專利名稱：非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種共振腔耦合結(jié)構(gòu)，且特別涉及一種非相鄰共振腔的耦合結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在無(wú)線通訊系統(tǒng)中，如濾波器、雙工器、多工器等的頻率選擇元件是射
頻前端不可或缺的關(guān)鍵元件。其作用乃是在頻率域(frequencydomain)中選擇 或?yàn)V除/衰減特定頻率范圍的信號(hào)或雜訊，使后級(jí)電路得以接收正確頻率范圍 內(nèi)的信號(hào)加以處理。
在微波(lGHz-40GHz)以及毫米波(40GHz-300GHz)的頻率范圍中，大型 系統(tǒng)常采用波導(dǎo)管(waveguidetube)來(lái)架構(gòu)整個(gè)射頻前端電路。波導(dǎo)管具有可 承受高功率以及損耗極低的優(yōu)點(diǎn)，但是由于有截止頻率的特性，限制了波導(dǎo) 管的最小尺寸。此外，由于波導(dǎo)管系采用精密加工的方式的非批次(non-batch) 制造，高昂的成本限制了此類型元件的應(yīng)用范圍。
日本專利公開公報(bào)特開平06-053711提出使用電路板的結(jié)構(gòu)來(lái)達(dá)成等效 波導(dǎo)管的高頻信號(hào)傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)。如圖1所示，這種結(jié)構(gòu)統(tǒng)稱為基板整合波導(dǎo) (Substrate Integrated Waveguide, SIW),其基本構(gòu)造包括介電層3與導(dǎo)體層1、 2。由于SIW可以采用一般電路板或是其他平面多層結(jié)構(gòu)，如低溫共燒陶瓷 (Low Temperature Cofired Ceramic, LTCC)的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此在成本上以及 與平面電路的整合性上有極大的優(yōu)勢(shì)。但是，由于SIW是由多層板的結(jié)構(gòu) 所組成，所能使用的厚度有限， 一般情況下約厚數(shù)十mil,但是寬度由于有 截止頻率的限制(波導(dǎo)管)或是有共振頻率的限制(共振腔)，通常尺寸都在數(shù) 百mil以上，寬/高比常常超過10，而傳統(tǒng)中空波導(dǎo)管的寬高比約為2。 SIW 相較于傳統(tǒng)波導(dǎo)管，寬高比大幅增加，其影響有兩項(xiàng):第一，在相同的寬度以 及相同的傳輸頻率下，較扁平的結(jié)構(gòu)其金屬損耗較高，共振腔的品質(zhì)因數(shù) (Quality factor, Q)因此受限；第二，扁平的結(jié)構(gòu)在安排多個(gè)共振腔的可以采 用更不占面積的垂直堆疊方式，達(dá)到小體積高性能的要求。
多階共振腔濾波器的耦合方式與共振腔的形態(tài)與相對(duì)位置有密切的關(guān) 聯(lián)。目前以SIW結(jié)構(gòu)達(dá)成交錯(cuò)耦合的方式，有平面直線排列再透過額外的
耦合機(jī)構(gòu)，其架構(gòu)如圖2所示(參考X. Chen, W. Hong， T. Cui, Z. Hao and K. Wu, " Substrate integrated waveguide elliptic filter with transmission line inserted inverter" , Electronics Letter, Vol. 41, issue 15, 21 July 2005， pp. 851-852)。另外，有如圖3所示的平面U字形排列(參考Sheng Zhang, Zhi Yuan Yu and Can Li， "Elliptic function filter designed in LTCC" , M/cra麗ve Cb"/erewce /Vocee(i/"gs, 2005.爿尸MC. /457.a-尸aci/ c Cow^re"ce /Voceeo /"g5， Pb/. /, 4-7 Dec.廁5),或如圖4所示的垂直方向U字形排列(參考Zhang Cheng 'Iao; Wei Hong; Xiao Ping Chen; Ji Xin Chen; Ke Wu; Tie Jun Cui,
"Multilayered substrate integrated waveguide (MSIW) elliptic filter" , Mz.crowave R^Ve/ess Com/ o"e"As丄e〃ers, J^>/. 75' Zs^we 2， 2(905 Page(s): 95-97)。共振腔采直線排列，在SIW的結(jié)構(gòu)前提下是比較沒有效率的排列， 而且額外的耦合機(jī)構(gòu)也過長(zhǎng)，對(duì)于多階濾波器比較不利。U字形排列，無(wú)論 是平面或是垂直方向的折疊，以四共振腔的濾波器而言，為了要達(dá)到交錯(cuò)耦 合，第一個(gè)共振腔必須與第四個(gè)共振腔相鄰，這限制了輸入輸出端口排列的 彈性，也較占平面尺寸。
綜上所述，在目前的技術(shù)中，并無(wú)任何專注于垂直交錯(cuò)耦合結(jié)構(gòu)中非相 鄰共振腔的連接結(jié)構(gòu)。這使得輸入輸出端口排列的彈性受到極大的限制，而 且也較占平面尺寸。
另外，在現(xiàn)代的濾波器設(shè)計(jì)上，利用主要耦合路徑中不相鄰共振腔之間 的耦合，即交錯(cuò)耦合，來(lái)形成傳輸零點(diǎn)(TransmissionZero， TZ)。將TZ放置 在適當(dāng)?shù)念l率，可以獲得比較大的信號(hào)衰減量，就成效而言，可以用比較少 的階數(shù)就達(dá)到相同的衰減規(guī)才各，這對(duì)通帶的損耗以及體積的縮減都有正面的 幫助。但是，如上所述，目前并無(wú)良好的設(shè)計(jì)來(lái)達(dá)層不相鄰共振腔之間的耦 合。因此，如何針對(duì)不相鄰共振腔之間的交錯(cuò)耦合結(jié)構(gòu)，提出適當(dāng)且有效能 的結(jié)構(gòu)，便是此領(lǐng)域技術(shù)人員所專注的地方。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種可適用于SIW結(jié)構(gòu)，具有垂直堆疊共振腔特征的元件 的耦合架構(gòu)，而這種架構(gòu)具有提供額外傳輸零點(diǎn)的功能。具有上述特征的頻
率選擇元件，可以在制作成本、體積、性能等要求中達(dá)到良好的平衡。
為此，本發(fā)明提供一種非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)，其至少包括第一 與第二共振腔、介質(zhì)材料層、至少一第一與第二高頻傳輸線以及至少一連通 柱。第一與第二共振腔分別具有彼此相對(duì)的第一與第二導(dǎo)體表面，其中第一 與第二共振腔的各第二導(dǎo)體表面彼此相對(duì)配置。第 一或第二共振腔至少 一側(cè)
邊是作為非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)。介質(zhì)材料層位在第一與第二共振腔的 各第二導(dǎo)體表面之間。第一高頻傳輸線配置在對(duì)應(yīng)該第一共振腔的第一表面 的其中一側(cè)邊緣，并且第二高頻傳輸線配置在對(duì)應(yīng)第二共振腔的第一導(dǎo)體表 面的其中 一側(cè)邊緣。連通柱則垂直地連接該第 一與該第二高頻傳輸線。
在上述非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)中，高頻傳輸線可包括微帶線、帶線
(stripe line)、共面波導(dǎo)、槽線、同軸線或是波導(dǎo)管結(jié)構(gòu)。高頻傳輸線的長(zhǎng)度 可配合耦合相位來(lái)調(diào)整。此外，第一與該第二共振腔為基板整合波導(dǎo)(SIW) 共振腔。前述SIW共振腔可以利用低溫共燒陶瓷或印刷電路板等多層基板 工藝實(shí)現(xiàn)。
在上述非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)中，第 一與第二共振腔的各第 一導(dǎo)體 表面的側(cè)邊緣具有向內(nèi)凹的槽孔，第一與第二高頻傳輸線分別從各自對(duì)應(yīng)的 槽孔向外延伸預(yù)定長(zhǎng)度。另外，第一與該第二高頻傳輸線可以分別與各自對(duì) 應(yīng)的第一導(dǎo)體表面相連接。此外，第一與第二高頻傳輸線也可以分別被各自 對(duì)應(yīng)的該槽孔隔開，而與各自對(duì)應(yīng)的第 一導(dǎo)體表面電學(xué)隔離。
在上述非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)中，第一與第二共振腔的各第一導(dǎo)體 表面的該側(cè)邊緣具有槽孔，第一與第二高頻傳輸線分別^f黃跨在各自對(duì)應(yīng)的槽 孔上方，且向外延伸預(yù)定長(zhǎng)度。另外，第一與第二高頻傳輸線的其中一端可 以分別位在各自對(duì)應(yīng)的槽孔上方，并且向外延伸預(yù)定長(zhǎng)度。另外，還包括電 流探針，經(jīng)由連通柱穿過該槽孔連接到該第二導(dǎo)體表面。
此外，本發(fā)明更提出一種非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)，至少包括第一 共振腔與第二共振腔。第一共振腔的至少一側(cè)邊為第一彎折延伸結(jié)構(gòu)，并且 第一彎折延伸結(jié)構(gòu)具有槽孔。第二共振腔與該第一共振腔不相鄰，并且與第 一共振腔的第一彎折延伸結(jié)構(gòu)相對(duì)的一側(cè)更具有槽孔，藉以電學(xué)連接。
在上述非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)中，第一共振腔的另一側(cè)邊為第二彎 折延伸結(jié)構(gòu)，并且與該第 一共振腔的另 一側(cè)邊同側(cè)為彎折延伸結(jié)構(gòu)。
在上述非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)中，第二共振腔的一側(cè)邊為第三彎折
延伸結(jié)構(gòu)。第 一共振腔的第 一 彎折延伸結(jié)構(gòu)與第二共振腔的第三彎折延伸結(jié) 構(gòu)電學(xué)連接。
在上述非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)中，第二共振腔的一側(cè)邊可為第三彎 折延伸結(jié)構(gòu)。第 一共振腔的第 一 彎折延伸結(jié)構(gòu)與第二共振腔的第三彎折延伸 結(jié)構(gòu)電學(xué)連接。第 一共振腔的第二彎折延伸結(jié)構(gòu)與第二共振腔的第二側(cè)邊電
學(xué)連接。
另外，針對(duì)上述結(jié)構(gòu)，本發(fā)明更提出一種非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)的 制造方法。首先，提供第一與第二共振腔，分別具有彼此相對(duì)的第一與第二 導(dǎo)體表面，并且將第一與第二共振腔的各第二導(dǎo)體表面配置成彼此相對(duì)，其 中第一或第二共振腔至少一側(cè)邊是作為非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)。形成介 質(zhì)材料層于第 一與第二共振腔的各第二導(dǎo)體表面之間。形成至少第 一與第二 高頻傳輸線，以使第 一 高頻傳輸線配置在對(duì)應(yīng)第 一共振腔的第 一導(dǎo)體表面的 其中 一側(cè)邊緣，并且第二高頻傳輸線配置在對(duì)應(yīng)第二共振腔的第 一導(dǎo)體表面 的其中一側(cè)邊緣。形成至少一連通柱，垂直地連接第一與第二高頻傳輸線。
另夕卜，本發(fā)明更提出一種非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)的制造方法。首先， 提供第一共振腔，并且將至少一側(cè)邊彎折成第一彎折延伸結(jié)構(gòu)，并且形成槽 孔于第一彎折延伸結(jié)構(gòu)上。提供第二共振腔，與第一共振腔不相鄰，其中更 形成槽孔于與第 一共振腔的第 一 彎折延伸結(jié)構(gòu)相對(duì)的 一側(cè)，藉以電學(xué)連接。
在上述非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)中，第二共振腔的兩側(cè)邊可分別為第 三與第四彎折延伸結(jié)構(gòu)。第 一共振腔的第 一彎折延伸結(jié)構(gòu)與第二共振腔的第 三彎折延伸結(jié)構(gòu)電學(xué)連接，且第 一共振腔的第二彎折延伸結(jié)構(gòu)與第二共振腔 的第四彎折延伸結(jié)構(gòu)電學(xué)連接。
上述為數(shù)種不同的手段來(lái)達(dá)成共振腔垂直堆疊時(shí)，跨層間耦合的方法。 這些方法與現(xiàn)有的多層基板工藝相容，容易設(shè)計(jì)實(shí)踐，可在幾乎不增加成本 的情況的下增進(jìn)頻率選擇元件的性能。
為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉優(yōu) 選實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說(shuō)明如下。


圖1繪示已知技術(shù)的使用電路板結(jié)構(gòu)的等效波導(dǎo)管的高頻信號(hào)傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)圖。
圖2繪示繪示已知技術(shù)中具有平面直線排列再透過額外的耦合機(jī)制圖。
圖3為繪示已知技術(shù)的平面方向U字形排列的耦合機(jī)制圖。 圖4為繪示已知技術(shù)的垂直方向U字形排列的耦合機(jī)制圖。 圖5為本實(shí)施例的具有交錯(cuò)耦合三階帶通濾波器的簡(jiǎn)化電路架構(gòu)。 圖6為另 一 實(shí)施例的具有交錯(cuò)耦合的四階帶通濾波器的簡(jiǎn)化電路架構(gòu)。 圖7繪示一般基板整合波導(dǎo)類型的共振腔結(jié)構(gòu)示意圖。 圖8繪示圖6實(shí)施例的共振腔排列與耦合機(jī)制示意圖。 圖9繪示另 一種具有交錯(cuò)耦合四階帶通濾波器的共振腔排列與耦合機(jī)制 示意圖。
圖10A繪示本發(fā)明第 一實(shí)施例的非相鄰層共振腔耦合的一種結(jié)構(gòu)。
圖10B繪示圖10A的側(cè)視圖，圖10C繪示圖10A的正視圖。
圖11繪示圖10的變化例。
圖12繪示圖IO的另一變化例。
圖13繪示圖IO的另一變化例。
圖14繪示圖10的另一變化例。
圖15A繪示本發(fā)明第二實(shí)施例的非相鄰層共振腔耦合的一種結(jié)構(gòu)。
圖15B與圖15C是用以說(shuō)明形成轉(zhuǎn)折延伸結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖。
圖16A繪示圖15A的變化例。
圖16B至16D繪示圖16A的變化例。
圖17圖繪示應(yīng)用本發(fā)明的四階帶通濾波器架構(gòu)示意圖。
圖18為圖17的傳輸與反射S參數(shù)(分別為S21及S11)頻率響應(yīng)示意圖。
圖19圖繪示應(yīng)用本發(fā)明的另一種四階帶通濾波器架構(gòu)示意圖。
圖20為圖19的傳輸與反射S參數(shù)(分別為S21及S11)頻率響應(yīng)示意圖。
附圖標(biāo)記說(shuō)明
1、 2:導(dǎo)體層 20:次導(dǎo)體層
102、 106、 152、 156:金屬層
104、 154:傳輸線
108、 158:介質(zhì)層
114、 124、 190、 198:槽孔
194:電流纟果針
3:介電層
100、 150:共4展腔 103、 153:槽孔 106a、 156a:才曹孔
172、 174、 178:連通柱
116、 126、 192、 196:傳輸線
200、 202、 210、 212:共振腔
200a、 200b、 202a、 202b:轉(zhuǎn)折延伸結(jié)構(gòu) 210a、 212a:轉(zhuǎn)折延伸結(jié)構(gòu)
200c、 202c、 202d、 210b、 212b:槽孔201a、 201b、 201c:金屬層 203:介電層 204、 206:連通柱
具體實(shí)施例方式
在說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例之前，先簡(jiǎn)單介紹具有交錯(cuò)耦合的帶通濾波器電路 以及其耦合機(jī)制。圖5為本實(shí)施例的具有交錯(cuò)耦合三階帶通濾波器的筒化電 路架構(gòu)。如圖5所示，此架構(gòu)包括三個(gè)共振腔，兩個(gè)主要耦合機(jī)制(M12, M23)，以及一個(gè)弱交錯(cuò)耦合機(jī)制(M13)。這邊定義耦合機(jī)制Ma(3 (a, (3=1,2, 3， a^J3)的極性，磁場(chǎng)性耦合為正，電場(chǎng)性耦合為負(fù)。在此情況的下，若 M12, M23， M13皆為磁場(chǎng)耦合，則會(huì)有傳輸零點(diǎn)出現(xiàn)在比通帶還低的頻率。 若M12, M23為》茲場(chǎng)耦合，M13為電場(chǎng)耦合，則會(huì)有傳輸零點(diǎn)出現(xiàn)在比通 帶還高的頻率。為了要能配合不同的規(guī)格需求，共振腔彼此間的耦合型式可 以靈活變換，使傳輸零點(diǎn)可以放置在適當(dāng)?shù)念l率。
圖6為另一實(shí)施例的具有交錯(cuò)耦合的四階帶通濾波器的簡(jiǎn)化電路架構(gòu)。 如圖6所示，此架構(gòu)包括四個(gè)共振腔，三個(gè)主要耦合機(jī)制(M12, M23, M34) 以及一個(gè)弱交錯(cuò)耦合機(jī)制(M14)。這邊所定義的Ma(3(a,卩=1,2,3,4; a - (3)的極 性與上述相同磁場(chǎng)性耦合為正，電場(chǎng)性耦合為負(fù)。在此情況的下，若M12， M23， M34為磁場(chǎng)耦合，M14為電場(chǎng)耦合，則會(huì)有兩個(gè)傳輸零點(diǎn)分別出現(xiàn)在 通帶頻率的高頻/低頻兩側(cè)。若M12, M23， M34, M14皆為磁場(chǎng)耦合，則 不會(huì)有傳輸零點(diǎn)出現(xiàn)。
圖7繪示一4殳基板整合波導(dǎo)(substrate integrated waveguide, SIW)型式的 共振腔結(jié)構(gòu)示意圖。 一般SIW共振腔結(jié)構(gòu)大部分為立方體的幾何外形，如 圖7所示，其中Y方向的尺寸遠(yuǎn)小于X及Z方向的尺寸。在大多數(shù)的情況 下，SIW型式的共振腔會(huì)操作在TE101的模態(tài)。在TE101的模態(tài)下，電磁 場(chǎng)在Y方向的變化不大，可為視為XZ平面的分布，XZ平面的幾何中央為 電場(chǎng)最強(qiáng)的地方，而邊界的地方則為》茲場(chǎng)最強(qiáng)的地方。如果Y方向相鄰的兩 個(gè)共振腔欲達(dá)到電場(chǎng)耦合的效果則可以選則在XZ平面中央的位置開孔，欲 達(dá)到磁場(chǎng)耦合的效果則可以選則在XZ平面邊緣的位置開孔。
圖8繪示圖6實(shí)施例的共振腔排列與耦合機(jī)制示意圖。如圖8所示，此
濾波器電路為具有交錯(cuò)耦合的四階帶通濾波器的電路，且包括四個(gè)共振腔 1~4。每一個(gè)共振腔1~4包括一層以上的介質(zhì)(介電質(zhì))基板所構(gòu)成，共振腔與
共振腔間由金屬面(未繪出)作為分隔。共振腔1~4為垂直堆疊排列，在分隔 的金屬面上開槽孔(未繪出，詳細(xì)見下面的說(shuō)明例)達(dá)到耦合的效果(M12, M23， M34)。適當(dāng)選擇開孔的位置可以達(dá)成電場(chǎng)性或磁場(chǎng)性耦合。例如開孔 位置在中央位置可以達(dá)成電場(chǎng)性耦合，而開孔位置在邊界位置則可以達(dá)成石茲 場(chǎng)性耦合。這點(diǎn)會(huì)在下面說(shuō)明。
在圖8的實(shí)施例中，共振腔1與共振腔4是屬于交錯(cuò)耦合，因其彼此不 相鄰，故無(wú)法通過在分隔相鄰共振腔的金屬層上開槽孔達(dá)到耦合的效果。接 著將在圖10至14為此類型的交錯(cuò)耦合機(jī)制提出數(shù)種不同的結(jié)構(gòu)例子，以說(shuō) 明達(dá)成共振腔1與共振腔4之間的交錯(cuò)耦合(M14)。
圖9繪示另 一種具有交錯(cuò)耦合四階帶通濾波器的共振腔排列與耦合機(jī)制 示意圖。與圖8相異的處在于共振腔1 4的排列順序以及輸入及輸出端的位 置。如圖9所示，共振腔從上到下依序?yàn)楣舱袂?、共振腔l、共振腔4以 及共振腔3。輸入端接到共振腔l,輸出端接到共振腔4。在該四階帶通濾波 器中，主要信號(hào)耦合路徑為共振腔1 =>共振腔2 =>共振腔3 =>共振腔4,其 中共振腔2及共振腔3之間的耦合(M23)以非相鄰層共振腔耦合，而交錯(cuò)耦 合為相鄰層共振腔1及共振腔4之間的耦合(M14)。
第一實(shí)施例
為了達(dá)成如上述圖8的耦合機(jī)制，本發(fā)明提出了垂直交錯(cuò)耦合的非相鄰 共振腔間的連接結(jié)構(gòu)。圖IOA繪示本發(fā)明實(shí)施例的非相鄰層共振腔耦合的一 種結(jié)構(gòu)。圖IOB繪示圖IOA的側(cè)視圖，圖IOC繪示圖IOA的正視圖。在圖 IOA、 IOB、 10C中，省略非相鄰層之間的共振腔，以使圖式容易閱讀。在 以下各圖中，以上面與下面共振腔分別為圖8的共振腔1與共振腔4作為一 個(gè)解說(shuō)例，但是非用以限制本發(fā)明的實(shí)際結(jié)構(gòu)。
如圖10A-10C所示，共振腔100 (相當(dāng)于上述共振腔l)具有第一金屬層 (表面)102、介質(zhì)層108與第二金屬層(表面)106。介質(zhì)層108如前所述可為 多層堆疊結(jié)構(gòu)，在此不限制它的層數(shù)。同理，共振腔150(相當(dāng)于上述共振腔 4)具有第一金屬層152、介質(zhì)層158與第二金屬層156。介質(zhì)層158也是可 為多層堆疊結(jié)構(gòu)，在此不限制它的層數(shù)。
共振腔100與共振腔150之間可達(dá)成上述圖8的M14交錯(cuò)耦合機(jī)制， 兩者為非相鄰的共振腔。共振腔100與共振腔150之間可再增加其他共振腔， 并且共振腔之間均填滿介質(zhì)層。本實(shí)施例專注在共振腔100與共振腔150之 間的交錯(cuò)耦合的連接結(jié)構(gòu)，其間的結(jié)構(gòu)對(duì)于熟悉此技術(shù)者可以任意做適當(dāng)?shù)?變化。忽略中間結(jié)構(gòu)不看，共振腔100的第二金屬層106與共振腔150的第 二金屬層156示4皮此相對(duì)。
如圖10A所示，共振腔100的第一金屬102的側(cè)邊上，形成槽孔103, 并且從該槽孔103延伸高頻傳輸線(以下簡(jiǎn)稱傳輸線)104。另外，共振腔150 的第一金屬152的側(cè)邊上，也形成槽孔153，并且從該槽孔153延伸傳輸線 154?；旧?，傳輸線104與154是配置在彼此相對(duì)的位置，亦即在彼此的 垂直投影位置上。接著，利用連通柱(via)178將傳輸線104、 154電學(xué)連接起 來(lái)，以達(dá)到交錯(cuò)耦合的目的。為了使連通柱178可以連接傳輸線104、 154， 共振腔100的第二金屬層106與共振腔150的第二金屬層156也分別形成槽 孔106a與156a，使連通柱178可以從共振腔100上的傳輸線104，穿過共 振腔100的槽孔106a與共振腔150的槽孔156a,而連接到傳輸線154。詳 細(xì)的結(jié)構(gòu)可以參考圖IOB與IOC。另外，在金屬層106與156之間更可以形 成連通柱172、 174，用以支撐與電學(xué)連接，其結(jié)構(gòu)可以參考圖IOC。
在制作上，可以沿用一般PCB的工藝技術(shù)。亦即，可以形成介質(zhì)層與 金屬層交錯(cuò)的堆疊層，之后在各金屬層上形成特定所需的圖案或槽孔，在介 質(zhì)層中穿孔并填入金屬以形成連通柱等等。
在上述的實(shí)施例中，傳輸現(xiàn)104與154是設(shè)計(jì)成使用微帶線(microstripe line)型式的傳輸線，然后以連通柱接到由上下層共振腔100、 150上所延伸 出來(lái)的相同結(jié)構(gòu)，如此便可以達(dá)成上下兩個(gè)非相鄰層共振腔之間的高頻信號(hào) 傳遞。
圖11至圖14繪示圖10的結(jié)構(gòu)的各種變化例的示意圖。圖ll繪示本發(fā) 明另一實(shí)施例的非相鄰層共振腔耦合的一種結(jié)構(gòu)。圖11與圖IO的作用相同， 但是結(jié)構(gòu)上有稍微差異。圖11與圖10的差異點(diǎn)在于金屬層上形成傳輸線的 槽孔形狀不同。如圖11所示，槽孔114是形成在金屬層邊界處，且大致成 為T字型。圖11的槽孔大小更大，可以增加耦合的效率。其余的部分與圖 IO相同，在此省略其相關(guān)i兌明。
圖12繪示本發(fā)明另一實(shí)施例的非相鄰層共振腔耦合的一種結(jié)構(gòu)。接著 說(shuō)明與上述例子的差異處。圖12與圖10或11的差異處也是在于傳輸線的
構(gòu)造。圖10與ll是屬于在邊界處形成開放性的槽孔，而傳輸線從槽孔中延 伸出來(lái)的一種結(jié)構(gòu)。圖12所示的結(jié)構(gòu)是在金屬層的邊界處形成槽孔124，此 槽孔為一種封閉性的孔洞。之后，傳輸線126形成在該槽孔124的上方。最 后，也是利用連通柱將上下層共振腔的傳輸線相連接，以達(dá)成傳遞高頻信號(hào) 的效果。
圖13與圖14繪示本發(fā)明另一實(shí)施例的非相鄰層共振腔耦合的一種結(jié) 構(gòu)，這里是以電流探針(currentprobe)的方式將微帶線耦合至共振腔。如圖13 所示，基本上槽孔190與傳輸線192的結(jié)構(gòu)與圖IO的差別在于圖13的傳輸 線192與金屬層(相當(dāng)于圖IO的第一金屬層102)之間被槽孔190隔離，而且 傳輸線的一端通過電流探針194連接到共振腔的另 一金屬層(相當(dāng)于圖10的 第一金屬層106)。傳輸線的另一端則與前面的實(shí)施例相同，通過連通柱連接 到下層共振腔的傳輸線。圖14也是一種使用電流探針的結(jié)構(gòu)，所不同的是 圖13的傳輸線與共振腔的金屬面位在同一層，而圖14的傳輸線是位在共振 腔金屬層的上方。
在上述圖10至圖14的耦合結(jié)構(gòu)中，更可以通過改變傳輸線的長(zhǎng)度來(lái)達(dá) 成耦合相位的調(diào)整。另外，上述傳輸線可以包括微帶線、帶線(stripe line)、 共面波導(dǎo)、槽線、同軸線或是波導(dǎo)管等等任何適用的結(jié)構(gòu)。
第二實(shí)施例
圖15A繪示本發(fā)明第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。在此實(shí)施例中，利用共振 腔轉(zhuǎn)折延伸結(jié)構(gòu)的耦合來(lái)達(dá)成。如圖15A所示，將共振腔200的兩側(cè)邊做成 轉(zhuǎn)折延伸結(jié)構(gòu)200a、 200b。此外，更在延伸結(jié)構(gòu)200a中形成槽孔200c,延 伸結(jié)構(gòu)200b也以相同方式形成槽孔(未繪出)。同理，共振腔202的兩側(cè)邊也 同樣做成轉(zhuǎn)折延伸結(jié)構(gòu)202a、 202b,并且在轉(zhuǎn)折延伸結(jié)構(gòu)202a、 202b中分 別形成槽孔202c、 202d。之后，使上層共振腔200轉(zhuǎn)折延伸結(jié)構(gòu)200a、 200b 與下層共振腔202的轉(zhuǎn)折延伸結(jié)構(gòu)202a、 202b分別對(duì)應(yīng)接觸，以達(dá)到圖15A 右側(cè)所示的雙邊耦合的結(jié)構(gòu)。此實(shí)施例是通過在共振腔200、 202相4妻觸的 狹長(zhǎng)型金屬面上開槽孔(例如槽孔200c與202c)達(dá)成; 茲場(chǎng)性耦合。
圖15A的轉(zhuǎn)折延伸結(jié)構(gòu)的形成方法可以參考圖15B與圖15C。先形成 金屬層201a、 201b、 201c與介質(zhì)層203的堆疊結(jié)構(gòu)，以形成共振腔200。之
后，如圖15C所示，在共振腔200的圖左側(cè)部分形成多個(gè)作為連通柱204、 206等的開孔，再于開孔中填入金屬，以形成連通柱204與206。通過不同 高度的連通柱204與206，便可以形成上述的轉(zhuǎn)折延伸結(jié)構(gòu)200a、 200b、 202a 與202b等。
圖16A繪示圖15A的變化例，圖15A所繪示的是雙邊耦合結(jié)構(gòu)，而圖 18A所繪示的是單邊耦合的結(jié)構(gòu)。亦即，在圖16A中，共振腔210只有在其 中一個(gè)側(cè)邊形成轉(zhuǎn)折延伸結(jié)構(gòu)210a，并形成槽孔210b。同理，共振腔212 也只有在對(duì)應(yīng)的側(cè)邊形成轉(zhuǎn)折延伸結(jié)構(gòu)212a，并形成槽孔212b。槽孔210b 與212b彼此相對(duì)，藉以達(dá)成磁場(chǎng)性耦合。
圖16B至圖16D舉出數(shù)種圖16A的單邊耦合的變化例。圖16B中，只 有下層共振腔的一側(cè)形成上述的轉(zhuǎn)折延伸結(jié)構(gòu)，而上層共振腔則仍是平面狀 的共振腔。圖16C與圖16B相反，只有上層共振腔的一側(cè)形成上述的轉(zhuǎn)折 延伸結(jié)構(gòu)，而下層共振腔則仍是平面狀的共振腔。圖16D則是上層共振腔的 一側(cè)形成上述的轉(zhuǎn)折延伸結(jié)構(gòu)，下層共振腔的另 一側(cè)也形成上述的轉(zhuǎn)折延伸 結(jié)構(gòu)。之后，上下層共振腔在彼此結(jié)合。圖16A至16D的對(duì)應(yīng)制造方式可 以參考圖15B至15C的說(shuō)明。
圖17繪示應(yīng)用本發(fā)明的四階帶通濾波器架構(gòu)。此四階帶通濾波器中的 非相鄰共振腔耦合結(jié)構(gòu)是使用上述圖IO所示的例子來(lái)做說(shuō)明。圖18為圖17 的傳輸與反射S參數(shù)(分別為S21及S11)頻率響應(yīng)示意圖。由圖17的上方往 下看，最上與最下層的共振腔為非相鄰耦合結(jié)構(gòu)。此濾波器采用16層而每 層2mil厚的LTCC結(jié)構(gòu)。LTCC材料的正切損失(loss tangent)約為0.0075, 介電常數(shù)約為7.8,濾波器的平面尺寸小于145milx 179mil。量測(cè)得到中心 頻率為29.5GHz，頻寬為3.93GHz,通帶損耗小于2.8dB，通帶頻段外兩側(cè) 各有一個(gè)傳輸零點(diǎn)TZ1與TZ2。
圖19為采用圖15的非相鄰層共振腔耦合結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)圖11的四階帶通濾 波器架構(gòu)。圖18為圖19的傳輸與反射S參數(shù)(分別為S21及S11)頻率響應(yīng) 示意圖。
圖19的四階帶通濾波器的主要耦合路徑皆采用磁場(chǎng)性耦合(虛線部分)， 其包括非相鄰層共振腔的耦合。交錯(cuò)耦合為在中間兩共振腔(l與4)之間的金 屬面上開孔達(dá)成，由于開孔處為電場(chǎng)最強(qiáng)的處，所以此交錯(cuò)耦合為電場(chǎng)性耦 合。由此，可在通帶頻段外的兩側(cè)各產(chǎn)生一個(gè)傳輸零點(diǎn)。此濾波器采用16
層而每層2mil厚的LTCC結(jié)構(gòu)。LTCC材料的正切損失約為0.0075，介電常 數(shù)約為7.8,濾波器的平面尺寸小于140milx 160mil。如圖20所示，量測(cè)得 到中心頻率為22.5GHz,頻寬為lGHz，通帶損耗小于2.5dB。
綜合上述的說(shuō)明，我們提出數(shù)種不同的手段來(lái)達(dá)成共振腔垂直堆疊時(shí)， 跨層間耦合的方法。這些方法與現(xiàn)有的多層基板工藝相容，容易設(shè)計(jì)實(shí)踐， 可在幾乎不增加成本的情況的下增進(jìn)頻率選擇元件的性能。
雖然本發(fā)明已以優(yōu)選實(shí)施例披露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何 所屬技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更 動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視后附的權(quán)利要求所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)，至少包括第一與第二共振腔，分別具有彼此相對(duì)的第一與第二導(dǎo)體表面，其中該第一與該第二共振腔的各該第二導(dǎo)體表面彼此相對(duì)配置，并且該第一或該第二共振腔至少一側(cè)邊是作為該非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)；介質(zhì)材料層，位在該第一與該第二共振腔的各該第二導(dǎo)體表面之間；至少一第一與第二高頻傳輸線，該第一高頻傳輸線配置在對(duì)應(yīng)該第一共振腔的該第一導(dǎo)體表面的其中一側(cè)邊緣，并且該第二高頻傳輸線配置在對(duì)應(yīng)該第二共振腔的該第一導(dǎo)體表面的其中一側(cè)邊緣；以及至少一連通柱，垂直地連接該第一與該第二高頻傳輸線。
2. 如權(quán)利要求1所述的非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)，其中該高頻傳輸線 包括微帶線、帶線、共面波導(dǎo)、槽線、同軸線或是波導(dǎo)管結(jié)構(gòu)。
3. 如權(quán)利要求1所述的非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)，其中該高頻傳輸線 的長(zhǎng)度是配合耦合相位來(lái)調(diào)整。
4. 如權(quán)利要求1所述的非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)，其中該第一與該第 二共振腔為基板整合波導(dǎo)共振腔。
5. 如權(quán)利要求4所述的非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)，其中該基板整合波 導(dǎo)共振腔為以多層基板工藝實(shí)現(xiàn)。
6. 如權(quán)利要求1所述的非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)，其中該第一與該第 二共振腔的各該第一導(dǎo)體表面的該側(cè)邊緣具有向內(nèi)凹的槽孔，該第一與該第 二高頻傳輸線分別從各自對(duì)應(yīng)的該槽孔向外延伸預(yù)定長(zhǎng)度。
7. 如權(quán)利要求6所述的非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)，其中該第一與該第 二高頻傳輸線分別與各自對(duì)應(yīng)的該第 一金屬表面相連接。
8. 如權(quán)利要求1所述的非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)，其中該第一與該第 二共振腔的各該第 一導(dǎo)體表面的該側(cè)邊緣具有槽孔，該第 一與該第二高頻傳 輸線分別橫跨在各自對(duì)應(yīng)的該槽孔上方，且向外延伸預(yù)定長(zhǎng)度。
9. 如權(quán)利要求1所述的非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)，其中該第一與該第 二共振腔的各該第一導(dǎo)體表面的該側(cè)邊緣具有槽孔，該第一與該第二高頻傳 輸線的其中一端分別位在各自對(duì)應(yīng)的該槽孔上方，并且向外延伸預(yù)定長(zhǎng)度。
10. 如權(quán)利要求9所述的非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)，其中還包括電流探 針，經(jīng)由連通柱穿過該槽孔連接到該第二導(dǎo)體表面。
11. 如權(quán)利要求1所述的非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)，其中該第一與該第 二導(dǎo)體表面為金屬表面。
12. —種非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)，至少包括-.第一共振腔，至少一側(cè)邊為第一彎折延伸結(jié)構(gòu)，并且該第一彎折延伸結(jié)構(gòu)具有槽孔；以及第二共振腔，與該第一共振腔不相鄰，其中與該第一共振腔的該第一彎 折延伸結(jié)構(gòu)相對(duì)的一側(cè)更具有槽孔，藉以電學(xué)連接。
13. 如權(quán)利要求12所述的非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)，其中該第一共振 腔的另一側(cè)邊為第二彎折延伸結(jié)構(gòu)；以及該第二共振腔的與該第 一共振腔的另 一側(cè)邊同側(cè)為彎折延伸結(jié)構(gòu)。
14. 如權(quán)利要求12所述的非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)，其中該第二共振腔的該側(cè)邊為第三彎折延伸結(jié)構(gòu)，以及該第一共振腔的該第一彎折延伸結(jié)構(gòu)與該第二共振腔的該第三彎折延伸結(jié)構(gòu)電學(xué)連接。
15. 如權(quán)利要求13所述的非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)，其中該第二共振 腔的該側(cè)邊為第三彎折延伸結(jié)構(gòu)，該第一共振腔的該第一彎折延伸結(jié)構(gòu)與該第二共振腔的該第三彎折延 伸結(jié)構(gòu)電學(xué)連接，該第 一共振腔的該第二彎折延伸結(jié)構(gòu)與該第二共振腔的該另 一側(cè)邊電 學(xué)連接。
16. 如權(quán)利要求13所述的非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)，其中該第二共振 腔的該兩側(cè)邊分別為第三與第四彎折延伸結(jié)構(gòu)，以及該第一共振腔的該第一彎折延伸結(jié)構(gòu)與該第二共振腔的該第三彎折延 伸結(jié)構(gòu)電學(xué)連接，且該第 一共振腔的該第二彎折延伸結(jié)構(gòu)與該第二共振腔的 該第四彎折延伸結(jié)構(gòu)電學(xué)連接。
17. 如權(quán)利要求12所述的非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)，其中該第一與該 第二共振腔為基板整合波導(dǎo)共振腔。
18. 如權(quán)利要求17所述的非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)，其中該基板整合 波導(dǎo)共振腔為以多層基板工藝實(shí)現(xiàn)。
19. 一種非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)的制造方法，至少包括 提供第一與第二共振腔，分別具有彼此相對(duì)的第一與第二導(dǎo)體表面，并 且將該第 一與該第二共振腔的各該第二導(dǎo)體表面配置成彼此相對(duì)，其中該第 一或該第二共振腔至少一側(cè)邊是作為該非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)；形成介質(zhì)材料層于該第 一 與該第二共振腔的各該第二導(dǎo)體表面之間；形成至少 一第 一與第二高頻傳輸線，以使該第 一 高頻傳輸線配置在對(duì)應(yīng) 該第 一共振腔的該第 一導(dǎo)體表面的其中 一側(cè)邊緣，并且該第二高頻傳輸線配置在對(duì)應(yīng)該第二共振腔的該第 一導(dǎo)體表面的其中 一側(cè)邊緣；以及 形成至少 一連通柱，垂直地連接該第 一與該第二高頻傳輸線。
20. 如權(quán)利要求19所述的非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)的制造方法，其中 還包括利用微帶線、帶線、共面波導(dǎo)、槽線、同軸線或是波導(dǎo)管結(jié)構(gòu)，形成 該高頻傳輸線。
21. 如權(quán)利要求19所述的非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)的制造方法，還包 括根據(jù)耦合相位，調(diào)整該高頻傳輸線的長(zhǎng)度。
22. 如權(quán)利要求19所述的非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)的制造方法，其中 該第 一與該第二共振腔為基板整合波導(dǎo)共振腔。
23. 如權(quán)利要求22所述的非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)的制造方法，其中 該基板整合波導(dǎo)共振腔為以多層基板工藝實(shí)現(xiàn)。
24. 如權(quán)利要求19所述的非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)的制造方法，還包 括形成向內(nèi)凹的槽孔于該第一與該第二共振腔的各該第一導(dǎo)體表面的該側(cè) 邊緣，以使該第 一與該第二高頻傳輸線分別從各自對(duì)應(yīng)的該槽孔向外延伸預(yù) 定長(zhǎng)度。
25. 如權(quán)利要求19所述的非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)的制造方法，還包 括形成槽孔于該第一與該第二共振腔的各該第一導(dǎo)體表面的該側(cè)邊緣，以 使該第一與該第二高頻傳輸線分別4黃;夸在各自對(duì)應(yīng)的該槽孔上方，且向外延 伸預(yù)定長(zhǎng)度。
26. 如權(quán)利要求19所述的非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)的制造方法，還包 括形成槽孔于該第一與該第二共振腔的各該第一導(dǎo)體表面的該側(cè)邊緣，以 使該第 一與該第二高頻傳輸線的其中 一端分別位在各自對(duì)應(yīng)的該槽孔上方， 并且向外延伸預(yù)定長(zhǎng)度。
27. 如權(quán)利要求26所述的非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)的制造方法，還包 括形成電流探針，其經(jīng)由連通柱，穿過該槽孔連接到該第二導(dǎo)體表面。
28. 如權(quán)利要求19所述的非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)的制造方法，其中 該第一與該第二導(dǎo)體表面為金屬表面。
29. —種非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)的制造方法，至少包括 提供第一共振腔，并且將至少一側(cè)邊彎折成第一彎折延伸結(jié)構(gòu)，并且形成槽孔于該第一彎折延伸結(jié)構(gòu)上；以及提供第二共振腔，與該第一共振腔不相鄰，其中更形成槽孔于與該第一 共振腔的該第一彎折延伸結(jié)構(gòu)相對(duì)的一側(cè)，藉以電學(xué)連接。
30. 如權(quán)利要求29所述的非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)的制造方法，還包 括形成第二彎折延伸結(jié)構(gòu)于該第一共振腔的另一側(cè)邊；以及形成彎折延伸結(jié)構(gòu)于該第二共振腔的與該第 一共振腔的另 一側(cè)邊同側(cè)。
31. 如權(quán)利要求30所述的非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)的制造方法，還包 括形成第三彎折延伸結(jié)構(gòu)于該第二共振腔的該側(cè)邊；以及將該第 一共振腔的該第 一彎折延伸結(jié)構(gòu)，電學(xué)連接到該第二共振腔的該 第三彎折延伸結(jié)構(gòu)。
32. 如權(quán)利要求30所述的非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)的制造方法，還包 括形成第三彎折延伸結(jié)構(gòu)于該第二共振腔的該側(cè)邊；將該第 一共振腔的該第 一彎折延伸結(jié)構(gòu)，電學(xué)連接到該第二共振腔的該 第三彎折延伸結(jié)構(gòu)；以及將該第 一共振腔的該第二彎折延伸結(jié)構(gòu)，電學(xué)連接到該第二共振腔的該 另一側(cè)邊。
33. 如權(quán)利要求30所述的非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)的制造方法，其中 在該第二共振腔的該兩側(cè)邊上，分別形成第三與第四彎折延伸結(jié)構(gòu)；將該第 一共振腔的該第 一彎折延伸結(jié)構(gòu)，電學(xué)連接到該第二共振腔的該 第三彎折延伸結(jié)構(gòu)；以及將該第 一共振腔的該第二彎折延伸結(jié)構(gòu)，電學(xué)連接到該第二共振腔的該 第四彎折延伸結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)及其制造方法。該非相鄰垂直共振腔耦合結(jié)構(gòu)至少包括第一與第二共振腔、介質(zhì)材料層、至少一第一與第二高頻傳輸線以及至少一連通柱。第一與第二共振腔分別具有彼此相對(duì)的第一與第二金屬表面，其中第一與第二共振腔的各第二金屬表面彼此相對(duì)配置。介質(zhì)材料層位在第一與第二共振腔的各第二金屬表面之間。第一高頻傳輸線配置在對(duì)應(yīng)該第一共振腔的第一表面的其中一側(cè)邊緣，并且第二高頻傳輸線配置在對(duì)應(yīng)第二共振腔的第一表面的其中一側(cè)邊緣，連通柱則垂直地連接該第一與該第二高頻傳輸線。
文檔編號(hào)H01P3/00GK101350437SQ200710137360
公開日2009年1月21日 申請(qǐng)日期2007年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月20日
發(fā)明者吳瑞北, 莊嘉成, 沈澤旻 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院