[發明專利]一種運用垂直螺旋式硅通孔電感的低通濾波器

在審

• 申請號: 201711146981.0
• 申請日: 2017-11-17
• 公開（公告）號: CN107768781A
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發明（設計）人: 趙文生;泮金煒;徐魁文;趙鵬;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;H01L23/64
• 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，設計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

隨著無線通訊的發展，射頻微波電路在醫療設備、無線局域網和智能家居等方面得到了廣泛的應用。隨著集成器件的不斷縮小，其中傳統的低通濾波器在占用面積和封裝成本上已無法滿足需求。

近年來，隨著三維集成電路的飛速發展，一種新興的集成電路制作工藝硅通孔工藝受到廣泛的關注。它能夠在三維集成電路的不同堆棧層之間提供垂直互聯。并且硅通孔技術可以提供更大的設計自由度和更好的電學性能來設計不同的元器件。通過硅通孔技術可以減少三維集成電路的傳輸損耗、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

本發明針對目前的技術不足，提供了一種由同軸硅通孔電容器和垂直螺旋式硅通孔電感器構成的超緊湊低通濾波器的設計方案。本發明具體為三階的巴特沃茲低通濾波器，使用同軸硅通孔做電容器，環狀垂直硅通孔做電感器來設計低通濾波器。

本發明低通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布局層。

所述元件單元包括位于基底頂部的重新布局層、位于基底中間的硅通孔陣列與同軸硅通孔陣列、位于基底底部的重新構建層；

硅通孔陣列包括位于同一直線、等間距分布的六個硅通孔，從左至右定義為第一至第六硅通孔；同軸硅通孔陣列與硅通孔陣列平行設置，從左至右包括第一、第二同軸硅通孔；

第一硅通孔的重新布局層端與第一同軸硅通孔的重新布局層端通過金屬線連接，第二硅通孔的重新布局層端與第六硅通孔的重新布局層端通過金屬線連接，第三硅通孔的重新布局層端與第五硅通孔的重新布局層端通過金屬線連接，第四硅通孔的重新布局層端與第二同軸硅通孔的重新布局層端通過金屬線連接，第一硅通孔的重新構建層端與第六硅通孔的重新構建層端通過金屬線連接，第二硅通孔的重新布局層端與第五硅通孔的重新構建層端通過金屬線連接，第三硅通孔的重新布局層端與第四硅通孔的重新構建層端通過金屬線連接，將第一同軸硅通孔的重新布局層端作為整個器件信號輸入端口或與相鄰單元的信號輸出端口連接，將第二同軸硅通孔的重新布局層端作為整個器件信號輸出端口或與相鄰單元的信號輸入端口連接。

位于基底頂部的重新布局層、位于基底中間的硅通孔陣列、位于基底底部的重新構建層構成垂直螺旋式硅通孔電感器。硅通孔間的間距、硅通孔的高度與半徑決定垂直螺旋式硅通孔電感器的電感值。

位于基底頂部的重新布局層、位于基底中間的同軸硅通孔陣列構成同軸硅通孔電容器。同軸硅通孔的高度、內徑和外徑決定同軸硅通孔電容器電容值的大小。

同軸硅通孔由金屬內芯、內部絕緣層、金屬外環和外部絕緣層構成，其中外部絕緣層用來隔離金屬和硅襯底，金屬內芯、內部絕緣層和金屬外環組成的環形結構構成電容器。內部絕緣層通常選用高介電常數的材料來增大電容值。硅通孔電感器有由垂直硅通孔和水平的互聯線組成，通過改變硅通孔之間的間距和硅通孔的高度可以獲得不同的電感值。同軸硅通孔構成的電容器和垂直螺旋式硅通孔電感器組成的低通濾波器與傳統的二維電路結構相比，大大減小了低通濾波器的物理尺寸，而且可以提高低通濾波器的各項性能。

信號由輸入端口輸入，電流一部分按硅通孔方向流入第一同軸硅通孔金屬內芯，通過金屬外環流入電流返回路徑；電流另一部分按硅通孔方向流入第一硅通孔，經第六硅通孔、第二硅通孔、第五硅通孔、第三硅通孔、第四硅通孔，電流輸出到輸出端口；電流通過硅通孔流入第二同軸硅通孔的金屬內芯，通過金屬外環流入電流返回路徑。

本發明的有益效果是：

本發明利用同軸硅通孔電感器和垂直螺旋式硅通孔電感器構造低通濾波器元件，減小元件物理尺寸。運用同軸硅通孔充當電容器，相較于傳統二維結構電容器擁有較短的互聯長度，使得延遲時間、散射和導體損耗減小。此外垂直螺旋式硅通孔電感器相較于傳統的螺旋電感在占用面積上大大減小，垂直螺旋式硅通孔電感器的使用可以大大減少了低通濾波器的物理尺寸，而且提高了低通濾波器的各項性能。

附圖說明

圖1為同軸硅通孔的結構；

圖2為硅通孔的結構；

圖3為垂直螺旋式硅通孔電感器的基底頂部重新布局層的結構圖；

圖4為基底頂部上層基板組件的結構圖；

圖5為基底頂部中層基板組件的結構圖；

圖6為基底頂部下層基板組件的結構圖；

圖7為硅通孔陣列的結構圖；