MEMS交叉线、微波器件及制备方法与流程

本发明属于无线通信技术领域，更具体地说，是涉及一种mems交叉线、微波器件及制备方法。

背景技术：

在多端口的微波器件中，例如开关矩阵网络、butler网络等，大多会采用微波交叉线的方式实现端口之间的高隔离度。

目前的高隔离度交叉线主要是通过几种方式实现：第一种方案是通过多根同轴线缆分别连接不同的输入与输出端口，这种方案存在的问题是交叉线尺寸大、重量重、无法实现小型化，目前国内外产品大多采用该方案；第二种方案是采用多层微波基板，通过多层带状线的方式实现交叉线之间的高隔离度，这种方案大多采用ltcc(ltcc-lowtemperatureco-firedceramicltcc，即低温共烧陶瓷技术，是一种先进的无源集成及混合电路封装技术)、多层印制板，其成本相对较高；第三种方案是基于mems技术的方案，在交叉结的地方设置mems桥(mems-micro-electro-mechanicalsystem，微机电系统，也叫做微电子机械系统、微系统)，通过mems桥将其中一路信号架高实现与另一路信号的不相交，从而实现不同信号之间的隔离，但是由于两路信号之间填充的介质是空气，因此不能实现较高的电磁隔离。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种mems交叉线，旨在解决采用现有小型化微波器件交叉线隔离度低、成本高的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种mems交叉线，包括：第一传输线结构、第二传输线结构和mems桥；第二传输线结构与所述第一传输线结构通过互连层相连实现接地，所述第二传输线结构的信号传输方向与所述第一传输线结构的信号传输方向交叉设置；mems桥设置于所述第一传输线结构和所述第二传输线结构之间，用于所述第一传输线结构和所述第二传输线结构之间的信号隔离。

进一步地，所述第一传输线结构包括：第一屏蔽层、第一转接板和第一传输层；第一转接板背面设有第一开放腔体，正面设有所述第一屏蔽层，所述第一转接板上设有第一接地孔；第一传输层包括第一信号线和分设于所述第一信号线两侧的第一接地线，所述第一信号线穿过所述第一开放腔体，所述第一接地线在所述第一开放腔体的外面，所述第一屏蔽层与所述第一接地线通过所述第一接地孔互连接地；所述第二传输线结构与所述第一传输线结构相同，所述第二传输线结构包括第二屏蔽层、第二转接板和第二传输层，所述第二屏蔽层设置在所述第二转接板的背面，所述第二转接板的正面设有第二开放腔体，所述第二传输层的第二信号线穿过所述第二开放腔体，所述第二屏蔽层和所述第二传输层的第二接地线通过设置在所述第二转接板上的第二接地孔互连接地；所述第一信号线与所述第二信号线交叉设置，所述第一接地线和所述第二接地线通过所述互连层实现互连接地，所述mems桥设置在所述第一传输层和所述第二传输层之间。

进一步地，所述mems桥包括：与所述第二接地线相连的交叉式支架和设置在所述交叉式支架的中间的隔离板，所述隔离板依靠所述交叉式支架支撑在所述第一开放腔体和所述第二开放腔体之间，所述隔离板上设有释放孔。

进一步地，所述第一转接板和所述第二转接板均为半导体材料。

进一步地，所述半导体材料为硅、砷化镓、石英、玻璃和蓝宝石中的任一种。

进一步地，所述第一接地孔和所述第二接地孔的内壁设有金属导电层，或所述第一接地孔和所述第二接地孔内设有金属导电柱。

进一步地，所述第一开放腔体和所述第二开放腔体的形状为底部小开口大的四棱台状或圆台状。

进一步地，所述互连层包括多个bga焊球。

进一步地，所述mems桥的材质为金属铜。

本发明的另一目的在于提供一种微波器件，包括所述的mems交叉线。

本发明的另一目的在于提供一种mems交叉线的制备方法，包括：

制备第一传输结构，包括如下步骤：

s1，通过湿法腐蚀或者干法刻蚀的方式在第一转接板的背面制作第一开放腔体；

s2，通过湿法腐蚀或者干法刻蚀的方式在第一转接板上制作第一接地孔；

s3,通过金属溅射工艺在所述第一转接板的正面制备金属层，通过光刻技术实现所述金属层的图形化制备；

s4，对所述第一转接板的背面进行金属溅射，制备金属层；

s4，通过金属电镀工艺，增加所述第一转接板两面的金属层的厚度和所述第一接地孔孔壁金属层的厚度；

s5，在背面金属层的表面制作阻焊层；

制备mems桥，包括如下步骤：

s1，利用与刻材料不相融的材料，对第一转接板的第一开放腔体进行填充，填充的高度不超过所述第一开放腔体的开口，填充材料作为第一牺牲层；

s2，在所述第一转接板的所述第一牺牲层上层叠光刻胶或聚酰亚胺，作为mems桥的第二牺牲层；

s3,通过光刻工艺实现所述mems桥的图形化制备；

s4，通过金属电镀实现所述mems桥的生长，或通过蒸发铝实现mems桥5的生长；

s5，待所述mems桥电镀完成后，通过湿法腐蚀将所述第一牺牲层和所述第二牺牲层从所述第一转接板上一起移除。

本发明提供的mems交叉线及制备方法的有益效果在于：与现有技术相比，本发明mems交叉线，利用mems桥实现不同传输信号之间的隔离，mems桥仅仅具有隔离功能，传输信号不需要通过mems桥传输，对mems桥的工艺加工精度要求低，从而不需要制造费用较为高昂的掩膜板，仅需要低成本的菲林板即可实现mems桥的制造，能够有效降低成本；由于mems桥作为屏蔽层，仅具有隔离功能，从而能够提高不同信号之间的隔离度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的mems交叉线的立体结构示意图一；

图2为本发明实施例提供的mems交叉线的立体结构示意图二；

图3为本发明实施例提供的mems交叉线的mems桥的结构示意图。

图中：1、第一屏蔽层；2、第一转接板；21、第一接地孔；22、第一开放腔体；3、第一传输层；31、第一接地线；32、第一信号线；4、互连层；5、mems桥；51、交叉式支架；52、释放孔；6、第二传输层；61、第二接地线；62、第二信号线；7、第二转接板；71、第二开放腔体；72、第二接地孔；8、第二屏蔽层。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请一并参阅图1及图2，现对本发明提供的mems交叉线进行说明。所述mems交叉线，包括第一传输线结构、第二传输线结构和mems桥5；第二传输线结构，与所述第一传输线结构通过互连层4相连实现接地，所述第二传输线结构的信号传输方向与所述第一传输线结构的信号传输方向交叉设置；mems桥5设置于所述第一传输线结构和所述第二传输线结构之间，用于所述第一传输线结构和所述第二传输线结构之间的信号隔离。

本发明提供的mems交叉线，与现有技术相比，利用mems桥5实现不同传输信号之间的隔离，mems桥5仅仅具有隔离功能，传输信号不需要通过mems桥5传输，对mems桥5的工艺加工精度要求低，从而不需要制造费用较为高昂的掩膜板，仅需要低成本的菲林板即可实现mems桥5的制造，能够有效降低成本；由于mems桥作为屏蔽层，仅具有隔离功能，从而能够提高不同信号之间的隔离度。

本发明应用于微波开关交换网络，由于mems桥不参与信号传输，仅仅具有隔离功能，能够有效降低mems桥的制作成本，进而降低器件的制作成本，提高不同信号之间的隔离度，避免不同信号之间的干扰，从而提高信号传输的精度。其中，制备过程中的金属层和电镀材料，均可选用铜，也利于成本的降低。

本实施例提供的mems交叉线，适合应用于微波开关交换网络，特别是卫星通信用，该微波开关交换网络对不同信号传输路径的隔离度具有很高的要求。本实施例中，第一传输线结构和第二传输线结构呈90°设置，两个结构的信号传输方向垂直。

本实施例中，互连层4可以采用焊接或粘接的方式连接第一传输线结构和第二传输线结构。

作为本发明提供的mems交叉线的一种具体实施方式，请参阅图1至图2，所述第一传输线结构包括：第一屏蔽层1、第一转接板2和第一传输层3；第一转接板2背面设有第一开放腔体22，正面设有所述第一屏蔽层1，所述第一转接板2上设有第一接地孔21；第一传输层3包括第一信号线32和分设于所述第一信号线32两侧的第一接地线31，所述第一信号线32穿过所述第一开放腔体22，所述第一接地线31在所述第一开放腔体22的外面，所述第一屏蔽层1与所述第一接地线31通过所述第一接地孔21互连接地；所述第二传输线结构与所述第一传输线结构相同，所述第二传输线结构包括第二屏蔽层8、第二转接板7和第二传输层6，所述第二屏蔽层8设置在所述第二转接板7的背面，所述第二转接板7的正面设有第二开放腔体71，所述第二传输层6的第二信号线62穿过所述第二开放腔体71，所述第二屏蔽层8和所述第二传输层6的第二接地线61通过设置在所述第二转接板7上的第二接地孔72互连接地；所述第一信号线32与所述第二信号线62交叉设置，所述第一接地线31和所述第二接地线61通过所述互连层4实现互连接地，所述mems桥5设置在所述第一传输层3和所述第二传输层6之间。

其中，由于第一信号线、第二信号线与mems桥5距离很近，很容易造成短路；对于第二信号线62，第二信号线62、mems桥5、第二屏蔽层8和第二接地孔72构成了类似于带状线的微波传输线结构，第二信号线62的宽度、以及其和上下接地(mems桥5和第二屏蔽层8)的距离决定了带状线的特性和阻抗，第二信号线62和mems桥5距离太近，也会导致信号线很窄，增加工艺难度，从而增加成本；本实施例在第一转接板2上设置第一开放腔体22、第二转接板7上设置第二开放腔体71，能够增大第一信号线32和第二信号线62与由于mems桥5作为金属屏蔽层之间的距离，提高隔离的效果，降低制作难度。

本实施例中，mems桥5连接第一转接板2反面和第二转接板7的正面，通过bga球实现互连，结构上构成一个类同轴线缆的结构，保证交叉线的高隔离度的同时，可以实现小型化。

本实施例中，第一屏蔽层1、第二屏蔽层8、第一传输层3、第二传输层6和mems桥5均为金属材质。

本实施例中，第一信号线32和第二信号线62为垂直交叉。

本实施例中，第一转接板2的正面和背面的定义，为便于描述，是以第一转接板2相对的两面定义为正面和背面，不构成对本发明的限制。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1至图3，所述mems桥5包括：与所述第二接地线61相连的交叉式支架51和设置在所述交叉式支架51的中间的隔离板，所述隔离板依靠所述交叉式支架51支撑在所述第一开放腔体22和所述第二开放腔体71之间，所述隔离板上设有释放孔52。本实施例通过在隔离板上设置释放孔52的作用在于：其一，在mems桥5制备的过程中，可以更快速地去除牺牲层，同时保证mems桥5下方的牺牲层去除干净；其二，释放mems桥5的结构应力，mems桥5在金属溅射和电镀成型过程中，存在工艺导致的残余应力，在牺牲层去除后，mems桥5容易发生较大的翘曲，释放孔52可以有效缓解这一现象。本文中，牺牲层包括第一牺牲层和第二牺牲层。

本实施例中，对应第一信号线32和第二信号线62的垂直交叉，交叉式支架51为十字形支架。

本实施例中，参见图3，隔离板上设置均匀排列或阵列排列的释放孔52。其中，释放孔的形状可以为圆形、椭圆形、多边形等，不做限定。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，参阅图1及图2，所述第一转接板2和所述第二转接板7均为半导体材料。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，所述半导体材料为硅、砷化镓、石英、玻璃和蓝宝石中的任一种。本实施例中，其中，选择硅作为第一转接板2和第二转接板7的制作材料，成本低且打孔技术成熟，可以降低制作成本。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1至图2，所述第一接地孔21和所述第二接地孔72的内壁设有金属导电层，或所述第一接地孔21和所述第二接地孔72内设有金属导电柱。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1至图2，所述第一开放腔体22和所述第二开放腔体71的形状为底部小开口大的四棱台状或圆台状。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1至图2，所述互连层4包括多个bga焊球。本实施例中，利用低成本的bga焊球将第一接地线31和第二接地线61焊接相连，实现整体的接地连通。其中，bga是bumpgridarray的缩写，也即球栅阵列，是球状引脚栅格阵列封装技术。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1至图2，所述mems桥5的材质为金属铜。本实施例中，由于mems桥5作为金属屏蔽层，只是用以提高不同微波信号之间的隔离度，不传输射频信号，因此可以选用成本较低的铜作为原料，实现微波信号的低损耗传输，相比采用金作为制备mems桥5的原料，能够降低成本；由于mems桥5作为金属屏蔽层，只与接地线连接，不与信号线连接，能够提高不同信号之间的隔离度。

本发明还提供一种微波器件，包括所述的mems交叉线。

本发明提供的微波器件，由于mems桥不参与信号传输，仅仅具有隔离功能，能够有效降低mems桥的制作成本，进而降低器件的制作成本，提高不同信号之间的隔离度，避免不同信号之间的干扰，从而提高信号传输的精度。其中，制备过程中的金属层和电镀材料，均可选用铜金属，也利于成本的降低。

本发明提供的mems交叉线的制备方法，包括以下步骤：

一、第一转接板2的制备步骤如下：

s1，通过湿法腐蚀或者干法刻蚀的方式在第一转接板2的背面制作第一开放腔体22；其中，第一转接板2在使用前，正面和背面均抛光处理；

s2，通过湿法腐蚀或者干法刻蚀的方式在第一转接板2上制作第一接地孔21；

s3,在第一转接板2的正面通过金属溅射工艺实现大面积金属制备，通过光刻技术实现一层金属层的图形化制备；

s4，对第一转接板2的背面进行金属溅射，实现金属层的制备，通过两次溅射，能够更好的使第一接地孔21的孔壁、第一开放腔体22的内壁附着上金属层；

s4，通过金属电镀工艺，增加第一转接板2正背两面的金属层的厚度和第一接地孔21孔壁金属层的厚度，其中金属层的厚度可以为2-10μm，金属电镀材料可以为金、铜；

s5，在背面金属层的表面制作阻焊层，以便于互连层4的焊接。

二、mems桥5的制备步骤如下：

s1，利用与光刻胶等光刻材料不相融的材料，对第一转接板2上的第一开放腔体22内进行填充，填充的高度不超过第一开放腔体22的开口，填充材料作为第一牺牲层；其中，填充材料为二氧化硅或铜；

s2，在第一转接板2的第一牺牲层上层叠旋涂光刻胶或聚酰亚胺，作为mems桥5的第二牺牲层；

s3，通过光刻工艺实现mems桥5的图形化制备；

s4，通过金属电镀实现mems桥5的生长，电镀材料可以是金或者铜；也可以通过蒸发铝的方式实现mems桥5的生长，如果mems桥5的材料为铝，可以通过掺杂的方式增强mems桥5的刚度；

s5，待mems桥5电镀完成后，通过湿法腐蚀的方式将第一牺牲层和第二牺牲层从第一转接板2上一起移除。

三、制备第二传输线结构，第二传输线结构的制备工艺与第一传输线结构的制备工艺相同，通过互连层4实现第一转接板2的背面和第二转接板7的正面焊接相连，实现接地连通。

本实施例中，第一传输线结构和第二传输线结构设计为相同的结构，制作方法相同，使用封装制作器件时，只需调整放置的角度和位置即可，可有效降低成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。