CN103578687A

CN103578687A - 薄膜式共模滤波器

Info

Publication number: CN103578687A
Application number: CN201210281039.6A
Authority: CN
Inventors: 张育嘉; 叶秀伦; 戴世旻
Original assignee: Inpaq Technology Co Ltd
Current assignee: Inpaq Technology Co Ltd
Priority date: 2012-08-08
Filing date: 2012-08-08
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2032-08-08
Also published as: CN103578687B

Abstract

一种薄膜式共模滤波器，其包括一非磁性材质的绝缘基板及一设置于该非磁性材质的绝缘基板上的线圈主体堆叠结构。其特征在于，该线圈主体堆叠结构包括一第一线圈、一第二线圈、一第三线圈及一第四线圈，其中该第一线圈电性串联该第三线圈且该第二线圈电性串联该第四线圈，且该第一线圈、该第二线圈、该第三线圈及该第四线圈的长度L（mm）及宽度W（mm）满足一关系表达式：[(7.2-fc)/3.0]²<L/W<[(8.15-fc)/2.7]²，其中的fc（MHz）为差模信号的截止频率。

Description

薄膜式共模滤波器

技术领域

本发明涉及一种共模滤波器，尤指一种应用于可携式电子装置的薄膜式共模滤波器。

背景技术

共模滤波器是一种用于抑制共模电流的元件，所述共模电流会造成并行传输线路内电磁干扰（Electromagnetic interference；EMI）的产生，其为电子电路中一种噪声的来源。随着可携式电子装置的微型化，应用于可携式电子装置的共模滤波器多被要求微型化及高密度的结构，故薄膜式和叠层式共模滤波器逐渐取代传统卷线型共模滤波器。

日本专利公开号JP2000173824A披露一种电子构件，其具有一绝缘基板、一层叠体及一外部电极端子部；该层叠体于前述绝缘基板上将导体图案与绝缘层交互层叠而形成，该外部电极端子部电性连接至前述导体图案，并跨越前述绝缘基板与前述层叠体而形成，其中，于该电子构件设置有由磁性体所构成的层或小片，用以遮蔽前述导体图案的至少一部分。

然而，此类电子构件为增强其共模阻抗，通常需增加导体图案的线圈的卷绕数，从而造成电子构件的体积变大。另外，现有技术还披露可通过改变层叠体的导体图案以控制共模阻抗，由于导体图案与绝缘层交互层叠，因此结构上较为复杂，且影响的工艺变量甚多。

有鉴于此，发明人依据多年从事相关产品的制造开发及设计经验，针对上述的目标详加设计与审慎评估之后，终于得到一种确具实用性的本发明。

发明内容

为了能够增强并精确控制共模阻抗，本发明提供一种结构简单且能够有效微型化的薄膜式共模滤波器，所述薄膜式共模滤波器依序包括一非磁性材质的绝缘基板、一第一导体层、一第一电气绝缘层、一第二导体层、一第二电气绝缘层、一第三导体层、一第三电气绝缘层、一第四导体层、一绝缘层及一磁性材料层。

其中，该第一导体层具有第一线圈，且该第一导体层设置于该非磁性材质的绝缘基板上；该第二导体层具有第二线圈，且该第二导体层设置于该第一导体层的上方；该第一电气绝缘层设置于该第一导体层与该第二导体层之间；该第三导体层具有第三线圈，且该第三导体层设置于该第二导体层的上方；该第二电气绝缘层设置于该第二导体层与该第三导体层之间，其中，该第一线圈通过该第一电气绝缘层及该第二电气绝缘层串联该第三线圈，用以使该第一线圈与该第三线圈共同消除共模噪声。

再者，该第四导体层具有第四线圈，且该第四导体层设置于该第三导体层的上方；该第三电气绝缘层设置于该第三导体层与该第四导体层之间，其中，该第二线圈通过该第二电气绝缘层及该第三电气绝缘层串联该第四线圈，用以使该第二线圈与该第四线圈共同消除共模噪声；该绝缘层设置于该第三电气绝缘层上；以及该磁性材料层设置于该绝缘层上；

值得一提的是，该第一线圈、该第二线圈、该第三线圈及该第四线圈的总长度L（mm）及宽度W（mm）满足一关系表达式：[(7.2-fc)/3.0]²<L/W<[(8.15-fc)/2.7]²，其中fc为差模信号的截止频率。

综上所述，本发明的薄膜式共模滤波器中，电性串联的第一线圈及第三线圈能够彼此磁性耦合以消除共模噪声，且电性串联的第二线圈及第四线圈也能达到相同的功效。藉此，所述薄膜式共模滤波器能够将截止频率控制在一范围内，其不需通过增加线圈的卷绕数来增强并精确控制共模阻抗，且能够有效微型化。此外，所述薄膜式共模滤波器通过将各线圈设置在非磁性材质的绝缘基板上，因此能够精确控制其共模阻抗，使产生的截止频率能够被精确控制在一有效范围内。

附图说明

图1为本发明的薄膜式共模滤波器的具体实施例的立体分解图；

图2为本发明的薄膜式共模滤波器产生的截止频率对线圈的总长度除以宽度的关系示意图；

图3为本发明的薄膜式共模滤波器的另一实施例的立体分解图；以及

图4为本发明的薄膜式共模滤波器的又一实施例的立体分解图。

【主要元件符号说明】

1、1’、1”薄膜式共模滤波器

10非磁性材质的绝缘基板

20线圈主体堆叠结构

21第一导体层

211第一线圈

2111内端部

2112外端部

212第一电极

213第二电极

214第三电极

215第四电极

22第一电气绝缘层

221第一连接孔

222通孔

23第二导体层

231第二线圈

2311内端部

2312外端部

232第一电极

233第二电极

234第三电极

235第四电极

24第二电气绝缘层

241第二连接孔

242第三连接孔

243通孔

25第三导体层

251第三线圈

2511内端部

2512外端部

252第一电极

253第二电极

254第三电极

255第四电极

26第三电气绝缘层

261第四连接孔

262通孔

27第四导体层

271第四线圈

2711内端部

2712外端部

272第一电极

273第二电极

274第三电极

275第四电极

30绝缘层

40磁性材料层

40A第一磁性材料层

40B第二磁性材料层

50磁性部

G1、G2趋势线

具体实施方式

〔第一实施例〕

请参阅图1，其显示本发明的薄膜式共模滤波器1的第一实施例的立体分解图，所述薄膜式共模滤波器1包括一非磁性材质的绝缘基板10、一线圈主体堆叠结构20、一绝缘层30及一磁性材料层40。其中线圈主体堆叠结构20设置于非磁性材质的绝缘基板10上，而磁性材料层40通过绝缘层30设置于线圈主体堆叠结构20上，以作为薄膜式共模滤波器1的盖体。于本实施例中，所述绝缘层30可以是一胶合层，但不以此为限。

具体而言，非磁性材质的绝缘基板10可以是氧化铝（Al₂O₃）、氮化铝（AlN）、玻璃（Glass）、石英（Quartz）或其他具有高介电常数且非磁性的材料制成的绝缘基板。线圈主体堆叠结构20依序包括第一导体层21、第一电气绝缘层22、第二导体层23、第二电气绝缘层24、第三导体层25、第三电气绝缘层26及第四导体层27。绝缘层30设置于磁性材料层40与线圈主体堆叠结构20之间，使磁性材料层40批覆于线圈主体堆叠结构20上，可增加薄膜式共模滤波器1的电感效应。

复参阅图1，以下将线圈主体堆叠结构20的具体特征。第一导体层21形成于非磁性材质的绝缘基板10的一表面，其包括一第一线圈211、一第一电极212、一第二电极213、一第三电极214及一第四电极215。更详细地说，第一线圈211具有一内端部2111及一外端部2112，其中外端部2112连接第一电极212。

第二导体层23形成于第一电气绝缘层22的一表面，即第二导体层23与第一导体层21分别设置于第一电气绝缘层22的相对的两个表面。第二导体层23包括一第二线圈231、一第一电极232、一第二电极233、一第三电极234及一第四电极235，其中第二线圈231具有一内端部2311及一外端部2312，且第二线圈231的外端部2312连接第三电极234。

第三导体层25形成于第二电气绝缘层24的一表面，即第三导体层25与第二导体层23分别设置于第二电气绝缘层24的相对的两个表面。第三导体层25包括一第三线圈251、一第一电极252、一第二电极253、一第三电极254及一第四电极255，其中第三线圈251具有一内端部2511及一外端部2512，且第三线圈251的外端部2512连接第二电极253。

第四导体层27形成于第三电气绝缘层26的一表面，即第四导体层27与第三导体层25分别设置于第三电气绝缘层26的相对的两个表面。第四导体层27包括一第四线圈271、一第一电极272、一第二电极273、一第三电极274及一第四电极275，其中第四线圈271具有一内端部2711及一外端部2712，且第四线圈271的外端部2712连接第四电极275。

在本具体实施例中，第一线圈211、第二线圈231、第三线圈251及第四线圈271可以是矩形的螺旋线圈，但也可以是其他形状的螺旋线圈。另外，第一线圈211、第二线圈231、第三线圈251及第四线圈271具有相同的卷绕数，且第一线圈211、第二线圈231、第三线圈251及第四线圈271在垂直于非磁性材质的绝缘基板10的方向上大致重叠，且第一导体层21、第二导体层23、第三导体层25及第四导体层27的各电极的位置在垂直于非磁性材质的绝缘基板10的方向上也大致重叠。

再者，第一电气绝缘层22设置于第一导体层21与第二导体层23之间，且第一电气绝缘层22上开设有一第一连接孔221；第二电气绝缘层24设置于第二导体层23与第三导体层25之间，且第二电气绝缘层24上开设有一第二连接孔241及一第三连接孔242；第三电气绝缘层26设置于第三导体层25与第四导体层27之间，且第三电气绝缘层26上开设有一第四连接孔261。其中第一连接孔221与第二连接孔241位于第一线圈211的内端部2111与第三线圈251的内端部2511的相对处，且第三连接孔242与第四连接孔261位于第二线圈231的内端部2311与第四线圈271的内端部2711的相对处。

值得一提的是，第一线圈211的内端部2111可通过第一连接孔221和第二连接孔241串联于第三线圈251的内端部2511，且第二线圈231的内端部2311可通过第三连接孔242和第四连接孔261串联于第四线圈271的内端部2711，藉此，串联的第一线圈211与第三线圈251以及串联的第二线圈231与第四线圈271能够分别彼此磁性耦合以消除共模噪声。

请参阅图2，其为所述薄膜式共模滤波器1运作时，产生的截止频率对应各线圈的总长度L（mm）除以线宽W（mm）的关系示意图。由此可知，每一个截止频率对应总长度L（mm）除以线宽W（mm）的节点均落入第一趋势线G1与第二趋势线G2的范围内，即薄膜式共模滤波器1产生的截止频率大致介于2.5至5.5MHz之间，符合特定的可携式电子装置的需求。

更详细地说，所述薄膜式共模滤波器1通过将矩形螺旋状的第一线圈211、第二线圈231、第三线圈251及第四线圈271设置于非磁性材质的绝缘基板上，且优选为氧化铝基板，因此能够满足下列的关系表达式：

[(7.2-fc)/3.0]²<L/W<[(8.15-fc)/2.7]²

另外，在本具体实施例中，第一导体层21、第二导体层23、第三导体层25及第四导体层27可经由薄膜金属沉积、黄光微影及蚀刻等多个程序，或通过电镀程序、溅镀程序被形成，且第一导体层21、第二导体层23、第三导体层25及第四导体层27可选择银（Ag）、钯（Pd）、铝（Al）、铬（Cr）、镍（Ni）、钛（Ti）、金（Au）、铜（Cu）或铂（Pt）作为导体的材料。

第一电气绝缘层22、第二电气绝缘层24及第三电气绝缘层26可选择聚亚酰胺（polyimide）、环氧树脂（epoxy resin）或苯并环丁烯树脂（benzocyclobutene；BCB）作为电气绝缘的材料，这些材料具有较佳的电气及机械特性，并可通过旋涂程序被形成。磁性材料层40可以是磁性基材或混合磁性粉末的胶体，并同样通过旋涂程序而被形成，其中混合磁性粉末的胶体可为磁性粉末与聚亚酰胺（polyimide）、环氧树脂（epoxy resin）、苯并环丁烯树脂（BCB）或其他高分子聚合物混合所形成。

〔第二实施例〕

请参阅图3，其显示本发明的薄膜式共模滤波器1’的第二实施例的立体分解图。与前一实施例的不同之处在于，所述薄膜式共模滤波器1’包括一第一磁性材料层40A及一第二磁性材料层40B，其中第一磁性材料层40A通过绝缘层30批覆于线圈主体堆叠结构20上，而第二磁性材料层40B设置于线圈主体堆叠结构20与非磁性材质的绝缘基板10之间。

更详细地说，第一磁性材料层40A设置于绝缘层30上且批覆于第四导体层27，第二磁性材料层40B设置于第一导体层21与非磁性材质的绝缘基板10之间，可达成较高的共模噪声滤除效果。同样地，所述薄膜式共模滤波器1’能够精确控制其产生的截止频率，且满足下列的关系表达式：

[(7.2-fc)/3.0]²<L/W<[(8.15-fc)/2.7]²

其中，L为第一线圈211、第二线圈231、第三线圈251及第四线圈271的总长度，W为第一线圈211、第二线圈231、第三线圈251及第四线圈271的宽度，fc为差模信号的截止频率，且截止频率大致介于2.5至5.5MHz之间。

〔第三实施例〕

请参阅图4，其显示本发明的薄膜式共模滤波器1’’的第三实施例的立体分解图。所述薄膜式共模滤波器1”还包括多个磁性部50。具体而言，这些磁性部50为铁氧体磁芯（Ferrite core），其具有磁导率高，在广泛的频率范围内具有高电阻和涡流损耗小等优点。

另外，第一电气绝缘层22、第二电气绝缘层24及第三电气绝缘层26上各开设有一通孔222、243、262，这些磁性部50通过第一电气绝缘层22、第二电气绝缘层24及第三电气绝缘层26的通孔222、243、262而设置于第一线圈211、第二线圈231、第三线圈251及第四线圈271的内侧，以加强薄膜式共模滤波器1”的安定性，并可增加各电气绝缘层之间的磁通路区，藉此增加薄膜式共模滤波器1”的阻抗。

此外，薄膜式共模滤波器1”同样能够精确控制其产生的截止频率，满足下列的关系表达式：

[(7.2-fc)/3.0]²<L/W<[(8.15-fc)/2.7]²

其中，L为第一线圈211、第二线圈231、第三线圈251及第四线圈271的总长度，W为第一线圈211、第二线圈231、第三线圈251及第四线圈271的宽度，fc为差模信号的截止频率，且截止频率大致介于2.5至5.5MHz之间，符合特定的可携式电子装置的需求。

综上所述，本发明的薄膜式共模滤波器中，电性串联的第一线圈及第三线圈能够彼此磁性耦合以消除共模噪声，且电性串联的第二线圈及第四线圈也能达到相同的效果。藉此，所述薄膜式共模滤波器能够在不增加导体层中线圈的卷绕数的情况下加强共模阻抗的能力，且薄膜式共模滤波器的结构能够更佳薄型化，以应用于各种微型化的可携型电子装置。

再者，所述薄膜式共模滤波器将各导体层及其线圈设置在具有高介电常数的非磁性材质的绝缘基板上，因此能够精确控制其共模阻抗，使产生的截止频率能够被精确控制在一有效范围内，能够满足一关系表达式：[(7.2-fc)/3.0]²<L/W<[(8.15-fc)/2.7]²，且截止频率fc大致介于2.5至5.5MHz之间，符合特定的可携式电子装置的需求。

Claims

1.一种薄膜式共模滤波器，其设置于一可携式电子装置上，用以消除所述可携式电子装置的电子电路运作产生的共模噪声，其特征在于，所述薄膜式共模滤波器包括：

一非磁性材质的绝缘基板；

一第一导体层，其具有第一线圈，所述第一导体层设置于所述非磁性材质的绝缘基板上；

一第二导体层，其具有第二线圈，所述第二导体层设置于所述第一导体层的上方；

一第一电气绝缘层，其设置于所述第一导体层与所述第二导体层之间；

一第三导体层，其具有第三线圈，所述第三导体层设置于所述第二导体层的上方；

一第二电气绝缘层，其设置于所述第二导体层与所述第三导体层之间，其中，所述第一线圈通过所述第一电气绝缘层及所述第二电气绝缘层与所述第三线圈电性串联，用以使所述第一线圈与所述第三线圈共同消除共模噪声；

一第四导体层，其具有第四线圈，所述第四导体层设置于所述第三导体层的上方；

一第三电气绝缘层，其设置于所述第三导体层与所述第四导体层之间，其中，所述第二线圈通过所述第二电气绝缘层及所述第三电气绝缘层与所述第四线圈电性串联，用以使所述第二线圈与所述第四线圈共同消除共模噪声；

一绝缘层，其设置于所述第三电气绝缘层上；以及

一第一磁性材料层，其设置于所述绝缘层上；

其中，所述第一线圈、所述第二线圈、所述第三线圈及所述第四线圈的其中之一的总长度L及宽度W满足一关系表达式：[(7.2-fc)/3.0]²<L/W<[(8.15-fc)/2.7]²，其中的fc为差模信号的截止频率。

2.根据权利要求1所述的薄膜式共模滤波器，其特征在于，所述非磁性材质的绝缘基板为氧化铝基板、氮化铝基板、玻璃基板或石英基板。

3.根据权利要求1所述的薄膜式共模滤波器，其特征在于，还包括第二磁性材料层，且所述第二磁性材料层设置于所述非磁性材质的绝缘基板与所述第一导体层之间。

4.根据权利要求1所述的薄膜式共模滤波器，其特征在于，还包括多个磁性部，所述第一电气绝缘层、所述第二电气绝缘层及所述第三电气绝缘层上分别设置有一通孔，所述磁性部通过所述第一电气绝缘层、所述第二电气绝缘层及所述第三电气绝缘层的所述通孔设置于所述第一线圈、所述第二线圈、所述第三线圈及所述第四线圈的内侧。

5.根据权利要求1所述的薄膜式共模滤波器，其特征在于，所述第一线圈、所述第二线圈、所述第三线圈及所述第四线圈分别具有一内端部及一外端部，所述第一电气绝缘层上设置一第一连接孔，所述第二电气绝缘层上设置一第二连接孔及一第三连接孔，所述第三电气绝缘层上设置一第四连接孔，所述第一连接孔及所述第二连接孔位于与所述第一线圈的内端部及所述第三线圈的内端部相对的位置，所述第三连接孔及所述第四连接孔位于与所述第二线圈的内端部及所述第四线圈的内端部相对的位置。

6.根据权利要求1所述的薄膜式共模滤波器，其特征在于，所述第一线圈的内端部通过所述第一连接孔及所述第二连接孔与所述第三线圈的内端部电性串联，所述第二线圈的内端部通过所述第三连接孔及所述第四接孔与所述第四线圈的内端部电性串联。

7.根据权利要求1所述的薄膜式共模滤波器，其特征在于，所述第一线圈、所述第二线圈、所述第三线圈及所述第四线圈呈矩形螺旋状。

8.根据权利要求1所述的薄膜式共模滤波器，其特征在于，所述第一电气绝缘层、所述第二电气绝缘层及所述第三电气绝缘层的材料为聚亚酰胺、环氧树脂或苯并环丁烯树脂。

9.根据权利要求1所述的薄膜式共模滤波器，其特征在于，所述第一导体层、所述第二导体层、所述第三导体层及所述第四导体层的材料为银、钯、铝、铬、镍、钛、金、铜或铂。

10.根据权利要求1所述的薄膜式共模滤波器，其特征在于，所述第一磁性材料层为磁性基材或混有磁性粉末的胶体。