一種ltcc高通濾波器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于LTCC多層陶瓷技術(shù)的高通濾波器，包括輸入端、輸出端和接地電極。所述高通濾波器是由四個電容和三個電感共七個電抗元件構(gòu)成的七階濾波器，并通過LTCC多層結(jié)構(gòu)實現(xiàn)這個濾波器。濾波器的輸入輸出通過印刷在LTCC基板兩個端頭的焊盤實現(xiàn)；為了減小濾波器內(nèi)部元件對地的寄生電容，改善高通濾波器高頻段的插入損耗，LTCC基板內(nèi)沒有整片的接地層，而是通過LTCC基板側(cè)面電極及底面焊盤和地相連。該高通濾波器封裝結(jié)構(gòu)為標準的1206(3.2mm×1.6mm)封裝結(jié)構(gòu)，具有體積小、成本低、帶內(nèi)插損小、帶外抑制高、溫度穩(wěn)定性好、方便使用等優(yōu)點，有利于批量生產(chǎn)。
【專利說明】—種LTCC高通濾波器
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明屬于電子【技術(shù)領(lǐng)域】，它涉及一種高通濾波器，并具體涉及一種考慮封裝結(jié)構(gòu)的低溫共燒陶瓷(LTCC)高通濾波器。
【背景技術(shù)】
[0003]高通濾波器是射頻電路中一個重要的無源器件，它的主要功能是高于某個頻率的信號低損耗通過的同時，盡可能的減少低頻信號的通過。一個好的高通濾波器不僅要求帶內(nèi)低損耗、帶外高抑制，而且要求盡可能小的體積。
[0004]傳統(tǒng)的高通濾波器一般采用平面結(jié)構(gòu)，把電容、電感等電抗元件按照一定的順序排列起來，形成濾波器，這樣占用面積比較大，不能滿足射頻電路對小型化的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于LTCC技術(shù)并且考慮封裝結(jié)構(gòu)的高通濾波器。
[0006]本高通濾波器采用7階電抗元件，通過LTCC疊層結(jié)構(gòu)通過三維互連技術(shù)實現(xiàn)這7個電抗元件。電感采用螺旋電感，通過垂直通孔實現(xiàn)不同層之間的互連。電容采用垂直交指電容結(jié)構(gòu)。電容和電感之間也采用垂直互連關(guān)系，這種實現(xiàn)方式能夠顯著減小濾波器尺寸。
[0007]此外，高通濾波器的插入損耗會隨著工作頻率的提高而惡化，這主要是由于當頻率提高時，濾波器內(nèi)部元件對地的寄生電容會對高頻信號呈現(xiàn)短路特性，本發(fā)明為了減小對地的寄生電容，在LTCC基板內(nèi)部沒有放置整層的接地金屬層，而是通過側(cè)面的導體接地；另外通過在電抗元件下面增加空白層以及把電容層放置在電感層的上方等方法來減小對地的寄生電容，從而改善濾波器的高頻插入損耗。
[0008]為方便濾波器的使用，把濾波器內(nèi)部需要接地的導體通過基板側(cè)面的導體連接出來，濾波器的輸入、輸出端和基板端頭的導體相連，形成一個獨石結(jié)構(gòu)。使用時只需要把濾波器通過這些基板表面的導體按照規(guī)定的方法焊接在電路板上即可。
[0009]一種LTCC高通濾波器，包括輸入端和輸出端，其特征在于，包括四個依次串聯(lián)連接的電容和三個并聯(lián)連接的電感，實現(xiàn)這些電抗元件的導體印刷在LTCC多層生瓷表面，并通過打孔、填孔、網(wǎng)印、層壓、燒結(jié)工藝形成濾波器；采用LTCC疊層結(jié)構(gòu)通過三維互連實現(xiàn)這7個電抗元件的連接，多個電感采用螺旋電感，通過垂直通孔實現(xiàn)不同層之間的互連；多個電容采用垂直交指電容結(jié)構(gòu)；電容和電感之間也采用垂直互連連接。
[0010]第一電容是濾波器的輸入端；第四電容是濾波器的輸出端；第一電感的一端連接到第一電容和第二電容之間，另一端和地相連；第二電感的一端連接到第二電容和第三電容之間，另一端和地相連；第三電感的一端連接到第三電容和第四電容之間，另一端和地相連。
[0011]包括多層LTCC陶瓷基板，其中，在基板的兩個側(cè)面印刷有可焊金屬條帶作為濾波器的接地電極，基板的兩個端頭覆蓋有可焊金屬，分別形成濾波器的輸入和輸出電極。
[0012]第一、第二、第三電感采用多層陶瓷介質(zhì)上的螺旋電感實現(xiàn)，不同陶瓷介質(zhì)層之間的金屬導體用通孔實現(xiàn)互連。
[0013]第一、第二、第三、第四電容通過在多層陶瓷介質(zhì)層的交指電容實現(xiàn)，不同陶瓷介質(zhì)層之間的電容極板用通孔實現(xiàn)互連。
[0014]所述電容設置在電感的上方，電容和電感的下方設置多層空白層。
[0015]所述的兩個端頭的電極分別和基板內(nèi)部的第一電容、第四電容的一個極板相連，實現(xiàn)信號的輸入、輸出。
[0016]所述的兩個側(cè)面的接地電極和基板內(nèi)部的第一電感、第二電感、第三電感的末端相連。
[0017]進一步地，所述的多層LTCC陶瓷基板可以設置共有24層，其中第I?8層是空白層，電感L1、L2、L3在第9?14層上，電容C1、C2、C3、C4在第19?22層上，電感和電容之間通過14層到19層之間的通孔相連。
[0018]進一步地，所述電感L1、L2、L3采用多層螺旋電感，不同層之間的金屬導體用通孔實現(xiàn)互連。
[0019]進一步地，所述電容Cl、C2、C3、C4采用交指電容形式，通過不同層金屬導體實現(xiàn)。
[0020]進一步地，所述第19、21層為電容Cl、C2、C3、C4的一個極板，這兩層的極板通過金屬通孔相連；C1、C2、C3、C4的另一個極板在第20、22層上，這兩層的極板通過金屬通孔相連。
[0021]進一步地，所述電容C1、C2通過第19、21層上的金屬相連；電容C2、C3通過第20、22層上的金屬相連；電容C3、C4通過第19、21層上的金屬相連。
[0022]進一步地，所述螺旋電感LI的始端在第14層上，并和電容Cl、C2第19層上的金屬通過通孔相連，末端通過第9層的金屬和側(cè)面的接地電極相連。
[0023]進一步地，所述螺旋電感L2的始端在第14層上，并和電容C2、C3第20層上的金屬通過通孔相連，末端通過第11層的金屬和側(cè)面的接地電極相連。
[0024]進一步地，所述螺旋電感L3的始端在第14層上，并和電容C3、C4第19層上的金屬通過通孔相連，末端通過第9層的金屬和側(cè)面的接地電極相連。
[0025]進一步地，所述電感L1、L3通過第9層的金屬相連，并繼而和側(cè)面的接地電極相連。
[0026]本發(fā)明所達到的有益效果:
本發(fā)明的LTCC高通濾波器是由四個電容和三個電感共七個電抗元件構(gòu)成的七階濾波器，并通過LTCC多層結(jié)構(gòu)實現(xiàn)這個濾波器。電感采用螺旋電感，通過垂直通孔實現(xiàn)不同層之間的互連。電容采用垂直交指電容結(jié)構(gòu)。電容和電感之間也采用垂直互連關(guān)系，這種實現(xiàn)方式能夠顯著減小濾波器尺寸。濾波器的輸入輸出通過印刷在LTCC基板兩個端頭的焊盤實現(xiàn)；為了減小濾波器內(nèi)部元件對地的寄生電容，改善高通濾波器高頻段的插入損耗，LTCC基板內(nèi)沒有整片的接地層，而是通過LTCC基板側(cè)面電極及底面焊盤和地相連。該高通濾波器封裝結(jié)構(gòu)為標準的1206(3.2mmX 1.6mm)封裝結(jié)構(gòu),具有體積小、成本低、帶內(nèi)插損小、帶外抑制高、溫度穩(wěn)定性好、方便使用等優(yōu)點，有利于批量生產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明的LTCC高通濾波器的原型電路圖；
圖2是本發(fā)明【具體實施方式】所述的LTCC高通濾波器的外形圖；
圖3是本發(fā)明【具體實施方式】所述的LTCC高通濾波器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；
圖4是本發(fā)明【具體實施方式】所述的LTCC高通濾波器的測試結(jié)果。
【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍。
[0029]圖1是7階高通濾波器原型電路圖，包括了四個電容Cl，C2，C3，C4和三個電感LI, L2, L3等七個電抗元件,這些電抗元件按照一定的拓撲結(jié)構(gòu)關(guān)系連接在一起實現(xiàn)高通濾波器功能。實現(xiàn)這些電抗元件的導體印刷在LTCC多層生瓷表面，并通過打孔、填孔、網(wǎng)印、層壓、燒結(jié)等工藝形成濾波器。本發(fā)明的目的就是用LTCC工藝在盡可能小的體積范圍內(nèi)實現(xiàn)圖1中的所有電容C1、C2、C3、C4和電感L1、L2、L3元件。
[0030]圖2所示是采用LTCC實現(xiàn)的高通濾波器的外形圖。濾波器包括了一個LTCC陶瓷基板，在基板的兩個側(cè)面印刷了可焊的金屬導體條帶作為濾波器的接地電極GND;在基板的兩個端頭覆蓋了可焊金屬導體作為濾波器的輸入電極IN和輸出電極OUT;外表面還設置有方向識別方向的標記SN。使用時只需要按照正確的方法通過這些可焊的金屬把濾波器焊接在電路板上即可。圖3中所示是濾波器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。圖中共24層介質(zhì)層，為了說明連接關(guān)系，層與層之間盡量拉開了距離，另外側(cè)面以及頂面和底面的焊盤沒有畫出。圖3并不能代表本發(fā)明低通濾波器的實際尺寸比例關(guān)系，本發(fā)明低通濾波器的實際尺寸比例關(guān)系、連接關(guān)系和封裝結(jié)構(gòu)如圖2所示。
[0031]圖3中，濾波器的四個電容設置在LTCC陶瓷基板的上面第19層?22層，主要是為了減小它們對地的寄生電容，改善濾波器的高頻性能。電容C1、C2、C3、C4從左到右依次排列。輸入端是電容Cl，采用4層交指電容形式實現(xiàn)，其中第20層和22層是電容的第一個極板，這兩層金屬通過濾波器的輸入端頭相連；第19層和21層是電容的第二個極板，這兩層金屬通過通孔相連。電容Cl的第二個極板和電容C2相連，電容C2也采用4層交指電容形式實現(xiàn)，其中第19層和21層是它的第一個極板，和電容Cl的第二個極板相連；第20層和第22層是電容C2的第二個極板，這兩層金屬通過通孔相連。電容C2的第二個極板和電容C3相連，電容C3也采用4層交指電容形式實現(xiàn)，其中第20層和22層是它的第一個極板，和電容C2的第二個極板相連；第19層和第21層是電容C3的第二個極板，這兩層金屬通過通孔相連。電容C3的第二個極板和電容C4相連，電容C4也采用4層交指電容形式實現(xiàn)，其中第19層和21層是它的第一個極板，和電容C3的第二個極板相連;第20層和第22層是電容C4的第二個極板，和濾波器的輸出端頭相連。
[0032]圖3中，濾波器的電感設置在第9層?14層上。電感LI的始端通過金屬通孔和電容Cl的第二個極板相連，然后在第14、13、12、11層上分別繞了 3/4、3/4、3/4、1/2圈，再通過通孔連接到第9層上，電感LI的末端在第9層上和濾波器側(cè)面的接地電極GND相連。不同層上的電感LI線圈之間通過金屬通孔相連。電感L2的始端通過金屬通孔和電容C2的第二個極板相連，然后在第14、13、12層上分別繞了 3/4、3/4、3/4圈，再通過通孔連接到第11層上，電感L2的末端在第11層上和濾波器側(cè)面的接地電極GND相連。不同層上的電感L2線圈之間通過金屬通孔相連。電感L3的始端通過金屬通孔和電容C3的第二個極板相連，然后在第14、13、12、11層上分別繞了 3/4、3/4、3/4、1/2圈，再通過通孔連接到第9層上，電感L3的末端在第9層上和濾波器側(cè)面的接地電極GND相連。不同層上的電感L3線圈之間通過金屬通孔相連。電感LI和電感L3的末端在第9層上相交，并都與濾波器的側(cè)面接地電極GND相連。
[0033]濾波器的第I層到第8層為空白層，沒有印刷任何金屬圖形，目的是為了拉開電容、電感到地的距離，減小它們對地的寄生電容，改善濾波器的高頻特性。
[0034]本實施例中LTCC高通濾波器尺寸為3.2mmX 1.6mmX 1.2mm,采用的LTCC陶瓷介質(zhì)的相對介電常數(shù)為7.8，每層介質(zhì)的厚度為0.05mm，金屬導體采用銀。
[0035]本發(fā)明LTCC高通濾波器的測試結(jié)果(傳輸系數(shù)幅度及端口駐波)如圖4所示。該高通濾波器的通帶頻率為710MHz?2490MHz，3dB截止頻率為655MHz，通帶內(nèi)插入損耗不大于2.0dB,阻帶頻率為DC?390MHz，阻帶抑制不小于40dB，通帶內(nèi)駐波比(VSWR)不大于
1.5。
[0036]綜上，本發(fā)明提供的考慮封裝結(jié)構(gòu)的LTCC高通濾波器具有體積小、插入損耗小、帶外抑制高的優(yōu)點，可以進行貼片，便于和其他微波元件集成。而且本發(fā)明高通濾波器是基于LTCC工藝的，制造成本低，適合批量生產(chǎn)。該高通濾波器可廣泛應用于無線通信領(lǐng)域。
[0037]需要注意的是，上述具體實施僅僅是示例性的，在本發(fā)明的上述指導下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在上述實施例的基礎上進行各種改進和變形，而這些改進或者變形都在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
[0038]本領(lǐng)域技術(shù)人員應該明白，上面的具體描述只是為了解釋本發(fā)明的目的，并非用于限制發(fā)明。本發(fā)明的保護范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
【權(quán)利要求】
1.一種LTCC高通濾波器，包括輸入端和輸出端，其特征在于，包括四個依次串聯(lián)連接的電容和三個并聯(lián)連接的電感，實現(xiàn)這些電抗元件的導體印刷在LTCC多層生瓷表面，并通過打孔、填孔、網(wǎng)印、層壓、燒結(jié)工藝形成濾波器；采用LTCC疊層結(jié)構(gòu)通過三維互連實現(xiàn)這7個電抗元件的連接，多個電感采用螺旋電感，通過垂直通孔實現(xiàn)不同層之間的互連；多個電容采用垂直交指電容結(jié)構(gòu)；電容和電感之間也采用垂直互連連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LTCC高通濾波器，其特征在于，第一電容是濾波器的輸入端；第四電容是濾波器的輸出端；第一電感的一端連接到第一電容和第二電容之間，另一端和地相連；第二電感的一端連接到第二電容和第三電容之間，另一端和地相連；第三電感的一端連接到第三電容和第四電容之間，另一端和地相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LTCC高通濾波器，其特征在于，包括多層LTCC陶瓷基板，其中，在基板的兩個側(cè)面印刷有可焊金屬條帶作為濾波器的接地電極，基板的兩個端頭覆蓋有可焊金屬，分別形成濾波器的輸入和輸出電極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LTCC高通濾波器，其特征在于，第一、第二、第三電感采用多層陶瓷介質(zhì)上的螺旋電感實現(xiàn)，不同陶瓷介質(zhì)層之間的金屬導體用通孔實現(xiàn)互連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LTCC高通濾波器，其特征在于，第一、第二、第三、第四電容通過在多層陶瓷介質(zhì)層的交指電容實現(xiàn)，不同陶瓷介質(zhì)層之間的電容極板用通孔實現(xiàn)互連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的LTCC高通濾波器，其特征在于，所述電容設置在電感的上方，電容和電感的下方設置多層空白層。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的LTCC高通濾波器，其特征在于，所述的兩個端頭的電極分別和基板內(nèi)部的第一電容、第四電容的一個極板相連，實現(xiàn)信號的輸入、輸出。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的LTCC高通濾波器，其特征在于，所述的兩個側(cè)面的接地電極和基板內(nèi)部的第一電感、第二電感、第三電感的末端相連。
【文檔編號】H03H5/00GK103944525SQ201410200419
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年5月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月13日
【發(fā)明者】汪杰, 張慧景, 黃勇 申請人:蘇州博海創(chuàng)業(yè)微系統(tǒng)有限公司, 中國兵器工業(yè)集團第二一四研究所蘇州研發(fā)中心