一种小型化全金属结构的微同轴微波滤波器芯片制造技术

本发明专利技术提供一种小型化全金属结构的微同轴微波滤波器芯片，包括：滤波器外导体、微同轴内导体和射频端口。本发明专利技术使用微同轴工艺分层制备，通过在硅晶圆衬底上多次反复运用旋涂光刻胶、匀胶、烘干、曝光、显影、电铸、研磨、抛光等微加工工艺，在完成各层制备后利用研磨工艺去除硅晶圆衬底，最后去除光刻胶从而完成滤波器的加工。本发明专利技术基于微同轴制备工艺，通过采用准封闭的微同轴多腔耦合谐振结构，结合内外导体多点连通设计，从而实现滤波器的小型化、轻量化、高制备精度、电磁内部封闭、静电屏蔽、高带外抑制的同时，避免采用微同轴内导体介质支撑结构，实现了滤波器的全金属化、低损耗、高功率容量和强环境适应能力。率容量和强环境适应能力。率容量和强环境适应能力。

【技术实现步骤摘要】
一种小型化全金属结构的微同轴微波滤波器芯片


[0001]本专利技术涉及基本电气元件
，具体涉及一种小型化全金属结构的微同轴微波滤波器芯片。

技术介绍

[0002]为提升信息传输容量和码速率，现代电子通信系统正朝向微波高频段甚至太赫兹频段快速发展。为充分利用时间、频谱和空间资源，诸如5G基站、火箭测控通信、卫星通信和中继数传系统一般采用收发同时工作，天线共面或共口径设计。为抑制发射信号对接收通道的干扰，发射通道射频前端需集成低损耗收阻滤波器，接收通道射频前端需集成低损耗发阻滤波器。
[0003]随着工作频率的不断提高，常见的声表面波(SAW)滤波器、薄膜腔体谐振(FBA)滤波器、微带和SIW等介质滤波器插入损耗越来越大。此外，由于温度、辐照等外界环境因素影响，各类介质滤波器在诸如箭载、星载等恶劣环境下应用受限。腔体滤波器虽具有高品质因素、低插入损耗、高功率容量和强环境适应能力，然而空间尺寸过大，难以实现与其它微波器件或集成电路、印制电路板等进行集成，特别是在单元间距受限的相控阵天线T/R组件中难以应用。
[0004]基于微同轴制备工艺的滤波器具有小型化、轻量化、高制备精度、电磁内部封闭、低损耗、适应频率高等优点。然而已公开的微同轴滤波器均需要介质支撑内导体，且滤波器的尺寸大、带外抑制度不高。

技术实现思路

[0005]本专利技术是为了解决现有微波滤波器难以兼具小型化、轻量化、低损耗、高带外抑制的问题，提供一种小型化全金属结构的微同轴微波滤波器芯片，本专利技术基于微同轴制备工艺，提供一种环境适应能力强，且兼具小型化、轻量化、高制备精度、电磁内部封闭、静电屏蔽、高带外抑制、低损耗、高功率容量优点的全金属化微同轴微波滤波器芯片。
[0006]本专利技术提供一种小型化全金属结构的微同轴微波滤波器芯片，包括：滤波器外导体、设置在滤波器外导体内部的微同轴内导体(2)和与滤波器外导体和内导体均相连的射频端口，射频端口与外部射频互连；
[0007]滤波器外导体包括谐振腔外导体和谐振腔耦合孔，谐振腔外导体的内部形成空腔，微同轴内导体设置在谐振腔外导体的空腔内，谐振腔耦合孔将谐振腔外导体的内部空腔连通；
[0008]微同轴内导体包括至少两个谐振腔内导体和与谐振腔内导体末端连接的耦合线，耦合线设置在谐振腔耦合孔的内部，耦合线用于微同轴谐振腔之间电磁信号的耦合；
[0009]谐振腔外导体和谐振腔内导体组成微同轴谐振腔，谐振腔耦合孔和耦合线组成微同轴耦合腔，微同轴耦合腔与多个微同轴谐振腔连通以引入零点提升滤波器的带外抑制。
[0010]本专利技术所述的一种小型化全金属结构的微同轴微波滤波器芯片，作为优选方式，
谐振腔内导体通过与谐振腔外导体空腔的长度向两端相连进行固定；
[0011]耦合线通过与谐振腔外导体空腔的宽度向两端相连进行固定。
[0012]本专利技术所述的一种小型化全金属结构的微同轴微波滤波器芯片，作为优选方式，微同轴谐振腔为矩形微同轴谐振腔；
[0013]滤波器外导体、微同轴内导体和射频端口均为多层铜质结构；
[0014]滤波器外导体为内部有空腔的长方体，滤波器外导体的长度与滤波器中心频点的半波长相近、宽度与射频端口宽度的N倍相近、高度与射频端口的高度相同，滤波器外导体的高度小于1mm，N为滤波器微同轴谐振腔的数量，谐振腔外导体的内部空腔为长条形、横截面高度小于1mm、宽度在毫米量级；
[0015]谐振腔内导体长度略小于滤波器中心频点的半波长，且粗细均匀；
[0016]谐振腔内导体为多层铜质长条形结构，横截面为矩形，几何中心与谐振腔外导体空腔的横截面几何中心重合；
[0017]耦合线为多层铜质长条形结构。
[0018]本专利技术所述的一种小型化全金属结构的微同轴微波滤波器芯片，作为优选方式，射频端口包括与谐振腔外导体相连的射频端口接地座和与谐振腔内导体相连的微同轴探针。
[0019]本专利技术所述的一种小型化全金属结构的微同轴微波滤波器芯片，作为优选方式，微同轴探针的截面与谐振腔内导体的截面尺寸相同，微同轴探针通过金丝键合等工艺与外部进行射频连接。
[0020]本专利技术所述的一种小型化全金属结构的微同轴微波滤波器芯片，作为优选方式，微同轴微波滤波器芯片的参数仿真调节方法为：通过调节微同轴谐振腔的数量改变滤波器的阶数，通过调节谐振腔内导体的长度调节谐振频率，通过调节谐振腔耦合孔和耦合线的位置、尺寸来调节耦合系数，通过调节微同轴探针的位置调节输入输出端口驻波比。
[0021]本专利技术所述的一种小型化全金属结构的微同轴微波滤波器芯片，作为优选方式，滤波器外导体还包括设置在谐振腔外导体外部的外导体开孔，外导体开孔用于微同轴制备工艺流程中光刻胶的去除。
[0022]本专利技术所述的一种小型化全金属结构的微同轴微波滤波器芯片，作为优选方式，外导体开孔为周期性排布的长方体开孔，外导体开孔的尺寸小于滤波器最高工作频率对应波长的0.03倍。
[0023]本专利技术所述的一种小型化全金属结构的微同轴微波滤波器芯片，作为优选方式，微同轴微波滤波器芯片的制备方法包括以下步骤：
[0024]S1、将微同轴微波滤波器芯片根据结构分为n层，制作每一层的光刻模板，在硅晶圆衬底背面通过光刻、刻蚀的方法制作对准标记，对准标记用于后续依次制作各层时的对准；
[0025]S2、在硅晶圆衬底的正面通过旋涂等方法覆盖第一层光刻胶，光刻胶的厚度根据每层的厚度确定，烘干后将第一层光刻模板贴紧光刻胶置于光刻机下曝光，曝光后进行显影，曝光部分被显影液腐蚀，剩余的图形与滤波器第一层图形形成互补；
[0026]S3、在硅晶圆衬底的正面进行电铸，生长一层金属铜，通过控制电流、时间等参数控制铜的厚度，铜的厚度不小于本层光刻胶的厚度；
[0027]S4、使用研磨、抛光等工艺对电铸后的硅晶圆衬底表面进行平坦化，使得晶圆片表面的起伏在10μm以下；
[0028]S5、返回步骤S2，继续制备下一层，直至完成n层制备；
[0029]S6、研磨去除硅晶圆衬底，并利用化学方法去除剩余的光刻胶，划片后得到微同轴微波滤波器芯片，制备完成。
[0030]本专利技术所述的一种小型化全金属结构的微同轴微波滤波器芯片，作为优选方式，步骤S3可使用其他薄膜生长工艺代替，其他薄膜生长工艺包括溅射、蒸镀和化学气相沉积；
[0031]还包括步骤S7、使用溅射或电子束蒸发或蒸镀对微同轴微波滤波器芯片的的表面镀金属膜，金属膜包括金膜或银膜。
[0032]本专利技术的技术方案为：一种小型化全金属结构的微同轴微波滤波器芯片，包括滤波器外导体、微同轴内导体、射频端口和外导体开孔。
[0033]滤波器外导体为多层铜质结构，由多个微同轴谐振腔的外导体连接构成。为实现多个谐振腔的耦合，在谐振腔之间设置谐振腔耦合孔。
[0034]微同轴内导体为多层铜质结构，由多个微同轴谐振腔的内导体及其之间的耦合线连接构成。
[0035]射频端口为多层铜质微同本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种小型化全金属结构的微同轴微波滤波器芯片，其特征在于：包括：滤波器外导体(1)、设置在所述滤波器外导体(1)内部的微同轴内导体(2)和与所述滤波器外导体(1)、所述内导体(2)均相连的射频端口(3)，所述射频端口(3)与外部射频互连；所述滤波器外导体(1)包括谐振腔外导体(11)和谐振腔耦合孔(12)，所述谐振腔外导体(11)的内部形成空腔，所述微同轴内导体(2)设置在所述空腔内，所述谐振腔耦合孔(12)将所述空腔连通；所述微同轴内导体(2)包括至少两个谐振腔内导体(21)和与谐振腔内导体(21)末端连接的耦合线(22)，所述耦合线(22)设置在谐振腔耦合孔(12)的内部，所述耦合线(22)用于微同轴谐振腔之间电磁信号的耦合；所述谐振腔外导体(11)和所述谐振腔内导体(21)组成微同轴谐振腔，所述谐振腔耦合孔(12)和所述耦合线(22)组成微同轴耦合腔，所述微同轴耦合腔与多个所述微同轴谐振腔连通以引入零点提升滤波器的带外抑制。2.根据权利要求1所述的一种小型化全金属结构的微同轴微波滤波器芯片，其特征在于：所述谐振腔内导体(21)通过与所述空腔的长度向两端相连进行固定；所述耦合线(22)通过与所述空腔的宽度向两端相连进行固定。3.根据权利要求1所述的一种小型化全金属结构的微同轴微波滤波器芯片，其特征在于：所述微同轴谐振腔为矩形微同轴谐振腔；所述滤波器外导体(1)、微同轴内导体(2)和射频端口(3)均为多层铜质结构；所述滤波器外导体(1)为内部有空腔的长方体，所述滤波器外导体(1)的长度与滤波器中心频点的半波长相近、宽度与所述射频端口(3)宽度的N倍相近、高度与所述射频端口(3)的高度相同，所述滤波器外导体(1)的高度小于1mm，N为所述微同轴谐振腔的数量，所述空腔为长条形、横截面高度小于1mm、宽度在毫米量级；所述谐振腔内导体(11)的长度小于滤波器中心频点的半波长且粗细均匀；所述谐振腔内导体(21)为多层铜质长条形结构，所述谐振腔内导体(21)的横截面为矩形、几何中心与所述空腔的横截面几何中心重合；所述耦合线(22)为多层铜质长条形结构。4.根据权利要求1所述的一种小型化全金属结构的微同轴微波滤波器芯片，其特征在于：所述射频端口(3)包括与所述谐振腔外导体(11)相连的射频端口接地座(31)和与所述谐振腔内导体(21)相连的微同轴探针(32)。5.根据权利要求3所述的一种小型化全金属结构的微同轴微波滤波器芯片，其特征在于：微同轴微波滤波器芯片的...

【专利技术属性】
技术研发人员：谷胜明，王梦轩，赵广宏，汪郁东，陈春明，史永康，尹玉刚，刘昊，
申请(专利权)人：航天长征火箭技术有限公司，
类型：发明
国别省市：