[發明專利]一種基于硅通孔的三維混合環耦合器

在審

• 申請號: 201910705621.2
• 申請日: 2019-08-01
• 公開（公告）號: CN112310588A
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: 盧啟軍;劉陽;尹湘坤
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學昆山創新研究院
• 主分類號: H01P5/12
• 分類號: H01P5/12;H01P5/16;H01L23/48;H01L23/552
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于硅通孔的三維混合環耦合器，所述三維混合環耦合器包括硅襯底層模塊、頂層模塊和底層模塊，所述頂層模塊設置在所述硅襯底層模塊的上表面，所述底層模塊設置在所述硅襯底層模塊的下表面；所述硅襯底模塊包括貫穿于硅襯底的接地屏蔽環和信號互連柱，所述信號互連柱設置在所述接地屏蔽環的中心區域，所述接地屏蔽環外周側壁設置有第一介質層，所述接地屏蔽環的內周側壁設置有第二介質層，所述信號互連柱的外周側壁設置有第三介質層。本發明基于硅通孔技術，與其它硅基元件兼容性好，易于實現微波系統的三維集成化；采用接地層和接地屏蔽環將信號線和硅襯底隔離開，降低了信號傳輸損耗，提升了各個分支之間的電磁隔離特性。

技術領域

本發明屬于三維集成電路領域，具體涉及一種基于硅通孔的三維混合環耦合器。

背景技術

微波三維集成電路將微波電路系統的各個有源和無源模塊分布在不同的硅基芯片上，通過低溫鍵合形成三維堆疊結構。在三維集成電路（Three-dimensional integratedcircuit， 3-D IC）中，上下層模塊之間的電學連接通過硅通孔（ThroughSiliconVia,TSV）實現。微波3-D IC具有能夠大幅度地降低傳輸線長度、減小系統面積、提高集成度的優點，可實現同時提高微波系統的性能、降低損耗、減小重量和體積的目的。

混合環耦合器是一種在兩個輸出端口之間有180°相移的四端口器件,是微波通信系統前端模塊中的關鍵無源元件之一,廣泛應用于通信以及雷達系統中的收發機組件中。傳統微帶線的平面混合環耦合器不但占用巨大的芯片面積，并且隔離度較小，難以應用在微波和毫米波頻段；而基于低溫共燒陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramic LTCC)工藝的分立三維混合環耦合器難以滿足集成化的要求。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供了一種基于硅通孔的三維混合環耦合器，采用的技術方案如下：

本發明提供一種基于硅通孔的三維混合環耦合器，所述三維混合環耦合器包括硅襯底層模塊、頂層模塊和底層模塊，所述頂層模塊設置在所述硅襯底層模塊的上表面，所述底層模塊設置在所述硅襯底層模塊的下表面；所述硅襯底層模塊包括貫穿于硅襯底的接地屏蔽環和信號互連柱，所述信號互連柱設置在所述接地屏蔽環的中心區域，優選設置在所述接地屏蔽環的圓心區域，所述接地屏蔽環外周側壁設置有第一介質層，所述屏蔽環的內周側壁設置有第二介質層，所述信號互連柱的外周側壁設置有第三介質層；所述頂層模塊包括頂層接地模塊、頂層信號連接模塊和頂層介質層模塊，所述頂層接地模塊與所述接地屏蔽環連接，所述頂層信號連接模塊與所述信號互連柱連接；所述底層模塊包括底層接地模塊、底層信號連接模塊和底層介質層模塊，所述底層接地模塊與所述接地屏蔽環連接，所述底層信號連接模塊與所述信號互連柱連接。

進一步地，所述頂層接地模塊包括依次連接的頂層接地屏蔽環、頂層第一接地層、頂層接地柱和頂層第二接地層，所述頂層接地屏蔽環與所述接地屏蔽環連接；所述頂層信號連接模塊包括依次連接的頂層第一信號互連柱、頂層第二信號互連柱和頂層信號線，所述頂層第一信號互連柱與所述信號互連柱連接；所述頂層介質層模塊包括頂層第一介質層和頂層第二介質層，所述頂層第一介質層設置在頂層模塊的下表面，所述頂層第二介質層設置在所述頂層模塊的上表面。

進一步地，所述底層接地模塊包括依次連接的底層接地屏蔽環、底層第一接地層、底層接地柱和底層第二接地層，所述底層接地屏蔽環與所述接地屏蔽環連接；所述底層信號連接模塊包括依次連接的底層第一信號互連柱、底層第二信號互連柱和底層信號線，所述底層第一信號互連柱與所述信號互連柱連接；所述底層介質層模塊包括底層第一介質層和底層第二介質層，所述底層第一介質層設置在底層模塊的上表面，所述底層第二介質層設置在所述底層模塊的下表面。

進一步地，所述頂層信號線和所述底層信號線的走向均類似于蛇形，所述頂層信號線的長度為波長的3/4，所述底層信號線的長度為波長的1/4。