分布式LC滤波器结构制造技术

公开了分布式LC滤波器结构。分布式LC滤波器结构在同一结构中同时提供分布式电感和分布式电容。因此，消除了分立无源元件，并且实现了高度的同构集成。调整分布式电感与分布式电容之间的互连，以利用分布式电容的寄生电感来增加分布式LC滤波器结构的整体电感。类似地，调整互连，以利用由分布式电感产生的寄生电容来与分布式电容相加，从而增加该结构的整体电容。

Distributed LC filter structure

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】分布式LC滤波器结构
本专利技术涉及包括电感部件和电容部件的集成滤波器结构。
技术介绍
近来，出现了使用越来越小、越来越智能和越来越自主的通信装置的物联网(IoT)应用。这些应用有望在未来十年推动电子集成领域的创新。具体地，由于IoT装置的关键特征是成本、尺寸和效率，因此提供高效率、高度集成的电源电路系统是IoT应用研究的主要重点。在电源的一般领域中，线性调节器现在已经被在越来越高的频率下操作的开关电感性DC-DC降压转换器取代了很多年。图1是示出降压DC-DC转换器的示例输出级100的电路图。如图1中所示，输出级100包括串联电感器102、并联电容器104和负载106。电感器102耦接在输出级100的输入端子与输出端子之间。通常，电感器102与寄生电阻110相关联。电容器104在输出端子与接地端子之间并联耦接至负载106。通常，电容器104与寄生电阻112和寄生电感114相关联。在一种滤波应用中，例如通过开关在输入端子处提供方波输入信号108。输入信号108由电感器102积分以产生三角波信号。电容器104对三角波信号进行滤波以跨负载106生成低摆幅正弦输出信号。在降压转换器的硅封装集成方面的尝试受到限制。一方面，这是因为：常规上，电感器102和电容器104由分立器件制成，分立器件由于技术(例如，厚度差异、热膨胀差异等)和可靠性原因不能容易地集成在封装中和/或硅上方。此外，由于ESL(等效串联电感)性能较差，与分立无源部件的集成在开关频率方面受到限制，以防止不可接受的效率损失。然而，随着操作频率持续增加，允许越来越小的无源值，重新建立了对降压转换器集成的兴趣。一些努力已经集中于减小电感器尺寸和增强电感器泄漏性能。已经针对减小电容性部件的ESR(等效串联电阻)和ESL做出了其他努力。例如，图2是基于无源集成公共基板核心分布式LC滤波器的DC-DC转换器200的截面视图。如图2中所示，转换器200包括嵌入在硅转接板202中的分布式电容器结构206。分布式电容器结构206被设计成具有减小的寄生效应(即，低ESR和ESL)。分立电感器208堆叠在分布式电容器结构206的顶部上以形成集总LC滤波器。电源管理集成电路(PMIC)204是接合在硅转接板202上的倒装芯片，使得集总LC滤波器定位成紧靠PMIC204下方，减少了杂散电容并且允许超低转换器轮廓。使用这样的设计，可以实现在高达100MHz的频率下操作的高效转换器。然而，到目前为止，现有方法趋向于分别优化电感器和电容器，导致以不同工艺技术制造的部件的效率低下、异构集成，特别是对于低功率转换器。另外，在诸如图2中所示的设计中，努力集中于：使由分布式电容器结构206产生的电感最小化或消除由分布式电容器结构206产生的电感，将产生的电感当作寄生。鉴于以上问题而产生了本专利技术。
技术实现思路
在一方面，本专利技术的某些实施方式使得分布式LC滤波器结构能够在同一结构中同时提供分布式电感和分布式电容。因此，消除了分立无源元件，并且实现了高度的同构集成。在根据本专利技术的另一方面的某些实施方式中，不是将由分布式电容产生的电感当作寄生(并且试图减小它)，而是这些实施方式调整分布式电感与分布式电容之间的互连，以利用该寄生电感来增加分布式LC滤波器结构的整体电感。类似地，调整分布式电感与分布式电容之间的互连以利用由分布式电感产生的寄生电容来与分布式电容相加，从而增加该结构的整体电容。在一个实施方式中，本专利技术提供一种分布式LC滤波器结构。该分布式LC滤波器结构包括：基板，其具有蚀刻在其顶表面中的沟槽；第一导电层，其设置在沟槽中；第一绝缘体-金属结构，其在沟槽中设置在第一导电层的顶部上，第一绝缘体-金属结构包括设置在第一导电层的顶部上的第一绝缘体层和设置在第一绝缘体层的顶部上的第二导电层；第二绝缘体-金属结构，其在沟槽中设置在第一绝缘体-金属结构的顶部上，第二绝缘体-金属结构包括设置在第二导电层的顶部上的第二绝缘体层和设置在第二绝缘体层的顶部上的第三导电层；第一绝缘层，其沿着基板的顶表面沉积；第一金属层，其沉积在第一绝缘层的顶部上；第二绝缘层，其沉积在第一金属层的顶部上；第二金属层，其沉积在第二绝缘层的顶部上；第一接触阵列，其将第一导电层连接至第一金属层；第二接触阵列，其将第二导电层连接至第二金属层；以及第三接触阵列，其将第三导电层连接至第一金属层。在一个实施方式中，第一导电层、第二导电层和第三导电层分别提供第一电极、第二电极和第三电极，第一电极、第二电极和第三电极形成分布式LC滤波器的第一电容性单元。在另一个实施方式中，第一电极、第二电极和第三电极形成分布式LC滤波器的与第一电容性单元并联的第二电容性单元。在又一个实施方式中，在第一电容性单元和第二电容性单元中的至少一个中，第一电极和第二电极形成第一电容，并且第二电极和第三电极形成与第一电容并联的第二电容。在一个实施方式中，第二金属层提供分布式LC滤波器结构的电感。在另一个实施方式中，第一接触阵列、第二接触阵列和第三接触阵列中的至少一个被配置成使得第一电容性单元和第二电容性单元中的至少一个的寄生电感与由第二金属层提供的电感串联耦接。这样的耦接增加了分布式LC滤波器结构的整体电感，提供了更好的滤波性能。在一个实施方式中，第一电容性单元和第二电容性单元位于第二金属层的整个长度之下，从而形成均匀分布的LC结构。在可替选实施方式中，第一电容性单元和第二电容性单元位于第二金属层的整个长度的仅一部分之下，从而形成非均匀分布的LC结构。在一个实施方式中，分布式LC滤波器结构包括L+LC滤波器、LC+L滤波器或L+LC+L滤波器中的一个。这样的分布式滤波器结构的仅L部分仅包括由第二金属层提供的电感性部件，而不包括位于电感性部件之下的电容性单元。在一个实施方式中，分布式LC滤波器结构的第二金属层具有长度和宽度，长度比宽度大至少100倍。在一个实施方式中，第一金属层连接至接地端子，并且第二金属层连接至输入信号端子。在一个实施方式中，第一接触阵列、第二接触阵列和第三接触阵列具有相等的接触密度。可替选地或另外地，第一接触阵列、第二接触阵列和第三接触阵列具有相等的间距。在另一个实施方式中，第一接触阵列、第二接触阵列和第三接触阵列具有相等的接触表面。在一个实施方式中，分布式LC滤波器结构耦接至接合在基板上的电源管理集成电路(PMIC)倒装芯片。在一个实施方式中，分布式LC滤波器结构用于诸如降压转换器的DC-DC转换器中。通过以下参照附图对实施方式的详细描述，本专利技术的其他特征、元件、特性和优点将变得更加显见。附图说明附图示出了本专利技术的某些实施方式，并且与说明书一起用于告知本领域技术人员关于如何使本专利技术生效。图1是示出降压DC-DC转换器的示例输出级的电路图。图2是基于核心集总LC滤波器的示例DC-DC转换器的截面视图。图3是示出根据实施方式的示例分布式LC滤波器结构的电路图。图4是根据实施方式的示例分布式LC滤波本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分布式LC滤波器结构，包括：/n基板，其具有蚀刻在其顶表面中的沟槽；/n第一导电层(702)，其设置在所述沟槽中；/n第一绝缘体-金属结构，其在所述沟槽中设置在所述第一导电层(702)的顶部上，所述第一绝缘体-金属结构包括设置在所述第一导电层(702)的顶部上的第一绝缘体层(704)以及设置在所述第一绝缘体层(704)的顶部上的第二导电层(706)；/n第二绝缘体-金属结构，其在所述沟槽中设置在所述第一绝缘体-金属结构的顶部上，所述第二绝缘体-金属结构包括设置在所述第二导电层(706)的顶部上的第二绝缘体层(708)以及设置在所述第二绝缘体层(706)的顶部上的第三导电层(710)；/n第一绝缘层(712)，其沿着所述基板的顶表面沉积在所述第三导电层(710)上方；/n第一金属层(714)，其沉积在所述第一绝缘层(712)的顶部上；/n第二绝缘层(716)，其沉积在所述第一金属层(714)的顶部上；/n第二金属层(718)，其沉积在所述第二绝缘层(716)的顶部上；/n第一接触阵列(724)，其将所述第一导电层(702)连接至所述第一金属层(714)；/n第二接触阵列(720)，其将所述第二导电层(706)连接至所述第二金属层(718)；以及/n第三接触阵列(722)，其将所述第三导电层(710)连接至所述第一金属层(714)。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170630 EP 17305846.21.一种分布式LC滤波器结构，包括：
基板，其具有蚀刻在其顶表面中的沟槽；
第一导电层(702)，其设置在所述沟槽中；
第一绝缘体-金属结构，其在所述沟槽中设置在所述第一导电层(702)的顶部上，所述第一绝缘体-金属结构包括设置在所述第一导电层(702)的顶部上的第一绝缘体层(704)以及设置在所述第一绝缘体层(704)的顶部上的第二导电层(706)；
第二绝缘体-金属结构，其在所述沟槽中设置在所述第一绝缘体-金属结构的顶部上，所述第二绝缘体-金属结构包括设置在所述第二导电层(706)的顶部上的第二绝缘体层(708)以及设置在所述第二绝缘体层(706)的顶部上的第三导电层(710)；
第一绝缘层(712)，其沿着所述基板的顶表面沉积在所述第三导电层(710)上方；
第一金属层(714)，其沉积在所述第一绝缘层(712)的顶部上；
第二绝缘层(716)，其沉积在所述第一金属层(714)的顶部上；
第二金属层(718)，其沉积在所述第二绝缘层(716)的顶部上；
第一接触阵列(724)，其将所述第一导电层(702)连接至所述第一金属层(714)；
第二接触阵列(720)，其将所述第二导电层(706)连接至所述第二金属层(718)；以及
第三接触阵列(722)，其将所述第三导电层(710)连接至所述第一金属层(714)。


2.根据权利要求1所述的分布式LC滤波器结构，其中，所述第一导电层(702)、所述第二导电层(706)和所述第三导电层(710)分别提供第一电极、第二电极和第三电极，所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极形成所述分布式LC滤波器的第一电容性单元。


3.根据权利要求2所述的分布式LC滤波器结构，其中，所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极形成所述分布式LC滤波器的第二电容性单元，所述第二电容性单元与所述第一电容性单元并联。


4.根据权利要求3所述的分布式LC滤波器结构，其中，在所述第一电容性单元和所述第二电容性单元中的至少一个中，所述第一电极和所述第二电极形成第一电容，并且所述第二电极和所述第三电极形成第二电容，所述第一电容与所述第二电容并...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗雷德里克·瓦龙，穆罕默德·迈赫迪·贾特劳伊，
申请(专利权)人：株式会社村田制作所，
类型：发明
国别省市：日本;JP