体声波滤波器芯片的封装结构的制作方法

1.本发明涉及体声波滤波器芯片技术领域，特别涉及一种体声波滤波器芯片的封装结构。


背景技术：

2.体声波（baw）滤波器芯片相对声表面波滤波器芯片来说，具有高品质因数、低插入损耗和高温度稳定性等特点，体声波滤波器芯片可以应用于较高频段，能够具有高选择性和强带外抑制，能够适用于５ｇ技术。
3.现有的体声波滤波器芯片存在以下缺陷：一是体声波滤波器芯片处理后输出的体声波与输入的体声波存在相位偏移，使用时，需要针对体声波滤波器芯片设置相应的补偿电路进行相位补偿；二是体声波滤波器芯片的尺寸进一步缩小困难。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种体声波滤波器芯片的封装结构，包括相位补偿器、多个第一体声波谐振器单元、第二体声波谐振器单元和电感器；所述第一体声波谐振器单元依次串联；相邻所述第一体声波谐振器单元之间与所述第二体声波谐振器单元的一端连接；所述电感器与第二体声波谐振器单元的另一端连接；所述相位补偿器与任一第一体声波谐振器单元的管脚连接。
5.可选的，所述第一体声波谐振器单元和第二声波谐振器单元都包括体声波谐振器，所述体声波谐振器采用薄膜体声波谐振器。
6.可选的，所述第二体声波谐振器单元和电感器一一对应设置多个，至少存在一个电感器以远离其连接的第二体声波谐振器单元的一端与另一电感器和对应第二体声波谐振器单元之间的管脚连接。
7.可选的，所述第一体声波谐振器单元包括多个体声波谐振器且依次串联。
8.可选的，所述第二体声波谐振器单元包括多个体声波谐振器且依次并联。
9.可选的，所述体声波谐振器包括依次设置于衬底上的底电极、压电薄膜和顶电极；所述底电极与衬底之间设有支撑层；所述支撑层下部的衬底位置设有空腔。
10.可选的，所述体声波谐振器设有封装层，所述封装层包括内腔，所述体声波谐振器设置在内腔中。
11.可选的，所述底电极在衬底侧埋设有第一焊接盘；所述顶电极设有延伸至衬底的第二焊接盘；所述衬底在所述第一焊接盘和所述第二焊接盘处设有延伸至背离体声波谐振器表面的柱孔，所述柱孔填充有导电极。
12.可选的，所述电感器和/或所述相位补偿器设置在衬底背离体声波谐振器的表面。
13.可选的，所述顶电极的上表面设置隔热层，所述隔热层的厚度不小于压电薄膜厚度的一半。
14.本发明的体声波滤波器芯片的封装结构，体声波滤波器芯片以多个第一体声波谐振器单元和第二体声波谐振器单元形成梯形结构，第二体声波谐振器单元连接有电感器，调试电感器的电感数值，确定电感器影响滤波器频率响应的位置及引入的电感初值，可以优化体声波滤波器芯片的快速滚降和高抑制效果，采用较少元件减少插入损耗，保障更好的带外抑制性能；另外在其中至少一个第一体声波谐振器单元的管脚上连接相位补偿器，可以对体声波滤波器芯片处理体声波的相位偏移进行补偿，提高相位补偿器与体声波滤波器芯片的匹配性和集成度，进一步降低或者减少体声波失真，使用时，避免了针对体声波滤波器芯片还需要再设置补偿电路进行相位补偿，可以简化应用的外部配套电路设置，使得体声波滤波器芯片的使用更为便利，有利于应用产品的小型化。
15.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
16.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
17.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：图1为本发明实施例中一种体声波滤波器芯片的封装结构示意图；图2为本发明的体声波滤波器芯片的封装结构实施例二示意图；图3为本发明的体声波滤波器芯片的封装结构实施例采用的体声波谐振器截面示意图。
18.图中：1-衬底，2-底电极，3-压电薄膜，4-顶电极，5-支撑层，6-空腔，7-第一焊接盘，8-第二焊接盘，9-导电极，10-封装层，11-内腔。
具体实施方式
19.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
20.如图1所示，本发明实施例提供了一种体声波滤波器芯片的封装结构，包括相位补偿器、多个第一体声波谐振器单元、第二体声波谐振器单元和电感器；所述第一体声波谐振器单元依次串联；相邻所述第一体声波谐振器单元之间与所述第二体声波谐振器单元的一端连接；所述电感器与第二体声波谐振器单元的另一端连接；所述相位补偿器与任一第一体声波谐振器单元的管脚连接。
21.上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案的体声波滤波器芯片以多个第一体声波谐振器单元和第二体声波谐振器单元形成梯形结构，第二体声波谐振器单元连接有电感器，调试电感器的电感数值，确定电感器影响滤波器频率响应的位置及引入的电感初值，可以优化体声波滤波器芯片的快速滚降和高抑制效果，采用较少元件减少插入损耗，保
障更好的带外抑制性能；另外在至少一个第一体声波谐振器单元的管脚上连接相位补偿器，可以对体声波滤波器芯片处理体声波的相位偏移进行补偿，提高相位补偿器与体声波滤波器芯片和的匹配性和集成度，进一步降低或者减少体声波失真，使用时，避免了针对体声波滤波器芯片还需要再设置补偿电路进行相位补偿，可以简化应用的外部配套电路设置，使得体声波滤波器芯片的使用更为便利，有利于应用产品的小型化。
22.在一个实施例中，所述第一体声波谐振器单元包括多个体声波谐振器且依次串联；所述第二体声波谐振器单元包括多个体声波谐振器且依次并联。
23.上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案以多个体声波谐振器且依次串联形成第一体声波谐振器单元，以多个体声波谐振器且依次并联形成第二体声波谐振器单元，根据需要进行第一体声波谐振器单元和第二体声波谐振器单元中包含体声波谐振器的设置，可以适应各种不同的使用需求，可以自由扩展，提高了体声波滤波器芯片设计的灵活性。
24.在一个实施例中，如图2所示，所述第二体声波谐振器单元和电感器一一对应设置多个，至少存在一个电感器以远离其连接的第二体声波谐振器单元的一端与另一电感器和对应第二体声波谐振器单元之间的管脚连接。
25.上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案将至少一个电感器的后端接到另一并联第二体声波谐振器单元支路的电感器前端，这样可以让另一并联第二体声波谐振器单元支路电感器的电感值减少为原来的一半，由引入零点位置不变，电感作用效果不变；采用本方案可以在保障带外抑制的基础上，由于可以选用电感值较小的电感器，能够减小电感器占据位置，从而进一步缩小芯片体积。
26.在一个实施例中，所述第一体声波谐振器单元和第二声波谐振器单元都包括体声波谐振器，所述体声波谐振器采用薄膜体声波谐振器；如图3所示，所述体声波谐振器包括依次设置于衬底1上的底电极2、压电薄膜3和顶电极4；所述底电极2与衬底1之间设有支撑层5；所述支撑层5下部的衬底1位置设有空腔6，所述空腔6采用真空腔。
27.上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案采用在衬底上设置底电极、压电薄膜和顶电极形成体声波谐振器，底电极通过支撑层与衬底固定连接，底电极远离衬底的表面设置压电薄膜，压电薄膜远离底电极的表面设置顶电极，即压电薄膜设置在底电极与顶电极之间，在衬底上体声波谐振器对应位置的支撑层覆盖部位设置空腔，空腔内为真空状态，没有传播介质，使得体声波无法在空腔内传播，因此可以让体声波全部得到反射，进一步降低体声波的传播损耗，使得体声波信号强度得到有利保障，提高滤波器的处理效果；其中，体声波谐振器可以采用薄膜体声波谐振器（fbar），制作成本低。
28.在一个实施例中，如图3所示，所述体声波谐振器设有封装层10，所述封装层10包括内腔11，所述体声波谐振器设置在内腔11中；所述底电极2在衬底1侧埋设有第一焊接盘7；所述顶电极4设有延伸至衬底1的第二焊接盘8；所述衬底1在所述第一焊接盘7和所述第二焊接盘8处设有延伸至背离体声波谐振器表面的柱孔，所述柱孔填充有导电极9。
29.上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过设置封装层将体声波谐振器包裹在其内腔中，在封装层与声波谐振器之间形成密封空腔，提高体声波谐振器的防潮防水性能和寿命，密封空腔内的空气对体声波传递的抑制性不会对体声波谐振器的性能产生不利影响；另外，底电极连接的第一焊接盘和顶电极连接的第二焊接盘都设置为朝向衬底方向，再通过柱孔填充的导电极延伸至衬底的另一面，使得芯片的其他相关部件可以设置在与体声波谐振器相反的衬底另一面实现相关连接，从而可以充分利用衬底的两个表面空间进行设计布局，进一步缩小芯片的体积，有利于芯片的进一步微型化。
30.在一个实施例中，所述电感器和/或所述相位补偿器设置在衬底背离体声波谐振器的表面。
31.上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案在底电极连接的第一焊接盘和顶电极连接的第二焊接盘都通过柱孔填充的导电极延伸至衬底的另一面的基础上，将电感器和/或所述相位补偿器设置在衬底背离体声波谐振器的表面，可以充分利用衬底的两个表面空间进行设计布局，进一步缩小芯片的体积，有利于芯片的进一步微型化。
32.在一个实施例中，所述顶电极的上表面设置隔热层，所述隔热层的厚度不小于压电薄膜厚度的一半；所述隔热层可以通过低压化学气相沉积（lpcvd）方式制作，隔热层的材料可以采用二氧化硅（sio2）材料形成薄膜层。
33.上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过设置隔热层，阻止或者延缓体声波谐振器的热量传递，在使用时，使得体声波谐振器的底电极、压电薄膜和顶电极三者所处的温度基本一致，从而降低体声波在底电极、压电薄膜和顶电极中传递时受到温度差异性的影响导致的偏移，形成温度补偿效应。本方案在梯形架构的薄膜体声波谐振器结构上，采用例如二氧化硅（sio2）这样的材料制作隔热层，可以解决薄膜体声波谐振器由于不同层的温度差异产生的漂移问题，该漂移对于同时使用在移动电视和手机时会产生相互干扰，对滤波器芯片的性能带来不利影响。例如，在移动电视和手机中采用两个设有隔热层的薄膜体声波谐振器制作的体声波滤波器芯片，将具有较低插入损耗（0~3db）、较高带外抑制（35~40db）和快速滚降特性（即从通带到阻带的滚降为10mhz），这种体声波滤波器芯片具有极低的频率温度系数（tcf，-4ppm/℃）。
34.在一个实施例中，所述相位补偿器包括电容，所述电容的电容量采用以下公式计算确定：上式中，表示相位补偿器电容的电容量；表示体声波滤波器芯片适用体声波的最大频率，设计时确定后进行设定；表示体声波滤波器芯片的等效电阻，与体声波滤波器芯片采用的体声波谐振器数量、连接方式及电感器等相关，根据具体的体声波滤波器芯片设计确定或者实验测试得到。
35.上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案的相位补偿器主要通过设置电容来进行相位补偿，为了达到良好的相位补偿效果，需要电容与体声波滤波器芯片具有很好的匹配性，本方案采用上述公式设计确定电容的电容量，可以非常好地做到这一点；公式中采用体声波滤波器芯片的等效电阻反映体声波滤波器的特性，由此计算确定相位补偿器电
容的电容量，形成两者的量化关系，引入体声波滤波器芯片适用体声波的最大频率界定芯片适用范围或者场景，通过该公式，可以实现对体声波滤波器芯片处理体声波的较好的相位补偿效果。
36.本发明中的体声波谐振器可以采用薄膜体声波谐振器（fbar），薄膜体声波谐振器（fbar）的压电薄膜采用压电材料制作，例如氮化铝(aln)材料、氧化锌（zinc oxide）材料或者压电陶瓷（pzt）等，若采用氮化铝(aln)可通过中频磁控溅射镀膜机生长工艺形成薄膜，通过溅射功率、腔室压力和基片偏压来控制溅射薄膜厚度均匀性，保障薄膜制作品质。衬底可以是复合衬底，可以采用晶圆材料，晶圆材料可以包括硅片（si）、二氧化硅（sio2）、四氮化硅（si3n4）和钼（mo）材料中的一种或者多种，便于采用沉积与蚀刻工艺进行制作。封装层也可以采用晶圆材料，内腔通过蚀刻工艺进行制作，有利于提高制作精度和效率，降低制作成本。
37.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。