CN111082772B - 一种基于磁致伸缩效应的体声波滤波器及其制作方法 - Google Patents

一种基于磁致伸缩效应的体声波滤波器及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于滤波器技术领域，尤其涉及一种基于磁致伸缩效应的体声波滤波器及其制作方法。本发明基于磁致伸缩效应的体声波滤波器中，滤波芯具有磁致伸缩材料，线圈层包覆滤波芯，当线圈层的线圈中通过电信号时，因电流产生的磁场和磁致伸缩效应将引发滤波芯内磁致伸缩材料振动，声信号与磁信号产生耦合，当信号频率接近磁致伸缩材料固有振动频率时，信号得到加强，当信号频率偏离磁致伸缩材料固有振动频率时，信号减弱，从而达到滤波效果，拓展了声波滤波器的种类。

Description

一种基于磁致伸缩效应的体声波滤波器及其制作方法
技术领域
本发明属于滤波器技术领域，尤其涉及一种基于磁致伸缩效应的体声波滤波器及其制作方法。
背景技术
随着电子通讯技术的发展，对滤波器等信号传输和处理相关器件的需求日益增加。在无线通讯领域，基于压电效应的声波滤波器因其体积小、轻量化、便于大规模生产等优势，已经得到了广泛的应用。目前最具代表性的压电式声波滤波器包括声表面波滤波器(SAW滤波器)、体声波滤波器(BAW滤波器)和薄膜腔声谐振滤波器(FBAR滤波器)，其原理在于利用压电效应，使电信号与声信号耦合并相互转化，当外界信号处于滤波器自身固有振动频率附近，声信号产生共振，使电信号得以通过；当外界信号偏离滤波器自身固有振动频率，电信号将被阻碍，从而达到滤波的效果。
虽然压电式声波滤波器得到了广泛应用，但是，声波滤波器的种类还有待于拓展。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于磁致伸缩效应的体声波滤波器及其制作方法，该基于磁致伸缩效应的体声波滤波器拓展了声波滤波器的种类，通过在含磁致伸缩材料的滤波芯外包覆线圈层获得具有声波滤波功能的器件。
本发明的具体技术方案如下：
一种基于磁致伸缩效应的体声波滤波器，包括滤波芯、介电层、线圈层和保护层；
所述滤波芯包括磁致伸缩材料，所述介电层、所述线圈层和所述保护层由内至外依次包覆于所述滤波芯；
所述保护层开设有外部连接口引出线路，所述线路与所述线圈层连接。
优选的，所述磁致伸缩材料形成磁致伸缩材料层；
所述磁致伸缩材料层在所述滤波芯中水平设置，所述介电层、所述线圈层和所述保护层由内至外依次包覆于所述滤波芯的侧面。
优选的，所述滤波芯还包括弹性材料和软磁材料；
所述弹性材料和所述软磁材料分别形成所述弹性层和所述软磁材料层。
优选的，所述滤波芯还包括声反射材料；
所述声反射材料形成声反射层。
优选的，所述磁致伸缩材料选自(Tb,Dy)Fe2化合物为基体的合金、稀土金属与稀土-锌金属化合物或稀土-铁二元金属化合物；
所述弹性材料选自非晶合金或屈氏体钢；
所述软磁材料选自硅钢、铁基非晶合金或铁基纳米晶；
所述声反射材料为有机物薄膜或多孔薄膜。
优选的，所述磁致伸缩材料层、所述弹性层、所述软磁材料层和/或声反射层的层数为两层以上；
所述滤波芯由所述磁致伸缩材料层、所述弹性层、所述软磁材料层和所述声反射层层叠设置并压合而成。
优选的，所述滤波芯的数量为两个以上；
相邻所述滤波芯叠加设置并通过声反射层隔开。
优选的，所述滤波芯开设有流体导通孔；
所述磁致伸缩材料形成磁致伸缩材料层，所述流体导通孔穿过所述磁致伸缩材料层。
优选的，所述磁致伸缩材料层的层数为两层以上；
相邻所述磁致伸缩材料层之间设置有声反射层，所述磁致伸缩材料层开设的第一通孔不大于所述声反射层开设的第二通孔；
所述声反射层的外边缘与所述磁致伸缩材料层的外边缘重叠。
本发明还提供了一种基于磁致伸缩效应的体声波滤波器的制作方法，包括以下步骤：
a)对含有磁致伸缩材料的滤波芯由内而外依次包覆介电层、线圈层和保护层；
b)在所述保护层开设外部连接口引出线路，所述线路与所述线圈层连接。
综上所述，本发明提供了一种基于磁致伸缩效应的体声波滤波器，包括滤波芯、介电层、线圈层和保护层；所述滤波芯包括磁致伸缩材料，所述介电层、所述线圈层和所述保护层由内至外依次包覆于所述滤波芯；所述保护层开设有外部连接口引出线路，所述线路与所述线圈层连接。本发明中，滤波芯具有磁致伸缩材料，线圈层包覆滤波芯，当线圈层的线圈中通过电信号时，因电流产生的磁场和磁致伸缩效应将引发滤波芯内磁致伸缩材料振动，声信号与磁信号产生耦合，当信号频率接近磁致伸缩材料固有振动频率时，信号得到加强，当信号频率偏离磁致伸缩材料固有振动频率时，信号减弱，从而达到滤波效果，拓展了声波滤波器的种类。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明实施例提供的一种基于磁致伸缩效应的体声波滤波器的第三个实施例的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种基于磁致伸缩效应的体声波滤波器的制作方法的第二个实施例的示意图；
图示说明：1.磁致伸缩材料层；2.弹性层；3.软磁材料层；4.声反射层；5.介电层；6.线路凹槽；7.线圈层；8.保护层；9.引出线路；10.流体入口；11.流体出口；12.流体层；13.密封层；14.环状声反射层。
具体实施方式
本发明提供了一种基于磁致伸缩效应的体声波滤波器及其制作方法，该基于磁致伸缩效应的体声波滤波器拓展了声波滤波器的种类，通过在含磁致伸缩材料的滤波芯外包覆线圈层获得具有声波滤波功能的器件。
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供的一种基于磁致伸缩效应的体声波滤波器的第一个实施例，包括滤波芯、介电层、线圈层和保护层；
滤波芯包括磁致伸缩材料，介电层、线圈层和保护层由内至外依次包覆于滤波芯；
保护层开设有外部连接口引出线路，线路与线圈层连接。
磁致伸缩材料在交变磁场的作用下将产生与交变磁场频率相同的机械振动。本发明实施例中，滤波芯具有磁致伸缩材料，线圈层包覆滤波芯，当线圈层的线圈中通过电信号时，因电流产生的磁场和磁致伸缩效应将引发滤波芯内磁致伸缩材料振动，声信号与磁信号产生耦合，当信号频率接近磁致伸缩材料固有振动频率时，信号得到加强，当信号频率偏离磁致伸缩材料固有振动频率时，信号减弱，从而达到滤波效果，拓展了声波滤波器的种类。并且，一些磁致伸缩材料的机电转化可以超过现有压电陶瓷材料，使得磁致伸缩声波滤波器封装结构有望在一些性能上取得突破。
以上是对本发明实施例提供的一种基于磁致伸缩效应的体声波滤波器的第一个实施例进行详细的描述，以下将对本发明实施例提供的一种基于磁致伸缩效应的体声波滤波器的第二个实施例进行详细的描述。
本发明实施例提供的一种基于磁致伸缩效应的体声波滤波器的第二个实施例，包括滤波芯、介电层、线圈层和保护层；
滤波芯包括磁致伸缩材料，介电层、线圈层和保护层由内至外依次包覆于滤波芯；
保护层开设有外部连接口引出线路，线路与线圈层连接。
本发明实施例中，滤波芯具有磁致伸缩材料，线圈层包覆滤波芯，当线圈层的线圈中通过电信号时，因电流产生的磁场和磁致伸缩效应将引发滤波芯内磁致伸缩材料振动，声信号与磁信号产生耦合，当信号频率接近磁致伸缩材料固有振动频率时，信号得到加强，当信号频率偏离磁致伸缩材料固有振动频率时，信号减弱，从而达到滤波效果，拓展了声波滤波器的种类。
本发明实施例中，磁致伸缩材料形成磁致伸缩材料层；
磁致伸缩材料层在滤波芯中水平设置，介电层、线圈层和保护层由内至外依次包覆于滤波芯的侧面。
磁致伸缩材料在滤波芯中水平设置，滤波芯的上表面和下表面分别处于磁致伸缩材料的上面方向和下面方向。
本发明实施例中，滤波芯还包括弹性材料和软磁材料；
弹性材料和软磁材料分别形成弹性层和软磁材料层。滤波芯的声学和滤波性能同时分别受到弹性材料和软磁材料的调控。
本发明实施例中，滤波芯还包括声反射材料；
声反射材料形成声反射层。
本发明实施例中，磁致伸缩材料选自(Tb,Dy)Fe2化合物为基体的合金、稀土金属与稀土-锌金属化合物或稀土-铁二元金属化合物；
弹性材料选自非晶合金或屈氏体钢；
软磁材料选自硅钢、铁基非晶合金或铁基纳米晶；
声反射材料为有机物薄膜或多孔薄膜。
本发明实施例中，磁致伸缩材料层为产生滤波作用的主体；弹性层，贴附于磁致伸缩材料层的一侧或两侧，用于调控滤波模块的声学性能与共振频率；软磁材料层，贴附于磁致伸缩材料层或弹性层的一侧或两侧，用于增强磁场；声反射层，用于反射声波并防止声信号泄漏，声反射材料优选为声波阻抗远小于磁致伸缩材料的可以有效反射声波的介质，需要说明的是，也可以通过架空滤波芯达到反射声波的效果，可使用空气层、真空层作为声反射层。
线圈层可以设置于介电层上，也可以嵌入介电层，或直接绕线缠绕于介电层，并作表面处理使得线圈层与保护层之间设置有介电层，线圈层引出线路至保护层外，线圈层的材料优选为金属。
本发明实施例中，磁致伸缩材料层、弹性层、软磁材料层和/或声反射层的层数为两层以上；
滤波芯由磁致伸缩材料层、弹性层、软磁材料层和声反射层层叠设置并压合而成。
磁致伸缩材料层、弹性层、软磁材料层和声反射层的层叠顺序可根据需要进行调整，此处不做具体限定。
滤波芯可为饼状、棒状、环状或片状，滤波芯的截面可为圆形、矩形、不规则图形或中空结构，可根据需要进行确定，此处不做具体限定。软磁材料层也可充当弹性层。
本发明实施例中，滤波芯的数量为两个以上；
相邻滤波芯叠加设置并通过声反射层隔开，两个以上滤波芯形成阵列。
本发明实施例可通过调整磁致伸缩材料层、弹性层和/或软磁材料层的厚度、堆叠方式、滤波芯截面形状大小、线圈层线路排布方式与间距，调整滤波器的声学性能和磁学性能，从而调整滤波器的性能和滤波范围。并且，可通过多个滤波器及其他电子器件的搭配，实现更为复杂的信号滤波功能。
以上是对本发明实施例提供的一种基于磁致伸缩效应的体声波滤波器的第二个实施例进行详细的描述，以下将对本发明实施例提供的一种基于磁致伸缩效应的体声波滤波器的第三个实施例进行详细的描述。
请参阅图1，为本发明实施例提供的一种基于磁致伸缩效应的体声波滤波器的第三个实施例的结构示意图，包括滤波芯、介电层5、线圈层7和保护层8；
滤波芯包括磁致伸缩材料，介电层5、线圈层7和保护层8由内至外依次包覆于滤波芯；
保护层8开设有外部连接口进行线路引出，得到引出线路9，引出线路9与线圈层7连接。
本发明实施例中，滤波芯开设有流体导通孔；
磁致伸缩材料形成磁致伸缩材料层1，流体导通孔穿过磁致伸缩材料层1。
滤波芯的上表面和下表面分别设置有流体出口11和流体入口10，滤波芯可通以流体，通过导通不同物理性质的流体并控制流体压强，进一步调节滤波芯内的声学和滤波性能。
本发明实施例中，磁致伸缩材料层1的层数为两层以上；
相邻磁致伸缩材料层1之间设置有声反射层，磁致伸缩材料层1开设的第一通孔不大于声反射层开设的第二通孔；
声反射层的外边缘与磁致伸缩材料层1的外边缘重叠。
声反射层优选为环状声反射层14，环状声反射层14具有较小的截面积，分布于滤波芯外圈，使磁致伸缩材料层1之间产生空隙，并使流体流入形成流体层。通过通入不同物理性质的流体并控制流体压强，可进一步调节滤波芯内的声学和滤波性能。
滤波芯还可包括弹性层和软磁材料层，弹性层和软磁材料层优选与磁致伸缩材料层1叠加设置并与磁致伸缩材料层1具有相同的截面积。滤波芯在流体出口11侧和流体入口10侧优选设置密封层13。
以上是对本发明实施例提供的一种基于磁致伸缩效应的体声波滤波器的第三个实施例进行详细的描述，以下将对本发明实施例提供的一种基于磁致伸缩效应的体声波滤波器的制作方法的第一个实施例进行详细的描述。
本发明实施例提供的一种基于磁致伸缩效应的体声波滤波器的制作方法的第一个实施例，包括以下步骤：
a)对含有磁致伸缩材料的滤波芯由内而外依次包覆介电层、线圈层和保护层；
b)在保护层开设外部连接口引出线路，线路与线圈层连接。
本发明实施例中，对含有磁致伸缩材料的滤波芯由内而外依次包覆介电层、线圈层和保护层，再在保护层开设外部连接口引出线路，线路与线圈层连接，制作得到体声波滤波器，当线圈层的线圈中通过电信号时，因电流产生的磁场和磁致伸缩效应将引发滤波芯内磁致伸缩材料振动，声信号与磁信号产生耦合，当信号频率接近磁致伸缩材料固有振动频率时，信号得到加强，当信号频率偏离磁致伸缩材料固有振动频率时，信号减弱，从而达到滤波效果。
以上是对本发明实施例提供的一种基于磁致伸缩效应的体声波滤波器的制作方法的第一个实施例进行详细的描述，以下将对本发明实施例提供的一种基于磁致伸缩效应的体声波滤波器的制作方法的第二个实施例进行详细的描述。
本发明实施例提供的一种基于磁致伸缩效应的体声波滤波器的制作方法的第二个实施例，包括以下步骤：
a)将磁致伸缩材料层、弹性层、声反射层和软磁材料层叠加压合形成滤波芯；
b)在滤波芯外侧包覆介电层，并通过激光、刻蚀法、机械切割或压印等方法在介电层中制作出线圈凹槽；
c)在线圈凹槽中电沉积和/或电镀金属线路，并蚀刻掉表面不需要的部分，得到线圈层；
d)在线圈层的表面均匀覆盖介电层，并将线圈层起点和终点通过金属接口引出；
e)在介电层表面涂覆保护层，完成滤波器的封装。
在介电层上制作凹槽并电沉积金属线圈的步骤可以替换为：不制作凹槽，直接在介电层上通过图形电镀方式形成金属线路层，或直接通过绕线的物理方法安装线圈层，其它步骤保持不变。
更具体的，请参阅图2，为本发明实施例提供的一种基于磁致伸缩效应的体声波滤波器的制作方法的第二个实施例的示意图，本发明实施例提供的一种基于磁致伸缩效应的体声波滤波器的制作方法包括以下步骤：采用铽-镝-铁金属化合物作为磁致伸缩材料，铁基非晶合金作为弹性材料及软磁材料，多孔泡沫树脂作为声反射材料，分别制得磁致伸缩材料层1、弹性层2、软磁材料层3和声反射层4，磁致伸缩材料层1、弹性层2、软磁材料层3和声反射层4具有相同大小的圆形截面。将磁致伸缩材料层1、弹性层2、软磁材料层3和声反射层4进行压合形成饼状滤波芯，再在滤波芯外侧包覆介电层5，介电层5具体为聚酰亚胺薄膜(PI)介电层，并在介电层5上刻蚀出螺旋形线路凹槽6，并通过电镀方法，将金属铜填充凹槽，获得金属线路层，并蚀刻掉表面不需要的部分，得到线圈层7。然后在线圈层7外包覆PI介电层和阻焊油墨作为保护层8，并将线圈层7起点和终点通过再布线技术引出，完成了滤波器的封装。
以上是对本发明实施例提供的一种基于磁致伸缩效应的体声波滤波器的制作方法的第二个实施例进行详细的描述，以下将对本发明实施例提供的一种基于磁致伸缩效应的体声波滤波器的制作方法的第三个实施例进行详细的描述。
本发明实施例提供的一种基于磁致伸缩效应的体声波滤波器的制作方法的第三个实施例，滤波芯开设有流体导通孔，包括以下步骤：
a)在滤波芯中设置磁致伸缩材料层，并在滤波芯的流体出口侧和流体入口侧设置密封层，防止流体溢出；
b)在滤波芯外侧包覆介电层，并通过激光、刻蚀法、机械切割或压印等方法在介电层中制作出线圈凹槽；
c)在线圈凹槽中电沉积和/或电镀金属线路，并蚀刻掉表面不需要的部分，得到线圈层；
d)在线圈层的表面均匀覆盖介电层，并将线圈层起点和终点通过金属接口引出；
e)在介电层表面涂覆保护层，完成滤波器的封装。
本发明实施例中，磁致伸缩材料层的层数为两层以上，相邻磁致伸缩材料层之间设置有环状声反射层，环状声反射层的外边缘与磁致伸缩材料层的外边缘重叠，磁致伸缩材料层开设的第一通孔不大于环状声反射层开设的第二通孔，环状声反射层使磁致伸缩材料层之间产生空隙，并使流体流入形成流体层。滤波器使用时，可通过在流体导通孔中通入不同物理性质的流体如气体或液体并控制流体压强，进一步动态调节滤波芯内的声学和滤波性能。
本发明实施例中，滤波芯中还可设置弹性层、环状声反射层和软磁材料层，弹性层、环状声反射层和软磁材料层的截面积与磁致伸缩材料层相同并叠加压合。
更具体的，本发明实施例提供的一种基于磁致伸缩效应的体声波滤波器的制作方法包括以下步骤：采用铽-镝-铁金属化合物作为磁致伸缩材料，制成圆形磁致伸缩材料层并在中心开设第一通孔，多孔泡沫树脂制作环状声反射层，制成圆环形并在中心开设第二通孔，外径与磁致伸缩材料层相同。将多层磁致伸缩材料层与环状声反射层堆叠形成内部具有流体通道的饼状滤波芯。在滤波芯外侧包覆PI介电层，并在介电层上刻蚀出螺旋形线路凹槽，并通过电镀方法，将金属铜填充凹槽，获得金属线路层，并蚀刻掉表面不需要的部分，得到线圈层。在线圈层外包覆PI介电层和阻焊油墨作为保护层，并将线圈层起点和终点通过再布线技术引出，完成了滤波器的封装。滤波器使用时，在流体导通孔中通入液体并控制压强，以动态控制滤波器的声学与滤波性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于磁致伸缩效应的体声波滤波器，其特征在于，包括滤波芯、介电层、线圈层和保护层；
所述滤波芯包括磁致伸缩材料和声反射材料，所述介电层、所述线圈层和所述保护层由内至外依次包覆于所述滤波芯，所述介电层上刻蚀有凹槽，所述线圈层为通过电镀将金属填充至所述凹槽形成；
所述保护层开设有外部连接口引出线路，所述线路与所述线圈层连接；
所述磁致伸缩材料用于当所述线圈层的线圈中通过电信号时，因电流产生的磁场和磁致伸缩相应而振动，将声信号和磁信号产生耦合；
所述滤波芯开设有流体导通孔；所述磁致伸缩材料形成磁致伸缩材料层，所述流体导通孔穿过所述磁致伸缩材料层；
所述声反射材料形成声反射层，所述声反射层为环状声反射层，分布于滤波芯外圈与所述磁致伸缩材料层之间产生空隙，所述空隙用于使流体流入形成流体层。
2.根据权利要求1所述的体声波滤波器，其特征在于，所述磁致伸缩材料形成磁致伸缩材料层；
所述磁致伸缩材料层在所述滤波芯中水平设置，所述介电层、所述线圈层和所述保护层由内至外依次包覆于所述滤波芯的侧面。
3.根据权利要求2所述的体声波滤波器，其特征在于，所述滤波芯还包括弹性材料和软磁材料；
所述弹性材料和所述软磁材料分别形成弹性层和软磁材料层。
4.根据权利要求3所述的体声波滤波器，其特征在于，所述磁致伸缩材料选自(Tb,Dy)Fe2化合物为基体的合金、稀土金属与稀土-锌金属化合物或稀土-铁二元金属化合物；
所述弹性材料选自非晶合金或屈氏体钢；
所述软磁材料选自硅钢、铁基非晶合金或铁基纳米晶；
所述声反射材料为有机物薄膜或多孔薄膜。
5.根据权利要求3所述的体声波滤波器，其特征在于，所述磁致伸缩材料层、所述弹性层、所述软磁材料层和/或声反射层的层数为两层以上；
所述滤波芯由所述磁致伸缩材料层、所述弹性层、所述软磁材料层和所述声反射层层叠设置并压合而成。
6.根据权利要求1所述的体声波滤波器，其特征在于，所述滤波芯的数量为两个以上；
相邻所述滤波芯叠加设置并通过声反射层隔开。
7.根据权利要求1所述的体声波滤波器，其特征在于，所述磁致伸缩材料层的层数为两层以上；
相邻所述磁致伸缩材料层之间设置有声反射层，所述磁致伸缩材料层开设的第一通孔不大于所述声反射层开设的第二通孔；
所述声反射层的外边缘与所述磁致伸缩材料层的外边缘重叠。
8.一种基于磁致伸缩效应的体声波滤波器的制作方法，用于制作如权利要求1-7任一项所述的体声波滤波器，其特征在于，包括以下步骤：
a)对含有磁致伸缩材料的滤波芯由内而外依次包覆介电层、线圈层和保护层；
b)在所述保护层开设外部连接口引出线路，所述线路与所述线圈层连接。
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