CN205647456U - 一种ipd低通滤波器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种IPD低通滤波器，属于电子技术领域。本实用新型包括两层基板和一层集成LC低通滤波器；所述的两层基板是半导体硅基板；集成LC低通滤波器通过光刻、金属沉积、干法刻蚀、高温氧化刻蚀在第一层硅基板上，其中集成LC低通滤波器的电感和电容之间通过引线孔光刻方式实现连接；利用通孔和PCB载板接合封装，封装方式为芯片连接端通过TSV硅通孔方式形成通路。本实用新型具有高性价比、小尺寸、低插入损耗、选频性能好、温度稳定性好等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种IPD低通滤波器，具体的涉及一种基于IPD工艺适用于3GHZ的低通滤波器，属于电子技术领域。
背景技术
低通滤波器是射频前端部分的一个重要的无源器件。一个好的低通滤波器不仅应该具有带内低损耗和带外高抑制的传输特性，而且应该具有陡峭的频率截止特性和尽可能小的体积，特别是在电子整机系统向小型化、轻型化方向发展的今天。
传统的低通滤波器只能采用平面结构，占用的芯片面积太大，不能满足射频前端对器件小型化的需求，为了满足通讯设备器件小型化的需要，最初的努力只是寻找高介电常数ε、高品质因数Q和较低的频率温度系数τ的微波介质材料，来减少介质谐振器的尺寸，从而获得较小的单个微波器件；但仅仅依靠传统的工艺技术仍然没有找到一种有效减小器件尺寸面积的设计方法。
现在半导体的高Q(High-Q™)硅-铜集成无源器件(IPD)工艺提供基于高电阻硅平台的铜工艺，非常适合生产无线及射频应用中所用的无源器件；IPD工艺支持铜电感、精密电容及精密电阻的制造。此低通滤波器就是由IPD工艺设计而成的新型低通滤波器，拥有高性价比、小尺寸和低插入损耗的集成低通滤波器。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是：本实用新型提供一种IPD低通滤波器，以用于解决传统的低通滤波器只能采用平面结构，占用的芯片面积太大，不能满足射频前端对器件小型化的需求的问题，以及性价比高、插入损耗高的问题；本滤波器采用七阶椭圆滤波器原型，并通过IPD 高电阻硅平台的工艺实现等效集总电路模型。集总电感采用平面螺旋电感；其中，集总电容采用MIM电容结构，这种实现方式能够显著减小滤波器尺寸，并且很好的达到要求的性能参数。
本实用新型技术方案是：一种IPD低通滤波器，包括两层基板和一层集成LC低通滤波器；所述的两层基板是半导体硅基板；集成LC低通滤波器通过光刻、金属沉积、干法刻蚀、高温氧化刻蚀在第一层硅基板上，其中集成LC低通滤波器的电感和电容之间通过引线孔光刻方式实现连接；利用通孔和PCB载板接合封装，封装方式为芯片连接端通过TSV硅通孔方式形成通路，无需引线键合，形成最短电路，降低电阻，实现更大的空间效率和更高的互连密度。
所述IPD低通滤波器还包括有硅基氧化层；两层基板为第一层硅基板、第二层硅基板，其中第一层硅基板是衬底，在第一层硅基板下表面处设有一层金属导体层，该金属导体层为金属地面；LC低通滤波器为滤波结构层，通过光刻、金属沉积、干法刻蚀、高温氧化刻蚀在第一层硅基板上；滤波结构层与第二层硅基板之间设有硅基氧化层，采用双层基板堆叠将第二层硅基板覆盖在刻蚀好的LC低通滤波器电路上方，防止电路氧化。
所述LC低通滤波器为带有四个传输零点的低通滤波器，LC低通滤波器包括第一对LC并联谐振、第二对LC并联谐振、第三对LC并联谐振；其中LC低通滤波器输入端和第一对LC并联谐振的输入端连接，第一对LC并联谐振的输出端与第二对LC并联谐振的输入端连接，第二对LC并联谐振的输出端与第三对LC并联谐振的输入端连接，第三对LC并联谐振的输出端与低通滤波器的输出端连接；其中，LC低通滤波器输入端和第一对LC并联谐振之间连接接地电容C4，第一对LC并联谐振和第二对LC并联谐振之间连接接地电容C5，第二对LC并联谐振与第三对LC并联谐振之间连接地电容C6，第三对LC并联谐振与LC低通滤波器输出端连接接地电容C7。
所述第一对LC并联谐振中的电容C1、第二对LC并联谐振中的电容C2、第三对LC并联谐振中的中的电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7采取的是平行板电容，通过在平行板之间填充高介电材料提高电容量；第一对LC并联谐振中的电容L1、第二对LC并联谐振中的电容L2、第三对LC并联谐振中的中的电容L3采取的是平面螺旋电感，利用硅平面刻蚀方式实现。
本实用新型的滤波器采用七阶椭圆滤波器原型，并通过IPD 高电阻硅平台的工艺实现等效集总电路模型。集成LC低通滤波器通过光刻、金属沉积、干法刻蚀、高温氧化等技术刻蚀在第一层硅基板上，其中集成LC低通滤波器电感和电容之间通过引线孔光刻技术实现连接；利用通孔和PCB载板接合封装，封装方式为芯片连接端通过TSV硅通孔技术形成通路，无需引线键合，形成最短电路，降低电阻，实现更大的空间效率和更高的互连密度。
本实用新型的有益效果是：
本实用新型是通过IPD高电阻硅平台的工艺实现的低通滤波器，在实现同等技术指标前提下能够显著的减小器件的尺寸，同时，该低通滤波器能有效的减小带内的插入损耗和增大带外的抑制，并且截止频率处的陡峭度很高，频率选择性很好，能够满足军用指标要求。
本实用新型提供的低通滤波器具有高性价比、小尺寸、低插入损耗、选频性能好、温度稳定性好等特点，并且可加工成贴片形式，便于与其他微波组件集成，另外，本实用新型是基于IPD工艺，性能高，适合批量生产。
附图说明
图1是本实用新型的等效电路图；
图2是本实用新型的结构示意图；
图3是本实用新型的整体示意图；
图4是本实用新型实施例的仿真结果。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本实用新型作进一步说明。
实施例1：如图1-4所示，一种IPD低通滤波器，包括两层基板和一层集成LC低通滤波器；所述的两层基板是半导体硅基板；集成LC低通滤波器通过光刻、金属沉积、干法刻蚀、高温氧化刻蚀在第一层硅基板上，其中集成LC低通滤波器的电感和电容之间通过引线孔光刻方式实现连接；利用通孔和PCB载板接合封装，封装方式为芯片连接端通过TSV硅通孔方式形成通路，无需引线键合，形成最短电路，降低电阻，实现更大的空间效率和更高的互连密度。
所述IPD低通滤波器还包括有硅基氧化层；两层基板为第一层硅基板、第二层硅基板，其中第一层硅基板是衬底，在第一层硅基板下表面处设有一层金属导体层，该金属导体层为金属地面；LC低通滤波器为滤波结构层，通过光刻、金属沉积、干法刻蚀、高温氧化刻蚀在第一层硅基板上；滤波结构层与第二层硅基板之间设有硅基氧化层，采用双层基板堆叠将第二层硅基板覆盖在刻蚀好的LC低通滤波器电路上方，防止电路氧化。
所述LC低通滤波器为带有四个传输零点的低通滤波器，LC低通滤波器包括第一对LC并联谐振、第二对LC并联谐振、第三对LC并联谐振；其中LC低通滤波器输入端和第一对LC并联谐振的输入端连接，第一对LC并联谐振的输出端与第二对LC并联谐振的输入端连接，第二对LC并联谐振的输出端与第三对LC并联谐振的输入端连接，第三对LC并联谐振的输出端与低通滤波器的输出端连接；其中，LC低通滤波器输入端和第一对LC并联谐振之间连接接地电容C4，第一对LC并联谐振和第二对LC并联谐振之间连接接地电容C5，第二对LC并联谐振与第三对LC并联谐振之间连接地电容C6，第三对LC并联谐振与LC低通滤波器输出端连接接地电容C7。
所述第一对LC并联谐振中的电容C1、第二对LC并联谐振中的电容C2、第三对LC并联谐振中的中的电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7采取的是平行板电容，通过在平行板之间填充高介电材料提高电容量；第一对LC并联谐振中的电容L1、第二对LC并联谐振中的电容L2、第三对LC并联谐振中的中的电容L3采取的是平面螺旋电感，利用硅平面刻蚀方式实现。
实施例2：一种IPD低通滤波器，如图1所示，本实施例是带有四个传输零点的椭圆低通滤波器，七阶椭圆低通滤波器的等效电路，输入端和第一对LC并联谐振（电感L1、电容C1）的输入端连接，第一对LC并联谐振的输出端与第二对LC并联谐振（电感L2、电容C2）的输入端连接，第二对LC并联谐振的输出端与第三对LC并联谐振（电感L3、电容C3）的输入端连接，第三对LC并联谐振的输出端与低通滤波器的输出端连接；其中，输入端和第一对LC并联谐振之间连接接地电容C4，第一对LC并联谐振和第二对LC并联谐振之间连接接地电容C5，第二对LC并联谐振与第三对LC并联谐振之间连接地电容C6，第三对LC并联谐振与输出端连接接地电容C7。
如图2所示，从左至右依次为电感L1、电感L2、电感L3；此电感都是由微带线绕成一个八边形螺旋结构；其中，左边的螺旋电感为L1，中间的螺旋电感为L2，右边的螺旋电感为L3，电感L1、电感L2、电感L3三个电感的始端和末端都依次相互连接，连接方式都是在连接端通过打孔以金属导体相连接；其中电感L1的始端与输入端口连接，并且电感L1的终端与电感L2的始端通过金属导体连在一起，电感L2的终端与电感L3的始端也是通过金属导体连接在一起，电感L3的终端与输出端口连接。
电容C1、电容C2、电容C3都为平行板电容结构。其中电容C1和电感L1并联、电容C2和电感L2并联、电容C3和电感L3并联；即电感L1的始端连接电容C1的一个极板，电感L1的末端端连接电容C1的另一个极板，使电容C1和电感L1形成第一对LC并联谐振；电感L2的始端连接电容C2的一个极板，电感L2的末端端连接电容C2的另一个极板，使电容C2和电感L2形成第二对LC并联谐振；电感L3的始端连接电容C3的一个极板，电感L3的末端端连接电容C3的另一个极板，使电容C3 和电感L3 形成第三对LC并联谐振。
电容C4、电容C5、电容C6、电容C7都为平行板电容结构。其中电容C4连接在输入端和第一对LC并联谐振之间，电容C4的一个极板通过圆柱导体与金属地面相连接形成端口地。电容C5连接在第一对LC并联谐振和第二对LC并联谐振之间；电容C5的一个极板通过圆柱导体与金属地面相连接形成端口地。 电容C6连接在第二对LC并联谐振和第三对LC并联谐振之间；电容C6的一个极板通过圆柱导体与金属地面相连接形成端口地。电容C7连接在第三对LC并联谐振和输出端口之间，电容C7的一个极板通过圆柱导体与金属地面相连接形成端口地。
如图3所示，本实用新型IPD滤波器的封装结构为(2 mm×1mm×0.5mm)，该滤波器由金属地面、两层硅介质层、硅氧化层、滤波结构层、电容之间的填充介质层构成。
如图4所示，该低通滤波器截止频率为3GHz，通带内插入损耗小于1.2dB。阻带内，在3.65GHz到10GHz范围内抑制大于30dB。通带内驻波比（VSWR）小于1.8。通带到阻带的矩形系数为1.2左右。
上面结合附图对本实用新型的具体实施例作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (4)
1.一种IPD低通滤波器，其特征在于：包括两层基板和一层集成LC低通滤波器；所述的两层基板是半导体硅基板；集成LC低通滤波器通过光刻、金属沉积、干法刻蚀、高温氧化刻蚀在第一层硅基板上，其中集成LC低通滤波器的电感和电容之间通过引线孔光刻方式实现连接；利用通孔和PCB载板接合封装，封装方式为芯片连接端通过TSV硅通孔方式形成通路。
2.根据权利要求1所述的IPD低通滤波器，其特征在于：所述IPD低通滤波器还包括有硅基氧化层；两层基板为第一层硅基板、第二层硅基板，其中第一层硅基板是衬底，在第一层硅基板下表面处设有一层金属导体层，该金属导体层为金属地面；LC低通滤波器为滤波结构层，通过光刻、金属沉积、干法刻蚀、高温氧化刻蚀在第一层硅基板上；滤波结构层与第二层硅基板之间设有硅基氧化层，采用双层基板堆叠将第二层硅基板覆盖在刻蚀好的LC低通滤波器电路上方。
3.根据权利要求1所述的IPD低通滤波器，其特征在于：所述LC低通滤波器为带有四个传输零点的低通滤波器，LC低通滤波器包括第一对LC并联谐振、第二对LC并联谐振、第三对LC并联谐振；其中LC低通滤波器输入端和第一对LC并联谐振的输入端连接，第一对LC并联谐振的输出端与第二对LC并联谐振的输入端连接，第二对LC并联谐振的输出端与第三对LC并联谐振的输入端连接，第三对LC并联谐振的输出端与低通滤波器的输出端连接；其中，LC低通滤波器输入端和第一对LC并联谐振之间连接接地电容C4，第一对LC并联谐振和第二对LC并联谐振之间连接接地电容C5，第二对LC并联谐振与第三对LC并联谐振之间连接地电容C6，第三对LC并联谐振与LC低通滤波器输出端连接接地电容C7。
4.根据权利要求3所述的IPD低通滤波器，其特征在于：所述第一对LC并联谐振中的电容C1、第二对LC并联谐振中的电容C2、第三对LC并联谐振中的中的电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7采取的是平行板电容，通过在平行板之间填充高介电材料提高电容量；第一对LC并联谐振中的电容L1、第二对LC并联谐振中的电容L2、第三对LC并联谐振中的中的电容L3采取的是平面螺旋电感，利用硅平面刻蚀方式实现。
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Cited By (2)
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