CN111463528A - 一种微带线滤波器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微带线滤波器及其制备方法，所述的微带结构滤波器包括衬底，所述衬底具有相对设置的第一表面和第二表面；设置于所述衬底第一表面的谐振器；设置于所述衬底第二表面的地结构和共面波导结构；以及贯穿所述衬底的插塞，所述插塞连接所述谐振器和所述共面波导结构；所述插塞与所述谐振器、所述共面波导结构一体成型。滤波器的结构预先加工在衬底上，滤波器的所有金属部分在衬底上一次制作完成。制作过程耗时较短，成本低廉，且得到的滤波器性能优秀，适合大批量生产。

Description

一种微带线滤波器及其制备方法

技术领域

本发明属于通讯技术领域，特别涉及一种微带线滤波器及其制备方法。

背景技术

无线通讯电子设备的不断发展给射频前端提出了小型化和高性能的要求。带通滤波器是射频前端中最为重要的无源元件，其性能高低对信号的收发具有重要意义。滤波器分为集总式滤波器和分布式滤波器，集总式滤波器具有体积小的优势，但是缺点是无法利用在微波高频段，在微波高频段(比如X波段)使用的主要为分布式滤波器。随着集成度的逐渐提高，电路内部的寄生效应对滤波器的设计和应用会产生不可忽略的影响。穿硅/玻璃通孔(TSV/TGV)能够在垂直方向提供最短的电互联，从而能够尽可能降低互联线路之间的寄生效应。

目前有许多滤波器设计都引入了TSV/TGV，但是通孔内金属化的方式各不相同，主要分为以下几种：(1)利用铜电镀的方式进行全填充。该填充方式比较成熟，但是需要特殊的电镀设备和电镀液，并且在电镀后需要利用平坦化工艺使表面平坦化，与常规半导体工艺中的电镀工艺并不兼容，并且填充的过程非常耗时。(2)利用铜电镀的方式在孔内进行保形铜电镀填充。相比于全铜电镀填充，保形电镀得到的镀层很薄，有电镀速度快的优势，但是通常由D-RIE制作的TSV内壁是波纹状形貌，该形貌可能会使厚度较薄的铜镀层脱落。(3)利用物理气相沉积的方法实现通孔内的金属化。该方法和常见的集成无源元件工艺相兼容，但是该工艺只适合小孔径的孔，这给射频电路的阻抗匹配带来了限制。

鉴于上述原因，需要开发一种新的滤波器制造方式。

发明内容

本发明的一个目的在于，提供一种微带线滤波器及其制备方法，提高器件结构的性能，优化制备过程。

为了解决上述问题，根据本发明的第一方面，提供一种微带线滤波器，包括：

衬底，所述衬底具有相对设置的第一表面和第二表面；

设置于所述衬底第一表面的谐振器；

设置于所述衬底第二表面的地结构和共面波导结构；以及

贯穿所述衬底的插塞，所述插塞连接所述谐振器和所述共面波导结构；所述插塞与所述谐振器、所述共面波导结构一体成型。

本发明实施例所提供的微带线滤波器，多个结构一体成型，可以避免层与层之间存在的接触问题，能够工作在X波段，带内的插入损耗较小，带内的回波损耗较大，性能较佳。

另外，根据本发明的一个实施例，所述谐振器包括多阶微带谐振器。

另外，根据本发明的一个实施例，所述谐振器的厚度介于10μm～100μm之间，所述地结构的厚度介于10μm～100μm之间。现有技术中谐振器厚度较薄，过厚容易剥离或者膜层质量不良，而本发明中能够提供较厚的谐振器，从而有助于降低电阻，进而提升性能。

另外，根据本发明的一个实施例，还包括锚点结构和支撑柱结构，所述锚点结构贯穿所述衬底以固定所述地结构和所述衬底，所述支撑柱形成在所述衬底上。

根据本发明的第二方面，提供一种微带线滤波器的制备方法，包括：

在衬底上加工出滤波器的结构框架，所述滤波器的结构框架包括位于所述衬底的相对两个表面上的结构和通孔；

利用上下盖板在所述衬底的相对两个表面上合模；

向模具内衬底上注入金属熔液并充满所述滤波器的结构框架；

金属溶液冷凝后去除上下盖板；以及

去除滤波器的结构框架之外的金属残留。

相比现有技术，本发明实施例中滤波器内的金属结构，可以利用微铸造工艺一次完成，耗时仅需几分钟，工艺速度大大加快，并且一次完成滤波器内的所有金属结构，可以避免多道工艺时后道工艺对前道工艺所得结构的影响，有助于提高滤波器的性能，本方法成本低廉，适合大批量生产。

另外，根据本发明的一个实施例，所述滤波器的结构框架包括位于所述衬底的第一表面上的谐振器框架，位于所述衬底的第二表面上的地结构框架和共面波导框架。

另外，根据本发明的一个实施例，所述金属溶液冷却后，部分通孔中形成连接谐振器和共面波导结构的插塞，部分通孔中形成固定地结构和衬底的锚点结构。由此，一次工艺能够完成通孔中不同结构和功能的部件的制备。

另外，根据本发明的一个实施例，在利用上下盖板在所述衬底的相对两个表面上合模的步骤之前，还包括：

在衬底上加工出支撑柱结构。支撑柱结构可以有效防止衬底在压力作用下产生不可逆的形变导致衬底被破坏。

另外，根据本发明的一个实施例，所述上下盖板包括盖板和喷嘴片，所述盖板与所述衬底接触的一侧具有液桥结构，所述喷嘴片包括喷嘴孔。液桥结构能够使处于熔融状态的液态金属更为顺利的流入各个分立的微带线谐振器图形中，从而实现滤波器结构的完整填充。

根据本发明的第三方面，提高一种MEMS传感器，包括第一方面所述的微带线滤波器，和/或，第二方面所述的微带线滤波器的制备方法所获得的微带线滤波器。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是根据本发明实施例中微带线滤波器的结构示意图；

图2是根据本发明实施例中微带线滤波器的制备方法的流程图；

图3是根据本发明实施例在衬底上加工出滤波器的结构框架的示意图；

图4是根据本发明实施例中在衬底上合模的示意图；

图5是根据本发明实施例中向模具内衬底上注入金属熔液的示意图；

图6是根据本发明实施例中去除上下盖板的示意图；

图7是根据本发明实施例中去金属残留后的示意图；

图8是根据本发明实施例中微铸造的示意图；

图9是根据本发明实施例中微带线滤波器的传输特性图；

图中：1-谐振器；11-谐振器框架；2-锚点结构；21-锚点结构框架；3-支撑柱结构；4-插塞；41-通孔；5-地结构；51-地结构框架；6-衬底；7-共面波导结构；71-共面波导结构框架；8-盖板；9-液桥结构；10-喷嘴片；12-喷嘴孔；13-夹持装置；14-推进装置；15-金属熔液；16-滤波器的金属结构。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施例进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施例中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。以下各个实施例的划分是为了描述方便，不应对本发明的具体实现方式构成任何限定，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。

在下面的描述中，应该理解，当层(或膜)、区域、图案或结构被称作在衬底、层(或膜)、区域和/或图案“上”时，它可以直接位于一个层或衬底上，和/或还可以全部或部分位于一个层或衬底“中”。另外，应该理解，当层被称作在一个层“下”时，它可以直接位于一个层下，和/或还可以全部或部分位于一个层或衬底“中”。另外，可以基于附图进行关于在各层“上”和“下”的指代。

实施例1

本发明实施例1提供了一种微带线滤波器。下面对本实施例的实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须。本实施例的结构可以参考图1，一种微带线滤波器，包括：

衬底6，所述衬底6具有相对设置的第一表面和第二表面；

设置于所述衬底6第一表面的谐振器1；

设置于所述衬底6第二表面的地结构5和共面波导结构7；以及

贯穿所述衬底的插塞4，所述插塞4连接所述谐振器1和所述共面波导结构7；所述插塞4与所述谐振器1、所述共面波导结构7一体成型。

本发明实施例所提供的微带线滤波器，多个结构一体成型，可以避免层与层之间存在的接触问题(例如连接不通畅等)，能够工作在X波段，带内的插入损耗较小，带内的回波损耗较大，性能较佳。

实施例2

下面对本实施例的实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须。本实施例的结构可以参考图1，具体的，本实施例2包括如下内容：

一种微带线滤波器，包括：

衬底6，所述衬底6具有相对设置的第一表面和第二表面；

设置于所述衬底6第一表面的谐振器1；

设置于所述衬底6第二表面的地结构5和共面波导结构7；以及

贯穿所述衬底的插塞4，所述插塞4连接所述谐振器1和所述共面波导结构7；所述插塞4与所述谐振器1、所述共面波导结构7一体成型。

在本实施例中，所述谐振器1包括多阶微带谐振器，例如可以选择为U型谐振器。例如，图1中示意了五阶U型谐振器。更具体的，可以是第一谐振器、第二谐振器、第三谐振器、第四谐振器和第五谐振器，可以依次沿着衬底6的长度方向排布。本实施例中，五个谐振器在结构上可以基本一致。具体而言，第一谐振器和第五谐振器形状结构一致，第二谐振器、第三谐振器和第四谐振器形状一致，差别在于，第一谐振器和第五谐振器在边缘处多出了与插塞4的连接端。可以理解的是，例如还可以是“L”型谐振器等其他类型的谐振器。

各个谐振器可以自开口处分别叉指设置，由此可以使得结构更加紧凑，利于小型化设计。

各个谐振器的微带线的宽度是相同的，可以减少通带内的插入损耗，提升阻带抑制，可靠性高。

各个谐振器可以是半波长的U型微带线，这样只需在首尾两个谐振器处通过插塞4与共面波导结构7连通，无需额外设置插塞来连通地结构5，可以尽可能的减少寄生电感对整体器件的影响，进而具有改善滤波器低频上翘，高频下翘的作用，使得阻带的低频段矩形系数得到改善，减小通带内波动和高频处插损。

进一步的，各个谐振器在拐角处可以是圆滑过渡(例如由直角变为弧形)，从而使电磁场过渡平滑，减少电磁辐射和减小损耗，可以提高该滤波器的性能。

由图1还可以看出，五阶谐振器呈对称设置，例如第一谐振器和第五谐振器关于第三谐振器对称，第二谐振器和第四谐振器关于第三谐振器对称，第三谐振器自身为中心对称。这样的结构一方面便于制备，另一方面能够减少通带的插入损耗，且方便调整和确定通带的范围。

进一步的，谐振器1还可以是其他阶数，本领域技术人员可以依据实际需求，适当增加或减少谐振器的数量。

在本实施例中，所述谐振器1的厚度介于10μm～100μm之间，例如20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm等。可见，本实施例中不仅可以做到较薄的谐振器，例如10μm，还可以做到较厚的谐振器，例如40μm以上，甚至更厚，而不必担心金属剥离现象出现。而现有技术中例如电镀获得的谐振器比较薄，即便做到几十微米的程度，也存在可靠性查的问题。本发明中可以获得较厚的谐振器，因此电阻能够降低，进而性能得到有效的提升。

在本实施例中，所述衬底6可以是玻璃衬底。此外，还可以是其他衬底，例如陶瓷衬底等。

在实施例中，地结构5和共面波导结构7是分开设置，相对独立。

所述共面波导结构7可以用于测试。

所述地结构5的厚度介于10μm～100μm之间，例如20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm等。同样的，本实施例中地结构可以做到较厚，例如40μm以上，这一优势是现有技术中所不具备的。

如图1中可见，还包括锚点结构2，所述锚点结构2贯穿所述衬底6以固定所述地结构5和所述衬底6，使得大面积的地结构5紧密附着在衬底6上。

还包括支撑柱结构3，所述支撑柱结构3形成在所述衬底6上。所述支撑柱结构3主要保护衬底不被外界直接挤压。

实施例3

下面对本实施例的实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须。请参考图2，具体的，本实施例3包括如下内容：

一种微带线滤波器的制备方法，包括：

步骤S101，在衬底上加工出滤波器的结构框架，所述滤波器的结构框架包括位于所述衬底的相对两个表面上的结构和通孔；

步骤S102，利用上下盖板在所述衬底的相对两个表面上合模；

步骤S103，向模具内衬底上注入金属熔液并充满所述滤波器的结构框架；

步骤S104，金属溶液冷凝后去除上下盖板；以及

步骤S105，去除滤波器的结构框架之外的金属残留。

相比现有技术，本发明实施例中滤波器内的金属结构，可以利用微铸造工艺一次完成，耗时仅需几分钟，工艺速度大大加快，并且一次完成滤波器内的所有金属结构，可以避免层与层之间存在的接触问题，也可以避免多道工艺时后道工艺对前道工艺所得结构的影响，有助于提高滤波器的性能，本方法成本低廉，适合大批量生产。

实施例4

下面对本实施例的实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须。本实施例的结构可以参考图3-图8，具体的，本实施例4包括如下内容：

如图3所示，步骤S101，在衬底上加工出滤波器的结构框架，所述滤波器的结构框架包括位于所述衬底的相对两个表面上的结构和通孔。

衬底6可以是玻璃，陶瓷或者其他介质基板。

在本步骤中，可以采用激光加工工艺，例如在玻璃衬底6上制备出结构框架。如图3所示，包括谐振器框架11、锚点结构框架21、通孔41、地结构框架51、共面波导结构框架71，具体的，锚点结构框架21可以是通孔。

此外，通过激光加工工艺，还在衬底6上形成支撑柱结构3。

具体的，所示支撑柱结构3可以是位于其他部分框架中，例如位于地结构框架51中。

在本步骤中，位于衬底上下表面上的谐振器框架11和地结构框架51的深度皆介于10μm～100μm之间，例如20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm等。更具体的，例如二者的深度相同。

请参考图4，步骤S102，利用上下盖板在所述衬底的相对两个表面上合模。

所述上下盖板包括盖板8和喷嘴片10，所述盖板8与所述衬底6接触的一侧具有液桥结构9，所述喷嘴片10包括喷嘴孔12。

液桥结构9能够使处于熔融状态的液态金属更为顺利的流入各个分立的微带线谐振器图形中，从而提高获得的谐振器的质量。

其中，图8示意了合模后微铸造的形式，夹持装置13紧密夹持着合模后的衬底6，由此，液桥结构9能够更好的实现液态金属的流动。

喷嘴孔12主要用于液态金属的注入。所述喷嘴孔12的数量可以为多个，从而使得液态金属的注入更为均匀，注入过程更快。

请参考图5和图8，步骤S103，向模具内衬底上注入金属熔液并充满所述滤波器的结构框架。液态金属15在推进装置14的作用下，自喷嘴孔进入滤波器的结构框架中，并借助于通孔实现衬底两个表面处都充满液态金属15。

液桥结构和支撑柱结构则有效的实现液态金属15的流动空间，支撑柱结构一方面为其他金属结构的形成提供空间，另一方面起到支撑作用，防止衬底6直接受到挤压而破损。液桥结构使得液态金属的可以顺利的流动到滤波器相互分离的U型结构中。

在本实施例中，液态金属可以选择金属单质，也可以选择合金，还可以选择导电的金属化合物。

请参考图6，步骤S104，金属溶液冷凝后去除上下盖板。例如盖板8可以直接去除，喷嘴片10处虽然在喷嘴孔处会存在金属连接在滤波器的金属结构上，但喷嘴孔很小，因此喷嘴孔内的金属丝很细，也很容易拉断分开，并且不会影响滤波器的金属结构，顾喷嘴片10也可以直接去除。

在所述金属溶液冷却后，部分通孔中形成连接谐振器和共面波导结构的插塞，部分通孔(也即是锚点结构框架21)中形成固定地结构和衬底的锚点结构。

请参考图6和图7，步骤S105，去除滤波器的结构框架之外的金属残留。

如图6所示，滤波器的结构框架之外会有金属残留，例如液桥结构处存在金属凸起等，可以采用抛光工艺去除。

图7示意了去除金属残留后的结构，包括衬底6和滤波器的金属结构16，其具体结构可以参考图1。

需要说明的是，图1与图3-图7所示意的结构并不完全匹配，仅分别示意性的表示了滤波器的结构和制备方法中不同过程中的结构，并不能够作为对本发明实际结构的特别限定。

实验验证：

请参考图9，展示了本发明所获得的滤波器的传输特性，该滤波器工作在X波段，中心频率为8.6GHz，相对带宽为9％，带内的插入损耗为-2.1dB，带内的回波损耗大于-10dB。由此可见，本发明的滤波器性能较佳，而且制备过程简单，成本低廉，适合大规模生产。

实施例5

下面对本实施例的实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须。

具体的，本实施例提供了一种MEMS传感器，包括实施例1或2中所述的微带线滤波器，和/或，实施例3或4中所述的微带线滤波器的制备方法获得的微带线滤波器。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种微带线滤波器，包括：

衬底，所述衬底具有相对设置的第一表面和第二表面；

设置于所述衬底第一表面的谐振器；

设置于所述衬底第二表面的地结构和共面波导结构；以及

贯穿所述衬底的插塞，所述插塞连接所述谐振器和所述共面波导结构；所述插塞与所述谐振器、所述共面波导结构一体成型。

2.根据权利要求1所述的微带线滤波器，其特征在于，所述谐振器包括多阶微带谐振器。

3.根据权利要求1所述的微带线滤波器，其特征在于，所述谐振器的厚度介于10μm～100μm之间，所述地结构的厚度介于10μm～100μm之间。

4.根据权利要求1所述的微带线滤波器，其特征在于，还包括锚点结构和支撑柱，所述锚点结构贯穿所述衬底以固定所述地结构和所述衬底，所述支撑柱形成在所述衬底上。

5.一种微带线滤波器的制备方法，包括：

在衬底上加工出滤波器的结构框架，所述滤波器的结构框架包括位于所述衬底的相对两个表面上的结构和通孔；

利用上下盖板在所述衬底的相对两个表面上合模；

向模具内衬底上注入金属熔液并充满所述滤波器的结构框架；

金属溶液冷凝后去除上下盖板；以及

去除滤波器的结构框架之外的金属残留。

6.根据权利要求5所述的微带线滤波器的制备方法，其特征在于，所述滤波器的结构框架包括位于所述衬底的第一表面上的谐振器框架，位于所述衬底的第二表面上的地结构框架和共面波导框架。

7.根据权利要求6所述的微带线滤波器的制备方法，其特征在于，所述金属溶液冷却后，部分通孔中形成连接谐振器和共面波导结构的插塞，部分通孔中形成固定地结构和衬底的锚点结构。

8.根据权利要求5所述的微带线滤波器的制备方法，其特征在于，在利用上下盖板在所述衬底的相对两个表面上合模的步骤之前，还包括：

在衬底上加工出支撑柱结构。

9.根据权利要求5所述的微带线滤波器的制备方法，其特征在于，所述上下盖板包括盖板和喷嘴片，所述盖板与所述衬底接触的一侧具有液桥结构，所述喷嘴片包括喷嘴孔。

10.一种MEMS传感器，包括如权利要求1-4中任意一项所述的微带线滤波器，和/或，如权利要求5-9中任意一项所述的微带线滤波器的制备方法所获得的微带线滤波器。

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