JPH11510990A - セラミックストリップラインフィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本出願は、セラミックフィルタと、このセラミックフィルタの製造方法を示したものである。このようなフィルタに、フィルタの動作中に電磁気的に接続され且つセラミック誘電体により互いに離間する印刷された金属層の形態で少なくとも２個のストリップライン共振器を設ける。本発明によれば、これら金属層（好適にはパラジウムラジウム層）の厚さは最低で、１０マイクロメータとしなければならず、これらの金属層は、断面ではほぼ矩形である。これらの特徴を有するフィルタは、動作中の挿入損失は驚く程に低い。本発明は、所謂ボードライン接続フィルタに使用するのが著しく好適である。

Description

【発明の詳細な説明】 セラミックストリップラインフィルタ 本発明は、フィルタの動作中に電磁気的に接続し且つセラミック誘電体により 離間する印刷された金属層の形態で少なくとも２個のストリップライン共振器を 含むセラミックフィルタに関するものである。 セラミックフィルタは、特には、ＧＳＭ、ＰＣＮ及びＤＥＣＴシステムの受信 機のような高周波信号の発信機及び受信機に用いられる。これらのシステムは、 ＭＨｚの範囲で高周波信号を利用する。例えば、ＧＳＭ（Global System for Mo blle Communication）は、９００ＭＨｚバンドで作動し、ＰＣＮ（Personal Com munication Network）は、１８００ＭＨｚの周波数を利用し、及びＤＥＣＴ（Di gital European Cordless System）もほぼ１８００ＭＨｚの周波数を利用する。 前記フィルタは、特には周波数が使用される周波数範囲外である不所望な信号を 抑制するように使用される。これは、この周波数範囲外の強力な発信機による受 信機の過負荷を排除することが必要である。 前記フィルタの製造方法と同様に明細書前文に記載されたタイプのセラミック フィルタは、本来知られている。この記載は、例えば欧州特許出願公開明細書第 ５４１３９７号にある。前記特許出願公開明細書には、特に銀或いは銅の２個の ストリップライン共振器を含み且つ印刷技術即ちスクリーン印刷によるセラミッ クフォイル上に設けられる薄板状のフィルタが記載されている。既知のフィルタ の動作中には、電磁的な接続が共振器の平面で発生する（ｘ、ｙ接続）。 実際には、既知のフィルタの挿入損失は比較的高いことが判明している。これ により、前記既知のフィルタが使用される受信機の感度が不所望に減少する。 本発明の目的は、挿入損失がフィルタの動作中に相当に抑制されるセラミック フィルタを提供することにある。 本発明のこれらの及び他の目的は、フィルタの動作中に電磁気的に接続し且つ セラミック誘電体により離間する印刷された金属層の形態で少なくとも２個のス トリップライン共振器を含むセラミックフィルタにより達成され、本発明による フィルタは、金属層の厚さが少なくとも１０マイクロメータであり、断面がほぼ 矩形であることを特徴とする。 本発明は、既知のフィルタの挿入損失がストリップライン共振器の形状及び厚 さの相当の程度に支配されるという実験で得られた識見に基づいている。この挿 入損失は、共振器がの厚さが少なくとも１０マイクロメータである場合には、ほ ぼ抑制できることが判明した。このフィルタの動作中には、共振器の厚さが少な くとも１０マイクロメータよりも薄い場合には、印刷された金属層の電気的共振 器が高周波数でかなりの抵抗損失を生じる。これらの抵抗損失は、フィルタの挿 入損失に相当影響を与える。ストリップライン共振器の厚さは、１５マイクロメ ータよりも厚くするのが好適である。この場合には、この層の電気抵抗は、フィ ルタの損失にある程度だけは影響を及ぼす。最良の結果は、２０乃至３０マイク ロメータの厚さ範囲であるストリップライン共振器により達成される。実際には 、３０マイクロメータを超える厚さを有する金属層を印刷することは困難である ことが判明した。 更に、ストリップライン共振器の形状が挿入損失の大きさに著しい影響を与え ることが実験により各確立された。この種のセラミックは、断面図で見た印刷さ れたストリップライン共振器が点状となるように慣習的に製造されている。この 結果、ストリップライン共振器の側面の高電流密度がフィルタの動作中に発達す る。これにより、挿入損失が減少する。しかしながら、フィルタがほぼ矩形のス トリップライン共振器を含む場合には、前記挿入損失の相当の抑制が達成される 。「ほぼ矩形」という表現が、本文中では、層の側面で測定された金属層の平均 厚さが金属層の平均厚さの少なくとも６０％、好適には少なくとも８０％である ことを意味するように理解されたい。 本発明によるセラミックフィルタの好適な実施例では、金属層が少なくとも２ 個のほぼ平行で一致しない平面内に延在し、この層の法線に平行な方向から見た 前記金属層が少なくとも部分的に重複することを特徴とする。 この構造のセラミックフィルタ間の連結が、主にストリップライン共振器の中 心に生じる（ｚ連結）。このタイプのフィルタは、欧州−ＰＣＴ特許出願公開明 細書第７４５２７７−Ａ１号に記載されている。欧州特許出願公開明細書第５４ １３９７号に記載されたように、共振器の側面の欠点は、ｘ、ｙ連結フィルタの 悪影響よりもｚ連結フィルタの悪影響のほうがより小さい。ｚ連結フィルタの場 合には、ほぼ矩形の相対的に薄い共振器を使用することにより、挿入損失の更な る抑制が得られる。 本発明によるセラミックフィルタの他の好適な実施例は、金属層が主にパラジ ウムを含むことを特徴とする。主にパラジウムからなる印刷された金属層の形態 のストリップライン周波数は容易に製造できることが判明した。更に、パラジウ ムは比較的高い融点を有するので、パラジウム材料のストリップライン共振器を 使用することは、セラミック誘電体の焼結温度の選択に制限は課されない。更に 、印刷された金属層の表面粗さは、挿入損失に影響を及ぼす。同じ程度の表面粗 さの場合には、パラジウム層は、例えば銅或いは銀で作った層よりもこれらの損 失に影響を及ぼすことはない。パラジウムのある小領域（最大４０ｗｔ．％）は 、他の金属で置換することができる。 本発明は、又フィルタの動作中に電磁気的に接続し且つセラミック誘電体によ り離間された印刷された金属層の形態の少なくとも２個のストリップライン共振 器を含むセラミックフィルタの製造方法に関するものでもあり、この方法は次の 工程を含む。 ａ）ペーストによりセラミックフォイル上にあるパターンにより金属層を印刷 する工程、 ｂ）フィルタを形成するために１個以上の印刷されたフォイルと多数の印刷さ れていないフォイルとを積み重ねる工程、 及びｃ）前記フィルタを仮焼して焼結する工程。 本発明による方法は、金属層に使用するペーストの固体容量は、少なくとも８ ０％に達し、フォイルを積み重ねる為には、セラミックペーストの薄い層が印刷 された単数或いは複数のフォイルに供給されることを特徴とする。 これらの処置を使用することにより、断面で見てほぼ矩形である共振器が得ら れることが判明した。フィルタが他の工程を条件とする場合には、金属層に上述 のペーストを使用することにより印刷された層の拡張を抑制することが考えられ る。このペーストの固体容量は、８５％より高いことが好適である。セラミック ペーストにより、金属層付近の空隙が充填されると考えられる。ペーストの固体 容量は、例えばほぼ６０％である。このペーストに関しては、フォイル内に同じ セラミック材料を使用することが好適である。断面図で見た形状がほぼ矩形であ る印刷された金属層を製造するには両処置が必要であることが判明した。 原則として、ストリップライン共振器を提供する為には、金属の組成が主に銀 或いは銅からなるペーストのような異なるタイプのペーストを使用することがで きる。金属の組成が主にパラジウムからなるペーストは、本発明によるセラミッ クフィルタには良好な結果を生じる。以上に説明したように、パラジウムを使用 することは、（高焼結温度での）フィルタの製造に関して及び（より低い挿入損 失の）これらのフィルタの使用に関しては有利である。 本発明のこれらの及び他の態様は以下に記載する実施例と共に詳細に説明する 。 図面において、 図１は、ｘ、ｙ接続を有するセラミックフィルタの斜視図を図式的に示したも のであり、 図２は、ｚ接続のセラミックフィルタの斜視図を図式的に示したものであり、 図３は、図２によるフィルタの長手方向の断面図であり、 図４は、図２によるフィルタの横方向の断面図であり、 図５は、図２によるフィルタの他の実施例の横方向の断面図であり、 図６は、本発明により製造された多数のフィルタのストリップライン共振器の 横方向の断面図である。 図面を明確にするために、図面は寸法通りではないことに注意されたい。 図１は、本発明で使用されるｘｙ−連結を有するセラミックフィルタの構造を 図式的に示したものである。このフィルタは、ほぼ７０の誘電率を有するバリウ ム−ネオジム−チタネイトから成る５つのセラミック層を含む。図面を明瞭とす るために、層は互いに離間しているように描かれている。フィルタは、基底層３ １を含み、この基底層上には印刷されたパラジウムの第１基底プレート３６が被 着される。前記基底層は第１中間層３２を支持し、この層上では２この印刷され たパラジウムのストリップライン共振器３７、３８が被着される。前記共振器は 、少なくとも１０マイクロメータの、好適には１５マイクロメータの厚さを有す る。 この場合には、厚さは、ほぼ２２マイクロメータである。印刷されたストリップ ライン共振器は、断面では主として長方形である。 第１セラミック中間層３２には、第２中間層３３を設ける。２個のパラジウム キャパシタプレート３９及び４０は、前記第２中間層上に印刷される。印刷され たパラジウムの第２基底プレート４１が設けられている第３中間層３４は、中間 層３３に被着される。印刷されていないセラミックの頂上層３５は、中間層３４ 上に存在する。各セラミック層の所望な厚さによって、これらの層は１０個以上 のセラミック副層で構成することができる。上述の実施例の説明中では、被着さ れた層はパラジウムで形成することができる。しかしながら、又本発明に記載の フィルタに銀或いは銅で印刷された層を設ける場合には、本発明において意図さ れる効果が達成される。 このフィルタは、アース電極４２を含み、このアース電極にフィルタの側面を 完全に覆っており、この電極はストリップライン３７及び３８と電気的に接して いる。又前記フィルタには、入力接点４３及び出力接点４４を具え、この接点は 各々キャパシタプレート３９及び４０と電気的に接する。 本発明は、ｚ−接続を有するセラミックフィルタに使用されることが好適であ る。この構造のフィルタにおいては、損失が最低に達成される。このようなフィ ルタでは、図２により記載される。前記図に記載されたフィルタには、印刷され た金属層の形態で第１ストリップライン共振器３及び第２ストリップライン共振 器４が被着される第１基底プレート１及び第２基底プレート２を設ける。本発明 の不可欠な態様は、これら金属層の厚さが、少なくとも１０マイクロメータ、好 適には少なくとも１５マイクロメータとしなければならない。この場合には、厚 さはほぼ２４マイクロメータであった。本発明の他の不可欠な態様では、金属層 の断面がほぼ矩形である。この場合において、層の側面で測定された金属層の平 均的な厚さは、金属層の平均的な厚さの少なくとも８０％であった。パラジウム が、共振器用の材料として使用された。 第１ストリップライン共振器３及び第２ストリップライン共振器４は、端部で 、導電体側面５により第１基底プレート１及び第２基底プレート２の両者の端部 に接続される。ストリップライン共振器３のもう一方の端部は、コンデンサプレ ー ト７及び８により、導電側面６に容量接続される。ストリップライン共振器４の もう一方の端部は、コンデンサプレート９及び１０により導電側面６に容量接続 される。又この導電側面６は第１基底プレート１及び第２基底プレート２に接続 される。 ストリップラインの共振器の長さはλ／８である。このコンデンサは、λ／８ の長さを有するストリップライン共振器３を共振させるためにある。フィルタの 動作中には、ストリップライン共振器３及び４が他の導電体１１の接続開口を介 して磁気的に連結される。前記導電体１１は、ストリップライン３及び４の間に 設けられる。接続開口の寸法により、第１ストリップライン共振器３と第２スト リップライン共振器４との間の接続の程度が決定される。フィルタの入力信号は 、入力接点１２に供給され、この入力接点は、フィルタの側面に位置する。この 接点は、電気めっきされたタップ１３を介して第１ストリップライン共振器３に 接続される。フィルタの出力信号は、フィルタの対向する側面に位置する出力接 点１４に入手可能となる。接点１４は電気めっきされたタップ１５を介して第２ ストリップライン共振器４に接続される。 導電体１６及び１７は、フィルタの側面に位置して、前記フィルタを調整する ことができる。導電体１６及び１７は、側面６、第１基底プレート１及び第２基 底プレート２に接続される。フィルタは導電体１６及び／又は導電体１７の長さ を減少させることにより、調整される。これは、レーザにより適当な導電体の端 部から材料を移動することによって達成することができる。 ストリップライン共振器３及び４と、他の導電体１１と、基底プレート１及び ２とは、誘電材料であるバリウム−ネオジム−チタネイトタイプのような相対的 に高い誘電率を有する誘電材料により実施される。このような材料は、ほぼ７０ の誘電率を有する。誘電材料の高い誘電率により、使用の際にはフィルタの寸法 が制限される。例えば、バリウム−ネオジム−チタニウムを基礎とする上述のセ ラミック材料の寸法は、１８９０ＭＨｚ中央周波数に対して３．２ｍｍ×１．６ ｍｍ×１．５ｍｍである。 図３は、図２によるフィルタの長手方向断面を示したものである。図３は、導 電側面５とストリップライン共振器３の端部との間の接続を示したものである。 ストリップライン共振器３の他端はコンデンサプレート７及び８により側面６に 容量接続される。組立中に、配列の損失がある場合には、容量プレート７及び８ は、前記コンデンサプレートの少しの移動によりコンデンサの容量価値に影響を 与えることはなく、互いに対するストリップライン共振器３は重複した表面に影 響を与えることはない。 基底プレート２の部分は、接点１２及び１４と基底プレート２との間のショー トサーキットを不可能にするするように除去する。フィルタを調整為に短くする ことができる導電体１６及び１７は、前記フィルタの外側表面上に位置するこれ により、必要であれば、トリミング作業を行い、レーザに容易に接近可能となる 。 図４は、図２によるセラミックフィルタの横方向における断面図を示したもの である。フィルタの動作中には、ストリップライン共振器３及び４は、他の導電 体１１の接続開口を介して電磁気的に接続される。更に、ストリップライン３及 び４の両者は、２個の基底プレート１及び２により包囲されている。図４による 他の実施例においては、ストリップライン共振器３及び４は横にシフトされる。 ストリップライン共振器３のこの横方向へのシフトは、これらストリップライン 共振器間の接続を抑制し、その結果幾つかの状況においては他の導電体１１が余 分なものとなる。ストリップライン共振器３及び４の横方向へのシフトの他の結 論としては、導電体１６及び１７の影響が増大するのは、適当な導電体と１個の ストリップライン共振器との間の寸法がより小さいことに起因することである。 これにより、チューニング範囲が拡大される。 上述のタイプのフィルタは、薄膜技術及びマルチレイヤ技術により製造するこ とができる。これは、以下に詳細に説明する。 好適な実施例 厚さがほぼ５０マイクロメータであるバリウム−ネオジム−チタニウムを基礎 とするグリーンセラミックフォイルは、始動材料として使用した。ペーストを使 用する際には、パラジウム金属層がこれらのフォイル上の所望な構造により印刷 された。このようにして、ストリップライン共振器、コンデンサプレート、基板 プレート或いは接続開口を有する他の導電体が各金属層として印刷されたフォイ ルが得られた。このようにして形成された金属フォイルは、図２に示した１個の ほぼ対応するフィルタ構造を形成するため多くの印刷していないフォイルと共に 積み重ねられた。この構造には、同じセラミック材料でできた多くの印刷されて いないフォイルにより互いから離間した７個の印刷されたフォイルを設ける。 このようにして得られた構造は、続いて約３５０℃の温度で仮焼され、この種 々のバインダ及び溶剤はフォイルから除去された。続いて、この構造は、加圧さ れ同時に１３００℃で焼結された。好適には、焼結は単軸方向の圧力影響下で生 じ、この圧力はフォイルの平面に対して直角に作用する。この技術は、米国特許 文献である米国特許明細書第４６１２６８９号に非常に詳細に記載されている。 焼結動作中の単軸方向の作用は、ｘ，ｙ方向（圧力が作用する方向に対して直角 な方向）で印刷されてた金属層間の距離が同様に維持されるか或いは極僅かに変 化するのみであるという利点を有する。 最後に、焼結されたフィルタの側面に印刷技術による必要な導電体を設けた。 断面は、前記フィルタを点検するためにこのように得られた多くのフィルタによ り形成された。ストリップライン共振器の厚さ及びその形状は測定顕微鏡により 視覚的に点検された。 第１の実験では、一連のフィルタは、上述の方法（Ａシリーズ）により製造さ れた。この実験では、ほぼ７５％の固体容量を有するパラジウムパスタを使用し 、ストリップライン共振器及び他の金属層を印刷した。被着したパラジウム層の 厚さは、ほぼ１０マイクロメータであった。焼結した後に、これらの層はほぼ５ マイクロメータであることが分かった。この相対的に薄い金属層は一点で集結し た。仕上げ後のフィルタの測定により、損失が高い（表参照）ことが判明した。 第２の実験では、一連のフィルタは、上述の方法（Ｂシリーズ）により製造さ れた。この実験においては、同じペーストが使用された。この場合には、被着さ れた金属層の厚さは４０マイクロメータであった。焼結動作では、ストリップラ イン共振器の中間で測定された厚さは、約２１マイクロメータであることが判明 した。相対的に厚い金属層は、一点で終端した。仕上げ後のフィルタを測定した 結果、損失はＡシリーズのフィルタよりも低かったが、相対的には高い（表参照 ）であった。 第３の実験では、一連のフィルタは、上述の方法（Ｃシリーズ）により測定さ れた。この実験では、金属層は、８０％の固体容量を有するペーストから形成さ れる。この場合には、被着された金属層の厚さは、約４４マイクロメータであっ た。焼結動作後には、層の厚さは２５マイクロメータであった。この金属層は、 表面の大部分に亘り、同じ平均的な厚さを有する。この層は、Ｖ型の点で終端す る。又この場合には、損失がまだ相対的に高かった（表を参照）。 第４の実験では、一連のフィルタは上述の方法（Ｄシリーズ）により製造され た。この実験においては、８５％の固体容量を有するペーストが、使用された。 フォイルを積み重ねるために、印刷された各フォイルに、セラミックペースト（ 固体容量８５％）の薄い層を設けた。このペーストのセラミック材料は、フォイ ルの材料と同じ組成であった。この場合には、被着された金属層の厚さは、ほぼ ４８マイクロメータであった。焼結動作の結果、層の厚さは、２６マイクロメー タであった。金属層は、卓越した矩形の端部を有する。両端部で測定した厚さは 、層の平均的な厚さの８０％よりも厚かった。この場合においては、損失は受諾 可能な値（表参照）を示した。 表において、上述の実験データを示した。前記表は、断面で示されている形状 が矩形であり、厚さが少なくとも１０マイクロメータであるストリップライン共 振器を使用する場合には、２．３ｄＢの受諾可能な値が達成されることが分かる 。 図６は、断面図で、上述の実施例で製造したソーンスルーフィルタ（sawn-thr ough filter）において観察された際のストリップライン共振器の形状を示した ものである。断面の各々の背後のレターは、上述のシリーズに一致する。この図 は、明確な測定が行われた場合には、断面で見た型が突出した矩形である相対的 に薄いストリップライン共振器を有するセラミックフィルタが製造できる。これ は、特には、少なくとも８０％の固体容量を有するパラジウムのペーストとセラ ミック材料の層との組み合わせを使用することにより、達成される。十分な厚さ を有する卓越した矩形の共振器により、フィルタ挿入損失が相当減少することが 分かった。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ティトゥラエル ヘルマヌス ヘラルダス マリア オランダ国 5656 アーアー アインドー フェン プロフ ホルストラーン ６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．フィルタの動作中に電磁気的に結合され、且つセラミック誘電体により分離 された印刷された金属層の形態の少なくとも２個のストリップライン共振器を有 するセラミックフィルタにおいて、金属層の厚さが少なくも１０マイクロメータ であり、金属層の断面がほぼ矩形であることを特徴とするセラミックフィルタ。 ２．前記金属層が少なくとも２個のほぼ平行で一致しない平面内に延在し、前記 金属層の法線に対して平行な方向から見た場合、金属層が少なくとも部分的に重 複することを特徴とする請求項１に記載のセラミックフィルタ。 ３．金属層が主としてパラジウムを含むことを特徴とする請求項１或いは２に記 載のセラミックフィルタ。 ４．ａ）ペーストによってセラミックフォイル上のある様式による金属層の印刷 する工程と、 ｂ）１個以上の印刷されたフォイルとフィルタを形成する為の印刷されてい ない多くのフォイルとの積み重ねる工程と、 ｃ）前記フィルタの仮焼及び焼結の工程と、 を含み、フィルタの動作中に電磁気的に結合され且つセラミック誘電体により 離間した印刷された金属層の形態の少なくとも２個のストリップライン共振器を 有するセラミックフィルタの製造するに際して、 前記金属層用に使用する印刷するペーストの固形分が少なくとも８０％に達し 、フォイルを積み重ねる為に、セラミックペーストの薄い層が印刷された単数或 いは複数のフォイル上に形成されることを特徴とする方法。 ５．ペーストの金属が主にパラジウムを含むことを特徴とする請求項４に記載の 方法。