毫米波滤波器及用于形成毫米波滤波器的基底结构制造技术

本发明专利技术提供一种毫米波滤波器及用于形成毫米波滤波器的基底结构(substrate?structure)，能够应用于CMOS制程技术中，提供谐振组件或滤波器电路间的有效高阻抗隔绝，提升谐振电路品质因子，并且借由CMOS制程技术的低成本优势，扩展毫米波滤波器的应用领域并提升其经济效益。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种CMOS集成电路技术与射频集成电路设计，尤指一种可提升谐振电路品质因子(Q)的集成电路基底技术以及毫米波滤波器设计。
技术介绍
现今毫米波传输技术的应用相当广泛，提供诸如60GHz的高速短距离无线个人局域网(WPAN)的应用、76-77GHZ的汽车雷达应用等。目前针对毫米波在其它潜在应用领域的研究也日益增加，如商业、科学和医疗应用。这方面的需求已经引起业界对于研发低成本、高效率、小尺寸毫米波集成电路的大量投入。而工作在毫米波频段的无线系统对于天线和射频组件的设计提出了有别于传统低频率组件设计的特殊要求。射频带通滤波器是现代无线通信系统的关键。该滤波器可确保通信系统不会在其它应用使用或被无线电监管机构禁止的频段上传输信号。随着通讯系统发展到毫米波频段，射频组件的物理尺寸变得比典型CMOS芯片的尺寸更小。因此，将无线收发器系统实现在CMOS芯片的可能性大为增加，进一步推动单芯片系统(System on chip)或封装内系统(System in a package)的发展。然而，CMOS制程的无源组件(inactive element)还存在大功率失真和噪声系数较高的缺点，故现今滤波器的设计仍避免在CMOS工艺上直接制作无源滤波器(inactivefilter)，其原因在于，较大的技术误差导致性能的不稳定，及芯片代工厂严格的设计规则，所造成硅基底的高损耗的、效能低落、制作的谐振器的品质因子(Q值)较差。因此，目前绝大多数的无源滤波器都采用具有较高阻抗的基底或制程技术。因此，如何提出一种可应用于CMOS制程技术中，同时能够避免CMOS硅基底的高导电性所造成的非线性效应与信号失真的影响的基底结构，实为目前各界亟欲解决的技术问题。
技术实现思路
有鉴于上述现有技术的缺点，本专利技术的主要目的在于提供一种毫米波滤波器及用于形成毫米波滤波器的基底结构，可提供谐振组件或滤波器电路间的有效高阻抗隔绝，提升谐振电路品质因子。本专利技术所提供的用于形成毫米波滤波器的基底结构包括由半导体材料所构成且具有第一表面与第二表面的导电基底；设置于该导电基底的第一表面上的底部高阻抗层；以及设置于该导电基底的第一表面上且环绕该底部高阻抗层的外部高阻抗层，其中，该外部高阻抗层与该底部高阻抗层间具有间隙。此外，本专利技术还提供一种制造用于 形成毫米波滤波器的基底结构的方法，包括形成由半导体材料所构成且具有第一表面与第二表面的导电基底；于该导电基底的第一表面上设置底部高阻抗层；以及于该导电基底的第一表面上设置环绕该底部高阻抗层的外部高阻抗层且该外部高阻抗层与该底部高阻抗层间具有间隙。此外，本专利技术又提供一种毫米波滤波器，包括两个曲折发夹形谐振器，以开口相对的方式设置，其中，各该曲折发夹形谐振器皆分别由传输线所形成，该传输线包含一主要传输线段及两个侧边传输线段，该两个侧边传输线段分别自该主要传输线段的两端点往同一方向延伸，且该两个侧边传输线段分别形成至少一曲折区域，使该两个侧边传输线段间于该曲折区域的距离缩窄至第一间距，而该第一间距小于该主要传输线段的长度；两个步阶阻抗发夹形谐振器，各该步阶阻抗发夹形谐振器分别设置在该两个曲折发夹形谐振器的开口，且分别与相应的曲折发夹形谐振器的该侧边传输线段耦合；第一馈入点，设置于其中一个该曲折发夹形谐振器的该主要传输线段的一个端点上；以及第二馈入点，设置于另一个该曲折发夹形谐振器的该主要传输线段远离对应该第一馈入点的一个端点上。相较于现有技术，本专利技术不但能够克服导电基底的导电性所造成的感应涡旋电流及不同谐振组件之间的信号耦合，有效地达到提升谐振器品质因子的效果，降低非线性效应与信号失真，同时也可利用选择适当的谐振器类型及参数最佳化，提升信号传输频宽毫米波滤波器的品质因子与频带选择效果，借此进一步将应用CMOS集成电路技术的毫米波滤波器设计水平提升至下一个世代。 附图说明图1是根据本专利技术实施例示意地描绘用于形成毫米波滤波器的基底结构的立体图；图2是根据本专利技术实施例示意地描绘用于形成毫米波滤波器的基底结构的上视图；图3是根据本专利技术实施例示意地描绘步阶阻抗发夹形谐振器的电路布局；图4是根据本专利技术实施例示意地描绘曲折发夹形谐振器的电路布局；图5是根据本专利技术实施例示意地描绘毫米波滤波器的电路布局；图6用于描绘图5所示的毫米波滤波器的传输响应与反射损耗的测试结果；以及图7用于描绘图5所示的毫米波滤波器的通带群组延迟的测试结果。主要组件符号说明100 基底结构102 导电基底104a 底部高阻抗层104b 外部高阻抗层106 毫米波滤波器108a 馈入点108b 馈入点30 步阶阻抗发夹形谐振器315 开口316 主要传输线段316a 侧边传输线段316b侧边传输线段40 曲折发夹形谐振器405开口406主要传输线段406a侧边传输线段406b侧边传输线段406c侧边传输线段406d侧边传输线段50毫米波滤波器 502导电基底506A曲折发夹形谐振器506B曲折发夹形谐振器508a馈入点508b馈入点516A步阶阻抗发夹形谐振器516B步阶阻抗发夹形谐振器Sll曲线S21曲线⑶曲线。具体实施例方式以下借由特定的具体实施例说明本专利技术的
技术实现思路
，熟悉此技艺的人士可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本专利技术的其它优点与功效。本专利技术亦可借由其它不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在未悖离本专利技术的精神下进行各种修饰与变更。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技艺的人士的了解与阅读，并非用以限定本专利技术可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本专利技术所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本专利技术所揭示的
技术实现思路
得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“第一”、“第二”、“主要”、“侧边”、“外部”、“底部”及“一”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本专利技术可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更
技术实现思路
下，也当视为本专利技术可实施的范畴。请参阅图1，显示本专利技术实施例的用于形成毫米波滤波器106的基底结构100的立体图。如图所示，该基底结构100包括导电基底102、底部高阻抗层104a、以及外部高阻抗层104b。此外，该基底结构100可额外包括设置于该底部高阻抗层104a上的毫米波滤波器106、第一馈入点108a及第二馈入点108b。该导电基底102是由半导体材料(如硅、硅氧化物、氮化物或聚酰亚胺等材料)所构成，具有上表面与下表面。该底部高阻抗层104a是设置于该导电基底102的上表面上。于本专利技术的实施例中，该底部高阻抗层104a是由例如多层金属材料与多层绝缘材料(如硅氧化物，氮化物或聚酰亚胺)互相堆栈或交替堆栈所构成。同样地，应体认到，能够以其它方式或材料组合来构成该底部高阻抗层104a。外部高阻抗层104b也设置于该导电基底102的上表面上，且以一预定距离环绕该底部高阻抗层104a(外部高阻抗层104b与底部高阻抗层104a间具有间隙)。该外部高阻抗层104b阻隔在该底部高阻抗层104a及形成于其上的毫米波滤波器106、第一馈入点108a、第二馈入点108b的外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于形成毫米波滤波器的基底结构，包括：导电基底，由半导体材料所构成，具有第一表面与第二表面；底部高阻抗层，设置于该导电基底的第一表面上；以及外部高阻抗层，设置于该导电基底的第一表面上，且环绕该底部高阻抗层。

【技术特征摘要】
1.一种用于形成毫米波滤波器的基底结构，包括导电基底，由半导体材料所构成，具有第一表面与第二表面；底部高阻抗层，设置于该导电基底的第一表面上；以及外部高阻抗层，设置于该导电基底的第一表面上，且环绕该底部高阻抗层。2.根据权利要求1所述的用于形成毫米波滤波器的基底结构，其特征在于，该导电基底是由硅、硅氧化物、氮化物或聚酰亚胺材料所构成。3.根据权利要求1所述的用于形成毫米波滤波器的基底结构，其特征在于，该基地结构还包括设置于该底部高阻抗层上的毫米波滤波器。4.根据权利要求3所述的用于形成毫米波滤波器的基底结构，其特征在于，该毫米波滤波器包括两个曲折发夹形谐振器，以开口相对的方式设置，其中，各该曲折发夹形谐振器皆分别由传输线所形成，该传输线包含一主要传输线段及两个侧边传输线段，该两个侧边传输线段分别自该主要传输线段的两端点往同一方向延伸，且该两个侧边传输线段分别形成至少一曲折区域，使该两个侧边传输线段间于该曲折区域的距离缩窄至第一间距，而该第一间距小于该主要传输线段的长度；两个步阶阻抗发夹形谐振器，各该步阶阻抗发夹形谐振器分别设置在该两个曲折发夹形谐振器的开口，且分别与相应的该侧边传输线段耦合；第一馈入点，设置于其中一个该曲折发夹形谐振器的该主要传输线段的一个端点上；以及第二馈入点，设置于另一个该曲折发夹形谐振器的该主要传输线段远离对应该第一馈入点的一个端点上。5.根据权利要求1所述的用于形成毫米波滤波器的基底结构，其特征在于，该底部高阻抗层是由多层金属材料和多层绝缘材料堆栈而成。6.根据权利要求5所述的用于形成毫米波滤波器的基底结构，其特征在于，该绝缘材料是硅氧化物，氮化物或聚酰亚胺。7.—种制造用于形成毫米波滤...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宗孺，朱卓敏，
申请(专利权)人：杭州轩儒电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：