技术领域
[0001] 本
发明的
实施例涉及
半导体领域，尤其涉及一种
体声波谐振器器件，一种滤波器，以及一种具有上述部件中的一种的电子设备。
背景技术
[0002] 利用压电
薄膜在厚度方向的纵向谐振所制成的薄膜体声波谐振器，在于机通讯和高速串行数据应用等方面已经成为声表面波器件和
石英晶体谐振器的一个可行的替代。射频前端体声波滤波器/双工器提供优越的滤波特性，例如低插入损耗，陡峭的过渡带，较大的功率容量，较强的抗
静电放电(ESD)能
力。具有超低
频率温度漂移的高频薄膜体声波
振荡器，其
相位噪声低，功耗低且带宽调制范围大。除此之外，这些微型薄膜谐振器在
硅衬底上使用CMOS兼容的加工工艺，这样可以降低单位成本，并有利于最终与CMOS
电路集成。
[0003] 体声波谐振器包括一个声学镜和两个
电极，以及位于这两电极之间的被称作压电激励的压电材料层。也称底电极和顶电极为激励电极，其作用是引起谐振器各层的机械振荡。声学镜在体声波谐振器和基底之间形成声学隔离，以防止声波传导至谐振器之外，造成
能量损失。
[0004] 理论上，体声波谐振器在工作状态下只存在机械能和
电能的相互转化，但在实际情况中，体声波谐振器中的电能
和声波总是不可避免的要部分转
化成热能，并且谐振器的功率越高发热效应也会变得越显著。由于体声波谐振器的关键组成部分即压电薄膜和电极的厚度仅为微米或
纳米级别，热量在其中的积累会带来显著的负面效应，如导致谐振器温度上升引起谐振器频率发生漂移，或引起
加速压电结构老化或直接导致其损坏，从而影响谐振器的可靠性和寿命，同时限制了谐振器功率容量的进一步提升。
[0005] 随着体声波谐振器的功率日益提升，其发热问题成了制约谐振器性能进一步提升的关键因素。传统
散热手段通常要构建与谐振器声学区域发生直接
接触的结构，这通常会对谐振器性能造成不利影响。
发明内容
[0006] 本发明提出一类非接触式导热结构来改善谐振器的散热性能，籍此提高器件的功率容量，并大幅降低吸热结构对器件的机电性能的不利影响。
[0007] 为缓解或解决
现有技术中谐振器的散热问题的至少一个方面，提出本发明。
[0008] 根据本发明的实施例的一个方面，提出了一种体声波谐振器器件，包括：
[0009] 第一基底；
[0010] 声学镜；
[0011] 底电极；
[0012] 顶电极；
[0013] 压电层；和
[0014] 第一吸热结构，
[0015] 其中：
[0016] 声学镜、底电极、压电层、顶电极在基底的厚度方向重叠的区域为谐振器的有效区域；且
[0017] 所述第一吸热结构设置在声学镜中，且与所述底电极在谐振器的厚度方向上间隔开。
[0018] 可选的，所述声学镜包括空腔结构，所述第一吸热结构为设置在空腔结构底部的第一吸热结构层。
[0019] 可选的，所述第一吸热结构层的形状与所述有效区域的形状一致。
[0020] 可选的，所述第一吸热结构层与底电极之间在谐振器的厚度方向上具有第一距离，所述第一吸热结构层具有第一厚度。进一步的，第一厚度大于第一距离。
[0021] 可选的，所述第一厚度的范围为0.2-8μm；所述第一距离的范围为0.1-4μm。
[0022] 可选的，所述谐振器器件还包括与第一基底对置的第二基底，其中：第一基底或第二基底设置有
支撑部，以在第一基底与第二基底之间形成容纳空间。
[0023] 可选的，所述第二基底与顶电极相对的内侧表面设置有第二吸热结构，所述第二吸热结构与所述谐振器在谐振器的厚度方向上间隔开。
[0024] 可选的，所述第二吸热结构为第二吸热结构层且具有第二厚度，所述第二吸热结构层与所述谐振器在厚度方向上具有第二距离，所述第二厚度范围为0.4-20μm；所述第二距离范围为：0.2-10μm。
[0025] 可选的，所述谐振器器件设置有键合层，所述键合层用于在支撑部抵接处形成密封，所述键合层具有导热性且与所述第二吸热结构连接。
[0026] 可选的，所述支撑部设置于所述第二基底；所述第一基底和/或第二基底设置有穿过其的通孔，所述通孔内设置有与所述键合层连接的导热条，所述导热条自键合层延伸到对应的基底表面。
[0027] 可选的，所述第二基底的与所述内侧表面平行的外侧表面设置有外散热部，所述外散热部与延伸到第二
基板的外侧表面的导热条连接。
[0028] 可选的，所述第一和/或吸热结构为吸热结构层，且面对所述谐振器的一侧设置有换热面积增加结构。
[0029] 可选的，所述换热面积增加结构包括朝向谐振器突出的多个突起。
[0030] 可选的，所述突起中的至少一部分具有反射斜面。
[0031] 可选的，所述突起包括条形突起、柱状突起、锥形突起、柱状锥形复合突起、条状锥形复合突起中的一种或者多种。
[0032] 可选的，所述柱状锥形复合突起包括靠近谐振器的锥形部以及与锥形部连接的柱状部；且在相邻布置的两个柱状锥形复合突起中，一个复合突起的锥形部的反射斜面的倾斜
角度设计成使得：平行于复合突起的突出方向的热流经反射斜面反射后到达另一个复合突起的柱状部的表面。
[0033] 可选的，所述换热面积增加结构包括在吸热结构层的所述一侧向内凹的多个凹陷部。
[0034] 可选的，所述凹陷部的入口具有上大下小的锥形形状。
[0035] 可选的，所述凹陷部为锥形柱状复合凹陷。进一步的，复合凹陷的锥形部的反射斜面的倾斜角度设计成使得：平行于复合凹陷的凹入方向的热流经反射斜面反射后到达复合凹陷的柱状部的表面。
[0036] 可选的，所述吸热结构由如下材料或者如下材料的复合物制成：
二氧化硅，氮化
铝，氧化铝，氮化硅，氧化铍，聚晶金刚石(PCD)，
单晶硅，
多晶硅，锗，含硅多聚物，环氧
树脂，金。
[0037] 根据本发明的实施例的再一方面，提出了一种滤波器，包括多个体声波谐振器器件，所述多个体声波谐振器器件包括至少一个上述的谐振器器件，其中：所述多个体声波谐振器器件包括
串联谐振器支路和多个并联谐振器支路，每个串联谐振器支路具有多个串联谐振器，每个并联谐振器支路具有并联谐振器。
[0038] 可选的，对于每个体声波谐振器器件，所述滤波器设置有对应的所述第一吸热结构和/或第二吸热结构。
[0039] 可选的，对于每个串联谐振器，所述滤波器设置有对应的第一吸热结构和/或第二吸热结构。
[0040] 根据本发明的实施例的还一方面，提出了一种电子设备，包括上述的谐振器器件，或者上述的滤波器。
附图说明
[0041] 以下描述与附图可以更好地帮助理解本发明所公布的各种实施例中的这些和其他特点、优点，图中相同的附图标记始终表示相同的部件，其中：
[0042] 图1A为根据本发明的一个示例性实施例的具有吸热结构的谐振器及其封装结构的示意性剖视图；
[0043] 图1B为图1A中的热量流动局部示意图；
[0044] 图1C为图1A中的谐振器的示意性剖视图；
[0045] 图2A为根据本发明的示例性实施例的吸热结构或者热吸收层的形状示意图；
[0046] 图2B为一种梯形拓扑结构滤波器的抽象电路图；
[0047] 图2C为图2B中的梯形拓扑滤波器中谐振器的一种具体布局；
[0048] 图2D为示例性示出热吸收层的布局图；
[0049] 图2E为示例性示出热吸收层的布局图；
[0050] 图3为根据本发明的示例性实施例的热吸收层的表面结构示意图；
[0051] 图4为根据本发明的示例性实施例的热吸收层的表面结构示意图；
[0052] 图5A为根据本发明的示例性实施例的热吸收层的表面结构示意图；
[0053] 图5B为根据本发明的示例性实施例的热吸收层的表面结构示意图；
[0054] 图6A为根据本发明的示例性实施例的热吸收层的表面结构示意图；
[0055] 图6B为立柱突起和梁状突起的剖面图及接受热
辐射情况示意图；
[0056] 图6C为立柱突起和梁状突起的剖面图及反射热辐射情况示意图；
[0057] 图6D为锥形突起和倾斜
侧壁接受热辐射情况示意图；
[0058] 图7A为根据本发明的示例性实施例的热吸收层的表面结构示意图；
[0059] 图7B为单一锥形突起剖面及其对热辐射反射状况示意图；
[0060] 图7C为复合突起剖面及其对热辐射反射状况示意图；
[0061] 图8为根据本发明的示例性实施例的热吸收层的表面结构示意图。
具体实施方式
[0062] 下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在
说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。
[0063] 下面参照图1A-1C说明根据本发明的体声波谐振器及其封装结构的关于吸热结构的总体方案。图1A为根据本发明的一个示例性实施例的具有吸热结构的谐振器及其封装结构的示意性剖视图；图1B为图1A中的热量流动局部示意图；图1C为图1A中的谐振器的示意性剖视图。
[0064] 在图1A中：
[0065] 10：第一基底，用于承载并封闭声学器件，材料通常可选单晶硅，石英，砷化镓或蓝
宝石等等。
[0066] 15：第二基底，通常具有环形突起部16，用于承载并封闭声学器件，材料选择同10.[0067] 20：声学镜结构，通常可为空腔，布拉格反射层或其它等效的声波反射结构。图1A中的声学镜为一嵌入基底10的空气腔。
[0068] 30：体声波谐振器的三明治结构：具体包含底电极31，压电薄膜层32以及顶电极33。电极材料可选钼,压电层薄膜材料可选氮化铝，氧化锌，
钛锆酸铅(PZT)等，可选的，还可对上述压电材料进行一定
原子比例的稀土元素掺杂。此处略去了谐振器的工艺辅助层，如
钝化层等，以及电极的引脚结构等。
[0069] 40：置于声学镜(空腔)20底部的热吸收层，可选材料为
二氧化硅，氮化铝，氧化铝，氮化硅，氧化铍，聚晶金刚石(PCD)、单晶硅、多晶硅、锗等无机材料，以及含硅多聚物、
环氧树脂等有机材料，或者金等金属材料，或者以上材料的复合。
[0070] 45：位于第二基底15内侧顶部的热吸收层，材料选择同40。
[0071] 50：位于基底10内表面的键合层：材料通常可选金，
锡，铟等。
[0072] 55：位于基底15和其支撑部16表面的键合层，材质同键合层50.其中，键合层55可沿第二基底15内侧表面像中间延伸，从而接触到热吸收层45。
[0073] 60:位于基底10内部的通孔结构，供键合层50的金属延伸至基底10的内部。
[0074] 65：位于基底15(及其突起16)内部的通孔，可使键合层55的金属延伸至基底15(及其突起16)内部，并和基底15上表面的结构建立连接。
[0075] 70：位于基底15上表面的焊盘，材料可选
铜。
[0076] 80:位于焊盘上的焊锡球，用于将封装后的谐振器连接到其它基板或线路板，通常材料为锡。
[0077] 在谐振器工作时，其产生的热流运动如图1B所示。
[0078] 体声波谐振器工作时，热量主要会从底电极31和顶电极33的表面以热传导和辐射的形式向周围散失，由谐振器发出的热辐射以及腔体内空气的热量则会被热吸收层40和45吸收(如图1B中箭头F1-2所示)。当热量进入热吸收层之后，又会通
过热吸收层与周边结构接触的界面进一步向外散失并进入基底10、15，金属键合层55等等。
[0079] 谐振器表面，如电极31的下表面及电极33上表面,应与热吸收层表面，如热吸收层40的上表面及热吸收层45的下表面保持适当的距离，一方面，距离过近可能造成谐振器表面与热吸收层表面发生贴合，从而使谐振器性能受到严重影响；另一方面，距离过大导致热吸收效率降低而达不到理想散热效果。因此，本发明对热吸收层的厚度及其与谐振器表面的距离作如下限定：
[0080] (1)对于位于空腔中的热吸收层其厚度D2的范围为0.2-8μm，其上表面与谐振器下表面的距离D3范围为0.1-4μm，进一步的，D2大于D3。
[0081] (2)对于位于第二基底内侧顶部的热吸收层厚度H2的范围为0.4-20μm，其下表面与谐振器上表面的距离H3范围为0.2-10μm，进一步的，H2大于H3。
[0082] 图2A为根据本发明的示例性实施例的吸热结构或者热吸收层的形状示意图。图2A中示出了几种常见的体声波谐振器的有效区域的形状，本发明中的热吸收层的俯视形状包含但不限于图2A中所描述的示例。
[0083] 在本发明中，吸热结构置于声学镜空腔之内，可充分利用该空腔的空间，使得谐振器的结构更为紧凑。
[0084] 此外，在一个进一步的实施例中，声学镜空腔以及位于其中的吸热结构(更具体的为吸热结构层)的加工
精度高于基于键合形成且位于第二基底上的吸热结构的加工精度。
[0085] 下面参照图2B-2E描述热吸收层在多谐振器情况下的布局。图2B为一种梯形拓扑结构滤波器的抽象电路图；图2C为图2B中的梯形拓扑滤波器中谐振器的一种具体布局。
[0086] 图2B描述了具有梯形(Ladder)拓扑结构的滤波器抽象电路结构。该滤波器包含串联谐振模式的体声波谐振器Rs1-3和并联谐振模式的体声波谐振器Rp1-2，并具有输入端Input、输出端Output，以及接地端GND。图2C描述了对应图2B抽象电路的一种具体谐振器布局。
[0087] 对于图2C的具体谐振器布局，可选择以图2D所示的方式在每个谐振器对应的
位置均放置上吸热结构。此外，还可根据谐振器具体的发热分布仅选择其中发热功率突出的谐振器进行相应的吸
热层放置。例如，由于并联谐振模式的谐振器Rp1-2的工作
电流要低于串联谐振模式的谐振器Rs1-3，进而Rp1-2的热功率要低于Rs1-3，因此可考虑只在Rs1-3对应的位置设置热吸收层，从而形成图2E中所示的布局。
[0088] 吸热结构放置方式不仅限于图示布局，可根据谐振器实际发热量和具体温度
阈值具体安排其分布，如可将吸热结构安置在多个谐振器中温度最高的一个对应的位置。
[0089] 下面参照图3、4、5A-5B、6A-6D、7A-7C以及8D说明热吸收层的表面结构细节。
[0090] 图3为根据本发明的示例性实施例的热吸收层的表面结构示意图，图3中示出了平坦型。如图3所示该热吸收层宏观上表面不具备微小结构，工艺制作简单。但由于热吸收层距离谐振器表面非常近，而且整体上两者平面处于基本平行状态，由谐振器表面辐射到吸收层表面的热能流会有一部分被反射回谐振器，从而造成散热效率下降，因此本发明要求热吸收层的表面可以具有一定的粗糙度。平坦型热吸收层的厚度h10和前述D2和H2的范围一致。
[0091] 图4为根据本发明的示例性实施例的热吸收层的表面结构示意图，其中示出了梁状突起。如图4所示，该热吸收层具有
基础部BA20和凸起部BM20，凸起部为矩形梁，基础部厚度h20范围为0.1-3μm；突起高度h21的范围为0.1-3μm；宽度L21范围为2-20μm；相邻突起的间隔L22的范围为2-20μm。该结构较平坦结构增加了与空气的接触面积(每个梁状突起的2个侧壁)，因此可有效增大基于空气到吸热层的热传导效率。
[0092] 在图4中，当两个相邻的突起的宽度小于5μm时，凸起部BM20选取金属材料如金等。当两个相邻的突起的宽度大于5μm时，凸起部BM20选取非金属材料，该描述同样适用于后续实施例。
[0093] 图5A为根据本发明的示例性实施例的热吸收层的表面结构示意图；图5B为根据本发明的示例性实施例的热吸收层的表面结构示意图，这两幅图示出了柱状突起。
[0094] 如图5A所示，该热吸收层具有基础部BA30和凸起部BM30，突起部分为矩形立柱，基础部厚度h30范围为0.1-3μm；突起高度h31的范围为0.1-3μm；在一个方向上，宽度L31范围为2-20μm；相邻突起的间隔L32的范围为2-20μm而在另一方向上的宽度w31范围为1-15μm；突起间隔w32范围为1-15μm。该结构进一步增加了与空气的接触面积(每个柱状突起的4个侧壁)，因此可有效增大基于空气到吸热层的热传导效率。
[0095] 此外，立柱截面的俯视形状也不限于图5A中所示的矩形，还可有其他选择。例如可选图5B所示的椭圆截面立柱，并使立柱采取图示分布。其中椭圆的长轴a范围为2-15μm，短轴b范围为1-10μm，同时使椭圆的中心落在边长为d的正方形的
顶点上，且确保每个椭圆的长轴/短轴垂直于其在横向或纵向上相邻椭圆的短轴/长轴。其中d的范围为5-50μm。
[0096] 如本领域技术人员能够理解的，对于立柱型突起的截面和排布方式不限于上述实例。还可有更多选择，例如三角形立柱，多边形立柱(边数大于4)，其他封闭曲线形截面立柱等等。
[0097] 图6A为根据本发明的示例性实施例的热吸收层的表面结构示意图，其中示出了锥形突起。
[0098] 如图6A所示，该热吸收层具有基础部BA40和凸起部BM40，凸起部为横截面为矩形的立柱，基础部厚度h40范围为0.1-3μm；凸起部高度h41的范围为0.1-3μm；在一个方向上，底部宽度L41范围为2-20μm；相邻凸起部的底部间隔L42的范围为2-20μm，而在另一方向上的底部宽度w41范围为1-15μm；相邻凸起部之间底部间隔w42范围为1-15μm。此外在一个方向上凸起部的倾斜侧壁与竖直方向夹角α40的范围为10-40度；在另一方向上的倾斜侧壁与竖直方向夹角β40的范围为10-40度。
[0099] 图6A中的结构除了进一步增加了与空气的接触面积(每个柱状突起的4个侧壁)，有效增大基于空气到吸热层的热传导效率之外，还利用了倾斜侧壁对辐射热流进行了反射，增加了侧壁的吸热效率。具体说明如下：
[0100] 图6B为立柱突起和梁状突起的剖面图及接受热辐射情况示意图。图6C为立柱突起和梁状突起的剖面图及反射热辐射情况示意图。
[0101] 当采用图6B的竖直立柱或梁型突起时，其只具有
水平面和竖直面，而由于吸热层表面距离谐振器表面很近，辐射形式的热能流基本是以垂直于图6B结构的水平面H0的方向传到吸热层表面的，而所述结构的突起竖直侧壁C0则基本没有接受辐射，因此该结构并未在吸收辐射形式的热能的意义下充分利用吸热层的表面积。此外，如图6C所示，当入射热流Ri达到所述结构的水平表面时仍会形成一定的反射Ro。
[0102] 图6D为锥形突起和倾斜侧壁接受热辐射情况示意图。如图6D所示，当采用具有倾斜侧壁C1的锥形突起时，突起的侧壁便可被利用来吸收热辐射，并且由于侧壁倾斜，会导致结构整体水平面积减小，从而在减小了水平面形成的热流反射。
[0103] 在可选的实施例中，突起还可以是复合结构，例如锥形与柱状相结合。图7A为根据本发明的示例性实施例的热吸收层的表面结构示意图。
[0104] 如图7A所示，该热吸收层具有基础部BA50和凸起部BM50，凸起部又分为下部的矩形立柱BM51和位于矩形立柱上部的锥形立柱BM52，基础部厚度h50范围为0.1-1μm；矩形立柱部高度h51的范围为0.1-2μm锥形立柱高度h52范围为0.1-3μm；在一个方向上，底部宽度L51范围为2-20μm；相邻突起的底部间隔L52的范围为2-20μm而在另一方向上的底部宽度w51范围为1-15μm；相邻凸起部的底部间隔w52范围为1-15μm。此外在一个方向上锥形突起的倾斜侧壁与竖直方向夹角α50的范围为10-40度；在另一方向上的倾斜侧壁与竖直方向夹角β50的范围为10-40度。
[0105] 图7B为单一锥形突起剖面及其对热辐射反射状况示意图。如图7B所示，当采用单一锥形突起时，辐射至倾斜侧面C1上的热流Ri经历较少次数的反射后仍然会存在被反射会谐振器的热流Ro。
[0106] 图7C为复合突起剖面及其对热辐射反射状况示意图。如图7C所示，当采用复合突起时，入射到倾斜侧面C1上的热流Ri经过反射会进入由相邻竖直侧壁围成的缝隙中继续经历多次反射。由于每反射一次，热能就会有一部分被吸收，这样可从狭缝中逃逸出的热流就会很少。因此，相较单一的锥形突起，该结构可使热吸收层的吸热效率进一步提升。
[0107] 需要指出的是，锥形可以与梁状突起或者柱状突起组合。
[0108] 在以上的实施例中，热吸收层的表面设置有突起。但是，本发明不限于此，热吸收层的表面还可以设置凹陷，如图8所示。
[0109] 由于突起在加工过程中对外界冲击等因素较为敏感，存在工艺
稳定性差的问题，因此可将前述的多个突起转化为空腔嵌入吸热层的基础部，从而形成更为稳定的凹陷结构。
[0110] 如图8所示，该热吸收层具有基础部BA60和凹腔部BM60，凹腔部又分为上部的倒锥形凹腔BM61和位于倒锥形凹腔下部的矩形立柱凹腔BM62，基础部厚度h60范围为3-8μm；倒锥形凹腔深度h61的范围为0.1-3μm矩形立柱凹腔深度h62范围为0.1-3μm；在一个方向上，表面开口宽度L61范围为2-20μm；相邻开口间隔L62的范围为2-20μm而在另一方向上的表面开口宽度w561范围为1-15μm；表面开口间隔w62范围为1-15μm。此外在一个方向上倒锥形凹腔的倾斜侧壁与竖直方向夹角α60的范围为10-40度；在另一方向上的倾斜侧壁与竖直方向夹角β60的范围为10-40度。
[0111] 在图8中，凹陷为柱状锥形的复合结构。不过，凹陷还可以是柱状凹陷、锥形凹陷、条形凹陷等。
[0112] 在本发明中，不论是凹入的复合结构，还是凸出的复合结构，复合结构的两个部分(例如锥形部与柱状部)之间，是以锥形部的形状过渡到柱状部的形状。
[0113] 在本发明中，所有的数值范围的取值可以为两个端点之外，还可以为数值范围的中值等。
[0114] 在本发明中，锥形不限于正锥形或锥台，只要是相对于柱状部存在反射斜面即可。在本发明中，反射斜面迎着热流的流入方向以反射热流。
[0115] 基于以上，本发明提出了如下技术方案：
[0116] 1、一种体声波谐振器器件，包括：
[0117] 第一基底；
[0118] 声学镜；
[0119] 底电极；
[0120] 顶电极；
[0121] 压电层；和
[0122] 第一吸热结构，
[0123] 其中：
[0124] 声学镜、底电极、压电层、顶电极在基底的厚度方向重叠的区域为谐振器的有效区域；且
[0125] 所述第一吸热结构(对应于实施例中设置在空腔中的热吸收层)设置在声学镜中，且与所述底电极在谐振器的厚度方向上间隔开。
[0126] 对于热吸收层或者吸热结构，可以采用突起或者凹陷，进一步的，突起或者凹陷设置有反射来自谐振器的热量流的反射斜面。
[0127] 2、一种滤波器，包括：
[0128] 多个体声波谐振器器件，所述多个体声波谐振器器件包括至少一个上述的谐振器器件，其中：
[0129] 所述多个体声波谐振器器件包括串联谐振器支路和多个并联谐振器支路，每个串联谐振器支路具有多个串联谐振器，每个并联谐振器支路具有并联谐振器。
[0130] 3、一种电子设备，包括上述的谐振器器件，或者上述的滤波器。需要指出的是，这里的电子设备，包括但不限于射频前端、滤波放大模
块等中间产品，以及手机、WIFI、无人机等终端产品。
[0131] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变化，本发明的范围由所附
权利要求及其等同物限定。
