技术领域
[0001] 本
发明涉及通信用滤波器件技术领域，特别地涉及一种
体声波滤波器及其制造方法以及双工器。
背景技术
[0002] 近年来，随着市场的迅猛发展，无线通讯终端和设备不断朝着小型化、多模-多频段的方向发展，无线通讯终端和设备不断朝着小型化，多模-多频段的方向发展，无线通信终端中的用于FDD(频分复用双工)的双工器的数量也随之增加。五模十三频，甚至五模十七频逐渐成为主流手机的标准要求，特别是随着5G商用的临近，对Band1、2、3、5、7、8等小尺寸，高性能的双工器的需求量也越来越大。
[0003] 参考图1为现有的滤波器的上
晶圆的主视图。如图1所示，滤波器中的
谐振器均设置在上晶圆101上，图中的S1-S6、P1-P6，通过晶圆级键合区连接到位于下晶圆的晶圆通孔上，再连接到位于下晶圆下表面的焊盘，通过焊球与封装
基板上表面的焊盘实现互连。两片晶圆键合形成了晶圆级封装保护结构，该结构及封装基板的上面再
覆盖上
树脂类化合物的塑封胶形成基板级封装保护结构。两级封装保护结构共同保护内部的FBAR不会受到外界环境的影响，以免滤波器性能恶化。
[0004] 晶圆级封装保护结构的面积为1.3mm2，由于谐振器的面积随着
频率的降低而大幅增加，此晶圆级封装保护结构的尺寸相比于S频段(2GHz～4GHz)的同类滤波器，增大约1.5倍～2倍左右，再加上基板级封装后的尺寸，整体尺寸将达到1.6mm x 1.2mm，在移动终端中使用占用的面积过大，对
电路版图的高密化设计，以及器件和整机
散热都形成的严峻的挑战。
[0005] 由此可知，提供一种可缩小滤波器体积，但又不影响其性能的滤波器是目前亟需解决的技术问题。
发明内容
[0006] 有鉴于此，本发明的主要目的是提供一种体声波滤波器及其制造方法以及双工器，在不影响滤波器性能的情况下，可缩小滤波器的体积，减小其占用面积。
[0007] 为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种体声波滤波器的制造方法，包括以下步骤：在上晶圆的第一表面形成多个并联谐振器；在下晶圆的第一表面形成多个
串联谐振器；在所述并联谐振器的电路上连接第一管脚，所述串联谐振器的电路上连接第二管脚，将所述上晶圆的第一表面和所述下晶圆的第一表面平行相对设置，以及使所述第一管脚和所述第二管脚键合形成多级串并联的滤波器电路，并且形成分布式电容；其中，形成该分布式电容的并联谐振器和串联谐振器在所述多级串并联的滤波器电路中为同级关系、相邻级关系或相跨一级关系。
[0008] 可选地，多个所述并联谐振器一字排布、多个所述串联谐振器一字排布；同级关系的所述并联谐振器和所述串联谐振器之间形成所述分布式电容。
[0009] 本发明另一方面还一种体声波滤波器，包括：上晶圆，所述上晶圆第一表面设置有多个并联谐振器和第一管脚；下晶圆，所述下晶圆第一表面设置有多个串联谐振器和第二管脚；所述上晶圆和所述下晶圆
叠加形成封装结构，在所述封装结构的内部，所述上晶圆的第一表面和所述下晶圆的第一表面平行相对设置，所述第一管脚和所述第二管脚键合形成多级串并联的滤波器电路，并且形成分布式电容；其中，形成该分布式电容的并联谐振器和串联谐振器在所述多级串并联的滤波器电路中为同级关系、相邻级关系、或相跨一级关系。
[0010] 可选地，所述并联谐振器和所述串联谐振器为
薄膜体声波谐振器、固态装配谐振器或表面声波谐振器。
[0011] 可选地，所述并联谐振器和所述串联谐振器的机电耦合系数不同。
[0012] 可选地，所述串联谐振器的机电耦合系数比所述并联谐振器的机电耦合系数大至少2％。
[0013] 可选地，所述并联谐振器压电层的材料和所述串联谐振器压电层的材料不同。
[0014] 可选地，所述并联谐振器的上
电极和所述串联谐振器的上电极之间的垂直间隔为5um。
[0015] 可选地，所述分布式电容的容值为0.1pF。
[0016] 本发明另一方面还提供一种双工器，包括两颗上述体声波滤波器。
[0017] 根据本发明的技术方案，在上晶圆上设置并联谐振器，在下晶圆上设置串联谐振器，采用相对叠加设置的结构形式，可有效的缩小滤波器的体积；其中，此结构形式下，并联谐振器和串联谐振器之间会产生分布式电容，如果分布式电容存在于间隔2级以上的并联谐振器和串联谐振器之间，对于滤波器的性能会产生较大的影响，包括带外抑制恶化，插损恶化等，因此，在封装结构中，通过对并联谐振器/串联谐振器的
位置进行调整，使形成的分布式电容非跨2级以上，其是同级关系、相邻级关系或相跨一级关系的并联谐振器和串联谐振器所形成的。
[0018] 本发明技术的技术方案，在不损失滤波器性能的情况下，通过改变滤波器的结构缩小了其体积，从可减小其在通讯终端中占用的空间，从而利于产品的小型化。
附图说明
[0019] 为了说明而非限制的目的，现在将根据本发明的优选
实施例、特别是参考附图来描述本发明，其中：
[0020] 图1是
现有技术的滤波器的上晶圆的主视图；
[0021] 图2本发明实施例提供的体声波滤波器的制造方法的流程
框图；
[0022] 图3是本发明实施例滤波器的侧视图；
[0023] 图4A是本发明实施例上晶圆的主视图；
[0024] 图4B是本发明实施例下晶圆的主视图；
[0025] 图5是本发明实施例分布式电容非跨级的滤波器的电路图；
[0026] 图6A是本发明实施例带外抑制曲线对比图；
[0027] 图6B是本发明实施例插损曲线对比图；
[0028] 图7是本发明实施例分布式电容跨级滤波器的电路图；
[0029] 图8A是本发明实施例跨级分布式电容带外抑制曲线对比图；
[0030] 图8B是本发明实施例跨级分布式电容插损曲线对比图；
[0031] 图9是本发明实施例滤波器的电路图；
[0032] 图10A是本发明实施例带外抑制曲线对比图；
[0033] 图10B是本发明实施例插损曲线对比图；
[0034] 图10C是本发明实施例滚降曲线对比图；
[0035] 图11是本发明实施例滤波器中谐振器机电耦合系数对比图；
[0036] 图12是本发明实施例双工器的结构示意图。
[0037] 图中：
[0038] 1、体声波滤波器；11、上晶圆；12、下晶圆。
具体实施方式
[0039] 如图2所示，本发明实施例提供一种体声波滤波器的制造方法，包括：
[0040] S1：在上晶圆的第一表面形成多个并联谐振器；在下晶圆的第一表面形成多个串联谐振器；
[0041] S2：在所述并联谐振器的电路上连接第一管脚，所述串联谐振器的电路上连接第二管脚，将所述上晶圆的第一表面和所述下晶圆的第一表面平行相对设置，以及使所述第一管脚和所述第二管脚键合形成多级串并联的滤波器电路，并且形成分布式电容；其中，形成该分布式电容的并联谐振器和串联谐振器在所述多级串并联的滤波器电路中为同级关系、相邻级关系或相跨一级关系。
[0042] 其中，在步骤S2中，优选地，多个所述并联谐振器一字排布、多个所述串联谐振器一字排布；同级关系的所述并联谐振器和所述串联谐振器之间形成所述分布式电容。在对并联谐振器和串联谐振器位置进行布置时，优先同级关系的并联谐振器和串联谐振器相对设置形成分布式电容，该分布式电容与跨级的分布式电容(尤其是跨2级以上的分布式电容)相比，对于滤波器的使用性能影响较低。
[0043] 如图3-12，本发明实施例还提供一种体声波滤波器，上晶圆11，上晶圆11第一表面设置有多个并联谐振器和第一管脚；下晶圆12，下晶圆12第一表面设置有多个串联谐振器和第二管脚；上晶圆11和下晶圆12叠加形成封装结构，在封装结构的内部，上晶圆11的第一表面和下晶圆12的第一表面平行相对设置，第一管脚和第二管脚键合形成多级串并联的滤波器电路，并且形成分布式电容；其中，形成该分布式电容的并联谐振器和串联谐振器在多级串并联的滤波器电路中为同级关系、相邻级关系、或相跨一级关系。
[0044] 本发明实施例中，并联谐振器和串联谐振器为薄膜体声波谐振器、固态装配谐振器或表面声波谐振器。
[0045] 上晶圆11和下晶圆12形成叠加结构，其中，并联谐振器和串联谐振器的上电极之间会产生分布式电容，如果分布式电容存在于间隔2级以上的并联谐振器和串联谐振器之间，会使体声波滤波器出现带外抑制恶化，插损恶化等状况，因此，需要对并联谐振器和串联谐振器的位置进行合理的布置。本发明实施例中，对于并联谐振器和串联谐振器的位置要求为，产生分布式电容的并联谐振器和串联谐振器之间至少为同级关系、相邻级关系或相跨一级关系。
[0046] 其中，在体声波滤波器中，还包括焊球、焊盘、封装基板等结构，此类结构与现有结构类似，在本实施例中并没有改进，因此不再进行详细描述。
[0047] 如图3所示，在上晶圆11和下晶圆12同时制作FBAR的谐振器，其中所有的串联谐振器做在下晶圆12，所有的并联谐振器做在上晶圆11。两个晶圆上的版图设计如图4A和4B所示，均为从同一方向看过去的视图，因此键合区的位置也是一样的。图中，P1-P6为并联谐振器，S1-S6为串联谐振器，VIN为输入管脚，VOUT为输出管脚，VG1和VG2为接地管脚，由于串联谐振器改做在了下晶圆12上，因此可以形象地理解为：对于原来包含滤波器的所有谐振器的晶圆(类似于图1的布局，串联谐振器和并联谐振器各自分布)，沿串联谐振器和并联谐振器之间的分界线，将该晶圆作“对折”并且“折断”为2个晶圆，串联谐振器和并联谐振器重叠在一起。并且此时，这两个晶圆都布置了VIN、VG1、VG2、VOUT这四个键合区。同时在上述“对折”的“折叠线”位置(视图的下方)添加了新的键合区，即图中的J1，J2，J3，此新键合区只是用来将上晶圆11与下晶圆12连接在一起，而不需要通过过孔向芯片外部连接，因此其形状都与连接过孔的键合区不同，面积则仅为二分之一。虚线的圆圈则示意出了与就近的晶圆过孔相连的芯片焊球的位置。
[0048] 图5是本发明实施例的电路图，其中上面虚线框中的是下晶圆12中的电路，下面虚线框中的是上晶圆11中的电路，由于串并联谐振器折叠后重叠在一起，因此在多个串联谐振器和并联谐振器之间存在着由相互面对的
电极形成的分布式电容(由虚线电容符号所示)；本实施例中，当第一谐振器和第二谐振器的数量不同时，尽可能的使串联谐振器和并联谐振器尽可能地一一对齐，确保谐振器对称设置的最大化即可，如滤波器包括5个并联谐振器和6个串联谐振器时，那么需要确保5个并联谐振器与5个串联谐振器对称设置；对称的并联谐振器的上电极和串联谐振器的上电极形成的分布式电容不会存在于相隔超过2级的谐振器之间，比如S1和P3之间。这里的“级”是对于串联谐振器和并联谐振器的对齐情况而言，可参考图4A和4B，上晶圆11和下晶圆12封装后，谐振器S1和谐振器P1上下对齐，为同级关系；谐振器与其同级谐振器的相邻谐振器为相邻级关系，例如谐振器P1与谐振器S2、谐振器S1与谐振器P2、谐振器P3与谐振器S4等；谐振器和与其相隔一个谐振器的谐振器的同级谐振器，为相跨一级关系，例如谐振器P1与谐振器P3相隔一个谐振器P2，谐振器S3与谐振器P3同级，则谐振器P1与谐振器S3相跨一级。同理，谐振器S1与谐振器P3、谐振器P2与谐振器S4等，也是相跨一级。
[0049] 如图6A和6B所示，图为有无分布电容的体声波滤波器曲线对比，图中，虚线为没有分布电容，实线为添加分布电容后的体声波滤波器响应曲线，由对比图可以看出此量级的分布电容对体声波滤波器性能几乎没有影响，只是右侧滚降沿的频率略微向内侧移动了不到1MHz。
[0050] 本发明实施例中，优选地，并联谐振器的上电极和串联谐振器的上电极之间的间隔为5um；分布式电容的容值为0.1pF。
[0051] 本实施例中，将全部/部分并联谐振器和串联谐振器采用上述的结构设置，产生的分布式电容对体声波滤波器的性能不会造成过大的影响，但是如果并联谐振器和串联谐振器的布局不合理，则分布式电容可能会存在于间隔级数的谐振器之间，如图7所示，此时分布式电容对体声波滤波器的性能会有较大的影响，如图8A和8B中，主要是925MHz～960MHz内的带外抑制恶化了超过10dB，
通带右侧的插损也恶化了0.1dB。
[0052] 由于采用了本发明实施例的技术方案，使得原本只能做在一片晶圆上的FBAR谐振器，可以分别做在两片晶圆上，并最终实现晶圆级键合。与现有技术相比，本发明实施例中的滤波器的尺寸能够有明显的减小，例如可由原来1300um×1000um，缩小到到1300um×650um，面积则由原来的1.3mm2减小到0.845mm2。同时，因为滤波器尺寸缩小，原本难以实现的1.6mm×1.2mm尺寸的双工器，也在工程上变得更易于实现。
[0053] 另外，为了更快的滚降特性，一般需要降低体声波滤波器中谐振器的机电耦合系数，现有技术中，由于串并联谐振器均设置在同一片晶圆上，因此，机电耦合系数不会相差太大。而本实施例中，由于并联谐振器和串联谐振器分布在上下两个晶圆上，因此，可以将并联谐振器和并联谐振器的机电耦合系数设置为不同。如图9和11所示，电路图中的串联谐振器的谐振频率为896MHz附近，各个串联谐振器的谐振频率可以相同，也可以不同，但具有几乎相同的机电耦合系数，约为7.5％。并联谐振器的谐振频率位于858MHz附近，各个并联谐振器的谐振频率可以相同，也可以不同，但具有几乎相同的机电耦合系数，约为9.5％，由此可知，串联谐振器的机电耦合系数比并联谐振器的机电耦合系数大至少2％；增加了
质量负载的种类，可以实现更多种谐振频率。
[0054] 具体的并联谐振器和串联谐振器之间实现不同的机电耦合系数的方式是将并联谐振器压电层和串联谐振器压电层设置为不同的材料。
[0055] 如图10A至图C所示，图中虚线为现有体声波滤波器的性能参数曲线，实线为本发明实施例体声波滤波器的性能参数曲线；可以看出在不牺牲通带插损的前提下，将右侧滚降到50dB的频率位置，由原来的924MHz减少了1.5MHz到922.5MHz处，极大的提高了滤波器的滚降特性。
[0056] 本发明实施例的另一方面，提供了一种双工器，如图12所示，包括两颗上述体声波滤波器1。由于体声波滤波器1的体积缩小，因此，可使双工器的体积同样缩小，使产品小型化。
[0057] 上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的
修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。
