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硅基集成无源滤波器的设计与制作

李轶楠  
【摘要】:无源器件作为系统集成中的关键器件,随着系统级封装等技术的发展,硅基集成无源器件(Integrated Passive Devices, IPD)新技术受到了广泛关注,即在硅片上实现电感、电容、LC滤波器等无源器件的集成。然而硅基衬底损耗、金属层损耗会严重的影响硅基无源器件的性能,这使得如何降低损耗提高器件性能成为IPD技术研究的重点。 本文在综合分析比较各种降低硅基衬底损耗和金属层损耗方法的基础上,利用在高阻硅上旋涂低介电常数介质层和厚金属导线电镀的方法,设计和制作了四款硅基无源滤波器。根据元件结构模型对电感与电容进行参数提取,利用三维电磁仿真软件HFSS对电感与电容的三维结构进行仿真分析,研究了介质层厚度与金属导线厚度等结构参数对元件性能的影响。依据影响结果分析,结合滤波器等效电路模型,设计了巴特沃思型低通、高通、带通及带阻滤波器的版图结构与工艺流程,并对所设计的滤波器进行HFSS仿真验证。最后结合IPD技术完成了四款滤波器的制作,器件性能测试结果表明实验结果与理论仿真曲线较为吻合。优化后的结果显示:15μm厚的介质层与10μm厚的电镀金属层能够起到隔离硅基衬底损耗、降低金属层损耗的作用,有效的提高了硅基无源滤波器的性能。 本论文的研究表明,利用三维电磁仿真软件HFSS对硅基滤波器可进行合理的仿真,仿真结果与样品测试结果基本吻合,可达到将硅基无源滤波器的设计与工艺实现相结合的目的。


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