JP2000515336A - 共面シールドを具備するセラミック・フィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 上面（３０４），底面（３０６）および側面（３０８，３１０，３１２，３１４）を有し、かつ共振器を画定する、前記上面（３０４）から前記底面（３０６）に延在する複数の金属被覆貫通穴（３１６）を有する、誘電材料のブロックからなるフィルタ本体（３０２）；前記底面（３０６）および前記側面（３０６，３１０，３１２，３１４）を実質的に被覆する金属被覆層であって、前記上面（３０４）は、上部パターンを画定する金属被覆パターンを有する、金属被覆層；および前記フィルタ本体の前記上部パターンから所定の高さで導電性シールドを維持する隔離脚（３２４）を有する導電性シールド（３２２）であって、前記隔離脚（３２４）は、前記入出力パッドを有する前記側面から所望の距離で前記フィルタの上面上の前記上部パターンの一部に接続される、導電性シールド；を有する共面シールドを具備するセラミック・フィルタ。

Description

【発明の詳細な説明】 共面シールドを具備するセラミック・フィルタ 発明の分野 本発明は、セラミック・フィルタに関し、さらに詳しくは、共面(coplanar)シ ールドを具備するセラミック・フィルタに関する。 発明の概要 望ましくない周波数成分の信号を濾波するためにフィルタ回路を設計・利用す ることは周知である。また、これらのフィルタは、一つまたはそれ以上の共振器 が形成されたセラミック材料から作製できることも周知である。 多くの従来のセラミック・ブロック・フィルタは、誘電材料の平行六面体状の ブロックからなり、このブロックに多くの穴が一面から反対の面に貫通している 。多くの場合、これらのフィルタは、フィルタの所望の周波数特性を得るために 、上面のプリント・キャパシタを利用する。 ブロック・フィルタにおける共振器の上端部は、そこから放射する強い電界を 有し、この電界は、無線または他の通信装置や、信号処理を必要とする装置にお けるフィルタ の周りの回路に悪影響を及ぼすことがあることが知られている。また、これらの 放射電界は、フィルタ自体の性能にも悪影響を及ぼすことがある。従来のフィル タでは、電界放射は、フィルタを接地された金属ハウジング内に収容することに よって最小限に抑えられる。 また、電界放射は、一般にブロック・フィルタの外面に半田付けされた金属接 地ブラケット内にフィルタの上面を封入または収容することによっても低減でき る。別の方法では、フィルタの側面に装着され、かつフィルタの上面を保護する ように取り囲むＬ字型打抜金属シールドを利用する。 残念ながら、Ｌ字型打抜金属シールドを利用することは、シールド型フィルタ の製造段階でさまざまな問題を生じ、また通信装置の回路板上にフィルタを載置 する際にもさらに問題を生じる。問題には、半田付けの領域，接着，平行度，共 面性，寸法，重量および処理工程数がある。恐らく、フィルタを利用する製造業 者の最大の問題点は、セラミック・フィルタの適切な接地を確保するために、Ｌ 字型打抜金属シールドの底端部を回路板に適切に半田付けしなければならないこ とである。この問題は、たとえシールド寸法を十分に制御できたとしても、フィ ルタ製造工程公差に起因するセラミック・ブロック寸法のばらつきによって悪化 する。 完全に自蔵式であり、かつ回路板に接続する必要がなく、 しかもさまざまなセラミック・フィルタ設計上で入出力フットプリント(footpri nt)を標準化し、かつ回路板上で必要な面積を低減する効果を提供し、またシー ルドの浮動端部と回路板との間の良好な接続を確保する負担をエンド・ユーザか ら軽減する、共面シールド設計を有するセラミック・フィルタを提供することは 、当技術分野における改善となる。 図面の簡単な説明 第１図は、プリント回路板に装着された従来のシールド型セラミック・フィル タの側面図を示し、ここでＬ字型シールドの浮動端部はセラミック・フィルタの 入出力パッド側面と共面である。 第２図は、本発明によるプリント回路板に装着されたシールド型セラミック・ フィルタの側面図を示す。 第３図は、本発明による第２図に示すシールド型フィルタの上面斜視図を示す 。 第４図は、本発明による第２図に示すシールド型フィルタの側面斜視図を示す 。 第５図は、本発明による共面シールドを具備するセラミック・フィルタの別の 実施例を示す。 第６図は、本発明による共面シールドを具備するセラミック・フィルタのさら に別の実施例を示す。 好適な実施例の詳細な説明 第１図は、プリント回路板・に装着された従来のシールド型セラミック・フィ ルタの側面図を示す。この図面からわかるように、セラミック・フィルタ１００ が設けられる。このフィルタは、電気接地ループを閉じるために、シールドの浮 動端部(floating edge)が回路板１０６に直接半田付けされるように装着された 、シールド１０４を具備するセラミック・フィルタ・ブロック１０２を含む。回 路板に対するシールドの装着点は、第１図では１０８として示されている。導電 性上部パターンは、第１図では１１０として示されている。 本発明は、第２図ないし第６図を参照することによって理解を深めることがで きよう。本発明において、シールドは直接セラミック・ブロック・フィルタに実 質的に完全に装着される。シールドをこのように装着することにより、多くの処 理上および製造上の効果が実現できる。 従来技術では、シールドの浮動端部とブロックの底面との間の共面性(coplana rity)を確保するためには、シールドをブロックに装着した後、シールドがトリ ミングされた。この工程は、セラミック・フィルタ・ブロックを焼成した後に、 ブロックの寸法上の不均等性のために必要である。各個別のフィルタ・シールド は、回路板に装着される入出 力パッドと、回路板に装着されるシールドの浮動端部との間の共面性を確保する ために、「トリミング」される。本発明の共面シールド設計を有するセラミック ・フィルタは、トリミング処理工程の必要性を最小限にするか、完全に省き、そ の結果、時間およびコストの節約が得られる。 これらのセラミック・フィルタを利用する製造業者に対する本発明の利点は、 控えめにいうことはできない。このフィルタ・シールド設計の再現性のある性能 のほかに、製造業者は改善された信頼性，品質の向上および組立工程の簡略化を 達成できる。本発明のフィルタ・シールド設計により、ダウンタイムの低下およ び生産性の向上が得られる。さらに、製造業者は、本発明により、修理工程数の 少数化を実現でき、検査工程を省くことができる。 第２図は、プリント回路板に装着されたシールド型セラミック・フィルタの側 面図を示す。セラミック・フィルタ２００が設けられ、セラミック・フィルタ・ ブロック２０２およびシールド２０４は、シールドがブロック２０２の上面上の 導電性上部パターン２１０に直接半田付けされるように装着される。従って、従 来技術のように、電機接地ループを閉じるためにシールドを回路板２０６に直接 装着することはもはや必要ない。 本発明の別の利点は、上部パターンを適用する際に、フィルタ・ブロックの上 面が極めて平坦な面を必要とすることである。そのため、これらのフィルタの製 造における従来 の処理工程では、フィルタの上面が平坦であることを確保するための工程を伴う 。本発明のシールド型設計は、シールドをフィルタの導電性上面パターンに直接 装着するので、フィルタとシールドとの間には一定のギャップがあり、その結果 、フィルタで一貫した電気特性および歩留りの向上が得られる。 本発明は、フィルタ製造工程の電気試験段階で著しい効果を提供する。作製さ れたセラミック・フィルタは多くの関連電気仕様を満たしてからでないと、エン ド・ユーザに送ることはできない。一般に、試験される電気特性には、挿入損失 ，リターン損失，中心周波数および帯域幅がある。これらのパラメータを試験す るために必要な治具は複雑で、また試験を実施するためにシールドを個別に接地 しなければならない場合にはさらに複雑になる。フィルタ２００では、シールド 設計は、シールドがフィルタ・ブロックの上面導電性パターンに直接接地される ような設計なので、難しい試験治具の接地問題を解消し、その結果、フィルタの 正確な電気試験が可能になる。従って、フィルタ２００は、シールド型セラミッ ク・ブロック・フィルタの組み立てにおいて著しい効果を提供する。 第３図は、第２図に示すシールド型フィルタの立体図を示す。第３図は、共面 シールド設計を具備するシールド型フィルタ３００を示す。この図は、上面３０ ４，底面３０６および側面３０８，３１０，３１２，３１４を有する誘 電材料のブロックからなるフィルタ本体３０２を示す。また第３図では、共振器 を画定する、フィルタのの上面３０４から底面３０６に延在する複数の金属被覆 貫通穴(metallized through holes)３１６も（点線で）示す。フィルタのすべて の外面３０４，３０６，３０８，３１０，３１２，３１４および貫通穴３１６は 、金属被覆層で実質的に被覆される。フィルタの上面３０４は、その上の導電性 パターンを有する。入出力端子は、金属被覆されていない領域３２０によって囲 まれた３１８として、第３図の一側面上に示される。第３図に示す本発明の実施 例では、２つの入力ポートと、共通の出力ポートとを有するデュプレクス・フィ ルタが示される。ただし、本発明は、一つの入力ポートと一つの出力ポートとを 有するフィルタにも適用できる。 また、シールドをフィルタ本、体の上面３０４から所定の高さ「Ｚ」で維持す る隔離脚(standoff legs)３２４を有する導電性シールド３２２も示される。同 様に、シールドは、回路板の表面から所定の距離「Ｘ」だけ離れて装着される。 シールドの背面には、導電性シールド３２２内に開口部３２６があり、これは個 別の共振器を同調させることができる同調窓(tuning windows)を画定する。第３ 図から明白なように、導電性シールド３２２はセラミック・フィルタ本体の上面 ３０４に直接装着される。 本発明のシールド設計によって、エンド・ユーザにとっ て著しい柔軟性が達成される。製造業者は回路板にシールドを直接装着する必要 がなくなるので、製造業者は回路板のレイアウトを設計する際に大きな自由が得 られる。フィルタ・ブロックにシールドを直接装着することにより、フィルタ・ ブロックは多くの他のセラミック・フィルタと整合性のあるフットプリントを有 する。この結果、製造業者にとって時間およびコストの大きな節約が得られ、設 計および製品の合理化が可能となる。 フィルタ３００の別の微妙であるが潜在的に適用可能な利点は、シールド装着 技術の設計の結果として、回路板上の実領域または表面積が増加することがある 。シールド３２２は、フィルタの上面の上部接地導電性パターンに直接装着でき る。従って、従来では回路板にシールドを装着するために利用されてきた領域に おいて、他の部品を回路板上に配置できる。完成された電子装置における部品の 近接性を増加することにより、体積の減少を達成できる。体積の減少は、エレク トロニクスおよび通信産業の多くの分野における原動力である 第４図は、第２図に示すシールド型フィルタの別の立体図を示す。第４図は、 フィルタ本体４０２と、導電性シールド４０４とを有するセラミック・フィルタ ４００を示す。シールドは、正面に複数の隔離脚４０６を有する。隔離脚の間に は、複数の同調窓(tuning windows)４０８が配置され、これらの同調窓４０８を 介して個別の共振器にアク セスできる。この図から、重要な点は、導電性シールド４０４が入出力パッド４ １２または対応する伝送ライン４１４に電気的に短絡しないように、同調窓４０ ８が設けられていることである。 シールドとして機能する金属ブラケットまたはハウジング内に完全に収容され た上面を有するセラミック・ブロック・フィルタは、完全に機能するフィルタと なりうる。ただし、製造時に、フィルタ応答を調整するために、セラミック・ブ ロック・フィルタの個別の共振器を同調する必要が多い。これはフィルタの上面 上に同調デバイスを直接導入する必要が多いので、窓の同調に対処するために、 一連の同調窓をシールドに配置できる。本発明は、フィルタの電気的レイアウト に依存するさまざまな同調窓設計を有するさまざまなフィルタ・シールド設計を 想定する。同調窓は、シールドがフィルタを浮遊電磁経路から保護するというそ の機能を依然として果たす程度に、寸法および数を増加できる。 上記の説明からわかるように、共面シールド設計を有するセラミック・フィル タの最大の利点は、組み立て，試験，検査および他の製造工程中に実現される。 フィルタの接地ループはフィルタ自体で閉じられるので、フィルタの電気試験は 確実かつ反復性がある。 第１図ないし第５図において、シールドは３つの入出力ポートを有するデュプ レクサ・フィルタに適用して示され ている。ただし、本発明は、シールドがフィルタ・ブロックの上面の一部に直接 接合できる限り、シールドの必要がある任意のセラミック・ブロック・フィルタ で利用できる。好適な実施例では、セラミック・フィルタ４００は、実質的に金 属被覆された、あるいはシールド装着を促すために十分な量の接地導電性金属被 覆を有する、上面を有する。 シールドをセラミック・フィルタに装着または接合する実際の方法は、製造技 術に応じてそれぞれである。現在、ほとんどのシールドはセラミック・フィルタ ・ブロックの金属被覆表面に半田付けされる。十分な強度および耐久性のある接 合を達成するためには、少なくとも数百マイクロインチの金属被覆層が望ましい 。しかし、シールド装着の他の方法も本発明によって想定される。確かに、溶接 方法または導電性接着剤を利用しても、同様な成果を達成できる。また、金属被 覆および接着剤技術の進歩により、本発明の新規な精神および範囲から逸脱せず に、他の接合方法も採用してもよい。 同様に、実際のシールド用材料は、事情に応じてさまざまである。現在、０． ００５インチ〜０．０１０インチの範囲の厚さを有する錫被覆鋼の金属シールド が用いられる。しかし、フィルタを有害な浮遊電界から遮蔽すべく機能する任意 の導電性材料を本発明に利用できる。ただし、錫被覆鋼シールドを利用すると、 隔離脚として適性角度を有する形状に打抜またはプレス成形でき、かつ公差の極 めてき つい形状にプレス成形できる部品となる効果が得られる。従って、フィルタ・ブ ロックの上面との望ましい共面性は容易に維持される。 上面パターンの接地設計は、本発明の重要な面であり、これによりフィルタ・ ブロックの上面にシールドを直接装着できる。従って、上面金属被覆パターンは 、適切な共振器間結合が維持され、しかも同時にフィルタ・ブロックの上面にシ ールドを装着することを可能にする十分な表面積を確保するように設計しなけれ ばならない。フィルタの上面は、シールドを装着するのに十分大きい面積を設け るために、実質的に金属被覆しなければならない。一般に、シールドは、約２５ ．０ポンド／インチの引張試験に耐えられるように、装着する必要がある。 ブロックの上面に対するシールドの面積は、シールドがブロックを実質的に覆 い、特にフィルタ・ブロックの共振器貫通穴を覆うようにする。もちろん、大き な面積のオープン・スペースは、同調窓を収容する領域に存在してもよい。 本発明の別の実施例を第５図に示す。本実施例では、シールドはまだ回路板に 直接接続されていないが、入出力パッド側面に対置する側面のシールド隔離脚は 、ブロックの側面で下に延在する。この設計の一つの有用な特徴は、側面が金属 被覆層で実質的に被覆されているので、シールドを装着できる比較的大きな表面 積が存在することである。こ の折り返しシールド(wraparound shield)設計も、回路板から独立した接地ルー プを維持する。 さらに詳しくは、第５図は、共面シールド設計を有するシールド型フイルタ５ ００を示す。この図は、上面５０４，底面５０６および側面５０８，５１０，５ １２，５１４を有する誘電材料のブロックからなるフィルタ本体５０２を示す。 また第５図には、共振器を画定する、フィルタの上面５０４から底面５０６に延 在する複数の金属被覆貫通穴５１６（点線）も示す。フィルタのすべての外面０ ４，５０６，５０８，５１０，５１２，５１４および貫通穴５１６は、金属被覆 層で実質的に被覆される。フィルタの上面５０４は、その上に導電性パターンを 有する。入出力端子は、第５図では金属被覆されていない領域５２０によって取 り囲まれた５１２として図示される。本実施例では、２つの入力ポートと、共通 の出力ポートとを有するデュプレクス・フィルタが示されている。ただし、本発 明は、一つの入力と一つの出力とを有するフィルタでも利用できる。 また、シールドをフィルタ本体から所定の高さ「Ｚ」で維持する隔離脚５２４ を有する導電性シールド５２２も示される。同様に、シールドは、回路板の表面 から所定の距離「Ｘ」だけ離れて装着される。導電性シールド５２６内の開口部 は、個別の共振器を同調することを可能にする同調窓を画定する。第５図から明 白なように、導電性シールド５２２は、セラミック・フィルタ本体の上面５０４ に直 接装着される。好適な実施例では、導電性シールド５２２は、入出力パッド５１ ８を収容するフィルタ本体の側面５１４とは反対側のフィルタ本体の側面の一つ ５１０の上に実際に延在する。本実施例では、導電性シールドは、フィルタ・ブ ロックの側面５１０上の金属被覆の大きな表面積のために、フィルタ本体５０２ に極めて密接に装着できる。 第６図は、共面シールド設計を有するセラミック・フィルタのさらに別の実施 例を示す。本実施例は、第５図に示す実施例の特徴と、他の潜在的に望ましい特 徴とを有する。第６図に示す実施例では、シールド型セラミック・フィル６００ が設けられる。このフィルタは、導電性フィールド６０２が装着された誘電セラ ミックのブロック６０４からなる。本実施例では、隔離脚は、フィルタの側面６ ０８の上に延在し、隔離脚は、フィルタの側面６０８に存在する対応して構成さ れた溝(trough)６１０内に収まる。従って、第６図では「Ｙ」と記される、回路 板よりも上のシールド型フィルタの全高は、実質的に常に一定のままとなる。つ まり、第６図に示すシールド装着設計では、シールドは、回路板より上のフィル タの全高「Ｙ」を増加せずに、フィルタの側面６０８に確実に装着されるという 利点を有する。 本発明のさまざまな実施例について図説してきたが、前記実施例のさまざまな 修正および代替ならびに再構成および組み合わせは、本発明の新規な精神および 範囲から逸脱せずに、当業者によって可能である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．共面シールドを具備するセラミック・フィルタであって： 上面，底面および側面を有し、かつ共振器を画定する、前記上面から前記底面 に延在する複数の金属被覆貫通穴を有する、誘電材料のブロックからなるフィル タ本体； 前記底面および前記側面を実質的に被覆する金属被覆層であって、前記上面は 、上部パターンを画定する金属被覆パターンを有する、金属被覆層； 前記側面のうちの一つの上で、金属被覆されていない領域によって実質的に囲 まれた、導電性材料の領域からなる少なくとも第１および第２入出力パッド；お よび 前記フィルタ本体の前記上部パターンから所定の高さで導電性シールドを維持 する複数の隔離脚を有する導電性シールドであって、前記隔離脚は、前記入出力 パッドを有する前記側面から所定の距離で前記フィルタの上面上の前記上部パタ ーンの一部に接続される、導電性シールド； によって構成されることを特徴とするセラミック・フィルタ。 ２．前記導電性シールドは、正面部および背面部のうち少なくとも一つの上で 同調窓を画定する開口部を有することを特徴とする請求項１記載のセラミック・ フィルタ。 ３．前記導電性シールドは、錫被覆鋼金属からなること を特徴とする請求項１記載のセラミック・フィルタ。 ４．前記導電性シールドは、約０．００５インチ〜約０．０１インチの厚さか らなることを特徴とする請求項１記載のセラミック・フィルタ。 ５．共面シールドを具備するセラミック・フィルタであって： 上面，底面および側面を有し、かつ共振器を画定する、前記上面から前記底面 に延在する複数の金属被覆貫通穴を有する、誘電材料のブロックからなるフィル タ本体； 前記底面および前記側面を実質的に被覆する金属被覆層であって、前記上面は 、上部パターンを画定する金属被覆パターンを有する、金属被覆層； 前記側面のうちの一つの上で、金属被覆されていない領域によって実質的に囲 まれた、導電性材料の領域からなる少なくとも第１および第２入出力パッド；お よび 前記フィルタ本体の上面上の前記上部パターンから所定の高さで導電性シール ドを維持する第１複数および第２複数の隔離脚を有する導電性シールドであって 、前記第１複数の隔離脚は、前記上部パターンに結合され、前記第２複数の隔離 脚は、前記入出力パッドを有する側面に対置する前記フィルタ本体の側面に結合 され、前記第２複数の隔離脚は、前記フィルタ本体の前記側面上の前記金属被覆 層に結合される、導電性シールド； によって構成されることを特徴とするセラミック・フィ ルタ。 ６．前記第２複数の隔離脚は、概してＬ字型の連続的な金属シートからなるこ とを特徴とする請求項５記載のセラミック・フィルタ。 ７．前記導電性シールドは、同調窓を画定する開口部を有することを特徴とす る請求項５記載のセラミック・フィルタ。 ８．前記導電性シールドは、正面部および背面部のうち少なくとも一つの上で 同調窓を画定する開口部を有することを特徴とする請求項５記載のセラミック・ フィルタ。 ９．前記導電性シールドは、錫被覆鋼金属からなることを特徴とする請求項５ 記載のセラミック・フィルタ。 １０．前記導電性シールドは、約０．００５インチ〜約０．０１インチの厚さ からなることを特徴とする請求項５記載のセラミック・フィルタ。