一种小型化高性能薄膜体声波双工器设计方法

针对射频前端对双工器小型化的使用需求,采用拓扑结构设计、匹配设计、版图设计和封装设计等设计方法,研制出一款小型化高性能薄膜体声波(FBAR)双工器,其接收端频率为1805~1880 MHz,发射端频率为1710~1785 MHz,通带内整体插入损耗≤3.0 dB,通道频段的相互抑制≥50 dB,隔离度≥50 dB,尺寸为2.0 mm×1.6 mm×0.9 mm。该双工器具有小体积、低插损、高阻带、高隔离等特性,符合应用系统对双工器的使用需求。

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。

杂模抑制薄膜体声波谐振器的仿真分析

该文研究了电极边界阶梯结构对薄膜体声波谐振器(FBAR)杂波的影响。采用有限元仿真法讨论了阶梯结构宽度尺寸对杂波的抑制效果,结合振型分析该结构能抑制声波能量的泄露,提高器件品质因数。为了进一步验证仿真结果,实验制备了FBAR器件。测试结果表明,当该阶梯结构凸起宽度为3μm,凹陷宽度为1.5μm时,谐振器杂波被有效抑制,反谐振频率处的品质因数约增大100。

C波段宽带薄膜体声波滤波器设计及验证

介绍了一种适用于三维堆叠的凸点式晶圆级封装的小型化C波段宽带薄膜体声波滤波器的设计方法,并进行了工艺验证。通过对压电层薄膜进行钪掺杂、材料参数提取、结构模型优化实现了相对带宽大于5%的薄膜体声波滤波器设计。通过表面硅基微机电系统(MEMS)工艺制备与凸点式晶圆级封装实现滤波器制备。研制出标称频率5800 MHz、插入损耗小于2.8 dB、阻带抑制大于40 dBc、体积仅1.0 mm×1.0 mm×0.35 mm的C波段宽带薄膜体声波滤波器。

薄膜体声波谐振器(FBAR)谐振特性的模拟分析

主要利用Mason等效电路模型对加入介质声损耗的薄膜体声波谐振器输入阻抗公式进行了推导,并利用该结果对薄膜体声波谐振器的谐振特性进行了模拟分析,分别就不同压电层材料和厚度以及不同电极材料和厚度对薄膜体声波谐振器谐振特性的影响进行了详细分析.结果表明,薄膜体声波谐振器谐振频率主要由压电材料和厚度决定但电极的影响也是很大的.在制作高频FBAR器件(5GHz以上)时,采用氮化铝作压电材料比用氧化锌作压电材料更合适.

L波段薄膜体声波谐振器纵波谐振频率计算

薄膜体声波谐振器(FBAR)电极层和压电层的厚度、材料是影响谐振频率的主要因素,确定各层的厚度和材料可得到期望的谐振频率。通过推导FBAR纵向运动应力方程,得到各层厚度、材料、频率参数与角频率相关的公式;采用MATLAB对FBAR各层应力和位移的边界、连续性条件方程组的行列式进行牛顿迭代,得到各层的频率参数。将确定的各层厚度、材料参数值及由牛顿迭代得到的频率参数值代入公式,可以得出谐振频率为1.453 8GHz。采用ADS对具有与公式计算相同厚度、材料的FBAR进行纵向振动Mason模型等效电路仿真,得到仿真模型的谐振频率为1.463GHz。仿真验证结果表明,谐振频率公式计算值和模型仿真值较近,可采用频率公式计算L波段FBAR纵波谐振频率。

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。

低温漂薄膜体声波谐振器研究

该文介绍了一种基于空腔结构的温度补偿型薄膜体声波谐振器(TC-FBAR)。通过在压电层上方生长SiO_(2)温度补偿层,实现谐振器的低温漂。未采用温度补偿的薄膜体声波谐振器,其频率温度系数约为-25×10^(-6)/℃。通过适当的膜层结构设计,可使其频率温度系数在±3×10^(-6)/℃。结果表明,由于温度补偿层的增加,导致器件总体压电效应降低,使谐振器的有效机电耦合系数降低。低温漂谐振器的实现,为窄带低温漂滤波器的研制提供了有效的设计和工艺技术支撑。

薄膜体声波滤波器的发展现状

薄膜体声波谐振(FBAR)滤波器具有体积小,性能高,一致性及可制造性好等优势,相关产品已被广泛应用于移动通信市场。通过对FBAR技术的基本原理和器件结构,讨论了FBAR技术的现状及发展趋势,表明其未来向宽带化,高功率化,高温度稳定性及小型化等方向发展。

新型便携式薄膜体声波谐振气体传感器的研制与应用

基于MEMS工艺的新型阵列化薄膜体声波谐振器(FBAR),可实现对多种挥发性气体的高通量检测.本文通过对薄膜体声波谐振器表面进行不同的化学官能团修饰,形成了传感器阵列,挥发性气体可以在不同化学官能团修饰的器件界面进行选择性沉积,通过监测传感器的谐振频率变化,形成气体响应的特征条形码,由此实现了对不同挥发性气体更加准确的检测.相对于传统的气体检测手段,由于采用了MEMS工艺,该传感器具备体积小巧、反应快捷、灵敏度高等优势,同时通过多化学官能团修饰的阵列化传感器可以实现一套传感装置对不同气体的检测,大大提高了气体检测的效率、识别能力和准确性.

基于裸芯片覆膜的薄膜体声波滤波器

该文研制了一种空腔型的薄膜体声波谐振器(FBAR)滤波器裸芯片。利用FBAR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形成阶梯型结构FBAR滤波器,利用ADS软件对FBAR滤波器裸芯片进行优化设计。仿真结果表明,FBAR滤波器裸芯片尺寸为1 mm×1 mm×0.4 mm,滤波器的中心频率为3 GHz,中心插损为1.3 dB。采用空腔型结构并制备出FBAR滤波器裸芯片,同时采用覆膜工艺对FBAR裸芯片表面进行覆膜保护,避免裸芯片在使用或运输等过程中被损坏。测试结果显示,覆膜前滤波器裸芯片的中心频率为2.993 GHz,中心插损为1.69 dB;覆膜后滤波器的中心频率为2.997 GHz,中心插损为1.51 dB。对覆膜的影响和覆膜前后的差异进行了分析。

FBAR电极和压电薄膜制备工艺研究

薄膜体声波谐振器(FBAR)制备工艺中,压电薄膜及金属电极的质量和形貌直接影响了器件的性能如品质因数、插入损耗及带宽等。研究了决定FBAR性能的关键工艺,包括Mo电极的刻蚀、AlN压电薄膜的溅射和腐蚀,从而实现高质量电极及压电薄膜结构。同步调节光刻胶掩膜侧壁角度和刻蚀选择比,得到了平缓的底电极侧壁角度,实现了有利于AlN溅射连续性的底电极形貌,通过调节溅射工艺中N_(2)流量组分和温度等参数得到高质量的AlN薄膜,对比不同质量分数和温度的腐蚀溶液对AlN腐蚀工艺的影响,对AlN腐蚀不净及钻蚀问题进行分析,得到最佳的AlN腐蚀条件。最终工艺优化后制备出的FBAR经测试具有良好的滤波器特性,该研究对FBAR制备工艺和性能的提升具有借鉴意义。

C波段WLP薄膜体声波滤波器的研制

该文研制了一种晶圆级封装(WLP)的C波段薄膜体声波谐振器(FBAR)滤波器。采用一维Mason等效电路模型对谐振器进行设计,并使用HFSS对电磁封装模型进行优化,再在ADS中对滤波器进行仿真优化设计,得到阶梯型结构的FBAR滤波器。采用空腔型结构并制备出FBAR滤波器芯片,同时利用覆膜工艺对FBAR裸芯片进行覆膜和电镀等WLP工艺,得到WLP的FBAR器件。测试结果表明,滤波器的中心频率为6.09 GHz,中心插损为2.92 dB,通带插损为3.4 dB,带宽为112 MHz,带外抑制大于40 dB。

薄膜体声波谐振器的测试与表征

为了表征所制备的L波段通孔型AlN薄膜体声波谐振器(FBAR)的性能,使用射频探针台和矢量网络分析仪测得FBAR的S参数,扫频步长为1 MHz;为了避免使用3 dB带宽法计算FBAR Q值产生的较大误差,采用阻抗相位微分法,在ADS软件环境下计算出FBAR的Q值。比较实测的S参数及Mason模型仿真得到的S参数发现:采用低阻硅衬底会使FBAR的Q值降低;制备的FBAR中膜层的偏厚会使其谐振频率向低处漂移。制备的性能较好的FBAR,其串联谐振频率为1.509 GHz,Q值为60.4,并联谐振频率为1.523 GHz,Q值为523.4,有效机电耦合系数为2.25%。给出的FBAR片上测试与性能表征方法具有通用性。

薄膜体声波谐振器Mason模型参数的提取方法

为了正确分析和设计薄膜体声波谐振器(FBAR)器件,需要对谐振器Mason模型中的仿真参数(如机电耦合系数、介电常数及粘滞系数等)进行准确提取。通过简谐近似,在Mason模型中引入了厚度方向位移的横向分量,提高了参数提取的准确性。使用谐振器开路和短路图形的散射参数,提取了探针及测试焊盘的等效电路参数,对谐振器进行去嵌。根据拟合得到的模型参数,仿真了中心频率为5.43 GHz的滤波器。结果表明,采用该方法提取的模型参数仿真结果和滤波器探针测试曲线的通带形状吻合较好。

薄膜体声波滤波器结构和设计

随着无线通信设备的小型化发展,薄膜体声波谐振器（FBAR）已成为国内外研究热点。该文综述了FBAR滤波器的拓扑结构、工作原理和仿真模型,并选择梯形滤波器方案,通过ADS射频仿真软件建立起MBVD一维等效电路模型模拟其传输特性。按照全球定位系统（GPS）滤波器设计要求,设计了频带为1 530~1 590 MHz的窄带滤波器。仿真表明,增加串、并联谐振器阶数可有效提高带外抑制,而减少其面积比在进一步增加带外抑制的同时,减少了插损和器件整体面积。设计所得滤波器带宽60 MHz,带外抑制50 dB,插损3 dB。

氧化锌薄膜体声波谐振器制作重复性和均匀性

通过磁控溅射靶材的成分调控和一系列优化过的微电子机械系统(MEMS)工艺,成功研制了基于氧化锌(ZnO)压电薄膜的固体装配型薄膜体声波谐振器(FBAR)。通过使用性能优异的靶材,所得到的器件谐振性能良好。在同一种工艺条件下得到多个硅片的中心处FBAR的谐振频率为2.365~2.379 GHz,具有较好的重复性。并且,同一硅片不同位置的器件性能还具有优异的均匀性,S11的平均相对误差很小。尤其谐振频率可以控制在2.359~2.410 GHz,相比之前的1.8~2.4 GHz,其均匀性有了明显的提升。同一硅片上9个FBAR谐振频率的平均相对误差能够低至0.256%。

一种带有尾电流源反馈的FBAR振荡器

为改善振荡器相位噪声性能,设计了一种带有尾电流源反馈的薄膜体声波谐振器(FBAR)振荡器。研究表明,尾电流源晶体管闪烁噪声和谐振回路是振荡器相位噪声的主要来源。为了降低尾电流源晶体管闪烁噪声对振荡器相位噪声的影响,采用两组对称分离且工作在亚阈值区域的P型金属氧化物半导体(PMOS)偏置电流源进行尾电流反馈。与传统单个尾电流源相比,该技术具有更好的相位噪声性能。同时,基于对Hajimiri噪声模型的分析,利用尾电流源反馈技术,控制振荡器在振幅达到峰值及零穿越点时的电流大小,以进一步改善相位噪声性能。高Q值谐振器可以显著提高振荡器的整体相位噪声性能,因此,设计采用高Q值微机电系统(MEMS)器件FBAR作为谐振腔,并通过TSMC 180 nm RF CMOS工艺完成电路设计。结果表明:该振荡器输出频率为1.93 GHz,整体电路功耗为580μW,在1 kHz偏频处相位噪声为-89.7 dBc/Hz,计算得到灵敏值(Factor Of Merit,FOM)为217 dB。

X波段FBAR用AlN薄膜制备研究

采用中频磁控溅射法,在硅基上制备了X波段薄膜体声波谐振器(FBAR)滤波器用AlN压电薄膜。对AlN薄膜进行了分析表征,结果表明,AlN压电薄膜具有良好的(002)面择优取向,摇摆曲线半峰宽为2.21°,膜厚均匀性优于0.5%,薄膜应力为-5.02 MPa,应力可在张应力和压应力间进行调节。将该AlN薄膜制备工艺应用于FBAR器件的制作,研制出X波段FBAR器件,谐振频率为9.09 GHz,插入损耗为-0.38 dB。

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。