具有改进的热管理的SAW设备的制作方法

具有改进的热管理的saw设备


背景技术：

1.hpue应用(hpue＝高功率用户设备，用于lte蜂窝网络的特殊类别的用户设备)和即将到来的5g实现方式在高功率处理和可靠性方面对rf部件的要求很高。允许hpue以高达31dbm的输出功率进行传输。
2.用于这种类型的移动通信的声学滤波器使用阶梯型结构的saw谐振器，这些saw谐振器可以操作功率更高的信号。相应声学滤波器芯片必须处理超过1w的功率，并且作为进一步的障碍，目前需要更小的芯片尺寸。高功率级滤波器需要热管理，该热管理使得声学芯片能够避免在过高功率级时过早进行功率压缩。
3.当功率在滤波器/双工器/多路复用器的输入受到影响并且在输出功率处观察时，输入pin与输出功率pout之间的理想关系应当为线性。这意味着行为应当如下：
4.pin＝(alpha)*pout,
5.其中alpha是无源滤波器设备的恒定损耗。然而，当注入过多功率并且输出功率开始饱和时，这种线性关系就会失效。这种功率饱和会导致非常高的局部温度梯度，必须对该局部温度梯度进行管理以防止设备故障。


技术实现要素：

6.因此，本发明的一个目的是提供一种具有改进的热管理的滤波器设备，其使突然热上升的风险最小。
7.根据独立权利要求的saw滤波器设备满足了该目的和其他目的。有利特征和实施例由从属权利要求给出。
8.一般想法是在声学特性没有发生任何变化的情况下解决问题，因此只需采用芯片布局技术就不会对这些特性产生任何影响。根据本发明，提供了一种具有阶梯型结构的saw谐振器的saw滤波器设备。这种滤波器类型由大量谐振器和不同谐振器之间以及谐振器与相应端子之间的许多电路系统组成。因此，存在许多布局的变化自由度。
9.声学芯片(如saw滤波器设备)的热管理首先需要仔细分析可能的发热机构。可以发现三种机构，包括连接电路系统的一阶dc电阻、rf电阻、以及机电能量与压电材料的耦合。
10.本发明专注于通过使用机械声学结构和连接电路系统创建热辐射器来使芯片上的热斑最小。在滤波器、双工器或多路复用器的情况下，金属与晶片的关系逐渐增加，以提供更好的热耗散和热消散。
11.saw滤波器设备具有阶梯型结构。串联信号线连接天线端子和用于输入和输出信号的i/o端子。在串联信号线中，布置若干个串联谐振器。节点位于每两个串联谐振器之间的串联信号线中。分流线分别各自连接到各自的相应节点，并且并联谐振器分别布置在分流线中。
12.在此本文中和下文中，谐振器的长度应当理解为是指沿符合波传播方向的纵向方向测量的长度。同样，沿垂直正交于纵向方向的横向方向测量谐振器的宽度。
13.在串联信号线中彼此相继布置的每两个串联谐振器经由被称为公共母线的金属化区域连接，该公共母线在该两个后续串联谐振器的整个长度上延伸。
14.公共母线的横向侧向延伸分别各自代表表示相应分流线的第一段。定义为节点与相应并联谐振器之间的段的第一分流线路线段包括宽度比大于公共母线宽的宽度的加宽段。该加宽段与该加宽段在并联谐振器的整个宽度上延伸的一样宽，从而几乎填满相邻串联谐振器、信号线和并联谐振器之间的整个空间。有利的是，面向横向相邻的串联谐振器的并联谐振器的第一反射器由加宽段的金属化形成。
15.简单地通过这种方式，滤波器芯片的表面上的金属化区域(即，saw滤波器设备的表面)得到显著大幅增强，因此提供了改进的散热器，而无需增加saw滤波器设备的尺寸。
16.为了获得更好的功率电阻，布置在串联信号线中的第一节点与最后一个节点之间的那些串联谐振器可以借助于插置于所级联的单个谐振器之间的连接母线进行双重级联。连接母线的宽度大于电流引导所需的宽度，并且宽度至少为10μm。通常，两个级联谐振器之间的这种连接母线具有大约2μm或更小的必要宽度。
17.根据一个实施例，公共母线的横向侧向延伸的金属化用于在相应分流线中形成相应并联谐振器的第一反射器、第一母线和第二反射器。还在本文中，还使并联谐振器“周围”的金属化区域最大，并且该金属化区域与热耗散和热消散的相应改进相关联。
18.如果并联谐振器具有由分流线的第一段形成的第一反射器和第一母线，则相应第二母线和第二反射器可以由分流线的第二段形成。
19.根据一个实施例，布置在串联信号线中的第一节点与最后一个节点之间的那些串联谐振器在平行于横向方向的线上一个节点在另一个节点下排列成行。因此，串联信号线基本平行于横向方向延伸。所有分流线沿与纵向方向一致的第二方向从串联信号线延伸。背离分流线朝向第一方向的排列成行的串联谐振器的反射器由条带型金属化形成，该金属化在排列成行的串联谐振器的整个长度上延伸，当沿横向方向测量时宽度几乎恒定，并且宽度至少等于条带型金属化中形成的相应反射器的宽度。条带型金属化与接地端子的连接通过提供另一热耗散路径进一步改善了热耗散和热消散。
20.在另一实施例中，布置在串联信号线中的第一节点和与最后一个节点之间的所有串联谐振器被级联，每个级联包括两个单个谐振器的串联连接。在这些串联谐振器级联中的每个串联谐振器级联中，面向第二方向的第二反射器对于两个单个谐振器是共用的并且在两个单个谐振器的总宽度上延伸。这些反射器连接到相应公共母线，并且与任何其他电位或接地端子隔离。
21.在所有实施例中，面向第二方向的最后一个串联谐振器的第二反射器、靠近i/o端子的第二母线以及i/o端子也由相同的金属化形成和/或连接到同一电位。进一步地，该金属化可以被拉长以沿着纵向方向远离第二总线延伸，其中长度长于反射器的宽度。
22.布置在串联信号线中的第一节点和与最后一个节点之间的那些串联谐振器可以分别通过两个单个谐振器的串联连接而级联。然后，单个谐振器的所有第一反射器和第二反射器可以彼此电隔离并且不连接到任何线路线或外部电位。
23.分流线的所有第二段连接到公共接地区域，该公共接地区域在纵向方向上的宽度至少是并联谐振器的第二反射器的宽度。
24.saw滤波器设备可以被设计为tx滤波器，其中i/o端子是tx端子。tx端子旁边的最
后一个串联谐振器没有被级联，并且其长度至少是剩余串联谐振器的两倍长度。
25.新saw滤波器设备的益处是在功率发生快速改变的情况下，热量可以更好地在saw滤波器芯片中扩散，从而消除可能损坏芯片的热斑。为了实现该优点，无需新工艺，并且可以使用与当前使用的saw设备相同的封装。与以前相同的设备相比较，它具有改进的功率压缩性能，并且对于小信号略好。
附图说明
26.以下参考具体实施例和附图对本发明进行更详细的解释。附图只是示意性的并，并且按比例绘制。因此，无法从这些附图中得出确切的相对度量或绝对度量。
27.图1示出了其中分流线的第一段具有加宽段的saw滤波器设备，
28.图2示出了可以代替滤波器设备的阶梯型布置中的谐振器的两个单谐振器单个谐振器的级联，
29.图3示出了带有具有其中并联谐振器的第一反射器和第二反射器耦合到谐振器的不同母线的不同设计的两个代表代表性分流线的saw滤波器设备，
30.图4示出了带有条带型金属化和用于形成在其中的串联谐振器的反射器的saw滤波器设备，
31.图5是tx saw滤波器设备的框图，
32.图6比较了控制示例和两个实施例的传递曲线，
33.图7示出了滤波器在低阻带中的反射率，
34.图8示出了在50℃和915mhz下测量的滤波器设备的压缩，
35.图9示出了在50℃和25℃下测量的滤波器设备的压缩，
36.图10示出了当在912.5mhz下施加连续波信号时在25℃、50℃和85℃下测量的滤波器设备的压缩，
37.图11示出了带有在轻微压缩、严重压缩和击穿时的示例中测量的阈值温度的表格。
具体实施方式
38.图5示出了使用具有阶梯型布置的saw谐振器的tx saw滤波器设备的示意框图。所示滤波器由大量谐振器和不同谐振器之间以及谐振器与相应端子之间的许多电路系统组成。因此，布局存在许多变化自由度。串联信号线连接天线端子at和用于输入和输出信号的i/o端子io，该i/o端子io在示例中为用于输入传输信号的端子tx。在串联信号线中布置若干个串联谐振器rs。图5的示例有四个串联谐振器rs1至rs4。节点n1至n3位于每两个后续串联谐振器之间的串联信号线中。分流线sl各自连接到相应节点n，并且并联谐振器rp各自布置在相应分流线sl中。每个分流线sl的第一段sls1连接节点n和相应并联谐振器rp。每个分流线sl的第二段sls2将该并联谐振器rp连接到接地端子gnd。优选地，所有分流线在芯片上的节点ns处组合以被共同连接到同一接地端子gnd。然而，根据设计要求，分流线sl中的一个或多个分流线还可以在单独接地之前先与单独接地端子gnd连接。
39.前三个串联谐振器rs1到rs3是双重级联的，每个级联都包括两个单谐振器单个谐振器sr1、sr2的串联连接，如图2所示。第四串联谐振器没有被级联并且具有比其余三个谐振
器更大的延伸长度。
40.通常，如图5所示的已知滤波器的所有电路系统都根据有效电导率和低欧姆损耗的需要确定尺寸。这种设计作为参考，并且称为控制示例。
41.图1示出了根据本发明的示意性saw滤波器结构。为了简单起见，仅描绘了两个分流线sl，而根据控制示例的三个分流线以及更多个分流线也是可能的。对于串联谐振器rs的数目及其可能级联或优选级联(未在图1中明确描绘)，同样如此。与控制示例不同的是，两个后续串联谐振器通过公共母线bbcn连接，该公共母线bbcn具有形成分流线sl的第一段sls1的侧向延伸。每个这种第一段sls1具有宽度大于公共母线bbcn的宽度的加宽段bs。宽度沿图中相符箭头所示的横向方向td测量。
42.在每个分流线的加宽段中，形成用于相应并联谐振器rp的第一反射器ref1。通常，反射器ref包括以反射金属条带的规则图案体现的反射网格。每个并联谐振器rp的相应第二反射器ref2还可以连接到分流线的第一段。可替代地，它可以是电浮动的或优选地连接到谐振器的第二母线和分流线sl的第二段sls2。
43.仅示意性地示出了串联谐振器的反射器ref。面向正在面向分流线的第二方向的反射器优选地是浮动的，并未连接到外部或固定电位。进一步地，单个谐振器sr的级联可以共享同一反射器。对于远离分流线面向第一方向的反射器，同样如此。
44.图2示出了通过连接母线bbcc连接的两个级联单个谐振器sr1、sr2。在优选示例中(如在稍后示例1和2中)，连接母线bbcc的宽度wbb为至少10μm。两个级联单个谐振器sr可以替代任何或所有串联谐振器rs，后者是优选的。
45.图3示出了与图1的滤波器设备相似的滤波器设备。本文中，示出了连接和形成作为面向第二方向的反射器的第二反射器ref2的不同可能性。在顶部部分流线中，并联谐振器的第二反射器连接到第二母线，该第二母线在图中为顶部母线。因而，分流线的第二段连接到第二母线。在图中的底部分流线中，第二反射器由侧向延伸的连接母线形成，因此连接到第一母线和第一段sls2。
46.图4与图1和图3相似。本文中，串联谐振器sr的第一反射器由在串联谐振器的总长度上延伸的条带型金属化sm形成。为此目的，布置在串联信号线中的第一节点与最后一个节点n之间的那些串联谐振器rs在平行于横向方向td的线上一个在另一个下面排列成行，使得至少谐振器的第一端彼此齐平。在所示实施例中，条带型金属化sm连接到接地端子gnd。
47.图6示出了针对频段8优化的tx滤波器的通带区域中的信号传输。曲线1与使用普通导线的控制示例的传输一致。曲线2指派给具有条带型金属化sm的第一示例，如图4所示，而根据曲线3的第二示例在串联谐振器的第一侧具有法向反射器并且对于每个串联谐振器分开。结果表明，三个示例示出了相似传输特性。
48.图7示出了上述滤波器设备在下阻带中的反射率。第一示例和第二示例在所描绘的频率范围内具有更高的反射，这是由于与控制示例相比欧姆损耗更低所致。
49.图8示出了位于通带的右上边缘的在50℃和915mhz下测量的相应压缩。根据曲线1的控制示例的信号在约28.5dbm的最低输入功率pin处开始压缩。第一示例以29.5dbm开始压缩，第一示例以低约0.3dbm或更低开始压缩。这是由于在控制示例中发生的损耗更高所致。
50.图9示出了当施加915mhz的连续波信号时在50℃和25℃的两个不同温度下测量的相应压缩。图9a符合与控制示例一致，而图9b和图9c符合与第一示例和第二示例一致。
51.图10示出了相同示例在85℃、50℃和25℃的三个不同温度下测量的相应压缩。
52.图11是示出了其中考虑了轻微压缩、严重压缩和急降压缩的输入功率pin的阈值的表格。“急降”是意指谐振器会因电压击穿而损坏的击穿条件的表达。
53.已经参考不同的单独特征对本发明进行了解释。然而，在没有背离本发明的范围的情况下，真实滤波器设备可以示出了以不同和任意组合实现的特征中的单个或多个特征。
54.所使用的附图标记列表
55.1、2、3：示例编号
56.at：天线端子
57.bb：母线
58.bbcn：公共母线
59.bbcn：连接母线
60.bs：第一分流线段的加宽段
61.gnd：接地端子
62.io：i/o端子
63.ld：纵向方向
64.n：节点
65.n1：天线旁边的串联信号线的第一节点
66.ns：连接到不同分流线的节点
67.ref：反射器
68.ref1：并联谐振器的第一反射器
69.rp：并联谐振器
70.rs：串联谐振器
71.sl：分流线
72.sls1：第一分流线段
73.sm：条带型金属化
74.sr：单个谐振器
75.td：横向方向
76.wbb：母线的宽度