滤波器的制作方法

滤波器
1.本技术是申请日为2017年12月29日、申请号为201711477495.7的发明专利申请“滤波器和滤波器模块”的分案申请。
技术领域
2.下面的描述涉及一种滤波器和滤波器模块。


背景技术：

3.根据移动通信装置以及化学和生物装置近来的迅速发展，也增大了对于这样的装置中所使用的紧凑轻量的滤波器、振荡器、谐振元件和声谐振质量传感器的需求。
4.薄膜体声波谐振器(fbar)是已知的作为实现这样的紧凑轻量的滤波器、振荡器、谐振元件和声谐振质量传感器的单元。在fbar可以以最小的成本批量生产并且可实现为具有非常小的尺寸方面具有优势。此外，在可以实现作为滤波器的主要特性的高品质因子(q)值方面具有优势。因此，fbar可用于微波频带，具体地，pcs(个人通信系统)频带和dcs(数字无线系统)频带。
5.通常，fbar具有包括通过在基板上顺序地堆叠第一电极、压电层和第二电极而形成的谐振部的结构。在fbar的操作中，通过施加到第一电极和第二电极的电能在压电层中感应电场，通过感应的电场在压电层中出现压电现象，因此谐振部以预定的方向振动。作为结果，在与振动方向相同的方向上产生体声波，引起谐振。


技术实现要素：

6.提供本发明内容，以按照简化的形式介绍构思的选择，下面在具体实施方式中进一步描述所述构思。本发明内容不意在确定所要求保护主题的关键特征或必要特征，也不意在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。
7.在一个总的方面，一种滤波器包括：串联谐振器，彼此串联连接；并联谐振器，连接到所述串联谐振器中的一些串联谐振器之间的第一节点；以及可变电容器，连接到所述串联谐振器中的一些串联谐振器之间的第二节点，并形成被构造为抑制谐波的极点。
8.所述极点的频率可通过所述可变电容器的电容确定。
9.所述极点的频率可随着所述可变电容器的所述电容增加而降低。
10.所述可变电容器可通过与所述第二节点相对应的布线电极和设置在所述布线电极下方的假连接焊盘形成。
11.基板可设置在所述布线电极和所述假连接焊盘之间。
12.所述假连接焊盘可连接到设置在所述基板下面的主基板。
13.所述假连接焊盘可包括多个假连接焊盘。所述多个假连接焊盘中的至少一个假连接焊盘可被提供来自所述主基板的地电位，并且所述多个假连接焊盘中的至少一个其他假连接焊盘可以是浮动的。
14.所述可变电容器的电容可通过连接到所述地电位的所述至少一个假连接焊盘的
数量确定。
15.连接到所述地电位的所述至少一个假连接焊盘的数量可根据谐波的频率确定。
16.在另一总的方面，一种滤波器模块包括滤波器和主基板，所述滤波器包括：体声波谐振器，各自通过基板以及顺序地堆叠在所述基板上的第一电极、压电层和第二电极形成，以及至少一个假连接焊盘，设置在所述基板之下，所述主基板通过凸块连接到连接焊盘，所述连接焊盘连接到所述第一电极和所述第二电极中的任意一个或二者。
17.所述主基板可为所述至少一个假连接焊盘中的一些假连接焊盘提供地电位。
18.所述至少一个假连接焊盘可设置在连接所述体声波谐振器中相邻的体声波谐振器的布线电极之下。
19.所述布线电极和所述至少一个假连接焊盘可形成互电容。
20.所述基板可被构造为用作介电质。
21.所述互电容可形成被构造为抑制谐波的极点。
22.所述极点的频率可通过所述互电容确定。
23.所述布线电极可与所述相邻的体声波谐振器之间的节点相对应，所述相邻的体声波谐振器可串联连接。
24.在另一总的方面，一种滤波器包括：第一串联谐振器和第二串联谐振器，彼此串联连接；并联谐振器，连接到所述第一串联谐振器和所述第二串联谐振器之间的第一节点；以及可变电容器，连接到所述第一串联谐振器和所述第二串联谐振器之间的第二节点，并被构造为抑制谐波。
25.通过下面的具体实施方式、附图和权利要求，其他特征和方面将是明显的。
附图说明
26.图1是根据实施例的滤波器的截面图。
27.图2a和图2b分别是根据对比示例和实施例的滤波器的电路图。
28.图3是根据实施例和对比示例的滤波器的仿真曲线图。
29.图4是根据实施例的滤波器的仰视图。
30.在整个附图和具体实施方式中，相同的标号指示相同的元件。附图可不按照比例绘制，为了清楚、说明以及方便起见，可夸大附图中元件的相对尺寸、比例和描绘。
具体实施方式
31.提供以下具体实施方式，以帮助读者获得对在此描述的方法、设备和/或系统的全面理解。然而，在理解了本技术的公开内容后，在此所描述的方法、设备和/或系统的各种改变、变型及等同物将是显而易见的。例如，在此描述的操作顺序仅仅是示例，其不限于在此所阐述的顺序，而是除了必须按照特定顺序发生的操作外，可在理解了本技术的公开内容后做出将是显而易见的改变。此外，为了增加清楚性和简洁性，可省略本领域中公知的特征的描述。
32.在此描述的特征可按照不同的形式实施，并且将不被解释为局限于在此描述的示例。更确切地说，已经提供在此描述的示例，仅仅为了示出在理解了本技术的公开内容后将是显而易见的实现在此描述的方法、设备和/或系统的多种可行方式中的一些可行方式。
33.在整个说明书中，当元件(诸如层、区域或基板)被描述为“在”另一元件“上”、“连接到”另一元件、“结合到”另一元件、“在”另一元件“之上”或“覆盖”另一元件时，其可直接“在”另一元件“上”、“连接到”另一元件、“结合到”另一元件、“在”另一元件“之上”或“覆盖”另一元件，或者可存在介于它们之间的一个或更多个其他元件。相比之下，当元件被描述为“直接在”另一元件“上”、“直接连接到”另一元件、“直接结合到”另一元件、“直接在”另一元件“之上”或“直接覆盖”另一元件时，可不存在介于它们之间的其他元件。
34.如在此使用的，术语“和/或”包括相关所列项中的任何一项和任何两项或更多项的任何组合。
35.虽然诸如“第一”、“第二”和“第三”的术语可在此用于描述各种构件、组件、区域、层或部分，但是这些构件、组件、区域、层或部分不受这些术语限制。更确切地说，这些术语仅用于将一个构件、组件、区域、层或部分与另一构件、组件、区域、层或部分区分开。因此，在不脱离示例的教导的情况下，在此描述的示例中所称的第一构件、第一组件、第一区域、第一层或第一部分还可被称为第二构件、第二组件、第二区域、第二层或第二部分。
36.为了方便描述，可在此使用诸如“在
……
之上”、“上部”、“在
……
之下”和“下部”的空间相关术语来描述如附图中所示的一个元件与另一元件之间的关系。这样的空间相关术语意在除了包含附图中描绘的方位之外还包含装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的装置被翻转，则被描述为相对于另一元件位于“之上”或“上部”的元件随后将被描述为相对于另一元件位于“之下”或“下部”。因此，术语“在
……
之上”根据装置的空间方位而包含在
……
之上和在
……
之下两个方位。装置还可以以另外的方式被定位(例如，旋转90度或处于其他方位)，并对在此使用的空间相关术语做出相应的解释。
37.在此使用的术语仅是为了描述各种示例，而不被用来限制本公开。除非上下文另外清楚地指明，否则单数形式也意在包含复数形式。术语“包含”、“包括”以及“具有”列举存在所陈述的特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合，但不排除存在或添加一个或更多个其他特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合。
38.由于制造技术和/或公差，可发生附图中所示出的形状的变化。因此，在此描述的示例并不限于附图中示出的特定的形状，而是包括制造过程中发生的形状上的变化。
39.在此描述的示例的特征可以以在理解了本技术的公开内容后将显而易见的各种方式进行组合。此外，虽然在此描述的示例具有多种构造，但是在理解了本技术的公开内容后将显而易见的其他构造是可行的。
40.在下文中，将参照附图详细描述实施例。
41.图1是根据实施例的滤波器10的截面图。
42.参照图1，滤波器10包括体声波谐振器100和盖200。体声波谐振器100是例如薄膜体声波谐振器(fbar)。
43.体声波谐振器100通过包括多个膜的堆叠结构实现。尽管图1示出了通过堆叠结构实现的两个体声波谐振器100，但是滤波器10可根据设计目的包括通过堆叠结构实现的三个或更多个体声波谐振器100，相邻的体声波谐振器100可通过布线电极彼此电连接。作为示例，布线电极将相邻的体声波谐振器100的第一电极140彼此连接并将相邻的体声波谐振器100的第二电极160彼此连接。
44.体声波谐振器100包括基板110、绝缘层120、气腔112和谐振部135。
45.基板110可以是硅基板。绝缘层120形成在基板110的上表面上，以使谐振部135与基板110电隔离。绝缘层120可通过使用二氧化硅(sio2)和氧化铝(al2o3)中的一个通过化学气相沉积、rf磁控溅射或蒸镀形成在基板110上。
46.气腔112设置在绝缘层120上。气腔112设置在谐振部135下方，使得谐振部135在预定的方向振动。气腔112可通过在绝缘层120上形成牺牲层图案、在牺牲层图案上形成膜130、然后蚀刻并去除牺牲层图案而形成。膜130可以是氧化保护层或用于保护基板110的保护层。
47.蚀刻停止层125另外形成在绝缘层120和气腔112之间。蚀刻停止层125防止基板110和绝缘层120受蚀刻工艺影响，并且是用于在蚀刻停止层125上沉积其他层的基底。
48.谐振部135包括顺序地堆叠在膜130上的第一电极140、压电层150和第二电极160。第一电极140、压电层150和第二电极160在竖直方向上重叠的公共区域位于气腔112的上方。第一电极140和第二电极160可由金(au)、钛(ti)、钽(ta)、钼(mo)、钌(ru)、铂(pt)、钨和他们的合金中的任意一种形成。
49.压电层150产生压电效应以将电能转换为电波形式的机械能，并且可由氮化铝(aln)、氧化锌(zno)和锆钛酸铅(pzt，pbzrtio)中的任意一种形成。此外，压电层150还可包括稀土金属。作为示例，稀土金属包括钪(sc)、铒(er)、钇(y)和镧(la)中任意一种或者任意两种或更多种的组合。压电层150可包括1至20原子百分比(atomic％)的稀土金属。
50.用于改善压电层150的晶体取向的种子层可另外设置在第一电极140的下方。种子层可由与压电层150具有相同结晶度的氮化铝(aln)、氧化锌(zno)和锆钛酸铅(pzt，pbzrtio)中的任意一种形成。
51.谐振部135包括有效区域和无效区域。谐振部135的有效区域为当诸如射频信号的电能施加到第一电极140和第二电极160时由于在压电层150中产生的压电效应在预定方向上进行振动和谐振的区域，并且是第一电极140、压电层150和第二电极160在气腔112的上方沿着竖直方向重叠的区域。谐振部135的无效区域是即使当电能施加到第一电极140和第二电极160也不因压电效应而谐振的区域，并且是有效区域的外部的区域。
52.谐振部135可通过利用压电现象输出具有特定频率的射频信号。具体地，谐振部135输出具有与根据压电层150的压电现象的振动相对应的谐振频率的射频信号。
53.保护层170设置在谐振部135的第二电极160上，以防止第二电极160向外暴露。保护层170可由氧化硅基绝缘材料、氮化硅基绝缘材料、氮化铝基绝缘材料中的任意一种形成。
54.至少一个导通孔113形成在基板110的下表面中，以在厚度方向上穿过基板110。除了基板110之外，导通孔113还在厚度方向上穿过绝缘层120、蚀刻停止层125和膜130中的一些。连接图案114形成在导通孔113中并形成在导通孔113的内表面上。例如，连接图案114形成在导通孔113的整个内壁上。
55.连接图案114可通过在导通孔113的内表面上形成导电层进行加工。例如，连接图案114通过沿着导通孔113的内壁镀或涂敷或装填包括金(au)、铜(cu)和钛(ti)
‑
铜(cu)合金中任意一种的导电金属而形成。
56.连接图案114连接到第一电极140和第二电极160中的任意一个或二者。例如，连接图案114穿过基板110、膜130、第一电极140和压电层150中的至少一些，并电连接到第一电
极140和第二电极160中的任意一个或二者。形成在导通孔113的内表面上的连接图案114延伸至基板110的下表面，并连接到设置在基板110的下表面上的连接焊盘115。因此，连接图案114将第一电极140和第二电极160电连接到连接焊盘115。作为示例，连接焊盘115包括铜(cu)。
57.连接焊盘115可通过凸块(bump)电连接到可设置在滤波器10下方的主基板。体声波谐振器100通过自主基板通过连接焊盘115施加到第一电极140和第二电极160的信号执行射频信号的滤波操作。滤波器10在连接到主基板时形成滤波模块。
58.盖200结合到形成体声波谐振器100的堆叠结构，从而防止体声波谐振器100受外部环境影响。盖200形成为具有将体声波谐振器100容纳在其中的内部空间的覆盖件的形状。盖200形成为例如具有敞开的下表面并因此包括上表面和侧表面的六面体形状。
59.例如，容纳部形成在盖200的中央部中以容纳体声波谐振器100的谐振部135，边缘部形成为具有相对于容纳部的台阶，从而结合到堆叠结构的结合区域。堆叠结构的结合区域可与堆叠结构的边缘相对应。
60.尽管图1示出了结合到设置在基板110上的保护层170的盖200，但是盖200还可结合到膜130、蚀刻停止层125、绝缘层120和基板110中的任意一个或者任意两个或更多个的组合。
61.盖200可通过共晶接合(eutectic bonding)结合到堆叠结构。在这样的示例中，在能够共晶接合的结合剂250设置在堆叠结构上时，堆叠结构和盖200通过挤压或加热结合在一起。
62.结合剂250包括至少一个结合层，以共晶接合堆叠结构和盖200。结合剂250设置在堆叠结构和盖200的结合区域中。
63.结合剂250可包括在堆叠结构和盖200之间顺序地堆叠的至少三个结合层。例如，结合剂250包括第一结合层251、第二结合层252和第三结合层253。第一结合层251可包括金(au)、铜(cu)、银(ag)、铂(pt)、镍(ni)和钯(pd)中的任意一种。第二结合层252可包括锡(sn)。第三结合层253可包括金(au)、铜(cu)、银(ag)、铂(pt)、镍(ni)和钯(pd)中的任意一种。第一结合层251和第三结合层253可由相同的材料形成，以能够与第二结合层252一起共晶接合。
64.图2a是根据对比示例的滤波器的电路图。图2b是根据实施例的滤波器(诸如图1的滤波器10)的电路图。
65.参照图2a，对比示例的滤波器包括第一串联谐振器s1、第二串联谐振器s2、第三串联谐振器s3、第四串联谐振器s4、第五串联谐振器s5和第六串联谐振器s6以及第一并联谐振器sh1、第二并联谐振器sh2、第三并联谐振器sh3、第四并联谐振器sh4和第五并联谐振器sh5。
66.串联谐振器s1
‑
s6彼此串联连接。具体地，串联谐振器s1
‑
s6中的一些串联谐振器彼此串联连接，串联谐振器s1
‑
s6中其他串联谐振器彼此并联连接并与串联谐振器s1
‑
s6中的彼此串联连接的所述一些串联谐振器彼此串联连接。例如，在图2a中，第一串联谐振器s1、第二串联谐振器s2、彼此并联连接的第三串联谐振器s3和第四串联谐振器s4、第五串联谐振器s5和第六串联谐振器s6串联连接。
67.并联谐振器sh1
‑
sh5设置在串联谐振器s1
‑
s6中的一些(例如，两个或更多个相邻
的串联谐振器)之间的节点与地之间。具体地，并联谐振器sh1
‑
sh5中的一些并联谐振器设置在串联谐振器s1
‑
s6中的一些串联谐振器(例如，两个或更多个相邻的串联谐振器)之间的节点与地之间，并联谐振器sh1
‑
sh5中的其他并联谐振器彼此并联连接并设置在串联谐振器s1
‑
s6中的一些串联谐振器(例如，两个或更多个相邻的串联谐振器)之间的节点与地之间。例如，在图2a中，第一并联谐振器sh1和第二并联谐振器sh2彼此并联连接，并设置在地与第二串联谐振器s2和彼此并联连接的第三串联谐振器s3和第四串联谐振器s4之间的节点之间。此外，第三并联谐振器sh3设置在地与彼此并联连接的第三串联谐振器s3和第四串联谐振器s4与第五串联谐振器s5之间的节点之间。第五并联谐振器sh5设置在第六串联谐振器s6和地之间。根据实施例，并联谐振器sh1
‑
sh5通过微调电感器连接到地。
68.图2a中示出的滤波器通过串联谐振器的谐振频率和并联谐振器的反谐振频率形成了通带(pass band)并通过串联谐振器的反谐振频率和并联谐振器的谐振频率形成了裙边(skirt)。然而，除了想要的通带之外，由于相互调制失真导致以期望频率的整数倍产生谐波，并且由谐波产生的不必要的谐振作为噪声作用于滤波器。因此，期望阻隔谐波。
69.参照图2b，图2b的滤波器的电路图在一些方面与图2a的滤波器的电路图类似。因此，在下面对图2b的描述中，将省略与图2a相同或关于图2a冗余的特征的描述，将仅描述与图2a的特征不同的特征。
70.参照图2b，滤波器包括第一串联谐振器s1、第二串联谐振器s2、第三串联谐振器s3、第四串联谐振器s4、第五串联谐振器s5和第六串联谐振器s6以及第一并联谐振器sh1、第二并联谐振器sh2、第三并联谐振器sh3、第四并联谐振器sh4和第五并联谐振器sh5。串联谐振器s1
‑
s6以及并联谐振器sh1
‑
sh5均与通过上述堆叠结构实现的体声波谐振器100相对应。
71.与图2a的对比示例的滤波器不同，滤波器还包括可变电容器cp。可变电容器cp设置在串联谐振器s1
‑
s6的一些串联谐振器(例如，两个或更多个相邻的串联谐振器)之间的节点与地之间。作为示例，可变电容器cp设置在地与第二串联谐振器s2与彼此并联连接的第三串联谐振器s3和第四串联谐振器s4之间的节点之间。
72.可变电容器cp形成了被构造为抑制谐波的极点(pole)。例如，通过可变电容器cp形成的极点抑制期望频率的第二谐波。
73.图3是根据实施例和对比示例的滤波器的仿真曲线图。
74.图3的仿真曲线图中的第一曲线图(曲线图1)和第二曲线图(曲线图2)与根据本公开的实施例相对应，第三曲线图(曲线图3)与对比示例相对应。具体地，图3的仿真曲线图中的第一曲线图(曲线图1)示出了可变电容器的电容为1[pf]，第二曲线图(曲线图2)示出了可变电容器的电容为0.5[pf]，第三曲线图(曲线图3)示出了可变电容器的电容为0[pf]。
[0075]
通过比较第一曲线图(曲线图1)、第二曲线图(曲线图2)和第三曲线图(曲线图3)，可以看出随着可变电容器cp的电容的增大，极点的频率减小大约0.1[hz]。
[0076]
根据本公开的实施例的滤波器通过改变可变电容器(例如，图2b中的可变电容器cp)的电容来调节用于抑制谐波的极点的频率。在下文中，将详细描述根据实施例的在滤波器中形成可变电容器的方法和改变可变电容器的电容的方法。
[0077]
图4是根据实施例的图1的滤波器10的仰视图。
[0078]
参照图1和图4，除了连接到连接图案114的连接焊盘115之外，滤波器10还包括假
连接焊盘(dummy connection pad)116。当连接焊盘115连接到形成在导通孔113的内表面上的连接图案114时，假连接焊盘116直接设置在基板110上而不连接到连接图案114。就这一点而言，假连接焊盘116设置在将滤波器10中的相邻的体声波谐振器100相互连接的布线电极之下，布线电极与图2b的串联谐振器之间的节点相对应。
[0079]
尽管图4中示出了一个假连接焊盘116，但是可设置更多个假连接焊盘116。假连接焊盘116中的每个可通过凸块电连接到可设置在滤波器10下面的主基板。
[0080]
假连接焊盘116中一些假连接焊盘可被提供来自主基板的地电位，假连接焊盘116中其他假连接焊盘可以是浮动的。连接到主基板的地电位的假连接焊盘116与布线电极形成互电容，在这种情况下，基板110起介电质的作用。也就是说，图2b中示出的可变电容器cp可通过布线电极和连接到主基板的地电位的假连接焊盘116之间产生的互电容形成。然而，由于信号未被施加到浮动的假连接焊盘，所以可变电容器不可通过浮动的假连接焊盘形成。
[0081]
因此，可变电容器cp的电容的大小根据连接到主基板的地电位的假连接焊盘116的数量确定。考虑到这一点，可变电容器cp的电容的大小可通过仿真选择为抑制谐波。
[0082]
这里公开的滤波器可通过调节连接到主基板的地电位的假连接焊盘116的数量来调节用于抑制谐波的极点的频率。因此，在滤波器中不必要地产生的噪声可以以简单的方式被抑制。
[0083]
如以上阐述，这里公开的滤波器和滤波器模块可抑制通过谐波产生的噪声并改善滤波性能。
[0084]
虽然本公开包括特定的示例，但是在理解了本技术的公开内容后将显而易见的是，在不脱离权利要求及它们的等同物的精神和范围的情况下，可在这些示例中做出形式和细节上的各种变化。在此所描述的示例将仅被认为描述性含义，而非出于限制的目的。在每个示例中的特征或方面的描述将被认为是可适用于其他示例中的类似特征或方面。如果以不同的顺序执行描述的技术，和/或如果以不同的方式组合描述的系统、架构、装置或者电路中的组件和/或用其他组件或者它们的等同物进行替换或者补充描述的系统、架构、装置或者电路中的组件，则可获得适当的结果。因此，本公开的范围不由具体实施方式限定，而是由权利要求及它们的等同物限定，并且在权利要求及它们的等同物的范围内的所有变化将被解释为包含于本公开中。