CN106158835B - 一种基于硅通孔技术的低通滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明属于滤波器，具体涉及一种基于硅通孔技术的低通滤波器，包括螺旋电感单元、重新布线层和硅通孔组件，所述螺旋电感单元由螺旋电感一和螺旋电感二组成，所述重新布线层包括输入端、输出端、接地金属、互连层一和互连层二，所述硅通孔组件中包括五个结构相同的同轴型硅通孔，分别为硅通孔一、硅通孔二、硅通孔三、硅通孔四和硅通孔五，所述同轴型硅通孔由外向内依次包括第一介质层、外金属层、第二介质层和金属芯层；本发明采用同轴型硅通孔实现垂直的电容器，相对于普通的平面结构电容器，大大缩小了电容器所占面积，将器件尺寸缩小到微米量级，不仅可以提高电路的集成度，而且节约成本。

Description

一种基于硅通孔技术的低通滤波器

技术领域

本发明属于滤波器，具体涉及一种基于硅通孔技术的低通滤波器。

背景技术

现今，像智能手机、平板电脑、超级本等移动无线设备具有小型化、高速和多功能等优点，而且，这些设备还可以执行不同通讯标准，为了解决这些挑战性的要求，系统级封装和系统级芯片技术等先进封装技术正在迅速发展到通信系统集成到一个小包装；然而，封装传统的射频无源元件，例如，滤波器、耦合器和天线等是相当困难的，主要的原因是它们庞大的尺寸，因此射频无源器件不得不被移到包外封装，并设计在PCB电路板上；而安装这些无源器件需要占用大量的PCB板面积。

为了满足滤波器的设计占用面积足够小甚至不占用PCB板面积的要求，最初的努力是寻找高介电常数、高品质因数和低频温度系数的材料，并且该技术只能将器件尺寸缩小到厘米或者毫米量级已经很小了，但是随着电路集成度的不断提高，该技术无法满足现在集成电路的要求。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于硅通孔技术的低通滤波器。

本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种基于硅通孔技术的低通滤波器，包括螺旋电感单元、重新布线层和硅通孔组件，其中，所述螺旋电感单元由螺旋电感一和螺旋电感二组成，所述重新布线层包括输入端、输出端、接地金属、互连层一和互连层二，所述硅通孔组件中包括五个结构相同的同轴型硅通孔，分别为硅通孔一、硅通孔二、硅通孔三、硅通孔四和硅通孔五，所述同轴型硅通孔由外向内依次包括第一介质层、外金属层、第二介质层和金属芯层；所述硅通孔组件中五个硅通孔的外金属层通过接地金属相连接且与地相连，所述硅通孔二、硅通孔三和硅通孔四的金属芯层顶部通过互连层一连接并且与螺旋电感一相连，底部通过互连层二连接并且与螺旋电感二相连，所述硅通孔一的金属芯层顶部与输入端、螺旋电感一依次相连，所述硅通孔五的金属芯层顶部与输出端相连，底部与螺旋电感二相连。

作为本发明的进一步说明，所述螺旋电感一和螺旋电感二均包括中心端和末端。

作为本发明的进一步说明，所述硅通孔二、硅通孔三和硅通孔四的金属芯层顶部通过互连层一连接并且与螺旋电感一的中心端相连，底部通过互连层二连接并且与螺旋电感二的中心端相连。

作为本发明的进一步说明，所述硅通孔一的金属芯层顶部与输入端和螺旋电感一的末端相连，所述硅通孔五的金属芯层顶部与输出端相连，底部与螺旋电感二的末端相连。

作为本发明的进一步说明，所述硅通孔二、硅通孔三和硅通孔四之间并联连接。

作为本发明的进一步说明，所述第一介质层为二氧化硅层、氮化硅层和氮氧化硅层中的一种，且第一介质层的作用是实现硅通孔与周围硅衬底的电隔离。

作为本发明的进一步说明，所述第二介质层为高介电常数的二氧化铪层，且第二介质层的作用是实现硅通孔中外金属层和金属芯层的电隔离。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明的基于硅通孔技术的低通滤波器与其他低通滤波器相比，采用同轴型硅通孔实现垂直的电容器，相对于普通的平面结构电容器，大大缩小了电容器所占面积，将器件尺寸缩小到微米量级，不仅可以提高电路的集成度，而且节约成本。

附图说明

图1是本发明的一种基于硅通孔技术的低通滤波器的结构示意图。

图2是本发明的一种基于硅通孔技术的低通滤波器中同轴型硅通孔结构示意图。

图3是本发明的一种基于硅通孔技术的低通滤波器的等效电路图。

图中：1、螺旋电感一；2、螺旋电感二；3、输入端；4、接地金属；5、输出端；6、互连层一；7 、互连层二；8、硅通孔一；9、硅通孔二；10、硅通孔三；11、硅通孔四；12、硅通孔五。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

如图1所示，本发明的一种基于硅通孔技术的低通滤波器的结构示意图，一种基于硅通孔技术的低通滤波器，包括螺旋电感单元、重新布线层和硅通孔组件，其中，螺旋电感单元由螺旋电感一1和螺旋电感二2组成，重新布线层包括输入端3、输出端5、接地金属4、互连层一6和互连层二7，硅通孔组件中包括五个结构相同的同轴型硅通孔，分别为硅通孔一8、硅通孔二9、硅通孔三10、硅通孔四11和硅通孔五12，同轴型硅通孔由外向内依次包括第一介质层、外金属层、第二介质层和金属芯层，如图2所示，本发明的一种基于硅通孔技术的低通滤波器中同轴型硅通孔结构示意图。

硅通孔组件中五个硅通孔的外金属层通过接地金属4相连接且与地相连，硅通孔二9、硅通孔三10和硅通孔四11的金属芯层顶部通过互连层一6连接并且与螺旋电感一1相连，底部通过互连层二7连接并且与螺旋电感二2相连，硅通孔一8的金属芯层顶部与输入端3、螺旋电感一1依次相连，硅通孔五12的金属芯层顶部与输出端5相连，底部与螺旋电感二2相连。

本发明通过硅通孔技术，将传统的体积尺寸在厘米或者毫米量级的滤波器，缩小至微米量级，大大减少了器件的体积，在提高了电路集成度的同时，也保证了滤波器的滤波性能。

实施例2：

在实施例1的基础上，螺旋电感一1和螺旋电感二2均包括中心端和末端，硅通孔二9、硅通孔三10和硅通孔四11的金属芯层顶部通过互连层一6连接并且与螺旋电感一1的中心端相连，底部通过互连层二7连接并且与螺旋电感二2的中心端相连，硅通孔一8的金属芯层顶部与输入端3和螺旋电感一1的末端相连，硅通孔五12的金属芯层顶部与输出端5相连，底部与螺旋电感二2的末端相连。

硅通孔二9、硅通孔三10和硅通孔四11之间并联连接，目的是是硅通孔等效电容并联，增大电容值。

实施例3：

在上述实施例的基础上，第一介质层优选为二氧化硅层、氮化硅层和氮氧化硅层中的一种，作用是实现硅通孔与周围硅衬底的电隔离。

第二介质层优选为高介电常数的二氧化铪层，作用是实现硅通孔中外金属层和金属芯层的电隔离。

实施例4：

如图3所示，本发明的一种基于硅通孔技术的低通滤波器的等效电路图，其中C1为硅通孔一8的等效电容，C2为硅通孔二9、硅通孔三10和硅通孔四11的并联等效电容，C3为硅通孔五12的等效电容，L1为螺旋电感一1的等效电感，L2为螺旋电感二2的等效电感。

如图3所示，电路输入端和电路输出端之间串联两个电感L1和L2，电路输入端通过电容C1连接到地，电路输出端通过电容C3连接到地，电感L1和L2的公共端通过C2连接到地。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于硅通孔技术的低通滤波器，包括螺旋电感单元、重新布线层和硅通孔组件，其特征在于：所述螺旋电感单元由螺旋电感一（1）和螺旋电感二（2）组成，所述重新布线层包括输入端（3）、输出端（5）、接地金属（4）、互连层一（6）和互连层二（7），所述硅通孔组件中包括五个结构相同的同轴型硅通孔，分别为硅通孔一（8）、硅通孔二（9）、硅通孔三（10）、硅通孔四（11）和硅通孔五（12），所述同轴型硅通孔由外向内依次包括第一介质层、外金属层、第二介质层和金属芯层；所述硅通孔组件中五个硅通孔的外金属层通过接地金属（4）相连接且与地相连，所述硅通孔二（9）、硅通孔三（10）和硅通孔四（11）的金属芯层顶部通过互连层一（6）连接并且与螺旋电感一（1）相连，底部通过互连层二（7）连接并且与螺旋电感二（2）相连，所述硅通孔一（8）的金属芯层顶部与输入端（3）、螺旋电感一（1）依次相连，所述硅通孔五（12）的金属芯层顶部与输出端（5）相连，底部与螺旋电感二（2）相连。

2.根据权利要求1所述的一种基于硅通孔技术的低通滤波器，其特征在于：所述螺旋电感一（1）和螺旋电感二（2）均包括中心端和末端。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于硅通孔技术的低通滤波器，其特征在于：所述硅通孔二（9）、硅通孔三（10）和硅通孔四（11）的金属芯层顶部通过互连层一（6）连接并且与螺旋电感一（1）的中心端相连，底部通过互连层二（7）连接并且与螺旋电感二（2）的中心端相连。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于硅通孔技术的低通滤波器，其特征在于：所述硅通孔一（8）的金属芯层顶部与输入端（3）和螺旋电感一（1）的末端相连，所述硅通孔五（12）的金属芯层顶部与输出端（5）相连，底部与螺旋电感二（2）的末端相连。

5.根据权利要求1所述的一种基于硅通孔技术的低通滤波器，其特征在于：所述硅通孔二（9）、硅通孔三（10）和硅通孔四（11）之间并联连接。

6.根据权利要求1所述的一种基于硅通孔技术的低通滤波器，其特征在于：所述第一介质层为二氧化硅层、氮化硅层和氮氧化硅层中的一种。

7.根据权利要求1所述的一种基于硅通孔技术的低通滤波器，其特征在于：所述第二介质层为高介电常数的二氧化铪层。