JPH11214908A - 誘電体共振器および誘電体共振器装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 実装基板に対する誘電体共振器の位置精度を
高め、特性のばらつきを抑え、導電性接着剤などを用い
ることによる問題を解消する。 【解決手段】 誘電体板２２の両主面に、互いに対向す
る開口部を有する電極を形成してＴＥ０１０モードの誘
電体共振器２を構成し、誘電体板の電極上に複数の接合
用導電体突起部を形成する。この誘電体共振器２を、実
装基板１上の実装用電極２９に対して接合用導電体突起
部を介して実装する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、マイクロ波帯や
ミリ波帯で使用される誘電体共振器およびそれを用いた
誘電体共振器装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の移動体通信システムの需要の拡大
および伝送情報量の拡大に伴って、通信帯域がマイクロ
波帯からミリ波帯へ拡大されようとしている。このよう
な高周波帯域において発振器を構成する場合、その共振
器として誘電体共振器が用いられている。

【０００３】図８は従来の発振器の構成を示す分解斜視
図である。同図において１は実装基板であり、その表面
にマイクロストリップ線路８などの各種導電体パターン
を形成し、ＦＥＴ７を実装することによって発振回路を
構成し、さらに実装基板１の上面に支持台４３を介して
誘電体共振器４２を配置している。このような実装基板
１をステム４０に載置し、キャップ４１を被せることに
よって誘電体基板１の周囲全体をシールドしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このようなＴＥ０１δ
モードの誘電体共振器を用いた従来の発振器において
は、誘電体共振器の共振周波数が円柱形状の誘電体の比
誘電率と外形寸法によって決定され、またマイクロスト
リップ線路との結合が、相互間の距離によって決定され
るため、誘電体共振器４２と支持台４３に高い寸法精度
が要求され、さらに誘電体基板１上への誘電体共振器４
２の高い位置決め精度が要求される。しかもマイクロス
トリップ線路８と誘電体共振器４２との結合を変化させ
る場合、誘電体共振器４２の磁界分布が周囲に広がって
いるため、誘電体共振器４２の位置を変化させると、誘
電体共振器４２はマイクロストリップ線路８以外の他の
線路とも結合して発振条件が変化するため、誘電体共振
器４２とマイクロストリップ線路８との結合を独立して
変化させられない。そのため誘電体共振器４２とマイク
ロストリップ線路８との位置関係による結合度の再現性
が悪く、安定した特性が得にくいという問題があった。
また、ＴＥ０１δモードの誘電体共振器は誘電体部分へ
のエネルギの閉じ込め性が比較的低いため、所定のマイ
クロストリップ線路以外の線路との不要結合を防止する
ために、ある程度の間隔を設けなければならず、全体に
小型化が困難になるという問題もあった。

【０００５】そこで、本願出願人は特願平７−６２６２
５号（特開平８−２６５０１５号）でこれらの問題を解
消した加工精度に優れた誘電体共振器および誘電体フィ
ルタを提案している。

【０００６】上記出願に係る誘電体共振器および誘電体
フィルタは誘電体板の両主面に電極を形成することによ
って、誘電体板の一部を誘電体共振器として用いるもの
である。このような誘電体共振器は、その誘電体板に形
成されている電極をアース電極として用いることができ
るので、実装基板にマイクロストリップ線路等を形成し
て、上記誘電体共振器を実装することによって、誘電体
共振器と電子部品とを含む発振器等の高周波モジュール
を構成することができる。その構成例を図９に示す。
（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は断面図であり、誘電体板２２
の両主面に、互いに対向する円形の開口部２５，２６を
有する電極２３，２４を形成している。これにより電極
開口部部分にＴＥ０１０モードの誘電体共振器が構成さ
れる。

【０００７】このような誘電体共振器を、たとえば図１
０に示すように、実装基板１上に形成した実装用の電極
２９に対して導電性接着剤を介して誘電体共振器２を実
装すれば、発振器等の誘電体共振器装置が構成される。
この状態で実装基板１に形成した線路８と誘電体共振器
２とが電磁界結合することになる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、導電性接着
剤はその粘性が比較的小さく、硬化プロセスも必要とな
るため、このように誘電体板に形成した誘電体共振器を
導電性接着剤を用いて実装基板に実装する際、実装基板
に対する誘電体共振器の実装位置の精度および接着剤の
厚み寸法の精度をある程度以上に高めることが困難とな
る。そのため誘電体共振器と線路との結合度のばらつき
が生じることになる。また、導電性接着剤が共振器部分
を構成する電極開口部内にはみ出して、共振周波数が変
化する等の特性を損ねる恐れもある。

【０００９】この発明の目的は、上述した従来の各種問
題点を解消し、特に実装基板に対する誘電体共振器の位
置精度を容易に高められるようにし、且つ生産性を高め
られるようにした誘電体共振器およびそれを用いた誘電
体共振器装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明の誘電体共振器
は、誘電体板の両主面に、互いに対向する開口部を有す
る電極を形成して、当該開口部を共振器部としたもので
あって、誘電体板の電極上に複数の接合用導電体突起部
を形成する。

【００１１】この構造の誘電体共振器を用いれば、実装
基板上の電極に対して上記接合用導電体突起部を介して
容易に接合できるようになる。また、誘電体共振器と実
装基板とが対向する間隙に樹脂を充填すれば、両者の接
合強度が増し、その信頼性を高めることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】この発明の第１の実施形態に係る
発振器の構成を図１〜図４を参照して説明する。

【００１３】図１は発振器の分解斜視図である。同図に
おいて４０はステムであり、図における下方へピン１
６，１７，１８をそれぞれ絶縁状態で突出させている。
また同方向に固定用のネジ２０，２１を突出させてい
る。このステム４０の上部には、各種の導電体パターン
を形成し、部品を実装した実装基板１を載置している。
またステム４０の上部にキャップ４１を被せることによ
って、実装基板１周囲をシールドしている。

【００１４】実装基板１の図における下面には、ピン１
６，１７，１８が通る部分を避けてほぼ全面にアース電
極を形成している。

【００１５】同図において２は、誘電体板２２の両主面
に、互いに対向する円形の開口部を有する電極を形成し
てなるＴＥ０１０モードの誘電体共振器である。同図に
おける２３は誘電体板２２上面の電極であり、円形の開
口部２５をその中央に設けている。

【００１６】実装基板１の上面において、８はマイクロ
ストリップ線路を構成し、その所定位置で誘電体共振器
２のＴＥ０１０モードと結合する。７はＦＥＴであり、
マイクロストリップ線路８の一方の端部とマイクロスト
リップ線路４，１１にそれぞれ接続している。５はアー
ス電極であり、マイクロストリップ線路４との間にチッ
プ抵抗６を実装している。マイクロストリップ線路４と
３との間には基板上に静電容量を形成していて、マイク
ロストリップ線路３から延びる電極１５を出力電極とし
てピン１７に接続している。マイクロストリップ線路１
１と入力電極１４との間はインダクタとしてのマイクロ
ストリップ線路１２で接続している。入力電極１４とア
ース電極５との間にはチップコンデンサ１３を実装して
いる。１０はアース電極であり、マイクロストリップ線
路８の他方の端部とアース電極１０との間に終端抵抗と
してのチップ抵抗９を実装している。

【００１７】実装基板１の上面にはさらに誘電体共振器
２の実装用電極２９を形成している。３０はこの実装用
電極２９と実装基板１の裏面側のアース電極との間を導
通させるスルーホールである。

【００１８】図２の（Ｂ）は誘電体共振器２の電磁界分
布を示す図である。同図において、曲線は磁界分布につ
いて示している。このように、誘電体板の両主面に、互
いに対向する円形の開口部を有する電極を形成すること
によって、ＴＥ０１０モードの誘電体共振器として作用
する。

【００１９】図２の（Ａ）は誘電体共振器の斜視図であ
る。ここでは、実装基板に対する実装面を上面にして表
している。同図において２８は誘電体板２２の図におけ
る上面の電極２４と下面の電極との間を導通させるスル
ーホールである。また２７はそれぞれ所定高さだけ突出
する接合用導電体突起部（バンプ）である。この接合用
導電体突起部２７は電極２４に対してメッキを行うこと
により形成することができる。たとえば電極２４をＡｕ
電極とし、接合用導電体突起部形成位置を開口させたレ
ジスト膜を形成し、電気メッキを行うことによってＡｕ
電極またはＣｕ電極を所定のメッキ厚だけ付与して、そ
の後レジスト膜を除去すればよい。

【００２０】図３は実装基板に対する誘電体共振器の実
装状態を示す部分断面図である。実装基板１の下面側の
アース電極１９と上面側の実装用電極２９との間はスル
ーホール３０を介して接続している。この実装用電極２
９の表面に接合用導電体突起部２７を介して誘電体共振
器２を実装する。その際、熱圧着、超音波圧着、または
その両者を併用した超音波熱圧着法により接合を行う。
また、その際に接合用導電体突起部２７が一定量だけつ
ぶれて、実装基板１上の線路８と誘電体共振器２との間
隔が定まる。この間隔によって誘電体共振器と線路との
結合度が変化するので、圧着時の接合用導電体突起部２
７の潰れ寸法を考慮して、あらかじめその高さ（厚み寸
法）を定めれば、結合度を一定にできる。さらには、こ
の圧着時の接合用導電体突起部２７の潰れ寸法を制御す
ることで、誘電体共振器と線路との結合度を積極的に変
えてもよい。すなわち所定の結合度が得られるように、
圧着時の加圧力、加熱量、および超音波エネルギーの注
入量を制御してもよい。

【００２１】図４は上記発振器の全体の等価回路図であ
る。図中の番号は図１に示した各部の番号に対応してい
る。図４に示すように、線路８の一端は抵抗９により終
端され、他端はＦＥＴ７のゲートに接続されている。電
源入力電圧はチップコンデンサ１３とインダクタ１２に
よるフィルタを介してＦＥＴ７のドレインに印加され
る。発振信号はコンデンサを介してＦＥＴ７のソースか
ら出力端子へ取り出される。このようにして帯域反射型
発振回路を構成する。

【００２２】図５は第２の実施形態に係る誘電体共振器
装置の主要部の断面図である。図３に示した例では誘電
体共振器と結合する線路を誘電体共振器の実装面側に設
けたが、この図５に示すように実装基板１の裏面（誘電
体共振器２の実装面とは反対側の面）に線路８を形成し
て、結合させるようにしてもよい。この場合、線路８は
その両側のアース電極１９とともにコプレーナ線路を構
成するようにしてもよい。

【００２３】図６は第３の実施形態に係る誘電体共振器
装置の主要部の断面図である。実装基板１と共振器２の
構造は図３に示したものと同様であるが、この例では実
装基板１に対して共振器２を接合用導電体突起部２７を
介して接合した後に、誘電体共振器２と実装基板１との
対向する間隙に、たとえばエポキシ系樹脂５１を充填す
ることによって、接合用導電体突起部による接合部全体
を樹脂封止している。この構造によって実装基板１と誘
電体共振器２との全体の接合強度が高まり、その信頼性
が高まる。

【００２４】図７は第４の実施形態に係るＶＣＯの等価
回路図である。第１〜第３の実施形態では、単一の線路
を誘電体共振器に結合させたが、同様にして実装基板上
に２つの線路を形成しておき、誘電体共振器を実装した
状態で、その２つの線路と誘電体共振器とが結合するよ
うに、その２つの線路を配置すれば、図７に示すように
ＶＣＯとして用いることもできる。図７において線路８
が主線路、線路３１が副線路として作用し、インダクタ
３４，抵抗３５およびコンデンサ３７がＲＦフィルタと
して作用し、制御入力電圧によってバラクタダイオード
３２の静電容量が変化し、これにより副線路３１の装荷
容量が変化することになり、それに応じてＦＥＴ７によ
る発振周波数が変化する。

【００２５】なお、上述の例では、メッキ法によって、
接合用導電体突起部を形成したが、その他に、たとえば
接合用導電体突起部の高さまで一定厚さの電極を形成し
た後、接合用導電体突起部とすべき箇所以外を所定量だ
けエッチングすることによって、接合用導電体突起部を
形成してもよい。また、たとえば予め仮の基板上にバン
プを形成し、そのバンプを誘電体共振器の電極面上に転
写することによって接合用導電体突起部を設けてもよ
い。また接合用導電体突起部の材料としてＳｎ−Ｐｂ半
田またはＩｎ−Ｐｂ半田を用い、誘電体共振器の実装時
に、その半田の加熱溶融によって実装基板上に誘電体共
振器を実装するようにしてもよい。さらには、ワイヤボ
ンダを用い、Ａｕワイアの先端に放電によってボールを
形成し、これを誘電体共振器の電極上に圧着し、その後
引きちぎることによって誘電体共振器の電極上にＡｕバ
ンプを形成してもよい。

【００２６】各実施形態では誘電体板の両主面に、互い
に対向する円形の開口部を設けてＴＥ０１０モードの誘
電体共振器を構成したが、矩形等の他の形状の開口部を
設けてもよい。また実施形態では実装基板上の線路に重
なる位置に誘電体共振器を実装する例を示したが、実装
基板上の線路に近接して誘電体共振器を実装するように
してもよい。

【００２７】さらに、実施形態では、ステムからピンが
突出したピンタイプの誘電体共振器装置を示したが、実
装基板および誘電体共振器を収納するケースとして、実
装用の電極が外部に露出するものを用いて、表面実装型
の誘電体共振器装置を構成してもよい。

【００２８】

【発明の効果】請求項１および２に記載の発明によれ
ば、実装基板上の電極に対して上記接合用導電体突起部
を介して、誘電体共振器を容易に実装できるようにな
る。

【００２９】また、請求項３に記載の発明によれば、誘
電体共振器と実装基板との接合強度が増し、その信頼性
を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に係る発振器の構成を示す分解
斜視図

【図２】誘電体共振器の斜視図および電磁界分布の様子
を示す図

【図３】実装基板に対する誘電体共振器の実装状態での
部分断面図

【図４】発振器の等価回路図

【図５】第２の実施形態に係る誘電体共振器装置の部分
断面図

【図６】第３の実施形態に係る誘電体共振器装置の部分
断面図

【図７】第４の実施形態に係るＶＣＯの等価回路図

【図８】従来の発振器の構成を示す分解斜視図

【図９】誘電体共振器の斜視図および断面図

【図１０】同誘電体共振器を用いた装置の主要部の断面
図

【符号の説明】

１−実装基板 ２−誘電体共振器 ３，４−マイクロストリップ線路 ５−アース電極 ６−チップ抵抗 ７−ＦＥＴ ８−線路（主線路） ９−チップ抵抗 １０−アース電極 １１，１２−マイクロストリップ線路 １３−チップコンデンサ １４−入力電極 １５−出力電極 １６〜１８−ピン １９−アース電極 ２０，２１−ネジ ２２−誘電体板 ２３，２４−電極 ２５，２６−開口部 ２７−接合用導電体突起部 ２８−スルーホール ２９−実装用電極 ３０−スルーホール ３１−マイクロストリップ線路（副線路） ３２−バラクタダイオード ４０−ステム ４１−キャップ ４２−誘電体共振器 ４３−支持台

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 誘電体板の両主面に、互いに対向する開
   口部を有する電極を形成して、当該開口部を共振器部と
   した誘電体共振器において、 前記誘電体板の電極上に複数の接合用導電体突起部を形
   成したことを特徴とする誘電体共振器。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の誘電体共振器を実装基
   板上の電極に対して前記導電体突起部を介して接合して
   成る誘電体共振器装置。
3. 【請求項３】 前記誘電体共振器と前記実装基板とが対
   向する間隙に樹脂を充填したことを特徴とする請求項２
   に記載の誘電体共振器装置。