一种叠层片式陶瓷射频低通滤波器及其制备方法

文档序号:9263165阅读:461来源:国知局
一种叠层片式陶瓷射频低通滤波器及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于滤波器技术领域,更具体地,涉及一种叠层片式陶瓷射频低通滤波器 及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 滤波器是一种对频率具有选择性的二端口网络,其在通信行业中一直都扮演着非 常重要的角色。
[0003] 叠层片式射频低通滤波器是一种新型滤波器,随着通讯技术的发展,其工作频率 范围越来越宽,使用频率也越来越高,小型化、高频化发展的趋势非常明显(有些领域的产 品使用频率已达到40GHz,甚至更高)。新一代移动通讯技术的出现以及新型武器装备的需 求,使工作频带范围宽、使用频率高(达几十GHz)的小尺寸叠层片式射频滤波器的市场需求 量迅猛增长。
[0004] 叠层片式陶瓷射频(微波)滤波器是由电子陶瓷材料流延成型工艺、高精度印刷叠 层技术及低温烧结技术等多种工艺过程而制成的高频滤波器。它具有体积小、插损低等特 性,被广泛的应用于微波通信、雷达导航、电子对抗、卫星通信、VHF/UHF发射器/接收器、谐 波抑制器、数模转化器和测试仪表等系统中,是微波系统中不可缺少的重要器件,其性能的 优劣往往直接影响整个通信系统的性能指标。
[0005]目前,研制和生产小尺寸叠层片式低通滤波器主要采用两种方式:纯电感或纯电 容型的单元件形式和LC结构形式,而其技术成熟的是单元件形式,但该种小尺寸叠层片式 滤波器均是以低截止频率为主的,且具有带外抑制性能不高,矩形度差等特点。
[0006] 传统的LC结构形式滤波器虽然利用面积小生产、且其带内平坦度很好,但是在射 频段的使用的一致性较差,同时也难于批量生产。
[0007]目前,较为成熟的叠层片式滤波器大部分采用"双电容+单电感"或者"单电容+ 双电感"等简单的n型、T型结构,这样设计的滤波器带内平坦度及带外抑制特性均较好, 但是截止频率较低,导致其使用频率受限,难以向高频化方向发展。
[0008] 此外,已公布的叠层多层陶瓷结构的低通滤波器总是存在某些不足,如现有技术1 是公开号为CN1578129,发明名称为"一种多层片式陶瓷低通滤波器"的专利申请文件,其中 低通滤波器采用平面螺旋电感结构,在小体积微波段的滤波器中,该种结构的电感的引入 寄生电容对频率特性影响非常大,且随着其体积越小,其影响程度越来越深。
[0009] 现有技术2是公开号为CN101404485A,发明名称为"一种叠层片式滤波器及其制 备方法"的专利申请文件,其中滤波器采用铁氧体与陶瓷共烧的方式制备,虽具有小尺寸、 带外抑制大、矩形度大、工作频率宽等优点,但是截止频率相对较低,及滤波器的可靠性较 差等问题。可靠性差的原因:铁氧体与陶瓷材料间异形材料不易匹配。尤其是使用环境较为 苛刻时,异形材间的应力不可避免地产生,易导致产品内部出现裂痕,进而影响到其使用。
[0010] 现有技术3公开号为CN10216396A,发明名称为"一种多层片式滤波器及其制备方 法"的专利申请文件,其中通过在陶瓷介质材料中打孔注入铁氧体材料的方式制备滤波器, 虽在一定程度上缓解了专利公开号为CN101404485A中滤波器的异质材料匹配导致使用可 靠性的问题,但仍然无法完全避免,仍存在试验可靠性的隐患。

【发明内容】

[0011] 针对现有技术的缺陷,本发明提供了一种叠层片式陶瓷射频低通滤波器,该滤波 器的截止频率高、工作频率范围宽、带外抑制高、矩形度好、可靠性高、射频段使用一致性 好。
[0012] 本发明提供了一种叠层片式陶瓷射频低通滤波器,具有四个引出端电极,包括输 入端正极(16)、输出端正极(15)和两个公共接地端(14),所述叠层片式陶瓷射频低通滤波 器的内部电路包括处于不同介质层的三维空间上多个内置电容(17)与多个内置电感(10) 组成的内电极(13);所述电感(10)为垂直三维螺旋结构;所述电感(10)和所述电容(17) 的介质层采用陶瓷材料。
[0013] 本发明还提供了一种叠层片式陶瓷射频低通滤波器的制备方法,包括下述步骤:
[0014] (1)将陶瓷粉料、有机溶剂、增塑剂、粘结剂和分散剂混合后获得流延浆料;并将所 述流延浆料进行球磨和流延处理后形成厚度为5微米~100微米的膜片;其中陶瓷粉料、 有机溶剂、增塑剂、粘结剂和分散剂的质量百分比依次为(40~60)wt%、(40~60)wt%、 (1. 0 ~4. 0)wt%、(4. 5 ~8. 5)wt%、(0. 09 ~0. 5)wt% ;
[0015] (2)根据电感与电容之间连接的需要、电感之间连接的需要对所述膜片进行打孔、 填孔,再依次进行导体印刷、叠片、压合、等静压处理;
[0016] (3)将等静压处理后片式滤波器生瓷片进行排胶和烧结处理;烧结温度为 800。。~950。。;
[0017] (4)对烧结后的片式滤波器生瓷片依次进行涂银、封端、端头处理后形成叠层片式 陶瓷射频低通滤波器。
[0018] 本发明滤波器介质材料采用的是高频陶瓷材料,内部元件的容量、感量可实现微 小调节,且较容易实现独石结构,制备工艺成熟,一致性良好适宜批量生产,因此,该滤波器 具有截止频率高、工作频率范围宽、带外抑制高、矩形度好、可靠性高、射频段使用一致性好 等优点。
【附图说明】
[0019] 图1是本发明实施例提供的叠层片式陶瓷射频低通滤波器的等效电路,其中图1 (a)为一种LC等效电路结构,图1 (b)为另一种LC等效电路结构;
[0020] 图2 (a)是本发明实施例提供的叠层片式陶瓷射频低通滤波器的组成结构示意 图;
[0021] 图2 (b)是本发明实施例提供的叠层片式陶瓷射频低通滤波器的俯视图;
[0022] 图3是本发明实施例提供的叠层片式陶瓷射频低通滤波器的内部电极组成结构 不意图;(正视图)
[0023] 图4是本发明实施例提供的叠层片式陶瓷射频低通滤波器中电感结构示意图; (正视图)
[0024] 图5是本发明实施例提供的叠层片式陶瓷射频低通滤波器中电容结构示意图; (正视图)
[0025] 图6是本发明实施例提供的叠层片式陶瓷射频低通滤波器的制备方法中叠层片 式滤波器侧边中部涂银结构示意图;
[0026] 图7是本发明实施例提供的叠层片式陶瓷射频低通滤波器的插入损耗特性曲线 示意图;
[0027] 图8是本发明实施例提供的截止频率分别为4850MHz、7600MHz和9100MHz的叠层 片式陶瓷射频低通滤波器的损耗曲线示意图;
[0028] 图9是本发明实施例提供的截止频率30800MHz的叠层片式陶瓷射频低通滤波器 的损耗曲线示意图;
[0029] 其中,13为内电极,14为公共接地端,15为输出端正极,16为输入端正极,10为电 感,11为电极连接点,17为电容,21为滤波器,22为端电极楽料,23为涂银滚轮。
【具体实施方式】
[0030] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对 本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并 不用于限定本发明。
[0031] 本发明实施例提供的叠层片式陶瓷射频低通滤波器可以应用于谐波抑制器、VHF/ UHF发射器/接收器、直流电路板中的射频抑制或数模转化器等器件中;还可以应用于微波 通信、雷达导航、电子对抗、卫星通信等领域。
[0032] 针对以上问题,本发明提供了一种新型叠层片式陶瓷射频低通滤波器及其制备 方法。本发明滤波器介质材料采用的是高频陶瓷材料,内部元件的容量、感量可实现微小 调节,且较容易实现独石结构,制备工艺成熟,一致性良好适宜批量生产,因此,该滤波器具 有截止频率高(射频)、工作频率范围宽、带外抑制高、矩形度好、可靠性高、射频段使用一致 性好等优点。同时,本发明滤波器的制备工艺与常规片式元器件的工艺及低温共烧陶瓷 (LTCC)工艺相兼容,不需要再多添加其他设备。
[0033] 本发明的滤波器采用LC结构形式(等效电路见图1),内部组成电路主要由处于 不同介质层的三维空间上的多个内置电容17与多个内置电感10组成(见图2、图3,其中 图3仅为本发明滤波器结构中的一种,其滤波器的阶数为7)。本发明通过调整各电感量 与各电容量之间比例(当然还考虑寄生参数),以及通过在三维立体空间上高密度、高集成 化地将多个电容17与多个电感10进行巧妙布局,(通过电磁场仿真软件进行全真模拟仿 真,调整电感10、电容17的电极形状,两者之间的结构错位等,降低寄生电感与寄生电容的 "寄生效应",拟合各内部元件之间存在多种相关联耦合的影响),可实现不同性能参数要求 的射频滤波器设计。通过调整内部电容、电感的个数(及相应的配比),实现不同滤波器阶 数的设置,结合三维立体电路连接结构的巧妙的布局,本发明可实现截止频率的调节范围: 30MHz~40000MHz。
[0034] 本发明滤波器内部电感10采用垂直三维螺旋结构(是本领域公知结构),减少了寄 生电容。在相同的有效电感值下,垂直螺旋结构电感10元件比平面螺旋式结构具有更高的 自谐振频率(SRF)和品质因数(Q),而且有利于缩小器件的尺寸。由于射频滤波器一般容量 较小,内置电容17采用传统金属-介质-金属形式平板电容结构即可达到目的。
[0035] 此外,电感10与电容17的介质层均采用高频低损耗的陶瓷材料,完全避免由于异 质材料不匹配而导致的可靠性问题,大大提高产品的可靠性。
[0036] 在本发明实施例中,根据滤波器技术指标的要求,以电磁兼容原理为基础,结合 LTCC技术,采用电磁仿真软件HFSS对射频低通滤波器进行结构设计。
[0037] 射频滤波器设计的一般工程步骤:
[0038] 首先,利用逼近理论寻找可实现的逼近函数;
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