一种射频声表面波滤波器
阅读说明：本技术 一种射频声表面波滤波器 (Radio frequency surface acoustic wave filter ) 是由 陈婷婷 杜雪松 谢晓 谢东峰 彭霄 罗璇升 彭雄 张华� 明礼 刘春雪 于 2021-07-22 设计创作，主要内容包括：本发明专利涉及声表面波滤波器,具体涉及本发明提出一种射频声表面波滤波器,包括压电基片以及压电基片上方的结构单元,结构单元为梳状设置的金属指条,每根金属指条的四个端角进行加宽处理,形成活塞式加权,加权的尺寸为：x轴方向的长度为金属指条宽度/20～金属指条宽度/2、y轴方向的长度为金属指条宽度/10～金属指条宽度；本发明对金属指条进行加权设计,提高剥离精确度,使金属指条表面光滑平整,减小表面波能量损耗,使得在中心频率大于2GHz的声表面波滤波器的顶部插损能够减小到1.0以内；该结构也可以补偿曝光显影设备在制作金属指条的失真现象,利用现有设备高精度制作更细的金属指条,实现超高中心频率滤波器的制作。(The invention relates to a surface acoustic wave filter, in particular to a radio frequency surface acoustic wave filter, which comprises a piezoelectric substrate and a structural unit above the piezoelectric substrate, wherein the structural unit is a metal finger strip arranged in a comb shape, four end angles of each metal finger strip are widened to form piston type weighting, and the weighting size is as follows: the length in the x-axis direction is the width of the metal finger/20-2, and the length in the y-axis direction is the width of the metal finger/10-2; according to the invention, the metal finger strip is subjected to weighted design, so that the stripping accuracy is improved, the surface of the metal finger strip is smooth and flat, the surface wave energy loss is reduced, and the insertion loss of the top of the surface acoustic wave filter with the central frequency of more than 2GHz can be reduced to be within 1.0; the structure can also compensate the distortion phenomenon of the exposure and development equipment in the process of manufacturing the metal finger strips, and the existing equipment is utilized to manufacture thinner metal finger strips with high precision, so that the manufacture of the ultrahigh central frequency filter is realized.)
技术领域
本发明专利涉及声表面波滤波器(SAW，Surface Acoustic Wave)，具体涉及一种射频声表面波滤波器。
背景技术
SAW滤波器由于很好地兼顾了高性能、技术成熟、小体积、低成本、高一致性等诸多优点，自上世纪七十年代以来，在脉压雷达、抗干扰接收机、通讯电台、相控阵雷达等军用装备得到广泛应用。在民用市场，电视中频滤波器掀起了SAW技术规模化应用的第一次高潮；而从2G移动通信开始，小型化低损耗SAW射频滤波器更是实现了在手机中的排他性应用，掀起了SAW技术规模化应用的第二次高潮。
随着全球手机滤波器市场前景被一致看好，手机滤波器市场规模快速增长。在手机滤波器中，应用最成熟、最广泛的就是声表面波(Surface Acoustic Wave，SAW)滤波器。近年来，随着移动通信技术的发展，通讯数据流量和3GPP要求的长期演进(LTE)频段数量增长显著，因而LTE和增强LTE(LTE-A)频谱的频带资源分配更趋拥挤；此外，上行链路的载波聚合(CA)技术以及大功率用户设备(HPUE)也已开始在各种通信系统中获得应用。滤波器产业近年处于高速发展的风口，市场对声表滤波器的单颗器件或是晶圆的需求都非常迫切，因此对于声表生产企业，如何释放产能、提升晶圆良率和成品率是目前需要面对和解决的问题。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提出一种新型的SAW器件结构，对滤波器的叉指换能器金属指条、反射栅金属指条和假指金属指条进行加权，利用该种加权结构可以补偿指条在光刻工序的曝光精度，使工艺实现更细、精度要求更高的金属指条的制作，大幅提高高频乃至超高频射频滤波器的制作精度和成品率，本发明提出一种射频声表面波滤波器，包括压电基片以及压电基片上方的结构单元，所述结构单元为梳状设置的金属指条，每根金属指条的四个端角进行加宽处理，形成活塞式加权，加权的尺寸为：x轴方向的长度为金属指条宽度/20～金属指条宽度/2、y轴方向的长度为金属指条宽度/10～金属指条宽度。
进一步的，压电基片上方设置有功能层，金属指条上方设置有保护层。
进一步的，功能层的材料采用金属钛、钛铜金或是钛铝合金。
进一步的，保护层的材料采用二氧化硅或者氮化硅材料。
进一步的，所述结构单元为单端叉指换能器或纵向耦合谐振器。
进一步的，压电基片的材料采用钽酸锂或者铌酸锂材料。
进一步的，金属指条表面覆盖有二氧化硅或者氮化硅材料。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明对金属指条进行加权设计，提高剥离精确度，使金属指条表面光滑平整，减小表面波能量损耗，使得在中心频率大于2GHz的声表面波滤波器的顶部插损能够减小到1.0以内；
(2)本发明利用加权金属块来补偿曝光显影设备在制作金属指条的失真现象，减小工艺误差对滤波器金属形貌的影响，提高滤波器的电性能指标，实现提高成品率的目的；
(3)本发明利用加权金属块来补偿曝光显影设备在制作金属指条的失真现象，利用现有设备高精度制作更细的金属指条，实现超高中心频率滤波器的制作；
(4)本发明滤波器所设计的指条加权方式，利用现有设备精确制作高精度金属指条，减少杂波损耗，实现晶片高成品率和工艺高一致性，以满足未来通讯中日益拥挤的频谱应用需求。
附图说明
图1为本发明实施例中一种射频声表面波滤波器结构示意图；
图2是本发明实施例中的射频声表面波滤波器结构单元——单端叉指换能器的结构图示意图；
图3是本发明实施例中的射频声表面波滤波器结构单元——单端叉指换能器的金属指条加权结构图；
图4是本发明实施例中的射频声表面波滤波器结构单元——纵向耦合谐振器的结构图示意图；
图5是本发明实施例中的射频声表面波滤波器结构单元——纵向耦合谐振器的金属指条加权结构图；
图中，1、压电基片层，2、功能层，3、保护层，4、金属指条，5、接电端口，6、声通道，7、加权层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提出一种射频声表面波滤波器，包括压电基片以及压电基片上方的结构单元，所述结构单元为梳状设置的金属指条，每根金属指条的四个端角进行加宽处理，加宽处理为图3或图5中在端角处设置的加权层7，形成活塞式加权，加权的尺寸，即加权层7的尺寸为：x轴方向的长度为金属指条宽度/20～金属指条宽度/2、y轴方向的长度为金属指条宽度/10～金属指条宽度。
实施例1
如图1所示，本发明声表面波滤波器，包括压电基片1，在所述压电基片1上方设置有功能层2，在所述功能层2上方设置有梳状金属指条4，在梳状金属指条4上方设置有保护层3。
在本发明实施例中，为了减小压电基片与上方金属指条所属膜层的热应力不同，提高金属指条膜层在压电基片上的粘附性，减小声表面波在压电基片传播时的能量损耗，本在压电基片层1上方采用物理或化学方法附着一层功能层2，利用功能层的大屈服强度，减小压电基片和金属指条薄膜之间的应力不匹配性，提高金属指条在压电基片的粘附性。
为提高单片晶片的频率一致性，特别是2GHz以上的单片晶片的频率一致性，在金属指条膜层3上方覆盖保护层4，利用保护层4的温度特性和频率特性，提高单片晶片的频率一致性和可靠性。
具体的，在一些实施例中，所述压电基片1为钽酸锂或是铌酸锂材料构成，根据不同电性能指标要求选择不同切型和基片材料。
进一步的，功能层2材料可采用金属钛(Ti)、钛铜(TiCu)合金或是钛铝(TiAl)合金。
进一步的，保护层3材料可采用二氧化硅(SiO2)或是氮化硅(SiN)。
作为可选实施方式，金属电极指条4材料可采金属铝(Al)、金属铜(Cu)、铝铜合金(AlCu)、金属铬(Cr)、金属金(Au)、金属银(Ag)、金属钨(W)等导电性能优异的金属材料。
本发明中利用功能层的强屈服性来降低压电基片和金属指条之间的热应力不匹配性。由于功能层的导电率小于金属指条层薄膜的导电率，功能层的膜厚太厚会影响滤波器的整体能量损耗，因此功能层的膜层厚度通常设置在5nm～30nm。
在一些实施例中，保护层通常是SiO2材料或是SiN材料，利用其散热特性来提高声表面波滤波器的质量可靠性，但是由于保护层通常是绝缘体，同时声波在保护层中的传播速度明显区别于其在压电基片中的传播速度，因此保护层的厚度通常是在20～100nm之间，这个厚度不会对滤波器的电性能带来较大影响。
实施例2
在本实施例中，选择单端口叉指换能器作为声表滤波器的结构单元。如图2所示，在本实施例中，所述金属指条4中的其中一个末端连接有接电端口5；所述接电端口5作为一种主干汇流条，能够将电信号引导给声通道6，从而激励声波；所述声通道6是由梳状结构的叉指电极构成的声表面波传播通道，一般在上下两侧的汇流条(电端口5)之间(图2中仅展示了一根汇流条)；本实施例中将金属指条4的所有指条的四个端角都进行了加宽的加权处理，使金属指条形成活塞式的结构，加宽的尺寸为x轴方向的长度为金属指条宽度/20～金属指条宽度/2，y轴方向的长度为金属指条宽度/10～金属指条宽度，同时保持相邻加宽的指条之间不连接，以免发生短路。
实施例3
在本实施例中，选择纵向耦合谐振器作为声表滤波器的结构单元。如图4所示，在本实施例中，所述金属指条4中的其中一个末端连接有接电端口5；所述接电端口5作为一种主干汇流条，能够引导电信号给声通道6，本实施案例中图5中的电端口5的数量为6个端口，但根据实际的设计需求，电端口5的数量可以为4～20个(注：电端口数量一定为偶数)；所述声通道6是由梳状结构的叉指电极构成的声表面波传播通道，一般在上下两侧的汇流条(电端口5)之间(图2中仅展示了一根汇流条)；本实施例中将所有金属指条4的四个端角都进行了加宽的加权处理，使指条形成活塞式的结构，加宽的尺寸为x轴方向的长度为金属指条宽度/20～金属指条宽度/2，y轴方向的长度为金属指条宽度/10～金属指条宽度，同时保持相邻加宽的指条之间不连接，以免发生短路。
实施例4
本实施例在对本发明中金属条端角进行加宽处理，形成活塞式加权进行进一步说明，图3所示，在本实施例中，本实施例中金属指条4在声通道6中保持正常的竖直状态，鉴于声表滤波器的特性，金属指条分为反射栅和梳状的叉指换能器(IDT，InterdigitalTransducer)，其中叉指换能器又由假指和真指电极指条组成。本发明实施例中，声通道中的所有金属指条，包括反射栅指条、假指电极、真指电极的四个端角都需要进行加宽方式的加权处理，如实施案例加权方块7所示。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“外”、“前部”、“中央”、“两端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋转”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
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