基于mems工艺的毫米波喇叭天线的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及喇叭天线的制作方法，具体为基于MEMS工艺的毫米波喇叭天线的制作方法。
【背景技术】
[0002]雷达天线作为一种微波控制器件，在现代战争中被广泛应用于武器精确制导与相控阵雷达目标追踪。毫米波MEMS天线在工艺尺度上方面对射频波段的器件有着很好的兼容性，凭借更低的电路损耗和更高的承载功率，在近几年受到了广泛的关注，很多形式的毫米波MEMS天线阵列已经被提出，并且已经开始走向实际的应用。
[0003]传统的天线通常由机械加工得到，传统机械加工的天线尺寸过大，限制了传统天线工艺的发展，与现代集成电路的工艺集成性差，对于小尺寸天线的表面形貌难以保证，在毫米波段中，对信号的传输有很大的影响；而常见的MEMS天线中，主要以适合平面光刻的微带贴片天线和微带缝隙天线为主，而MEMS工艺中的微带天线，虽然解决了尺寸问题，但方向辐射性较差，损耗较大，辐射功率不足，波瓣容易受外界环境的影响，工作情况不够稳定。总体来说现阶段的天线主要的缺陷在于:1.体积过大，难以集成到微波系统中；2.方向辐射性差，功率容量不足；3.对外界环境的依赖较大,工作不够稳定。
【发明内容】
[0004]本发明为了解决传统天线体积大和微带天线的方向辐射性差、功率容量不足的问题，提供了基于MEMS工艺的毫米波喇叭天线的制作方法。
[0005]本发明是采用如下的技术方案实现的:基于MEMS工艺的毫米波喇叭天线的制作方法，包括以下步骤:
(1)选取基片，基片清洗后旋涂感光胶，对感光胶进行水浴倾斜光刻，得到喇叭天线阵列的模具；
(2)在模具上覆盖一层可固化的柔性材料，待柔性材料固化后揭下模具，得到喇叭天线阵列的主体；
(3 )在主体正面旋涂一层光刻胶作为牺牲层，对牺牲层进行光刻显影，在主体正面留出需要金属化的喇叭腔体的位置，并在此位置进行金属化；
(4)剥离牺牲层，得到金属化的喇叭天线阵列模型；
(5)在喇叭天线阵列模型背面制作馈线，得到喇叭天线阵列。
[0006]本发明使用方法的优点如下:传统的制作方法只能制作出平面微带天线，而且尺寸较大，难以集成到微波系统中；方向辐射性差，功率容量不足；对外界环境的依赖较大，工作不够稳定。针对此缺陷，我们利用MEMS工艺对其进行改进，制作出结构小，波瓣受其他杂散因素影响小，主瓣增益强，幅瓣增益可以控制的3D喇叭天线阵列。该天线结构存在棱台结构或锥台结构，而空气、掩膜版及感光胶的折射率分别为1，1.52和1.62(405nm)，经计算可知，直接在空气中倾斜曝光的常规方法无法使紫外光线以45°射入感光胶，也就无法得到真正棱形结构，为此，通过MEMS工艺中的水浴倾斜曝光来实现，采用水浴倾斜光刻的方法，在掩膜板上画出对准标记，可以准确的进行多层对准曝光来得到棱台结构或锥台结构；光刻加工所制造出来的天线结构，其厚度可从亚微米到1500 μ m以上，深宽比可达到50以上。
[0007]上述的基于MEMS工艺的毫米波喇叭天线的制作方法，基片清洗后旋涂的感光胶是型号为SU-8的感光胶，SU-8感光胶是一种负性光刻胶，受到紫外辐照的部分发生交联固化，其化学性质稳定，耐酸碱，抗腐蚀，且受热不易变形。
[0008]上述的基于MEMS工艺的毫米波喇叭天线的制作方法，所述的柔性材料为PDMS。PDMS (聚二甲基硅氧烷)是一种高分子有机硅化合物，通常被称为有机硅，具有光学透明，且在一般情况下，被认为是惰性，无毒，不易燃。PDMS是一种广泛应用的聚合物芯片材料，它具有能复制特征尺寸为亚微米级的微结构的特性。
[0009]上述的基于MEMS工艺的毫米波喇叭天线的制作方法，金属化的方式为溅射和电镀。磁控溅射是指在真空室中，利用核能粒子轰击材料表面，使其原子获得足够多的能量而溅出进入气相，然后在器件表面沉积的过程，即金属化。得到的金属层结合力高；可以在较大面积上得到均匀的薄膜；容易控制膜的组成。微结构的电镀可以通过控制溶液的温度，电镀液的PH值，溶液的搅拌和电流密度来得到不同厚度，光亮、整平性能好的金属层，而且价格便宜。
[0010]上述的基于MEMS工艺的毫米波喇叭天线的制作方法，馈线为微带结构或与阵列相匹配的同轴馈线。
[0011]本发明中工艺流程，以MEMS工艺为基础，可以做到更小的尺寸；与微带线结构的天线阵列相比，喇叭式的天线阵列有更好的辐射性能，主平面内的波瓣也更容易分别控制；本方法生产工艺简单，天线源之间的统一性高，可以按照需求分布阵列，达到更高的增益和功率容量。
【附图说明】
[0012]图1是喇叭天线阵列的模具的结构示意图，通过水浴倾斜光刻可以形成如图所示的棱台结构或锥台结构。
[0013]图2是模具覆盖柔性材料后的示意图。
[0014]图3为喇叭天线阵列的主体的结构示意图。
【具体实施方式】
[0015]基于MEMS工艺的毫米波喇叭天线的制作方法，包括以下步骤:
(1)选取基片，基片清洗后旋涂感光胶，对感光胶进行水浴倾斜光刻，得到喇叭天线阵列的模具；
(2)在模具上覆盖一层可固化的柔性材料，待柔性材料固化后揭下模具，得到喇叭天线阵列的主体；
(3 )在主体正面旋涂一层光刻胶作为牺牲层，对牺牲层进行光刻显影，在主体正面留出需要金属化的喇叭腔体的位置，并在此位置进行金属化；
(4)剥离牺牲层，得到金属化的喇叭天线阵列模型； (5)在喇叭天线阵列模型背面制作馈线，得到喇叭天线阵列。
[0016]上述的基于MEMS工艺的毫米波喇叭天线的制作方法，基片清洗后旋涂的感光胶是型号为SU-8的感光胶。
[0017]上述的基于MEMS工艺的毫米波喇叭天线的制作方法，所述的柔性材料为PDMS。
[0018]上述的基于MEMS工艺的毫米波喇叭天线的制作方法，金属化的方式为溅射和电镀。
[0019]上述的基于MEMS工艺的毫米波喇叭天线的制作方法，馈线为微带结构或与阵列相匹配的同轴馈线。
【主权项】
1.基于MEMS工艺的毫米波喇叭天线的制作方法，其特征在于包括以下步骤: (1)选取基片，基片清洗后旋涂感光胶，对感光胶进行水浴倾斜光刻，得到喇叭天线阵列的模具； (2)在模具上覆盖一层可固化的柔性材料，待柔性材料固化后揭下模具，得到喇叭天线阵列的主体； (3 )在主体正面旋涂一层光刻胶作为牺牲层，对牺牲层进行光刻显影，在主体正面留出需要金属化的喇叭腔体的位置，并在此位置进行金属化； (4)剥离牺牲层，得到金属化的喇叭天线阵列模型； (5)在喇叭天线阵列模型背面制作馈线，得到喇叭天线阵列。
2.根据权利要求1所述的基于MEMS工艺的毫米波喇叭天线的制作方法，其特征在于基片清洗后旋涂的感光胶是型号为SU-8的感光胶。
3.根据权利要求1或2所述的基于MEMS工艺的毫米波喇叭天线的制作方法，其特征在于所述的柔性材料为PDMS。
4.根据权利要求1或2所述的基于MEMS工艺的毫米波喇叭天线的制作方法，其特征在于金属化的方式为派射和电镀。
5.根据权利要求1或2所述的基于MEMS工艺的毫米波喇叭天线的制作方法，其特征在于馈线为微带结构或与阵列相匹配的同轴馈线。
【专利摘要】本发明涉及喇叭天线的制作方法，具体为基于MEMS工艺的毫米波喇叭天线的制作方法，包括以下步骤：选取基片，基片清洗后旋涂感光胶并紫外光刻，得到喇叭天线阵列的模具；在模具上覆盖一层可固化的柔性材料，待柔性材料固化后揭下模具，得到喇叭天线阵列的主体；在主体正面旋涂一层光刻胶，对光刻胶进行光刻显影，在主体正面留出喇叭腔体的位置，并在此位置进行金属化；剥离牺牲层，得到金属化的喇叭天线阵列模型；在喇叭天线阵列模型背面制作馈线，得到喇叭天线阵列。本发明中工艺流程，以MEMS工艺为基础，可以做到更小的尺寸；与微带线结构的天线阵列相比，喇叭式的天线阵列有更好的辐射性能，主平面内的波瓣也更容易分别控制。
【IPC分类】H01Q21-00, H01Q13-02, B81C1-00, H01Q1-50
【公开号】CN104638371
【申请号】CN201510064213
【发明人】张斌珍, 薛晨阳, 段俊萍, 崔建利, 王伟, 贾志浩, 毛静, 南雪莉
【申请人】中北大学
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年2月9日