CN114006599A - 一种薄膜体声波谐振器和薄膜体声波滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种薄膜体声波谐振器和薄膜体声波滤波器，薄膜体声波谐振器包括依次层叠设置的第二电极层、压电层、第一电极层和衬底，在衬底上进行全反射结构的制备，并在每个散热盲孔内填充导热散热材料和高阻材料，使本申请的一种薄膜体声波谐振器，在维持原本高Q值的同时，还解决传统薄膜体声波谐振器因导散热能力不足而产生的温度影响，且结构可靠性强，利于集成，且制备工艺简单。

Description

一种薄膜体声波谐振器和薄膜体声波滤波器

技术领域

本发明薄膜体声波谐振器技术领域，尤其涉及一种薄膜体声波谐振器和薄膜体声波滤波器。

背景技术

薄膜体声波谐振器(Film Bulk Acoustic Resonator，简称FBAR)是一种基于体声波理论、用声学谐振实现电学选频的器件，其原理是通过上下薄层电极间的压电材料于垂直方向上的谐振而进行频率的选择，通过组合多个薄膜体声波谐振器，可形成滤波器结构。

其中，薄膜体声波谐振器主要分为两种形式，分别为空气腔型结构(即FBAR谐振单元)和反射阵型结构单元(即SMR谐振单元)，SMR谐振单元类的相关谐振器器件也被称为固态安装式谐振器器件。具体地：

1)对于空气腔型结构的FBRA而言，其结构的最大的特点是在衬底上通过刻蚀工艺制备空腔结构，由于空气与电极材料或压电材料的声阻抗值有较大差异，因此在声波传导至两者界面时会产生全反射，从而实现谐振作用。

但需要指出的是由于空气是热的不良导体，因此空气腔型结构的FBRA中的产生或吸收的热量极易产生热集中效应，从而导致局部温度升高，温度的变化将直接导致空气腔型结构的FBRA的频率发生偏移，严重影响相关器件的性能和整机的使用，此外由于空气腔结构的特殊性使得空气腔型结构的FBRA存在支撑力不足的隐患，在一定程度上影响了器件的可靠性。

2)对固态安装式谐振器器件而言，其结构上通过布拉格反射栅的相关设计使得声波在传导中的多个声阻抗相异界面处发生连续反射，最终通过叠加作用实现全反射，进而实现谐振作用。相比于空气腔型FBAR器件而言，多层结构造成声泄露现象，从而影响了相关器件的Q值，但结构可靠性和导散热部分有了一定提升。需要指出的一点是布拉格反射栅结构的制备对工艺精度要求较高，反射层间厚度理论值需为1/4波长，因此从成本和工艺难度方面SMR谐振单元都高于FBAR谐振单元。

除此之外，无论是FBAR谐振单元还是SMR谐振单元，其在结构上的设计都不利于元件通过三维堆叠方式进行高密度集成，不适用于现阶段对芯片小型化和集成化的需求。

简言之，空气腔型结构的FBAR器件主要缺陷为：导散热能力差，容易受到温度条件的影响而造成频率偏移，结构上存在可靠性风险且不利于集成；固态安装式的SMR器件，主要缺陷为：工艺步骤复杂且操作难度大，成本较高，Q值相对空气腔型FBAR器件有所下降，未能彻底解决导散热问题，结构上使堆叠集成变得困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供了一种薄膜体声波谐振器和薄膜体声波滤波器。

本发明的一种薄膜体声波谐振器的技术方案如下：

包括：依次层叠设置的第二电极层、压电层、第一电极层和衬底；

所述衬底上布设多个散热盲孔，每个散热盲孔内填充有导热散热材料，并在每个散热盲孔内的导热散热材料的上方填充高阻材料，形成全反射结构，其中，所有散热盲孔的开口方向与所述第一电极层垂直，或者，所有散热盲孔的开口方向与所述第一电极层平行；

所述第一电极层覆设所述全反射结构上。

本发明的一种薄膜体声波谐振器的有益效果如下：

在衬底上进行全反射结构的制备，并在每个散热盲孔内填充导热散热材料和高阻材料，使本申请的一种薄膜体声波谐振器，在维持原本高Q值的同时，还解决传统薄膜体声波谐振器因导散热能力不足而产生的温度影响，且结构可靠性强，利于集成，且制备工艺简单。

在上述方案的基础上，本发明的一种薄膜体声波谐振器还可以做如下改进。

进一步，所述衬底的材质为Si、SiC或蓝宝石。

进一步，所述导热散热材料包括石墨、石墨烯、氧化石墨、铜、金、银、铝、金刚石和高导热硅中的至少一种。

进一步，所述高阻材料包括二氧化硅和高阻硅中的至少一种。

进一步，散热盲孔的横截面为圆形、矩形或多边形。

本发明的一种薄膜体声波滤波器，包括上述任一项所述的一种薄膜体声波谐振器。

附图说明

图1为本发明实施例的一种薄膜体声波谐振器的结构示意图之一；

图2为本发明实施例的一种薄膜体声波谐振器的结构示意图之二；

图3为图2中的全反射结构的结构示意图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

10、第二电极层；20、压电层；30、第一电极层；40、高阻材料；50、导热散热材料；60、衬底。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明实施例的一种薄膜体声波谐振器，包括：依次层叠设置的第二电极层10、压电层20、第一电极层30和衬底60；

所述衬底60上布设多个散热盲孔，每个散热盲孔内填充有导热散热材料50，并在每个散热盲孔内的导热散热材料50的上方填充高阻材料40，形成全反射结构，其中，所有散热盲孔的开口方向与所述第一电极层30垂直，如图1所示，或者，所有散热盲孔的开口方向与所述第一电极层30平行，如图2和图3所示；

所述第一电极层30覆设所述全反射结构上，具体为：图1中，第一电极层30覆设在所有散热盲孔的开口上，图2中，第一电极层30覆设在所有散热盲孔的的轴向上；

在衬底60上进行全反射结构的制备，并在每个散热盲孔内填充导热散热材料50和高阻材料40，使本申请的一种薄膜体声波谐振器，在维持原本高Q值的同时，还解决传统薄膜体声波谐振器因导散热能力不足而产生的温度影响，且结构可靠性强，利于集成，且制备工艺简单。

其中，所述衬底60的材质为Si、SiC或蓝宝石。

其中，所述导热散热材料50包括石墨、石墨烯、氧化石墨、铜、金、银、铝、金刚石和高导热硅中的至少一种。导热散热材料50包括但不限于相关导热材料或散热材料中的一种或多种组合，导热材料包括：石墨、石墨烯、氧化石墨以及其他具有导热性的材料；散热材料包括：铜、金、银、铝等金属材料，金刚石、高导热硅等非金属材料以及其他进行掺杂的复合材料。

其中，所述高阻材料40包括二氧化硅和高阻硅中的至少一种。

其中，散热盲孔的横截面为圆形、矩形或多边形。

其中，为得到全反射结构，可根据待谐振的声波的波长等参数计算得到散热盲孔的分布方式、以及散热盲孔的深度、孔径等参数，当散热盲孔的横截面为圆形时，一般散热盲孔最小尺寸为1μm。

本发明提出了一种高导、散热及高Q值的薄膜体声波谐振器，通过全反射结构配合导热散热材料50和高阻材料40的填充在维持原本高Q值特点的同时解决传统薄膜体声波谐振器因导散热能力不足而产生的温度影响，而且，该结构的薄膜体声波谐振器的衬底60的材料可选用但不限于常规Si基半导体材料，有利于后期进行芯片集成化发展，在结构上通过全反射结构设计使声波在反射结构与谐振结构界面处发生全反射，从而满足高Q值的要求，通过导热散热材料50和高阻材料40在结构中的填充实现快速导热和散热。

本发明实施例的一种薄膜体声波滤波器，包括上述任一项所述的一种薄膜体声波谐振器。

在本发明中，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至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种薄膜体声波谐振器，其特征在于，包括：依次层叠设置的第二电极层、压电层、第一电极层和衬底；

所述衬底上布设多个散热盲孔，每个散热盲孔内填充有导热散热材料，并在每个散热盲孔内的导热散热材料的上方填充高阻材料，形成全反射结构，其中，所有散热盲孔的开口方向与所述第一电极层垂直，或者，所有散热盲孔的开口方向与所述第一电极层平行；

所述第一电极层覆设所述全反射结构上。

2.根据权利要求1所述一种薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述衬底的材质为Si、SiC或蓝宝石。

3.根据权利要求1所述的一种薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述导热散热材料包括石墨、石墨烯、氧化石墨、铜、金、银、铝、金刚石和高导热硅中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的一种薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述高阻材料包括二氧化硅和高阻硅中的至少一种。

5.根据权利要求4所述的一种薄膜体声波谐振器，其特征在于，散热盲孔的横截面为圆形、矩形或多边形。

6.一种薄膜体声波滤波器，其特征在于，包括权利要求1至5任一项所述的一种薄膜体声波谐振器。

Images