WO2002005378A1 - Filtre - Google Patents

Description

明細書

フイリレ夕

技術分野

本発明は、 高周波部品として用いられる導波管構造を有するフィル夕に関する

背景技術

マイクロ波 ， ミ リ波帯で用いられる代表的な導波管フィルタは、 金属導波管を用い、 絞り構造を形成した共振器構成を利用することにより実現される。 この種のフィルタ は性能が優れているが、 サイズが大きいという課題がある。

そこで特願平 1 0 _ 8 2 1 8 4号公報に記載のように、 誘電体基板内に金属ビアホ —ルによる導波管側面が形成された、 擬似導波管帯域通過型フィル夕が考案されてい る。 具体例として、 第 9図 A、 Bに 4段構成フィル夕の概略構造を示す。 第 9図 Aは 斜視図であり、 第 9図 Bは平面図である。 誘電体基板 1 の一面に表面導体 2が、 反対 側の面に裏面導体 3が形成されている。 表面導体 2 と裏面導体 3 とを接続するビアホ ール 4が、 信号伝送方向に 2列形成されている。 おのおのビアホールの間隔 aは、 管 内波長の 2分の 1以下である。 この構造は、 誘電体の厚みと 2列に並ぶビアホールの 間隔 bを導波管断面とする擬似導波管とみなすことができる。 導波管内には、 さらに ビアホール 5のペアが形成されており、 共振長 L l 、 L 2 、 L 3 、 L 4 とする共振器 が形成される。 ここでペアとなるビアホール 5の間隔 c を適切に選ぶことにより、 共 振周波数以外の周波数を効果的に反射させることができる。 一方共振周波数では、 信 号は通過し、 所望のフィル夕性能が得られる。 このフィル夕においては、 導波管内部 が中空である場合に比べ、 およそ 1 ε の大きさとすることができる （ ε は誘電体 の誘電率） 。

一方、 誘電体基板上のマイクロス トリ ップ線路を用いて構成されたフィルタが、 し ばしば用いられている。 比較的小型で、 集積回路等の平面回路とワイヤボンディ ング により接続できるため、 高周波モジュール内に容易に実装することができる。

上記導波管フィルタにおいては、 小型化が要求される場合がある。 例えば半導体上 に形成されるマイクロ波 · ミ リ波集積回路のサイズは、 大きいものでも 5 mm角程度 である。 したがって集積回路を用いて小型のマルチチップモジュールを構成する場合 には、 フィルタのような受動部品のサイズを縮小することが重要となる。 また一般的 には平面回路との接続が困難である。 そこでサイズを大きくすることなく、 特別な変 換回路を付加することなく、 容易に実装かつ接続できる機能をもったフィル夕が望ま れている。

一方、 マイクロス ト リ ップ線路を用いたフィルタでは、 パッケージ構造内に実装し た場合、 性能に変化が現れることがある。 これは、 マイクロス ト リ ップ線路では、 電 磁界分布が上方まで広がっているため、 蓋の装着による影響を受けやすいことに起因 する。

またワイヤボンディ ングによる接続においては、 特にミ リ波帯のような高周波で、 ワイヤ長、 もしくはワイヤ長できまる寄生イ ンダクタ成分のばらつきによる性能変化 が無視できない。 このため量産時の歩留まり低下の要因となっている。 この問題を解 決するために、 ミ リ波半導体集積回路をフェイスダウンでバンプにより実装基板と実 装 · 接続する、 フリ ップチップ実装技術の開発が進められている。 この技術について は、 例えば文献 （K. M a r u h a s h i e t a 1 . , I E E E I n t e r n a t i o n a 1 S o l i d— S t a t e C i r c u i t s S ymp o s i urn, D i g e s t , p p. 3 24 - 3 2 5 , 2 0 0 0年） に記載されている。 フリ ップチップ実装を適用した場合、 各素子と実装基板の間が比較的短い距離 （ 2 0 0マイクロメータ以下） で接続されるため、 ワイヤボンディ ングで問題となる寄生ィ ンダクタンス成分、 およびそのばらつきの影響が無視できる。 フィル夕に対して同様 にフリ ップチップ実装技術を適用しょう とした場合、 素子間の接続に用いられるコプ レーナ線路に適した端子を有し、 さらにフェイスダウンで実装を行ってもフィル夕性 能の変化が少ない構造を有するフィル夕の実現が強く望まれていた。 発明の開示

上記に鑑み、 本発明の目的は、 少ない段数でも優れたフィルタ特性を有する、 小型 な誘電体導波管型構造のフィル夕を提供するとともに、 平面回路との接続のための特 別の外部端子を設けることなく、 フリ ップチップ実装可能なフィル夕を提供すること にある。 本発明は、 第 1 の視点において、 誘電体が充填された矩形導波管構造を有し、 該矩 形導波管構造が少なく とも 1つの共振器を形成するフィル夕において、

前記導波管構造の長辺導体面に少なく とも 1つのスリ ッ 卜が形成されたフィルタを 提供する。

本発明は、 第 2の視点において、 誘電体基板の上面と下面とに形成された一対の第 1導体面と、 前記誘電体基板側面に形成された一対の第 2導体面とを有し、 前記第 1 導体面を長辺導体面とする矩形導波管構造を有し、 該矩形導波管構造がその中に少な く とも 1つの共振器を形成するフィルタにおいて、

前記導波管構造の長辺導体面に、 少なく とも 1つのスリ ッ 卜が形成されたフィルタ を提供する。

また、 本発明は、 第 3の視点において、 誘電体基板の上面と下面とに形成された一 対の導体面と、 前記誘電体基板内に形成された導体ピアホールとを有し前記導体面を 長辺導体面とする矩形導波管構造を備え、 該矩形導波管構造がその中に少なく とも 1 つの共振器を形成するフィルタにおいて、

前記導波管構造の長辺導体面に、 少なく とも 1 つのスリ ッ 卜が形成されたフィルタ を提供する。

本発明のフィルタでは、 前記スリ ッ トは、 共振器が奇数個配列され、 その中央の共 振器を構成する導波管構造の長辺導体面に形成されることが好ましい。

また、 前記スリ ッ トは、 信号伝播方向に直交する向きに延びることが好ましい。 また、 導波管構造を構成する導体面がコプレーナ線路を搭載し、 該コプレーナ線路 がスリ ッ トと接続されることが好ましい。 この場合、 コプレーナ線路と、 フィル夕を 実装するための回路基板とが、 バンプを介して接続されることが好ましい。

また、 導波管構造を構成する導体面がスロッ ト線路を搭載し、 該スロッ ト線路がス リ ッ トと接続されることも好ましい。 この場合、 スロッ ト線路とフィル夕を実装する ための回路基板とがバンプを介して実装されることが好ましい。

図面の簡単な説明 第 1 図 A及び Bは本発明の第 4の実施形態によるフィル夕の構成を示すもので、 第 1図 Aは斜視図、 第 1図 Bは平面図である。 第 2図 A及び Bは本発明の第 1 の実施形態によるフィルタの構成を示すもので、 第 2図 Aは斜視図、 第 2図 Bは平面図である 第 3図は、 本発明の第 1 の実施形態によるフィル夕特性を示すグラフである。 第 4図 A及び Bは本発明の第 2の実施形態によるフィル夕の構成を示すもので、 第 4図 Aは斜視図、 第 4図 Bは平面図である。 第 5図は、 本発明の第 2の実施形態および第 4の実施形態によるフィル夕の実装説 明図である。

第 6図は、 本発明の第 2の実施形態および第 4の実形態によるフィルタの他の実装 説明図である。 第 7図 A及び Bは本発明の第 3の実施形態によるフィルタの構成を示すもので、 第 7図 Aは斜視図、 第 7図 Bは平面図である。 第 8図は、 本発明の第 3の実施形態によるフィル夕の実装説明図である。 第 9図 A及び Bは従来のフィル夕の構成を示すもので、 第 9図 Aは斜視図、 第 9図 Bは平面図である。

発明を実施するための最良の形態

以下、 図面を参照し、 本発明の好適な実施形態例に基づいて本発明を更に詳細に説 明する。 第 2図 A及び Bを参照すると、 本発明における第 1 の実施形態のフィルタの 概略構造図が示される。 誘電体基板 1 の一面に表面導体 2が、 反対側の面に裏面導体 3が形成されている。 表面導体 2 と裏面導体 3 を接続するビアホール 4が、 信号伝送 方向に 2列形成されている。 おのおのビアホールの間隔 aは、 管内波長の 2分の 1以 下が望ましい。 この構造は、 誘電体の厚み （短辺方向） と、 2列に並ぶビアホールの 間隔 b (長辺方向） を導波管断面とする擬似導波管とみなすことができる。 導波管内 には、 さ らにビアホール 5のペアが形成されており、 共振長を L l 、 L 2 、 L 3 とす る共振器が形成される。 ここでペアとなるピアホール 5の間隔 c を適切に選ぶことに より、 共振周波数以外の周波数を反射させることができる。 一方共振周波数では、 信 号は通過し、 所望のフィルタ性能が得られる。

本フィルタは、 共振器が 3個からなる 3段構成であり、 中央の共振器上部の表面導 体 2には、 部分的に導体が除去されたスリ ッ ト 6が形成されている。 スリ ッ ト 6は、 信号方向に直角に配置させることが望ましい。

本実施形態におけるフィルタ特性 （挿入損失） を第 3図に示す。 なお従来フィル夕 の特性例として、 3 d B通過帯域がほぼ同じとなる第 4図に示した 4段構成のフィル 夕、 および図では示していないが、 同様の 3段構成のフィル夕に関する挿入損失の周 波数依存性を同時に示した。 例えば中心周波数 6 1 G H z に対し、 低域側に 6 G H z 離れた場合 （ 5 5 G H z ) 、 本実施例の挿入損失は 4 0 d Bである。 この値は、 従来 例による 3段構成のフィル夕の挿入損失 2 5 d Bより大きく、 4段構成のフィルタの 値 4 2 d Bとほぼ同じである。 したがって本実施形態によれば、 従来に比べ少ない段 数の構成を用いても、 良好な不要周波数帯信号の抑圧量が得られる。 したがってフィ ル夕の小型化を図ることができ、 フィル夕そのものの低価格化、 あるいはフィルタを 用いた高周波回路モジュールの小型化が実現される。

本実施形態の動作原理は、 スリ ッ ト 6の導入により、 低域側に減衰極が形成され、 不要周波数帯信号の抑圧量を高めることにある。 本実施形態では、 低域側に減衰極を 形成したが、 スリ ッ ト長を調整することにより、 高域側に減衰極を形成することも可 能である。 奇数個の共振器をもつフィルタの中央の共振器上にスリ ッ トを設けた場合、 他の構造パラメータを変更することなくスリ ツ ト長を変更することにより、 減衰極の 出現する周波数を容易に調整できることが見出されている。 またスリ ッ トは、 必要に 応じ、 ビアホール 4の間を通り、 導波管構造部の外側までその長さを増加させること もできるため、 設計自由度は高い。 さらに複数の共振器上に、 長さの異なるスリ ッ ト を形成することにより、 高域側、 低域側の両方に減衰極を設けることもできる。

なお、 擬似導波管内部からの信号電磁界は、 スリ ッ トから漏洩するものの、 擬似導 波管内部に誘電体が存在するため、 その影響は小さい。 したがって、 例えばモジユー ルに組み込み、 蓋を装着したとしても、 フィルタ特性への影響は小さい。

本実施形態におけるフィル夕は、 よく知られたアルミナセラミ ック基板プロセスな どによって容易に作製可能である。 すなわち、 セラミック材シー トを用い、 ビアホー ル形成、 金属ペース トの充填、 焼成、 薄膜配線形成 （スリ ッ ト形成） 、 金メッキなど の工程を経て、 作製完了に至る。 ただし、 本発明においては、 基板材料、 ビアホール の形成方法、 スリ ッ ト形成方法を限定するものではない。 またビアホール 4は、 信号 伝送方向に 2列形成されているが、 擬似導波管構造を形成していれば、 列の数はいく らであってもよい。

第 4図 A及び Bを参照すると、 本発明における第 2の実施形態のフィルタの概略構 造図が示される。 誘電体基板 1 の一面に表面導体 2が、 反対側の面に裏面導体 3が形 成されている。 表面導体 2 と裏面導体 3を接続するビアホール 4が、 信号伝送方向に 2列形成されている。 おのおのビアホールの間隔 aは、 管内波長の 2分の 1以下が望 ましい。 この構造は、 誘電体の厚みと 2列に並ぶビアホールの間隔 bを導波管断面と する擬似導波管とみなすことができる。 導波管内には、 さらにビアホール 5のペアが 形成されており、 共振長が L l 、 L 2 , L 3 、 L 4 とする共振器が形成される。 ここ でペアとなるビアホール 5の間隔 c を適切に選ぶことにより、 共振周波数以外の周波 数を反射させることができる。 一方共振周波数では、 信号は通過し、 所望のフィル夕 性能が得られる。 本フィル夕は、 共振器が 4個からなる 4段構成であり、 両端の共振 器上部の表面導体 2 には、 部分的に導体が除去されたスリ ッ ト 7 、 8が形成されてい る。 スリ ッ ト 7 には、 共振器上部の表面導体 2 に形成されたコプレーナ線路 9が接続 されている。

本発明の第 2の実施形態によれば、 共振器上に形成されたコプレーナ線路 9がその まま外部接続用の端子となる。 したがって、 信号方向に別の接続部を必要とする従来 例 （第 9図） に比べて、 小型に作製することができる。 また特別な変換部を別に設け る必要がなく、 平面回路とワイヤボンディ ング等の方法により接続可能である。 なお、 擬似導波管内部からの信号電磁界は、 スリ ッ トから漏洩するものの、 擬似導波管内部 に誘電体が存在するため、 その影響は小さい。 したがって、 例えばモジュールに組み 込み、 蓋を装着したとしても、 フィルタ特性への影響は小さい。

本実施形態によるフィルタの実装方法の 1例を第 5図に示す。 本実施形態によるフ ィル夕 1 0が実装されるべき実装基板 1 1 には、 導体パターン 1 2を用いてコプレー ナ線路 1 3が形成されている。 例えば金を成分とするバンプ 1 4が、 実装基板 1 1 上 に形成されている。 フィル夕は、 例えば熱圧着法など工法により、 バンプを介して実 装基板 1 1 と実装、 接続される。 この実装基板には、 フィルタ以外にも集積回路等が 実装される場合もある。 本発明においては、 バンプの種類、 形成法を限定するのでは なく、 はんだバンプを用いたり、 フィルタ側にバン

プを形成したり しても差し障りはない。 本実装方法では、 実装基板がスリ ッ トからの 漏洩電磁界に影響を与えるが、 擬似導波管内部に誘電体が存在するため、 その影響は 比較的小さい。 さらにこの影響を低減するためには、 第 6図に示す別の実装例のごと く、 実装基板 1 1 上のフィルタが実装されるべき領域に凹部を設けるなどの方法も可 能である。 以上のように、 本発明の実施形態におけるフィル夕においては、 実装前後 での性能変化を抑え、 ワイヤボンディ ングで問題となる寄生インダクタンス成分、 お よびそのばらつきの影響が無視できるというフリ ップ

チップ実装の利点を享受することができる。

第 7図 A及び Bを参照すると、 本発明における第 3の実施形態のフィル夕の概略構 造図が示される。 本フィル夕においては、 主要構造は第 4図に示したフィル夕と同じ であるが、 スリ ッ ト 8をまたいで、 スロッ ト線路 1 6がスリ ッ ト 7に接続されている。 本実施形態によるフィルタの実装方法の 1例を第 8図に示す。 本実施例によるフィル 夕 1 0が実装されるべき実装基板 1 1 には、 導体パターン 1 2を用いてコプレーナ線 路 1 3が形成されている。 コプレーナ線路の先端には、 スロッ ト線路一コプレーナ線 路変換部 1 8が形成されている。 さらに例えば金を成分とするバンプ 1 4が、 実装基 板 1 1上に形成されている。 フィルタは、 例えば熱圧着法など工法により、 バンプを 介して実装基板 1 1 と実装される。 このとき、 フィルタに形成されたスロッ ト線路は、 実装基板上のコプレーナ線路と、 スロッ ト線路ーコプレーナ線路変換部 1 8を介して 電磁界結合により接続される。 この結果、 第 2の実施形態と同様に、 実装前後での性 能変化を抑え、 ワイヤボンディ ングで問題となる寄生インダクタンス成分、 およびそ のばらつきの影響が無視できるというフリ ップチップ実装の利点を享受することがで さる。

第 1 図 A及び Bを参照すると、 本発明における第 4の実施形態のフィル夕概略構造 が示される。 本実施形態例は、 本発明の特徴を最もよく表したものである。 誘電体基 板 1 の一面に表面導体 2が、 反対側の面に裏面導体 3が形成されている。 表面導体 2 と裏面導体 3 を接続するビアホール 4が、 信号伝送方向に 2列形成されている。 おの おのビアホールの間隔 aは、 管内波長の 2分の 1以下が望ましい。 この構造は、 誘電 体の厚みと 2列に並ぶビアホールの間隔 bを導波管断面とする擬似導波管とみなすこ とができる。 導波管内には、 さらにビアホール 5のペアが形成されており、 共振長を L l 、 L 2、 L 3 とする共振器が形成される。 ここでペアとなるビアホール 5の間隔 c を適切に選ぶことにより、 共振周波数以外の周波数を反射させること

ができる。 一方共振周波数では、 信号は通過し、 所望のフィル夕性能が得られる。 本フィルタは、 共振器が 3個からなる 3段構成であり、 中央の共振器上部の表面導 体 2には、 部分的に導体が除去されたスリ ッ ト 6が形成されている。 スリ ッ ト 6は、 信号方向に直角に配置させることが望ましい。 両端の共振器上部の表面導体 2 には、 部分的に導体が除去されたスリ ッ ト 7、 8が形成されている。 コプレーナ線路 9は、 スリ ッ ト 7 に接続されている。 本実施例によれば、 第 1および第 2の実施例の説明に 記載された通り、 フィルタの小型化、 低価格化を図ることが可能で、 フリ ップチップ 実装技術等も適用可能とな

る。

本発明の第 1 の視点の発明では、 誘電体が充填された矩形導波管内に共振器が形成 され、 共振器を構成する導波管構造の長辺導体面にスリ ッ トが形成されることにより、 帯域外の信号抑圧を向上する減衰極がつく られ、 フィル夕の不要周波数帯信号を抑制 することができる。 これにより、 フィルタの段数を低減できることから、 フィル夕の 小型化を図ることができ、 製造の容易化、 低価格化を実現できる。

さらに、 誘電体が充填された導波管構造にスリ ッ トを形成しているため、 高周波モ ジュール内に実装した場合においても、 電磁界が主に誘電体内に存在することにより、 スリ ツ 卜からの漏れが少なく、 フィルタ特性への影響を小さくすることができる。 本発明の第 2の視点の発明では、 共振器を構成する導波管構造の長辺導体面にスリ ッ トが形成されることにより、 帯域外の信号抑圧を向上する減衰極がつく られ、 フィ ル夕の不要周波数帯信号を抑制することができる。 これにより、 第 1の視点の発明と 同様に、 フィル夕の小型化、 製造の容易化、 低価格化を実現でき、 高周波モジュール 内に実装した場合においても、 フィルタ特性への影響を小さくすることができる。 本発明の第 3の視点の発明では、 共振器を構成する導波管構造の長辺導体面にスリ ッ トが形成されることにより、 帯域外の信号抑圧を向上する減衰極がつく られ、 フィ ル夕の不要周波数帯信号を抑制することができる。 これにより、 第 1及び第 2の視点 の発明と同様に、 フィルタの小型化、 製造の容易化、 低価格化を実現でき、 高周波モ ジュール内に実装した場合においても、 フィル夕特性への影響を小さくすることがで さる。

本発明のフィルタでは、 共振器が奇数個配列され、 その中央の共振器を構成する導 波管構造の長辺導体面にスリ ッ トが形成されることにより、 対称性により フィル夕特 性を損なう ことなく減衰極の調整が可能となり、 減衰極の出現する周波数を容易に調 整することが可能なフィルタを提供することができる。

また、 導波管構造の長辺導体面に、 信号伝播方向に直交する向きにスリ ッ トが形成 されることにより、 減衰極の出現する周波数の調整を効率よく実現することが可能と なる。

導波管構造を構成する導体面にコプレーナ線路が形成され、 コプレーナ線路がスリ ッ トと接続されることにより、 特別に外部端子を設けることなく、 且つ端子への接続 のための長い引き回しをすることなく平面回路との接続が可能となり、 フィル夕を小 型に形成することができる。

フィルタ上のコプレーナ線路とフィルタが実装される回路基板とがバンプを介して 接続されることにより、 フリ ップチップ実装を容易に行う ことができ、 工数の削減、 高周波における再現性の良い接続が可能となる。

導波管構造を構成する導体面にスロッ ト線路が形成され、 スロッ ト線路がスリ ツ ト と接続されることにより、 特別に外部端子を設けることなく、 且つ端子への接続のた めの長い引き回しをすることなく平面回路との接続が可能となり、 フィルタを小型に 形成することができる。

フィル夕上のスロッ ト線路とフィル夕が実装される回路基板とがバンプを介して接 続されることにより、 フリ ップチップ実装を容易に行う ことができ、 工数の削減、 高 周波における再現性の良い接続が可能となる。

Claims

請求の範囲

1 . 誘電体が充填された矩形導波管構造を有し、 該矩形導波管構造が少なく とも 1つ の共振器を形成するフィルタにおいて、

前記導波管構造の長辺導体面に少なく とも 1つのスリ ッ トが形成されたことを特徴 とするフィルタ。

2 . 誘電体基板の上面と下面とに形成された一対の第 1導体面と、 前記誘電体基板側 面に形成された一対の第 2導体面とを有し、 前記第 1導体面を長辺導体面とする矩形 導波管構造を有し、 該矩形導波管構造がその中に少なく とも 1つの共振器を形成する フィル夕において、 前記導波管構造の長辺導体面に、 少なく とも 1つのスリ ッ 卜が形成されたことを特 徴とするフィル夕。

3 . 誘電体基板の上面と下面とに形成された一対の導体面と、 前記誘電体基板内に形 成された導体ビアホールとを有し前記導体面を長辺導体面とする矩形導波管構造を備 え、 該矩形導波管構造がその中に少なく とも 1つの共振器を形成するフィルタにおい て、 前記導波管構造の長辺導体面に、 少なく とも 1つのスリ ッ トが形成されたことを特 徴とするフィル夕。

4 . 前記共振器が奇数個配列され、 前記スリ ッ トは、 中央の共振器を構成する導波管 構造の長辺導体面に形成されることを特徴とする請求項 1から 3のいずれかに記載の フィルタ。

5 . 前記スリ ッ トは、 信号伝播方向に直交する方向に延びることを特徴とする請求項 1から 4のいずれかに記載のフィル夕。

6 . 前記導波管構造を構成する導体面にコプレーナ線路が接続され、 該コプレーナ線 路が前記スリ ッ 卜と接続されることを特徴とする請求項 1から 5のいずれかに記載の フィルタ。

7 . 前記コプレーナ線路と、 フィル夕を実装するための回路基板とがバンプを介して 接続されることを特徴とする請求項 6に記載のフィルタ。

8 . 前記導波管構造を構成する導体面にスロッ ト線路が接続され、 該スロッ ト線路が 前記スリ ッ トと接続されることを特徴とする請求項 1から 5のいずれかに記載のフィ ルタ。

9 . 前記スロッ ト線路と、 フィルタを実装するための回路基板とがバンプを介して実 装されることを特徴とする請求項 8に記載のフィル夕。