JP2024018253A - 積層バンドパスフィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】製造ばらつきによるフィルタ性能の劣化を低減可能とする積層バンドパスフィルタを得ること。【解決手段】積層バンドパスフィルタ１は、誘電体基板２と、誘電体基板２の厚さ方向における一方の端の面である第１面に設けられている第１の接地導体と、誘電体基板２の厚さ方向における他方の端の面である第２面に設けられている第２の接地導体と、誘電体基板２の内部の層であって、複数の共振器８を有する導電層３と、を含む積層構造を備える。複数の共振器８は、共振器８の一方の端部が開放されており、かつ共振器８の他方の端部が第１の接地導体および第２の接地導体に電気的に接続されており、インターディジタル型のフィルタを構成する。導電層３は、積層構造における導電層３以外の各層に比べて高い展性の材料からなる。【選択図】図１

Description

本開示は、複数の共振器を備える積層バンドパスフィルタに関する。

高周波帯域に適用されるバンドパスフィルタについて、回路の小型化による省スペース化を目的として、または、高密度実装における周辺回路との不要な結合を防止するための電磁遮蔽機能の向上を目的として、多層セラミック基板の内層にバンドパスフィルタ構造を形成する手法が知られている。多層セラミック基板は、低温同時焼成セラミックス（Low Temperature Co-fired Ceramics：ＬＴＣＣ）基板、または高温同時焼成セラミックス（High Temperature Co-fired Ceramics：ＨＴＣＣ）基板等である。

特許文献１には、多層セラミック基板の内層に複数の共振器が並べられており、共振器の長さ方向における共振器の端部に接地用のスルーホールが設けられているフィルタが開示されている。特許文献１のフィルタにおいて、共振器の長さ方向は、複数の共振器が並べられた方向である並設方向に直交する方向である。並設方向において互いに隣り合う共振器同士のうち一方の共振器には、長さ方向における一方の端部にスルーホールが設けられており、共振器同士のうち他方の共振器には、長さ方向における他方の端部にスルーホールが設けられている。特許文献１には、多層セラミック基板の内層における同一平面上に複数の共振器が並べられている構成と、多層セラミック基板の厚さ方向における位置を交互にずらして複数の共振器が並べられている構成とが開示されている。

特許第５２９７２２７号公報

多層セラミック基板は、単層基板と比較して製造ばらつきが大きくなり易く、フィルタ性能の劣化が生じる可能性がある。特許文献１にかかる従来の技術では、製造ばらつきへの対策が講じられていないことから、製造ばらつきによるフィルタ性能の劣化が生じる可能性がある。特に、厚さ方向における位置を交互にずらして複数の共振器が並べられる構成では、厚さ方向の結合係数を以ってフィルタ性能が実現されることから、多層セラミック基板における各層の厚さのばらつきによるフィルタ性能の劣化が生じ易い。このため、従来の技術では、製造ばらつきによるフィルタ性能の劣化を低減させることが困難であるという課題があった。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、製造ばらつきによるフィルタ性能の劣化を低減可能とする積層バンドパスフィルタを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示にかかる積層バンドパスフィルタは、誘電体基板と、誘電体基板の厚さ方向における一方の端の面である第１面に設けられている第１の接地導体と、誘電体基板の厚さ方向における他方の端の面である第２面に設けられている第２の接地導体と、誘電体基板の内部の層であって、複数の共振器を有する導電層と、を含む積層構造を備える。複数の共振器は、共振器の一方の端部が開放されており、かつ共振器の他方の端部が第１の接地導体および第２の接地導体に電気的に接続されており、インターディジタル型のフィルタを構成する。導電層は、積層構造における導電層以外の各層に比べて高い展性の材料からなる。

本開示にかかる積層バンドパスフィルタは、製造ばらつきによるフィルタ性能の劣化を低減できるという効果を奏する。

実施の形態１にかかる積層バンドパスフィルタの構成を示す斜視図 実施の形態１にかかる積層バンドパスフィルタの内部構成を示す平面図 実施の形態１にかかる積層バンドパスフィルタの断面図 実施の形態１にかかる積層バンドパスフィルタの厚さと積層バンドパスフィルタの通過特性との関係について説明するための図 実施の形態１にかかる積層バンドパスフィルタにおける共振器の幅と積層バンドパスフィルタの通過特性との関係について説明するための図

以下に、実施の形態にかかる積層バンドパスフィルタを図面に基づいて詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかる積層バンドパスフィルタ１の構成を示す斜視図である。図２は、実施の形態１にかかる積層バンドパスフィルタ１の内部構成を示す平面図である。図３は、実施の形態１にかかる積層バンドパスフィルタ１の断面図である。図３には、図２に示すIII－III線に沿った断面を示す。

積層バンドパスフィルタ１は、ＬＴＣＣ基板またはＨＴＣＣ基板といった多層セラミック基板の内層に形成されたバンドパスフィルタ構造を備える。積層バンドパスフィルタ１が備える積層構造は、誘電体基板２と、誘電体基板２の内部の層である導電層３と、誘電体基板２の第１面に設けられている第１の接地導体４と、誘電体基板２の第２面に設けられている第２の接地導体５とを含む。また、積層バンドパスフィルタ１は、複数の第１のスルーホール６と、複数の第２のスルーホール７とを備える。

誘電体基板２の第１面は、誘電体基板２の厚さ方向における一方の端の面である。誘電体基板２の第２面は、誘電体基板２の厚さ方向である第１の方向における他方の端の面である。第１面と第２面とは、互いに平行である。第１の方向は、第１面の法線方向であって、第２面の法線方向でもある。誘電体基板２は、互いに重ね合わせられた２つのセラミック板２ａ，２ｂからなる。図１では、誘電体基板２を破線で表し、誘電体基板２以外の構成を実線で表す。また、図１では、第１の接地導体４と第２の接地導体５との図示を省略する。図２には、誘電体基板２の内部に設けられている構成を第１面側から見た様子を示す。

導電層３は、第１面と第２面とに平行な層状の導体である。導電層３は、高周波信号が伝搬する伝送路を構成する。導電層３は、セラミック板２ａとセラミック板２ｂとの間に設けられている。導電層３は、複数の共振器８と、２つのスルーホール接続部９と、給電部１０と、出力部１１とを備える。複数の共振器８の各々の平面形状は、短冊形状である。複数の共振器８が並べられている方向である第２の方向は、第１面と第２面とに平行な方向である。図１および図２に示す導電層３は、８個の共振器８を有する。導電層３における共振器８の数、すなわち段数は、実現が所望されるフィルタ特性に合わせて決定可能である。各共振器８の長手方向である第３の方向は、第１の方向に垂直かつ第２の方向に垂直な方向である。複数の共振器８は、第２の方向において等間隔に配置されている。

２つのスルーホール接続部９のうちの一方は、導電層３のうち第３の方向における一方の端部を構成する。２つのスルーホール接続部９のうちの他方は、導電層３のうち第３の方向における他方の端部を構成する。各スルーホール接続部９は、第１のスルーホール６と第２のスルーホール７との各々に電気的に接続されている。

複数の第１のスルーホール６は、セラミック板２ａに形成されている。各第１のスルーホール６は、スルーホール接続部９と第１の接地導体４とを電気的に接続する。複数の第２のスルーホール７は、セラミック板２ｂに形成されている。各第２のスルーホール７は、スルーホール接続部９と第２の接地導体５とを電気的に接続する。

各共振器８の第３の方向における両端の一方は、開放端である。各共振器８の第３の方向における両端の他方は、スルーホール接続部９につなげられている。各共振器８の当該他方の端部は、スルーホール接続部９および第１のスルーホール６を介して第１の接地導体４に電気的に接続されている。また、各共振器８の当該他方の端部は、スルーホール接続部９および第２のスルーホール７を介して第２の接地導体５に電気的に接続されている。

２つのスルーホール接続部９のうちの一方に接続されている共振器８と、２つのスルーホール接続部９のうちの他方に接続されている共振器８とが、第２の方向において交互に配置されている。複数の共振器８は、共振器８の一方の端部が開放されており、かつ共振器８の他方の端部が第１の接地導体４および第２の接地導体５に電気的に接続されている。複数の共振器８は、インターディジタル型のフィルタを構成する。

複数の共振器８のうち第２の方向における一方の端の共振器８は、給電部１０につなげられている。給電部１０には、高周波信号が入力される。複数の共振器８のうち第２の方向における他方の端の共振器８は、出力部１１につなげられている。積層バンドパスフィルタ１は、出力部１１から高周波信号を出力する。

共振器８の線路長は、（λｃ）／４に相当する長さである。共振器８の線路長は、共振器８の第３の方向における長さである。λｃは、導電層３を伝搬する高周波信号の中心周波数に対応する波長、すなわち積層バンドパスフィルタ１の中心周波数に対応する波長とする。積層バンドパスフィルタ１は、各々が（λｃ）／４の線路長のショートスタブである複数の共振器８を備える。積層バンドパスフィルタ１には、かかる複数の共振器８の代わりに、各々が（λｃ）／２の線路長のオープンスタブである複数の共振器が備えられても良い。

図１から図３に示す積層バンドパスフィルタ１では、導電層３と第１の接地導体４とは第１のスルーホール６を介して接続されており、かつ、導電層３と第２の接地導体５とは第２のスルーホール７を介して接続されているが、これに限られない。導電層３と第１の接地導体４とは第１のスルーホール６を介さず直接つなげられても良く、導電層３と第２の接地導体５とは第２のスルーホール７を介さず直接つなげられても良い。

実施の形態１において、積層バンドパスフィルタ１は、積層バンドパスフィルタ１の厚さのばらつきによるフィルタ性能の劣化への対策として、積層バンドパスフィルタ１の各層のうち導電層３のみを展性に優れた材料とする。導電層３は、金または純度が高い銀といった金属材料からなる。第１の接地導体４および第２の接地導体５の各材料は、導電層３に比べて展性が低い金属材料であって、例えば銅である。導電層３は、積層バンドパスフィルタ１の積層構造における導電層３以外の各層に比べて高い展性の材料からなる。また、導電層３は、第１のスルーホール６に使用される材料と第２のスルーホール７に使用される材料との各々に比べて高い展性の材料からなる。第１のスルーホール６に使用される材料と第２のスルーホール７に使用される材料との各々は、例えば銅である。このように、積層バンドパスフィルタ１において導電層３のみが、展性に優れた材料からなる。

図４は、実施の形態１にかかる積層バンドパスフィルタ１の厚さと積層バンドパスフィルタ１の通過特性との関係について説明するための図である。図４において、縦軸は減衰量を表す。横軸は、規格化周波数を表す。規格化周波数は、導電層３を伝搬する高周波信号の中心周波数を基に規格化された周波数とする。図４において、実線のグラフは、積層バンドパスフィルタ１の厚さが基準値である場合における通過特性を表す。積層バンドパスフィルタ１の厚さの基準値は、例えば、積層バンドパスフィルタ１の厚さの設計値とする。破線のグラフは、積層バンドパスフィルタ１の厚さが、基準値の０．５％だけ基準値よりも薄い場合における通過特性を表す。一点鎖線のグラフは、積層バンドパスフィルタ１の厚さが、基準値の０．５％だけ基準値よりも厚い場合における通過特性を表す。

積層バンドパスフィルタ１が薄いほど、導電層３と第１の接地導体４との距離と、導電層３と第２の接地導体５との距離との各々が短くなる。一方、積層バンドパスフィルタ１が厚いほど、導電層３と第１の接地導体４との距離と、導電層３と第２の接地導体５との距離との各々が長くなる。図４に示す両矢印は、基準値を中心に積層バンドパスフィルタ１の厚さを変化させた場合における通過帯域の変化を表す。図４に示すように、積層バンドパスフィルタ１が薄いほど通過帯域は狭くなり、積層バンドパスフィルタ１が厚いほど通過帯域は広がる。以下、かかる特徴を第１の特徴と称する。

図５は、実施の形態１にかかる積層バンドパスフィルタ１における共振器８の幅と積層バンドパスフィルタ１の通過特性との関係について説明するための図である。共振器８の幅とは、共振器８の第２の方向における幅である。図５において、縦軸は減衰量を表す。横軸は、規格化周波数を表す。図５において、実線のグラフは、共振器８の幅が基準値である場合における通過特性を表す。共振器８の幅の基準値は、例えば、共振器８の幅の設計値とする。破線のグラフは、共振器８の幅が、基準値の０．１％だけ基準値よりも狭い場合における通過特性を表す。一点鎖線のグラフは、共振器８の幅が、基準値の０．１％だけ基準値よりも広い場合における通過特性を表す。

図５に示す両矢印は、基準値を中心に共振器８の幅を変化させた場合における通過帯域の変化を表す。複数の共振器８がインターディジタル型のフィルタを構成することから、各共振器８の幅によって共振器８間の間隔は変わる。すなわち、共振器８の幅が狭いほど共振器８間の間隔が広くなり、共振器８の幅が広いほど共振器８間の間隔が狭くなる。図５に示すように、共振器８の幅が狭いほど通過帯域は狭くなり、共振器８の幅が広いほど通過帯域は広がる。以下、かかる特徴を第２の特徴と称する。

積層バンドパスフィルタ１の製造ばらつきの１つである、積層バンドパスフィルタ１の厚さのばらつきは、積層バンドパスフィルタ１を製造する際における厚さ方向の圧力であるプレス圧力のばらつきに起因する。プレス圧力が強いほど積層バンドパスフィルタ１が薄くなるため、プレス圧力が強いほど、第１の特徴により、積層バンドパスフィルタ１の通過帯域は狭くなる。積層バンドパスフィルタ１を製造する際に、プレス圧力が強すぎることによる製造ばらつきが生じた場合、積層バンドパスフィルタ１の狭帯域化が生じる。

実施の形態１では、積層バンドパスフィルタ１の積層構造において導電層３のみが、展性に優れた材料からなることによって、プレス圧力が強すぎる場合に、積層構造の各層のうち導電層３が第２の方向および第３の方向へ延ばされて薄くなる。導電層３の各共振器８が延ばされることによって各共振器８の幅が広くなると、第２の特徴により、積層バンドパスフィルタ１の通過帯域を広くさせる作用が働く。かかる作用が、積層バンドパスフィルタ１が薄くなることによる狭帯域化を打ち消すように働くことによって、積層バンドパスフィルタ１の厚さのばらつきによる狭帯域化が低減される。このようにして、積層バンドパスフィルタ１は、製造ばらつきによるフィルタ性能の劣化を低減できる。

また、プレス圧力が弱いほど積層バンドパスフィルタ１が厚くなるため、プレス圧力が弱いほど、第１の特徴により、積層バンドパスフィルタ１の通過帯域は広くなる。積層バンドパスフィルタ１を製造する際に、プレス圧力が弱すぎることによる製造ばらつきが生じた場合、積層バンドパスフィルタ１の広帯域化が生じる。

実施の形態１では、プレス圧力が弱すぎる場合には、導電層３の延びが少なくなるため、導電層３の各共振器８の幅が狭くなる。各共振器８の幅が狭くなると、第２の特徴により、積層バンドパスフィルタ１の通過帯域を狭くさせる作用が働く。かかる作用が、積層バンドパスフィルタ１が厚くなることによる広帯域化を打ち消すように働くことによって、積層バンドパスフィルタ１の厚さのばらつきによる広帯域化が低減される。この場合も、積層バンドパスフィルタ１は、製造ばらつきによるフィルタ性能の劣化を低減できる。

積層バンドパスフィルタ１の積層構造において導電層３のみが、展性に優れた材料からなることから、第１の接地導体４、第２の接地導体５、第１のスルーホール６、および第２のスルーホール７については、積層バンドパスフィルタ１の厚さ方向における製造ばらつきの影響を少なくすることができる。

導電層３の材料に金または銀が使用されることによって、積層バンドパスフィルタ１は、導電層３について、製造ばらつきによるフィルタ性能の劣化を低減させ得る展性を確保できる。なお、導電層３の材料は、展性に優れた材料であるとともに、電気特性において問題が無く、かつ積層バンドパスフィルタ１の製造への使用にも問題が無い材料であれば良い。導電層３の材料は、金または銀以外の材料でも良い。

実施の形態１によると、積層バンドパスフィルタ１において、導電層３が有する複数の共振器８は、インターディジタル型のフィルタを構成する。また、導電層３が、積層構造における導電層３以外の各層に比べて高い展性の材料からなる。積層バンドパスフィルタ１は、積層バンドパスフィルタ１の厚さのばらつきによる通過特性の変化を低減できる。以上により、積層バンドパスフィルタ１は、製造ばらつきによるフィルタ性能の劣化を低減できるという効果を奏する。

以上の実施の形態に示した構成は、本開示の内容の一例を示すものである。実施の形態の構成は、別の公知の技術と組み合わせることが可能である。本開示の要旨を逸脱しない範囲で、実施の形態の構成の一部を省略または変更することが可能である。

１ 積層バンドパスフィルタ、２ 誘電体基板、２ａ，２ｂ セラミック板、３ 導電層、４ 第１の接地導体、５ 第２の接地導体、６ 第１のスルーホール、７ 第２のスルーホール、８ 共振器、９ スルーホール接続部、１０ 給電部、１１ 出力部。

Claims (3)

1. 誘電体基板と、
   前記誘電体基板の厚さ方向における一方の端の面である第１面に設けられている第１の接地導体と、
   前記誘電体基板の前記厚さ方向における他方の端の面である第２面に設けられている第２の接地導体と、
   前記誘電体基板の内部の層であって、複数の共振器を有する導電層と、
   を含む積層構造を備え、
   複数の前記共振器は、前記共振器の一方の端部が開放されており、かつ前記共振器の他方の端部が前記第１の接地導体および前記第２の接地導体に電気的に接続されており、インターディジタル型のフィルタを構成し、
   前記導電層は、前記積層構造における前記導電層以外の各層に比べて高い展性の材料からなることを特徴とする積層バンドパスフィルタ。
2. 前記導電層と前記第１の接地導体とを電気的に接続する第１のスルーホールと、
   前記導電層と前記第２の接地導体とを電気的に接続する第２のスルーホールと、を備え、
   前記導電層は、前記第１のスルーホールに使用される材料と前記第２のスルーホールに使用される材料との各々に比べて高い展性の材料からなることを特徴とする請求項１に記載の積層バンドパスフィルタ。
3. 前記導電層の材料は金または銀であることを特徴とする請求項１または２に記載の積層バンドパスフィルタ。

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