本發(fā)明涉及濾波器技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種太赫茲濾波器及其加工方法。

背景技術(shù)：

太赫茲波是“光”能量的一種，是指波長(zhǎng)在3μm到1000μm之間，頻率為0.1～10thz的，介于微波與紅外線之間的電磁波。太赫茲(可簡(jiǎn)寫作thz)波所具有的獨(dú)特性質(zhì)，使它在天體物理學(xué)、材料科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境科學(xué)、光譜與成像技術(shù)、信息科學(xué)技術(shù)等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。目前，太赫茲波技術(shù)在許多領(lǐng)域已經(jīng)得到應(yīng)用，并且未來(lái)還存在著無(wú)限的可能。

太赫茲波濾波器作為電子系統(tǒng)中重要的功能器件，在太赫茲通信系統(tǒng)、太赫茲?rùn)z測(cè)系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。在太赫茲波的實(shí)際應(yīng)用中，由于大部分的應(yīng)用環(huán)境中都存在著噪聲等影響因素，因此需要利用太赫茲波濾波器來(lái)濾除不需要的頻率和噪聲，得到實(shí)際應(yīng)用中所需要的太赫茲信號(hào)，以提高電子系統(tǒng)的整體性能。近些年，太赫茲波已經(jīng)取得了一系列進(jìn)展，不管是學(xué)術(shù)界還是工業(yè)界，太赫茲技術(shù)已經(jīng)漸漸成為世界范圍內(nèi)廣泛研究的熱點(diǎn)。

現(xiàn)有技術(shù)中的太赫茲濾波器主要包含芯體和封裝外殼兩部分，但是芯體的材質(zhì)較脆，這使得現(xiàn)有技術(shù)中的太赫茲濾波器極容易出現(xiàn)損壞。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提出一種太赫茲濾波器及其加工方法，其能夠?qū)μ掌潪V波器的芯體提供更加優(yōu)良的保護(hù)，增強(qiáng)太赫茲濾波器的強(qiáng)度和使用壽命。

基于上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：

一種太赫茲濾波器，包含芯體和封裝外殼，芯體中最小結(jié)構(gòu)尺寸在10微米量級(jí)，芯體內(nèi)具有基于微機(jī)電系統(tǒng)和深反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)加工而成的波導(dǎo)腔，封裝外殼內(nèi)具有與芯體的外部規(guī)格尺寸一致的芯體腔，芯體腔在各個(gè)方向上均具有腔壁，芯體位于芯體腔內(nèi)，封裝外殼將芯體完全包裹，芯體腔的兩端各設(shè)有一條直線形導(dǎo)孔，導(dǎo)孔的一端與芯體的波導(dǎo)腔相接，導(dǎo)孔的另一端開(kāi)口于封裝外殼的外表面，導(dǎo)孔與波導(dǎo)腔處于一條直線上，導(dǎo)孔的徑向截面與波導(dǎo)腔的徑向截面尺寸一致。

可選地，封裝外殼包含結(jié)構(gòu)對(duì)稱的上封裝外殼和下封裝外殼，上封裝外殼內(nèi)具有上型腔，下封裝外殼內(nèi)具有下型腔，芯體腔和導(dǎo)孔由上型腔和下型腔共同構(gòu)成。

此外，本發(fā)明還提供一種太赫茲濾波器制造方法，該方法用于制造如上任一項(xiàng)所述的太赫茲濾波器，該方法包括如下步驟：

(1)使用微機(jī)電系統(tǒng)(micro-electro-mechanicalsystem，簡(jiǎn)稱mems)，并基于深反應(yīng)離子刻蝕(deepreactiveionetching，簡(jiǎn)稱drie)技術(shù)制造太赫茲濾波器的芯體；

(2)使用計(jì)算機(jī)數(shù)字控制機(jī)床(computerizednumericalcontrolmachine，簡(jiǎn)稱cnc)加工太赫茲濾波器封裝外殼的外部結(jié)構(gòu)以及包含芯體腔和導(dǎo)孔在內(nèi)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；

(3)將芯體封裝在封裝外殼內(nèi)，使封裝外殼將芯體完全包裹。

可選地，步驟(1)的具體方式為：

(101)利用第一掩模板對(duì)第一硅片的上表面進(jìn)行第一次光刻，在第一硅片上形成第一阻擋層；

(102)在第一阻擋層的基礎(chǔ)上，使用微機(jī)電系統(tǒng)，并基于深反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)對(duì)第一硅片進(jìn)行第一次刻蝕，在第一硅片的上表面上形成用于構(gòu)成波導(dǎo)腔的凹槽；

(103)利用第二掩模板對(duì)第一硅片進(jìn)行第二次光刻，在第一硅片上形成覆蓋凹槽的、用于在第一硅片上劃出單個(gè)器件輪廓的第二阻擋層；

(104)在第二阻擋層的基礎(chǔ)上，使用微機(jī)電系統(tǒng)，并基于深反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)對(duì)第一硅片進(jìn)行第二次刻蝕直至硅片被刻穿，將第一硅片預(yù)先劃分為單個(gè)器件；

(105)對(duì)第一硅片進(jìn)行鍍金，使得第一硅片中每個(gè)單個(gè)器件的上表面及側(cè)面均覆蓋鍍金層；

(106)另取與第一硅片尺寸相同的第二硅片，在第二硅片的一面上進(jìn)行鍍金；

(107)將第二硅片的鍍金面與第一硅片的上表面貼合，并通過(guò)金-金鍵合工藝將第一硅片和第二硅片結(jié)合起來(lái)；

(108)利用與第二掩模板圖案相同的掩模板對(duì)第二硅片進(jìn)行第三次光刻，在第二硅片上形成與單個(gè)器件輪廓相同的圖案；

(109)劃片以形成芯體。

可選地，步驟(105)和步驟(106)中鍍金的具體方式為：

(x01)使用物理氣相沉積(physicalvapordeposition，簡(jiǎn)稱pvd)技術(shù)在硅片的表面濺射一層50～200納米厚的第一金層；

(x02)利用電鍍工藝，在第一金層的表面上再電鍍一層100～2000納米厚的第二金層，第一金層和第二金層的總厚度至少為1微米；

(x03)利用化學(xué)機(jī)械拋光(chemicalmechanicalpolishing，簡(jiǎn)稱cmp)工藝對(duì)第二金層的表面進(jìn)行拋光，使得第二金層的表面平整度在50納米范圍內(nèi)。

可選地，第一次刻蝕的速度為2～4微米/分鐘。

可選地，封裝外殼包含結(jié)構(gòu)對(duì)稱的上封裝外殼和下封裝外殼，上封裝外殼具有上型腔，下封裝外殼具有下型腔，上型腔和下型腔共同構(gòu)成包含芯體腔和導(dǎo)孔在內(nèi)的封裝外殼內(nèi)部結(jié)構(gòu)；步驟(2)的具體方式為：

(201)使用計(jì)算機(jī)數(shù)字控制機(jī)床以10微米以內(nèi)加工精度加工上封裝外殼的外部結(jié)構(gòu)和上型腔；

(202)使用計(jì)算機(jī)數(shù)字控制機(jī)床以10微米以內(nèi)加工精度加工下封裝外殼的外部結(jié)構(gòu)和下型腔；

(203)在上封裝外殼和下封裝外殼的表面分別鍍一層金屬金。

從上面所述可以看出，本發(fā)明的有益效果在于：

1、現(xiàn)有技術(shù)中太赫茲濾波器的芯體長(zhǎng)度與封裝外殼的長(zhǎng)度相同，封裝外殼的兩端開(kāi)有通孔，芯體插入在通孔內(nèi)，芯體的兩端與封裝外殼的外表面相平齊，因此芯體的兩端是裸露在外的。這樣，由于芯體材質(zhì)脆弱，因此現(xiàn)有技術(shù)中的太赫茲濾波器極其容易損壞。有鑒于此，本發(fā)明太赫茲濾波器將芯體的長(zhǎng)度縮短，從而使封裝外殼將芯體完全包裹，提高了整個(gè)太赫茲濾波器的強(qiáng)度，增長(zhǎng)了太赫茲濾波器的使用壽命。

2、由于本發(fā)明中的封裝外殼將芯體完全包裹，因此本發(fā)明還在封裝外殼中設(shè)置了導(dǎo)孔，從而將芯體中的波導(dǎo)腔與外界連通。

3、由于太赫茲頻率高，濾波器內(nèi)枝節(jié)結(jié)構(gòu)細(xì)小，尺寸結(jié)構(gòu)在10微米量級(jí)，傳統(tǒng)高精度cnc技術(shù)加工難度大，因此本發(fā)明提出了一種基于mems和drie技術(shù)的全新的芯體加工方法，該方法能夠保證凹槽的精度及表面平整度，使得凹槽側(cè)壁的垂直度大于89度，解決了現(xiàn)有技術(shù)加工方法難于加工小尺寸芯體的問(wèn)題。

總之，本發(fā)明提供了一種全新結(jié)構(gòu)的太赫茲濾波器，并針對(duì)這種濾波器設(shè)計(jì)了全新的加工方法，從而使得本發(fā)明太赫茲濾波器既能保證濾波性能，同時(shí)又具有極好的強(qiáng)度，是對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的一種重要改進(jìn)。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中一種太赫茲濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中芯體的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖2的a面剖視圖；

圖4～12為本發(fā)明實(shí)施例中一種太赫茲濾波器制造方法的每一個(gè)步驟的芯體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖13為芯體內(nèi)部波導(dǎo)腔的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1～3所示，一種太赫茲濾波器，包含芯體2和封裝外殼1，芯體2中最小結(jié)構(gòu)尺寸在10微米量級(jí)，芯體2內(nèi)具有基于微機(jī)電系統(tǒng)和深反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)加工而成的波導(dǎo)腔21，波導(dǎo)腔21內(nèi)具有膜片22，封裝外殼1內(nèi)具有與芯體2的外部規(guī)格尺寸一致的芯體腔(未圖示，即圖1中芯體2所占據(jù)的位置)，芯體腔在各個(gè)方向上均具有腔壁，芯體位于芯體腔內(nèi)，封裝外殼1將芯體2完全包裹，芯體腔的兩端各設(shè)有一條直線形導(dǎo)孔11，導(dǎo)孔11的一端與芯體2的波導(dǎo)腔21相接，導(dǎo)孔11的另一端開(kāi)口于封裝外殼1的外表面(即圖1中的孔口12)，導(dǎo)孔11與波導(dǎo)腔21處于一條直線上，導(dǎo)孔11的徑向截面與波導(dǎo)腔21的徑向截面尺寸一致。

可選地，封裝外殼包含結(jié)構(gòu)對(duì)稱的上封裝外殼和下封裝外殼，上封裝外殼內(nèi)具有上型腔，下封裝外殼內(nèi)具有下型腔，芯體腔和導(dǎo)孔由上型腔和下型腔共同構(gòu)成。

一種太赫茲濾波器制造方法，該方法用于制造如上任一項(xiàng)所述的太赫茲濾波器，該方法包括如下步驟：

(1)使用微機(jī)電系統(tǒng)，并基于深反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)制造太赫茲濾波器的芯體；

(2)使用計(jì)算機(jī)數(shù)字控制機(jī)床加工太赫茲濾波器封裝外殼的外部結(jié)構(gòu)以及包含芯體腔和導(dǎo)孔在內(nèi)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；

(3)將芯體封裝在封裝外殼內(nèi)，使封裝外殼將芯體完全包裹。

可選地，步驟(1)的具體方式為：

(101)利用第一掩模板對(duì)第一硅片的上表面進(jìn)行第一次光刻，在第一硅片上形成第一阻擋層(見(jiàn)圖4)；

(102)在第一阻擋層的基礎(chǔ)上，使用微機(jī)電系統(tǒng)，并基于深反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)對(duì)第一硅片進(jìn)行第一次刻蝕，在第一硅片的上表面上形成用于構(gòu)成波導(dǎo)腔的凹槽(見(jiàn)圖5)；

(103)利用第二掩模板對(duì)第一硅片進(jìn)行第二次光刻，在第一硅片上形成覆蓋凹槽的、用于在第一硅片上劃出單個(gè)器件輪廓的第二阻擋層(見(jiàn)圖6)；

(104)在第二阻擋層的基礎(chǔ)上，使用微機(jī)電系統(tǒng)，并基于深反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)對(duì)第一硅片進(jìn)行第二次刻蝕直至硅片被刻穿，將第一硅片預(yù)先劃分為單個(gè)器件(見(jiàn)圖7)；

(105)對(duì)第一硅片進(jìn)行鍍金，使得第一硅片中每個(gè)單個(gè)器件的上表面及側(cè)面均覆蓋鍍金層(見(jiàn)圖8)；

(106)另取與第一硅片尺寸相同的第二硅片，在第二硅片的一面上進(jìn)行鍍金(見(jiàn)圖9)；

(107)將第二硅片的鍍金面與第一硅片的上表面貼合，并通過(guò)金-金鍵合工藝將第一硅片和第二硅片結(jié)合起來(lái)(見(jiàn)圖10)；

(108)利用與第二掩模板圖案相同的掩模板對(duì)第二硅片進(jìn)行第三次光刻，在第二硅片上形成與單個(gè)器件輪廓相同的圖案(見(jiàn)圖11)；

(109)劃片以形成芯體(見(jiàn)圖12)。

可選地，步驟(105)和步驟(106)中鍍金的具體方式為：

(x01)使用物理氣相沉積技術(shù)在硅片的表面濺射一層50～200納米厚的第一金層；

(x02)利用電鍍工藝，在第一金層的表面上再電鍍一層100～2000納米厚的第二金層，第一金層和第二金層的總厚度至少為1微米；

(x03)利用化學(xué)機(jī)械拋光工藝對(duì)第二金層的表面進(jìn)行拋光，使得第二金層的表面平整度在50納米范圍內(nèi)。

可選地，第一次刻蝕的速度為2～4微米/分鐘。

可選地，封裝外殼包含結(jié)構(gòu)對(duì)稱的上封裝外殼和下封裝外殼，上封裝外殼具有上型腔，下封裝外殼具有下型腔，上型腔和下型腔共同構(gòu)成包含芯體腔和導(dǎo)孔在內(nèi)的封裝外殼內(nèi)部結(jié)構(gòu)；步驟(2)的具體方式為：

(201)使用計(jì)算機(jī)數(shù)字控制機(jī)床以10微米以內(nèi)加工精度加工上封裝外殼的外部結(jié)構(gòu)和上型腔；

(202)使用計(jì)算機(jī)數(shù)字控制機(jī)床以10微米以內(nèi)加工精度加工下封裝外殼的外部結(jié)構(gòu)和下型腔；

(203)在上封裝外殼和下封裝外殼的表面分別鍍一層金屬金。

最后，本具體實(shí)施方式部分給出幾個(gè)用上述方法制造的濾波器的具體案例，制作出的芯體其波導(dǎo)腔結(jié)構(gòu)如圖13所示：

以下濾波器的設(shè)計(jì)中心頻率均為340ghz，波導(dǎo)口結(jié)構(gòu)尺寸均為0.355mm*0.71mm，導(dǎo)孔11的長(zhǎng)度均為6.8mm，芯體2的尺寸均為1.5mm*1mm*2.2mm，封裝外殼1的長(zhǎng)度均為20.12mm。

a)結(jié)構(gòu)1301為0.04mm，結(jié)構(gòu)1302為0.06mm，結(jié)構(gòu)1303為0.06mm，結(jié)構(gòu)1304為17mm，結(jié)構(gòu)1305為0.22mm，結(jié)構(gòu)1306為0.24mm，結(jié)構(gòu)1307為0.46mm，結(jié)構(gòu)1308為0.52mm。所得濾波器的實(shí)際中心頻點(diǎn)為340ghz，帶寬為20ghz，帶內(nèi)插損小于1db，回波損耗大于20db。

b)結(jié)構(gòu)1301為0.04mm，結(jié)構(gòu)1302為0.06mm，結(jié)構(gòu)1303為0.06mm，結(jié)構(gòu)1304為17mm，結(jié)構(gòu)1305為0.22mm，結(jié)構(gòu)1306為0.24mm，結(jié)構(gòu)1307為0.44mm，結(jié)構(gòu)1308為0.5mm。所得濾波器的實(shí)際中心頻點(diǎn)為338ghz，帶寬為19.5ghz，帶內(nèi)插損小于1db，回波損耗大于20db，

c)結(jié)構(gòu)1301為0.04mm，結(jié)構(gòu)1302為0.06mm，結(jié)構(gòu)1303為0.06mm，結(jié)構(gòu)1304為17mm，結(jié)構(gòu)1305為0.22mm，結(jié)構(gòu)1306為0.24mm，結(jié)構(gòu)1307為0.42mm，結(jié)構(gòu)1308為0.48mm。所得濾波器的實(shí)際中心頻點(diǎn)為342ghz，帶寬為20.6ghz，帶內(nèi)插損小于1db，回波損耗大于20db。

可見(jiàn)，采用本發(fā)明方法制得的濾波器具有良好的性能。

所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：以上任何實(shí)施例的討論僅為示例性的，并非旨在暗示本公開(kāi)的范圍(包括權(quán)利要求)被限于這些例子。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，對(duì)以上實(shí)施例所做的任何省略、修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。