CN216981876U - 一种横向激励体声波谐振器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种横向激励体声波谐振器，涉及谐振器技术领域，本实用新型的横向激励体声波谐振器，包括衬底以及设置于衬底上表面的压电层，衬底上表面设置有凹槽，凹槽与压电层形成腔体，压电层上设置有叉指电极结构，叉指电极结构包括多个平行间隔的条形正电极和条形负电极，条形正电极和/或条形负电极在腔体内投影位置处设置有支撑件，支撑件的一端与腔体的底面抵持、另一端与压电层抵持。本实用新型提供的横向激励体声波谐振器，能够支撑压电层，避免压电层断裂或破损，从而提高器件稳定性。

Description

一种横向激励体声波谐振器

技术领域

本申请涉及谐振器技术领域，具体而言，涉及一种横向激励体声波谐振器。

背景技术

薄膜体声波谐振器因其高Q值、体积小、可集成化等特点而引起了很多研究关注，并且随着移动通信技术的飞速发展，薄膜体声波谐振器不仅在射频前端中得到大量应用，也在传感器检测应用中表现出很大的潜力。薄膜体声波器件的激励方式主要分为两种，一种是采用厚度场激励模式，两个电极分别在压电基片的两面，电场沿着基片的厚度方向；另一种是采用横向场激励模式，两个电极在压电基片的同一面。在实际应用中，这两种激励模式都会引起压电基片体内的质点产生厚度剪切振动，它产生的声波在基片内传播，属于体声波。相较于厚度场激励模式的体声波器件，横向场激励模式的体声波器件具有以下优点：晶体振动活力最强的部分设有电极，使老化效率降低；应用于液体环境中，可获得更高Q值；电极在同一主表面，制作相对容易。

现有的横向激励体声波谐振器存在面积太大时，悬空压电薄膜容易破裂，器件稳定性差的问题。现有技术中有采用在横向激励体声波谐振器的压电薄膜下方用高低声阻抗材料叠层结构来取代空气腔，对声波进行反射，但是采用高低声阻抗材料叠层结构对于叠层的厚度要求很严格，并且其对声波的反射效果不如空气腔。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种横向激励体声波谐振器，能够支撑压电层，避免压电层断裂或破损，从而提高器件稳定性。

本申请的实施例一方面提供了一种横向激励体声波谐振器，包括衬底以及设置于衬底上表面的压电层，衬底上表面设置有凹槽，凹槽与压电层形成腔体，压电层上设置有叉指电极结构，叉指电极结构包括多个平行间隔的条形正电极和条形负电极，条形正电极和/或条形负电极在腔体内投影位置处设置有支撑件，支撑件的一端与腔体的底面抵持、另一端与压电层抵持。

作为一种可实施的方式，支撑件包括至少两个，至少两个支撑件间隔分布设置于腔体内。

作为一种可实施的方式，支撑件的宽度小于等于所述支撑件对应的条形正电极或条形负电极的宽度。

作为一种可实施的方式，支撑件的长度小于等于所述支撑件对应的条形正电极或条形负电极的长度。

作为一种可实施的方式，支撑件为长方体结构。

作为一种可实施的方式，长方体结构内部中空，且壁厚在0.5um-1um之间。

作为一种可实施的方式，支撑件为多个间隔设置的柱体，多个柱体直线排列，直线方向为条形正电极延伸方向，柱体的横截面为圆形或者多边形中的一种。

作为一种可实施的方式，柱体包括芯部以及环绕在芯部外周的环形部，芯部的声阻抗大于环形部的声阻抗。

作为一种可实施的方式，支撑件由二氧化硅、碳化硅、氮化硅、氮化铝、硅、氧化铝、钼、铝中的一种或两种材料形成。

作为一种可实施的方式，横向激励体声波谐振器还包括与多个条形正电极的端部均连接的正极汇流条，以及与多个条形负电极的端部均连接的负极汇流条，正极汇流条与负极汇流条分别位于压电层的两侧，正极汇流条和负极汇流条分别通过连接板连接信号端。

本申请实施例的有益效果包括：

本实用新型提供的横向激励体声波谐振器，包括衬底以及设置于衬底上表面的压电层，衬底上表面设置有凹槽，凹槽与压电层形成腔体，压电层上设置有叉指电极结构，叉指电极结构包括多个平行间隔的条形正电极和条形负电极，条形正电极与电源信号的正极连接，条形负电极电源信号的负极或者接地信号连接，使得条形正电极和条形负电极之间产生垂直于条形正电极延伸方向的电场，处于电场中的压电层由于压电效应会激发声表面波，条形正电极和/或条形负电极在腔体内投影位置处设置有支撑件，支撑件的一端与腔体的底面抵持、另一端与压电层抵持，支撑件使得压电层的悬空面积减小，从而使得压电层在振动时不易破裂，从而提高横向激励体声波谐振器的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，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申请的某些实施例，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为本申请实施例提供的一种横向激励体声波谐振器的示意图之一；

图2为图1中沿A-A′的截面图；

图3为图2中沿B-B′的截面图之一；

图4为图2中沿B-B′的截面图之二；

图5为图2中沿B-B′的截面图之三；

图6为无支撑件的横向激励体声波谐振器的性能仿真模拟图；

图7为SiC支撑件的横向激励体声波谐振器的性能仿真模拟图；

图8为AlN支撑件的横向激励体声波谐振器的性能仿真模拟图。

图标：100-横向激励体声波谐振器；110-衬底；120-腔体；130-压电层；140-叉指电极结构；141-条形正电极；142-条形负电极；150-支撑件；151-长方体结构；152-柱体；153-芯部；154-环形部；160-正极汇流条；170-负极汇流条；180-连接板。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

横向激励体声波谐振器具有老化效率低、能够应用于液体环境等优点而被广泛应用，随着移动通信技术的飞速发展，横向激励体声波谐振器需要在更高的工作频率下工作，当横向激励体声波谐振器应用于5G高频时，压电层悬空的面积增大，在振动时破裂的可能就越大，使得器件的稳定性越差。

本实用新型提供了一种横向激励体声波谐振器100，如图1、图2所示，包括衬底110以及设置于衬底110上表面的压电层130，衬底110上表面设置有凹槽，凹槽与压电层130形成腔体120，压电层130上设置有叉指电极结构140，叉指电极结构140包括多个平行间隔的条形正电极141和条形负电极142，条形正电极141和/或条形负电极142在腔体120内投影位置处设置有支撑件150，支撑件150的一端与腔体120的底面抵持、另一端与压电层130抵持。

在横向激励体声波谐振器100工作时，条形正电极141输入电源信号的正极，条形负电极142输入负极或者接地信号，以使相邻的条形正电极141和条形负电极142之间产生垂直于条形正电极141延伸方向的电场，而叉指电极结构140设置于压电层130上，从而使得压电层130处于条形正电极141和条形负电极142之间的电场中，进而激发沿条形正电极141和条形负电极142排列方向传播的声表面波。当横向激励体声波谐振器100工作在5G以上的频段时，压电层130的悬空面积较大，在条形正电极141和/或条形负电极142在腔体120内投影位置处设置支撑件150，支撑件150能够支撑条形正电极141和/或条形负电极142对应的压电层130，支撑件150有效减小了压电层130的悬空面积，因此，使得压电层130不容易破裂，从而提高横向激励体声波谐振器100的稳定性。

另外，支撑件150对应于条形正电极141和/或条形负电极142设置，而声表面波主要产生在条形正电极141和条形负电极142之间的压电层130上，因此，支撑件150的设置不会影响横向激励体声波谐振器100的性能，还能够在一定程度上抑制杂波，如图6、图7和图8所示，图6为现有技术中无支撑件150的横向激励体声波谐振器100的性能仿真模拟图，图7为本申请提供的具有SiC支撑件150的横向激励体声波谐振器100的性能仿真模拟图，图8为本申请提供的具有AlN支撑件150的横向激励体声波谐振器100的性能仿真模拟图，由图6、图7和图8可以看出，当在横向激励体声波谐振器100的腔体120中加入支撑件150后，性能并没有受到影响，而且杂波明显减少并弱化。需要说明的是，根据单因素实验原理，图6、图7和图8只是支撑件150的具体设置不相同，其他结构均相同。

此外，支撑件150与压电层130抵持，还能够提高横向激励体声波谐振器100的散热效果，增大功率容量。

为了提高声表面波的振动效果，压电层130通常采用压电材料制成压电薄膜，其中，具体的材料本实用新型不做限制，可以是铌酸锂、钽酸锂、氮化铝、氧化锌等压电材料中的一种，另外，压电层130也可以采用多种不同材料的压电子层层叠形成。

其中，条形正电极141和条形正电极141均为金属电极，条形正电极141和条形负电极142的材料可包括钼、铝、金等金属电极。条形正电极141和条形负电极142的设置方式本实用新型不做限制，可以是相同间隔、相同宽度、相同长度设置，也可以不同设置；可以同材料设置，也可以不同材料设置。为了方便横向激励体声波谐振器100的制备，本实用新型的条形正电极141和条形负电极142相同长度、相同间隔、相同宽度且采用相同材料制成。

本实用新型提供的横向激励体声波谐振器100，包括衬底110以及设置于衬底110上表面的压电层130，衬底110上表面设置有凹槽，凹槽与压电层130形成腔体120，压电层130上设置有叉指电极结构140，叉指电极结构140包括多个平行间隔的条形正电极141和条形负电极142，条形正电极141与电源信号的正极连接，条形负电极142电源信号的负极或者接地信号连接，使得条形正电极141和条形负电极142之间产生垂直于条形正电极141延伸方向的电场，处于电场中的压电层130由于压电效应会激发声表面波，条形正电极141和/或条形负电极142在腔体120内投影位置处设置有支撑件150，支撑件150的一端与腔体120的底面抵持、另一端与压电层130抵持，支撑件150使得压电层130的悬空面积减小，从而使得压电层130在振动时不易破裂，从而提高横向激励体声波谐振器100的稳定性。

可选的，如图2所示，支撑件150包括至少两个，至少两个支撑件150间隔分布设置于腔体120内。

当支撑件150设置有至少两个时，支撑件150间隔分布设置于腔体120内，能够更进一步的减小压电层130的悬空面积，从而更进一步地减小了压电层130破裂的可能性，提高横向激励体声波谐振器100的稳定性。

支撑件150的具体个数以及设置位置本实用新型不做限制，可以是两个、三个、四个等等，每个支撑件150只要与条形正电极141或条形负电极142对应设置即可。

本实用新型实施例的一种可实现的方式中，如图2所示，支撑件150的宽度小于等于所述支撑件150对应的条形正电极141或条形负电极142的宽度。

由前述可知，条形正电极141和条形负电极142之间的压电层130作为横向激励体声波谐振器100振动的元件，不能与任何部件固定，所以支撑件150必须对应条形正电极141或条形负电极142设置，支撑件150的一端与条形正电极141或条形负电极142对应的压电层130抵持，以对位于此处的压电层130进行支撑。基于上述原因，支撑件150的宽度小于等于条形正电极141或条形负电极142时，支撑件150不会与参与振动的压电层130接触，从而提高横向激励体声波谐振器100的性能。当然，支撑件150的宽度也不能太窄，如若太窄，形成的尖状会存在扎破压电层130的风险。

其中，条形正电极141和条形负电极142的宽度可设置为相同宽度，一方面方便横向激励体声波谐振器100的制作，另一方面，能够提高横向激励体声波谐振器100的性能。

可选的，支撑件150的长度小于等于支撑件150对应的条形正电极141或条形负电极142的长度。同支撑件150的宽度设置相同的理由，支撑件150的长度也应当小于条形正电极141的长度或条形负电极的长度。

本实用新型实施例的一种可实现的方式中，如图3所示，支撑件150为长方体结构151。支撑件150采用长方体结构151，长方体结构151位于条形正电极141或条形负电极142的下方，对位于条形正电极141或条形负电极142下的压电层130进行支撑，有效减小了压电层130悬空面积，增加横向激励体声波谐振器100的稳定性。长方体结构151的支撑面与条形正电极141的形状相同，从而能够对压电层130提供可靠稳定的支撑，提高支撑件150的支撑效果。

可选的，长方体结构151内部中空，且壁厚在0.5um-1um之间。当长方体内部中空时，能够减少支撑件150的材料，一方面减少了支撑件150的重量，从而有利于横向激励体声波谐振器100重量的减轻，另一方面能够减少支撑件150用的材料，节省材料。但是，为了保证支撑件150的支撑效果，将长方体结构151的壁厚设置在0.5um-1um之间，当壁厚小于0.5um，支撑强度有限，有可能存在坍塌的风险。

本实用新型实施例的一种可实现的方式中，如图4所示，支撑件150为多个间隔设置的柱体152，多个柱体152直线排列，直线方向为条形正电极141延伸方向，柱体152的横截面为圆形或者多边形中的一种。

多个柱体152直线排列，直线方向为条形正电极141延伸方向，使得多个柱体152对同一条形正电极141进行支撑，使得压电层130的悬空面积减小，从而使得压电层130在振动时不易破裂，从而提高横向激励体声波谐振器100的稳定性。

可选的，如图5所示，柱体152包括芯部153以及环绕在芯部153外周的环形部154，芯部153的声阻抗大于环形部154的声阻抗。

柱体152采用环形部154围绕芯部153的结构，芯部153的声阻抗大于环形部154的声阻抗，使得环形部154与芯部153形成类似布拉格声波反射栅层的结构，近似等效与零声阻抗的空气界面，可以防止声波从衬底110处的泄露，从而提高谐振器的Q值，提高器件性能。

本实用新型实施例的一种可实现的方式中，支撑件150由二氧化硅、碳化硅、氮化硅、氮化铝、硅、氧化铝、钼、铝中的一种或两种材料形成。支撑件150用于对压电层130提供一定的支撑，所以需要有一定的强度，上述材料的强度均较大。支撑件150设置于腔体120内，应该与衬底110的材料具有较好的连接性，上述材料均与常用的衬底110具有良好的连接性。

当支撑件150采用环形部154围绕芯部153的柱体152时，采用上述材料中的两种材料组成，其中，芯部153的声阻抗大于环形部154的声阻抗。

对于支撑件150的具体材料，本领域技术人员可以根据实际情况进行选择。

本实用新型实施例的一种可实现的方式中，如图1所示，横向激励体声波谐振器100还包括与多个条形正电极141的端部均连接的正极汇流条160，以及与多个条形负电极142的端部均连接的负极汇流条170，正极汇流条160与负极汇流条170分别位于压电层130的两侧，正极汇流条160和负极汇流条170分别通过连接板180连接信号端。

在横向激励体声波谐振器100工作时，条形正电极141输入电源信号的正极，因为多个条形正电极141在输入电源信号时，需要多个输入端用于与每个条形正电极141连接，这会给操作人员带来很多不便，增加操作人员的工作难度，而多个条形正电极141均需与电源信号连接，使用正极汇流条160将多个条形正电极141连接，同理，使用负极汇流条170将多个条形负电极142连接。

正极汇流条160和负极汇流条170分别位于条形正电极141和条形负电极142的两端，也就是压电层130的相对的两侧。这样设置，条形正电极141和条形负电极142没有重合的路线，减小了制作工艺的难点，而且电极的线路清晰，便于观察。为了更一步的方便输入电源信号，可以设置与正极汇流条160连接的连接板180，连接板180与信号端连接。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种横向激励体声波谐振器，其特征在于，包括衬底以及设置于所述衬底上表面的压电层，所述衬底上表面设置有凹槽，所述凹槽与所述压电层形成腔体，所述压电层上设置有叉指电极结构，所述叉指电极结构包括多个平行间隔的条形正电极和条形负电极，所述条形正电极和/或所述条形负电极在所述腔体内投影位置处设置有支撑件，所述支撑件的一端与所述腔体的底面抵持、另一端与所述压电层抵持。

2.根据权利要求1所述的横向激励体声波谐振器，其特征在于，所述支撑件包括至少两个，至少两个所述支撑件间隔分布于所述腔体内。

3.根据权利要求1所述的横向激励体声波谐振器，其特征在于，所述支撑件的宽度小于等于所述支撑件对应的所述条形正电极或所述条形负电极的宽度。

4.根据权利要求1所述的横向激励体声波谐振器，其特征在于，所述支撑件的长度小于等于所述支撑件对应的所述条形正电极或所述条形负电极的长度。

5.根据权利要求1所述的横向激励体声波谐振器，其特征在于，所述支撑件为长方体结构。

6.根据权利要求5所述的横向激励体声波谐振器，其特征在于，所述长方体结构内部中空，且壁厚在0.5um-1um之间。

7.根据权利要求1所述的横向激励体声波谐振器，其特征在于，所述支撑件为多个间隔设置的柱体，多个所述柱体直线排列，所述直线的方向为所述条形正电极延伸方向，所述柱体的横截面为圆形或者多边形中的一种。

8.根据权利要求7所述的横向激励体声波谐振器，其特征在于，所述柱体包括芯部以及环绕在芯部外周的环形部，所述芯部的声阻抗大于所述环形部的声阻抗。

9.根据权利要求1-8任一项所述的横向激励体声波谐振器，其特征在于，所述支撑件由二氧化硅、碳化硅、氮化硅、氮化铝、硅、氧化铝、钼、铝中的一种或两种材料形成。

10.根据权利要求1所述的横向激励体声波谐振器，其特征在于，还包括与多个所述条形正电极的端部均连接的正极汇流条，以及与多个所述条形负电极的端部均连接的负极汇流条，所述正极汇流条与所述负极汇流条分别位于所述压电层的两侧，所述正极汇流条和所述负极汇流条分别通过连接板连接信号端。

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