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谐振器制造流程谐振器是一种被广泛应用于无线通信系统中的被动器件，通常由各种电子元器件和微电子加工技术制成。
本文将介绍谐振器的制造流程及其详细步骤。
谐振器的制造流程可以分为以下几个步骤：1. 设计和仿真在制造谐振器之前，需要进行设计和仿真。
例如，可以利用电磁仿真软件进行仿真，以确定谐振器的设计参数，例如频率范围、带宽、增益等。
仿真结果还可以用于优化设计，使谐振器具有更好的性能。
2. 制备基片制造谐振器的第一步是制备基片。
通常使用高纯度的半导体材料，例如硅、氮化硅等，作为基片。
基片必须经过化学反应、物理蒸发和切割等处理来获得所需的大小和平滑度。
3. 沉积金属接下来，在基片上沉积金属，例如铝、钼、铜等。
金属层的厚度可以根据谐振器的设计要求而变化。
金属层的作用是实现电极，将电信号从外部传输到谐振器内部。
4. 制造谐振器元件接下来，利用光刻和微电子加工技术，在金属层上制造谐振器元件。
光刻技术可以在微米级别上刻出各种形状，例如线、环等。
这些元件的大小和形状是根据谐振器的设计参数而定。
谐振器元件的作用是在特定频率下产生共振，将信号从输入端传输到输出端。
5. 封装和测试最后，将制造好的谐振器元件封装并进行测试。
封装可以保护谐振器免受物理损害。
测试包括频率响应、带宽、增益等性能参数的测量，以确保制造的谐振器符合设计要求。
综上所述，谐振器的制造流程复杂，需要多种技术和设备的配合使用。
但是，该流程可以通过现代科技的发展而进一步优化，以提高制造效率和性能。
声 学 技 术 Technical Acoustics基金项目：适配子乐甫波生物传感器的构建方法及响应机理研究(1077 4159)作者简介：付琛1982年出生, 男 湖南岳阳, 汉族, 中国科学院声学所在读研究生,研究方向为声表面波传感器与滤波器FEM/BEM 分析； 通信作者：何世堂，heshitang@ 。
声表面波谐振器的ANSYS 分析付琛, 李红浪，柯亚兵，何世堂（中国科学院声学研究所，北京，100190）Surface acoustic wave resonators analysis by ANSYSFU Chen ， LI Hong-lang ，KE Ya-bing ，HE Shi-tang(Institute of Acoustics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190,,China)1 引 言随着移动通讯的发展，对声表面波(Surface acoustic wave, SAW)器件的设计要求越来越高，早期对SAW 器件的设计的唯象模型的方法因为采取了较多的近似，模拟的结果精确度不高。
随着计算机技术的迅猛发展，有限元法 (Finite element method, FEM)和有限元/边界元方法 (Boundary element method, BEM)的方法能够采用数值方法有效地求解波动方程，而且能考虑到多种效应，能够精确地仿真SAW 器件，因此越来越广泛地应用于声表面波器件的设计中。
其中ANSYS 作为一种商业有限元分析软件由于它具有良好的用户界面，强大的求解器和通用性等优点而成为进行SAW 器件的仿真的一个热点[1] [2]。
2 SAW 谐振器分析2.1 SAW 谐振器结构如图1是一个单端口SAW 谐振器的结构示意图。
由IDT 电极，左反射栅，右反射栅和基底压电介质组成。
反射栅的指条宽度和指条间隔与IDT 的都是相等的。
收稿日期:2009 09 11 作者简介:杜波(1985 ),男,四川南充人,硕士生,主要从事声表面波谐振器与低损耗滤波器的研究。
文章编号:1004 2474(2010)06 0899 03表面横波谐振器的仿真与设计杜 波1,2,石 玉1,王华磊1,蒋 欣2,黄 华1(1.电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室,四川成都610054;2.中国电子科技集团公司第26研究所,重庆400060)摘 要:针对现有表面横波谐振器设计软件仿真精度不够的问题,通过引入中间栅P 矩阵模拟其对声波的反射和声速的调制作用,计算不同占空比栅阵的耦合模参数,在仿真中加入了中间栅周期、分布和换能器占空比等变量,实现了对中间栅、占空比的优化设计。
利用寄生电路计算模块,分析了封装寄生参数的影响,进一步提高了仿真精度。
利用该法设计了中心频率315M Hz 、插入损耗12dB 、品质因数7000的谐振器。
经实验证实,仿真误差小于0.5%,仿真精度满足设计需要。
关键词:表面波器件;谐振器;耦合模模型(COM )中图分类号:T N65 文献标识码:ASimulation and Design of Surface Transverse Wave ResonatorsDU Bo 1,2,SHI Yu 1,WANG Hualei 1,JIANG Xin 2,HUANG Hua 1(1.S tate Key Lab.of Electronic Th in Films and Integrated Devices,U niver sity of Electronic S cien ce and Technology of Chin a,Ch engdu 610054,China;2.26th In stitu te of China E lectr on ics T echn ology Group Corporation,Chongqing 400060,China)Abstract:In or der to impr ove the precise of the design softw are of surface t ransverse wav e r esonator(ST W R),a center gr ating P mat rix was intro duced to simulate the effect of center g r at ings on w ave reflect ion and the modula tion of velocity ;the coupling of modes par ameters wer e co mputed for differ ent metallization r atio s gr atings.T hen,the v ariables of center g rating period,location and IDT metallizatio n ratio wer e included in the simulat ion t o o pt imize their v alues.T he pr ecise of simulation w as impr oved by using pa rasitic circuits to include the influence o f encapsula tion.U sing the so ftwar e,a ST W R w ith center frequency o f 315M Hz,insertio n lo ss o f 12dB,loaded Q of 7000was desig ned.Experiment results sho wed that the er ro rs o f simulation wer e less than 0.5%,and the pr ecise of sim ulat ion can satisfy the need of dev ice desig n.Key words:surface acoustic wav e dev ice;reso nato r;CO M model表面横波谐振器(ST WR)采用AT 90 X 石英作为基片,通过栅阵的束缚作用将掠面体波(SS BW)束缚在基片表面传播。
ST WR 相对于瑞利波谐振器(SAWR),具有工作频率高,相同工艺条件下,工作频率是SAWR 的1.6倍;承受功率高,功率承受能力是SAWR 的5~8倍;同时,ST WR 还具有高品质因数(Q )值、低振动灵敏度等优点[1]。
因此,ST WR 适用于制作高频、低相位噪声、高输出功率、低振动灵敏度振荡器[2]。
尽管ST WR 具有众多优点,但因表面横波(STW)具有色散性质,当纵向模式频率相对于阻带中心频率的位置不同时,能量束缚在基片表面的程度不一样;且ST W 使基片的机电耦合系数随膜厚和叉指电极占空比变化而变化。
由于STW 和瑞利波性能的巨大差异,因此STWR 的仿真不能照搬SA WR 的模型和参数[3]。
为了解决ST WR 的仿真难题,Plessky 等人提出了SH 型表面波的色散关系[4],实现了ST WR 的仿真。
但仿真中忽略了中间栅对波模的调制作用,不能对中间栅的周期和分布进行精确设计。
另外,虽有文献提出了针对STWR 的耦合模(COM )参数,能分析膜厚和占空比的影响[5],但精度不够。
以上局限使器件的设计周期延长,难以精确模拟ST WR 频率特性。
针对现有仿真程序的缺点,本文基于COM 模型,通过引入中间栅P 矩阵、调整COM 参数,提高了程序的仿真精度,实现了对中间栅和换能器占空比的优化设计;加入的寄生电路计算模块使程序仿真精度进一步提高。
经实验验证,程序仿真精度满足设计需要。
1 COM 模型与仿真1.1 COM 模型COM 模型能考虑进声波反射等2阶效应,故被广泛用于谐振型声表面波(SAW)器件的仿真,瑞利波COM 方程为[6]U +(x )x=-j u U +(x )- 12U -(x )+j V (1)第32卷第6期压 电 与 声 光Vo l.32No.62010年12月PIEZO EL ECT RI CS &ACO U ST OO PT ICSDec.2010U -(x ) x =+ *12U +(x )+ju U -(x )-j *V (2) I (x ) x =-4j *U +(x )-4j U -(x )+j !CV(3)式中:U 为沿 x 方向传播的模的振幅;12和 *12为互耦系数;u 为失谐系数; 和 *为转换系数,表示激励效率大小;C 为叉指换能器(IDT )静电容;!为角频率;V 为电压;I (x )为汇流条在x 处的电流。
为使COM 模型能精确模拟SH 型SAW 器件,Plessky 提出了周期栅阵中传播SH 型表面波的耦合模理论,并给出了包含2个参数的SH 型SAW 频散关系: p =c∀2-14|#|2+∃2|#|2-∃2-4∀2(4)式中: p 为入射波与反射波相互耦合的被干扰模的波数;#为SAW 反射的参数;∃为SAW 渗透深度的参数;c 为调节系数;∀=!/v B -2%/P I ,v B 为剪切体波波速,P I 为IDT 周期。
经验证,文献[5]给出的AT 90 X 石英基片COM 参数精度不能满足精确设计需要,故本文采用开源软件FEM SDA [7],计算得到了A T 90 X 石英基片上占空比为0.5,不同厚度的无限长铝膜栅阵的COM 参数:∃=0.031437+1.782267(h/p )%/p (5)#=-0.0132843+1.782267(h/p )%/p (6)c =0.99531984+0.35932(h/p )(7)k 2=-0.001+0.07475(h/p )(8)式中:k 2为机电耦合系数;h为金属膜厚;p 为反射栅周期。
1.2 中间栅P 矩阵ST WR 的结构如图1所示。
中间栅阵的作用是将SSBW 束缚在表面传播,形成ST W,使其具有很小的传输损耗。
图1 ST W R 结构将COM 方程转化成P 矩阵,利用P 矩阵的级联进行计算,可简化运算,方便程序优化。
考虑到中间栅对声波反射和声速的调制作用,本文引入了中间栅P 矩阵。
中间栅P 矩阵和短路反射栅P 矩阵类似,可对中间栅周期和分布进行模拟。
整个器件P矩阵级联顺序和计算流程如图2所示。
在完成P矩阵的级联后,将其换算成导纳Y 矩阵,再转换成S 参数矩阵,最终完成器件的模拟。
图2 ST W R 计算流程图图3是对中间栅根数仅为3根,栅阵和IDT 线宽同为4&m 的ST WR 器件测试与仿真结果。
由图可见,中间栅对声波波速有一定的调制作用,导致中心频率发生偏移;同时因其对声波的反射作用,使插入损耗也发生了变化。
当中间栅数目增加时,差异将会更显著。
比较图中两个仿真结果可见,考虑进中间栅的作用后,仿真结果与测试结果能更好地吻合。
图3 中间栅对ST WR 的影响1.3 不同占空比金属栅的COM 参数除了中间栅对ST WR 的作用外,膜厚、IDT 和反射栅的占空比对器件性能也有显著影响。
膜厚的影响在COM 参数中已得到考虑,但却无法计算占空比的影响,这使设计工作受到制约,不能对器件占空比进行优化设计。
在程序中引入IDT 占空比变量,计算不同栅阵占空比的COM 参数,本文实现了对不同占空比器件结构的模拟。
此处仅列出占空比为0.4和0.6的AT 90 X 石英基片COM 参数:(1)占空比0.4的COM 参数∃=0.0376066+1.42248477(h/p )%/p(9)#=-0.008436856+1.422485(h/p )%/p (10)c =0.999925+0.143671267(h/p )(11)k 2=3.133!10-5+0.026467(h/p )(12)(2)占空比0.6的COM 参数∃=0.03572223+1.908687(h/p )%/p (13)#=-0.0085264+1.60069(h/p )%/p (14)c =0.999415914+0.211643(h/p )(15)k 2=-0.000034+0.0331(h/p )(16)900压 电 与 声 光2010年图4为实验和仿真结果的比较图,其中两个仿真结果分别是通过采用占空比为0.5和0.6对应的COM 参数计算得到,器件的实际占空比为0.6。
由图可知,用占空比0.5的参数进行计算得到的频率特性与测试图形的中心频率、插入损耗都有一定差异;以占空比0.6的参数进行计算的结果,中心频率同测试数据能更好地吻合,反映出占空比对ST WR 的影响,并表明了该法计算得到的COM 参数具有足够的精度。
