专利名称：多层lc复合单元和调整其频率特性的方法
技术领域：
本发明涉及多层LC复合单元，具体而言，本发明涉及用于诸如移动电话之类移动通信装置的多层LC复合单元和调整多层LC复合单元频率特性的方法。
背景技术：
图5示出了限定多层LC滤波器的普通多层LC复合单元。图5的多层LC复合单元包括陶瓷薄层2-9，其具有电感器过孔10a、10b、11a、11b、12a和12b、电容器图案13-15、谐振电容器图案16a、16b、17a、17b、18a和18b、耦合电容器图案19-21、接地侧电容器图案22-24、接地图案25和26、输入和输出引线图案27和28。
陶瓷薄层2-9堆叠起来并且在堆叠的薄层的顶面和底面上放置保护陶瓷薄层。整个堆叠薄层烧结在一起从而构成图6所示的多层体50。输入端51、输出端52和接地端G1和G2放置在多层体50上。输入端51与输入和输出引线图案27相连，输出端52与输入和输出引线图案28相连。接地端G1和G2与接地图案25和26以及接地侧电容器图案22-24相连。
在具有上述结构的LC滤波器1中，电感器过孔10a、10b、11a、11b、12a和12b沿陶瓷薄层2-9堆叠方向连接以构成长度为d1的柱状电感器L1、L2和L3。谐振电容器图案16a、16b、17a、17b、18a和18b经由陶瓷薄层2-4相对接地图案25和接地侧电容器图案22-24放置以限定谐振电容器C1、C2和C3。电容器图案13-15相对耦合电容器图案19-21放置以限定耦合电容器Cs1、Cs2和Cs3。此外，连接过孔41a-41d、42a-42d和43a-43d放置为电气连接谐振电容器图案16a、16b、17a、17b、18a和18b至电感器L1、L2和L3。
图7为按照上述布局构造的LC滤波器1的等价电路图。柱状电感器L1和谐振电容器C1限定LC谐振器Q1，柱状电感器L2和谐振电容器C2限定LC谐振器Q2，而柱状电感器L3和谐振电容器C3限定LC谐振器Q3。LC谐振器Q1-Q3经耦合电容器Cs1-Cs3互相连接以构成三阶带通滤波器。而且柱状电感器L1-L3与耦合电容器Cs1-Cs3之间产生的互感M限定了平行陷阱以对高于中心频率的频率提供衰减极点。
另一方面，在具有上述结构的LC滤波器1中，电感器L1、L2和L3的一端与每个电容器图案13-15电气连接以限定谐振器Q1、Q2和Q3每一个的开路端。电感器L1-L3的另一端与接地图案26电气连接以限定谐振器Q1-Q3的短路端。此外，输入和输出引线图案27和28总是从柱状电感器L1和L3每一个的一端引出，即从谐振器Q1和Q3的开路端引出。因此在这种普通LC滤波器中，在高于中心频率的频率上形成的衰减极点无法自由移动。因此衰减极点不可能设定得靠近中心频率。
发明内容
为了克服上述问题，本发明较佳实施例提供了可以自由和方便地设定形成于高于中心频率的频率处的衰减极点的多层LC复合单元。而且本发明较佳实施例提供了调整多层LC复合单元频率特性的方法。
按照本发明的第一较佳实施例，多层LC复合单元包括堆叠在一起以限定多层体的多层绝缘层；包含沿堆叠绝缘薄层方向连接的过孔的多个电感器；包含电容器图案的多个电容器，电感器与电容器放置在多层体内以限定多个LC谐振器，并且每个电感器的一端与限定LC谐振器的每个电容器的电容器图案电气连接；使其中一层绝缘层与电感器的另一端电气连接的接地图案；以及使其中一层绝缘层与电感器中点沿绝缘层堆叠方向连接的输入引线图案和输出引线图案。
按照本发明的第二较佳实施例，多层LC复合单元包括包含至少第一-第五层以限定多层体的多层绝缘层；放置在多层体内以限定多个LC谐振器的多个电感器和多个电容器；放置在第一绝缘层上的接地侧电容器图案；放置在第二绝缘层上以限定LC谐振器电容器的热侧电容器图案，热侧电容器图案相对接地侧电容器图案放置；放置在第三绝缘层上的输入和输出引线图案；形成于第三绝缘层内并且与输入和输出引线图案相连的第一电感器过孔；形成于第四绝缘层内的第二电感器过孔；以及放置在第五绝缘层上的接地图案，其中第一-第五绝缘层堆叠在一起并且随后第一和第二电感器过孔沿绝缘层堆叠方向连接以限定电感器，每个电感器的一端与限定LC谐振器的每个电容器的热侧电容器图案电气连接而电感器的另一端与第五绝缘层上的接地图案电气连接，并且第三绝缘层上的输入和输出引线图案沿绝缘层堆叠方向与电感器的中点电气连接。
此外，比较好的是，接地图案与每个连接输入和输出引线图案到电感器的位置之间的距离沿绝缘层堆叠方向在大约200-700微米范围内。在这种布局下，可以获得所需的输入和输出阻抗，例如大约50、70和75欧姆。
按照本发明的第三较佳实施例，一种调整多层LC复合单元频率特性的方法，多层LC复合单元包括堆叠绝缘层以限定内部放置多个电感器和电容器以构成LC谐振器的多层体，方法包括以下步骤形成沿绝缘层堆叠方向连接的过孔以形成多个电感器；将每个电感器的一端与限定LC谐振器的每个电容器的电容器图案电气连接并且将电感器的另一端与其中一层绝缘层上的接地图案连接起来；以及改变其中一层绝缘层上的输入和输出引线图案沿绝缘层堆叠方向与电感器的连接位置从而调整频率特性。
在这种方法中，输入和输出引线图案沿绝缘层堆叠方向与电感器中点电气连接。这种布局允许衰减极点形成于高于中心频率的频率处以逼近中心频率。换句话说，通过缩短接地图案与连接输入和输出引线图案至电感器的位置之间的距离，增加了平行陷阱电路的电感，从而使衰减极点靠近中心频率。因此可以方便和精确地调整多层LC复合单元的频率特性。
通过以下接合附图对本发明的说明，可以进一步理解本发明的其他特征、要素、特性和优点。
附图简述
图1为按照本发明较佳实施例的多层LC复合单元分解透视图；图2为图1中多层LC复合单元外部透视图；图3为图2所示多层LC复合单元的电气等价电路图；图4为图2所示多层LC复合单元频率特性的曲线图；图5为普通LC复合单元的分解透视图；图6为图5所示普通多层LC复合单元的外部视图；以及图7为图6所示普通多层LC复合单元的等价电路图。
实施发明的较佳方式以下接合附图对多层LC复合单元较佳实施例和按照本发明各种较佳实施例的调整LC复合单元频率特性的方法进行描述。在较佳实施例中，将通过与图5中普通多层LC复合滤波器的比较描述本发明的多层LC复合单元。
图1示出了多层LC滤波器61的结构。图2为LC滤波器61的外部视图而图3为滤波器61的等价电路图。LC滤波器比较好的是包括具有电感器过孔70a-70c、71a-71c和72a-72c的绝缘薄层2-6、9、62-64、电容器图案13-15、谐振热侧电容器图案16a、16b、17a、17b、18a和18b、耦合电容器图案19-21、接地侧电容器图案22-24、接地图案25和26、输入和输出电容器图案65和66、输入和输出引线图案75和76以及其他元件。
绝缘薄层2-6、9、62-64比较好的是通过将介电陶瓷粉末或磁性粉末与粘合剂混合制成。图案13-26、65、66、75和76由诸如Ag、Pd、Cu、Ni、Au或者Ag-Pd合金材料构成并且通过印制、溅射或其他合适的技术放置在薄层上。比较好的是通过借助冲压、激光或其他合适的工具或工艺在绝缘薄层3-6和62-64内制造所需形状的孔并在孔内填充诸如Ag、Pd、Cu或Ag-Pd合金或其他合适的材料之类的导电材料形成电感器过孔70a-72c和连接过孔41a-43d。
电感器过孔70a-70c、71a-71c和72a-72c沿绝缘薄层62-64堆叠方向连接以构成长度为d1的柱状电感器L1、L2和L3。电感器L1-L3的轴向基本上垂直于薄层62-64的表面。每个电感器L1-L3的一端(即过孔70c、71c和72c)与接地图案26连接。接地图案25和26暴露于薄层2和9的前后表面。
谐振电容器图案16a、16b、17a、17c、18a和18b经绝缘层2、3和4相对接地图案25和接地侧电容器图案22、23和24放置以构成谐振电容器C1、C2和C3。谐振电容器图案16a和16b经连接过孔41a-41d与电感器L1一端(过孔70a)连接以构成包含电感器L1和电容器C1的LC谐振器Q1。谐振电容器图案17a和17b经连接过孔42a-42d与电感器L2一端(过孔71a)连接以构成包含电感器L2和电容器C2的LC谐振器Q2。谐振电容器图案18a和18b经连接过孔43a-43d与电感器L3一端(过孔73a)连接以构成包含电感器L3和电容器C3的LC谐振器Q3。
放置在绝缘薄层62上的电容器图案13-15基本上平行于从薄层62前边缘至后边缘的方向延伸。电容器图案13、14和15与限定电感器L1、L2和L3的过孔70a、71a和72a直接连接。
电容器图案13和14经薄层6相对耦合电容器图案19放置以定义将LC谐振器Q1和Q2耦合的耦合电容器Cs1。电容器图案14和15经薄层6相对耦合电容器图案20放置以限定将LC谐振器Q2和Q3耦合的耦合电容器Cs2。
提供于绝缘薄层63之上的输入和输出电容器图案65和66基本上平行于薄层63的前边缘至后边缘的方向延伸。输入和输出电容器图案65和66与限定电感器L1和L3的过孔70b和72b直接连接。而且输入和输出电容器图案65和66与输入和输出引线图案75和76连接。输入引线图案75暴露在薄层63的左边缘而输出引线图案76暴露于右边缘。
耦合电容器图案21经薄层63相对输入电容器图案65和输出电容器图案66以限定将输入侧LC谐振器Q1和输出侧LC谐振器Q3耦合的耦合电容器Cs3。
如图1所示，上述布局的薄层2-6、9和62-64按照顺序堆叠并且一体烧结以构成如图2所示例如约3.2毫米长、2.5毫米宽和1.4毫米厚的多层体80。在多层体80的右端面和左端面上形成输入端81和输出端82。接地端G1和G2提供于多层体80的前后面。输入端81与输入引线图案75相连而输出端82与输出引线图案76相连。接地端G1和G2与接地图案25-26和接地侧电容器22-24相连。
图3示出了按照上述布局构造的多层LC滤波器61的等价电路图。谐振器Q1-Q3经耦合电容器Cs1-Cs3互相电气连接以构成三阶切比雪夫滤波器。电感器L1-L3的第一端(即过孔70a-72a)与电容器C1-C3的第一端相连。电感器L1-L3的第二端(即过孔70c-72c)与接地图案26相连。
在电感器L1和L3的轴向，输入引线图案75和76与电感器L1和L3的中点连接。特别是，接地图案26与每个电气连接输入和输出引线图案75和76至电感器L1和L3的点之间的距离d2(参见图1)小于电感器L1和L3的长度d1。在这种布局下，电感器L1和L3的部分L1a和L3a(参见图3)产生的电感加入电感器L1-L3与耦合电容器Cs1-Cs3之间产生的互感M定义的平行陷阱。因此高于中心频率处产生的衰减极点接近中心频率。
在这种情况下，考虑到阻抗匹配，比较好的是d2与d1之间的比率大约在0.19≤d2/d1＜1的范围内。例如当d1＝766微米时，d2较好的是150微米或以上，其中150/167的比值约等于0.193。
在这种方式下，在多层LC滤波器61中，可以容易和精确地调整高于中心频率处形成的衰减极点。图4示出了通过改变包含长度d1为776微米而直径约为0.2毫米的电感器L1-L3的多层LC滤波器内的距离d2来调整的频率特性。实体线91示出了当d2＝200微米时获得的特性。点划线92示出了当d2＝400微米时的特性，而双点划线93表示d2＝500微米时的特性。点线94示出了d2＝700微米时的特性。作为比较，图5所示普通LC滤波器1的特性用实线95表示。如图4所示，随着距离d2的变小，高于中心频率处形成的衰减极点更接近中心频率。
当LC滤波器61被用作宽带滤波器时，d1和d2需要尽可能地互相接近。换句话说，d1与d2之比需要尽可能地接近1。另一方面，当滤波器61用作窄带滤波器时，d1和d2之差需要尽可能地大。换句话说，d2需要尽可能地接近0。
多层LC复合单元和调整本发明LC复合单元频率特性的方法并不局限于上述较佳实施例。各种修改和改变可以在不偏离本发明范围的前提下进行。
作为LC复合单元，例如可以是带通滤波器、低通滤波器、高通滤波器或其他合适的滤波器。此外，通过组合带通滤波器、低通滤波器、高通滤波器或陷阱电路可以用作双工器。而且，通过将这些不同类型的电路组合起来本发明的LC复合单元可以是双工器。除了双工器以外，可以通过在单个多层体内包含多个滤波器提供三路复用器、多路复用器或其他合适的装置。
在上述较佳实施例中，在堆叠具有导电图案和过孔的绝缘薄层之后，一体烧结薄层。但是本发明并不局限于该方法。绝缘薄层可以预先烧结。
另外，LC复合单元可以下列方式制造。在通过印制或其他合适工艺形成带绝缘涂胶的绝缘层之后，将导电涂胶涂覆在绝缘层上以形成导电图案和过孔。接着在层上涂覆绝缘涂胶以形成绝缘层。同样，通过一次涂覆绝缘涂胶，可以获得具有多层结构的LC复合单元。
如上所述，在本发明较佳实施例的多层LC复合单元内，输入和输出引线图案沿绝缘薄层堆叠方向电气连接电感器的中点。在这种布局下，高于中心频率处形成的衰减极点可以接近中心频率。因此可以方便和精确地调整多层LC复合单元的频率特性。
虽然借助较佳实施例描述了本发明，但是本领域内的技术人员可以在不偏离本发明精神和范围的前提下对本发明作出各种修改。
权利要求
1.一种多层LC复合单元，其特征在于包括堆叠在一起以限定多层体的多层绝缘层；包含第一和第二端并且包含经过多个绝缘层延伸并沿绝缘层堆叠方向连接的过孔的多个电感器；包含电容器图案的多个电容器，电感器与电容器放置在多层体内以限定多个LC谐振器，并且每个电感器的第一端与限定LC谐振器的每个电容器的电容器图案电气连接；使其中一层绝缘层与电感器的第二端电气连接的接地图案；以及使其中一层绝缘层与电感器中点沿绝缘层堆叠方向连接的输入引线图案和输出引线图案。
2.如权利要求1所述的多层LC复合单元，其特征在于接地图案与每个连接输入和输出引线图案到电感器的位置之间的距离沿绝缘层堆叠方向在大约200-700微米范围内。
3.如权利要求1所述的多层LC复合单元，其特征在于多个电感器的过孔布局为限定柱状电感器。
4.如权利要求1所述的多层LC复合单元，其特征在于电容器图案为经其间放置的多个绝缘薄层选定之一相对接地图案和接地侧电容器图案的谐振电容器图案以构成谐振电容器。
5.如权利要求1所述的多层LC复合单元，其特征在于电容器图案放置在多个绝缘薄层之一上并且基本平行从多个绝缘薄层之一的前边缘向后边缘延伸。
6.如权利要求1所述的多层LC复合单元，其特征在于电容器图案直接与限定电感器的过孔连接。
7.如权利要求1所述的多层LC复合单元，其特征在于电容器图案经多个绝缘薄层其中一层相对耦合电容器图案放置以限定至少耦合两个LC谐振器的耦合电容。
8.如权利要求1所述的多层LC复合单元，其特征在于进一步包含耦合电容器，其中LC谐振器经耦合电容器互相电气连接以构成三阶切比雪夫滤波器。
9.如权利要求8所述的多层LC复合单元，其特征在于电感器第一端与耦合电容器第一端连接，并且电感器第二端与接地图案电气连接。
10.如权利要求1所述的多层LC复合单元，其特征在于接地图案与将输入和输出引线图案与电感器连接起来的每个点之间的距离小于每个电感器的长度d1。
11.如权利要求10所述的多层LC复合单元，其特征在于d2与d1之比比较好的是大约为0.19≤d2/d2＜1。
12.如权利要求1所述的多层LC复合单元，其特征在于多层LC复合单元为带通滤波器、低通滤波器、高通滤波器、双工器、三路复用器和多路复用器中的一种。
13.一种多层LC复合单元，其特征在于包括包含至少第一一第五层以限定多层体的多层绝缘层；放置在多层体内以限定多个LC谐振器的多个电感器和多个电容器；放置在第一绝缘层上的接地侧电容器图案；放置在第二绝缘层上以限定LC谐振器电容器的热侧电容器图案，热侧电容器图案相对接地侧电容器图案放置；放置在第三绝缘层上的输入和输出引线图案；形成于第三绝缘层内并且与输入和输出引线图案相连的第一电感器过孔；形成于第四绝缘层内的第二电感器过孔；以及放置在第五绝缘层上的接地图案；其中第一-第五绝缘层堆叠在一起并且随后第一和第二电感器过孔沿绝缘层堆叠方向连接以限定电感器，每个电感器的一端与限定LC谐振器的每个电容器的热侧电容器图案电气连接而电感器的另一端与第五绝缘层上的接地图案电气连接，并且第三绝缘层上的输入和输出引线图案沿绝缘层堆叠方向与电感器的中点电气连接。
14.如权利要求13所述的多层LC复合单元，其特征在于接地图案与每个连接输入和输出引线图案到电感器的位置之间的距离沿绝缘层堆叠方向在大约200-700微米范围内。
15.如权利要求13所述的多层LC复合单元，其特征在于多个电感器的过孔布局为限定柱状电感器。
16.如权利要求15所述的多层LC复合单元，其特征在于电容器包括直接与限定电感器的过孔连接的电容器图案。
17.如权利要求16所述的多层LC复合单元，其特征在于电容器图案经多个绝缘薄层其中一层相对耦合电容器图案放置以限定至少耦合两个LC谐振器的耦合电容。
18.如权利要求13所述的多层LC复合单元，其特征在于进一步包含耦合电容器，其中LC谐振器经耦合电容器互相电气连接以构成三阶切比雪夫滤波器。
19.如权利要求13所述的多层LC复合单元，其特征在于多层LC复合单元为带通滤波器、低通滤波器、高通滤波器、双工器、三路复用器和多路复用器中的一种。
20.一种调整多层LC复合单元频率特性的方法，多层LC复合单元包括堆叠绝缘层以限定内部放置多个电感器和电容器以构成LC谐振器的多层体，其特征在于所述方法包括以下步骤形成沿绝缘层堆叠方向连接的过孔以形成多个电感器；将每个电感器的一端与限定LC谐振器的每个电容器的电容器图案电气连接并且将电感器的另一端与其中一层绝缘层上的接地图案连接起来；以及改变其中一层绝缘层上的输入和输出引线图案沿绝缘层堆叠方向与电感器的连接位置从而调整频率特性。
全文摘要
一种多层LC复合单元,包括:堆叠在一起以限定多层体的多层绝缘层;包含第一和第二端并包含经过绝缘层延伸并沿绝缘层堆叠方向连接的过孔的多个电感器;包含电容器图案的多个电容器,电感器与电容器放置在多层体内,第一端与限定LC谐振器的每个电容器的电容器图案电气连接;使其中一层绝缘层与第二端电气连接的接地图案;以及使其中一层绝缘层与电感器中点沿绝缘层堆叠方向连接的输入引线图案和输出引线图案。
文档编号H03H7/09GK1340876SQ01131259
公开日2002年3月20日 申请日期2001年8月31日 优先权日2000年9月1日
发明者山口直人 申请人:株式会社村田制作所