JP2004356910A

JP2004356910A - 誘電体共振器

Info

Publication number: JP2004356910A
Application number: JP2003151598A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Oide; 泰大出; Kazuki Shimizu; 一希清水
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-05-28
Filing date: 2003-05-28
Publication date: 2004-12-16

Abstract

【課題】導体損失を低減させて電気的特性を良好になすことができるとともに、生産性を向上させることが可能な誘電体共振器を提供する。
【解決手段】３層以上の誘電体層を積層してなる積層体の少なくとも一主面にグランド電極を被着させるとともに、前記積層体の内部に、前記一主面のグランド電極に対し間に複数の誘電体層を挟んで対向配置される伝送線路を形成し、該伝送線路と前記一主面のグランド電極とを、各誘電体層に埋設されているビアホール導体同士を接続してなる連結導体を介して電気的に接続した誘電体共振器において、前記連結導体は、前記積層体の積層方向に対し直交する方向に係る断面積の大きさが、前記伝送線路側から前記一主面のグランド電極側に向かって、前記ビアホール導体ごとに漸次大きくなるように形成する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種通信機器や電子機器等の共振回路、高周波回路フィルタ等に用いられる誘電体共振器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、通信機器や電子機器等の共振回路や高周波回路用フィルタとして誘電体共振器が用いられている。
【０００３】
このような従来の誘電体共振器としては、例えば図４に示すように、誘電体層１０１ａ〜１０１ｆを積層してなる積層体１０２の両主面及び端面にグランド電極１０３、１０４を被着させるとともに、積層体１０２の内部に伝送線路１０５を形成し、該伝送線路１０５と積層体１０２の一主面のグランド電極１０３とを、各誘電体層１０１ａ〜１０１ｃに埋設されているビアホール導体１０６ａ〜１０６ｃ同士を接続してなる連結導体１０７を介して接続した構造のものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
前記連結導体１０７を構成するビアホール導体１０６ａ〜１０６ｃは、積層体１０２の積層方向に対し直交する方向に係る断面積の大きさが全て等しく設定されている。
【０００５】
また、伝送線路１０５と連結導体１０７間のインピーダンス整合をとるためには、両者の接続部の幅を合致させておく必要があり、例えば、連結導体１０７が円柱形状である場合、図５に示す如く伝送線路１０５の幅とビアホール導体１０６ｃの径とが等しくなるように設計されていた。
【０００６】
更に、このようなビアホール導体１０６ａ〜１０６ｃ間の接続部には、ビアホール導体の開口部を覆うようにして、ビアホール導体の断面積よりも広い面積を有するビアランド１０８が形成されている。このビアランド１０８は、誘電体層を積層する際に、誘電体層の位置がずれてしまった場合でも、ビアホール導体１０６ａ〜１０６ｃ間の電気的接続を確実に行うために設けられているものである。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００３−６９３０７号公報（図３）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このような誘電体共振器の電気的な特性は、伝送線路１０５や連結導体１０７等の配線導体における導体損失や誘電体損失及び放射損失等に影響されるが、特に導体損失による影響が大きいとされている。
【０００９】
この導体損失については、グランド電極１０３と連結導体１０７との接続部に発生するインピーダンス不整合や抵抗値の増加、あるいは連結導体１０７の断面積の大きさ等によって決まることが知られている。
【００１０】
しかしながら、上述した従来の誘電体共振器においては、積層体の積層方向に対して直交する方向に係る全てのビアホール導体の断面積の大きさが等しく、且つビアホール導体１０６ｃの径が伝送線路１０５の幅と等しく設計されていることから、連結導体１０７とグランド電極１０３との接続部の接続面積が非常に小さく、それ故、連結導体１０７とグランド電極１０３との接続部において導体損失が大きくなり、誘電体共振器の電気的特性が劣化するという問題を有していた。
【００１１】
また、上述した従来の誘電体共振器においては、ビアホール導体同士の電気的接続を確実に行うために、ビアランド１０８が設けられているため、ビアランドの形成が別途必要になり、その分製造工程が複雑化するとともに、生産性の低下を招くという問題も有していた。
【００１２】
本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は、導体損失を低減させて電気的特性を良好になすことができるとともに、生産性を向上させることが可能な誘電体共振器を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための解決手段】
本発明の誘電体共振器は、３層以上の誘電体層を積層してなる積層体の少なくとも一主面にグランド電極を被着させるとともに、前記積層体の内部に、前記一主面のグランド電極に対し間に複数の誘電体層を挟んで対向配置される伝送線路を形成し、該伝送線路と前記一主面のグランド電極とを、各誘電体層に埋設されているビアホール導体同士を接続してなる連結導体を介して電気的に接続した誘電体共振器において、前記連結導体は、前記積層体の積層方向に対し直交する方向に係る断面積の大きさが、前記伝送線路側から前記一主面のグランド電極側に向かって、前記ビアホール導体ごとに漸次大きくなるように形成されていることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の誘電体共振器は、前記積層体の積層方向に対し直交する方向に係るビアホール導体の断面形状が、全て相似形であること特徴とするものである。
【００１５】
本発明の誘電体共振器によれば、前記積層体の積層方向に対し直交する方向に係る前記連結導体の断面積の大きさが、伝送線路側から一主面のグランド電極側に向かって、連結導体を構成するビアホール導体ごとに漸次大きくなるように形成されていることから、連結導体と伝送線路との接続面積がインピーダンス整合をとるために制約を受けたとしても、連結導体と一主面のグランド電極との接続部の接続面積が広く確保されるようになり、連結導体と一主面のグランド電極との接続部で生じる導体損失を有効に抑えて、誘電体共振器のＱ値を向上させることが可能となる。
【００１６】
また、本発明の誘電体共振器によれば、前記積層体の積層方向に対し直交する方向に係るビアホール導体の断面積の大きさが上下方向に隣接するビアホール導体間で異なっており、前記積層体の一主面側に向って断面積が段階的に広くなしてあることから、誘電体層を積層する際、誘電体層間で位置ずれが生じたとしても、断面積の大きなグランド電極側のビアホール導体の外周よりも内側に伝送線路側のビアホール導体が位置している限り、ビアホール導体間の電気的接続を確実に行うことができるため、これによってビアホール導体同士のずれが許容され、ビアランドを形成する必要がなくなり誘電体共振器の生産性が向上される。
【００１７】
更に、本発明の誘電体共振器によれば、連結導体を伝播する高周波信号の表皮効果によって、高周波信号は導体の表面を伝って伝播するようになるため、これによって導体損失を低減させ、誘電体共振器のＱ値を向上させることも可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
図１は本発明の一実施形態に係る誘電体共振器の断面図、図２は図１の誘電体共振器を一主面側から見たときの透視図である。
【００２０】
これらの図に示す誘電体共振器は、複数の誘電体層２ａ〜２ｆを積層して成る積層体１の両主面及び側面にグランド電極３を被着させるとともに、積層体の内部に伝送線路４を形成し、該伝送線路４と一主面のグランド電極３ａとを、各誘電体層に埋設されている各ビアホール導体５ａ〜５ｃ同士を接続してなる連結導体６を介して接続した構造を有している。
【００２１】
前記積層体１は、例えば６層の誘電体層２ａ〜２ｆを積層して形成されており、各誘電体層２ａ〜２ｆは、誘電体セラミック材料、焼結助剤、低融点ガラス材料等によって構成されている。誘電体セラミック材料としては、例えばＢａＯ−ＴｉＯ_２系、Ｃａ−ＴｉＯ_２系、ＭｇＯ−ＴｉＯ_２系等のセラミック材料が用いられる。これらのセラミック材料は比誘電率が１５〜２０と比較的高く、小さな面積でも充分な静電容量を得ることができるので、誘電体共振器を小型化することができる。また焼結助剤としては、例えばＢｉＶＯ_４、ＣｕＯ、Ｌｉ_２Ｏ、Ｂ_２Ｏ_３等が用いられる。誘電体層２ａ〜２ｆの厚みは、１層あたり５０〜３００μｍ程度に設定される。
【００２２】
このような積層体１は、まず上記誘電体セラミック材料、焼結助剤、低融点ガラス材料等からなるスラリーを従来周知のドクターブレード法等によってテープ成形することにより複数枚のセラミックグリーンシートを作成し、次にこれらのセラミックグリーンシートを積層してプレス成形することにより一体化し、しかる後、焼成することにより得られる。尚、前記セラミックグリーンシートの表面には、その積層前に予め後述する伝送線路４等の内部配線パターンを形成するための導体ペーストが塗布されるとともに、連結導体６を構成するビアホール導体形成用の貫通穴が穿設される。
【００２３】
また、前記グランド電極３は、積層体１の少なくとも一主面に被着させておけばよいが、外部からのノイズを有効に遮蔽しフィルタ特性をより良好なものとなすためには、積層体１の両主面及び側面に被着させることが好ましく、本実施形態では、積層体１の一主面に上面グランド電極３ａを、積層体１の他主面に下面グランド電極３ｂを、積層体１の側面に側面グランド電極３ｃをそれぞれ被着させている。このグランド電極３の表面には、酸化腐食を防止するために例えば、Ａｕメッキ膜やＮｉ−Ａｕメッキ膜を被着・形成してもよい。
【００２４】
尚、このようなグランド電極３は、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ｃｕ等の金属を主成分とする導体ペーストに前記積層体１を浸漬させ、焼成することによって形成される。
【００２５】
一方、前記伝送線路４は、積層体１の内部で帯状をなすように形成されており、安定した減衰特性を得るために、この伝送線路４を積層体１の厚み方向に対して中央に配置することが望ましく、具体的には誘電体層２ｃと誘電体層２ｄとの間に形成されている。この伝送線路４は、その一方端が電気的に開放端とされ、他方端が連結導体６を介して上面グランド電極３ａと電気的に接続することによって短絡端とされており、伝送線路４と対向配置されているグランド電極３との間で容量成分及び誘導成分を形成することによって、１／４波長の共振器として機能する。
【００２６】
このような伝送線路４は、例えばＡｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔ等のＡｇ系粉末、ホウ珪酸系低融点ガラスフリット、エチルセルロース等の有機バインダー、有機溶剤等を含有してなる導体ペーストを従来周知のスクリーン印刷等によって、誘電体層２ｄに対応するセラミックグリーンシート上に塗布し、該セラミックグリーンシートを他の誘電体層２ａ〜２ｃ、２ｆに対応するセラミックグリーンシートと共に積層し、前記セラミックグリーンシートと同時に焼成することにより形成される。
【００２７】
そして、伝送線路４とグランド電極３とを電気的に接続している連結導体６は、誘電体層２ｃに埋設されている下部ビアホール導体５ｃ、誘電体層２ｂに埋設されている中部ビアホール導体５ｂ、誘電体層２ａに埋設されている上部ビアホール導体５ａとで構成され、これらビアホール導体同士を誘電体層の積層方向に連続的に接続して形成されている。この連結導体６は、伝送線路４側から上面グランド電極３ａ側に向かって、即ち、下部ビアホール導体５ｃ、中部ビアホール導体５ｂ、上部ビアホール導体５ａの順で、積層体１の積層方向に対し直交する方向に係るビアホール導体の断面積が漸次大きくなるようにして形成されている。従って、連結導体６と上面グランド電極３ａとの接続部の接続面積を広く確保することができ、その結果、連結導体６と上面グランド電極３ａとの接続部で生じる導体損失を有効に抑えてさせて、誘電体共振器のＱ値を向上させることができる。
【００２８】
また、連結導体を構成している複数のビアホール導体の断面積の大きさは、前記伝送線路４側から前記積層体１の一主面側に向って断面積が広くなしてあることから、誘電体層を積層する際、誘電体層間で位置ずれが生じてたとしても、断面積の大きなグランド電極側のビアホール導体の外周よりも内側に伝送線路側のビアホール導体が位置している限り、ビアホール導体間の電気的接続を確実に行うことができるため、これによってビアホール導体同士のずれが許容され、ビアランドを形成する必要がなくなり誘電体共振器の生産性が向上される。
【００２９】
更に、ビアランドがなくなることによって、連結導体６を伝播する高周波信号の伝送経路が減少するため、これによっても導体損失を低減させて、誘電体共振器のＱ値を向上させることができる利点もある。
【００３０】
また、このような連結導体６を構成するビアホール導体５ａ〜５ｃは、積層体１の積層方向に対し直交する方向に係るビアホール導体５ａ〜５ｃの断面形状が全て相似形になしてあり、誘電体層の積層ずれ及びビアホール導体間のインピーダンス整合を考慮すると、隣接するビアホール導体間の断面積の大きさの比を、１．１〜２．３倍の範囲にすることが好ましく、例えば、下部ビアホール導体５ｃの断面積が７．０×１０^−２ｍｍ^２のとき、中部ビアホール導体５ｂの断面積が８．５×１０^−２ｍｍ^２、上部ビアホール導体５ａの断面積が１０．０×１０^−２ｍｍ^２に設定される。
【００３１】
尚、これらビアホール導体５ａ〜５ｃは、その断面形状が例えば円形状をなすように形成され、その場合、ビアホール導体５ａ〜５ｃのうち、断面積が最小の下部ビアホール導体５ｃは、その断面積が伝送線路４の幅を直径とする円の面積と略等しくなるように設定される。
【００３２】
更に、各ビアホール導体５ａ〜５ｃは、その中心軸が揃うようにして接続され、下部ビアホール導体５ｃは伝送線路４の端部付近に接続するように配置される。
【００３３】
上記連結導体６を作製するには、まず、上部ビアホール導体５ａ、中部ビアホール導体５ｂ、下部ビアホール導体５ｃを形成するための上部貫通穴、中部貫通穴、下部貫通穴が穿設されたセラミックグリーンシートを準備する。これらの貫通穴は下部貫通穴、中部貫通穴、上部貫通穴の順にその開口面積を漸次広くなしてある。次に、これらの貫通穴に、例えば、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔ等のＡｇ系粉末、ホウ珪酸系低融点ガラスフリット、エチルセルロース等の有機バインダー、有機溶剤等を含浸してなる導体ペーストを、従来周知のスクリーン印刷等により塗布・充填する。その後、これら導体ペーストが充填された貫通穴同士が、下部貫通穴、中部貫通穴、上部貫通穴の順に接続されるようにして上述のセラミックグリーンシートを積層し、前記導体ペーストをセラミックグリーンシートと同時に焼成することによって連結導体６が得られる。
【００３４】
尚、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良が可能である。
【００３５】
上述の実施形態においては、全てのビアホール導体５ａ〜５ｃの断面形状を円形状になしたが、これに代えて、ビアホール導体の断面形状を図３に示すように長方形にしてもかまわない。このようにビアホール導体の断面形状を長方形にし、且つ長方形の長径方向を帯状の伝送線路４の長手方向に対し垂直方向に向けて配置させることにより、下部ビアホール導体３ｃと伝送線路４との接続部に発生するインピーダンス不整合が改善され、誘電体共振器のＱ値を向上させることができる。
【００３６】
また、上述の実施形態においては、連結導体６を３つのビアホール導体によって形成したが、これに代えて、２つのビアホール導体でも良いし、４つ以上のビアホール導体で形成しても良い。
【００３７】
更に、上述の実施形態においては、伝送線路４と上面グランド電極３ａとを連結導体６を介して電気的に接続するようにしたが、これに代えて、伝送線路４と下面グランド電極３ｂとを連結導体６を介して電気的に接続しても良いことは言うまでもない。この場合も、伝送線路４側から下面グランド電極３ｂ側に向けて、連結導体６の直径をビアホール導体ごとに漸次広くすることが重要である。
【００３８】
また、上述の実施形態においては、予めビアホール導体形成用の貫通穴に導体ペーストを充填しておき、該貫通穴同士が接続されるようにして各セラミックグリーンシートを積層することにより連結導体６を形成するようにしたが、これに代えて、導体ペーストの充填されていないビアホール導体形成用の貫通穴同士が接続されるようにセラミックグリーンシートを積層してから、この連結した貫通穴に導体ペーストを充填することにより連結導体６を形成するようにしてもよい。この場合、積層するセラミックグリーンシートの枚数に関係なく導体ペーストの充填作業を１回で行うことができるようになるため、誘電体共振器の生産性を向上させることが可能となる利点がある。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の誘電体共振器によれば、前記積層体の積層方向に対し直交する方向に係る前記連結導体の断面積の大きさが、伝送線路側から一主面のグランド電極側に向かって、連結導体を構成するビアホール導体ごとに漸次大きくなるように形成されていることから、連結導体と伝送線路との接続面積がインピーダンス整合をとるために制約を受けたとしても、連結導体と一主面のグランド電極との接続部の接続面積を広く確保することができ、その結果、連結導体と一主面のグランド電極との接続部で生じる導体損失を大幅に低減させて、誘電体共振器のＱ値を向上させることが可能となる。
【００４０】
また、本発明の誘電体共振器によれば、前記積層体の積層方向に対し直交する方向に係るビアホール導体の断面積の大きさが上下方向に隣接するビアホール導体間で異なっており、前記積層体の一主面側に向って断面積が段階的に広くなしてあることから、誘電体層を積層する際、誘電体層間で位置ずれが生じたとしても、伝送線路側のビアホール導体からそれに隣接する一主面側のビアホール導体を見たとき、伝送線路側のビアホール導体の位置ずれは、一主面側のビアホール導体の断面領域内で許容されるこになるので、ビアランドを形成することなくビアホール導体間の電気的接続を確実に行うことができ、誘電体共振器の生産性を向上させることが可能となる。
【００４１】
更に、本発明の誘電体共振器によれば、連結導体を伝播する高周波信号の表皮効果によって、高周波信号は導体の表面を伝って伝播するようになるため、これによって導体損失を低減させ、誘電体共振器のＱ値を向上させることも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る誘電体共振器の断面図である。
【図２】図１の誘電体共振器をＡ方向から見た透視図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係る誘電体共振器の透視図である。
【図４】従来の誘電体共振器の断面図である。
【図５】図４の誘電体共振器をＢ方向から見た透視図である。
【符号の説明】
１・・・・積層体
２ａ〜２ｆ・・・・誘電体層
３・・・・グランド電極
４・・・・伝送線路
５・・・・ビアホール導体
６・・・・連結導体

Claims

３層以上の誘電体層を積層してなる積層体の少なくとも一主面にグランド電極を被着させるとともに、前記積層体の内部に、前記一主面のグランド電極に対し間に複数の誘電体層を挟んで対向配置される伝送線路を形成し、該伝送線路と前記一主面のグランド電極とを、各誘電体層に埋設されているビアホール導体同士を接続してなる連結導体を介して電気的に接続した誘電体共振器において、
前記連結導体は、前記積層体の積層方向に対し直交する方向に係る断面積の大きさが、前記伝送線路側から前記一主面のグランド電極側に向かって、前記ビアホール導体ごとに漸次大きくなるように形成されていることを特徴とする誘電体共振器。
前記積層体の積層方向に対し直交する方向に係るビアホール導体の断面形状が、全て相似形であること特徴とする請求項１に記載の誘電体共振器。