CN114583424A - 悬置带线滤波器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种悬置带线滤波器及其制备方法。该悬置带线滤波器包括：介质基板；在介质基板上设置的多个上下表面贯通的接地孔；在介质基板的上下表面分别设置的上表面电路和下表面电路；在上表面电路和下表面电路的第一预设位置上分别设置的第二导体柱；在部分第二导体柱上设置的第三导体柱，介质基板的上表面倒扣设置在待安装母板上；介质基板下表面的第三导体柱下设置的金属屏蔽盖板。本发明能够了有效减小悬置带线滤波器体积，满足表面贴装需求。
Description
技术领域
本发明涉及微波器件技术领域，尤其涉及一种悬置带线滤波器及其制备方法。
背景技术
悬置带线的传输线结构是上世纪80年代才被提出来的一种新型的传输线结构,它可以看作是一种特殊的带状线结构。悬置带线滤波器通常采用上下扣合的金属外壳将制备微带线的介质基板加持悬空的模式制备，具有低温漂和高功率容量的特点。
但是传统的悬置带线滤波器体积大，采用壳体装配、SMA头与输入输出端口互联。无法满足微波混合集成电路元件轻量化、小型化、表贴组装的需要。
发明内容
本发明实施例提供了一种悬置带线滤波器及其制备方法，以解决现有技术中的悬置带线滤波器体积过大，无法满足表贴组装需求的问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种悬置带线滤波器，包括：
介质基板；
在所述介质基板上设置的多个上下表面贯通的接地孔；
在所述介质基板的上下表面分别设置的上表面电路和下表面电路；所述上表面电路和所述下表面电路通过所述接地孔内填充的金属实现共地连接；其中，所述上表面电路包括输入端口、第一带线图形、输出端口和与金属接地孔连接的第一接地金属；所述下表面电路包括第二带线图形和与所述金属接地孔连接的第二接地金属；
在所述上表面电路和所述下表面电路的第一预设位置上分别设置的第二导体柱；所述第一预设位置包括所述输入端口、所述输出端口、所述第一接地金属、所述第二接地金属、所述第一带线图形中的第二预设位置和所述第二带线图形中的第三预设位置；
在部分第二导体柱上设置的第三导体柱，所述部分第二导体柱包括所述输入端口、所述输出端口、所述第一接地金属和所述第二接地金属上的第二导体柱；
所述介质基板的上表面倒扣设置在待安装母板上，使所述介质基板上表面的所有第三导体柱与所述待安装母板互连形成第一谐振腔；
所述介质基板下表面的第三导体柱下设置的金属屏蔽盖板，使所述介质基板下表面的所欲第三导体柱与所述金属屏蔽盖板互连形成第二谐振腔。
在一种可能的实现方式中，所有所述第二导体柱均不与所述待安装母板或所述金属屏蔽盖板互连。
在一种可能的实现方式中，所述上表面电路的第二导体柱与所述上表面电路成预设角度连接；所述下表面电路的第二导体柱与所述下表面电路成预设角度连接；其中，所述预设角度为85°-95°。
在一种可能的实现方式中，所述介质基板的材质为玻璃、石英或蓝宝石，所述上表面电路和所述下表面电路的材质为铜。
在一种可能的实现方式中，所述接地孔的直径与所述介质基板的厚度之比大于等于1:15。
在一种可能的实现方式中，所述接地孔的直径为70微米-125微米，所述介质基板的厚度为0.15毫米-2毫米。
在一种可能的实现方式中，所述第二导体柱和所述第三导体柱的高度范围均为0.1毫米-2毫米。
本发明实施例公开了一种悬置带线滤波器，通过在悬置带线上表面电路的第一带线图形和悬置带线下表面电路的第二带线图形上分别设置第二导体柱，得到立体谐振杆，将平面带线电路改进为2.5D立体电路结构，进而将悬置带线滤波器改进为空间立体交指型滤波器，能够有效减小滤波器体积，同时增加带宽。进一步地，通过在部分第二导体柱上设置第三导体柱，分别与待安装母板、金属屏蔽盖板互连，使得输入、输出端口与待安装母板互连，以满足表贴组装需求，同时，还能形成第一谐振腔和第二谐振腔，使得微带结构传输的能量被束缚，减小带内损差。
第二方面，本发明实施例提供了一种悬置带线滤波器的制备方法，所述悬置带线滤波器的制备方法包括：
在介质基板上开设连通所述介质基板上下表面的通孔，并在所述通孔和所述介质基板的上下表面溅射金属得到接地孔、上表面电路层和下表面电路层；
分别在所述上表面电路层和所述下表面电路层上光刻出所述上表面电路和所述下表面电路，并采用电化学沉积法进行电路加厚和接地孔填实，其中，所述上表面电路包括输入端口、第一带线图形、输出端口和与金属接地孔连接的第一接地金属；所述下表面电路包括第二带线图形和与所述金属接地孔连接的第二接地金属；
在所述上表面电路和所述下表面电路的第一预设位置上生长第二导体柱，所述第一预设位置包括所述输入端口、所述输出端口、所述第一接地金属、所述第二接地金属、所述第一带线图形中的第二预设位置和所述第二带线图形中的第三预设位置；
在所述输入端口、所述输出端口、所述第一接地金属和所述第二接地金属上生长的所述第二导体柱上，生长第三导体柱；
将所述介质基板上表面倒扣在待安装母板上，并将所述介质基板上表面的所有第三导体柱与所述待安装母板互连，形成第一谐振腔；
将所述介质基板下表面的所有第三导体柱与金属屏蔽盖板互连，形成第二谐振腔，得到悬置带线滤波器。
在一种可能的实现方式中，在所述采用电化学沉积法进行电路加厚和接地孔填实之后，还包括：对所述上表面电路和所述下表面电路进行平坦化处理。
在一种可能的实现方式中，所有所述第二导体柱均不与所述待安装母板或所述金属屏蔽盖板互连。
本发明实施例提供了一种悬置带线滤波器的制备方法，通过双面立体纵向制备悬置带线电路，使得谐振杆具备立体结构，将平面带线耦合的悬置带线滤波器改进为空间立体交指型滤波器，能够有效减小滤波器体积同时增加带宽。进一步地，在部分第二导体柱的基础上继续生长第三导体柱，分别与待安装母板、金属屏蔽盖板互连，使得输入、输出端口与待安装母板互连，以满足表贴组装需求；同时还能形成金属屏蔽侧墙。金属屏蔽侧墙分别与待安装母板、金属屏蔽盖板互连，使得悬置带线两面图形的开放空间被金属侧墙、金属屏蔽盖板和待安装母板构成的第一谐振腔、第二谐振腔包围，使得微带结构传输的能量被束缚，减小带内损差，提高Q值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的悬置带线滤波器的俯视图；
图2是本发明实施例提供的悬置带线滤波器的顶视图；
图3是本发明实施例提供的悬置带线滤波器的剖面图；
图4是本发明实施例提供的悬置带线滤波器的制备流程示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本方案，下面将结合本方案实施例中的附图，对本方案实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本方案一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本方案中的实施例，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他实施例，都应当属于本方案保护的范围。
本方案的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及其他任何变形，是指“包括但不限于”，意图在于覆盖不排他的包含，并不仅限于文中列举的示例。此外，术语“第一”和“第二”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。
以下结合具体附图对本发明的实现进行详细的描述：
请一并参考图1、图2和图3，该悬置带线滤波器包括：
介质基板10；
以及，在介质基板10上设置的多个上下表面贯通的接地孔(图1-图3中未示出接地孔)；
以及，在介质基板10的上下表面分别设置的上表面电路12和下表面电路13；上表面电路12和下表面电路13通过接地孔内填充的金属实现共地连接，(需要说明的是，接地孔内填充金属后，得到金属接地孔)。其中，上表面电路12包括，输入端口121、第一带线图形122、输出端口123和与金属接地孔连接的第一接地金属124；下表面电路13包括，第二带线图形131和与金属接地孔连接的第二接地金属132；
以及，在上表面电路12和下表面电路13的第一预设位置上分别设置的第二导体柱14；这里的第一预设位置包括输入端口121、输出端口123、第一接地金属124、第二接地金属132、第一带线图形122中的第二预设位置和第二带线图形131中的第三预设位置；
这里的第二预设位置和第三预设位置可以是对应带线图形的1/2波长位置和/或1/4波长位置，也可以根据实际滤波频率自行设定，本申请在此处不做具体限定。
本发明实施里通过在第一带线图形的第二预设位置和第二带线图形的第三预设位置设置第二导体柱，形成立体谐振杆，将悬置带线滤波器改进为空间立体交指型滤波器，滤波器谐振杆不仅可以在瓷体表面耦合还可以在空气中端面耦合，能够有效提高耦合效率，在减小体积的同时还能增加带宽。
以及，在部分第二导体柱14上设置的第三导体柱15，这里的部分第二导体柱14包括输入端口121、输出端口123、第一接地金属124和第二接地金属132上的第二导体柱14。
需要说明的是，图3示出的上表面电路12上的第二导体柱14和第三导体柱15以及下表面电路13上的第二导体柱14和第三导体柱15仅是示例作用，并不对其具体位置和/或数量产生限定。
介质基板10的上表面倒扣设置在待安装母板16上，使介质基板10上表面的所有第三导体柱15与待安装母板16互连形成第一谐振腔；
介质基板10下表面的第三导体柱15下设置的金属屏蔽盖板17，使得介质基板10下表面的所有第三导体柱15与金属屏蔽盖板17互连形成第二谐振腔。
在第一接地金属124和第二接地金属132位置处的多个第二导体柱14上叠加设置第三导体柱15，形成金属屏蔽柱，用以与待安装母板、金属屏蔽盖板互连，分别形成第一谐振腔和第二谐振腔。这样使得，悬置带线两面图形的开放空间被金属屏蔽柱、待安装母板和金属屏蔽盖板构成的连续金属屏蔽腔(也就是第一谐振腔和第二谐振腔)包围。从而达到束缚悬置带线结构的传输能量，减小带内差损，提高Q值的技术效果。
因此，需要说明的是，在第一接地金属124和第二接地金属132上设置多个第二导体柱14时，应该以能形成连续的金属屏蔽侧墙，阻挡能量传输为原则，对第一接地金属124和第二接地金属132上的第二导体柱14的数量和位置进行调整。
可选的，所有第二导体柱14均不与待安装母板16或金属屏蔽盖板17互连。
可选的，上表面电路12的第二导体柱14与上表面电路12成预设角度连接；下表面电路13的第二导体柱14与下表面电路13成预设角度连接；其中，预设角度为85°-95°。
可选的，介质基板10的材质为玻璃、石英、蓝宝石、氮化铝、氧化铝、碳化硅、氮化硅等低损耗、高强度材料。
可选的，上表面电路12和下表面电路13的材质为铜。
可选的，接地孔的直径与介质基板10的厚度之比大于等于1:15。
可选的，接地孔的直径为70微米-125微米，介质基板10的厚度为0.15毫米-2毫米。
可选的，第二导体柱14和第三导体柱15的高度范围均为0.1毫米-2毫米。
本发明实施例公开了一种悬置带线滤波器，通过在悬置带线上表面电路的第一带线图形和悬置带线下表面电路的第二带线图形上分别设置第二导体柱，得到立体谐振杆，将平面带线电路改进为2.5D立体电路结构，进而将悬置带线滤波器改进为空间立体交指型滤波器，能够有效减小滤波器体积，同时增加带宽。进一步地，通过在部分第二导体柱上设置第三导体柱，分别与待安装母板、金属屏蔽盖板互连，使得输入、输出端口与待安装母板互连，以满足表贴组装需求，同时，还能形成第一谐振腔和第二谐振腔，使得微带结构传输的能量被束缚，减小带内损差。
另一方面，本发明实施例提供了一种上述悬置带线滤波器的制备方法，包括：
在介质基板上开设连通介质基板上下表面的通孔，并在通孔和介质基板的上下表面溅射金属得到接地孔、上表面电路层和下表面电路层；
分别在上表面电路层和下表面电路层上光刻出上表面电路和下表面电路，并采用电化学沉积法进行电路加厚和接地孔填实(接地孔填实得到金属接地孔)，其中，上表面电路包括输入端口、第一带线图形、输出端口和与金属接地孔连接的第一接地金属；下表面电路包括第二带线图形和与金属接地孔连接的第二接地金属；
在上表面电路和下表面电路的第一预设位置上生长第二导体柱，第一预设位置包括输入端口、输出端口、第一接地金属、第二接地金属、第一带线图形中的第二预设位置和第二带线图形中的第三预设位置；
在输入端口、输出端口、第一接地金属和第二接地金属上生长的第二导体柱上，生长第三导体柱；
将介质基板上表面倒扣在待安装母板上，并将介质基板上表面的所有第三导体柱与待安装母板互连，形成第一谐振腔；
将介质基板下表面的所有第三导体柱与金属屏蔽盖板互连，形成第二谐振腔，得到悬置带线滤波器。
可选的，在采用电化学沉积法进行电路加厚和接地孔填实之后，还包括：对上表面电路和所述下表面电路进行平坦化处理。
可选的，所有第二导体柱均不与待安装母板或金属屏蔽盖板互连。
更具体地，参见图4所示，上述悬置带线滤波器的制备方法可以详述为：
步骤1
选择玻璃、石英、蓝宝石等低损耗、高强度介质基板，采用皮秒冷激光加工钻孔，孔的直径在70μm-125μm，数值参考基板厚度(厚度0.15mm-2mm)，保证孔的直径与介质基板的厚度之比大于等于1:15，孔径典型值是100μm。激光开孔孔壁光滑、垂直度要高，保证上下表面孔径差值小于5％。在实际生产中，可以采用多个单元排列的大尺寸基板生产以提升效率。
步骤2
(1)介质基板经过清洗处理后表面沉积一层金属，为后续电化学沉积提供种子层，种子层的典型结构为Ti/Cu，总厚度可以为50nm-5000nm。种子层的沉积方式可以选择物理气相沉积法(PVD)、化学气相沉积法(CVD)等。
(2)将光阻层通过旋涂或覆膜热压方式涂覆在衬底表面，通过曝光、显影等标准光刻工艺分别获得上表面电路和下表面电路，其中，上表面电路包括输入端口、第一带线图形、输出端口和与金属接地孔连接的第一接地金属；下表面电路包括第二带线图形和与金属接地孔连接的第二接地金属；用于后续制作外导体结构。光阻可以是高粘度光刻胶或高解析度光敏干膜等。光阻层厚度大于30微米，线条解析度小于10微米。
(3)采用电化学沉积法将光阻定义表面图形加厚到30-200μm，同时将金属打底的接地孔填实至表面突出，内部没有空洞，从而形成金属接地孔、上表面电路和下表面电路。电化学沉积材料选择铜，优选具有深孔填充的Cu电解液，电镀时采用脉冲镀和直流镀组合使用，保证通孔内铜沉积没有空洞条件下尽量提升效率。之后采用平坦化技术对镀层进行厚度减薄和表面处理，可以获得更高精度的金属层厚和更低的表面粗糙度。
步骤3
在上表面电路和下表面电路的第一预设位置上均生长第一预设高度的第二导体柱，具体工艺包括：光刻、电镀、研磨、抛光，实现表面的局部加厚。其中，第一预设位置包括，输入端口、输出端口、第一接地金属、第二接地金属、第一带线图形中的第二预设位置和第二带线图形中的第三预设位置。
步骤4
在输入端口、输出端口、第一接地金属和第二接地金属位置处的第二导体柱上继续生长第二预设高度的第三导体柱，具体工艺包括：光刻、电镀、研磨、抛光。
步骤5
采用标准去膜工艺，去除光阻材料，露出种子层。再次光刻，定义腐蚀图形。采用化学腐蚀的方法去除非图形定义区域的种子层，露出基板支撑层。采用化学镀的方式，对表面金属图形区域进行保护，提升环境耐受性。最后将介质基板的上表面倒扣设置在待安装母板上，使介质基板上表面的所有第三导体柱与待安装母板互连；并在介质基板下表面的第三导体柱下设置金属屏蔽盖板，使介质基板下表面的所有第三导体柱与金属屏蔽盖板互连，构成具有完整功能的器件，得到悬置带线滤波器。
本发明实施例提供了一种悬置带线滤波器的制备方法，通过双面立体纵向制备悬置带线电路，使得谐振杆具备立体结构，将平面带线耦合的悬置带线滤波器改进为空间立体交指型滤波器，能够有效减小滤波器体积同时增加带宽。进一步地，在部分第二导体柱的基础上继续生长第三导体柱，分别与待安装母板、金属屏蔽盖板互连，使得输入、输出端口与待安装母板互连，以满足表贴组装需求；同时还能形成金属屏蔽侧墙。金属屏蔽侧墙分别与待安装母板、金属屏蔽盖板互连，使得悬置带线两面图形的开放空间被金属侧墙、金属屏蔽盖板和待安装母板构成的第一谐振腔、第二谐振腔包围，使得微带结构传输的能量被束缚，减小带内损差，提高Q值。
悬置带线滤波器具有以下优点：
(1)采用半导体工艺多次叠加电镀成型，悬置带线电路可双面立体纵向制备，局部生长高度0.1-2mm，精度±10μm的导体柱，将平面带线耦合的悬置带线滤波器改进为空间立体交指型滤波器，滤波器谐振杆不仅可以在瓷体表面耦合还可以在空气中端面耦合，可提高耦合效率，减小体积，增加带宽。
(2)悬置带线的金属屏蔽侧墙通过半导体工艺逐层电镀生产制备，墙的高度，位置匹配带线一体设计、同步加工，且采用铜导体，滤波器差损小，Q值高。金属侧墙和金属屏蔽盖板、待安装母板组成悬置带线的金属屏蔽结构。待安装母板不仅承载互联、支撑作用，还是金属屏蔽结构的一部分。
(3)采用导体柱支撑模式贴装，满足表贴组装需求；将介质基板通过第三导体柱与待安装母板互连。介质基板和待安装母板有导体柱做应力缓冲，可突破正面贴装单元尺寸和厚度限制，制作大尺寸、高性能元件，设计灵活性高
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种悬置带线滤波器，其特征在于，包括：
介质基板；
在所述介质基板上设置的多个上下表面贯通的接地孔；
在所述介质基板的上下表面分别设置的上表面电路和下表面电路；所述上表面电路和所述下表面电路通过所述接地孔内填充的金属实现共地连接；其中，所述上表面电路包括输入端口、第一带线图形、输出端口和与金属接地孔连接的第一接地金属；所述下表面电路包括第二带线图形和与所述金属接地孔连接的第二接地金属；
在所述上表面电路和所述下表面电路的第一预设位置上分别设置的第二导体柱；所述第一预设位置包括所述输入端口、所述输出端口、所述第一接地金属、所述第二接地金属、所述第一带线图形中的第二预设位置和所述第二带线图形中的第三预设位置；
在部分第二导体柱上设置的第三导体柱，所述部分第二导体柱包括所述输入端口、所述输出端口、所述第一接地金属和所述第二接地金属上的第二导体柱；
所述介质基板的上表面倒扣设置在待安装母板上，使所述介质基板上表面的所有第三导体柱与所述待安装母板互连形成第一谐振腔；
所述介质基板下表面的第三导体柱下设置的金属屏蔽盖板，使所述介质基板下表面的所有第三导体柱与所述金属屏蔽盖板互连形成第二谐振腔。
2.如权利要求1所述的悬置带线滤波器，其特征在于，
所有所述第二导体柱均不与所述待安装母板或所述金属屏蔽盖板互连。
3.如权利要求2所述的悬置带线滤波器，其特征在于，所述上表面电路的第二导体柱与所述上表面电路成预设角度连接；所述下表面电路的第二导体柱与所述下表面电路成预设角度连接；其中，所述预设角度为85°-95°。
4.如权利要求1所述的悬置带线滤波器，其特征在于，所述介质基板的材质为玻璃、石英或蓝宝石，所述上表面电路和所述下表面电路的材质为铜。
5.如权利要求1所述的悬置带线滤波器，其特征在于，所述接地孔的直径与所述介质基板的厚度之比大于等于1:15。
6.如权利要求5所述的悬置带线滤波器，其特征在于，所述接地孔的直径为70微米-125微米，所述介质基板的厚度为0.15毫米-2毫米。
7.如权利要求1所述的悬置带线滤波器，其特征在于，所述第二导体柱和所述第三导体柱的高度范围均为0.1毫米-2毫米。
8.一种悬置带线滤波器的制备方法，其特征在于，所述方法用于制备如权利要求1-7任一项所述的悬置带线滤波器；所述悬置带线滤波器的制备方法包括：
在介质基板上开设连通所述介质基板上下表面的通孔，并在所述通孔和所述介质基板的上下表面溅射金属得到接地孔、上表面电路层和下表面电路层；
分别在所述上表面电路层和所述下表面电路层上光刻出所述上表面电路和所述下表面电路，并采用电化学沉积法进行电路加厚和接地孔填实，其中，所述上表面电路包括输入端口、第一带线图形、输出端口和与金属接地孔连接的第一接地金属；所述下表面电路包括第二带线图形和与所述金属接地孔连接的第二接地金属；
在所述上表面电路和所述下表面电路的第一预设位置上生长第二导体柱，所述第一预设位置包括所述输入端口、所述输出端口、所述第一接地金属、所述第二接地金属、所述第一带线图形中的第二预设位置和所述第二带线图形中的第三预设位置；
在所述输入端口、所述输出端口、所述第一接地金属和所述第二接地金属上生长的所述第二导体柱上，生长第三导体柱；
将所述介质基板上表面倒扣在待安装母板上，并将所述介质基板上表面的所有第三导体柱与所述待安装母板互连，形成第一谐振腔；
将所述介质基板下表面的所有第三导体柱与金属屏蔽盖板互连，形成第二谐振腔，得到悬置带线滤波器。
9.如权利要求8所述的悬置带线滤波器的制备方法，其特征在于，在所述采用电化学沉积法进行电路加厚和接地孔填实之后，还包括：
对所述上表面电路和所述下表面电路进行平坦化处理。
10.如权利要求8所述的悬置带线滤波器的制备方法，其特征在于，所有所述第二导体柱均不与所述待安装母板或所述金属屏蔽盖板互连。
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