基于TSV的双频段的功分器巴伦制造技术

本发明专利技术公开了一种基于TSV的双频段的功分器巴伦，包括从上至下依次设置的上RDL二氧化硅隔离层、硅衬底及下RDL二氧化硅隔离层，下RDL二氧化硅隔离层内设置有RDL耦合器，RDL耦合器通过连接功分器输出与耦合器输入的TSV连接两个对称设置的功分器输入电容，每个功分器输入电容分别并联连接一组TSV互感电感和一个功分器GND连接电容，互感电感与功分器输入电容均连接输入信号抽头。该功分器巴伦结构在双频工作条件下减少了巴伦面积并具有更高的集成度。成度。成度。

【技术实现步骤摘要】
基于TSV的双频段的功分器巴伦


[0001]本专利技术属于无源器件
，涉及一种基于TSV的双频段的功分器巴伦。

技术介绍

[0002]无线通信的超高速发展，对射频无源器件提出了可在多频段工作频率、高平衡性、占用面积小等要求。
[0003]巴伦被广泛的用于差分电路设计中，如功率放大器、平衡混频器和天线馈线网络等电路。作为电路中提供差分信号的关键组件，巴伦将不平衡的单端信号转换为两个具有相同振幅和180
°
相位差的平衡信号分量。巴伦通常分为有源和无源巴伦，无源巴伦具有相位平衡度高、幅度均衡、体积小和宽带宽等优点，能够通过多种方式实现。
[0004]TSV技术作为三维集成电路的重要组成部分，具有高密度、高速传输性、稳定性等优点，并广泛应用于三维集成电路、MEMS系统等领域，以实现不同层之间的信息交换和传输。在平面集成电路中通过金属线进行芯片之间的连接，而在垂直互连中，可以实现将所有不同芯片、系统之间的堆叠。基于TSV的双频段功分器巴伦可在多个频段内提供高效的信号转换和传输，同时显著提高传输效率、降低功耗和节省成本，使巴伦的设计不再拘于二维平面的束缚，具有更多的自由度，同时在机械强度、热应力和散热等几个方面具有良好的可靠性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种基于TSV的双频段的功分器巴伦，该功分器巴伦结构在双频工作条件下减少了巴伦面积并具有更高的集成度。
[0006]本专利技术所采用的技术方案是，基于TSV的双频段的功分器巴伦，包括从上至下依次设置的上RDL二氧化硅隔离层、硅衬底及下RDL二氧化硅隔离层，下RDL二氧化硅隔离层内设置有RDL耦合器，RDL耦合器通过连接功分器输出与耦合器输入的TSV连接两个对称设置的功分器输入电容，每个功分器输入电容分别并联连接一组TSV互感电感和一个功分器GND连接电容，互感电感L
m
与功分器输入电容均连接输入信号抽头。
[0007]本专利技术的特点还在于：
[0008]每组TSV互感电感包括两个串联连接的螺旋状TSV电感，两个TSV电感串联后与功分器GND连接电容并联，功分器GND连接电容连接位于上RDL二氧化硅隔离层的GND，位于上RDL二氧化硅隔离层的GND通过连接上下GND的TSV连接位于下RDL二氧化硅隔离层内的GND。
[0009]两个功分器输入电容的上极板均与输入信号抽头连接，两个功分器输入电容的下极板均与功分器隔离电阻连接，且两个功分器输入电容的下极板分别通过连接功分器输出与耦合器输入的TSV与RDL耦合器连接。
[0010]RDL耦合器包括相互耦合的底层RDL的耦合器输入信号层和底层RDL的耦合器输出信号层，底层RDL的耦合器输入信号层与耦合器输入的TSV连接，底层RDL的耦合器输出信号层分别连接短路输出信号端和开路输出信号端。
[0011]基于TSV的双频段的功分器巴伦实现双频段的方法，包括如下过程：
[0012]输入信号由输入信号抽头输入分成两路进入两个对称设置的经过功分器输入电容，经过功分器输入电容传入到功分器隔离电阻，通过功分器隔离电阻起到输出隔离作用；由功分器隔离电阻两端隔离信号通过连接功分器输出与耦合器输入的TSV传入RDL耦合器，先经过底层RDL的耦合器输入信号层产生宽边耦合信号到达底层RDL的耦合器输出信号层，产生输出耦合信号由短路输出信号端和开路输出信号端输出，短路输出信号端分别与位于上RDL二氧化硅隔离层的GND、位于下RDL二氧化硅隔离层内的GND连接形成短路，提供巴伦
‑
90
°
的相位差，开路输出信号端空接保持开路以提供巴伦+90
°
的相位差，从而实现输出相位差为180
°
的双频段巴伦。
[0013]本专利技术的有益效果是，本专利技术为基于TSV的双频段功分器巴伦。该结构能够有效减少巴伦的体积，在双频段功分器的工作状态下利用3dB耦合器分别产生两个90
°
的相位偏移，同时提高了巴伦的相位及幅度平衡度。利用TSV技术优良的电学特性，缩短了信号的传输路径，灵活设定上下层输出端口。与普通的巴伦相比能够同时工作在双频段，使用TSV实现后，该巴伦具有更好的对称性和平衡性，带外抑制特性好，结构紧凑，设计简单，且具有较强的热稳定性与低温度漂移特性，同时能够利用基板上的RDL与其他电路互联，提升三维集成封装并广泛应用于各种射频电路中。
附图说明
[0014]图1是双频段功分器巴伦的原理图；
[0015]图2是图1中功分器部分的电路图；
[0016]图3是本专利技术基于TSV的双频段的功分器巴伦的结构示意图；
[0017]图4是本专利技术基于TSV的双频段的功分器巴伦中连接上下GND的TSV和连接功分器输出与耦合器输入的TSV与RDL耦合器连接的结构示意图；
[0018]图5是本专利技术基于TSV的双频段的功分器巴伦中RDL耦合器的结构示意图；
[0019]图6是本专利技术基于TSV的双频段的功分器巴伦中螺旋状TSV的结构示意图；
[0020]图7是本专利技术基于TSV的双频段的功分器巴伦中TSV铜柱与硅衬底的连接结构示意图；
[0021]图8是本专利技术基于TSV的双频段的功分器巴伦中TSV铜柱的结构示意图；
[0022]图9是本专利技术基于TSV的双频段的功分器巴伦中功分器GND连接电容与功分器电容介质层氮化硅连接的结构示意图；
[0023]图10是本专利技术基于TSV的双频段的功分器巴伦的S参数仿真图；
[0024]图11是本专利技术基于TSV的双频段的功分器巴伦的相位图。
[0025]图中，1.电感RDL，2.功分器输入电容，3.输入信号抽头，4.GND，5.底层RDL的耦合器输入信号层，6.TSV隔离层，7.底层RDL的耦合器输出信号层，8.功分器GND连接电容，9.TSV铜柱，10.硅衬底，11.下RDL二氧化硅隔离层，12.短路输出信号端，13.开路输出信号端，14.连接上下GND的TSV，15.连接功分器输出与耦合器输入的TSV，16.功分器隔离电阻，17.功分器电容介质层氮化硅，18.上RDL二氧化硅隔离层。
具体实施方式
[0026]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。
[0027]本专利技术基于TSV的双频段的功分器巴伦，功分器巴伦原理图如图1所示，该巴伦采用双频段分支线巴伦的设计，巴伦以三端口威尔金斯功分器(功分器部分)提供输出端的幅度平衡，功分器后连接的电阻提供端口信号隔离，+90
°
与
‑
90
°
的相位偏移可以使用两个在通路和隔离端口分别为开路和短路的3dB分支耦合器(耦合器部分)构成。为了实现双频段工作区间，其中功分器部分的双频段λ/4波长传输线电路具体如图2，由两个串联电感Ls(两个电感Ls形成耦合互感电感Lm)、并联电容Cp和桥接电容Cs构成桥接T型线圈(BTC)等效可为两个不同频率的传输线，功本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于TSV的双频段的功分器巴伦，其特征在于：包括从上至下依次设置的上RDL二氧化硅隔离层(18)、硅衬底(10)及下RDL二氧化硅隔离层(11)，下RDL二氧化硅隔离层(11)内设置有RDL耦合器，所述RDL耦合器通过连接功分器输出与耦合器输入的TSV(15)连接两个对称设置的功分器输入电容(2)，每个功分器输入电容(2)分别并联连接一组TSV互感电感和一个功分器GND连接电容(8)，所述互感电感与功分器输入电容(2)均连接输入信号抽头(3)。2.根据权利要求1所述的基于TSV的双频段的功分器巴伦，其特征在于：每组所述TSV互感电感包括两个串联连接的螺旋状TSV电感，两个TSV电感串联后与功分器GND连接电容(8)并联，功分器GND连接电容(8)连接位于上RDL二氧化硅隔离层(18)的GND(4)，位于上RDL二氧化硅隔离层(18)的GND(4)通过连接上下GND的TSV(14)连接位于下RDL二氧化硅隔离层(11)内的GND(4)。3.根据权利要求2所述的基于TSV的双频段的功分器巴伦，其特征在于：两个所述功分器输入电容(2)的上极板均与输入信号抽头(3)连接，两个所述功分器输入电容(2)的下极板均与功分器隔离电阻(16)连接，且两个所述功分器输入电容(2)的下极板分别通过连接功分器输出与耦合器输入的TSV(15)与所述RDL耦合器连接。4.根据权利要求3所述的基于TSV的双频段的功分器巴伦...

【专利技术属性】
技术研发人员：王凤娟，张定熙，余宁梅，杨媛，尹湘坤，朱樟明，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：