一种石墨烯声表面波滤波器结构及其制备方法与流程

1.本发明涉及石墨烯声表面波滤波器结构领域，特别涉及一种石墨烯声表面波滤波器结构及其制备方法。


背景技术：

2.声表面波滤波器在现代通讯系统中起到越来越重要的作用，基站建设、卫星通讯和个人移动通信设备中都会涉及到几款、乃至几十款的声表面波滤波器。通信频段的不断增加，通讯设备越来越复杂化，同时滤波器模块的体积也在不断压缩，为了同时获得大容量，高速率，要求通讯滤波器具有更低的插入损耗和更高的功率耐受性。
3.关于降低声表面波滤波器插入损耗的研究是声表面波器件领域的热门课题，其中村田电子研究所设计的超高效(incredible high performance，ihp)结构声表面波滤波器，利用不同声速的压电薄膜材料，制备成叠层结构，通过增强界面的反射，将声表面波束缚在表层压电晶体上，有效地减少了声表面波能量的泄露，器件最小插入损耗可以达到1.0db，但ihp声表面波基片材料对工艺的要求很高，制作难度较大。
4.功率耐受能力也是声表面波滤波器的一个重要指标，随着声表面波器件频率的不断升高、器件尺寸小型化，声表面波器件叉指电极的宽度、汇流条尺寸和封装电极尺寸都在不断缩小，常规声表面波器件的耐功率特性随着频率的升高越来越差，且现代通讯信号功率越来越大，对声表面波器件的功率耐受性提出了更高的要求，因此对声表面波器件功率耐受性的研究也变得越来越重要。
5.专利号为：cn202010095465.5，专利名称为：一种石墨烯声表面波滤波器结构及其制备方法的专利中通过将石墨烯包覆在金属电极层的周围，当施加高频信号时，电流集中在表层的石墨烯介质层，其较高的电导率降低了金属电极层带来的热损耗，同时高热导率的石墨烯介质层提升了滤波器的散热能力，起到改善滤波器的功率耐受性的作用。
6.但是上述专利中石墨烯介质层是直接覆盖在金属电极层的表面，两者之间在实际贴合时贴合度较差，尤其在导电高热的环境下，石墨烯介质层容易膨胀，从而增加石墨烯介质层和金属电极层表面之间的间隙，使得石墨烯介质层和金属电机层表面接触面积变小，从而降低了声表面滤波器的散热能力。因此，发明一种石墨烯声表面波滤波器结构及其制备方法来解决上述问题很有必要。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种石墨烯声表面波滤波器结构及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
8.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种石墨烯声表面波滤波器结构，包括压电基片，所述压电基片的上方固定设置有金属电极层，所述金属电极层的外圈处涂覆有石墨烯层，所述金属电极层的外圈处设置有凹槽，所述石墨烯层贴合金属电极层的一面设置有对应填充在凹槽中的凸起，所述金属电极层的上表面左右两侧设置有第一变形组
件，金属电极层的左右两侧中部位置设置有第二变形组件，所述金属电极层的内部设置有内部变形腔室，内部变形腔室中设置有膨胀适应组件；所述膨胀适应组件包括固定贴合在内部变形腔室内壁上的热敏金属层，所述热敏金属层的硬度小于金属电极层的硬度，所述热敏金属层呈矩形框体结构，热敏金属层和金属电极层的内壁之间焊接固定；所述膨胀适应组件还包括设置于内部变形腔室中的第一弹簧，所述第一弹簧的上端固定焊接在热敏金属层的上方内壁，第一弹簧的下端固定焊接在热敏金属层的下方内壁，所述第一弹簧竖直分布，所述第一弹簧在内部变形腔室中呈等距离设置有多组。
9.优选的，所述石墨烯层通过镀膜的方式固定在金属电极层的外圈处。
10.需要说明的是，石墨烯层以镀膜的方式固定在金属电极层的外圈处，两者之间连接结构牢固，代替了贴合在金属电极层表面的方式，不易脱落，使得电流在通过金属电极层时不易因高温而使得石墨烯层脱落，利用石墨烯高热导率及高电导率的特性，根据趋肤效应的原理，高频信号在金属电极层的表面传输，电流集中在表层的石墨烯层，其较高的电导率降低了金属电极层带来的热损耗，从而降低了叉指换能器电阻带来的插入损耗，同时高热导率的石墨烯层也提升了声表面滤波器的散热能力，起到改善功率耐受性的作用。
11.优选的，所述凹槽呈截面为半圆形的槽体结构，凹槽沿着金属电极层的长度方向分布，所述凹槽在金属电极层的上下左右四个面等距离分布有多组。
12.进一步的，石墨烯层内圈形成一体连接的凸起，凸起固定在凹槽中，增加了金属电极层和石墨烯层之间的接触面积，进一步增加两者之间连接结构的稳定性，使得石墨烯层不易从金属电极层上脱落，且凹槽在金属电极层的每一表面均匀的设置有多组，方便石墨烯层的每一侧面均与金属电极层的对应面之间牢固的固定，使得金属电极层和石墨烯层之间不易受电流影响而脱离，保证了接触面积足够，从而增加石墨烯层对金属电极层的保护效果。
13.优选的，所述第一变形组件和第二变形组件均包括弹性金属片、弹性金属板和橡胶层，所述弹性金属板设置有一对，一对弹性金属板固定焊接在金属电极层的表面，所述弹性金属片呈曲线板状结构，弹性金属片的两端固定在两组弹性金属板之间，一对弹性金属板之间的外缘处通过橡胶层固定连接保持密封。
14.具体的，第一变形组件和第二变形组件的设置，使得金属电极层和石墨烯层在导热时，石墨烯层膨胀变形下可压缩第一变形组件或者第二变形组件，使得石墨烯层内部具有足够的空隙供其热胀冷缩，避免了无可供石墨烯层变形的空间时出现石墨烯层膨胀过度从金属电极层上逐渐脱离的现象，使得石墨烯层覆盖在金属电极层上的使用寿命增加。
15.优选的，所述弹性金属片呈压缩状态。
16.其中，弹性金属片呈压缩状态，使得石墨烯层在膨胀变形时可进一步压缩一对弹性金属板，使得弹性金属片进一步被压缩，而当石墨烯层恢复形变时，为了避免弹性金属板与石墨烯层接触位置松动时弹性金属板不能复位的现象，在一对弹性金属板之间设置有弹性金属片，此时，呈压缩状态的弹性金属片可扩撑在一对弹性金属板之间，使得弹性金属板也随着石墨烯层恢复。
17.优选的，所述第一弹簧呈拉伸状态。
18.装置中，在内部变形腔室中设置有膨胀适应组件，电流在通过金属电极层产生热
量，使得热量带动金属电极层变形时，膨胀适应组件能够辅助金属电极层内圈向内部变形腔室内部收缩变形，而减少金属电极层外圈处的形变量，保证了金属电极层和石墨烯层连接处的结构稳定性，使得金属电极层、石墨烯层之间不易脱落。
19.优选的，所述第一变形组件在金属电极层的上下表面两端位置均设置有一组，位于金属电极层上表面的第一变形组件中的弹性金属板垂直焊接在金属电极层的上表面，位于金属电极层下表面的第一变形组件中的弹性金属板固定焊接在金属电极层的下表面。
20.工作时，第一变形组件可适应金属电极层上下方位置的石墨烯层膨胀变形进行补充。
21.优选的，所述第二变形组件在金属电极层的左右侧面中部均设置有一组，位于金属电极层左侧面的第二变形组件中的弹性金属板垂直焊接在金属电极层的左侧面，位于金属电极层右侧面的第二变形组件中的弹性金属板垂直焊接在金属电极层的右侧面。
22.需要说明的是，第二变形组件可适应金属电极层左右位置的石墨烯层膨胀变形进行补充。
23.优选的，所述金属电极层在压电基片的上表面等距离设置有多组。
24.进一步的，当金属电极层膨胀变形时，由于热敏金属层的强度低于金属电极层的强度和第一弹簧的拉持作用，会使得金属电极层趋于向内部变形腔室的内部弹性变形，从而降低了金属电极层外圈处的形变量，增加金属电极层和石墨烯层之间连接的稳定性。
25.本发明还公开了一种石墨烯声表面波滤波器结构制备方法，包括如上任一所述的一种石墨烯声表面波滤波器结构，还包括以下步骤：s1：清洗压电基片，准备压电基片和加热釜，将压电基片放置于加热釜中，加热釜中充满水，加热釜的底部设置有超声波发生器，加热釜内部设置有给水加热的电加热板，加热釜上方设置有给加热釜中充入水进行加热的水泵和供应在水泵一侧的水箱，水浴加热至90摄氏度至100摄氏度、设定压强为10mpa至50mpa、启动超声波发生器，对压电基片表面进行清洗；s2：制备金属电极层，准备金属电极层基材和开槽机，利用开槽机将金属电极层的外圈处开设有凹槽，凹槽呈等距离开设有多组，凹槽沿着金属电极层的长度方向分布，且金属电极层的每一面均开设有多组凹槽；s3：制作第一变形组件、第二变形组件，准备弹性金属板若干、弹性金属片若干、橡胶层若干、焊接机一台、热压机一台，利用焊接机将弹性金属片通过固定焊接的形式焊接在一对弹性金属板之间，利用热压机将橡胶层热压固定在一对弹性金属板的三面位置，然后利用焊接机在将一对弹性金属板的开口位置固定焊接在金属电极层的左右两侧中部和上下两侧两端；s4：制备石墨烯层，准备离子镀膜机和石墨烯靶材，利用离子镀膜机将石墨烯靶材以离子镀膜的方式镀膜覆盖在金属电极层的外圈处，形成将金属电极层、第一变形组件、第二变形组件包覆的石墨烯层，金属电极层与石墨烯层之间结合性高。
26.本发明的技术效果和优点：1、本发明的一种石墨烯声表面波滤波器结构，石墨烯层以镀膜的方式固定在金属电极层的外圈处，两者之间连接结构牢固，代替了贴合在金属电极层表面的方式，不易脱落，使得电流在通过金属电极层时不易因高温而使得石墨烯层脱落，利用石墨烯高热导率
及高电导率的特性，根据趋肤效应的原理，高频信号在金属电极层的表面传输，电流集中在表层的石墨烯层，其较高的电导率降低了金属电极层带来的热损耗，从而降低了叉指换能器电阻带来的插入损耗，同时高热导率的石墨烯层也提升了声表面滤波器的散热能力，起到改善功率耐受性的作用；2、本发明的一种石墨烯声表面波滤波器结构，石墨烯层内圈形成一体连接的凸起，凸起固定在凹槽中，增加了金属电极层和石墨烯层之间的接触面积，进一步增加两者之间连接结构的稳定性，使得石墨烯层不易从金属电极层上脱落，且凹槽在金属电极层的每一表面均匀的设置有多组，方便石墨烯层的每一侧面均与金属电极层的对应面之间牢固的固定，使得金属电极层和石墨烯层之间不易受电流影响而脱离，保证了接触面积足够，从而增加石墨烯层对金属电极层的保护效果；3、本发明的一种石墨烯声表面波滤波器结构，第一变形组件和第二变形组件的设置，使得金属电极层和石墨烯层在导热时，石墨烯层膨胀变形下可压缩第一变形组件或者第二变形组件，使得石墨烯层内部具有足够的空隙供其热胀冷缩，避免了无可供石墨烯层变形的空间时出现石墨烯层膨胀过度从金属电极层上逐渐脱离的现象，使得石墨烯层覆盖在金属电极层上的使用寿命增加；4、本发明的一种石墨烯声表面波滤波器结构，弹性金属片呈压缩状态，使得石墨烯层在膨胀变形时可进一步压缩一对弹性金属板，使得弹性金属片进一步被压缩，而当石墨烯层恢复形变时，为了避免弹性金属板与石墨烯层接触位置松动时弹性金属板不能复位的现象，在一对弹性金属板之间设置有弹性金属片，此时，呈压缩状态的弹性金属片可扩撑在一对弹性金属板之间，使得弹性金属板也随着石墨烯层恢复；5、本发明的一种石墨烯声表面波滤波器结构，在内部变形腔室中设置有膨胀适应组件，电流在通过金属电极层产生热量，使得热量带动金属电极层变形时，膨胀适应组件能够辅助金属电极层内圈向内部变形腔室内部收缩变形，而减少金属电极层外圈处的形变量，保证了金属电极层和石墨烯层连接处的结构稳定性，使得金属电极层、石墨烯层之间不易脱落；6、本发明的一种石墨烯声表面波滤波器结构，当金属电极层膨胀变形时，由于热敏金属层的强度低于金属电极层的强度和第一弹簧的拉持作用，会使得金属电极层趋于向内部变形腔室的内部弹性变形，从而降低了金属电极层外圈处的形变量，增加金属电极层和石墨烯层之间连接的稳定性。
附图说明
27.图1为本发明结构示意图。
28.图2为本发明石墨烯层结构示意图。
29.图3为本发明图2中a处结构放大示意图。
30.图中：压电基片1、金属电极层2、石墨烯层3、凸起4、凹槽5、第一变形组件6、第二变形组件7、内部变形腔室8、第一弹簧9、热敏金属层10、弹性金属片11、弹性金属板12、橡胶层13。
具体实施方式
31.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
32.本发明提供了如图1-3所示的一种石墨烯声表面波滤波器结构，包括压电基片1，压电基片1的上方固定设置有金属电极层2，金属电极层2的外圈处涂覆有石墨烯层3，金属电极层2的外圈处设置有凹槽5，石墨烯层3贴合金属电极层2的一面设置有对应填充在凹槽5中的凸起4，金属电极层2的上表面左右两侧设置有第一变形组件6，金属电极层2的左右两侧中部位置设置有第二变形组件7，金属电极层2的内部设置有内部变形腔室8，内部变形腔室8中设置有膨胀适应组件；膨胀适应组件包括固定贴合在内部变形腔室8内壁上的热敏金属层10，热敏金属层10的硬度小于金属电极层2的硬度，热敏金属层10呈矩形框体结构，热敏金属层10和金属电极层2的内壁之间焊接固定；膨胀适应组件还包括设置于内部变形腔室8中的第一弹簧9，第一弹簧9的上端固定焊接在热敏金属层10的上方内壁，第一弹簧9的下端固定焊接在热敏金属层10的下方内壁，第一弹簧9竖直分布，第一弹簧9在内部变形腔室8中呈等距离设置有多组。
33.如图1和图2中所示，石墨烯层3通过镀膜的方式固定在金属电极层2的外圈处。
34.需要说明的是，石墨烯层3以镀膜的方式固定在金属电极层2的外圈处，两者之间连接结构牢固，代替了贴合在金属电极层2表面的方式，不易脱落，使得电流在通过金属电极层2时不易因高温而使得石墨烯层3脱落，利用石墨烯高热导率及高电导率的特性，根据趋肤效应的原理，高频信号在金属电极层2的表面传输，电流集中在表层的石墨烯层3，其较高的电导率降低了金属电极层2带来的热损耗，从而降低了叉指换能器电阻带来的插入损耗，同时高热导率的石墨烯层3也提升了声表面滤波器的散热能力，起到改善功率耐受性的作用。
35.参考图2中所示，凹槽5呈截面为半圆形的槽体结构，凹槽5沿着金属电极层2的长度方向分布，凹槽5在金属电极层2的上下左右四个面等距离分布有多组。
36.进一步的，石墨烯层3内圈形成一体连接的凸起4，凸起4固定在凹槽5中，增加了金属电极层2和石墨烯层3之间的接触面积，进一步增加两者之间连接结构的稳定性，使得石墨烯层3不易从金属电极层2上脱落，且凹槽5在金属电极层2的每一表面均匀的设置有多组，方便石墨烯层3的每一侧面均与金属电极层2的对应面之间牢固的固定，使得金属电极层2和石墨烯层3之间不易受电流影响而脱离，保证了接触面积足够，从而增加石墨烯层3对金属电极层2的保护效果。
37.参考图2中所示，第一变形组件6和第二变形组件7均包括弹性金属片11、弹性金属板12和橡胶层13，弹性金属板12设置有一对，一对弹性金属板12固定焊接在金属电极层2的表面，弹性金属片11呈曲线板状结构，弹性金属片11的两端固定在两组弹性金属板12之间，一对弹性金属板12之间的外缘处通过橡胶层13固定连接保持密封。
38.具体的，第一变形组件6和第二变形组件7的设置，使得金属电极层2和石墨烯层3在导热时，石墨烯层3膨胀变形下可压缩第一变形组件6或者第二变形组件7，使得石墨烯层
3内部具有足够的空隙供其热胀冷缩，避免了无可供石墨烯层3变形的空间时出现石墨烯层3膨胀过度从金属电极层2上逐渐脱离的现象，使得石墨烯层3覆盖在金属电极层2上的使用寿命增加。
39.参考图3中所示，弹性金属片11呈压缩状态。
40.其中，弹性金属片11呈压缩状态，使得石墨烯层3在膨胀变形时可进一步压缩一对弹性金属板12，使得弹性金属片11进一步被压缩，而当石墨烯层3恢复形变时，为了避免弹性金属板12与石墨烯层3接触位置松动时弹性金属板12不能复位的现象，在一对弹性金属板12之间设置有弹性金属片11，此时，呈压缩状态的弹性金属片11可扩撑在一对弹性金属板12之间，使得弹性金属板12也随着石墨烯层3恢复。
41.参考图2中所示，第一弹簧9呈拉伸状态。
42.装置中，在内部变形腔室8中设置有膨胀适应组件，电流在通过金属电极层2产生热量，使得热量带动金属电极层2变形时，膨胀适应组件能够辅助金属电极层2内圈向内部变形腔室8内部收缩变形，而减少金属电极层2外圈处的形变量，保证了金属电极层2和石墨烯层3连接处的结构稳定性，使得金属电极层2、石墨烯层3之间不易脱落。
43.第一变形组件6在金属电极层2的上下表面两端位置均设置有一组，位于金属电极层2上表面的第一变形组件6中的弹性金属板12垂直焊接在金属电极层2的上表面，位于金属电极层2下表面的第一变形组件6中的弹性金属板12固定焊接在金属电极层2的下表面。
44.工作时，第一变形组件6可适应金属电极层2上下方位置的石墨烯层3膨胀变形进行补充。
45.第二变形组件7在金属电极层2的左右侧面中部均设置有一组，位于金属电极层2左侧面的第二变形组件7中的弹性金属板12垂直焊接在金属电极层2的左侧面，位于金属电极层2右侧面的第二变形组件7中的弹性金属板12垂直焊接在金属电极层2的右侧面。
46.需要说明的是，第二变形组件7可适应金属电极层2左右位置的石墨烯层3膨胀变形进行补充。
47.金属电极层2在压电基片1的上表面等距离设置有多组。
48.进一步的，当金属电极层2膨胀变形时，由于热敏金属层10的强度低于金属电极层2的强度和第一弹簧9的拉持作用，会使得金属电极层2趋于向内部变形腔室8的内部弹性变形，从而降低了金属电极层2外圈处的形变量，增加金属电极层2和石墨烯层3之间连接的稳定性。
49.本发明还公开了一种石墨烯声表面波滤波器结构制备方法，包括如上任一的一种石墨烯声表面波滤波器结构，还包括以下步骤：s1：清洗压电基片1，准备压电基片1和加热釜，将压电基片1放置于加热釜中，加热釜中充满水，加热釜的底部设置有超声波发生器，加热釜内部设置有给水加热的电加热板，加热釜上方设置有给加热釜中充入水进行加热的水泵和供应在水泵一侧的水箱，水浴加热至90摄氏度至100摄氏度、设定压强为10mpa至50mpa、启动超声波发生器，对压电基片1表面进行清洗；s2：制备金属电极层2，准备金属电极层基材和开槽机，利用开槽机将金属电极层2的外圈处开设有凹槽5，凹槽5呈等距离开设有多组，凹槽5沿着金属电极层2的长度方向分布，且金属电极层2的每一面均开设有多组凹槽5；
s3：制作第一变形组件6、第二变形组件7，准备弹性金属板12若干、弹性金属片11若干、橡胶层13若干、焊接机一台、热压机一台，利用焊接机将弹性金属片11通过固定焊接的形式焊接在一对弹性金属板12之间，利用热压机将橡胶层13热压固定在一对弹性金属板12的三面位置，然后利用焊接机在将一对弹性金属板12的开口位置固定焊接在金属电极层2的左右两侧中部和上下两侧两端；s4：制备石墨烯层3，准备离子镀膜机和石墨烯靶材，利用离子镀膜机将石墨烯靶材以离子镀膜的方式镀膜覆盖在金属电极层2的外圈处，形成将金属电极层2、第一变形组件6、第二变形组件7包覆的石墨烯层3，金属电极层2与石墨烯层3之间结合性高。
50.工作原理：石墨烯层3以镀膜的方式固定在金属电极层2的外圈处，两者之间连接结构牢固，代替了贴合在金属电极层2表面的方式，不易脱落，使得电流在通过金属电极层2时不易因高温而使得石墨烯层3脱落，利用石墨烯高热导率及高电导率的特性，根据趋肤效应的原理，高频信号在金属电极层2的表面传输，电流集中在表层的石墨烯层3，其较高的电导率降低了金属电极层2带来的热损耗，从而降低了叉指换能器电阻带来的插入损耗，同时高热导率的石墨烯层3也提升了声表面滤波器的散热能力，起到改善功率耐受性的作用；石墨烯层3内圈形成一体连接的凸起4，凸起4固定在凹槽5中，增加了金属电极层2和石墨烯层3之间的接触面积，进一步增加两者之间连接结构的稳定性，使得石墨烯层3不易从金属电极层2上脱落，且凹槽5在金属电极层2的每一表面均匀的设置有多组，方便石墨烯层3的每一侧面均与金属电极层2的对应面之间牢固的固定，使得金属电极层2和石墨烯层3之间不易受电流影响而脱离，保证了接触面积足够，从而增加石墨烯层3对金属电极层2的保护效果；第一变形组件6和第二变形组件7的设置，使得金属电极层2和石墨烯层3在导热时，石墨烯层3膨胀变形下可压缩第一变形组件6或者第二变形组件7，使得石墨烯层3内部具有足够的空隙供其热胀冷缩，避免了无可供石墨烯层3变形的空间时出现石墨烯层3膨胀过度从金属电极层2上逐渐脱离的现象，使得石墨烯层3覆盖在金属电极层2上的使用寿命增加；弹性金属片11呈压缩状态，使得石墨烯层3在膨胀变形时可进一步压缩一对弹性金属板12，使得弹性金属片11进一步被压缩，而当石墨烯层3恢复形变时，为了避免弹性金属板12与石墨烯层3接触位置松动时弹性金属板12不能复位的现象，在一对弹性金属板12之间设置有弹性金属片11，此时，呈压缩状态的弹性金属片11可扩撑在一对弹性金属板12之间，使得弹性金属板12也随着石墨烯层3恢复；在内部变形腔室8中设置有膨胀适应组件，电流在通过金属电极层2产生热量，使得热量带动金属电极层2变形时，膨胀适应组件能够辅助金属电极层2内圈向内部变形腔室8内部收缩变形，而减少金属电极层2外圈处的形变量，保证了金属电极层2和石墨烯层3连接处的结构稳定性，使得金属电极层2、石墨烯层3之间不易脱落；当金属电极层2膨胀变形时，由于热敏金属层10的强度低于金属电极层2的强度和第一弹簧9的拉持作用，会使得金属电极层2趋于向内部变形腔室8的内部弹性变形，从而降低了金属电极层2外圈处的形变量，增加金属电极层2和石墨烯层3之间连接的稳定性。