金锡键合在薄膜体声波滤波器晶圆级封装中的研究

薄膜体声波滤波器(FBAR)作为一种无源、体积小和耐功率高的器件,被广泛应用于射频信号处理中。晶圆级气密封装作为小型化封装的代表,在各种高可靠性应用场景中占据重要地位。金-金键合和金-锡键合被广泛应用于薄膜体声波滤波器的气密性晶圆级封装中,但金-锡键合在工艺上更易实现。该文针对金-锡键合在气密性晶圆级封装中的应用进行了研究,在保证键合强度的情况下制作了3 GHz滤波器样品,其性能测试一致性良好,可靠性达到要求。

薄膜体声波滤波器的离子束刻蚀修频工艺

薄膜体声波滤波器因设计模型与器件性能存在匹配度问题及制造过程中各工序的累计误差导致频率一致性差,严重影响了产品良率,因此实现晶圆级别的频率修整十分必要。介绍了离子束刻蚀工艺的原理、技术特点与优势,研究了刻蚀电压、刻蚀电流、刻蚀距离、Ar气体体积流量及单次刻蚀量对刻蚀效果的影响,表征了离子束刻蚀工艺对AlN钝化层厚度均一性、刻蚀精度及粗糙度的影响。探究了离子束刻蚀工艺在薄膜体声波滤波器频率修整上的应用,表征了离子束刻蚀工艺对钝化层的表面形貌及晶圆应力的影响。研究结果表明,刻蚀电压为1500 V、刻蚀电流为18 mA、刻蚀气体体积流量为4 cm^(3)/min、刻蚀距离为80 mm时,刻蚀精度高,具有一定借鉴意义;通过3轮电性能测试分析和离子束刻蚀工艺,频率标准差仅为1.23 MHz,大幅提升了薄膜体声波滤波器的频率一致性。

薄膜体声波谐振器FBAR技术在滤波器的应用研究及其专利数据分析

本文简单介绍了薄膜体声波谐振器FBAR的具体结构、工作原理以及FBAR技术的应用,重点介绍了FBAR技术在滤波器的应用及其工作原理,梳理了常见的几种FBAR滤波器结构,最后通过检索分析,从多个角度对FBAR技术在滤波器应用领域的专利申请进行专利分析,为后续企业在该应用领域进行专利布局提供一定的参考价值。

高性能温补型薄膜体声波滤波器的研制

该文研制了一种高性能温补型薄膜体声波谐振(TC-FBAR)滤波器。采用COMSOL软件对高性能温补型结构的谐振器进行建模和仿真,在常规一维Mason等效电路模型的基础上进行修正,再在ADS中对滤波器进行仿真优化设计,得到阶梯型结构的TC-FBAR滤波器。采用空腔型结构并制备出温补型FBAR滤波器芯片,同时在常规TC-FBAR基础上制备空气桥和凸起层结构,得到双空气桥结构的高性能TC-FBAR滤波器。测试结果表明,滤波器的中心频率为2.43 GHz,最小插损为1.02 dB,1 dB带宽为70.5 MHz,频率温度系数为1.82×10^(-6)/℃。

基于CMOS工艺的高性能射频滤波器:体声波滤波器(BAW)

过去几年中,随着射频集成电路技术和系统结构的发展,移动电话中射频部分的很多分立器件已被替换.最为明显的就是接收机中分立的低噪声放大器(LNA)和中频(IF)滤波器已经被集成到射频集成电路中.可以预期各射频模块将逐步被集成到标准BiCMOS或CMOS集成电路中,但还是有几类射频元件的集成不太容易做到,其中就包括射频滤波器.

FBAR滤波器TRL校准的仿真与测试

针对薄膜体声波谐振腔(FBAR)滤波器测试夹具误差校准,提出一种改进的TRL校准方法,将三维电磁仿真和TRL计算结合,用于测试套件(夹具和TRL校准件)的前期设计与优化,确保TRL校准件达到足够精度。由于DUT(device under test,待测器件)参数未知,实测中采用四种不同结构的测试套件,校准前各组测试结果差异较大,但TRL校准后高度吻合,通带内的差异小于0.2 dB,不但精准确定DUT真实参数,而且表明本TRL校准方法对于不同结构夹具去嵌入的有效性。该仿真计算不仅可以设计高精度测试套件,避免过度依靠实测,并且可与实测相互验证,并可推广到其他微波器件的测量,节省测试成本。

采用PZT薄膜的体声波RF滤波器设计

在分析体声波滤波器的原理、结构及相关参数的基础上 ,结合锆钛酸铅薄膜的材料特性 ,提出了一种射频体声波滤波器设计。设计中考虑了衬底、电极的质量加载对中心频点的影响 ,模拟了不同连接方法下滤波器的频率特性 ,探讨了薄膜材料的制备、退火。

薄膜体声波谐振器的梯形射频滤波器设计

从Mason等效电路模型出发,研究了基于薄膜体声波谐振器的梯形结构射频滤波器的设计。以往的研究中都没有考虑到介质的声损耗,这样得到的滤波器频响中就未计入插入损耗的影响。采用射频网络方法对薄膜体声波谐振器建模,并在模型中加入了介质声损耗的影响,然后就基于薄膜体声波谐振器的梯形射频滤波器的传输响应、带宽、插入损耗、阻带抑制以及带内波纹情况进行了分析和讨论。

Wi-Fi频段体声波滤波器的设计

为了保证移动设备在Wi-Fi频段正常工作且不受相邻频段的干扰,设计了一种用于Wi-Fi IEEE802.11b频段(2402~2482MHz)的BAW滤波器。设计基于薄膜体声波谐振器(FBAR)的一维Mason等效电路模型构成初始结构的梯形滤波器。然后,将串联FBAR的谐振区面积值以及串、并联FBAR的谐振区面积的比值设置为优化参数,以所需的滤波器的带内插损和带外抑制为优化目标,使用ADS软件基于遗传和梯度的优化算法对滤波器进行优化。在滤波器的设计过程中,为了使仿真结果更加精确,采用声电磁协同仿真方法对滤波器进行仿真,并与Mason等效电路模型仿真结果对比,结果表明,滤波器性能有所下降,带内插损增大1.6dB,带内纹波增大1.1dB,带外抑制基本一致。所设计的Wi-Fi频段的BAW滤波器具有低插入损耗(小于3dB)、高带外抑制(大于40dB)性能。

体声波滤波器的片上测试与性能表征

为了表征制备的L波段体声波(BAW)滤波器的性能,采用射频探针台和矢量网络分析仪片上测试获得了BAW滤波器的S参数;在ADS软件环境下计算了BAW滤波器的各项性能参数。比较实测与仿真得到的S参数曲线,发现:低阻硅衬底会使BAW滤波器的带内插损显著增加;BAW滤波器中各薄膜体声波谐振器(FBAR)单元的薄膜沉积厚度误差会使BAW滤波器的带内波动偏大,且FBAR薄膜厚度较设计值增大时BAW滤波器的中心频率会向下偏移。以制备的一只BAW滤波器为例,测得其中心频率为1 495MHz,带宽为17MHz,带内插损为-46.413dB,带内波动为2.816dB,带外抑制为-72.525dB/-79.356dB,电压驻波比为1.940。该文给出的BAW滤波器片上测试与性能表征方法具有通用性。

S波段窄带带通体声波滤波器设计

针对无人机测控应用设计了一种S波段窄带带通体声波(BAW)滤波器,其技术指标为:中心频率2.46 GHz,带宽41 MHz,带内插损大于-3 d B,带内纹波小于1 d B,带外抑制小于-40 d B@2.385 GHz和2.506 GHz。采用Mason模型设计了BAW滤波器中各薄膜体声波谐振器(FBAR)的叠层结构;使用变迹法设计了各FBAR(电极)的形状;采用一种自行开发的自动布局方法得到紧凑的BAW滤波器布局;建立了BAW滤波器的声-电磁协同仿真模型,通过这种高保真的多物理场仿真方法对设计结果进行了性能验证。该设计流程是通用的,并且有两个特点:采用声-电磁协同仿真方法对设计阶段的BAW滤波器进行最终性能检验,可以及早发现并拒绝1D Mason模型过于乐观的设计;滤波器布局设计中采用了一种新的自动化布局方法,大大简化了在此阶段的反复尝试工作,也为声-电磁协同仿真模型输出了必需的面内结构信息。

AlN薄膜体声波梯形滤波器的制备与性能分析

用Mason一维等效电路模型模拟了不同级数的梯形体声波滤波器的传输特性。讨论了谐振器级联数对滤波器插入损耗和带外抑制的影响。以AlN薄膜为压电材料,采用微机电系统(MEMS)工艺流程制备了3级梯形结构的滤波器,用扫描电镜照片(SEM)和网络分析仪表征了器件的结构和传输响应特性,测试结果表明,所制备的滤波器结构完整,图形整齐,并得到滤波器的带宽为180MHz,带外衰减为-10.12dB,插入损耗为-5.15dB。

体声波滤波器的电磁-热耦合仿真方法

为了快速有效地得到体声波(BAW)滤波器在给定功率水平下的3D温度分布,提出一种电磁-热耦合仿真方法。首先搭建BAW滤波器的热仿真模型,并设置电磁-热耦合求解方式;然后由热仿真模型生成BAW滤波器的电磁模型,以提取BAW滤波器电磁模型中的导体损耗。最后以提取的损耗作为热仿真的热源,并由电磁-热耦合仿真得到滤波器的3D温度分布。仿真结果表明,在输入功率为1 W时,该BAW滤波器的7只谐振器中,第一只串联谐振器和第一只并联谐振器分别为最热的串联谐振器和最热的并联谐振器;滤波器案例中的热点温度为81.472℃,出现在第一只并联谐振器的顶电极中;冷点温度为49℃,出现在第三只并联谐振器的压电层中。

体声波滤波器自动布局工具的设计开发

为了实现体声波(BAW)滤波器版图的自动排布和构建滤波器的三维模型,开发了一款体声波滤波器自动布局工具。根据文献提出的BAW梯形滤波器布局设计流程,基于.NET平台,使用C#语言,创建生成滤波器版图的功能界面。根据输入的薄膜体声波谐振器(FBAR)个数和面积大小生成对应的多边形外接圆,通过FBARs的串并联连接情况,生成放置外接圆的位置,并生成多边形。生成多边形后,用户只需对其进行微调(拖动、旋转等),即可在保证滤波器性能的情况下,得到面积尽可能小的版图。在所完成的滤波器版图基础上,根据滤波器的结构参数和建模方式,在AutoCAD中导入写好的动态链接库,创建生成滤波器三维模型的功能界面。输入FBAR膜层厚度等参数后,软件自动生成滤波器的三维模型。并自动保存为可导入电磁仿真软件的dwg文件或sat文件,方便滤波器的电磁仿真。设计开发过程中所用滤波器的结构参数等即为该文验证所设计软件的案例。证明了所开发软件的可行性。即软件在保证滤波器性能的情况下,最大限度地缩小版图面积,提高滤波器在晶圆上的面积利用率,且节省了滤波器设计人员的时间和精力。

用于C波段的薄膜体声波谐振器滤波器

研制了一种工作于C波段的薄膜体声波谐振器(FBAR)滤波器。首先利用FBAR的一维Mason等效电路模型对谐振器进行设计,然后采用实际制作的谐振器模型构成阶梯型结构FBAR滤波器,利用ADS软件对FBAR滤波器进行电路原理图以及版图设计优化。仿真结果表明,滤波器的中心频率为5.5 GHz,中心插损为1.79 dB,1 dB带宽为115 MHz,5.3 GHz处抑制为40.29 dBc,5.7 GHz处抑制为64.32 dBc。采用空气隙结构实现了C波段FBAR滤波器芯片,并采用陶瓷外壳进行气密封装。测试结果显示,滤波器的中心插损为2.19 dB,1 dB带宽为111 MHz,5.3 GHz处抑制为26.88 dBc,5.7 GHz处抑制为60.96 dBc。对测试结果与仿真结果的差异进行了分析。

体声波滤波器的设计与微加工方法

提出了一种易于使用的薄膜体声波(FBAR)滤波器的4步设计方法,以一种FDD-LTE Band7的Rx滤波器为例展示了该方法的应用流程。第一步,根据FBAR滤波器的中心频率和带宽指标,确定FBAR薄膜叠层中各层薄膜的厚度。第二步,得到滤波器的电路结构。第三步,得到每个FBAR单元的谐振区面积;为此,将串联FBAR单元的谐振区面积、并联FBAR单元与串联FBAR单元的谐振区面积比值作为两组优化参数;将给定滤波器的插入损耗和带外抑制指标作为优化目标,利用ADS软件中的梯度优化算法,得到其优化值。第四步,旨在使滤波器的带内纹波最小化。设计中采用一种新的FBAR电极厚度调整方法,故意使串联FBAR的串联谐振频率与并联FBAR的并联谐振频率频率值不等,但相差很小,实现了该目标。由于案例设计结果中,SiO2支撑层的厚度仅300nm,需要在背面通孔刻蚀的微加工工艺中工序保留良好,因此,提出了一种基于绝缘衬底上的Si(SOI)圆片中埋氧层(BOX)缓冲的两步通孔刻蚀工艺方案,该方法利用了BOX的刻蚀自停止特性。研究结果表明,Rx滤波器插入损耗为0.6dB,在Tx频段的带外抑制为40.4dB,带内纹波为0.4dB。由此验证了该设计方法的可行性。

新型体声波（BAW）滤波器

新型带边和共存Wi—Fi滤波器采用Qorvo的BAW技术，可以解决多用户多输入／多输出（MU-MIMO）系统严苛的散热难题，而不会牺牲谐波合规性和辐射性能。这对在分配的整个频谱上实现可靠的覆盖范围至关重要。同时，这些产品的尺寸也大幅减小，有助于设计师为家居和办公环境设计出更小，更具吸引力的终端用户设备。

Qorvo推出高功率体声波（BAW）滤波器

Qorvo宣布推出面向5G迁移的且体积超小的高功率体声波（BAW）滤波器,该滤波器可以处理平均5W的RF输入功率,峰值功率达40W.不仅如此,QPQ1300滤波器还是业内首款面向5G迁移的高功率BAW滤波器,可以解决在为5G迁移设计大规模MIMO电信基础设施时遇到的可靠性、封装、测试与空间限制挑战.

体声波滤波器功率容量的评估方法

为了解决在体声波(BAW)滤波器的设计中对功率容量指标考虑欠缺的问题,提出了一种BAW滤波器功率容量的评估方法。首先通过BAW滤波器在特定输入功率和环境温度下的声-电磁-热多物理场仿真,得到在自热效应下各单元谐振器的叠层温度平均值;然后将叠层温度平均值作为设计参量引入到Mason模型中,搭建含温度参量的Mason(T)(T为温度)模型;最后在Mason(T)模型中模拟BAW滤波器的传输曲线,根据在全温度范围内各项性能指标是否超标来评估BAW滤波器的功率容量水平。仿真结果表明,在输入功率为23 dBm、环境温度为全温度范围(-25~85℃)时,BAW滤波器的各项指标均未超标;在输入功率为30 dBm、环境温度为30℃时,BAW滤波器的上频带插入损耗和带外抑制已超标,性能出现明显退化。

C波段横向激励薄膜体声波谐振器设计与制备

针对未来移动通信对射频前端器件提出的多频率、高集成新要求,开展了兼具声表面波(SAW)谐振器和薄膜体声波谐振器(FBAR)技术特点的新型横向激励兰姆波谐振器研究。该文介绍了基于c轴择优取向氮化铝(AlN)压电薄膜的C波段横向激励薄膜体声波谐振器(XBAR)的结构设计、参数优化和制备方法,并进行了工艺验证。通过剥离和刻蚀等步骤制备了谐振频率4.464 GHz、品质因数3039、品质因数与频率之积(f×Q)达到1.56×10^(13)GHz、面积小于0.12 mm^(2)的低杂波XBAR谐振器,并仿真分析了其用于射频滤波器的可行性。该研究为进一步研制多频率、高集成的小型化XBAR滤波器组件提供了有效的设计技术和工艺技术支撑。