高频宽带体声波滤波器技术李国强科学出版社
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北京朝阳
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作者李国强
出版社科学出版社
ISBN9787030786883
出版时间2024-05
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定价218元
货号1203326282
上书时间2024-07-21
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《半导体科学与技术丛书》出版说明
序
前言
第1章 滤波器的发展史 1
1.1 引言 1
1.2 射频滤波器的特性及分类 6
1.2.1 腔体滤波器 12
1.2.2 介质滤波器 13
1.2.3 LC滤波器 14
1.2.4 IPD滤波器 17
1.2.5 低温共烧陶瓷滤波器 20
1.2.6 声表面波滤波器 22
1.2.7 体声波滤波器 26
1.3 现代通信对射频滤波器的要求 31
1.3.1 高频化 31
1.3.2 宽带化 32
1.3.3 集成化 33
1.4 体声波滤波器的研发进展 35
1.4.1 国内外研发进展 35
1.4.2 产业化进程 36
参考文献 38
第2章 体声波滤波器的物理基础 43
2.1 固体中的振动与波 43
2.1.1 不同介质中的声波传输 43
2.1.2 固体声波与胡克定律 44
2.2 普通弹性体的平面声波传输理论 46
2.2.1 弹性体的基本声学方程 46
2.2.2 弹性体的基本平面声波方程 48
2.2.3 各向同性介质的平面声波 50
2.3 压电体的平面声波传输理论 51
2.3.1 压电效应 51
2.3.2 压电方程 53
2.3.3 压电介质中的平面声波 55
2.3.4 理想体声波谐振器的平面声波.58
2.4 体声波谐振器的电学特性 61
2.4.1 理想体声波谐振器的电学阻抗特性 61
2.4.2 理想体声波谐振器中的谐振频率分析 63
2.4.3 复合体声波谐振器的电学阻抗特性 64
2.5 体声波谐振器的损耗 67
2.5.1 机械损耗 67
2.5.2 电学损耗 68
2.6 体声波滤波器的材料体系 68
2.6.1 金属材料 69
2.6.2 电介质材料 71
2.6.3 压电材料 71
参考文献 74
第3章 体声波滤波器的理论模型及设计方法 75
3.1 体声波谐振器的等效电路模型 75
3.1.1 BVD模型 75
3.1.2 MBVD模型 78
3.1.3 Mason模型 81
3.2 体声波谐振器的二维/三维仿真模型 86
3.2.1 常用的电磁仿真方法及软件 86
3.2.2 COMSOL有限元仿真 93
3.2.3 ANSYS HFSS有限元仿真 98
3.3 体声波滤波器的拓扑结构 104
3.3.1 梯型结构 105
3.3.2 网格型结构 107
3.3.3 混合型结构 108
3.4 体声波滤波器的设计方法 108
3.4.1 体声波滤波器设计流程 108
3.4.2 体声波滤波器设计验证方法 109
3.5 体声波谐振器及滤波器性能的关键影响因素 115
3.5.1 电极与压电薄膜厚度比 117
3.5.2 有效机电耦合系数 122
3.5.3 级联方式及阶数 125
3.5.4 被动元件的引入 130
3.6 滤波器的设计案例 136
3.6.1 Band 40频段滤波器设计 136
3.6.2 N79频段滤波器设计 140
参考文献 144
第4章 AlN薄膜的制备与表征方法.148
4.1 AlN薄膜的制备方法 148
4.1.1 磁控溅射 148
4.1.2 脉冲激光沉积 152
4.1.3 分子束外延 160
4.1.4 金属有机化学气相沉积 168
4.1.5 两步生长法 179
4.1.6 物理气相传输法 180
4.1.7 其他制备方法 185
4.2 单晶AlN薄膜制备的研究现状 194
4.2.1 高温生长技术 194
4.2.2 多步 AlN 层设计 196
4.2.3 迁移增强技术 198
4.2.4 横向外延生长技术 201
4.3 单晶AlN薄膜体声波滤波器的优势 207
4.4 体声波滤波器单晶AlN薄膜的需求 214
4.4.1 残余应力与翘曲 214
4.4.2 晶体质量 217
4.4.3 表面均匀性 219
4.5 体声波滤波器中单晶AlN薄膜的表征方法 222
4.5.1 压电系数 222
4.5.2 X射线衍射 225
4.5.3 原子力显微镜 228
4.5.4 膜厚分析 230
4.5.5 应力分析 234
参考文献 236
第5章 体声波滤波器的关键制备工艺 252
5.1 滤波器工艺流程概述 253
5.1.1 空气隙型体声波滤波器工艺流程 256
5.1.2 背硅刻蚀型体声波滤波器工艺流程 259
5.1.3 固态装配型体声波滤波器工艺流程 262
5.2 滤波器光刻工艺 264
5.2.1 光刻工艺概述 264
5.2.2 光刻工艺的发展历程 266
5.2.3 光刻工艺的基本流程 267
5.2.4 双面图形对准技术 269
5.2.5 金属电极的图形化技术 271
5.3 滤波器刻蚀工艺 273
5.3.1 刻蚀工艺概述 273
5.3.2 干法刻蚀工艺 274
5.3.3 空腔刻蚀工艺 276
5.3.4 深硅刻蚀工艺 277
5.3.5 薄膜修整工艺 279
5.4 滤波器键合工艺 281
5.4.1 键合工艺概述 281
5.4.2 金硅共晶键合工艺 283
5.4.3 低温富锡金键合工艺 285
参考文献 286
第6章 体声波滤波器的封装技术 289
6.1 CSP 封装技术 289
6.1.1 CSP 封装概述 289
6.1.2 CSP 封装工艺流程 290
6.2 晶圆级封装技术 293
6.2.1 晶圆级封装概述 293
6.2.2 晶圆级封装工艺流程 294
6.2.3 晶圆级封装的细分技术 302
6.2.4 小结 305
参考文献 305
第7章 体声波滤波器的应用 307
7.1 4G 通信频段 307
7.2 5G 通信频段 309
7.2.1 N41频段 312
7.2.2 N77、N78、N79(3300～5000 MHz)频段 314
7.2.3 更高频段 315
7.3 体声波滤波器在国防领域的应用 316
7.3.1 体声波滤波器在卫星中的应用 316
7.3.2 体声波滤波器在相控雷达中的应用 318
7.3.3 体声波滤波器在宇宙飞船中的应用 319
7.4 体声波滤波器在其他领域的应用 321
7.4.1 体声波滤波器在传感领域的应用 321
7.4.2 体声波滤波器在医学领域的应用 325
7.4.3 体声波滤波器在消费电子领域的应用 328
参考文献 332
第8章 体声波滤波器的前沿技术 334
8.1 单晶AlN体声波滤波器 335
8.1.1 体声波滤波器的性能瓶颈 335
8.1.2 压电材料质量与体声波滤波器性能 335
8.1.3 单晶AlN压电材料发展历程 336
8.1.4 SABAR全新结构的实现 338
8.1.5 SABAR的设计 340
8.1.6 SABAR的材料生长 342
8.2 温度补偿型体声波滤波器 347
8.3 具有叉指换能器的体声波滤波器 351
8.3.1 反对称型兰姆波 351
8.3.2 XBAR 353
8.3.3 基于XBAR的5G滤波器 355
8.3.4 YBAR 359
8.4 四工器 365
8.5 体声波滤波器在L-PAMiD上的应用 367
8.6 多谐振器级联滤波器370
8.6.1 不同类型Si基谐振器级联 370
8.6.2 滤波器级联效果 371
8.6.3 BAW器件与其他器件结合方式 372
8.6.4 BAW与IPD的混合.373
参考文献 374
《半导体科学与技术丛书》已出版书目 378
内容摘要
射频滤波器芯片具有体积小、性能高、可集成等优势，是手机、平板、微基站等设备的核心元器件。其中，体声波滤波器芯片（BAW）尤其适合于3GHz以上的高频、高功率应用场景。然而，全球BAW滤波器市场及专利几乎全部被Broadcom、Qorvo两家美国公司垄断。本书从芯片设计、材料生长、芯片工艺、封装测试的全链条，系统完整地介绍了高速宽带无线通信用的体声波滤波器技术；着重介绍了体声波滤波器的物理基础、设计仿真，AlN压电薄膜的制备、芯片关键制备工艺、封装测试技术及其在国民经济及国防建设上的应用。在此基础上，对我国科研工作者全球首创并成功产业化应用的"单晶AlN体声波滤波器"技术进行了深入的分析，阐述了相关的科学及技术问题，并对包括基于单晶AlN的体声波滤波器在内的多种体声波滤波器技术的发展趋势进行了展望。
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