一种声表面波谐振器及滤波器的制作方法

1.本实用新型实施例涉及半导体封装技术领域，尤其涉及一种声表面波谐振器及滤波器。


背景技术：

2.高频滤波器在现代移动通信系统中，用于滤除通信频段以外的不需要信号，对改善通信质量起着至关重要的作用。声表面滤波器具有稳定性好、体积小、q值高等特点，广泛用于高频滤波器中。
3.声表面谐振器的基本单元是在压电基板表面具有一对梳型电极的叉指换能器。换能器的有限孔径可能产生干扰传输的横向模态，并且带来额外的损耗，严重影响滤波器的性能，无法满足现代移动通信系统日益严格的性能要求，抑制横向模对于滤波器的性能提升有着至关重要的意义。


技术实现要素：

4.本实用新型提供一种声表面波谐振器及滤波器，可以抑制横向模的传输，从而提升滤波器的性能。
5.根据本实用新型的一方面，提供了一种声表面波谐振器，该声表面波谐振器包括：
6.压电层；
7.位于所述压电层上的电极层；
8.所述电极层包括换能器，所述换能器包括：第一汇流条、第一长指、第一假指、第二汇流条、第二长指和第二假指；所述第一汇流条和所述第二汇流条均沿第一方向延伸，且相对设置；所述第一长指、所述第二假指、所述第二长指和所述第一假指均沿第二方向延伸，且均位于第一汇流条和第二汇流条之间；所述第一长指和所述第一假指沿第一方向交替排列且均与所述第一汇流条连接；所述第二长指和所述第二假指沿第一方向交替排列且均与所述第二汇流条连接；所述第一长指和所述第二假指相对设置，所述第一长指和所述第二假指之间具有第一间隙，所述第二长指和所述第一假指相对设置，所述第二长指和所述第一假指之间具有第二间隙；其中，所述第二方向与所述第一方向相互垂直；
9.所述第一长指和所述第二长指均包括主体和与所述主体一体连接的端头，所述第一长指的端头位于所述第一长指的主体远离所述第一汇流条的一侧，所述第二长指的端头位于所述第二长指的主体远离所述第二汇流条的一侧；
10.所述第一长指的主体包括第一部分和第二部分，所述第一部分位于所述第二部分远离所述第一汇流条的一侧，所述第一部分沿所述第一方向具有第一尺寸，沿所述第一汇流条指向所述第二汇流条的方向，所述第一尺寸逐渐增大；
11.所述第二长指的主体包括第三部分和第四部分，所述第三部分位于所述第四部分远离所述第二汇流条的一侧，所述第三部分沿所述第一方向具有第二尺寸，沿所述第一汇流条指向所述第二汇流条的方向，所述第二尺寸逐渐减小。
12.可选地，所述第二部分沿所述第一方向具有第三尺寸，沿所述第一汇流条指向所述第二汇流条的方向，所述第三尺寸逐渐减小或所述第三尺寸不变；
13.所述第四部分沿所述第一方向具有第四尺寸，沿所述第一汇流条指向所述第二汇流条的方向，所述第四尺寸逐渐增大或所述第四尺寸不变。
14.可选地，所述端头的形状为矩形。
15.可选地，同一长指中：所述端头沿所述第一方向的宽度大于所述主体沿所述第一方向的最小宽度，所述端头沿所述第二方向的长度与所述换能器的波长相关。
16.可选地，同一长指中：所述端头沿所述第一方向的宽度为所述主体沿所述第一方向的最小宽度的1.05～1.3倍，所述端头沿所述第二方向的长度为所述换能器波长的0.3～1.5倍。
17.可选地，所述第一长指和所述第二长指均包括第一加厚层和第二加厚层；所述第一加厚层位于所述第一长指的端头远离所述压电层的一侧，所述第二加厚层位于所述第一长指的端头邻近所述压电层的一侧；
18.所述第一长指的端头设置于所述第一加厚层和所述第二加厚层之间，所述端头与所述第一加厚层和所述第二加厚层在所述压电层的垂直投影重合；
19.所述第二长指包括第三加厚层和第四加厚层；所述第三加厚层位于所述第二长指的端头远离所述压电层的一侧，所述第四加厚层位于所述第二长指的端头邻近所述压电层的一侧；
20.所述第二长指的端头设置于所述第三加厚层和所述第四加厚层之间，所述第二长指的端头与所述第三加厚层和所述第四加厚层在所述压电层的垂直投影重合。
21.可选地，所述第一加厚层和所述第二加厚层的厚度均为所述第一长指的主体的厚度的0.1～1倍，所述第三加厚层和所述第四加厚层的厚度均为所述第二长指的主体的厚度的0.1～1倍；所述第一长指的主体的厚度等于所述第二长指的主体的厚度。
22.可选地，沿所述第一汇流条指向所述第二汇流条的方向，所述第一部分的第一尺寸线性增大或者以曲线形式逐渐增大；
23.沿所述第一汇流条指向所述第二汇流条的方向，所述第三部分的第二尺寸线性减小或者以曲线形式逐渐减小；
24.沿所述第一汇流条指向所述第二汇流条的方向，所述第二部分的第三尺寸线性减小或者以曲线形式逐渐较小；
25.沿所述第一汇流条指向所述第二汇流条的方向，所述第四部分的第四尺寸线性增大或者以曲线形式逐渐增大。
26.可选地，每一所述第一长指沿第一对称轴对称，其中，所述第一对称轴沿第二方向延伸；
27.每一所述第二长指沿第二对称轴对称，其中，所述第二对称轴沿第二方向延伸。
28.根据本实用新型的另一方面，提供了一种滤波器，该滤波器包括至少两个本实用新型任意实施例所述的声表面波谐振器。
29.本实施例的技术方案，第一长指的主体、第二长指的主体的尺寸在第二方向上渐变，通过改变第一长指的主体的第一尺寸以及第二长指的主体的第二尺寸的大小，使得声速从声波波动区域的内部光滑过渡到突变区域，使得第一长指的主体和第一长指的端头之
间不存在90度内直角区域，第二长指的主体和第二长指的端头之间不存在90度内直角区域，对长指的主体工艺精度的加工要求不高，并且只需要优化谐振器掩模版，无需增加额外加工步骤和成本，可以提升滤波器的性能。在第一长指的末端以及第二长指的末端形成低声速区，与谐振器的第一间隙以及第二间隙的高声速区产生声速突变，通过声速交替变换将声表面波限制在谐振器中，还能有效抑制横向模的传输，有利于声表面波谐振器的性能提升。
30.应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本实用新型的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本实用新型的范围。本实用新型的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
31.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1是现有技术中的一种常规声表面波谐振器的结构示意图；
33.图2是常规声表面波谐振器中一对叉指电极的声表面波波速的分布示意图；
34.图3是根据本实用新型实施例提供的一种声表面波谐振器的结构示意图；
35.图4是根据本实用新型实施例提供的一种声表面波谐振器的示意图；
36.图5是根据本实用新型实施例提供的一种声表面波谐振器的局部示意图；
37.图6是根据本实用新型实施例提供的又一种声表面波谐振器的局部示意图；
38.图7是与图5对应的一种声表面波谐振器的局部声表面波波速的分布示意图；
39.图8是根据本实用新型实施例提供的两种声表面波谐振器的导纳仿真对比图；
40.图9是根据本实用新型实施例提供的第一加厚层和第二加厚层的位置结构示意图；
41.图10是根据本实用新型实施例提供的第三加厚层和第四加厚层的位置结构示意图；
42.图11是根据本实用新型实施例提供的又一种声表面波谐振器的示意图；
43.图12是根据本实用新型实施例提供的又一种声表面波谐振器的结构示意图。
具体实施方式
44.为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。
45.需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这
里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
46.图1是现有技术中的一种常规声表面波谐振器的结构示意图，参考图1，常规声表面波谐振器包括换能器31和反射栅结构，换能器31包括第一汇流条10、第一长指11、第一假指12、第二汇流条20、第二长指21、第二假指22、第一间隙1122和第二间隙1221；反射栅结构包括第一反射栅单元32和第二反射栅单元33；第一反射栅单元32和第二反射栅单元33均包括第三汇流条30和第四汇流条40以及反射栅50。
47.图2是常规声表面波谐振器中一对叉指电极的声表面波波速的分布示意图，参考图2，第一间隙1122区域的声速高于第一长指11区域的声速。因此，声速被限制在第一长指11区域。第一间隙1122区域声速高于第一长指11区域的声速，第二间隙1221区域声速高于第二长指21区域的声速。因此，声速被限制在换能器的第一长指11和第二长指21区域。
48.第二假指22区域声速低于第一间隙1122区域的声速，第二汇流条20区域声速低于第二假指22区域声速；第一假指12区域声速低于第二间隙1221区域的声速，第一汇流条10区域声速低于第一假指12区域声速。因此，在第一假指12以及第二假指22外侧的两次声速突变，进一步束缚了声波在y方向的耗散。
49.为了克服现有技术存在的缺陷，本实用新型实施例提供了一种声表面波谐振器，图3是根据本实用新型实施例提供的一种声表面波谐振器的结构示意图，参考图3，该声表面波谐振器包括：压电层120；位于压电层120上的电极层130；电极层130包括换能器31。
50.图4是根据本实用新型实施例提供的一种声表面波谐振器的示意图，参考图4，换能器31包括：第一汇流条10、第一长指11、第一假指12、第二汇流条20、第二长指21和第二假指22；第一汇流条10和第二汇流条20均沿第一方向x延伸，且相对设置；第一长指11、第二假指22、第二长指21和第一假指12均沿第二方向y延伸，且均位于第一汇流条10和第二汇流条20之间；第一长指11和第一假指12沿第一方向x交替排列且均与第一汇流条10连接；第二长指21和第二假指22沿第一方向x交替排列且均与第二汇流条20连接；第一长指11和第二假指22相对设置，第一长指11和第二假指22之间具有第一间隙1122，第二长指21和第一假指12相对设置，第二长指21和第一假指12之间具有第二间隙1221；其中，第二方向y与第一方向x相互垂直。
51.图5是根据本实用新型实施例提供的一种声表面波谐振器的局部示意图，参考图5，第一长指11和第二长指21均包括主体和与主体一体连接的端头，第一长指的端头112位于第一长指的主体111远离第一汇流条10的一侧，第二长指的端头212位于第二长指的主体211远离第二汇流条20的一侧；第一长指的主体111包括第一部分1111和第二部分1112，第一部分1111位于第二部分1112远离第一汇流条10的一侧，第一部分1111沿第一方向x具有第一尺寸，沿第一汇流条10指向第二汇流条20的方向，第一尺寸逐渐增大；第二长指的主体211包括第三部分2111和第四部分2112，第三部分2111位于第四部分2112远离第二汇流条20的一侧，第三部分2111沿第一方向x具有第二尺寸，沿第一汇流条10指向第二汇流条20的方向，第二尺寸逐渐减小。
52.具体的，压电层120的材料可以是铌酸锂或钽酸锂，在压电层120的表面通过电子
束蒸发、等离子体、磁控溅射等方式沉积金属膜形成电极层130。其中，沉积金属膜的材料可以是钛、铬、铜、银、铝等或者它们的组合。换能器31厚度为50-800nm，换能器31用于在压电层20上产生声表面波，反射栅结构用于束缚声表面波的能量。其中，第一长指11、第二假指22、第二长指21和第一假指12的条数均相等。第一汇流条10和第二汇流条20始终与第一方向x平行。
53.本实施例的技术方案，第一长指的主体、第二长指的主体的尺寸在第二方向上渐变，通过改变第一长指的主体的第一尺寸以及第二长指的主体的第二尺寸的大小，使得声速从声波波动区域的内部光滑过渡到突变区域，使得第一长指的主体和第一长指的端头之间不存在90度内直角区域，第二长指的主体和第二长指的端头之间不存在90度内直角区域，对长指的主体工艺精度的加工要求不高，并且只需要优化谐振器掩模版，无需增加额外加工步骤和成本，可以提升滤波器的性能。在第一长指的末端以及第二长指的末端形成低声速区，与谐振器的第一间隙以及第二间隙的高声速区产生声速突变，通过声速交替变换将声表面波限制在谐振器中，还能有效抑制横向模的传输，有利于声表面波谐振器的性能提升。
54.图6是根据本实用新型实施例提供的又一种声表面波谐振器的局部示意图，参考图5和图6，可选地，第二部分1112沿第一方向x具有第三尺寸，沿第一汇流条10指向第二汇流条20的方向，第三尺寸逐渐减小或第三尺寸不变；
55.第四部分2112沿第一方向x具有第四尺寸，沿第一汇流条10指向第二汇流条20的方向，第四尺寸逐渐增大或第四尺寸不变。
56.具体的，图5示例性的示出了第二部分1112的第三尺寸逐渐减小，第四部分2112的第四尺寸逐渐增大的情况。图6示例性的示出了第二部分1112沿的第三尺寸不变，第四部分2112沿的第四尺寸不变的情况。
57.具体的，设第一长指11沿第一方向x的尺寸为第一长指11的宽度，第二长指21沿第一方向x的尺寸为第二长指21的宽度。沿第一汇流条10指向第二汇流条20的方向，第一长指11的宽度变化为先减小后增大或者先不变后增大；沿第一汇流条10指向第二汇流条20的方向，第二长指21的宽度变化为先减小后增大或者先减小后不变。
58.通过改变第一尺寸，第二尺寸，第三尺寸和第四尺寸的大小，使得第一长指主体以及第二长指主体的尺寸在第二方向上渐变，使得声速从声波波动区域的内部光滑过渡到突变区域，通过声速交替变换将声表面波限制在谐振器中。
59.图7是与图5对应的一种声表面波谐振器的局部声表面波波速的分布示意图，参考图7，第一长指的端头112区域的声速和第二长指的端头212区域的声速小于第一长指的主体111区域的声速、第二长指的主体211、第一间隙1122和第二间隙1221区域的声速，并且声速以曲线的形式光滑过渡。第一长指的端头112和第二长指的端头212的存在增加了一个声速突变区域，通过声速交替变换将声表面波限制在谐振器中。第一长指主体111和第二长指主体211的形状可以以曲线的形式或者线性的形式光滑过渡，对工艺加工精度的要求不高，无需增加额外加工步骤和成本。
60.图8是根据本实用新型实施例提供的两种声表面波谐振器的导纳仿真对比图，参考图7，图8中的虚线a为常规声表面波谐振器的导纳仿真曲线，实线b为本实施例的声表面波谐振器的导纳仿真曲线。从图中可以看出，本实施例的声表面波谐振器可以抑制横向模
对于声波面滤波器的干扰，可以将声表面波限制在谐振器中，从而提升滤波器的性能。
61.可选地，端头的形状为矩形。
62.具体的，当端头的形状为矩形时，可以有效抑制横向波纹，抑制声表面波中的杂波，提高声表面波谐振器的性能。
63.可选地，同一长指中：端头沿第一方向的宽度大于主体沿第一方向的最小宽度，端头沿第二方向的长度与换能器的波长相关。
64.具体的，将同一长指中端头沿第一方向的宽度设置为大于主体沿第一方向的最小宽度，端头沿第二方向的长度与换能器的波长相关，横向波纹可以得到有效地抑制，还可以进一步使端头阻挡声表面波中横向能量泄露，更好的抑制声表面波中的杂波，进一步提高声表面波谐振器的q值。
65.可选地，同一长指中：端头沿第一方向的宽度为主体沿第一方向的最小宽度的1.05～1.3倍，端头沿第二方向的长度为换能器波长的0.3～1.5倍。
66.具体的，主体沿第一方向的最大宽度为主体沿第一方向的最小宽度的1.05～1.3倍。端头沿第一方向的宽度大于等于主体沿第一方向的最大宽度。声表面波的传播方向平行于第一方向，将同一长指中端头沿第一方向的宽度设置为主体沿第一方向的最小宽度的1.05～1.3倍，可以进一步使端头阻挡声表面波中横向能量泄露，更好的抑制声表面波中的杂波，进一步提高声表面波谐振器的q值。将端头沿第二方向的长度设置为换能器波长的0.3～1.5倍，可以进一步使端头阻挡声表面波中横向能量泄露，更好的抑制声表面波中的杂波，进一步提高声表面波谐振器的q值。
67.图9是根据本实用新型实施例提供的第一加厚层和第二加厚层的位置结构示意图，参考图9，可选地，第一长指包括第一加厚层1121和第二加厚层1122；第一加厚层1121位于第一长指的端头112远离压电层的一侧，第二加厚层1122位于第一长指的端头112邻近压电层的一侧；
68.第一长指的端头112设置于第一加厚层1121和第二加厚层1122之间，第一长指的端头112与第一加厚层1121和第二加厚层1122在压电层的垂直投影重合。
69.图10是根据本实用新型实施例提供的第三加厚层和第四加厚层的位置结构示意图，参考图10，第二长指包括第三加厚层2121和第四加厚层2122；第三加厚层2121位于第二长指的端头212远离压电层的一侧，第四加厚层2122位于第二长指的端头212邻近压电层的一侧；
70.第二长指的端头212设置于第三加厚层2121和第四加厚层2122之间，第二长指的端头212与第三加厚层2121和第四加厚层2122在压电层的垂直投影重合。
71.具体的，在第一长指的端头112远离压电层的一侧以及邻近压电层的一侧分别对应设置第一加厚层1121和第二加厚层1122，通过增加第一长指的端头112的质量来降低第一长指的端头112区域的声速。在第二长指的端头212远离压电层的一侧以及邻近压电层的一侧分别对应设置第三加厚层2121和第四加厚层2122，通过增加第二长指的端头212的质量来降低第二长指的端头212区域的声速。其中，第一加厚层1121和第二加厚层1122的面积可以和第一长指的端头的面积大小相等；第三加厚层2121和第四加厚层2122的面积可以和第二长指的端头的面积大小相等。第一加厚层1121和第二加厚层1122的面积可以小于第一长指的端头的面积，第三加厚层2121和第四加厚层2122的面积可以小于第二长指的端头的
面积。需要说明的是第一加厚层1121、第二加厚层1122、第三加厚层2121和第四加厚层2122的材料可以为al、ti、cu、ag、cr等及其合金。
72.或者，可以对第一长指的端头和第二长指的端头进行质量加载，通过增加质量密度来进一步降低第一长指的端头和第二长指的端头区域的声速，与谐振器的第一间隙和第二间隙的高声速区产生声速突变，通过声速交替变换将声表面波限制在谐振器中。第一长指的端头和第二长指的端头的材料可以选用密度大的金属，也可以采用新材料。
73.可选地，第一加厚层和第二加厚层的厚度均为第一长指的主体的厚度的0.1～1倍，第三加厚层和第四加厚层的厚度均为第二长指的主体的厚度的0.1～1倍；第一长指的主体的厚度等于第二长指的主体的厚度。
74.具体的，当第一加厚层和第二加厚层的厚度均为第一长指的主体厚度的0.1～1倍时，可以降低第一长指的端头区域的声速，避免第一长指的端头过厚影响谐振器的性能。当第三加厚层和第四加厚层的厚度均为第二长指的主体的厚度的0.1～1倍时，可以降低第二长指的端头区域的声速，避免第二长指的端头过厚影响谐振器的性能。
75.继续参考图5和图6，可选地，沿第一汇流条10指向第二汇流条20的方向，第一部分1111的第一尺寸线性增大或者以曲线形式逐渐增大；
76.沿第一汇流条10指向第二汇流条20的方向，第三部分2111的第二尺寸线性减小或者以曲线形式逐渐减小；
77.沿第一汇流条10指向第二汇流条20的方向，第二部分1112的第三尺寸线性减小或者以曲线形式逐渐较小；
78.沿第一汇流条10指向第二汇流条20的方向，第四部分2112的第四尺寸线性增大或者以曲线形式逐渐增大。
79.具体的，本实施例不限定该曲线的具体形式，例如，可以是第二方向y关于第一方向x的一元二次曲线，可以是第一方向x关于第二方向y的一元二次曲线，也可以是圆弧的一部分。
80.继续参考图5和图6，可选地，每一第一长指11沿第一对称轴对称，其中，第一对称轴沿第二方向y延伸；每一第二长指21沿第二对称轴对称，其中，第二对称轴沿第二方向y延伸。
81.具体的，第一长指11的第一部分1111和第二部分1112的长度大小相等，第二长指21的第三部分2111和第四部分2112的长度大小相等。
82.图11是本发明实施例提供的又一种声表面波谐振器的结构示意图，参考图11，可选地，换能器31还包括反射栅结构，反射栅结构包括第一反射栅单元32和第二反射栅单元33，第一反射栅单元32和第二反射栅单元33沿第一方向x分别对称设置于对应的换能器31的两侧，第一反射栅单元32和第二反射栅单元32均包括多条反射栅50，多条反射栅50的宽度相等，多条反射栅50的长度相等，多条反射栅50沿第一方向x等间隔分布；
83.反射栅结构还包括第三汇流条30和第四汇流条40，多条反射栅50的第一端与第三汇流条30连接，多条反射栅50的第二端与第四汇流条40连接。
84.具体的，反射栅结构是声表面波谐振器的必备结构，反射栅结构的材料和厚度与换能器31的材料和厚度相同，反射栅结构用于反射表面波，反射栅结构的好坏会直接影响声表面波谐振器的q值的大小。
85.图12是本发明实施例提供的又一种声表面波谐振器的结构示意图，参考图12，可选地，声表面波谐振器还包括温度补偿层140和衬底110，温度补偿层140位于电极层130远离压电层120的一侧，衬底110位于压电层120远离电极层130的一侧。
86.具体的，衬底110的材料可以为硅，碳化硅，氧化硅，金刚石，蓝宝石等，衬底110也能起到温度补偿的作用。衬底110也可以是复合多层衬底，可以使声表面波谐振器实现低插损，通带平滑、高q值以及出色的低频率温度等特性。温度补偿层140的材料可以为二氧化硅或氮化硅，温度补偿层140能够避免温度变化对声表面波谐振器的谐振频率造成影响。
87.本实用新型实施例还提供了一种滤波器，该滤波器包括至少两个上述实施例中任一项的声表面波谐振器。
88.其中，该滤波器可以由上述实施例中两个或者两个以上的声表面波谐振器串联和/或并联形成。
89.上述具体实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型保护范围之内。