CN212935861U

CN212935861U - 滤波器

Info

Publication number: CN212935861U
Application number: CN202022181360.XU
Authority: CN
Inventors: 龚颂斌; 杨岩松; 吕若辰
Original assignee: Baichuang Shenzhen Technology Co ltd
Current assignee: Baichuang Shenzhen Technology Co ltd
Priority date: 2020-09-28
Filing date: 2020-09-28
Publication date: 2021-04-09
Anticipated expiration: 2030-09-28

Abstract

本实用新型公开了一种滤波器。该滤波器包括晶圆和嵌入式电感；晶圆上设置有电容，电容和嵌入式电感通过连接部连接。通过在晶圆上设置电容，不仅可以保证电容具有高品质因数，同时可以以比较小的占用空间产生电容值比较大的电容，减小电容的占用空间。并且在基板内形成嵌入式电感，可以保证电感的高品质因数。当晶圆上的电容通过倒装方法与嵌入式电感连接时，可以使高品质因数的电容和电感形成性能良好的滤波器，满足不同应用场合对滤波器的性能要求，提高了滤波器的适用性。而且，电容元件和电感元件单独形成，可以更好的控制每个元件的良品率，从而提高电容元件和电感元件连接后形成的滤波器的良品率，从而有利于降低滤波器的成本。

Description

滤波器

技术领域

本实用新型实施例涉及滤波技术领域，尤其涉及一种滤波器。

背景技术

射频滤波器是现代无线通信前端的重要组成部分。射频滤波器可以选择给定通信标准的频段，并抑制环境中的干扰和噪声。性能较好的射频滤波器有助于提高收发器的信噪比，减小其对周边环境非预期的电磁辐射。

射频滤波器可以包括声学器件，也可以包括电容元件和电感元件。基于电容元件和电感元件的滤波器(LC滤波器)可以提供充分优良的宽带性能。通常，LC滤波器可以采用低温共烧陶瓷(Low-temperature cofired ceramics，LTCC)工艺或与厚金属工艺相兼容的半导体晶圆级工艺在同一基板上形成高品质因数的电容元件和电感元件。LTCC工艺可以将多层金属层与多层低损耗陶瓷进行集成，可以形成高品质因数的多线圈电感。然而，LTCC工艺难以形成集成高介电薄膜，因此在LTCC工艺中难以形成电容值比较大的电容元件。而半导体晶圆级工艺可以实现高品质因数的紧凑型电容元件，但缺乏足够厚的金属以实现高品质因数的电感元件。

实用新型内容

本实用新型提供一种滤波器，以提高滤波器的性能。

本实用新型实施例提供了一种滤波器，包括晶圆和嵌入式电感；所述晶圆上设置有电容，所述电容和所述嵌入式电感通过连接部连接。

可选地，所述晶圆上设置有多个电容；所述连接部为多个；每一所述电容的两个极板分别通过一所述连接部与所述嵌入式电感连接。

可选地，所述晶圆上还设置有钝化层，所述钝化层覆盖所述电容，并暴露所述连接部与所述晶圆连接的区域。

可选地，所述嵌入式电感包括多层金属层；多层所述金属层形成至少一个电感；所述电感的第一端通过所连接部与所述电容的一端连接，所述电感的第二端通过所述连接部与所述电容的另一端或者与地端连接。

可选地，每一所述电感由一层金属层或多层金属层形成。

可选地，所述嵌入式电感包括多个所述电感，至少两个所述电感电连接，至少两个所述电感的公共端共用同一所述连接部。

可选地，多层所述金属层包括顶层金属层和片内金属层，所述电感的第一端设置于所述片内金属层，所述电感的第一端通过过孔与所述顶层金属层连接；其中，所述顶层金属层为所述嵌入式电感与所述晶圆相邻一侧的第一层金属层，所述片内金属层为多层所述金属层中所述顶层金属层以外的其他金属层。

可选地，所述嵌入式电感还包括绝缘层，所述绝缘层设置于相邻所述金属层之间。

可选地，所述连接部包括焊接球和焊盘；所述焊接球设置于所述晶圆上，并与所述电容接触；所述焊盘设置于所述嵌入式电感上，并与所述电感接触。

本实用新型实施例的技术方案，通过在晶圆上设置电容，不仅可以保证晶圆上的电容具有高品质因数，同时可以以比较小的占用空间产生电容值比较大的电容，从而可以在保证电容的品质因数的基础上，减小电容的占用空间。并且在基板内形成嵌入式电感，可以保证电感的高品质因数。当晶圆上的电容通过倒装方法与嵌入式电感连接时，可以使高品质因数的电容和电感形成性能良好的滤波器，满足不同应用场合对滤波器的性能要求，提高了滤波器的适用性。另外，晶圆上的电容为紧凑型电容，可以以比较小的占用空间产生电容值比较大的电容，从而可以在保证电容的品质因数的基础上，减小电容的占用空间，有利于减小滤波器的占用空间。而且，电容元件和电感元件单独形成，可以更好的控制每个元件的良品率，从而提高电容元件和电感元件连接后形成的滤波器的良品率，从而有利于降低滤波器的成本。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种滤波器的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种滤波器的性能示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种滤波器的电路原理图；

图4为图3提供的滤波器的电路原理图对应的一种电容器晶圆的结构示意图；

图5为图3提供的滤波器的电路原理图对应的一种嵌入式电感的剖面结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的一种嵌入式电感的剖面结构示意图；

图7为本实用新型实施例提供的另一种嵌入式电感的剖面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

图1为本实用新型实施例提供的一种滤波器的结构示意图。如图1所示，该滤波包括晶圆110和嵌入式电感120；晶圆110上设置有电容，电容和嵌入式电感120通过连接部130连接。

具体地，晶圆110可以为完整的晶圆，也可以为切割的晶圆。当晶圆110上设置有电容时，该晶圆110可以称为电容器晶圆或电容器芯片。晶圆110的材料可以为高电阻硅、玻璃、石英和蓝宝石的一种。在晶圆110上设置电容时，可以通过半导体微加工工艺在晶圆上形成微型电容器，不仅可以保证晶圆110上的电容具有高品质因数，同时可以以比较小的占用空间产生电容值比较大的电容，从而可以在保证电容的品质因数的基础上，减小电容的占用空间。当电容和嵌入式电感120组成滤波器后，滤波器的占用空间也比较小，有利于滤波器应用于对滤波器的尺寸要求比较小的场景。例如，滤波器可以应用于手机无线前端、小型/微电池基站、wifi路由器、数据卡、POS机、可穿戴电子产品和其他工业物联网系统等场景。

嵌入式电感120包括基板121，通过在基板121上设置比较厚的金属层，可以在基板121上形成高品质因数的电感，从而使得滤波器具有高品质因数的电感。示例性地，嵌入式电感120上的金属层厚度范围可以为5μm-80μm，使得嵌入式电感120的品质因数能够满足滤波器的要求。

需要说明的是，图1中示例性地示出了基板121上包括一层金属层。在其他实施例中，可以在基板121内设置多层金属层，相邻金属层之间通过绝缘层实现电绝缘。多层金属层可以通过跨越式形成电感。

在形成电容和嵌入式电感120后，根据滤波器的电路原理图，使得晶圆110上的电容和嵌入式电感120通过连接部130电连接，形成滤波器。由于晶圆110上的电容和嵌入式电感120均具有高品质因数，因此可以使得滤波器具有很好的性能，满足不同应用场合对滤波器的性能要求，提高了滤波器的适用性。另外，晶圆110上的电容为紧凑型电容，可以以比较小的占用空间产生电容值比较大的电容，从而可以在保证电容的品质因数的基础上，减小电容的占用空间，有利于减小滤波器的占用空间。图2为本实用新型实施例提供的一种滤波器的性能示意图。其中，横坐标为归一化频率，纵坐标为插入和回波损耗，曲线1为本实用新型实施例提供的一种滤波器的插入损耗曲线，曲线2为本实用新型实施例提供的一种滤波器的回损曲线。如图2所示，滤波器在中心频率的插入损耗为1.2dB，插入损耗比较小，而且回波损耗也比较小，使得滤波器在中心频率具有良好的通带。同时带外抑制大于30dB，滤波器具有良好的带外抑制效果。由此可知，当晶圆110上设置的电容和嵌入式电感120形成滤波器时，高品质因数的电容和电感使得滤波器的性能比较好。

另外，电容元件和电感元件单独形成，可以更好的控制每个元件的良品率，从而提高电容元件和电感元件连接后形成的滤波器的良品率，从而有利于降低滤波器的成本。

需要说明的是，根据滤波器的电路原理图，晶圆110上的电容和嵌入式电感120可以为串联和/或并联，以形成不同类型的滤波器。

在上述技术方案的基础上，连接部包括焊接球和焊盘；焊接球设置于晶圆上，并与电容接触；焊盘设置于嵌入式电感上，并与电感接触。

具体地，晶圆上的电容通过连接部与嵌入式电感连接时，可以使得电容器晶圆通过倒装方法与嵌入式电感连接。在电容器晶圆通过倒装方法与嵌入式电感连接时，连接部可以包括焊接球和焊盘。焊接球可以为锡球、铟球或是铜柱，焊接球沉积于晶圆上的电容的极板上，可以实现焊接球与电容电连接。焊盘设置于嵌入式电感上，实现焊盘与嵌入式电感的电连接。在晶圆上的电容与嵌入式电感连接时，可以将电容器晶圆翻转使沉积有焊接球的一侧向下，然后对焊接球进行加热，使焊接球与焊盘熔融，从而实现电容与嵌入式电感的低欧姆损耗的电气电连接。

另外，在嵌入式电感上形成焊盘时，通过设置焊盘的位置，使得在倒装连接时，焊接球与焊盘在电容器晶圆指向嵌入式电感的方向上一一对齐设置，从而可以在熔融时实现焊接球与焊盘电连接。

需要说明的是，焊接球还可以有其他形状，例如为柱体形状，此处仅是一种示例，而不是限定。同理，焊盘的形状可以为凹柱，也可以为凸柱，此处也不做限定。

在上述各技术方案的基础上，晶圆上设置有多个电容；连接部为多个；每一电容的两个极板分别通过一连接部与嵌入式电感连接。

具体地，电容可以具体包括依次层叠设置的第一电极、介质绝缘层和第二电极，且第一电极和第二电极至少部分相对。第一电极和第二电极的厚度范围可以为100nm到10μm，材料可以为金属，例如为AlCu、Cu、Au和Pt中的至少一种。介质绝缘层的厚度范围可以为30nm到1μm，材料可以为SiNx、SiOx、TaON、TiO₂或Al₂O₃。电容的电容值可以通过第一电极和第二电极之间的重叠区域大小调节，此时电容的电容值范围为0.01pf到10pf。在此基础上，可以根据滤波器需要的电容值大小在晶圆上设置不同数量的电容以及每一电容的电容值。示例性地，根据晶圆上的电容数量，晶圆的单侧长度范围可以为200μm至2mm。另外，在晶圆上形成电容时，电容器晶圆的厚度范围可以为200μm到800μm。在晶圆上形成电容后，可以对晶圆进行打薄，使得电容器晶圆的厚度范围为50μm到300μm，有利于电容器晶圆集成为倒装芯片。

当晶圆上包括多个电容时，连接部对应设置为多个，使每个电容的两个极板分别通过一连接部与嵌入式电感连接，从而可以使得每个电容可以独立与嵌入式电感连接，有利于滤波器的带通频率的灵活设计。另外，在其他实施例中，当两个电容之间存在连接关系时，则两个电容连接的公共端可以共用一个连接部，既可以满足电容的连接关系，同时可以减少连接部的设置，有利于简化滤波器的制备工艺。

需要说明的是，晶圆上电容的数量以及与连接部的连接关系可以根据滤波器的电路原理图进行设置。示例性地，图3为本实用新型实施例提供的一种滤波器的电路原理图。如图3所示，滤波器包括四个电容C，四个电容C两两串联，因此四个电容C两两之间形成一个公共端A，公共端A可以共用一个连接部。图4为图3提供的滤波器的电路原理图对应的一种电容器晶圆的结构示意图。如图4所示，电容器晶圆上设置有四个连接部130，每一连接部130与图3中四个电容两两之间的公共端A连接。

另外，图3中的四个电容C的电容值可以相等，也可以不等，其可以根据滤波器的通带频率设计。

在上述各技术方案的基础上，晶圆上还设置有钝化层，钝化层覆盖电容，并暴露连接部与晶圆连接的区域。

具体地，钝化层可以包覆电容，隔绝外部的空气对电容的腐蚀，降低了电容之间的短路风险。同时可以缓冲外部的作用力对电容的影响，有效地保护电容，延长了电容器晶圆的寿命。另外，电容器晶圆上还可以设置焊接球等连接部，此时钝化层暴露设置连接部的区域，保证了连接部与电容的电连接。示例性地，钝化层的材料可以为SiNx和SiO₂。

在上述各技术方案的基础上，嵌入式电感包括多层金属层；多层金属层形成至少一个电感；电感的第一端通过所连接部与电容一端连接，电感的第二端通过连接部与电容的另一端或者与地端连接。

具体地，金属层的材料可以为铜，金属层可以通过形成金属绕组形成电感。金属绕组的两端可以分别为电感的两端。其中，金属绕组的微量宽度范围可以为10μm至150μm。电感的一端通过连接部与电容的一端连接，电感的第二端通过连接部与电容的另一端或者与地端连接，从而形成滤波器。其中，嵌入式电感远离晶圆的一侧可以设置地垫作为地端，电感的第二端可以连接到地垫实现与地端连接。而且，嵌入式电感的数量以及连接关系可以根据滤波器的电路原理图设置。示例性地，参考图3，在图3中，滤波器包括四个电感L，每个电感L的两端分别与一连接部连接，可以使得每个电感可以独立与晶圆上的电容连接，有利于滤波器的带通频率的灵活设计。

另外，嵌入式电感的金属层数量不做限定，可以根据滤波器的电路原理图所需的电感设置。示例性地，嵌入式电感的金属层可以为2-10层。每一金属层的厚度可以相等也可以不等。每一金属层的厚度范围可以为5μm到80μm。

需要说明的是，部分电感的第二端与地端连接，因此这些电感的第二端可以共用一个或多个连接部。

图5为图3提供的滤波器的电路原理图对应的一种嵌入式电感的剖面结构示意图。如图5所示，每一电感由一层金属层或多层金属层形成。

具体地，当电感由多层金属层形成时，该电感可以通过跨越多层金属层形成。在跨越多层金属层时，相邻金属层之间可以通过过孔连接。示例性地，如图5所示，嵌入式电感包括四层金属层，其中一个电感L由两层金属层形成，两层金属层之间通过过孔D连接。当电感由一层金属层形成时，由堆栈的多层金属层中的一层金属层以缠绕的形式形成。

继续参考图5，嵌入式电感还包括绝缘层122，绝缘层122设置于相邻金属层之间。

具体地，绝缘层122可以为有机绝缘层，例如可以为陶瓷材料(例如为树脂)。相邻金属层之间的绝缘层122可以通过金属层嵌入绝缘层叠加的基板中形成。通过设置绝缘层122，可以避免相邻金属层之间短路。当多层金属层通过跨越的形式形成电感时，相邻金属层之间通过在绝缘层122上打孔，并填充导电介质实现相邻金属层的连接。绝缘层122的厚度可以根据滤波器对电感的需要进行设置，示例性地，每一绝缘层122的厚度范围可以为5μm到80μm。

需要说明的是，继续参考图5，在嵌入式电感远离晶圆的一侧还设置有滤波器的输入端123、输出端124和地端的引脚(图5中未示出)，用于实现滤波器与其他元件的连接。在形成滤波器后，滤波器的总厚度范围为150μm到700μm。

在上述各技术方案的基础上，嵌入式电感包括多个电感，至少两个电感电连接，至少两个电感的公共端共用同一连接部。

具体地，当嵌入式电感包括多个电感，两个电感之间存在连接关系时，两个电感连接的公共端B可以共用一个连接部，既可以满足电感的连接关系，同时可以减少连接部的设置，有利于简化滤波器的制备工艺。示例性地，在图3中，四个电感L两两串联，串联后的两端均与地端连接，因此四个电感L两两之间形成一个公共端B，公共端B可以共用一个连接部。继续参考图3，每一个电感L与一个电容C并联，形成4个子滤波器。即每一个电感L的两端与一个电容C的两端分别连接，则四个电容C的公共端A与四个电感L的四个公共端B分别通过连接部连接。四个子滤波器形成π型滤波器，串联的两个子滤波器提供滤波器响应的传输零点，π型两侧的两个平行子滤波器提供滤波器响应的传输极点。

继续参考图5，多层金属层包括顶层金属层125和片内金属层126，电感的第一端设置于片内金属层126，电感的第一端通过过孔E与顶层金属层125连接；其中，顶层金属层125为嵌入式电感与晶圆相邻一侧的第一层金属层，片内金属层126为多层金属层中顶层金属层以外的其他金属层。

具体地，图5中示例性地示出了嵌入式电感包括4层金属层。4层金属层分别为顶层金属层125、第一片内金属层126A、第二片内金属层126B和第三片内金属层126C。当电感L的第一端在第一片内金属层126A时，电感L的第一端通过过孔E与顶层金属层125连接，并通过顶层金属层125与连接部连接，实现电感L与连接部的连接。

需要说明的是，当电感L的第一端通过过孔E与顶层金属层125连接时，与电感L的第一端连接的部分顶层金属层125与其他部分的顶层金属层125绝缘，避免电感L与其他电感或电容短路导致的错误连接，此时与电感L的第一端连接的部分顶层金属层125作为电感L的一部分。另外，图5中的电感L仅是示例性地示出了第一端设置于第一片内金属层126A。在其他实施例中，其他电感的第一端还可以设置于顶层金属层125，此时顶层金属层125可以直接与连接部连接。其他电感的第一端还可以设置于其他片内金属层，此时同样通过过孔将电感的第一端连接至顶层金属层125，然后通过顶层金属层125与连接部连接。

另外，在图5中，顶层金属层125设置于绝缘层122上。当金属层嵌入至绝缘层122内时，顶层金属层125可以设置于绝缘层122内。示例性地，图6为本实用新型实施例提供的一种嵌入式电感的剖面结构示意图。如图6所示，顶层金属层125嵌入于绝缘层122内，顶层金属层125远离片内金属层126的表面与绝缘层122靠近顶层金属层125的表面齐平。

在其他实施例中，顶层金属层125远离片内金属层126的表面可以低于绝缘层122靠近顶层金属层125的表面。图7为本实用新型实施例提供的另一种嵌入式电感的剖面结构示意图。如图7所示，顶层金属层125远离片内金属层126的表面低于缘层122靠近顶层金属层125的表面，使顶层金属层125完全嵌在绝缘层122内。并在连接部130的位置暴露顶层金属层125，使顶层金属层125能够通过连接部130与电容连接。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims

1.一种滤波器，其特征在于，包括晶圆和嵌入式电感；所述晶圆上设置有电容，所述电容和所述嵌入式电感通过连接部连接；

所述嵌入式电感包括基板和至少一层金属层，至少一层所述金属层设置于所述基板上。

2.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述晶圆上设置有多个电容；所述连接部为多个；每一所述电容的两个极板分别通过一所述连接部与所述嵌入式电感连接。

3.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述晶圆上还设置有钝化层，所述钝化层覆盖所述电容，并暴露所述连接部与所述晶圆连接的区域。

4.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述嵌入式电感包括多层金属层；多层所述金属层形成至少一个电感；所述电感的第一端通过所连接部与所述电容的一端连接，所述电感的第二端通过所述连接部与所述电容的另一端或者与地端连接。

5.根据权利要求4所述的滤波器，其特征在于，每一所述电感由一层金属层或多层金属层形成。

6.根据权利要求4或5所述的滤波器，其特征在于，所述嵌入式电感包括多个所述电感，至少两个所述电感电连接，至少两个所述电感的公共端共用同一所述连接部。

7.根据权利要求4所述的滤波器，其特征在于，多层所述金属层包括顶层金属层和片内金属层，所述电感的第一端设置于所述片内金属层，所述电感的第一端通过过孔与所述顶层金属层连接；其中，所述顶层金属层为所述嵌入式电感与所述晶圆相邻一侧的第一层金属层，所述片内金属层为多层所述金属层中所述顶层金属层以外的其他金属层。

8.根据权利要求4所述的滤波器，其特征在于，所述嵌入式电感还包括绝缘层，所述绝缘层设置于相邻所述金属层之间。

9.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述连接部包括焊接球和焊盘；所述焊接球设置于所述晶圆上，并与所述电容接触；所述焊盘设置于所述嵌入式电感上，并与所述电感接触。