CN111211801A - 柔性t型射频匹配电路及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于柔性射频器件领域，为设计并制备一种基于柔性工艺的T型射频匹配电路，采用柔性衬底配合金属沉积工艺，在较为简便的工艺中设计并制备柔性、高集成度、质轻、高性能的T型射频匹配电路，此种匹配网络极大丰富了匹配网络在不同领域及不同条件下的应用。为此，本发明采取的技术方案是，柔性T型射频匹配电路及其制作方法，结构为：输入信号经串接的两个电感后输出，两个电感的连接点经一个柔性金属‑介质层‑金属MIM电容接地。本发明主要应用于柔性射频器件设计制造场合。

Description

柔性T型射频匹配电路及其制作方法

技术领域

本发明属于柔性射频器件领域，具体涉及到一种柔性T型射频匹配电路结构设计以及制备方法，具体涉及柔性T型射频匹配电路及其制作方法。

背景技术

柔性电子是将有机、无机材料电子器件制作在柔性、可延性聚合物或薄金属基板上的新兴电子科技，在信息、能源、通信、医疗、国防等领域都具有广泛应用。如印刷RFID(射频识别标签)、电子用表面粘贴、有机发光二极管OLED、柔性电子显示器等。与传统IC(集成电路)技术一样，柔性电子技术发展的主要驱动力是制造工艺和装备。在更大幅面的基板上以更低的成本制造出特征尺寸更小的柔性电子器件成为了制造的关键。

本发明介绍了一种π型射频匹配电路，采用一种柔性工艺进行实现，采用光刻技术，金属沉积技术进行了柔性π型射频匹配电路制备。该结构主要由两个柔性电感与一个柔性电容组成，可应用于各种射频无源器件的匹配设计中，未来在柔性高集成度的射频集成电路的制作、物联网通信以及可穿戴设备领域具有广泛的应用前景。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明旨在设计并制备一种基于柔性工艺的T型射频匹配电路，采用柔性衬底配合金属沉积工艺，在较为简便的工艺中设计并制备柔性、高集成度、质轻、高性能的T型射频匹配电路，此种匹配网络极大丰富了匹配网络在不同领域及不同条件下的应用。为此，本发明采取的技术方案是，柔性T型射频匹配电路，结构为：输入信号经串接的两个电感后输出，两个电感的连接点经一个柔性金属-介质层-金属MIM电容接地。

放置于两个特征阻抗不同的射频源和负载之间，先根据其两端阻抗，运用史密斯原图工具对电容的容值和电感的感值进行确定，通过电容的容抗和电感的感抗，逐步对输入阻抗进行调节，以达到输入阻抗与输出阻抗接近甚至相同的作用。

柔性T型射频匹配电路制作方法，首先，对各层版图进行综合设计，每层设有对准标记，随后在柔性衬底上溅射一层介质层，在介质层上进行光刻形成需要沉积金属形状的图案，采用低温沉积法沉积金属形成底层金属，其中包括电感的底层互连层与电容的下极板，随后逐层在柔性衬底上溅射高介电常数的介质层并光刻形成各层金属层形状图案，分别采用低温沉积法形成薄膜金属层，低温溅射法溅射电感介质层，并在顶层的电感金属层与电容电极层掩膜版中设计两电极间的金属互连线，并在最后一层金属淀积时同时制造，最后通过金属剥离去除多余金属并去胶，完成最后的制备。

具体制作步骤为：

a、首先在先进设计系统ADS(Advanced Design System)仿真软件中设计出T型匹配电路的基本原理图，完成连线与设计；

b、计算电容电感的相关参数，基板厚度设置、介质层的相对介电常数设置、所用金属的电导率设置、匹配电路的封装高度设置、金属层厚度设置，在史密斯原图工具中添加输入输出阻抗，运用史密斯原图工具设计得到电容的基础容值和电感的基础感值；

c、对T型匹配电路图进行散射参数为目标的仿真与优化，在ADS中添加优化控件GOAL，设置目标工作频率区间以及散射参数在此区间的数值要求，完成对电容电感值的优化设置；

d、进行仿真，得到散射参数的曲线与目标进行对比，多次优化以后得到最优结果。

e、在高频结构仿真HFSS(High Frequency Structure Simulator)中设计并调整电容电感结构参数，生成T型匹配电路的版图，进行版图优化后仿真，得到仿真曲线，保存版图；

f、根据生成版图制备掩膜版，在聚对苯二甲酸乙二醇酯PET塑料衬底上磁控溅射产生 97.2高介电常数的介质层；

g、使用丙酮和异丙醇在超声中清洗PET衬底，随后在完成磁控溅射的衬底上进行匀胶、前烘；

h、根据生成的掩膜版进行对准光刻，形成匹配电路所需的金属层形状的图案；

i、最后，在形成的图案上进行金属蒸发，形成金属层，逐层完成电路制作，去胶以后完成电路的制备。

本发明的特点及有益效果是：

本发明提出的柔性设计T型射频匹配电路的工作原理是将其放置于两个特征阻抗不同的射频源和负载之间，通过调节匹配电路中的电容电感的量值，使得射频信号功率最大限度的从射频源传到负载端，使功率传输处于最优化状态，进而达到阻抗匹配的效果。此外，柔性衬底具有高阻态、低介质损耗的特点，可以减少匹配电路在传输信号时产生的损耗，并可以在不同的弯曲程度之下工作，为高性能柔性电路的大规模集成以及可穿戴电子设备的广泛应用提供了可能。

附图说明：

附图1为柔性平面栅双沟道薄膜晶体管的主视图，附图2为晶体管的俯视图以及附图3 为发明的工作原理图,附图4为柔性薄膜电感主视图，附图5为柔性MIM(金属-介质层-金属) 电容主视图，附图6为柔性T型匹配电路的一种搭建形式。附图7为LC(电容电感)连接示意图。

对附图1说明：1为BMN(铋镁铌)栅介电层，2为ITO(氧化铟锡)中间导电层，3 为PET柔性衬底，4，6和8为硅纳米膜上的N型掺杂区，5和7为硅薄膜上的未掺杂区，9 和11为金属漏电极，10为金属源电极，12为金属栅电极。

对附图2中的部分标注进行说明：13为通孔(穿过硅薄膜和BMN栅介电层)，14为互连线，其余标注同附图1。

附图3为发明的工作原理图。

附图3说明：该图展示了柔性T型匹配电路的工作原理。term1为输入端口，term2为输出端口。图中L1，L2为柔性电感，C1为柔性电容。Zin表示输入阻抗，Zout表示输出阻抗。

附图4说明：S为线间距，W为线宽，ID为初始位置，1为柔性聚合物材料，2为粘附层，3为金属层，4为粘附层内金属层，5为过孔，t1-t5分别表示各层的厚度。

附图5说明：1为柔性聚合物材料，2为粘附层，3为顶层电极，4、6为粘附层内MIM(金属-介质层-金属)电容金属层,7为粘附层内介质层，5,8为过孔，t1-t8分别表示各层的厚度。

附图6说明：该图为柔性T型匹配电路的一种搭建形式，通过无耗的电容电感对柔性晶体管的输入端的输入阻抗相进行匹配，使其与输入信号源的阻抗匹配，从而减小传输损耗。

附图7LC(电容电感)连接示意图。

附图7说明：该图为柔性衬底上电容与电感连接形式。在设计电感顶层金属层与电容顶层电极层时，设计了电容与电感的金属连线。在生长金属的过程中，直接用金属生长互连线连接电容与电感。

具体实施方式

本发明介绍了一种T型射频匹配电路，采用一种柔性工艺进行实现，采用光刻技术，金属沉积技术进行了柔性T型射频匹配电路制备。该结构可应用于各种射频无源器件的匹配设计中，未来在柔性高集成度的射频集成电路的制作、物联网通信以及可穿戴设备领域具有广泛的应用前景。

本发明的技术方案在于基于柔性工艺设计了一种T型射频匹配电路，该电路由两个柔性薄膜电感以及一个柔性MIM(金属-介质层-金属)电容接地构成。通过在制作电感的螺旋金属层与电容的顶层电极层掩膜版时预留互连线位置，直接生长金属互连线进行连接。通过加入无耗的电容电感，影响波传递时的阻抗，从而调节输入端与源端，输出端与负载端的阻抗匹配程度。该柔性T型射频匹配电路的工作原理是在将其放置于两个特征阻抗不同的射频源和负载之间，先根据其两端阻抗，运用史密斯原图工具对电容的容值和电感的感值进行确定，通过电容的容抗和电感的感抗，逐步对输入阻抗进行调节，以达到输入阻抗与输出阻抗接近甚至相同的作用，最大限度的减小在不同端口间传输时由于阻抗不同引起的损耗，使功率传输处于最优化状态，射频信号功率最大限度的从射频源传到负载端，提升电路性能。

首先，对各层版图进行综合设计，每层设有对准标记，随后在柔性衬底上溅射一层介质层，在介质层上进行光刻形成所需沉积金属形状的图案，采用低温沉积法沉积金属形成底层金属，其中包括电感的底层互连层与电容的下级版，随后逐层在柔性衬底上溅射高介电常数的介质层并光刻形成各层金属层形状图案，分别采用低温沉积法形成薄膜金属层，低温溅射法溅射电感介质层，并在顶层的电感金属层与电容电极层掩膜版中设计两电极间的金属互连线，并在最后一层金属淀积时同时制造，最后通过金属剥离去除多余金属并去胶，完成最后的制备。

此外，柔性衬底具有高阻值、低介质损耗的特点，可以减少匹配电路在传输信号时产生的损耗，并可以在不同的弯曲程度之下工作，为高性能柔性电路的大规模集成以及可穿戴电子设备的广泛应用提供了可能。

具体实施过程为：

a、首先在先进设计系统ADS(Advanced Design System)仿真软件中设计出T型匹配电路的基本原理图，完成连线与设计。

b、计算电容电感的相关参数，基板厚度设置为0.128mm，介质层的相对介电常数为97.2，金属线的电导率为5.88E+7，匹配电路的封装高度为1.0e+33mm，金属层厚度为500nm，在史密斯原图工具中添加输入输出阻抗，运用史密斯原图工具设计得到电容的基础容值和电感的基础感值。

c、对T型匹配电路图进行散射参数S参数为目标的仿真与优化，在ADS中添加优化控件 GOAL，设置目标工作频率区间以及散射参数在此区间的数值要求，完成对电容电感值的优化设置。

d、进行仿真，得到散射参数的曲线与目标进行对比，多次优化以后得到最优结果。

e、在高频结构仿真HFSS(High Frequency Structure Simulator)中设计并调整电容电感结构参数，生成T型匹配电路的版图，进行版图优化后仿真，得到仿真曲线，保存版图。 f、根据生成版图制备掩膜版，在PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)塑料衬底上磁控溅射产生97.2高介电常数的介质层。

g、使用丙酮和异丙醇在超声中清洗PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)衬底，随后在完成磁控溅射的衬底上进行匀胶，1813正性光刻胶，匀胶速率为4K转速，30s时间，115℃， 3分钟前烘。

h、根据生成的掩膜版进行对准光刻，形成匹配电路所需的金属层形状的图案。

i、最后，在形成的图案上进行金属蒸发，形成500nm厚的金属层，逐层完成电路制作，去胶以后完成电路的制备。

Claims (4)

1.一种柔性T型射频匹配电路，其特征是，结构为：输入信号经串接的两个电感后输出，两个电感的连接点经一个柔性金属-介质层-金属MIM电容接地。

2.如权利要求1所述的柔性T型射频匹配电路，其特征是，将所述匹配电路放置于两个特征阻抗不同的射频源和负载之间，先根据其两端阻抗，运用史密斯原图工具对电容的容值和电感的感值进行确定，通过电容的容抗和电感的感抗，逐步对输入阻抗进行调节，以达到输入阻抗与输出阻抗接近甚至相同的作用。

3.一种柔性T型射频匹配电路制作方法，其特征是，首先，对各层版图进行综合设计，每层设有对准标记，随后在柔性衬底上溅射一层介质层，在介质层上进行光刻形成需要沉积金属形状的图案，采用低温沉积法沉积金属形成底层金属，其中包括电感的底层互连层与电容的下极板，随后逐层在柔性衬底上溅射高介电常数的介质层并光刻形成各层金属层形状图案，分别采用低温沉积法形成薄膜金属层，低温溅射法溅射电感介质层，并在顶层的电感金属层与电容电极层掩膜版中设计两电极间的金属互连线，并在最后一层金属淀积时同时制造，最后通过金属剥离去除多余金属并去胶，完成最后的制备。

4.如权利要求3所述的柔性T型射频匹配电路制作方法，其特征是，具体制作步骤为：

a、首先在先进设计系统ADS(Advanced Design System)仿真软件中设计出T型匹配电路的基本原理图，完成连线与设计；

b、计算电容电感的相关参数，基板厚度设置、介质层的相对介电常数设置、所用金属的电导率设置、匹配电路的封装高度设置、金属层厚度设置，在史密斯原图工具中添加输入输出阻抗，运用史密斯原图工具设计得到电容的基础容值和电感的基础感值；

c、对T型匹配电路图进行散射参数为目标的仿真与优化，在ADS中添加优化控件GOAL，设置目标工作频率区间以及散射参数在此区间的数值要求，完成对电容电感值的优化设置；

d、进行仿真，得到散射参数的曲线与目标进行对比，多次优化以后得到最优结果。

e、在高频结构仿真HFSS(High Frequency Structure Simulator)中设计并调整电容电感结构参数，生成T型匹配电路的版图，进行版图优化后仿真，得到仿真曲线，保存版图；

f、根据生成版图制备掩膜版，在聚对苯二甲酸乙二醇酯PET塑料衬底上磁控溅射产生97.2高介电常数的介质层；

g、使用丙酮和异丙醇在超声中清洗PET衬底，随后在完成磁控溅射的衬底上进行匀胶、前烘；

h、根据生成的掩膜版进行对准光刻，形成匹配电路所需的金属层形状的图案；

i、最后，在形成的图案上进行金属蒸发，形成金属层，逐层完成电路制作，去胶以后完成电路的制备。

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