叠层片式巴伦及电子设备的制作方法

1.本实用新型涉及射频技术领域，尤其是涉及一种叠层片式巴伦及电子设备。


背景技术：

2.巴伦电路(balun)表示平衡不平衡转换器，其可以实现差分信号与单端信号之间的互相转换，并完成阻抗匹配。巴伦作为一种三端口器件，巴伦被广泛地应用于射频电路的平衡布局中，如滤波器、功率放大器和天线馈电网络，直接影响着无线通信的性能和质量。
3.其中，叠层片式巴伦由于实现简单，成本低廉，结构紧凑，体积小等优点，满足人们对于电子产品小型化的需求，成为目前无源巴伦的一种重要形式。
4.然而，现有的叠层片式巴伦，超高频下寄生干扰严重，难以实现优良的频率特性，存在幅度相位特性差的技术问题。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种叠层片式巴伦及电子设备，旨在解决现有的叠层片式巴伦存在幅度相位特性差的技术问题。
6.为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种叠层片式巴伦，包括不平衡信号端口、第一平衡信号端口、第二平衡信号端口、第一接地端口、第二接地端口和第一电容器；
7.在所述第一平衡信号端口和所述第二平衡信号端口之间串联连接有第一电感器和第二电感器，所述第一电感器和所述第二电感器的绕向相反，所述第一电容器的一端连接于所述第一电感器和所述第二电感器之间的节点，所述第一电容器的另一端接地；
8.所述第一接地端口连接有第三电感器，所述第三电感器与所述第一电感器相耦合；
9.在所述不平衡信号端口和所述第二接地端口之间连接有第四电感器，所述第四电感器与所述第二电感器相耦合。
10.在其中一个实施例中，上述叠层片式巴伦包括：
11.层叠体，包括多个依次层叠的介质膜片；
12.多个图案导体，印制于所述多个介质膜片；
13.多个导通孔导体，贯通所述多个介质膜片而配置；
14.通过所述图案导体、或通过所述图案导体和所述导通孔导体，形成所述不平衡信号端口、所述第一平衡信号端口、所述第二平衡信号端口、所述第一接地端口、所述第二接地端口、所述第一电容器、所述第一电感器、所述第二电感器、所述第三电感器和所述第四电感器。
15.在其中一个实施例中，多个所述介质膜片包括沿层叠方向依次分布的第一屏蔽层、第二屏蔽层和第三屏蔽层，所述第一屏蔽层和所述第三屏蔽层分别位于所述层叠体的两端，多个所述导通孔导体包括第一孔导体；
16.所述第二电感器和所述第四电感器相间隔地位于所述第一屏蔽层和所述第二屏蔽层之间，所述第一电感器和所述第三电感器相间隔地位于所述第二屏蔽层和所述第三屏蔽层之间，所述第二屏蔽层具有开窗，所述第一电感器和所述第二电感器通过贯穿所述开窗的所述第一孔导体连接。
17.在其中一个实施例中，所述第一电容器的一端与所述第一孔导体连接，所述第一电容器的另一端与所述第一屏蔽层连接。
18.在其中一个实施例中，所述第一屏蔽层的图案导体与所述第三屏蔽层的图案导体相同。
19.在其中一个实施例中，所述第一电感器位于所述第三电感器靠近所述第二屏蔽层的一侧，所述第一电感器和所述第三电感器在层叠方向上的投影相重叠；
20.所述第二电感器位于所述第四电感器靠近所述第二屏蔽层的一侧，所述第二电感器和所述第四电感器在层叠方向上的投影相重叠。
21.在其中一个实施例中，所述层叠体在第一方向上的尺寸为1.6mm～2.5mm，所述层叠体在第二方向上的尺寸为1mm～1.5mm，所述层叠体在层叠方向上的尺寸为0.6mm～1.2mm，所述第一方向、所述第二方向和所述层叠方向两两垂直。
22.在其中一个实施例中，所述导通孔导体的直径为0.1mm～0.2mm。
23.在其中一个实施例中，所述第一电感器、所述第二电感器、所述第三电感器和所述第四电感器均为平面螺旋电感，所述平面螺旋电感的线径为50μm～100μm。
24.在其中一个实施例中，所述不平衡信号端口、所述第一平衡信号端口、所述第二平衡信号端口、所述第一接地端口和所述第二接地端口中的至少一个包括三层镀层，所述镀层从内到外依次为银镀层、镍镀层和锡镀层。
25.在其中一个实施例中，所述第一电感器与所述第三电感器的绕向相同。
26.在其中一个实施例中，第二电感器与第四电感器的绕向相同。
27.本实用新型还提供了一种电子设备，包括上述任意一项的叠层片式巴伦。
28.本实用新型提供的叠层片式巴伦及电子设备的有益效果是：针对超高频下寄生干扰严重的问题，通过在第一电感器和第二电感器之间的节点连接第一电容器，并将第一电容器接地，实现低损耗，同时幅度及相位特性得到明显改善，解决了现有的叠层片式巴伦存在幅度相位特性差的技术问题，提高了成品率。
附图说明
29.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1为本实用新型实施例提供的叠层片式巴伦的电路原理图；
31.图2为本实用新型实施例提供的叠层片式巴伦的外观示意图；
32.图3为本实用新型实施例提供的叠层片式巴伦的透视图；
33.图4为图3中的a向示意图；
34.图5为图4中的第六膜片的示意图；
35.图6为图4中的第一膜片的示意图；
36.图7为图4中的第二膜片的示意图；
37.图8为图4中的第三膜片的示意图；
38.图9为图4中的第七膜片的示意图；
39.图10为图4中的第四膜片的示意图；
40.图11为图4中的第五膜片的示意图；
41.图12为图4中的第八膜片的示意图；
42.图13为图4中的第九膜片的示意图；
43.图14为本实用新型实施例提供的叠层片式巴伦的插入损耗曲线；
44.图15为本实用新型实施例提供的叠层片式巴伦的幅度不平衡度曲线；
45.图16为本实用新型实施例提供的叠层片式巴伦的相位不平衡度曲线；
46.图17为本实用新型实施例提供的叠层片式巴伦的制造方法的流程示意图。
47.其中，图中各附图标记：
48.l1、第一电感器；l2、第二电感器；l3、第三电感器；l4、第四电感器；
49.c0、第一电容器；c1、第一屏蔽层；c2、第二屏蔽层；c3、第三屏蔽层；
50.101、不平衡信号端口；102、第一平衡信号端口；103、第二平衡信号端口；104、第一接地端口；105、第二接地端口；106、空载端；
51.200、层叠体；210、第一膜片；220、第二膜片；221、第一孔；222、第二孔；230、第三膜片；231、第三孔；240、第四膜片；241、第四孔；250、第五膜片；260、第六膜片；270、第七膜片；271、开窗；280、第八膜片；290、第九膜片；291、标识；
52.310、第一孔导体；320、第二孔导体；330、第三孔导体。
具体实施方式
53.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
54.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
55.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
56.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据
具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
57.请参考图1，现对本实用新型实施例中的叠层片式巴伦进行说明。
58.该叠层片式巴伦包括不平衡信号端口101、第一平衡信号端口102、第二平衡信号端口103、第一接地端口104、第二接地端口105和第一电容器c0。
59.在第一平衡信号端口102和第二平衡信号端口103之间串联连接有第一电感器l1和第二电感器l2，第一电感器l1和第二电感器l2的绕向相反，第一电容器c0的一端连接于第一电感器l1和第二电感器l2之间的节点，第一电容器c0的另一端接地。
60.第一接地端口104连接有第三电感器l3，第三电感器l3与第一电感器l1相耦合。
61.在不平衡信号端口101和第二接地端口105之间连接有第四电感器l4，第四电感器l4与第二电感器l2相耦合。
62.传统的叠层片式巴伦，在超高频下存在寄生干扰严重的问题，而本实施例中提供的叠层片式巴伦，通过在第一电感器l1和第二电感器l2之间的节点连接第一电容器c0，并将第一电容器c0接地，减少寄生效应，减少超高频噪声，实现低损耗，同时幅度及相位特性得到明显改善，解决了现有的叠层片式巴伦存在幅度相位特性差的技术问题，提高了成品率。
63.其中，超高频在通信领域是一个清楚的概念。具体地，超高频包括c波段，即频率从4.0ghz-8.0ghz的一段频带，其作为通信卫星下行传输信号的频段，在卫星电视广播和各类小型卫星地面站应用中，该频段首先被采用且一直被广泛使用。
64.特别地，上述叠层片式巴伦应用于4.9ghz-6.0ghz的频段。
65.在其中一个实施例中，请参考图2至图4，上述叠层片式巴伦包括层叠体200、图案导体和导通孔导体。层叠体200包括多个依次层叠的介质膜片。图案导体印制于多个介质膜片，图案导体的数量为多个。导通孔导体贯通多个介质膜片而配置。
66.通过图案导体、或通过图案导体和导通孔导体，形成不平衡信号端口101、第一平衡信号端口102、第二平衡信号端口103、第一接地端口104、第二接地端口105、第一电容器c0、第一电感器l1、第二电感器l2、第三电感器l3和第四电感器l4。
67.本实施例中，上述不平衡信号端口101、第一平衡信号端口102、第二平衡信号端口103、第一接地端口104、第二接地端口105、第一电容器c0、第一电感器l1、第二电感器l2、第三电感器l3和第四电感器l4中的任意一个可以是在介质膜片上印制的一个图案导体，或者，也可以包括在不同介质膜片上的图案导体，然后在通过导通孔导体连接成一体。多个介质膜片再通过依次层叠而形成叠层体，具有体积小、加工工艺简单、成本低的优点。
68.具体地，可结合图4，导通孔导体的直径为0.1mm～0.2mm。
69.其中，导通孔导体包括下文提及的第一孔导体310、第二孔导体320和第三孔导体330。本示例中，导通孔导体的直径大小合适，有利于降低工艺难度及成本，同时制成的导通孔导体性能稳定，可靠性高。如果导通孔导体的直径过大，则难以填充。如果导通孔导体的直径太小，加工难度大。
70.具体地，请参考图7、图8、图10和图11，第一电感器l1、第二电感器l2、第三电感器l3和第四电感器l4均为平面螺旋电感，平面螺旋电感的线径为50μm～100μm。平面螺旋电感在超高频时可减小电感的寄生电容。
71.本示例中，平面螺旋电感的线径大小合适，如果线径过大，造成上述叠层片式巴伦
体积过大，如果线径过小，则导致加工难度增加。
72.具体地，第一电感器l1、第二电感器l2、第三电感器l3和第四电感器l4均为四分之一波长耦合线。
73.具体地，请参考图2，层叠体200在第一方向x上的尺寸为1.6mm～2.5mm，层叠体200在第二方向y上的尺寸为1mm～1.5mm，层叠体200在层叠方向z上的尺寸为0.6mm～1.2mm。其中，第一方向x、第二方向y和层叠方向z两两垂直。
74.具体地，上述叠层片式巴伦通过ltcc(low temperature co-fired ceramics，低温共烧陶瓷技术)工艺制成。ltcc工艺是指将低温烧结陶瓷粉制成厚度精确而且致密的生瓷带，作为电路基板材料，在生瓷带上利用激光打孔、微孔注浆、精密导体浆料印刷等工艺制出所需要的图案导体，并将多个无源元件埋入其中，然后叠压在一起，在大约900℃烧结，制成三维电路网络的无源集成组件，也可制成内置无源元件的三维电路基板，在其表面可以贴装ic和有源器件，制成无源/有源集成的功能模块。
75.上述叠层片式巴伦采用ltcc工艺制成，具有体积小、可靠性能高以及制作工艺简单等优点，满足下游的电子设备的整机小型化、高可靠、高性能以及低成本的要求。
76.具体地，上述ltcc工艺的烧结温度860℃～900℃，陶瓷粉料的介电常数为5～7，介质损耗因子为tanα≤0.005。
77.特别地，烧结温度可选为860℃、870℃、880℃、890℃或900℃。
78.特别地，陶瓷粉料的介电常数为6.0、6.3、6.5或6.8。
79.特别地，介质损耗因子tanα为0.001、0.002、0.003、0.004或0.005。
80.其中，烧结温度如果高于900℃，则导致图案导体容易开裂，如果低于860℃，则未烧熟，不存在介电常数。本示例中，介电常数控制为5～7，满足超高频领域的使用要求。
81.具体地，请参考图6，第一电容器c0和不平衡信号端口101位于同一介质膜片，共用一个介质膜片，减少成型过程所需网版，使成型工艺简单化，降低产品生产工艺的复杂度及敏感度，提高成品率，降低生产成本。
82.具体地，请参考图3和图4，多个介质膜片包括沿层叠方向依次分布的第一屏蔽层c1、第二屏蔽层c2和第三屏蔽层c3，第一屏蔽层c1和第三屏蔽层c3分别位于层叠体200的两端，多个导通孔导体包括第一孔导体310。
83.第二电感器l2和第四电感器l4相间隔地位于第一屏蔽层c1和第二屏蔽层c2之间，有利于二者通过电感空间耦合将输入能量传输到输出端，且避免其他有源元件的干扰。第一电感器l1和第三电感器l3相间隔地位于第二屏蔽层c2和第三屏蔽层c3之间，有利于二者通过电感空间耦合将输入能量传输到输出端，且避免其他有源元件的干扰。第二屏蔽层c2具有开窗271，第一电感器l1和第二电感器l2通过贯穿开窗271的第一孔导体310连接，第一电感器l1和第二电感器l2通过第一孔导体310实现串联。
84.其中，第一电感器l1、第二电感器l2、第三电感器l3和第四电感器l4在层叠方向上错开分布，相互独立。第一屏蔽层c1和第三屏蔽层c3能够隔绝外部信号的干扰，第二屏蔽层c2能够避免第一电感器l1和第二电感器l2之间耦合。
85.具体地，第一屏蔽层c1、第二屏蔽层c2和第三屏蔽层c3分别通过外部电极接地。
86.具体地，请参考图4，第一电容器c0的一端与第一孔导体310连接，第一电容器c0的另一端与第一屏蔽层c1连接，从而第一电容器c0的一端实现连接于第一电感器l1和第二电
感器l2之间的节点，第一电容器c0的另一端通过第一屏蔽层c1接地。
87.特别地，第一孔导体310沿层叠方向延伸。
88.具体地，请参考图4，多个导通孔导体包括第二孔导体320。第四电感器l4和不平衡信号端口101位于不同的介质膜片，第四电感器l4通过第二孔导体320与不平衡信号端口101串联。
89.具体地，请参考图4，多个导通孔导体包括第三孔导体330。第三电感器l3和第三屏蔽层c3位于不同的介质膜片，第三电感器l3通过第三孔导体330与第三屏蔽层c3串联。
90.具体地，请结合图5和图12，第一屏蔽层c1的图案导体与第三屏蔽层c3的图案导体相同，屏蔽效果更好。
91.第一屏蔽层c1、第二屏蔽层c2和第三屏蔽层c3均为屏蔽电容，三者共同实现在满足容量值大小的情况下缩小产品的体积，电容面积相同的情况下，三层结构的电容的容量值大约为两层结构的电容的容量值的两倍。
92.在其中一个实施例中，请参考图4，第一电感器l1位于第三电感器l3靠近第二屏蔽层c2的一侧，第一电感器l1和第三电感器l3在层叠方向上的投影相重叠，有利于二者耦合。
93.特别地，第一电感器l1位于第三电感器l3的正上方。
94.在其中一个实施例中，请参考图4，第二电感器l2位于第四电感器l4靠近第二屏蔽层c2的一侧，第二电感器l2和第四电感器l4在层叠方向上的投影相重叠，有利于二者耦合。
95.特别地，第四电感器l4位于第二电感器l2的正上方。
96.在其中一个实施例中，请参考图3，不平衡信号端口101、第一平衡信号端口102、第二平衡信号端口103、第一接地端口104和第二接地端口105中的至少一个包括三层镀层，镀层从内到外依次为银镀层、镍镀层和锡镀层，如此，三层镀层结构能够保证产品的焊接可靠性。
97.具体地，镀层中的银浆烧结温度860℃～900℃，银浆含银量85％
±
5％，银层厚度10μm
±
3μm。
98.特别地，银浆烧结温度为880℃，银浆含银量为85％，银层厚度为10μm。
99.在上述任意一个实施例中，第一电感器l1与第三电感器l3的绕向相同，有利于二者耦合，第二电感器l2与第四电感器l4的绕向相同，有利于二者耦合。并且，由于第一电感器l1和第二电感器l2的绕向相反，对应地，第三电感器l3和第四电感器l4的绕向相反。
100.本实施例提供的叠层片式巴伦，该巴伦的通带频率为4900-6000mhz，在小型化前提下实现低损耗，同时幅度及相位特性得到明显改善，并能降低生产工艺复杂度敏感度，提高成品率，降低加工成本。
101.其中，请参考图2，不平衡信号端口101、第一平衡信号端口102、第二平衡信号端口103、第一接地端口104、第二接地端口105和空载端106分别遍及层叠体200的顶面、沿层叠方向的某一侧面、层叠体200的底面而形成，大致呈有棱角的“c”字形，当然，形状不限于此。各端口相互错开。
102.具体地，不平衡信号端口101包括呈有棱角的“c”字形位于层叠体200外部的部分(参见图2)，还包括在第一膜片210倾斜直线延伸的部分(参见图6)，两部分在层叠体200的侧面边缘处连接导通。
103.具体地，请参考图2和图3，第一接地端口104和第二接地端口105位于层叠体200的
侧面中部，请参考图5，第一屏蔽层c1包括向第六膜片260的两侧中部延伸的接线端，从而第一屏蔽层c1的两端分别与第一接地端口104和第二接地端口105电连接。类似地，如图7所示，第四电感器l4的一端向第二膜片220的左侧中部延伸，从而与第二接地端口105电连接。如图9所示，第二屏蔽层c2的两端分别与第一接地端口104和第二接地端口105电连接。如图11所示，第三电感器l3的一端向第五膜片250的右侧中部延伸，从而与第一接地端口104电连接。如图12所示，第三屏蔽层c3的两端分别与第一接地端口104和第二接地端口105电连接。
104.同理，如图8所示，第二传感器的一端向第三膜片230的左侧上部延伸，结合图2，第二电感器l2的该端与第二平衡信号端口103电连接。如图10所示，第一传感器的一端向第四膜片240的右侧上部延伸，结合图2，第一电感器l1的该端与第一平衡信号端口102电连接。
105.请参考图14，通带内插入损耗≤1.5db。当通带频率为6.0ghz时，插入损耗最大，为1.4628db。
106.请参考图15，幅度不平衡度≤1.0db。当通带频率为6.0ghz时，幅度不平衡度最大，为0.7434db。
107.请参考图16，相位不平衡度≤5
°
。当通带频率为6.0ghz时，相位不平衡度最大，为4.32
°
。
108.实施例二
109.本实用新型还提供了一种电子设备，包括上述任意一项叠层片式巴伦。
110.上述任意一项叠层片式巴伦可应用于天线的馈电网络、差分放大器、平衡混频器、微波通信、汽车电子、电子对抗、雷达导航、卫星通信等领域。
111.实施例三
112.请参考图17，本实用新型还提供了一种上述叠层片式巴伦的制造方法，包括以下步骤：
113.s100：请参考图6，提供第一膜片210，在第一膜片210的顶面印制不平衡信号端口101和第一电容器c0的图案导体。
114.s200：请参考图7，在第一膜片210上叠放具有第一孔221和第二孔222的第二膜片220，第一孔221的位置与第一电容器c0的位置相对应，第二孔222的位置与不平衡信号端口101的位置相对应，金属化第一孔221和第二孔222，并在第二膜片220的顶面印制第四电感器l4的图案导体，由于第二孔222位于不平衡信号端口101的正上方，因此，第四电感器l4通过金属化后的第二孔222与不平衡信号端口101导通。此时，第一孔221和第一电容器c0导通。
115.s300：请参考图8，在第二膜片220上叠放具有第三孔231的第三膜片230，第三孔231与第一孔221相连通，金属化第三孔231，则第三孔231与第一孔221导通，并在第三膜片230的顶面印制第二电感器l2的图案导体，第二电感器l2与金属化后的第三孔231相导通，并通过第三孔231、第一孔221与第一电容器c0并联。
116.s400：请参考图10，在第三膜片230上叠放具有第四孔241的第四膜片240，第四孔241与第三孔231相连通，金属化第四孔241，并在第四膜片240的顶面印制第一电感器l1的图案导体，第一电感器l1与金属化后的第四孔241相导通，金属化后的第四孔241、第三孔231构成上述的第一孔导体310，实现第一电感器l1和第二电感器l2串联。并且，第三孔231
的下方通过金属化的第一孔221实现第一电容器c0的一端连接第一孔导体310上，即连接于第一电感器l1和第二电感器l2之间的节点。
117.s500：请参考图11，在第四膜片240上叠放第五膜片250，在第五膜片250的顶面印制第三电感器l3的图案导体。
118.上述方法中，第一电感器l1和第二电感器l2通过金属化的第三孔231、第一孔221实现串联，第一电容器c0的一端连接于第一电感器l1和第二电感器l2之间的节点，另一端空载，相当于接地。第四电感器l4与第二电感器l2相耦合，其一端与不平衡信号端口101串联，另一端空载，相当于接地。第三电感器l3与第一电感器l1相耦合，其两端空载，相当于接地。
119.具体地，上述方法还包括以下步骤：
120.s600：请参考图5，在步骤s100之前，提供第六膜片260，在第五膜片250的顶面印制第一屏蔽层c1的图案导体。可选地，第一屏蔽层c1为电容。
121.s700：请参考图9，在步骤s300和s400之间，提供具有开窗271的第七膜片270，在第七膜片270的顶面印制第二屏蔽层c2的图案导体，开窗271的位置与第三孔231的位置相对应、且尺寸大于第三孔231的尺寸。可选地，第二屏蔽层c2为电容。
122.s800：请参考图12，在步骤s500之后，提供具有第五孔的第八膜片280，在第八膜片280的顶面印制第三屏蔽层c3的图案导体，第五孔位于第三电感器l3的正上方，以使第三电感器l3与第三屏蔽层c3相导通。可选地，第三屏蔽层c3为电容。
123.具体地，上述方法还包括以下步骤：
124.s900：请参考图13，在步骤s800之后，提供第九膜片290，在第九膜片290的顶面印制标识291图案。
125.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。