JP3567885B2

JP3567885B2 - 積層型ｌｃフィルタ

Info

Publication number: JP3567885B2
Application number: JP2000363220A
Authority: JP
Inventors: 淳東條; 登加藤
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2000-11-29
Filing date: 2000-11-29
Publication date: 2004-09-22
Anticipated expiration: 2020-11-29
Also published as: CN1356741A; JP2002164761A; CN1204683C; US20020063611A1; US6529101B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、積層型ＬＣフィルタ、特に、携帯電話等の移動体通信機器などに使用される積層型ＬＣフィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の積層型ＬＣフィルタとして、従来より、図８に示す構造の積層型ＬＣフィルタ１が知られている。この積層型ＬＣフィルタ１は、絶縁体シートを積み重ねて構成した積層体２の内部に、セラミックシートに設けたインダクタ用ビアホールを連接してなるインダクタＬ１，Ｌ２と、ホット側コンデンサパターン３，４及びグランド側コンデンサパターン７にて形成されたコンデンサＣ１，Ｃ２を有している。
【０００３】
インダクタＬ１の一端は内部グランドパターン５を介してグランド外部電極Ｇ１に電気的に接続され、他端はホット側コンデンサパターン３に電気的に接続されている。同様に、インダクタＬ２の一端は、内部グランドパターン６を介して、積層体２の表面に設けたグランド外部電極Ｇ２に電気的に接続され、他端はホット側コンデンサパターン４に電気的に接続されている。ホット側コンデンサパターン３，４は、それぞれ積層体２の表面に設けた入力外部電極及び出力外部電極（図示せず）に電気的に接続されている。
【０００４】
以上の積層型ＬＣフィルタ１は、インダクタＬ１とコンデンサＣ１とでＬＣ共振器Ｑ１を構成している。同様に、インダクタＬ２とコンデンサＣ２とでＬＣ共振器Ｑ２を構成している。そして、内部グランドパターン５と６が電気的に分離しているので、これら二つのＬＣ共振器Ｑ１とＱ２の接地側はコムライン結合しておらず、それぞれが電気的に独立している。従って、ＬＣ共振器Ｑ１とＱ２の結合は容量性結合となり、その結合は弱く、等価的な磁気結合値は０．１以下である。
【０００５】
また、これとは別に、図９に示す構造の積層型ＬＣフィルタ１１も知られている。この積層型ＬＣフィルタ１１は、セラミックシートを積み重ねて構成した積層体１２の内部に、絶縁体シートに設けたインダクタ用ビアホールを連接してなるインダクタＬ１，Ｌ２と、ホット側コンデンサパターン１３，１４及びグランド側コンデンサパターン１６にて形成されたコンデンサＣ１，Ｃ２を有している。
【０００６】
インダクタＬ１，Ｌ２の一端は、それぞれ内部グランドパターン１５を介してグランド外部電極Ｇ１，Ｇ２に電気的に接続され、他端はそれぞれホット側コンデンサパターン１３，１４に電気的に接続されている。ホット側コンデンサパターン１３，１４は、それぞれ積層体１２の表面に設けた入力外部電極及び出力外部電極（図示せず）に電気的に接続されている。
【０００７】
以上の積層型ＬＣフィルタ１１は、インダクタＬ１とコンデンサＣ１とでＬＣ共振器Ｑ１を構成している。同様に、インダクタＬ２とコンデンサＣ２とでＬＣ共振器Ｑ２を構成している。そして、これら二つのＬＣ共振器Ｑ１とＱ２の接地側は、内部グランドパターン１５を介してコムライン結合しており、電気的に短絡している。従って、ＬＣ共振器Ｑ１とＱ２の結合は誘導性結合となり、その結合は強く、等価的な磁気結合値は０．２以上である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の積層型ＬＣフィルタ１，１１においては、ＬＣ共振器Ｑ１とＱ２間の磁気結合値が０．１以下のものや０．２以上のものは得られるが、０．１より大きくて０．２より小さいものは得られないという問題があった。なお、図８に示した積層型ＬＣフィルタ１等の場合、インダクタＬ１とＬ２間の距離を変えることにより、ＬＣ共振器Ｑ１とＱ２間の磁気結合値を調整できることが知られている。しかし、インダクタＬ１とＬ２間の距離を変えて磁気結合値を調整する方法は、製品サイズ等の制約があり、任意の磁気結合値を選ぶことができないという問題がある。たとえば、インダクタＬ１とＬ２の間の距離を近づけていけば、ＬＣ共振器Ｑ１とＱ２間の磁気結合値の調整はある程度可能であるが、インダクタＬ１とＬ２を近づけ過ぎると、焼成時にインダクタＬ１とＬ２間のセラミックに割れが生じる等の加工上の問題が生じる。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、製品サイズを変えることなく、ＬＣ共振器間の磁気結合値を調整できる積層型ＬＣフィルタを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段と作用】
以上の目的を達成するため、本発明に係る積層型ＬＣフィルタは、絶縁体層を積み重ねて構成した積層体内に二つのインダクタと二つのコンデンサを形成し、該インダクタとコンデンサとにより二つのＬＣ共振器を形成した積層型ＬＣフィルタであって、二つのインダクタが絶縁体層の積み重ね方向に連接されたビアホールにより主として構成され、二つのインダクタの一端が積層体の互いに対向する側面に設けられている二つのグランド外部電極に個別に電気的に接続されるとともに、絶縁体層の表面に設けられかつグランド外部電極間を電気的に接続するブリッジパターンが、絶縁体層の積み重ね方向において、インダクタが配置されている層の範囲内に位置していることを特徴とする。
【００１１】
より具体的には、分割された内部グランドパターンを設けた第１の絶縁体層と、インダクタ用ビアホールとブリッジパターンとを設けた第２の絶縁体層と、インダクタ用ビアホールを設けた第３の絶縁体層と、ホット側コンデンサパターンを設けた第４の絶縁体層と、ホット側コンデンサパターンに対向してＬＣ共振器のコンデンサを形成するグランド側コンデンサパターンを設けた第５の絶縁体層と、第１から第５の絶縁体層を積み重ねて構成した積層体の側面に設けられている入力外部電極、出力外部電極及び前記積層体の互いに対向する側面に設けられている二つのグランド外部電極とを少なくとも備え、インダクタ用ビアホールを絶縁体層の積み重ね方向に連接してＬＣ共振器のインダクタを主として構成し、該インダクタの一端がコンデンサのホット側コンデンサパターンに電気的に接続されるとともに、他端が第１の絶縁体層に設けた内部グランドパターンを介してグランド外部電極に電気的に接続され、第２の絶縁体層に設けられたブリッジパターンの両端部がそれぞれグランド外部電極に電気的に接続されるとともに、ブリッジパターンが絶縁体層の積み重ね方向において、インダクタが配置されている層の範囲内に位置している。
【００１２】
インダクタは、主として連接されたビアホールにより構成される。例えば、内部グランドパターンもインダクタンス成分をもっており、ここでいうインダクタは主としてビアホールを連接して構成したインダクタにより構成されたものであるという意味である。つまり、等価回路的にビアホールをインダクタとして設計したものである。
【００１３】
グランド外部電極間を電気的に接続するブリッジパターンの位置を移動させることにより、ＬＣ共振器間の等価的な磁気結合値の調整が行われる。ブリッジパターンを、絶縁体層の積み重ね方向において、インダクタの途中に位置させれば、二つのＬＣ共振器間の磁気結合値が０．１より大きくかつ０．２より小さくなる。言い換えると、誘導性結合された二つのＬＣ共振器間の磁気結合値より小さく、かつ、容量性結合された二つのＬＣ共振器間の磁気結合値より大きい磁気結合値が得られる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る積層型ＬＣフィルタの実施形態について添付図面を参照して説明する。図１に積層型ＬＣフィルタ２１の構成を示し、図２および図３にそれぞれＬＣフィルタ２１の外観斜視図および断面図を示す。
【００１５】
図１に示すように、積層型ＬＣフィルタ２１は、インダクタ用ビアホール３０ａ〜３０ｄ，３１ａ〜３１ｄ、ホット側コンデンサパターン３３，３４、ブリッジパターン３５、内部グランドパターン３６，３７およびグランド側コンデンサパターン３８等をそれぞれ設けた絶縁体シート２２〜２８等にて構成されている。絶縁体シート２２〜２８は、誘電体セラミック粉末や磁性体セラミック粉末を結合剤等と一緒に混練したものをシート状にしたものである。パターン３３〜３８は、Ａｇ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｕ，Ａｇ−Ｐｄ等からなり、印刷等の方法により形成される。
【００１６】
インダクタ用ビアホール３０ａ〜３０ｄ，３１ａ〜３１ｄは、それぞれ絶縁体シート２２〜２８の積み重ね方向に連接して実質的にλ／４（λ：中心周波数の波長）の長さの柱状インダクタＬ１，Ｌ２を構成する。ここで言うインダクタＬ１，Ｌ２は、主として連接されたビアホール３０ａ〜３０ｄ，３１ａ〜３１ｄにより構成されるものであるという意味である。例えば、内部グランドパターン３６，３７もインダクタンス成分をもっており、インダクタＬ１，Ｌ２は、主としてビアホール３０ａ〜３０ｄ，３１ａ〜３１ｄにて構成されたものであり、等価回路的にビアホール３０ａ〜３０ｄ，３１ａ〜３１ｄをインダクタとして設計したものである。
【００１７】
インダクタＬ１，Ｌ２の軸方向はシート２２〜２８の表面に対して垂直である。インダクタＬ１，Ｌ２に電流が流れると、インダクタＬ１，Ｌ２のそれぞれの周囲に、インダクタＬ１，Ｌ２の軸方向に対して垂直な面を周回する磁界が発生する。インダクタＬ１，Ｌ２のそれぞれの一端（ビアホール３０ａ，３１ａ）は、内部グランドパターン３６，３７に接続されている。インダクタＬ１，Ｌ２のそれぞれの他端（ビアホール３０ｄ，３１ｄ）は、ホット側コンデンサパターン３３，３４に接続されている。
【００１８】
インダクタ用ビアホール３０ａ〜３０ｄ，３１ａ〜３１ｄは、絶縁体シート２３〜２６に金型、レーザ等で所望の形状の穴（本実施形態では、直径が０．２ｍｍの円形の穴）を明け、Ａｇ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｕ，Ａｇ−Ｐｄ等の導電体材料をこの穴に充填することにより形成される。
【００１９】
内部グランドパターン３６，３７は、それぞれシート２３の左側および右側に配置されている。内部グランドパターン３６の一端はシート２３の左辺に露出し、内部グランドパターン３７の一端はシート２３の右辺に露出している。
【００２０】
一定のパターン幅を有するブリッジパターン３５は、インダクタ用ビアホール３０ｃ，３１ｃの近傍を通り、絶縁体シート２５の左辺から右辺に向かって配設されている。ブリッジパターン３５の一端はシート２５の左辺に露出し、他端は右辺に露出している。ブリッジパターン３５の幅は５０μｍ〜３００μｍが好ましい。細過ぎると磁気結合値にバラツキが出てしまい、太過ぎると磁束をさえぎってしまうからである。
【００２１】
絶縁体シート２４，２６は、ブリッジパターン３５の位置を絶縁体シート２２〜２８の積み重ね方向に移動させるための調整用シートである。絶縁体シート２４，２６の厚み寸法を任意に増減することによって、ブリッジパターン３５を柱状インダクタＬ１，Ｌ２の軸方向の所望の位置（途中）に位置させることができる。また、絶縁体シート２４，２６は、その厚み寸法を調整することによって、インダクタ用ビアホールで形成されるインダクタＬ１，Ｌ２のインダクタンス値も調整することができる。なお、絶縁体シート２４、２６は、所望の厚みを得るために、１枚の分厚いシートを用いてもよいし、薄いシートを複数枚積み重ねてもよい。
【００２２】
ホット側コンデンサパターン３３，３４は、それぞれシート２７の左側および右側に配置されている。ホット側コンデンサパターン３３の一端はシート２７の奥側の辺に露出し、ホット側コンデンサパターン３４の一端はシート２７の手前側の辺に露出している。一方、広面積のグランド側コンデンサパターン３８は、シート２８に形成されている。グランド側コンデンサパターン３８の引き出し部は、シート２８の左右の辺に露出している。そして、ホット側コンデンサパターン３３，３４は、それぞれ絶縁体シート２７を挟んでグランド側コンデンサパターン３８に対向し、コンデンサＣ１，Ｃ２を形成する。
【００２３】
ホット側コンデンサパターン３３はインダクタＬ１の端部（ビアホール３０ｄ）に接続し、インダクタＬ１とコンデンサＣ１とでＬＣ共振器Ｑ１を形成する。ホット側コンデンサパターン３４はインダクタＬ２の端部（ビアホール３１ｄ）に接続し、インダクタＬ２とコンデンサＣ２とでＬＣ共振器Ｑ２を形成する。
【００２４】
以上の各シート２２〜２８は図１に示すように順に積み重ねられ、一体的に焼成されることにより、図２及び図３に示す積層体４０（長さが３．２ｍｍ、幅が１．６ｍｍ、厚さが１．２ｍｍ）とされる。積層体４０の奥側および手前側の側面にはそれぞれ入力端子４１，出力端子４２が形成され、左右の端面にはそれぞれグランド端子Ｇ１，Ｇ２が形成されている。入力端子４１にはホット側コンデンサパターン３３が接続され、出力端子４２にはホット側コンデンサパターン３４が接続されている。グランド端子Ｇ１には、内部グランドパターン３６の一端とブリッジパターン３５の一端とグランド側コンデンサパターン３８の一端とが接続されている。グランド端子Ｇ２には、内部グランドパターン３７の一端とブリッジパターン３５の他端とグランド側コンデンサパターン３８の他端とが接続されている。
【００２５】
図４はこうして得られた積層型ＬＣフィルタ２１の電気等価回路図である。共振器Ｑ１，Ｑ２は相互に磁気的に接続され、２段フィルタを構成している。共振器Ｑ１，Ｑ２のインダクタＬ１，Ｌ２の一方の端部（ビアホール３０ｄ，３１ｄ）は、それぞれコンデンサＣ１，Ｃ２の一端に接続されている。一方、インダクタＬ１，Ｌ２の他端（ビアホール３０ａ，３１ａ）はそれぞれ内部グランドパターン３６，３７に電気的に接続している。
【００２６】
以上の構成からなる積層型ＬＣフィルタ２１は、インダクタＬ１，Ｌ２の一端がそれぞれ、内部グランドパターン３６，３７を介して積層体４０の表面に設けたグランド外部電極Ｇ１，Ｇ２に個別に電気的に接続されるとともに、グランド外部電極Ｇ１，Ｇ２間を電気的に接続するブリッジパターン３５が、インダクタＬ１，Ｌ２の近傍に配設されている。従って、ブリッジパターン３５の位置を移動させることにより、製品サイズを変えることなく、ＬＣ共振器Ｑ１，Ｑ２間の等価的な磁気結合値の調整を行うことができる。
【００２７】
ここで、ブリッジパターン３５を、絶縁体シート２２〜２８の積み重ね方向において、インダクタＬ１，Ｌ２の下端（ビアホール３０ｄ，３１ｄ）に位置させれば、図８に示した従来の積層型ＬＣフィルタ１と等価的に等しくなり、ＬＣ共振器Ｑ１とＱ２の結合は容量性結合となり、ＬＣ共振器Ｑ１，Ｑ２間の磁気結合値は略０．１となる。また、ブリッジパターン３５を、インダクタＬ１，Ｌ２の上端（ビアホール３０ａ，３１ａ）に位置させれば、図９に示した従来の積層型ＬＣフィルタ１１と等価的に等しくなり、ＬＣ共振器Ｑ１とＱ２の結合は誘導性結合となり、ＬＣ共振器Ｑ１，Ｑ２間の磁気結合値は略０．２となる。さらに、ブリッジパターン３５を、インダクタＬ１，Ｌ２の途中に位置させれば、ＬＣ共振器Ｑ１とＱ２間の磁気結合値が０．１より大きくかつ０．２より小さくなる。言い換えると、誘導性結合されたＬＣ共振器Ｑ１とＱ２間の磁気結合値より小さく、かつ、容量性結合されたＬＣ共振器Ｑ１とＱ２間の磁気結合値より大きい磁気結合値が得られる。
【００２８】
また、グランド外部電極Ｇ１，Ｇ２間を、ブリッジパターン３５を介して電気的に接続することにより、柱状インダクタＬ１とＬ２を近づけなくても、ＬＣ共振器Ｑ１とＱ２間の磁気結合値を任意に設定することができる。たとえば、本実施形態では、柱状インダクタＬ１とＬ２間の距離を３００μｍ以上離すことができ、インダクタＬ１とＬ２を近づけ過ぎて焼成時にインダクタＬ１とＬ２間のセラミックに割れを生じさせる等の加工上の不具合を抑えることができる。
【００２９】
こうして、フィルタ特性の優れた積層型ＬＣフィルタ２１が得られる。図５は積層型ＬＣフィルタ２１の減衰特性を示すグラフである。ブリッジパターン３５の位置をホット側コンデンサパターン３３，３４側に移動させると、減衰特性は実線４５から点線４６に変わる。
【００３０】
なお、本発明に係る積層型ＬＣフィルタは、前記実施形態に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。
【００３１】
前記実施形態では、ブリッジパターンの位置を、絶縁体層の積み重ね方向（あるいは、絶縁体層の積み重ね方向に対して垂直な方向でもよい）に移動させることにより、ＬＣ共振器間の等価的な磁気結合値を調整しているが、ブリッジパターンのパターン幅や導体厚みの寸法を変えることによっても、磁気結合値を変えることができる。このとき、ブリッジパターンのパターン幅や導体厚みの寸法を小さくすると、磁気結合値は大きくなる。逆に、パターン幅や導体厚みの寸法を大きくすると、磁気結合値は小さくなる。
【００３２】
また、ブリッジパターンを設けた絶縁体シートの枚数を変えることによっても、磁気結合値を変えることができる。このとき、絶縁体シートの枚数を多くすると、磁気結合値は小さくなり、逆に、枚数を少なくすると、磁気結合値は大きくなる。
【００３３】
また、図６に示すように、インダクタ用ビアホール３０ｃと３１ｃの間を通るブリッジパターン４７であってもよいし、図７に示すように、同一絶縁体シート２５に２本のブリッジパターン４８，４９を設けてもよい。
【００３４】
さらに、前記実施形態は、それぞれ導体パターンやビアホールが形成された絶縁体シートを積み重ねた後、一体的に焼成するものであるが、必ずしもこれに限定されない。絶縁体シートは予め焼成されたものを用いてもよい。また、以下に説明する製法によって積層型ＬＣフィルタを製造してもよい。印刷等の方法によりペースト状の絶縁材料にて絶縁体層を形成した後、その絶縁体層の表面にペースト状の導電性材料を塗布して導体パターンやビアホールを形成する。次にペースト状の絶縁材料を上から塗布して絶縁体層とする。同様にして、順に重ね塗りすることにより積層構造を有するＬＣフィルタが得られる。
【００３５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、グランド外部電極間を電気的に接続するブリッジパターンを、絶縁体層の積み重ね方向において、インダクタが配置されている層の範囲内に位置させて、このブリッジパターンの位置を移動させることにより、ＬＣ共振器間の等価的な磁気結合値を調整することができる。この結果、製品サイズを変えることなく、ＬＣ共振器間の磁気結合値を調整できる積層型ＬＣフィルタが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る積層型ＬＣフィルタの一実施形態を示す分解斜視図。
【図２】図１に示した積層型ＬＣフィルタの外観斜視図。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図。
【図４】図２に示した積層型ＬＣフィルタの電気等価回路図。
【図５】図２に示した積層型ＬＣフィルタの周波数特性を示すグラフ。
【図６】ブリッジパターンの変形例を示す平面図。
【図７】ブリッジパターンの別の変形例を示す平面図。
【図８】従来の積層型ＬＣフィルタを示す断面図。
【図９】従来の別の積層型ＬＣフィルタを示す断面図。
【符号の説明】
２１…積層型ＬＣフィルタ
２２〜２８…絶縁体シート
３０ａ〜３０ｄ，３１ａ〜３１ｄ…インダクタ用ビアホール
３３，３４…ホット側コンデンサパターン
３５…ブリッジパターン
３６，３７…内部グランドパターン
３８…グランド側コンデンサパターン
Ｌ１，Ｌ２…インダクタ
Ｃ１，Ｃ２…コンデンサ
Ｑ１，Ｑ２…ＬＣ共振器

Claims

絶縁体層を積み重ねて構成した積層体内に二つのインダクタと二つのコンデンサを形成し、該インダクタとコンデンサとにより二つのＬＣ共振器を形成した積層型ＬＣフィルタにおいて、
前記二つのインダクタが前記絶縁体層の積み重ね方向に連接されたビアホールにより主として構成され、前記二つのインダクタの一端が前記積層体の互いに対向する側面に設けられている二つのグランド外部電極に個別に電気的に接続されるとともに、前記絶縁体層の表面に設けられかつ前記グランド外部電極間を電気的に接続するブリッジパターンが、前記絶縁体層の積み重ね方向において、前記インダクタが配置されている層の範囲内に位置していることを特徴とする積層型ＬＣフィルタ。
誘導性結合された前記二つのＬＣ共振器間の磁気結合値より小さく、かつ、容量性結合された前記二つのＬＣ共振器間の磁気結合値より大きい磁気結合値を、前記二つのＬＣ共振器が有していることを特徴とする請求項１記載の積層型ＬＣフィルタ。
前記二つのＬＣ共振器間の磁気結合値が０．１より大きくかつ０．２より小さいことを特徴とする請求項１または請求項２記載の積層型ＬＣフィルタ。
絶縁体層を積み重ねて構成した積層体内に二つのインダクタと二つのコンデンサを形成し、該インダクタとコンデンサとにより二つのＬＣ共振器を形成した積層型ＬＣフィルタにおいて、
分割された内部グランドパターンを設けた第１の絶縁体層と、
インダクタ用ビアホールとブリッジパターンとを設けた第２の絶縁体層と、
インダクタ用ビアホールを設けた第３の絶縁体層と、
ホット側コンデンサパターンを設けた第４の絶縁体層と、
前記ホット側コンデンサパターンに対向して前記ＬＣ共振器のコンデンサを形成するグランド側コンデンサパターンを設けた第５の絶縁体層と、
前記第１から第５の絶縁体層を積み重ねて構成した前記積層体の側面に設けられている入力外部電極、出力外部電極及び前記積層体の互いに対向する側面に設けられている二つのグランド外部電極とを少なくとも備え、
前記インダクタ用ビアホールを前記絶縁体層の積み重ね方向に連接して前記ＬＣ共振器のインダクタを主として構成し、該インダクタの一端が前記コンデンサのホット側コンデンサパターンに電気的に接続されるとともに、他端が前記第１の絶縁体層に設けた内部グランドパターンを介して前記グランド外部電極に電気的に接続され、前記第２の絶縁体層に設けられたブリッジパターンの両端部がそれぞれ前記グランド外部電極に電気的に接続されるとともに、前記ブリッジパターンが前記絶縁体層の積み重ね方向において、前記インダクタが配置されている層の範囲内に位置していること、
を特徴とする積層型ＬＣフィルタ。