專利名稱：一種疊層片式濾波器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子元器件技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及高性能低截止頻率疊層片式濾波器及其制備 方法。
背景技術(shù)：
目前，在研制和生產(chǎn)小尺寸低截止頻率疊層片式濾波器時，主要采用兩種方式(1) 單元件形式。純電感或純電容型，該類型的濾波器具有矩形度差缺點；(2) LC結(jié)構(gòu)形式。與單元件形式相比，LC結(jié)構(gòu)形式通過增加元件個數(shù)，提高濾波器具有矩形度和帶外抑制， 為了兼顧到LC結(jié)構(gòu)形式小尺寸低截止頻率疊層片式濾波器中的電感、電容值，通常采用兩種 途徑 一種是采用復(fù)合材料，該復(fù)合材料具有介質(zhì)陶瓷和鐵氧體材料雙性性能，即具有較大 的介電常數(shù)和較大的磁導(dǎo)率，可以同時實現(xiàn)大電感和大電容，但是同時增加了寄生參數(shù)值， 從而導(dǎo)致濾波器工作頻率范圍窄、帶外抑制性能差等缺點，工作頻率只能控制在1500MHz以 內(nèi)；另外一種途徑是單獨研制電感、電容，然后將電感、電容兩種芯片通過焊接的方式連接 在一起，通過該途徑得到的濾波器體積較大、制作周期較長、成本較高。發(fā)明內(nèi)容針對以上問題，本發(fā)明的主要目的就是通過提供一種新的高性能小尺寸低截止頻率疊層 片式濾波器制作工藝實現(xiàn)高性能小尺寸低截止頻率疊層片式濾波器的制作。一種疊層片式濾波器，如圖2所示，是由疊層片式電容、疊層片式空心電感和疊層片式 磁芯電感組合成的疊層片式復(fù)合器件，具有疊層片式結(jié)構(gòu)，中間疊層部分為由鐵氧體材料制 成的疊層片式磁芯電感，磁芯電感的上、下方疊層部分為由陶瓷材料制成的疊層片式電容， 疊層片式磁芯電感和疊層片式電容之間的疊層部分為由陶瓷材料制成的疊層片式空心電感。在電連接關(guān)系方面，磁芯電感與上下的兩個空心電感相串聯(lián)，其中一個空心電感與整個 濾波器的輸入端電極相連，另一個空心電感與整個濾波器的輸出端電極相連；磁芯電感的上、 下方用作疊層片式電容的陶瓷材料疊層中具有三個電極板，兩個端電極板和一個地電極板， 其中一個端電極板與整個濾波器的輸入端電極相連，另一個端電極板與整個濾波器的輸出端 電極相連，地電極板與整個濾波器的地電極相連。本發(fā)明所述的疊層片式濾波器的等效電路如圖4所示，鐵氧體材料制成的疊層片式磁芯 電感L2與陶瓷材料制成的兩個空心電感L1、 L3相串聯(lián)；其中一個空心電感L1與整個濾波 器的輸入端電極相連，另一個空心電感L2與整個濾波器的輸出端電極相連;陶瓷材料疊層中， 由與整個濾波器的輸入端電極相連的端電極板和地電極板構(gòu)成的疊層片式電容Cl、 C2組成 輸入端濾波電容，由與整個濾波器的輸出端電極相連的端電極板和地電極板構(gòu)成的疊層片式 電容C3、 C4組成輸出端濾波電容。上述技術(shù)方案中，陶瓷空心電感/鐵氧體磁芯電感/陶瓷空心電感的復(fù)合結(jié)構(gòu)可周期性重 復(fù)，以實現(xiàn)多個空心電感和多個磁芯電感相串聯(lián)的濾波電感結(jié)構(gòu)，如圖3所示。本發(fā)明在同一芯片中引入陶瓷材料和鐵氧體材料，同時實現(xiàn)大感值電感和大容值電容， 其中電感由兩部分組成空心電感("磁芯"為陶瓷材料)和磁芯電感(磁芯為鐵氧體材料)， 空心電感具有感值小、品質(zhì)因數(shù)大、自諧振頻率高等特點，可以很好的展寬濾波器工作頻段； 磁芯形式電感具有感值大、自諧振頻率低等特點，可以很好的減小低截止頻率濾波器的帶內(nèi) 插損，改善濾波器傳輸信號的效果。一種疊層片式濾波器的制備方法，如圖6所示，包括以下步驟步驟l.配料。選擇合適的鐵氧體材料和陶瓷材料配方，配制出磁導(dǎo)率在10 100之間、 介電常數(shù)在10 50之間的鐵氧體材料和陶瓷材料，這兩種材料的燒結(jié)成瓷溫度相差不能太 大， 一般控制在20度之內(nèi)。步驟2.流延。將配制好的鐵氧體材料和陶瓷材料分別制成流延漿料，流延出鐵氧體生瓷 膜片和陶瓷生瓷膜片。步驟3.打孔和填孔。將步驟2所得的鐵氧體生瓷膜片和部分陶瓷生瓷膜片進行打孔，然 后利用銀漿料進行填孔，用于不同層電感線圈的連接，通孔直徑可根據(jù)具體要求進行選擇。步驟4.導(dǎo)體印刷。用填孔后的鐵氧體膜片和陶瓷膜片進行電感導(dǎo)體印制，用部分未打孔 的陶瓷膜片進行疊層片式電容的地電極板或端電極板導(dǎo)體印制；所用印制導(dǎo)體的原料為銀漿 料，印刷的導(dǎo)體厚度控制10±1微米范圍內(nèi)。步驟5.疊片。將印制好導(dǎo)體的鐵氧體生瓷膜片和陶瓷生瓷膜片以及部分未印制導(dǎo)體的鐵 氧體生瓷膜片和陶瓷生瓷膜片按照本發(fā)明所述的疊層片式濾波器結(jié)構(gòu)進行疊片，本發(fā)明所述 的疊層片式濾波器結(jié)構(gòu)示意圖如圖2、 3所示。步驟6.等靜壓。將完成疊片的片式濾波器芯片放在水中進行等靜壓，以便將不同層生瓷 膜片緊緊的壓制成型。等靜壓條件優(yōu)選壓力35MPa大氣壓、溫度50度。步驟7.排膠和燒結(jié)。將步驟5所得的疊層片式濾波器芯片放在排膠、燒結(jié)爐中進行排膠 和燒結(jié)，最終得到本發(fā)明所述地疊層片式濾波器。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，各種形式濾波器的插損-頻率曲線如圖5所示，通過對各種技術(shù) 的比較，本發(fā)明提供的濾波器具有以下優(yōu)點本發(fā)明所述的疊層片式濾波器具有尺寸小、矩形度大、帶外抑制大、工作頻率寬(可以控制5000MHz以內(nèi))的性能。本發(fā)明所述的疊層片式濾波器的制備方法可根據(jù)需要進行工藝 參數(shù)調(diào)整，通過調(diào)整空芯電感、磁芯電感的感值及電容的容值來對濾波器的插入損耗、高抑 制度、工作頻率范圍進行控制，可操控性強，與現(xiàn)有各種片式元器件的工藝方法相兼容；另 外，通過對鐵氧體生瓷膜片和陶瓷生瓷膜片的打孔和銀漿填孔，可以很好地解決共燒中由于 鐵氧體和陶瓷兩種材料燒結(jié)應(yīng)力不同而導(dǎo)致濾波器芯片開裂變形現(xiàn)象。


圖1是基本的濾波器結(jié)構(gòu)原理示意圖。其中圖1 (a)是純電感型濾波器結(jié)構(gòu)原理示意圖； 圖l (b)是純電容型濾波器結(jié)構(gòu)原理示意圖；圖l (c)是LC型濾波器結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖2是本發(fā)明提供的疊層片式濾波器結(jié)構(gòu)示意圖，疊層方式主要為陶瓷材料/鐵氧體材料 /陶瓷材料，陶瓷材料用于制作電容和空心電感，鐵氧體材料用于制作磁芯電感，空芯電感和 磁芯電感共同組成濾波電感。圖3是本發(fā)明提供的具有周期性結(jié)構(gòu)的疊層片式濾波器結(jié)構(gòu)示意圖，疊層方式拓展為陶 瓷材料/鐵氧體材料/陶瓷材料/鐵氧體材料/陶瓷材料....../，利用該周期性結(jié)構(gòu)實現(xiàn)多個空心電感和多個磁芯電感相串聯(lián)的濾波電感結(jié)構(gòu)。圖4是本發(fā)明提供的疊層片式濾波器的等效電路圖。圖5是各種濾波器插損-頻率曲線比較圖。圖6是本發(fā)明提供的疊層片式濾波器制備方法的流程示意圖。
具體實施方式
一種疊層片式濾波器，如圖2所示，是由疊層片式電容、疊層片式空心電感和疊層片式 磁芯電感組合成的疊層片式復(fù)合器件，具有疊層片式結(jié)構(gòu)，中間疊層部分為由鐵氧體材料制 成的疊層片式磁芯電感，磁芯電感的上、下方疊層部分為由陶瓷材料制成的疊層片式電容， 疊層片式磁芯電感和疊層片式電容之間的疊層部分為由陶瓷材料制成的疊層片式空心電感。在電連接關(guān)系方面，磁芯電感與上下的兩個空心電感相串聯(lián)，其中一個空心電感與整個 濾波器的輸入端電極相連，另一個空心電感與整個濾波器的輸出端電極相連；磁芯電感的上、 下方用作疊層片式電容的陶瓷材料疊層中具有三個電極板，兩個端電極板和一個地電極板， 其中一個端電極板與整個濾波器的輸入端電極相連，另一個端電極板與整個濾波器的輸出端 電極相連，地電極板與整個濾波器的地電極相連。上述技術(shù)方案中，陶瓷空心電感/鐵氧體磁芯電感/陶瓷空心電感的復(fù)合結(jié)構(gòu)可周期性重 復(fù)，以實現(xiàn)多個空心電感和多個磁芯電感相串聯(lián)的濾波電感結(jié)構(gòu)，如圖3所示。一種疊層片式濾波器的制備方法，如圖6所示，包括以下步驟步驟l.配料。選擇合適的鐵氧體材料和陶瓷材料配方，配制出磁導(dǎo)率在10 100之間、 介電常數(shù)在10 50之間的鐵氧體材料和陶瓷材料，這兩種材料的燒結(jié)成瓷溫度相差不能太 大， 一般控制在20度之內(nèi)。步驟2.流延。將配制好的鐵氧體材料和陶瓷材料分別制成流延漿料，流延出鐵氧體生瓷 膜片和陶瓷生瓷膜片。步驟3.打孔和填孔。將步驟2所得的鐵氧體生瓷膜片和部分陶瓷生瓷膜片進行打孔，然 后利用銀漿料進行填孔，用于不同層電感線圈的連接，通孔直徑可根據(jù)具體要求進行選擇。步驟4.導(dǎo)體印刷。用填孔后的鐵氧體膜片和陶瓷膜片進行電感導(dǎo)體印制，用部分未打孔 的陶瓷膜片進行疊層片式電容的地電極板或端電極板導(dǎo)體印制；所用印制導(dǎo)體的原料為銀槳 料，印刷的導(dǎo)體厚度控制10±1微米范圍內(nèi)。步驟5.疊片。將印制好導(dǎo)體的鐵氧體生瓷膜片和陶瓷生瓷膜片以及部分未印制導(dǎo)體的鐵 氧體生瓷膜片和陶瓷生瓷膜片按照本發(fā)明所述的疊層片式濾波器結(jié)構(gòu)進行疊片，本發(fā)明所述 的疊層片式濾波器結(jié)構(gòu)示意圖如圖2、 3所示。步驟6.等靜壓。將完成疊片的片式濾波器芯片放在水中進行等靜壓，以便將不同層生瓷 膜片緊緊的壓制成型。等靜壓條件優(yōu)選壓力35MPa大氣壓、溫度50度。步驟7.排膠和燒結(jié)。將步驟5所得的疊層片式濾波器芯片放在排膠、燒結(jié)爐中進行排膠 和燒結(jié)，最終得到本發(fā)明所述地疊層片式濾波器。
權(quán)利要求
1、一種疊層片式濾波器，是由疊層片式電容、疊層片式空心電感和疊層片式磁芯電感組合成的疊層片式復(fù)合器件，具有疊層片式結(jié)構(gòu)，中間疊層部分為由鐵氧體材料制成的疊層片式磁芯電感，磁芯電感的上、下方疊層部分為由陶瓷材料制成的疊層片式電容，疊層片式磁芯電感和疊層片式電容之間的疊層部分為由陶瓷材料制成的疊層片式空心電感；在電連接關(guān)系方面，磁芯電感與上下的兩個空心電感相串聯(lián)，其中一個空心電感與整個濾波器的輸入端電極相連，另一個空心電感與整個濾波器的輸出端電極相連；磁芯電感的上、下方用作疊層片式電容的陶瓷材料疊層中具有三個電極板，兩個端電極板和一個地電極板，其中一個端電極板與整個濾波器的輸入端電極相連，另一個端電極板與整個濾波器的輸出端電極相連，地電極板與整個濾波器的地電極相連。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的疊層片式濾波器，其特征在于，所述陶瓷空心電感/鐵氧體磁 芯電感/陶瓷空心電感的復(fù)合結(jié)構(gòu)可周期性重復(fù)，以實現(xiàn)多個空心電感和多個磁芯電感相串聯(lián) 的濾波電感結(jié)構(gòu)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的疊層片式濾波器的制備方法，包括以下步驟步驟l.配料；選擇合適的鐵氧體材料和陶瓷材料配方，配制出磁導(dǎo)率在10 100之間、 介電常數(shù)在10 50之間的鐵氧體材料和陶瓷材料，這兩種材料的燒結(jié)成瓷溫度相差不能太 大， 一般控制在20度之內(nèi)；步驟2.流延；將配制好的鐵氧體材料和陶瓷材料分別制成流延漿料，流延出鐵氧體生瓷 膜片和陶瓷生瓷膜片；步驟3.打孔和填孔；將步驟2所得的鐵氧體生瓷膜片和部分陶瓷生瓷膜片進行打孔，然 后利用銀漿料進行填孔，用于不同層電感線圈的連接，通孔直徑根據(jù)具體要求進行選擇；步驟4.導(dǎo)體印刷；用填孔后的鐵氧體膜片和陶瓷膜片進行電感導(dǎo)體印制，用部分未打孔 的陶瓷膜片進行疊層片式電容的地電極板或端電極板導(dǎo)體印制；步驟5.疊片；將印制好導(dǎo)體的鐵氧體生瓷膜片和陶瓷生瓷膜片以及部分未印制導(dǎo)體的鐵 氧體生瓷膜片和陶瓷生瓷膜片按照疊層片式濾波器結(jié)構(gòu)進行疊片；步驟6.等靜壓；將完成疊片的片式濾波器芯片放在水中進行等靜壓，以便將不同層生瓷 膜片緊緊的壓制成型；步驟7.排膠和燒結(jié)；將步驟5所得的疊層片式濾波器芯片放在排膠、燒結(jié)爐中進行排膠 和燒結(jié)，最終得到本發(fā)明所述地疊層片式濾波器。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的疊層片式濾波器的制備方法，其特征在于，步驟4中印制導(dǎo)體 的原料為銀漿料，印制的導(dǎo)體厚度控制10±1微米范圍內(nèi),
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的疊層片式濾波器的制備方法，其特征在于，步驟6中等靜壓條 件優(yōu)選壓力35MPa大氣壓、溫度50度。
全文摘要
本發(fā)明屬于電子元器件技術(shù)領(lǐng)域，涉及疊層片式濾波器及其制備方法。所述濾波器在同一芯片中引入陶瓷和鐵氧體，同時實現(xiàn)大電感和大電容，其中電感由空心電感(“磁芯”為陶瓷材料)和磁芯電感(磁芯為鐵氧體材料)組成，空心電感具有感值小、品質(zhì)因數(shù)大、自諧振頻率高等特點，可以很好的展寬濾波器工作頻段；磁芯電感具有感值大、自諧振頻率低等特點，可以很好的減小低截止頻率濾波器的帶內(nèi)插損，改善濾波器傳輸信號的效果。所述疊層片式濾波器的制備方法包括配料、流延、打孔、填孔、導(dǎo)體印刷、疊片、等靜壓和排膠燒結(jié)等步驟。所述濾波器具有尺寸小、矩形度大、帶外抑制大、工作頻率寬的性能。所述制備方法可操控性強，與現(xiàn)有片式元器件的工藝相兼容。
文檔編號H03H7/09GK101404485SQ20081004626
公開日2009年4月8日 申請日期2008年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月13日
發(fā)明者偉 唐, 尉旭波, 徐自強, 曾志毅, 楊邦朝, 游欽祿, 王浩勤, 練馬林, 錢可偉 申請人:電子科技大學(xué)