摺疊槽天線結構及其製作方法

2023-07-07 15:58:01

摺疊槽天線結構及其製作方法
【專利摘要】本發明提供一種摺疊槽天線結構及其製作方法，通過在矽襯底上塗覆具有流動性的低介電常數的有機介電材料並固化作為天線的介質基板，在該基板上製作摺疊槽天線圖形，並在天線圖形下方對應的區域刻蝕所述矽襯底形成介質空腔。介質空腔的刻蝕方法為：在製作天線圖形前，先用低成本的溼法KOH刻蝕，做完天線後採用DRIE幹法刻蝕剩下的矽薄膜。本發明的摺疊槽天線克服了矽基集成天線介質基板較薄的缺點，顯著增加了天線的帶寬並提高了天線的性能，可以使天線帶寬增加到15%以上。本發明的製作流程與埋置型晶片封裝兼容，所製作出來的天線可以和晶片一起封裝，減小了信號線的傳輸距離，從而減小了損耗。同時，天線與晶片集成在一起，提高了可靠性，減小了體積，符合現代集成電路封裝的趨勢。
【專利說明】摺疊槽天線結構及其製作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種天線及其製作工藝，特別是涉及一種基於低阻矽的摺疊槽天線結構及製作方法。
【背景技術】
[0002]在無線通訊領域，天線是不可缺少且非常重要的一部分。微帶天線是20世紀70年代初期研製成功的一種新型天線。和常用的微波天線相比，它有如下一些優點:體積小，重量輕，低剖面，能與載體共形，製造簡單，成本低；電器上的特點是能得到單方向的寬瓣方向圖，最大輻射方向在平面的法線方向，易於和微帶線路集成，易於實現線極化或圓極化。相同結構的微帶天線可以組成微帶天線陣，以獲得更高的增益和更大的帶寬。因此微帶天線得到愈來愈廣泛的重視。傳統的射頻貼片天線一般做在PCB (印刷電路板)上，通過同軸電纜與發射電路連接。此種方法雖然具有上述諸多優點，但是基板材料的介電常數，厚度，以及天線的尺寸一致性較差，特別是在比較高的頻帶，這些誤差會對天線參數造成很大影響，往往在製作出來後，需要進一步的調試才能使用，使生產效率降低，增加了成本。另外，傳統的貼片天線和集成電路是分開的，連在一起時會受到連接器的限制，產生一些問題:如阻抗匹配，寄生電感，寄生電容等。
[0003]由於以上缺點，做在矽片上的天線應運而生，它和集成電路一起，這種天線製作工藝精確，一致性好，得到了廣泛的應用。但是，這種天線有一種缺點，即基板較薄，一般只有幾十μ m甚至不到I μ m，使帶寬大大降低，一般帶寬只有1%左右。提高基板厚度在矽片上實現比較困難，文獻報導中常用的辦法是在矽上刻蝕槽，在槽中填充固體介電材料使與周圍高度一致，然後用膠體的介質層把天線圖形做在其上，這種方法使得天線基板材料有至少兩種，天線損耗增大，而且天線圖形和饋線的基板材料不同，容易產生阻抗不匹配，同時仿真和工藝製作較麻煩；另一種是在槽中填充和其他區域形同的介電材料(一般為液體)，然後固化，這種方法在槽的深度較淺的時候還可以使用，但是在大深度時候，經常導致天線表面的平整性不好，對天線造成不良影響。另外還有的辦法是做在高阻矽上，以減小損耗。

【發明內容】

[0004]鑑於以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在於提供一種摺疊槽天線結構及製作方法，用於解決現有技術中矽基集成天線介質基板較薄的問題。
[0005]為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種摺疊槽天線的製作方法，至少包括以下步驟:
[0006]I)提供一襯底，
[0007]2)在所述襯底的上下表面形成Si02層；並在所述SiO2層表面再沉積SiN層；
[0008]3)在所述襯底的下表面刻蝕部分SiO2層和SiN層形成窗口圖形；
[0009]4)以SiO2層和SiN層為掩膜，自所述窗口圖形中溼法刻蝕該襯底，形成空腔；
[0010]5)在步驟4)之後獲得的結構上塗覆有機介電層並進行固化；[0011]6)在固化後的該有機介電層上形成種子層；
[0012]7)在所述種子層上根據預設摺疊槽結構的天線圖形採用光刻膠圖形化該種子層；
[0013]8)電鍍金屬層；
[0014]9)去除光刻膠以及光刻膠下的種子層後形成摺疊槽結構的天線；
[0015]10)自所述Si襯底的下表面採用幹法刻蝕掉剩下的襯底直至Si02層處。
[0016]優選地，所述有機介電層的材料為苯並環丁烯BCB或聚醯亞胺PI，且其介電常數小於5。
[0017]優選地，所述襯底為低阻矽襯底。
[0018]優選地，所述步驟2)中採用熱氧化的方法在所述襯底的上下表面形成Si02層。
[0019]優選地，所述步驟4)中自所述窗口圖形中溼法刻蝕該襯底直至剩下40-100 μ m，優選是50 μ m時停止刻蝕。
[0020]優選地，所述步驟6)中的種子層包括通過濺射製備的Cr濺射層及Au濺射層，所述第二電鍍層為Au電鍍層，其中，所述Cr濺射層的厚度為l(T30nm，Au濺射層的厚度為50~150nm。 [0021]優選地，所述步驟8)中金屬層的材料為Au，厚度為1-5 μ m，厚度優選為3 μ m。
[0022]本發明還提供一種摺疊槽天線結構，該天線結構包括設有空腔的襯底；位於該襯底上下表面的Si02層以及位於該Si02層上的SiN層；位於所述襯底上方SiN層上的有機介電層；位於所述有機介電層上圖形化的種子層；以及位於所述圖形化的種子層上的圖形
化金屬層。
[0023]優選地，所述有機介電層的厚度為10-30μπι。
[0024]優選地，所述SiO2層厚度為1-2 μ m, SiN層的厚度為0.05-0.2 μ m。
[0025]優選地，所述圖形化的種子層和圖形化金屬層的形狀為「凸」字型。
[0026]如上所述，本發明的摺疊槽天線及其製作工藝，具有以下有益效果:通過在矽襯底上塗覆具有流動性的低介電常數的有機介電材料並固化作為天線的介質基板，在該基板上製作摺疊槽天線圖形，並在天線圖形下方對應的區域刻蝕所述矽襯底形成介質空腔。介質空腔的刻蝕方法為:在製作天線圖形前，先用低成本的溼法KOH刻蝕，等到剩下越50 μ m的時候停止刻蝕，做完天線後採用DRIE幹法刻蝕剩下的矽薄膜。本發明的摺疊槽天線克服了矽基集成天線介質基板較薄的缺點，與傳統矽基集成天線相比，顯著增加了天線的帶寬並提高了天線的性能，可以使天線帶寬增加到15%以上。本發明的製作工藝流程與埋置型晶片封裝兼容，所製作出來的天線可以和晶片一起封裝，與傳統的外接天線方法相比，減小了信號線的傳輸距離，從而減小了損耗。同時，天線與晶片集成在一起，提高了可靠性，減小了體積，符合現代集成電路封裝的趨勢。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1a-1k顯示為本發明集成在低阻矽上的摺疊槽天線的製作流程圖。
[0028]圖2顯示為圖1g的俯視圖。
[0029]圖3顯示為本發明集成在低阻矽上的摺疊槽天線俯視圖。其中圖1a-1k為沿AA』線的截面圖。[0030]元件標號說明
[0031]
【權利要求】
1.一種摺疊槽天線的製作方法，其特徵在於，至少包括以下步驟: 1)提供一襯底(101)， 2)在所述襯底(101)的上下表面形成Si02層(102);並在所述SiO2層表面再沉積SiN層(103)； 3)在所述襯底的下表面刻蝕部分SiO2層和SiN層形成窗口圖形(109)； 4)以SiO2層和SiN層為掩膜，自所述窗口圖形中溼法刻蝕該襯底，形成空腔(108)； 5)在步驟4)之後獲得的結構上塗覆有機介電層(104)並進行固化； 6)在固化後的該有機介電層上形成種子層(106)； 7)在所述種子層上根據預設摺疊槽結構的天線圖形採用光刻膠圖形化該種子層； 8)電鍍金屬層(105)； 9)去除光刻膠以及光刻膠下的種子層後形成摺疊槽結構的天線； 10)自所述Si襯底的下表面採用幹法刻蝕掉剩下的襯底直至Si02層(102)處。
2.根據權利要求1所述的摺疊槽天線的製作方法，其特徵在於:所述有機介電層的材料為苯並環丁烯BCB或聚醯亞胺PI，且其介電常數小於5。
3.根據 權利要求1所述的摺疊槽天線的製作方法，其特徵在於:所述襯底為低阻矽襯
。
4.根據權利要求1所述的摺疊槽天線的製作方法，其特徵在於:所述步驟2)中採用熱氧化的方法在所述襯底的上下表面形成Si02層。
5.根據權利要求1所述的摺疊槽天線的製作方法，其特徵在於:所述步驟4)中自所述窗口圖形中溼法刻蝕該襯底直至剩下40-100 μ m，優選是50 μ m時停止刻蝕。
6.根據權利要求1所述的摺疊槽天線的製作方法，其特徵在於:所述步驟6)中的種子層包括通過濺射製備的Cr濺射層及Au濺射層，所述第二電鍍層為Au電鍍層，其中，所述Cr濺射層的厚度為l(T30nm，Au濺射層的厚度為5(Tl50nm。
7.根據權利要求1所述的摺疊槽天線的製作方法，其特徵在於:所述步驟8)中金屬層的材料為Au，厚度為1-5 μ m,厚度優選為3 μ m。
8.—種摺疊槽天線結構,其特徵在於:該天線結構包括 設有空腔(108)的襯底(101)； 位於該襯底上下表面的Si02層(102)以及位於該Si02層(102)上的SiN層(103); 位於所述襯底上方SiN層(103)上的有機介電層(104)； 位於所述有機介電層(104)上圖形化的種子層(106); 以及位於所述圖形化的種子層(106)上的圖形化金屬層(105)。
9.根據權利要求8所述的一種摺疊槽天線結構，其特徵在於:所述有機介電層(104)的厚度為10-30μπι。
10.根據權利要求8所述的一種摺疊槽天線結構，其特徵在於:所述SiO2層(102)厚度為 1-2 μ m, SiN 層(103)的厚度為 0.05-0.2 μ m。
11.根據權利要求8所述的一種摺疊槽天線結構，其特徵在於:所述圖形化的種子層(106)和圖形化金屬層(105)的形狀為「凸」字型。
【文檔編號】H01Q1/22GK103887601SQ201210559635
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年12月20日 優先權日:2012年12月20日
【發明者】王天喜, 羅樂, 徐高衛 申請人:中國科學院上海微系統與信息技術研究所