小型化LTCC低通滤波器设计与制造工艺研究

LTCC滤波器的设计通常是基于经典滤波器设计理论，从结构上讲，主要有两种结构，一种是采用传统的LC谐振单元结构，谐振单元由集总参数的电容电 感组成，另一种是采用多层耦合带状线结构。本文所设计的低通滤波器采用第一种集总参数形式 《小型化LTCC低通滤波器设计与制造工艺研究》 低温共烧陶瓷（LTCC）技术，自20世纪80年代中期发展以来，因其高密度多层陶瓷基板电路的优势，广泛应用于航空航天及大型计算机领域。随着通信技术的进步，小型化成为设备的关键需求。LTCC技术能有效实现三维空间的利用，将电容、电感等无源器件埋植于基板内，提高集成度，降低尺寸，同时保持优异的射频性能。在小型化滤波器领域，LTCC技术的应用尤为显著，如1812、1210、1206等规格的低通滤波器。 本研究设计的LTCC低通滤波器采用经典滤波器设计理论，选择集总参数的LC谐振单元结构。这种结构由电容和电感组成，其理想的低通滤波器电路可经过ADS仿真软件优化，以达到预期的性能指标，如截止频率900MHz，通带内插损小于1dB，通带内端口驻波小于1.5，以及带外抑制大于35dB@1.5GHz。 设计过程中，首先依据低通滤波器的理想电路原理图确定元件值，再通过HFSS软件进行物理结构设计和电磁仿真，获取S参数。滤波器的电容采用垂直交指型（VIC）电容，相较于金属-介质-金属（MIM）电容，其端电极面积更小，有助于减小器件尺寸。电感则采用多层螺旋结构，具有更高的自谐振频率和品质因子。 制作滤波器时，选用杜邦951生瓷片，其相对介电常数为7.8，介质损耗为0.006。总共14层生瓷片，其中3到8层为电感，9到12层为电容，13层为地层。烧结后的器件尺寸为3.2 mm×1.6 mm×1.4 mm。使用HFSS软件进行三维电磁场仿真，确保滤波器性能的准确性。 LTCC工艺的关键在于工艺参数的精确控制。烧结和层压的工艺对基板质量至关重要，需要通过多轮实际加工参数调整优化。通孔填充是另一重要环节，用于层间电路连接，且在高频电路设计中提供电磁屏蔽。通孔直径通常选择0.1 mm、0.15 mm、0.2 mm，过小或过大的通孔会影响层间互联，导致成品率和可靠性降低。本文设计的滤波器采用0.2 mm的通孔，以避免这些问题。 小型化LTCC低通滤波器的设计与制造涉及滤波器理论、元件选择、结构优化、工艺控制等多个方面，每个环节都需要精准把控，以确保最终产品的性能和可靠性。通过不断的技术研发和工艺改进，LTCC技术将在小型化电子设备中发挥更大的作用。