CN103346369A

CN103346369A - 带通滤波器结构、印刷电路板及其制造方法

Info

Publication number: CN103346369A
Application number: CN2013102393231A
Authority: CN
Inventors: 于淑会; 赵秀江; 杨文虎; 孙蓉
Original assignee: Shenzhen Institute of Advanced Technology of CAS
Current assignee: Shenzhen Institute of Advanced Technology of CAS
Priority date: 2013-06-17
Filing date: 2013-06-17
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2033-06-17
Also published as: CN103346369B

Abstract

本发明公开一种带通滤波器结构，包括：第一极板，其上设有两个以上并排的谐振器；第二极板，其上设有缺陷地结构；介质层，位于所述第一极板和第二极板之间；所述第一极板上相邻的谐振器通过第二极板上的相应位置的缺陷地结构进行容性耦合。此外，还公开一种埋入该带通滤波器结构的印刷电路板以及一种该印刷电路板的制造方法。上述带通滤波器结构可以采用层间容性耦合方式实现滤波器功能，因此可以埋入印刷电路板的基材中，形成埋入式印刷电路板，该印刷电路板的基材不仅具有传统的支撑作用，还带有带通滤波结构。整个印刷电路板的表面器件减少，从而实现电路的小型化；另一方面连线也会减少，因此损耗较低。

Description

带通滤波器结构、印刷电路板及其制造方法

技术领域

本发明涉及电路技术，特别是涉及一种带通滤波器结构、一种印刷电路板以及一种印刷电路板的制造方法。

背景技术

滤波器作为一种在微波/射频电路中应用广泛的无源器件，其性能的好坏直接影响到系统的性能。随着市场对电子产品小型化、高密度、高性能和多功能的需求，电路的集成化程度越来越高。传统的封装技术，例如表面贴装等已很难满足市场需要，能够将各种无源以及有源电子器件组成的电子系统整合到传统的封装基板内的系统级封装技术已经成为未来的重要发展趋势。

在传统的电路中很多都有谐振电路，以及利用谐振电路构成的带通滤波器，其中低温共烧陶瓷（LTCC）和微带线是目前最主要的滤波器制作技术，但是这两种技术都需要单独的封装，然后再利用表面贴装或者其他技术连接到电路中实现滤波功能，虽然在一定程度上实现了滤波器的小型化，但是与系统级封装的要求还有一定差距。其中LTCC技术采用陶瓷材料作为基材，其脆性会制约它的应用，同时其温度系数与传统PCB基材的不匹配也会带来一定的问题。微带线技术限于所用材料的介电性能和厚度的影响，对于实现滤波器的小型化具有较大难度。同时LTCC和微带线技术制造的滤波器多采用引线键合方式与基板上电路图形连接，然而这种键合方式具有较长的互联尺寸，会影响电路的整体性能，例如，在高频电路中有较大的寄生电感。

发明内容

基于此，有必要提供一种小型化、低损耗的带通滤波器结构。

此外还提供一种印刷电路板和一种该印刷电路板的制造方法。

一种带通滤波器结构，包括：第一极板，其上设有两个以上并排的谐振器；第二极板，其上设有缺陷地结构；介质层，位于所述第一极板和第二极板之间；所述第一极板上相邻的谐振器通过第二极板上的相应位置的缺陷地结构进行容性耦合。

在其中一个实施例中，所述谐振器为螺旋结构。

在其中一个实施例中，所述第一极板上设有两个螺旋结构的谐振器：第一谐振器和第二谐振器；形成所述第一谐振器的螺旋线外端与第一馈线连接，形成所述第二谐振器的螺旋线外端与第二馈线连接；所述第一谐振器与第二谐振器的形状和在第一极板上的位置均呈轴对称；所述第二极板上设有一个缺陷地结构，所述第一谐振器和第二谐振器通过所述缺陷地结构容性耦合。

在其中一个实施例中，所述第一极板上设有三个螺旋结构的谐振器：第一谐振器、第二谐振器以及第三谐振器；形成所述第一谐振器的螺旋线外端与第一馈线连接，形成所述第三谐振器的螺旋线外端与第二馈线连接，形成所述第二谐振器的螺旋线位于所述第一谐振器和第二谐振器之间；所述第一谐振器与第三谐振器的形状和在第一极板上的位置均呈轴对称；所述第二极板上设有两个缺陷地结构：第一缺陷地结构和第二缺陷地结构；所述第一谐振器和第二谐振器通过第一缺陷地结构容间耦合，所述第二谐振器和第三谐振器通过第二缺陷地结构容间耦合。

在其中一个实施例中，所述缺陷地结构为圆形或方形。

在其中一个实施例中，所述介质层厚度小于50微米，介电系数大于5。

一种印刷电路板，包括上述的带通滤波器结构，所述带通滤波器结构层压于所述印刷电路板的基材层中，并通过过孔与外部电路连接。

一种印刷电路板的制造方法，包括如下步骤：对第一极板进行刻蚀，形成最少两个并排的谐振器；将所述第一极板层压于第一基材层中；对第二极板进行刻蚀，形成缺陷地结构；将所述第二极板层压于第二基材层中。

在其中一个实施例中，还包括：在第一基材层和第二基材层的外表面层压铜箔。

上述带通滤波器结构可以采用层间容性耦合方式实现滤波器功能，因此可以埋入印刷电路板的基材中，形成埋入式印刷电路板，该印刷电路板的基材不仅具有传统的支撑作用，还带有带通滤波结构。所带的带通滤波结构可以与印刷电路板上承载的电路连接，使得整个印刷电路板的表面器件减少，从而实现电路的小型化；另一方面连线也会减少，因此损耗较低。

附图说明

图1为一实施例的带通滤波器结构示意图；

图2为图1所示实施例的第二极板表面结构图；

图3为图1所示实施例的传输特性图；

图4为另一实施例的带通滤波器结构示意图；

图5为图4所示实施例的第二极板表面结构图；

图6为图4所示实施例的传输特性图；

图7为又一实施例的带通滤波器结构示意图；

图8为图7所示实施例的第二极板表面结构图；

图9为图7所示实施例的传输特性图；

图10为一实施例的印刷电路板的剖面图。

具体实施方式

如图1所示，为一实施例的带通滤波器结构示意图。该带通滤波器结构10包括第一极板100、第二极板300以及位于第一极板100和第二极板300之间的介质层200。第一极板100、介质层200以及第二极板300一起构成金属-介质-金属的平板电容式结构。

第一极板100是采用金、银以及铜等导电性能优秀的金属制成的薄层，其上设有两个并排的谐振器：第一谐振器110和第二谐振器120。第一谐振器110和第二谐振器120可以通过刻蚀第一极板100所形成。

本实施例中，第一谐振器110和第二谐振器120均为螺旋结构，该螺旋结构是由一条螺旋线周期性地螺旋弯折内收（或外扩）形成，螺旋线的两端中其中一端收于螺旋中心附近、另一端则位于整个螺旋结构的外部，称为螺旋线外端。第一谐振器110的螺旋线外端与第一馈线112连接，可以作为整个带通滤波结构10的信号输入端；第二谐振器120的螺旋线外端与第二馈线122连接，可以作为整个带通滤波结构10的信号输出端。

第一谐振器110和第二谐振器120在形状和位于第一极板100上的位置都是关于轴线20呈轴对称的。因此第一馈线112也可以作为信号输出端，同时第二馈线122作为信号输入端。

第二极板300与第一极板100类似，也是金、银以及铜等导电性能优秀的金属制成的薄层，其上设有缺陷地结构310。缺陷地结构310可以通过刻蚀第二极板300形成。缺陷地结构（Defect Ground Structure，DGS）是指其上蚀刻各种缺陷图形的金属接地板。缺陷图形可以扰乱接地板上屏蔽电流的分布，从而改变传输线的有效电感和有效电容等特性，使接地板具有慢波特性和带阻特性。

本实施例中，缺陷地结构310为方形的封闭框结构。该方形框在第二极板300上的位置同时对应第一谐振器110和第二谐振器120，也即该方形框一部分与第一谐振器110的部分形成金属-介质-金属的电容式结构，该方形框的另一部分与第二谐振器120的部分形成金属-介质-金属的电容式结构。这样，第一谐振器110和第二谐振器120可以通过缺陷地结构310形成容间耦合。

介质层200位于所述第一极板100和第二极板300之间，其介电系数会影响谐振器的谐振频率，因此根据电路需求要适当调节介质层200的材料和厚度。大参数的电容才会获得低的谐振频率，为了得到高容量的电容，选用的介质层200介电系数都较高，同时介质层厚度比较薄，优选的介电系数大于5，介质层厚度小于50微米。

在一个具体的实施例中，将带通滤波器10的各个组件的尺寸及工艺要求量化如下，可得到一个具有如图3所示的传输特性的带通滤波器。

第一馈线112和第二馈线122的尺寸为0.2mm×0.1mm，形成谐振器的螺旋线的线宽为0.1mm，总长度为2.75圈（1圈包含4条折线，2.75圈即有11条折线），螺旋线间距为0.1mm。缺陷地结构310为一方形结构，其内部尺寸为0.7mm×1.8mm，缺陷地槽宽为0.1mm；滤波器总尺寸为3.1mm×2mm。另外，所述介质层200选用介电常数为10.8，介电损耗为0.04的材料，厚度20μm；第一极板100和第二极板300的材质为铜，厚度18μm。

如图4所示，为另一实施例的带通滤波器结构示意图。在前述实施例的基础上，本实施例的带通滤波器30将谐振器的数量增加为三个。第一极板400上依次并排第一谐振器410、第二谐振器420以及第三谐振器430。第一谐振器410的螺旋线外端与第一馈线412连接，第二谐振器430的螺旋线外端与第二馈线432连接。第一谐振器410和第三谐振器430的形状和在第一极板400上的位置均呈轴对称。

相应地，如图5所示，第二极板500上设有两个缺陷地结构：第一缺陷地结构510和第二缺陷地结构520，且均为方形框结构。其中第一缺陷地结构510同时对应第一谐振器410和第二谐振器420，第二缺陷地结构520同时对应第二谐振器420和第三谐振器430。这样，第一谐振器410和第二谐振器420可以通过第一缺陷地结构510形成容间耦合，第二谐振器420和第三谐振器430可以通过第二缺陷地结构520形成容间耦合。

在一个具体的实施例中，将带通滤波器30的各个组件的尺寸及工艺要求量化如下，可得到一个具有如图6所示的传输特性的带通滤波器。

第一馈线412和第二馈线432的尺寸为0.2mm×0.1mm，形成谐振器的螺旋线的线宽为0.1mm，总长度为2.75圈（1圈包含4条折线，2.75圈即有11条折线），螺旋线间距为0.1mm。第一缺陷地结构510和第二缺陷地结构520为方形结构，其内部尺寸为0.7mm×1.8mm，缺陷地槽宽为0.1mm；滤波器总尺寸为4.7mm×2mm。另外，所述介质层选用介电常数为10.8，介电损耗为0.04的材料，厚度20μm；第一极板400和第二极板500的材质为铜，厚度18μm。

如图7所示，为又一实施例的带通滤波器结构示意图。在前述实施例的基础上，本实施例的带通滤波器40将谐振器的数量增加为四个。第一极板600上依次并排第一谐振器610、第二谐振器620、及第三谐振器630以及第四谐振器640。第一谐振器610的螺旋线外端与第一馈线612连接，第四谐振器640的螺旋线外端与第二馈线642连接。第一谐振器610和第四谐振器640的形状和在第一极板600上的位置均呈轴对称。

相应地，如图8所示，第二极板700上设有三个缺陷地结构：第一缺陷地结构710、第二缺陷地结构720以及第三缺陷地结构730，且均为方形框结构。其中第一缺陷地结构710同时对应第一谐振器610和第二谐振器620，第二缺陷地结构720同时对应第二谐振器620和第三谐振器630，第三缺陷地结构730同时对应第三谐振器630和第四谐振器640。这样，第一谐振器610和第二谐振器620可以通过第一缺陷地结构710形成容间耦合，第二谐振器620和第三谐振器630可以通过第二缺陷地结构720形成容间耦合，第三谐振器630和第四谐振器640可以通过第三缺陷地结构730形成容间耦合。

在一个具体的实施例中，将带通滤波器40的各个组件的尺寸及工艺要求量化如下，可得到一个具有如图9所示的传输特性的带通滤波器。

第一馈线612和第二馈线642的尺寸为0.2mm×0.1mm，形成谐振器的螺旋线的线宽为0.1mm，总长度为2.75圈（1圈包含4条折线，2.75圈即有11条折线），螺旋线间距为0.1mm。第一缺陷地结构710和第三缺陷地结构730为方形结构，其内部尺寸为0.5mm×1.8mm，第二缺陷地结构720为方形结构，其内部尺寸为0.9mm×1.7mm。缺陷地槽宽为0.1mm；滤波器总尺寸为5.9mm×2mm。另外，所述介质层选用介电常数为10.8，介电损耗为0.04的材料，厚度20μm；第一极板600和第二极板700的材质为铜，厚度18μm。

上述三个实施例所形成的滤波器阶数不同，滤波效果也各有差异。在其他实施例中，谐振器也可以采用除上述实施例的螺旋形以外的其他形状，例如梳形、带形以及圆圈形等。

上述带通滤波器结构可以埋入印刷电路板的基材中，形成埋入式印刷电路板，该印刷电路板的基材不仅具有传统的支撑作用，还带有带通滤波结构。所带的带通滤波结构可以与印刷电路板上承载的电路连接，使得整个印刷电路板的表面器件减少，从而实现电路的小型化；另一方面连线也会减少，因此损耗较低。

如图10所示，是一种印刷电路板的剖面图。该印刷电路板包括基材层1，层压入基材层1中的带通滤波器结构2。其中基材层1包括第一基材层11和第二基材层12，带通滤波器结构2包括第一极板21、介质层22以及第二极板23。带通滤波器结构2夹在第一基材层11和第二基材层12之间。第一基材层11和第二基材层12的外表面还与铜箔层压在一起。第一极板21和第二极板23都通过基材层1上的过孔与外部电路连接。

上述印刷电路板的制造方法包括如下步骤：首先对第一极板21或者第二极板23进行刻蚀加工，形成滤波器的一面电路图形；然后层压一定厚度的基板材料层（例如FR-4）11或者12，然后与铜箔层压在一起。之后再进行另一个极板面的刻蚀加工，形成另外一面电路图形；再层压一定厚度的基板材料（FR-4），与铜箔层压在一起。由于第一极板21、介质层22以及第二极板23为一体结构，在两个极板层压后就形成了一个典型的具有滤波器功能的印刷电路板。印刷电路板的铜箔层可以通过刻蚀形成一定的电路结构，同时也可以贴装IC及其他有源和无源器件以形成整个电路结构。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种带通滤波器结构，包括：

第一极板，其上设有两个以上并排的谐振器；

第二极板，其上设有缺陷地结构；

介质层，位于所述第一极板和第二极板之间；

所述第一极板上相邻的谐振器通过第二极板上的相应位置的缺陷地结构进行容性耦合。

2.根据权利要求1所述的带通滤波器结构，其特征在于，所述谐振器为螺旋结构。

3.根据权利要求2所述的带通滤波器结构，其特征在于，所述第一极板上设有两个螺旋结构的谐振器：第一谐振器和第二谐振器；形成所述第一谐振器的螺旋线外端与第一馈线连接，形成所述第二谐振器的螺旋线外端与第二馈线连接；所述第一谐振器与第二谐振器的形状和在第一极板上的位置均呈轴对称；

所述第二极板上设有一个缺陷地结构，所述第一谐振器和第二谐振器通过所述缺陷地结构容性耦合。

4.根据权利要求2所述的带通滤波器结构，其特征在于，所述第一极板上设有三个螺旋结构的谐振器：第一谐振器、第二谐振器以及第三谐振器；形成所述第一谐振器的螺旋线外端与第一馈线连接，形成所述第三谐振器的螺旋线外端与第二馈线连接，形成所述第二谐振器的螺旋线位于所述第一谐振器和第二谐振器之间；所述第一谐振器与第三谐振器的形状和在第一极板上的位置均呈轴对称；

所述第二极板上设有两个缺陷地结构：第一缺陷地结构和第二缺陷地结构；所述第一谐振器和第二谐振器通过第一缺陷地结构容间耦合，所述第二谐振器和第三谐振器通过第二缺陷地结构容间耦合。

5.根据权利要求1所述的带通滤波器结构，其特征在于，所述缺陷地结构为圆形或方形。

6.根据权利要求1所述的带通滤波器结构，其特征在于，所述介质层厚度小于50微米，介电系数大于5。

7.一种印刷电路板，包括如权利要求1-6任一项所述的带通滤波器结构，所述带通滤波器结构层压于所述印刷电路板的基材层中，并通过过孔与外部电路连接。

8.一种印刷电路板的制造方法，包括如下步骤：

对第一极板进行刻蚀，形成最少两个并排的谐振器；

将所述第一极板层压于第一基材层中；

对第二极板进行刻蚀，形成缺陷地结构；

将所述第二极板层压于第二基材层中。

9.如权利要求8所述的印刷电路板的制造方法，其特征在于，还包括：

在第一基材层和第二基材层的外表面层压铜箔。