Способ изготовления фильтра на поверхностных акустических волнах Российский патент 2018 года по МПК H01L41/22 

Изобретение относится к области микроэлектроники и может быть использовано в устройствах частотной селекции сигналов для различных систем связи, радиолокационной и телекоммуникационной аппаратуры и т.д.

При изготовлении фильтров на поверхностных акустических волнах (ПАВ) необходимо минимизировать влияние паразитных сигналов, в частности распространение объемных акустических волн (ОАВ) с входа на выход устройства, которые приводят к ухудшению избирательных свойств фильтра. Известен способ изготовления фильтра на поверхностных акустических волнах, приведенный в статье Слободника с соавторами «Миниатюрные фильтры на поверхностных акустических волнах», ТИИЭР, т.67, № 1, 1979, стр.147-166, и принятый нами за аналог. В этом методе подавление паразитных сигналов заключалось в вырезании клинообразной канавки с нерабочей стороны подложки на пути распространения поверхностных волн.

Недостатком этого метода является низкая эффективность подавления паразитных сигналов за счет использования одиночной канавки и ослабление механической прочности кристалла при возрастающей вероятности растрескивания в месте расположения канавки.

Известен способ подавления ОАВ, приведенный в авторском свидетельстве СССР №1316533, опубликован в бюл. № 7 за 1993 г., и принятый нами за прототип. В этом способе на пути распространения ОАВ в пьезоэлементе выполнены структурные дефекты в виде микротрещин. Структурные дефекты обеспечивают направленное рассеяния ОАВ и их частичное поглощение. Структурные дефекты создаются излучением лазера с параметрами: длительность импульсов излучения 10 нс, длина волны 1,06 мкм, максимальная импульсная мощность 0,5 МВт, диаметр пятна сфокусированного излучения 10-15 мм.

Недостатком этого способа является то, что создаваемые термическим способом микротрещины в кристалле звукопровода могут в последующем при эксплуатации фильтра в различных температурных режимах привести к разрастанию трещин и выходу из строя фильтра в целом. Дополнительный недостаток - необходимость использования сложного специализированного оборудования.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является достижение технического результата, заключающегося в улучшении гарантированного затухания и увеличении процента выхода годных фильтров за счет подавления паразитных мод ОАВ.

Данный технический результат достигается способом изготовления фильтров на ПАВ, включающим нанесение металлизации на пластину, изготовление структур фильтров, рифление обратной стороны пластины, сквозную резку пластины на пьезоэлеметы, нанесение акустического поглотителя с наполнителем (втирание) на нерабочую поверхность пьезоэлемента с последующим монтажом пьезоэлемента в корпус.

Таким образом, отличительными признаками изобретения является нанесение специального акустопоглотителя на обратную сторону пьзоэлементов и его состав.

Перечисленные отличительные признаки позволяют достичь технического результата, заключающегося в улучшении гарантированного затухания фильтров на ПАВ и увеличении выхода годных фильтров.

В ходе проведенных нами экспериментов была установлена зависимость гарантированного затухания от способа изготовления фильтра, таблица 1. На контрольной партии было выполнено только рифление в режимах, указанных в Примере реализации способа. При этом максимально полученный уровень гарантированного затухания составил 35 дБ (норма технических требований на фильтр) для 15% изготовленных фильтров (общий объем партии 20 шт.). При использовании заявленного способа изготовления был реализован уровень гарантированного затухания 40-43 дБ у 90% образцов фильтров (общий объем партии 20 шт.), что подтверждает высокую эффективность заявленного способа изготовления (процент выхода годных при использовании заявленного способа изготовления увеличился в 6 раз).

Проведенные патентные исследования показали, что совокупность признаков патентуемого способа является новой и патентуемое изобретение соответствует критерию новизны.

Пример реализации способа

Изготавливают, применяя прямую литографию, фильтры на ПАВ на пластине монокристаллического танталата лития (LiTaO₃) XYl/112°- среза толщиной 500 мкм и диаметром 100 мм. Шаг встречно-штыревых преобразователей и толщина алюминиевой металлизации соответствуют центральной частоте фильтра 24 МГц. С целью подавления объемных волн выполняют рифление нерабочей стороны пластины с помощью установки дисковой резки Dad-2H/6T в режимах: угол 70° относительно направления распространения ПАВ, шаг 0,45 мкм, глубина рифления 320 мкм (64% от толщины пластины). Дополнительно на нерабочей стороне пластины сделаны дополнительные пропилы в области между преобразователями (6 шт.) в режимах: угол 90° относительно направления распространения ПАВ с шагом 0,7 мкм и глубиной рифления 350 мкм (70% от толщины пластины). Далее, на вышеупомянутой дисковой резке проводилась сквозная резка пластины на пьезоэлеметы. Также, с целью увеличения уровня подавления объемных волн и увеличения прочности пьезоэлемента, выполнена дополнительная обработка нерабочей поверхности пьезоэлемента, заключающаяся в нанесении (втирании в рифленые канавки) акустического поглотителя (краска ТНПФ ТУ 29-02-889-79) с порошковым наполнителем (порошок вольфрамовый марки ПВВ ТУ 48-19-72-92 с размером зерна 1,8-1,7 мкм) в пропорции 1:2 (по массе). Выбор вольфрамового порошка в качестве наполнителя обусловлен максимальным коэффициентом поглощения объемных акустических волн для данного материала. Акустический поглотитель наносился (втирался) на нерабочую поверхность пьезоэлементов непосредственно после ее изготовления с последующей сушкой при комнатной температуре в течение 12 ч, после чего осуществлялся монтаж пьезоэлементов в металлостеклянные корпуса 155.15-2 (ПАЯ0.487.001 ТУ) на герметик ВГО-1 (ТУ 38.303-04-04-90). Согласно проведенным измерениям амплитудно-частотных характеристик с помощью Измерителя комплексных коэффициентов передачи и отражения «Обзор-804/1», эти фильтры на ПАВ имеют гарантированное затухание за полосой пропускания больше на 8÷15 дБ по сравнению с контрольными фильтрами.

Таблица 1 - Зависимость параметров и выхода годных фильтров от способа изготовления № партии Гарантированное затухание, дБ Выход годных, % 1 Контрольная партия 28÷35 15 2 Партия фильтров, изготовленная в соответствии с заявленным способом изготовления 40÷43 90

Библиографические данные

1. Слободник Э.Дж., Сабо Т.Л., Лейкер К.Р., Миниатюрные фильтры на поверхностных акустических волнах. ТИИЭР, т.67, № 1, 1979, с.147-166.

2. Авторское свидетельство СССР № 1316533, кл. H03H 9/25, опубл. 1993. Бюл. № 7.

Использование: для изготовления фильтров на ПАВ. Сущность изобретения заключается в том, что способ изготовления фильтров на ПАВ включает нанесение металлизации на пластину, изготовление структур фильтров, рифление обратной стороны пластины, сквозную резку пластины на пьезоэлеметы, нанесение акустического поглотителя на нерабочую сторону пьзоэлементов, где в акстический поглотитель дополнительно вводят вещество, повышающее плотность исходного акустического поглотителя. Технический результат: обеспечение возможности улучшения затухания и увеличения процента выхода годных фильтров в производственном цикле изготовления. 1 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ изготовления фильтров на поверхностных акустических волнах, включающий нанесение металлизации на пластину, изготовление структур фильтров, рифление обратной стороны пластины, проведение сквозной резки пластины на пьезоэлеметы, нанесение акустического поглотителя на нерабочую сторону пьзоэлементов, отличающийся тем, что в акустический поглотитель дополнительно вводят вещество, повышающее плотность исходного акустического поглотителя.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве упомянутого вещества используется мелкодисперсный порошок вольфрамовый в соотношении 1:2 по массе.