[发明专利]毫米波滤波器及用于形成毫米波滤波器的基底结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种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。

背景技术

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(inactive filter)，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。

发明内容

有鉴于上述现有技术的缺点，本发明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。

本发明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，本发明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，本发明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，本发明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是根据本发明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是根据本发明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是根据本发明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是根据本发明实施例示意地描绘曲折发夹形谐振器的电路布局；

图5是根据本发明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