三維集成的多層堆疊結構微屏蔽mems濾波器組的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種三維集成的多層堆疊結構微屏蔽MEMS濾波器組，包括以下特征：所述濾波器組包括2個濾波器分別為A濾波器和B濾波器、4層襯底材料，A濾波器結構包括自下而上A襯底和B襯底，B濾波器結構包括自下而上C襯底和D襯底；B襯底和C襯底之間的金屬面為濾波器組提供信號輸入輸出；2個濾波器的信號分別單獨引出。優(yōu)點：利用MEMS工藝將2個獨立的MEMS濾波器進行三維單片集成，縮小了傳統(tǒng)濾波器組件的面積，且易于實現(xiàn)集成，采用全密封腔結構，減小了微波泄漏，同時避免了在芯片分離等后道工藝中水流、碎屑等對芯片內部結構的污染；提供了一種將2個濾波器縱向集成的解決方案，可擴展到多個濾波器組的集成。
【專利說明】三維集成的多層堆疊結構微屏蔽MEMS濾波器組
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種三維集成的多層堆疊結構微屏蔽MEMS濾波器組，屬于微波電路、微電子和微機械(MEMS)系統(tǒng)交叉【技術領域】，涉及微波工作頻段中的濾波器。
【背景技術】
[0002]目前開關濾波器組廣泛應用于射頻(RF)前端收發(fā)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)及航空、航天等系統(tǒng)中電子系統(tǒng)中，它能夠有效增強系統(tǒng)的收發(fā)抑制能力，在接收端能夠很好的抑制鏡像頻率，在發(fā)射端能夠很好的抑制帶外雜散，增強系統(tǒng)的性能。
[0003]目前的開關濾波器組件主要通過切換開關、控制電路和多個不同頻段濾波器組成，由控制電路控制開關的導通方向，實現(xiàn)不同濾波器之間的切換，使射頻信號分別在不同頻段的濾波器內傳輸，有效抑制系統(tǒng)中的雜散。當前開關濾波器組件中多個濾波器芯片一般平面并排安裝在金屬腔體中，為了增強各個濾波器之前的抑制，各濾波器之間設置分腔，通過這種方式將各分散的濾波器集成在開關濾波器腔體內。由此可見濾波器的尺寸大小直接決定了開關濾波器組件的腔體尺寸，也決定著整個射頻前端收發(fā)系統(tǒng)的尺寸。
[0004]RF MEMS濾波器的出現(xiàn)為上述問題提供了很好的解決方案。這是由于MEMS技術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(xiàn)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(tǒng)的傳輸線型微波濾波器的尺寸，且易于和傳統(tǒng)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(yōu)點，可以滿足新一代電子系統(tǒng)對小型化射頻前端的需求，有極廣的應用前景。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明提出的是一種三維集成的多層堆疊結構微屏蔽MEMS濾波器組，基于在MEMS濾波器的基礎上，其目的旨在克服現(xiàn)有技術所存在的上述缺陷，利用MEMS工藝將2個獨立的MEMS濾波器進行三維單片集成。
[0006]本發(fā)明的技術解決方案:三維集成的多層堆疊結構微屏蔽MEMS濾波器組，其結構包括A濾波器、B濾波器；所述的A濾波器包括A襯底和B襯底，其中在A襯底上表面沉積金屬形成A微波耦合線諧振器、A信號引入傳輸線、A信號引出傳輸線及A接地金屬面；將A襯底上表面和B襯底下表面對準，利用MEMS對準鍵合工藝形成A濾波器；所述的B濾波器包括C襯底和D襯底，在C襯底上表面上沉積金屬形成B微波耦合線諧振器、B信號引入傳輸線、B信號引出傳輸線及B接地金屬面，將C襯底上表面和D襯底下表面對準，利用MEMS對準鍵合工藝形成B濾波器；制作時，將A濾波器的B襯底上表面與B濾波器的C襯底下表面對準，利用MEMS對準鍵合工藝制成一體，并在A微波耦合線諧振器和B微波耦合線諧振器外側區(qū)域由D襯底至A襯底自上而下刻蝕接地通孔陣列，對該接地通孔陣列進行電鍍在通孔側壁沉積金屬，最終實現(xiàn)三維集成的多層堆疊結構微屏蔽MEMS濾波器的制作。
[0007]本發(fā)明的優(yōu)點:1)克服了傳統(tǒng)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；2)利用MEMS工藝將2個獨立的MEMS濾波器進行三維單片集成，大大縮小傳統(tǒng)濾波器組件的面積，且易于實現(xiàn)集成；3)采用全密封腔結構，減小微波泄漏，使各濾波器上下襯底間金屬引線以及微腔體結構得到有效保護，同時避免在芯片分離等后道工藝中水流、碎屑等對芯片內部結構的污染；4)可以將該技術擴展到多個濾波器組的集成。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是本發(fā)明的分層立體示意圖。
[0009]圖2是本發(fā)明的整體外觀俯視示意圖。
[0010]圖3是圖2中的AA方向剖面圖(這個圖中通孔內金屬橫向不要相連)。
[0011]圖4是B襯底2和C襯底3之間信號輸入輸出金屬橫截面圖。
[0012]圖5-1是A濾波器I的仿真插入損耗及反射損耗圖。
[0013]圖5-2是B濾波器2的仿真插入損耗及反射損耗圖。
【具體實施方式】實施例
[0014]對照圖1、2、3、4，三維集成的多層堆疊結構微屏蔽MEMS濾波器組，其結構包括A濾波器、B濾波器；所述的A濾波器包括A襯底101和B襯底102，其中在A襯底101上表面沉積金屬形成A微波稱合線諧振器103、A信號引入傳輸線104、A信號引出傳輸線105及A接地金屬面106。
[0015]將A襯底101上表面和B襯底102下表面對準，利用MEMS對準鍵合工藝形成A濾波器。
[0016]所述的B濾波器，其結構包括C襯底201和D襯底202，在C襯底201上表面上沉積金屬形成B微波耦合線諧振器203、B信號引入傳輸線204、B信號引出傳輸線205及B接地金屬面206。
[0017]將C襯底201上表面和D襯底202下表面對準，利用MEMS對準鍵合工藝形成B濾波器。
[0018]制作時，將A濾波器的B襯底102上表面與B濾波器的C襯底201下表面對準，利用MEMS對準鍵合工藝制成一體，并在A微波耦合線諧振器103和B微波耦合線諧振器203外側區(qū)域由D襯底202至A襯底101自上而下刻蝕接地通孔陣列212，接地通孔深度為4 X 360 μ m，通孔孔徑200 μ m，對該接地通孔陣列212進行電鍍在通孔側壁沉積金屬，最終實現(xiàn)三維集成的多層堆疊結構微屏蔽MEMS濾波器的制作。
[0019]所述的A襯底101上表面、B襯底102下表面上沉積金屬形成A微波耦合線諧振器103、A信號引入傳輸線104、A信號引出傳輸線105及A接地金屬面106。
[0020]所述的A襯底101與A微波耦合線諧振器103之間的襯底自上而下利用微機械部分刻蝕形成A襯底刻蝕腔107_1，刻蝕深度為100 μ m。
[0021]所述的B襯底102與A微波耦合線諧振器103之間的襯底下表面自下而上利用微機械部分刻蝕形成B襯底刻蝕腔107_2，刻蝕深度為100 μ m，B襯底刻蝕腔107_2與A襯底刻蝕腔107_1對準形成A濾波器的A密封腔；所述的D襯底202與B微波耦合線諧振器203之間的襯底下表面自下而上的利用微機械部分刻蝕形成D襯底刻蝕腔207_2，刻蝕深度為100 ym；D襯底刻蝕腔207_2與C襯底刻蝕腔207_1對準形成B濾波器的B密封腔。
[0022]所述的B襯底102下表面上的A信號輸入傳輸線104和A信號引出傳輸線105的中心位置分別刻蝕形成A輸入通孔108和A輸出通孔109，刻蝕深度為360 μ m。
[0023]B襯底102上表面的A輸入通孔108、A輸出通孔109、B輸入通孔208和B輸出通孔209的位置處沉積金屬分別形成A信號輸入傳輸線110、A信號輸出傳輸線111、B信號輸入傳輸線210、B信號輸出傳輸線211 ；所述的A輸入通孔108和A輸出通孔109電鍍在通孔側壁沉積金屬；對A襯底101下表面沉積電鍍金屬。
[0024]所述的C襯底201與B微波耦合線諧振器203之間的襯底自上而下利用反應離子刻蝕形成C襯底刻蝕腔207_1，刻蝕深度為100 μ m。
[0025]所述的C襯底201上表面上的B信號引入傳輸線204和B信號引出傳輸線205的中心位置分別刻蝕形成B輸入通孔208和B輸出通孔209，刻蝕深度為360 μ m。
[0026]所述的C襯底201下表面上的A輸入通孔108、A輸出通孔109、B輸入通孔208和B輸出通孔209的位置處沉積金屬分別形成A信號輸入傳輸線110、A信號輸出傳輸線111、B信號輸入傳輸線201、B信號輸出傳輸線211 ；B輸入通孔208和B輸出通孔209電鍍在通孔側壁沉積金屬；所述的D襯底202上表面沉積電鍍金屬。
[0027]所述的A襯底101、B襯底102、C襯底201)和D襯底202的襯底材料的厚度均為360 μ m,電阻率為3000 Ω.cm的高阻硅。
[0028]如圖5-1所示，濾波器組中的A濾波器的通帶為7.6-9.4GHz，損耗小于2.0dB，反射損耗小于-15dB，在6.6GHz、IOGHz頻點的帶外抑制小于_40dB。
如圖5-2所示，濾波器組中B濾波器的通帶為8.6-10.4GHz，損耗小于2.0dB,反射損耗小于-15dB，在7.4GHz、11.4GHz頻點的帶外抑制小于_40dB。
[0029]濾波器組中的B濾波器的尺寸不大于A濾波器的尺寸。
[0030]所述濾波器組中濾波器B和濾波器的微波耦合線諧振器的節(jié)數(shù)可以是任意多節(jié)。[0031 ] 利用MEMS的DRIE技術或濕法腐蝕對A襯底的微波耦合傳輸線之間的襯底上表面自上而下進行刻蝕,形成刻蝕腔,刻蝕深度為襯底厚度的20%-60% ;對所述B濾波器、C襯底的B微波耦合傳輸線之間的襯底上表面自上而下進行刻蝕,形成刻蝕腔,刻蝕深度為襯底厚度的20%-60%。
[0032]利用MEMS的DRIE技術或濕法腐蝕對B襯底下表面處A襯底刻蝕腔對應位置處的襯底材料自下而上進行刻蝕，形成刻蝕腔，刻蝕深度為襯底厚度的20%-60% ;對所述D襯底下表面處C襯底刻蝕腔對應位置處的襯底材料自下而上進行刻蝕,形成刻蝕腔,刻蝕深度為襯底厚度的20%-60%。
[0033]所述A濾波器在A襯底上表面信號弓I入傳輸線、信號引出傳輸線上方對應位置的B襯底處刻蝕形成A輸入通孔和A輸出通孔，刻蝕深度為B襯底的厚度，A輸入通孔、A輸出通孔孔徑尺寸分別不大于A信號引入傳輸線、A信號引出傳輸線的尺寸；所述B濾波器在C襯底信號B引入傳輸線和B信號引出傳輸線所在位置處刻蝕形成B輸入通孔和B輸出通孔；刻蝕深度為C襯底的厚度，B輸入通孔、B輸出通孔孔徑尺寸分別不大于B信號引入傳輸線、B信號引出傳輸線的尺寸，通孔形狀可以是圓形、方形或者多邊形。[0034]利用金屬輸入通孔、金屬輸出通孔將A信號引入傳輸線與A信號輸入傳輸線、A信號引出傳輸線與A信號輸出傳輸線、B信號引入傳輸線與B信號輸入傳輸線、B信號引出傳輸線與B信號輸出傳輸線互連。
[0035]所述濾波器組在A微波耦合線諧振器和B微波耦合線諧振器的外圍位置處包含金屬通孔陣列，通孔形狀可以是圓形或者方形或者多邊形；所述濾波器組包含的A輸入通孔、A輸出通孔、B輸入通孔、B輸出通孔均為金屬通孔，孔壁上附著金屬，通孔形狀可以是圓形、方形或者多邊形。
【權利要求】
1.三維集成的多層堆疊結構微屏蔽MEMS濾波器組，其特征是包括A濾波器、B濾波器；所述的A濾波器包括A襯底和B襯底，其中在A襯底上表面沉積金屬形成A微波耦合線諧振器、A信號引入傳輸線、A信號引出傳輸線及A接地金屬面；將A襯底上表面和B襯底下表面對準，利用MEMS對準鍵合工藝形成A濾波器；所述的B濾波器包括C襯底和D襯底，在C襯底上表面上沉積金屬形成B微波稱合線諧振器、B信號引入傳輸線、B信號引出傳輸線及B接地金屬面，將C襯底上表面和D襯底下表面對準，利用MEMS對準鍵合工藝形成B濾波器；制作時，將A濾波器的B襯底上表面與B濾波器的C襯底下表面對準，利用MEMS對準鍵合工藝制成一體，并在A微波耦合線諧振器和B微波耦合線諧振器外側區(qū)域由D襯底至A襯底自上而下刻蝕接地通孔陣列，對該接地通孔陣列進行電鍍在通孔側壁沉積金屬，最終實現(xiàn)三維集成的多層堆疊結構微屏蔽MEMS濾波器的制作。
2.根據(jù)權利要求1所述的三維集成的多層堆疊結構微屏蔽MEMS濾波器組，其特征是所述的A襯底上表面、B襯底下表面上沉積金屬形成A微波稱合線諧振器、A信號引入傳輸線、A信號引出傳輸線及A接地金屬面。
3.根據(jù)權利要求1所述的三維集成的多層堆疊結構微屏蔽MEMS濾波器組，其特征是所述的A襯底與A微波耦合線諧振器之間的襯底自上而下利用微機械部分刻蝕形成A襯底刻蝕腔，刻蝕深度為100 μ m。
4.根據(jù)權利要求1所述的三維集成的多層堆疊結構微屏蔽MEMS濾波器組，其特征是所述的B襯底與A微波耦合線諧振器之間的襯底下表面自下而上利用微機械部分刻蝕形成B襯底刻蝕腔，刻蝕深度為100 μπι,Β襯底刻蝕腔與A襯底刻蝕腔對準形成A濾波器的A密封腔；所述的D襯底與B微波耦合線諧振器之間的襯底下表面自下而上 的利用微機械部分刻蝕形成D襯底刻蝕腔，刻蝕深度為100 ym；D襯底刻蝕腔與C襯底刻蝕腔對準形成B濾波器的B密封腔。
5.根據(jù)權利要求1所述的三維集成的多層堆疊結構微屏蔽MEMS濾波器組，其特征是所述的B襯底下表面上的A信號輸入傳輸線和A信號引出傳輸線的中心位置分別刻蝕形成A輸入通孔和A輸出通孔，刻蝕深度為360 ym；B襯底上表面的A輸入通孔、A輸出通孔、B輸入通孔和B輸出通孔的位置處沉積金屬分別形成A信號輸入傳輸線、A信號輸出傳輸線、B信號輸入傳輸線、B信號輸出傳輸線；所述的A輸入通孔和A輸出通孔電鍍在通孔側壁沉積金屬；對A襯底下表面沉積電鍍金屬。
6.根據(jù)權利要求1所述的三維集成的多層堆疊結構微屏蔽MEMS濾波器組，其特征是所述的C襯底與B微波耦合線諧振器之間的襯底自上而下利用反應離子刻蝕形成C襯底刻蝕腔，刻蝕深度為100 μ m。
7.根據(jù)權利要求1所述的三維集成的多層堆疊結構微屏蔽MEMS濾波器組，其特征是所述的C襯底上表面上的B信號引入傳輸線和B信號引出傳輸線的中心位置分別刻蝕形成B輸入通孔和B輸出通孔，刻蝕深度為360 μ m。
8.根據(jù)權利要求1所述的三維集成的多層堆疊結構微屏蔽MEMS濾波器組，其特征是所述的C襯底下表面上的A輸入通孔、A輸出通孔、B輸入通孔和B輸出通孔的位置處沉積金屬分別形成A信號輸入傳輸線、A信號輸出傳輸線、B信號輸入傳輸線、B信號輸出傳輸線；B輸入通孔和B輸出通孔電鍍在通孔側壁沉積金屬；所述的D襯底上表面沉積電鍍金屬。
9.根據(jù)權利要求1所述的三維集成的多層堆疊結構微屏蔽MEMS濾波器組，其特征是所述的A襯底1、B襯底、C襯底和D襯底的襯底材料的厚度均為360 μ m,電阻率為3000 Ω -cm的聞阻娃。
10.根據(jù)權利要求1所述的三維集成的多層堆疊結構微屏蔽MEMS濾波器組，其特征是所述的A濾波器的通帶為7.6-9.4GHz,損耗小于2.0dB,反射損耗小于_15dB，在6.6GHz、IOGHz頻點的帶外抑制小于_40dB，B濾波器的通帶為8.6-10.4GHz，損耗小于2.0dB,反射損耗小于-15dB，在7.4GHz、11.4GHz 頻點的帶外抑制小于_40dB。
【文檔編號】B81B7/02GK103779642SQ201410034441
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月24日 優(yōu)先權日:2014年1月24日
【發(fā)明者】郁元衛(wèi), 侯芳, 朱健 申請人:中國電子科技集團公司第五十五研究所