薄膜体声波谐振器滤波器及滤波器组件的制作方法

1.本实用新型属于滤波器技术领域，更具体地说，是涉及一种薄膜体声波谐振器滤波器及滤波器组件。


背景技术：

2.近年来，随着5g无线通信技术的不断发展，通过利用更高频段以及频段重组来实现移动通信，这对相关射频元器件的微型化、高频带宽化、集成化及柔性化提出了越来越高的要求。
3.薄膜体声波谐振器(film bulk acoustic resonator，fbar)滤波器凭借其尺寸小、谐振频率高、品质因数高、功率容量大、滚降效应好等优良特性，正逐步取代传统的声表面波滤波器和陶瓷滤波器，在射频滤波器领域占有越来越大的市场份额，在5g无线通信射频领域发挥着巨大作用。
4.然而目前对薄膜体声波谐振器滤波器的研究大多集中在制备方法上，对薄膜体声波谐振器滤波器的具体结构的研究较少。


技术实现要素：

5.本实用新型实施例提供一种薄膜体声波谐振器滤波器及滤波器组件，旨在提供一种薄膜体声波谐振器滤波器的新型结构。
6.第一方面，本实用新型实施例提供了一种中心频率为1805mhz的薄膜体声波谐振器滤波器，包括输入端子、输出端子、多个串联的薄膜体声波谐振器和多个并联的薄膜体声波谐振器；
7.多个串联的薄膜体声波谐振器包括第一薄膜体声波谐振器、第二薄膜体声波谐振器、第三薄膜体声波谐振器和第四薄膜体声波谐振器，串联连接在输入端子和输出端子之间；
8.多个并联的薄膜体声波谐振器包括第五薄膜体声波谐振器、第六薄膜体声波谐振器和第七薄膜体声波谐振器，第五薄膜体声波谐振器、第六薄膜体声波谐振器和第七薄膜体声波谐振器的一端分别连接在多个串联的薄膜体声波谐振器中相邻的两个薄膜体声波谐振器之间的节点上；第五薄膜体声波谐振器、第六薄膜体声波谐振器和第七薄膜体声波谐振器的另一端分别连接接地端子。
9.本实用新型实施例中的滤波器包括多个串联在输入端子和输出端子之间的薄膜体声波谐振器、及多个并联连接在串联连接的多个薄膜体声波谐振器节点之间的薄膜体声波谐振器。信号通过输入端子，经过上述多个串联的薄膜体声波谐振器和多个并联的薄膜体声波谐振器之后，可允许特定频率的信号通过。
10.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，多个串联的薄膜体声波谐振器的串联谐振频率和并联谐振频率相同；多个并联的薄膜体声波谐振器的串联谐振频率和并联谐振频率相同。
11.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，多个串联的薄膜体声波谐振器的串联谐振频率和多个并联的薄膜体声波谐振器的并联谐振频率相同。
12.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，第一薄膜体声波谐振器的面积为21300μm
2-21500μm2，第二薄膜体声波谐振器面积为10700μm
2-10900μm2，第三薄膜体声波谐振器面积为10100μm
2-10300μm2，第四薄膜体声波谐振器面积为25200μm
2-25400μm2，第五薄膜体声波谐振器的面积为29500μm
2-29700μm2，第六薄膜体声波谐振器的面积为37000μm
2-37200μm2，第七薄膜体声波谐振器的面积为23400μm
2-23600μm2。
13.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，薄膜体声波谐振器滤波器包括压电层，薄膜体声波谐振器滤波器的版图主要包括牺牲层、下电极层、上电极层、差频层和孔层，差频层与多个并联的薄膜体声波谐振器对应，多个串联的薄膜体声波谐振器不具有差频层；孔层中开设有多个释放孔，每个薄膜体声波谐振器均设有多个释放通道，每个释放通道对应至少一个释放孔。
14.本实施例中，上电极层和下电极层的厚度均为压电层的厚度为差频层的厚度为释放孔的直径为15μm-25μm。
15.一些实施例中，第一薄膜体声波谐振器至第四薄膜体声波谐振器的中心与输入端子和输出端子所在的直线的距离小于阈值，第五薄膜体声波谐振器和第七薄膜体声波谐振器位于直线的第一侧，第六薄膜体声波谐振器位于直线的第二侧。
16.一些实施例中，第一薄膜体声波谐振器、第二薄膜体声波谐振器、第三薄膜体声波谐振器、第四薄膜体声波谐振器的中心到所述输入端和输出端所在的第一直线的距离小于阈值；
17.第一薄膜体声波谐振器、第二薄膜体声波谐振器和第五薄膜体声波谐振器的中心连线构成第一v字型，第三薄膜体声波谐振器、第四薄膜体声波谐振器和第七薄膜体声波谐振器的中心连线构成第二v字型，第二薄膜体声波谐振器、第三薄膜体声波谐振器和第六薄膜体声波谐振器的中心连线构成第三v字型；
18.其中，第一v字型和第二v字型的角度均小于90度，第一v字型和第二v字型的开口方向均朝向直线的第一侧；第三v字型和的角度大于90度，第三v字型的开口方向朝向直线的第二侧。
19.示例性的，滤波器的版图包括第一版图区至第十二版图区；
20.第一版图区、第三版图区和第四版图区为接地端子版图区，第二版图区为输入端子版图区，第五版图区为输出端子版图区，第一版图区位于滤波器的版图的下部，第二版图区和第五版图区、第三版图区和第四版图区分别对称设置在滤波器的版图的两边；
21.第六版图区、第七版图区、第八版图区和第九版图区分别为第一薄膜体声波谐振器、第二薄膜体声波谐振器、第三薄膜体声波谐振器和第四薄膜体声波谐振器的版图区；第六版图区、第七版图区、第八版图区和第九版图区分别串联连接在第二版图区和第五版图区之间；
22.第十版图区、第十一版图区和第十二版图区分别为第五薄膜体声波谐振器、第六薄膜体声波谐振器和第七薄膜体声波谐振器的版图区；
23.第十一版图区位于第七版图区下部，且一端分别与第七版图区和第八版图区连
接，另一端与第一版图区连接；
24.第十版图区位于第六版图区上部，且一端分别与第六版图区和第七版图区连接，另一端与第三版图区连接；
25.第十二版图区位于第八版图区上部，且一端分别与第八版图区和第九版图区连接，另一端与第四版图区连接。
26.第二方面，本实用新型实施例还提供了一种薄膜体声波谐振器滤波器组件，包括上述任一项的薄膜体声波谐振器滤波器。
附图说明
27.图1为本实用新型实施例提供的一种薄膜体声波谐振器滤波器的电路示意图；
28.图2为本实用新型实施例提供的薄膜体声波谐振器滤波器的版图结构示意图；
29.图3为图2所示的薄膜体声波谐振器滤波器的牺牲层的版图示意图；
30.图4为图2所示的薄膜体声波谐振器滤波器的下电极层的版图示意图；
31.图5为图2所示的薄膜体声波谐振器滤波器的上电极层的版图示意图；
32.图6为图2所示的薄膜体声波谐振器滤波器的差频层示的版图意图；
33.图7为图2所示的薄膜体声波谐振器滤波器的孔层的版图示意图；
34.图8为本实用新型实施例提供的薄膜体声波谐振器滤波器的幅频特性曲线。
35.图中：11-输入端子，12-输出端子，x1-第一薄膜体声波谐振器，x2-第二薄膜体声波谐振器，x3-第三薄膜体声波谐振器，x4-第四薄膜体声波谐振器，x5-第五薄膜体声波谐振器，x6-第六薄膜体声波谐振器，x7-第七薄膜体声波谐振器，41-释放孔。
具体实施方式
36.为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
37.薄膜体声波谐振器(film bulk acoustic resonator，fbar)滤波器，正在逐步取代传统的声表面波(saw)滤波器和陶瓷滤波器，在无线通信射频领域发挥巨大作用。但是现有对fbar滤波器的研究大多集中在制备方法上，具体结构的研究较少。某工程应用需使用中心频率为1805mhz的滤波器，其1db带宽大于30mhz，需对1750mhz以及1860mhz处抑制大于45dbc。
38.基于上述问题，本实用新型实施例提供了一种薄膜体声波谐振器滤波器。该滤波器包括：包括输入端子、输出端子、多个串联的薄膜体声波谐振器和多个并联的薄膜体声波谐振器。其中多个串联的薄膜体声波谐振器包括第一薄膜体声波谐振器、第二薄膜体声波谐振器、第三薄膜体声波谐振器和第四薄膜体声波谐振器，串联连接在输入端子和输出端子之间。上述多个并联的薄膜体声波谐振器包括第五薄膜体声波谐振器、第六薄膜体声波谐振器、第七薄膜体声波谐振器，第五薄膜体声波谐振器、第六薄膜体声波谐振器和第七薄膜体声波谐振器的一端分别连接在上述多个串联的薄膜体声波谐振器中相邻的两个薄膜体声波谐振器之间的节点上，第五薄膜体声波谐振器、第六薄膜体声波谐振器和第七薄膜体声波谐振器的另一端分别连接接地端子。
39.上述薄膜体声波谐振器滤波器，包括多个串联在输入端子和输出端子之间的薄膜体声波谐振器、及多个并联连接在串联连接的多个薄膜体声波谐振器节点之间的薄膜体声波谐振器。当信号通过输入端子，经过上述多个串联的薄膜体声波谐振器和多个并联的薄膜体声波谐振器之后，可实现对信号特定频段的滤波，从而输出特定中心频率的信号。
40.图1示出了本实用新型实施例提供的一种薄膜体声波谐振器滤波器的电路示意图。参见图1，该薄膜体声波谐振器滤波器包括输入端子11、输出端子12、多个串联的薄膜体声波谐振器和多个并联的薄膜体声波谐振器。其中多个串联的薄膜体声波谐振器包括第一薄膜体声波谐振器x1、第二薄膜体声波谐振器x2、第三薄膜体声波谐振器x3和第四薄膜体声波谐振器x4。多个并联的薄膜体声波谐振器包括第五薄膜体声波谐振器x5、第六薄膜体声波谐振器x6和第七薄膜体声波谐振器x7。
41.其中，多个并联的薄膜体声波谐振器分为三个并臂谐振器，分别为第一并臂谐振器、第二并臂谐振器和第三并臂谐振器。第一并臂谐振器包括第五薄膜体声波谐振器x5，第二并臂谐振器包括第六薄膜体声波谐振器x6，第三并臂谐振器包括第七薄膜体声波谐振器x7。
42.具体的，第一薄膜体声波谐振器x1、第二薄膜体声波谐振器x2、第三薄膜体声波谐振器x3和第四薄膜体声波谐振器x4串联地连接在输入端子11和输出端子12之间。且第一薄膜体声波谐振器x1至第四薄膜体声波谐振器x4具有相同的第一串联谐振频率和第一并联谐振频率。
43.第五薄膜体声波谐振器x5一端连接在第一薄膜体声波谐振器x1和第二薄膜体声波谐振器x2之间的节点上，另一端连接接地端子。第六薄膜体声波谐振器x6的一端连接在第二薄膜体声波谐振器x2和第三薄膜体声波谐振器x3之间的节点上，另一端可以直接连接接地端子。第七薄膜体声波谐振器x7的一端连接在第三薄膜体声波谐振器x3和第四薄膜体声波谐振器x4之间的节点上，另一端可以直接连接接地端子。上述第五薄膜体声波谐振器x5至第七薄膜体声波谐振器x7具有相同的第二串联谐振频率和第二并联谐振频率。
44.示例性的，本实用新型实施例中，多个串联的薄膜体声波谐振器的第一串联谐振频率和多个并联的薄膜体声波谐振器的第二并联谐振频率相同，从而形成特定的中心频率。
45.一些实施例中，考虑到工艺实现的难易程度，薄膜体声波谐振器的面积应控制在4000μm
2-80000μm2之间。在同一个电路中，每个薄膜体声波谐振器的面积在设计时，应尽量使电路中的每个薄膜体声波谐振器的面积相差较小，一般相差在4倍以下。
46.一些实施例中，为了得到特定中心频率的薄膜体声波谐振器滤波器，可以通过调整第一薄膜体声波谐振器x1至第七薄膜体声波谐振器34的面积和位置实现。具体的，可以设置第一薄膜体声波谐振器的面积为21300μm
2-21500μm2，第二薄膜体声波谐振器面积为10700μm
2-10900μm2，第三薄膜体声波谐振器面积为10100μm
2-10300μm2，第四薄膜体声波谐振器面积为25200μm
2-25400μm2，第五薄膜体声波谐振器的面积为29500μm
2-29700μm2，第六薄膜体声波谐振器的面积为37000μm
2-37200μm2，第七薄膜体声波谐振器的面积为23400μm
2-23600μm2。其中，谐振器的面积为谐振器平行板电容器上下电极的重合面积。
47.一些实施例中，薄膜体声波谐振器滤波器包括压电层，薄膜体声波谐振器滤波器的版图主要包括牺牲层、下电极层、上电极层、差频层和孔层。其中差频层与多个并联的薄
膜体声波谐振器对应，多个串联的薄膜体声波谐振器不具有差频层。差频层用于实现并联的薄膜体声波谐振器和串联的薄膜体声波谐振器的频率差，从而形成滤波器，实现对相特定频率的滤波。通常，并联的薄膜体声波谐振器的第二串联谐振频率和第二并联谐振频率低于串联的薄膜体声波谐振器的第一串联谐振频率和第一并联谐振频率，且第一串联谐振频率等于第二并联谐振频率。
48.为了形成薄膜体声波谐振器的空气腔，实现声波的反射，特设置孔层，孔层中开设有多个释放孔，每个薄膜体声波谐振器的每个释放通道对应至少一个释放孔。
49.示例性的，每个谐振器可以具有多个释放通道(例如五个)，每个释放通道对应一个释放孔，释放气体通过释放孔进入释放通道，然后进入牺牲层区域把牺牲层材料腐蚀掉变成气体，再通过释放通道与释放孔排出。另外，若滤波器的空间紧张时，两个释放通道可以共用一个释放孔。另外，在探针测试区域，需要采用探针(例如gsg探针)对芯片进行测试，因此需要把压电层层刻蚀掉，露出下电极用于测试。
50.一些实施例中，为了得到特定中心频率的滤波器，可以通过调整上电极、下电极和压电层的厚度来实现。
51.示例性的，为了得到中心频率为1805mhz的滤波器，上电极层和下电极层的厚度均为压电层的厚度为
52.在一些实施例中，差频层的厚度可以为
53.在一些实施例中，释放孔的直径可以为15μm-25μm。
54.本实用新型实施例提供了中心频率为1805mhz的薄膜体声波谐振器滤波器的总版图如图2所示。图2中滤波器的总版图包括第一版图区至第十二版图区。其中第一版图区401、第三版图区403和第四版图区404为接地端子版图区，第二版图区402为输入端子版图区，第五版图区405为输出端子版图区，第一版图区401位于滤波器的版图的下部，第二版图区402和第五版图区405、第三版图区403和第四版图区404分别对称设置在滤波器的版图的两边。
55.第六版图区406、第七版图区407、第八版图区408和第九版图区409分别为第一薄膜体声波谐振器x1、第二薄膜体声波谐振器x2、第三薄膜体声波谐振器x3和第四薄膜体声波谐振器x4的版图区；第六版图区406、第七版图区407、第八版图区408和第九版图区409分别串联连接在第二版图区402和第五版图区405之间。第一薄膜体声波谐振器x1至第四薄膜体声波谐振器x4基本呈直线串联连接在输入端子和输出端子之间。
56.第十版图区410、第十一版图区411和第十二版图区412分别为第五薄膜体声波谐振器x5、第六薄膜体声波谐振器x6和第七薄膜体声波谐振器x7的版图区。其中，第五薄膜体声波谐振器x5和第七薄膜体声波谐振器x7位于直线的第一侧，第六薄膜体声波谐振器x6位于直线的第二侧。
57.在一些实施例中，第一薄膜体声波谐振器x1、第二薄膜体声波谐振器x2、第三薄膜体声波谐振器x3和第四薄膜体声波谐振器x4的中心到输入端到输出端所在的第一直线的距离小于阈值，谐振器31和谐振器33位于第一直线的第一侧，谐振器32位于第一直线的第二侧，第一侧与第二侧相对。
58.第一薄膜体声波谐振器x1、第二薄膜体声波谐振器x2和第五薄膜体声波谐振器x5
的中心连线构成第一v字型，第三薄膜体声波谐振器x3、第四薄膜体声波谐振器x4和第七薄膜体声波谐振器x7的中心连线构成第二v字型，第二薄膜体声波谐振器x2、第三薄膜体声波谐振器和第六薄膜体声波谐振器x6的中心连线构成第三v字型。
59.其中，第一v字型和第二v字型的角度均小于90度，第一v字型和第二v字型的开口方向均朝向直线的第一侧；第三v字型的角度大于90度，第三v字型的开口方向朝向直线的第二侧。
60.具体的，参见图1及图2，第一v字型为六版图区406、第七版图区407和第十版图区410构成，第二v字型为第八版图区408、第九版图区409和第十二版图区412构成，第七版图区407、第九版图区409和第十一版图区411构成。
61.例如：第一薄膜体声波谐振器x1至第四薄膜体声波谐振器x4的中心与输入端子11和输出端子12所在的点划线(如图2所示的位于第二版图区402和第五版图区405之间的点划线)的距离小于阈值，其中阈值可以为二分之一谐振器的尺寸或四分之一谐振器的尺寸。其中谐振器的尺寸为在制作谐振器时，在牺牲层版图中，谐振器在与上述直线垂直的方向上的最大尺寸。
62.具体的，在制作1805mhz的薄膜体声波谐振器滤波器的过程中需要使用到的版图主要有牺牲层的版图、下电极的版图、上电极的版图、差频层的版图和孔层的版图，如图3-7所示。
63.图3为牺牲层的版图，牺牲层中分别为第一薄膜体声波谐振器x1至第七薄膜体声波谐振器x7。其中第一牺牲版图区501、第二牺牲版图区502、第三牺牲版图区503和第四牺牲版图区504分别为第一薄膜体声波谐振器x1、第二薄膜体声波谐振器x2、第三薄膜体声波谐振器x3和第四薄膜体声波谐振器x4的牺牲层版图区。第五牺牲版图区505、第六牺牲版图区506和第七牺牲版图区507分别为第五薄膜体声波谐振器x5、第六薄膜体声波谐振器x6和第七薄膜体声波谐振器x7的牺牲层版图区。
64.其中，每个谐振器分别设有5条边，各个谐振器之间通过各自的一条边相互连接。且每个谐振器伸出的触角状的部分为释放通道，每个谐振器可以具有多个释放通道，本技术中每个谐振器设有5个释放通道。释放气体通过释放孔进入释放通道，然后进入牺牲层把牺牲层材料腐蚀变成气体，再通过释放通道与释放孔排出。
65.图4为下电极层的版图，包括输入端子11、输出端子12和接地端子的版图。其中下电极层包括第一下电极版图区601、第二下电极版图区602、第三下电极版图区603、第四下电极版图区604、第五下电极版图区605和第六下电极版图区606。其中第一下电极版图区601、第三下电极版图区603和第四下电极版图区604与接地端子连接。第二下电极版图区602与输入端子11连接，第五下电极版图区605与输出端子12连接。
66.其中，第一下电极版图区601与接地端子对应，第二下电极版图区602与第一薄膜体声波谐振器x1对应，第三下电极版图区603与第五薄膜体声波谐振器x5对应，第四下电极版图区604与第七薄膜体声波谐振器x7对应，第五下电极版图区605与第四薄膜体声波谐振器x4对应，第六下电极版图区604与第二薄膜体声波谐振器x2、第三薄膜体声波谐振器x3和第六薄膜体声波谐振器x6对应。
67.图5为上电极层的版图，包括第一上电极版图区701、第二上电极版图区702和第三上电极版图区703。其中第一上电极版图区701与第六薄膜体声波谐振器x6对应，第二上电
极版图区702分别与第一薄膜体声波谐振器x1、第二薄膜体声波谐振器x2和第五薄膜体声波谐振器x5对应，第三上电极版图区703分别与第三薄膜体声波谐振器x3、第四薄膜体声波谐振器x4和第七薄膜体声波谐振器x7对应。
68.图6为差频层的版图，包括与第六薄膜体声波谐振器x6对应第一差频版图区801，与第五薄膜体声波谐振器x5对应第二差频版图区802，与第七薄膜体声波谐振器x7对应第三差频版图区803。
69.图7为孔层的版图，孔层包括多个释放孔41，包围在每个谐振器的周围。每个释放孔41对应一个释放通道。释放气体通过释放孔41进入释放通道，然后进入牺牲层区域把牺牲层材料腐蚀变成气体，再通过释放通道与释放孔41排出。另外，在孔层版图上的探针测试区域，如需要采用探针(例如gsg探针)对芯片进行测试，需要把压电层刻蚀掉，露出下电极gsg用于测试。
70.本实施例中，对上述制备的1805mhz的薄膜体声波谐振器滤波器进行测试，测试结果如图8所示。曲线1为薄膜体声波谐振器滤波器的s(2,1)随频率的变化曲线(左纵轴)。曲线2为薄膜体声波谐振器滤波器的s(1,1)的回波损耗(右纵轴)，曲线3为薄膜体声波谐振器滤波器的s(2,2)的回波损耗(右纵轴)。从图8中可以看出，其1db带宽约为40mhz，在1750mhz以及1860mhz处抑制度分别为53dbc和51dbc。
71.本实用新型实施例还提供了一种薄膜体声波谐振器滤波器组件，包括上述任一种薄膜体声波谐振器滤波器。具有上述薄膜体声波谐振器滤波器所具有的所有技术效果，在此不再赘述。
72.以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。