專利名稱：一種疊層片式濾波器及其制備方法
技術領域：
本發明屬于電子元器件技術領域，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：
隨著整機和系統對電子元器件體積和重量的要求越來越高，濾波器作為系統和整 機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前的關注熱點。為此，國內外廠家通 過采用多層片式結構的形式來研制和生產小型化、低截止頻率的抗電磁干擾濾波器。目前疊層片式結構的抗電磁干擾濾波器，其電路和結構形式有采用單一介電陶瓷 材料的并聯對地電容的C型電容形式或單一鐵氧體多層電感的純電感形式，這些結構形式 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。為了解決濾波器的帶外抑 制特性差的缺點，濾波器生產廠商通過采用多層LC型電路結構來提高濾波器的頻帶特性。 常見的結構有采用單一介電陶瓷材料構成的LC型濾波器，此種結構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 陶瓷的磁導率很小，只能通過增加電感層數來增加感值，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成的LC型濾波器，同樣由于鐵氧體材料的介電常數很 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來實現，也會大大 增加了濾波器的體積和重量；同時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，再將兩部分結合為一體形成錯層式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，且兩種 材料晶體粒度和收縮率不同，在排膠燒結時會在界面產生大量的應力，兩種材料收縮速率 和方向的差異加速了應力的累積，這種產生的界面應力加上材料層間的收縮失配往往會造 成濾波器內部的裂紋、分層和翹曲，嚴重時會造成瓷體開裂，大大降低了濾波器的可靠性。
發明內容
針對以上問題，本發明的任務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、矩形系數好、工作頻率范圍寬等優點；在制備本發 明提供的片式濾波器時，無需對現有設備進行改造，其制備工藝與常規片式元器件工藝及 LTCC工藝相兼容。本發明在現有的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，作為主體結構的鐵氧體材料可以有效控制柱狀陣列中每 一單獨柱體的收縮，減少瓷體內部應力，緩解異質材料界面效應，從而整體提高瓷體的可靠 性。本發明采取的技術方案如下
—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合而 成，具有疊層片式結構。所述疊層片式磁芯電感由多層表面印刷了導體線的鐵氧體膜片層 疊燒結而成，多層鐵氧體膜片表面的導體線相互連通并形成一個電感線圈，該電感線圈的 一個引出端與整個濾波器的一個端電極相連，另一個引出端與整個濾波器的另一個端電極 相連。所述疊層片式電容包括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 波器的一個端電極相連，另一個端電極板與整個濾波器的另一個端電極相連，地電極板與 整個濾波器的地電極相連；在端電極與地電極之間是復合介質材料，所述復合介質材料包 括鐵氧體材料和分布于鐵氧體材料中的柱狀陶瓷陣列。本發明提供的疊層片式濾波器，還可以拓展成周期性結構。如圖2所示本發明提 供的具有周期性拓展結構的疊層片式濾波器，該濾波器由多個所述疊層片式電容和多個所 述疊層片式磁芯電感相互間隔地層疊在一起。與現有的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)，本發明提供的濾波器具有以下優點(1)濾波器中的電感部分具有感值大、等效串聯電阻小、寄生參數小等優點，提高 了濾波器通帶內的傳輸性能；(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，同時增強 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”現象，擴展了濾波器的工作頻率應用范圍。(3)本發明在實際的制備過程中，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，陣列中的每一單獨柱體陶瓷材料，均被作為主體結構的鐵氧體材料緊 緊環繞控制，從而有效分解瓷體內部應力，緩解異質材料之間的界面效應，大大降低共燒時 的收縮失配，解決瓷體共燒時可能出現的分層開裂現象，整體提高濾波器的可靠性，此方法 簡單高效，批量一致性好。
圖1是本發明提供的疊層片式濾波器的縱向剖面結構示意圖。圖2是本發明提供的具有周期性拓展結構的疊層片式濾波器的縱向剖面結構示 意圖。圖3是本發明提供的柱狀陶瓷陣列結構平面示意圖。圖4是本發明提供的疊層片式濾波器與相關濾波器的插入損耗-頻率曲線對比 圖。
具體實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合而 成，具有疊層片式結構。所述疊層片式磁芯電感由多層表面印刷了導體線的鐵氧體膜片層 疊燒結而成，多層鐵氧體膜片表面的導體線相互連通并形成一個電感線圈，該電感線圈的 一個引出端與整個濾波器的一個端電極相連，另一個引出端與整個濾波器的另一個端電極 相連。所述疊層片式電容包括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一個端電極相連，另一個端電極板與整個濾波器的另一個端電極相連，地電極板與 整個濾波器的地電極相連；在端電極與地電極之間是復合介質材料，所述復合介質材料包 括鐵氧體材料和分布于鐵氧體材料中的柱狀陶瓷陣列。本發明提供的疊層片式濾波器，還可以拓展成周期性結構。如圖2所示本發明提 供的具有周期性拓展結構的疊層片式濾波器，該濾波器由多個所述疊層片式電容和多個所 述疊層片式磁芯電感相互間隔地層疊在一起，從而實現電感和電容并聯的結構形式，滿足 各種應用領域的需求。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。選取初始磁導率在100 1000之間的鐵氧體粉料， 經球磨均勻混合后，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。選取介電常數在10 100之間的陶瓷粉料，加入助劑后 經球磨均勻混合，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。選取相應數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。選取相應數量用于制備疊層片式磁芯電感的膜片A，在制備電 感需要進行導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 填導體漿料。將導體漿料填入膜片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 ；同樣地，采用導體漿料在膜片C表面印刷疊層片式磁芯電感所 需導線圖形，得到膜片G。步驟8 疊層、熱水均壓，選取一定數量的膜片A，膜片F和膜片G，按照濾波器結構 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 一致的長方體芯片，并放入排膠爐、燒結爐中進行排膠和燒結，形成大小相同、致密均勻的 成瓷芯片。將芯片進行封端，最終得到本發明中的疊層片式濾波器。
權利要求
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合而成，具有疊層片式結構；其特征在于所述疊層片式磁芯電感由多層表面印刷了導體線的鐵氧體膜片層疊燒結而成，多層鐵氧體膜片表面的導體線相互連通并形成一個電感線圈，該電感線圈的一個引出端與整個濾波器的一個端電極相連，另一個引出端與整個濾波器的另一個端電極相連；所述疊層片式電容包括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一個端電極相連，另一個端電極板與整個濾波器的另一個端電極相連，地電極板與整個濾波器的地電極相連；在端電極與地電極之間是復合介質材料，所述復合介質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.根據權利要求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 期性結構，由多個所述疊層片式電容和多個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；選取初始磁導率在100 1000之間的鐵氧體粉料，經球 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；選取介電常數在10 100之間的陶瓷粉料，加入助劑后經球磨 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；選取相應數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；選取相應數量用于制備疊層片式磁芯電感的膜片A，在制備電感需 要進行導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 填導體漿料；將導體漿料填入膜片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 ；同樣地，采用導體漿料在膜片C表面印刷疊層片式磁芯電感所需導線 圖形，得到膜片G ；步驟8 疊層、熱水均壓，選取一定數量的膜片A，膜片F和膜片G，按照濾波器結構逐一 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 的長方體芯片，并放入排膠爐、燒結爐中進行排膠和燒結，形成大小相同、致密均勻的成瓷 芯片。將芯片進行封端，最終得到本發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領域。該濾波器由疊層片式電容和疊層片式磁芯電感復合而成；所述疊層片式磁芯電感由多層表面印刷了導體線的鐵氧體膜片層疊燒結而成；所述疊層片式電容包括的端電極與地電極之間是復合介質材料，所述復合介質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/導體漿料、導帶印刷、疊片、熱水均壓、切割、排燒、封端等步驟。本發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構，增加了普通鐵氧體結構中的等效介電常數，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H03H7/09GK101951237SQ201010236818
公開日2011年1月19日 申請日期2010年7月23日 優先權日2010年7月23日
發明者尉旭波, 徐自強, 曾志毅 申請人:電子科技大學