CN116366021A - 补偿型基板及其制备方法、滤波器 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种补偿型基板及其制备方法、滤波器，涉及滤波器技术领域，补偿型基板，包括支撑基板和位于支撑基板上的压电基板；其中，支撑基板的材料为多晶材料，且支撑基板在单位面积内的晶粒数量大于或等于6颗，单位面积为100μm×100μm。制备方法包括：提供一种支撑基板，支撑基板的材料为多晶材料，在支撑基板上键合压电基板，以得到补偿型基板。本发明的目的在于提供一种补偿型基板及温度补偿型滤波器，该补偿型基板及其制备方法、滤波器能够有效改善干扰杂讯的产生，提高器件的工作性能。
Description
技术领域
本公开涉及滤波器技术领域，具体而言，涉及一种补偿型基板及其制备方法、滤波器。
背景技术
声表面波滤波器大量应用于各类通信器件中，在未来的通信应用中，为适应各种更加严酷的外界环境，迫切需要提高声表面波滤波器的工作稳定性，而传统的声表面波滤波器存在Q值低(＜1000)、工作频率较低以及频率随工作温度变化而漂移的特性，已经难以满足频段越来越拥挤的5G时代射频终端对滤波器的要求，为此，传统的声表面波滤波器必须向具有高频率且温度特性稳定的温度补偿型滤波器发展。
而实现传统的声表面波滤波器到温度补偿型滤波器转变的关键就在于，在单纯压电层的结构上增加支撑层结构。增加支撑层结构后，一方面可有效降低压电层的厚度，提高器件Q值；另一方面，因支撑层结构具备更优秀的热膨胀系数，因此也可有效改善器件因温度产生的频率漂移现象。然而，现有的温度补偿型滤波器件的支撑层结构通常为高密度、高声速的材料，因此，其在改善器件温度漂移特性的同时还会不可避免地产生大量干扰杂讯。
发明内容
本发明的目的在于提供一种补偿型基板及温度补偿型滤波器，该补偿型基板及其制备方法、滤波器能够有效改善干扰杂讯的产生，提高器件的工作性能。
本公开的实施例是这样实现的：
第一方面，本公开提供一种补偿型基板，包括支撑基板和位于支撑基板上的压电基板；其中，支撑基板的材料为多晶材料，且支撑基板在单位面积内的晶粒数量大于或等于6颗，单位面积为100μm×100μm。
可选地，支撑基板在单位面积内的晶粒数量小于或等于200颗。
可选地，支撑基板的气孔率小于0.0045％，大于或等于0.001％。
可选地，支撑基板的气孔率大于0.65％。
可选地，支撑基板的气孔率小于1.5％。
可选地，晶界层的数量大于或等于3层；和/或，晶界层的数量小于或等于40层。
可选地，支撑基板的材料为多晶尖晶石、多晶蓝宝石、多晶硅、多晶石英和多晶氮化铝中的任意一种。
可选地，压电基板的厚度为0.1～10μm。更优的，压电基板的厚度为0.5～5μm。
第二方面，本公开提供一种补偿型基板的制备方法，包括：提供一种支撑基板，支撑基板的材料为多晶材料，且支撑基板在单位面积内的晶粒数量大于或等于6颗，单位面积为100μm×100μm；在支撑基板上键合压电基板，以得到补偿型基板。
可选地，在支撑基板上键合压电基板，以得到补偿型基板，包括：在支撑基板上键合压电基板；对压电基板背离支撑基板的一面依次进行减薄、抛光，以使压电基板的厚度小于10μm；对支撑基板背离压电基板的一面依次进行减薄、抛光，以使支撑基板的厚度小于250μm，以得到补偿型基板。
第三方面，本公开提供了一种滤波器，包括上述补偿型基板，以及设置在补偿型基板上且与补偿型基板连接的电极。
本公开的有益效果包括：本公开提供的补偿型基板，通过在压电基板下设置支撑基板，能够有效的降低压电基板的厚度，提高滤波器的Q值，实现传统声表面波滤波器到具备高频率-温度特性稳定的温度补偿型SAW滤波器的技术改进。由于，多晶材料的晶界对声波的散射起到吸收和衰减的作用，声表面波传递到支撑基板内部或下表面，声波会被晶界和气孔消耗掉，反射回表面的声波明显减少，从而起到降低杂讯的作用，因此通过将支撑基板的材料设置为多晶材料能够有效的降低杂讯。通过限定单位面积内晶粒的数量，可实现对多晶材料中晶粒尺寸大小的控制。通过设定单位面积的晶粒数量一方面避免晶粒尺寸过大，导致晶界较少，使得制作的滤波器器件易出现杂讯，另一方面防止晶粒尺寸过小，导致气孔增加，造成器件Q值降低的问题。
进一步地，本公开提供的补偿型基板的制备方法，通过在支撑基板上键合压电基板，以得到补偿型基板，能够应用于温度补偿型的滤波器中，可有效改善支撑基板因温度产生的频率漂移，提高器件的Q值。
相较于传统技术，本公开提供的滤波器，使得滤波器的性能能够得到有效提升，大幅降低杂讯的干扰。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本公开的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本公开一些实施例的补偿型基板的结构示意图之一；
图2为本公开实施例中多晶材料的晶粒与晶粒形成的晶界层；
图3为本公开一些实施例的补偿型基板的结构示意图之二；
图4为本公开一些实施例提供的支撑基板的结构示意图之一；
图5为本公开一些实施例提供的支撑基板的结构示意图之二；
图6为本公开一些实施例提供的支撑基板的结构示意图之三；
图7为本公开一些实施例提供的支撑基板的结构示意图之四；
图8为本公开一些实施例提供的杂讯的测量方式示意图。
图标：10-支撑基板；20-压电基板；30-电极。
具体实施方式
下文陈述的实施方式表示使得本领域技术人员能够实践所述实施方式所必需的信息，并且示出了实践所述实施方式的最佳模式。在参照附图阅读以下描述之后，本领域技术人员将了解本公开的概念，并且将认识到本文中未具体提出的这些概念的应用。应理解，这些概念和应用属于本公开和随附权利要求的范围内。
应当理解，虽然术语第一、第二等可以在本文中用于描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区域分一个元件与另一个元件。例如，在不脱离本公开的范围的情况下，第一元件可称为第二元件，并且类似地，第二元件可称为第一元件。如本文所使用，术语“和/或”包括相关联的所列项中的一个或多个的任何和所有组合。
应当理解，当一个元件(诸如层、区域或衬底)被称为“在另一个元件上”或“延伸到另一个元件上”时，其可以直接在另一个元件上或直接延伸到另一个元件上，或者也可以存在介于中间的元件。相反，当一个元件被称为“直接在另一个元件上”或“直接延伸到另一个元件上”时，不存在介于中间的元件。同样，应当理解，当元件(诸如层、区域或衬底)被称为“在另一个元件之上”或“在另一个元件之上延伸”时，其可以直接在另一个元件之上或直接在另一个元件之上延伸，或者也可以存在介于中间的元件。相反，当一个元件被称为“直接在另一个元件之上”或“直接在另一个元件之上延伸”时，不存在介于中间的元件。还应当理解，当一个元件被称为“连接”或“耦接”到另一个元件时，其可以直接连接或耦接到另一个元件，或者可以存在介于中间的元件。相反，当一个元件被称为“直接连接”或“直接耦接”到另一个元件时，不存在介于中间的元件。
诸如“在…下方”或“在…上方”或“上部”或“下部”或“水平”或“垂直”的相关术语在本文中可用来描述一个元件、层或区域与另一个元件、层或区域的关系，如图中所示出。应当理解，这些术语和上文所论述的那些术语意图涵盖装置的除图中所描绘的取向之外的不同取向。
本文中使用的术语仅用于描述特定实施方式的目的，而且并不意图限制本公开。如本文所使用，除非上下文明确地指出，否则单数形式“一”、“一个”和“所述”意图同样包括复数形式。还应当理解，当在本文中使用时，术语“包括”指明存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但并不排除存在或者增添一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或上述各项的组。
除非另外界定，否则本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)的含义与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同。还应当理解，本文所使用的术语应解释为含义与它们在本说明书和相关领域的情况下的含义一致，而不能以理想化或者过度正式的意义进行解释，除非本文中已明确这样界定。
目前传统声表面波(SAW)滤波器技术存在Q值低(＜1000)和频率随工作温度变化而漂移的特性，且工作频率较低，已经难以满足频段越来越拥挤的5G时代射频终端对滤波器的要求，因此，传统的SAW滤波器必须向具备高频率-温度特性稳定的温度补偿型SAW滤波器(TC-SAW，TF-SAW)发展。而实现传统的声表面波滤波器到温度补偿型滤波器转变的关键就在于，在单纯压电层的结构上增加支撑层结构。增加支撑层结构后，一方面可有效降低压电层的厚度，提高器件Q值；另一方面，因支撑层结构具备更优秀的热膨胀系数，因此也可有效改善器件因温度产生的频率漂移现象。然而，现有的温度补偿型滤波器件的支撑层结构通常为高密度、高声速的材料，因此，其在改善器件温度漂移特性的同时还会不可避免地产生大量干扰杂讯。
因此，如何实现有效改善干扰杂讯的产生，提高滤波器件的工作性能成为急需解决的技术问题。
参照图1所示，本实施例提供一种补偿型基板，包括支撑基板10和位于支撑基板10上的压电基板20；其中，支撑基板10的材料为多晶材料，且支撑基板10在单位面积内的晶粒数量大于或等于6颗，单位面积为100μm×100μm。在本实施例中支撑基板10在单位面积内的晶粒数量大于或等于6颗，具体晶粒数量不做限定，本领域技术人员可根据需要进行设定。本实施例通过在压电基板20下设置支撑基板10，能够有效的降低压电基板20的厚度，提高滤波器的Q值，实现传统声表面波滤波器到具备高频率-温度特性稳定的温度补偿型SAW滤波器的技术改进。由于，多晶材料的晶界对声波的散射起到吸收和衰减的作用，声表面波传递到支撑基板内部或下表面，声波会被晶界和气孔消耗掉，反射回表面的声波明显减少，从而起到降低杂讯的作用，因此通过将支撑基板10的材料设置为多晶材料能够有效的降低杂讯。通过限定单位面积内晶粒的数量，可实现对多晶材料中晶粒尺寸大小的控制。通过设定单位面积的晶粒数量一方面避免晶粒尺寸过大，导致晶界较少，使得制作的滤波器器件易出现杂讯，另一方面防止晶粒尺寸过小，导致气孔增加，造成器件Q值降低的问题。
可选地，支撑基板10在单位面积内的晶粒数量小于或等于200颗。本实施例中支撑基板10在100μm×100μm的单位面积内，晶粒数量需小于或等于200颗，同时大于或等于6颗。更优的，支撑基板10在100μm×100μm的单位面积内，晶粒数量为10～100颗。示例性的，支撑基板10在100μm×100μm的单位面积内晶粒数量可以是10颗、30颗、100颗。通过控制晶粒数量在10～100颗的范围内，一方面能够对杂讯进行改善，另一方面能够确保材料的强度在合适的范围，因而不会增加材料的加工难度。如果晶粒颗数太多，支撑基板10材料的硬度会增高，不利于对支撑基板10进行减薄，抛光作业，会增加物料损耗和加工时间。因此通过对晶粒数量的控制不仅能够实现对杂讯的改善，还能够有效降低生产加工的难度。具体晶粒数量在此不做限定，本领域技术人员可根据实际需要进行设定。
参照图2所示，可选地，晶界层的数量大于或等于3层；和/或，晶界层的数量小于或等于40层。通过对晶界层数量的限定能够对支撑基板横截面中晶粒的排布进行控制，晶界层数少于3层则会导致晶界过少，不能对声波进行有效的吸收和消耗，不利于对杂讯的降低。晶界层数过多则会导致晶粒尺寸过小，同时气孔也会增加，改善杂讯的同时可能造成器件的Q值降低。
可选地，支撑基板10的材料为多晶尖晶石、多晶蓝宝石、多晶硅、多晶石英和多晶氮化铝中的任意一种。
可选地，压电基板20以压电材料制成，并具有压电效应。所述的压电材料于本第一实施例中为钽酸锂，但在本发明的其他实施态样中，所述的压电材料也能为铌酸锂。在本实施例中，该压电基板的厚度为0.1～10μm，更做选为0.5～5μm。
本实施例提供一种补偿型基板的制备方法，包括：提供一种支撑基板10，支撑基板10的材料为多晶材料，且支撑基板10在单位面积内的晶粒数量大于或等于6颗，单位面积为100μm×100μm；在支撑基板10上键合压电基板20，以得到补偿型基板。
其中，在支撑基板10上键合压电基板20，以得到补偿型基板，包括：在支撑基板10上键合压电基板20；对压电基板20背离支撑基板10的一面依次进行减薄、抛光，以使压电基板20的厚度小于10μm；对支撑基板10背离压电基板20的一面依次进行减薄、抛光，以使支撑基板10的厚度小于或等于400μm，以得到补偿型基板。其中，支撑基板10的厚度在150-250μm之间得到的补偿性基板性能较好，例如可以为180～220μm。通过在支撑基板10上键合压电基板20，以得到补偿型基板，能够应用于温度补偿型的滤波器中，可有效改善支撑基板10因温度产生的频率漂移，提高器件的Q值。
具体的，选用LT(钽酸锂)作为压电基板20，将压电基板20一面通过抛光加工至表面粗糙度0.3nm以下，此加工面即作为压电基板20的键合面；选用多晶尖晶石作为支撑基板10，将支撑基板10一面通过抛光加工至表面粗糙度0.8nm以下，此加工面即作为支撑基板10的键合面。将压电基板20和支撑基板10的键合面，通过离子活化的方式，在常温高真空的环境下进行键合。最终得到成品为LT的厚度为5μm，尖晶石的厚度为240μm的补偿型基板。
参照图3所示，本实施例提供一种滤波器，包括上述补偿型基板，以及设置在补偿型基板上且与补偿型基板连接的电极30。电极30为IDT电极，且电极30设置在压电基板20的一个面上，并且在该面上还设置有反射器。其中，设置电极30的面与压电基板20的键合面对应设置。电极30的厚度为10～5000nm；电极30包括多个呈指状的电极条，在实际应用中，电极条可根据需要改变形状及数量，且设置电极条的方式为本领域技术人员掌握的公职常识，在此不详加说明。本实施例使得滤波器的性能能够得到有效提升，大幅降低杂讯的干扰。请参照图4至图7，图4至图7分别为支撑基板10的晶界层的数量最少为0层、1层、2层和3层时的图纸。其中，白色箭头指示位置为四种样品侧截面中晶界层最少的位置；同时，晶界层数就少的地方对应的晶粒尺寸较大，且单位面积内的晶粒数较少，白色箭头附近基本就是单位面积晶粒数最少的地方，分别为3、4、5和7颗。采用该四种支撑基板10制备的滤波器的各项特性如下表所示：
| 样品1 | 样品2 | 样品3 | 样品4 | |
| 晶界层数 | ≥0 | ≥1 | ≥2 | ≥3 |
| 单位面积晶粒数 | ≥3 | ≥4 | ≥5 | ≥7 |
| 气孔率 | ＜0.0045％ | ＜0.0045％ | ＜0.0045％ | ＜0.0045％ |
| 杂讯 | 43％ | 71％ | 85％ | 100％ |
| 机械耦合系数 | 8.75 | 8.5 | 8.5 | 8.6 |
| 最大品质因数 | 1415 | 1669 | 1664 | 1507 |
其中，上述表格中杂讯的测量方式请参照图8，在每个样品固定的坐标点选取21个位置制作滤波器并测试其特性，若对应该21个测试点均无杂讯产生，则杂讯良率体现为100％(如上表中样品4)；若有一个位置出现杂讯，则根据占比可得杂讯良率为95％。
通过分析上表可以看出，四个不同的样品除杂讯会有明显区别外，其余特性都基本接近。可见，晶界层数量确实对杂讯具有影响，且通过分析表格数据可知，晶界层的数量≥3时能够更好的抑制杂讯的产生。
此外，控制晶界的数量就在于控制多晶基板的晶粒尺寸，尺寸过大，晶界较少，制作的滤波器器件易出现杂讯，而晶粒尺寸过小，虽然晶界增多了，但同时气孔也会增加，改善杂讯的同时可能造成器件的Q值降低。因此，晶界层的数量无法做到无限增大，为此，在本实施例中，可选地，晶界层的数量小于或等于40层。具体地晶界层的具体数量本领域技术人员可以根据实际情况自行选择，在此不做具体限制。
为了进一步说明本申请实施例提供的滤波器的优良性能，利用本申请提供的滤波器进行试验。
试验例1：在具体试验中，支撑基板10中晶粒的平均粒径约为6μm，晶界层数量＞10层；支撑基板10在100μm×100μm范围内的晶粒数量约100颗，并与LT压电基板20键合，并依次进行减薄、抛光等作业，最终得到成品LT压电基板的厚度为5μm，尖晶石的厚度为250μm的补偿型基板。采用此补偿型基板制备滤波器，得到最终的滤波器并验证其特性，未有杂讯出现，即杂讯良率为100％。
试验例2：支撑基板10中晶粒的平均粒径约为45μm，晶界层数量＞3层；支撑基板10在100μm×100μm范围内的晶粒数量约50颗，并与LT压电基板20键合，并依次进行减薄、抛光等作业，最终得到成品LT压电基板厚度为5μm，尖晶石厚度为250μm的补偿型基板。采用此补偿型基板制备滤波器，得到最终的滤波器并验证其特性，同样未有杂讯出现，即杂讯良率为100％。
试验例3：与试验例1相比不同的是，支撑基板10在100μm×100μm范围内的晶粒数量约3颗，晶界层最少数量为0层，得到最终的滤波器并验证其特性，杂讯良率为43％。
试验例4：与试验例3相比不同的是，支撑基板10在100μm×100μm范围内的晶粒数量约5颗，晶界层最少数量为2层，得到最终的滤波器并验证其特性，杂讯良率为85％。
试验例5：与试验例3相比不同的是，支撑基板10在100μm×100μm范围内的晶粒数量约7颗，晶界层最少数量为3层，得到最终的滤波器并验证其特性，杂讯良率为100％。
综上，可确认晶界数量必须大于等于3层和单位面积晶粒数量6颗以上才能保证滤波器件对杂讯的抑制。以上所述仅为本公开的可选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
Claims (11)
1.一种补偿型基板，其特征在于，包括支撑基板和位于所述支撑基板上的压电基板；其中，所述支撑基板的材料为多晶材料，且所述支撑基板在单位面积内的晶粒数量大于或等于6颗，所述单位面积为100μm×100μm。
2.根据权利要求1所述的补偿型基板，其特征在于，所述支撑基板在单位面积内的晶粒数量小于或等于200颗。
3.根据权利要求1或2所述的补偿型基板，其特征在于，所述支撑基板的气孔率小于0.0045％，大于或等于0.001％。
4.根据权利要求1或2所述的补偿型基板，其特征在于，所述支撑基板的气孔率大于0.65％。
5.根据权利要求4所述的补偿型基板，其特征在于，所述支撑基板的气孔率小于1.5％。
6.根据权利要求1或2所述的补偿型基板，其特征在于，所述多晶材料内部有晶界层，所述晶界层的数量大于或等于3层；和/或，所述晶界层的数量小于或等于40层。
7.根据权利要求1所述的补偿型基板，其特征在于，所述支撑基板的材料为多晶尖晶石、多晶蓝宝石、多晶硅、多晶石英和多晶氮化铝中的任意一种。
8.根据权利要求1所述的补偿型基板，其特征在于：所述压电基板的厚度为0.1～10μm。
9.一种补偿型基板的制备方法，其特征在于，包括：提供一种支撑基板，所述支撑基板的材料为多晶材料，且所述支撑基板在单位面积内的晶粒数量大于或等于6颗，所述单位面积为100μm×100μm；在所述支撑基板上键合压电基板，以得到补偿型基板。
10.根据权利要求9所述的补偿型基板的制备方法，其特征在于，所述在所述支撑基板上键合压电基板，以得到补偿型基板，包括：在所述支撑基板上键合压电基板；对所述压电基板背离所述支撑基板的一面依次进行减薄、抛光，以使所述压电基板的厚度小于10μm；对所述支撑基板背离所述压电基板的一面依次进行减薄、抛光，以使所述支撑基板的厚度小于250μm，以得到补偿型基板。
11.一种滤波器，其特征在于，包括权利要求1至8中任意一项所述的补偿型基板，以及设置在所述补偿型基板上且与所述补偿型基板连接的电极。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211720003.3A CN116366021A (zh) | 2022-12-30 | 2022-12-30 | 补偿型基板及其制备方法、滤波器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211720003.3A CN116366021A (zh) | 2022-12-30 | 2022-12-30 | 补偿型基板及其制备方法、滤波器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116366021A true CN116366021A (zh) | 2023-06-30 |
Family
ID=86927958
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211720003.3A Pending CN116366021A (zh) | 2022-12-30 | 2022-12-30 | 补偿型基板及其制备方法、滤波器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116366021A (zh) |
-
2022
- 2022-12-30 CN CN202211720003.3A patent/CN116366021A/zh active Pending
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| CB03 | Change of inventor or designer information |