CN2648618Y - 一种多层陶瓷介质滤波器 - Google Patents

Abstract

一种多层陶瓷介质滤波器，包括滤波器外电极、滤波器内电极、多个层叠在一起的片状陶瓷介质层；外电极由滤波器屏蔽接地的金属电极和滤波器输入输出的金属端电极构成，其特点是在滤波器的各个片状陶瓷介质层平面上涂覆有滤波器内电极，内电极包括屏蔽接地电极、带状线抽头式谐振器、电容器；在结构上采用平面设计，加工时不需要通孔，通过滤波器内电极在不同片状陶瓷介质层上的结构优化可在相同的滤波器体积上设计出不同频率、不同通带宽度的滤波器，并有效提高工艺的一致性、可靠性。

Description

一种多层陶瓷介质滤波器

                    技术领域

本实用新型主要涉及一种带通滤波器，尤其涉及一种多层陶瓷介质带通滤波器。

                    背景技术

现有LC结构的多层滤波器，如申请号为01142905的专利，它采用多层通孔叠合技术，叠合后通孔相连形成电感L与电容C连接，组成LC谐振器，谐振器与谐振器相互耦合组成滤波器。其制造加工过程较复杂，每层叠合前先打孔、再用填孔工艺在每个孔内填入金属浆料形成盲孔，然后再叠合。在填孔时容易产生漏空，烧成后内部易形成断线，产品的不良率较高。

                    发明内容

本专利主要对上述LC多层滤波器的不足，在结构上采用平面设计，不设通孔，有效提高制造工艺的一致性、可靠性和产品的合格率。本专利用λ/4(λ为带通滤波器中心频率的波长)带状线组成抽头式谐振器组合的滤波器结构，采用平面设计结构，加工时不需要在叠层上打通孔，用陶瓷与金属低温共烧(LTCC)技术，采用低介电常数陶瓷材料，通过结构优化可在相同的滤波器体积上，设计出不同频率、不同通带宽度的滤波器。本实用新型的技术方案如下：

一种多层陶瓷介质滤波器，包括：滤波器外电极：由滤波器屏蔽接地的金属电极101a、101b和滤波器输入输出的金属端电极102a、102b构成；滤波器内电极：包含屏蔽接地电极102、105，带状线抽头式谐振器103a、103b，电容器104a、104b、104c；多个片状陶瓷介质层1a、1b、1c、1d、1e、1f；在各个所述片状陶瓷介质层平面上采用陶瓷与金属低温共烧技术涂覆有所述滤波器内电极，并将所述涂覆有滤波器内电极的各个片状陶瓷介质层层叠在一起。所述带状线抽头式谐振器103a、103b布置在屏蔽电极陶瓷介质层1b的下方陶瓷介质层1c，构成带状线抽头式谐振器的103a、103b长度是所述滤波器中心频率波长的四分之一；所述电容器104a、104b、104c布置在抽头式谐振器陶瓷介质层1c的下方陶瓷介质层1d，所述电容器104a、104b与屏蔽接地的外电极101a、101b连接接地构成负载电容；

在所述的一种多层陶瓷介质滤波器中，所述电容器也可以分二层布置，与接地线连接的所述电容器203a、203b布置在陶瓷介质层2C上；所述电容器205c布置在陶瓷介质层2e上，在二层陶瓷介质层2c、2e的中间为抽头式谐振器陶瓷介质层2d，以减少电容器之间分布电容的干扰；

在所述的一种多层陶瓷介质滤波器中，所述带状线抽头式谐振器及所述电容器在各自陶瓷介质层中可以各增加一组，即增加谐振器及电容器的数量；在所述带状线抽头式谐振器404f、404h中加入金属带404g，即在陶瓷介质层4d中增加一个带状线抽头式谐振器404g；在所述电容器403c、403e中间加入金属带403d，即在陶瓷介质层4c中增加一个与接地线连接的电容器403d；在所述电容器405c所在陶瓷介质层4e中加入金属带405d，即在陶瓷介质层4e中增加一个电容器405d。

所述的多层陶瓷介质滤波器中，在屏蔽电极所在的陶瓷介质层6b下方可以增加一层布有电容器603c的陶瓷介质层，并在所述布有电容器603c的陶瓷介质层下方，增加一层布有带状线抽头式谐振器604e、604f的陶瓷介质层6d，并通过滤波器屏蔽接地的金属电极101a、101b使二个谐振器陶瓷介质层6d、6f间的谐振器相互电气并联，有效降低滤波器通带频率；

在所述的一种多层陶瓷介质滤波器中，所述滤波器还可以包括一个陶瓷介质层5f，并紧邻下层的屏蔽电极层，在该层上布有起旁路电容陷波作用的金属线506d，与所述滤波器接地的金属电极101a、101b连接；在所述陶瓷介质层5f的两侧边缘有二条金属带506a、506b，分别与所述滤波器输入输出的金属端电极102a、102b相连接；

在所述的一种多层陶瓷介质滤波器中，所述屏蔽接地电极302d、306d的金属层边缘开有缺口302C、306C，在缺口处只露出陶瓷介质；屏蔽接地电极302d、306d的金属层部分与所述滤波器的屏蔽接地的金属电极101a、101b连接；

在所述的多层陶瓷介质滤波器中，所述多层陶瓷介质层的最上层及最下层是二个陶瓷介质保护层，所述滤波器内电极是由金属材料组成。

这种设计结构的滤波器可以在制造加工过程中采用大版集中排列，陶瓷浆料流延成型，CCD照相定位自动精密丝网印刷，叠合精度高，工艺一致性好，因此能适应自动化大批量生产，有效降低生产成本，使产品工艺一致性容易控制，不良率低。

附图说明

图1为本实用新型第一个实施例的结构分解示意图

图2为本实用新型第一个实施例的外形图

图3为本实用新型第二个实施例的结构分解示意图

图4为本实用新型第二个实施例的等效电路图

图5本实用新型第三个实施例的结构分解示意图；

图6为本实用新型第四个实施例的结构分解示意图

图7为本实用新型第四个实施例的等效电路图

图8为本实用新型第五个实施例的结构分解示意图

图9为本实用新型第五个实施例的等效电路图

图10为本实用新型第六个实施例的结构分解示意图

图11为本实用新型第六个实施例的等效电路图

图12为本实用新型第七个实施例的结构分解示意图

图13为本实用新型第七个实施例的等效电路图

图14本实用新型第八个实施例的结构示意图。

                    具体实施方式

以下参照附图1、图2说明本实用新型第一个实施例的结构原理：

图1是多层陶瓷介质λ/4带状线滤波器的分解透视图，图2是滤波器外形图。该结构是多层滤波器最基本的结构，带斜线的阴影部分为金属面，可以用Ag、Cu、Au等材料，通过印刷、蒸发涂覆等技术形成。1a、1b、1c、1d、1e、1f为片状陶瓷介质层，根据设计要求，陶瓷介质厚度可以各不相同，其中1a、1f为滤波器的上下保护层。

滤波器外电极：由金属材料101a、101b、102a、102b构成，其中101a、101b为滤波器屏蔽接地的金属电极；102a、102b为滤波器输入输出的金属端电极。

滤波器内电极：由金属材料102、105、103a、103b、104a、104b、104c构成，其中102、105为屏蔽接地电极；103a、103b为λ/4带状线抽头式谐振器；104a、104b、104c为电容器，其中104a、104b通过陶瓷介质1c与103a、103b形成电容，并与屏蔽接地的外电极101a、101b连接接地，成为λ/4带状线抽头式谐振器的负载电容；104c通过陶瓷介质1c与103a、103b形成电容，连接成两个λ/4带状线抽头式谐振器相互的耦合电容。

本实用新型的第二个实施例如图3、图4所示：

将图1结构中陶瓷介质层1d层中104a、104b与104c分成图3所示结构2c、2e两层。104a和104b改为203a和203b放在2c层，104c改为205放在2e层。结构改变后，可避免图1结构中104a、104b与104c之间的分布电容干扰，而且可分别独立调整频率及衰减极点位置，降低制造工艺难度，提高可靠性。图4为第二个实施例的等效电路图。

本实用新型的第三个实施例如图5所示：

将图3结构中的内电极202、203a、203b、204a、204b、205、206进行工艺性优化，优化后可使烧成时陶瓷介质层相互间的充分结合(不分层)：将屏蔽层电极202改成图5的302c、302d组合的形状，其中形成的金属层缺口302c使滤波器在烧成过程中，让3a与3b两层陶瓷有效地结合，不产生分层现象。无缺口的部分外露金属，与图1中的屏蔽接地的金属电极101a、101b连接，保证滤波器接地屏蔽效果。

为了优化提高滤波器输入输出外电极与陶瓷体的结合力，在3b、3c、3d、3e、3f陶瓷介质层两端增加金属带302a、302b、303a、303b、304a、304b、305a、305b、306a、306b，除了304a、304b内接λ/4带状线谐振器304e、304f外，302a、302b、303a、303b、305a、305b、306a、306b都与内电极脱离，不改变各层内电极的作用，其外露金属部分与图1中的外电极102a、102b连接，增强滤波器输入输出电极与陶瓷体的结合强度。

优化后可减小切割工艺误差引起的内电极图案尺寸变化，以及保持滤波器厚度的结构平衡：增加303e、303f、304c、304d，其中303e、303f与负载电容303c、303d对称，304c、304d与λ/4带状线谐振器304e、304f对称。当大版切割产生的误差在100μm范围内时，每层图案的尺寸错位仍能得到补偿，不改变图案在滤波器结构中的作用。

优化后将图3的耦合电容205改成305c，其中间细两端宽的结构减小了金属面积和分布电容，而耦合电容的作用不受影响。

本实用新型第四个实施例如图6、图7所示：

电性能优化，在图5结构基础上增加λ/4带状线谐振器数量，可改善滤波器通带特性(通带波动)，增加阻带衰减深度：将图5中3c、3d、3e各层的金属带改为图6的结构，即增加金属带403d、403g、404d、404g、405c，其中403d为负载电容，404g为λ/4带状线谐振器，405c为λ/4带状线谐振器404f、404g的耦合电容，405d为λ/4带状线谐振器404g、404h的耦合电容。

优化后滤波器等效电路如图7(3组谐振电路)。

优化后电性能调整：改变403c、403d、403e长度，或404f、404g、404h的长度可改变通带频率；改变404f与404g与404h间距可改变通带宽度，改变405c、405d的平面位置可改变波形衰减极点频率。

本实用新型的第五个实施例如图8所示：

在图6结构基础上增加5f(506a、506b、506c、506d、506e)层，可将滤波器特性曲线中的波形衰减极点频率移到通带的低端，图8中增加了506a、506b、506c、506d、506e，其中506a、506b为提高滤波器输入输出外电极与陶瓷体的结合力，506c、506e为减小切割工艺误差引起的内电极图案尺寸变化，以及保持滤波器厚度的结构平衡，506d起旁路电容陷波作用，调整5e层的陶瓷介质厚度可改变旁路电容量，能直接改变滤波器的衰减极点频率，使其移动到需要的频点。

优化结构后滤波器的等效电路如图9，CL1、CL2、CL3是506d与λ/4带状线谐振器504f、504g、504h形成的等效旁路电容，它们的垂直对应位置也与滤波器的输入输出阻抗有关，调整这个位置可改变滤波器回波损耗。

优化后滤波器特性曲线波形的衰减极点频率在通带的低端，使通带的上升沿陡度增加。

本实用新型的第六个实施例如图10结构所示：

结构优化：在图5结构基础上增加6c(603a、603b、603c)、6d(604a、604b、604c、604d、604e、604f)两层，可直接降低滤波器的通带频率约20～40％，而不必增加滤波器的平面尺寸。图10中增加的604e、604f与606e、606f通过图1的101a、101b电气并联，等效为λ/4带状线谐振器长度有效加长，滤波器通带频率降低。

优化结构后滤波器的等效电路如图11，R3、R4为增加的λ/4带状线谐振器604e、604f，C2为增加的耦合电容603c。

本实用新型的第七个实施例如图12所示：

在图8结构基础上增加7d(704a、704b、704c、704d、704e、704f、704g、704h)层，同时将图8中5e层移动到图12的7C层位置。优化后可降低滤波器的通带频率约20～40％，或在滤波器通带频率不降低的情况下使平面图案减小，实现滤波器结构的小型化。增加的704f、704g、704h与706f、706g、706h通过图1的101a、101b电气并联，等效为λ/4带状线谐振器长度有效加长，滤波器通带频率降低。

优化结构后滤波器的等效电路如图13，R4、R5、R6为增加的λ/4带状线谐振器704f、704g、704h，所不同的是R4(704f)、R6(704h)无抽头连接到滤波器的外电极上，有无抽头对回波损耗有影响，但经过图案优化能减小影响。C1、C2为移动到7c层的耦合电容703c、703d，细线表示的电容C01、C02为分布电容，一般可忽略。

本实用新型的第八个实施例如图14所示：

将第三个实施例(如图5所示)中λ/4带状线谐振器304e、304f改成如图14中804e、804f所示的阶梯状，等效为增加λ/4带状线谐振器的长度，可以降低滤波器通带频率。或采用不同介电常数的陶瓷材料作为不同内电极层的介质，以此调整电容量，改变滤波器通带频率。

本专利主要是对滤波器批量生产中出现的工艺问题进行优化，减少不良品，降低生产成本。另外也对滤波器结构在设计上进行优化，使滤波器的电性能根据需要，可以进行较大范围的调整。

Claims (9)

1、一种多层陶瓷介质滤波器，包括：

滤波器外电极：由滤波器屏蔽接地的金属电极(101a、101b)和滤波器输入输出的金属端电极(102a、102b)构成；

滤波器内电极：包括屏蔽接地电极(102、105)，带状线抽头式谐振器(103a、103b)，电容器(104a、104b、104c)；

多个片状陶瓷介质层；

其特征在于所述滤波器的片状陶瓷介质层平面上采用陶瓷与金属低温共烧技术涂覆有滤波器内电极，并将所述涂覆有滤波器内电极的各个片状陶瓷介质层层叠在一起。

2、根据权利要求1所述的一种多层陶瓷介质滤波器，其特征在于所述带状线抽头式谐振器布置在屏蔽电极陶瓷介质层(1b)的下方陶瓷介质层(1c)上，构成抽头式谐振器的金属带状线(103a、103b)长度等效为所述滤波器中心频率波长的四分之一；所述电容器(104a、104b、104c)布置在抽头式谐振器陶瓷介质层(1c)的下方陶瓷介质层(1d)上，所述电容器(104a、104b)与屏蔽接地的外电极(101a、101b)连接接地构成负载电容。

3、根据权利要求1所述的一种多层陶瓷介质滤波器，其特征在于所述电容器分二层布置，与接地线连接的所述电容器(203a、203b)布置在陶瓷介质层(2C)上；所述电容器(205c)布置在陶瓷介质层(2e)上，在二层陶瓷介质层(2c、2e)的中间一层为谐振器陶瓷介质层(2d)。

4、根据权利要求3所述的一种多层陶瓷介质滤波器，其特征在于所述带状线抽头式谐振器及所述电容器在各自陶瓷介质层中各增加一组，即在陶瓷介质层(4c)中增加一个与接地线连接的电容器(403d)，在陶瓷介质层(4d)中增加一个带状线抽头式谐振器(404g)，在陶瓷介质层(4e)中增加一个电容器(405d)。

5、根据权利要求3所述的一种多层陶瓷介质滤波器，其特征在于所述屏蔽电极(6b)所在的陶瓷介质层下方增加一层布有电容器(603c)的陶瓷介质层，并在所述布有电容器(603c)的陶瓷介质层下方，增加一层布有带状线抽头式谐振器(604e、604f)的陶瓷介质层，并通过滤波器屏蔽接地的金属电极(101a、101b)使二个谐振器陶瓷介质层(6d、6f)间的谐振器相互电气并联。

6、根据权利要求1～5任一项权利要求所述的一种多层陶瓷介质滤波器，其特征在于所述滤波器包括一个陶瓷介质层(5f)，并紧邻下层的屏蔽电极层，在该层上布有起旁路电容陷波作用的金属线(506d)，在所述陶瓷介质层(5f)的两侧边缘有二条金属带(506a、506b)与所述滤波器输入输出的金属端电极(102a、102b)相连。

7、根据权利要求1所述的一种多层陶瓷介质滤波器，其特征在于所述屏蔽接地电极(302d、306d)的金属层边缘开有缺口(302C、306c)，在缺口处露出陶瓷介质，屏蔽接地电极(302d、306d)的金属层部分与所述滤波器的屏蔽接地的金属电极(101a、101b)连接。

8、根据权利要求1所述的一种多层陶瓷介质滤波器，其特征在于所述多层陶瓷介质层的最上层及最下层设有二个陶瓷介质保护层。

9、根据权利要求1所述的一种多层陶瓷介质滤波器，其特征在于所述滤波器内电极是由金属材料制成。

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