單片電感電容諧振器和單片電感電容濾波器的製作方法

2023-09-19 23:53:20 2

專利名稱：單片電感電容諧振器和單片電感電容濾波器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種單片電感電容(LC)諧振器和單片LC濾波器，並且特別涉及一種適用於高頻波帶的單片LC諧振器和單片LC濾波器。


圖16和17示出常規單片LC諧振器和一個例子。如圖16中所示，LC諧振器100包括具有形成在其上表面上的電容器圖案112的陶瓷片104、具有形成在其上表面上的電感器圖案111的陶瓷片105、具有形成在其上表面上的輸入電容器圖案115和輸出電容器圖案116的陶瓷片106、以及具有分別形成在其上表面上的屏蔽電極113和114的陶瓷片102和108等等。
陶瓷片101至108相層疊，並且燒結形成圖17中所示的疊層110。在疊層110上，形成輸入端121、輸出端122和接地端123和124。輸入電容器圖案115連接到輸入端121。輸出電容器圖案116連接到輸出端122。電感器圖案111的引出部分和屏蔽電極113和114的一端連接到接地端123。電容器圖案112和屏蔽電極113和114的另一端連接到接地端124。
在上述LC諧振器100中，包括電感器圖案111電感器和包括與電感器圖案111的開路端相對的電容器圖案112的電容器形成LC並聯諧振電路。該LC並聯諧振電路通過包括相對的電感器圖案111和輸入電容器圖案115的耦合電容電連接到輸入端121。類似地，LC並聯諧振電路通過包括相對的電感器圖案111和輸出電容器圖案116的耦合電容電連接到輸出端122。
LC諧振器的特性取決於在諧振電路中的電感器的Q值。電感器的Q值被表達為Q=2πf0L/R，其中L是電感器的電感，R是電感器的電阻，f0是諧振頻率。如該等式所示，電感器的Q值可以通過降低電感器的電阻R而增加。電阻R與電感器圖案111的截面面積成反比。因此，Q值可以通過增加電感器圖案111的而增加。
但是，為了增加電感器圖案111的截面S，要增加電感器圖案111的厚度，當陶瓷片101至106被燒結時，這造成疊層110的內部應變、應力或收縮增加，導致脫層等等問題。
另外，在電感器圖案111周圍產生的磁場集中在電感器圖案111的邊緣，造成大的渦流損耗。另外，在常規的LC諧振器100中，在電感器圖案111的周圍產生的磁場被電容器圖案112所幹擾。因此，產生電感器的電感L較低的問題。
如上文所述，對於常規的LC諧振器100，由於構成LC諧振電路的電感器圖案111較大並且電感L較低，因此難以獲得高的Q值。
相應地，本發明的一個目的是提供一種分別包括具有高Q值的單片LC諧振器和LC濾波器。
為了實現上述目的，根據本發明一種單片LC諧振器包括疊層體，其包括層疊在一起的絕緣層、電感器圖案以及電容器圖案；提供於該疊層體中的LC諧振電路，其中包括由該電感器圖案所確定的電感器，並且電容器被限定為與電感器圖案相對，並且絕緣層夾在電容器圖案和電感器圖案之間。在該單片LC諧振器中，LC諧振電路的電感器具有多層結構，其中多個管狀結構隔著絕緣層相互重疊，該多個管狀結構的每一個被限定為使得至少兩個電感器圖案通過形成在絕緣層中的通孔相互電連接，並且該電容器圖案布置在電感器的兩個管狀結構之間。
另外，根據本發明，一種單片LC諧振器包括疊層體，其包括層疊在一起的絕緣層、多個電感器圖案以及多個電容器圖案；在該疊層體中的多個LC諧振電路，其中包括由該電感器圖案所確定的多個電感器，並且多個電容器被限定為與電感器圖案相對，並且絕緣層夾在電容器圖案和電感器圖案之間。在該單片LC濾波器中，，每個LC諧振電路的電感器具有多層結構，其中多個管狀結構隔著絕緣層相互重疊，該多個管狀結構中的每一個被限定為使得至少兩個電感器圖案通過形成在絕緣層中的通孔相互電連接，並且至少電容器圖案和用於電容耦合LC諧振器的耦合電容器圖案之一布置在電感器的兩個管狀結構之間。
電感器包括多個管狀結構。可以增加該電感器的表面面積而不增加電感器圖案的厚度。通常，由於趨膚效應，高頻電流具有集中到導體表面流動的特性。由於這種特性，表面面積增加的整個電感器可以被有效地用作為高頻電流的路徑。相應地，與常規電感器相比，電感器的電阻減小，並且電感器的Q值提高。
由流過電感器的高頻電流所產生的磁場幾乎不通過構成電感器的多個管狀結構之間。相應地，在疊層體的疊層方向上，設置在兩個相鄰的管狀結構之間電容器圖案和由於電容耦合該諧振器的耦合電容器圖案幾乎不幹擾電感器的磁場。
另外，該電感器具有多個管狀結構，並且該多個管狀結構通過絕緣層相層疊，以形成多層結構，其緩解在電感器周圍產生的磁場的集中到電感器圖案的邊緣。
圖1為示出根據本發明一個實施例的單片LC諧振器的結構的分解透視圖；圖2為示出圖1的單片LC諧振器的外觀的透視圖；圖3為示出圖2的單片LC諧振器的截面視圖；圖4為圖2的單片LC諧振器的等效電路圖；圖5為示出根據本發明另一個實施例的單片LC諧振器的結構的分解透視圖；圖6為示出圖5的單片LC諧振器的截面視圖；圖7為示出根據本發明一個實施例的單片LC濾波器的分解透視圖；圖8為示出圖7的單片LC濾波器外觀的透視圖；圖9為圖8的單片LC濾波器的截面視圖；圖10為圖8的單片LC濾波器的等效電路圖；圖11為示出通孔的改進例子的平面視圖；圖12為通孔的另一個改進例子的平面視圖；圖13為示出通孔的另一個改進例子的平面視圖；圖14為示出通孔的另一個改進例子的平面視圖；圖15為示出管狀結構的改進例子的分解透視圖；圖16為常規單片LC諧振器的分解透視圖；以及圖17為示出圖16的單片LC諧振器外觀的透視圖。
在下文中，將參照附圖描述本發明的單片LC諧振器和單片LC濾波器。圖1示出單片LC諧振器1的結構。圖2和4分別為單片LC諧振器1的透視外觀及其等效電路。LC諧振器1包括LC並聯諧振電路R1，其中包括電感器L1和電容器C1。該LC並聯諧振電路R1分別通過耦合電容Cs1和Cs2電連接在輸入端2和輸出端3之間。
如圖1中所示，諧振器1包括分別具有提供於其上的電感器圖案21a、21b、22a和22b的絕緣片12、13、15和16；具有提供於其上的電容器圖案23的絕緣片14；具有提供於其上的輸入引出線圖案24和輸出引出線圖案25的絕緣片17；具有分別提供於其上的屏蔽圖案26和27的絕緣片10和19，等等。絕緣片9至19通過把電介質粉末或磁粉與粘合劑等等相混合，並且分別形成為片狀而產生。圖案21a至27由Ag，Pd，Cu，Ni，Au，Ag-Pd合金等等所製成，並且通過分別通過印刷等等方法而形成。
直線電感器圖案21a、21b、22a和22b中的每一個具有恆定的寬度，並且形成在薄片12、13、15和16的中央。直線電感器圖案21a、21b、22a和22b的一端分別暴露到圖1所示的薄片12、13、15和16的前側。電感器圖案21a和21b通過位於薄片12中的長通孔28相互電連接。長通孔28沿著圖1所示的電感器圖案21a的右邊和左邊放置。電感器圖案21a、21b和長通孔28確定具有矩形截面並具有填充於其中的絕緣體的管狀結構21，如圖3中的截面視圖所示。
類似地，電感器圖案22a和22b通過位於薄片15中的長通孔28相互電連接。電感器圖案22a、22b和長通孔28確定管狀結構22。該管狀結構21和22基本上具有相同的形狀和尺寸，並且隔著絕緣片13和14相層疊，以確定雙重結構電感器L1。
電容器圖案23位置圖1所示的薄片14的中央和後部，並且該圖案23的一端暴露於爆破14的後側。電感器圖案23在薄片9至19的疊層方向上置於管狀結構21和22之間。電容器圖案23分別隔著薄片13和14與電感器圖案21b和22a的開路端相對，以確定電容器C1。電容器C1和雙重結構電感器L1確定LC並聯諧振電路R1。
輸入、輸出電容器圖案24和25分別形成在薄片17的右側和左側。輸入電容器圖案24的一端暴露於薄片17的左側，並且輸入電容器圖案24的另一端與電感器圖案22b相對，並且薄片16夾在其中，以確定耦合電容Cs1。輸出電容器圖案25的一端暴露於薄片17的右側，並且該輸出電容器圖案25的另一端與電感器圖案22b相對，薄片16夾在其中，以確定耦合電容Cs2。屏蔽圖案26和27分別具有寬的區域，其被設置為分別暴露於薄片9和19的前側和後側。
具有上述結構的各個薄片9至19依次層疊，在壓力下結合，如圖1中所示，並且整體地被燒結，以產生圖2中所示的疊層體20。在疊層體20的右、左端面分別提供輸入電極2和輸出電極3。接地電極4和5提供於疊層體20的前、後端面上。輸入電容器圖案24的一端連接到輸入電極2。，輸出電容器圖案25的一端連接到輸出電極3。屏蔽圖案26、27的一端以及電感器圖案21a、2lb、22a和22b的一端連接到接地電極4。屏蔽圖案26和27的另一端和電容器圖案23的一端連接到接地電極5。
在單片諧振器1中，電感器L1包括包含電感器圖案21a、21b和長通孔28的管狀結構；以及包含電感器圖案22a、22b和長通孔28的管狀結構22，如圖3中所示。電感器L1的表面區域增加而不增加電感器圖案21a至22b的厚度。通常，由於趨膚效應，高頻電流具有集中流過導體表面的特性。相應地，具有較寬表面面積的電感器L1整體可以被有效用作為高頻電流的通道。因此，與常規電感器相比，電感器L1的電阻減小，使得電感器L1的Q值得以提高。
當高頻電流流過電感器L1時所產生的磁場H很少流過構成電感器L1的管狀結構21和22。相應地，置於管狀結構21和22之間的電容器圖案23幾乎不幹擾電感器L1。
另外，電感器L1包括兩個管狀結構21和22，並且兩個管狀結構21和22通過絕緣片12和4層疊，具有雙重結構。這緩解在電感器圖案21a、21b、22a和22b的邊緣上，在電感器L1的周圍產生的磁場H的集中。結果，可以提供具有高Q值和優良特性的單片LC諧振器。如圖5中所示，根據本發明第二實施例的單片LC諧振器31與第一實施例的LC諧振器1相同，只是三個絕緣片14a、14b和14c被用於取代絕緣片14。在絕緣片14a和14c的表面上，分別提供電容器圖案33和34。在絕緣片14b的表面上，提供電感器圖案32。對應於圖1至4中所示的部件的第二實施例的部件由相同的參考標號所表示，並且類似的說明不再重複。
在LC諧振器31中，電感器L1具有三重結構，其包括兩個管狀結構21和22，以及一個電感器圖案32，因此，用於高頻電流的趨膚效應可以被有利地利用。如圖6中所示，電容器圖案33和34分別置於電感器圖案32和管狀結構21、22之間。該結構有效地抑制電感器L的磁場H對電容器圖案33和34的幹擾，使得電感器L1具有高Q值。圖7示出單片LC濾波器41的結構。圖8和10為LC濾波器41的外觀和等效電路圖。在第三實施例中，以帶通濾波器為例進行描述。不用說，LC濾波器是一個三級LC帶通濾波器。在第一(初)級中的LC諧振器Q1、在第二級中的LC諧振器Q2、以及在第三(末)級中的LC諧振器Q3分別通過耦合電容Cs1和Cs2縱向連接。
如圖7中所示，LC濾波器41包括分別具有提供於其表面上的電感器圖案43a，45a，47a；43b，45b，47b；44a，46a，48a；44b，46b和48b的絕緣片75、76、78和79；分別具有提供於其表面上的電容器圖案51a，52a，53a；51b，52b和53b的絕緣片74和80；具有提供於其表面上的耦合電容器圖案54和55的絕緣片77；分別具有提供於其表面上的屏蔽圖案65和66的絕緣片72和82；等等。
直線電感器圖案43a，43b，44a和44b被設置為分別置於薄片75，76，78和79左側。直線電感器圖案43a，43b，44a和44b的一端分別暴露於薄片75，76，78和79的前側。電感器圖案43a和43b通過位於薄片75中的長通孔68相互連接。長通孔68被設置為分別連接電感器圖案43a和43b的右邊和左邊。電感器圖案43a、43b以及長通孔68確定填充有絕緣體和具有矩形截面的管狀結構43，如圖9中的截面視圖所示。
電感器圖案44a和44b通過位於薄片78中的長通孔68相互電連接。電感器圖案44a和44b以及長通孔68確定管狀結構44。管狀結構43和44在形狀和尺寸上基本相同，並且隔著薄片76和77層疊，以確定雙重結構電感器L1。如果需要的話，輸入引出圖案60a和60b以及輸入引出圖案61a和61b分別通過長通孔電連接。
直線電感器圖案45a、45b、46a和46b分別置於薄片75、76、78和79的中央。直線電感器圖案45a、45b、46a和46b分別暴露於薄片75、76、78和79的前側。電感器圖案45a和45b通過位於薄片75中的長通孔68相互電連接。電感器圖案45a、45b和長通孔68確定具有矩形截面的管狀結構45，如圖9的截面所示。
電感器圖案46a和46b通過位於薄片78中的長通孔68相互電連接。電感器圖案46a、46b和長通孔68確定管狀結構46。管狀結構45和46基本上具有相同的形狀和尺寸，並且隔著薄片76和77層疊，以確定雙重結構電感器L2。
直線電感器圖案47a、47b、48a和48b分別置於薄片75、76、78和79的右側。直線電感器圖案47a、47b、48a和48b分別暴露於薄片75、76、78和79的前側。電感器圖案47a和47b通過位於薄片75中的長通孔68相互電連接。電感器圖案47a、47b和長通孔68確定具有矩形截面的管狀結構47，如圖9所示。
並且，電感器圖案48a和48b通過位於薄片78中的長通孔68相互電連接。電感器圖案48a、48b和長通孔68確定管狀結構48。管狀結構47和48基本上具有相同的形狀和尺寸，並且隔著薄片76和77相層疊，以確定雙重結構電感器L3。從電感器圖案47a，47b，48a和48b的中央延伸的輸出引出圖案62a，62b，63a和63b暴露於薄片75、76、78和79的右側。如果需要的話，輸出引出圖案62a和62b以及輸出引出圖案63a和63b分別通過長通孔電連接。
電容器圖案51a和51b分別置於薄片74和80的後左部位。電容器圖案51a和51b的一端分別暴露於74和80後側。具有雙重結構的電感器L1在薄片71至82的層疊方向上置於電容器圖案51a和51b之間。電容器圖案51a和51b分別隔著薄片74和79與電感器圖案43a和44b的開口端相對，以確定電容器C1。電容器C1和雙重結構的電感器L1構成一個LC並聯諧振電路，即，確定第一級LC諧振器Q1。
電容器圖案52a和52b分別置於薄片74和80的後中部位。電容器圖案52a和52b的一端分別暴露於74和80後側。具有雙重結構的電感器L2在薄片71至82的層疊方向上置於電容器圖案52a和52b之間。電容器圖案52a和52b分別隔著薄片74和79與電感器圖案45a和46b的開口端相對，以確定電容器C2。電容器C2和雙重結構的電感器L2構成一個LC並聯諧振電路，即，確定第二級LC諧振器Q2。
電容器圖案53a和53b分別置於薄片74和80的後中部位。電容器圖案53a和53b的一端分別暴露於74和80後側。具有雙重結構的電感器L3在薄片71至82的層疊方向上置於電容器圖案53a和53b之間。電容器圖案53a和53b分別隔著薄片74和79與電感器圖案47a和48b的開口端相對，以確定電容器C3。電容器C3和雙重結構的電感器L3構成一個LC並聯諧振電路，即，確定第三級LC諧振器Q2。
耦合電容器54a和55分別置於薄片77的後側，並且在薄片71至82的疊層方向上，置於電感器圖案43b、45b和47b與電感器圖案44a、46a和48a之間。耦合電容器圖案54與電感器圖案43b、45b；44a和46a相對，以確定耦合電容Cs1。耦合電容器圖案55與電感器圖案45b、47b；46a和48a相對，以確定耦合電容Cs2。
具有上述結構的各個薄片73至82依次重疊，如圖7中所示，在壓力下結合，並且被燒結以產生圖8中所示的疊層體90。在疊層體90的左端面分別提供輸入電極91和輸出電極92。接地電極93和94位於疊層體90的前、後端面。輸入引出圖案60a，60b，61a和61b連接到輸入電極91。輸出引出圖案62a，62b，63a和63b連接到輸出電極92。屏蔽圖案65和66的一端以及電感器圖案43a至48b的一端分別連接到接地電極93。屏蔽圖案65和66的另一端以及電感器圖案41a至43b的一端分別連接到接地電極94。
在單片LC濾波器41中，各個LC諧振器Q1至Q3的電感器L1至L3具有管狀結構。通過這種結構，可以有效地利用高頻電流的趨膚效應，並且耦合電容幾乎不幹擾由電感器L1至L3所產生的磁場。因此，電感器L1至L3可以分別獲得高Q值，並且LC濾波器41具有優良的帶通濾波特性。
不用說，LC濾波器41可以具有這樣的結構，其中構成LC諧振器Q1至Q3的電容器圖案51a至53b和耦合電容器54和55的層疊位置相互交換。本發明不限於上述實施例。可以在本發明中作出各種改變和改進而不脫離其精神和範圍。例如，在根據上述實施例的電感器中，每個具有矩形截面的管狀結構包括兩個電感器圖案和兩個長通孔。電感器圖案以及通孔的數目和形狀是可選的。例如，在第一實施例，如圖11所示，具有三個長通孔28的電感器圖案21a可以連接到電感器圖案21b。
另外，如圖12，長通孔28可以沿著電感器圖案21a的三側延伸。另外，如圖13所示，多個通孔28可以沿著電感器圖案21a的三側放置。另外，通孔28可以如圖14所示蜿蜒曲折。另外，LC濾波器級的數目(諧振器的數目)可選。另外，如圖15所示，可以添加在表面上具有電感器圖案21a一個絕緣片12。即，三個電感器圖案可以確定管狀結構。
另外，在上述實施例中，具有形成於其上的圖案的絕緣片相重疊，並且被燒結為整體。本發明不限於該實施例。可以採用以前燒結的薄片作為該絕緣片。另外，如下製造方法可以用於確定LC諧振器和LC濾波器。在通過印刷方法等等從糊狀絕緣材料形成絕緣層之後，把糊狀導電圖案材料塗到絕緣層表面上，以形成可選圖案。接著，塗上糊狀絕緣材料以覆蓋該圖案，從而形成包含該圖案的絕緣層。類似地，重複執行上述塗鍍操作，以確定分步具有層疊結構的LC諧振器或LC濾波器。
如上文所述，根據本發明，電感器具有多個管狀結構。相應地，電感器的表面面積可以增加而增加電感器圖案的厚度。具有增加的表面面積的電感器整體可以有效地用作為高頻電流的流路。因此，與常規電感器相比電感器的電阻可以得到減小，並且電感器的Q值可以增加。
另外，流過電感器的高頻電流所產生的磁場幾乎不通過構成電感器的多個管狀結構。相應地，電容器圖案和置於兩個相鄰管狀結構之間用於電容耦合諧振器的耦合電容器幾乎不幹擾電感器的磁場。
另外，電感器具有多個管狀結構，並且該多個管狀結構隔著絕緣層相層疊，以確定多層結構，從而可以緩和在電感器周圍所產生的磁場向電感器圖案的邊緣集中。結果，可以提供分別具有高Q值和良好高頻特性的單片LC諧振器和單片LC濾波器。
權利要求
1．一種單片LC諧振器，其中包括疊層體，包括層疊在一起的絕緣層、電感器圖案以及電容器圖案；提供於該疊層體中的LC諧振電路，其中包括由該電感器圖案所確定的電感器和由電容器圖案確定的電容器，並且電容器被限定為與電感器圖案相對，並且絕緣層夾在電容器圖案和電感器圖案之間，其中，LC諧振電路的所述電感器具有多層結構，其中多個管狀結構隔著絕緣層相互重疊，該多個管狀結構的每一個被確定為使得至少兩個電感器圖案通過形成在絕緣層中的通孔相互電連接，並且該電容器圖案布置在電感器的兩個管狀結構之間。
2．一種單片LC諧振器，其中包括疊層體，包括層疊在一起的絕緣層、多個電感器圖案以及多個電容器圖案；在該疊層體中的多個LC諧振電路，其中包括由該電感器圖案所確定的多個電感器和由電容器圖案確定的多個電容器，並且多個電容器被限定為與電感器圖案相對，並且絕緣層夾在電容器圖案和電感器圖案之間，其中，每個LC諧振電路的電感器具有多層結構，其中多個管狀結構隔著絕緣層相互重疊，該多個管狀結構中的每一個被確定為使得至少兩個電感器圖案通過形成在絕緣層中的通孔相互電連接，並且至少電容器圖案和用於電容耦合LC諧振器的耦合電容器圖案之一布置在電感器的兩個管狀結構之間。
全文摘要
電感器圖案和電容器圖案通過形成在薄片的中的長通孔電連接,使得每個管狀結構分別具有填充與其中的絕緣體並形成有矩形截面。該管狀結構隔著薄片層疊,以形成具有雙重結構的電感器。電容器圖案分別與電感器圖案的開路端相對,以形成電容器。也就是說,電容器圖案布置在該管狀結構之間。電容器和電感器具有形成LC並聯諧振電路的雙重結構。
文檔編號H01P1/20GK1288289SQ0012438
公開日2001年3月21日 申請日期2000年9月11日 優先權日1999年9月10日
發明者松村定幸, 加藤登 申請人:株式會社村田製作所