專利名稱：基于微機(jī)電系統(tǒng)的倒置微帶傳輸線及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種倒置微帶傳輸線及其制造方法，具體是一種基于微機(jī)電系統(tǒng)的倒置微帶傳輸線及其制造方法。屬于通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
微電子技術(shù)的發(fā)展促使元器件不斷微型化、集成化，與此相應(yīng)，作為微波電路系統(tǒng)主要互聯(lián)元件之一的微波傳輸線，同樣經(jīng)歷尺度逐漸變小的技術(shù)進(jìn)步過(guò)程。然而，加工線寬不斷變小，導(dǎo)致傳輸線的導(dǎo)體損耗顯著增大，從而傳統(tǒng)的傳輸線不能滿足需要，因此，降低微波傳輸線的導(dǎo)體損耗成為一個(gè)非常重要的研究問(wèn)題。基于上述目的，一些基于MEMS技術(shù)的低損耗共面波導(dǎo)傳輸線設(shè)計(jì)應(yīng)運(yùn)而生。
經(jīng)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，付佳輝等人在《電子器件》，第26卷，第2期上發(fā)表的“微機(jī)械傳輸線的毫米波應(yīng)用”，該文指出它們都不同程度地降低了傳輸線的損耗，但是，它們都需要濕法刻硅制作V型槽，特別是薄膜支撐共面波導(dǎo)需要很復(fù)雜的薄膜技術(shù)和鍵合工藝，工藝復(fù)雜與集成電路工藝不兼容，從而限制了他們的應(yīng)用。與共面波導(dǎo)相比，微帶線的傳輸損耗通常更低，特別是倒置微帶傳輸線的優(yōu)勢(shì)更加明顯，但是，在傳統(tǒng)的倒置微帶傳輸線結(jié)構(gòu)中，金屬導(dǎo)帶與接地面分別位于不同的平面內(nèi)，集成設(shè)計(jì)和制造的難度很大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)背景技術(shù)中的不足，在傳統(tǒng)倒置微帶傳輸線的基礎(chǔ)上，結(jié)合微細(xì)加工技術(shù)的原理和規(guī)則，提出了一種基于微機(jī)電系統(tǒng)的倒置微帶傳輸線及其制造方法，使其得到一種無(wú)輻射損耗、寬阻、低損耗的微波信號(hào)微機(jī)電系統(tǒng)傳輸線。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明倒置微帶傳輸線包括介質(zhì)襯底、信號(hào)線金屬條帶、左接地線金屬條帶、右接地線金屬條帶和金屬膜橋。左右接地線金屬條帶和信號(hào)線金屬條帶都位于介質(zhì)襯底的上表面，金屬膜橋連接信號(hào)線兩側(cè)的左右兩接地線金屬條帶，呈拱形懸空覆蓋在信號(hào)線金屬條帶上方，共同構(gòu)成了倒置微帶傳輸線的金屬接地面。
介質(zhì)襯底的性質(zhì)對(duì)傳輸線的技術(shù)指標(biāo)有直接影響，襯底材料的介電常數(shù)和損耗系數(shù)主宰著傳輸線的基本工作參數(shù)，襯底材料的厚度、表面平整度、電導(dǎo)率等也對(duì)加工和損耗有顯著影響。常用的微波電路介質(zhì)材料如砷化鎵、高阻硅、氧化鋁、玻璃、復(fù)合介質(zhì)材料等均可以采用。一旦選定了襯底材料，介質(zhì)襯底的關(guān)鍵物理參數(shù)如介電常數(shù)、導(dǎo)電性、損耗常數(shù)等便基本確定。介質(zhì)襯底的厚度從微加工要求的角度，可以取100微米到毫米級(jí)，更厚沒(méi)有明確的限制。
介質(zhì)襯底的表面應(yīng)該具有較好的平整度，否則不利于精細(xì)結(jié)構(gòu)的尺寸控制，還有可能增加損耗。一般適用于微加工的襯底都可以滿足要求，比較粗糙的表面經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的研磨加工也可以滿足需要。
信號(hào)線金屬條帶和接地線金屬條帶材料可以選擇導(dǎo)電性良好的銅、銀或者金，當(dāng)然也可以采用鎳或者其它合金，金屬條帶的厚度對(duì)整體傳輸線的損耗有一定影響，厚度應(yīng)大于此傳輸頻率下金屬材料趨膚厚度的2～3倍。特別是信號(hào)線金屬條帶的厚度影響更為明顯，一般可以取微米級(jí)到數(shù)十微米厚度。
金屬膜橋可以采用金屬條帶同樣的材料，膜橋以信號(hào)線兩側(cè)的左右接地線金屬條帶為基礎(chǔ)構(gòu)造，其側(cè)壁可以類似橋墩那樣單獨(dú)成型，也可以與橋面部分一次性成型，金屬膜橋的橫截面可以采用近似矩形，也可以采用近似半圓的拱形。
本發(fā)明倒置微帶傳輸線采用微機(jī)械加工技術(shù)集成制造，先用掩膜電鍍方法在介質(zhì)襯底上制備信號(hào)線金屬條帶和接地線金屬條帶，然后借助犧牲層工藝構(gòu)造連接兩側(cè)接地線金屬條帶并懸空覆蓋信號(hào)線的金屬膜橋，得到無(wú)輻射損耗、寬阻、低損耗的微波信號(hào)倒置微帶傳輸線。
以下對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的限定，具體步驟如下a.在打好底的介質(zhì)襯底上甩一層薄光刻膠，厚度為2μm～8μm，優(yōu)選值為5μm，光刻后形成用來(lái)電鍍的掩膜，然后電鍍使所鍍金屬與光刻膠厚度相同，金屬材料可為銅、銀、鎳或者其它合金等，從而得到信號(hào)線金屬條帶、信號(hào)線兩邊的接地線金屬條帶；b.在步驟a的基礎(chǔ)上甩一層光刻膠，厚度與所設(shè)計(jì)的膜橋高度相等，范圍可為5μm～100μm，優(yōu)選值為15μm，光刻后形成掩膜，然后電鍍使所鍍金屬與光刻膠表面相平，金屬材料可與a中金屬材料相同，從而得到膜橋的側(cè)壁；c.在步驟b的基礎(chǔ)上一層薄膠，厚度為2μm～8μm，優(yōu)選值為5μm，然后掩膜電鍍得到膜橋頂部，金屬材料與a中金屬材料相同；
d.去膠，將埋在膜橋下面的犧牲層去掉后就形成了懸空的金屬膜橋，去膠溶液可用KOH溶液或丙酮溶液，然后去底膜，從而得到倒置微帶傳輸線。
本發(fā)明方法創(chuàng)新之處就是多次利用微機(jī)械技術(shù)中的甩膠、光刻、掩膜電鍍、然后去除犧牲層工藝制作微帶線，工藝簡(jiǎn)單，可將微帶線的精度控制在微米量級(jí)。
本發(fā)明中倒置微帶傳輸線的信號(hào)線被金屬膜橋覆蓋，從而避免了輻射損耗。對(duì)于傳統(tǒng)共面波導(dǎo)，當(dāng)特征阻抗較低時(shí)，電流幾乎全部分布在金屬條帶邊沿，從而造成金屬損耗大，但是對(duì)于本發(fā)明的倒置微帶傳輸線，電流可分布在膜橋的下表面和信號(hào)線金屬條帶的表面，從而它的特征阻抗可以更低，即具有寬阻特性。正因?yàn)殡娏骺煞植荚谀虻南旅婧托盘?hào)線金屬條帶的表面，造成了比較低的表面電阻，從而它具有損耗低這個(gè)優(yōu)點(diǎn)。本制備方法采用微細(xì)加工工藝，具有可批量生產(chǎn)、低成本、跟集成電路工藝兼容性好的優(yōu)點(diǎn)?？傊?，本發(fā)明的倒置微帶傳輸線是一種無(wú)輻射損耗、寬阻、低損耗的微波信號(hào)微機(jī)電系統(tǒng)傳輸線。


圖1本發(fā)明倒置微帶傳輸線結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
如圖1所示，本發(fā)明倒置微帶傳輸線包括介質(zhì)襯底1、信號(hào)線金屬條帶2、左接地線金屬條帶3、右接地線金屬條帶4和金屬膜橋5。左接地線金屬條帶3、右接地線金屬條帶4和信號(hào)線金屬條帶4都位于介質(zhì)襯底1的上表面，金屬膜橋5連接信號(hào)線金屬條帶2兩側(cè)的左接地線金屬條帶3、右接地線金屬條帶4，呈拱形懸空覆蓋在信號(hào)線金屬條帶2上方，共同構(gòu)成了倒置微帶傳輸線的金屬接地面。
金屬膜橋5以信號(hào)線金屬條帶2兩側(cè)的左右接地線金屬條帶3和4為基礎(chǔ)構(gòu)造，其側(cè)壁類似橋墩那樣單獨(dú)成型，或者與橋面部分一次性成型。
金屬膜橋5的橫截面采用近似矩形，或者采用近似半圓的拱形。結(jié)構(gòu)各部分的厚度在數(shù)微米之上均可。
信號(hào)線金屬條帶2和接地線金屬條帶3、4均采用掩膜電鍍方法制備，材料選擇導(dǎo)電性良好的銅、銀或者金，或者采用鎳或者其它合金。
以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的理解。
實(shí)施例150Ω?jìng)鬏斁€制作方法步驟1.在氧化鋁介質(zhì)襯底上掩膜電鍍金屬銅，以構(gòu)成在同一平面上的信號(hào)線金屬條帶和接地線金屬條帶，其中氧化鋁介質(zhì)厚度選為400μm，金屬銅厚度選為6μm，信號(hào)線金屬條帶寬度選為16μm，信號(hào)線與接地線之間的槽寬選為32μm；2.甩厚度為15μm的光刻膠，光刻后以形成掩膜，然后電鍍高度為15μm的金屬銅，以得到高度為15μm的金屬膜橋的兩側(cè)壁；3.掩膜電鍍金屬銅以連接兩側(cè)壁，構(gòu)成金屬膜橋的頂部，金屬銅厚度選為6μm；4.去除光刻膠和底膜，包括金屬膜橋下面充當(dāng)犧牲層的光刻膠，最后得到倒置微帶傳輸線結(jié)構(gòu)。
此工藝制作的倒置微帶線傳輸?shù)奶卣髯杩篂?0Ω，傳輸損耗可降為0.4dB/cm。
實(shí)施例230Ω?jìng)鬏斁€制作步驟1.在氧化鋁介質(zhì)襯底上掩膜鍍金屬銅，以構(gòu)成在同一平面的信號(hào)線金屬條帶和接地線金屬條帶，其中氧化鋁介質(zhì)厚度選為400μm，金屬銅厚度選為4μm，信號(hào)線金屬條帶寬度選為40μm，信號(hào)線與接地線之間的槽寬選為20μm；2.甩厚度為15μm的光刻膠，光刻后以形成掩膜，然后電鍍高度為15μm的金屬銅，以得到高度為15μm的金屬膜橋的兩側(cè)壁；3.掩膜電鍍金屬銅以連接兩側(cè)壁，構(gòu)成金屬膜橋的頂部，金屬銅厚度選為4μm；4.去除光刻膠和底膜，包括金屬膜橋下面充當(dāng)犧牲層的光刻膠，最后得到倒置微帶傳輸線結(jié)構(gòu)。
此工藝制作的倒置微帶線傳輸?shù)奶卣髯杩篂?0Ω，傳輸損耗可降為0.5dB/cm。
實(shí)施例350Ω?jìng)鬏斁€制作步驟1.在氧化鋁介質(zhì)襯底上掩膜鍍金屬銅，以構(gòu)成在同一平面的信號(hào)線金屬條帶和接地線金屬條帶，其中氧化鋁介質(zhì)厚度選為400μm，金屬銅厚度選為5μm，信號(hào)線金屬條帶寬度選為10μm，信號(hào)線與接地線之間的槽寬選為20μm；2.甩厚度為15μm的光刻膠，光刻后以形成掩膜，然后電鍍高度為15μm的金屬銅，以得到高度為15μm的金屬膜橋的兩側(cè)壁；3.掩膜電鍍金屬銅以連接兩側(cè)壁，構(gòu)成金屬膜橋的頂部，金屬銅厚度選為5μm；
4.去除光刻膠和底膜，包括金屬膜橋下面充當(dāng)犧牲層的光刻膠，最后得到倒置微帶傳輸線結(jié)構(gòu)。
此工藝制作的倒置微帶線傳輸?shù)奶卣髯杩篂?0Ω，傳輸損耗可降為0.65dB/cm。
權(quán)利要求
1.一種基于微機(jī)電系統(tǒng)的倒置微帶傳輸線，包括介質(zhì)襯底(1)、信號(hào)線金屬條帶(2)、接地線金屬條帶(3)、接地線金屬條帶(4)和金屬橋(5)，其特征在于，左接地線金屬條帶(3)、右接地線金屬條帶(4)和信號(hào)線金屬條帶(4)都位于介質(zhì)襯底(1)的上表面，金屬膜橋(5)連接信號(hào)線金屬條帶(2)兩側(cè)的左接地線金屬條帶(3)、右接地線金屬條帶(4)，呈拱形懸空覆蓋在信號(hào)線金屬條帶(2)上方，共同構(gòu)成了倒置微帶傳輸線的金屬接地面。
2.如權(quán)利要求1所述的基于微機(jī)電系統(tǒng)的倒置微帶傳輸線，其特征是，金屬膜橋(5)以信號(hào)線金屬條帶(2)兩側(cè)的左右接地線金屬條帶(3)和(4)為基礎(chǔ)構(gòu)造，其側(cè)壁類似橋墩那樣單獨(dú)成型，或者與橋面部分一次性成型。
3.如權(quán)利要求1或2所述的基于微機(jī)電系統(tǒng)的倒置微帶傳輸線，其特征是，金屬橋(5)的橫截面形狀為方形或者近似半圓拱形。
4.一種基于微機(jī)電系統(tǒng)的倒置微帶傳輸線的制造方法，其特征在于，采用微機(jī)械加工技術(shù)集成制造，先用掩膜電鍍方法在介質(zhì)襯底上制備信號(hào)線金屬條帶和接地線金屬條帶，然后借助犧牲層工藝構(gòu)造連接兩側(cè)接地線金屬條帶并懸空覆蓋信號(hào)線的金屬膜橋，從而得到倒置微帶傳輸線。
5.如權(quán)利要求4所述的基于微機(jī)電系統(tǒng)的倒置微帶傳輸線的制造方法，其特征是，以下對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的限定，具體步驟如下a.在打好底的介質(zhì)襯底上甩一層薄光刻膠，厚度為2μm～8μm，優(yōu)選值為5μm，光刻后形成用來(lái)電鍍的掩膜，然后電鍍使所鍍金屬與光刻膠厚度相同，金屬材料可為銅、銀、鎳或者其它合金等，從而得到信號(hào)線金屬條帶、信號(hào)線兩邊的接地線金屬條帶；b.在步驟a的基礎(chǔ)上甩一層光刻膠，厚度與所設(shè)計(jì)的膜橋高度相等，范圍可為5μm～100μm，優(yōu)選值為15μm，光刻后形成掩膜，然后電鍍使所鍍金屬與光刻膠表面相平，金屬材料可與a中金屬材料相同，從而得到膜橋的側(cè)壁；c.在步驟b的基礎(chǔ)上一層薄膠，厚度為2μm～8μm，優(yōu)選值為5μm，然后掩膜電鍍得到膜橋頂部，金屬材料與步驟a中金屬材料相同；d.去膠，將埋在膜橋下面的犧牲層去掉后就形成了懸空的金屬膜橋，去膠溶液可用KOH溶液或丙酮溶液，然后去底膜，從而得到倒置微帶傳輸線。
全文摘要
一種基于微機(jī)電系統(tǒng)的倒置微帶傳輸線及其制造方法。屬于通信技術(shù)領(lǐng)域。倒置微帶傳輸線包括介質(zhì)襯底、信號(hào)線金屬條帶、左接地線金屬條帶、右接地線金屬條帶和金屬膜橋。左右接地線金屬條帶和信號(hào)線金屬條帶都位于介質(zhì)襯底的上表面，金屬膜橋連接信號(hào)線兩側(cè)的左右兩接地線金屬條帶，呈拱形懸空覆蓋在信號(hào)線金屬條帶上方，共同構(gòu)成了倒置微帶傳輸線的金屬接地面。該倒置微帶傳輸線采用微機(jī)械加工技術(shù)集成制造，先用掩膜電鍍方法在介質(zhì)襯底上制備信號(hào)線金屬條帶和接地線金屬條帶，然后借助犧牲層工藝構(gòu)造連接兩側(cè)接地線金屬條帶并懸空覆蓋信號(hào)線的金屬膜橋，得到倒置微帶傳輸線。本方法倒置微帶傳輸線無(wú)輻射損耗、寬阻、低損耗。
文檔編號(hào)H01P3/08GK1555107SQ200310122738
公開(kāi)日2004年12月15日 申請(qǐng)日期2003年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月19日
發(fā)明者蔣振新, 丁桂甫, 李永海, 曹瑩 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)