基于微機(jī)械通孔的mems數(shù)字可調(diào)濾波器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及數(shù)字可調(diào)濾波器，特別是設(shè)及微波頻段中的MEMS數(shù)字可調(diào)濾波器。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)代無(wú)線通信要求射頻前端系統(tǒng)具有多種頻帶靈活選擇的功能，W滿足用戶對(duì)多 頻帶、多功能、多模式的應(yīng)用需求，使收發(fā)系統(tǒng)適應(yīng)不同的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。運(yùn)就需要具有多種不 同頻率特性的濾波器組件。通常采用金屬腔體，將多個(gè)不同工作頻段的濾波器通過(guò)金屬側(cè) 墻隔開(kāi)，放置在腔體內(nèi)，利用多個(gè)電子開(kāi)關(guān)切換及驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)，選擇不同濾波器忍片工 作，實(shí)現(xiàn)濾波器頻率可調(diào)。運(yùn)種傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)濾波組件體積大，成本高，不利用系統(tǒng)的進(jìn)一步 單片集成。
[0003] 濾波器的集成化和小型化、可調(diào)諧是國(guó)內(nèi)外技術(shù)研究熱點(diǎn)之一。目前國(guó)外圍繞集 成可調(diào)諧MEMS濾波器進(jìn)行了廣泛而深入的研究。國(guó)際上主要使用YIG(錠鐵石惱石）、BST(鐵 酸鎖領(lǐng)）、肖特基二極管、PIN二極管及MEMS技術(shù)進(jìn)行可調(diào)諧濾波器的研究，通過(guò)技術(shù)對(duì)比發(fā) 現(xiàn)，MEMS技術(shù)在線性度、體積、功耗等方面具有較大的綜合性能優(yōu)勢(shì)。MEMS技術(shù)主要利用小 型化的單片集成MEMS開(kāi)關(guān)，通過(guò)MEMS開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)加載在微帶線諧振器終端，通過(guò)改變開(kāi)關(guān)網(wǎng) 絡(luò)的等效電容值，實(shí)現(xiàn)濾波器的通帶頻率可調(diào)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 發(fā)明目的:本發(fā)明的目的是提供一種體積小、成本低、利于系統(tǒng)集成的基于微機(jī)械 通孔的MEMS數(shù)字可調(diào)濾波器。
[000引技術(shù)方案:為達(dá)到此目的，本發(fā)明采用W下技術(shù)方案：
[0006] 本發(fā)明所述的基于微機(jī)械通孔的MEMS數(shù)字可調(diào)濾波器，包括襯底材料、位于襯底 材料上方的濾波器諧振結(jié)構(gòu)、位于濾波器諧振結(jié)構(gòu)四周的微機(jī)械金屬化通孔、位于每級(jí)諧 振器末端串聯(lián)的一組MEMS開(kāi)關(guān)、通過(guò)MEMS開(kāi)關(guān)加載的電容組合、MEMS開(kāi)關(guān)的偏置網(wǎng)絡(luò)、空氣 橋W及濾波器的輸入信號(hào)端與輸出信號(hào)端。
[0007] 進(jìn)一步，位于濾波器諧振結(jié)構(gòu)四周的微機(jī)械金屬化通孔利用濕法腐蝕工藝或者干 法刻蝕工藝制作，然后利用電鍛工藝實(shí)現(xiàn)金屬化連接，微機(jī)械通孔深度與襯底材料厚度相 同，實(shí)現(xiàn)微波接地。
[000引進(jìn)一步，MEMS開(kāi)關(guān)的個(gè)數(shù)決定了可調(diào)濾波器的工作態(tài)數(shù)，MEMS開(kāi)關(guān)采用表面犧牲 層工藝和體工藝相兼容的方法，在實(shí)現(xiàn)微機(jī)械通孔的襯底上完成，使用表面噴膠光刻的方 法避免旋轉(zhuǎn)涂膠中微機(jī)械通孔對(duì)厚度的影響和臨時(shí)鍵合的方法解決圓片真空吸附的問(wèn)題。
[0009] 進(jìn)一步，位于每級(jí)諧振器末端串聯(lián)的一組MEMS開(kāi)關(guān)中，每個(gè)MEMS開(kāi)關(guān)加載的電容 組合實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)諧可變電容，利用可變電容調(diào)節(jié)諧振器的等效電長(zhǎng)度，從而改變?yōu)V波器的 工作頻率。
[0010] 進(jìn)一步，所述濾波器的諧振器結(jié)構(gòu)為梳狀線、交指型、發(fā)夾線或者帶狀線中的任意 一項(xiàng)。
[0011] 進(jìn)一步，MEMS開(kāi)關(guān)的偏置網(wǎng)絡(luò)包括高阻薄膜直流偏置線和直流加載焊盤;所述每 級(jí)諧振器末端串聯(lián)不同工作狀態(tài)下的一組MEMS開(kāi)關(guān)，不同諧振器上相同工作狀態(tài)下的MEMS 開(kāi)關(guān)的直流偏置端相互連接，MEMS開(kāi)關(guān)的直流偏置線使用高阻薄膜實(shí)現(xiàn)，采用光刻、沉積和 剝離的工藝方法得到相應(yīng)的高阻線條。
[0012] 有益效果:本發(fā)明提出了一種新型基于微機(jī)械通孔的MEMS數(shù)字可調(diào)濾波器，利用 體工藝和表面工藝兼容的MEMS技術(shù)實(shí)現(xiàn)。利用微機(jī)械通孔顯著的減小了可調(diào)濾波器尺寸， 集成化的MEMS開(kāi)關(guān)可W實(shí)現(xiàn)不同的中屯、頻率和帶寬，降低通信系統(tǒng)的復(fù)雜性，提高系統(tǒng)的 集成度，從而進(jìn)一步降低系統(tǒng)成本。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1為本發(fā)明的濾波器的俯視圖；
[0014] 圖2為圖1中AA'處的剖面圖；
[0015] 圖3為本發(fā)明的濾波器的S參數(shù)仿真結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0017] 襯底101的材料為高阻娃，在襯底101上生長(zhǎng)二氧化娃，厚度為3000 A，光刻并刻 蝕，保留MEMS開(kāi)關(guān)106下電極及直流偏置所在位置的氧化層;瓣射金屬T巧日Au，厚度分別為 1000 A和2000 A，并光刻腐蝕出MEMS開(kāi)關(guān)106的下電極的區(qū)域及通過(guò)MEMS開(kāi)關(guān)106加載的電 容組合107區(qū)域。
[0018] 在高阻娃襯底上光刻出高阻薄膜直流偏置線110的圖形，高阻薄膜直流偏置線110 的一端與MEMS開(kāi)關(guān)106的下電極相連，瓣射娃化物厚度1㈱始，丙酬超聲剝離出高阻薄膜直 流偏置線110的結(jié)構(gòu)，高阻薄膜直流偏置線110的下方為二氧化娃。
[0019] 在高阻娃襯底上PECVD介質(zhì)層氮化娃，光刻并刻蝕，保留的氮化娃覆蓋于高阻薄膜 直流偏置線110上。
[0020] 在高阻娃襯底上瓣射金屬種子層，光刻電鍛加厚濾波器諧振結(jié)構(gòu)102和直流加載 焊盤108,直流加載焊盤108與高阻薄膜直流偏置線110相連，腐蝕的方法去除種子層。
[0021] 在高阻娃襯底上光刻出微機(jī)械通孔105,利用干法刻蝕的工藝刻蝕出微機(jī)械通孔 105,在高阻娃襯底的正面、背面及微機(jī)械通孔105的側(cè)壁使用物理氣相沉積的方法都覆蓋 上金屬，并通過(guò)電鍛的方法將金屬層加厚至3皿。
[0022] 將含有微機(jī)械通孔105的高阻娃襯底的背面臨時(shí)鍵合上載體圓片上，使用噴涂的 工藝實(shí)現(xiàn)厚度均勻的犧牲層，光刻腐蝕出犧牲層上MEMS開(kāi)關(guān)106的錯(cuò)區(qū)和觸點(diǎn)。在犧牲層表 面瓣射MEMS開(kāi)關(guān)106結(jié)構(gòu)的種子層，噴膠覆蓋高阻娃襯底的表面及微機(jī)械通孔105的側(cè)壁， 光刻出MEMS開(kāi)關(guān)106的結(jié)構(gòu)圖形，使用電鍛的方法實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)層的加厚，厚度為5um。
[0023] 采用去鍵合的方法將臨時(shí)鍵合的載體圓片和高阻娃襯底分離，濕法腐蝕高阻娃襯 底上MEMS開(kāi)關(guān)106的結(jié)構(gòu)電鍛的種子層，去除犧牲層材料，釋放MEMS開(kāi)關(guān)106。實(shí)現(xiàn)基于微機(jī) 械通孔的MEMS數(shù)字可調(diào)濾波器。
[0024] 本發(fā)明的濾波器的S參數(shù)仿真結(jié)果如圖3所示，MEMS數(shù)字可調(diào)濾波器的可調(diào)諧頻率 為9.1 IGHz，分別對(duì)不同的MEMS開(kāi)關(guān)106施加電壓驅(qū)動(dòng)導(dǎo)通，使濾波器狀態(tài)從000~100變化， 實(shí)現(xiàn)頻率可調(diào)，不考慮MEMS開(kāi)關(guān)106的損耗，濾波器插損小于1.5地。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 基于微機(jī)械通孔的MEMS數(shù)字可調(diào)濾波器，其特征在于:包括襯底材料、位于襯底材料 上方的濾波器諧振結(jié)構(gòu)、位于濾波器諧振結(jié)構(gòu)四周的微機(jī)械金屬化通孔、位于每級(jí)諧振器 末端串聯(lián)的一組MEMS開(kāi)關(guān)、通過(guò)MEMS開(kāi)關(guān)加載的電容組合、MEMS開(kāi)關(guān)的偏置網(wǎng)絡(luò)、空氣橋以 及濾波器的輸入信號(hào)端與輸出信號(hào)端。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微機(jī)械通孔的MEMS數(shù)字可調(diào)濾波器，其特征在于:位于濾 波器諧振結(jié)構(gòu)四周的微機(jī)械金屬化通孔利用濕法腐蝕工藝或者干法刻蝕工藝制作，然后利 用電鍍工藝實(shí)現(xiàn)金屬化連接，微機(jī)械通孔深度與襯底材料厚度相同，實(shí)現(xiàn)微波接地。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微機(jī)械通孔的MEMS數(shù)字可調(diào)濾波器，其特征在于:MEMS開(kāi) 關(guān)采用表面犧牲層工藝和體工藝相兼容的方法，在實(shí)現(xiàn)微機(jī)械通孔的襯底上完成，使用表 面噴膠光刻的方法和臨時(shí)鍵合的方法。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微機(jī)械通孔的MEMS數(shù)字可調(diào)濾波器，其特征在于:位于每 級(jí)諧振器末端串聯(lián)的一組MEMS開(kāi)關(guān)中，每個(gè)MEMS開(kāi)關(guān)加載的電容組合實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)諧可變電 容，利用可變電容調(diào)節(jié)諧振器的等效電長(zhǎng)度，從而改變?yōu)V波器的工作頻率。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微機(jī)械通孔的MEMS數(shù)字可調(diào)濾波器，其特征在于:所述濾 波器的諧振器結(jié)構(gòu)為梳狀線、交指型、發(fā)夾線或者帶狀線中的任意一項(xiàng)。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微機(jī)械通孔的MEMS數(shù)字可調(diào)濾波器，其特征在于:MEMS開(kāi) 關(guān)的偏置網(wǎng)絡(luò)包括高阻薄膜直流偏置線和直流加載焊盤;所述每級(jí)諧振器末端串聯(lián)不同工 作狀態(tài)下的一組MEMS開(kāi)關(guān)，不同諧振器上相同工作狀態(tài)下的MEMS開(kāi)關(guān)的直流偏置端相互連 接，MEMS開(kāi)關(guān)的直流偏置線使用高阻薄膜實(shí)現(xiàn)，采用光刻、沉積和剝離的工藝方法得到相應(yīng) 的高阻線條。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于微機(jī)械通孔的MEMS數(shù)字可調(diào)濾波器，采用容MEMS體工藝和表面犧牲層工藝相兼容的方法制成，包括高阻硅襯底，高阻硅襯底上方設(shè)有濾波器的諧振結(jié)構(gòu)，諧振結(jié)構(gòu)四周設(shè)有微機(jī)械通孔，諧振結(jié)構(gòu)具有輸入端和輸出端，諧振結(jié)構(gòu)包括多個(gè)諧振器，每級(jí)諧振器末端串聯(lián)一組MEMS開(kāi)關(guān)，MEMS開(kāi)關(guān)具有偏置網(wǎng)絡(luò)和空氣橋，MEMS開(kāi)關(guān)加載電容后形成數(shù)字調(diào)諧可變電容。本發(fā)明利用微機(jī)械通孔顯著減小了濾波器的尺寸，利用MEMS開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)了不同的中心頻率和帶寬，降低了通信系統(tǒng)的復(fù)雜性，提高了系統(tǒng)的集成度，降低了成本。
【IPC分類】H01P1/20, B81B7/02
【公開(kāi)號(hào)】CN105489981
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510990489
【發(fā)明人】郁元衛(wèi), 侯芳, 姜理利, 朱健
【申請(qǐng)人】中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十五研究所
【公開(kāi)日】2016年4月13日
【申請(qǐng)日】2015年12月25日