一种基于LTCC技术的超小型5G模组用带通滤波器

技术领域

本发明公开一种滤波器，特别是一种基于LTCC技术的超小型5G模组用带通滤波器，主要应用于各种5G移动通讯设备中。

背景技术

低温共烧陶瓷（Low Temperature Co-fired Ceramic，LTCC）作为一种适用范围很广的高密度封装技术，以其优异的电子、机械、热力特性已成为电子元件集成化、模组化的首选方式。以LTCC技术为基础设计和生产的射频微波元件和模组包括巴伦滤波器、滤波器、多工器、双工器、天线、耦合器、巴伦、接收前端模组、天线开关模组等，除了在成本和集成封装等优势之外，在布线线宽和线间距、阻抗匹配、设计的多样性及高频性能等方面都具有许多优点。随着现代电子设备向小型化、高频化方向不断发展，它们已经大量运用于小型化电子设备。

在移动通信领域，随着5G技术的发展，5G移动终端射频前端越来越拥挤复杂，模组化成为5G射频前端理想的设计方案，即是将射频开关、低噪声放大器、滤波器、功率放大器等分立器件集成为单一模组，从而提高集成度和性能，并使体积小型化。高集成度的模组化设计节省了外围器件和布板面积，降低了体积和尺寸，同时提升性能、降低成本，缩短终端产品的工程化周期。其中基于LTCC的超小型滤波器成为了5G模组的首选。

发明内容

针对上述提到的现有技术中的5G移动终端射频前端越来越拥挤复杂的问题，本发明提供一种基于LTCC技术的超小型5G模组用带通滤波器，包括高介电低损耗陶瓷基体、设置在基体底部的焊盘电极和设置在基体内部的电路层，所述的基体内部的电路层呈叠层结构。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种基于LTCC技术的超小型5G模组用带通滤波器，滤波器包括由下到上依次设置在陶瓷基体内部的电路结构层，其中，

第一层，在陶瓷介质基板上印制的第一输入输出端口、第二输出输入端口和接地电极；

第二层，在陶瓷介质基板上印制有三块相互独立金属平面导体，分别为主电容基片、第一连接通孔和第三连接通孔，其中主电容基片通过第二连接通孔与第一接地电极相连，且第一连接通孔和第三连接通孔分别与第一输入输出端口和第二输出输入端口相连；

第三层，在陶瓷介质基板上印制有七块相互独立金属平面导体，分别为第一电容基片、第二电容基片、第三电容基片和第四电容基片以及第四连接通孔、第五连接通孔、第六连接通孔，其中，与第一电容基片连接设置有第一内部连接端点，第一电容基片的第一内部连接端点与第一连接通孔相连，与第二电容基片连接设置有第二内部连接端点，第二电容基片的第二内部连接端点与第三连接通孔相连，第三电容基片与第七连接通孔相连，第四电容基片与第八连接通孔相连；

第四层，在陶瓷介质基板上印制有七块相互独立的金属平面导体，分别为第五电容基片、第六电容基片以及第四连接通孔、第五连接通孔、第六连接通孔、第七连接通孔、第八连接通孔，其中，与第五电容基片连接设置有第三内部连接端点，第五电容基片通过第三内部连接端点与第一连接通孔相连接，与第六电容基片连接设置有第四内部连接端点，第六电容基片通过第四内部连接端点与第三连接通孔相连接；

第五层，在陶瓷介质基板上印制有八块相互独立的金属平面导体，分别为电容基片以及第一连接通孔、第三连接通孔、第四连接通孔、第五连接通孔、第六连接通孔、第七连接通孔、第八连接通孔；

第六层，在陶瓷介质基板上印制有七块相互独立的金属平面导体，分别为第一金属电感线圈、第二金属电感线圈以及第一连接通孔、第三连接通孔、第五连接通孔、第七连接通孔、第八连接通孔，其中，与第一金属电感线圈连接有第五内部连接端点和第六内部连接端点，第一金属电感线圈、第五内部连接端点和第六内部连接端点共同构成一个“U”形结构，第一金属电感线圈通过第五内部连接端点与第六连接通孔相连接，第一金属电感线圈通过第六内部连接端点与第十连接通孔相连接；与第二金属电感线圈连接有第七内部连接端点和第八内部连接端点，第二金属电感线圈、第七内部连接端点和第八内部连接端点共同构成一个“U”形结构，第二金属电感线圈通过第七内部连接端点与第四连接通孔相连接，第二金属电感线圈通过内部连接端点与第九连接通孔相连接；

第七层，结构与第六层完全相同；

第八层，在陶瓷介质基板上印制有三块相互独立的金属平面导体，分别为第三金属电感线圈、第四金属电感线圈和第五金属电感线圈，其中，与第三金属电感线圈连接有第九内部连接端点和第十内部连接端点，第三金属电感线圈、第九内部连接端点和第十内部连接端点共同构成一个“”形结构，第三金属电感线圈通过第九内部连接端点与第一连接通孔相连接，第三金属电感线圈通过第十内部连接端点与第十连接通孔相连接；与第四金属电感线圈连接有第十一内部连接端点和第十二内部连接端点，第四金属电感线圈、第十一内部连接端点和第十二内部连接端点共同构成一个“”形结构，第四金属电感线圈通过第十一内部连接端点与第三连接通孔相连接，第四金属电感线圈通过第十二内部连接端点与第九连接通孔相连接；第五金属电感线圈包括第六金属电感线圈和第七金属电感线圈，第六金属电感线圈和第七金属电感线圈相连接，与第五金属电感线圈连接有第十三内部连接端点、第十四内部连接端点和第十五内部连接端点，第五金属电感线圈、第十三内部连接端点、第十四内部连接端点和第十五内部连接端点共同构成一个“U”形结构，第十四内部连接端点和第十五内部连接端点分别设置在第五金属电感线圈两端，第十四内部连接端点设置在第五金属电感线圈中间位置，第五金属电感线圈通过第十三内部连接端点与第五连接通孔连接，第六金属电感线圈通过第十四内部连接端点与第七连接通孔相连接，第七金属电感线圈通过第十五内部连接端点与第八连接通孔相连接；

第九层，结构与第八层完全相同。

本发明解决其技术问题采用的技术方案进一步还包括：

所述的第一层为在陶瓷介质基板上印制有六块相互独立的金属平面导体，分别为第一输入输出端口、第二输出输入端口、第一接地电极、第二接地电极、第一NC端口和第二NC端口。

所述的第五层中的电容基片包括第七电容基片和第八电容基片，第七电容基片和第八电容基片设置在中间位置，相互连接且对称设置。

所述的电路结构层还包括第十层，第十层为在陶瓷介质基板上印制有一块非金属图案。

本发明的有益效果是：本发明为一种基于LTCC技术的超小型5G模组用带通滤波器，该滤波器采用耦合结构设计，由四级谐振器构成。此款滤波器采用LTCC技术，然后通过900℃左右低温共烧而成，成品尺寸仅有1.0mm*0.5mm*0.39mm Max. 。本发明在4.4~5GHz频段内插入损耗≤1.6dB，且带外抑制，在Sub-3G :DC~2.69GHz≥25dB，在WiFi 5.49~5.67GHz≥10dB，5.67~5.95GHz≥12dB，通带内回波损耗≥12dB。本发明以LTCC（低温共烧陶瓷）技术为基础，采用四阶耦合模型设计且耦合传输线通过双层绕线技术提高传输线Q值以及高介电、低损耗材料实现基于LTCC技术的超小型5G模组用带通滤波器的特殊电性能要求。本发明有效实现了5G模组用带通滤波器的特性，且具有低损耗、高抑制、高可靠性、适合模组化的小尺寸、低成本和适合于大规模的生产等优点，迎合了5G时代电子元件集成化、小型化的发展要求。

下面将结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

附图说明

图1为本发明5G模组用滤波器等效电路示意图。

图2为本发明5G模组用滤波器外观结构立体示意图。

图3为本发明5G模组用滤波器内部结构示意图。

图4为本发明基于LTCC技术的超小型5G模组用带通滤波器电特性曲线。

图5为本发明第一层电路平面结构示意图。

图6为本发明第一层与第二层之间连接通孔平面结构示意图。

图7为本发明第二层电路平面结构示意图。

图8为本发明第二层与第三层之间连接通孔平面结构示意图。

图9为本发明第三层电路平面结构示意图。

图10为本发明第三层与第四层之间连接通孔平面结构示意图。

图11为本发明第四层电路平面结构示意图。

图12为本发明第四层与第五层之间连接通孔平面结构示意图。

图13为本发明第五层电路平面结构示意图。

图14为本发明第五层与第六层之间连接通孔平面结构示意图。

图15为本发明第六、七层电路平面结构示意图。

图16为本发明第七层与第八层之间连接通孔平面结构示意图。

图17为本发明第八、九层电路平面结构示意图。

图18为本发明第十层电路平面结构示意图。

图中，1-第一层电路平面结构，2-第二层电路平面结构，3-第三层电路平面结构，3-1-第一电容基片，3-1a-第一内部连接端点，3-2-第二电容基片，3-2a -第二内部连接端点，3-3-第三电容基片，3-4-第四电容基片，4-第四层电路平面结构，4-1-第五电容基片，4-2-第六电容基片，4-1a-第三内部连接端点，4-2a-第四内部连接端点，5-第五层电路平面结构，5-1-第七电容基片，5-2-第八电容基片，6A-第六层电路平面结构，6-1-第一金属电感线圈，6-1a-第五内部连接端点，6-1b-第六内部连接端点，6-2-第二金属电感线圈，6-2a-第七内部连接端点，6-2b-第八内部连接端点，6B-第七层电路平面结构，7A-第八层电路平面结构，7-1-第三金属电感线圈，7-1a-第九内部连接端点，7-1b-第十内部连接端点，7-2-第四金属电感线圈，7-2a-第十一内部连接端点，7-2b -第十二内部连接端点，7-3-第五金属电感线圈，7-3a-第十三内部连接端点，7-3b -第十四内部连接端点，7-3c -第十五内部连接端点，7-3-1-第六金属电感线圈，7-3-2-第七金属电感线圈，7B-第九层电路平面结构，8-第十层电路平面结构，9-第一连接通孔，此为电极端口P1与第一电容基片3-1、第五电容基片4-1以及第三金属电感线圈7-1之间的连接通孔，10-第二连接通孔，此为电极端口P2与电容基片2的连接通孔，11-第三连接通孔，此为电极端口P2与第二电容基片3-2、第六电容基片4-2以及第四金属电感线圈7-2之间的连接通孔，12-第四连接通孔，此为电容基片2与第二金属电感线圈6-2之间的连接通孔，13-第五连接通孔，此为电容基片2与第五金属电感线圈7-3内部端点7-3a之间的连接通孔，14-第六连接通孔，此为电容基片2与第一金属电感线圈6-1之间的连接通孔，15-第七连接通孔，此为第三电容基片3-3与第五金属电感线圈7-3内部端点7-3b之间的连接通孔，16-第八连接通孔，此为第四电容基片3-4与第五金属电感线圈7-3内部端点7-3c之间的连接通孔，17-第九连接通孔，此为第二金属电感线圈6-2内部端点6-2b与第四金属电感线圈7-2内部端点7-2b之间的连接通孔，18-第十连接通孔，此为第一金属电感线圈6-1内部端点6-1a与第三金属电感线圈7-1内部端点7-1a之间的连接通孔，P1-第一输入输出端口， P2-第一接地电极，P3-第二输出输入端口， P4-第一NC端口，P5-第二接地电极，P6-第二NC端口。

具体实施方式

本实施例为本发明优选实施方式，其他凡其原理和基本结构与本实施例相同或近似的，均在本发明保护范围之内。

请参看附图1，图1是本发明基于LTCC技术的超小型5G模组用带通滤波器等效电路图。使用时，信号由①号端口进入后至②号端口输出，带通滤波器由电感L1、电感L2、电感L3、电感L4、电感L5、电感L6、电感L7和耦合传输线SL1、耦合传输线SL2、耦合传输线SL3、耦合传输线SL4以及电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C6和电容C7构成，其中，电感L1、耦合传输线SL1、电感L5与电容C1构成第一级并联谐振；电感L2、耦合传输线SL3、电感L6与电容C2构成第二级并联谐振器；电感L3、耦合传输线SL4、电感L6与电容C3构成第三级并联谐振器；电感L4、耦合传输线SL2、电感L7与电容C4构成第四级并联谐振器，其中第一级并联谐振器和第二级并联谐振器之间通过电容C5连接，第三级并联谐振器和第四级并联谐振器之间通过电容C6连接，输入端口①和输出端口②之间另外通过电容C7相连接。

图2是本发明的基于LTCC技术的超小型5G模组用带通滤波器的外观结构，其中，底部电极P1为信号的输入输出端、底部电极P3为信号的输出输入端，底部电极P2和底部电极P5为接地端口，底部电极P4和底部电极P6为NC端口；顶部的Mark为滤波器方向性标识。本发明的基于LTCC技术的超小型5G模组用带通滤波器的内部结构如图3以及图5至图18所示，电路结构分布在陶瓷基体内部，本发明中的电路结构一共有十层。下面将以由下到上的顺序对其依次进行描述：

第一层，在陶瓷介质基板上印制有六块相互独立的金属平面导体，分别为第一输入输出端口P1、第二输出输入端口P3、第一接地电极P2、第二接地电极P5、第一NC端口P4和第二NC端口P6。

第二层，在陶瓷介质基板上印制有三块相互独立金属平面导体，分别为电容基片21、第一连接通孔9和第三连接通孔11，其中电容基片21通过第二连接通孔10与第一接地电极P2相连，且第一连接通孔9和第三连接通孔11分别与第一输入输出端口P1和第二输出输入端口P3相连。

第三层，在陶瓷介质基板上印制有七块相互独立金属平面导体，分别为第一电容基片3-1、第二电容基片3-2、第三电容基片3-3和第四电容基片3-4以及第四连接通孔12、第五连接通孔13、第六连接通孔14，其中，与第一电容基片3-1连接设置有第一内部连接端点3-1a，电容基片的第一内部连接端点3-1a与第一连接通孔9相连，与第二电容基片3-2连接设置有第二内部连接端点3-2a，电容基片的第二内部连接端点3-2a与第三连接通孔11相连，第三电容基片3-3与第七连接通孔15相连，第四电容基片3-4与第八连接通孔16相连。

第四层，在陶瓷介质基板上印制有七块相互独立的金属平面导体，分别为第五电容基片4-1、第六电容基片4-2以及第四连接通孔12、第五连接通孔13、第六连接通孔14、第七连接通孔15、第八连接通孔16，其中，与第五电容基片4-1连接设置有第三内部连接端点4-1a，第五电容基片4-1通过第三内部连接端点4-1a与第一连接通孔9相连接，与第六电容基片4-2连接设置有第四内部连接端点4-2a，第六电容基片4-2通过第四内部连接端点4-2a与第三连接通孔11相连接。

第五层，在陶瓷介质基板上印制有八块相互独立的金属平面导体，分别为电容基片以及第一连接通孔9、第三连接通孔11、第四连接通孔12、第五连接通孔13、第六连接通孔14、第七连接通孔15、第八连接通孔16，电容基片包括第七电容基片5-1和第八电容基片5-2，第七电容基片5-1和第八电容基片5-2设置在中间位置，相互连接且对称设置。

第六层，在陶瓷介质基板上印制有七块相互独立的金属平面导体，分别为第一金属电感线圈6-1、第二金属电感线圈6-2以及第一连接通孔9、第三连接通孔11、第五连接通孔13、第七连接通孔15、第八连接通孔16，其中，与第一金属电感线圈6-1连接有第五内部连接端点6-1a和第六内部连接端点6-1b，第一金属电感线圈6-1、第五内部连接端点6-1a和第六内部连接端点6-1b共同构成一个“U”形结构，第一金属电感线圈6-1通过第五内部连接端点6-1a与第六连接通孔14相连接，第一金属电感线圈6-1通过第六内部连接端点6-1b与第十连接通孔18相连接；与第二金属电感线圈6-2连接有第七内部连接端点6-2a和第八内部连接端点6-2b，第二金属电感线圈6-2、第七内部连接端点6-2a和第八内部连接端点6-2b共同构成一个“U”形结构，第二金属电感线圈6-2通过第七内部连接端点6-2a与第四连接通孔12相连接，第二金属电感线圈6-2通过内部连接端点2-1b与第九连接通孔17相连接。

第七层，为第六层重复层，即结构与第六层完全相同，此处不再赘述。

第八层，在陶瓷介质基板上印制有三块相互独立的金属平面导体，分别为第三金属电感线圈7-1、第四金属电感线圈7-2和第五金属电感线圈7-3，其中，与第三金属电感线圈7-1连接有第九内部连接端点7-1a和第十内部连接端点7-1b，第三金属电感线圈7-1、第九内部连接端点7-1a和第十内部连接端点7-1b共同构成一个“C”形结构，第三金属电感线圈7-1通过第九内部连接端点7-1a与第一连接通孔9相连接，第三金属电感线圈7-1通过第十内部连接端点7-1b与第十连接通孔18相连接；与第四金属电感线圈7-2连接有第十一内部连接端点7-2a和第十二内部连接端点7-2b，第四金属电感线圈7-2、第十一内部连接端点7-2a和第十二内部连接端点7-2b共同构成一个“C”形结构，第四金属电感线圈7-2通过第十一内部连接端点7-2a与第三连接通孔11相连接，第四金属电感线圈7-2通过第十二内部连接端点7-2b与第九连接通孔17相连接；第五金属电感线圈7-3包括第六金属电感线圈7-3-1和第七金属电感线圈7-3-2，第六金属电感线圈7-3-1和第七金属电感线圈7-3-2相连接，并对称设置，与第五金属电感线圈7-3连接有第十三内部连接端点7-3a、第十四内部连接端点7-3b和第十五内部连接端点7-3c，第五金属电感线圈7-3、第十三内部连接端点7-3a、第十四内部连接端点7-3b和第十五内部连接端点7-3c共同构成一个“U”形结构，第十四内部连接端点7-3b和第十五内部连接端点7-3c分别设置在第五金属电感线圈7-3两端，第十四内部连接端点7-3b设置在第五金属电感线圈7-3中间位置，即第六金属电感线圈7-3-1和第七金属电感线圈7-3-2的连接处，第五金属电感线圈7-3通过第十三内部连接端点7-3a与第五连接通孔13连接，第六金属电感线圈7-3-1通过第十四内部连接端点7-3b与第七连接通孔15相连接，第七金属电感线圈7-3-2通过第十五内部连接端点7-3c与第八连接通孔16相连接。

第九层，为第八层重复层，即结构与第八层完全相同，此处不再赘述。

第十层，在陶瓷介质基板上印制有一块分非金属图案，为辨别产品电极脚位方向的Mark。

其中，等效电路中电感L1由第一连接通孔9构成，等效电路中电感L2由第七连接通孔15构成，等效电路中电感L3由第八连接通孔16构成，等效电路中电感L4由第三连接通孔11构成，等效电路中电感L5由第六连接通孔14构成，等效电路中电感L6由第五连接通孔13构成，等效电路中电感L7由第四连接通孔12构成；等效电路中电容C1由第一电容基片3-1与电容基片2构成，等效电路中电容C2由第三电容基片3-3与电容基片2构成，等效电路中电容C3由第四电容基片3-4与电容基片2构成，等效电路中电容C4由第二电容基片3-2与电容基片2构成，等效电路中电容C5由第五电容基片4-1与第三电容基片3-3构成，等效电路中电容C6由第六电容基片4-2与第四电容基片3-4构成，等效电路中电容C7由第七电容基片5-1、第八电容基片5-2与第五电容基片4-1、第六电容基片4-2构成；耦合传输线SL1由双层的金属导体线圈6-1与金属导体线圈7-1构成，耦合传输线SL2传输线由第八层和第九层中的双层金属导体线圈7-3-1构成，耦合传输线SL3传输线由第八层和第九层中的双层金属导体线圈7-3-2构成，耦合传输线SL4传输线由双层的金属导体线圈6-2与金属导体线圈7-2构成。

本发明在使用时，可参看附图4，图4是5G模组滤波器电特性曲线，由图4中可看出，本发明在4.4~5GHz频段内插入损耗≤1.6dB，且带外抑制，在Sub-3G :DC~2.69GHz≥25dB，在WiFi5.49~5.67GHz≥10dB，5.67~5.95GHz≥12dB，通带内回波损耗≥12dB。

本发明为一种基于LTCC技术的超小型5G模组用带通滤波器，该滤波器采用耦合结构设计，由四级谐振器构成。此款滤波器采用LTCC技术，然后通过900℃左右低温共烧而成，成品尺寸仅有1.0mm*0.5mm*0.39mm Max. 。本发明以LTCC（低温共烧陶瓷）技术为基础，采用四阶耦合模型设计且耦合传输线通过双层绕线技术提高传输线Q值以及高介电、低损耗材料实现基于LTCC技术的超小型5G模组用带通滤波器的特殊电性能要求。本发明有效实现了5G模组用带通滤波器的特性，且具有低损耗、高抑制、高可靠性、适合模组化的小尺寸、低成本和适合于大规模的生产等优点，迎合了5G时代电子元件集成化、小型化的发展要求。