CN112787623B - 声表面波滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种声表面波滤波器，该声表面波滤波器包括：压电基片及集成于压电基片上的多个谐振器和多个耦合电容；多个耦合电容串联在输入端口和输出端口之间；谐振器并联连接于耦合电容的连接节点和地电位之间。耦合电容和谐振器通过串联、并联等方式连接组成声表面波滤波器，完成对特定频率信号的传输，实现滤波器功能。通过在滤波器中串联多个耦合电容，解决常规滤波器串联多个谐振器造成的损耗高的问题，耦合电容比较容易制备，工艺难度降低，且耦合电容比常规由叉指电极、反射栅构成的谐振器尺寸小，更利用实现器件小型化。

Description

声表面波滤波器

技术领域

本发明实施例涉及带通滤波器技术领域，尤其涉及一种声表面波滤波器。

背景技术

声表面波滤波器作为频率选择器件，广泛应用于移动通信终端中。声表面波滤波器包括谐振器，谐振器为在压电基片上制作的叉指电极结构，谐振器通过串联或者并联等方式连接组成声表面波滤波器完成滤波器功能。

但现有的滤波器为增加带外抑制而使用多阶串并联结构，串联谐振器损耗累积，不利于满足低损耗需求，串联谐振器通常谐振频率高于并联谐振器，因此对于高频滤波器产品，串联谐振器电极线宽极小，工艺难度更大，且谐振器为了达到设计需求需要静态电容值，需要较大的芯片面积，不利于器件小型化。

发明内容

本发明提供一种声表面波滤波器，以实现降低损耗、实现器件小型化和降低工艺难度。

本发明实施例提供了一种声表面波滤波器，包括：

压电基片及集成于压电基片上的多个谐振器和多个耦合电容；

多个所述耦合电容串联在输入端口和输出端口之间；

所述谐振器并联连接于所述耦合电容的连接节点和地电位之间。

可选的，所述谐振器包括第一叉指电极和反射栅；所述耦合电容包括第二叉指电极，所述第二叉指电极与所述第一叉指电极排列方向成设定的角度。

可选的，所述第一叉指电极、所述第二叉指电极和所述反射栅的材料均为铝、铜、钛、钨、铂、镍、铬、金中至少一种或以铝、铜、钛、钨、铂、镍、铬、金中至少一种为主成分的合金。

可选的，声表面波滤波器还包括电感器，所述电感器与至少一所述谐振器构成一支路连接于所述耦合电容的连接节点和地电位之间且所述电感器连接于所述支路的谐振器与地电位之间。

可选的，每一所述支路上所述谐振器数量相同。

可选的，每一所述支路上所述谐振器数量不完全相同。

可选的，每一所述支路上包括一个或多个所述谐振器。

可选的，声表面波滤波器还包括电感器，每一所述谐振器的第一端与所述耦合电容的连接节点连接，每一所述谐振器的第二端均与同一所述电感器的第一端连接，所述电感器的第二端与所述地电位连接。

可选的，所述电感器集成于所述压电基片或者封装基板中。

可选的，所述压电基片材料为压电单晶或压电陶瓷。

本发明提供一种声表面波滤波器，包括压电基片及集成于压电基片上的多个谐振器和多个耦合电容；多个耦合电容串联在输入端口和输出端口之间；谐振器并联连接于耦合电容的连接节点和地电位之间；耦合电容和谐振器通过串联、并联等方式连接组成声表面波滤波器完成滤波器功能。通过在滤波器中串联多个耦合电容，解决常规滤波器串联多个谐振器造成的损耗高的问题，耦合电容比较容易制备，工艺难度不大，且耦合电容比常规由叉指电极、反射栅构成的谐振器尺寸小，更利用实现器件小型化。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种声表面波滤波器的电路图。

图2是本发明实施例提供的一种谐振器的电路图。

图3是本发明实施例提供的一种耦合电容的结构示意图。

图4是本发明实施例提供的另一种声表面波滤波器的电路图。

图5是本发明实施例提供的一种电感器的结构示意图。

图6是本发明实施例提供的一种声表面波滤波器的剖面图。

图7是本发明实施例提供的一种声表面波滤波器的频响曲线图。

图8是本发明实施例提供的一种声表面波滤波器的频响曲线通带放大图。

图9是本发明实施例提供的另一种声表面波滤波器的电路图。

图10是本发明实施例提供的另一种声表面波滤波器的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1为本发明实施例提供的一种声表面波滤波器的电路图，参考图1，可选的，该声表面波滤波器包括：

压电基片及集成于压电基片上的多个谐振器100和多个耦合电容200；

多个耦合电容200串联在输入端口IN和输出端口OUT之间；

谐振器100并联连接于耦合电容200的连接节点和地电位GND之间。

可采用微电子工艺在压电基片上集成谐振器100及耦合电容200，也可采用光刻工艺或其他工艺本实施例在此不做具体限定。在压电基片上，选用金属薄膜图形制作耦合电容200是简易的，且谐振器100及耦合电容200均集成在压电基片上，提高了集成度。

多个耦合电容200串联在输入端口IN和输出端口之间OUT，每一耦合电容200的电容值可根据需求进行设定，多个耦合电容200的电容值可均相同，可均不相同，也可部分相同，本实施例在此不做具体限定。输入端口IN和与输入端口IN相连的耦合电容200间存在一耦合电容200的连接节点，相临的串联连接的两个耦合电容200间存在一耦合电容200的连接节点，输出端口OUT与输出端口OUT相连的耦合电容200间存在一耦合电容200的连接节点。谐振器100可以为声表面波单端谐振器，至少一谐振器100并联连接于耦合电容200的连接节点与地电位之间够成一支路，每一谐振器100的谐振频率可根据需求进行设定，当一条支路存在多个谐振器100时，多个谐振器100的谐振频率可相同，可不同，也可不完全相同，且一支路上的谐振器100与另一支路的谐振器100的谐振频率可相同、可不同，也可不完全相同。图1示例性的示出了声表面波滤波器由六个耦合电容200依次串联连接构成一串联组件201，串联组件201的一端与输入端口IN连接，串联组件201的另一端与输出端口OUT连接，该声表面波滤波器还包括五个支路，每相邻的两个串联连接的耦合电容200间的连接节点均存在一支路。每一支路可均包括第一谐振器1001和第二谐振器1002，第一谐振器1001的一端连接于耦合电容200的连接节点上，第一谐振器1001的另一端与第二谐振器1002的一端连接，第二谐振器1002的另一端与地电位GND连接。耦合电容200的数量、支路的数量、每一支路上谐振器100的数量均可根据需求进行设定，本实施例在此不做具体限定。

一个耦合电容200和一个支路可视为构成声表面波滤波器的一个基本单元。如图1所示，当支路上包括两个谐振器100时即一个耦合电容200和两个谐振器100构成一个基本单元，多个基本单元构成表面波滤波器。输入端口IN接入输入信号源，输入信号源为交变的电信号，交变的电信号经耦合电容200和谐振器100后，经逆压电效应(逆压电效应指晶体材料接收到电流激发而振动，产生超声波)将电信号转变为声表面波这一声信号，又经正压电效应(正压电效应指晶体材料接收到超声波的压力将其转换为电信号)将声信号转变为电信号输出至输出端口OUT，谐振器100的频率决定滤波器对不同频率信号的传送与衰减能力，使得特定频率的信号从输入端口IN传输至输出端口OUT，而将其他频率的信号过滤掉，从而实现滤波功能。在进行信号传输的过程，串联的耦合电容200与支路上的谐振器100共同完成滤波的功能，且串联的耦合电容200对信号损耗较小，且容易制备。

本发明提供的声表面波滤波器，包括压电基片及集成于压电基片上的多个谐振器和多个耦合电容；多个耦合电容串联在输入端口和输出端口之间；谐振器并联连接于耦合电容的连接节点和地电位之间，耦合电容和谐振器通过串联、并联等方式连接组成声表面波滤波器完成滤波器功能。通过在滤波器中串联多个耦合电容，解决常规滤波器串联多个谐振器造成的损耗高的问题，耦合电容比较容易制备，工艺难度降低，且耦合电容比常规由叉指电极、反射栅构成的谐振器尺寸小，更利用实现器件小型化。

图2为本发明实施例提供的一种谐振器的电路图，图3为与图2谐振器对应的耦合电容的结构示意图，参考图2和图3，可选的，谐振器100包括第一叉指电极110和反射栅120；耦合电容200包括第二叉指电极210，第二叉指电极210与第一叉指电极110排列方向成设定的角度。

图2示例性的给出谐振器为声表面波单端谐振器时的结构示意图，输入端口IN输入的交流电信号经第一电极条1100将电信号转换为声表面波这一声信号在压电基片上沿着与电极条垂直方向即图2中所示x方向传播，并经一定延时后，声表面波传输至第二电极条1101，第二电极条将声表面波这一声信号转换为电信号传输至输出端口OUT输出。反射栅120将传输过程中向外发散的声表面波反射回来，减少声表面波的损耗。声表面波滤波器对不同频率电信号的传送与衰减能力受谐振器100的内部参数影响，内部参数包括叉指电极的电极条的宽度、相邻电极条的距离、电极薄膜厚度。

耦合电容包括第二叉指电极210，第二叉指电极210也具备与第一叉指电极110相同的传播声信号的特性，所以需使第二叉指电极210电极条的方向与第一叉指电极110电极条的方向呈设定的角度，可选的，设定的角度为90°，使得在一定频率范围内第二叉指电极210不具有谐振功能，只起电容作用。本实施例设定的角度为90°仅是示例性的一最优实施例，在其他实施例中，设定的角度可以为其他数值。

在其他实施例中，耦合电容也可以为金属层-介质层-金属层的叠层结构。

可选的，第一叉指电极110、第二叉指电极210和反射栅120的材料均至少包括铝、铜、钛、钨、铂、镍、铬、金中一种或至少为以铝、铜、钛、钨、铂、镍、铬、金中一种为主成分的合金。

第一叉指电极110、第二叉指电极210和反射栅120的材料可以为铝、铜、钛、钨、铂、镍、铬、金中的一种金属材料，也可以为钼、钴等其他单一金属材料，还可以为由上述任意一种金属材料构成的合金，本实施例再次不做具体限定。

图4为本发明实施例提供的另一种声表面波滤波器的电路图，图5为本发明实施例提供的一种电感器的结构示意图，图6为本发明实施例提供的一种声表面波滤波器的剖面图，该图可由图4所示滤波器剖切得到。参考图4，可选的，声表面波滤波器还包括电感器300，电感器300与至少一谐振器100构成一支路连接于耦合电容200的连接节点和地电位GND之间且电感器300连接于支路的谐振器100与地电位之间。

示例性的，图4所示声表面波滤波器由六个耦合电容200依次串联连接构成一串联组件201，串联组件201的一端与输入端口IN连接，串联组件201的另一端与输出端口OUT连接，该声表面波滤波器还包括五个支路，每相邻的2个耦合电容200间的连接点均存在一支路。每一支路均包括第一谐振器1001、第二谐振器1002和一电感器300，第一谐振器1001的一端连接于耦合电容200的连接节点上，第一谐振器1001的另一端与第二谐振器1002的一端连接，第二谐振器1002的另一端与电感器300的一端连接，电感器300的另一端与地电位GND连接。电感器300可以是螺旋电感，如图5所示，也可以是IPD电感或者其他形式的电感，耦合电容200的数量、支路的数量、每一支路上谐振器100的数量、及电感器300的数量均可根据需求进行设定，本实施例在此不做具体限定。

参考图6，压电基片01上覆盖一金属薄膜层02，通过光刻工艺蚀刻出谐振器和耦合电容，金属薄膜层02依次通过第一焊盘03、金球04、第二焊盘05、过孔06和电感器300连接，本实施例中电感器300集成于封装基板07中，电感器300再通过过孔06、第三焊盘08与外部电路进行连接，环氧膜09覆盖在压电基片01远离金属膜层02的一面，并与封装基板07形成密封结构，隔绝湿气。滤波器的压电基片01通过金球04与电路连接，金球04在高频下会产生一个较小的寄生电感，金球04的形状及位置会影响寄生电感的大小，寄生电感会影响滤波器的性能。当在谐振器与地电位间增加电感器300后，电感器的数值远比寄生电感的数值大，从而消除寄生电感对滤波器的影响。

谐振器100、耦合电容200和电感器300共同作用将输入端口IN输入的电信号转换为声信号，再由声信号转换为电信号输出至输出端口OUT，且谐振器100只传输特定频率的信号，从而实现滤波器滤波的功能，且增加电感器300后，可以拓宽声表面波滤波器的带宽，同时增加了滤波器零点，还消除了封装时金球04的寄生电感对滤波器的影响。

图7为本发明实施例提供的一种声表面波滤波器的频响曲线图，图8为本发明实施例提供的一种声表面波滤波器的频响曲线通带放大图，图7和图8为在图4所示的声表面波滤波器的电路的结构下得到的曲线图，滤波器中心频率为2442MHz，1db相对带宽3.4％，最小损耗<0.8db。参考图7，图7横坐标为频率，纵坐标Attenuation为衰减，即输入信号通过滤波器后，对不需要的频率信号的衰减抑制，图8纵坐标Insertion Loss为***损耗，代表输入信号通过滤波器后对通带频率范围信号的损耗，图8为图7在通带附近NN的局部放大图，局部放大图中纵坐标一般为***损耗。

参考图4、图7和图8，m1横坐标2.401GHz为滤波器通带起始频率，m2横坐标2.483GHz为通带终止频率，即(m1，m2)构成滤波器的通带。m1点处衰减为-1.685dB，m2点处衰减为-1.715dB，而通带最小衰减为-0.7，即采用图4所示耦合电容200串联的结构可以将滤波器的损耗降低到-1.715dB至-0.7dB左右。图7中a点为零点(零点指当***输入幅度不为零且输入频率使***输出为零时，此输入频率值即为零点)，增加电感器300后，增加了零点a，在不增加滤波器阶数情况下零点可以提高抑制能力，更好的阻隔通带外频率的信号的传输。

继续参考图4，可选的，每一支路上谐振器100数量相同。

示例性的，图4中每一支路上均包含两个谐振器100，在其他实施例中每一支路上的谐振器100的数量可以根据需求设定。为了达到要求的滤波器的性能比如为了达到要求的带宽，可以调节具有相同谐振器100数量的每一支路的谐振器100的数量，比如可以由每条支路的两个谐振器100增加到每个支路上具有三个谐振器100，还可以调节支路的数量，比如由原来的五条调整至七条或六条等，从而使滤波器的性能达到要求。

图9为本发明实施例提供的另一种声表面波滤波器的电路图，参考图9，可选的，每一支路上谐振器100数量不完全相同。

图9所示声表面波滤波器包括六个耦合电容200，六个耦合电容200依次串联连接构成串联组件201，串联组件201的一端与输入端口IN连接，串联组件201的另一端与输出端口OUT连接，该声表面波滤波器还包括五个支路，每相邻的两个耦合电容200间的连接点均存在一支路。每一支路包括至少一谐振器100和一个电感器300，所述电感器300的一端与谐振器100连接，电感器300的另一端与地电位GND连接。五条支路中谐振器100数量不完全相同，其中三条支路包括两个谐振器100，一条支路包括一个谐振器100，还有一条支路包括三个谐振器100，在其他实施例中，每条支路上谐振器100的数量可均不相同，每条支路上谐振器100的数量可根据需求进行设定，当支路的数量固定后，可以通过改变支路上谐振器100的数量来使声表面波滤波器满足性能要求。

继续参考图4，可选的，每一支路上包括一个或多个谐振器100。

支路上谐振器数量100可以为一个或多个，示例性的，图4所示每一支路中均包括两个谐振器，每一支路上谐振器100的数量可根据需求进行设定，本实施例在此不做具体限定。

图10为本发明实施例提供的另一种声表面波滤波器的电路图，参考图10，可选的，声表面波滤波器还包括电感器300，每一谐振器100的第一端A1与耦合电容200的连接节点连接，每一谐振器100的第二端A2均与同一电感器300的第一端B1连接，电感器300的第二端B2与地电位GND连接。

本实施例的声表面波滤波器包括六个耦合电容200、一个电感器300和五条支路，六个耦合电容200依次串联连接于输入端口IN和输出端口OUT之间，，每一支路均包含一谐振器100，每一支路的谐振器100的第一端A1与连接节点连接，谐振器100的第二端与电感器300的第一端B1连接，电感器300的第二端B2与地电位GND连接。本实施例的声表面波滤波器的所有支路均经同一电感器300与地电位GND连接,在其他实施例中，可一部分支路的谐振器100直接与地电位GND连接，一部分支路的谐振器100可经同一电感器300与地电位GND连接。本实施例的每一支路上的多个谐振器100均为并联连接，在其他实施例中支路上的多个谐振器可并联连接，当每一支路上包含多个谐振器100时，对于多个谐振器的连接方式，本实施例在此不做具体限定。

耦合电容200的数量、支路的数量、每一支路上谐振器100的数量及谐振器100的连接方式、电感器300的数量、支路与支路间的连接方式均可根据需求进行设定，本实施例在此不做具体限定。

谐振器100、耦合电容200和电感器300共同作用将输入端口IN输入的电信号转换为声信号，再由声信号转换为电信号输出至输出端口OUT，且谐振器100只传输特定频率的信号，从而实现滤波器滤波的功能，且增加电感器300后，可以拓宽声表面波滤波器的带宽，同时增加了滤波器零点，还消除了封装时金球的寄生电感对滤波器的影响。

可选的，电感器集成于压电基片或者封装基板中。

当电感器尺寸较小时，可集成于压电基片或者封装基板中，有利于实现滤波器小型化，同时提高集成化程度。

可选的，压电基片材料为压电单晶或压电陶瓷。

压电单晶可以为锂酸锂、钽酸锂等材料，也可以为其他压电单晶材料，本实施例在此不做具体限定。压电材料具有压电效应的性质，使得声表面波滤波器能够将电信号转变为声信号再转变为电信号。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (8)

1.一种声表面波滤波器，其特征在于，包括：

压电基片及集成于压电基片上的多个谐振器和多个耦合电容；

所述谐振器包括第一叉指电极和反射栅；所述耦合电容包括第二叉指电极，所述第二叉指电极与所述第一叉指电极排列方向成90°，使得在特定频率范围内所述耦合电容不具有谐振功能而只起电容作用；

多个所述耦合电容串联在输入端口和输出端口之间；

所述谐振器并联连接于所述耦合电容的连接节点和地电位之间；

电感器，所述电感器与至少一所述谐振器构成一支路连接于所述耦合电容的连接节点和地电位之间且所述电感器连接于所述支路的谐振器与地电位之间。

2.根据权利要求1所述的声表面波滤波器，其特征在于，所述第一叉指电极、所述第二叉指电极和所述反射栅的材料均至少包括铝、铜、钛、钨、铂、镍、铬、金中一种或至少为以铝、铜、钛、钨、铂、镍、铬、金中一种为主成分的合金。

3.根据权利要求1所述的声表面波滤波器，其特征在于，每一所述支路上所述谐振器数量相同。

4.根据权利要求1所述的声表面波滤波器，其特征在于，每一所述支路上所述谐振器数量不完全相同。

5.根据权利要求1所述的声表面波滤波器，其特征在于，每一所述支路上包括一个或多个所述谐振器。

6.根据权利要求1所述的声表面波滤波器，其特征在于，还包括电感器，每一所述谐振器的第一端与所述耦合电容的连接节点连接，每一所述谐振器的第二端均与同一所述电感器的第一端连接，所述电感器的第二端与所述地电位连接。

7.根据权利要求1或权利要求6所述的声表面波滤波器，其特征在于，所述电感器集成于所述压电基片或者封装基板中。

8.根据权利要求1所述的声表面波滤波器，其特征在于，所述压电基片材料为压电单晶或压电陶瓷。

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