CN115549633B - 基板集成电感屏蔽结构、由其组成的声波滤波器件及应用 - Google Patents

基板集成电感屏蔽结构、由其组成的声波滤波器件及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开的基板集成电感屏蔽结构、由其组成的声波滤波器件及应用，包括：封装基板；设于封装基板内呈层叠设置的若干层金属层；设于封装基板内相邻两个金属层之间的若干层介质材料层；形成在若干层金属层中且位于不同层的第一屏蔽层和第二屏蔽层；形成在若干层金属层中且位于第一屏蔽层与第二屏蔽层之间的垂直屏蔽结构；以及形成在垂直屏蔽结构同金属层中的基板集成电感，基板集成电感的顶面、底面以及至少一个侧面分别被第一屏蔽层、第二屏蔽层、垂直屏蔽结构遮挡；第一屏蔽层、第二屏蔽层、垂直屏蔽结构、基板集成电感以及其他金属层之间通过金属化孔或金属化条形区域实现层叠方向的连接。本发明提高器件的带外抑制能力。

Description

基板集成电感屏蔽结构、由其组成的声波滤波器件及应用
技术领域
本发明涉及声波谐振器的封装基板技术领域，具体涉及基板集成电感屏蔽结构、由其组成的声波滤波器件及应用。
背景技术
随着现代通信技术的快速发展，移动通信***提出了更快的传输速率、更高的频谱利用率、更多的设备接入量和更低的时延等发展目标，对现有的各种元器件在性能上提出了更高的需求。尤其对于射频滤波器，因其能够滤除通带范围外的干扰信号，提高通信***的信噪比，改善通信质量，由其组成的双工器、多工器及合路器等射频器件在5G移动通信***中起着至关重要的作用。
目前，由于声波谐振器具有Q值高、体积小、功耗低、可靠性好、稳定性强，且易于封装集成的优点，以其为基础的声波滤波器件，包括滤波器、双工器、多工器及合路器等，在无线通讯***中得到广泛的使用。然而，随着频率资源越来越紧张，相邻通讯频段之间的保护带宽越来越窄，对声波滤波器件的带外抑制能力要求越来越高。
为了提高声波滤波器件的带外抑制度，通常会在声波谐振器的封装基板上增加集成电感，从而在阻带范围内引入更多的传输零点。然而，基板集成电感与位于封装基板顶部的声波谐振器之间、基板集成电感与位于封装基板底部的电路载板之间、同一封装基板内不同基板集成电感之间，相互干扰的问题也更加严重，器件性能因此降低。
针对上述出现的问题，在现有技术中尚未有解决方案。
发明内容
发明目的：本发明目的在于针对现有技术中相互干扰的问题，提供基板集成电感屏蔽结构、由其组成的声波滤波器件及应用，解决了相互干扰的问题，同时提高器件的带外抑制能力。
技术方案：本发明所述基板集成电感屏蔽结构，包括：封装基板；设于所述封装基板内呈层叠设置的若干层金属层；设于所述封装基板内相邻两个金属层之间的若干层介质材料层；形成在所述若干层金属层中且位于不同层的第一屏蔽层和第二屏蔽层；形成在所述若干层金属层中且位于所述第一屏蔽层与所述第二屏蔽层之间的垂直屏蔽结构；以及形成在所述垂直屏蔽结构同金属层中的基板集成电感，所述基板集成电感的顶面、底面以及至少一个侧面分别被所述第一屏蔽层、第二屏蔽层、垂直屏蔽结构遮挡；所述第一屏蔽层、第二屏蔽层、垂直屏蔽结构、基板集成电感以及其他金属层之间通过金属化孔或金属化条形区域实现层叠方向的连接。
进一步完善上述技术方案，所述封装基板的金属层采用铜、金、铝中任一种材质，且不同金属层采用的材质相同或不同；所述封装基板的介质材料层采用树脂或陶瓷材质，且不同介质材料层采用的材质相同或不同。
进一步地，所述封装基板内的金属层至少为三层，且金属层为三层时，分别用于形成所述第一屏蔽层、第二屏蔽层以及所述垂直屏蔽结构、基板集成电感所在层。
进一步地，所述第一屏蔽层通过所述封装基板内顶部金属层上绘制的金属区域形成；用于形成所述第一屏蔽层的金属区域与所在金属层上用于除参考地外信号传输的金属区域隔开，且用于形成所述第一屏蔽层的金属区域至少能够遮挡所述基板集成电感所占金属层的面积区域；
所述第二屏蔽层通过所述封装基板内底部金属层上绘制的金属区域形成；用于形成所述第二屏蔽层的金属区域与所在金属层上用于除参考地外信号传输的金属区域隔开，且用于形成所述第二屏蔽层的金属区域至少能够覆盖所述基板集成电感所占金属层的面积区域。
进一步地，所述第一屏蔽层为一层或多层，多层第一屏蔽层位于不同金属层且相互独立或多层第一屏蔽层位于不同金属层且相互之间通过金属化孔或金属化条形区域实现层叠方向的连接；所述第二屏蔽层为一层或多层，多层第二屏蔽层位于不同金属层且相互独立或多层第二屏蔽层位于不同金属层且相互之间通过金属化孔或金属化条形区域实现层叠方向的连接。
进一步地，所述垂直屏蔽结构、基板集成电感为一个或多个，多个所述垂直屏蔽结构、基板集成电感在所述封装基板内呈水平分布；同一所述垂直屏蔽结构、基板集成电感采用一层金属层或多层金属层实现，同一所述垂直屏蔽结构位于不同金属层的部分以及所述垂直屏蔽结构与所述第一屏蔽层、第二屏蔽层之间通过金属化孔或金属化条形区域实现层叠方向的连接；同一所述基板集成电感位于不同金属层的部分通过金属化孔实现层叠方向的连接。
进一步地，所述垂直屏蔽结构在所述金属层上为连续的金属区域或非连续的金属区域，所述垂直屏蔽结构为非连续的金属区域时，间距不超过器件工作频段下基板介质内电磁波波长的1/10。
采用上述基板集成电感屏蔽结构组成的声波滤波器件，还包括声波谐振器、电路载板，所述第一屏蔽层所在金属层位于所述声波谐振器与所述基板集成电感所在金属层之间，所述第二屏蔽层所在金属层位于所述基板集成电感所在金属层与所述电路载板之间；所述封装基板顶层通过键合材料与所述声波谐振器键合连接，连接后通过封装材料封装成完整的封装体，该封装体以封装基板底层与所述电路载板焊接相连。
进一步地，所述声波谐振器采用基于压电效应制作的声表面波谐振器或体声波谐振器；同一所述封装体内，所述声波谐振器的数量包括但不限于一个，种类包括但不限于一种。
采用上述基板集成电感屏蔽结构与声波谐振器封装到一起能够形成滤波器、双工器、多工器和合路器等器件，其中，基板集成电感屏蔽结构用于抑制所述声波滤波器件所需通带频率外的信号。此外，上述基板集成电感屏蔽结构还可以应用于含有基板集成电感的封装模组类产品中。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明提供的基板集成电感屏蔽结构，第一屏蔽层减弱了基板集成电感与声波谐振器件之间的信号耦合，降低了二者之间的相互干扰；第二屏蔽层减弱了基板集成电感与电路载板之间的信号耦合，降低了二者之间的相互干扰；垂直屏蔽结构减弱了不同基板集成电感之间的信号耦合，降低了他们之间的相互干扰；通过上述结构，能够解决当前技术条件下基板集成电感与位于封装基板顶部的声波谐振器件之间，基板集成电感与位于封装基板底部的电路载板之间以及同一封装基板内不同基板集成电感之间相互干扰的问题，声波滤波器件通带频率外需要被抑制的信号，难以通过上述信号耦合路径从输入端到达输出端，故声波滤波器件的带外抑制能力得以提高。
附图说明
图1是本发明实施例1提供基板集成电感屏蔽结构的侧面示意图。
图2是本发明实施例2第一屏蔽层平面示意图。
图3是本发明实施例2垂直屏蔽结构及基板集成电感示意图。
图4是本发明实施例2第二屏蔽层平面示意图。
图5是本发明实施例3两通带间与对比例两通带间隔离度曲线图。
具体实施方式
下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例1：如图1所示的基板集成电感屏蔽结构，包括封装基板101，封装基板101包括层叠设置的若干层金属层以及设于相邻两个金属层之间的若干层介质材料层。通过在封装基板101中金属层实施如下结构：位于封装基板101顶部的第一屏蔽层102，位于封装基板101底部的第二屏蔽层103，位于封装基板101内部且在第一屏蔽层102和第二屏蔽层103之间的垂直屏蔽结构104，以及位于第一屏蔽层102、第二屏蔽层103和垂直屏蔽结构104围成区域内的基板集成电感105。
基板集成电感105位于垂直屏蔽结构104同一金属层，第一屏蔽层102遮挡了基板集成电感105顶面，第二屏蔽层103遮挡了基板集成电感105底面，垂直屏蔽层104遮挡了基板集成电感105前后左右四个面中的至少一面。第一屏蔽层102、第二屏蔽层103及垂直屏蔽结构104共同围住了基板集成电感105的至少三个面，形成一种包围状态。
封装基板101包含的金属层应大于等于三层，作为一种优选的实施例，封装基板101具有五层金属层。
图1还展示了本发明实施例1的实际应用环境，由基板集成电感屏蔽结构组成声波滤波器件，还包括位于封装基板101顶部的键合材料106、声波谐振器107、封装材料108，位于封装基板底部的焊接材料109及电路载板110。包含本发明提供的基板集成电感屏蔽结构与声波谐振器107通过键合材料106键合到一起，并通过封装材料108封装成为一个完整的封装体，该封装体通过焊接材料109焊接到电路载板110上，从而实现特定的电路功能，如滤波器、双工器、多工器和合路器等器件，此外，基板集成电感屏蔽结构还可以应用于含有基板集成电感的封装模组类产品中。
其中，第一屏蔽层102、第二屏蔽层103和垂直屏蔽结构104连接在一起，并最终通过封装基板101中其他金属层和金属化孔层，以及焊接材料109连接到电路载板110中的参考地平面上。
声波谐振器107包含基于压电效应制作的声表面波(SAW)谐振器或体声波(BAW)谐振器。同一封装整体内，声波谐振器107的数量并不仅限于一个，种类不仅限于一种。
实施例2：如图2所示，第一屏蔽层102是利用封装基板101顶层金属层绘制的一大片金属区域；在其它实施例中，第一屏蔽层102也可以采用封装基板101中的其它金属层实现，但要确保其位于基板集成电感与声波谐振器107之间，从而起到降低基板集成电感与声波谐振器107之间相互干扰的作用。第一屏蔽层102需要避开其所在金属层内除参考地201外其它具有特定信号传输作用的金属区域202；但要确保其形状可以覆盖大部分基板集成电感所占面积区域。
在双工器、多工器及合路器等应用中，位于多个传输通道内的多个第一屏蔽层102可以相互独立，也可以连接在一起。
如图3所示，本发明实施例2中垂直屏蔽结构104及基板集成电感105位于封装基板101的同一层金属层中。在其它实施例中，垂直屏蔽结构104及基板集成电感105能够位于封装基板101的不同金属层，垂直屏蔽结构104位于两层及以上金属层之间的部分可以采用金属化孔203或金属化条形区域204实现；根据电磁场辐射理论，当相邻的203或204之间距离不超过器件工作频段下基板介质内电磁波波长的1/10时，垂直屏蔽结构104能够起到降低不同基板集成电感105之间相互干扰的作用。
垂直屏蔽结构104和基板集成电感105的数量可以为1个或多个，且多个垂直屏蔽结构104和基板集成电感105可以分布在封装基板101水平方向的不同位置上，如图1所示，两个垂直屏蔽结构104在封装基板101内部两侧分布，如图3所示，四个基板集成电感105在十字型的垂直屏蔽结构104的四个不同象限分布。
图3所示的本发明实施例2中垂直屏蔽结构104位于金属层的部分可以为连续的金属区域，也可以为非连续的金属区域，但需要保证其间距离不超过器件工作频段下基板介质内电磁波波长的1/10。
图3所示的本发明实施例2中共有4个基板集成电感105；在其它实施例中，同一封装基板101内基板集成电感105的数量大于等于1，且基板集成电感105可以采用多层金属层实现，同一基板集成电感105在不同金属层之间通过金属化孔连接。
本发明实施例2中第二屏蔽层103是利用封装基板101倒数第二层金属层绘制的一大片金属区域；在其它实施例中，103也可以采用封装基板101中的其它金属层实现，但要确保其位于基板集成电感与电路载板之间，从而起到降低基板集成电感与电路载板之间相互干扰的作用。图4所示的第二屏蔽层103需要避开其所在金属层内除参考地外其它具有特定信号传输作用的金属区域206；但要确保其形状可以覆盖大部分基板集成电感105所占面积区域。
在双工器、多工器及合路器等应用中，位于多个传输通道内的多个第二屏蔽层103可以相互独立，也可以连接在一起。
实施例3：实施例3为某一基于本发明提供的基板集成电感屏蔽结构的双工器，其两个通带间隔离度如图5中实线所示；对比例为某一基于现有技术的双工器，其两个通带间隔离度如图5中虚线所示。图5中实施例3提供双工器的两个通带间隔离度，明显优于对比例。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (10)

1.基板集成电感屏蔽结构，其特征在于，包括：
封装基板；
设于所述封装基板内呈层叠设置的若干层金属层；
设于所述封装基板内相邻两个金属层之间的若干层介质材料层；
形成在所述若干层金属层中且位于不同层的第一屏蔽层和第二屏蔽层；
形成在所述若干层金属层中且位于所述第一屏蔽层与所述第二屏蔽层之间的垂直屏蔽结构；
以及形成在所述垂直屏蔽结构同金属层中的基板集成电感，所述基板集成电感的顶面、底面以及至少一个侧面分别被所述第一屏蔽层、第二屏蔽层、垂直屏蔽结构遮挡；
所述第一屏蔽层、第二屏蔽层、垂直屏蔽结构、基板集成电感以及其他金属层之间通过金属化孔或金属化条形区域实现层叠方向的连接。
2.根据权利要求1所述的基板集成电感屏蔽结构，其特征在于：所述封装基板的金属层采用铜、金、铝中任一种材质，且不同金属层采用的材质相同或不同；所述封装基板的介质材料层采用树脂或陶瓷材质，且不同介质材料层采用的材质相同或不同。
3.根据权利要求1所述的基板集成电感屏蔽结构，其特征在于：所述封装基板内的金属层至少为三层，且金属层为三层时，分别用于形成所述第一屏蔽层、第二屏蔽层以及所述垂直屏蔽结构、基板集成电感所在层。
4.根据权利要求1所述的基板集成电感屏蔽结构，其特征在于：所述第一屏蔽层通过所述封装基板内顶部金属层上绘制的金属区域形成；用于形成所述第一屏蔽层的金属区域与所在金属层上用于除参考地外信号传输的金属区域隔开，且用于形成所述第一屏蔽层的金属区域至少能够遮挡所述基板集成电感所占金属层的面积区域；
所述第二屏蔽层通过所述封装基板内底部金属层上绘制的金属区域形成；用于形成所述第二屏蔽层的金属区域与所在金属层上用于除参考地外信号传输的金属区域隔开，且用于形成所述第二屏蔽层的金属区域至少能够覆盖所述基板集成电感所占金属层的面积区域。
5.根据权利要求1所述的基板集成电感屏蔽结构，其特征在于：所述第一屏蔽层为一层或多层，多层第一屏蔽层位于不同金属层且相互独立或多层第一屏蔽层位于不同金属层且相互之间通过金属化孔或金属化条形区域实现层叠方向的连接；所述第二屏蔽层为一层或多层，多层第二屏蔽层位于不同金属层且相互独立或多层第二屏蔽层位于不同金属层且相互之间通过金属化孔或金属化条形区域实现层叠方向的连接。
6.根据权利要求1所述的基板集成电感屏蔽结构，其特征在于：所述垂直屏蔽结构、基板集成电感为一个或多个，多个所述垂直屏蔽结构、基板集成电感在所述封装基板内呈水平分布；同一所述垂直屏蔽结构、基板集成电感采用一层金属层或多层金属层实现，同一所述垂直屏蔽结构位于不同金属层的部分以及所述垂直屏蔽结构与所述第一屏蔽层、第二屏蔽层之间通过金属化孔或金属化条形区域实现层叠方向的连接；同一所述基板集成电感位于不同金属层的部分通过金属化孔实现层叠方向的连接。
7.根据权利要求1所述的基板集成电感屏蔽结构，其特征在于：所述垂直屏蔽结构在所述金属层上为连续的金属区域或非连续的金属区域，所述垂直屏蔽结构为非连续的金属区域时，间距不超过器件工作频段下基板介质内电磁波波长的1/10。
8.声波滤波器件，其特征在于：包括权利要求1至7任一所述的基板集成电感屏蔽结构以及声波谐振器、电路载板，所述第一屏蔽层所在金属层位于所述声波谐振器与所述基板集成电感所在金属层之间，所述第二屏蔽层所在金属层位于所述基板集成电感所在金属层与所述电路载板之间；所述封装基板顶层通过键合材料与所述声波谐振器键合连接，连接后通过封装材料封装成完整的封装体，该封装体以封装基板底层与所述电路载板焊接相连。
9.根据权利要求8所述的声波滤波器件，其特征在于：所述声波谐振器采用基于压电效应制作的声表面波谐振器或体声波谐振器；同一所述封装体内，所述声波谐振器的数量包括但不限于一个，种类包括但不限于一种。
10.由权利要求8或9所述的声波滤波器件的应用，其特征在于：所述基板集成电感屏蔽结构用于抑制所述声波滤波器件所需通带频率外的信号。
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