも
かかわらず、動作パターンと配線パターンとの間の接続
にビアホールを介する必要が無く、不要な寄生インダク
タンスが加わることを防止でき、特性が変化することを
阻止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る分布定数素子の構
成を示す透視平面図である。

【図２】図１に示す分布定数素子の断面図であり、図２
（Ａ）は、図１におけるIIＡ線に沿う断面図であり、図
２（Ｂ）は、図１におけるIIＢ線に沿う断面図である。

【図３】（Ａ）は、上記実施の形態の分布定数素子を表
面側から見た図であり、（Ｂ）はこの分布定数素子を裏
面側から見た図である。

【図４】（Ａ），（Ｂ）は、本発明の分布定数素子の製
造方法を作製するための断面図である。

【図５】（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の分布定数素子の製
造方法を作製するための断面図である。

【図６】本発明の他の実施の形態に係る分布定数素子の
構成を示す断面図である。

【図７】本発明の他の実施の形態に係る分布定数素子の
構成を示す断面図である。

【図８】従来の分布定数素子の構成を示す平面図であ
る。

【図９】従来のトリプレート構造の分布定数素子の等価
回路図である。

【図１０】（Ａ）は、従来のトリプレート構造の分布定
数素子を示す透視平面図であり、（Ｂ）は、従来のトリ
プレート構造の分布定数素子を示す断面図である。

【図１１】（Ａ）は、従来の分布定数素子を表面側から
見た図であり、（Ｂ）はこの分布定数素子を裏面側から
見た図である。

【図１２】従来の分布定数素子の問題点を説明するため
の平面図である。

【図１３】従来の分布定数素子の問題点を説明するため
の平面図である。

【符号の説明】

１１…共振器パターン、１２…給電タップ、１３，１７
…グランドパターン、１４…誘電体基板Ａ、１５…誘電
体基板Ｂ、１６…誘電体基板Ｃ、１８，１９，３２…空
間部、２０…シールド層、２１…はんだ、２２…導電
部、３０…樹脂材料、３１プリプレグ、４０，４１…誘
電物質。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基体上に第１空間層を介して配置され、
表面に特定のパターンを有する誘電体基板と、前記特定
のパターンを覆う領域上に第２空間層を介して配置され
たシールド層と、を具備することを特徴とする分布定数
素子。
【請求項２】前記特定のパターンが共振器パターンで
あることを特徴とする請求項１記載の分布定数素子。
【請求項３】前記第１空間層の厚さが前記第２空間層
の厚さと異なることを特徴とする請求項１記載の分布定
数素子。
【請求項４】前記第１空間層及び前記第２空間層の少
なくとも一方に誘電体材料が充填されていることを特徴
とする請求項１記載の分布定数素子。
【請求項５】基体上に第１空間層を介して配置され、
表面に特定のパターンを有する誘電体基板と、前記特定
のパターンを覆う領域上に第２空間層を介して配置され
たシールド層と、を具備し、前記第１空間層及び前記第２空間層の少なくとも一方に
誘電体材料が充填されており、前記第１空間層に充填さ
れる誘電体材料は、前記第２空間層に充填される誘電体
材料と同じ又は異なることを特徴とする分布定数素子。
【請求項６】基体上に第１空間層を介して誘電体基板
を配置する工程と、前記誘電体基板上に特定のパターン
を形成する工程と、前記特定のパターンを覆う領域上に
第２空間層を介してシールド層を配置する工程と、を具
備することを特徴とする分布定数素子の製造方法。
【請求項７】凹部を設けた第１誘電体基板の前記凹部
内に樹脂材料を充填する工程と、前記樹脂材料を前記凹
部に充填した第１誘電体基板上に、特定パターンを有す
る第２誘電体基板を配置する工程と、前記樹脂材料を溶
出させて前記凹部を空洞化させる工程と、前記特定のパ
ターンを覆う領域上に空間層を介してシールド層を配置
する工程と、を具備することを特徴とする分布定数素子
の製造方法。
【請求項８】基体上に第１空間層を介して配置され、
同一平面上に共振器パターン、配線パターン、及び部品
実装パターンを有する誘電体基板と、前記特定のパター
ンを覆う領域上に第２空間層を介して配置されたシール
ド層と、を具備することを特徴とする機能基板。