TWI531160B - 具有以ｌｃ共振器執行平衡式帶通濾波器之半導體裝置 - Google Patents

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Description

具有以LC共振器執行平衡式帶通濾波器之半導體裝置
本發明概略有關於半導體裝置，並且尤其是有關於一種具有以LC共振器所執行之平衡式帶通濾波器的半導體裝置。
半導體裝置常見於現代電子產品。半導體裝置在電子元件之數量及密度上會有所變化。離散半導體裝置通常含有某一類型的電氣元件，即如發光二極體(LED)、電晶體、電阻器、電容器、電感器及電力氧化金屬半導體場效電晶體(MOSFET)。整合式半導體裝置一般含有數百至數百萬個電氣元件。整合式半導體裝置的範例包含微控制器、微處理器、電荷耦接裝置(CCD)、太陽能電池及數位微映鏡(DMD)裝置。
半導體裝置可執行廣泛各種的功能，像是進行高速計算、傳送及接收電磁信號、控制電子裝置、將陽光轉換成電力以及產生用於電視顯示器的視覺投射。半導體裝置可見於娛樂、通訊傳播、發電、網路、電腦及消費性產品的領域中。半導體裝置亦常見於包含軍事、航空、汽車、工業用控制器及辦公室設備的電子產品裡。
半導體裝置運用半導體材料的電子性質。半導體材料的原子結構使得讓其導電性能夠藉由施加一電場或透過掺質製程而加以操縱。掺質處理可將不純物引入至該半導體材料內，藉此操縱並控制該半導體裝置的導電性。
一半導體裝置含有主動及被動電氣結構。主動結構，包含電晶體在內，可控制電流的流注。藉由改變掺質程度及一電場的施加，該電晶體即可促進或禁制電流的流注。而被動結構，包含電阻器、二極體及電感器在內，可於電壓與電流之間產生一為執行各種電氣功能所必要的關係。該等被動及主動結構係經電氣連接以構成邏輯電路，如此讓該半導體裝置能夠執行高速計算作業以及其他的可用功能。
半導體裝置通常是利用兩類複雜的製程處理所製造，亦即前端製造及後端製造，而各者皆可能牽涉到數以百計的步驟。前端製造牽涉到在一半導體晶圓的表面上構成複數個晶粒。各晶粒通常為等同且含有藉由電氣連接主動及被動元件所構成的電路。後端製造則牽涉到自所完成晶圓單切個別晶粒，並且將該晶粒封裝以提供結構性支撐與環境隔離。
半導體製造之一目標即為產生較小的半導體裝置。較小的裝置通常耗用較少電力、具備較高效能並且可更有效率地生產。此外，較小的半導體裝置具有較小的廓跡，而此確為小型末端產品所欲者。可藉由改善前端製程以獲致擁有較小且較高密度之主動及被動元件的晶粒從而達到較小的晶粒尺寸。後端製程則可藉由改善電氣互連及封裝材料以獲致具較小廓跡的半導體裝置封裝。
半導體製造的另一目標在於產生較高效能的半導體裝置。可藉由構成能夠按較高速度運作的主動元件來提高裝置效能。在像是射頻(RF)無線通訊的高頻率應用項目裡，經常會將整合式被動裝置(IPD)納入在該半導體裝置之內。IPD的範例包含電阻器、電容器及電感器。一典型RF系統需要在一或更多半導體封裝裡設置多個IPD，以利執行必要的電氣功能。
平衡-不平衡轉換器(Balun)及帶通濾波器(BPF)在無線通訊系統中為重要元件。許多先前技藝設計者利用離散、級聯之元件以達到平衡及過濾兩者功能。平衡-不平衡轉換器係經實作成一種分散式線路，而其中尺寸是與操作頻率成反比關係。操作頻率愈低，所需之平衡-不平衡轉換器即愈大。然消費者需要較小尺寸，這會使得在像是GSM行動電話的較低頻率應用項目中難以進行最小化。
存在一種將用於RF信號處理電路之平衡-不平衡轉換器予以最小化的需要。從而，在一具體實施例裡，本發明為一帶通濾波器，其中含有複數個頻帶通道，各通道含有一第一及第二平衡式連接埠以及第一及第二不平衡式連接埠。各頻帶通道含有一第一電感器，此電感器的一第一終端係經耦接於該第一平衡式連接埠而一第二終端則經耦接於該第二平衡式連接埠。一第一電容器係經耦接於該第一電感器的第一及第二終端之間。一第二電感器具有一第一終端，此終端係經耦接於該第一不平衡式連接埠，以及一第二終端，此終端係經耦接於一第二不平衡式連接埠。該第二電感器係經設置在該第一電感器的一第一距離之內，藉以於該等第一與第二電感器之間感應磁性耦接。一第二電容器係經耦接於該第二電感器的第一及第二終端之間。一第三電感器係經設置在該第一電感器的一第二距離之內以及該第二電感器的一第三距離之內，藉以於該等第一、第二與第三電感器之間感應磁性耦接。一第三電容器係經耦接於該第三電感器的第一及第二終端之間。
在另一具體實施例裡，本發明為一帶通濾波器，其中含有複數個LC共振器，各共振器具有一第一及第二平衡式連接埠以及第一及第二不平衡式連接埠。該帶通濾波器含有一第一電感器，此電感器具有一第一終端，此終端係經耦接於該第一平衡式連接埠，以及一第二終端，此終端係經耦接於該第二平衡式連接埠。一第一電容器係經耦接於該第一電感器的第一及第二終端之間。一第二電感器具有一第一終端，此終端係經耦接於該第一不平衡式連接埠，以及一第二終端，此終端係經耦接於該第二不平衡式連接埠。一第二電容器係經耦接於該第二電感器的第一及第二終端之間。一第三電感器係經設置在鄰近於該等第一及第二電感器處，藉以於該等第一、第二與第三電感器之間感應磁性耦接。一第三電容器係經耦接於該第三電感器的第一及第二終端之間。
在另一具體實施例裡，本發明為一LC共振器電路，此電路中含有一具有第一及第二終端的第一電感器。一第一電容器係經耦接於該第一電感器的第一及第二終端之間。一第二電感器具有第一及第二終端。一第二電容器係經耦接於該第二電感器的第一及第二終端之間。一第三電感器係經設置在鄰近於該等第一及第二電感器處，藉以於該等第一、第二與第三電感器之間感應磁性耦接。一第三電容器係經耦接於該第三電感器的第一及第二終端之間。
在另一具體實施例裡，本發明為一積體電路封裝，其中承載有複數個LC共振器，並且具有第一、第二、第三及第四互連終端。該積體電路含有一第一電感器，此電感器具有一第一終端，此終端係經耦接於該第一互連終端，以及一第二終端，此終端係經耦接於該第二互連終端。一第一電容器係經耦接於該第一電感器的第一及第二終端之間。一第二電感器具有一第一終端，此終端係經耦接於該第一互連終端，以及一第二終端，此終端係經耦接於該第二互連終端。一第二電容器係經耦接於該第二電感器的第一及第二終端之間。一第三電感器係經設置在鄰近於該等第一及第二電感器處，藉以於該等第一、第二與第三電感器之間感應磁性耦接。一第三電容器係經耦接於該第三電感器的第一及第二終端之間。
在後文說明中將參照隨附圖式以於一或更多具體實施例中描述本發明，而該等圖式中的類似編號代表相同或類似構件。本發明雖係按照為達到本發明目的之最佳模式所描述，然熟諳本項技藝之人士將能瞭解所欲者係涵蓋可經納入在由按本揭示及圖式所支持之後載申請專利範圍及其等同項目而定義的本發明精神與範疇內之替代、修改及等同物。
半導體裝置概為利用兩類複雜的製程處理所製造：前端製造及後端製造。前端製造牽涉到在一半導體晶圓的表面上構成複數個晶粒。該晶圓上的各晶粒含有許多主動及被動元件，此等係經電氣連接以構成功能性電路。主動電氣元件，像是電晶體，擁有控制電流流注的能力。而被動電氣元件，即如電容器、電感器、電阻器及變壓器，則是可在電壓與電流之間產生一為執行各種電路功能所必要的關係。
被動及主動元件係藉由一系列處理步驟而構成於該半導體晶圓的表面上，此等步驟包含掺質、沉積、光刻、蝕刻及平面化製程。掺質是藉由離子植入或熱性擴散的技術以將雜質引入至該半導體材料之內。該掺質製程可修改主動裝置內之半導體材料的導電性，將該半導體轉換成一永久絕緣體、永久導體，或是改變該半導體材料回應於一電場而在導電性方面變動的方式。電晶體含有多個具有不同類型及程度之掺質的範圍，此等範圍可視需要而加以排置，藉此當施加一電場時讓該電晶體能夠促進或禁制電流的流注。
主動及被動元件是由具不同電氣性質之材料的疊層所構成。該等疊層可藉由各種沉積技術所構成，而這些技術是部份地由所予沉積之材料的類型所決定。例如，薄膜沉積可牽涉到化學汽相沉積(CVD)、物理汽相沉積(PVD)、電鍍鍍置及無電鍍置製程。各疊層通常係經樣式化以構成主動元件、被動元件或是該等元件間之電氣連接的多個局部。
可利用光刻作業以對該等疊層進行樣式化，此作業牽涉到在欲予樣式化之疊層上沉積即如光阻物的光敏材料。利用光線將一樣式自一光罩傳佈至該光阻物。在該光阻物樣式中承受到光線的局部會被利用一溶劑加以移除，從而曝出待予樣式化的底層局部。其餘的光阻物會被移除而留下一經樣式化疊層。或另者，有些類型的材料是將該材料直接地沉積在由一利用像是無電及電鍍鍍置處理之先前沉積/蝕刻製程所構成的區域或空處內之方式所樣式化。
在一現有樣式上沉積一材料薄膜可能誇大底層樣式並且產生一非均勻平坦表面。而為產生較微小且較密集包封的主動及被動元件，均勻平坦表面確為必要。可利用平面化作業以自該晶圓的表面移除材料，並且產生均勻平坦表面。平面化作業牽涉到藉一拋光板以對該晶圓的表面進行拋光處理。可在拋光過程中對該晶圓的表面增置一摩擦性材料及腐蝕性化學物。該摩擦物的合併機械作用以及該化學物的腐蝕性作用可移除任何不規則拓樸，從而獲致一均勻平坦表面。
後端製造是指將所獲晶圓切割或單切成個別晶粒，然後封裝該晶粒以結構性支撐與環境隔離。而為單切該晶粒，可沿該晶圓中稱為鋸切行道或準線之非功能性範圍將該晶圓劃割並予打斷。可利用一雷射切割裝置或鋸刀以單切該晶圓。在單切作業之後，將個別晶粒架置於一封裝基板上，此者含有腳針或接觸板以供互連於其他系統元件。然後將經構成於該半導體晶粒上的接觸板連接至該封裝內的接觸板。可利用焊燒凸塊、柱狀凸塊、導體膏劑或接線連附以進行電氣連接。將一密封物或其他模鑄材料沉積在該封裝上，藉以提供物理支撐及電氣隔離。然後再將所獲封裝插入一電氣系統中，並令該半導體裝置的功能性能夠由其他系統元件獲用。
圖1說明電子裝置10，此裝置具有一晶片載板或印刷電路板(PCB)12，而該板之表面上架置了複數個半導體封裝。該電子裝置10可根據應用項目而定具備單一類型的半導體封裝或是多個類型的半導體封裝。而為示範之目的圖1顯示不同類型的半導體封裝。
該電子裝置10可為一單立式系統，此者利用該等半導體封裝以執行一電氣功能。或另者，該電子裝置10可為一較大型系統的子元件。例如，該電子裝置10可為一可供插入一電腦之內的圖形卡、網路介面卡或其他信號處理卡。該半導體封裝可含有微處理器、記憶體、應用特定積體電路(ASIC)、邏輯電路、類比電路、RF電路、離散裝置或是其他半導體晶粒或電氣元件。
在圖1中，該PCB 12可供作為對於經架置在該PCB上之半導體封裝的結構性支撐及電氣互連之一般基板。導體信號跡線14係利用汽化處理、電鍍鍍置、無電鍍置、網版印刷、PVD或是其他的適當金屬沉積製程而經構成於該PCB 12的表面之上或疊層之內。該等信號跡線14提供該等半導體封裝、所架置元件與其他外部系統元件各者之間的電氣傳通。該等跡線14亦提供對於該等半導體封裝各者的電力及接地連接。
在一些具體實施例裡，一半導體裝置具有兩個封裝層級。第一級封裝處理係一用以將該半導體晶粒機械地及電氣地接附至一載體的技術。第二級封裝處理則牽涉到將該載體機械地及電氣地接附至該PCB。在其他具體實施例裡，一半導體裝置可僅具有該第一級封裝處理，而其中是將該晶粒直接地以機械方式及電氣方式架置於該PCB。
為示範之目的，該PCB 12上顯示出包含線路貼接封裝16及覆晶片18在內之多種類型的第一級封裝處理。此外，圖式中顯示在該PCB 12上架置有許多類型的第二級封裝處理，包含球柵陣列(BGA)20、凸塊晶片載體(BCC)22、雙線內封裝(DIP)24、地柵陣列(LGA)26、多晶片模組(MCM)28、四方扁平無引腳封裝(QFN)30及四方扁平封裝32。根據系統要求而定，可將按任何第一及第二級封裝方式之組合所組態設定的半導體封裝以及其他電子元件的任意組合連接至該PCB 12。在一些具體實施例裡，該電子裝置10含有一經單一接附的半導體封裝，而其他具體實施例可要求多個互連封裝。藉由在一單一基板上組合一或更多的半導體封裝，製造商即可將預製元件併入在電子裝置及系統內。由於該等半導體封裝含有複雜的功能性，因此可利用較價廉的元件及較簡短的製造程序來製造電子裝置。所獲裝置較不易失效且製造成本較低，從而降低消費者的成本。
圖2a說明經架置於該PCB 12上之DIP 24的進一步細節。該DIP 24包含一半導體晶粒34，而該晶粒具有接觸板36。該半導體晶粒34含有一主動範圍，其中含有類比或數位電路，此等電路係經實作如經構成於該半導體晶粒34內的主動裝置、被動裝置、導體層及介電層，並根據該晶粒的電氣設計所電氣互連。例如該電路可含有一或更多的電晶體、二極體、電感器、電容器、電阻器以及其他經構成於該晶粒34之主動範圍內的電路構件。該等接觸板36是由導體材料所製成，像是鋁(Al)、銅(Cu)、錫(Sn)、鎳(Ni)、金(Au)或銀(Ag)，並且電氣連接至經該構成於該晶粒34內的電路構件。該等接觸板36可為由PVD、CVD、電鍍鍍置或無電鍍置製程所構成。在組裝該DIP 24的過程中，可利用一金-矽共熔層，或像是熱性樹脂的黏附材料，以將該半導體晶粒34架置於一載體38。該封裝本體含有一像是聚合物或陶瓷的絕緣封裝材料。導體導線40係經連接至該載體38，並且接線連附42係經構成於該等導線40與該晶粒34的接觸板36之間而作為一第一級封裝。密封物44係經沉積在該封裝上，俾藉由防止蒸氣及顆粒進入該封裝之內且污染該等晶粒34、接觸板36或接線連附42以提供環境性保護。該DIP 24係藉由將該等導線40插入到穿透該PCB 12所構成的孔洞之內而連接至該PCB 12。焊燒材料46在該等導線40附近流動，並且進入該等孔洞以將該DIP 24實體地且電氣地連接至該PCB 12。該焊燒材料46可為任何金屬或導電性材料，即如Sn、鉛(Pb)、Au、Ag、Cu、鋅(Zn)、鉍(Bi)及其等之合金，並連同選擇性的焊劑材料。例如，該焊劑材料可為共熔Sn/Pb、高鉛或無鉛物。
圖2b說明經架置於該PCB 12上之BCC 22的進一步細節。該半導體晶粒47係藉一接線連附式第一級封裝處理而連接至一載體。該BCC 22係藉一BCC式第二級封裝處理而架置於該PCB 12。該具有接觸板48的半導體晶粒47則是利用一底層填入或環氧樹脂黏著材料50而架置於一載體上。該半導體晶粒47含有一主動範圍，其中含有類比或數位電路，此等電路係經實作如經構成於該半導體晶粒47內之主動裝置、被動裝置、導體層及介電層，並且根據該晶粒的電氣設計所電氣互連。例如該電路可含有一或更多的電晶體、二極體、電感器、電容器、電阻器以及其他經構成於該晶粒47之主動範圍內的電路構件。該等接觸板48是由導體材料所製成，像是Al、Cu、Sn、Ni、Au或Ag，並且電氣連接至經該構成於該晶粒47內的電路構件。該等接觸板48可為由PVD、CVD、電鍍鍍置或無電鍍置製程所構成。該等接線連附54以及連附板56和58將該半導體晶粒47的接觸板48電氣連接至該BCC 22的接觸板52，而構成該第一級封裝處理。模鑄化合物或密封物60係經沉積於該等半導體晶粒47、接線連附54、接觸板48及接觸板52上以對於該裝置提供實體支撐及電氣隔離。接觸板64係利用汽化處理、電鍍鍍置、無電鍍置、網版印刷、PVD或是其他的適當金屬沉積製程而構成於該PCB 12的一表面上，並且通常是被鍍置以防止氧化。該等接觸板64電氣連接至一或更多導體信號跡線14。焊燒材料係經沉積於該BCC 22的接觸板52與該PCB 12的接觸板64之間。該焊燒材料係經重流以構成凸塊66，而此等凸塊可構成該BCC 22與該PCB 12之間的機械及電氣連接。
在圖2c裡，該半導體晶粒18係藉一覆晶式第一級封裝處理而經架置向下面朝於該載體76。該BGA 20係藉一BGA式第二級封裝處理而接附於該PCB 12。主動範圍70含有類比或數位電路，此等電路係經實作如經構成於該半導體晶粒18內之主動裝置、被動裝置、導體層及介電層，並且根據該晶粒的電氣設計所電氣互連。例如，該電路可含有一或更多的電晶體、二極體、電感器、電容器、電阻器以及其他經構成於該半導體晶粒18之主動範圍70內的電路構件。該半導體晶粒18係透過大量的個別導體焊燒凸塊或球體78所電氣及機械接附於該載體76。該等焊燒凸塊78係經構成於係經設置在該主動範圍70上的凸塊板或互連處所80上。該等凸塊板80是由導體材料所製成，像是Al、Cu、Sn、Ni、Au或Ag，並且電氣連接至經該構成於該主動範圍70內的電路構件。該等凸塊板80是由PVD、CVD、電鍍鍍置或無電鍍置製程所構成。該等焊燒凸塊78係藉一焊燒重流製程而電氣且機械連接於該載體76上的接觸板或互連處所82。
該BGA 20係藉大量的個別導體焊燒凸塊或球體86所電氣且機械接附於該PCB 12。該等焊燒凸塊係經構成於凸塊板或互連處所84上。該等凸塊板84透過行經該載體76的導體線路90而電氣連接至互連處所82。接觸板88係利用汽化處理、電鍍鍍置、無電鍍置、網版印刷、PVD或是其他的適當金屬沉積製程而經構成於該PCB 12的表面上，並且通常係經鍍置以防止氧化。該等接觸板88電氣連接至一或更多導體信號跡線14。焊燒凸塊86係藉一焊燒重流製程而電氣且機械連接至該PCB 12上的接觸板或連附板88。模鑄化合物或密封物92係經沉積於該等半導體晶粒18及載體76上以對於該裝置提供實體支撐及電氣隔離。該覆晶半導體裝置可提供一自該半導體晶粒18之主動裝置至該PCB 12之導體跡線的短型電氣傳導路徑，藉以縮短信號傳播距離，減少電容性並獲致整體較佳的電路效能。在其他具體實施例裡，可利用覆晶式第一級封裝處理以將該半導體晶粒18直接地機械且電氣接附於該PCB 12，而無須該載體76。
現參照圖3，該半導體晶粒或封裝94含有一半導體基板96，此基板是由矽(Si)、砷化鎵(GaAS)、玻璃或是其他體型半導體材料所製成，藉此提供結構性支撐。一主動範圍98係經構成於該半導體基板96的上方表面上。該主動範圍98可根據該晶粒的電氣設計而含有主動裝置及整合式被動裝置(IPD)、導體層及介電層。該等主動裝置包含電晶體、二極體等等。該IPD可包含薄膜電感器、電阻器及電容器。該主動範圍98佔據該半導體晶粒94中約5-10%的整體厚度或高度H1。該半導體晶粒94可利用覆晶、連附接線或互連腳針以電氣連接至其他裝置。
含有複數個IPD的半導體裝置可運用於高頻率應用項目，像是微波雷達、電信、無線收發器、電子開關及其他執行射頻(RF)電氣功能的裝置。該等IPF提供電路功能的電氣特徵，像是平衡-不平衡轉換器(Balun：balanced and unbalanced)、共振器、高通濾波器、低通濾波器、帶通濾波器(BPF)、對稱Hi-Q共振變壓器、匹配網路及諧調電容器。例如該等IPD可運用作為前端無線RF元件而可經設置於天線與收發器之間。該無線應用項目可為利用多個頻帶操作的行動電話，像是寬頻碼分多重存取(WCDMA)頻帶(PCS、IMT，低)以及全球系統行動通訊(GSM)頻帶(低及高)。
平衡-不平衡轉換器經常是用以透過電磁耦接來改變阻抗並將共同模式雜訊最小化。在一些具體實施例裡，可在一相同基板上構成多個平衡-不平衡轉換器以提供多頻帶操作。例如，可在用於行動電話或其他GSM通訊的四方頻帶中使用兩個以上的平衡-不平衡轉換器，而各個平衡-不平衡轉換器專屬於該四方頻帶裝置的一操作頻帶。一典型RF系統在一或更多半導體封裝裡需要多個IPD及其他高頻率電路，藉以執行必要的電氣功能。
圖4顯示一使用RF積體電路(RFIC)102的無線通訊系統100。該RFIC 102執行對於在五個不同頻帶處理通道中(頻帶A、頻帶B、頻帶C、頻帶D及頻帶E)之RF信號的BPF信號處理。頻帶A具有一不平衡式連接埠或終端104；頻帶B具有一不平衡式連接埠或終端106；頻帶C具有一不平衡式連接埠或終端108；頻帶D具有一不平衡式連接埠或終端110；頻帶E具有一不平衡式連接埠或終端112。接地終端116係一對於頻帶A-E中之不平衡式連接埠104-112的回返路徑。頻帶A具有一平衡式連接埠或終端118和120；頻帶B具有一平衡式連接埠或終端122和124；頻帶C具有一平衡式連接埠或終端126和128；頻帶D具有一平衡式連接埠或終端130和132；頻帶E具有一平衡式連接埠或終端134和136。平衡式連接埠118-136係分別地耦接至該收發器140以進行進一步的傳送器及接收器信號處理。該等無線RF元件利用多個頻帶以增加功能性及服務。例如，頻帶A-C處理WCDMA而頻帶D-E處理GSM。該RFIC102利用在各頻帶A-E內的平衡-不平衡轉換器，藉以轉換阻抗並將共同模式雜訊最小化。
圖5顯示具頻帶A-E處理通道之RFIC 102的進一步佈置細節。在一具體實施例裡，該RFIC 102佔據一3.2毫米(mm)乘2.2mm的面積。圖6a顯示一對應於頻帶A而含有不平衡式連接埠104、接地終端116的等同電路略圖，並且電容器142及電感器144係經耦接於該不平衡式連接埠104與該接地終端116之間。一電感器146、電容器150及電阻器152係經耦接於該等不平衡式連接埠118及120之間。該電阻器152提供一平坦帶通回應。一直流(DC)電力匯流排154係經耦接於該電感器146的中心點。該DC電力匯流排154係共用於全部的所連接裝置。該DC電力係經施加於終端156。由於近密間隔及交錯布置之故，可於該等電感器144與146之間感應出一互相電感或磁性耦接。從而，該等電感器144-146可在頻帶A裡於一BPF排置中運作如一平衡-不平衡轉換器的一部份。
頻帶B係按類似於圖6a方式所組態設定，其中含有不平衡式連接埠106、接地終端116，並且電容器160及電感器162係經耦接於該不平衡式連接埠106與該接地終端116之間。一電感器164、電容器166及電阻器168係經耦接於該等平衡式連接埠122及124之間。該電阻器168提供一平坦帶通回應。DC電力匯流排154係經耦接於該電感器164的中心點。由於近密間隔及交錯布置之故，可於該等電感器162與164之間感應出一互相電感或磁性耦接。從而，該等電感器162-164可在頻帶B裡於一BPF排置中運作如一平衡-不平衡轉換器的一部份。
頻帶C係按類似於圖6a方式所組態設定，其中含有不平衡式連接埠108、接地終端116，並且電容器170及電感器172係經耦接於該不平衡式連接埠108與該接地終端116之間。一電感器174、電容器176及電阻器178係經耦接於該等平衡式連接埠126及128之間。該電阻器178提供一平坦帶通回應。DC電力匯流排154係經耦接於該電感器174的中心點。由於近密間隔及交錯布置之故，可於該等電感器172與174之間感應出一互相電感或磁性耦接。從而，該等電感器172-174可在頻帶C裡於一BPF排置中運作如一平衡-不平衡轉換器的一部份。
頻帶D係按類似於圖6b方式所組態設定，其中含有不平衡式連接埠110、接地終端116，並且電容器182係經耦接於該不平衡式連接埠110與該接地終端116之間。電感器186係經耦接於該不平衡式連接埠110與一節點185之間。電容器184係經耦接於該節點185與該接地終端116之間。一電感器188及電容器190的平行組合係經耦接於該節點185與節點191之間。電容器192及電感器194係經耦接於該節點191與該接地終端116之間。該等電容器182、184、190及192以及電感器186及188運作如一低通濾波器。一電感器196係經耦接於該等平衡式連接埠130及132之間。一電容器198及200的串列組合係經耦接於該等平衡式連接埠130及132之間。一電阻器202係經耦接於該等平衡式連接埠130及132之間。該電阻器202提供一平坦帶通回應。DC電力匯流排154係經耦接於該電感器196的中心點和該等電容器198與200之間的接合點。由於近密間隔及交錯布置之故，可於該等電感器194與196之間感應出一互相電感或磁性耦接。從而，該等電感器194-196可在頻帶D裡於一BPF排置中運作如一平衡-不平衡轉換器的一部份。
頻帶E係按類似於圖6c方式所組態設定，其中含有不平衡式連接埠112、接地終端116，並且電感器210係經耦接於該不平衡式連接埠112與一節點212之間。一電容器214係經耦接於該節點212與該接地終端116之間。一電容器216及電感器218的平行組合係經耦接於該節點212與節點220之間。一電容器222及電感器224係經耦接於該節點220與該接地終端116之間。該等電容器214、216及222以及電感器210及218運作如一低通濾波器。一電感器226係經耦接於該等平衡式連接埠134及136之間。一電容器228及230的串列組合係經耦接於該等平衡式連接埠134及136之間。一電阻器232係經耦接於該等平衡式連接埠134及136之間。該電阻器232提供一平坦帶通回應。DC電力匯流排154係經耦接於該電感器226的中心點和該等電容器228與230之間的接合點。由於近密間隔及交錯布置之故，可於該等電感器224與226之間感應出一互相電感或磁性耦接。從而，該等電感器224-226可在頻帶E裡於一BPF排置中運作如一平衡-不平衡轉換器的一部份。
圖7顯示一種在該RFIC 102中所使用之平衡-不平衡轉換器的替代性具體實施例。該平衡-不平衡轉換器238係利用LC(電感器及電容器)共振器所實作，其可整合於圖3的基板96上。在本例中，該平衡-不平衡轉換器238係經耦接於該RFIC 102內的不平衡式連接埠與平衡式連接埠之間。一電感器240含有經耦接於不平衡式連接埠242及244的第一及第二末端終端。在一具體實施例裡，該連接埠242係一單一末端不平衡式連接埠，而該連接埠244係一接地終端。或另者，該連接埠244係一單一末端不平衡式連接埠，而該連接埠242係一接地終端。電容器246係經耦接於該等不平衡式連接埠242及244之間。一電感器240及電容器246組成一第一LC共振器。一電感器248含有經耦接於平衡式連接埠250及252的第一及第二末端終端。一電容器254係經耦接於該等平衡式連接埠250及252之間。該電感器248及該電容器254組成一第二LC共振器。該電感器240係經設置在距該電感器248的距離d1處。一電感器256含有末端終端258及260。一電容器262係經串列耦接於該電感器256的末端終端258及260之間。該等電感器256及電容器262組成一第三LC共振器。電感器256係經設置在該等電感器240及248的週邊附近，並按平面區隔d2、d3、d4及d5而未重疊。該電感器256可相對該等電感器240及248而具有較大、較小或對稱值。
圖7所示電路佈置係經實作於該RFIC 102中，並且提供平衡-不平衡轉換器及濾波器功能，亦即按一小型形式因數的平衡式濾波器。該電路利用互相電感或磁性感應耦接而含有三個LC共振器。該等電感器240、248及256可具有一長方形、多邊形或圓形的形式或形狀，並經纏繞以產生磁性耦接。該等電容器246及254可對該平衡-不平衡轉換器提供靜電釋放(ESD)保護。該等電感器240、248及256係利用8μm像是Al、Cu、Sn、Ni、Au或Ag的導體材料所實作。該等電容器246、254及262是利用薄膜介電物所實作。該薄膜材料可提高電容密度。藉由利用跨於脆弱電容器上的電感分流保護，即可在該薄膜材料內獲致ESD強固性。在一ESD事件裡的大部份能量皆為集中於低頻率，而對此在奈米亨利範圍內的電感器為有效短路。在該磁性耦接電路中，各個電容器係由一低值分流電感器所保護，藉以增加對於ESD的強固性。
該等電感器240及248之間的互相電感或磁性耦接強度是由兩個線圈之間的距離d1所決定。同樣地，該等電感器240及256之間，以及該等電感器248及256之間，的磁性耦接強度是由兩個線圈之間的距離d2、d3、d4及d5所決定。在一具體實施例裡，該等距離d1-d5是被設定為10μm。可調整該等經電容負載之電感環間的分隔以選定該等BPF參數，藉此諧調該磁性耦接。該等電容器246、254及262係經諧調以針對所要求之應用項目進行阻抗匹配。該等不平衡式連接埠242及244以及平衡式連接埠250及252並不共享一共用DC參考。各個輸入及輸出可為單一末端或是差分方式運作。在要求平衡至不平衡轉換的應用項目中並不需要分別的平衡-不平衡轉換器。
該RFIC 102中所使用者之平衡-不平衡轉換器的另一具體實施例可如圖8所示。該平衡-不平衡轉換器268係利用多個LC共振器所實作，且此等共振器可經整合於圖3的基板96上。在本例中，該平衡-不平衡轉換器268係經耦接於該RFIC 102的不平衡式連接埠與平衡式連接埠之間。一電感器270含有經耦接於該等不平衡式連接埠272及274的第一及第二末端終端。在一具體實施例裡，該連接埠272係一單一末端之不平衡式連接埠，而該連接埠274為一接地終端。或另者，該連接埠274係一單一末端不平衡式連接埠，而該連接埠272係一接地終端。一電容器276係經耦接於該等不平衡式連接埠272及274之間。該電感器270及電容器276組成一第一LC共振器。一電感器278含有經耦接於平衡式連接埠280及282的第一及第二末端終端。一電容器284係經耦接於該等平衡式連接埠280及282之間。該電感器278及該電容器284組成一第二LC共振器。該電感器270係經設置在距該電感器278的距離d6處。一電感器290含有末端終端292及294。一電容器296係經串列耦接於該電感器290的末端終端292及294之間。該等電感器290及電容器296組成一第三LC共振器。該電感器290重疊於該等電感器270及278而為垂直電氣隔離，並且具有平面區隔d7、d8、d9及d10。該電感器290可相對該等電感器270及278而具有較大、較小或對稱值。
圖8所示電路佈置係經實作如一RFIC，並且提供平衡-不平衡轉換器及濾波器功能，亦即按一小型形式因數的平衡式濾波器。該電路利用互相電感或磁性感應耦接而含有三個LC共振器。該等電感器270、278及290可具有一長方形、多邊形或圓形的形式或形狀，並經纏繞以產生磁性耦接。該等電容器276及284可對該平衡-不平衡轉換器提供ESD保護。該等電感器270、278及290係利用8μm像是Al、Cu、Sn、Ni、Au或Ag的導體材料所實作。該等電容器276、284及296是利用薄膜介電物所實作。該薄膜材料可提高電容密度。藉由利用跨於脆弱電容器上的電感分流保護，即可在該薄膜材料內獲致ESD強固性。在一ESD事件裡的大部份能量皆為集中於低頻率，而對此在奈米亨利範圍內的電感器為有效短路。在該磁性耦接電路中，各個電容器係由一低值分流電感器所保護，藉以增加對於ESD的強固性。
該等電感器270及278之間的互相電感或磁性耦接強度是由兩個線圈之間的距離d6所決定。同樣地，該等電感器270及290之間，以及該等電感器278及290之間，的磁性耦接強度是由兩個線圈之間的距離d7、d8、d9及d10所決定。在一具體實施例裡，該等距離d6-d10是被設定為10μm。可調整該等經電容負載之電感環間的分隔以選定該等BPF參數，藉此諧調該磁性耦接。該等電容器276、284及296係經諧調以針對所要求之應用項目進行阻抗匹配。
該等不平衡式連接埠272及274以及平衡式連接埠280及282並不共享一共用DC參考。各個輸入及輸出可為單一末端或是差分方式運作。在要求平衡至不平衡轉換的應用項目中並不需要分別的平衡-不平衡轉換器。
圖9係一對於不同d1值，該平衡-不平衡轉換器238之插入損失相對於頻率的圖式。圖10係一對於不同d2值，該平衡-不平衡轉換器238之插入損失相對於頻率的圖式。圖11係一對於不同d3值，該平衡-不平衡轉換器238之插入損失相對於頻率的圖式。
雖既已詳細說明本發明之一或更多具體實施例，然熟諳本項技藝之人士將能瞭解確能對該等具體實施例進行修改及調適，而不致悖離如後載申請專利範圍之中所陳述的本發明範圍。
10．．．電子裝置
12．．．晶片載板/印刷電路板(PCB)
14．．．導體信號跡線
16．．．線路貼接封裝
18．．．覆晶片
20．．．球柵陣列(BGA)
22．．．凸塊晶片載體(BCC)
24．．．雙線內封裝(DIP)
26．．．地柵陣列(LGA)
28．．．多晶片模組(MCM)
30．．．四方扁平無引腳封裝(QFN)
32．．．四方扁平封裝
34．．．半導體晶粒
36．．．接觸板
38．．．載體
40．．．導線
42．．．接線連附
44．．．密封物
46．．．焊燒材料
47．．．半導體晶粒
48．．．接觸板
50．．．底層填入/環氧樹脂黏著材料
52、64．．．接觸板
54．．．接線連附
56、58．．．連附板
60．．．模鑄化合物/密封物
66．．．凸塊
70．．．主動範圍
76．．．載體
78．．．導體焊燒凸塊/球體
80．．．凸塊板/互連處所
82．．．接觸板/互連處所
84．．．凸塊板/互連處所
86．．．導體焊燒凸塊/球體
88．．．接觸板
90．．．導體線路
92．．．模鑄化合物/密封物
94．．．半導體晶粒/封裝
96．．．半導體基板
98．．．主動範圍
100．．．無線通訊系統
102．．．射頻(RF)IC
104-112．．．不平衡式連接埠
116．．．接地終端
118-136．．．平衡式連接埠
140．．．收發器
142．．．電容器
144、146．．．電感器
150．．．電容器
152．．．電阻器
154．．．直流(DC)電力匯流排
156．．．終端
160．．．電容器
162、164．．．電感器
166．．．電容器
168．．．電阻器
170．．．電容器
172、174．．．電感器
176．．．電容器
178．．．電阻器
182、184．．．電容器
185．．．節點
186、188．．．電感器
190．．．電容器
191．．．節點
192．．．電容器
194、196．．．電感器
198、200．．．電容器
202．．．電阻器
210．．．電感器
212．．．節點
214、216．．．電容器
218．．．電感器
220．．．節點
222．．．電容器
224、226．．．電感器
228、230．．．電容器
232．．．電阻器
238．．．平衡-不平衡轉換器(Balun)
240．．．電感器
242、244．．．不平衡式連接埠
246．．．電容器
248．．．電感器
250、252．．．平衡式連接埠
254．．．電容器
256．．．電感器
258、260．．．末端終端
262．．．電容器
268．．．平衡-不平衡轉換器(Balun)
270．．．電感器
272、274．．．不平衡式連接埠
276．．．電容器
278．．．電感器
280、282．．．平衡式連接埠
284．．．電容器
290．．．電感器
292、294．．．末端終端
296．．．電容器
圖1說明一PCB，此者具有屬不同類型而經架置於其表面的封裝；
圖2a-2c說明經架置於該PCB之半導體封裝的進一步細節；
圖3說明一含有一整合式被動裝置的半導體封裝；
圖4說明一經耦接於一收發器的多通道RF信號處理電路；
圖5說明該多通道RF信號處理電路的佈置方式；
圖6a-6c為個別RF信號處理通道的略圖；
圖7說明複數個運用於一RF信號處理通道中之LC共振器；
圖8說明運用於一RF信號處理通道中之LC共振器的另一具體實施例；
圖9係對於該LC共振器之電感器間的不同距離d1，插入損失相對於頻率的圖式；
圖10係對於該LC共振器之電感器間的不同距離d2，插入損失相對於頻率的圖式；以及
圖11係對於該LC共振器之電感器間的不同距離d3，插入損失相對於頻率的圖式。
10．．．電子裝置
12．．．PCB
14．．．跡線
16．．．線路貼接封裝
18．．．覆晶片
20．．．球柵陣列
22．．．凸塊晶片載體
24．．．雙線內封裝
26．．．地柵陣列
28．．．晶片模組
30．．．方扁平無引腳封裝
32．．．方扁平封裝

Claims (12)

  1. 一種帶通濾波器，其中含有複數個頻帶通道，各通道含有一第一及第二平衡式連接埠以及第一及第二不平衡式連接埠，各頻帶通道含有：一第一電感器，此者的一第一終端係經耦接於該第一平衡式連接埠，而一第二終端則經耦接於該第二平衡式連接埠；一第一電容器，此者係經耦接於該第一電感器的第一及第二終端之間；一第二電感器，此者具有一第一終端，此終端係經耦接於該第一不平衡式連接埠，以及一第二終端，此終端係經耦接於第二不平衡式連接埠，而該第二電感器係經設置在該第一電感器的一第一距離之內，藉以於該等第一與第二電感器之間感應磁性耦接；一第二電容器，此者係經耦接於該第二電感器的第一及第二終端之間；一第三電感器，此者係經設置在該第一電感器的一第二距離之內以及該第二電感器的一第三距離之內，藉以於該等第一、第二與第三電感器之間感應磁性耦接，該第三電感器包括朝向該第三電感器之一第二末端終端的該第三電感器之一第一末端終端，並且該第三電感器係經設置在該等第一及第二電感器週邊附近並與其等非重疊；以及一第三電容器，此者係經耦接於該第三電感器的第一及第二末端終端之間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之帶通濾波器，其中該等第一、第二及第三電感器為薄膜導體材料，並且該等第一、第二及第三電容器為薄膜介電物。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之帶通濾波器，其中該等第一、第二及第三電感器具有長方形、多邊形或圓形形狀。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之帶通濾波器，其中該等第一及第二電感器重疊於該第三電感器。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之帶通濾波器，進一步包含一基板，其中該等第一、第二及第三電感器以及該等第一、第二及第三電容器係經整合於該基板上。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之帶通濾波器，進一步包含一經耦接於該第二電感器的直流電力匯流排。
  7. 一種帶通濾波器，其中含有複數個LC共振器，各共振器具有一第一及第二平衡式連接埠以及第一及第二不平衡式連接埠，其中包含：一第一電感器，此者具有一第一終端，此終端係經耦接於該第一平衡式連接埠，以及一第二終端，此終端係經耦接於該第二平衡式連接埠；一第一電容器，此者係經耦接於該第一電感器的第一及第二終端之間；一第二電感器，此者具有一第一終端，此終端係經耦接於該第一不平衡式連接埠，以及一第二終端，此終端係經耦接於該第二不平衡式連接埠；一第二電容器，此者係經耦接於該第二電感器的第一 及第二終端之間；一第三電感器，此者係經設置在鄰近於該等第一及第二電感器處並且係經設置在該等第一及第二電感器週邊附近並與其等非重疊，藉以於該等第一、第二與第三電感器之間感應磁性耦接；以及一第三電容器，此者係經耦接於該第三電感器的第一及第二終端之間。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之帶通濾波器，其中該第二電感器係經設置在該第一電感器的一第一距離內，藉以於該等第一與第二電感器之間感應磁性耦接。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之帶通濾波器，其中該第三電感器係經設置在該第一電感器的一第二距離內並且在該第二電感器的一第三距離內，藉以於該等第一、第二與第三電感器之間感應磁性耦接。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之帶通濾波器，其中該等第一、第二及第三電感器為薄膜導體材料，並且該等第一、第二及第三電容器為薄膜介電物。
  11. 如申請專利範圍第7項所述之帶通濾波器，其中該等第一及第二電感器重疊於該第三電感器。
  12. 如申請專利範圍第7項所述之帶通濾波器，進一步包含一基板，其中該等第一、第二及第三電感器以及該等第一、第二及第三電容器係經整合於該基板上。
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