CN1198259A - 陶瓷带状线滤波器 - Google Patents

Abstract

本申请描述了一种陶瓷滤波器及其制作方法。该滤波器包括至少两个在滤波器的工作过程中电磁耦合并被陶瓷介质彼此隔开的印制金属层形式的带状线谐振器。根据本发明,金属层(优选为钯)的最小厚度为10微米,其截面基本为矩形。具有这些特征的滤波器在工作中表现出特别低的插入损耗。本发明尤其有利于用在所谓宽线耦合(broadline-coupling)滤波器。

Description

陶瓷带状线滤波器

本发明涉及包含至少两个在滤波器工作过程中能电磁耦合并被陶瓷介质隔开的印制金属层形式的带状线谐振器的陶瓷滤波器。本发明还涉及制造这种陶瓷滤波器的方法。

陶瓷滤波器尤其适用于高频信号的发送机和接收机，例如用于GSM、PCN和DECT系统的接收机。这些系统使用MHz范围的高频信号。例如，GSM(移动通讯的全球系统)工作在900MHz波段，PCN(个人通讯网络)使用1800MHz频率，DECT(数字欧洲无绳系统)也使用约1800MHz的频率。所述滤波器尤其适用于抑制其频率在所用频率范围之外的不希望的信号。这对避免在该频率范围之外由强发送机引起的接收机过载很有必要。

开篇所述类型的陶瓷滤波器及其制造方法本身是已知的。例如，欧洲专利申请EP-A 541.397中有所描述。更具体地，所述专利申请描述了一种叠层滤波器，它包括两个银或铜的带状线谐振器；它们通过诸如丝网印刷的印刷技术设置在陶瓷箔片上。在已知滤波器的工作过程中，电磁耦合发生在谐振器的平面内(x、y耦合)。

实用中，发现已知滤波器的插入损耗较高。这导致使用该已知滤波器的接收机的灵敏度被不期望地降低了。

本发明的一个目的是提供一种陶瓷滤波器，其中在滤波器工作过程中的插入损耗被相当程度地降低了。

本发明的这些和其它目的通过包含至少两个以在滤波器工作过程中电磁耦合并被陶瓷介质隔开的印制金属层形式的带状线谐振器的陶瓷滤波器获得，根据本发明的滤波器的特征在于金属层的厚度至少为10微米且具有基本为矩形的截面。

本发明根据实验得知：已知滤波器的插入损耗在相当大的程度上由带状线谐振器的形状和厚度决定。已经发现如果谐振器具有至少10微米的厚度，其插入损耗可以很大程度地减少。在滤波器工作过程中，如果谐振器的厚度低于至少10微米，印制金属层的电阻将在高频上产生相当大的电阻损耗，这些电阻损耗基本上影响滤波器的插入损耗。带状线谐振器的厚度优选在15微米以上。这时，金属层的电阻只引起滤波器损耗的一小部分。带状线谐振器的厚度范围在20微米至30微米之间时，获得的结果最佳。在实用中，已经发现很难获得厚度超过30微米的印制金属层。

另外，实验发现，带状线谐振器的形状对插入损耗的量级也有很大影响。这种类型的陶瓷滤波器是按以下方式定制的：从剖面看，印制的带状线谐振器的侧面是点形的。结果，在滤波器的工作过程中在带状线谐振器的侧面建立高的电流密度。这使插入损耗增加。然而，如果滤波器包括基本为矩形的带状线谐振器，则插入损耗将有很大降低。应注意，这里的“基本为矩形”理解为在本文中从金属层的侧面测量，金属层的平均厚度为金属层平均厚度的至少60％，优选地为至少80％。

根据本发明的陶瓷滤波器的优选实验方案的特征在于金属层在至少两个基本平行但不一样的平面内延伸，且从平行于金属层法线的方向上看，所述金属层至少部分交叠。

这种结构的陶瓷滤波器之间的耦合主要发生在带状线谐振器的中心(Z-耦合)。这种滤波器描述于欧洲PCT专利申请EP745227Al。如EP 541,397中所述，谐振器侧面的缺陷对Z-耦合的负面影响比对X、Y-耦合的负面影响小。在Z-耦合滤波器中，使用基本为矩形、较厚的谐振器能使插入损耗进一步降低。

根据本发明的陶瓷滤波器的另一个优选实施方案的特征在于金属层主要由钯组成。已经发现可用简单的方式制造以主要由钯组成的印制金属层形式的带状线谐振器。而且，钯的熔点较高，因此使用这种材料的带状线谐振器对选择陶瓷介质的烧结温度没有限制。另外，已经发现印制金属层的表面粗糙度对插入损耗也有影响。在相同的表面粗糙度的情况下，钯层对这些损耗的影响比例如，由铜或银等制成的层对损耗的影响小。应注意，一小部分钯(最多40％重量)可用其它金属替换。

本发明还涉及制作包含至少两个以在滤波器工作过程中电磁耦合并被陶瓷介质隔开的印制金属层形式的带状线谐振器的陶瓷滤波器的方法，该方法包括以下步骤：

a)通过胶粘的方法根据一图案将金属层印制在陶瓷箔片上；

b)将一个或多个印制箔片和一些未印制的箔片堆叠起来以形成滤波器；

c)焙烧和烧结所述滤波器。

根据本发明的方法的特征在于，用于形成金属层的胶的固体含量至少为80％，还在于为了堆叠箔片，在印制的箔片上有一层薄的陶瓷胶。

已经发现，使用这些方法导致谐振器从剖面上看基本为矩形。假定当滤波器受其它工艺处理时，用于形成金属层的上述胶能强烈地抑制印制层的延展。该胶的固体含量优选地在85％以上。假定陶瓷胶填充了金属层旁边的空隙。该胶的固体含量可以为，例如，60％，陶瓷胶优选地由与箔片相同的陶瓷材料制成。已经发现两种方法对制作从剖面上看基本为矩形的印制金属层是必要的。

原则上，可使用不同类型的胶来形成带状线谐振器，例如金属成分主要是银或铜的胶。已经发现，根据本发明金属成分主要是钯的胶对陶瓷滤波器产生良好的效果。如上所述，使用钯有利于制作滤波器(高的烧结温度)和使用这些滤波器(更低的插入损耗)。

参照下面描述的实施例，本发明的这些和其它方面将变得清晰明显了。

附图中：

图1是X-Y-耦合的陶瓷滤波器的示意透视图；

图2是Z-耦合的陶瓷滤波器的透视简图；

图3是根据图2的滤波器在纵向上的剖视图；

图4是根据图2的滤波器在横向上的剖视图；

图5是根据图2的滤波器的另一替换实施例在横向上的剖视图；

图6是根据本发明制作的一些滤波器的带状线谐振器在横向上的剖视图；

应注意，为了清楚起见，这些附图没有按比例绘制。

图1简要地示出根据本发明的X-Y耦合的陶瓷滤波器。该滤波器包含由介电常数约为70的钛酸钡钕(Barium-neodymium-titanate)组成的5层陶瓷层。为清晰起见，各层分别绘出。该滤波器包括其上置有印制钯的第一基板36的底层31。底层支撑其上布置有两个印制钯的带状线谐振器37、38的第一中间层32。所述谐振器的厚度约为至少10微米，优选的为至少15微米。在这里厚度约为22微米。印制的带状线谐振器主要为矩形截面。

第一陶瓷中间层32上设置有第二中间层33。在所述的第二中间层上印制有两个钯的电容板39、40。设置有印制钯的第二基板41的第三中间层34加到中间层33。在中间层34上是未印制的陶瓷顶层35。依赖于各陶瓷层期望的厚度，这些层可包含10层或更多的陶瓷子层。应注意，在优选实施例的描述中，各印制层由钯制作。然而，如果这里描述的滤波器由银或铜的印制层形成，也能获得本发明期望的效果。

滤波器还包括接地电极42，它完全覆盖滤波器的侧面并与带状线谐振器36、37电接触。滤波器还配备有分别与电容板39和40电接触的输入接触43和输出接触44。

本发明优选地用在Z耦合的陶瓷滤波器中。在这种构造的陶瓷滤波器中可获得最低的损耗。这种滤波器由图2表示。图中所示的滤波器包括第一基板1和第二基板2，其间布置有印制金属层形式的第一带状线谐振器3和第二带状线谐振器4。根据本发明的一个主要方面，这些金属层的厚度应至少为10微米，优选地至少15微米。在这里，厚度约为24微米。根据本发明的另一个主要方面，金属层的剖面基本为矩形。这时，从层的侧面测量的金属层的平均厚度为金属层的平均厚度的至少80％。钯用作谐振器的材料。

第一带状线谐振器3和第二带状线谐振器4通过导电的侧面5在一端与第一基板1和第二基板2的一端相连。带状线谐振器3的另一端通过电容板7和8与导电侧面6容性耦合。带状线谐振器4的另一端通过电容板9和10与导电侧面6容性耦合。导电侧面6也连接到第一基板1和第二基板2。

带状线谐振器的长度为λ/8。电容器是使具有λ/8长度的带状线谐振器3和4谐振。在滤波器工作期间，带状线谐振器3和4经由另一导体11中的耦合孔磁耦合。所述导体11位于带状线谐振器3和4之间。耦合孔的尺寸决定了第一带状线谐振器3和第二带状线谐振器4之间的耦合度。滤波器的输入信号送到位于滤波器侧面的输入接点12上。该接点经由电镀的抽头13与第一带状线谐振器3相连。滤波器的输出信号可从位于滤波器的相对侧面的输出接点14获得。该接点14经由电镀的抽头15连接到第二带状线谐振器4。

导体16和17位于滤波器侧面使得滤波器可被调整。导体16和17连接到侧面6，第一基板1和第二基板2。可通过减少导体16和/或17的长度来调整滤波器。这可通过激光从相应导体的端部去除材料来完成。

带状线谐振器3和4、另一导体11和基板1和2嵌入具有较高介电常数的介质材料中，例如钛酸钡钕型的介质材料。这种材料的介电常数约为70。高的介电常数使得可以使用有限尺寸的滤波器。例如，由基于钛酸钡钕的上述陶瓷材料制成的这种滤波器对于中心频率为1890MHz的尺寸为3.2mm×1.6mm×1.5mm。

图3表示根据图2的滤波器的纵剖图。图3清楚地示出导电侧面5和带状线谐振器3之间的连接。带状线谐振器3的另一端通过电容板7和8与侧面6容性耦合。由于所述电容板与带状线谐振器3之间的相互错位不会影响重叠面积，制作电容板7和8的对准误差不会影响电容器的电容值。

一部分基板2被移去以排除接点12和14与基板2之间的短路。导体16和17位于滤波器的外表面，它们可被缩短以调整滤波器。利用这一优点，如果需要，可用激光通过微调操作来容易地完成。

图4是根据图2的陶瓷滤波器的横向剖面图。在滤波器工作过程中，带状线谐振器3和4经由另一导体11中的耦合孔电磁耦合。另外，带状线谐振器3和4都被两个基板1和2包围。在根据图4的替换实施例中，带状线谐振器3和4横向地错开。带状线谐振器3和4的横向错开减小了它们之间的耦合，这样在有些情形下，另一导体11可能是多余的。带状线谐振器3和横向错开的另一后果是由于一个带状线谐振器和相应的导体之间的距离变小了，导体16和17的影响增大了。这增大了调谐范围。

上述类型的滤波器可通过薄膜技术和多层技术制造。下面将详细描述。

示例性实施例

基于钛酸钡钕的厚度约50微米的未烧结的陶瓷箔用作始料。使用粘胶，根据期望的结构在这些箔上贴上钯金属层。以此方式，在获得的箔上，带状线谐振器、电容板、基板或带耦合孔的另一导体的结构印制作为隔开的金属层。这样形成的金属箔与未印制的箔堆栈在一起形成与图2的滤波器基本对应的滤波器结构。该结构包括七个由相同陶瓷材料制作的多个未印制的箔彼此分开的印制箔。

随后这样获得的结构在约350℃的温度下焙烧，使各种粘合剂和溶剂从箔中除去。随后，该结构受压力处理并同时在约1300℃烧结。优选地，烧结在以直角施加在箔所在的面上的单轴压力下发生。该技术在美国专利文件US 4,612,689中有更详细的描述。在烧结过程中施加单辆压力的优点在于在X、Y方向(横截于施加压力的方向)上的印制金属层的尺寸保持不变或只有很少的改变。

最后，通过印制技术，在烧结后的滤波器的侧面提供必要的导体。为测量所述的滤波器，截面是由如此获得的一些滤波器组成的。通过测量显微镜可视地检查带状线谐振器的形状和厚度。

在第一实验中，根据上述方法制作一组滤波器(A组)。在此实验中，使用固体含量约75％的钯胶来印制带状线谐振器和其它金属层。施加的钯层的厚度为约10微米。烧结后，发现这些层的厚度为约5微米。较薄的金属层端接于一点。对最后的滤波器的测量揭示损耗较高。(见表)

在第二个实验，根据上述方法制作一组滤波器(B组)。在该实验中，使用相同的胶。这里，金属层的厚度为40微米。烧结后，带状线谐振器中间处的厚度约为21微米。较厚的金属层端接于一点。对最后的滤波器的测量揭示，尽管损耗比A组低，但它们仍较高。(见表)。

在第三个实验中，根据上述方法制作一组滤波器(C组)。在该实验中，金属层由固体含量80％的胶制作。这里，金属层的厚度约44微米。烧结后，层厚为25微米。在大部分表面上，金属层有相同的平均厚度。金属层端接于V形点。在这种情形下，损耗仍较高(见表)。

在第四个实验中，根据上述方法制作一组滤波器(D组)。在该实验中，使用固体含量85％的胶。为了堆叠箔，各独立的印制箔上提供有一薄层陶瓷胶(固体含量85％)。胶中的陶瓷材料和箔的陶瓷材料具有相同的组分。这里，施加的金属层的厚度为约48微米。烧结后，层厚为26微米。金属层的端部主要为矩形。在两端测量的厚度大于层的平均厚度的80％。这时，损耗为可接受的值(见表)。

在表中，列出了上述实验的数据。表中显示，如果使用从剖面看其带状线谐振器的形状为矩形且其厚度为至少10微米的滤波器，可获得2.3dB的可接受的值。

                      表

组别	插入损耗	矩形度	厚度
				A	5.1dB	--	5μm

BCD

3.2dB2.8dB2.3dB

--+

21μm25μm26μm

图6表示从剖面观察按上述方案制作的锯开(sawn-through)的滤波器的带状线谐振器的形状。每个剖面图后的字母对应于上述的组别。该图表示，采取专门的措施后，制作的陶瓷滤波器具有较厚的从剖面上看其形状主要为矩形的带状线谐振器。这可通过使用固体含量为至少80％的钯胶和陶瓷材料层的组合获得。已经发现，这种具有足够厚度、主要为矩形的谐振器使滤波器中的插入损耗获得很大的降低。

Claims (5)

1.一种包括至少两个在滤波器的工作过程中电磁耦合并被陶瓷介质隔开的印制金属层形式的带状线谐振器的陶瓷滤波器，其特征在于金属层的厚度至少为10微米并且其截面基本为矩形。

2.根据权利要求1的陶瓷滤波器，特征在于金属层在至少两个基本平行的、不一致的平面上延伸，且从与金属层的法线平行的方向看，所述金属层至少部分交叠。

3.根据权利要求1或2的陶瓷滤波器，特征在于金属层主要由钯组成。

4.一种制作包含至少两个在滤波器的工作过程中电磁耦合并被陶瓷介质隔开的印制金属层形式的带状线谐振器的陶瓷滤波器的方法，该方法包括以下步骤：

a)通过粘胶根据一图案将金属层印制在陶瓷箔上，

b)将一个或多个印制箔和一些未印制的箔堆叠起来以形成滤波器，

c)焙烧和烧结所述滤波器，

其特征在于，用于形成金属层的印制胶的固体含量至少为80％，还在于为了堆叠箔，在印制的箔上提供有一薄层陶瓷胶。

5.根据权利要求4的方法，特征在于胶的金属主要包括钯。

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