本發(fā)明屬于諧振器和濾波器領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
微型化、集成化、高性能是無線終端對頻率器件的要求。傳統(tǒng)射頻/微波頻段頻率器件的解決方案為介質(zhì)濾波器和聲表面波（SAW）濾波器。前者具有較好的性能，但體積太大；后者雖然體積小，但存在工作頻率低、插入損耗大、功率容量低的缺點(diǎn)。體聲波（BAW）濾波器技術(shù)是目前唯一有望集成的射頻濾波器技術(shù)，其綜合了介質(zhì)濾波器性能優(yōu)越和SAW濾波器體積小的優(yōu)勢，同時克服了兩者的缺點(diǎn)，具有工作頻率高、功率容量大、損耗低、體積小、溫度穩(wěn)定性好以及可與RFIC或MMIC集成等優(yōu)點(diǎn)。BAW濾波器通常由按某種方式連接的BAW諧振器組成?，F(xiàn)有技術(shù)中，BAW諧振器在高阻硅（電阻率約為103Ω·cm）襯底上制作，BAW諧振器結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示：在襯底上分別制作支撐層、由下電極、壓電層和上電極組成的三明治結(jié)構(gòu)，下電極上設(shè)有引出端，在襯底和支撐層之間設(shè)有空氣隙，這些部分整體組成了空氣隙型BAW諧振器。BAW濾波器的接地方式主要包括兩種：通過鍵合引線電感接地和經(jīng)電容匹配后通過鍵合引線電感接地。這兩種接地方式在美國專利（專利號6972641B2、公開日期為2005年12月6日）以及中國專利（公開號為CN1638273A、公開日期為2005年7月13日）中進(jìn)行了說明。上述專利中BAW濾波器由串臂三個BAW諧振器和并臂兩個BAW諧振器構(gòu)成，該濾波器的理想接地方式的電路圖如圖2所示。但是在實(shí)際使用時，很難實(shí)現(xiàn)這種理想接地狀態(tài)，通常都會采用上述兩種方式接地。BAW濾波器通過鍵合引線接地的電路圖如圖3所示，該鍵合引線引入的電感量會造成濾波器阻帶性能惡化嚴(yán)重，理想接地方式和此接地方式對濾波器的性能對比如圖4所示。為了減小該電感的影響，也可以采用鍵合多根引線的方法，但是濾波器的性能始終達(dá)不到理想接地的效果。另外一種接地方式是在并臂加入匹配電容后，再通過鍵合引線接地，其電路如圖5所示；利用該電容吸收鍵合引線的電感，在濾波器的阻帶形成橢圓極點(diǎn)。該方法可使濾波器的性能與理想接地情況接近，但是在電路中加入了電容元件，造成工藝的復(fù)雜度增加。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種薄膜BAW諧振器，該諧振器的上電極或下電極可以通過低阻硅襯底延伸至襯底底面，本發(fā)明還提供了一種含有所述的薄膜BAW諧振器的BAW濾波器，該BAW濾波器接地端的諧振器為BAW諧振器，該濾波器無需在在電路中加入任何匹配元件即可實(shí)現(xiàn)理想接地，可實(shí)現(xiàn)BAW濾波器裝配后的性能與理想接地時的性能基本一致，改善提高了BAW濾波器的接地性能。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種薄膜BAW諧振器，包括低阻硅的襯底、設(shè)于襯底上、且與襯底之間設(shè)有空氣隙的支撐層，在支撐層上設(shè)有由下電極、壓電層和上電極組成的三明治結(jié)構(gòu)，其特征在于在支撐層和壓電層設(shè)有上下貫通的金屬化通孔，位于上電極與下電極在豎直面上不相重疊的區(qū)域；或僅在支撐層上設(shè)有兩個沿空氣隙對稱分布金屬化通孔；在低阻硅襯底的底面設(shè)有電極引出層，所述上電極或下電極通過金屬化通孔與電極引出層電連通。所述下電極和上電極材料為Mo、Au、Ru、Al、Pt、W，所述壓電層材料可為AlN或ZnO。所述下電極和上電極厚度為1000?-5000?，壓電層厚度為5000?-15000?。該BAW濾波器具有通過BAW諧振器接地的接地端，且BAW諧振器的電極引出層與大地相連接。本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明的薄膜BAW諧振器采用低阻硅襯底，將諧振器的上電極或下電極轉(zhuǎn)移到襯底的背面，這樣就可以實(shí)現(xiàn)電極在物理結(jié)構(gòu)上的間接接地；利用這種諧振器組成的BAW濾波器在裝配使用時可直接與地平面相連，接地性能不再受鍵合引線及其長短的影響，避免了由鍵合引線帶來的接地電感的影響，可實(shí)現(xiàn)BAW濾波器裝配后的性能與理想接地時的性能基本一致，從根本上解決了BAW濾波器的接地問題；并且在接地電路中不需加入任何其他元件，不會增加BAW濾波器實(shí)現(xiàn)的工藝復(fù)雜度；在裝配使用時，操作簡單、方便。附圖說明圖1為現(xiàn)有技術(shù)中BAW諧振器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為5節(jié)階梯型BAW濾波器的理想接地電路原理圖；圖3為現(xiàn)有技術(shù)中BAW濾波器采用鍵合引線接地的電路原理圖；圖4為圖2所示的BAW濾波器在理想接地時的性能曲線與采用鍵合引線接地時的性能曲線對比圖；A為圖2所示BAW濾波器在理想接地情況下的仿真性能曲線；B為圖2所示BAW濾波器采用圖3所示鍵合引線接地情況下的實(shí)測性能曲線；圖5為現(xiàn)有技術(shù)中BAW濾波器經(jīng)電容匹配后通過鍵合引線接地的電路原理圖；圖6為本發(fā)明BAW諧振器的實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為利用本發(fā)明的薄膜BAW諧振器組成的BAW濾波器的裝配使用示意圖；圖8為本發(fā)明薄膜BAW諧振器的實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9為圖2所示的BAW濾波器理想接地時的性能曲線與本發(fā)明與圖2結(jié)構(gòu)相同的BAW濾波器直接接地時的性能曲線對比圖；C為與本發(fā)明與圖2結(jié)構(gòu)相同的BAW濾波器直接接地時的性能曲線；其中，1、襯底；2、支撐層；3、下電極；4、壓電層；5、上電極；6、引出端；7、空氣隙；8、RF輸入端口，9、RF輸出端口，10、11、12為串臂諧振器；13、14為并臂諧振器；15、16為接地端；17、19、20為鍵合引線電感，18、匹配電容；21、金屬化通孔；22、電極引出層，23、24為實(shí)際裝配時所用電路板的地平面，25、26為實(shí)際裝配時所用電路板的RF輸入端口、輸出端口；28、31為BAW濾波器芯片的RF輸入端口、輸出端口，27、29、30、32為BAW濾波器芯片的接地焊盤。具體實(shí)施方式圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)中BAW諧振器的結(jié)構(gòu)示意圖，采用高阻硅的襯底1上分別制作支撐層2、由下電極3、壓電層4和上電極5組成的三明治結(jié)構(gòu)，下電極3上設(shè)有引出端6，在襯底1和支撐層2之間形成空氣隙7，整體組成空氣隙型BAW諧振器。由上述BAW諧振器組成的濾波器的接地方式主要包括通過鍵合引線電感接地和經(jīng)電容匹配后通過鍵合引線接地。圖2所示為采用上述BAW諧振器組成的5節(jié)階梯型BAW濾波器在理想情況下的接地原理圖，此BAW濾波器由三個串臂諧振器10、11、12以及兩個并臂諧振器13、14構(gòu)成，串臂諧振器10、12通過RF輸入端口8、RF輸出端口9接輸入輸出信號。兩個并臂諧振器13、14通過兩個接地端15、16實(shí)現(xiàn)理想接地。但是在實(shí)際使用時，很難實(shí)現(xiàn)理想接地狀態(tài)。常用的一種接地方式是通過鍵合引線接地，電路圖如圖3所示，將兩個并臂諧振器13、14并聯(lián)后經(jīng)由鍵合引線電感17后接地，該鍵合引線電感17引入的電感量會造成濾波器阻帶性能惡化嚴(yán)重。圖4為圖2所示的BAW濾波器在理想接地時的性能曲線與采用鍵合引線接地時的性能曲線對比圖，該圖中A為圖2所示BAW濾波器在理想接地情況下的仿真性能曲線，B為圖2所示BAW濾波器采用圖3所示鍵合引線接地情況下的實(shí)測性能曲線。由圖4可以看出，采用鍵合引線接地時，濾波器的性能惡化嚴(yán)重，不能滿足濾波器實(shí)際使用的要求。為了減小鍵合引線電感17的影響，也可以采用鍵合多根引線的方法，但是也始終達(dá)不到理想接地的效果。另外一種方法是在并臂處加入匹配電容18后，再通過鍵合引線電感19、20接地，其電路如圖5所示。利用該匹配電容18吸收鍵合引線電感19、20，在濾波器的阻帶形成橢圓極點(diǎn)。該方法可使濾波器的性能與理想接地情況接近，但是在電路中加入了電容元件，造成工藝的復(fù)雜度增加。本發(fā)明是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，在實(shí)際使用時如何實(shí)現(xiàn)BAW濾波器的理想接地而設(shè)計研制的。實(shí)施例1如圖6所示，一種薄膜BAW濾波器，包括采用低阻硅的襯底1、設(shè)于襯底1上、且與襯底1之間設(shè)有空氣隙7的支撐層2，在支撐層2上設(shè)有由下電極3、壓電層4和上電極5組成的三明治結(jié)構(gòu)，在支撐區(qū)2上設(shè)有金屬化通孔21，在襯底1的底面設(shè)有電極引出層22，所述下電極3通過金屬化通孔21與電極引出層22電連通；所述金屬化通孔21為兩個，沿空氣隙7對稱分布。本實(shí)施例的具體制作步驟為：首先，在襯底1上挖槽，并填充犧牲層材料；然后，在襯底1的表面制作支撐層2；接著，在支撐層2上制作通孔并金屬化，形成金屬化通孔21；在上述支撐層2上濺射一層Mo（或者Au、Ru、Al、Pt、W）并圖形化作為三明治結(jié)構(gòu)的下電極3，濺射壓電薄膜AlN（或者ZnO）并圖形化作為三明治結(jié)構(gòu)的壓電層4，接著濺射一層Mo并圖形化作為三明治結(jié)構(gòu)的上電極5，然后在襯底1的背面濺射一層金屬，作為下電極3的電極引出層22；最后釋放犧牲層，形成空氣隙7。這樣就完成了襯底1上的空氣隙型BAW諧振器的制作。襯底1采用低阻硅材料，其電阻率為0.0001-1Ω·cm，該襯底1的電阻率比現(xiàn)有技術(shù)中高阻硅的襯底1的電阻率降低了幾個數(shù)量級，可作為導(dǎo)體使用。因此下電極3可以通過金屬化通孔21、低阻硅的襯底1與其背面金屬的電極引出層22相通。采用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了三明治結(jié)構(gòu)的下電極3與低阻硅襯底1背面金屬的電極引出層22的電連接，電極引出層22就相當(dāng)于下電極3的引出端6。因此，BAW諧振器的下電極3就相當(dāng)于處于低阻硅襯底1的下面，而上電極5仍在襯底1的上面，區(qū)別于圖1中三明治結(jié)構(gòu)的上、下電極均在襯底1的上面的結(jié)構(gòu)。這樣的結(jié)構(gòu)使得諧振器在接地時，可以將電極引出層22直接接地，也就相當(dāng)于下電極3直接接地。利用本發(fā)明的薄膜BAW諧振器可以制作BAW濾波器，以圖2所示的5階BAW濾波器為例，其實(shí)現(xiàn)方式可以為5個諧振器均采用本發(fā)明的薄膜BAW諧振器，也可以為串臂3個諧振器采用在高阻硅襯底1上制作的圖1所示的諧振器，并臂2個諧振器采用圖6所示本發(fā)明的薄膜BAW諧振器。采用本實(shí)施例中薄膜BAW諧振器結(jié)構(gòu)制作的BAW濾波器，在裝配使用時，只需將BAW濾波器芯片的RF輸入端28與實(shí)際裝配時所用電路板的RF輸入端25鍵合在一起，BAW濾波器芯片的RF輸出端31與實(shí)際裝配時所用電路板的RF輸出端26鍵合即可，使用起來非常方便。而現(xiàn)有技術(shù)中，除了鍵合28和25，以及31和26外，還需將BAW濾波器芯片的接地焊盤27,29，30，32與電路板的地平面23和24鍵合在一起，這樣的話，不僅鍵合引線的數(shù)量多，而且濾波器的帶外抑制惡化嚴(yán)重。本發(fā)明巧妙的克服了此難題，大大改善了濾波器的接地性能。BAW濾波器可以所有的接地端均使用薄膜BAW諧振器，可以僅有一個接地端使用。在本實(shí)施例中下電極3和上電極5材料為Mo、Au、Ru、Al、Pt、W等，所述壓電層4材料可以為AlN或ZnO。下電極3和上電極5厚度為1000?-5000?，壓電層4厚度為5000?-15000?。實(shí)施例2如圖8所示，與實(shí)施例1不同的是，所述金屬化通孔21位于支撐層2和壓電層4上，所述壓電層4和支撐層2上的金屬化通孔21上下貫通，且其位于上電極5與下電極3在豎直面上不相重疊的區(qū)域，所述上電極5通過金屬化通孔21與電極引出層22電連通。實(shí)施例2就是將上電極5通過低阻硅襯底1與背面金屬的電極引出層22相連，因此金屬化通孔21需要貫穿壓電層4和支撐層2，兩層上的通孔要完全對應(yīng)，同時還應(yīng)該保證兩層上的通孔不再與其他部件相接觸，使這兩層上的通孔徑直通到低阻硅襯底1處。利用本發(fā)明的薄膜BAW諧振器可以組建BAW濾波器，在濾波器的接地端設(shè)置一個本發(fā)明的薄膜BAW諧振器即可，此薄膜BAW諧振器的電極引出層22直接與地相連接。本發(fā)明的薄膜BAW諧振器不僅可用于圖2所示的5階BAW濾波器，也可用于其他節(jié)數(shù)的BAW濾波器。另外，除用于階梯型電路結(jié)構(gòu)的濾波器，還可用于網(wǎng)格型電路結(jié)構(gòu)的濾波器，以及階梯型和網(wǎng)格型的級聯(lián)多種電路形式。由本發(fā)明提供的由薄膜BAW諧振器組成的BAW濾波器可以實(shí)現(xiàn)理想接地，接地方式在工藝上易于實(shí)現(xiàn)，在性能上可達(dá)到接近理想接地的測試效果，從根本上解決了BAW濾波器的接地問題；并且使用方便，裝配后指標(biāo)一致性好。圖9為圖2所示的BAW濾波器理想接地時的性能曲線與本發(fā)明與圖2結(jié)構(gòu)相同的BAW濾波器直接接地時的性能曲線對比圖；C為本發(fā)明與圖2所示結(jié)構(gòu)相同的BAW濾波器直接接地時的性能曲線，A仍為圖2所示BAW濾波器在理想接地情況下的仿真性能曲線。由圖9所示可知，采用本發(fā)明的薄膜BAW諧振器制作的濾波器，可實(shí)現(xiàn)與理想接地情況下相似的性能，滿足了濾波器的使用要求。圖4和圖9相對比，本發(fā)明的薄膜BAW諧振器組建的BAW濾波器的性能要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)越于現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的BAW濾波器。本發(fā)明中各個層，如，襯底1、支撐層2、上下電極、壓電層4，各層的材料通常都是本領(lǐng)域常用的材料。支撐層2、上下電極、壓電層4的厚度與BAW諧振器的諧振頻率有關(guān)，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的厚度即可。該發(fā)明提供的BAW濾波器的不受濾波器節(jié)數(shù)、電路結(jié)構(gòu)以及工作頻率的限制，可應(yīng)用于BAW濾波器使用的所有場合，使用范圍廣泛，可帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益，預(yù)計年產(chǎn)值最低可達(dá)1000萬以上。