CN111430318A - 一种提高重复使用率的低损硅基滤波芯片及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高重复使用率的低损硅基滤波芯片及其制作方法，其中的硅基滤波芯片包括：高阻硅介质层、第一金属层、第二金属层、第三金属层和第四金属层，所述第一金属层设置在高阻硅介质层的顶面，所述高阻硅介质层底面内凹设置有硅腔，所述第二金属层设置在硅腔中，所述第三金属层设置在高阻硅介质层底面并避开硅腔，所述第四金属层设置在第三金属层的底面，所述高阻硅介质层中设置有向上贯穿第一金属层的通孔，所述通孔内壁设置有金属沉积层，通过刻蚀及微机械加工工艺生产。通过上述方式，本发明所述的提高重复使用率的低损硅基滤波芯片及其制作方法，生产便利，提升了硅基滤波芯片的带外抑制度，降低了损耗，重复使用率高。

Description

一种提高重复使用率的低损硅基滤波芯片及其制作方法
技术领域
本发明涉及滤波电路领域，特别是涉及一种提高重复使用率的低损硅基滤波芯片及其制作方法。
背景技术
滤波器在微波毫米波系统中起着选频滤波的重要作用，具体的，滤波器可使某段频率的电信号通过，而对其他频率的电信号进行阻拦。滤波器的主要性能指标有插损、带宽、带外选择性以及电路尺寸等，展宽带宽、提高带外抑制度以及电路小型化一直是滤波器的关键设计难点。
传统的滤波器包括腔体滤波器、LC滤波器和平面滤波器，腔体滤波器由金属整体切割形成，LC滤波器由电感、电容和电阻的组合设计构成，平面滤波器由传输线和PCB板制成，均存在体积大、不易与多芯片互连集成等问题，影响了滤波器在小型化芯片化滤波器方面的发展。而现有硅基滤波器芯片均采用导电胶将背面金属大面积粘连在PCB板上进行使用，拆卸时极易损坏，重复使用率低。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种提高重复使用率的低损硅基滤波芯片及其制作方法，以解决现有传统滤波器体积较大、不易实现多芯片集成的问题，以及解决现有硅基滤波器芯片带外抑制度差、损耗大、芯片使用率低等问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种提高重复使用率的低损硅基滤波芯片，包括：高阻硅介质层、第一金属层、第二金属层、第三金属层和第四金属层，所述第一金属层设置在高阻硅介质层的顶面，所述高阻硅介质层底面内凹设置有硅腔，所述第二金属层设置在硅腔中，所述第三金属层设置在高阻硅介质层底面并避开硅腔，所述第四金属层设置在第三金属层的底面，所述高阻硅介质层中设置有向上贯穿第一金属层的通孔，所述通孔分别与第二金属层和/或第三金属层位置对应并向下贯穿对应的第二金属层和/或第三金属层，所述通孔内壁设置有金属沉积层。
在本发明一个较佳实施例中，所述通孔向下贯穿对应的第三金属层时，第四金属层上设置有与通孔底部对应的避让孔或者避让槽。
在本发明一个较佳实施例中，所述第一金属层和/或第二金属层上设置有开槽谐振器，以提高滤波器的带外抑制度。
在本发明一个较佳实施例中，所述开槽谐振器为直线型槽线、弧线型槽线和波浪型槽线中的任意一种。
在本发明一个较佳实施例中，所述高阻硅介质层的电阻率≥3000Ω/cm。
在本发明一个较佳实施例中，所述第一金属层的厚度为D1，且2um≤D1≤10um，所述高阻硅介质层的厚度为D2，200um≤D2≤500um，所述第二金属层及第三金属层的厚度为D3，且2um≤D3≤10um，所述第四金属层的厚度为D4，且10um≤D4≤20um，所述金属沉积层的厚度为D5，且2um≤D5≤10um。
在本发明一个较佳实施例中，所述通孔位于硅腔四周。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种硅基滤波芯片的制作方法，包括以下步骤：
在高阻硅介质层的底部通过局部深硅刻蚀，不刻穿而形成具有一定深度的硅腔；
在高阻硅介质层上通过局部深硅刻蚀，刻穿而形成多个通孔；
对高阻硅介质层采取微机械加工工艺，得到位于高阻硅介质层顶面的第一金属层、位于硅腔中的第二金属层、位于高阻硅介质层底面的第三金属层以及位于通孔内壁上的金属沉积层；
通过微机械加工工艺，在第三金属层底部形成第四金属层。
在本发明一个较佳实施例中，还包括在第一金属层和/或第二金属层上刻蚀得到开槽谐振器，所述通孔底部位于第四金属层上时，通过选择性电镀形成第四金属层及第四金属层上位于对应通孔下方的避让孔或者避让槽。
在本发明一个较佳实施例中，所述微机械加工工艺包括但不限于溅射、电镀和刻蚀。
本发明的有益效果是：本发明指出的一种提高重复使用率的低损硅基滤波芯片及其制作方法，可以通过导电胶装架在PCB板上，通过硅腔的设计，既使得PCB板不用下挖，减少了加工难度和成本投入，又使得硅腔内的第二金属层不接地，有利于在第二金属层上增加开槽谐振器进行滤波电路极点展宽和零点抑制，同时提升硅基滤波芯片的带外抑制度，减小损耗，通过第四金属层进行通孔的保护，拆卸时不被堵塞，并减少芯片与测试板的粘连面积，可以多次拆装，提高了重复使用率，而且体积小，能量传输损耗小，易于与半导体集成电路工艺集成。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1是一种现有硅基滤波芯片的结构示意图；
图2是另一种现有硅基滤波芯片的结构示意图；
图3是图1和图2中的硅基滤波芯片在使用时的装架结构示意图；
图4是又一种现有硅基滤波芯片的结构示意图；
图5是图4中的硅基滤波芯片在使用时的装架结构示意图；
图6是本发明一种提高重复使用率的低损硅基滤波芯片一较佳实施例的结构示意图；
图7是本发明一种提高重复使用率的低损硅基滤波芯片在使用时的装架结构示意图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
图1是一种现有硅基滤波芯片的结构示意图，包括金属层2和介质层1，金属层2设置在介质层1的上下表面，介质层1中设置有贯穿孔16；
图2是另一种现有硅基滤波芯片的结构示意图，在图1所示的硅基滤波芯片基础上，在介质层上方的金属层上增加了开槽3；
图3是图1和图2中的硅基滤波芯片在使用时的装架结构示意图，将介质层下表面的金属层通过导电胶14装架在PCB板13，并通过绑线进行连接，一次装架，要再次使用的时候需要加温取下硅基滤波芯片，极易损坏介质层下表面的金属层和贯穿孔16的底部边缘金属，导致器件损坏无法再次使用；
图4是又一种现有硅基滤波芯片的结构示意图，在图2所示的硅基滤波芯片基础上，在介质层下方的金属层上也增加了开槽3，图5是图4中的硅基滤波芯片在使用时的装架结构示意图，开槽3使用的时候需要漏出一定的空间才能正常工作，因此还需要在PCB板13进行下挖，得到位于开槽3下方的槽15，增加了PCB板的加工难度和投入成本，而且拆卸时还是存在图1和图2中硅基滤波芯片的弊端，难以重复使用。
请参阅图6~图7，本发明实施例包括：
如图6所示的提高重复使用率的低损硅基滤波芯片，包括：高阻硅介质层5、第一金属层4、第二金属层10、第三金属层8和第四金属层9，所述高阻硅介质层5的电阻率≥3000Ω/cm，电阻率高。
所述第一金属层4设置在高阻硅介质层5的顶面，所述高阻硅介质层5底面内凹设置有硅腔，所述第二金属层10设置在硅腔中，硅腔使得第二金属层10保留了距离底面的间隙，因此，如图7所示的PCB板13上保持平整，无需下挖，减少了加工难度和成本投入。
所述第三金属层8设置在高阻硅介质层5底面并避开硅腔，也就是分布在硅腔四周。所述高阻硅介质层5中设置有向上贯穿第一金属层4的通孔6，通孔6可以位于硅腔四周而避开第二金属层10。
所述通孔6分别与第二金属层10和/或第三金属层8位置对应并向下贯穿对应的第二金属层10和/或第三金属层8，所述通孔6内壁设置有金属沉积层7，以形成用于谐振的腔体，从而使得电磁波无法由腔体向外泄露出去，能量传输损耗小，降低滤波器的插损。
所述第四金属层9设置在第三金属层8的底面，如图7所示，第四金属层9可以通过导电胶14装架在PCB板13上，减少粘连面积，使得第二金属层10和第三金属层8不与导电胶14接触，因此，拆卸时，第三金属层8不会剥离。
所述通孔6向下贯穿对应的第三金属层8时，第四金属层9上设置有与通孔6底部对应的避让孔或者避让槽12，露出通孔6，这样第四金属层9与导电胶14分离拆卸时，金属沉积层7也不会损坏，以免通孔6的堵塞，可以多次拆装，以增加芯片重复使用率。
如图6所示，所述第一金属层4和第二金属层10上分别设置有开槽谐振器11，进行滤波电路极点展宽和零点抑制，提升硅基滤波芯片的功率容量，所述开槽谐振器11为直线型槽线、弧线型槽线和波浪型槽线中的任意一种，选择灵活。
在本实施例中，第一金属层的厚度为D1，且2um≤D1≤10um，高阻硅介质层的厚度为D2，200um≤D2≤500um，第二金属层及第三金属层的厚度为D3，且2um≤D3≤10um，第四金属层的厚度为D4，且10um≤D4≤20um，所述金属沉积层的厚度为D5，且2um≤D5≤10um。
一种硅基滤波芯片的制作方法，包括以下步骤：
在高阻硅介质层5的底部通过局部深硅刻蚀，不刻穿而形成具有一定深度的硅腔，使得硅腔顶面与高阻硅介质层5底面具有一定间隙；
在高阻硅介质层5上通过局部深硅刻蚀，刻穿而形成多个位于硅腔周围的通孔6；
对高阻硅介质层5采取微机械加工工艺（溅射或者电镀），得到位于高阻硅介质层5顶面的第一金属层4、位于硅腔中的第二金属层10、位于高阻硅介质层5底面的第三金属层8以及位于通孔6内壁上的金属沉积层7，生产便利；
通过溅射或者电镀工艺，在第三金属层8底部形成第四金属层9，第四金属层9可以通过导电胶14装架在PCB板13上，减少了装架的粘连面积，并减少拆卸时的损坏，提高重复使用率；
在第一金属层4和第二金属层10上刻蚀得到开槽谐振器11，并通过刻蚀或者选择性电镀在第四金属层9上得到位于对应通孔6下方的避让孔或者避让槽12，避免通孔6的堵塞，加工便利。在实际生产过程中，通过金属刻蚀并不能很好控制不损坏通孔6，因此，优先采用选择性电镀形成第四金属层9及对应的避让孔或者避让槽12，确保通孔6的质量。
综上所述，本发明指出的一种提高重复使用率的低损硅基滤波芯片及其制作方法，制作难度低，生产效率高，得到的硅基滤波芯片能量传输损耗小，功率容量高，还有利于拆装，提升了重复使用率。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书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它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种提高重复使用率的低损硅基滤波芯片，其特征在于，包括：高阻硅介质层、第一金属层、第二金属层、第三金属层和第四金属层，所述第一金属层设置在高阻硅介质层的顶面，所述高阻硅介质层底面内凹设置有硅腔，所述第二金属层设置在硅腔中，所述第三金属层设置在高阻硅介质层底面并避开硅腔，所述第四金属层设置在第三金属层的底面，所述高阻硅介质层中设置有向上贯穿第一金属层的通孔，所述通孔分别与第二金属层和/或第三金属层位置对应并向下贯穿对应的第二金属层和/或第三金属层，所述通孔内壁设置有金属沉积层。
2.根据权利要求1所述的提高重复使用率的低损硅基滤波芯片，其特征在于，所述通孔向下贯穿对应的第三金属层时，第四金属层上设置有与通孔底部对应的避让孔或者避让槽。
3.根据权利要求1所述的提高重复使用率的低损硅基滤波芯片，其特征在于，所述第一金属层和/或第二金属层上设置有开槽谐振器。
4.根据权利要求3所述的提高重复使用率的低损硅基滤波芯片，其特征在于，所述开槽谐振器为直线型槽线、弧线型槽线和波浪型槽线中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的提高重复使用率的低损硅基滤波芯片，其特征在于，所述高阻硅介质层的电阻率≥3000Ω/cm。
6.根据权利要求1所述的提高重复使用率的低损硅基滤波芯片，其特征在于，所述第一金属层的厚度为D1，且2um≤D1≤10um，所述高阻硅介质层的厚度为D2，200um≤D2≤500um，所述第二金属层及第三金属层的厚度为D3，且2um≤D3≤10um，所述第四金属层的厚度为D4，且10um≤D4≤20um，所述金属沉积层的厚度为D5，且2um≤D5≤10um。
7.根据权利要求1所述的提高重复使用率的低损硅基滤波芯片，其特征在于，所述通孔位于硅腔四周。
8.一种硅基滤波芯片的制作方法，进行权利要求1~7任一所述提高重复使用率的低损硅基滤波芯片的制作，其特征在于，包括以下步骤：
在高阻硅介质层的底部通过局部深硅刻蚀，不刻穿而形成具有一定深度的硅腔；
在高阻硅介质层上通过局部深硅刻蚀，刻穿而形成多个通孔；
对高阻硅介质层采取微机械加工工艺，得到位于高阻硅介质层顶面的第一金属层、位于硅腔中的第二金属层、位于高阻硅介质层底面的第三金属层以及位于通孔内壁上的金属沉积层；
通过微机械加工工艺，在第三金属层底部形成第四金属层。
9.根据权利要求8所述的硅基滤波芯片的制作方法，其特征在于，还包括：在第一金属层和/或第二金属层上刻蚀得到开槽谐振器，所述通孔底部位于第四金属层上时，通过选择性电镀形成第四金属层及第四金属层上位于对应通孔下方的避让孔或者避让槽。
10.根据权利要求8所述的硅基滤波芯片的制作方法，其特征在于，所述微机械加工工艺包括但不限于溅射、电镀和刻蚀。
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