滤波器的制作方法

1.本发明涉及一种滤波器，特别是涉及一种采用微带线(microstrip)技术的滤波器。


背景技术：

2.随着如智能型手机等移动终端的功能越来越强大，其所需要应用的网络频段越来越多，射频前端模块(radio frequency front end module，rffem)，作为通信系统的核心器件，其性能直接决定了移动终端可支援的通信模式、接收信号强度、通话稳定性、发射功率等重要性能指标。
3.通常，高端的智能型手机必须对多达数十个频段的发送/接收路径进行滤波，同时还得对wi-fi、蓝牙等接收路径进行滤波。除了需要对各接收路径的信号进行隔离，还得对出处繁多难以尽举的其他外部信号进行抑制。为此目的，多频段手机通常需要数个滤波器(filter)，否则难以实现。并且，随着通小型化的趋势，如何将这么多组件的通信系统小型化也成为相关领域不断研究的重点项目之一。
4.滤波器，是对波进行过滤的器件，可由电容、电感和电阻组成的滤波电路，以对电源线中特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效率除，即可用于过滤各种噪声信号，得到一个特定频率的电源信号，或消除一个特定频率后的电源信号。在长期演进技术(long term evolution，lte)的领域中，如声表面波滤波器(surface acoustic wave filter，sawf)或体声波滤波器(bulk acoustic wave filter，bawf)等滤波器因为具有窄频宽、高抑制、低损耗等特点而受到广泛地使用。
5.但在频率越高的应用中，声表面波滤波器与体声波滤波器反而会产生通带(pass band)损耗提升及止带(stop band)抑制效果下降等问题。资料指出，现行所使用的声表面波滤波器与体声波滤波器已不能再满足毫米波频段(millimeter wave，mmwave)的高频段通信技术的需求。因此，为了因应5g时代的来临，未来的手机的射频前端模块难以再继续采用现有的声表面波滤波器与体声波滤波器来进行滤波。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明提出一种创新的滤波器，其采用了在低温共烧陶瓷(low-temperature co-fired ceramic，ltcc)技术的厚膜上设置微带线线路的薄膜金属层的厚薄膜整合型滤波器，可以在毫米波频段的应用时具有低损耗、优良的止带抑制等效果。
7.根据本发明的一实施例所揭露的一种滤波器，包含一介电基板、一接地层、一线路层、二信号通路以及多个接地通路。接地层形成于介电基板的表面，具有一接地平面及二信号端点。线路层位于介电基板的另一表面，包含至少三微带线共振元件、一共接电极、一输入端点及一输出端点。输入端点与输出端点分别连接微带线共振元件的其中二者。微带线共振元件自共接电极向外延伸。信号通路及接地通路延伸于接地层、介电基板及线路层。信号端点分别经由信号通路连接输入端点与输出端点。接地平面经由接地通路连接共接电
极。滤波器还包含电容耦合单元，电性耦合于微带线共振元件中相邻的其中二者。
8.本发明前述实施例所揭露的滤波器，由于电容耦合单元可电性耦合于相邻的微带线共振元件，因此在毫米波的频段的应用中，本实施例的滤波器可具有明显的高通带抑制效果，相较于传统的声表面波滤波器(sawf)与体声波滤波器(bawf)等滤波器，本实施例的滤波器更适合更高频的应用。
9.以上的关于本发明揭露内容的说明及以下的实施方式的说明，是用以示范与解释本发明的精神与原理，并且提供本发明的权利要求更进一步的解释。
附图说明
10.图1为本发明的一实施例的滤波器的立体示意图；
11.图2为图1的滤波器沿2-2的局部侧剖示意图；
12.图3为图1的滤波器的局部放大上视图；
13.图4为图1的滤波器与移除电容耦合单元的滤波器的频率响应(frequency response)比较图；
14.图5为图1的滤波器的频率响应图；
15.图6为采用厚薄膜整合制作工艺与纯厚膜制作工艺的线路传输损耗比较图；
16.图7为本发明的另一实施例的滤波器的立体示意图。
17.符号说明
18.1、1
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滤波器
19.10
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接地层
20.20
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介电基板
21.30、30
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平坦层
22.40
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线路层
23.50、50
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电容耦合单元
24.70
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介电层堆叠
25.80
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接地层
26.110
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接地平面
27.130
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信号端点
28.210
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导电通孔
29.230
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导电通孔
30.310
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导电通孔
31.330
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导电通孔
32.410
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共接电极
33.430
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微带线共振元件
34.450
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输入端点
35.470
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输出端点
36.510
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第一指状结构
37.520
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第二指状结构
38.710
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导电通孔
39.730
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导电通孔
40.810
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接地平面
41.830
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信号端点
42.g
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间距
43.gv
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接地通路
44.l1、l2
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长度
45.sv
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信号通路
46.w
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宽度
具体实施方式
47.以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何熟悉相关技术者，了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的内容、权利要求及附图，任何熟悉相关技术者可轻易地理解本发明相关的目的及优点。以下的实施例是进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点限制本发明的范畴。
48.此外，以下将以附图揭露本发明的实施例，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到的是，这些实务上的细节非用以限制本发明。
49.并且，为达图面整洁的目的，一些现有惯用的结构与元件在附图可能会以简单示意的方式绘示之。另外，本案的附图中部份的特征可能会略为放大或改变其比例或尺寸，以达到便于理解与观看本发明的技术特征的目的，但这并非用于限定本发明。依照本发明所揭露的内容所制造的产品的实际尺寸与规格应是可依据生产时的需求、产品本身的特性、及搭配本发明如下所揭露的内容据以调整，在此先声明之。
50.另外，以下文中可能会使用「端」、「部」、「部分」、「区域」、「处」等术语来描述特定元件与结构或是其上或其之间的特定技术特征，但这些元件与结构并不受这些术语所限制。在下文中，也可能会使用「及/或(and/or)」的术语，其是指包含了一或多个所列相关元件或结构的其中一者或全部的组合。以下文中也可能使用「实质上」、「基本上」、「约」或「大约」等术语，其与尺寸、浓度、温度或其他物理或化学性质或特性的范围结合使用时，为意欲涵盖可能存在于该等性质或特性的范围的上限及/或下限中的偏差、或表示容许制造公差或分析过程中所造成的可接受偏离，但仍可达到所预期的效果。
51.再者，除非另有定义，本文所使用的所有词汇或术语，包括技术和科学上的词汇与术语等包含其通常的意涵，其意涵能够被熟悉此技术领域者所理解。更进一步的说，上述的词汇或术语的定义，在本说明书中应被解读为与本发明相关技术领域包含一致的意涵。除非有特别明确的定义，这些词汇或术语将不被解释为过于理想化的或正式的意涵。
52.首先，请参阅图1～图3，图1为依据本发明的一实施例的滤波器1的立体示意图，图2为图1的滤波器沿2-2的局部侧剖示意图，而图3为图1的滤波器的局部放大上视图，需说明的是，在此的附图或后续的附图中，滤波器中的元件的比例与尺寸可能会有所调整以达到便于理解的目的，但本发明并非以此为限，且其中，为简化附图，图3可能仅绘示部分的元件。
53.如图所示，本实施例的滤波器1至少包含一接地层(ground layer)10、一介电基板(dielectric substrate)20、一平坦层(flat layer)30、一线路层40以及至少一电容耦合
单元(capacitive coupling unit)50。此外，本实施例的滤波器1还可包含一介电层堆叠(dielectric layer lamination)70以及一接地层80。以下将介绍前述元件的配置。
54.接地层80是以合适的金属材质所构成，但本发明并非以此为限，在本实施例中，接地层80包含一接地平面810及二信号端点830。
55.介电层堆叠70形成于接地层80上，介电层堆叠70例如是以陶瓷材质所构成，且例如是利用低温共烧陶瓷(low-temperature co-fired ceramic，ltcc)技术将数层厚度相同或不同的陶瓷基板堆叠而成的结构，其介电常数(dielectric coefficient)可例如约介于3～20，例如可大于5。
56.此外，在设计上，介电层堆叠70的厚度可依据整体结构强度或高度、设置环境或其他实际需求等进行调整，本发明并非以此为限。另外，介电层堆叠70中可形成贯穿其的多个导电通孔(conductive via)710及二导电通孔730，其中，导电通孔710与接地层80的接地平面810连接，而导电通孔730分别与接地层80的信号端点830连接。
57.接地层10形成于介电层堆叠70相对于接地层80的另一表面。接地层10的结构可以但不限于与接地层80相同或相似，是以合适的金属材质所构成。在本实施例中，接地层10包含一接地平面110以及二信号端点130，其中接地平面110连接于介电层堆叠70的导电通孔710，而信号端点130分别连接于介电层堆叠70的导电通孔730。
58.介电基板20形成于接地层10相对于介电层堆叠70的另一表面。类似于介电层堆叠70，介电基板20例如是利用低温共烧陶瓷的技术所制成，其介电常数可例如约介于5～20，例如可大于5。
59.此外，在设计上，介电基板20的厚度不特别予以限制，主要是能符合小型化可操作的需求，举例来说，介电基板20可选用目前低温共烧陶瓷技术下可达到最小厚度的单层生胚材料所制成，因此，如图所示，介电基板20的厚度至少明显小于介电层堆叠70的厚度，例如，介电基板20厚度可小于150μm，例如可为125μm，然而本发明并非以此为限。
60.另外，介电基板20中可形成贯穿其的多个导电通孔210及二导电通孔230，其中，导电通孔210与接地层10的接地平面110连接，而导电通孔230分别与接地层10的信号端点130连接。
61.平坦层30形成于介电基板20相对于接地层10的另一表面，换句话说，介电基板20介于平坦层30与接地层10之间。平坦层30与介电基板20的材质相异，平坦层30例如是以环氧树脂(epoxy)、聚酰亚胺(polyimide，pi)或玻璃所制成，例如可以是具光显影功能的环氧树脂或聚酰亚胺。
62.此外，在设计上，平坦层30的厚度例如可约介于3～20μm，可有效地填平介电基板20上因制作工艺等因素所产生的微小孔洞，从而在介电基板20上形成一个平整度(flatness)高的平面。另外，平坦层30中可形成贯穿其的多个导电通孔310及二导电通孔330，其中导电通孔310与介电基板20的导电通孔210连接，而导电通孔330分别与介电基板20的导电通孔230连接。
63.线路层40形成于平坦层30相对于介电基板20的另一表面，换句话说，平坦层30介于线路层40与介电基板20之间。由于平坦层30的表面具高平整度，因而得以让线路层40利用黄光光刻制作工艺(photolithography process)而形成于平坦层30上，从而可具有仅约15μm的厚度。并且，平坦层30的高平整度可使线路层40稳固地附着于其上，且黄光光刻制作
工艺下的线路层40的金属粗糙度低，因此，线路层40的底部与表面都可维持于高度的平整，从而具有降低通带(passband)的损耗的效果。
64.反言之，在没有平坦层30的情况下，若欲在介电基板20上直接形成线路层，介电基板20的孔洞和较为粗糙的表面会让线路层难以用黄光光刻制作工艺附着于其上，仅能使用网格印刷的方式形成于介电基板20，因此线路层整体的平整度下降且粗糙度上升，从而导致通带的损耗上升的结果；并且，直接将线路层形于介电基板20时，线路层容易游离扩散进入介电基板20上的微小孔，从而无法确实形成所需的形状。
65.此外，在此配置下，如图所示，线路层40与平坦层30均是相对薄的层结构，故可相对于其他相对厚的层结构(即介电基板20与介电层堆叠70)被视为一薄膜(层)结构，而该相对厚的层结构的整体则可相对于该薄膜结构而被视为一厚膜(层)结构。也就是说，本实施例的滤波器1是一个厚薄膜(层)整合的叠层结构。即使仅就接地层10以上的部分来看，线路层40与平坦层30相对于介电基板20仍可视为一薄膜(层)结构，而介电基板20可相对于线路层40与平坦层30为一厚膜(层)结构，即也可视为一个厚薄膜(层)整合的叠层结构。
66.接着，进一步来看线路层40，在本实施例中，线路层40包含一共接电极410、至少三个微带线共振元件(microstrip resonator)430、一输入端点(input terminal contact)450以及一输出端点(output terminal contact)470。共接电极410与平坦层30的导电通孔310连接，而输入端点450与输出端点470分别连接于微带线共振元件430的其中二者，且分别与平坦层30的导电通孔330连接。于此，如图所示，在本实施例中，线路层40的共接电极410、平坦层30的导电通孔310、介电基板20的导电通孔210、接地层10的接地平面110、介电层堆叠70的导电通孔710及接地层80的接地平面810共同在滤波器1中构成多个接地通路gv，因此线路层40的共接电极410可经由接地通路gv而与接地层80的接地平面810接地；而线路层40的输入端点450与输出端点470、平坦层30的导电通孔330、介电基板20的导电通孔230、接地层10的信号端点130、介电层堆叠70的导电通孔730及接地层80的信号端点830共同在滤波器1中构成二个信号通路sv，因此线路层40的输入端点450与输出端点470可经由信号通路sv与接地层80的信号端点830通讯连接。
67.微带线共振元件430连接于共接电极410，且自共接电极410向外延伸而具有一端为开路，而这些微带线共振元件430彼此相间隔地并列而构成一梳状(combline)配置。
68.于此，线路层40下方的介电基板20的厚度在设计上可选用较薄的层结构，因此线路层40的微带线共振元件430可保持相对较小且足以让信号传递的间隔距离。此外，由于介电基板20的介电常数高，这可让微带线共振元件430在一个较短的长度的情况下，使得其与线路层40所构成的厚薄膜(层)整合叠层结构的整体仍达到所需的共振效果。由此可知，通过使用厚度相对较薄且介电常数高的介电基板20，线路层40的微带线共振元件430可具有较短的长度与间距，从而有助于缩小整体尺寸达到小型化的需求。
69.在本实施例中，电容耦合单元50电性耦合于微带线共振元件430中相邻设置的其中二者。具体来看，电容耦合单元50包含多个第一指状结构510以及多个第二指状结构520，第一指状结构510自其中一微带线共振元件430往相邻的另一微带线共振元件430延伸，且彼此间隔并列，而第二指状结构520则对应地自该另一微带线共振元件430往第一指状结构510所在的微带线共振元件430延伸，且彼此间隔并列，如图所示，第一指状结构510与第二指状结构520在两个相邻的微带线共振元件430之间交错配置而构成一个指叉型
(interdigital)电容。在本实施例中，第一指状结构510、第二指状结构520与微带线共振元件430均形成于平坦层30相对于介电基板20的表面，简言之，在本实施例中，电容耦合单元50与线路层40形成于同一平面，从而可视为同一层结构。
70.在设计上，第一指状结构510与第二指状结构520的每一者的宽度w至少约小于50μm，例如可约为10μm，而第一指状结构510与第二指状结构520之间的间距g至少约小于50μm，例如可约为10μm；由此，可确保第一指状结构510与第二指状结构520可在相邻的微带线共振元件430之间产生电容耦合。
71.接着，请参阅图4，图4为滤波器1与移除电容耦合单元50的滤波器的频率响应(frequency response)比较图，其中，实线为具有电容耦合单元50的前述的滤波器1的响应特性，而虚线为将电容耦合单元50从滤波器1移除后的响应特性。可知，通过电容耦合单元50的电性耦合效果，可在毫米波频段的应用领域可产生一个明显的传输零点(transmission zero)，即明显的提升止带(stop band)抑制的特性。
72.除此之外，如图所示，在本实施例或其他实施例中，设置有电容耦合单元50的其中两个相邻的微带线共振元件430的长度l1(例如是以微带线共振元件430连接于共接电极410的根部至微带线共振元件430的末端的长边)至少短于其他的微带线共振元件430的长度l2。此配置可提升滤波器1的通带的表现。
73.于此，请参阅图5，图5为滤波器1的频率响应图，其中，曲线s11指反射损耗(return loss)，曲线s21指插入损耗(insertion loss)，而其中实线的部分表示具有长度l1短于长度l2的配置的微带线共振元件430，而虚线的部分表示长度l1等于长度l2的配置的微带线共振元件430。可知，前述具有长度l1短于长度l2的配置，有助于提升通带的曲线s11与s21的表现。
74.然于此补充说明的是，其中设置有电容耦合单元50的其中两个相邻的微带线共振元件430的长度可以相同或不相同，本发明并非以此为限。
75.接着，请参阅图6，图6为采用厚薄膜制作工艺与传统仅采用纯厚膜制作工艺两者的线路传输损耗比较图，其中，实线为采用厚薄膜制作工艺的传输损耗曲线，其线路可如前述的滤波器1设置于平坦层30上，虚线为单纯采用纯厚膜制作工艺，其没有如前述的平坦层30，故线路仅能利用网格印刷形成于介电基板上。比较之下可知，由于平坦层30的设置搭配薄膜制作工艺，可使线路层40的底部与表面都可维持于高度的平整，因此可令线路达到较低的传输损耗。
76.在前述实施例中，电容耦合单元50可与微带线共振元件430位于同一平面，但本发明并非以此为限。例如请参阅图7，为依据本发明的另一实施例的滤波器1’的立体示意图，滤波器1’与前述实施例的滤波器1的主要差异仅在于电容耦合单元的位置，故以下仅针对差异处进行说明，相似或相同的部分可从前述实施例相关段落获得理解，于此不再赘述。
77.在本实施例中，滤波器1’的电容耦合单元50’是为一个与线路层40设置于不同平面的单层电容结构。具体来看，在本实施例中，线路层40上方额外形成另一层平坦层30’，此平坦层30’的构成与前述平坦层30实质上相同，故其细节将不再赘述。接着可利用金属镀膜的方式在平坦层30’上可形成一个单层的电容，即图所示的电容耦合单元50’，使得平坦层30’介于线路层40与电容耦合单元50’之间，且就位置上，可使电容耦合单元50’横跨于线路层40的相邻的两个微带线共振元件430上。这里所述的「横跨」，是指从滤波器1’的上视视角
来看，电容耦合单元50’至少与所电性耦合的微带线共振元件430相重叠。经实验结果，此配置同样可达到将两个相邻的微带线共振元件430电性耦合，从而可等效地实现前述的高止带抑制效果。并且，相似地是，在本实施例中，其上横跨有电容耦合单元50’的其中二微带线共振元件430的长度，短于其他未被电容耦合单元50’横跨的微带线共振元件430的长度。
78.除前述实施例之外，在此补充说明的是，在本发明中，滤波器上可以但不限于仅设置单个电容耦合单元。例如于其他实施例中，滤波器也可依据实际需求而设置多个电容耦合单元，且可选择设置于连续相邻的微带线共振元件之间或多对相邻的微带线共振元件之间。另外，只要能达到前述电容耦合相邻的微带线共振元件的效果，电容耦合单元的第一指状结构与第二指状结构的数量、形状及其在微带线共振元件上的相对位置均可依据实际需求(如传输零点的位置)等考虑进行调整，本发明并非以此为限。此外，微带线共振元件的数量也可依据实际需求而进行增减，如仅为三个或四个以上，本发明也非以此为限。
79.综上所述，由本发明前述实施例所揭露的滤波器，由于电容耦合单元可电性耦合于相邻的微带线共振元件，因此在毫米波的频段的应用中，本发明的滤波器可具有明显的高通带抑制性，相较于传统的声表面波滤波器(sawf)与体声波滤波器(bawf)等滤波器，本发明的滤波器更适合更高频领域的应用。
80.此外，由于本发明的滤波器具有平坦层，可使线路层在一高平整度平面设置，除了可提升线路层的附着强度，还可让线路层以黄光显影制作工艺来形成，使整体的平整更为提升，从而有助于降低传输的损耗。
81.另外，本发明的滤波器的微带线共振元件的长度短且间距小，从而有助于缩小整体尺寸而满足小型化的需求。