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一种柔性体声波滤波器

阅读：1031发布：2021-01-05

IPRDB可以提供一种柔性体声波滤波器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供一种柔性体声波滤波器，包括：柔性基底、多个谐振器、端口电极、连接带，其中，柔性基底的材料包括但不限于：聚对苯二甲酸类塑料、聚乙酰亚胺、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醚酰亚胺、金属或者无机材料。谐振器的图形为多边形、椭圆形或由多段弧线及直线构成的异形，并且满足条件：任意两边互不平行，图形中内角≥60°，串联谐振器和并联谐振器的谐振组数≥2。该柔性体声波滤波器能够应用于向柔性衬底上的转移过程，且在转移后具有结构稳健性。本发明中，还通过添加边缘约束结构使得工作区域结构稳健，通过添加额外附着区域面积增大了该滤波器在柔性衬底上附着能力。，下面是一种柔性体声波滤波器专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种柔性体声波滤波器，包括：柔性基底、多个谐振器、端口电极、连接带，其特征在于：所述柔性基底的材料包括：聚对苯二甲酸类塑料、聚乙酰亚胺、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醚酰亚胺、金属或者无机材料。

2.根据权利要求1所述的柔性体声波滤波器，其特征在于，所述谐振器的图形为多边形、椭圆形或由多段弧线及直线构成的异形。

3.根据权利要求1所述的柔性体声波滤波器，其特征在于，所述谐振器的图形满足条件：任意两边互不平行，图形中内角≥60°，串联谐振器和并联谐振器的谐振组数≥2。

4.根据权利要求1所述的柔性体声波滤波器，其特征在于，所述柔性体声波滤波器的拓扑结构为梯形结构、格型结构，或者梯形与格型混合结构。

5.根据权利要求1所述的柔性体声波滤波器，其特征在于，还包括独立额外附着面积结构，所述独立额外附着面积结构与所述基底接触，但所述独立额外附着面积结构既不与所述谐振器有电学连接也不与端口电极有电学连接。

6.根据权利要求1所述的柔性体声波滤波器，其特征在于，所述端口电极具有电极额外附着面积。

7.根据权利要求1所述的柔性体声波滤波器，其特征在于，所述谐振器和所述端口电极具有边缘约束结构。

8.根据权利要求7所述的柔性体声波滤波器，其特征在于，所述边缘约束结构的至少一端位于被约束边缘的上方并建立连接，至少另一端与所述基底有附着关系。

9.根据权利要求7所述的柔性体声波滤波器，其特征在于，所述边缘约束结构设置在所述端口电极边缘。

10.根据权利要求7所述的柔性体声波滤波器，其特征在于，所述边缘约束结构是被约束边缘的一部分，或者是独立的其他层。

说明书全文

一种柔性体声波滤波器

技术领域

[0001] 本发明涉及半导体技术领域，特别地涉及一种柔性体声波滤波器。

背景技术

[0002] 柔性电子在显示、传感、通信等领域已有较快发展，可穿戴式柔性电子消费吸引了越来越多的兴趣。柔性电子通常被认为是建立在柔性衬底之上的电子或电子系统，系统
具有可弯曲、拉伸或扭曲等特点。与常规硬质基底上电子系统相比，柔性电子需要在发生
柔性形变时仍保留有一定的工作能力。进一步地，在高通信效率的应用中，构建柔性射频
系统可进一步扩展柔性应用领域。

[0003] 作为射频系统的重要组件之一，滤波器在信号处理中发挥重要作用。滤波器是一个典型的二端口电学网络，在组成形式上有多种分类，其中梯形(Ladder)拓扑结构是较为
常见的一种。如图1所示，Ladder 结构具有一个信号输入端(端口1)和一个信号输出端(端
口2)，其各级分别由一个串联在端口1、2之间的谐振器(Series Resonator)Xi (i＝1,2,
3…)和一个并联在端口1、2之间的谐振器(Shunt Resonator)Yi (i＝1,2,3…)组成，且并
联谐振器的谐振频率低于串联谐振器的谐振频率。通常，谐振器又包括两个谐振点：频率
较低的串联谐振点和频率较高的并联谐振点。以带通滤波器为例，在Ladder结构的滤波器
中往往令并联谐振器的并联谐振点与串联谐振器的串联谐振点相等以获得性能更佳的
滤波器，如图2所示。

[0004] 还有一种常见的滤波器基本拓扑结构为格形结构，如图3所示。格形结构与梯形结构是在版图布局方面是相似的，二者可以用同样的版图设计方法。更进一步地，既有梯
形拓扑又有格形拓扑的混合型结构也可用同样的版图设计方法。

[0005] 另一方面，柔性电子的发展对柔性电学组件的开发提出了更高要求。通信射频波段在未来柔性电子系统中占有重要分量。柔性功能的实现一定程度上依赖于器件的可柔
性化设计。近年来，体声波(Bulk Acoustic Wave,BAW)谐振器获得了快速发展。BAW谐振器
凭借简单的结构、高性能、低功耗、小体积等优势成为实现柔性电子系统的重要组件之
一。以一种体声波谐振器薄膜体声波谐振器(film bulk acoustic resonator，FBAR)为例，
该类型谐振器具有三明治结构，从上至下依次为顶电极、压电层和底电极，在外加射频信
号下可产生机械谐振，通过压电效应从而产生电学谐振信号。此外，为了构成有效的声反
射层，通常还需要在两电极之外构建空气腔或布拉格反射层。

[0006] 硬质基底上的BAW谐振器及其扩展滤波器应用在商业化方面已趋于成熟，但具有柔性特性的相关研究鲜有报道，柔性滤波器开发仍有空白。

发明内容

[0007] 有鉴于此，本发明提供一种柔性体声波滤波器，并提高处理效率。

[0008] 本发明的柔性体声波滤波器，包括：柔性基底、多个谐振器、端口电极、连接带，其中：所述柔性基底的材料包括：聚对苯二甲酸类塑料、聚乙酰亚胺、聚萘二甲酸乙二醇酯、
聚醚酰亚胺、金属或者无机材料。

[0009] 可选地，所述谐振器的图形为多边形、椭圆形或由多段弧线及直线构成的异形。

[0010] 可选地，所述谐振器的图形满足条件：任意两边互不平行，图形中内角≥60°，串联谐振器和并联谐振器的谐振组数≥2。

[0011] 可选地，所述柔性体声波滤波器的拓扑结构为梯形结构、格型结构，或者梯形与格型混合结构。

[0012] 可选地，还包括独立额外附着面积结构，所述独立额外附着面积结构与所述基底接触，但所述独立额外附着面积结构既不与所述谐振器有电学连接也不与端口电极有电
学连接。

[0013] 可选地，所述端口电极具有电极额外附着面积。

[0014] 可选地，所述谐振器和所述端口电极具有边缘约束结构。

[0015] 可选地，所述边缘约束结构的至少一端位于被约束边缘的上方并建立连接，至少另一端与所述基底有附着关系。

[0016] 可选地，所述边缘约束结构设置在所述端口电极边缘。

[0017] 可选地，所述边缘约束结构是被约束边缘的一部分，或者是独立的其他层。

[0018] 本发明的柔性体声波滤波器能够抑制谐振器寄生模式，这对提高滤波器的整体性能有利，从而使得滤波器应用于向柔性衬底上的转移过程，且在转移后具有结构稳健
性。本发明中，还通过添加边缘约束结构使得工作区域结构稳健，通过添加额外附着区域
面积增大了该滤波器在柔性衬底上附着能力。

附图说明

[0019] 附图用于更好地理解本发明，不构成对本发明的不当限定。其中：

[0020] 图1是梯形拓扑结构滤波器示意图；

[0021] 图2是谐振器电学性能示意图；

[0022] 图3是格型拓扑结构滤波器示意图；

[0023] 图4是本发明第一实施例的柔性体声波滤波器拓扑结构版图设计；

[0024] 图5(a)是本发明第二实施例的柔性体声波滤波器拓扑结构版图设计，图5(b)是图5(a)所示结构的A-A1`处的剖面视图；

[0025] 图6(a)是现有技术的滤波器中的端口电极版图设计，图6(b) 是本发明第三实施例的柔性体声波滤波器中的端口电极版图设计；

[0026] 图7(a)是本发明第四实施例的柔性体声波滤波器拓扑结构版图设计，图7(b)是图7(a)所示结构的B-B1`处的剖面视图。

具体实施方式

[0027] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考
附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

[0028] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、 “横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、 “后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、 “外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为
了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方
位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

[0029] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示
或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个
以上，除非另有明确具体的限定。

[0030] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以
是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是
两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语
在本发明中的具体含义。

[0031] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过
它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第
一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一
特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅
仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

[0032] 本发明实施例的柔性体声波滤波器，包括：柔性基底、多个谐振器、端口电极、连接带，其中：柔性基底的材料包括但不限于：聚对苯二甲酸类塑料、聚乙酰亚胺、聚萘二甲
酸乙二醇酯、聚醚酰亚胺、金属或者无机材料。

[0033] 可选地，谐振器的图形为多边形、椭圆形或由多段弧线及直线构成的异形。

[0034] 可选地，谐振器的图形满足条件：任意两边互不平行，图形中内角≥60°，串联谐振器和并联谐振器的谐振组数≥2。

[0035] 所述体声波谐振器的核心结构为具有两侧电极和位于电极之间的压电层构成的三明治结构。其中电极材料可包含但不限于：锇、镁、金、钨、钼、铂、钌、铱、锗、铜、钛、钛钨、铝、铬、砷掺杂金。所述FBAR压电层的材料为以下任意一种：氮化铝、氧化锌、锆钛酸铅、铌
酸锂、石英、铌酸钾、钽酸锂。可选的，所述压电层的材料为掺杂稀土元素的氮化铝。上述材
料为压电薄膜，厚度小于10微米。氮化铝薄膜为多晶形态或者单晶形态，生长方式为薄膜
溅射(sputtering) 或者有机金属化学气相沉积法(MOCVD)。

[0036] 可选地，柔性体声波滤波器的拓扑结构为梯形结构、格型结构，或者梯形与格型混合结构。

[0037] 可选地，还包括独立额外附着面积结构，独立额外附着面积结构与基底接触，但独立额外附着面积结构既不与谐振器有电学连接也不与端口电极有电学连接。

[0038] 可选地，端口电极具有电极额外附着面积。

[0039] 需要说明单是，与电极上的额外附着面积结构相比，独立额外附着面积不与任一谐振器或者端口电极有电学连接，可以增大器件与柔性衬底之间的粘附(附着力)，但结构
稳健性低于电极上的额外附着面积结构。在端口电极上直接增加的额外面积附着也可以
增大器件与柔性衬底之间的粘附(附着力)，但会引入微弱的电磁干扰，进而影响器件的
电学性能。

[0040] 可选地，谐振器和端口电极具有边缘约束结构，边缘约束结构的至少一端位于被约束边缘的上方并建立连接，至少另一端与基底有附着关系。

[0041] 可选地，边缘约束结构设置在端口电极边缘。

[0042] 可选地，边缘约束结构是被约束边缘的一部分，或者是独立的其他层。

[0043] 本发明的柔性体声波滤波器能够抑制谐振器寄生模式，这对提高滤波器的整体性能有利，从而使得滤波器应用于向柔性衬底上的转移过程，且在转移后具有结构稳健
性。本发明中，还通过添加边缘约束结构使得工作区域结构稳健，通过添加额外附着区域
面积增大了该滤波器在柔性衬底上附着能力。

[0044] 为使本领域技术人员更好地理解，下面结合具体实施例进行详细说明。

[0045] 实施例1，柔性滤波器拓扑结构版图设计

[0046] 本实施例中，图4所示为包括2.5个谐振组的梯形拓扑结构的滤波器版图示意，滤波器主体包括串联谐振器400、410、420，并联谐振器 450、470，端口电极440、460、480和连
接带430。其中，并联谐振器和串联谐振器是基本谐振器，端口电极用于与外界电学系统建
立电学连接，连接带用于在谐振器与谐振器之间、谐振器与端口电极之间建立电学连接。

[0047] 本实施例中，谐振器图形不限于四边形，还包括但不限于一般多边形、椭圆形或由多段弧线及直线构成的异形。谐振器图形设计还应满足：任意两边互不平行，且图形中
的内角不小于60度。串联谐振器和并联谐振器构成的谐振组数(梯形单元)应不少于2。滤
波器拓扑结构不限于梯形结构，还可以是格形结构或梯形结构与格形结构组成的混合结
构。

[0048] 实施例2，增加独立额外附着面积的版图改进

[0049] 本实施例中，图5(a)所示为包括2.5个谐振组的梯形拓扑结构的滤波器版图示意，滤波器主体包括串联谐振器500、510、520，并联谐振器550、570，端口电极540、560、
590，连接带530和独立额外附着面积580。其中，并联谐振器和串联谐振器是基本谐振器，
端口电极用于与外界电学系统建立电学连接，连接带用于在谐振器与谐振器之间、谐振
器与端口电极之间建立电学连接。独立额外附着面积既不与谐振器有电学连接也不与端
口电极有电学连接，增强滤波器整体与柔性衬底的间的附着力。与没有额外附着面积的结
构相比，独立的额外附着面积还可以使柔性滤波器及其周围结构在弯曲时获得更均匀的
应力分布，从较大程度避免滤波器因弯曲受力不均匀导致的局部开裂等机械和电学失
效。图5(b)所示为沿图5(a)中AA’处的截面图示意，结构包括2个端口电极1500和1520，独
立额外附着面积1510，底连接层 1530和柔性衬底1540。其中，1500、1510、1520、1530属于滤
波器版图结构，1500、1510、1520通过1530建立有底层联系，是一体的。本实施例中，独立
额外附着面积具有的特征在于，与端口电极和谐振器间没有直接的电学联系，避免了电磁
寄生；与端口电极和谐振器间具有底连接层，在整体结构上是一体的。

[0050] 本实施例中，谐振器图形不限于四边形，还包括但不限于一般多边形、椭圆形或由多段弧线及直线构成的异形。谐振器图形设计还应满足：任意两边互不平行，且图形中
的内角不小于60度。串联谐振器和并联谐振器构成的谐振组数(梯形单元)应不少于2。滤
波器拓扑结构不限于梯形结构，还可以是格形结构或梯形结构与格形结构组成的混合结
构。独立额外附着面积图案不限于图示中的位置，图案个数不低于1。

[0051] 实施例3，增加电极额外附着面积的版图改进

[0052] 本实施例中，图6所示为滤波器的局部版图示意，其中图6(a)为改进前版图，图6(b)为增加电极额外附着面积后版图。图6中结构包括端口电极600、601，连接带610、611和
谐振器620、621。本实施例中，图6(a)与图6(b)区别于端口电极设计不同，图6(b)中端口电
极总面积大于图6(a)中的端口电极，具有更好的滤波器整体与柔性衬底间附着力。与没
有电极额外附着面积的结构相比，电极额外附着面积还可以使柔性滤波器及其周围结构
在弯曲时获得更均匀的应力分布，从较大程度避免滤波器因弯曲受力不均匀导致的局部
开裂等机械和电学失效。

[0053] 本实施例中，谐振器图形不限于四边形，还包括但不限于一般多边形、椭圆形或由多段弧线及直线构成的异形。谐振器图形设计还应满足：任意两边互不平行，且图形中
的内角不小于60度。串联谐振器和并联谐振器构成的谐振组数(梯形单元)应不少于2。滤
波器拓扑结构不限于梯形结构，还可以是格形结构或梯形结构与格形结构组成的混合结
构。

[0054] 实施例4，边缘约束结构版图改进

[0055] 本实施例描述了一种谐振器和端口电极的边缘约束结构。如图7 所示，图7(a)是以谐振器边缘约束结构为例的局部俯视图，图7(b)是沿图7(a)中B-B’线的剖视图。图7中
结构包括：谐振器700，约束层 710、711，边缘伸出区720、750，谐振器底电极750，压电层740
和顶电极730。本实施例中的主要结构特征为，被约束边缘提供边缘伸出区用于边缘约
束，边缘伸出区可以是被约束边缘的一部分，也可以是独立的其它层；约束层至少一端位
于边缘伸出区上方并建立连接，至少另一端满足在转移至柔性衬底后与柔性衬底有附着
关系。约束层设置不限于对谐振器边缘的约束，还可以用于约束其它结构，其它结构包括
但不限于端口电极。应当强调，本实施例中的约束层能够对边缘结构起到位置约束作用，
降低滤波器结构因所受应力变化而引起的边缘翘起等不稳定风险。

[0056] 本实施例中，谐振器图形不限于四边形，还包括但不限于一般多边形、椭圆形或由多段弧线及直线构成的异形。谐振器图形设计还应满足：任意两边互不平行，且图形中
的内角不小于60度。串联谐振器和并联谐振器构成的谐振组数(梯形单元)应不少于2。滤
波器拓扑结构不限于梯形结构，还可以是格形结构或梯形结构与格形结构组成的混合结
构。

[0057] 上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。任
何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范
围之内。

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声波器件-专利编号CN105720941B	2020-05-12	855
一种声波清灰器-专利编号CN103433248A	2020-05-11	708
声波器件-专利编号CN102957397B	2020-05-13	762
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声波装置-专利编号CN105915195B	2020-05-12	659
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一种全天候低频声波传感器-专利编号CN104483012A	2020-05-12	147
一种全天候低频声波传感器-专利编号CN104483012B	2020-05-11	447
一种针对敏感类昆虫的声波驱虫器-专利编号CN106665557A	2020-05-11	112
一种声波清灰器-专利编号CN203470421U	2020-05-11	609

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