CN106100603B - 一种立体结构增益补偿型saw器件及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种立体结构增益补偿型SAW器件及制备方法，它包括输入叉指换能器和输出叉指换能器，其特征在于：输入叉指换能器与输出叉指换能器均附着在压电材料表面，它们之间通过声表面波耦合连接，输出叉指换能器与匹配补偿放大电路导线连接；解决了现有技术的声表面波滤波器或声表面波谐振器或声表面波延时线的插入损耗大的弊端，以解决传统上使用器件外电路补偿带来的一致性、重复性、可靠性差，调试难等问题。

Description

一种立体结构增益补偿型SAW器件及制备方法

技术领域

本发明属于声表面波器件技术领域，尤其涉及一种立体结构增益补偿型SAW器件及制备方法。

背景技术

声表面波（Surface Acoustic Wave，SAW）器件的基本结构是在压电薄膜或具有压电特性的基片材料抛光面上制作两个声-电和电-声换能器，采用半导体集成电路的平面工艺，在压电薄膜或压电基片表面蒸镀一定厚度的金属膜，把设计好的两个叉指换能器（Inter Digital Transducer，IDT）的掩膜图案，利用光刻方法刻蚀在基片表面，分别用作输入换能器和输出换能器。基本工作原理是：输入换能器利用晶体的逆压电效应将电信号转换成声表面波，在基片表面上传播，经过一定的延迟后，输出换能器利用压电效应将SAW信号转换成电信号。它的作用是对电信号进行如滤波、延时、脉冲压缩和展宽、振荡稳频、解码、编码、卷积相关、谱分析等的加工处理。

SAW器件的主要特点是设计灵活性大、模拟、数字兼容、群延迟时间偏差和频率选择性优良、可选频率范围宽、输入输出阻抗误差小、传输损耗小、抗电磁干扰（EMI）能力强、可靠性高等，适合于微型封装。其体积、重量分别是陶瓷介质滤波器的1/40和1/30左右，且能实现多种复杂的功能。SAW器件的特征和优点，可满足现代通信系统设备及便携式电话轻薄短小化和高频化、数字化、高性能、高可靠等方面的要求。SAW器件的主要缺点是插入损耗大，插入损耗（Insertion Loss, IL）是衡量SAW器件性能的一个重要技术指标，在用SAW器件处理信号时，都希望不会产生信号衰减。但受材料性能、叉指结构和制备工艺的影响，实际上制作的器件都是有损耗和偏差的。对SAW器件，通常用通带宽度、插入损耗、中心频率、群延时、旁瓣抑制等参数来表征SAW器件的实际特性与理想特性的偏差。

传统的SAW 器件都是无源的，其性能指标受制于压电材料性能、叉指结构及制备工艺，实际制作的器件都会引起信号的衰减，衰减后的信号对后端电路的处理会产生影响。为了降低信号经过SAW器件后产生的损耗，现有技术通常采用在外部增加补偿电路进行补偿，采用这样的方式存在一致性、重复性、可靠性差，调试难等问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题：提供一种立体结构增益补偿型SAW器件及制备方法，以解决现有技术的声表面波滤波器或声表面波谐振器或声表面波延

时线的插入损耗大的弊端，以解决传统上使用器件外电路补偿带来的一致性、重

复性、可靠性差，调试难等问题。

本发明技术方案：

一种立体结构增益补偿型SAW器件，它包括输入叉指换能器和输出叉指换能器，输入叉指换能器与输出叉指换能器均附着在压电材料表面，它们之间通过声表面波耦合连接，输出叉指换能器与匹配补偿放大电路导线连接。

所述输入输出叉指换能器为任何结构。

所述匹配补偿放大电路为低噪声放大器，所述低噪声放大器为高频放大器或射频放大器。

所述输入叉指换能器和输出叉指换能器位于匹配补偿放大电路的上方。

所述输入叉指换能器、输出叉指换能器和匹配补偿放大电路封装在绝缘壳体内。

一种立体结构增益补偿型SAW器件的制备方法，它包括：

步骤1、用IC工艺在硅基上制作LNA；

步骤2、在制作有LNA的硅基表面制作压电薄膜；

步骤3、在制作有LNA和压电薄膜的基片表面通过蒸发或溅射制备一层金属铝膜或铜膜；

步骤4、将叉指换能器IDT的掩膜图案，利用光刻方法刻蚀在金属铝膜或铜膜表面；

步骤5、封装，将其封装在绝缘壳体内。

本发明有益效果：

本发明在常规SAW器件基础上，增加LNA电路，将其以立体形式集成在同一块基片上后，进行封装，具有体积小，补偿效果、一致性、可靠性和重复性好等优点，而且不需要进行调试，解决了现有技术的声表面波滤波器或声表面波谐振器或声表面波延时线的插入损耗大的弊端，解决了传统上使用器件外电路补偿带来的一致性、重复性、可靠性差，调试难等问题。

附图说明：

图1为本发明原理结构示意图；

图2为本发明以阶梯形IDT结构为例刻蚀于压电薄膜表面而制作的增益补偿型SAW器件的管芯示意图；

图3为本发明以阶梯形IDT结构为例刻蚀于压电薄膜表面而制作的增益补偿型SAW器件的幅频特性示意图。

具体实施方式：

一种立体结构增益补偿型SAW器件，它包括输入叉指换能器（输入IDT）和输出叉指换能器（输出IDT），输入叉指换能器与输出叉指换能器都附着在压电材料表面，它们之间通过声表面波耦合连接，输出叉指换能器与匹配补偿放大电路（LNA）导线连接，所述输入输出叉指换能器为任何结构。

由于输入到SAW 器件的信号一般比较微弱，而且频率很高，达到射频级。所以用于补偿和匹配的电路就必须具有低噪声系数、一定的增益和特定的阻抗等特点，本发明选择低噪放大器（Low Noise Amplifier ，LAN）来实现SAW器件的插入损耗补偿。

所述的匹配补偿放大电路是指在阻抗上与SAW器件匹配、增益、噪声系数、功耗、三阶交调点IP₃、稳定性等满足低噪声放大器要求的高频或射频放大器。

所述匹配补偿放大电路为低噪声放大器，所述低噪声放大器为高频放大器或射频放大器，低噪声放大器及输入/输出IDT是增益补偿型SAW器件的核心，低噪声放大器的主要参数是放大器的增益、噪声系数、输入匹配阻抗、稳定性等。组成IDT的参数主要有：电极对数（周期数N），IDT声孔径（电极重叠长度W），叉指电极宽度a，叉指电极间隔b和叉指电极金属层厚度h，这些参数共同决定SAW器件的中心频率f ₀。

所述输入叉指换能器和输出叉指换能器位于匹配补偿放大电路的上方。输入叉指换能器和输出叉指换能器位于匹配补偿放大电路的上方采用一体化加工模式，具有体积小重量轻等优点。

所述输入叉指换能器、输出叉指换能器和匹配补偿放大电路封装在绝缘壳体内。

一种立体结构增益补偿型SAW器件的制备方法，它包括：

步骤1、用IC工艺在硅基上制作LNA；

步骤2、在制作有LNA的硅基表面制作压电薄膜；

步骤3、在制作有LNA和压电薄膜的基片表面通过蒸发或溅射制备一层金属铝膜或铜膜；

步骤4、将叉指换能器（IDT）的掩膜图案，利用光刻方法刻蚀在金属铝膜或铜膜表面；

步骤5、封装，将其封装在绝缘壳体内。

实施例1：

以阶梯形IDT结构为例，实施立体结构增益补偿型SAW器件：阶梯形IDT结构如图2示，图中的标记2表示输入叉指换能器；图中的标记3表示输出叉指换能器；图中的标记4表示汇流条兼反射栅；图中的标记5表示虚线框内的结构图为将阶梯形IDT结构刻蚀于压电薄膜表面而制作的声表面波滤波器的管芯，其叉指电极的宽度为a，电极间隔为b。在a=b=7.5微米，叉指对数N=30时设计的声表面波滤波器或声表面波谐振器的幅频特性如图3所示。基片材料是C轴择优取向（100）的AlN压电薄膜。制作的样品进行了测试，结果如表1所示。

表1

从表1可以看出，采用本发明的立体式结构中的阶梯形IDT结构及补偿电路后，其插入损耗为0.23dB，远远低于补偿前的插入损耗13.15dB。可以看出采用本发明结构的SAW器件及制备方法和封装，可以有效降低插入损耗。

Claims (3)

1.一种立体结构增益补偿型SAW器件的制备方法，所述立体结构增益补偿型SAW器件包括输入叉指换能器和输出叉指换能器，输入叉指换能器与输出叉指换能器均附着在压电材料表面，它们之间通过声表面波耦合连接，输出叉指换能器与匹配补偿放大电路导线连接；所述输入叉指换能器和输出叉指换能器位于匹配补偿放大电路的上方；所述输入叉指换能器、输出叉指换能器和匹配补偿放大电路封装在绝缘壳体内；其特征在于：所述制备方法包括：

步骤1、用IC工艺在硅基上制作匹配补偿放大电路；

步骤2、在制作有匹配补偿放大电路的硅基表面制作压电薄膜；

步骤3、在制作有匹配补偿放大电路和压电薄膜的基片表面通过蒸发或溅射制备一层金属铝膜或铜膜；

步骤4、将叉指换能器IDT的掩膜图案，利用光刻方法刻蚀在金属铝膜或铜膜表面；

步骤5、封装，将其封装在绝缘壳体内。

2.根据权利要求1所述的一种立体结构增益补偿型SAW器件的制备方法，其特征在于：所述输入输出叉指换能器为任何结构。

3.根据权利要求1所述的一种立体结构增益补偿型SAW器件的制备方法，其特征在于：所述匹配补偿放大电路为低噪声放大器，所述低噪声放大器为高频放大器或射频放大器。

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