JP2851966B2

JP2851966B2 - 積層型誘電体フィルター

Info

Publication number: JP2851966B2
Application number: JP10198992A
Authority: JP
Inventors: 隆己平井; 信介矢野
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1992-03-27
Filing date: 1992-03-27
Publication date: 1999-01-27
Anticipated expiration: 2014-01-27
Also published as: JPH05275903A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、マイクロ波帯で使用される積層
型誘電体フィルターに係り、特に設計の自由度が高く、
優れたフィルター特性が得られる積層型誘電体フィルタ
ーの構造に関するものである。

【０００２】

【背景技術】近年、携帯電話や自動車電話等のマイクロ
波を利用した通信機器においては、損失を小さくするた
めに、各種の誘電体を使ったフィルターが使用されてい
る。中でも、誘電体セラミックスは、信頼性が高く、誘
電率ε_rが大きいのでフィルターの小型化にも向くため
に、好ましく使用されている。そして、そのような誘電
体フィルターの一つとして、ストリップライン型の伝送
線路を有する積層構造のフィルターが知られており、具
体的には、特開平３−９５０２号公報に開示されている
如き図１１〜図１３に示す構造のフィルターや、図１４
に示す構造のフィルターがある。

【０００３】その中で、図１１〜図１３に示されている
フィルターは、一方の主面に共振用電極２が設けられる
一方、他方の主面及び側面にアース電極４が設けられた
２枚の誘電体基板６，６が、共振用電極２が向き合うよ
うに貼り合わされた構造を有している。そして、一方の
誘電体基板６のアース電極４が設けられた側の主面外面
には、該アース電極４と非接続な状態で一対の入出力端
子８，８が設けられており、該入出力端子８，８と前記
共振用電極２の初段と最終段に位置するものとを接続す
るために、スルーホール電極１０が形成されている。即
ち、このフィルター構造では、共振用電極２と入出力端
子８がスルーホール電極１０により直接接続されている
のである。

【０００４】而して、この構造では、フィルターの減衰
特性が悪くなる問題があり、また回路設計を行なう上で
制限が多く、設計自由度が低くなり、フィルター特性の
向上を図ることが困難である問題があった。

【０００５】また、図１４に示されているフィルター
は、誘電体基板１６が３層構造を有し、導体との同時焼
成によって一体化せしめられるものである。そして、こ
の誘電体基板１６の一つの層に複数の共振用電極１２，
１２が内蔵され、また、それとは異なる層に一対の結合
用電極２０，２０が内蔵されている。一方、該誘電体基
板１６の外表面には、略全面にアース電極１４が設けら
れると共に、対向する一対の側面において、該アース電
極１４と非接続な状態で、一対の入出力端子１８，１８
が設けられている。そして、前記結合用電極２０，２０
が延長されて、その延長部分２０ａの端部が誘電体基板
１６の外表面にまで引き出されていることにより、外表
面の入出力端子１８と内部の結合用電極２０とが接続せ
しめられているのである。

【０００６】すなわち、このフィルターでは、入出力端
子１８は、結合用電極２０に接続され、共振用電極１２
に直接に接続されていない。そして、結合用電極２０と
共振用電極１２とは、それらの間に誘電体が存在するこ
とによって、所定の結合容量をもって結合されているの
であり、この構造によって、フィルターの減衰特性が有
利に向上されているのである。

【０００７】しかしながら、かかるフィルターでは、前
記結合用電極２０が、その延長部分２０ａによって大き
くなり過ぎてしまい、不要な浮遊容量を持ったり、不必
要に共振したりする場合が生じ、フィルター特性に予期
しない悪影響をもたらす問題があった。

【０００８】

【解決課題】このような事情を背景として、本発明は為
されたものであって、その解決課題とするところは、設
計の自由度が高く、優れたフィルター特性が得られると
共に、入出力部位で浮遊容量が形成されたり、共振が生
じたりしないような積層型誘電体フィルターを提供する
ことにある。

【０００９】

【解決手段】そして、上記の課題を解決するために、本
発明にあっては、誘電体基板中に複数の共振用電極を内
蔵すると共に、該誘電体基板の外面にアース電極が設け
られた一体的なトリプレート構造を有する誘電体フィル
ターにして、該誘電体基板中に、該共振用電極に対して
所定の結合容量をもって結合する結合用電極が設けられ
る一方、該誘電体基板の外表面に、前記アース電極と非
接続な状態で入出力端子が設けられ、それら結合用電極
と入出力端子とが、ビアホール電極にて接続されている
ことを特徴とする積層型誘電体フィルターを、その要旨
とするものである。

【００１０】

【作用・効果】すなわち、本発明に従う積層型誘電体フ
ィルターにおいては、入出力端子は結合用電極に接続さ
れ、直接に共振用電極に接続されない。従って、共振用
電極と結合用電極との間で様々な設計変更を行なうこと
ができ、結合用電極を複数の共振用電極と結合するよう
にしたり、或いは結合用電極と共振用電極の間に更に多
層に電極を配したりする等、設計の自由度が高い。ま
た、共振用電極と入出力端子との間に結合容量をいれる
場合には、共振用電極と入出力端子を直接に接続する場
合に比して、フィルターの減衰特性が効果的に高められ
得る効果がある。

【００１１】さらに、結合用電極と入出力端子とは、ビ
アホール電極にて接続されることから、結合用電極の大
きさを必要な容量が得られる大きさに限定して、可及的
に小さくすることができるために、かかる結合用電極に
よって不要な浮遊容量が形成されたり、不必要な共振が
生じる不具合がない。

【００１２】

【実施例】以下に、本発明をより具体的に明らかにする
ために、本発明の代表的な実施例について、図面に基づ
いて詳細に説明することとする。

【００１３】先ず、図１乃至図３には、本発明に従う構
造を有する積層型誘電体フィルターの一例が示されてい
る。このフィルターは、図１に示されているように、３
層構造を有すると共に、各層に各種の電極が形成された
誘電体基板２６が、導体との同時焼成により一体化せし
められているものである。なお、誘電体基板２６は公知
の各種誘電体セラミックスから構成され、また電極は、
従来から公知のディッピング法や、ＡｇやＣｕ等の導電
ペーストを用いた筆塗り法、スクリーン印刷等の転写法
の各種の電極形成方法によって形成される。そして、図
２には該フィルターの底面図が示され、図３には、図２
におけるIII −III 線断面を示す断面図が示されてい
る。

【００１４】ところで、３層の中の一番上の誘電体基板
２６には、その上面及び側面にアース電極２４が形成さ
れており、また、真ん中の誘電体基板２６の上面には、
２つの１／４波長の共振用電極２２，２２が、所謂コム
ライン構造となるように互いに平行に配置されて、形成
されている。即ち、該共振用電極２２は、図１において
手前側の端部が、該誘電体基板２６の側面に形成された
アース電極２４に接続されて、短絡端とされている一
方、図１において向こう側の端部が、該誘電体基板２６
の側面に形成されたアース電極２４に接続する電極３０
に対して所定間隔を隔てて対向せしめられて、開放端と
されている。それによって、各共振用電極２２に対応し
て、１／４波長トリプレート型共振器が２段設けられて
いるのである。

【００１５】さらに、一番下の誘電体基板２６には、上
面の、前記共振用電極２２，２２の開放端に対応する位
置に、一対の結合用電極３２，３２が形成されており、
下面の、該結合用電極３２，３２に対応する位置に、一
対の入出力端子２８，２８が形成されている（図２参
照）。また、該誘電体基板２６の側面及び下面には、そ
れら入出力端子２８，２８と電気的に非接続な状態で、
アース電極２４が形成されている。そして、該誘電体基
板２６には、上面の結合用電極３２と下面の入出力端子
２８を接続するビアホール電極３４が設けられているの
である。

【００１６】従って、このような３層構造の誘電体基板
２６を同時焼成によって一体化したフィルターは、図３
のような構造となる。即ち、入出力端子２８は結合用電
極３２に接続され、直接に共振用電極２２に接続されな
い。また、共振用電極２２と結合用電極３２とは、それ
らの間に誘電体が存在することによって、所定の結合容
量をもって結合せしめられているのである。そして、こ
のように共振用電極２２と入出力端子２８との間に結合
容量が設けられることによって、それらを直接に接続す
る構造の従来のフィルターに比して（図１３参照）、図
４に示すように、フィルターの減衰特性が効果的に高め
られ得るのである。また、かかるフィルターでは、共振
用電極２２と結合用電極３２との間に様々な設計変更を
行なう余地があり、設計の自由度が高い。

【００１７】さらに、結合用電極３２と入出力端子２８
とは、従来のような結合用電極３２の延長部分によって
ではなく、ビアホール電極３４によって接続されてい
る。それ故に、結合用電極３２の大きさを必要な容量が
得られる大きさに限定して、可及的に小さくすることが
でき、以てかかるフィルターでは、結合用電極３２によ
って不要な浮遊容量が形成されたり、不必要な共振が生
じる不具合がない。

【００１８】次に、図５〜図８に基づいて、本発明に従
う構造を有する積層型誘電体フィルターの別の実施例に
ついて、説明することとする。なお、以下の説明では、
前記実施例と同様の構造のものについては、同じ符号を
付して詳しい説明は省略することとする。

【００１９】このフィルターは、図５に示されているよ
うに、３層構造を有する誘電体基板２６が、同時焼成に
より一体化せしめられているものであり、前記実施例と
同様に、３層の中の一番上の誘電体基板２６にはアース
電極２４が形成され、また、真ん中の誘電体基板２６に
は１／４波長の共振用電極２２が所謂コムライン構造で
４つ形成されている。即ち、各共振用電極２２に対応し
て、１／４波長トリプレート型共振器が４段設けられる
ようになっている。

【００２０】そして、一番下の誘電体基板２６の上面に
は、前記共振用電極２２の開放端に対応する位置に、そ
れぞれ右側の２つ若しくは左側の２つの共振用電極２
２，２２に結合し得る大きさの一対の結合用電極３２，
３２が形成されている。更に、該結合用電極３２，３２
は、ビアホール電極３４，３４によって、該誘電体基板
２６の下面に設けられた一対の入出力端子２８，２８と
接続されている（図６参照）。また、該誘電体基板２６
の側面及び下面には、それら入出力端子２８，２８と電
気的に非接続な状態で、アース電極２４が形成されてい
る。

【００２１】従って、このような３層構造の誘電体基板
２６を同時焼成によって一体化したフィルターは、図７
のような構造となり、また該フィルターの左側の２段の
共振器部分についてみると、等価回路は図８のようにな
る。即ち、入出力端子２８は結合用電極３２に接続さ
れ、直接に共振用電極２２に接続されない。そして、結
合用電極３２と２つの共振用電極２２，２２とは、それ
らの間に誘電体が存在することによって、それぞれ所定
の結合容量Ｃ₁，Ｃ₂をもって結合せしめられているの
であり、且つそれら２つの共振用電極２２，２２間に
は、分布結合による誘導成分が生じて、等価的にインダ
クタンスＬが付加されているのである。

【００２２】このように、かかるフィルターでは、入出
力間に素子（結合容量Ｃ₂）を追加することができ、設
計の自由度が高い。しかも、このような回路を有するフ
ィルターでは、通過帯域の高周波数側において減衰極
（減衰ピーク）が設けられ得ることから、フィルターの
減衰特性が極めて効果的に高められ得るのである。ま
た、結合用電極３２と入出力端子２８とがビアホール電
極３４によって接続されているため、結合用電極３２の
大きさを必要な容量が得られる大きさに限定して、可及
的に小さくすることができ、不要な浮遊容量や共振が生
じない。

【００２３】さらに、図９には、本発明に従う構造を有
する積層型誘電体フィルターのまた別の実施例が示され
ており、該フィルターの左側の２段の共振器部分を示す
等価回路が図１０に示されている。このフィルターで
は、４つの共振用電極２２の中の初段のものと最終段の
ものに対応して、それぞれ、第一の結合用電極３６が設
けられ、更に、該第一の結合用電極３６に対して所定の
結合容量を以て結合すると共に、左側の２つ若しくは右
側の２つの共振用電極２２，２２に対して所定の結合容
量をもって結合する、第二の結合用電極３８が設けられ
ている。

【００２４】すなわち、このフィルターにおいても、入
出力端子２８は、ビアホール電極３４によって、第一の
結合用電極３６に接続され、直接に共振用電極２２に接
続されない。そして、第一の結合用電極３６と第二の結
合用電極３８とは、それらの間に誘電体が存在すること
によって、所定の結合容量Ｃ₁をもって結合せしめられ
ており、また、第二の結合用電極３８と２つの共振用電
極２２，２２とは、それらの間に誘電体が存在すること
によって、それぞれ所定の結合容量Ｃ₂，Ｃ₃をもって
結合せしめられているのである。

【００２５】このように、かかるフィルターでは、入出
力間に素子（結合容量Ｃ₂，Ｃ₃）を追加することがで
き、設計の自由度が高い。しかも、このような回路を有
するフィルターでは、通過帯域の低周波数側において減
衰極（減衰ピーク）が設けられ得ることから、フィルタ
ーの減衰特性が極めて効果的に高められ得るのである。
また、第一の結合用電極３６と入出力端子２８とがビア
ホール電極３４によって接続されているため、第一の結
合用電極３６の大きさを必要な容量が得られる大きさに
限定して、可及的に小さくすることができ、不要な浮遊
容量や共振が生じない。

【００２６】なお、上述してきたように、本発明では、
共振用電極及び結合用電極を、誘電体基板内に完全に内
蔵するところから、それらの電極を形成する導体には、
比抵抗の低いものを用いることが望ましい。何故なら、
電極でのロスがフィルターの通過域での損失を増加させ
るからであり、特に、マイクロ波帯での電磁波を扱う場
合には、結合回路の導体の抵抗が低い必要があり、低抵
抗のＡｕ系、Ａｇ系若しくはＣｕ系の導体を使用するこ
とが好ましい。

【００２７】そして、Ａｇ系やＣｕ系の導体を使用する
場合には、それらの導体の融点が低く、通常の誘電体材
料と同時焼成することは困難であるところから、それら
の融点（１１００℃以下）よりも低い温度で焼成され得
る誘電体材料を用いる必要がある。また、マイクロ波フ
ィルターとしてのデバイスの性格上、形成される共振回
路の共振周波数の温度特性（温度係数）が±５０ｐｐｍ
／℃以下になるような誘電体材料が好ましい。このよう
な誘電体材料としては、例えば、コージェライト系ガラ
ス粉末とＴｉＯ₂粉末及びＮｄ₂Ｔｉ₂Ｏ₇粉末との混
合物等のガラス系のものや、ＢａＯ−ＴｉＯ₂−ＲＥ₂
Ｏ₃−Ｂｉ₂Ｏ₃系組成（ＲＥ：レアアース成分）に若
干のガラス形成成分やガラス粉末を添加したものがあ
る。

【００２８】以下に、上述した構造を有する積層型誘電
体フィルターを実際に作製した例を示す。

【００２９】実施例１先ず、ＭｇＯ：１８wt％−Ａｌ₂Ｏ₃：３７wt％−Ｓｉ
Ｏ₂：３７wt％−Ｂ₂Ｏ₃：５wt％−ＴｉＯ₂：３wt％
なる組成のガラス粉末の７３wt％と、市販のＴｉＯ₂粉
末の１７wt％と、Ｎｄ₂Ｔｉ₂Ｏ₇粉末の１０wt％とを
十分に混合して、混合粉末を得た（なお、Ｎｄ₂Ｔｉ₂
Ｏ₇粉末は、Ｎｄ₂Ｏ₃粉末とＴｉＯ₂粉末を１２００
℃で仮焼した後、粉砕して得たものを使用した）。そし
て、この混合粉末に、アクリル系有機バインダー、可塑
剤、トルエン及びアルコール系の溶剤を加え、アルミナ
玉石で十分に混合してスラリーとし、このスラリーを用
いて、ドクターブレード法により、０．２mm〜０．５mm
の厚みのグリーンテープを作製した。

【００３０】次いで、得られたグリーンテープのうちビ
アホールが必要なものについては、通常のビアパンチン
グマシーンによりビアホールを形成した。そして、Ａｇ
系粉末、アクリル系有機バインダー及びテルピネオール
系の有機溶剤を、３本ローラーにより良く混練して、導
体ペーストを得た後、この導体ペーストを用いて、ビア
ホールに孔埋め印刷をした。また、この導体ペーストを
使用して、前記グリーンテープ上に、図１に示した配線
パターンや、上下二面のアース導体を印刷した。

【００３１】しかる後、これら導体パターンが印刷され
たグリーンテープを、所定の順番で重ねた後、１００
℃、１００kg／cm²の条件で積層一体化した。そして、
積層後、この積層体を切断し、その側面（切断面）に上
下のアース導体を接続するように側面のアース導体を印
刷して、図１に示す構造のフィルター前駆体を得た。更
にその後、かかるフィルター前駆体を、大気雰囲気下
で、９００℃、３０分の条件で同時焼成して、全体の厚
みが２mmの薄いマイクロ波用フィルターを得た。

【００３２】そして、このフィルターの特性を調べたと
ころ、９００ＭHz帯で、帯域幅：２０ＭHz、挿入損失：
３ｄＢであった。また、前記混合粉末の焼結体を作製し
て、所定の寸法に研磨した後、平行導体板型共振器法に
て、マイクロ波帯における共振周波数の温度特性（温度
係数）を測定したところ、−２５℃〜＋７５℃の間で、
＋１０ｐｐｍ／℃であった。

【００３３】実施例２先ず、ＢａＯ−ＴｉＯ₂−Ｎｄ₂Ｏ₃−Ｂｉ₂Ｏ₃系組
成の誘電体磁器の粉末に、低融点ガラス粉末及び低融点
金属酸化物粉末をそれらの合計量が８wt％となるように
添加して、混合粉末を調製した。そして、この混合粉末
に、アクリル系有機バインダー、可塑剤、トルエン及び
アルコール系の溶剤を加え、アルミナ玉石で十分に混合
してスラリーとし、このスラリーを用いて、ドクターブ
レード法により、０．２mm〜０．５mmの厚みのグリーン
テープを作製した。

【００３４】次いで、得られたグリーンテープのうちビ
アホールが必要なものについては、通常のビアパンチン
グマシーンによりビアホールを形成した。そして、Ａｇ
系粉末、アクリル系有機バインダー及びテルピネオール
系の有機溶剤を、３本ローラーにより良く混練して、導
体ペーストを得た後、この導体ペーストを用いて、ビア
ホールに孔埋め印刷をした。また、この導体ペーストを
使用して、前記グリーンテープ上に、図１に示した配線
パターンや、上下二面のアース導体を印刷した。

【００３５】しかる後、これら導体パターンが印刷され
たグリーンテープを、所定の順番で重ねた後、１００
℃、１００kg／cm²の条件で積層一体化した。そして、
積層後、この積層体を切断し、その側面（切断面）に上
下のアース導体を接続するように側面のアース導体を印
刷して、図５に示す構造のフィルター前駆体を得た。更
にその後、かかるフィルター前駆体を、大気雰囲気下
で、９００℃、３０分の条件で同時焼成して、全体の厚
みが２mmの薄いマイクロ波用フィルターを得た。

【００３６】そして、このフィルターの特性を調べたと
ころ、９００ＭHz帯で、帯域幅：２０ＭHz、挿入損失：
３ｄＢであった。また、前記混合粉末の焼結体を作製し
て、所定の寸法に研磨した後、平行導体板型共振器法に
て、マイクロ波帯における共振周波数の温度特性（温度
係数）を測定したところ、−２５℃〜＋７５℃の間で、
＋１５ｐｐｍ／℃であった。

【００３７】以上、本発明の代表的な実施例について詳
述してきたが、本発明が、そのような実施例の記載によ
って、何等の制約をも受けるものでないことは、言うま
でもないところである。また、本発明には、上記の実施
例の他にも、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、
当業者の知識に基づいて種々なる変更、修正、改良等を
加え得るものであることが、理解されるべきである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る積層型誘電体フィルターの一例に
ついて、その積層構造を示す説明図である。

【図２】図１の積層型誘電体フィルターの底面図であ
る。

【図３】図２におけるIII −III 線断面を示す断面図で
ある。

【図４】図３のフィルターの減衰特性と従来（図１３）
のフィルターの減衰特性を示すグラフである。

【図５】本発明に係る積層型誘電体フィルターの異なる
例について、その積層構造を示す説明図である。

【図６】図５の積層型誘電体フィルターの底面図であ
る。

【図７】図６におけるVII −VII 線断面を示す断面図で
ある。

【図８】図５の積層型誘電体フィルターの等価回路であ
る。

【図９】本発明に係る積層型誘電体フィルターの更に異
なる例を示す、図７に対応する断面図である。

【図１０】図９の積層型誘電体フィルターの等価回路で
ある。

【図１１】従来の積層型誘電体フィルターの一例につい
て、その貼り合わせ構造を示す説明図である。

【図１２】図１１の積層型誘電体フィルターの底面図で
ある。

【図１３】図１２におけるXIII−XIII線断面を示す断面
図である。

【図１４】従来の積層型誘電体フィルターの別の例につ
いて、その積層構造を示す説明図である。

【符号の説明】

２２共振用電極２４アース電極２６誘電体基板２８入出力端子３０電極３２結合用電極３４ビアホール電極３６第一の結合用電極３８第二の結合用電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭63−128801（ＪＰ，Ａ) 特開平２−284501（ＪＰ，Ａ) 特開平３−124101（ＪＰ，Ａ) 特開平１−125110（ＪＰ，Ａ) 実開平３−9502（ＪＰ，Ｕ) 実開平４−116403（ＪＰ，Ｕ) 国際公開92／4741（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01P 1/203 H01P 1/205 H01P 5/08

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】誘電体基板中に複数の共振用電極を内蔵
すると共に、該誘電体基板の外面にアース電極が設けら
れた一体的なトリプレート構造を有する誘電体フィルタ
ーにして、該誘電体基板中に、該共振用電極に対して所定の結合容
量をもって結合する結合用電極が設けられる一方、該誘
電体基板の外表面に、前記アース電極と非接続な状態で
入出力端子が設けられ、それら結合用電極と入出力端子
とが、ビアホール電極にて接続されていることを特徴と
する積層型誘電体フィルター。