JP5123937B2 - 平面基板上のフィルタのグランド方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品のグランド方法（grounding strategy）に関し、より具体的には、平面基板上のフィルタのグランド方法に関する。

マイクロストリップ技術あるいはストリップライン技術を用いて基板上に形成された電子部品、特に電子フィルタは、チップ基板における異なる位置でシステムグランド面に接続されたオンチップ回路グランドを有することが多い。従来、これらグランド接続は、近年開発された複雑なフリップチップ技術を用いることなく、図１に示されるように、ビアホールやボンドワイヤや側壁金属終端によって実現可能であった。フィルタの応用例では、これらグランド接続は付随の寄生インダクタンスをもたらす。寄生インダクタンスは、高周波信号に対してより大きな影響を与えるので、特に阻止帯域の高域側においてフィルタ性能を低下させるおそれがある。これは、インダクタのリアクタンスと周波数との比例関係によるものである。

ビアホールの応用例では、グランド接続に関連する寄生グランドインダクタンスの総計を減少させるため、回路のノードをグランドに接続するビアホールがより多く用いられる場合がある。ビアホールは、部品をグランドによりダイレクトに接続するのに用いられうるので、寄生インダクタンスの総計の減少を実現することができる。しかし、ビアホールを形成するプロセスは時間がかかり、特にエッチングプロセスのために費用がかかる。同様に、ワイヤボンドの応用例では、回路のノードをグランドに接続するために追加のワイヤが用いられうる。しかし、追加のワイヤボンドは、より大きなボンディングパッド面とパッドへのアクセス空間を必要とする。側壁終端の応用例に関しては、一般に、長方形の部品の各側面に４つの側壁が存在する。これら４つの側壁終端のうち、一般に、２つが信号の入出力ポート用に用いられ、２つの側壁終端のみがグランド接続用に用いられる。従って、可能なグランド接続部の数は限られる。

上記に鑑み、本発明は、電子部品のグランド方法を提供する。本発明は、特に、１つ以上の共振器の一組を１つのグランド接続部に接続し、１つ以上の共振器の第２の組を他のグランド接続部に接続することにより、薄膜電子部品における共通グランド接続部に関連したフィードバック効果を低減させるものである。この方法は、全ての共振器に対する共通グランドインダクタンスのフィードバック効果を低減させる。共通グランドインダクタンスによって生じるフィルタの帯域外阻止性能の低下が抑制される。この別々のグランド経路によって、阻止帯域に追加の伝送ゼロを生じさせることができ、それら追加の伝送ゼロを、最大の減衰量が望まれる周波数地点へとそれぞれ別個に調整することが可能になる。

本発明は、その一実施形態によれば、２層以上の第１の組の薄膜層に配置された１つ以上の共振器の第１の組と、２層以上の第２の組の薄膜層に配置された１つ以上の共振器の第２の組と、第１のグランド接続部と、第２のグランド接続部とを含む電子部品を提供する。前記１つ以上の共振器の第１の組における各共振器は第１のグランド接続部に接続され、前記１つ以上の共振器の第２の組における各共振器は第２のグランド接続部に接続される。これにより、電子部品の寄生グランドインダクタンスによって生じる共振器間の干渉を低減し、電子部品の性能を向上させることができる。

本発明の他の実施形態によれば、前記２層以上の第１の組の薄膜層と前記２層以上の第２の組の薄膜層は同一である。

本発明の更に他の実施形態によれば、前記第１のグランド接続部と前記第２のグランド接続部は、側壁終端として実装されてもよい。

本発明の更に他の実施形態によれば、前記１つ以上の共振器の第１の組の前記第１のグランド接続部への接続は第１のグランドインダクタンスを有し、前記１つ以上の共振器の第２の組の前記第２のグランド接続部への接続は第２のグランドインダクタンスを有し、第１のグランドインダクタンスは、第２のグランドインダクタンスと異なっている。

本発明の他の実施形態によれば、前記１つ以上の共振器の第１の組は、互いに実質的に同じサイズと形状を有し、前記１つ以上の共振器の第２の組は、前記１つ以上の共振器の第１の組とは異なるサイズおよび／または形状を有する。

本発明の更に他の実施形態によれば、前記１つ以上の共振器の第１の組は２つの共振器からなり、前記１つ以上の共振器の第２の組は１つの共振器からなり、前記２層以上の第１の組の薄膜層は２層の薄膜層からなり、前記２層以上の第２の組の薄膜層は２層の薄膜層からなる。

本発明の更に他の実施形態によれば、電子部品は、更に、２つの長尺側面と２つの短尺側面を有する長方形のハウジングと、入力用接続部と、出力用接続部とを含む。前記第１および第２のグランド接続部は、前記ハウジングにおける２つの長尺側面に側壁終端として構成され、前記入力用接続部と出力用接続部は、前記ハウジングにおける２つの短尺側面に側壁終端として構成される。

本発明の更に他の実施形態によれば、電子部品は、更に、２つの長尺側面と２つの短尺側面を有する長方形のハウジングと、入力用接続部と、出力用接続部とを含む。前記第１および第２のグランド接続部は、前記ハウジングにおける２つの短尺側面に側壁終端として構成され、前記入力用接続部と出力用接続部は、前記ハウジングにおける２つの長尺側面に側壁終端として構成される。

本発明は、他の実施形態によれば、予め見積もられた形状とサイズを有する１つ以上の共振器の第１の組が第１のグランド接続部に接続され、予め見積もられた形状とサイズを有する１つ以上の共振器の第２の組が第２のグランド接続部に接続される薄膜フィルタにおける共振器の形状とサイズを決定する方法を提供する。この方法は、（１）薄膜フィルタの通過帯域の中心周波数を選択する工程と、（２）第１の組と第２の組の両方の共振器においてインダクタの当初のサイズと形状を見積もる工程と、（３）選択された通過帯域の中心周波数に基づいて、薄膜フィルタの第２および第３の高調波周波数を算出する工程と、（４）第１および第２のグランド接続部の経路をそれぞれ選択する工程と、（５）第１および第２のグランド接続部に付随する各グランドインダクタンスを求める工程と、（６）第１のグランド接続部に付随する寄生インダクタンスを求める工程と、（７）前記第２の高調波周波数と、前記グランドインダクタンスと、前記寄生インダクタンスから、第１の組における共振器のキャパシタンスを算出する工程と、（８）選択された通過帯域の中心周波数と、算出された第１の組における共振器のキャパシタンスから、第１の組における共振器のインダクタンスを算出する工程と、（９）算出された第１の組における共振器のキャパシタンスとインダクタンスに基づいて、第１の組における共振器の形状とサイズを調整する工程と、（１０）第２のグランド接続部に付随する寄生インダクタンスを求める工程と、（１１）前記第３の高調波周波数と、前記グランドインダクタンスと、前記寄生インダクタンスから、第２の組における共振器のキャパシタンスを算出する工程と、（１２）選択された通過帯域の中心周波数と、算出された第２の組における共振器のキャパシタンスから、第２の組における共振器のインダクタンスを算出する工程と、（１３）算出された第２の組における共振器のキャパシタンスとインダクタンスに基づいて、第２の組における共振器の形状とサイズを調整する工程とを含む。

ここに記載した本発明に関する記述は、単なる例示と説明にとどまり、特許請求の範囲に記載の本発明をなんら制限するものでないことを理解されたい。

以下、添付図面に例示される本発明の代表的な実施形態を詳細に参照する。

本発明は、電子部品のグランド方法、特に、平面基板を有するフィルタのグランド方法を提供する。このグランド方法は、例えば、任意の薄膜技術によって構成される電子部品に適用することができる。

側壁終端を有する従来の薄膜フィルタは、ハウジングのサイズが１ｍｍ×０．５ｍｍで基板の厚さが０．３ｍｍの場合、一般に、約０．１６ｎＨのグランドインダクタンスを示す。図２Ａと図２Ｂは、３つの共振器を有するそのようなバンドパスフィルタの構造の一例を示し、図３は、その回路図を示す。図２Ａに示したバンドパスフィルタは、それぞれインダクタＬ６を介してグランド１７０に接続された３つのＬＣ共振器１３０を有している。グランド１７０は側壁終端として構成されている。更に３つの側壁終端は、入力端子１５０、出力端子１６０、および遊休状態の他のグランド接続部１７１として機能する。図２Ａの符号１４０の部分は、３つの共振器を結合するとともに入力端子と出力端子へ接続する結合ネットワークとして機能する。図２Ｂは、図２Ａに示したバンドパスフィルタの上部層の上面図である。図２Ｂは、３つのＬＣ共振器（Ｌ１／Ｃ１／Ｌ１１；Ｌ２／Ｃ２／Ｌ２１；Ｌ３／Ｃ３／Ｌ３１）の各々がインダクタＬ６を介してグランド接続部１７０に接続されていることをより明瞭に示している。図３は、図２Ａ，２Ｂに示したレイアウトの回路図である。繰り返すが、各ＬＣ共振器は、インダクタＬ６を介して１つのグランド接続部１７０に接続されている。この、チップの下端部におけるグランド接続部（１７０）は、このフィルタ構造に好都合な接続のために用いられており、上端部におけるもう一方のグランド端子（１７１）は遊休状態になっている。

０．１６ｎＨの共通グランドインダクタンス（図２Ａ，図２Ｂ，図３におけるＬ６）を有する場合と有しない場合のフィルタ性能を図４に示す。レスポンス４０２は、共通グランドインダクタンスが無い場合のフィルタのレスポンスを示し、レスポンス４０１は、グランドインダクタンスが０．１６ｎＨの場合のフィルタのレスポンスを示す。図４からわかるように、共通グランドインダクタンスが無い場合、阻止帯域においては高域側と低域側の両方で減衰量がより大きくなる。３つの共振器間の結合インダクタとして機能する共通グランドインダクタンスの存在によって、高域側の阻止帯域における帯域外阻止性能が２０ｄＢより大きく低下したことがわかる。帯域外性能を向上させるためにフィルタの内部構造の種々変更を試みたが、限られた向上しか達成できなかった。

図５は、本発明の一実施形態に係る、別々のグランド接続部を有するフィルタの回路図である。図５からわかるように、各共振器（Ｌ１／Ｃ１／Ｌ１１；Ｌ２／Ｃ２／Ｌ２１；Ｌ３／Ｃ３／Ｌ３１）は、別々のグランドインダクタ（Ｌ６，Ｌ７，Ｌ８）を介してグランドに接続されている。１つの共通グランド接続部（Ｌ６）を用いた図３の回路図と比較すると、３つのＬＣ共振器に対して、インダクタンスＬ６，Ｌ７，Ｌ８で表される別々の接続部が用いられている。この接続配置により、３つの共振器間の不要なグランド結合を排除することができる。

プロセス上の制限や現在用いられている工業基準により、側壁終端には、要求される最小限度の寸法がある。従って、ＳＭＤ（表面実装デバイス）部品という特定の用途向けのケースのサイズでは、側壁終端の数が制限される場合がある。ケースのサイズが１ｍｍ×０．５ｍｍの薄膜フィルタの場合、一般に、利用できる側壁終端の数は４つだけであり、このうち２つは、入力ポートと出力ポートに用いられる。従って、グランド接続部として使用できる側壁終端の数は２つだけである。図５に示したフィルタ設計では３つのＬＣ共振器を用いている。従って、４つの側壁終端を備えたケースのサイズに収まるためには、２つの共振器が１つのグランド接続部を共用することになる。

図６Ａは、４つの側壁終端を備えたパッケージで３つのＬＣ共振器を有するバンドパスフィスタの物理的レイアウトの等角図である。図６Ａに示すレイアウトは、側壁パッケージング型の１ｍｍ×０．５ｍｍフォームファクタで構成されるべきバンドパスフィルタである。共振器６３０，６３１は、集中インダクタ・キャパシタ共振器として構成される。インダクタンス値が同じ場合、コイルインダクタは伝送線路１本よりも占有スペースが小さい。その理由は、コイルの全てのターンによって磁束が共有され、従って面積当たりのインダクタンス密度が高くなるからである。最適な回路構造でのフィルタ性能を入念に吟味した結果、左側と中央の共振器６３０が下部グランド接続部６７０を共用するよう選択され、第３の共振器６３１が、別個の上部グランド終端６７１に接続されている。残り２つの側壁終端は、入力端子６５０および出力端子６６０として用いられている。

図５と図６Ａに示したフィルタレイアウト図では、Ｌ１，Ｌ１１，Ｃ１が第１の共振器６３０を構成し、Ｌ２，Ｌ２１，Ｃ２が第２の共振器６３０を構成し、Ｌ３，Ｌ３１，Ｃ３が第３の共振器６３１を構成している。Ｃ５１とＬ５１は、第１と第２の共振器間の相互接続（結合）回路となっている。Ｃ５２とＬ５２は、第２と第３の共振器間の相互接続（結合）回路となっている。Ｃ４とＬ４は、第１と第３の共振器間のみならず、フィルタの入力ポート１５０と出力ポート１６０との間の結合回路となっている。Ｃ５１とＬ５１、Ｃ５２とＬ５２、Ｃ４とＬ４によって形成されるこれら結合回路は、共に、結合ネットワーク１４０を構成する。このような結合ネットワークは、バンドパスフィルタの所望の周波数応答特性を作り出すためにどのような態様で設けてもよい。

図６Ａに示した構造は、２層の金属層を有する薄膜構造である。しかし、本発明は、２層以上の薄膜層を有する薄膜構造にも適用可能である。また、図６Ａに示したフィルタは３つの共振器を用いているが、本発明は、１つ以上の共振器を有するフィルタに適用可能である。更に、本発明は、バンドパスフィルタに限らず、共振器を利用するものであればいかなる電子部品にも使用することができる。

図６Ｂは、図６Ａに示したバンドパスフィルタにおける上層の物理的レイアウトを示す図である。図６Ｃは、図６Ａに示したバンドパスフィルタにおける下層の物理的レイアウトを示す図である。なお、図６Ｂと６Ｃに示した上層と下層は逆になってもよい。

図６Ｂに示すように、第１の共振器（Ｌ１，Ｌ１１，Ｃ１）と、第２の共振器（Ｌ２，Ｌ２１，Ｃ２）と、第３の共振器（Ｌ３，Ｌ３１，Ｃ３）は、一部が上部金属層に形成される。金属領域６０３は、金属−絶縁体−金属（ＭＩＭ）キャパシタＣ１のトッププレートを形成する。金属領域６０３（Ｃ１）は、金属領域６０５（Ｌ１１）を介して金属領域６０７（Ｌ１）に接続される。金属領域６０７（Ｌ１）は、ビア６０９を介して、下層上のインダクタＬ１の残部に接続される。機能的に、金属領域６０３と６０５は、共に、金属領域６０３によって形成されるキャパシタＣ１に対して直列に接続されるインダクタＬ１１を形成する。この直列ＬＣ回路（すなわち、Ｃ１とＬ１１）は、インダクタＬ１と並列に接続されてＬＣ共振器を形成する。

金属領域６０７（Ｌ１）は、第１のＬＣ共振器（Ｌ１，Ｌ１１，Ｃ１）を第２のＬＣ共振器（Ｌ２，Ｌ２１，Ｃ２）に接続するため、金属領域６１５（Ｌ２１）に接続される。金属領域６１３は、ＭＩＭキャパシタＣ２のトッププレートを形成する。金属領域６１３（Ｃ２）は、金属領域６１５（Ｌ２１）を介して金属領域６１７（Ｌ２）に接続される。金属領域６１７（Ｌ２）は、ビア６１９を介して下層上のインダクタＬ２の残部に接続される。機能的に、金属領域６１３と６１５は、共に、金属領域６１３によって形成されるキャパシタＣ２に対して直列に接続されるインダクタＬ２１を形成する。この直列ＬＣ回路（すなわち、Ｃ２とＬ２１）は、インダクタＬ２と並列に接続されてＬＣ共振器を形成する。

金属領域６２３は、ＭＩＭキャパシタＣ３のトッププレートを形成する。金属領域６２３（Ｃ３）は、金属領６２７（Ｌ３）と金属領域６２５（Ｌ３１）に接続される。金属領域６２７（Ｌ３）は、ビア６２９を介して下層上のインダクタＬ３の残部に接続される。機能的に、金属領域６２３と６２５は、共に、金属領域６２３によって形成されるキャパシタＣ３に対して直列に接続されるインダクタＬ３１を形成する。この直列ＬＣ回路（すなわち、Ｃ３とＬ３１）は、インダクタＬ３と並列に接続されてＬＣ共振器を形成する。

最初の２つのＬＣ共振器（Ｌ１／Ｃ１／Ｌ１１と、Ｌ２／Ｃ２／Ｌ２１）は、金属領域６４７を介してグランド６７０（ここでは側壁終端）に接続される。機能的に、金属領域６４７と側壁グランド接続部６７０は、共に、グランドインダクタＬ６を形成する。金属領域６４７は金属領域６１７（Ｌ２）に接続され、金属領域６１７（Ｌ２）は、金属領域６１５（Ｌ１１）を介して金属領域６０７（Ｌ１）に接続される。第３の共振器（Ｌ３／Ｃ３／Ｌ３１）は、金属領域６２５（Ｌ３１）を介してグランド６７１（ここでは側壁終端，図８におけるＬ７）に接続される。

結合ネットワークも、一部が上部金属層内に含まれている。金属領域６３９は、ＭＩＭキャパシタＣ５１のトッププレートとインダクタＬ５１の両方を形成する。同様に、金属領域６４１は、ＭＩＭキャパシタＣ５２のトッププレートとインダクタＬ５２の両方を形成する。金属領域６３９と６４１は、ビア６３３を介して下層上の結合ネットワークの残部に接続される。また、金属領域６４３は、ＭＩＭキャパシタＣ４のトッププレートを形成する。このキャパシタは、ビア６３５を介して下層上の結合ネットワークの残部に接続される。

ここで、図６Ｃに示される下層について説明すると、金属領域６５０（入力端子）は、金属領域７０３（Ｃ１）に接続されている。金属領域７０３は、ＭＩＭキャパシタＣ１のボトムプレートを形成する。金属領域７０３は、ＭＩＭキャパシタＣ５１のボトムプレートを形成する金属領域７３９に接続される。金属領域７３９（Ｃ５１）は、下層においてインダクタＬ１の他の部分を形成する金属領域７０７にも接続される。インダクタＬ１のこの部分は、ビア６０９を介して、上層にある当該インダクタの残部に接続される。

金属領域７１３は、ＭＩＭキャパシタＣ２のボトムプレートを形成する。金属領域７１３は金属領域７９０に接続され、金属領域７９０は、ビア６３３を介して、第２の共振器（すなわちＬ２，Ｌ２１，Ｃ２）を結合ネットワークに接続する。金属領域７９０は、下層においてインダクタＬ２の他の部分を形成する金属領域７１７にも接続される。インダクタＬ２のこの部分は、ビア６１９を介して、上層にある当該インダクタの残部に接続される。

金属領域７２３は、ＭＩＭキャパシタＣ３のボトムプレートを形成する。金属領域７２３は、ＭＩＭキャパシタＣ５２のボトムプレートを形成する金属領域７４１に接続される。金属領域７２３（Ｃ３）は、下層においてインダクタＬ３の他の部分を形成する金属領域７２７にも接続される。インダクタＬ１のこの部分は、ビア６２９を介して、上層にある当該インダクタの残部に接続される。金属領域７２３（Ｃ３）は、金属領域６６０（出力ポート）にも接続される。

ここで、結合ネットワークの残部について説明すると、金属領域７４１は、ＭＩＭキャパシタＣ４の下部プレートと、インダクタＬ４の一部を形成する。金属領域７４１は、ビア６３５を介して結合ネットワークの残部、すなわち金属領域６４３（キャパシタＣ４の上部プレート）につながっている。

図６Ａないし６Ｃからわかるように、最初の２つの共振器６３０は形状およびサイズがほぼ同じであるのに対し、第３の共振器６３１は、形状およびサイズが異なっている。第３の共振器は、最初の２つの共振器とは異なるグランドインダクタンスを有するので、全てが同一のグランドに接続される３つの同じＬＣ共振器を備えた回路と実質的に同様の周波数特性（この場合、同じ通過帯域）を維持するために、その形状を変更してもよい。従って、第３のＬＣ共振器の構成要素Ｌ３およびＣ３は、ＬＣ共振器の共振周波数の要件（通常は、要求される通過帯域周波数の中心に近い）と、減衰帯域において望まれる追加の伝送ゼロの周波数の要件を両方満たすように設計される必要がある。Ｌ３とＣ３の近似計算式を以下に示す。

予め見積もられた形状とサイズを有する１つ以上の共振器の第１の組が第１のグランド接続部に接続され、予め見積もられた（すなわち未だ決定していない）形状とサイズを有する１つ以上の共振器の第２の組が第２のグランド接続部に接続される薄膜フィルタにおける共振器の形状とサイズを決定するのに、以下の工程を用いることができる。第１の工程は、薄膜フィルタの通過帯域の中心周波数を選択する工程である。次に、選択された通過帯域の中心周波数で周波数特性を形成することになる前記第１および第２の共振器の組に関して、インダクタの当初のサイズと形状を選択する。そして、薄膜フィルタの第２および第３の高調波周波数を算出する。これら周波数は、周波数特性における伝送ゼロの位置を決定することになる。

所望の周波数特性とインダクタの当初のサイズおよび形状が決定した後、第１および第２のグランド接続部の経路を選択する。その経路に基づいて、第１および第２のグランド接続部に付随するグランドインダクタンスを求める。また、第１のグランド接続部に付随する寄生インダクタンスも求める。第１のグランド接続部に関して求めたグランドインダクタンスと寄生インダクタンス、および通過帯域の中心周波数から算出した第２の高調波周波数に基づいて、第１の組における共振器のキャパシタンス値を算出する。この値は、第２の高調波周波数ｆ_２についての以下の数式を用いて算出することができる。

ｆ_２≒１／２π√{(Ｌ_１１＋Ｌ_６)Ｃ_１}

Ｌ_１１は、図６Ａに示した第１の共振器の寄生インダクタンスであり、Ｌ_６は、第１の共振器の組のグランドインダクタンスである。第２の高調波周波数はｆ_２で表される。これら値の各々がわかっているので、上記数式をアレンジし直してＣ_１を求めることができる。Ｃ_２を求めるのにも同じ数式を用いることができる（Ｌ１１をＬ２１に置き換える）。第１の共振器の組のキャパシタンス値を算出した後、以下の数式を利用して第２の共振器の組のインダクタンスを調整してもよい。

ｆ_０≒１／２π√(Ｌ_１／２Ｃ_１／２)

第１の共振器の組のインダクタンス値およびキャパシタンス値を算出した後、第１の組におけるインダクタとキャパシタの形状とサイズを選択してもよい。

次に、第２のグランド接続部に付随する寄生インダクタンスを求める。第２のグランド接続部に関して求めたグランドインダクタンスと寄生インダクタンス、および選択した第３の高調波周波数に基づいて、第２の組における共振器のキャパシタンス値を算出する。この値は、以下の数式を用いて算出することができる。

ｆ_３≒１／２π√{(Ｌ_３１＋Ｌ_７)Ｃ_３}

Ｌ_３１は、図６Ａに示した第３の共振器６３１の寄生インダクタンスであり、Ｌ_７は、第２の共振器の組のグランドインダクタンスである。第３の高調波周波数はｆ_３で表される。これら値の各々がわかっているので、上記数式をアレンジし直してＣ_３を求めることができる。第２の共振器の組のキャパシタンス値を算出した後、以下の数式を利用して第２の共振器の組のインダクタンスを調整してもよい。

ｆ_０≒１／２π√(Ｌ_３Ｃ_３)

Ｃ_３は前の計算でわかっており、ｆ_０は、前に選択した中心周波数である。Ｌ_３を求めるにはこの数式を単純にアレンジし直せばよい。次に、算出したキャパシタンスとインダクタンスに基づいて、第２の組におけるインダクタとキャパシタの形状とサイズを選択および／または調整する。

図７は、全ての共振器が共通のグランド接続部を共用する従来のフィルタ（レスポンス７５０）と、本発明のグランド方法を用いたフィルタ（レスポンス７５１）との伝送性能の比較を示す。図７からわかるように、レスポンス７５１は、追加の伝送ゼロを有するのみならず、高域側の阻止帯域でより大きく急峻な減衰を示している。

フィルタにおいて共振器の組ごとにグランドを別々にすることで、寄生グランドインダクタンスを、共振器間に不要な結合をもたらすという不利な態様ではなく、有利な態様で利用することが可能になる。図８は、グランドインダクタンスを利用することによってどのように直列共振が得られ、阻止帯域に追加の伝送ゼロを生じさせることができるのかを説明する図である。図７では、追加の伝送ゼロが発生し且つ７．４ＧＨｚ付近の第３の高調波周波数ｆ３の直下の位置に調整されていることがわかる。この伝送ゼロの位置は、第３のＬＣ共振器のキャパシタＣ３を変えることによって調整できる。グランドを別々にしているので、他の伝送ゼロも個別に調整することができる。図７に示した例では、他の伝送ゼロは、約５ＧＨｚの第２の高調波周波数ｆ２の位置に調整されている。この方法により、第２および第３の高調波周波数の両方において阻止帯域減衰量の要件を満足することが可能になる。

図９Ａないし９Ｃと図１０は、本発明の他の実施形態を示す。この実施形態では、グランド接続部８７０（Ｌ６），８７１（Ｌ７）が、フィルタパッケージ（ハウジング）の長尺側面ではなく短尺側面に配置された側壁終端として構成されている。フィルタパッケージ（ハウジング）の長尺側面の側壁終端は、入力端子８５０および出力端子８６０として用いられている。図９Ａに示したバンドパスフィルタの物理的レイアウトは、やはり２つの共振器８３０がグランド８７０（Ｌ６）に接続され、共振器８３１がグランド８７１（Ｌ７）に接続されることを特徴としている。

図９Ｂは、図９Ａに示したバンドパスフィルタにおける上層の物理的レイアウトを示す図である。図９Ｃは、図９Ａに示したバンドパスフィルタにおける下層の物理的レイアウトを示す図である。なお、図９Ｂと９Ｃに示した上層と下層は逆になってもよい。

図９Ｂに示すように、第１の共振器（Ｌ１，Ｌ１１，Ｃ１）と、第２の共振器（Ｌ２，Ｌ２１，Ｃ２）と、第３の共振器（Ｌ３，Ｌ３１，Ｃ３）は、一部が上部金属層に形成される。金属領域８０３は、金属−絶縁体−金属（ＭＩＭ）キャパシタＣ１のトッププレートを形成する。金属領域８０３（Ｃ１）は、金属領域８０７（Ｌ１）と金属領域８０５（Ｌ１１）に接続される。金属領域８０７（Ｌ１）は、ビア８０９を介して下層上のインダクタＬ１の残部に接続される。機能的に、金属領域８０３と８０５は、共に、金属領域８０３によって形成されるキャパシタＣ１に対して直列に接続されるインダクタＬ１１を形成する。この直列ＬＣ回路（すなわち、Ｃ１とＬ１１）は、インダクタＬ１と並列に接続されてＬＣ共振器を形成する。

金属領域８０７（Ｌ１）は、第１のＬＣ共振器（Ｌ１，Ｌ１１，Ｃ１）を第２のＬＣ共振器（Ｌ２，Ｌ２１，Ｃ２）に接続するため、金属領域８１５（Ｌ２１）に接続される。金属領域８１３は、ＭＩＭキャパシタＣ２のトッププレートを形成する。金属領域８１３（Ｃ２）は、金属領域８１７（Ｌ２）と金属領域８１５（Ｌ２１）に接続される。金属領域８１７（Ｌ２）は、ビア８１９を介して下層上のインダクタＬ２の残部に接続される。機能的に、金属領域８１３と８１５は、共に、金属領域８１３によって形成されるキャパシタＣ２に対して直列に接続されるインダクタＬ２１を形成する。この直列ＬＣ回路（すなわち、Ｃ２とＬ２１）は、インダクタＬ２と並列に接続されてＬＣ共振器を形成する。

金属領域８２３は、ＭＩＭキャパシタＣ３のトッププレートを形成する。金属領域８２３（Ｃ３）は、金属領８２７（Ｌ３）と金属領域８２５（Ｌ３１）に接続される。金属領域８２７（Ｌ３）は、ビア８２９を介して下層上のインダクタＬ３の残部に接続される。機能的に、金属領域８２３と８２５は、共に、金属領域８２３によって形成されるキャパシタＣ３に対して直列に接続されるインダクタＬ３１を形成する。この直列ＬＣ回路（すなわち、Ｃ３とＬ３１）は、インダクタＬ３と並列に接続されてＬＣ共振器を形成する。

最初の２つのＬＣ共振器（Ｌ１／Ｃ１／Ｌ１１と、Ｌ２／Ｃ２／Ｌ２１）は、金属領域８０５（Ｌ１１）を介してグランド８７０（ここでは側壁終端）に接続される。第３の共振器（Ｌ３／Ｃ３／Ｌ３１）は、金属領域８２５（Ｌ３１）を介してグランド８７１に接続される。

結合ネットワークも、一部が上部金属層内に含まれている。金属領域８３９は、ＭＩＭキャパシタＣ５１のトッププレートとインダクタＬ５１の両方を形成する。同様に、金属領域８４１は、ＭＩＭキャパシタＣ５２のトッププレートとインダクタＬ５２の両方を形成する。金属領域８３９と８４１は、ビア８３３を介して下層上の結合ネットワークの残部に接続される。

ここで、図９Ｃに示される下層について説明すると、金属領域８５０（入力端子）は、ＭＩＭキャパシタＣ５１のボトムプレートを形成する金属領域９３９を介して、金属領域９０７（Ｌ１）に接続される。金属領域９０７は、ＭＩＭキャパシタＣ１のボトムプレートを形成する金属領域９０３にも接続される。金属領域９０７は、ＭＩＭキャパシタＣ５１のボトムプレートを形成する金属領域９３９に接続される。金属領域９０７は、下層においてインダクタＬ１の他の部分を形成する。インダクタＬ１のこの部分は、ビア８０９を介して、上層にある当該インダクタの残部に接続される。

金属領域９１３は、ＭＩＭキャパシタＣ２のボトムプレートを形成する。金属領域９１３は金属領域９９０に接続され、金属領域９９０は、ビア８３３を介して、第２の共振器（すなわちＬ２，Ｌ２１，Ｃ２）を結合ネットワークに接続する。金属領域９９０は、下層においてインダクタＬ２の他の部分を形成する金属領域９１７にも接続される。インダクタＬ２のこの部分は、ビア８１９を介して、上層にある当該インダクタの残部に接続される。

金属領域９２３は、ＭＩＭキャパシタＣ３のボトムプレートを形成する。金属領域９２３は、ＭＩＭキャパシタＣ５２のボトムプレートを形成する金属領域９４１に接続される。金属領域９２３（Ｃ３）は、下層においてインダクタＬ３の他の部分を形成する金属領域９２７にも接続される。インダクタＬ１のこの部分は、ビア８２９を介して、上層にある当該インダクタの残部に接続される。金属領域９２３（Ｃ３）は、金属領域９３５を介して金属領域９６０（出力ポート）にも接続される。

ここで、結合ネットワークの残部について説明すると、金属領域９４１は、ＭＩＭキャパシタＣ５１の下部プレートを形成する。

図１０からわかるように、このレイアウトの回路図は、第１の共振器と第３の共振器ならびに入力端子と出力端子とを結合する直列ＬＣ共振器が無いので、図５に示した回路図とは異なっている。入力／出力を結合するキャパシタＣ４は、その値が非常に小さくなるようであれば、場合によって省略してもよい。その場合、入力端子と出力端子との間には弱い結合しか要求されない。その弱い結合は、第１の共振器のインダクタコイルＬ１と第３の共振器のインダクタコイルＬ３との間の磁気的結合によって得られる。その相互結合は、これら２つのインダクタコイルが物理的に近接しているときに生ずる。

図１１Ａないし１１Ｃと図１２は、本発明の他の実施形態を示す。この実施形態では、第１の（すなわち、一番左側の）共振器１０３１が上部グランド接続部１０７１に接続され、第２および第３の共振器１０３０がグランド端子１０７０に接続されている。

図１１Ｂは、図１１Ａに示したバンドパスフィルタにおける上層の物理的レイアウトを示す図である。図１１Ｃは、図１１Ａに示したバンドパスフィルタにおける下層の物理的レイアウトを示す図である。なお、図１１Ｂと１１Ｃに示した上層と下層は逆になってもよい。

図１１Ｂに示すように、第１の共振器（Ｌ１，Ｌ１１，Ｃ１）と、第２の共振器（Ｌ２，Ｌ２１，Ｃ２）と、第３の共振器（Ｌ３，Ｌ３１，Ｃ３）は、一部が上部金属層に形成される。金属領域１００３は、金属−絶縁体−金属（ＭＩＭ）キャパシタＣ１のトッププレートを形成する。金属領域１００３（Ｃ１）は、金属領域１００７（Ｌ１）と金属領域１００５（Ｌ１１）に接続される。金属領域１００７（Ｌ１）は、ビア１００９を介して下層上のインダクタＬ１の残部に接続される。機能的に、金属領域１００３と１００５は、共に、金属領域１００３によって形成されるキャパシタＣ１に対して直列に接続されるインダクタＬ１１を形成する。この直列ＬＣ回路（すなわち、Ｃ１とＬ１１）は、インダクタＬ１と並列に接続されてＬＣ共振器を形成する。

金属領域１０１３は、ＭＩＭキャパシタＣ２のトッププレートを形成する。金属領域１０１３（Ｃ２）は、金属領域１０１５（Ｌ２１）を介して金属領域１０１７（Ｌ２）に接続される。金属領域１０１７（Ｌ２）は、ビア１０１９を介して下層上のインダクタＬ２の残部に接続される。機能的に、金属領域１０１３と１０１５は、共に、金属領域１０１３によって形成されるキャパシタＣ２に対して直列に接続されるインダクタＬ２１を形成する。この直列ＬＣ回路（すなわち、Ｃ２とＬ２１）は、インダクタＬ２と並列に接続されてＬＣ共振器を形成する。

金属領域１０２３は、ＭＩＭキャパシタＣ３のトッププレートを形成する。金属領域１０２３（Ｃ３）は、金属領１０２７（Ｌ３）と金属領域１０２５（Ｌ３１）に接続される。金属領域１０２７（Ｌ３）は、ビア１０２９を介して下層上のインダクタＬ３の残部に接続される。機能的に、金属領域１０２３と１０２５は、共に、金属領域１０２３によって形成されるキャパシタＣ３に対して直列に接続されるインダクタＬ３１を形成する。この直列ＬＣ回路（すなわち、Ｃ３とＬ３１）は、インダクタＬ３と並列に接続されてＬＣ共振器を形成する。

後の２つのＬＣ共振器（Ｌ３／Ｃ３／Ｌ３１と、Ｌ２／Ｃ２／Ｌ２１）は、金属領域１０４７を介してグランド１０７０（ここでは側壁終端）に接続される（金属領域１０４７は、グランド１０７０と共にＬ６を形成する）。金属領域１０４７は金属領域１０１７（Ｌ２）に接続され、金属領域１０１７（Ｌ２）は、金属領域１０２５（Ｌ３１）を介して金属領域１０２７（Ｌ３）に接続される。第３の共振器（Ｌ３／Ｃ３／Ｌ３１）は、金属領域１００５（Ｌ１１）を介してグランド１０７１（Ｌ７）に接続される。

結合ネットワークも、一部が上部金属層内に含まれている。金属領域１０３９は、ＭＩＭキャパシタＣ５２のトッププレートとインダクタＬ５２の両方を形成する。同様に、金属領域１０４３は、ＭＩＭキャパシタＣ５１のトッププレートとインダクタＬ５１の両方を形成する。金属領域１０３９と１０４３は、ビア１０３３を介して下層上の結合ネットワークの残部に接続される。また、金属領域１０４１は、ＭＩＭキャパシタＣ４のトッププレートを形成する。このキャパシタは、ビア１０３５を介して下層上の結合ネットワークの残部に接続される。

ここで、図１１Ｃに示される下層について説明すると、金属領域１０５０（入力端子）は、金属領域１１０３（Ｃ１）に接続されている。金属領域１１０３は、ＭＩＭキャパシタＣ１のボトムプレートを形成する。金属領域１１０３は、ＭＩＭキャパシタＣ５１のボトムプレートを形成する金属領域１１３９に接続される。金属領域１１３９（Ｃ５１）は、下層においてインダクタＬ１の他の部分を形成する金属領域１１０７にも接続される。インダクタＬ１のこの部分は、ビア１００９を介して、上層にある当該インダクタの残部に接続される。

金属領域１１１３は、ＭＩＭキャパシタＣ２のボトムプレートを形成する。金属領域１１１３は金属領域１１９０に接続され、金属領域１１９０は、ビア１０３３を介して、第２の共振器（すなわちＬ２，Ｌ２１，Ｃ２）を結合ネットワークに接続する。金属領域１１９０は、下層においてインダクタＬ２の他の部分を形成する金属領域１１１７にも接続される。インダクタＬ２のこの部分は、ビア１０１９を介して、上層にある当該インダクタの残部に接続される。

金属領域１１２３は、ＭＩＭキャパシタＣ３のボトムプレートを形成する。金属領域１１２３は、ＭＩＭキャパシタＣ５２のボトムプレートを形成する金属領域１１３７に接続される。金属領域１１３７（Ｃ５２）は、下層においてインダクタＬ３の他の部分を形成する金属領域１１２７にも接続される。インダクタＬ１のこの部分は、ビア１０２９を介して、上層にある当該インダクタの残部に接続される。金属領域１１３７（Ｃ５２）は、金属領域１０６０（出力ポート）にも接続される。

ここで、結合ネットワークの残部について説明すると、金属領域１１４１は、ＭＩＭキャパシタＣ４の下部プレートを形成する。金属領域１１４１は、ビア１０３５を介して結合ネットワークの残部、すなわち金属領域１０４１（キャパシタＣ４の上部プレート）につながっている。

本明細書と、ここに開示された実施形態を考慮することにより、当業者には本発明の他の実施形態が明白となろう。このように、本明細書および実施例は例示的なものにすぎず、本発明の真の範囲と精神は、以下の特許請求の範囲とその法的均等の範囲に示されるものである。

図１は、従来のグランド接続方法を示す図である。 図２Ａは、バンドパスフィルタの物理的レイアウトを示す等角図である。 図２Ｂは、図２Ａに示したバンドパスフィルタにおける上部金属層の物理的レイアウトを示す図である。 図３は、図２Ａに示したバンドパスフィルタの回路図である。 図４は、本発明の一実施形態に係るバンドパスフィルタの周波数特性を示す図である。 図５は、本発明の一実施形態に係るバンドパスフィルタの回路図である。 図６Ａは、本発明の一実施形態に係るバンドパスフィルタの物理的レイアウトを示す等角図である。 図６Ｂは、本発明の一実施形態に係る、図６Ａに示したバンドパスフィルタにおける上部金属層の物理的レイアウトを示す図である。 図６Ｃは、本発明の一実施形態に係る、図６Ａに示したバンドパスフィルタにおける下部金属層の物理的レイアウトを示す図である。 図７は、本発明の一実施形態に係るバンドパスフィルタの周波数特性の比較を示す図である。 図８は、本発明の一実施形態に係る共振器の回路図である。 図９Ａは、本発明の一実施形態に係るバンドパスフィルタの物理的レイアウトを示す等角図である。 図９Ｂは、本発明の一実施形態に係る、図９Ａに示したバンドパスフィルタにおける上部金属層の物理的レイアウトを示す図である。 図９Ｃは、本発明の一実施形態に係る、図９Ａに示したバンドパスフィルタにおける下部金属層の物理的レイアウトを示す図である。 図１０は、本発明の一実施形態に係る、図９Ａに示したバンドパスフィルタの回路図である。 図１１Ａは、本発明の一実施形態に係るバンドパスフィルタの物理的レイアウトを示す等角図である。 図１１Ｂは、本発明の一実施形態に係る、図１１Ａに示したバンドパスフィルタにおける上部金属層の物理的レイアウトを示す図である。 図１１Ｃは、本発明の一実施形態に係る、図１１Ａに示したバンドパスフィルタにおける下部金属層の物理的レイアウトを示す図である。 図１２は、本発明の一実施形態に係る、図１１Ａに示したバンドパスフィルタの回路図である。

Claims (9)

1. ２層以上の第１の組の薄膜層に配置された第１および第２の共振器からなる共振器の第１の組と、
   ２層以上の第２の組の薄膜層に配置された第３の共振器からなる共振器の第２の組と、
   第１のグランド接続部と、
   第２のグランド接続部とを備えた薄膜フィルタであって、
   前記第１のグランド接続部と第２のグランド接続部は、電気的に接続されておらず、
   前記第１および第２の共振器は第１のグランド接続部に接続され、
   前記第３の共振器は第２のグランド接続部に接続され、
   前記第１の共振器は、第１のインダクタと、第１のキャパシタと、前記第１のグランド接続部に付随して形成される第１の寄生インダクタとによって構成され、前記第１のキャパシタと第１の寄生インダクタは第１の直列ＬＣ回路を形成し、この第１の直列ＬＣ回路は前記第１のインダクタに並列に接続され、
   前記第２の共振器は、第２のインダクタと、第２のキャパシタと、前記第１のグランド接続部に付随して形成される第２の寄生インダクタとによって構成され、前記第２のキャパシタと第２の寄生インダクタは第２の直列ＬＣ回路を形成し、この第２の直列ＬＣ回路は前記第２のインダクタに並列に接続され、
   前記第３の共振器は、第３のインダクタと、第３のキャパシタと、前記第２のグランド接続部に付随して形成される第３の寄生インダクタとによって構成され、前記第３のキャパシタと第３の寄生インダクタは第３の直列ＬＣ回路を形成し、この第３の直列ＬＣ回路は前記第３のインダクタに並列に接続され、
   前記第１の共振器と第２の共振器は、前記第１のグランド接続部に付随して形成される第１のグランドインダクタを介してグランドに接続され、
   前記第３の共振器は、前記第２のグランド接続部に付随して形成される第２のグランドインダクタを介してグランドに接続され、
   前記第１のキャパシタ、第１の寄生インダクタおよび第１のグランドインダクタによる直列共振、ならびに前記第２のキャパシタ、第２の寄生インダクタおよび第１のグランドインダクタによる直列共振によって、阻止帯域に第１の伝送ゼロが生じ、
   前記第３のキャパシタ、第３の寄生インダクタおよび第２のグランドインダクタによる直列共振によって、阻止帯域における前記第１の伝送ゼロとは異なる周波数の位置に第２の伝送ゼロが生じることを特徴とする薄膜フィルタ。
2. 前記２層以上の第１の組の薄膜層と前記２層以上の第２の組の薄膜層は同じ層であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜フィルタ。
3. 前記第３の寄生インダクタのインダクタンスは前記第１および第２の寄生インダクタのインダクタンスと異なっていることを特徴とする請求項１に記載の薄膜フィルタ。
4. 前記第１および第２の共振器は、互いに実質的に同じサイズと形状を有し、前記第３の共振器は、前記第１および第２の共振器とは異なるサイズおよび／または形状を有することを特徴とする請求項１に記載の薄膜フィルタ。
5. 更に、２つの長尺側面と２つの短尺側面を有する長方形のハウジングと、
   入力用接続部と、
   出力用接続部とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の薄膜フィルタ。
6. 前記第１のグランド接続部と前記第２のグランド接続部は側壁終端であることを特徴とする請求項５に記載の薄膜フィルタ。
7. 前記第１および第２のグランド接続部は、前記ハウジングにおける２つの長尺側面に側壁終端として構成され、前記入力用接続部と出力用接続部は、前記ハウジングにおける２つの短尺側面に側壁終端として構成されることを特徴とする請求項６に記載の薄膜フィルタ。
8. 前記第１および第２のグランド接続部は、前記ハウジングにおける２つの短尺側面に側壁終端として構成され、前記入力用接続部と出力用接続部は、前記ハウジングにおける２つの長尺側面に側壁終端として構成されることを特徴とする請求項６に記載の薄膜フィルタ。
9. 請求項１に記載の薄膜フィルタにおける前記第１ないし第３の共振器の形状とサイズを決定する方法であって、
   薄膜フィルタの通過帯域の中心周波数を選択する工程と、
   前記第１ないし第３のインダクタの当初のサイズと形状を見積もる工程と、
   選択された通過帯域の中心周波数に基づいて、薄膜フィルタの第２および第３の高調波周波数を算出する工程と、
   第１および第２のグランド接続部の経路をそれぞれ選択する工程と、
   前記第１および第２のグランドインダクタの各インダクタンスを求める工程と、
   前記第１および第２の寄生インダクタの各インダクタンスを求める工程と、
   前記第２の高調波周波数と、前記第１のグランドインダクタのインダクタンスと、前記第１および第２の寄生インダクタの各インダクタタンスから、前記第１および第２のキャパシタの各キャパシタンスを算出する工程と、
   選択された通過帯域の中心周波数と、算出された第１および第２のキャパシタの各キャパシタンスから、第１および第２のインダクタの各インダクタンスを算出する工程と、
   算出された第１および第２のキャパシタの各キャパシタンスと第１および第２のインダクタの各インダクタンスに基づいて、第１および第２の共振器の形状とサイズを調整する工程と、
   前記第３の寄生インダクタのインダクタンスを求める工程と、
   前記第３の高調波周波数と、前記第２のグランドインダクタのインダクタンスと、前記第３の寄生インダクタのインダクタンスから、前記第３のキャパシタのキャパシタンスを算出する工程と、
   選択された通過帯域の中心周波数と、算出された第３のキャパシタのキャパシタンスから、第３のインダクタのインダクタンスを算出する工程と、
   算出された第３のキャパシタのキャパシタンスと第３のインダクタのインダクタンスに基づいて、第３の共振器の形状とサイズを調整する工程と
   を備えたことを特徴とする方法。

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