[发明专利]一种压电声波滤波器的设计和布局方法

说明书

技术领域

本发明涉及滤波器领域，并且特别地，涉及一种压电声波滤波器的设计和布局方法。

背景技术

随着无线通讯设备的快速普及以及用户需求的不断扩展，手持移动通信产品正在往小型化和轻便化发展，而随着产品尺寸的不断减小，产品价格也持续地下降，但对功能的需求却逐渐增强。通常，在手持移动通信产品中，相对于以CMOS、GaAs工艺为主的有源电路来说，分立的无源器件往往占据更大的空间。在微型化的发展浪潮中，作为无源器件代表的滤波器扮演着极为重要的角色。需要在保持甚至提高滤波器性能的前提下进一步缩小滤波器体积。

在现今的手持移动通信产品中，基于压电材料制作的压电声波滤波器已经广泛地被市场接受，构成这种压电声波滤波器的谐振器主要包括：FBAR（Film Bulk Acoustic Resonator，谐振器）、SMR（Solidly Mounted Resonator，固态装配谐振器）。包含一个或多个谐振器的压电声波滤波器已经成为传统的基于声表面波（SAW）谐振器和陶瓷（Ceramic）谐振器的滤波器的有力竞争者。

由于压电声波滤波器尺寸的不断减小，需要谐振器在布局上越来越紧凑以提高空间利用率，所以各个谐振器之间的空间距离越来越小。由描述完整电磁场理论体系的麦克斯韦方程组可知，在高频交变电流经过谐振器时，周围会激发出电磁场，能量和信号可以通过电磁场的延伸向外传播，这构成了无线通信的理论基础，但也对不同频段电磁波的抑制和屏蔽提出了一定要求。电磁波的空间衰减通常与传播距离的对数成正比，随着滤波器的小型化和集成化，以致对芯片提出越来越苛刻的杂波抑制指标要求，在电路设计过程中，为满足电路的性能要求，不得不考虑这些谐振器之间的布局方式以及随之产生的电磁耦合及隔离问题。如何在小尺寸环境下优化它们的版图布局、增强它们之间的电学隔离度，成为压电声波滤波器设计中亟待解决的问题。

图1A是现有技术中通用的梯形结构的压电声波滤波器的电路图，该压电声波滤波器由多个谐振器级联而成，图1B是实现图1A所示压电声波滤波器的一种布局方式的示意图。如图1A所示的压电声波滤波器包括：焊盘101和106、第一串联级上的谐振器102、第二串联级上的谐振器103、第三串联级上的谐振器104、第四串联级上的谐振器105、第一并联级上的谐振器107、第二并联级上的谐振器108，第三并联级上的谐振器109。其中，焊盘101和106可分别具有输入、输出功能，并且图1B所示的示意图中未示出并联枝上的谐振器107、108、109。而且，串联级的特征在于其两端为谐振器单元的输入端或者输出端，并联级的特征在于其一端接地另一端为谐振器单元的输入或者输出端。当焊盘101为输入端，而焊盘106为输出端时，信号从焊盘101进入，路径经由：101→102→103→104→105→106。在以谐振器构成的压电声波滤波器的设计流程中，通常是先依据指标要求完成电路图的设计，该电路图包含各个谐振器的级联方式以及面积大小，再依据这些信息绘制出满足工艺能力及设计规则的实际物理版图。同一电路图的设计，可以有多个不同的实际物理版图布局方式与之对应。该物理版图布局方式应当在满足性能指标的前提下，最大限度地提高空间利用率，以减小压电声波滤波器芯片的尺寸，并且提高相同面积晶圆上的芯片数量。

图2是图1B所示布局情况下的压电声波滤波器的三维电磁有限元法仿真原理图。通常以频段内抑制最强点的绝对值表征该压电声波滤波器的电学隔离度，由图2中所示可知，按照图1B的版图布局方式下，该压电声波滤波器在频段内抑制最强点为m1，m1的绝对值（即电学隔离度）约45.3dB。由压电声波滤波器的应用特点可知，压电声波滤波器对杂波的抑制能力越强，其对自身电学隔离度的要求也越高。按照图1B的版图布局方式，该压电声波滤波器仅具有约45.3dB的电学隔离度，将严重制约它的抑制滤波性能。

在图1B的版图布局情况下，第一串联级上的谐振器102和第四串联级上的谐振器105相临近，其空间电场分布紧密，导致这两个谐振器之间的容性耦合很强，这会改变该压电声波滤波器的级联特性，使得以这种布局方式构成的压电声波滤波器中产生了较大的耦合泄露通道，降低了该压电声波滤波器的电学隔离度，从而影响了其抑制滤波性能。

针对相关技术中压电声波滤波器中谐振器的版图布局不合理，导致该压电声波滤波器的电学隔离度较低，从而影响了其抑制滤波性能的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容