JP5007959B2 - 誘電体共振部品及び誘電体共振装置 - Google Patents

Description

本発明は、誘電体ブロックに複数の共振器を形成してなる誘電体フィルタや誘電体送受共用器などの誘電体共振部品、及びそれを実装基板に接合してなる誘電体共振装置に関する。

携帯電話機などの移動通信器に用いられる機能性電子部品である誘電体フィルタや誘電体送受共用器としては、誘電体ブロックを用い、これに複数の共振器を作り込んでなる一体型の誘電体共振部品がしばしば用いられる。このような誘電体共振部品に外部から大電力高周波信号を入力して動作させると、誘電体共振部品は発熱する。

近年、移動通信器には小型化が要請されており、これに伴い該移動通信器に用いられる誘電体共振部品にも小型化が要請されている。小型化した誘電体共振部品は、表面積が小さいため発熱に伴う表面からの放熱が困難になる。その場合、誘電体の無負荷Ｑが低下するなど電気的特性の劣化が生じやすい。

このような問題を解決し、放熱を促進するために、たとえば実開平５−２４０１号公報［特許文献１］には、プリント基板に金属製放熱板を貼設し、プリント基板を切り欠いて形成した開口内にて誘電体フィルタなどの機能性電子部品を放熱板上に実装することが提案されている。
実開平５−２４０１号公報

しかしながら特許文献１の手法では、プリント基板を切り欠く手間が必要であり、また構造が複雑になり、部品コストおよび組み立てコストが増大する。また、誘電体フィルタなどの機能性電子部品からの放熱は主として金属製放熱板に接触する部分のみからなされるので、この接触部分の幅に比べてプリント基板に垂直な方向の寸法（すなわち高さ）が比較的大きな誘電体フィルタなどの機能性電子部品の場合には、放熱効果が充分でない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、大電力高周波信号を入力して動作させた場合でも温度上昇が抑えられて性能劣化が少なく、且つ複雑な実装構造を必要とせず高い放熱効果が得られる誘電体共振部品を提供することを１つの目的とする。

本発明の他の目的は、そのような誘電体共振部品を実装基板に実装してなる誘電体共振装置を提供することにある。

本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、
互いに反対側に位置する第１の端面および第２の端面と、該第１の端面の外周縁と前記第２の端面の外周縁との間に位置する複数の側壁面とを有する誘電体ブロック；該誘電体ブロックに前記側壁面に沿って前記第１の端面から第２の端面まで貫通して形成された複数の貫通孔；貫通孔の内面に形成された内導体；前記第２の端面および側壁面に形成された外導体；及び、前記貫通孔のそれぞれに対応して形成される共振器のうちのいずれかと結合する入出力電極を含んでなる誘電体共振器部と、
該誘電体共振器部の第２の端面に接合された伝熱プレートとを含んでなり、
前記誘電体ブロックの第１の端面および第２の端面のそれぞれは１対の長辺を含んでなる外形を持ち、前記複数の貫通孔は前記第１の端面および第２の端面の長辺に対応する１対の前記側壁面に沿って配列されており、
前記伝熱プレートは、前記誘電体ブロックの第２の端面に接合される第１の板状部分と、該第１の板状部分に連なり且つ前記誘電体ブロックの１対の側壁面のうちの一方の側壁面の延長上に延在する第２の板状部分とを含んでなることを特徴とする誘電体共振部品、
が提供される。

本発明の一態様においては、前記誘電体共振部品は、更に、前記誘電体共振器部の誘電体ブロックの前記１対の側壁面のうちの他方の側壁面に付され、前記誘電体ブロックの第１の端面に対向する部分を有する導電カバーを含んでなる。

本発明の一態様においては、前記伝熱プレートは、導電体からなり、更に、前記第１の板状部分に連なり前記誘電体ブロックの前記１対の側壁面のうちの他方の側壁面に隣接する第３の板状部分と、該第３の板状部分に連なり前記誘電体ブロックの第１の端面に対向する第４の板状部分とを含んでなる。

本発明の一態様においては、前記伝熱プレートの第１の板状部分の前記第２の端面に接合されている面積は前記第２の端面の面積の０．５倍以上であり、前記第２の板状部分の面積は前記第２の端面の０．５倍以上４倍以下の範囲内である。本発明の一態様においては、前記誘電体共振器部の誘電体ブロックは、前記１対の側壁面間の距離が前記第１の端面と第２の端面との間の距離より大きい。

更に、本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、
上記の誘電体共振部品と、該誘電体共振部品の前記誘電体ブロックの１対の側壁面のうちの一方の側壁面及び前記伝熱プレートの第２の板状部分に接合された実装基板とを含んでなることを特徴とする誘電体共振装置、
が提供される。

本発明の一態様においては、前記誘電体共振装置は、更に、前記実装基板に接続された放熱装置を含んでなる。

本発明によれば、複雑な実装構造を必要とせず効率的な放熱が可能となるため、大電力高周波信号を入力した場合でも誘電体共振器部の温度上昇が抑えられ、安価で高性能な誘電体共振部品または誘電体共振装置が提供される。

図１は本発明による誘電体共振部品の一実施形態を示す模式的斜視図であり、図２はその別方向から見た模式的分解斜視図である。また、図３は本実施形態の誘電体共振部品を含んでなる誘電体共振装置の一実施形態を示す模式的斜視図であり、図４はその模式的正面図であり、図５はその部分拡大断面図である。

図１及び図２に示されているように、誘電体共振部品２は、誘電体共振器部４と伝熱プレート６と導電カバー８とを含んでなる。本実施形態では、送信４段及び受信５段の送受共用器が構成されている。

誘電体共振器部４は、誘電体ブロック４１を含む。誘電体ブロック４１の材質としては、たとえば比誘電率ε_ｒが１３程度の誘電体セラミックスを使用することができる。誘電体ブロック４１は、長さＬ、幅Ｗ及び高さＨの略直方体の基本形状を持つ。長さＬはたとえば約８ｍｍであり、幅Ｗはたとえば約７５ｍｍであり、高さＨはたとえば約１５ｍｍである。誘電体ブロック４１は、長さＬを隔てて互いに反対側に位置する第１の端面（図２において手前側の端面）および第２の端面（図２において向こう側の端面）と、該第１の端面の外周縁と前記第２の端面の外周縁との間に位置する４つの側壁面とを有する。側壁面は、高さＨを隔てて互いに反対側に位置する第１の対の側壁面と、幅Ｗを隔てて互いに反対側に位置する第２の対の側壁面とからなる。第１の端面および第２の端面のそれぞれは、１対の長辺（幅Ｗの方向の辺）を含んでなる外形を持ち、すなわち矩形状である。

誘電体共振器部４は、断面楕円形の９個の貫通孔４２を含む。これら貫通孔４２は、それぞれが誘電体ブロックに側壁面に沿って第１の端面から第２の端面まで貫通して形成されており、全体として幅Ｗの方向に配列されている。すなわち、貫通孔４２は、第１の端面および第２の端面の長辺に対応する１対の側壁面（高さＨを隔てて位置する第１の対の側壁面）に沿って配列されている。貫通孔４２の内面には、内導体４３が形成されている。

誘電体共振器部４は、第２の端面および４つの側壁面に形成された外導体４４を含む。

誘電体共振器部４は、貫通孔４２のそれぞれに対応して形成される１／４波長型の共振器同士を結合させるように第１の端面に形成され、各内導体４３に連なる結合用導体４５を含む。

誘電体共振器部４は、貫通孔４２のそれぞれに対応して形成される共振器のうちのいずれかと結合する入出力電極４６，４７，４８を含む。入出力電極４６，４７，４８は、誘電体ブロック４１の第１の端面から、高さＨを隔てて位置する第１の対の側壁面のうちの一方の側壁面（図１及び図２において下側の側壁面）にかけて、外導体４４から隔てられて形成されている。送信側フィルタの入出力電極４６は後述の実装基板を介して送信回路に接続され、送信側フィルタ及び受信側フィルタに共通の入出力電極４７は後述の実装基板を介してアンテナ回路に接続され、受信側フィルタの入出力電極４８は後述の実装基板を介して受信回路に接続される。

誘電体共振器部４の貫通孔４２の断面形状及び該貫通孔４２の数すなわち共振器の数は、とくに限定されるものではない。

伝熱プレート６は、誘電体共振器部４の誘電体ブロック４１の第２の端面に接合されている。伝熱プレート６は、誘電体ブロックの第２の端面に外導体４４を介して接合される第１の板状部分６１と誘電体ブロックの高さＨを隔てて位置する第１の対の側壁面のうちの一方の側壁面（図１及び図２において下側の側壁面）の延長上に延在する第２の板状部分６２とを含むアングル形状をなしており、厚みが約１．５ｍｍである。伝熱プレート６は、熱伝導性の良好な材質たとえば銅系合金のような金属からなる。第１の板状部分６１と誘電体ブロックの第２の端面の外導体４４との接合は、良好な熱伝導が可能なように半田や熱伝導性接着剤を用いてなされる。

誘電体共振器部４から後述の実装基板への熱伝導すなわち放熱の機能を高めるためには、伝熱プレートの第１の板状部分６１と誘電体ブロック４１の第２の端面との接合面積は第２の端面の面積の０．５倍以上（最大１倍）であるのが好ましく、第２の板状部分６２の面積は誘電体ブロックの第２の端面の０．５倍以上であるのが好ましい。また、伝熱プレート６の実装のしやすさ、伝熱プレート６と誘電体共振器部４との接合のしやすさ、重量増加の抑制、または寸法制御のしやすさの観点から、第２の板状部分６２の面積は誘電体ブロックの第２の端面の４倍以下であるのが好ましい。

伝熱プレート６の第１の板状部分６１及び第２の板状部分６２の形状は、とくに限定されるものではない。

導電カバー８は、誘電体共振器部４の誘電体ブロック４１の高さＨを隔てて位置する第１の対の側壁面のうちの他方の側壁面（図１及び図２において上側の側壁面）に付されている。導電カバー８は、上側の側壁面に外導体４４を介して接合される第１の板状部分８１と誘電体ブロック４１の第１の端面に対向する第２の板状部分８２を有するアングル形状をなしている。導電カバー８は、電気伝導性の良好な材質たとえば金属からなる。第１の板状部分８１と誘電体ブロックの上側の側壁面の外導体４４との接合は、良好な電気伝導が可能なように半田や導電性接着剤を用いてなされる。第２の板状部分８２は、誘電体ブロック４１の第１の端面を被うように該第１の端面から長さＬの方向に隔てられて位置しており、先端縁部（図１及び図２において下端縁部）が後述の実装基板に電気的に接合される。

図３及び図４に示されているように、誘電体共振装置は、以上のような誘電体共振部品２と、その誘電体ブロック４１の高さＨを隔てて位置する第１の対の側壁面のうちの一方の側壁面（図１〜図４において下側の側壁面）及び伝熱プレート６の第２の板状部分６２の双方に接合された実装基板１０とを含んでなる。実装基板１０の上面には、誘電体共振部品２の誘電体共振器部４の入出力電極４６，４７，４８とそれぞれ接続される送信回路接続端子部、アンテナ回路接続端子部及び受信回路接続端子部を有する回路パターン１０Ａが形成されている。図５には、回路パターン１０Ａとして、入出力電極４６と接続される送信回路接続端子部のみが示されているが、他の接続端子部についても同様である。また、実装基板１０の上面には、誘電体ブロック４１の下側の側壁面の外導体４４、伝熱プレート６の第２の板状部分６２、及び導電カバー８の第２の板状部分８２の下端縁部と接続されるグランドパターン１０Ｂが形成されている。実装基板１０の下面には、誘電体共振部品２で発生した熱を効率よく放熱するためのフィン状のヒートシンク１２からなる放熱装置が付されている。

以上のような本実施形態の誘電体送受共用器からなる誘電体共振部品を含んでなる誘電体共振装置の放熱効果を調べた。誘電体ブロック４１は、比誘電率εｒが１３で、長さＬが約８ｍｍで、幅Ｗが約７５ｍｍで、高さＨが約１５ｍｍであった。伝熱プレート６は、材質が銅系合金で、厚みが１．５ｍｍであった。

放熱効果は、高周波信号を入力したときの温度上昇を測定することで行った。比較のために、伝熱プレート６を備えないこと以外は上記実施形態と全く同一の構成を持つ誘電体送受共用器からなる誘電体共振部品を含んでなる誘電体共振装置の放熱効果をも、同一条件下で調べた。以上の結果を図６に示す。

図６のグラフにおいて、横軸は連続高周波信号が誘電体送受共用器の送信側フィルタを経由して出力された電力を示し、縦軸は誘電体ブロック４１の上側の側壁面の表面温度を示す。実線は本発明実施形態に属するものの温度変化であり、破線は比較形態に属するものの温度変化である。このグラフより、伝熱プレート６を備えた本実施形態のほうが比較形態より温度上昇が抑えられていることがわかる。これは、誘電体共振器部４で発生した熱が誘電体ブロック４１の第２の端面から伝熱プレート６を介して実装基板１０へ伝導し、効率よく放熱されていることを意味する。その結果、本発明実施形態によれば、温度上昇による無負荷Ｑ低下が抑えられ高性能な電気的特性が維持される。本発明実施形態に属するものと比較形態に属するものとの温度差は、出力電力が大きいほど大きくなっており、従って、本発明は特に大電力信号が入力される場合の放熱効果の改善において格別であるといえる。

また、本発明実施形態では、誘電体共振器部４の誘電体ブロック４１は、高さＨを隔てて位置する第１の対の側壁面間の距離が、第１の端面と第２の端面との間の距離より大きい。本発明は特にこのような場合の放熱効果の改善において格別である。

以上のように、本実施形態によれば伝熱プレート６を設けることで、誘電体共振器部４で発生する熱を効率よく放熱装置に伝達することができ、複雑な実装構造を用いることなく大電力信号を入力しても温度上昇による無負荷Ｑ低下が抑えられた高性能な誘電体共振部品及び誘電体共振装置を提供できる。

図７は本発明による誘電体共振部品の別の実施形態を示す模式的斜視図であり、図８は本実施形態の誘電体共振部品を含んでなる誘電体共振装置の一実施形態を示す模式的正面図である。これらの図において、図１〜図４におけると同様の機能を有する部材または部分には同一の符号が付されている。

本実施形態は、図１〜図４の実施形態における導電カバー８が伝熱プレート６と一体化されたものに相当する。すなわち、本実施形態では、伝熱プレート８は、導電体からなり、更に、第１の板状部分６１及び第２の板状部分６２に加えて、第１の板状部分６１に連なり誘電体ブロック４１の上側の側壁面に隣接する第３の板状部分６３と、該第３の板状部分６３に連なり誘電体ブロックの第１の端面に対向する第４の板状部分６４とを含んでなる。放熱の機能を高めるためには、第３の板状部分６３は、誘電体ブロック４１の上側の側壁面に接合されているのが好ましい。

本実施形態によれば、放熱用の伝熱プレート６は電気的な特性向上を図るために装着される導電カバー８の機能をも担っている。そのため、部品点数が削減される。また、熱伝導の経路が増えるため、より放熱効果が高まり、一層大きな電力信号を入力しても高性能なフィルタ特性が維持される。

図９は本発明による誘電体共振部品の更に別の実施形態を示す模式的斜視図である。図７の実施形態との違いは、伝熱プレート８が第４の板状部分６４の下端縁部に連なる第５の板状部分６５をも含むことである。第５の板状部分６５は、誘電体ブロック４１の下側の側壁面の延長上に延在しており、実装基板１０に接合されている。

本実施形態によれば、伝熱プレート８と実装基板１０との接合面積が更に増大しているので、熱が実装基板側に一層伝導しやすくなり、放熱効果が更に高まる。第５の板状部分６５の面積は、第２の板状部分６２と同様の理由により、誘電体ブロック４１の第２の端面の面積の０．５倍以上で４倍以下の範囲内であることが望ましい。

本発明による誘電体共振部品の一実施形態を示す模式的斜視図である。 図１の誘電体共振部品の別方向から見た模式的分解斜視図である。 図１の誘電体共振部品を含んでなる本発明による誘電体共振装置の一実施形態を示す模式的斜視図である。 図３の誘電体共振装置の模式的正面図である。 図４の部分拡大断面図である。 本発明による誘電体共振装置及び比較のための誘電体共振装置の放熱効果を示すグラフである。 本発明による誘電体共振部品の別の実施形態を示す模式的斜視図である。 図７の誘電体共振部品を含んでなる誘電体共振装置の一実施形態を示す模式的正面図である。 本発明による誘電体共振部品の更に別の実施形態を示す模式的斜視図である。

符号の説明

２ 誘電体共振部品
４ 誘電体共振器部
４１ 誘電体ブロック
４２ 貫通孔
４３ 内導体
４４ 外導体
４５ 結合用導体
４６，４７，４８ 入出力電極
６ 伝熱プレート
６１ 第１の板状部分
６２ 第２の板状部分
６３ 第３の板状部分
６４ 第４の板状部分
６５ 第５の板状部分
８ 導電カバー
８１ 第１の板状部分
８２ 第２の板状部分
１０ 実装基板
１０Ａ 回路パターン
１０Ｂ グランドパターン
１２ ヒートシンク

Claims (6)

1. 互いに反対側に位置する第１の端面および第２の端面と、該第１の端面の外周縁と前記第２の端面の外周縁との間に位置する複数の側壁面とを有する誘電体ブロック；該誘電体ブロックに前記側壁面に沿って前記第１の端面から第２の端面まで貫通して形成された複数の貫通孔；貫通孔の内面に形成された内導体；前記第２の端面および側壁面に形成された外導体；及び、前記貫通孔のそれぞれに対応して形成される共振器のうちのいずれかと結合する入出力電極を含んでなる誘電体共振器部と、
   該誘電体共振器部の誘電体ブロックの第２の端面に接合された伝熱プレートとを含んでなり、
   前記誘電体ブロックの第１の端面および第２の端面のそれぞれは１対の長辺を含んでなる外形を持ち、前記複数の貫通孔は前記第１の端面および第２の端面の長辺に対応する１対の前記側壁面に沿って配列されており、
   前記誘電体ブロックは、前記第１の端面および第２の端面の長辺に対応する１対の側壁面間の距離が前記第１の端面と第２の端面との間の距離より大きく、
   前記伝熱プレートは、前記誘電体ブロックの第２の端面に接合される第１の板状部分と、該第１の板状部分に連なり且つ前記誘電体ブロックの１対の側壁面のうちの一方の側壁面の延長上に延在する第２の板状部分とを含んでなることを特徴とする誘電体共振部品。
2. 更に、前記誘電体共振器部の誘電体ブロックの前記１対の側壁面のうちの他方の側壁面に付され、前記誘電体ブロックの第１の端面に対向する部分を有する導電カバーを含んでなることを特徴とする、請求項１に記載の誘電体共振部品。
3. 前記伝熱プレートは、導電体からなり、更に、前記第１の板状部分に連なり前記誘電体ブロックの前記１対の側壁面のうちの他方の側壁面に隣接する第３の板状部分と、該第３の板状部分に連なり前記誘電体ブロックの第１の端面に対向する第４の板状部分とを含んでなることを特徴とする、請求項１に記載の誘電体共振部品。
4. 前記伝熱プレートの第１の板状部分の前記第２の端面に接合されている面積は前記第２の端面の面積の０．５倍以上であり、前記第２の板状部分の面積は前記第２の端面の面積の０．５倍以上４倍以下の範囲内であることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の誘電体共振部品。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の誘電体共振部品と、実装基板と、放熱装置とを含んでなる誘電体共振装置であって、
   前記実装基板の第１の面に前記誘電体共振部品の前記誘電体ブロックの１対の側壁面のうちの一方の側壁面及び前記伝熱プレートの第２の板状部分が接合されており、前記実装基板の第２の面に前記放熱装置が付されていることを特徴とする誘電体共振装置。
6. 前記放熱装置は前記伝熱プレートの第２の板状部分に対応する位置に配置されていることを特徴とする、請求項５に記載の誘電体共振装置。

Images