CN113659296A - 一种基于tsv的平面折叠型直接耦合腔体滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于TSV的平面折叠型直接耦合腔体滤波器，包括相互平行设置的上层RDL和下层RDL，上层RDL和下层RDL之间设有硅衬底，硅衬底上分布有由TSV构成的四个谐振腔；上层RDL的相对两侧分别设有输入RDL端口和输出RDL端口。本发明中的馈线采用微带线和共面波导相结合的方式，并且直接耦合结构形成的四个腔，在同等性能下，减小了面积。

Description

一种基于TSV的平面折叠型直接耦合腔体滤波器

技术领域

本发明属于三维集成电路技术领域，涉及一种基于TSV的平面折叠型直接耦合腔体滤波器。

背景技术

采用超高的频率传输信息可以实现更宽的带宽和更大的信道容量，还可以减小或避免频道间的干扰，现代电子设备的工作频率逐渐向毫米波甚至太赫兹(Terahertz,THz)发展，尤其新兴的高清晰度视频、自动驾驶汽车雷达、传感、材料检测和医学高分辨率成像等市场已经对在太赫兹频率下工作的电子设备产生了迫切的需求。太赫兹也称为亚毫米波，频率范围为0.1THz至10THz，高峰值功率和极窄的脉宽使太赫兹通讯具有很高的信噪比和极高的带宽。许多的物理材料对太赫兹具有低吸收率即高穿透性，利用该特征可以制作安全检测器，如在火车站、机场等重要安全场合检测易燃易爆、枪支和毒品等物品鉴于太赫兹的这些独特优点，相应太赫兹波段的滤波器研究也就成为了目前的研究热点。

利用三维集成电路(Three Dimensional Integrated Circuit,3DIC)和硅基垂直通孔技术(Through Silicon Via,TSV)实现的SIW滤波器完美解决了传统滤波器在太赫兹波段的高损耗等缺陷。因此，基于TSV的微波滤波器具有小型化、低损耗、高Q值、高密度集成和优良的高频特性等特点，对其进行设计研究具有重大意义和市场前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于TSV的平面折叠型直接耦合腔体滤波器，该滤波器中的馈线采用微带线和共面波导相结合的方式，并且直接耦合结构形成的四个腔，在同等性能下，减小了面积。

本发明所采用的技术方案是，一种基于TSV的平面折叠型直接耦合腔体滤波器，包括相互平行设置的上层RDL和下层RDL，上层RDL和下层RDL之间设有硅衬底，硅衬底上分布有由TSV构成的四个谐振腔；上层RDL的相对两侧分别设有输入RDL端口和输出RDL端口。

本发明的特点还在于：

四个谐振腔之间依次采用电感正耦合结构。

四个谐振腔分别为第一谐振腔、第二谐振腔、第三谐振腔及第四谐振腔；第一谐振腔与第四谐振腔对称设置，第二谐振腔与第三谐振腔对称设置。

输入RDL端口位于第一谐振腔内；输出RDL端口位于第四谐振腔内。

输入RDL端口和第一谐振腔之间的耦合结构与第四个谐振腔和输出RDL端口的耦合结构相同，均采用微带线和共面波导结合的方式实现馈电。

本发明的有益效果是：本发明一种基于TSV的平面折叠型直接耦合腔体滤波器，馈线采用微带线和共面波导相结合的方式，并且直接耦合结构形成的四个腔结构比较简单，性能也满足要求，在同等性能下，使用此结构，很大程度减小了面积。

附图说明

图1是本发明一种基于TSV的平面折叠型直接耦合腔体滤波器的俯视图；

图2是本发明一种基于TSV的平面折叠型直接耦合腔体滤波器的立体图；

图3是本发明一种基于TSV的平面折叠型直接耦合腔体滤波器的主视图；

图4是本发明一种基于TSV的平面折叠型直接耦合腔体滤波器在HFSS(高频结构仿真)中的S参数仿真曲线。

图中，1.第一谐振腔，2.第二谐振腔，3.第三腔谐振腔，4.输出RDL端口，5.输入RDL端口，6.上层RDL，7.下层RDL，8.硅衬底，9.第四腔谐振腔，10.TSV，11.共面波导槽。

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。

本发明一种基于TSV的平面折叠型直接耦合腔体滤波器，如图1～3所示，包括相互平行设置的上层RDL6和下层RDL7，上层RDL6和下层RDL7的材料为铜，上层RDL6和下层RDL7在滤波器电路中，分别对应高电平和低电平区域，上层RDL6和下层RDL7之间采用了TSV技术，上层RDL6的相对两侧分别设有RDL输出端口4和输入RDL端口5；该滤波器是四阶结构，具有四个谐振腔，分别为第一谐振腔1、第二谐振腔2、第三谐振腔3及第四谐振腔9；上层RDL6和下层RDL7直接设有硅衬底8。硅衬底8内分布有4个由TSV组成的谐振腔。

四个谐振腔之间依次采用电感正耦合结构。RDL输入端口5和第一谐振腔1之间的耦合结构与RDL输出端口4和第四谐振腔9的耦合结构相同，都采用了微带线和共面波导结合的方式馈电。RDL输入端口5的相对两侧、RDL输出端口4的相对两侧分别设有共面波导槽11。

四阶滤波器在结构上对称，RDL输出端口4和输入RDL端口5一一对应，第一谐振腔1与第四谐振腔9对称、第二谐振腔2与第三谐振腔3对称。

本发明一种基于TSV的平面折叠型直接耦合腔体滤波器，采用上下两铜层RDL结构分别作为滤波器电路的高低电平区域，上层RDL6和下层RDL7中间采用TSV排布，与上层RDL6和下层RDL7一起实现了谐振腔之间的耦合。

图1中，区域I中，从左至右共14个TSV依次组成了第一谐振腔1、第二谐振腔2的上侧臂；区域II中，从上至下共8个TSV组成了第二谐振腔2的右侧臂，区域III中，从上至下共7个TSV组成了第三谐振腔的右侧臂；区域IV中，从左至右共14个TSV依次组成了第四谐振腔9和第三谐振腔3的侧臂；区域V中，从上至下共6个TSV组成了第四谐振腔9的左侧臂；区域VI中，从上至下共7个TSV组成了第一谐振腔1的左侧臂；区域X中，从上至下共三个TSV组成了第一谐振腔1(右侧臂)和第二谐振腔2(左侧臂)公共边；区域VII中，从左至右共8个TSV组成了第一谐振腔1(下侧臂)和第四谐振腔9(上侧臂)公共边；区域IX中，从上至下共3个TSV组成了第四谐振腔9(右侧臂)和第三谐振腔3(左侧臂)的公共边。

图1中，各个区域中每个圆形结构表示一个TSV。

输入RDL端口5的尺寸为：长188μm、宽47.2μm。

TSV10的尺寸为：直径39.6μm、高度105.6μm。

上层RDL6的尺寸为：长1339.2μm、宽1148.4μm、厚5μm。

下层RDL7的尺寸为：宽1242.8μm、长1339.2μm、厚5μm。

四个谐振腔之间通过开窗实现磁耦合，通过馈线旁边的凹槽实现电耦合。

谐振腔的距离取两侧的TSV中轴线的距离。两个谐振腔间的窗口的距离取共线处中间的两个TSV中轴线的距离。

第一谐振腔1与第二谐振腔2之间的窗口为：X区域的3个TSV中，从上至下，第2个TSV与第3个TSV之间的区域。

第二谐振腔2与第三谐振腔3之间的窗口为：VIII区域的6个TSV中，从左至右第4个TSV与第5个TSV之间的区域；

第三谐振腔3与第四谐振腔9之间的窗口为：IX区域的3个TSV中，从上至下第1个TSV与第2个TSV之间的区域。

第一谐振腔1的尺寸为：长633.6μm、宽554.4μm。

第二谐振腔2的尺寸为：长666μm、宽554.4μm。

第三谐振腔3的尺寸为：长666μm，宽554.4μm。

第四谐振腔9的尺寸为：长633.6μm、宽554.4μm。

第一谐振腔1与第二谐振腔2的窗口间距为360.4μm。

第二谐振腔2与第三谐振腔3窗口间距为188.3μm。

第三个谐振腔3与第四谐振腔窗口9的间距为348.52μm。

四个共面波导槽11缺口具有相同尺寸，均为：长39.6μm、宽19.8μm。

馈线采用微带线和共面波导相结合的方式，并且直接耦合结构形成的四个腔结构比较简单，性能也满足要求，在同等性能下，使用此结构，很大程度减小了面积。

图4是本发明一种基于TSV的平面折叠型直接耦合腔体滤波器在HFSS中的S参数最终仿真曲线，从图4中可以看出，在中心频率为101.5GHZ时，其插入损耗大约为-1.5dB,回波损耗约为-16.2dB,其结构比较简单，且性能较好。

Claims (5)

1.一种基于TSV的平面折叠型直接耦合腔体滤波器，其特征在于：包括相互平行设置的上层RDL和下层RDL，上层RDL和下层RDL之间设有硅衬底，硅衬底上分布有由TSV构成的四个谐振腔；上层RDL的相对两侧分别设有输入RDL端口和输出RDL端口。

2.根据权利要求1所述的一种基于TSV的平面折叠型直接耦合腔体滤波器，其特征在于：四个所述谐振腔之间依次采用电感正耦合结构。

3.根据权利要求1所述的一种基于TSV的平面折叠型直接耦合腔体滤波器，其特征在于：四个所述谐振腔分别为第一谐振腔、第二谐振腔、第三谐振腔及第四谐振腔；第一谐振腔与第四谐振腔对称设置，第二谐振腔与第三谐振腔对称设置。

4.根据权利要求3所述的一种基于TSV的平面折叠型直接耦合腔体滤波器，其特征在于：所述输入RDL端口位于第一谐振腔内；所述输出RDL端口位于第四谐振腔内。

5.根据权利要求4所述的一种基于TSV的平面折叠型直接耦合腔体滤波器，其特征在于：所述输入RDL端口和第一谐振腔之间的耦合结构与第四个谐振腔和输出RDL端口的耦合结构相同，均采用微带线和共面波导结合的方式实现馈电。

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