本發(fā)明涉及一種聲表濾波器設(shè)計與制備技術(shù),尤其涉及一種17%相對帶寬低損耗聲表濾波器及其制備方法。
背景技術(shù):
隨著信息化需求越來越高,通信從原傳語音、圖像發(fā)展到傳視頻等,其數(shù)據(jù)傳輸帶寬已由kHz量級變?yōu)镸Hz量級甚至幾十MHz量級。未來通信還將朝著高速率、大容量、高靈敏度方向發(fā)展。
目前,聲表濾波器實現(xiàn)寬帶主要采用128°-LiNbO3、YZ-LiNbO3和41°-LiNbO3三種基片材料。其中128°-LiNbO3和YZ-LiNbO3材料可實現(xiàn)3dB最大相對帶寬約為60%,但需要匹配使用,且損耗較大(16~20dB),同時,采用的扇形設(shè)計結(jié)構(gòu)同一根指條的上下端寬度不一,對于中、高頻器件,指條寬度較小,工藝難度較大;41°-LiNbO3材料可實現(xiàn)較低損耗(3~5dB),無需匹配,但其3dB最大相對帶寬僅約為10%。因此,現(xiàn)主要采用LC濾波器實現(xiàn)寬帶低損耗的指標要求,但LC濾波器體積較大,通常為25mm*9mm或15mm*8mm,矩形度較差,且需反復調(diào)試。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的是提供一種帶寬寬、損耗小、體積小的17%相對帶寬低損耗聲表濾波器及其制備方法。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
本發(fā)明的17%相對帶寬低損耗聲表濾波器,包括晶片材料,所述晶片材料上設(shè)有聲表換能器和表面涂覆吸聲層,所述聲表換能器設(shè)計為梯形結(jié)構(gòu),包括串聯(lián)諧振臂和并聯(lián)諧振臂,所述串聯(lián)諧振臂的一端設(shè)有輸入電極、另一端設(shè)有輸出電極,所述并聯(lián)諧振臂的下端設(shè)有接地電極。
本發(fā)明的上述17%相對帶寬低損耗聲表濾波器的制備方法,包括如下步驟:
步驟A,選用晶片材料;
步驟B,在所述晶片材料上設(shè)計結(jié)構(gòu)為梯形結(jié)構(gòu)的聲表換能器;
步驟C,聲表換能器采用的電極材料為銅膜;
步驟D,表面涂覆吸聲材料。
由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出,本發(fā)明實施例提供的17%相對帶寬低損耗聲表濾波器及其制備方法,其帶寬寬、損耗小、體積小,適用于收發(fā)通道射頻前端濾波或中頻濾波。
附圖說明
圖1為本發(fā)明實施例提供的17%相對帶寬低損耗聲表濾波器及其制備方法的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明實施例中梯形濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖3為本發(fā)明實施例中仿真頻響圖;
圖4為本發(fā)明實施例中實測頻響圖。
具體實施方式
下面結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖,對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例,而不是全部的實施例?;诒景l(fā)明的實施例,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例,都屬于本發(fā)明的保護范圍。
本發(fā)明的17%相對帶寬低損耗聲表濾波器,其較佳的具體實施方式是:
包括晶片材料,所述晶片材料上設(shè)有聲表換能器和表面涂覆吸聲層,所述聲表換能器設(shè)計為梯形結(jié)構(gòu),包括串聯(lián)諧振臂和并聯(lián)諧振臂,所述串聯(lián)諧振臂的一端設(shè)有輸入電極、另一端設(shè)有輸出電極,所述并聯(lián)諧振臂的下端設(shè)有接地電極。
本發(fā)明的17%相對帶寬低損耗聲表濾波器的制備方法,其較佳的具體實施方式是:
包括如下步驟:
步驟A,選用晶片材料;
步驟B,在所述晶片材料上設(shè)計結(jié)構(gòu)為梯形結(jié)構(gòu)的聲表換能器;
步驟C,聲表換能器采用的電極材料為銅膜;
步驟D,表面涂覆吸聲材料。
所述步驟A中,采用的晶片材料為15°YX-LiNbO3,晶片厚度為0.40~0.65μm,背面360~1000號打毛。
所述步驟B中,梯形結(jié)構(gòu)級數(shù)為五級,包含三個串聯(lián)諧振臂和兩個并聯(lián)諧振臂,其中:
第一串聯(lián)諧振臂的波長為λs1,孔徑為25~31λs1,指根數(shù)為127~137根,反射柵波長為λR1=λs1,指根數(shù)為15~22根;
第二串聯(lián)諧振臂的波長為λs2,孔徑為25~31λs2,指根數(shù)為95~110根,反射柵波長λR2=λs2,指根數(shù)為15~22根;
第三串聯(lián)諧振臂的波長為λs3,孔徑為28~31λs3,指根數(shù)為127~137根,反射柵波長λR3=λs3,指根數(shù)為15~22根;
第一并聯(lián)諧振臂的波長為λp1,孔徑為15~20λp1,指根數(shù)為115~130根,反射柵波長λR1=λp1,指根數(shù)為5~18根,假指進行寬度和長度加權(quán);
第二并聯(lián)諧振臂P2的波長為λp2,孔徑為15~20λp2,指根數(shù)為115~130根,反射柵波長λR2=λp2,指根數(shù)為5~18根,假指進行寬度和長度加權(quán)。
所述步驟C中,銅膜電極材料的膜厚波長比為2%~9%。
所述步驟D中,采用的表面涂覆吸聲材料的膜厚為0.5~5μm。
本發(fā)明的17%相對帶寬低損耗聲表濾波器及其制備方法,通過提高低損耗聲表濾波器的相對帶寬,以解決傳統(tǒng)大帶寬聲表濾波器需外匹配、損耗大等問題,拓展聲表面波濾波器應(yīng)用范圍。聲表濾波器能實現(xiàn)寬帶、低損耗,以替換LC濾波器,極大縮小體積,利于整機系統(tǒng)的小型化,同時,聲表面波濾波器采用半導體工藝,免調(diào)試,相對于LC濾波器提高了一致性和可靠性,在指標方面,聲表具有更高的矩形度,對使用頻段附近的雜散信號具有更好的抑制效果。
本發(fā)明的晶片材料采用15°YX-LiNbO3材料,其機電耦合系數(shù)(k2)大于20%,適用于制備寬帶低損耗器件;設(shè)計結(jié)構(gòu)采用梯形設(shè)計結(jié)構(gòu),梯形結(jié)構(gòu)的原理圖如圖1所示,其利用聲波面波諧振器作為梯形拓撲結(jié)構(gòu)的基本阻抗元件來獲得濾波器的響應(yīng)。串聯(lián)臂諧振器的諧振頻率和并聯(lián)臂的反諧振頻率形成濾波器的通帶,串聯(lián)臂諧振器的反諧振頻率和并聯(lián)臂的諧振頻率形成濾波器的帶外。梯形設(shè)計結(jié)構(gòu)具有損耗小、矩形度高和體積小等優(yōu)點,可通過調(diào)節(jié)串聯(lián)臂諧振器的諧振頻率和并聯(lián)臂的反諧振頻率的差值調(diào)節(jié)帶寬,制備寬帶低損耗聲表濾波器。電極材料采用銅膜,Cu和Au、Ag材料一樣屬于低速度型材料,銅膜可以有效的降低LOVE波的速度,同時增加機電耦合系數(shù)、而且由于Cu膜電導率高,在較薄Cu膜情況下,器件的歐姆損耗也不會增加,因此,采用銅膜可增大相對帶寬,降低損耗,適合制備寬帶低損耗聲表濾波器。
按本發(fā)明所示的方法,通過設(shè)計和工藝優(yōu)化、假指加權(quán)以及涂覆吸聲材料等方法處理,實現(xiàn)了3dB相對帶寬17%的低損耗聲表濾波器,其中仿真頻響圖如圖3所示,3dB相對帶寬為19%;實測頻響圖如圖4所示,實測器件中心頻率為415M,3dB帶寬為70.6M,相對帶寬為17%,損耗3.6dB,帶內(nèi)波動0.8dB。
具體實施例:
17%相對帶寬低損耗聲表濾波器的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示:
包括晶片材料101、銅柵陣的梯形聲表換能器102、表面涂覆吸聲層103,
其中具體要求如下:
(1)晶片材料為15°YX-LiNbO3,晶片厚度為0.40~0.65μm,背面360~1000號打毛。
(2)梯形聲表換能器102設(shè)計結(jié)構(gòu)為梯形設(shè)計結(jié)構(gòu),其結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。梯形聲表換能器102可根據(jù)具體指標要求和封裝方式選擇諧振器的級數(shù)及組合排版方式。
(3)功能膜為銅膜,膜厚波長比(h/λ)為2%~9%。
(4)表面涂覆層為吸聲材料,膜厚為0.5~5μm。
本發(fā)明梯形設(shè)計結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示,其主要包括五部分:輸入電極201、輸出電極202、接地電極203、串聯(lián)諧振臂204、并聯(lián)諧振臂205,其中具體要求如下:
(1)采用五級梯形設(shè)計結(jié)構(gòu),包含三個串聯(lián)諧振臂和兩個并聯(lián)諧振臂。
(2)輸入電極、輸出電極和接地電極面積不小于100μm*100μm。
(3)串聯(lián)諧振臂S1波長為λs1,孔徑25~31λs1,指根數(shù)127~137根,反射柵波長λR1=λs1,指根數(shù)15~22根。
(4)串聯(lián)諧振臂S2波長為λs2,孔徑25~31λs2,指根數(shù)95~110根,反射柵波長λR2=λs2,指根數(shù)15~22根。
(5)串聯(lián)諧振臂S3波長為λs3,孔徑28~31λs3,指根數(shù)127~137根,反射柵波長λR3=λs3,指根數(shù)15~22根。
(6)并聯(lián)諧振臂P1波長為λp1,孔徑15~20λp1,指根數(shù)115~130根,反射柵波長λR1=λp1,指根數(shù)5~18根,假指進行寬度和長度加權(quán)。
(7)并聯(lián)諧振臂P2波長為λp2,孔徑15~20λp2,指根數(shù)115~130根,反射柵波長λR2=λp2,指根數(shù)5~18根,假指進行寬度和長度加權(quán)。
17%相對帶寬低損耗聲表濾波器的制備方法,包括如下幾個步驟:
步驟(1),采用的晶片材料為15°YX-LiNbO3;
步驟(2),采用的設(shè)計結(jié)構(gòu)為梯形設(shè)計結(jié)構(gòu);
步驟(3),采用的電極材料為銅膜;
步驟(4),表面涂覆吸聲材料。
所述步驟(1)采用的晶片材料為15°YX-LiNbO3,晶片厚度為0.40~0.65μm,背面360~1000號打毛。
所述步驟(2)中梯形結(jié)構(gòu)級數(shù)為五級,包含三個串聯(lián)諧振臂和兩個并聯(lián)諧振臂,濾波器可根據(jù)具體指標要求和封裝方式選擇諧振器的級數(shù)及組合排版方式。
所述步驟(2)中串聯(lián)諧振臂S1的波長為λs1,孔徑為25~31λs1,指根數(shù)為127~137根,反射柵波長為λR1=λs1,指根數(shù)為15~22根。
所述步驟(2)中串聯(lián)諧振臂S2的波長為λs2,孔徑為25~31λs2,指根數(shù)為95~110根,反射柵波長λR2=λs2,指根數(shù)為15~22根。
所述步驟(2)中串聯(lián)諧振臂S3的波長為λs3,孔徑為28~31λs3,指根數(shù)為127~137根,反射柵波長λR3=λs3,指根數(shù)為15~22根。
所述步驟(2)中并聯(lián)諧振臂P1的波長為λp1,孔徑為15~20λp1,指根數(shù)為115~130根,反射柵波長λR1=λp1,指根數(shù)為5~18根,假指進行寬度和長度加權(quán)。
所述步驟(2)中并聯(lián)諧振臂P2的波長為λp2,孔徑為15~20λp2,指根數(shù)為115~130根,反射柵波長λR2=λp2,指根數(shù)為5~18根,假指進行寬度和長度加權(quán)。
所述步驟(3)中采用的電極材料為銅膜,膜厚波長比(h/λ)為2%~9%。
所述步驟(4)中采用的表面涂覆吸聲材料,膜厚為0.5~5μm。
以上所述,僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式,但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此,任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi),可輕易想到的變化或替換,都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此,本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護范圍為準。