本發(fā)明屬于濾波器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及中心頻率可調(diào)的基片集成波導(dǎo)濾波器及其制作方法。

背景技術(shù)：

對(duì)于高頻通訊系統(tǒng)應(yīng)用，例如：5G通信的高頻窗口，由于頻率高達(dá)27GHz以上，傳統(tǒng)的微帶濾波器帶內(nèi)插損比較大，而基片集成波導(dǎo)(SIW)實(shí)現(xiàn)高頻濾波器由于輻射損耗很小，所以其帶內(nèi)插損可以將控制在很小范圍，很適合應(yīng)用在小型化基站。

濾波器是射頻系統(tǒng)中關(guān)鍵元件，由于工作的頻率的增加，傳統(tǒng)的微帶濾波器由于損耗增大，很難滿足現(xiàn)在射頻系統(tǒng)的要求，所以基片集成波導(dǎo)正成為高頻濾波器的首選。相比于在基板上實(shí)現(xiàn)基片集成波導(dǎo)濾波器形式，由于工程設(shè)計(jì)的方便和設(shè)計(jì)時(shí)間的需要，更需要希望直接用濾波器器件直接貼裝的方法來(lái)直接實(shí)現(xiàn)濾波器的功能。傳統(tǒng)的基片集成波導(dǎo)濾波器中心頻率可以通過電調(diào)節(jié)和磁調(diào)節(jié)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。

如公開號(hào)為CN104934662A的中國(guó)專利申請(qǐng)，其利用集成波導(dǎo)鐵氧體的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)中心頻率可調(diào)濾波器，通過鐵氧體改變波導(dǎo)濾波器內(nèi)部的磁場(chǎng)，從而調(diào)節(jié)波導(dǎo)濾波器的中心頻率。該方式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，利于實(shí)現(xiàn)，可以簡(jiǎn)單的通過調(diào)節(jié)鐵氧體的狀態(tài)來(lái)改變磁場(chǎng)，從而調(diào)節(jié)中心頻率。但其缺點(diǎn)是體積大，調(diào)諧的線性度差，而且沒有制作外部電路，不是一個(gè)封裝體，不利于加工制版。

公開號(hào)為CN105489987A的中國(guó)專利申請(qǐng)則是基于液晶材料的實(shí)現(xiàn)基片集成波導(dǎo)可調(diào)濾波器，通過在基片集成波導(dǎo)上表面金屬層上刻蝕開口諧振環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)帶通濾波器，將基片集成波導(dǎo)上表面金屬層倒置與液晶材料接觸，利用饋電結(jié)構(gòu)，形成基于液晶材料的基片集成波導(dǎo)可調(diào)濾波器。其優(yōu)點(diǎn)是：利用液晶材料的介電常數(shù)與電場(chǎng)的關(guān)系，通過控制電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)中 心頻率可調(diào)，而且液晶材料的密度低，質(zhì)量輕，調(diào)節(jié)電壓低更適合現(xiàn)代無(wú)線通信工程。但其缺點(diǎn)是：利用液晶材料封裝可能面臨液晶材料泄漏的問題。

中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)CN104241738A則通過加載PIN管的基片集成波導(dǎo)可調(diào)濾波器，利用電壓調(diào)節(jié)PIN二極管，通過加載電容的方式改變基片集成波導(dǎo)濾波器的中心頻率。其優(yōu)點(diǎn)是變?nèi)荻O管的調(diào)節(jié)速度快，缺點(diǎn)是該

“一種基片集成波導(dǎo)可調(diào)濾波器的設(shè)計(jì)”(《電子元件與材料》第35卷第5期，2016.05，周建等人)設(shè)計(jì)了一種兩腔SIW可調(diào)濾波器，它是基于多層異質(zhì)腔體加載物理開關(guān)的可調(diào)濾波器結(jié)構(gòu)，在濾波器腔體上將調(diào)諧柱陣列排布，再采用封裝好的MEMS開關(guān)進(jìn)行選通。其優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)的濾波器利用現(xiàn)成的RF MEMS開關(guān)加載到PCB基片上，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)上省去了很多步驟，但其集成度不高，損耗大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有的基片集成波導(dǎo)濾波器的中心頻率調(diào)節(jié)的集成度小，損耗大的問題，以及沒有可以直接使用的中心頻率27GHz低插入損耗的小型濾波器模塊的問題。

(二)技術(shù)方案

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種中心頻率可調(diào)的基片集成波導(dǎo)濾波器，所述濾波器包括諧振腔，諧振腔包括自下而上依次疊置的底層金屬層、基板、中間金屬層、介質(zhì)層和頂層金屬層，諸振腔的側(cè)壁由多個(gè)貫通于頂層金屬層與底層金屬層的側(cè)壁金屬柱構(gòu)成，且諧振腔內(nèi)部具有多個(gè)貫通于中間金屬層與底層金屬層的金屬連接柱，底層金屬層的連接側(cè)壁金屬柱的部分與連接金屬連接柱的部分相互間隔，所述諧振腔內(nèi)部還具有調(diào)諧導(dǎo)電柱，所述調(diào)諧導(dǎo)電柱貫通于底層金屬層和頂層多屬層，但與中間金屬層相互間隔；頂層多屬層的連接調(diào)諧導(dǎo)電柱的部分與連接側(cè)壁導(dǎo)電柱的部分相互間隔；底層金屬層的連接調(diào)諧導(dǎo)電柱的部分與連接金屬連接柱的部分相互間隔；所述頂層多屬層的連接調(diào)諧導(dǎo)電柱的部分的上方由一個(gè)導(dǎo) 電膜橋覆蓋，以在所述頂層多屬層的連接調(diào)諧導(dǎo)電柱的部分與該導(dǎo)電膜橋之間形成一個(gè)空腔。

優(yōu)選的，所述調(diào)諧導(dǎo)電柱為金屬柱，或者是其他能影響該基片集成波導(dǎo)濾波器中心頻率的半導(dǎo)體材料構(gòu)成。

優(yōu)選的，所述基板的材料為玻璃、高阻硅、砷化鎵，銦磷III-VI族半導(dǎo)體或有機(jī)物。

優(yōu)選的，所述導(dǎo)電膜橋的上方形成有保護(hù)罩。

優(yōu)選的，所述保護(hù)罩的材料為金屬或玻璃。

優(yōu)選的，所述導(dǎo)層膜橋通過所述頂層金屬層進(jìn)行饋電控制。

優(yōu)選的，所述導(dǎo)電膜橋的材料為金屬。

本發(fā)明還提出一種制作中心頻率可調(diào)的基片集成波導(dǎo)濾波器的方法所述方法包括：在諧振腔內(nèi)部形成調(diào)諧導(dǎo)電柱，所述調(diào)諧導(dǎo)電柱貫通于底層金屬層和頂層多屬層，但與中間金屬層相互間隔；在所述頂層多屬層的連接調(diào)諧導(dǎo)電柱的部分的上方形成一個(gè)導(dǎo)電膜橋，以在所述頂層多屬層的連接調(diào)諧導(dǎo)電柱的部分與該導(dǎo)電膜橋之間形成一個(gè)空腔。

(三)有益效果

1.本發(fā)明可以在多種介質(zhì)基板上制作，可以充分利用成熟的硅基和玻璃基工藝，大大的降低了制作的成本，工藝簡(jiǎn)單成熟。

2.本發(fā)明通過基片集成波導(dǎo)濾波器加載導(dǎo)電銅柱等的方式來(lái)調(diào)節(jié)中心頻率，與傳統(tǒng)的其他方式的調(diào)節(jié)中心頻率的相比，性能更好。

3.本發(fā)明利用MEMS與晶圓級(jí)工藝，將MEMS開關(guān)與基片集成波導(dǎo)濾波器直接集成在一起，而不是傳統(tǒng)的外置MEMS開關(guān)來(lái)控制基片集成波導(dǎo)濾波器的中心頻率，有效的減少了MEMS元件由于封裝帶來(lái)的損耗。

4.本發(fā)明直接將可調(diào)基片集成波導(dǎo)濾波器制作成單獨(dú)的封裝的模塊，提出了完整的工藝制作方法。

5.本發(fā)明與傳統(tǒng)的基片集成波導(dǎo)濾波器制作在基板上相比，大大的增加了工程使用的方便性和可能性，對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)來(lái)說，相對(duì)的可靠性更高。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的中心頻率可調(diào)的基片集成波導(dǎo)濾波器的疊層結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的中心頻率可調(diào)的基片集成波導(dǎo)濾波器的附視圖；

圖3A～圖3I是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的中心頻率可調(diào)的基片集成波導(dǎo)濾波器的制作工藝流程圖，其中，圖3A是對(duì)基板打通孔并進(jìn)行實(shí)心電鍍的工藝示意圖，圖3B是在基板的上表面和下表面形成底層金屬層和中間金屬層的工藝示意圖，圖3C是在基板的中間金屬層上形成介質(zhì)層的工藝示意圖，圖3E是在介質(zhì)層上制作頂部金屬層的工藝示意圖，圖3F是在底部金屬層上形成犧牲層的工藝示意圖，附圖3G是在犧牲層上制作導(dǎo)電膜橋的工藝示意圖。附圖3H是釋放犧牲層的工藝示意圖。附圖3I是在導(dǎo)電膜橋上方鍵合保護(hù)罩的工藝示意圖。

具體實(shí)施方式

總的來(lái)說，本發(fā)明提出一種中心頻率可調(diào)的基片集成波導(dǎo)濾波器。根據(jù)波導(dǎo)諧振頻率的電調(diào)節(jié)的方法，利用在濾波器諧振腔內(nèi)加載導(dǎo)電柱，導(dǎo)電柱的開關(guān)通過導(dǎo)電膜橋?qū)崿F(xiàn)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)諧振腔的諧振頻率的擾動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了基片集成波導(dǎo)濾波器中心頻率的調(diào)節(jié)，大大的增加了濾波器的應(yīng)用范圍和可校準(zhǔn)性。

從制作方法來(lái)說，本發(fā)明利用MEMS工藝制作導(dǎo)電膜橋，即本發(fā)明通過MEMS工藝和晶圓級(jí)工藝的制作方法，利用導(dǎo)電膜橋開關(guān)調(diào)節(jié)基片集成波導(dǎo)濾波器中心頻率。由此本發(fā)明將導(dǎo)電膜橋開關(guān)與基片集成波導(dǎo)集成封裝在一起，構(gòu)成了一個(gè)小型的SiP器件。

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

圖1是本發(fā)明的中心頻率可調(diào)的基片集成波導(dǎo)濾波器的疊層結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，濾波器主要包括諧振腔，通常，諧振腔包括自下而上依次疊置的底層金屬層13、基板11、中間金屬層12、介質(zhì)層14和頂層金屬層16。諧振腔的側(cè)壁則由多個(gè)貫通于頂層金屬層16與底層金屬層13的側(cè)壁金屬柱22構(gòu)成，且諧振腔內(nèi)部具有多個(gè)貫通于中間金屬層12與底層金 屬層13的金屬連接柱10，底層金屬層13的連接側(cè)壁金屬柱22的部分與連接金屬連接柱的10部分相互間隔。

本發(fā)明的諧振腔內(nèi)部還設(shè)有用于調(diào)節(jié)中心頻率的調(diào)諧導(dǎo)電柱21，調(diào)諧導(dǎo)電柱21也貫通于底層金屬層13和頂層多屬層16之間，但與中間金屬層12相互間隔。頂層多屬層16的連接調(diào)諧導(dǎo)電柱21的部分與連接側(cè)壁導(dǎo)電柱22的部分相互間隔；底層金屬層13的連接調(diào)諧導(dǎo)電柱21的部分與連接金屬連接柱10的部分相互間隔。

此外，根據(jù)本發(fā)明，在頂層多屬層16的連接調(diào)諧導(dǎo)電柱21的部分的上方由一個(gè)導(dǎo)電膜橋18覆蓋，以在所述頂層多屬層16的連接調(diào)諧導(dǎo)電柱的部分與該導(dǎo)電膜橋18之間形成一個(gè)空腔19。

圖2是本發(fā)明的中心頻率可調(diào)的基片集成波導(dǎo)濾波器的附視圖。如圖2所示，諧振腔數(shù)量依據(jù)濾波器特性可以是一級(jí)、二極或多級(jí)，在該實(shí)施例中為四個(gè)諧振腔，且四個(gè)諧振腔通過級(jí)聯(lián)方式形成。如圖2所示，各個(gè)諧振腔由側(cè)壁金屬柱圍成，而調(diào)諧導(dǎo)電柱位于每個(gè)諧振腔的內(nèi)部。調(diào)諧導(dǎo)電柱的上方覆蓋有導(dǎo)電膜橋。此外，該濾波器還具有輸入輸出接入部分23。所述導(dǎo)層膜橋通過所述頂層金屬層16進(jìn)行饋電控制。

通過基片集成波導(dǎo)濾波器加載調(diào)諧導(dǎo)電柱等的方式來(lái)調(diào)節(jié)中心頻率，與傳統(tǒng)的其他方式的調(diào)節(jié)中心頻率的相比，性能更好。

根據(jù)本發(fā)明，所述調(diào)諧導(dǎo)電柱優(yōu)選為金屬構(gòu)成，例如銅柱，但本發(fā)明也可以選用其他能影響該基片集成波導(dǎo)濾波器中心頻率的半導(dǎo)體材料構(gòu)成調(diào)諧導(dǎo)電柱。

本發(fā)明的基板的材料可以為玻璃、高阻硅、砷化鎵，銦磷III-VI族半導(dǎo)體或有機(jī)物等。

優(yōu)選的，如圖1所示，導(dǎo)電膜橋的上方形成有保護(hù)罩20，所述保護(hù)罩20的材料可為金屬或玻璃。

圖3A～圖3I是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的中心頻率可調(diào)的基片集成波導(dǎo)濾波器的制作工藝流程圖。下面參照?qǐng)D3A～圖3I來(lái)說明本發(fā)明的制作方法。

圖3A是對(duì)基板打通孔并進(jìn)行實(shí)心電鍍的工藝示意圖。如圖3A所示，首先準(zhǔn)備基板11材料，在該實(shí)施例中采用玻璃作為基板，然后去除基板 11表面的油污，雜質(zhì)等，并在玻璃基板11內(nèi)通過等離子刻蝕、激光燒蝕、噴砂等方法形成通孔，采用濺射或化學(xué)鍍方式在雙側(cè)玻璃表面及內(nèi)壁形成電鍍種子層，然后電鍍填充玻璃通孔，并雙側(cè)化學(xué)機(jī)械拋光去除表面銅層和種子層，形成玻璃基板內(nèi)的實(shí)心的金屬柱9。

附圖3B是在基板的上表面和下表面形成底層金屬層和中間金屬層的工藝示意圖。如圖3B所示，在該實(shí)施例中，在基板11的上、下表面上采用電子束蒸發(fā)或?yàn)R射的方法制作Ti/Cu種子層，電鍍Cu，光刻，圖形化，腐蝕Cu層，去除光刻膠，從而在基板11的下表面形成Cu層，Cu層上具有圖形化布線層與焊盤，上表面的Cu層在本發(fā)明中稱為中間金屬層，下表面的Cu層在本發(fā)明中稱為底部金屬層。值得注意的是，在圖形化時(shí)，將后面作為調(diào)諧導(dǎo)電柱和側(cè)壁導(dǎo)電柱的部分與其他部分相隔離。

附圖3C是在基板的中間金屬層上形成介質(zhì)層的工藝示意圖。如圖3所示，在該實(shí)施例中，用旋涂、噴涂或淀積等方式在中間金屬層12上形成絕緣介質(zhì)構(gòu)成的介質(zhì)層14，該絕緣介質(zhì)例如為聚酰亞胺或氮化硅。

附圖3D是在介質(zhì)層內(nèi)打孔并進(jìn)行實(shí)心電鍍的工藝示意圖。如圖3D所示，在介質(zhì)層14的欲形成調(diào)諧導(dǎo)電柱和側(cè)壁金屬柱的位置通過光刻、刻蝕形成連接中間金屬層的孔，采用化學(xué)鍍銅填充孔，制成第介質(zhì)層14內(nèi)的金屬連接孔15。

附圖3E是在介質(zhì)層上制作頂部金屬層的工藝示意圖。如圖3E所示，在介質(zhì)層14上濺射種子層，光刻，電鍍，形成介質(zhì)層14上作為共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)與布線結(jié)構(gòu)的頂部金屬層16，并去掉光刻膠、腐蝕種子層。

附圖3F是在底部金屬層上形成犧牲層的工藝示意圖。如圖3F所示，所述犧牲層17形成在作為調(diào)諧導(dǎo)電柱的上部，采用光刻膠或者多晶硅制作犧牲層17。

附圖3G是在犧牲層上制作導(dǎo)電膜橋的工藝示意圖。如圖3G所示，通過涂覆光刻膠后進(jìn)行光刻，然后電鍍制作導(dǎo)電膜橋18。在該實(shí)施例中，導(dǎo)電膜橋18是由金屬形成。

附圖3H是釋放犧牲層的工藝示意圖。如圖3H所示，在該實(shí)施例中采用丙酮或氫氧化鉀溶液釋放以去掉犧牲層17、種子層，留下空氣腔19。

附圖3I是在導(dǎo)電膜橋上方鍵合保護(hù)罩的工藝示意圖。如圖3I所示，在該實(shí)施例中，將玻璃蓋帽用鍵合膠或玻璃熔漿等材料鍵合作為保護(hù)罩20，保護(hù)導(dǎo)電膜橋18。

至此，本發(fā)明的濾波器中心頻率可調(diào)的基片集成波導(dǎo)濾波器制作完畢。由上面的工藝可看出，本發(fā)明可以在多種介質(zhì)基板上制作，可以充分利用成熟的硅基和玻璃基工藝，大大的降低了制作的成本，工藝簡(jiǎn)單成熟。

上述工藝結(jié)合了MEMS工藝與晶圓級(jí)工藝，將MEMS開關(guān)的結(jié)構(gòu)與基片集成波導(dǎo)濾波器直接集成在一起，而不是像傳統(tǒng)的外置MEMS開關(guān)來(lái)控制基片集成波導(dǎo)濾波器的中心頻率，有效的減少了MEMS元件由于封裝帶來(lái)的損耗。與傳統(tǒng)的基片集成波導(dǎo)濾波器制作在基板上相比，本發(fā)明大大的增加了工程使用的方便性和可能性，對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)來(lái)說，相對(duì)的可靠性更高。

以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。