温补型谐振器的制作方法

本发明涉及一种温补型谐振器，特别是涉及一种应用于射频前端滤波器的基于埋电极的温补型谐振器。

背景技术

对于声表面波滤波器(SAW)来说，其工作频率对温度非常敏感，具有频率随工作温度漂移的特性，在工程上，频率随温度漂移的大小通常通过频率温度系数(TCF)来衡量。TCF值表征温度变化1℃时固有频率的变化，可用于衡量SAW的温度稳定性，即TCF值越小，SAW的温度相关性越小，器件性能越稳定。由于设备的指定工作温度范围较大(通常为-20℃至85℃)，加之5G时代射频终端对滤波器频段日益拥挤，普通的SAW难以满足要求。因此，提高声表面波器件的温度稳定性、降低温度对工作频率的影响至关重要。

现有技术中，常见的用以改善SAW滤波器温度稳定性的方式有两种。一种方式是将压电基底与具有低热膨胀系数(TEC)的基片(如蓝宝石或Si或尖晶石)进行键合，以改善器件的TEC，从而改善TCF值，如图1(a)所示。不过这种方式通常应用于钽酸锂(LiTaO3)基底的底部，而大多数情况下器件的温升主要源自于叉指电极(IDT)指条的发热，因此这种方式难以有效抑制压电基底上表面(即与叉指电极接触的面)的热应变，故而对TCF值的改善效果有限，同时这种条件下机电耦合系数较低，难以满足高带宽的需求。

另一种方式是在压电基底上沉积一层正温度系数的温度补偿材料(如 SiO2)，以此来抑制由于温度变化引起的频率漂移，改善器件的频率温度系数(TCF)，如图1(b)所示。在这种情况下，由于热膨胀系数的差异，容易在压电基底与温度补偿层的界面处产生很强的应力集中，从而影响器件性能。

技术实现要素：

综上所述，如何在获取良好的频率温度系数TCF值的同时控制好压电基底与温度补偿层的界面处的应力集中具有很强的现实意义。

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提出了一种基于埋电极的温补型谐振器，包括压电基底、多个叉指电极、以及温度补偿层，所述叉指电极的一部分埋入所述压电基底，所述叉指电极的除了埋入所述压电基底的部分以外的其他部分被所述温度补偿层覆盖，从而能够在使得温补型谐振器获取良好的频率温度系数TCF值的同时抑制压电基底与温度补偿层的界面处的应力集中。

本发明的温补型谐振器的第一方式中，包括压电基底、多个叉指电极、以及温度补偿层，所述叉指电极的一部分埋入所述压电基底，所述叉指电极的除了埋入所述压电基底的部分以外的其他部分被所述温度补偿层覆盖。

本发明的温补型谐振器的第二方式在所述第一方式中，优选为，将所述叉指电极的埋入所述压电基底的部分的高度设为h1，将所述压电基底的热膨胀系数设为α1，将所述温度补偿层的热膨胀系数设为α2，将所述叉指电极的厚度设为H，则满足如下关系：

本发明的温补型谐振器的第三方式在所述第一方式中，优选为，将所述叉指电极的埋入所述压电基底的部分的高度设为h1，将所述压电基底的声速温度系数设为β1，将所述温度补偿层的声速温度系数设为β2，将所述叉指电极的厚度设为H，则满足如下关系：

本发明的温补型谐振器的第四方式在所述第一方式中，优选为，将所述叉指电极的埋入所述压电基底的部分的高度设为h1，将所述压电基底的热膨胀系数设为α1，将所述温度补偿层的热膨胀系数设为α2，将所述压电基底的声速温度系数设为β1，将所述温度补偿层的声速温度系数设为β2，将所述叉指电极的厚度设为H，则满足如下关系：

本发明的温补型谐振器的第五方式在所述第一至第四方式中，优选为，还包括加厚层，该加厚层层叠在所述叉指电极的上方且位于所述温度补偿层中，所述加厚层设置在所述叉指电极的端部以及相邻的叉指电极的与所述端部对应的部位。

本发明的温补型谐振器的第六方式在所述第一至第四方式中，优选为，还包括调频层，该调频层覆盖在所述温度补偿层的上方，所述调频层的材料包括二氧化硅、氮化硅、氮化铝、碳化硅中的至少一种。

本发明的温补型谐振器的第七方式在所述第一至第四方式中，优选为，所述温度补偿层的材料包括二氧化硅。

本发明的温补型谐振器的第八方式在所述第一至第四方式中，优选为，所述压电基底的材料为铌酸锂、钽酸锂中的一种。

本发明的温补型谐振器的第九方式在所述第一至第四方式中，优选为，所述叉指电极的材料包括铝、铜、铂、金中的至少一种。

本发明的温补型谐振器的第十方式在所述第五方式中，优选为，所述加厚层的材料与所述叉指电极的材料相同。

本发明的滤波器的第十一方式中，优选为，包括第一至第十方式所述的温补型谐振器。

发明效果

通过采用本发明的上述结构，从而能够在使得温补型谐振器获取良好的频率温度系数TCF值的同时抑制压电基底与温度补偿层的界面处的应力集中。

此外，本发明中，通过将叉指电极产生的热量按比例分配在压电基底与温度补偿层中，从而能够削弱压电基底与温度补偿层的界面处的应力集中，能够有效缓解界面处的热应力水平。

此外，本发明中，通过将叉指电极埋入压电基底的部分的高度h1和叉指电极的被温度补偿层覆盖的剩余部分的高度h2的比例设为与压电基底的声速温度系数β1及温度补偿层的声速温度系数β2的比例呈互补关系即，从而可使谐振器的声速温度系数TCV尽可能地小，能够有效改善谐振器的频率温度系数TCF值。

附图说明

图1(a)是示出现有技术中的高TEC的压电基底与低TEC的基片进行键合的结构的截面示意图；图1(b)是示出现有技术中的在负TCV的压电基底上沉积正TCV的温度补偿层的结构的截面示意图。

图2是示出本发明的实施方式所涉及的温补型谐振器的截面结构的示意图。

图3是示出本发明的实施方式所涉及的温补型谐振器的一个变形例的截面结构的示意图。

图4是示出本发明的实施方式所涉及的温补型谐振器的另一个变形例的截面结构的示意图。

图5是示出本发明的实施方式所涉及的温补型谐振器的另一个变形例的俯视结构的示意图。

具体实施方式

下面，对于本发明所涉及的温补型谐振器的优选实施方式，使用附图进行说明。在各附图中，对于相同或相当的部分，附加相同标号进行说明。

<本发明的实施方式所涉及的温补型谐振器的结构>

图2是示出本发明的实施方式所涉及的温补型谐振器的截面结构的示意图。

如图2所示，本发明的温补型谐振器包括压电基底1、多个叉指电极2、以及温度补偿层3，叉指电极2的一部分(图2中的h1)埋入压电基底1，叉指电极2的除了埋入压电基底1的部分以外的其他部分(图2中的h2)被温度补偿层3覆盖。

此外，作为一个示例，所述温度补偿层的材料包括二氧化硅；所述压电基底的材料为铌酸锂、钽酸锂中的一种；所述叉指电极的材料包括铝、铜、铂、金中的至少一种。

由此，通过采用上述结构，本发明能够在使得温补型谐振器获取良好的频率温度系数TCF值的同时抑制压电基底与温度补偿层的界面处的应力集中；并且这种结构所需覆盖的温度补偿层(例如二氧化硅)的厚度更小，有利于谐振器的小型化设计。

此外，叉指电极2埋入压电基底1的深度由压电基底1及温度补偿层 3的热膨胀系数(TEC)和/或声速温度系数(TCV)决定。

本发明中，将压电基底1的热膨胀系数设为α1，压电基底1的声速温度系数设为β1，温度补偿层3的热膨胀系数为α2，温度补偿层3的声速温度系数设为β2，叉指电极2的高度设为H，叉指电极2埋入压电基底1的部分的高度设为h1，叉指电极2未埋入压电基底1的部分高度设为h2，其中H＝h1 h2。

(基于热膨胀系数TEC的设计)

当主要考虑压电基底1与温度补偿层3的界面处产生很强的应力集中时，可以考虑从压电基底1与温度补偿层3在界面处的相对热应变出发，将叉指电极2产生的热量按比例分配在压电基底1与温度补偿层3中，从而削弱界面处的应力集中。此时根据热膨胀系数的比例关系来设计叉指电极2的埋入深度h1，即通过以下的式1可计算得到埋入深度h1。

由此，本发明中，通过将叉指电极产生的热量按比例分配在压电基底与温度补偿层中，从而能够削弱压电基底与温度补偿层的界面处的应力集中，能够有效缓解界面处的热应力水平。

(基于声速温度系数TCV的设计)

当主要考虑改善TCF值时，由于当叉指电极2排布一定(即波长一定) 时，谐振器激发的频率主要由声速决定，因此要削弱温度对声速的影响，需要使谐振器的声速温度系数TCV尽量小。为此，本发明中，将叉指电极2 埋入压电基底1的部分的高度h1和叉指电极2的被温度补偿层3覆盖的剩余部分的高度h2的比例设为与压电基底1的声速温度系数β1及温度补偿层3的声速温度系数β2的比例呈互补关系，即：

通过对上述式(4)进行变换，可计算得到埋入深度h1(即可得到以下的式2)。

由此，本发明中，通过将叉指电极2埋入压电基底1的部分的高度h1和叉指电极2的被温度补偿层3覆盖的剩余部分的高度h2的比例设为与压电基底1的声速温度系数β1及温度补偿层3的声速温度系数β2的比例呈互补关系 (即式2)，从而可使谐振器的声速温度系数TCV尽可能地小，能够有效改善谐振器的频率温度系数TCF值。

(基于热膨胀系数TEC和声速温度系数TCV两者的设计)

当综合考虑TCF值与压电基底与温度补偿层的界面处的应力集中时，为了在获得良好的TCF值的同时有效控制界面处的应力水平，将叉指电极2 的埋入深度h1设定为满足以下条件：

即，叉指电极2的埋入深度h1设为大于等于式1和式2中的较小值且小于等于式1和式2中的较大值。

由此，本发明中，能够在有效改善谐振器的TCF值的同时将压电基底与温度补偿层的界面处的的热应力水平控制在较低水平。

<本发明的实施方式所涉及的温补型谐振器的一个变形例>

图3是示出本发明的实施方式所涉及的温补型谐振器的一个变形例的截面结构的示意图。

如图3所示，本发明的温补型谐振器还可以设置调频层4，该调频层覆盖在温度补偿层3的上方，用以对谐振器的工作频率进行调节。调频层4的材料包括二氧化硅、氮化硅、氮化铝、碳化硅中的至少一种。

此外，在沉积完温度补偿层3后可通过探针来测量频率。当频率偏高时，可以在温度补偿层3的上方覆盖二氧化硅层作为调频层4以将频率调低；当频率偏低时，可以在温度补偿层3的上方覆盖氮化硅、氮化铝、碳化硅中的任意一种作为调频层4以将频率调高。

<本发明的实施方式所涉及的温补型谐振器的另一个变形例>

图4是示出本发明的实施方式所涉及的温补型谐振器的另一个变形例的截面结构的示意图。图5是示出本发明的实施方式所涉及的温补型谐振器的另一个变形例的俯视结构的示意图。

如图4所示，本发明的温补型谐振器还可以设置加厚层5，该加厚层5层叠在叉指电极2的上方且位于温度补偿层3中。此外，本发明中，优选为加厚层5设置在叉指电极2的端部以及相邻的叉指电极的与所述端部对应的部位。作为一个示例，图5中，设置有7条叉指电极2，并设置有两行七列的共14 个加厚层5，并且在叉指电极2与汇流条6之间具有间隙7。本发明中，通过进一步设置加厚层5，从而可抑制杂散响应。

此外，本发明中，加厚层5的材料优选与叉指电极2的材料相同。通过使得加厚层5的材料与叉指电极2的材料相同，从而可使得加厚层5与叉指电极 2的制造变得更容易。

<本发明的实施方式所涉及的滤波器>

本发明的实施方式所涉及的滤波器包括上述实施方式所述的温补型谐振器。

上述具体实施方式中的记载仅仅只是本发明的一些实施例。对于本领域技术人员而言，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出进一步的变形和改进，这些变形和改进都包含在本发明的保护范围内。

在本申请中，如果没有特别的说明，本文所提到的所有实施方式以及优选实施方式可以相互组合形成新的技术方案。在本申请中，如果没有特别的说明，本文所提到的所有技术特征以及优选特征可以相互组合形成新的技术方案。

工业上的实用性

本发明的基于埋电极的温补型谐振器例如可应用于射频前端滤波器的谐振器等。

标号说明

201 高TEC的压电基底

202 低TEC的基片

301 负TCV的压电基底

302 正TCV的温度补偿层

1 压电基底

2 叉指电极

3 温度补偿层

4 调频层

5 加厚层

6 汇流条

7 间隙。