TWI404260B

TWI404260B - 微型薄膜帶通濾波器

Info

Publication number: TWI404260B
Application number: TW096102961A
Authority: TW
Inventors: Qiang Richard Chen; Hajime Kuwajima
Original assignee: Tdk Corp
Priority date: 2006-01-31
Filing date: 2007-01-26
Publication date: 2013-08-01
Also published as: KR20080099254A; JP5009934B2; US7321284B2; WO2007089800A1; EP1979982A1; KR101351124B1; TW200735529A; CN101375462A; JP2009525638A; US20070176727A1

Description

微型薄膜帶通濾波器

本發明係關於一種帶通濾波器，更明確地說，係關於一種微型薄膜帶通濾波器。

近年來，由於行動通信終端(例如行動電話以及無線LAN(區域網路))中所採用的各種組件的微型化的關係，該等行動通信終端的微型化已經達成顯著的進展。用在一通信終端中的其中一種重要組件便係濾波器。

明確地說，帶通濾波器通常係在通信應用中用來阻隔或濾除頻率位於一特定導通帶外面的信號。於此等應用中，帶通濾波器較佳的係會在導通帶邊緣處呈現很低的插件損耗(insertion loss)以及陡峭的滾落衰減(也就是，該範圍中的上頻率與下頻率不會因該濾波器而大幅地衰減)。帶外抑制或衰減係一帶通濾波器的重要參數。其可用來計量該濾波器區分帶內信號與帶外信號的能力。帶外抑制越大，被抑制的頻寬變越寬，而該濾波器通常會越好。另外，介於導通帶與帶外之間的滾落頻率邊緣越陡峭，該濾波器便越好。為達快速滾落的目的，通常需要用到較多的共振電路或較多的濾波器部份。這係在帶外處產生較多的傳輸零點(transmission zero)，從而導致更高的帶外衰減。不幸的係，使用越多的濾波器部份與共振電路卻係提高濾波器尺寸以及提高一濾波器在該導通帶中的插件損耗。這對在現代無線通信系統中的微型化需求並沒有任何幫助。

舉例來說，習知技術中係使用低損耗高品質係數的微波共振電路來達到陡峭滾落衰減的目的。微波共振電路通常係運用四分之一波長或半波長傳輸線結構，以便在微波頻率處實現低損耗。對較低的十億赫茲(gigahertz)無線應用來說，四分之一波或半波長結構均需要龐大的組件尺寸，方能容納該等傳輸線結構。此等龐大的組件並不適用於較小的電子裝置中。

鑒於前述，本發明提供一種微型化薄膜帶通濾波器。更明確地說，根據本發明的觀點，本發明提供一種用於微型化應用的帶通濾波器，其係運用到薄膜元件，該等薄膜元件包含螺旋(線圈)電感器以及平行板電容器。

根據本發明一實施例，該帶通濾波器係一使用薄膜技術且具有最佳的低輪廓與高效能的雙共振組帶通濾波器。該等共振組係用到線圈式電感器。依此方式，該濾波器中的該等傳輸零點便可依據該等電感器線圈彼此的配向而從該導通帶的其中一側移至另一側。此外，相較於習知的傳輸線結構，線圈式電感器係提供較低的輪廓以及較小的組件尺寸。

根據本發明一實施例，該帶通濾波器包含：至少兩個薄膜層；一第一共振電路，其包含一第一電感器；以及一第二共振電路，其包含一第二電感器。該第一電感器包括一逆時鐘旋轉的線圈，其係被設置在該等至少兩個薄膜層中二或更多者之中；而該第二電感器包括一順時鐘旋轉的線圈，其係被設置在該等至少兩個薄膜層中二或更多者之中。當該帶通濾波器受到能量供給時，該第一電感器便會於該等至少兩個薄膜層中至少一者之中被耦合至該第二電感器。

於此實施例中，該等第一電感器與第二電感器之間的耦合可能比較低。就此來說，該濾波器的頻率響應便會在較低的導通帶側上具有兩個傳輸零點。據此，該較低導通帶側上的該頻率響應便會呈現出一較陡峭的滾落以及更多的衰減。

根據本發明另一實施例，該帶通濾波器包含：至少兩個薄膜層；一第一共振電路，其包含一第一電感器；以及一第二共振電路，其包含一第二電感器。該第一電感器包括一順時鐘旋轉的線圈，其係被設置在該等至少兩個薄膜層中二或更多者之中；而該第二電感器包括一逆時鐘旋轉的線圈，其係被設置在該等至少兩個薄膜層中二或更多者之中。當該帶通濾波器受到能量供給時，該第一電感器便會於該等至少兩個薄膜層中至少兩者之中被耦合至該第二電感器。

於此實施例中，該等第一電感器與第二電感器之間的耦合可能會比較高。就此來說，該濾波器的頻率響應便會在該較低的導通帶側上具有一個傳輸零點。因此，該頻率響應便會在該導通帶的兩側上呈現出類似的滾落衰減特徵。

應該瞭解的係，本文中對本發明所作的說明僅具示範性與解釋性，並非限制本發明的申請專利範圍。

現在將詳細地參考本發明的示範實施例，本發明的範例已圖解在附圖之中。

本發明提供一種帶通濾波器，其係運用二或更多個線圈式電感器。藉由改變該等電感器彼此的配向，便可將該濾波器的傳輸零點從該導通帶的其中一側移至另一側。

相較於傳輸線，一電感器線圈係有較多的磁通量通過其中央鐵核。相較於傳輸線，使用電感器線圈係開啟另一種控制維度，其可藉由改變該線圈的旋轉方向以及選擇用於耦合的不同線圈側來控制其與相鄰結構的耦合特性。本文所提出的濾波器的優點係，藉由反轉該電感器的方向及/或配向便可簡單地將一傳輸零點從該導通帶的其中一側移至另一側。此作法可修正濾波器效能，以便符合所需要的規格。僅利用兩個共振LC(電感器－電容器)組便可達成此種濾波器結構，而且相較於具有類似效能但卻使用三個分散式共振器的其它結構，此種濾波器結構尺寸係比較小。較佳的係，本發明的帶通濾波器包含兩個由C1與L1所構成的電感器－電容器共振電路。而且該等兩個電感器－電容器共振電路係透過另一電容器(C3)，藉由該等L1電感器的相互耦合以及藉由電容性耦合來彼此耦合。

圖1A所示的係根據本發明一實施例之具有較高電感器耦合的一帶通濾波器的實際佈局。如圖1A中所示，帶通濾波器佈局100包含兩個薄膜層。在一頂薄膜層之中含有金屬區105、110、115、120、125、130、145、150、155、190、以及195(參見圖1B)。在一底薄膜層之中含有金屬區135、140、160、180、以及185(參見圖1C)。通道165、170、以及175則係將該頂層中的金屬區連接至該底層中的金屬區。

金屬區105與110分別係該帶通濾波器的輸入終端與輸出終端。金屬區115與120則係接地終端。該些終端中於製造時位於該濾波器封裝外面的部份則以直線101來表示。

與金屬區105(輸入)相連的係金屬區145。金屬區145連同底層上的金屬區135係共同形成一電容器(C2)。金屬區135也會用來與金屬區125共同形成一電容器(C1)。金屬區125係被連接至金屬區115(接地)。

金屬區135(C1/C2)還會連接至底層上的金屬區180。金屬區180係形成電感器(L1)的線圈的一部份。金屬區180係透過通道170連接至上層上的金屬區190。金屬區190係形成該電感器(L1)的線圈的其餘部份。金屬區190係連接至金屬區120處的接地。

接著看到該佈局的右邊，金屬區145(C2)係透過通道165連接至下層上的金屬區160。金屬區160係連同上層上的金屬區155共同形成一電容器(C3)。金屬區155係連接至金屬區150。金屬區150係連同下層上的金屬區140共同形成一電容器(C2)。此電容器實質上和由金屬區145與135所形成的電容器具有相同的電容值。金屬區140也會用來與上層上的金屬區130共同形成一電容器(C1)。此電容器實質上和由金屬區125與135所形成的電容器具有相同的電容值。金屬區130(C1)係連接至金屬區115處的接地。金屬區150(C2)係連接至金屬區110處的輸出終端。

金屬區140(C1/C2)還會連接至底層上的金屬區185。金屬區185係形成電感器(L1)的線圈的一部份。金屬區185係透過通道175連接至上層上的金屬區195。金屬區195係形成該電感器(L1)的線圈的其餘部份。由金屬區185與195所形成的線圈的電感值和由金屬區180與190所形成的線圈的電感值實質上相同。金屬區195係連接至金屬區120處的接地。

圖1B所示的係佈局100的頂層102。如圖所示，金屬區190與195具有非常靠近的部份，僅利用一小幅間隙來分隔。舉例來說，在使用薄膜製程且封裝尺寸為0.72mm長乘以0.5mm寬的2.4GHz濾波器的應用中，該間隙可以係10 μ m。就此來說，於使用中(也就是，當該濾波器受到能量供給時)，該等由金屬區190與195所形成的電感器便係在上層中彼此更高度地耦合。

圖1C所示的係佈局100的底層103。如圖所示，金屬區180與185具有非常靠近的部份，僅利用一小幅間隙來分隔。同樣地，舉例來說，在使用薄膜製程且封裝尺寸為0.72mm長乘以0.5mm寬的2.4GHz濾波器的應用中，該間隙可以係10 μ m。就此來說，於使用中(也就是，當該濾波器受到能量供給時)，該等由金屬區180與185所形成的電感器便係在下層中彼此更高度地耦合。就此來說，帶通濾波器100的佈局包含兩個電感器，當受到能量供給時，該等兩個電感器係在兩層之中彼此耦合。

此雙層耦合係利用具有鏡像配向之實質對稱的電感器線圈形狀來達成。明確地說，由金屬區180與190所形成的左電感器線圈L1具有順時鐘旋轉，而由金屬區185與195所形成的右電感器線圈L1則具有逆時鐘旋轉。該等電感器線圈的旋轉係由電信號流經該線圈至接地的方向來定義。

就此來說，於左電感器線圈L1之中，一電信號係從金屬區135(C1/C2)先進入底層上金屬區180之中的線圈。該電信號係以順時鐘的方向繞著金屬區180流動，流至通道170(參見圖1C)。接著，該信號便係通過通道170而流至金屬區190並且繼續以順時鐘的方向流至金屬區120處的接地(參見圖1B)。

於右電感器線圈L1之中，該電信號則會從金屬區140(C1/C2)先進入底層上金屬區185之中的線圈。該電信號係以逆時鐘的方向繞著金屬區185流動，流至通道175(參見圖1C)。接著，該信號便會通過通道175而流至金屬區195並且繼續以逆時鐘的方向流至金屬區120處的接地(參見圖1B)。

如圖1A至1C中所示，雖然該等電感器線圈的旋轉方向係從一底層至一頂層；不過，線圈方向亦可從頂層至底層，端視該接地、輸入、輸出、以及其它組件的佈局而定。此外，本發明並不限於僅具有兩層的帶通濾波器。亦可使用兩層以上。必要的條件係，每個電感器要配合至少兩個薄膜層以及至少兩個共振電路，其中，該等電感器係在該等薄膜層中至少一者之中被耦合。

圖1A至1C所示的電感器係使用一矩形形狀的線圈。此種形狀易於佈局該等金屬區。不過，亦可使用任何形狀的線圈。該線圈可以係三角形、具有圓角的矩形、橢圓形、圓形、或是任何多邊的形狀。

較佳的係，在使用薄膜製程且封裝尺寸為0.72mm長乘以0.5mm寬的2.4GHz濾波器的應用中，該等電感器線圈中每一者均具有一260 μ m的外直徑(D1)，160 μ m的鐵核直徑(D2)，而且該金屬線路的寬度較佳的係50 μ m。不過，任何直徑或線路寬度均可用來達成一具有所希電感值與品質係數的線圈。藉由最佳化鐵核尺寸、電感器線圈寬度、金屬化材料與厚度、以及線圈形狀，便可達到最大的電感器品質係數。在上面所述之2.4GHz濾波器的範例中，對鐵核直徑(D2)為160 μm的電感器線圈來說，係使用到厚度(也就是，金屬層的高度)8 μ m的銅。

圖2所示的係圖1A中所示之帶通濾波器的概略示意圖，圖中包含電感器配向。帶通濾波器概略示意圖200包含電容器245與250(C2)、電容器225與230(C1)、電容器255(C3)、以及電感器280與285(L1)。電容器245與255係被連接至輸入終端205。電容器245係被連接至一第一共振電路，該第一共振電路包含與電感器280並聯的電容器225。

在右邊，電容器255與250係被連接至輸出終端210。電容器250還會被連接至一第二共振電路，該第二共振電路包含與電感器285並聯的電容器230。如圖所示，電感器280具有順時鐘旋轉，而電感器285則具有逆時鐘旋轉。此配向可於該濾波器受到能量供給時讓該等電感器線圈的兩個部份相互耦合。

圖3所示的係圖1A中所示之佈局的概略示意圖，圖中包含組件數值。圖3中所示的組件數值係用於一導通帶約在2.4GHz的帶通濾波器。不過，該些數值均僅具示範性。該濾波器中各組件的數值可變更為任何數值，以符合任何導通帶範圍中的應用。如圖所示，在圖3中，電容器245與250(C2)的數值為1.5pf、電容器225與230(C1)的數值為3.0pf、電容器255(C3)的數值為0.3pf、而電感器290與295(L1)的數值則為1.5nH。如圖3中所示，當該帶通濾波器受到能量供給時，該等電感器290與295(當其佈局如圖1A至1C中所示時)的交互耦合電感值為0.26nH。

圖4所示的係具有圖1A至1C的佈局以及圖3的組件數值的一帶通濾波器的頻率響應圖。於此組態中，頻率響應400的導通帶430介於約2.0至3.0GHz之間。頻率響應400包含一位於導通帶430之下方側處的傳輸零點410以及一位於導通帶430之上方側處的傳輸零點420。

除了節省空間的優點之外，該等電感器的線圈結構還可控制該等濾波器的頻率響應。藉由反轉該等電感器線圈並且讓它們保持對稱，該濾波器的傳輸零點便可從上方的帶外移至下方的帶外。相較於圖4中所示之效能，如此便可讓該濾波器於導通帶的下緣處具有陡峭的衰減特性。此特點可用於衰減下方導通帶附近的干擾信號。

圖5A所示的係以圖1A中所示之濾波器佈局反轉所得的一帶通濾波器電感器線圈的實際佈局。如圖5A中所示，帶通濾波器佈局500包含兩個薄膜層。在一頂薄膜層之中含有金屬區505、510、515、520、525、530、545、550、555、590、以及595(參見圖5B)。在一底薄膜層之中含有金屬區535、540、560、580、以及585(參見圖5C)。通道565、570、以及575則會將該頂層中的金屬區連接至該底層中的金屬區。

金屬區505與510分別係該帶通濾波器的輸入終端與輸出終端。金屬區515與520則係接地終端。該些終端中於製造時位於該濾波器封裝外面的部份則以直線501來表示。

與金屬區505(輸入)相連的係金屬區545。金屬區545連同底層上的金屬區535係共同形成一電容器(C2)。金屬區535也會用來與金屬區525共同形成一電容器(C1)。金屬區525係被連接至金屬區515(接地)。

金屬區535(C1/C2)還會連接至底層上的金屬區580。金屬區580係形成電感器(L1)的線圈的一部份。金屬區580係透過通道570連接至上層上的金屬區590。金屬區590係形成該電感器(L1)的線圈的其餘部份。金屬區590係連接至金屬區520處的接地。

接著看到該佈局的右邊，金屬區545(C2)係透過通道565連接至下層上的金屬區560。金屬區560係連同上層上的金屬區555共同形成一電容器(C3)。金屬區555係連接至金屬區550。金屬區550係連同下層上的金屬區540共同形成一電容器(C2)。此電容器實質上和由金屬區545與535所形成的電容器具有相同的電容值。金屬區540也會用來與上層上的金屬區530共同形成一電容器(C1)。此電容器實質上和由金屬區525與535所形成的電容器具有相同的電容值。金屬區530(C1)係連接至金屬區515處的接地。金屬區550(C2)係連接至金屬區510處的輸出終端。

金屬區540(C1/C2)還會連接至底層上的金屬區585。金屬區585係形成電感器(L1)的線圈的一部份。金屬區585係透過通道575連接至上層上的金屬區595。金屬區595係形成該電感器(L1)的線圈的其餘部份。由金屬區585與595所形成的線圈的電感值和由金屬區580與590所形成的線圈的電感值實質上相同。金屬區595係連接至金屬區520處的接地。

圖5B所示的係佈局500的頂層502。如圖所示，金屬區590與595具有非常靠近的部份。就此來說，和圖1A至1C中所示之佈局不同的係，於使用中(也就是，當該濾波器受到能量供給時)，該等由金屬區590與595所形成的電感器係在上層中彼此的耦合係非常低甚至沒有任何耦合。

圖5C所示的係佈局500的底層503。如圖所示，金屬區580與585具有非常靠近的部份，僅利用一小幅間隙來分隔。舉例來說，在使用薄膜製程且封裝尺寸為0.72mm長乘以0.5mm寬的2.4GHz濾波器的應用中，該間隙可以係15 μ m。就此來說，於使用中(也就是，當該濾波器受到能量供給時)，該等由金屬區580與585所形成的電感器便係在下層中彼此更高度地耦合。就此來說，帶通濾波器500的佈局包含兩個電感器，當受到能量供給時，該等兩個電感器係在其中一層之中彼此更高度地耦合。

此單層耦合係利用具有和圖1A至1C中所示之配向反轉後的配向之實質對稱的電感器線圈形狀來達成。明確地說，由金屬區580與590所形成的左電感器線圈L1具有逆時鐘旋轉，而由金屬區585與595所形成的右電感器線圈L1則具有順時鐘旋轉。同樣地，該等電感器線圈的旋轉係由電信號流經該線圈至接地的方向來定義。

就此來說，於左電感器線圈L1之中，一電信號係從金屬區535(C1/C2)先進入底層上金屬區580之中的線圈。該電信號係以逆時鐘的方向繞著金屬區580流動，流至通道570(參見圖5C)。接著，該信號便會通過通道570而流至金屬區590並且繼續以逆時鐘的方向流至金屬區520處的接地(參見圖5B)。

於右電感器線圈L1之中，該電信號則會從金屬區540(C1/C2)先進入底層上金屬區585之中的線圈。該電信號會以順時鐘的方向繞著金屬區585流動，流至通道575(參見圖5C)。接著，該信號便係通過通道575而流至金屬區595並且繼續以順時鐘的方向流至金屬區520處的接地(參見圖5B)。

如圖5A至5C中所示，雖然該等電感器線圈的旋轉方向係從一底層至一頂層；不過，同樣地，線圈方向亦可從頂層至底層，端視該接地、輸入、輸出、以及其它組件的佈局而定，且本發明並不限於僅具有兩層的帶通濾波器。亦可使用二或更多層。必要的條件係，每個電感器要配合至少兩個薄膜層以及至少兩個共振電路，其中，該等電感器係在該等薄膜層中至少一者之中被耦合。

圖5A至5C所示的電感器係使用一矩形形狀的線圈。此種形狀易於佈局該等金屬區。不過，亦可使用任何形狀的線圈。該線圈可以係三角形、具有圓角的矩形、橢圓形、圓形、或是任何多邊的形狀。

較佳的係，在使用薄膜製程且封裝尺寸為0.72mm長乘以0.5mm寬的2.4GHz濾波器的應用中，該等電感器線圈中每一者均具有一260 μ m的外直徑(D1)，160 μ m的鐵核直徑(D2)，而且該金屬線路的寬度較佳的係50 μ m。不過，任何直徑或線路寬度均可用來達成一具有所希電感值與品質係數的線圈。藉由最佳化鐵核尺寸、電感器線圈寬度、金屬化材料與厚度、以及線圈形狀，便可達到最大的電感器品質係數。在上面所述之2.4GHz濾波器的範例中，對鐵核直徑(D2)為160 μ m的電感器線圈來說，係使用到厚度(也就是，金屬層的高度)8 μ m的銅。

圖6所示的係圖6A中所示之帶通濾波器的概略示意圖，圖中包含電感器配向。帶通濾波器概略示意圖600包含電容器645與650(C2)、電容器625與630(C1)、電容器655(C3)、以及電感器680與685(L1)。電容器645與655係被連接至輸入終端605。電容器645係被連接至一第一共振電路，該第一共振電路包含與電感器680並聯的電容器625。

在右邊，電容器655與650係被連接至輸出終端610。電容器650還會被連接至一第二共振電路，該第二共振電路包含與電感器685並聯的電容器630。如圖所示，電感器680具有逆時鐘旋轉，而電感器685則具有順時鐘旋轉。此配向可於該濾波器受到能量供給時讓該等電感器線圈的其中一個部份相互耦合。

圖7所示的係圖5A中所示之佈局的概略示意圖，圖中包含組件數值。圖7中所示的組件數值係用於一導通帶約在2.4GHz的帶通濾波器。不過，該些數值均僅具示範性。該濾波器中各組件的數值可變更為任何數值，以符合任何導通帶範圍中的應用。如圖所示，在圖7中，電容器645與650(C2)的數值為3.5pf、電容器625與630(C1)的數值為3.0pf、電容器655(C3)的數值為1.2pf、而電感器680與685(L1)的數值則為0.9nH。如圖7中所示，當該帶通濾波器受到能量供給時，該等電感器680與685(當其佈局如圖5A至5C中所示時)具有非常低的交互耦合電感值0.001nH。

圖8所示的係具有圖5A至5C的佈局以及圖7的組件數值的一帶通濾波器的頻率響應圖。於此組態中，頻率響應800的導通帶830介於約2.2至2.7GHz之間。頻率響應800包含位於導通帶830之下方側處的兩個傳輸零點810與820，而在上方導通帶側處則沒有任何傳輸零點。

圖9所示的係根據本發明一實施例之具有較高電感器耦合的一帶通濾波器以及具有較低電感器耦合的一帶通濾波器的頻率響應比較圖。從圖9中可以看見，相較於頻率響應400(高電感器耦合)，頻率響應800(低電感器耦合)在導通帶930的下方側上具有比較陡峭的滾落以及較大的衰減。不過，頻率響應400在導通帶930的上方側上則具有比較陡峭的滾落以及較大的衰減。就此來說，具有較大電感器耦合的組態(圖1A至1C)可以比較有利於用在會從於該導通帶兩側上具有強烈衰減中獲利的應用中。相反地，具有較小電感器耦合的組態(圖5A至5C)可以比較有利於用在會從於下方導通帶上具有較陡峭滾落與較大衰減且該導通帶之上方側上的帶外效能比較不重要中獲利的應用中。

圖10所示的係根據本發明在變動相互耦合數值處的一帶通濾波器的頻率響應圖。頻率響應1010顯示的係當該等電感器線圈之間的相互耦合為0.001nH時該帶通濾波器的響應。此響應和圖8中所示的響應類似。頻率響應1030顯示的係當該等電感器線圈之間的相互耦合為0.3nH時該帶通濾波器的響應。此響應和圖4中所示的響應類似。頻率響應1020顯示的係電感器值為0.05nH(介於響應1010與1030的數值之間)時的響應。此圖顯示出，當該等電感器的相互耦合提高時，一傳輸零點便會從該導通帶的上方側移至下方側，因此，便可在下方導通帶側上達到比較陡峭滾落與較大衰減的目的。

圖11所示的係具有變動電容數值的低電感器線圈耦合帶通濾波器的頻率響應圖。藉由改變該等C2電容器(圖7中的645與650)的數值，便可在下方的拒帶中達到較大的衰減。頻率響應1110代表的係C2電容值為2.5pF時在圖5A至7中的帶通濾波器的頻率響應。頻率響應1120代表的係C2電容值為3.5pF時在圖5A至7中的帶通濾波器的頻率響應。頻率響應1130代表的係C2電容值為4.5pF時在圖5A至7中的帶通濾波器的頻率響應。

圖12A與12B所示的係帶通濾波器結構的剖面圖，兩圖分別在一頂層上以及在一底層上具有該等電感器。帶通濾波器結構1200與1201包含一基板1205、一第一金屬層1210、一第二金屬層1215、一絕緣層1220、以及一電容器介電質1235。

該基板較佳的係由一低消耗損耗材料所製成，例如陶瓷、藍寶石、石英、砷化鎵(GaAs)、或是一高阻率的矽；不過，亦可以係其它材料，例如玻璃或低阻率的矽。該等第一金屬層與第二金屬層較佳的係由銅所製成；不過，亦可以係金、鋁、或是具有合宜導體特性的其它材料。該絕緣體較佳的係由聚亞醯胺所製成；不過，亦可以係其它材料，例如氧化矽、光阻材料、或是具有合宜絕緣特性的其它材料。該電容器介電質較佳的係由氮化矽(Si₃ N₄ )所製成；不過，亦可以係可用於製造金屬－絕緣體－金屬(MIM)電容器的任何類型介電質，其包含氧化鋁、氧化矽、...等。

該等金屬、絕緣體、以及介電層較佳的係利用任何習知的薄膜製程被塗敷至該基板。此等製程的範例包含電鍍、化學氣相沉積、離子增強化學氣相沉積、熱蒸發、電子束蒸發器、濺鍍、脈衝式雷射沉積、分子束磊晶、反應式濺鍍、化學蝕刻、以及乾式蝕刻。不過，用於創造薄膜的任何技術均可運用。一薄膜製程可以係可藉以將該等層的厚度控制在數奈米下至數個原子以內的任何製程。

圖13所示的係用於製造如圖12A中所示之帶通濾波器的一示範方法。首先，在步驟1310中，一第一金屬層1210係被沉積在基板1205之上。較佳的係，該基板係300至1000 μ m。該金屬層的厚度較佳的係2至10 μ m。該金屬可利用任何薄膜技術來沉積，不過，較佳的係，藉由濺鍍或電鍍來沉積。在步驟1320中，係將一圖案塗敷至該第一金屬層，而該第一金屬層則係被蝕除，用以形成所希的佈局。接著，在步驟1330中，該電容器介電質1235係被濺鍍在該基板與該第一金屬層之上。較佳的係，該介電質厚度係介於0.1至0.15 μ m之間。在步驟1340中，係將一圖案放置在該介電質之上並且係將其蝕除以達成所希的佈局。接著，在步驟1350中，絕緣體1220係被旋塗在該基板、第一金屬層、以及電容器介電質之上。較佳的係，該絕緣體厚度係介於5至8 μ m之間。在步驟1360中，係將一圖案放置在絕緣體1220之上並且係蝕除該絕緣體以便形成所希的佈局。步驟1360可以還包含一固化製程，用以固化該絕緣體。接著，在步驟1370中，係將一第二金屬層沉積在該第一金屬層、電容器介電質、以及絕緣體之上。該第二金屬層的厚度較佳的係5至10 μ m。最後，在步驟1380中，係將一圖案放置在第二金屬層1215之上，而該第二金屬層則係被蝕除，用以形成所希的圖案。

上面所述的厚度範圍並非絕對的必要條件，而僅係代表用來製造運作於較低的十億赫茲範圍中的濾波器的較佳厚度範圍。於其它應用中則可以會運用到較大或較小的厚度。

圖14所示的係和圖13中所示者相同的製造方法，不過圖中所示之帶通濾波器代表例卻具有不同的圖案佈局。此圖案和圖12B中所示者類似。

該帶通濾波器的實際結構可以還包含一鈍化層，用以保護所製造的晶片的頂端金屬層。圖15所示的係根據本發明一實施例之具有一鈍化層的一帶通濾波器的剖面圖。該鈍化層係被塗敷在第二金屬層1215與絕緣體1220的上方，較佳厚度為20 μ m至50 μ m。較佳的係，該鈍化層係由氮化矽或氧化鋁(Al₂ O₃ )所製成，不過，其亦可以係適合用來保護電子晶片之頂端的任何材料。

此外，所製造的帶通濾波器可以包含側壁終止部，以供輸入連接、輸出連接、以及接地連接使用。圖16所示的係根據本發明一實施例之具有複數個側壁終止部的一帶通濾波器的剖面圖。該等側壁終止部係由錫(亦可以係鎳、然後係銅、然後係錫)所製成並且係被塗敷至該帶通濾波器封裝的側邊，而使得它們係被直接黏結至一電路板上的焊接觸點。如此可讓該帶通濾波器佔用一裝置內較少的空間。

如上面所述，本發明並不僅限於圖1A至1C以及5A至5C中所示之特定佈局範例。圖17所示的便係運用兩個額外電感器的一替代範例。

如圖17中所示，帶通濾波器佈局1700包含兩個薄膜層。在一頂薄膜層之中含有金屬區1705、1710、1715、1725、1730、1745、1750、1755、1790、以及1795。在一底薄膜層之中含有金屬區1735、1740、1760、1780、以及1785。通道1765、1770、以及1775則係將該頂層中的金屬區連接至該底層中的金屬區。

金屬區1705與1710分別係該帶通濾波器的輸入終端與輸出終端。金屬區1715則係接地終端。該些終端中於製造時位於該濾波器封裝外面的部份則以直線1701來表示。

與金屬區1705(輸入)相連的係金屬區1745。金屬區1745連同底層上的金屬區1735係共同形成一電容器(C2)。金屬區1735也會用來與金屬區1725共同形成一電容器(C1)。金屬區1725係經由金屬區1790(L2)被連接至金屬區1715(接地)。

金屬區1735(C1/C2)還會連接至底層上的金屬區1780(L1)。金屬區1780係經由通道1770連接至金屬區1715。

接著看到該佈局的右邊，金屬區1745(C1)係透過通道1765連接至下層上的金屬區1760。金屬區1760係連同上層上的金屬區1755共同形成一電容器(C3)。金屬區1755係連接至金屬區1750。金屬區1750係連同底層上的金屬區1740共同形成一電容器(C2)。此電容器實質上和由金屬區1745與1735所形成的電容器具有相同的電容值。金屬區1740也會用來與上層上的金屬區1730共同形成一電容器(C1)。此電容器實質上和由金屬區1725與1735所形成的電容器具有相同的電容值。金屬區1730(C1)係經由金屬區1795(L2)連接至金屬區1715處的接地。金屬區1750(C2)係連接至金屬區1710處的輸出終端。

金屬區1740(C1/C2)還會連接至底層上的金屬區1785(L2)。金屬區1785係透過通道1775連接至金屬區1715(接地)。由金屬區1785所形成的線圈的電感值和由金屬區1780所形成的線圈的電感值實質上相同。

圖18所示的係圖17中所示之帶通濾波器佈局的概略示意圖，圖中包含電感器配向。帶通濾波器1800包含電容器1845與1850(C2)、電容器1825與1830(C1)、電容器1855(C3)、電感器1880與1885(L1)、以及電感器1890與1895(L2)。電容器1845與1855係被連接至輸入終端1805。電容器1845係被連接至一第一共振電路，該第一共振電路包含與電感器1880並聯的電容器1825與電感器1890。

在右邊，電容器1855與1850係被連接至輸出終端1810。電容器1850還會被連接至一第二共振電路，該第二共振電路包含與電感器1885並聯的電容器1830與電感器1895。如圖所示，電感器1880具有逆時鐘旋轉，而電感器1885則具有順時鐘旋轉。此配向可於該濾波器受到能量供給時讓該等電感器線圈的一個部份相互耦合。

圖19所示的係具有圖17之佈局的一帶通濾波器的頻率響應圖。於此組態中，頻率響應1900在導通帶1930的下方側處包含兩個傳輸零點1910與1920，而在導通帶1930的上方側處包含一個傳輸零點1940。就此來說，藉由在圖5A至5C中所示的佈局中加入與線圈平行的電感器，便可於該導通帶的上方側增加一額外的零點。依此方式，當於下方導通帶側中希望有兩個傳輸零點時，便可達到高衰減與滾落的目的。

圖20所示的係另一示範性佈局的替代例。如圖20中所示，帶通濾波器佈局2000包含兩個薄膜層。在一頂薄膜層之中含有金屬區2005、2010、2015、2020、2025、2030、2045、2050、2055、2090、2095、以及2097。在一底薄膜層之中含有金屬區2035、2040、2060、2080、以及2085。通道2065、2070、以及2075則係將該頂層中的金屬區連接至該底層中的金屬區。

金屬區2005與2010分別係該帶通濾波器的輸入終端與輸出終端。金屬區2015與2020則係接地終端。該些終端中於製造時位於該濾波器封裝外面的部份則以直線2001來表示。

與金屬區2005(輸入)相連的係金屬區2045。金屬區2045連同底層上的金屬區2035係共同形成一電容器(C2)。金屬區2035也會用來與金屬區2025共同形成一電容器(C1)。金屬區2025係經由金屬區2097(L2)被連接至金屬區2015(接地)。

金屬區2035(C1/C2)還會連接至底層上的金屬區2080。金屬區2080係形成電感器(L1)的線圈的一部份。金屬區2080係經由通道2070連接至上層上的金屬區2090。金屬區2090係形成該電感器(L1)的線圈的其餘部份。金屬區2090係連接至金屬區2020處的接地。

接著看到該佈局的右邊，金屬區2045(C2)係透過通道2065連接至下層上的金屬區2060。金屬區2060係連同上層上的金屬區2055共同形成一電容器(C3)。金屬區2055係連接至金屬區2050。金屬區2050係連同底層上的金屬區2040共同形成一電容器(C2)。此電容器實質上和由金屬區2045與2035所形成的電容器具有相同的電容值。金屬區2040也會用來與上層上的金屬區2030共同形成一電容器(C1)。此電容器實質上和由金屬區2025與2035所形成的電容器具有相同的電容值。金屬區2030(C1)係經由金屬區2097(L2)連接至金屬區2015處的接地。金屬區2050(C2)係連接至金屬區2010處的輸出終端。

金屬區2040(C1/C2)還會連接至底層上的金屬區2085。金屬區2085係形成電感器(L1)的線圈的一部份。金屬區2085係經由通道2075連接至上層上的金屬區2095。金屬區2095係形成該電感器(L1)的線圈的其餘部份。由金屬區2085與2095所形成的線圈的電感值和由金屬區2080與2090所形成的線圈的電感值實質上相同。金屬區2095係連接至金屬區2020處的接地。

圖20中的濾波器的佈局和圖5A至5C中所示的佈局類似，不過，圖20中增加一額外的電感器L2，用以將該等C2電容器連接至接地。

圖21所示的係具有圖20之佈局的一帶通濾波器的頻率響應圖。於此組態中，頻率響應2100的導通帶2130介於約2.0至3.5GHz。頻率響應2100在導通帶2130的下方側處包含兩個傳輸零點2110與2120。此外，導通帶2130之上方側的頻率響應呈現出較大的衰減以及較陡峭的滾落，而且具有一傳輸零點2140。就此來說，藉由在圖5A至5C中所示的佈局中於該等C2電容器以及接地之間加入一電感器，便可於上方導通帶側中改良一額外的帶外衰減以及滾落。

熟習本技術的人士詳讀本文所揭示之說明書與實施例便會明白本發明的其它實施例。因此，本文的說明書與範例僅具示範性，本發明的真實範疇與精神則係於下文的申請專利範圍以及它們的合法等效範圍中提出。

100．．．帶通濾波器佈局

101．．．濾波器封裝外面的終端部份

102．．．頂層

103．．．底層

105．．．金屬區

110．．．金屬區

115．．．金屬區

120．．．金屬區

125．．．金屬區

130．．．金屬區

135．．．金屬區

140．．．金屬區

145．．．金屬區

150．．．金屬區

155．．．金屬區

165．．．通道

170．．．通道

175．．．通道

180．．．金屬區

185．．．金屬區

190．．．金屬區

195．．．金屬區

C1．．．電容器

C2．．．電容器

C3．．．電容器

L1．．．電感器

D1．．．外直徑

D2．．．鐵核直徑

200．．．帶通濾波器

205．．．輸入終端

210．．．輸出終端

215．．．接地

225．．．電容器

230．．．電容器

245．．．電容器

250．．．電容器

255．．．電容器

280．．．電感器

285．．．電感器

290．．．電感器

295．．．電感器

400．．．頻率響應

410．．．傳輸零點

420．．．傳輸零點

430．．．導通帶

500．．．帶通濾波器

501．．．濾波器封裝外面的終端部份

502．．．頂層

503．．．底層

505．．．金屬區

510．．．金屬區

515．．．金屬區

520．．．金屬區

525．．．金屬區

530．．．金屬區

535．．．金屬區

540．．．金屬區

545．．．金屬區

550．．．金屬區

555．．．金屬區

565．．．通道

570．．．通道

575．．．通道

580．．．金屬區

585．．．金屬區

590．．．金屬區

595．．．金屬區

600．．．帶通濾波器

605．．．輸入終端

610．．．輸出終端

615．．．接地

625．．．電容器

630．．．電容器

645．．．電容器

650．．．電容器

655．．．電容器

680．．．電感器

685．．．電感器

800．．．頻率響應

810．．．傳輸零點

820．．．傳輸零點

830．．．導通帶

930．．．導通帶

1010．．．頻率響應

1020．．．頻率響應

1030．．．頻率響應

1110．．．頻率響應

1120．．．頻率響應

1130．．．頻率響應

1200．．．帶通濾波器結構

1201．．．帶通濾波器結構

1205．．．基板

1210．．．金屬層

1215．．．金屬層

1220．．．絕緣層

1235．．．電容器介電質

1700．．．帶通濾波器

1701．．．濾波器封裝外面的終端部份

1705．．．金屬區

1710．．．金屬區

1715．．．金屬區

1725．．．金屬區

1730．．．金屬區

1735．．．金屬區

1740．．．金屬區

1745．．．金屬區

1750．．．金屬區

1755．．．金屬區

1760．．．金屬區

1765．．．通道

1770．．．通道

1775．．．通道

1780．．．金屬區

1785．．．金屬區

1790．．．金屬區

1795．．．金屬區

1800．．．帶通濾波器

1805．．．輸入終端

1810．．．輸出終端

1815．．．接地

1825．．．電容器

1830．．．電容器

1845．．．電容器

1850．．．電容器

1855．．．電容器

1880．．．電感器

1885．．．電感器

1890．．．電感器

1895．．．電感器

1900．．．頻率響應

1910．．．傳輸零點

1920．．．傳輸零點

1930．．．導通帶

1940．．．傳輸零點

2000．．．帶通濾波器

2001．．．濾波器封裝外面的終端部份

2005．．．金屬區

2010．．．金屬區

2015．．．金屬區

2020．．．金屬區

2025．．．金屬區

2030．．．金屬區

2035．．．金屬區

2040．．．金屬區

2045．．．金屬區

2050．．．金屬區

2060．．．金屬區

2065．．．通道

2070．．．通道

2075．．．通道

2080．．．金屬區

2085．．．金屬區

2090．．．金屬區

2095．．．金屬區

2097．．．金屬區

2100．．．頻率響應

2110．．．傳輸零點

2120．．．傳輸零點

2130．．．導通帶

2140．．．傳輸零點

圖1A所示的係根據本發明一實施例之具有較高電感器耦合的一帶通濾波器的實際佈局。

圖1B所示的係根據本發明一實施例，顯示在圖1A中的帶通濾波器的頂層的實際佈局。

圖1C所示的係根據本發明一實施例，顯示在圖1A中的帶通濾波器的底層的實際佈局。

圖2所示的係根據本發明一實施例之具有較高電感器耦合的一帶通濾波器的概略示意圖，圖中包含電感器配向。

圖3所示的係根據本發明一實施例之具有較高電感器耦合的一帶通濾波器的概略示意圖。

圖4所示的係根據本發明一實施例之具有較高電感器耦合的一帶通濾波器的頻率響應圖。

圖5A所示的係根據本發明一實施例之具有較低電感器耦合的一帶通濾波器的實際佈局。

圖5B所示的係根據本發明一實施例，顯示在圖5A中的帶通濾波器的頂層的實際佈局。

圖5C所示的係根據本發明一實施例，顯示在圖5A中的帶通濾波器的底層的實際佈局。

圖6所示的係根據本發明一實施例之具有較低電感器耦合的一帶通濾波器的概略示意圖，圖中包含電感器配向。

圖7所示的係根據本發明一實施例之具有較低電感器耦合的一帶通濾波器的概略示意圖。

圖8所示的係根據本發明一實施例之具有較低電感器耦合的一帶通濾波器的頻率響應圖。

圖9所示的係根據本發明一實施例之具有較高電感器耦合的一帶通濾波器以及具有較低電感器耦合的一帶通濾波器的頻率響應比較圖。

圖10所示的係根據本發明一實施例之具有變動耦合電感值的一帶通濾波器的頻率響應圖。

圖11所示的係根據本發明一實施例之具有變動電容值的一帶通濾波器的頻率響應圖。

圖12A所示的係根據本發明一實施例之一帶通濾波器的剖面圖，該帶通濾波器於一頂層上具有複數個電感器。

圖12B所示的係根據本發明一實施例之一帶通濾波器的剖面圖，該帶通濾波器於一底層上具有複數個電感器。

圖13所示的係根據本發明一實施例用於製造一帶通濾波器的方法，該帶通濾波器於一頂層上具有複數個電感器。

圖14所示的係根據本發明一實施例用於製造一帶通濾波器的方法，該帶通濾波器於一底層上具有複數個電感器。

圖15所示的係根據本發明一實施例之具有一鈍化層的一帶通濾波器的剖面圖。

圖16所示的係根據本發明一實施例之具有複數個側壁終止部的一帶通濾波器的剖面圖。

圖17所示的係根據本發明一實施例之具有兩個電感器對的一帶通濾波器的實際佈局。

圖18所示的係根據本發明一實施例之具有兩個電感器對的一帶通濾波器的概略示意圖，圖中包含電感器配向。

圖19所示的係根據本發明一實施例之具有兩個電感器對的一帶通濾波器的頻率響應圖。

圖20所示的係根據本發明一實施例之具有三個電感器的一帶通濾波器的實際佈局。

圖21所示的係根據本發明一實施例之具有三個電感器的一帶通濾波器的頻率響應圖。