JP2010073716A - フィルタ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は生産性の良好なフィルタ装置を提供することを目的とするものである。
【解決手段】本発明は、この課題を解決するために、基板２２の上面に設けられた導体部２２ａと、導体部２２ａ上に装着された金属製のフィルタ筐体２１と、基板２２の下面に装着された増幅器２６ａとを備え、フィルタ筐体２１には枠体２１ｂと、枠体２１ｂ内に設けられるとともに枠体２１ｂを複数の空間２１ｃに分離する仕切り２１ｄとを有し、仕切り２１ｄは一方端で枠体２１ｂと接続されるとともに、他方端で基板２２と接続され、増幅器２６ａは基板２２の仕切り２１ｄに対応する位置に装着されたものである。これにより、増幅器２６ａは他の電子部品と同様に汎用の実装機を用いて容易に生産が可能であり、生産性の良好なフィルタ装置を実現できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、フィルタ回路と増幅回路とが一体となり、放熱を行う必要があるフィルタ装置に関するものである。

以下、従来のフィルタ装置について図面を用いて説明する。図５は、従来のフィルタ装置の側面図であり、図６（ａ）、図６（ｂ）は増幅器の同要部拡大断面図である。図５においてフィルタ装置１は、携帯電話などのような双方向通信の基地局内に設けられるものであり、取り付け平板２の上面に受信用のフィルタ部３と基板４とが搭載される。基板４は両面基板であり、下面側は全面に銅箔が形成されている。

一方基板４の上面には、送信用パワーアンプ回路（以下ＰＡという）や受信用低雑音増幅回路（以下ＬＮＡという）などの高周波回路や、これらのＰＡやＬＮＡなど制御する制御回路などが形成される。そしてこれらの高周波回路をシールドするために、高周波回路を覆うように金属製のカバー５が搭載される。

ここで、ＰＡやＬＮＡなどの増幅回路に用いられる増幅器６は発熱量が大きいので、これらの増幅器６で生じる熱を放熱し易い構成とすることが必要である。そこで従来のフィルタ装置１は、図６（ａ）に示すように、取り付け平板２に増幅器６を直接ネジ７によって固定する構成が用いられる。

あるいは別の方法として、図６（ｂ）に示すように、基板４の下面に銅板８がはんだ９で装着され、この銅板８の上に増幅器６がはんだ９により装着される。そしてこの場合、銅板８の下面を取り付け平板２に接触させ、その取り付け平板２の下に放熱フィン（図示せず）を取り付ける構造や、あるいは銅板８の下面を直接放熱フィンなどへ接触させる構造などによって放熱が行われる構造が用いられる。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開昭６１−２７０９２号公報

しかしながら、このような従来のフィルタ装置１では、増幅器６を取り付け平板２へ取り付けることや、あるいは銅板７を基板４へ装着するなどの必要がある。

そこで本発明は、この問題を解決したもので、生産性の良好なフィルタ装置を提供することを目的としたものである。

この目的を達成するために、基板の下面に設けられた導体部へ金属製の筐体を装着することで、導体部をフィルタ筐体の一部として用いる。このとき筐体内部に設けられた仕切りは、一方端が枠体と接続されるとともに、他方端が基板と接続される。そして増幅器は基板の仕切りに対応する位置に装着されるものである。これにより所期の目的を達成することができる。

以上のように本発明によれば、基板と、この基板の上面に装着された増幅器と、前記基板の下面に設けられた導体部と、この導体部上に装着された金属製のフィルタ筐体とを備え、前記フィルタ筐体には枠体と、この枠体内に設けられるとともに前記枠体を複数の空間に分離する仕切りとを有し、前記仕切りは前記仕切りの一方端で前記枠体と接続されるとともに、他方端で前記基板と接続され、前記増幅器は前記基板の前記仕切りに対応する位置に装着されたものである。

これにより、増幅器で発生した熱は基板を介してフィルタ筐体へと伝わり放熱することができる。従って、取り付け平板への増幅器の取り付け作業や、銅板をあらかじめ基板へ装着する必要が無く、増幅器は他の電子部品と同様に汎用の実装機を用いて容易に生産が可能であり、生産性の良好なフィルタ装置を実現できる。

（実施の形態１）
以下、本実施の形態における高周波装置１１（フィルタ装置の一例として用いた）について、図面を用いて説明する。なお本実施の形態では、ＴＤＭＡ方式の通信方式に用いられる高周波装置１１を用いて説明する。図２は、本実施の形態における高周波装置の回路ブロック図である。図２において、入出力コネクタ１２は送受信アンテナ（図示せず）に接続され、送受信アンテナで受信した受信信号が入力される。またフィルタ１３からの送信信号を送受信アンテナへ出力する。ここで、フィルタ１３はいわゆるエアーキャビティ型のフィルタであり、本実施の形態では約３ＧＨｚの周波数を通過帯域とし、３段（３つ）のキャビティ（以下空間という）を有したフィルタである。

サーキュレータ１４には、入出力端子１４ａと出力端子１４ｂと入力端子１４ｃの３つの端子を有し、入出力端子１４ａにフィルタ１３が接続されている。一方、出力端子１４ｂにはＬＮＡ１５が接続され、入力端子１４ｃにはＰＡ１６が接続されている。これによりサーキュレータ１４では、フィルタ１３から出力された受信信号を出力端子１４ｂ側へ出力し、ＰＡ１６から出力された送信信号を入出力端子１４ａ側へと出力する。

本実施の形態における高周波装置１１では、ＰＡ１６の増幅度の故障検知やオン・オフあるいは増幅度の制御するための制御回路１７も設けられている。そしてこれら制御回路１７やＬＮＡ１５、ＰＡ１６に接続されるコネクタ１８が設けられている。なお、本実施の形態ではＬＮＡ１５の出力に接続された受信信号出力コネクタ１８ａ、ＰＡ１６の入力に接続された送信信号入力コネクタ１８ｂ、電源用コネクタ（図示せず）と、制御回路１７へ接続される制御信号用コネクタ（図示せず）とが設けられている。

以下に、本実施の形態における高周波装置１１の構造について図面を用いて説明する。図１は、本実施の形態における高周波装置の断面図であり、図３（ａ）は、同高周波装置の要部断面図である。図１、図３（ａ）において、図２や図５、図６と同じものには同じ番号を用いており、その説明は簡略化している。

まずフィルタ１３について説明する。フィルタ１３は、入出力コネクタ１２と金属製のフィルタ筐体２１と基板２２と共振素子２３とで構成される。入出力コネクタ１２はフィルタ筐体２１の一方の側面にねじなどによって固定される。

フィルタ筐体２１は中空形状であり、一方の面に開口２１ａを有している。ここで本実施の形態におけるフィルタ筐体２１は、下方に開口２１ａが設けられた枠体２１ｂと、この枠体内を複数の空間２１ｃへ分離する仕切り２１ｄとから構成されている。ここで、枠体２１ｂは表面処理鋼板をプレス加工などによって、切断・折り曲げして整形されている。一方仕切り２１ｄもプレス加工などによって加工される。そして、枠体２１ｂと仕切り２１ｄとはそれぞれ個別にプレス加工され、はんだ（図示せず）などの接続部材によって接続されて、フィルタ筐体２１が完成される。ここで、枠体２１ｂや仕切り２１ｄは熱伝導率の良好な母材あるいは金属層が表面処理された材料を用いる。本実施の形態において枠体２１ｂには、冷間圧延鋼板の両面に銅めっき（金属層の一例として用いた）された表面処理鋼板を用いられ、一方仕切り２１ｄには銅板が用いられる。

なお、本実施の形態では枠体２１ｂには銅の金属層が形成されているが、これは銀などの材料でもよい。また、仕切り２１ｄには銅板を用いたが、これはたとえば銀板や冷間圧延鋼板に銀や銅めっきされたものを用いてもよい。さらに、本実施の形態では枠体２１ｂと仕切り２１ｄとは別々に整形されているが、これはアルミダイカストなどによって一体に成型してもよい。なお、アルミダイカストの表面には銀メッキなどが施される。いずれにしても、これら枠体２１ｂや仕切り２１ｄに表面処理する場合、表面処理された金属層の熱伝導率は母材の熱伝導率よりも大きな材料であるとともに、はんだ付けが可能な材料を用いる。

次に基板２２の上面には導体部２２ａが形成されている。そして、フィルタ筐体２１の開口２１ａが導体部２２ａで塞がれるようにして、フィルタ筐体２１が基板２２へ装着され、フィルタ筐体２１（枠体２１ｂや仕切り２１ｄ）の開口２１ａ側の端部と導体部２２ａとがはんだ３１（接続部材の一例として用いた）によって接続される。

さらにフィルタ筐体２１と導体部２２ａでの囲まれるそれぞれの空間２１ｃの中に共振素子２３が設けられる。具体的には共振素子２３は、導体部２２ａ上に搭載され、はんだ（図示せず）によって導体部２２ａと接続されている。なお、本実施の形態において共振素子２３は導体部２２ａに接続したが、これはフィルタ筐体２１に接続しても構わない。以上のように基板２２の表面にフィルタ筐体２１を接続することによって、導体部２２ａがフィルタ１３の蓋の役目を果たし、基板２２の上面にフィルタ１３の回路が構成されることとなる。これにより、別途蓋を準備する必要がなく、金型なども不要となるので、低価格なフィルタ装置を実現できる。

さらに基板２２の下面には電子部品２６が装着され、サーキュレータ１４、ＬＮＡ１５、ＰＡ１６などの高周波回路や制御回路１７などの回路が形成される。これらＬＮＡ１５やＰＡ１６は、面実装タイプの増幅器２６ａやその周辺回路を構成する電子部品２６が基板２２へ装着されることによって形成される。これにより、基板２２の表側にはフィルタ１３が形成され、下面にはサーキュレータ１４、ＬＮＡ１５、ＰＡ１６や制御回路１７などが形成できるので、小型な高周波装置１１を得ることができる。そしてこれらの高周波回路をシールドするために、電子部品２６を覆うように、基板２２の下面に金属製のカバー２７が接続される。

ここでコネクタ１８は、基板２２の上面に装着されている。これによりカバー２７にはコネクタ１８のための孔を設ける必要が無く、シールド性が良好である。また、カバー２７の下に放熱板を取り付けてもコネクタの挿抜に際し作業性を損なわれ難くできる。

以上のように構成された高周波装置１１において、増幅器２６ａの発生する熱を放熱する構成について、以下詳細に説明する。基板２２の表側において、増幅器２６ａが装着された位置に対応する位置に、仕切り２１ｄが設けられるので、増幅器２６ａが発生する熱は、基板２２を介して仕切り２１ｄへと伝達する。これにより、この仕切り２１ｄに伝わった熱が枠体２１ｂから放熱されることとなる。従って、フィルタ筐体２１から放熱することができるので、放熱用の部品等を別途準備する必要もなく、低価格でかつ生産性も良好である。特に、本実施の形態における仕切り２１ｄは銅であるので、熱伝導性が良好である。このように、ＬＮＡ１５やＰＡ１６などで発する熱は、仕切り２１ｄを介して放熱し易くなるので、小型化に伴って放熱面積が減少するにもかかわらず、良好に放熱できる。また従来のような取り付け平板２を用いずとも放熱ができる。従って高周波装置１１を軽量化や小型化をすることができる。

基板２２は多層基板である。この基板２２の内層導体にはグランド層２２ｂが設けられ、ＬＮＡ１５やＰＡ１６のグランドはグランド層２２ｂへ接続される。これにより、ＬＮＡ１５やＰＡ１６などで発する熱はグランド層２２ｂを介して放熱できる。また、基板２２の裏面に形成された高周波回路のグランドを強固にできるとともに、高周波回路とフィルタ１３との間をシールドできる。

本実施の形態では、グランド層２２ｂは導体部２２ａより大きくしている。これによりさらにフィルタ１３と高周波回路との信号の干渉などを少なくできる。さらに、高周波回路はグランド層２２ｂとカバー２７とに囲まれることになるので、高周波回路をしっかりとシールドできる。そしてカバー２７をグランド層２２ｂと接続すれば、さらに効果的に放熱することができる。

また本実施の形態において、基板２２は４層基板を用いており、導体部２２ａとグランド層２２ｂとの間にグランドパターン２２ｄが挿入されている。そして基板２２の増幅器２６ａに対応する位置において、導体部２２ａとグランドパターン２２ｄとの間には、スルーホール２２ｃ（接続導体の一例として用いた）が設けられている。これにより増幅器２６ａの発生した熱は、さらに効率良く仕切り２１ｄへ伝えることができる。なお、このとき、グランドパターン２２ｄは増幅器２６ａの大きさ以上の大きさとしておくことが望ましい。

さらに本実施の形態では、基板２２の増幅器２６ａを実装する位置に、増幅器２６ａよりも大きな凹部３２を設ける。この凹部３２の底には、グランド層２２ｂが露出している。これにより、増幅器２６ａのグランド端子がグランド層２２ｂへ直接はんだ付けすることができる。従って、増幅器２６ａで発生した熱は直接グランド層２２ｂへ伝わり、より効果的に増幅器２６ａの発生する熱をフィルタ筐体２１へ伝達できる。

このような構成により本実施の形態では、小型化に伴って放熱面積が減少するにもかかわらず、良好に放熱できることとなる。また従来のような取り付け平板２を用いずとも放熱ができる。従って高周波装置１１を軽量化かつ小型化することができる。

図３（ｂ）は、同高周波装置の他の放熱構造における要部断面図である。図３（ｂ）において、図１や図３（ａ）と同じものには、同じ番号を用いており、その説明は簡略化してある。図３（ｂ）に示す構造は、図３（ａ）の構造に対し、スルーホール２２ｃを設けないで、その代わりに基板２２の表側において仕切り２１ｄに対応する位置に凹部３３を設けた点である。この凹部３３の底面にはグランドパターン２２ｄが露出している。

そして、仕切り２１ｄの先端とグランドパターン２２ｄとがはんだ３１で接続されることにより、グランドパターン２２ｄに伝わった熱ははんだ３１を介して仕切り２１ｄへと伝達されるので、効果的に放熱できる。さらにこの場合、凹部３３の周囲には金属膜を形成しておくことが望ましい。このようにすれば、さらに熱がフィルタ筐体２１へ伝わりやすくできる。

加えて、基板２２のカバー２７の側面部に対応する位置にも凹部を設けておく。そして、この凹部２２ｄの底にもグランド層２２ｂを露出させ、この露出部２８でカバー２７と接触させる。これにより、カバー２７とグランド層２２ｂとが直接接続されるので、シールド性は良好である。また、ＬＮＡ１５やＰＡ１６で発生する熱は、グランド層２２ｂを介してカバー２７へも効率的に伝達させることができる。なお、本実施の形態では、カバー２７は基板２２に対して、ネジによって固定するが、これははんだなどによって接続しても良い。

次に、仕切り２１ｄと枠体２１ｂとの接合について図面を用いて詳細に説明する。図４（ａ）は、同高周波装置における仕切りと枠体との接合部の断面図であり、図４（ｂ）は同接合部の他の例における断面図である。図４（ａ）、図４（ｂ）において、図１、図３と同じものには、同じ番号を用いており、その説明は簡略化している。

図４（ａ）、図４（ｂ）において、枠体２１ｂの天面において仕切り２１ｄに対応する位置には、孔４１が設けられる。一方、仕切り２１ｄの端部には凸部４２が形成されている。なお、図４（ａ）では、この凸部４２の先端が枠体２１ｂの外面より突出しない寸法としてあり、図４（ｂ）では凸部４２の先端が枠体２１ｂの外面から突出している。

いずれの構造においても、凸部４２は枠体２１ｂの孔４１へ挿入され、はんだ４３によって枠体２１ｂと接続されている。このとき、はんだ４３は枠体２１ｂの外側（図中では上側）の金属層と接続する。これにより仕切り２１ｄははんだ４３を介して、熱伝導率が大きな金属層へと接続されることとなるので、熱が枠体２１ｂへと伝わり易くなる。

そしてそのために本実施の形態では、枠体２１ｂの外側にプレス加工時のだれ４４によって生じる金属膜の孔４１側面への巻き込み部分４５を形成させている。これにより、はんだ４３と金属層とが接続される面積を大きくできるので、放熱性がさらに良好にできる。

本発明にかかる高周波装置は、高周波回路が一体化されたフィルタを小型化できるという効果を有し、特に塔上に設置するような基地局等に用いると有用である。

本実施の形態における高周波装置の断面図 同、高周波装置の回路ブロック図 （ａ）同、高周波装置の要部断面図、（ｂ）同、高周波装置の他の例の断面図 （ａ）同、接合部の断面図、（ｂ）同、高周波装置の接合部の他の例の断面図 従来の高周波装置の側面図 （ａ）同、増幅器近傍の拡大断面図、（ｂ）他の例の高周波装置における増幅器近傍の拡大断面図

符号の説明

２１ フィルタ筐体
２１ｂ 枠体
２１ｄ 仕切り
２２ 基板
２２ａ 導体部
２６ａ 増幅器

Claims (7)

1. 基板と、この基板の上面に設けられた導体部と、この導体部上に装着された金属製のフィルタ筐体と、前記基板の下面に装着された増幅器とを備え、前記フィルタ筐体には枠体と、この枠体内に設けられるとともに前記枠体を複数の空間に分離する仕切りとを有し、前記仕切りは前記仕切りの一方端で前記枠体と接続されるとともに、他方端で前記基板と接続され、前記増幅器は前記基板の前記仕切りに対応する位置に装着されたフィルタ装置。
2. 仕切りには前記仕切りの一方端に凸部を設けるとともに、枠体には前記凸部が挿入される貫通孔と、前記枠体の少なくとも外面側に設けられた金属層とを設け、前記凸部と前記金属層とは金属製の接続部材で接続され、前記金属層の熱伝導率は前記枠体の熱伝導率より大きくした請求項１に記載のフィルタ装置。
3. 仕切りと金属層の金属とは同じ金属あるいは合金とした請求項２に記載のフィルタ装置。
4. 基板には内層に第１のグランドが形成された多層基板を用い、前記基板の下面には前記第１のグランドが露出されるとともに、増幅器に対応する位置に設けられた凹部を有し、前記仕切りの他方端は前記第１のグランドと接続された請求項３に記載のフィルタ装置。
5. 凹部側面には金属膜が形成された請求項４に記載のフィルタ装置。
6. 基板には内層に第１のグランドが形成された多層基板を用い、増幅器に対応する位置において前記第１のグランドと導体層とを接続する接続導体が設けられた請求項３に記載のフィルタ装置。
7. 基板には内層に第１のグランドが形成された多層基板を用い、基板の上面には増幅器が装着される位置に前記増幅器より大な大きさを有するとともに、前記第１のグランドが露出される凹部を設け、前記増幅器のグランド端子と前記第１のグランドとが接続された請求項３に記載のフィルタ装置。

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