(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の誘電体層を積層してなる積層体の上下に一対の接地電極を配設するとともに、前記積層体の内部に、
一端が前記接地電極に接続されて短絡端とされた上部短絡電極および一端が開放端とされるとともに他端が前記上部短絡電極の他端に接続された上部開放電極から成る上部共振電極と、一端が前記接地電極に接続されて短絡端とされた下部短絡電極および一端が開放端とされるとともに他端が前記下部短絡電極の他端に接続された下部開放電極から成る下部共振電極と、
を前記上部短絡電極と前記下部短絡電極と、および前記上部開放電極と前記下部開放電極とがそれぞれ前記誘電体層を介して一部が対向するように配設してなる積層ストリップラインフィルタであって、
前記上部短絡電極は、間隔をあけて並ぶとともに各他端が前記上部開放電極に接続された第１および第２の上部短絡電極を備えており、
前記上部開放電極および前記下部開放電極は、平面透視して互いに直交していることを特徴とする積層ストリップラインフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば携帯電話や無線ＬＡＮ等の無線通信機器その他の各種通信機器等において使用される積層ストリップラインフィルタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機等の移動体通信機器等に使用されるフィルタは、移動体通信機器等の薄型化、小型化の要求に伴い、誘電体同軸型共振器を用いたフィルタから分布定数回路を共振器に用いた積層ストリップラインフィルタへと進展してきている。
【０００３】
また、移動体通信機器で使用する周波数の多様化に伴い、容易に様々な周波数特性を得ることのできるフィルタの要求が高まってきている。
【０００４】
これらの要求に対して例えば特許文献１に示されるような構造の積層ストリップラインフィルタが提案されている。特許文献１に示される構造の積層ストリップラインフィルタを図４〜図７を用いて説明する。
【０００５】
図４は特許文献１の積層ストリップラインフィルタを分解した斜視図であり、図５は上面透視図、図６は図５のｂ−ｂ’における断面図、図７は等価回路図である。
【０００６】
特許文献１に示す積層ストリップラインフィルタは、順次積層された誘電体層１０〜１２の層間に、第１の開放電極２４および第１の短絡電極２５を形成し、第１の開放電極２４の開放端２６に対して反対側の端部と、第１の短絡電極２５の短絡端２７に対して反対側の端部とを電気的に接続して第１の共振器（共振電極）を形成し、さらにこれと異なる層間に第２の開放電極２２および第２の短絡電極２３を形成し、第２の開放電極２２の開放端２６に対して反対側の端部と、第２の短絡電極２３の短絡端２７に対して反対側の端部とを電気的に接続して第２の共振器（共振電極）を形成し、第１および第２の開放電極２４・２２と短絡電極２５・２３の少なくとも一部が誘電体層１１を挟んで対向するようにし、第１および第２の共振器を平面透視で内側に含むようにして、第１および第２の共振器の上下に接地電極２０・２１を形成した構造になっている。そして第１および第２の共振器にそれぞれ給電ポート２９・２８を設けている。
【０００７】
この特許文献１の構造は図７に示す等価回路図に置き換えることができる。第１および第２の共振器と接地電極２０，２１間に形成されるインダクタ成分とキャパシタンス成分がそれぞれＬＢとＣＢに相当し、上面視して第１および第２の共振器が重なる領域ＷＡおよびＷＢで両共振器間で形成されるインダクタンス成分とキャパシタンス成分がそれぞれＬｆｒとＣｆｒに相当する。ＬｆｒとＣｆｒはフィルタ特性における減衰極の発生に寄与する部分であり、各開放電極および短絡電極の大きさ、上面視して共振器が重なる領域の幅、誘電体の厚みや誘電率などを調整することにより様々なフィルタ特性を得ることのできる積層ストリップラインフィルタを実現していた。
【特許文献１】特開平９−３３１２０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に示されるような従来の構造の積層ストリップラインフィルタは、第１の共振器と第２の共振器の対向する部分、すなわち上面視して両共振器の重なっている領域での結合量によって、フィルタ特性の減衰極に寄与するインダクタンス成分およびキャパシタンス成分を形成しているため、誘電体に縦方向（各電極の開放端や短絡端から反対側の端部に伸びる方向）や横方向（縦方向と直交する方向）の積層ずれが発生した場合、共振電極間の対向する部分の面積が変化することで結合量が変化し、その結果形成されるインダクタンス成分およびキャパシタンス成分が変化してしまう。従ってフィルタ特性の減衰極にずれが生じ、所望のフィルタ特性を得ることが困難であるという問題点があった。
【０００９】
本発明は上記問題点を解決するために完成されたものであり、その目的は横方向や縦方向に積層ずれが起こってもフィルタ特性に与える影響の極めて少ない積層ストリップラインフィルタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の積層ストリップラインフィルタは、複数の誘電体層を積層してなる積層体の上下に一対の接地電極を配設するとともに、前記積層体の内部に、一端が前記接地電極に接続されて短絡端とされた上部短絡電極および一端が開放端とされるとともに他端が前記上部短絡電極の他端に接続された上部開放電極から成る上部共振電極と、一端が前記接地電極に接続されて短絡端とされた下部短絡電極および一端が開放端とされるとともに他端が前記下部短絡電極の他端に接続された下部開放電極から成る下部共振電極とを、前記上部短絡電極と前記下部短絡電極と、および前記上部開放電極と前記下部開放電極とがそれぞれ前記誘電体層を介して一部が対向するように配設してなる積層ストリップラインフィルタであって、前記上部短絡電極は、間隔をあけて並ぶとともに各他端が前記上部開放電極に接続された第１および第２の上部短絡電極を備えており、前記上部開放電極および前記下部開放電極は、平面透視して互いに直交していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の積層ストリップラインフィルタによれば、上部短絡電極は、間隔をあけて並ぶとともに各他端が上部開放電極に接続された第１および第２の上部短絡電極を備えており、上部開放電極および下部開放電極は、平面透視して互いに直交していることから、誘電体層間に縦方向や横方向に積層ずれが起こっても、その積層ずれに起因する上部および下部共振電極間の対向する幅の変化や結合のずれ等を抑制することができ、フィルタ特性に与える影響の極めて少ない積層ストリップラインフィルタを提供することができる。
【００１２】
すなわち、短絡電極側において、第１の上部短絡電極と下部短絡電極との対向する幅と、第２の上部短絡電極と下部短絡電極との対向する幅の総和（つまり上部短絡電極と下部短絡電極との対向する幅）は、誘電体層に、例えば横方向に積層ずれが起こった場合でも、第１の上部短絡電極の内側端部で減少した分、第２の上部短絡電極の内側端部での増加により相殺され、一定に保たれる。
【００１３】
また、短絡電極側はインダクタとして働き、上部および下部短絡電極間の誘電体層を挟んで対向する部分において相互インダクタンスが発生するが、上部および下部短絡電極側について縦方向の積層ずれによる対向部分の面積の変動は本来の対向部分の面積に対してわずかなので、この縦方向の積層ずれは、相互インダクタンスの大きさに大きな影響を与えない。従って、縦方向および横方向の積層ずれが生じたとしても、相互インダクタンス成分はほぼ一定に保たれる。
【００１４】
また、上部および下部の短絡電極間に発生する相互インダクタンスを効果的に得るためには、上部および下部の短絡電極において、流れる電流の方向を同一または逆方向として有効に相互インダクタンスを発生させることが望ましい。これに対し、本発明の積層ストリップラインフィルタにおいて、上部および下部短絡電極は上下に平行であり、流れる電流の向きは同一である。つまり、本発明の構造において短絡電極側では、上下の短絡電極間を有効に結合させることができるように各短絡電極を配置しながら、積層ずれに起因する結合のずれを極力小きる。
【００１５】
一方、開放電極側では上部開放電極の一部が下部開放電極と対向し、かつ直交するように配置させていることから、上部および下部開放電極間の対向する面積は、それぞれの開放電極の幅を一辺の長さとする矩形状の領域に対応する。そのため、誘電体層に、横方向および縦方向の積層ずれが起こっても、対向する領域の各辺の長さは変わらないので、開放電極同士の対向する部分の面積は変動せず、一定に保たれる。
【００１６】
したがって、上部および下部開放電極同士が対向することにより生じるキャパシタンス成分は所望の値からの変動が効果的に防止される。
【００１７】
以上のことから、短絡電極および開放電極が誘電体層を挟んで対向する部分の面積の総和が大きく変化することが効果的に防止され、全体として常に同じ大きさの電磁界的な結合を得ることができる。従って積層ずれが発生しても減衰極の変動を極めて小さなものにすることができ、フィルタ特性の変動に与える影響も極めて小さなものにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の積層ストリップラインフィルタの一例として、誘電体層を３層積層し、その上下面に一対の接地電極を配置し、内部に、上部共振電極および下部共振電極を配置した例を示す。以下、図面を用いて説明する。図１は本発明の積層ストリップラインフィルタの実施の形態の一例を示す透視斜視図、図２は上面透視図、図３は図２のａ−ａ’における断面図である。
【００１９】
図１〜図３において、３０〜３２は誘電体層、３３および３４は接地電極、３５aおよび３５ｂは上部短絡電極を形成する第１および第２の短絡電極、３６は下部短絡電極、３７は上部開放電極、３８は下部開放電極である。そして第１および第２の上部短絡電極３５ａ，３５ｂはそれぞれ一部が下部短絡電極３６と対向するようにＷＡの幅の間隔（第１の上部短絡電極３５ａと第２の上部短絡電極３５ｂとの間の空白部）をはさんで配されており、上部開放電極３７と下部開放電極３８は一部が対向するように平面透視して互いに直交に配されている。
【００２０】
上部短絡電極（第１、第２の上部短絡電極３５ａ、３５ｂ）および下部短絡電極３６は、一端（この実施形態では誘電体層の外縁に位置する部位）が接地電極と接続されて短絡端とされている。また、上部および下部開放電極３７、３８は、一端が開放端とされている。
【００２１】
そして第１および第２の上部短絡電極３５ａ、３５ｂ（上部短絡電極）と上部開放電極３７は、他端同士が接続導体３９によって電気的に接続されており、下部短絡電極３６と下部開放電極３８は、他端同士が接続導体４０によって電気的に接続されている。
【００２２】
この第１および第２の上部短絡電極の互いに接続された端部が、接続導体３９を介して、上部開放電極３７の開放端に対して反対側の端部と電気的に接続され、上部共振電極を形成している。また、下部短絡電極３６は、短絡端に対して反対側の端部が、接続導体４０を介して、下部開放電極３８の開放端に対して反対側の端部と電気的に接続され、下部共振電極を形成している。
【００２３】
この一対の共振電極は、それぞれの短絡電極同士、および開放電極同士が互いに一部ずつ平面視で対向するように配置され、対向部分においてそれぞれ結合によるインダクタンス成分およびキャパシタンス成分を生じてフィルタ特性の減衰極を発生させている。なお、上部開放電極３７は、第１および第２の上部短絡電極３５ａ、３５ｂに対して、直線状に連なる形態ではなく、接続導体３９を間に挟んで、折れ曲がる形態で形成されており、平面透視で下部開放電極３８と直交している。各短絡電極３５ａ、３５ｂ、３６および各開放電極３７、３８は、発生させるフィルタ特性に応じて幅が全長にわたって一定のパターン、例えば長方形状等の矩形状のパターンに形成されている。
【００２４】
そして各短絡電極３５ａ、３５ｂ、３６と各開放電極３７，３８を平面透視で内側に含むように積層体の上下に接地電極３３・３４を形成している。また、この実施形態において積層体の側面には接地導体が配されている（図示せず）。側面の接地導体は、各短絡電極３５ａ，３５ｂ，３６の短絡端と電気的に接続され、各短絡電極３５ａ、３５ｂ、３６を接地させて短絡電極となすためのものである。接地導体は、例えば、接地電極３３，３４と接続されて接地されている。
【００２５】
なお、各短絡電極３５ａ，３５ｂ，３６の短絡端の接地は、必ずしも側面の接地導体を介して行なう必要はなく、誘電体層３０〜３２を厚み方向に貫通するビア導体を介して短絡端を接地電極３３，３４と電気的に接続させることにより行なうようにしてもよい。
【００２６】
また、接続導体３９の中点に入力ポートを設定し、接続導体４０の中点に出力ポートを設定している（図示せず）。
【００２７】
このような構造を備える積層ストリップラインフィルタにおいて、フィルタ特性の減衰極は第１および第２の上部短絡電極３５ａ、３５ｂと下部短絡電極３６との対向する領域の幅、すなわちＷＢ、ＷＣの幅を持った領域と、上部開放電極３７と下部開放電極３８との対向する領域すなわちSの大きさ（対向する面積）によって決定される。ここで、ＷＢは平面透視した場合の第１の上部短絡電極３５ａと下部短絡電極３６との重なり部分を示し、ＷＣは第２の上部短絡電極３５ｂと下部短絡電極３６との重なり部分を示す。
【００２８】
本発明の構造によると、図２および図３において、例えば横方向（第１および第２の上部短絡電極３５ａ，３５ｂ同士の互いに対向する辺に直交する方向）における右方向へ下部短絡電極３６が１０μm積層ずれをおこしたとすると、短絡電極側ではＷＢは１０μm小さくなるが、ＷＣは１０μm大きくなる。従って第１および第２の短絡電極と第３の短絡電極３６の対向部分の大きさの総和は、積層ずれが起こったとしても変化しない。
【００２９】
すなわち、下部短絡電極３６の第１および第２の上部短絡電極３５ａ，３５ｂ同士の互いに対向する辺に平行な辺（図２では左右に位置する辺）がそれぞれ、平面透視して第１および第２の上部短絡電極３５ａ，３５ｂの内側に重なるように位置している。つまり、下部短絡電極３６は、第１の上部短絡電極３５ａの一部とだけ重なっているとともに第２の上部短絡電極３５ｂの一部とだけ重なっている。
【００３０】
また、短絡電極側はインダクタとして働き、上部および下部短絡電極間（誘電体層を挟んで対向する部分）において相互インダクタンスが発生するが、上部および下部短絡電極側について縦方向の積層ずれによる対向部分の面積の変動は本来の対向部分の面積に対してわずかなので、この縦方向の積層ずれは、相互インダクタンスの大きさに大きな影響を与えない。
【００３１】
したがって、縦方向および横方向の積層ずれが生じたとしても、相互インダクタンス成分はほぼ一定に保たれる。
【００３２】
また、上部および下部の短絡電極間に発生する相互インダクタンスを効果的に得るためには、上部および下部の短絡電極において、流れる電流の方向を同一または逆方向として有効に相互インダクタンスを発生させることが望ましい。これに対し、本発明の積層バンドパスフィルタにおいて、上部および下部短絡電極は上下に平行であり、流れる電流の向きは同一である。
【００３３】
つまり、本発明の構造において短絡電極側では、上下の短絡電極間を有効に結合させることができるように各短絡電極を配置しながら、積層ずれに起因する結合のずれを極力小さくすることができる。
【００３４】
また、開放端側においては上部および下部開放電極３７、３８を互いに直交させて配置していることから、両者の平面視での対向する領域の形状は、それぞれの線幅を、対向する各一対の辺の長さとする矩形状であるので、対向する領域の大きさ（面積）Sは、例えば横方向に積層ずれが起こったとしても、上記領域の一辺の長さは一定なので変化しない。
【００３５】
また、同様に縦方向に積層ずれが発生した場合でも直交させて配置していることから、積層ずれの前後で対向する領域の大きさSが変化しない。
【００３６】
したがって、上部および下部開放電極３７、３８同士が対向することにより生じるキャパシタンス成分は所望の値からの変動が効果的に防止される。
【００３７】
すなわち、本発明の積層ストリップラインフィルタは、短絡電極側では、有効に上部および下部短絡電極間３５ａ、３５ｂ、３６を結合させ、積層ずれに起因する変動を最小限に抑えながら相互インダクタンス成分を確保することができるとともに、わずかな積層ずれでもキャパシタンス成分の変動が生じる開放電極側では、積層ずれを効果的に吸収することができる。
【００３８】
これにより誘電体層に積層ずれが発生した場合でも、フィルタ特性の減衰極は変動せず、安定した特性を得ることができる。
【００３９】
なお、上部および下部開放電極３７、３８は、図示した例に限らず、平面透視して互いに直交するように配置されていればよく、例えば、下部開放電極３８が、下部短絡電極３６の延長線に対し直交するように配置されるとともに、上部開放電極３７が上部短絡電極（第１の上部短絡電極３５ａや第２の上部短絡電極３５ｂ）の延長線に対し平行になるように配置されることにより、直交していてもよい。
【００４０】
また、横方向、縦方向の積層ずれに幅広く対応させるには、パターンの中心同士が対向するように配置することが望ましい。なお、上部および下部開放電極３７，３８は、平面視で完全に直角に交差する状態が最良であるが、各パターンを形成する場合の位置精度（例えば、後述する厚膜印刷法で形成する場合の印刷精度）等の加工精度に応じて生じる程度の若干の角度のずれは許容される。
【００４１】
また、各短絡電極や開放電極は、異なる層間に形成することも可能である。ただし、設計の複雑さや手間を考慮すると、各共振電極を構成する電極が同じ層間に位置することが望ましい。また、接続導体の持つ寄生成分（浮遊容量など）を考慮して、接続導体の形状はより小さいことが望ましい。
【００４２】
なお、本発明における積層ストリップラインフィルタは、例えば、無線通信用として５００ＭＨｚ〜１０ＧＨｚ程度の周波数の高周波信号が用いられるが、その誘電体層や導体には周知の高周波用配線基板に使用される種々の材料や形態のものを使用することができる。
【００４３】
誘電体層３０〜３２、としては、例えばアルミナセラミックス、ムライトセラミックスなどのセラミックス材料やガラスセラミックスなどの無機系材料、あるいは四ふっ化エチレン樹脂（ポリテトラフルオロエチレン；ＰＴＦＥ）、四ふっ化エチレン−エチレン共重合樹脂（テトラフルオロエチレン−エチレン共重合樹脂；ＥＴＦＥ）、四ふっ化エチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂；ＰＦＡ）などのフッ素樹脂やガラスエポキシ樹脂、ポリイミドなどの樹脂系材料などが用いられる。２次実装の信頼性を重視する場合は、熱膨張率の高い材料も用いられる。これらの材料による誘電体層３０〜３２の形状や寸法（厚みや幅、長さ）は、使用される高周波信号の周波数や用途などに応じて設定される。
【００４４】
誘電体層３０〜３２は、例えば、アルミナセラミックスからなる場合であれば、アルミナの粉末にシリカ、カルシア等を添加してなる原料粉末を、有機溶剤、バインダとともにシート状に成形してセラミックグリーンシートを作製し、これを複数枚積層し、焼成することにより作製される。
【００４５】
また、樹脂系材料であれば、例えば、未硬化のエポキシ樹脂をガラス基材に含浸させた後、硬化させることによりガラスエポキシ樹脂からなる誘電体層３０〜３２を形成することができる。
【００４６】
また、本発明の積層ストリップラインフィルタにおける各電極は、高周波信号伝送用の金属材料の導体層、例えばＣｕ層、Ｍｏ−Ｍｎのメタライズ層上にＮｉメッキ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、Ｗのメタライズ層上にＮｉメッキ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、Ｃｒ−Ｃｕ合金層、Ｃｒ−Ｃｕ合金層上にＮｉメッキ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、Ｔａ２Ｎ層上にＮｉ−Ｃｒ合金層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、Ｔｉ層上にＰｔ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、またはＮｉ−Ｃｒ合金層上にＰｔ層およびＡｕメッキ層を被着させたものなどを用いて、厚膜印刷法あるいは各種の薄膜形成方法やメッキ法などにより形成される。その厚みや幅も、伝送される高周波信号の周波数や用途などに応じて設定される。
【００４７】
例えば、Ｗのメタライズ層であれば、Ｗの粉末を有機溶剤、バインダとともに混練して作製した金属ペーストを、誘電体層３０〜３２となるセラミックグリーンシートにスクリーン印刷法等により所定パターンで印刷することにより形成される。
【００４８】
また、メッキ法により形成する場合であれば、周知の電解メッキ法や無電解メッキ法を適宜選択して用いることができる。
【００４９】
また、空白部の幅ＷＡや対向領域の幅（面積Ｓ）等は、発生させようとする所望のフィルタ特性に応じて適宜設定することができる。
【００５０】
セラミック基板として、特に高周波信号を扱う基板には導体材料として高導電率材料のＣｕなどが用いられ、この高導電率材料の融点より低い温度で焼結するガラスセラミックなどが併せて用いられる。
【実施例】
【００５１】
図８に本発明の実施例として、通過帯域を３．２ＧＨｚ付近とし、減衰極を２．８ＧＨｚ付近として設計したものを電磁界解析シミュレータによってモデリングし、透過特性の解析を行った結果を示す。横軸が周波数（ＧＨｚ）、縦軸が挿入損失（ｄＢ）である。
【００５２】
誘電体層３０〜３２の誘電率は７．７に設定した。そして積層ずれが横方向にプラス１００μm、マイナス１００μm、また縦方向に１００μｍ発生したと仮定して再度モデリングし、解析した結果を重ねている。
【００５３】
図８において、Ａが積層ずれが無いモデルでの解析結果、Ｂが横方向にプラス１００μm、Ｃが横方向にマイナス１００μm、Ｄが縦方向に１００μｍ積層ずれがあるモデルでの解析結果である。また、図９は従来の構造でフィルタ特性を発生させ、同様に積層ずれによる特性変化を解析した結果である。図９において、Ａ'が積層ずれが無いモデルでの解析結果、Ｂ’が横方向に１００μm、Ｃ’が縦方向に１００μm積層ずれのあるモデルでの解析結果である。
【００５４】
図８および図９の結果をみると明らかなように、従来の構造では積層ずれによって減衰極が変動しているのに対し、本発明の構造では積層ずれによる減衰極の変動がほとんど無く安定した結果であることがわかる。
【００５５】
この結果から本発明の構造の積層ストリップラインフィルタは従来の構造の積層ストリップラインフィルタより、積層ずれが起こってもフィルタ特性に与える影響が極めて少ないことが確認できた。
【００５６】
なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更、改良を加えることは何ら差し支えない。例えば、入出力ポートの位置を適宜設定することができる。また、各上部電極および下部電極は上下逆になっても差し支えない。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の積層ストリップラインフィルタついて実施の形態の一例を示す斜視透視図である。
【図２】図１の積層ストリップラインフィルタの上面透視図である。
【図３】図２の積層ストリップラインフィルタのａ−ａ’線における断面図である。
【図４】従来の積層ストリップラインフィルタの構造を示す斜視透視図である。
【図５】図４の積層ストリップラインフィルタの上面透視図である。
【図６】図５の積層ストリップラインフィルタのｂ−ｂ’線における断面図である。
【図７】図４の積層ストリップラインフィルタの等価回路図である。
【図８】本発明の実施例のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図９】従来の構造でのシミュレーション結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５８】
３０〜３２・・・誘電体層
３３，３４・・・接地電極
３５ａ・・・第１の上部短絡電極
３５ｂ・・・第２の上部短絡電極
３６・・・下部短絡電極
３７・・・上部開放電極
３８・・・下部開放電極
【図１】
0004502937.tif 000002
【図２】
0004502937.tif 000003
【図３】
0004502937.tif 000004
【図４】
0004502937.tif 000005
【図５】
0004502937.tif 000006
【図６】
0004502937.tif 000007
【図７】
0004502937.tif 000008
【図８】
0004502937.tif 000009
【図９】
0004502937.tif 000010