Проектирование фильтров на поверхностно-акустических волнах. Чернышова Т.И - 11 стр.

UptoLike

ляет использовать в одном ВШП комбинацию последовательного взвешивания для реализации малых амплитуд и изменение
длины электродов для больших амплитуд.
Применение тех или иных конструкций ВШП с различными методами взвешивания определяется кругом требований к
параметрам фильтра ПАВ. Типичные параметры, реализуемые ВШП, наиболее часто используемых конструкций сведены в
табл. П1.
Представленные в табл. 1 и П1 сведения могут служить руководством при выборе типа ВШП для проектируемого
фильтра ПАВ по конкретным требованиям.
3. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФИЛЬТРОВ НА ПОВЕРХНОСТНО-АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛНАХ
3.1. Конструирование и технология изготовления звукопроводов фильтров
Наиболее распространенная общая схема изготовления фильтров ПАВ включает в себя следующие основные техноло-
гические операции: изготовление пьезоэлектрического звукопровода, изготовление фотооригинала и фотошаблона, металли-
зация звукопровода, формирование встречно-штыревых структур преобразователей и контактных шин, монтаж, сборка и
герметизация фильтра.
Основные параметры фильтров ПАВ: рабочая частота, полоса пропускания, вносимое затухание, температурная ста-
бильность, искажения из-за эффектов второго порядка и т.п. – определяются, в первую очередь, характеристиками материала
звукопровода. Поэтому для каждой конструкции выбор материала звукопровода необходимо проводить, исходя из конкрет-
ных заданных характеристик фильтра. Для звукопровода могут быть использованы как монокристаллические, так и поли-
кристаллические (пьезокерамические) материалы. Монокристаллы отличаются совершенством структуры, обеспечивающей
малые потери на распространение ПАВ (около 0,1...0,5 дБ/см
на частотах до 2 ГГц). Кроме того, они стабильны во времени,
при серийном изготовлении имеют высокую воспроизводимость параметров.
В фильтрах с полосой до f
3
/
f
0
= 2…5 % наиболее широко используется кварц SiO
2
различных срезов, так как малый
коэффициент электромеханической связи позволяет получить низкий уровень отраженных сигналов даже при числе элек-
тродов более 200 – 300. Кроме того, кварц отличается высокой температурной стабильностью, и поэтому могут быть полу-
чены кристаллы, позволяющие создать звукопроводы длиной 100...200 мм.
Для звукопроводов фильтров с полосой до f
3
/
f
0
= 50…60 % применяется в основном ниобат лития LiNbO
3
, который
благодаря большому коэффициенту электромеханической связи k
s
позволяет уменьшить затухание в фильтре при числе
электродов не более 10.
Из монокристаллических материалов к числу перспективных для использования в фильтрах ПАВ можно отнести танта-
лат лития LiTaO
3
, германат висмута Bi
12
GeО
20
, парателлурид ТеО
2
, селен Se, а также пленки окиси цинка ZnO и нитрида
алюминия AlN на сапфире и некоторые другие. Танталат лития LiTaO
3
является пока единственным материалом, в котором
высокая пьезоэлектрическая активность сочетается с хорошей термостабильностью. Поэтому LiТаО
3
в первую очередь пред-
ставляет интерес для термостабильных фильтров. Германат висмута Bi
2
GeO
20
является подходящим материалом для линий
задержки на большие длительности из-за очень низкой скорости распространения ПАВ и для фильтров со сложной встреч-
но-штыревой структурой благодаря относительно большим размерам выпускаемых кристаллов. Недостатком Bi
2
GeO
20
явля-
ется высокий ТКЗ. Сочетание низкой скорости и хорошей термостабильности парателлурита ТеО
2
делает его перспективным
материалом для малогабаритных термостабильных устройств на ПАВ. Интересным для использования в устройствах, управ-
ляемых светом, является селен Se, который наряду с высокими пьезоэлектрическими свойствами обладает полупроводнико-
выми свойствами и фотопроводимостью. Пленки окиси цинка ZnO и нитрида алюминия AlN на сапфире дают возможность
использовать непьезоэлектрический материал (сапфир) как в качестве собственно звукопровода фильтра, так и подложки для
формирования структуры усилительных каскадов, например, в частотно-избирательных микросборках на основе фильтров
ПАВ. Благодаря высокой скорости ПАВ пленки AlN перспективны для высокочастотных фильтров.
Кроме монокристаллических пьезоэлектриков, для изготовления звукопроводов фильтров ПАВ могут найти примене-
ние поликристаллические материалы. Пьезокерамики почти на порядок дешевле монокристаллов, их свойства легко управ-
ляются путем изменения химического состава и введения модификаторов. Кроме того, из пьезокерамики возможно изготов-
ление заготовок для звукопроводов различной конфигурации, в том числе и крупногабаритных.
Принципиальными недостатками пьезокерамик, по сравнению с монокристаллами, является значительное затухание
распространяющихся ПАВ, резко увеличивающееся с частотой, и пористость поверхности, приводящая к замыканию элек-
тродов преобразователей фильтра после металлизации и фотолитографии. Оба эти недостатка объясняются зернистостью
структуры пьезокерамик.
Технологический процесс изготовления звукопроводов фильтров ПАВ в случае использования монокристаллических
материалов состоит из следующих основных операций: ориентировки кристаллов и распиловки, предварительной шлифовки
заготовок по контуру и по плоскости, точной шлифовки по плоскости, полировки рабочей плоскости. Звукопроводы из пье-
зокерамики перед распиловкой или шлифовкой поляризуются. При необходимости на нерабочей плоскости звукопроводов
выполняются скосы, насечки, канавки и т.д., а торцевые ребра звукопроводов закругляются по радиусу или на них также
наносятся насечки. Пазы, прорези, насечки выполняются алмазными дисками с внешней режущей кромкой или ультразву-
ком.
После ориентировки монокристаллы распиливаются сначала на параллельные секции, положения главных плоскостей
которых относительно кристаллографических осей определяются необходимым направлением среза. Затем секции разреза-
ются на заготовки по габаритам, соответствующим отдельным звукопроводам.
К качеству обработки рабочей поверхности звукопровода предъявляются высокие требования. Например, на ней долж-
ны отсутствовать царапины, сколы, раковины; чистота рабочей поверхности должна соответствовать классу 13 – 14 при
неплоскостности не более 0,1…0,5 мкм. Эти требования объясняются рядом причин. Хорошая плоскостность поверхности
обеспечивает плотное прилегание фотошаблона в процессе фотолитографии. Это, в свою очередь, позволяет повысить вос-
производимость мелких деталей структур фильтров. Качество поверхности звукопровода не только определяет разрешаю-