一种柔性射频应变可调无源带阻滤波器及其制造方法与流程

本发明涉及一种滤波器。特别是涉及一种具有可调滤波结构的柔性射频应变可调无源带阻滤波器及其制造方法。

背景技术：

随着柔性电子的不断发展，柔性器件和电路的工作频率也越来越高，达到射频级别。各种低频的干扰信号越来越多，这需要带阻滤波器来分离有用信号和干扰信号，对特定频率的信号进行选择并滤除。

目前，在射频器件与集成电路领域的主要是通过可变电容组成可调谐无源带阻滤波器。这种可调无源滤波器具有结构比较复杂，寄生效应大等缺点。而MEMS可调滤波器由于品质系数高，易于集成等特点在现阶段得到了极大的发展，但还是没有摆脱结构复杂和寄生效应多等缺点。因此已有的主要的可调带阻无源滤波器有比较差的抗干扰能力和灵敏度。而在柔性射频集成电路领域还没有可应用的可调滤波器，专利CN203811124U中提出了一种通过晶体管在不同应变下的S参数的变化设计的柔性射频应变传感器。此传感器说明柔性器件在不同的应变条件下会导致S参数的变化。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够通过柔性器件的应变调节滤波频率的大小，结构简单，灵敏度高，并且寄生效应少的柔性射频应变可调无源带阻滤波器及其制造方法。

本发明所采用的技术方案是：一种柔性射频应变可调无源带阻滤波器，包括衬底和设置在衬底上面的绝缘层，所述的衬底上且位于所述绝缘层内分别设置有第一螺旋电感的中心电极、第一MIM电容的的底层金属、第二螺旋电感的中心电极以及第二MIM电容的底层金属，其中，所述第一MIM电容的的底层金属上且位于所述绝缘层内由下至上内依次设置有第一MIM电容的介质层和第一MIM电容的上极板，所述第二MIM电容的底层金属上且位于所述绝缘层内由下至上内依次设置有第二MIM电容的介质层和第二MIM电容的上极板，所述第一螺旋电感的中心电极通过第一通孔连接位于所述绝缘层上端面上的第一螺旋电感的输入端，所述第一MIM电容的底层金属通过第二通孔连接位于所述绝缘层上端面上的第一MIM电容的输入端，所述第一MIM电容的上极板通过第三通孔连接位于所述绝缘层上端面上的第一MIM电容的输出端，所述第二螺旋电感的中心电极通过第四通孔连接位于所述绝缘层上端面上的第二螺旋电感的输入端，第二MIM电容的底层金属通过第五通孔连接位于所述绝缘层上端面上的第二MIM电容的输入端，第二MIM电容的上极板通过第六通孔连接位于所述绝缘层上端面上的第二MIM电容的输出端，在所述绝缘层的上端面还设置有柔性射频应变可调无源带阻滤波器的输入端、柔性射频应变可调无源带阻滤波器的输出端、地端、第一螺旋电感的输出端和第二螺旋电感的输出端，所述第一螺旋电感的输入端通过金属互连线分别连接所述柔性射频应变可调无源带阻滤波器的输入端和第一MIM电容的输入端，所述第一MIM电容的输出端通过金属互连线分别连接所述第一螺旋电感的输出端和第二MIM电容的输出端，所述第二MIM电容的输出端还通过金属互连线连接柔性射频应变可调无源带阻滤波器的输出端，所述第二螺旋电感的输入端通过金属互连线连接第二MIM电容的输入端，所述第二螺旋电感的输出端通过金属互连线连接地端。

所述的第一螺旋电感的中心电极、第一MIM电容的的底层金属、第二螺旋电感的中心电极以及第二MIM电容的底层金属构成底层金属层；所述的第一MIM电容的上极板和第二MIM电容的上极板构成上层金属层；所述柔性射频应变可调无源带阻滤波器的输入端、第一螺旋电感的输入端、第一MIM电容的输入端、第一MIM电容的输出端、第一螺旋电感的输出端、第二螺旋电感的输入端、第二MIM电容的输入端、第二MIM电容的输出端、柔性射频应变可调无源带阻滤波器的输出端、第二螺旋电感的输出端、地端、金属互连线、第一螺旋电感的螺旋主体部分和第二螺旋电感的螺旋主体部分构成顶层金属层。

一种柔性射频应变可调无源带阻滤波器的制造方法，包括如下步骤：

1)衬底准备：选用PET作为衬底，用氢氟酸和等离子水清洗；

2)用底层金属层的掩模板进行光刻，并采用真空电子束依次采蒸发淀积30nm厚度的Ti和400nm厚度的Au形成底层金属层，作为第一MIM电容的底层金属、第二MIM电容的底层金属、第一螺旋电感的中心电极和第二螺旋电感的中心电极，然后用丙酮溶液和超声发生器剥离底层金属层；

3)分别在第一MIM电容的底层金属和第二MIM电容的底层金属上淀积SiO层：光刻并采用真空电子束蒸发淀积形成200nm厚度的SiO介质层，作为第一MIM电容的介质层和第二MIM电容的介质层；

4)光刻并采用真空电子束依次蒸发淀积30nm厚度的Ti和400nm厚度的Au形成上层金属，作为第一MIM电容的上极板和第二MIM电容的上极板，然后用丙酮溶液和超声发生器将SiO介质层和上层金属一起进行剥离；

5)均匀地旋涂一层1.0um厚度的SU_8光刻胶构成SU_8的绝缘层，将绝缘层并进行光刻形成通孔，然后对SU_8的绝缘层进行坚膜；

6)在绝缘层的上端面分别形成柔性射频应变可调无源带阻滤波器的输入端、第一螺旋电感的输入端、第一MIM电容的输入端、第一MIM电容的输出端、第一螺旋电感的输出端、第二螺旋电感的输入端、第二MIM电容的输入端、第二MIM电容的输出端、柔性射频应变可调无源带阻滤波器的输出端、第二螺旋电感的输出端、地端、金属互连线、第一螺旋电感的螺旋主体部分和第二螺旋电感的螺旋主体部分构成顶层金属层。

步骤5)所述的通孔包括：连接第一螺旋电感的中心电极的第一通孔、连接第一MIM电容的底层金属的第二通孔、连接第一MIM电容的上极板的第三通孔、第二螺旋电感的中心电极的第四通孔、连接第二MIM电容的底层金属的第五通孔和连接第二MIM电容的上极板的第六通孔。

步骤6)包括：在绝缘层的上端面均匀地旋涂一层光刻胶并进行光刻，然后采用真空电子束依次采蒸发淀积30nm厚度的Ti和1.5um厚度的Au构成顶层金属层，分别作为柔性射频应变可调无源带阻滤波器的输入端、第一螺旋电感的输入端、第一MIM电容的输入端、第一MIM电容的输出端、第一螺旋电感的输出端、第二螺旋电感的输入端、第二MIM电容的输入端、第二MIM电容的输出端、柔性射频应变可调无源带阻滤波器的输出端、第二螺旋电感的输出端、地端、金属互连线、第一螺旋电感的螺旋主体部分和第二螺旋电感的螺旋主体部分，用丙酮和超声发生器进行对金属层M3进行剥离，进而形成柔性射频应变可调无源带阻滤波器。

本发明的一种柔性射频应变可调无源带阻滤波器及其制造方法，没有包含特殊的材料也没有引进复杂特殊的工艺步骤，结构简单，灵敏度高，并且寄生效应少。并且本发明与其他的柔性微波射频器件的工艺相兼容。因此，应用本发明的柔性射频应变可调无源带阻滤波器易于实现可弯曲、应变可调，带阻滤波的特性。

附图说明

图1是本发明柔性射频应变可调无源带阻滤波器的整体结构示意图；

图2是本发明柔性射频应变可调无源带阻滤波器的俯视图；

图3是本发明柔性射频应变可调无源带阻滤波器的测量示意图。

图中

1：衬底 2：绝缘层

3a：第一螺旋电感的中心电极 3b：第一MIM电容的的底层金属

3c：第二螺旋电感的中心电极 3d：第二MIM电容的底层金属

4a：第一MIM电容的介质层 4b：第二MIM电容的介质层

5a：第一MIM电容的上极板 5b：第二MIM电容的上极板

61：第一通孔 62：第二通孔

63：第三通孔 64：第四通孔

65：第五通孔 66：第六通孔

7：第一螺旋电感的输入端 8：第一螺旋电感的输出端

9：第一MIM电容的输入端 10：第一MIM电容的输出端

11：第二螺旋电感的输入端 12：第二螺旋电感的输出端

13：第二MIM电容的输入端 14：第二MIM电容的输出端

15：柔性射频应变可调无源带阻滤波器的输入端

16：柔性射频应变可调无源带阻滤波器的输出端

17：地端 18：金属互连线

19：柔性射频应变可调无源带阻滤波器 20：射频电缆

21：网络分析仪 22：外部载荷

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的一种柔性射频应变可调无源带阻滤波器及其制造方法做出详细说明。

本发明的一种柔性射频应变可调无源带阻滤波器及其制造方法，主要结构包括柔性衬底，电容和电感，SU_8介质层以及用于测试的输入端和输出端。电容采用金属-绝缘层-金属(MIM)结构，电感采用螺旋结构。建立在柔性衬底上的射频电容和电感连接成带阻滤波器，利用柔性电容和电感在弯曲应变下电容值和电感值的变化，使无源滤波器的截止频率和S参数发生变化，从而形成通过机械应变而可调的无源带阻滤波器。该可调谐滤波器调谐简便，节省了调谐的成本，并且调谐范围较窄，灵敏度高。

如图1、图2所示，本发明的一种柔性射频应变可调无源带阻滤波器，主要由电容和电感连接而成。具体包括衬底1和设置在衬底1上面的绝缘层2，衬底1可以采用PET塑料基板，是用来支撑柔性射频应变可调无源带阻滤波器的主体部分。所述的衬底1上且位于所述绝缘层2内分别设置有第一螺旋电感的中心电极3a、第一MIM电容的的底层金属3b、第二螺旋电感的中心电极3c以及第二MIM电容的底层金属3d，其中，所述第一MIM电容的的底层金属3b上且位于所述绝缘层2内由下至上内依次设置有第一MIM电容的介质层4a和第一MIM电容的上极板5a，所述第二MIM电容的底层金属3d上且位于所述绝缘层2内由下至上内依次设置有第二MIM电容的介质层4b和第二MIM电容的上极板5b，所述第一螺旋电感的中心电极3a通过第一通孔61连接位于所述绝缘层2上端面上的第一螺旋电感的输入端7，所述第一MIM电容的底层金属3b通过第二通孔62连接位于所述绝缘层2上端面上的第一MIM电容的输入端9，所述第一MIM电容的上极板5a通过第三通孔63连接位于所述绝缘层2上端面上的第一MIM电容的输出端10，所述第二螺旋电感的中心电极3c通过第四通孔64连接位于所述绝缘层2上端面上的第二螺旋电感的输入端11，第二MIM电容的底层金属3d通过第五通孔65连接位于所述绝缘层2上端面上的第二MIM电容的输入端13，第二MIM电容的上极板5b通过第六通孔66连接位于所述绝缘层2上端面上的第二MIM电容的输出端14，在所述绝缘层2的上端面还设置有柔性射频应变可调无源带阻滤波器的输入端15、柔性射频应变可调无源带阻滤波器的输出端16、地端17、第一螺旋电感的输出端8和第二螺旋电感的输出端12，所述第一螺旋电感的输入端7通过金属互连线18分别连接所述柔性射频应变可调无源带阻滤波器的输入端15和第一MIM电容的输入端9，所述第一MIM电容的输出端10通过金属互连线18分别连接所述第一螺旋电感的输出端8和第二MIM电容的输出端14，所述第二MIM电容的输出端14还通过金属互连线18连接柔性射频应变可调无源带阻滤波器的输出端16，所述第二螺旋电感的输入端11通过金属互连线18连接第二MIM电容的输入端13，所述第二螺旋电感的输出端12通过金属互连线18连接地端17。

所述的第一螺旋电感的中心电极3a、第一MIM电容的的底层金属3b、第二螺旋电感的中心电极3c以及第二MIM电容的底层金属3d构成底层金属层M1；所述的第一MIM电容的上极板5a和第二MIM电容的上极板5b构成上层金属层M2；所述柔性射频应变可调无源带阻滤波器的输入端15、第一螺旋电感的输入端7、第一MIM电容的输入端9、第一MIM电容的输出端10、第一螺旋电感的输出端8、第二螺旋电感的输入端11、第二MIM电容的输入端13、第二MIM电容的输出端14、柔性射频应变可调无源带阻滤波器的输出端16、第二螺旋电感的输出端12、地端17、金属互连线18、第一螺旋电感的螺旋主体部分和第二螺旋电感的螺旋主体部分构成顶层金属层M3。

本发明的柔性射频应变可调无源带阻滤波器的制造方法，包括如下步骤：

1)衬底准备：选用PET作为衬底，用氢氟酸和等离子水(DI)清洗；

2)用底层金属层M1的掩模板进行光刻，并采用真空电子束依次采蒸发淀积30nm厚度的Ti和400nm厚度的Au形成底层金属层M1，作为第一MIM电容的底层金属3b、第二MIM电容的底层金属3d、第一螺旋电感的中心电极3a和第二螺旋电感的中心电极3c，然后用丙酮溶液和超声发生器剥离底层金属层M1；

3)分别在第一MIM电容的底层金属3b和第二MIM电容的底层金属3d上淀积SiO层：光刻并采用真空电子束蒸发淀积形成200nm厚度的SiO介质层，作为第一MIM电容的介质层4a和第二MIM电容的介质层4b；

4)光刻并采用真空电子束依次蒸发淀积30nm厚度的Ti和400nm厚度的Au形成上层金属M2，作为第一MIM电容的上极板5a和第二MIM电容的上极板5b，然后用丙酮溶液和超声发生器将SiO介质层和上层金属M2一起进行剥离；

5)均匀地旋涂一层1.0um厚度的SU_8光刻胶构成SU_8的绝缘层2，将绝缘层2进行光刻形成通孔，然后对SU_8的绝缘层2进行坚膜；所述的通孔包括：连接第一螺旋电感的中心电极3a的第一通孔61、连接第一MIM电容的底层金属3b的第二通孔62、连接第一MIM电容的上极板5a的第三通孔63、第二螺旋电感的中心电极3c的第四通孔64、连接第二MIM电容的底层金属3d的第五通孔65和连接第二MIM电容的上极板5b的第六通孔66。

6)在绝缘层2的上端面分别形成柔性射频应变可调无源带阻滤波器的输入端15、第一螺旋电感的输入端7、第一MIM电容的输入端9、第一MIM电容的输出端10、第一螺旋电感的输出端8、第二螺旋电感的输入端11、第二MIM电容的输入端13、第二MIM电容的输出端14、柔性射频应变可调无源带阻滤波器的输出端16、第二螺旋电感的输出端12、地端17和金属互连线18构成顶层金属层M3。包括：在绝缘层2的上端面均匀地旋涂一层光刻胶并进行光刻，然后采用真空电子束依次采蒸发淀积30nm厚度的Ti和1.5um厚度的Au构成顶层金属层M3，并分别形成柔性射频应变可调无源带阻滤波器的输入端15、第一螺旋电感的输入端7、第一MIM电容的输入端9、第一MIM电容的输出端10、第一螺旋电感的输出端8、第二螺旋电感的输入端11、第二MIM电容的输入端13、第二MIM电容的输出端14、柔性射频应变可调无源带阻滤波器的输出端16、第二螺旋电感的输出端12、地端17、金属互连线18、第一螺旋电感的螺旋主体部分和第二螺旋电感的螺旋主体部分，用丙酮和超声发生器进行对金属层M3进行剥离，进而形成柔性射频应变可调无源带阻滤波器。

纵观本发明的柔性射频应变可调无源带阻滤波器的制造方法，其中没有包含特殊的材料也没有引进复杂特殊的工艺步骤，并且与其他的柔性微波射频器件的工艺相兼容。因此，应用本发明的柔性射频应变可调无源带阻滤波器易于实现可弯曲、应变可调，带阻滤波的特性。

本发明的一种柔性射频应变可调无源带阻滤波器的主要工作原理，是利用电容和电感的串联连接对谐振信号阻抗小，电容和电感的并联连接对谐振信号阻抗大的特性，能让非谐振频率信号容易通过，而阻碍谐振信号通过。采用扫频输入方法，并对柔性无源带阻滤波器加以不同的载荷，进而测量出不同的载荷弯曲下的带阻滤波器的散射参数和截止频率的变化，建立机械应变与柔性带阻滤波器截止频率之间的对应关系，从而实现柔性带阻滤波器的机械应变的可调谐。

如图3所示，本发明的一种柔性射频应变可调无源带阻滤波器的测量方法，将柔性射频应变可调无源带阻滤波器19的输出端、输入端和地端分别通过射频电缆20连接网络分析仪21的相应端，通过外部载荷22对柔性射频应变可调无源带阻滤波器19施加不同的载荷，用来产生不同曲率半径的形变，通过扫频的方式对柔性射频应变可调无源带阻滤波器19进行S参数的测量，进而得到根据S参数和滤波器的截止频率与弯曲应变之间的关系。