JPH10117104A

JPH10117104A - 積層誘電体フィルタ

Info

Publication number: JPH10117104A
Application number: JP28603596A
Authority: JP
Inventors: Tomohiko Tsugai; 智彦番; Kazuhisa Yamazaki; 和久山崎; Kenji Fujimoto; 健次藤本; Yuji Matsushita; 祐二松下
Original assignee: FDK Corp
Current assignee: FDK Corp
Priority date: 1996-10-08
Filing date: 1996-10-08
Publication date: 1998-05-06

Abstract

(57)【要約】【課題】内部入出力電極パターンの面積を極端に大き
くしなくても、積層位置を変えて共振器内導体に接近さ
せなくても、外部入出力電極をオフセット配置させず
に、初段の結合を強くし通過帯域を広げることができる
ようにする。【解決手段】多数の誘電体シートが積層・接合されて
焼結一体化されている誘電体チップ２０の内部に、一端
開放で他端短絡の複数の共振器内導体２２と、両側の共
振器内導体に対して積層方向で間隔をおいて対向する内
部入出力電極パターン２８を設け、誘電体チップの外面
には、共振器外導体２４と、外部入出力電極２６とを設
け、誘電体チップ内で内部入出力電極パターンと外部入
出力電極とを連絡パターン２９で接続した構造である。
ここで外部入出力電極は誘電体チップの側面中央に（オ
フセットせずに）設けられ、誘電体チップ内部の連絡パ
ターンの一端が内部入出力電極パターンの開放端寄りの
位置に接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、誘電体シートを多
数枚積層・接合して焼結したチップ状の誘電体材料の内
部に、複数の共振器内導体を並設し、外面にはアース電
極となる共振器外導体と外部入出力電極を設けたストリ
ップ線路型の積層誘電体フィルタに関するものである。
更に詳しく述べると本発明は、誘電体チップの内部に、
両端に位置する共振器内導体に対向して内部入出力電極
パターンを設け、該内部入出力電極パターンの開放端寄
りの位置に連絡パターンの一端を接続し、他端を誘電体
チップの側面中央に位置する外部入出力電極に接続する
ことにより、通過帯域を広くした積層誘電体フィルタに
関するものである。この積層誘電体フィルタは、例えば
マイクロ波を利用した自動車電話機あるいは携帯電話機
などの各種移動体通信機器中で用いられる。

【０００２】

【従来の技術】誘電体材料を使用するマイクロ波用フィ
ルタとして、共振器をストリップ線路で構成する形式が
ある。１／４波長共振器型の場合には、誘電体材料の内
部に、一端が開放端であり他端が短絡端であって、共振
波長の１／４の奇数倍の長さのストリップ線路型の共振
器内導体を設け、外面には共振器外導体と入出力電極を
設ける。誘電体材料の内部で、このような共振器内導体
を複数個、フィルタ特性に応じた結合度となるように並
設することによって、帯域通過フィルタ特性が得られ
る。

【０００３】近年の通信機器の小型化に伴い、誘電体フ
ィルタも一層の小型化が要求され、それに対応すべく一
部で積層構造が採用されている。これは多数の誘電体シ
ート（グリーンシート）を積層して加圧一体化し、焼結
する構成である。例えば、内部の共振器内導体を導電ペ
ーストのスクリーン印刷で誘電体シート上に形成し、そ
れを含めて誘電体シートを多数積層して圧着一体化し、
外面に共振器外導体と入出力電極を形成して焼結する。
通常、多数個取りができるように、大きな誘電体シート
を使用し、圧着一体化した後に縦横に切断してチップ状
にする製法が採用されている。

【０００４】従来の２段インターデジタル型フィルタの
一例を図８に示す。Ａは実装面を上に向けた状態での外
観を、Ｂは内部の導電体層のみの透視状態を、Ｃは内部
入出力電極パターン位置での断面を、それぞれ示してい
る。なお図面を分かり易くするために、添付図面のいず
れの図においても、ハッチングを施した部分は導電体の
層を表している。一部で導電体の層をかなり厚く描いて
あるが、実際にはスクリーン印刷などにより導電ペース
トを印刷し焼き付けたものであって、極く薄い層であ
る。

【０００５】誘電体チップ１０の内部に一端開放で他端
短絡の２個の共振器内導体１２を配設し、誘電体チップ
１０の外表面に外部アース導体となる共振器外導体１４
と外部入出力電極１６を形成する。ここで共振器内導体
１２は、誘電体チップ１０の一方の側面からそれに対向
する他方の側面まで達するように互いに平行に設けら
れ、一端が開放状態（共振器外導体１４に接続されな
い）であって、他端が短絡状態（共振器外導体１４に接
続される）にある。２個の共振器内導体１２は、開放端
と短絡端が交互に位置するように互い違いに設けられて
いる。なお外部入出力電極１６は、それらと異なる両側
面から一方の主表面に連続するように延設されている。

【０００６】誘電体フィルタとして、用途によっては通
過帯域の広い特性が要求される場合がある。それを実現
するためには、共振器内導体同士の間隔を狭くして結合
を強くすると共に、それに伴って初段の結合（両端に位
置する共振器内導体と外部入出力電極との結合）も強く
する必要がある。そこで、図８のＢ及びＣに示されてい
るように、誘電体チップ１０内に、共振器内導体１２に
対向するような内部入出力電極パターン１８を設け、該
内部入出力電極パターン１８と外部入出力電極１６とを
連絡パターン１９で接続する構成が採用されている。内
部入出力電極パターン１８は、共振器内導体１２の中央
で積層方向で対向するように設けられ、連絡パターン１
９は、その内部入出力電極パターン１８の中央から最短
距離で引き出され、側面中央に位置する外部入出力電極
１６に接続されている。

【０００７】また別の例としては、内部入出力電極パタ
ーンや連絡パターンは設けずに、図９に示すように、広
面積の外部入出力電極１６を共振器内導体１２の開放端
寄りにずらせて（オフセットして）設け、それによって
初段の結合を強くする構成もある。なお図９も、実装面
を上に向けた状態での外観を示している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】図８に示すような内部
入出力電極パターンを設ける構成では、ある程度は帯域
幅を広げることができるものの、更に広い通過帯域特性
を得ようとすると、初段結合の容量を大きくしなければ
ならないため、内部入出力電極パターンの共振器内導体
との対向面積を広く取ったり、積層位置を近づける（内
部入出力電極パターンと共振器内導体との間隔を狭くす
る）等の対策が必要となる。しかし、これらの対策は、
誘電体同士の接着面積や誘電体シートの厚さにより限界
があり、ある程度までしか通過帯域を広げることができ
ない。

【０００９】図９に示すように、外部入出力電極のみで
初段結合を強くしようとすると、外部入出力電極の面積
を大きくせざるを得ず、それによって外部からの影響を
受け易くなるし、小型化の制約になる。また、外部入出
力電極をオフセット配置すると、実装基板への制約が大
きくなる。

【００１０】本発明の目的は、内部入出力電極パターン
の面積を極端に大きくしなくても、積層位置を変えて極
端に共振器内導体に接近させなくても、外部入出力電極
をオフセット配置させずに、初段の結合を強くして通過
帯域を広げることができる積層誘電体フィルタを提供す
ることである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、多数の誘電体
シートが積層・接合されて焼結一体化されている誘電体
チップの内部に、一端開放で他端短絡の複数の共振器内
導体と、両端に位置する共振器内導体に対して積層方向
で間隔をおいて対向する内部入出力電極パターンを設
け、誘電体チップの外面には、共振器外導体と、該共振
器外導体から独立した外部入出力電極とを設け、誘電体
チップの内部で前記内部入出力電極パターンと外部入出
力電極とを連絡パターンで接続した構造のストリップ線
路型の積層誘電体フィルタである。ここで本発明の特徴
は、外部入出力電極は誘電体チップの側面中央に（即
ち、オフセットせずに）設けられ、誘電体チップ内部の
連絡パターンの一端が、各内部入出力電極パターンの開
放端寄りの位置に接続されている点にある。

【００１２】誘電体チップ内部の連絡パターンの一端
が、内部入出力電極パターンの開放端寄りの位置に接続
され、他端が外部入出力電極に接続されていると、理由
は明らかではないが、種々の実験の結果によれば、連絡
パターンを最短距離で接続した場合に比べて初段結合容
量が大きくなって、初段の結合が強くなり、結果的に通
過帯域が広がることが判明した。しかも、初段の結合が
強くなる度合いは、連絡パターンの一体の接続位置が、
内部入出力電極パターンの開放端に近づくほど大きくな
ることも分かった。本発明は、このような現象の知得に
基づきなされたものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係る積層誘電体フ
ィルタの一例であり、２段インターデジタル型の例であ
る。同図において、Ａは実装面を上に向けた状態での外
観を、Ｂは内部の導電体層のみの透視状態を示してい
る。また図２はその積層誘電体フィルタにおける各誘電
体シートの積層状態を示し、図３は内部入出力電極パタ
ーン位置での断面を示している。誘電体チップ２０の内
部に一端開放で他端短絡の２個の共振器内導体２２を配
設し、該共振器内導体２２を挾むように上下に間隔をお
いて内部入出力電極パターン２８を設ける。また誘電体
チップ２０の外表面に外部アース導体となる共振器外導
体２４と外部入出力電極２６を形成する。ここで共振器
内導体２２は、誘電体チップ２０の一方の側面からそれ
に対向する他方の側面まで達するように互いに平行に設
けられ、一端が開放状態（共振器外導体２４に接続され
ない）であって、他端が短絡状態（共振器外導体２４に
接続される）にある。２個の共振器内導体２２は、開放
端と短絡端が逆となるように（即ち、互い違いとなるよ
うに）設けられる。外部入出力電極２６は、前記開放端
や短絡端とは異なる両側面に形成され、そこから一方の
主表面（図１のＡでは上面）まで延設されている。誘電
体チップ内の内部入出力電極パターンと外部入出力電極
とは連絡パターンで接続される。

【００１４】通過帯域の広いフィルタ特性を実現するた
めには、共振器内導体２２同士の間隔を狭くして結合を
強くすると共に、それに伴って初段結合（両端に位置す
る共振器内導体と外部入出力電極との結合）も強くする
必要がある。そこで本発明では、従来技術と同様、誘電
体チップ２０内に、共振器内導体２２に対向するように
内部入出力電極パターン２８を設け、該内部入出力電極
パターン２８と外部入出力電極２６とを連絡パターン２
９で接続する。そして本発明では、内部入出力電極パタ
ーン２８の開放端寄りの位置で外部入出力電極２６との
間を連絡パターン２９で接続する。ここでは両者の間を
連絡パターン２９で直線的に接続している。なお、誘電
体チップ２０の内部に、両端を共振器外導体２４に接続
したＬ型の負荷容量パターン３０を設けている。この負
荷容量パターン３０は、共振器内導体長さを短縮して誘
電体チップのより一層の小形化を図るために設けたもの
である。従って、それほどの小形化を必要としない場合
には、この負荷容量パターンは省略可能である。

【００１５】このような積層誘電体フィルタは、例えば
図２に示すような手順で製造することができる。まず多
数の未焼結の誘電体シート（グリーンシート）を用意す
る。それらはマイクロ波用誘電体材料（例えば、ＢａＯ
−ＴｉＯ₂−Ｎｄ₂Ｏ₃系高誘電率材料にガラス材料を
添加した低温焼結材料）に有機バインダを加えてシート
状に成形したものであり、通常数十μｍ程度の厚さであ
る。単なる誘電体シート（導電体層を形成していない誘
電体シート）４０の他に、導電ペースト（例えば、銀ペ
ースト）を用いてスクリーン印刷法などにより表面に必
要な導電体パターンを形成した誘電体シートを用意す
る。それらには、全面に外面アースパターンを印刷した
誘電体シート４２、内部入出力電極パターンと連絡パタ
ーンと負荷容量パターンを印刷した誘電体シート４４、
共振器内導体パターンを印刷した誘電体シート４６、及
び外面アースパターンとそれとは絶縁されている２個の
外部入出力電極パターンを両端部で印刷した誘電体シー
ト４８がある。

【００１６】そして、共振器内導体パターンを印刷した
誘電体シート４６を中央に配置し、上下に単なる誘電体
シート４０を必要枚数積層し、更に内部入出力電極パタ
ーンと連絡パターンと負荷容量パターンを印刷した誘電
体シート４４を置き、更に単なる誘電体シート４０を必
要枚数積層して、最上部には全面に外面アースパターン
を印刷した誘電体シート４２を、最下部には外面アース
パターンとそれとは絶縁されている２個の外部入出力電
極パターンを印刷した誘電体シート４８を配置し、加圧
することにより圧着一体化する。なお、最下部の誘電体
シート４８は、外側面（図２では下面）に外面アースパ
ターンと外部入出力電極パターンが現れる向きで積層す
る。その後、チップの側面に共振器外導体と外部入出力
電極となる導電材料を印刷し焼結することによって、積
層誘電体フィルタが得られる。

【００１７】図４は他の例を示しており、内部入出力電
極パターン２８の開放端寄りの位置と外部入出力電極２
４との間を、階段状の連絡パターン３９で連絡してい
る。このような階段状の連絡パターンでも、上記と同様
の広帯域化の効果がある。連絡パターン以外の構成は図
１と同様であってよいので、対応する部分には同一符号
を付し、それらについての説明は省略する。

【００１８】本発明は、上記のようなインターデジタル
型のみならずコムライン型のフィルタにも適用できる。
また２段のみならず、３段以上の多段フィルタにも適用
できる。負荷容量パターンは、設けてもよいし、設けな
くてもよい。内部入出力電極パターン及び連絡パターン
は、共振器内導体に対して積層方向の片側のみに設けて
もよいし、図１及び図２に示すように共振器内導体を挾
むように積層方向の両側に配置してもよい。両側に配置
する方が対向面積が大きくなり、初段の結合を強くでき
る。

【００１９】また本発明の構成では、連絡パターンの内
部入出力電極パターンとの接続位置によって初段の結合
容量が変化する。そのため、その効果を利用して、要求
されるフィルタ特性に応じて、接続位置を変えるだけ
で、初段結合容量を任意に設定することも可能である。

【００２０】

【実施例】図５は本発明に係る積層誘電体フィルタの一
実施例を示す説明図であり、２段のコムライン型フィル
タの例である。同図は各誘電体シートの積層状態を示し
ている。最下部に外面アースパターンとそれとは絶縁さ
れている２個の外部入出力電極パターンを印刷した誘電
体シート６０を配置し、その上に内部入出力電極パター
ンと連絡パターンを印刷した誘電体シート６１、共振器
内導体パターンを印刷した誘電体シート６２、電界結合
パターンを印刷した誘電体シート６３、負荷容量パター
ンを印刷した誘電体シート６４を、その順序で積み重
ね、最上部には全面に外面アースパターンを印刷した誘
電体シート６５を配置する。なお上記の各誘電体シート
の間には、必要に応じて単なる誘電体シート（導電体層
の印刷されていないシート）６６を必要枚数積層介在さ
せる。但し、最下部の誘電体シート６０は、外側面（図
５では下面）に外面アースパターンと外部入出力電極パ
ターンが現れる向きで積層する。そして、全体を加圧す
ることにより圧着一体化する。その後、チップの側面に
共振器外導体と外部入出力電極となる導電材料を印刷
し、焼結することによって、積層誘電体フィルタ６８が
得られる。実際には、大きな誘電体シートを用いて多数
個取り方式で製造し、圧着一体化後に縦横に切断して焼
結することになる。

【００２１】即ち、誘電体チップ７０の内部に一端開放
で他端短絡の２個の共振器内導体７２が配設され、該共
振器内導体７２に近接して積層方向に間隔をおいて内部
入出力電極パターンが対向する。また共振器内導体７２
に近接して間隔をおいて電界結合パターンが位置し、更
に間隔をおいて開放端側に負荷容量パターンを設けられ
る。誘電体チップ７０の外表面に外部アース導体となる
共振器外導体７４と外部入出力電極７６が設けられる。
ここで共振器内導体７２は、誘電体チップ７０の一方の
側面からそれに対向する他方の側面まで達するように互
いに平行に設けられ、一端が開放状態（共振器外導体７
４に接続されない）であって、他端が短絡状態（共振器
外導体７４に接続される）にある。２個の共振器内導体
７２は、同じ側面に開放端が位置するように設けられ
る。外部入出力電極７６は、前記開放端や短絡端とは異
なる両側面から一方の主表面（図５の外観図では下面）
に連続するように延設されている。

【００２２】通過帯域の広いフィルタ特性を実現するた
め、共振器内導体７２同士の間隔を狭くして結合を強く
すると共に、それに伴って初段結合（両端に位置する共
振器内導体と外部入出力電極との結合）も強くする。そ
こで本発明では、誘電体チップ７０の内部に、共振器内
導体７２に対向するように内部入出力電極パターンを設
け、該内部入出力電極パターンと外部入出力電極７６と
を連絡パターンで接続する。ここでは、内部入出力電極
パターンの開放端寄りの位置で外部入出力電極７４との
間を直線的に連絡している。なお、誘電体チップ７０の
内部に、両端及び中央端を共振器外導体７４に接続した
Ｔ型の負荷容量パターンを設けている。この負荷容量パ
ターンは、共振器内導体長さを短縮して誘電体チップの
より一層の小形化を図るためのものである。また電界結
合パターンは、両方の共振器内導体間に実質的にコンデ
ンサを挿入したのと等価とし、フィルタを有極化してフ
ィルタの減衰特性を良好にするために設けられている。

【００２３】このように構成した２段コムライン型積層
誘電体フィルタのフィルタ特性の比較結果を図７に示
す。これは、内部入出力電極パターンとの連結パターン
のみ異なり、その他の構造は全く同一の２種のフィルタ
の比較結果である。図６のＡに本発明品のパターンを示
し、Ｂに比較例のパターンを示す。内部入出力電極パタ
ーン９０は位置及び大きさとも両者同一である。本発明
品（図６のＡ）では、連絡パターン９１は内部入出力電
極パターン９０の開放端寄りの位置に接続され、直線的
に外部入出力電極の中央まで引き出される。比較例（図
６のＢ）では、連絡パターン９２は内部入出力電極パタ
ーン９０の中央から外部入出力電極の中央まで最短距離
で引き出される。

【００２４】図７において、横軸は周波数を示し、中心
周波数ｆ₀は１９０７ＭHz、スパン（１目盛り）は２０
０ＭHzであり、縦軸は挿入損失（ｄＢ）を示している。
実線が本発明品の特性線であり、破線が比較例の特性線
である。両者を比較すれば明らかなように、図６のＢの
連絡パターンを使用した従来品では、３ｄＢ帯域幅で約
２００ＭHzまでしか整合をとることができなかったが、
図６のＡに示す連絡パターンを使用した本発明品では、
３ｄＢ帯域幅で約２８０ＭHz以上に広げても整合がとれ
る。つまり、単に連絡パターンの内部入出力電極パター
ンに対する接続位置を開放端寄りに変えただけで、他の
電極等のパターンを変えなくても、帯域幅を約８０ＭHz
も広げることができ、通過帯域の広いフィルタを構成で
きることになる。

【００２５】また種々の実験の結果、連絡パターンの接
続位置を変える手法は、対向面積を大きくしたり、積層
位置を近くするよりも効果が大きいことも判明してい
る。

【００２６】

【発明の効果】本発明は上記のように、誘電体チップ内
部の連絡パターンの一端が、内部入出力電極パターンの
開放端寄りの位置に接続することで、初段結合の容量を
大きくでき、外部入出力電極をオフセットさせることな
く、また内部入出力電極パターンを大きくすることな
く、より通過帯域の広いフィルタが得られる。そのた
め、積層誘電体フィルタが大型化することもなく、外部
の影響も受け難いし、実装基板への制約も少なくて済
む。

【００２７】また内部入出力電極パターンとの接続位置
によって初段結合の容量が変化するため、外部入出力電
極の位置によらず、任意の初段結合容量を設定できる。
またその容量変化は大きいために、初段結合の容量設定
の自由度も増大する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る積層誘電体フィルタの一例を示す
説明図。

【図２】その各誘電体シートの積層状態を示す説明図。

【図３】その内部入出力電極パターン位置での断面図。

【図４】本発明に係る積層誘電体フィルタの他の例の内
部入出力電極パターン位置での断面図。

【図５】本発明に係る積層誘電体フィルタの他の実施例
の各誘電体シートの積層状態を示す説明図。

【図６】特性比較のための本発明品と比較品の内部入出
力電極パターン及び連絡パターンの説明図。

【図７】本発明品と比較例のフィルタ特性の比較線図。

【図８】従来技術の一例を示す説明図。

【図９】従来技術の他の例を示す斜視図。

【符号の説明】

２０誘電体チップ２２共振器内導体２４共振器外導体２６外部入出力電極２８内部入出力電極パターン２９連絡パターン３０負荷容量パターン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松下祐二東京都港区新橋５丁目36番11号富士電気化学株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多数の誘電体シートが積層・接合されて
焼結一体化されている誘電体チップの内部に、一端開放
で他端短絡の複数の共振器内導体と、両端に位置する共
振器内導体に対して積層方向で間隔をおいて対向する内
部入出力電極パターンが設けられ、誘電体チップの外面
には、共振器外導体と、該共振器外導体から独立した外
部入出力電極とが設けられ、誘電体チップの内部で前記
内部入出力電極パターンと外部入出力電極とが連絡パタ
ーンで接続される構造のストリップ線路型の積層誘電体
フィルタにおいて、外部入出力電極は誘電体チップの側面中央に設けられ、
誘電体チップ内部の連絡パターンの一端が、各内部入出
力電極パターンの開放端寄りの位置に接続されているこ
とを特徴とする積層誘電体フィルタ。
【請求項２】内部入出力電極パターンと連絡パターン
とが、共振器内導体を挾むように積層方向の両側に配置
されている請求項１記載の積層誘電体フィルタ。