CN101951237B - 一种叠层片式滤波器及其制备方法 - Google Patents

一种叠层片式滤波器及其制备方法 Download PDF

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一种叠层片式滤波器及其制备方法，属于电子元器件技术领域。该滤波器由叠层片式电容和叠层片式磁芯电感复合而成；所述叠层片式磁芯电感由多层表面印刷了导体线的铁氧体膜片层叠烧结而成；所述叠层片式电容包括的端电极与地电极之间是复合介质材料，所述复合介质材料包括铁氧体材料和分布于铁氧体材料中的柱状陶瓷阵列。其制备方法包括配料、流延、制浆、打阵列/互连孔、填陶瓷/导体浆料、导带印刷、叠片、热水均压、切割、排烧、封端等步骤。本发明通过在叠层铁氧体片式滤波器的电容部分增加陶瓷柱状阵列结构，增加了普通铁氧体结构中的等效介电常数，提高了Q值，增大了容值，有效的降低滤波器截止频率，改善了滤波器带外抑制特性。

Description

一种叠层片式滤波器及其制备方法
技术领域
本发明属于电子元器件技术领域，涉及片式滤波器，特别是含有介电陶瓷柱状阵列的叠层片式铁氧体滤波器及其制备方法。
背景技术
随着整机和***对电子元器件体积和重量的要求越来越高，滤波器作为***和整机中大量使用的无源元件，减小其体积和重量非常重要，特别是抗电磁干扰应用的滤波器，研究体积小、可靠性高的抗电磁干扰滤波器更是成为当前的关注热点。为此，国内外厂家通过采用多层片式结构的形式来研制和生产小型化、低截止频率的抗电磁干扰滤波器。
目前叠层片式结构的抗电磁干扰滤波器，其电路和结构形式有采用单一介电陶瓷材料的并联对地电容的C型电容形式或单一铁氧体多层电感的纯电感形式，这些结构形式的抗电磁干扰滤波器具有带外抑制性能不高，矩形度差等缺点。为了解决滤波器的带外抑制特性差的缺点，滤波器生产厂商通过采用多层LC型电路结构来提高滤波器的频带特性。常见的结构有采用单一介电陶瓷材料构成的LC型滤波器，此种结构的滤波器改善了带外抑制特性，但要满足较低截止频率的应用需求，就需要增加滤波器的容值和感值，由于介电陶瓷的磁导率很小，只能通过增加电感层数来增加感值，从而大大增加了滤波器的体积和重量。也有采用单一铁氧体材料构成的LC型滤波器，同样由于铁氧体材料的介电常数很小，虽如要提高容值来满足较低截止频率的需求，只能通过增加电容层数来实现，也会大大增加了滤波器的体积和重量；同时单一铁氧体材料由于其谐振频率不高，使得滤波器的工作频率范围通常低于500MHz。另外一种滤波器就是采用电感部分有铁氧体材料叠层形成，电容部分由介电陶瓷材料叠层形成，再将两部分结合为一体形成错层式LC滤波器，此类滤波器虽然提高了滤波器的带外特性，但由于陶瓷层和铁氧体层之间存在界面效应，且两种材料晶体粒度和收缩率不同，在排胶烧结时会在界面产生大量的应力，两种材料收缩速率和方向的差异加速了应力的累积，这种产生的界面应力加上材料层间的收缩失配往往会造成滤波器内部的裂纹、分层和翘曲，严重时会造成瓷体开裂，大大降低了滤波器的可靠性。
发明内容
针对以上问题，本发明的任务是提供一种新型叠层片式滤波器及其制备方法，该滤波器具有截止频率低、带外抑制高、矩形系数好、工作频率范围宽等优点；在制备本发明提供的片式滤波器时，无需对现有设备进行改造，其制备工艺与常规片式元器件工艺及LTCC工艺相兼容。
本发明在现有的LC型铁氧体片式滤波器中引入陶瓷柱状阵列，有效提高滤波器的容值，由于柱状阵列均匀分布，作为主体结构的铁氧体材料可以有效控制柱状阵列中每一单独柱体的收缩，减少瓷体内部应力，缓解异质材料界面效应，从而整体提高瓷体的可靠性。
本发明采取的技术方案如下：
一种叠层片式滤波器，如图1所示，由叠层片式电容和叠层片式磁芯电感复合而成，具有叠层片式结构。所述叠层片式磁芯电感由多层表面印刷了导体线的铁氧体膜片层叠烧结而成，多层铁氧体膜片表面的导体线相互连通并形成一个电感线圈，该电感线圈的一个引出端与整个滤波器的一个端电极相连，另一个引出端与整个滤波器的另一个端电极相连。所述叠层片式电容包括两个端电极板和一个地电极板，其中一个端电极板与整个滤波器的一个端电极相连，另一个端电极板与整个滤波器的另一个端电极相连，地电极板与整个滤波器的地电极相连；在端电极与地电极之间是复合介质材料，所述复合介质材料包括铁氧体材料和分布于铁氧体材料中的柱状陶瓷阵列。
本发明提供的叠层片式滤波器，还可以拓展成周期性结构。如图2所示本发明提供的具有周期性拓展结构的叠层片式滤波器，该滤波器由多个所述叠层片式电容和多个所述叠层片式磁芯电感相互间隔地层叠在一起。
与现有的C型、阻容型、纯感型片式滤波器相比(各种形式滤波器的插损-频率曲线如图4所示)，本发明提供的滤波器具有以下优点：
(1)滤波器中的电感部分具有感值大、等效串联电阻小、寄生参数小等优点，提高了滤波器通带内的传输性能；
(2)通过在电容部分膜片中填入低介高频陶瓷材料，经过多层叠加后形成柱状阵列，有效的增加了滤波器中电容部分的容值和Q值，缩小了滤波器的体积和重量，同时增强了滤波器的带外抑制特性和高频特性，削弱了滤波器带外抑制随着频率增加而变差的“翘尾”现象，扩展了滤波器的工作频率应用范围。
(3)本发明在实际的制备过程中，通过通孔填充介电陶瓷材料，多层叠加后形成的柱状阵列分布均匀，阵列中的每一单独柱体陶瓷材料，均被作为主体结构的铁氧体材料紧紧环绕控制，从而有效分解瓷体内部应力，缓解异质材料之间的界面效应，大大降低共烧时的收缩失配，解决瓷体共烧时可能出现的分层开裂现象，整体提高滤波器的可靠性，此方法简单高效，批量一致性好。
附图说明
图1是本发明提供的叠层片式滤波器的纵向剖面结构示意图。
图2是本发明提供的具有周期性拓展结构的叠层片式滤波器的纵向剖面结构示意图。
图3是本发明提供的柱状陶瓷阵列结构平面示意图。
图4是本发明提供的叠层片式滤波器与相关滤波器的***损耗-频率曲线对比图。
具体实施方式
一种叠层片式滤波器，如图1所示，由叠层片式电容和叠层片式磁芯电感复合而成，具有叠层片式结构。所述叠层片式磁芯电感由多层表面印刷了导体线的铁氧体膜片层叠烧结而成，多层铁氧体膜片表面的导体线相互连通并形成一个电感线圈，该电感线圈的一个引出端与整个滤波器的一个端电极相连，另一个引出端与整个滤波器的另一个端电极相连。所述叠层片式电容包括两个端电极板和一个地电极板，其中一个端电极板与整个滤波器的一个端电极相连，另一个端电极板与整个滤波器的另一个端电极相连，地电极板与整个滤波器的地电极相连；在端电极与地电极之间是复合介质材料，所述复合介质材料包括铁氧体材料和分布于铁氧体材料中的柱状陶瓷阵列。
本发明提供的叠层片式滤波器，还可以拓展成周期性结构。如图2所示本发明提供的具有周期性拓展结构的叠层片式滤波器，该滤波器由多个所述叠层片式电容和多个所述叠层片式磁芯电感相互间隔地层叠在一起，从而实现电感和电容并联的结构形式，满足各种应用领域的需求。
一种叠层片式滤波器的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：制备铁氧体生瓷膜片。选取初始磁导率在100～1000之间的铁氧体粉料，经球磨均匀混合后，制成铁氧体浆料，然后通过干法流延方式制备出铁氧体生瓷膜片，记为膜片A。单层膜片A的厚度控制在10um～100um之间。
步骤2：制备陶瓷浆料。选取介电常数在10～100之间的陶瓷粉料，加入助剂后经球磨均匀混合，得到陶瓷浆料。所述助剂包括粘合剂、分散剂、酒精和甲苯。
步骤3：打阵列孔。选取相应数量用于制备叠层片式电容的膜片A，打等距阵列孔，孔直径为0.2mm，孔间中心距离为0.6mm，将打好阵列孔的膜片A记为膜片B。
步骤4：填陶瓷浆料。将步骤2制备的陶瓷浆料填入膜片B的阵列孔中，得到膜片D。
步骤5：打互连孔。选取相应数量用于制备叠层片式磁芯电感的膜片A，在制备电感需要进行导线互连的位置打上互连孔，互连孔直径为0.2mm，将打好互连孔的膜片A记为膜片C。
步骤6：填导体浆料。将导体浆料填入膜片C的互连孔中，得到膜片E。
步骤7：印刷。采用导体浆料在部分膜片B表面印刷叠层片式电容器所需地电极或端电极图形，得到膜片F；同样地，采用导体浆料在膜片C表面印刷叠层片式磁芯电感所需导线图形，得到膜片G。
步骤8：叠层、热水均压，选取一定数量的膜片A，膜片F和膜片G，按照滤波器结构逐一叠层。叠层后通过热水均压的方式形成致密的巴块。
步骤9：切割、排胶、烧结和封端。将步骤8形成的巴块通过切割的方式，形成大小一致的长方体芯片，并放入排胶炉、烧结炉中进行排胶和烧结，形成大小相同、致密均匀的成瓷芯片。将芯片进行封端，最终得到本发明中的叠层片式滤波器。

Claims (3)

1.一种叠层片式滤波器，由叠层片式电容和叠层片式磁芯电感复合而成，具有叠层片式结构；其特征在于：所述叠层片式磁芯电感由多层表面印刷了导体线的铁氧体膜片层叠烧结而成，多层铁氧体膜片表面的导体线相互连通并形成一个电感线圈，该电感线圈的一个引出端与整个滤波器的一个端电极相连，另一个引出端与整个滤波器的另一个端电极相连；所述叠层片式电容包括两个端电极板和一个地电极板，其中一个端电极板与整个滤波器的一个端电极相连，另一个端电极板与整个滤波器的另一个端电极相连，地电极板与整个滤波器的地电极相连；在端电极与地电极之间是复合介质材料，所述复合介质材料包括铁氧体材料和分布于铁氧体材料中的柱状陶瓷阵列。
2.根据权利要求1所述的叠层片式滤波器，其特征在于，所述叠层片式滤波器具有周期性结构，由多个所述叠层片式电容和多个所述叠层片式磁芯电感相互间隔地层叠在一起。
3.一种叠层片式滤波器的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：制备铁氧体生瓷膜片；选取初始磁导率在100到1000之间的铁氧体粉料，经球磨均匀混合后，制成铁氧体浆料，然后通过干法流延方式制备出铁氧体生瓷膜片，记为膜片A；单层膜片A的厚度控制在10um到100um之间；
步骤2：制备陶瓷浆料；选取介电常数在10到100之间的陶瓷粉料，加入助剂后经球磨均匀混合，得到陶瓷浆料；所述助剂包括粘合剂、分散剂、酒精和甲苯；
步骤3：打阵列孔；选取相应数量用于制备叠层片式电容的膜片A，打等距阵列孔，孔直径为0.2mm，孔间中心距离为0.6mm，将打好阵列孔的膜片A记为膜片B；
步骤4：填陶瓷浆料；将步骤2制备的陶瓷浆料填入膜片B的阵列孔中，得到膜片D；
步骤5：打互连孔；选取相应数量用于制备叠层片式磁芯电感的膜片A，在制备电感需要进行导线互连的位置打上互连孔，互连孔直径为0.2mm，将打好互连孔的膜片A记为膜片C；
步骤6：填导体浆料；将导体浆料填入膜片C的互连孔中，得到膜片E；
步骤7：印刷；采用导体浆料在部分膜片B表面印刷叠层片式电容所需地电极或端电极图形，得到膜片F；同样地，采用导体浆料在膜片C表面印刷叠层片式磁芯电感所需导线图形，得到膜片G；
步骤8：叠层、热水均压，选取一定数量的膜片A，膜片F和膜片G，按照滤波器结构逐一叠层；叠层后通过热水均压的方式形成致密的巴块；
步骤9：切割、排胶、烧结和封端；将步骤8形成的巴块通过切割的方式，形成大小一致的长方体芯片，并放入排胶炉、烧结炉中进行排胶和烧结，形成大小相同、致密均匀的成瓷芯片；将芯片进行封端，最终得到叠层片式滤波器。
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