基于MEMS技术的层叠式滤波器制造技术

本发明专利技术针对目前基于传统工艺制造的滤波器存在的体积大、衰减性能无法满足使用要求的问题，公开了一种基于ＭＥＭＳ技术的层叠式滤波器，其基本结构采用多层分布式耦合线结构。两个接地面分别位于第１介质层（ｄ１）的上面（ｆ１）和第３介质层（ｄ３）的下面（ｆ６），级间耦合线谐振器（ｒ１，ｒ２，……，ｒ７）和输入输出端（ｔ１，ｔ２）位于各介质层（ｄ１，ｄ２，ｄ３）中间，信号通过同层平面耦合谐振以及上下层面间耦合谐振实现滤波性能，输入、输出端采用抽头线结构，中间耦合线（ｒ８）引入交叉耦合，从而增强阻带衰减特性。各个介质层的厚度控制、介质层上图形以及多层间的对准、装配均通过ＭＥＭＳ（微电子机械系统）微加工工艺形成，从而实现高精度，易集成、可批量生产等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种层叠式波波器，尤其是一种由高阻硅或玻璃材料制造的滤波器，具体地说是一种阻带衰减性好，制造方便的基于MEMS技术的层叠式滤波器。
技术介绍
微波滤波器设计要求体积小、插损小、带外抑制要高、阻抗匹配特性要好。同时也要求能低成本、批量生产。微波滤波器的种类主要有集总元件(电感、电容)形式、分布传输线式、陶瓷、腔体式等。在卫星、通信以及航空、航天等系统中要求电子系统体积小、可靠性高和成本低，在采用了大规模集成电路的今天，微波滤波器等无源元件的集成就成了系统的瓶颈。传统的滤波器普遍存在的问题是体积较大，因此为追求系统的小型化，目前出现了低温共烧陶瓷(LTCC)层叠式微波滤波器，但是LTCC技术在高频段尤其是在微波频段高端，制作工艺精度已难以胜任要求，而且工艺上难以和传统的集成电路工艺相兼容，给系统的集成化带来困难。与此同时，MEMS技术继承并拓展了传统IC(集成电路)的工艺，它不仅包括了常规的半导体工艺而且还包括可以制作高深宽比和复杂三维器件的工艺，如DRIE(深反应离子刻蚀)和各种键合工艺等。所以，MEMS工艺精度远高于LTCC工艺，且易于和传统IC(集成电路)工艺集成。充分发挥了半导体工艺集成化、批量化、工艺精确、误差小的优点。但目前将MEMS技术应用于层叠式滤波器的设计、开发尚未见相关报告。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对目前基于传统工艺制造的滤波器存在的体积大、衰减性能无法满足使用要求的问题，设计一种能工作于微波频段高端的、整体结构较小、带外抑制性能好、插损小、工艺精度高、易于集成，且可批量生产的基于MEMS技术的层叠式滤波器。本专利技术的技术方案是一种基于MEMS技术的层叠式滤波器，它至少包括三层叠装形成一体的介质层，其特征是最上一层介质层的上表面和最下一层介质层的下表面形成滤波器的屏蔽层，在各介质层之间相对的两面上对应位置处设有若干节利用MEMS技术加工形成的耦合传输线谐振器和用于键合的凹槽，也即一个面上设有耦合传输线谐振器，另一个面上相对位置处即设有相配使耦合传输线谐振器位于其中的凹槽，以保证相对面的完全键合；滤波器的抽头线输入端与第一节耦合传输线谐振器相连，抽头线输出端与最后一节耦合传输线谐振器相连。滤波器的抽头线输入、输出端所在的介质层面的两侧边上设有利用MEMS技术中的DRIE(深反应离子刻蚀)技术加工的台阶，并从所述的台阶面上通过引出线引出滤波器外。耦合传输线谐振器为阶梯阻抗式耦合传输线或均匀阻抗式耦合传输线。在最后一对介质层之间的任一介质面上设有级间耦合线，它的两端分别与任意两不相邻的耦合传输线谐振器耦合。级间耦合线为阶梯阻抗式耦合传输线或均匀阻抗式耦合传输线。耦合传输线谐振器为两端开路或单端开路。抽头线输入、输出端结构为微带线、共面波导线或带状线，耦合方式为窄线电感耦合或锥形耦合。所述的介质层或全部为高阻硅介质层结构，或全部为玻璃介质层结构，或部分介质层为高阻介质层、其余为玻璃介质层的结构。本专利技术的层叠式滤波器，基本结构采用多层分布式耦合传输线结构，当所述的介质层为三层时，它最外层两介质层外表面(f1，f6)作为接地屏蔽层。传输线在多层介质内以带状线的模式进行传输、谐振和耦合。输入输出端采用中间抽头线式，抽头线输入端(t1)与第一节传输线谐振器(r1)相连，位于同一层介质层面(f3)上。第一节传输线谐振器通过平面耦合或垂直耦合与第二节谐振器(r2)耦合，第二节谐振器(r2)再以同样的方式同第三节谐振器耦合(r3)，直至最后一节微波传输线谐振器(r7)，抽头线输出端(t2)与最后一节微波传输线谐振器(r7)相连，级间耦合线谐振器(r8)横跨于不相邻的两谐振器之间进行交叉耦合。介质层材料采用高阻硅和高阻硅组合叠层或高阻硅和玻璃组合叠层，介质层厚度的精确控制通过减薄抛光技术实现。介质层上的精确结构图形采用光刻、刻蚀和金属化工艺实现。各传输线图形可在相邻介质层所夹两个面的任意一面形成。各介电层之间的精确对准、装配采用对准、键合工艺实现。层叠式滤波器输入、输出端可以通过先在其覆盖面(f2)上采用DRIE(深反应离子刻蚀)技术刻出台阶，然后进行两次划片引出。中间耦合传输线谐振器(r1，r2，……，r7)和级间耦合线(r8)可以是阶梯阻抗式传输线，也可以是均匀阻抗式传输线。本专利技术具有以下优点1、本专利技术将微波电路和MEMS(微电子机械系统)技术进行了有机的结合，可以在微波电路中把所需频段的信号以尽可能小的衰减通过，同时把不需频段的信号衰减掉。该滤波器具有改进阻带衰减的特性，并具有工艺精度高，易集成、可批量生产等特点。在保持LTCC滤波器体积小的前提下，提高了工艺精度。采用MEMS微加工工艺实现层叠结构，使芯片小型化；为改善阻带特性，使用交叉耦合引入阻带衰减极点；由于结构简单、工艺兼容性好，可直接实现体积小、重量轻的射频多芯片电路模块或单片子系统。2、利用高精度的MEMS微加工工艺，拓展了层叠式滤波器的工作频段。同时，由于加工工艺可以精确控制，使得滤波器模拟设计结果与实际测试结果符合的更好，可以缩短设计周期，节约成本。3、采用MEMS微加工工艺，与集成电路工艺相兼容，易于实现系统集成，同时易于实现批量生产，提高效率，降低成本。4、由于采用层叠式结构，与传统的微波滤波器相比，体积大为减小。且无须封装，可靠性高，节约了封装成本。5、由于采用层叠式结构，使得各谐振器不仅能在同一平面进行耦合，而且能在不同面之间进行耦合，提高了耦合效率，与传统的平面耦合线型滤波器相比一定程度上减小了插入损耗。6、在层叠结构滤波器中采用了交叉耦合的方式实现了阻带衰减极点，改善了滤波器的阻带特性。传统的耦合传输线滤波器要实现较高的带外抑制必须增加滤波器的节数，然而节数的增加不仅使滤波器的体积增大，而且会使滤波器的插入损耗随之变大。而采用本设计提供的方法则可以克服这一缺点。附图说明图1是本专利技术的3层层叠式滤波器的分层立体示意图。图2是本专利技术的4层层叠式滤波器的分层立体示意图。图3是为本专利技术为输入、输出抽头线所刻蚀的台阶示意图。图4是本专利技术年层叠式滤波器外形示意图。图5是本专利技术的3层层叠式滤波器性能说明图。具体实施例方式下面结构附图和实施例对本专利技术作进一步的说明。如图1-5所示。图1中，d1为第1层介质层，d2为第2层介质层，d3为第3层介质层，f1、f2为第1层介质层的两表面，f3、f4为第2层介质层的两表面，f5、f6为第3层介质层的两表面，t1为抽头线输入端，t2为抽头线输出端，r1、r2、……、r7为传输线谐振器，r8为级间耦合级。多层介质层材料采用高阻硅和高阻硅组合叠层或高阻硅和玻璃组合叠层，各层厚度根据需要进行制定，两边最外面的两层介质层外表面(f1，f6)作为接地平面并形成屏蔽面。抽头线输入端(t1)与第一节传输线谐振器(r1)相连，位于多层介质层的除接地平面外的中间某同一层面(f3)上。传输线谐振器为两端开路的阶梯阻抗线，由于在两层介质层之间，所以以带状线的形式进行谐振和耦合。第二节传输线谐振器(r2)位于另一层面(f5)上，与第一节传输线谐振器(r1)进行上下平面间的垂直耦合。第三节传输线谐振器(r3)与第二节传输线谐振器(r2)在同一层面(f5)上，两者进行同一平面耦合。第四节传输线谐振器(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于ＭＥＭＳ技术的层叠式滤波器，它至少包括三层叠装形成一体的介质层，其特征是最上一层介质层的上表面和最下一层介质层的下表面形成滤波器的屏蔽层，在各介质层之间相对的两面上对应位置处设有若干节利用ＭＥＭＳ技术加工形成的耦合传输线谐振器和用于键合的凹槽，也即一个面上设有耦合传输线谐振器，另一个面上相对位置处即设有相配使耦合传输线谐振器位于其中的凹槽，以保证相对面的完全键合；滤波器的抽头线输入端与第一节耦合传输线谐振器相连，抽头线输出端与最后一节耦合传输线谐振器相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱健，郁元卫，张勇，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十五研究所，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]