一种宽带MEMS交指型滤波器及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种宽带MEMS交指型滤波器及其制备方法，该宽带MEMS交指型滤波器包括硅片，所述硅片上设有至少一个用于形成接地通孔结构的棱锥台形通孔，所述硅片上表面设有正面电极图形，所述硅片左右两侧设有可互换的输入输出接口，在硅片下表面上与正面电极图形相对应位置刻蚀有凹槽，凹槽深度为硅片厚度40‑60%。通过在硅片背部刻蚀凹槽改变了相应的材料介电常数，影响电磁场分布，从而实现了较高的相对带宽。还有本发明专利技术通过硅微机械加工工艺制备，体积小、损耗低、高性能、可批量制造，并且采用湿法腐蚀工艺刻蚀接地通孔，相对于干法刻蚀具有更低成本。

A wideband MEMS interdigital filter and its preparation method

The invention provides a broadband MEMS interdigital filter and a preparation method thereof. The broadband MEMS interdigital filter comprises a silicon wafer which is provided with at least one pyramidal bench-shaped through-hole for forming a grounded through-hole structure. The surface of the silicon wafer is provided with a positive electrode pattern, and the left and right sides of the silicon wafer are provided with interchangeable transmission. In the input and output interface, a groove is etched on the lower surface of the silicon wafer corresponding to the pattern of the front electrode, and the depth of the groove is 40_60% of the thickness of the silicon wafer. By etching grooves on the back of the silicon wafer, the dielectric constant of the corresponding material is changed and the electromagnetic field distribution is affected, thus achieving a higher relative bandwidth. The invention is also prepared by silicon micro-machining technology, which has small volume, low loss, high performance and can be manufactured in batches. The grounding through-hole is etched by wet etching technology, and the cost is lower than that by dry etching.

【技术实现步骤摘要】
一种宽带MEMS交指型滤波器及其制备方法
本专利技术涉及无线通信硬件设备
，尤其涉及一种宽带MEMS交指型微波滤波器制备方法。
技术介绍
微波滤波器是用来分离不同频率微波信号的一种器件。它的主要作用是抑制不需要的信号，使其不能通过滤波器,只让需要的信号通过。广泛应用于微波通信、雷达、电子对抗及微波测量仪器中，在系统中用来控制信号的频率响应，使有用的信号频率分量几乎无衰减地通过滤波器，而阻断无用信号频率分量的传输。滤波器根据工作频带的宽窄可分为窄带和宽带滤波器；按滤波器的传输线分类可分为微带滤波器、交指型滤波器、同轴滤波器、波导滤波器、梳状线腔滤波器、螺旋腔滤波器、小型集总参数滤波器等。随着现代微波通信，尤其是卫星通信和移动通信的发展，系统对通道的选择性越来越高，这对微波滤波器的设计提出了更高的要求，而微波滤波器作为通信系统中的重要部分，其性能的优劣往往决定了整个通信系统的质量。因此研究微波滤波器的性能指标和设计方法具有重要意义。其中，交指滤波器Q值较高、体积适中。在0.5～18GHz的频率范围内可实现5％～60％带通滤波，广泛应用于各种军、民用电子产品。交指滤波器一般由金属整体切割加工而成，结构牢固，性能稳定可靠。交指型滤波器是对平行耦合微带线滤波器的一种改进，同样是减小微带滤波器占用的体积。具有以下优点：结构紧凑、可靠性高；由于每个谐振器间的间隔较大，故公差要求较低，容易制造；由于谐振杆长近似等于1/4λ0，所以第二通带中心在3ω0以上，其间不会有寄生响应。由于交指滤波器既可以做成印刷电路形式，又可以做成腔体结构，用较粗的杆做成自行支撑，而不用介质。因此，交指滤波器在电子系统，尤其是在通信技术及近代航空航天领域中被广泛使用。交指型微带带通滤波器的工作原理可以这样解释:将平行藕合微带滤波器相邻的两个藕合线节从中点处切断，并折迭起来，合并为一根藕合线节，将其一端短路接地，另一端开路，并保持相邻两级线节之间的藕合间隙不变，形成交指型结构。近十多年来，随着MEMS（微机电系统）工艺和MEMS器件的成熟，给微波滤波器的集成化注入了新的活力。与传统的VLSI工艺相比，MEMS技术在不牺牲器件性能的前提下，可以实现微波无源器件的集成化。基于MEMS工艺的微波MEMS滤波器不仅具有优异的频率选择能力（高Q）和低的插入损耗，而且在体积上远小于传统微波滤波器，易于集成，为微波单片集成系统的实现奠定了良好的基础，MEMS滤波器已成为国内外研究的热点。目前国内常规的MEMS硅基微带滤波器，在相对带宽较大时（>50%），为了实现较高的谐振器（交指）间耦合，需要减小谐振器之间的间距。而随着此间距的减小，对器件的加工精度提出更高的要求，不利于器件的制备。同时，更大的相对带宽情况下，有可能即使两谐振器已经非常接近了，也不能实现相应的耦合强度，导致常规的微带耦合形式无法实现大带宽的滤波器。因此，在现有技术的基础上，仍需要设计一种在不需减小谐振器间距、不增加加工难度的情况下，可实现较高相的对带宽的MEMS交指型滤波器。
技术实现思路
本专利技术提供的一种宽带MEMS交指型滤波器的其制备方法，能够针对现有技术的不足，解决现有技术中不易实现大相对带宽的问题。一种宽带MEMS交指型滤波器，包括硅片，所述硅片上设有至少一个用于形成接地通孔结构的棱锥台形通孔，所述硅片上表面设有正面电极图形，所述硅片上表面设有两个器件输入输出接口，在硅片下表面上与正面电极图形相对应位置刻蚀有凹槽，凹槽深度为硅片厚度40-60%。所述硅片为100晶向硅片。所述正面电极图形可为交指型电极图形。所述硅片上表面设有两个可互换的CPWG输入输出接口，且CPWG输入输出接口分别位于硅片上表面靠近左右两侧的位置，便于通过打线与外部电路连接。上述的宽带MEMS交指型滤波器的制备方法，该方法包括如下制备步骤：(1)提供硅片，在硅片上采用湿法各向异性腐蚀工艺制备，形成至少一个棱锥台形通孔；(2)在硅片上表面溅射种子层，在种子层表面光刻正面电极图形及器件输入输出接口，然后电镀正面电极图形、器件输入输出接口和棱锥台形通孔，形成电镀加厚的正面电极图形、器件输入输出接口和内部侧壁金属化的棱锥台形通孔；(3)在上述硅片的下表面溅射种子层，在种子层表面光刻并电镀背面电极图形，背面电极图形之外的区域为刻蚀区，刻蚀区的形状与硅片上表面的正面电极图形相对应，然后去除刻蚀区的种子层，形成电镀加厚的背面电极图案；(4)在硅片下表面上的刻蚀区刻蚀出凹槽，最后划片获得单个的宽带MEMS交指型滤波器。上述的宽带MEMS交指型滤波器的制备方法，该方法包括如下制备步骤：(1)提供硅片，在硅片的上下表面淀积介质薄膜，所采用工艺设备为LPCVD，反应气体为SiH2Cl2和NH3，工艺温度850-950℃；以介质薄膜为掩蔽层，在所述硅片的上下表面分别光刻并刻蚀介质薄膜，形成腐蚀窗口；接着在硅片的表面旋涂一层耐KOH腐蚀的保护涂层来保护边缘位置不被腐蚀，用30-50%的KOH溶液作为腐蚀液，于60-100℃的温度通过腐蚀窗口腐蚀硅片形成通孔，然后去除上述保护涂层；(2)在硅片的上表面溅射种子层，在种子层表面光刻正面电极图形及器件输入输出接口，并电镀所述电极图形、器件输入输出接口和所述锥形通孔，形成电镀加厚的正面电极图形、器件输入输出接口和内部侧壁金属化的棱锥台形通孔；(3)在上述硅片的下表面溅射种子层，在种子层表面光刻并电镀背面电极图形，背面电极图形之外的区域为刻蚀区，刻蚀区的形状与硅片上表面的正面电极图形相对应，然后去除刻蚀区的种子层，形成电镀加厚的背面电极图案；(4)在硅片下表面上的刻蚀区刻蚀出凹槽，凹槽的深度为硅片厚度40-60%，最后划片获得单个的宽带MEMS交指型滤波器。所述种子层为铬金复合金属层、钛金复合金属层或钛钨金复合金属层。所述介质薄膜为应力≤200MPa的氮化硅薄膜或氧化硅薄膜。所述保护涂层的材料为石蜡、白蜡或Crystalbond59。所述步骤（1）中，所述保护涂层通过丙酮或乙醇去除。有益效果：本专利技术的宽带MEMS交指型滤波器通过去除了正面下方的硅衬底，改变了相应的材料介电常数，影响电磁场分布，从而实现了较高的相对带宽。还有本专利技术通过硅微机械加工工艺制备，体积小、损耗低、高性能、可批量制造，并且采用湿法腐蚀工艺刻蚀接地通孔，相对于干法刻蚀具有更低成本。附图说明图1为本专利技术实施例1的宽带MEMS交指型滤波器的正面结构示意图；图2为本专利技术实施例1的宽带MEMS交指型滤波器的背面结构示意图；图3为本专利技术实施例1的宽带MEMS交指型滤波器制备过程中的结构变化示意图。图4为本专利技术实施例2的宽带MEMS交指型滤波器（未开槽）的测试效果图；图5为本专利技术实施例1的宽带MEMS交指型滤波器（开槽）的测试效果图。附图标记：101为硅片，102为通孔，103为电极图形，104为器件输入输出端口。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种宽带MEMS交指型滤波器，其特征在于：包括硅片，所述硅片上设有至少一个用于形成接地通孔结构的棱锥台形通孔，所述硅片上表面设有正面电极图形，所述硅片上表面设有两个器件输入输出接口，在硅片下表面上与正面电极图形相对应位置刻蚀有凹槽，凹槽深度为硅片厚度40‑60%。

【技术特征摘要】
1.一种宽带MEMS交指型滤波器，其特征在于：包括硅片，所述硅片上设有至少一个用于形成接地通孔结构的棱锥台形通孔，所述硅片上表面设有正面电极图形，所述硅片上表面设有两个器件输入输出接口，在硅片下表面上与正面电极图形相对应位置刻蚀有凹槽，凹槽深度为硅片厚度40-60%。2.根据权利要求1所述的一种宽带MEMS交指型滤波器，其特征在于，所述硅片为100晶向硅片。3.根据权利要求1所述的一种宽带MEMS交指型滤波器，其特征在于，所述正面电极图形可为交指型电极图形。4.根据权利要求1所述的一种宽带MEMS交指型滤波器，其特征在于，所述硅片上表面设有两个可互换的CPWG输入输出接口，且CPWG输入输出接口分别位于硅片上表面靠近左右两侧的位置。5.根据权利要求1-4任一项中所述的宽带MEMS交指型滤波器的制备方法，其特征在于，该方法包括如下制备步骤：（1）提供硅片，在硅片上采用湿法各向异性腐蚀工艺制备，形成至少一个棱锥台形通孔；（2）在硅片上表面溅射种子层，在种子层表面光刻正面电极图形及器件输入输出接口，然后电镀正面电极图形、器件输入输出接口和棱锥台形通孔，形成电镀加厚的正面电极图形、器件输入输出接口和内部侧壁金属化的棱锥台形通孔；（3）在上述硅片的下表面溅射种子层，在种子层表面光刻并电镀背面电极图形，背面电极图形之外的区域为刻蚀区，刻蚀区的形状与硅片上表面的正面电极图形相对应，然后去除刻蚀区的种子层，形成电镀加厚的背面电极图案；（4）在硅片下表面上的刻蚀区刻蚀出凹槽，最后划片获得单个的宽带MEMS交指型滤波器。6.根据权利要求5所述的宽带MEMS交指型滤波器的制备方法，其特征在于，该方法包括如下制备步骤：（1）提供硅片，在硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧毅，王彤，
申请(专利权)人：江苏硅华电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32