声表面波器件制作工艺介绍

第二章 声表面波与器件制作本章中，我们主要介绍声表面波(SAW)的基本特性和基本类型，压电基片的选择，叉指换能器(IDTs)的特征以及声表面波器件的制作方法。

2.1 引言压电效应是指在晶体上施加压力时产生电势差的现象。

压电晶体在外力的作用下发生形变时，某些表面会出现异号电荷，而在压电晶体上加一电场时，晶体不仅产生极化，而且会产生应变和应力。

压电材料的几何应变与施加电场成比例。

从1880年居里兄弟发现压电效应以来，压电学已经成为现代科学技术中的一个非常重要的领域。

而作为压电学发展的一个重要分支，在二十世纪六十年代中期美国的怀特等人提出用叉指换能器在压电基片上激励和检测声表面波的方法之后，声表面波器件的研究得到了很大的发展。

2.2 SAW 的介绍在各向同性固体中传播的声波，根据质点的偏振方向可以分为两大类，一类是质点振动垂直于传播方向的波称之为横波，一类是质点振动平行于传播方向的波称之为纵波。

二者的速度取决于材料的弹性常数，即横波速度 1/2s (/)υ=μρ （2.1）纵波速度 1/2L 2()λ+μυ=ρ （2.2）各向同性材料的弹性常数，称为拉密常数；ρ是材料密度。

从式子中可以看到，横波通常要比纵波慢。

在各向异性固体材料如压电晶体中，质点振动方向和声波传播方向的关系并非如此简单。

一般来说，质点振动方向既不垂直也不平行于声波传播方向，而是有三个互相垂直的偏振方式。

其中偏振方向较为接近传播方向的波称为“准纵波”，两个偏振方向较为接近垂直于传播方向的偏振波称之为“准横波”。

这三种波的速度各不相同，其中准纵波速度最快，而两个准横波的速度比较慢，其中较快的一个称为“准快横波”，较慢的一个称为“准慢横波”。

同时波前的法线方向亦即波的相速度方向与波的能流方向并不一定相同，如图1.1所示。

n 为波前的法线方向r L 、r s1、r s2分别为准纵波、准快横波、准慢横波的能流方向。

一般来讲这三束波不共平面、OL 、OS 1、OS 2正比于三者相速度[1].。

表面声波器件的原理与制作表面声波器件（Surface Acoustic Wave Device，SAW）是一种利用固体表面传播的声波来实现信号处理和传感的器件。

它具有体积小、功耗低、频率响应快等优点，在通信、传感、滤波等领域有着广泛的应用。

本文将介绍表面声波器件的原理和制作过程。

## 原理表面声波器件的工作原理基于固体表面的声波传播特性。

当在固体表面施加电压时，会在表面产生声波。

这些声波沿着表面传播，可以被用来传输信号、进行滤波等操作。

表面声波器件通常由压电材料制成，压电材料在受到电场激励时会发生形变，从而产生声波。

表面声波器件主要包括输入输出电极、压电衬底和衬底上的声波传播结构。

当输入电极施加电压时，压电材料会产生声波，声波沿着表面传播到输出电极处，输出电极将声波转换为电信号。

通过设计压电材料的性质和声波传播结构，可以实现不同的功能，如滤波、延迟线等。

## 制作过程表面声波器件的制作过程主要包括材料选择、器件设计、工艺制备等步骤。

### 材料选择制作表面声波器件的关键材料是压电材料。

常用的压电材料包括石英、LiNbO3等。

这些材料具有良好的压电性能和声波传播特性，适合用于制作表面声波器件。

除了压电材料，制作表面声波器件还需要选择适合的衬底材料和金属电极材料。

衬底材料通常选择石英或硅片，金属电极材料选择铝、铂等。

### 器件设计器件设计是制作表面声波器件的关键步骤。

在器件设计中，需要确定器件的工作频率、传播方向、输入输出电极位置等参数。

根据设计要求，选择合适的声波传播结构，如IDT（Interdigital Transducer）结构、反射器等。

### 工艺制备工艺制备是制作表面声波器件的最后一步。

工艺制备包括光刻、蒸发、沉积、刻蚀等工艺步骤。

首先，在衬底上进行光刻，定义出器件的结构。

然后通过蒸发或溅射等方法在衬底上沉积金属电极。

最后，利用刻蚀工艺去除多余的金属，形成最终的器件结构。

通过以上制备步骤，就可以制作出表面声波器件。

声表面波器件制作工艺介绍概述声表面波器件是一种用于声波传播与处理的微型化器件，它通常由压电材料与声表面波导构成。

制作声表面波器件需要经过一系列复杂的工艺步骤，包括材料准备、加工工艺、掩膜制备、电极沉积、腔体刻蚀等环节。

材料准备声表面波器件的制作一般使用压电材料作为基底材料，常见的材料包括石英、锂钽酸锂等。

在选用材料时需要考虑其压电性能、稳定性和加工性能等因素。

加工工艺1.基片清洗：使用去离子水和有机溶剂彻底清洗基片表面，确保基片表面干净。

2.切割基片：将大尺寸的基片切割成所需尺寸，常见的加工方式有机械切割和激光切割。

3.抛光处理：对基片表面进行抛光处理，以保证表面光滑度和平整度。

4.清洁处理：再次清洁基片表面，确保没有杂质影响后续工艺。

5.温度调节：控制加工环境的温度，以确保材料的稳定性和加工精度。

掩膜制备1.制备光刻胶：将光刻胶溶液涂覆在基片表面。

2.光刻：使用掩膜模板进行光刻曝光，形成所需的图案。

3.显影：使用显影液使未曝光区域的光刻胶溶解，形成光刻图案。

电极沉积1.金属蒸镀：在光刻图案的基础上，通过金属蒸镀的方式沉积电极材料。

2.电镀：对蒸镀的电极进行电镀处理，提高电极的导电性。

腔体刻蚀1.腔体制备：对沉积好电极的基片进行腔体制备，通常采用离子刻蚀技术。

2.刻蚀：使用腔体模板和刻蚀气体对基片进行刻蚀处理，形成声表面波导结构。

总结声表面波器件的制作工艺包括材料准备、加工工艺、掩膜制备、电极沉积和腔体刻蚀等多个环节，每个环节的精细操作都直接影响器件的性能和稳定性。

随着微纳加工技术的发展，声表面波器件的制作工艺不断优化，将为声波传播与处理领域带来更多创新和应用。

声表面波简介声表面波技术是六十年代末期才发展起来的一门新兴科学技术，它是声学和电子学相结合的一门边缘学科。

由于声表面波的传播速度比电磁波慢十万倍，而且在它的传播路径上容易取样和进行处理，因此，用声表面波去模拟电子学的各种功能，能使电子器件实现超小型化和多功能化。

同时，由于声表面波器件在甚高频和超高频波段内以十分简单的方式提供了其它方法不易得到的信号处理功能，因此，声表面波技术在雷达、通信和电子对抗中得到了广泛的应用。

声表面波是沿物体表面传播的一种弹性波。

早在九十多年前，人们就对这种波进行了研究。

1885 年，瑞利根据对地震波的研究，从理论上阐明了在各向同性固体表面上弹性波的特性。

但由于当时的科学技术水平所限，这种弹性表面波一直没有得到实际上的应用。

直到六十年代，由于半导体平面工艺以及激光技术的发展，出现了大量人造压电材料为声表面波技术的发展提供了必要的物质和技术基础。

1949 年，美国贝尔电话实验室发现了LiNbO3单晶。

1964 年产发表了激发弹性表面波平面结构换邹器的专利。

特别应该指出的是，1965 年，怀特（R . M.white）和沃尔特默（F.W.voltmer ）在应用物理杂志上发表了题为“一种新型表面波声－电换能器― 叉指换能器”的论文，从而取得了声表面波技术的关键性突破。

声表面波器件的基本结构和工作原理声表面波器件是在压电基片上制作两个声一电换能器―叉指换能器。

所谓叉指换能器，就是在压电基片表面上形成形状像两只手的手指交叉状的金属图案，它的作用是实现声一电换能。

声表面波器件的工作原理是，基片左端的换能器（输入换能器）通过逆压电效应将愉入的电信号转变成声信号，此声信号沿基片表面传播，最终由基片右边的换能器（输出换能器）将声信号转变成电信号输出。

整个声表面波器件的功能是通过对在压电基片上传播的声信号进行各种处理，并利用声一电换能器的待性来完成的。

声表面波技术有如下的特点：第一，声表面波具有极低的传播速度和极短的波长，它们各自比相应的电磁波的传播速度的波长小十万倍。

什么是SAWF(声表面滤波器),特点及用途(2009-08-01 10:44:52)转载标签：声表滤波器振荡器晶振杂谈什么是SAWF(声表面波滤波器)声表面波滤波器是利用石英、铌酸锂、钛酸钡晶体具有压电效应的性质做成的。

所谓压电效应，即是当晶体受到机械作用时，将产生与压力成正比的电场的现象。

具有压电效应的晶体，在受到电信号的作用时，也会产生弹性形变而发出机械波（声波），即可把电信号转为声信号。

由于这种声波只在晶体表面传播，故称为声表面波。

声表面波滤波器的英文缩写为SAWF，声表面波滤波器具有体积小，重量轻、性能可靠、不需要复杂调整。

在有线电视系统中实现邻频传输的关键器件。

声表面波滤波器的特点是：（1）频率响应平坦，不平坦度仅为±0.3-±0.5dB，群时延±30-±50ns。

（2）SAWF矩形系数好，带外抑制可达40dB以上。

（3）插入损耗虽高达25-30dB，但可以用放大器补偿电平损失。

声表面波滤波器包括声表面波电视图像中频滤波器、电视伴音滤波器、电视频道残留边带滤波器。

声表面波滤波器的典型技术指标如下表所示。

声表面滤波器封装的分类插件型和贴片型(具体的图片如下图声表面波滤波器的应用及发展1 前言声表面波—SAW（SurfaceAcousticWave）就是在压电基片材料表面产生和传播、且振幅随深入基片材料的深度增加而迅速减少的弹性波。

SAW滤波器的基本结构是在具有压电特性的基片材料抛光面上制作两个声电换能器——叉指换能器（IDT）。

它采用半导体集成电路的平面工艺，在压电基片表面蒸镀一定厚度的铝膜，把设计好的两个IDT的掩膜图案，利用光刻方法沉积在基片表面，分别作为输入换能器和输出换能器。

其工作原理是输入换能器将电信号变成声信号，沿晶体表面传播，输出换能器再将接收到的声信号变成电信号输出。

2 SAW滤波器的特点SAW滤波器的主要特点是设计灵活性大、模拟/数字兼容、群延迟时间偏差和频率选择性优良（可选频率范围为10MHz～3GHz）、输入输出阻抗误差小、传输损耗小、抗电磁干扰（EMI）性能好、可靠性高、制作的器件体小量轻，其体积、重量分别是陶瓷介质滤波器的1/40和1/30左右，且能实现多种复杂的功能。

声表面波滤波器的制造方法及声表面波滤波器与流程声表面波滤波器是一种利用声表面波（SAW）振荡器制作的滤波器，可用于无线电通信、无线电广播接收等电路中。

它具有体积小、重量轻、性能优异等优点，因此在现代电子技术中得到了广泛的应用。

下文将介绍声表面波滤波器的制造方法及其流程。

1. 制造方法声表面波滤波器的制造方法主要分为四个步骤：制作基底板、制作传输线、形成电极和加工声表面波滤波器晶片。

（1）制作基底板基底板是声表面波滤波器的基础，一般使用硅、玻璃、陶瓷等材料制作。

制作基底板的步骤如下：①选用合适的基板材料，并根据实际需要进行切割、打孔等工艺处理。

②在基底板上进行铝或金的蒸镀，制造导电层，用于后续步骤的加工。

③将铝或金层进行光刻和蚀刻处理，形成传输线和电极。

（2）制作传输线传输线是声表面波滤波器的核心部件，需要高度精确的制作。

制作传输线的步骤如下：①在传输线的位置刻上光刻胶。

②将光刻膜置于图形输入设备中进行图形样本制作，样本的形状与谐振器的特性有关。

③通过光刻、显影等工艺步骤，将样本印制到光刻膜上。

④以光刻胶做模板，在铝或金层上制造传输线。

（3）形成电极电极是声表面波滤波器的重要组成部分，需要进行蚀刻等工艺处理。

制作电极的步骤如下：①在基板上的铝或金层上制作电极及连接线。

②在电极及连接线区域处覆盖一层光刻胶，并进行光刻样本的制作。

③经过显影处理，表面电极和连接线被暴露，准备进行蚀刻。

④将基板置于蚀刻设备中，使用硝酸或相应的蚀刻液进行蚀刻。

（4）加工声表面波滤波器晶片将制作好的基板切割成合适的尺寸，然后在各个晶片上加工声表面波滤波器。

具体加工过程如下：①在晶片上制作谐振器及衰减器，需要使用精确的切割工具，以保证谐振器的特性。

②在晶片上制造压电传感器及反射器，使用电极胶将晶片固定在陶瓷板上。

③在晶片上涂覆一层磨合液，使其在磨砂片上磨合。

④进行电极和连接线的焊接，进行测试和调试。

2. 声表面波滤波器的流程声表面波滤波器的制作流程如下：①制作基底板。

八，声表器件引线键合工艺原理：在SAW器件的后封装工艺中，尽管目前已发展了倒装焊（FC）等其它互连技术，但引线键合仍是主要的互连技术。

其目的是完成器件内引线与外引线的连接，即利用金属丝将芯片上的压点与底座上相对应的电极连接起来。

引线键合应具有低的接触电阻，合适的机械强度，长期的金相稳定性和小的寄生参量；常用方法有热压键合、超声键合、热超声键合。

下面对键合用引线及几种常用键合方法作简单介绍：（一） 键合引线：键合用引线对器件的可靠性和稳定性关系很大，理想的引线材料应具备化学性能稳定（不会形成有害的金属间化合物），可塑性好，弹性小，结合力强，低的欧姆电阻（并能与待压点金属层形成低欧姆接触）。

键合方法不同，引线材料也不同，如热压焊常用金丝，超声焊常用铝丝。

1，金丝：金具有优良的抗氧化性，化学性能稳定，延展性好，抗拉强度高，4个9的金丝为热压焊和热超声焊的标准用材。

为增加机械强度，金丝中常添加5-10 PPm的铍或30-100 PPm的铜。

金在高温时（>200℃），易与铝产生脆性的金属间化合物AuAl2（紫斑）和Au5Al2（白斑），同时在接触处因相互扩散形成空洞；而使金-铝键合点导电能力变差，并极易碎裂产生脱键，因此使用金丝时，应尽量避免采用金-铝系统，而采用金-金结合。

2，铝丝：铝具有良好的导电性，成本低，可避免金-铝系统的“紫斑”，而成为铝-铝系统常用导线。

纯铝柔软，键合性差，为增加其强度，故标准铝丝为AlSi合金（Si：1%）。

由于铝化学性质活泼，易氧化，因此它不适宜于热压焊，而适用于超声键合和气密性封装的器件。

另外铝丝和金层键合同样会产生“紫斑”，但当二者实际接触宽度L与金层厚度d之比大于4时（L/d >4），不会引起电阻变化。

3，关于键合引线的“退火”：为减小金属丝硬度，改善延伸性及净化表面，键合使用的金属丝要经过退火处理。

铝丝（金丝）退火一般在氢气、氮气或真空中进行，硅铝丝退火温度为450℃左右，金丝退火温度650℃左右；恒温15-20分，自然冷却。

声表面波滤波器封装在集成至模块过程中，声表面波元件必须要经受高达100 bar的压强，这就要求采用新的封装技术。

为了让声表面波元件中的声表面波在无干扰情况下传播，封装中的芯片表面上方要有一个空腔。

一般说来，在2 GHz滤波器中用于将电信号转换成声波的叉指换能器由铝镀层组成（厚度为150 nm，宽度小于500 nm）。

为避免腐蚀，这些结构必须能够防潮（可以在芯片上加一层非常薄的钝化层，或者采用气密封装），同时还必须要耐高温、显著的温度变化以及高湿空气。

体声波（BAW）以及薄膜体声波谐振器（FBAR）元件也需要具有空腔的封装。

之前专为声表面波滤波器开发的封装技术现亦为体声波元件沿用。

以前，声表面波元件总是直接焊接在手机电路板上的。

不过现在，声表面波滤波器越来越多地被集成到模块中，而各种各样的模块则用于手机。

以下为一些典型实例：∙含有超过两个滤波器及其阻抗匹配元件的滤波器组∙包含滤波器、开关以及匹配元件的前端模块，多见于GSM应用∙含有收发集成电路、滤波器以及匹配元件的收发模块∙带双工器的功放（PAiD）模块LTCC或FR4基片常用于模块中。

LTCC基片可集成数十个无源元件，而声表面波滤波器、其它无源元件和半导体则安装在基片上表面。

然后，使用金属帽盖、顶部密封（Glob Top）或包膜工艺对模块加以密封。

在传递模塑期间，当温度高达180℃时，最高可产生100 bar的压强。

声表面波滤波器封装内的空腔因此必须足够坚固，以承受高达10 N/mm2的压强。

模块中采用的声表面波元件必须不仅能适应挤出成型工艺，还必须具有占用面积小和插入高度低的特点。

从金属封装到CSSP最初，声表面波元件采用的是气密金属封装技术，焊线在外接端子和芯片之间起连接的作用。

在表面贴装技术面市后，便采用了具有扁平焊接引脚的陶瓷封装。

然而，陶瓷封装与焊线的组合却难以实现低于3 × 3 mm2的封装面积以及低于1 mm的插入高度。