TW201419651A - 用於超寬頻帶通信之分散元件濾波器 - Google Patents

用於超寬頻帶通信之分散元件濾波器 Download PDF

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John E Rogers
Michael R Weatherspoon
David M Smith
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Harris Corp
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Abstract

本發明揭示一種用於建構一射頻濾波器(100)之方法，其包含：將一導電材料(210、216、218、220、222)、一介電材料(217)及一犧牲材料(1200、1500、1700、1900)之複數個層沈積於一介電基板(102)上。該導電材料之該沈積經控制以形成包含一遮蔽板(202)及同軸安置於該遮蔽板內之一中央導體(204)之至少一傳輸線(104、106、108)。該導電材料之該沈積進一步經控制以形成電耦合至該中央導體(204)之至少一分散濾波器元件及電耦合至該遮蔽板之至少一外殼(402)。該方法亦包含：溶解該犧牲材料之至少一層以形成安置於至少一遮蔽板內之一內部通道(226)。該犧牲材料之該溶解亦導致形成安置於含有該分散濾波器元件之至少一外殼內之一內部空間。

Description

用於超寬頻帶通信之分散元件濾波器
本發明之配置係關於用於射頻信號之濾波器，且更特定而言，本發明之配置係關於由分散濾波器元件形成之低損耗濾波器。
通信系統(諸如寬頻帶衛星通信)通常依極高頻率操作。例如，吾人已知依高達300GHz之頻率操作之通信系統。濾波器為在全部通信系統中用於使所要信號通過且阻攔其他信號(例如雜訊)之一必需元件。然而，吾人已知：用於高頻率(例如10GHz至300GHz)之既有濾波器遭受某些限制。用於此等頻率之基於習知波導之濾波器具有低插入損耗，但尺寸非常大(各維度上為約數英寸)。相反地，基於陶瓷薄膜之濾波器可尺寸相對較小，但具有低功率處置能力。可在此等頻率範圍內操作之薄膜陶瓷濾波器之另一缺點在於：其等通常具有一相對較大插入損耗。
可藉由利用循序建造程序而形成三維微結構。例如，美國專利第7,012,489號及第7,898,356號描述用於製造同軸波導微結構之方法。此等程序提供傳統薄膜技術之一替代方案，但亦提出針對其等在有利地實施各種RF裝置時之有效利用的新設計挑戰。
本發明之實施例係關於一種用於建構一射頻濾波器之方法。該 方法包含涉及以下操作之步驟：將包含一導電材料、一介電材料及一犧牲材料之各者之至少一層的複數個層沈積於一介電基板之一表面上。導電材料之該至少一層之一沈積經控制以形成包含一遮蔽板及同軸安置於該遮蔽板內之一中央導體之至少一傳輸線。該導電材料之該沈積進一步經控制以形成電耦合至該中央導體之至少一分散濾波器元件及電耦合至該遮蔽板之至少一外殼。該外殼包含圍封至少一分散濾波器元件之壁。該方法亦包含：溶解該犧牲材料之至少一層以形成安置於至少一遮蔽板內之一通道。因此所產生之該通道導致在該中央導體與一或多個遮蔽壁之各者之間形成一第一餘隙空間，使得該中央導體駐留於該通道中與該等遮蔽壁隔開。該犧牲材料之該溶解亦導致形成安置於至少一外殼內之一內部空間。該內部空間包含介於至少一分散濾波器元件與該等外殼壁之各者之間之一第二間隙或餘隙空間，使得至少一分散濾波器元件駐留於該內部間隙內且與該等外殼壁間隔達一間隙。
本發明亦包含一種射頻濾波器總成。該濾波器總成包含一介電基板及配置成一堆疊之一材料之複數個層。該等層包含複數個導電材料層，其等經配置以形成包含一遮蔽板及同軸安置於該遮蔽板內之一中央導體之至少一傳輸線。該等導電材料層亦形成電耦合至該中央導體之至少一分散濾波器元件及電耦合至該遮蔽板之至少一外殼。該外殼由圍封至少一分散濾波器元件之壁組成。該介電材料之至少一層經配置以形成沿著該中央導體之一伸長長度依間隔間距自至少一遮蔽壁延伸至該中央導體之一第一組之兩個或兩個以上突耳。該犧牲材料之一或多個層填充由至少一遮蔽板界定之一通道，及該中央導體與一或多個遮蔽壁之各者之間之一第一餘隙空間。該犧牲材料亦填充由至少一外殼界定之一內部空間，該內部空間包含介於至少一分散濾波器元件與該複數個外殼壁之各者之間之一第二餘隙空間，使得至少一分散 濾波器元件駐留於該內部空間中與該等外殼壁間隔達一間隙。該犧牲材料經組態以在包含該等突耳之形成之一製程期間支撐該中央導體及該分散濾波器元件。可在該製程完成之後選擇性溶解該犧牲材料，且不會引起由該導電材料及該介電材料形成之結構受損或降解。
100‧‧‧射頻(RF)濾波器/短截線濾波器
102‧‧‧基板/傳輸線區段
104‧‧‧傳輸線/終端傳輸線區段
106‧‧‧傳輸線/中間傳輸線區段
108‧‧‧傳輸線/終端傳輸線區段
110‧‧‧短截線區段/短截線元件
202‧‧‧遮蔽板
204‧‧‧中央導體
206‧‧‧壁區段
207‧‧‧壁區段
208‧‧‧側壁區段
210‧‧‧導電材料/壁區段
212‧‧‧突耳
214‧‧‧第一導電層
216‧‧‧導電材料/第二導電層
217‧‧‧介電材料層/介電層/介電材料
218‧‧‧導電材料/第三導電層
220‧‧‧導電材料/第四導電層
222‧‧‧導電材料/第五導電層
224‧‧‧氣隙
226‧‧‧內部通道
402‧‧‧外殼
404‧‧‧短截線元件
406‧‧‧壁區段
407‧‧‧側壁區段
408‧‧‧側壁區段
410‧‧‧壁區段
412‧‧‧突耳
424‧‧‧氣隙
426‧‧‧空腔/內部空間
600‧‧‧梳線濾波器
602‧‧‧外殼
6041‧‧‧終端傳輸線區段/終端傳輸線
6042‧‧‧終端傳輸線區段/終端傳輸線
6101‧‧‧遮蔽板
6102‧‧‧遮蔽板
6121‧‧‧中央導體
6122‧‧‧中央導體
704‧‧‧中間元件
7051‧‧‧終端元件
7052‧‧‧終端元件
706‧‧‧壁區段
708a‧‧‧壁區段
708b‧‧‧壁區段
709a‧‧‧壁區段
709b‧‧‧壁區段
710‧‧‧壁區段
712‧‧‧突耳
714‧‧‧第一端
716‧‧‧第二端
724‧‧‧氣隙
726‧‧‧內部空間
800‧‧‧邊緣耦合濾波器
8041‧‧‧終端傳輸線區段/終端傳輸線
8042‧‧‧終端傳輸線區段/終端傳輸線
806‧‧‧中間傳輸線區段/中間傳輸線
8081‧‧‧遮蔽板
8082‧‧‧遮蔽板
810‧‧‧邊緣耦合區段/外殼
811‧‧‧中央導體
8121‧‧‧中央導體
8122‧‧‧中央導體
813‧‧‧遮蔽板
901‧‧‧氣隙
902a‧‧‧終端元件
902b‧‧‧終端元件
904a‧‧‧終端元件面
904b‧‧‧終端元件面
905‧‧‧氣隙/間隙
906‧‧‧壁區段
907a‧‧‧壁區段
907b‧‧‧壁區段
908a‧‧‧壁區段/側壁
908b‧‧‧壁區段/側壁
909‧‧‧倒角邊緣
910‧‧‧壁區段
912‧‧‧突耳
915‧‧‧倒角
926‧‧‧內部空間
1200‧‧‧犧牲材料/光阻遮罩層/光阻劑/光阻層
1202‧‧‧開口/曝露部分
1500‧‧‧犧牲材料/光阻層
1502‧‧‧曝露區域
1700‧‧‧犧牲材料/光阻層
1702‧‧‧曝露部分
1900‧‧‧犧牲材料/光阻層
1902‧‧‧曝露區域
將參考以下圖式而描述實施例，其中相同元件符號表示全部圖中之相同項，且其中：圖1係展示其中已切除一外殼及一遮蔽板之部分以利於理解本發明之配置之一短截線濾波器的一透視圖。
圖2係沿著圖1中之線2-2取得之一橫截面圖。
圖3係沿著圖2中之線3-3取得之一橫截面圖。
圖4係沿著圖1中之線4-4取得之一橫截面圖。
圖5係沿著圖4中之線5-5取得之一橫截面圖。
圖6係其中已切除一外殼及一遮蔽板之一部分以利於理解本發明之配置之一梳線濾波器的一透視圖。
圖7係沿著圖6中之線7-7取得之一橫截面圖。
圖8係其中切除一外殼及一遮蔽板之一部分以利於理解本發明之配置之一邊緣耦合濾波器的一透視圖。
圖9係其中已沿著線9-9切除部分以顯露一內部的圖8中之邊緣耦合濾波器之一外殼之一放大透視圖。
圖10係沿著圖8中之線10-10取得之一橫截面圖。
圖11A至圖21B係展示處於各種建構階段之圖1至圖5中之短截線濾波器的一系列圖式。
參考附圖而描述本發明。該等圖未按比例繪製且其等僅用於繪示本發明。為了繪示，下文中參考實例性應用而描述本發明之若干態 樣。應瞭解：闡述諸多特定細節、關係及方法之目的為提供本發明之一完全理解。然而，一般技術者將易於認識到：可在無需該等特定細節之一或多者之情況下實踐本發明，或可使用其他方法來實踐本發明。在其他例項中，未詳細展示熟知結構或操作以避免使本發明不清楚。本發明不受限於行為或事件之所繪示排序，此係因為一些行為可依不同順序發生及/或與其他行為或事件同時發生。此外，無需全部所繪示之行為或事件用於實施根據本發明之一方法。
當一電路之尺寸約為裝置之意欲操作頻率處之一波長時，使用一分散元件模型來取代集中元件模型。在該分散元件模型中，電容性元件、電感性元件及電阻性元件(若存在)不被局部化或一起集中於離散組件內。相反，此等屬性連續分散於該電路之全部材料中。在該分散元件模型中，各電路元件被視為極其微小，且連接元件之導線被視為具有某一阻抗值之傳輸線。
本發明係關於用於RF信號之分散元件濾波器，且更特定而言，本發明係關於經設計以依大於約1GHz之頻率工作之分散元件濾波器。分散元件濾波器包含各種熟知濾波器類型，其包含短截線濾波器、梳線濾波器及邊緣耦合濾波器。此等類型之濾波器通常由形成於帶線或微帶中之元件構成。根據濾波器類型，分散濾波器元件可包括各種不同結構，其包含傳輸線短截線、傳輸線之互連段及傳輸線之相鄰部分之間之呈間隙形式之電容性耦合元件。本發明係關於用於建構此等及其他類型之分散元件濾波器之方法。所得濾波器實體尺寸較小，具有高功率處置能力、良好直線性及低損耗。
為方便起見，本文中將相對於一短截線濾波器、一梳線濾波器及一邊緣耦合濾波器而描述本發明之配置。然而，應瞭解：本發明不意欲受限於此等特定類型之分散元件濾波器。相反，本發明之概念可擴展至諸多不同分散濾波器且本文中所描述之實施例僅意欲為理解本 發明之一輔助。將首先描述實施例濾波器之各者之結構，接著大體上描述用於製造分散元件濾波器之一方法。
現參考圖1至圖5，圖中繪示一短截線濾波器100之若干視圖。該短截線濾波器形成於由一介電材料(諸如矽(Si))組成之一基板102上，但基板102亦可由諸如玻璃、矽鍺(SiGc)或砷化鎵(GaAs)之其他材料形成。該短截線濾波器亦包含界定安置於基板102上之一接地平面之一第一導電層214。該接地平面由諸如銅(Cu)之一導電材料形成。一系列短截線區段110定位於該第一導電層上。由包含終端傳輸線區段104、108及中間傳輸線區段106之一系列傳輸線區段連接該等短截線區段。終端傳輸線區段104、108用於傳送至及來自該濾波器之RF信號。中間傳輸線區段106安置於短截線區段110之相鄰者之間且連接該等相鄰者。
傳輸線區段102、104、106之各者具有參考圖1、圖2及圖3而最佳理解之一結構，該等圖展示一例示性中間傳輸線區段106之詳細橫截面圖。如圖中所繪示，傳輸線區段106具有包含圍封一內部通道226之一外遮蔽板202之一結構。外遮蔽板202由一或多個壁區段206、208、210組成，該等壁區段由諸如銅(Cu)之一導電材料之複數個層形成。在所展示實施例中，壁區段208橫向對準於壁區段206、207及210。更特定而言，壁區段208較佳地經形成使得其等實質上正交於壁區段206、207、210。用於形成外遮蔽板之壁的該導電材料之層數取決於應用，且可根據各種因數而變動。在所展示實施例中，外遮蔽板202由五層導電材料組成。此等導電材料層包含第一導電層214、第二導電層216、第三導電層218、第四導電層220及第五導電層222。各層可具有(例如)約50微米之一厚度，但不受限於此。
傳輸線區段亦包含與由外遮蔽板202界定之一中心軸大致對準之一中央導體204，使得傳輸線區段具有實質上同軸之一結構。在一些 實施例中，遮蔽板202具有呈矩形之一橫截面輪廓，如圖所展示。該中央導體亦可具有實質上呈矩形之一橫截面輪廓。相應地，傳輸線區段104、106、108可具有一矩形同軸(recta-coax)結構。本文中所描述之矩形輪廓係較佳的，此係因為其非常適合於下文中進一步詳細描述之製程。然而，應瞭解：本發明不受限於此。例如，在一些實施例中，該遮蔽板及/或該中央導體可具有其他橫截面輪廓。
如自圖2及圖3最佳所理解，由複數個突耳212使中央導體204懸置於遮蔽板內，突耳212沿著傳輸線之一伸長長度依間隔間距自壁區段一或多者延伸至中央導體。在所繪示實施例中，突耳212自相對側壁區段208延伸以支撐中央導體204。因而，突耳212延伸橫跨相對側壁區段208之間所界定之通道226之一寬度。各突耳之端部夾於形成側壁208之第二導電層及第三導電層之部分之間。本發明不受限於此，且該等突耳可另外或替代地自一或多個其他壁區段延伸。例如，該等突耳可自壁區段206及/或210延伸。根據一較佳實施例，該等突耳由一電絕緣介電材料層217形成。用於此目的之可接收介電材料包含聚乙烯、聚酯、聚碳酸酯、乙酸纖維素、聚丙烯、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚苯乙烯、聚醯胺、聚醯亞胺及苯並環丁烯。然而，本發明不受限於此，且可接受各種介電材料用於形成突耳，前提為：材料不受用於溶解一犧牲抗蝕劑之一溶劑之化學侵蝕之影響。下文中更詳細描述本發明之此態樣。
突耳使中央導體204懸置於遮蔽板內，使得中央導體與形成遮蔽板之壁區段之內表面隔開。更特定而言，中央導體由遮蔽壁之內表面包圍且與遮蔽壁之內表面隔開達一氣隙224。氣隙224充當使中央導體204與遮蔽板202電隔離之一介電質。在一些實施例中，氣隙224可填充有空氣，但任何其他氣態介電質亦可用於此目的，前提為：此氣態介電質具有特定應用可接受之介電性質。
現參考圖1、圖4及圖5，可觀察到：短截線區段110具有類似於本文中所描述之傳輸線區段之結構之一結構。如圖中所繪示，短截線區段110具有包含圍封一空腔或內部空間426之一外殼402之一結構。外殼402由一或多個壁區段406、408、410組成，該等壁區段由諸如銅(Cu)之導電材料之複數個層形成。在所展示實施例中，壁區段408橫向對準於壁區段406、410。更特定而言，壁區段408較佳地經形成使得其等實質上正交於壁區段406、410。用於形成外殼之壁的導電材料之層數取決於應用，且可根據各種因數而變動。在所展示實施例中，外殼402由五層導電材料組成。此等導電材料層包含第一導電層214、第二導電層216、第三導電層218、第四導電層220及第五導電層222。
短截線區段亦包含位於內部空間426內之一短截線元件404。各短截線電連接於傳輸線區段之各自對之間且大體上沿與各傳輸線段之一長度成橫向之一方向延伸。各短截線將具有根據一濾波器設計而選擇之一形狀。例如，在一些實施例中，當自上觀看時，各短截線可被設置為具有一大體矩形形狀之一實質上平坦元件，如圖1中所展示。然而，短截線元件不受限於此且亦可為其他形狀。
現參考圖4，可觀察到：外殼402具有呈矩形之一橫截面輪廓，如圖所展示。短截線元件亦可具有實質上呈矩形之一橫截面輪廓；然而，應瞭解，本發明不受限於此。如自圖4及圖5最佳所理解，由自壁區段之一或多者延伸之複數個突耳412使短截線元件404懸置於外殼內。突耳412沿著短截線之一周邊邊緣依間隔間距自壁區段延伸至短截線元件。在所繪示實施例中，突耳412自相對側壁區段408延伸以支撐短截線元件404。更特定而言，突耳可延伸橫跨相對側壁區段408之間所界定之內部空間之一寬度。各突耳之端部夾於形成側壁408之第二導電材料層216及第三導電材料層218之部分之間。本發明不受限於此且突耳可另外或替代地自不同層或其他壁區段延伸。例如，突耳可 自壁區段406或410延伸。根據一較佳實施例，突耳由一電絕緣介電材料層217形成。用於此目的之可接受介電材料與上文相對於傳輸線區段所描述之材料相同。
突耳使短截線元件404懸置於外殼402內，使得短截線元件與形成外殼之壁區段之內表面隔開。更特定而言，短截線元件由外殼壁之內表面包圍且與外殼壁之內表面隔開達一氣隙424。氣隙424充當使短截線元件404與外殼402電隔離之一介電質。在一些實施例中，氣隙424可填充有空氣，但任何其他氣態介電質亦可用於此目的，前提為：此氣態介電質具有特定應用可接受之介電性質。
可使用用於模型化RF結構之市售電腦模擬軟體來選擇短截線濾波器之RF特性(例如回波損耗、通頻帶、抑制頻帶、漣波等等)。用於模型化RF結構之技術在此項技術中已為吾人所熟知且因此將不再在此詳細描述。然而，應瞭解：此模型化可促進適合於各種元件(其包括濾波器)之尺寸之選擇。例如，電腦模型化可用於選擇傳輸線104、106、108之長度及橫截面尺寸。傳輸線104、106、108可具有相同或不同之橫截面尺寸及/或長度。各傳輸線之橫截面尺寸可包含由遮蔽板202界定之通道之寬度(w1)及厚度(t1)、中央導體204之寬度(w2)及厚度(t2)等等。如熟悉此項技術者將瞭解，此等尺寸之選擇將促進具有各種特性阻抗值之傳輸線之設計。
類似地，電腦模型化可用於選擇短截線元件110之數目及短截線元件之各者之實體尺寸。各短截線元件及其相關聯外殼402一般將具有不同於與短截線元件連接之中央導體204及遮蔽板202之尺寸之一或多個尺寸。例如，一短截線元件之寬度(w4)一般將不同於與其連接之中央導體之寬度(w2)。該短截線元件之其他尺寸亦可不同於中央導體之尺寸。例如，該短截線元件之厚度(t4)可不同於中央導體之厚度(t2)。因而，短截線元件一般將與其連接之各傳輸線區段間斷，使得 該等結構將具有相對不同之橫截面尺寸。再者，短截線元件110之各者可具有相同或不同尺寸。最後，電腦模型化亦可用於選擇外殼402內所界定之內部空間之寬度(w3)及高度(h3)。內部空間之寬度及高度可與遮蔽板內所含之通道之寬度及高度相同或不同。明顯地，圖1至圖5展示：五層導電材料用於形成壁208、408。將在下文中更詳細討論濾波器100之製造，但應瞭解：外殼之高度相較於遮蔽板之高度之變動需要更多或更少層之導電材料用於形成壁208、408。
現參考圖6及圖7，圖中繪示呈一梳線濾波器形式之本發明之一實施例。梳線濾波器600之某些態樣與短截線濾波器類似。相應地，共同元件符號視情況用於意指包括各實施例之對應材料層。
梳線濾波器形成於由諸如矽(Si)之一介電材料組成之一基板102上，但基板102亦可由諸如玻璃、矽鍺(SiGe)或砷化鎵(GaAs)之其他材料形成。梳線濾波器包含由安置於基板102上之一第一導電層214組成之一接地平面。該接地平面由諸如銅(Cu)之一導電材料形成。梳線濾波器包含用於傳送至及來自濾波器之RF信號之終端傳輸線區段6041、6042。終端傳輸線區段6041、6042類似於上文相對於圖2及圖3所描述之例示性傳輸線區段106。因而，例示性傳輸線區段106之先前所描述材料、結構及特徵亦可應用於終端傳輸線區段6041、6042。該等終端傳輸線區段可類似地由複數個層(例如214、216、217、218、220及222)組成，如相對於圖2及圖3所描述。在圖6中，終端傳輸線6041、6042之外遮蔽板被標示為元件符號6101、6102，且由元件符號6121、6122標示中央導體。
終端傳輸線6041、6042連接至界定一內部空間726之外殼602。該內部空間內設置包含終端元件7051及7052及中間元件704之複數個分散元件。外殼602由一或多個壁區段706、708a、708b、709a、709b、710組成，該等壁區段由複數個層之導電材料層形成。在所展示實施 例中，壁區段708a、708b橫向對準於壁區段706、710。更特定而言，壁區段708a、708b較佳地經形成使得其等實質上正交於壁區段706、710。用於形成外殼602之壁的導電材料之層數取決於應用，且可根據各種因數而變動。在所展示實施例中，外殼602由五層導電材料組成。例如，此等層可包含由第一導電層214形成之一第一導電層、第二導電層216、第三導電層218、第四導電層220及第五導電層222。終端傳輸線區段之外遮蔽板6041、6042與外殼602一體成型且與外殼602形成一電連接。中央導體6121、6122電連接至終端元件7051及7052且有助於使其等懸置於內部空間726內，如下文所描述。
終端元件及中間元件之各者大體上沿與各傳輸線6041、6042成橫向之一方向延伸。根據一濾波器設計而選擇各中間元件及終端元件之長度、寬度及厚度。類似地，根據一濾波器設計而判定終端元件及中間元件之相鄰者之間之一間隙。如圖6中所展示，終端元件及中間元件之各者可具有本質上為一矩形稜鏡之一幾何形狀。然而，終端元件及中間元件不受限於此且亦可為其他形狀。
終端元件7051、7052及中間元件704之各者在其之一端處與外殼602之一側壁一體成型。可參考圖7而理解此概念，圖7展示：一中間元件704在一第一端714處與側壁708a一體成型。該中間元件之一第二端716懸置於與一相對側壁708b隔開之一位置中，使得第二端716與側壁708b間隔達一氣隙。終端元件及中間元件交替連接至側壁708a、708b之相對者，如圖所展示。
由自壁區段之一或多者延伸之複數個突耳712使終端元件及中間元件之各者懸置於外殼內。突耳可延伸橫跨相對側壁區段708a、708b之間所界定之內部空間726之一寬度，如圖所展示。各突耳之端部夾於形成側壁708a、708b之第二導電層216及第三導電層218之部分之間。本發明不受限於此，且突耳可另外或替代地自不同層或其他壁區 段延伸或並非自以上各者延伸。例如，在一些實施例中，突耳可自壁區段706、709a、709b及/或710延伸。根據一較佳實施例，突耳由電絕緣介電材料層217形成。用於此目的之可接受介電材料與上文相對於傳輸線區段所描述之材料相同。
突耳使終端元件及中間元件懸置於外殼602內，使得各元件大體上維持與形成外殼之壁區段之內表面隔開。當然，此之例外為端部(例如端部714)，在該端部處，終端元件及中間元件一體地接合至外殼之一各自壁(例如708a、708b)。根據上述配置，除附接至側壁708a、708b之部分之外，終端元件及中間元件大體上由外殼壁之內表面包圍且與外殼壁之內表面隔開達一氣隙724。氣隙724為使元件704、7051、7052與外殼702電隔離之一介電質。在一些實施例中，氣隙724可填充有空氣，但本發明不受限於此且任何其他氣態介電質亦可用於此目的，前提為：此等氣態介電質具有特定應用可接受之介電性質。
可使用用於模型化RF結構之市售電腦模擬軟體來選擇梳線濾波器之RF特性(例如回波損耗、通頻帶、抑制頻帶、漣波等等)。用於模型化RF結構之技術在此項技術中已為吾人所熟知且因此將不再在此詳細描述。然而，應瞭解：此模型化可促進適合於各種元件(其包括濾波器)之尺寸之選擇。例如，電腦模型化可用於選擇終端傳輸線6041、6042之長度及橫截面尺寸。終端傳輸線6041、6042可具有相同或不同之橫截面尺寸及/或長度。如熟悉此項技術者將瞭解，此等尺寸之選擇將促進具有各種特性阻抗值之傳輸線之設計。
類似地，電腦模型化可用於選擇中間元件704之數目及終端元件及中間元件之各者之實體尺寸。各中間元件及終端元件704、7051、7052之各種尺寸可經調整以達成不同濾波器回應。例如，厚度(t5)、長度(l5)及寬度(w5)可經選擇以提供一所要濾波器回應。類似地，終端 元件及中間元件之相鄰者之間之一間隔或間隙可經選擇以提供一適合濾波器回應。可使用用於模型化RF結構之市售軟體來判定此等值。
由外殼602界定之內部空間726之寬度及高度可與遮蔽板6101、6102內所含之通道之寬度及高度相同或不同。將在下文中更詳細討論濾波器600之製造，但應瞭解：外殼602之高度之變動需要更多或更少層之導電材料用於形成壁708a、708b、709a、709b，且可預期此等實施例落於本發明之範疇內。
現參考圖8至圖10，圖中繪示呈一邊緣耦合濾波器800之形式之本發明之一實施例。邊緣耦合濾波器800之某些態樣與上文所描述之短截線濾波器及梳線濾波器類似。例如，該邊緣耦合濾波器可由類似於先前相對於圖1至圖7所描述之層之複數個層組成。相應地，共同元件符號視情況用於意指對應於先前圖1至圖7中所描述之材料層的圖8及圖9中之材料層。
邊緣耦合濾波器800形成於一介電基板102上且可包含形成一導電接地平面之一第一導電層214。邊緣耦合濾波器包含用於傳送至及來自濾波器之RF信號之終端傳輸線區段8041、8042。邊緣耦合濾波器亦可包含用於使兩個或兩個以上邊緣耦合區段810互連之一或多個中間傳輸線區段806。終端傳輸線區段8041、8042及(若干)中間傳輸線區段806之各者類似於上文相對於圖2及圖3所描述之例示性傳輸線區段106。因而，例示性傳輸線區段106之先前所描述材料、結構及特徵亦可應用於終端傳輸線8041、8042及(若干)中間傳輸線區段806。終端傳輸線區段8041、8042及(若干)中間傳輸線區段806亦可由先前所描述之複數個層(例如216、217、218、220及222)組成。在圖8中，終端傳輸線8041、8042之外遮蔽板被標示為元件符號8081、8082及由元件符號8121、8122標示中央導體。由元件符號813標示中間傳輸線806之外遮蔽板及由元件符號811指示中央導體。
終端傳輸線8041、8042連接至外殼810，該等外殼之各者界定一內部空間926。各外殼之內部空間內設置一分散元件，該分散元件由終端元件902a及902b(其等由一氣隙905間隔)組成。兩個或兩個以上外殼810之各者及其相關聯分散元件可具有參考圖9及圖10而最佳理解之一類似設計。然而，應瞭解：此等組件之幾何形狀及尺寸無需相同。相反，此等設計細節可經選擇以促進一特定濾波器設計。相應地，圖9及圖10中所展示之幾何形狀係例示性的且僅意欲作為理解本發明之一輔助。
各外殼810由一或多個壁區段906、908a、908b、910組成，該等壁區段由複數個層之導電材料層形成。較佳地，壁區段906實質上彼此平行對準且正交於側壁908a、908b。壁區段908a、908b經形成使得其等實質上正交於壁區段907a、907b。然而，本發明不受限於此且亦可為其他配置。例如，壁區段907a、907b之各者可與倒角邊緣909平行對準地延伸。
用於形成外殼810之壁的導電材料之層數取決於應用，且可根據各種因數而變動。在所展示實施例中，外殼810由五層導電材料組成。例如，此等層可包含由第一導電層214形成之一第一導電層、第二導電層216、第三導電層218、第四導電層220及第五導電層222，如圖所展示。如圖10中最佳所展示，終端傳輸線區段之外遮蔽板8081、8082與外殼810一體成型且與外殼810形成一電連接。中央導體8121、8122電連接至終端元件902a、902b且有助於使其等懸置於內部空間926內，如下文所描述。
根據一濾波器設計而選擇各終端元件902a、902b之精確幾何形狀及尺寸。類似地，根據一濾波器設計而判定相鄰終端元件之相對面904a、904b之間之一間隙905。如圖9及圖10中所展示，終端元件902a、902b之各者可具有一幾何形狀，其包含分別自傳輸線中央導體 (例如8121、811)延伸至一終端元件面904a、904b之倒角邊緣909。因此，由終端元件面904a、904b界定之相對較寬表面增強終端元件902a、902b之間之電容性耦合。然而，終端元件及中間元件不受限於此且亦可為其他形狀。
終端元件之各者在其之一端處與一傳輸線之一中央導體一體接合。例如，圖9及圖10中展示與終端傳輸線8121及中間傳輸線811一體成型之終端元件902a、902b。在一些實施例中，終端元件亦由自外殼之壁之一或多者延伸之複數個突耳912支撐或懸置於外殼內。該等突耳可延伸橫跨相對側壁區段908a、908b之間所界定之一內部空間之一寬度，如圖所展示。如圖9中更佳所展示，各突耳之端部夾於形成側壁之第二導電層216及第三導電層218之部分之間。本發明不受限於此且突耳可另外或替代地自不同層及/或其他壁區段延伸。例如，在一些實施例中，突耳可自壁區段906及/或910延伸。根據一較佳實施例，突耳由電絕緣介電材料層217形成。用於此目的之可接受介電材料與上文相對於傳輸線區段所描述之材料相同。
終端元件懸置於與外殼810之壁隔開之一位置中。突耳使終端元件懸置，使得各終端元件大體上維持與形成外殼之壁區段之內表面隔開。根據以上配置，終端元件及中間元件大體上由外殼之內表面包圍且與外殼壁之內表面隔開達一氣隙901。氣隙901由使終端元件與外殼電隔離之一介電質組成。在一些實施例中，該氣隙可填充有空氣，但本發明不受限於此且任何其他氣態介電質亦可用於此目的，前提為：此氣態介電質具有特定應用可接受之介電性質。
可使用用於模型化RF結構之市售電腦模擬軟體來選擇邊緣耦合濾波器之RF特性(例如回波損耗、通頻帶、抑制頻帶、漣波等等)。例如，電腦模型化可用於選擇一倒角915、終端元件面904a、904b之橫截面積及相對面之間之一距離(d)。濾波器設計可包含具有相同或不 同阻抗值之傳輸線區段。因而，終端傳輸線8041、8042及中間傳輸線區段811可具有相同或不同之一橫截面尺寸。此等傳輸線之阻抗值及長度可經選擇以促進一特定濾波器設計。
由外殼810界定之內部空間926之高度、寬度及幾何形狀可與遮蔽板8081、8082及813內所含之通道之寬度及高度不同。下文中將更詳細討論濾波器800之製造，但應瞭解：外殼810之高度之變動需要更多或更少層之導電材料用於形成壁908a、908b、907a、907b。預期全部此等實施例落於本發明之範疇內。
現將相對於圖11A至圖21B而進一步詳細描述類似於圖1至圖10中所描述之分散元件濾波器結構之分散元件濾波器結構之一製程。可使用用於產生三維微結構(其包含同軸傳輸線)之已知處理技術來製造本文中所描述之濾波器結構。例如，美國專利第7,898,356號及第7,012,489號(該等案之全文以引用的方式併入本文中)中所描述之處理方法可適用及應用於本文中所揭示之濾波器結構之製造。本文中將相對於圖1至圖5中之短截線濾波器而描述該程序，但應瞭解：類似技術可用於形成梳線濾波器、邊緣耦合濾波器及其他類型之分散元件RF濾波器。一光微影程序可用於形成各種層，如下文中所描述。光微影在此項技術中已為吾人所熟知且因此將不再在此詳細描述。然而，視情況提供該程序之一簡要解釋作為理解本發明之一輔助。此外，以下步驟之若干者被描述為使用一正型或負型光阻劑來加以實施。在各例項中，應瞭解：本發明不受限於所使用之特定類型之光阻劑。市售光阻化學試劑在各種不同應用中具有優點及缺點。相應地，基於各種因數(其包含用於形成濾波器之各種層之材料)而判定一正型或負型光阻劑之選擇。
現參考圖11A至圖11B，一第一導電層214形成安置於基板102上之一接地平面。可使用任何適合程序來施加該第一導電層。例如，可 藉由將一導電材料沈積於基板102上達一預定厚度而形成該層。可使用一適合技術(諸如化學氣相沈積(CVD))來完成該導電材料之沈積。 可在替代方案中使用其他適合技術，諸如物理氣相沈積(PVD)、濺鍍或電鍍。可使用一適合技術(諸如化學機械平坦化(CMP))來使該新形成之第一層之上表面平坦化。
在圖12A至圖12B中，藉由在第一導電層214上將一光阻材料圖案化成一所要圖案而將一光阻遮罩層1200施加於經部分建構濾波器100。如此項技術中所熟知，一光阻劑為在光微影中用於在一表面上形成一圖案化塗層之一光敏材料。一正型光阻劑一般無法溶於一光阻顯影劑溶液，除非該光阻劑曝露於一適合波長之光。使用一遮罩來有意地使該光阻劑之部分選擇性曝露於該光，使得此等曝露部分變為可溶於該光阻顯影劑。藉由將一層之光阻劑1200沈積於一表面(例如第一導體層214)上且選擇性控制該光阻劑之該等部分曝露於該光而形成可溶光阻劑之一圖案。接著，使該層之光阻劑曝露於一光阻顯影劑且使該等可溶部分溶解以產生由該光阻劑形成之一圖案。
其中已使光阻劑溶解之區域使第一導電層214之部分透過形成於光阻層1200中之開口1202之一圖案而曝露。在圖12A至圖12B中，經部分建構濾波器100上之曝露區域對應於其中將定位上述側壁區段208、407、408之位置。隨後，可在經部分建構濾波器100之曝露部分1202上沈積導電材料達一預定厚度以形成導電材料之第二導電層216，如圖13A及圖13B中所展示。接著，可使經部分建構濾波器100之新形成部分之上表面平坦化。
現參考圖14A至圖14B，一光微影程序亦可用於將一介電材料層217沈積成一預定圖案以形成突耳212、412。除沈積一介電層217而非一導電層之外，該程序類似於上文相對於圖11A至圖13B所描述之程序。此外，可有利地使用一負型光阻劑來形成介電層217。可在先前 所形成之光阻層之頂部上沈積及圖案化形成突耳212、412之介電材料，如圖14A及圖14B中所展示。
現參考圖15A至圖16B，藉由形成第三導電層218而繼續程序，第三導電層218形成中央導體204、短截線元件404、及傳輸線遮蔽板202、外殼402之側之額外部分。將一光阻層1500施加於經部分建構濾波器100。在圖15A至圖15B中，光阻層1500經圖案化使得經部分建構濾波器上之曝露區域1502對應於其中將定位上述組件(204、404)之位置。隨後，在經部分建構濾波器100之曝露區域1502中沈積導電材料達一預定厚度。此導電材料形成導電材料之第三導電層218，如圖16A及圖16B中所展示。接著，可使經部分建構濾波器100之新形成部分之上表面平坦化。
導電材料之第四導電層220形成遮蔽板202及外殼402之側之額外部分。依類似於第一層、第二層及第三層之一方式形成第四導電層。特定而言，藉由將一光阻材料施加於先前所形成之層以形成具有曝露部分1702之一光阻層1700而形成第四導電層，如圖17A及圖17B中所展示。其後，將額外導電材料沈積至曝露區域以形成第四導電層，如圖18A及圖18B中所展示。可在施加第四層之後使經部分建構濾波器100之新形成部分之上表面平坦化。
第五導電層222形成遮蔽板202及外殼402之側之額外部分(其包含壁區段206、406)。依類似於第一導電層、第二導電層、第三導電層及第四導電層之一方式形成第五導電層。特定而言，藉由將光阻劑施加於先前所形成之層以形成一光阻層1900而形成第五導電層，如圖19A及圖19B中所展示。將額外導電材料沈積至曝露區域1902以形成第五導電層222，如圖20A及圖20B中所展示。可在施加第五層之後使經部分建構濾波器100之新形成部分之上表面平坦化。
現參考圖1至圖5及圖11A至圖20B，以上步驟之結果為包含配置 成一堆疊之一材料之複數個層的一濾波器總成。該堆疊包含形成至少一傳輸線(其包含一遮蔽板202及同軸安置於該遮蔽板內之一中央導體204)之導電材料層(214、216、218、220、222)。該等導電材料層亦形成電耦合至該中央導體之至少一分散濾波器元件(例如短截線區段404)及電耦合至遮蔽板202之至少一外殼402。該外殼由圍封至少一分散濾波器元件之壁組成。該濾波器總成亦包含經配置以形成兩個或兩個以上突耳之介電材料之一或多個層217，該等突耳沿著中央導體之一伸長長度依間隔間距自至少一遮蔽壁208延伸至中央導體204。一或多個突耳412亦支撐分散濾波器元件404。犧牲材料(即，光阻劑)之一或多個層填充由遮蔽板界定之通道，該通道包含介於中央導體與一或多個遮蔽壁之各者之間之一餘隙空間。該犧牲材料亦填充由至少一外殼界定之一內部空間，該內部空間包含介於至少一分散濾波器元件與複數個外殼壁之各者之間之一第二餘隙空間。該犧牲材料在包含該等突耳之形成之一製程期間支撐中央導體及分散濾波器元件。可在完成該製程之後選擇性溶解該犧牲材料，且不引起由導電材料及介電材料形成之結構受損或降解。
自遮罩步驟之各者剩餘之光阻材料係一犧牲材料，如圖21A及圖21B中所描繪，可在已完成第五導電層之施加之後(例如)藉由將光阻材料曝露於引起光阻材料蒸發或溶解之一適當溶劑而移除或釋放該犧性材料。該溶劑可經選擇使得其能夠溶解已通過固化、烘焙等等之多個循環之犧牲光阻材料。
儘管已相對於一或多項實施方案而繪示及描述本發明，但其他熟悉此項技術者將在閱讀及理解本說明書及附圖之後進行等效替代及修改。另外，儘管已相對於若干實施方案之僅一者而揭示本發明之一特定特徵，但此特徵可與任何給定或特定應用所期望或有利於任何給定或特定應用之其他實施方案之一或多個其他特徵組合。因此，本發 明之廣度及範疇不應受限於以述實施例之任何者。相反，應根據以下申請專利範圍及其等效物而界定本發明之範疇。
100‧‧‧短截線濾波器/射頻(RF)濾波器
102‧‧‧基板/傳輸線區段
104‧‧‧傳輸線/終端傳輸線區段
106‧‧‧傳輸線/中間傳輸線區段
108‧‧‧傳輸線/終端傳輸線區段
110‧‧‧短截線區段/短截線元件
204‧‧‧中央導體
212‧‧‧突耳
214‧‧‧第一導電層
404‧‧‧短截線元件
412‧‧‧突耳

Claims (10)

  1. 一種用於建構一射頻濾波器之方法，其包括：將包含一導電材料、一介電材料及一犧牲材料之各者之至少一層的複數個層沈積於一介電基板之一表面上；控制導電材料之該至少一層之一沈積以形成：至少一傳輸線，其包含一遮蔽板及同軸安置於該遮蔽板內之一中央導體，至少一分散濾波器元件，其電耦合至該中央導體，及至少一外殼，其電耦合至該遮蔽板且包含圍封該至少一分散濾波器元件之複數個外殼壁；及溶解該犧牲材料之該至少一層以形成：一通道，其安置於該至少一遮蔽板內，該通道包含介於該中央導體與一或多個遮蔽壁之各者之間之一第一餘隙空間，藉此該中央導體駐留於該通道中與該等遮蔽壁隔開，及一內部空間，其安置於該至少一外殼內，該內部空間包含介於該至少一分散濾波器元件與該複數個外殼壁之各者之間之一第二餘隙空間，藉此該至少一分散濾波器元件駐留於該內部空間中與該等外殼壁隔開。
  2. 如請求項1之方法，其進一步包括：控制介電材料之該至少一層之一沈積以形成用於使該中央導體懸置於該通道內之自該至少一遮蔽壁延伸至該中央導體之複數個第一突耳。
  3. 如請求項2之方法，其進一步包括：控制介電材料之該至少一層之該沈積以沿著該中央導體之一伸長長度依間隔間距定位該複數個第一突耳之各者。
  4. 如請求項3之方法，其中該溶解步驟進一步包括：溶解該複數個 第一突耳之相鄰者之間之該犧牲材料。
  5. 如請求項1之方法，其進一步包括：控制介電材料之該至少一層之一沈積以形成用於使該至少一分散濾波器元件懸置於該內部空間內之自該複數個外殼壁之至少一者延伸至該至少一分散濾波器元件之複數個第二突耳。
  6. 如請求項1之方法，其進一步包括：控制導電材料之該至少一層之該沈積以在該內部空間內形成複數個該分散濾波器元件。
  7. 如請求項1之方法，其進一步包括：控制導電材料之該至少一層之該沈積以在該等分散濾波器元件之至少一者與該等外殼壁之一者之間提供一流電連接。
  8. 如請求項1之方法，其進一步包括：控制導電材料之該至少一層之該沈積以形成具有在將一RF信號施加於該至少一傳輸線時獲得一預定頻率回應所需之一預定長度、寬度及厚度之該至少一分散濾波器元件。
  9. 如請求項1之方法，其進一步包括：控制導電材料之該至少一層之該沈積以形成流電地連接至該傳輸線中央導體之該至少一分散濾波器元件作為一短截線。
  10. 如請求項1之方法，其進一步包括：控制導電材料之該至少一層之該沈積以形成包含與一第二傳輸線端面間隔達一間隙之一第一傳輸線端面之該至少一分散濾波器元件。
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