CN112421195A - 一种ipd吸收式带通滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种IPD吸收式带通滤波器，属于滤波器技术领域。包括基体层和基体层下表面的背金层，基体层上生长有第一氮化硅层，第一氮化硅层上溅射有薄膜电阻层，第一氮化硅层上形成有第一金属层，第一金属层上生长有第二氮化硅层，第二氯化硅层上生长有聚酰亚胺层，聚酰亚胺层上形成有第二金属层，第二金属层上生长有第三氮化硅层，第一金属层和第二金属层上形成滤波器电路结构，滤波器电路结构包括串联在输入端口和输出端口之间的第一带通信号处理单元、第二式带通信号处理单元和LC并联谐振电路，本发明采用IPD‑GaAs工艺，通过光刻、溅射、电镀、刻蚀等工序，在GaAs基体上制作吸收式滤波器电路结构，具有高阻带抑制的效果。

Description

一种IPD吸收式带通滤波器

技术领域

本发明涉及一种IPD吸收式带通滤波器，属于滤波器技术领域。

背景技术

随着通信技术的高速发展，通信系统对高性能、小型化的无源部件要求越来越高，带通滤波器作为通信装置的重要电子部件之一，带通滤波器的性能直接影响通信系统的性能。传统的带通滤波器中的阻带“衰减”信号会被反射到信号源，然而这些反射信号可能会对整个RF系统产生不利的影响。例如，混频器对其端口上的带外终端都极为敏感，然而滤波器又是混频器的前端和后端经常出现的器件。滤波器衰减的互调产物被反射回混频器可能产生不需要的谐波，这些谐波会造成系统不稳定。

针对传统的滤波器的缺陷，一些吸收式的滤波器应运而生。例如，在低通原型滤波器和与其互补的高通滤波器并联构成互补双工器来吸收阻带信号，但这样会使空间需求很大，而且造成阻抗的不匹配。在两个微带3dB定向耦合器之间添加两个传统的微带梳状线带通滤波器虽然也可以吸收阻带信号，但是电桥的宽度限制了滤波器的带宽。在输入输出端接两个等相功率分配器，然后在两个功率分配器之间的上通路和下通路分别连接串联形式的+45度高通移相器、传统带通滤波器、-45度低通移相器，这样实现在输入端输入信号和反射信号相位抵消的功能，虽然达到吸收反射信号的效果，但是需要用大量的电路元件，这样对于现在小型化的需求来说，集总电路的布局和元件相互影响上对其造成了阻碍。

发明内容

本发明的目的在于克服现有低通滤波器存在的上述缺陷，提供了一种IPD吸收式带通滤波器，采用IPD-GaAs工艺，通过光刻、溅射、电镀、刻蚀等工序，在GaAs基体上制作吸收式滤波器电路结构，具有高阻带抑制的效果。

本发明是采用以下的技术方案实现的：

一种IPD吸收式带通滤波器，包括基体层和基体层下表面的背金层，基体层上生长有第一氮化硅层，第一氮化硅层上溅射有薄膜电阻层，第一氮化硅层上形成有第一金属层，第一金属层上生长有第二氮化硅层，第二氯化硅层上生长有聚酰亚胺层，聚酰亚胺层上形成有第二金属层，第二金属层上生长有第三氮化硅层，第一金属层和第二金属层上形成滤波器电路结构。

进一步地，滤波器电路结构包括串联在输入端口和输出端口之间的第一带通信号处理单元和第二式带通信号处理单元，第一带通信号处理单元和第二式带通信号处理单元之间设有与接地端口连接的LC并联谐振电路。

进一步地，第一带通信号处理单元和第二式带通信号处理单元均包括相互并联的带通信号通路和通带外吸收支路。

进一步地，带通信号通路为LC串联谐振电路，通带外吸收支路为LC并联谐振电路与吸收电阻的串联电路。

进一步地，滤波器电路结构中的电感为平面螺旋电感，形状为圆形电感、正方形电感、长方形电感或多边形电感。

进一步地，滤波器电路结构中的电容为MIM电容。

进一步地，吸收电阻为氮化坦薄膜电阻。

进一步地，接地端口设有4个，两个与输入端口形成GSG共面端口，两个与输出端口形成GSG共面端口。

进一步地，接地端口通过晶背穿孔工艺形成连接通孔与背金层连接。

本发明的有益效果是：

本发明在GaAs基体上制作滤波器电路结构，滤波器结构包括两级吸收式带通信号处理单元，吸收式带通信号处理单元包括带通信号通路和通带外吸收支路，以上电路配合主电路LC并联谐振实现阻带反射信号的吸收，从而达到高阻带抑制的效果。采用GSG端口，便于与其他微波组件集成，基于IPD-GaAs工艺设计，通过光刻、溅射、电镀、刻蚀等工序，成品率高、批量一致性好、适合大批量生产。

附图说明

图1为本发明的等效电路图；

图2为本发明的工艺示意图；

图3为本发明的三维结构示意图；

图4为本发明的平面结构示意图；

图5为本发明的S参数仿真结果。

附图标记说明：

1背金层；2基体层；3第一氮化硅层；4第一金属层；5薄膜电阻层；6第二氮化硅层；7聚酰亚胺层；8第二金属层；9第三氮化硅层；10电路结构；11GSG共面端口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明的吸收式带通滤波器，包括基体层2和基体层2下表面的背金层1，还包括金属层，金属层形成滤波器电路结构10，滤波器电路结构10包括串联在输入端口和输出端口之间的第一带通信号处理单元和第二式带通信号处理单元，第一带通信号处理单元和第二式带通信号处理单元之间设有与接地端口连接的带通滤波器基础主路，带通信号处理单元由带通信号通路和通带外吸收支路组成；其中带通滤波器基础主路为电感和电容并联谐振(L3、C3)；带通信号通路为电感和电容串联谐振(L1、C1)；通带外吸收支路为电感和电容并联谐振(L2、C2)在串连一个吸收电阻(R1)。

如图2所示，本发明的吸收式带通滤波器采用IPD-GaAs工艺，通过光刻、溅射、电镀、刻蚀等工序，在GaAs基体上制作电路结构10；工艺过程为对GaAs基体进行打磨抛光处理，确保基体层2的厚度100μm和表面平整度小于0.1μm；在抛光后的GaAs基体上表面生长一层厚度为0.16μm的第一氮化硅层3作为粘附层；在粘附层上采用溅射沉积的方法制作氮化坦(TaN)薄膜电阻层5；在粘附层上光刻第一金属层4，其中金属层厚度为1μm，用于电感连接线和MIM电容器的下极板；在第一金属层4上生长一层厚度为0.4μm的第二氮化硅层6作为电容介质层，在电容下极板区域和连接通孔区域光刻一层金属，通过调整金属层厚度来调整电容特性；在第二氮化硅层6上生长一层厚度为1.6μm聚酰亚胺层7，且在聚酰亚胺层7的电容上极板区域和连接通孔区域光刻金属层，该层主要作用是降低第一金属层4和第二金属层8之间的交叉电容；在聚酰亚胺层7上通过电镀工艺形成第二金属层8，其中第二金属层8厚度为4μm，用于平面螺旋电感和MIM电容器的上极板；最后在第二金属层8上生长厚度为5μm的第三氮化硅层9作为钝化层，目的在于保护电路，同时通过图形化处理引出GSG端口；在GaAs基体下表面利用晶背穿孔工艺，制作连接通孔和背金层1相连接；在GaAs基体下表面电镀一层厚度为2μm的背金层1，作为该器件的等效大地和安装连接面。

如图3和图4所示，本发明的吸收式带通滤波器采用IPD-GaAs工艺实现，尺寸为1.1mm*0.8mm*0.1mm，接地端口设有4个，两个与输入端口形成GSG共面端口11，两个与输出端口形成GSG共面端口11，接地端口通过晶背穿孔工艺形成连接通孔与背金层1连接，其中电感L1＝2.04nH，电感L2＝2.12nH，电感L3＝1.8nH，电容C1＝0.912pF，电容C2＝0.888pF，电容C3＝1.02pF，电阻R1＝50Ω。

如图5所示，本发明的吸收式带通滤波器通带频率为3.0～4.6GHz，通带内插入损耗小于1.2dB；阻带DC～1.6GHz内抑制大于15dB，6.5～15GHz内抑制大于15dB。

本发明提供的IPD吸收式带通滤波器具有小尺寸、重量轻、高阻带抑制等优点，另外本发明基于IPD-GaAs工艺设计，产品一致性好适合大批量生产。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种IPD吸收式带通滤波器，包括基体层和基体层下表面的背金层，其特征在于，所述基体层上生长有第一氮化硅层，所述第一氮化硅层上溅射有薄膜电阻层，所述第一氮化硅层上形成有第一金属层，所述第一金属层上生长有第二氮化硅层，所述第二氯化硅层上生长有聚酰亚胺层，所述聚酰亚胺层上形成有第二金属层，所述第二金属层上生长有第三氮化硅层，所述第一金属层和第二金属层上形成滤波器电路结构。

2.根据权利要求1所述的IPD吸收式带通滤波器，其特征在于：所述滤波器电路结构包括串联在输入端口和输出端口之间的第一带通信号处理单元和第二式带通信号处理单元，所述第一带通信号处理单元和第二式带通信号处理单元之间设有与接地端口连接的LC并联谐振电路。

3.根据权利要求1所述的IPD吸收式带通滤波器，其特征在于：所述第一带通信号处理单元和第二式带通信号处理单元均包括相互并联的带通信号通路和通带外吸收支路。

4.根据权利要求3所述的IPD吸收式带通滤波器，其特征在于：所述带通信号通路为LC串联谐振电路，所述通带外吸收支路为LC并联谐振电路与吸收电阻的串联电路。

5.根据权利要求1所述的IPD吸收式带通滤波器，其特征在于：所述滤波器电路结构中的电感为平面螺旋电感，形状为圆形电感、正方形电感、长方形电感或多边形电感。

6.根据权利要求1所述的IPD吸收式带通滤波器，其特征在于：所述滤波器电路结构中的电容为MIM电容。

7.根据权利要求4所述的IPD吸收式带通滤波器，其特征在于：所述吸收电阻为氮化坦薄膜电阻。

8.根据权利要求2所述的IPD吸收式带通滤波器，其特征在于：所述接地端口设有4个，两个与输入端口形成GSG共面端口，两个与输出端口形成GSG共面端口。

9.根据权利要求2所述的IPD吸收式带通滤波器，其特征在于：所述接地端口通过晶背穿孔工艺形成连接通孔与背金层连接。

Images