CN113381782B - 一种射频前端模组、制备天线和滤波器的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本文公开一种射频前端模组、制备天线和滤波器的方法及装置。本发明实施例射频前端模组包括：集成在同一基底材料上的以下一项或任意组合：一个以上天线、滤波器、射频开关、双工器、功率放大器和低噪声放大器。本发明实施例在基底材料上集成射频前端模块，简化了便携式移动设备射频前端模组的制备和封装，相比于系统封装(SiP)减小了射频前端在便携式移动设备中的空间占用和射频前端各个组件的连接功耗，降低了制备射频前端模组的成本。
Description
技术领域
本文涉及但不限于电磁波天线技术，尤指一种射频前端模组、制备天线和滤波器的方法及装置。
背景技术
近年，便携式移动设备(例如手机、可穿戴设备)取得了巨大进步，改变了人们的生活方式。随着便携式移动设备的应用发展，其需要覆盖的电磁波频段增多；例如，第五代移动通信技术(5G)手机通信需要向上覆盖毫米波、sub-6G频段(5G频段中工作频率在450MHz-6000MHz的6G以下的频段)，向下兼顾第四代移动通信技术(4G)、行动热点(WiFi)、蓝牙、近场通信(NFC)等不同应用所需的频段；同时，单个天线只能满足某个特定频段的电磁波收发，这就意味着在5G手机上需要设置多个天线，才能满足其需要覆盖的多个频段的电磁波的通信需求，在5G手机上需要更多的空间用于配置运行所需天线。通过设置多个天线的方式，使便携式移动设备在多个电磁波频段实现通信，增大了便携式移动设备的体积和系统复杂度，各天线分别设计和封装，也增加了天线配置的成本。
此外，据研究，每增加一个频段，需要增加1个功率放大器、1个射频开关、1个低噪声放大器和2个滤波器。第二代移动通信技术(2G)需支持4个频段，第三代移动通信技术(3G)需要支持6个频段，4G需要支持20个，而5G需要支持80个。因此，5G智能手机单机射频前端器件数量将大大增加。器件单元的数量增加也增大了便携式移动设备的体积和系统复杂度，封装工艺难度增加，器件单元间的损耗急剧升高。
发明内容
以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
本发明实施例提供一种射频前端模组、制备天线和滤波器的方法及装置，能够简化便携式移动设备的射频前端模组，降低射频前端模组在便携式移动设备中的空间占用、射频前端模组的损耗、封装工艺复杂度和成本。
本发明实施例提供了一种射频前端模组，包括：集成在同一基底材料上的同一侧的一个以上天线，以及以下一项或任意组合：滤波器、射频开关、双工器、功率放大器和低噪声放大器；
其中，在所述基底材料上集成所述射频前端模组，用于通过简化射频前端模组的制备和封装，以减小其在便携式移动设备中的空间占用和组件之间的连接功耗；所述基底材料设置于一个晶圆上；所述天线包括：磁致伸缩层、及位于磁致伸缩层下方的第一压电层；第一压电层包含压电结构，设置为：压电结构在馈电的驱动下产生振动；磁致伸缩层由磁致伸缩材料构成，设置为：磁致伸缩材料在压电结构产生的振动下产生形变，以产生电磁波。
另一方面，本发明实施例还提供制备天线的方法，包括：
在基底材料衬底上图案化第一金属电极，获得第一底电极；
在第一底电极上生成压电材料；
在生成的压电材料上制备第一压电层；
在制备的第一压电层上溅射预设厚度的磁致伸缩材料，生成磁致伸缩层；
其中，所述天线为上述射频前端模组的组成，所述天线与以下一项或任意组合集成在同一基底材料上的同一侧：滤波器、射频开关、双工器、功率放大器和低噪声放大器；在所述基底材料上集成的所述射频前端模组，用于通过简化射频前端模组的制备和封装，以减小其在便携式移动设备中的空间占用和组件之间的连接功耗。
再一方面，本发明实施例还提供一种制备滤波器的方法、包括：
在基底材料衬底上图案化第二金属电极，获得第二底电极；
在第二底电极上生成压电材料；
在生成的压电材料上制备第二压电层；
其中，所述滤波器为上述射频前端模组的组成，所述滤波器与射频前端模组的中的天线集成在同一基底材料上的同一侧，与天线所在的同一基底材料上的同一侧，还包括以下一项或任意组合：射频开关、双工器、功率放大器和低噪声放大器；在所述基底材料上集成的所述射频前端模组，用于通过简化射频前端模组的制备和封装，以减小其在便携式移动设备中的空间占用和组件之间的连接功耗。
还一方面，本发明实施例还提供一种制备天线的装置，包括：第一图案化单元、第一生成单元、第一制备单元和溅射单元；其中，
第一图案化单元设置为：在基底材料衬底上图案化第一金属电极，获得第一底电极；
第一生成单元设置为：在第一底电极上生成压电材料；
第一制备单元设置为：在生成的压电材料上制备第一压电层；
溅射单元设置为：在制备的第一压电层上溅射预设厚度的磁致伸缩材料，生成磁致伸缩层；
其中，所述天线为上述射频前端模组的组成，所述天线与以下一项或任意组合集成在同一基底材料上的同一侧：滤波器、射频开关、双工器、功率放大器和低噪声放大器；在所述基底材料上集成的所述射频前端模组，用于通过简化射频前端模组的制备和封装，以减小其在便携式移动设备中的空间占用和组件之间的连接功耗。
还一方面，本发明实施例还提供一种制备天线的装置，包括：第二图案化单元、第二生成单元和第二制备单元；其中，
第二图案化单元设置为：在基底材料衬底上图案化第二金属电极，获得第二底电极；
第二生成单元设置为：在第二底电极上生成压电材料；
第二制备单元设置为：在生成的压电材料上制备第二压电层；
其中，所述滤波器为上述射频前端模组的组成，所述滤波器与射频前端模组的中的天线集成在同一基底材料上的同一侧，与天线所在的同一基底材料上的同一侧，还包括以下一项或任意组合：射频开关、双工器、功率放大器和低噪声放大器；在所述基底材料上集成的所述射频前端模组，用于通过简化射频前端模组的制备和封装，以减小其在便携式移动设备中的空间占用和组件之间的连接功耗。
本发明实施例射频前端模组包括：集成在同一基底材料上的以下一项或任意组合：一个以上天线、滤波器、射频开关、双工器、功率放大器和低噪声放大器。本发明实施例在基底材料上集成射频前端模块，简化了便携式移动设备射频前端模组的制备和封装，相比于系统封装(SiP)减小了射频前端在便携式移动设备中的空间占用和射频前端各个组件的连接功耗，降低了制备射频前端模组的成本。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
图1为本发明实施例射频前端模组的结构框图；
图2为本发明实施例天线的结构框图；
图3为本发明实施例叉指电极与电磁波频率的对应关系图；
图4为本发明实施例基于AlN薄膜设计的天线的谐振频率和厚度之间的关系示意图；
图5为本发明实施例天线的振动模式示意图；
图6为本发明实施例射频前端的电路示意图；
图7为本发明实施例射频前端模组的组成示意图；
图8为本发明实施例制备天线的方法的流程图；
图9(a)～(h)为本发明实施例制备天线的工艺流程图；
图10为本发明实施例制备滤波器的方法的流程图；
图11(a)～(e)为本发明实施例制备滤波器的工艺流程图；
图12为本发明实施例制备天线的装置的结构框图；
图13为本发明实施例制备滤波器的装置的结构框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
图1为本发明实施例射频前端模组的结构框图，如图1所示，包括：集成在同一基底材料上的以下一项或任意组合：一个以上天线、滤波器、射频开关、双工器、功率放大器和低噪声放大器。
本发明实施例射频前端模组包括：集成在同一基底材料上的以下一项或任意组合：一个以上天线、滤波器、射频开关、双工器、功率放大器和低噪声放大器。本发明实施例在基底材料上集成射频前端模块，简化了便携式移动设备射频前端模组的制备和封装，相比于系统封装(SiP)减小了射频前端在便携式移动设备中的空间占用和射频前端各个组件的连接功耗，降低了制备射频前端模组的成本。
在一种示例性实例中，本发明实施例射频前端模组可以包括集成在同一基底材料上的以下两个以上组成：一个以上天线、滤波器、射频开关、双工器、功率放大器和低噪声放大器。
在一种示例性实例中，本发明实施例射频前端模组可以包括集成在同一基底材料上的两个以上天线。
在一种示例性实例中，本发明实施例基底材料上集成有天线时，天线包括：磁致伸缩层、及位于磁致伸缩层下方的第一压电层；其中，
第一压电层包含压电结构，设置为：压电结构在馈电的驱动下产生振动；
磁致伸缩层由磁致伸缩材料构成，设置为：磁致伸缩材料在压电结构产生的振动下产生形变，以产生电磁波。
需要说明的是，磁致伸缩是指物体在磁场中磁化时，在磁化方向会发生伸长或缩短，磁致伸缩层是在磁化方向会发生伸长或缩短的结构层。此外，本发明实施例馈电可以由本领域技术人员由外部电源根据需要产生的电磁波的频率进行输入。
在一种示例性实例中，本发明实施例天线还包括：
以基底材料作为衬底的第一底电极。
以下对射频前端模组中包含集成在同一个基底材料上的两个以上天线为例，对天线部分进行示例说明，图2为本发明实施例天线的结构框图，如图2所示，集成在同一基底材料上的两个以上天线，天线包括：以基底材料作为衬底的第一底电极、磁致伸缩层、及位于第一底电极和磁致伸缩层之间的第一压电层；其中，
第一压电层包含压电结构，设置为：压电结构在馈电的驱动下产生振动；
磁致伸缩层由磁致伸缩材料构成，设置为：磁致伸缩材料在压电结构产生的振动下产生形变，以产生电磁波。在一种示例性实例中，本发明实施例基底材料包括以下之一：硅晶圆、绝缘体上硅(SOI)和碳化硅(SiC)；其中，本发明实施例中的硅晶圆可以是包含一层二氧化硅(SiO2)的硅晶圆。
本发明实施例发射电磁波的天线多频段电磁波发射阵列可以能通过微系统(MEMS)工艺加工在基底材料上，并且能够在单个晶圆裸片上集成不同工作频率的天线，可覆盖从HF(高频)到SHF(超高频)的电磁波频率。天线阵列的结构设计简单、可以和互补金属氧化物半导体(CMOS)模组兼容、工艺技术成熟，便于实现天线设计、封装和制备。
本发明实施例通过在基底材料上集成射频前端多种结构，简化了需要覆盖多个频段的电磁波的便携式移动设备射频前端模组的制备和封装工艺，减小了射频前端组成在便携式移动设备中的空间占用和射频前端各个组件之间的连接功耗，降低了制备射频前端模组的成本。
在一种示例性实例中，本发明实施例基底材料设置于一个晶圆上。
在一种示例性实例中，本发明实施例磁致伸缩材料为绝缘材料，第一压电层和磁致伸缩层之间还包含第一顶电极。
在一种示例性实例中，本发明实施例磁致伸缩材料为导电材料，磁致伸缩层作为第一顶电极工作。
在一种示例性实例中，本发明实施例天线的波段包括以下宽频波段：兆赫兹(MHz)到60吉赫兹(GHz)。
在一种示例性实例中，本发明实施例天线包括两个以上时，两个以上天线包括以下一种以上天线：用于卫星通信的天线；用于第五代移动通信的天线；用于第四代移动通信的天线；用于行动热点(WiFi)通信的天线；用于蓝牙通信的天线；用于近场通信(NFC)的天线；用于全球定位系统(GPS)通信的天线。
在一种示例性实例中，本发明实施例第一底电极为叉指电极或全电极。
在一种示例性实例中，本发明实施例第一顶电极为叉指电极或全电极。
在一种示例性实例中，本发明实施例第一顶电极完全覆盖第一压电层。
在一种示例性实例中，本发明实施例第一顶电极以叉指电极的形式对第一压电层进行馈电。
在一种示例性实例中，本发明实施例第一压电层的底面覆盖第一底电极。
图3为本发明实施例宽度模式d31叉指宽度与电磁波频率的对应关系图，横坐标W0表示叉指中心距离或者第一压电层的宽度，纵坐标表示天线辐射的电磁波频率，如图3所示，包含叉指电极的天线辐射的电磁波频率随着叉指宽度的增加而降低，频率范围从MHz到7～8GHz，覆盖范围广。在一种示例性实例中，如果需要进一步提升本发明实施例天线的电磁波频率，本发明实施例可以利用高阶兰姆波振动模式或者超薄压电层的厚度振动模式，通过软件或有限元分析进行频率调整。
以下以基于本发明实施例设计的适用于卫星和手机的射频前端模组为例，对本发明实施例进行说明，下述定义中L、S、C、Ku、K和Ka等为通信标准中本领域技术人员公知的缩写，在此不做赘述；本发明实施例用于卫星通信的电磁波频段包括：1、特高频(UHF，UltraHigh Frequency)或分米波频段，频率范围为300兆赫兹(MHz)-3吉赫兹(GHz)；该频段对应于电气与电子工程师协会(IEEE)的特高频(UHF300MHz-1GHz)、L频段(1-2GHz)、以及S频段(2-4GHz)频段；2、超高频(SHF，Super High Frequency)或厘米波频段，频率范围为3-30GH；该频段对应于IEEE的S频段(2-4GHz)、C频段(4-8GHz)、Ku频段(12-18GHz)、K频段(18-27GHz)以及Ka频段(26.5-40GHz)频段；3、极高频(EHF，Extremly High Frequency)或毫米波频段，频率范围为30-300GHz；该频段对应于IEEE的Ka(26.5-40GHz)、V(40-75GHz)等频段。本发明实施例以用于卫星通信的SHF中的C(4-8GHz)频段作为示例，通过设计包含叉指宽度为0.52微米(um)的叉指电极的天线，可以发射7.77GHz频段的电磁波。用于5G网络覆盖的频段主要包括：Sub-6(4500MHz-6000MHz)和毫米波(24250MHz-52600 MHz)；本发明实施例可以根据图3的叉指宽度与电磁波频段的对应关系设计5G网络覆盖的电磁波频率为5.19GHz。用于4G网络覆盖的频段包括：长期演进(TD-LTE)网络所用频段和LTE FDD所用频段；其中，长期演进(TD-LTE)网络所用频段为：2320MHz-2370MHz和2575MHz-2635MHz；频分双工(LTE FDD)所用频段包括：UL：1955MHz-1980MHz和DL：2145MHz-2170MHz，以及UL：1755MHz-1785 MHz和DL：1850MHz-1880 MHz。本发明实施例可以根据图3的叉指宽度与电磁波频段的对应关系LTE FDD的电磁波频率为2.138GHz。针对行动热点(WiFi)和蓝牙普遍用的2.4GHz通信，本发明实施例可以设计叉指电极的叉指宽度为1.7935um；本发明实施例GPS通信使用的电磁波频段可以为1.575GHz；针对较低频率13.56MHz的NFC体系的电磁波频段，设计了宽度振动模式的天线，叉指电极的叉指宽度约为321um。
在一种示例性实例中，本发明实施例第一底电极可以包括其他种类和材料的电极。
在一种示例性实例中，本发明实施例第一顶电极可以包括其他种类和材料的电极。
需要说明的是，上述Z和X为本领域技术人员在陈述天线模式的公知表述；对于不同的晶体，Z和X可以取不同的值，可以由本领域技术人员参照相关理论确定。
在一种示例性实例中，本发明实施例厚度模式d33的天线可以基于AlN薄膜(一种压电材料)实现，图4为本发明实施例基于AlN薄膜设计的天线的谐振频率和厚度之间的关系示意图，如图4所示，压电材料厚度越小，电磁波频率越高；需要说明的是，磁致伸缩材料和压电材料(例如AlN)之间的厚度比例不同时，设计实现的天线的电磁波频率会有所差异。
在一种示例性实例中，本发明实施例天线由压电材料、磁致伸缩材料和电极组成，压电材料的振动模式包括宽度模式(d31)和厚度模式(d33)，当压电材料的振动模式为d31时，宽度W0和频率之间的关系参见上图3，可以根据所用的频率对设计相应的天线宽度其中(顶电极或者底电极可以为叉指电极，也可以同时为叉指电极)；压电材料的振动模式为d33时，厚度与频率之间的关系参见上图4，d33振动模式的电极一般为全电极。需要说明的是，本发明实施例d31和d33两种模式的频率可以通过调节压电材料层和磁致伸缩材料层之间的厚度进行调整。同时也可以通过调整电极的厚度和种类来调整器件的工作频率。
在一种示例性实例中，本发明实施例中的磁致伸缩材料包括：
由一种以上非金属与一种以上金属合成的材料。
在一种示例性实例中，本发明实施例中的非金属包括Si、B和P中的一种以上；
在一种示例性实例中，本发明实施例中的金属包括Fe、Co、Ni和Mo的一种以上。
在一种示例性实例中，本发明实施例中的磁致伸缩材料包括以下任意之一：
铁酸钇金属合金Y3M2(FeO4)3、铁镓硼合金Fe1-xGaxB(x＝0-1)、镓锰合金Mn3Ga、镍锰合金Mn3Ni、硼铁钕合金Nd2Fe14B、CoFeO4、铁镍合金Ni80Fe20、镓铁合金Fe80Ga20、不同组分硼铁化钴CoFeB、不同组分铁镓硼合金FeGaB、镓铁系列合金Fe1-xGax(x＝0-1)和不同组分铁钴硅硼合金FeCoSiB；
其中，M包括：铁(Fe)、钴(Co)和镍(Ni)中的至少一种及以上
在一种示例性实例中，本发明实施例中的第一压电层具有以下一种以上振动模式：
厚度振动模式、宽度和长度伸缩振动模式、水平剪切波振动模式和兰姆波振动模式。
图5为本发明实施例天线的振动模式示意图，如图5所示，基于天线中第一压电层的振动模式，本发明实施例天线发射的电磁波可以覆盖从MHz到7GHz及以上的宽频波段。
在一种示例性实例中，本发明实施例包括两个以上天线时，两个以上天线采用以下方式之一分布连接：串联、并联、或串联和并联相结合。
本发明实施例根据天线电磁波频率的需求设计不同尺寸的若干天线，天线之间采用串联和并联相结合的方式连接模组。
图6为本发明实施例射频前端的电路示意图，如图6所示，射频前端模组包括：集成在基底材料上的两个以上天线、射频开关、滤波器、双工器、低噪声放大器和功率放大器。
在一种示例性实例中，本发明实施例射频开关、低噪声放大器、功率放大器可以利用互补金属氧化物半导体(CMOS)技术制备；
在一种示例性实例中，本发明实施例天线、滤波器和射频开关可以利用微机电系统(MEMS)工艺制备；
图7为实施例射频前端模组的组成示意图，如图7所示，基于CMOS和MEMS制备的射频前端模组中，集成了射频开关、低噪声放大器、功率放大器、天线和滤波器等部件，减小了射频前端组成在便携式移动设备中的空间占用和射频前端各个组件之间的连接功耗，降低了制备射频前端模组的成本。
在一种示例性实例中，本发明实施例，基底材料和第一压电层之间设置有绝缘层。在一种示例性实例中，本发明实施例中的绝缘层的材料可以为SiO2。
在一种示例性实例中，本发明实施例基底材料上集成有滤波器时，滤波器包括：第二压电层，以及第二底电极和/或第二顶电极。
在一种示例性实例中，本发明实施例滤波器包括第二底电极时，第二底电极为叉指电极或全电极；
在一种示例性实例中，本发明实施例滤波器包括第二顶电极时，第二顶电极为叉指电极或全电极。
在一种示例性实例中，本发明实施例滤波器中包括第二顶电极时，第二顶电极完全覆盖第二压电层。
在一种示例性实例中，本发明实施例第二顶电极以叉指电极的形式对第二压电层进行馈电。
在一种示例性实例中，本发明实施例滤波器包括第二底电极时，第二压电层的底面覆盖第二底电极。
在一种示例性实例中，本发明实施例基底材料和第二压电层之间设置有绝缘层。
在一种示例性实例中，本发明实施例第二压电层具有以下一种以上振动模式：
厚度振动模式、宽度和长度伸缩振动模式、水平剪切波振动模式和兰姆波振动模式。
在一种示例性实例中，本发明实施例中的第一压电层由以下压电材料制备：
晶体薄膜或者陶瓷薄膜。
在一种示例性实例中，本发明实施例中的第二压电层由以下压电材料制备：
晶体薄膜或者陶瓷薄膜。
本发明实施例中关于压电材料的示例中，化合物表达式前的参数表示化合物的配比，化合物中各元素的右下角参数表示化合物中元素原子或原子团的个数；例如、化学式yPb(Mg1-xNbx)O3-(1-y)PbTiO3(x，y＝0～1)表示不同配比镁铌酸铅钛酸铅；其中，化学物Pb(Mg1-xNbx)前的y和PbTiO3前的(1-y)标识两种化合物的配比，Mg1-x中的右下角参数表示镁元素含量的占比。本发明实施例不同化合物中的x和y取值相互独立，互不影响，在此不做赘述。
在一种示例性实例中，本发明实施例中的压电材料包括：
硅酸钛钡Ba2TiSi2O8、不同配比镁铌酸铅Pb(Mg1-xNbx)O3、第一预设浓度的Sm掺杂不同配比镁铌酸铅Pb(Mg1-xNbx)O3、不同配比镁铌酸铅钛酸铅yPb(Mg1-xNbx)O3-(1-y)PbTiO3(x，y＝0～1)、第二预设浓度的Sm掺杂不同配比的镁铌酸铅钛酸铅yPb(Mg1-xNbx)O3-(1-y)PbTiO3(x，y＝0～1)、不同配比锌铌酸铅钛酸铅yPb(Zn1-xNbx)O3-(1-y)PbTiO3(x，y＝0～1)、不同配比锆钛酸铅PbZrxTi1-xO3(x＝0～1)、不同配比钛酸铋钠和钛酸铋钾(1-x)Na1/2Bi1/ 2TiO3-xK1/2Bi1/2TiO3(x＝0～1)、不同配比钛酸铋钠钛酸钡(1-x)Na1/2Bi1/2TiO3-xBaTiO3(x＝0～1)、钛酸铋钠(Na1/2Bi1/2)TiO3、氧化锌ZnO、氮化铝AlN、铌酸钠NaNbO3、铌酸钾KNbO3、钨酸钠NaWO3、聚偏氟乙烯PVDF、偏硼酸铋α-BiB3O6、铁酸铋BiFeO3、钛酸钡-钛酸钙和锆酸钡系化合物BaTiO3–CaTiO3–BaTiZrO3、不同配比镍钛酸铋和锆钛酸铅xBi(Ni1/2Ti1/2)O3-(1-x)Pb(Zr1/2Ti1/2)O3、钛酸铋BiTiO3、钛酸锶SrTiO3、磷酸钾GaPO4、硼酸锂Li2B4O7、化学计量比和同成分铌酸锂LiNbO3、α-二氧化硅α-SiO2、硅酸铝钙Ca2Al2SiO7、硼酸锌铋Bi2ZnB2O7、铝酸钇YAlO3、铬酸钇YCrO3、铁酸钇YFeO3、硅酸镓镧系列材料、稀土钙氧硼酸盐RECa4O(BO3)3系列材料及稀土钙氧硼酸盐系列材料互掺材料。
图8为本发明实施例制备天线的方法的流程图，如图8所示，包括：
步骤801、在基底材料衬底上图案化第一金属电极，获得第一底电极；
步骤802、在第一底电极上生成压电材料；
步骤803、在生成的压电材料上制备第一压电层；
步骤804、在制备的第一压电层上溅射预设厚度的磁致伸缩材料，生成磁致伸缩层。
本发明实施例包括：在基底材料衬底上图案化第一金属电极，获得第一底电极；在第一底电极上生成压电材料；在生成的压电材料上制备第一压电层；在制备的第一压电层上溅射预设厚度的磁致伸缩材料，生成磁致伸缩层。本发明实施例实现了多频段电磁波天线的制备，简化了需要覆盖多个频段的电磁波的便携式移动设备的天线的设计。
在一种示例性实例中，本发明实施例在生成的压电材料上制备第一压电层，包括：
在生成的第一压电材料上刻蚀导电空洞；
对刻蚀导电空洞的压电材料进行刻蚀，获得压电结构。
在一种示例性实例中，磁致伸缩材料为绝缘材料，在获得天线轮廓上溅射预设厚度的磁致伸缩材料之前，本发明实施例方法还包括：
在制备的压电层上溅射金属材料，以制备第一顶电极。
图9(a)～(h)为本发明实施例制备天线的工艺流程图模组，参见图9(a)，在硅晶圆、SOI或者SiC等半导体(基底材料)衬底1上图案化第一金属电极，作为第一底电极2；参见图9(b)在第一底电极2上生长一层压电材料3；参见图9(c)，在压电材料3上刻蚀出导电空洞4；参见图9(d)，对压电材料3上进行图案化处理，刻蚀出各压电阵子5，获得天线的基本轮廓；依据磁致伸缩材料导电性的不同接下来的工艺略有差异，如果磁致伸缩材料的导电性，参见图9(e)，将磁致伸缩材料溅射获得的天线的基本轮廓上，生成磁致伸缩层6-1，由于磁致伸缩层6-1具有导电性，因此同时作为天线的第一顶电极；如果磁致伸缩材料为绝缘材料，本发明实施例参见图9(f)先溅射金属材料作为第一顶电极8；而后参见图9(g)，在顶电极9上溅射一定厚度的磁致伸缩材料，生成磁致伸缩层6-2；最后，参见图9(h)，通过对天线进行镂空和对衬底进行刻蚀的处理，获得天线。
在一种示例性实例中，本发明实施例制备天线的方法还包括：基于上述制备天线的工艺制备以下一个或任意组合的射频前端模组的组成：射频开关、双工器、低噪声放大器和功率放大器。
图10为本发明实施例制备滤波器的方法的流程图，如图10所示，包括：
步骤1001、在基底材料衬底上图案化第二金属电极，获得第二底电极；
步骤1002、在第二底电极上生成压电材料；
步骤1003、在生成的压电材料上制备第二压电层。
本发明实施例包括：在基底材料衬底上图案化第二金属电极，获得第二底电极；在第二底电极上生成压电材料；在生成的压电材料上制备第二压电层。本发明实施例实现了在基底材料的滤波器的集成制备，简化了便携式移动设备的射频前端模块的设计。
在一种示例性实例中，本发明实施例在生成的压电材料上制备第而压电层，包括：
在生成的第二压电材料上刻蚀导电空洞；
对刻蚀导电空洞的压电材料进行刻蚀，获得压电结构。
在一种示例性实例中，磁致伸缩材料为绝缘材料，在获得天线轮廓上溅射预设厚度的磁致伸缩材料之前，本发明实施例方法还包括：
在制备的压电层上溅射金属材料，以制备第一顶电极。
图11(a)～(e)为本发明实施例制备滤波器的工艺流程图，如图11所示，在硅晶圆、SOI或者SiC等半导体(基底材料)衬底11-1上图案化第二金属电极，作为第二底电极11-2；参见图11(b)在第二底电极11-2上生长一层压电材料11-3；参见图11(c)，在压电材料11-3上刻蚀出导电空洞11-4；参见图11(d)，对压电材料11-3上进行图案化处理，刻蚀出各压电阵子11-5，获得滤波器的基本轮廓；参见图11(e)，在压电振子上面再镀一层金属材料作为第二顶电极11-6。
图12为本发明实施例制备天线的装置的结构框图，如图12所示，包括：第一图案化单元、第一生成单元、第一制备单元和溅射单元；其中，
第一图案化单元设置为：在基底材料衬底上图案化第一金属电极，获得第一底电极；
第一生成单元设置为：在第一底电极上生成压电材料；
第一制备单元设置为：在生成的压电材料上制备第一压电层；
溅射单元设置为：在制备的第一压电层上溅射预设厚度的磁致伸缩材料，生成磁致伸缩层。本发明实施例包括：在基底材料衬底上图案化第一金属电极，获得第一底电极；在第一底电极上生成压电材料；在生成的压电材料上制备第一压电层；在制备的第一压电层上溅射预设厚度的磁致伸缩材料，生成磁致伸缩层。本发明实施例实现了多频段电磁波天线的制备，简化了需要覆盖多个频段的电磁波的便携式移动设备的天线的设计。
图13为本发明实施例制备滤波器的装置的结构框图，如图13所示，包括：第二图案化单元、第二生成单元和第二制备单元；其中，
第二图案化单元设置为：在基底材料衬底上图案化第二金属电极，获得第二底电极；
第二生成单元设置为：在第二底电极上生成压电材料；
第二制备单元设置为：在生成的压电材料上制备第二压电层。
本发明实施例包括：在基底材料衬底上图案化第二金属电极，获得第二底电极；在第二底电极上生成压电材料；在生成的压电材料上制备第二压电层。本发明实施例实现了在基底材料的滤波器的集成制备，简化了便携式移动设备的射频前端模块的设计。
“本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模组/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模组/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模组或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模组或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。”
Claims (25)
1.一种射频前端模组，包括：集成在同一基底材料上的同一侧的：一个以上天线、滤波器、功率放大器和低噪声放大器；
其中，在所述基底材料上集成所述射频前端模组，用于通过简化射频前端模组的制备和封装，以减小其在便携式移动设备中的空间占用和组件之间的连接功耗；所述基底材料设置于一个晶圆上；所述天线包括：磁致伸缩层、及位于磁致伸缩层下方的第一压电层；第一压电层包含压电结构，设置为：压电结构在馈电的驱动下产生振动；磁致伸缩层由磁致伸缩材料构成，设置为：磁致伸缩材料在压电结构产生的振动下产生形变，以产生电磁波。
2.根据权利要求1所述的射频前端模组，其特征在于，所述天线还包括：
以基底材料作为衬底的第一底电极。
3.根据权利要求1所述的射频前端模组，其特征在于，所述基底材料上集成有所述滤波器时，所述滤波器包括：第二压电层，以及第二底电极和/或第二顶电极。
4.根据权利要求1所述的射频前端模组，其特征在于，所述磁致伸缩材料为绝缘材料，所述第一压电层和所述磁致伸缩层之间还包含第一顶电极。
5.根据权利要求1所述的射频前端模组，其特征在于，所述天线的波段包括以下宽频波段：兆赫兹MHz到60吉赫兹GHz。
6.根据权利要求1所述的射频前端模组，其特征在于，所述天线包括两个以上时，两个以上所述天线采用以下方式之一分布连接：串联、并联、或串联和并联相结合。
7.根据权利要求2所述的射频前端模组，其特征在于，所述第一底电极为叉指电极或全电极。
8.根据权利要求4所述的射频前端模组，其特征在于，所述第一顶电极为叉指电极或全电极。
9.根据权利要求3所述的射频前端模组，其特征在于，所述滤波器包括所述第二底电极时，所述第二底电极为叉指电极或全电极；
所述滤波器包括所述第二顶电极时，所述第二顶电极为叉指电极或全电极。
10.根据权利要求1所述的射频前端模组，其特征在于，所述基底材料包括以下之一：硅晶圆、包含绝缘体上硅（SOI）和碳化硅SiC。
11.根据权利要求1所述的射频前端模组，其特征在于，所述基底材料和所述第一压电层之间设置有绝缘层。
12.根据权利要求3所述的射频前端模组，其特征在于，所述基底材料和所述第二压电层之间设置有绝缘层。
13.根据权利要求1~12任一项所述的射频前端模组，其特征在于，所述射频前端模组还包括集成在所述基底材料上与所述天线同一侧的：射频开关和/或双工器。
14.根据权利要求1、2、7、8或11所述的射频前端模组，其特征在于，所述第一压电层由以下压电材料制备：
晶体薄膜或者陶瓷薄膜。
15.根据权利要求3、9或12所述的射频前端模组，其特征在于，所述第二压电层由以下压电材料制备：
晶体薄膜或者陶瓷薄膜。
16.根据权利要求14所述的射频前端模组，其特征在于，所述压电材料包括：
硅酸钛钡Ba2TiSi2O8、不同配比镁铌酸铅Pb（Mg1-xNbx）O3、第一预设浓度的Sm掺杂不同配比镁铌酸铅Pb（Mg1-xNbx）O3、不同配比镁铌酸铅钛酸铅yPb（Mg1-xNbx）O3-（1-y）PbTiO3（x，y=0~1）、第二预设浓度的Sm掺杂不同配比的镁铌酸铅钛酸铅yPb（Mg1-xNbx）O3-（1-y）PbTiO3（x，y=0~1）、不同配比锌铌酸铅钛酸铅yPb（Zn1-xNbx）O3-（1-y）PbTiO3（x，y=0~1）、不同配比锆钛酸铅PbZrxTi1−xO3（x=0~1）、不同配比钛酸铋钠和钛酸铋钾（1-x）Na1/2Bi1/2TiO3-xK1/2Bi1/2TiO3（x=0~1）、不同配比钛酸铋钠钛酸钡（1-x）Na1/2Bi1/2TiO3-xBaTiO3（x=0~1）、钛酸铋钠（Na1/ 2Bi1/2）TiO3、氧化锌ZnO、氮化铝AlN、铌酸钠NaNbO3、铌酸钾KNbO3、钨酸钠NaWO3、聚偏氟乙烯PVDF、偏硼酸铋α-BiB3O6、铁酸铋BiFeO3、钛酸钡-钛酸钙和锆酸钡系化合物BaTiO3–CaTiO3–BaTiZrO3、不同配比镍钛酸铋和锆钛酸铅xBi（Ni1/2Ti1/2）O3-（1-x）Pb（Zr1/2Ti1/2）O3、钛酸铋BiTiO3、钛酸锶SrTiO3、磷酸钾GaPO4、硼酸锂Li2B4O7、化学计量比和同成分铌酸锂LiNbO3、α-二氧化硅α-SiO2、硅酸铝钙Ca2Al2SiO7、硼酸锌铋Bi2ZnB2O7、铝酸钇YAlO3、铬酸钇YCrO3、铁酸钇YFeO3、硅酸镓镧系列材料、稀土钙氧硼酸盐RECa4O（BO3）3系列材料及稀土钙氧硼酸盐系列材料互掺材料。
17.根据权利要求15所述的射频前端模组，其特征在于，所述压电材料包括：
硅酸钛钡Ba2TiSi2O8、不同配比镁铌酸铅Pb（Mg1-xNbx）O3、第一预设浓度的Sm掺杂不同配比镁铌酸铅Pb（Mg1-xNbx）O3、不同配比镁铌酸铅钛酸铅yPb（Mg1-xNbx）O3-（1-y）PbTiO3（x，y=0~1）、第二预设浓度的Sm掺杂不同配比的镁铌酸铅钛酸铅yPb（Mg1-xNbx）O3-（1-y）PbTiO3（x，y=0~1）、不同配比锌铌酸铅钛酸铅yPb（Zn1-xNbx）O3-（1-y）PbTiO3（x，y=0~1）、不同配比锆钛酸铅PbZrxTi1−xO3（x=0~1）、不同配比钛酸铋钠和钛酸铋钾（1-x）Na1/2Bi1/2TiO3-xK1/2Bi1/2TiO3（x=0~1）、不同配比钛酸铋钠钛酸钡（1-x）Na1/2Bi1/2TiO3-xBaTiO3（x=0~1）、钛酸铋钠（Na1/ 2Bi1/2）TiO3、氧化锌ZnO、氮化铝AlN、铌酸钠NaNbO3、铌酸钾KNbO3、钨酸钠NaWO3、聚偏氟乙烯PVDF、偏硼酸铋α-BiB3O6、铁酸铋BiFeO3、钛酸钡-钛酸钙和锆酸钡系化合物BaTiO3–CaTiO3–BaTiZrO3、不同配比镍钛酸铋和锆钛酸铅xBi（Ni1/2Ti1/2）O3-（1-x）Pb（Zr1/2Ti1/2）O3、钛酸铋BiTiO3、钛酸锶SrTiO3、磷酸钾GaPO4、硼酸锂Li2B4O7、化学计量比和同成分铌酸锂LiNbO3、α-二氧化硅α-SiO2、硅酸铝钙Ca2Al2SiO7、硼酸锌铋Bi2ZnB2O7、铝酸钇YAlO3、铬酸钇YCrO3、铁酸钇YFeO3、硅酸镓镧系列材料、稀土钙氧硼酸盐RECa4O（BO3）3系列材料及稀土钙氧硼酸盐系列材料互掺材料。
18.根据权利要求1、2、7、8或11所述的射频前端模组，其特征在于，所述磁致伸缩材料包括：
由一种以上非金属与一种以上金属合成的材料。
19.根据权利要求18所述的射频前端模组，其特征在于，所述磁致伸缩材料包括以下之一：
铁酸钇金属合金Y3M2(FeO4)3、铁镓硼合金Fe1-xGaxB（x=0-1）、镓锰合金Mn3Ga、镍锰合金Mn3Ni、硼铁钕合金Nd2Fe14B、CoFeO4、铁镍合金Ni80Fe20、镓铁合金Fe80Ga20、不同组分硼铁化钴 CoFeB、不同组分铁镓硼合金FeGaB、镓铁系列合金Fe1-xGax（x=0-1）和不同组分铁钴硅硼合金FeCoSiB；其中，所述M包括：铁Fe、钴Co和镍Ni中的一种以上。
20.根据权利要求1、2、7、8或11所述的射频前端模组，其特征在于，所述第一压电层具有以下一种以上振动模式：
厚度振动模式、宽度和长度伸缩振动模式、水平剪切波振动模式和兰姆波振动模式。
21.根据权利要求3、9或12所述的射频前端模组，其特征在于，所述第二压电层具有以下一种以上振动模式：
厚度振动模式、宽度和长度伸缩振动模式、水平剪切波振动模式和兰姆波振动模式。
22.一种制备天线的方法，包括：
在基底材料衬底上图案化第一金属电极，获得第一底电极；
在第一底电极上生成压电材料；
在生成的压电材料上制备第一压电层；
在制备的第一压电层上溅射预设厚度的磁致伸缩材料，生成磁致伸缩层；
其中，所述天线为权利要求1~21任一项中的射频前端模组的组成，所述天线与以下一项或任意组合集成在同一基底材料上的同一侧：滤波器、射频开关、双工器、功率放大器和低噪声放大器；在所述基底材料上集成的所述射频前端模组，用于通过简化射频前端模组的制备和封装，以减小其在便携式移动设备中的空间占用和组件之间的连接功耗。
23.一种制备滤波器的方法、包括：
在基底材料衬底上图案化第二金属电极，获得第二底电极；
在第二底电极上生成压电材料；
在生成的压电材料上制备第二压电层；
其中，所述滤波器为权利要求1~21任一项中的射频前端模组的组成，所述滤波器与射频前端模组的中的天线集成在同一基底材料上的同一侧，与天线所在的同一基底材料上的同一侧，还包括以下一项或任意组合：射频开关、双工器、功率放大器和低噪声放大器；在所述基底材料上集成的所述射频前端模组，用于通过简化射频前端模组的制备和封装，以减小其在便携式移动设备中的空间占用和组件之间的连接功耗。
24.一种制备天线的装置，包括：第一图案化单元、第一生成单元、第一制备单元和溅射单元；其中，
第一图案化单元设置为：在基底材料衬底上图案化第一金属电极，获得第一底电极；
第一生成单元设置为：在第一底电极上生成压电材料；
第一制备单元设置为：在生成的压电材料上制备第一压电层；
溅射单元设置为：在制备的第一压电层上溅射预设厚度的磁致伸缩材料，生成磁致伸缩层；
其中，所述天线为权利要求1~21任一项中的射频前端模组的组成，所述天线与以下一项或任意组合集成在同一基底材料上的同一侧：滤波器、射频开关、双工器、功率放大器和低噪声放大器；在所述基底材料上集成的所述射频前端模组，用于通过简化射频前端模组的制备和封装，以减小其在便携式移动设备中的空间占用和组件之间的连接功耗。
25.一种制备滤波器的装置，包括：第二图案化单元、第二生成单元和第二制备单元；其中，
第二图案化单元设置为：在基底材料衬底上图案化第二金属电极，获得第二底电极；
第二生成单元设置为：在第二底电极上生成压电材料；
第二制备单元设置为：在生成的压电材料上制备第二压电层；
其中，所述滤波器为权利要求1~21任一项中的射频前端模组的组成，所述滤波器与射频前端模组的中的天线集成在同一基底材料上的同一侧，与天线所在的同一基底材料上的同一侧，还包括以下一项或任意组合：射频开关、双工器、功率放大器和低噪声放大器；在所述基底材料上集成的所述射频前端模组，用于通过简化射频前端模组的制备和封装，以减小其在便携式移动设备中的空间占用和组件之间的连接功耗。
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