TW201818652A - 積層濾波器 - Google Patents
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Abstract
本發明改善積層濾波器的插入損失。本發明的一實施方式所涉及的積層濾波器由複數個電介質層形成。積層濾波器具備第一端子及第二端子、第一電感器、第二電感器、以及第一~第五電容器。在複數個電介質層的積層方向上，由第一電感器形成的第一空芯部(AC1)以及由第二電感器形成的第二空芯部(AC2)中的至少一方包含從第一電感器層到第二電感器層中，磁通能夠不被第一~第五電容器、以及第三電感器遮蔽地貫通的區域。
Description
本發明涉及具備LC共振器的積層濾波器。
現今，已知有具備LC共振器的積層濾波器。例如，在日本特開2009-182376號公報(專利文獻1)中公開了具備LC並聯共振器以及LC串聯共振器的積層式低通濾波器，利用該積層式低通濾波器，尤其能夠增大存在於低通濾波器的阻帶中的特定的窄頻帶的衰減量。
專利文獻1：日本特開2009-182376號公報。
對於積層濾波器而言，由於近年來自於可擕式無線通訊設備的強烈要求，存在尺寸小型化的趨勢。伴隨著小型化，積層濾波器內的電感器以及電容器的配置空間被強烈制約，如日本特開2009-182376號公報(專利文獻1)所揭示的積層式低通濾波器，由電感器形成的空芯部有時會在電介質層的積層方向(以下也簡稱為積層方向。)上被電容器或其他電感器阻塞。
若電感器的空芯部在積層方向上被電容器阻塞，則在該空芯部產生的磁通的絕大部分被形成電容器的電極遮蔽，由此在該電極產生渦流，從而產生熱量(渦流損耗)。渦流損耗越大，越會導致插入損耗的惡化。
本發明正是為了解決上述課題而完成的，其目的在於改善積層濾波器的插入損耗。
本發明的一實施方式的積層濾波器由複數個電介質層形成。積層濾波器具備第一LC並聯共振器、第二LC並聯共振器、以及LC串聯共振器。第一LC並聯共振器包括第一電感器以及第一電容器。第二LC並聯共振器包括第二電感器以及第二電容器。LC串聯共振器包括第三~第五電容器以及第三電感器。第三電感器的一端與接地點連接。複數個電介質層包括第一電感器層、第二電感器層、以及電容器層。第一電感器層形成有第一電感器以及第二電感器。第二電感器層形成有第三電感器。電容器層配置在第一電感器層與第二電感器層之間，並形成有第一~第五電容器。在複數個電介質層的積層方向上，由第一電感器形成的第一空芯部以及由第二電感器形成的第二空芯部中的至少一方包含從第一電感器層到第二電感器層中，磁通能夠不被第一~第五電容器、以及第三電感器遮蔽地貫通的區域。
根據本發明的積層濾波器，在複數個電介質層的積層方向上，在由第一電感器形成的第一空芯部以及由第二電感器形成的第二空芯部中的至少一方中，存在從第一電感器層到第二電感器層中磁通能夠不被第一~第五電容器、以及第三電感器遮蔽地貫通的區域。因此，根據本發明的積層濾波器，與第一空芯部以及第二空芯部均被電容器或電感器阻塞的情況相比較，抑制了渦流損耗的產生。其結果是，能夠改善積層濾波器的插入損耗。
1、1A‧‧‧低通濾波器
11~13、21、31、41、42、51~53、61、62、71~73、81、91、92、101、102、111、112、121、122、131、132、141~146、151~154、161~164、171‧‧‧電極
AC1、AC2‧‧‧空芯部
C1~C5‧‧‧電容器
DM‧‧‧方向識別標記
GND‧‧‧接地電極
L1~L3‧‧‧電感器
Lyr1~Lyr18‧‧‧電介質層
P1、P2‧‧‧輸入輸出端子
PLC1、PLC2‧‧‧並聯共振器
SLC1‧‧‧串聯共振器
SSE‧‧‧遮罩電極
USE‧‧‧遮罩層
V11~V25、V31、V41~V44、V51~V66‧‧‧通孔電極
圖1是作為實施方式的積層濾波器的一個例子的低通濾波器的等效電路圖。
圖2是圖1的低通濾波器的外觀立體圖。
圖3是示出圖1的低通濾波器的積層結構的分解立體圖。
圖4是從圖3的第一電感器層沿積層方向觀察第二電感器層的圖。
圖5是一併示出實施方式所涉及的低通濾波器的衰減特性的模擬結果、和比較例所涉及的低通濾波器的衰減特性的模擬結果的圖。
圖6是示出從圖3的低通濾波器除去通孔電極後的低通濾波器的積層結構的分解立體圖。
圖7是一併示出圖3的低通濾波器的衰減特性的模擬結果、和圖6的低通濾波器的衰減特性的模擬結果的圖。
以下，參照附圖對本發明的實施方式進行詳細的說明。此外，對圖中相同或相當的部分標注同一符號，從而在原則上不重複其說明。
圖1是作為實施方式所涉及的積層濾波器的一個例子的低通濾波器1的等效電路圖。如圖1所示，低通濾波器1具備：輸入輸出端子P1、P2；LC並聯共振器PLC1、PLC2；以及LC串聯共振器SLC1。
LC並聯共振器PLC1包括電感器L1和電容器C1。電感器L1的一端與輸入輸出端子P1連接。電容器C1與電感器L1並聯連接。
LC並聯共振器PLC2包括電感器L2和電容器C2。電感器 L2連接在電感器L1的另一端與輸入輸出端子P2之間。電容器C2與電感器L2並聯連接。
LC串聯共振器SLC1包括電容器C3~C5和電感器L3。電感器L3的一端與接地電極GND連接。電容器C3連接在電感器L3的另一端與輸入輸出端子P1之間。電容器C4連接在電感器L3的另一端與電感器L1的另一端之間。電容器C5連接在電感器L3的另一端與輸入輸出端子P2之間。
以下，對將低通濾波器1構成為複數個電介質的積層體的情況進行說明。如圖2所示，將積層方向(低通濾波器1的高度方向)設為Z軸方向。將低通濾波器1的長邊(寬度)方向設為X軸方向。將低通濾波器1的短邊(深度)方向設為Y軸方向。X軸、Y軸、以及Z軸彼此正交。
圖2是圖1的低通濾波器1的外觀立體圖。如圖2所示，低通濾波器1例如是長方體狀。將低通濾波器1的垂直於積層方向的面設為底面BF及上表面UF。將與積層方向平行的面中的與ZX平面平行的面設為側面SF1及SF3。將與積層方向平行的面中的與YZ平面平行的面設為側面SF2及SF4。
在底面BF形成有輸入輸出端子P1、P2以及4個接地電極GND。輸入輸出端子P1、P2以及4個接地電極GND例如是平面電極呈格子狀配置於底面BF而成的LGA(Land Grid Array：柵格陣列)端子。
在上表面UF形成有方向識別標記DM。方向識別標記DM用於識別低通濾波器1在安裝時的朝向。
在側面SF1~SF4形成有遮罩電極SSE。遮罩電極SSE不形 成於包含底面BF的電介質層Lyr1及包含上表面UF的電介質層Lyr18的側面。遮罩電極SSE抑制雜訊向低通濾波器內侵入，並且抑制雜訊向外部放射。
低通濾波器1那樣的積層式低通濾波器有時在可擕式無線通訊設備那樣的強烈要求小型化的裝置中使用。當在上述那樣有限的空間中將圖1所示的具備複數個LC共振電路的低通濾波器安裝為積層式的情況下，由電感器形成的空芯部有時會在積層方向上被電容器或其他電感器阻塞。若在電感器的空芯部產生的磁通被電容器或其他電感器的電極遮蔽，則在該電極中產生渦流從而產生熱量(渦流損耗)。其結果是，低通濾波器的插入損耗有可能比預想的更嚴重。
因此在實施方式中，以使得由電感器形成的空芯部包括能夠供磁通沿積層方向貫通的區域的方式，配置電容器的電極以及電感器的電極。與由電感器形成的空芯部被其他電路元件阻塞的情況相比較，在實施方式中抑制了渦流損耗。其結果是，能夠改善低通濾波器的插入損耗。
圖3是示出圖1的低通濾波器1的積層結構的分解立體圖。低通濾波器1是由複數個電介質層形成的積層濾波器。低通濾波器1作為複數個電介質層具備電介質層Lyr1~Lyr18。以Lyr1為底面BF側、Lyr18為上表面UF側，按照這個順序沿Z軸方向進行積層。
在電介質層Lyr1形成有電極11~13。電極11透過通孔電極V11與輸入輸出端子P1連接。電極12透過通孔電極V20與輸入輸出端子P2連接。電極13透過通孔電極V12~V19分別與接地電極GND連接。
在電介質層Lyr2形成有電極21。電極21透過通孔電極 V21~V25分別與電極13連接。電極21經由電極13與接地電極GND連接。電極21在電介質層Lyr2的各側面與遮罩電極SSE連接。將電介質層Lyr2的各側面中的、在X軸方向上對置的兩個側面(側面SF2、側面SF4)連接的電極21的部分與將在Y軸方向上對置的兩個側面(側面SF1、側面SF3)連接的電極21的部分交叉。
電極13、電極21、以及通孔電極V21~V25形成電感器L3。電介質層Lyr1及Lyr2與本發明的第二電感器層對應。
在電介質層Lyr3形成有電極31。電極31與電極21在積層方向上重疊的部分形成電容器C4。
在電介質層Lyr4形成有電極41、電極42。電極41透過通孔電極V41與電極11連接。電極41與電極21在積層方向上重疊的部分形成電容器C3。電極42透過通孔電極V44與電極12連接。電極42與電極21在積層方向上重疊的部分形成電容器C5。
在電介質層Lyr5形成有電極51~53。電極51透過通孔電極V41與電極41連接。電極52透過通孔電極V44與電極42連接。電極53透過通孔電極V31與電極31連接。
在電介質層Lyr6形成有電極61、電極62。電極61在積層方向上與電極51、電極53重疊。電極62在積層方向上與電極52、電極53重疊。
在電介質層Lyr7形成有電極71~73。電極71透過通孔電極V41與電極51連接。電極71在積層方向上與電極61重疊。電極72透過通孔電極V44與電極52連接。電極72在積層方向上與電極62重疊。電極 73透過通孔電極V31與電極53連接。電極73在積層方向上與電極61及電極62重疊。
電極51、電極53、電極61、電極71及電極73形成電容器C1。電極52、電極53、電極62、電極72及電極73形成電容器C2。電介質層Lyr2~Lyr7與本發明的電容器層對應。
在電介質層Lyr8形成有電極81。電極81透過通孔電極V31與電極73連接。
在電介質層Lyr9形成有電極91。電極91透過通孔電極V31與電極81連接。電極91是與電極81相同的形狀，且電極91的幾乎整個區域在積層方向上與電極81重疊。
在電介質層Lyr10形成有電極101、電極102。電極101透過通孔電極V41與電極71連接。電極101透過通孔電極V42與電極91連接。電極101在積層方向上與電極91重疊。電極102透過通孔電極V43與電極92連接。電極102透過通孔電極V44與電極72連接。電極102在積層方向上與電極91重疊。
在電介質層Lyr11形成有電極111、電極112。電極111透過通孔電極V41以及通孔電極V42分別與電極101連接。電極111是與電極101相同的形狀。電極111的幾乎整個區域在積層方向上與電極101重疊。電極112透過通孔電極V43以及通孔電極V44分別與電極102連接。電極112是與電極102相同的形狀，並且電極112的幾乎整個區域在積層方向上與電極102重疊。
電極81、電極91、電極101、電極111、通孔電極V41、及 通孔電極V42形成電感器L1。電極81、電極91、電極102、電極112、通孔電極V43、及通孔電極V44形成電感器L2。電介質層Lyr10及Lyr11與本發明的第一電感器層對應。
電極81、電極91是相同的形狀，並在積層方向上重疊。關於電極101、電極111、以及電極102、電極112也是相同的。透過設為這樣的形狀以及配置，電流流過的體積(或截面積)增大。由此，從電感器L1以及L2產生的磁通變大，從而提高了電感器L1以及L2的有效電感。其結果是，能夠提高低通濾波器1的Q值。
在電介質層Lyr12形成有電極121、電極122。在電介質層Lyr13形成有電極131、電極132。電極131在側面SF2與遮罩電極SSE連接。電極132在側面SF4與遮罩電極SSE連接。
在電介質層Lyr14形成有電極141~146。電極141、電極142、電極144、及電極146在側面SF2、側面SF1、側面SF4、及側面SF3分別與遮罩電極SSE連接。電極142透過通孔電極V64與電極121連接。電極143透過通孔電極V62以及通孔電極V63與電極121連接。電極145透過通孔電極V57以及通孔電極V58與電極122連接。電極146透過通孔電極V56與電極122連接。
在電介質層Lyr15形成有電極151~154。電極151透過通孔電極V51與電極131連接。電極151透過通孔電極V52以及通孔電極V53與電極141連接。電極152透過通孔電極V64~V66分別與電極142連接。電極152透過通孔電極V62以及通孔電極V63與電極143連接。電極153透過通孔電極V59以及通孔電極V60與電極144連接。電極153透過通孔 電極V61與電極132連接。電極154透過通孔電極V54~V56分別與電極146連接。電極154透過通孔電極V57以及通孔電極V58與電極145連接。
在電介質層Lyr16形成有電極161~164。電極161透過通孔電極V51~V53分別與電極151連接。電極162透過通孔電極V62~V66分別與電極152連接。電極163透過通孔電極V59~V61分別與電極153連接。電極164透過通孔電極V54~V58分別與電極154連接。
在電介質層Lyr17形成有電極171。電極171透過通孔電極V51~V53分別與電極161連接。電極171透過通孔電極V62~V66與電極162連接。電極171透過通孔電極V59~V61與電極163連接。電極171透過通孔電極V54~V58與電極164連接。在從Lyr17沿積層方向觀察Lyr1的情況下，電極171覆蓋電感器L1、電感器L2、電容器C1~C5、以及電感器L3。
電介質層Lyr12~Lyr17形成遮罩層USE。遮罩層USE透過電極171接收來自上表面UF的雜訊以及因來自低通濾波器內部的輻射而引起的雜訊，並經由電極131、電極132、電極141、電極142、電極144、電極146傳遞至遮罩電極SSE。
傳遞至遮罩電極SSE的雜訊在傳遞至電極21之後經由電極13向接地電極GND傳遞。在電極21與接地電極GND之間存在電極13，因而雜訊在電極13中分散。在低通濾波器1中，能夠使雜訊在電極13中衰減之後傳遞至接地電極GND。其結果是，與不存在電極13的情況相比較，能夠抑制雜訊從低通濾波器的外部向內部侵入，並且能夠抑制雜訊從低通濾波器的內部向外部洩漏。
若利用遮罩電極SSE覆蓋電介質層Lyr1的側面，則在遮罩電極SSE與通孔電極V11~V20之間產生雜散電容。因此，低通濾波器1的阻抗下降，因而可能產生阻抗的不匹配。其結果是，低通濾波器1的反射損耗有可能惡化。透過使電介質層Lyr1的側面不被遮罩電極SSE覆蓋，能夠抑制低通濾波器1的反射損耗的惡化。
圖4是從圖3的電介質層Lyr11(第一電感器層)沿積層方向觀察電介質層Lyr1(第二電感器層)的圖。如圖4所示，由電感器L1(電極81、電極91、電極101、電極111、通孔電極V41、及通孔電極V42)形成的空芯部AC1以及由電感器L2(電極81、電極91、電極102、電極112、通孔電極V43、及通孔電極V44)形成的空芯部AC2各自從電介質層Lyr11至電解質層Lyr1，與電容器C1(電極51、電極53、電極61、電極71、電極73)、C2(電極52、電極53、電極62、電極72、電極73)、C3(電極21、電極41)、C4(電極21、電極31)、C5(電極21、電極42)、及電感器L3(電極13、電極21、通孔電極V21~V25)不重疊。即，在空芯部AC1及AC2產生的磁通沒有被電感器以及電容器的電極遮蔽。因此，在低通濾波器1中，能夠對由於該磁通被電感器以及電容器的電極遮蔽而引起的在該電極中產生的渦流損耗進行抑制。其結果是，能夠改善插入損耗。
圖5是一併示出實施方式所涉及的低通濾波器1的衰減特性的模擬結果、和比較例所涉及的低通濾波器的衰減特性的模擬結果的圖。在比較例所涉及的低通濾波器中，由電感器形成的空芯部被電感器以及電容器的電極阻塞。
在圖5中，縱軸的衰減量(dB)作為負值而示出。衰減量 的絕對值越大插入損耗就越大。到頻率Fc為止，在低通濾波器1以及比較例所涉及的低通濾波器中均為通帶。實線E1示出低通濾波器1的衰減特性。虛線E200示出比較例所涉及的低通濾波器的衰減特性。
優選通帶中的插入損耗較小者。如圖5所示，通帶中的低通濾波器1的插入損耗與比較例所涉及的低通濾波器的插入損耗相比更小。例如在通帶所包含的頻率2.69GHz下，插入損耗大約被改善35%。
在低通濾波器中，存在欲根據使用目的而改變產生衰減極的頻率的情況。在實施方式中，透過改變將電極21與電極13連接的通孔電極的數量，從而能夠改變產生衰減極的頻率。
圖6是示出從圖3的低通濾波器1除去通孔電極V22後的低通濾波器1A的積層結構的分解立體圖。關於低通濾波器1A的積層結構，除不存在通孔電極V22以外，均與低通濾波器1是相同的，因此不重複進行說明。
如圖6所示，當不存在通孔電極V22的情況下，作為從電極21的形成電容器C3的部分(與電極31重疊的部分)至接地電極GND的路徑，考慮經由通孔電極V23、電極13、以及通孔電極V14的路徑、或者經由通孔電極V23、電極13、以及通孔電極V16的路徑。另一方面，當存在通孔電極V22的情況下，參照圖3，作為該路徑考慮經由通孔電極V22、電極13、以及通孔電極V14或通孔電極V15的路徑。對於從電極21的形成電容器C3的部分至接地電極GND的路徑長度而言，不存在通孔電極V22的情況下(參照圖6)較長。即，對於從電極21與通孔電極V22的連接點經由通孔電極V22直至接地電極GND的路徑長度而言，其比從該連 接點經由通孔電極V23直至接地電極GND的路徑長度短(參照圖3)。
從電極21的形成電容器C3的部分至接地電極GND的路徑長度是電感器L3的路徑長度。若電感器L3的路徑長度變長，則電感器L3的電感增加。因此，圖1所示的LC串聯共振器SLC1的共振頻率變低。其結果是，產生衰減極的頻率變低。像這樣在實施方式中，透過改變將電極13與電極21連接的通孔電極的數量，能夠改變電感器L3的路徑長度。其結果是，能夠改變產生衰減極的頻率。
圖7是一併示出圖3的低通濾波器1的衰減特性的模擬結果、和圖6的低通濾波器1A的衰減特性的模擬結果的圖。在圖7中，實線E1示出低通濾波器1的衰減特性，其與圖5的實線E1相同。虛線E1A示出低通濾波器1A的衰減特性。
如圖7所示，在低通濾波器1(實線E1)中，在從8.5GHz到14.5GHz的頻帶中不產生衰減域。在低通濾波器1中，在比14.5GHz高的頻率下產生衰減極，因此在圖7中沒有出現該衰減極。另一方面，在低通濾波器1A(虛線E1A)中，在10.3GHz附近產生衰減極。在低通濾波器1A中，由於不存在通孔電極V22，因而電感器L3的電感值變大，由此LC串聯共振器SLC1的共振頻率變低。其結果是，衰減極所產生的頻率降低至10.3GHz附近。
以上，根據實施方式的低通濾波器，電感器的空芯部沒有被電容器或其他電感器阻塞，因此與電感器的空芯部被電容器或其他電感器阻塞的情況相比較，能夠改善插入損耗。
在實施方式中，電感器的空芯部的整個區域與電容器或電感 器不重疊，因此在該空芯部產生的磁通不被電容器或電感器的電極遮蔽。因此，能夠進一步改善插入損耗。
並且，在實施方式中，LC串聯共振器所包含的電感器由2層電極構成，透過改變連接該2層電極的通孔電極的數量來改變第三電感器的路徑長度，能夠改變產生衰減極的頻率。
應認為本次公開的實施方式在所有方面均為例示而非限制性的。本發明的範圍不是由上述說明而是由申請專利範圍示出，並意在包含與權利要求書等同含義以及範圍內的所有變更。
Claims (8)
- 一種積層濾波器，由複數個電介質層形成，上述積層濾波器的特徵在於，具備：第一LC並聯共振器，包括第一電感器以及第一電容器；第二LC並聯共振器，包括第二電感器以及第二電容器；以及LC串聯共振器，包括第三~第五電容器以及一端與接地點連接的第三電感器，上述複數個電介質層包括：第一電感器層，形成有上述第一電感器以及上述第二電感器；第二電感器層，形成有上述第三電感器；以及電容器層，配置在上述第一電感器層與上述第二電感器層之間，並形成有上述第一~第五電容器，在上述複數個電介質層的積層方向上，由上述第一電感器形成的第一空芯部以及由上述第二電感器形成的第二空芯部中的至少一方包含從上述第一電感器層到上述第二電感器層中磁通能夠不被上述第一~第五電容器、以及上述第三電感器遮蔽地貫通的區域。
- 如申請專利範圍第1項之積層濾波器，其中，上述積層濾波器進一步具備第一端子以及第二端子，上述第一電感器的一端連接於上述第一端子，上述第二電感器連接在上述第一電感器的另一端與上述第二端子之間，上述第一電容器與上述第一電感器並聯連接， 上述第二電容器與上述第二電感器並聯連接，上述第三電容器連接在上述第三電感器的另一端與上述第一端子之間，上述第四電容器連接在上述第三電感器的另一端與上述第一電感器的另一端之間，上述第五電容器連接在上述第三電感器的另一端與上述第二端子之間。
- 如申請專利範圍第1或2項之積層濾波器，其中，在上述積層方向上，上述第一空芯部以及上述第二空芯部分別與從上述第一電感器層到上述第二電感器層中，上述第一~第五電容器、以及上述第三電感器不重疊。
- 如申請專利範圍第1或2項之積層濾波器，其中，上述積層濾波器進一步具備覆蓋沿上述積層方向延伸的上述積層濾波器的至少一個側面的一部分的遮罩電極，上述第三電感器與上述遮罩電極連接。
- 如申請專利範圍第4項之積層濾波器，其中，上述第三電感器在沿上述積層方向延伸的上述第二電感器層的側面分別與上述遮罩電極連接。
- 如申請專利範圍第5項積層之濾波器，其中，上述第二電感器層包括：第一電介質層，形成有第一電極；第二電介質層，形成有第二電極；以及 第一通孔電極，沿上述積層方向延伸，上述第二電介質層配置在上述第一電介質層與接地之間，上述第一電極在沿上述積層方向延伸的上述第二電感器層的側面分別與上述遮罩電極連接，上述第一電極以及上述第二電極透過上述第一通孔電極連接。
- 如申請專利範圍第6項之積層濾波器，其中，上述第二電感器層進一步包括將上述第一電極與上述第二電極連接的第二通孔電極，上述第三電感器的路徑長度相當於從上述第一電介質層到上述接地點的路徑長度，從上述第一電介質層與上述第二通孔電極的連接點經由上述第二通孔電極到達上述接地點的路徑長度比從上述連接點經由上述第一通孔電極到達上述接地點的路徑長度短。
- 如申請專利範圍第6項之積層濾波器，其中，沿上述積層方向延伸的上述第二電介質層的側面沒有被上述遮罩電極覆蓋。
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