JP2012085259A - 積層型チップフィルタ用カップリング構造、積層型チップフィルタ、及びこれを含む電子デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】カップリング構造を改善して上述した従来のカップリングの限界を克服できる積層型チップフィルタ用カップリング及びこれを含む積層型チップフィルタを提供する。
【解決手段】本発明に係る積層型チップフィルタ用カップリング構造は、共に積層される共振器層に形成されたパターンと重ね合わされる、少なくとも２つの互いに離隔された重複面積をそれぞれ形成するように構成された少なくとも２つの重合部パターンと、少なくとも２つの重合部パターンを互いに接続させるように、所定長さの少なくとも３つの線型ラインが互いに接続される接続部パターンと、を含むことを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、積層型チップフィルタ用カップリング構造と、これを含む積層型チップフィルタのデバイスに関する。

最近、移動通信用端末機及び無線通信機器の急激な増加に伴い、これらの必須構成要素である帯域通過フィルタ（ＢＰＦ：Ｂａｎｄ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）として、表面弾性波（ＳＡＷ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）フィルタと共に、性能、サイズ、信頼性、価格などの側面に優れた低温同時焼成セラミック（ＬＴＣＣ：Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃ）チップフィルタが広く用いられている。

通常、ＬＴＣＣとは、低温（ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）で金属とそのセラミック基板が同時に製造される（ｃｏ−ｆｉｒｅ）工程技術とその結果を指す。従来の誘電体セラミックを用いた高温焼成方法は、その特性上、Ｐｔ、Ｐｄのような高価の金属を用いなければならないが、この金属は高価であるだけでなく、伝送損失が大きいという短所がある。

ところが、ガラス（ｇｌａｓｓ）系あるいはそれを混ぜた形態のセラミックを用いると、８００〜１０００℃程度で金属を被せた基板を圧着焼成することができ、高周波特性も良い。

このようなＬＴＣＣ方法を用いて薄膜多層回路を構成することができるが、特に、インダクタ（ｉｎｄｕｃｔｏｒ）のように、サイズの大きい素子の製造に有利である。例えば、ＭＭＩＣやＲＦＩＣなどのチップダイの上にインダクタを載置する場合、その大きさのため損失が大きいが、これをＬＴＣＣにより下に配置したり、外部素子も薄膜形態にしてチップの下に配置したりすることで、空間を節約することができる。

このようなＬＴＣＣ工程を用いて、上述したようにＭＭＩＣ／ＲＦＩＣに集積される内部素子だけでなく、Ｃ、Ｌなどの一般の積層型単位受動素子や、チップカプラー（ｃｈｉｐ ｃｏｕｐｌｅｒ）のような受動素子も製造することができる。

一般的に、ＬＴＣＣ工程などにより多層に形成された積層型フィルタの構造は、図１（ａ）に示すように、共振器層２０，４０、カップリング（ｃｏｕｐｌｉｎｇ）層３０、接地層（ｇｒｏｕｎｄ ｌａｙｅｒ）１０で構成されており、これに対する基本的な等価回路が図１（ｂ）に示されている。

一方、このような積層型フィルタにおいて、スカート（ｓｋｉｒｔ）特性の改善または減衰極（ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ ｐｏｌｅ）の調整による減衰特性の改善のために、図１に示すように、共振器または入出力端の間にカップリング（ｃｏｕｐｌｉｎｇ）を挿入する方法が広く用いられている。

図２は、高周波の３次元シミュレーションを用いてカップリング３１の使用によるフィルタの周波数特性の変化を示した図であって、スカート特性と減衰特性が改善されて減衰極が低周波に移動し、通過帯域幅が狭くなることが示されており、カップリング３１と共振器４１との間の重複面積（ｏｖｅｒｌａｐ ａｒｅａ）が大きくなるほど上述した現象がさらに強くなることを確認できる。

しかしながら、カップリング面積が増加するほど通過帯域幅は減少するため、減衰特性の改善及び減衰極の移動は制約的に可能である。

特開平７−１４２９０２号公報 特開２００４−１５９３０５号公報 特開２００５−１５９５１２号公報

本発明では、カップリング構造を改善して上述した従来のカップリングの限界を克服できる積層型チップフィルタ用カップリング及びこれを含む積層型チップフィルタを提供することをその目的とする。
一方、本発明に係る積層型チップフィルタ用カップリング構造及びこれを含む積層型チップフィルタデバイスは、上述した主要目的を達成するために考案されたものであるが、必ずしもこれに限定されるものではなく、これら具体的な目的に対する記載が、後述する本発明の構成から創出されたり、予測可能な新しい目的または効果を排除したりするものではないことに注意しなければならない。

このような技術的課題を達成するために、本発明に係る積層型チップフィルタ用カップリング構造は、通常のカップリングと共振器との間の重複面積を同一に維持し、そのカップリングの長さを長くすることを基本とする。

これに基づいて、本発明に係る積層型チップフィルタ用カップリング構造は、共に積層される共振器層に形成されたパターンと重ね合わされる、少なくとも２つの互いに離隔された重複面積をそれぞれ形成するように構成された少なくとも２つの重合部パターンと、前記少なくとも２つの重合部パターンを互いに接続させるように、所定長さの少なくとも３つの線型ラインが互いに接続される接続部パターンと、を含むことを特徴とする。

ここで、前記少なくとも３つの線型ラインは、互いに直交して接続されることを特徴とする。

また、前記少なくとも２つの重合部パターンは、互いに対称構造をなして離隔形成されることが好ましい。

そして、前記カップリングの接続部パターンは、前記少なくとも２つの重合部パターンの間の中心を貫通する縦方向軸を中心に対称形状に形成されることを特徴とする。

また、前記カップリングの接続部パターンは、前記少なくとも２つの重合部パターンを貫通する横方向軸を中心に対称形状に形成されることを特徴とする。

さらに、前記カップリングの接続部パターンは、非対称形状に形成されることを特徴とする。

一方、前記少なくとも２つの重合部パターンの幅と前記接続部パターンの幅は、同一に構成されてもよく、または、前記少なくとも２つの重合部パターンの幅は、前記接続部パターンの幅よりも大きく構成されてもよい。

また、前記共振器層に形成されたパターンは、互いに離隔された２つの部分で構成され、それぞれが前記カップリングの少なくとも２つ以上の重合部パターンと重ね合わされることを特徴とする。

ここで、前記共振器層に形成されたパターンの２つの部分は、前記少なくとも２つの重合部パターンの間の中心を貫通する縦軸方向に延びるように形成されてもよく、または、前記共振器層に形成されたパターンの２つの部分は、前記少なくとも２つの重合部パターンを貫通する横軸方向に延びるように形成されてもよい。

一方、本発明に係る他の積層型チップフィルタ用カップリング構造は、共に積層される共振器層に形成される、互いに分離された２つの部分で構成される共振器パターンにおいて、前記分離された２つの部分とそれぞれ重ね合わされて重複面積を形成するように構成されたカップリングを含み、前記カップリングは、所定長さの少なくとも３つの線型ラインが互いに直交するように接続されることを特徴とする。

さらに、本発明に係る積層型チップフィルタは、第１共振器層と、第２共振器層と、前記第１共振器層と前記第２共振器層との間のカップリング層と、接地層と、を含み、前記カップリング層に形成されたカップリングは上述したカップリング構造の特徴の何れか１つからなることを特徴とする。

積層型チップフィルタの一般的な構造（ａ）とこれに対する等価回路（ｂ）を示す図面である。 積層型チップフィルタのカップリング面積に応じる周波数特性の変化に対するグラフである。 本発明の実施形態に係る積層型チップフィルタ用カップリング構造を従来構造と比較した図面である。 図３における従来構造と本発明の実施形態に係るカップリング構造をそれぞれ有するフィルタの周波数特性を比較したグラフである。 本発明に係る積層型チップフィルタ用カップリング構造において、共振器パターンの配列による様々な変形例を例示的に示す図面である。 本発明に係る積層型チップフィルタ用カップリング構造において、共振器パターンの配列による様々な変形例を例示的に示す図面である。 本発明に係る積層型チップフィルタ用カップリング構造において、共振器パターンの配列による様々な変形例を例示的に示す図面である。 本発明に係るカップリング構造を含む積層型チップフィルタを例示的に示す図面である。

発明を実施するための具体的な内容

以下、添付した図面を参考して本発明の実施形態に対して、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。

カップリング構造
上述したように、積層型チップフィルタにおいて、カップリング面積の増加は、通過帯域幅の減少を引き起こし、減衰特性の改善及び減衰極の移動を制限するため、減衰特性のさらなる改善と減衰極の移動のために、基本的に図３に示すようなカップリング構造を提案する。

具体的に説明すると、本発明により改善されたカップリング構造は、基本的に従来技術のような通常のカップリングと共振器パターンとの重複面積はできるだけ同一に維持し、その長さを長く構成することにより、通過帯域幅の減少を防止するとともに、減衰特性の改善及び減衰極の移動を可能にするものである。

このような技術的効果を達成するために、本発明が適用されるカップリング３１の構造は、図３に示すように、少なくとも２つ以上の重合部パターン３１ａ（重合部は共振器パターンと重なる部分を意味する）と、これら複数の重合部パターン３１ａを互いに接続させる接続部パターン３１ｂ（接続部は共振器と重なる部分を除いた残りラインの部分を意味する）と、で形成される。

図３は、本発明の実施形態に係る積層型チップフィルタ用カップリング構造を従来構造と比較した図面であって、図３（ａ）及び（ｂ）にそれぞれ示すように、「Ａタイプ」及び「Ｂタイプ」の２つのタイプに分けられ、図３（ａ）のＡタイプは、カップリング３１の構造において、重合部パターン３１ａと接続部パターン３１ｂが別途の異なる形状で接続されるのではなく、１つの同一の幅を有する一体のライン形状に形成され、図３（ｂ）のＢタイプは、全体的なカップリング３１の構造において、重合部パターン３１ａが接続部パターン３１ｂとは異なる形状、たとえば、正四角形の重合部パターン３１ａ（“■”と“■”）が、重合部パターン３１ａよりも小さい幅を有するラインからなる接続部パターン３１ｂにより互いに接続される形状に形成される。

注目すべきことは、本発明に係るカップリング３１の接続部パターン３１ｂが、少なくとも２つの重合部パターン３１ａを互いに接続させるように、所定長さの少なくとも３つの線型ラインで構成されるという点である。図３（ａ）の「Ａ−１」の場合は、３つの線型ラインが接続されて接続部パターン３１ｂを形成しており、図３（ａ）の「Ａ−２」の場合には、５つの線型ラインが接続されて接続部パターン３１ｂを形成していることが分かる。両方とも、対応するそれぞれの従来技術と比較すると、カップリング３１と共振器との間の重複面積は実質的に同一またはほぼ同様に維持し、カップリング３１の全長は増加するように構成している。

すなわち、図３に示すように、本発明は、従来技術のような通常のカップリング３１と共振器パターン４１との重複面積をできるだけ同一に維持し、カップリング３１の長さを長く構成することにより、通過帯域幅の減少を防止するとともに減衰特性の改善及び減衰極の移動を可能にする。

図４は、図３（ａ）の「Ａ−２」タイプのカップリング構造と、それに対応する従来構造との差による積層型チップフィルタの周波数特性を３次元シミュレーションした結果を比較したグラフである。

図４のグラフに示すように、改善されたカップリング構造によれば、通過帯域幅が変化することなく、減衰極の移動と減衰特性が改善されたことが分かる。

一方、図３（ａ）のＡタイプのカップリング３１は、共振器層に形成される共振器パターン４１（前記共振器パターンは互いに分離された２つの部分で構成される）の分離された２つの部分とそれぞれ重ね合わされて重複面積を形成する線形（接続）ラインだけで構成され、カップリング３１を構成する線型ラインが少なくとも３つ要求され、これらは互いに直交するように接続してもよい。

特に、図３（ａ）のＡタイプのようなカップリング構造の場合、積層工程における位置合わせ（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）が全方向に対して少しずれても共振器パターン４１とカップリング３１のパターンの重複面積を常に一定に維持できるため、工程における様々な変動に対応できる堅実な構造といえる。

カップリング構造に関するその他の様々な実施形態
上述した図３に示す実施形態は共振器の構造に応じて、図５〜図７に示すような様々な変形例として実現してもよい。

図５〜図７は、本発明に係る積層型チップフィルタ用カップリング構造において、共振器パターン４１の配列による様々な変形例を例示的に示す図面である。

図５は、共振器層に形成された共振器パターン４１が２つの部分で互いに直列的に分離され、横軸方向（すなわち、横方向）に長く延びて形成される場合に実現可能になるカップリング３１の構造を例示的に示す。

図６は、共振器層に形成された共振器パターン４１が２つの部分で互いに並列的に分離され、縦軸方向（すなわち、縦方向）に長く延びて形成される場合に実現可能になるカップリング３１の構造を例示的に示す。

また、図７は、図６と同様に、共振器層に形成された共振器パターン４１が２つの部分で互いに並列的に分離され、縦軸方向（すなわち、縦方向）に長く延びてジグザグ状に配置される場合に実現可能になるカップリング３１の構造を例示的に示す。

図５〜図７に示された実施形態では、少なくとも３つの線型ラインは互いに直交して接続されることが好ましいが、必ずしも線形のラインだけで限定されるものではなく、同一類似の効果を奏する範囲内の曲線も本発明に係る変形例に含まれるといえる。

また、上述した図面から分かるように、カップリング３１の接続部パターン３１ｂは、２つの重合部パターン３１ａの間の中心を貫通する縦方向軸（すなわち、縦軸）を中心に対称形状に形成されてもよく、または、カップリング３１の接続部パターン３１ｂは、２つの重合部パターン３１ａを貫通する横方向軸（すなわち、横軸）を中心に対称形状に形成されてもよい。

このようなカップリングパターンの対称構造は、積層工程における位置合わせ（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）が全方向に対して少しずれても共振器パターン４１とカップリングパターンの重複面積を実質的に一定に維持できるため、その他の非対称構造に比べて工程の変動に対応できる堅実な構造といえる。

さらに、図５〜図７に一部の変形例として示されたように、カップリング３１の接続部パターン３１ｂは、必要であれば、非対称形状に形成されてもよい。

図５〜図７に、本発明に係るカップリングパターンを実現できる変形例を示したが、必ずしもこれら例に限定されるものではない。共振器パターン４１と重ね合わされるカップリング３１の重合部の２つの部分を、最短距離である「直線」状に互いに接続せず、一部が迂回するカップリング３１の接続部パターン３１ｂに対する実施形態は、基本的に本発明が達成しようとする技術的思想の範疇内に属することが明らかである。

カップリング構造を含む積層型チップフィルタ構造
以上、積層型チップフィルタ１００において、カップリング層３０に形成されるカップリング３１の幾何学的形状に関して説明した。

このようなカップリング３１の構造を反映した積層型チップフィルタ１００が図８に示されている。

図８に示すように、本実施形態に係る積層型チップフィルタ１００は、第１共振器層２０、第２共振器層４０、第１共振器層２０と第２共振器層４０との間に位置するように積層されるカップリング層３０、及び接地層１０を含んで形成される。

例えば、第１共振器層に形成されたパターンはインダクタであり、第２共振器層に形成されたパターンはキャパシタである。

このようなカップリング層３０にパターニングされたカップリング３１は、基本的に、第２共振器層４０に形成された共振器パターン４１との重複面積をそれぞれ形成する左右２つの重合部パターン３１ａと、左右２つの重合部パターン３１ａを互いに接続させるように構成された接続部パターン３１ｂと、で形成され、このような接続部パターン３１ｂは所定長さの少なくとも３つの線形接続ラインで形成されるように構成される。

カップリング層３０に形成されるカップリング３１の構造に対しては、上述した様々な実施形態を、本発明に係る積層型チップフィルタに適用できるため、重複説明は省略する。

以上、説明した内容は本発明の好ましい実施形態として提供されたため、当該技術分野で通常の知識を有する者であれば、これら実施形態から様々な変形例及び均等な他の実施形態が実現できる点を理解すべきである。したがって、本発明の権利範囲は、開示された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を用いた当業者の様々な変形及び改良形態も本発明の権利範囲に属するものである。

１００ 積層型チップフィルタ
１０ 接地層
２０ 第１共振器層
３０ カップリング層
３１ カップリング
３１ａ 重合部パターン
３１ｂ 接続部パターン
４０ 第２共振器層
４１ 共振器パターン

Claims (13)

1. 積層型チップフィルタ用カップリング構造であって、
   前記カップリング構造は、
   共に積層される共振器層に形成されたパターンと重ね合わされる、少なくとも２つの互いに離隔された重複面積をそれぞれ形成するように構成された少なくとも２つの重合部パターンと、
   前記少なくとも２つの重合部パターンを互いに接続させるように、所定長さの少なくとも３つの線型ラインが互いに接続される接続部パターンと、
   を含むカップリング構造。
2. 前記少なくとも３つの線型ラインは、互いに直交して接続されることを特徴とする請求項１に記載のカップリング構造。
3. 前記少なくとも２つの重合部パターンは、互いに対称構造をなして離隔形成されることを特徴とする請求項１に記載のカップリング構造。
4. 前記カップリング構造の接続部パターンは、前記少なくとも２つの重合部パターンの間の中心を貫通する縦方向軸を中心に対称形状に形成されることを特徴とする請求項１に記載のカップリング構造。
5. 前記カップリング構造の接続部パターンは、前記少なくとも２つの重合部パターンを貫通する横方向軸を中心に対称形状に形成されることを特徴とする請求項１に記載のカップリング構造。
6. 前記カップリング構造の接続部パターンは、非対称形状に形成されることを特徴とする請求項１に記載のカップリング構造。
7. 前記少なくとも２つの重合部パターンの幅と前記接続部パターンの幅は、同一であることを特徴とする請求項１に記載のカップリング構造。
8. 前記少なくとも２つの重合部パターンの幅は、前記接続部パターンの幅よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のカップリング構造。
9. 前記共振器層に形成されたパターンは、互いに離隔された２つの部分で構成され、それぞれが前記カップリングの少なくとも２つ以上の重合部パターンとそれぞれ重ね合わされることを特徴とする請求項１に記載のカップリング構造。
10. 前記共振器層に形成されたパターンの２つの部分は、前記少なくとも２つの重合部パターンの間の中心を貫通する縦軸方向に延びるように形成されることを特徴とする請求項９に記載のカップリング構造。
11. 前記共振器層に形成されたパターンの２つの部分は、前記少なくとも２つの重合部パターンを貫通する横軸方向に延びるように形成されることを特徴とする請求項９に記載のカップリング構造。
12. 積層型チップフィルタに用いるためのカップリング構造であって、
    共に積層される共振器層に形成される、互いに分離された２つの部分で構成される共振器パターンにおいて、前記分離された２つの部分とそれぞれ重ね合わされて重複面積を形成するように構成されたカップリングを含み、前記カップリングは、所定長さの少なくとも３つの線型ラインが互いに直交するように接続されることを特徴とするカップリング構造。
13. 第１共振器層と、
    第２共振器層と、
    前記第１共振器層と前記第２共振器層との間のカップリング層と、
    接地層と、を含み、前記カップリング層に形成されたカップリングは、請求項１から１２の何れか１項に記載のカップリング構造からなることを特徴とする積層型チップフィルタ。

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