JPH08335805A - 積層誘電体フィルタ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 通過帯域幅が狭い特性でも共振器内導体間隔
を狭めて小型化できるようにする。また通過帯域幅特性
が異なるフィルタについても、同じ共振器内導体間隔で
設計でき、チップ外形寸法も同一にできるようにする。 【構成】 積層・接合された多数の誘電体シートが焼結
一体化された誘電体チップ１０と、その内部に間隔をお
いて配置されて一端開放で他端短絡となる複数の共振器
内導体１２ａ，…，１２ｃと、誘電体チップの外表面に
設けた共振器外導体となる外面アース導体１４と、両側
に位置する共振器内導体と結合するように設けた入出力
電極１６ａ，１６ｂを有する。本発明では更に、誘電体
チップ内部の共振器内導体の間の位置に、隣接する共振
器間の結合度を制御する線状の結合制御導体１８を配設
し、該結合制御導体の外表面に至る端部を外面アース導
体に接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、誘電体シートを多数枚
積層して焼結したチップ状の誘電体材料の内部に共振器
内導体を設け、外表面に外部アース導体及び入出力電極
を設けた積層誘電体フィルタに関するものである。更に
詳しく述べると本発明は、誘電体チップ内部の共振器内
導体の間の位置に、線状の結合制御導体を配設して隣接
する共振器間の結合度を制御し、共振器内導体間隔が狭
いにもかかわらず狭帯域特性を呈する積層誘電体フィル
タに関するものである。この積層誘電体フィルタは、例
えばマイクロ波帯で用いる自動車電話、携帯電話などの
各種移動体通信機器中で使用される。

【０００２】

【従来の技術】誘電体材料を使用するマイクロ波用フィ
ルタは多種多様である。その一つに共振器をストリップ
線路で構成する形式がある。例えば１／４波長共振器の
場合には、誘電体材料の内部に直線状のストリップ線路
型の共振器内導体を設けて、その一端が開放となり、他
端が誘電体材料の外表面の外部アース導体に短絡される
ように構成する。ここで共振器内導体は、共振波長の１
／４の奇数倍の長さに設定する。誘電体材料の内部で、
このような共振器内導体を複数個、フィルタ特性に対応
した結合度が得られるように所定の間隔で並設すること
によって、帯域通過フィルタが得られる。

【０００３】近年の通信機器の小型化に伴い、誘電体フ
ィルタも一層の小型化が要求され、それに対応すべく一
部で積層構造が採用されている。これは多数の誘電体シ
ート（グリーンシート）を積層して加圧一体化し、焼結
する構成である。例えば、内部の共振器内導体を導体ペ
ーストのパターン印刷で誘電体シート上に形成し、それ
を含めて誘電体シートを多数積層して圧着一体化し、外
部アース導体と入出力電極を形成して焼結する。通常、
多数個取りができるように、大きな誘電体シートを使用
し、圧着一体化した後に縦横に切断してチップ状にする
製法が採用されている。

【０００４】積層誘電体フィルタの場合においても、複
数の共振器内導体は、整合がとれる結合状態となるよう
に所定の間隔で配置する必要がある。フィルタ特性とし
て通過帯域幅の狭い特性が要求れさる場合は、共振器内
導体同士の間隔を拡げて結合度を弱めるようにして制御
する。従って、例えば中心周波数が同じでも通過帯域幅
が異なれば、全く別の（間隔の拡がった）共振器内導体
パターンを設計しなければならず、それに伴って外形寸
法も異なったものとなってしまう。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】印刷技術を使用する積
層誘電体フィルタは、本質的に小型化に適する構造であ
るが、より一層の小型化の要求に応えるために種々の工
夫が施されている。例えば、共振器内導体の長さ方向の
寸法に関しては、共振器内導体の開放端側近傍に負荷容
量を設けるとか、あるいは共振器内導体の開放端側をス
テップ形状に拡げることで、短縮化が可能である。しか
し、共振器内導体間の寸法は、帯域幅に見合う一定間隔
だけ離すことによって所望の結合をとっているため、小
型化には制約がある。特に、狭帯域特性を発現させるた
めには、共振器内導体間隔を拡げなければならないため
に、チップ寸法が大きくなる問題がある。

【０００６】また誘電体フィルタは使用する機器によっ
て要求される帯域幅は異なるため、それぞれの仕様に従
って共振器内導体パターンを設計しなければならず、チ
ップの外形寸法も異なる。このために、製造に際して
は、機種毎に様々な治具を用意しなければならない。

【０００７】本発明の目的は、通過帯域幅が狭い特性の
場合でも共振器内導体間隔を狭めることができ、それに
よって小型化できる積層誘電体フィルタを提供すること
である。本発明の他の目的は、通過帯域幅特性が異なる
フィルタについても、同じ共振器内導体間隔で設計で
き、チップ外形寸法も同一にできるため、製造し易い積
層誘電体フィルタの製造方法を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、積層・接合さ
れた多数の誘電体シートが焼結一体化された誘電体チッ
プと、該誘電体チップの内部に間隔をおいて配置されて
一端開放で他端短絡となる複数の共振器内導体と、該誘
電体チップの外表面に設けた共振器外導体となる外面ア
ース導体と、両側に位置する共振器内導体と結合するよ
うに設けた入出力電極を有する積層誘電体フィルタであ
る。本発明の特徴は、誘電体チップ内部の共振器内導体
の間の位置に、隣接する共振器間の結合度を制御する線
状の結合制御導体を配設し、該結合制御導体の外表面に
至る端部を外面アース導体に接続した点にある。

【０００９】典型的な例としては、複数の共振器内導体
は、誘電体チップの一方の側面から他方の側面に達する
ような帯状をなし互いに平行に設けられ、線状の結合制
御導体は、共振器内導体に対してほぼ平行に配設され
る。結合制御導体は、共振器内導体と同層に設けてもよ
いし別層に設けてもよく、あるいは同層と別層の両方に
設けることもできる。この結合制御導体は、誘電体チッ
プの一方の側面から対向する他方の側面にまで達し、両
端で外面アース導体に接続する構成でもよいし、誘電体
チップの一方の側面から中央に向かって延びるパターン
と、それに対向する他方の側面から中央に向かって延び
るパターンの対からなり、それぞれ側面側の端で外面ア
ース導体に接続されているような構成でもよい。

【００１０】また本発明は、多数の誘電体シートを積層
すると共に、内部に複数の帯状の共振器内導体を形成し
て接合し、外表面に共振器外導体となる外面アース導体
と入出力電極を設けて焼結する積層誘電体フィルタの製
造方法である。この製造方法の特徴は、誘電体チップ内
部の共振器内導体の間の位置に、共振器内導体と平行に
結合制御導体を設け、該結合制御導体の外表面に至る端
部を外面アース導体に接続し、該結合制御導体の形成層
の位置及び形成本数によって隣接する共振器間の結合度
を制御して所望の通過帯域幅特性を呈する積層誘電体フ
ィルタを製造する点にある。

【００１１】

【作用】本発明の積層誘電体フィルタは１／４波長共振
型であり、フィルタの中心周波数は原理的には共振器内
導体の長さで決まる。誘電体チップ内に構成される共振
器同士が互いに結合してフィルタ特性を発現する。共振
器内導体間に、結合制御導体を配置すると、それによっ
て共振器間の結合が弱められる。このために通過帯域幅
を狭くすることができる。これは、実質的に、共振器内
導体間隔を拡げたのと同じことを意味し、これによって
狭帯域特性のフィルタが必要な場合に、外形寸法を小型
化できることになる。

【００１２】また結合制御導体を形成する層（即ち位
置）を変えたり、形成本数を変えることで、隣接する共
振器間の結合度を制御できるため、同一外形寸法を維持
しつつ異なる通過帯域幅特性の積層誘電体フィルタを製
造できることになる。

【００１３】

【実施例】図１は本発明に係る積層誘電体フィルタの一
実施例を示しており、Ａはその外観図、ＢはそのＸ−Ｘ
水平断面図、ＣはそのＹ−Ｙ垂直断面図である。この例
はインターデジタル型の３段フィルタである。なお図面
を分かり易くするために、見えている導体の部分には斜
線を付して表している。各導体部分はかなり厚く描いて
いるが、実際にはスクリーン印刷により導体ペーストを
印刷したものであって、極く薄い層である。

【００１４】この積層誘電体フィルタは、積層・接合さ
れた多数の誘電体シートが焼結一体化されてなる誘電体
チップ１０と、該誘電体チップ１０の内部において互い
に平行に間隔をおいて配置した複数（ここでは３本）の
帯状の共振器内導体１２ａ，１２ｂ，１２ｃと、前記誘
電体チップ１０の外表面に設けた共振器外導体となる外
面アース導体１４と、両側の共振器内導体１２ａ，１２
ｃとの間で入出力結合するように設けた入出力電極１６
ａ，１６ｂを有する。各共振器内導体１２ａ，…，１２
ｃは、誘電体チップ１０の一方の側面からそれに対向す
る他方の側面にまで達し、一端が開放状態（外面アース
導体１４に接続されない）であって、他端が短絡状態
（外面アース導体１４に接続れさている）にある。イン
タデジタル型であるから、共振器内導体１２ａ，…，１
２ｃの開放端と短絡端は交互に対向する側面に位置する
ことになる。入出力電極１６ａ，１６ｂは、ここでは誘
電体チップ１０内に延びる埋設部分を有し、共振器内導
体１２ａ，１２ｃを挾み込むような状態で入出力結合を
とる構成となっている。入出力電極１６ａ，１６ｂの露
出部分は、誘電体チップ１０の外表面において外部アー
ス電極１４とは導通しないような島状のパターンとなっ
ている。

【００１５】さて本発明においては、誘電体チップ１０
の内部の共振器内導体１２ａと１２ｂの間の位置、及び
共振器内導体１２ｂと１２ｃの間の位置に、それぞれ隣
接する共振器間の結合度を制御する線状の結合制御導体
１８を共振器内導体１２ａ，…，１２ｃに対してほぼ平
行に配設する。この実施例では、誘電体チップ１０の一
方の側面から他方の側面に至るように連続した形状であ
り、共振器内導体１２ａ，…，１２ｃと同じ層に配置し
ている。この結合制御導体１８の外表面に至る両端部を
それぞれ外面アース導体１４に接続する。結合制御導体
１８は、例えばコンマ数mmといった極く狭いパターン幅
でよい。この実施例では、結合制御導体１８を共振器内
導体１２ａ，…，１２ｃと同じ層（同じ誘電体シート
面）に形成している。

【００１６】隣接する共振器内導体１２ａ，…，１２ｃ
の間に、外部アース導体１４に接続されている結合制御
導体１８を配置すると、それによって共振器内導体１２
ａ，…，１２ｃ間の結合が弱められる。言い換えれば、
共振器内導体の間隔を離したのと同じようになる。この
ために、結合制御導体の無い従来品に比べて、通過帯域
幅の狭いフィルタ特性を発現させることができる。

【００１７】結合制御導体を挿入する位置は、共振器内
導体を形成した層と同層のみに限られるものではない。
図２のＡは、誘電体チップ１０の内部において共振器内
導体１２ａ，…，１２ｃの層から均等に上下に離れた層
にそれぞれ結合制御導体１８を設けた例である。共振器
内導体の層の上方もしくは下方のいずれか一方のみに結
合制御導体を設けてもよい。図２のＢは、中央の共振器
内導体１２ｂと、両側の共振器内導体１２ａ，１２ｃの
層を異ならせて、間隔を広くしつつ小型化を図った例で
ある。この場合も結合制御導体１８を設けることで、更
に共振器間の結合が弱まり、より一層の小型化が可能と
なる。このように結合制御導体１８の位置や本数によっ
て共振器間の結合度を制御することが可能である。

【００１８】結合制御導体は、その誘電体チップ外表面
に至る端部が外面アース導体に接続されている必要があ
る。他の例を図３に示す。ここでは、結合制御導体２０
は、誘電体チップ１０の一方の側面から中央に向かって
延びるパターン２０ａと、それに対向する他方の側面か
ら中央に向かって延びるパターン２０ｂとの対からな
り、それぞれ側面側の端で外面アース導体１４に接続さ
れている。つまり両パターン２０ａ，２０ｂは連続して
おらず、中途で途切れた状態となっている。このような
結合制御導体２０によっても、共振器内導体１２ａ，
…，１２ｃ間の結合を制御することができる。

【００１９】次に図４に示す２段フィルタの場合を例に
とって、結合制御導体の配置例を説明する。Ａは、共振
器内導体２２とは別の上下均等に離れた層にそれぞれ結
合制御導体２８を配置した例である。Ｂは、共振器内導
体２２とは別の上下均等に離れた層にそれぞれ２本ずつ
結合制御導体２８を配置した例である。Ｃは、共振器内
導体２２と同層、及び別の上下均等に離れた層にそれぞ
れ結合制御導体２８を配置した例である。Ｄは、２本の
共振器内導体２２を異なる層に設け、結合制御導体２８
はそれらの層の間に２本配置した例である。その他、図
示しないが、図１と同様に、共振器内導体と同じ層のみ
に結合制御導体を配置する構成もある。このように種々
の配置が考えられ、その位置や本数によって共振器間の
結合度が変化する。言い換えれば、結合制御導体を配置
する位置や本数を調整することによって、同じ外形寸
法、同じ共振器内導体間隔で、必要な通過帯域幅特性を
もつ積層誘電体フィルタを得ることが可能となる。

【００２０】このような積層誘電体フィルタは、例えば
次のような方法で製造できる。まず多数の誘電体シート
（グリーンシート）を用意する。それらは通常数十μｍ
程度の厚さとする。その誘電体シートのあるものには共
振器内導体パターンを導電ペーストを用いて印刷し、ま
た別の誘電体シートには入出力の結合パターンや結合制
御導体パターンを導電ペーストを用いて印刷する。これ
らは量産化のために多数個取りができるように、大きな
誘電体シートに多数個分のパターンを縦横規則的に配置
する。これらパターンを印刷した誘電体シートと印刷し
ていない誘電体シートとを、所定の順序で必要枚数積層
して加圧一体化する。その後、縦横に切断して１個１個
の誘電体チップに分離する。各誘電体チップの外表面
に、共振器外導体となる外面アース導体と入出力端子部
を印刷し、焼結する。これによって多数の積層誘電体フ
ィルタが得られる。

【００２１】この際、同じ共振器内導体パターンを使用
し、同じ外形寸法であっても、誘電体チップ内に配置す
る結合制御導体の位置及び形成本数を変えることによっ
て、隣接する共振器間の結合度を制御することができ、
所望の通過帯域幅特性を呈する積層誘電体フィルタが実
現できることになる。

【００２２】次に本発明の有効性を示す実験例について
述べる。実験に使用した積層誘電体フィルタはインター
デジタル型３段フィルタであり、外形を図５に示す。上
面は端子面であるのに対して、裏面は全面ベタアース面
である。斜線を付した部分は導体層を表している。図６
のＡは共振器内導体３０の形状を示し、図６のＢは結合
制御導体３２と入出力電極の一部（誘電体チップ内に埋
設されている部分）３４の形状を示す。図７はフィルタ
断面を表しており、Ａは本発明品、Ｂは本発明品で
ある。Ａの本発明品の方がＢの本発明品よりも共振
器内導体に近い距離のところに結合制御導体を配置して
いる。

【００２３】各試料の特性と形状を表１に示す。なお中
心周波数ｆ₀ は、いずれも１７４７ＭHzである。また本
発明品との結合制御導体幅は、ともに０．３mmであ
る。通過帯域幅は３ｄＢ下がったポイント間での幅であ
り、挿入損失はトップ位置での損失である。

【００２４】

【表１】

【００２５】各試料の挿入損失の特性線図を図８に示
す。これらの試作実験結果から、次のことが言える。従
来品と本発明品を比べると、本発明品は、挿入損失
が過度に低下することなく、同等の通過帯域幅特性を呈
するフィルタが得られ、共振器内導体間隔を６０％程度
狭めることができ、それに対応して外形寸法も著しく小
型化できる。なお小型化は共振器内導体間隔を狭くした
ことのみによるのではなく、それに伴い他の部分の小型
化が図れることによる。また本発明品とを比べる
と、フィルタ外形寸法や共振器内導体間隔を変えること
なく、単に結合制御導体の挿入位置を変えるだけで、帯
域幅を広狭自在に制御できることが分かる。この試作実
験で使用した誘電体シートの厚みは約６０μｍなので、
結合制御導体までの距離はその倍数の範囲である程度自
由に可変できる。上記の実験例では共振器内導体と異な
る層に結合制御導体を配置しているが、同層に配置した
り、結合制御導体の本数を増やすと、結合を弱める力が
更に大きくなり、帯域幅も更に狭めることができる。こ
のようにして、Ｑ値の低下を極力少なくしつつ所望の帯
域幅の積層誘電体フィルタを製造できることになる。

【００２６】なお上記の実施例では、入出力電極は、誘
電体チップの外表面の部分と内部に埋設されている部分
との組み合わせからなるが、所定の入出力結合がとれれ
ばよく、内部に埋設されている部分の無い構造とするこ
ともできる。またインターデジタル型フィルタの例のみ
を示しているが、本発明はコムライン型フィルタにも適
用可能である。

【００２７】

【発明の効果】本発明は上記のように、誘電体チップ内
で共振器内導体の間の位置に、隣接する共振器間の結合
度を制御する線状の結合制御導体を配設し、その外表面
に至る端部を外面アース導体に接続する構成としたこと
により、通過帯域幅が狭い特性の場合でも共振器内導体
間隔を狭めることができ、それによって積層誘電体フィ
ルタを更に小型化することができる。また本発明によれ
ば、結合制御導体の位置や本数を変えることで、隣接す
る共振器間の結合度を制御して、同一共振器内導体パタ
ーンを用い、同一外形寸法で、通過帯域特性の異なる所
望の積層誘電体フィルタを製造することができる。この
ため、各機種毎に治具を揃える必要が無くなり、安価に
且つ容易に製造できることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る積層誘電体フィルタの一実施例を
示す説明図。

【図２】本発明の他の実施例を示す断面図。

【図３】本発明の他の実施例を示す断面図。

【図４】結合制御導体の配置例を示す説明図。

【図５】実験のため試作した積層誘電体フィルタの外形
説明図。

【図６】その共振器内導体と結合制御導体などのパター
ン説明図。

【図７】試作したフィルタの断面図。

【図８】フィルタ特性を示すグラフ。

【符号の説明】

１０ 誘電体チップ １２ａ，１２ｂ，１２ｃ 共振器内導体 １４ 外面アース導体 １６ａ，１６ｂ 入出力電極 １８ 結合制御導体

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 積層・接合された多数の誘電体シートが
   焼結一体化された誘電体チップと、該誘電体チップの内
   部に間隔をおいて配置されて一端開放で他端短絡となる
   複数の共振器内導体と、該誘電体チップの外表面に設け
   た共振器外導体となる外面アース導体と、両側に位置す
   る共振器内導体と結合するように設けた入出力電極を有
   する積層誘電体フィルタにおいて、 誘電体チップ内部の共振器内導体の間の位置に、隣接す
   る共振器間の結合度を制御する線状の結合制御導体を配
   設し、該結合制御導体の外表面に至る端部を外面アース
   導体に接続したことを特徴とする積層誘電体フィルタ。
2. 【請求項２】 複数の共振器内導体は誘電体チップの一
   方の側面からそれに対向する他方の側面に達するような
   帯状をなし互いに平行に設けられ、線状の結合制御導体
   は共振器内導体に対してほぼ平行に配設されている請求
   項１記載の積層誘電体フィルタ。
3. 【請求項３】 結合制御導体を共振器内導体と同層に設
   ける請求項１又は２記載の積層誘電体フィルタ。
4. 【請求項４】 結合制御導体を共振器内導体と別層に設
   ける請求項１乃至３記載の積層誘電体フィルタ。
5. 【請求項５】 結合制御導体は、誘電体チップの一方の
   側面から対向する他方の側面にまで達し、両端が外面ア
   ース導体に接続されている請求項１乃至４記載の積層誘
   電体フィルタ。
6. 【請求項６】 結合制御導体は、誘電体チップの一方の
   側面から中央に向かって延びるパターンと、それに対向
   する他方の側面から中央に向かって延びるパターンの対
   からなり、それぞれ側面側の端が外面アース導体に接続
   されている請求項１乃至４記載の積層誘電体フィルタ。
7. 【請求項７】 多数の誘電体シートを積層すると共に、
   内部に複数の帯状の共振器内導体を形成して接合し、外
   表面に共振器外導体となる外面アース導体と入出力電極
   を設けて焼結する積層誘電体フィルタの製造方法におい
   て、 誘電体チップ内部の共振器内導体の間の位置に、共振器
   内導体とほぼ平行な結合制御導体を設け、該結合制御導
   体の外表面に至る端部を外面アース導体に接続し、該結
   合制御導体を形成層の位置及び形成本数によって隣接す
   る共振器間の結合度を制御して所望の帯域幅を呈する積
   層誘電体フィルタを製造することを特徴とする積層誘電
   体フィルタの製造方法。