JP7411642B2 - 高出力表面実装フィルタ - Google Patents
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Description
本議論は例示的な実施形態の説明にすぎず、本発明のより広い態様を限定するものとしては意図されておらず、より広い態様は代表的な構成において具現化されていることが当業者によって理解される。
図1は、本発明の複数の態様によるバンドパスフィルタ100の簡略化された概略図を示す。フィルタには、1以上のインダクタ102、104、106、及び1以上のキャパシタ108、110、112を含ませることができる。入力電圧(図1においてはViによって表される)がフィルタ100に入力され、出力電圧(図1ではVoによって表される)がフィルタ100によって出力される。バンドパスフィルタ100は、パスバンド周波数範囲内の周波数が実質的に影響を受けないようにフィルタ100を通して伝送されることを可能にしながら、低周波数及び高周波数を大きく減少させることができる。上記記載の簡略化されたフィルタ100は、単にバンドパスフィルタの簡略化された例にすぎず、本発明の複数の態様はより複雑なバンドパスフィルタに適用することができることを理解すべきである。更に、本発明の複数の態様は、例えばローパスフィルタ又はハイパスフィルタなどの他のタイプのフィルタに適用することができる。
図4A及び4Bは、それぞれ、本発明の複数の態様によるフィルタアセンブリ400の簡略化されたトップダウン図及び側面立面図である。フィルタアセンブリ400には、ほぼ平面状の表面404を有するモノリシックフィルタ402を含ませることができる。モノリシックフィルタ402の詳細は、図4A及び図4Bから省略されている。しかしながら、幾つかの実施形態においては、フィルタ402は、図1~図3Fを参照して上記記載したような有機誘電材料を含むバンドパスフィルタであってよく、又はそれを含ませることができることを理解すべきである。しかしながら、他の実施形態においては、フィルタ402は、例えばハイパスフィルタ又はローパスフィルタなどの任意の好適なタイプのフィルタであってよく、又はそれを含ませることができる。更に、幾つかの実施形態においては、フィルタ402には、有機誘電体材料の代わりにセラミック誘電体材料を含ませることができる。フィルタ402は、電気信号に関してフィルタリング機能を実行するように構成された任意の好適な電気フィルタであってよい。
(図4A及び4Bを参照して上記記載したように)ヒートシンクを有しないフィルタアセンブリ及びヒートシンクを有するフィルタアセンブリの両方の熱シミュレーション解析を行った。更に、アルミナの層を含むヒートシンクの性能と、窒化アルミニウムの層を含むヒートシンクの性能を比較して解析を行った。解析は、2つの異なる出力レベル:1W及び5Wにおいて実施した。より具体的には、フィルタアセンブリの熱分析を、約300MHzの周波数、並びに1W及び5Wの二乗平均平方根出力を有する正弦波入力信号について実施した。下表は、ヒートシンクを有しないフィルタアセンブリについてのシミュレーション結果、並びに窒化アルミニウム又はアルミナの層を含むヒートシンクを含むフィルタアセンブリについてのシミュレーション結果を示す。
本発明の複数の態様によるフィルタアセンブリを組み立て、試験した。それぞれのフィルタアセンブリは、フィルタアセンブリが定常状態温度に達するまで定常状態出力レベルにかけた。次に出力レベルを増加させ、定常状態温度が約85℃よりも高くなるか、又は出力レベルが6Wに達するまで、このプロセスを繰り返した。
V.電気的シミュレーション及び試験:
A.試験アセンブリ:
試験アセンブリを用いて種々のフィルタアセンブリを試験した。図13を参照すると、試験アセンブリ1300は、試験基板1304に取り付けられたフィルタアセンブリ1302を含む。入力ライン1306及び出力ライン1308を、それぞれ試験基板1304と接続した。試験基板1304は、入力ライン1306をフィルタアセンブリ1302の入力と電気的に接続し、出力ライン1308をフィルタアセンブリ1302の出力と電気的に接続するマイクロストリップライン1310を含む。入力信号を、ソース信号発生器(例えば、1306 Keithley 2400シリーズソース測定ユニット(SMU)、例えばKeithley 2410-C SMU)を使用して入力ラインに印加し、得られたフィルタアセンブリ1302の出力を出力ライン1308において測定した。これを、フィルタアセンブリの種々の構成について繰り返した。図13に示されるフィルタアセンブリ1302は、ヒートシンク層を含まない。しかしながら、アルミナ及び窒化アルミニウムを含む、異なる厚さ及び材料のヒートシンク層を含むフィルタアセンブリについて種々の試験を行った。
本フィルタアセンブリは優れた性能特性を有することができる。更に、本発明の複数の態様にしたがってフィルタアセンブリに十分に薄い熱伝導性材料の層を加えることはフィルタアセンブリの性能特性に実質的に悪影響を及ぼさないことが実験で求められた。ヒートシンク層を有するもの及び有しないものの種々のフィルタアセンブリの挿入損失及び反射損失を実験で測定した。図14は、ヒートシンクを有するもの及び有しないものの両方のフィルタアセンブリの挿入損失(S2,1)と反射損失(S1,1)の両方を示す。この実験では、熱伝導性材料の層の厚さは0.508mmであった。アルミナの層を有するフィルタアセンブリ及び窒化アルミニウムの層を有するフィルタアセンブリを別々に試験したが、それらの結果は実質的に同様であり、挿入損失に関する単一の線(図14において「S2,1ヒートシンク」とラベルされている)、及び反射損失に関する単一の線(「S1,1ヒートシンク」とラベルされている)によって表される。ヒートシンクを有しないフィルタアセンブリ(図14において「S1,1エア」とラベルされている)は、約225MHz~約300MHzのパスバンド範囲を有していた。フィルタアセンブリに熱伝導性材料の層を含むヒートシンクを加えた結果として、パスバンド範囲の上限が最小で約1.2%下方にシフトされることが分かった。下限は、ヒートシンク層によって実質的に影響されなかった。
本ヒートシンクは有益な電気シールドを与えることができることが分かった。フィルタアセンブリに近接して配置された導電性構造体を有する種々のフィルタアセンブリを試験して、フィルタアセンブリの性能特性に及ぼすかかる構造の影響を検出した。ヒートシンク層は、フィルタアセンブリを、近傍の物体によって引き起こされる性能劣化から有意に保護することができることが分かった。
上記に示したように、本発明の複数の態様によるフィルタアセンブリは優れた温度安定性を示すことができる。例えば、本発明の複数の態様によるフィルタアセンブリの挿入損失は、広い温度範囲にわたって5dB未満又はそれ未満で変化し得る。試験結果は下記の「実施例」セクションにおいて示し、図19A~19Cを参照して議論する。
幾つかの実施形態においては、フィルタアセンブリに本発明の複数の態様による複数のモノリシックフィルタを含ませることができる。例えば、図18Aを参照すると、幾つかの実施形態においては、フィルタアセンブリ1800に、第1のモノリシックフィルタ1802、及び熱伝導性材料の層1806を含むヒートシンク1804を含ませることができる。フィルタアセンブリ1800にはまた、積層配列でヒートシンク1804の熱伝導性材料の層1806に結合されている第2の(更なる)モノリシックフィルタ1808を含ませることもできる。層1806は、第1の表面1810、及び第1の表面1810の反対側の第2の表面1812を有していてよい。第1のモノリシックフィルタ1802は、上面1813を有していてよい。第1のモノリシックフィルタ1802の上面1813は、熱伝導性材料の層1806の第1の表面1810に結合させることができる。第2の(更なる)モノリシックフィルタ1808は、熱伝導性材料の層1806の第2の表面1812に結合されている底面1815を有していてよい。例えば、フィルタ1802、1808は、接着剤1814、1816のそれぞれの層を使用して熱伝導性材料の層1806に結合させることができる。第1のモノリシックフィルタ1802をプリント回路基板のような実装面と電気的に接続させるために、1以上の接続点1818を第1のモノリシックフィルタ1802の底面1817に沿って与えることができる。例えば、ハンダ1819を使用して、接続点1818をプリント回路基板上の種々のパッド又は接続部と接続させることができる。幾つかの実施形態においては、第2のモノリシックフィルタ1808にはまた、第2の(更なる)モノリシックフィルタ1808の上面1821上に配置されている1以上の接続点1820(例えばワイヤボンドパッド)を含ませることもできる。接続点1820は、電気リードにハンダ付け(ハンダ1822によって表される)して、第2のモノリシックフィルタ1808をプリント回路基板又は他のデバイス又はコンポーネントと電気的に接続することができる。
本明細書に記載されるフィルタアセンブリの種々の実施形態は、任意の好適なタイプの電気コンポーネントにおいて用途を見出すことができる。本フィルタアセンブリは、高周波無線信号を受信、送信、又は他の方法で使用するデバイスにおいて特定の用途を見出すことができる。用途の例としては、スマートホン、信号反応器(例えば小型セル)、リレー局、及びレーダが挙げられる。
以下のセクションは、本発明の複数の態様によるフィルタアセンブリの種々の特性を試験するための方法の例を与える。
フィルタアセンブリの出力容量は、約85℃の定常状態温度を生成する出力レベルとして定義することができる。出力容量は、Keithley 2400シリーズソース測定ユニット(SMU)、たとえばKeithley 2410-C SMUを使用して測定することができる。フィルタアセンブリは、図13を参照して上記記載したように試験アセンブリに実装することができる。
挿入損失:
挿入損失は、Keithley 2400シリーズのソース測定ユニット(SMU)、たとえばKeithley 2410-C SMUを使用して測定することができる。フィルタアセンブリを、図13を参照して上記記載したように試験アセンブリに実装することができる。フィルタアセンブリの入力部を、種々の周波数及び振幅の正弦波入力信号にかけることができる。フィルタアセンブリの出力信号は、フィルタアセンブリの出力部において測定することができる。出力の振幅を入力信号と比較して挿入損失を計算することができる。
下表は、下記に列挙する種々の試験周波数において出力容量を測定する上記記載の方法にしたがって試験した種々のフィルタアセンブリの出力容量を示す。
ヒートシンクを有しないフィルタ、及び本発明の複数の態様による0.406mm(0.016インチ)の厚さを有するアルミナの層を含むヒートシンクを有するフィルタの間で比較試験を行った。フィルタは、9.14mm(0.360インチ)の長さ、4.42mm(0.174インチ)の幅を有していた。次表は、約300MHzにおいて5W~25Wの範囲の増加した出力レベルにおけるそれぞれのフィルタの最高温度を示す。
また、0.406mm(0.016インチ)の厚さを有するアルミナの層を含むヒートシンクを有するフィルタも、約500MHzにおいて3W~17Wの範囲の出力レベルにかけた。結果を下表に示す。
上記に示すように、本発明の複数の態様によるフィルタは優れた温度安定性を示すことができる。本発明の複数の態様による種々のフィルタの挿入損失特性を構築して試験した。フィルタは、それぞれが0.406ミリメートル(0.016インチ)の厚さを有するアルミナの層を含むヒートシンクを含んでいた。フィルタは、9.14mm(0.360インチ)の長さ、及び4.42mm(0.174インチ)の幅を有していた。
本発明は以下の実施態様を含む。
(1)表面を有するモノリシックフィルタ;及び
前記モノリシックフィルタの表面に結合された、約0.02mmよりも大きい厚さを有する熱伝導性材料の層を含むヒートシンク;
を含むフィルタアセンブリ。
(2)前記モノリシックフィルタが有機誘電体材料を含む、(1)に記載のフィルタアセンブリ。
(3)前記有機誘電体が液晶ポリマーを含む、(2)に記載のフィルタアセンブリ。
(4)前記有機誘電体がポリフェニルエーテルを含む、(2)に記載のフィルタアセンブリ。
(5)前記熱伝導性材料の層がアルミナを含む、(1)に記載のフィルタアセンブリ。
(6)前記熱伝導性材料の層が窒化アルミニウムを含む、(1)に記載のフィルタアセンブリ。
(7)前記熱伝導性材料の層が少なくとも1つの放熱フィンを画定する、(1)に記載のフィルタアセンブリ。
(8)前記熱伝導性材料の層の厚さが、前記フィルタアセンブリの性能が前記熱伝導性材料の層によって実質的に影響されないように選択される、(1)に記載のフィルタアセンブリ。
(9)前記熱伝導性材料の層が、前記フィルタを電気的に遮蔽するように構成される、(1)に記載のフィルタアセンブリ。
(10)積層配列で前記ヒートシンクの前記熱伝導性材料の層に結合された更なるモノリシックフィルタを更に含んでいて、前記モノリシックフィルタが前記熱伝導性材料の層の第1の表面に結合され、前記更なるモノリシックフィルタが前記ヒートシンクの前記第1の表面に対向する前記熱伝導性材料の層の第2の表面に結合されるようになっている、(1)に記載のフィルタアセンブリ。
(11)前記更なるモノリシックフィルタに結合されたワイヤボンドパッドを更に含む、(10)に記載のフィルタアセンブリ。
(12)前記更なるモノリシックフィルタが、上面、及び前記更なるモノリシックフィルタの前記上面に対向する底面を有し、前記ワイヤボンドパッドが前記更なるモノリシックフィルタの前記上面上に配置される、(10)に記載のフィルタアセンブリ。
(13)前記更なるモノリシックフィルタが、前記更なるモノリシックフィルタの前記底面において前記熱伝導性材料の層と結合されている、(10)に記載のフィルタアセンブリ。
(14)前記更なるモノリシックフィルタから前記ヒートシンクを通って前記モノリシックフィルタまで延在する少なくとも1つのビアを更に含む、(10)に記載のフィルタアセンブリ。
(15)前記フィルタアセンブリが、約300MHzにおいて約0.05W/mm 2 より大きい面積出力容量を有する、(1)に記載のフィルタアセンブリ。
(16)前記フィルタアセンブリが、約300MHzにおいて約1Wより大きい出力容量を有する、(1)に記載のフィルタアセンブリ。
(17)表面を有するモノリシックフィルタ;及び
前記モノリシックフィルタの表面に結合された、熱伝導性材料の層を含むヒートシンク;
を含む多層有機フィルタアセンブリ。
(18)前記熱伝導性材料の層が約0.02mmより大きい厚さを有する、(17)に記載の多層有機フィルタアセンブリ。
(19)前記モノリシックフィルタが液晶ポリマーを含む、(17)に記載の多層有機フィルタアセンブリ。
(20)前記モノリシックフィルタがポリフェニルエーテルを含む、(17)に記載の多層有機フィルタアセンブリ。
(21)前記熱伝導性材料の層がアルミナを含む、(17)に記載の多層有機フィルタアセンブリ。
(22)前記熱伝導性材料の層が窒化アルミニウムを含む、(17)に記載の多層有機フィルタアセンブリ。
(23)前記熱伝導性材料の層が少なくとも1つの放熱フィンを画定する、(17)に記載の多層有機フィルタアセンブリ。
(24)前記熱伝導性材料の層の厚さが、前記フィルタアセンブリの性能が前記熱伝導性材料の層によって実質的に影響されないように選択される、(17)に記載の多層有機フィルタアセンブリ。
(25)前記熱伝導性材料の層が前記フィルタを電気的に遮蔽するように構成される、(17)に記載の多層有機フィルタアセンブリ。
(26)積層配列で前記ヒートシンクの前記熱伝導性材料の層に結合された更なるモノリシックフィルタを更に含んでいて、前記モノリシックフィルタが前記熱伝導性材料の層の第1の表面に結合され、前記更なるモノリシックフィルタが前記ヒートシンクの前記第1の表面に対向する前記熱伝導性材料の層の第2の表面に結合されるようになっている、(17)に記載の多層有機フィルタアセンブリ。
(27)前記更なるモノリシックフィルタに結合されたワイヤボンドパッドを更に備える、(26)に記載の多層有機フィルタアセンブリ。
(28)前記更なるモノリシックフィルタが、上面、及び前記更なるモノリシックフィルタの前記上面に対向する底面を有し、前記ワイヤボンドパッドが前記更なるモノリシックフィルタの前記上面上に配置される、(26)に記載の多層有機フィルタアセンブリ。
(29)前記更なるモノリシックフィルタが、前記更なるモノリシックフィルタの前記底面において前記熱伝導性材料の層と結合されている、(26)に記載の多層有機フィルタアセンブリ。
(30)前記更なるモノリシックフィルタから前記ヒートシンクを通って前記モノリシックフィルタまで延在する少なくとも1つのビアを更に含む、(26)に記載の多層有機フィルタアセンブリ。
(31)前記フィルタアセンブリが、約300MHzにおいて約0.05W/mm 2 より大きい面積出力容量を有する、(17)に記載の多層有機フィルタアセンブリ。
(32)前記フィルタアセンブリが、約300MHzにおいて約1Wより大きい出力容量を有する、(17)に記載の多層有機フィルタアセンブリ。
(33)表面を有するモノリシックフィルタ;及び
前記モノリシックフィルタの表面に結合された、熱伝導性材料の層を含むヒートシンク;
を含むフィルタアセンブリであって;
前記フィルタアセンブリは、約25℃及び第1の周波数において第1の挿入損失を示し;
前記フィルタアセンブリは、第2の温度及び第1の周波数付近において第2の挿入損失を示し;
第1の温度と前記第2の温度の間の温度差は約30℃以上であり;
前記第2の挿入損失と前記第1の挿入損失の差は約5dB以下である、上記フィルタアセンブリ。
(34)前記第2の温度が約85℃である、(33)に記載のフィルタアセンブリ。
(35)前記第2の温度が約-55℃である、(33)に記載のフィルタアセンブリ。
(36)前記熱伝導性材料の層が約0.02mmより大きい厚さを有する、(33)に記載のフィルタアセンブリ。
(37)前記モノリシックフィルタが液晶ポリマーを含む、(33)に記載のフィルタアセンブリ。
(38)前記モノリシックフィルタがポリフェニルエーテルを含む、(33)に記載のフィルタアセンブリ。
(39)前記熱伝導性材料の層がアルミナを含む、(33)に記載のフィルタアセンブリ。
(40)前記熱伝導性材料の層が窒化アルミニウムを含む、(33)に記載のフィルタアセンブリ。
(41)前記熱伝導性材料の層が少なくとも1つの放熱フィンを画定する、(33)に記載のフィルタアセンブリ。
(42)前記熱伝導性材料の層の厚さが、前記フィルタアセンブリの性能が前記熱伝導性材料の層によって実質的に影響されないように選択される、(33)に記載のフィルタアセンブリ。
(43)前記熱伝導性材料の層が、前記フィルタを電気的に遮蔽するように構成される、(33)に記載のフィルタアセンブリ。
(44)積層配列で前記ヒートシンクの前記熱伝導性材料の層に結合された更なるモノリシックフィルタを更に含んでいて、前記モノリシックフィルタが前記熱伝導性材料の層の第1の表面に結合され、前記更なるモノリシックフィルタが前記ヒートシンクの前記第1の表面に対向する前記熱伝導性材料の層の第2の表面に結合されるようになっている、(33)に記載のフィルタアセンブリ。
(45)前記更なるモノリシックフィルタに結合されたワイヤボンドパッドを更に備える、(33)に記載のフィルタアセンブリ。
(46)前記更なるモノリシックフィルタが、上面、及び前記更なるモノリシックフィルタの前記上面に対向する底面を有し、前記ワイヤボンドパッドが前記更なるモノリシックフィルタの前記上面上に配置される、(33)に記載のフィルタアセンブリ。
(47)前記更なるモノリシックフィルタが、前記更なるモノリシックフィルタの前記底面において前記熱伝導性材料の層と結合されている、(33)に記載のフィルタアセンブリ。
(48)前記更なるモノリシックフィルタから前記ヒートシンクを通って前記モノリシックフィルタまで延在する少なくとも1つのビアを更に含む、(33)に記載のフィルタアセンブリ。
(49)前記フィルタアセンブリが、約300MHzにおいて約0.05W/mm 2 より大きい面積出力容量を有する、(33)に記載のフィルタアセンブリ。
(50)前記フィルタアセンブリが、約300MHzにおいて約1Wより大きい出力容量を有する、(33)に記載のフィルタアセンブリ。
Claims (20)
- 表面を有するモノリシックフィルタ;及び
前記モノリシックフィルタの表面に結合された、約0.02mmよりも大きい厚さを有する熱伝導性材料の層を含むヒートシンク;
を含むフィルタアセンブリ。 - 前記モノリシックフィルタが有機誘電体材料を含む、請求項1に記載のフィルタアセンブリ。
- 前記有機誘電体が液晶ポリマーを含む、請求項2に記載のフィルタアセンブリ。
- 前記有機誘電体がポリフェニルエーテルを含む、請求項2に記載のフィルタアセンブリ。
- 前記熱伝導性材料の層がアルミナを含む、請求項1に記載のフィルタアセンブリ。
- 前記熱伝導性材料の層が窒化アルミニウムを含む、請求項1に記載のフィルタアセンブリ。
- 前記熱伝導性材料の層が少なくとも1つの放熱フィンを画定する、請求項1に記載のフィルタアセンブリ。
- 前記熱伝導性材料の層の厚さが、前記フィルタアセンブリの性能が前記熱伝導性材料の層によって実質的に影響されないように選択される、請求項1に記載のフィルタアセンブリ。
- 前記熱伝導性材料の層が、前記フィルタを電気的に遮蔽するように構成される、請求項1に記載のフィルタアセンブリ。
- 積層配列で前記ヒートシンクの前記熱伝導性材料の層に結合された更なるモノリシックフィルタを更に含んでいて、前記モノリシックフィルタが前記熱伝導性材料の層の第1の表面に結合され、前記更なるモノリシックフィルタが前記ヒートシンクの前記第1の表面に対向する前記熱伝導性材料の層の第2の表面に結合されるようになっている、請求項1に記載のフィルタアセンブリ。
- 前記更なるモノリシックフィルタに結合されたワイヤボンドパッドを更に含む、請求項10に記載のフィルタアセンブリ。
- 前記更なるモノリシックフィルタが、上面、及び前記更なるモノリシックフィルタの前記上面に対向する底面を有し、前記ワイヤボンドパッドが前記更なるモノリシックフィルタの前記上面上に配置される、請求項11に記載のフィルタアセンブリ。
- 前記更なるモノリシックフィルタが、前記更なるモノリシックフィルタの前記底面において前記熱伝導性材料の層と結合されている、請求項12に記載のフィルタアセンブリ。
- 前記更なるモノリシックフィルタから前記ヒートシンクを通って前記モノリシックフィルタまで延在する少なくとも1つのビアを更に含む、請求項10に記載のフィルタアセンブリ。
- 前記フィルタアセンブリが、約300MHzにおいて約0.05W/mm2より大きい面積出力容量を有する、請求項1に記載のフィルタアセンブリ。
- 前記フィルタアセンブリが、約300MHzにおいて約1Wより大きい出力容量を有する、請求項1に記載のフィルタアセンブリ。
- 表面を有するモノリシックフィルタ;及び
前記モノリシックフィルタの表面に結合された、熱伝導性材料の層を含むヒートシンク;
を含む多層有機フィルタアセンブリ。 - 表面を有するモノリシックフィルタ;及び
前記モノリシックフィルタの表面に結合された、熱伝導性材料の層を含むヒートシンク;
を含むフィルタアセンブリであって;
前記フィルタアセンブリは、約25℃及び第1の周波数において第1の挿入損失を示し;
前記フィルタアセンブリは、第2の温度及び第1の周波数付近において第2の挿入損失を示し;
第1の温度と前記第2の温度の間の温度差は約30℃以上であり;
前記第2の挿入損失と前記第1の挿入損失の差は約5dB以下である、上記フィルタアセンブリ。 - 前記第2の温度が約85℃である、請求項18に記載のフィルタアセンブリ。
- 前記第2の温度が約-55℃である、請求項18に記載のフィルタアセンブリ。
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