CN111180843A - 一种mems微带环形器及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种MEMS微带环形器及其制备方法，包括：铁镍合金层；微带层，设置于所述铁镍合金层上；下硅层，设置于所述微带层远离所述铁镍合金层的一面上；铁氧体层，贯穿所述下硅层以及所述微带层，向下延伸至所述铁镍合金层上；传输线层，设置于所述下硅层以及所述铁氧体层远离所述微带层的一面上；上硅层，设置于所述传输线层远离所述铁氧层的一面上；以及磁钢层，设置于所述上硅层远离所述传输线的一面上；其中，所述上硅层为台阶结构。本发明提供的一种MEMS微带环形器，通过将上硅层设置为台阶结构，降低了MEMS微带环形器的介质损耗以及辐射损耗，进而降低了MEMS微带环形器在使用的过程中的损耗。

Description

一种MEMS微带环形器及其制备方法
技术领域
本发明涉及微波射频器件技术领域，具体涉及一种MEMS微带环形器及其制备方法。
背景技术
为了适应现代通信系统小型化、轻量化、集成化的发展需要，研制便于集成的小型化宽频带的微波元器件一直是近些年来微波元件的发展方向。在此趋势下，各种小型化微波元器件相继问世，并投入批量生产，对整机系统的小型化起到了积极的推动作用。环形器是一个多端口器件，其中电磁波的传输只能沿单方向环行，反方向是隔离的。在近代雷达和微波多路通信系统中都要用单方向环行特性的器件。在微波多路通信系统中，用环形器可以把不同频率的信号分隔开。在有源相控阵列中每个天线单元所需TR组件中的收发双工器通常使用环形器。
近年来，随着有源相控阵的发展，TR组件在各种装备中的应用越来越广泛。具有同频双工的微带环行器成为TR组件中不可缺少的单元，在整机中提供信道隔离，改善发射机的输出特性，对发射机起保护作用。
MEMS微带环行器具有小型化、轻量化、易于集成等优点。但是随着工作频段的提高，微带环行器的损耗明显增加。例如当MEMS微带环行器工作频段达到较高频度时(如20GHz以上)，插入损耗较大，常常满足不了整机系统的需求。如何有效解决MEMS微带环行器损耗随工作频段提高而增加的问题是本领域亟待解决的一个热点课题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种MEMS微带环形器，通过将上硅层设置为台阶结构，降低了MEMS微带环形器的介质损耗以及辐射损耗，进而降低了MEMS微带环形器在使用的过程中的损耗。
为了实现以上目的，本发明采取的一种技术方案是：
一种MEMS微带环形器，包括：铁镍合金层；微带地层，设置于所述铁镍合金层上；下硅层，设置于所述微带地层远离所述铁镍合金层的一面上；铁氧体层，贯穿所述下硅层以及所述微带层，向下延伸至所述铁镍合金层上；传输线层，设置于所述下硅层以及所述铁氧体层远离所述微带层的一面上；上硅层，设置于所述传输线层远离所述铁氧层的一面上；以及磁钢层，设置于所述上硅层远离所述传输线的一面上；其中，所述上硅层为台阶结构。
进一步地，所述上硅层包括第一上硅层以及第二上硅层，所述第一上硅层与所述第二上硅层构成了台阶结构；所述第一上硅层位于所述磁钢层下方。
进一步地，所述第一上硅层的厚度为300～500μm。
进一步地，所述台阶结构的台阶高度为100～300μm。
进一步地，所述第二上硅层的宽度与所述传输线的宽度差大于800μm。
本发明还提供了一种以上任一MEMS微带环形器的制备方法，包括如下步骤：对上硅层进行刻蚀或磨片减薄，制得一定深度的槽，获得所述MEMS微带环形器；其中，所述磁钢层下方的所述上硅层不进行刻蚀或减薄。
进一步地，所述上硅层的厚度为300～500μm。
进一步地，所述槽的深度为100～300μm。
进一步地，所述槽的宽度与所述传输线的宽度差大于800μm。
进一步地，所述槽可以为长方形或不规则图形。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
(1)通过将上硅层设置为台阶结构，降低了MEMS微带环形器的介质损耗以及辐射损耗，进而降低了MEMS微带环形器在使用的过程中的损耗。解决了微带环形器高频损耗大的技术问题，保证环行器的损耗满足系统指标要求，发挥出了微带环行器工程应用中小型化、轻量化、易于集成的优点。
(2)所述MEMS微带环形器的制备方法简单，易于实现，适合批量生产。同时该制备方法适用于嵌入式双层介质微带环行器。使用上硅层减薄以达到降低损耗目的的方法同样适用于隔离器及环隔组件。
附图说明
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其有益效果显而易见。
图1所示为本发明一实施例的MEMS微带环形器剖视图；
图2所示为本发明一实施例的MEMS微带环形器的正视图；
图3所示为本发明一实施例的MEMS微带环形器与现有技术MEMS微带环形器插入损耗仿真结果对比图；
图4所示为本发明一实施例的MEMS微带环形器与现有技术MEMS微带环形器插入损耗测试结果对比图。
图中附图标记
1-磁钢层、2-上硅层、21-第一上硅层、22-第二上硅层、3-传输线层、4-下硅层、5-微带地层、6-铁镍合金层、7-铁氧体层、8-槽、9-信号端口。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本实施例提供一种MEMS微带环形器，如图1所示，包括磁钢层1、上硅层2、传输线层3、下硅层4、微带地层5、铁镍合金层6以及铁氧体层7。
所述微带地层5设置于所述铁镍合金层6上。所述下硅层4设置于所述微带地层5远离所述铁镍合金层6的一面上。所述铁氧体层7贯穿所述下硅层4以及所述微带地层5，向下延伸至所述铁镍合金层6上。所述传输线层3设置于所述下硅层4以及所述铁氧体层7远离所述微带地层5的一面上。所述上硅层2设置于所述传输线层3远离所述铁氧层6的一面上。所述磁钢层1设置于所述上硅层2远离所述传输线层3的一面上。
所述上硅层包括第一上硅层21及第二上硅层22，所述第一上硅层21与所述第二上硅层22构成了台阶结构。所述第一上硅层21位于所述磁钢层1下方，所述第二上硅层22的厚度小于第一上硅层21的厚度。所述第一上硅层21的厚度为300～500μm。所述台阶结构的台阶高度为100～300μm。所述第二上硅层22的宽度与所述传输层3的宽度差大于800μm。
如图2所示，本发明还提供了以上任一种所述MEMS微带环形器的制备方法，包括如下步骤：对上硅层2进行刻蚀或磨片减薄，制得一定深度的槽8，获得所述MEMS微带环形器。其中，为了保持结构的可靠性和工艺的可实现问题，所述磁钢层1下方的所述上硅层2不进行减薄。仿真结果表明，保留所述磁钢层1下方的硅，对于损耗性能影响几乎可以忽略。
所述第一上硅层21的厚度为300～500μm。所述槽8的深度为100～300μm。所述槽8的深度和减薄厚度可根据三维电磁场仿真进行计算。减薄的深度同时需要考虑工艺可实现性以及结构强度问题进行调整。所述槽8的宽度与所述传输线层3的宽度差大于800μm。
所述槽8的形状可以为任何形状，本实施例优选方形。本发明的降低损耗的方法同样适用于隔离器以及环隔组件。
如图3所示，在18～24GHz工作环境下两种结构的环行器插入损耗仿真结果对比图。由图3可以看出现有技术的环行器(conventional structure)18GHz处的插入损耗为0.58dB，本发明实施例的MEMS微带环行器(improved structure)18GHz处的插入损耗为0.49dB；现有技术的环行器24GHz处的插入损耗为1.38dB，本发明实施例的MEMS微带环行器24GHz处的插入损耗为0.63dB。由此看见，在18～24GHz通带内，环行器的损耗均有所降低，在高频处尤为明显。
如图4所示，为本发明的MEMS微带环形器与现有技术微带环形器的插入损耗测试结果对比图。S(2,1)为现有技术的环形器测试性能，S(4,3)位本发明的MEMS微带环形器结构的测试性能。由图4看见，在18～24GHz通带内，本发明的MEMS微带环形器的损耗整体低于现有技术微带环形器的损耗。
以上所述仅为本发明的示例性实施例，并非因此限制本发明专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种MEMS微带环形器，其特征在于，包括：
铁镍合金层(6)；
微带地层(5)，设置于所述铁镍合金层(6)上；
下硅层(4)，设置于所述微带地层(5)远离所述铁镍合金层(6)的一面上；
铁氧体层(7)，贯穿所述下硅层(4)以及所述微带地层(5)，向下延伸至所述铁镍合金层(6)上；
传输线层(3)，设置于所述下硅层(4)以及所述铁氧体层(7)远离所述微带地层(5)的一面上；
上硅层(2)，设置于所述传输线层(3)远离所述铁氧层(7)的一面上；以及
磁钢层(1)，设置于所述上硅层(2)远离所述传输线层(3)的一面上；
其中，所述上硅层(2)为台阶结构。
2.根据权利要求1所述的MEMS微带环形器，其特征在于，所述上硅层包括第一上硅层(21)以及第二上硅层(22)，所述第一上硅层(21)与所述第二上硅层(22)构成了台阶结构；所述第一上硅层(21)位于所述磁钢层(1)下方。
3.根据权利要求2所述的MEMS微带环形器，其特征在于，所述第一上硅层(21)的厚度为300～500μm。
4.根据权利要求2所述的MEMS微带环形器，其特征在于，所述台阶结构的台阶高度为100～300μm。
5.根据权利要求1所述的MEMS微带环形器，其特征在于，所述第二上硅层(22)的宽度与所述传输层(3)的宽度差大于800μm。
6.一种如权利要求1～5所述的任一MEMS微带环形器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：对上硅层(2)进行刻蚀或磨片减薄，制得一定深度的槽(8)，获得所述MEMS微带环形器；其中，所述磁钢层(1)下方的所述上硅层(2)不进行刻蚀或减薄。
7.根据权利要求6所述的MEMS微带环形器的制备方法，其特征在于，所述上硅层(2)的厚度为300～500μm。
8.根据权利要求6所述的MEMS微带环形器的制备方法，其特征在于，所述槽(8)的深度为100～300μm。
9.根据权利要求6所述的MEMS微带环形器的制备方法，其特征在于，所述槽(8)的宽度与所述传输线层(3)的宽度差大于800μm。
10.根据权利要求6所述的MEMS微带环形器的制备方法，其特征在于，所述槽(8)可以为长方形或不规则图形。
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