(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
共面シールドを具備するセラミック・フィルタであって：
上面，底面および側面を有し、かつフィルタ本体内に共振器を画定する、前記上面から前記底面に延在する複数の金属被覆貫通穴を有する、誘電材料のブロックからなるフィルタ本体；
前記底面および前記側面を実質的に被覆する金属被覆層であって、前記上面は、上部パターンを画定する金属被覆パターンを有する、金属被覆層；
前記側面のうちの一つの上で導電性材料の領域を含み、かつ前記側面のうちの一つの金属被覆層の金属被覆されていない領域によって実質的に囲まれた、少なくとも第１および第２入出力パッド；および
前記フィルタ本体の前記上部パターンから所定の高さで導電性シールドを維持する複数の隔離脚を有する導電性シールドであって、前記隔離脚は、前記少なくとも第１および第２入出力パッドを有する前記側面の一つから所定の距離で前記フィルタの上面上の前記上部パターンの一部に接続される、導電性シールド；
によって構成されるセラミック・フィルタ。
【請求項２】
前記導電性シールドは、その正面部および背面部のうち少なくとも一つの上で同調窓を画定する開口部を有する請求項１記載のセラミック・フィルタ。
【請求項３】
前記導電性シールドは、錫被覆鋼金属を含む請求項１記載のセラミック・フィルタ。
【請求項４】
前記導電性シールドは、約０．００５インチ（０．０１２７センチメートル）〜約０．０１インチ（０．０２５４センチメートル）の厚さからなる請求項１記載のセラミック・ブイルタ。
【請求項５】
共面シールドを具備するセラミック・フィルタであって：
上面，底面および側面を有し、かつフィルタ本体内に共振器を画定する、前記上面から前記底面に延在する複数の金属被覆貫通穴を有する、誘電材料のブロックからなるフィルタ本体；
前記底面および前記側面を実質的に被覆する金属被覆層であって、前記上面は、上部パターンを画定する金属被覆パターンを有する、金属被覆層；
前記側面のうちの一つの上で導電性材料の領域を含み、かつ前記側面のうちの一つの金属被覆層の金属被覆されていない領域によって実質的に囲まれた少なくとも第１および第２入出力パッド；および
前記フィルタ本体の上面上の前記上部パターンから所定の高さで導電性シールドを維持する第１複数および第２複数の隔離脚を有する導電性シールドであって、前記第１複数の隔離脚は、前記上部パターンに結合され、前記第２複数の隔離脚は、前記少なくとも第１および第２の入出力パッドを有する側面に対向する前記フィルタ本体の側面の一つの金属被覆層に結合される導電性シールド；
によって構成されるセラミック・フィルタ。
【請求項６】
前記第２複数の隔離脚は、概してＬ字型の金属シートを含む請求項５記載のセラミック・フィルタ。
【請求項７】
前記導電性シールドは、同調窓を画定する開口部を有する請求項５記載のセラミック・フィルタ。
【請求項８】
前記導電性シールドは、その正面部および背面部のうち少なくとも一つの上で同調窓を画定する開口部を有する請求項５記載のセラミック・フィルタ。
【請求項９】
前記導電性シールドは、錫被覆鋼金属を含む請求項５記載のセラミック・フィルタ。
【請求項１０】
前記導電性シールドは、約０．００５インチ（０．０１２７センチメートル）〜約０．０１インチ（０．０２５４センチメートル）の厚さからなる請求項５記載のセラミック・フィルタ。
【請求項１１】
共面シールドを具備するセラミック・フィルタであって：
上面，底面および側面を有し、かつフィルタ本体内に共振器を画定する、前記上面から前記底面に延在する複数の金属被覆貫通穴を有する、誘電材料のブロックからなるフィルタ本体；
前記底面および前記側面を実質的に被覆する金属被覆層であって、前記上面は、上部パターンを画定する金属被覆パターンを有する、金属被覆層；
前記側面のうちの一つの上で導電性材料の領域を含み、かつ前記側面のうちの一つの金属被覆層の金属被覆されていない領域によって実質的に囲まれた少なくとも第１および第２入出力パッド；および
前記フィルタ本体の上面上の前記上部パターンから所定の高さで導電性シールドを維持する正面部分の第１複数の隔離脚を有する導電性シールドであって、前記第１複数の隔離脚は、フィルタの上面の前記金属被覆パターンに直接結合され、前記導電性シールドが、前記少なくとも第１および第２の入出力パッドを有する側面の一つに対向する前記フィルタ本体の側面に、略相補的に構成された複数の溝に結合された第２複数の隔離脚を有する導電性シールド；
によって構成されるセラミック・フィルタ。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は、セラミック・フィルタに関し、さらに詳しくは、共面(coplanar)シールドを具備するセラミック・フィルタに関する。
発明の概要
望ましくない周波数成分の信号を濾波するためにフィルタ回路を設計・利用することは周知である。また、これらのフィルタは、一つまたはそれ以上の共振器が形成されたセラミック材料から作製できることも周知である。
多くの従来のセラミック・ブロック・フィルタは、誘電材料の平行六面体状のブロックからなり、このブロックに多くの穴が一面から反対の面に貫通している。多くの場合、これらのフィルタは、フィルタの所望の周波数特性を得るために、上面のプリント・キャパシタを利用する。
ブロック・フィルタにおける共振器の上端部は、そこから放射する強い電界を有し、この電界は、無線または他の通信装置や、信号処理を必要とする装置におけるフィルタの周りの回路に悪影響を及ぼすことがあることが知られている。また、これらの放射電界は、フィルタ自体の性能にも悪影響を及ぼすことがある。従来のフィルタでは、電界放射は、フィルタを接地された金属ハウジング内に収容することによって最小限に抑えられる。
また、電界放射は、一般にブロック・フィルタの外面に半田付けされた金属接地ブラケット内にフィルタの上面を封入または収容することによっても低減できる。別の方法では、フィルタの側面に装着され、かつフィルタの上面を保護するように取り囲むＬ字型打抜金属シールドを利用する。
残念ながら、Ｌ字型打抜金属シールドを利用することは、シールド型フィルタの製造段階でさまざまな問題を生じ、また通信装置の回路板上にフィルタを載置する際にもさらに問題を生じる。問題には、半田付けの領域，接着，平行度，共面性，寸法，重量および処理工程数がある。恐らく、フィルタを利用する製造業者の最大の問題点は、セラミック・フィルタの適切な接地を確保するために、Ｌ字型打抜金属シールドの底端部を回路板に適切に半田付けしなければならないことである。この問題は、たとえシールド寸法を十分に制御できたとしても、フィルタ製造工程公差に起因するセラミック・ブロック寸法のばらつきによって悪化する。
完全に自らを収容し、かつ回路板に接続する必要がなく、しかもさまざまなセラミック・フィルタ設計上で入出力フットプリント(footprint)を標準化し、かつ回路板上で必要な面積を低減する効果を提供し、またシールドの浮動端部と回路板との間の良好な接続を確保する負担をエンド・ユーザから軽減する、共面シールド設計を有するセラミック・フィルタを提供することは、当技術分野における改善となる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、プリント回路板に装着された従来のシールド型セラミック・フィルタの側面図を示し、ここでＬ字型シールドの浮動端部はセラミック・フィルタの入出力パッド側面と共面である。
第２図は、本発明によるプリント回路板に装着されたシールド型セラミック・フィルタの側面図を示す。
第３図は、本発明による第２図に示すシールド型フィルタの上面斜視図を示す。
第４図は、本発明による第２図に示すシールド型フィルタの側面斜視図を示す。
第５図は、本発明による共面シールドを具備するセラミック・フィルタの別の実施例を示す。
第６図は、本発明による共面シールドを具備するセラミック・フィルタのさらに別の実施例を示す。
好適な実施例の詳細な説明
第１図は、プリント回路板に装着された従来のシールド型セラミック・フィルタの側面図を示す。この図面からわかるように、セラミック・フィルタ１００が設けられる。このフィルタは、電気接地ループを閉じるために、シールドの浮動端部(floating edge)が回路板１０６に直接半田付けされるように装着された、シールド１０４を具備するセラミック・フィルタ・ブロック１０２を含む。回路板に対するシールドの装着点は、第１図では１０８として示されている。導電性上部パターンは、第１図では１１０として示されている。
本発明は、第２図ないし第６図を参照することによって理解を深めることができよう。本発明において、シールドは直接セラミック・ブロック・フィルタに実質的に完全に装着される。シールドをこのように装着することにより、多くの処理上および製造上の効果が実現できる。
従来技術では、シールドの浮動端部とブロックの底面との間の共面性(coplanarity)を確保するためには、シールドをブロックに装着した後、シールドが切り取られた。この工程は、セラミック・フィルタ・ブロックを焼成した後に、ブロックの寸法上の不均等性のために必要である。各個別のフィルタ・シールドは、回路板に装着される入出力パッドと、回路板に装着されるシールドの浮動端部との間の共面性を確保するために、切り取られる。本発明の共面シールド設計を有するセラミック・フィルタは、切り取り処理工程の必要性を最小限にするか、完全に省き、その結果、時間およびコストの節約が得られる。
これらのセラミック・フィルタを利用する製造業者に対する本発明の利点は、控えめにいうことはできない。このフィルタ・シールド設計の再現性のある性能のほかに、製造業者は改善された信頼性，品質の向上および組立工程の簡略化を達成できる。本発明のフィルタ・シールド設計により、休止時間の低下および生産性の向上が得られる。さらに、製造業者は、本発明により、修理工程数の少数化を実現でき、検査工程を省くことができる。
第２図は、プリント回路板に装着されたシールド型セラミック・フィルタの側面図を示す。セラミック・フィルタ２００が設けられ、セラミック・フィルタ・ブロック２０２およびシールド２０４は、シールドがブロック２０２の上面上の導電性上部パターン２１０に直接半田付けされるように装着される。従って、従来技術のように、電気接地ループを閉じるためにシールドを回路板２０６に直接装着することはもはや必要ない。
本発明の別の利点は、上部パターンを適用する際に、フィルタ・ブロックの上面が極めて平坦な面を必要とすることである。そのため、これらのフィルタの製造における従来の処理工程では、フィルタの上面が平坦であることを確保するための工程を伴う。本発明のシールド型設計は、シールドをフィルタの導電性上面パターンに直接装着するので、フィルタの上面とシールドとの間には一定のギャップ（図３および図５の高さ「Ｚ」）があり、その結果、フィルタで一貫した電気特性および歩留りの向上が得られる。
本発明は、フィルタ製造工程の電気試験段階で著しい効果を提供する。作製されたセラミック・フィルタは多くの関連電気仕様を満たしてからでないと、エンド・ユーザに送ることはできない。一般に、試験される電気特性には、挿入損失，リターン損失，中心周波数および帯域幅がある。これらのパラメータを試験するために必要な治具は複雑で、また試験を実施するためにシールドを個別に接地しなければならない場合にはさらに複雑になる。フィルタ２００では、シールド設計は、シールドがフィルタ・ブロックの上面導電性パターンに直接接地されるような設計なので、難しい試験治具の接地問題を解消し、その結果、フィルタの正確な電気試験が可能になる。従って、フィルタ２００は、シールド型セラミック・ブロック・フィルタの組み立てにおいて著しい効果を提供する。
第３図は、第２図に示すシールド型フィルタの立体図を示す。第３図は、共面シールド設計を具備するシールド型フィルタ３００を示す。この図は、上面３０４，底面３０６および側面３０８，３１０，３１２，３１４を有する誘電材料のブロックからなるフィルタ本体３０２を示す。また第３図では、共振器を画定する、フィルタの上面３０４から底面３０６に延在する複数の金属被覆貫通穴(metallized through holes)３１６も（点線で）示す。フィルタのすべての外面３０４，３０６，３０８，３１０，３１２，３１４および貫通穴３１６は、金属被覆層で実質的に被覆される。フィルタの上面３０４は、その上の導電性パターンを有する。入出力端子は、金属被覆されていない領域３２０によって囲まれた３１８として、第３図の一側面上に示される。第３図に示す本発明の実施例では、２つの入力ポートと、共通の出力ポートとを有するデュプレクス・フィルタが示される。ただし、本発明は、一つの入力ポートと一つの出力ポートとを有するフィルタにも適用できる。
また、シールドをフィルタ本体の上面３０４から所定の高さ「Ｚ」で維持する隔離脚(standoff legs)３２４を有する導電性シールド３２２も示される。同様に、シールドは、回路板の表面から所定の距離「Ｘ」だけ離れて装着される。シールドの背面には、導電性シールド３２２内に開口部３２６があり、これは個別の共振器を同調させることができる同調窓(tuning windows)を画定する。第３図から明白なように、導電性シールド３２２はセラミック・フィルタ本体の上面３０４に直接装着される。
本発明のシールド設計によって、エンド・ユーザにとって著しい柔軟性が達成される。製造業者は回路板にシールドを直接装着する必要がなくなるので、製造業者は回路板のレイアウトを設計する際に大きな自由が得られる。フィルタ・ブロックにシールドを直接装着することにより、フィルタ・ブロックは多くの他のセラミック・フィルタと整合性のあるフットプリントを有する。この結果、製造業者にとって時間およびコストの大きな節約が得られ、設計および製品の合理化が可能となる。
フィルタ３００の別の微妙であるが潜在的に適用可能な利点は、シールド装着技術の設計の結果として、回路板上の実領域または表面積が増加することがある。シールド３２２は、フィルタの上面の上部接地導電性パターンに直接装着できる。従って、従来では回路板にシールドを装着するために利用されてきた領域において、他の部品を回路板上に配置できる。完成された電子装置における部品の近接性を増加することにより、体積の減少を達成できる。体積の減少は、エレクトロニクスおよび通信産業の多くの分野における原動力である
第４図は、第２図に示すシールド型フィルタの別の立体図を示す。第４図は、フィルタ本体４０２と、導電性シールド４０４とを有するセラミック・フィルタ４００を示す。シールドは、正面に複数の隔離脚４０６を有する。隔離脚の間には、複数の同調窓(tuning windows)４０８が配置され、これらの同調窓４０８を介して個別の共振器にアクセスできる。この図から、重要な点は、導電性シールド４０４が入出力パッド４１２または対応する伝送ライン４１４に電気的に短絡しないように、同調窓４０８が設けられていることである。
シールドとして機能する金属ブラケットまたはハウジング内に完全に収容された上面を有するセラミック・ブロック・フィルタは、完全に機能するフィルタとなりうる。ただし、製造時に、フィルタ応答を調整するために、セラミック・ブロック・フィルタの個別の共振器を同調する必要が多い。これはフィルタの上面上に同調デバイスを直接導入する必要が多いので、窓の同調に対処するために、一連の同調窓をシールドに配置できる。本発明は、フィルタの電気的レイアウトに依存するさまざまな同調窓設計を有するさまざまなフィルタ・シールド設計を想定する。同調窓は、シールドがフィルタを浮遊電磁経路から保護するというその機能を依然として果たす程度に、寸法および数を増加できる。
上記の説明からわかるように、共面シールド設計を有するセラミック・フィルタの最大の利点は、組み立て，試験，検査および他の製造工程中に実現される。フィルタの接地ループはフィルタ自体で閉じられるので、フィルタの電気試験は確実かつ反復性がある。
第１図ないし第５図において、シールドは３つの入出力ポートを有するデュプレクサ・フィルタに適用して示されている。ただし、本発明は、シールドがフィルタ・ブロックの上面の一部に直接接合できる限り、シールドの必要がある任意のセラミック・ブロック・フィルタで利用できる。好適な実施例では、セラミック・フィルタ４００は、実質的に金属被覆された、あるいはシールド装着を促すために十分な量の接地導電性金属被覆を有する、上面を有する。
シールドをセラミック・フィルタに装着または接合する実際の方法は、製造技術に応じてそれぞれである。現在、ほとんどのシールドはセラミック・フィルタ・ブロックの金属被覆表面に半田付けされる。十分な強度および耐久性のある接合を達成するためには、少なくとも数百マイクロインチ（５−８ミクロン）の金属被覆層が望ましい。しかし、シールド装着の他の方法も本発明によって想定される。確かに、溶接方法または導電性接着剤を利用しても、同様な成果を達成できる。また、金属被覆および接着剤技術の進歩により、本発明の新規な精神および範囲から逸脱せずに、他の接合方法も採用してもよい。
同様に、実際のシールド用材料は、事情に応じてさまざまである。現在、０．００５インチ（０．０１２７センチメートル）〜０．０１０インチ（０．０２５４センチメートル）の範囲の厚さを有する錫被覆鋼の金属シールドが用いられる。しかし、フィルタを有害な浮遊電界から遮蔽すべく機能する任意の導電性材料を本発明に利用できる。ただし、錫被覆鋼シールドを利用すると、隔離脚として適性角度を有する形状に打抜またはプレス成形でき、かつ公差の極めてきつい形状にプレス成形できる部品となる効果が得られる。従って、フィルタ・ブロックの上面との望ましい共面性は容易に維持される。
上面パターンの接地設計は、本発明の重要な面であり、これによりフィルタ・ブロックの上面にシールドを直接装着できる。従って、上面金属被覆パターンは、適切な共振器間結合が維持され、しかも同時にフィルタ・ブロックの上面にシールドを装着することを可能にする十分な表面積を確保するように設計しなければならない。フィルタの上面は、シールドを装着するのに十分大きい面積を設けるために、実質的に金属被覆しなければならない。一般に、シールドは、約２５．０ポンド／インチ（４４６．８キログラム／メートル）の引張試験に耐えられるように、装着する必要がある。
ブロックの上面に対するシールドの面積は、シールドがブロックを実質的に覆い、特にフィルタ・ブロックの共振器貫通穴を覆うようにする。もちろん、大きな面積のオープン・スペースは、同調窓を収容する領域に存在してもよい。
本発明の別の実施例を第５図に示す。本実施例では、シールドはまだ回路板に直接接続されていないが、入出力パッド側面に対置する側面のシールド隔離脚は、ブロックの側面で下に延在する。この設計の一つの有用な特徴は、側面が金属被覆層で実質的に被覆されているので、シールドを装着できる比較的大きな表面積が存在することである。この折り返しシールド(wraparound shield)設計も、回路板から独立した接地ループを維持する。
さらに詳しくは、第５図は、共面シールド設計を有するシールド型フィルタ５００を示す。この図は、上面５０４，底面５０６および側面５０８，５１０，５１２，５１４を有する誘電材料のブロックからなるフィルタ本体５０２を示す。また第５図には、共振器を画定する、フィルタの上面５０４から底面５０６に延在する複数の金属被覆貫通穴５１６（点線）も示す。フィルタのすべての外面５０４，５０６，５０８，５１０，５１２，５１４および貫通穴５１６は、金属被覆層で実質的に被覆される。フィルタの上面５０４は、その上に導電性パターンを有する。入出力端子は、第５図では金属被覆されていない領域５２０によって取り囲まれた５１８として図示される。本実施例では、２つの入力ポートと、共通の出力ポートとを有するデュプレクス・フィルタが示されている。ただし、本発明は、一つの入力と一つの出力とを有するフィルタでも利用できる。
また、シールドをフィルタ本体から所定の高さ「Ｚ」で維持する隔離脚５２４を有する導電性シールド５２２も示される。同様に、シールドは、回路板の表面から所定の距離「Ｘ」だけ離れて装着される。導電性シールド５２２内の開口部５２６は、個別の共振器を同調することを可能にする同調窓を画定する。第５図から明白なように、導電性シールド５２２は、セラミック・フィルタ本体の上面５０４に直接装着される。好適な実施例では、導電性シールド５２２は、入出力パッド５１８を収容するフィルタ本体の側面５１４とは反対側のフィルタ本体の側面の一つ５１０の上に実際に延在する。本実施例では、導電性シールドは、フィルタ・ブロックの側面５１０上の金属被覆の大きな表面積のために、フィルタ本体５０２に極めて密接に装着できる。
第６図は、共面シールド設計を有するセラミック・フィルタのさらに別の実施例を示す。本実施例は、第５図に示す実施例の特徴と、他の潜在的に望ましい特徴とを有する。第６図に示す実施例では、シールド型セラミック・フィルタ６００が設けられる。このフィルタは、導電性シールド６０２が装着された誘電セラミックのブロック６０４からなる。本実施例では、隔離脚は、フィルタの側面６０８の上に延在し、隔離脚は、フィルタの側面６０８に存在する対応して構成された溝(trough)６１０内に収まる。従って、第６図では「Ｙ」と記される、回路板よりも上のシールド型フィルタの全高は、実質的に常に一定のままとなる。つまり、第６図に示すシールド装着設計では、シールドは、回路板より上のフィルタの全高「Ｙ」を増加せずに、フィルタの側面６０８に確実に装着されるという利点を有する。
本発明のさまざまな実施例について図説してきたが、前記実施例のさまざまな修正および代替ならびに再構成および組み合わせは、本発明の新規な精神および範囲から逸脱せずに、当業者によって可能である。
【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】
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【図６】
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