JP2004266696A

JP2004266696A - 積層型バンドパスフィルタ

Info

Publication number: JP2004266696A
Application number: JP2003056647A
Authority: JP
Inventors: Kouji Shigesawa; 功士繁澤
Original assignee: Koa Corp
Current assignee: Koa Corp
Priority date: 2003-03-04
Filing date: 2003-03-04
Publication date: 2004-09-24

Abstract

【課題】小型化した積層型バンドパスフィルタを提供する。
【解決手段】バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）の共振器２４，２５を、電界結合が強く生じている開放端が向い合うように配置する。さらに、共振器２４，２５の開放端部分を避けるようにアース電極２６，２７を設ける。よって、開放端側での電界結合を抑制することなく、フィルタの小型化が可能になる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、携帯電話機等の無線機器における高周波回路に使用する積層型バンドパスフィルタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
多くの小型電子機器等に使用されている、表面実装用のチップ部品のうち、積層セラミックス部品は、通常、表面に所望のパターンを形成した複数枚のセラミックグリーンシート（単にグリーンシートともいう）を積層し、それをチップサイズに裁断した後、焼成して製造している。
【０００３】
積層型の部品である高周波用積層型のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）として、例えば、特許文献１、および特許文献２に記載の積層型誘電体フィルタ（以下、従来例１に係るＢＰＦという）は、図６に示す内部電極構造を有している。また、図５は、その外観斜視図である。図６に示すように、これらの文献に開示されたフィルタは、上下シールド電極で挟まれた誘電体内形成された片側短絡、片側開放の２つの共振器電極を結合させることにより、所定のＢＰＦ特性を得ている。
【０００４】
図６において、グリーンシート１０１〜１０６は、誘電体あるいは磁性体材料で形成されており、これらのシート上には、印刷等の方法により、銀（Ａｇ）、あるいは銅（Ｃｕ）等の導電率の高い材料を主成分としたペーストで内部電極１１１〜１１７が形成されている。なお、グリーンシート１０１は最上面の保護層であり、そこには内部電極が形成されていない。
【０００５】
図６に示すように、グリーンシート１０２には上部シールド電極１１１が形成されており、シート端部において電極の手前側と奥側が露出している。そして、これらの露出部分は、図５に示すＧＮＤ外部電極３０３，３０４それぞれに接続される。また、グリーンシート１０３には、入出力電極１１２，１１３が形成されており、これらの電極は、図６に示すように、その片側がシート端部に露出して、図５の入出力外部電極３０１，３０２それぞれに接続される。一方、入出力電極１１２，１１３の開放端側は、後述する共振器１１４，１１５の一部に対向することによって入出力容量を形成している。
【０００６】
グリーンシート１０３の下部に位置するグリーンシート１０４には、２つの共振器電極１１４，１１５が互いに平行に形成され、それらの手前側Ｅ，Ｆがシート端部に露出する構造になっている。そして、これらの露出部が、図５のＧＮＤ外部電極３０４に接続される。一方、電極１１４，１１５の奥側は開放端となっており、これにより片側短絡のストリップライン共振器を形成している。
【０００７】
グリーンシート１０５には、アース電極１１６が形成されており、その奥側がシート端に露出して、図５に示す外部ＧＮＤ電極３０３に接続される。このアース電極１１６は、共振器１１４，１１５の開放端に対向する位置に配置されており、これらの共振器とアース電極により容量が形成されることにより、共振器１１４，１１５の共振周波数が下がることになる。
【０００８】
なお、周波数を一定とした場合には、共振器（共振器電極）１１４，１１５の線路長は短くてよいことになり、このアース電極１１６により、フィルタの小型化が可能となる。また、図７は、上述した共振器電極１１４，１１５とアース電極１１６との位置関係を示す上面透視平面図である。
【０００９】
最下層のグリーンシート１０６には、下部シールド電極１１７が形成されている。この下部シールド電極１１７も、上述した上部シールド電極１１１と同様、図６において手前側と奥側がシート端に露出しており、図５のＧＮＤ外部電極３０３，３０４それぞれに接続される。
【００１０】
図９は、上述した方法で作製された、従来例１に係るＢＰＦの等価回路である。同図において、Ｃｐ１は、共振器電極１１４と、その上下にあるシールド電極１１１，１１７間の分布容量を集中定数で表した等価共振容量であり、同様にＣｐ２は、共振器電極１１５の分布容量を集中定数で表した等価共振容量である。また、Ｌｐ１は、共振器電極１１４の分布インダクタンスを集中定数で表した等価共振インダクタンスであり、同様にＬｐ２は、共振器電極１１５の分布インダクタンスを集中定数で表した等価共振インダクタンスである。
【００１１】
Ｃｐ３は、アース電極１１６と共振器電極１１４の開放端側間で生じている容量を示し、Ｃｐ４は、アース電極１１６と共振器電極１１５の開放端側で生じている容量を表している。そして、Ｃｐ３，Ｃｐ４それぞれが、Ｃｐ１，Ｃｐ２と並列に接続されるため共振周波数が下がり、共振器１１４，１１５の長さを短くすることができる。
【００１２】
また、図９のＭは、共振器電極１１４，１１５の磁界結合による相互インダクタンスを表しており、Ｃｍは、共振器電極１１４，１１５の電界結合による容量を表している。さらに、Ｃｏ１は、共振器電極１１４と入出力電極１１２が対向することにより形成される容量を表しており、Ｃｏ２は、共振器電極１１５と入出力電極１１３が対向することにより形成される容量を表している。
【００１３】
図９に示す等価回路から分かるように、従来例１に係るＢＰＦは、２つの共振器によって構成される２段のＢＰＦとなっており、その結合度は、磁界結合Ｍ、結合容量Ｃｍによって必要な帯域幅が得られるように調整される。
【００１４】
他の例に係る高周波用積層型のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）として、例えば、特許文献３、および特許文献４には、図８に示す内部電極構造を有する積層型の誘電体フィルタ（以下、従来例２に係るＢＰＦという）が開示されている。図８に示すフィルタは、上下シールド電極で挟まれた誘電体内に形成された片側短絡、片側開放の２つの共振器電極を結合させることによってＢＰＦ特性を得ている。
【００１５】
図８に示すフィルタは、誘電体、あるいは磁性体材料で形成されたグリーンシート２０１〜２０４、それらのシート上には、印刷等の方法により、ＡｇあるいはＣｕ等の導電率の高い材料を主成分としたぺーストで形成された内部電極より構成される。これらのシートのうち、シート２０１は、最上面の保護層であり、内部電極は形成されていない。また、シート２０２には、上部シールド電極２１１が形成されており、その手前側と奥側が露出して、図５のＧＮＤ外部電極３０３，３０４にそれぞれ接続されている。
【００１６】
シート２０３には、入出力電極２１２，２１５と共振器２１３，２１４が形成されており、電極２１２，２１５は、図８に示すように、その片側が露出して、図５の入出力外部電極３０１，３０２にそれぞれ接続される。電極２１２，２１５の他方は、共振器２１３，２１４の途中部分に接続されており、入出力のインピーダンス整合がとれるように配置されている。また、シート２０４には、下部シールド電極２１６が形成されている。この下部シールド電極２１６も、上部シールド電極２１１と同様、その手前側と奥側が露出しており、図５のＧＮＤ外部電極３０３，３０４にそれぞれ接続されている。
【００１７】
図１０は、従来例２に係るＢＰＦの等価回路である。同図において、Ｃｐ１は、図８に示す共振器２１３と上下シールド電極２１１，２１６間の分布容量を集中定数で表した等価共振容量であり、Ｃｐ２は、同じく共振器２１４の分布容量を集中定数で表した等価共振容量である。また、Ｌｐ１は、共振器２１３の分布インダクタンスを集中定数で表した等価共振インダクタンスであり、Ｌｐ２は、同じく共振器２１４の分布インダクタンスを集中定数で表した等価共振インダクタンスである。
【００１８】
Ｍは、共振器２１３，２１４の磁界結合による相互インダクタンスであり、Ｃｍは、共振器２１３，２１４の電界結合による容量を表している。よって、図１０に示す等価回路から分かるように、従来例２に係るＢＰＦは、２つの共振器によって構成される２段のＢＰＦとなっており、その結合度は、磁界結合Ｍ、結合容量Ｃｍにより必要な帯域幅が得られるように調整される。
【００１９】
なお、上述した従来例１に係るＢＰＦ、および従来例２に係るＢＰＦのいずれも、各グリーンシートに内部電極を形成した後、それらを積層し、チップ形状に切断して、内部電極材料の融点以下の温度で焼成後、スパッタ法、あるいは塗布によって外部電極３０１〜３０４を付け焼付け処理、またはメッキ処理等を行って、外部電極を形成する。
【００２０】
これらの外部電極３０１〜３０４には、その外部電極面に露出した内部電極パターンが電気的に接続されることで、図５に示すＢＰＦが完成する。また、図示はしていないが、各グリーンシートの厚みについては、電極が形成されていないシートを数枚、積層することにより、その厚みを調整しても良い。
【００２１】
【特許文献１】
特許第２９６３８３５号公報
【００２２】
【特許文献２】
特許第２８０６７１０号公報
【００２３】
【特許文献３】
特許第２９８８４９９号公報
【００２４】
【特許文献４】
特許第３１９１５６０号公報
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のＢＰＦ、特に従来例１に係るＢＰＦでは、アース電極１１６により共振器電極を小型化できても、それが共振器電極の開放端側に設けられているため、開放端側で強く生じている共振器間の電界結合を抑制してしまい、結果的に共振器の短絡側で生じている磁界結合の方が強くなる。
【００２６】
そこで、この磁界結合を弱めるためには、共振器間の距離を広げなければならないが、これは部品の小型化に反する結果となる。また、他の方法として、共振器の開放端側に、電界結合電極を共振器とは別の層に設けることにより電界結合を強くして、磁界結合によるＢＰＦの結合を抑制することができる。
【００２７】
しかし、このような手段は、新たに電界結合電極を必要とし、特にＢＰＦの通過周波数帯で容量結合とする場合には大きな容量が必要となるため、電極が大きくなる傾向にある。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、共振器間の距離を広げることなく小型化が可能な積層型バンドパスフィルタを提供することである。
【００２９】
かかる目的を達成し、上述した課題を解決する一手段として、例えば、以下の構成を備える。すなわち、本発明は、第１のアース電極と第２のアース電極の間に少なくとも誘電体または磁性体からなる複数の絶縁層を有し、それらの絶縁層の第１の層に一端が開放され他端がアースに短絡された第１の共振器電極と一端が開放され他端がアースに短絡された第２の共振器電極とが近接して形成された積層型バンドパスフィルタであって、上記絶縁層のうち上記第１の層とは異なる第２の層に第３のアース電極と第４のアース電極が形成され、上記第３のアース電極は、上記第１の共振器電極の上記開放端部分を除く部分で積層方向に対向する位置に配置され、上記第４のアース電極は、上記第２の共振器電極の上記開放端部分を除く部分で積層方向に対向する位置に配置されていることを特徴とする。
【００３０】
上述した課題を解決する他の手段として、例えば、以下の構成を備える。すなわち、本発明は、第１のアース電極と第２のアース電極の間に少なくとも誘電体または磁性体からなる複数の絶縁層を有し、それらの絶縁層の第１の層に一端が開放され他端がアースに短絡された第１の共振器電極と一端が開放され他端がアースに短絡された第２の共振器電極とが近接して形成された積層型バンドパスフィルタであって、上記絶縁層のうち上記第１の層とは異なる第２の層に第３のアース電極と第４のアース電極が形成され、さらに、上記第１の層および第２の層とは異なる第３の層に第５のアース電極と第６のアース電極が形成され、上記第３のアース電極と第５のアース電極は、上記第１の共振器電極の上記開放端部分を除く部分で積層方向に対向する位置に配置され、上記第４のアース電極と第６のアース電極は、上記第２の共振器電極の上記開放端部分を除く部分で積層方向に対向する位置に配置されており、上記第１の層は上記第２の層と第３の層との間に位置することを特徴とする。
【００３１】
例えば、上記第１の共振器電極と第２の共振器電極各々は略コの字形状を有しており、上記開放端側において所定間隔離間しながら対向して配置されていることを特徴とする。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る実施の形態例を詳細に説明する。図１は、本実施の形態例に係る積層型バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）の層構成を示す分解斜視図である。同図に示すフィルタは、誘電体、あるいは磁性体材料で形成されたグリーンシート１１〜１５と、それらのシート上に印刷法等の方法により、例えば、ＡｇあるいはＣｕ等の導電率の高い材料を主成分としたペーストで形成された内部電極２１〜２８からなる。
【００３３】
図１に示すフィルタにおいて、シート１１は最上面の保護層であり、そのシート１１には、内部電極は形成されていない。また、シート１２には、上部シールド電極２１か形成されており、その手前側と奥側が露出して、図５に示すＧＮＤ外部電極３０３，３０４それぞれに接続される。
【００３４】
シート１３上には、入出力電極２２，２３、および共振器電極２４，２５が形成されており、入出力電極２２，２３は、図１に示すように、その片側が露出して、図５に示す入出力外部電極３０１，３０２それぞれに接続される。また、入出力電極２２，２３の他方は、共振器２４，２５の途中部分に接続されており、入出力のインピーダンス整合がとれるように配置されている。
【００３５】
これら２つの共振器（共振器電極）２４，２５は、互いに平行に形成されており、その手前側Ａ，Ｂが露出した構造となって、図５のＧＮＤ外部電極３０４に接続されている。また、共振器電極２４，２５の他方は、開放端となっており、その開放端が互いに向き合うように配置されている。そして、各共振器電極の長さは、信号のほぼ通過帯域付近で共振するように調整されている。
【００３６】
シート１４には、本願発明に係るフィルタ（ＢＰＦ）の特徴であるアース電極２６，２７が形成されている。アース電極２６，２７の奥側のＣ，Ｄ部は、露出しており、外部ＧＮＤ電極３０３に接続されている。また、シート１５上には、下部シールド電極２８が形成されている。この下部シールド電極２８も、上記の上部シールド電極２１と同様、その手前側と奥側が露出して、図５のＧＮＤ外部電極３０３，３０４それぞれに接続されている。
【００３７】
図２は、シート１３上に形成された共振器電極２４，２５と、シート１４上のアース電極２６，２７の位置関係を示す平面図である。同図に示すように、本実施の形態例に係るフィルタでは、アース電極２６，２７を、共振器電極２４，２５の開放端部を避けて共振器の一部に対向して配置されている。
【００３８】
本実施の形態例に係るフィルタ（ＢＰＦ）は、各グリーンシート１１〜１５に内部電極を形成した後、それらを積層し、チップ形状に切断して、内部電極材料の融点以下の温度で焼成後、スパッタ法、あるいは塗布によって外部電極３０１〜３０４を付け、焼付け処理、またはメッキ処理等を行って、これらの外部電極を形成する。
【００３９】
外部電極３０１〜３０４には、その外部電極面に露出した内部電極パターンが電気的に接続されることで、図５に示すＢＰＦが完成する。なお、図示は省略するが、電極が形成されていないシートを数枚、積層することにより、各グリーンシートの厚みを調整してもよい。
【００４０】
図３は、図１に示す構造を有する本実施の形態例に係るフィルタ（ＢＰＦ）の等価回路である。図３に示す等価回路において、Ｃｐ１は、共振器電極２４と上下シールド電極１１，１８間の分布容量を集中定数で表した等価共振容量である。同様にＣｐ２は、共振器電極２５の分布容量を集中定数で表した等価共振容量である。
【００４１】
Ｌｐ１は、共振器電極２４の分布インダクタンスを集中定数で表した等価共振インダクタンスであり、同様にＬｐ２は、共振器電極２５の分布インダクタンスを集中定数で表した等価共振インダクタンスである。また、Ｃｐ３は、共振器電極２４とアース電極２６間の容量を表しており、Ｃｐ４は、共振器電極２５とアース電極２７間の容量を表している。
【００４２】
本実施の形態例に係るフィルタ（ＢＰＦ）では、アース電極と共振器間で形成される、これらの容量Ｃｐ４，Ｃｐ５により共振周波数が下がるため、共振器を小型化できる。
【００４３】
Ｍは、共振器２４，２５の磁界結合による相互インダクタンスを表しており、Ｃｍは、共振器２４，２５の電界結合による容量を表している。よって、図３に示す等価回路から分かるように、本実施の形態例に係るフィルタ（ＢＰＦ）は、２つの共振器によって構成される２段のＢＰＦとなっており、その結合度は、電界結合Ｃｍにより必要な帯域幅が得られるように調整される。
【００４４】
上述したように、従来のＢＰＦでは、アース電極によって共振器電極を小型化できたとしても、その電極が共振器電極の開放端側に設けられているため、開放端側で強く生じている共振器間の電界結合を抑制する。その結果、共振器の短絡側で生じている磁界結合の方が強くなる。そこで、磁界結合を弱めるためには、共振器間の距離を広げなければならない。
【００４５】
これに対して、本実施の形態例に係るＢＰＦの場合は、折り曲げ共振器を用いており、例えば、図２に示すように、電界結合が強く生じている開放端が向い合うように配置している。さらに、その開放端部分を避けるようにアース電極２６，２７を、共振器が配された層とは別の層に設けている。
【００４６】
このような構造を有するため、上記の電界結合に大きな影響を与えずにフィルタの小型化が可能となり、共振器の短絡側を離したり、あるいは、別の層に新たに電界結合電極を設ける必要がない。
【００４７】
すなわち、本実施の形態例に係るＢＰＦは、共振器の形状がコの字型であるためフィルタを小型化でき、その上、共振器の開放端を除く部分に対向するようにアース電極を設けているので、さらにフィルタの小型化が可能となる。同時に、この構造をとることで、開放端で形成している結合容量に与える影響が少ない。
【００４８】
なお、上述した従来例２に係るＢＰＦも折り曲げ共振器を使用したタイプであるが、共振器の長さは、中心周波数での約１／４波長の長さを必要としているのに対し、本実施の形態例に係るＢＰＦは、アース電極２６，２７を設けたことにより、共振器長がさらに短くなり、よりバンドパスフィルタの小型化が可能となる。
【００４９】
本発明は、上述の実施の形態例に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変形が可能である。例えば、図４に示すフィルタ構造を有するＢＰＦとしてもよい。なお、図４において、図１に示す、上述した実施の形態に係るフィルタと同一構成要素には同一符号を付し、ここでは、それらの説明を省略する。
【００５０】
図４に示すフィルタは、上述した実施の形態に係るフィルタ構造（図１参照）に対して、アース電極２９，３０が配されたシート１２ａをさらにもう一層、シート１２とシート１３の間に設けた構造を有している例である。これらのアース電極により、さらなるフィルタの小型化が可能となる。
【００５１】
また、図１に示すフィルタ構造や、その変形例である図４に示すフィルタ構造では、入出力電極２２，２３を共振器から直接、引き出す構造にしているが、これに限定されず、例えば、入出力を容量結合型として取り出しても良い。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、共振器電極間の距離を広げずに積層型バンドパスフィルタの小型化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態例に係る積層型バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）の層構成を示す分解斜視図である。
【図２】実施の形態例に係るシート上に形成された共振器電極とアース電極の位置関係を示す図である。
【図３】実施の形態例に係るフィルタの等価回路を示す図である。
【図４】変形例に係る積層型バンドパスフィルタの層構成を示す分解斜視図である。
【図５】積層型誘電体フィルタの外観斜視図である。
【図６】従来例１に係るＢＰＦの内部電極構造を示す図である。
【図７】従来例における共振器電極とアース電極との位置関係を示す図である。
【図８】従来例２に係るＢＰＦの内部電極構造を示す図である。
【図９】従来例１に係るＢＰＦの等価回路を示す図である。
【図１０】従来例２に係るＢＰＦの等価回路を示す図である。
【符号の説明】
１１〜１５グリーンシート
２１上部シールド電極
２２，２３入出力電極
２４，２５共振器（共振器電極）
２６，２７，２９，３０アース電極
２８下部シールド電極
３０１，３０２入出力外部電極
３０３，３０４ＧＮＤ外部電極

Claims

第１のアース電極と第２のアース電極の間に少なくとも誘電体または磁性体からなる複数の絶縁層を有し、それらの絶縁層の第１の層に一端が開放され他端が短絡された第１の共振器電極と一端が開放され他端が短絡された第２の共振器電極とが近接して形成された積層型バンドパスフィルタであって、
前記絶縁層のうち前記第１の層とは異なる第２の層に第３のアース電極と第４のアース電極が形成され、前記第３のアース電極は、前記第１の共振器電極の前記開放端部分を除く部分で積層方向に対向する位置に配置され、前記第４のアース電極は、前記第２の共振器電極の前記開放端部分を除く部分で積層方向に対向する位置に配置されていることを特徴とする積層型バンドパスフィルタ。
第１のアース電極と第２のアース電極の間に少なくとも誘電体または磁性体からなる複数の絶縁層を有し、それらの絶縁層の第１の層に一端が開放され他端が短絡された第１の共振器電極と一端が開放され他端が短絡された第２の共振器電極とが近接して形成された積層型バンドパスフィルタであって、
前記絶縁層のうち前記第１の層とは異なる第２の層に第３のアース電極と第４のアース電極が形成され、さらに、前記第１の層および第２の層とは異なる第３の層に第５のアース電極と第６のアース電極が形成され、前記第３のアース電極と第５のアース電極は、前記第１の共振器電極の前記開放端部分を除く部分で積層方向に対向する位置に配置され、前記第４のアース電極と第６のアース電極は、前記第２の共振器電極の前記開放端部分を除く部分で積層方向に対向する位置に配置されており、前記第１の層は前記第２の層と第３の層との間に位置することを特徴とする積層型バンドパスフィルタ。
前記第１の共振器電極と第２の共振器電極各々は略コの字形状を有しており、前記開放端側において所定間隔離間しながら対向して配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の積層型バンドパスフィルタ。