JP5540912B2

JP5540912B2 - 積層型フィルタ

Info

Publication number: JP5540912B2
Application number: JP2010134248A
Authority: JP
Inventors: 洋介松下; 昌史宮本
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2009-08-12
Filing date: 2010-06-11
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2030-06-11
Also published as: US20110037540A1; US8878632B2; JP2011061760A

Description

本発明は積層型フィルタに関し、特にインダクタとコンデンサの共振回路で構成される積層型ＬＣフィルタに関する。

従来技術として、例えば、図８および図９に示すような積層型フィルタ１０１が特許文献１で開示されている。図８は積層型フィルタ１０１の分解斜視図、図９はその外観斜視図である。図８に示すように、積層型フィルタ１０１はコイルパターン１１１ａ〜１１６ａを含むコイル部１１０とコンデンサパターン１３１ａ〜１３３ａを含むコンデンサ部１３０が順に積層されることによって構成されている。

コイル部１１０はコイルパターン１１１ａ〜１１６ａが形成された絶縁体層１１１〜１１６を積層することで構成されている。コイルパターン１１１ａ〜１１６ａはその端部同士が絶縁体層１１１〜１１５に設けられた貫通電極１１１ｂ〜１１５ｂで電気的に接続されることにより、ヘリカル状に形成されている。

コイルパターン１１１ａは絶縁体層１１１の短辺側の一方の端部に引き出され、積層型フィルタ１０１の一方の外部電極１０２に電気的に接続されている。コイルパターン１１６ａは絶縁体層１１６の他方の短辺側の端部に引き出され、積層型フィルタ１０１の他方の外部電極１０４に電気的に接続されている。

コンデンサ部１３０はコンデンサパターンが形成された絶縁体層１３１〜１３３が積層されることによって構成されている。コンデンサパターン１３１ａ、１３３ａは絶縁体層１３１、１３３の略中央に略矩形状に形成され、積層型フィルタ１の長辺側の端面に露出する一対の引き出しパターン１３１ｂ、１３３ｂをそれぞれ含み、引き出しパターン１３１ｂ、１３３ｂによって外部グランド電極１０６に電気的に接続されている。

コンデンサパターン１３２ａは絶縁体層１３２の略中央で略矩形状に形成され、積層型フィルタ１０１の短辺側の一方の端面に露出する引き出しパターン１３２ｂを含み、引き出しパターン１３２ｂによって外部電極１０２に電気的に接続されている。

コンデンサパターン１３２ａはコンデンサパターン１３１ａ、１３３ａの間に配置され、絶縁体層１３１、１３２を挟んでそれぞれコンデンサパターン１３１ａ、１３３ａとによって２つのコンデンサが構成されている。

特開２００５−２２９４３４

ところで、近年携帯電話など高周波電子機器の小型化に伴い、搭載される電子部品の小型化、低背化が強く求められている。従来の積層型フィルタ１０１にあっては、一つの絶縁体層上にコイルパターンのみまたはコンデンサパターンのみが形成されているため、所望の特性を得るには絶縁体層を一定の数積み重ねる必要があった。従って、積層型フィルタを構成する絶縁体層の数が多くなり、低背化できないという問題点があった。

また、従来の積層型フィルタ１０１にあっては、図８に示すように、コイルパターン１１１ａ〜１１６ａとコンデンサパターン１３１ａ〜１３３ａは積層方向に重なっており、コイルパターン１１１ａ〜１１６ａに電流が流れるとコンデンサパターン１３１ａ〜１３３ａを貫通するように磁束が発生する。このため、コンデンサパターン上に渦電流が発生し、渦電流損によって積層型フィルタのＱ特性が悪くなるという問題点もあった。

また、従来の積層型フィルタ１０１にあっては、外部電極１０２、１０４を経由してコイル部１１０とコンデンサ部１３０とが電気的に接続されているため、外部電極部で発生する余分なインダクタンス成分によって積層型フィルタのＱ特性が悪くなるという問題点もあった。

そこで、本発明は絶縁体層の数を減らし、低背化が可能で、かつ、Ｑ特性が良好な積層型フィルタを提供することを目的とする。

上記問題点を解決するために、本発明に係る積層型フィルタは、複数の絶縁体層とコイルを構成するためのコイルパターンとコンデンサを構成するためのコンデンサパターンと外部電極とを有する積層型フィルタにおいて、第１の絶縁体層上に第１及び第２のコイルパターンと第１及び第２のコンデンサパターンとが、第２の絶縁体層上に第３及び第４のコイルパターンと第３及び第４のコンデンサパターンとがそれぞれ形成され、前記第１及び第２のコイルパターンは前記第１の絶縁体層の一方の長辺側に、また前記第３及び４のコイルパターンは前記第２の絶縁体層の一方の長辺側に、対称なコの字型にそれぞれ形成されるとともに、前記第１のコイルパターンの一方の端部は前記第３のコイルパターンの一方の端部に、また前記第２コイルパターンの一方の端部は前記第４のコイルパターンの一方の端部に、前記第１の絶縁体層電極を貫通する貫通電極によってそれぞれ電気的に接続され、前記第１のコンデンサパターンは前記第１の絶縁体層の他方の長辺側に、また前記第３及び第４のコンデンサパターンは前記第２の絶縁体層の他方の長辺側に、かつ前記第１の絶縁体層を挟んで前記第１のコンデンサパターンと前記第３及び第４のコンデンサパターンの両方とが対向するように配置され、前記第３のコイルパターンの他方の端部は前記第３のコンデンサパターンと、また前記第４のコイルパターンの他方の端部は前記第４のコンデンサパターンと、前記第２の絶縁体層上でそれぞれ導通するように接続され、前記第１のコンデンサパターンと第３のコンデンサパターンとの間で形成される容量と第１及び第３のコイルパターンで形成されるインダクタとによって第１のＬＣ共振回路が構成され、前記第１のコンデンサパターンと第４のコンデンサパターンとの間で形成される容量と第２及び第４のコイルパターンで形成されるインダクタとによって第２のＬＣ共振回路が構成され、前記第１及び第２のＬＣ共振回路間の結合容量が調整可能となるように、前記第２のコンデンサパターンは前記第１のコンデンサパターンと前記第１及び第２のコイルパターンとの間に、かつ前記第１の絶縁体層を挟んで前記第２のコンデンサパターンと前記第３及び第４のコンデンサパターンの両方とが対向するように配置され、さらに、前記第１、第２、第３及び第４のコンデンサパターンの形成領域と前記第１、第２、第３及び第４のコイルパターンの形成領域とが積層方向に重ならないことを特徴とする。

この場合は、各ＬＣ共振回路の共振周波数と結合容量をそれぞれ独立に制御できるため、設計上の自由度が増す。また、コイルパターンをコンデンサパターンに直接接続しているため、余分なインダクタンス成分の影響を抑制でき、良好なＱ特性を実現できる。

さらに、前記第１のコイルパターンと前記第３のコイルパターンとが、また前記第２のコイルパターンと前記第４のコイルパターンとが、前記第１の絶縁体層電極を貫通する貫通電極によってそれぞれ電気的に接続されてなるコイルがヘリカル形状であることが好ましい。

この場合、コイルの形状をヘリカル形状とすることで、少ない面積でコイルパターンを形成することができるため、フィルタの小型化が可能となる。

本発明によれば、積層方向に第１、第２、第３及び第４のコイルパターンの形成領域と第１、第２、第３及び第４のコンデンサパターンの形成領域が重ならないように配置することによって、コイルパターンで生ずる磁束が最も強くなるコイルパターンの上下の領域にコンデンサパターンを配置せずに済む。そのため、第１、第２、第３及び第４のコイルの磁束により第１、第２、第３及び第４のコンデンサパターン上で発生する渦電流損を減らすことができ、フィルタのＱ特性が悪くなることを防げる。また、第２のコンデンサパターンが第１のコンデンサパターンと第１及び第２のコイルパターンとの間に、かつ第１の絶縁体層を挟んで第２のコンデンサパターンと第３及び第４のコンデンサパターンの両方とが対向するように配置されることで、第２のコンデンサパターンの面積によって第１及び第２のＬＣ共振回路間の結合容量が調整可能となるので、所望のフィルタ特性を容易に実現できる。さらに、第１のＬＣ共振回路を構成する第１及び第３のコイルパターンと第１及び第３のコンデンサパターンとを、また第２のＬＣ共振回路を構成する第２及び第４のコイルパターンと第１及び第４のコンデンサパターンとを、第１及び第２の共振回路間の結合容量が調整可能である第２のコンデンサパターンで離間して配置することができるため、第１及び第２のＬＣ共振回路を構成するコイルパターンとコンデンサパターンとの電磁界的な結合を抑制することができ、良好なフィルタ特性を得ることができる。

本発明に係る積層型フィルタの第１の実施形態の構成を示す分解斜視図。本発明に係る積層型フィルタの第１の実施形態の構成を示す外観斜視図。図１および図２に示した積層型フィルタの等価回路図。本発明に係る積層型フィルタの第２の実施形態の構成を示す分解斜視図。本発明に係る積層型フィルタの第３の実施形態の構成を示す分解斜視図。本発明に係る積層型フィルタの第４の実施形態の構成を示す分解斜視図。本発明に係る積層型フィルタの第５の実施形態の構成を示す分解斜視図。従来の積層型フィルタの分解斜視図。従来の積層型フィルタの外観斜視図。

以下、本発明に係る積層型フィルタの実施の形態について添付の図を参照しながら説明する。
［第１の実施形態図１〜図３］
本発明に係る第１の実施形態の構成を図１〜図３に示す。図１は積層型フィルタ２の分解斜視図、図２はその外観斜視図、図３はその等価回路図である。図１に示すように、積層型フィルタ２はコイルパターン２１ａ、２１ｂおよびコンデンサパターン２１ｃが表面に形成された絶縁体層２１とコイルパターン２２ａ、２２ｂおよびコンデンサパターン２２ｃ、２２ｄが表面に形成された絶縁体層２２とダミー絶縁体層２０、２３によって構成されている。

絶縁体層２０〜２３は、例えばチタン酸バリウムなどのセラミック誘電体材料を原料としたスラリーをフィルム上でドクタブレード法によって塗布して作製される。

コイルパターン２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂとコンデンサパターン２１ｃ２２ｃ、２２ｄは、例えば、感光性導電ペーストをスピンコート法などにより絶縁体層上に塗布し、フォトリソグラフィー法を用いて形成される。また、メタルマスクを介して、導電ペーストを直接絶縁体層上にスクリーン印刷により形成してもよい。

コイルパターン２１ａ、２１ｂは絶縁体層２１の一方の長辺側に互いに略対称なコの字形状になるように形成される。コイルパターン２２ａ、２２ｂは絶縁体層２２の一方の長辺側に互いに略対称なコの字形状に形成される。

コイルパターン２１ａ、２１ｂの一端は絶縁体層２１に設けられた貫通電極２３ａ、２３ｂを介して、それぞれコイルパターン２２ａ、２２ｂに電気的に接続されて、ヘリカル状のコイルが形成される。コイルパターン２１ａ、２１ｂの他端は絶縁体層２１の一方の長辺側に露出するように配置された引き出しパターン２１ｄによって、外部グランド電極７に電気的に接続されている。

コイルパターン２２ａ、２２ｂは絶縁体層２２の両短辺側の端部に配置された引き出しパターン２２ｅによって絶縁体層２２の両短辺側の端部に露出するようにそれぞれ引き出され、外部電極３、５に電気的に接続されている。このようにコイルパターン２１ａ、２１ｂおよび２２ａ、２２ｂによって、入力側インダクタＬ１と出力側インダクタＬ２が形成されている。

コンデンサパターン２１ｃは絶縁体層２１の他方の長辺側にほぼ矩形に形成され、コンデンサパターンの一方の長辺のほぼ中央に設けられた引き出しパターン２１ｅによって、絶縁体層２１の他方の長辺側の端部に露出するように引き出され、外部グランド電極７に接続されている。

コンデンサパターン２２ｃ、２２ｄはコンデンサパターン２１ｃと対向するように絶縁体層２１を挟んで、絶縁体層２２の他方の長辺側に互いに略対称な矩形状に形成される。コンデンサパターン２２ｃ、２２ｄは絶縁体層２２の両短辺側の端部に露出するように配置された引き出しパターン２２ｆによって、外部電極３、５にそれぞれ電気的に接続されて、それぞれ入力側コンデンサＣ１と出力側コンデンサＣ２が形成されている
以上の構成からなる絶縁体層２０、２１、２２、２３は順に積み重ねられ、焼成されたのち、外部電極３、５および外部グランド電極７が形成され、図２に示す積層型フィルタ２になる。積層型フィルタ２は両短辺側の側面にそれぞれ入力電極３および出力電極５が配置され、両長辺側の側面にグランド電極７が配置されている。

積層型フィルタ２は図１の分解斜視図に示すように、一つの絶縁体層上にコイルパターンとコンデンサパターンとが同時に形成されている。このため、従来にあった一つの絶縁体層上にコイルパターンあるいはコンデンサパターンのどちらかのみ形成した積層型フィルタと比べて、必要層数を減らすことができ、素子の低背化が可能である。

また、図１に記載の積層型フィルタでは積層方向にコイルパターンの形成領域とコンデンサパターンの形成領域が重ならないように配置している。このため、コイルパターンによって生ずる磁束が最も強くなるコイルパターンの上下の領域にコンデンサパターンが配置されないので、コイルの磁束によりコンデンサパターン上に発生する渦電流損を減らすことができ、フィルタのＱ特性が悪くなるのを防げる。

［第２の実施形態図４］
本発明に係る積層型フィルタの第２の実施形態の構成を図４に示す。図４は第２の実施形態の積層型フィルタ３の分解斜視図である。その外観斜視図は図２と同じであるため、ここでは省略する。第２の実施形態の積層型フィルタ３は、第１の実施形態において、引き出しパターン２２ｅの代わりに、引き出しパターン３２ｅを用いている。なお、図４において図１に対応する部分には同一符号を付して示し、重複した説明は省略する。

引き出しパターン３２ｅはコイルパターン２２ａおよび２２ｂのコンデンサパターン側の端部に配置され、コンデンサパターン２２ｃおよび２２ｄとコイルパターン２２ａ、２２ｂとが絶縁体層２２上で直接電気的に接続されるように形成されている。

以上の構成からなる積層型フィルタ３において、コイルパターン２２ａ、２２ｂは引き出しパターン３２ｅによって直接コンデンサパターン２２ｃ、２２ｄとそれぞれ接続され、引き出しパターン２２ｆによって共通で外部電極３，５に引き出される。このような配置により、外部電極３，５を経由せずにＬＣ共振回路
が構成され、さらに、コイルパターンからコンデンサパターンへの引き出しパターン３２ｅを短くできる。そのため、外部電極３，５で発生する余分なインダクタンス成分を減らすことができ、良好なＱ特性を持つ積層型フィルタを実現できる。

［第３の実施形態図５］
本発明に係る積層型フィルタの第３の実施形態の構成を図５に示す。図５は第３の実施形態の積層型フィルタ４の分解斜視図である。その外観斜視図は図２と同じであるため、ここでは省略する。第３の実施形態の積層型フィルタ４は、第２の実施形態における引き出しパターン２１ｅの代わりに引き出しパターン４１ｅを用いている。なお、図５において図４に対応する部分は同一符号を付して示し、重複した説明は省略する。

引き出しパターン４１ｅはコンデンサパターン２１ｃの一方の長辺側の略中央に配置され、コイルパターン側の長辺に向かって引き出される。コイルパターン２１ａ、２１ｂは引き出しパターン４１ｅに接続されて、絶縁体層２２の一方の長辺側に配置された引き出しパターン２１ｄを経由して最終的に外部グランド電極７に電気的に接続される。

以上の構成からなる積層型フィルタ４において、コイルパターン２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂとコンデンサパターン２１ｃ、２２ｃ、２２ｄで構成される二つのＬＣ共振回路はいずれも外部入出力電極３、５および外部グランド電極７を経由せずに電気的に接続されている。このため、外部電極部で発生する余分なインダクタンス成分によるＱ特性が悪くなることがなく、良好な特性をもつ積層型フィルタを実現できる。

［第４の実施形態図６］
本発明に係る第４の実施形態の構成を図６に示す。図６は第４の実施形態の積層型フィルタ５の分解斜視図である。その等価回路図は図３と同一であるため、ここでは省略する。積層型フィルタ５は、絶縁体層２１上において、コイルパターン２１ａ、２１ｂとコンデンサパターン５１の間に結合容量を調整するためのコンデンサパターン５２を形成している。なお、図６において図４に対応する部分は同一の符号を付して示し、重複した説明は省略する。

コンデンサパターン５１は絶縁体層２１上のコイルパターン２１ａ、２１ｂがある側とは反対の側に配置され、コイルパターン２１ａ、２１ｂと所定の間隔を置いて形成される。

コンデンサパターン５１は絶縁体層２１を挟んで、コンデンサパターン２２ｃ、２２ｄの一部分と対向するように形成されて、入力側コンデンサＣ１と出力側コンデンサＣ２が構成される。

コンデンサパターン５２はコンデンサパターン５１とコイルパターン２１ａ、２１ｂの間に形成され、絶縁体層２１を挟んでコンデンサパターン２２ｃ、２２ｄと対向し、コンデンサＣ３が形成される。

図６及び図３に示すように、コンデンサＣ３は入力側ＬＣ共振回路１１と出力側ＬＣ共振回路１２の間に配置される。このため、ＬＣ共振回路１１とＬＣ共振回路１２の共振周波数を変えても、各ＬＣ共振回路間の結合の度合いはコンデンサパターン５２の面積によって容易に調整される。従って、フィルタの特性設計の自由度が増し、所望の特性のフィルタを容易に実現できる。また、絶縁体層２１に形成されたコイルパターン２１ａ、２１ｂとコンデンサパターン２２ｃ、２２ｄとが、コンデンサパターン５２により離間して配置されるため、ＬＣ共振回路を構成するコイルパターンとコンデンサパターン間の電磁界的な結合を抑制することができ、良好なフィルタ特性を得ることができる。

［第５の実施形態図７］
本発明に係る第５の実施形態を図７に示す。図７は第５の実施形態の積層型フィルタ６の分解斜視図である。その外観斜視図は図２と同じであるため、ここでは省略する。積層型フィルタ６において、絶縁体層２１、２２の略中央にコイルパターン２１ａ、２１ｂおよび２２ａ、２２ｂが形成される。コイルパターン２１ａ、２１ｂと２２ａ、２２ｂは絶縁体層２１に設けられた貫通電極２３ａ、２３ｂを介して電気的に接続されて、ヘリカル状のコイルが構成されている。

コイルパターン２１ａ、２１ｂおよび２２ａ、２２ｂの外周を包囲するようにコンデンサパターン２１ｃおよび２２ｃ、２２ｄが絶縁体層２１、２２上にそれぞれ形成される。

コイルパターン２１ａ、２１ｂは、絶縁体層２１の一方の長辺側に配置された共通の引き出しパターン２１ｄによって外部グランド電極７に電気的に接続され、
コイルパターン２２ａ、２２ｂはコンデンサパターン２２ｃ、２２ｄを経由して外部電極３、５に電気的に接続されている。

コンデンサパターン２１ｃは絶縁体層２１の他方の長辺側に配置された引き出しパターン２１ｅによって、外部グランド電極７に電気的に接続され、絶縁体層２１を挟んでコンデンサパターン２２ｃ、２２ｄと対向するように形成される。コンデンサパターン２２ｃ、２２ｄは絶縁体層２２の両短辺側に配置された引き出しパターン２２ｆによって、それぞれ外部電極３、５に電気的に接続される。

図７に示すように、積層型フィルタ６ではコイルパターン２１ａ、２１ｂおよび２２ａ、２２ｂを囲うようにコンデンサパターン２１ｃおよび２２ｃ、２２ｄが形成されている。この配置により、コイルで生ずる磁束をコンデンサパターンがコイル外部に漏洩するのを妨げるように働くため、外部回路への磁界による影響を低減でき、Ｑ特性の劣化が少ない特性が良好な積層フィルタを実現できる。

２〜６、１０１・・・積層型フィルタ
２１〜２２、３１〜３３、４１〜４２、１１１〜１１６・・・絶縁体層
２０、２３、１４１，１４２・・・ダミー絶縁体層
２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂ、１１１ａ〜１１６ａ・・・コイルパターン
２１ｃ、２２ｃ、２２ｄ、５１、５２、１３１ｂ〜１３３ｂ、・・・コンデンサパターン
２１ｄ、２１ｅ、２２ｅ、２２ｆ、４１ｅ・・・引き出しパターン
２３ａ、２３ｂ、１１１ｂ〜１１５ｂ・・・貫通電極
３、５、１０２、１０４・・・外部電極
７、１０６・・・外部グランド電極
１１、１２・・・LC共振回路
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３・・・コンデンサ
Ｌ１、Ｌ２・・・インダクタ

Claims

複数の絶縁体層とコイルを構成するためのコイルパターンとコンデンサを構成するためのコンデンサパターンと外部電極とを有する積層型フィルタにおいて、
第１の絶縁体層上に第１及び第２のコイルパターンと第１及び第２のコンデンサパターンとが、第２の絶縁体層上に第３及び第４のコイルパターンと第３及び第４のコンデンサパターンとがそれぞれ形成され、
前記第１及び第２のコイルパターンは前記第１の絶縁体層の一方の長辺側に、また前記第３及び４のコイルパターンは前記第２の絶縁体層の一方の長辺側に、対称なコの字型にそれぞれ形成されるとともに、前記第１のコイルパターンの一方の端部は前記第３のコイルパターンの一方の端部に、また前記第２コイルパターンの一方の端部は前記第４のコイルパターンの一方の端部に、前記第１の絶縁体層電極を貫通する貫通電極によってそれぞれ電気的に接続され、
前記第１のコンデンサパターンは前記第１の絶縁体層の他方の長辺側に、また前記第３及び第４のコンデンサパターンは前記第２の絶縁体層の他方の長辺側に、かつ前記第１の絶縁体層を挟んで前記第１のコンデンサパターンと前記第３及び第４のコンデンサパターンの両方とが対向するように配置され、
前記第３のコイルパターンの他方の端部は前記第３のコンデンサパターンと、また前記第４のコイルパターンの他方の端部は前記第４のコンデンサパターンと、前記第２の絶縁体層上でそれぞれ導通するように接続され、
前記第１のコンデンサパターンと第３のコンデンサパターンとの間で形成される容量と第１及び第３のコイルパターンで形成されるインダクタとによって第１のＬＣ共振回路が構成され、
前記第１のコンデンサパターンと第４のコンデンサパターンとの間で形成される容量と第２及び第４のコイルパターンで形成されるインダクタとによって第２のＬＣ共振回路が構成され、
前記第１及び第２のＬＣ共振回路間の結合容量が調整可能となるように、前記第２のコンデンサパターンは前記第１のコンデンサパターンと前記第１及び第２のコイルパターンとの間に、かつ前記第１の絶縁体層を挟んで前記第２のコンデンサパターンと前記第３及び第４のコンデンサパターンの両方とが対向するように配置され、
さらに、前記第１、第２、第３及び第４のコンデンサパターンの形成領域と前記第１、第２、第３及び第４のコイルパターンの形成領域とが積層方向に重ならないことを特徴とする積層型フィルタ。
前記第１のコイルパターンと前記第３のコイルパターンとが、また前記第２のコイルパターンと前記第４のコイルパターンとが、前記第１の絶縁体層電極を貫通する貫通電極によってそれぞれ電気的に接続されてなるコイルがヘリカル形状であることを特徴とする請求項１に記載の積層型フィルタ。