CN1669177A - 小型射频和微波构件以及这些构件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供射频和微波辐射导引或控制元件，其可为单片集成的、可由多项电沉积操作和/或由多个沉积层材料形成、可包括开关、电感器、天线、传输线、滤波器、混合耦合器、天线阵列和/或其它有源或无源元件。元件可包括可用来分离牺牲材料与结构材料的非辐射进入和非辐射离开通路。较佳的形成工艺使用电化学制造技术(例如包括选择性沉积、体块沉积、蚀刻操作及平坦化操作)以及后沉积工艺(例如选择性蚀刻操作和/或回填操作)。

Description

小型射频和微波构件以及这些构件的制造方法
技术领域
本发明的实施例涉及电子器件及其制造方法的领域，而特定实施例涉及射频和微波器件及其制造方法。本发明的更特定实施例涉及可至少部分地利用一种公知为电化学制造的多层电沉积技术加以制造的小型射频和微波器件(譬如滤波器、传输线、延迟线及类似物)。
背景技术
Adam L Cohen发明了一种从多个粘结层形成三维结构(例如部件，元件，器件等)的技术，该技术是公知的电化学制造技术。该技术由California的Burbank的MEMGen公司商业化推广，命名为EFABTM。在2000年2月22日公开的美国专利第6,027,630号中描述了此项技术。此项电化学沉积技术允许使用一种独特的掩模技术选择地沉积一种材料，该掩模技术包括使用掩模，该掩模包括位于支承结构上的图形化的适形材料，该支承结构独立于将在上面进行电镀的衬底。当希望使用掩模执行电沉积时，在电镀液存在的同时使掩模的适形部分与衬底相接触，因此掩模的适形部分与衬底的接触禁止在选定的位置沉积。为了方便，这些掩模一般称为适形接触掩模；该掩模技术一般称为适形接触掩模电镀工艺。更具体而言，在California的Burbank的MEMGen公司的术语中，这些掩模通常称为INSTANT MASKTM以及此工艺称为INSTANT MASKINGTM或INSTANT MASKTM电镀。使用适形接触掩模电镀的选择性沉积可用于形成单层材料或可用于形成多层结构。专利6,027,630的教导中所提及的全部内容以参考的方式合并于此。由于递交了产生上述专利的专利申请，所以公开了各种有关适形接触掩模电镀(即，INSTANT MASK)和电化学制造的文献：
1.A.Cohen、G.Zhang、F.Tseng、F.Mansfeld、U.Frodis和P.Will，“EFAB：Batch production of functional，fully-dense metalparts with micro-scale features”，Proc.9th Solid Freeform Fabrication，The University of Texas at Austin，p161，Aug.1998。
2.A.Cohen、G.Zhang、F.Tseng、F.Mansfeld、U.Frodis和P.Will，“EFAB：Rapid，Low-Cost Desktop Micromachining of HighAspect Ratio True 3-D MEMS”，Proc.12th IEEE Micro ElectroMechanical Systems Workshop，IEEE，p244，Jan 1999。
3.A.Cohen，“3-D Micromachining by ElectrochemicalFabrication”，Micromachine Devices，March 1999。
4.G.Zhang、A.Cohen、U.Frodis、F.Tseng、F.Mansfeld和P.Will，“EFAB：Rapid Desktop Manufacturing of True 3-DMicrostructures”，Proc.2nd International Conference on IntegratedMicroNanotechnology for Space Applications，The Aerospace Co.，Apr.1999。
5.F.Tseng、U.Frodis、G.Zhang、A.Cohen、F.Mansfeld和P.Will，“EFAB：High Aspect Ratio，Arbitrary 3-D MetalMicrostructures using a Low-Cost Automated Batch Process”，3rdinternational Workshop on High Aspect Ratio MicroStructure Technology(HARMST’99)，June 1999。
6.A.Cohen、U.Frodis、F.Tseng、G.Zhang、F.Mansfeld和P.Will，“EFAB：Low-Cost，Automated Electrochemical BatchFabrication of Arbitrary 3-D Microstructures”，Micromachining andMicrofabrication Process Technology，SPIE 1999 Symposium onMicromachining and Microfabrication，September 1999。
7.F.Tseng、G.Zhang、U.Frodis、A.Cohen、F.Mansfeld和P.Will，“EFAB：High Aspect Ratio，Arbitrary 3-D MetalMicrostruetures using a Low-Cost Automated Batch Process”，MEMSSymposium，ASME 1999 international Mechanical Engineering Congressand Exposition，November，1999。
8.A.Cohen，“Electrochemical Fabrication(EFABTM)”，Chapter19 of The MEMS Handbook，edited by Mohamed Gad-EL-Hak，CRCPress，2002。
9.“Microfabrication-Rapid Prototyping’s Killer Application”，pages1-5 of the Rapid Prototyping Report，CAD/CAM Publishing，Inc.，June1999。
这九个文献的公开文件中所提及的全部内容以参考的方式合并于此。
可以按照如在上述专利和公开文件中所提及的多种不同方式执行电化学沉积工艺。在一种方式中，此工艺包括在形成将要形成的每层结构期间执行的三个分离的操作：
1.在衬底的一个或多个期望的区域上通过电沉积选择地沉积至少一种材料。
2.然后，通过电沉积覆盖沉积至少一种另外的材料，以使增加的沉积覆盖先前选择地沉积的区域和衬底的没有接收到任何先前施加选择性沉积的区域。
3.最后，平坦化这些在第一和第二操作期间沉积的材料，以制造期望厚度的第一层光滑表面，其具有至少一个含有该至少一种材料的区域和至少一个含有至少另一种材料的区域。
在形成第一层之后，紧贴着先前处理的层并粘附在该先前处理层的平滑表面形成一个或多个附加层。通过一次或多次重复第一至第三操作形成这些附加层，其中每个连续层的形成过程将先前形成的层和原始衬底视为新的增厚的衬底。
一旦完成了形成所有层的过程，通常通过蚀刻工艺去除沉积的多种材料的至少一种的至少一部分，以暴露或释放希望形成的三维结构。
执行包含在第一操作中的选择性电沉积的优选方法是利用适形接触掩模电镀。在此类电镀中，首先形成一个或多个适形接触(CC)掩模。CC掩模包括在其上粘结或形成图形化的适形介电材料的支承结构。按照将要电镀的材料的特定截面形成每一掩模的适形材料。对于将要被电镀的每个独特的横截面图形来说，需要至少一个CC掩模。
CC掩模的支承一般为由金属形成的类似盘形的结构，其将被选择性地电镀并且其中要电镀的材料将被溶解。在此类典型方法中，该支承用作电镀工艺中的阳极。在另一可选的方法中，该支承可用多孔的或别的有孔材料替代，在电镀操作期间，在沉积材料从阳极末梢到沉积表面的路径上沉积材料穿过该多孔材料。在另一个方法中，CC掩模能共用公用支承，即，用于电镀多层材料的适形介电材料的多个图形可位于单个支承结构的不同区域。当单个支承结构包含多个电镀图形时，整个结构称为CC掩模，而单个电镀掩模称作“子掩模”。在目前的应用中，只在涉及一个特定点时，才进行这样的区分。
在执行第一操作的可选择的沉积的准备过程中，将该CC掩模的适形部分放置为对准并压靠在衬底的选定的、在其上将进行沉积的部分(或在先前形成的层上或在一层的先前沉积部分上)。CC掩模和衬底之间的压靠是以这样的方式进行的：CC掩模的适形部分中的所有孔穴容纳电镀液。接触衬底的CC掩模的适形材料用作电沉积的屏障，而CC掩模中的填充电镀液的孔穴是用作当加载合适的电势和/或电流时，从阳极(例如，CC掩模的支承)将材料传送到衬底的非接触部分(其在电镀操作期间用作阴极)的路径。
在图1(a)至1(c)中示出了CC掩模和CC掩模电镀的一个例子。图1(a)示出了CC掩模8的侧视图，CC掩模8由在阳极12上图形化的适形或可变形的(例如，弹性体的)绝缘体10组成。该阳极具有两个作用。图1(a)也描述了与掩模8分离的衬底6。一个作用是作为用于图形化的绝缘体10的支承材料，以维持其整体性和排列，由于该图形可能具有拓扑的复杂性(即，包括绝缘体材料的隔离“岛”)。另一个作用是作为电镀操作的阳极。在图1(b)中示出了CC掩模电镀通过简单地将绝缘体压到衬底上，然后在绝缘体中穿过孔隙26a和26b电沉积材料而可选择地将材料22沉积在衬底6上。在沉积之后，将CC掩模与衬底6分离，最好是不破坏它，如图1(c)所示。CC掩模电镀处理与“贯穿-掩模”电镀处理相区别，由于在贯穿-掩模电镀(through-mask plating)工艺中，会发生掩模材料从衬底上破坏性地分离。由于对于贯穿-掩模电镀，CC掩模电镀可选择地和同时地在整个层上沉积材料。电镀区域可由一个或多个分离的电镀区域组成，这些分离的电镀区域可属于正在形成的单个结构或属于正在同时形成的多个结构。在CC掩模电镀中由于各个掩模在去除工艺中没有被有意地破坏，所以可在多个电镀操作中使用。
在图1(d)至1(f)中示出了CC掩模和CC掩模电镀的另一个例子。图1(d)示出了与掩模8′分离开的阳极12′，掩模8′包括图形化的适形材料10′和支承结构20。图1(d)也描述了与掩模8′分离的衬底6。图1(e)给出了与衬底6相接触的掩模8′。图1(f)给出了由电流从阳极12′流到衬底6所产生的沉积22′。图1(g)给出了在与掩模8′分离之后的衬底6上的沉积22′。在此例中，将一种合适的电解液定位在衬底6和阳极12′之间，来自溶液或阳极中的一个或来自两者的离子流从掩模中的开口流到沉积材料的衬底。此类掩模可称为非阳极(anodeless)INSTANT MASKTM(AIM)或非阳极适形接触(ACC)掩模。
不像贯穿-掩模电镀，CC掩模电镀允许将要形成的CC掩模完全与在其上将要发生电镀的衬底的制造过程分离(例如，与正在被形成的三维(3D)结构分离)。可以用各种方式形成CC掩模，例如，可以使用光刻工艺。在结构制造前而不是在结构制造过程中，可同时制造出所有掩模。此分离使得能形成简单的、低成本的、自动的、独立的、和内部-干净的“超小型工具机厂(Desktop Factory)。”，该“超小型工具机厂”能设置在任何地方以制造3D结构，不用任何所需的清洁房间的过程，如通过服务工作部等可执行光刻。
在图2(a)至2(f)中给出了上面讨论的电化学制造工艺的例子。这些图显示了包含了沉积第一材料2和第二材料4的工艺，第一材料2是要牺牲材料，第二材料4是结构材料。在此例中，CC掩模8包括图形化的适形材料(例如，一种弹性介电材料)10和由沉积材料2制成的支承12。CC掩模的适形部分压靠在衬底6上，电镀液14位于适形材料10中的孔穴16中。然后，来自电源18的电流经由(a)成双作为阳极的支承12和(b)成双作为阴极的衬底6而穿过电镀液14。图2(a)给出了电流的流动使电镀液中的材料2和来自阳极12的材料2可选择地传输到并电镀到阴极6上。在用CC掩模8将第一沉积材料2电镀到衬底6上之后，如图2(b)所示去除CC掩模8。图2(c)描述了作为已经覆盖沉积(即，非选择地沉积)在先前沉积的第一沉积材料2上以及衬底6的其它部分上的第二沉积材料4。通过穿过一种合适的电镀液(未示出)的从由第二材料组成的阳极(未示出)到阴极/衬底6的电镀产生覆盖沉积。然后平坦化整个两-材料层以获得如图2(d)所示的精确厚度和平坦度。如图2(e)所示，在重复所有层的工艺之后，由第二材料4(即，结构材料)形成的多层结构20嵌入在第一材料2(即，牺牲材料)中。蚀刻该嵌入结构以获得所期望的器件，即，结构20，如图2(f)所示。
在图3(a)至3(c)中示出了示范性的人工电化学制造系统32的各个部件。系统32由几个子系统34、36、38和40组成。在图3(a)到3(c)的每个图的上部描述了衬底支持子系统34，且其包括几个部件：(1)托架48，(2)在其上沉积多个层的金属衬底6，和(3)线性滑块42，线性滑块42能响应来自致动器44的驱动力相对于托架48上下移动衬底6。子系统34也包括指示器46，用于测量衬底垂直位置的差，其可用于设置或确定层的厚度和/或沉积厚度。子系统34还包括可精确地安装在子系统36上的托架48的脚68。
在图3(a)的下部示出的CC掩模子系统36包括几个部件：(1)CC掩模8，其实际上是由共用公用支承/阳极12的多个CC掩模(即，子掩模)制成，(2)精密X-台54，(3)精密Y-台56，(4)在其上可安装子系统34的脚68的框架72，和(5)用于容纳电解液16的槽58。子系统34和36也包括合适的电连接(未示出)，电连接用于连接到驱动CC掩模处理的合适的电源。
在图3(b)的下部示出了覆盖沉积子系统38，且其包括几个部件：(1)阳极62，(2)用于容纳电镀液66的电解液槽64，和(3)在其上可安装子系统34的脚68的框架74。子系统38也包括合适的电连接(未示出)，电连接用于将阳极连接到用于驱动覆盖沉积处理的合适电源上。
在图3(c)的下部示出了平坦化子系统40，其包括研磨盘52和用于平坦化该沉积的相关联动作与控制系统(未示出)。
除了揭露对于电沉积用途使用CC掩模之外，6,027,630号专利案也揭露可将CC掩模放置抵住衬底且使电压极性反转，可由此从衬底选择地去除材料。显示出可利用这些去除工艺来选择地蚀刻、雕刻及抛光诸如饰板等衬底。
在Henry Guckel的标题为“通过多级深X光光刻使用牺牲金属层形成微结构(Formation of Microstructures by Multiple Level Deep X-rayLithography with Sacrificial Metal layers)”的美国专利第5,190,637号中教导了另一种用于从电镀金属形成微结构(即使用电化学制造技术)的方法。此专利教导利用掩模暴露形成金属结构。在一个暴露的电镀基上电镀第一层的第一金属，以填充光刻胶的空隙，然后去除光刻胶，在第一层和电镀基上电镀第二金属。然后将第二金属暴露的表面车削到一个高度，其暴露第一金属以制造出延伸跨过第一和第二金属的均匀平面。然后，可通过将光刻胶层加到第一层上及而后重复用于制造第一层的工艺来开始形成第二层。然后重复该工艺直到形成完整的结构，且通过蚀刻去除第二金属。通过浇注在电镀基或先前层上形成光刻胶，及通过由X-射线或UV辐射穿过图形化的掩模使光刻胶曝光以形成光刻胶中的空隙。
电化学制造提供了以合理成本及合理时间来形成原型及商业数量的小型物体(譬如中等尺寸及小尺寸物体)、组件、结构及类似物的能力。事实上，电化学制造是能够形成许多迄今无法制造出来的结构的致能因素。电化学制造在许多产业领域中开启了新的设计及产品系列。即使电化学制造提供此种新能力且了解到电化学制造技术可与各不同领域内已知的设计及结构合并来产生新的结构，电化学制造的特定应用在特定应用领域内的先前技术方面提供了未知或尚未为人明显认知的设计、结构、能力和/或特性。
在电子元件及系统领域且特别在射频和微波元件及系统的领域内仍需要具有降低的尺寸、降低的制造成本、增进的可靠度、不同频率范围的应用和/或其它经增强的特性及类似物的器件。
发明内容
本发明的多个方面的一个目的是提供具有降低的尺寸的射频元件。
本发明的多个方面的一个目的是提供具有降低的制造成本的射频元件。
本发明的多个方面的一个目的是提供具有增进的可靠度的射频元件。
本发明的多个方面的一个目的是提供具有可使其适合在更多频带内使用的设计特性的射频元件。
本发明的多个方面的一个目的是提供具有可提供诸如较大带宽的经增进能力的特性的射频元件。
本领域技术人员经由本文的揭示可以了解本发明的多个方面的其它目的和优点。此处明示或可由本文揭示以其它方式确认的本发明的多个方面可单独或合并地解决任一上述目的或者可能未解决上述任何目的而是解决可由本文揭示所确认的部分其它目的。并无意通过本发明的单一方面来解决所有这些目的，即便部分方面可能如此。
本发明的第一方面提供用于导引或控制辐射的同轴射频(RF)或微波元件，其包括：传导结构中的至少一个射频或微波辐射入口；传导结构中的至少一个射频或微波出口；至少一个通道，其在侧边上大致被传导结构所限定，射频或微波辐射从至少一个入口移行到至少一个出口时穿过传导结构；中央导体，其沿着从入口到出口的一段长度的至少一个通道而延伸；且其中传导结构包括从通道延伸至外区的一个或多个开孔，其中开孔具有不大于波长的1/10或200微米的其中较大者的尺寸，且其不倾向于使显著的射频辐射通过。
本发明的第二方面提供一种微器件的制造方法，此方法包括：沉积多个粘结层的材料，其中各层材料的沉积包括沉积至少第一材料；沉积至少第二材料；以及在沉积多层之后去除第一或第二材料的至少一部分；其中通过沉积和去除所产生的结构提供至少一个可作为射频或微波控制、引导、发送或接收元件的结构，并包括传导结构中的至少一个射频或微波辐射入口；传导结构中的至少一个射频或微波辐射出口；至少一个通道，其在侧边上大致被传导结构所限定，射频或微波辐射从至少一个入口移行到至少一个出口时穿过传导结构；中央导体，其沿着从入口到出口的一段长度的至少一个通道而延伸；且其中传导结构包括从通道延伸至外区的一个或多个开孔，其中开孔具有不大于波长的1/10或200微米的其中较大者的尺寸，且其不倾向于使显著的射频辐射通过。
本发明的第三方面提供一种四端口混合耦合器，其包括含有四个微小型同轴组件的多个粘结层的材料，四个同轴组件的第一个延伸于四个端口的两个之间，且同轴组件的第二个延伸于四个端口的另两个之间，其余两个同轴组件延伸于第一和第二同轴组件之间，其中将该段长度的至少一个同轴组件的至少一部分排列成蜿蜒形式。
本发明的第四方面提供一种用于将信号供应至无源阵列的N个天线组件以产生多个束的电路的制造方法，此方法包括：沉积多个粘结层的材料以形成(N/2)log2N个四端口混合耦合器，其每个都包括四个微小型同轴组件，其中各同轴组件延伸于混合耦合器的各对端口之间以使一对同轴组件耦合至各端口；及将至少部分混合耦合器经由相移元件连接至其它耦合器，以形成巴特勒矩阵(Butler matrix)。
本发明的第五方面提供一种用以将信号供应至无源阵列的N个天线以产生多个束的巴特勒矩阵，且其包括(N/2)log2N个四端口混合耦合器，其中各四端口混合耦合器包括四个微小型同轴组件，四个同轴组件的第一个延伸于四个端口的两者之间，同轴组件的第二个延伸于四个端口的另两个之间，其余两个同轴组件则延伸于第一与第二同轴组件之间，其中至少一个同轴组件的至少一部分长度排列成蜿蜒形式。
本发明的一方面提供微小型射频或微波同轴元件，其包括内导体，内导体具有大致与外导体轴线呈同轴的轴线，其中内导体和外导体彼此由介电间隙分隔，其中从外导体的内侧壁到外导体的相对内侧壁的最小横剖面尺寸小于约200微米。在本发明的此方面的特定变化例中，外导体具有大致呈长方形的横剖面结构。
本发明的一方面提供一种优先使位于预期频带的辐射通过的同轴射频或微波元件，其包括：传导结构中的至少一个射频或微波辐射入口；传导结构中的至少一个射频或微波辐射出口；至少一个通道，其在侧边上大致被传导结构所限定，射频或微波辐射从至少一个入口移行到至少一个出口时穿过传导结构；中央导体，其从入口到离开端口沿着至少一个通道而延伸；以及至少一个传导轮辐，其在多个位置的每个位置上延伸于中央导体与传导结构之间，其中在该通道内对于可通过元件通过的频率，沿着该通道长度的连续位置以近似传播波长的一半或其整数倍数分隔，其中满足一或多种下列条件：(1)中央导体、传导结构及传导轮辐是单片集成的(monolithic)，(2)对于沿着通道的辐射传播方向呈垂直的通道的横剖面尺寸小于约1毫米、更佳地小于约0.5毫米且最佳地小于约0.25毫米，(3)大于约50％的通道充填有气态介质、更佳地大于约70％的通道充填有气态介质、最佳地大于约90％的通道充填有气态介质，(4)元件的传导部分的至少一部分由电沉积工艺所形成，(5)元件的传导部分的至少一部分由多个连续沉积的层所形成，(6)通道的至少一部分具有通常呈长方形的形状，(7)中央导体的至少一部分具有通常呈长方形的形状，(8)通道沿着二维非线性路径延伸，(9)通道沿着三维路径延伸，(10)通道包括至少一个弯曲区，且弯曲区中的通道的侧壁具有比起弯曲区中通道的相对侧壁上更小的半径且设有多个具有较小半径的表面振荡部，(11)传导结构在一个或多个位置上设有通路，其中传导结构的表面上的电场(如果有的话)将已经小于其在通道内的最大值的20％、更佳地小于其在通道内的最大值的10％、甚至更佳地小于其在通道内的最大值的5％、最佳地其中电场已近似为零，(12)传导结构在一个或多个位置上设有不同传导材料的补缀部(patches)，其中传导结构的表面上的电场(如果有的话)将已经小于其在通道内的最大值的20％、更佳地小于其在通道内最大值的10％、甚至更佳地小于其在通道内最大值的5％、最佳地其中电场已近似为零，(13)在对于以介于60°与120°间角度相遇的通道分段的至少部分接头处使用斜接的角落，和/或(14)传导轮辐以一半波长的整数倍数分隔，而且位于中央导体上的鼓起部或从传导结构延伸的鼓起部在与传导轮辐分隔了近似一半波长的整数倍数的一个或多个位置上延伸至通道内。
本发明的一方面提供一种优先使位于预期频带的辐射通过的同轴射频或微波元件，其包括：传导结构中至少一个射频或微波辐射入口；传导结构中的至少一个射频或微波辐射出口；至少一个通道，其在侧边上大致被传导结构所限定，射频或微波辐射从至少一个入口移行到至少一个出口时穿过传导结构；中央导体，其从入口到离开端口沿着至少一个通道而延伸；且在沿着一段长度的通道的多个位置上，一对传导性根段(stubs)从沿着一段长度的通道的近似相同位置延伸，其中一根段具有电感性质而另一根段具有电容性质，且其各延伸至从通道一侧延伸的封闭的通路内，其中在该通道内对于可通过元件通过的频率，沿着该通道长度的连续位置以近似传播波长的四分之一或其整数倍数分隔，其中满足一或多种下列条件：(1)中央导体、传导结构及传导根段是单片集成的，(2)对于沿着通道的辐射传播方向呈垂直的通道的横剖面尺寸小于约1毫米、更佳地小于约0.5毫米且最佳地小于约0.25毫米，(3)大于约50％的通道充填有气态介质、更佳地大于约70％的通道充填有气态介质、最佳地大于约90％的通道充填有气态介质，(4)元件的传导部分的至少一部分由电沉积工艺所形成，(5)元件的传导部分的至少一部分由多个连续沉积的层所形成，(6)通道的至少一部分具有通常呈长方形的形状，(7)中央导体的至少一部分具有通常呈长方形的形状，(8)通道沿着二维非线性路径延伸，(9)通道沿着三维路径延伸，(10)通道包括至少一个弯曲区，且弯曲区中的通道的侧壁具有比起弯曲区中通道的相对侧壁上更小的半径，且设有多个具有较小半径的表面振荡部，(11)传导结构在一个或多个位置上设有通路，其中传导结构的表面上的电场(如果有的话)将已经小于其在通道内最大值的20％、更佳地小于其在通道内最大值的10％、甚至更佳地小于其在通道内最大值的5％、最佳地其中电场已近似为零，(12)传导结构在一个或多个位置上设有不同传导材料的补缀部，其中传导结构的表面上地电场(如果有的话)将已经小于其在通道内最大值的20％、更佳地小于其在通道内最大值的10％、甚至更佳地小于其在通道内最大值的5％、最佳地其中电场已近似为零，(13)在对于以介于60°至120°的角度相遇的通道分段的至少部分接头处使用斜接的角落，和/或(14)传导根段以四分之一波长的整数倍数分隔，而且位于中央导体上的鼓起部或从传导结构延伸的鼓起部在与传导根段分隔了近似一半波长的整数倍数的一个或多个位置上延伸至通道内。
本发明的一方面提供一种用于引导或控制辐射的同轴射频或微波元件，其包括：传导结构中的至少一个射频或微波辐射入口；传导结构中的至少一个射频或微波辐射出口；至少一个通道，其在侧边上大致被传导结构所限定，射频或微波辐射从至少一个入口移行到至少一个出口时穿过传导结构；中央导体，其从入口到出口沿着一段长度的至少一个通道而延伸；及通道中的分支，其下可供中央导体的分支经过且其中中央导体相对于传导结构呈短路，且其中满足至少一项下列条件：(1)中央导体的分支、围绕该分支的传导结构、以及中央导体与传导结构之间的短路位置是单片集成的，(2)中央导体或传导结构的至少一部分包括由多个连接沉积层所形成的材料，和/或(3)中央导体或传导结构的至少一部分包括由多个电沉积工艺所形成的材料。
本发明的一方面提供一种用于引导或控制辐射的同轴射频或微波元件，其包括：传导金属结构中的至少一个射频或微波辐射入口；传导金属结构中的至少一个射频或微波辐射出口；至少一个通道，其在侧边上大致被传导金属结构所限定，射频或微波辐射从至少一个入口移行到至少一个出口时穿过传导金属结构；且其中满足至少一项下列条件：(1)传导金属结构的至少一部分包括由多个电沉积操作所形成的金属，和/或(2)传导金属结构的至少一部分包括由多个连续沉积层所形成的金属。
本发明的一方面提供一种用于引导或控制辐射的同轴射频或微波元件，其包括：传导金属结构中的至少一个射频或微波辐射入口；以及至少一个通道，其在侧边上大致被传导金属结构所限定，射频或微波辐射从至少一个入口移行时穿过传导金属结构；且其中金属结构的至少一部分包括由多个电沉积操作和/或由多个连续沉积层所形成的金属。
本发明的一方面提供一种用于引导或控制辐射的同轴射频或微波元件，其包括：传导金属结构内的至少一个射频或微波辐射入口和至少一个出口；至少一个通道，其在侧边上大致被传导金属结构所限定，射频或微波辐射从至少一个入口移行时穿过传导金属结构；以及沿着至少一个通道的至少一个分支通路，其中围绕于通道的传导金属结构以及来自通道紧邻于通路的分支区的通路是单片集成的。
本发明各方面的特定变化例中，生产过程包括一或多项下列操作：(1)选择地电沉积第一传导材料以及电沉积第二传导材料，其中第一或第二传导材料的一个为牺牲材料而另一个为结构材料；(2)电沉积第一传导材料，选择地蚀刻第一结构材料以生成至少一个空隙，且电沉积第二传导材料以充填该至少一个空隙；(3)电沉积至少一个传导材料，沉积至少一个可流动的介电材料，并沉积籽晶层的传导材料以准备形成下一层的电沉积材料，和/或(4)选择地电沉积第一传导材料，然后电沉积第二传导材料，然后选择地蚀刻第一或第二传导材料的一个，然后电沉积第三传导材料，其中第一、第二或第三材料的至少一个为牺牲材料，且其余两材料的至少一个为结构材料。
本发明各方面的另一特定变化例中，生产过程包括一或多项下列操作：(1)从至少一个结构材料分离至少一个牺牲材料；(2)从(a)第二牺牲材料和(b)至少一个结构材料分离第一牺牲材料以生成空隙，然后以介电材料来充填空隙的至少一部分，随后从结构材料以及从介电材料分离第二牺牲材料；和/或(3)通过嵌置于可流动的介电材料中的磁性或传导性材料来充填结构材料中的空隙，随后使介电材料固体化。
本发明各方面的另一特定变化例中，该元件包括下列一或多者：微小型同轴元件、传输线、低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、基于反射式滤波器、基于吸附式滤波器、漏壁(leaky wall)滤波器、延迟线、用于连接其它功能性元件的阻抗匹配结构、方向性耦合器、功率合成器(譬如威金森(Wilkinson))、功率分割器、混合合成器、魔术TEE、频率多工器、或频率解多工器、棱锥形(即平滑壁)馈电器天线、和/或鳞状(波褶壁)馈电器天线。
本发明的一方面提供一种电性器件，其包括：多层的连续沉积材料，其中沉积产生的图形提供可用来作为电性器件的至少一个结构。
本发明的一方面提供一种射频器件的制造方法，此方法包括：沉积多个粘结层的材料，其中各层材料的沉积包含选择性沉积至少第一材料；沉积至少第二材料；平坦化沉积材料的至少一部分；在多层沉积之后去除第一或第二材料的至少一部分；其中沉积和去除所产生的结构性图形提供可用来作为电性器件的至少一个结构。
本发明的一方面提供一种微器件的制造方法，此方法包括：沉积多个粘结层的材料，其中各层材料的沉积包含沉积至少第一材料；沉积至少第二材料；在多层沉积之后去除第一或第二材料的至少一部分；其中沉积和去除所产生的结构提供可用来作为下列项目的至少一个结构：(1)超环面电感器，(2)开关，(3)螺旋电感器，或(4)天线。
本发明的一方面提供一种用于制造微器件的设备，其包括：用于沉积多个粘结层的材料的装置，其中各层材料的沉积包含利用用于选择性沉积至少第一材料的装置；用于沉积至少第二材料的装置；以及用于在多层沉积之后去除第一或第二材料的至少一部分的装置；其中利用用于沉积的装置和用于去除的装置所产生的结构提供可作为下列项目的至少一个结构：(1)超环面电感器，(2)开关，(3)螺旋电感器，或(4)天线。
本发明的一方面提供一种微超环面电感器，其包括：用以形成超环面图形的至少一部分的多个传导回路组件，其中超环面图形可构成为具有内径和外径，且其中多个回路的至少一部分在紧邻于外径处比起紧邻于内径处具有更大的横剖面尺寸。
本发明的一方面提供一种微天线，其包含：至少部分地与衬底分离的天线。
本发明的一方面提供一种射频器件的制造方法，此方法包括：沉积多个粘结层的材料，其中各层材料的沉积包含选择性沉积至少第一材料；沉积至少第二材料；平坦化沉积材料的至少一部分；多层沉积之后去除第一或第二材料的至少一部分；其中沉积和去除所产生的结构性图形提供可用作射频器件的至少一个结构。
本领域技术人员可由此处的揭示了解到本发明的更多方面。本发明的其它方面可包含本发明的上述方面的合并和/或添加一项或多项实施例的各种特性。本发明的其它方面可包含可用来实行本发明的一种或多种上述方法方面的设备。本发明的这些其它方面可提供各种不同的结构性、功能性关系以及上文中尚未具体描述的工艺。
附图说明
图1(a)至1(c)示意性地描述了CC掩模电镀工艺的各个阶段的侧视图，而图1(d)至1(g)示意性地描述了使用不同类型的CC掩模的CC掩模电镀工艺的各个阶段的侧视图；
图2(a)至2(f)示意性地描述了一种电化学制造工艺的各个阶段的侧视图，其应用于形成一个特别的结构，其中选择地去除一种牺牲材料，而覆盖沉积一种结构材料；
图3(a)至3(c)示意性地描述了多个示范性子部件的侧视图，其可以用在手动实施图2(a)至2(f)所述的电化学制造方法的过程中；
图4(a)至4(i)示意性地描述了使用粘结掩模电镀形成结构的第一层，其中覆盖沉积第二材料覆盖了位于第一材料的沉积位置与第一材料本身之间的开口；
图5(a)描绘包括短路轮辐的同轴滤波器组件的透视图；
图5(b)描绘图4(a)的同轴滤波器沿着线5(b)-5(b)的平面图；
图5(c)描绘图4(a)的同轴滤波器沿着线5(c)-5(c)的平面图；
图5(d)描绘同轴滤波器组件的中央部分的平面图，其显示沿着滤波器长度的五组过滤轮辐(每组两个)；
图6(a)至6(c)分别描绘各使用轮辐组(每组四个轮辐)的长方形、圆形和椭圆形滤波器组件的端视图；
图7(a)至7(d)描绘可能使用在过滤元件中的替代性轮辐构造的示例；
图8(a)和8(b)显示弯曲状同轴滤波器元件的透视图；
图9(a)至9(c)描绘沿着内或外导体使用突部来帮助过滤信号的替代性同轴滤波器元件；
图9(d)描绘沿着S形二极同轴滤波器的长度的中央部分的平面图；
图10(a)至10(d)描绘沿着具有不同斜接程度的马蹄形同轴传输线的中央部分的平面图；
图11(a)和11(b)分别描绘沿着同轴传输线和同轴滤波器元件的中央部分的平面图，其中在同轴线的较小半径侧的内侧表面上包括波状振荡部；
图12(a)描绘沿着利用根段对来形成各极的线性三极带通同轴滤波器的长度的中央部分的平面图(从上方观看)；
图12(b)描绘图12(a)的滤波器的端视图，其中显示结构的长方形构造；
图12(c)描绘沿着具有根段支承的弯曲状三极带通同轴滤波器的长度的中央部分的平面图(从上方观看)；
图13(a)描绘沿着具有根段支承的S形二极带通同轴滤波器的长度的中央部分的平面图(从上方观看)；
图13(b)描绘如同利用MEMGen的EFABTM电化学制造技术所产生且已经去除牺牲材料后的略经修改版本的第13(a)图滤波器的透视图；
图13(c)描绘部分成形的滤波器(类似图13(b)所示且已经从结构材料去除牺牲材料之后)的三维特写图；
图14(a)和14(b)分别描绘嵌入牺牲材料和从牺牲材料释放的同轴滤波器组件的透视图，其中同轴元件的外导体包括有孔(预定的微波进入及离开开口除外)；
图15(a)至15(d)显示根据用于各种不同滤波器设计的数学模型的传输对频率的绘图；
图16描绘在制造所需要的器件/结构时使用单一传导材料及单一介电材料的样本电化学制造工艺的流程图；
图17(a)描绘可利用图16(a)的工艺所产生的同轴结构的端视图；
图17(b)描绘图17(a)的同轴结构的透视图；
图18(a)至18(j)显示应用图16的工艺流程来形成图17(a)和17(b)的结构；
图19描绘包括使用三种传导材料的样本电化学制造工艺的流程图；
图20(a)和20(b)描绘包括传导组件的结构以及可根据图19的工艺延伸所形成的介电支承结构的透视图；
图21(a)至21(t)显示应用图19的工艺流程来形成类似于图20(a)所示的同轴结构，其中两种传导材料为形成结构层之后加以去除的牺牲材料，且其中利用介电材料来取代所去除的牺牲材料的一种；
图22(a)至22(c)显示图21(r)至21(t)的去除和取代工艺的延伸部分；
图23(a)和23(b)描绘包含使用两种传导材料和一种介电材料的样本电化学制造工艺的流程图；
图24显示可利用图23(a)和23(b)的工艺延伸所形成的结构的透视图；
图25(a)至25(z)显示根据图23(a)和23(b)的样本层形成工艺的侧视图，其用以形成具有介电材料的同轴结构，且其中该介电材料只支承住内导体；
图26(a)至26(e)显示当对于第四层结构沉积第一传导材料之前需要籽晶层时的对于图25(h)至25(k)的工艺的替代方式；
图27描绘同轴传输线的透视图；
图28描绘射频接触开关的透视图；
图29描绘对数周期天线(log-periodic antenna)的透视图；
图30(a)和30(b)描绘相对于彼此旋转约180度的样本超环面电感器的透视图；
图30(c)描绘根据电化学制造工艺形成的超环面电感器的透视图；
图31(a)和31(b)描绘根据电化学制造工艺所形成的螺旋电感器设计和堆积式螺旋电感器的透视图；
图31(c)描绘图31(a)和31(b)的电感器的变化例；
图32(a)和32(b)以对比方式显示两种可能的设计，其中图32(b)的设计可提供比图32(a)更小的欧姆电阻且可能改变总电感；
图33(a)和33(b)描绘能使欧姆损失最小同时在电感器的线圈之间维持高耦合水准的两替代性电感器构造的示意图；
图34描绘电感器的透视图；
图35(a)和35(b)分别描绘可变电容器112的示例的透视图及侧视图；
图36(a)和36(b)描绘两示例同轴结构的端视图，其中中央导体设有可相对于其横剖面积增加表面积的横剖面构造；
图37描绘集成电路的侧视图，其具有用来将内部信号(譬如时钟信号)连接至低散布传输线以与集成电路其它部分导通的连接垫；
图38(a)和38(b)显示可用来实行此处所述工艺的第一和第二代计算机控制式电化学制造系统(即EFABTM微制造系统)；
图39描绘传统的四端口混合耦合器的平面图；
图40描绘同轴线中的曲线以及尺寸的平面图；
图41描绘沿着传输线部分具有共享的外导体的一段同轴线的平面图；
图42显示可使分支线混合件的各λ/4段制成蜿蜒段以相较于传统的直线版本显著地降低混合件占用的整体面积；
图43(a)显示来自四组件线性阵列的一系列的四正交束；
图43(b)显示巴特勒阵列，其天线组件具有利用混合分支线耦合器及两相位移器通过电路产生的信号；
图43(c)提供四组件巴特勒矩阵天线阵列的示意图，其使用四个蜿蜒状混合祸合器、两个延迟线且拥有两个跨接部(crossovers)、四个输入部和四个天线组件(譬如补缀天线)；
图44显示各具有外导体和内导体的窄化传输线的跨接点；
图45提供8输入部、8天线巴特勒矩阵阵列的示意图，其使用12个混合部、16个相位移器(其中8个实际产生位移)以及8个天线；
图46显示补缀天线辐射组件如何附接至同轴馈送组件；
图47描绘其上可供形成一批次四个8×8天线阵列的衬底。
具体实施方式
图1(a)至1(g)，2(a)至2(f)和3(a)至3(c)描述了已知的一种形式的电化学制造的各个特征。在上面参考的6,027,630专利中、在各个先前合并的出版物中和在此以参考方式合并的各个其它专利与专利申请中提及了其它的电化学制造技术，还可从在这些出版物、专利和应用中描述的各个方法的组合中得到其它方法，或者其它方法可由本领域普通技术人员从在此所提及的教导中以其它方式知晓或发现。
图4(a)至4(i)描述了一种多层制造工艺的单层的形成过程的各个阶段，其中在第一金属上以及在第一金属的开口中沉积第二金属，其沉积形成该层的一部分。在图4(a)中，示出了衬底82的侧视图，如图4(b)所示在其上浇注可图形化的光刻胶84。在图4(c)中示出了由固化、曝光和显影该光刻胶而得到的光刻胶图形。光刻胶84的图形化产生了开口或孔隙92(a)至92(c)，它们从光刻胶的表面86穿过光刻胶的厚度延伸到衬底82的表面88。在图4(d)中，示出了已经电镀进开口92(a)至92(c)中的金属94(例如，镍)。在图4(e)中，已经从衬底上去除(即，化学剥除)了光刻胶以暴露衬底82的没有用第一金属94覆盖的区域。在图4(f)中示出了在衬底82的完全暴露部分(其是导电的)上和在第一金属94(其也是导电的)上覆盖电镀的第二金属96(例如，银)。图4(g)描述了完成的此结构的第一层，其是将第一和第二金属平坦化到暴露第一层及设定第一层的厚度这样的高度而得到的。在图4(h)中示出了几次重复图4(b)至4(g)中示出的工艺步骤以形成多层结构而得到的结果，其中每层由两种材料组成。在大多数的应用中，如图4(i)所示，去除这些材料中的一种以得到所期望的3-D结构98(例如，部件或器件)。
与使用了不同类型的图形化掩模和掩模技术的电化学制造技术相结合，可使用在此公开的各个实施例、可选的方式和技术。例如，可使用适形接触掩模和掩模操作，可使用接近掩模和掩模操作(即，使用通过接近衬底即使没有接触至少选择地屏蔽衬底的掩模的操作)，可使用非适形掩模和掩模操作(即，基于掩模接触面不非常适形的掩模和操作)，以及可使用粘结掩模和掩模操作(与只和其接触相反，使用粘结到衬底上的掩模，在衬底上发生选择性的沉积或者蚀刻的掩模和操作)。
所有这些技术皆可与本发明各种方面的各种实施例加以合并以产生经增强的实施例。可由此处明示的各种实施例的组合来获得其它实施例。
例如，部分实施例中，可利用工艺变化在传导结构内产生腔穴，传导结构完全地或部分地充填介电材料(例如聚合物材料或可能为陶瓷材料)、嵌置于电介质内的传导材料、或磁性材料(例如嵌入介电束缚物中或在放置后加以烧结的粉末状铁氧体材料)。可使用介电材料作为支承结构来使传导组件保持彼此分离和/或其可用来修改特定器件的微波传输或吸附性质。电介质可在结构的逐层构建构建期间并入结构内、或可在所有层已经形成之后回填至体块中或选择地进入结构内。
部分实施例所产生的结构/器件可由填结构内任何空隙的较佳的气体或真空加以隐藏式密封。其它实施例可利用塑料或玻璃屏蔽物来保护结构的重要表面不受到水分或其它环境条件的损害。
在身为另一示例的部分实施例中，可能需要具有由多于一种传导材料(例如，镍与金或铜与金)构成的结构，因此可实行工艺变化来达成此结果。
本发明的部分较佳实施例提供微小型射频或微波传输线。这些传输线可用来作为射频或微波元件的构件块。较佳的传输线具有长方形同轴结构且其包括长方形实心金属中央导体及实心金属外导体。当用在此处时，微小型同轴元件或线将代表从外导体的内侧壁到外导体的相对内侧壁具有小于约200微米的最小横剖面尺寸的元件。同轴传输线因为可支持横向电磁(TEM)基础模式所以很适合此微小化作用。根据基础电磁理论，TEM模式公知具有零截止频率(cut-off frequency)。所以不论结构尺寸有多小，TEM模式都继续以任何实际频率进行传播。
微小型同轴线所具有的三种优点为尺寸、微波带宽及相位线性。一般而言，无源传输线元件的实体长度必须是处于操作频率时的一个自由空间波长左右，例如其在1GHz时为30公分。对于传统的同轴传输线或波导，这导致了具有此级别的线性尺寸的元件。对于微小型同轴线，可通过使线以蜿蜒方式前后包绕且甚至堆积多个蜿蜒层的线来大幅缩短元件。
微小型同轴线的第二项优点在于优良的带宽性能。任何同轴传输线中，通过通常身为横向电(TE)模式的第一较高阶模式的截通频率(cut-on frequency)予以最大地界定。从基础电磁学可得知此截通频率与外导体的最大尺寸成反比。在传统的同轴线中，此截通一般发生在10至50GHz之间。微小型同轴线中，此截通频率可容易地延伸至大幅超过100GHz，为其提供了可处理近程(near-term)模拟系统中的最高频率及数字系统中的最尖锐脉冲的带宽。
微小型同轴线的第三优点为其相位线性的程度。从基础电磁学可得知：TEM模式是传输线上可以零散布进行传播的唯一模式。换言之，操作带宽内的所有频率具有相同的相位速度，所以此线上两任意点之间的相对相位依存性与频率呈完美的线性。因为此性质，诸如尖锐的数字边缘或短的数字脉冲等尖锐的非正弦性特性可无扭曲地传播。具有微小型同轴线的大小尺度(即小于200微米)的所有其它已知的传输线介质并未传播纯TEM模式，而是传播准TEM模式。一种理想示例为Si数字集成电路中常用的带线或为GaAs或InP MMICs(单片微波集成电路)中常用的微带。
除了尺寸外，部分较佳的微小型同轴线的另一特性为其长方形横剖面形状。因为较容易将中心导体制成圆形(例如圆线)且利用中空管(例如导管)作为外导体，传统的同轴线一般由圆形中心及外导体制成。基础电磁理论显示，长方形同轴线可提供非常类似于圆形同轴线的性能，尽管缺乏分析性的设计方法。所幸，现今很容易获得用来辅助诸如任何形状或尺寸的长方形微小型同轴线等元件设计的数值工具(例如高频结构仿真器或称为HFSS软件)。
在部分较佳实施例中，至少部分地通过利用电化学制造技术且特别是采用接触掩模或粘附掩模来达成选择性图形化的电化学制造技术，可使用微小型同轴线来生产极密实的微波元件。通过此制造方式，例如可利用单一共同屏蔽部(即外导体)来形成相邻的传输线。具有无法在半导体集成电路中实现或只能以很大性能代价加以实现的完整家族的无源微波功能。现今半导体集成电路无法实现的功能示例为循环(circulation)，即沿着回路在邻端口之间的微波功率的单向传输。较差的现今集成电路性能的功能示例为频率多路传输(frequencymultiplexing)，即依据频率从一个输入端口进入多个不同输出端口的微波功率的布线。可利用微小型同轴线在与电化学制造工艺的多元用途合并时形成了特别提供此功能性的元件。
在部分较佳实施例中，微波同轴线与有源半导体器件且特别是射频及高速数字集成电路加以整合。此整合解决了IC产业中一项日益严重的问题，即芯片内高频模拟与数字信号的互连及布线问题。此集成具有效用的一项明显示例为高速微处理器中的时钟分布。因为线上的散布及损失等因素，在沿着位于硅上的传统(带线)传输线的很尖锐边缘的传输将总是扭曲或分散此边缘。通过微小型同轴线，时钟信号可立即耦合至单模式同轴结构内，其中时钟脉冲的基础及所有傅立叶分量将以相同速度长距离传播。因此，可减轻时钟脉冲扭曲及相关联的色彩偏斜。这些传输线可用来形成时钟信号树及类似物。
图5(a)至5(c)显示本发明实施例的射频/微波滤波器102。图5(a)描绘同轴滤波器组件的透视图，其包括第一组104的轮辐104a至104d。图5(b)描绘滤波器102从图5(a)的线5(b)-5(b)观看的平面图。图5(c)描绘同轴滤波器从图5(a)的线5(c)-5(c)观看的平面图。图5(c)显示图5(a)的滤波器包括三组的轮辐，其分开了近似该滤波器可通过的频带的中心频率的波长(λ0)的一半(1/2)。在此配置中，可将滤波器视为具有2极(每个邻对的组形成一单极)的布莱格式滤波器(Bragg-type filter)。在一个示例中，滤波器可采用下表1所列的尺寸。
                          表1
 编号    尺寸  编号    尺寸  编号    尺寸
  122   520微米   124   400微米   126   520微米
  128   400微米   130   116微米   132   116微米
  134   180微米   136   168微米   138   40微米
  140   168微米   142   40微米   144   180微米
  146   60微米   148   60微米   150   40微米
  152   40微米   154   40微米   156   λ0/2
  158   λ0/2
在其它实施例中，可使这些尺寸变动以改变滤波器在通带中的插入损失(insertion loss)、阻带中的衰减、及转折区中的特征。其它实施例中，也可通过改变滤波器和/或滤波器元件的制造材料来修改各种不同参数。例如，整体滤波器可由镍或铜制成，或其可部分地或完全地电镀银或金。
图5(d)描绘了替代性实施例的同轴滤波器的中央部分的平面图，其中滤波器包含五组的轮辐160a-160e(此图显示每组两个轮辐)，且其各分开了通带的中央频率的一半(即162、164、166及168＝λ0/2)。此图显示了四极实施例。
在替代性实施例中，可使用其它数量的极来形成滤波器(例如三个极或五个或更多个极)。
图6(a)描绘了长方形滤波器的端视图，其使用多组的轮辐且各组有四个轮辐。在一个示例中，滤波器可采用下表2所列的尺寸。
                         表2
 编号    尺寸  编号    尺寸  编号    尺寸
  222   920微米   224   800微米   226   320微米
  228   200微米   230   316微米   232   59微米
  234   80微米   236   88微米   238   40微米
  240   168微米   242   76微米   244   362微米
  246   60微米   248   60微米
如同图5(a)至5(c)的正方形同轴滤波器，长方形同轴滤波器的上述尺寸可以改变。在此长方形滤波器的最佳实施例中，轮辐的组分隔大约λ0/2。
图6(b)和6(c)显示了所显示类型的同轴滤波器的两替代性横剖面构造的示例(即分别为圆形构造及椭圆形构造)。其它实施例中，可能具有其它种横剖面构造，甚至内导体302和302′的横剖面构造也可能与外导体304及304′的不同。其它实施例中，轮辐可采用不同的横剖面构造(正方形、长方形、圆形、椭圆形及类似物)。
图7(a)至7(d)描绘可使用于同轴滤波器中的替代性轮辐构造的示例。图7(a)显示了只使用两个轮辐312及314的实施例，且轮辐312及314在长方形外导体316的较长横剖面尺寸中延伸，并维持此构造的对称性。图7(b)显示了类似于图7(a)的二轮辐实施例，唯一差异在于：轮辐322和324在外导体326的较小横剖面尺寸中延伸。图7(c)显示了其中仍如同图7(a)和7(b)使用两个轮辐的实施例，其中一个轮辐332在水平尺寸(即长方形外导体336的主要尺寸)中延伸而一个轮辐334在垂直尺寸(即长方形外导体336的次要尺寸)中延伸。在图7(d)中，只有单一轮辐342构成各组。
在一个示例中，图7(a)的实施例可采用上表2所列的尺寸，但唯一差异在于：此构造中不存在尺寸242及244。在另一示例中，图7(a)的实施例可采用下表3所列的尺寸，其中编号已经修改加上一撇(′)。
                              表3
  编号    尺寸   编号    尺寸   编号     尺寸
  222′   720微米   224′   600微米   226′   420微米
  228′   300微米   230′   175微米   232′   87微米
  234′   130微米   236′   125微米   238′   40微米
  240′   250微米   242′   60微米   248′   60微米
在替代性实施例中，可能存在其它的轮辐数量(例如三或五)及构造(例如多个轮辐从导体的单侧延伸，而非所有轮辐自内导体往外导体径向地向外延伸)。
图8(a)和8(b)显示根据本发明的其它实施例的非线性同轴滤波器元件的透视图。图8(a)描绘延伸的蜿蜒形状，而图8(b)描绘螺旋形状。其它替代性实施例中，可使用从卷绕结构的平面取出入口和出口或甚至使卷绕部通常被三维地堆积或延伸的其它构造。此种三维堆积方式可导致比起先前获得的更为密实的滤波器设计。
图9(a)至9(c)描绘了使用轮辐及沿着内或外导体的突部来帮助过滤射频或微波信号的组合的同轴滤波器元件的替代性实施例。特定言之，图9(a)显示其中轮辐352、354、356及358包括在外导体362的端点上的实施例，且外导体突部372、374、376及378端点中间的部分包括在外导体的内表面上并较佳地约为四分之一波长(λ0/4)的长度，且分隔约一半的波长(λ0/2)。在替代性实施例中，将外导体362中的凹部视为与突部相对。图9(a)的实施例中，轮辐彼此不像先前实施例般地分隔λ0/2而是分隔λ0/2的整数倍数。在所描绘的实施例中，整数倍数为三。
图9(b)显示另一替代性实施例，其中轮辐的间隔是λ0/2地不为一的整数倍数，且在中间的λ0/2位置处将突部382、384、386及388(近似λ0/2的长度)包括在内导体392上。
图9(c)显示第三替代性实施例，其中不但将突部包括在内导体上而且还包括一组另外的中间轮辐394及396。各组连续滤波器组件的最佳间隔仍为近似λ0/2。
在其它实施例中，可能具有其它构造的轮辐、突部和/或凹痕。在部分实施例中，以λ0/2的整数倍数来分隔连续的滤波器组件(例如轮辐、突部和/或凹痕)是可接受的方式。
在图5(a)至9(d)的实施例中，设置在结构中的轮辐可对内导体提供足够支承，因此不需要电介质或其它支承介质。因此，在最佳实施例中，内导体与外导体由空气间隙或其它气态介质分离，或者由排空空间分离。在其它实施例中，固体或甚至液体介电材料可部分地或完全地插入内与外导体的间隙内。电介质的插入作用可能在导体成形后发生、或可在导体成形的现场形成。下文将描述各种不同的示例实施工艺。
图9(d)描绘了蜿蜒形二极同轴滤波器的中央部分沿着长度的平面图。此实施例中，并未使用轮辐而是使用内导体392′上的突部394、396及398来提供过滤效果。在替代性实施例中，可使用外导体362′部分内侧上的突部或者使用内侧及外侧导体上突部的组合。由于未使用轮辐，内导体的位置相对于外导体并不固定。下文将描述可在传导材料构建期间在内与外导体之间形成电介质的各种不同的实施例。也将描述从逐层构建期间所使用的传导支承转折到内与外导体之间完全或部分成形的固体电介质的各种不同的其它实施例。
图10(a)至10(d)描绘沿着同轴组件长度的中央部分的平面图，且其包括辐射传播方向中的尖锐转折部。根据本发明的制造方法，可将不同程度的斜接弯折部插入同轴元件及波导元件内，而不太需要考虑设计的几何复杂度或工具抵达受斜接位置的可近接性(accessibility)。图10(a)描绘从同轴分段402到另一同轴分段404然后再到另一同轴分段的转折。此图中，将转折部412、414、416、418、422、424、426及428显示为90度转折部，且预期会因为这些尖锐的弯转而产生显著的反射。图10(b)显示利用转折部412″及414″上的经斜接断面432和434来帮助降低损失(例如反射)。图10(c)描绘据信有助于进一步降低损失的用于转折部412′、414′、416′、418′、422′、424′、426′及428′的经斜接断面。其它实施例中，断面长度可延伸(例如412及414的断面长度)以确保有更大部分的冲击辐射以非90度入射角进行打击。图10(d)显示，可将多个断面施加至各转折区412″、414″、416″、418″、422″、424″、426″及428″。根据本制造方法的斜接效应不但适用于同轴元件(例如传输线、滤波器及类似物)而且还适用于波导(例如具有低于800微米、低于400微米的内部尺寸或甚至具有更小尺寸的波导，或是传播路径呈复杂状且需要单片结构来降低尺寸和/或组装困难度的较大波导)。
图11(a)和11(b)分别描绘沿着同轴传输线438和同轴滤波器元件440的中央部分的平面图，其中将突件436包括在同轴线的较小半径侧的内侧表面上。突件可能是平坦和波状的，或者其可具有更不连续的构造。突件预定可增加沿着具有较小标称半径的侧面的路径长度，以使此路径长度比起如果具有较小标称半径的表面是简单曲线442的情形下更加接近沿着外壁的路径长度。在替代性实施例中，中央导体也可通过路径长度突件加以修改。
图12(a)至12(c)描绘本发明的替代性实施例的同轴三极式以根段为基础的滤波器。图12(a)描绘沿着滤波器长度的中央部分的平面图(从上方观看)。图12(b)描绘图12(a)的滤波器的端视图，其显示了结构的长方形构造。图12(c)描绘图12(a)和12(b)的圆形版本的滤波器的平面图。在一个示例中，图12(a)至12(c)的滤波器可采用下表4所列的尺寸。
                               表4
  编号    尺寸   编号    尺寸   编号     尺寸
  502   300微米   504   300微米   506    25微米
  508-S0   245微米   508-S1   165微米   508-S2    25微米
512   λ0/4(250毫米) 514   λ0/4(250毫米) 516    λ0/4(250毫米)
  522   3.00毫米   524   1.64毫米   526    200微米
  528   100微米
各对的根段522及524分别提供电容性和电感性阻抗，且其合并提供滤波器的一极。各根段分别在其侧通路552和554的端点处短路至外侧导体556。极的间隔较佳地逼近滤波器所需通带的中央频率的四分之一波长(λ0/4)。根段的长度经过选择可提供电容性阻抗(例如略比λ0/4更长)以及电感性阻抗(略比λ0/4更短)。在替代性实施例中，据信极的间隔可能延伸至λ0/4的整数倍数，可将其它过滤组件添加至元件(例如轮辐、突部及类似物)中。
在其它实施例中，可使尺寸变动以改变通带中的滤波器的插入损失、阻带中的衰减、以及转折区中与通带区中的特征。在这些其它实施例中，也可通过改变滤波器和/或滤波器元件的制造材料来修改各种参数。例如，整体滤波器可由镍或铜形成，或者其可部分地或完全地电镀银或金。
在替代性实施例中，可能从一个短路根段(提供分路电感)和一个用于终结通路端点的短路(例如进入电介质中)的开路根段(提供分路电容)来形成各极，其中电容性根段能够由于其开路构造而加以缩短。
图13(a)描绘了沿着S形二极以根段为基础的带通同轴滤波器的长度的中央部分的平面图(从上方观看)。入口602和出口604由外导体608中的通道606加以连接，且两对通路612和614从通道606延伸。在通道606中心下方有内导体616延伸，且两对根段622和624从其延伸直到分别在通路612和614端点处短路至外导体608内为止。
图13(b)描绘了滤波器630的透视图，其具有相较于图13(a)略经修改的构造。图13(b)的滤波器是利用MEMGen的EFABTM电化学制造技术制成的。显示此滤波器具有接地引线632以及用于在牺牲材料已经去除之后连接至衬底(例如电路板、IC或类似物)的信号引线634。也显示滤波器在外导体中具有多个孔642(开孔)以帮助从内与外导体之间去除牺牲材料。在此示例中，这些孔各为150微米长以及50微米高并延伸80微米，以完全延伸过屏蔽导体的壁。
图13(c)描绘从结构材料去除牺牲材料后的部分成形的滤波器(类似图13(b))的三维特写图。此图中，同轴组件的外壁(屏蔽壁)652是可见的，对于其延伸经过的开孔654也是可见的。中央导体656也是可见的。
此处所述的蚀刻孔被较佳地设定尺寸且定位于同轴结构或波导结构中以使其可以增进且完全地去除牺牲材料，而不会显著地干扰结构的电性质。依此来看，孔最好具有比相关波长显著更小的尺寸，以使其作为具有远比相关者更高的截止频率(下限)的波导，且因而不会显著地影响结构的射频特性。依此来看，结构最好比相关波长小0.1倍、0.01倍、甚至0.001倍。随着波长增加，此限制值可能导致蚀刻孔太小而无法有效地去除牺牲材料，在这些情况下，可能需要更小的降低因子。
图14(a)和14(b)描绘具有修改设计的同轴滤波器组件的透视图，其沿着外导体的长度包括开口(例如通路)，其中开口无意提供辐射入口或出口。在本发明的部分制造实施例中，这些开口有助于从可能已经沉积在外导体内的小腔穴和通路内的牺牲材料704释放结构材料702。在即将发生牺牲材料704的化学蚀刻的特定实施例中，这些孔可帮助蚀刻剂进入小腔穴和通路内。在通过融化及流动使牺牲材料从结构材料分离的其它实施例中可能不需要开口，但如果位于选择位置(例如接近盲通路及类似物的端点)上，则开口可以具有适当供应的压力以帮助去除牺牲材料。图14(a)描绘通过牺牲材料嵌入及充填的结构材料所形成的元件706的透视图。图14(b)描绘自牺牲材料分离的元件706的透视图。
图15(a)至15(d)显示对于上述各种滤波器设计的根据数学模型的传输对频率的绘图。图15(a)描绘对于具有类似图7(a)构造且由镍制成的2极滤波器(三组轮辐)的仿真传输绘图。元件的尺寸在表5中列出。如图15(a)所示，滤波器的带通中心位于28GHz附近，在通带中具有约20至22dB的插入损失且在阻带中具有约61至77dB的插入损失。
                      表5
特性 尺寸
外导体的内侧宽度 600微米
外导体的内侧高度 300微米
中央(即内)导体的宽度 250微米
中央(即内)导体的高度 75微米
水平延伸轮辐的高度 40微米
水平延伸轮辐的厚度(即进入页面的尺寸) 100微米
连续轮辐组的间隔 ～5-5.5毫米
图15(b)描绘如图9(d)所示的2极滤波器(内导体上有三组突部)的模型传输绘图，其中各突部长度近似为λ0/4，且突部的中心至中心间隔近似为λ0/4并具有类似图7(a)的构造，且由镍制成。外导体的内径约为240微米，中央导体的直径在20微米与220微米之间作出转折且具有约15毫米长度以及约30毫米中心至中心间隔的突部。从图15(b)可知，带通中心位于5GHz附近且具有5至6dB的插入损失以及阻带中约13至18dB的插入损失。
图15(c)和15(d)描绘根据图12(a)至12(c)的结构以及尺寸所构成的滤波器的模型传输绘图，其中对于图15(c)的结构材料为镍，对于图15(d)为经镀金的镍。图15(c)指示出带通区中7至8dB左右的插入损失，而图15(d)指示出对应的1至2dB的插入损失。
图16提供电化学制造工艺的流程图，其由逐层沉积的单一传导材料以及单一介电材料来构建三维结构。
图16的工艺首先为方块702，且其中将目前层数n设定为1的数值。结构/器件的成形过程首先以层1开始且以最后层N结束。
在设定目前的层数之后，此工艺前进至决策方块704，其中询问衬底表面是否完全为传导性或至少具有充分传导性以允许传导材料电沉积至衬底的所需要区域中。如果材料将只沉积在具有传导性且对于用以接收电力的衬底的一部分具有连续性的衬底的区中，可能不需要使衬底的整体表面皆具有传导性。在本实施例中，衬底是指其上可供一层材料沉积的基底。随着工艺往前进行，通过连续沉积各新层来修改及添加衬底。
如果询问的答案为“是”，此工艺前进至方块708，但如果答案为“否”，此工艺移至方块706，在衬底上施加第一传导材料的籽晶层。可以不同方式施加仔晶层。利用一种选择的方式(例如首先来掩模住衬底然后施加籽晶层、随后去除掩模以及其上沉积的任何材料)或是一种体块或覆盖方式来达成籽晶层的施加。例如，可通过物理或化学气相沉积工艺来沉积传导层。或者，其可采取能够固体化或以其它方式结合至衬底的膏状或者其它可流动材料的形式。在另一替代方式中，其可以将被粘附或用其它方式结合至衬底的页片形式加以施加。相较于用以形成一层结构的体块的电沉积厚度而言，籽晶层通常很薄。
在籽晶层施加之后，此工艺前进至方块708，沉积第二传导材料。最佳的沉积工艺为一种使用接触至衬底的介电CC掩模的选择性工艺，通过此介电CC掩模存在有一个或多个开口且传导材料可通过开口电沉积在衬底上(例如通过电镀)。也可使用材料的选择性沉积的其它构成形式。在此工艺的各种不同替代方式中，第一和第二传导材料可能不同，或者其可为相同的材料。如果其相同，所形成的结构可具有更为各向同性的电性质；如果其不同，可利用选择性去除操作来去除第一材料的暴露区而不损伤第二材料。
此工艺随后前进至方块710，去除未被刚沉积的传导材料所覆盖的籽晶层部分。此作用是为了准备沉积介电材料。在部分实施例中，在铺覆于紧位于以前层上所沉积的传导材料上的区域中可能不需要去除籽晶层，但为求简单，在部分环境中，仍偏好采用体块去除工艺。籽晶层可通过一对于籽晶层材料(如果其与第二传导材料不同)具有选择性的蚀刻操作加以去除。在此蚀刻操作中，由于籽晶层很薄，只要使用合理的蚀刻控制，则对于被第二传导材料所铺覆的籽晶层材料应具有极少损伤或毫无损伤。如果籽晶层材料(即第一传导材料)与第二传导材料相同，则经控制的蚀刻参数(例如时间、温度、和/或蚀刻溶液的浓度)应可使很薄的籽晶层被去除，而不对于刚沉积的第二传导材料造成任何显著的损伤。
接着，此工艺前进至方块712，需要沉积介电材料。介电材料的沉积可能以各种不同方式发生，且其可以选择性方式或者覆盖或体块方式发生。由于本实施例的工艺形成了包括不同传导材料区及不同介电材料区的经平坦化的复合层，且由于将平坦化除去任何多余材料，其不会伤害到(与潜在废料相关者除外)介电材料的覆盖沉积，且事实上将倾向于提供更宽广的沉积可能性。可通过喷洒、溅射、分散、喷注或类似方式发生介电材料的沉积。
接着，此工艺前进至方块714，需要将经沉积材料加以平坦化以产生具有理想净厚度的第n层结构。可以包括抛光和/或CMP等各种不同方式发生平坦化。
通过方块714的操作完成此层之后，此工艺前进至决策方块716。此决策方块询问第n层(即目前的层)是否为结构的最后层(即第N层)，如果是，则工艺前进至方块720并且结束；如果否，则工艺移至方块718。
方块718将“n”值加1，然后工艺绕回到方块704并再度询问衬底(即添加刚成形的层的先前衬底)是否具有足够的传导性。
此工艺继续行经方块704至718直到第N层的成形作用完成为止。
图17(a)描绘同轴结构722的端视图，其包括外传导组件724、内传导组件726、嵌置介电区728以及外部介电区730。延伸图16的工艺的部分实施例中，在以对于内传导组件726确保适当支承的方式实现从区728的此去除作用的假设下，可能使用后处理(即所有层沉积后所发生的处理)操作来从区730去除一部分或全部电介质并从区728去除一部分或全部电介质。
图18(a)至18(j)显示应用图16的工艺流程来形成类似于图17(a)和17(b)所示的结构。图18(a)至18(j)描绘了显示此结构在逐层构建时的横剖面的垂直平面图。图18(a)描绘工艺的激活材料(即其上将沉积有层的空白衬底732)。图18(b)描绘用于第一层的所产生的经选择性沉积的第二传导材料734-1′。开始此工艺时，假设所供应的衬底具有充分传导性以允许进行沉积而不需要施加籽晶层。图18(c)显示介电材料736-1′的覆盖沉积(根据操作/方块712)的结果，图18(d)显示由于操作/方块714的平坦化操作的结果而导致形成了完成的第一层L1。第一完成层具有理想厚度以及不同区的传导材料734-1和介电材料736-1。
图18(e)显示与第二层成形相关的初始操作的结果(方块706)。由于第一层的显著部分由介电材料形成而且中心传导区与两外传导区呈现隔离，需要对于第二层施加籽晶层738-2′。图18(f)显示对于第二层的第二传导材料734-2′的选择性沉积(操作708)的结果，且进一步显示籽晶层738-2′有些部分738-2″未被第二传导材料734-2′所覆盖，图18(g)显示去除籽晶层738-2′未被覆盖部分(操作710)的结果，其产生了用于第二层738-2的净籽晶层。图18(h)显示对于第二层的介电材料736-2′的覆盖沉积结果(操作712)。图18(i)显示平坦化工艺(操作714)产生的完成的第二层L2，且其包括传导材料734-2和介电材料736-2的不同区。
图18(j)显示从层L1至L7来形成完成的结构。用于形成层L3至L7的操作类似于形成L2期间所使用的操作。可将图18(j)的结构器件实地加以使用或其可经历另外处理操作以准备其最终用途。
图16的实施例可能具有各种不同的替代方式。在一种替代方式中，可能使沉积次序反转。在另一工艺中，并不选择地沉积材料，而是可以体块方式(in bulk)来沉积各材料，且利用选择性蚀刻操作来产生材料的“净”选择性定位。
图19提供比图16的工艺更略为复杂的电化学制造工艺的流程图。图19的工艺利用逐层沉积的三种传导材料来构建三维结构/器件。由于此工艺中所有材料皆为导体且初始衬底可能是唯一的例外，相较于图16的工艺简化了层形成工艺。然而，由于三种材料可能沉积或可能未沉积在各层上，此工艺不但增加了工艺的复杂度也可产生增强功能性以及多元用途的结构。
此工艺首先从方块802开始，将目前的层数设为1(n＝1)。此工艺然后移至决策方块804，询问衬底表面是否完全或至少部分地具有充分传导性。如果此询问的答案为“是”，则工艺前进至方块808。另一方面，如果答案为“否”，则此工艺移至方块806，将籽晶层的传导材料施加至衬底上。此工艺随后绕到决策方块808。
在方块808中，询问第一传导材料是否沉积在第n层上(即目前的层上)。如果此询问的答案为“否”，工艺前进至方块812。另一方面，如果答案为“是”，工艺移至方块810而选择性沉积第一传导材料。此工艺随后绕到决策方块812。
在方块812中，询问第二传导材料是否沉积在第n层上(即目前的层上)。如果此询问的答案为“否”，工艺前进至方块816。另一方面，如果答案为“是”，工艺移至方块814，沉积第二传导材料(可选择地或全部加以达成)。此工艺随后绕到决策方块816。
在方块816中，询问第三传导材料是否沉积在第n层上(即目前的层上)。如果此询问的答案为“否”，工艺前进至方块828。另一方面，如果答案为“是”，工艺移至决策方块818。
在方块818中，询问第二传导材料是否沉积在第n层上(即目前的层上)。如果此询问的答案为“否”，工艺前进至方块826。另一方面，如果答案为“是”，工艺移至方块822，以理想水平将部分成形的层加以平坦化，这可能导致此层的过渡厚度稍微小于最后层的最后理想层厚度。工艺随后移至方块824，选择地蚀刻至沉积的材料内以形成一个或多个其内可供沉积第三材料的空隙。此工艺随后完成回路而到达方块826。
方块826要求沉积第三传导材料。第三材料可选择地或全部发生沉积。此工艺随后绕到方块828。
方块828将所沉积材料平坦化以获得具有理想厚度的最后平坦的第n层。
在通过方块828的操作完成第n层的成形之后，此工艺前进至决策方块830。此决策方块询问第n层(即目前的层)是否为结构的最后层(即第N层)，如果是，则此工艺移至方块834并结束；但如果为否，则此工艺绕到方块832。
方块832将“n”值加1，然后工艺绕回到方块808并再度询问第一传导材料是否沉积在第n层上。此工艺随后继续行经方块808至832直到第N层的成形作用完成为止。
图20(a)和20(b)描绘包括可部分地根据图19工艺所形成的传导材料的结构以及介电支承结构的透视图。图20(a)的同轴结构/器件包括外导体842、内导体844以及用于将两导体固持在所需要的相对位置的介电支承结构846。在成形期间，内及外导体由对于图19工艺所描述的三种传导材料的其中一种(主要材料)形成，且外导体不但形成有入口和出口848和850，也形成有处理端口852。在部分的这些处理端口内，设有次要传导材料且使其接触内导体844。在建造容积的其余部分中，设有第三级传导材料。在结构的所有层成形之后，将次要传导材料去除且使介电材料846充填所生成的一个或多个空隙。随后，将第三级传导材料去除而留下图20(a)的中空化的结构/器件。应了解在图20(a)的论述中，提及主要、次要及第三级时是一对一地有关于图19的工艺的第一、第二及第三传导材料，但未必分别如此。
图20(b)描绘类似于图20(a)的结构，唯一差异在于通过经修改的介电结构846′将内导体及外导体位置更稳固地固持在位置中。
图21(a)至21(t)显示应用图19的工艺流程来形成类似于图20(a)所描绘的同轴结构，其中传导材料的两者是在结构层成形后加以去除的牺牲材料，且其中利用介电材料来取代被去除的牺牲材料的一种。
图21(a)描绘此工艺的激活材料(即其上将沉积层的空白衬底852)。在行经此工艺时，假设供应的衬底具有充分传导性以允许进行沉积而不需要施加籽晶层(即对于询问804的答案为“是”)，且假设808的询问答案也为“是”。图21(b)描绘有关用以产生对于第一层的初始沉积854-1′的第一传导材料854沉积的方块819的操作结果。接着，假设方块812的询问答案对于第一层为“是”。还假设对于第一层来说方块816的询问答案为“否”。因此，图21(c)显示第二材料856的合并沉积(方块810)以及经沉积的第一和第二传导材料854-1及856-1的平坦化(方块828)以完成第一层L1的成形作用。图21(d)和21(e)代表与施加至第一层成形作用相同的工艺及操作，其用以形成由不同区854-2和856-2的第一和第二传导材料所构成的第二层L2。图21(f)和21(g)代表与施加至第一和第二层成形作用相同的工艺及操作，其用以形成由不同区854-3和856-3的第一和第二传导材料所构成的第三层L3。
图21(h)至21(k)显示有关形成结构/器件的第四层L4的部分操作的结果。图21(h)描绘有关用以产生对于第四层的初始沉积854-4″的第一传导材料854沉积的方块810的操作结果。接着，假设方块812的询问答案对于第四层为“是”。还假设对于第四层来说方块816的询问答案为“是”。因此，图21(i)显示第二材料856的合并沉积(方块810)以及经沉积的第一和第二传导材料854-4′和856-4′的平坦化(方块822)以形成平坦但只部分地成形的第四层。图21(j)显示蚀刻一部分经平坦化沉积856-4′的操作824的结果。图21(k)显示操作826和828的合并结果，其用以产生由不同区854-4和856-4以及858-4的第一传导材料854、第二传导材料856以及第三传导材料858所构成的完成的第四层L4。
图21(i)和21(m)、图21(n)和图21(o)、以及图21(p)和21(q)代表与施加至前三层成形作用相同的工艺及操作，其用以形成分别由不同区854-5和856-5、854-6和856-6、以及854-7和856-7的第一及第二传导材料所构成的第五至第七层(L5、L6及L7)。
图21(r)至21(t)代表图19的工艺流程的延伸。图21(r)代表选择性去除(例如通过蚀刻或融化)第三传导材料的结果，以形成延伸经过第一传导材料的外壁862的空隙866来接触第二传导材料的隔离的内部结构864(例如同轴传输线的内导体)。图21(s)描绘图21(r)的结构且其中空隙866被接触到外壁862和内部结构864的选用介电材料860所充填。图21(t)描绘图21(s)的结构且其中去除了第一传导材料以产生最后大致充填有空气的结构，且其中通过一个或多个介电结构使内部结构864相对于外壁受到支承。图21(t)还描绘结构中的开口。
图22(a)至22(c)描绘将第一去除、回填及第二去除操作应用至如图21(r)至21(t)所示的相对材料。图22(a)至22(c)中，将第一传导材料854去除以生成空隙，将此空隙充填电介质860′，然后去除第三传导材料。
在替代性实施例中，可将图21(r)至21(t)和22(a)至22(c)的工艺加以延伸以包括第二充填操作来充填由最后去除操作所产生的空隙。第二充填操作可利用与原先使用的相同或不同的电介质。在其它替代方式中，可采用不只三种传导材料以使所产生的结构/器件由两种或更多种传导材料所构成，和/或伴随有两、三或更多种固体、液体或气体电介质。
图23(a)和23(b)提供利用两种传导材料和一种介电材料来构建三维结构/器件的电化学制造工艺的流程图。
图23(a)和23(b)的工艺首先从方块902开始来设定三项工艺变量：(1)层数设为1，n＝1，(2)主要籽晶层参数设为0，PSLP＝0，(3)第二籽晶层参数设为0，SSLP＝0。然后此工艺前进至决策方块904，询问衬底表面是否完全或至少部分地具有充分传导性？如果“是”，则工艺前进至决策方块906；如果“否”，工艺前进至方块908。
在方块906及908中，对于第一传导材料(FCM)是否将沉积在第n层(即第一层)上作出相同询问。如果方块906的询问答案为“是”，工艺前进至方块914；且如果为“否”，工艺前进至方块916。如果方块908的询问答案为“是”，工艺前进至方块910；且如果为“否”，工艺前进至方块916。
方块910将传导材料的主要籽晶层(PSL)施加至衬底上。此籽晶层可以多种不同方式施加且其中部分已经描述于前文中。此工艺从方块910前进至方块912，将主要籽晶层参数设为1，PSLP＝1，代表已经将主要籽晶层沉积在目前的层上。
从方块912以及从方块906的“是”答案，此工艺前进至方块914，选择地沉积FCM。在部分替代方式中，通过CC掩模进行优先沉积。从方块914、从方块908的“否”答案且从方块906的“否”答案，工艺前进至决策方块916。
在决策方块916中，作出是否将第二传导材料(SCM)沉积在第n层(在此例中即第一层)上的询问。如果方块916的询问答案为“是”，工艺前进至方块924；如果答案为“否”，工艺前进至方块918。
在方块924和918中，作出主要籽晶层是否已经沉积在第一层上的相同询问(即DSLP是否＝1？)。如果方块924的询问答案为“是”，工艺前进至方块926；如果答案为“否”，工艺前进至方块934。如果方块918的询问答案为“是”，工艺前进至方块922；如果答案为“否”，工艺前进至方块966。
在决策方块926中，作出对于PSL的存在是否与将沉积的SCM兼容的询问。如果方块924的询问答案为“是”，工艺前进至方块928；如果答案为“否”，工艺前进至方块932。
方块932和922去除未被FCM所覆盖的PSL的任何部分。从方块932，工艺前进至方块934，如同方块924中的“否”响应情形，且此工艺从方块922前进至方块966。在决策方块934中，作出衬底表面是否具有完全或充分的传导性的询问。虽然先前问过此问题，可能由于沉积不同图形的传导材料或由于先前供应的籽晶层因为与将沉积的第二传导材料不兼容而加以去除导致使答案改变。如果方块934的询问答案为“是”，工艺前进至方块928；如果答案为“否”，工艺前进至方块936。
方块936施加次要籽晶层(SSL)，以允许在后续操作中沉积第二传导材料。然后工艺前进至方块938，将SSLP设为1，以指示出本层接收了次要籽晶层，此信息对于后续操作将具有效用。
通过对于方块926或934的“是”响应或通过方块938而来到方块928。方块928沉积第二传导材料(SCM)。此沉积操作可为选择性操作或覆盖操作。
从方块928，工艺前进至决策方块942，询问电介质是否将沉积在第n层(即第一层)上。如果方块942的询问答案为“是”，工艺前进至方块944；如果答案为“否”，工艺前进至方块968。
方块944将经沉积材料加以平坦化，以获得部分成形的第n层，且其具有可能与层的最后厚度不同的理想厚度。在平坦化之后，工艺前进至方块946，选择地蚀刻至沉积的传导材料的一种或两种中以形成一个或多个可在其内设有电介质的空隙，然后工艺前进至方块948。如果方块948的询问答案为“是”，工艺前进至方块952；如果答案为“否”，工艺前进至方块956。
决策方块952询问方块946的蚀刻是否导致所有暴露的SSL被去除？如果方块952的询问答案为“是”，工艺前进至方块956；如果答案为“否”，工艺前进至方块954。
方块954将由方块946中形成的空隙暴露出来的SSL部分加以去除。在方块954的操作之后，工艺前进至方块956。
决策方块956询问PSLP是否等于1。如果方块956的询问答案为“是”，工艺前进至决策方块962；如果答案为“否”，工艺前进至方块966。
决策方块962询问SCM蚀刻是否去除了所有暴露的PSL。如果方块956的询问答案为“是”，工艺前进至决策方块966；如果答案为“否”，工艺前进至方块964。
方块964将由方块946中生成的空隙所暴露出来的PSL部分加以去除。在方块964的操作之后，工艺前进至方块966。
方块966将介电材料加以沉积。沉积工艺可能为选择性的或具有覆盖本质，并可能具有各种不同的工艺且其中部分描述于本文它处。
方块968将所沉积材料加以平坦化，以获得具有理想厚度的最后平坦的第n层。
在通过方块968的操作完成第n层的成形之后，工艺前进至决策方块970，其中将PSLP及SSLP皆设为0，随后工艺前进至决策方块972。此决策方块询问第n层(即目前的层)是否为结构的最后层(即第N层)，如果是最后层则工艺前进至方块978并结束，如果不是则工艺前进至方块974。
方块974将“n”值加1，然后工艺回到方块904，且再度询问衬底表面(即如同通过紧位于先前层的成形作用加以修改的衬底表面)是否具有充分传导性。此工艺随后继续行经方块904至974直到完成第N层的成形为止。
如同图16和19的工艺，图23(a)和23(b)的工艺存在有各种不同的替代方式。这些变化可能包含整体改变材料沉积次序，或以给定层成形期间已经发生或将要发生的何种其它操作为基础来改变进行各型材料沉积的操作次序。可能添加传导或介电类型的另外材料。可能通过将材料沉积在空隙中、通过实际控制沉积位置、通过在沉积之后蚀除材料，来发生最终选择性的任何沉积。可将另外操作添加至此工艺以去除选定材料或沉积另外的材料。
图24描绘同轴结构的透视图，其包括分别由材料994制成的外及内传导组件1002和1004以及由材料996制成的介电支承结构1006。图24的结构可根据图23(a)和23(b)的工艺加以形成，其中添加用于去除传导材料的后层成形操作。在结构的逐层构建期间，内及外导体由对于图23(a)和23(b)工艺所描述的两种传导材料的一种(即主要材料)形成。使用次要传导材料作为牺牲材料。也使用介电材料(即第三级材料)作为结构的一部分。在结构的所有层成形之后，将次要传导材料去除以产生由主要传导材料994和介电材料996构成的最后结构。
图25(a)至25(z)显示用以形成图4所示的样本同轴元件的层的图23(a)和23(b)的各种不同操作的结果。与图25(a)至25(x)以及26(a)至26(f)所示结果有关的操作请见下表6。
                                        表6
    第“25”图第“26”图       层“L”    操作             附注
25(a)、(c)、(e)、(i)、(p)、(v)26(c) 1，2，3，4，6，7  914 沉积第一材料992
25(b)、(d)、(f)、(x)26(f) 1，2，6，7  936&968 沉积并平坦化第二材料994以完成层的成形
25(f)、(k)、(r)-- 3，4，6  928&944 沉积并平坦化第二材料994以形成不完全的层
25(g)、(i)、(s)-- 3，4，6  946 将沉积材料加以蚀刻来形成空隙990
25(h)、(n)、(u)-- 3，4，6  966&968 沉积并平坦化第三材料996以完成层的成形
25(j)、(q)、(w)、26(e) 4，6，7 936 施加次要籽晶层1000
--26(b) 施加主要籽晶层998
25(m)、(t)    -- 4，6 去除次要籽晶层的暴露部分
--26(d) 去除主要籽晶层的暴露部分
(o)-- 5 对于层4进行所有操作
图25(y)显示完成的结构的概况，其中出现的层界线部被去除且基于第二籽晶层材料与第二材料相同的假设。图25(z)显示用以产生图24所示的结构的后处理第一材料去除工艺(例如选择性蚀刻)的结果。
图26(a)至26(e)显示在对于结构的第四层沉积第一传导材料之前需要使用主要籽晶层时对于图25(h)至25(k)的工艺的替代方式。
图27描绘同轴传输线的透视图。同轴传输线1002包括围绕内导体1004的外传导性屏蔽部1006。在图示实施例中，可将传输线1002设定为通过间隔件1010远离衬底1008。在图示实施例中，衬底可为电介质，其中将适当的地电势通过传导性间隔件1010(例如通过衬底底侧)施加至屏蔽部1006，同时可将信号施加至中央导体(例如通过来自衬底底侧的适当连接)。在替代性实施例中，屏蔽部可在中央导体的弯折部周围弯曲以使屏蔽部在大致其位于衬底上方的所有位置上提供大致完整的中央导体屏蔽作用(除了可能存在于屏蔽部中的允许去除在器件成形期间已经使用的牺牲材料的一个或多个开口)。在其它替代性实施例中，衬底可具有传导性，且如果中央导体及同轴组件的内部部分穿透衬底以介电材料来提供隔离作用。在其它实施例中，屏蔽部可采取传导网目，或甚至是延伸出衬底平面的一个或多个传导线的形式。在其它实施例中，传输线可在单一平面(例如平行于衬底的平面)中弯曲，或其可采用任何所需要的三维图形。例如，传输线可采用一种很像传导线的螺旋回路的螺旋图形。同样地，类似图12(c)和13(a)的滤波器组件已经从图示的较平面性构造转变至较三维的形状，其中例如滤波器616、606的主线采用螺旋形式而分支622、614及类似物则采用沿着螺旋形中心往下的路径或采行螺旋形路径本身(例如，比主线采用的具有更小直径的路径)。此构造可以高度增加的代价来降低结构的平面性尺寸，且仍维持所需要的有效长度。
图28描绘射频接触开关的透视图。射频开关为悬臂开关。开关1022包括悬臂梁1026，其接触第二梁1024。当电压施加至下方的控制电极1028之间时，悬臂梁由于静电力而往下挠屈。在图示实施例中，所有开关组件都以基座1030a-1030(c)悬吊于衬底上方，据信这将使对于衬底的寄生电容降低。此途径将可增加驱动电极与悬臂梁之间的距离，而增加致动力并降低所需要的驱动电压，同时可增大对于衬底的距离，因此降低寄生作用。如果两者皆配置在平面性衬底上，将无法使电极尺寸和接触间隙具有独立性。通过电化学制造的多级实施例的弹性，可将开关元件放置在更加最优化的位置中。在一实施例中，长悬臂梁可具有约600微米长度以及8微米厚度。可将圆形接触垫定位在梁底下，以使接触部例如分离约32微米来提供高的隔离作用。下梁例如可悬吊于衬底上方约32微米，同时上梁可位于衬底上方约88微米。当然，在其它实施例中，可能存在其它尺寸关系。在使用此开关的一个示例中，可将电压施加至控制电极1028与悬臂1026之间以关闭开关，同时AC信号(例如射频或微波信号)存在于悬臂或另一梁上，且在开关一旦关闭时则能够进行传播。在部分替代性设计中，线1026和1024的一个或两个可在其接触位置上包括突部，或者接触位置可由适当材料制成以加长接触寿命。在其它替代性设计中，可将整体开关定位在屏蔽导体内，其可能降低与沿着线1024和1026长度的信号传播相关联的任何辐射性损失。在其它实施例中，可通过将薄层的电介质(例如氮化物)定位在一条或两条线1024及1026的接触位置来使开关作为电容性开关使用，由此允许开关接触部移动在低与高电容值之间。当发生阻抗匹配时可对于此开关发生信号通过(例如当电容很低时，较高频信号可通过而较低频信号可被阻绝或显著地衰减)。在其它实施例中，控制电极或线1026与其最接近的部分可能涂覆有电介质以降低控制电极与可挠屈线之间发生短路的可能性。在其它实施例中，可能包括拔起(pullup)电极来补充超出单独使用可挠屈线1026的簧力时所可能产生的接触部的分离作用。在部分实施例中，开关电容(假设其为电容性开关)开启时对于关闭时的比值较佳地大于约50、更佳地大于约100。在其它实施例中，可通过电介质将次要导体附接至基座1030(c)及线1026的底侧与并与基座1030(c)及线1026的底侧分隔开。与使控制电路与信号共享导体1026相反，此次要导体可为开关控制电路的一部分。
图29描绘了对数周期天线的透视图。天线1032包括沿着通过间隔件1038从衬底(未图标)所支承的共同馈送线1036的多数个不同的二极长度1034(a)至1034(j)。据信此升高的位置可降低原本与接触于或紧邻于损失性衬底的天线相关联的寄生电容性损失。在其它实施例中，可能使用其它天线构造，例如线性槽阵列、线性二极阵列、螺线天线(helix antennas)、螺旋天线、和/或号角天线(horn antennas)。
图30(a)至30(b)描绘了相对于彼此旋转约180度的样本超环面电感器设计的透视图。图30(c)描绘根据电化学制造工艺所形成的图30(a)和30(b)的超环面电感器的透视图。图20(c)的超环面电感器根据图2(a)至2(f)的工艺所形成。在部分实施例中，电感器可形成于介电衬底上，而在其它实施例中，电感器则可形成于传导衬底上，且有适当的介电隔离性馈通作用。在一个特定实施例中，超环面线圈可包括12个卷绕部、大约横越900微米、且使其下表面悬吊在衬底上方约40微米。电感器1042包括由上桥接组件和下桥接组件1050(a)和1050(b)所连接的多个内传导柱1044和多个外传导柱1046。电感器还包括两个电路连接组件1048(a)和1048(b)，其由间隔件1052(a)和1052(b)所支承。在部分实施例中，整体电感器可由间隔件1052(a)和1052(b)所支承并与衬底分隔。据信此间隔可将降低可由下传导性桥接部1050(b)与衬底(未图标)之间接触或紧邻所导致的寄生电容。虽然在部分实施例中，内及外传导柱可具有类似的尺寸，但在图示实施例中，各个内传导柱的面积小于外传导柱的面积(例如直径较小)。同样地，在本实施例中，传导性桥接部1050(a)及1050(b)的宽度也从电感器中心呈径向往外增大。据信此构造将导致降低的欧姆阻抗使所需要的电流沿着电感性路径移行。据信此构造还可导致来自电感器的降低的磁通量泄漏，因此有助于增加电感或降低可能辐射至其它电路组件的噪声。在其它实施例中，通过传导壁来屏蔽电感器的外周围可能是有利的方式。同样地，内周围也可由传导壁加以屏蔽，且在其它实施例中，上表面以及可能甚至下表面也可由传导板或网目加以屏蔽。在其它替代性实施例中，间隔件1052(a)和1052(b)以及甚至电路连接组件1048(a)和1048(b)可能至少部分地由可能有助于尽量减少辐射性损失的传导组件加以屏蔽。在其它实施例中，电感器的回路可采用较圆的形状而非如图所示大致呈长方形。
图31(a)和31(b)分别描绘根据电化学制造工艺所形成的螺旋形电感器设计和堆积式螺旋形电感器的透视图。所显示的电感器1062包括八个线圈1064(a)至1064(g)、一个连接桥接部1066以及两个间隔件1068(a)和1068(b)。在一个详细实施例中，每个线圈约为8微米厚，其可具有约200微米的外径，它们可分离约8微米，底线圈可在衬底上方升高约56微米。如同图27至30(c)的图示实施例，间隔件不但用来在电感器与电路其余部分之间建立电性连接还用来分隔电感器与衬底(未图示)。
图31(c)描绘图31(a)和31(b)的电感器的变化例。图31(c)的电感器1072可形成有指示出使用23层的设计特性。如图所描绘，电感器包括11个线圈层1074(a)至1074(k)及9又1/8弯圈。各线圈层由8微米厚层所形成且由4微米厚度的间隙与其它线圈层分隔。内径为180微米而外径为300微米。如图所示，电感器包括具有60微米直径的核心，且核心1076与卷绕部1074(a)至1074(k)之间具有60微米空间。当忽略核心时，基于均匀磁场的简单计算对于电感器产生20nH的电感。然而，因为真实的电感器具有比其长度更大的直径，且卷绕部并不特别紧密，所以电感将比此理论值更低。真实值估计位于理论值的25％至50％的范围中(即约5至10nH)。另一方面，可通过存在核心1076来显著地增强电感(例如增强了100倍或更大的因子)。当然，在其它实施例中，可能具有其它构造。
在其它实施例中，图31(a)至31(c)的电感器可采用不同形式。图31(a)和32(b)提供两种可能设计的对比，其中图32(b)的设计可提供比图32(a)更小的欧姆阻抗而且可能改变总电感。图32(a)显示具有N个线圈的单一电感器1082以及较长的连接器线1084，图32(a)描绘两个半尺寸的电感器1086(a)和1086(b)，其中每个的线圈数视为图32(a)的大约一半，且其通过短桥接组件1088加以序列式连接。如图所示，因为桥接组件1088比连接器线1084更短，所以据信图32(b)的电感器对将具有比图32(a)更小的损失。另一方面，由于或许降低了两电感器之间的耦合，可能具有相关联的净电感损失。通过包括以回路形式延伸过两电感器的核心，可能使电感恢复或甚至超过图32(a)的较高电感器。
图33(a)和33(b)描绘两替代性电感器构造的示意图，其尽量减少欧姆性损失并在电感器的线圈之间维持高水平的耦合。图中，线圈的往上路径以实线描绘，而线圈的往下路径以虚线描绘。图33(a)中，往上延伸的线圈具有比往下延伸的线圈更大的边长。图33(b)中，其具有大致类似的边长尺寸。
图34描绘了包括12个相互错杂板(两组1094(a)和1094(b)各有六个板)的电容器1092的透视图。在详细实施例中，每个板可具有8微米厚度，各板之间有4微米间隙以及每个板的侧边可以是436微米。基于这些细节，以理想平行板计算作为基础来计算出约5pH时的电容。预期此值将由于边纹场效应(fringe field effects)而略为不同。如图所示，电容器被堰部1096围绕，可利用堰部1096来便利进行后释放电介质回填，同时尽量减少电介质溢出至可能在相同衬底上邻近处所制造的相邻器件。通过电介质的回填可明显地增加这些电容器提供的电容。同样地，通过降低板之间的分离距离和/或添加另外的板，也可显著地增加电容。电容器在图中分别具有两对呈正交定位的结合垫1098(a)和1098(b)。由于平行的结合垫呈传导性连接，所以可通过连接至一个1098(a)垫和一个1098(b)垫来实现对于器件的电性连接。如图所示，结合垫与电容器的最低板对正，且通过位于来自各群组的延伸区中的柱将上板连接至最低板。在其它实施例中，垫可更直接地连接至例如各堆积体的中层板。电流的流动可分别从该处往上和往下前进至各堆积体的其它板。
图35(a)和35(b)分别描绘可变电容器1102的示例的透视图及侧视图。电容器板具有类似于图34的构造且再度分成两组的六个板1104(a)和1104(b)。在此实施例中，将一组电容器板1104(a)附接至弹簧组件1106且附接至两组平行的静电致动器1108，这些致动器可驱动板1104(a)相对于固定的板1104(b)垂直地驱动。使用时，可将DC电势施加在弹簧支承1110与致动器垫1112之间。致动器垫1112连接至柱1114，柱1114转而固持住固定的驱动板1116。当施加此驱动电压时，可移式驱动板1118被拉动更靠近固定的驱动板，且其转而通过支承柱1124将可移式电容器板1104(a)拉动更靠近固定的电容器板1104(a)并由此改变了器件的电容。电容器板1104(b)被支承柱1126固持在位置中。电容器可通过弹簧支承1110和一个固定的电容器板接触垫1128连接在电路中。
在其它实施例中，可通过增加组件的表面积而未必增加其横剖面尺寸，以降低与载有电流的导体诸如图27至31(c)的间隔件相关联的、与同轴元件的中央导体相关联的以及与各种其它元件的组件相关联的电阻性损失。据信当信号频率相较于元件横剖面尺寸只占表皮深度的小比例时，此作用将特别有用。例如，载有电流的导体的横剖面尺寸(在与电流流动方向垂直的平面中)可通过从圆形改变成正方形或包含多个角的其它形状而增大。图36(a)和36(b)显示这些同轴组件的另两项示例，其中同轴组件1132及1142分别包括中央导体1134及1144，其已经从正方形及圆形构造修改成具有凹痕以增大表面积的经修改的构造。
图37描绘本发明的另一实施例的侧视图，其中集成电路1152形成在衬底1154(例如硅)上，且其接触垫1156通过位于集成电路顶上的保护层1158暴露出来。接触垫可为用以连接至其它器件的垫，或可为用以联结集成电路的分离组件的顶侧内连接的垫。例如，内连件(及互连件)可为用以通过诸如同轴缆线或波导等低散布传输线来将高频时钟信号(例如10GHz)分配至集成电路内的不同位置的垫。两个同轴传输线1162和1172在图中将部分的垫彼此连接。同轴线的外导体由基台或基座1164和1174所支承且通过导线1166和1176连接至垫。在替代性实施例中，不但通过导线还通过使至少一部分的同轴屏蔽部接触到或紧邻于集成电路表面来连接至垫。在部分实施例中，同轴结构可能只由中央导线以及任何接地连接部所支承，但在其它实施例中，可能使用基座或类似物。在部分实行方式中，同轴结构可能预先成形并拣取与放置在集成电路上所需的位置上，或者可直接在集成电路上表面上进行EFAB工艺。此微器件对于IC集成的部分实行方式请见美国临时专利申请案60/379,133号，该案简述于下文且以引用方式整体并入本文中。当然，在其它实施例中，部分的垫可用来连接于IC的元件之间，而部分的其它垫则可用来连接至其它元件。在部分实施例中，同轴线可具有特别定制的长度以控制抵达芯片的不同部分或甚至不同芯片的时钟信号。
图38(a)和38(b)显示了MEMGen生产的第一和第二代计算机控制式电化学制造系统(即EFABTM微制造系统)。这些系统可用来实行本文的工艺以及形成本文的器件/结构。在目前的构成方式中，这些系统包括选择性沉积和覆盖沉积站、平坦化站、各种不同的清洁及表面活化站、检视站、电镀池循环子系统、大气控制系统(例如温度控制及空气过滤系统)、以及用于将衬底相对于各站移动(即提供Z、X及Y动作)的运送台。其它系统可包括一个或多个选择性蚀刻站、一个或多个覆盖蚀刻站、一个或多个籽晶层成形站(例如CVD或PVD沉积站)、选择性大气控制系统(例如全面地或在特定工作区域内供应指定气体)、且可能甚至包括一个或多个旋转台以对准衬底和/或选定的站。
在部分实施例中，可能将数个类似元件建造在单一衬底上，其中在该衬底上可一起使用多个元件，或其可彼此分割并施加至分离的次级衬底，以将分离的元件使用在不同电路/元件板上。在其它实施例中，可以一般性方式来使用各种实施例的电化学工艺在单一衬底上同时地形成各不同元件，其中可将元件形成在其最后位置中，且具有其许多或全部的所需要互连件。在部分实施例中，可将单一或多个相同或不同元件直接形成在包括预先安装的元件的集成控制电路或其它衬底上。在部分实施例中，可能由多个单片成形并定位的元件来形成整个系统。
在其它实施例中，器件或器件组可与用来封装元件的结构一起形成。这些封装结构请见描述于下述专利申请案表中的美国专利申请案60/379,182号。此引用的申请案揭露了多种形成结构以及隐藏式密封封装的技术。结构可形成有用来去除牺牲材料的孔。在牺牲材料去除之后，可以多种方式来充填这些孔。例如，可将一种可流动并密封住孔然后再固体化的可融化材料设置在这些孔附近或使其紧邻。在其它实施例中，可通过将阻塞材料设置在紧邻开口但与开口分隔处，然后在牺牲材料去除之后则通过焊料材料或其它粘剂型材料使阻塞材料桥接在与孔相关的间隙且将其密封，来阻塞这些孔。在其它实施例中，可能进行沉积来充填这些孔，特别是如果此沉积基本上为直线沉积工艺时，并且如果孔底下设有可作为沉积阻止部以及可供沉积开始构建阻塞住孔的构建点的结构性组件时尤为明显。
虽然此申请案的揭示已经大部分针对同轴传输线及同轴滤波器，但应了解这些结构可用来作为其它结构的基本构件块。因此，各种不同实施例的射频和微波元件可包括下列的一或多者：微小型同轴元件、传输线、低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、基于反射式滤波器、基于吸附式滤波器、漏壁滤波器、延迟线、用于连接其它功能性元件的阻抗匹配结构、一类天线的一个、方向性耦合器、功率合成器(例如威金森(Wilkinson))、功率分割器、混合合成器、魔术TEE、频率多工器、或频率解多工器。天线系包括棱锥性(即平滑壁)馈电器天线、鳞状(波褶壁)馈电器天线、补缀天线等以及线性、平面性和适形性阵列的这些组件—可有效率地将微波从微小型传输线转移至自由空间内的元件。EFAB产生的微小型同轴线也能够具有多种功能性的新元件。可将功率合成(或分割)及频率多路传输(或解多路传输)的组合容易地合并在具有多个输入及输出端口的单一微小型同轴结构中。
通过应用至一四端口传输线混合耦合器来示范说明根据本发明实施例的同轴传输线应用的示例。
混合件(Hybrids)为所有无源微波元件中一种最早且最有用的元件。两项功能在于功率分割及相移。当由波导、同轴线、或其它宽频传输线构成时，混合件一般依据接合部的电流分割以及线中主导空间模式的建设性与破坏性干涉的原理进行运作。
图39(a)显示典型的四端口传输线混合架构。依其架构称为“二分支线”耦合器，原因在于可将其想成具有使之耦合的两条“垂直分支”1204、1206的“贯穿”线1200、1202(端口1至端口2，以及端口3至端口4)。这些贯穿线及分支由被屏蔽导体1208所围绕的同轴组件的内导体形成。这些屏蔽传导组件可相对于内导体大小设定尺寸以提供所需要的特征阻抗。这些屏蔽导体可屏蔽个别的内导体，以达成较密实的作用，可利用单一屏蔽组件的一部分来屏蔽多个内导体的特定部分。对于混合件的进一步描述将依据其如何将进入输入端口1的信号输出至输出端口2以及两个耦合的端口3和4而定。其目标一般在于抑制进入耦合的端口3的所有功率流。最有用的功率分割一般在贯穿端口2与耦合的端口4之间为3dB或50％。如图39所示，端口2与4之间的相位差为90度。此相位差在I(同相位(in phase))及Q(相位正交(quadrature))通路的馈送网络中的雷达接收器和相干通信(coherent communication)中很常见。
依据单模的波干涉原理，可通过使图1中四个中央线段的电性长度等于λ/4来确实地满足所有三输出端口的相位条件。然后通过传输线电路理论，当垂直(分支)段具有特征阻抗Z0且分支之间的水平段具有特征阻抗Z0/(2)1/2时，满足了-3-dB振幅条件。水平段的终点具有特征阻抗Z0，且其依据射频产业标准一般为50Ω。
虽然原理很简单且实施时很有用，因为电性长度λ/4的要求，“分支线”耦合器必须实体上够大。例如，在身为通信及雷达普遍使用频带的S带(2-4GHz)的中心处，自由空间波长为10公分或近似4时。所以λ/4为1时，混合件的尺寸将至少为1×1时且不计入馈送线及连接器。
相位正交混合件已经在微波网络设计中成为一种标准元件。因此其实体尺寸因素，机械加工已经为优选采用的制造技术而机械工场技术至今仍旧存在，且其使用CNC-控制来取代人工操作的必要的铣制机，特别是在生产作业中。
从1960年代起，开始利用微带线(microstripline)技术来制造混合件。这就是微波集成电路(MIC)技术时代的开端，其可进行批次制造并产生更便宜且更易整合的混合件。然而，因为微带混合件的性能不如最佳的波导或同轴元件一样好，且微带线先天上比波导或同轴元件更易损失，还在共同衬底上的不同线间具有串扰，所以微带混合件存在一种取舍关系。为了减轻串扰，不同的微带线必须具有大的物理分离距离，所以最后混合件所占用的“房地产”比起波导或同轴件设计来说并未大幅减少。
利用电化学制造，可制造出能够具有优良混合耦合器的优良的同轴结构。其中一种结构是具有极小曲率半径的曲线状弯折部。全波仿真显示出，如果由不具有横剖面变化的单模同轴线加以制造，曲线状弯折部将具有极低的插入损失及回传损失。图40显示了示例的弯折部及其尺寸。弯折部周围的电性长度为π×Rc＝π×480微米＝1.508毫米，且假设具有80微米的小半径。因为端点铣刀或其它采用的切割工具的限定尺寸的因素，机械加工难以制造此种具有小曲率半径的弯折部。因为倾向于发射衬底模式，所以无法将微带线弯折部制成小的曲率半径。这些模式永远存在于微带中，且一旦发射则代表不可逆的损失以及耦合至共享同一衬底的相邻微带线。因为外导体以张力被拉取且内导体处于压缩导致金属疲劳以及金属裂痕，也难以着手从直线段的圆形同轴线来生成小半径的弯折部。
由于具有形成小半径、低损失弯折部的能力，可通过如图41所示的蜿蜒状(即蛇状)卷绕部来大幅降低长段传输线的物理范围。此图显示具有内导体1222和外导体1220的一段同轴线的平面图。各同轴线的一个外壁可在各相邻平行段之间被共享。由于射频电流的表皮深度很小(几微米)，此共享壁可制的极薄。事实上在部分元件中，可将线之间的壁降低至传导性网目，其中网目具有上述属性的开口。
密实的低损失弯折部导致电化学(即单片集成)制成的混合件的另一项重要优点，即微小化。图41显示了每个λ/4段的分支线混合件1212如何由蜿蜒段制成，以相较于传统的直线部1210显著地降低混合件所占用的整体面积。全波仿真显示出，可通过压缩至线性长度λ/12(电性长度仍为λ/4)而产生9倍的面积密实(compaction)因子的分支线来获得优良性能。也可能具有进一步密实作用。
较佳根据前述技术来形成蜿蜒段的分支线耦合器。为了利于在制造期间去除牺牲材料，同轴组件的外屏蔽部可包括开孔以利化学蚀刻剂进入屏蔽结构或外导体内的空间。
较佳地选择开孔的尺寸及位置以有效地发生蚀刻同时尽量减少元件或网络地射频效果的损失或其它扰动。开孔相较于波长较佳地具有小尺寸以尽量减少射频损失。例如，可选择尺寸使得开孔对于主导同轴模式似乎就像具有显著高于模式频率(例如2倍、5倍、10倍、50倍或更大)的截止频率的波导。开孔可定位在元件(例如传输线及类似物)的侧边上或是顶部或底部上。其可能沿着元件的长度均匀地定位，或者其可能以群组定位。
可在层形成工艺期间并入介电材料以完整地充填内与外导体之间的间隙或者占据内与外导体之间较小的选定区域以供机械支承用。如果电介质较薄(？)，可能将其并用在逐层的E-FAB工艺中而不需要在介电材料上方产生籽晶层或类似物。这避免了后续沉积材料的“蕈聚(mushrooming)”以在电介质上方形成桥接部的问题。或者，可在层成形完成以及牺牲材料完成或部分地完成蚀刻之后，通过回填来达成体块或选择地电介质的并入作用。
在部分实施例中，将元件密封(隐藏式或其它方式)或环境地维持或操作的方式可以降低水分或其它有问题材料在关键区域中的出现或聚集。
图39和42所示的分支线耦合器布局在水平平面中，在其它实行方式中，可将蜿蜒状结构垂直地堆积在衬底上，或可由垂直和水平组件的组合所构成。此外，可以成批方式将多个这些结构形成在单一衬底上，然后在最后组装之前加以分离。(是否应在此处进一步说明真实的三维结构？)
图39(b)的分支线耦合器或混合件的一种应用为巴特勒矩阵(Butler matrix)。巴特勒矩阵为一种用来作为对于天线阵列的馈送件的无源网络。阵列在空间中从一维或二维阵列的N个天线组件来产生正交辐射图形(即，束)，其中N为2的幂级数。“正交”是指束几乎不重叠以使其共同充填大的空间区域。在理想案例中，此区包含天线阵列平面上方的完整2π球面度(steradians)的立体角(solid angle)。图43(a)中以概念显示来自四组件线性阵列的一系列的4个正交束。
巴特勒矩阵基本上为输入传输线端口与正交束之间的一对一式映象。通过将输入信号布线至所需要的输入端口来控制束的导向。可通过将功率放大器定位在各输入部上并由此依需要接通和关断功率放大器来有效地获得此驱动控制。图43(b)显示使用上述类型的混合分支线耦合器的电路来对于巴特勒阵列的天线组件产生信号的示例。电路包括四个90度、3-dB混合耦合器1300、两个45度相移器1302以及精密长度的传输线互连件1304。相移器通常由经过选择可产生所需要的路径偏移的一段长度的传输线制成。例如，为了产生π/4相移，使用1/8λ的长度；若为了产生-π/4相移，使用7/8λ的长度。请注意，图43(b)所示的跨接部是单纯的线跨接而不被耦合的示例。因此，跨接线可使一个铺覆于另一个上。可通过形成附加层的结构或通过降低跨接点上或附接的个别线的高度来达成此铺覆作用。可通过调整外导体的内宽度及内导体的外宽度尺寸来达成跨接点上的线的此种窄化作用，同时维持不变的特征阻抗。图44显示在跨接点1330附近各具有外导体1336和内导体1338的传输线1332、1334的窄化作用。
图43(c)提供四组件巴特勒矩阵天线阵列1310的示意图，其使用四个蜿蜒状混合耦合器1312、两个延迟线1314、两个跨接部1322、四个输入部1316以及四个天线组件1318(例如补缀天线)。
图45提供八输入部、八天线巴特勒矩阵天线阵列的示意图，其使用12个混合件、16个相移器(其中八个实际产生位移)。如图所示，阵列还包括多个跨接部。
巴特勒矩阵的无源元件数随着所需要的束数而增减，以产生N个正交束，所需要的混合件数为(N/2)log2N。此增减规则类似于进行N组件傅立叶变换所需要的复杂乘数的判定方式。原始方式需要N2的乘数，快速傅立叶转变换(FTT)则将其降低至Nlog2N。基于此原因，巴特勒矩阵有时称为FFT的束成形模拟物(beam-forming analog)。如同FFT，其大幅降低了制造束成形天线所需要的元件数，特别是当N很大和/或阵列为二维时。
传统的巴特勒矩阵天线阵列的性能在束品质与带宽方面并不理想。当混合件的振幅及相位分割分别并非恰为3dB及90度时，束品质开始变差，特别在侧瓣(side lobes)时。同轴线将利用E-FAB先天的精确度来产生在两输出端口之间的振幅或相位方面具有很低分散作用的混合件，以减轻此问题。
带宽问题是很根本的问题。从其架构，巴特肋矩阵将在给定设计频率完美地运作，但随后其束将在较高或较低频率开始“背离(squint)”。背离是指束在辐射方向中导向至空间内。虽然产生限制，但此缺陷并不是巴特勒矩阵尚未能满足微波系统的性能需求的主要原因。主要原因在于上述的精度问题。
如此处所述使用微小型同轴混合件的巴特勒矩阵将提供多项优点。首先，混合件、相移器、互连件和输入与输出端口都是可利用如上述的制造技术同时地制作在相同的衬底上，且也可以批次方式制造(即一次多个复本)。并且，因为混合件的振幅及相移的不均匀性造成(不需要的)侧瓣中的功率相对于(所需要的)主瓣显著地增加，通过此处所述的制造工艺的部分实施例达成的高均匀度将大体消除了不均匀性。结果，可通过这些实施例来产生在振幅及相位方面具有0.1dB及1°均匀度的混合件，且其大体消除了束品质的问题。
图46显示如何以同轴馈送组件通过E-FAB来单片地产生补缀天线辐射组件。同轴馈送组件1342(例如传输线)在图中位于衬底1344上方。在部分替代性实施例中，同轴组件可与衬底分隔开来。同轴馈送组件包括内导体1346，内导体1346位于具有包括通孔1352的外传导性屏蔽部1348(例如具有长方形或正方形横剖面构造的屏蔽部)的组件之间。同轴内导体的延伸部1354从通孔伸出到达平面性补缀天线1356。通孔的垂直延伸部，例如可为100至500微米。孔的尺寸取决于中央导体与孔电磁交互作用所造成的寄生阻抗。补缀的长度及宽度较佳地为3/8至1/2λ，其中λ为自由空间中的波长。较佳地在补缀天线下方设有接地层。此接地层不需是完全平面性且不需完全实心，而可以是密实阵列的传导组件地形式。用于构成混合耦合器及延迟线的同轴组件可形成此接地层的全部或一部分。
在部分实施例中，可利用小区域的电介质(例如，聚四氟乙烯或聚苯乙烯)来帮助支承住补缀(例如补缀的角落)。
如果图46的同轴组件的右侧将信号携载前往和/或离开天线，则较佳地利用左侧的短长度的同轴线来使驱动(或接收)电子组件对于补缀产生阻抗匹配。
图47描绘了衬底且其上形成一批四个8×8天线阵列。在成形之后，可将衬底加以分割且将阵列分开并处理然后完成(完成封装、打线接合及类似工作)。衬底1372可以是含有集成电路的晶片，其上利用电化学制造来构建射频元件以完成射频系统的成形。天线1374可形成在其它射频元件(例如，需形成巴特勒阵列的元件)上。
根据部分实施例，可通过使延迟线的各种不同部分包绕在屏蔽导体周围，且与其相邻配置甚至与相邻线部分共享屏蔽导体来将延迟线制成极度密实的形式。在部分实施例中，这些线可配置在共同平面中，但在其它实施例中，其可通过将线堆积在彼此顶上来采用三维布局。在其它实施例中，这些组件可采用螺旋形图形等。
本发明的其它实施例可包含形成和使用波导及波导元件。部分实施例可包含形成可由人工或自动合并的离散的元件，并可包含形成诸如信号分配网络及类似物等的整个系统。
下述的专利申请案及专利案以引用方式整体并入本文中。表中包括的每个专利申请或专利有助于读者发现具体类型的揭示。不倾向于将合并的主旨限制于所具体指示的这些主题，替代的是合并将包括这些申请中发现的所有主旨。这些并入的申请案的揭示可以许多方式与本申请案的揭示加以合并：例如，增强的用于产生结构的方法可能衍生自揭示的部分组合，可获得增强的结构，可衍生增强的器件，以及类似作用。
存在有本发明的多种其它实施例。部分这些实施例可利用本文的揭示及引用并入本文的各种揭示的组合为基础。部分实施例可能未使用任何覆盖沉积工艺和/或其可能未使用平坦化工艺。部分实施例可能包含将复数种不同材料选择地沉积在单层上或不同层上。部分实施例可能使用并非电沉积工艺的覆盖沉积工艺。部分实施例可能在部分层上使用并非适形性接触掩模工艺且甚至并非电沉积工艺的选择性沉积工艺。部分实施例可能使用非适形性接触掩模或非接触性掩模技术，如上面引用的美国临时申请第60/429,483所述。
部分实施例可使用镍作为结构材料，其它实施例可使用不同材料，诸如铜、金、银、或可与牺牲材料分离的任何其它的可电沉积性材料。部分实施例可使用铜作为结构材料且具有或不具有牺牲材料。部分实施例可能去除牺牲材料，其它实施例则可能未加以去除。在部分实施例中，可利用化学蚀刻操作、电化学操作或融化操作来去除牺牲材料。在部分实施例中，阳极可能与适形性接触掩模支承不同，且支承可能是一种多孔结构或其它穿孔状结构。部分实施例可使用具有不同图形的多个适形性接触掩模来将不同选择性图形的材料沉积在不同层和/或单层的不同部分上。在部分实施例中，当发生沉积时通过使适形性接触掩模拉离衬底来增强沉积深度的方式，将可使得CC掩模的适形部分与衬底之间的密封从适形材料面偏移至适形材料的内侧边缘。
鉴于此处的揭示，本领域技术人员将了解本发明的许多其它实施例、替代性设计及使用方式。因此，本发明无意受限于上述的特定示范性实施例、替代方式及使用方式而是只由权利要求所界定。

Claims (34)

1.一种用于引导或控制辐射的同轴射频或微波元件，包含：
a.传导结构中的至少一个射频或微波辐射入口；
b.该传导结构中的至少一个射频或微波辐射出口；
c.至少一个通道，其大致在侧边被该传导结构所限定，射频或微波辐射从该至少一个入口移行到该至少一个出口时穿过该传导结构；
d.中央导体，其沿着从该入口到该出口的一段长度的该至少一个通道而延伸；
其中该传导结构包括从该通道延伸至外区的一个或多个开孔，其中开孔具有不大于波长的1/10或200微米其中较大者的尺寸且其预定不使显著的射频辐射通过。
2.如权利要求1的元件，其中使用至少部分的开孔来去除牺牲材料。
3.如权利要求1的元件，其中使用至少部分的开孔来接收有助于保留该中央导体与该传导结构之间预期的相对位置的电介质。
4.如权利要求1的元件，其中该传导结构和该中央导体为单片集成的。
5.如权利要求1的元件，其中至少一部分的该中央导体或该传导结构含有由多个连续沉积的层所形成的材料。
6.如权利要求1的元件，其中至少一部分的该中央导体或该传导结构含有由多项电沉积操作所形成的材料。
7.如权利要求1的元件，其中与沿着该通道的辐射传播方向呈垂直的该通道的横剖面尺寸小于约1毫米。
8.如权利要求1的元件，其中与沿着该通道的辐射传播方向呈垂直的该通道的横剖面尺寸小于约0.5毫米。
9.如权利要求1的元件，其中与沿着该通道的辐射传播方向呈垂直的该通道的横剖面尺寸小于约0.2毫米。
10.如权利要求1的元件，其中该通道的至少一部分具有通常呈长方形的形状。
11.如权利要求1的元件，其中该中央导体的至少一部分具有通常呈长方形的形状。
12.如权利要求1的元件，其中该通道沿着三维路径延伸。
13.如权利要求12的元件，其中该三维路径包含三维螺旋形。
14.如权利要求1的元件，其中该元件包含混合耦合器。
15.如权利要求1的元件，其中该元件包含延迟线。
16.如权利要求1的元件，其中该元件包含天线。
17.如权利要求16的元件，其中该天线包含天线阵列。
18.如权利要求16的元件，其中该天线由巴特勒矩阵所馈送或其馈送巴特勒矩阵。
19.如权利要求16的元件，其中该天线阵列包含补缀天线阵列。
20.如权利要求16的元件，其中该天线阵列由传播经过巴特勒矩阵的信号所馈送，且其中对于该巴特勒矩阵的各输入由功率放大器加以控制。
21.如权利要求1的元件，其中将至少一个同轴线排列成蜿蜒形式。
22.如权利要求21的元件，其中该至少一种蜿蜒形式包含位于该传导结构的至少两不同部分之间的单一共享的传导性屏蔽结构。
23.如权利要求1的元件，其中将两通道定位为彼此相邻，其中两通道由单一传导性屏蔽结构加以分离。
24.如权利要求1的元件，其至少利用一或多项下列操作部分地形成：
a.选择地电沉积第一传导材料和电沉积第二传导材料，其中该第一或第二传导材料的一种为牺牲材料而另一种为结构材料；
b.电沉积第一传导材料，选择地蚀刻该第一结构材料以生成至少一个空隙，电沉积第二传导材料以充填该至少一个空隙；
c.电沉积至少一种传导材料，沉积至少一种可流动的介电材料，沉积籽晶层的传导材料以准备下一层电沉积材料的成形，或
d.选择地电沉积第一传导材料，然后电沉积第二传导材料，然后选择地蚀刻该第一或第二传导材料的一种，随后电沉积第三传导材料，其中该第一、第二及第三传导材料的至少一种为牺牲材料而其余两传导材料的至少一种为结构材料。
25.如权利要求1的元件，其利用一或多项下列操作至少部分地形成：
a.将至少一种牺牲材料与至少一种结构材料分离；
b.将第一牺牲材料与(a)第二牺牲材料和(b)至少一种结构材料分离以生成空隙，然后以介电材料来充填该空隙的至少一部分，随后将该第二牺牲材料与该结构材料以及与该介电材料分离；或
c.通过嵌置于可流动的介电材料中的磁性或传导性材料来充填结构材料中的空隙，随后使该介电材料固体化。
26.如权利要求1的元件，其中该元件包含下列一个或多个：低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、基于反射式滤波器、基于吸附式滤波器、漏壁滤波器、延迟线、用于连接其它功能性元件的阻抗匹配结构、天线、馈电器、方向性耦合器或合成器(例如，相位正交混合件、混合环、威金森合成器、魔术TEE)。
27.如权利要求1的元件，其中该元件包含下列一个或多个：微小型同轴元件、传输线、低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、基于反射式滤波器、基于吸附式滤波器、漏壁滤波器、延迟线、用于连接其它功能性元件的阻抗匹配结构、方向性耦合器、功率合成器(例如威金森)、功率分割器、混合合成器、魔术TEE、频率多工器、或频率解多工器、棱锥性(平滑壁)馈电器天线、和/或鳞状(波褶壁)馈电器天线。
28.一种用于制造微器件的方法，包含：
a.沉积多个粘结层的材料，其中该各层材料的沉积包括，
i.至少第一材料的沉积；
ii.至少第二材料的沉积；及
b.在多层沉积之后去除该第一或第二材料的至少一部分；
其中由该沉积和该去除产生的结构提供可作为射频或微波控制、引导、传输或接收元件的至少一种结构，且包含：
a.传导结构中的至少一个射频或微波辐射入口；
b.该传导结构中的至少一个射频或微波辐射出口；
c.至少一个通道，其大致在侧边被该传导结构所限定，射频或微波辐射从该至少一个入口移行到该至少一个出口时穿过该传导结构；
d.中央导体，其沿着从该入口到该出口的一段长度的该至少一个通道而延伸；以及
其中该传导结构包括从该通道延伸至外区的一个或多个开孔，其中开孔具有不大于波长的1/10或200微米其中较大者的尺寸，且其预定不使显著的射频辐射通过。
29.一种四端口混合耦合器，其包括含有四个微小型同轴组件的多个粘结层的材料，四个同轴组件的第一个延伸于四个端口的两个之间，且同轴组件的第二个延伸于四个端口的另两个之间，同时其余两个同轴组件延伸于该第一和第二同轴组件之间，其中至少一个同轴组件的至少一部分长度排列成蜿蜒形式。
30.如权利要求29的四端口混合耦合器，其中该蜿蜒形式包含位于一个或多个同轴组件的至少部分的相邻中央导体分段之间的单一共享的结构。
31.一种用于将信号供应至无源阵列的N个天线组件以产生多个束的电路的制造方法，包含：
a.沉积多个粘结层的材料以形成(N/2)log2N个四端口混合耦合器，其每个包含四个微小型同轴组件，每个同轴组件延伸于该混合耦合器的个别的一对端口之间以使一对同轴组件耦合至各端口；
b.通过相移元件将至少部分的混合耦合器连接至其它混合耦合器以形成巴特勒矩阵。
32.如权利要求31的方法，其中该各层材料的沉积包含：
a.至少第一材料的选择性沉积；
b.至少第二材料的沉积；
c.将该沉积材料的至少一部分加以平坦化，
其中将该多层加以沉积，
其中在该多层沉积之后将该第一或第二材料的至少一部分加以去除。
33.一种用于将信号供应至无源阵列的N个天线组件以产生多个束的巴特勒矩阵，其包含(N/2)log2N个四端口混合耦合器，其中每个四端口混合耦合器包含四个微小型同轴组件，四个同轴组件的第一个延伸于四个端口的两个之间，同轴组件的第二个延伸于四个端口的另两个之间，且其余两个同轴组件延伸于该第一与第二同轴组件之间，其中至少一个同轴组件的至少一部分长度排列成蜿蜒形式。
34.如权利要求33的巴特勒矩阵，其中该蜿蜒形式包含位于一个或多个同轴组件的至少部分相邻中央导体分段之间的单一共享的屏蔽结构。
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