FBAR滤波器的匹配块及匹配系统的制作方法

fbar滤波器的匹配块及匹配系统
技术领域
1.本发明涉及射频微波技术领域，尤其涉及一种fbar滤波器的匹配块及匹配系统。


背景技术：

2.薄膜体声波谐振器(film bulk acoustic resonator，fbar)，以硅做衬底，采用mems技术及薄膜工艺制作而成。fbar滤波器以其体积小、传输时延小，频带频飘小，被广泛应用于微波领域。
3.fbar滤波器的工作频段很宽，体积一般在2mm*2mm*0.4mm以下，根据频段的不同，尺寸略有差异。在微波组件小型化的需求下，fbar滤波器一般采用微组装工艺直接装配到微波电路板上，fbar滤波器上未集成匹配电路。
4.由于fbar滤波器内部未集成匹配电路，其输入和输出驻波较差，一般在2.0以上，较差的在2.6以上，严重影响了fbar滤波器的微波传输特性。为了保证fbar滤波器同前后级直接级联良好，必须在微波板上采用必要的匹配手段。而现有匹配方式通常采用直接焊接需要匹配的电容或电感，匹配失败后还需要将原有的电容或电感重新更换，匹配不方便，需要耗费较长的时间才能匹配完成。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供了一种fbar滤波器的匹配块及匹配系统，以解决fbar滤波器匹配不方便，需要耗费较长时间的问题。
6.第一方面，本发明实施例提供了一种fbar滤波器的匹配块，包括：
7.衬底，衬底包括相对设置的第一表面和第二表面；
8.匹配模块，包括集成布设于衬底的第二表面上的多个不同电容值的电容模块、可调节电感值的电感模块和多个不同长度的1/4波长微带线模块；
9.其中，在可调节电感值的电感模块和多个不同长度的1/4波长微带线模块上均设有多个键合压点，电容模块以及键合压点用于与待匹配的fbar滤波器连接，调节fbar滤波器的传输特性。
10.在一种可能的实现方式中，可调节电感值的电感模块为螺旋形电感，键合压点设置在螺旋形电感的不同位置，通过金丝连接不同的键合压点匹配不同的电感值。
11.在一种可能的实现方式中，多个键合压点将螺旋形电感断开形成不同长度的多段，每段螺旋形电感上设置两个或多个键合压点；通过短接或串接键合压点匹配不同的电感值。
12.在一种可能的实现方式中，由键合压点断开的螺旋形电感段作为1/4波长微带线模块，通过金丝键合相应的键合压点实现1/4波长微带线模块和螺旋形电感的切换。
13.在一种可能的实现方式中，匹配模块还包括可更换的贴片器件，贴片器件为贴片电容或贴片电感；其中贴片器件用于焊接或者导电胶粘接在电容模块上。
14.在一种可能的实现方式中，电容模块为单层电容，其由不同数量级的电容值组合
而成。
15.在一种可能的实现方式中，多个不同电容值的电容模块的容值分别为100pf、40pf和10pf。
16.在一种可能的实现方式中，衬底为al2o3陶瓷衬底，且al2o3陶瓷衬底的第一表面设置有镀金层、第二表面上的所述键合压点和所述电容模块上设置有镍/金层。
17.本发明通过在陶瓷衬底上设置多个容值不同的电容模块、可调节电感值的电感模块和多个不同长度的1/4波长微带线模块，当对fbar滤波器进行匹配时，即可采用匹配块上的不同模块进行匹配，而无需反复多次的焊接电容或电感，方便后期的调试，且可多次重复的调试，调试更加快捷方便，可节省大量的人力和时间成本。
18.第二方面，本发明实施例提供了一种fbar滤波器的匹配系统，包括：
19.微波电路板，微波电路板的第一表面设有输入传输带线、输出传输带线和大面积的信号地；
20.fbar滤波器，装配在微波电路板的信号地上；其中，fbar滤波器的输入端和输出端分别与对应的输入传输带线和输出传输带线连接，接地端与信号地连接；
21.匹配块，其结构与上面的匹配块的结构相同，匹配块至少设置2个、并装配在信号地上；其中，根据fbar滤波器传输特性的匹配需求，输入传输带线或输出传输带线与一匹配块上的键合压点键合，或者输入传输带线或输出传输带线与一匹配块上的电容模块键合。
22.在一种可能的实现方式中，当fbar滤波器使用电容模块匹配时，采用金丝将输入传输带线或输出传输带线与匹配块上的任意一个电容模块连接，匹配不同的电容值；
23.当fbar滤波器并联电感模块匹配时，采用金丝将电感模块的输入端与信号地连接，采用金丝将电感模块上的输出端与输入传输带线或输出传输带线连接，并采用金丝短接或串接键合压点匹配不同的电感值；
24.当fbar滤波器使用1/4波长微带线模块匹配时，采用金丝将输入传输带线或输出传输带线与电感模块上的不同键合压点连接，匹配不同长度的1/4波长微带线；
25.当电容模块和电感模块无法满足fbar滤波器的匹配要求时，在电容模块上焊接贴片电容或贴片电感，并采用金丝将贴片电容或贴片电感分别与输入传输带线或输出传输带线和信号地连接。
26.本发明中只需要通过将匹配块中的不同模块采用金丝与fbar滤波器连接匹配，从而使fbar滤波器能够达到很好的微波性能，而无需首先通过仿真确定电感或电容值，然后将电感或电容与fbar滤波器焊接。匹配的过程更加快捷方便，减少焊接带来的污染。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1是本发明实施例提供的目前fbar滤波器的应用场景图；
29.图2是本发明实施例提供的fbar滤波器的匹配块的结构示意图；
30.图3是本发明实施例提供的fbar滤波器的匹配系统的结构示意图；
31.图4是本发明实施例提供的fbar滤波器的匹配系统使用电容模块匹配的结构示意图；
32.图5是本发明实施例提供的fbar滤波器的匹配系统使用1/4波长微带线模块匹配的结构示意图；
33.图6是本发明实施例提供的fbar滤波器的匹配系统使用电感模块匹配的结构示意图；
34.图7是本发明实施例提供的fbar滤波器的匹配系统使用贴片器件匹配的结构示意图。
具体实施方式
35.以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
36.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图通过具体实施例来进行说明。
37.目前fbar滤波器一般采用微组装工艺直接安装到微波电路板上，如图1所示的目前fbar滤波器的应用场景图，但是fbar滤波器的微波传输特性较差，无法满足使用的需求。常规的fbar滤波器的匹配方法主要有：在fbar滤波器的的输入端和输出端增加t型结；在传输带线上，串联或者并联表贴式电感电容；采用异形的传输带线，从而改善驻波特性，提高fbar滤波器的微波传输特性。
38.当滤波器工作的频段较低时，如在s波段，t型结的尺寸会很大，对组件的体积提出较高的要求。当需要串连或并连电感和电容时，需要提前仿真出电感和电容值，当微波电路板间电容参数有影响时，会造成仿真的结果不够准确。当需要更换电容或电感时，松香会污染fbar滤波器芯片，对操作和工艺条件提出很高的要求。当采用异形传输带线的形式匹配fbar滤波器时，也会因微波电路板参数的变化，而对匹配精度产生影响，从而造成匹配失败。后期还需要人为进行干预调试，会付出很高的人力和时间成本，最极端情况会造成微波电路板需要重新设计。
39.为了解决现有技术问题，本发明实施例提供了一种fbar滤波器的匹配块，该匹配块可便于后期调试，节省人力成本和时间成本。
40.下面首先对本发明实施例所提供的fbar滤波器的匹配块进行介绍，详述如下：
41.fbar滤波器的匹配块，包括衬底和匹配模块。其中，上述衬底包括相对设置的第一表面和第二表面。匹配模块，包括集成布设于上述衬底的第二表面上的多个不同电容值的电容模块、可调节电感值的电感模块和多个不同长度的1/4波长微带线模块。具体的，在可调节电感值的电感模块和多个不同长度的1/4波长微带线模块上均设有多个键合压点，电容模块以及键合压点可用于与待匹配的fbar滤波器连接，调节fbar滤波器的传输特性。
42.在一些实施例中，衬底为al2o3陶瓷衬底，且al2o3陶瓷衬底的第一表面设置有与信号地连接的镀金层，在后期匹配块装配时，可将匹配块采用导电胶粘接在微波电路板上的信号地上。在衬底的第二表面上的键合压点和电容模块上也设置有与fbar滤波器键合的
镍/金层，用于后期与fbar滤波器匹配时，可用金丝连接。
43.具体的，衬底为高介陶瓷，厚度0.2mm。衬底的第一表面为底面镀金层，厚度为0.017mm，作为信号地。衬底的第二表面上为图形层，即各种电容模块、电感模块和键合压点，材料为镍/金，厚度为0.017mm。
44.在一些实施例中，可调节电感值的电感模块为螺旋形电感，在螺旋形电感的不同位置设有多个键合压点，通过金丝连接不同的键合压点，可匹配得到不同的电感值。通过设置螺旋形电感，可以节省匹配块的面积，而且通过在电感上设置多个键合压点，通过金丝连接不同的键合压点，即可得到不同的电感值，便于fbar滤波器调试匹配的需求。螺旋形电感的长度、圈数及线条之间的间距，决定了电感的感值。通过金丝连接不同的键合压点可达到短路，缩短线条的长度，实现改变电感值的目的。
45.可选的，上述多个不同的键合压点将螺旋形电感断开形成不同长度的多段，每段螺旋形电感上设置两个或多个键合压点，通过采用金线短接或串接键合压点即可匹配不同的电感值。
46.可选的，1/4波长微带线也是匹配的常用手段，不同的微波波长对应不同的1/4波长微带线。上述由多个不同的键合压点断开的螺旋形电感段，可作为1/4波长微带线模块，调节fbar滤波器。通过金丝键合不同的键合压点，即可实现1/4波长微带线模块和螺旋形电感的切换。不仅可以缩小匹配块的面积，而且可实现在电感或微带线间的切换匹配。
47.在一些实施例中，当匹配块上的电感模块或电容模块无法满足调节fbar滤波器的需求时，匹配模块还包括可更换的贴片器件，贴片器件为贴片电容或贴片电感。可将电容模块中的两个面积相同的电容焊盘级联使用，可以作为表贴型电感或电容的焊盘使用，在上面焊接或者用导电胶粘接贴片电容或贴片电感。
48.在一些实施例中，由于采用高介质陶瓷的高介电常数，可制作体积小，容值高的单层电容，因此可制备多个不同电容值的电容模块的容值可以分别为100pf、40pf和10pf组合而成。多个电容的面积可以分别为0.7mm*0.6mm、0.4mm*0.4mm和0.2mm*0.2mm的单层电容。不同的容值的电容可在不同情况下与fbar滤波器匹配。
49.具体的，可在匹配块上设置2个面积相同的100pf的电容，面积为0.7mm*0.6mm。具体的，可将上述两个面积为0.7mm*0.6mm的电容焊盘级联使用，作为0402型器件的焊盘使用。当单层电容无法满足匹配使用时，可在焊盘上焊接或粘接相应0402封装的电感或电容，一端并联到传输带线上，另一端连接到信号地上。采用上述方式时，需要采用焊接的方式，提前将贴片电容或贴片电感焊接到焊盘上，然后将匹配块用导电胶粘接到微波电路板上。另外，对于对导电胶的接触电阻要求不大的情况下，可以先采用导电胶粘接的方式进行调试，这样可以多次进行装配。确定规格后，再进行焊接贴片电容或贴片电感。
50.在一些实施例中，可采用25μm的金丝连接键合压点和传输带线或信号地。
51.具体的，如图2所示的fbar滤波器的匹配块，在厚度为0.2mm的高介陶瓷衬底的第一表面电镀0.017mm厚的镀金层，在衬底的第二表面上设置有4个不同电容值的电容模块、可调节电感值的电感模块和多个不同长度的1/4波长微带线模块。其中，电容的容值分别为100pf、40pf和10pf，面积分别为0.7mm*0.6mm、0.4mm*0.4mm和0.2mm*0.2mm的单层电容。其中100pf的面积为0.7mm*0.6mm的电容设置有两个。图2中的b1和b2为100pf的面积为0.7mm*0.6mm的电容，b3为40pf的电容，b4为10pf的电容。
52.可调节电感值的电感模块为螺旋形电感，在螺旋形电感上设置有多个键合压点c1、c2、c3、c4和c5，通过金丝连接不同的键合压点，可实现匹配不同的电感。
53.多个不同长度的1/4波长微带线模块为通过采用键合压点将上述电感模块断开形成不同长度的多段1/4波长微带线。如图2中的e1、e2、e3和e4键合压点，不仅可以调节电感量，而且可以通过金丝连接调节1/4波长微带线的长度。采用的为25μm的金丝。
54.且当上述电容或电感不能满足调试需求时，可将上述两个面积为0.7mm*0.6mm的电容作为焊盘，焊接或粘接0402封装的贴片电容或贴片电感。
55.在本发明实施例中，通过在陶瓷衬底上设置多个容值不同的电容模块、可调节电感值的电感模块和多个不同长度的1/4波长微带线模块，当对fbar滤波器进行匹配时，即可采用匹配块上的不同模块进行匹配，而无需反复多次的焊接电容或电感，方便后期的调试，且可多次重复的调试，调试更加快捷方便，可节省大量的人力和时间成本。本发明还可以节省因为多次仿真电容电感值而消耗的人力时间，解决了因为仿真不准确而造成的二次微波电路板设计和制版的成本。本发明提供的fbar滤波器的匹配块所需的材料便宜、工艺参数要求较低，可大批量标准化制造。
56.基于上述实施例提供的fbar滤波器的匹配块，相应地，本发明还提供了应用于该fbar滤波器的匹配块的匹配系统的具体实现方式。请参见以下实施例。
57.fbar滤波器的匹配系统，包括安装在微波电路板上的fbar滤波器和匹配块。其中，微波电路板的第一表面上设有输入传输带线、输出传输带线和大面积的信号地。fbar滤波器装配在微波电路板的信号地上。具体的，fbar滤波器的输入端和输出端分别与对应的输入传输带线、输出传输带线连接，fbar滤波器的接地端与信号地连接。采用上述介绍的fbar滤波器的匹配块，匹配块至少设置2个、并装配在信号地上。具体的，匹配块上的键合压点或电容模块通过金丝与传输带线和/或信号地连接，调节fbar滤波器的传输特性。
58.具体的，如图3所示的fbar滤波器的匹配块的匹配系统，包括fbar滤波器f1和匹配块f2和f3。g1和g2为微波电路板上的输入传输带线、输出传输带线，h1和h2为微波电路板上的大面积的信号地。fbar滤波器f1的输入端和输出端分别与传输带线g1和g2连接，fbar滤波器f1的接地端与信号地h1和h2连接。匹配块f2和f3分别位于上述fbar滤波器f1的输入端和输出端的两边。
59.通过采用金丝将fbar滤波器与匹配块上的模块连接，从而实现匹配，具体的匹配过程如下：
60.如图4所示，当fbar滤波器使用电容模块匹配时，采用金丝将输入传输带线、输出传输带线与匹配块上的任意一个电容模块连接，匹配不同的电容值。根据调试需求，连接不同电容值的模块。图4中，f2中的b1与输入传输带线g1连接，f3中的b3与输出传输带线g2连接，从而实现fbar滤波器的匹配。
61.如图5所示，当fbar滤波器使用1/4波长微带线模块匹配时，采用金丝将输入传输带线、输出传输带线与电感模块上的不同键合压点连接，匹配不同长度的1/4波长微带线。当需要较长的1/4波长微带线时，f2匹配块中可采用金丝将e1和e2键合连接。当需要较短的1/4波长微带线时，f3匹配块中e1和e2不使用金丝连接。f2中的c1与输入传输带线g1连接，f3中的c1与输出传输带线g2连接，从而实现fbar滤波器的匹配。
62.如图6所示，当fbar滤波器f1并联电感模块匹配时，可以采用金丝分别将左右两个
电感模块的输入端c4与信号地h2连接，采用金丝将左右两个电感模块上的输出端c1与输入传输带线g1和输出传输带线g2连接，并采用金丝短接或串接键合压点匹配不同的电感值，采用金丝将左右两个电感模块上的e1、e2、e3和e4分别键合连接。当需要较大的电感值时，可将匹配块f2上的c2、c4和c5悬空。当需要较小的电感值时，可选择性的短接c2、c4和c5，以减小电感线的长度，从而减小电感量。
63.如图7所示，当匹配块f2和f3中的电感或电容无法满足fbar滤波器f1的匹配要求时，可使用贴片器件匹配。可将0402型贴片电感或贴片电容粘接到两个面积为0.7mm*0.6mm的电容上。图7中的k1和k2分别代表不同规格的贴片电容或贴片电感。将0402型贴片电感或贴片电容用焊膏焊接到匹配块上，再用金丝键合到输入传输带线、输出传输带线和信号地上。
64.本发明中只需要通过将匹配块中的不同模块采用金丝与fbar滤波器连接匹配，从而使fbar滤波器能够达到很好的微波性能，而无需首先通过仿真确定电感或电容值，然后将电感或电容与fbar滤波器焊接。匹配的过程更加快捷方便，减少焊接带来的污染。
65.以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。