CN205725677U - 一种ipd带通滤波器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种IPD带通滤波器，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带通滤波器；所述的两层基板是半导体硅基板；集成LC带通滤波器通过光刻、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带通滤波器的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。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带通滤波器，具体的涉及一种基于IPD工艺适用于2.4GHZ的带通滤波器，属于电子技术领域。
背景技术
带通滤波器是一个允许特定频段的波通过同时屏蔽其他频段的设备。一个理想的滤波器应该有一个完全平坦的通带，例如在通带内没有增益或者衰减，并且在通带之外所有频率都被完全衰减掉，另外，通带外的转换在极小的频率范围完成。
传统的带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。但仅仅依靠传统的厚膜、薄膜和高温共烧陶瓷（HTCC）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)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IPD带通滤波器就是由IPD工艺设计而成的新型带通滤波器，拥有高性价比、小尺寸和低插入损耗的集成带通滤波器。
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基于IPD技术的带通滤波器，本滤波器采用∏型带通滤波器原型，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，集总电容采用平行板电容结构，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带通滤波器，包括两层基板和一层集成LC带滤波器；所述的两层基板是半导体硅基板；集成LC带通滤波器通过光刻、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带通滤波器的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。
优选地，所述IPD带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带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，当电路刻蚀完成后，采用双层基板堆叠将第二层硅基板覆盖在刻蚀好的LC带通滤波电路上方，防止电路氧化。
优选地，所述LC带通滤波器包括第一对LC并联谐振、第二对LC串并联谐振、第三对LC并联谐振；其中LC带通滤波器输入端和第二对LC串并联谐振的输入端连接，第二对LC串并联谐振的输出端与LC带通滤波器的输出端，第一对LC并联谐振并联在LC带通滤波器输入端和第二对LC串并联谐振之间，第三对LC并联谐振并联在第二对LC串并联谐振和LC带通滤波器输出端之间；第一对LC并联谐振与第三对LC并联谐振的输出端与地面相连接，第二对LC串并联谐振是由串联谐振电感L2、电容C2和并联谐振电感L3、电容C3并联所构成。
优选地，所述第一对LC并联谐振的电容C1、第二对LC串并联谐振的电容C2、电容C3、第三对LC并联谐振的电容C4均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并联谐振的电感L1、第二对LC串并联谐振的电感L2、电感L3采取的是平面螺旋电感，利用硅平面刻蚀方式实现。
优选地，所述第一对LC并联谐振包括电容C1、电感L1；第二对LC串并联谐振包括电容C2、电容C3、电感L2、电感L3；第三对LC并联谐振包括电容C4、电感L4；其中，电容C1和电感L1并联，电容C2和电感L2串联，电容C3和电感L3并联，电容C4和电感L4并联；其中电容C2、电感L2串联后再分别与电容C3、电感L3并联。
优选地，所述LC带通滤波器包括电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电感L1、电感L2、电感L3、电感L4；其中电感L1的始端连接电容C1的一个极板，电感L1的末端连接电容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，使电容C2和电感L2形成一对LC串联谐振；电感L3的始端连接电容C3的一个极板，电感L3 的末端连接电容C3的另一个极板，使电容C3和电感L3形成一对LC并联谐振；电容C2的另一个极板连接L3与C3形成的并联谐振的始端；电感L2的末端连接L3与C3形成的并联谐振的末端；最后形成由电感L2、电容C2、电感L3、电容C3组成的第二对串并联LC谐振；
电感L4始端连接电容C4一个极板，电感L4的末端连接电容C4另一个极板，使电容C4和电感L4形成一对LC并联谐振。
本实用新型的滤波器采用∏型带通滤波器原型，其中将电感耦合∏型带通滤波器的耦合电感用电感和电容的串并联谐振代替，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，集总电容采用平行板电容结构，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。
本实用新型的有益效果是：
本实用新型是通过IPD平面螺旋结构实现的带通滤波器，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，该带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，能够满足军用要求。
本实用新型提供的带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，本发明是基于IPD工艺，性价比高，适合批量生产。
附图说明
图1是本实用新型的原型的等效电路图；
图2是本实用新型的等效电路图；
图3是本实用新型的结构示意图；
图4是本实用新型的整体示意图；
图5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1-5所示，一种IPD带通滤波器，包括两层基板和一层集成LC带通滤波器；所述的两层基板是半导体硅基板；集成LC带通滤波器通过光刻、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带通滤波器的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。
优选地，所述IPD带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带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，当电路刻蚀完成后，采用双层基板堆叠将第二层硅基板覆盖在刻蚀好的LC带通滤波电路上方，防止电路氧化。
优选地，所述LC带通滤波器包括第一对LC并联谐振、第二对LC串并联谐振、第三对LC并联谐振；其中LC带通滤波器输入端和第二对LC串并联谐振的输入端连接，第二对LC串并联谐振的输出端与LC带通滤波器的输出端，第一对LC并联谐振并联在LC带通滤波器输入端和第二对LC串并联谐振之间，第三对LC并联谐振并联在第二对LC串并联谐振和LC带通滤波器输出端之间；第一对LC并联谐振与第三对LC并联谐振的输出端与地面相连接，第二对LC串并联谐振是由串联谐振电感L2、电容C2和并联谐振电感L3、电容C3并联所构成。
优选地，所述第一对LC并联谐振的电容C1、第二对LC串并联谐振的电容C2、电容C3、第三对LC并联谐振的电容C4均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并联谐振的电感L1、第二对LC串并联谐振的电感L2、电感L3采取的是平面螺旋电感，利用硅平面刻蚀方式实现。
优选地，所述第一对LC并联谐振包括电容C1、电感L1；第二对LC串并联谐振包括电容C2、电容C3、电感L2、电感L3；第三对LC并联谐振包括电容C4、电感L4；其中，电容C1和电感L1并联，电容C2和电感L2串联，电容C3和电感L3并联，电容C4和电感L4并联；其中电容C2、电感L2串联后再分别与电容C3、电感L3并联。
优选地，所述LC带通滤波器包括电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电感L1、电感L2、电感L3、电感L4；其中电感L1的始端连接电容C1的一个极板，电感L1的末端连接电容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，使电容C2和电感L2形成一对LC串联谐振；电感L3的始端连接电容C3的一个极板，电感L3 的末端连接电容C3的另一个极板，使电容C3和电感L3形成一对LC并联谐振；电容C2的另一个极板连接L3与C3形成的并联谐振的始端；电感L2的末端连接L3与C3形成的并联谐振的末端；最后形成由电感L2、电容C2、电感L3、电容C3组成的第二对串并联LC谐振；
电感L4始端连接电容C4一个极板，电感L4的末端连接电容C4另一个极板，使电容C4和电感L4形成一对LC并联谐振。
实施例2：一种IPD带通滤波器，如图1和图2所示，本实用新型是采用∏型带通滤波器，其中将电感耦合∏型带通滤波器的耦合电感用电感和电容的串并联谐振代替。具体的连接方式已经在实用新型内容中有了详细描述。
如图3所示，带通滤波器输入端和第二对LC串并联谐振（电感L2、电容C2、电感L3、电容C3）的输入端连接，第二对LC串并联谐振（电感L2、电容C2、电感L3、电容C3）的输出端与带通滤波器的输出端接连，第一对LC并联谐振（电感L1、电容C1）并联在带通滤波器输入端和第二对LC串并联谐振之间，第三对LC并联谐振（电感L4、电容C4）并联在第二对LC串并联谐振和带通滤波器输出端之间；第一对LC并联谐振与第三对LC并联谐振的输出端与地面相连接，第二对LC串并联谐振是由串联谐振（电感L2、电容C2）和并联谐振（电感L3、电容C3）并联所构成。电容C1和电感L1并联、电容C2和电感L2串联、电容C3和电感L3并联、电容C4电感L4联；其中串联电容C2和电感L2与并联电容C3和电感L3并联。
电感L1的始端连接电容C1的一个极板，电感L1的末端连接电容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，使电容C2和电感L2形成一对LC串联谐振；电感L3的始端连接电容C3的一个极板，电感L3 的末端连接电容C3的另一个极板，使电容C3和电感L3形成一对LC并联谐振。电容C2的另一个极板连接L3与C3形成的并联谐振的始端；电感L2的末端连接L3与C3形成的并联谐振的末端。最后形成由（电感L2、电容C2、电感L3、电容C3）组成的第二对串并联LC谐振；电感L4始端连接电容C4一个极板，电感L4的末端连接电容C4另一个极板，使电容C4电感L4形成一对LC并联谐振。
如图4所示，本实用新型的封装结构为(2.5 mm×1.5mm×0.5mm)，该带通滤波器由金属地面、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5所示，该带通滤波器中心频率为2.45GHz，通带带宽为300MHZ，通带内的插入损耗小于1.8，在频率小于2GHZ大于3GHZ时滤波器的带外抑制大于30db。
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 (6)
1.一种IPD带通滤波器，其特征在于：包括两层基板和一层集成LC带通滤波器；所述的两层基板是半导体硅基板；集成LC带通滤波器通过光刻、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带通滤波器的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。
2.根据权利要求1所述的IPD带通滤波器，其特征在于：所述IPD带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带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带通滤波器电路上方。
3.根据权利要求1所述的IPD带通滤波器，其特征在于：所述LC带通滤波器包括第一对LC并联谐振、第二对LC串并联谐振、第三对LC并联谐振；其中LC带通滤波器输入端和第二对LC串并联谐振的输入端连接，第二对LC串并联谐振的输出端与LC带通滤波器的输出端，第一对LC并联谐振并联在LC带通滤波器输入端和第二对LC串并联谐振之间，第三对LC并联谐振并联在第二对LC串并联谐振和LC带通滤波器输出端之间；第一对LC并联谐振与第三对LC并联谐振的输出端与地面相连接，第二对LC串并联谐振是由串联谐振电感L2、电容C2和并联谐振电感L3、电容C3并联所构成。
4.根据权利要求3所述的IPD带通滤波器，其特征在于：所述第一对LC并联谐振的电容C1、第二对LC串并联谐振的电容C2、电容C3、第三对LC并联谐振的电容C4均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并联谐振的电感L1、第二对LC串并联谐振的电感L2、电感L3采取的是平面螺旋电感，利用硅平面刻蚀方式实现。
5.根据权利要求3所述的IPD带通滤波器，其特征在于：所述第一对LC并联谐振包括电容C1、电感L1；第二对LC串并联谐振包括电容C2、电容C3、电感L2、电感L3；第三对LC并联谐振包括电容C4、电感L4；其中，电容C1和电感L1并联，电容C2和电感L2串联，电容C3和电感L3并联，电容C4和电感L4并联；其中电容C2、电感L2串联后再分别与电容C3、电感L3并联。
6.根据权利要求1所述的IPD带通滤波器，其特征在于：所述LC带通滤波器包括电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电感L1、电感L2、电感L3、电感L4；其中电感L1的始端连接电容C1的一个极板，电感L1的末端连接电容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，使电容C2和电感L2形成一对LC串联谐振；电感L3的始端连接电容C3的一个极板，电感L3 的末端连接电容C3的另一个极板，使电容C3和电感L3形成一对LC并联谐振；电容C2的另一个极板连接L3与C3形成的并联谐振的始端；电感L2的末端连接L3与C3形成的并联谐振的末端；最后形成由电感L2、电容C2、电感L3、电容C3组成的第二对串并联LC谐振；
电感L4始端连接电容C4一个极板，电感L4的末端连接电容C4另一个极板，使电容C4和电感L4形成一对LC并联谐振。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20200107 Address after: No.3, 23 / F, building 1, Baida international school, Shangyuan Road, high tech Zone, Kunming, Yunnan 650106 Patentee after: Yunnan Lei Xun Technology Co., Ltd. Address before: 650093 Kunming, Yunnan, Wuhua District Road, No. 253 Patentee before: kunming university of science and technology |
|
| TR01 | Transfer of patent right |