一種疊層片式陶瓷射頻低通濾波器及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于濾波器技術領域，更具體地，涉及一種疊層片式陶瓷射頻低通濾波器 及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 濾波器是一種對頻率具有選擇性的二端口網(wǎng)絡，其在通信行業(yè)中一直都扮演著非 常重要的角色。
[0003] 疊層片式射頻低通濾波器是一種新型濾波器，隨著通訊技術的發(fā)展，其工作頻率 范圍越來越寬，使用頻率也越來越高，小型化、高頻化發(fā)展的趨勢非常明顯(有些領域的產(chǎn) 品使用頻率已達到40GHz，甚至更高)。新一代移動通訊技術的出現(xiàn)以及新型武器裝備的需 求，使工作頻帶范圍寬、使用頻率高(達幾十GHz)的小尺寸疊層片式射頻濾波器的市場需求 量迅猛增長。
[0004] 疊層片式陶瓷射頻(微波）濾波器是由電子陶瓷材料流延成型工藝、高精度印刷疊 層技術及低溫燒結技術等多種工藝過程而制成的高頻濾波器。它具有體積小、插損低等特 性，被廣泛的應用于微波通信、雷達導航、電子對抗、衛(wèi)星通信、VHF/UHF發(fā)射器/接收器、諧 波抑制器、數(shù)模轉化器和測試儀表等系統(tǒng)中，是微波系統(tǒng)中不可缺少的重要器件，其性能的 優(yōu)劣往往直接影響整個通信系統(tǒng)的性能指標。
[0005]目前，研制和生產(chǎn)小尺寸疊層片式低通濾波器主要采用兩種方式：純電感或純電 容型的單元件形式和LC結構形式，而其技術成熟的是單元件形式，但該種小尺寸疊層片式 濾波器均是以低截止頻率為主的，且具有帶外抑制性能不高，矩形度差等特點。
[0006] 傳統(tǒng)的LC結構形式濾波器雖然利用面積小生產(chǎn)、且其帶內(nèi)平坦度很好，但是在射 頻段的使用的一致性較差，同時也難于批量生產(chǎn)。
[0007]目前，較為成熟的疊層片式濾波器大部分采用"雙電容+單電感"或者"單電容+ 雙電感"等簡單的n型、T型結構，這樣設計的濾波器帶內(nèi)平坦度及帶外抑制特性均較好， 但是截止頻率較低，導致其使用頻率受限，難以向高頻化方向發(fā)展。
[0008] 此外，已公布的疊層多層陶瓷結構的低通濾波器總是存在某些不足，如現(xiàn)有技術1 是公開號為CN1578129,發(fā)明名稱為"一種多層片式陶瓷低通濾波器"的專利申請文件，其中 低通濾波器采用平面螺旋電感結構，在小體積微波段的濾波器中，該種結構的電感的引入 寄生電容對頻率特性影響非常大，且隨著其體積越小，其影響程度越來越深。
[0009] 現(xiàn)有技術2是公開號為CN101404485A，發(fā)明名稱為"一種疊層片式濾波器及其制 備方法"的專利申請文件，其中濾波器采用鐵氧體與陶瓷共燒的方式制備，雖具有小尺寸、 帶外抑制大、矩形度大、工作頻率寬等優(yōu)點，但是截止頻率相對較低，及濾波器的可靠性較 差等問題?？煽啃圆畹脑颍鸿F氧體與陶瓷材料間異形材料不易匹配。尤其是使用環(huán)境較為 苛刻時，異形材間的應力不可避免地產(chǎn)生，易導致產(chǎn)品內(nèi)部出現(xiàn)裂痕，進而影響到其使用。
[0010] 現(xiàn)有技術3公開號為CN10216396A，發(fā)明名稱為"一種多層片式濾波器及其制備方 法"的專利申請文件，其中通過在陶瓷介質(zhì)材料中打孔注入鐵氧體材料的方式制備濾波器， 雖在一定程度上緩解了專利公開號為CN101404485A中濾波器的異質(zhì)材料匹配導致使用可 靠性的問題，但仍然無法完全避免，仍存在試驗可靠性的隱患。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 針對現(xiàn)有技術的缺陷，本發(fā)明提供了一種疊層片式陶瓷射頻低通濾波器，該濾波 器的截止頻率高、工作頻率范圍寬、帶外抑制高、矩形度好、可靠性高、射頻段使用一致性 好。
[0012] 本發(fā)明提供了一種疊層片式陶瓷射頻低通濾波器，具有四個引出端電極，包括輸 入端正極（16)、輸出端正極（15)和兩個公共接地端（14)，所述疊層片式陶瓷射頻低通濾波 器的內(nèi)部電路包括處于不同介質(zhì)層的三維空間上多個內(nèi)置電容（17)與多個內(nèi)置電感（10) 組成的內(nèi)電極（13);所述電感（10)為垂直三維螺旋結構；所述電感（10)和所述電容（17) 的介質(zhì)層采用陶瓷材料。
[0013] 本發(fā)明還提供了一種疊層片式陶瓷射頻低通濾波器的制備方法，包括下述步驟：
[0014] (1)將陶瓷粉料、有機溶劑、增塑劑、粘結劑和分散劑混合后獲得流延漿料；并將所 述流延漿料進行球磨和流延處理后形成厚度為5微米~100微米的膜片；其中陶瓷粉料、 有機溶劑、增塑劑、粘結劑和分散劑的質(zhì)量百分比依次為（40~60)wt%、（40~60)wt%、 (1. 0 ~4. 0)wt%、（4. 5 ~8. 5)wt%、（0. 09 ~0. 5)wt% ;
[0015] (2)根據(jù)電感與電容之間連接的需要、電感之間連接的需要對所述膜片進行打孔、 填孔，再依次進行導體印刷、疊片、壓合、等靜壓處理；
[0016] (3)將等靜壓處理后片式濾波器生瓷片進行排膠和燒結處理；燒結溫度為 800。。~950。。；
[0017] (4)對燒結后的片式濾波器生瓷片依次進行涂銀、封端、端頭處理后形成疊層片式 陶瓷射頻低通濾波器。
[0018] 本發(fā)明濾波器介質(zhì)材料采用的是高頻陶瓷材料，內(nèi)部元件的容量、感量可實現(xiàn)微 小調(diào)節(jié)，且較容易實現(xiàn)獨石結構，制備工藝成熟，一致性良好適宜批量生產(chǎn)，因此，該濾波器 具有截止頻率高、工作頻率范圍寬、帶外抑制高、矩形度好、可靠性高、射頻段使用一致性好 等優(yōu)點。
【附圖說明】
[0019] 圖1是本發(fā)明實施例提供的疊層片式陶瓷射頻低通濾波器的等效電路，其中圖1 (a)為一種LC等效電路結構，圖1 (b)為另一種LC等效電路結構；
[0020] 圖2 (a)是本發(fā)明實施例提供的疊層片式陶瓷射頻低通濾波器的組成結構示意 圖；
[0021] 圖2 (b)是本發(fā)明實施例提供的疊層片式陶瓷射頻低通濾波器的俯視圖；
[0022] 圖3是本發(fā)明實施例提供的疊層片式陶瓷射頻低通濾波器的內(nèi)部電極組成結構 不意圖；（正視圖）
[0023] 圖4是本發(fā)明實施例提供的疊層片式陶瓷射頻低通濾波器中電感結構示意圖； (正視圖）
[0024] 圖5是本發(fā)明實施例提供的疊層片式陶瓷射頻低通濾波器中電容結構示意圖； (正視圖）
[0025] 圖6是本發(fā)明實施例提供的疊層片式陶瓷射頻低通濾波器的制備方法中疊層片 式濾波器側邊中部涂銀結構示意圖；
[0026] 圖7是本發(fā)明實施例提供的疊層片式陶瓷射頻低通濾波器的插入損耗特性曲線 示意圖；
[0027] 圖8是本發(fā)明實施例提供的截止頻率分別為4850MHz、7600MHz和9100MHz的疊層 片式陶瓷射頻低通濾波器的損耗曲線示意圖；
[0028] 圖9是本發(fā)明實施例提供的截止頻率30800MHz的疊層片式陶瓷射頻低通濾波器 的損耗曲線示意圖；
[0029] 其中，13為內(nèi)電極，14為公共接地端，15為輸出端正極，16為輸入端正極，10為電 感，11為電極連接點，17為電容,21為濾波器,22為端電極楽料,23為涂銀滾輪。
【具體實施方式】
[0030] 為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。
[0031] 本發(fā)明實施例提供的疊層片式陶瓷射頻低通濾波器可以應用于諧波抑制器、VHF/ UHF發(fā)射器/接收器、直流電路板中的射頻抑制或數(shù)模轉化器等器件中；還可以應用于微波 通信、雷達導航、電子對抗、衛(wèi)星通信等領域。
[0032] 針對以上問題，本發(fā)明提供了一種新型疊層片式陶瓷射頻低通濾波器及其制備 方法。本發(fā)明濾波器介質(zhì)材料采用的是高頻陶瓷材料，內(nèi)部元件的容量、感量可實現(xiàn)微小 調(diào)節(jié)，且較容易實現(xiàn)獨石結構，制備工藝成熟，一致性良好適宜批量生產(chǎn)，因此，該濾波器具 有截止頻率高(射頻)、工作頻率范圍寬、帶外抑制高、矩形度好、可靠性高、射頻段使用一致 性好等優(yōu)點。同時，本發(fā)明濾波器的制備工藝與常規(guī)片式元器件的工藝及低溫共燒陶瓷 (LTCC)工藝相兼容，不需要再多添加其他設備。
[0033] 本發(fā)明的濾波器采用LC結構形式(等效電路見圖1)，內(nèi)部組成電路主要由處于 不同介質(zhì)層的三維空間上的多個內(nèi)置電容17與多個內(nèi)置電感10組成(見圖2、圖3,其中 圖3僅為本發(fā)明濾波器結構中的一種，其濾波器的階數(shù)為7)。本發(fā)明通過調(diào)整各電感量 與各電容量之間比例（當然還考慮寄生參數(shù))，以及通過在三維立體空間上高密度、高集成 化地將多個電容17與多個電感10進行巧妙布局，（通過電磁場仿真軟件進行全真模擬仿 真，調(diào)整電感10、電容17的電極形狀，兩者之間的結構錯位等，降低寄生電感與寄生電容的 "寄生效應"，擬合各內(nèi)部元件之間存在多種相關聯(lián)耦合的影響)，可實現(xiàn)不同性能參數(shù)要求 的射頻濾波器設計。通過調(diào)整內(nèi)部電容、電感的個數(shù)(及相應的配比)，實現(xiàn)不同濾波器階 數(shù)的設置，結合三維立體電路連接結構的巧妙的布局，本發(fā)明可實現(xiàn)截止頻率的調(diào)節(jié)范圍： 30MHz~40000MHz。
[0034] 本發(fā)明濾波器內(nèi)部電感10采用垂直三維螺旋結構(是本領域公知結構)，減少了寄 生電容。在相同的有效電感值下，垂直螺旋結構電感10元件比平面螺旋式結構具有更高的 自諧振頻率（SRF)和品質(zhì)因數(shù)（Q)，而且有利于縮小器件的尺寸。由于射頻濾波器一般容量 較小，內(nèi)置電容17采用傳統(tǒng)金屬-介質(zhì)-金屬形式平板電容結構即可達到目的。
[0035] 此外，電感10與電容17的介質(zhì)層均采用高頻低損耗的陶瓷材料，完全避免由于異 質(zhì)材料不匹配而導致的可靠性問題，大大提高產(chǎn)品的可靠性。
[0036] 在本發(fā)明實施例中，根據(jù)濾波器技術指標的要求，以電磁兼容原理為基礎，結合 LTCC技術，采用電磁仿真軟件HFSS對射頻低通濾波器進行結構設計。
[0037] 射頻濾波器設計的一般工程步驟：
[0038] 首先，利用逼近理論尋找可實現(xiàn)的逼近函數(shù)；
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