[發明專利]微屏蔽結構全密封式的層疊微機械濾波器

有效

• 申請號: 201210522243.2
• 申請日: 2012-12-07
• 公開（公告）號: CN103050748A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 郁元衛;侯芳;朱健;姜國慶;朱鋒
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第五十五研究所
• 主分類號: H01P1/20
• 分類號: H01P1/20;H01P11/00
• 代理公司: 南京君陶專利商標代理有限公司 32215
• 代理人: 沈根水

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1GHz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。

附圖說明

圖1是本發明實施例的分層立體示意圖；

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；

圖4是實施例的仿真插入損耗及反射損耗圖。