一种具有散热结构的体声波谐振器及制造工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种具有散热结构的体声波谐振器及制造工艺，包括衬底、形成在衬底上并且表面设置有绝缘层的金属散热层以及形成在绝缘层上的谐振功能层，金属散热层和绝缘层在衬底上包围形成空腔，谐振功能层中的底电极层覆盖空腔。空腔的周围设置有金属散热层以及金属柱，因此器件在使用过程中能够及时将热量导出，提高器件的使用寿命。该体声波谐振器在结构上尽量避免金属散热层和底电极层以及顶电极层形成电容，减少谐振器寄生电容，有效提高谐振器的性能。而且该器件还可以具有电磁屏蔽结构，基于减少谐振器寄生电容的前提下，使器件在使用过程中具有良好的散热性及抗电磁屏蔽效果，使器件在正常、稳定工作的同时又具有良好的可靠性。

A bulk acoustic resonator with heat dissipation structure and its manufacturing process

【技术实现步骤摘要】
一种具有散热结构的体声波谐振器及制造工艺
本申请涉及通信器件领域，主要涉及一种具有散热结构的体声波谐振器及制造工艺。
技术介绍
随着电磁频谱的日益拥挤、无线通讯设备的频段与功能增多，无线通讯使用的电磁频谱从500MHz到5GHz以上高速增长，也对性能高、成本低、功耗低、体积小的射频前端模块需求日益增长。滤波器是射频前端模块之一，主要由多个谐振器通过拓扑网络结构连接而成，可改善发射信号和接收信号。Fbar(Thinfilmbulkacousticresonator)是一种体声波谐振器，由Fbar组成的滤波器具有体积小、集成能力强、高频工作时保证高品质因素Q、功率承受能力强等优势而作为射频前端的核心器件。Fbar的基本结构是上下电极和夹在上下电极间的压电层。压电层可实现电能与机械能的转化。当Fbar的上下电极施加电场时，压电层产生机械能，机械能是以声波的形式存在。Fbar的基本结构、衬底及选材特性，导致Fbar不具有良好的散热性。此外，电磁波的日益拥挤与射频终端产品内部器件相互电磁干扰会影响器件使用效果。在现有技术中，体声波谐振器的空腔一般在衬底或支撑层上蚀刻形成，衬底或支撑层的材料通常使用Si或Si3N4，因此不具有散热效果，可靠性也会受到影响，因此，本专利技术旨在设计一种散热性好、可屏蔽电磁干扰的体声波谐振器。
技术实现思路
针对上述提到的体声波谐振器不具备散热效果和电磁屏蔽效果等问题。本申请提出了一种具有散热结构的体声波谐振器及制造工艺来解决上述存在的问题。在第一方面，本申请提出了一种具有散热结构的体声波谐振器，包括衬底、形成在衬底上并且表面设置有绝缘层的金属散热层以及形成在绝缘层上的谐振功能层，金属散热层和绝缘层在衬底上包围形成空腔，谐振功能层中的底电极层覆盖空腔。金属散热层的存在可以使器件具有散热效果。在一些实施例中，底电极层的边缘架设在形成于空腔侧边的绝缘层上方。因此底电极层不会设置在金属散热层上方，不会形成电容影响器件性能，减小寄生效应。在一些实施例中，谐振功能层还包括在底电极层上依次层叠的压电层和顶电极层。底电极层、压电层和顶电极层在空腔上方形成有效谐振区域，谐振功能层将电能转化为机械能，以声波的形式进行产生谐振效果。在一些实施例中，顶电极层包括从谐振功能层的有效谐振区域延伸到周边的谐振器的连接部，金属散热层未完全在连接部下方分布。顶电极层下方尽量避免金属散热层存在，就不容易形成电容，不会影响器件性能。在一些实施例中，连接部与压电层下方的空隙设置有牺牲材料层，牺牲材料层的上表面与绝缘层的上表面平齐，压电层设置在牺牲材料层、绝缘层以及底电极层的上表面。因此可以保证压电层具有较为平整的表面，减少应力影响，提高器件谐振性能，牺牲材料层起介质填充作用。在一些实施例中，在有效谐振区域和连接部以外区域的压电层上设置有金属柱，金属柱穿过压电层和绝缘层，并延伸到金属散热层。金属柱用于将热量引出到外界，提高散热效果，金属柱设置在有效谐振区域之外不会影响器件的性能。在一些实施例中，还包括在衬底上设置有粘附层。粘附层可以起到增加金属屏蔽层的粘附性的作用，还可以起到电磁屏蔽效果。在一些实施例中，在粘附层上设置有金属屏蔽层。金属屏蔽层与金属散热层和金属柱导通，因此可以形成电磁屏蔽结构，屏蔽外部的干扰以及内部对外部的干扰。在一些实施例中，金属散热层的材料包括Ag、Cu、Au、Al、Mo、W、Zn、Ni、Fe和Sn中的一种或多种材料组成的复合的多层金属层材料。金属散热层选择的材料具有较高的导热系数，并且能够起到支撑起上部膜层的作用。在一些实施例中，绝缘层的材料包括AlN、Si和SiN中的一种或多种材料复合而成。绝缘层材料的导热系数也比较高，并且可以隔绝底电极层和金属散热层，并且能够起到保护金属散热层的作用，提高器件的使用寿命和可靠性。在一些实施例中，金属柱的材料包括Ag、Cu、Au、Al、Mo、W、Zn、Ni、Fe或Sn。金属柱的材料同样需要具备良好的导热效果。在第二方面，本申请还提出了一种具有散热结构的体声波谐振器的制作工艺，包括以下步骤：S1，在衬底上制作金属散热层，并对金属散热层进行蚀刻以形成第一空腔；S2，在衬底和金属散热层上制作绝缘层，绝缘层在第一空腔上形成第二空腔；S3，用牺牲材料填充第二空腔；以及S4，在牺牲材料和绝缘层上依次制作谐振功能层，谐振功能层的底电极层覆盖第二空腔。金属散热层可以将器件的热量传递出去，使器件具有良好的散热效果。在一些实施例中，S1具体包括：通过溅镀、光刻与蚀刻工艺或蒸镀与剥离工艺或电镀工艺在衬底上制作出具有第一空腔的金属散热层。上述制备工艺简单，技术成熟度高。在一些实施例中，谐振功能层包括依次层叠的底电极层、压电层和顶电极层，顶电极层包括从有效谐振区域延伸到周边的谐振器的连接部，金属散热层未完全在连接部下方分布。顶电极层下方尽量避免金属散热层存在，就不容易形成电容，不会影响器件性能。在一些实施例中，S3还包括：用牺牲材料填充连接部与绝缘层之间的空隙并且进行化学机械抛光以使得牺牲材料和绝缘层的上表面保持平整的步骤。因此可以保证压电层具有较为平整的表面，减少应力影响，提高器件谐振性能，此处的牺牲材料起介质填充作用。在一些实施例中，底电极层的边缘架设在形成于第一空腔侧边的绝缘层上方。因此底电极层不会设置在金属散热层上方，不会形成电容影响器件性能，减小寄生效应。在一些实施例中，还包括以下步骤：S5：在谐振功能层的有效谐振区域和连接部之外区域的压电层上制作穿过压电层和绝缘层并到达金属散热层的孔；以及S6：在孔中制作金属柱。金属柱制作在有效谐振区域和连接部之外的区域上，不会影响器件的性能，并且能够将金属散热层中的热量导出去。在一些实施例中，在步骤S6后还包括以下步骤：去除第二空腔内的牺牲材料。第二空腔内的牺牲材料去除后可以释放出第二空腔形成具有谐振功能的器件。在一些实施例中，S1之前还包括以下步骤：在衬底上制作粘附层。粘附层可以起到增加金属屏蔽层的粘附性的作用，还可以起到电磁屏蔽效果。在一些实施例中，S1之前还包括以下步骤：在粘附层上制作金属屏蔽层。金属屏蔽层与金属散热层和金属柱导通，因此可以形成电磁屏蔽结构，屏蔽外部的干扰以及内部对外部的干扰。在一些实施例中，金属散热层的材料包括Ag、Cu、Au、Al、Mo、W、Zn、Ni、Fe和Sn中的一种或多种材料组成的复合的多层金属层材料。金属散热层选择的材料具有较高的导热系数，并且能够起到支撑起上部膜层的作用。在一些实施例中，绝缘层的材料包括AlN、Si和SiN中的一种或多种材料复合而成。绝缘层材料的导热系数也比较高，并且可以隔绝底电极层和金属散热层，并且能够起到保护金属散热层的作用，提高器件的使用寿命和可靠性。在一些实施例中，金属柱的材料包括Ag、Cu、Au、Al、Mo、W、Zn、Ni、Fe或Sn。金属柱的材料同样需要本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有散热结构的体声波谐振器，其特征在于，包括衬底、形成在所述衬底上并且表面设置有绝缘层的金属散热层以及形成在所述绝缘层上的谐振功能层，所述金属散热层和所述绝缘层在所述衬底上包围形成空腔，所述谐振功能层中的底电极层覆盖所述空腔。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有散热结构的体声波谐振器，其特征在于，包括衬底、形成在所述衬底上并且表面设置有绝缘层的金属散热层以及形成在所述绝缘层上的谐振功能层，所述金属散热层和所述绝缘层在所述衬底上包围形成空腔，所述谐振功能层中的底电极层覆盖所述空腔。


2.根据权利要求1所述的具有散热结构的体声波谐振器，其特征在于，所述底电极层的边缘架设在形成于所述空腔侧边的所述绝缘层上方。


3.根据权利要求1所述的具有散热结构的体声波谐振器，其特征在于，所述谐振功能层还包括在所述底电极层上依次层叠的压电层和顶电极层。


4.根据权利要求3所述的具有散热结构的体声波谐振器，其特征在于，所述顶电极层包括从所述谐振功能层的有效谐振区域延伸到周边的谐振器的连接部，所述金属散热层未完全在所述连接部下方分布。


5.根据权利要求4所述的具有散热结构的体声波谐振器，其特征在于，所述连接部与所述压电层下方的空隙设置有牺牲材料层，所述牺牲材料层的上表面与所述绝缘层的上表面平齐，所述压电层设置在所述牺牲材料层、所述绝缘层以及所述底电极层的上表面。


6.根据权利要求4所述的具有散热结构的体声波谐振器，其特征在于，在所述有效谐振区域和所述连接部以外区域的所述压电层上设置有金属柱，所述金属柱穿过所述压电层和所述绝缘层，并延伸到所述金属散热层。


7.根据权利要求1-6中任一项所述的具有散热结构的体声波谐振器，其特征在于，还包括在所述衬底上设置有粘附层。


8.根据权利要求7所述的具有散热结构的体声波谐振器，其特征在于，在所述粘附层上设置有金属屏蔽层。


9.根据权利要求1-6中任一项所述的具有散热结构的体声波谐振器，其特征在于，所述金属散热层的材料包括Ag、Cu、Au、Al、Mo、W、Zn、Ni、Fe和Sn中的一种或多种材料组成的复合的多层金属层材料。


10.根据权利要求1-6中任一项所述的具有散热结构的体声波谐振器，其特征在于，所述绝缘层的材料包括AlN、Si和SiN中的一种或多种材料复合而成。


11.根据权利要求6所述的具有散热结构的体声波谐振器，其特征在于，所述金属柱的材料包括Ag、Cu、Au、Al、Mo、W、Zn、Ni、Fe或Sn。


12.一种具有散热结构的体声波谐振器的制作工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1，在衬底上制作金属散热层，并对所述金属散热层进行蚀刻以形成第一空腔；
S2...

【专利技术属性】
技术研发人员：李林萍，盛荆浩，江舟，
申请(专利权)人：杭州见闻录科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33