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。

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。

薄膜体声波谐振器(FBAR)滤波器研究

薄膜体声波谐振器(FBAR)滤波器具有小尺寸、高频、宽频带、高功率容量等特点,符合5G通信系统对射频滤波器的要求,因而成为射频滤波器的研究热点。对FBAR滤波器的结构原理、电路拓扑形式、关键材料和空腔结构方案四个方面进行了综合阐述与研究。首先介绍了FBAR的基本结构、描述了其工作原理,并指出用于衡量性能优劣的两个关键参数——有效压电耦合系数k_(eff)^(2)和品质因数Q。然后概括了FBAR滤波器的电路拓扑形式,并分析了Ladder形式、Lattice形式和Ladder-Lattice组合形式三种电路拓扑形式的特点。随后研究了FBAR滤波器的关键材料——压电材料与电极材料,并进行了性能特性的比较。其次总结了FBAR的空腔工艺制备方案,重点关注硅反面刻蚀型与空气隙型两大类,并给出了对比与讨论。最后对FBAR滤波器的进一步发展做出了展望。

大于3 GHz超宽带FBAR滤波器结构设计与仿真

该文提出了一种获得相对带宽约为70.61%的基于氮化铝薄膜的超宽带薄膜体声波谐振器(FBAR)滤波器的设计方法,即在中心频率为6.5 GHz下滤波器的带宽为4.835 GHz。仿真分析表明,通过串并联电感的方式,并在电感端串并联电容,可消除因增加电感而带来的谐波谐振点干扰对带通的影响,实现了FBAR滤波器的超宽带。该工作开辟了设计和制作带宽超过3 GHz的超宽带体声波滤波器的新途径。

FBAR-Based Radio Frequency Bandpass Filter for 3G TD-SCDMA

1 IntroductionTime-division synchronous code-division multiple access （TD-SCI）MA） is a 3G wireless communica- tion standard developed in China and adopted by ITU. It has high spectrum efficiency; it providesgood system slability; and it lowers network construction costs. After many years of development, it is now at the stage of large-scale application.

FBAR滤波器的底电极图形化工艺研究

对薄膜体声波谐振器(FBAR)滤波器晶圆制造过程中的关键工艺——底电极图形化工艺进行了研究。通过优化光刻工艺中的焦面和曝光量,制作出了角度约为50°的胶图形;同时调整干法刻蚀设备的工艺参数,实现了角度为10.91°的底电极侧壁斜坡形貌结构,为FBAR滤波器的芯片制造工艺研究打下基础。

S波段FBAR滤波器芯片的研制

采用完全自主的薄膜体声波谐振器(FBAR)滤波器设计、工艺技术,制备了S波段FBAR滤波器芯片。该FBAR滤波器的电路结构为梯形结构,采用一维Mason模型进行了仿真、优化。在工艺上采用空气隙型结构,突破了高c轴取向AlN压电薄膜淀积、精密空气腔制作等关键工艺技术,制备的4节FBAR滤波器中心频率为2 340MHz,3dB带宽为25MHz,中心插损为3.8dB,矩形系数达2.24∶1,输入、输出阻抗均为50Ω,芯片体积仅为1mm×1mm×0.3mm,该性能与同频率、同带宽的介质滤波器性能进行了对比,体积可缩小几千倍,矩形系数优于介质滤波器。

S波段网格型FBAR滤波器的研制

介绍了一种单端口,端口阻抗为50Ω的S波段宽带薄膜体声波谐振器（FBAR）滤波器,该滤波器采用网格型结构的FBAR滤波器芯片级联巴伦芯片实现。对宽带FBAR滤波器芯片的设计过程、工艺实现过程进行了说明。采用0.35μm Ga As工艺实现了3~8 GHz频率范围的巴伦芯片,在FBAR滤波器芯片的中心频率处,幅度不平衡度为0.53 d B,相位不平衡度为0.55°。制备的FBAR滤波器通带频率范围为3 100~3 400 MHz,1 d B带宽约为369 MHz,在2 660 MHz和3 840 MHz处带外抑制分别为45.6 d Bc和41.3 d Bc,尺寸仅为12 mm×7 mm×2.9 mm。将实测结果与仿真结果进行了对比,两者一致性很好。

S波段低插损FBAR陷波器的研制

该文介绍了一种单端口、端口阻抗50Ω的S波段薄膜体声波谐振器(FBAR)陷波器,其采用了梯形拓扑结构与外围匹配电路相结合的方式。对FBAR陷波器芯片的设计过程、工艺实现进行了说明。测试制备的FBAR陷波器,其陷波频段为2399~2412 MHz,陷波抑制达35 dBc;通带频率分别为1800~2300 MHz和2500~2800 MHz,通带插损仅1 dB;3 dBc开口宽度为69 MHz。FBAR陷波器芯片尺寸为1.2 mm×1.2 mm×0.35 mm。结果表明,陷波器实测与仿真结果两者相吻合。

宽带FBAR滤波器的研制

采用阶梯型结构的薄膜体声波谐振器(FBAR)滤波器芯片和外匹配电路实现了一种输入输出端口阻抗均为50Ω的宽带FBAR滤波器。FBAR滤波器芯片采用自主的FBAR滤波器工艺实现,外匹配电路采用0.35μm GaAs工艺实现,并在该芯片上植球,采用倒装工艺将FBAR滤波器芯片与外匹配电路芯片进行异构集成。然后采用微组装工艺将异构集成芯片装配在标准陶瓷外壳中,外壳通过平行封焊工艺实现气密封装,体积仅为3.8 mm×3.8 mm×1.8 mm。测试结果显示,该滤波器通带频率范围为3 300~3 600 MHz, 1 dB带宽约为300 MHz,相对带宽为8.7%,插入损耗为1.41 dB,在3 250 MHz和3 650 MHz处带外抑制分别为16.5 dBc和48.2 dBc。将实测结果与仿真结果进行了对比,两者基本吻合。

窄带FBAR带通滤波器设计

由薄膜体声波谐振器构成的滤波器,其带宽受压电材料机电耦合系数的影响,较难实现窄带滤波器设计。使用ADS射频仿真软件设计了一种通带为1.18～1.20 GHz的窄带薄膜体声波滤波器,分别通过比较增加无源电容元件、改变串并联谐振器面积比、在压电振荡堆内增加一层非压电层和采用两个中心频率不同的薄膜体声波滤波器串联这四种方法,得出窄带薄膜体声波滤波器的优化设计方案。设计得到的滤波器突破了压电材料本身机电耦合系数限定的带宽值,实现了窄带要求,并且带外抑制以及带内插损等设计指标均满足要求。

一款S波段双通道FBAR滤波器

研制了一款S波段双通道薄膜体声波谐振器(FBAR)滤波器,其两个通带频率分别为(2000±45)MHz和(2800±45)MHz,在两个通道的输入、输出端分别加入匹配电路。FBAR滤波器芯片采用阶梯型电路结构设计,采用声电磁协同仿真方法对各个通道的FBAR滤波器分别进行了仿真设计。匹配电路采用由低通滤波器和高通滤波器构成的双工器方案实现。对印制电路板、FBAR滤波器芯片和匹配电路进行了一体化仿真。FBAR滤波器芯片采用自主的FBAR标准工艺实现,双通道FBAR滤波器采用微波混合集成电路工艺实现,其体积为12.2 mm×12.2 mm×4.8 mm。滤波器采用陶瓷外壳进行了气密封装,具有免调试、参数一致性好的特点,拓宽了FBAR滤波器的应用范围。

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。

S波段温度补偿型FBAR窄带滤波器的研制

研制了一种以SiO_2材料作为温度补偿层的S波段温度补偿型薄膜体声波谐振器(FBAR)窄带滤波器。研究了SiO_2层厚度对FBAR温度漂移特性的影响,对不同厚度SiO_2层时的温度补偿特性进行了仿真。仿真结果表明,当Mo/Al N/Mo的厚度为0.15,1.35和0.15μm,SiO_2层的厚度为10 nm时,FBAR的频率温度系数(TCF)约为3×10^(-6)/℃。采用MEMS工艺制备了温度补偿型FBAR滤波器芯片并进行了测试。测试结果表明,滤波器的中心频率为2 492 MHz,中心插损为3.74 dB,3 dB带宽为17 MHz,相对带宽为0.68%,在2 477和2 507 MHz处阻带抑制分别为27.44和33.81 dBc。在三温(常温25℃、高温85℃、低温-55℃)对该滤波器的S参数进行了测试,计算得出频率温度系数为5×10^(-6)/℃。与未加入温度补偿层的传统滤波器相比,频率温度系数改善明显。

薄膜声体波谐振器(FBAR)的研究进展

综述了国内外FBAR技术的研究现状和进展。分析了基于空气腔和布拉格反射层两种主流FBAR的结构、工作原理和建模方法。阐述了适用于FBAR的压电薄膜材料、电极材料以及布拉格反射层材料的选择。并介绍了作为FBAR主要应用的射频滤波器和双工器的拓扑结构和设计方法,以及制备FBAR器件时需克服的关键技术等问题。

一款2.4 GHz WiFi频段FBAR带通滤波器设计

该文设计了一款2.4 GHz WiFi频段(2401~2483 MHz)薄膜体声波谐振器(FBAR)滤波器。采用一维Mason电路模型,在ADS中搭建了阶梯形滤波器电路;在HFSS中建立了封装结构和测试电路有限元电磁模型,并在ADS中完成了联合仿真设计。通过微机电系统(MEMS)工艺制备与测试,滤波器在2401~2483 MHz频段的插入损耗≤2.2 dB。在2520~2900 MHz处,带外抑制≥40 dB,滤波器体积仅1.1 mm×0.9 mm×0.65 mm。

FBAR建模及用于MIMO终端的滤波器设计

薄膜体声波谐振器(FBAR)是优良的射频频率器件。用基本Mason模型对FBAR器件进行建模,并分析阐述了FBAR射频滤波器的结构和设计方法。在此模型和设计方法基础上,对多输入多输出(MIMO)的1 900MHz个人通信服务(PCS)频段和800 MHz蜂窝(Cellular)频段终端的FBAR射频多工滤波器进行了设计和性能分析。滤波器用ADS软件进行仿真和优化,仿真结果表明,本设计比Avago公司主流产品ACFM-7101性能要好,特别是带内纹波。

基于异构集成技术的FBAR开关滤波器组芯片

基于异构集成技术,研制了一款各通道中心频率分别为1.5,1.8,1.9和2.0 GHz的四通道高性能开关滤波器组芯片。使用了金锡凸点焊接的组装工艺,与键合线工艺相比,其互连强度更高,寄生参数更小。薄膜体声波谐振器(FBAR)滤波器芯片与微波单片集成电路(MMIC)开关电路芯片采用自主可控的FBAR工艺、 0.35μm GaAs工艺研制。为满足窄带、高矩形度、低插入损耗开关滤波器组的需求,FBAR滤波器电路采用阶梯型拓扑结构。开关电路使用串-并联混合结构,兼顾低插入损耗和高隔离度。经探针台测试结果显示,各通道中心插入损耗小于3 dB,矩形系数比约为2.0,带外抑制大于45 dBc。开关滤波器组芯片面积为4 mm×4 mm,高度约为0.4 mm。

高抑制或低插损型卫星导航FBAR芯片设计

基于6英寸(1英寸≈2.54 cm)硅基微电子机械系统(MEMS)加工工艺,采用薄膜体声波谐振器(FBAR)的结构,设计并加工了中心频率为1268.52 MHz的两款FBAR滤波器芯片,用于满足北斗卫星导航系统中不同位置的信号处理需求。通过改变电路结构和腔体面积比的方法,两款芯片分别实现了高带外抑制和低插入损耗的功能。其中高带外抑制型滤波器在近端频段可以达到50 dBc以上的带外抑制;低插入损耗型滤波器的最小插损为0.51 dB,1 dB带宽可达37 MHz以上。这两款FBAR芯片指标优异,性能稳定且一致性好,可大规模量产,较好地满足了卫星导航系统对微型滤波器的需求。

6GHz高频率FBAR滤波器

随着5G通信的普及和移动通信技术的不断进步,薄膜体声波谐振器(FBAR)也逐渐向高频、大带宽的方向发展。基于6英寸(1英寸=2.54 cm)微电子机械系统(MEMS)工艺平台,设计并实现了一款6 GHz FBAR滤波器。通过有限元仿真与Mason模型仿真,确定了FBAR的各层厚度、谐振腔面积、电路结构等。优化了金属Mo的溅射工艺条件,通过降低靶材施加功率和增加溅射时间的方法解决了薄金属层溅射厚度不稳定、重复性差的问题。最终制备出的FBAR滤波器带内最小插入损耗为-3.4 dB,1 dB带宽可达111 MHz,近端频段带外抑制在32 dB以上,为国内高频FBAR滤波器的研制提供了参考。