电感是诸如低噪声放大器、功率放大器、滤波器、振荡器、阻抗匹配网络以及DCDC转换器等模拟、射频和微波电路中的重要元件之一。应用中需要电感具有高品质因数和自谐振频率,有限的寄生耦合,占用更小面积以及易于版图实现和制造。近年来,三维集成电路设计和制造技术得到了很大的发展。硅通孔(Through-Silicon-Via,TSV)是实现三维多层芯片堆叠的关键技术,它可以为多层芯片在垂直方向提供高深宽比的互连。利用TSV和再分布层(Redistribution Layer,RDL)金属实现三维结构的螺旋电感是一种新的选择,它可以利用芯片的垂直方向,占用较小芯片面积以取得更高的电感密度。本文基于硅通孔技术,设计了螺旋结构的三维集成电感,对三维集成电感的特性、电感计算模型以及电感在滤波器中的应用等方面进行了细致深入的研究,具体包括以下几点:1、首先介绍了基于TSV的三维集成电感的结构特点和主要结构参数,利用电磁仿真软件ANSYS HFSS,研究分析了各工艺参数和设计参数对集成电感的感值、品质因数以及自谐振频率等的影响,为三维集成电感的设计和应用提供指导。此外,通过对传统平面螺旋电感、基于通孔的双层螺旋电感和TSV三维集成电感的建模仿真得出,利用不同的结构实现相同电感值的电感,TSV三维集成电感的面积只有平面螺旋电感的27%,是双层螺旋电感的面积的63%。2、基于导体部分电感概念,提出了一种精确的三维集成电感计算模型。它可以解决仿真软件耗时长、占用计算资源多等问题。与现有的三维集成电感计算模型相比,本文模型考虑了导体内部自感和不同位置关系的RDL之间互感,精确度得到了很大提高,对于匝数为1至10的集成电感,计算误差在3.5%以内。3、基于电感计算模型,本文提出了基于三维集成电感的低通滤波器设计方法,该方法可以有效减小此类低通滤波器设计时间和设计复杂度。利用该方法,本文设计了工作在2.4GHz的低通滤波器,与传统滤波器相比,基于集成电感的滤波器的面积得到了显著减小。