[发明专利]一种RDL电感补偿的硅通孔定向耦合器

说明书

本发明公开了一种RDL电感补偿的硅通孔定向耦合器，包括硅衬底，沿硅衬底的中心轴线两侧分别对称设有通孔，两个通孔内分别采用铜材料填充，二氧化硅作为铜和硅衬底之间的隔离层，即TSV‑I和TSV‑II，TSV‑I的上端连接输入臂的一端，输入臂的另一端连接RDL电感I；TSV‑I的下端连接直通臂的一端，直通臂的另一端连接RDL电感II；TSV‑II的上端连接耦合臂的一端，耦合臂的另一端连接RDL电感III，TSV‑II的下端连接隔离臂的一端，隔离臂的另一端连接RDL电感IV；本发明解决了目前定向耦合器存在的耦合度、隔离度不高且调试困难、生产环节复杂的问题。

技术领域

本发明属于三维集成电路技术领域，涉及一种RDL电感补偿的硅通孔定向耦合器。

背景技术

定向耦合器是一种非常重要的微波元件，在实际工程中应用十分广泛。在相控阵雷达的监测系统中，监测阵面、T/R通道中标定网络定向耦合器的性能至关重要；射频测试系统中，定向耦合器在功率监控、频率和频谱检测、功率分配等系统中必不可少起到功率耦合的作用；在接收系统中，是平衡混频器和测量电桥的重要组成部分。在5G通信智能天线中，定向耦合器在阵列标校网络的阵列零值标定中起着重要作用。定向耦合器作为一种射频功率传输互易的四端口网络元件，其四个端口分别为主线输入端、主线输出端、耦合输出端和隔离输出端。定向耦合器的输入与输出之间除了满足规定的幅度关系外，还满足一定的方向性关系，可以将主线输入臂的入射电磁波功率按照一定的比例分配到直通输出臂和耦合输出臂上，而隔离输出臂基本上不会有功率输出。区分一个定向耦合器性能优劣，定量描述功能特性主要有隔离度、耦合度和方向性三个技术指标。

在实际应用中，定向耦合器的方向性制约着标校网络的灵敏度与检测精度，是重要的指标。而传统的带状线、悬置线、锯齿线等高定向耦合器，体积大、结构复杂不适用目前微波集成电路(MIC)和单片微波集成电路(MMIC)。微带线定向耦合器结构简单，易于嵌入微波和毫米波混合单片集成电路，是MMIC电路、毫米波系统的最佳选择，但微带定向耦合器的方向性却制约了系统的性能。在传统的微带线定向耦合器设计中，奇偶模之间不同的相位速度导致了较低的隔离度。目前实现定向耦合器方向性的方法主要是以定容补偿和带状线对称结构等方式来实现高方向性，但调试困难，生产环节复杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种RDL电感补偿的硅通孔定向耦合器,解决了目前定向耦合器存在的耦合度、隔离度不高且调试困难、生产环节复杂的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种RDL电感补偿的硅通孔定向耦合器，包括硅衬底，沿硅衬底的中心轴线两侧分别对称设有通孔，两个所述通孔内分别同轴设有TSV-I和TSV-II，TSV-I的上端连接输入臂的一端，输入臂的另一端上方设有RDL电感I；TSV-I的下端连接直通臂的一端，直通臂的另一端下方设有RDL电感II；

TSV-II的上端连接耦合臂的一端，耦合臂的另一端上方设有RDL电感III，TSV-II的下端连接隔离臂的一端，隔离臂的另一端下方设有RDL电感IV；

输入臂、RDL电感I、耦合臂、RDL电感III均掩埋在上氧化层内；

直通臂、RDL电感II、隔离臂及RDL电感IV均掩埋在下氧化层内。

本发明的特点还在于：

输入臂与RDL电感I之间、直通臂与RDL电感II之间、耦合臂与RDL电感III之间、隔离臂与RDL电感IV之间均采用金属柱连接。

TSV-I包括TSV-I铜柱，TSV-I铜柱的外壁同轴包覆有隔离层；

TSV-II包括TSV-II铜柱，TSV-II铜柱的外壁同轴包覆有隔离层。

隔离层采用的材料为二氧化硅。

输入臂、耦合臂、直通臂、隔离臂均采用RDL层。