JP2024018253A - 積層バンドパスフィルタ - Google Patents
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Abstract
【課題】製造ばらつきによるフィルタ性能の劣化を低減可能とする積層バンドパスフィルタを得ること。【解決手段】積層バンドパスフィルタ1は、誘電体基板2と、誘電体基板2の厚さ方向における一方の端の面である第1面に設けられている第1の接地導体と、誘電体基板2の厚さ方向における他方の端の面である第2面に設けられている第2の接地導体と、誘電体基板2の内部の層であって、複数の共振器8を有する導電層3と、を含む積層構造を備える。複数の共振器8は、共振器8の一方の端部が開放されており、かつ共振器8の他方の端部が第1の接地導体および第2の接地導体に電気的に接続されており、インターディジタル型のフィルタを構成する。導電層3は、積層構造における導電層3以外の各層に比べて高い展性の材料からなる。【選択図】図1
Description
本開示は、複数の共振器を備える積層バンドパスフィルタに関する。
高周波帯域に適用されるバンドパスフィルタについて、回路の小型化による省スペース化を目的として、または、高密度実装における周辺回路との不要な結合を防止するための電磁遮蔽機能の向上を目的として、多層セラミック基板の内層にバンドパスフィルタ構造を形成する手法が知られている。多層セラミック基板は、低温同時焼成セラミックス(Low Temperature Co-fired Ceramics:LTCC)基板、または高温同時焼成セラミックス(High Temperature Co-fired Ceramics:HTCC)基板等である。
特許文献1には、多層セラミック基板の内層に複数の共振器が並べられており、共振器の長さ方向における共振器の端部に接地用のスルーホールが設けられているフィルタが開示されている。特許文献1のフィルタにおいて、共振器の長さ方向は、複数の共振器が並べられた方向である並設方向に直交する方向である。並設方向において互いに隣り合う共振器同士のうち一方の共振器には、長さ方向における一方の端部にスルーホールが設けられており、共振器同士のうち他方の共振器には、長さ方向における他方の端部にスルーホールが設けられている。特許文献1には、多層セラミック基板の内層における同一平面上に複数の共振器が並べられている構成と、多層セラミック基板の厚さ方向における位置を交互にずらして複数の共振器が並べられている構成とが開示されている。
多層セラミック基板は、単層基板と比較して製造ばらつきが大きくなり易く、フィルタ性能の劣化が生じる可能性がある。特許文献1にかかる従来の技術では、製造ばらつきへの対策が講じられていないことから、製造ばらつきによるフィルタ性能の劣化が生じる可能性がある。特に、厚さ方向における位置を交互にずらして複数の共振器が並べられる構成では、厚さ方向の結合係数を以ってフィルタ性能が実現されることから、多層セラミック基板における各層の厚さのばらつきによるフィルタ性能の劣化が生じ易い。このため、従来の技術では、製造ばらつきによるフィルタ性能の劣化を低減させることが困難であるという課題があった。
本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、製造ばらつきによるフィルタ性能の劣化を低減可能とする積層バンドパスフィルタを得ることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示にかかる積層バンドパスフィルタは、誘電体基板と、誘電体基板の厚さ方向における一方の端の面である第1面に設けられている第1の接地導体と、誘電体基板の厚さ方向における他方の端の面である第2面に設けられている第2の接地導体と、誘電体基板の内部の層であって、複数の共振器を有する導電層と、を含む積層構造を備える。複数の共振器は、共振器の一方の端部が開放されており、かつ共振器の他方の端部が第1の接地導体および第2の接地導体に電気的に接続されており、インターディジタル型のフィルタを構成する。導電層は、積層構造における導電層以外の各層に比べて高い展性の材料からなる。
本開示にかかる積層バンドパスフィルタは、製造ばらつきによるフィルタ性能の劣化を低減できるという効果を奏する。
以下に、実施の形態にかかる積層バンドパスフィルタを図面に基づいて詳細に説明する。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1にかかる積層バンドパスフィルタ1の構成を示す斜視図である。図2は、実施の形態1にかかる積層バンドパスフィルタ1の内部構成を示す平面図である。図3は、実施の形態1にかかる積層バンドパスフィルタ1の断面図である。図3には、図2に示すIII-III線に沿った断面を示す。
図1は、実施の形態1にかかる積層バンドパスフィルタ1の構成を示す斜視図である。図2は、実施の形態1にかかる積層バンドパスフィルタ1の内部構成を示す平面図である。図3は、実施の形態1にかかる積層バンドパスフィルタ1の断面図である。図3には、図2に示すIII-III線に沿った断面を示す。
積層バンドパスフィルタ1は、LTCC基板またはHTCC基板といった多層セラミック基板の内層に形成されたバンドパスフィルタ構造を備える。積層バンドパスフィルタ1が備える積層構造は、誘電体基板2と、誘電体基板2の内部の層である導電層3と、誘電体基板2の第1面に設けられている第1の接地導体4と、誘電体基板2の第2面に設けられている第2の接地導体5とを含む。また、積層バンドパスフィルタ1は、複数の第1のスルーホール6と、複数の第2のスルーホール7とを備える。
誘電体基板2の第1面は、誘電体基板2の厚さ方向における一方の端の面である。誘電体基板2の第2面は、誘電体基板2の厚さ方向である第1の方向における他方の端の面である。第1面と第2面とは、互いに平行である。第1の方向は、第1面の法線方向であって、第2面の法線方向でもある。誘電体基板2は、互いに重ね合わせられた2つのセラミック板2a,2bからなる。図1では、誘電体基板2を破線で表し、誘電体基板2以外の構成を実線で表す。また、図1では、第1の接地導体4と第2の接地導体5との図示を省略する。図2には、誘電体基板2の内部に設けられている構成を第1面側から見た様子を示す。
導電層3は、第1面と第2面とに平行な層状の導体である。導電層3は、高周波信号が伝搬する伝送路を構成する。導電層3は、セラミック板2aとセラミック板2bとの間に設けられている。導電層3は、複数の共振器8と、2つのスルーホール接続部9と、給電部10と、出力部11とを備える。複数の共振器8の各々の平面形状は、短冊形状である。複数の共振器8が並べられている方向である第2の方向は、第1面と第2面とに平行な方向である。図1および図2に示す導電層3は、8個の共振器8を有する。導電層3における共振器8の数、すなわち段数は、実現が所望されるフィルタ特性に合わせて決定可能である。各共振器8の長手方向である第3の方向は、第1の方向に垂直かつ第2の方向に垂直な方向である。複数の共振器8は、第2の方向において等間隔に配置されている。
2つのスルーホール接続部9のうちの一方は、導電層3のうち第3の方向における一方の端部を構成する。2つのスルーホール接続部9のうちの他方は、導電層3のうち第3の方向における他方の端部を構成する。各スルーホール接続部9は、第1のスルーホール6と第2のスルーホール7との各々に電気的に接続されている。
複数の第1のスルーホール6は、セラミック板2aに形成されている。各第1のスルーホール6は、スルーホール接続部9と第1の接地導体4とを電気的に接続する。複数の第2のスルーホール7は、セラミック板2bに形成されている。各第2のスルーホール7は、スルーホール接続部9と第2の接地導体5とを電気的に接続する。
各共振器8の第3の方向における両端の一方は、開放端である。各共振器8の第3の方向における両端の他方は、スルーホール接続部9につなげられている。各共振器8の当該他方の端部は、スルーホール接続部9および第1のスルーホール6を介して第1の接地導体4に電気的に接続されている。また、各共振器8の当該他方の端部は、スルーホール接続部9および第2のスルーホール7を介して第2の接地導体5に電気的に接続されている。
2つのスルーホール接続部9のうちの一方に接続されている共振器8と、2つのスルーホール接続部9のうちの他方に接続されている共振器8とが、第2の方向において交互に配置されている。複数の共振器8は、共振器8の一方の端部が開放されており、かつ共振器8の他方の端部が第1の接地導体4および第2の接地導体5に電気的に接続されている。複数の共振器8は、インターディジタル型のフィルタを構成する。
複数の共振器8のうち第2の方向における一方の端の共振器8は、給電部10につなげられている。給電部10には、高周波信号が入力される。複数の共振器8のうち第2の方向における他方の端の共振器8は、出力部11につなげられている。積層バンドパスフィルタ1は、出力部11から高周波信号を出力する。
共振器8の線路長は、(λc)/4に相当する長さである。共振器8の線路長は、共振器8の第3の方向における長さである。λcは、導電層3を伝搬する高周波信号の中心周波数に対応する波長、すなわち積層バンドパスフィルタ1の中心周波数に対応する波長とする。積層バンドパスフィルタ1は、各々が(λc)/4の線路長のショートスタブである複数の共振器8を備える。積層バンドパスフィルタ1には、かかる複数の共振器8の代わりに、各々が(λc)/2の線路長のオープンスタブである複数の共振器が備えられても良い。
図1から図3に示す積層バンドパスフィルタ1では、導電層3と第1の接地導体4とは第1のスルーホール6を介して接続されており、かつ、導電層3と第2の接地導体5とは第2のスルーホール7を介して接続されているが、これに限られない。導電層3と第1の接地導体4とは第1のスルーホール6を介さず直接つなげられても良く、導電層3と第2の接地導体5とは第2のスルーホール7を介さず直接つなげられても良い。
実施の形態1において、積層バンドパスフィルタ1は、積層バンドパスフィルタ1の厚さのばらつきによるフィルタ性能の劣化への対策として、積層バンドパスフィルタ1の各層のうち導電層3のみを展性に優れた材料とする。導電層3は、金または純度が高い銀といった金属材料からなる。第1の接地導体4および第2の接地導体5の各材料は、導電層3に比べて展性が低い金属材料であって、例えば銅である。導電層3は、積層バンドパスフィルタ1の積層構造における導電層3以外の各層に比べて高い展性の材料からなる。また、導電層3は、第1のスルーホール6に使用される材料と第2のスルーホール7に使用される材料との各々に比べて高い展性の材料からなる。第1のスルーホール6に使用される材料と第2のスルーホール7に使用される材料との各々は、例えば銅である。このように、積層バンドパスフィルタ1において導電層3のみが、展性に優れた材料からなる。
図4は、実施の形態1にかかる積層バンドパスフィルタ1の厚さと積層バンドパスフィルタ1の通過特性との関係について説明するための図である。図4において、縦軸は減衰量を表す。横軸は、規格化周波数を表す。規格化周波数は、導電層3を伝搬する高周波信号の中心周波数を基に規格化された周波数とする。図4において、実線のグラフは、積層バンドパスフィルタ1の厚さが基準値である場合における通過特性を表す。積層バンドパスフィルタ1の厚さの基準値は、例えば、積層バンドパスフィルタ1の厚さの設計値とする。破線のグラフは、積層バンドパスフィルタ1の厚さが、基準値の0.5%だけ基準値よりも薄い場合における通過特性を表す。一点鎖線のグラフは、積層バンドパスフィルタ1の厚さが、基準値の0.5%だけ基準値よりも厚い場合における通過特性を表す。
積層バンドパスフィルタ1が薄いほど、導電層3と第1の接地導体4との距離と、導電層3と第2の接地導体5との距離との各々が短くなる。一方、積層バンドパスフィルタ1が厚いほど、導電層3と第1の接地導体4との距離と、導電層3と第2の接地導体5との距離との各々が長くなる。図4に示す両矢印は、基準値を中心に積層バンドパスフィルタ1の厚さを変化させた場合における通過帯域の変化を表す。図4に示すように、積層バンドパスフィルタ1が薄いほど通過帯域は狭くなり、積層バンドパスフィルタ1が厚いほど通過帯域は広がる。以下、かかる特徴を第1の特徴と称する。
図5は、実施の形態1にかかる積層バンドパスフィルタ1における共振器8の幅と積層バンドパスフィルタ1の通過特性との関係について説明するための図である。共振器8の幅とは、共振器8の第2の方向における幅である。図5において、縦軸は減衰量を表す。横軸は、規格化周波数を表す。図5において、実線のグラフは、共振器8の幅が基準値である場合における通過特性を表す。共振器8の幅の基準値は、例えば、共振器8の幅の設計値とする。破線のグラフは、共振器8の幅が、基準値の0.1%だけ基準値よりも狭い場合における通過特性を表す。一点鎖線のグラフは、共振器8の幅が、基準値の0.1%だけ基準値よりも広い場合における通過特性を表す。
図5に示す両矢印は、基準値を中心に共振器8の幅を変化させた場合における通過帯域の変化を表す。複数の共振器8がインターディジタル型のフィルタを構成することから、各共振器8の幅によって共振器8間の間隔は変わる。すなわち、共振器8の幅が狭いほど共振器8間の間隔が広くなり、共振器8の幅が広いほど共振器8間の間隔が狭くなる。図5に示すように、共振器8の幅が狭いほど通過帯域は狭くなり、共振器8の幅が広いほど通過帯域は広がる。以下、かかる特徴を第2の特徴と称する。
積層バンドパスフィルタ1の製造ばらつきの1つである、積層バンドパスフィルタ1の厚さのばらつきは、積層バンドパスフィルタ1を製造する際における厚さ方向の圧力であるプレス圧力のばらつきに起因する。プレス圧力が強いほど積層バンドパスフィルタ1が薄くなるため、プレス圧力が強いほど、第1の特徴により、積層バンドパスフィルタ1の通過帯域は狭くなる。積層バンドパスフィルタ1を製造する際に、プレス圧力が強すぎることによる製造ばらつきが生じた場合、積層バンドパスフィルタ1の狭帯域化が生じる。
実施の形態1では、積層バンドパスフィルタ1の積層構造において導電層3のみが、展性に優れた材料からなることによって、プレス圧力が強すぎる場合に、積層構造の各層のうち導電層3が第2の方向および第3の方向へ延ばされて薄くなる。導電層3の各共振器8が延ばされることによって各共振器8の幅が広くなると、第2の特徴により、積層バンドパスフィルタ1の通過帯域を広くさせる作用が働く。かかる作用が、積層バンドパスフィルタ1が薄くなることによる狭帯域化を打ち消すように働くことによって、積層バンドパスフィルタ1の厚さのばらつきによる狭帯域化が低減される。このようにして、積層バンドパスフィルタ1は、製造ばらつきによるフィルタ性能の劣化を低減できる。
また、プレス圧力が弱いほど積層バンドパスフィルタ1が厚くなるため、プレス圧力が弱いほど、第1の特徴により、積層バンドパスフィルタ1の通過帯域は広くなる。積層バンドパスフィルタ1を製造する際に、プレス圧力が弱すぎることによる製造ばらつきが生じた場合、積層バンドパスフィルタ1の広帯域化が生じる。
実施の形態1では、プレス圧力が弱すぎる場合には、導電層3の延びが少なくなるため、導電層3の各共振器8の幅が狭くなる。各共振器8の幅が狭くなると、第2の特徴により、積層バンドパスフィルタ1の通過帯域を狭くさせる作用が働く。かかる作用が、積層バンドパスフィルタ1が厚くなることによる広帯域化を打ち消すように働くことによって、積層バンドパスフィルタ1の厚さのばらつきによる広帯域化が低減される。この場合も、積層バンドパスフィルタ1は、製造ばらつきによるフィルタ性能の劣化を低減できる。
積層バンドパスフィルタ1の積層構造において導電層3のみが、展性に優れた材料からなることから、第1の接地導体4、第2の接地導体5、第1のスルーホール6、および第2のスルーホール7については、積層バンドパスフィルタ1の厚さ方向における製造ばらつきの影響を少なくすることができる。
導電層3の材料に金または銀が使用されることによって、積層バンドパスフィルタ1は、導電層3について、製造ばらつきによるフィルタ性能の劣化を低減させ得る展性を確保できる。なお、導電層3の材料は、展性に優れた材料であるとともに、電気特性において問題が無く、かつ積層バンドパスフィルタ1の製造への使用にも問題が無い材料であれば良い。導電層3の材料は、金または銀以外の材料でも良い。
実施の形態1によると、積層バンドパスフィルタ1において、導電層3が有する複数の共振器8は、インターディジタル型のフィルタを構成する。また、導電層3が、積層構造における導電層3以外の各層に比べて高い展性の材料からなる。積層バンドパスフィルタ1は、積層バンドパスフィルタ1の厚さのばらつきによる通過特性の変化を低減できる。以上により、積層バンドパスフィルタ1は、製造ばらつきによるフィルタ性能の劣化を低減できるという効果を奏する。
以上の実施の形態に示した構成は、本開示の内容の一例を示すものである。実施の形態の構成は、別の公知の技術と組み合わせることが可能である。本開示の要旨を逸脱しない範囲で、実施の形態の構成の一部を省略または変更することが可能である。
1 積層バンドパスフィルタ、2 誘電体基板、2a,2b セラミック板、3 導電層、4 第1の接地導体、5 第2の接地導体、6 第1のスルーホール、7 第2のスルーホール、8 共振器、9 スルーホール接続部、10 給電部、11 出力部。
Claims (3)
- 誘電体基板と、
前記誘電体基板の厚さ方向における一方の端の面である第1面に設けられている第1の接地導体と、
前記誘電体基板の前記厚さ方向における他方の端の面である第2面に設けられている第2の接地導体と、
前記誘電体基板の内部の層であって、複数の共振器を有する導電層と、
を含む積層構造を備え、
複数の前記共振器は、前記共振器の一方の端部が開放されており、かつ前記共振器の他方の端部が前記第1の接地導体および前記第2の接地導体に電気的に接続されており、インターディジタル型のフィルタを構成し、
前記導電層は、前記積層構造における前記導電層以外の各層に比べて高い展性の材料からなることを特徴とする積層バンドパスフィルタ。 - 前記導電層と前記第1の接地導体とを電気的に接続する第1のスルーホールと、
前記導電層と前記第2の接地導体とを電気的に接続する第2のスルーホールと、を備え、
前記導電層は、前記第1のスルーホールに使用される材料と前記第2のスルーホールに使用される材料との各々に比べて高い展性の材料からなることを特徴とする請求項1に記載の積層バンドパスフィルタ。 - 前記導電層の材料は金または銀であることを特徴とする請求項1または2に記載の積層バンドパスフィルタ。
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