KR20200141378A - 필터 모듈 - Google Patents

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Abstract

[과제] 필터 소자를 모듈 기판에 실장하고, 실드 부재를 배치한 상태에서 목표로 하는 필터 특성을 얻는 것이 가능한 필터 모듈을 제공한다.
[해결수단] 모듈 기판에 필터 소자가 실장되고, 실드 부재로 덮여 있다. 필터 소자는 서로 반대 방향을 향하는 제 1 측면 및 제 2 측면을 구비하고, 저면에 그라운드 단자와 신호 단자가 형성되어 있다. 실드 부재는 제 1 측면 및 제 2 측면에 대향하는 측벽 부분을 갖는다. 필터 소자는 복수의 LC 병렬 공진 회로를 내부에 포함한다. LC 병렬 공진 회로의 인덕터는 제 1 측면 및 저면의 양쪽에 평행한 방향으로 배열되고, 인덕터의 각각은 그라운드 단자에 전기적으로 접속되어 있는 단부로부터 상방을 향해서 연장되고, 또한 제 1 측면으로부터 제 2 측면을 향하는 방향으로 연장되고, 또한 저면을 향하는 방향으로 연장되어 있다. 제 1 측면과 실드 부재의 측벽 부분의 간격이 제 2 측면과 실드 부재의 측벽 부분의 간격보다 좁다.

Description

필터 모듈{FILTER MODULE}
본 발명은 필터 모듈에 관한 것이다.
제 5 세대 이동 통신 시스템(5G)에 있어서, 예를 들면 주파수 3.3GHz 이상 4.2GHz 이하의 밴드 n77, 주파수 3.3GHz 이상 3.8GHz 이하의 밴드 n78, 주파수 4.4GHz 이상 5.0GHz 이하의 밴드 n79 등이 규정되어 있다. 이들 주파수대에서 사용하는 밴드 패스 필터로서, 예를 들면 인덕터와 커패시터의 병렬 공진 회로를 복수개 배치한 필터 소자가 검토되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1). 이 필터 소자는 복수의 절연체층에 각각 소정의 도체 패턴을 형성하고, 다른 절연체층에 형성된 도체 패턴끼리를 비아 도체에 의해 접속한 적층형 고주파 필터로서 실현된다.
국제 공개 제2011/114851호
필터 소자는, 예를 들면 고주파 스위치, 로우 노이즈 앰프 등과 함께 공통의 모듈 기판에 실장된다. 모듈 기판에 실장된 이들 회로 부품은 실드 부재에 의해 전자 실드된다. 본원의 발명자는 모듈 기판에 실장해서 실드 부재에 의해 전자 실드한 상태에서 필터 소자의 특성이 필터 소자 단체의 특성으로부터 벗어나 버리는 경우가 있는 것을 발견했다. 필터 소자의 특성이 벗어나면, 목표로 하는 필터 특성이 얻어지지 않게 되어 버리는 경우가 있다.
본 발명의 목적은 필터 소자를 모듈 기판에 실장하고, 실드 부재에 의해 전자 실드한 상태에서 목표로 하는 필터 특성을 얻는 것이 가능한 필터 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 관점에 의하면,
모듈 기판과,
서로 반대 방향을 향하는 저면 및 상면, 서로 반대 방향을 향하는 제 1 측면 및 제 2 측면을 구비하고, 상기 저면에 그라운드 단자, 제 1 신호 단자, 제 2 신호 단자가 형성되고, 상기 저면을 상기 모듈 기판에 대향시킨 자세로 상기 모듈 기판에 실장된 필터 소자와,
상기 제 1 측면 및 상기 제 2 측면에 각각 대향하는 제 1 측벽 부분 및 제 2 측벽 부분을 구비하고, 상기 필터 소자를 덮는 실드 부재를 갖고,
상기 필터 소자는 각각이 서로 병렬로 접속된 인덕터와 커패시터를 포함하는 복수의 병렬 공진 회로를 내부에 포함하고,
상기 복수의 병렬 공진 회로의 인덕터는 상기 제 1 측면 및 상기 저면의 양쪽에 평행한 방향으로 배열되고,
상기 복수의 병렬 공진 회로의 인덕터의 각각은 상기 그라운드 단자에 전기적으로 접속되어 있는 그라운드측의 단부로부터 상방을 향해서 연장되고, 또한 상기 제 1 측면으로부터 상기 제 2 측면을 향하는 방향으로 연장되고, 또한 상기 저면을 향하는 방향으로 연장되어 있고,
상기 복수의 병렬 공진 회로 중 1개의 병렬 공진 회로의 인덕터의 그라운드측의 단부와는 반대측의 신호측의 단부가 상기 제 1 신호 단자에 전기적으로 접속되어 있고, 다른 1개의 병렬 공진 회로의 인덕터의 그라운드측의 단부와는 반대측의 신호측의 단부가 상기 제 2 신호 단자에 전기적으로 접속되어 있고,
상기 제 1 측면과 상기 제 1 측벽 부분의 간격이 상기 제 2 측면과 상기 제 2 측벽 부분의 간격보다 좁은 필터 모듈이 제공된다.
본 발명의 다른 관점에 의하면,
모듈 기판과,
서로 반대 방향을 향하는 저면 및 상면, 서로 반대 방향을 향하는 제 1 측면 및 제 2 측면을 구비하고, 상기 저면에 그라운드 단자, 제 1 신호 단자, 제 2 신호 단자가 형성되고, 상기 저면을 상기 모듈 기판에 대향시킨 자세로 상기 모듈 기판에 실장된 필터 소자와,
상기 제 1 측면 및 상기 제 2 측면에 각각 대향하는 제 1 측벽 부분 및 제 2 측벽 부분을 구비하고, 상기 필터 소자를 덮는 실드 부재를 갖고,
상기 필터 소자는 각각이 서로 병렬로 접속된 인덕터와 커패시터를 포함하는 복수의 병렬 공진 회로를 내부에 포함하고,
상기 복수의 병렬 공진 회로는 상기 제 1 측면 및 상기 저면의 양쪽에 평행한 방향으로 배열되고,
상기 복수의 병렬 공진 회로의 인덕터의 각각은 상기 그라운드 단자에 전기적으로 접속되어 있는 그라운드측의 단부로부터 상방을 향해서 연장되고, 또한 상기 제 1 측면으로부터 상기 제 2 측면을 향하는 방향으로 연장되고, 또한 상기 저면을 향하는 방향으로 연장되어 있고,
상기 복수의 병렬 공진 회로 중 1개의 병렬 공진 회로의 인덕터의 그라운드측의 단부와는 반대측의 신호측의 단부가 상기 제 1 신호 단자에 전기적으로 접속되어 있고, 다른 1개의 병렬 공진 회로의 인덕터의 그라운드측의 단부와는 반대측의 신호측의 단부가 상기 제 2 신호 단자에 전기적으로 접속되어 있고,
상기 제 2 측면과 상기 제 2 측벽 부분의 간격이 상기 제 1 측면과 상기 제 1 측벽 부분의 간격보다 좁고, 또한 0.5㎜ 이상인 필터 모듈이 얻어진다.
필터 소자와 실드 부재의 위치 관계를 상술한 바와 같이 함으로써, 목표로 하는 필터 특성을 얻는 것이 가능해진다.
도 1은 실시예에 의한 필터 모듈에 실장된 필터 소자의 등가 회로도이다.
도 2는 제 1 실시예에 의한 필터 소자의 분해 사시도이다.
도 3A, 도 3B, 및 도 3C는 각각 제 1 실시예에 의한 필터 소자의 평면도, 정면도, 및 저면도이다.
도 4는 제 1 실시예에 의한 필터 모듈의 블록도이다.
도 5A 및 도 5B는 각각 실시예에 의한 필터 모듈의 사시도 및 단면도이다.
도 6은 필터 소자 및 로우 노이즈 앰프로 이루어지는 회로의 통과계수(S21)의 실측 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7A는 필터 소자와 실드 부재의 위치 관계를 나타내는 모식도이고, 도 7B는 필터 소자와 로우 노이즈 앰프(도 4)로 이루어지는 회로의 통과계수(S21)의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.
도 8A는 필터 소자와 실드 부재의 위치 관계를 나타내는 모식도이고, 도 8B는 필터 소자와 로우 노이즈 앰프(도 4)로 이루어지는 회로의 통과계수(S21)의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.
도 9A는 필터 소자의 등가 회로도이고, 도 9B는 도 9A에 나타낸 등가 회로도의 제 1 신호 단자로부터 제 2 신호 단자로의 통과계수(S21)의 계산 결과를 나타내는 그래프이다.
도 10A는 필터 소자의 등가 회로도이고, 도 10B는 도 10A에 나타낸 등가 회로도의 제 1 신호 단자로부터 제 2 신호 단자로의 통과계수(S21)의 계산 결과를 나타내는 그래프이다.
도 11A 및 도 11B는 필터 소자의 제 1 신호 단자(T1)로부터 제 2 신호 단자(T2)(도 1, 도 2)까지의 통과계수(S21)를 전자계 시뮬레이터를 이용하여 시뮬레이션한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 12는 제 2 실시예에 의한 필터 모듈의 단면도이다.
도 13A 및 도 13B는 필터 소자의 제 1 신호 단자(T1)로부터 제 2 신호 단자(T2)(도 1, 도 2)까지의 통과계수(S21)를 전자계 시뮬레이터를 이용하여 시뮬레이션한 결과를 나타내는 그래프이다.
[제 1 실시예]
도 1부터 도 11B까지의 도면을 참조하여, 제 1 실시예에 의한 필터 모듈에 대해서 설명한다.
도 1은 제 1 실시예에 의한 필터 모듈에 실장된 필터 소자(20)의 등가 회로도이다. 필터 소자(20)는 1단째부터 4단째까지의 4개의 병렬 공진 회로(21, 22, 23, 24)를 포함한다. 1단째의 병렬 공진 회로(21)는 병렬 접속된 인덕터(L1)와 커패시터(C1)를 포함한다. 2단째의 병렬 공진 회로(22)는 병렬 접속된 인덕터(L2)와 커패시터(C2)를 포함한다. 3단째의 병렬 공진 회로(23)는 병렬 접속된 인덕터(L4)와 커패시터(C4)를 포함한다. 4단째 병렬 공진 회로(24)는 병렬 접속된 인덕터(L5)와 커패시터(C5)를 포함한다. 필터 소자(20)는, 예를 들면 5G의 밴드 n77용의 밴드 패스 필터이다.
4개의 병렬 공진 회로(21, 22, 23, 24)의 각각의 일방의 단자(이하, 그라운드측의 단자라고 함)가 공통의 인덕터(L3)를 통해서 그라운드 단자(TG)에 접속되어 있다. 병렬 공진 회로(21, 22, 23, 24)의 각각의 그라운드측의 단자와는 반대측의 단자를 신호측의 단자라고 한다. 1단째의 병렬 공진 회로(21)의 신호측의 단자가 제 1 신호 단자(T1)에 접속되어 있다. 1단째의 병렬 공진 회로(21)의 신호측의 단자와, 2단째의 병렬 공진 회로(22)의 신호측의 단자 사이에 커패시터(C3)가 접속되어 있다. 4단째의 병렬 공진 회로(24)의 신호측의 단자가 제 2 신호 단자(T2)에 접속되어 있다. 3단째의 병렬 공진 회로(24)의 신호측의 단자와, 4단째의 병렬 공진 회로(24)의 신호측의 단자 사이에 커패시터(C6)가 접속되어 있다. 제 1 신호 단자(T1)와 제 2 신호 단자(T2) 사이에 커패시터(C7)가 접속되어 있다. 커패시터(C7)는 직렬 접속된 2개의 커패시터로 구성된다. 4개의 병렬 공진 회로(21, 22, 23, 24)의 인덕터(L1, L2, L3, L4)는 서로 유도 결합하고 있다.
도 2는 제 1 실시예에 의한 필터 소자의 분해 사시도이다. 도 3A, 도 3B, 및 도 3C는 각각 제 1 실시예에 의한 필터 소자의 평면도, 정면도, 및 저면도이다.
필터 소자(20)는 직육면체 형상의 외형을 갖고 있다. 평면으로부터 볼 때에 있어서의 형상은 장방형이고, 예를 들면 장변의 길이가 단변의 길이의 약 2배이다. 필터 소자(20)는, 예를 들면 모듈 기판에 표면 실장된다. 모듈 기판에 대향하는 면을 저면(27)이라고 하고, 저면(27)과 반대 방향을 향하는 면을 상면(28)이라고 하는 것으로 한다. 또한, 서로 반대 방향을 향하는 2개의 측면을 각각 제 1 측면(25), 제 2 측면(26)이라고 하는 것으로 한다. 제 1 측면(25) 및 제 2 측면(26)은 저면(27) 및 상면(28)의 장변끼리를 접속한다. 저면(27)으로부터 상면(28)을 향하는 방향을 높이 방향이라고 하는 것으로 한다.
저면(27)으로부터 높이 방향으로 순서대로 13매의 유전체층(100A, 100B, …100M)이 적층되어 있다. 복수의 유전체층(100A, 100B, …100M)을 구별하지 않는 경우에는 단지 유전체층(100)으로 표기하는 것으로 한다. 이들 유전체층(100)에는, 예를 들면 저온 동시 소성 세라믹(LTCC)이 사용된다. 또한, 유전체층(100)으로서, LTCC 기판 이외에 유리 기판이나, 에폭시 수지나 액정 폴리머 등의 유전체 기판을 사용해도 좋다.
몇 개의 유전체층(100)에 적어도 1개의 도체 패턴이 형성되어 있다. 다른 유전체층(100)의 도체 패턴끼리를 비아 도체가 접속한다.
가장 아래의 유전체층(100A)의 외측을 향하는 면(저면(27))에 도체 패턴으로이루어지는 제 1 신호 단자(T1), 그라운드 단자(TG), 및 제 2 신호 단자(T2)가 형성되어 있다. 3층째의 유전체층(100C)에 3개의 도체 패턴(101A, 101B, 101C)이 형성되어 있다. 4층째의 유전체층(100D)에, 도체 패턴으로 이루어지는 그라운드 도체 (101D)가 형성되어 있다. 2개의 도체 패턴(101A, 101C)은 각각 커패시터(C1, C4)의 일방의 전극으로서 기능한다. 3층째의 유전체층(100C)에 배치된 2개의 도체 패턴(101A, 101C)이 각각 유전체층을 사이에 두고 그라운드 도체(101D)와 대향함으로써, 커패시터(C1, C4)가 구성된다.
커패시터(C1, C4)의 일방의 전극으로서 기능하는 2개의 도체 패턴(101A, 101C)은 각각 비아 도체(102A, 102D)를 통해서 제 1 신호 단자(T1) 및 제 2 신호 단자(T2)에 접속되어 있다. 그라운드 도체(101D)는 비아 도체(102E, 102F), 3층째의 유전체층(100C)에 배치된 도체 패턴(101B), 및 비아 도체(102B, 102C)를 통해서 그라운드 단자(TG)에 접속되어 있다. 비아 도체(102B, 102C, 102E, 102F)가 갖는 기생 인덕턴스가 인덕터(L3)(도 1)로서 나타내져 있다.
5층째의 유전체층(100E)에, 2개의 도체 패턴(101E, 101F)이 형성되어 있다. 2개의 도체 패턴(101E, 101F)은 각각 커패시터(C2, C5)의 일방의 전극으로서 기능한다. 2개의 도체 패턴(101E, 101F)이 각각 유전체층을 사이에 두고 그라운드 도체(101D)와 대향함으로써 커패시터(C2, C5)가 구성된다.
6층째의 유전체층(100F)에, 2개의 도체 패턴(101G, 101H)이 형성되어 있다. 2개의 도체 패턴(101G, 101H)이 각각 유전체층을 사이에 두고 그 아래의 2개의 도체 패턴(101E, 101F)과 대향함으로써 커패시터(C3, C6)가 구성된다.
7층째의 유전체층(100G)에 1개의 도체 패턴(101I)이 배치되어 있다. 6층째의 유전체층(100F)에 배치된 2개의 도체 패턴(101G, 101H)이 각각 유전체층을 사이에 두고 도체 패턴(101I)과 대향함으로써 직렬 접속된 2개의 커패시터(C7)가 구성된다.
10층째의 유전체층(100J)에 4개의 도체 패턴(101J, 101K, 101L, 101M)이 배치되어 있다. 11층째의 유전체층(100K) 및 12층째의 유전체층(100L)의 각각에도 동일 형상의 4개의 도체 패턴(101J, 101K, 101L, 101M)이 배치되어 있다. 3개의 유전체층(100J, 100K, 100L)에 각각 배치된 3개의 도체 패턴(101J)은 평면으로부터 볼 때에 있어서 겹쳐져 있다. 도체 패턴(101K, 101L, 101M)에 대해서도 마찬가지이다.
비아 도체(102G)가 그라운드 도체(101D)와, 3개의 도체 패턴(101J)의 제 1 측면(25)측의 단부 근방을 접속하고 있다. 비아 도체(102H)가 3개의 도체 패턴(101J)의 제 2 측면(26)측의 단부 근방과 도체 패턴(101A)을 접속하고 있다. 비아 도체(102H)는 중간 부분에 있어서 도체 패턴(101G)에도 접속되어 있다. 비아 도체(102G), 도체 패턴(101J), 및 비아 도체(102H)에 의해 인덕터(L1)가 구성된다. 즉, 인덕터(L1)는 그라운드 도체(101D)에 접속되어 있는 그라운드측의 단부로부터 상방을 향해서 연장된 후, 유전체층(100)의 단변 방향으로 제 1 측면(25)으로부터 제 2 측면(26)을 향해서 연장되고, 또한 저면(27)을 향하는 방향으로 연장되어 있다. 인덕터(L1)의 그라운드측의 단부와는 반대측의 단부(신호측의 단부)가 도체 패턴(101A)에 접속되어 있다.
인덕터(L2)는 그라운드 도체(101D)로부터 상방을 향해서 연장되는 비아 도체 (102I), 비아 도체(102I)로부터 유전체층(100)의 단변 방향으로 제 1 측면(25)으로부터 제 2 측면(26)을 향해서 연장되는 도체 패턴(101K), 및 도체 패턴(101K)으로부터 저면(27)을 향하는 방향으로 연장되는 비아 도체(102J)에 의해 구성된다. 인덕터(L3)는 그라운드 도체(101D)로부터 상방을 향해서 연장되는 비아 도체(102K), 비아 도체(102K)로부터 유전체층(100)의 단변 방향으로 제 1 측면(25)으로부터 제 2 측면(26)을 향해서 연장되는 도체 패턴(101L), 및 도체 패턴(101L)으로부터 저면(27)을 향하는 방향으로 연장되는 비아 도체(102L)에 의해 구성된다. 인덕터(L4)는 그라운드 도체(101D)로부터 상방을 향해서 연장되는 비아 도체(102M), 비아 도체(102M)로부터 유전체층(100)의 단변 방향으로 제 1 측면(25)으로부터 제 2 측면(26)을 향해서 연장되는 도체 패턴(101M), 및 도체 패턴(101M)으로부터 저면(27)을 향하는 방향으로 연장되는 비아 도체(102N)에 의해서 구성된다.
인덕터(L1, L2, L3, L4)는 제 1 측면(25) 및 저면(27)의 양쪽에 평행한 방향, 즉 유전체층(100)의 장변 방향으로 늘어서 배치되어 있다. 인덕터(L1, L2, L3, L4)가 늘어서는 방향을 배열 방향이라고 하는 것으로 한다. 인덕터(L1, L2, L3, L4) 중 어느 것에 있어서나, 그라운드 도체(101D)에 접속되어 있는 쪽의 비아 도체(102G, 102I, 102K, 102M)가 타방의 비아 도체(102H, 102J, 102L, 102N)보다 제 1 측면(25)에 가까운 측에 배치되어 있다.
일례로서, 필터 소자(20)의 장변 방향 및 단변 방향의 치수(Lx, Ly)(도 3A)는 각각 1.6㎜ 및 0.8㎜이다. 제 1 측면(25)과 그라운드 도체(101D)의 간격(Gy1)(도 3A)은 0.075㎜이다. 제 2 측면(26)과 그라운드 도체(101D)의 간격(Gy2)(도 3A)도 0.075㎜이다.
도 4는 제 1 실시예에 의한 필터 모듈(50)의 블록도이다. 필터 모듈(50)은 2개의 안테나 단자(41, 42), 및 2개의 출력 단자(45, 46)를 갖는다. 2개의 안테나 단자(41, 42)가 고주파 스위치(35)를 통해서 2개의 필터 소자(20, 30)에 접속되어 있다. 일방의 필터 소자(20)는 5G의 밴드 n77의 주파수대의 신호를 통과시키는 밴드 패스 필터이고, 타방의 필터 소자(30)는 5G의 밴드 n79의 주파수대의 신호를 통과시키는 밴드 패스 필터이다.
필터 소자(20, 30)를 통과한 신호가 각각 로우 노이즈 앰프(37, 38)에 입력된다. 로우 노이즈 앰프(37, 38)로 증폭된 신호가 고주파 스위치(36)를 개재해서 출력 단자(45, 46)로부터 외부에 출력된다.
도 5A 및 도 5B는 각각 제 1 실시예에 의한 필터 모듈(50)의 사시도 및 단면도이다. 모듈 기판(51)의 실장면에 필터 소자(20, 30)가 표면 실장되어 있다. 모듈 기판(51)의 실장면에 로우 노이즈 앰프(37, 38)(도 4) 등을 실장하기 위한 영역(54)이 확보되어 있다.
모듈 기판(51)은 그 내부에 배치된 그라운드 플레인(52)을 포함하고 있다. 필터 소자(20)의 그라운드 단자(TG)가 그라운드 플레인(52)에 전기적으로 접속되어 있다. 마찬가지로, 필터 소자(30)의 그라운드 단자도 그라운드 플레인(52)에 전기적으로 접속되어 있다. 모듈 기판(51)에 실장된 필터 소자(20, 30), 로우 노이즈 앰프(37, 38)(도 4) 등을 실드 부재(55)가 덮는다. 실드 부재(55)는 그라운드 플레인(52)에 전기적으로 접속되어 있다. 실드 부재(55) 및 그라운드 플레인(52)은 모듈 기판(51)에 실장된 회로 부품을 전자 실드한다.
실드 부재(55)는 모듈 기판(51)에 실장되어 있는 복수의 회로 부품을 밀봉하는 밀봉 수지의 표면을 덮는 금속 등의 도전막으로 형성된다. 실드 부재(55)는 모듈 기판(51)의 실장면으로부터 상방을 향해서 세워 올려지는 4개의 측벽 부분과, 모듈 기판(51)에 평행한 평판 부분을 포함한다. 필터 소자(20)는 그 제 1 측면(25)이 1개의 측벽 부분에 대향하는 자세로 실장되어 있다. 필터 소자(20)의 제 1 측면(25)에 대향하는 측벽 부분을 제 1 측벽 부분(55A)이라고 하는 것으로 한다. 제 1 측벽 부분(55A)과는 반대측의 측벽 부분을 제 2 측벽 부분(55B)이라고 하는 것으로 한다. 제 2 측벽 부분(55B)은 필터 소자(30)나 다른 회로 부품 등을 통해서 필터 소자(20)의 제 2 측면(26)에 대향하고 있다.
필터 소자(20)의 제 1 측면(25)과 실드 부재(55)의 제 1 측벽 부분(55A)의 간격(G1)이 제 2 측면(26)과 제 2 측벽 부분(55B)의 간격(G2)보다 좁다.
일례로서, 모듈 기판(51)의 저면으로부터 필터 소자(20)의 저면까지의 높이(H1)는 0.12㎜이다. 필터 소자(20)의 높이(H2)는 0.325㎜이다. 필터 소자(20)의 상면으로부터 실드 부재(55)의 평판 부분까지의 높이(H3)는 0.305㎜이다.
제 1 실시예의 우수한 효과에 대해서 설명하기 전에, 필터 소자(20)를 모듈 기판(51)에 실장하고, 실드 부재(55)에 의해 전자 실드했을 때의 과제에 대해서, 도 6을 참조해서 설명한다.
도 6은 필터 소자(20) 및 로우 노이즈 앰프(37)(도 4)로 이루어지는 회로의 통과계수(S21)의 실측 결과를 나타내는 그래프이다. 가로축은 주파수를 단위(GHz)로 나타내고, 세로축은 통과계수(S21)를 단위 「dB」로 나타낸다. 도 6의 그래프 중 파선은 실드 부재(55)를 부착하고 있지 않는 상태에서 측정한 결과이고, 실선은 실드 부재(55)를 부착한 상태에서 측정한 결과이다.
어느 경우나, 5G의 밴드 n77의 주파수대인 3.2GHz 이상 4.2GHz 이하의 범위에 있어서, 통과계수(S21)가 높아지고 있다. 또한, 통과 대역보다 높은 5GHz 이상 7GHz 이하의 주파수대에 있어서, 실드 부재(55)를 부착하면 통과계수(S21)가 극소값을 나타내는 2개의 감쇠극이 나타내어지고 있다. 실드 부재(55)를 부착하면, 이 2개의 감쇠극이 이동하는 것이 판명되었다. 도 6에 나타낸 예에서는 실드 부재(55)를 부착하면, 2개의 극의 간격이 넓어지고, 극 사이의 주파수대에 있어서 통과계수(S21)가 커지고 있는 것을 알 수 있다. 즉, 통과 대역 이외의 감쇠 대역에 있어서의 감쇠 특성이 악화되어 있다.
이 감쇠극의 이동은 실드 부재(55)를 부착하면, 필터 소자(20) 내의 복수의 인덕터 사이에 실드 부재(55)를 통한 상호 유도에 의한 결합이 생기고, 공진 회로의 회로 정수가 변동해 버리는 것에 기인하는 것으로 생각된다. 따라서, 인덕터와 실드 부재(55)의 위치 관계에 의해 감쇠극의 이동량이 다르다.
이어서, 도 7A부터 도 8B까지의 도면을 참조하여, 필터 소자(20)와 실드 부재(55)의 위치 관계를 변화시켜서 통과계수(S21)의 감쇠극의 변화를 전자계 시뮬레이터를 이용하여 시뮬레이션한 결과에 대해서 설명한다.
도 7A는 필터 소자(20)와 실드 부재(55)의 위치 관계를 나타내는 모식도이다. 도 7A에 나타낸 예에서는 필터 소자(20)의 제 2 측면(26)과 실드 부재(55)의 제 2 측벽 부분(55B)의 간격(G2)이 제 1 측면(25)과 제 1 측벽 부분(55A)의 간격(G1)보다 좁다. 이 구성은 도 5A 및 도 5B에 있어서, 평면으로부터 볼 때에 있어서 필터 소자(20)를 180° 회전시킴으로써 실현된다. 또한, 이 경우 필터 소자(20)에 가까운 쪽의 측벽 부분이 제 2 측벽 부분(55B)이 되고, 다른 필터 소자(30)에 가까운 쪽의 측벽 부분이 제 1 측벽 부분(55A)이 된다.
도 7B는 필터 소자(20)와 로우 노이즈 앰프(37)(도 4)로 이루어지는 회로의 통과계수(S21)의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다. 가로축은 주파수를 단위 「GHz」로 나타내고, 세로축은 통과계수(S21)를 단위 「dB」로 나타낸다. 도 7B의 그래프 중의 파선은 실드 부재(55)를 부착하고 있지 않는 상태의 통과계수(S21)를 나타내고, 실선은 간격(G2)이 0.8㎜가 되도록 필터 소자(20) 및 실드 부재(55)를 배치한 상태의 통과계수(S21)를 나타낸다.
실드 부재(55)를 부착하고 있지 않는 경우에는 감쇠극이 1개 나타내어져 있고, 실드 부재(55)를 장착하면 감쇠극이 2개 나타내어져 있다. 일방의 감쇠극은 실드 부재(55)를 부착하고 있지 않는 경우의 감쇠극보다 고주파측에 나타내어지고, 타방의 감쇠극은 실드 부재(55)를 부착하고 있지 않는 경우의 감쇠극보다 저주파측에 나타내어진다.
도 8A는 필터 소자(20)와 실드 부재(55)의 위치 관계를 나타내는 모식도이다. 도 8A에 나타낸 예에서는 필터 소자(20)의 제 1 측면(25)과 실드 부재(55)의 제 1 측벽 부분(55A)의 간격(G1)이 제 2 측면(26)과 제 2 측벽 부분(55B)의 간격(G2)보다 좁다.
도 8B는 필터 소자(20)와 로우 노이즈 앰프(37)(도 4)로 이루어지는 회로의 통과계수(S21)의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다. 가로축은 주파수를 단위 「GHz」로 나타내고, 세로축은 통과계수(S21)를 단위 「dB」로 나타낸다. 도 8B의 그래프 중의 파선은 실드 부재(55)를 부착하고 있지 않는 상태의 통과계수(S21)를 나타내고, 가는 실선은 간격(G1)이 0.6㎜가 되도록 필터 소자(20)와 실드 부재(55)를 배치한 상태의 통과계수(S21)를 나타내고, 굵은 실선은 간격(G1)이 0.8㎜가 되도록 필터 소자(20)와 실드 부재(55)를 배치한 상태의 통과계수(S21)를 나타낸다.
실드 부재(55)를 부착하고 있지 않는 상태에서는 2개의 감쇠극이 나타내어져 있다. 간격(G1)을 0.6㎜로 하면 감쇠극이 소실되고, 6GHz 및 7GHz 근방에 있어서의 통과계수(S21)가 커져 버린다. 간격(G1)을 0.8㎜로 하면, 감쇠극이 1개로 되어서 6GHz 근방에 있어서의 통과계수(S21)가 작아진다.
도 7A부터 도 8B까지의 도면에 나타낸 시뮬레이션 결과로부터, 실드 부재(55)와 필터 소자(20)의 위치 관계에 의해, 6GHz 및 7GHz 근방에 있어서의 통과계수(S21)가 크게 변화되는 것을 알 수 있었다.
이어서, 도 9A부터 도 10B까지의 도면을 참조하여, 실드 부재(55)와 필터 소자(20)의 위치 관계에 의해 통과계수(S21)가 변화되는 이유에 대해서 설명한다.
도 9A는 필터 소자(20)의 등가 회로도이다. 도 9B는 도 9A에 나타낸 등가 회로도의 제 1 신호 단자(T1)로부터 제 2 신호 단자(T2)로의 통과계수(S21)의 계산 결과를 나타내는 그래프이다. 필터 소자(20)와 실드 부재(55)의 위치 관계에 의해 인덕터 L1과 L2의 상호 인덕턴스(M12), 및 인덕터 L4와 L5의 상호 인덕턴스(M45)가 변화하는 것으로 가정했다. 상호 인덕턴스(M12, M45)가 상대적으로 작은 경우와, 상대적으로 큰 경우의 2개의 경우에 대해서 통과계수(S21)를 계산했다.
도 9B의 가로축은 주파수를 단위 「GHz」로 나타내고, 세로축은 통과계수(S21)를 단위 「dB」로 나타낸다. 도 9B의 그래프 중의 파선은 상호 인덕턴스(M12, M45)가 상대적으로 작은 경우의 계산 결과를 나타내고, 실선은 상호 인덕턴스(M12, M45)가 상대적으로 큰 경우의 계산 결과를 나타낸다.
상호 인덕턴스(M12, M45)가 커지면, 2개의 감쇠극의 간격이 넓어지는 것을 알 수 있다. 이 변동은 도 7B에 나타낸 실드 부재(55)없음의 상태로부터 실드 부재(55)있음의 상태로 변화시켰을 때의 감쇠극의 변동과 유사하고 있다. 이 때문에, 필터 소자(20)의 제 2 측면(26)의 근방에 배치한 실드 부재(55)는 상호 인덕턴스(M12, M45)를 크게 하는 방향으로 작용하는 것으로 생각된다.
도 10A는 필터 소자(20)의 등가 회로도이다. 도 10B는 도 10A에 나타낸 등가 회로도의 제 1 신호 단자(T1)로부터 제 2 신호 단자(T2)로의 통과계수(S21)의 계산 결과를 나타내는 그래프이다. 필터 소자(20)와 실드 부재(55)의 위치 관계에 의해 인덕터 L1과 L4의 상호 인덕턴스(M14), 및 인덕터 L2와 L5의 상호 인덕턴스(M25)가 변화하는 것으로 가정했다. 상호 인덕턴스(M14, M25)가 상대적으로 작은 경우와, 상대적으로 큰 경우의 2개의 경우에 대해서 통과계수(S21)를 계산했다.
도 10B의 가로축은 주파수를 단위 「GHz」로 나타내고, 세로축은 통과계수(S21)를 단위 「dB」로 나타낸다. 도 10B의 그래프 중의 실선은 상호 인덕턴스(M14, M25)가 상대적으로 작은 경우의 계산 결과를 나타내고, 파선은 상호 인덕턴스(M12, M45)가 상대적으로 큰 경우의 계산 결과를 나타낸다.
상호 인덕턴스(M14, M25)가 커지면, 2개의 감쇠극이 소실해 버리는 것을 알 수 있다. 이 변동은 도 8B에 나타낸 실드 부재(55)없음의 상태로부터 실드 부재(55)있음으로 간격(G1)이 0.6㎜의 상태로 변화시켰을 때의 감쇠극의 변동과 유사하고 있다. 이 때문에, 필터 소자(20)의 제 1 측면(25)의 근방에 배치한 실드 부재(55)는 상호 인덕턴스(M14, M25)를 크게 하는 방향으로 작용하는 것으로 생각된다.
이어서, 도 11A, 도 11B를 참조하여, 간격(G1)(도 5B)을 변화시켰을 때의 필터 소자(20)의 통과계수(S21)를 전자계 시뮬레이터를 이용하여 시뮬레이션한 결과 에 대해여 설명한다. 이 시뮬레이션에 있어서는 간격(G1)을 간격(G2)(도 5B)보다 좁게 하고, 간격(G2)을 고정해서 간격(G1)만을 변화시켰다. 필터 소자(20)의 통과 주파수대는 G5의 밴드 n77에 상당하는 3.3GHz 이상 4.2GHz 이하이다.
도 11A 및 도 11B는 필터 소자(20)의 제 1 신호 단자(T1)로부터 제 2 신호 단자(T2)(도 1, 도 2)까지의 통과계수(S21)의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다. 가로축은 주파수를 단위 「GHz」로 나타내고, 세로축은 통과계수(S21)를 단위 「dB」로 나타낸다. 도 11B는 도 11A의 주파수축의 5.5GHz로부터 7.5GHz까지의 범위를 확대한 것이다.
도 11B에 나타낸 각 선에, 간격(G1)의 치수를 나타내고 있다. 간격(G1)이 간격(G2)보다 좁아지도록 실드 부재(55)를 배치하면, 2개의 감쇠극 중 고주파측의 감쇠극이 7GHz로부터 저주파측으로 시프트하고 있다. 또한, 저주파측의 감쇠극은 약간 고주파측으로 시프트하고 있지만, 6GHz 이상으로는 되어 있지 않다. 이것에 의해, 6GHz 이상 6.5GHz 이하의 주파수대에 있어서, 실드없음의 경우와 비교해서 통과계수(S21)가 저하되어 있다. 특히, 간격(G1)을 0.1㎜ 이상 0.3㎜ 이하로 설정함으로써, 6GHz 이상 6.5GHz 이하의 주파수대에 있어서 통과계수(S21)를 -60dB 이하까지 저하시킬 수 있다.
이어서, 제 1 실시예의 우수한 효과에 대해서 설명한다.
제 1 실시예에서는 간격(G1)이 간격(G2)(도 5B)보다 좁아지도록 필터 소자(20)와 실드 부재(55)를 배치함으로써, 6GHz 이상 6.5GHz 이하의 주파수대에 있어서의 감쇠 특성을 실드없음의 경우와 비교해서 크게 개선(감쇠량을 크게)할 수 있다. 특히, 6GHz 이상 6.5GHz 이하의 주파수대에는 보다 낮은 주파수대의 신호의 고조파가 노이즈로서 중첩되기 쉽다. 제 1 실시예에 의한 필터 모듈(50)은 6GHz 이상 6.5GHz 이하의 주파수대에 큰 노이즈가 발생할 수 있는 환경 하에서 사용하는 경우에, 특히 현저한 효과가 얻어진다. 제 1 실시예에 의한 구성을 채용함으로써 5G의 밴드 n77을 통과대역에 포함하고, 6GHz 이상 6.5GHz 이하의 범위를 감쇠 대역에 포함하는 고성능의 필터 소자(20)가 얻어진다.
간격(G1)을 간격(G2)보다 좁게 하기 위해서, 필터 소자(20)의 제 1 측면(25)과, 그것에 대향하는 실드 부재(55)의 제 1 측벽 부분(55A) 사이에는 회로 부품을 실장하지 않는 것이 바람직하다. 다른 필터 소자(30)(도 5A), 로우 노이즈 앰프(37, 38)(도 4) 등의 회로 부품은 제 2 측면(26)과, 그것에 대향하는 실드 부재(55)의 제 2 측벽 부분(55B) 사이에 배치하면 좋다.
필터 소자(20)의 제 1 측면(25)과 그라운드 도체(101D)의 간격(Gy1)(도 3A)이 0.075㎜이기 때문에, 간격(G1)이 0.1㎜ 이상 0.3㎜ 이하일 때, 제 1 측벽 부분 (55A)과 그라운드 도체(101D)의 간격은 0.175㎜ 이상 0.375㎜ 이하가 된다. 필터 소자(20)의 그라운드 도체(101D)에 착안하면, 제 1 측벽 부분(55A)과 그라운드 도체(101D)의 간격을 0.175㎜ 이상 0.375㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다.
이어서, 제 1 실시예의 변형예에 대해서 설명한다.
제 1 실시예에 의한 필터 모듈(50)에 사용되는 필터 소자(20)는 4개의 병렬 공진 회로(21, 22, 23, 24)를 포함하고 있지만, 병렬 공진 회로의 개수는 4개에 한정되지 않는다. 필터 소자(20)는 복수의 병렬 공진 회로를 포함하는 구성으로 하면 좋다.
[제 2 실시예]
이어서, 도 12, 도 13A 및 도 13B를 참조하여, 제 2 실시예에 의한 필터 모듈에 대해서 설명한다. 이하, 제 1 실시예에 의한 필터 모듈과 공통의 구성에 대해서는 설명을 생략한다.
도 12는 제 2 실시예에 의한 필터 모듈(50)의 단면도이다. 제 1 실시예에서는 도 5B에 나타낸 바와 같이 간격(G1)을 간격(G2)보다 좁게 하고 있다. 이것에 대하여, 제 2 실시예에서는 간격(G2)을 간격(G1)보다 좁게 하고 있다. 환언하면, 필터 소자(20)의 제 2 측면(26)을 실드 부재(55)의 제 2 측벽 부분(55B)에 가깝게 해서 배치하고, 양자간에 회로 부품을 실장하고 있지 않다.
도 13A 및 도 13B는 필터 소자(20)의 제 1 신호 단자(T1)로부터 제 2 신호 단자(T2)(도 1, 도 2)까지의 통과계수(S21)를 전자계 시뮬레이터를 이용하여 시뮬레이션한 결과를 나타내는 그래프이다. 가로축은 주파수를 단위 「GHz」로 나타내고, 세로축은 통과계수(S21)를 단위 「dB」로 나타낸다. 도 13B는 도 13A의 주파수축의 5.5GHz로부터 7.5GHz까지의 범위를 확대한 것이다.
간격(G2)이 0.5㎜ 미만인 경우에는 실드없음의 경우와 비교해서, 저주파측의 감쇠극이 저주파측으로 시프트하고, 고주파측의 감쇠극이 고주파측으로 시프트하고 있다. 이것은 도 9A 및 도 9B에 나타낸 바와 같이 실드 부재(55)를 배치함으로써, 인덕터 L1과 L2 사이의 상호 인덕턴스(M12), 및 인덕터 L4와 L5 사이의 상호 인덕턴스(M45)가 증대했기 때문인 것으로 생각된다.
간격(G2)이 0.5㎜ 이상인 경우에는 실드 부재(55)를 배치해도 실드없음의 상태인 때로부터 통과계수(S21)에 큰 변화는 없다. 즉, 통과계수(S21)는 실드 부재(55)의 영향을 실질적으로 받지 않는다. 필터 소자(20)의 제 2 측면(26)을 실드 부재(55)의 제 2 측벽 부분(55B)에 대향시켜서 양자를 가깝게 하는 경우에는 양자의 간격(G2)을 0.5㎜ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
이어서, 제 2 실시예의 우수한 효과에 대해서 설명한다.
제 2 실시예에서는 간격(G2)을 간격(G1)보다 좁게 하고, 또한 간격(G2)을 0.5㎜ 이상으로 함으로써, 필터 소자(20)의 통과계수(S21)가 실드 부재(55)의 영향을 받기 어려워진다고 하는 효과가 얻어진다. 필터 소자(20)의 제 1 측면(25)과 그라운드 도체(101D)의 간격(Gy1)(도 3A)이 0.075㎜이기 때문에, 간격(G2)이 0.5㎜ 이상인 때, 제 2 측벽 부분(55B)과 그라운드 도체(101D)의 간격은 0.575㎜ 이상이 된다. 필터 소자(20)의 그라운드 도체(101D)에 착안하면, 제 2 측벽 부분(55B)과 그라운드 도체(101D)의 간격을 0.575㎜ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
상술의 각 실시예는 예시이며, 다른 실시예에서 나타낸 구성의 부분적인 치환 또는 조합이 가능한 것은 말할 필요도 없다. 복수의 실시예의 마찬가지의 구성에 의한 마찬가지의 작용 효과에 대해서는 실시예마다에는 축차 언급하지 않는다. 또한, 본 발명은 상술의 실시예에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 다양한 변경, 개량, 조합 등이 가능한 것은 당업자에게 자명할 것이다.
20 : 필터 소자 21, 22, 23, 24 : 병렬 공진 회로
25 : 제 1 측면 26 : 제 2 측면
27 : 저면 28 : 상면
30 : 필터 소자 35, 36 : 고주파 스위치
37, 38 : 로우 노이즈 앰프 41, 42 : 안테나 단자
45, 46 : 출력 단자 50 : 필터 모듈
51 : 모듈 기판 52 : 그라운드 플레인
54 : 영역 55 : 실드 부재
55A : 제 1 측벽 부분 55B : 제 2 측벽 부분
100, 100A, 100B, …100M : 유전체층 101A, 101B, 101C : 도체 패턴
101D : 도체 패턴으로 이루어지는 그라운드 도체
101E, 101F, …101M : 도체 패턴 102A, 102B, …102N : 비아 도체
C1, C2, …C7 : 커패시터 L1, L2, …L5 : 인덕터
T1 : 제 1 신호 단자 T2 : 제 2 신호 단자
TG : 그라운드 단자

Claims (7)

  1. 모듈 기판과,
    서로 반대 방향을 향하는 저면 및 상면, 서로 반대 방향을 향하는 제 1 측면 및 제 2 측면을 구비하고, 상기 저면에 그라운드 단자, 제 1 신호 단자, 제 2 신호 단자가 형성되고, 상기 저면을 상기 모듈 기판에 대향시킨 자세로 상기 모듈 기판에 실장된 필터 소자와,
    상기 제 1 측면 및 상기 제 2 측면에 각각 대향하는 제 1 측벽 부분 및 제 2 측벽 부분을 구비하고, 상기 필터 소자를 덮는 실드 부재를 갖고,
    상기 필터 소자는 각각이 서로 병렬로 접속된 인덕터와 커패시터를 포함하는 복수의 병렬 공진 회로를 내부에 포함하고,
    상기 복수의 병렬 공진 회로의 인덕터는 상기 제 1 측면 및 상기 저면의 양쪽에 평행한 방향으로 배열되고,
    상기 복수의 병렬 공진 회로의 인덕터의 각각은 상기 그라운드 단자에 전기적으로 접속되어 있는 그라운드측의 단부로부터 상방을 향해서 연장되고, 또한 상기 제 1 측면으로부터 상기 제 2 측면을 향하는 방향으로 연장되고, 또한 상기 저면을 향하는 방향으로 연장되어 있고,
    상기 복수의 병렬 공진 회로 중 1개의 병렬 공진 회로의 인덕터의 그라운드측의 단부와는 반대측의 신호측의 단부가 상기 제 1 신호 단자에 전기적으로 접속되어 있고, 다른 1개의 병렬 공진 회로의 인덕터의 그라운드측의 단부와는 반대측의 신호측의 단부가 상기 제 2 신호 단자에 전기적으로 접속되어 있고,
    상기 제 1 측면과 상기 제 1 측벽 부분의 간격이 상기 제 2 측면과 상기 제 2 측벽 부분의 간격보다 좁은 필터 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 측면과 상기 제 1 측벽 부분의 간격이 0.1㎜ 이상 0.3㎜ 이하인 필터 모듈.
  3. 모듈 기판과,
    서로 반대 방향을 향하는 저면 및 상면, 서로 반대 방향을 향하는 제 1 측면 및 제 2 측면을 구비하고, 상기 저면에 그라운드 단자, 제 1 신호 단자, 제 2 신호 단자가 형성되고, 상기 저면을 상기 모듈 기판에 대향시킨 자세로 상기 모듈 기판에 실장된 필터 소자와,
    상기 제 1 측면 및 상기 제 2 측면에 각각 대향하는 제 1 측벽 부분 및 제 2 측벽 부분을 구비하고, 상기 필터 소자를 덮는 실드 부재를 갖고,
    상기 필터 소자는 각각이 서로 병렬로 접속된 인덕터와 커패시터를 포함하는 복수의 병렬 공진 회로를 내부에 포함하고,
    상기 복수의 병렬 공진 회로는 상기 제 1 측면 및 상기 저면의 양쪽에 평행한 방향으로 배열되고,
    상기 복수의 병렬 공진 회로의 인덕터의 각각은 상기 그라운드 단자에 전기적으로 접속되어 있는 그라운드측의 단부로부터 상방을 향해서 연장되고, 또한 상기 제 1 측면으로부터 상기 제 2 측면을 향하는 방향으로 연장되고, 또한 상기 저면을 향하는 방향으로 연장되어 있고,
    상기 복수의 병렬 공진 회로 중 1개의 병렬 공진 회로의 인덕터의 그라운드측의 단부와는 반대측의 신호측의 단부가 상기 제 1 신호 단자에 전기적으로 접속되어 있고, 다른 1개의 병렬 공진 회로의 인덕터의 그라운드측의 단부와는 반대측의 신호측의 단부가 상기 제 2 신호 단자에 전기적으로 접속되어 있고,
    상기 제 2 측면과 상기 제 2 측벽 부분의 간격이 상기 제 1 측면과 상기 제 1 측벽 부분의 간격보다 좁고, 또한 0.5㎜ 이상인 필터 모듈.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 필터 소자는 상기 저면에 평행하게 배치된 그라운드 도체를 내부에 포함하고, 상기 복수의 병렬 공진 회로의 인덕터의 각각의 그라운드측의 단부는 상기 그라운드 도체에 접속되어 있는 필터 모듈.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 병렬 공진 회로는 적어도 3개 배치되어 있고, 상기 복수의 병렬 공진 회로의 배열 방향에 관해서 일방의 단에 배치된 병렬 공진 회로의 인덕터의 신호측의 단부가 상기 제 1 신호 단자에 전기적으로 접속되어 있고, 타방의 단에 배치된 병렬 공진 회로의 인덕터의 신호측의 단부가 상기 제 2 신호 단자에 전기적으로 접속되어 있고, 서로 이웃하는 2개의 병렬 공진 회로의 인덕터끼리가 유도 결합되어 있는 필터 모듈.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모듈 기판은 내부에 그라운드 플레인을 구비하고 있고, 상기 실드 부재 및 상기 그라운드 단자는 상기 그라운드 플레인에 전기적으로 접속되어 있는 필터 모듈.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 필터 소자는 밴드 패스 필터이고, 통과 대역이 3.3GHz 이상 4.2GHz 이하인 범위를 포함하고, 감쇠 대역이 6GHz 이상 6.5GHz 이하인 범위를 포함하고 있는 필터 모듈.
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