CN217904381U

CN217904381U - 一种声波滤波器、双工器以及电子设备

Info

Publication number: CN217904381U
Application number: CN202222170254.0U
Authority: CN
Inventors: 赵娟; 田熙
Original assignee: Chengdu Xinshicheng Microelectronics Co ltd
Current assignee: Chengdu Xinshicheng Microelectronics Co ltd
Priority date: 2022-08-17
Filing date: 2022-08-17
Publication date: 2022-11-25
Anticipated expiration: 2032-08-17

Abstract

本实用新型提供一种声波滤波器、双工器以及电子设备，用于解决现有技术中存在的滤波器封装尺寸较大的技术问题。其中的一种声波滤波器，包括：衬底；第一谐振器组，设置在所述衬底的第一区域，所述第一谐振器组包括的至少一个串联谐振器和/或并联谐振器在所述第一区域上堆叠设置；第二谐振器组，设置在所述衬底的与所述第一区域不同的第二区域，所述第二谐振器组包括的至少一个并联谐振器和/或串联谐振器在所述第二区域上堆叠设置；其中，所述第一谐振器组包括用于容纳设置在下方的谐振器的第一空腔，所述第二谐振器组包括用于容纳设置在下方的谐振器的第二空腔。

Description

一种声波滤波器、双工器以及电子设备

技术领域

本实用新型涉及滤波器领域，具体涉及一种声波滤波器、双工器以及电子设备。

背景技术

随着无线通信技术的迅猛发展，移动通信制式已由移动通信全球系统(Globalsystem of mobile communications，GSM)、码分多址(Code-Division Multiple Access，CDMA)、(TD-SCDMA Long Term Evolution，TD-LTE)向(5G New Radio，5G NR)过渡，此外蓝牙、无线局域网(Wireless Local Area Network，WLAN)、全球定位系统(GlobalPositioning System，GPS)等，卫星通信以及其他军用通信技术也都在高速发展，尤其第五代移动通信(5^th Generation Mobile Networks,5G)时代的到来以及国防装备信息发展的提速，将会给射频器件带来新的技术要求。

目前常用的射频滤波器有介质滤波器、低温共烧陶瓷(Low temperature cofiredceramic，LTCC)陶瓷滤波器和声波滤波器。其中，声波滤波器因其高品质因素，低插入损耗和紧凑的体积而被大量地运用到射频前端架构当中。

请参见图1，传统的声波滤波器由多个谐振器构成，通常包括多个串联谐振器和多个并联谐振器，其中，串联在输入接口和输出接口之间的谐振器为串联谐振器，如图1中标记为1的谐振器；并联在串联路径和地之间的谐振器称为并联谐振器，如图1中标记为2的谐振器。图1所示声波滤波器中的串联谐振器和并联谐振器通常是平铺在同一衬底上，占用面积较大，这样封装后的声波滤波器的尺寸较大，从而无法将声波滤波器应用于小型化的终端设备。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种声波滤波器、双工器以及电子设备，以解决现有技术中存在的滤波器封装尺寸较大的技术问题。

第一方面，本实用新型提供一种声波滤波器，包括：

衬底；

第一谐振器组，设置在所述衬底的第一区域，所述第一谐振器组包括至少一个串联谐振器和/或并联谐振器，所述至少一个串联谐振器和/或并联谐振器在所述第一区域上堆叠设置；

第二谐振器组，设置在所述衬底的与所述第一区域不同的第二区域，所述第二谐振器组包括至少一个并联谐振器和/或串联谐振器，所述至少一个并联谐振器和/或串联谐振器在所述第二区域上堆叠设置；

其中，所述第一谐振器组包括用于容纳设置在下方的谐振器的第一空腔，所述第二谐振器组包括用于容纳设置在下方的谐振器的第二空腔。

在本实用新型中，在衬底的第一区域上堆叠设置第一谐振器组，在衬底的第二区域上堆叠设置第二谐振器组，这样可以减少声波滤波器在衬底上的占用面积，以减少声波滤波器的封装尺寸，从而可以拓宽声波滤波器的应用场景。

进一步，在本实用新型中第一谐振器组包括用于容纳设置在下方的谐振器的第一空腔，第二谐振器组包括用于容纳设置在下方的谐振器的第二空腔，这样可以保护设置在下方的谐振器不受损坏的同时，减少滤波器的占用面积。

在一个可能的设计中，所述声波滤波器还包括：

图形化的金属电路层，设置在所述衬底上。

在本实用新型中，在衬底上设置图形化的金属电路层，用于互联第二谐振器组和第一谐振器组中的谐振器。

在一个可能的设计中，所述声波滤波器还包括：

钝化层，设置在所述图形化的金属电路层上，其中，钝化层能够减小图形化的金属电路层与谐振器的叉指电极之间产生的寄生电容。

相应的，在所述钝化层的第一区域设置所述第一谐振器组，在所述钝化层的第二区域设置所述第二谐振器组，所述第一谐振器组中的谐振器和所述第二谐振器组中的谐振器通过所述图形化的金属电路层互联，其中，钝化层的第一区域与衬底的第一区域对应，钝化层的第二区域与衬底的第二区域对应。

在一个可能的设计中，所述第一谐振器组包括至少两个串联谐振器；所述至少两个串联谐振器通过所述图形化的金属电路层互联。

在一个可能的设计中，所述第一谐振器组包括至少两个串联谐振器，所述至少两个串联谐振器之间通过通孔互联。

在本实用新型中，至少两个串联谐振器之间可以通过图形化的电路层互联，也可以通过通孔互联，连通方式较为灵活。

在一个可能的设计中，所述第一谐振器组包括至少一个串联谐振器，所述第二谐振器组包括至少一个并联谐振器；

所述串联谐振器的压电层与所述并联谐振器的压电层不同。

在本实用新型中，串联谐振器的压电层与并联谐振器的压电层不同，这里的不同可以是压电层材料的不同，例如串联谐振器的压电层材料是钽酸锂，并联谐振器压电层的材料是铌酸锂；压电层不同也可以是指压电层材料相同，而压电层的欧拉角度不同，其中，欧拉角度不同，可以是压电层的切型不同和/或压电层激发的声波模态的传播方向不同；压电层不同也可以是压电层的材料不同，且压电层的欧拉角度也不相同。

在一个可能的设计中，声波滤波器还包括：

至少两个开关，分别设置在所述第一谐振器组中的谐振器的两端和/或所述第二谐振器组中的谐振器的两端；

其中，所述至少两个开关通过所述图形化的金属电路层与所述第一谐振器组中的谐振器和/或所述第二谐振器组中的谐振器的两端连接。

在本实用新型中，声波滤波器还包括至少两个开关，设置在第一谐振器组中的谐振器和/或第二谐振器组中的谐振器的两端，用于控制所连接的谐振器的开启或关闭。通过本实用新型中的技术方案，可以根据实际的指标需求选择开启或关闭第一谐振器组中的一个或多个谐振器以及选择开启或关闭第二谐振器组中的一个或多个谐振器，设计方式较为灵活。

第二方面，本实用新型还提供一种双工器，包括：

发送滤波器和接收滤波器，其中，所述发送滤波器和/或所述接收滤波器为第一方面及第一方面中任一可能的设计中所述的声波滤波器。

第三方面，本实用新型还提供一种电子设备，包括：

天线、射频开关、功率放大器以及第三方面所述的双工器。

附图说明

图1为现有技术中的滤波器的设置方式示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种声波滤波器的结构示意图；

图3A-图3C为本实用新型实施例提供的一种声波滤波器中包括的空腔的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种声波滤波器中谐振器组中的谐振器的互联方式的示意图；

图5为本实用新型实施例提供的一种声波滤波器中谐振器组中的谐振器的另一互联方式的示意图；

图6为本实用新型实施例提供的一种声波滤波器还包括开关的示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

以下，对本实用新型实施例中的部分用于进行解释说明，以便于本领域技术人员理解。

(1)声波滤波器，通常包括声表面波滤波器和体声波滤波器，其中，声表面波滤波器通常由串联声表面波谐振器和并联声表面波谐振器级联而成，声表面波谐振器通常包括衬底，设置在衬底上的声反射结构，设置在声反射结构上的压电层以及设置在压电层上的叉指换能器(Interdigital transducer，IDT)；其中，IDT通常由交替连接在两个汇流条上的多条金属电极组成，金属电极就是通常所称的叉指电极。

体声波滤波器通常由串联体声波谐振器和并联体声波谐振器级联而成，体声波谐振器通常包括衬底，设置在衬底上的声反射结构，设置在声反射结构上的下电极，设置在下电极上的压电层以及设置在压电层上的上电极。

此处需要说明的是，声反射结构在声表面波谐振器或体声波谐振器中并不是必要结构。

(2)本实用新型实施例中的术语“多个”是指两个或两个以上，鉴于此，本实用新型实施例中也可以将“多个”理解为“至少两个”；“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

继续参考附图1，声波滤波器通常由至少一个串联谐振器和至少一个并联谐振器级联而成，通常情况下至少一个串联谐振器和至少一个并联谐振器级联后在衬底上呈平铺形式，占用面积较大，这样声波滤波器的封装尺寸也会较大，无法适用于小封装尺寸的应用场景。为解决上述技术问题，并使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的实施方式作进一步的详细描述。

本实用新型设计的声波滤波器、双工器以及电子设备能够应用于民用领域，例如基站设备、终端设备、汽车、物联网、无线路由器、无人机或者其它设备。其中，终端设备可以是智能手机，可以是智能可穿戴设备，智能可穿戴设备可以是智能手表、智能手环等。当然本实用新型设计的声波滤波器、双工器以及电子设备也能够应用于军用领域，例如数据链、导航、单兵电台、雷达、导弹、卫星通信等。

请参见图2，为本实用新型实施例提供的一种声波滤波器20，包括：

衬底201；

第一谐振器组202，设置在所述衬底201的第一区域，所述第一谐振器组202包括至少一个串联谐振器和/或并联谐振器，所述至少一个串联谐振器和/或并联谐振器在所述第一区域上堆叠设置；

第二谐振器组203，设置在所述衬底201的与所述第一区域不同的第二区域，所述第二谐振器组203包括至少一个并联谐振器和/或串联谐振器，所述至少一个并联谐振器和/或串联谐振器在所述第二区域上堆叠设置；

其中，所述第一谐振器202组包括用于容纳设置在下方的谐振器的第一空腔，所述第二谐振器组203包括用于容纳设置在下方的谐振器的第二空腔。

在本实用新型中，声波滤波器20包括第一谐振器组202和第二谐振器组203，其中，在第一谐振器组202包括至少一个串联谐振器时，第二谐振器组203包括至少一个并联谐振器；或在第一谐振器组202包括至少一个并联谐振器时，第二谐振器组203包括至少一个串联谐振器；或在第一谐振器组202包括串联谐振器和并联谐振器时，第二谐振器组203包括至少一个串联谐振器；或在第一谐振器组202包括至少一个串联谐振器时，第二谐振器组203包括串联谐振器和并联谐振器，具体组合可以根据实际情况选择，在此不做限制。

本实用新型提供的声波滤波器20可以是声表面波滤波器，也可以是体声波滤波器。在声波滤波器20是声表面波滤波器时，第一谐振器组202包括的至少一个串联谐振器和/或并联谐振器为声表面波谐振器，第二谐振器组203包括的至少一个并联谐振器和/或串联谐振器为声表面波谐振器；在声波滤波器20是体声波滤波器时，第一谐振器组202包括的至少一个串联谐振器和/或并联谐振器为体声波谐振器，第二谐振器组203包括的至少一个并联谐振器和/或并联谐振器为体声波谐振器。

其中，第一谐振器组202中包括的至少一个串联谐振器和/或并联谐振器在衬底201的第一区域上堆叠设置，第二谐振器组203中包括的至少一个并联谐振器和/或串联谐振器在衬底201的第二区域上堆叠设置。由于第一谐振器组202和第二谐振器组203在衬底201的两个区域上堆叠设置，可以减少声波谐振器在衬底201上的占用面积，进而减小声波滤波器20的封装尺寸，从而能够拓展声波滤波器20的应用场景。

从上面的介绍中也可以知道，谐振器最上方设置的是叉指电极，在给叉指电极施加电流时，叉指电极之间产生电场，压电层的与叉指电极接触的一面因受电场的作用产生震动，从而能够激发声表面波。由于谐振器组中的谐振器是堆叠设置，那为保证叉指电极不受损坏，使得谐振器能够正常工作，则在本实用新型中第一谐振器组202包括用于容纳设置在下方的谐振器的第一空腔，第二谐振器组203包括用于容纳设置在下方的谐振器的第二空腔，其中第一空腔与第二空腔的形成方式可以相同。下面以第一谐振器组202包括至少两个串联谐振器，在至少两个串联谐振器之间形成第一空腔为例，对空腔的形成方式进行阐述，包括但不限于以下几种：

第一种

在相邻的串联谐振器之间相对两面中任一面上开设有凹槽，凹槽与另一面组合成用于容纳设置在下方谐振器的空腔。

在第一种的实现方式中又包括两种不同的实现方式，具体如下：

方式一：请参见图3A，第一谐振器组202包括串联谐振器2021和串联谐振器2022，串联谐振器2022堆叠设置在串联谐振器2021的上方，这样则在串联谐振器2022的衬底上开设凹槽，凹槽开口的方向朝向串联谐振器2021，该凹槽与串联谐振器2021的衬底的上表面组合成空腔，以容纳串联谐振器2021。

方式二：请参见图3B，第一谐振器组202包括串联谐振器2021和串联谐振器2022，串联谐振器2022堆叠设置在串联谐振器2021的上方，这样在串联谐振器2021的衬底上开设凹槽，凹槽开口的方向朝向串联谐振器2022，该凹槽与串联谐振器2022的衬底的下表面组合成空腔，以容纳串联谐振器2021。继续参见图3B，在第一谐振器组202包括串联谐振器2021和串联谐振器2022时，为保证堆叠设置在上方的串联谐振器2022的电极不受损伤，在具体实现过程中，可以在串联谐振器2022的上方设置基板，该基板与串联谐振器2022衬底上开设的凹槽形成空腔，以容纳串联谐振器2022。

第二种

请参见图3C，在相邻的串联谐振器之间相对两面中的每一面上开设凹槽，该两个凹槽组合成用于容纳设置在下方的谐振器的空腔。

在本实用新型中，所述声波滤波器20还包括：

图形化的金属电路层，设置在所述衬底201上，其中，图形化的金属电路层的材料为铝Al、铜Cu、金Au、钛Ta、钼Mo或铂Pt中的任意一种。

由于图形化的金属电路层的材料是金属，谐振器的叉指电极的材料也是金属，为减少金属与金属之间产生的寄生电容，在本实用新型中，所述声波滤波器20还包括：

钝化层，设置在所述图形化的金属电路层上；

相应的，在所述钝化层的第一区域设置所述第一谐振器组202，在所述钝化层的所述第二区域设置所述第二谐振器组203，所述第一谐振器组202中的谐振器和所述第二谐振器组203中的谐振器通过所述图形化的金属电路层互联。

其中，钝化层的材料可以是二氧化硅SiO₂、氮化硅Si₃N₄或氮化铝AlN。在钝化层上划分第一区域和第二区域，在第一区域上设置第一谐振器组202中的谐振器，在第二区域上设置第二谐振器组203中的谐振器，钝化层上的第一区域与衬底201上的第一区域对应，钝化层上的第二区域与衬底201上的第二区域对应。这样在具体实现过程中，在第一谐振器组202包括至少一个串联谐振器，第二谐振器组203包括至少一个并联谐振器时，串联谐振器之间以及串联谐振器和并联谐振器之间可以通过图形化金属电路层互联。

上面介绍了第一谐振器组202和第二谐振器组203中的谐振器的堆叠设置方式，下面则接着介绍第一谐振器组202和第二谐振器组203中的谐振器的连接方式，具体的：

所述第一谐振器组202包括至少两个串联谐振器，所述至少两个串联谐振器通过所述图形化的金属电路层互联。

在具体实现过程中，为至少两个串联谐振器中的每个串联谐振器引出焊盘，然后将焊盘通过刻蚀通孔至图形化的金属电路层，以实现至少两个串联谐振器的信号互联，具体可以参见图4。同样的，串联谐振器和并联谐振器之间也可以是以同样的方式实现互联。

在具体实现过程中，在第一谐振器组202中包括至少两个串联谐振器时，至少两个串联谐振器之间除了可以通过图形化的金属电路层互联，至少两个串联谐振器之间也可以直接通过通孔互联。在至少两个串联谐振器之间直接通过通孔互联时，至少两个串联谐振器在衬底的厚度方向上呈阶梯形式堆叠，上下相邻的两个串联谐振器之间可以通过通孔互联。其中，通孔可以是通过硅通孔技术(Through Silicon Via，TSV)实现。

在至少两个串联谐振器之间通过通孔互联时，至少两个并联谐振器与至少两个串联谐振器之间可以通过通孔互联，也可以通过图形化的金属电路层互联，本领域普通技术人员可以根据实际需要进行选择。在至少两个并联谐振器与至少两个串联谐振器之间通过通孔互联时，至少两个并联谐振器在至少两个并联谐振器中最下方谐振器的上方呈阶梯形式堆叠设置，具体可以参见图5。

在介绍完第一谐振器组202和第二谐振器组203的组内谐振器的设置方式、组间的设置方式以及组间的互联方式之后，下面则介绍第一谐振器组202和第二谐振器组203中的谐振器的结构上的不同之处。具体的：

所述第一谐振器组202包括至少一个串联谐振器，所述第二谐振器组203包括至少一个并联谐振器；

所述串联谐振器的压电层与所述并联谐振器的压电层不同。

继续沿用上述举例，声波滤波器20为声表面波滤波器，声表面波滤波器通常由串联谐振器和并联谐振器级联而成，无论是串联谐振器还是并联谐振器，对于声表面波谐振器来说，其通常包括衬底、设置在衬底上的声反结构、设置在声反射层上的压电层以及设置在压电层上的叉指电极。其中，声反射结构可以是空腔结构，也可以是布拉格反射层，布拉格反射层可以是由高声阻抗反射层和低声阻抗反射层交替层叠形成，也可以是由高声速层和低声速层交替层叠形成，或者是其它的声反射结构，在此不做限制。

在通常的滤波器制备中，串联谐振器和并联谐振器均是平铺设置在衬底上，为了制备工艺简单，则串联谐振器和并联谐振器的衬底、声反射结构、压电层都是相同的，而这样的滤波器结构可能无法满足一些特定场景的需求。作为示例，有的应用场景需要滤波器的左侧抑制较好，有的应用场景需要滤波器的右侧抑制较好，有的应用场景则需要滤波器具有较小的插入损耗等。而本实用新型提供的串联谐振器和并联谐振器的堆叠结构设计能够很好的解决上述提到的技术问题，即可以根据实际的指标需求，可以将串联谐振器的压电层设置为与并联谐振器的压电层不同，其中，压电层不同可以是压电层的材料种类不同，例如串联谐振器的压电层材料是钽酸锂，并联谐振器的压电层材料是铌酸锂；压电层不同也可以是压电层的材料相同，而压电层的欧拉角不同，其中欧拉角的不同包括压电层的切型的不同和/和激发的声波模态的传播方向不同，例如串联谐振器的压电层的材料是钽酸锂，欧拉角是128°Y切X传，并联谐振器的压电层的材料是钽酸锂，欧拉角是64°Y切X传。

下面通过具体的示例进行说明，若对滤波器的左侧抑制有要求，则并联谐振器的压电层的机电耦合系数要小于串联谐振器的压电层的机电耦合系数；若对滤波器的右侧抑制有要求，则并联谐振器的压电层的机电耦合系数要大于串联谐振器的压电层的机电耦合系数。其中，压电层的机电耦合系数与压电层的材料本身或者压电层的欧拉角度相关，例如利用铌酸锂制备的压电层的机电耦合系数大于利用钽酸锂制备的压电层的机电耦合系数。

在介绍完串联谐振器的压电层与并联谐振器的压电层的不同之后，在本实用新型中，为提高设计的灵活性，请参见图6，本实用新型还包括：

至少两个开关，分别设置在所述第一谐振器组202中的谐振器的两端和/或所述第二谐振器组203中的谐振器的两端；

其中，所述至少两个开关通过所述图形化的金属电路层与所述第一谐振器组202中的谐振器和/或所述第二谐振器组203中的谐振器的两端连接。

在本实用新型中，声波滤波器20还包括至少两个开关，声波滤波器20包括3个串联谐振器和3个并联谐振器，则本实用新型可以包括12个开关，则分别在6个谐振器中的每个谐振器的两侧设置2个开关，用于控制对应的谐振器的开启或关闭，这样可以根据不同的指标设计要求，动态地控制每个谐振器的开关。作为示例，对滤波器的右侧抑制有限定，则可以采用梯型的拓扑结构，则控制3个串联谐振器和2个并联谐振器的所有开关处于开启状态；若对滤波器的左侧抑制有限定，则可以采用Π型拓扑结构，则控制2个串联谐振器，3个并联谐振器中的2个并联谐振器处于开启状态，因此本实用新型提供的技术方案能够较为灵活的调整滤波器的设计结构，应用场景更为广泛。

上面描述了本声波滤波器20还包括至少两个开关的作用，下面则接着介绍包括的至少两个开关如何与滤波器实现电连接，在具体实现过程中，开关可以通过图形化金属层与谐振器实现电连接。

第二方面，本实用新型还提供一种双工器，包括：

发送滤波器和接收滤波器，其中，所述发送滤波器和/或所述接收滤波器为第一方面所述声波滤波器。

第三方面，本实用新型还提供一种电子设备，包括：

天线、射频开关、功率放大器以及如第二方面所述的双工器。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种声波滤波器，其特征在于，包括：

衬底；

2.根据权利要求1所述的声波滤波器，其特征在于，所述声波滤波器还包括：

图形化的金属电路层，设置在所述衬底上。

3.根据权利要求2所述的声波滤波器，其特征在于，所述声波滤波器还包括：

钝化层，设置在所述图形化的金属电路层上；

相应的，在所述钝化层的第一区域设置所述第一谐振器组，在所述钝化层的第二区域设置所述第二谐振器组，所述第一谐振器组中的谐振器和所述第二谐振器组中的谐振器通过所述图形化的金属电路层互联。

4.根据权利要求3所述的声波滤波器，其特征在于，所述第一谐振器组包括至少两个串联谐振器；

所述至少两个串联谐振器通过所述图形化的金属电路层互联。

5.根据权利要求1所述的声波滤波器，其特征在于，所述第一谐振器组包括至少两个串联谐振器；

所述至少两个串联谐振器之间通过通孔互联。

6.根据权利要求1所述的声波滤波器，其特征在于，所述第一谐振器组包括至少一个串联谐振器，所述第二谐振器组包括至少一个并联谐振器；

所述串联谐振器的压电层与所述并联谐振器的压电层不同。

7.根据权利要求3所述的声波滤波器，其特征在于，所述声波滤波器还包括：

8.一种双工器，其特征在于，包括：

发送滤波器和接收滤波器，其中，所述发送滤波器和/或所述接收滤波器为权利要求1-7任一项所述声波滤波器。

9.一种电子设备，其特征在于，包括：

天线、射频开关、功率放大器以及如权利要求8所述的双工器。