[发明专利]一种矩形波导传输器件的微机械制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种矩形波导传输器件的微机械制备方法，尤其是W波段（ 75 - 110 GHz）以上频段的基于电感膜片的滤波器、功分器等矩形波导传输器件的微机械加工方法，属于微电子机械系统与微波交叉的技术领域。

背景技术

对于通信、雷达系统而言，滤波器更是一种至关重要的射频器件。滤波器在微波通信、微波导航、遥测遥控、卫星通信以及军事电子对抗领域的需求量不断增大。随着科学技术的发展以及应用需求的牵引，无线电向越来越高的频段发展，特别是W波段以上频段，通常叫做太赫兹（THz）频段，处于光子学与电子学的空白地带，同时它是电磁波在大气传播的窗口，它们是未来无线电发展的方向。由于受器件工作原理的限制，普通的波导滤波器在频率比较低的频段的体积比较大，可以采用普通机械加工手段进行制备，但是随着工作频率的上升，滤波器的尺寸减小，普通机械加工无法完成。根据麦克斯韦方程组的解，波长越短，相关的射频器件（波导、滤波器、功分器、天线等）尺寸规格越小。并且由于趋肤效应和相关的射频损耗对器件的内部表面粗糙度提出了很苛刻的要求。采用目前的传统加工制备工艺很难实现。一种加工方法是基于铣磨抛的传统机械加工工艺，很难加工出如此小的紧密器件，加工误差较大；另一种方法是微电子和超大规模集成电路制备技术，但是很难制备尺度为几百微米的三维结构。

微波滤波器的种类很多，分类方法多种多样，其中根据传输线形式可分为波导滤波器、同轴线型滤波器、带线、微带线滤波器等，通常将由微带线所组成的滤波器称为平面滤波器，其余传输线构成的滤波器成为立体滤波器。传统的衬底支撑的微带或共面波导滤波器缺点是介电损耗、辐射损耗大，适用范围被限制在亚毫米波频率以下。波导滤波器由于完全采用矩形波导的结构实现，避免了电磁辐射和介质损耗，相比于其他类型的滤波器有高Q值、低插损、功率容量大的特点。但是对于采用传统精密机械加工频率达100GHz以上（THz频段）的滤波器却非常困难，而微机械加工技术（MEMS）是一种非常有效的解决方法。微机械制备技术主要采用光刻、腐蚀、电镀等工艺获得复杂的微细结构，加工精度在1μm量级，大大优于传统精密机械加工水平；最大纵向加工尺寸达到1mm，远远大于是微电子和超大规模集成电路制备水平。因此，微机械加工技术是超高频率器件特别是太赫兹频段器件的有效加工手段。

截止目前，对于W波段及其以上频段的矩形波导传输器件的研究报道还很少，主要难点就是加工工艺。其中文献【W. H. Chow, A. Champion, and D. P. Steenson, “Measurements to 320GHz of millimetre-wave waveguide components made by high precision and economic micro-machining techniques,” in Proc. High Freq.Postgraduate Student Colloq., Sep. 8–9, 2003, pp. 90–93.】中报道了一种采用MEMS技术加工的D波段 (110-170 GHz), G波段  (140-220 GHz) 和Y波段(220-325GHz)的矩形波导结构。主要制备方法是首先采用衬底上旋涂SU-8胶并固化，然后在SU-8胶上刻蚀出矩形波导的按照E面分割的一半结构，最后将两部分E面相对装入金属夹具中组合成完整的矩形波导结构。这种方法工艺复杂、对准困难、成品率低。文献【Sammoura F, Fuh Y K, LIN Li-wei. Micromachined plastic W-band bandpass filters [J]. Sensors and Actuators, A: Physical, 2008, 147(1): 47-51.】采用微模压法获得了一种应用于W波段的矩形波导滤波器，缺点是需要高精度的模板、成本高、工艺复杂。

发明内容

为了解决目前W波段及其以上频段的矩形波导传输器件难以加工实现问题，本发明提出了一种矩形波导传输器件的微机械制备方法，尤其适用于制备W波段及其以上频段的矩形波导滤波器、功分器等无源传输器件。本发明的方法主要采用微机械深槽刻蚀（DRIE）技术一次刻蚀加工出谐振腔体内部电路结构，内部整体镀金和三层键合形成波导传输器件谐振腔完整腔体结构。其主要优点是工艺精度高、成本低、工艺步骤少、可批量化生产。