專利名稱：一種ltcc低通濾波器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于電子技術領域，它涉及一種低通濾波器，并具體涉及一種考慮封裝結構的低溫共燒陶瓷(LTCC)低通濾波器。
背景技術：
低通濾波器是射頻前端部分的一個重要的無源器件。一個好的低通濾波器不僅應該具有帶內低損耗和帶外高抑制的傳輸特性，而且應該具有陡峭的頻率截止特性和盡可能小的體積，特別是隨著電子整機系統(tǒng)向小型化、輕型化方向發(fā)展的今天。傳統(tǒng)的低通濾波器只能采用平面結構，占用的芯片面積太大，不能滿足射頻前端對器件小型化的需求，而且傳統(tǒng)的低通濾波器沒有考慮封裝結構的影響。為了滿足通訊設備器件小型化的需要，最初的努力只是尋找高介電常數ε r、高品質因數Q和低的頻率溫度系數τ f的微波介質材料，來減少介質諧振器的尺寸，從而獲得較小的單個微波器件。但僅僅依靠傳統(tǒng)的厚膜、薄膜和高溫共燒陶瓷(HTCC)工藝技術仍然沒有找到一種有效減小器件尺寸面積的設計方法。

發(fā)明內容
為了克服上述現有技術中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于LTCC技術的考慮器件封裝結構的低通濾波器，本濾波器采用7階橢圓濾波器原型，并通過LTCC疊層結構實現等效集總電路模型。集總電感采用垂直螺旋電感，利用通孔實現不同層之間的互連；其中，集總電容采用垂直交指電容(VIC)結構，這種實現方式能夠顯著減小濾波器尺寸。此外，考慮到接地質量的好壞影響到其濾波性能，尤其是地面與地面的連接方式對帶內插入損耗和駐波影響很大，結合生產工藝，采用側面封裝的方式實現地面的互連和輸入輸出端口的互連。本發(fā)明所采用的技術方案是一種LTCC低通濾波器，包括輸入端和輸出端，所述輸入端和第一LC并聯諧振(L2、 C2)的輸入端連接，第一對LC并聯諧振的輸出端與第二對LC并聯諧振(L4、C4)的輸入端連接，第二對LC并聯諧振的輸出端與第三對LC并聯諧振(L6、C6)的輸入端連接，第三對LC 并聯諧振的輸出端與低通濾波器的輸出端連接；第一對LC并聯諧振與第二對LC并聯諧振的連接點與地之間具有并聯接地電容C3，第二對LC并聯諧振與第三對LC并聯諧振的連接點與地之間具有并聯接地電容C5，第三對LC并聯諧振與輸出端的連接點與地之間具有并聯接地電容C7。進一步地，所述電感(L2、L4、L6)采取的是垂直螺旋電感，利用通孔實現不同層之間的互連。進一步地，所述電容(C2、C4、C6)采取的是垂直交指電容結構，其通過不同層之間極板實現。進一步地，所述LTCC低通濾波器包括多層介質基板，其中，在介質基板上表面處設有金屬層；在最底下的封裝層的金屬印制于基板的下表面。進一步地，所述第1、3、5金屬導體層為金屬地面，并且這三層金屬地面通過側壁連接在一起；所述第2金屬導體層為接地電容C7的一個極板，C7的另外極板是第1、3層的金屬地面，形成垂直交指電容結構。進一步地，所述第4金屬導體層為接地電容C3、C5的一個極板，另外極板是第3、5 層的金屬地面。進一步地，所述第6、11、12、13層為50 μ m厚度的LTCC陶瓷板，這些層的陶瓷板上
面沒有金屬層。進一步地，所述第7、8、9、10金屬導體層構成垂直螺旋電感L2、L4、L6，從左至右依次為L2、L4、L6 ；所述第14、15、16、17金屬導體層構成電容02、04、06，C2為兩層極板構成的MIM結構，C4、C6為三層極板構成的VIC結構。進一步地，所述第7、8、9、10層構成的電感為垂直螺旋電感，每一層都是由寬度為 100 μ m的微帶線繞成1/2矩形或3/4矩形，然后通過垂直通孔將上下兩層微帶線連接在一起；其中，左邊的螺旋電感為L2，中間的螺旋電感為L4，右邊的螺旋電感為L6，L2、L4、L6三個電感的始端都在第10層，L2、L4這兩個電感的終端在第8層，而L6的終端在第7層。L2 的始端與輸入端口連接，L6的終端與輸出端口連接，并且L2的終端與L4的始端通過金屬通孔連在一起，L4的終端與L6的始端也是通過金屬通孔連在一起。該濾波器封裝結構為標準1206(3. 2mmX 1. 6mm)封裝結構，具有體積小、成本低、 選頻性能好、溫度穩(wěn)定性好等優(yōu)點，有利于批量生產。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明是通過LTCC疊層結構實現的并考慮封裝結構影響的低通濾波器，在實現同等技術指標前提下能夠顯著的減小器件的尺寸，同時，該低通濾波器能有效的減小帶內的插入損耗和增大帶外的抑制，并且截止頻率處的陡峭度很高，頻率選擇性很好，能夠滿足一般的民用要求。本發(fā)明提供的低通濾波器具有體積小、重量輕、性能、溫度穩(wěn)定性高等特點，并且可加工成貼片形式，便于與其他微波組件集成，另外，本發(fā)明是基于LTCC工藝，成本低，適
合批量生產


下面結合附圖對本發(fā)明進行詳細的描述，以使得本發(fā)明的上述優(yōu)點更加明確。圖1是本發(fā)明LTCC低通濾波器原型的等效電路圖；圖2是本發(fā)明LTCC低通濾波器的等效電路圖；圖3是本發(fā)明具體實施方式
所述的LTCC低通濾波器的結構示意圖；圖4是本發(fā)明具體實施方式
所述的LTCC低通濾波器的整體封裝示意圖；圖5是本發(fā)明具體實施方式
所述的LTCC低通濾波器的仿真結果。
具體實施例方式
4
下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明進行詳細說明。如圖1和圖2所示，本發(fā)明是帶有三個傳輸零點的橢圓低通濾波器，當不考慮封裝結構影響的等效電路時沒有去掉圖1中的Cl，但如果考慮到封裝結構對本低通濾波器的影響時必須去掉Cl才能實現三個傳輸零點，帶外的抑制度才能滿足要求。具體的連接方式已經在發(fā)明內容中有了詳細描述，在此僅對具體三維實現方式描述如下如圖3所示，圖3中總共畫了 17層，最底下和最上面的封裝層沒有畫出，而且為了便于說明連接關系，層與層之間盡量拉開距離。圖3并不能代表本發(fā)明低通濾波器實際尺寸的比例關系，詳細的尺寸比例關系和連接關系如圖4所示。圖3中，第1層金屬位于第1層的介質基板上面，第2層金屬導體位于第2、3層介質基板中間，第3層金屬位于第3、4層基板中間，以此類推，第17層金屬位于第17層介質基板上面。第1層到第18層中每一層的金屬都采用LTCC印刷工藝印制于介質基板的上表面，而最底下的封裝層的金屬印制于基板的下表面，所有的介質基板材料都為LTCC陶瓷。第1、3、5金屬導體層為金屬地面，并且這三層金屬地面通過側壁連接在一起。第2 金屬導體層為接地電容C7的一個極板，C7的另外極板是第1、3層的金屬地面，形成垂直交指電容(VIC)結構。同C7—樣，第4金屬導體層為接地電容C3、C5的一個極板，另外極板是第3、5層的金屬地面。第6、11、12、13層為50μπι厚度的LTCC陶瓷板，這些層的陶瓷板上面沒有金屬層，加入這些沒有金屬層的陶瓷板的目的是為了減小電感與電容或電感與地面之間的寄生效應。第7、8、9、10金屬導體層構成垂直螺旋電感L2、L4、L6，從左至右依次為L2、L4、L6。第14、15、16、17金屬導體層構成電容C2、C4、C6，C2為兩層極板構成的MIM 結構，C4、C6為三層極板構成的VIC結構，由于C4和C6的電容值比較大，如果只用兩層極板實現的話，每層金屬極板的面積就會過大，因此采用VIC結構實現。第1、3、5層金屬地面由于覆蓋介質基板面積比較大，因此將金屬地面四個角剪掉一塊300 μ mX 150 μ m面積的矩形塊，便于封裝時金屬地面與輸入輸出端口隔離開，此外， 第5層金屬地面要開兩個直徑為350 μ m的過孔，便于讓兩個直徑為125 μ m的金屬柱穿過。第2、14、16層的電容極板為矩形金屬層，第2層右端與第14層右端和第16層左右兩端的矩形金屬極板用寬度為100微米的金屬微帶線分別與左右兩個輸入輸出端口連接(兩個端口在圖3中沒有顯示，在圖4中有顯示)，另外，所有與輸入輸出端口連接的金屬微帶線都要在這一層的靠近端口的邊緣加一層寬度為100 μ m垂直于連向端口的金屬微帶線的金屬線，如圖3中第2、7、10、14、16層所示，目的是為了封裝時端口與器件的接觸良好。 第16層中間的電容極板通過寬度為100 μ m的金屬微帶線與垂直通孔連在一起。第7、8、9、10層構成的電感為垂直螺旋電感，每一層都是由寬度為100 μ m的微帶線繞成1/2矩形或3/4矩形，然后通過垂直通孔將上下兩層微帶線連接在一起。左邊的螺旋電感為L2，中間的螺旋電感為L4，右邊的螺旋電感為L6，L2、L4、L6三個電感的始端都在第10層，L2、L4這兩個電感的終端在第8層，而L6的終端在第7層。L2的始端與輸入端口連接，L6的終端與輸出端口連接，并且L2的終端與L4的始端通過金屬通孔連在一起，L4 的終端與L6的始端也是通過金屬通孔連在一起。第4、15、17層的電容極板為矩形金屬層，其中第4層的金屬電容極板與金屬通孔直接相連，而第15、17層的金屬電容極板通過寬度為100 μ m的微帶線連到金屬通孔上。考慮到加工工藝，所有金屬通孔的直徑都為125 μ m,而且每一層的金屬微帶線如果要與金屬通孔相連的話，必須在金屬微帶線與通孔相連的這一層金屬層的位置加上直徑為150 μ m的金屬托盤，金屬托盤的厚底與金屬層的厚度一致，都為10 μ m。第4層電容C3的金屬極板與第8層電感L2的終端、第10層電感L4的始端和第 15層電容C2、C4的極板和第17層電容C4的極板通過垂直通孔連在一起；第4層電容C5 的金屬極板與第8層電感L4的終端、第10層電感L6的始端和第15層電容C6的極板、第 16層電容C4的極板通過垂直通孔連在一起。本發(fā)明低通濾波器的整體封裝結構示意圖如圖4所示，最左端為輸入端口，最右端為輸出端口，前后封裝側壁為端口地。整個器件尺寸為3. 2mmX 1. 6mmX0. 95mm,采用的 LTCC陶瓷介質的相對介電常數εΓ為7. 8，介質的損耗角正切tan δ為0.002，金屬導體采用銀，每層陶瓷介質的厚度為40 μ m,每層金屬厚度為10 μ m。如果一層陶瓷介質和一層金屬的總厚度算作一層，則器件的總厚度共計19層。仿真結果如圖5所示該低通濾波器截止頻率為1. 73GHz,阻帶有三個傳輸零點，分別位于1. 94GHz、 2. 27GHz,3. 18GHz。通帶內插入損耗小于3dB。阻帶內，在1. 88GHz到2. 16GHz范圍內抑制大于33dB，在2. 16GHz到6GHz范圍內抑制大于40dB。通帶內駐波比(VSWR)小于1. 8。通帶到阻帶的矩形系數為1. 1左右。綜上，本發(fā)明提供的考慮封裝結構的LTCC低通濾波器具有體積小、結構緊湊、選頻性能好、可加工成貼片元件形式，便于與其他微波元件集成。而且本發(fā)明低通濾波器是基于LTCC工藝，制造成本低，適合批量生產。該低通濾波器可廣泛用于手機、藍牙模塊、GPS、 PDA、WLAN等射頻無線通訊領域中。需要注意的是，上述具體實施例僅僅是示例性的，在本發(fā)明的上述教導下，本領域技術人員可以在上述實施例的基礎上進行各種改進和變形，而這些改進或者變形落在本發(fā)明的保護范圍內。本領域技術人員應該明白，上面的具體描述只是為了解釋本發(fā)明的目的，并非用于限制本發(fā)明。本發(fā)明的保護范圍由權利要求及其等同物限定。
權利要求
1.一種LTCC低通濾波器，包括輸入端和輸出端，其特征在于，所述輸入端和第一對LC 并聯諧振(L2、C2)的輸入端連接，第一對LC并聯諧振的輸出端與第二對LC并聯諧振(L4、 C4)的輸入端連接，第二對LC并聯諧振的輸出端與第三對LC并聯諧振(L6、C6)的輸入端連接，第三對LC并聯諧振的輸出端與低通濾波器的輸出端連接；第一對LC并聯諧振與第二對LC并聯諧振的連接點與地之間具有并聯接地電容C3，第二對LC并聯諧振與第三對LC并聯諧振的連接點與地之間具有并聯接地電容C5，第三對LC并聯諧振與輸出端的連接點與地之間具有并聯接地電容C7。
2.根據權利要求1所述的LTCC低通濾波器，其特征在于，所述電感(L2、L4、L6)采取的是垂直螺旋電感，利用通孔實現不同層之間的互連。
3.根據權利要求1所述的LTCC低通濾波器，其特征在于，所述電容02、C4、C6)采取的是垂直交指電容結構，其通過不同層之間極板實現。
4.根據權利要求1-3任一所述的LTCC低通濾波器，其特征在于，所述LTCC低通濾波器包括多層介質基板，其中，在介質基板上表面處設有金屬層；在最底下的封裝層的金屬印制于基板的下表面。
5.根據權利要求4所述的LTCC低通濾波器，其特征在于，所述第1、3、5金屬導體層為金屬地面，并且這三層金屬地面通過側壁連接在一起；所述第2金屬導體層為接地電容C7 的一個極板，C7的另外極板是第1、3層的金屬地面，形成垂直交指電容結構。
6.根據權利要求4所述的LTCC低通濾波器，其特征在于，所述第4金屬導體層為接地電容C3、C5的一個極板，另外極板是第3、5層的金屬地面。
7.根據權利要求4所述的LTCC低通濾波器，其特征在于，所述第6、11、12、13層為 50 μ m厚度的LTCC陶瓷板，這些層的陶瓷板上面沒有金屬層。
8.根據權利要求4所述的LTCC低通濾波器，其特征在于，所述第7、8、9、10金屬導體層構成垂直螺旋電感L2、L4、L6，從左至右依次為L2、L4、L6 ；所述第14、15、16、17金屬導體層構成電容C2、C4、C6，C2為兩層極板構成的MIM結構，C4、C6為三層極板構成的VIC結構。
9.根據權利要求4所述的LTCC低通濾波器，其特征在于，所述第7、8、9、10層構成的電感為垂直螺旋電感，每一層都是由寬度為100 μ m的微帶線繞成1/2矩形或3/4矩形，然后通過垂直通孔將上下兩層微帶線連接在一起；其中，左邊的螺旋電感為L2，中間的螺旋電感為L4，右邊的螺旋電感為L6，L2、L4、L6三個電感的始端都在第10層，L2、L4這兩個電感的終端在第8層，而L6的終端在第7層。L2的始端與輸入端口連接，L6的終端與輸出端口連接，并且L2的終端與L4的始端通過金屬通孔連在一起，L4的終端與L6的始端也是通過金屬通孔連在一起。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種LTCC低通濾波器，包括輸入端和輸出端，所述輸入端和第一LC并聯諧振(L2、C2)的輸入端連接，第一對LC并聯諧振的輸出端與第二對LC并聯諧振(L4、C4)的輸入端連接，第二對LC并聯諧振的輸出端與第三對LC并聯諧振(L6、C6)的輸入端連接，第三對LC并聯諧振的輸出端與低通濾波器的輸出端連接；第一對LC并聯諧振與第二對LC并聯諧振的連接點與地之間具有并聯接地電容C3，第二對LC并聯諧振與第三對LC并聯諧振的連接點與地之間具有并聯接地電容C5，第三對LC并聯諧振與輸出端的連接點與地之間具有并聯接地電容C7。該濾波器封裝結構為標準的封裝結構，具有體積小、成本低、選頻性能好、溫度穩(wěn)定性好等優(yōu)點，有利于批量生產。
文檔編號H03H7/01GK102354777SQ20111020010
公開日2012年2月15日 申請日期2011年7月18日 優(yōu)先權日2011年7月18日
發(fā)明者盧啟軍, 姚帥, 李小珍, 李春宇, 趙海忠, 邢孟江, 邢孟道 申請人:西安瓷芯電子科技有限責任公司