CN113839646A - 声表面波装置阻抗匹配器 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种声表面波装置阻抗匹配器，包括：电路基板，具有相对的上表面和下表面；声表面波装置，与所述电路基板的上表面之间形成间隙；凸块，所述声表面波装置通过所述凸块设置在所述电路基板的上表面；还包括多个金属电极，设置在所述电路基板的上表面，与所述凸块之间通过导线电耦合，用于与外部电路进行阻抗匹配。本发明还提供了声表面波装置阻抗匹配器的方法，以及确定声表面波装置阻抗匹配的方法。根据本发明的声表面波装置阻抗匹配器以及阻抗匹配器方法，能够用于高精度并有效地进行阻抗匹配，以降低插入损耗和噪声系数，同时，可以更有效地利用其上安装声表面波装置封装的电路板的空间。
Description
技术领域
本发明涉及声表面波技术领域，具体而言，涉及一种声表面波装置阻抗匹配器。
背景技术
利用SAW或FBAR的滤波器部件与其它的介电滤波器或陶瓷滤波器相比，外形尺寸较小且具有陡峭的衰减特性，因此适用于小型且要求较窄比例带宽的手机等移动通信部件。采用SAW、FBAR滤波器的双工器具有发送/接收功能，用于发送信号和接收信号的频率不同的无线装置。在滤波器或双工器中，它们的插入损耗对设备的特性具有较大的影响。
近年来，带通滤波器已经被用于滤波器装置。这些带通滤波器可以使用包括一个或多个叉指换能器(IDT)电极和反射器的声表面波(SAW)谐振器来配置，所有这些电极和反射器都形成在由铌酸锂或钽酸锂制成的压电衬底上。配置有诸如SAW谐振器的电容性元件的滤波器具有电容性阻抗，因此电感元件有时连接在滤波器和外部端子之间以实现阻抗匹配。当将电感元件应用于配置有诸如SAW谐振器的电容元件的滤波器以用于匹配目的时，该滤波器有时具有较高的Q因子，使得滤波器的插入损耗和噪声系数可以降低。
但在实际应用中，阻抗匹配时，滤波器封装内的电子电路和外部匹配电路之间的电连接结构相关联的阻抗，会限制滤波器在较高频率下的有效性，由此导致许多传统的滤波器可能不能有效地用于高频无线通信设备中。
发明内容
为了解决现有技术中的相关问题，本发明提供了一种声表面波装置阻抗匹配器，包括：电路基板，具有相对的上表面和下表面；声表面波装置，与所述电路基板的上表面之间形成间隙；凸块，所述声表面波装置通过所述凸块设置在所述电路基板的上表面；还包括多个金属电极，设置在所述电路基板的上表面，与所述凸块之间通过导线电耦合，用于与外部电路进行阻抗匹配。
进一步，还包括阻抗匹配端子，设置在所述电路基板的上表面，与所述金属电极电耦合，以调谐所述金属电极的个数和所述导线的长度，与外部电路进行阻抗匹配。
其中，阻抗匹配端子与所述金属电极离散地电耦合。
进一步地，还包括输入端子、输出端子和接地结构，设置在所述电路基板的上表面，所述金属电极电耦合到所述输入端子和所述输出端子以及所述接地结构，以向所述声表面波装置提供输入信号和从所述声表面波装置输出信号。
再进一步地，电路基板的内部贯穿设置有过孔，所述输入端子、所述输出端子和所述接地结构，通过所述过孔延伸至所述电路基板的下表面，用于与外部电路连接。
其中，金属电极为表面蚀刻成型。
具体地，多个金属电极呈矩阵式排布，设置在所述声表面波装置的周围。
其中，金属电极与所述声表面波装置串联连接。
进一步地，金属电极与所述声表面波装置并联连接。
再进一步地，金属电极与所述声表面波装置混合连接。
其中，金属电极包括电容和电感中的至少一个。
其中，还包括屏蔽外壳，设置在所述电路基板的上表面，并包围所述声表面波装置和所述金属电极。
本发明还提供了声表面波装置阻抗匹配器的方法，包括：提供电路基板，具有相对的上表面和下表面；提供声表面波装置，通过凸块将所述声表面波装置设置在所述电路基板的上表面；在所述电路基板的上表面设置多个金属电极，所述金属电极与所述凸块之间通过导线电耦合，用于与外部电路进行阻抗匹配；在所述电路基板的上表面设置阻抗匹配端子，所述阻抗匹配端子与所述金属电极电耦合，以调谐所述金属电极的个数和所述导线的长度；在所述电路基板的上表面设置输入端子、输出端子和接地结构，所述金属电极电耦合到所述输入端子和所述输出端子以及所述接地结构，以向所述声表面波装置提供输入信号和从所述声表面波装置输出信号。
其中，通过表面蚀刻成型所述金属电极。
同时，本发明还提供了一种确定声表面波装置阻抗匹配的方法，包括：将声表面波装置阻抗匹配器的输入端子、输出端子和接地结构连接至外部电路；将阻抗匹配端子连接至输入端子，调谐所述阻抗匹配端子，直至输出端子得到有效的信号输出；确定阻抗匹配端子的位置；根据确定的阻抗匹配端子的位置，确定所述声表面波装置的阻抗匹配值；根据确定所述声表面波装置的阻抗匹配值，制造所述声表面波装置。
根据本发明的声表面波装置阻抗匹配器以及阻抗匹配器的方法，能够用于高精度并有效地进行阻抗匹配，以降低插入损耗和噪声系数。同时，通过在声表面波装置封装内的内部提供匹配电路并避免或减少外部匹配元件，可以减少由声表面波装置封装和相关电路占用的占用面积，以更有效地利用其上安装声表面波装置封装的电路板的空间。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是根据本发明实施例一的声表面波装置阻抗匹配器的透视图。
图2是根据本发明实施例二的声表面波装置阻抗匹配器的透视图。
图3是根据本发明实施例二的声表面波装置阻抗匹配器的纵剖面图。
图4是根据本发明实施例二的声表面波装置阻抗匹配器的电路图。
图5是根据本发明实施例二的改进的声表面波装置阻抗匹配器的电路图。
图6是根据本发明实施例二的进一步改进方案的声表面波装置阻抗匹配器的电路图。
图7是根据本发明实施例三的声表面波装置阻抗匹配器的纵剖面图。
图8是根据本发明实施例四的声表面波装置阻抗匹配器的纵剖面图。
图9是根据本发明实施例五的制造声表面波装置阻抗匹配器的方法的流程图。
图10是根据本发明又一实施例的确定声表面波装置阻抗匹配的方法的流程图。
附图标记：
1、110、111、112-电路基板
10、101、102、103、110-声表面波装置
11-输入端子
12-输出端子
13-接地结构
3-凸块
20、201、30-金属电极
202、220、203、204、205、206、207-电感
4、401、402、403、404、411、412、413、414、421、422、423、424-阻抗匹配端子
15-屏蔽外壳
具体实施方式
为了可以更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例一
如图1所示，本实施例提供一种声表面波装置阻抗匹配器，包括：电路基板(1)，具有相对的上表面和下表面；声表面波装置(10)，与所述电路基板(1)的上表面之间形成间隙；凸块(3)，所述声表面波装置(10)通过所述凸块(3)设置在所述电路基板(1)的上表面；本发明的声表面波装置可以为SAW、XBAR等，采用倒装芯片封装方式封装该声表面波装置，具有IDT电极的一面设置在声表面波装置与电路基板的第一表面之间形成的间隙中，从而避免密封材料如树脂等或基板面与IDT电极接触，进而避免对敏感的IDT电极造成影响。为了与外部电路进行阻抗匹配，本实施例还包括多个金属电极(20)，设置在所述电路基板(1)的上表面，与所述凸块(3)之间通过导线电耦合。金属电极(20)可以为金属线，通过焊接或者蚀刻形成，之后通过接合形成不同的电路连接，得到适合的电感值，从而可以灵活地与外部电路进行阻抗匹配，不再需要另外的匹配电路。因此可以避免或减少外部匹配部件，也就允许省略或减少声表面波装置封装内部和外部匹配部件之间的电连接结构，而这样的电连接结构往往会引入不连续性以及寄生和电阻损耗，这些损耗会对声表面波装置器件在较高频率下的性能产生不利的影响。
某些类型的声表面波装置典型如高性能滤波器使用连接到滤波器端子的外部电路以进行阻抗匹配。“外部电路”是指位于滤波器封装外部的匹配电路，与此相关联的问题是，与滤波器封装内的电子电路和外部电路之间的电连接结构相关联的阻抗，会限制滤波器在较高频率下的有效性，从而使得许多传统的滤波器可能不能有效地用于高频无线通信设备中。本发明通过将阻抗匹配电路“内部化”，即通过工艺处理将金属电极(20)集成到声表面波装置封装内部，然后将金属电极(20)连接组成阻抗匹配电路，以使得本发明的声表面波装置能够在例如在千兆赫兹(GHz)范围内的相对高的频率下工作，同时声表面波装置还具有较高的Q因子，使得声表面波装置的插入损耗和噪声系数可以降低。
本发明不再需要另外的匹配电路，因而通过在滤波器封装的内部提供匹配电路并避免或减少外部匹配元件，通过减少必须电耦合到滤波器装置的外部匹配部件的数量，可以减少由滤波器封装和相关电路的占用面积，从而也就更有效地利用了安装滤波器封装的电路板的空间。同时缩短了进行阻抗匹配的时间，极大减少了重复性工作，可以提高在大规模生产或制造过程中的生产效率；重复性工作会带来误差不均的问题，因而本发明也提高了电路板的制造成品率。
实施例二
如图2所示，本实施例在实施例一的基础上，做了进一步改进，具体包括：电路基板(110)，具有相对的上表面和下表面；声表面波装置(101)，与所述电路基板(110)的上表面之间形成间隙；凸块，所述声表面波装置(101)通过所述凸块设置在所述电路基板(110)的上表面；多个金属电极(201)，设置在所述电路基板(110)的上表面，与所述凸块之间通过导线电耦合，用于与外部电路进行阻抗匹配。还设置了阻抗匹配端子(4)，图2中示例性地示出了四个阻抗匹配端子(401、402、403、404)，但本发明不限于此。阻抗匹配端子(4)设置在所述电路基板(110)的上表面，与所述金属电极(201)电耦合，以调谐所述金属电极(201)的个数和所述导线的长度，与外部电路进行阻抗匹配。
金属电极(201)可以为金属线，多个金属电极(201)呈矩阵式排布，设置在所述声表面波装置(101)的周围。为了更方便更灵活地进行电感值的调节，从而与外部电路进行阻抗匹配，本发明电路基板(110)的内部设置了贯穿电路基板上表面、下表面的过孔，阻抗匹配端子通过所述过孔延伸至所述电路基板的下表面，用于与外部电路连接，图3示例了通过电路基板内部延伸至电路基板下表面的阻抗匹配端子(411、412、413、414)，其设置与电路基板上表面的阻抗匹配端子耦合即可，本发明不限于此。阻抗匹配端子具体还可以分别设置为串联阻抗匹配端子(411、412、413)、并联阻抗匹配端子(414)，这些阻抗匹配端子与设置在所述电路基板的上表面的阻抗匹配端子(401、402、403、404)电连接，与所述金属电极(201)离散地电耦合，以调谐所述金属电极(201)的个数和所述导线的长度，从而与外部电路进行阻抗匹配。
过孔只是本实施例中将电路基板上表面的接线端子延伸到电路基板下表面的一种实现方式，还可以为探针结构，本发明不限于此。过孔可以将电路基板上表面的信号传输至电路基板下表面，用于与外部电路连接。过孔在所述电路基板中的路径沿水平或者竖直方向延伸设置。图3中仅示例性地示出了过孔在电路基板(110)沿竖直方向延伸设置，但本发明不限于此。
金属电极(201)包括电容和电感中的至少一个，可以为电感，也可以为电容，具体根据滤波器的性能进行设置，通常为电感性的。本发明以电感为例进行说明，但本发明不限于此。多个金属电极(201)通过焊接或者蚀刻形成，之后多个金属电极(201)之间通过接合形成不同的电路连接，例如多个金属电极(201)中的一个，或者几个，与所述声表面波装置(101)形成并联连接，如图4中所示，电感(211)与SAW(101)并联连接；还可以多个金属电极(201)中的几个在电路基板(110)上进行蛇形走线布置形成串联连接，如图5所示，多个电感(202、220)与SAW(102)串联连接；还可以根据情况进行混合连接，如图6中所示，SAW(103)先与多个电感(206、207)并联连接后，再与多个电感(203、204、205)串联连接，从而得到适合的电感值，从而可以更方便更灵活地与外部电路进行阻抗匹配，不再需要另外的匹配电路。也就是说，多个金属电极(201)通过在电路基板(110)上设置为矩阵排布，然后通过键合或者蚀刻形成不同的电路连接，从而进行电感值的调节，因此，输入信号经过本实施例的声表面波装置阻抗匹配器后，输出可以得到具有宽通带、以及在通带之外具有较大的衰减水平的滤波信号。
实施例三
如图7所示，本实施例提供一种声表面波装置阻抗匹配器，本实施例的声表面波装置阻抗匹配器与实施例二的声表面波装置阻抗匹配器类似，电路基板(111)的上表面设置有金属电极(30)，区别在于在实施例二的基础上，还设置了输入端子、输出端子和接地结构，设置在所述电路基板(111)的上表面，所述金属电极(30)电耦合到所述输入端子、输出端子和接地结构，以向所述声表面波装置(110)提供输入信号和从所述声表面波装置(110)输出信号。输入端子、所述输出端子、所述接地结构以及金属电极(30)的阻抗匹配端子，都通过过孔延伸到电路基板(111)的下表面，形成输入端子(11)、输出端子(12)、接地结构(13)、阻抗匹配端子(421、422、423、424)，用于与外部电路连接。
过孔只是本实施例中将电路基板上表面的接线端子延伸到电路基板下表面的一种实现方式，还可以为探针结构，本发明不限于此。过孔可以将电路基板上表面的信号传输至电路基板下表面，用于与外部电路连接。过孔在所述电路基板中的路径沿水平或者竖直方向延伸设置。图7中仅示例性地示出了过孔在电路基板(111)沿竖直方向延伸设置，但本发明不限于此。
实施例四
如图8所示，本实施例提供一种声表面波装置阻抗匹配器，本实施例的声表面波装置阻抗匹配器与实施例三的声表面波装置阻抗匹配器类似，区别在于在实施例二的基础上，还设置了屏蔽外壳(15)，设置在所述电路基板(112)的上表面，并包围所述声表面波装置和所述金属电极等设置在电路基板的上表面的元器件，与电路基板(112)围成中空结构。
屏蔽外壳(15)是声表面波装置阻抗匹配器封装结构的一部分，材质包括环氧树脂、金属等。声表面波装置如SAW或BAW滤波器的屏蔽性对它的性能很重要，外界的电信号、磁场信号等干扰会对滤波器造成干扰，对产品的频率特性造成影响。如果有信号干扰，对滤波效果会产生很大影响。在声表面波装置封装结构中，通常会在屏蔽外壳中添加一定成分的屏蔽材料，以实现有效的屏蔽，以避免有水汽、灰尘等进入中空结构中，进而影响IDT电极工作。
根据需求，屏蔽外壳(15)可以设置均质结构，例如为包含导热填料与屏蔽填料的环氧树脂膜，其中屏蔽填料为金属网、金属粉、导电碳中的一种或几种，而导热填料包覆在所述屏蔽填料外侧，所述导热填料为石墨烯、金属、金属氮化物、金属碳化物、金属硼化物、金属氧化物中的一种或几种。或者屏蔽外壳(15)可以设置为多层结构，例如设置为包括导热层、信号屏蔽层和环氧树脂层，所述环氧树脂层、所述信号屏蔽层和所述导热层的室温热导率依次增大，所述导热层的室温热导率为4W/mK以上。如此设计，屏蔽外壳(15)能够进一步提高对声表面波装置的信号屏蔽能力，提高声表面波装置的产品的频率特性以及工作稳定性。
实施例五和实施例六给出了制造声表面波装置阻抗匹配器，和确定声表面波装置阻抗匹配的示例性技术方案：
实施例五
本发明还提供了实施例三中的声表面波装置阻抗匹配器的制造方法，如图9所示，包括：提供电路基板，具有相对的上表面和下表面(a1)；提供声表面波装置，通过凸块将所述声表面波装置设置在所述电路基板的上表面(a2)；在所述电路基板的上表面设置多个金属电极，所述金属电极与所述凸块之间通过导线电耦合，用于与外部电路进行阻抗匹配(a3)；在所述电路基板的上表面设置阻抗匹配端子，所述阻抗匹配端子与所述金属电极电耦合，以调谐所述金属电极的个数和所述导线的长度(a4)；在所述电路基板的上表面设置输入端子、输出端子和接地结构，所述金属电极电耦合到所述输入端子和所述输出端子以及所述接地结构(a5)，以向所述声表面波装置提供输入信号和从所述声表面波装置输出信号。
该方法制造的声表面波装置阻抗匹配器，能够更灵活地与外部电路进行阻抗匹配，不再需要另外的匹配电路。一方面，省略或减少了声表面波装置封装内部和外部匹配部件之间的电连接结构，从而避免了电连接结构的不连续性以及寄生和电阻损耗，使得本发明的声表面波装置能够在例如在千兆赫兹(GHz)范围内的相对高的频率下工作，还具有较高的Q因子；另一方面，通过减少必须电耦合到滤波器装置的外部匹配部件的数量，就更有效地利用了安装滤波器封装的电路板的空间；第三方面，提高了在大规模生产或制造过程中的生产效率，避免了重复性工作会带来的不同产品误差不均的问题，因而本发明也提高了电路板的制造成品率。
实施例六
本发明还提供了确定实施例三中的声表面波装置阻抗匹配的方法，如图10所示，包括：将声表面波装置阻抗匹配器的输入端子、输出端子和接地结构连接至外部电路(b1)；将阻抗匹配端子连接至输入端子(b2)，调谐所述阻抗匹配端子，直至输出端子得到有效的信号输出(b3)；确定阻抗匹配端子的位置(b4)；根据确定的阻抗匹配端子的位置，确定所述声表面波装置的阻抗匹配值(b5)；根据确定所述声表面波装置的阻抗匹配值，进行后续的所述声表面波装置的制造。
该方法确定的声表面波装置阻抗匹配，通过更方便更灵活地进行电感值的调节，来获得最佳电感，从而与外部电路进行阻抗匹配，不再需要另外的匹配电路，最终能够更精确地与外部电路进行阻抗匹配。由此，在后续制作中，可以对所需电感形成经验值，方便后续采用电感值直接进行生产制造，避免了重复性工作会带来的不同产品误差不均的问题，提高了在大规模生产或制造过程中的生产效率，本发明也提高了电路板的制造成品率。
在本发明中，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”表示两个或两个以上。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发明中的具体含义。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (15)
1.一种声表面波装置阻抗匹配器，包括：电路基板，具有相对的上表面和下表面；
声表面波装置，与所述电路基板的上表面之间形成间隙；
凸块，所述声表面波装置通过所述凸块设置在所述电路基板的上表面；其特征在于：
还包括多个金属电极，设置在所述电路基板的上表面，与所述凸块之间通过导线电耦合，用于与外部电路进行阻抗匹配。
2.根据权利要求1所述的声表面波装置阻抗匹配器，其特征在于，还包括阻抗匹配端子，设置在所述电路基板的上表面，与所述金属电极电耦合，以调谐所述金属电极的个数和所述导线的长度，与外部电路进行阻抗匹配。
3.根据权利要求2所述的声表面波装置阻抗匹配器，其特征在于，所述阻抗匹配端子与所述金属电极离散地电耦合。
4.根据权利要求2所述的声表面波装置阻抗匹配器，其特征在于，还包括输入端子、输出端子和接地结构，设置在所述电路基板的上表面，所述金属电极电耦合到所述输入端子和所述输出端子以及所述接地结构，以向所述声表面波装置提供输入信号和从所述声表面波装置输出信号。
5.根据权利要求4所述的声表面波装置阻抗匹配器，其特征在于，所述电路基板的内部贯穿设置有过孔，所述输入端子、所述输出端子和所述接地结构，通过所述过孔延伸至所述电路基板的下表面，用于与外部电路连接。
6.根据权利要求1所述的声表面波装置阻抗匹配器，其特征在于，所述金属电极为表面蚀刻成型。
7.根据权利要求6所述的声表面波装置阻抗匹配器，其特征在于，所述多个金属电极呈矩阵式排布，设置在所述声表面波装置的周围。
8.根据权利要求6所述的声表面波装置阻抗匹配器，其特征在于，所述金属电极与所述声表面波装置串联连接。
9.根据权利要求6所述的声表面波装置阻抗匹配器，其特征在于，所述金属电极与所述声表面波装置并联连接。
10.根据权利要求6所述的声表面波装置阻抗匹配器，其特征在于，所述金属电极与所述声表面波装置混合连接。
11.根据权利要求6所述的声表面波装置阻抗匹配器，其特征在于，所述金属电极包括电容和电感中的至少一个。
12.根据权利要求6所述的声表面波装置阻抗匹配器，其特征在于，还包括屏蔽外壳，设置在所述电路基板的上表面，并包围所述声表面波装置和所述金属电极。
13.一种制造如权利要求1所述的声表面波装置阻抗匹配器的方法，包括：
提供电路基板，具有相对的上表面和下表面；
提供声表面波装置，通过凸块将所述声表面波装置设置在所述电路基板的上表面；
在所述电路基板的上表面设置多个金属电极，所述金属电极与所述凸块之间通过导线电耦合，用于与外部电路进行阻抗匹配；
在所述电路基板的上表面设置阻抗匹配端子，所述阻抗匹配端子与所述金属电极电耦合，以调谐所述金属电极的个数和所述导线的长度；
在所述电路基板的上表面设置输入端子、输出端子和接地结构，所述金属电极电耦合到所述输入端子和所述输出端子以及所述接地结构，以向所述声表面波装置提供输入信号和从所述声表面波装置输出信号。
14.根据权利要求13所述的声表面波装置阻抗匹配器的制造方法，其特征在于，通过表面蚀刻成型所述金属电极。
15.一种确定声表面波装置阻抗匹配的方法，包括：
将声表面波装置阻抗匹配器的输入端子、输出端子和接地结构连接至外部电路；
将所述阻抗匹配端子连接至所述输入端子，调谐所述阻抗匹配端子，直至所述输出端子得到有效的信号输出；
确定所述阻抗匹配端子的位置；
根据确定的所述阻抗匹配端子的位置，确定所述声表面波装置的阻抗匹配值；
根据确定所述声表面波装置的阻抗匹配值，制造所述声表面波装置。
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