前言

本文提出了一种基于BCB封装盖BCB膜偏转的毫米波BPF调谐机制，工作频率为3 GHz的60极并联微带滤波器首先在30 μm厚的BCB聚合物基板上实施，然后通过我们新的防粘附层辅助晶圆级转移技术进行BCB封顶。

金电极在BCB帽顶部制造，用于直流驱动，实现的BCB上限BPF显示，从1.49 GHz到63.36 GHz的调谐范围为64.85 GHz，相关的插入损耗为−9.7 dB和−9.4 dB，在整个调谐范围内回波损耗优于−11 dB。

实验目的和过程一览

对于毫米波电路，MEMS技术因其作为新兴电路（如低损耗和低色散传输线、射频（RF）滤波器、压控振荡器和移相器等新兴电路的支持技术而受到越来越多的关注，成熟的微加工技术使得在适合片上集成的介电膜上实现微波和毫米波滤波器成为可能。

MEMS变容二极管通常具有滤波调谐能力，但由于其可靠性和封装问题，仍然存在一些障碍，作为一种替代方法，柔性聚合物衬底可用于广泛可调谐振器，如Chappell等人报道的那样，铁氧体可调谐带通滤波器也可用于40-60 GHz频段。

同样，可移动的介电膜可以成为实现毫米波频率可调谐滤波器的候选者，因为它改变了封装滤波器的电磁场分布，BCB瓶盖包装在我们之前的工作中得到了证明，从这个封装盖开始，在其顶部制造金电极，以实现在滤光片基板上带有反电极的电容式致动器。

因此，BCB帽的BCB膜可以通过施加到电极上的静电力来驱动，当BCB电容下降到滤波器的微带元件时，其特性阻抗降低，导致有效介电常数增加，该文提出采用BCB电容偏转的60 GHz频段可调谐并联耦合BPF。

研究首先描述了可调谐滤波器的概念，然后通过解析计算和电磁仿真介绍了并联耦合BPF（带通滤波器）设计方法，此外，可调特性还将作为BCB盖和过滤器之间气隙高度的函数进行研究，设计过滤器的制造过程将在第 3 节中解释，在第 部分的描述中，将介绍特征描述和讨论。

概念与设计

图中显示了所提出的可调谐滤波器的横截面，它在具有接地平面背面的BCB基板上具有平面滤波器和较低的调谐电极，BCB帽作为调谐元件引入，上调音电极在BCB帽的顶部制成，由于上下调谐电极之间的静电力，BCB盖的气隙减小。

图所提出的可调谐带通滤波器的横截面，平面滤波器首先设计如下;图2所示的并联耦合半波长谐振器滤波器首先按照中的标准设计程序进行设计，3极点、5%带宽和0.1 dB纹波（中频带f）0= 60 GHz用于查找低通原型的g值，BCB材料的材料属性为介电常数为3，损耗角角正切为0.001，BCB基板厚度为30μm。

首先，分析计算两个谐振器之间的偶数和奇数模式阻抗，其中一半是由于滤波器的对称性而给出的，下一步是找到与所需偶数和奇数模式阻抗相对应的耦合谐振器的实际尺寸，使用给出的耦合谐振器的设计公式，每对谐振器的宽度和间距如所示。

通过物理尺寸，已经执行了电磁仿真以检查和优化滤波器的频率响应

，根据设计的滤波器，通过将气隙高度从2.5 μm更改为15 μm来研究使用BCB帽驱动的调谐特性，调谐范围为1.6 GHz，在60.6 μm气隙高度时为2.5 GHz，在62 μm时为2.15 GHz，相应的插入损耗为−3.29 dB和−3.34 dB，回波损耗优于−15 dB，此外，还研究了BCB膜的行为作为驱动电压的函数，直流电极的尺寸为 2，760 μm （L） × 900 μm （W）。

电容式静电执行器使用ANSYS程序进行建模和仿真，BCB电容在直流致动电压100 V时的偏转如图所示，BCB电容偏转与直流致动电压之间的关系如图所示，发现在14 V时最大挠度为200 μm.请注意，该模型不包括BCB残余应力和金电极对BCB帽的影响，因此，实际的直流驱动电压将高于预期的电压。

滤波器调谐仿真结果与气隙高度的关系。

BCB帽挠度仿真结果.（a） 直流致动电压为 100 V 时的 BCB 帽偏转，（b） BCB 帽偏转作为致动电压的函数。

制造

图中描述了所提出的可调谐滤波器的制造工艺流程;（a）使用我们之前的工作中已经报道的可光图案BCB多层涂层在30μm厚的金地平面上形成2μm厚的带有通孔的BCB基板。

它在 15 °C 下硬固化 250 分钟后提供 60 μm 厚的单 BCB 层，（b） 进行电镀金以制造设计的滤波器和接地层通孔，（c） BCB盖使用我们的防粘附层辅助转移技术转移到过滤基材上，详情见，（d） 用于直流致动的电容式致动器的顶部电极使用电镀金形成，厚度为1.5μm，需要注意的是，所有的电镀金都是使用AZ9260 PR模具进行的。

图中显示了制造的BCB电容可调谐滤波器，成功实现了BCB基板上的平面滤波器、BCB帽和BCB帽顶部的调谐电极，显示了故意破坏的BCB帽，以显示放置在平面滤波器两侧的下调谐电极。

应该注意的是，由于技术优势，上部调谐电极是在BCB帽的顶部而不是内部的BCB帽上制成的，但是，这就是为什么它需要前面提到的如此高的直流驱动电压的原因。

预制可调谐滤波器

通常，BCB帽由于其拉伸残余应力而具有向下挠度，如图中所示，作为参考，研究给出了不含金电极的BCB帽曲线，对制造的可调谐滤波器的BCB电容曲线进行了研究，因为它决定了BCB电容驱动的行为，如图所示，由于BCB帽和上金电极之间的残余应力效应，BCB膜的中心有5μm向上偏转。

或不带上调谐电极的BCB帽型材， 在制造上调谐电极后测量的BCB帽轮廓， 测量的BCB帽轮廓，没有上调谐电极。

表征和讨论

在无BCB盖的BCB衬底上制造的BPF首先由HP8510C和探针系统表征，测得的插入损耗和回波损耗如图所示，插入损耗和回波损耗分别为−8.7 dB，小于−10 dB，包括以65.64 GHz为中心的通带内的探头间损耗。

测量和仿真之间的差异主要是由于BCB基板厚度上的制造工艺误差和耦合微带线之间的定义间隙造成的，通过基于测量的ADS和动量建模，发现滤波器的插入损耗和回波损耗对间隙S2和S3敏感，这些间隙将包含在新的滤波器设计中。

BCB帽在0 μm和15 μm处的两种不同气隙高度导致中心频率分别为64.85 GHz和63.36 GHz，调谐范围为1.49 GHz，相关插入损耗为−9.4 dB和−9.7 dB，而回波损耗优于−11 dB，为了提高可调性，

将

考虑具有较高介电材料或电介质和BCB聚合物帽混合物的其他聚合物材料。

BCB封端可调谐滤波器的测量调谐特性插入损耗，回波损耗。

最终结论

针对毫米波频率的可调谐滤波器，提出了介电驱动方法作为当前MEMS变容二极管的替代方法，由于介电驱动改变了滤波器的电磁场分布，因此可以调节滤波器的中心频率，像封装帽一样放置在滤波器上方的BCB介电帽已作为MEMS变容二极管作为调谐元件，它将通过改变BCB帽和滤芯之间气隙的静电力来驱动，BCB盖通过BCB薄膜帽转移技术成功转移到过滤装置上。

BCB帽驱动显示从1.49 GHz到64.85 GHz的频率调谐为63.36 GHz，气隙变化为15 μm，因此，验证了BCB电介质对滤波器调谐的影响，并将进一步研究调谐作为气隙高度和驱动电压的函数。

参考文献

贝克，《通用汽车分布式MEMS实时延迟移相器和宽带开关

韦勒，《通用汽车高性能微屏蔽生产线组件》

库德勒，《固态传感器和执行器研讨会》

哈杰拉，《使用柔性聚合物基板广泛可调高 Q 值消逝模式谐振器》