專利名稱：微屏蔽結(jié)構(gòu)全密封式的層疊微機(jī)械濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種涉及微波工作頻段中的濾波器，特別是微屏蔽結(jié)構(gòu)全密封式的層疊微機(jī)械濾波器，屬于微波電路、微電子和微機(jī)械(MEMS )系統(tǒng)交叉技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
微波濾波器廣泛運(yùn)用于衛(wèi)星、通信以及航空、航天等系統(tǒng)中電子系統(tǒng)中選擇并傳輸通帶信號(hào)，濾除阻帶信號(hào)。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，要求此類電子系統(tǒng)體積小、可靠性高和成本低。然而，一般的濾波器由于自身的局限性難于適應(yīng)現(xiàn)代通訊系統(tǒng)小型化、集成化和輕量化的要求傳統(tǒng)的腔體濾波器體積較大，同時(shí)它們不能與信號(hào)處理電路單片集成，限制了系統(tǒng)的微型化，LC濾波器品質(zhì)因子較小，也不適合在微波、毫米波頻段應(yīng)用。表面波濾波器在IGHz以下已相當(dāng)成熟，所占面積也不大，但表面波技術(shù)在更高頻段遇到了較大困難。微波頻段的交指線、梳狀線、發(fā)夾線以及平行耦合線型微帶或帶狀線濾波器雖然結(jié)構(gòu)緊湊，但由于傳統(tǒng)的微波接地技術(shù)的限制，相對(duì)尺寸仍然較大。且到了更高頻段尤其是毫米波段，襯底損耗將會(huì)大大增加。微波濾波器等無(wú)源組件的集成成為系統(tǒng)小型化、高性能的瓶頸。RF MEMS濾波器的出現(xiàn)為解決這些問(wèn)題提供了可能的方法。MEMS帶來(lái)了精細(xì)的加工手段，尤其是三維加工技術(shù)。使原本難以實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)成為可能。深刻蝕通孔技術(shù)、三維金屬互連技術(shù)、DRIE (深反應(yīng)離子刻蝕)和各種鍵合工藝，大大減小了傳統(tǒng)的傳輸線型微波濾波器的尺寸，且易于和傳統(tǒng)IC (集成電路)工藝集成。MEMS濾波器具有體積小、選擇性好、高頻損耗小，工作頻段高等優(yōu)點(diǎn)，可以滿足新一代電子系統(tǒng)對(duì)小型化射頻前端的需求，有極廣的應(yīng)用前景
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出的是微屏蔽結(jié)構(gòu)全密封式的層疊微機(jī)械(MEMS)濾波器，其目的旨在克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述缺陷，MEMS帶來(lái)了精細(xì)的加工手段，尤其是三維加工技術(shù)。使原本難以實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)成為可能。深刻蝕通孔技術(shù)、三維金屬互連技術(shù)、DRIE (深反應(yīng)離子刻蝕)和各種鍵合工藝，大大減小了傳統(tǒng)的傳輸線型微波濾波器的尺寸，且易于和傳統(tǒng)IC(集成電路)工藝集成。MEMS濾波器具有體積小、選擇性好、高頻損耗小，工作頻段高等優(yōu)點(diǎn)，可以滿足新一代電子系統(tǒng)對(duì)小型化射頻前端的需求，有極廣的應(yīng)用前景。本發(fā)明的技術(shù)解決方案微屏蔽結(jié)構(gòu)全密封式的層疊微機(jī)械濾波器，其特征是包括上層襯底和下層襯底，其中上層襯底和下層襯底通過(guò)微機(jī)械MEMS對(duì)準(zhǔn)鍵合工藝形成一體。所述濾波器上層襯底和下層襯底的介質(zhì)材料為高阻硅或者砷化鎵，下層襯底上的微波耦合線諧振器的節(jié)數(shù)可以是任意多節(jié)。所述濾波器利用MEMS的DRIE (深反應(yīng)離子刻蝕)技術(shù)或濕法腐蝕對(duì)所述濾波器下層襯底的微波耦合傳輸線之間的襯底表面進(jìn)行刻蝕，形成刻蝕腔，刻蝕深度為襯底厚度的 20%-40%。
所述濾波器在下層刻蝕腔上方的上層襯底處包含刻蝕腔，利用MEMS的DRIE(深反應(yīng)離子刻蝕)技術(shù)或濕法腐蝕對(duì)所述濾波器上層襯底進(jìn)行刻蝕，形成刻蝕腔，刻蝕深度為襯底厚度的20%-40%。所述濾波器上層襯底包含輸入通孔、輸出通孔、濾波器輸入端和濾波器的輸出端，輸入通孔和輸出通孔孔壁附著金屬，下層襯底輸入端通過(guò)輸入通孔連接至上層襯底的濾波器輸入端，上層襯底輸出端通過(guò)輸出通孔連接至上層襯底的濾波器輸出端。所述濾波器的上層襯底和下層襯底在微帶耦合線諧振器的外圍位置處包含金屬通孔陣列，利用激光打孔工藝刻蝕形成通孔，通孔直徑為200um。利用電鍍等工藝對(duì)通孔陣列進(jìn)行金屬化。所述濾波器的下層襯底的下表面為下層接地面，上層襯底的上表面除了濾波器輸入端和濾波器的輸出端圖形外，為上層接地面。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)利用DRIE(深反應(yīng)離子刻蝕)腔體刻蝕工藝、深刻蝕通孔、三維金屬互連、襯底鍵合等MEMS工藝手段實(shí)現(xiàn)了微屏蔽結(jié)構(gòu)全密封式的層疊微機(jī)械(MEMS)濾波器，MEMS工藝的高精度滿足了微波濾波器的設(shè)計(jì)和制造工藝誤差要求。該濾波器采用微屏蔽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，克服了傳統(tǒng)平面微波濾波器存在頻率漂移的腔體效應(yīng)，并增強(qiáng)了濾波器的通帶遠(yuǎn)端的雜波抑制能力。該濾波器通過(guò)通孔引線把濾波器的下層硅片的輸入輸出信號(hào)引至上層硅片輸入輸出，有效地減小了 MEMS濾波器輸入輸出接口的物理尺寸；該濾波器全密封腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，減小了腔體的微波泄漏，使上下襯底間金屬引線以及微腔體結(jié)構(gòu)得到有效保護(hù)，避免在芯片分離等后道工藝中水流、碎屑等對(duì)芯片表面的污染。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的分層立體示意 圖2是圖1中的AA方向剖面圖；` 圖3是圖1中的BB方向剖面 圖4是實(shí)施例的仿真插入損耗及反射損耗圖。圖中的101是上層襯底、102是下層襯底、103是微波耦合線諧振器、103-1是下層襯底輸入信號(hào)接口傳輸線、103-2是下層襯底輸出信號(hào)接口傳輸線、104-1是下層接地面、104-2是上層接地面、105是下層襯底刻蝕腔、106是上層襯底刻蝕腔、107是輸入通孔、108是輸出通孔、109是通孔陣列、110是濾波器的輸入端、111是濾波器的輸出端。
具體實(shí)施例方式對(duì)照附圖，微屏蔽結(jié)構(gòu)全密封式的層疊微機(jī)械濾波器，其結(jié)構(gòu)包括上層襯底和下層襯底，其中上層襯底和下層襯底通過(guò)微機(jī)械MEMS對(duì)準(zhǔn)鍵合工藝形成一體。所述的下層襯底上包含微波耦合線諧振器和下層襯底輸入信號(hào)接口傳輸線、下層襯底輸出信號(hào)接口傳輸線，對(duì)耦合線之間的下層襯底進(jìn)行微機(jī)械刻蝕形成下層襯底刻蝕腔；
所述的下層刻蝕腔對(duì)應(yīng)位置的上層襯底處包含上層襯底刻蝕腔，上層襯底刻蝕腔和下層襯底刻蝕腔形成了濾波器的密封腔，所述的刻蝕腔的刻蝕深度為襯底厚度的20%-40%。所述的濾波器上層襯底包含輸入通孔、輸出通孔、濾波器輸入端和濾波器的輸出端，微波信號(hào)由濾波器輸入端通過(guò)輸入通孔傳送至下層襯底輸入信號(hào)接口傳輸線，經(jīng)過(guò)微波耦合線諧振器，由下層襯底信號(hào)輸出接口傳輸線通過(guò)輸出通孔連接至上層襯底的濾波器輸出端，實(shí)現(xiàn)微波濾波性能。所述的上層襯底和下層襯底在微波耦合線諧振器的外圍包含金屬通孔陣列，利用電鍍等工藝對(duì)通孔陣列進(jìn)行金屬化。所述的下層襯底的下表面為下層接地面，上層襯底的上表面除了濾波器輸入端和濾波器的輸出端圖形外，為上層接地面，上層接地面和下層接地面通過(guò)金屬通孔陣列實(shí)現(xiàn)電連接，從而實(shí)現(xiàn)微機(jī)械MEMS濾波器的微屏蔽功能。所述的上層襯底和下層襯底的介質(zhì)材料為高阻硅或者砷化鎵，下層襯底上的微波耦合線諧振器的節(jié)數(shù)是任意多節(jié)。實(shí)施例，結(jié)合圖1、2、3，
本發(fā)明實(shí)施例提供的微屏蔽、全密封、層疊結(jié)構(gòu)的微機(jī)械(MEMS)濾波器，其結(jié)構(gòu)包括上層襯底101和下層襯底102，在上層襯底101上刻蝕形成輸入通孔107和輸出通孔108，通過(guò)微機(jī)械MEMS對(duì)準(zhǔn)鍵合工藝將所述濾波器的上層襯底101和下層襯底102形成一體；
上層襯底101材料·為400um高阻硅，下層襯底102材料為400um高阻硅；下層襯底102的上表面沉積金屬形成微波耦合線諧振器103、下層襯底輸入信號(hào)接口傳輸線103_1和下層襯底輸出信號(hào)接口傳輸線103_2，下層襯底102的下表面沉積金屬形成下層接地面104_1，在下層襯底102的上表面刻蝕形成下層襯底刻蝕腔105 ;在上層襯底101上刻蝕形成上層襯底刻蝕腔106，利用刻蝕技術(shù)在鍵合形成后的襯底上形成通孔陣列109，對(duì)上層襯底101的上表面沉積金屬形成濾波器的輸入端110和濾波器的輸出端111及上層接地面104_2，對(duì)輸入通孔107、輸出通孔108及通孔陣列109的側(cè)壁沉積金屬；最終實(shí)現(xiàn)所述濾波器的制作。該濾波器通過(guò)三維通孔引線把濾波器的下層硅片的輸入輸出信號(hào)引至上層硅片輸入輸出，有效地減小了 MEMS濾波器輸入輸出接口的物理尺寸。全密封腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，減小了腔體的微波泄漏，同時(shí)MEMS工藝的高精度保證了微波濾波器的性能。圖4所示，其中該濾波器的通帶為7. 4-8. 6GHz，通帶損耗小于3dB，反射損耗小于-18dB，在6. 4GHz、9. 6GHz的帶外抑制小于_50dB。
權(quán)利要求
1.微屏蔽結(jié)構(gòu)全密封式的層疊微機(jī)械濾波器，其特征是包括上層襯底和下層襯底，其中上層襯底和下層襯底通過(guò)微機(jī)械對(duì)準(zhǔn)鍵合工藝形成一體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微屏蔽結(jié)構(gòu)全密封式的層疊微機(jī)械濾波器，其特征是所述的下層襯底上包含微波稱合線諧振器和下層襯底輸入信號(hào)接口傳輸線、下層襯底輸出信號(hào)接口傳輸線，對(duì)耦合線之間的下層襯底進(jìn)行微機(jī)械刻蝕形成下層襯底刻蝕腔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微屏蔽結(jié)構(gòu)全密封式的層疊微機(jī)械濾波器，其特征是所述的下層刻蝕腔對(duì)應(yīng)位置的上層襯底處包含上層襯底刻蝕腔，上層襯底刻蝕腔和下層襯底刻蝕腔形成了濾波器的密封腔，所述的刻蝕腔的刻蝕深度為襯底厚度的20%-40%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微屏蔽結(jié)構(gòu)全密封式的層疊微機(jī)械濾波器，其特征是所述的濾波器上層襯底包含輸入通孔、輸出通孔、濾波器輸入端和濾波器的輸出端，微波信號(hào)由濾波器輸入端通過(guò)輸入通孔傳送至下層襯底輸入信號(hào)接口傳輸線，經(jīng)過(guò)微波耦合線諧振器， 由下層襯底信號(hào)輸出接口傳輸線通過(guò)輸出通孔連接至上層襯底的濾波器輸出端，實(shí)現(xiàn)微波濾波性能。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微屏蔽結(jié)構(gòu)全密封式的層疊微機(jī)械濾波器，其特征是所述的上層襯底和下層襯底在微波耦合線諧振器的外圍包含金屬通孔陣列，利用電鍍等工藝對(duì)通孔陣列進(jìn)行金屬化。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微屏蔽結(jié)構(gòu)全密封式的層疊微機(jī)械濾波器，其特征是所述的下層襯底的下表面為下層接地面，上層襯底的上表面除了濾波器輸入端和濾波器的輸出端圖形外，為上層接地面，上層接地面和下層接地面通過(guò)金屬通孔陣列實(shí)現(xiàn)電連接，從而實(shí)現(xiàn)微機(jī)械MEMS濾波器的微屏蔽功能。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微屏蔽結(jié)構(gòu)全密封式的層疊微機(jī)械濾波器，其特征是所述的上層襯底和下層襯底的介質(zhì)材料為高阻硅或者砷化鎵，下層襯底上的微波耦合線諧振器的節(jié)數(shù)是任意多節(jié)。
全文摘要
本發(fā)明是微屏蔽結(jié)構(gòu)全密封式的層疊微機(jī)械濾波器，其結(jié)構(gòu)包括上層襯底和下層襯底，其中上層襯底和下層襯底通過(guò)微機(jī)械對(duì)準(zhǔn)鍵合工藝形成一體。微波信號(hào)由上層襯底濾波器輸入端傳送至下層襯底輸入信號(hào)接口傳輸線，下層襯底信號(hào)輸出通過(guò)輸出通孔連接至上層襯底的濾波器輸出端，濾波器的下層襯底的下表面為下層接地面，上層襯底的上表面除濾波器輸入端、輸出端圖形外，為上層接地面，上層接地面和下層接地面通過(guò)金屬通孔陣列實(shí)現(xiàn)電連接。優(yōu)點(diǎn)該濾波器利用三維通孔互連實(shí)現(xiàn)了上下硅片間的信號(hào)互連，上、下層襯底尺寸相同，減小輸入輸出接口的物理尺寸；采用全密封腔結(jié)構(gòu)，減小微波泄漏；避免在芯片分離等后道工藝中水流、碎屑等對(duì)芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)的污染。
文檔編號(hào)H01P11/00GK103050748SQ20121052224
公開(kāi)日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月7日
發(fā)明者郁元衛(wèi), 侯芳, 朱健, 姜國(guó)慶, 朱鋒 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十五研究所