CN116346081A - 一种声表面波滤波器及滤波元件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种声表面波滤波器及滤波元件，该声表面波滤波器包括：有效孔径区，有效孔径区包括多个电极；多个电极包括多个第一电极和多个第二电极，第一电极与第二电极沿第一方向依次交替设置且均沿第二方向延伸；第一方向与第二方向相交；第一声速区，至少位于有效孔径区且远离有效孔径区中心的一侧；第二声速区，包括沿第二方向位于第一声速区远离有效孔径区中心的一侧；声表面波在第二声速区的传播速度大于在第一声速区的传播速度。采用上述技术手段，声表面波在第二声速区的传播速度大于在第一声速区的传播速度，改变了声表面波横向传播时在边界处的边界条件，将声波能量限制在有效孔径区，并能够抑制横波模式寄生。

Description

一种声表面波滤波器及滤波元件

技术领域

本发明涉及滤波器技术领域，尤其涉及一种声表面波滤波器及滤波元件。

背景技术

弹性波(声波)滤波器作为射频前端领域重要的元件之一，特别是在通信领域中的基站和移动终端射频系统中得到广泛应用。近年来，多频段系统被用来提高手机的数据传输速度，由于可以在多个频段进行发送和接收，因此在手机的前端电路中设置了多个通过不同频段的高频信号的滤波装置。在这种情况下，由于前端电路允许的安装空间有限，因此要求多个滤波器件体积小，与相邻频带的隔离度高，通带损耗低。这就对声波滤波器技术提出了更高的要求，低插入损耗、更高频率段应用、低频率温度系数(TemperatureCoefficient of Resonant Frequency，TCF)、高Q值等的滤波器特性成了此领域不断突破的目标。

基于此，温度补偿型声表面波滤波器(Temperature Compensated SAW，TC-SAW)、薄膜型声表面波滤波器(Film Type SAW，TF-SAW)、横向激励薄膜体声波谐振器等技术应用而生。在声学谐振器的操作过程中，除了主声学模式之外，还会产生声学杂散模式，例如横模，会降低谐振器和RF滤波器的性能。研究公知的上述声波器件中，声波都存在杂散模式寄生的问题，会严重影响滤波元件带内插入损耗、带内纹波等性能。

现阶段，抑制这些杂散的方法，一定程度上存在一些困难点：如在IDT电极指端设置加宽或加厚的“活塞模式”；或者指条加权和倾斜；或者在IDT电极与汇流条之间设置凹槽或通孔等等；上述这些会造成加工难度增大、良率降低，增大滤波器芯片面积和增加拓扑布线难度，或者恶化元件滤波性能等等。因此，为了解决实际应用中存在的上述难点问题，充分抑制弹性波装置中杂散模式的寄生，这对TC-SAW滤波器、TF-SAW滤波器、XBAR滤波器是至关重要的。

发明内容

本发明实施例提供了一种声表面波滤波器及滤波元件，改变了声表面波横向传播时在边界处的边界条件，将声波能量限制在有效孔径区，并能够抑制横波模式寄生。

第一方面，本发明实施例提供了一种声表面波滤波器，包括：

有效孔径区，所述有效孔径区包括多个电极；多个所述电极包括多个第一电极和多个第二电极，所述第一电极与所述第二电极沿第一方向依次交替设置且均沿第二方向延伸；所述第一方向与所述第二方向相交；

第一声速区，至少位于所述有效孔径区且远离所述有效孔径区中心的一侧；

第二声速区，包括沿所述第二方向位于所述第一声速区远离所述有效孔径区中心的一侧；声表面波在所述第二声速区的传播速度大于在所述第一声速区的传播速度。

可选的，所述声表面波滤波器还包括位于所述第一声速区的第一介质层以及位于所述第二声速区的第二介质层；

所述第二介质层与所述第一介质层同层相接触，且所述第二介质层的杨氏模量大于所述第一介质层以及所述衬底的杨氏模量；所述第一介质层的杨氏模量小于所述衬底的杨氏模量。

可选的，沿所述第二方向，所述第二声速区的尺寸为Lf，所述第一声速区的尺寸为Ls；沿所述第一方向，所述电极的尺寸为Wi；沿所述第一方向，任意相邻两个所述第一电极之间的尺寸与任意相邻两个所述第二电极之间的尺寸相同且均为λ；

其中，0.5λ≤Lf≤3.0λ；Wi≤Ls≤3Wi。

可选的，沿所述声表面波滤波器的厚度方向，所述第一介质层的厚度为Hs，所述第二介质层的厚度为Hf；沿所述第一方向，任意相邻两个所述第一电极之间的尺寸与任意相邻两个所述第二电极之间的尺寸相同且均为λ；

其中，10％λ≤Hs≤40％λ；0≤Hf≤40％λ。

可选的，沿所述第二方向，所述第一声速区包括第一边界与第二边界；所述第二声速区包括第三边界与第四边界，所述第二边界与所述第三边界重合；

所述第一边界、所述第二边界、所述第三边界以及所述第四边界的延伸方向均与所述第一方向平行。

可选的，沿所述第二方向，所述第一声速区包括第一边界与第二边界；所述第二声速区包括第三边界与第四边界，所述第二边界与所述第三边界重合；

所述第一边界、所述第二边界以及所述第三边界均包括延伸方向与所述第一方向相交的边界分部；

所述第四边界与所述第一方向平行。

可选的，所述第一声速区包括第一位置和第二位置，沿所述第一方向，所述第一位置位于所述第二位置靠近所述第一声速区中心的一侧；

沿所述第二方向，所述第一声速区在所述第一位置的尺寸大于所述第一声速区在所述第二位置的尺寸。

可选的，所述第一边界和所述第二边界关于所述第一声速区的第一中心轴呈轴对称设置；

所述第一中心轴经过所述第一声速区的中心且沿所述第一方向延伸。

可选的，所述第一声速区包括第一甲声速区和第一乙声速区，所述第二声速区包括第二甲声速区和第二乙声速区，沿所述第二方向，所述第一甲声速区和所述第一乙声速区分别位于所述有效孔径区中心的两侧，所述第二甲声速区位于所述第一甲声速区远离所述有效孔径区中心的一侧，所述第二乙声速区位于所述第一乙声速区远离所述有效孔径区中心的一侧；

在任意两个电极的延伸方向上，所述第一甲声速区、所述第二甲声速区、所述第一乙声速区以及所述第二乙声速区的长度之和相同。

可选的，所述声表面波滤波器还包括汇流条，沿所述第二方向，所述汇流条位于所述第二声速区远离所述第一声速区的一侧；

所述第一电极包括第一电极边界，所述第一电极边界与所述汇流条之间存在间隙，且所述第一电极边界处于所述第一乙声速区和所述第二乙声速区的交界位置；

所述第二电极包括第二电极边界，所述第二电极边界与所述汇流条之间存在间隙，且所述第二电极边界处于所述第一甲声速区和所述第二甲声速区的交界位置。

可选的，所述第二边界包括多个子边界，沿所述第一方向任意相邻且接触连接的两个所述子边界包括第一子边界和第二子边界；

所述第一子边界和所述第二子边界的延伸方向相交且均与所述第一方向相交。

可选的，所述第二边界包括多个子边界，沿所述第一方向任意相邻且接触连接的两个所述子边界包括第一子边界和第二子边界；

所述第一子边界的延伸方向与所述第一方向平行，所述第二子边界的延伸方向与所述第二方向平行。

可选的，所述第二边界包括多个曲线子边界，沿所述第一方向任意相邻且接触连接的两个所述曲线子边界包括第一子边界和第二子边界；

所述第一子边界中任意一点的切平面位于所述第一子边界远离所述第一边界的一侧，所述第二子边界中任意一点的切平面位于所述第二子边界靠近所述第一边界的一侧；且所述第一子边界中存在切平面与所述第一方向相交的点，所述第二子边界中存在切平面与所述第一方向相交的点。

可选的，沿所述第一方向，所述第一子边界和所述第二子边界依次交替设置。

可选的，所述声表面波滤波器还包括：反射栅区；

沿所述第一方向，所述反射栅区位于所述有效孔径区的至少一侧；

所述第一声速区与所述第二声速区均沿所述第一方向延伸至所述反射栅区。

可选的，所述反射栅区包括Nr条反射栅条，Nr条所述反射栅条沿所述第一方向排列且均沿所述第二方向延伸；

位于所述反射栅区的所述第一声速区与所述第二声速区覆盖所述反射栅条的数量均为N；

其中，1≤N≤Nr，N和Nr均为正整数。

可选的，当1≤N＜Nr时，位于所述反射栅区的所述第一声速区与所述第二声速区的覆盖区域包括：

第一反射栅条，位于所述第一声速区；

第二反射栅条，位于所述第一声速区与所述第二声速区；

沿所述第一方向，所述第一反射栅条与所述第二反射栅条在所述覆盖区域交替排列。

可选的，当N＝Nr时，位于所述反射栅区的所述第一声速区与所述第二声速区的覆盖区域包括：

第三反射栅条，位于所述第一声速区；

第四反射栅条，位于所述第一声速区与所述第二声速区；

沿所述第一方向，所述第三反射栅条与所述第四反射栅条在所述覆盖区域交替排列；

所述反射栅区还包括：位于所述第三反射栅条与所述第四反射栅条远离所述有效孔径区一侧的多条第五反射栅条；所述第五反射栅条沿所述第一方向依次排列且均沿所述第二方向延伸。

可选的，所述声表面波滤波器还包括多个第三电极；多个所述第三电极均沿所述第二方向延伸；

所述第二声速区包括第二甲声速区和第二乙声速区；

在所述第二甲声速区，沿所述第一方向，所述第三电极与所述第一电极交替排列；

在所述第二乙声速区，沿所述第一方向，所述第三电极与所述第二电极交替排列。

可选的，所述第二声速区包括导电条；所述导电条沿第一方向延伸；

所述第二声速区包括第二甲声速区和第二乙声速区；

所述导电条包括第一导电条与第二导电条；所述第一导电条位于所述第二甲声速区且与多个所述第一电极电连接；所述第二导电条位于所述第二乙声速区且与多个所述第二电极电连接。

可选的，所述声表面波滤波器还包括：衬底；

多个独立设置的第三介质层，位于所述衬底一侧；

沿所述声表面波滤波器的厚度方向，所述第三介质层在所述衬底上投影与所述电极在所述衬底上投影存在交叠；且所述第三介质层在任意相邻两个所述电极之间的间隙位置断开。

第二方面，本发明实施例还提供了一种滤波元件，包括第一方面所述的声表面波滤波器。

本发明实施例的技术方案，通过在有效孔径区且远离有效孔径区中心的一侧设置第一声速区，在第一声速区远离所述有效孔径区中心的一侧设置第二声速区，声表面波在第二声速区的传播速度大于在第一声速区的传播速度，即声表面波在第二方向传播时形成声速差，改变了声表面波横向传播时在边界处的边界条件，将声波能量限制在有效孔径区，并且高阶横波模态由于在两侧阶跃剖面的相位反转而不具有电激发性，从而够抑制横波模式寄生。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种声表面波滤波器的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种声表面波滤波器的谐振腔声场分布示意图；

图3为现有技术中的一种声表面波滤波器用谐振器的导纳特性曲线图；

图4为本发明实施例提供的一种声表面波谐振器的导纳特性曲线图；

图5为图1提供的一种声表面波滤波器沿剖面线A-A’的剖面图；

图6为本发明实施例提供的另一种声表面波滤波器的结构示意图；

图7为图6提供的一种声表面波滤波器沿剖面线B-B’的剖面图；

图8为图6提供的一种声表面波滤波器沿剖面线H-H’的剖面图；

图9为本发明实施例提供的又一种声表面波滤波器的结构示意图；

图10为本发明实施例提供的又一种声表面波滤波器的结构示意图；

图11为本发明实施例提供的又一种声表面波滤波器的结构示意图；

图12为本发明实施例提供的又一种声表面波滤波器的结构示意图；

图13为本发明实施例提供的又一种声表面波滤波器的结构示意图；

图14为本发明实施例提供的又一种声表面波滤波器的结构示意图；

图15为本发明实施例提供的又一种声表面波滤波器的结构示意图；

图16为本发明实施例提供的又一种声表面波滤波器的结构示意图；

图17为本发明实施例提供的又一种声表面波滤波器的结构示意图；

图18为本发明实施例提供的又一种声表面波滤波器的结构示意图；

图19为本发明实施例提供的一种声表面波滤波器的剖面图；

图20为本发明实施例提供的一种声表面波滤波器中衬底的结构示意图；

图21为本发明实施例提供的另一种声表面波滤波器中衬底的结构示意图；

图22为本发明实施例提供的又一种声表面波滤波器中衬底的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1为本发明实施例提供的一种声表面波滤波器的结构示意图，如图1所示，声表面波滤波器包括：有效孔径区10，有效孔径区10包括多个电极20；多个电极20包括多个第一电极102和多个第二电极103，第一电极102与第二电极103沿第一方向(如图1中所示的X方向)依次交替设置且均沿第二方向(如图1中所示的Y方向)延伸；第一方向X与第二方向Y相交；第一声速区30，至少位于有效孔径区10且远离有效孔径区10中心的一侧；第二声速区40，包括沿第二方向Y位于第一声速区30远离有效孔径区10中心的一侧；声表面波在第二声速区40的传播速度大于在第一声速区30的传播速度。

具体的，有效孔径区10包括多个第一电极102和多个第二电极103，第一电极102和第二电极103沿第一方向X依次交替设置且均沿第二方向Y延伸，沿第二方向Y，第一电极102和第二电极103分别与汇流条101连接。第一电极102和第二电极103交叉插入形成有效孔径区10，也即有源区。当将某一频率的交流信号施加在汇流条101上，可以在有效孔径区10产生声表面波。声表面波主要集中在有效孔径区10且主要沿第一方向X传播，但是也存在部分声表面波会沿着垂直X方向，向汇流条101侧传播及泄露。

具体的，在有效孔径区10且远离有效孔径区10中心的一侧设置第一声速区30，在第一声速区30远离有效孔径区10中心的一侧设置第二声速区40，声表面波在第二声速区40的传播速度大于在第一声速区30的传播速度。也就是说，第一声速区30可以是低声速区域，第二声速区40可以是高声速区域，从而构建起“活塞模式”结构。进一步的，当少量声表面波沿第二方向Y向汇流条101传播时，在第一声速区30和第二声速区40的传播速度发生变化，即形成声速差。

示例性的，图2为本发明实施例提供的一种声表面波滤波器的谐振腔声场分布示意图，如图2所示，曲线D和G分别表示声表面波分别有效孔径区10、第一声速区30、第二声速区40以及汇流条101的波速及谐振腔声场分布情况。具体的，声表面波在有效孔径区10、第一声速区30、第二声速区40以及汇流条101中分别对应的波速为V0、Vs、Vf以及Vb，波速大小关系可以为Vf＞V0＞Vs＞Vb，即声表面波在第二方向Y传输时形成声速差，进而能够改变声表面波在横向边界处传播的边界条件，将声波能量有效地限制在有效孔径区，并且高阶横波模态由于在两侧阶跃剖面的相位反转而不具有电激发性，从而可以有效抑制横波模式寄生。

此外，图3为现有技术中的一种声表面波滤波器用谐振器的导纳特性曲线图。图4为本发明实施例提供的一种声表面波谐振器的导纳特性曲线图。参考图3，作为现有技术中具有常规形态IDT电极的单端口谐振器的导纳特性曲线图，从导纳幅值E’和导纳实部曲线F’中可以看出在谐振器禁带(1.88GHz-2.00GHz区间)内存在多个寄生的横波模式尖峰，这些横波寄生会严重影响滤波器的通带特性，造成通带插损恶化、纹波增加。然而，参考图4本发明实施例提供的技术方案，示例性的，第一声速区30以及第二声速区40对应的第一介质层301和第二介质层401厚度为3％λ，第二介质层401沿第二方的尺寸向为0.25*Wi时，其中，Wi为电极20沿第一方向X的宽度(金属化率为0.5)，从导纳幅值E和导纳实部曲线F中可以看出在谐振器禁带(1.88GHz-2.00GHz区间)内导纳特性曲线较光滑，即可以有效抑制这些横波模式的寄生。

本发明实施例提供的声表面波滤波器，通过在有效孔径区且远离有效孔径区中心的一侧设置第一声速区，在第一声速区远离所述有效孔径区中心的一侧设置第二声速区，声表面波在第二声速区的传播速度大于在第一声速区的传播速度，即声表面波在第二方向传播时形成声速差，进而能够改变声表面波在横向边界处传播的边界条件，将声波能量有效地限制在有效孔径区，并且高阶横波模态由于在两侧阶跃剖面的相位反转而不具有电激发性，从而可以有效抑制横波模式寄生。

可选的，图5为图1提供的一种声表面波滤波器沿剖面线A-A’的剖面图。参考图1和图5所示，声表面波滤波器还包括位于第一声速区30的第一介质层301以及位于第二声速区40的第二介质层401；第二介质层401与第一介质层301同层相接触，且第二介质层401的杨氏模量大于第一介质层301以及衬底80的杨氏模量；第一介质层301的杨氏模量小于衬底80的杨氏模量。

具体的，第二介质层401的杨氏模量大于第一介质层301的杨氏模量，第二介质层401的杨氏模量同时也大于衬底80，即大于压电层材料的杨氏模量；第一介质层301的杨氏模量一般小于衬底80的杨氏模量。

作为一种可行的实施方式，参考图5，沿声表面波滤波器的厚度方向(如图5中所示的Z方向)，第二介质层401与第一介质层301同层相接触，可以均位于声表面波滤波器衬底80的上表面且位于电极20的下表面。

作为另一种可行的实施方式，图6为本发明实施例提供的另一种声表面波滤波器的结构示意图，图7为图6提供的一种声表面波滤波器沿剖面线B-B’的剖面图。参考图6和图7，第二介质层401与第一介质层301同层相接触，可以均位于声表面波滤波器电极20的上表面。图8为图6提供的一种声表面波滤波器沿剖面线H-H’的剖面图。参考图8，第一介质层301覆盖于电极20上表面和位于电极20间隙的衬底80上表面。

具体的，第二介质层401与第一介质层301同层相接触，如此设置声表面波滤波器的结构简单，沿声表面波滤波器的厚度方向Z，器件的厚度薄。进一步的，第二介质层401的杨氏模量大于第一介质层301的杨氏模量，如此设置能够改变声表面波在横向边界处传播的边界条件，抑制横波模式寄生。

示例性的，衬底材料可以是LiNbO₃、LiTaO₃、AlN、ZnO、PZT、石英等。第一介质层301可以为“软”介质，即相比于压电衬底材料为低杨氏模量材料，如可以为氧化硅、玻璃、氮氧化硅、氧化钽、向氧化硅中添加了氟、碳或硼而得到的化合物或者以上述各材料为主成分的材料等。第二介质层401可以为“硬”介质材料，即相比于衬底材料为高杨氏模量材料，如可以为SiN、Al₂O₃、AlN、SiC等。本发明实施例对第一介质层301和第二介质层401的材料不做具体限定。

可选的，继续参考图1，沿第二方向Y，第二声速区40的尺寸为Lf，第一声速区30的尺寸为Ls；沿第一方向X，电极20的尺寸为Wi；沿第一方向X，任意相邻两个第一电极102之间的尺寸与任意相邻两个第二电极103之间的尺寸相同且均为λ；其中，0.5λ≤Lf≤3.0λ；Wi≤Ls≤3Wi。

具体的，沿第二方向Y，第二声速区40的尺寸为Lf。优选的，1.0λ≤Lf≤2.5λ，本发明实施例对第二声速区40的尺寸Lf不做具体限定，可以由滤波器谐振腔长度决定。沿第一方向X，电极的尺寸为Wi，第一声速区30的尺寸Ls与第一电极102和第二电极103沿第一方向X的宽度相关，即满足Wi≤Ls≤3Wi，示例性的，第一声速区30的尺寸Ls也可以根据电极20的金属化率将Ls的取值关系转化为电极20周期λ的关系。任意相邻两个第一电极102之间的尺寸与任意相邻两个第二电极103之间的尺寸相同且均为λ。本发明实施例对第一声速区30的尺寸Ls不做具体限定，可以由滤波器谐振腔长度决定。

进一步的，继续参考图7，沿声表面波滤波器的厚度方向(如图7中所示的Z方向)，第一介质层401的厚度为Hs，第二介质层401的厚度为Hf；沿第一方向X，任意相邻两个第一电极102之间的尺寸与任意相邻两个第二电极103之间的尺寸相同且均为λ；其中，10％λ≤Hs≤40％λ；0≤Hf≤40％λ。

具体的，第一介质层301的厚度Hs与第二介质层401的厚度Hf，满足10％λ≤Hs≤40％λ；0≤Hf≤40％λ，通过调整介质层厚度可以改变声表面波在第一声速区的传播速度Vs和声表面波在第二声速区的传播速度Vf，通过电极金属膜厚可以调节声表面波在有效孔径区的传播速度V0和在汇流条的传播速度Vb；继续参考图2，声表面波滤波器在第二方向Y形成不同的声速区域，从而构建起“活塞模式”结构，声表面波在中间有效孔径区10、第一声速区30、第二声速区40以及汇流条101中分别对应的波速为V0、Vs、Vf以及Vb，波速大小关系可以为Vf＞V0＞Vs＞Vb，通过第一介质层301和第二介质层401的厚度、金属膜厚和各区域结合尺寸，调整“活塞模式”结构的工作点，形成谐振腔声场分布曲线G，从而能够实现对横向模式寄生的抑制。

可选的，继续参考图1，沿第二方向Y，第一声速区30包括第一边界a与第二边界b；第二声速区40包括第三边界c与第四边界d，第二边界b与第三边界c重合；第一边界a、第二边界b、第三边界c以及第四边界d的延伸方向均与第一方向X平行。

具体的，第一边界a、第二边界b、第三边界c以及第四边界d的延伸方向均与第一方向X平行，即第一声速区30和第二声速区40的形状均为矩形，一方面能够实现对横向模式寄生的抑制，另一方面设置方式简单。

可选的，图9为本发明实施例提供的又一种声表面波滤波器的结构示意图，如图9所示，沿第二方向Y，第一声速区30包括第一边界a与第二边界b；第二声速区40包括第三边界c与第四边界d，第二边界b与第三边界c重合；第一边界a、第二边界b以及第三边界c均包括延伸方向与第一方向X相交的边界分部；第四边界d与第一方向X平行。

具体的，第一边界a、第二边界b以及第三边界c均包括延伸方向与第一方向X相交的边界分部，可以对第一声速区30的形状进行多样化设置，此外，第四边界d与第一方向X平行，可以保证第四边界d与汇流条101的边缘形状一致。第二边界b与第三边界c重合，可以使得第一声速区30和第二声速区40二者进行接触的边缘重合。第一电极102与第二电极103的边缘分别与第二边界b与第三边界c重合，且形状一致。

进一步的，继续参考图9，第一声速区30包括第一位置t1和第二位置t2，沿第一方向X，第一位置t1位于第二位置t2靠近第一声速区30中心的一侧；沿第二方向Y，第一声速区30在第一位置t1的尺寸大于第一声速区30在第二位置t2的尺寸，能够进一步对有效孔径区10中心区域的横向模式寄生进行抑制。

可选的，第一边界a和第二边界b关于第一声速区30的第一中心轴M呈轴对称设置；第一中心轴M经过第一声速区30的中心且沿第一方向X延伸。

具体的，第一声速区30和第二声速区40的形状可以为“扁担状”，相应的，第一电极102与第二电极103的边缘分别与第二边界b与第三边界c重合，且形状一致。如此一方面能够进一步对有效孔径区10中心区域的横向模式寄生进行抑制，另一方面能够对第一声速区30和第二声速区40的形状进行多样化设置。

可选的，图10为本发明实施例提供的又一种声表面波滤波器的结构示意图，如图10所示，第一声速区30包括第一甲声速区31和第一乙声速区32，第二声速区40包括第二甲声速区41和第二乙声速区42，沿第二方向Y，第一甲声速区31和第一乙声速32区分别位于有效孔径区10中心的两侧，第二甲声速区41位于第一甲声速区31远离有效孔径区10中心的一侧，第二乙声速区42位于第一乙声速区32远离有效孔径区10中心的一侧；在任意两个电极20的延伸方向上，第一甲声速区31、第二甲声速区41、第一乙声速区32以及第二乙声速区42的长度之和相同。

具体的，在任意两个电极20的延伸方向上，第一甲声速区31、第二甲声速区41、第一乙声速区32以及第二乙声速区42的长度之和相同。也就是说，第一边界a、第二边界b和第三边界c的形状可以是弯曲形态。第二边界b弯曲曲线的弧度个数代表阶数，示例性的，可以是“一阶”弯曲、“二阶”弯曲或者“高阶”弯曲等形状，能够实现对第一声速区30和第二声速区40形状的多样化设置，本发明实施例对边界的弯曲形态不做具体限定。

进一步的，继续参考图10，声表面波滤波器还包括汇流条101，沿第二方向Y，汇流条101位于第二声速区40远离第一声速区30的一侧；第一电极102包括第一电极边界1021，第一电极边界1021与汇流条101之间存在间隙，且第一电极边界1021处于第一乙声速区32和第二乙声速区42的交界位置；第二电极103包括第二电极边界1031，第二电极边界1031与汇流条101之间存在间隙，且第二电极边界1031处于第一甲声速区31和第二甲声速区41的交界位置。

具体的，第一电极边界1021处于第一乙声速区32和第二乙声速区42的交界位置，第二电极边界1031处于第一甲声速区31和第二甲声速区41的交界位置。也就是说，第一电极边界1021、第一乙声速区32的第二边界b以及第二乙声速区42的第三边界c形状一致且重合。第二电极边界1031、第一甲声速区31的第二边界b以及第二甲声速区41的第三边界c形状一致且重合。

可选的，图11为本发明实施例提供的又一种声表面波滤波器的结构示意图，如图11所示，第二边界b包括多个子边界，沿第一方向任意相邻且接触连接的两个子边界包括第一子边界b1和第二子边界b2；第一子边界b1和第二子边界b2的延伸方向相交且均与第一方向X相交。

具体的，第一子边界b1和第二子边界b2的延伸方向相交且均与第一方向X相交，即第二边界b形状可以为“锯齿状”，相应的，第一电极102与第二电极103的边缘分别与第二边界b与第三边界c重合且形状一致。如此能够对第一声速区30和第二声速区40的形状进行多样化设置。

可选的，图12为本发明实施例提供的又一种声表面波滤波器的结构示意图，如图12所示，第二边界b包括多个子边界，沿第一方向X任意相邻且接触连接的两个子边界包括第一子边界b1和第二子边界b2；第一子边界b1的延伸方向与第一方向X平行，第二子边界b2的延伸方向与第二方向Y平行。

具体的，第一子边界b1的延伸方向与第一方向X平行，第二子边界b2的延伸方向与第二方向Y平行，即第二边界b形状可以为“脉冲状”，相应的，第一电极102与第二电极103的边缘分别与第二边界b与第三边界c重合且形状一致。如此能够对第一声速区30和第二声速区40的形状进行多样化设置。

可选的，图13为本发明实施例提供的又一种声表面波滤波器的结构示意图，如图13所示，第二边界b包括多个曲线子边界，沿第一方向X任意相邻且接触连接的两个曲线子边界包括第一子边界b1和第二子边界b2；第一子边界b1中任意一点的切平面位于第一子边界b1远离第一边界a的一侧，第二子边界b2中任意一点的切平面位于第二子边界b2靠近第一边界a的一侧；且第一子边界b1中存在切平面与第一方向X相交的点，第二子边界b2中存在切平面与第一方向X相交的点。

具体的，第一子边界b1中任意一点的切平面位于第一子边界b1远离第一边界a的一侧，第二子边界b2中任意一点的切平面位于第二子边界b2靠近第一边界a的一侧；且第一子边界b1中存在切平面与第一方向X相交的点，第二子边界b2中存在切平面与第一方向X相交的点。也就是说，第二边界b形状可以为“波浪状”，相应的，第一电极102与第二电极103的边缘分别与第二边界b与第三边界c重合且形状一致。如此能够对第一声速区30和第二声速区40的形状进行多样化设置。

可选的，继续参考图11-图13，沿第一方向X，第一子边界b1和第二子边界b2依次交替设置。

具体的，沿第一方向X，第一子边界b1和第二子边界b2依次交替设置，即第一子边界b1和第二子边界b2在第二边界b呈周期性分布。如此能够对第一声速区30和第二声速区40的形状进行多样化设置。

可选的，图14为本发明实施例提供的又一种声表面波滤波器的结构示意图，如图14所示，声表面波滤波器还包括：反射栅区50；沿第一方向X，反射栅区50位于有效孔径区10的至少一侧；第一声速区30与第二声速区40均沿第一方向X延伸至反射栅区50。

具体的，由于声表面波滤波器的反射栅区50和有效孔径区10之间存在缝隙，声表面波会通过该缝隙泄露到声表面波滤波器外部，导致声表面波滤波器Q值降低，并且外泄的声表面波可能干扰其他滤波器的谐振性能。因此，通过第一声速区30与第二声速区40均沿第一方向X延伸至反射栅区50，如此能够将泄露的声表面波反射回声表面波滤波器内部，进而能够减少声表面波的泄露，提高滤波器Q值。

可选的，图15为本发明实施例提供的又一种声表面波滤波器的结构示意图，如图15所示，反射栅区50包括Nr条反射栅条51，Nr条反射栅条51沿第一方向X排列且均沿第二方向Y延伸；位于反射栅区50的第一声速区30与第二声速区40覆盖反射栅条51的数量均为N；其中，1≤N≤Nr，N和Nr均为正整数。

进一步的，当1≤N＜Nr时，位于反射栅区50的第一声速区30与第二声速区40的覆盖区域包括：第一反射栅条511，位于第一声速区30；第二反射栅条512，位于第一声速区30与第二声速区40；沿第一方向X，第一反射栅条511与第二反射栅条512在覆盖区域交替排列。

具体的，当1≤N＜Nr时，即反射栅区50仅是局部包括第一声速区30与第二声速区40。也就是说，第一声速区30与第二声速区40对反射栅区50进行局部覆盖。具体的，在第一声速区30与第二声速区40的局部覆盖区域第一反射栅条511与第二反射栅条512交替排列，即在第二声速区40的区域删去一部分反射栅条51的金属材质，形成空隙区域，一方面能够进一步对横向模式寄生进行抑制，另一方面能够保证反射栅区50的导电性能，提高声表面波滤波器的工作性能。

可选的，图16为本发明实施例提供的又一种声表面波滤波器的结构示意图，如图16所示，当N＝Nr时，位于反射栅区50的第一声速区30与第二声速区40的覆盖区域包括：第三反射栅条513，位于第一声速区30；第四反射栅条514，位于第一声速区30与第二声速区40；沿第一方向X，第三反射栅条513与第四反射栅条514在覆盖区域交替排列；反射栅区50还包括：位于第三反射栅条513与第四反射栅条514远离有效孔径区10一侧的多条第五反射栅条515；第五反射栅条515沿第一方向X依次排列且均沿第二方向Y延伸。

具体的，当N＝Nr时，沿第一方向X，第一声速区30与第二声速区40对反射栅区50进行全部覆盖。第一声速区30和第二声速区40包括第三反射栅条513、第四反射栅条514以及位于第三反射栅条513与第四反射栅条514远离有效孔径区10一侧的多条第五反射栅条515。也就是说，将第二声速区40覆盖区域内靠近电极20一侧的部分反射栅条51的金属材质删去，形成空隙区域。远离电极20一侧的部分反射栅条51的金属材质保留与两侧汇流条进行电连接，如此一方面能够进一步对横向模式寄生进行抑制，另一方面能够保证反射栅区50的导电性能，提高声表面波滤波器的工作性能。

可选的，图17为本发明实施例提供的又一种声表面波滤波器的结构示意图，如图17所示，声表面波滤波器还包括多个第三电极60；多个第三电极60均沿第二方向Y延伸；第二声速区40包括第二甲声速区41和第二乙声速区42；在第二甲声速区41，沿第一方向X，第三电极60与第一电极102交替排列；在第二乙声速区42，沿第一方向X，第三电极60与第二电极103交替排列。

具体的，沿第二方向，第三电极60分别与第一电极102以及第二电极103对应设置，在第二甲声速区41，沿第一方向X，第三电极60与第一电极102交替排列。在第二乙声速区42，沿第一方向X，第三电极60与第二电极103交替排列。如此设置一方面能够对横向模式寄生进行抑制，另一方面能够进一步保证电极与汇流条101之间的导电性能，提高声表面波滤波器的工作性能。

示例性的，第一电极102、第二电极103以及第三电极60可以采用同种材料。

需要说明的是，第一声速区30可以设置为“扁担状”、“波浪状”、“脉冲状”、“锯齿状”或者是“一阶”、“二阶”甚至是“高阶”弯曲状等。

可选的，图18为本发明实施例提供的又一种声表面波滤波器的结构示意图，如图18所示，第二声速区40包括导电条70；导电条70沿第一方向X延伸；第二声速区40包括第二甲声速区41和第二乙声速区42；导电条70包括第一导电条71与第二导电条72；第一导电条71位于第二甲声速区41且与多个第一电极102电连接；第二导电条位于第二乙声速区42且与多个第二电极103电连接。

具体的，第一导电条71位于第二甲声速区41且与多个第一电极102电连接；第二导电条位于第二乙声速区42且与多个第二电极103电连接。如此设置导电条70在电极20孔径方向前端形成间隙电短路结构，消除了汇流条101与电极20前端之间区域的横向间隙部分的电场强度，或至少强烈减小电场强度(导电条70与汇流条101具有相同的电势)，从而减少或消除了横向间隙模式的激励，能进一步改进横向模态抑制。

示例性的，导电条70可以是短路金属条。

可选的，图19为本发明实施例提供的一种声表面波滤波器的剖面图。如图19所示，声表面波滤波器还包括：衬底80；多个独立设置的第三介质层108，位于衬底80一侧；沿声表面波滤波器的厚度方向(如图18中所示的Z方向)，第三介质层108在衬底80上投影与电极20在衬底上投影存在交叠；且第三介质层108在任意相邻两个电极20之间的间隙位置断开。

具体的，沿声表面波滤波器的厚度方向Z，第三介质层108在衬底80上投影与电极20在衬底上投影存在交叠，且第三介质层108在任意相邻两个电极20之间的间隙位置断开。也就是说，在存在电极20的区域设置第三介质层108，电极20之间的空隙区域不配置。示例性的，第三介质层108可以采用“软”介质，即相比于压电衬底材料为低杨氏模量材料，如可以为氧化硅、玻璃、氮氧化硅、氧化钽、向氧化硅中添加了氟、碳或硼而得到的化合物或者以上述各材料为主成分的材料等。如此设置，同样也能够对电极区域内存在的横向杂波模态进行抑制，使得滤波器实现插入损耗减小、Q值提高。

可以理解的是，图19仅示出了第三介质层108位于衬底80与电极20之间的技术方案，需要说明的是，第三介质层108还可以位于电极20上表面。

可选的，图20为本发明实施例提供的一种声表面波滤波器中衬底的结构示意图。如图20所示，衬底80可以包括压电材料层02、高声速支撑层04以及叉指换能器01，叉指换能器01由IDT电极和反射栅电极构成；压电材料层02层叠于高声速支撑层04上表面，叉指换能器01层叠于压电材料层02上表面。

可选的，图21为本发明实施例提供的另一种声表面波滤波器中衬底的结构示意图。如图21所示，衬底80可以包括压电材料层02、叉指换能器01、第一电介质膜06以及第二电介质膜07。叉指换能器01由IDT电极和反射栅电极构成；第一电介质膜06用于实现温度补偿作用，第二电介质膜07用于实现频率修正和钝化保护作用。

可选的，图22为本发明实施例提供的又一种声表面波滤波器中衬底的结构示意图。如图22所示，包括压电材料层02、中间层03、高声速层05以及叉指换能器01，叉指换能器01由IDT电极和反射器构成；中间层03层叠于压电材料层02与高声速层05之间，高声速层05可以设于支撑基底上，或者高声速层05和支撑基底可以为一体成型；或者中间层03可以用多层中间层03层叠结构(可以包括第一中间层031、第二中间层032、第三中间层033)替代；电极和反射器设置在压电材料层02上。

示例性的，IDT电极及反射栅电极材料可采用Cu、Al、Pt、Ti、Cr、Au或者Ag等金属或上述金属组成的合金，也可以采用多种材料层状结构。

示例性的，参考图20-图22，中间层03材料可采用SiO₂、SiC、Si₃N₄、SiFO₂、AlN或者Al₂O₃等材料，可以为单层所述材料构成亦可以由多层材料构成，优选具有声波能量束缚和温度补偿作用的材料。

示例性的，高声速层05和支撑层04材料可以选择为单晶硅、蓝宝石、金刚石、SiC或者石英晶体等，其具有高电阻率(一般大于2000Ω·m)且具有较高声速(相比于中间层材料)。

示例性的，第一电介质膜06材料一般采用氧化硅薄膜，第二电介质膜07材料一般采用氮化硅膜；除此之外，还可以选择其他合适的材料，在此不做限定。

示例性的，声表面波滤波器可以为TC-SAW滤波器、TF-SAW滤波器、XBAR滤波器、谐振器梯型滤波器、DMS型滤波器或者X型滤波器等，可以应用于形成低插损、高抑制、高矩形度、极低带内纹波的滤波元件。

综上，本发明实施例提供的声表面波滤波器，通过在有效孔径区且远离有效孔径区中心的一侧设置第一声速区，在第一声速区远离所述有效孔径区中心的一侧设置第二声速区，声表面波在第二声速区的传播速度大于在第一声速区的传播速度，即声表面波在第二方向传播时形成声速差，进而能够改变声表面波在横向边界处传播的边界条件，将声波能量有效地限制在有效孔径区，并且高阶横波模态由于在两侧阶跃剖面的相位反转而不具有电激发性，从而可以有效抑制横波模式寄生。其次，通过对第一声速区的形状进行设计，可以实现对声表面波滤波器的多样化设计。再次，通过将第一声速区和第二声速区沿第一方向延伸至反射栅区，能够进一步抑制横波模式寄生。进一步的，通过在第二声速区设置导电条，并且使导电条与电极进行电连接，能够消除汇流条与电极前端之间区域的横向间隙部分的电场强度，从而减少或消除了横向间隙模式的激励，能进一步改进横向模态抑制，实现对弹性波装置中存在的横向杂波模态的抑制，使得滤波器实现插入损耗减小、Q值提高，并且能够避免因横向杂波模式寄生造成的通带纹波劣化。

基于同样的发明构思，本发明实施例还提供了一种滤波元件，包括声表面波滤波器，可以应用于双工器、四工器或更高阶多工器中，因此本发明实施例提供的滤波元件也具备上述实施例所描述的有益效果，此处不再赘述。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (22)

1.一种声表面波滤波器，其特征在于，包括：

有效孔径区，所述有效孔径区包括多个电极；多个所述电极包括多个第一电极和多个第二电极，所述第一电极与所述第二电极沿第一方向依次交替设置且均沿第二方向延伸；所述第一方向与所述第二方向相交；

第一声速区，至少位于所述有效孔径区且远离所述有效孔径区中心的一侧；

第二声速区，包括沿所述第二方向位于所述第一声速区远离所述有效孔径区中心的一侧；声表面波在所述第二声速区的传播速度大于在所述第一声速区的传播速度。

2.根据权利要求1所述的声表面波滤波器，其特征在于，所述声表面波滤波器还包括衬底；位于所述第一声速区的第一介质层以及位于所述第二声速区的第二介质层；

所述第二介质层与所述第一介质层同层相接触，且所述第二介质层的杨氏模量大于所述第一介质层以及所述衬底的杨氏模量；所述第一介质层的杨氏模量小于所述衬底的杨氏模量。

3.根据权利要求2所述的声表面波滤波器，其特征在于，沿所述第二方向，所述第二声速区的尺寸为Lf，所述第一声速区的尺寸为Ls；沿所述第一方向，所述电极的尺寸为Wi；沿所述第一方向，任意相邻两个所述第一电极之间的尺寸与任意相邻两个所述第二电极之间的尺寸相同且均为λ；

其中，0.5λ≤Lf≤3.0λ；Wi≤Ls≤3Wi。

4.根据权利要求2所述的声表面波滤波器，其特征在于，沿所述声表面波滤波器的厚度方向，所述第一介质层的厚度为Hs，所述第二介质层的厚度为Hf；沿所述第一方向，任意相邻两个所述第一电极之间的尺寸与任意相邻两个所述第二电极之间的尺寸相同且均为λ；

其中，10％λ≤Hs≤40％λ；0≤Hf≤40％λ。

5.根据权利要求1所述的声表面波滤波器，其特征在于，沿所述第二方向，所述第一声速区包括第一边界与第二边界；所述第二声速区包括第三边界与第四边界，所述第二边界与所述第三边界重合；

所述第一边界、所述第二边界、所述第三边界以及所述第四边界的延伸方向均与所述第一方向平行。

6.根据权利要求1所述的声表面波滤波器，其特征在于，沿所述第二方向，所述第一声速区包括第一边界与第二边界；所述第二声速区包括第三边界与第四边界，所述第二边界与所述第三边界重合；

所述第一边界、所述第二边界以及所述第三边界均包括延伸方向与所述第一方向相交的边界分部；

所述第四边界与所述第一方向平行。

7.根据权利要求6所述的声表面波滤波器，其特征在于，所述第一声速区包括第一位置和第二位置，沿所述第一方向，所述第一位置位于所述第二位置靠近所述第一声速区中心的一侧；

沿所述第二方向，所述第一声速区在所述第一位置的尺寸大于所述第一声速区在所述第二位置的尺寸。

8.根据权利要求7所述的声表面波滤波器，其特征在于，所述第一边界和所述第二边界关于所述第一声速区的第一中心轴呈轴对称设置；

所述第一中心轴经过所述第一声速区的中心且沿所述第一方向延伸。

9.根据权利要求6所述的声表面波滤波器，其特征在于，所述第一声速区包括第一甲声速区和第一乙声速区，所述第二声速区包括第二甲声速区和第二乙声速区，沿所述第二方向，所述第一甲声速区和所述第一乙声速区分别位于所述有效孔径区中心的两侧，所述第二甲声速区位于所述第一甲声速区远离所述有效孔径区中心的一侧，所述第二乙声速区位于所述第一乙声速区远离所述有效孔径区中心的一侧；

在任意两个电极的延伸方向上，所述第一甲声速区、所述第二甲声速区、所述第一乙声速区以及所述第二乙声速区的长度之和相同。

10.根据权利要求9所述的声表面波滤波器，其特征在于，所述声表面波滤波器还包括汇流条，沿所述第二方向，所述汇流条位于所述第二声速区远离所述第一声速区的一侧；

所述第一电极包括第一电极边界，所述第一电极边界与所述汇流条之间存在间隙，且所述第一电极边界处于所述第一乙声速区和所述第二乙声速区的交界位置；

所述第二电极包括第二电极边界，所述第二电极边界与所述汇流条之间存在间隙，且所述第二电极边界处于所述第一甲声速区和所述第二甲声速区的交界位置。

11.根据权利要求6所述的声表面波滤波器，其特征在于，所述第二边界包括多个子边界，沿所述第一方向任意相邻且接触连接的两个所述子边界包括第一子边界和第二子边界；

所述第一子边界和所述第二子边界的延伸方向相交且均与所述第一方向相交。

12.根据权利要求6所述的声表面波滤波器，其特征在于，所述第二边界包括多个子边界，沿所述第一方向任意相邻且接触连接的两个所述子边界包括第一子边界和第二子边界；

所述第一子边界的延伸方向与所述第一方向平行，所述第二子边界的延伸方向与所述第二方向平行。

13.根据权利要求6所述的声表面波滤波器，其特征在于，所述第二边界包括多个曲线子边界，沿所述第一方向任意相邻且接触连接的两个所述曲线子边界包括第一子边界和第二子边界；

所述第一子边界中任意一点的切平面位于所述第一子边界远离所述第一边界的一侧，所述第二子边界中任意一点的切平面位于所述第二子边界靠近所述第一边界的一侧；且所述第一子边界中存在切平面与所述第一方向相交的点，所述第二子边界中存在切平面与所述第一方向相交的点。

14.根据权利要求11-13任一项所述的声表面波滤波器，其特征在于，沿所述第一方向，所述第一子边界和所述第二子边界依次交替设置。

15.根据权利要求1所述的声表面波滤波器，其特征在于，所述声表面波滤波器还包括：反射栅区；

沿所述第一方向，所述反射栅区位于所述有效孔径区的至少一侧；

所述第一声速区与所述第二声速区均沿所述第一方向延伸至所述反射栅区。

16.根据权利要求15所述的声表面波滤波器，其特征在于，所述反射栅区包括Nr条反射栅条，Nr条所述反射栅条沿所述第一方向排列且均沿所述第二方向延伸；

位于所述反射栅区的所述第一声速区与所述第二声速区覆盖所述反射栅条的数量均为N；

其中，1≤N≤Nr，N和Nr均为正整数。

17.根据权利要求16所述的声表面波滤波器，其特征在于，当1≤N＜Nr时，位于所述反射栅区的所述第一声速区与所述第二声速区的覆盖区域包括：

第一反射栅条，位于所述第一声速区；

第二反射栅条，位于所述第一声速区与所述第二声速区；

沿所述第一方向，所述第一反射栅条与所述第二反射栅条在所述覆盖区域交替排列。

18.根据权利要求16所述的声表面波滤波器，其特征在于，当N＝Nr时，位于所述反射栅区的所述第一声速区与所述第二声速区的覆盖区域包括：

第三反射栅条，位于所述第一声速区；

第四反射栅条，位于所述第一声速区与所述第二声速区；

沿所述第一方向，所述第三反射栅条与所述第四反射栅条在所述覆盖区域交替排列；

所述反射栅区还包括：位于所述第三反射栅条与所述第四反射栅条远离所述有效孔径区一侧的多条第五反射栅条；所述第五反射栅条沿所述第一方向依次排列且均沿所述第二方向延伸。

19.根据权利要求1所述的声表面波滤波器，其特征在于，所述声表面波滤波器还包括多个第三电极；多个所述第三电极均沿所述第二方向延伸；

所述第二声速区包括第二甲声速区和第二乙声速区；

在所述第二甲声速区，沿所述第一方向，所述第三电极与所述第一电极交替排列；

在所述第二乙声速区，沿所述第一方向，所述第三电极与所述第二电极交替排列。

20.根据权利要求1所述的声表面波滤波器，其特征在于，所述第二声速区包括导电条；所述导电条沿第一方向延伸；

所述第二声速区包括第二甲声速区和第二乙声速区；

所述导电条包括第一导电条与第二导电条；所述第一导电条位于所述第二甲声速区且与多个所述第一电极电连接；所述第二导电条位于所述第二乙声速区且与多个所述第二电极电连接。

21.根据权利要求1所述的声表面波滤波器，其特征在于，所述声表面波滤波器还包括：衬底；

多个独立设置的第三介质层，位于所述衬底一侧；

沿所述声表面波滤波器的厚度方向，所述第三介质层在所述衬底上投影与所述电极在所述衬底上投影存在交叠；且所述第三介质层在任意相邻两个所述电极之间的间隙位置断开。

22.一种滤波元件，其特征在于，包括权利要求1-21中任一项所述的声表面波滤波器。

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