CN112073020A - 滤波器模块 - Google Patents

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CN112073020A
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Abstract

本发明提供一种能够容易地进行衰减特性的调整的滤波器模块。在模块基板安装了滤波器元件。滤波器元件具有接地端子以及一对信号端子。模块基板具有接地平面、接地用连接盘、和将接地用连接盘连接于接地平面的电感调整布线。滤波器元件的接地端子与模块基板的接地用连接盘连接。电感调整布线包含在模块基板的面内方向上延伸的面内延伸部分。

Description

滤波器模块
技术领域
本发明涉及滤波器模块。
背景技术
以往，各种高频滤波器被利用于便携式电话等无线设备。高频滤波器具有使仅希望的频带的信号通过从而抑制通带外的信号对高频电路的影响例如S/N比的劣化等的功能。在下述的专利文献1公开了一种层叠型高频滤波器。层叠型高频滤波器具有形成了导体图案的多个电介质层被堆叠的层叠构造。
在专利文献1公开的层叠型高频滤波器为了降低将实现滤波器功能的电路功能部和接地电极连接的导体(布线)的寄生电感而具备接地阻抗调整电路。通过具备接地阻抗调整电路，从而防止了高频带中的衰减特性的劣化。安装层叠型高频滤波器的模块基板的接地、和层叠型高频滤波器的接地电极被牢固地连接，使得在两者之间不产生追加的寄生电感。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2011/114851号
在高频滤波器中，需要配合实际使用时的频率环境、其他部件的频率特性等来对通带外的衰减特性进行微调。在专利文献1公开的层叠型高频滤波器中，能够通过对各导体层的导体图案的形状、大小进行微调从而对衰减特性进行微调。换言之，需要按照所需的每个衰减特性而使导体图案的形状、大小不同的部件，因此开发的成本、量产化时的成本增大。
发明内容
发明要解决的课题
本发明的目的在于，提供一种能够容易地进行衰减特性的调整的滤波器模块。
用于解决课题的手段
根据本发明的一个观点，提供一种滤波器模块，具有：
模块基板；和
滤波器元件，安装于所述模块基板，
所述滤波器元件具有接地端子以及一对信号端子，
所述模块基板具有接地平面、接地用连接盘、和将所述接地用连接盘连接于所述接地平面的电感调整布线，
所述滤波器元件的所述接地端子与所述模块基板的所述接地用连接盘连接，
所述电感调整布线包含在所述模块基板的面内方向上延伸的面内延伸部分。
发明效果
通过调整电感调整布线所具有的电感，从而能够在不使滤波器元件自身的衰减特性变化的情况下调整滤波器模块的衰减特性。
附图说明
图1A是模拟对象的滤波器模块的框图，图1B、图1C、以及图1D是示出模拟对象的样本的第1信号用连接盘、接地用连接盘、第2信号用连接盘、以及过孔导体的俯视下的配置的图。
图2是示出通过系数S21的模拟结果的曲线图。
图3是基于第1实施例的滤波器模块中包含的滤波器元件以及模块基板的等效电路图。
图4是基于第1实施例的滤波器模块的框图。
图5A是模块基板的配置有第1信号用连接盘、第2信号用连接盘、以及接地用连接盘的表面导体层的俯视图，图5B是模块基板的配置有接地平面的导体层的俯视图，图5C是图5A以及图5B的单点划线5C-5C处的剖视图。
图6A以及图6B是示出滤波器元件、面内延伸部分、开口等的大小的关系的图，图6C以及图6D是示出面内延伸部分的其他结构例的图。
图7A是基于第2实施例的滤波器模块的模块基板的配置有第1信号用连接盘、第2信号用连接盘、以及接地用连接盘的表层导体层的俯视图，图7B是模块基板的配置有接地平面的导体层的俯视图。
图8A以及图8B分别是示出在过孔导体为一根的情况以及两根的情况下的从滤波器元件的输入端口至低噪声放大器的输出端口的通过系数S21的模拟结果的曲线图。
图9是基于第2实施例的变形例的滤波器模块的配置了接地平面的导体层的俯视图。
图10是基于第3实施例的滤波器模块的剖视图。
图11A以及图11B分别是基于第4实施例及其变形例的滤波器模块的在模块基板形成的表层导体层的俯视图。
图12是基于第5实施例的滤波器模块的等效电路图。
附图标记说明
20 滤波器元件；
21 低噪声放大器；
22 模块基板；
23 第1信号用连接盘；
24 接地用连接盘；
25 第2信号用连接盘；
26 第3信号用连接盘；
27 第4信号用连接盘；
28 过孔导体；
29 接地平面；
30 滤波器元件；
31 第1信号端子；
32 第2信号端子；
33 接地端子；
35 滤波器元件；
40 模块基板；
41 第1信号用连接盘；
42 第2信号用连接盘；
43 接地用连接盘；
44、45 接地平面；
46 传输线路；
47 缺口部；
50 滤波器模块；
51、52 天线端子；
53、54 输出端子；
55 高频开关；
56、57 低噪声放大器；
58 高频开关；
60 电感调整布线；
61 过孔导体；
62 面内延伸部分；
63 开口；
70 焊料。
具体实施方式
在对本发明的实施例进行说明之前，对本申请的发明人们进行的滤波器特性的模拟结果进行说明。
图1A是模拟对象的滤波器模块的框图。在模块基板22安装了滤波器元件20以及低噪声放大器21。滤波器元件20的输入端子、接地端子、以及输出端子分别与模块基板22的第1信号用连接盘23、接地用连接盘24、以及第2信号用连接盘25连接。低噪声放大器21的输入端子以及输出端子分别与模块基板22的第3信号用连接盘26以及第4信号用连接盘27连接。接地用连接盘24经由过孔导体28连接于模块基板22内的接地平面29。第2信号用连接盘25和第3信号用连接盘26通过模块基板22内的传输线路相互连接。使用电磁场模拟器算出了从第1信号用连接盘23至第4信号用连接盘27的通过系数S21。
图1B、图1C、以及图1D是示出模拟对象的样本的第1信号用连接盘23、接地用连接盘24、第2信号用连接盘25、以及过孔导体28的俯视下的配置的图。在任一个样本中，第1信号用连接盘23、接地用连接盘24、以及第2信号用连接盘25均依次排列为1列。在图1B、图1C、以及图1D所示的样本中，过孔导体28分别配置有15个、2个、以及1个。
图2是示出通过系数S21的模拟结果的曲线图。横轴以单位“GHz”来表示频率，纵轴以单位“dB”来表示通过系数S21。图2的曲线图中的虚线、细实线、以及粗实线分别示出图1B、图1C、以及图1D所示的样本的模拟结果。在任一个样本中，均将相当于第5代移动通信***(5G)的频段n77的3.3GHz以上且4.2GHz以下的频带作为通带。
在图1D的样本中，在比通带更靠高频侧出现两个衰减极AD1、AD2，在图1C的样本中，也在比通带更靠高频侧出现两个衰减极AC1、AC2。在图1B的样本中，在比通带更靠高频侧出现衰减极AB1。图1B的样本的第2个衰减极出现在频率为10GHz以上的区域。
关于两个衰减极中的低频侧的衰减极AD1、AC1、AB1，过孔导体28的个数越少，越位于高频侧。反之，关于高频侧的衰减极AD2、AC2，过孔导体28的个数越少，越位于低频侧。
过孔导体28的个数给接地用连接盘24(图1A)与接地平面29(图1A)之间的寄生电感带来影响。过孔导体28的个数越少，该寄生电感越大。图2所示的衰减特性的样本间的差异起因于寄生电感的差异。这暗示了能够通过调整接地用连接盘24与接地平面29之间的寄生电感从而调整将滤波器元件20安装于模块基板22的状态下的衰减特性。
[第1实施例]
其次，参照图3至图6B的附图对基于第1实施例的滤波器模块进行说明。
图3是基于第1实施例的滤波器模块中包含的滤波器元件30以及模块基板40的等效电路图。滤波器元件30包含第1信号端子31、第2信号端子32、接地端子33、以及两个并联谐振电路PR1、PR2。一个并联谐振电路PR1由相互被并联连接的电感器L1和电容器C1构成，另一个并联谐振电路PR2由相互被并联连接的电感器L2和电容器C2构成。
第1信号端子31和并联谐振电路PR1的一端经由电容器C4耦合，并联谐振电路PR1的另一端与接地端子33连接。第2信号端子32和并联谐振电路PR2的一端经由电容器C5耦合，并联谐振电路PR2的另一端与接地端子33连接。并联谐振电路PR1和PR2经由电容器C3耦合。进而，电感器L1和L2通过互电感M12耦合。第1信号端子31和第2信号端子32经由电容器C6耦合。
在模块基板40的表面设置有第1信号用连接盘41、第2信号用连接盘42、以及接地用连接盘43。模块基板40在内部包含接地平面44。接地用连接盘43和接地平面44经由电感调整布线60相互连接。
滤波器元件30的第1信号端子31、第2信号端子32、以及接地端子33分别与模块基板40的第1信号用连接盘41、第2信号用连接盘42、以及接地用连接盘43连接。
图4是基于第1实施例的滤波器模块50的框图。基于第1实施例的滤波器模块50具有两个天线端子51、52、以及两个输出端子53、54。两个天线端子51、52经由高频开关55连接于两个滤波器元件30、35。一个滤波器元件30是使5G的频段n77的频带的信号通过的带通滤波器，另一个滤波器元件35是使5G的频段n79的频带的信号通过的带通滤波器。
通过了滤波器元件30、35的信号分别输入到低噪声放大器56、57。被低噪声放大器56、57放大后的信号经由高频开关58从输出端子53、54输出到外部。
图5A是模块基板40(图3)的配置有第1信号用连接盘41、第2信号用连接盘42、以及接地用连接盘43的表面导体层的俯视图。图5B是模块基板40(图3)的配置有接地平面44的导体层的俯视图。在图5A以及图5B中，在导体部分标注影线。图5C是图5A以及图5B的单点划线5C-5C处的剖视图。
在俯视下在第1信号用连接盘41与第2信号用连接盘42之间配置有接地用连接盘43。滤波器元件30的第1信号端子31、第2信号端子32、以及接地端子33分别经由焊料70连接于模块基板40的第1信号用连接盘41、第2信号用连接盘42、以及接地用连接盘43。
接地平面44配置在关于模块基板40的厚度方向与接地用连接盘43不同的位置。例如，接地用连接盘43配置在构成模块基板40的电介质部分的表面，接地平面44配置在电介质部分的内部。接地平面44比接地用连接盘43充分大，作为由滤波器元件30、35、低噪声放大器56、57(图4)等构成的高频电路的接地发挥功能。接地平面44在俯视下遍及模块基板40的几乎整个区域而配置。在接地平面44设置有圆形的开口63。开口63在俯视下与接地用连接盘43部分地重叠。
电感调整布线60将接地用连接盘43和接地平面44连接。电感调整布线60包含：从开口63的边缘朝向开口63的内部在面内方向上延伸的一根面内延伸部分62、以及将面内延伸部分62和接地用连接盘43连接的一根过孔导体61。
其次，对第1实施例的优异的效果进行说明。
在第1实施例中，相对于在模块基板40的厚度方向上延伸的过孔导体61串联连接在面内方向上延伸的面内延伸部分62，构成了电感调整布线60。因而，与仅由过孔导体61构成电感调整布线60的情况相比，能够增大电感调整布线60所具有的电感。
为了增大过孔导体61的电感，只要通过增厚配置在接地用连接盘43与接地平面44之间的电介质层从而使过孔导体61的长度H变长即可。然而，电介质层的厚度给传输线路的特性阻抗等带来影响，因此调整电介质层的厚度的自由度低。进而，若增厚电介质层，则模块基板40自身的厚度也增大，因此会受到作为滤波器模块的高度方向的制约。相对于此，面内延伸部分62的长度调整的自由度比过孔导体61的长度调整的自由度高。因此，与仅由过孔导体61来连接接地用连接盘43和接地平面44的情况相比，可得到电感调整布线60对电感的调整的自由度高这样的优异的效果。
图6A以及图6B是示出滤波器元件30、面内延伸部分62、开口63等的大小的关系的图。图6B所示的例子的面内延伸部分62比图6A所示的例子的面内延伸部分62长。因而，在图6A所示的例子和图6B所示的例子中，电感调整布线60所具有的电感不同。如此，通过变更接地平面44的图案，从而能够使电感调整布线60的电感变化。通过变更设置于模块基板40的接地平面44的图案，从而能够在不进行滤波器元件30的变更的情况下实现衰减特性不同的各种滤波器模块。另外，也可以通过代替增大开口63、或者在增大开口63的同时使面内延伸部分62如图6C所示那样成为曲折形状，或者如图6D所示那样成为螺旋形状，从而实现使面内延伸部分62变长的结构。
[第2实施例]
其次，参照图7A至图8B的附图对基于第2实施例的滤波器模块进行说明。以下，关于与基于第1实施例的滤波器模块50共同的结构，省略说明。
图7A是基于第2实施例的滤波器模块的模块基板40(图3)的配置有第1信号用连接盘41、第2信号用连接盘42、以及接地用连接盘43的表层导体层的俯视图。图7B是模块基板40(图3)的配置有接地平面44的导体层的俯视图。在第1实施例中，电感调整布线60包含一根过孔导体61，面内延伸部分62在开口63的边缘的一个部位连接于接地平面44。相对于此，在第2实施例中，电感调整布线60包含两根过孔导体61，面内延伸部分62在开口63的边缘的两个部位连接于接地平面44。面内延伸部分62从开口63的边缘的不同的两个部位朝向开口63的内部延伸，在开口63的内部相互连续。
其次，参照图8A以及图8B对第2实施例的优异的效果进行说明。过孔导体61的长度H(图5C)依赖于电介质层的厚度。难以在个体间消除电介质层的厚度的偏差，因此在个体间过孔导体61的长度也产生偏差。在第2实施例中，电感调整布线60包含相互被并联连接的两根过孔导体61，因此能够减轻过孔导体61的长度的偏差给电感调整布线60所具有的电感带来的影响。在过孔导体61为一根的情况和两根的情况下，通过模拟对过孔导体61的长度的偏差给通过系数S21带来的影响进行了评价。
图8A以及图8B分别是示出过孔导体61为一根的情况以及两根的情况下的从滤波器元件30(图4)的输入端口至低噪声放大器56(图4)的输出端口的通过系数S21的模拟结果的曲线图。横轴以单位“GHz”来表示频率，纵轴以单位“dB”来表示通过系数S21。在图8A以及图8B所示的曲线图中，粗实线、虚线、以及细实线分别示出过孔导体61的长度H为20μm、25μm、以及30μm时的通过系数S21。
在图8A、图8B的任一种情况下，均为5G的频段n77用的带通滤波器。在过孔导体61的长度为25μm时，在图8A、图8B的任一者中均在比通带高的6GHz以上且7GHz以下的范围的附近出现两个衰减极AL、AH。若过孔导体61的长度H变短至20μm，则高频侧的衰减极AH向高频侧偏移，低频侧的衰减极AL向低频侧偏移。低频侧的衰减极AL的偏移量在图8A、图8B的情况下大致相等，但高频侧的衰减极AH的偏移量在图8A的情况下约为850MHz，在图8B的情况下约为650MHz。如此，若增多过孔导体61的根数，则过孔导体61的长度H变动的情况下的衰减极AH的偏移量变小。
若过孔导体61的长度H从25μm变长为30μm，则在图8A、图8B的任一者中两个衰减极AL、AH均汇集成一个，在6GHz的附近，通过系数S21变大。6GHz的附近的图8B的情况下的通过系数S21的上升幅度比图8A的情况下的通过系数S21的上升幅度小。如此，若增多过孔导体61的根数，则过孔导体61的长度H变动的情况下的通过系数S21的变动幅度变小。
通过图8A以及图8B所示的模拟，确认了能够减轻过孔导体61的长度H的偏差给滤波器模块的通过系数S21带来的影响。
其次，参照图9对第2实施例的变形例进行说明。
图9是基于第2实施例的变形例的滤波器模块的配置了接地平面44的导体层的俯视图。在第2实施例(图7B)中，电感调整布线60的面内延伸部分62在开口63的边缘的两个部位连接于接地平面44，但在图9所示的变形例中，面内延伸部分62在开口63的边缘的3个部位连接于接地平面44。如此，可以将面内延伸部分62和接地平面44的连接部位设为3个部位，也可以设为4个部位以上。
此外，在第2实施例(图7A、图7B)、以及变形例(图9)中，配置了两根过孔导体61，但也可以配置3根以上的过孔导体61。此外，将开口63的形状设为圆形，但也可以设为圆形以外的形状、例如赛道形状、椭圆形状等。
[第3实施例]
其次，参照图10对基于第3实施例的滤波器模块进行说明。以下，关于与基于第1实施例的滤波器模块共同的结构，省略说明。
图10是基于第3实施例的滤波器模块的剖视图。在第1实施例(图5C)中，电感调整布线60从安装有滤波器元件30的安装面朝向深度方向与配置于第1层的导体层的接地平面44连接。相对于此，在第3实施例中，电感调整布线60与配置于第3层的导体层的接地平面44连接。例如，在第1层的导体层配置有其他接地平面45，在第2层的导体层配置有传输线路46。过孔导体61从接地用连接盘43起通过设置于第1层的接地平面45的开口到达第3层的接地平面44。
其次，对第3实施例的优异的效果进行说明。在第3实施例中，与第1实施例的情况相比，过孔导体61变长。其结果，电感调整布线60所具有的电感变大。在要增大电感调整布线60的电感的情况下，第3实施例的构造是有效的。
[第4实施例]
其次，参照图11A对基于第4实施例的滤波器模块进行说明。以下，关于与基于第1实施例的滤波器模块共同的结构，省略说明。
图11A是基于第4实施例的滤波器模块的在模块基板40(图3)形成的表层导体层的俯视图。在第1实施例中，连接有电感调整布线60的接地平面44(图5C)配置在第1层的导体层，但在第4实施例中，电感调整布线60与配置于表层导体层的接地平面44连接。因而，电感调整布线60不包含将不同的导体层间连接的过孔导体，仅包含配置于表层导体层的面内延伸部分62。在接地用连接盘43未连接用于与接地平面44连接的过孔导体。
其次，对第4实施例的优异的效果进行说明。
在模块基板40的表层导体层配置有接地平面44的情况下，能够采用基于第4实施例的构造。在第4实施例的情况下，也能够通过调整面内延伸部分62的长度从而调整电感调整布线60的电感。
其次，参照图11B对第4实施例的变形例进行说明。
图11B是基于第4实施例的变形例的滤波器模块的在模块基板40(图3)形成的表层导体层的俯视图。在本变形例中，在形成于表层导体层的接地平面44，设置有从边缘朝向内部的缺口部47。电感调整布线60与缺口部47的最里部的边缘连接。
在图11B所示的变形例中，不依赖于接地用连接盘43和接地平面44的间隔，能够通过调整缺口部47的深度从而调整电感调整布线60的长度。另外，为了增大电感调整布线60的电感值，也可以将电感调整布线60设为曲折形状、螺旋形状。
[第5实施例]
其次，参照图12对基于第5实施例的滤波器模块进行说明。以下，关于与基于第1实施例的滤波器模块共同的结构，省略说明。
图12是基于第5实施例的滤波器模块的等效电路图。模块基板40的结构与基于第1实施例的模块基板40的结构相同。滤波器元件30包含第1级至第4级的4个并联谐振电路PR1、PR2、PR3、PR4。第1级的并联谐振电路PR1包含被并联连接的电感器L1和电容器C1。第2级的并联谐振电路PR2包含被并联连接的电感器L2和电容器C2。第3级的并联谐振电路PR3包含被并联连接的电感器L3和电容器C3。第4级的并联谐振电路PR4包含被并联连接的电感器L4和电容器C4。滤波器元件30例如为5G的频段n77用的带通滤波器。
4个并联谐振电路PR1、PR2、PR3、PR4各自的一个端子(以下称为接地侧的端子)经由公共的电感器Lg连接于接地端子33。将并联谐振电路PR1、PR2、PR3、PR4各自的与接地侧的端子相反侧的端子称为信号侧的端子。
第1级的并联谐振电路PR1的信号侧的端子与第1信号端子31连接。在第1级的并联谐振电路PR1的信号侧的端子与第2级的并联谐振电路PR2的信号侧的端子之间连接有电容器C12。第4级的并联谐振电路PR4的信号侧的端子与第2信号端子32连接。在第3级的并联谐振电路PR3的信号侧的端子与第4级的并联谐振电路PR4的信号侧的端子之间连接有电容器C34。在第1信号端子31与第2信号端子32之间连接有电容器C14。4个并联谐振电路PR1、PR2、PR3、PR4的电感器L1、L2、L3、L4相互感应耦合。相对于电感器Lg，串联***模块基板40侧的电感调整布线60。
其次，对第5实施例的优异的效果进行说明。
在第5实施例中，通过调整模块基板40侧的电感调整布线60的电感，从而能够调整***到并联谐振电路PR1、PR2、PR3、PR4的接地侧的端子与模块基板40的接地平面44之间的电感。其结果，与第1实施例的情况同样地，能够在不进行滤波器元件30的设计变更的情况下调整从第1信号端子31至第2信号端子32的通过系数S21的衰减特性。
其次，对第5实施例的变形例进行说明。
作为安装于模块基板40的滤波器元件30，也可以使用具有除了图3所示的基于第1实施例的滤波器电路、图12所示的基于第5实施例的滤波器电路以外的滤波器电路的滤波器元件。在该情况下，也能够通过调整模块基板40侧的电感调整布线60的电感从而调整滤波器元件30的衰减特性。
上述的各实施例为例示，能够进行在不同的实施例中示出的结构的部分置换或组合，这是不言而喻的。关于基于多个实施例的同样的结构的同样的作用效果，不在每个实施例中逐次提及。进而，本发明不受上述的实施例限制。例如，能够进行各种变更、改良、组合等，这对于本领域技术人员来说是显而易见的。

Claims (6)

1.一种滤波器模块，具有：
模块基板；和
滤波器元件，安装于所述模块基板，
所述滤波器元件具有接地端子以及一对信号端子，
所述模块基板具有接地平面、接地用连接盘、和将所述接地用连接盘连接于所述接地平面的电感调整布线，
所述滤波器元件的所述接地端子与所述模块基板的所述接地用连接盘连接，
所述电感调整布线包含在所述模块基板的面内方向上延伸的面内延伸部分。
2.根据权利要求1所述的滤波器模块，其中，
所述接地用连接盘和所述接地平面配置在关于所述模块基板的厚度方向不同的位置，在所述接地平面设置有开口，
所述开口配置在俯视下与所述接地用连接盘至少部分地重叠的位置，
所述电感调整布线还包含将所述面内延伸部分和所述接地用连接盘连接的至少一根过孔导体。
3.根据权利要求2所述的滤波器模块，其中，
所述至少一根过孔导体包含多根过孔导体。
4.根据权利要求2或3所述的滤波器模块，其中，
所述面内延伸部分从所述开口的边缘的不同的多个部位朝向所述开口的内部延伸。
5.根据权利要求1所述的滤波器模块，其中，
所述接地用连接盘和所述接地平面配置在相同的导体层内，所述电感调整布线在与所述接地用连接盘以及所述接地平面相同的导体层内将两者连接。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的滤波器模块，其中，
所述面内延伸部分在俯视下具有曲折形状或者螺旋形状。
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