JP4493225B2

JP4493225B2 - 積層型誘電体フィルタ

Info

Publication number: JP4493225B2
Application number: JP2001052780A
Authority: JP
Inventors: 隆己平井; 靖彦水谷; 和幸水野; 仁齋藤; 剛司野口
Original assignee: NGK Insulators Ltd; Soshin Electric Co Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd; Soshin Electric Co Ltd
Priority date: 2001-02-27
Filing date: 2001-02-27
Publication date: 2010-06-30
Anticipated expiration: 2021-02-27
Also published as: JP2002261504A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の誘電体層が積層されて構成された誘電体基板内に共振器用電極が形成された積層型誘電体フィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時、携帯電話等の無線通信システムの多様化に伴い、積層型誘電体フィルタの小型化や周波数の低い無線システム用フィルタの要求が増加している。そこで、従来の積層型誘電体フィルタにおいては、複数の共振器用電極を積層方向に重ねることで、共振器のＱ値を向上させると共に、共振器用電極間の静電容量を増加させるようにして、小型で、かつ高性能のフィルタを実現してきた。
【０００３】
具体的には、誘電体層の積層方向に重ねて配置され、一端がアース電極に電気的に接続された共振器用電極と、一端がアース電極に電気的に接続され、各共振器用電極の開放端側の一部と誘電体層を挟んで重なる内層アース電極が同一誘電率の誘電体基板内に内蔵されて構成されている。
【０００４】
このように、共振器用電極間を結合するための伝送線路、容量素子を内蔵することにより、この容量と共振器間の誘導結合により、帯域幅と減衰極を自由に決定することができ、積層型誘電体フィルタの特性を改善することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、電子部品には小型化が要求されており、これは積層型誘電体フィルタにおいても例外ではない。
【０００６】
しかしながら、積層型誘電体フィルタを小型化すると、共振器間の距離が狭くなってしまうため、共振器間の誘導結合の調整幅が狭くなり、帯域幅と減衰極の調整幅も狭くなるため、所望の特性を得ることが困難になってきている。
【０００７】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、フィルタの小型化を進めても誘導結合の調整幅や、帯域幅と減衰極の調整幅などが狭くなるということがなく、フィルタの小型化をより促進させることができる積層型誘電体フィルタを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る積層型誘電体フィルタは、複数の誘電体層が積層されて構成された誘電体基板内に、複数の共振器用電極が配置されて構成された積層型誘電体フィルタにおいて、隣接する前記複数の共振器用電極は、各電極面が前記誘電体層を間に挟んで対向する位置に重ねられ、且つ、前記各電極面が前記誘電体基板の入出力端子が形成される互いに対向する２つの側面にそれぞれ対向して形成され、隣接する前記複数の共振器用電極間の１以上の誘電体層が、それ以外の誘電体層の誘電率よりも低い誘電率の材料にて構成されていることを特徴とする。
【０００９】
通常、積層型誘電体フィルタの小型化に伴って、隣接する複数の共振器用電極間の距離が狭くなり、その結果、共振器用電極間の誘導結合の度合いが高くなり、共振器間の誘導結合の調整幅並びに帯域幅と減衰極の調整幅も狭くなる。
【００１０】
しかし、本発明では、隣接する複数の共振器用電極間の誘電体を、それ以外の誘電体よりも低誘電率の材料にて構成するようにしているため、隣接する複数の共振器用電極間のインピーダンスが高くなり、その分、共振器用電極間の誘導結合の度合いが低くなる。その結果、積層型誘電体フィルタの小型化に伴って、隣接する複数の共振器用電極間の距離が狭くなっても、共振器間の誘導結合の調整幅並びに帯域幅と減衰極の調整幅が狭くなることはなく、所望の特性を得ることができる。これは、積層型誘電体フィルタの更なる小型化を促進できることにつながる。
【００１２】
また、本発明は、隣接する前記複数の共振器用電極間に結合調整電極が形成され、前記結合調整電極は、一方の前記共振器用電極寄りの誘電体層の一主面に形成された第１電極と、他方の前記共振器用電極寄りの誘電体層の一主面に形成された第２電極と、前記第１電極と前記第２電極とを電気的に接続するスルーホールとを有し、隣接する前記第１電極と前記第２電極間に前記１以上の誘電体層が介在されている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る積層型誘電体フィルタのいくつかの実施の形態例を図１〜図８を参照しながら説明する。
【００１４】
まず、第１の実施の形態に係る積層型誘電体フィルタ１０Ａは、図１に示すように、複数枚の板状の誘電体層が積層、焼成されて構成された誘電体基板１２内に、１／４波長型ストリップライン共振器を構成する２本の共振器用電極１４ａ及び１４ｂがそれぞれ別の誘電体層において縦方向に並べられて形成された構成を有する。
【００１５】
前記誘電体基板１２は、図２に示すように、手前側から順に、第１〜第９の誘電体層Ｓ１〜Ｓ９が積み重ねられて構成されている。これら第１〜第９の誘電体層Ｓ１〜Ｓ９は１枚あるいは複数枚の層にて構成される。
【００１６】
この第１の実施の形態に係る積層型誘電体フィルタ１０Ａにおいては、図１に示すように、誘電体基板１２の外周面のうち、例えばその左側面に入力端子１６が形成され、右側面に出力端子１８が形成され、これら入力端子１６及び出力端子１８を除く全面にアース電極２０が形成されている。もちろん、これら入力端子１６及び出力端子１８とアース電極２０との間には、絶縁をとるための領域が確保されている。
【００１７】
そして、この第１の実施の形態に係る積層型誘電体フィルタ１０Ａにおいては、図２に示すように、第３の誘電体層Ｓ３と第８の誘電体層Ｓ８の各一主面にそれぞれ１本の短冊状の共振器用電極（第１及び第２の共振器用電極１４ａ及び１４ｂ）が形成されている。これら共振器用電極１４ａ及び１４ｂは、各一端部がアース電極２０に接続され、各他端部が開放端とされている。
【００１８】
第１の共振器用電極１４ａは、第１及び第２の誘電体層Ｓ１及びＳ２に設けられたスルーホール２２を通じて入力端子１６に直接接続され、第２の共振器用電極１４ｂは、第８及び第９の誘電体層Ｓ８及びＳ９に設けられたスルーホール２４を通じて出力端子１８に直接接続されている。
【００１９】
また、第２の誘電体層Ｓ２の一主面には、一端がアース電極２０に接続され、かつ、前記第１の共振器用電極１４ａの開放端側と対向する内層アース電極２６が形成されている。
【００２０】
第４の誘電体層Ｓ４の一主面には、アース電極２０や入力端子１６等に対して電位的にフローティング状態とされ、第１の共振器用電極１４ａに対向する短冊状の第１の電極本体２８ａと、一端がアース電極２０に接続され、かつ、前記第１の共振器用電極１４ａの開放端側と対向する内層アース電極３０が形成されている。
【００２１】
第７の誘電体層Ｓ７の一主面には、アース電極２０や出力端子１８等に対して電位的にフローティング状態とされ、第２の共振器用電極１４ｂに対向する短冊状の第２の電極本体２８ｂと、一端がアース電極２０に接続され、かつ、前記第２の共振器用電極１４ｂの開放端側と対向する内層アース電極３２が形成されている。
【００２２】
前記第１の電極本体２８ａと第２の電極本体２８ｂは、第４〜第６の誘電体層Ｓ４〜Ｓ６に連続して形成されたスルーホール２８ｃを通じて互いに電気的に接続され、これら第１の電極本体２８ａ、第２の電極本体２８ｂ及びスルーホール２８ｃにて結合調整電極２８が構成されている。
【００２３】
第９の誘電体層Ｓ９の一主面には、一端がアース電極２０に接続され、かつ、前記第２の共振器用電極１４ｂの開放端側と対向する内層アース電極３４が形成されている。
【００２４】
そして、この第１の実施の形態に係る積層型誘電体フィルタ１０Ａにおいては、第１及び第２の共振器用電極１４ａ及び１４ｂ間に存在する第４〜第６の誘電体層Ｓ４〜Ｓ６が、他の誘電体層（第１〜第３の誘電体層Ｓ１〜Ｓ３並びに第７〜第９の誘電体層Ｓ７〜Ｓ９）の誘電率よりも低い誘電率を有する材料で構成されている。
【００２５】
通常、積層型誘電体フィルタ１０Ａの小型化に伴って、隣接する第１及び第２の共振器用電極１４ａ及び１４ｂ間の距離が狭くなり、その結果、第１及び第２の共振器用電極１４ａ及び１４ｂ間の誘導結合の度合いが高くなり、共振器間の誘導結合の調整幅並びに帯域幅と減衰極の調整幅も狭くなる。
【００２６】
しかし、この第１の実施の形態に係る積層型誘電体フィルタ１０Ａでは、隣接する第１及び第２の共振器用電極１４ａ及び１４ｂ間の誘電体を低誘電率の材料にて構成するようにしているため、隣接する複数の共振器用電極１４ａ及び１４ｂ間のインピーダンスが高くなり、その分、共振器用電極１４ａ及び１４ｂ間の誘導結合の度合いが低くなる。その結果、積層型誘電体フィルタ１０Ａの小型化に伴って、隣接する複数の共振器用電極１４ａ及び１４ｂ間の距離が狭くなっても、共振器間の誘導結合の調整幅並びに帯域幅と減衰極の調整幅が狭くなることはなく、所望の特性を得ることができる。これは、積層型誘電体フィルタ１０Ａの更なる小型化を促進できることにつながる。
【００２７】
ここで、１つの実験例を示す。この実験例は、実施例１及び実施例２について、図３に示すように、第１及び第２の共振器用電極１４ａ及び１４ｂ間に介在する低誘電率材料（低誘電体材料）４０を使用する寸法を変化させたときのインピーダンスの変化をみたものである。
【００２８】
実験結果を図４に示す。この図４において、◆で示す特性が実施例１であり、○で示す特性が実施例２である。また、横軸は、低誘電率材料４０の比率を示し、この比率は、図３に示すように、第１及び第２の共振器用電極１４ａ及び１４ｂ間の寸法をＬａ、第１及び第２の共振器用電極１４ａ及び１４ｂ間に介在する低誘電率材料４０の寸法をＬｂとしたとき、以下の関係式で示されるものである。
【００２９】
比率＝（Ｌｂ／Ｌａ）×１００（％）
実施例１は、第１及び第２の共振器用電極１４ａ及び１４ｂ間に介在する低誘電率材料４０の誘電率εｒを２５とし、それ以外の誘電率εｒを８０とした場合を示す。実施例２は、第１及び第２の共振器用電極１４ａ及び１４ｂ間に介在する低誘電率材料４０の誘電率εｒを７とし、それ以外の誘電率εｒを８０とした場合を示す。
【００３０】
図４の実験結果からもわかるように、第１及び第２の共振器用電極１４ａ及び１４ｂ間に介在する低誘電率材料４０の量が多くなるほど、積層型誘電体フィルタ１０Ａのインピーダンスが高くなっている。これは、インピーダンスが高くなっている分だけ、共振器用電極１４ａ及び１４ｂ間の誘導結合の度合いが低くなること示している。
【００３１】
次に、第１の実施の形態に係る積層型誘電体フィルタ１０Ａの製造方法について説明する。
【００３２】
この第１の実施の形態に係る積層型誘電体フィルタ１０Ａにおいては、各種電極を誘電体基板１２内に内装（内蔵）することから、これらの電極は、損失の少ない比抵抗の低いものを用いることが好ましい。
【００３３】
使用する誘電体としては、信頼性が高く、誘電率の選択の幅が広いもの、即ち、セラミック誘電体が好ましい。この場合、積層型誘電体フィルタ１０Ａの小型化を有効に図ることができる。
【００３４】
また、製造方法としては、セラミック粉末の成形体に導体ペーストを塗布して電極パターンを形成した後、各々の成形体を積層し、更に焼成して緻密化し、導体がその内部に積層された状態でセラミック誘電体と一体化することが望ましい。
【００３５】
Ａｇ系やＣｕ系の導体を使用する場合には、それらの導体の融点が低く、通常の誘電体材料と同時焼成することは困難であることから、それらの融点（１１００℃以下）よりも低い温度で焼成され得る誘電体材料を用いる必要がある。
【００３６】
また、マイクロ波フィルタとしてのデバイスの性格上、形成される共振回路の共振周波数の温度特性（温度係数）が±５０ｐｐｍ／℃以下になるような誘電体材料が好ましい。
【００３７】
このような誘電体材料としては、例えばコージェライト系ガラス粉末とＴｉＯ₂粉末及びＮｄ₂Ｔｉ₂Ｏ₇粉末との混合物等のガラス系のものや、ＢａＯ−ＴｉＯ₂−Ｒｅ₂Ｏ₃−Ｂｉ₂Ｏ₃系組成（Ｒｅ：レアアース成分）に若干のガラス形成成分やガラス粉末を添加したもの、酸化バリウム−酸化チタン−酸化ネオジウム系誘電体磁気組成物粉末に若干のガラス粉末を添加したものがある。
【００３８】
一例として、第１の実施の形態に係る積層型誘電体フィルタ１０Ａの第１〜第３の誘電体層Ｓ１〜Ｓ３並びに第７〜第９の誘電体層Ｓ７〜Ｓ９（誘電率εｒ＝８０）に対しては、ＭｇＯ（１８ｗｔ％）−Ａｌ₂Ｏ₃（３７ｗｔ％）−ＳｉＯ₂（３７ｗｔ％）−Ｂ₂Ｏ₃（５ｗｔ％）−ＴｉＯ₂（３ｗｔ％）からなる組成のガラス粉末７３ｗｔ％と、市販のＴｉＯ₂粉末１７ｗｔ％と、Ｎｄ₂Ｔｉ₂Ｏ₇粉末１０ｗｔ％とを十分に混合し、混合粉末を得た。
【００３９】
なお、Ｎｄ₂Ｔｉ₂Ｏ₇粉末は、Ｎｄ₂Ｏ₃粉末とＴｉＯ₂粉末とを１２００℃で仮焼した後、粉砕して得たものを使用した。
【００４０】
また、第４〜第６の誘電体層Ｓ４〜Ｓ６（誘電率εｒ＝２５）に対しては、ＺｎＯ（１７ｍｏｌ％）−ＢａＯ（２４ｍｏｌ％）−ＴｉＯ₂（４９ｍｏｌ％）−ＭｎＯ（５ｍｏｌ％）−Ａｌ₂Ｏ₃（５ｍｏｌ％）からなる組成１００ｗｔ％と、ガラス粉末５ｗｔ％とを十分に混合し、混合粉末を得た。
【００４１】
次いで、それぞれの混合粉末に、アクリル系有機バインダ、可塑剤、トルエン及びアルコール系の溶剤を加え、アルミナ玉石で十分に混合してスラリーとした。そして、このスラリーを用いて、ドクターブレード法により、０．２ｍｍ〜０．５ｍｍの厚みのグリーンテープを作製した。
【００４２】
次に、銀ペーストを導体ペーストとして、図２に示した導体パターンをそれぞれ印刷し、次いで、これら導体パターンが印刷されたグリーンテープの厚みを調整するために必要なグリーンテープを重ねて図２の構造となるように重ね、積層した後、例えば９００℃で焼成して、誘電体基板１２を作製した。
【００４３】
以上の製造方法を採用することにより、第１及び第２の共振器用電極１４ａ及び１４ｂ間に存在する第４〜第６の誘電体層Ｓ４〜Ｓ６を、他の誘電体層（第１〜第３の誘電体層Ｓ１〜Ｓ３並びに第７〜第９の誘電体層Ｓ７〜Ｓ９）の誘電率よりも低い材料で容易に構成することができる。
【００４４】
上述の例では、第１及び第２の共振器用電極１４ａ及び１４ｂを縦方向に設置して、水平方向に積層させた場合を示したが、その他、図５の変形例に係る積層型誘電体フィルタ１０Ａａに示すように、第１及び第２の共振器用電極１４ａ及び１４ｂを水平方向に設置して、鉛直方向に積層させた場合にも適用させることができる。
【００４５】
次に、第２の実施の形態に係る積層型誘電体フィルタ１０Ｂについて図６を参照しながら説明する。なお、第１の実施の形態に係る積層型誘電体フィルタ１０Ａと対応するものについては同符号を付してその重複説明を省略する。
【００４６】
この第２の実施の形態に係る積層型誘電体フィルタ１０Ｂは、図６に示すように、上述した第１の実施の形態に係る積層型誘電体フィルタ１０Ａとほぼ同様の構成を有するが、３本の共振器用電極（第１〜第３の共振器用電極１４ａ〜１４ｃ）が内蔵されている点で異なる。
【００４７】
即ち、この第２の実施の形態に係る積層型誘電体フィルタ１０Ｂは、図６に示すように、誘電体基板１２が、手前側から順に、第１〜第１４の誘電体層Ｓ１〜Ｓ１４が積み重ねられて構成され、これら誘電体層Ｓ１〜Ｓ１４のうち、第３の誘電体層Ｓ３の一主面に第１の共振器用電極１４ａが形成され、第８の誘電体層Ｓ８の一主面に第２の共振器用電極１４ｂが形成され、第１３の誘電体層Ｓ１３の一主面に第３の共振器用電極１４ｃが形成されている。
【００４８】
更に、第２、第４、第７、第９、第１２及び第１４の誘電体層Ｓ２、Ｓ４、Ｓ７、Ｓ９、Ｓ１２及びＳ１４にそれぞれ内層アース電極２６、３０、３２、５０、５２及び５４が形成されている。
【００４９】
また、第４の誘電体層Ｓ４の一主面に形成された第１の電極本体２８ａ、第７の誘電体層Ｓ７の一主面に形成された第２の電極本体２８ｂ並びに第１及び第２の電極本体２８ａ及び２８ｂを電気的に接続する第１のスルーホール２８ｃにて第１の結合調整電極２８が構成され、第９の誘電体層Ｓ９の一主面に形成された第３の電極本体５６ａ、第１２の誘電体層Ｓ１２の一主面に形成された第４の電極本体５６ｂ並びに第３及び第４の電極本体５６ａ及び５６ｂを電気的に接続する第２のスルーホール５６ｃにて第２の結合調整電極５６が構成されている。
【００５０】
そして、この第２の実施の形態に係る積層型誘電体フィルタ１０Ｂにおいては、第１及び第２の共振器用電極１４ａ及び１４ｂ間に存在する第４〜第６の誘電体層Ｓ４〜Ｓ６、並びに第２及び第３の共振器用電極１４ｂ及び１４ｃ間に存在する第９〜第１１の誘電体層Ｓ９〜Ｓ１１が、他の誘電体層（第１〜第３の誘電体層Ｓ１〜Ｓ３、第７及び第８の誘電体層Ｓ７及びＳ８並びに第１２〜第１４の誘電体層Ｓ１２〜Ｓ１４）の誘電率よりも低い誘電率を有する材料で構成されている。
【００５１】
従って、この第２の実施の形態に係る積層型誘電体フィルタ１０Ｂにおいても、上述した第１の実施の形態に係る積層型誘電体フィルタ１０Ａと同様に、積層型誘電体フィルタ１０Ｂの小型化を進めても誘導結合の調整幅や、帯域幅と減衰極の調整幅などが狭くなるということがなく、積層型誘電体フィルタ１０Ｂの小型化をより促進させることができる。
【００５２】
上述の例では、第１及び第２の共振器用電極１４ａ及び１４ｂ間に存在する第４〜第６の誘電体層Ｓ４〜Ｓ６、並びに第２及び第３の共振器用電極１４ｂ及び１４ｃ間に存在する第９〜第１１の誘電体層Ｓ９〜Ｓ１１を低い誘電率を有する材料で構成する場合を示したが、その他、前記第４〜第６の誘電体層Ｓ４〜Ｓ６、あるいは前記第９〜第１１の誘電体層Ｓ９〜Ｓ１１を低い誘電率を有する材料で構成するようにしてもよい。
【００５３】
次に、第３の実施の形態に係る積層型誘電体フィルタ１０Ｃについて図７及び図８を参照しながら説明する。
【００５４】
この第３の実施の形態に係る積層型誘電体フィルタ１０Ｃは、基本的には、図７及び図８に示すように、同一の誘電体層の一主面に第１及び第２の共振器用電極１４ａ及び１４ｂが形成され、これら第１及び第２の共振器用電極１４ａ及び１４ｂ間に鉛直方向に延在する複数本のビアホール６０が形成され、更に、これらビアホール６０に誘電体層よりも低誘電率の材料４０が充填されて構成されている。
【００５５】
この第３の実施の形態に係る積層型誘電体フィルタ１０Ｃにおいても、上述した結合調整電極や内層アース電極を形成するようにしてもよい。
【００５６】
このように、第３の実施の形態に係る積層型誘電体フィルタ１０Ｃにおいては、上述した第１の実施の形態に係る積層型誘電体フィルタ１０Ａと同様に、横方向に隣接する第１及び第２の共振器用電極１４ａ及び１４ｂ間の誘電体層を低誘電率材料４０にて構成するようにしたので、積層型誘電体フィルタ１０Ｃの小型化を進めても誘導結合の調整幅や、帯域幅と減衰極の調整幅などが狭くなるということがなく、積層型誘電体フィルタ１０Ｃの小型化をより促進させることができる。
【００５７】
なお、この発明に係る積層型誘電体フィルタは、上述の実施の形態に限らず、この発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る積層型誘電体フィルタによれば、フィルタの小型化を進めても誘導結合の調整幅や、帯域幅と減衰極の調整幅などが狭くなるということがなく、フィルタの小型化をより促進させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る積層型誘電体フィルタを示す斜視図である。
【図２】第１の実施の形態に係る積層型誘電体フィルタを示す分解斜視図である。
【図３】実験例における低誘電体材料の比率を説明するための図である。
【図４】実験結果を示す特性図である。
【図５】第１の実施の形態に係る積層型誘電体フィルタの変形例を示す斜視図である。
【図６】第２の実施の形態に係る積層型誘電体フィルタを示す分解斜視図である。
【図７】第３の実施の形態に係る積層型誘電体フィルタを示す斜視図である。
【図８】第３の実施の形態に係る積層型誘電体フィルタを示す縦断面図である。
【符号の説明】
１０Ａ、１０Ａａ、１０Ｂ、１０Ｃ…積層型誘電体フィルタ
１２…誘電体基板
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ…共振器用電極
４０…低誘電率材料（低誘電体材料）

Claims

複数の誘電体層が積層されて構成された誘電体基板内に、複数の共振器用電極が配置されて構成された積層型誘電体フィルタにおいて、
隣接する前記複数の共振器用電極は、各電極面が前記誘電体層を間に挟んで対向する位置に重ねられ、且つ、前記各電極面が前記誘電体基板の入出力端子が形成される互いに対向する２つの側面にそれぞれ対向して形成され、
隣接する前記複数の共振器用電極間の１以上の誘電体層が、それ以外の誘電体層の誘電率よりも低い誘電率の材料にて構成され、
隣接する前記複数の共振器用電極間に結合調整電極が形成され、
前記結合調整電極は、
前記一方の共振器用電極寄りの誘電体層の一主面に形成された第１電極と、
前記他方の共振器用電極寄りの誘電体層の一主面に形成された第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極とを電気的に接続するスルーホールとを有し、
隣接する前記第１電極と前記第２電極間に前記１以上の誘電体層が介在していることを特徴とする積層型誘電体フィルタ。