CN105634437B - 声表面滤波器、声表面滤波器的加工方法和通信设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种声表面滤波器、声表面滤波器的加工方法和通信设备，其中，声表面滤波器包括：具有压电效应的基底；输入叉指电极和输出叉指电极，设置于基底的指定区域；双共振复合结构，设置于输入叉指电极和输出叉指电极之间的基底的预留区域，其中，共振复合结构包括内层的散射体阵列和外层的基体层，散射体阵列的声阻抗大于基体层的声阻抗。通过本发明技术方案，优化了窄带滤波效果，且有利于声表面滤波器的小型化和集成化。

Description

声表面滤波器、声表面滤波器的加工方法和通信设备
技术领域
本发明涉及滤波器技术领域，具体而言，涉及一种声表面滤波器、一种声表面滤波器的加工方法和一种通信设备。
背景技术
在相关技术中，常用于手机等通信终端的一种射频信号滤波器为声表面滤波器，当发射换能器加上加载信号电压后，输入叉指电极间形成电场，使压电材料发生机械振动而产生表面波，表面波向两侧传播并由接收叉指电极接收后，转化为电信号输出，由于叉指电极只对某一特定频率的信号进行响应，因此可以形成带通滤波器。
其中，声表面滤波器的带通特性是由其几何参数决定的，叉指电极的数量越多，其相应频率就越窄，为了实现窄带滤波，需要增加叉指电极的数量，且两个叉指电极之间需要保持半波长的距离，而叉指电极数量的增多必然导致器件体积的增大，无法满足器件小型化和集成化的要求。
因此，如何设计一种新的声表面滤波器，在不增加器件体积的前提下优化窄带滤波成为亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明正是基于上述技术问题至少之一，提出了一种新的声表面滤波器，通过在输入叉指电极和输出叉指电极之间的预留区域设置双共振复合结构，优化了窄带滤波效果，且有利于声表面滤波器的小型化和集成化。
有鉴于此，本发明提出了一种声表面滤波器，包括：具有压电效应的基底；输入叉指电极和输出叉指电极，设置于基底的指定区域；双共振复合结构，设置于输入叉指电极和输出叉指电极之间的基底的预留区域，其中，共振复合结构包括内层的散射体阵列和外层的基体层，散射体阵列的声阻抗大于基体层的声阻抗。
在该技术方案中，通过在输入叉指电极和输出叉指电极之间的预留区域设置双共振复合结构，优化了窄带滤波效果，且有利于声表面滤波器的小型化和集成化。
具体地，声表面滤波器由一对叉指型电极和具有压电效应的基底组成，常用的基底为压电陶瓷片，在具有压电效应的基底预留区域设置双共振复合结构，该双共振复合结构包括内层的散射体阵列和外层的基体层，基体层为声阻抗较小的材料，如橡胶、环氧树脂(声阻抗约为0.27～0.36)等，散射体阵列为声阻抗较大的材料，比如铜(声阻抗约为4.53)、铝(声阻抗约为1.69)等金属材料，由于双共振复合结构的滤波特性仅与散射体的物理特性和尺寸相关，故散射体的排列不限于周期性排列。
其中，在宽频阻带f1中形成了窄频通带f2，宽频阻带f1由双共振复合结构的一种共振(如0阶共振)产生，窄频通带f2由双共振复合结构的两种共振(如0阶共振和1阶共振)耦合产生。
在上述技术方案中，优选地，散射体阵列中的任两个散射体之间的间距小于声波波长。
在该技术方案中，由于散射体之间的距离小于声波波长，在不增加叉指电极的数量的同时，优化了声表面滤波器的窄带滤波效果，另外，减小了声表面滤波器的器件体积，有利于实现其工业推广和集成化生产。
根据本发明的第二方面，还提出了一种声表面滤波器的加工方法，包括：在具有压电效应的基底上形成输入叉指电极和输出叉指电极；在输入叉指电极和输出叉指电极之间的基底的预留区域形成双共振复合结构，以完成声表面滤波器的加工，其中，双共振复合结构的散射体阵列的声阻抗大于双共振复合结构的基体层的声阻抗。
在该技术方案中，通过在输入叉指电极和输出叉指电极之间的预留区域设置双共振复合结构，优化了窄带滤波效果，且有利于声表面滤波器的小型化和集成化。
具体地，声表面滤波器由一对叉指型电极和具有压电效应的基底组成，常用的基底为压电陶瓷片，在具有压电效应的基底预留区域设置双共振复合结构，该双共振复合结构包括内层的散射体阵列和外层的基体层，基体层为声阻抗较小的材料，如橡胶、环氧树脂(声阻抗约为0.27～0.36)等，散射体阵列为声阻抗较大的材料，比如铜(声阻抗约为4.53)、铝(声阻抗约为1.69)等金属材料，由于双共振复合结构的滤波特性仅与散射体的物理特性和尺寸相关，故散射体的排列不限于周期性排列。
其中，在宽频阻带f1中形成了窄频通带f2，宽频阻带f1由双共振复合结构的一种共振(如0阶共振)产生，窄频通带f2由双共振复合结构的两种共振(如0阶共振和1阶共振)耦合产生。
在上述技术方案中，优选地，在具有压电效应的基底上形成输入叉指电极和输出叉指电极，具体包括以下步骤：在基底上形成金属导电层；对金属导电层进行图形化的干法刻蚀和/或湿法刻蚀，以形成输入叉指电极和输出叉指电极。
在该技术方案中，通过在声表面滤波器的基底的金属导电层进行图形化的干法蚀刻/湿法蚀刻处理，同时生成了输入叉指电极和输出叉指电极，所谓叉指电极是如指状或梳状的面内具有周期图案的电极，用来产生与可穿透材料样品的敏感图层的电场相关的电容。
具体地，微间距的叉指电极是一种最为常用的微间距电极结构，使用干法刻蚀对导电层进行图形化处理，不但可以更快地与导电层基底进行反应，实现刻蚀去除的目的，而且还可以利用电场对等离子体进行引导和加速，通过物理上能量转移实现蚀刻的目的，腐蚀厚度易控制，而使用湿法蚀刻，腐蚀速度更快，成本低，但控制腐蚀厚度较困难。
在上述任一项技术方案中，优选地，在基底上形成金属导电层，具体包括以下步骤：采用气相淀积工艺，或采用电镀工艺，或采用蒸镀工艺在基底上形成金属导电层。
在该技术方案中，通过采用气相淀积工艺，或采用电镀工艺，或采用蒸镀工艺在基底上形成金属导电层，制备形成可靠的输入叉指电极和输出叉指电极。
在上述任一项技术方案中，优选地，在输入叉指电极和输出叉指电极之间的基底的预留区域形成双共振复合结构，以完成声表面滤波器的加工，具体包括以下步骤：在基底上形成的基体层后，对基体层进行图形化处理，同时，在基体层中形成待填充区域；在待填充区域中形成散射体阵列，以完成双共振复合结构的加工。
在该技术方案中，通过在基体层中形成待填充区域，进而形成散射体阵列，也即通过基体层和散射体阵列的双共振耦合优化窄带滤波的效果。
在上述任一项技术方案中，优选地，在基底上形成的基体层后，对基体层进行图形化处理，同时，在基体层中形成待填充区域，具体包括以下步骤：对基底进行预烘处理；在完成预烘处理的基底上旋涂环氧树脂材料后，对环氧树脂材料进行图形化的显影处理；对完成显影处理的环氧树脂材料进行固化处理，以形成基体层和待填充区域。
在该技术方案中，在以环氧树脂材料(即SU-8材料)制作基体层时，可以借助于传统光刻方法进行制备，通过预烘、曝光、显影、固化等步骤实现基体层的图形化，工艺方法成熟且成本较低。
在上述任一项技术方案中，优选地，在待填充区域中形成散射体阵列，以完成双共振复合结构的加工，具体包括以下步骤：采用电镀工艺在待填充区域中形成电镀层；对电镀层进行刻蚀处理，以形成待填充区域的散射体阵列。
在该技术方案中，通过电镀工艺在待填充区域中形成电镀层，提高了散射体阵列的结构可靠性。
在上述任一项技术方案中，优选地，还包括：采用气相淀积工艺在待填充区域中形成金属淀积层；对金属淀积层进行刻蚀处理，以形成待填充区域的散射体阵列。
在该技术方案中，通过气相淀积工艺在待填充区域中形成金属淀积层，同样地，提高了散射体阵列的结构可靠性。
根据本发明的第三方面，还提出了一种声表面滤波器，采用如上述任一项技术方案所述的声表面滤波器的加工方法制备而成。
根据本发明的第四方面，还提出了一种通信设备，包括上述任一项技术方案所述的声表面滤波器。
通过以上技术方案，通过在输入叉指电极和输出叉指电极之间的预留区域设置双共振复合结构，优化了窄带滤波效果，且有利于声表面滤波器的小型化和集成化。
附图说明
图1示出了根据本发明的实施例的声表面滤波器的示意图；
图2示出了根据本发明的实施例的声表面滤波器的制备方法的示意流程图；
图3示出了根据本发明的实施例的通信设备的示意框图；
图4示出了根据本发明的实施例的双共振复合结构的示意图；
图5示出了根据本发明的实施例的声表面滤波器的滤波原理图；
图6示出了现有技术中声表面滤波器的滤波特性图；
图7示出了根据本发明的实施例的声表面滤波器的滤波特性图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用第三方不同于在此描述的第三方方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
图1示出了根据本发明的实施例的声表面滤波器的示意图。
如图1所示，根据本发明的实施例的声表面滤波器100，包括：具有压电效应的基底102；输入叉指电极104和输出叉指电极106，设置于基底102的指定区域；双共振复合结构108，设置于输入叉指电极104和输出叉指电极106之间的基底102的预留区域，其中，共振复合结构包括内层的散射体阵列1082和外层的基体层1084，散射体阵列1082的声阻抗大于基体层1084的声阻抗。
在该技术方案中，通过在输入叉指电极104和输出叉指电极106之间的预留区域设置双共振复合结构108，优化了窄带滤波效果，且有利于声表面滤波器100的小型化和集成化。
具体地，声表面滤波器100由一对叉指型电极和具有压电效应的基底102组成，常用的基底102为压电陶瓷片，在具有压电效应的基底102预留区域设置双共振复合结构108，该双共振复合结构108包括内层的散射体阵列1082和外层的基体层1084，基体层1084为声阻抗较小的材料，如橡胶、环氧树脂(声阻抗约为0.27～0.36)等，散射体阵列1082为声阻抗较大的材料，比如铜(声阻抗约为4.53)、铝(声阻抗约为1.69)等金属材料，由于双共振复合结构108的滤波特性仅与散射体的物理特性和尺寸相关，故散射体的排列不限于周期性排列。
其中，在宽频阻带f1中形成了窄频通带f2，宽频阻带f1由双共振复合结构108的一种共振(如0阶共振)产生，窄频通带f2由双共振复合结构108的两种共振(如0阶共振和1阶共振)耦合产生。
在上述技术方案中，优选地，散射体阵列1082中的任两个散射体之间的间距小于声波波长。
在该技术方案中，由于散射体之间的距离小于声波波长，在不增加叉指电极的数量的同时，优化了声表面滤波器100的窄带滤波效果，另外，减小了声表面滤波器100的器件体积，有利于实现其工业推广和集成化生产。
图2示出了根据本发明的实施例的声表面滤波器的制备方法的示意流程图。
如图2所示，根据本发明的实施例的声表面滤波器的制备方法，包括：步骤102，在具有压电效应的基底上形成输入叉指电极和输出叉指电极；步骤104，在输入叉指电极和输出叉指电极之间的基底的预留区域形成双共振复合结构，以完成声表面滤波器的加工，其中，双共振复合结构的散射体阵列的声阻抗大于双共振复合结构的基体层的声阻抗。
在该技术方案中，通过在输入叉指电极和输出叉指电极之间的预留区域设置双共振复合结构，优化了窄带滤波效果，且有利于声表面滤波器的小型化和集成化。
具体地，声表面滤波器由一对叉指型电极和具有压电效应的基底组成，常用的基底为压电陶瓷片，在具有压电效应的基底预留区域设置双共振复合结构，该双共振复合结构包括内层的散射体阵列和外层的基体层，基体层为声阻抗较小的材料，如橡胶、环氧树脂(声阻抗约为0.27～0.36)等，散射体阵列为声阻抗较大的材料，比如铜(声阻抗约为4.53)、铝(声阻抗约为1.69)等金属材料，由于双共振复合结构的滤波特性仅与散射体的物理特性和尺寸相关，故散射体的排列不限于周期性排列。
其中，在宽频阻带f1中形成了窄频通带f2，宽频阻带f1由双共振复合结构的一种共振(如0阶共振)产生，窄频通带f2由双共振复合结构的两种共振(如0阶共振和1阶共振)耦合产生。
在上述技术方案中，优选地，在具有压电效应的基底上形成输入叉指电极和输出叉指电极，具体包括以下步骤：在基底上形成金属导电层；对金属导电层进行图形化的干法刻蚀和/或湿法刻蚀，以形成输入叉指电极和输出叉指电极。
在该技术方案中，通过在声表面滤波器的基底的金属导电层进行图形化的干法蚀刻/湿法蚀刻处理，同时生成了输入叉指电极和输出叉指电极，所谓叉指电极是如指状或梳状的面内具有周期图案的电极，用来产生与可穿透材料样品的敏感图层的电场相关的电容。
具体地，微间距的叉指电极是一种最为常用的微间距电极结构，使用干法刻蚀对导电层进行图形化处理，不但可以更快地与导电层基底进行反应，实现刻蚀去除的目的，而且还可以利用电场对等离子体进行引导和加速，通过物理上能量转移实现蚀刻的目的，腐蚀厚度易控制，而使用湿法蚀刻，腐蚀速度更快，成本低，但控制腐蚀厚度较困难。
在上述任一项技术方案中，优选地，在基底上形成金属导电层，具体包括以下步骤：采用气相淀积工艺，或采用电镀工艺，或采用蒸镀工艺在基底上形成金属导电层。
在该技术方案中，通过采用气相淀积工艺，或采用电镀工艺，或采用蒸镀工艺在基底上形成金属导电层，制备形成可靠的输入叉指电极和输出叉指电极。
在上述任一项技术方案中，优选地，在输入叉指电极和输出叉指电极之间的基底的预留区域形成双共振复合结构，以完成声表面滤波器的加工，具体包括以下步骤：在基底上形成的基体层后，对基体层进行图形化处理，同时，在基体层中形成待填充区域；在待填充区域中形成散射体阵列，以完成双共振复合结构的加工。
在该技术方案中，通过在基体层中形成待填充区域，进而形成散射体阵列，也即通过基体层和散射体阵列的双共振耦合优化窄带滤波的效果。
在上述任一项技术方案中，优选地，在基底上形成的基体层后，对基体层进行图形化处理，同时，在基体层中形成待填充区域，具体包括以下步骤：对基底进行预烘处理；在完成预烘处理的基底上旋涂环氧树脂材料后，对环氧树脂材料进行图形化的显影处理；对完成显影处理的环氧树脂材料进行固化处理，以形成基体层和待填充区域。
在该技术方案中，在以环氧树脂材料(即SU-8材料)制作基体层时，可以借助于传统光刻方法进行制备，通过预烘、曝光、显影、固化等步骤实现基体层的图形化，工艺方法成熟且成本较低。
在上述任一项技术方案中，优选地，在待填充区域中形成散射体阵列，以完成双共振复合结构的加工，具体包括以下步骤：采用电镀工艺在待填充区域中形成电镀层；对电镀层进行刻蚀处理，以形成待填充区域的散射体阵列。
在该技术方案中，通过电镀工艺在待填充区域中形成电镀层，提高了散射体阵列的结构可靠性。
在上述任一项技术方案中，优选地，还包括：采用气相淀积工艺在待填充区域中形成金属淀积层；对金属淀积层进行刻蚀处理，以形成待填充区域的散射体阵列。
在该技术方案中，通过气相淀积工艺在待填充区域中形成金属淀积层，同样地，提高了散射体阵列的结构可靠性。
图3示出了根据本发明的实施例的通信设备的示意框图。
如图3所示，根据本发明的实施例的通信设备300，包括上述任一项技术方案所述的声表面滤波器。
图4示出了根据本发明的实施例的双共振复合结构的示意图。
如图4所示，根据本发明的实施例的双共振复合结构，包括：基体层为声阻抗较小的介质A，如橡胶、环氧树脂(声阻抗约为0.27～0.36)等，散射体阵列为声阻抗较大的介质B，比如铜(声阻抗约为4.53)、铝(声阻抗约为1.69)等高密度材料。
图5示出了根据本发明的实施例的声表面滤波器的滤波原理图。
如图5所示，根据本发明的实施例的声表面滤波器，宽频阻带f1中形成了窄频通带f2，宽频阻带f1由双共振复合结构的一种共振(如0阶共振)产生，窄频通带f2由双共振复合结构的两种共振(如0阶共振和1阶共振)耦合产生。
图6示出了现有技术中声表面滤波器的滤波特性图。
图7示出了根据本发明的实施例的声表面滤波器的滤波特性图。
结合图6和图7在相同刻度长度的滤波特性图可知，根据本发明的声表面滤波器的窄带滤波效果得到显著的改善。
以上结合附图详细说明了本发明的技术方案，考虑到相关技术中如何设计一种新的声表面滤波器，在不增加器件体积的前提下优化窄带滤波的技术问题，本发明提出了一种新的声表面滤波器，通过在输入叉指电极和输出叉指电极之间的预留区域设置双共振复合结构，优化了窄带滤波效果，且有利于声表面滤波器的小型化和集成化。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种声表面滤波器，其特征在于，包括：
具有压电效应的基底；
输入叉指电极和输出叉指电极，设置于所述基底的指定区域；
双共振复合结构，设置于所述输入叉指电极和所述输出叉指电极之间的所述基底的预留区域，
其中，所述共振复合结构包括内层的散射体阵列和外层的基体层，所述散射体阵列的声阻抗大于所述基体层的声阻抗。
2.根据权利要求1所述的声表面滤波器，其特征在于，
所述散射体阵列中的任两个散射体之间的间距小于声波波长。
3.一种声表面滤波器的加工方法，其特征在于，包括：
在具有压电效应的基底上形成输入叉指电极和输出叉指电极；
在所述输入叉指电极和所述输出叉指电极之间的所述基底的预留区域形成双共振复合结构，以完成所述声表面滤波器的加工，
其中，所述双共振复合结构的散射体阵列的声阻抗大于所述双共振复合结构的基体层的声阻抗；
其中，在具有压电效应的基底上形成输入叉指电极和输出叉指电极，具体包括以下步骤：
在所述基底上形成金属导电层；
对所述金属导电层进行图形化的干法刻蚀和/或湿法刻蚀，以形成所述输入叉指电极和所述输出叉指电极。
4.根据权利要求3所述的声表面滤波器的加工方法，其特征在于，在所述基底上形成金属导电层，具体包括以下步骤：
采用气相淀积工艺，或采用电镀工艺，或采用蒸镀工艺在所述基底上形成所述金属导电层。
5.根据权利要求3或4所述的声表面滤波器的加工方法，其特征在于，在所述输入叉指电极和所述输出叉指电极之间的所述基底的预留区域形成双共振复合结构，以完成所述声表面滤波器的加工，具体包括以下步骤：
在所述基底上形成的所述基体层后，对所述基体层进行图形化处理，同时，在所述基体层中形成待填充区域；
在所述待填充区域中形成所述散射体阵列，以完成所述双共振复合结构的加工。
6.根据权利要求5所述的声表面滤波器的加工方法，其特征在于，在所述基底上形成的基体层后，对所述基体层进行图形化处理，同时，在所述基体层中形成待填充区域，具体包括以下步骤：
对所述基底进行预烘处理；
在完成预烘处理的基底上旋涂环氧树脂材料后，对所述环氧树脂材料进行图形化的显影处理；
对完成显影处理的所述环氧树脂材料进行固化处理，以形成所述基体层和所述待填充区域。
7.根据权利要求6所述的声表面滤波器的加工方法，其特征在于，在所述待填充区域中形成散射体阵列，以完成所述双共振复合结构的加工，具体包括以下步骤：
采用电镀工艺在所述待填充区域中形成电镀层；
对所述电镀层进行刻蚀处理，以形成所述待填充区域的散射体阵列。
8.根据权利要求6所述的声表面滤波器的加工方法，其特征在于，
采用气相淀积工艺在所述待填充区域中形成金属淀积层；
对所述金属淀积层进行刻蚀处理，以形成所述待填充区域的散射体阵列。
9.一种声表面滤波器，其特征在于，采用如权利要求3至8中任一项所述的声表面滤波器的加工方法制备而成。
10.一种通信设备，其特征在于，包括：如权利要求1、2和9中任一项所述的声表面滤波器。
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