阅读说明：本技术 一种基于柔性衬底的带通滤波器及制作方法 (Band-pass filter based on flexible substrate and manufacturing method ) 是由 秦国轩 游子璇 于 2019-11-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了基于柔性衬底的带通滤波器及制作方法,具体结构为层式结构,自下而上依次GND金属层(4)、柔性衬底(3)以及高介电常数介质层(2)；其中,所述高介电常数介质层(2)上还设置有第一、第二微带线金属层(11)、(12)。采用一种新型的电路结构设计以及制备工艺,在柔性PET衬底上采用磁控溅射的方法涂上一层高介电常数钛酸钡介质层作为微带线介质层。通过HFSS设计优化带通滤波器结构参数,通过ADS仿真得到柔性带通滤波器的版图设计,采用磁控溅射高介电常数介质层,光刻后金属蒸发生长技术,从而实现一个较高频率下工作以及可弯曲工作的带通滤波器的制备。本发明的带通滤波器具有较好的性能以及较高的工作频率,在柔性射频集成电路的制作与智能穿戴领域具有广泛的应用前景。(The invention discloses a band-pass filter based on a flexible substrate and a manufacturing method thereof, wherein the specific structure is a layered structure, and a GND metal layer (4), the flexible substrate (3) and a high-dielectric-constant dielectric layer (2) are sequentially arranged from bottom to top; the high-dielectric-constant dielectric layer (2) is also provided with a first microstrip line metal layer (11) and a second microstrip line metal layer (12). A novel circuit structure design and a preparation process are adopted, and a high-dielectric-constant barium titanate dielectric layer is coated on a flexible PET substrate as a microstrip line dielectric layer by adopting a magnetron sputtering method. The structural parameters of the band-pass filter are optimized through HFSS design, the layout design of the flexible band-pass filter is obtained through ADS simulation, and the preparation of the band-pass filter working at higher frequency and capable of working in a bendable mode is achieved through magnetron sputtering of a high dielectric constant dielectric layer and a metal evaporation growth technology after photoetching. The band-pass filter has better performance and higher working frequency, and has wide application prospect in the fields of manufacturing of flexible radio frequency integrated circuits and intelligent wearing.)

一种基于柔性衬底的带通滤波器及制作方法

技术领域

本发明属于柔性射频电路设计领域，具体涉及到一种PET塑料衬底的射频带通滤波器的设计方法以及制备工艺。

背景技术

柔性电子是将有机、无机材料电子器件制作在柔性、可延性塑料或薄金属基板上的新兴电子科技，在信息、能源、医疗、国防等领域都具有广泛应用。如印刷RFID、电子用表面粘贴、有机发光二极管OLED、柔性电子显示器等。本发明采用一种新型工艺，通过HFSS设计优化带通滤波器结构参数，通过ADS仿真得到柔性带通滤波器的版图设计，采用磁控溅射高介电常数介质层，光刻后金属蒸发生长技术，在柔性衬底上制备高性能的柔性射频带通滤波器结构，将来有望在可穿戴电子，大规模柔性集成电路等方面取得广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于柔性衬底的带通滤波器及制作方法，采用磁控溅射工艺在PET衬底上镀上高介电常数的钛酸钡介质层，随后采用光刻形成图案以及金属蒸发的方式实现金属层的制备，从而完成在HFSS和ADS软件中设计的柔性带通滤波器的制备。

本发明的一种基于柔性衬底的带通滤波器，所述带通滤波器具体结构为层式结构，自下而上依次GND金属层4、柔性衬底3以及高介电常数介质层2；其中，所述高介电常数介质层2上还设置有第一、第二微带线金属层11、12。

多个所述基于柔性衬底的带通滤波器5串联，这种串联结构共有同一个带通滤波器输入端6、带通滤波器输出端7。

本发明的一种基于柔性衬底的带通滤波器，所述制作方法包括以下步骤：

步骤一、首先在HFSS中设计并调整带通滤波器结构参数，在ADS仿真软件中设计出带通滤波器的基本原理图，采用微带电路中常用的微带线工具，如平行耦合微带线以及弧形微带线和一般微带线作为带通滤波器的基本构成单元，完成连线与设计，初始化微带线的基本长宽参数，设计对称的网络结构；

步骤二、计算微带线的相关参数：基板厚度设置为0.5mm、微带线的相对介电常数为97.2、微带线的电导率为5.88E+7、微带电路的封装高度为1.0e+33mm、微带线的金属层厚度为500nm、输入端口的特征阻抗为50Ω、输出端口的特征阻抗为50Ω，通过计算得到微带线的基本长宽分别为998.784μm和8.7451μm；

步骤三、对微带线电路图进行S参数为目标的仿真与优化，添加优化控件，设置4.5Ghz-5.5Ghz为目标工作频率区间以及S参数在此区间的数值要求，完成对每个微带线单元的优化设置；

步骤四、进行仿真，得到S参数的曲线与目标进行对比，多次优化以后得到最优结果；

步骤五、生成带通滤波器的版图，进行版图优化后仿真，得到仿真曲线，保存版图；

步骤六、根据生成版图制备掩膜版，在柔性衬底上磁控溅射产生97.2高介电常数的介质层；

步骤七、使用丙酮和异丙醇在超声中清洗柔性衬底，随后在完成磁控溅射的衬底上进行匀胶，1813正性光刻胶，匀胶转速为4000r/min、匀胶时间为30s、匀胶温度为115℃，并对光刻胶在90℃进行3分钟的前烘；

步骤八、根据生成的掩膜版进行对准光刻，形成带通滤波器的图案；

步骤九、在形成的图案上进行金属蒸发，形成500nm厚的金电极金属层，并在背面蒸镀上一层GND金属层，去胶以后完成器件的制备。

与现有技术相比，本发明所产生的积极技术效果是能够在较为简便的工艺中设计并制备较高介电常数的介质层从而实现带通滤波器的大规模集成应用。

附图说明

图1为本发明的一种基于柔性衬底的带通滤波器结构示意图；

图2为本发明的一种基于柔性衬底的带通滤波器实施例一结构示意图，(a)侧视图，(b)俯视图；

图3为本发明的一种基于柔性衬底的带通滤波器实施例二结构示意图；

图4为本发明的一种基于柔性衬底的带通滤波器的S参数曲线图；

附图标记：

11、第一微带线金属层，12、第二微带线金属层，2、高介电常数介质层，3、柔性衬底，4、GND金属层，5、基于柔性衬底的带通滤波器，6、带通滤波器输入端，7、带通滤波器输出端。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明技术方案进行详细描述。

如图1和图2所示，为本发明的一种基于柔性衬底的带通滤波器结构示意图。该结构为层式结构，从下至上依次为GND金属层4、柔性衬底3(采用PET柔性塑料制成)、高介电常数介质层2(作为微带线介质层)以及第一、第二微带线金属层11、12。

柔性功率分配器的主要工作原理在于通过带通滤波器的输入端口进行连接输入信号，通过改变带通滤波器结构参数，基于微带线的基本理论，设计完成在特定带内低阻抗，带外高阻抗，实现滤波功能。而本发明首次在柔性PET衬底上完成带通滤波器的设计，实现了在不同弯曲状态下电路的正常工作，为柔性射频电路的大规模集成提供了可能。

如图2所示，本发明的一种基于柔性衬底的带通滤波器实施例一结构示意图。由实施例一可见，高介电常数介质层2、柔性衬底3、GND金属层4的宽度可以有多种变化形式。第一微带线金属层11、第二微带线金属层12之间的位置关系也是有多种变化形式。

如图3所示，为本发明的一种基于柔性衬底的带通滤波器实施例二结构示意图。由实施例二可见，多个基于柔性衬底的带通滤波器5串联，这种串联结构共有同一个带通滤波器输入端6、带通滤波器输出端7。

如图4所示，本发明的一种基于柔性衬底的带通滤波器的S参数曲线图。由于本发明为对称结构，因此S11与S22相同，S12与S21相同，S11与S22为反射系数即S参数中表示从该端口输入的信号反射回该端口的比例，表示为lg(P11/P1)，其中P1为输入信号，P11为反射回的信号，单位为dB。S12与S21为***损耗，表示从输出端输出的信号与输入端输入的信号的比值，表示为lg(P12/P1),其中P1为输入信号，P12为输出信号。S参数优化结果包括S11，S12，S21，S22，在4.5GHz-5.5GHz的带宽内，S11，S22小于-10dB，S12，S21接近于0以在带宽内较好的传输信号。在带宽外，S11，S22接近于0，S12，S21小于-20dB，以阻断信号的传输。

本发明的一种基于柔性衬底的带通滤波器制作方法，采用磁控溅射工艺在PET衬底上镀上高介电常数的钛酸钡介质层，随后采用光刻形成图案以及金属蒸发的方式实现金属层的制备，从而完成在HFSS和ADS软件中设计的柔性带通滤波器的制备。该制作方法包括以下步骤：

步骤一、首先在HFSS中设计并调整带通滤波器结构参数，在ADS仿真软件中设计出带通滤波器的基本原理图，采用微带电路中常用的微带线工具，如平行耦合微带线以及弧形微带线和一般微带线作为带通滤波器的基本构成单元，完成连线与设计，初始化微带线的基本长宽参数，设计对称的网络结构；

步骤二、计算微带线的相关参数，基板厚度设置为0.5mm，微带线的相对介电常数为97.2，微带线的电导率为5.88E+7，微带电路的封装高度为1.0e+33mm，微带线的金属层厚度为500nm，输入端口的特征阻抗为50Ω，输出端口的特征阻抗为70欧，通过计算可得微带线的基本长宽分别为998.784μm和8.7451μm；

步骤三、对微带线电路图进行S参数为目标的仿真与优化，添加优化控件，设置4.5Ghz-5.5Ghz为目标工作频率区间以及S参数在此区间的数值要求，完成对每个微带线单元的优化设置；

步骤四、进行仿真，得到S参数的曲线与目标进行对比，多次优化以后得到最优结果；

步骤五、生成带通滤波器的版图，进行版图优化后仿真，得到仿真曲线，保存版图；

步骤六、根据生成版图制备掩膜版，在柔性衬底上磁控溅射产生97.2高介电常数的介质层；

使用丙酮和异丙醇在超声中清洗柔性衬底，随后在完成磁控溅射的衬底上进行匀胶，1813正性光刻胶，匀胶转速为4000r/min、匀胶时间为30s、匀胶温度为115℃，并对光刻胶在90℃进行3分钟的前烘；

步骤八、根据生成的掩膜版进行对准光刻，形成带通滤波器的图案；

步骤九、在形成的图案上进行金属蒸发，形成500nm厚的金电极金属层，并在背面蒸镀上一层GND金属层，去胶以后完成器件的制备。