[發明專利]基于全金屬布拉格反射層的薄膜體聲波諧振器結構

無效

• 申請號: 201210045734.2
• 申請日: 2012-02-27
• 公開（公告）號: CN102571027A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 張家琦;黃永文;吳愛華;董樹榮
• 申請（專利權）人: 浙江瑞能通信科技有限公司
• 主分類號: H03H9/25
• 分類號: H03H9/25;H03H9/64;H03H9/02
• 代理公司: 浙江永鼎律師事務所 33233
• 代理人: 王梨華;陳麗霞

技術領域

本發明屬于通信設備技術領域，尤其涉及大功率的無線通信基站射頻模塊的微型化技術。

技術背景

為了支持高速數據業務，高功率容量將成為無線通信基站的主要特征之一；同時，隨著無線通信基站的分布越來越密集，其將更趨于小型化和集成化設計，這就不斷促使濾波器（包括雙工器）等基站射頻前端電路趨于高功率容量、小型化和集成化。目前，無線通信基站等設備中，有源器件都可以實現集成化、微芯片化，只有濾波器包括多工器不能實現集成化微型化，在基站中濾波器功率容量都要求比較大，所以體積都比較大，目前主要是腔體濾波器為主，其功率可達上百瓦；也有的設備中使用介質濾波器，其平均功率可達5瓦以上。但這兩種濾波器一方面體積相對較大，另一方面無法集成到射頻前端的芯片中。縮小濾波器尺寸成為無線通信基站射頻模塊小型化的關鍵問題。

薄膜體聲波諧振器（簡稱FBAR）技術很好地克服了上述兩種濾波器存在的缺陷。基于FBAR技術制造的FBAR濾波器具有體積小、工作頻率高、溫度系數小、損耗低、且有與標準CMOS工藝相兼容等優點。但是現有技術中的FBAR濾波器功率低，最高只能達到3瓦左右，顯然達不到目前無線通信基站等設備的要求。本專利提出一種專門用于無線通信基站的大功率FBAR射頻濾波器，即具有大功率容量又具有微小體積，將該大功率FBAR濾波器與基站無線收發機結合形成微型化無線通信基站射頻模塊。

實現大功率微型化的無線通信基站射頻模塊，關鍵是射頻濾波器（雙工器或多工器）微型化，FBAR技術是微型化的關鍵。FBAR有兩大結構：使用空氣隙作為聲反射層的FBAR和使用布拉格反射層結構的FBAR，前者因為FBAR壓電工作堆工作在空氣隙上面，結構不穩定，所以功率容量較低，后者使用的全固態結構的布拉格反射層，在結構上和散熱角度來說都具有很大的功率承載能力。J.?D.?拉森三世等人在發明標題為“穩固安裝的層疊體聲諧振器”的中國專利No.?1,868,119中公布了一種基于布拉格反射層的薄膜體聲波諧振器，該布拉格反射層由塑料布拉格層和金屬布拉格層交替構成。Lakin的美國專利No.?6,107,721公開了一種FBAR器件，該器件中的布拉格反射層由二氧化硅和非壓電氮化鋁的交替層構成。另外，一些商業上可得到的FBAR器件包括由二氧化硅和金屬的交替層構成的聲波反射層。本專利申請人董樹榮在《TFC07全國薄膜技術學術研討會論文摘要集》中論文“基于Al-W多層膜系布拉格反射層的FBAR的研究”提出了鋁-鎢的布拉格反射層，但是鋁和鎢熱膨脹系數差別大，結合力低，所以只能適合小功率的表面安裝型（SMR）的FBAR。

現有技術中布拉格反射層可以將FBAR與襯底之間很好地隔離開，但是存在缺點限制了FBAR器件的最大功率容量：（1）由于現有技術布拉格反射層中塑料、二氧化硅等材料的熱導率比較低，在一定程度上抑制了FBAR器件的散熱能力，（2）金屬與非金屬或塑料的之間結合力低，熱膨脹系數差別大，在高功率工作下，反復的熱沖擊很容易是的器件失效。（3）僅僅使用一個FBAR不能顯著提高功率容量，目前單個固態安裝型FBAR功率容量是3W，基站一般要求是10w-50w之間，所以需要成倍提高FBAR功率容量。單位面積的FBAR功率容量固定了，增加FBAR工作面積，可以成倍增加FBAR功率容量，但是該方法存在缺點：單純增加FBAR工作面積，FBAR的壓電振動峰值位置（一般是中心位置）振幅加大，固態安裝型結構本身缺點造成FBAR損耗加倍增加，導致插損增加和產生熱量增加，熱量增加加劇FBAR迅速達到本身的工作溫度極限。所以簡單的增加面積并不能成倍顯著增加FBAR功率容量。

本專利的創新點是使用集成新結構的并聯FBAR技術，即：在不增加單個FBAR面積基礎上，通過并聯多個FBAR，并使用FBAR結構上若干集成新技術，包括全金屬層得布拉格反射層、共用壓電層和反射層技術等，確保FBAR結構穩定同時功率容量能夠成倍增加。該高功率FBAR組應用于基站射頻前端模塊中，可以實現模塊的微型化。

發明內容

本發明針對現有技術中的不足，提供了一種基于全金屬布拉格反射層的FBAR結構，有效提高了FBAR器件的散熱能力，從而提高其功率容量。基于此新型FBAR結構設計所需的高功率容量FBAR陣列雙工器，從而將其應用于3G和LTE等無線基站中。

為了解決上述技術問題，本發明通過下述技術方案得以解決：