专利名称：内含滤波器的多层印刷电路板的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种印刷电路板，特别是涉及一种内含滤波器的多层印刷电路板。
背景技术：
近年来，利用印刷电路板设计射频微波组件，尤其是射频滤波器，已是非常普遍的技术。现今的工业技术发展迅速，消费性电子产品不断推陈出新，功能愈来愈多样化；因此相应的，也对利用印刷电路板设计滤波器的方法与品质提出了更严格的要求。除了在设计阶段，就必须要能精准地控制中心频率(Center Frequency)，带宽(Band Width)，折返损失(Return Loss)，植入损失(Insertion Loss)，旁带拒斥(Out Band Rejection)等参数外，也希望能在设计阶段预先考虑因印刷电路板制作过程所产生的偏差量，进行有系统的评估与控制。因此有必要提出一种可精确控制印刷电路板滤波器电气特性的印刷电路板结构。另一方面，通过此种印刷电路板结构，才能最大限度的保证滤波器的性能。
现有技术所公开的内含滤波器的印刷电路板，如美国专利第6,448,873号《LC Filter with Suspended Printed Inductor and CompensatingInterdigital Capacitor》，其提出在印刷电路板中，利用并联的螺旋形电感与交叉指型电容形成一个LC的谐振电路，各并联的LC谐振电路可再以串联电容相接成一滤波器电路，其中在串联路径上的电容采用一般表面接着式组件(SMD，Surface Mounted Device)。虽然此专利提出在印刷电路板的滤波器中使用交叉指型电容，但其主要应用于滤波器的LC并联谐振，而非应用于串联路径上的电容。
又如美国专利第6,577,208号《Radio Frequency Filter》，此专利主要应用于陶瓷基板的制造，故其中模块化的滤波器组件是一个表面接着式组件(SMD)，其中所使用的交叉指型电容分别与绕线形电感串联，且并未指明此交叉指型电容在滤波器中的用途。除此之外，也未指明此交叉指型电容在滤波器中的用途。综上所述，现有技术所公开的内含滤波器的印刷电路板，尚未提供将交叉指型电容应用于滤波器的串联电容，也未解决使用高低不同介电常数的复合材料基板，导致该内含滤波器的电气特性不精确且带宽较小的问题。
有鉴于此，本发明提出一种内含滤波器的多层印刷电路板，该多层印刷电路板使用以高介电材料及低介电材料压合而成的复合材料多层印刷电路板，其中至少一电容组件为设置于低介电材料之上的交叉指型电容，通过预先调整该交叉指型电容的金属电极结构尺寸，以精确控制该滤波器的电气特性，且回避了该复合材料多层印刷电路板制作时的上下层对位误差问题。
发明内容
本发明所要解决的主要问题在于，是通过使用以高介电材料及低介电材料压合而成的复合材料多层印刷电路板，其中内含金属电极皆位于同一层平面的交叉指型电容，以精确控制内含滤波器的中心频率及传输损耗等电气特性，使得内含滤波器可不受多层印刷电路板制造流程偏差量的影响，以优化内含滤波器的特性。
本发明所要解决的次要问题在于，利用以高介电材料及低介电材料压合而成的复合材料多层印刷电路板，其中内含利用高介电材料形成电容值高的平板式电容，以提升内含滤波器的带宽。
为实现上述目的，本发明提出一种内含滤波器的多层印刷电路板，该多层印刷电路板使用以高介电材料及低介电材料压合而成的复合材料多层印刷电路板。该复合材料多层印刷电路板内设计有多个串联及或并联电容组件以形成一滤波器，其中至少一电容组件为设置于低介电材料上的交叉指型电容。
该交叉指型电容的金属电极皆位于同一层平面，可通过预先调整该交叉指型电容的金属电极结构尺寸，以精确控制该滤波器的中心频率及传输损耗等电气特性，且可避开该复合材料基板制作时的上下层对位误差问题。
图1为本发明所内含滤波器的等效电路图。
图2为本发明的多层印刷电路板剖面示意图。
图3为本发明内含滤波器的多层印刷电路板第一实施例布线示意图。
图4为本发明内含滤波器的多层印刷电路板第一实施例的电气特性测量结果图。
图5为本发明第一实施例的交叉指型电容配置图。
图6为本发明第二实施例的交叉指型电容配置图。
图7为本发明第三实施例的交叉指型电容配置图。
图8为本发明第四实施例的交叉指型电容配置图。
图9为本发明第五实施例的交叉指型电容配置图。
图10为本发明第六实施例的交叉指型电容配置图。
其中，附图标记2、13、22、33、34、53～高介电材料3、12、23、24、32、43、52～低介电材料Ca、Cc～串联电容 Cb～交叉指型电容Cp1、Cp2～电容L1、L2～电感M1～第一金属层M2～第二金属层M3～第三金属层1～基板具体实施方式
为使贵审查员能对本发明的特征、目的及功能有更进一步的认知与了解，现配合附图详细说明如下图1所示为本发明所内含滤波器的等效电路图，其中在传输路径Port1至Port2上，具有三个串联电容Ca，Cb及Cc，且串联电容Cb的两端各连接有一LC并联谐振电路，即电容Cp1与电感L1并联谐振电路及电容Cp2与电感L2并联谐振电路，其中电感L1与电感L2之间形成一耦合互感。
图2所示为本发明的多层印刷电路板剖面示意图，其于基板1依序压合有一高介电材料2及一低介电材料3的复合材料多层印刷电路板，且于基板1、高介电材料2及低介电材料3之上各设置有第一金属层M1、第二金属层M2及第三金属层M3。其中低介电材料使用Mitsui MR500，介电常数为3.4；高介电材料使用HighDk40，介电常数为40。
图3所示为本发明内含滤波器的多层印刷电路板第一实施例布线示意图。其中在传输路径Port1至Port2上，两侧的串联电容Ca及Cc采用平板式电容的设计，由于串联电容Ca及Cc需有较大的电容值以提升内含滤波器的带宽，故串联电容Ca及Cc使用如图2中所示的高介电材料2，且串联电容Ca及Cc中的两平行板使用图2中所示的第二金属层M2及第一金属层M1；中间的串联电容Cb则采用交叉指型电容的设计。该交叉指型电容Cb的两侧各有一端点，并且每一端点皆连接有三条耦合齿。由于交叉指型电容Cb的电容值可于设计阶段调整各耦合齿的长度、宽度及间距而精确获得，故用以决定内含滤波器中心频率的交叉指型电容Cb便可于设计时即获得精确控制。通常串联电容Cb所需的电容量较小，所以其配置于图2中所示的低介电材料3上，且其耦合齿使用图2中所示的第三金属层M3；若Cb需要较大的电容量时，亦可配置于高介电材料上。由于交叉指型电容Cb的上方暴露于介电常数甚低的空气中，故上述配置可使内含滤波器的传输损耗降至最低。另一方面，因为交叉指型电容Cb仅使用图2中所示的低介电材料3及第三金属层M3，故可不受该复合材料多层印刷电路板制作时的上下层对位误差问题的影响。
此外，图3中交叉指型电容Cb的两端点各连接有一LC并联谐振电路，即电容Cp1与电感L1并联谐振电路及电容Cp2与电感L2并联谐振电路。由图3所示，电容Cp1与电容Cp2采用平板式电容的设计，即电容Cp1及Cp2使用如图2中所示的高介电材料2，且电容Cp1及Cp2中的两平行板使用图2中所示的第二金属层M2及第一金属层M1，并于第二金属层M2接地；电感L1与电感L2则分别使用图2中所示第三金属层M3的一小段微带传输线，且电感L1与电感L2之间利用边缘耦合的特性形成一耦合互感。本发明中的电感L1与电感L2，可视情况使用导线式电感(Trace Inductor)、立体螺旋状电感(SinusoidalInductor)、平面螺旋状电感(Spiral Inductor)、迂回形走线电感(MeanderLine Inductor)。
图4所示为本发明内含滤波器的多层印刷电路板第一实施例的电气特性测量结果图，由图4可得知使用图2的复合材料多层印刷电路板及图3的实际布线，该多层印刷电路板内含滤波器的通带带宽(-3dB)从2.0GHz至3.2GHz，约为1.2GHz；通带损耗则约为-1.73dB。此测量结果相对于一般内含滤波器的印刷电路板所使用LTCC材料的SMD组件，可明显实现更好的电气特性。
图5所示为本发明中的交叉指型电容Cb于前述第一实施例的配置方式，其中于基板上依序压合有一高介电材料2及一低介电材料3，交叉指型电容Cb配置于低介电材料3之上的金属层。除了图5所示的配置方式外，交叉指型电容Cb还可使用如图6所示本发明第二实施例的配置方式。其中于基板之上依序压合有一低介电材料12及一高介电材料13，交叉指型电容Cb配置于高介电材料13上的金属层。此外，交叉指型电容Cb还可使用如图7所示本发明第三实施例的配置方式，其中于基板之上依序压合有一高介电材料22及一低介电材料23，交叉指型电容Cb配置于低介电材料23之上的金属层，且该低介电材料23之上再压合有一低介电材料24，而该低介电材料层24上，又压合了一第四金属层；交叉指型电容Cb还可使用如图8图8所示本发明第四实施例的配置方式，其中于基板上依序压合有一低介电材料32及一高介电材料33，交叉指型电容Cb配置于高介电材料33上的金属层，且该高介电材料33之上再压合有一高介电材料34。而该低介电材料层34上，又压合了一第四金属层。另外，交叉指型电容Cb还可使用如图9所示本发明第五实施例的配置方式，其中于基板上依序压合有一高介电材料42及一低介电材料43，交叉指型电容Cb配置于高介电材料42之上的金属层；交叉指型电容Cb还可使用如图10所示本发明第六实施例的配置方式，其中于基板之上依序压合有一低介电材料52及一高介电材料53，交叉指型电容Cb配置于低介电材料52之上的金属层。
综合上述，本发明提出一种内含滤波器的多层印刷电路板，该多层印刷电路板使用以高介电材料及低介电材料压合而成的复合材料多层印刷电路板，该复合材料多层印刷电路板内设计有多个串联及/或并联电容组件以形成一滤波器，其中至少一电容组件为设置于低介电材料之上的交叉指型电容，该交叉指型电容的金属电极皆位于同一层平面。该结构能预先调整该交叉指型电容的金属电极结构尺寸，以精确控制该滤波器的中心频率及传输损耗等电气特性，且可回避该复合材料多层印刷电路板制作时的上下层对位误差问题。
上述仅为本发明的较佳实施例，当不能以之限制本发明的范围。即大凡依本发明权利要求所做的等效变化及修改，仍不失本发明的要义所在，不脱离本发明的精神和范围，故应视为本发明的进一步实施例。
权利要求
1.一种内含滤波器的多层印刷电路板，该多层印刷电路板使用以高介电材料及低介电材料压合而成的复合材料多层印刷电路板，包括一基板，且该基板上配置有一第一金属层；一高介电材料层，该高介电材料层压合于基板上该第一金属层，且该高介电材料层上配置有一第二金属层；及一低介电材料层，该低介电材料层压合于高介电材料层上该第二金属层，且该低介电材料层上配置有一第三金属层；该复合材料多层印刷电路板内设计有多个串联及/或并联电容组件以形成一滤波器，其特征在于，至少一串联电容组件为设置于该低介电材料层上该第三金属层的交叉指型电容，该交叉指型电容的两端各具有多个耦合齿，且该交叉指型电容仅使用该低介电材料层上的该第三金属层。
2.如权利要求1所述的内含滤波器的多层印刷电路板，其特征在于，该低介电材料层上的该第三金属层可再压合一低介电材料层，且该再压合低介电材料层上配置有一第四金属层。
3.如权利要求1所述的内含滤波器的多层印刷电路板，其特征在于，该交叉指型电容设置于该高介电材料层上的该第二金属层，且该交叉指型电容仅使用该高介电材料层上的该第二金属层。
4.如权利要求1、2或3所述的内含滤波器的多层印刷电路板，其特征在于，该交叉指型电容可串联或并联位于上下金属层的平板电容，以形成该内含滤波器。
5.如权利要求1、2或3所述的内含滤波器的多层印刷电路板，其特征在于，该交叉指型电容可另串联或并联一电感，以形成该内含滤波器，其中该电感可为一耦合互感。
6.如权利要求5所述的内含滤波器的多层印刷电路板，其特征在于，该电感可为导线式电感、立体螺旋状电感、平面螺旋状电感或迂回走线电感。
7.一种内含滤波器的多层印刷电路板，该多层印刷电路板使用以高介电材料及低介电材料压合而成的复合材料多层印刷电路板，包括一基板，且该基板上配置有一第一金属层；一低介电材料层，该低介电材料层压合于基板上该第一金属层，且该低介电材料层上配置有一第二金属层；及一高介电材料层，该高介电材料层压合于低介电材料层上该第二金属层，且该高介电材料层上配置有一第三金属层；该复合材料多层印刷电路板内设计有多个串联及/或并联电容组件以形成一滤波器，其特征在于，至少一串联电容组件为设置于该高介电材料层上该第三金属层的交叉指型电容，该交叉指型电容的两端各具有多个耦合齿，且该交叉指型电容仅使用该高介电材料层上的该第三金属层。
8.如权利要求7所述的内含滤波器的多层印刷电路板，其特征在于，该高介电材料层上的该第三金属层可再压合一高介电材料层，且该再压合高介电材料层上配置有一第四金属层。
9.如权利要求7所述的内含滤波器的多层印刷电路板，其特征在于，该交叉指型电容设置于该低介电材料层上的该第二金属层，且该交叉指型电容仅使用该低介电材料层上的该第二金属层。
10.如权利要求7、8或9所述的内含滤波器的多层印刷电路板，其特征在于，该交叉指型电容可串联或并联位于上下金属层的平板电容，以形成该内含滤波器。
11.如权利要求7、8或9所述的内含滤波器的多层印刷电路板，其特征在于，该交叉指型电容可另串联或并联一电感，以形成该内含滤波器，其中该电感可为一耦合互感。
12.如权利要求11所述的内含滤波器的多层印刷电路板，其特征在于，该电感可为导线式电感、立体螺旋状电感、平面螺旋状电感或迂回走线电感。
全文摘要
本发明涉及一种内含滤波器的多层印刷电路板。该多层印刷电路板使用以高介电材料及低介电材料压合而成的复合材料多层印刷电路板。该复合材料多层印刷电路板内设计有多个串联及/或并联电容组件以形成一滤波器，其中至少一串联电容组件为设置于该低介电材料层上该第三金属层的交叉指型电容，该交叉指型电容的两端各具有多个耦合齿，且该交叉指型电容仅使用该低介电材料层上的该第三金属层。该交叉指型电容的金属电极皆位于同一层平面，能够预先调整该交叉指型电容的金属电极结构尺寸，以精确控制该滤波器的中心频率及传输损耗等电气特性，且可避开该复合材料多层印刷电路板制作时的上下层对位误差问题。
文档编号H05K1/02GK1984529SQ200510134499
公开日2007年6月20日 申请日期2005年12月15日 优先权日2005年12月15日
发明者陈昌升, 卓威明, 赖颖俊, 徐钦山 申请人:财团法人工业技术研究院