[發明專利]K頻段砷化鎵芯片濾波器制備方法

在審

• 申請號: 201910442317.3
• 申請日: 2019-05-25
• 公開（公告）號: CN110212280A
• 公開（公告）日: 2019-09-06
• 發明（設計）人: 陸宇;任思;張先榮;朱勇;張睿;魏明;劉杰
• 申請（專利權）人: 西南電子技術研究所(中國電子科技集團公司第十研究所)
• 主分類號: H01P11/00
• 分類號: H01P11/00;H01P1/203
• 代理公司: 成飛(集團)公司專利中心 51121
• 代理人: 郭純武

本發明公開的一種K頻段砷化鎵芯片濾波器制備方法，旨在提供一種、易于小型化、高性能的芯片濾波器。本發明通過下述技術方案予以實現：將短截線結構中的對稱加載枝節1和加載枝節3進行高阻抗的并聯分解，解成上下兩個完全對稱的高阻抗加載枝節，其長度在截止頻率處1/8介質波長的基礎上進行延長，并進行多次彎折，形成帶外不同頻率的傳輸零點；將直通微帶傳輸線特征阻抗降低至50Ω以下，再對其長度進行調節；然后將短截線結構中的加載枝節2的特征阻抗提高，并將其分解為兩個上下完全對稱的并聯枝節，對該兩個完全對稱的高阻抗加載枝節長度，在截止頻率處1/8介質波長的基礎上進行延長和多次彎折，減小版圖縱向面積，形成K波段芯片濾波器。

技術領域

本發明涉及微波無源器件領域，一種K頻段小型化低損耗砷化鎵芯片濾波器

背景技術

隨著當代半導體工藝與器件的日趨改善與進步，并得益于系統級封裝(SystemInPackage，SIP)的集成架構與設計思路，當代雷達、通信等微波系統朝著小型化、高密度集成、高可靠性、低成本等方向發展，因此對微波系統中器件與模塊提出了更高的要求。

微波濾波器作為微波系統中重要的無源器件，在射頻前端應用廣泛，其各項指標很大程度地影響著微波系統的整體指標。在(亞)毫米波頻帶的實際工程應用中，PCB、LTCC、腔體等傳統工藝制造的濾波器由于其相對尺寸過大，加工精度、量產一致性及難以與系統集成等問題已無法滿足當代微波系統小型化與高性能的要求，而當前采用體聲波和聲表面波技術的MEMS濾波器雖然擁有較小的尺寸和不錯的量產能力，但是由于材料與工藝的限制，其實際應用的頻段目前主要在C波段以下，無法滿足更高頻率的微波系統的需求。

GaAs作為第二代半導體材料，是Ⅲ-Ⅴ族元素化合的化合物，黑灰色固體，熔點1238℃。它在600℃以下，能在空氣中穩定存在，并且不為非氧化性的酸侵蝕。砷化鎵可作半導體材料，其電子遷移率高、介電常數小，能引入深能級雜質、電子有效質量小，能帶結構特殊，可作磊晶片。由于傳送訊號的射頻元件需要工作頻率高、低功率消耗、低雜訊等特色，而砷化鎵本身具有光電特性與高速，因此砷化鎵多用於光電元件和高頻通訊用元件。砷化鎵可應用在WLAN、WLL、光纖通訊、衛星通訊、LMDS、VSAT等微波通訊上。采用GaAs襯底的高電子遷移率晶體管(High Electron Mobility Transistor,HEMT)等有源工藝制造的如功放、移相器等有源芯片早已大量應用在各軍用及民用微波系統中。在無源器件的實現上，得益于GaAs襯底極低的介質損耗(為萬分之一量級)和微電子工藝制程，采用GaAs襯底集成無源器件工藝(Integrated Passive Device,IPD)制造的如濾波器、功分器、耦合器等器件具有較高的性能與加工精度、較小的體積、優秀的量產一致性，因此其十分適用于微波毫米波系統中的大規模應用。

以現有技術采用的75μm厚的GaAs IPD工藝為例，為了實現高度小型化的K波段低損耗的(準)低通濾波器，一種傳統的思路是采用Richards變換和Kuroda規則對低階的低通LC濾波器原型進行變換，再通過對電路頻率定標和反歸一化，形成一種短截線結構的低通濾波器(見Davaid M.Pozar.微波工程(第三版)[M].北京：電子工業出版社，2014:350-355)，通過該方法要實現的截止頻率為21.5GHz的低通濾波器原型見圖1所示，而采用這種已有的標準方法設計的低通濾波器在實際應用中存在兩個顯著的問題：一是通過上述方法綜合出的低通濾波器通路中的直通傳輸線特征阻抗(見圖1的直通微帶1特征阻抗Z＝130Ω)過高會導致相應微帶線的寬度過窄，很難進行實際的加工制造(如本文所用的75μm厚的GaAs IPD工藝制程，該線寬通過計算僅有0.6μm，小于工藝的加工極限，無法進行制造)；二是為了實現較低的損耗，采用的該低階結構的短截線濾波器會造成S21曲線截止頻率外滾降緩慢，無法滿足近端抑制要求較高的應用需求，因此需在傳統短截線低通濾波器模型上進行一定的改進，以滿足實際的工程需要。

本發明是在傳統加載短截線低通濾波器結構的基礎上進行了一定的改進。

發明內容