压电声波谐振器、压电声波滤波器、双工器及射频通信模块制造技术

本发明专利技术提供了一种压电声波谐振器，其有效工作区的形状是多边形，该有效工作区中的第一边和第二边分别对应于压电声波谐振器的输入边和输出边，有效工作区的外框定义为可以包围有效工作区、且存在一条边与第一边或第二边重合的面积最小的矩形；外框中与第一边或第二边重合的一条边具有第一长度，外框中与一条边垂直的边具有第二长度，第一长度与第二长度的比例范围是1～4；第一边和第二边的长度之和与有效工作区的周长的比例范围是0.4～0.7，其中，第一边和第二边的长度与有效工作区的周长的比例范围均是0.2～0.35。本发明专利技术还提供了压电声波滤波器、双工器及射频通信模块。实施本发明专利技术能够改善压电声波谐振器的电学传输损耗，进而改善压电声波滤波器的插入损耗。

Piezoelectric acoustic resonator, piezoelectric acoustic filter, duplexer and RF communication module

The present invention provides a piezoelectric acoustic resonator in which the shape of the effective working area is a polygon. The first and second edges of the effective working area correspond to the input and output edges of the piezoelectric acoustic resonator respectively. The outer frame of the effective working area is defined as a frame that can surround the effective working area, and there is an edge with the first or the first edge. A rectangle with the smallest area overlapping two edges; an edge overlapping the first or second edge in the outer frame has the first length; a edge perpendicular to one edge in the outer frame has the second length; the ratio of the first length to the second length ranges from 1 to 4; the ratio of the sum of the lengths of the first and second edges to the perimeter of the effective working area ranges from 1 to 4. The ratio of the length of the first side and the second side to the perimeter of the effective working area is 0.2-0.35. The invention also provides a piezoelectric acoustic wave filter, duplexer and radio frequency communication module. The invention can improve the electrical transmission loss of the piezoelectric acoustic wave resonator and the insertion loss of the piezoelectric acoustic wave filter.

【技术实现步骤摘要】
压电声波谐振器、压电声波滤波器、双工器及射频通信模块
本专利技术涉及电子通讯技术器件领域，尤其涉及一种压电声波谐振器、压电声波滤波器、双工器及射频通信模块。
技术介绍
压电声波滤波器是现代智能手机的关键部件之一，而压电声波谐振器则是压电声波谐振器的核心构成部分，其中，压电声波谐振器性能的优劣直接决定这压电声波滤波器性能的优劣。现有技术中，常用的压电声波谐振器包括空气隙型谐振器、体硅背刻蚀型谐振器以及布拉格反射层型谐振器。下面以空气隙型谐振器对压电声波谐振器的结构进行说明。请参考图1，图1是现有技术中空气隙型的压电声波谐振器的剖面示意图。如图所示，压电声波谐振器从上往下依次是上电极层101、压电层102、下电极层103、种子层104以及衬底106，在种子层104与衬底106之间还进一步存在用于在交界面处实现对声能限制以防声波泄露的空气隙105。其中，压电层102与上电极层101、下电极层103的重叠区域是压电声波谐振器的有效工作区。请参考图2，图2是现有技术中压电声波谐振器的电路符号图。如图所示，压电声波谐振器还至少包括两个端口，一个端口与压电声波谐振器的上电极层连接，另一个端口与压电声波谐振器的下电极层连接，该两个端口用于激励信号的输入和输出，其中，电极层中与输入端连接的边称为压电声波谐振器的输入边，电极层中与输出端连接的边称为压电声波谐振器的输出边。压电声波谐振器工作时，当与上电极层连接的端口被施加激励信号时，激励信号沿“输入端—>上电极层—>压电层—>下电极层—>输出端”的路径传输。当外电场作用在电极上时，由于逆压电反应使得压电层产生机械振动发生形变，产生的声波在电极与外界的接触面反射，被束缚在压电声波谐振器内部。现有技术中，压电声波谐振器的上电极层、压电层以及下电极层通常被设计为具有相同的版图形状。在实际应用中，最为常见的版图形状是正多边形，例如正四边形、正五边形、正六边形等。研究表明，采用正多边形作为版图形状可以有效地避免横生模式对压电声波滤波器性能造成的影响。压电声波谐振器工作时，激励信号会根据版图形状以及边连接方式的设计进行定向地传输。对于版图形状为正多边形的压电声波谐振器而言，其输入边和输出边的情况视情况而定，并不唯一。以最为常见的正五边形版图形状为例说明，请参考图3，图3是现有技术中采用正五边形设计的压电声波谐振器的版图形状。如图3所示，该正五边形的五个边分别以编号1至5表示，其中，设计边1作为压电声波谐振器的输入边、边3作为压电声波谐振器的输出边，激励信号在版图上的传输路径如图中箭头所示。图4是压电声波谐振器的频率阻抗曲线图。如图所示，压电声波谐振器的串联谐振频率fs低于并联谐振频率fp，压电声波谐振器的阻抗随着频率变化。压电声波谐振器处于串联谐振时的阻抗(下文以Rs表示)小于其处于并联谐振时的阻抗(下文以Rp表示)。其中，Rs主要影响压电声波谐振器的电性能，Rp主要影响压电声波谐振器的声学性能，压电声波谐振器的品质因数定义为Rp和Rs的比值，即Qs＝Rp/Rs。Qs的值随Rs和Rp的值的变化而变化，其中，Rs的值越小、Rp的值越大，则压电声波谐振器的品质因数Qs越大，相应地压电声波谐振器的电学性能和声学性能就越佳。目前，改善压电声波谐振器电学性能和声学性能的研究主要是从压电声波谐振器各层材料的选择、各层厚度的设置以及层堆栈工艺结构的角度出发。压电声波滤波器是通过采用例如梯型、π型、网格型等方式对压电声波谐振器进行级联而得到的。其中，插入损耗是压电声波滤波器的关键性能参数之一，业界从未间断对如何减小压电声波滤波器插入损耗的研究。现有技术中，减小压电声波谐振器插入损耗的主要方法是从压电声波谐振器的外围电路出发，在压电声波滤波器的串联级或者并联级串联或并联一定大小的电感/电容。电感/电容的引入能够在一定程度上增大压电声波滤波器的有效机电耦合系数、以及增大压电声波滤波器的带宽，折中考虑后虽然能够通过牺牲部分带宽的方式得到压电声波滤波器插入损耗的改善，但与此同时会增加压电声波滤波器的寄生效应从而压电声波导致滤波器性能的部分恶化，此外还会导致压电声波滤波器体积的增加以及制造成本的提高。
技术实现思路
为了克服现有技术中的上述缺陷，本专利技术提供了一种压电声波谐振器，该压电声波谐振器从上至下依次包括上电极层、压电层、下电极层以及衬底，所述上电极层、所述压电层和所述下电极层的重叠区域为所述压电声波谐振器的有效工作区，该有效工作区的形状是多边形，其中：所述有效工作区中的第一边对应于所述压电声波谐振器的输入边，所述有效工作区中的第二边对应于所述压电声波谐振器的输出边，所述有效工作区的外框定义为可以包围所述有效工作区、且存在一条边与所述第一边或所述第二边重合的面积最小的矩形；所述外框中与所述第一边或所述第二边重合的一条边具有第一长度，所述外框中与所述一条边垂直的边具有第二长度，所述第一长度与所述第二长度的比例范围是1～4；所述第一边和所述第二边的长度之和与所述有效工作区的周长的比例范围是0.4～0.7，其中，所述第一边的长度与所述有效工作区的周长的比例范围是0.2～0.35，所述第二边的长度与所述有效工作区的周长的比例范围是0.2～0.35。根据本专利技术的一个方面，该压电声波谐振器中，所述第一长度与所述第二长度的比例范围是2.5～3.2，所述第一边和所述第二边的长度之和与所述有效工作区的周长的比例范围是0.5～0.6，其中，所述第一边的长度与所述有效工作区的周长的比例范围是0.25～0.3，所述第二边的长度与所述有效工作区的周长的比例范围是0.25～0.3。根据本专利技术的另一个方面，该压电声波谐振器中，所述多边形是四边形、五边形或六边形。根据本专利技术的又一个方面，该压电声波谐振器中，所述压电声波谐振器是体硅背刻蚀型谐振器、空气隙型谐振器或布拉格反射层型谐振器。本专利技术还提供了一种压电声波滤波器，该压电声波滤波器包括至少一个串联级压电声波谐振器，该串联级压电声波谐振器采用上述压电声波谐振器。本专利技术还提供了一种双工器，该双工器还包括发射滤波器和接收滤波器，其中，所述发射滤波器和/或所述接收滤波器采用上述压电声波滤波器。本专利技术还提供了一种射频通信模块，该射频通信模块包括天线、射频开关、双工器组以及功率放大器，其中，所述双工器组包括多个上述双工器。与现有技术中通过对压电声波谐振器各层材料的选择、对压电声波谐振器各层厚度的设置、以及对压电声波谐振器层堆栈工艺结构的改进来改善压电声波谐振器性能的方式相比，本专利技术通过改变压电声波谐振器的有效工作区的形状来改善压电声波谐振器的性能。本专利技术针对于压电声波谐振器的有效工作区提出了外框的概念，即可以包围有效工作区、且存在一条边与压电声波谐振器的第一边(对应于压电声波谐振器输入边的边)或第二边(对应于压电声波谐振器输出边的边)重合的面积最小的矩形，其中，外框中与第一边或第二边重合的一条边具有第一长度，外框中与该一条边垂直的边具有第二长度。通过设定第一长度与第二长度的比例范围是1～4、第一边和第二边的长度之和与有效工作区的周长的比例范围是0.4～0.7、第一边的长度与有效工作区的周长的比例范围是0.2～0.35、以及第二边的长度与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种压电声波谐振器，该压电声波谐振器从上至下依次包括上电极层、压电层、下电极层以及衬底，所述上电极层、所述压电层和所述下电极层的重叠区域为所述压电声波谐振器的有效工作区，该有效工作区的形状是多边形，其中：所述有效工作区中的第一边对应于所述压电声波谐振器的输入边，所述有效工作区中的第二边对应于所述压电声波谐振器的输出边，所述有效工作区的外框定义为可以包围所述有效工作区、且存在一条边与所述第一边或所述第二边重合的面积最小的矩形；所述外框中与所述第一边或所述第二边重合的一条边具有第一长度，所述外框中与所述一条边垂直的边具有第二长度，所述第一长度与所述第二长度的比例范围是1～4；所述第一边和所述第二边的长度之和与所述有效工作区的周长的比例范围是0.4～0.7，其中，所述第一边的长度与所述有效工作区的周长的比例范围是0.2～0.35，所述第二边的长度与所述有效工作区的周长的比例范围是0.2～0.35。

【技术特征摘要】
1.一种压电声波谐振器，该压电声波谐振器从上至下依次包括上电极层、压电层、下电极层以及衬底，所述上电极层、所述压电层和所述下电极层的重叠区域为所述压电声波谐振器的有效工作区，该有效工作区的形状是多边形，其中：所述有效工作区中的第一边对应于所述压电声波谐振器的输入边，所述有效工作区中的第二边对应于所述压电声波谐振器的输出边，所述有效工作区的外框定义为可以包围所述有效工作区、且存在一条边与所述第一边或所述第二边重合的面积最小的矩形；所述外框中与所述第一边或所述第二边重合的一条边具有第一长度，所述外框中与所述一条边垂直的边具有第二长度，所述第一长度与所述第二长度的比例范围是1～4；所述第一边和所述第二边的长度之和与所述有效工作区的周长的比例范围是0.4～0.7，其中，所述第一边的长度与所述有效工作区的周长的比例范围是0.2～0.35，所述第二边的长度与所述有效工作区的周长的比例范围是0.2～0.35。2.根据权利要求1所述的压电声波谐振器，其中：所述第一长度与所述第二长...

【专利技术属性】
技术研发人员：田晓洁，谢恒，赖亚明，赖志国，蔡洵，
申请(专利权)人：贵州中科汉天下微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：贵州,52