具有三行N列布局结构的BAW梯形滤波器的制作方法

本实用新型属于微电子机械系统器件领域，具体涉及具有三行N列布局结构的BAW梯形滤波器。

背景技术：

随着无线通讯设备的快速普及以及用户需求的不断扩展，手持移动通信产品正在往小型化和轻便化发展，而随着产品尺寸的减小，产品价格不断降低，对其功能的要求却逐渐增强。在手持移动通信产品中，射频滤波器已成为电子系统小型化和集成化的瓶颈之一。

目前，BAW滤波器已经广泛地被市场所接受，BAW滤波器主要由多个BAW谐振器（BAWR，Bulk Acoustic Wave Resonators）串、并联构建而成。BAW滤波器相比于传统的声表面波（SAW，Surface Acoustic Wave）滤波器和介质陶瓷滤波器，具有工作频率高、体积小、品质因数高、生产成本低、便于集成等优势。为进一步减小滤波器尺寸，除了使用体积小的BAW滤波器，还可以使BAWR在布局上排列更加紧凑。但随着滤波器布局的减小，会产生例如电磁耦合等干扰，从而影响滤波器性能。如何在保证滤波器性能的前提下，更好地布局设计滤波器的结构，使得最大限度地减小滤波器布局面积，提高布局的面积利用率。

现有公开的中国专利文献中，公开号为CN103455683A，公开日是2013年12月18日的中国发明专利文献，是由申请人：诺思（天津）微系统有限公司公开的“一种压电声波滤波器的设计和布局方法”，该技术方案中涉及的滤波器包括：串联的多个串联级，每个串联级包括至少一个谐振器；位于每两个相邻的串联级之间的并联级，其中，每个并联级包括至少一个谐振器；其中，每个串联级中的谐振器与非相邻串联级中的谐振器之间存在分布电容，与该串联级相差级数较大的谐振器之间的分布电容小于与该串联级相差级数较小的谐振器之间的分布电容。该技术方案是通过压电声波滤波器中串联级的级数差来确定不同串联级中谐振器之间的分布电容的相对大小，以此设计压电声波滤波器中谐振器的布局，但该技术方案只设计了滤波器中串联谐振器的布局方式，没有设计并联谐振器和整个滤波器的布局方式和结构。

技术实现要素：

本实用新型为了解决上述技术缺陷，提供了一种具有三行N列布局结构的BAW梯形滤波器，该BAW梯形滤波器的三行N列BAWR中，第一行的BAWR为并联结构，第二行的BAWR为串联结构，第三行的BAWR为并联，结构N≥3；互连线连接其他BAWR或者G-S-G焊盘，通过这样的结构设计，能够在保证滤波器性能的前提下，缩小BAW梯形滤波器的体积，从而提高晶圆上BAW梯形滤波器芯片的数量。

为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：

具有三行N列布局结构的BAW梯形滤波器，包括三行N列BAWR和G-S-G焊盘，BAWR之间均通过互连线连接，BAWR与G-S-G焊盘之间也通过互连线连接；所述三行N列BAWR中，第一行的BAWR为并联结构，第二行的BAWR为串联结构，第三行的BAWR为并联结构，N≥3；

所述第一行BAWR和第三行BAWR中，每一行均包括至少一个并联的BAWR；

所述第二行BAWR包括至少三个串联的BAWR。

所述BAWR的形状为不规则凸四边形、或任意凸五边形、或其他凸多边形，且BAWR的任意两边均不平行。因为BAWR受到纵波激励的同时，会激励出横向波。横向波在电极内来回反射，产生寄生谐振，此时若BAWR边缘处任意两点的横向波有相同的谐振频率，BAWR寄生谐振会增强，使得构成的滤波器带内插损增大。因此使用不规则形状代替规则形状，可以减小寄生谐振。

所述BAWR的形状均接近正n边形，n为正整数且n≥4。

所述BAWR的形状为四边形，四边形中内角应大于80º，在n+1边形中内角应全为钝角。因为在凸四边形中，小于80º的锐角会导致横向波在电极内来回反射时，入射路径和反射路径太短，使得BAWR寄生谐振频率过高，影响滤波器性能。

当一个BAWR的面积大于串联的BAWR中最小面积的1.5倍时，所述BAWR的形状为n+1边形。因为在相同周长情况下，n+1边形的面积大于n边形的面积，面积大的BAWR采用n+1边形，可以使设计的布局更加紧凑。

在电路上相连的BAWR在布局上相邻。因为较短的连线能够减少信号传输损耗和电磁干扰。

布局上相邻的BAWR之间的距离应大于G_neighboring，G_neighboring为相邻BAWR的最小间距；布局上，非相邻的串联的BAWR之间距离应大于G_nonadjacent，G_nonadjacent为非相邻串联的BAWR的最小间距；布局上，位于输入端的串联的BAWR与输出端的串联的BAWR之间最小距离为G_first-last，其中：G_first-last≥G_nonadjacent≥G_neighboring。

布局上，BAWR与G-S-G焊盘之间的间距应大于G_BAWR-Pad，G_BAWR-Pad为BAWR与G-S-G焊盘的最小间距。

在布局中，串联的BAWR的排列方式对滤波器的性能有着重要的影响，特别是位于输入端的串联的BAWR与输出端的串联的BAWR之间的距离对滤波器的影响起着决定性作用。为减小电磁耦合等干扰，需要规定非相邻串联的BAWR之间、相邻BAWR之间、输入端的串联的BAWR与输出端的串联的BAWR之间和BAWR与G-S-G焊盘之间的最小距离。对于不同的性能指标和不同的电路设计，间距参数可以根据实际自行调整。

电路上相连的BAWR，在布局上对应的两个BAWR的相对两边的夹角小于或等于15º；电路上与G-S-G焊盘相邻的BAWR，在布局上对应的对应的G-S-G焊盘与相连的BAWR的相对边的夹角小于或等于15º。

所述互连线的宽度至少大于所连接BAWR的一条边长。因为宽互连线的可以增大传输信号的功率。

所述BAW梯形滤波器的布局形状为矩形，布局形状不包含G-S-G焊盘。在制造过程中，矩形的布局形状会方便切割晶圆。

本实用新型的设计步骤如下：

第一步，根据每个BAWR的有效面积，预设每个BAWR形状；

第二步，根据BAW梯形滤波器电路结构，排列BAWR；

第三步，压缩布局，主要是通过减小BAW梯形滤波器的布局面积来实现压缩布局；

第四步，对BAWR进行调整；调整方式包括切趾、微调、旋转中的一种、或两种，或三种，也就是根据三行N列布局结构的要求，确定对BAWR进行切趾，还是微调，还是进行旋转，也可能同时需要进行切趾、微调，或其他调整组合方式；

第五步，对BAWR和G-S-G焊盘布线；

第六步，检测布局是否满足三行N列布局结构；

第七步，对BAW梯形滤波器进行声-电磁联合仿真，检测布局设计结果。

所述三行N列的布局结构是为保证BAW梯形滤波器性能，减少电磁耦合等干扰，分别限制单个BAW谐振器（BAWR）的形状、位置，BAWR之间的距离参数，BAWR与焊盘的距离参数和互连线。

上述布局设计的流程为了简化，提高BAW梯形滤波器布局的设计效率，分为7个步骤并结合三行N列的布局结构，最大限度地优化BAW梯形滤波器布局面积。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型针对不同的BAW梯形滤波器均能设计成具有三行N列布局结构的滤波器，只需修改间距等参数，增强通用性，减少重复劳动；同时，本实用新型能够保证BAW梯形滤波器性能，缩小BAW梯形滤波器的体积，从而提高晶圆上BAW梯形滤波器芯片的数量。

附图说明

图1为本实用新型5阶BAW梯形滤波器的电路原理图。

图2（a）-2（b）为本实用新型5阶BAW梯形滤波器中BAWR外接圆示意图。

图3（a）-3（d）为本实用新型5阶BAW梯形滤波器的布局设计步骤。

图4（a）-4（b）为本实用新型5阶BAW梯形滤波器的布局仿真结果。

其中，附图标记为：1输入端口，2第一BAWR_series，3第二BAWR_series，4第三BAWR_series，5第四BAWR_series，6第五BAWR_series，7输出端口，8第一BAWR_parallel，9第二BAWR_parallel，10第三BAWR_parallel，11第四BAWR_parallel，12第五BAWR_parallel。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作详细说明：

以一个5阶BAW梯形滤波器的应用为例，图1为本实用新型中5阶BAW梯形滤波器电路原理图，该5阶BAW梯形滤波器包括：五个BAWR_series（BAWR_series为串联的BAWR）和五个BAWR_parallel（BAWR_parallel为并联的BAWR）。五个BAWR_series结构均相同，五个BAWR_parallel结构均相同。从输入端口1向输出端口7看过去，BAW滤波器中的BAWR的连接关系为：第一BAWR_parallel8、第一BAWR_series 2、第二BAWR_parallel 9、第二BAWR_series 3、第三BAWR_parallel 10、第三BAWR_series 4、第四BAWR_parallel 11、第四BAWR_series 5、第五BAWR_parallel 12和第五BAWR_series 6。

表1为本实用新型中各个BAWR的面积，其中BAWR_series 2在串联的BAWR中面积最小，BAWR_series 2、3、4、5和第一BAWR_parallel 8的面积基本相当，面积小于BAWR_series 2面积的1.5倍；第五BAWR_series 6和BAWR_parallel 9、10、11、12的面积基本相当，面积大于BAWR_series 2面积的1.5倍。

表1 各BAWR的面积与预设形状

第一步，因为BAWR的形状均接近正n边形，n为正整数且n≥4，并且面积大于第一BAWR_series 2面积1.5倍的第五BAWR_series 6和第二~第五BAWR_parallel 9、10、11、12采用五边形，面积小于第五BAWR_series 6面积1.5倍的第一~第四BAWR_series 2、3、4、5和第一BAWR_parallel 8采用四边形；所以预设第五BAWR_series 6和第二~第五BAWR_parallel 9、10、11、12采用正五边形，第一~第四BAWR_series 2、3、4、5和第一BAWR_parallel 8采用正四边形。

图2（a）为给正四边形的BAWR加上外接圆，半径为r₁；并且可以适当调整外接圆的半径大小，例如，当两相邻BAWR的间距小于设置的间距参数时，可以将外接圆半径扩大为r₂，其中r₁-r₂=1/2G_neighboring。

图2（b） 为给正五边形的BAWR加上外接圆，半径为r；并且可以适当调整外接圆的半径大小，例如，当两相邻BAWR的间距小于设置的间距参数时，可以将外接圆半径扩大为r₄，其中r₃-r₄=1/2G_neighboring。

第二步， 图3（a）为5阶BAW梯形滤波器的BAWR_series直线形排列，BAWR_series 2-3-4-5-6排列成一条直线；BAW滤波器的布局沿X轴方向的边长为79.84μm，沿Y轴方向的边长为61.13μm；因为电路上相连的BAWR应在布局上相邻，所以将BAWR_parallel分为两列，BAWR_parallel8-10-12和BAWR_parallel 9-11，分别排列在BAWR_series 2-3-4-5-6两侧。

第三步，因为布局上相邻的BAWR之间的距离应大于G_neighboring，G_neighboring为相邻BAWR的最小间距；布局上非相邻的BAWR_serie之间距离应大于G_nonadjacent，G_nonadjacent为非相邻BAWR_serie的最小间距；布局上，位于输入端口1的第一BAWR_series 2与输出端口7的第五BAWR_series6之间最小距离为G_first-last，其中：G_first-last≥G_nonadjacent≥G_neighboring；布局上BAWR与G-S-G焊盘之间的间距应大于G_BAWR-Pad，G_BAWR-Pad为BAWR与G-S-G焊盘的最小间距。所以设置间距参数G_neighboring=G_BAWR-Pad=20μm，G_nonadjacent=25μm，G_first-last=30μm；根据间距参数适当调整外接圆大小。

同时为了使整个布局面积最小，BAW梯形滤波器的布局形状为矩形，布局形状不包含G-S-G焊盘；逐步“压缩”布局，调整各个BAWR位置；图3（b）为5阶BAW梯形滤波器的BAWR_series折线形排列，BAWR_series 2-3-4-5-6排列成一条折线。在图2（a）中，BAW滤波器的布局沿X轴方向的边长大于沿Y轴方向的边长。而在该5阶BAW滤波器中，沿X轴方向的边长主要由BAWR_series 2-3-4-5-6决定，因此压缩沿X轴方向的边长，调整BAWR_series 2-3-4-5-6的位置，使其变为折线形排列。

第四步，图3（c）为5阶BAW梯形滤波器旋转调整后的布局；因为，单个BAWR任意两边不平行，应为不规则凸四边形、任意凸五边形或其他凸多边形；BAWR的形状为四边形，四边形中内角应大于80º，在n+1边形中内角应全为钝角；布局上相邻的BAWR的相对两边的夹角小于或等于15º；与G-S-G焊盘相邻的BAWR的相对边的夹角小于或等于15º。所以，去掉各个BAWR外接圆后，对每个BAWR切趾，使各个BAWR为不规则形状，并微调BAWR的位置，以各个BAWR外接圆圆心旋转BAWR，使相邻BAWR的相对边、与G-S-G焊盘相邻的相对边满足三行N列的布局结构。

第五步，图3（d）为5阶BAW梯形滤波器的布局设计结果；因为互连线的宽度至少大于所连接BAWR的一条边长，所以根据5阶BAW梯形滤波器的电路结构连接BAWR和焊盘，并计算BAW滤波器布局的面积利用率，计算公式为：

得到该5阶梯形滤波器的布局面积利用率约为44%。

第六步，检验该布局设计，保证该布局设计符合三行N列的布局结构。

第七步，使用声-电磁联合仿真，验证该5阶BAW梯形滤波器的性能是否达到设计指标；仿真结果如图4（a）-（b）所示，实线为布局优化后具有三行N列的布局结构的5阶BAW梯形滤波器，虚线为布局未优化不具有三行N列的布局结构的5阶BAW梯形滤波器。图4（a）为布局优化后的5阶BAW梯形滤波器与布局未优化的5阶BAW梯形滤波器的带内插损（2400-2480MHz）比较，图4（b）为布局优化后的5阶BAW梯形滤波器与布局未优化的5阶BAW梯形滤波器的S₂₁参数（100-7500MHz）比较。可以看出，相比布局未优化的5阶BAW梯形滤波器，布局优化后的5阶梯形滤波器的插入损耗和带外抑制不仅没有下降，反而有所提高。