折疊槽天線結(jié)構(gòu)及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種折疊槽天線結(jié)構(gòu)及其制作方法，通過在硅襯底上涂覆具有流動性的低介電常數(shù)的有機介電材料并固化作為天線的介質(zhì)基板，在該基板上制作折疊槽天線圖形，并在天線圖形下方對應(yīng)的區(qū)域刻蝕所述硅襯底形成介質(zhì)空腔。介質(zhì)空腔的刻蝕方法為：在制作天線圖形前，先用低成本的濕法KOH刻蝕，做完天線后采用DRIE干法刻蝕剩下的硅薄膜。本發(fā)明的折疊槽天線克服了硅基集成天線介質(zhì)基板較薄的缺點，顯著增加了天線的帶寬并提高了天線的性能，可以使天線帶寬增加到15%以上。本發(fā)明的制作流程與埋置型芯片封裝兼容，所制作出來的天線可以和芯片一起封裝，減小了信號線的傳輸距離，從而減小了損耗。同時，天線與芯片集成在一起，提高了可靠性，減小了體積，符合現(xiàn)代集成電路封裝的趨勢。
【專利說明】折疊槽天線結(jié)構(gòu)及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種天線及其制作工藝，特別是涉及一種基于低阻硅的折疊槽天線結(jié)構(gòu)及制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在無線通訊領(lǐng)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(jì)70年代初期研制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(yōu)點:體積小，重量輕，低剖面，能與載體共形，制造簡單，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，易于和微帶線路集成，易于實現(xiàn)線極化或圓極化。相同結(jié)構(gòu)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(tǒng)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(fā)射電路連接。此種方法雖然具有上述諸多優(yōu)點，但是基板材料的介電常數(shù)，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(shù)造成很大影響，往往在制作出來后，需要進一步的調(diào)試才能使用，使生產(chǎn)效率降低，增加了成本。另外，傳統(tǒng)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(chǎn)生一些問題:如阻抗匹配，寄生電感，寄生電容等。
[0003]由于以上缺點，做在硅片上的天線應(yīng)運而生，它和集成電路一起，這種天線制作工藝精確，一致性好，得到了廣泛的應(yīng)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。提高基板厚度在硅片上實現(xiàn)比較困難，文獻報道中常用的辦法是在硅上刻蝕槽，在槽中填充固體介電材料使與周圍高度一致，然后用膠體的介質(zhì)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(chǎn)生阻抗不匹配，同時仿真和工藝制作較麻煩；另一種是在槽中填充和其他區(qū)域形同的介電材料(一般為液體)，然后固化，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(jīng)常導(dǎo)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硅上，以減小損耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種折疊槽天線結(jié)構(gòu)及制作方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中硅基集成天線介質(zhì)基板較薄的問題。
[0005]為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種折疊槽天線的制作方法，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；并在所述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，自所述窗口圖形中濕法刻蝕該襯底，形成空腔；
[0010]5)在步驟4)之后獲得的結(jié)構(gòu)上涂覆有機介電層并進行固化；[0011]6)在固化后的該有機介電層上形成種子層；
[0012]7)在所述種子層上根據(jù)預(yù)設(shè)折疊槽結(jié)構(gòu)的天線圖形采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后形成折疊槽結(jié)構(gòu)的天線；
[0015]10)自所述Si襯底的下表面采用干法刻蝕掉剩下的襯底直至Si02層處。
[0016]優(yōu)選地，所述有機介電層的材料為苯并環(huán)丁烯BCB或聚酰亞胺PI，且其介電常數(shù)小于5。
[0017]優(yōu)選地，所述襯底為低阻硅襯底。
[0018]優(yōu)選地，所述步驟2)中采用熱氧化的方法在所述襯底的上下表面形成Si02層。
[0019]優(yōu)選地，所述步驟4)中自所述窗口圖形中濕法刻蝕該襯底直至剩下40-100 μ m，優(yōu)選是50 μ m時停止刻蝕。
[0020]優(yōu)選地，所述步驟6)中的種子層包括通過濺射制備的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(yōu)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(yōu)選為3 μ m。
[0022]本發(fā)明還提供一種折疊槽天線結(jié)構(gòu)，該天線結(jié)構(gòu)包括設(shè)有空腔的襯底；位于該襯底上下表面的Si02層以及位于該Si02層上的SiN層；位于所述襯底上方SiN層上的有機介電層；位于所述有機介電層上圖形化的種子層；以及位于所述圖形化的種子層上的圖形
化金屬層。
[0023]優(yōu)選地，所述有機介電層的厚度為10-30μπι。
[0024]優(yōu)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(yōu)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(fā)明的折疊槽天線及其制作工藝，具有以下有益效果:通過在硅襯底上涂覆具有流動性的低介電常數(shù)的有機介電材料并固化作為天線的介質(zhì)基板，在該基板上制作折疊槽天線圖形，并在天線圖形下方對應(yīng)的區(qū)域刻蝕所述硅襯底形成介質(zhì)空腔。介質(zhì)空腔的刻蝕方法為:在制作天線圖形前，先用低成本的濕法KOH刻蝕，等到剩下越50 μ m的時候停止刻蝕，做完天線后采用DRIE干法刻蝕剩下的硅薄膜。本發(fā)明的折疊槽天線克服了硅基集成天線介質(zhì)基板較薄的缺點，與傳統(tǒng)硅基集成天線相比，顯著增加了天線的帶寬并提高了天線的性能，可以使天線帶寬增加到15%以上。本發(fā)明的制作工藝流程與埋置型芯片封裝兼容，所制作出來的天線可以和芯片一起封裝，與傳統(tǒng)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，天線與芯片集成在一起，提高了可靠性，減小了體積，符合現(xiàn)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(fā)明集成在低阻硅上的折疊槽天線的制作流程圖。
[0028]圖2顯示為圖1g的俯視圖。
[0029]圖3顯示為本發(fā)明集成在低阻硅上的折疊槽天線俯視圖。其中圖1a-1k為沿AA’線的截面圖。[0030]元件標(biāo)號說明
[0031]
【權(quán)利要求】
1.一種折疊槽天線的制作方法，其特征在于，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);并在所述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，自所述窗口圖形中濕法刻蝕該襯底，形成空腔(108)； 5)在步驟4)之后獲得的結(jié)構(gòu)上涂覆有機介電層(104)并進行固化； 6)在固化后的該有機介電層上形成種子層(106)； 7)在所述種子層上根據(jù)預(yù)設(shè)折疊槽結(jié)構(gòu)的天線圖形采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后形成折疊槽結(jié)構(gòu)的天線； 10)自所述Si襯底的下表面采用干法刻蝕掉剩下的襯底直至Si02層(102)處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的折疊槽天線的制作方法，其特征在于:所述有機介電層的材料為苯并環(huán)丁烯BCB或聚酰亞胺PI，且其介電常數(shù)小于5。
3.根據(jù) 權(quán)利要求1所述的折疊槽天線的制作方法，其特征在于:所述襯底為低阻硅襯
。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的折疊槽天線的制作方法，其特征在于:所述步驟2)中采用熱氧化的方法在所述襯底的上下表面形成Si02層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的折疊槽天線的制作方法，其特征在于:所述步驟4)中自所述窗口圖形中濕法刻蝕該襯底直至剩下40-100 μ m，優(yōu)選是50 μ m時停止刻蝕。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的折疊槽天線的制作方法，其特征在于:所述步驟6)中的種子層包括通過濺射制備的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(jù)權(quán)利要求1所述的折疊槽天線的制作方法，其特征在于:所述步驟8)中金屬層的材料為Au，厚度為1-5 μ m,厚度優(yōu)選為3 μ m。
8.—種折疊槽天線結(jié)構(gòu),其特征在于:該天線結(jié)構(gòu)包括 設(shè)有空腔(108)的襯底(101)； 位于該襯底上下表面的Si02層(102)以及位于該Si02層(102)上的SiN層(103); 位于所述襯底上方SiN層(103)上的有機介電層(104)； 位于所述有機介電層(104)上圖形化的種子層(106); 以及位于所述圖形化的種子層(106)上的圖形化金屬層(105)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種折疊槽天線結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述有機介電層(104)的厚度為10-30μπι。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種折疊槽天線結(jié)構(gòu)，其特征在于: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(jù)權(quán)利要求8所述的一種折疊槽天線結(jié)構(gòu)，其特征在于: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(yōu)先權(quán)日:2012年12月20日
【發(fā)明者】王天喜, 羅樂, 徐高衛(wèi) 申請人:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所