CN115295987B - 硅基mems磁可调滤波器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请适用于射频MEMS器件技术领域，提供了硅基MEMS磁可调滤波器及其制备方法，该硅基MEMS磁可调滤波器包括：可伐载体片；下层硅片，设置于可伐载体片的上表面，下层硅片的下表面开设有空气槽，下层硅片在空气槽以外的部分开设有第一通孔；铁氧体块，设置于空气槽中；上层硅片，设置于下层硅片的上表面，上层硅片开设有第二通孔，且第一通孔与第二通孔连通。本申请硅基MEMS磁可调滤波器的谐振腔体设计灵活、制作成本低、可靠性高、可以大批量生产。
Description
技术领域
本申请属于射频MEMS器件技术领域，尤其涉及硅基MEMS磁可调滤波器及其制备方法。
背景技术
传统情况下，磁可调滤波器都采用铁氧体材料作为基底材料，在其上制备电路图形实现滤波器性能。使用时，通过外加磁场的改变，使铁氧体材料的磁导率发生改变，从而实现滤波器频率可调。但是传统磁可调滤波器谐振腔体比较单一、器件制作成本高、器件可靠性低、器件不能大批量生产的缺点。
发明内容
本申请实施例提供了硅基MEMS磁可调滤波器及其制备方法，以解决传统磁可调滤波器谐振腔体比较单一、器件制作成本高、器件可靠性低、器件不能大批量生产的问题。
本申请是通过如下技术方案实现的：
第一方面，本申请实施例提供了一种硅基MEMS磁可调滤波器，包括：
可伐载体片；下层硅片，设置于可伐载体片的上表面，下层硅片的下表面开设有空气槽，下层硅片在空气槽以外的部分开设有第一通孔。
铁氧体块，设置于空气槽中。
上层硅片，设置于下层硅片的上表面，上层硅片开设有第二通孔，且第一通孔与第二通孔连通。
结合第一方面，在一些可能的实现方式中，上层硅片和下层硅片通过晶圆级键合的方式进行键合。
结合第一方面，在一些可能的实现方式中，上层硅片的上表面和下表面设置有金属化图案，下层硅片的上表面和下表面设置有金属化图案，且空气槽的壁面未设置金属镀层。
结合第一方面，在一些可能的实现方式中，可伐载体片与下层硅片通过焊料焊接在一起。
结合第一方面，在一些可能的实现方式中，第一通孔的壁面和第二通孔的壁面均设置有金属镀层。
结合第一方面，在一些可能的实现方式中，第一通孔和第二通孔形成滤波器通孔，滤波器通孔的形状包括：矩形或者圆形。
结合第一方面，在一些可能的实现方式中，第一通孔和第二通孔的竖截面呈梯形。
第二方面，本申请实施例提供了一种硅基MEMS磁可调滤波器的制备方法，包括：
制备下层硅片，下层硅片的下表面开设有空气槽，下层硅片在空气槽以外的部分开设有第一通孔。
制备上层硅片，上层硅片开设有第二通孔。
将上层硅片设置于下层硅片的上表面，并使得第一通孔与第二通孔连通。
将铁氧体块设置于空气槽中，以及将可伐载体片设置于下层硅片的下表面。
结合第二方面，在一些可能的实现方式中，将上层硅片设置于下层硅片的上表面，为：通过晶圆级键合的方式将上层硅片和下层硅片键合，使得上层硅片的下表面与下层硅片的上表面连接。
结合第二方面，在一些可能的实现方式中，将可伐载体片设置于下层硅片的下表面，为：通过焊料将可伐载体片与下层硅片焊接，使得可伐载体片的上表面与下层硅片的下表面连接。
可以理解的是，上述第二方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。
本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：
本申请利用两层高阻硅作为可调滤波器的衬底材料，在下层硅片的下表面设置空气槽来放置铁氧体块，形成硅基MEMS磁可调滤波器，利用铁氧体在受到外加磁场，磁导率会发生变化的特性，对滤波器的频带范围进行调节。随着外加磁场的增加，滤波器的带宽基本无变化，但中心频率会随着外加磁场的增加而升高。因此，实现了体积小、可靠性高、高集成度、成本低和可大批量生产的硅基MEMS磁可调滤波器。除此之外，空气槽的形状可以根据需求进行调节，谐振腔体设计更加灵活。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本说明书。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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是本申请一实施例提供的硅基MEMS磁可调滤波器的结构示意图；
图2是本申请一实施例提供的第一通孔和第二通孔的结构示意图；
图3是本申请一实施例提供的硅基MEMS磁可调滤波器制备方法的流程示意图；
图4是本申请一实施例提供的硅基MEMS磁可调滤波器制备流程示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。
应当理解，当在本申请说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
另外，在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。
图1是本申请一实施例提供的硅基MEMS磁可调滤波器的结构示意图，参照图1，对该硅基MEMS磁可调滤波器的详述如下：
上述硅基MEMS磁可调滤波器包括可伐载体片H1、下层硅片B1、铁氧体块F1和上层硅片B2。
下层硅片B1设置于可伐载体片H1的上表面，下层硅片B1的下表面开设有空气槽A1，下层硅片B1在空气槽A1以外的部分开设有第一通孔C1。
铁氧体块F1，设置于空气槽A1中。
上层硅片B2，设置于下层硅片B1的上表面，上层硅片B2开设有第二通孔C2，且第一通孔C1与第二通孔C2连通。
示例性的，上层硅片B2和下层硅片B1通过晶圆级键合方式进行键合。
具体的，采用晶圆级键合的方式实现上层硅片B2和下层硅片B1的连接，形成了全屏蔽式结构，大大减小了辐射损耗。
示例性的，上层硅片B2的上表面和下表面设置有金属化图案，下层硅片B1的上表面和下表面设置有金属化图案，且空气槽A1的壁面未设置金属镀层。
具体的，下层硅片B1上表面的金属化图案为电路、谐振器等的金属化图形，上层硅片B2下表面的金属化图案为电路、谐振器等的金属化图形。
示例性的，可伐载体片H1与下层硅片B1通过焊料焊接在一起。
示例性的，第一通孔C1的壁面和第二通孔C2的壁面均设置有金属镀层。
示例性的，如图2所示，第一通孔C1和第二通孔形C2成滤波器通孔，滤波器通孔的形状包括：矩形或者圆形。
示例性的，如图2所示，第一通孔C1和第二通孔C2的竖截面呈梯形。
具体的，硅基MEMS磁可调滤波器在使用过程中，下层硅片B1连接信号线，在上层硅片B2正上方施加外加磁场。制备得到的硅基MEMS磁可调滤波器，利用铁氧体块在受到外加磁场，磁导率会发生变化的特性，对滤波器的频带范围进行调节。随着外加磁场的增加，滤波器的带宽基本无变化，但中心频率会随着外加磁场的增加而升高。一些实施例中，如图2所示，第一通孔C1的壁面和第二通孔形C2的壁面可以呈阶梯状，且倾斜角大小的范围为80°至90°，倾斜角为壁面与上下表面的两个夹角中的角度较小的夹角。
以下结合图1对本申请的硅基MEMS磁可调滤波器的制备方法进行详细说明。
图3是本申请一实施例提供的硅基MEMS磁可调滤波器的制备方法的示意性流程图，参照图3，对该硅基MEMS磁可调滤波器的制备方法的详述如下：
步骤101，制备下层硅片，下层硅片的下表面开设有空气槽，下层硅片在空气槽以外的部分开设有第一通孔。
具体的，如图4所示，下层硅片B1由高阻硅材料制备得到，下层硅片B1的下表面开设有空气槽A1，下层硅片B1在空气槽A1以外的部分开设有第一通孔C1。
步骤102，制备上层硅片，上层硅片开设有第二通孔。
具体的，如图4所示，上层硅片B2由高阻硅材料制备得到，上层硅片B2开设有第二通孔C2。
步骤103，将上层硅片设置于下层硅片的上表面，并使得第一通孔与第二通孔连通。
示例性的，如图4所示，将上层硅片B2设置于下层硅片B1的上表面，为：通过晶圆级键合的方式将上层硅片B2和下层硅片B1键合，使得上层硅片B2的下表面与下层硅片B1的上表面连接。
步骤104，将铁氧体块设置于空气槽中，以及将可伐载体片设置于下层硅片的下表面。
示例性的，如图4所示，将可伐载体片H1设置于下层硅片B1的下表面，为：通过焊料将可伐载体片H1与下层硅片B1焊接，使得可伐载体片H1的上表面与下层硅片B1的下表面连接。
具体的，一些实施例中，下层硅片制备过程包括以下步骤：
（1）采用深腔刻蚀方法，在下层硅片B1的下表面刻蚀一个具有特定深度的空气槽A1。
（2）采用深腔刻蚀方法，在下层硅片B1上刻蚀多个用于谐振器的通孔C1。
（3）采用光刻、溅射、电镀、腐蚀等方法，将下层硅片B1上的通孔C1进行金属化处理。
（4）采用光刻、溅射、电镀、腐蚀等方法，在下层硅片B1的上表面制备金属电路、谐振器等金属图形。
（5）采用光刻、溅射、电镀、腐蚀等方法，在下层硅片B1的下表面制备金属图形，其中刻蚀的空气槽A1不进行金属化。
上层硅片制备过程包括以下步骤：
（1）采用深腔刻蚀方法，在上层硅片B2上刻蚀多个用于谐振器的通孔C2。
（2）采用光刻、溅射、电镀、腐蚀等方法，将上层硅片B2上的通孔C2进行金属化处理。
（3）采用光刻、溅射、电镀、腐蚀等方法，在上层硅片B2的下表面制备金属电路、谐振器等金属图形。
（4）采用光刻、溅射、电镀、腐蚀等方法，在上层硅片B2的上表面制备金属图形。
硅基MEMS磁可调滤波器的装配过程包括以下步骤：
（1）上层硅片B2和下层硅片B1通过完成晶圆晶片键合，得到硅基MEMS磁可调滤波器的基本结构，对该结构进行划片分割处理，得到单个硅基MEMS磁可调滤波器芯片。
（2）将与空气槽A1尺寸相符合的铁氧体F1放入之前刻蚀好的空气槽A1中，得到带有铁氧体F1的单个硅基MEMS磁可调滤波器芯片。
（3）将带有铁氧体F1的单个硅基MEMS磁可调滤波器芯片与可伐载体片H1使用焊料焊接到一起，最终形成硅基MEMS磁可调滤波器。
上述方法，利用两层高阻硅作为可调滤波器的衬底材料，在下层硅片的下表面设置空气槽来放置铁氧体块，再将下层硅片与可伐载体焊接到一起，最终形成硅基MEMS磁可调滤波器，利用铁氧体块在受到外加磁场，磁导率会发生变化的特性，对滤波器的频带范围进行调节。随着外加磁场的增加，滤波器的带宽基本无变化，但中心频率会随着外加磁场的增加而升高。因此，实现了体积小、可靠性高、高集成度、成本低和可大批量生产的硅基MEMS磁可调滤波器，除此之外，空气槽的形状可以根据需求进行调节，谐振腔体设计更加灵活。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种硅基MEMS磁可调滤波器，其特征在于，包括：
可伐载体片；
下层硅片，设置于所述可伐载体片的上表面，所述下层硅片的下表面开设有空气槽，所述下层硅片在所述空气槽以外的部分开设有第一通孔；
铁氧体块，设置于所述空气槽中；
上层硅片，设置于所述下层硅片的上表面，所述上层硅片开设有第二通孔，且所述第一通孔与所述第二通孔连通；
所述上层硅片正上方设置有外加磁场；
所述第一通孔与所述第二通孔均经过金属化处理；
所述上层硅片的上表面和下表面设置有金属化图案，所述下层硅片的上表面和下表面设置有金属化图案，且所述空气槽的壁面未设置金属镀层；
所述下层硅片上表面的金属化图案包括电路和谐振器的金属化图形，所述上层硅片下表面的金属化图案包括电路和谐振器的金属化图形。
2.如权利要求1所述的硅基MEMS磁可调滤波器，其特征在于，所述上层硅片和所述下层硅片通过晶圆级键合的方式进行键合。
3.如权利要求1所述的硅基MEMS磁可调滤波器，其特征在于，所述可伐载体片与所述下层硅片通过焊料焊接在一起。
4.如权利要求1所述的硅基MEMS磁可调滤波器，其特征在于，所述第一通孔的壁面和所述第二通孔的壁面均设置有金属镀层。
5.如权利要求1所述的硅基MEMS磁可调滤波器，其特征在于，所述第一通孔和所述第二通孔形成滤波器通孔，所述滤波器通孔的形状包括：矩形或者圆形。
6.如权利要求1所述的硅基MEMS磁可调滤波器，其特征在于，所述第一通孔和所述第二通孔的竖截面呈梯形。
7.一种硅基MEMS磁可调滤波器的制备方法，其特征在于，包括：
制备下层硅片，所述下层硅片的下表面开设有空气槽，所述下层硅片在所述空气槽以外的部分开设有第一通孔；
制备上层硅片，所述上层硅片开设有第二通孔；
将所述上层硅片设置于所述下层硅片的上表面，并使得所述第一通孔与所述第二通孔连通；所述下层硅片的上表面和下表面设置有金属化图案，且所述空气槽的壁面未设置金属镀层，所述下层硅片上表面的金属化图案包括电路和谐振器的金属化图形；
将铁氧体块设置于所述空气槽中，以及将可伐载体片设置于所述下层硅片的下表面；所述上层硅片的上表面和下表面设置有金属化图案，所述上层硅片下表面的金属化图案包括电路和谐振器的金属化图形；
所述上层硅片正上方设置有外加磁场；
所述第一通孔与所述第二通孔均经过金属化处理。
8.如权利要求7所述的硅基MEMS磁可调滤波器的制备方法，其特征在于，所述将所述上层硅片设置于所述下层硅片的上表面，为：
通过晶圆级键合的方式将所述上层硅片和所述下层硅片键合，使得所述上层硅片的下表面与所述下层硅片的上表面连接。
9.如权利要求7所述的硅基MEMS磁可调滤波器的制备方法，其特征在于，所述将可伐载体片设置于所述下层硅片的下表面，为：
通过焊料将所述可伐载体片与所述下层硅片焊接，使得所述可伐载体片的上表面与所述下层硅片的下表面连接。
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| CN115295987A (zh) | 2022-11-04 |
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