JP2869915B2

JP2869915B2 - チップ型フィルタ

Info

Publication number: JP2869915B2
Application number: JP22796693A
Authority: JP
Inventors: 子敏己金; 口正彦川; 田勝治松
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1993-08-20
Filing date: 1993-08-20
Publication date: 1999-03-10
Anticipated expiration: 2014-03-10
Also published as: JPH0758510A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はチップ型フィルタに関
し、特にたとえば、複数の共振器が電磁気的に結合した
チップ型フィルタに関する。

【０００２】

【従来の技術】図１５〜１７はこの発明の背景となる従
来のフィルタの例を示す図解図である。図１５に示すフ
ィルタは、誘電体基板１を含み、その一方面のほぼ全面
にアース電極２が形成される。そして、誘電体基板１の
他方面には、アース電極と対向するようにして、２つの
直線状のパターン電極３が形成される。これらのパター
ン電極３の一端は、誘電体基板１の端面を介してアース
電極２に接続される。これらの誘電体基板１，アース電
極２およびパターン電極３で、マイクロストリップライ
ン共振器が形成される。さらに、パターン電極３の一端
から間隔を隔てて、入出力用の取出し電極４が形成され
る。そして、２つのマイクロストリップライン共振器が
電磁気的に結合することにより、フィルタが形成され
る。

【０００３】図１６に示すフィルタは、２つのボビン５
を含み、ボビン５に導線６が巻回されて共振器が形成さ
れる。そして、導線６の一端が端子に接続される。導線
６が巻回された２つのボビン５は、金属ケース７で覆わ
れる。２つの共振器間には結合用窓が形成され、この結
合用窓を介して２つの共振器が電磁気的に結合される。
また、図１７に示す共振器は、誘電体基板１を含む。誘
電体基板１には、アース電極２と、それに対向する渦巻
状のパターン電極８が形成され、共振器が形成される。
そして、これらの複数の共振器が、結合制御パターン９
を介して結合される。このフィルタは、誘電体材料で形
成されたシート上に各電極用パターンを形成し、積層し
て一体焼成することにより形成される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図１５に示すフィルタ
の各共振器のパターン電極の長さＬは、次に示す数１で
示される。

【０００５】

【数１】

【０００６】ここで、λは波長であり、ε_reは誘電体の
実効誘電率である。数１からわかるように、これらの共
振器を小型化するためには、高誘電率の誘電体材料を使
用することが考えられる。しかしながら、その温度特性
から誘電体材料の比誘電率をあまり大きくすることがで
きず、比誘電率ε＝１００程度が限度である。この比誘
電率が、そのまま実効誘電率ε_reに置き換えられるとし
て、１ＧＨｚの共振器を形成すると、上式からＬ＝７．
５ｍｍと非常に長くなる。そのため、共振器の小型化が
困難であり、それを用いたフィルタも小型化が困難であ
る。

【０００７】また、各共振器のパターン電極の長さＬが
長くなると、隣接する共振器間の電磁気的な結合が大き
くなる。そのため、適当な結合を得るためには、パター
ン電極間の距離を大きくしなければならない。そのた
め、フィルタがさらに大型化してしまう。

【０００８】図１６に示すフィルタは、ボビンの周囲に
導線を渦巻状に巻回し、互いに結合用窓を介して磁気的
に結合したものである。しかしながら、導線を渦巻き状
に巻回し、これを金属ケース内に納めた構造であり、占
有面積が大きくなって小型化しにくいなどの問題があ
る。さらに、導線，ボビン，金属ケースなどを組み立て
ているため、製造がめんどうであり、コストダウンが困
難である。

【０００９】図１７に示すフィルタでは、パターン電極
が渦巻状に形成されているため、隣接するパターン電極
間で磁束が影響しあって、電流が流れにくくなる。その
ため、実質的な抵抗が大きくなり、Ｑが低下する。ま
た、渦巻状のパターン電極を用いたフィルタでは、共振
周波数が低くなると、その構造上パターン電極のライン
幅を細くして巻数を増やす必要があり、さらに抵抗が大
きくなってＱが低下するという問題があった。さらに、
誘電体材料を積層し一体焼成するため、焼成時の誘電体
材料の収縮などにより、クラックや割れが発生する。ま
た、寸法ばらつきが大きく、精度をよくするためにトリ
ミングなどの工程が必要であり、コストダウンが困難で
高価なものとなっていた。

【００１０】これらの問題点を解決するために、たとえ
ば図１８に示すようなチップ型フィルタが考えられる。
このチップ型フィルタでは、１つの誘電体基板１上に２
つの渦巻状のパターン電極８が並んで形成されている。
そして、パターン電極８を挟んで２つのアース電極２が
形成される。これらのパターン電極８の一端と２つのア
ース電極２とが、外部電極で接続される。また、パター
ン電極８から誘電体基板１の端部に向かって、取出し電
極４が形成される。この取出し電極４とアース電極２に
接続されたパターン電極８の一端との間隔を調整するこ
とによって、インピーダンスが決定される。このチップ
型フィルタもストリップライン構造となり、２つのパタ
ーン電極８が電磁気的に結合している。

【００１１】このチップ型フィルタでは、パターン電極
が渦巻状であるため、直線状のパターン電極を有するフ
ィルタに比べて、小型化することができる。しかも、パ
ターン電極が渦巻状であることにより、２つのパターン
電極の隣接する部分の長さが短く、電磁気的な結合が弱
くなる。そのため、２つのパターン電極間の距離を小さ
くすることができ、チップ型フィルタをさらに小さくす
ることができる。また、このチップ型フィルタは、パタ
ーン電極やアース電極を形成した誘電体基板を接着する
ことによって形成することができ、複数の誘電体材料を
積層して一体焼成する場合のように、クラックの発生や
寸法ばらつきの発生が少ない。そして、誘電体基板や各
電極の寸法ばらつきが少ないため、フィルタの精度が高
く、特性の安定したチップ型フィルタを得ることができ
る。

【００１２】しかしながら、このようなチップ型フィル
タでは、パターン電極の両側にアース電極が形成されて
いるため、パターン電極とアース電極との間に形成され
る静電容量が接地され、２つのパターン電極間の電界結
合用として機能しなくなる。このような場合、２つのパ
ターン電極の隣接する部分に形成される静電容量のみで
電界結合されることになり、チップ型フィルタの特性が
劣化してしまう。

【００１３】それゆえに、この発明の主たる目的は、優
れた特性を有し、高精度で、かつ小型のチップ型フィル
タを提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この発明は、第１の誘電
体基板と、第１の誘電体基板の一方面上に面状に形成さ
れるアース電極と、第１の誘電体基板の他方面上にアー
ス電極と対向して形成され、その一端がアース電極に接
続される渦巻状の複数のパターン電極と、それぞれのパ
ターン電極の一端と間隔を隔ててパターン電極から引き
出される取出し電極と、パターン電極および取出し電極
の上に形成される第２の誘電体基板と、第２の誘電体基
板上に他の電極と絶縁された状態で形成され、かつ複数
のパターン電極と全面で対向するシールド電極とを含
み、複数のパターン電極が電磁気的に結合した、チップ
型フィルタである。

【００１５】

【作用】他の電極と絶縁された状態でシールド電極が形
成されるため、パターン電極とシールド電極との間に形
成される静電容量が接地されず、パターン電極間の電界
結合が大きくなる。

【００１６】

【発明の効果】この発明によれば、渦巻状のパターン電
極が並んで形成されているため、図１８に示すフィルタ
と同様に、小型で、割れやクラックの発生が少なく、精
度の高いチップ型フィルタを得ることができる。このと
き、パターン電極の対向面に他の電極と絶縁された状態
でシールド電極が形成されているため、パターン電極間
の電界結合が大きくなる。そのため、パターン電極間に
おいて必要な強さの結合を得ることができ、良好な特性
を有するチップ型フィルタを得ることができる。さら
に、１枚の誘電体基板に複数の電極パターンを正確に形
成することができるため、フィルタの量産が可能であ
り、コストダウンを図ることができる。

【００１７】この発明の上述の目的，その他の目的，特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明から一層明らかとなろう。

【００１８】

【実施例】図１はこの発明の実施例を示す平面図であ
り、図２および図３はそれぞれ線ＩＩ−ＩＩおよび線Ｉ
ＩＩ−ＩＩＩにおける断面図であり、図４はその分解斜
視図である。このチップ型フィルタ１０は、矩形板状の
第１の誘電体基板１２を含む。第１の誘電体基板１２と
しては、たとえば比誘電率が７０以上の高誘電率を有す
るものが用いられる。図５，図６および図７に示すよう
に、第１の誘電体基板１２の一方面上には、ほぼ全面に
アース電極１４が形成される。さらに、第１の誘電体基
板１２の他方面上には、アース電極１４に対向して２つ
のパターン電極１６，１８が形成される。

【００１９】パターン電極１６は、第１の誘電体基板１
２の一方側において、１つの辺から内側に向かって渦巻
状に形成される。また、別のパターン電極１８は、第１
の誘電体基板１２の他方側において、パターン電極１６
と同じ辺から内側に向かって渦巻状に形成される。この
とき、各パターン電極１６，１８の面積をＳ１、各パタ
ーン電極１６，１８の渦巻きの中心部のパターン電極が
形成されていない部分の面積をＳ２としたとき、面積比
Ｓ２／Ｓ１が０．１５以上となるように形成される。さ
らに、これらのパターン電極１６，１８は、第１の誘電
体基板１２の端部側から内側に向かうにしたがって、そ
の幅が小さくなるように形成される。

【００２０】パターン電極１６から第１の誘電体基板１
２の端部に向かって、取出し電極２０が引き出される。
取出し電極２０は、第１の誘電体基板１２の辺に引き出
されたパターン電極１６の一端から所定の間隔を隔てて
形成される。同様に、パターン電極１８から第１の誘電
体基板１２の端部に向かって、取出し電極２２が引き出
される。取出し電極２２は、第１の誘電体基板１２の辺
に引き出されたパターン電極１８の一端から所定の間隔
を隔てて形成される。これらのパターン電極１６，１８
および取出し電極２０，２２上には、ポリイミド層など
の接着剤層２４が形成される。この接着剤層２４上に
は、第２の誘電体基板２６が形成される。さらに、図
８，図９および図１０に示すように、第２の誘電体基板
２６上には、ほぼ全面にシールド電極２８が形成され
る。そして、アース電極１４およびシールド電極２８を
覆うようにして、保護層３０，３２が形成される。この
とき、保護層３０は、取出し電極２０，２２の引き出さ
れた方向を除いて、アース電極１４の端部が露出するよ
うに形成される。さらに、保護層３２は、シールド電極
２８の全面を覆うように形成される。

【００２１】このチップ型フィルタ１０の対向する側面
には、６つの端子電極３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４
ｄ，３４ｅおよび３４ｆが形成される。これらの端子電
極３４ａ〜３４ｆは、取出し電極２０，２２が引き出さ
れていない側面に形成される。そして、１つの端子電極
３４ａによって、パターン電極１６とアース電極１４と
が接続される。同様に、端子電極３４ｃによって、別の
パターン電極１８とアース電極１４とが接続される。ま
た、他の端子電極３４ｂ，３４ｄ，３４ｅ，３４ｆは、
それぞれアース電極１４に接続される。さらに、チップ
型フィルタ１０の取出し電極２０が引き出された側面に
は取出し端子電極３６が形成され、取出し電極２２が引
き出された側面には取出し端子電極３８が形成される。
そして、取出し端子電極３６は取出し電極２０に接続さ
れ、取出し端子電極３８は取出し電極２２に接続され
る。このチップ型フィルタ１０の入出力インピーダンス
は、端子電極３４ａに接続されたパターン電極１６の一
端と取出し電極２０との間隔、および端子電極３４ｃに
接続されたパターン電極１８の一端と取出し電極２２と
の間隔によって決定される。

【００２２】このチップ型フィルタ１０はストリップラ
イン構造となり、２つのパターン電極１６，１８によっ
て２つの共振器が形成される。そして、パターン電極１
６，１８の隣接した部分が電磁気的に結合し、フィルタ
が形成される。このようなチップ型フィルタ１０では、
各共振器の波長をλ，実効誘電率をε_re，補正値をｋと
したとき、パターン電極１６，１８の長さＬは次に示す
数２で表される。また、実効誘電率ε_reは、数３および
数４で表される。

【００２３】

【数２】

【００２４】

【数３】

【００２５】

【数４】

【００２６】ここで、ε_rは第１の誘電体基板１２の比
誘電率，Ｗはパターン電極１６，１８の幅，ｔは第１の
誘電体基板１２の厚みであり、補正値ｋはパターン電極
１６，１８の曲げ回数（巻数）などに対応した値であ
る。

【００２７】このチップ型フィルタ１０を作製するに
は、第１の誘電体基板１２が準備される。この第１の誘
電体基板１２に、薄膜工法およびエッチングなどの方法
を用いて、アース電極１４およびパターン電極１６，１
８が形成される。さらに、第２の誘電体基板２６に、薄
膜工法によって、シールド電極２８が形成される。そし
て、第１の誘電体基板１２のアース電極１４および第２
の誘電体基板２６のシールド電極２８の上に、ガラスま
たは樹脂を用いて保護層３０，３２が形成される。さら
に、第１の誘電体基板１２のパターン電極１６，１８形
成面に熱可塑性ポリイミドを載置、印刷あるいは塗布
し、第２の誘電体基板２６を貼り合わせて加熱圧着す
る。そののち、端子電極３４ａ〜３４ｆおよび取出し端
子電極３６，３８を形成し、チップ型フィルタ１０が作
製される。

【００２８】このチップ型フィルタ１０では、コンデン
サパターンが形成されていないが、図１１に示す等価回
路を有する。これは、このチップ型フィルタ１０の構造
がストリップライン構造であるために、パターン電極１
６，１８とアース電極１４，シールド電極２８との間に
静電容量が形成されるためである。この静電容量は、第
１の誘電体基板１２および第２の誘電体基板２６の厚み
を変えることにより変化させることができ、それによっ
て共振周波数を変えることができる。また、第１の誘電
体基板１２および第２の誘電体基板２６の比誘電率やパ
ターン電極１６，１８の幅を変えることによっても、静
電容量を変えることができる。なお、図１１に示す等価
回路において、ＣＸおよびＭは電磁気的な結合を示す。

【００２９】チップ型フィルタ１０の周波数帯域幅は、
２つのパターン電極１６，１８の間隔を変えることによ
り調整することができる。このようなチップ型フィルタ
１０において、パターン電極１６，１８間の距離を変え
て、−３ｄＢ帯域幅を測定し、その結果を図１２に示し
た。なお、図１２には、シールド電極とアース電極とを
電気的に接続したフィルタについても、−３ｄＢ帯域幅
の変化を示した。図１２からわかるように、パターン電
極間の距離を小さくすると帯域幅は広くなり、パターン
電極間の距離を大きくすると帯域幅は狭くなる。ただ
し、パターン電極間の距離を必要以上に狭くすると、双
峰特性となるので好ましくない。

【００３０】ここで、シールド電極とアース電極とを接
続したフィルタと本発明のフィルタとについて比較する
と、２つのパターン電極間の距離が一定の場合、本発明
のフィルタのほうが帯域幅が大きくなっている。これ
は、本発明のチップ型フィルタ１０では、シールド電極
２８が他の電極と絶縁された状態になっているため、パ
ターン電極１６，１８とシールド電極２８との間に形成
される静電容量が接地されず、十分な電界結合を得るこ
とができるからである。

【００３１】シールド電極とアース電極とを接続したフ
ィルタで十分な帯域幅を得たい場合、パターン電極間の
距離を小さくすればよいが、その距離が０．１５ｍｍ以
下になると、高精度でその距離を管理しなければなら
ず、ばらつきも多くなる。このように、電極などの寸法
の管理が難しく、コストアップの原因となる。このこと
から、パターン電極の隣接した部分を長くし、結合量を
増やしてパターン電極間の距離を小さくなりすぎないよ
うにすることが考えられる。しかしながら、このような
方法では、チップ型フィルタの大型化を招くことにな
る。それに対して、この発明のチップ型フィルタ１０で
は、高精度の管理をする必要がなく、コストアップする
ことなく帯域幅の大きい小型フィルタを得ることができ
る。しかも、シールド電極２８によって、シールド効果
も得ることができる。

【００３２】このチップ型フィルタ１０では、面積比Ｓ
２／Ｓ１を０．１５以上にすることによって、Ｑを高め
ることができる。また、このチップ型フィルタ１０で
は、パターン電極１６の一端と取出し電極２０との間
隔、およびパターン電極１８の一端と取出し電極２２と
の間隔を調整することにより、入出力インピーダンスを
調整することができるため、容易に外部回路とのインピ
ーダンス整合をとることができる。

【００３３】さらに、このチップ型フィルタ１０では、
パターン電極１６，１８の幅が、端子電極３４ａ，３４
ｃとの接続部分から離れるにしたがって小さくなるよう
に形成されている。このようにすることによって、チッ
プ型フィルタ１０のＱをさらに高めることができる。こ
れは、ストリップラインにおいては、パターン電極とア
ース電極との接続部分の電流密度が大きく、パターン電
極の先端に向かうにしたがって電流密度が小さくなるた
め、パターン電極幅を変えることにより電流密度に対応
した抵抗を得ることができるからである。このようなチ
ップ型フィルタ１０では、面積比Ｓ２／Ｓ１を０．１５
以上にしたことによる効果と、パターン電極１６，１８
の幅を変化させたことによる効果とが合わさって、より
Ｑの大きいチップ型フィルタを得ることができる。

【００３４】このチップ型フィルタ１０の周波数特性
が、図１３に示される。図１３からわかるように、この
チップ型フィルタ１０は、挿入損失が小さく、急峻な特
性を有している。もちろん、面積比Ｓ２／Ｓ１が０．１
５以上であれば、パターン電極１６および１８の幅が一
定であっても、大きいＱを有するチップ型フィルタを得
ることができる。また、シールド電極２８とアース電極
１４とを接続したフィルタの周波数特性が、図１４に示
される。図１３と図１４とからわかるように、本発明の
チップ型フィルタは、帯域幅の大きい周波数特性を有し
ている。

【００３５】また、このチップ型フィルタ１０では、パ
ターン電極１６，１８が渦巻状であるため、直線状のパ
ターン電極を有するフィルタに比べて、小型化が可能で
ある。さらに、直線状のパターン電極を有するフィルタ
に比べて、２つのパターン電極の隣接する部分が短い。
そのため、２つの共振器の電磁気的な結合が小さく、２
つのパターン電極間の距離を小さくすることができる。
したがって、さらにチップ型フィルタの小型化を図るこ
とができる。このようなチップ型フィルタとして、３．
２×１．６ｍｍの超小型のバンドパスフィルタを得るこ
とができた。

【００３６】この発明のチップ型フィルタでは、第１の
誘電体基板１２の材料として、その比誘電率が７０以上
のものが用いられているが、これは比誘電率を小さくす
るとパターン電極１６，１８の全長Ｌが長くなるためで
ある。パターン電極１６，１８の全長が長くなると、パ
ターン電極１６，１８の巻数が増加する。そのため、パ
ターン電極の形成されていない部分の面積Ｓ２を確保で
きなくなり、Ｑが劣化してしまう。また、面積Ｓ２を確
保しようとすると、チップ型フィルタが大型化してしま
う。したがって、十分なＱを確保し、しかも小型のチッ
プ型フィルタを得るためには、第１の誘電体基板１２の
材料として比誘電率が７０以上のものを用いることが望
ましい。

【００３７】また、パターン電極から引き出される取出
し電極の形成位置を変えることにより、チップ型フィル
タの入出力インピーダンスを調整することができる。し
かも、エッチングなどの方法を用いて、各電極の寸法を
正確に形成することができるため、精度の高いチップ型
フィルタを得ることができる。このような方法でバンド
パスフィルタを作製したところ、通過帯域の中心周波数
のばらつきを±１．０％以下にすることができた。さら
に、１枚の誘電体基板に複数の電極パターンを正確に形
成することができるため、多数の電極パターンを形成し
た誘電体基板を切断することにより、チップ型フィルタ
の量産が可能である。しかも、フィルタを超小型に形成
できるので、材料費を節約することができ、コストダウ
ンを図ることができる。しかも、誘電体層を積層して一
体焼成したフィルタなどに比べて、誘電体基板の収縮や
電極の寸法ばらつきが少なく、フィルタの精度をよくす
ることができる。したがって、従来のフィルタのような
周波数調整などの工程を省略することができる。そし
て、焼成時の収縮などによる割れやクラックの発生も防
止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す平面図である。

【図２】図１に示すチップ型フィルタの線ＩＩ−ＩＩに
おける断面図である。

【図３】図１に示すチップ型フィルタの線ＩＩＩ−ＩＩ
Ｉにおける断面図である。

【図４】図１に示すチップ型フィルタの分解斜視図であ
る。

【図５】図１に示すチップ型フィルタの第１の誘電体基
板を示す平面図である。

【図６】図５に示す第１の誘電体基板の側面図である。

【図７】図５に示す第１の誘電体基板の裏面図である。

【図８】図１に示すチップ型フィルタの第２の誘電体基
板を示す平面図である。

【図９】図８に示す第２の誘電体基板の側面図である。

【図１０】図８に示す第２の誘電体基板の裏面図であ
る。

【図１１】図１に示すチップ型フィルタの等価回路図で
ある。

【図１２】図１に示すチップ型フィルタおよび従来のチ
ップ型フィルタのパターン電極間の距離と−３ｄＢ帯域
幅との関係を示すグラフである。

【図１３】図１に示すチップ型フィルタの周波数特性を
示すグラフである。

【図１４】シールド電極とアース電極とを接続した従来
のチップ型フィルタの周波数特性を示すグラフである。

【図１５】この発明の背景となる従来のフィルタを示す
図解図である。

【図１６】従来のフィルタの他の例を示す図解図であ
る。

【図１７】従来のフィルタのさらに他の例を示す分解斜
視図である。

【図１８】図１５ないし図１７に示すフィルタの問題点
を解決するために考えられたチップ型フィルタの一例を
示す分解斜視図である。

【符号の説明】

１０チップ型フィルタ１２第１の誘電体基板１４アース電極１６パターン電極１８パターン電極２０取出し電極２２取出し電極２６第２の誘電体基板２８シールド電極３４ａ〜３４ｆ端子電極３６取出し端子電極３８取出し端子電極

フロントページの続き (56)参考文献特開平５−199009（ＪＰ，Ａ) 特開平５−95202（ＪＰ，Ａ) 特許2820001（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01P 1/203 H01P 1/205

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の誘電体基板、前記第１の誘電体基板の一方面上に面状に形成されるア
ース電極、前記第１の誘電体基板の他方面上に前記アース電極と対
向して形成され、その一端が前記アース電極に接続され
る渦巻状の複数のパターン電極、それぞれの前記パターン電極の一端と間隔を隔てて前記
パターン電極から引き出される取出し電極、前記パターン電極および前記取出し電極の上に形成され
る第２の誘電体基板、および前記第２の誘電体基板上に
他の電極と絶縁された状態で形成され、かつ複数の前記
パターン電極と全面で対向するシールド電極を含み、複数の前記パターン電極が電磁気的に結合した、チップ
型フィルタ。