CN111917394A - 声波器件、声波器件的制造方法及相关器件 - Google Patents

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CN111917394A CN202010845352.2A CN202010845352A CN111917394A CN 111917394 A CN111917394 A CN 111917394A CN 202010845352 A CN202010845352 A CN 202010845352A CN 111917394 A CN111917394 A CN 111917394A
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林瑞钦
黄韦胜
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Abstract

本发明实施例公开了一种声波器件、声波器件的制造方法及相关器件。其中,所述声波器件包括:衬底;位于所述衬底的第一表面的至少一个第一谐振结构;所述至少一个第一谐振结构中的各第一谐振结构之间通过串联的方式连接,串联的第一谐振结构形成了第一支路;位于所述衬底的第二表面的至少一个第二谐振结构;所述至少一个第二谐振结构中的各第二谐振结构均通过并联的方式连接到所述第一支路上;其中,所述第二表面与所述第一表面为相反面。

Description

声波器件、声波器件的制造方法及相关器件
技术领域
本发明实施例涉及声波器件领域,特别涉及一种声波器件、声波器件的制造方法及相关器件。
背景技术
在广泛使用的诸如移动电话的通信设备中,通常包括使用声波的声波器件作为通讯设备的滤波器。作为声波器件的示例,存在使用表面声波(SAW,Surface Acoustic Wave)的器件、或者使用体声波(BAW,Bulk Acoustic Wave)的器件等。声波器件的性能会影响通信设备的通信效果。
随着通讯技术的发展,如何在顺应通信设备集成化和小型化发展趋势的同时,提高声波器件的性能成为亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此,本发明实施例提供一种声波器件、声波器件的制造方法及相关器件。
本发明实施例提供了一种声波器件,包括:
衬底;
位于所述衬底的第一表面的至少一个第一谐振结构;所述至少一个第一谐振结构中的各第一谐振结构之间通过串联的方式连接,串联的第一谐振结构形成了第一支路;
位于所述衬底的第二表面的至少一个第二谐振结构;所述至少一个第二谐振结构中的各第二谐振结构均通过并联的方式连接到所述第一支路上;
其中,所述第二表面与所述第一表面为相反面。
上述方案中,所述声波器件还包括:位于第一通孔中的导电柱;其中,所述第一通孔贯穿所述衬底;所述第二谐振结构通过所述导电柱与所述第一谐振结构连接。
上述方案中,所述衬底包括:第一基底和第二基底;所述第一基底和所述第二基底通过键合形成所述衬底。
上述方案中,所述第一谐振结构和所述第二谐振结构中至少之一包括体声波谐振结构。
上述方案中,所述第一谐振结构包括体声波谐振结构,所述第二谐振结构包括表面声波谐振结构;
或者,
所述第一谐振结构包括体表面谐振结构,所述第二谐振结构包括立体声波谐振结构。
上述方案中,所述第一谐振结构和所述第二谐振结构均包括体声波谐振结构。
上述方案中,所述至少一个第一谐振结构与所述至少一个第二谐振结构的频率不同。
本发明实施例又提供了一种声波器件的制造方法,包括:
在衬底的第一表面形成至少一个第一谐振结构;所述至少一个第一谐振结构中的各第一谐振结构之间通过串联的方式连接,串联的第一谐振结构形成了第一支路;在所述衬底的第二表面形成至少一个第二谐振结构;所述至少一个第二谐振结构中的各第二谐振结构均通过并联的方式连接到所述第一支路上;
其中,所述第二表面与所述第一表面为相反面。
上述方案中,所述方法还包括:
在形成所述至少一个第一谐振结构之后,从所述第二表面形成贯穿所述衬底的第一通孔;
在所述第一通孔中形成贯穿所述衬底的导电柱;其中,所述第二谐振结构通过所述导电柱与所述第一谐振结构连接。
上述方案中,所述方法还包括:
在形成所述至少一个第一谐振结构之前,键合第一基底和第二基底,形成所述衬底。
上述方案中,所述第一谐振结构和所述第二谐振结构中至少之一包括体声波谐振结构;
所述在衬底的第一表面形成至少一个第一谐振结构;在所述衬底的第二表面形成至少一个第二谐振结构,包括:
在包括体声波谐振结构的一个表面依次形成至少一个第一体声波谐振结构的第一反射结构、覆盖所述第一反射结构的第一电极层、第一压电层和第二电极层;形成第一调整层;调整所述第一调整层的厚度,以对所述至少一个第一体声波谐振结构进行频率调整;
在另一个表面依次形成至少一个第二体声波谐振结构的第二反射结构、覆盖所述第二反射结构的第三电极层、第二压电层和第四电极层;形成第二调整层;调整所述第二调整层的厚度,以对所述至少一个第二体声波谐振结构进行频率调整;或者,在另一个表面形成表面声波谐振结构;通过调整所述表面声波谐振结构的叉指电极(IDT,InterDigitalTransducer)的参数,对所述表面声波谐振结构进行频率调整。
本发明实施例又提供了一种双工器,包括:
发射端声波器件;
接收端声波器件;
其中,所述发射端声波器件及所述接收端声波器件均包括本发明实施例提供的声波器件;所述发射端声波器件及所述接收端声波器件共用一个衬底。
上述方案中,所述发射端声波器件中的至少一个第一谐振结构与接收端声波器件中的至少一个第一谐振结构位于共用衬底的同一表面上;
或者,
所述发射端声波器件中的至少一个第一谐振结构与接收端声波器件中的至少一个第一谐振结构位于共用衬底的不同表面上。
上述方案中,所述发射端声波器件中的第一谐振结构及第二谐振结构均包括体声波谐振结构。
上述方案中,所述接收端声波器件中的第一谐振结构或第二谐振结构之一包括表面声波谐振结构。
本发明实施例还提供了一种多工器,包括:
多个双工器;
其中,所述双工器包括本发明实施例提供的所述双工器。
上述方案中,所述多工器还包括至少一个声波器件;
其中,所述声波器件包括本发明实施例提供的所述的声波器件;所述至少一个双工器及所述至少一个声波器件共用一个衬底。
本发明实施例提供了一种声波器件、声波器件的制造方法及相关器件。其中,所述声波器件包括:衬底;位于所述衬底的第一表面的至少一个第一谐振结构;所述至少一个第一谐振结构中的各第一谐振结构之间通过串联的方式连接,串联的第一谐振结构形成了第一支路;位于所述衬底的第二表面的至少一个第二谐振结构;所述至少一个第二谐振结构中的各第二谐振结构均通过并联的方式连接到所述第一支路上;其中,所述第二表面与所述第一表面为相反面。本发明实施例中,通过梯形级联的方式连接声波器件中的各谐振结构,并且将梯形级联中串联连接到声波器件第一支路上的谐振结构布设在衬底的一个表面,而将梯形级联中并联连接到声波器件第一支路上的谐振结构布设在同一衬底的另一个相反的表面。双面布设串联的谐振结构与并联的谐振结构的方式一方面减小了声波器件的面积,有利于声波器件的集成化和小型化,另一方面简化了串联与并联之间的连接实现,缩短了连接路径,有利于电损的下降,从而提升声波器件的性能。
附图说明
图1a为本发明实施例提供的一种多个谐振结构通过梯形级联的方式进行连接的示例图;
图1b为本发明实施例提供的梯形级联的梯形级联的声波滤波器中谐振结构的最简模型的示例图;
图1c为本发明实施例提供的串联连接的谐振结构Zs并联连接的谐振结构Zp的插入损耗的曲线示意图;
图1d为本发明实施例提供的声波滤波器的通过频段的曲线示意图;
图2为相关技术中一种通过梯形级联的多个谐振结构布设在衬底的表面上平面布局的示意图;
图3a为本发明实施例提供的一种声波器件的示意图;
图3b为本发明实施例提供的一种串联连接的至少一个第一谐振结构与并联连接的至少一个第二谐振结构的连接方式的示意图;
图4为本发明实施例提供的一种包含两个基底的声波器件的示意图;
图5为本发明实施例提供的一种通过导电柱连接第一谐振结构和第二谐振结构的示意图;
图6为本发明实施例提供的一种衬底的一个表面为表面谐振结构,另一表面为FBAR的示意图;
图7a为本发明实施例提供的一种衬底的两个表面均为FBAR的示意图;
图7b为本发明实施例提供的一种衬底的一个表面为FBAR,另一个表面为SMR的示意图;
图7c为本发明实施例提供的一种衬底的两面均为SMR的示意图;
图7d为本发明实施例提供的一种衬底的一个表面为薄膜体声波谐振结构,另一个表面为SMR的示意图;
图8为本发明实施例提供的一种声波器件的制造方法的实现流程示意图;
图9为相关技术中串联连接的至少一个FBAR和并联连接的至少一个FBAR位于衬底的同一表面时的制造过程的实现流程示意图;
图10为本发明实施例中串联连接的至少一个FBAR和并联连接的至少一个FBAR位于衬底不同表面时的制造过程的实现流程示意图;
图11为本发明实施例中串联连接的至少一个表面声波谐振结构和并联连接的至少一个FBAR位于衬底不同表面时的制造过程的实现流程示意图;
图12为本发明实施例提供的一种双工器的组成结构示意图;
图13为本发明实施例提供的一种多工器的组成结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明的技术方案进一步详细阐述。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方法,然而应当理解,可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反,提供这些实施方式是为了能够更透彻的理解本发明,并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体的描述本发明。根据下面说明和权利要求书,本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是,附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例,仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
在本发明实施例中,术语“A与B相连”包含A、B两者相互接触地A与B相连的情形,或者A、B两者之间还间插有其他部件而A非接触地与B相连的情形。
在本发明实施例中,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。
需要说明的是,本发明实施例所记载的技术方案之间,在不冲突的情况下,可以任意组合。
如今,第四代(Fourth Generation,4G)移动通信技术是目前主要的协定标准。随着通讯技术的逐步发展,第五代通讯技术逐渐投入应用。在未来用于进行通讯的频段数量将会增加,且各个频段之间的距离会越来越小。为了减少各频段之间的相互干扰,许多通信设备都有严格的规范标准。移动通信技术发展的主要目的是为了追求更大的传输速率,以应付大量的信息传输。
由于全球各地有多种无线通信标准的存在,使得通讯设备需要支持多种模式、多种频段的通信,以方便实现跨地区之间的漫游。因此,如何制备高性能、小体积和低成本的声波器件(例如,声波滤波器)是目前亟待解决的问题。
声波滤波器一般包括多个谐振结构,多个谐振结构之间一般通过梯形级联(英文可以表达为ladder type)的方式进行连接。图1a示出了多个谐振结构通过梯形级联的方式进行连接的一种示例。梯形级联的声波滤波器由串联或并联地电连接的多个谐振结构而构成,通过调节串联连接的谐振结构Zs的谐振频率与并联连接的谐振结构Zp的谐振频率,可得到预设的带通特性。图1b中示出梯形级联的梯形级联的声波滤波器中谐振结构的最简模型。图1c示出串联连接的谐振结构Zs、并联连接的谐振结构Zp以及输入端口与输出端口间S21的插入损耗的曲线图;其中,S21中的2为输出端口,1为输入端口(1和2的位置如图1b所示)。图1d示出声波滤波器的通过频段的曲线图。总而言之,在串联连接的谐振结构Zs与并联连接的谐振结构Zp一起作用下,声波滤波器实现允许特定频段(这里的特定频段也被称为“带宽”,如图1d中f1、f2之间的频率范围)的波通过,同时屏蔽其他频段的设备的功能。
相关技术中,通过梯形级联的多个谐振结构布设在衬底的表面上。图2示出了通过梯形级联的多个谐振结构布设在衬底的表面上平面布局的一种示例。如图2所示,Se_1、Se_2、Se_3、Se_4、Se_5为串联连接的谐振结构;Sh_1、Sh_2、Sh_3、Sh_4、Sh_5、Sh_6为并联连接的谐振结构;圆点的部分是布线区。可以看出,多个谐振结构布设在衬底的同一表面上,占用了较大的平面面积,同时,多个谐振结构之间的连接方式复杂,并且由于连接线的路径长、造成电损较大。
基于此,在本发明的各实施例中,通过梯形级联的方式连接声波器件中的各谐振结构,并且将梯形级联中串联连接到声波器件主路上的谐振结构布设在衬底的一个表面,而将梯形级联中并联连接到声波器件主路上的谐振结构布设在同一衬底的另一个相反的表面。双面布设串联的谐振结构与并联的谐振结构的方式一方面减小了声波器件的面积,有利于声波器件的集成化和小型化,另一方面简化了串联与并联之间的连接实现,缩短了连接路径,有利于电损的下降,从而提升声波器件的性能。
图3a是根据一示例性实施例示出的一种声波器件100的示意图。参照图3a所示,声波器件100包括:
衬底110;
位于所述衬底的第一表面的至少一个第一谐振结构120;所述至少一个第一谐振结构120中的各第一谐振结构之间通过串联的方式连接,串联的第一谐振结构形成了第一支路;
位于所述衬底的第二表面的至少一个第二谐振结构130;所述至少一个第二谐振结构130中的各第二谐振结构均通过并联的方式连接到所述第一支路上;
其中,所述第二表面与所述第一表面为相反面。
这里,所述第一支路是指声波器件100的输入端与输出端之间的主要电连接线路,也可以称为声波器件100的主路。图3b中示出了串联连接的至少一个第一谐振结构120与并联连接的至少一个第二谐振结构130的连接方式的一种示例。所述至少一个第一谐振结构120中相邻的两个第一谐振结构120之间并联连接有一个第二谐振结构130。
需要说明的是,实际应用中,第一谐振结构120和第二谐振结构130的数量不限于图3a、图3b中示出的3个,并且第一谐振结构120与第二谐振结构130的数量可以相同也可以不同。
可以理解的是,将梯形级联中串联连接到声波器件主路上的谐振结构布设在衬底的一个表面,而将梯形级联中并联连接到声波器件主路上的谐振结构布设在同一衬底的另一个相反的表面,可以使得衬底的每个表面均只有一种方式的连接,从而大大的简化谐振结构之间的连接实现,缩短了连接路径,有利于电损的下降,从而提升声波器件的性能。
实际应用中,衬底110可以包括:单个基底,或者多个基底键合形成的键合基底等。
在一些实施例中,所述衬底110包括:第一基底111和第二基底112;所述第一基底111和所述第二基底112通过键合形成所述衬底110。
实际应用中,图4中示出了包含两个基底的声波器件100的一种示例。需要说明的是,衬底110包含的基底的数量可以根据需求进行选择,不限于上述的两个。
实际应用中,衬底110、第一基底111及第二基底112的组成材料均与相应基底上形成的谐振结构的类型相关。具体地,当在基底表面形成体声波谐振结构时,则该基底的组成材料可以包含钽酸锂(LiTaO3)、铌酸锂(LiNbO3)、氮化铝(AlN)、氮化钪铝(AlScN)、锆钛酸铅(PZT)或者氧化锌(ZnO)等;当在基底表面形成体声波谐振结构时,则该基底的组成材料可以包含硅(Si)、锗(Ge)或者绝缘衬底上的硅(SOI,Silicon-On-Insulator)。
可以理解的是,当衬底110包括键合基底时,键合基底的第一表面可看作衬底的第一表面,键合基底的第二表面可看作衬底的第二表面。由于第一基底和第二基底键合过程中会释放较大的应力,该应力对形成在第一基底和第二基底上的结构会产生影响,降低形成的声波器件的良率。例如,键合过程中释放的应力可能使得形成在第一基底或第二基底上的结构发生翘曲或破裂等,导致声波器件失效。因此,本发明实施例采用键合基底,并在键合的衬底上形成第一谐振结构和第二谐振结构的方式,可使第一谐振结构和第二谐振结构无需承受第一基底和第二基底键合过程中释放的应力,有利于保证第一谐振结构和第二谐振结构的质量,保证声波器件的良率。
在一些实施例中,声波器件100还包括:位于第一通孔中的导电柱140;其中,所述第一通孔贯穿所述衬底110;所述第二谐振结构130通过所述导电柱140与所述第一谐振结构120连接。
图5示出了通过导电柱140连接第一谐振结构120和第二谐振结构130的一个示例。实际应用中,所述导电柱140可以包括多个。导电柱140的组成材料可以包括金属,例如,铝(Al)、钨(W)或者钼(Mo)等。
实际应用中,还可以通过金属连线实现第一谐振结构120和第二谐振结构130之间的连接。金属连线的一端与第一谐振结构连接,金属连线的另一端与第二谐振结构连接(此时,衬底类似互连层的作用)。金属连线的组成材料可包括:铝、钨或者钼等。
可以理解的是,第一谐振结构120和第二谐振结构130之间通过导电柱的方式进行连接时,导电柱的直径较一般金属连线的直径大,可以进一步减小连接的阻抗,从而进一步减小电损。
在一些实施例中,所述至少一个第一谐振结构120与所述至少一个第二谐振结构130的频率不同。
实际应用中,声波器件100的带宽是由串联连接的至少一个第一谐振结构120(Zs)和并联连接的至少一个第二谐振结构130(Zp)的频点(图1c中Zs和Zp的频点)决定。具体地,调整串联连接的至少一个第一谐振结构120(Zs)的频点向左偏移,则声波器件100的带宽减小,调整串联连接的至少一个第一谐振结构120(Zs)的频点向右偏移,则声波器件100的带宽增加;相对的,调整并联连接的至少一个第二谐振结构130(Zp)向左偏移,则宽带增加,调整并联连接的至少一个第二谐振结构130(Zp)向右偏移,则声波器件100的宽带减小。
可以理解的是,串联连接的至少一个第一谐振结构120与并联连接的至少一个第二谐振结构130位于衬底110的两个表面,并且分别成型,因此,串联连接的至少一个第一谐振结构120与并联连接的至少一个第二谐振结构130可以分别调频,并且分别调频均可以实现对声波器件100的带宽的调整。然而,如果串联连接的至少一个第一谐振结构120与并联连接的至少一个第二谐振结构130位于衬底的同一表面,则所有的谐振结构会一起偏移,无法有效的调整声波器件的带宽。
实际应用中,谐振结构一般包括体声波谐振结构和表面声波谐振结构。其中,所述体声波谐振结构使用与集成电路(IC,Integrated Circuit)工艺具有高相容性的微机电系统(MEMS,Micro-Electro-Mechanical System)技术。声波的主要传播形式可包括纵波和剪波。体声波谐振结构可以工作于频率在1.5~5GHz。体声波谐振结构可以通过调整电极或者压电层的厚度来实现对频率的调整,电极或者压电层的厚度可以在制造体声波谐振结构的过程中进行调整。
体声波谐振结构具体可以包括:固态装配(SMR,Solid Mounted Resonator)型谐振结构、空腔型薄膜体声波谐振结构(FBAR,FBAR,Film Bulk Acoustic Wave Resonator)或者薄膜体声波谐振结构等。
所述表面声波谐振结构利用压电薄膜或压电基板上的IDT激发产生沿着固体表面传送的弹性波,其基本工作原理为,于输入端加上一交流讯号后,借由逆压电效应将输入的电讯号转换为声讯号,而此声讯号在一个波长下经由延迟线之方法传输到输出端,再透过正压电效应将声波讯号转换为电讯号。在能量激发的过程中,还会产生如雷利波(Layleighwaves)、西沙瓦波(Sezawa waves)、爱波(Love waves)及各式各样的模态。表面声波谐振结构可以通过调整IDT的参数(如间距、长度或宽度等)来实现对频率的调整,IDT的参数的调整一般支持在设计时修改,而不支持在制造的过程中进行调整。
可以理解的是,在衬底110的两个表面分别布设串联连接的至少一个第一谐振结构120与并联连接的至少一个第二谐振结构130时,串联连接的至少一个第一谐振结构120与并联连接的至少一个第二谐振结构130可以分别进行调频。而基于体声波谐振结构与表面声波结构不同的调整频率的方式,当谐振结构包括表面声波谐振结构时,表面声波谐振结构的频率调整不支持在制造过程中的调整,也就是说,能否单独调整频率对表面声波谐振结构的意义不大;当谐振结构包括体声波谐振结构时,能够在制造不同面的谐振结构时,分别调整不同表面的频率,使得声波器件频率调整的难度降低,从而提高声波器件的可靠度。
基于此,在一些实施例中,所述第一谐振结构120和所述第二谐振结构130中至少之一包括体声波谐振结构。
换句话说,所述第一谐振结构120和所述第二谐振结构130中不能全部为表面声波器件。需要说明的是,当第一谐振结构120和第二谐振结构130分别包括表面声波谐振结构和体声波谐振结构之一时,由于体声波谐振结构和表面声波谐振结构需要在不同材料的基底上形成,此时,所述衬底110可以包括两个基底,至少两个基底的材料分别适应不同的谐振结构;当第一谐振结构120和第二谐振结构130均为体声波谐振结构时,所述衬底110可以为一个整体,该整体的材料适应体声波谐振结构。
具体地,在一些实施例中,所述第一谐振结构120包括体声波谐振结构,所述第二谐振结构130包括表面声波谐振结构;
或者,
所述第一谐振结构120包括体表面谐振结构,所述第二谐振结构130包括立体声波谐振结构。
实际应用中,图6示出了衬底的一个表面为表面谐振结构,另一表面为FBAR的一个示例。需要说明的是,图6中仅示出了一个第一谐振结构120以及一个第二谐振结构130,实际应用中,第一谐振结构120及一个第二谐振结构130的数量可根据实际情况增加。当第一谐振结构120及一个第二谐振结构130的数量均大于1个时,各第一谐振结构120之间可以利用谐振结构中的凸点串联到主路上,各第二谐振结构130之间可以利用谐振结构中的凸点并联到主路上,第一谐振结构120与第二谐振结构130之间可以利用导电柱140连接。
可以理解的是,当衬底的一个表面仅设置表面谐振结构时,该表面谐振结构的散热面积将会增加,这样将会降低温度对表面谐振结构的频率影响,使得表面谐振结构的调频难度比较低,同时声波器件的带宽的稳定性比较好。
在一些实施例中,所述第一谐振结构120和所述第二谐振结构130均包括体声波谐振结构。
实际应用中,这里的体声波谐振器可以包含前述的FBAR、SMR等中的任意一种。图7a-图7d示出了衬底的两个表面均为体谐振结构的一些示例。图7a为衬底的两个表面均为FBAR的示例;图7b为衬底的一个表面为FBAR(120),另一个表面为SMR的示例(130);图7c为衬底的两面均为SMR的示例;图7d为衬底的一个表面为薄膜体声波谐振结构(120),另一个表面为SMR(130)的示例。需要说明的是,图7a-图7d中仅示出了一个第一谐振结构120以及一个第二谐振结构130,实际应用中,第一谐振结构120及一个第二谐振结构130的数量可根据实际情况增加。当第一谐振结构120及一个第二谐振结构130的数量均大于1个时,各第一谐振结构120之间可以利用谐振结构中的凸点串联到第一支路上,各第二谐振结构130之间可以利用谐振结构中的凸点并联到第一支路上,第一谐振结构120与第二谐振结构130之间可以利用导电柱140、150连接。
本发明实施例提供了一种声波器件,包括:衬底;位于所述衬底的第一表面的至少一个第一谐振结构;所述至少一个第一谐振结构中的各第一谐振结构之间通过串联的方式连接,串联的第一谐振结构形成了第一支路;位于所述衬底的第二表面的至少一个第二谐振结构;所述至少一个第二谐振结构中的各第二谐振结构均通过并联的方式连接到所述第一支路上;其中,所述第二表面与所述第一表面为相反面。本发明实施例中,通过梯形级联的方式连接声波器件中的各谐振结构,并且将梯形级联中串联连接到声波器件主路上的谐振结构布设在衬底的一个表面,而将梯形级联中并联连接到声波器件主路上的谐振结构布设在同一衬底的另一个相反的表面。双面布设串联的谐振结构与并联的谐振结构的方式一方面减小了声波器件的面积,有利于声波器件的集成化和小型化,另一方面简化了串联与并联之间的连接实现,缩短了连接路径,有利于电损的下降,从而提升声波器件的性能。
基于上述声波器件,本发明实施例提供了一种声波器件的制造方法,如图8所示,所述方法包括:
步骤801:在衬底的第一表面形成至少一个第一谐振结构;所述至少一个第一谐振结构中的各第一谐振结构之间通过串联的方式连接,串联的第一谐振结构形成了第一支路;
步骤802:在所述衬底的第二表面形成至少一个第二谐振结构;所述至少一个第二谐振结构中的各第二谐振结构均通过并联的方式连接到所述第一支路上;
其中,所述第二表面与所述第一表面为相反面。
需要说明的是,本发明实施例对步骤801与步骤802的执行先后顺序不做限制。例如,可以先在衬底的第一表面形成至少一个第一谐振结构,然后在衬底的第二表面形成至少一个第二谐振结构。又如,可以先在衬底的第二表面形成至少一个第二谐振结构,然后在衬底的第一表面形成至少一个第一谐振结构。但当第一谐振结构和第二谐振结构包括多个时,在衬底的一个表面同时生成该相应的多个谐振结构。
实际应用中,所述衬底可包括:单个基底,或者多个基底键合形成的键合基底等。
在一些实施例中,所述方法还包括:
在形成所述至少一个第一谐振结构之前,键合第一基底和第二基底,形成所述衬底。
实际应用中,衬底包含的基底的数量可以根据需求进行选择,本发明实施例中不做限制。当衬底包含的基底的数量包括两个即第一基底和第二基底,具体实施时,所述第一基底和所述第二基底可通过高温键合或者熔胶键合等方式进行键合。
可以理解的是,本发明实施例采用先键合第一基底和第二基底形成键合基底,然后在键合基底的第一表面形成至少一个第一谐振结构、在键合基底的第二表面形成至少一个第二谐振结构的方式形成声波器件,可使得第一谐振结构和第二谐振结构无需承受第一基底和第二基底键合过程中释放的应力,有利于保证第一谐振结构和第二谐振结构的质量,保证声波器件的良率。
在一些实施例中,所述方法还包括:
在形成所述至少一个第一谐振结构之后,从所述第二表面形成贯穿所述衬底的第一通孔;
在所述第一通孔中形成贯穿所述衬底的导电柱;其中,所述第二谐振结构通过所述导电柱与所述第一谐振结构连接。
实际应用中,所述导电柱可以包括多个;多个导电柱分别用来连接多个第一谐振结构和多个对应的第二谐振结构。
可以理解的是,第一谐振结构和第二谐振结构之间通过导电柱的方式进行连接时,导电柱的直径较一般连接线的直径大,可以进一步减小连接的阻抗,从而进一步减小电损。
实际应用中,所述第一谐振结构和所述第二谐振结构中至少之一包括体声波谐振结构;
所述在衬底的第一表面形成至少一个第一谐振结构;在所述衬底的第二表面形成至少一个第二谐振结构,包括:
在包括体声波谐振结构的一个表面依次形成至少一个第一体声波谐振结构的第一反射结构、覆盖所述第一反射结构的第一电极层、第一压电层和第二电极层;形成第一调整层;调整所述第一调整层的厚度,以对所述至少一个第一体声波谐振结构进行频率调整;
在另一个表面依次形成至少一个第二体声波谐振结构的第二反射结构、覆盖所述第二反射结构的第三电极层、第二压电层和第四电极层;形成第二调整层;调整所述第二调整层的厚度,以对所述至少一个第二体声波谐振结构进行频率调整;或者,在另一个表面形成表面声波谐振结构;通过调整所述表面声波谐振结构的IDT的参数,对所述表面声波谐振结构进行频率调整。
需要说明的是,当第一谐振结构120和第二谐振结构130分别包括表面声波谐振结构和体声波谐振结构之一时,由于体声波谐振结构和表面声波谐振结构需要在不同材料的基底上形成,此时,所述衬底110可以包括两个基底,至少两个基底的材料分别适应不同的谐振结构;当第一谐振结构120和第二谐振结构130均为体声波谐振结构时,所述衬底110可以为一个整体,该整体的材料适应体声波谐振结构。
这里,所述包括体声波谐振结构的一个表面既可以为第一表面,也可以为第二表面。当所述包括体声波谐振结构的一个表面为第一表面时,则所述另一个表面为第二表面;当所述包括体声波谐振结构的一个表面为第二表面时,则所述另一个表面为第一表面。并且,所述在衬底的第一表面形成至少一个第一谐振结构的步骤与在所述衬底的第二表面形成至少一个第二谐振结构的步骤的执行先后顺序不做限制。
实际应用中,体声波谐振结构可以通过调整电极或者压电层的厚度来实现对频率的调整,电极或者压电层的厚度可以在制造体声波谐振结构的过程中进行调整。表面声波谐振结构可以通过调整IDT的参数(如间距、长度或宽度等)来实现对频率的调整,IDT的参数的调整一般支持在设计时修改,而不支持在制造的过程中进行调整。
基于此,可以先对衬底的一个表面上的体声波谐振结构进行制造,并进行频率调整,之后再对衬底另一个表面上的对应谐振结构进行制造,并进行频率调整(若为表面声波谐振结构,则不能在制造的过程中进行频率的调整),可以理解的是,这种分别调整频率的方式可以降低频率调整的难度,从而提高声波器件的可靠度。
下面以体声波谐振结构为FBAR时,进行相关技术中制造过程与本发明实施例的制造过程为例进行说明。
图9示出了相关技术中串联连接的至少一个FBAR(可以简称为串联部分)和并联连接的至少一个FBAR(可以简称为并联部分)位于衬底的同一表面时的制造过程,该制造过程包括如下步骤:
步骤901:在衬底的表面形成串联部分和并联部分的牺牲层;
步骤902:形成串联部分和并联部分的下电极;
步骤903:形成串联部分和并联部分的压电层;
步骤904:调整串联部分和并联部分压电层厚度,使两者厚度不同;
步骤905:形成串联部分和并联部分的上电极;
步骤906:形成串联部分和并联部分的调整层;
步骤907:移除牺牲层;
步骤908:调整调整层的厚度。
这里,FBAR的具体结构可以参考图7a。当串联部分和并联部分位于衬底的同一表面时,串联部分和并联部分的对应相同的部件都是一起形成的。在需要说明的是,在步骤904中,为了达到声波器件预设的滤波频段,需要将串联部分和并联部分压电层厚度设置为不同的厚度,以达到串联部分和并联部分各自不同的频点,此时,在调整串联部分和并联部分中的一个部分的压电厚度时,需要使用遮盖层将不需要进行调整的另一个部分遮盖起来,并在厚度调整完成时,去掉遮盖层,该过程比较复杂。在后续调整频率的过程中,对于FBAR,可以通过调整上电极、下电极或者压电层的厚度来实现对FBAR频率的调整,因此,这里的所述形成串联部分和并联部分的调整层可以理解为,确定出将要进行厚度调整的部分,如上电极。可以理解的是,当将串联部分和并联部分一起调整时,串联部分的频点和并联部分的频点都会改变,调整频率的难度大。
图10示出了本发明实施例中串联连接的至少一个FBAR(可以简称为串联部分)和并联连接的至少一个FBAR(可以简称为并联部分)位于衬底不同表面时的制造过程,该制造过程包括如下步骤:
步骤1001:在衬底的一个表面形成串联部分的牺牲层;
步骤1002:形成串联部分的下电极;
步骤1003:形成串联部分的压电层;
步骤1004:形成串联部分的上电极;
步骤1005:形成串联部分的调整层;
步骤1006:移除牺牲层;
步骤1007:调整调整层的厚度;
步骤1008:在衬底的另一个表面重复上述1001-1007的步骤形成并联部分;其中,并联部分的上电极、下电极或压电层的至少一层厚度与串联部分的不同。
这里,当串联部分和并联部分位于衬底的不同表面时,串联部分和并联部分的对应相同的部件是在各自表面分别形成的。因此,利用该分别形成的方式可以在衬底的不同表面形成并联部分的上电极、下电极或压电层的至少一层厚度与串联部分的不同。在后续调整频率的过程中,还可以针对串联部分和并联部分进行调整。对于FBAR,可以通过调整上电极、下电极或者压电层的厚度来实现对FBAR频率的调整,因此,这里的所述形成串联部分和并联部分的调整层可以理解为,确定出将要进行厚度调整的部分,如上电极。可以理解的是,当将串联部分和并联部分调整层的厚度分别调整时,可以单独调整串联部分的频点或者并联部分的频点,调整频率的难度可以大大降低。
实际应用中,调整调整层的厚度包括增加调整层的厚度及减少调整层的厚度。具体实施时,增加调整层的厚度可以通过黄光曝光显影工艺及沉积工艺完成;减少调整层的厚度可以通过黄光曝光显影工艺及蚀刻工艺完成。
图11示出了本发明实施例中串联连接的至少一个表面声波谐振结构(可以简称为串联部分)和并联连接的至少一个FBAR(可以简称为并联部分)位于衬底不同表面时的制造过程,该制造过程包括如下步骤:
步骤1101:在衬底的一个表面形成并联部分的牺牲层;
步骤1102:形成并联部分的下电极;
步骤1103:形成并联部分的压电层;
步骤1104:形成并联部分的上电极;
步骤1105:形成并联部分的调整层;
步骤1106:移除牺牲层;
步骤1107:调整调整层的厚度;
步骤1108:在衬底的另一个表面形成声波谐振结构;其中,通过调整所述表面声波谐振结构的IDT的参数,对所述表面声波谐振结构进行频率调整。
需要说明的是,实际应用中,可以先形成表面声波谐振结构再形成体声波谐振结构。即先固定表面声波谐振器的频率,再调整体声波谐振器的厚度来调整体声波谐振器的频率。
实际应用中,在步骤1101中,在衬底的另一个表面可以使用硅(Si)晶片形成FBAR。通过在制造的过程中,调整下电极、压电层或者上电极至少之一来实现对FBAR频率的调整。
在步骤1108中,在衬底的一个表面可以使用铌酸锂(LiTaO3)晶片形成表面声波谐振结构。通过在设计的过程中,调整IDT的间距、长度及宽度等参数来实现对表面声波谐振结构频率的调整。
可以理解的是,在调整FBAR的频率时,不需要关注另一面还未形成的表面谐振结构,不需要形成遮挡层,可以直接调整FBAR的频率,可以节省形成和去除遮挡层的流程,从而简化制造过程。同时,当衬底的一个表面仅设置表面谐振结构时,该表面谐振结构的散热面积将会增加,这样将会降低温度对表面谐振结构的频率影响,使得表面谐振结构的调频难度比较低,同时声波器件的带宽的稳定性比较好。
实际应用中,在一些实施例中,当体声波谐振结构包括SMR时(参考图7b中的130所示),所述在包括体声波谐振结构的一个表面依次形成多个第一体声波谐振结构的第一反射结构、覆盖所述第一反射结构的第一电极层132、第一压电层133和第二电极层134,包括:
在包括体声波谐振结构的一个表面形成交替层叠设置的第一介质层1311和第二介质层1312,以形成所述第一反射结构;其中,所述第一介质层1311的声阻抗和所述第二介质层1312的声阻抗不同;
形成覆盖所述交替层叠设置的第一介质层1311和第二介质层1312的所述第一电极层132;
形成覆盖所述第一电极层的所述第一压电层133;
形成覆盖所述第一压电层的第二电极层134。
实际应用中,在一些实施例中,当体声波谐振结构包括FBAR时(参考图7b中的120所示),所述在包括体声波谐振结构的一个表面依次形成多个第一体声波谐振结构的第一反射结构121、覆盖所述第一反射结构的第一电极层122、第一压电层123和第二电极层134,包括:
在包括体声波谐振结构的一个表面形成第一牺牲层;
形成覆盖所述第一牺牲层的所述第一电极层(下电极)122;
形成覆盖所述第一电极层的所述第一压电层123;
形成覆盖所述第一压电层的所述第二电极层(上电极)124;
去除所述第一牺牲层,基于所述第一牺牲层的形貌在所述第一电极层和所述第一表面之间形成第一空腔,以形成所述第一反射结构121。
实际应用中,可通过第二通孔刻蚀去除第一牺牲层;其中,第二通孔贯穿第一压电层的边缘区域和第一牺牲层的边缘区域。
在一些实施例中,第二通孔可仅贯穿第一压电层的边缘区域,至显露处第一牺牲层的边缘区域,即第二通孔可不用贯穿第一牺牲层。
实际应用中,第一牺牲层的组成材料可以包括:磷硅酸玻璃(PSG)或者二氧化硅等。以第一牺牲层的组成材料是二氧化硅为例,可利用硅烷(SiH4)与氧气(O2)作为反应气体,通过化学气相沉积工艺在衬底的第一表面形成第一牺牲层。
实际应用中,可以利用干法刻蚀工艺去除所述第一牺牲层。在一些实施例中,所述干法刻蚀具体可以为气相刻蚀(vapor etching),所述刻蚀气体包括可用于刻蚀第一牺牲层的材料的刻蚀气体,更具体的,当所述第一牺牲层的材料包括二氧化硅时,刻蚀气体可以是HF等。
实际应用中,在一些实施例中,当体声波谐振结构包括薄膜体声波谐振结构(参考图7d中的120所示)时,所述在包括体声波谐振结构的一个表面依次形成多个第一体声波谐振结构的第一反射结构121、覆盖所述第一反射结构的第一电极层122、第一压电层123和第二电极层124,包括:
刻蚀所述包括体声波谐振结构的一个表面,以在所述包括体声波谐振结构的一个表面形成凹槽;
形成填充所述凹槽的第二牺牲层;
形成覆盖所述第二牺牲层的所述第一电极层122;
形成覆盖所述第一电极层122的所述第一压电层123;
形成覆盖所述第一压电层123的所述第二电极层124;
去除所述第二牺牲层,基于所述第二牺牲层的形貌在所述第一电极层和所述第一表面之间形成第二空腔,以形成所述第一反射结构121。
在一些实施例中,所述方法还包括:
在衬底的一个表面形成相应的谐振结构后,将衬底的厚度从第一厚度减小至第二厚度;
在衬底厚度为第二厚度时,在衬底的另一个表面安装支撑体。
实际应用中,支撑体的组成材料可包括:硅片或者石英片等。由于衬底厚度从第一厚度减小至第二厚度时衬底的机械强度会降低,因此本发明实施例通过在衬底的另一个表面安装支撑体,支撑体可对具有第二厚度的衬底起到保护作用,降低具有第二厚度的衬底在后续工艺过程中发生破损的几率,保证声波器件质量。
在一些实施例中,所述方法还包括:在安装支撑体后,在衬底的另一个表面形成相应的谐振结构。
在一些实施例中,所述在所述第二电极层上形成第一焊接层,包括:
在第二电极层上形成第一凸点底部金属层(UBM,Under Bump Metal),并在第一凸点底部金属层上形成第一凸点。
谐振结构可通过第一凸点与其他结构,如其他谐振结构,或者声波器件的输入端口、输出端口形成连接。
基于上述声波器件,本发明实施例又提供了一种双工器,包括:
发射端声波器件;
接收端声波器件;
其中,所述发射端声波器件及所述接收端声波器件均包括本发明实施例提供的声波器件;所述发射端声波器件及所述接收端声波器件共用一个衬底。
这里,实际应用中,双工器的作用是将发射和接收信号相隔离,保证接收和发射都能同时正常工作。双工器包括两组不同频率的带通滤波器即发射端声波器件及接收端滤波器。具体地,双工器可以用于UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)、CDMA(Code Division Multiple Access)等频分方式(FDD,Frequency Division Duplex)的通信系统中。
实际应用中,发射端声波器件也可以称为发射端滤波器;接收端声波器件也可以称为接收端滤波器。
实际应用中,在一些实施例中,所述双工器还包括如图12所示的天线端、发送端、接收端及移相器;其中,
所述天线端一端与天线连接,并且与发射端声波器件和接收端声波器件均连接;
所述发送端与发射端滤波器连接;所述接收端与接收端滤波器。
移相器可以设置在天线端与接收端滤波器之间,以阻止发送信号绕回接收端滤波器。基于同样目的,移相器也可以在天线端与发射端滤波器之间。另外,也可以根据需要省略移相器。
其中,在一些实施例中,所述发射端声波器件中的至少一个第一谐振结构与接收端声波器件中的至少一个第一谐振结构位于共用衬底的同一表面上;
或者,
所述发射端声波器件中的至少一个第一谐振结构与接收端声波器件中的至少一个第一谐振结构位于共用衬底的不同表面上。
也就是说,实际应用中,由于发射端滤波器与接收端滤波器共用一个衬底,在形成双工器时,可以将发射端滤波器的串联部分与接收端滤波器的串联部分布设在共用衬底的一个表面,并将发射端滤波器的并联部分与接收端滤波器的并联部分布设在共用衬底的另一个表面。还可以将发射端滤波器的串联部分与接收端滤波器的并联部分布设在共用衬底的一个表面,并将发射端滤波器的并联部分与接收端滤波器的串联部分布设在共用衬底的另一个表面。当然,实际应用中,还可以将发射端滤波器的串联部分与并联部分布设在共用衬底的一个表面,并将接收端滤波器的串联部分与并联部分布设在共用衬底的另一个表面。
实际应用中,考虑到FBAR的导热较好,因此可以利用第一谐振结构及第二谐振结构均为FBAR的声波器件作为发射端滤波器。将第一谐振结构及第二谐振结构之一包含表面声波谐振结构的声波器件作为接收端滤波器。
基于此,在一些实施例中,所述发射端声波器件中的第一谐振结构及第二谐振结构均包括体声波谐振结构。优选地,所述第一谐振结构及第二谐振结构均包括FBAR。
在一些实施例中,所述接收端声波器件中的第一谐振结构或第二谐振结构之一包括表面声波谐振结构。
基于前述声波器件的优势,本发明实施例提供的双工器具有体积小、稳定性好、可靠性高的优势。
基于上述声波器件及双工器,本发明实施例又提供了一种多工器,包括:
多个双工器;
其中,所述双工器包括本发明实施例提供的所述双工器。。
其中,在一些实施例中,所述多工器还包括至少一个声波器件;
其中,所述声波器件包括本发明实施例提供的所述的声波器件;所述至少一个双工器及所述至少一个声波器件共用一个衬底。实际应用中,图13示出了本发明实施例多工器的组成结构的一个示例。实际应用中,双工器的数量不限于图13中示出的两个,声波器件(除双工器之外的滤波器)的数量不限于图13中示出的一个。这里,多个双工器与至少一个声波器件可以共用一个衬底,并且每个双工器件中的每个发射端滤波器以及接收端滤波器中的串联部分及并联部分可以与声波器件中的串联部分及并联部分可以在共用衬底的两个表面任意组合。
在本发明所提供的实施例中,应该理解到,所揭露的装置、系统与方法,可以通过其他的方式实现。以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (17)

1.一种声波器件,其特征在于,包括:
衬底;
位于所述衬底的第一表面的至少一个第一谐振结构;所述至少一个第一谐振结构中的各第一谐振结构之间通过串联的方式连接,串联的第一谐振结构形成了第一支路;
位于所述衬底的第二表面的至少一个第二谐振结构;所述至少一个第二谐振结构中的各第二谐振结构均通过并联的方式连接到所述第一支路上;
其中,所述第二表面与所述第一表面为相反面。
2.根据权利要求1所述的声波器件,其特征在于,所述声波器件还包括:位于第一通孔中的导电柱;其中,所述第一通孔贯穿所述衬底;所述第二谐振结构通过所述导电柱与所述第一谐振结构连接。
3.根据权利要求1所述的声波器件,其特征在于,所述衬底包括:第一基底和第二基底;所述第一基底和所述第二基底通过键合形成所述衬底。
4.根据权利要求1所述的声波器件,其特征在于,所述第一谐振结构和所述第二谐振结构中至少之一包括体声波谐振结构。
5.根据权利要求4所述的声波器件,其特征在于,
所述第一谐振结构包括体声波谐振结构,所述第二谐振结构包括表面声波谐振结构;
或者,
所述第一谐振结构包括体表面谐振结构,所述第二谐振结构包括立体声波谐振结构。
6.根据权利要求4所述的声波器件,其特征在于,所述第一谐振结构和所述第二谐振结构均包括体声波谐振结构。
7.根据权利要求1所述的声波器件,其特征在于,所述至少一个第一谐振结构与所述至少一个第二谐振结构的频率不同。
8.一种声波器件的制造方法,其特征在于,包括:
在衬底的第一表面形成至少一个第一谐振结构;所述至少一个第一谐振结构中的各第一谐振结构之间通过串联的方式连接,串联的第一谐振结构形成了第一支路;
在所述衬底的第二表面形成至少一个第二谐振结构;所述至少一个第二谐振结构中的各第二谐振结构均通过并联的方式连接到所述第一支路上;
其中,所述第二表面与所述第一表面为相反面。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:
在形成所述至少一个第一谐振结构之后,从所述第二表面形成贯穿所述衬底的第一通孔;
在所述第一通孔中形成贯穿所述衬底的导电柱;其中,所述第二谐振结构通过所述导电柱与所述第一谐振结构连接。
10.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:
在形成所述至少一个第一谐振结构之前,键合第一基底和第二基底,形成所述衬底。
11.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述第一谐振结构和所述第二谐振结构中至少之一包括体声波谐振结构;
所述在衬底的第一表面形成至少一个第一谐振结构;在所述衬底的第二表面形成至少一个第二谐振结构,包括:
在包括体声波谐振结构的一个表面依次形成至少一个第一体声波谐振结构的第一反射结构、覆盖所述第一反射结构的第一电极层、第一压电层和第二电极层;形成第一调整层;调整所述第一调整层的厚度,以对所述至少一个第一体声波谐振结构进行频率调整;
在另一个表面依次形成至少一个第二体声波谐振结构的第二反射结构、覆盖所述第二反射结构的第三电极层、第二压电层和第四电极层;形成第二调整层;调整所述第二调整层的厚度,以对所述至少一个第二体声波谐振结构进行频率调整;或者,在另一个表面形成表面声波谐振结构;通过调整所述表面声波谐振结构的叉指电极IDT的参数,对所述表面声波谐振结构进行频率调整。
12.一种双工器,其特征在于,包括:
发射端声波器件;
接收端声波器件;
其中,所述发射端声波器件及所述接收端声波器件均包括权利要求1至7任一项所述的声波器件;所述发射端声波器件及所述接收端声波器件共用一个衬底。
13.根据权利要求12所述的双工器,其特征在于,
所述发射端声波器件中的至少一个第一谐振结构与接收端声波器件中的至少一个第一谐振结构位于共用衬底的同一表面上;
或者,
所述发射端声波器件中的至少一个第一谐振结构与接收端声波器件中的至少一个第一谐振结构位于共用衬底的不同表面上。
14.根据权利要求12所述的双工器,其特征在于,
所述发射端声波器件中的第一谐振结构及第二谐振结构均包括体声波谐振结构。
15.根据权利要求12所述的双工器,其特征在于,
所述接收端声波器件中的第一谐振结构或第二谐振结构之一包括表面声波谐振结构。
16.一种多工器,其特征在于,包括:
多个双工器;
其中,所述双工器包括权利要求12所述的双工器。
17.根据权利要求16所述的多工器,其特征在于,所述多工器还包括至少一个声波器件;
其中,所述声波器件包括权利要求1至7任一项所述的声波器件;所述至少一个双工器及所述至少一个声波器件共用一个衬底。
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