CN110783683A

CN110783683A - 衬底集成波导及其制造方法以及无线通信设备

Info

Publication number: CN110783683A
Application number: CN201910664280.9A
Authority: CN
Inventors: 申起领
Original assignee: Semiconductor Components Industries LLC
Current assignee: Semiconductor Components Industries LLC
Priority date: 2018-07-31
Filing date: 2019-07-23
Publication date: 2020-02-11
Also published as: US11276910B2; US10749237B2; US20200358161A1; US20200044303A1

Abstract

本公开题为“衬底集成波导及其制造方法以及无线通信设备”。公开了一种用于制造用于毫米波信号的衬底集成波导的方法。在该方法中，使用剥离工艺将金层设置在硅衬底的顶表面上。接下来，使用硅通孔蚀刻工艺在硅衬底中形成基本上相等间隔的通孔的两个平行行。然后，在硅衬底的底侧上和每个通孔的内表面上设置铜层。位于铜层与金层之间的间隔部限定衬底集成波导的高度，而位于基本上相等间隔的通孔的两个平行行之间的间隔部限定衬底集成波导的宽度。在一些实施方式中，衬底的长度限定衬底集成波导的长度，并且长度、宽度和高度限定以毫米波频率谐振的谐振器。

Description

衬底集成波导及其制造方法以及无线通信设备

技术领域

本公开整体涉及衬底集成波导及其制造方法以及无线通信设备，并且更具体地讲，本公开涉及用于制造针对毫米波(mmW)波段中的电磁信号的衬底集成波导(SIW)的硅(Si)制造方法。

背景技术

第五代(5G)无线标准规定毫米波(mmW)波段(例如，约28千兆赫(GHz))中的信号，该毫米波波段比通常用于蜂窝通信的频率高约10倍。在该mmW波段中或在该mmW波段周围操作的无线通信装置(例如，智能手机)可能需要衬底集成波导(SIW)以用于引导和/或处理该波段中的mmW信号。

发明内容

在一个整体方面，本公开描述了用于制造SIW的方法。在该方法中，使用剥离工艺将金层设置在衬底(例如，高电阻率硅衬底)的顶表面上。接下来，使用硅通孔蚀刻工艺在硅衬底中形成被衬底集成波导的宽度分开的相等(或基本上相等)间隔的通孔的两个平行行。然后，在硅衬底的底侧上和每个通孔的内表面上设置铜层。铜层和金层被衬底集成波导的高度分开。

在可能的实施方式中，SIW被配置为以mmW波段(例如，27GHz-29GHz)中的频率谐振的谐振器，该谐振器具有高Q(例如，>100)。SIW的顶表面上的金层与和GaN管芯的封装(例如，引线键合)兼容。因此，在可能的实施方式中，SIW可以与GaN管芯封装在一起。另外，在可能的实施方式中，封装的SIW可以与用于应用诸如通信(例如，5G无线通信)或感测(例如，汽车雷达)的无线装置集成。

在另一个整体方面，本公开描述了衬底集成波导(SIW)。SIW包括在硅衬底中蚀刻的相等间隔的(或基本上相等间隔的)通孔(例如，使用硅通孔蚀刻工艺)。将金层设置在硅衬底的顶表面上(例如，使用剥离工艺)，并且将铜层设置在硅衬底的底表面上和每个通孔的内表面上(例如，使用重新分布线(RDL)工艺)。位于铜层与金层之间的间隔部限定了SIW的高度，并且相等(或基本上相等)间隔的通孔包括布置在第一对平行行中的通孔。第一对平行行由限定SIW的宽度的间隔部分开。

在另一个整体方面，本公开描述了无线通信设备。无线通信设备包括氮化镓(GaN)管芯和谐振器。谐振器与GaN管芯一起封装并包括硅(Si)衬底，该硅衬底具有设置在顶表面上的金层(例如，使用剥离工艺)。谐振器还包括在硅衬底中形成的相等(或基本上相等)间隔的通孔的第一对平行行(例如，使用硅通孔蚀刻工艺)，并且位于相等(或基本上相等)间隔的通孔的第一对平行行之间的间隔部限定谐振器的宽度。谐振器还包括在硅衬底中的相等(或基本上相等)间隔的通孔的第二对平行行，所述第二对与所述第一对正交，并且位于相等(或基本上相等)间隔的通孔的第二对平行行之间的间隔部限定谐振器的长度。谐振器还包括设置在硅衬底的底侧上和每个通孔的内表面上的铜层(例如，使用RDL工艺)。位于金层与铜层之间的间隔部限定谐振器的高度。谐振器以毫米波频率谐振(即，基于谐振器的长度、宽度和高度)。

在以下具体实施方式及其附图内进一步解释了前述说明性发明内容，以及本公开的其他示例性目标和/或优点以及实现方式。

附图说明

图1A是根据本公开的实施方式的衬底集成波导(SIW)的透视图。

图1B是图1A的SIW的第一截面视图。

图1C是图1A的SIW的第二截面视图。

图2是根据本公开的实施方式的SIW的制造过程的流程图。

图3A至图3D以图形方式示出了根据本公开的实施方式的图2的剥离工艺的步骤。

图4A至图4C以图形方式示出了根据本公开的实施方式的图2的硅通孔(TSV)工艺的步骤。

图5以图形方式示出了根据本公开的实施方式的图2的重新分布线(RDL)工艺。

图6A是根据本公开的实施方式的SIW谐振器的透视图，示出了在28GHz下的模拟电场(E场)。

图6B是根据本公开的实施方式的SIW谐振器的透视图，示出了在28GHz下的模拟磁场(H场)。

图7以图形方式示出了根据本公开的实施方式的具有图2的GaN管芯的封装。

图8是根据本公开的实施方式的具有SIW谐振器的无线装置的框图。

具体实施方式

本公开描述了用于制造适合与毫米波(mmW)波段中的电磁信号一起使用的衬底集成波导(SIW)的GaN兼容的硅制造过程。所公开的SIW制造过程解决了与用于制造用于与mmW信号一起使用的SIW的现有技术相关联的不足。例如，使用传统的Si RF集成无源器件(IPD)过程难以获得mmW信号所需的尺寸和公差。虽然定制过程(诸如用于生产微机电系统(MEMS)的那些定制过程)可以提供更高的精度，但对于大批量市场(例如，5G通信设备市场)，这些定制过程通常成本太高且时间效率低。因此，所公开的SIW制造过程的一些优点是精度和与大批量生产的兼容性。另外，所公开的制造过程可以生产易于用氮化镓(GaN)管芯封装的SIW。该封装方面是期望的，因为用于在mmW波段中使用的有源部件(例如，功率放大器)常常基于GaN基材料。

在图1A中示出了SIW 100。通常，SIW包括具有顶部导体102的硅(Si)衬底，该顶部导体是设置在衬底的顶表面上的导电材料(例如，金)层。SIW还包括底部导体103，该底部导体是设置在衬底的底表面上的导电材料(例如，铜)层。SIW 100还包括两个平行导电(即，电镀)通孔行120、121，该两个平行导电通孔行被SIW的宽度106分开并且沿着SIW的长度105延伸(即，沿着SIW的侧边缘)。

在图1B中示出了图1A的SIW的第一截面(即，截面A-A)视图。在操作中，电磁信号包含在包括衬底111的引导件区域110内。SIW的高度107由位于衬底的顶表面上的顶部导体102与衬底的底表面上的底部导体103之间的间隔部限定。SIW的宽度106由位于两个平行通孔行中的通孔120A、121A之间的间隔部限定。SIW的高度107和/或宽度106通常在SIW的长度105之上保持恒定，但在某些应用(例如，转换件、滤波器等)中可以在引导件的长度之上改变。另外，在一些应用中，衬底111可以延伸超过引导件区域110。

在图1C中示出了图1A的SIW的第二截面(即，截面B-B)视图。行中的相邻通孔(例如，121C、121D)之间的间隔180(即，间距)被选择为使得通孔行显示为用于引导的mmW信号的均匀导电壁。这是通过使通孔的间距相对于衬底中的mmW信号的波长小来实现的。换句话说，紧密间隔的通孔与更远间隔的通孔相比具有更少的泄漏损耗。

如图1C所示，通孔121B、121C、121D、121E的行通常是规则间隔开的并且用作SIW的侧壁。每个通孔通常是相同的直径(d)185，并且通孔之间的间隔180(即，间距(p))通常从通孔中心到中心测量。为了防止泄漏，间距被选择为衬底内电磁信号波长的一部分(例如，p≤λ/4)，并且每个通孔的直径可以被选择为间距的一部分(例如，p/3≤d≤2p/3)。

给定间距可以防止一系列频率的泄漏。例如，250微米(μm)的通孔间距180和150μm的直径185可以在介电常数(ε_r)大于10(例如，11.9)的高电阻率Si衬底中针对约86GHz(λ/4≈252微米)或更低的频率提供良好的电磁信号包容。所包含的频率的下限基于SIW的截止频率，这取决于引导件区域110的尺寸(例如，宽度106)。

返回图1A，每行120、121中的通孔之间的沿着引导件长度105的间隔理想地是均匀的(即，相等)，但实际上可以是基本上均匀的(例如，间隔变化小于10％)。两个平行行中的第一行120中的通孔通常在空间上对应于两个平行行中的第二行121中的通孔(即，行是对称的)；然而可能存在变化。例如，只要通孔的间距小于四分之一波长，则泄漏损耗就低。因此，只要间距保持小于四分之一波长，则间距的微小变化就不会显著影响总泄漏损耗。另外，在一些情况下，沿着通孔行的一个或多个区域中的相邻通孔之间的间隔可以有意地变化(例如，有意地变大)以将电磁信号耦接进/出SIW。均匀的间隔/布置以及所描述的变化都在本公开的范围内。

图1A的基本SIW结构可以被配置和/或适配以用于各种mmW应用。在一个应用中，SIW结构可以被配置为波导以将电磁信号从前表面101传送到后表面。SIW可沿直线或沿曲线引导电磁信号。弯曲SIW可以被认为是以角度布置的直线SIW(诸如图1A中所示的单位单元SIW)的集合。因此，弯曲SIW在本公开的范围内。同样地，用于其他应用(例如，天线、滤波器、分配器、匹配短截线和耦合器)的引导件尺寸和/或通孔间隔的变化可以被认为是图1A所示的SIW的变体并因此在本公开的范围内。通常，本公开将与图1A所示的基本SIW结构的变体相关的所有应用设想为与本文所述的制造方法兼容。

用于无线应用(例如，通信、感测等)的至少一个感兴趣的特定应用是谐振器，该谐振器可用于产生或滤波mmW波段中的特定波长(或多个波长)。可以选择图1的SIW的尺寸和材料以形成包含电磁波的谐振腔。在谐振时，电磁波在腔壁之间反射以在谐振频率下形成驻波。图1A的SIW可以被配置为谐振器。例如，图1A的SIW可以被配置为腔谐振器，其中沿前表面101添加通孔行并沿后表面104添加通孔行。附加两行与SIW的行120、121正交，但在其他方面类似(例如，相同的通孔间距、相同的通孔直径等)。SIW的通孔以及顶部导体和底部导体限定了在衬底内以特定波长(即，频率)谐振的腔。衬底内的波长尺寸基于衬底的介电常数(ε_r)。为了谐振，谐振器的长度、宽度和高度可以对应于谐振频率的波长(例如，λ/2)。

在一些实施方式中，SIW谐振器可以在谐振腔的一侧或多侧上具有一个或多个端口。例如，谐振器可以在SIW的前表面101处具有第一端口和/或在SIW的后表面104处具有第二端口。信号可以在端口处耦接进出谐振器(例如，通过使用探针或孔)。

电磁信号通过顶部导体102、通过底部导体103和通过沿着侧面的通孔行包含在谐振器内。在一些实施方式中，通过在前表面101和/或后表面104的宽度106的全部或一部分之上延伸的相等(或基本上相等)间隔的通孔行，可以防止前表面101和/或后表面104处的电磁泄漏(即，损耗)或使其最小化。

mmW波段中的无线应用需要具有高品质(Q)因子(例如，Q≥100)的谐振器。也就是说，与谐振频率下的功率损失相比，存储在谐振器中的能量的比率应当较大。共振频率可以取决于应用而变化。例如，无线通信(例如，5G通信)可以利用约28千兆赫(GHz)(例如，27GHz<f<29GHz)或约43GHz(例如，37GHz<f<43GHz)的mmW波段中的mmW信号。另外，雷达(例如，汽车雷达)可以利用约24GHz、77GHz或79GHz的mmW波段中的mmW信号。使用常规的Si射频(RF)集成无源器件(IPD)制造过程难以实现高Q值。通过该过程形成的典型谐振器通常仅产生约40的Q，而使用所公开的技术形成的谐振器可以具有超过100(例如，接近200)的Q。

本文公开的制造方法可以提供具有精确尺寸的高Q的、GaN兼容的SIW谐振器。制造方法通常具有以下要素。第一，利用高电阻率硅衬底来提供低介电损耗和紧凑的横向尺寸。第二，利用(金)剥离工艺来设置顶部金属层(即，顶部导体)以用于与GaN管芯封装。第三，使用硅通孔(TSV)工艺和Cu重新分布线(RDL)工艺来形成具有一定直径和间距(即，<λ/4)的通孔以满足mmW操作的要求。

方法(即，过程)可以产生具有Q≈200的高Q谐振器，该高Q谐振器可以例如满足5GmmW滤波器要求并且与通常提供用于触点的金金属的GaN管芯封装兼容。所公开的制造过程提供基于玻璃通孔(TGV)或印刷电路板(PCB)通孔的SIW制造过程的替代方案。由于一些原因，所公开的制造过程提供了用于mmW应用的这些技术的改进。第一，玻璃衬底易碎并且具有低导热率，这限制了基于TGV的mmW SIW的可能应用。第二，PCB通孔在mmW频率下是不精确的，这限制了基于PCB的mmW SIW的性能并且限制了PCB通孔制造过程的可重复性。所公开的过程弥补了这些问题，适用于6英寸和8英寸晶圆制造，并且不需要新的工具。因此，所公开的方法可以是有成本效益的并且易于与其他产品的制造集成。

在图2中示出了根据本公开的实施方式的SIW(例如，SIW谐振器)的制造过程的流程图。方法包括使用剥离工艺221在硅衬底的顶表面上设置220导电(例如，金)层。

在一些实施方式中，可以对硅衬底进行掺杂210以形成高电阻率硅衬底，该高电阻率硅衬底的体电阻率在1000欧姆-厘米-7000欧姆-厘米的范围内。高电阻率Si提供低介电损耗和高介电常数(例如，ε_r＝11.9)。低介电损耗改善腔Q，并且高介电常数减小横向腔尺寸。

剥离工艺221是指在光致抗蚀剂上曝光图案，在整个区域之上沉积薄膜(例如，金)，然后洗去光致抗蚀剂以仅在图案化区域中留下膜的工艺。在图3A至图3D中示出了剥离工艺221的步骤。剥离工艺利用牺牲光致抗蚀剂层来添加金属(即，加成工艺)。这与首先在整个表面之上沉积导电(即，金属)层并然后蚀刻掉不需要的金属部分(即，减成工艺)的常规技术形成对比。加成剥离过程通常提供比减成蚀刻工艺平滑的金属边缘，该减成蚀刻工艺通常在金属边缘处具有咬合形状的伪影。因此，使用剥离工艺更容易控制临界尺寸(CD)。

如图3A所示，剥离工艺包括在Si衬底的顶表面上设置光致抗蚀剂(PR)层并且用具有空间图案320的光来曝光PR。负性光致抗蚀剂(即，曝光的部分变得不溶于光致抗蚀剂显影剂)用于剥离工艺，因为可以在曝光边缘形成可再现的底切310(即，轮廓)。

图3B以图形方式示出了使光致抗蚀剂显影的结果。通过控制光致抗蚀剂经历的曝光(即，曝光剂量)来产生底切轮廓310。基于PR的受控曝光和渗透深度，PR的交联可以在空间上受到控制，以在对PR进行显影(例如，在碱性水溶液中)时产生底切(即，倒退)边缘轮廓310。底切轮廓310是重要的，因为该底切轮廓降低或消除了金沉积在光致抗蚀剂的边缘上，这否则会使光致抗蚀剂的移除(即，剥离)变得困难。另外，可以控制底切轮廓(即，底切330和厚度340)的尺寸以提供具有mmW信号所需的准确度的金属边缘。

如图3B所示，在显影之后，衬底的顶表面具有被PR覆盖的部分(即，区域)和未被PR覆盖的区域。顶表面的未被PR覆盖的区域暴露于随后的金属沉积并因此可以称为暴露区域，但在这种情况下，术语“暴露区域”涉及未被PR覆盖而不是被光照射。对于剥离工艺，PR的厚度340大于设置的金属层的厚度350(例如，1/2PR_厚度<金属_厚度<2/3PR_厚度)。在一些实施方式中，PR的厚度可在5微米至6微米(μm)的范围内。

图3C示出了在PR和硅衬底的顶表面的暴露区域上设置一个或多个金属层。如图所示，PR的边缘轮廓310防止PR在金属沉积工艺期间被金属完全覆盖。金属层可以是使用金属沉积方法(例如，气相沉积)设置的单个金(Au)层。即使在气相沉积期间的高涂覆温度下，负性PR的交联树脂也保持底切边缘轮廓310。

在一些实施方式中，在设置金层之前，将钛(Ti)层351设置在衬底的顶表面上。Ti层可以帮助将Au层粘附到Si(或SiO₂)衬底上。另外，Ti层可以用作Si的扩散阻挡件。

图3D示出了移除金(或金加钛)覆盖的光致抗蚀剂以获得在顶表面上的暴露区域中的一个或多个暴露区域上具有Au层的硅衬底的步骤。该步骤包括洗去光致抗蚀剂(例如，使用抗蚀剂剥离剂)以使得剩余的是顶表面上的图案中的Au层(或Au层和Ti层)，该图案对应于图3A的曝光空间图案320。在一些实施方式中，金层的厚度可以在2.5μm至4μm的范围内，而钛的厚度为约300埃(即，0.03μm)。

在一些实施方式中，Au层不必与衬底完美接触。例如，由于非理想的制造过程，在某些应用(例如，SIW谐振器)中可以容许几微米的间隙。该公差非常适合高容量环境。

返回图2所示的SIW的制造过程的流程图。方法还包括使用硅通孔(TSV)工艺231在硅衬底中形成通孔230。

TSV工艺231是指产生穿过硅衬底的垂直电连接件(即，通孔)的工艺。在图4A至图4C中示出了TSV工艺231的步骤。

如图4A至图4B所示，通过研磨底表面使具有顶部导体的衬底(例如，Si晶圆)(即，剥离工艺的结果)变薄。虽然较厚的衬底可以为剥离工艺提供更好的性能，但较薄的衬底有利于蚀刻。此外，衬底厚度对应于SIW的高度。SIW的高度是影响SIW的电气性能的设计元素。因此，对衬底进行背面研磨允许精确控制TSV工艺的衬底高度和SIW的电气性能。可以将Si衬底的厚度研磨下至小于250微米(例如，150μm)的高度以用于mmW频率下的SIW谐振器。

每个通孔的位置基于如上所述的SIW设计确定并且限定在光致抗蚀剂层中，该光致抗蚀剂层在蚀刻期间将通孔区域暴露于蚀刻剂。在衬底中从底表面到顶表面(即，具有顶部导体102的表面)蚀刻通孔(例如，使用离子蚀刻、湿法化学蚀刻等)以便产生通过衬底111的沟道400，如图4C所示。顶部导体102在衬底111的顶表面处覆盖通孔。

返回图2所示的SIW的制造过程的流程图。方法还包括使用重新分布线(即，层)工艺241在底表面和通孔上设置导电(例如，铜)线(即，层)。

重新分布线(即，RDL)工艺241是指用于设置铜层以在单个步骤中覆盖衬底的底表面和通孔的内表面的工艺。RDL是用于形成厚(例如，≥5μm)铜层的电镀工艺。在一些实施方式中，RDL工艺使用晶种Cu层沉积，之后进行电镀。电镀可以使用化学电解质方法在Si上沉积Cu，其中Cu种晶层为正(+)，并且Si衬底为负(-)。

RDL工艺241的结果是覆盖衬底的底表面和通孔240的内表面的导电层(例如，铜)。如图2所示，在RDL工艺之后，SIW(例如，SIW谐振器)250完成。

在图5中示出了SIW 250的横截面。如图所示，设置在衬底的顶表面上的顶部导体102(例如，金层)在每个通孔120A、120B处与铜底部导体103(例如，铜层)接触。另外，通孔的内表面镀有铜。因此，通孔将顶部导体电连接到底部导体。由TSV工艺产生的通孔120A、120B在横向于衬底的顶表面的平面的切割平面中具有类似截锥的形状。通孔通常是圆形的并且具有比底部直径514小的顶部直径512。例如，对于mmW频率(例如，28GHz)下的SIW谐振器，顶部直径可以是80μm，而底部直径可以是220μm。直径在每个长度之上的改变远小于整个谐振器尺寸(例如，毫米范围内的腔)。因此，这种变化不会显著影响SIW谐振器的操作，并且出于设计目的可以假设通孔的平均直径(即，150μm)。

到目前为止描述的工艺步骤用于制造SIW 250。所制造的SIW可以(或可以被配置成)在27GHz至29GHz的范围内的特定mmW频率下谐振。例如，在28GHz下谐振的SIW谐振器可以具有由金顶部导体102、铜底部导体103、以及穿过介电常数为11.9的高电阻率硅衬底的两个平行镀铜通孔行120、121形成的腔。腔的宽度106为2.2毫米，高度107为150微米，并且长度105为2.2毫米。行120、121中的每一者的通孔的间距(即，对间的间隔)可以是250μm，并且每个通孔的直径可以是150μm。所描述的SIW谐振器的腔以接近或等于28GHz的频率谐振。

SIW 250(即，体腔谐振器/波导)通常可描述为具有小于3毫米的单位单元长度、小于3毫米的宽度和小于250微米的高度。SIW 250可以横向电动(TE)或横向磁性(TM)电磁模式操作。TE模式/TM模式需要边界条件，即所有导电壁都被包围，并且衬底集成波导(SIW)支持TE电磁模式/TM电磁模式，其中侧壁具有TSV间距小于1/4波长(λ)的周期性导电通孔。

可以通过仿真示出上述SIW谐振器的操作/性能。图6A是具有上述特性的SIW谐振器的透视图，示出了具有在28GHz下的模拟电场(箭头)。如图所示，箭头在谐振腔的侧壁处变得非常小，由此证明通孔行充当导电壁。图6B是谐振器的相同视图，但具有在28GHz下的模拟磁场(箭头)。28GHz SIW谐振器的Q大于100(即，接近200)。

返回图2所示的SIW的制造方法200的流程图。在一些实施方式中，方法还包括将SIW(例如，SIW谐振器)与GaN管芯封装251。GaN可以用于(例如，在28GHz下)mmW波段中的设备(例如，功率放大器)。金通常用作这些设备的管芯上的主要触点金属(例如，由于热问题)。与使用金的金触点形成电连接件是很重要的。如果铝(Al)用作替代，例如，Au和Al可以反应形成金属间化合物(例如，Au₂Al)，该金属间化合物增加连接件的电阻率。另外，金属间触点处的扩散降低了可靠性。本文描述的方法200使用金导电层102，以用于与GaN管芯进行电接触(即，封装)，从而避免金属间化合物和扩散问题。

图7以图形方式示出了根据本公开的实施方式的与GaN管芯进行封装251的步骤。如图所示，使用线(或带)接合710将SIW谐振器的顶部导体102(金层)连接到GaN管芯上的金触点720。

与GaN管芯封装的SIW谐振器可以包括在无线装置800中。无线装置800可以是发射和接收用于通信的mmW信号的无线通信设备(例如，智能电话)。在这种情况下，mmW信号可以是5G无线通信信号。无线装置也可以是发射和接收用于距离检测的mmW信号的雷达。在这种情况下，mmW信号可以是汽车雷达信号。包括GaN管芯(例如，具有功率放大器)和Si SIW谐振器的封装件700可以被包括作为无线装置的一部分，以便提供功能诸如在操作波段(例如，5G通信波段)中的频率(例如，28GHz)下产生或滤波mmW信号。

在可能的实施方式中，衬底集成波导谐振器可以具有小于或等于3毫米的长度，小于或等于3毫米的宽度，以及小于或等于250微米的高度。此外，在谐振器中，每行基本上相等间隔的通孔可以小于或等于500微米间隔开。

本公开可以被实现为衬底集成波导(SIW)。SIW包括使用硅通孔蚀刻工艺在硅衬底中蚀刻的基本上相等间隔的通孔。SIW还包括设置在硅衬底的顶表面上的金层。SIW还包括设置在硅衬底的底表面上和每个通孔的内表面上的铜层。位于铜层与金层之间的间隔部限定了SIW的高度。基本上相等间隔的通孔包括布置在第一对平行行中的通孔，该第一对平行行具有限定SIW的宽度的间隔部。

在SIW的可能实施方式中，宽度小于三毫米，并且高度小于250微米。

在SIW的另一种可能实施方式中，对硅衬底进行掺杂以将电阻率增加到大于1000欧姆-厘米的值，并且硅衬底的介电常数在毫米波频率下大于10。

在SIW的另一种可能的实施方式中，SIW的高度、宽度和介电常数有利于引导频率在27千兆赫(GHz)至29GHz的范围内的毫米波信号。

在SIW的另一个可能实施方式中，基本上相等间隔的通孔还包括布置在第二对平行行中的通孔，该第二对平行行与第一对正交，从而形成SIW谐振器。SIW谐振器的长度由位于第二对平行行之间的间隔部限定。

在说明书和/或附图中，已经公开了典型实施方式。本公开不限于此类示例性实施方式。术语“和/或”的使用包括一个或多个相关联列出条目的任意组合和所有组合。附图是示意性表示并且因此未必按比例绘制。除非另有说明，否则特定术语已用于通用和描述性意义，而非用于限制的目的。

本领域技术人员还将理解，在不脱离本公开的范围和实质的情况下，可配置上述优选和替代实施方式的各种改编和修改。因此，应当理解，在所附权利要求的范围内，本公开可以不同于本文具体描述的方式实施。

Claims

1.一种用于制造衬底集成波导的方法，所述方法包括：

使用剥离工艺在硅衬底的顶表面上设置金层；

使用硅通孔蚀刻工艺在所述硅衬底中形成基本上相等间隔的通孔；以及

在所述硅衬底的底表面上和每个通孔的内表面上设置铜层，其中，位于所述铜层与所述金层之间的间隔部限定用于毫米波信号的衬底集成波导的高度，并且其中，所述基本上相等间隔的通孔包括布置在第一对平行行中的通孔，所述第一对具有限定用于所述毫米波信号的所述衬底集成波导的宽度的间隔部。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述毫米波信号的频率在27千兆赫至29千兆赫的范围内。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述毫米波信号是第五代无线通信信号。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括：

对所述硅衬底进行掺杂以增加所述硅衬底的电阻率，所掺杂的硅衬底在所述毫米波信号的频率下具有大于10的介电常数。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基本上相等间隔的通孔还包括布置在第二对平行行中的通孔，所述第二对平行行与所述第一对正交并具有限定用于所述毫米波信号的所述衬底集成波导的长度的间隔部，所述衬底集成波导形成在所述毫米波信号的频率下具有大于100的品质因子的谐振器。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述方法还包括将硅衬底的所述顶表面上的所述金层引线键合到氮化镓管芯以用于封装。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述剥离工艺包括：

在所述硅衬底的所述顶表面上设置光致抗蚀剂层，所述光致抗蚀剂层限定所述顶表面的未被光致抗蚀剂覆盖的一个或多个暴露区域；

在所述光致抗蚀剂层上和在所述顶表面的所述一个或多个暴露区域上设置钛层；

在所述光致抗蚀剂层上的和所述顶表面的所述一个或多个暴露区域上的所述钛层上设置金层；以及

移除钛和金覆盖的光致抗蚀剂以获得在所述一个或多个暴露区域上具有钛层和金层的所述硅衬底。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述硅通孔蚀刻工艺包括：

对所述硅衬底的所述底表面进行背面研磨以使所述硅衬底更薄；以及

在所述硅衬底中蚀刻基本上相等间隔的通孔。

9.一种衬底集成波导，所述衬底集成波导包括：

基本上相等间隔的通孔，所述基本上相等间隔的通孔是使用硅通孔蚀刻工艺在硅衬底中蚀刻的；

金层，所述金层设置在所述硅衬底的顶表面上；以及

铜层，所述铜层设置在所述硅衬底的底表面上和每个通孔的内表面上，其中，位于所述铜层与所述金层之间的间隔部限定所述衬底集成波导的高度，并且其中，所述基本上相等间隔的通孔包括布置在第一对平行行中的通孔，所述第一对具有限定所述衬底集成波导的宽度的间隔部。

10.根据权利要求9所述的衬底集成波导，其中，所述基本上相等间隔的通孔还包括布置在第二对平行行中的通孔，所述第二对平行行与所述第一对正交并具有限定所述衬底集成波导的长度的间隔部，所述衬底集成波导形成在27千兆赫至29千兆赫的范围内的毫米波频率下具有大于100的品质因子的谐振器。

11.一种无线通信设备，所述无线通信设备包括：

氮化镓管芯；以及

谐振器，所述谐振器与所述氮化镓管芯一起封装，其中，所述谐振器包括：

硅衬底，所述硅衬底具有设置在顶表面上的金层；

所述硅衬底中的基本上相等间隔的通孔的第一对平行行，其中，位于基本上相等间隔的通孔的所述第一对平行行之间的间隔部限定所述谐振器的宽度；

所述硅衬底中的基本上相等间隔的通孔的第二对平行行，所述第二对与所述第一对正交，其中，位于基本上相等间隔的通孔的所述第二对平行行之间的间隔部限定所述谐振器的长度；以及

铜层，所述铜层设置在所述硅衬底的底侧上和每个通孔的内表面上，其中，位于所述金层与所述铜层之间的间隔部限定所述谐振器的高度，

其中，所述谐振器以毫米波频率谐振。

12.根据权利要求11所述的无线通信设备，其中，所述毫米波频率是第五代无线通信波段中的频率。