采用2D/3D混合玻璃基IPD技术的紧凑型强阻带带通滤波器

《Microelectronics Journal》：A Compact Sharp-Rejection Bandpass Filter with 2D/3D Hybrid Glass-Based IPD Technology

　　

摘要

本文介绍了一种紧凑型、高选择性的片上带通滤波器，该滤波器采用了二维/三维混合玻璃基集成无源器件技术。该滤波器利用三维TGV谐振单元来提升Q值并减小尺寸。为获得更强的带外抑制效果，还整合了二维平面集成LC谐振电路以产生传输零点。所制作的滤波器面积为1.6×1.05平方毫米，工作频率为12吉赫，插入损耗为4.5分贝。该滤波器共有五个传输零点，使得上下旁带的衰减率分别为26.2分贝/吉赫和19.8分贝/吉赫。实验结果验证了这一设计，表明其在高选择性与紧凑集成度之间取得了良好平衡，非常适合现代射频前端应用。

章节摘录

引言

具有高频选择性和低插入损耗的紧凑型带通滤波器对于大幅提升现代无线通信系统的性能至关重要。随着通信终端的日益小型化，片上滤波器已成为在无线系统中实现高度集成的有效解决方案[1]。因此，近年来有大量研究致力于开发高性能且体积更小的滤波器[1][2][3][4][5][6][7]。

耦合单元

所设计的带通滤波器是采用三维玻璃基先进封装技术制作而成的。图1(a)展示了该结构的截面图。铜金属层MB、M1和M2的厚度分别为5微米、5微米和7微米，而TGV结构的深度以及过孔介电层的厚度则分别为200微米和7微米。基于PDK的电磁结构中，TGV的深度被固定为200微米的玻璃厚度。此外，玻璃基板的厚度也为200微米。

实验结果

为验证所提出的设计，该带通滤波器是通过TGV先进封装技术制作而成的。TGV的制作流程主要包括通过湿法化学蚀刻形成玻璃过孔，然后再进行常规的光刻和电镀处理。该原型中的所有TGV都遵循电磁结构中规定的200微米工艺深度。若TGV深度、MIM电容以及高频介电特性出现偏差，就会影响LTGV值、层间电容等参数。

结论

本文介绍了采用先进三维玻璃基封装技术研制出的微型片上带通滤波器。通过将三维TGV谐振结构与二维平面集成LC谐振电路相结合，该滤波器不仅具备了较高的Q值，体积也相当紧凑。由于LC谐振器、单元耦合以及寄生效应共同作用产生了五个传输零点，因此该滤波器具有出色的选择性和强大的带外抑制能力。12吉赫频率下的实验结果证实了其良好的衰减特性。

利益冲突声明

? 作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。

Xianbing Wang|Yanzhu Qi|Gaofeng Wang

中国浙江省杭州市310018，杭州电子科技大学电子信息学院，智能微传感器与微系统教育部工程研究中心