[发明专利]一种运用垂直螺旋式硅通孔电感的低通滤波器

说明书

技术领域

本发明属于无源电子器件技术领域，设计一种微波滤波器元件，尤其涉及一种运用硅通孔的无源低通滤波器结构。

背景技术

随着无线通讯的发展，射频微波电路在医疗设备、无线局域网和智能家居等方面得到了广泛的应用。随着集成器件的不断缩小，其中传统的低通滤波器在占用面积和封装成本上已无法满足需求。

近年来，随着三维集成电路的飞速发展，一种新兴的集成电路制作工艺硅通孔工艺受到广泛的关注。它能够在三维集成电路的不同堆栈层之间提供垂直互联。并且硅通孔技术可以提供更大的设计自由度和更好的电学性能来设计不同的元器件。通过硅通孔技术可以减少三维集成电路的传输损耗、降低功耗、节约芯片面积。将硅通孔技术引入无源低通滤波器的设计之中，低通滤波器的尺寸可以得到进一步缩小。

发明内容

本发明针对目前的技术不足，提供了一种由同轴硅通孔电容器和垂直螺旋式硅通孔电感器构成的超紧凑低通滤波器的设计方案。本发明具体为三阶的巴特沃兹低通滤波器，使用同轴硅通孔做电容器，环状垂直硅通孔做电感器来设计低通滤波器。

本发明低通滤波器由多个元件单元构成，输入输出端口位于基底顶部的重新布局层。

所述元件单元包括位于基底顶部的重新布局层、位于基底中间的硅通孔阵列与同轴硅通孔阵列、位于基底底部的重新构建层；

硅通孔阵列包括位于同一直线、等间距分布的六个硅通孔，从左至右定义为第一至第六硅通孔；同轴硅通孔阵列与硅通孔阵列平行设置，从左至右包括第一、第二同轴硅通孔；

第一硅通孔的重新布局层端与第一同轴硅通孔的重新布局层端通过金属线连接，第二硅通孔的重新布局层端与第六硅通孔的重新布局层端通过金属线连接，第三硅通孔的重新布局层端与第五硅通孔的重新布局层端通过金属线连接，第四硅通孔的重新布局层端与第二同轴硅通孔的重新布局层端通过金属线连接，第一硅通孔的重新构建层端与第六硅通孔的重新构建层端通过金属线连接，第二硅通孔的重新布局层端与第五硅通孔的重新构建层端通过金属线连接，第三硅通孔的重新布局层端与第四硅通孔的重新构建层端通过金属线连接，将第一同轴硅通孔的重新布局层端作为整个器件信号输入端口或与相邻单元的信号输出端口连接，将第二同轴硅通孔的重新布局层端作为整个器件信号输出端口或与相邻单元的信号输入端口连接。

位于基底顶部的重新布局层、位于基底中间的硅通孔阵列、位于基底底部的重新构建层构成垂直螺旋式硅通孔电感器。硅通孔间的间距、硅通孔的高度与半径决定垂直螺旋式硅通孔电感器的电感值。

位于基底顶部的重新布局层、位于基底中间的同轴硅通孔阵列构成同轴硅通孔电容器。同轴硅通孔的高度、内径和外径决定同轴硅通孔电容器电容值的大小。

同轴硅通孔由金属内芯、内部绝缘层、金属外环和外部绝缘层构成，其中外部绝缘层用来隔离金属和硅衬底，金属内芯、内部绝缘层和金属外环组成的环形结构构成电容器。内部绝缘层通常选用高介电常数的材料来增大电容值。硅通孔电感器有由垂直硅通孔和水平的互联线组成，通过改变硅通孔之间的间距和硅通孔的高度可以获得不同的电感值。同轴硅通孔构成的电容器和垂直螺旋式硅通孔电感器组成的低通滤波器与传统的二维电路结构相比，大大减小了低通滤波器的物理尺寸，而且可以提高低通滤波器的各项性能。

信号由输入端口输入，电流一部分按硅通孔方向流入第一同轴硅通孔金属内芯，通过金属外环流入电流返回路径；电流另一部分按硅通孔方向流入第一硅通孔，经第六硅通孔、第二硅通孔、第五硅通孔、第三硅通孔、第四硅通孔，电流输出到输出端口；电流通过硅通孔流入第二同轴硅通孔的金属内芯，通过金属外环流入电流返回路径。

本发明的有益效果是：

本发明利用同轴硅通孔电感器和垂直螺旋式硅通孔电感器构造低通滤波器元件，减小元件物理尺寸。运用同轴硅通孔充当电容器，相较于传统二维结构电容器拥有较短的互联长度，使得延迟时间、散射和导体损耗减小。此外垂直螺旋式硅通孔电感器相较于传统的螺旋电感在占用面积上大大减小，垂直螺旋式硅通孔电感器的使用可以大大减少了低通滤波器的物理尺寸，而且提高了低通滤波器的各项性能。

附图说明

图1为同轴硅通孔的结构；

图2为硅通孔的结构；

图3为垂直螺旋式硅通孔电感器的基底顶部重新布局层的结构图；

图4为基底顶部上层基板组件的结构图；

图5为基底顶部中层基板组件的结构图；

图6为基底顶部下层基板组件的结构图；

图7为硅通孔阵列的结构图；