具有干扰模式抑制的SAW滤波器的制作方法

本专利申请案要求2016年6月1日提交的第102016110139.7号德国专利申请案的优先权，所述申请案特此明确地以全文引用的方式并入本文中。

背景技术

为了降低saw滤波器的温度响应，所述saw滤波器具有通常包含sio2的补偿层。然而，此措施的副作用是减少耦合。因此，具有此补偿层的宽带滤波器可仅在高度耦合的衬底，例如铌酸锂ln上制造。

举例来说，由具有补偿层的saw谐振器制成的带通滤波器可在具有red-128切割角的铌酸锂晶体上制造。声学瑞利模式的谐振频率用于此衬底材料上。

具有用于电极及沉积于其上的层，及/或用于特定层厚度组合的特定材料组合的多个滤波器能够传播寄生模式，具体来说，盘模式。盘模式的谐振频率高于瑞利模式的谐振频率。对于滤波器的串联谐振器，盘模式的谐振高于滤波器的带通并导致滤波器的透射功能急剧下降。即使针对干扰模式的最大抑制优化此滤波器的几何形状，所述抑制也可由于公差引起的几何偏差及在温度及功率负载下得到增强。这可导致谐振器上的温度及功率负载增加，从而可导致过早磨损并最终导致滤波器发生故障。在其它情况下，干扰模式的频率处于也由具有滤波器布置的装置共享的另一使用频率下并且此频率下的操作受到干扰。

在其它材料组合的情况下，还可出现在通带的范围内或在其它重要频率范围内不可接受地干扰滤波器特征的其它干扰模式。

如果减少此模式的电耦合，则干扰sh模式的广泛抑制成功。这可通过精心优化的几何形状来实现，其中介电层的层高度以及换能器指的宽度及高度控制在窄范围内。然而，这样为制造工艺设定窄公差。

因此，本发明的目标是可靠地及连续地抑制干扰模式，且具体来说，saw滤波器的干扰模式。

此目标通过根据权利要求1所述的saw滤波器实现。本发明的有利实施例在附加的权利要求书中提供。

所提出的saw滤波器具有叉指式换能器，所述叉指式换能器的换能器指在第一周期性中关于其指中心在纵向方向上连续地布置。周期性确定换能器的谐振频率，所述谐振频率对应于主模式的谐振。换能器的谐振在下文中总是理解为包含主模式的谐振，除非具体指明另一谐振。

换能器的换能器指形成第一及第二组，或分配给换能器指的第一或第二组。在第一组中，第一增量变化确定在横向方向上的谐振的几何参数。在换能器指的第二组中，第二增量变化确定在横向方向上的谐振的几何参数并与第一增量相反，或产生与第一增量相反的效果。

在当前情况下，当单独考虑时，第二组中的换能器指中的几何参数变化导致与由第一组中的换能器指中的对应变化引起的频率变化相反的频率变化。

因此，换能器指的第一及第二组中的横向变化相对于其对主模式的谐振的影响相互补偿。因此，主模式的一致谐振存在于换能器的任何横向子部分中。

同时，干扰次模式的谐振频率受几何参数的横向变化影响。相比于对主模式的对应影响，然而，换能器指的第一及第二组的横向变化的效果相对于次模式不相互补偿。这导致次模式谐振频率在横向方向上的变化，由此干扰谐振峰在频谱中扩展。因此，总体减少次模式的激发并抑制次模式。

对于几乎所有叉指式换能器，可发现几何参数在改变时可影响换能器的主模式的谐振频率。通常，此几何变化也使次模式的谐振频率偏移。在大多数情况下，对于两种模式，谐振频率对于几何参数变化的相依性不同。这表示主模式及次模式的谐振频率可通过给定几何参数变化在变化的程度上偏移。

针对几何参数的每次变化或针对由一组换能器指中的几何参数变化引起的谐振频率的每次偏移，在第二组换能器指中存在精确地补偿主模式的此偏移的至少一个几何设定。由于主模式及次模式的谐振频率对几何参数变化作出反应的不同相依性，因此无法对次模式实现补偿。因此，次模式的谐振在横向子部分中在横向方向上偏移及变化。在未修改的主模式下，这导致次模式的较低激发以减少或抑制通过次模式的噪声信号。

在本发明的有利实施例中，换能器指的数目在两组中相等。这表示可将第一组中的换能器指恰好分配给第二组中的一个换能器指。优选地，两组中的换能器指交替地布置在纵向方向上。通过使用交替布置，在换能器中实现更高均匀性并且传输特性受到积极影响。

其变化影响换能器的谐振频率的几何参数可从以下中选择：指宽、换能器指的质量分配及金属化物厚度η。对于金属化物厚度η，重要的是其不仅仅取决于指组中的指，因此也无法独立于第二指组中的电极指设定。

如果第一组换能器指的指宽在横向方向上增加，则所述指宽通常必须在第二组换能器指中在横向方向上减小。第二组中的几何参数变化通常必须以不同量进行，因此具有以下结果：在横向方向上不仅两个指组中的换能器指的指宽变化，而且金属化物厚度η也变化。

通常不可能通过相互对称的几何参数变化来完全补偿第一及第二指组中的几何参数变化的效果。

在换能器指的恒定周期性的情况下，指宽无法独立于指间隔或指中心的间隔变化。当其余参数以其它方式保持恒定时，指间隔的变化单独会引起周期性的变化。然而,如果第一组中的指的周期性变化对可通过第二组中的对应变化再次均衡的谐振频率产生影响，则这仅仅是可容许的。

在有利实施例中，举例来说，几何参数的横向变化连续地发生并符合连续函数。可遵循线性或非线性函数发生连续变化。

还可在横向方向上逐步地改变几何参数，使得在换能器的横向部分中的几何参数恒定，然而相邻几何参数逐步地变化。此阶梯式几何变化包含至少两个相邻横向部分。即使仅具有两个部分，如果两个横向部分中的几何变化对主模式及次模式的谐振具有不同影响，则实现根据本发明的抑制次模式的效果。

然而，换能器可分成任何数目的横向部分，使得可实现无限但连续的变化。

根据本发明的saw滤波器可具有层堆叠，其中压电衬底由金属化层覆盖，换能器指形成于所述金属化层中且介电层或介电层序列形成于所述金属化层上。在本发明的一个实施例中，层堆叠的材料及/或层厚度目前可变化，其方式为使得对主模式及次模式的模式影响程度最大限度地不同。以此方式，干扰次模式的最大抑制可通过对应几何变化来实现。

在上述层堆叠中，用于改变换能器指的几何参数的所需效果还可通过规则结构化层增加，举例来说，所述规则结构化层布置在换能器指上方或下方并施加在介电层上。

结构化层可在纵向方向上具有对应于金属化层或换能器指的周期性的周期性。

另外或替代地，结构化层可具有几何参数的横向变化。

还可使结构化层中的结构的周期性加倍，通过交替地布置第一及第二组中的换能器指，这产生与一组换能器指的周期性对应的结构化层的周期性，因此这仅影响此组换能器指。

在第一及第二指组中的换能器指的不同序列的情况下，还可在结构化层中设定对应于相应指组的不同周期性。

此组中的换能器指及结构化层随后可相互作用，其方式为使得两个横向几何变化一起影响换能器的谐振频率。

下文将参考示例性实施例及附图更详细地解释本发明。这些图仅部分示意性地展示并且仅用于更好的理解，因此不按比例。个别部分可被放大、减小、简化或扭曲。

附图说明

图1展示具有干扰模式的滤波器的透射行为，

图2展示一个几何参数的两个具有传播功能模式的频率相关性，

图3展示根据本发明的能够跨越换能器的孔口在横向方向上传播的两个模式的频率分布，

图4展示根据本发明的第一及第二组的换能器指的指宽变化，

图5展示根据图4的在指宽变化的情况下干扰模式跨越孔口的相对频率变化，

图6a至6g展示换能器结构的详细视图，

图7展示hqtcf技术中穿过saw滤波器的截面，

图8展示穿过钽酸锂上的saw滤波器的截面，

图9展示穿过具有额外结构层的saw滤波器的截面，及

图10展示根据图9的实施例的变化。

图1在用于频带3的tx滤波器的此情况下作为任意选择的实例展示hf滤波器的传递曲线。滤波器通过hqtcf技术(具有补偿tcf的高质量)设计，这表示介电层，具体来说sio2层布置在换能器结构上方以补偿频率的温度系数(tcf)。在没有附加措施的情况下，干扰模式(m2)可在此滤波器中发生，在这种情况下是盘模式，其中频率具体来说取决于hqtcf设计的层厚度比率。干扰模式产生传输函数中的峰值，所述传输函数与不同频带，在这种情况下频带1的rx频带的频率范围部分重叠。如果移动通信终端使用频带3及频带1，则由于干扰盘模式问题，频带1上可能出现接收问题。

本发明的基本想法是允许干扰模式的频率(其来源不与本发明直接相关)通过跨越换能器宽度(表示在横向方向上)改变一个或多个几何参数来改变，其中主模式的频率条件或谐振条件跨越整个孔口保持恒定。

在第一步骤中，通过此几何参数确定主次模式相依性。

图2展示一个几何参数的两个模式的设想示例性频率相依性。在实例中，根据曲线m1的模式以与对应于曲线m2的模式不同的方式对几何参数变化作出反应。

在下一步骤中，由几何参数变化引起的横向频率变化再次通过几何测量来补偿。根据本发明，如果叉指式换能器的换能器指ef分成优选地在纵向方向lr上连续地交替布置的两组，则这是成功的。尽管第一指组fg1中的换能器指中的几何参数变化引起根据图2的曲线m1的频移，但是第二指组fg2中的换能器指ef的一个或多个另外几何参数变化，其方式为使得通过改变用于主模式m1的第一指组的几何参数来补偿频移。

本发明使得可通过第一指组fg1及第二指组fg2中的合适几何变化保持主模式m1的频率恒定。因为次模式m2的频率原本是几何参数变化的函数，所以次模式的频率偏差不由通过第一指组fg1及第二指组fg2实施的几何参数变化来补偿。

图3从横向观点，即，在跨越换能器的孔口的横向方向上看，展示根据本发明的换能器的主模式及次模式的可能频率相依性。如果根据本发明的换能器展现此类型的行为，则次模式的谐振峰变得更宽且随后干扰较少。另外，此模式的耦合减少，从而通过干扰模式的额外抑制引起进一步改进。干扰模式的谐振的加宽及通过较低耦合的改进阻尼产生saw滤波器的更佳滤波行为，使得在此频率范围内的邻近于次模式的使用频带不再受到干扰。

图4展示根据本发明的换能器中的指宽可如何作为具体跨越孔口变化。指宽在图中指定为金属化物厚度(η)，其中η源自实际指宽与指周期(此处保持恒定)的比率。因此，η以与指宽度成比例的方式表现。如跨越孔口看到，第一组中的换能器指具有增加的η，而第二组中的换能器指的η减小。通过第一及第二组中的此指宽变化，主模式的谐振频率可跨越孔口保持恒定。

图5展示与主模式相比干扰次模式的谐振如何跨越孔口变化。此处展示可使用根据图4的指宽变化保持的干扰模式的相对频率变化。

图6a至6b展示叉指式换能器的不同金属化，其中仅参考四个换能器指ef在详细部分中描绘图中的换能器。

图6a展示在纵向方向lr上连续地布置的四个换能器指ef1至ef4。纵向方向对应于表面波的传播方向。换能器指ef相互等距布置并且优选地交替地连接到不同电位。两个换能器指ef在换能器中心中的间隔对应于也称为周期性的指周期p。尽管几何变化从图6a的图示中不明显，但是所述几何变化可在横向方向上或通过材料变化可见地实施。举例来说，可通过改变金属化的层厚度，或通过改变覆盖层的层厚度或通过在额外的层平面中应用额外结构来增加横向方向上的质量负载。

图6b展示如何针对根据图4的示例性实施例实现换能器指的金属化。如跨越孔口看到，第一指组中的换能器指的指宽连续地增加，而第二组中的换能器指的指宽减小。

图6c再次以夸大的示意性表示展示此示例性实施例。在所说明实施例中，表示跨越第一及第二组中的换能器指的所测量金属化物厚度的整个换能器的金属化物厚度保持恒定，因为第一及第二指组中的指的指宽变化相互精确地补偿。因为目标不是几何参数的补偿，而是替代地由其引起的频移的补偿，所以具有横向几何参数变化的实际换能器-指结构不同于图6c中所示的换能器-指结构。例如，尽管从左到右跨越换能器的孔口，第一指组fg1中的指宽以线性函数增加，但是将需要第二组fg2中的换能器指的指宽的非线性变化来补偿由此实现的跨越孔口的频移。

图6d展示本发明的另一主要实施例，其中几何参数的变化不在相同方向上跨越整个换能器宽度或跨越整个孔口。换能器指的指宽在此处再次选择为几何参数，所述几何参数在第一指组fg1中首先减小及在孔口中心中再次增加，使得在换能器的中心中产生几乎镜平面。通过对应方式，第二指组fg2中的换能器指的指宽朝向换能器中心增加，其中第二指组中的指中心的对应尺寸标定精确地被设计成补偿主模式m1的频移。

图6e基本上展示相同实施例，其中如在6d中展示几何变化(但不以夸大方式，而是在实际实施例中)。

图6f展示类似实施例，其中但在横向方向上重复6e的几何变化，使得产生周期性几何变化。

根据图6e及6f的实施例具有以下额外优点：所述实施例在边缘处对称，因为两组中的换能器指在两个边缘上等宽。

图6g将叉指式换能器的换能器结构的细节部分展示为另外的示例性实施例，其中在步骤中执行换能器指ef的几何变化。根据图6g的示例性实施例将孔口细分成两个横向子部分ta1、ta2，其中在每个子部分ta内部，至少一个指组的几何参数可保持恒定。因为第二指组中的换能器指正好需要一个指宽来补偿所得频移，所以指宽或某一其它对应几何参数也可以在第二指组的此子部分中保持恒定，但保持在不同值。此实施例还成功将频率模式保持恒定，所述频率模式为跨越两个子部分的在纵向方向上的换能器结构的函数，但不是次模式的频率，所述次模式由于第二横向子部分ta2中的换能器指的不同几何形状而经历频移。这还导致传输函数中的干扰模式峰值的加宽，使得次模式区域中的滤波器具有改进的抑制，这允许此时使用不同频带的额外使用频率。

一旦将叉指式换能器分成两个横向子部分ta无法充分地抑制次模式或无法充分地“涂抹”其谐振，则换能器必须分成更高数目的子部分，各自具有不同几何参数。

图7展示hqtcf技术中穿过saw滤波器的截面。采用换能器指ef形式的换能器结构布置在高度耦合的压电衬底su上，举例来说，布置在铌酸锂上。换能器指ef包含比铝更重的至少部分材料层，例如，含铜部分层，或完全由更重的金属制成。介电层布置在换能器指ef上，选择所述介电层的层厚度，使得基本上取决于选定衬底材料的频率的温度系数得到补偿。举例来说，这通过sio2的介电层实现，所述介电层对温度系数tcf具有影响，所述温度系数与衬底的温度系数相反并且可因此对其进行补偿。额外的钝化层pl或任何其它层可布置在介电层dl上。

图8以示意图截面展示saw滤波器，其中换能器指ef由含铝金属化物制成并应用于任何衬底su，具体来说，钽酸锂衬底。

图9展示实施例，其中使用横向方向上的对应几何参数变化实现的横向方向上的频移可通过结构化层st进一步加强或减弱。举例来说，此结构化层可施加在介电层dl上或钝化层pl上。还可将结构化层st提供于换能器指上方或下方的saw滤波器中的不同位置处。结构化层st可包含介电材料，或者具体来说，金属材料。

在根据图9的实施例中，以类似于换能器指的条纹方式构造结构化层st，其中在这种情况下条纹仅布置在第一指组中的换能器指上。结构化层可在垂直于图中的拉伸平面的横向方向上变化。所述变化可类似于换能器指的几何参数的变化来完成，但还可显著不同于换能器指的几何参数的变化。

图10展示根据图9的实施例的变化。在这种情况下，尽管结构化层st也以条纹方式构造，但是条纹布置在第一指组fg1中的换能器指ef上以及第二指组fg2中的换能器指上。条纹的尺寸也可从每个条纹下方的换能器指ef的尺寸偏离，举例来说，从条纹宽度或高度偏离。即使在结构化层内，个别条纹的尺寸也可不同。

可仅参考若干示例性实施例解释本发明，因此本发明不限于这些。可改变对模式的谐振具有影响的所有可能几何参数，其中还可采用除了描绘的那些形式之外的形式实施变化。因为取决于模式施加几何变化，所以可以此方式补偿不同干扰次模式。随后将每个变化定向或优化到正好一个干扰模式。

参考符号列表

dl介电层

ef转换器指

f频率

fg1第一组换能器指

fg2第二组换能器指

lr纵向方向

m1主模式

m2次模式

me金属化层

p换能器指的周期性

st规则结构化层

su压电衬底

ta横向部分

tr横向方向

η金属化厚度