(57)【要約】基板の誘電率を変化させフィルタの周波数応答を任意にシフトさせるために、予め焼成されたＬＴＣＣ基板を、基板の最初の焼成プロファイル期間に生成される温度よりも所定の比較的小さい温度だけ高い温度まで再焼成することにより、低温混合焼成セラミック基板（ＣＴＣＣ）のような、しかしそれに限定されない、セラミック基板に埋設又は形成されたフィルタの周波数応答を調整する方法。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
最初の焼成温度よりも高い第２温度で基板を再焼成してセラミック材料の誘電率を変化させ、それによってフィルタの周波数応答を変化させる、セラミック材料基板に作られたマイクロ波フィルタの周波数応答を変化させる方法。
【請求項２】
周波数応答を変化させる工程が、混合焼成セラミックテープの基板に埋設されたフィルタの周波数応答を調整する工程を備える請求項１の方法。
【請求項３】
前記混合焼成セラミックテープは、低温混合焼成セラミック（ＬＴＣＣ）からなる請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記混合焼成セラミックテープは、高温混合焼成セラミックテープ（ＨＴＣＣ）からなる請求項２記載の方法。
【請求項５】
前記フィルタは、多層セラミック基板に埋設されたフィルタからなる請求項２記載の方法。
【請求項６】
前記フィルタは、バンドパス又はバンドリジェクトフィルタからなり、調整工程がフィルタの中央周波数を調整する工程を備える請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記フィルタは、導波タイプのフィルタ構造を備える請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記フィルタは、ハイパス又はローパスフィルタを備え、調整工程はフィルタのカットオフ周波数を調整する工程を備える請求項２記載の方法。
【請求項９】
前記フィルタは、セラミック材料の多層基板に埋設されたストリップラインフィルタ構造を備える請求項２記載の方法。
【請求項１０】
前記フィルタは、単層セラミック基板上に形成されたマイクロストリップフィルタ構造を備える請求項２記載の方法。
【請求項１１】
最初の焼成温度がテープ製造業者のガイドラインに一致し、第２焼成温度は最初の焼成温度より高い範囲にある請求項２記載の方法。
【請求項１２】
前記フィルタは、セラミック基板に埋設又は形成されたバンドパス又はバンドリジェクトフィルタを備え、最初の焼成温度から第２温度へ基板を再焼成する工程がセラミック基板の誘電率の値を減少させ、それによってフィルタの中央周波数を上方へシフトさせる請求項２記載の方法。
【請求項１３】
前記フィルタは、セラミック基板に埋設又は形成されるハイパスフィルタ又はローパスフィルタを備え、最初の焼成温度から第２温度へ基板を再焼成する工程が誘電率の値を減少させ、それによって、フィルタのカットオフ周波数を上方へシフトさせる請求項２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は一般的に、混合焼成(co-fired)セラミック基板に埋設されたマイクロ波フィルタに関し、特に、低温混合セラミック（ＬＴＣＣ）基板に埋設されたフィルタの中心周波数を調整する方法に関する。
【０００２】
関連技術の説明
混合焼成ＬＴＣＣに埋設されたフィルタの中心周波数は、焼成基板の誘電率に依存して変化することが知られている。図１は、ＬＴＣＣ基板に埋設されその誘電率εｒが５.８５から６.１５までの範囲にわたって変化するフィルタの期待される応答に対応する３組のシミュレート特性曲線を示す。よく知られているように、中心周波数Ｆ0は、誘電率εｒの２乗根に反比例する。つまりＦ0＝１／√εrである。図１において、２組の特性曲線Ｓ２１とＳ１１は、誘電率の３つの値、つまり、εr1＝５.８５、εr2＝６.０およびεr3＝６.１５を示している。Ｓ２１で示される３つの曲線（ポート１で入力され、ポート２で出力される）は、フィルタ挿入損失に対する周波数を示し、第２組の曲線Ｓ１１（ポート１で入力され、ポート１で反射される信号）は、各周波数に対して入力ポートへ反射されて戻される信号の量を示し、従ってそれは帰還損失の測定である。
【０００３】
各例において、中心周波数Ｆ0は、εr1＝５.８５の誘電率に対しては高く、εr2＝６.０では比較的低く、εr3＝６.１５では最も低い。従って、図１に見られることであるが、すべての他のパラメータが変化せずに、中心周波数Ｆ0＝１０ＧＨｚであるように設計されたフィルタに対して、εr＝６.０±０.１５の範囲にわたって誘電率を変化させると、±１.３％の中心周波数の変化が生じる。図１に示すように１０ＧＨｚの中心周波数Ｆ0に対して、±１３０ＭＨｚのシフトは、ＬＴＣＣ基板に埋設されたすべてのフィルタにおいて期待される。
【０００４】
なお、図１に示される中心周波数の１.３％の変化は、例えば、フィルタ製造業者から得られる一般的な組合せ調整フィルタに見られるよりも大きい。従って、注意深くフィルタを調整する費用は、調整に必要な労力によって高くなる。さらに、ＬＴＣＣに埋設されたフィルタの中心周波数における比較的大きい変化によって、中心周波数の正確な制御を必要としない用途にその使用が一般的に制限される。
【０００５】
ＬＴＣＣグリーンテープの誘電率は、テープの製造業者によって正確に制御できない。それは、焼成誘電率がＬＴＣＣ基板の付随処理時に遭遇する多くの変化に依存するからである。ＬＴＣＣフィルタは、画像拒絶フィルタや局所発振器信号フィルタのような、正確なフィルタ特性を要求しない用途のシステムに通常用いられている。さらに、フィルタのバンド幅は、関心のある信号のバンド幅よりはるかに広くなるように設計されるのが正規である。従って、埋設されたフィルタが期待通りに変化した後でさえ、信号は常にフィルタのパスバンド内に落入る。
【０００６】
システムの要求が特定のパスバンドに非常に近い拒絶を要求する狭いバンド用途のために、焼成後にフィルタを調整する方法が必要とされる。過去に提案された１つの取り組みは、中心周波数がずれるように意図的に設計された複数のフィルタデザインを同じＬＴＣＣパネル上で並列に置くことである。基板が焼成されると、フィルタはテストされ、所望の中心周波数に最も近いものが選択され、残りは廃棄される。この取り組みを受入れる用途もあるが、フィルタの最終コストを増大させる大きな歩留り上のペナルティがある。他の欠点はフィルタバンクに要求されるフィルタデザインが多くなるということである。
【０００７】
概要
従って、この発明の目的は、マイクロ波フィルタの周波数応答を調整する方法を提供することである。
【０００８】
この発明の他の目的は、セラミック基板に埋設又は形成されたマイクロ波フィルタの周波数応答を調整する改良された方法を提供することである。
【０００９】
この発明のさらに他の目的は埋設ＬＴＣＣフィルタの中心周波数を正確に調整する方法を提供することである。
【００１０】
基板の誘電率を変化、例えば減少させ、周波数応答において例えば上方へ所望のシフトをさせるために、基板の最初の焼成プロファイルの期間に用いられる温度よりも所定の比較的少量だけ高い温度まで焼成済み基板を再焼成することにより、ＬＴＣＣおよび／又はやＨＴＣＣのようなセラミック基板に埋込まれるか又は形成されたフィルタの周波数応答を調整する方法により、これらおよび他の目的は達成される。発明の方法の他の観点において、多層ＬＴＣＣ基板に埋設されたリッジ導波(ridge waveguide)バンドパスフィルタは、最初の焼成温度より高い温度まで基板を再焼成することにより、より高い中心周波数へ調整できる。
【００１１】
この発明の適用可能な範囲は、以下の詳細な説明から明らかになる。しかしながら、この発明の好ましい実施態様を示す詳細な説明および所定の実施例は、単に実例として与えられるが、それは、この発明の精神と範囲内の種々の変更や変形は詳細な説明から当業者にとって明白になるからであると理解されるべきである。
【００１２】
図面の簡単な説明
この発明の方法は、以下に与えられる詳細な説明と添付図からさらに十分に理解されるであろうが、それらは実例として与えられこの方法を限定することを意味するものではない。
【００１３】
図１は同じフィルタから誘電率を変化させることによって得られる模擬周波数応答を表す１組の特性曲線である。
【００１４】
図２は、多層ＬＴＣＣ基板に設けられた５つの個別リッジ導波フィルタを備える埋設リッジ導波フィルタバンクの上面図である。
【００１５】
図３は、図２に示すフィルタバンクに含まれるタイプの単一埋設リッジ導波フィルタを示す斜視図である。
【００１６】
図４は複数の特定タイプのＬＴＣＣ基板用の再焼成温度の関数として誘電率の関係をプロットで示す。
【００１７】
図５−８は、図４に示すような異なるピークプロファイル温度でＬＴＣＣ基板を再焼成することによって、異なる中心周波数に調整された図３に示されるタイプの埋設フィルタの実測Ｓパラメータを示す。
【００１８】
発明の詳細な説明
残りの図２〜図８を参照すると、図２は、共通のＬＴＣＣ基板１４内に埋設され、並列に配置され、５つの分離した個別のサブバンドを履行するための５つの埋設リッジ導波バンドパスフィルタ１２1，１２2，１２3，１２4，１２5を備えるフィルタバンク１０を示す。参照番号１６は、５つの埋設フィルタ１２1，…１２5とバイパス信号路１８とを分離するために基板１４の表面に形成された金属被覆パターンを示す細長いトラック２０は、入力ポートＰ１を単極６端子（ＳＰ６Ｔ）スイッチ２４の１つの端子２２に接続する。他のスイッチ端子の１つは、固有の濾波作用をもたない信号バイパス路１８として働くフィルタバンクの表面において細長いトラックに接続される。スイッチ２４の残りの端子は、細長いトラック２６1…２６5に接続され、細長いトラック２６1…２６5は、それぞれ５つのフィルタ１２1…１２5の入力ポートに接続される。フィルタ１２1…１２5の出力ポートはそれぞれ細長いトラック２８1…２８5に接続され、細長いトラック２８1…２８5は第２単極６端子スイッチ３０の分離した端子に接続され、スイッチ３０は細長いトラック３４を介して出力ポートＰ２に接続される１つの端子３２を有する。
【００１９】
図３は、図２に示される基板１４に含まれるタイプの単一埋設リッジ導波バンドパスフィルタを示す。埋設リッジ導波構造は、当該分野で公知であり、一般的に複数のリッジ導波セクション、例えば、セクション３６1…３６nを備え、セクション３６1…３６nの側壁はＬＴＣＣの複数層から形成された基板に形成され、導波セクションの上部と底部の壁は、ＬＴＣＣ基板上に印刷された固体金属接地面から構成される。リッジ導波セクション３６1…３６nは適当な間隔を有し、所定の周波数応答を有するエバネッセント(evanescent)モードのバンドパスフィルタを提供する。線状回路４０と４２は、リッジ導波セクション３６1…３６nのいずれかの端部に設けられ、図示しないが、それが接続されるべき回路に対してインピーダンス整合を行う。
【００２０】
この発明は、以前に焼成された（固体）ＬＴＣＣ基板を最初の焼成プロファイルの期間に与えられる温度より高い温度まで再焼成することによって、図２と３に示されるＬＴＣＣのような誘電体材料に埋設されたフィルタの中央周波数を調整する方法に関する。
【００２１】
通常、ＬＴＣＣテープのセラミックは、カルシウムホウ珪酸塩晶析ガラスセラミックである。この材料の焼結は２つの段階で生じる。粘性焼結は最初に生じ、２つの主相ＣａＳｉＯ3とＣａＢｘＯｙの結晶化を生じる密集セラミックを形成する。その材料は、最初の焼成温度以下の再焼成を通じて一貫して残存すると報告されている。最初の製造に続いて最初の焼成温度よりも高い温度で再焼成する明確な必要性は、今まではなかったので、上昇した温度における再焼成の効果は関心がもたれなかった。しかしながら、最初の焼成温度より高い温度で再焼成が行われると、そのような処理によってガラスセラミックの結晶化がさらに進み、誘電率および／又は密度が変化し、ＬＴＣＣ埋設フィルタの中央周波数の選択的な調整に利用できるということが、本願の発明者によって発見された。
【００２２】
図４は、フェロ(Ferro)Ａ６の少なくとも４つのＬＴＣＣサンプルが８４０℃の最初の焼成温度から再焼成された時の誘電率εrの値の変化のグラフ表示である。８５０，８７０，８９０および９１０℃の温度における再焼成によって各誘電率が低下したことを示している。なお、これらの温度は、ＬＴＣＣ材料の１つのタイプ、つまり、フェロＡ６に対して特定のものであり、ＬＴＣＣの他のタイプやＨＴＣＣに対しては異なる。さらに、誘電率の変化は保持時間に依存せず、再焼成処理期間中に到達するピーク温度のみに依存するということが見出された。
【００２３】
図５〜８は、ＬＴＣＣ基板に埋設されたｘ−バンドフィルタの再焼成の前後におけるＬＴＣＣリッジ導波バンドパスフィルタの実測Ｓパラメータを示す特性曲線４４と４６である。Ｓパラメータはネットワーク応答を計量するマイクロ波デザイナによって用いられる公知のパラメータであり、この場合は、２ポート装置があり、次のように定義される４つのＳパラメータがある。Ｓ１２はポート２に入力する電圧による応答の測定であり、ポート１における出力電圧を測定する；Ｓ２１はポート１へ入力する電圧の測定であり、ポート２における出力を測定する；Ｓ１１はポート１へ入力する電圧による応答の測定であり、ポート１へ入力する電圧による応答の測定であり、ポート１において反射電圧が測定される；Ｓ２２はポート２に入力する電圧による応答の応答であり、反射電圧もポート２で測定される。
【００２４】
図５は、Ｓ１２の周波数応答を示し、図６は、Ｓ２１の周波数応答を示し、図７はＳ１１の周波数応答を示し、図８は同じバンドパスフィルタのＳ２２の周波数応答を示す。
【００２５】
第１焼成に続く実測中央周波数Ｆ01は約８５６６ＭＨｚであると示されている。これは図６のＳ２１の周波数応答にはっきり示されている。そのフィルタを含む基板が９００℃で再焼成されると、周波数の中心Ｆ02は冷却後に再び測定され、約８７０３ＭＨｚであると見出されるが、これは再焼成処理によってフィルタの周波数の中心が約１３６ＭＨｚだけ上にシフトしたことを示している。
【００２６】
図５〜８に示される特性を有するフィルタに加えて、例えば図２に示されるものと同じＬＴＣＣ基板に埋設された他の４つのフィルタが再焼成にかけられた。下記の表１は、同じ５つのフィルタ形態から測定されたデータを要約している。表１において、「ファイル名」の欄は、初期焼成と再焼成用の各フィルタに付与した名称を測定変化分（deltas）と共に示しているにすぎない。隣りの欄「IL,min」はフィルタのパスバンドにおける最小Ｓ２１挿入損失である。欄「F0,MHz」は中心周波数である。
【００２７】
次の欄「BW,3dB」は、ＩＬから３ｄＢ下で測定したバンド幅であり、欄「f1,3dB」は、パスバンドの下側における周波数であり、Ｓ２１はIL,minから３ｄＢ下である。欄「fh,3dB」はパスバンドの上側の周波数であり、Ｓ２１はIL,minから３ｄＢ下である。
【００２８】
次に、欄「BW,20dB」は、２０ｄＢ点から測定したフィルタのバンド幅である。欄「f1,20dB」は、パスバンドの下側における周波数に対応し、Ｓ２１はIL,minから２０ｄＢ下である。「fh,20dB」は、パスバンドの上側における周波数であり、Ｓ２１はIL,minから２０ｄＢ下である。
【００２９】
なお、ファイル名p5tkch3.s2pによって確認される第３フィルタデザインの実測Ｓ２１データは、図５−８に示された特性曲線に対応する。すべての例において、中心周波数Ｆ0は、表１の「F0,MHz」欄の正のdeltasによって示されるように再焼成時に上方へシフトした。すべての例において、挿入損失も、表１の「IL,min」欄の正のdeltasによって示されるように再焼成時に改善された。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
従って、示されたものは、基板含有フィルタを最初の製造に続いてさらに高い温度まで再焼成することによりＬＴＣＣのような多層セラミック基板に埋設されたマイクロ波フィルタの中心周波数をシフトする方法である。なお、この方法は、ＬＴＣＣに埋設されたフィルタに限定されず、ＨＴＣＣフィルタにも適用できる。
その方法はまた、多層セラミック基板に埋設された線状フィルタやセラミック基板の単一層上に印刷された微少片フィルタ構造にも適用可能である。この方法はさらに、調整がフィルタのカットオフ周波数の調整を備える場合に、ハイパス又はローパスフィルタに適用可能である。
【００３２】
この発明の方法は、このように説明されたので、種々の方法で変形されることは明らかである。しかしながら、そのような変形はこの発明の精神および範囲から離れるとは見なされない。従って、当業者にとって自明であるようなすべての変形は、次の特許請求の範囲の範囲内に含まれるように意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は同じフィルタから誘電率を変化させることによって得られる模擬周波数応答を表す１組の特性曲線である。
【図２】図２は、多層ＬＴＣＣ基板に設けられた５つの個別リッジ導波フィルタを備える埋設リッジ導波フィルタバンクの上面図である。
【図３】図３は、図２に示すフィルタバンクに含まれるタイプの単一埋設リッジ導波フィルタを示す斜視図である。
【図４】図４は複数の特定タイプのＬＴＣＣ基板用の再焼成温度の関数として誘電率の関係をプロットで示す。
【図５】図４に示すような異なるピークプロファイル温度でＬＴＣＣ基板を再焼成することによって、異なる中心周波数に調整された図３に示されるタイプの埋設フィルタの実測Ｓパラメータを示す。
【図６】図４に示すような異なるピークプロファイル温度でＬＴＣＣ基板を再焼成することによって、異なる中心周波数に調整された図３に示されるタイプの埋設フィルタの実測Ｓパラメータを示す。
【図７】図４に示すような異なるピークプロファイル温度でＬＴＣＣ基板を再焼成することによって、異なる中心周波数に調整された図３に示されるタイプの埋設フィルタの実測Ｓパラメータを示す。
【図８】図４に示すような異なるピークプロファイル温度でＬＴＣＣ基板を再焼成することによって、異なる中心周波数に調整された図３に示されるタイプの埋設フィルタの実測Ｓパラメータを示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2007523527.tif 000008
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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