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，涉及片式濾波器，特別是含有介電陶瓷柱狀陣 列的疊層片式鐵氧體濾波器及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著整機(jī)和系統(tǒng)對(duì)電子元器件體積和重量的要求越來越高，濾波器作為系統(tǒng)和整 機(jī)中大量使用的無源元件，減小其體積和重量非常重要，特別是抗電磁干擾應(yīng)用的濾波器， 研究體積小、可靠性高的抗電磁干擾濾波器更是成為當(dāng)前的關(guān)注熱點(diǎn)。為此，國(guó)內(nèi)外廠家通 過采用多層片式結(jié)構(gòu)的形式來研制和生產(chǎn)小型化、低截止頻率的抗電磁干擾濾波器。目前疊層片式結(jié)構(gòu)的抗電磁干擾濾波器，其電路和結(jié)構(gòu)形式有采用單一介電陶瓷 材料的并聯(lián)對(duì)地電容的C型電容形式或單一鐵氧體多層電感的純電感形式，這些結(jié)構(gòu)形式 的抗電磁干擾濾波器具有帶外抑制性能不高，矩形度差等缺點(diǎn)。為了解決濾波器的帶外抑 制特性差的缺點(diǎn)，濾波器生產(chǎn)廠商通過采用多層LC型電路結(jié)構(gòu)來提高濾波器的頻帶特性。 常見的結(jié)構(gòu)有采用單一介電陶瓷材料構(gòu)成的LC型濾波器，此種結(jié)構(gòu)的濾波器改善了帶外 抑制特性，但要滿足較低截止頻率的應(yīng)用需求，就需要增加濾波器的容值和感值，由于介電 陶瓷的磁導(dǎo)率很小，只能通過增加電感層數(shù)來增加感值，從而大大增加了濾波器的體積和 重量。也有采用單一鐵氧體材料構(gòu)成的LC型濾波器，同樣由于鐵氧體材料的介電常數(shù)很 小，雖如要提高容值來滿足較低截止頻率的需求，只能通過增加電容層數(shù)來實(shí)現(xiàn)，也會(huì)大大 增加了濾波器的體積和重量；同時(shí)單一鐵氧體材料由于其諧振頻率不高，使得濾波器的工 作頻率范圍通常低于500MHz。另外一種濾波器就是采用電感部分有鐵氧體材料疊層形成， 電容部分由介電陶瓷材料疊層形成，再將兩部分結(jié)合為一體形成錯(cuò)層式LC濾波器，此類濾 波器雖然提高了濾波器的帶外特性，但由于陶瓷層和鐵氧體層之間存在界面效應(yīng)，且兩種 材料晶體粒度和收縮率不同，在排膠燒結(jié)時(shí)會(huì)在界面產(chǎn)生大量的應(yīng)力，兩種材料收縮速率 和方向的差異加速了應(yīng)力的累積，這種產(chǎn)生的界面應(yīng)力加上材料層間的收縮失配往往會(huì)造 成濾波器內(nèi)部的裂紋、分層和翹曲，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成瓷體開裂，大大降低了濾波器的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)以上問題，本發(fā)明的任務(wù)是提供一種新型疊層片式濾波器及其制備方法，該 濾波器具有截止頻率低、帶外抑制高、矩形系數(shù)好、工作頻率范圍寬等優(yōu)點(diǎn)；在制備本發(fā) 明提供的片式濾波器時(shí)，無需對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行改造，其制備工藝與常規(guī)片式元器件工藝及 LTCC工藝相兼容。本發(fā)明在現(xiàn)有的LC型鐵氧體片式濾波器中引入陶瓷柱狀陣列，有效提高濾波器 的容值，由于柱狀陣列均勻分布，作為主體結(jié)構(gòu)的鐵氧體材料可以有效控制柱狀陣列中每 一單獨(dú)柱體的收縮，減少瓷體內(nèi)部應(yīng)力，緩解異質(zhì)材料界面效應(yīng)，從而整體提高瓷體的可靠 性。本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下
—種疊層片式濾波器，如圖1所示，由疊層片式電容和疊層片式磁芯電感復(fù)合而 成，具有疊層片式結(jié)構(gòu)。所述疊層片式磁芯電感由多層表面印刷了導(dǎo)體線的鐵氧體膜片層 疊燒結(jié)而成，多層鐵氧體膜片表面的導(dǎo)體線相互連通并形成一個(gè)電感線圈，該電感線圈的 一個(gè)引出端與整個(gè)濾波器的一個(gè)端電極相連，另一個(gè)引出端與整個(gè)濾波器的另一個(gè)端電極 相連。所述疊層片式電容包括兩個(gè)端電極板和一個(gè)地電極板，其中一個(gè)端電極板與整個(gè)濾 波器的一個(gè)端電極相連，另一個(gè)端電極板與整個(gè)濾波器的另一個(gè)端電極相連，地電極板與 整個(gè)濾波器的地電極相連；在端電極與地電極之間是復(fù)合介質(zhì)材料，所述復(fù)合介質(zhì)材料包 括鐵氧體材料和分布于鐵氧體材料中的柱狀陶瓷陣列。本發(fā)明提供的疊層片式濾波器，還可以拓展成周期性結(jié)構(gòu)。如圖2所示本發(fā)明提 供的具有周期性拓展結(jié)構(gòu)的疊層片式濾波器，該濾波器由多個(gè)所述疊層片式電容和多個(gè)所 述疊層片式磁芯電感相互間隔地層疊在一起。與現(xiàn)有的C型、阻容型、純感型片式濾波器相比(各種形式濾波器的插損-頻率曲 線如圖4所示)，本發(fā)明提供的濾波器具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)濾波器中的電感部分具有感值大、等效串聯(lián)電阻小、寄生參數(shù)小等優(yōu)點(diǎn)，提高 了濾波器通帶內(nèi)的傳輸性能；(2)通過在電容部分膜片中填入低介高頻陶瓷材料，經(jīng)過多層疊加后形成柱狀陣 列，有效的增加了濾波器中電容部分的容值和Q值，縮小了濾波器的體積和重量，同時(shí)增強(qiáng) 了濾波器的帶外抑制特性和高頻特性，削弱了濾波器帶外抑制隨著頻率增加而變差的“翹 尾”現(xiàn)象，擴(kuò)展了濾波器的工作頻率應(yīng)用范圍。(3)本發(fā)明在實(shí)際的制備過程中，通過通孔填充介電陶瓷材料，多層疊加后形成的 柱狀陣列分布均勻，陣列中的每一單獨(dú)柱體陶瓷材料，均被作為主體結(jié)構(gòu)的鐵氧體材料緊 緊環(huán)繞控制，從而有效分解瓷體內(nèi)部應(yīng)力，緩解異質(zhì)材料之間的界面效應(yīng)，大大降低共燒時(shí) 的收縮失配，解決瓷體共燒時(shí)可能出現(xiàn)的分層開裂現(xiàn)象，整體提高濾波器的可靠性，此方法 簡(jiǎn)單高效，批量一致性好。


圖1是本發(fā)明提供的疊層片式濾波器的縱向剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明提供的具有周期性拓展結(jié)構(gòu)的疊層片式濾波器的縱向剖面結(jié)構(gòu)示 意圖。圖3是本發(fā)明提供的柱狀陶瓷陣列結(jié)構(gòu)平面示意圖。圖4是本發(fā)明提供的疊層片式濾波器與相關(guān)濾波器的插入損耗-頻率曲線對(duì)比 圖。
具體實(shí)施例方式一種疊層片式濾波器，如圖1所示，由疊層片式電容和疊層片式磁芯電感復(fù)合而 成，具有疊層片式結(jié)構(gòu)。所述疊層片式磁芯電感由多層表面印刷了導(dǎo)體線的鐵氧體膜片層 疊燒結(jié)而成，多層鐵氧體膜片表面的導(dǎo)體線相互連通并形成一個(gè)電感線圈，該電感線圈的 一個(gè)引出端與整個(gè)濾波器的一個(gè)端電極相連，另一個(gè)引出端與整個(gè)濾波器的另一個(gè)端電極 相連。所述疊層片式電容包括兩個(gè)端電極板和一個(gè)地電極板，其中一個(gè)端電極板與整個(gè)濾波器的一個(gè)端電極相連，另一個(gè)端電極板與整個(gè)濾波器的另一個(gè)端電極相連，地電極板與 整個(gè)濾波器的地電極相連；在端電極與地電極之間是復(fù)合介質(zhì)材料，所述復(fù)合介質(zhì)材料包 括鐵氧體材料和分布于鐵氧體材料中的柱狀陶瓷陣列。本發(fā)明提供的疊層片式濾波器，還可以拓展成周期性結(jié)構(gòu)。如圖2所示本發(fā)明提 供的具有周期性拓展結(jié)構(gòu)的疊層片式濾波器，該濾波器由多個(gè)所述疊層片式電容和多個(gè)所 述疊層片式磁芯電感相互間隔地層疊在一起，從而實(shí)現(xiàn)電感和電容并聯(lián)的結(jié)構(gòu)形式，滿足 各種應(yīng)用領(lǐng)域的需求。一種疊層片式濾波器的制備方法，包括以下步驟步驟1 制備鐵氧體生瓷膜片。選取初始磁導(dǎo)率在100 1000之間的鐵氧體粉料， 經(jīng)球磨均勻混合后，制成鐵氧體漿料，然后通過干法流延方式制備出鐵氧體生瓷膜片，記為 膜片A。單層膜片A的厚度控制在IOum IOOum之間。步驟2 制備陶瓷漿料。選取介電常數(shù)在10 100之間的陶瓷粉料，加入助劑后 經(jīng)球磨均勻混合，得到陶瓷漿料。所述助劑包括粘合劑、分散劑、酒精和甲苯。步驟3 打陣列孔。選取相應(yīng)數(shù)量用于制備疊層片式電容的膜片A，打等距陣列孔， 孔直徑為0. 2mm，孔間中心距離為0. 6mm，將打好陣列孔的膜片A記為膜片B。步驟4 填陶瓷漿料。將步驟2制備的陶瓷漿料填入膜片B的陣列孔中，得到膜片 D0步驟5 打互連孔。選取相應(yīng)數(shù)量用于制備疊層片式磁芯電感的膜片A，在制備電 感需要進(jìn)行導(dǎo)線互連的位置打上互連孔，互連孔直徑為0. 2mm，將打好互連孔的膜片A記為 膜片C。步驟6 填導(dǎo)體漿料。將導(dǎo)體漿料填入膜片C的互連孔中，得到膜片E。步驟7 :印刷。采用導(dǎo)體漿料在部分膜片B表面印刷疊層片式電容器所需地電極 或端電極圖形，得到膜片F(xiàn) ；同樣地，采用導(dǎo)體漿料在膜片C表面印刷疊層片式磁芯電感所 需導(dǎo)線圖形，得到膜片G。步驟8 疊層、熱水均壓，選取一定數(shù)量的膜片A，膜片F(xiàn)和膜片G，按照濾波器結(jié)構(gòu) 逐一疊層。疊層后通過熱水均壓的方式形成致密的巴塊。步驟9 切割、排膠、燒結(jié)和封端。將步驟8形成的巴塊通過切割的方式，形成大小 一致的長(zhǎng)方體芯片，并放入排膠爐、燒結(jié)爐中進(jìn)行排膠和燒結(jié)，形成大小相同、致密均勻的 成瓷芯片。將芯片進(jìn)行封端，最終得到本發(fā)明中的疊層片式濾波器。
權(quán)利要求
一種疊層片式濾波器，由疊層片式電容和疊層片式磁芯電感復(fù)合而成，具有疊層片式結(jié)構(gòu)；其特征在于所述疊層片式磁芯電感由多層表面印刷了導(dǎo)體線的鐵氧體膜片層疊燒結(jié)而成，多層鐵氧體膜片表面的導(dǎo)體線相互連通并形成一個(gè)電感線圈，該電感線圈的一個(gè)引出端與整個(gè)濾波器的一個(gè)端電極相連，另一個(gè)引出端與整個(gè)濾波器的另一個(gè)端電極相連；所述疊層片式電容包括兩個(gè)端電極板和一個(gè)地電極板，其中一個(gè)端電極板與整個(gè)濾波器的一個(gè)端電極相連，另一個(gè)端電極板與整個(gè)濾波器的另一個(gè)端電極相連，地電極板與整個(gè)濾波器的地電極相連；在端電極與地電極之間是復(fù)合介質(zhì)材料，所述復(fù)合介質(zhì)材料包括鐵氧體材料和分布于鐵氧體材料中的柱狀陶瓷陣列。
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，所述疊層片式濾波器具有周 期性結(jié)構(gòu)，由多個(gè)所述疊層片式電容和多個(gè)所述疊層片式磁芯電感相互間隔地層疊在一 起。
3.一種疊層片式濾波器的制備方法，包括以下步驟步驟1 制備鐵氧體生瓷膜片；選取初始磁導(dǎo)率在100 1000之間的鐵氧體粉料，經(jīng)球 磨均勻混合后，制成鐵氧體漿料，然后通過干法流延方式制備出鐵氧體生瓷膜片，記為膜片 A ；單層膜片A的厚度控制在IOum IOOum之間；步驟2 制備陶瓷漿料；選取介電常數(shù)在10 100之間的陶瓷粉料，加入助劑后經(jīng)球磨 均勻混合，得到陶瓷漿料；所述助劑包括粘合劑、分散劑、酒精和甲苯。步驟3 打陣列孔；選取相應(yīng)數(shù)量用于制備疊層片式電容的膜片A，打等距陣列孔，孔直 徑為0. 2mm，孔間中心距離為0. 6mm，將打好陣列孔的膜片A記為膜片B ；步驟4 填陶瓷漿料；將步驟2制備的陶瓷漿料填入膜片B的陣列孔中，得到膜片D ； 步驟5 打互連孔；選取相應(yīng)數(shù)量用于制備疊層片式磁芯電感的膜片A，在制備電感需 要進(jìn)行導(dǎo)線互連的位置打上互連孔，互連孔直徑為0. 2mm,將打好互連孔的膜片A記為膜片 C 步驟6 填導(dǎo)體漿料；將導(dǎo)體漿料填入膜片C的互連孔中，得到膜片E ； 步驟7 印刷；采用導(dǎo)體漿料在部分膜片B表面印刷疊層片式電容器所需地電極或端電 極圖形，得到膜片F(xiàn) ；同樣地，采用導(dǎo)體漿料在膜片C表面印刷疊層片式磁芯電感所需導(dǎo)線 圖形，得到膜片G ；步驟8 疊層、熱水均壓，選取一定數(shù)量的膜片A，膜片F(xiàn)和膜片G，按照濾波器結(jié)構(gòu)逐一 疊層；疊層后通過熱水均壓的方式形成致密的巴塊；步驟9 切割、排膠、燒結(jié)和封端；將步驟8形成的巴塊通過切割的方式，形成大小一致 的長(zhǎng)方體芯片，并放入排膠爐、燒結(jié)爐中進(jìn)行排膠和燒結(jié)，形成大小相同、致密均勻的成瓷 芯片。將芯片進(jìn)行封端，最終得到本發(fā)明中的疊層片式濾波器。
全文摘要
一種疊層片式濾波器及其制備方法，屬于電子元器件技術(shù)領(lǐng)域。該濾波器由疊層片式電容和疊層片式磁芯電感復(fù)合而成；所述疊層片式磁芯電感由多層表面印刷了導(dǎo)體線的鐵氧體膜片層疊燒結(jié)而成；所述疊層片式電容包括的端電極與地電極之間是復(fù)合介質(zhì)材料，所述復(fù)合介質(zhì)材料包括鐵氧體材料和分布于鐵氧體材料中的柱狀陶瓷陣列。其制備方法包括配料、流延、制漿、打陣列/互連孔、填陶瓷/導(dǎo)體漿料、導(dǎo)帶印刷、疊片、熱水均壓、切割、排燒、封端等步驟。本發(fā)明通過在疊層鐵氧體片式濾波器的電容部分增加陶瓷柱狀陣列結(jié)構(gòu)，增加了普通鐵氧體結(jié)構(gòu)中的等效介電常數(shù)，提高了Q值，增大了容值，有效的降低濾波器截止頻率，改善了濾波器帶外抑制特性。
文檔編號(hào)H03H7/09GK101951237SQ201010236818
公開日2011年1月19日 申請(qǐng)日期2010年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月23日
發(fā)明者尉旭波, 徐自強(qiáng), 曾志毅 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)