本發(fā)明涉及一種濾波器。特別是涉及一種具有可調(diào)濾波結(jié)構(gòu)的柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無(wú)源帶阻濾波器及其制造方法。

背景技術(shù)：

隨著柔性電子的不斷發(fā)展，柔性器件和電路的工作頻率也越來(lái)越高，達(dá)到射頻級(jí)別。各種低頻的干擾信號(hào)越來(lái)越多，這需要帶阻濾波器來(lái)分離有用信號(hào)和干擾信號(hào)，對(duì)特定頻率的信號(hào)進(jìn)行選擇并濾除。

目前，在射頻器件與集成電路領(lǐng)域的主要是通過(guò)可變電容組成可調(diào)諧無(wú)源帶阻濾波器。這種可調(diào)無(wú)源濾波器具有結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，寄生效應(yīng)大等缺點(diǎn)。而MEMS可調(diào)濾波器由于品質(zhì)系數(shù)高，易于集成等特點(diǎn)在現(xiàn)階段得到了極大的發(fā)展，但還是沒(méi)有擺脫結(jié)構(gòu)復(fù)雜和寄生效應(yīng)多等缺點(diǎn)。因此已有的主要的可調(diào)帶阻無(wú)源濾波器有比較差的抗干擾能力和靈敏度。而在柔性射頻集成電路領(lǐng)域還沒(méi)有可應(yīng)用的可調(diào)濾波器，專利CN203811124U中提出了一種通過(guò)晶體管在不同應(yīng)變下的S參數(shù)的變化設(shè)計(jì)的柔性射頻應(yīng)變傳感器。此傳感器說(shuō)明柔性器件在不同的應(yīng)變條件下會(huì)導(dǎo)致S參數(shù)的變化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種能夠通過(guò)柔性器件的應(yīng)變調(diào)節(jié)濾波頻率的大小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度高，并且寄生效應(yīng)少的柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無(wú)源帶阻濾波器及其制造方法。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無(wú)源帶阻濾波器，包括襯底和設(shè)置在襯底上面的絕緣層，所述的襯底上且位于所述絕緣層內(nèi)分別設(shè)置有第一螺旋電感的中心電極、第一MIM電容的的底層金屬、第二螺旋電感的中心電極以及第二MIM電容的底層金屬，其中，所述第一MIM電容的的底層金屬上且位于所述絕緣層內(nèi)由下至上內(nèi)依次設(shè)置有第一MIM電容的介質(zhì)層和第一MIM電容的上極板，所述第二MIM電容的底層金屬上且位于所述絕緣層內(nèi)由下至上內(nèi)依次設(shè)置有第二MIM電容的介質(zhì)層和第二MIM電容的上極板，所述第一螺旋電感的中心電極通過(guò)第一通孔連接位于所述絕緣層上端面上的第一螺旋電感的輸入端，所述第一MIM電容的底層金屬通過(guò)第二通孔連接位于所述絕緣層上端面上的第一MIM電容的輸入端，所述第一MIM電容的上極板通過(guò)第三通孔連接位于所述絕緣層上端面上的第一MIM電容的輸出端，所述第二螺旋電感的中心電極通過(guò)第四通孔連接位于所述絕緣層上端面上的第二螺旋電感的輸入端，第二MIM電容的底層金屬通過(guò)第五通孔連接位于所述絕緣層上端面上的第二MIM電容的輸入端，第二MIM電容的上極板通過(guò)第六通孔連接位于所述絕緣層上端面上的第二MIM電容的輸出端，在所述絕緣層的上端面還設(shè)置有柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無(wú)源帶阻濾波器的輸入端、柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無(wú)源帶阻濾波器的輸出端、地端、第一螺旋電感的輸出端和第二螺旋電感的輸出端，所述第一螺旋電感的輸入端通過(guò)金屬互連線分別連接所述柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無(wú)源帶阻濾波器的輸入端和第一MIM電容的輸入端，所述第一MIM電容的輸出端通過(guò)金屬互連線分別連接所述第一螺旋電感的輸出端和第二MIM電容的輸出端，所述第二MIM電容的輸出端還通過(guò)金屬互連線連接柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無(wú)源帶阻濾波器的輸出端，所述第二螺旋電感的輸入端通過(guò)金屬互連線連接第二MIM電容的輸入端，所述第二螺旋電感的輸出端通過(guò)金屬互連線連接地端。

所述的第一螺旋電感的中心電極、第一MIM電容的的底層金屬、第二螺旋電感的中心電極以及第二MIM電容的底層金屬構(gòu)成底層金屬層；所述的第一MIM電容的上極板和第二MIM電容的上極板構(gòu)成上層金屬層；所述柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無(wú)源帶阻濾波器的輸入端、第一螺旋電感的輸入端、第一MIM電容的輸入端、第一MIM電容的輸出端、第一螺旋電感的輸出端、第二螺旋電感的輸入端、第二MIM電容的輸入端、第二MIM電容的輸出端、柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無(wú)源帶阻濾波器的輸出端、第二螺旋電感的輸出端、地端、金屬互連線、第一螺旋電感的螺旋主體部分和第二螺旋電感的螺旋主體部分構(gòu)成頂層金屬層。

一種柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無(wú)源帶阻濾波器的制造方法，包括如下步驟：

1)襯底準(zhǔn)備：選用PET作為襯底，用氫氟酸和等離子水清洗；

2)用底層金屬層的掩模板進(jìn)行光刻，并采用真空電子束依次采蒸發(fā)淀積30nm厚度的Ti和400nm厚度的Au形成底層金屬層，作為第一MIM電容的底層金屬、第二MIM電容的底層金屬、第一螺旋電感的中心電極和第二螺旋電感的中心電極，然后用丙酮溶液和超聲發(fā)生器剝離底層金屬層；

3)分別在第一MIM電容的底層金屬和第二MIM電容的底層金屬上淀積SiO層：光刻并采用真空電子束蒸發(fā)淀積形成200nm厚度的SiO介質(zhì)層，作為第一MIM電容的介質(zhì)層和第二MIM電容的介質(zhì)層；

4)光刻并采用真空電子束依次蒸發(fā)淀積30nm厚度的Ti和400nm厚度的Au形成上層金屬，作為第一MIM電容的上極板和第二MIM電容的上極板，然后用丙酮溶液和超聲發(fā)生器將SiO介質(zhì)層和上層金屬一起進(jìn)行剝離；

5)均勻地旋涂一層1.0um厚度的SU_8光刻膠構(gòu)成SU_8的絕緣層，將絕緣層并進(jìn)行光刻形成通孔，然后對(duì)SU_8的絕緣層進(jìn)行堅(jiān)膜；

6)在絕緣層的上端面分別形成柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無(wú)源帶阻濾波器的輸入端、第一螺旋電感的輸入端、第一MIM電容的輸入端、第一MIM電容的輸出端、第一螺旋電感的輸出端、第二螺旋電感的輸入端、第二MIM電容的輸入端、第二MIM電容的輸出端、柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無(wú)源帶阻濾波器的輸出端、第二螺旋電感的輸出端、地端、金屬互連線、第一螺旋電感的螺旋主體部分和第二螺旋電感的螺旋主體部分構(gòu)成頂層金屬層。

步驟5)所述的通孔包括：連接第一螺旋電感的中心電極的第一通孔、連接第一MIM電容的底層金屬的第二通孔、連接第一MIM電容的上極板的第三通孔、第二螺旋電感的中心電極的第四通孔、連接第二MIM電容的底層金屬的第五通孔和連接第二MIM電容的上極板的第六通孔。

步驟6)包括：在絕緣層的上端面均勻地旋涂一層光刻膠并進(jìn)行光刻，然后采用真空電子束依次采蒸發(fā)淀積30nm厚度的Ti和1.5um厚度的Au構(gòu)成頂層金屬層，分別作為柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無(wú)源帶阻濾波器的輸入端、第一螺旋電感的輸入端、第一MIM電容的輸入端、第一MIM電容的輸出端、第一螺旋電感的輸出端、第二螺旋電感的輸入端、第二MIM電容的輸入端、第二MIM電容的輸出端、柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無(wú)源帶阻濾波器的輸出端、第二螺旋電感的輸出端、地端、金屬互連線、第一螺旋電感的螺旋主體部分和第二螺旋電感的螺旋主體部分，用丙酮和超聲發(fā)生器進(jìn)行對(duì)金屬層M3進(jìn)行剝離，進(jìn)而形成柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無(wú)源帶阻濾波器。

本發(fā)明的一種柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無(wú)源帶阻濾波器及其制造方法，沒(méi)有包含特殊的材料也沒(méi)有引進(jìn)復(fù)雜特殊的工藝步驟，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度高，并且寄生效應(yīng)少。并且本發(fā)明與其他的柔性微波射頻器件的工藝相兼容。因此，應(yīng)用本發(fā)明的柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無(wú)源帶阻濾波器易于實(shí)現(xiàn)可彎曲、應(yīng)變可調(diào)，帶阻濾波的特性。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無(wú)源帶阻濾波器的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無(wú)源帶阻濾波器的俯視圖；

圖3是本發(fā)明柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無(wú)源帶阻濾波器的測(cè)量示意圖。

圖中

1：襯底 2：絕緣層

3a：第一螺旋電感的中心電極 3b：第一MIM電容的的底層金屬

3c：第二螺旋電感的中心電極 3d：第二MIM電容的底層金屬

4a：第一MIM電容的介質(zhì)層 4b：第二MIM電容的介質(zhì)層

5a：第一MIM電容的上極板 5b：第二MIM電容的上極板

61：第一通孔 62：第二通孔

63：第三通孔 64：第四通孔

65：第五通孔 66：第六通孔

7：第一螺旋電感的輸入端 8：第一螺旋電感的輸出端

9：第一MIM電容的輸入端 10：第一MIM電容的輸出端

11：第二螺旋電感的輸入端 12：第二螺旋電感的輸出端

13：第二MIM電容的輸入端 14：第二MIM電容的輸出端

15：柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無(wú)源帶阻濾波器的輸入端

16：柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無(wú)源帶阻濾波器的輸出端

17：地端 18：金屬互連線

19：柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無(wú)源帶阻濾波器 20：射頻電纜

21：網(wǎng)絡(luò)分析儀 22：外部載荷

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明的一種柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無(wú)源帶阻濾波器及其制造方法做出詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明的一種柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無(wú)源帶阻濾波器及其制造方法，主要結(jié)構(gòu)包括柔性襯底，電容和電感，SU_8介質(zhì)層以及用于測(cè)試的輸入端和輸出端。電容采用金屬-絕緣層-金屬(MIM)結(jié)構(gòu)，電感采用螺旋結(jié)構(gòu)。建立在柔性襯底上的射頻電容和電感連接成帶阻濾波器，利用柔性電容和電感在彎曲應(yīng)變下電容值和電感值的變化，使無(wú)源濾波器的截止頻率和S參數(shù)發(fā)生變化，從而形成通過(guò)機(jī)械應(yīng)變而可調(diào)的無(wú)源帶阻濾波器。該可調(diào)諧濾波器調(diào)諧簡(jiǎn)便，節(jié)省了調(diào)諧的成本，并且調(diào)諧范圍較窄，靈敏度高。

如圖1、圖2所示，本發(fā)明的一種柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無(wú)源帶阻濾波器，主要由電容和電感連接而成。具體包括襯底1和設(shè)置在襯底1上面的絕緣層2，襯底1可以采用PET塑料基板，是用來(lái)支撐柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無(wú)源帶阻濾波器的主體部分。所述的襯底1上且位于所述絕緣層2內(nèi)分別設(shè)置有第一螺旋電感的中心電極3a、第一MIM電容的的底層金屬3b、第二螺旋電感的中心電極3c以及第二MIM電容的底層金屬3d，其中，所述第一MIM電容的的底層金屬3b上且位于所述絕緣層2內(nèi)由下至上內(nèi)依次設(shè)置有第一MIM電容的介質(zhì)層4a和第一MIM電容的上極板5a，所述第二MIM電容的底層金屬3d上且位于所述絕緣層2內(nèi)由下至上內(nèi)依次設(shè)置有第二MIM電容的介質(zhì)層4b和第二MIM電容的上極板5b，所述第一螺旋電感的中心電極3a通過(guò)第一通孔61連接位于所述絕緣層2上端面上的第一螺旋電感的輸入端7，所述第一MIM電容的底層金屬3b通過(guò)第二通孔62連接位于所述絕緣層2上端面上的第一MIM電容的輸入端9，所述第一MIM電容的上極板5a通過(guò)第三通孔63連接位于所述絕緣層2上端面上的第一MIM電容的輸出端10，所述第二螺旋電感的中心電極3c通過(guò)第四通孔64連接位于所述絕緣層2上端面上的第二螺旋電感的輸入端11，第二MIM電容的底層金屬3d通過(guò)第五通孔65連接位于所述絕緣層2上端面上的第二MIM電容的輸入端13，第二MIM電容的上極板5b通過(guò)第六通孔66連接位于所述絕緣層2上端面上的第二MIM電容的輸出端14，在所述絕緣層2的上端面還設(shè)置有柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無(wú)源帶阻濾波器的輸入端15、柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無(wú)源帶阻濾波器的輸出端16、地端17、第一螺旋電感的輸出端8和第二螺旋電感的輸出端12，所述第一螺旋電感的輸入端7通過(guò)金屬互連線18分別連接所述柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無(wú)源帶阻濾波器的輸入端15和第一MIM電容的輸入端9，所述第一MIM電容的輸出端10通過(guò)金屬互連線18分別連接所述第一螺旋電感的輸出端8和第二MIM電容的輸出端14，所述第二MIM電容的輸出端14還通過(guò)金屬互連線18連接柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無(wú)源帶阻濾波器的輸出端16，所述第二螺旋電感的輸入端11通過(guò)金屬互連線18連接第二MIM電容的輸入端13，所述第二螺旋電感的輸出端12通過(guò)金屬互連線18連接地端17。

所述的第一螺旋電感的中心電極3a、第一MIM電容的的底層金屬3b、第二螺旋電感的中心電極3c以及第二MIM電容的底層金屬3d構(gòu)成底層金屬層M1；所述的第一MIM電容的上極板5a和第二MIM電容的上極板5b構(gòu)成上層金屬層M2；所述柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無(wú)源帶阻濾波器的輸入端15、第一螺旋電感的輸入端7、第一MIM電容的輸入端9、第一MIM電容的輸出端10、第一螺旋電感的輸出端8、第二螺旋電感的輸入端11、第二MIM電容的輸入端13、第二MIM電容的輸出端14、柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無(wú)源帶阻濾波器的輸出端16、第二螺旋電感的輸出端12、地端17、金屬互連線18、第一螺旋電感的螺旋主體部分和第二螺旋電感的螺旋主體部分構(gòu)成頂層金屬層M3。

本發(fā)明的柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無(wú)源帶阻濾波器的制造方法，包括如下步驟：

1)襯底準(zhǔn)備：選用PET作為襯底，用氫氟酸和等離子水(DI)清洗；

2)用底層金屬層M1的掩模板進(jìn)行光刻，并采用真空電子束依次采蒸發(fā)淀積30nm厚度的Ti和400nm厚度的Au形成底層金屬層M1，作為第一MIM電容的底層金屬3b、第二MIM電容的底層金屬3d、第一螺旋電感的中心電極3a和第二螺旋電感的中心電極3c，然后用丙酮溶液和超聲發(fā)生器剝離底層金屬層M1；

3)分別在第一MIM電容的底層金屬3b和第二MIM電容的底層金屬3d上淀積SiO層：光刻并采用真空電子束蒸發(fā)淀積形成200nm厚度的SiO介質(zhì)層，作為第一MIM電容的介質(zhì)層4a和第二MIM電容的介質(zhì)層4b；

4)光刻并采用真空電子束依次蒸發(fā)淀積30nm厚度的Ti和400nm厚度的Au形成上層金屬M(fèi)2，作為第一MIM電容的上極板5a和第二MIM電容的上極板5b，然后用丙酮溶液和超聲發(fā)生器將SiO介質(zhì)層和上層金屬M(fèi)2一起進(jìn)行剝離；

5)均勻地旋涂一層1.0um厚度的SU_8光刻膠構(gòu)成SU_8的絕緣層2，將絕緣層2進(jìn)行光刻形成通孔，然后對(duì)SU_8的絕緣層2進(jìn)行堅(jiān)膜；所述的通孔包括：連接第一螺旋電感的中心電極3a的第一通孔61、連接第一MIM電容的底層金屬3b的第二通孔62、連接第一MIM電容的上極板5a的第三通孔63、第二螺旋電感的中心電極3c的第四通孔64、連接第二MIM電容的底層金屬3d的第五通孔65和連接第二MIM電容的上極板5b的第六通孔66。

6)在絕緣層2的上端面分別形成柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無(wú)源帶阻濾波器的輸入端15、第一螺旋電感的輸入端7、第一MIM電容的輸入端9、第一MIM電容的輸出端10、第一螺旋電感的輸出端8、第二螺旋電感的輸入端11、第二MIM電容的輸入端13、第二MIM電容的輸出端14、柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無(wú)源帶阻濾波器的輸出端16、第二螺旋電感的輸出端12、地端17和金屬互連線18構(gòu)成頂層金屬層M3。包括：在絕緣層2的上端面均勻地旋涂一層光刻膠并進(jìn)行光刻，然后采用真空電子束依次采蒸發(fā)淀積30nm厚度的Ti和1.5um厚度的Au構(gòu)成頂層金屬層M3，并分別形成柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無(wú)源帶阻濾波器的輸入端15、第一螺旋電感的輸入端7、第一MIM電容的輸入端9、第一MIM電容的輸出端10、第一螺旋電感的輸出端8、第二螺旋電感的輸入端11、第二MIM電容的輸入端13、第二MIM電容的輸出端14、柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無(wú)源帶阻濾波器的輸出端16、第二螺旋電感的輸出端12、地端17、金屬互連線18、第一螺旋電感的螺旋主體部分和第二螺旋電感的螺旋主體部分，用丙酮和超聲發(fā)生器進(jìn)行對(duì)金屬層M3進(jìn)行剝離，進(jìn)而形成柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無(wú)源帶阻濾波器。

縱觀本發(fā)明的柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無(wú)源帶阻濾波器的制造方法，其中沒(méi)有包含特殊的材料也沒(méi)有引進(jìn)復(fù)雜特殊的工藝步驟，并且與其他的柔性微波射頻器件的工藝相兼容。因此，應(yīng)用本發(fā)明的柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無(wú)源帶阻濾波器易于實(shí)現(xiàn)可彎曲、應(yīng)變可調(diào)，帶阻濾波的特性。

本發(fā)明的一種柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無(wú)源帶阻濾波器的主要工作原理，是利用電容和電感的串聯(lián)連接對(duì)諧振信號(hào)阻抗小，電容和電感的并聯(lián)連接對(duì)諧振信號(hào)阻抗大的特性，能讓非諧振頻率信號(hào)容易通過(guò)，而阻礙諧振信號(hào)通過(guò)。采用掃頻輸入方法，并對(duì)柔性無(wú)源帶阻濾波器加以不同的載荷，進(jìn)而測(cè)量出不同的載荷彎曲下的帶阻濾波器的散射參數(shù)和截止頻率的變化，建立機(jī)械應(yīng)變與柔性帶阻濾波器截止頻率之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)柔性帶阻濾波器的機(jī)械應(yīng)變的可調(diào)諧。

如圖3所示，本發(fā)明的一種柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無(wú)源帶阻濾波器的測(cè)量方法，將柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無(wú)源帶阻濾波器19的輸出端、輸入端和地端分別通過(guò)射頻電纜20連接網(wǎng)絡(luò)分析儀21的相應(yīng)端，通過(guò)外部載荷22對(duì)柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無(wú)源帶阻濾波器19施加不同的載荷，用來(lái)產(chǎn)生不同曲率半徑的形變，通過(guò)掃頻的方式對(duì)柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無(wú)源帶阻濾波器19進(jìn)行S參數(shù)的測(cè)量，進(jìn)而得到根據(jù)S參數(shù)和濾波器的截止頻率與彎曲應(yīng)變之間的關(guān)系。