基于TSV的串列型直接耦合腔体滤波器的制作方法

基于tsv的串列型直接耦合腔体滤波器
技术领域
1.本发明属于三维集成电路技术领域，涉及一种基于tsv的串列型直接耦合腔体滤波器。


背景技术：

2.现在通信逐渐向高速化发展，提高通信频率和增大通信容量是现代通信的发展趋势，随着通信频率的提升，所承载的信息量越来越大，而且现在频谱资源紧张的问题也能通过提升通信频率进行缓解，通过提高通信频率可以有效的避开现有的通信频段，在较高的频率范围内就有了更多的可利用的频谱资源，也避免了频带之间的相互干扰。随着通信频率的提升，通信系统也逐渐走向小型化，作为通信系统不可缺少的无源器件，其小型化设计也成为了必然的趋势。在射频系统中，在信号的接收端和发射端都要对信号进行选择处理，对需要的信号频段进行选择，并对不需要的干扰信号进行滤除，这就需要用到滤波器，由于在射频系统中不能引入过多额外的噪声和非线性，所以对滤波器的性能要求就越来越高，小的尺寸，高的性能是现在无源滤波器的设计趋势。太赫兹(terahertz，thz)的概念自提出之后引起了世界的广泛关注。太赫兹波的超高频率具有更大的通信信息量，在通信领域具有很大的潜力；超强的穿透能力，超短的波长是现代雷达的理想选择；太赫兹的强穿透能力、小的释放能量，能够在识别危险物品的同时，避免对人体的伤害，能够较好的用于安检成像。随着对太赫兹设备的研究和设计，太赫兹滤波器作为太赫兹设备的关键部件，对其研究也就具有了更加重要的意义。基片集成波导结构的滤波器在高频性能上远远优于微带线形式的滤波器，再加上硅基垂直通孔(through silicon via,tsv)技术的打孔精度，又能够使得此种结构的滤波器的精度得到极大的提高，能够尽可能减少超高频率下因打孔精度不够对滤波器中心频率的偏移。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种基于tsv的串列型直接耦合腔体滤波器，该滤波器中的馈线采用微带线和共面波导相结合的方式，并且直接耦合结构形成的四个腔，结构简单，滤波器性能较好。
4.本发明所采用的技术方案是，基于tsv的串列型直接耦合腔体滤波器，包括相互平行设置的上层rdl和下层rdl，上层rdl和下层rdl之间设有硅衬底，硅衬底上分布有由tsv构成的四个谐振腔；上层rdl的相对两侧分别设有输入rdl端口和输出rdl端口，四个谐振腔在硅衬底中沿水平方向依次排布。
5.本发明的特点还在于：
6.四个谐振腔之间依次采用电感正耦合结构。
7.四个谐振腔分别为第一谐振腔、第二谐振腔、第三谐振腔及第四谐振腔；第一谐振腔与第四谐振腔对称设置，第二谐振腔与第三谐振腔对称设置。
8.rdl输入端口位于第一谐振腔内；rdl输出端口位于第四谐振腔内。
9.输入rdl端口和第一谐振腔之间的耦合结构与第四个谐振腔和rdl输出端口的耦合结构相同，均采用微带线和共面波导结合的方式实现馈电。
10.本发明的有益效果是：本发明一种基于tsv的串列型直接耦合腔体滤波器，馈线采用微带线和共面波导相结合的方式，并且直接耦合结构形成的四个腔结构比较简单，性能也满足要求。在同等性能要求下，使用此结构，可以很快实现应用。
附图说明
11.图1是本发明基于tsv的串列型直接耦合腔体滤波器的俯视图；
12.图2是本发明基于tsv的串列型直接耦合腔体滤波器的立体图；
13.图3是本发明基于tsv的串列型直接耦合腔体滤波器的主视图。
14.图中，1.第一谐振腔，2.第二谐振腔，3.第三腔谐振腔，4.第四谐振腔，5.输入rdl端口，6.输出rdl端口，7.共面波导槽，8.tsv，9.顶层rdl，10.底层rdl，11.硅衬底。
具体实施方式
15.下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
16.本发明基于tsv的串列型直接耦合腔体滤波器，如图1～3所示，包括相互平行设置的上层rdl9和下层rdl10，上层rdl9和下层rdl10的材料为铜，上层rdl9和下层rdl10在滤波器电路中，分别对应高电平和低电平区域，上层rdl9和下层rdl10之间采用了tsv技术，上层rdl9的相对两侧分别设有rdl输入端口5和输出rdl端口6；该滤波器是四阶结构，具有四个谐振腔，分别为第一谐振腔1、第二谐振腔2、第三谐振腔3及第四谐振腔4；上层rdl9和下层rdl10之间设有硅衬底10。硅衬底10内分布有4个由tsv组成的谐振腔。四个谐振腔之间依次采用电感正耦合结构。rdl输入端口5和第一谐振腔1之间的耦合结构与rdl输出端口6和第四谐振腔4的耦合结构相同，都采用了微带线和共面波导结合的方式馈电。rdl输入端口5的相对两侧、rdl输出端口6的相对两侧分别设有共面波导槽7。
17.四阶滤波器在结构上对称，rdl输出端口6和输入rdl端口5一一对应，第一谐振腔1与第四谐振腔4对称、第二谐振腔2与第三谐振腔3对称。
18.图1中，区域i中，从上至下共4个tsv8组成了第一谐振腔1的左侧臂；区域ii中，从左至右共19个tsv组成了四个谐振腔的上侧臂，区域iii中，从上至下共4个tsv8组成了第四谐振腔的右侧臂；区域iv中，从左至右共19个tsv8依次组成了四个谐振腔的下侧臂；区域v中，从上至下共4个tsv8组成了第一谐振腔1和第二谐振腔2的公共边；区域vi中，从上至下共4个tsv8组成了第二谐振腔2和第三谐振腔3的公共边；区域vii中，从上至下共4个tsv8组成了第三谐振腔3和第四谐振腔4公共边。
19.图1中，各个区域中每个圆形结构表示一个tsv。
20.输入rdl端口5的尺寸为：长237μm、宽68μm。
21.tsv8的尺寸为：直径40μm、高度85μm。
22.上层rdl6的尺寸为：长2322μm、宽737.6μm、厚5μm。
23.下层rdl7的尺寸为：宽2796μm、长737.6μm、厚5μm。
24.四个谐振腔之间通过开窗实现磁耦合，通过馈线旁边的凹槽实现电耦合。
25.谐振腔的距离取两侧的tsv中轴线的距离。两个谐振腔间的窗口的距离取共线处
中间的两个tsv中轴线的距离。
26.第一谐振腔1与第二谐振腔2之间的窗口为：
ⅴ
区域的4个tsv中，从上至下，第3个tsv与第4个tsv之间的区域。
27.第二谐振腔2与第三谐振腔3之间的窗口为：ⅵ区域的4个tsv中，从上至下第3个tsv与第4个tsv之间的区域；
28.第三谐振腔3与第四谐振腔4之间的窗口为：ⅶ区域的4个tsv中，从上至下第3个tsv与第4个tsv之间的区域。
29.第一谐振腔1的尺寸为：长565μm、宽653.4μm。
30.第二谐振腔2的尺寸为：长576μm、宽653.4μm。
31.第三谐振腔3的尺寸为：长576μm，宽653.4μm。
32.第四谐振腔9的尺寸为：长565μm、宽653.4μm。
33.第一谐振腔1与第二谐振腔2的窗口间距为215μm。
34.第二谐振腔2与第三谐振腔3窗口间距为195.9μm。
35.第三个谐振腔3与第四谐振腔窗口9的间距为215μm。
36.四个共面波导槽7缺口具有相同尺寸，均为：长198.5μm、宽38μm。馈线采用微带线和共面波导相结合的方式，并且直接耦合结构形成的四个腔结构比较简单，性能也满足要求，在同等性能下，使用此结构，很大程度简化了设计流程。