CN113541628A - 一种声表面波器件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种声表面波器件，包括：压电基板；叉指换能器，设置在所述压电基板上；桥结构，设置在所述压电基板上且其内侧在所述叉指换能器上方形成空腔；电感，其设置在所述桥结构梁部之中、外侧或内侧；所述电感位于所述叉指换能器的上方。本发明还公开了一种声表面波器件制造方法。本发明中采用在前道工序中直接制作电感，降低了声表面波器件的封装成本，为后道工序提供了更多的选择。
Description
技术领域
本发明属于声表面波技术领域，具体涉及一种声表面波器件及其制造方法。
背景技术
相关技术中制作声表面波(SAW)器件的工序分为前道和后道。其中前道工序主要是器件的制备，包括沉积压电层、在压电层的上表面进行叉指换能器(IDT)制备，在TC-SAW制备时还包括在叉指换能器上制备温度补偿层。后道是指对上述器件的封装，封装可以是LTCC封装(还可以是HTCC封装等)。其中LTCC主要指低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramic，LTCC)，该技术是1982年开始发展起来的整合组件技术，目前是成为无源集成的主流技术。LTCC整合型组件包括各种基板承载或内埋各式主动或被动组件的产品，整合型组件产品项目包含零组件(components)、基板(substrates)与模块(modules)。LTCC封装可进一步将电路小型化与高密度化，特别适合用于高频通讯用组件，在声表面波器件技术领域，目前所使用的主要是LTCC上设置有电感(IND)，在声表面波器件制作完成后再将设置有电感的LTCC倒装在声表面波器件上，完成封装。上述过程业内称之为后道。
然而相关技术中，由于电感是在封装过程中才整合进声表面波器件，其制作成本较高，封装工艺的选择面窄。
发明内容
针对相关技术中所存在的不足，本发明提供了制作成本低、封装工艺选择面更宽的声表面波器件及制造方法。
一种声表面波器件，包括：
压电基板；
叉指换能器，设置在所述压电基板上；
桥结构，设置在所述压电基板上且其内侧在所述叉指换能器上方形成空腔；
电感，其设置在所述桥结构梁部之中、外侧或内侧；
所述电感位于所述叉指换能器的上方。
进一步地，还包括设置在所述压电基板上的温度补偿层，其至少部分覆盖所述叉指换能器。
进一步地，所述桥结构设置在所述温度补偿层上。
一种声表面波器件制造方法，包括如下步骤：
准备压电基板，在所述压电基板上制作叉指换能器；
准备一构造层；
图形化所述构造层，形成具有梁部和墩部的桥结构；
在所述桥结构的梁部内侧制作电感，或在所述桥结构的梁部之中制作电感；
键合步骤：将所述桥结构的墩部键合在所述压电基板上形成空腔，所述叉指换能器位于所述空腔内。
进一步地，所述在所述桥结构的梁部内侧制作电感，可包括如下步骤：
在所述桥结构的梁部内侧制作第一金属层；
图形化所述第一金属层，形成电感。
进一步地，所述在所述桥结构的梁部之中制作电感，可包括如下步骤：
在所述桥结构的梁部上制作对应于电感图形的凹槽；
在所述凹槽中填充金属材料以形成电感。
进一步地，在所述制作叉指换能器之后，所述键合步骤之前，包括如下步骤：
在所述压电基板上制作温度补偿层以至少部分覆盖所述叉指换能器。
进一步地，所述键合步骤中将所述桥结构的墩部键合在所述压电基板上形成空腔，包括：
将所述桥结构的墩部键合在所述温度补偿层上形成空腔。
一种声表面波器件制造方法，包括如下步骤：
准备压电基板，在所述压电基板上制作叉指换能器；
准备一衬底，在所述衬底上制作对应于电感图形的凹槽，在所述凹槽内填充金属材料以形成电感；
在所述衬底上制作构造层；
图形化所述构造层，形成具有梁部和墩部的桥结构；
键合步骤：将所述桥结构的墩部键合在所述压电基板上形成空腔，所述叉指换能器位于所述空腔内；
去除所述衬底；
或：
准备压电基板，在所述压电基板上制作叉指换能器；
准备一构造层；
图形化所述构造层，形成具有梁部和墩部的桥结构；
键合步骤：将所述桥结构的墩部键合在所述压电基板上形成空腔，所述叉指换能器位于所述空腔内；
在所述桥结构的梁部外侧制作电感。
进一步地，所述桥结构采用与所述压电基板相同的材料制成。
相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：
通过在前道工序中直接制作电感，而非像传统后道工序那样将电感封装进来，不但降低了声表面波器件的封装成本，还为后道工序提供了更多的选择。相比现有的声表面波器件，本发明中声表面波器件的散热性能也有一定的提升，频率温度系数(TCF)更低。另外，本申请中采用的电感制备方式相对于相关技术中对于封装的电感方式，在一定程度上对器件的Q值也有提高。
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，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种声表面波器件实施例1的一种结构示意图；
图2为本发明一种声表面波器件实施例1的另一种结构示意图；
图3为本发明一种声表面波器件实施例1中墩部设置于温度补偿层上的结构示意图；
图4为本发明一种声表面波器件实施例1的又一种结构示意图；
图5为本发明一种声表面波器件制造方法实施例2的流程示意图；
图6为本发明一种声表面波器件制造方法实施例2中制作电感的一种流程示意图；
图7为本发明一种声表面波器件制造方法实施例2中制作电感的另一种流程示意图；
图8为本发明一种声表面波器件制造方法实施例2中制作构造层的示意图；
图9为本发明一种声表面波器件制造方法实施例2中制作桥结构的示意图；
图10(a)、(b)为本发明一种声表面波器件制造方法实施例2中制作电感的两种示意图；
图11为本发明一种声表面波器件制造方法实施例2中键合步骤的示意图；
图12为本发明一种声表面波器件制造方法实施例3中制作电感的示意图。
其中，1、压电基板；2、叉指换能器；31、温度补偿层；4、电感；5、桥结构；51、梁部；52、墩部；6、空腔；7、构造层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。下面结合附图，对本申请示例性实施例进行详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互补充或相互组合。
在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
第一方面：
实施例1：如图1-图4所示，一种声表面波器件，包括：
压电基板1；
叉指换能器2，设置在所述压电基板1上；
桥结构5，设置在所述压电基板1上且其内侧在所述叉指换能器2上方形成空腔6；
电感4，其设置在所述桥结构5梁部51之中、外侧或内侧；
所述电感4位于所述叉指换能器2的上方。
其中，所述压电基板可采用钽酸锂(LT)，也可以是铌酸锂(LN)、石英、硅酸镓镧(LGS)等材料。所述叉指换能器在所述空腔中，所述桥结构的内侧是指形成空腔的一侧。所述空腔可以是全封闭或半封闭结构。所述桥结构5可分为梁部51和墩部52，所述电感根据需要可设置在梁部的内侧、之中、外侧三种位置，如图1为电感设置在梁部之中，图2、图3为电感设置在梁部外侧，图4为电感设置在梁部内侧。所述桥结构可通过墩部与所述压电基板键合来设置，比如可采用金金键合工艺。发明人发现，由于声表面波器件通过压电基板表面的声波震动传递信号，如果在叉指换能器的工作区域(即压电基板与叉指电极接触的一侧表面上用于实现电-声转换的区域)上的重量过高，会导致震动效果不佳，进而对器件的效果产生不良影响，所以本实施例中采用在桥结构上设置电感的设计以避免加重所述工作区域。
一种实施例中，如图1-图3所示，还可包括设置在所述压电基板1上的温度补偿层31，其至少部分覆盖所述叉指换能器2。
作为优选，本实施例中还可包括：
所述桥结构5设置在所述温度补偿层31上。
其中，所述温度补偿层可覆盖所述叉指换能器的部分或全部。墩部52除了可如图1、图2那样设置在温度补偿层31外侧，还可如图3那样将所述墩部52设置于所述温度补偿层31上并避开叉指电极的位置，如此设置，一方面能够一定程度上减小器件的尺寸，另一方面能够尽可能减少对叉指电极的影响。另外，图4的方案中也可以设置温度补偿层(虽然未画出)。
一种实施例中，所述桥结构5采用磷硅玻璃(PSG)或多晶硅(poly-Si)材料制成。
一种实施例中，所述桥结构5采用与所述压电基板1相同的材料制成，比如铌酸锂或钽酸锂等。如此可有效避免了温度补偿的差异导致的形变。使用钽酸锂(LT)、铌酸锂(LN)等和压电层材料相同的材料，可使得材料的温度膨胀系数保持一致。作为优选实施例，石英、硅酸镓镧(LGS)由于工艺简单且材料本身具有较好的支撑性能，实用性更强。
本申请中采用在前道工序中制作电感，而非像一般后道工序那样将电感封装进来，一定程度上降低了声表面波器件的封装成本，还为后道工序提供了更多的选择。另外的，一定程度上，器件的散热性能也有一定提升。另外，本申请中制得的器件相对于相关技术中封装的器件，其Q值也有一定程度的提高。本申请中上述技术方案可应用于多种声表面波器件中，如滤波器或双工器。
第二方面：
实施例2：如图1-图3、图5-图11所示，一种声表面波器件制造方法，包括如下步骤：
准备压电基板1，在所述压电基板1上制作叉指换能器2；
如图8所示，准备一衬底，在所述衬底上制作构造层7；
如图9所示，图形化所述构造层7，形成具有梁部51和墩部52的桥结构5；
在所述桥结构5的梁部51内侧制作电感4(可如图10中(a)所示)，或在所述桥结构5的梁部51之中制作电感4(可如图10中(b)所示)；
如图11所示，键合步骤：将所述桥结构5的墩部52键合在所述压电基板1上形成空腔6，所述叉指换能器2位于所述空腔6内；
去除所述衬底，得到一种声表面波器件，如图1所示。
其中，所述衬底可采用易剥离的材料，例如玻璃、晶硅等。在一些实施例中，也可以不使用衬底，直接对构造层进行处理，只要其满足要求即可，此处不做限制。所述构造层可采用多晶硅(poly-Si)或磷硅玻璃(PSG)材料。所述具有梁部和墩部的桥结构，可通过腐蚀或刻蚀工艺制得。所述桥结构的墩部与所述压电基板的键合可采用金-金键合工艺，即在所述墩部和压电基板对应位置设置金凸点再进行键合。
一种实施例中，如图6所示，所述在所述桥结构5的梁部51内侧制作电感4，可包括如下步骤：
在所述桥结构5的梁部51内侧制作第一金属层；
图形化所述第一金属层，形成电感4。
其中，本实施例是对应图10(a)结构的可选的一种电感制作方法。可以理解，所述电感的制作方式不限于本实施例提出的方式，只要能获得位于桥结构梁部内侧的电感即可。另外，本实施例中形成电感后还可以在电感上制作介质层以包覆所述电感，这样相当于获得在所述桥结构的梁部中制作电感的一种替代方案。
一种实施例中，如图7所示，所述在所述桥结构5的梁部51之中制作电感4，可包括如下步骤：
在所述桥结构5的梁部51上制作对应于电感图形的凹槽；
在所述凹槽中填充金属材料以形成电感4。
其中，本实施例是对应图10(b)结构的可选的一种电感制作方法。可以理解，所述电感的制作方式不限于本实施例提出的方式，只要能获得位于桥结构梁部中的电感即可。
一种实施例中，如图5所示，在所述制作叉指换能器之后，所述键合步骤之前，还包括如下步骤：
在所述压电基板1上制作温度补偿层31以覆盖所述叉指换能器2。
作为优选，本实施例中还可包括：
所述键合步骤中所述将所述桥结构的墩部键合在所述压电基板上形成空腔，包括：
将所述桥结构的墩部键合在所述压电基板上的所述温度补偿层之上形成空腔。
其中，此处墩部52除了可如图1、图2那样设置在温度补偿层31外侧，还可如图3那样将所述墩部52设置于所述温度补偿层31上并避开叉指电极的位置。如此设置，一方面能够一定程度上减小器件的尺寸，另一方面能够尽可能减少对叉指电极性能的影响。
一种实施例中，所述桥结构5采用磷硅玻璃(PSG)或多晶硅(poly-Si)材料制成。
一种实施例中，所述桥结构5采用与所述压电基板1相同的材料制成，比如铌酸锂或钽酸锂等。如此可有效避免了温度补偿的差异导致的形变。
实施例3：
一种声表面波器件制造方法，还包括在所述桥结构5的梁部51外侧制作电感4的方案(如图2或图3所示)，可采用多种不同的方式来制得。举例如下：
①相对于实施例2，如图12所示，可在制作构造层前先在衬底上制作对应于电感图形的凹槽，并在凹槽内填充金属材料以形成电感4，然后制作桥结构5。之后将桥结构键合到压电基板上形成空腔，去除所述衬底。
②相对于实施例2，可先不制作电感，在桥结构键合到压电基板上之后，再在桥结构上制作第二金属层，图形化所述第二金属层形成电感。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种声表面波器件，其特征在于，包括：
压电基板；
叉指换能器，设置在所述压电基板上；
桥结构，设置在所述压电基板上且其内侧在所述叉指换能器上方形成空腔；
电感，其设置在所述桥结构梁部之中、外侧或内侧；
所述电感位于所述叉指换能器的上方。
2.根据权利要求1所述的一种声表面波器件，其特征在于：
还包括设置在所述压电基板上的温度补偿层，其至少部分覆盖所述叉指换能器。
3.根据权利要求2所述的一种声表面波器件，其特征在于：
所述桥结构设置在所述温度补偿层上。
4.一种声表面波器件制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
准备压电基板，在所述压电基板上制作叉指换能器；
准备一构造层；
图形化所述构造层，形成具有梁部和墩部的桥结构；
在所述桥结构的梁部内侧制作电感，或在所述桥结构的梁部之中制作电感；
键合步骤：将所述桥结构的墩部键合在所述压电基板上形成空腔，所述叉指换能器位于所述空腔内。
5.根据权利要求4所述的一种声表面波器件制造方法，其特征在于，所述在所述桥结构的梁部内侧制作电感，包括如下步骤：
在所述桥结构的梁部内侧制作第一金属层；
图形化所述第一金属层，形成电感。
6.根据权利要求4所述的一种声表面波器件制造方法，其特征在于，所述在所述桥结构的梁部之中制作电感，包括如下步骤：
在所述桥结构的梁部上制作对应于电感图形的凹槽；
在所述凹槽中填充金属材料以形成电感。
7.根据权利要求4所述的一种声表面波器件制造方法，其特征在于：
在所述制作叉指换能器之后，所述键合步骤之前，包括如下步骤：
在所述压电基板上制作温度补偿层以至少部分覆盖所述叉指换能器。
8.根据权利要求7所述的一种声表面波器件制造方法，其特征在于，所述键合步骤中将所述桥结构的墩部键合在所述压电基板上形成空腔，包括：
将所述桥结构的墩部键合在所述温度补偿层上形成空腔。
9.一种声表面波器件制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
准备压电基板，在所述压电基板上制作叉指换能器；
准备一衬底，在所述衬底上制作对应于电感图形的凹槽，在所述凹槽内填充金属材料以形成电感；
在所述衬底上制作构造层；
图形化所述构造层，形成具有梁部和墩部的桥结构；
键合步骤：将所述桥结构的墩部键合在所述压电基板上形成空腔，所述叉指换能器位于所述空腔内；
去除所述衬底；
或：
准备压电基板，在所述压电基板上制作叉指换能器；
准备一构造层；
图形化所述构造层，形成具有梁部和墩部的桥结构；
键合步骤：将所述桥结构的墩部键合在所述压电基板上形成空腔，所述叉指换能器位于所述空腔内；
在所述桥结构的梁部外侧制作电感。
10.根据权利要求1-3所述的任意一种声表面波器件或权利要求4-9所述的任意一种声表面波器件制造方法，其特征在于：
所述桥结构采用与所述压电基板相同的材料制成。
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