一种基于硅通孔互连的三维堆叠结构低通滤波器制造技术

本发明专利技术涉及一种基于硅通孔互连的三维堆叠结构低通滤波器，包括：插指电容器(1)、半导体衬底(3)、若干螺旋电感器(5)和电容接地极板(6)；其中，插指电容器(1)包括电容上极板(12)与电容下极板(11)；半导体衬底(3)位于插指电容器(1)和若干螺旋电感器(5)之间，半导体衬底(3)中设置有若干通孔，通孔中设置有金属柱(31)；螺旋电感器(5)通过金属柱(31)与电容上极板(12)连接；电容接地极板(6)位于半导体衬底(3)上，并且设置在螺旋电感器(5)的周围，通过金属柱(31)与电容下极板(11)连接。本发明专利技术实施例通过通孔中的金属柱将螺旋电感器和插指电容器互连形成三维堆叠结构低通滤波器，该低通滤波器结构简单、集成密度高、占用芯片面积小、成本低，易于制作得到。

A three-dimensional stacked low-pass filter based on silicon through-hole interconnection

【技术实现步骤摘要】
一种基于硅通孔互连的三维堆叠结构低通滤波器
本专利技术属于微波滤波器领域，具体涉及一种基于硅通孔互连的三维堆叠结构低通滤波器。
技术介绍
微波系统实现了微波信号的限幅、滤波、衰减/放大处理，广泛应用于各种智能武器、电子战、相控阵雷达、毫米波成像、移动通信等军用探测、通讯领域。微波滤波器是微波系统中的关键选频单元，主要是对微波系统的信号进行预选，滤除杂波以及干扰信号，留下有用信号。滤波器指标是否合理及其能否达到，对整个系统的各项指标等都有重要影响。然而，传统的微波滤波器体积较大，且通常具有较大的重量，已经成为微波系统小型化的主要瓶颈，无法满足微波系统的微型化和便携化的发展需求。基于硅通孔的三维集成技术利用立体方向的维度，将一个平面电路分成多个独立的模块，通过硅孔等进行垂直层间连接，相比于平面电路互连，可缩短各模块之间互连线的长度，从而提高微波滤波器性能，减小电路面积，并且可以实现与其他微波模块的高集成度的三维叠层封装。因此，基于硅通孔互连的三维堆叠结构滤波器对于微波系统具有非常重要的发展价值和应用前景。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种基于硅通孔互连的三维堆叠结构低通滤波器。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：本专利技术实施例提供了一种基于硅通孔互连的三维堆叠结构低通滤波器，包括：插指电容器、半导体衬底、若干螺旋电感器和电容接地极板；其中，所述插指电容器包括电容上极板与电容下极板；所述半导体衬底位于所述插指电容器和所述若干螺旋电感器之间，所述半导体衬底中设置有若干通孔，所述通孔中设置有金属柱；所述螺旋电感器通过所述金属柱与所述电容上极板连接；所述电容接地极板位于所述半导体衬底上，并且设置在所述螺旋电感器的周围，通过所述金属柱与所述电容下极板连接。在本专利技术的一个实施例中，所述电容下极板环绕设置在所述电容上极板的周围。在本专利技术的一个实施例中，还包括：第一介质层，位于所述插指电容器和所述半导体衬底之间，所述金属柱贯穿所述第一介质层。在本专利技术的一个实施例中，所述半导体衬底的材料为高阻硅。在本专利技术的一个实施例中，所述通孔中还设置有介质环，所述介质环位于所述金属柱和所述半导体衬底之间。在本专利技术的一个实施例中，还包括：第二介质层，位于所述半导体衬底和所述螺旋电感器之间，所述金属柱贯穿所述第二介质层。在本专利技术的一个实施例中，所述螺旋电感器包括第一螺旋电感器和第二螺旋电感器，所述第一螺旋电感器与所述第二螺旋电感器对称设置。在本专利技术的一个实施例中，所述第一螺旋电感器包括依次连接的第一外引线、第一线圈和第一内引线，所述第一内引线通过所述金属柱与所述电容上极板连接；所述第二螺旋电感器包括依次连接的第二内引线、第二线圈和第二外引线，所述第二内引线通过所述金属柱与所述电容上极板连接。在本专利技术的一个实施例中，所述电容上极板具有第一中心和第二中心，所述第一内引线与所述第一中心对准，所述第二内引线与所述第二中心对准。在本专利技术的一个实施例中，所述电容接地板包括第一电容接地板、第二电容接地板和第三电容接地板，其中，所述第一电容接地板设置在所述第一螺旋电感器和第二螺旋电感器的一侧；所述第二电容接地板平行于所述第一电容接地板，设置在所述第一螺旋电感器和所述第二螺旋电感器的另一侧；所述第三电容接地板垂直连接在所述第一电容接地板和所述第二电容接地板之间，并且设置在所述第一螺旋电感器和所述第二螺旋电感器中间。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：1、本专利技术通过通孔中的金属柱将螺旋电感器和插指电容器互连形成三维堆叠结构低通滤波器，该低通滤波器结构简单、集成密度高、占用芯片面积小、成本低，易于制作得到。2、本专利技术的三维堆叠结构低通滤波器中，将电容接地板设置在螺旋电感器周围，并且电容接地板与插指电容器连接，使得螺旋电感器和插指电容器全部包裹在地线间，不会对滤波器周边邻近的其他电路模块产生寄生和噪声耦合，在模拟集成电路、数/模混合集成电路、射频/微波集成电路中都有非常广阔的应用前景。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种基于硅通孔互连的三维堆叠结构低通滤波器的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种基于硅通孔互连的三维堆叠结构低通滤波器的剖面图；图3为本专利技术实施例提供的一种插指电容器的结构示意图；图4为本专利技术实施例提供的一种第一介质层的结构示意图；图5为本专利技术实施例提供的一种半导体衬底的结构示意图；图6为本专利技术实施例提供的一种第二介质层的结构示意图；图7为本专利技术实施例提供的一种螺旋电感器和电容接地板的结构示意图；图8为本专利技术实施例提供的一种滤波器等效电路模型图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例一请参见图1和图2，图1为本专利技术实施例提供的一种基于硅通孔互连的三维堆叠结构低通滤波器的结构示意图，图2为本专利技术实施例提供的一种基于硅通孔互连的三维堆叠结构低通滤波器的剖面图。该滤波器采用三维堆叠的方式实现电感电容的单片高密度集成，采用位于半导体衬底上表面的顶部金属层构成螺旋电感器，采用半导体衬底下表面的底部金属层构成插指电容器，通过穿透半导体衬底的硅通孔实现螺旋电感器与插指电容器之间的互连。该低通滤波器包括：插指电容器1、半导体衬底3、若干螺旋电感器5和电容接地极板6；插指电容器1包括电容上极板12和电容下极板11；半导体衬底3，位于插指电容器1和螺旋电感器5之间，半导体衬底3设置有若干通孔，通孔中设置有金属柱；若干螺旋电感器5通过金属柱与电容上极板连接；电容接地极板6，位于半导体衬底3上，通过金属柱31与电容下极板11连接。请参见图3，图3为本专利技术实施例提供的一种插指电容器的结构示意图。插指电容器1由底部金属层形成，底部金属层经过处理形成一个含两个电容极板的插指电容器，插指电容器1的材料为铜或铝。所形成的插指电容器1的形状可以为圆形、矩形、梯形等；优选的，插指电容器1的形状为矩形，采用矩形可以减小滤波器的面积。进一步的，插指电容器1与螺旋电感器5中心对准、面积相当。具体的，当螺旋电感器5的个数及面积确定后，插指电容器1的外轮廓与螺旋电感器5的外轮廓对准；进一步的，螺旋电感器5将插指电容器1平分为若干部分，每个螺旋电感器的中心与各部分插指电容器的中心对准。本专利技术实施例中，插指电容器1包括第一部分1a、第二部分1b，两个部分依次并列分布；螺旋电感器5包括第一螺旋电感器51和第二螺旋电感器52；第一螺旋电感器51位于第一部分1a的正上方，与第一部分1a的中心位置对准，即第一螺旋电感器51的内引线通过金属柱31连接到插指电容器左半部分的中心位置a点处；第二螺旋电感器52位于第二部分1b的正上方，与第二部分1b的中心位置对准，即第二螺旋电感器52的内引线通过金属柱31连接到插指电容器右半部分的中心位置b点处。第一螺旋电感器和第二螺旋电感器的总面积与整个插指电容器的面积相当，可以理解为二者的外轮廓上下对准；具体的，螺旋电感器的个数增加，插指电容器的面积相应增加。采用螺旋电感器5与对应部分插指电容器1的中心对准、面积相当的设计可以降低寄生和噪声耦合，提高滤波器的性能。插指电容器1包括电容上极板12和电容下极板11，电容上极板12与电容下极板11周期性互相穿插，形成手指交叉的形状；电容上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于硅通孔互连的三维堆叠结构低通滤波器，其特征在于，包括：插指电容器(1)、半导体衬底(3)、若干螺旋电感器(5)和电容接地极板(6)；其中，所述插指电容器(1)包括电容上极板(12)与电容下极板(11)；所述半导体衬底(3)位于所述插指电容器(1)和所述若干螺旋电感器(5)之间，所述半导体衬底(3)中设置有若干通孔，所述通孔中设置有金属柱(31)；所述螺旋电感器(5)通过所述金属柱(31)与所述电容上极板(12)连接；所述电容接地极板(6)位于所述半导体衬底(3)上，并且设置在所述螺旋电感器(5)的周围，通过所述金属柱(31)与所述电容下极板(11)连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于硅通孔互连的三维堆叠结构低通滤波器，其特征在于，包括：插指电容器(1)、半导体衬底(3)、若干螺旋电感器(5)和电容接地极板(6)；其中，所述插指电容器(1)包括电容上极板(12)与电容下极板(11)；所述半导体衬底(3)位于所述插指电容器(1)和所述若干螺旋电感器(5)之间，所述半导体衬底(3)中设置有若干通孔，所述通孔中设置有金属柱(31)；所述螺旋电感器(5)通过所述金属柱(31)与所述电容上极板(12)连接；所述电容接地极板(6)位于所述半导体衬底(3)上，并且设置在所述螺旋电感器(5)的周围，通过所述金属柱(31)与所述电容下极板(11)连接。2.如权利要求1所述的基于硅通孔互连的三维堆叠结构低通滤波器，其特征在于，所述电容下极板(11)环绕设置在所述电容上极板(12)的周围。3.如权利要求1所述的基于硅通孔互连的三维堆叠结构低通滤波器，其特征在于，还包括：第一介质层(2)，位于所述插指电容器(1)和所述半导体衬底(3)之间，所述金属柱(31)贯穿所述第一介质层(2)。4.如权利要求1所述的基于硅通孔互连的三维堆叠结构低通滤波器，其特征在于，所述半导体衬底(3)的材料为高阻硅。5.如权利要求1所述的基于硅通孔互连的三维堆叠结构低通滤波器，其特征在于，所述通孔中还设置有介质环(32)，所述介质环(32)位于所述金属柱(31)和所述半导体衬底(3)之间。6.如权利要求1所述的基于硅通孔互连的三维堆叠结构低通滤波器，其特征在于，还包括：第二介质层(4)，位于所述半导体衬底(3)和所述螺旋电感器(5)之间，所述金属柱(31)贯穿所述第二介质层(4)。7.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹湘坤，朱樟明，杨银堂，李跃进，丁瑞雪，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61