[發明專利]一種運用硅通孔結構的新型切皮雪夫濾波器

在審

• 申請號: 201710941180.7
• 申請日: 2017-10-11
• 公開（公告）號: CN107611536A
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發明（設計）人: 趙文生;傅楷;黃裕磊;徐魁文;王高峰
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H01P1/20
• 分類號: H01P1/20
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙)33240
• 代理人: 黃前澤

技術領域

本發明屬于無源電子器件技術領域，涉及一種微波濾波器元件，尤其涉及一種運用硅通孔的無源低通濾波器結構。

背景技術

低通濾波器廣泛應用于軍事雷達接收系統和現代無線通信系統，其主要作用為抑制高次諧波信號和雜散信號等噪聲信號的傳輸以提高系統性能。目前無源低通濾波器的設計主要基于傳輸線理論(如：微帶線、平面波導、耦合線等)。然而，由于傳輸線內在特性的限制，基于傳輸線理論設計的濾波器通常難以達到器件尺寸的緊湊性要求，導致難以對其進行封裝。一些新材料和新技術(例如低溫共燒陶、集成無源器件和液晶聚合物)的出現能夠將濾波器的尺寸在一定程度上進行壓縮。

近年來，三維集成電路技術吸引了眾多研究者的注意。硅通孔技術作為三位集成電路中的關鍵技術，能夠在三維集成電路的不同堆棧層之間提供垂直互聯。通過使用硅通孔技術，可以減小三維集成電路的延時、降低功耗、節約芯片面積。將硅通孔技術引入無源低通濾波器的設計之中，低通濾波器的尺寸可以得到進一步縮小。

發明內容

本發明針對目前技術的不足，提供了一種由同軸硅通孔電容器和螺旋電感器構成的超緊湊低通濾波器的設計方案。本發明具體為五階巴特沃斯濾波器，使用同軸硅通孔做電容器來設計低通濾波器結構。本發明的優點是運用同軸多導體硅通孔構造電容器，減小元件物理尺寸，同軸多導體硅通孔的金屬內芯可以同時實現螺旋電感和端口的垂直互連，減少了硅通孔的使用數目，從而進一步減小占用面積；通過本發明所提出的低通濾波器結構，可改變同軸硅通孔中絕緣層的使用材料增大電容值，可以通過垂直互連技術減小互連線的尺寸，從而提高濾波器的整體性能。

本發明切皮雪夫濾波器由多個元件單元構成，輸入輸出端口位于基底頂部的重新構建層；

所述的元件單元從上至下依次包括基底頂部重新構建層、多導體硅通孔陣列600、基底底部重新構建層，其中基底頂部重新構建層從上至下依次包括基底頂部螺旋電感200、頂部連接基板500，基底底部重新構建層從上至下依次包括底部連接基板700、基底底部螺旋電感800；

基底頂部螺旋電感200與基底底部螺旋電感800均由立方體形狀的金屬線繞圈構成；金屬線的一端位于螺旋電感正中心位置，作為電感內端口，金屬線的另一端位于螺旋電感的外側位置，作為電感外端口。螺旋電感的電感值通過金屬線的間距、寬度、厚度和繞圈匝數估計，并可以通過商業仿真軟件進行仿真驗證。

頂部連接基板500包括上層基板組件300、下層基板組件400；上層基板組件300從左至右依次包括上層第一基板305、上層第二基板306、上層第三基板307，上述三塊基板平行設置且互不連接；上層第一基板305的左側中心位置設有信號輸入端口301，頂面中心設有第一連接金屬塊303，用于連接基底頂部螺旋電感200的外端口201；上層第二基板306的頂面中心設有第二連接金屬塊304，用于連接基底頂部螺旋電感200的內端口202；上層第三基板307右側中心位置設有信號輸出端口302；下層基板組件400從左至右依次包括下層第一基板413、下層第二基板414、下層第三基板415，上述三塊基板平行設置且通過連接板連接；下層第一基板413的左側中心位置設有第一電流返回端口401，頂面設有三塊等間距設置的連接金屬塊(分別是第三連接金屬塊403、第四連接金屬塊404、第五連接金屬塊405)，通過上述連接金屬塊與上層第一基板305連接；下層第二基板414頂面設有四塊等間距設置的連接金屬塊(分別是第六連接金屬塊406、第七連接金屬塊407、第八連接金屬塊408、第九連接金屬塊409)，通過上述連接金屬塊與上層第二基板306連接；下層第三基板415的右側中心位置設有第二電流返回端口402，頂面設有三塊等間距設置的連接金屬塊(分別是第十連接金屬塊410、第十一連接金屬塊411、第十二連接金屬塊412)，通過上述連接金屬塊與上層第三基板306連接；

上層基板組件300、下層基板組件400經連接金屬塊403-412連接。左側第一電流返回端口401與左側信號輸入端口301封裝連接構成頂部連接基板500的輸入端口501，該端口501作為濾波器的輸入端口或與下一個單元的輸出端口連接。右側第二電流返回端口402與右側信號輸出端口302封裝連接構成頂部連接基板500的輸出端口502，該端口502作為濾波器的輸出端口或與下一個單元的輸入端口連接。