說(shuō)明書

自身發(fā)熱降低的baw諧振器、具有baw諧振器的高頻濾波器、具有高頻濾波器的雙工器以及制造方法

本發(fā)明提供一種baw諧振器，其電聲特性在工作期間通過(guò)降低的自身發(fā)熱得以改善。本發(fā)明還提供具有相應(yīng)構(gòu)造的諧振器的高頻濾波器或雙工器，并且提供制造這種諧振器的方法。

baw諧振器(baw＝bulkacousticwave)包括兩個(gè)電極層之間的壓電材料。施加高頻信號(hào)激起聲波，反之亦然。壓電層的厚度基本上相當(dāng)于屬于高頻信號(hào)的頻率的一半波長(zhǎng)λ/2。

這種諧振器尤其應(yīng)用在高頻濾波器和移動(dòng)通信設(shè)備的雙工器中。通過(guò)baw諧振器的熱量變化，諧振器的聲學(xué)特性也發(fā)生變化，其電學(xué)特性也一并改變。

相應(yīng)構(gòu)造的濾波器因此會(huì)對(duì)溫度變化作出反應(yīng)，而這樣的溫度變化是通過(guò)平均頻率和帶寬的變化引起的。因?yàn)闉V波器具有嚴(yán)格的規(guī)格限制，所以不希望出現(xiàn)溫度變化。雖然在出現(xiàn)溫度變化時(shí)，有辦法通過(guò)改變電學(xué)特性來(lái)加以補(bǔ)償。但無(wú)論如何，自身發(fā)熱低的bwa諧振器總是受人歡迎的。

用來(lái)降低baw諧振器的自身發(fā)熱的可行方案是，擴(kuò)大諧振器面積。因此可行的是，將諧振器串行級(jí)聯(lián)。為了維持阻抗，兩個(gè)級(jí)聯(lián)的諧振器中的任何一個(gè)都需要使原來(lái)的面積加倍，因此總體上需要使單純的表面需求乘以四。

因此本發(fā)明的目的是，說(shuō)明一種自身發(fā)熱降低的baw諧振器。

本發(fā)明用以達(dá)成上述目的的解決方案為權(quán)利要求1所述的baw諧振器。從屬的權(quán)利要求說(shuō)明了諧振器的有利的構(gòu)造方案以及在濾波器或雙工器的應(yīng)用。同時(shí)說(shuō)明了一種用來(lái)制造自身發(fā)熱降低的諧振器的方法。

自身發(fā)熱降低的baw諧振器與常規(guī)諧振器的區(qū)別在于熱橋，其通過(guò)消耗性損失將電聲區(qū)域中產(chǎn)生的熱量排放到熱沉，例如載體襯底上。

相應(yīng)的諧振器為此包括電聲活躍區(qū)域，其具有兩個(gè)電極和排布在它們之間的壓電層。該諧振器還包括作為熱沉的載體襯底以及排布在活躍區(qū)域和載體襯底之間的聲學(xué)鏡。該聲學(xué)鏡具有至少一個(gè)導(dǎo)熱能力低的層以及導(dǎo)熱能力高的層。涉及導(dǎo)熱能力的特征“低”和“高”是相對(duì)的，即導(dǎo)熱能力高的層比導(dǎo)熱能力低的層具有更高的導(dǎo)熱能力。此外，諧振器還具有熱橋。導(dǎo)熱能力低的層會(huì)減弱從活躍區(qū)域至載體襯底的熱量流動(dòng)。也就是說(shuō)，在工作期間，在電聲活躍區(qū)域中會(huì)產(chǎn)生熱量，由于相應(yīng)層的導(dǎo)熱能力相對(duì)較低，從活躍區(qū)域至載體襯底的熱量排放也被減弱。而如果省略導(dǎo)熱能力低的層，雖然電聲區(qū)域與載體襯底很好地?zé)峤Y(jié)合，但聲學(xué)鏡在之后可能無(wú)法正常發(fā)揮作用，并且諧振器也可能不可用。因此，盡管具有導(dǎo)熱能力低的絕緣層，但為了降低自身發(fā)熱，存在熱橋。該熱橋設(shè)置用來(lái)提高從活躍區(qū)域至載體襯底的熱量流動(dòng)。

換言之：與常規(guī)的baw諧振器相比，該熱橋?yàn)殡娐暬钴S區(qū)域中產(chǎn)生的熱量提供了朝向載體襯底的阻力較小的附加路徑。就電聲活躍區(qū)域朝載體襯底的熱量流動(dòng)而言，形成了阻力最小的短路。

在此，熱橋自身基本上在熱量傳導(dǎo)方面是活躍的，但在電聲或?qū)щ姺矫娌⒉换钴S。因此，就raw諧振器的導(dǎo)電和聲學(xué)特性而言，熱橋影響不大。這種做法不同于用導(dǎo)熱能力高的層替代導(dǎo)熱能力低的鏡層。對(duì)于聲學(xué)鏡來(lái)說(shuō)，以交替的方式設(shè)置聲學(xué)阻抗高和聲學(xué)阻抗低的層。已知的材料基本上要么具有高的聲學(xué)阻抗和高的導(dǎo)熱能力，要么具有低的聲學(xué)阻抗和低的導(dǎo)熱能力。如果導(dǎo)熱能力低的層被導(dǎo)熱能力高的層替代，則在此聲學(xué)阻抗低的層同時(shí)也被聲學(xué)阻抗高的層替代，從而使聲學(xué)鏡在其聲學(xué)特性方面明顯劣化。

可行的是，聲學(xué)鏡除了導(dǎo)熱能力低的層以外還具有一個(gè)或多個(gè)另外的導(dǎo)熱能力低的層。這同樣適用于導(dǎo)熱能力高的層。層的數(shù)量在此基本上根據(jù)其聲學(xué)要求來(lái)決定。在此適用的是：層數(shù)越多，原則上電聲活躍區(qū)域在載體襯底上的熱耦合效果就越差，即鏡層越多，熱橋就越影響自身發(fā)熱的降低效果。

尤其可行的是，導(dǎo)熱能力低的層具有低的聲學(xué)阻抗且導(dǎo)熱能力高的層具有高的聲學(xué)阻抗。

導(dǎo)熱能力低的層在此尤其能夠具有絕緣材料，而導(dǎo)熱能力高的層包括金屬或由金屬或合金組成。在此，常見(jiàn)的材料如二氧化硅用于聲學(xué)阻抗低且導(dǎo)熱能力低的層，而重金屬如鎢用于聲學(xué)阻抗高且導(dǎo)熱能力高的層。

尤其可行的是，熱橋的導(dǎo)熱能力高于導(dǎo)熱層力低的層。熱橋的導(dǎo)熱能力在此能夠小于、等于或大于導(dǎo)熱能力高的層。

因?yàn)闊針蛟诼晫W(xué)方面基本上是非活躍的，所以在選擇熱橋的材料時(shí)只考慮導(dǎo)熱能力，而在選擇聲學(xué)鏡中導(dǎo)熱能力高的層的材料時(shí)還必須考慮其聲學(xué)特性。

可行的是，熱橋和活躍區(qū)域之間的間距小于活躍區(qū)域和載體襯底之間的間距。還可行的是，熱橋和載體襯底之間的間距小于活躍區(qū)域和載體襯底之間的間距。

兩個(gè)元件之間的間距在此是這兩個(gè)元件之間最短連接的延伸長(zhǎng)度。

熱橋與活躍區(qū)域或與載體襯底之間的間距很小，這就使熱量有效地離開(kāi)活躍區(qū)域和/或引導(dǎo)至載體襯底。熱橋自身的導(dǎo)熱能力在此相對(duì)較高。由于熱橋和相應(yīng)區(qū)域之間的距離很小，因此也能夠?qū)崿F(xiàn)足夠的熱量流動(dòng)，即使熱橋和相應(yīng)區(qū)域之間的材料被導(dǎo)熱能力低的材料隔開(kāi)。

優(yōu)選的是，熱橋既直接與活躍區(qū)域相鄰也直接與載體襯底相鄰，并且在熱量流動(dòng)方面短接活躍區(qū)域和載體襯底。

可行的是，熱橋具有一個(gè)區(qū)域，其在側(cè)面方向上包圍著活躍區(qū)域。

也就是說(shuō)，電聲活躍區(qū)域位于熱橋區(qū)域內(nèi)。在此，熱橋能夠在側(cè)面方向上維持足夠的間距，從而不干擾諧振器的聲學(xué)特性。在豎直方向上，熱橋能夠從活躍區(qū)域的層出發(fā)，朝下延伸一直到載體襯底。

如果諧振器單獨(dú)地或與其他自身發(fā)熱降低的諧振器一起排布在載體襯底上，例如以梯子結(jié)構(gòu)，則尤其可行的是，不同諧振器的不同層垛并排排布。載體襯底的表面在此通常略大于不同諧振器的電聲區(qū)域的面積的總和。因此在電聲區(qū)域周圍還存在著區(qū)域，在其中能夠排布熱橋的材料，該熱橋材料能夠?qū)?lái)自諧振器的不同電聲區(qū)域中的熱量排放到載體襯底上。

載體襯底在此不必大于常規(guī)的諧振器或?yàn)V波器。從而在無(wú)其他消極特性的情況下，改善了諧振器或?yàn)V波器的自身發(fā)熱。

備選或附加的是，熱橋具有這樣的區(qū)域，其排布在至少一個(gè)導(dǎo)熱能力低的層中。該區(qū)域?qū)⒅辽僖粋€(gè)導(dǎo)熱能力高的層與活躍區(qū)域或載體襯底連接起來(lái)。

備選或附加的是，熱橋具有這樣的區(qū)域，其排布在至少一個(gè)導(dǎo)熱能力低的層中并且將兩個(gè)導(dǎo)熱能力高的層相互連接起來(lái)。

在不干擾層垛的聲學(xué)特性的情況下，例如通過(guò)將層的相應(yīng)面積選得足夠小，導(dǎo)熱能力低的層能夠包括例如柱狀或圓柱形的節(jié)段，它們?cè)跓崃苛鲃?dòng)方面短接層垛的導(dǎo)熱能力高的層。

位于導(dǎo)熱能力低的層之內(nèi)的相應(yīng)區(qū)域在此能夠包括節(jié)段，其例如起聲子格柵的作用并且改善聲學(xué)鏡中的聲學(xué)特性。因此例如可行的是，將聲學(xué)鏡中的側(cè)面振動(dòng)限制在幾個(gè)甚至唯一一個(gè)模式中。為此能夠例如在聲學(xué)阻抗方面相應(yīng)地選擇熱橋的材料。

尤其可行的是，在高頻濾波器中錯(cuò)接一個(gè)或多個(gè)相應(yīng)構(gòu)成的baw諧振器，并且例如排布在共同的載體襯底上。

這種濾波器或自身發(fā)熱降低的單個(gè)諧振器能夠錯(cuò)接在雙工器、例如移動(dòng)通迅設(shè)備的前端電路中。

熱橋的不同區(qū)域的節(jié)段尤其能夠構(gòu)成二維或三維的周期性格柵，也就是上述的聲子格柵。格柵的節(jié)段能夠在其大小、形狀和位置方面這樣構(gòu)成，即它們?cè)诓黄谕哪Ｊ降念l率方面滿足布拉格條件，以便限制此模式在其他情況下的自由擴(kuò)展。這些節(jié)段可以例如在不期望的模式方面具有λ/4的寬度。這些節(jié)段在水平方向上的間距同樣可以是λ/4。為了能夠簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)形成過(guò)程，優(yōu)選四分之一波長(zhǎng)的整數(shù)倍、尤其奇數(shù)倍。這些節(jié)段的寬度和水平間距可以是相同的或不同的。因此，寬度可以是n個(gè)λ/4，間距可以是m個(gè)λ/4。尤其可行的是，m明顯更大，例如是n的2、5、10、20或100倍。m越大，則對(duì)在豎直方向上傳播的(縱向的)主模式的影響就越小。

為了同時(shí)捕捉多個(gè)不期望的模式，例如不同的側(cè)面模式，可以在不同的電聲活躍區(qū)域中對(duì)這些節(jié)段的寬度和間距做出不同選擇，并且與針對(duì)λ/4的不同數(shù)值協(xié)調(diào)一致。

熱橋可以包括不同的材料。尤其對(duì)于最上層來(lái)說(shuō)，將碳的不同變形如：金剛石、碳-納米管或石墨、藍(lán)寶石、紅寶石或氧化鋁、硅(si)或鍺(ge)的其他變形納入考慮。但其他材料也是可行的，如金屬銀(ag)、銅(cu)、金(au)、鉀(k)、鉬(mo)、黃銅、鋅、(zn)、鎂(mg)、鎢(w)、鈉(na)、鎳(ni)、鐵(fe)、鉑(pt)、錫(sn)、鉭(ta)、鉛(pb)或鈦(ti)的氧化物或者具有一種或多種這些金屬的氧化陶瓷。

在熱橋最上方層下面的層中，可以包含上述金屬或含有這些金屬的合金。

雖然熱橋的最上方層也可以包含金屬。但為了避免諧振器的導(dǎo)電特性，優(yōu)選在最上方層中采用絕緣材料。

用來(lái)制造baw諧振器的方法，其包括以下步驟：

-提供載體襯底；

-排布聲學(xué)鏡，其交替地具有導(dǎo)熱能力高的層和導(dǎo)熱能力低的層；

-在聲學(xué)鏡上形成電聲活躍區(qū)域的結(jié)構(gòu)，其在兩個(gè)電極層之間具有壓電層。

此外，該方法還包括形成熱橋結(jié)構(gòu)這一步驟，熱橋設(shè)置且適合用于將熱量從活躍區(qū)域傳遞到載體襯底。

在此，用來(lái)形成熱橋的步驟基本上可以說(shuō)是涂層沉淀和/或形成結(jié)構(gòu)的常見(jiàn)步驟，例如使用抗蝕層的光刻工藝和曝光工藝。

可行的是，如此實(shí)施該方法，即使得熱橋包括這樣的區(qū)域，其具有導(dǎo)熱能力比所述導(dǎo)熱能力低的層更高的材料。該熱橋在此這樣形成結(jié)構(gòu)，即使熱橋的至少一個(gè)區(qū)域包圍著活躍區(qū)域。

因此，熱橋的該區(qū)域能夠在電聲活躍區(qū)域周圍構(gòu)成框架結(jié)構(gòu)，并且使熱量從聲學(xué)鏡側(cè)面經(jīng)過(guò)，從活躍區(qū)域引導(dǎo)至載體襯底。

可行的是，該方法包含這樣的步驟，即在此期間形成熱橋區(qū)域的結(jié)構(gòu)，該區(qū)域具有導(dǎo)熱能力比導(dǎo)熱能力低的層更高的材料并且在導(dǎo)熱能力低的層之內(nèi)形成結(jié)構(gòu)。

導(dǎo)熱能力低的層之內(nèi)的該區(qū)域在此能夠具有一列周期性排布的場(chǎng)，它們適合用于選出期望的模式并因此改善諧振器的耦合。

尤其可行的是，用來(lái)制造諧振器的方法采用使熱橋材料沉淀的光刻工藝，例如沉淀在導(dǎo)熱能力低的層中或在聲學(xué)鏡周圍的框架結(jié)構(gòu)中。

下面借助示意性的、非限制定的附圖詳細(xì)地闡述了自身發(fā)熱降低的baw諧振器及其制造方法。

其中：

圖1示出在從熱源至熱沉的熱量傳導(dǎo)方面，作為短路的熱橋的工作方式；

圖2示出不同的baw諧振器在載體襯底上的排布；

圖3示出諧振器的可能的層垛的橫截面；

圖4示出層垛的橫截面，其中熱橋通過(guò)框架狀結(jié)構(gòu)構(gòu)成；

圖5示出層垛的橫截面，其中熱橋具有這樣的區(qū)域，該區(qū)域具有導(dǎo)熱能力高的節(jié)段，該節(jié)段位于導(dǎo)熱能力高的鏡層之間；

圖6示出導(dǎo)熱能力低的層的水平橫截面，其中排布有熱橋的節(jié)段；

圖7示出導(dǎo)熱能力低的層的在水平方面上的橫截面，其中排布有條帶形的熱橋的節(jié)段；

圖8示出導(dǎo)熱能力低的層的在水平方面上的橫截面，其中熱橋一方面包括這樣的區(qū)域，其具有位于導(dǎo)熱能力低的層之內(nèi)的節(jié)段，另一方面包括這樣的框架，其包圍著導(dǎo)熱能力低的層。

圖1圖示出熱橋的功能。在熱源wq中，例如在baw諧振器運(yùn)行期間，在電聲活躍區(qū)域中例如通過(guò)消耗性損失產(chǎn)生熱量。例如baw諧振器的載體襯底起熱沉ws的作用。在熱源wq和熱沉ws之間排布有聲學(xué)鏡，其以交替的順序構(gòu)成導(dǎo)熱能力高的層wl以及基本上隔熱的層wi。熱源wq和熱沉ws之間的導(dǎo)熱能力尤其通過(guò)隔熱層wi限定。為了維持熱源wq和熱沉ws之間的導(dǎo)熱能力，設(shè)置有熱橋wb的區(qū)域，其在熱量流動(dòng)方面在熱源wq和熱沉ws之間形成短路。熱橋wb的區(qū)域在此這樣排布和構(gòu)造，即使得電聲區(qū)域(熱源)和熱沉(載體襯底)之間的聲學(xué)特性不受干擾。因此通過(guò)改善的熱量管理，獲得具有良好導(dǎo)電和聲學(xué)特性且同時(shí)自身發(fā)熱較低的baw諧振器bawr。

圖2示出了高頻濾波器f的俯視圖，其包括許多排布在載體襯底ts上的baw諧振器bawr。電聲活躍區(qū)域和導(dǎo)電接觸區(qū)域在此用黑色標(biāo)出。其余區(qū)域(用陰影標(biāo)出)可以用來(lái)容納一個(gè)或多個(gè)熱橋wb，而不會(huì)干擾諧振器的聲學(xué)特性。

圖3示出baw諧振器bawr的層垛的水平橫截面。該層垛排布在載體襯底ts上，后者起到熱沉ws的作用。該載體襯底可以例如包括硅，例如結(jié)晶的硅，其提供足夠高的導(dǎo)熱能力，以便接收來(lái)自電聲區(qū)域eab的熱量并且將其排放到周圍環(huán)境中。

電聲活躍區(qū)域eab包括下方電極el、上方電極el和它們之間的壓電材料。在下方電極el之下排布有層垛，其由交替設(shè)置的導(dǎo)熱能力低的層wi和導(dǎo)熱能力高的層wl組成。聲學(xué)鏡材料首先根據(jù)層垛的聲學(xué)特性進(jìn)行選擇。與導(dǎo)熱能力低的層wi的材料相比，電極el之間的壓電材料具有更高的導(dǎo)熱能力。因此，壓電層的材料可以同時(shí)作為熱橋wb的材料來(lái)用，并且在直接的路徑上將熱量從電聲區(qū)域eab排放至載體襯底ts。壓電層在此這樣擴(kuò)展，即完全遮蓋鏡層垛并且將電聲區(qū)域與載體襯底ts直接相連，而不干擾諧振器bawr的聲學(xué)特性。

圖4示出了一個(gè)構(gòu)造方案，其中與圖3的構(gòu)造方案類似，兩個(gè)上方電極層和置于其間的壓電層構(gòu)成了電聲區(qū)域eab。在下方排布有鏡層，其具有交替的導(dǎo)熱能力并且相應(yīng)交替的聲學(xué)阻抗。baw諧振器bawr的層垛也排布在作為熱沉的載體襯底ws上。此外，對(duì)此并且在載體襯底即熱沉ws和壓電層的材料之間，構(gòu)成位于鏡層垛兩側(cè)的框架結(jié)構(gòu)，其由導(dǎo)熱能力相對(duì)較高的層組成。這些層構(gòu)成了熱橋，其將來(lái)自電聲區(qū)域eab的熱量通過(guò)壓電層的材料排放到熱沉ws上。

與圖3的層垛相比，該熱橋wb在這里更好地在聲學(xué)上脫耦。

圖5示出了一種實(shí)施例，其中熱橋wb具有這樣的區(qū)域，其位于導(dǎo)熱能力低的層之內(nèi)。該區(qū)域在此包括多個(gè)位于不同層之內(nèi)的單個(gè)節(jié)段，它們能夠作為熱量通道將導(dǎo)熱能力更高的單個(gè)層之間的熱量從電聲區(qū)域排放到熱沉。在此，熱橋wb的區(qū)域的節(jié)段原則上排布在諧振器的區(qū)域中，在此區(qū)域中聲波以降低的強(qiáng)度朝下傳播。但如果這些節(jié)段采用相應(yīng)的尺寸并且在其聲學(xué)阻抗方面進(jìn)行選擇，則能夠改善聲學(xué)效果和/或尤其能夠?qū)崿F(xiàn)耦合。熱橋wb的節(jié)段因此能夠構(gòu)成聲子格柵，并且減少或避免構(gòu)成不期望的振動(dòng)模式的情況。不可避免的不期望的強(qiáng)度降低的模式可以被捕捉，并且減弱其效果。

圖6在水平方向的橫截面中示出了導(dǎo)熱能力低的層wi，在其中排布有格柵結(jié)構(gòu)的熱橋wb的節(jié)段并且構(gòu)成聲子格柵。單個(gè)節(jié)段的橫截面在此可以是正方形的、長(zhǎng)方形的、橢圓形的或復(fù)雜形狀，例如不同的多邊形。橫截面的形狀和橫截面的表面優(yōu)選在豎直方向中看是恒定不變的，這簡(jiǎn)化了制造方法。

圖7示出了將熱橋wb的節(jié)段排布在導(dǎo)熱能力低的層中的另一可行方案。相應(yīng)地，這些節(jié)段作為交錯(cuò)的條帶排布。因此熱量不僅可以在豎直方向上傳遞，而且可以在水平方向上傳遞，由于電聲區(qū)域中的熱量生成是不均勻的，這使熱量排放更加容易。

圖8在橫截面中示出了導(dǎo)熱能力低的層，其中熱橋包括第一區(qū)域wb1，其框架狀地排布在諧振器堆垛周圍。另一區(qū)域wb2包括位于傳導(dǎo)能力低的層之內(nèi)的節(jié)段。

因此很明顯，熱橋并不局限于單個(gè)區(qū)域上。熱橋的這些單獨(dú)描述的區(qū)域能夠組合起來(lái)，并因此成為傳導(dǎo)能力再次增大的熱橋。

附圖標(biāo)記列表

bawr：baw諧振器

eab：電聲區(qū)域

el：電極

f：高頻濾波器

ts：載體襯底

wb：熱橋

wb1：熱橋的第一區(qū)域

wb2：熱橋的第二區(qū)域

wi：導(dǎo)熱能力低的層、隔熱層

wl：導(dǎo)熱能力高的層

wq：熱源