CN111145985A - 一种叠层片式共模滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种叠层片式共模滤波器,包括：坯体，依序包括第一磁性铁氧体层、非磁性铁氧体层和第二磁性铁氧体层；外电极，包括第一外电极和第四外电极、第二外电极和第三外电极分别镜像贴合在所述坯体的相对的两个侧面；内电极，包括第一内电极、第二内电极、第三内电极和第四内电极分别与所述第一外电极、所述第二外电极、所述第三外电极和所述第四外电极连接导通；所述第一内电极和所述第四内电极组成第一线圈，所述第二内电极和所述第三内电极组成第二线圈，所述第一线圈和所述第二线圈的一侧圆弧段错开，一侧圆弧段重合，直线段重合。通过提高内电极的线圈之间的重合度，减少对差模信号的损耗，提供更低差模损耗的叠层片式共模滤波器。

Description

一种叠层片式共模滤波器

技术领域

本发明涉及被动电子元器件技术领域，尤其涉及一种叠层片式共模滤波器。

背景技术

叠层片式共模滤波器为了达到对共模信号更高的抑制效果，会采用增加电极线圈圈数，在叠层片式共模滤波器内部增加磁芯的方法，尤其是对于国际标准品0605共模滤波器，要求其共模阻抗在100MHz的频率下要达到90欧姆，叠层片式共模滤波器的尺寸要求长、宽、高分别为0.65mm、0.5mm、0.3mm。其内部电极线圈一般设计包括4层，每层圈数至少达到3圈，再通过分别连接两层的方式使一组线圈的圈数达到6圈，以此达到增加电极圈数的目的，从而获得更高的共模抑制效果，满足叠层片式共模滤波器共模阻抗值在100MHz的频率下要达到90欧姆。

共模滤波器的工作原理是：存在两个尺寸相同、匝数相同的线圈对称地绕制在同一个铁氧体环形磁芯上，形成一个四端器件，要对于共模信号呈现出的大电感具有抑制作用，而对于差模信号呈现出的很小的漏电感几乎不起作用。流过共模电流时磁环中的磁通相互叠加，从而具有相当大的电感量，对共模电流起到抑制作用；而当两线圈流过差模电流时，磁环中的磁通相互抵消，几乎没有电感量，所以差模电流可以无衰减地通过。因此共模电感在平衡线路中能有效地抑制共模干扰信号，而对线路正常传输的差模信号无影响，但这是理想设计的状态，在叠层共模滤波器的设计中，两组线圈之间不能完全重合，实际两组线圈之间会存在漏感现象，导致当两线圈流过差模电流时，磁环中的磁通没有相互抵消，存在一定大小的感生磁场，对差模电流有一定损耗。

现有技术中的共模滤波器的性能不够理想。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

本发明为了解决现有的问题，提供一种叠层片式共模滤波器。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案如下所述：

一种叠层片式共模滤波器,包括：坯体，依序包括第一磁性铁氧体层、非磁性铁氧体层和第二磁性铁氧体层；外电极，包括第一外电极和第四外电极、第二外电极和第三外电极分别镜像贴合在所述坯体的相对的两个侧面且分别向所述坯体的上、下表面延伸；内电极，包括第一内电极、第二内电极、第三内电极和第四内电极分别与所述第一外电极、所述第二外电极、所述第三外电极和所述第四外电极连接导通；所述第一内电极和所述第四内电极组成第一线圈，所述第二内电极和所述第三内电极组成第二线圈，所述第一线圈和所述第二线圈的一侧圆弧段错开，一侧圆弧段重合，直线段重合。

优选地，所述非磁性铁氧体层包括：第一非磁性铁氧体层、第二非磁性铁氧体层和第三非磁性铁氧体层，所述第一内电极上下两面分别接触所述第一磁性铁氧体层和第一非磁性铁氧体层，所述第二内电极上下两面分别接触所述第一非磁性铁氧体层和所述第二非磁性铁氧体层；所述第三内电极上下两面分别接触所述第二非磁性铁氧体层和所述第三非磁性铁氧体层；所述第四内电极上下两面分别接触所述第三非磁性铁氧体层和第二磁性铁氧体层。

优选地，还包括：第一连接通孔，贯穿所述第一非磁性铁氧体层、所述第二非磁性铁氧体层和所述第三非磁性铁氧体层，连接导通所述第一内电极和所述第四内电极组成所述第一线圈；第二连接通孔，贯穿所述第二非磁性铁氧体层，连接导通所述第二内电极和所述第三内电极组成所述第二线圈。

优选地，所述坯体采用叠层工艺制备。

优选地，还包括设置在所述坯体的中心位置的磁芯，所述磁芯是四角被倒角成圆角的正方体或长方体；或，所述磁芯的内剖面是面积大于圆形的不规则形状。

优选地，所述第一连接通孔和所述第二连接通孔以所述磁芯为中心相互对称且与所述磁芯的最小距离大于30um，与所述第一线圈和所述二线圈的最小距离大于30um。

优选地，所述内电极的线条距离所述坯体的外边缘的最小距离大于50um。

优选地，所述线条的线径在12-14um，所述线条的间距在16-18um。

优选地，所述第一磁性铁氧体层和所述第二磁性铁氧体层的厚度为110～115um，所述非磁性铁氧体层的厚度为60～65um。

优选地，所述内电极采用光刻工艺制备。

本发明的有益效果为：提供一种叠层片式共模滤波器，通过提高内电极的线圈之间的重合度，减少对差模信号的损耗，提供更低差模损耗的叠层片式共模滤波器。

更进一步的，提高磁芯截面积，增大磁通量，增加器件对共模信号的抑制，进一步提高共模滤波器的性能。

附图说明

图1是本发明实施例中一种叠层片式共模滤波器的结构示意图。

图2是本发明实施例中又一种叠层片式共模滤波器的结构示意图。

图3是本发明实施例中再一种叠层片式共模滤波器的结构示意图。

图4是本发明实施例中叠层片式共模滤波器内部电极线圈的俯视图。

图5(a)-图5(c)是本发明实施例中电极线圈的结构示意图。

图6本发明实施例中磁芯的剖面示意图。

具体实施方式

为了使本发明实施例所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接既可以是用于固定作用也可以是用于电路连通作用。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

共模滤波器内部磁芯的设计形状对于提高共模抑制效果也很明显，磁性剖面面积越大，通过其剖面的磁通越多，单组线圈产生的磁场越大，会产生更大的感生电动势，抑制共模信号。

叠层片式共模滤波器中四层电极线圈的连接方式和电极线圈之间的重合度会影响共模滤波器对于正常差模信号的损耗，如果线圈结构设计不当，会导致叠层片式共模滤波器对正常工作的差模信号损耗增加，叠层片式共模滤波器在高频段信号传输失真。

如图1所示，叠层片式共模滤波器包括第一磁性铁氧体层、非磁性铁氧体层和第二磁性铁氧体层构成的坯体和外部电极。按空间结构将叠层片式共模滤波器左右两侧的面定义为端面，具体包含左端面和右端面；前后两面定义为侧面，具体包含前侧面和后侧面，上下两面定义为上表面和下底面。第一外电极至第四外电极外部贴合在叠层片式共模滤波器前侧面和后侧面，并在上表面和下底面延伸。其中第一外电极和第四外电极对立，呈镜像关系，其中第二外电极和第三外电极对立，呈镜像关系。形状设计上，第一至第四内电极在共模滤波器的左端面和右端面呈现圆弧形状，圆弧直径为此段圆弧所连接两条直接之间的垂线距离，在共模滤波器的前侧面和后侧面呈现直线形状，整体呈跑道型形状，从产品上表面法线方向俯视第一至第四内电极，第一内电极至第四内电极在直线位置共有圈数完全重合，圆弧位置在左端面或者右端面一侧完全重合。

如图2所示，叠层片式共模滤波器包含磁性铁氧体层10、非非磁性铁氧体层30、外电极11、内电极12、第一连接通孔13、第二连接通孔14和磁芯20。具体的，在竖直方向上，由上到下依序为第一磁性铁氧体层10a、第一内电极12a、第一非磁性铁氧体层30a、第二内电极12b、第二非磁性铁氧体层30b、第三内电极12c、第三非磁性铁氧体层30c、第四内电极12d、第二磁性铁氧体层10b。第一磁性铁氧体层10a和第二磁性铁氧体层10b呈上下对称分布，中间为非磁性铁氧体层30，第一内电极12a上下两面分别接触第一磁性铁氧体层10a和第一非磁性铁氧体层30a，第四内电极12d上下两面分别接触第三非磁性铁氧体层30c和第二磁性铁氧体层10b,第二内电极12b和第三内电极12c包含在非磁性铁氧体30中。坯体的中心位置有四角被倒角成圆角的长方体或正方体的磁芯20，磁芯20包括20a-20g,贯穿整个非磁性铁氧体层30并与铁氧体层10贴合,位置上与第一线圈、第二线圈、第一连接通孔和第二连接通孔都不接触。第一内电极12a从内部引出后与第一外电极11a连接导通，第二内电极12b从内部引出后与第二外电极连接11b导通，第三内电极12c从内部引出后与第三外电极11c连接导通，第四内电极12d从内部引出后与第四外电极11d连接导通。第一连接通孔13包括连接通孔13a、连接通孔13b、连接通孔13c分别贯穿第一非磁性铁氧体层30a、第二非磁性铁氧体层30b和第三非磁性铁氧体层30c，连接导通第一内电极12a和第四内电极12d组成第一线圈；第二连接通孔14贯穿第二非磁性铁氧体层30b，连接导通第二内电极12b和第三内电极12c组成第二线圈。同时，第一线圈和第二线圈之间相互绝缘。

第一连接通孔13和第二连接通孔14的以中心位置相互对称，离与之最近的电极线圈最内侧线条之间最小距离大于30um，与磁芯之间最小距离大于30

um。第一连接通孔13和第二连接通孔14与线圈之间距离太小会导致两个导体之间不耐压，随着器件使用时间增长，第一连接通孔13和第二连接通孔14与线圈之间绝缘下降，也就导致两层线圈之间绝缘下降，导致共模滤波器失效；磁芯贯穿整个非磁性铁氧体层，由于制造工艺的原因，磁芯可能会出现内部有气隙的现象，如果与线圈距离太小，也会导致两组线圈通过磁芯相导通，导致两组线圈之间绝缘下降，产品失效。

在本发明的一种实施例中，在保证磁芯离最近线圈和两侧连接通孔之间的距离大于30um的情况，磁芯肉剖面形状可以不局限于设计成矩形、方形等，可以设计成面积大于圆形的其它不规则图形。

在本发明的另一种实施例中，在保证叠层片式共模滤波器其它结构参数不变的情况下，适当增加非磁性铁氧体层的厚度，可以减小线圈之间的耦合系数，以减小差模信号产生的感生磁场的大小，从而减小叠层片式共模滤波器对正常信号差模信号的抑制，减小叠层片式共模滤波器的差损。

如图3所示，叠层片式共模滤波器的第二内电极12b和第三内电极12c最外圈多出的直线段没有重合，属于偏心结构。

如图4所示，可知俯视第一内电极12a至第四内电极12d，两组线圈圆弧段在一侧属于错开结构，在另一侧属于重合结构，在直线段属于重合结构。这种线圈结构提高了四层内电极之间的线圈重合度，当差模信号通过叠层片式共模滤波器的两组线圈时，会产生方向相反的两个磁场，两组线圈之间的重合度越高，两组线圈产生的磁通量越接近，两组线圈之间的漏感越小，产生阻碍原信号的感生磁场越小，也就对于正常工作差模信号的阻碍越小，可以使得器件在更高的频率下使用。

在本发明的一种实施例中，在保证第一至第四层内电极的最外圈的线条离坯体边缘距离大于50um，圈内面积越大，穿过的磁力线越多，共模信号经过时，产生的感生磁场越大，对共模信号的抑制越大，共模阻抗越大。

在本发明的一种实施例中，线条的线径在12-14um，所述线条的间距在16-18um。第一磁性铁氧体层和第二磁性铁氧体层的厚度为110～115um，非磁性铁氧体层的厚度为60～65um。

如图5(a)所示，第一内电极12a和第四内电极12d分别从第一连接通孔13开始向外同方向环绕，由圆弧段和直线段交替构成，二者在形状上相同。第二内电极12b和第三内电极12c分别从第二连接通孔14开始向外同方向环绕，绕向与第一内电极12a相同，由圆弧段和直线段交替构成，二者在形状上相同。第二内电极12b、第三内电极12c在最内圈比第一内电极12a和第四内电极12d少半圈，在最外圈要多出一条直线段，以满足四个内电极与四个外电极连接导通的要求。

由图5(b)-图5(c)可知，在内电极图形设计过程中，第一内电极12a和第四内电极12d是镜像关系，第二内电极12b和第三内电极12c是镜像关系,在叠层过程中，单层第一内电极12a和第四内电极12d的组合结构先和单层第二内电极12b和第三内电极12c的组合结构沿竖直方向叠层构成双层电极结构40，两个双层电极结构再沿竖直方向移位叠层，移位量为一个叠层片式共模滤波器的宽度距离，移位方向为叠层片式共模滤波器的侧面方向移位，然后就可以得到需要的四层电极结构12。

因此，本发明的目的在于通过提高磁芯截面积，增大磁通量，提高产品内部线圈之间的重合度，降低漏感，增加器件对共模信号的抑制，减少器件对差模信号的损耗，提供能够得到更高共模抑制效果和更低差模损耗的叠层片式共模滤波器。

磁性铁氧体层是由流延工艺制备的铁氧体生带叠层形成的，具体铁氧体材料包括Fe₂O₃、NiO、ZnO，非磁性铁氧体层是由流延工艺制备的非铁氧体生带叠层形成的，和磁性铁氧体材料对比不含NiO成分，磁芯为铁氧体材料，其成分与磁性铁氧体材料一致，第一内电极至第四内电极，第一连接通孔和第二连接通孔成分为Ag，第一内电极至第四外电极是Ag电极表面镀Ni和镀锡，使叠层片式共模滤波器满足贴片要求。

第一连接通孔和第二连接通孔的制作方法是将流延好的生带，采用激光开孔工艺，在非磁性铁氧体生带固定位置开出连接通孔，然后采用丝网印刷工艺，将银浆填到连接通孔的位置，再烘干，在叠层的过程中，非磁性铁氧体生带上的连接通孔位置相对应，组成第一连接通孔和第二连接通孔。

磁芯的制作方法是采用激光开孔工艺在非磁性生带固定位置开出类似矩形形状，四个角带有圆角的图形，然后采用丝网印刷工艺在孔内部填磁芯浆，再烘干，采用激光开孔工艺可以制备出需要的截面积更大的磁芯图形。

第一内电极至第四内电极是采用光刻工艺制备的，在膜片上正面涂布感光银浆，再用掩膜版曝光，然后再用碱性溶液显影出第一内电极至第四内电极图案，采用光刻工艺制备出的电极精度更高，使实际性能更接近设计值。

采用叠层工艺，从磁性铁氧体层开始叠层，形成叠层片式滤波器生坯，采用等静压工艺将叠层后的生坯压密实，生坯再采用箱式炉或者网带炉进行排胶、烧结。

第一外电极至第四外电极是采用纸带沾银工艺制备的，表面Sn镀层和Ni镀层是采用电镀工艺制备的。

如图6将磁芯设计为方形形状或者矩形形状，可以增加磁芯剖面面积，当共模信号经过叠层片式共模滤波器时，通过磁芯的磁通便会增加，产生更大的感生磁场抑制共模信号，根据仿真数据和叠层片式共模滤波器实际制作后电性能测试结果，采用方磁芯或矩形磁芯设计，共模阻抗会提高10Ω左右。当在输入电极第一外电极和第二外电极两端加上极性相反，信号幅度相同的差模电压时，第一线圈中产生的磁通和第二线圈重合度高，线圈中产生的磁通能更多的被重合抵消掉，减小对差模信号的损耗；，有效增加了内部磁芯面积的大小，当在输入电极第一外电极和第二外电极两端加上极性相同，信号幅度相同的共模电压时，第一线圈和第二线圈产生的磁通可以通过更多的穿过磁芯，形成磁场，对共模信号起到更大的抑制效果，所以本发明能够得到更高共模抑制效果和更低差模损耗的叠层片式共模滤波器。

根据仿真数据和实际制作后电性能测试结果，采用这种重合度高的线圈结构，叠层片式共模滤波器差模截至频率，-3dB下的频率值可以达到3.0GHz，而采用电极两端面圆弧段都错开的结构，或者其它重合度低于本设计的方案，差模截止频率-3dB下的频率值最高达到2.5GHz。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种叠层片式共模滤波器,其特征在于，包括：

坯体，依序包括第一磁性铁氧体层、非磁性铁氧体层和第二磁性铁氧体层；

外电极，包括第一外电极和第四外电极、第二外电极和第三外电极分别镜像贴合在所述坯体的相对的两个侧面且分别向所述坯体的上、下表面延伸；

内电极，包括第一内电极、第二内电极、第三内电极和第四内电极分别与所述第一外电极、所述第二外电极、所述第三外电极和所述第四外电极连接导通；所述第一内电极和所述第四内电极组成第一线圈，所述第二内电极和所述第三内电极组成第二线圈，所述第一线圈和所述第二线圈的一侧圆弧段错开，一侧圆弧段重合，直线段重合。

2.如权利要求1所述的叠层片式共模滤波器,其特征在于，所述非磁性铁氧体层包括：第一非磁性铁氧体层、第二非磁性铁氧体层和第三非磁性铁氧体层，

所述第一内电极上下两面分别接触所述第一磁性铁氧体层和第一非磁性铁氧体层，所述第二内电极上下两面分别接触所述第一非磁性铁氧体层和所述第二非磁性铁氧体层；所述第三内电极上下两面分别接触所述第二非磁性铁氧体层和所述第三非磁性铁氧体层；所述第四内电极上下两面分别接触所述第三非磁性铁氧体层和第二磁性铁氧体层。

3.如权利要求1所述的叠层片式共模滤波器,其特征在于，还包括：

第一连接通孔，贯穿所述第一非磁性铁氧体层、所述第二非磁性铁氧体层和所述第三非磁性铁氧体层，连接导通所述第一内电极和所述第四内电极组成所述第一线圈；

第二连接通孔，贯穿所述第二非磁性铁氧体层，连接导通所述第二内电极和所述第三内电极组成所述第二线圈。

4.如权利要求1-3任一所述的叠层片式共模滤波器,其特征在于，所述坯体采用叠层工艺制备。

5.如权利要求1-3任一所述的叠层片式共模滤波器,其特征在于，还包括设置在所述坯体的中心位置的磁芯，所述磁芯是四角被倒角成圆角的正方体或长方体；或，所述磁芯的内剖面是面积大于圆形的不规则形状。

6.如权利要求5所述的叠层片式共模滤波器,其特征在于，所述第一连接通孔和所述第二连接通孔以所述磁芯为中心相互对称且与所述磁芯的最小距离大于30um，与所述第一线圈和所述二线圈的最小距离大于30um。

7.如权利要求5所述的叠层片式共模滤波器,其特征在于，所述内电极的线条距离所述坯体的外边缘的最小距离大于50um。

8.如权利要求7所述的叠层片式共模滤波器,其特征在于，所述线条的线径在12-14um，所述线条的间距在16-18um。

9.如权利要求5所述的叠层片式共模滤波器,其特征在于，所述第一磁性铁氧体层和所述第二磁性铁氧体层的厚度为110～115um，所述非磁性铁氧体层的厚度为60～65um。

10.如权利要求5所述的叠层片式共模滤波器,其特征在于，所述内电极采用光刻工艺制备。

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