TWI280678B - Lowpass filter formed in multi-layer ceramic - Google Patents

Description

1280678 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明提供一種多層式陶瓷低通濾波器（multi-layer ceramic lowpass filter)，尤指一種用於無線通訊終端裝置的低 通濾波器，該無線通訊終端裝置可為可攜式電話或是射頻模 【先前技術】 無線通訊終端裝置的發展趨勢逐漸趨向微型化、省電化。 為了滿足這樣的趨勢，需要高效能的微型化低通濾波器。 請參閱圖一以及圖二，圖一為習知低通濾波器8之示意 圖，圖二為圖一之低通濾波器8的等效電路圖。濾波器8包含 一電感4以及二電容3、5。濾波器8的缺點在於，濾波器8 的電容3、5通常會有極大的電容值，尤其是在低頻的應用環 境時。也因此採用這種配置的低通濾波器對於講求微型化的趨 勢來說是極不實用的。 請參閱圖三以及圖四，圖三為另一習知低通濾波器丨〇之 示意圖。圖四為圖三之低通濾波器1〇的等效電路圖。低通濾 波器10包含電感13、14、15以及電容16、17。串接的電容 與電感的分支會導致一衰減極（attenuation pole)，該衰減極會 在高頻時增強寄生響應（spurious response)。由於串接的電感 13、15的濾波器1〇，與圖一之濾波器8相比，其電容16、17 1280678 通常具有比較小的值，可是，從行動電話的角度來看，對使用 在同一平面格式的濾波器10而言仍嫌太大。 【發明内容】 因此本發明之主要目的在提供一種微型化低通濾波器，其 利用多層結構以具有非常寬廣之抑制頻寬。 本發明之申請專利範圍之濾波器係由集總電容（lump capacitor)與螺旋狀之互輕線圈（mutually coupled coil)所組 成。該集總電容係由一 「金屬一絕緣體一金屬」 (Metal-Insulation-Metal，MIM)結構所組成。本發明之申請 專利範圍係揭示一種新穎之互搞線圈（Mutually Coupled Coils，MCCs)之堆疊結構。此堆疊結構之優點在於將線圈間 之磁耦合增加到最大以減少體積與降低磁損。減少體積不只有 盈於降低成本’並且因為具有較高之幾何共振（ge〇metric resonance)而有較佳之截止頻帶（st〇pband)效能。 【實施方式】 圖五展示一互耦線圈之廣義等效電路圖。在本發明中，以 η二3之四埠(port)互耦合線圈結構19例示，其中埠2連接至埠 3而埠4連接至埠5。 本發明低通濾波器之較佳實施例係由一多層陶瓷基底所 1280678 構成，如低溫共燒陶瓷（Low-Temperature Co_fired Ceramics， LTCC)基底。請參閱圖六至圖十。圖六為本發明中低通濾波 器20之一等效電路圖。低通濾波器20包含線圈Lb L2、L3， 電容C卜C2以及埠P1與P2。圖七為用來構成低通濾波器20 之多層陶瓷基底之分解圖。圖八至圖十分別顯示本發明中利用 低溫共燒陶瓷技術實現之低通濾波器20的三度空間頂視圖、 立體圖與侧視圖。 在圖七中，該多層陶瓷基底具有十層，標示為層1到層 10。層1到層4形成「金屬層一絕緣層一金屬層」 (Metal-Insulation-Metal，MIM)電容 C1，層 5-層 7 係形成所 謂的互耦線圈（包含電感LI、L2、L3)，而層7-層10則形成 MIM電容C2。以下將詳述低通濾波器20之多層陶瓷基底的 十層結構。 層1包括一接觸節點（contact node)22與一傳導片 (conductive layer)24。層2包括接觸節點26、30與一傳導片 28。層3包括接觸節點32、36與一傳導片34。層4包括一接 觸節點40與一傳導片38。接觸節點用來將一陶瓷基底層與另 一陶瓷基底層透過垂直通道相連接。舉例來說，接觸節點22 被連接到接觸節點26與30。藉此達成連接傳導片24與傳導 片34的目的。請注意接觸節點26並未與傳導片28電性連接。 因此，傳導片28未與傳導片24及傳導片34電性連接。同樣 地，接觸節點30被連接到接觸節點36與40，並因此連接傳 導片28與傳導片38。如上所述，層1至層4形成電容C1。特 別是，傳導片24與34構成電容C1之一導電體(conductor*)， 1280678 而傳導片28與38構成電容Cl之另一導電體。 層5包含一感應帶44。感應帶44具有接觸節點42、46 以及埠P1，其如圖六所示。線圈L1被形成於接觸節點42與 埠P1之間。層5之接觸節點42連接層4之接觸節點40以連 接線圈L1至電容C1。層6具有一感應帶49，感應帶49具有 接觸節點48與50。接觸節點46連接接觸節點48以連接層5 至層6。層7具有一感應帶54,感應帶54具有接觸節點52、 56以及埠P2。接觸節點50連接接觸節點52以連接層6至層 7。線圈L2被形成於輸入埠P1與輸出埠P2之間，而線圈L3 被形成於埠P2與接觸節點56之間。最後，線圈L3連接電容 C2於接觸節點56。在本發明中，所有感應帶44、49與54皆 以螺旋形狀實現。 如同電容C1，電容C2係由四個傳導片58、60、66與72 所組成。傳導片58與傳導片66藉由接觸節點56、64與70達 成連接。同樣地，傳導片60與傳導片72藉由接觸節點62、 68與74達成連接。因此，層7至層10構成電容C2。特別是， 傳導片58與66構成電容C2之一導電體，而傳導片60與72 構成電容C2之另一導電體。為了屏蔽低通濾波器20不受外部 干擾，在層1與層10中的傳導片24與72被接地以提供一保 護接地層。 因為線圈LI、L2與L3被串聯連接而無任何接地層隔開 它們，互感將影響線圈LI、L2與L3之有效電感值。因此， Lleff = LI + M12 + M13，L2eff = L2 + M12 + M23 而 L3eff = L3 1280678 + M13 +M23。經由仔細的計算，線圈Ll、L2與L3之有效電 感值可被設計成所需之電感值。換句話說，在本發明中，線圈 L1、L2與L3可被製造成小於具有同樣有效電感值之習知電感 器。舉例來說，假設習知低通濾波器10需要L1’之電感值。 在本發明中，Lleff = L1’，而 Lleff = Ll + M12 + M13。因此， L1具有較L1’為低之電感值，並且可以較小的面積設置在低通 濾波器20之多層陶瓷基底上。 與習知技術相比，本發明之低通渡波器具有兩個主要優 點。首先，可使用較小之電感器。如此可使在多層陶曼基底的 使用面積較小以形成較低導體損失之電感器。另外，在電感器 之間不需要接地層，如此可簡化低通濾波器之設計。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利 範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明專利之涵蓋範圍。 【圖式簡單說明】 圖式之簡單說明 圖一為習知低通濾波器之示意圖。 圖二為圖一之低通濾波器的等效電路圖。 圖三為另一習知低通濾波器之示意圖。 圖四為圖三之低通濾波器之等效電路圖。 圖五為一互耦線圈之廣義等效電路圖。 1280678 圖六為本發明中低通濾波器之一等效電路圖。 圖七為用來構成低通濾波器之多層陶瓷基底之分解圖。 圖八為本發明中低通濾波器之頂視圖。 圖九為本發明中低通濾波器之立體圖。 圖十為本發明中低通濾波器之側視圖。 圖式之符號說明 20 低通渡波器 24、28 傳導片 34、38 傳導片 44、49 感應帶 48、50 接觸節點 58、60 傳導片 66、72 傳導片 74 接觸節點 L1-L3 線圈 Π、C2 電容 22、26 接觸節點 30、32 接觸節點 36、40 接觸節點 42、46 接觸節點 52、56 接觸節點 62、64 接觸節點 68、70 接觸節點 P卜P2 埠 Layer 1-10 層1 -層10

10

Claims (1)

1280678 拾、申請專利範圍： 種低通m ’其係形成於—多層基底上，該低通渡波器包 含： 一第一集總電容，包含： 一第一金屬層； 一第二金屬層；及 、、、邑緣體層i成於該第_金屬層及該第二金屬層之間； 至少一互耦線圈結構，其包含·· 第一線圈’以串聯的方式電連接至該第-集總電容； 一第二線圈；及 第一線圈，該第二線圈係耦接在該第一線圈與該第三線圈之 間；以及 一第二集總電容，以串聯的方式電連接至該第三線圈，該第二 集總電容包含： 一第一金屬層； 一第二金屬層；及 一絕緣體層，形成於該第一金屬層及該第二金屬層之間。 2·如申請專利範圍第1項所述之低通濾波器，其中該第一集總電 容之第一金屬層與該第二集總電容之第三金屬層為接地層，以 屏蔽該低通濾波器不受外部干擾。 3 ·如申請專利範圍第1項所述之低通濾波器，其中該多層芙底係 一低溫共燒陶瓷基底。 ㈢土 _ ” 1280678 4. 如申請專利範圍第1項所述之低通濾波器，其中該互耦線圈結 構係為螺旋形狀。 5. 如申請專利範圍第4項所述之低通濾波器，其中該互耦線圈結 構係被設置成一堆疊結構。 6.如申請專利範圍第4項所述之低通濾波器，其中該互耦線圈結 構係為一四埠元件。

7.如申請專利範圍第4項所述之低通濾波器，其中該互耦線圈結 構之旋轉方向可為順時針或逆時針方向。

12 1280678 拾壹、圖式：

13 1280678 柒、指定代表圖： (一） 本案指定代表圖為：第（七）圖。 (二) 本代表圖之元件代表符號簡單說明： 捌、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式： 24、28 傳導片 30、32 接觸節點 34、38 傳導片 36、40 接觸節點 44、49 感應帶 42、46 接觸節點 48、50 接觸節點 52、56 接觸節點 58、60 傳導片 62、64 接觸節點 66、72 傳導片 68、70 接觸節點 74 接觸節點 PI > P2 埠 Layer 1-10 層1-層10