DE4011294C2 - Laminiertes LC-Filter und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein laminiertes LC-Filter, insbesondere Rausch- oder Entstörfilter, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Filters nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 4.

In Fig. 5 sind für verschiedene Typen bekannter LC-Filter die (Ersatz-)Schaltbilder und die charakteristische Einfügedämpfung dargestellt.

Diese Figur zeigt deutlich, daß Filter in T- und Pi-Schaltung mit einer bestimmten Anzahl von Elementen die gewünschte große Änderung der Einfügedämpfung in Abhängigkeit von der Frequenz aufweisen. In vielen Fällen, wie beispielsweise in Fig. 4 für ein LC-Filter in Pi-Schaltung dargestellt, verschlechtert sich die Einfügedämpfung im Bereich hoher Frequenzen aufgrund eines parasitären Induktivitätsanteils, der an dem die Kapazität bil­ denden Teil entsteht.

Ein derartiges Rauschunterdrückungsfilter ist beispielsweise aus der DE 34 32 670 C bekannt, wobei der Filter einen Block aus magnetisierbarem Material aufweist sowie einen ersten und zwei­ ten Schichtkondensator, die jeweils einander gegenüberliegende erste und zweite Anschlußelektroden besitzen, und jeweils auf einer der Flächen des Blocks so befestigt sind, daß die zweiten Anschlußelektroden des ersten bzw. zweiten Kondensators zuein­ anderweisen. Die Anschlußelektroden der Kondensatoren und der Block sind mittels zweier Elektrodenteile so verbunden, daß sich die gewünschte Filterstruktur ergibt.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein LC-Filter zu schaffen, das den oben ge­ nannten Nachteil bekannter LC-Filter in PI-Schaltung vermeidet und im gesamten Frequenzbereich eine hohe Einfügedämpfung auf­ eist und das sich demzufolge insbesondere als Entstör- oder Rauschfilter eignet.

Die Erfindung löst diese Aufgaben mit den kennzeichnenden Merk­ malen des Patentanspruchs 1.

Wird das Verhältnis der Leitungsinduktivitäten, die in den bei­ den die Kapazitäten bildenden Bereichen erzeugt werden, kleiner als die erfindungsgemäß geforderte untere Schranke von 1,2 ge­ wählt, so ergibt sich für die Einfügedämpfung eine Charakteri­ stik, die bis zur maximalen Einfügedämpfung aufgrund von Reso­ nanzen gut ist, die sich jedoch für Frequenzen oberhalb dieses Punktes stark verschlechtert.

Für Induktivitätsverhältnisse größer als die erfindungsgemäß geforderte obere Schranke von 2,3 ergeben sich zwei relativ weit voneinander getrennte Maxima der Einfügedämpfung, wodurch sich die Einfügedämpfung zwischen den Maxima verschlechtert.

Darüberhinaus wird das Verhältnis der Kapazitäten erfindungsge­ mäß kleiner oder gleich 1,5 gewählt. Für Verhältnisse größer als 1,5 werden die richtungsabhängigen Eigenschaften der Impedanzen des LC-Filters stärker, wodurch sich Anpassungsprobleme ergeben, und zusätzlich entstehen bei sehr unterschiedlichen Kapazitäts­ werten zwei relativ weit auseinanderliegende Maxima in der Dämp­ fungscharakteristik, wodurch sich die Einfügedämpfung zwischen diesen verschlechtert.

Dabei ist zu berücksichtigen, daß das Verhältnis α der Indukti­ vitäten und das Verhältnis β der Kapazitäten bezüglich der Beur­ teilung, ob die erfindungsgemäßen Bereiche erfüllt sind, jeweils so zu bilden ist, daß der jeweils größere Wert durch den jeweils kleineren Wert dividiert wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen vertikalen Längsschnitt durch eine Ausführungsform nach der Erfindung;

Fig. 2 das Ersatzschaltbild der in Fig. 1 dargestellten Ausfüh­ rungsform;

Fig. 3 die charakteristische Einfügedämpfung als Funktion der Frequenz der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform;

Fig. 4 die charakteristische Einfügedämpfung als Funktion der Frequenz eines herkömmlichen bekannten LC-Filters in Pi-Schal­ tung und

Fig. 5 eine schematische Darstellung verschiedener LC-Filter.

In Fig. 1 ist ein laminiertes LC-Filter 2 nach der Erfindung dargestellt, das auf einem Substrat 1 aufgebracht ist. Das Fil­ ter 2 weist eine magnetische Schicht A und zwei dielektrische Schichten B auf, die oberhalb und unterhalb der magnetischen Schicht A angeordnet und damit verbunden sind.

Innerhalb der magnetischen Schicht A sind zwei die Induktivität bildende Leiter 3 ausgebildet.

In der oberen und unteren dielektrischen Schicht sind jeweils die Kapazität bildende Bereiche ausgeprägt, die innere Elektro­ den 4, 5 aufweisen, welche mit nicht dargestellten, im Mittelbe­ reich der Längsseite ausgebildeten äußeren Anschlußelektroden verbunden sind. Darüberhinaus sind in diesen Bereichen innere Elektroden 8, 9 vorhanden, die zum einen mit den äußeren An­ schlußelektroden 6, 7 verbunden sind und zum anderen durch die an beiden Enden mit den äußeren Anschlußelektroden 6, 7 verbun­ denen Leiter 3 miteinander in Verbindung stehen.

Die magnetische Schicht A besteht aus

0,12 NiO + 0,3 ZnO + 0,08 CuO + 0,5 Fe₂O₃

und die dielektrischen Schichten B bestehen aus

0,5 Pb(Mg1/3 Nb2/3)O₃ + 0,5 Pb(Mg1/2W1/2)O₃.

Diese Materialien werden unter Verwendung eines organischen Harzes als Bindemittel nach dem Abstreifverfahren zu noch unge­ brannten plattenförmigen Schichten verarbeitet. Die inneren Lei­ ter und inneren Elektroden werden mittels einer Paste, die im wesentlichen aus Pulver mit dem Mischungsverhältnis Ag/Pb=9/1 besteht, in der gewünschten Struktur aufgedruckt.

Die so geformten plattenförmigen Schichten werden übereinander­ geschichtet, gesintert, in Blöcke geschnitten und anschließend für 2 Stunden unter atmosphärischen Bedingungen bei 950°C ge­ backen. Zur Herstellung der äußeren Anschlußelektroden wird eine Paste, im wesentlichen bestehend aus Pulver mit dem Mischungs­ verhältnis Ag/Pb=9/1 und einer Glasfritte oder dergleichen, in der gewünschten Struktur auf den Block aufgebracht, der dann nochmals für 30 Minuten bei einer Temperatur von 850°C gebacken wird.

Bei dem oben beschriebenen Aufbau werden die in Fig. 2 darge­ stellten Kapazitäten C₁, C₂ in den die Kapazitäten bildenden Be­ reichen mittels der inneren Elektroden 4, 5, 8, 9 und die äuße­ ren Anschlußelektroden 6, 7 erzeugt. Die Induktivitäten L₁, L₂ werden durch die Wahl der Form der inneren Elektroden 4, 5, 8, 9 und die Höhe des Chips bestimmt. Werden beispielsweise die inne­ ren Elektroden dünner und die äußeren Anschlußelektroden auf­ grund der vergrößerten Chiphöhe länger gemacht, so vergrößern sich die Induktivitäten.

Fig. 3 zeigt verschiedene Kurventypen (1), (2), (3) für die Ein­ fügedämpfung als Funktion der Frequenz von LC-Filtern mit unter­ schiedlichen Induktivitäten. Die Kurve (2) ist hinsichtlich ei­ ner möglichst hohen Einfügedämpfung über einen weiten Bereich am günstigsten. Obwohl die Kurve (1) an ihrem tiefsten Punkt eine hohe Einfügedämpfung erreicht (in der Darstellung 70 dB), wird diese im Bereich höherer Frequenzen geringer als im Fall der Kurve (2). Im Fall der Kurve (3) wird für keine Frequenz eine ausreichend hohe Einfügedämpfung erreicht.

Die nachstehende Tabelle zeigt, welcher Kurventyp sich für die Einfügedämpfung für Filter mit unterschiedlichen Induktivitäten ergibt.

Die mit einem * gekennzeichneten Filter sind nicht oder nur sehr bedingt für den Anwendungsbereich der erfindungsgemäßen Filter geeignet.

Die Erfindung schafft somit ein LC-Filter, das auch im Bereich höherer Frequenzen eine hohe Einfügedämpfung aufweist und sich daher insbesondere als Rausch- oder Entstörfilter eignet. Obwohl sich im Bereich höchster Frequenzen, die außerhalb des für die Erfindung interessanten Bereichs liegen, die Einfügedämpfung verschlechtert, stellt das kein ernsthaftes Problem dar, da Fre­ quenzanteile in diesem Bereich durch Induktivitäten gedämpft werden, die durch die Leitungsführung auf dem Substrat erzeugt werden.

Claims (4)

1. Laminiertes LC-Filter, insbesondere Rausch- oder Entstör­ filter, in Pi-Schaltung mit zwei die Kapazitäten und einem die Induktivität bildenden Bereichen, wobei die Kapazitäten parallel und die Induktivität in Reihe zur Last geschaltet sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Optimierung der Einfügedämpfung im Sperrbereich des Filters

• a) das Verhältnis α der in den die Kapazitäten (C₁, C₂) bil­ denden Bereichen erzeugten Leitungsinduktivitäten (L₁, L₂) größer oder gleich 1,2 und kleiner oder gleich 2,3 gewählt ist und
• b) das Verhältnis β der Kapazitäten (C₁, C₂) kleiner oder gleich 1,5 gewählt ist,

wobei das Verhältnis α definiert ist als α=L₁/L₂ für L₁<L₂ und α=L₂/L₁ für L₂<L₁, und das Verhältnis β als β=C₁/C₂ für C₁≧C₂ und β=C₂/C₁ für C₂<C₁.

2. Laminiertes LC-Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die drei Anschlüsse des LC-Filters in Pi-Schaltung als auf die Außenflächen des Filters aufgebrachte, oberflä­ chenmontierbare Anschlußelektroden ausgebildet sind.

3. Laminiertes LC-Filter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die magnetische Schicht (A) und die dielek­ trischen Schichten (B) in ungesintertem Zustand in Form von Platten übereinandergeschichtet und anschließend zu einem Block gesintert werden.

4. Verfahren zur Herstellung eines laminierten LC-Filters, insbesondere Rausch- oder Entstörfilters, in Pi-Schaltung mit zwei die Kapazitäten und einem die Induktivität bilden­ den Bereichen, wobei die Kapazitäten parallel und die In­ duktivität in Reihe zur Last geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur Optimierung der Einfügedämpfung im Sperrbereich des Filters

• a) das Verhältnis α der in den die Kapazitäten (C₁, C₂) bil­ denden Bereichen erzeugten Leitungsinduktivitäten (L₁, L₂) größer oder gleich 1,2 und kleiner oder gleich 2,3 gewählt wird und
• b) das Verhältnis β der Kapazitäten (C₁, C₂) kleiner oder gleich 1,5 gewählt wird,

wobei das Verhältnis α definiert ist als α=L₁/L₂ für L₁<L₂ und α=L₂/L₁ für L₂<L₁ und das Verhältnis β als β=C₁/C₂ für C₁≧C₂ und β=C₂/C₁ für C₂<C₁.