WO2017210814A1 - 互感耦合滤波器及无线保真WiFi模组 - Google Patents
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Abstract
一种互感耦合滤波器和WiFi模组，该互感耦合滤波器包括第一电路，第一电路设置在第一基板（100）上；第二电路，第二电路设置在第二基板（200）上。其中，第一基板和第二基板相对放置，以使得第一电路中的线圈电感与第二电路中的线圈电感形成互感结构（300）。上述互感耦合滤波器通过将线圈电感分别放置在两个基板上，能够节省互感耦合滤波器占用的封装基板的面积。
Description
本发明涉及滤波器技术领域，并且更具体地，涉及一种互感耦合滤波器和WiFi模组。
随着系统封装技术的发展，采用半导体工艺和薄膜沉积技术可以在硅基、玻璃基等表面上制作出电阻、电容和电感等无源器件，其特点是能够形成线条和线间距足够小的线条和图形(最小线宽0.1um-0.3um)。将这些无源器件连接之后就可以在硅基或者玻璃基表面上实现高频LC滤波器。其中互感耦合滤波器是其中一种典型的应用，其特点是可以通过调整互感值的大小来调节滤波器的极点位置，从而获得较好的抑制效果。互感耦合滤波器中一般至少包括两个相邻的线圈电感，通过线圈电感之间产生的互感来调节滤波器的性能。现有的互感耦合滤波器中是将线圈电感在同一个封装基板表面上相邻放置，通过调节线圈电感的电感值、线圈电感之间的距离等来获得满足要求的互感，但是将线圈电感都置于一个封装基板的表面会占用较大的面积，不利于滤波器小型化和低成本的要求。
发明内容
本申请提供了一种互感耦合滤波器及WiFi模组，以减小线圈电感在封装基板上占用的面积。
第一方面，提供了一种互感耦合滤波器，包括第一电路，第一电路设置在第一基板上；第二电路，第二电路设置在第二基板上，其中，第一基板和第二基板相对放置，以使得第一电路中的线圈电感与第二电路中的线圈电感形成互感器。
现有技术中的互感耦合滤波器中的电感均位于同一个封装基板表面，多个电感都置于同一个封装基板表面势必会占用较大的面积。而本申请中通过将线圈电感分别放置在两个基板上，与现有技术中将线圈电感都放置在一个基板表面相比能够节省互感耦合滤波器占用的封装基板的面积。
结合第一方面，在第一方面的第一种实现方式中，所述互感耦合滤波器
还包括连接所述第一基板和所述第二基板的金属连接结构。
结合第一方面的第一种实现方式，在第一方面的第二种实现方式中，所述金属连接结构中包括连接所述第一电路和所述第二电路的连线。
结合第一方面以及第一方面的第一种至第二种实现方式中的任意一种，在第一方面的第三种实现方式中，所述第一电路中的线圈电感和所述第二电路中的线圈电感均至少由两层金属构成。
结合第一方面，以及第一方面的第一种至第三种实现方式中的任意一种，在第一方面的第四种实现方式中，所述第一基板和/或所述第二基板由硅材料、玻璃材料以及陶瓷材料中的至少一种制成。
结合第一方面，以及第一方面的第一种至第四种实现方式中的任意一种，在第一方面的第五种实现方式中，所述第一电路和/或所述第二电路的线圈电感的形状包括矩形、圆形或者多边形。
结合第一方面，以及第一方面的第一种至第四种实现方式中的任意一种，在第一方面的第六种实现方式中，所述第一电路和/或所述第二电路还包括电容、电阻。
结合第一方面，以及第一方面的第一种至第六种实现方式中的任意一种，在第一方面的第七种实现方式中，所述第一基板和/或所述第二基板为集成无源器件IPD基板。
第二方面，提供了一种WiFi模组，所述WiFi模组包括上述第一方面中的互感耦合滤波器。
在上述某些实现方式中，所述互感耦合滤波器应用在射频模组中。上述射频模组可以为WiFi模组。
在上述某些实现方式中，所述金属连接结构为金属凸点连接结构，所述金属凸点连接结构为焊锡球或者电镀焊锡纤料。
在上述某些实现方式中，所述金属连接结构为金属凸点连接结构。所述金属凸点结构具有支撑和连接第一基板和第二基板的作用，所述金属凸点连接结构中的部分结构用于连接第一电路和第二电路。
在上述某些实现方式中，第一基板和第二基板的距离是可调的。通过调节所述第一基板和所述第二基板的距离可以调节所述互感耦合滤波器的互感大小。
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的互感耦合滤波器的结构示意图。
图2是本发明实施例的互感耦合滤波器的结构示意图。
图3是在硅基上制作的电阻、电容以及线圈电感的剖面结构示意图。
图4是本发明实施例的互感耦合滤波器的集总电路的原理图。
图5是本发明实施例的WiFi模组的结构示意图。
图6是本发明实施例的互感耦合滤波器中的线圈电感的结构示意图。
图7是制作本发明实施例的互感耦合滤波器的示意性流程图。
随着系统封装的发展，采用半导体工艺在硅基或者玻璃基表面实现无源集成的技术受到了广泛的关注，采用无源集成技术可以在硅片或者玻璃晶圆上可以制作出电感、电容、电阻等无源模块。具体来说，在硅片上可以采用晶圆级的半导体工艺，实现细小线条的互联，但是由于硅基的半导体特性以及在硅基表面的金属叠层的限制，采用传统方法在硅基上制作的螺旋电感的Q值有限，即使采用高阻硅并且线圈金属的厚度超过10um，Q值也很难达到50以上。目前在硅基上实现互感耦合滤波器的步骤如下：
S101、根据设计指标确定相应的集总电路，这些指标包括滤波器的中心频率，带宽，通带内插损以及带外衰减等。
S102、选择一种合适的LC滤波器传输函数，如切比雪夫滤波器或者巴特沃斯滤波器；
S103、根据抑制需求为滤波器选择合适的阶数；
S104、根据滤波器中心频点、带宽等指标确定滤波器中各种元器件的具体参数；
S105、在硅基表面将所需的无源电感，电容合理设计布局并进行电学连接，最后采用薄膜沉积、金属溅射、电镀、光刻、刻蚀等一系列半导体工艺将结构制作出来。
现有技术中的互感耦合滤波器一般是制作在同一个硅基板上，滤波器中的电阻、电容以及线圈电感等无源器件都是位于同一个硅基板上，滤波器中至少包括两个线圈电感，通过调整至少两个线圈电感之间的距离以及每个电感的L值可以调整互感值的大小，有时为了获得较大的互感需要采用具有较大电感值的线圈电感，而电感值较大的线圈电感会在硅基表面上占用较大的面积，不利于小型化及低成本的需求。为此，本发明实施例提出了一种互感耦合滤波器，该互感耦合滤波器包括分别位于第一基板和第二基板上的第一电路和第二电路，其中，第一基板和第二基板相对放置，使得第一电路中的线圈电感与第二电路中的线圈电感形成互感器，通过将线圈电感分别放置在不同的基板上，能够减少占用的基板的面积。下面结合图1-7对本发明实施例的互感滤波器进行详细的说明。
图1是本发明实施例的互感耦合滤波器的结构示意图。该互感耦合滤波器包括设置在第一基板(100)上的第一电路以及设置在第二基板(200)上的第二电路，第一电路和第二电路都包含线圈电感，其中，第一基板和第二基板是相对放置，以使得第一电路中的线圈能与第二电路中的线圈形成互感结构300。具体来说，第一电路中可以包含第一线圈电感，第二电路中包含第二线圈电感，第一线圈电感与第二线圈电感相对放置，以产生互感。应理解，第一线圈电感和第二线圈电感的电感值大小、第一线圈电感与第二线圈电感之间的距离以及第一线圈电感与第二线圈电感的相对位置都可以根据互感耦合滤波器的需要进行调节，这样就可以通过调节互感的大小来灵活地调节互感耦合滤波器的传输零点。
此外，第一电路或者第二电路都可以包含两个或者两个以上的线圈电感，这时，第一电路中的多个线圈电感可以与第二电路中的多个线圈分别形成多个互感器，或者第一电路中的多个线圈电感与第二电路中的多个线圈电感共同形成一个互感器，本发明实施例的互感耦合滤波器对线圈电感的个数以及互感器的个数不做限制。如图2所示，第一基板100上的第一电路包含两个线圈电感，第二基板200上的第二电路也包含两个线圈电感，第一电路上的线圈电感与第二电路上的线圈电感形成两个互感结构300。
应理解，第一电路还可以包含互感耦合滤波器中的其它元器件，例如电阻、电容等，也可以仅包含线圈电感，而耦合滤波器中的其它元器件都分布在第二电路中。同样，第二电路还可以包含互感耦合滤波器中的其它元器件，
例如电阻、电容等，也可以仅包含线圈电感，而耦合滤波器中的其它元器件都分布在第一电路中。
如图1和图2所示，上述互感耦合滤波器还包括连接第一基板和第二基板的金属连接结构116，该金属连接结构116用于连接第一基板和第二基板，可选地，该金属连接结构116还可以实现连接第一电路和第二电路，该金属连接结构一部分可以用于连接第一电路和第二电路，这时，该金属连接结构相当于连接第一电路和第二电路的连线，也就是说该金属连接结构包含连接第一电路和第二电路的连线。可选地，该金属连接结构具体可以是金属过孔，焊锡球或者电镀焊锡纤料等。
上述第一基板或者第二基板都可以由硅材料、玻璃材料或者陶瓷材料中的至少一种制作成。上述第一电路或者第二电路中的线圈电感可以是平面螺旋电感。
本发明实施例中，通过将线圈电感分别放置在两个基板上，与现有技术中将线圈电感都放置在一个基板表面相比能够节省互感耦合滤波器占用的基板的面积。
可选地，作为一个实施例，本发明实施例的互感耦合滤波器的可以是二阶或者二阶以上的滤波器，应理解，当本发明实施例的互感耦合滤波器为二阶滤波器时，第一电路和第二电路都包含一个线圈电感，这两个线圈电感形成一个互感器，当本发明实施例的互感耦合滤波器为二阶以上的滤波器时，第一电路和第二电路都包含多个线圈电感，第一电路的多个线圈电感与第二电路的多个线圈电感之间形成多个互感器。
可选地，作为一个实施例，上述第一基板或者第二基板还可以是化合物基板。
可选地，作为一个实施例，上述第一电路中的线圈电感和/或上述第二电路中的线圈电感由至少两层金属构成。
可选地，作为一个实施例，上述第一电路和/或上述第二电路的线圈电感的形状包括矩形、圆形或者多边形。
可选地，作为一个实施例，上述第一电路和/或所述第二电路还包括电容、电阻。
可选地，作为一个实施例，上述第一基板和/或所述第二基板为集成无源器件(Integrated Passive Devices，IPD)基板。应理解，由于IPD基板的厚
度比较薄，当第一基板和第二基板都是IPD基板时，因此，将第一基板和第二基板叠加在一起带来的体积变化较小，通常可以忽略。
可选地，本发明实施例中的互感耦合滤波器的互感结构可以用于各类射频模组的小型化集成，例如，无线保真(Wireless Fidelity，WiFi)模组。
应理解，本发明实施例中的互感耦合滤波器可以采用IPD技术制作，也就是是通过半导体工艺和技术可以在硅基等基板上制作电容、电感以及电阻，然后将这些器件连接起来就可以制作出互感耦合滤波器。集成无源器件(Integrated Passive Devices，IPD)技术可以集成多种电子功能，如传感器、射频收发器、微机电系统、功率放大器、电源管单元和数字处理器等，能够提供紧凑的IPD产品，具有小型化和提供系统性能的优势。因此，无论是在减小产品的尺寸和重量，还是在现有产品不改变体积下增加功能，集成无源器件都能发挥很大作用。具体来说，在硅基上利用IPD技术制作出的包含滤波器的无源模组具有可靠性高、结构紧凑、成本低等优势，可以较好地应用于无线射频通信系统，在很大程度上可以替代传统的低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramic，LTCC)技术来制作滤波器。IPD技术比较适合用于制作高频滤波器，具体来说，可以用于制作WiFi模组中的高频滤波器。
通过IPD技术在制作包含本发明实施例的互感耦合滤波器的过程中，能有限利用空间面积，使得位于两种不同结构(如第一基板、第二基板)上的两个线圈电感或者多个线圈电感形成了上下层耦合的结构，获得了较大的交叉耦合。
本发明实施例的互感耦合滤波器中的电阻、电容以及线圈电感的剖面结构可以如图3所示，图中各个图标表示的含义如下：101-高阻硅材料基板；102-二氧化硅层；103-第一绝缘介质及钝化层；104-第二绝缘介质及钝化层；105-电阻材料；106-氮化硅；107-电阻引出电极；108-电容结构下极板；109-电容结构上极板；110-电容介质层；111-电容下极板上硅化钽(TaSi)层；112-电容引出层；113-第一电感金属层；114-电感金属过孔；115-第二电感金属层。上述电阻材料可以为TaSi。
本发明实施例还提出了一种WiFi模组，该WiFi模组包含上述互感耦合滤波器。该WiFi模组的工作频率还可以为2.4-2.5GHz以及5.0GHz。
下面结合图4-6，以封装基板上封装的WiFi模组为例，详细介绍本发明
实施例的WiFi模组。
以WiFi上的一款带通滤波器的设计指标为例，通带的范围为2400-2500MHz，采用耦合结构形成的滤波器的典型的集总电路如图4所示，图4中的线圈电感1和线圈电感2分别相当于本发明实施例的互感耦合滤波器的第一电感和第二电感。由于线圈电感1和线圈电感2之间存在互感，通过控制这两个线圈电感之间的互感量，可以优化调节滤波器的频率及滤波特性。
根据图4中集总电路将各个元器件在高阻硅材料形成的封装基板上制作出来，得到如图5所示的本发明实施例的WiFi模组的结构示意图。在图5中，100表示带有线圈电感的第一基板，200为带有线圈电感的第二基板，100和200上的线圈电感形成了互感结构300，100和200之间通过金属连接结构116连接，其中金属连接结构116可以连接第一封装基板和第二封装基板上的电感、电容等器件，310为构成WiFi模组的其它有源器件，311为构成WiFi模组的其它无源器件。
图6是本发明实施例的互感耦合滤波器中的线圈电感的结构示意图，图6中的线圈电感是互感耦合滤波器中的一个线圈电感，可设置在图与5所示的基板100或200上，图6包括线圈电感的主视图和剖面图，该线圈电感由两层金属组成，在主视图中，301为电感的输入端口，302为电感的输出端口，303为电感的上下金属层连接结构，从301到303的线圈位于上层，从303到302的线圈位于下层。
在图6的剖面图中，303具体包括上层金属部315，下层金属部313以及313和315之间的金属过孔114，此外，线圈电感所在基板上还包括：高阻硅材料基板101，二氧化硅层102，第一绝缘介质及钝化层103，第二绝缘介质及钝化层104。
在图6所示的线圈电感中，从301到303的线圈与315连接，从303到302的线圈与313连接，313和315之间通过114连接，这样就可以通过303连接线圈电感上下两层的线圈。应理解，303中的313、114以及315都位于一个基板上，而图1和图2中的116位于两个基板之间，用于连接两个基板。
以上结合图1-6描述了本发明实施例的互感耦合滤波器，下面结合图7简要介绍一下本发明实施例的互感耦合滤波器的制作过程，本发明实例的互感耦合滤波器的制作过程如下：
S201、根据互感耦合滤波器的设计指标和要求确定相应的集总电路。
上述设计指标可以包括滤波器的中心频率、带宽、通带内插损以及带外衰减等。
S202、根据步骤S201中确定的集总电路，利用相应的图形光刻以及刻蚀工艺，在第一个封装基板上制作互感耦合滤波器中部分的电阻、电容、电感。
上述步骤202得到的电阻、电容以及电感的剖面结构可以是如图3所示的结构。
S203、将互感耦合滤波器的其他器件制作在第二个封装基板表面，第二个封装基板上的其他器件至少包括一个电感。上述步骤203得到的第二个基板的剖面结构可参照如图3所示的结构。
S204、将第一个封装基板和第二个封装基板组装在一起，保证两个封装基板上的线圈电感相对设置，以保证获得较好的交叠耦合,从而引入可控的传输零点。
经过上述步骤S201-S204，就可以得到本发明实施例的互感耦合滤波器。应理解在上述步骤S204之后，将形成WIFI模组的其他芯片及表贴器件贴装在封装基板的单面或者双面，并涂胶保护，可以得到本发明实施例的WIFI模组。
应理解，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
应理解，在本发明的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限
于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
- 一种互感耦合滤波器，其特征在于，包括：第一电路，所述第一电路设置在第一基板上；第二电路，所述第二电路设置在第二基板上，其中，所述第一基板和所述第二基板相对放置，以使得所述第一电路中的线圈电感与所述第二电路中的线圈电感形成互感结构。
- 如权利要求1所述的互感耦合滤波器，其特征在于，所述互感耦合滤波器还包括连接所述第一基板和所述第二基板的金属连接结构。
- 如权利要求2所述的互感耦合滤波器，其特征在于，所述金属连接结构中包括连接所述第一电路和所述第二电路的连线。
- 如权利要求1-3中任一项所述的互感耦合滤波器，其特征在于，所述第一电路中的线圈电感和所述第二电路中的线圈电感均由至少两层金属构成。
- 如权利要求1-4中任一项所述的互感耦合滤波器，其特征在于，所述第一基板和/或所述第二基板由硅材料、玻璃材料以及陶瓷材料中的至少一种制成。
- 如权利要求1-5中任一项所述的互感耦合滤波器，其特征在于，所述第一电路和/或所述第二电路的线圈电感的形状包括矩形、圆形或者多边形。
- 如权利要求1-5中任一项所述的互感耦合滤波器，其特征在于，所述第一电路和/或所述第二电路还包括电容、电阻。
- 如权利要求1-7中任一项所述的互感耦合滤波器，其特征在于，所述第一基板和/或所述第二基板为集成无源器件IPD基板。
- 一种无线保真WiFi模组，其特征在于，包括如权利要求1-8中任一项所述的互感耦合滤波器。
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