JP4258748B2 - 高周波用電子部品 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話や中継増幅器などの無線通信機器に使用される、誘電体フィルタなどの高周波用電子部品に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、無線通信分野においては、携帯電話などの端末装置に代表されるように、装置の小型化が急速に推し進められている。したがって、これらを構成する電子部品においても小型化、高性能化が課題となっており、配線基板の設計においても、実装効率、実装自由度の高い電子部品への要求が高まっている。
図９は、この種の無線通信機器などに用いられている従来の誘電体フィルタの外観斜視図である。この誘電体フィルタは、上面に誘電体同軸共振器などの電子部品素子を実装する誘電体からなるベース基板302と、このベース基板302の上面に覆設される金属製のカバー301と、入出力電極303とによって構成されている。
【０００３】
図１０は、図９に示す誘電体フィルタのベース基板302の下面図である。ベース基板302の一端側には入力もしくは出力用の電極膜状の入出力電極303、また、ベース基板302の他端側には出力もしくは入力用の電極膜状の入出力電極303が形成されている。各入出力電極303はベース基板302の上下面に形成されており、ベース基板302の端面に形成した電極膜を介して上下面の入出力電極303を導通している。また、ベース基板302の入出力電極303以外の上下面にはアース電極404が形成され、端面に形成された電極膜402、スルーホール401を介して上下面の導通を行っている。このような従来の誘電体フィルタは、配線基板に表面実装して用いられるものであり、配線基板のパターンとベース基板302の入出力電極303、及び配線基板のアースパターンとベース基板302のアース電極404とが、それぞれ半田付けされて配線基板に実装されるものである。403はスルーホールである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような従来技術においては、誘電体フィルタのベース基板302に形成されている入出力電極303の位置は、図１０に示すように、横方向（ベース基板302の長手方向）に対向して形成されている。このような位置関係は、ベース基板302の上面に実装される電子部品素子の大きさや、その配置関係に依存される。すなわち、ベース基板302に形成される入出力電極303が一意に決められてしまうため、配線基板設計上の一つの制約となり、配線基板上の配置自由度を奪っている。さらに、入出力電極303を任意方向に出したい要求に応えるには、必要に応じて専用のベース基板を用意する必要があり、それに対応するために新たな費用と時間が発生するなどの問題がある。
【０００５】
また、特開平１０−２８００４号公報には、ベース基板のコーナを利用して入力端子を設けることにより、入出力端子の取り出しを縦出し、横出しのどちらでもできるような構造が開示されている。しかし、この技術の場合も、電子部品素子の配置上の自由度については全く解決されていない。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、１対の入出力系をもつベース基板において、入出力電極（端子）を３カ所以上に設ける構成にして、電子部品の配置に自由度を持たせ、もって、配線基板の設計自由度が向上し得る高周波用電子部品を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明は、電子回路部品素子を実装するベース基板において、入力パターン及び出力パターンの何れか一方、または両方のパターンを、ストリップラインで複数に分岐し、分岐電気長を使用周波数波長の（２ｎ−１）／４倍（但し、ｎ＝１、２、３…）の長さで形成し、３カ所以上の入出力電極を備えたことを特徴とする高周波用電子部品である。これによって、入出力電極位置の組合せによって、複数パターンの入出力線の引き出し配置で使用できると共に、使用しない入出力パターン部分は、使用周波数において、１／４波長のショートスタブとして作用するので、インピーダンスが非常に大きくなり配線として無視できる。
【０００８】
すなわち、本発明の第１の側面に従う高周波用電子部品は、ベース基板の一面に実装された電子部品素子の端子が、このベース基板の他面に形成された入出力パターン配線の所定の位置に接続され、入出力パターン配線の端末が、配線基板に電気接続されるように構成された高周波用電子部品において、ベース基板に形成された入出力パターン配線は、入力側パターン配線または出力側パターン配線の少なくとも一方において２系統以上に分岐され、分岐された各々の入出力パターン配線の終端は、ベース基板上で３カ所以上の入出力端子として形成され、且つ、分岐された入出力パターン配線の各々の入出力端子までの電気長は、使用周波数波長の（２ｎ−１）／４倍となるように形成されていることを特徴とする。但し、ｎ＝１，２，３…とする。
【０００９】
すなわち、入出力パターン配線は、例えば、入力側パターン配線と出力側パターン配線のそれぞれについて２系統に分岐して、分岐された入力側パターン配線の端末をベース基板の前端と左端に配置し、分岐された出力側パターン配線の端末をベース基板の前端と右端に配置する。勿論、何れが入力側パターン配線で、何れが出力側パターン配線であっても構わない。このようにすることによって、この高周波用電子部品を配線基板に実装したとき、何れの方向からでも入出力を取り出すことができるので、配線基板の実装レイアウトや配線基板側の配線引き回しが自由となり、設計の自由度が向上する。また、入出力パターン配線の電気長が、使用周波数波長の（２ｎ−１）／４倍（但し、ｎ＝１，２，３…）となっているので、使用周波数での特性に影響を与えることはなく、使用周波数波長の（２ｎ−１）／４倍（但し、ｎ＝１，２，３…）の波長を持つ周波数で減衰特性を有するため、不要波を抑制することができる。
【００１０】
また、本発明の第２の側面に従う高周波用電子部品は、３層以上に積層されたベース基板の一面に実装された電子部品素子の端子が、このベース基板の何れかの層に形成された入出力パターン配線の所定の位置に接続され、入出力パターン配線の端末が、配線基板に電気接続されるように構成された高周波用電子部品において、入出力パターン配線が形成された層は、上面層と下面層との間に、少なくとも１層以上で積層され、入出力パターン配線は、入力側パターン配線または出力側パターン配線の少なくとも一方において２系統以上に分岐され、分岐された各々の入出力パターン配線の終端は、ベース基板上で３カ所以上の入出力端子として形成され、分岐された入出力パターン配線の、各々の入出力端子までの電気長は、使用周波数波長の（２ｎ−１）／４倍となるように形成されていることを特徴とする。但し、ｎ＝１，２，３…とする。
【００１１】
すなわち、この発明はベース基板を３層以上に積層したものであり、その作用及び効果は前述の第１の発明の場合と全く同じである。ただ、この発明の場合は、第１の発明のように、ベース基板の実装面に相当する部分のパターンを抜いた配線基板にする必要はなく、配線基板に細工をすることなく実装することができるので、より一層、設計の自由度が向上する。また、この発明の場合は、分岐した入出力パターンの長さは、ベース基板を実装する配線基板の誘電率や基板厚さなどの条件によらず、ベース基板の基板条件、すなわち、誘電率、層間厚さ、ストリップ線幅のみで、使用周波数の１／４波長の長さに設計することができる。つまり、第２の発明によれば、ベース基板を実装する配線基板の条件に依存されないため、配線基板側の設計自由度が一層向上する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて、本発明の幾つかの実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態における誘電体フィルタの全体構成を示す分解図であり、先ず、この図を用いて第１の実施の形態を説明する。この実施の形態では、誘電体フィルタを５段のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）としたものである。
すなわち、１／４波長型の誘電体同軸共振器101〜105は、それぞれ所定の周波数で共振するように同調しており、誘電体同軸共振器101〜105の内導体を形成する内導体穴106には、金属製の接続端子107が誘電体同軸共振器101〜105の開放端側から圧入され、内導体と接触して導通されるようになっている。
【００１３】
また、接続端子107の、誘電体同軸共振器101〜105から外部に突き出している部分は、誘電体同軸共振器101〜105同志を結合させる結合基板108上に形成された結合パターン109に半田付けなどで接続されるようになっている。この実施の形態における誘電体同軸共振器101〜105同志の結合は、結合パターン109間のギャップを用いた容量性結合である。
また、結合基板108は、柱状の入出力ピン111により、ベース基板112との距離を保つと共に、ベース基板112のランドパターン114,115を有するスルーホール116,117と電気的接続を行う。つまり、入出力ピン111は、結合基板108の結合基板穴110とベース基板112のスルーホール116,117とに挿入され、半田付けなどにより接続固定される。
【００１４】
また、ベース基板112の上面は、ランドパターン114,115、スルーホール116,117以外の部分には、アース電極113が形成されている。そして、このアース電極113は、ベース基板112の端面に形成された電極膜118、及びアース電極113と共に形成されたスルーホール119により、ベース基板112の下面のアース電極と導通されている。また、カバー120はベース基板1１2上のアース電極113と半田付けなどにより固定する。
【００１５】
図２は、図１に示す誘電体フィルタのベース基板112の下面図である。斜線部で示したアース基板201は、基板端面の電極膜118、スルーホール119によりベース基板112の上面のアース電極113と導通している。ベース基板112の上面に実装されたＢＰＦの入出力の一端は、スルーホール116を介して、ベース基板112下面のランドパターン202に導通しており、これにより、入出力パターン204を介して、パターン分岐点221で入出力パターン206,208に分岐している。入出力パターン206は基板端の入出力電極211に接続されており、また、入出力パターン208は基板端の入出力電極213に接続されていて、何れも外部との接続端子部を形成している。
また、ベース基板112の上面に実装されたＢＰＦの入出力端子の他端は、スルーホール117を介して、ベース基板112下面のランドパターン203に導通しており、これにより、入出力パターン205を介して、パターン分岐点222で入出力パターン207,209に分岐している。入出力パターン207は基板端の入出力電極212に接続されており、また入出力パターン209は基板端の入出力電極214に接続されいて、何れも外部との接続端子部を形成している。
【００１６】
また、パターン分岐点22１から入出力電極211の間と、パターン分岐点221から入出力電極213の間と、パターン分岐点222から入出力電極212の間と、パターン分岐点222から入出力電極214の間の、それぞれのパターン長は、配線基板の実装時に、ベース基板112の上面に実装された誘電体フィルタの中心周波数の１／４波長になるように設計されている。
【００１７】
したがって、この実施の形態の誘電体フィルタを配線基板に実装する場合、例えば、誘電体フィルタの入出力の一端を入出力電極211とし、他の一端を入出力電極214としたときは、使用しない入出力電極213,212を配線基板のアース面に接続する。このとき、使用しない入出力パターン部分、すなわちパターン分岐点221から入出力パターン208を経て入出力電極213までと、パターン分岐点222から入出力パターン207を経て入出力電極212までは、使用周波数において、１／４波長のショートスタブとして作用するので、インピーダンスが非常に大きくなり配線として無視できる。また、使用周波数の２倍、４倍…においては、ｎ／２波長（ｎ＝１、２、３…）のショートスタブとして作用するので、それぞれ２倍、４倍…の周波数成分を減衰させることができる。
【００１８】
また、この実施の形態の誘電体フィルタを配線基板に実装する場合、入出力線を同一方向から引き出したいときには入出力電極211,212の組合せを用い、また、対向方向から引き出したいときには入出力電極213,214の組合せを用い、さらに、入出力が９０度方向変換するように引き出したいときには、入出力電極211,214の組合せを用いるか、または入出力電極212,213の組合せを用いればよい。このように、１種類のベース基板で複数の実装レイアウトの要求に応えることができる。
【００１９】
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。図５は、本発明の第２の実施の形態に適用されるベース基板701の側面図である。このベース基板701の上面には第１の実施の形態に示した誘電体フィルタが実装されるものとする。このベース基板701は、ベース基板上面のＡ層702と、ベース基板下面のＢ層704と、ベース基板中層のＣ層703と、によって構成された３層基板である。基板端面の電極膜705はＡ層702とＢ層704を導通し、入出力端子部ではＡ層702、Ｂ層704、Ｃ層703を導通している。
【００２０】
図６は、図５に示すベース基板701の各々の層をベース基板下面方向からみたパターン図であり、（ａ）はＡ層702、（ｂ）はＣ層703、（ｃ）はＢ層704のパターン図である。図６（ａ）のベース基板Ａ層702は、誘電体フィルタの入出力ピンのランドパターン801,802、ベース基板701の入出力電極803,804,805,806、アース電極807、他層との導通を図る基板端面の電極膜808、Ｃ層703と導通するスルーホール809,810とからなっている。
【００２１】
図６（ｂ）のベース基板Ｃ層703は、ベース基板上に実装された誘電体フィルタの一端の入出力端子を、Ａ層702からスルーホール809を介してランドパターン821に導通する。そして、ランドパターン821より入出力パターン823を介してパターン分岐点829で入出力パターン825,827に分岐している。入出力パターン825は基板端の入出力電極803に接続され、入出力パターン827は基板端の入出力電極805に接続されており、いずれも基板端面の電極膜として接続されている。
また、ベース基板上に実装された誘電体フィルタの他端の入出力端子は、Ａ層702からスルーホール810を介してランドパターン822に導通する。これにより、ランドパターン822より入出力パターン824を介してパターン分岐点830で入出力パターン826,828に分岐している。入出力パターン826は基板端の入出力電極804に接続され、入出力パターン828は基板端の入出力電極806に接続されており、いずれも基板端面の電極膜として接続されている。
【００２２】
図６（ｃ）のＢ層704は、Ａ層702のアース電極807と導通するスルーホール811と、アース電極831と、入出力電極803,804,805,806とからなっており、これらの電極はＡ層702、Ｃ層703の電極と基板端面で導通している。
このような構成のベース基板701により、パターン分岐点829から入出力電極803の間と、パターン分岐点829から入出力電極805の間と、パターン分岐点830から入出力電極804の間と、パターン分岐点830から入出力電極806の間の、それぞれの入出力パターン配線は、Ａ層702のアース電極807とＢ層704のアース電極831とに挟まれたストリップ線路を形成する。したがって、分岐した入出力パターンの長さは、ベース基板701を実装する配線基板の誘電率や基板厚さなどの条件によらず、ベース基板701の基板条件、すなわち、誘電率、層間厚さ、ストリップ線幅のみで、使用周波数の１／４波長の長さに設計することができる。つまり、第２の実施の形態によれば、ベース基板を実装する配線基板の条件に依存されないため、配線基板側の設計自由度が一層向上する。
【００２３】
図７は、本発明の高周波用電子部品の、配線基板への実装レイアウトの一例を示す図である。前述の第１の実施の形態及び第２の実施の形態の電子部品がこの図のように実装できる。すなわち、配線基板910は、アースパターン913と入力パターン911と出力パターン912とを有している。但し、第１の実施の形態のようなベース基板形態のときは、ベース基板901の実装面は、半田914を付ける部分以外はパターンを抜いておくなど、実装時にベース基板下面の分岐パターンが使用周
波数の１／４波長になるように、予め決められた条件になっている必要がある。
この図の例は、カバー902を被せたベース基板901を配線基板910の角にレイアウトしたものである。このとき、ベース基板901の入出力は、入出力電極903,906の組合せを用いればよく、他の入出力電極904,905は、他のベース基板端面の電極と共に配線基板のアースパターン913に半田付けすればよいだけである。
【００２４】
図３は、第１の実施の形態及び第２の実施の形態のベース基板を用いた誘電体フィルタの等価回路である。すなわち、誘電体同軸共振器501〜505と、共振器間結合容量507〜510と、入出力整合容量506,511と、１／４波長の入出力ラインの入出力パターンモデル521,522,523,524とを持った５段のバンドパスフィルタである。使用する入出力ラインには入出力パターンモデル521,524を用い、実際に使用しない入出力ラインの入出力パターンモデル522,523は、アース端子として用いた状態を示している。
【００２５】
図４は、本発明のベース基板を用いた誘電体フィルタと、従来のベース基板を用いた誘電体フィルタとの比較特性図である。横軸に周波数（MHz）をとり、左側縦軸はフィルタの伝送特性（dB）、右側縦軸はフィルタの反射特性（dB）をとってある。また、フィルタの基本特性は、中心周波数947.5MHz、帯域幅25MHz、中心周波数±32.5MHzで35dB以上の減衰特性を持つものである。
同図において、従来の誘電体フィルタの伝送特性は602、反射特性は604であり、本発明を適用した誘電体フィルタの伝送特性は601、反射特性は603である。
【００２６】
この特性図から、本発明の入出力構成を用いた場合でも通過帯域近傍、主減衰領域における特性の変化がないことがわかる。また、入出力ラインとして使用しない入出力パターンが中心周波数の２倍近く（1895MHz付近）で１／２波長のショートスタブとして作用し、２倍周波数付近の不要波を抑制していることがわかる。
【００２７】
以上説明したように、本発明のベース基板によれば、複数に分岐した入出力ライン（入出力パターン）を使用周波数の１／４波長で形成することにより、図４に示すような効果が得られたが、入出力ライン長は３／４波長、５／４波長…等にしても同様の効果が得られる。すなわち、入出力ライン長は使用周波数に影響を与えないように、（2n-1)/4波長としても同様の効果が得られることは明らかである。但し、ｎ＝１、２、３…とする。
また、上述の第１、第２の実施の形態では、入出力の両端をそれぞれ２分岐したが、一端当たりの分岐数は自由に設定することができる。
【００２８】
図８は、本発明のベース基板で一端３分岐の例を示すパターン図である。第２の実施の形態のＣ層に対応する層をＣ層1001としたとき、ベース基板上面のＡ層の入出力と導通するスルーホール1002,1003は、ランドパターン1004,1005に導通している。そして、ランドパターン1004から引き出された入出力パターンはパターン分岐点1010で３分岐し、それぞれ基板端面の入出力電極1006,1007,1008に接続されている。また、他端のランドパターン1005は基板端面の入出力電極1009に接続されている。このようにして、一端３分岐を構成することができる。尚、分岐する入出力パターンの電気長の条件は第２の実施の形態の場合と同様に設計される。
【００２９】
以上述べた実施の形態は本発明を説明するための一例であり、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲で種々の変形が可能である。例えば、図８では第２の実施の形態のＣ層に対応する面のパターンを示したが、第１の実施の形態のような下面に入出力パターンを持つ構成でも実現できることは明らかである。また、入出力の両面を任意の分岐数にすることも可能であることは容易に想像がつく。さらに、上記の第１、第２の実施の形態では、誘電体同軸共振器を用いた５段のバンドパスフィルタを例に挙げたが、共振器の段数に制限されることはなく、また、誘電体フィルタに限らず、入出力端子を有するベース基板を持った種々の電子回路にも適用することができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の高周波用電子部品は、例えば、上面に高周波用の電子部品素子を実装し、下面の端部には入出力端子をベース基板に形成し、このベース基板が、入出力端子を介して配線基板に半田付けされるように構成されている。しかも、複数箇所に入出力端子を有する構成であるため、１種類のベース基板で複数の入出力引き出し方向に対応できるようになっているので、配線基板実装のレイアウトや、配線基板側の配線の引き回しなどにおける設計の自由度を向上させることができる。
さらに、ベース基板に内層を設け、この内層に分岐する入出力パターンを形成して、複数箇所に入出力を設けるように構成することにより、実装相手である配線基板の基板条件を限定することなく、自由に実装することができる。
【００３１】
また、入出力端子方向の異なるベース基板を複数用意する必要がなく、部品管理や製造コストの面での優位性もある。加えて、入出力として使用しない入出力端子は、使用周波数波長の（２ｎ−１）／４倍（但し、ｎ＝１、２、３…）の電気長を持っているので、使用周波数での特性に影響を与えることはない。すなわち、使用周波数波長の（２ｎ−１）／４倍（但し、ｎ＝１、２、３…）の波長を持つ周波数で減衰特性を有するため、不要波の抑制にも効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における誘電体フィルタの全体構成を示す分解図である。
【図２】図１に示す誘電体フィルタのベース基板112の下面図である。
【図３】本発明の実施の形態のベース基板を用いた誘電体フィルタの等価回路である。
【図４】本発明のベース基板を用いた誘電体フィルタと、従来のベース基板を用いた誘電体フィルタとの比較特性図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に適用されるベース基板701の側面図である。
【図６】図５に示すベース基板701の各々の層をベース基板下面方向からみたパターン図であり（ａ）はＡ層702、（ｂ）はＣ層703、（ｃ）はＢ層704のパターン図である。
【図７】本発明の高周波用電子部品の、配線基板への実装レイアウトの一例を示す図である。
【図８】本発明のベース基板で一端３分岐の例を示すパターン図である。
【図９】従来の誘電体フィルタの外観斜視図である。
【図１０】図３に示す誘電体フィルタのベース基板302の下面図である。
【符号の説明】
101〜105 誘電体同軸共振器
106 誘電体同軸共振器内導体穴
107 接続端子
108 結合基板
109 結合パターン
110 結合基板穴
111 入出力ピン
112,701,901 ベース基板
113,201,807,831 アース電極
114,115,202,203,801,802,821,822,1004,1005 ランドパターン
116,117,119,809,810,811,1002,1003 スルーホール
118,705,808 基板端面の電極膜
120,902 カバー
204〜209,823〜828 入出力パターン
211〜214,803〜806,903〜906,1006〜1009 入出力電極
221,222,829,830,1010 パターン分岐点
501〜505 誘電体同軸共振器モデル
506〜511 結合容量
521〜524 入出力パターンモデル
702 ベース基板Ａ層
703 ベース基板Ｃ層
704 ベース基板Ｂ層
910 配線基板
911 配線基板入力ライン
912 配線基板出力ライン
913 配線基板アースパターン
914 半田
1001 ベース基板Ｃ層

Claims (2)

1. ベース基板の一面に実装された電子部品素子の端子が、該ベース基板の他面に形成された入出力パターン配線の所定の位置に接続され、前記入出力パターン配線の端末が、配線基板に電気接続されるように構成された高周波用電子部品において、
   前記ベース基板に形成された入出力パターン配線は、
   入力側パターン配線または出力側パターン配線の少なくとも一方において２系統以上に分岐され、
   分岐された各々の入出力パターン配線の終端は、
   前記ベース基板上で３ヵ所以上の入出力端子として形成され、
   分岐された入出力パターン配線の、各々の入出力端子までの電気長は、
   使用周波数波長の（２ｎ−１）／４倍となるように形成され、
   且つ、使用されない入出力端子は、入出力パターン配線部分が１／４波長のショートスタブとなるようにアースに接続されることを特徴とする高周波用電子部品。
   但し、ｎ＝１，２，３・・・とする。
2. ３層以上に積層されたベース基板の一面に実装された電子部品素子の端子が、該ベース基板の何れかの層に形成された入出力パターン配線の所定の位置に接続され、前記入出力パターン配線の端末が、配線基板に電気接続されるように構成された高周波用電子部品において、
   前記入出力パターン配線が形成された層は、上面層と下面層との間に、少なくとも１層以上で積層され、
   前記入出力パターン配線は、
   入力側パターン配線または出力側パターン配線の少なくとも一方において２系統以上に分岐され、
   分岐された各々の入出力パターン配線の終端は、
   前記ベース基板上で３ヵ所以上の入出力端子として形成され、
   分岐された入出力パターン配線の、各々の入出力端子までの電気長は、
   使用周波数波長の（２ｎ−１）／４倍となるように形成され、
   且つ、使用されない入出力端子は、入出力パターン配線部分が１／４波長のショートスタブとなるようにアースに接続されることを特徴とする高周波用電子部品。
   但し、ｎ＝１，２，３・・・とする。

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