一种基于TSV阵列的滤波器及其TSV阵列的设计方法技术

本申请涉及滤波领域，具体提供了一种基于TSV阵列的滤波器及其TSV阵列的设计方法。基于TSV阵列的滤波器包括块体硅，块体硅相对侧面固定设置有第一结构层，第一结构层远离块体硅一侧固定设置有第二结构层，块体硅内部设置有多个TSV，TSV贯穿块体硅，贯穿方向与第一结构层所在平面垂直，第一结构层和第二结构层内部固定设置有连接结构，连接结构连接TSV。本发明专利技术滤波器不是通过增大面积降低实现截止频率的降低，而是通过设置TSV实现的，TSV充分利用了平面垂直方向上的空间，实现了三维方向上的设计；本申请通过改变TSV的阵列结构、尺寸等改变截止频率，因此不需要大幅度增加面积实现截止频率的降低。本申请还提供了一种根据截止频率需求设计TSV阵列的方法。需求设计TSV阵列的方法。需求设计TSV阵列的方法。

【技术实现步骤摘要】
一种基于TSV阵列的滤波器及其TSV阵列的设计方法


[0001]本申请涉及滤波领域，具体而言，涉及一种基于TSV阵列的滤波器及其TSV阵列的设计方法。

技术介绍

[0002]集成电路的高速发展带来了更高的信号传输速度和带宽，也对滤波器的性能越来越高，其中无源滤波器是一种基于被动元件构成的滤波电路。相比于有源滤波器，无源滤波器具有结构简单、成本低廉、可靠性高等优点，在通信、音频、视频、图像处理等领域广泛应用。
[0003]常见的无源滤波器有微带滤波器、CPW滤波器。微带滤波器是一种基于微带传输线的无源滤波器，通过对微带线的几何结构和介质常数的优化设计，可以实现不同的滤波特性和带宽要求。名称为“Highly selective wideband bandpass filter using combined microstrip/coplanar waveguide structure”的文献中提出了一种采用了组合微带/共面波导结构的选择性宽带带通滤波器，该滤波器包括两个层级的传输线，其中一个层级是微带线，另一个层级是共面波导线；装置的面积为0.64λ0×
0.46λ0(λ0为截止频率对应的波长)。CPW滤波器是一种基于共面波导技术的无源滤波器，具有较好的射频性能和较高的自然抑制能力。名称为“A Compact CPW Bandpass Filter Based on Spiral
‑
Shaped DGSs for 5G Frequency Band”的文献中设计了一种基于螺旋形缺陷接地结构的压缩型共面波导带通滤波器，装置的面积为0.42λ0×
0.37λ0(λ0为截止频率对应的波长)；用于5G频段的应用，该滤波器采用了螺旋形缺陷接地结构来增加滤波器的带宽和选择性，采用了紧凑的共面波导传输线结构来实现小型化设计。名称为“Realization of Multilayered Wide
‑
Passband Bandpass Filter With Low
‑
Temperature Co
‑
Fired Ceramic Technology”的文献中提出了一种基于LTCC技术的滤波器，装置的面积为0.06λ0×
0.041λ0(λ0为截止频率对应的波长)；基于LTCC技术的滤波器是指采用低温共烧陶瓷技术制作的无源滤波器，利用陶瓷材料的优良性能，可以实现高度集成化的无源滤波器设计。该滤波器是通过将多个共面波导滤波器串联在一起实现的，每个滤波器都是由多层低温共烧陶瓷片和金属导线构成的。然而，现有技术都是通过几何结构的变化在阵列中构成不同的电容和电感模块，并连接为无源滤波电路，也就是在平面上设计过滤器结构，随着截止频率减小，对应波长逐渐变大，无源滤波器的面积随着增大，也就是现有滤波器通过增大面积降低实现截止频率的降低，使得低频滤波器的面积较大，不满足射频系统小型化的趋势。
[0004]综上所述，现有的滤波器通过增大面积降低实现截止频率的降低，使得滤波器的集成度较低，不满足微型化的趋势。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种基于TSV阵列的滤波器及其TSV阵列的设计方法，以解决现有的滤波器通过增大面积降低实现截止频率的降低，使
得滤波器的集成度较低，不满足微型化的趋势的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]本申请提供一种基于TSV阵列的滤波器，滤波器包括块体硅，块体硅相对侧面固定设置有第一结构层，第一结构层远离块体硅一侧固定设置有第二结构层，块体硅内部设置有多个TSV，TSV贯穿块体硅，贯穿方向与第一结构层所在平面垂直，第一结构层和第二结构层内部固定设置有连接结构，连接结构连接TSV。
[0008]进一步地，TSV的中心为铜柱，TSV的边缘为二氧化硅层，铜柱和二氧化硅层之间固定连接，铜柱和二氧化硅层的中心轴重合，二氧化硅层的截面为同心圆环状。
[0009]更进一步地，TSV为多个阵列分布的铜柱和二氧化硅层，呈矩形阵列分布。
[0010]更进一步地，第一结构层的材料为二氧化硅，第二结构层的材料为聚酰亚胺。
[0011]更进一步地，第一结构层完全覆盖块体硅的所在侧面，第二结构层完全覆盖第一结构层。
[0012]更进一步地，连接结构的厚度与第一结构层和第二结构层的厚度之和相等。
[0013]一种TSV阵列的设计方法，该方法包括如下步骤：S1，搭建等效电路模型，进行仿真验证；S2，根据仿真结果，计算TSV电容阵列，得到TSV对应参数；S3，根据TSV对应参数，搭建TSV阵列模型；S4，对搭建TSV阵列模型的性能进行测试。
[0014]更进一步地，步骤S1中选择五阶切比雪夫低通滤波器为原型，步骤S1包括根据需要的截止频率查询切比雪夫滤波器归一化参数表，确定归一化设计参数。
[0015]更进一步地，步骤S1还包括根据截止频率和归一化设计参数，利用K法计算得到待设计滤波器等效电路的电容和电感值。
[0016]更进一步地，步骤S2中TSV阵列的电容值的表达式为：C
‑
total
＝a*(n
‑
1)*C
‑
TSV
，其中，a为TSV阵列的行数a，n为TSV阵列的列数，C
‑
TSV
为等效模型得到的两根TSV之间的等效电容。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：本专利技术滤波器不是通过增大面积降低实现截止频率的降低，而是通过设置TSV实现的，TSV充分利用了平面垂直方向上的空间，实现了三维方向上的设计；本申请通过改变TSV的阵列结构、尺寸等改变截止频率，因此不需要大幅度增加面积实现截止频率的降低。本申请滤波器的面积为0.0075λ0×
0.0041λ0，且在5Ghz以上频段有较好的滤波性能，相比于现有技术专利技术的滤波器面积减小了3
‑
4个数量级集成度较好，满足射频系统小型化的趋势。本申请还提供了一种根据截止频率需求设计TSV阵列的方法。
附图说明
[0018]图1为本专利技术提供的一种基于TSV阵列的滤波器的示意图；
[0019]图2为本专利技术提供的一种基于TSV阵列的滤波器的立体图；
[0020]图3为本专利技术提供的一种基于TSV阵列的滤波器中TSV的示意图；
[0021]图4为本专利技术提供的一种基于TSV阵列的滤波器中TSV相关参数设计中的等效LC电路模型；
[0022]图5为本专利技术提供的一种基于TSV阵列的滤波器中TSV相关参数设计中的等效LC电路模型的仿真结果；
[0023]图6为本专利技术提供的一种基于TSV阵列的滤波器中TSV相关参数设计中的相邻TSV电容等效模型；
[0024]图7为本专利技术提供的一种基于TSV阵列的滤波器中TSV相关参数设计中步骤S1中的C1,design对应的模型结构；
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于TSV阵列的滤波器，所述滤波器包括块体硅，其特征在于，所述块体硅相对侧面固定设置有第一结构层，所述第一结构层远离所述块体硅一侧固定设置有第二结构层，所述块体硅内部设置有多个TSV，所述TSV贯穿所述块体硅，贯穿方向与所述第一结构层所在平面垂直，所述第一结构层和所述第二结构层内部固定设置有连接结构，所述连接结构连接所述TSV。2.根据权利要求1所述的基于TSV阵列的滤波器，其特征在于，所述TSV的中心为铜柱，所述TSV的边缘为二氧化硅层，所述铜柱和所述二氧化硅层之间固定连接，所述铜柱和所述二氧化硅层的中心轴重合，所述二氧化硅层的截面为同心圆环状。3.根据权利要求2所述的基于TSV阵列的滤波器，其特征在于，所述TSV为多个阵列分布的所述铜柱和所述二氧化硅层，呈矩形阵列分布。4.根据权利要求3所述的基于TSV阵列的滤波器，其特征在于，所述第一结构层的材料为二氧化硅，所述第二结构层的材料为聚酰亚胺。5.根据权利要求4所述的基于TSV阵列的滤波器，其特征在于，所述第一结构层完全覆盖所述块体硅的所在侧面，所述第二结构层完全覆盖所述第一结构层。6.根据权利要求5所述的基于TSV阵列的滤波器，其特征在于，所述连接结构的厚度与所述第一结构层和所述第二结构层的...

【专利技术属性】
技术研发人员：单光宝，张启龙，王宇轩，李国良，郑彦文，杨银堂，
申请(专利权)人：西安电子科技大学重庆集成电路创新研究院，
类型：发明
国别省市：