CN109194299B - 一种超微型ltcc低通滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种超微型LTCC低通滤波器，采用层叠式结构，实现业内最小的巴伦结构，本发明采用低温共烧陶瓷工艺（LTCC），将线路置于陶瓷体内部，可以满足更为精密的电路走线要求，其内部电路为叠层式排布，其体积小、电性能良好。本发明低通滤波器性能良好，带内插入损耗小于0.5dB，抑制频率在2.025GHz，带外抑制达到25dB。
Description
技术领域
本发明公开一种低通滤波器，特别是一种超微型LTCC低通滤波器，其采用低温共烧陶瓷技术，集成在微波陶瓷体内，实现其小型化，可用于LTE 4G通信移动设备电路系统中。
背景技术
随着移动通信技术的快速发展，目前已经出现了4G-LTE，在使用的便利的同时，增加了很多频段。在4G-LTE移动终端中使用的射频元器件也越来越多，对传输速度和可靠性均提出越来越高的要求。低温陶瓷共烧（LTCC）技术将射频元件集成入陶瓷介质中，不仅减小了产品尺寸，而且可靠性高。采用微波低损耗介质陶瓷，减小射频元件损耗，实现高频化传输；LTCC低通滤波器也是采用微波介质陶瓷材料为基体，利用叠层工艺实现微型化和一体化设计，减少了客户端使用的电路匹配。
发明内容
针对上述提到的现有技术中的4G移动终端时，需要用到低通滤波器来保证移动终端发射端的高频抑制，传统技术的低通滤波器为离散元件搭接，体积大、能耗高等缺点，本发明提供一种超微型LTCC低通滤波器，其采用层叠式结构，实现业内最小的巴伦结构。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种超微型LTCC低通滤波器，低通滤波器包括基体和设置在基体内的电路层，基体外侧设有第一焊盘、第二焊盘和中间焊盘，电路层自下至上包括如下结构：
第一层电路层为三个相互绝缘的导电金属片，分别为第一焊盘、第二焊盘和中间焊盘；
第二层电路层为一块大面积第一金属片；
第三层电路层为两个相互之间绝缘的片状金属片，分别为第二金属片和第三金属片，第二层中的第一金属片与第三层中的两个绝缘金属片对应设置，形成两个接地电容，第三层中第二金属片通过第一导电柱与第一层中的第一焊盘电连接，第三层中第三金属片通过第二导电柱与第一层中的第二焊盘电连接；
第四层与第二层电路层图案一样；
第五层与第四层电路层图案一样；
第六层电路层为两个相互绝缘的片状金属片，与第五层中大面积金属片形成电容，并与第三层电路层通过第一导电柱和第二导电柱连接；
第七层电路层与第五层一样是大面积金属片，通过中间金属导电柱与螺旋电感线圈连接；
第八层电路与第六层电路一样；
第九层电路层是两个相互连接回型线片状金属片，两个片状金属片分别为第一电感片和第二电感片；
第十层电路层是两个相互绝缘的回型线片状金属片，两个片状金属片分别为第三电感片和第四电感片；
第十一层电路层是两个相互绝缘的回型线片状金属片，两个片状金属片分别为第五电感片和第六电感片；
第十二层电路层是两个相互绝缘的回型线片状金属片，两个片状金属片分别为第七电感片和第八电感片；
第十三层电路层是两个相互绝缘的回型线片状金属片，两个片状金属片分别为第九电感片和第十电感片；
第十四层电路层是两个相互绝缘的回型线片状金属片，两个片状金属片分别为第十一电感片和第十二电感片，两个金属片中的一个通过第四金属导电柱与第八层电路层中的一个金属片电连接，另一个通过第五金属导电柱与第八层电路层中的另一个金属片电连接；
第九至第十四层电路层中的回型线片状金属片首尾顺次通过导电柱电连接在一起，形成螺旋电感线圈。
本发明解决其技术问题采用的技术方案进一步还包括：
所述的第一焊盘和第二焊盘设置在基体底部两端，基体底部中间设有中间焊盘。
所述的基体呈长方体形。
本发明的有益效果是：本发明采用低温共烧陶瓷工艺（LTCC），将线路置于陶瓷体内部，可以满足更为精密的电路走线要求，其内部电路为叠层式排布，其体积小、电性能良好。本发明低通滤波器性能良好，带内插入损耗小于0.5dB，抑制频率在2.025GHz，带外抑制达到25dB。
下面将结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
附图说明
图1本发明外部整体结构示意图。
图2为本发明内部结构示意图。
图3为本发明第二层，第四层，第五层，第七层电路结构示意图。
图4为本发明第三层电路结构示意图。
图5为本发明第六层和第八层电路结构示意图。
图6为本发明第九层电路结构示意图。
图7为本发明第十层电路结构示意图。
图8为本发明第十一层电路结构示意图。
图9为本发明第十二层电路结构示意图。
图10为本发明第十三层电路结构示意图。
图11为本发明第十四层电路结构示意图。
图12为本发明第一层电路结构示意图。
图13为本发明的等效电路图。
图14为本发明电性能曲线的插入损耗曲线（Insertion Loss）图。
图15为本发明电性能曲线的回波损耗曲线（Return Loss）图。
具体实施方式
本实施例为本发明优选实施方式，其他凡其原理和基本结构与本实施例相同或近似的，均在本发明保护范围之内。
在LTCC技术工艺中，可通过调节各个电容基片的长和宽来调整电容的大小，其平行板电容公式为：
其中A是电极板的面积，单位是平方微米；εr是陶瓷材料的相对介电常数，d是两个电极板之间的距离，单位都是微米，n是电极板数量，pF是电容单位皮法。
电感采用线圈电感形式，通过调节层间距和线圈面积来调整电感量的大小，其线圈电感公式为：
其中N是线圈的圈数，h是线圈的高度，是线圈的长度，w是线圈的宽度， 和分
别是空气中的磁导率和介质的相对磁导率。
请参看附图13，图13为本发明的等效电路图，低通滤波器电路中包括接地电容C1、并联谐振电容C2、并联谐振电感L1和并联谐振电感L2，输入输出接地电容C4和输入输出接地电容C5，两个并联谐振器由电感L1和电感L2分别与电容C2和电容C3并联而成，决定低通滤波器的截止频率；接地电容C1和接地电容C4、接地电容C5是低通滤波器的匹配电容，电感L1和电感L2串联连接在两个I/O口之间，一个I/O口通过电容C4接地，另一个I/O口通过电容C5接地，电感L1和电感L2的连接点通过电容C1接地，与电感L1并联连接有电容C2，与电感L2并联连接有电容C3。
本发明的主体为基体1，其以低损介电陶瓷材料Al2O3为主要原料，另外添加玻璃SiO2和少量的硼酸，在经过均匀混合和高温烧制后形成粒径为2.0um的白色粉末状固体；将低损耗介电陶瓷材料粉末与粘合剂、分散剂和溶剂按一定比例混合球磨后，形成流延浆料；经过成型流膜后印刷电极图案进行一层层叠加后形成电路结构；在经过精密切割分离单独个体，形成独石结构的超微型叠层巴伦结构；最后烧结成瓷，提高了产品可靠性。
请参看附图1和附图2，本实施例中，基体1呈长方体形，长宽高尺寸分别为1.0mm×0.5mm×0.5mm，为业界最小的叠层巴伦，基体1底部设有两个焊盘，分别为第一焊盘2和第二焊盘22，作为低通滤波器的输入输出端（本实施例中，电路结构为对称结构，两个输入输出端均可以作为输入接口，也可以作为输出接口），输入和输出阻抗为标准的50Ω，基体1底部中间设有中间焊盘3。
本实施例中，一种超微型LTCC低通滤波器的基体内设有电路层，电路层自下至上包括如下结构：
请参看附图12，本实施例中，第一层电路层为三个相互绝缘的导电金属片，三个导电金属片作为焊盘与外电路进行连接，包括第一焊盘2、第二焊盘22和中间焊盘3；
请参看附图3，本实施例中，第二层电路层为一块大面积第一金属片5和两个圆形金属片，圆形金属片是导电柱的截面图，用于连接上下层金属导体，两个导电柱分别为第一导电柱9和第二导电柱13；
请参看附图4，本实施例中，第三层电路层为两个相互之间绝缘的片状金属片，分别为第二金属片10和第三金属片14，第二层中的第一金属片5与第三层中的两个绝缘金属片对应设置，形成两个接地电容，第三层中第二金属片10通过第一导电柱9与第一层中的第一焊盘2电连接，第三层中第三金属片14通过第二导电柱13与第一层中的第二焊盘22电连接；
第四层与第二层电路层图案一样，即一块大面积金属片和两个圆形金属片，圆形金属片是导电柱的截面图，用于连接上下层金属导体；与第三层的两块金属片形成电容；
第五层与第四层电路层图案一样，即一块大面积金属片和两个圆形金属片，圆形金属片是导电柱的截面图，用于连接上下层金属导体；与第六层的两块金属片形成电容；
请参看附图5，本实施例中，第六层电路层为两个相互绝缘的片状金属片，与第五层中大面积金属片形成电容，并与第三层电路层通过金属导电柱连接；
第七层电路层与第五层一样是大面积金属片，并与第六层金属片形成电容，通过中间金属导电柱4与电感连接；
第八层电路与第六层电路一样；
请参看附图6，本实施例中，第九层电路层是两个相互连接回型线片状金属片，即金属片呈“口”字形，且设有缺口，两个金属片中间分别设有一个导电柱，即图中中间两个圆形金属片是金属导电柱的截面图，导电柱连接到第十四层电感引出，两个片状金属片分别为第一电感片20a和第二电感片21a，两个金属导电柱分别为第四金属导电柱18和第五金属导电柱19；
请参看附图7，本实施例中，第十层电路层是两个相互绝缘的回型线片状金属片，即金属片呈“口”字形，且设有缺口，两个金属片中间分别设有一个导电柱，即图中中间两个圆形金属片是金属导电柱的截面图，导电柱连接到第十四层电感引出，本层中的两个片状金属片分别为第三电感片20b和第四电感片21b；
请参看附图8，本实施例中，第十一层电路层是两个相互绝缘的回型线片状金属片，即金属片呈“口”字形，且设有缺口，两个金属片中间分别设有一个导电柱，即图中中间两个圆形金属片是金属导电柱的截面图，导电柱连接到第十四层电感引出，本层中的两个片状金属片分别为第五电感片20c和第六电感片21c；
请参看附图9，本实施例中，第十二层电路层是两个相互绝缘的回型线片状金属片，即金属片呈“口”字形，且设有缺口，两个金属片中间分别设有一个导电柱，即图中中间两个圆形金属片是金属导电柱的截面图，导电柱连接到第十四层电感引出，本层中的两个片状金属片分别为第七电感片20d和第八电感片21d；
请参看附图10，本实施例中，第十三层电路层是两个相互绝缘的回型线片状金属片，即金属片呈“口”字形，且设有缺口，两个金属片中间分别设有一个导电柱，即图中中间两个圆形金属片是金属导电柱的截面图，导电柱连接到第十四层电感引出，本层中的两个片状金属片分别为第九电感片20e和第十电感片21e；
请参看附图11，本实施例中，第十四层电路层是两个相互绝缘的回型线片状金属片，即金属片呈“口”字形，且设有缺口，本层中的两个片状金属片分别为第十一电感片20f和第十二电感片21f，两个金属片中的一个与第四金属导电柱18电连接，另一个与第五金属导电柱19电连接；
第九至第十四层电路层中的回型线片状金属片首尾顺次通过导电柱电连接在一起，形成螺旋电感线圈。
本发明内部各个电路层呈叠层片式排布，其通过精密的丝网印刷工艺来形成内部各个金属层，通过流延成型工艺形成内部的导体柱。本发明可广泛应用于在移动电话、手提电脑、数码相机以及打印机等设备终端中。
Claims (3)
1.一种超微型LTCC低通滤波器，其特征是：所述的低通滤波器包括基体和设置在基体内的电路层，基体外侧设有第一焊盘、第二焊盘和中间焊盘，电路层自下至上包括如下结构：
第一层电路层为三个相互绝缘的导电金属片，分别为第一焊盘、第二焊盘和中间焊盘；
第二层电路层为一块大面积第一金属片；
第三层电路层为两个相互之间绝缘的片状金属片，分别为第二金属片和第三金属片，第二层中的第一金属片与第三层中的两个绝缘金属片对应设置，形成两个接地电容，第三层中第二金属片通过第一导电柱与第一层中的第一焊盘电连接，第三层中第三金属片通过第二导电柱与第一层中的第二焊盘电连接；
第四层与第二层电路层图案一样；
第五层与第四层电路层图案一样；
第六层电路层为两个相互绝缘的片状金属片，与第五层中大面积金属片形成电容，并与第三层电路层通过第一导电柱和第二导电柱连接；
第七层电路层与第五层一样是大面积金属片，通过中间金属导电柱与螺旋电感线圈连接；
第八层电路与第六层电路一样；
第九层电路层是两个相互连接回型线片状金属片，两个片状金属片分别为第一电感片和第二电感片；
第十层电路层是两个相互绝缘的回型线片状金属片，两个片状金属片分别为第三电感片和第四电感片；
第十一层电路层是两个相互绝缘的回型线片状金属片，两个片状金属片分别为第五电感片和第六电感片；
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第十四层电路层是两个相互绝缘的回型线片状金属片，两个片状金属片分别为第十一电感片和第十二电感片，两个金属片中的一个通过第四金属导电柱与第八层电路层中的一个金属片电连接，另一个通过第五金属导电柱与第八层电路层中的另一个金属片电连接；
第九至第十四层电路层中的回型线片状金属片首尾顺次通过导电柱电连接在一起，形成螺旋电感线圈。
2.根据权利要求1所述的超微型LTCC低通滤波器，其特征是：所述的第一焊盘和第二焊盘设置在基体底部两端，基体底部中间设有中间焊盘。
3.根据权利要求1所述的超微型LTCC低通滤波器，其特征是：所述的基体呈长方体形。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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