TW202005019A - 具有熱耗散之多層壓電基板 - Google Patents

具有熱耗散之多層壓電基板 Download PDF

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Abstract

本發明之態樣係關於一種濾波器，其包含擁有具有熱耗散之一多層基板之一聲波裝置。該多層基板包含一支撐基板(例如，一石英基板)、一壓電層、該壓電層上之一叉指狀轉換器電極及經組態以耗散與該聲波裝置相關聯之熱之一導熱層。該導熱層安置於該支撐基板與該壓電層之間。該導熱層具有大於10奈米且小於該壓電層之一厚度之一厚度。

Description

具有熱耗散之多層壓電基板
本發明之實施例係關於表面聲波裝置。
聲波濾波器可在射頻電子系統中實施。例如，一行動電話之一射頻前端中之濾波器可包含聲波濾波器。一聲波濾波器可為一帶通濾波器。複數個聲波濾波器可配置為一多工器。例如，兩個聲波濾波器可配置為一雙工器。
一表面聲波濾波器可包含經配置以對一射頻信號濾波之複數個諧振器。各諧振器可包含一表面聲波裝置。一表面聲波諧振器可包含一壓電基板上之一叉指狀轉換器電極。表面聲波諧振器可在叉指狀轉換器電極安置於其上之壓電層之一表面上產生一表面聲波。使用表面聲波諧振器對具有相對高功率位準之信號濾波可產生熱。
發明申請專利範圍中描述之創新各具有若干態樣，該若干態樣之單一者不單獨作為其所要屬性。在不限制發明申請專利範圍之範疇之情況下，現將簡要描述本發明之一些顯著特徵。
本發明之一個態樣係一種擁有具有熱耗散之一多層基板之濾波器。該濾波器包含一聲波裝置。該濾波器配置為經組態以對一射頻信號濾波之一帶通濾波器。該聲波裝置包含一支撐基板、一壓電層、該壓電層上之一叉指狀轉換器電極及經組態以耗散與該聲波裝置相關聯之熱之一導熱層。該導熱層具有高於該支撐基板之一導熱率。該導熱層安置於該支撐基板與該壓電層之間。該導熱層具有大於10奈米且小於該壓電層之一厚度之一厚度。
該支撐基板可為一石英基板。該支撐基板可包含矽、氮化鋁、氮化矽、氧化鎂尖晶石、氧化鎂晶體或金剛石之至少一者。該壓電層可具有高於該支撐基板之一導熱率。
該聲波裝置經組態以產生具有一波長λ之一聲波，且該導熱層之該厚度可小於0.03λ。該導熱層之該厚度可小於該壓電層之該厚度之一半。
該聲波裝置可進一步包含具有一正頻率溫度係數之一溫度補償層，其中該溫度補償層安置於該壓電層與該支撐基板之間。該溫度補償層可為二氧化矽層。該溫度補償層可安置於該壓電層與該導熱層之間。該溫度補償層可安置於該導熱層與該支撐基板之間。該溫度補償層可安置於該壓電層之與該叉指狀轉換器電極相對之一側上。
該聲波裝置可包含安置於該壓電層與該導熱層之間的一第一溫度補償層及安置於該導熱層與該石英基板之間的一第二溫度補償層。
該導熱層可包含一金屬。在某些應用中，該導熱層可包含鋁。該導熱層可具有一導熱率，其係該壓電層之一導熱率之至少10倍。該壓電層可為鉭酸鋰層。該導熱層可具有從140 W/mK至425 W/mK之一範圍內之一導熱率。
該濾波器可經配置使得包含該濾波器之一濾波器晶片之一最大表面溫度在該濾波器之操作期間小於攝氏60度。
本發明之另一態樣係一種具有一溫度補償多層基板之表面聲波裝置。該表面聲波裝置包含一支撐基板、一壓電層、該壓電層上之一叉指狀轉換器電極、經組態以耗散與該表面聲波裝置相關聯之熱之一導熱層及具有一正頻率溫度係數之一溫度補償層。該導熱層具有高於該支撐基板之一導熱率。該導熱層安置於該石英基板與該壓電層之間。該導熱層具有大於10奈米且小於該壓電層之一厚度之一厚度。該溫度補償層及該叉指狀轉換器電極安置於該壓電層之相對側上。
在某些實施例中，該壓電層係鉭酸鋰層且該支撐基板係一石英層。該表面聲波裝置經組態以產生具有一波長λ之一表面聲波。在某些實施例中，該導熱層之該厚度小於0.03λ。
該溫度補償層可為二氧化矽層。該溫度補償層可安置於該壓電層與該支撐基板之間。該溫度補償層可安置於該導熱層與該壓電層之間。該表面聲波裝置可包含該導熱層之相對側上之溫度補償層。
該導熱層可包含一金屬。該導熱層可具有一導熱率，其係該壓電層之一導熱率之至少10倍。該導熱層可具有從60 W/mK至425 W/mK之一範圍內之一導熱率。該導熱層可具有從140 W/mK至300 W/mK之一範圍內之一導熱率。
本發明之另一態樣係一種具有一溫度補償多層基板之濾波器。該濾波器配置為經組態以對一射頻信號濾波之一帶通濾波器。該濾波器包含一聲波裝置。該聲波裝置包含一石英基板、一壓電層、該壓電層上之一叉指狀轉換器電極及經組態以耗散與該聲波裝置相關聯之熱之一導熱層。該導熱層安置於該石英基板與該壓電層之間。該導熱層具有大於10奈米且小於該壓電層之一厚度之一厚度。
該聲波裝置可進一步包含具有一正頻率溫度係數之一溫度補償層，其中該溫度補償層安置於該壓電層與該石英基板之間。該溫度補償層可為二氧化矽層。該溫度補償層可安置於該壓電層與該導熱層之間。該溫度補償層可安置於該導熱層與該石英基板之間。該溫度補償層可安置於該壓電層之與該叉指狀轉換器電極相對之一側上。
該聲波裝置可包含安置於該壓電層與該導熱層之間的一第一溫度補償層及安置於該導熱層與該石英基板之間的一第二溫度補償層。
該聲波裝置經組態以產生具有一波長λ之一聲波，且該導熱層之該厚度可小於0.03λ。該導熱層之該厚度可小於該壓電層之該厚度之一半。
該導熱層可包含一金屬。該導熱層可具有一導熱率，其係該壓電層之一導熱率之至少10倍。該導熱層可具有從60 W/mK至425 W/mK之一範圍內之一導熱率。該導熱層可具有從140 W/mK至300 W/mK之一範圍內之一導熱率。
該導熱層可與該壓電層實體接觸。該壓電層可為鉭酸鋰層。該壓電層可為鈮酸鋰層。
該濾波器可經配置使得包含該濾波器之一濾波器晶片之一最大表面溫度在該濾波器之操作期間小於攝氏60度。
本發明之另一態樣係一種具有一溫度補償多層基板之表面聲波裝置。該表面聲波裝置包含一石英基板、一壓電層、該壓電層上之一叉指狀轉換器電極、經組態以耗散與該表面聲波裝置相關聯之熱之一導熱層及具有一正頻率溫度係數之一溫度補償層。該導熱層安置於該石英基板與該壓電層之間。該導熱層具有大於10奈米且小於該壓電層之一厚度之一厚度。該溫度補償層及該叉指狀轉換器電極安置於該壓電層之相對側上。
該溫度補償層可為二氧化矽層。該溫度補償層可安置於該壓電層與該石英基板之間。該溫度補償層可安置於該導熱層與該壓電層之間。
該表面聲波裝置可包含安置於該導熱層與該石英基板之間的一第二溫度補償層。
該表面聲波裝置經組態以產生具有一波長λ之一表面聲波，且該導熱層之該厚度可小於0.03λ。
該導熱層可包含一金屬。該導熱層可具有一導熱率，其係該壓電層之一導熱率之至少10倍。該導熱層可具有從60 W/mK至425 W/mK之一範圍內之一導熱率。該導熱層可具有從140 W/mK至300 W/mK之一範圍內之一導熱率。
該壓電層可為鉭酸鋰層。該壓電層可包含鋰。該壓電層可為一合成晶體層。
本發明之另一態樣係一種射頻模組，該射頻模組包含：一射頻開關，其經組態以使一射頻信號通過；一表面聲波濾波器，其經組態以對該射頻信號濾波；及一封裝，其圍封該表面聲波濾波器及該射頻開關。該表面聲波濾波器包含一支撐基板(例如，一石英基板)、一壓電層及經組態以耗散與該聲波裝置相關聯之熱之一導熱層。該導熱層安置於該支撐基板與該壓電層之間。
該射頻模組可進一步包含經組態以產生該射頻信號之一功率放大器，其中該功率放大器圍封於該封裝中。該射頻模組可包含本文中論述之該等濾波器及/或表面聲波裝置之任何適合特徵。
本發明之另一態樣係一種無線通信裝置，其包含經組態以提供一經濾波射頻信號之一表面聲波濾波器及經組態以傳輸該經濾波射頻信號之一天線。該表面聲波濾波器包含一支撐基板(例如，一石英基板)、一壓電層及經組態以耗散與該聲波裝置相關聯之熱之一導熱層。該導熱層安置於該支撐基板與該壓電層之間。
該無線通信裝置可為一行動電話。該無線通信裝置可進一步包含耦合於該表面聲波濾波器與該天線之間的一天線開關。該無線通信裝置可包含與一射頻前端通信之一收發器，其中該射頻前端包含該表面聲波裝置。該無線通信裝置可包含與該收發器通信之一基帶處理器。
該無線通信裝置可包含本文中論述之該等濾波器及/或表面聲波裝置及/或射頻模組之任何適合特徵。
出於總結本發明之目的，已在本文中描述創新之特定態樣、優點及新穎特徵。應理解，根據任何特定實施例未必達成所有此等優點。因此，可以達成或最佳化如在本文中教示之一個優點或優點群組而不必達成如可在本文中教示或建議之其他優點之一方式體現或實行創新。
優先申請案之交叉參考
本申請案主張2018年5月21日申請且標題為「TEMPERATURE COMPENSATED MULTI-LAYER PIEZOELECTRIC SUBSTRATE」之美國臨時專利申請案第62/674,342號及2018年6月6日申請且標題為「TEMPERATURE COMPENSATED MULTI-LAYER PIEZOELECTRIC SUBSTRATE」之美國臨時專利申請案第62/681,456號之優先權之權利，該等案之各者之全部揭示內容以引用的方式併入本文中。
某些實施例之以下詳細描述呈現特定實施例之各種描述。然而，本文中描述之創新可以多種不同方式體現，例如，如由發明申請專利範圍定義及涵蓋。在此描述中，參考圖式，其中相似參考數字可指示相同或功能上類似之元件。將理解，圖中繪示之元件不必按比例繪製。再者，將理解，某些實施例可包含多於一圖式中繪示之元件及/或一圖式中繪示之元件之一子集。此外，一些實施例可併入來自兩個或兩個以上圖式之特徵之任何適合組合。
在聲波裝置中可期望一較高品質因數(Q)及接近於零之一頻率溫度係數(TCF)。包含與鉭酸鋰(LiTaO3 )壓電層接合之石英晶體之一表面聲波諧振器可達成一相對高Q及相對接近於零之一TCF。歸因於石英晶體之導熱率低於鉭酸鋰之導熱率，具有與一石英晶體接合之鉭酸鋰基板之一表面聲波裝置可經歷非所要自加熱。一表面聲波裝置之鈮酸鋰(LiNbO3 )或鉭酸鋰壓電層之導熱率可提出關於一表面聲波裝置中之自加熱之挑戰。本發明提供此自加熱之技術解決方案。
本發明之態樣係關於一種聲波諧振器，其包含一支撐基板(例如，一石英晶體基板)與一壓電基板(例如，鉭酸鋰基板)之間的一導熱層。導熱層可改良基板黏著性、熱耗散及相對於不具有導熱層之一類似裝置之電特性之一或多者。導熱層可為具有高於支撐基板之導熱率之一導熱率之一材料層。本文中之導熱率比較可針對處於相同溫度之不同材料。導熱層可足夠厚以耗散來自自加熱之熱。導熱層亦可為相對薄。聲波諧振器係一聲波裝置。聲波諧振器可包含於經組態以對一射頻(RF)信號濾波之一帶通濾波器中。
圖1繪示根據一實施例之擁有具有熱耗散之一多層壓電基板之一表面聲波裝置10之一橫截面。所繪示表面聲波裝置10包含一支撐基板12、一導熱層14、一壓電層16、一叉指狀轉換器(IDT)電極18及反射光柵19。導熱層14可耗散與表面聲波裝置10相關聯之熱。藉由包含導熱層14而減少聲波裝置10之自加熱。因此，表面聲波裝置10包含具有熱耗散之一多層壓電基板。導熱層14可改良表面聲波裝置10之層之間的黏著性。可使用導熱層14改良表面聲波裝置10之電效能。
支撐基板12可為一石英基板。一石英支撐基板可促使表面聲波裝置10達成一相對高Q。支撐基板12可為矽(Si)基板、氮化鋁(AlN)基板、氮化矽(SiN)基板、氧化鎂(MgO)尖晶石基板、氧化鎂晶體基板、金剛石基板或類似物。支撐基板12可具有一相對高阻抗。支撐基板12可具有低於導熱層14之一導熱率。支撐基板12之導熱率可低於壓電層16之導熱率。例如，支撐基板12可為石英且壓電層16可為鉭酸鋰且石英具有低於鉭酸鋰之一導熱率。支撐基板12可與導熱層14接合。支撐基板12可與導熱層14實體接觸，如繪示。
表面聲波裝置10包含安置於支撐基板12與壓電層16之間的一導熱層14。在表面聲波裝置10中，導熱層14及IDT電極18係在壓電層16之相對側上。
導熱層14具有高於壓電層16之一導熱率。在某些應用中，導熱層14之導熱率係壓電層16之一導熱率之至少10倍。導熱層14可具有從60 W/mK至425 W/mK之一範圍內之一導熱率。在某些應用中，導熱層14可具有從140 W/mK至300 W/mK之一範圍內之一導熱率。在一些應用中，導熱層14可具有從140 W/mK至425 W/mK之一範圍內之一導熱率。導熱層14可包含一金屬。例如，導熱層14可包含鋁(Al)、銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、鎢(W)、鈦(Ti)、鎳(Ni)、鐵(Fe)、類似物或其等之任何適合組合。作為一個實例，導熱層14可為鋁層。在某些應用中，導熱層14可為以下材料之任一者之一層：氮化矽(SiN)、氮化鋁(AlN)、氮化鈦(TiN)、氮氧化矽(SiON)、二氧化鉭矽(TaSiO2 )、包含鈦(Ti)之一金屬化合物或包含不銹鋼之一金屬化合物(例如，藉由使用一離子槍表面活化接合程序)。導熱層14之材料可基於其熱耗散及/或包含此一導熱材料層之一表面聲波裝置之電效能進行選擇。
壓電層16可為任何適合壓電層。在某些應用中，壓電層16係鉭酸鋰層。在一些例項中，壓電層16可為鈮酸鋰層。因此，壓電層16可為鋰基壓電層。壓電層16可為一合成晶體層。
IDT電極18安置於壓電層16上。IDT電極18可具有設定由表面聲波裝置10產生之一表面聲波之波長λ之一間距。IDT電極18可為鋁IDT電極。IDT電極材料可包含鋁(Al)、鈦(Ti)、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、鉑(Pt)、鎢(W)、鉬(Mo)、釕(Ru)或其等之任何適合組合。在一些例項中，IDT電極18可為一多層IDT電極。例如，在某些應用中，IDT電極16可包含鋁及鉬。
表面聲波裝置10包含壓電層16上之反射光柵19。如繪示，反射光柵19經配置以反射聲能。因此光柵可被稱為聲音反射器。反射光柵19可包含複數個週期性分佈之相對薄金屬帶。光柵19之一或多者之金屬帶可彼此並聯電連接。由於此等金屬帶係一表面聲波濾波器之聲音作用區域之部分，所以可精確地控制電極幾何形狀。
圖2A繪示一基線表面聲波裝置20之一橫截面。基線表面聲波裝置20包含具有一厚度H2 之一石英基板22、具有一厚度H1 之鉭酸鋰層26、鉭酸鋰層26上之一叉指狀IDT電極18及鉭酸鋰層26上之反射光柵19。在表面聲波裝置20中，石英基板22與鉭酸鋰層26彼此接合且彼此實體接觸。
圖2B繪示根據一實施例之擁有具有熱耗散之一多層壓電基板之一表面聲波裝置25之一橫截面。表面聲波裝置25包含具有一厚度H2 之一石英基板22、具有一厚度H1 之鉭酸鋰層26、具有一厚度H3 之鋁層24、鉭酸鋰層26上之一叉指狀IDT電極18及鉭酸鋰層26上之反射光柵19。石英基板22係圖1之支撐基板12之一實例。鋁層24係圖1之導熱層14之一實例。鉭酸鋰26係圖1之壓電層16之一實例。在表面聲波裝置25中，鋁層24安置於石英基板22與鉭酸鋰層26之間。所繪示鋁層24具有與石英基板22實體接觸之一第一側及與鉭酸鋰層26實體接觸之一第二側。
圖3A繪示圖2A之基線表面聲波裝置20之一晶片表面溫度分佈。圖3A指示具有擁有100 um之一厚度H2 之一石英基板22及100 um之一厚度H1 之鉭酸鋰層26之一基線表面聲波裝置20之一表面聲波晶片可具有83.5°C之一最大表面溫度。
圖3B繪示圖2B之表面聲波裝置25之一晶片表面溫度分佈。圖3B指示具有擁有100 um之一厚度H2 之一石英基板22、100 um之一厚度H1 之鉭酸鋰層26及30 nm之一厚度H3 之一導熱層之一基線表面聲波裝置25之一表面聲波晶片可具有52.2°C之一最大表面溫度。因此，圖3A及圖3B指示在石英基板22與鉭酸鋰層26之間包含鋁層24可顯著減小表面晶片溫度。圖3B對應於可達成60°C或更小之一最大表面溫度之一表面聲波裝置之一實施例。可代替鋁層24實施具有高於鉭酸鋰之一導熱率之其他適合導熱層。
圖4A係依據圖2B之表面聲波裝置25之鋁層24之厚度而變化之晶片溫度曲線之一圖表。三個曲線展示為對應於鉭酸鋰層26之不同厚度。此等曲線指示針對較薄鉭酸鋰層26，晶片溫度減小更多。針對較薄壓電層，晶片溫度通常可減小。針對較厚導熱層，晶片溫度通常可減小。耗散熱之導熱層之厚度之影響可獨立於由表面聲波裝置25產生之一表面聲波之一波長。圖4A指示表面聲波裝置25之鋁層24可顯著改良至少10 nm之厚度H3 之熱耗散。憑藉一相對薄壓電層及一導熱層，圖2B之表面聲波裝置25可具有一改良功率耐久性。
一表面聲波裝置之電效能可在導熱層之厚度H3 過厚時降級。因此，可藉由包含導熱層之一表面聲波裝置之電效能設定導熱層之厚度H3 之一上界。可基於此一表面聲波裝置之一波形判定上界。導熱層之厚度H3 之上界可取決於導熱層之材料。
圖4B係圖2B之表面聲波裝置之一導熱層之各種厚度之模擬濾波器效能曲線之一圖表。所繪示曲線對應於0λ(無導熱層，如圖2A之表面聲波裝置20)、0.01λ、0.02λ及0.03λ之導熱層厚度H3 ，其中λ係由表面聲波裝置25產生之一表面聲波之波長。導熱層14之厚度H3 之上界可與波長成比例。如圖4B中展示，針對導熱層厚度H3 =0.02λ，電效能開始降級。圖4B指示針對導熱層厚度H3 =0.03λ，電效能降級。因此，表面聲波裝置25之導熱層厚度H3 可為小於0.03λ，使得表面聲波裝置25之電效能未顯著降級。作為一實例，針對λ=4.0 um，H3 可為小於120 nm。作為另一實例，針對λ=2.0 um，H3 可為小於60 nm。
圖5係展示包含Si、AlN、SiN、Al、Ag、Au、Cu、W、Ti、Ni及Fe之各種材料之導熱率之一圖表。此等材料具有高於鉭酸鋰及鈮酸鋰之導熱率。
圖6係依據經包含以代替圖2B之表面聲波裝置25之鋁層24之各種導熱層之厚度而變化之晶片溫度曲線之一圖表。對應於包含於圖5之圖表中之材料之各者之導熱層之各者之一曲線包含於圖6中。
導熱層之厚度H3 可為至少10 nm。如圖4A及圖6中展示，具有10 nm之一厚度H3 之一導熱層可顯著減小最大晶片溫度。導熱層之厚度H3 可為小於0.03λ (如由圖4B指示)，使得導熱層未使電效能顯著降級。因此，表面聲波裝置25之導熱層14可具有從10 nm至0.03λ之一範圍內之一厚度H3 ，其中λ係由表面聲波裝置25產生之一表面聲波之波長。
可在圖1及/或圖2B之表面聲波裝置之壓電層與石英基板之間添加一溫度補償層。此一溫度補償層可使此一表面聲波裝置之頻率溫度係數(TCF)比圖1之表面聲波裝置或圖2B之表面聲波裝置更接近於零。因此，具有溫度補償層之表面聲波裝置可具有較小溫度變化。在某些應用中，此可為顯著的。溫度補償層可具有一正TCF以補償某些壓電層(諸如鈮酸鋰或鉭酸鋰壓電層)之一負TCF。圖7至圖9繪示在具有熱耗散之一多層壓電基板中包含一溫度補償層之表面聲波裝置。在某些應用中，圖7至圖9之表面聲波裝置可包含鉭酸鋰壓電層及石英支撐基板。此等表面聲波裝置之任何適合原理及優點可彼此組合及/或與本文中論述之其他表面聲波裝置之任一者組合。
圖7繪示根據一實施例之具有一溫度補償多層壓電基板之一表面聲波裝置70之一橫截面。表面聲波裝置70類似於圖1之表面聲波裝置10，惟在表面聲波裝置70之支撐基板12與壓電層16之間包含一溫度補償層72除外。溫度補償層72可為二氧化矽(SiO2 )層。溫度補償層72可為使TCF更接近於零之任何其他適合材料(諸如具有一正頻率溫度係數之一材料)之一層。例如，溫度補償層72可為二氧化碲(TeO2 )層或氟氧化矽(SiOF)層。溫度補償層72可包含SiO2 、TeO2 及/或SiOF之任何適合組合。如圖7中繪示，溫度補償層72安置於導熱層14與壓電層16之間。溫度補償層72可具有與導熱層14實體接觸之一第一側及與壓電層16實體接觸之一第二側，其中第一側及第二側係溫度補償層72之相對側。
圖8繪示根據另一實施例之具有一溫度補償多層壓電基板之一表面聲波裝置80之一橫截面。表面聲波裝置80類似於圖7之表面聲波裝置70，惟在表面聲波裝置80之支撐基板12與導熱層14之間安置一溫度補償層72除外。如圖8中繪示，導熱層14及支撐基板12可與溫度補償層72之相對側實體接觸。
圖9繪示根據另一實施例之具有一溫度補償多層壓電基板之一表面聲波裝置90之一橫截面。表面聲波裝置90類似於圖7之表面聲波裝置70，惟在兩個溫度補償層72與94之間安置導熱層14除外。溫度補償層72及94可為二氧化矽層。如圖9中繪示，溫度補償層72及94可與導熱層14之相對側實體接觸。
本文中論述之聲波裝置可在各種封裝模組中實施。現在將論述一些例示性封裝模組，其中可實施本文中論述之聲波裝置之任何適合原理及優點。圖10、圖11及圖12係根據某些實施例之闡釋性封裝模組之示意性方塊圖。此等實施例之特徵之任何適合組合可彼此組合。
圖10係根據一或多項實施例之包含一功率放大器102、一開關104及濾波器106之一模組100之一示意性方塊圖。模組100可包含圍封所繪示元件之一封裝。功率放大器102、開關104及濾波器106可安置於一共同封裝基板上。例如，封裝基板可為積層基板。開關104可為一多投射頻開關。開關104可將功率放大器102之一輸出電耦合至濾波器106之一選定濾波器。濾波器106可包含任何適合數目個聲波濾波器。可根據本文中論述之聲波裝置之任何適合原理及優點實施濾波器106之聲波濾波器之一或多者。
圖11係根據一或多項實施例之包含功率放大器102A及102B、開關104A及104B以及濾波器106’之一模組110之一示意性方塊圖。模組110類似於圖10之模組100，惟模組110包含一額外功率放大器102B及一額外開關104B且濾波器106’經配置以對與複數個功率放大器102A及102B相關聯之信號路徑之信號濾波除外。不同信號路徑可與不同頻帶及/或不同操作模式(例如，不同功率模式、不同發信模式等)相關聯。
圖12係根據一或多項實施例之包含功率放大器102A及102B、開關104A及104B以及濾波器106A及106B以及一天線開關122之一模組120之一示意性方塊圖。模組120類似於圖11之模組110，惟模組120包含經配置以選擇性地將來自濾波器106A或濾波器106B之一信號耦合至一天線節點之一天線開關122除外。濾波器106A及106B可對應於圖11之濾波器106’。
圖13係根據一或多項實施例之包含濾波器106之一無線通信裝置130之一示意性方塊圖。無線通信裝置130可為任何適合無線通信裝置。例如，一無線通信裝置130可為一行動電話，諸如一智慧型電話。如繪示，無線通信裝置130包含一天線131、一RF前端132、一收發器134、一處理器135及一記憶體136。天線131可傳輸由RF前端132提供之RF信號。天線131可將所接收RF信號提供至RF前端132以進行處理。
RF前端132可包含一或多個功率放大器、一或多個低雜訊放大器、一或多個RF開關、一或多個接收濾波器、一或多個傳輸濾波器、一或多個雙工器或其等之任何適合組合。RF前端132可傳輸及接收與任何適合通信標準相關聯之RF信號。可在RF前端132中實施本文中論述之表面聲波裝置之任一者。
收發器134可將RF信號提供至RF前端132以進行放大及/或其他處理。收發器134亦可處理由RF前端132之一低雜訊放大器提供之一RF信號。收發器134與處理器135通信。處理器135可為一基帶處理器。處理器135可提供無線通信裝置130之任何適合基帶處理功能。記憶體136可由處理器135存取。記憶體136可儲存無線通信裝置130之任何適合資料。
儘管為闡釋性目的使用濾波器論述例示性實施例，然可在包含在一共同節點處耦合在一起之複數個濾波器之一多工器中實施本文中揭示之任何適合原理及優點。多工器之實例包含(但不限於)具有在一共同節點處耦合在一起之兩個濾波器之一雙工器、具有在一共同節點處耦合在一起之三個濾波器之一三工器、具有在一共同節點處耦合在一起之四個濾波器之一四工器、具有在一共同節點處耦合在一起之六個濾波器之一六工器、具有在一共同節點處耦合在一起之八個濾波器之一八工器或類似物。一多工器之一或多個濾波器可包含根據本文中揭示之任何適合原理及優點之一多層壓電基板表面聲波諧振器。
本文中論述之原理及優點之任一者可應用於其他系統、模組、晶片、表面聲波裝置、濾波器、雙工器、多工器、無線通信裝置及方法而不僅係上文描述之系統、模組、濾波器、多工器、無線通信裝置及方法。上文描述之各種實施例之元件及操作可經組合以提供進一步實施例。可結合經組態以處理從約30千赫(kHz)至300吉赫(GHz)之一頻率範圍內(諸如從約450兆赫(MHz)至6 GHz之一範圍內)之信號之射頻電路實施本文中論述之原理及優點之任一者。例如，本文中論述之濾波器之任一者可對具有從約450 MHz至6 GHz之一範圍內之一頻率之信號濾波。在一些例項中，包含根據一實施例之一聲波諧振器之濾波器可對至多且包含毫米波頻率之頻率之RF信號濾波。
本發明之態樣可在各種電子裝置中實施。電子裝置之實例可包含(但不限於)消費型電子產品、消費型電子產品之部分(諸如晶片及/或封裝射頻模組)、電子測試設施、上行鏈路無線通信裝置、個人區域網路通信裝置等。消費型電子產品之實例可包含(但不限於)一行動電話(諸如一智慧型電話)、一穿戴式計算裝置(諸如一智慧型手錶或一耳機)、一電話、一電視、一電腦監視器、一電腦、一路由器、一數據機、一手持式電腦、一膝上型電腦、一平板電腦、一個人數位助理(PDA)、一車輛電子系統(諸如一汽車電子系統)、一微波、一冰箱、一立體系統、一數位音樂播放器、一相機(諸如一數位相機)、一可攜式記憶體晶片、一家用器具等。此外，電子裝置可包含未完成產品。
除非另外明確規定或另外在如所使用之內容脈絡內理解，否則本文中使用之條件用語(尤其諸如「可」、「可以」、「會」、「可能」、「例如」、「舉例而言」、「諸如」及類似物)通常旨在傳達某些實施例包含某些特徵、元件及/或狀態而其他實施例不包含某些特徵、元件及/或狀態。如本文中通常使用，字詞「耦合」係指可直接彼此耦合或藉由一或多個中間元件耦合之兩個或兩個以上元件。同樣地，如本文中通常使用，字詞「連接」係指可直接連接或藉由一或多個中間元件連接之兩個或兩個以上元件。另外，當在此申請案中使用字詞「本文中」、「上文」、「下文」及類似輸入字詞時，應係指此申請案之整體而非此申請案之任何特定部分。
雖然已描述特定實施例，但僅藉由實例呈現此等實施例，且此等實施例不旨在限制本發明之範疇。確實，本文中描述之新穎裝置、晶片、方法、設備及系統可以各種其他形式體現。此外，可在不脫離本發明之精神之情況下在本文中描述之方法、設備及系統之形式中作出各種省略、替換及改變。例如，可刪除、移動、添加、細分、組合及/或修改本文中描述之電路區塊。可以各種不同方式實施此等電路區塊之各者。隨附發明申請專利範圍及其等之等效物旨在涵蓋將落入本發明之範疇及精神內之任何此等形式或修改。
10‧‧‧表面聲波裝置 12‧‧‧支撐基板 14‧‧‧導熱層 16‧‧‧壓電層 18‧‧‧叉指狀轉換器(IDT)電極 19‧‧‧反射光柵 20‧‧‧基線表面聲波裝置 22‧‧‧石英基板 24‧‧‧鋁層 25‧‧‧表面聲波裝置 26‧‧‧鉭酸鋰層 70‧‧‧表面聲波裝置 72‧‧‧溫度補償層 80‧‧‧表面聲波裝置 90‧‧‧表面聲波裝置 94‧‧‧溫度補償層 100‧‧‧模組 102‧‧‧功率放大器 102A‧‧‧功率放大器 102B‧‧‧功率放大器 104‧‧‧開關 104A‧‧‧開關 104B‧‧‧開關 106‧‧‧濾波器 106’‧‧‧濾波器 106A ‧‧‧濾波器 106B‧‧‧濾波器 110‧‧‧模組 120‧‧‧模組 122‧‧‧天線開關 130‧‧‧無線通信裝置 131‧‧‧天線 132‧‧‧射頻(RF)前端 134‧‧‧收發器 135‧‧‧處理器 136‧‧‧記憶體 H1‧‧‧厚度 H2‧‧‧厚度 H3‧‧‧厚度
現將藉由非限制性實例參考隨附圖式描述本發明之實施例。
圖1繪示根據一實施例之擁有具有熱耗散之一多層壓電基板之一表面聲波裝置之一橫截面。
圖2A繪示一基線表面聲波裝置之一橫截面。
圖2B繪示根據一實施例之擁有具有熱耗散之一多層壓電基板之一表面聲波裝置之一橫截面。
圖3A繪示圖2A之基線表面聲波裝置之一晶片表面溫度分佈。
圖3B繪示圖2B之表面聲波裝置之一晶片表面溫度分佈。
圖4A係依據圖2B之表面聲波裝置之一導熱層之厚度而變化之晶片溫度曲線之一圖表。
圖4B係圖2B之表面聲波裝置之一導熱層之各種厚度之模擬濾波器效能曲線之一圖表。
圖5係展示各種材料之導熱率之一圖表。
圖6係依據經包含以代替圖2B之一表面聲波裝置之導熱層之各種導熱層之厚度而變化之晶片溫度曲線之一圖表。
圖7繪示根據一實施例之具有一溫度補償多層壓電基板之一表面聲波裝置之一橫截面。
圖8繪示根據另一實施例之具有一溫度補償多層壓電基板之一表面聲波裝置之一橫截面。
圖9繪示根據另一實施例之具有一溫度補償多層壓電基板之一表面聲波裝置之一橫截面。
圖10係根據一或多項實施例之包含一功率放大器、一開關及濾波器之一模組之一示意性方塊圖。
圖11係根據一或多項實施例之包含功率放大器、開關及濾波器之一模組之一示意性方塊圖。
圖12係根據一或多項實施例之包含功率放大器、開關、濾波器及一天線開關之一模組之一示意性方塊圖。
圖13係根據一或多項實施例之包含濾波器之一無線通信裝置之一示意性方塊圖。
10‧‧‧表面聲波裝置
12‧‧‧支撐基板
14‧‧‧導熱層
16‧‧‧壓電層
18‧‧‧叉指狀轉換器(IDT)電極
19‧‧‧反射光柵

Claims (20)

  1. 一種擁有具有熱耗散之一多層基板之濾波器，該濾波器包括一聲波裝置，該聲波裝置包含： 一支撐基板； 一壓電層； 一叉指狀轉換器電極，其在該壓電層上；及 一導熱層，其經組態以耗散與該聲波裝置相關聯之熱，該導熱層具有高於該支撐基板之一導熱率，該導熱層經安置於該支撐基板與該壓電層之間，且該導熱層具有大於10奈米且小於該壓電層之一厚度之一厚度；該濾波器經配置為經組態以對一射頻信號濾波之一帶通濾波器。
  2. 如請求項1之濾波器，其中該支撐基板係一石英基板。
  3. 如請求項1之濾波器，其中該聲波裝置經組態以產生具有一波長λ之一聲波，且該導熱層之該厚度係小於0.03λ。
  4. 如請求項1之濾波器，其中該壓電層具有高於該支撐基板之一導熱率。
  5. 如請求項1之濾波器，其中該支撐基板包含矽、氮化鋁、氮化矽、氧化鎂尖晶石、氧化鎂晶體或金剛石之至少一者。
  6. 如請求項1之濾波器，其中該聲波裝置進一步包含具有一正頻率溫度係數之一溫度補償層，該溫度補償層經安置於該壓電層與該支撐基板之間。
  7. 如請求項6之濾波器，其中該溫度補償層係二氧化矽層。
  8. 如請求項6之濾波器，其中該溫度補償層經安置於該壓電層與該導熱層之間。
  9. 如請求項6之濾波器，其中該溫度補償層經安置於該導熱層與該支撐基板之間。
  10. 如請求項1之濾波器，其中該聲波裝置進一步包含安置於該壓電層與該導熱層之間的一第一溫度補償層及安置於該導熱層與該支撐基板之間的一第二溫度補償層。
  11. 如請求項1之濾波器，其中該導熱層包含一金屬。
  12. 如請求項1之濾波器，其中該導熱層1具有從140 W/mK至425 W/mK之一範圍內之一導熱率。
  13. 如請求項1之濾波器，其中該導熱層具有一導熱率，其係該壓電層之一導熱率之至少10倍。
  14. 如請求項1之濾波器，其中該壓電層係鉭酸鋰層。
  15. 如請求項1之濾波器，其中該濾波器經配置使得包含該濾波器之一濾波器晶片之一最大表面溫度在該濾波器之操作期間小於攝氏60度。
  16. 如請求項1之濾波器，其中該聲波裝置係一表面聲波裝置。
  17. 一種擁有具有熱耗散之一溫度補償多層基板之表面聲波裝置，該表面聲波裝置包括： 一支撐基板； 一壓電層； 一叉指狀轉換器電極，其在該壓電層上； 一導熱層，其經組態以耗散與該表面聲波裝置相關聯之熱，該導熱層具有高於該支撐基板之一導熱率，該導熱層經安置於該支撐基板與該壓電層之間，且該導熱層具有大於10奈米且小於該壓電層之一厚度之一厚度；及 一溫度補償層，其具有一正頻率溫度係數，該溫度補償層及該叉指狀轉換器電極經安置於該壓電層之相對側上。
  18. 如請求項17之表面聲波裝置，其中該壓電層係鉭酸鋰層且該支撐基板係一石英層。
  19. 如請求項17之表面聲波裝置，其中該表面聲波裝置經組態以產生具有一波長λ之一表面聲波，且該導熱層之該厚度小於0.03λ。
  20. 一種射頻模組，其包括： 一射頻開關，其經組態以使一射頻信號通過； 一表面聲波濾波器，其經組態以對該射頻信號濾波，該表面聲波濾波器包含經組態以產生具有一波長λ之一表面聲波之一表面聲波諧振器，該表面聲波諧振器包含支撐基板、一壓電層及經組態以耗散與該表面聲波諧振器相關聯之熱之一導熱層，該導熱層經安置於該石英基板與該壓電層之間，且該導熱層具有10奈米與0.03λ之間的一範圍內之一厚度；及 一封裝，其圍封該表面聲波濾波器及該射頻開關。
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