一種傳輸線電磁噪聲抑制器及其製備方法

2023-09-27 06:47:25 3

專利名稱：一種傳輸線電磁噪聲抑制器及其製備方法
技術領域：
本發明屬於電子技術領域，涉及高頻電磁兼容技術，尤其涉及傳輸線電磁噪聲抑 制器的結構及製備方法。
背景技術：
電子器件工作頻率的提高和電子產品集成度的增大，使得電磁噪聲、模擬和數字 信號之間的電磁幹擾、傳輸線電磁噪聲相應增強。實驗表明，在高頻電磁場中，採用磁性薄 膜材料產生的能量損耗可以很好地抑制傳輸線發射的電磁噪聲。在傳輸線基本的覆蓋信號 頻率範圍的頻帶內，在沒有使用磁性薄膜時，信號中的噪聲諧波在通過傳輸線時其衰減量 很小。在傳輸線上使用磁性薄膜的作用不是為了增加在信號通帶範圍內的插入損耗，而是 阻滯抑制電磁噪聲諧波，即那些高於有意義信號頻率的諧波頻率。高頻傳輸線包括微帶線和共面波導兩種傳輸線。通常傳輸線電磁噪聲抑制器的結 構如圖1所示，包括介質基片1、微帶傳輸線2(圖1 (a))或共面波導傳輸線2(圖1 (b))、絕 緣層3和磁性薄膜4 ；製備時，首先在介質基片1上製作微帶傳輸線或共面波導傳輸線2，然 後採用物理或化學沉積方法在傳輸線上沉積絕緣層3，最後在電絕緣層3上沉積磁性薄膜 4，這樣就能夠得到傳輸線電磁噪聲抑制器。傳輸線電磁噪聲抑制器的工作原理在於高頻信號通過傳輸線時將會由於磁損耗 (包括鐵磁共振吸收損耗和高頻渦流損耗)使高頻電磁信號衰減，被衰減的信號頻率和頻 帶寬度受磁性薄膜的特性及尺寸控制。在磁損耗中，鐵磁損耗由磁性薄膜的磁化強度、各向 異性，退磁場以及磁性薄膜的磁損耗因子決定，渦流損耗則主要由磁性薄膜的電阻率決定， 而工作頻帶的寬度由鐵磁共振線寬決定。現有的傳輸線電磁噪聲抑制器由於在各層薄膜 的製備過程中沒有加入表面處理工藝，其中磁性薄膜的厚度是均勻的，使得現有的傳輸線 電磁噪聲抑制器的工作頻帶寬度較小，不能滿足在寬頻帶範圍內對電磁噪聲進行抑制的需 求。

發明內容
本發明提供一種傳輸線電磁噪聲抑制器及其製備方法，所述傳輸線電磁噪聲抑制 器具有非均勻厚度的磁性薄膜，能夠成倍提高現有傳輸線電磁噪聲抑制器的工作帶寬，以 滿足寬頻帶範圍內對電磁噪聲進行抑制的需求；並且所提供的傳輸線電磁噪聲抑制器的制 備方法具有方法簡單、能夠與微波集成電路工藝兼容。本發明的技術方案為—種傳輸線電磁噪聲抑制器，如圖2所示，包括介質基片1、微帶傳輸線或共面波 導傳輸線2 (圖2 (a)或圖2 (b))、絕緣層3和磁性薄膜4，所述微帶傳輸線或共面波導傳輸 線2處於介質基片1和絕緣層3之間；所述磁性薄膜4處於絕緣層3之上；該傳輸線電磁噪 聲抑制器還包括一層過渡層5，所述過渡層5處於絕緣層3和磁性薄膜4之間；且過渡層5 和磁性薄膜4之間的接觸面是非平整接觸面，使得磁性薄膜4具有非均勻的厚度。
上述技術方案中，所述過渡層材料為高附著性的金屬材料，如Ti、Ta或Cr ；所述磁 性薄膜4為鐵磁性薄膜，如CoNb&磁性薄膜；所述絕緣層可採用有機絕緣層，如聚苯醯胺； 所述絕緣層也可採用無機絕緣層，如SiO2, Al2O3，AlN或MgO。一種傳輸線電磁噪聲抑制器的製備方法，如圖3所示，包括以下步驟步驟1 在介質基片上製備微帶傳輸線或共面波導傳輸線。步驟2 在微帶傳輸線或共面波導傳輸線表面沉積絕緣層。步驟3 將高分子膠體球分散於絕緣層表面形成高分子膠體球模板；然後在高分 子膠體球模板表面沉積一層具有高附著性的金屬材料，再採用常規化學剝離工藝去掉高分 子膠體球，得到附著於絕緣層表面且表面周期性起伏的過渡層。所採用的高分子膠體球的 直徑在200納米至1微米之間，沉積的高附著性金屬材料的厚度以不超過膠體球直徑的一 半為宜。步驟4 在過渡層表面沉積磁性薄膜，得到最終的傳輸線電磁噪聲抑制器。上述方案中，步驟2中所述絕緣層可以是有機絕緣層(如聚苯醯胺)或無機絕緣 層(如SiO2, Al2O3，AlN或MgO)，其厚度在100納米左右；步驟3中所述高分子膠體球可以 是聚苯乙烯球，也可以是聚異戊二烯球；常規化學剝離高分子膠體球化學工藝是指在甲苯 溶液中浸泡並在超聲輔助條件下剝離膠體球；所述高附著性金屬材料或磁性薄膜的沉積工 藝包括磁控濺射法、熱蒸發法、脈衝雷射沉積法或分子束外延法。本發明提供的傳輸線電磁噪聲抑制器，具有較常規傳輸線電磁噪聲抑制器更寬的 工作帶寬，其工作原理是根據鐵磁共振理論和雙磁子(two magnon)自旋散射模型，鐵磁 共振線寬由內稟磁阻尼因子α和材料的不均勻性決定。而內稟磁阻尼因子α由材料的配 方決定，材料的不均勻性則可以通過工藝條件調整。材料的不均勻性包括磁化強度、磁各向 異性和退磁場等在空間分布的不均勻，這些不均勻性將與自旋散射形成耦合項，使得在理 想情況下，自旋的一致運動變為非一致運動，從而使鐵磁共振線寬變寬。本發明就是基於這 一原理，在沉積磁性薄膜前，採用膠體球掩膜方法和外加過渡層的方法，先在絕緣層表面制 備一層表面周期性起伏的過渡層，然後再沉積磁性薄膜，使得最終沉積的磁性薄膜的厚度 不均勻，從而提高傳輸線電磁噪聲抑制器的工作帶寬。本發明的有益效果是本發明提供的傳輸線電磁噪聲抑制器，比常規傳輸線電磁噪聲抑制器具有更寬的 工作帶寬，能夠滿足寬頻帶範圍內對電磁噪聲進行抑制的需求；其製備方法工藝簡單、能夠 與微波集成電路工藝兼容。


圖1是常規傳輸線電磁噪聲抑制器截面結構示意圖。其中(a)是微帶傳輸線電磁 噪聲抑制器截面結構示意圖，(b)是共面波導傳輸線電磁噪聲抑制器截面結構示意圖。圖2是本發明提供的傳輸線電磁噪聲抑制器截面結構示意圖。其中(a)是本發明 提供的微帶傳輸線電磁噪聲抑制器截面結構示意圖，(b)是本發明提供的共面波導傳輸線 電磁噪聲抑制器截面結構示意圖。圖3是本發明提供的傳輸線電磁噪聲抑制器的製備工藝流程圖。圖4膠體球去除後過渡層的表面形貌(AFM)圖。
具體實施例方式本發明提供的傳輸線電磁噪聲抑制器的工作頻率可以通過選擇合適的材料組分， 並通過適當的工藝形成磁各向異性來調整，其工作頻段則可以通過調整膠體球模板中膠體 球的大小來調整。採用這種方法可以採用低廉的且與微波集成電路兼容的工藝製備集成高 頻電磁噪聲抑制器。下面列舉實施實例對本發明予以進一步說明。實施方式1首先在介質基片上製備特徵阻抗為50 Ω的微帶線，然後再微帶線表面沉積100納 米厚的SiO2絕緣層，接著直徑為500nm的聚苯乙烯高分子膠體球分散於絕緣層表面，再通 過射頻磁控濺射工藝在高分子膠體球模板表面沉積200納米厚的Ta過渡層，沉寂Ta過渡 層後採用在甲苯中超聲清洗的方法剝離聚苯乙烯高分子膠體球，最後採用直流磁控濺射方 法在過渡層表面沉積厚度為2微米的CoNb&磁性薄膜，從而完成傳輸線電磁噪聲抑制器的 製備。經測試，所製備的傳輸線電磁噪聲抑制器的中心頻率為1.5GHz，工作帶寬為 500MHz ；而常規中心頻率為1. 5GHz的傳輸線電磁噪聲抑制器，其工作帶寬只有200MHz。這 說明該實施方式所製備的傳輸線電磁噪聲抑制器比常規傳輸線電磁噪聲抑制器，其工作帶 寬提高了 2. 5倍。實施方式2製備過程除沉積的Ta過渡層厚度為500納米外，其餘過程均與實施方式1相同。 測試發現所製備的傳輸線電磁噪聲抑制器的工作帶寬提高到650MHz，工作帶寬比常規傳輸 線電磁噪聲抑制器的工作帶寬增加了 3. 25倍。實施方式3製備過程除沉積的Ta過渡層厚度為1微米外，其餘過程均與實施方式1相同。測 試發現所製備的傳輸線電磁噪聲抑制器的工作帶寬提高到800MHz，工作帶寬比常規傳輸線 電磁噪聲抑制器的工作帶寬增加了 4倍。
權利要求
一種傳輸線電磁噪聲抑制器，包括介質基片(1)、微帶傳輸線或共面波導傳輸線(2)、絕緣層(3)和磁性薄膜(4)，所述微帶傳輸線或共面波導傳輸線(2)處於介質基片(1)和絕緣層(3)之間；所述磁性薄膜(4)處於絕緣層(3)之上；其特徵在於，該傳輸線電磁噪聲抑制器還包括一層過渡層(5)，所述過渡層(5)處於絕緣層(3)和磁性薄膜(4)之間；且過渡層(5)和磁性薄膜(4)之間的接觸面是非平整接觸面，使得磁性薄膜(4)具有非均勻的厚度。
2.根據權利要求1所述的傳輸線電磁噪聲抑制器，其特徵在於，所述過渡層材料為高 附著性的金屬材料。
3.根據權利要求2所述的傳輸線電磁噪聲抑制器，其特徵在於，所述高附著性的金屬 材料為Ti、Ta或Cr。
4.根據權利要求1所述的傳輸線電磁噪聲抑制器，其特徵在於，所述磁性薄膜(4)為鐵磁性薄膜。
5.根據權利要求4所述的傳輸線電磁噪聲抑制器，其特徵在於，所述鐵磁性薄膜為 CoNbZr磁性薄膜。
6.根據權利要求1所述的傳輸線電磁噪聲抑制器，其特徵在於，所述絕緣層為聚苯醯 胺有機絕緣層。
7.根據權利要求1所述的傳輸線電磁噪聲抑制器，其特徵在於，所述絕緣層為SiO2, Al2O3，AlN或MgO無機絕緣層。
8.一種傳輸線電磁噪聲抑制器的製備方法，包括以下步驟步驟1 在介質基片上製備微帶傳輸線或共面波導傳輸線；步驟2 在微帶傳輸線或共面波導傳輸線表面沉積絕緣層；步驟3 將高分子膠體球分散於絕緣層表面形成高分子膠體球模板；然後在高分子膠 體球模板表面沉積一層具有高附著性的金屬材料，再採用常規化學剝離工藝去掉高分子膠 體球，得到附著於絕緣層表面且表面周期性起伏的過渡層；步驟4 在過渡層表面沉積磁性薄膜，得到最終的傳輸線電磁噪聲抑制器。
9.根據權利要求8所述的傳輸線電磁噪聲抑制器的製備方法，其特徵在於，步驟3中所 採用的高分子膠體球的直徑在200納米至1微米之間，沉積的高附著性金屬材料的厚度不 超過膠體球直徑的一半。
10.根據權利要求8所述的傳輸線電磁噪聲抑制器的製備方法，其特徵在於，步驟3中 所述高分子膠體球是聚苯乙烯球或聚異戊二烯球；常規化學剝離高分子膠體球化學工藝是 指在甲苯溶液中浸泡並在超聲輔助條件下剝離膠體球；步驟3或步驟4中所述高附著性金 屬材料或磁性薄膜的沉積工藝包括磁控濺射法、熱蒸發法、脈衝雷射沉積法或分子束外延 法。
全文摘要
一種傳輸線電磁噪聲抑制器及其製備方法，屬於電子技術領域。產品包括介質基片，往上依次是微帶傳輸線或共面波導傳輸線、絕緣層、過渡層和磁性薄膜，所述磁性薄膜具有非均勻的厚度。製備方法是首先在介質基片上製備傳輸線，然後沉積絕緣層，再利用膠體球掩模方法和薄膜沉積工藝製備過渡層和磁性薄膜。本發明依據鐵磁共振理論和雙磁子自旋散射模型，將常規傳輸線電磁噪聲抑制器中均勻厚度的磁性薄膜變成非均勻厚度的磁性薄膜，從而大幅提高了傳輸線電磁噪聲抑制器的工作帶寬。本發明提供的傳輸線電磁噪聲抑制器，具有更寬的工作帶寬，能夠滿足寬頻帶範圍內對電磁噪聲進行抑制的需求；其製備方法工藝簡單、能夠與微波集成電路工藝兼容。
文檔編號H05K9/00GK101909419SQ201010218948
公開日2010年12月8日 申請日期2010年7月7日 優先權日2010年7月7日
發明者劉爽, 唐曉莉, 張懷武, 白明飛, 蘇樺, 金立川, 鍾智勇 申請人:電子科技大學