CN107659284A - 一种无源滤波器装置和无源滤波器模组 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无源滤波器装置和无源滤波器模组。该无源滤波器装置通过集成无源器件的第一电容集成在芯片上，以倒装的方式组装到基板上，并与安装器件的第一电感组合形成无源滤波器，提高了无源器件的集成度，有利于无源滤波器装置的小型化；降低了无源滤波器参数的不可控性，提高了性能的规模量产一致性；减小了寄生参数，使其与基板的导电导热性能良好。本发明的无源滤波器装置不含有源器件，并能以独立存在的方式耦合到其他电路中，实现选择频段进行滤波。
Description
技术领域
本发明实施例涉及滤波器结构的技术领域，尤其涉及一种无源滤波器装置和无源滤波器模组。
背景技术
滤波器是系统电路中的主要元器件，其可对各种电源、信号等进行滤波，以确保电路运行的稳定性和可靠性。其中，在滤波电路中，通常采用电容、电感和电阻的组合电路作为滤波器，来消除电路中的杂波等噪声。
现有技术中，系统电路中的滤波器的电容和电感放置在印刷电路板上，受制于印刷电路板工艺的精度，无源滤波器的小型化和集成化成了一个显著的问题。在有源相控雷达等一些应用下，滤波器的电容和电感与其他有源器件共同形成系统电路，在完成功率放大的同时进行频段的选择实现滤波。此时安装在印刷电路板上的电容与电感不仅自身存在不一致性，而且又由于印刷电路板工艺自身的精度不够，再加上印刷电路板带来的寄生参数，使得无源滤波器装置的参数有着巨大的不可控性。
发明内容
本发明提供一种无源滤波器装置和无源滤波器模组，以实现无源滤波器独立存在实现滤波，并增加了无源器件的集成度，并改善了与基板之间的导电导热性能。
第一方面，本发明实施例提供了一种无源滤波器装置，该无源滤波器装置包括：基板，平铺在底层，包括第一表面；在所述第一表面包含多个金属域，用于实现所述基板的第一表面电连接集成无源器件和安装器件；
所述集成无源器件，至少包含一个芯片，所述芯片至少包含第一电容，所述集成无源器件以倒装的方式组装在所述基板的第一表面；所述集成无源器件通过在所述基板的第一表面内的金属域上的导电凸起与所述基板实现电连接；
所述安装器件，至少包含第一电感，所述安装器件以贴装或键合的方式组装在所述基板的第一表面。
进一步地，所述的无源滤波器装置，还包括模制化合物层，囊封所述基板的第一表面、所述集成无源器件和所述表面贴装器件，用于保护所述基板的第一表面、所述集成无源器件和所述表面贴装器件免受外部环境的影响。
具体地，所述第一电感的品质因数在1GHz频率下大于60；所述安装器件与所述基板的第一表面之间有焊盘，所述焊盘与所述基板的第一表面的金属域接触，所述安装器件与所述基板通过所述焊盘实现电连接。
进一步地，所述安装器件，还包括至少一个第二电容。
进一步地，所述第一电感为3D电感，所述3D电感以金丝键合的方式安装在所述基板的第一表面的金属域内。
进一步地，所述集成无源器件中的第一电容为MIM(金属-绝缘层-金属)电容。
进一步地，所述MIM电容包含的两个金属层分别为所述MIM电容的第一极板和第二极板，所述第一极板和第二极板的有效厚度均不小于1μm。
进一步地，所述集成无源器件的所述芯片还包括以下的一种或多种：
第二电感；声表面波器件；体声波器件；腔体谐振器。
进一步地，所述基板还包括第二表面，所述第二表面包含多个金属域，用于实现所述基板电耦合到外部的电系统中。
第二方面，本发明实施例还提供了一种无源滤波器模组，该无源滤波器模组包括本发明任意实施例的无源滤波器装置。
本发明通过集成无源器件的第一电容集成在芯片上，以倒装的方式组装到基板上，并与安装器件的第一电感组合形成无源滤波器，提高了无源器件的集成度，有利于无源滤波器装置的小型化；降低了无源滤波器参数的不可控性；减小了寄生参数，使其与基板的导电导热性能良好。本发明的无源滤波器装置不含有源器件，并能以独立存在的方式耦合到其他电路中，实现选择频段进行滤波。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的一种无源滤波器装置的结构示意图。
图2是图1的无源滤波器装置的一种等效电路图。
图3是图1的无源滤波器装置的另一种等效电路图。
图4是本发明实施例二提供的另一种无源滤波器装置的结构示意图。
图5是本发明实施例三提供的一种无源滤波器装置的结构示意图。
图6是本发明实施例三提供的一种无源滤波器装置的等效电路图。
图7是本发明实施例三提供的另一种无源滤波器装置的等效电路图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的一种无源滤波器装置的结构示意图，本实施例可适用于系统电路中需要无源滤波器的情况，该无源滤波器装置具体包括：
基板10，平铺在底层，包括第一表面101；在第一表面101包含多个金属域102，用于实现基板10的第一表面101电连接集成无源器件20和安装器件30；
集成无源器件20，至少包含一个芯片，芯片至少包含第一电容，集成无源器件20以倒装的方式安装在基板10的第一表面101；集成无源器件20通过在基板10的第一表面内101的金属域102上的导电凸起201与基板10实现电连接；
安装器件30，至少包含第一电感，安装器件30以贴装或键合的方式安装在基板10的第一表面101。
其中，因无源滤波器装置与外部电路(例如印刷电路板)的工艺精度不同，基板10作为一个中间连接体实现无源滤波器装置与外部电路之间的电连接。基板通常由多层介电材料和金属材料组成，其形式可以有多种，例如laminate多层基板和coreless基板等，此处的基板10还可以是硅晶圆或者是玻璃上打孔贯穿上下表面，孔内填进金属，从而实现上下表面电连接的硅晶圆或者是玻璃。基板10还可以由扇形晶圆级封装(Fan-Out WLP)工艺封装代替基板10。
集成无源器件20中的芯片的数量至少为一个，可以根据无源滤波器装置需要选择的频段进行选择芯片的数量。每个芯片中的第一电容的数量至少为一个，根据实际需要进行选择。当集成无源器件20含有多个芯片时，芯片之间的连接方式可以为串联也可以为并联。当芯片中的第一电容有多个时，第一电容之间的连接方式也可以为串联或者是并联，第一电容的电容值可以相等或者是不等。最终集成无源器件20中等效的第一电容的电容值符合无源滤波器装置选择频段进行滤波的需求。集成无源器件20以倒装的方式安装在基板10的第一表面101上，集成无源器件20通过基板10的第一表面101内的金属域102上的导电凸起201与基板10实现电连接，导电凸起201可以为焊球，其材料可以为焊锡。
安装器件30中的第一电感的数量为至少一个，当第一电感为多个时，多个第一电感之间的连接方式可以为串联或者是并联，第一电感的电感值可以相等或者是不等，最终安装器件30中等效的第一电感的电感值符合无源滤波器装置选择频段进行滤波的需求。
无源滤波器装置中的集成无源器件20中芯片上的第一电容和安装器件30的第一电感实现滤波作用。图2为图1的无源滤波器装置的一种等效电路图，由图2可知，第一电感对低频信号阻碍小，对高频信号阻碍大，第一电容则对低频信号衰减小，对高频信号衰减大，因此该无源滤波器装置容易通过低频信号，可等效为低通滤波器。图3为图1的无源滤波器装置的另一种等效电路图，第一电感和第一电容的位置互换，此时等效电路通高频，阻低频，因此该无源滤波器装置可等效为高通滤波器。
本实施例的技术方案，通过集成无源器件的第一电容集成在芯片上，以倒装的方式组装到基板上，并与安装器件的第一电感组合形成无源滤波器，提高了无源器件的集成度，有利于无源滤波器装置的小型化；降低了无源滤波器参数的不可控性；减小了寄生参数，使其与基板的导电导热性能良好。本发明的无源滤波器装置不含有源器件，并能以独立存在的方式耦合到其他电路中，实现选择频段进行滤波。
在上述技术方案的基础上，集成无源器件20芯片上的第一电容为MIM(金属-绝缘层-金属)电容。MIM电容包含的两个金属层分别为MIM电容的第一极板和第二极板，第一极板和第二极板的有效厚度均不小于1μm。这样设置的好处在于大幅度降低极板的寄生电阻，从而提高电容的品质因数。
在上述技术方案的基础上，安装器件30中的第一电感的品质因数在1GHz频率下大于60；安装器件30采用表面贴装器件，安装器件30通过表面贴装技术(Surface MountedTechnology SMT)与基板10安装在一起。示例性的，安装器件30通过焊接方式安装于基板10上。具体地，在安装器件30和与基板10的第一表面101之间有焊盘302，焊盘302与基板10的第一表面101的金属域102接触，安装器件30与基板10通过焊盘302实现电连接。采用高品质因数的电感提高了谐振回路的谐振特性，因此提高了无源滤波器装置的滤波效果。
实施例二
图4为本发明实施例二提供的另一种无源滤波器装置的结构示意图，本实施例在上述各实施例的基础上，第一电感采用3D电感303，3D电感303以金丝键合的方式安装在基板10的第一表面101的金属域内102。3D电感303的数量至少一个，当3D电感303为多个时，多个3D电感303之间的连接方式可以为串联或者是并联，3D电感303的电感值可以相等或者是不等，最终安装器件30中等效的第一电感的电感值符合无源滤波器装置选择频段进行滤波的需求。
无源滤波器装置中的集成无源器件20中芯片上的第一电容和安装器件30的3D电感303实现滤波作用。具体过程与本发明实施例一的滤波过程一致，在此不再赘述。
本实施例的技术方案，采用3D电感303不仅能够实现传统的离散电感相应的品质因数，有利于安装到基板10上使用，并且安装3D电感303到基板10上所需的引脚面积小，3D电感303以金丝键合的方式安装在基板10上既节约材料的同时保证连接的可靠性，又能降低连接处的寄生电容和寄生电阻。
实施例三
图5为本发明实施例三提供的一种无源滤波器装置的结构示意图，如图5所示，本实施例在上述各实施例的基础上，无源滤波器装置还包括模制化合物层40，囊封基板10的第一表面101、集成无源器件20和安装器件30，用于保护基板10的第一表面101、集成无源器件20和安装器件30免受外部环境的影响。模制化合物层40的材料可以有多种，例如酚醛树脂、苯并蒽嗪树脂、氰酸树脂和环氧树脂等。
在上述技术方案的基础上，集成无源器件20的芯片还包括以下的一种或多种：第二电感；声表面波器件；体声波器件；腔体谐振器。
集成无源器件20的芯片中的第二电感、声表面波器件、体声波器件和腔体谐振器的个数均可以有多个，多个第二电感之间的电感值可以相等或不等，同样，多个声表面波器件、多个体声波器件和多个腔体谐振器之间的电感值也可以相等或不等。第二电感、声表面波器件、体声波器件和腔体谐振器的个数与第一电容的个数可以相等或不等。
需要说明的是，上述集成无源器件20中的无源器件不是限定，只是举例说明。集成无源器件20还可以包括其他无源器件，只需满足无源滤波器装置所需选择的频段进行滤波。
在上述技术方案的基础上，安装器件30还可以包括至少一个第二电容。
安装器件30中的第二电容的个数可以有多个，多个第二电容之间的电容值可以相等或不等。第二电容和第一电感的个数可以相等或不等，第二电容和第一电感之间形成并联或串联，具体链接方式根据无源滤波器装置的滤波类型进行选择。
示例性的假设集成无源器件20中由一个第一电容和一个第二电感，安装器件30中有一个第一电感和一个第二电容，当集成无源器件20中的第一电容和第二电感为串联，安装器件30中的第一电感和第二电容为并联时，其等效电路图如图6所示。图6所示为本发明实施例提供的另一种无源滤波器装置的等效电路图，因电感对低频信号阻碍小，对高频信号阻碍大；电容则对低频信号衰减小，对高频信号衰减大。由此可以看出，第一电容和第二电感串联对谐振信号阻抗小，第一电感和第二电容并联对谐振信号阻抗大，因此图6所示的无源滤波器装置实现的功能为带通滤波，让谐振信号容易通过，而阻碍其他频率信号通过。当集成无源器件20中的第一电容和第二电感为并联，安装器件30中的第一电感和第二电容为串联时，其等效电路图如图7所示。图7所示为本发明实施例提供的另一种无源滤波器装置的等效电路图，第一电容和第二电感并联对谐振信号阻抗大，第一电感和第二电容串联对谐振信号阻抗小，因此图7所示的无源滤波器装置实现的功能为带阻滤波，阻止谐振频率的信号通过。
当集成无源器件20中包含其他无源器件时，例如声表面波器件、体声波器件和腔体谐振器，均可以等效为电感或电容，因此集成无源器件20的等效电路为电容和电感的串联或并联，因此无源滤波器装置的等效电路图可以如图6或图7所示。
本实施例的技术方案，通过增加集成无源器件中第一电容的个数，或增加第二电感、声表面波器件、体声波器件和腔体谐振器的任意一种或多种无源器件，以及安装器件中增加第一电感的个数或增加第二电容，使本申请中的无源滤波器装置可以根据需要成为多种类型的滤波器，并可以根据无源器件的个数和等效的电感值和电容值调节谐振频率，实现了无源滤波器装置可以大范围的滤波。
本发明具体实施例中还提供了一种无源滤波器模组，包括本发明任意实施例所提供的无源滤波器装置。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种无源滤波器装置，其特征在于，包括：
基板，平铺在底层，包括第一表面；在所述第一表面包含多个金属域，用于实现所述基板的第一表面电连接集成无源器件和安装器件；
所述集成无源器件，至少包含一个芯片，所述芯片至少包含第一电容，所述集成无源器件以倒装的方式组装在所述基板的第一表面；所述集成无源器件通过在所述基板的第一表面内的金属域上的导电凸起与所述基板实现电连接；
所述安装器件，至少包含第一电感，所述安装器件以贴装或键合的方式组装在所述基板的第一表面。
2.根据权利要求1所述的无源滤波器装置，其特征在于，还包括模制化合物层，囊封所述基板的第一表面、所述集成无源器件和所述安装器件，用于保护所述基板的第一表面、所述集成无源器件和所述安装器件免受外部环境的影响。
3.根据权利要求1所述的无源滤波器装置，其特征在于，所述第一电感的品质因数在1GHz频率下大于60；所述安装器件与所述基板的第一表面之间有焊盘，所述焊盘与所述基板的第一表面的金属域接触，所述安装器件与所述基板通过所述焊盘实现电连接。
4.根据权利要求1或3所述的无源滤波器装置，其特征在于，所述安装器件，还包括至少一个第二电容。
5.根据权利要求1所述的无源滤波器装置，其特征在于，所述第一电感为3D电感，所述3D电感以金丝键合的方式安装在所述基板的第一表面的金属域内。
6.根据权利要求1所述的无源滤波器装置，其特征在于，所述集成无源器件中的第一电容为MIM(金属-绝缘层-金属)电容。
7.根据权利要求6所述的无源滤波器装置，其特征在于，所述MIM电容包含的两个金属层分别为所述MIM电容的第一极板和第二极板，所述第一极板和第二极板的有效厚度均不小于1μm。
8.根据权利要求1、6或7所述的无源滤波器装置，其特征在于，所述集成无源器件的所述芯片还包括以下的一种或多种：
第二电感；
声表面波器件；
体声波器件；
腔体谐振器。
9.根据权利要求1所述的无源滤波器装置，其特征在于，所述基板还包括第二表面，所述第二表面包含多个金属域，用于实现所述基板电耦合到外部的电系统中。
10.一种无源滤波器模组，其特征在于，包括权利要求1-9任一所述的无源滤波器装置。
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