CN111934070B - 一种应用于6g通信的三维发夹滤波器 - Google Patents

一种应用于6g通信的三维发夹滤波器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种应用于6G通信的三维发夹滤波器，包括平行排列的发夹单元列和上接地RDL，发夹单元列由多个发夹单元间隔排列组成，发夹单元一端为信号TSV，相对的另一端为信号RDL，相邻发夹单元的上下端面结构相反，发夹单元列两端顶部设置有相对称的信号馈线，发夹单元列两端端部的发夹单元顶面均为信号RDL，上接地RDL顶部设置有与信号馈线相对的接地馈线，上接地RDL底部设置有下接地RDL，上接地RDL和下接地RDL之间设置有与信号TSV相对的接地TSV，信号TSV和接地TSV嵌入在同一硅衬底中。本发明三维发夹滤波器采用TSV技术成功实现了三维发夹滤波器在THz频段的设计，采用四臂发夹单元提高了滤波器通带内回波损耗，使得性能提高。

Description

一种应用于6G通信的三维发夹滤波器
技术领域
本发明属于电子通信技术领域，涉及一种应用于6G通信的三维发夹滤波器。
背景技术
5G通信技术已经进入商用阶段。其具有高速的信号传输速率和更宽的信道。6G通信技术是未来的通信技术发展的必然趋势。6G通信工作在THz频段。THz的工作频段范围从0.1THz到10THz。2019年世界无线电通信大会(WRC-19)批准了275GHz-450GHz的宽带资源可以用于移动通信业务。其中，356GHz-450GHz频段带宽最大，可以提供最高的信道资源。作为微波通信的重要组件，无源滤波器一直受到广泛的关注和应用。作为结构简单、尺寸小、成本低、可集成度高的无源滤波器，微带发夹滤波器得到了最普遍的运用。
在100GHz以下频段，微带线具有优良的传输性能和较低的传输损耗，可实现较好的信号传输。但是进入THz频段后，微带线的传输损耗急剧增大，不再满足滤波器性能的要求。幸而TSV在THz频段能够实现很好的信号传输功能。
TSV，全拼是“Through Silicon Via”，中文意思为“穿过硅片通道”，通常称为“硅通孔”。TSV是三维集成技术的重要成果之一，其利用短的垂直电连接或通过硅晶片的"通孔"，以建立从芯片的有效侧到背面的电连接。RDL，又称“重布线层”，由金属沉积形成的金属层，属于一种封装技术的组成部分。
研究发现TSV在高频下具有无可比拟的优良电气性能，可以实现低损耗的信号传输。而且TSV技术的引进使得发夹滤波器从平面结构转变到三维结构，更加易于集成。
发明内容
本发明的目的是提供一种应用于6G通信的三维发夹滤波器，解决了现有滤波器在进入THz频段后，传输损耗急剧增大的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种应用于6G通信的三维发夹滤波器，包括平行排列的发夹单元列和上接地RDL，发夹单元列由多个发夹单元间隔排列组成，发夹单元一端为信号TSV，相对的另一端为信号RDL，相邻发夹单元的上下端面结构相反，发夹单元列两端顶部设置有相对称的信号馈线，发夹单元列两端端部的发夹单元顶面均为信号RDL，上接地RDL顶部设置有与信号馈线相对的接地馈线，上接地RDL底部设置有下接地RDL，上接地RDL和下接地RDL之间设置有与信号TSV相对的接地TSV，信号TSV和接地TSV嵌入在同一硅衬底中。
本发明的技术特征还在于，
发夹单元列顶面与上接地RDL顶面平齐，发夹单元列底面与下接地RDL底面平齐。
发夹单元列由五个发夹单元呈“一”字形间隔排列组成。
每个发夹单元包括四个信号TSV，同一发夹单元上相邻信号TSV的中心间距相等。
发夹单元端部的信号TSV外侧侧面与信号RDL侧面平齐。
信号TSV和接地TSV的规格相同。
信号馈线和接地馈线的规格相同。
本发明的有益效果是，采用TSV和RDL组成发夹单元，进而组成三维发夹滤波器，采用TSV技术成功实现了三维发夹滤波器在THz频段的设计，并且性能良好；采用四臂发夹单元提高了滤波器通带内回波损耗，使得性能提高；TSV和RDL尺寸小，使滤波器紧凑化，提高了滤波器的集成度。
附图说明
图1是本发明应用于6G通信的三维发夹滤波器的顶面结构示意图；
图2是本发明应用于6G通信的三维发夹滤波器的侧面结构示意图；
图3是本发明应用于6G通信的三维发夹滤波器中发夹单元列的结构示意图。
图中，1.上接地RDL，2.发夹单元，3.信号馈线，4.接地馈线，5.接地TSV，6.下接地RDL，21.信号TSV，22.信号RDL。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种应用于6G通信的三维发夹滤波器，参照图1和图2，包括平行排列的发夹单元列和上接地RDL1，发夹单元列由五个发夹单元2呈“一”字形间隔排列组成，从左到右分别为发夹单元Ι、发夹单元Ⅱ、发夹单元Ⅲ、发夹单元Ⅳ、发夹单元Ⅴ，发夹单元Ι顶端为信号RDL22，底端为四个信号TSV21，发夹单元Ⅱ底端为信号RDL22，顶端为四个信号TSV21，发夹单元Ⅲ、发夹单元Ⅴ和发夹单元Ι的上下端面结构相同，发夹单元Ⅳ与发夹单元Ⅱ的上下端面结构相同。每一个发夹单元2端部的信号TSV21外侧侧面与信号RDL22侧面平齐(见图3)。
发夹单元列两端顶部设置有相对称的信号馈线3，发夹单元Ι顶部的信号馈线3为信号输入端口，发夹单元Ⅴ顶部的信号馈线3为信号输出端口。
上接地RDL1顶部设置有与信号馈线3相对的接地馈线4，即接地馈线4与信号馈线3的左右位置相同，上接地RDL1左端顶部的接地馈线4为接地输入端口，右端顶部的接地馈线4为接地输出端口。
上接地RDL1底部设置有相对称的下接地RDL6，上接地RDL1与下接地RDL6规格相同，上接地RDL1和下接地RDL6之间设置有与信号TSV21一一相对的接地TSV5，信号TSV21和接地TSV5嵌入在同一硅衬底中。
发夹单元列顶面与上接地RDL1顶面平齐，发夹单元列底面与下接地RDL6底面平齐。
同一发夹单元2上相邻信号TSV21的中心间距相等，为13.9μm。
信号TSV21和接地TSV5的规格相同，直径均为4.9μm，高度均为25μm。信号TSV21和接地TSV5均由中间金属圆柱和外侧绝缘层组成，此实施例中，中间金属圆柱为铜柱，外侧绝缘层为二氧化硅层。
信号馈线3和接地馈线4的规格相同，宽度均为5.7μm，高度均为4μm。
信号TSV缩小或增大一定尺寸，信号RDL两侧各增大或减小相同的尺寸，要求信号输入端口和信号输出端口到TSV中点的相对位置保持不变。
左侧信号馈线3的左侧侧面距离发夹单元列左端端面的距离为2.3μm，右侧信号馈线3的右侧侧面距离发夹单元列右端端面的距离也为2.3μm，两个接地馈线4距离上接地RDL1左右两端端面的距离也为2.3μm。
上接地RDL1、下接地RDL6和信号RDL22的宽度均为4.9μm，厚度均为1μm，信号RDL22的长度为60.5μm。
RDL，即重布线层，是由金属沉积形成的金属层，本实施例中，上接地RDL1、下接地RDL6和信号RDL22均为铜金属层。
发夹单元Ι与发夹单元Ⅱ之间的间距为2.5μm，发夹单元Ⅲ与发夹单元Ⅳ之间的间距也为2.5μm，发夹单元Ⅱ与发夹单元Ⅲ之间的间距为3.5μm，发夹单元Ⅳ与发夹单元Ⅴ之间的间距也为3.5μm。发夹单元列与上接地RDL1之间的间距为13.9μm。
通过检测，本三维发夹滤波器通带内最大插入损耗2.49dB的频率范围为336.5GHz-440GHz，通带内最小回波损耗为14.7dB，最大回波损耗为49.9dB。

Claims (5)

1.一种应用于6G通信的三维发夹滤波器，其特征在于，包括平行排列的发夹单元列和上接地RDL(1)，发夹单元列由多个发夹单元(2)间隔排列组成，发夹单元(2)一端为信号TSV(21)，相对的另一端为信号RDL(22)，相邻发夹单元(2)的上下端面结构相反，发夹单元列两端顶部设置有相对称的信号馈线(3)，发夹单元列两端端部的发夹单元(2)顶面均为信号RDL(22)，上接地RDL(1)顶部设置有与信号馈线(3)相对的接地馈线(4)，上接地RDL(1)底部设置有下接地RDL(6)，上接地RDL(1)和下接地RDL(6)之间设置有与信号TSV(21)相对的接地TSV(5)，信号TSV(21)和接地TSV(5)嵌入在同一硅衬底中；
所述发夹单元列顶面与上接地RDL(1)顶面平齐，发夹单元列底面与下接地RDL(6)底面平齐，所述发夹单元列由五个发夹单元(2)呈“一”字形间隔排列组成。
2.根据权利要求1所述的一种应用于6G通信的三维发夹滤波器，其特征在于，每个所述发夹单元(2)包括四个信号TSV(21)，同一发夹单元(2)上相邻信号TSV(21)的中心间距相等。
3.根据权利要求2所述的一种应用于6G通信的三维发夹滤波器，其特征在于，所述发夹单元(2)端部的信号TSV(21)外侧侧面与信号RDL(22)侧面平齐。
4.根据权利要求1所述的一种应用于6G通信的三维发夹滤波器，其特征在于，所述信号TSV(21)和接地TSV(5)的规格相同。
5.根据权利要求1所述的一种应用于6G通信的三维发夹滤波器，其特征在于，所述信号馈线(3)和接地馈线(4)的规格相同。
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