一种通过外加电场实现滤波的声表面波滤波器芯片结构的制作方法

1.本发明涉及微波通讯设备技术领域，具体涉及一种通过外加电场实现滤波的声表面波滤波器芯片结构。


背景技术：

2.滤波器在各类移动通信终端设备中都起着决定性作用。由于单个移动通信终端设备需要兼容不同通信模式、通信制式，需要使用到大量滤波器。声表面波滤波器是其中的主流技术，其体积缩小非常有利于终端设备的小型化及应用在可穿戴设备等新的应用场景。当前移动通信、物联网、车联网技术的快速发展对滤波器尺寸要求也越来越高。
3.传统声表面波滤波器主要由压电基体和叉指金属换能器所组成，其中，叉指金属换能器通过传统集成电路工艺在压电基体上通过金属薄膜沉积、光刻、刻蚀而成。信号输入到一侧叉指金属换能器中，经压电基体将微波信号转化为声波信号并在压电基体中传输，而后在另一侧叉指金属换能器通过逆压电效应将声波信号转化为微波信号输出。通过复杂的叉指金属换能器设计及谐振器拓扑结构设计，可使满足特定频率要求的声波信号通过，实现滤波功能。根据叉指金属换能器结构，声表面波滤波器可分为横向滤波器和谐振滤波器两大类。横向滤波器包括双向滤波器、单向滤波器、多idt滤波器、反射器型滤波器等，谐振滤波器包括耦合谐振滤波器(横向耦合及纵向耦合)、阻抗电路滤波器、多idt滤波器等。
4.虽然传统声表面波器件也可实现滤波功能，但是具有以下缺点：
5.1、滤波器由多个声表面波谐振器通过拓扑互连实现耦合，满足一定滤波要求；多个谐振器占用大量芯片面积，造成器件尺寸无法缩小；
6.2、太大的芯片尺寸提高了实现射频系统片上系统集成的难度；
7.3、声波在多个谐振器间传输，传输损耗成比例增加，提高了器件损耗。


技术实现要素：

8.有鉴于此，本发明提供了一种通过外加电场实现滤波的声表面波滤波器芯片结构，该芯片结构可实现滤波器的小型化及低损耗，可配合多种工作模式供用户自行设计，并具有技术指标优异、工作模式设计灵活和可扩展、用户操作简便等特点。
9.本发明采用以下具体技术方案：
10.一种通过外加电场实现滤波的声表面波滤波器芯片结构，该声表面波滤波器芯片结构包括芯片基体、压电金属复合换能器谐振电路、微波输入输出电极以及压电层加电电极；
11.所述芯片基体上设置有所述压电金属复合换能器谐振电路、所述微波输入输出电极以及所述压电层加电电极，所述芯片基体用于传输声波信号；所述微波输入输出电极和所述压电层加电电极分别设置于所述压电金属复合换能器谐振电路的两端；
12.所述压电金属复合换能器谐振电路包括压电金属复合换能器；所述压电金属复合换能器包括压电换能器以及相同图形的金属换能器，用于实现微波信号与声波信号的相互
转换；
13.所述压电层加电电极用于为所述压电金属复合换能器提供静电场，使所述压电金属复合换能器实现声表面波滤波；
14.所述微波输入输出电极用于微波信号的对外传输。
15.更进一步地，所述压电金属复合换能器谐振电路的顶部设置有所述压电层加电电极，并在所述压电金属复合换能器谐振电路与所述芯片基体之间设置有所述微波输入输出电极。
16.更进一步地，所述压电金属复合换能器谐振电路的顶部设置有所述压电层加电电极，并在所述芯片基体顶部的所述压电金属复合换能器谐振电路之间设置有所述微波输入输出电极。
17.更进一步地，所述压电金属复合换能器谐振电路的顶部设置有所述微波输入输出电极，并在所述压电金属复合换能器谐振电路的底部设置有所述压电层加电电极。
18.更进一步地，所述芯片基体采用非压电材料制成。
19.更进一步地，所述芯片基体采用金刚石/硅多层结构基体、碳化硅基体、硅基体或者蓝宝石基体制成。
20.更进一步地，所述压电换能器采用压电材料制成。
21.更进一步地，所述压电换能器采用氮化铝、氧化锌、二氧化硅或者铌酸锂制成。
22.更进一步地，所述压电层加电电极、所述金属换能器以及所述输入输出电极均采用金属材料制成。
23.更进一步地，所述金属材料为铝、铜、银或者钛。
24.有益效果：
25.本发明的声表面波滤波器芯片结构在压电金属复合换能器谐振电路的两端分别设置有微波输入输出电极和压电层加电电极，并通过压电层加电电极为压电金属复合换能器提供静电场，通过施加外加电场实现滤波，使得芯片结构保持了现有声表面波滤波器芯片原有的低插损、高质量因数和高工作频率特性，实现了芯片面积的大幅缩小；压电层加电电极可接收外部控制电路施加的电压至压电金属复合换能器谐振电路，从而实现滤波功能。本发明的声表面波滤波器芯片结构采用单个压电金属复合换能器谐振电路即实现了滤波功能，可应用在微波通信系统中，作为高性能滤波器件。
26.另外，本发明的声表面波滤波器芯片结构可通过常规外部控制电路内部程序编写以及计算机控制，配合实现不同电压输入，可根据用户需求，进行扩展和更改，增强了设备工作模式的多样性和灵活性。
附图说明
27.图1为本发明的声表面波滤波器芯片结构的一种外加电场结构示意图；
28.图2为本发明的声表面波滤波器芯片结构的另一种外加电场结构示意图；
29.图3为本发明的声表面波滤波器芯片结构的再一种外加电场结构示意图；
30.图4为本发明的声表面波滤波器芯片结构的外加电场结构示意图；
31.图5为本发明的声表面波滤波器芯片结构在外加电场后的微波性能示意图；
32.图6为本发明的声表面波滤波器芯片结构在外加电场后的微波性能示意图。
33.其中，1-芯片基体，2-压电金属复合换能器谐振电路，3-微波输入输出电极，4-压电层加电电极，5-接地电极，6-加电电极引出端
具体实施方式
34.下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
35.如图1、图2、图3以及图4结构所示，本发明实施例提供了一种通过外加电场实现滤波的声表面波滤波器芯片结构，该芯片结构包括芯片基体1、压电金属复合换能器谐振电路2、微波输入输出电极3以及压电层加电电极4；如图4结构所示，上述声表面波滤波器芯片结构还包括接地电极5和与压电层加电电极4连接供电的加电电极引出端6；
36.芯片基体1上设置有压电金属复合换能器谐振电路2、微波输入输出电极3以及压电层加电电极4，芯片基体1用于传输声波信号；微波输入输出电极3和压电层加电电极4分别设置于压电金属复合换能器谐振电路2的两端；芯片基体1采用非压电材料制成，如：金刚石/硅多层结构基体、碳化硅基体、硅基体或者蓝宝石基体；芯片基体1用于支承压电金属复合换能器谐振电路2、微波输入输出电极3和压电层加电电极4，并传输声波信号；微波输入输出电极3用于微波信号对外传输；
37.压电金属复合换能器谐振电路2包括压电金属复合换能器；压电金属复合换能器包括压电换能器以及相同图形的金属换能器，用于实现微波信号与声波信号的相互转换；压电换能器采用压电材料制成，如：氮化铝、氧化锌、二氧化硅或者铌酸锂；
38.压电层加电电极4用于为压电金属复合换能器提供静电场，使压电金属复合换能器实现声表面波滤波；压电层加电电极4、金属换能器以及输入输出电极均采用铝、铜、银或者钛等金属材料制成。
39.上述声表面波滤波器芯片结构芯片基体1上设置有压电金属复合换能器谐振电路2、微波输入输出电极3以及压电层加电电极4，微波输入输出电极3和压电层加电电极4分别设置于压电金属复合换能器谐振电路2的两端，从而通过压电层加电电极4为压电金属复合换能器提供静电场，通过施加外加电场实现滤波，使得芯片结构保持了现有声表面波滤波器芯片原有的低插损、高质量因数和高工作频率特性，采用单个压电金属复合换能器谐振电路2即实现了滤波功能，代替了现有声表面波滤波需要多个谐振器进行拓扑互连，实现了芯片面积的大幅缩小；压电层加电电极4可接收外部控制电路施加的电压至压电金属复合换能器谐振电路2，从而实现滤波功能，可拓展应用于多种移动通信设备，应用在微波通信系统中作为高性能滤波器件。
40.上述声表面波滤波器芯片结构可通过普通的点焊引线封装或其它方式引出微波输入输出电极3及压电层加电电极4，制成声表面波滤波器；声表面波滤波器可按常规方式放置于移动通信终端设备射频收发模块实现微波滤波；通过常规外部电路施加可调的电压至芯片压电金属复合谐振器电路，改变声波频域下的阻抗耦合特性，实现滤波功能。
41.如图5和图6所示，通过测试曲线可得出，相较未施加外加电场情况下，施加外加电场后在更宽的频率范围内微波信号可通过，从而实现滤波功能。
42.根据微波输入输出电极3和压电层加电电极4的安装位置不同，上述声表面波滤波器芯片结构可以采用以下实施方式：
43.实施方式一
44.如图1结构所示，压电金属复合换能器谐振电路2的顶部设置有微波输入输出电极3，并在压电金属复合换能器谐振电路2的底部设置有压电层加电电极4，微波输入输出电极3和压电层加电电极4分别位于压电金属复合换能器谐振电路2的两端。
45.实施方式二
46.如图2结构所示，压电金属复合换能器谐振电路2的顶部设置有压电层加电电极4，并在压电金属复合换能器谐振电路2与芯片基体1之间设置有微波输入输出电极3，微波输入输出电极3和压电层加电电极4分别位于压电金属复合换能器谐振电路2的两端。
47.实施方式三
48.如图3结构所示，压电金属复合换能器谐振电路2的顶部设置有压电层加电电极4，并在芯片基体1顶部的压电金属复合换能器谐振电路2之间设置有微波输入输出电极3。
49.另外，上述声表面波滤波器芯片结构可通过常规外部控制电路内部程序编写以及计算机控制，配合实现不同电压输入，可根据用户需求，进行扩展和更改，增强了设备工作模式的多样性和灵活性。
50.综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。