CN111162754B - 一种磁致伸缩声波滤波器封装结构及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于滤波器技术领域，尤其涉及一种磁致伸缩声波滤波器封装结构及其制作方法。本发明磁致伸缩声波滤波器封装结构中，在滤波模块的内部或表面中嵌入导电层，滤波模块包括磁致伸缩材料，导电层中通过电信号时，因电流产生的磁场和磁致伸缩效应将引发滤波模块内磁致伸缩材料振动，声信号与磁信号产生耦合，当信号频率接近磁致伸缩材料固有振动频率时，信号得到加强，当信号频率偏离磁致伸缩材料固有振动频率时，信号减弱，从而达到声波滤波效果，拓展了声波滤波器的种类。

Description

一种磁致伸缩声波滤波器封装结构及其制作方法
技术领域
本发明属于滤波器技术领域，尤其涉及一种磁致伸缩声波滤波器封装结构及其制作方法。
背景技术
随着电子通讯技术的发展，对滤波器等信号传输和处理相关器件的需求日益增加。在无线通讯领域，基于压电效应的声波滤波器因其体积小、轻量化、便于大规模生产等优势，已经得到了广泛的应用。目前最具代表性的压电式声波滤波器包括声表面波滤波器(SAW滤波器)、体声波滤波器(BAW滤波器)和薄膜腔声谐振滤波器(FBAR滤波器)，其原理在于利用压电效应，使电信号与声信号耦合并相互转化，当外界信号处于滤波器自身固有振动频率附近，声信号产生共振，使电信号得以通过；当外界信号偏离滤波器自身固有振动频率，电信号将被阻碍，从而达到滤波的效果。
虽然压电式声波滤波器得到了广泛应用，但是，声波滤波器的种类还有待于拓展。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种磁致伸缩声波滤波器封装结构及其制作方法，该磁致伸缩声波滤波器封装结构拓展了声波滤波器的种类，通过在磁致伸缩材料中嵌入导电层并进行封装获得具有声波滤波功能的器件。
本发明的具体技术方案如下：
一种磁致伸缩声波滤波器封装结构，包括滤波模块；
所述滤波模块包括磁致伸缩材料，所述滤波模块的内部或表面设置有导体层，所述滤波模块与所述导体层之间设置有绝缘层；
所述滤波模块的外部设有保护层，所述保护层开设有外部连接口引出线路，所述线路与导体层连接。
优选的，还包括：侧向张紧模块；
所述侧向张紧模块设置于所述滤波模块的两侧，用于为所述滤波模块提供侧向拉应力或拉应变。
优选的，所述侧向张紧模块选自力学装置、温度调节张紧装置、液压装置或电磁加载装置。
优选的，所述滤波模块还包括弹性材料和软磁材料；
所述磁致伸缩材料、所述弹性材料和所述软磁材料分别形成磁致伸缩材料层、弹性层和软磁材料层。
优选的，所述磁致伸缩材料层、所述弹性层和所述软磁材料层层叠设置；
所述弹性层贴附于所述磁致伸缩材料层的一侧或两侧，所述软磁材料层贴附于所述磁致伸缩材料层或所述弹性层的一侧或两侧。
优选的，所述磁致伸缩材料选自(Tb,Dy)Fe2化合物为基体的合金、稀土金属与稀土-锌金属化合物或稀土-铁二元金属化合物；
所述弹性材料选自非晶合金或屈氏体钢；
所述软磁材料选自硅钢、铁基非晶合金或铁基纳米晶。
优选的，所述保护层为声反射层；
所述声反射层的材料为有机物薄膜或多孔薄膜。
优选的，所述滤波模块的数量为两个以上；
相邻所述滤波模块叠加设置并通过声反射层隔开。
优选的，所述滤波模块安装于载板内。
本发明还提供了一种磁致伸缩声波滤波器封装结构的制作方法，包括以下步骤：
a)在含有磁致伸缩材料的滤波器模块内部或表面设置导体层并使所述滤波模块与所述导体层之间设置有绝缘层；
b)将所述导体层的起点和终点通过金属接口引出线路，再在所述滤波器模块的外部涂覆保护层。
综上所述，本发明提供了一种磁致伸缩声波滤波器封装结构，包括滤波模块；所述滤波模块包括磁致伸缩材料，所述滤波模块的内部或表面设置有导体层，所述滤波模块与所述导体层之间设置有绝缘层；所述滤波模块的外部设有保护层，所述保护层开设有外部连接口引出线路，所述线路与导体层连接。本发明中，在滤波模块的内部或表面中嵌入导电层，滤波模块包括磁致伸缩材料，导电层中通过电信号时，因电流产生的磁场和磁致伸缩效应将引发滤波模块内磁致伸缩材料振动，声信号与磁信号产生耦合，当信号频率接近磁致伸缩材料固有振动频率时，信号得到加强，当信号频率偏离磁致伸缩材料固有振动频率时，信号减弱，从而达到声波滤波效果，拓展了声波滤波器的种类。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明实施例提供的一种磁致伸缩声波滤波器封装结构的制作方法的第二个实施例的示意图；
图2为本发明实施例提供的一种磁致伸缩声波滤波器封装结构的制作方法的第三个实施例的示意图；
图示说明：1.磁致伸缩材料层；2.线路凹槽；3.导体层；4.弹性层；5.软磁材料层；6.声反射层；7.引出线路；8.载板；9.载板凹槽；10.侧向张紧模块。
具体实施方式
本发明提供了一种磁致伸缩声波滤波器封装结构及其制作方法，该磁致伸缩声波滤波器封装结构拓展了声波滤波器的种类，通过在磁致伸缩材料中嵌入导电层并进行封装获得具有声波滤波功能的器件。
下面将对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供的一种磁致伸缩声波滤波器封装结构的第一个实施例，包括滤波模块；
滤波模块包括磁致伸缩材料，滤波模块的内部或表面设置有导体层，滤波模块与导体层之间设置有绝缘层；
滤波模块的外部设有保护层，保护层开设有外部连接口引出线路，线路与导体层连接。
磁致伸缩材料在交变磁场的作用下将产生与交变磁场频率相同的机械振动。本发明实施例中，在滤波模块的内部或表面中嵌入导电层，滤波模块包括磁致伸缩材料，导电层中通过电信号时，因电流产生的磁场和磁致伸缩效应将引发滤波模块内磁致伸缩材料振动，声信号与磁信号产生耦合，当信号频率接近磁致伸缩材料固有振动频率时，信号得到加强，当信号频率偏离磁致伸缩材料固有振动频率时，信号减弱，从而达到声波滤波效果，拓展了声波滤波器的种类。并且，一些磁致伸缩材料的机电转化可以超过现有压电陶瓷材料，使得磁致伸缩声波滤波器封装结构有望在一些性能上取得突破。
以上是对本发明实施例提供的一种磁致伸缩声波滤波器封装结构的第一个实施例进行详细的描述，以下将对本发明实施例提供的一种磁致伸缩声波滤波器封装结构的第二个实施例进行详细的描述。
对本发明实施例提供的一种磁致伸缩声波滤波器封装结构的第二个实施例，包括滤波模块；
滤波模块包括磁致伸缩材料，滤波模块的内部或表面设置有导体层，滤波模块与导体层之间设置有绝缘层；
滤波模块的外部设有保护层，保护层开设有外部连接口引出线路，线路与导体层连接。
本发明实施例中，在滤波模块的内部或表面中嵌入导电层，滤波模块包括磁致伸缩材料，导电层中通过电信号时，因电流产生的磁场和磁致伸缩效应将引发滤波模块内磁致伸缩材料振动，声信号与磁信号产生耦合，当信号频率接近磁致伸缩材料固有振动频率时，信号得到加强，当信号频率偏离磁致伸缩材料固有振动频率时，信号减弱，从而达到声波滤波效果，拓展了声波滤波器的种类。
磁致伸缩材料在滤波模块中水平设置，滤波模块的上表面和下表面分别处于磁致伸缩材料的上面方向和下面方向。
进一步的，还包括：侧向张紧模块；
侧向张紧模块设置于滤波模块的两侧，用于为滤波模块提供侧向拉应力或拉应变。
侧向张紧模块可以对滤波模块施加侧向拉应力或拉应变，在拉应力或拉应变作用下，滤波模块的厚度、模量等弹性参数产生相应变化，磁致伸缩材料在力作用下也会有磁场产生，从而调控滤波模块的声学和滤波性能。
本发明实施例中，侧向张紧模块选自力学装置、温度调节张紧装置、液压装置或电磁加载装置。温度调节张紧装置的材料为具有大的热膨胀系数的刚性材料，可通过温度变化实现张紧。
进一步的，滤波模块还包括弹性材料和软磁材料；
磁致伸缩材料、弹性材料和软磁材料分别形成磁致伸缩材料层、弹性层和软磁材料层。滤波模块的声学和滤波性能同时分别受到弹性材料和软磁材料的调控。
本发明实施例中，磁致伸缩材料层、弹性层和软磁材料层层叠设置；
弹性层贴附于磁致伸缩材料层的一侧或两侧，软磁材料层贴附于磁致伸缩材料层或弹性层的一侧或两侧。
本发明实施例中，磁致伸缩材料选自(Tb,Dy)Fe2化合物为基体的合金、稀土金属与稀土-锌金属化合物或稀土-铁二元金属化合物；
弹性材料选自非晶合金或屈氏体钢；
软磁材料选自硅钢、铁基非晶合金或铁基纳米晶。
本发明实施例中，磁致伸缩材料层为产生滤波作用的主体；弹性层，贴附于磁致伸缩材料层的一侧或两侧，用于调控滤波模块的声学性能与共振频率；软磁材料层，贴附于磁致伸缩材料层或弹性层的一侧或两侧，用于增强磁场；导体层，可以设置于磁致伸缩材料层上，也可以嵌入磁致伸缩材料层、弹性层或软磁材料层内，并作表面绝缘处理使得滤波模块与导体层之间设置有绝缘层，导体层引出线路至滤波模块外侧，导电层的材料优选为金属。
本发明实施例中，导体层为线圈层，可为螺旋形、S形或其它任意形状，可根据需要进行确定，此处不做具体限定。软磁材料层也可充当弹性层。
本发明实施例中，保护层为声反射层；
声反射层的材料为有机物薄膜或多孔薄膜。
声反射层涂布于滤波模块的外侧，除了起到保护层的效果外，还可用于反射声波并防止声信号泄漏。需要说明的是，本发明实施例也可以通过架空滤波模块达到反射声波的效果。声反射层的材料优选为声波阻抗远小于磁致伸缩材料的可以有效反射声波的介质。
进一步的，保护层还可包括介电层和油墨层，对滤波模块进行保护。
本发明实施例中，滤波模块的数量为两个以上；
相邻滤波模块叠加设置并通过声反射层隔开，两个以上滤波模块形成阵列。
单个滤波模块可以包含多层软磁材料层或弹性层。
本发明实施例可通过调整磁致伸缩材料层、弹性层和/或软磁材料层的厚度、堆叠方式、线路排布方式与间距，调整磁致伸缩声波滤波器封装结构的声学性能和磁学性能，从而调整磁致伸缩声波滤波器封装结构的性能和滤波范围。通过对磁致伸缩声波滤波器封装结构尺寸与形状的调整，可以改变磁致伸缩声波滤波器封装结构的固有频率。并且，可通过多个磁致伸缩声波滤波器封装结构及其他电子器件的搭配，实现更为复杂的信号滤波功能。
以上是对本发明实施例提供的一种磁致伸缩声波滤波器封装结构的第二个实施例进行详细的描述，以下将对本发明实施例提供的一种磁致伸缩声波滤波器封装结构的第三个实施例进行详细的描述。
对本发明实施例提供的一种磁致伸缩声波滤波器封装结构的第三个实施例，包括滤波模块；
滤波模块包括磁致伸缩材料，滤波模块的内部或表面设置有导体层，滤波模块与导体层之间设置有绝缘层；
滤波模块的外部设有保护层，保护层开设有外部连接口引出线路，线路与导体层连接。
本发明实施例中，滤波模块安装于载板内，滤波模块的两侧不设置侧向张紧模块，其它结构同磁致伸缩声波滤波器封装结构的第二个实施例。
以上是对本发明实施例提供的一种磁致伸缩声波滤波器封装结构的第三个实施例进行详细的描述，以下将对本发明实施例提供的一种磁致伸缩声波滤波器封装结构的制作方法的第一个实施例进行详细的描述。
本发明实施例提供的一种磁致伸缩声波滤波器封装结构的制作方法的第一个实施例，包括以下步骤：
a)在含有磁致伸缩材料的滤波器模块内部或表面设置导体层并使滤波模块与导体层之间设置有绝缘层；
b)将导体层的起点和终点通过金属接口引出线路，再在滤波器模块的外部涂覆保护层。
本发明实施例中，在含有磁致伸缩材料的滤波器模块内部或表面设置导体层，导体层的起点和终点通过金属接口引出线路，再在滤波器模块的外部涂覆保护层得到磁致伸缩声波滤波器封装结构，该磁致伸缩声波滤波器封装结构的导电层中通过电信号时，因电流产生的磁场和磁致伸缩效应将引发滤波模块内磁致伸缩材料振动，声信号与磁信号产生耦合，当信号频率接近磁致伸缩材料固有振动频率时，信号得到加强，当信号频率偏离磁致伸缩材料固有振动频率时，信号减弱，从而使得磁致伸缩声波滤波器封装结构达到声波滤波效果。
以上是对本发明实施例提供的一种磁致伸缩声波滤波器封装结构的制作方法的第一个实施例进行详细的描述，以下将对本发明实施例提供的一种磁致伸缩声波滤波器封装结构的制作方法的第二个实施例进行详细的描述。
本发明实施例提供的一种磁致伸缩声波滤波器封装结构的制作方法的第二个实施例，包括以下步骤：
a)在磁致伸缩材料层上的一侧或两侧制作出具有所需线路形状的凹槽，并在凹槽表面涂覆一层绝缘层；
b)通过图形电镀方法，在凹槽中沉积金属，形成导体层，并蚀刻掉表面不需要的部分；
c)在磁致伸缩材料层上侧覆盖弹性层；
d)在磁致伸缩材料层下侧覆盖软磁材料层；
e)将导体层起点和终点通过金属接口引出，得到滤波模块；
f)在滤波模块上下两侧涂覆声反射层；
g)在滤波模块外围安装侧向张紧模块，完成磁致伸缩声波滤波器的封装。
需要说明的是，本实施例可在磁致伸缩材料层、弹性层或软磁材料层的其中一个或多个上开槽并涂覆一层绝缘层，然后进行图形电镀形成导体层。线路凹槽可以是通槽，也可以具有特定深度。当线路层较薄时，也可以不开槽，直接涂覆绝缘层并进行图形电镀形成导体层。
更具体的，请参阅图1，为本发明实施例提供的一种磁致伸缩声波滤波器封装结构的制作方法的第二个实施例的示意图，本实施例磁致伸缩声波滤波器封装结构的制作方法包括以下步骤：采用铽-镝-铁金属化合物制备磁致伸缩材料层1，利用激光打出具有线路图形通槽即线路凹槽2，并在通槽表面涂绝缘漆。采用图形电镀工艺，在磁致伸缩材料层1的通槽中电镀出铜线路，并蚀刻掉表面不需要的部分线路，并进行表面绝缘处理，形成导体层3。在磁致伸缩材料层1上层覆盖Zr基非晶合金薄层作为弹性层4，下层覆盖软铁磁材料层5，并将线路两端通过再布线技术得到引出线路7，即得滤波模块。再在滤波模块上下表面涂覆多孔泡沫树脂和油墨作为声反射层6，在滤波模块外围安装侧向张紧力学机构10，完成磁致伸缩声波滤波器的封装。
以上是对本发明实施例提供的一种磁致伸缩声波滤波器封装结构的制作方法的第二个实施例进行详细的描述，以下将对本发明实施例提供的一种磁致伸缩声波滤波器封装结构的制作方法的第三个实施例进行详细的描述。
本发明实施例提供的一种磁致伸缩声波滤波器封装结构的制作方法的第三个实施例，包括以下步骤：
a)在载板所需位置开槽，大小与滤波模块相同；
b)在槽底部涂覆声反射层；
c)依次覆盖软磁材料层、开有电路凹槽的磁致伸缩材料层；
d)在磁致伸缩材料层的电路凹槽上通过图形电镀方法形成导体层，并蚀刻掉表面不需要的部分线路；
e)在磁致伸缩材料层上侧覆盖弹性层；
f)在弹性层上涂覆声反射层；
g)将导体层起点和终点通过金属接口引出，并与外部线路通过引线键合、图形电镀线路等方法连接，完成磁致伸缩声波滤波器的封装。
更具体的，请参阅图2，为本发明实施例提供的一种磁致伸缩声波滤波器封装结构的制作方法的第三个实施例的示意图，本实施例磁致伸缩声波滤波器封装结构的制作方法包括以下步骤：在载板8(封装基板)上刻蚀出容纳滤波器芯片的载板凹槽9，在载板凹槽9底部涂覆多孔泡沫树脂作为声反射层6，然后覆盖一层软铁磁材料层5。通过刻蚀的方法，在铽-镝-铁金属化合物磁致伸缩材料层1上形成线路图形通槽即线路凹槽2，然后覆盖在软铁磁材料层5上方。通过图形电镀,在磁致伸缩材料层1线路凹槽2中电镀出铜线路，并蚀刻掉表面不需要的部分线路，并进行表面绝缘处理，形成导体层3。在导体层3上覆盖Zr基非晶合金层作为弹性层4。将线路两端通过再布线技术得到引出线路7。在弹性层4上表面涂覆多孔泡沫树脂和油墨作为声反射层6，完成磁致伸缩声波滤波器的封装。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种磁致伸缩声波滤波器封装结构，其特征在于，包括滤波模块；
所述滤波模块包括磁致伸缩材料，所述滤波模块的内部设置有导体层，所述磁致伸缩材料上设有线路形状的凹槽，所述导体层设置于所述凹槽内，所述滤波模块与所述导体层之间设置有绝缘层；所述磁致伸缩材料用于当所述导体层通过电信号时，因电流产生的磁场和磁致伸缩效应而振动，将声信号和磁信号产生耦合；
所述滤波模块的外部设有保护层，所述保护层开设有外部连接口引出线路，所述线路与导体层连接；所述保护层为声反射层；所述声反射层的材料为有机物薄膜或多孔薄膜。
2.根据权利要求1所述的磁致伸缩声波滤波器封装结构，其特征在于，还包括：侧向张紧模块；
所述侧向张紧模块设置于所述滤波模块的两侧，用于为所述滤波模块提供侧向拉应力或拉应变。
3.根据权利要求2所述的磁致伸缩声波滤波器封装结构，其特征在于，所述侧向张紧模块选自力学装置、温度调节张紧装置、液压装置或电磁加载装置。
4.根据权利要求1所述的磁致伸缩声波滤波器封装结构，其特征在于，所述滤波模块还包括弹性材料和软磁材料；
所述磁致伸缩材料、所述弹性材料和所述软磁材料分别形成磁致伸缩材料层、弹性层和软磁材料层。
5.根据权利要求4所述的磁致伸缩声波滤波器封装结构，其特征在于，所述磁致伸缩材料层、所述弹性层和所述软磁材料层层叠设置；
所述弹性层贴附于所述磁致伸缩材料层的一侧或两侧，所述软磁材料层贴附于所述磁致伸缩材料层或所述弹性层的一侧或两侧。
6.根据权利要求4所述的磁致伸缩声波滤波器封装结构，其特征在于，所述磁致伸缩材料选自(Tb,Dy)Fe2化合物为基体的合金、稀土金属与稀土-锌金属化合物或稀土-铁二元金属化合物；
所述弹性材料选自非晶合金或屈氏体钢；
所述软磁材料选自硅钢、铁基非晶合金或铁基纳米晶。
7.根据权利要求1所述的磁致伸缩声波滤波器封装结构，其特征在于，所述滤波模块的数量为两个以上；
相邻所述滤波模块叠加设置并通过声反射层隔开。
8.根据权利要求1所述的磁致伸缩声波滤波器封装结构，其特征在于，所述滤波模块安装于载板内。
9.一种磁致伸缩声波滤波器封装结构的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)在含有磁致伸缩材料的滤波模块内部设置导体层并使所述滤波模块与所述导体层之间设置有绝缘层，所述磁致伸缩材料上设有线路形状的凹槽，所述导体层设置于所述凹槽内；所述磁致伸缩材料用于当所述导体层通过电信号时，因电流产生的磁场和磁致伸缩效应而振动，将声信号和磁信号产生耦合；
b)将所述导体层的起点和终点通过金属接口引出线路，再在所述滤波模块的外部涂覆保护层；所述保护层为声反射层；所述声反射层的材料为有机物薄膜或多孔薄膜。
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