專利名稱：集成低通濾波器或集成帶通濾波器的制作方法
技術領域：
本發明涉及集成濾波器的技術領域，該集成濾波器是將無源元件(電阻和電容)制作成安裝在封裝體內的同一集成電路。
本發明的一個應用例子涉及高頻發射(例如，移動電話)。
將相對于對低通濾波器的應用描述本發明。本發明還泛泛地涉及低通濾波器、帶通濾波器和復合濾波器。


圖1表示制成集成電路形式并安裝在封裝體(package)里的低通濾波器1的等效電路圖的例子。圖1中的例子涉及所謂的π濾波器，π濾波器包括具有共同接地的第一電極2和3以及具有彼此由電阻R連接構成濾波器輸入-輸出端子的第二電極4和5的二個電容元件C1和C2。電阻R以及電容C1和C2被集成在具有對應于電極4和5的兩個焊接點11和12以及具有對應于電容電極2和3的一個焊接點13由圖1中虛線10表示的芯片上。具有相同值C的電容C1和C2的這種π濾波器的截止頻率等于1/2πRC。
在芯片10的封裝(由點劃線20表示)中，用金屬線(例如，金線)使各個焊接點11和12與對應的端子21和22連接，金屬線的寄生電感用元件L1和L2表示。在端子13側上，通常在所謂的接地面背面上設置集成電路芯片。焊接點13到封裝體20的端子23的接線具有相當于與接地端子23連接的不同寄生電感的串聯的等效電感L3。這些寄生電感隨封裝體類型不同而異，但是始終存在。
組裝封裝體和使端子23接地的印刷電路線路的寄生電感Li是出現在封裝體外面。這種電感是與電感L3串聯。
圖2表示圖1中的低通濾波器的傳遞函數，一旦組裝后，便說明其頻率響應。可以認為通過使具有截止頻率fc的理想低通濾波器特性曲線(虛線25)和相當于電感L3和Li總和的接地返回電感的傳遞函數(點劃線26)疊加而獲得為頻率函數的濾波器的衰減(用實線27表示的曲線)。因此，從曲線25與曲線26相交處的頻率f1起，濾波器衰減減弱；然后喪失低通效果。在進程中的濾波器響應狀況下的頻率f1位置取決于濾波器元件的調整，而更準確地說，取決于電容C1和C2以及寄生電感L3和Li的各個量值。電感L3一般是零點幾毫微亨利(0.2和0.8納亨之間)。
寄生電感的影響尤其是對將要截止的頻譜延伸到大于一百兆赫左右的應用的干擾。上述情況例如是移動電話或者其他連續頻譜應用的情況。
在上述的頻率時，與電感L3和Li耦合的接地返回阻抗不能再被忽略(頻率增高時電感的阻抗增大)。可以考慮電容C1和C2的電極2和3與地斷開。然后這些電容串聯在端子4和5以及短路電阻R之間(頻率減低時電容阻抗增大)。
減少接地寄生電感影響的通用解決辦法包括增大集成電路芯片和地之間接觸表面面積。實際上是增大集成電路芯片(圖1，10)的焊接點為13和接地連接端子23之間接合面的數量。
圖3和4以非常簡單的頂視圖并且作為一種等效電路分別說明實施這種通用解決辦法的集成電路的常規實例。在圖3的實例中，采取把集成電路芯片10靠住其接地平面平放在引線框架31上。芯片中的焊接點11和12通過導線32、和33與組件中相應的端子21和22連接。為了接地連接，在本實例中設置連接到引線框架31的中央部分而由此連接到芯片10的接地平面的封裝體中的四個端子34、35、36和37。接地接線相當于電感L3和Li(電感Li一般是相互不同的)的幾個(圖中是4個)串聯連接的并聯連接。一些電感L3的各個第一端子與芯片10中的焊接點13連接在一起。因此一些電感L3都連接到濾波器中的電容C1和C2的共用電極2和3。一些電感L3的各個第二端子一個個單獨與組件中的端子34至37連接。在封裝體外邊，每個端子34至37通過印刷電路線路的寄生電感Li接地。
雖然在圖4中沒有表示出，但是芯片10中的輸入-輸出焊接點11和12的連接處的寄生電感L1和L2必然出現。
圖5說明圖3和4中的濾波器組裝以后的頻率響應。特性曲線的一般外觀與圖2中的特性曲線是一樣的。總的響應(實線47表示的曲線)仍相當于理想濾波器的響應(虛線45表示的曲線)和電感的響應(點劃線46表示的曲線)的疊加。當與圖2比較時，所起的作用僅僅是在衰減開始減弱的頻率f′1方面朝較高頻率方向輕微移動。這一點由電感L3+Li的并聯連接造成。對一定的封裝體和組裝來說，電感L3和Li比圖1和2中的情況小得多是沒有理由的。因此，認為端子13到端子34、35、36和37的連接線的寄生電感具有同樣數值和電感Li是一樣的，根據圖2中的情況近似用4除最后所得到的寄生電感。頻率f1則移動一個倍頻程(例如，從100兆赫到200兆赫)。
倍增接地接觸端子的做法通過電感的并聯連接減小最后所得到的接地寄生電感。然而，上述的解決辦法的益處遺留下由于所得到的不良利用率，也就是說，由于在寄生電感方面最后所得到的減量和在表面面積方面的增量(更準確地說，在封裝體端子數目方面的增量)之間的低比率造成的不切實際的缺陷。另外，通過切斷電容C1和C2的接地而保留電阻R的短路作用。
本發明的又一目的是提供一種適合于大家熟悉的集成技術和封裝技術的解決方法。
本發明進一步目的是提供一種能夠實施用來集成低通或帶通濾波器的任何電路圖的解決方法。
為了達到這些目的，本發明提供一種用包括芯片中互相不直接連接而能夠各自連接到封裝體的至少二個分立端子用于接地的至少二個特殊焊接點的電阻性和電容性元件以集成電路形式構成濾波器。
根據本發明的實施例，由幾個各自與芯片中的特殊焊接點連接的電容組成每個電容性元件，為了接地一些上述焊接點各自與集成電路封裝體的一些特殊端子連接。
根據本發明的實施例，根據在濾波器響應中的所希望的響應頻率數量選定形成每個電容性元件的電容數目。
根據本發明的實施例，濾波器包括用與構成電容性元件的各個電容串聯的相應焊接點到封裝體接線的寄生電感參與諧振電路建立的電感性元件。
根據本發明的實施例，濾波器包括與每個接地連接焊接點聯結的一種電阻性元件。
根據本發明的實施例，電阻性元件的量值為濾波器響應所希望的最大衰減值的函數。
根據本發明的實施例，濾波器應用于連續頻譜。
根據本發明的實施例，濾波器實施低通濾波功能。
根據本發明的實施例，濾波器實施帶通濾波功能。
在隨后的具體實施例的非限制性描述中結合附圖將詳細地描述本發明的上述目的和其他的目的以及特點和優點。
圖12表示根據本發明的低通濾波器結構的另一個實施例等效電路圖；和圖13表示根據本發明的帶通濾波器的實施例的等效電路圖。
在不同的附圖中用同樣的標記表示同樣的元件。為清楚起見，在附圖表示出為理解本發明所必需的集成電路中的這些元件和封裝體的這些元件并且將在下文中描述。
如以上所述那樣，π低通濾波器包括與二個電容C1和C2聯結的電阻R。電阻R的端子4、5定為連接到芯片40中的焊接點(pad)11、12的濾波器輸入-輸出端子。用圖6中由寄生電感L1和L2表示的導電線(例如，金絲)32和33(圖7)使焊接點11、12與封裝體50中的端子21、22連接。
本發明的特點是電阻R對面的電容C1和C2中的各個電極2和3已不再連接到芯片的共用焊接點或接地平面，而是各自連接到準備用作各自連接到封裝體50的端子51和52的焊接點41和42。在圖7中，例如，通過導電線54和55使焊接點41和42連接到端子51和52。然而，本發明對通過連接球把芯片正面安置在印刷電路上的“倒裝法(flip-chip)”組裝有特殊意義。
在圖7的實例中，芯片40的背面放置在引線框架31的中央部分上，在正面上形成接地連接焊接點，而且電極2和3與背面絕緣。因此，在芯片背面上存在不存在接地平面對濾波器運作不再有影響。甚至于，即使如圖7所說明的那樣，端子51連接到引線框架31的中央部分38，則等效電路還是圖6中的等效電路電感L3和L3′分別串聯在每個電容和封裝體的相應端子51或52之間。在封裝體外面，各個端子51、52通過電感Li、Li′分別接地。
當不是公用端子而是組件中的二個特殊端子51和52連接電感L3時，如圖6A所說明的那樣，由于在印刷電路上的接地連接線路引起的寄生電感Lm連接端子51和52。電感Lm分隔節點51和52的電壓。由于端子51和52進一步連接到芯片10中的特殊焊接點，因此濾波器輸入信號和輸出信號的地(ground)被分離掉。
輸入和輸出接地的分離避免在高頻率時由于這時候寄生電感的高阻抗引起電容C1和C2在濾波器的輸入端子和輸出端子之間的串聯連接。這相對于僅僅并聯封裝接地端子(圖4和5)的通用解決辦法是顯著不同的。當然，在通用的解決辦法中，由于寄生阻抗并聯在端子13和地之間，因此這樣就一直流傳到一種電感使電容的共用電極接地的等效圖。根據本發明修改這樣的等效圖。
根據本發明的在封裝體內分離接地連接的實際做法，如圖6所說明的那樣，相當于在電阻R的兩側建立二個串聯諧振電路LC。
圖8說明圖6中的濾波器的衰減-頻率特性曲線。以上所述特性曲線以具有截止頻率fc的低通濾波器的特性曲線開始。然后，對高頻率而言，感覺到LC電路的作用。因而從比常規情況的頻率f′1大得多的頻率f2起衰減減小。為比較起見，用點劃線36表示由于接地返回電感造成的圖5的常規濾波器的響應部分。頻率f′1和f2之間的間距是非常大的，頻率刻度是對數的。例如，采用與圖2和5中的數值L3和Li同一數量級的數值L3、L3′和Li、Li′，則頻率f2移動到大約一個吉赫。
最理想的是，把分別為R1和R2低值電阻(例如，幾十歐姆或者甚至更小)分別與電容C1、C2串聯連接。電阻R1和R2損害接地返回電感(L3+Li和L3′+Li′)的品質因數并且減小諧振幅度。如果設置電阻R1和R2，那么最好把電阻R1和R2集成在電路40內。電阻R1和R2的數值選擇取決于所希望的濾波器衰減。
本發明的一個優點是通過在封裝體內構成接地連接的分離，至少引入一個高諧振頻率，很顯然，高諧振頻率的引入推遲衰減的減小。因此改進所獲得的低通濾波器的總的響應。
本發明的另一個優點是不改變低通濾波器的截止頻率。當然，如在常規濾波器里的那樣，截止頻率僅與電容C1和C2的數值以及電阻R的數值聯動。
圖9表示根據本發明第二實施例的低通濾波器的等效電路圖。根據本發明的另一個特點，分割串聯諧振電路。因而，由一些電容C11、C12、C13和C14以及一些電容C21、C22、C23和C24分別組成低通濾波器中的各個電容性元件。電容C11到C14用第一電極一起連接到確定集成電路60的焊接點11的電阻R端子4。電容C21到C24類似有連接到確定集成電路的焊接點12的電阻R端子5的共用電極。
把各種電容器的另一電極各自連接到芯片60中準備用作各自連接到封裝體70的接地端子71、72、73、74、75、76、77、78的焊接點61、62、63、64、65、66、67和68。在圖9的實例中，在電阻R兩側并聯連接四個串聯RLC電路。分割電容而獲得串聯諧振電路的優點是通過合宜地選擇電容C11到C14和C21到C24的各個量值、朝較高頻率方向反推的不同諧振頻率而達到濾波器衰減的減小。只要并聯連接的電容的量值和與對截止頻率所希望的電容量相吻合，則在沒有改變濾波器的截止頻率fc的情況下達到上述效果。
在封裝體60外面，各個端子71到78通過寄生電感Li1到Li6接地。
圖10表示如圖9所示那樣的濾波器與圖4和6的濾波器的各個頻率響應曲線47和57相比較的頻率響應曲線87。
如圖10所示，在衰減明確減小以前在濾波器響應曲線中獲得四個諧振頻率fr1、fr2、fr3和fr4。在濾波器的衰減-頻率特性曲線中諧振頻率的數量取決于并聯放置的電容的數量。在不同諧振頻率之間的濾波器響應曲線中振蕩幅度取決于與不同電容構成最佳串聯的電阻R11、R12、R13、R14、R21、R22、R23和R24的數值。各個寄生電感L11、L12、L13、L14和L21、L22、L23、L24大致是相同的。在給定的封裝體組裝技術方面，用相同的方法進行芯片60中的焊接點和封裝體的端子之間的各個連接。引起由濾波器衰減的頻率范圍變寬的倍增諧振電路的效果僅取決于并聯設置的電容的數目。
如與圖7中的情況比較的那樣，裝有幾個并聯的具有不同諧振頻率的RLC電路的做法形成具有很強衰減的“臺面(mesa)。”本發明不僅排除衰減改變的頻率而且改進在衰減頻率范圍內的衰減。參閱圖2和5的實例，最后的諧振頻率fr4被推回到幾吉赫。
對不同的電容來說，將最佳地選擇能實現不同的諧振頻率fr1、fr2、fr3和fr4之間大致上有規律的頻率間距的數值。規定與不同電容串聯放置的電阻具有足夠低的量值，以便保持濾波效果。
根據一個沒有表示出的變換實施例，不是芯片60中的所有焊接點61到68與封裝體的端子71到78相對應。但是，在電阻R的兩側至少設置一個端子，以便保持濾波器的輸入接地和輸出接地的分離。
圖11表示根據本發明第三實施例的低通濾波器的等效電路圖。上述第三實施例相對于以前所述的實施例實質上有二個差異。
第一個差異是在低通濾波器中的電阻R的兩側上設置不同數目的串聯諧振RLC電路。在圖11的實施例中，在濾波器的焊接點11側上設置二個電容C11和C12而在集成電路80的焊接點1 2側上設置三個電容C21、C22和C23。電阻R11、R12、以及R21、R23和R24最好與這些不同的電容構成串聯。這種在諧振電路中的不對稱改變在諧振頻率范圍內的濾波器響應。
第二個差異是集成諧振電路中的一部分電感。如果不同的電容具有相同的數值，則通過在芯片80中集成具有不同數值的電感L80、L82、L83、L84和L85獲得不同的諧振譜率。當然，焊接點61、62、65、66和67通過代表基本上由于焊接點與封裝體90的端子的連接引起的寄生電感特征的寄生電感L11、L12、L21、L22、L23與各個端71、72、75、76、77保持連接。同樣，雖然未表示出，但是在封裝體外面，寄生電感始終存在在各個端子71、72、75、76、77和地之間。在圖11中用虛線表示電感L85以說明其任選性。實際上，由于使在那里的一些電感的量值各個都互不相同，因此可以規定電容C23所屬的諧振電路中的電感性元件僅僅是由寄生電感形成的。
當然，在圖11的實施例中，串聯集成電容、電阻和電感的各個配置是沒有阻抗的。但是，在上述實施例中，由于把一些電阻集成到芯片40和60，因此這些電阻必然連接到相應的電容。然而，即使在這些實施例中，一些電阻還是可以以串聯連接的方式連接到這些電容的一些端子中的一個端子或另一個端子。
作為一種替換方法，在不同的電感至少部分被集成的情況中，可以獲得不同的電感的品質因數改變。從而避免使用分立電阻。
圖12表示根據本發明的低通濾波器第四實施例的等效圖。這個實施例意在以π濾波器說明本發明對其他形式濾波器的應用。圖10的實施例說明包括串聯在明確表示芯片100和濾波器中的輸入-輸出焊接點的二個端子11、12之間的二個電阻R1和R2的“T”濾波器。在常規T濾波器中，電阻R1和R2串聯連接的中點91通過電容接地。根據本發明，設置通過其第一電極連接到中點的至少二個電容C31和C32。電容C31和C32的第二電極各自連接到芯片100中的焊接點92和93，本身各自連接到封裝體110的端子94和95。寄生電感L31和L32(以及沒有表示出的外部到封裝體的寄生電容)與各個電容C31和C32形成串聯諧振電路。與以前一樣，電阻R31和R32最好是串聯在諧振電路中。
根據關于π濾波器以前給出的說明能夠推斷在“T”濾波器的執行過程中由本發明提供的效果和優點。
圖13表示本發明應用于帶通濾波器的另一個實施例。在圖13的實例中，帶通濾波器通常包括含有電容C41和在芯片120的輸入-輸出焊接點11和12之間的電阻R41的串聯RC電路。這些輸入-輸出焊接點供通過并聯RC電路接地用。根據本發明，在電阻R41和電容C41的兩側設置幾個并聯RC電路，以把幾個諧振頻率引入濾波器。仍然根據本發明，這些不同的并聯RC電路各自連接到封裝體130的端71、72、75和76。因而，設置各自連接到不同的RC電路的末端的焊接點61、62、65和66。例如，包括電阻R11與電容C11并聯的第一電路連接在焊接點11和焊接點61之間，而包括電容C12與電阻R12并聯的第二電路連接在焊接點11和焊接點62之間。在焊接點12側，第一RC電路包括電容C21與電阻R21并聯而第二RC電路包括電容C22與電阻R22并聯。本發明的不同的諧振電路除了RC電路外包括芯片120中的各個焊接點61、62、65和66到封裝體130的各個端子71、72、75和76的連接線的寄生電感L11、L12、L21和L22。
當然，如在低通濾波器的情況中的那樣，可以把低通濾波器設置成局部集成到諧振電路中的電感的芯片100部分。
在對帶通濾波器的應用中，通過諧振電路中的不同電阻獲得在諧振頻率之間振蕩的幅度限制。
當然，本發明同樣具有會被精通技術的人想到的各種替換、變化和改進。特別是，本發明的濾波器中的電容、電阻和電感取決于應用和取決于所希望的濾波器類型。進一步，這些電容的量值將考慮串聯連接并取決于將要裝集成電路的封裝體的一些電感中的最小電感。在這方面，對給定類型的封裝體來說，精通技術的人能夠求出這種封裝體的寄生電感的量值。
權利要求
1.一種濾波器，是利用電阻性(R；R；R；R1、R2；R41、R11、R12、R21、R22)和電容性(C1、C2；C11、C12、C13、C14、C21、C22、C23、C24；C11、C12、C21、C22、C23；C31、C32；C11、C12、C21、C22)元件以集成電路形式形成的，其特征在于包括芯片(40、60、80、100、120)中用于接地的至少二個焊接點(41、42；61、62、63、64、65、66、67、68；61、62、65、66、67；92、93；61、62、65、66)，不直接互相連接而能夠各自連接封裝體(50；70；90；110；130)的至少二個分立端子(51，52；71、72、73、74、75、76、77、78；71、72、75、76、77；94、95；71、72、75、76)。
2.根據權利要求1的濾波器，其特征在于濾波器中的每個電容性元件由各自連接到芯片(60、80、1 00、120)中的特殊焊接點(61、62、63、64；65、66、67、68；61、62；65、66、67、92、93；61、62；65、66)的數個電容(C11、C12、C13、C14；C21、C22、C23、C24；C11、C12；C21、C22、C23；C31、C32；C11、C12；C21、C22)組成，所述焊接點各自連接集成電路封裝(70、90、110、130)的各端子，用于接地。
3.根據權利要求2的濾波器，其特征在于形成每個電容性元件的電容(C11、C12、C13、C14；C21、C22、C23、C24；C11、C12；C21、C22、C23、C31、C32；C11、C12；C21、C22)的數目是根據在濾波器響應中所希望的諧振頻率數目選擇出的。
4.根據權利要求2或3的濾波器，其特征在于包括電感性元件(L81、L82、L83、L84、L85)，與構成電容性元件的各電容(C11、C12、C21、C22、C23)串聯連接，并參與形成諧振電路，具有對應于相應焊接點(61、62、65、66、67)到封裝體(90)連接的寄生電感。
5.根據權利要求1到4中的任一權利要求的濾波器，其特征在于包括與各個接地焊接點(41、42；61、62、63、64、65、66、67、68；61、62、65、66、67；92、93；61、62、65、66)相關連的電阻性元件(R1、R2；R11、R12、R13、R14、R21、R22、R23、R24；R11、R12、R21、R22、R23；R31、R32；R11、R12、R21、R22)。
6.根據權利要求5的濾波器，其特征在于電阻性元件(R1、R2；R11、R12、R13、R14、R21、R22、R23、R24；R11、R12、R21、R22、R23；R31、R32、R11、R12、R21、R22)的數值是為濾波器響應所需的最大衰減值的函數。
7.根據權利要求1到6中的任一權利要求所述的濾波器，應用于連續頻譜。
8.根據權利要求1到7中的任一權利要求所述的濾波器，執行低通濾波功能。
9.根據權利要求1到7中的任一權利要求所述的濾波器，執行帶通濾波功能。
全文摘要
本發明涉及一種濾波器，是用電阻性(R)和電容性(C11、C12、C13、C14、C21、C22、C23、C24)元件以集成電路形式制作的，并包括芯片(69)中互相不直接連接而是設計成各自連接到外殼(70)的至少二個分立端子(71－78)、用于接地的至少二個分立焊接點。
文檔編號H03H7/06GK1478323SQ0181974
公開日2004年2月25日 申請日期2001年11月30日 優先權日2000年11月30日
發明者法布里斯·居頓, 法布里斯 居頓, 卡魯伊, 丘克里·卡魯伊 申請人:St微電子公司