專利名稱：微屏蔽結構全密封式的層疊微機械濾波器的制作方法
技術領域：
本發明是一種涉及微波工作頻段中的濾波器，特別是微屏蔽結構全密封式的層疊微機械濾波器，屬于微波電路、微電子和微機械(MEMS )系統交叉技術領域。
背景技術：
微波濾波器廣泛運用于衛星、通信以及航空、航天等系統中電子系統中選擇并傳輸通帶信號，濾除阻帶信號。隨著現代科技的發展，要求此類電子系統體積小、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現代通訊系統小型化、集成化和輕量化的要求傳統的腔體濾波器體積較大，同時它們不能與信號處理電路單片集成，限制了系統的微型化，LC濾波器品質因子較小，也不適合在微波、毫米波頻段應用。表面波濾波器在IGHz以下已相當成熟，所占面積也不大，但表面波技術在更高頻段遇到了較大困難。微波頻段的交指線、梳狀線、發夾線以及平行耦合線型微帶或帶狀線濾波器雖然結構緊湊，但由于傳統的微波接地技術的限制，相對尺寸仍然較大。且到了更高頻段尤其是毫米波段，襯底損耗將會大大增加。微波濾波器等無源組件的集成成為系統小型化、高性能的瓶頸。RF MEMS濾波器的出現為解決這些問題提供了可能的方法。MEMS帶來了精細的加工手段，尤其是三維加工技術。使原本難以實現的結構成為可能。深刻蝕通孔技術、三維金屬互連技術、DRIE (深反應離子刻蝕)和各種鍵合工藝，大大減小了傳統的傳輸線型微波濾波器的尺寸，且易于和傳統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，工作頻段高等優點，可以滿足新一代電子系統對小型化射頻前端的需求，有極廣的應用前景
發明內容
本發明提出的是微屏蔽結構全密封式的層疊微機械(MEMS)濾波器，其目的旨在克服現有技術所存在的上述缺陷，MEMS帶來了精細的加工手段，尤其是三維加工技術。使原本難以實現的結構成為可能。深刻蝕通孔技術、三維金屬互連技術、DRIE (深反應離子刻蝕)和各種鍵合工藝，大大減小了傳統的傳輸線型微波濾波器的尺寸，且易于和傳統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，工作頻段高等優點，可以滿足新一代電子系統對小型化射頻前端的需求，有極廣的應用前景。本發明的技術解決方案微屏蔽結構全密封式的層疊微機械濾波器，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微機械MEMS對準鍵合工藝形成一體。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數可以是任意多節。所述濾波器利用MEMS的DRIE (深反應離子刻蝕)技術或濕法腐蝕對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(深反應離子刻蝕)技術或濕法腐蝕對所述濾波器上層襯底進行刻蝕，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。利用電鍍等工藝對通孔陣列進行金屬化。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。本發明的優點利用DRIE(深反應離子刻蝕)腔體刻蝕工藝、深刻蝕通孔、三維金屬互連、襯底鍵合等MEMS工藝手段實現了微屏蔽結構全密封式的層疊微機械(MEMS)濾波器，MEMS工藝的高精度滿足了微波濾波器的設計和制造工藝誤差要求。該濾波器采用微屏蔽結構設計，克服了傳統平面微波濾波器存在頻率漂移的腔體效應，并增強了濾波器的通帶遠端的雜波抑制能力。該濾波器通過通孔引線把濾波器的下層硅片的輸入輸出信號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構設計，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構得到有效保護，避免在芯片分離等后道工藝中水流、碎屑等對芯片表面的污染。
圖1是本發明實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接口傳輸線、103-2是下層襯底輸出信號接口傳輸線、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。
具體實施例方式對照附圖，微屏蔽結構全密封式的層疊微機械濾波器，其結構包括上層襯底和下層襯底，其中上層襯底和下層襯底通過微機械MEMS對準鍵合工藝形成一體。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接口傳輸線、下層襯底輸出信號接口傳輸線，對耦合線之間的下層襯底進行微機械刻蝕形成下層襯底刻蝕腔；
所述的下層刻蝕腔對應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，微波信號由濾波器輸入端通過輸入通孔傳送至下層襯底輸入信號接口傳輸線，經過微波耦合線諧振器，由下層襯底信號輸出接口傳輸線通過輸出通孔連接至上層襯底的濾波器輸出端，實現微波濾波性能。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，利用電鍍等工藝對通孔陣列進行金屬化。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金屬通孔陣列實現電連接，從而實現微機械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數是任意多節。實施例，結合圖1、2、3，
本發明實施例提供的微屏蔽、全密封、層疊結構的微機械(MEMS)濾波器，其結構包括上層襯底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，通過微機械MEMS對準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、下層襯底輸入信號接口傳輸線103_1和下層襯底輸出信號接口傳輸線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，利用刻蝕技術在鍵合形成后的襯底上形成通孔陣列109，對上層襯底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，對輸入通孔107、輸出通孔108及通孔陣列109的側壁沉積金屬；最終實現所述濾波器的制作。該濾波器通過三維通孔引線把濾波器的下層硅片的輸入輸出信號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。全密封腔體結構設計，減小了腔體的微波泄漏，同時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。
權利要求
1.微屏蔽結構全密封式的層疊微機械濾波器，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微機械對準鍵合工藝形成一體。
2.根據權利要求1所述的微屏蔽結構全密封式的層疊微機械濾波器，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接口傳輸線、下層襯底輸出信號接口傳輸線，對耦合線之間的下層襯底進行微機械刻蝕形成下層襯底刻蝕腔。
3.根據權利要求1所述的微屏蔽結構全密封式的層疊微機械濾波器，其特征是所述的下層刻蝕腔對應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.根據權利要求1所述的微屏蔽結構全密封式的層疊微機械濾波器，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，微波信號由濾波器輸入端通過輸入通孔傳送至下層襯底輸入信號接口傳輸線，經過微波耦合線諧振器， 由下層襯底信號輸出接口傳輸線通過輸出通孔連接至上層襯底的濾波器輸出端，實現微波濾波性能。
5.根據權利要求1所述的微屏蔽結構全密封式的層疊微機械濾波器，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，利用電鍍等工藝對通孔陣列進行金屬化。
6.根據權利要求1所述的微屏蔽結構全密封式的層疊微機械濾波器，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金屬通孔陣列實現電連接，從而實現微機械MEMS濾波器的微屏蔽功能。
7.根據權利要求1所述的微屏蔽結構全密封式的層疊微機械濾波器，其特征是所述的上層襯底和下層襯底的介質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數是任意多節。
全文摘要
本發明是微屏蔽結構全密封式的層疊微機械濾波器，其結構包括上層襯底和下層襯底，其中上層襯底和下層襯底通過微機械對準鍵合工藝形成一體。微波信號由上層襯底濾波器輸入端傳送至下層襯底輸入信號接口傳輸線，下層襯底信號輸出通過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金屬通孔陣列實現電連接。優點該濾波器利用三維通孔互連實現了上下硅片間的信號互連，上、下層襯底尺寸相同，減小輸入輸出接口的物理尺寸；采用全密封腔結構，減小微波泄漏；避免在芯片分離等后道工藝中水流、碎屑等對芯片內部結構的污染。
文檔編號H01P11/00GK103050748SQ20121052224
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月7日 優先權日2012年12月7日
發明者郁元衛, 侯芳, 朱健, 姜國慶, 朱鋒 申請人:中國電子科技集團公司第五十五研究所