声表面波器件制作工艺介绍

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声表面波原理

声表面波（Surface Acoustic Wave, SAW）是一种在固体表面传播的机械波，具有许多独特的特性和应用。声表面波可以在固体表面上沿着微细晶体结构传播，其传播速度和频率范围可通过晶体材料的选择和加工工艺进行调控。声表面波技术已经在无线通信、传感器、滤波器、延迟线、微波器件等领域得到广泛应用。

声表面波的原理主要基于固体材料的弹性性质和表面结构的特殊性。当外部施加声激励信号时，固体表面上的晶格结构会发生微小的变形，这种变形会形成一种沿着表面传播的机械波，即声表面波。声表面波的传播速度取决于材料的弹性模量和密度，而频率范围则取决于晶格结构和加工工艺。

声表面波的特性使其在无线通信领域得到了广泛的应用。利用声表面波器件可以实现无源无线传感器网络中的无源传感器节点与中心控制器之间的无线通信，同时也可以实现射频信号的滤波和延迟线功能。声表面波滤波器具有高品质因数和良好的频率选择性，可以用于无线通信系统中的信号调制和解调，以及频谱分析等应用。

另外，声表面波传感器也是声表面波技术的重要应用之一。声表面波传感器利用声表面波在固体表面上的传播特性，可以实现对压力、温度、湿度、气体浓度等物理量的高灵敏度、高精度检测。声表面波传感器具有体积小、功耗低、响应速度快等优点，已经在环境监测、医疗诊断、工业控制等领域得到了广泛应用。

此外，声表面波技术还可以用于微波器件中的延迟线和滤波器。声表面波延迟线可以实现微波信号的相移和延迟，用于无线通信系统中的信号处理和频率合成。声表面波滤波器则可以实现对微波信号的频率选择性和抑制非期望频率成分，用于无线通信系统中的信号调制和解调。

SAW技术解析

1.4 声表面波的技术特点
声表面波具有较低的传播速度和较短的波长，大概比相应电磁波小5个数量级，因此在同一频段上，SAW器件的尺寸比相应电磁波器件的尺寸小得多，这样就可以大幅度减小器件的体积和重量，有利于电子器件的超小型化。
由于声表面波是沿固体表面传播的，且传播速度较慢，这使得时变信号在给定瞬时可以完全呈现在晶体基片表面上，当信号在输入和输出之间行进时，就容易对信号进行注入、提取和变换等处理。
目前使用的SAW基片材料主要有：
压电单晶：石英（SiO2）、铌酸锂(LiNbO3)、钽酸锂（LiTaO3）、铌酸钾（KNbO3）等，重复性好、可靠性高、传播损耗小，一般它们是各向异性材料，难以同时满足机电耦合系数高，而温度系数又要小的要求；
压电陶瓷：机电耦合系数最大，工作频率受到多晶晶粒大小和晶粒间界状况、内部气孔大小的限制，一般只适宜作低频器件。
声表面波是晶体表面传播的弹性波，不涉及晶体内部电子的迁移过程，这样使得SAW器件具有较强的抗辐射能力和较大的动态范围。
二、声表面波器件的原理
声表面波器件是在压电基片上制作两个声电换能器——叉指换能器（IDT）。所谓叉指换能器，就是在压电基片表面上形成形状像两只手的手指交叉状的金属图案。
1.1 声表面波简介
声表面波（SAW）是英国物理学家瑞利（Rayleigh）在1885年研究地震波的过程中偶尔发现的。声表面波是沿物体表面传播，能量集中于表面附近的பைடு நூலகம்种弹性波。

声表面波滤波器PCB板制作

SAW 滤波器与LC 滤波器、介质滤波器、腔体滤波器相比，损耗大、信号延迟时间长，因此SAW 滤波器的装配比其他滤波器更讲究。例如：一个25dB 损耗SAW 滤波器，要求滤波器带外抑制大于55dB，则对PC 板隔离度要求大于80dB。因此，抑制好输入输出之间的直通信号是SAW 滤波器的装配的主要问题。

SAW 滤波器的直通信号对滤波器性能的影响有两方面：

一是恶化带外抑制；二是通带波纹增大。

SAW 滤波器的直通来源大致有三方面：一是PC 板的布线带来的输入输出之间的杂散电容；二是输入输出的匹配之间的耦合；三是匹配地和滤波器的地并不是理想地，由地电阻引起耦合。

针对直通信号的来源，比较好的SAW 滤波器的PC板设计注意如下几点：

(1) 采用双面大面积接地的PC 板。

(2) PC 板作些垂直交叉金属化孔，减小PC 板间的电容耦合。

(3) 滤波器接地底座紧贴PC 板，以便接地良好。可能的话，外壳边缘与PC 板加焊几个点。

(4) 输入输出匹配元件垂直放置，特别是电感，以减小互耦。

(5) 匹配网络和滤波器各自的地电流回路尽量短，以减小地电流回路引起的耦合。

(6) 输入输出的匹配元件尽量远，以便降低匹配元件之间的直达信号。

(7) 可能的话，在滤波器输入输出间的PC 板开隔离槽减小PC 板介质层引起的RF 泄漏。

(8) 可能的话，在滤波器输入输出间、匹配网络间加隔离腔。

声表面波器件制作工艺介绍

概述

声表面波器件是一种用于声波传播与处理的微型化器件，它通常由压电材料与

声表面波导构成。制作声表面波器件需要经过一系列复杂的工艺步骤，包括材料准备、加工工艺、掩膜制备、电极沉积、腔体刻蚀等环节。

材料准备

声表面波器件的制作一般使用压电材料作为基底材料，常见的材料包括石英、

锂钽酸锂等。在选用材料时需要考虑其压电性能、稳定性和加工性能等因素。

加工工艺

1.基片清洗：使用去离子水和有机溶剂彻底清洗基片表面，确保基片

表面干净。

2.切割基片：将大尺寸的基片切割成所需尺寸，常见的加工方式有机

械切割和激光切割。

3.抛光处理：对基片表面进行抛光处理，以保证表面光滑度和平整度。

4.清洁处理：再次清洁基片表面，确保没有杂质影响后续工艺。

5.温度调节：控制加工环境的温度，以确保材料的稳定性和加工精度。

掩膜制备

1.制备光刻胶：将光刻胶溶液涂覆在基片表面。

2.光刻：使用掩膜模板进行光刻曝光，形成所需的图案。

3.显影：使用显影液使未曝光区域的光刻胶溶解，形成光刻图案。

电极沉积

1.金属蒸镀：在光刻图案的基础上，通过金属蒸镀的方式沉积电极材

料。

2.电镀：对蒸镀的电极进行电镀处理，提高电极的导电性。

腔体刻蚀

1.腔体制备：对沉积好电极的基片进行腔体制备，通常采用离子刻蚀

技术。

2.刻蚀：使用腔体模板和刻蚀气体对基片进行刻蚀处理，形成声表面

波导结构。

总结

声表面波器件的制作工艺包括材料准备、加工工艺、掩膜制备、电极沉积和腔体刻蚀等多个环节，每个环节的精细操作都直接影响器件的性能和稳定性。随着微纳加工技术的发展，声表面波器件的制作工艺不断优化，将为声波传播与处理领域带来更多创新和应用。

声表面波简介

声表面波技术是六十年代末期才发展起来的一门新兴科学技术，它是声学和电子学相结合的一门边缘学科。由于声表面波的传播速度比电磁波慢十万倍，而且在它的传播路径上容易取样和进行处理，因此，用声表面波去模拟电子学的各种功能，能使电子器件实现超小型化和多功能化。同时，由于声表面波器件在甚高频和超高频波段内以十分简单的方式提供了其它方法不易得到的信号处理功能，因此，声表面波技术在雷达、通信和电子对抗中得到了广泛的应用。

声表面波是沿物体表面传播的一种弹性波。早在九十多年前，人们就对这种波进行了研究。1885 年，瑞利根据对地震波的研究，从理论上阐明了在各向同性固体表面上弹性波的特性。但由于当时的科学技术水平所限，这种弹性表面波一直没有得到实际上的应用。直到六十年代，由于半导体平面工艺以及激光技术的发展，出现了大量人造压电材料为声表面波技术的发展提供了必要的物质和技术基础。

1949 年，美国贝尔电话实验室发现了LiNbO3单晶。1964 年产发表了激发弹性表面波平面结构换邹器的专利。特别应该指出的是，1965 年，怀特（R . M.white）和沃尔特默（F.W.voltmer ）在应用物理杂志上发表了题为“一种新型表面波声－电换能器― 叉指换能器”的论文，从而取得了声表面波技术的关键性突破。

声表面波器件的基本结构和工作原理

声表面波器件是在压电基片上制作两个声一电换能器―叉指换能器。所谓叉指换能器，就是在压电基片表面上形成形状像两只手的手指交叉状的金属图案，它的作用是实现声一电换能。声表面波器件的工作原理是，基片左端的换能器（输入换能器）通过逆压电效应将愉入的电信号转变成声信号，此声信号沿基片表面传播，最终由基片右边的换能器（输出换能器）将声信号转变成电信号输出。整个声表面波器件的功能是通过对在压电基片上传播的声信号进行各种处理，并利用声一电换能器的待性来完成的。

声表面波器件的特点及组成

什么是声表面波器件

声表面波器件（Surface Acoustic Wave Device，SAWD）是一种利用声表面波（Surface Acoustic Wave，SAW）在固体表面上传播的装置。声表面波是一种以超声波形式在固体表面传播的机械波，具有频率高、中心频率可调节、相对衰减小、振幅大、无需介质等优点，被广泛应用于无线通信、传感器、滤波器等领域。

SAWD的特点

声表面波器件具有以下特点：

1.高频特性：声表面波具有高频特性，可达到几十MHz至几GHz的频率范围，

适用于高频应用场景。

2.宽带特性：声表面波器件具有宽带特性，频带宽度可调节，可以满足不同应

用的需求。

3.低功率特性：相比于传统的电子器件，声表面波器件的工作电压和功率较低，

能够降低系统的能耗。

4.小尺寸特性：声表面波器件体积小，重量轻，适合集成化和微型化的应用。

5.无接触特性：声表面波器件无需介质传导，可以在空气或真空环境中工作，

无需接触被测物体。

6.高灵敏度特性：声表面波器件对于外界物理量的变化（如压力、温度、湿度

等）具有很高的灵敏度，能够实现高精度的传感。

7.可调谐特性：声表面波器件的频率可以通过改变表面微结构、材料选择等方

法进行调谐，灵活性较高。

SAWD的组成

声表面波器件主要由以下组成部分构成：

表面声波单晶片

表面声波单晶片是声表面波器件的核心部件，也是声表面波的传播介质。它一般由石英或LiNbO3等晶体材料制成，具有良好的声表面波传播特性。单晶片上有微细

的电极和传感结构，用于激发声表面波，并接收返回的信号。

声表面波器件的特点及组成

声表面波器件（Surface Acoustic Wave Device，SAW）是一种将高频电信号转换为声信号并在晶体管表面进行传输的器件。它是由压电材料和电极组成的微电子学器件，具有频率稳定性好、可靠性高等特点。其主要组成部分包括压电晶体片、导电电极和偏压电源。

声表面波器件的主要特点如下：

1.频率稳定性好：声表面波器件的振荡频率受到温度变化和机械振动等因素的影响较小，因此频率稳定性好且准确性高。

2.较高的Q值：Q值是声表面波器件的品质因数，在常规应用中可达到数千至数万，因此在高精度和高灵敏度的测量和控制系统中应用广泛。

3.低功耗：声表面波器件在工作时产生的能量极小，因此功耗非常低。

4.可集成性强：声表面波器件制备工艺简单，可与其他微型电子组件进行集成，因此具有良好的可重复性和稳定性。

声表面波器件的主要组成包括压电晶体片、导电电极和偏压电源。

压电晶体片是声表面波器件的核心部件，是将电信号转换成声信号的基础。

干法工艺原理

电子元器件（声表面波器件）- 干法工艺原理
电子元器件（声表面波器件）干法工艺原理简介：
干法工艺包括：干法清洗，干法显影，干法刻蚀，干法去胶，其基本原理都是利用气体在高频作用下电离产生的等离子体，轰击或腐蚀基片表面以达到去除欲去除材料的目的；只是因不同的工艺有不同的要求，所以采用的腐蚀气体及腐蚀方法不同。等离子体与固体表面的反应包括纯化学作用的等离子体腐蚀、纯物理作用的离子腐蚀及同时具有化学、物理作用的反应离子腐蚀。
到清洁目的。在清洗中要适当调整氩离子能量，以免晶面受损。
关于紫外线/氧干法清洗：实质是等离子体清洗，只是等离子体产生方法不
同。通氧气到低真空反应室，利用紫外线能量激发使氧分子分解成具有强氧化能
力的游离态氧原子及臭氧，将有机物氧化成挥发性化合物，抽气排除。另外也
可通入 HF 蒸汽，清除晶片表面的自然氧化物或通入 C3H7OH、N2 及 Cl2，去除金属杂质。
B）铝刻蚀工艺： a）反应机理及常添加气体：在铝的刻蚀中，刻蚀气体常采用 CCl4，BCl3，它们在高频电场中被理解为： CCl4→CCl3* + Cl* ，BCl3→BCl2 *+ Cl* ，与铝反应为：Al + 3 Cl*→AlCl3↑。 Cl* 是腐蚀 Al 的主要活性基，反应生成易挥发的 AlCl3 （刻蚀温度为 70 度时，利于 AlCl3 的挥发）。为避免残留的铝造成绝缘电阻下降，可适当过腐蚀。为提高腐蚀速率，可在反应中加入适量 Cl2 。为增加腐蚀的可控性和均匀性，可在反应中加入适量 He。另外为增进异向刻蚀，除适当的离子轰击外，常添加气体如 Si Cl4、 C Cl4、CHF3、CH Cl3 等，它们与胶中的 C 反应生成聚合物，沉积在金属上，可保护侧壁不受离子轰击。 b）Al2O3 的影响：在刻蚀过程中，铝表面的自生氧化物 Al2O3（30-50A0）会影响刻蚀进行；另外当空气中的水气进入反应室和反应物 AlCl3 反应，也会生成难以刻蚀的 Al2O3 。

声表面波器件制作工艺介绍(PPT 61页)

最大视场：15×19mm
掩膜版尺寸：5英寸
晶片尺寸：3英寸
光源波长：I线（365nm）缩影倍率：5：1
曝光工作台定位精度：100nm
适用工艺：剥离工艺和湿法工艺
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主要工艺－光刻
GAMMA涂胶显影机 3＂和4＂标准圆片的光刻胶涂覆及曝光后图形显影，满足特征尺寸
CD≤0.35μm声表面波器件的光刻胶涂覆及曝光后图形显影工艺制作要求涂敷光刻胶均匀性和一致性：4＂片内为±2%，片与片之间达到±2%；
该系统专用于Φ3″和Φ4″标准晶圆片的清洗，日产量为300-400片/班（8小时）。
33
主要工艺—镀膜
设备名称: BAK-SAW 电子束镀膜机
主要技术指标
均匀性单片： ±1% 片与片： ±2% 批与批： ±2%
镀层材料 AL、AL-CU2%合金、TI、CU 产量 3 英寸 36片/炉
碳化硅 100 120 180 240# W28 W1 1000# 2000 W3.
规格号 # # #
4
#
5
粒度尺 160 125 80 63
28- 14- 15.5
8.5
3.5-
寸范围
20 10
2.5
晶片粗 >7 ≥5 ≥3 1-3 糙度
0.5 0.5-0.7 0.150.3
金胜
3--

声表面波器件工艺原理-8引线键合工艺原理

八，声表器件引线键合工艺原理：

在SAW器件的后封装工艺中，尽管目前已发展了倒装焊（FC）等其它互连技术，但引线键合仍是主要的互连技术。其目的是完成器件内引线与外引线的连接，即利用金属丝将芯片上的压点与底座上相对应的电极连接起来。引线键合应具有低的接触电阻，合适的机械强度，长期的金相稳定性和小的寄生参量；常用方法有热压键合、超声键合、热超声键合。下面对键合用引线及几种常用键合方法作简单介绍：

（一）键合引线：

键合用引线对器件的可靠性和稳定性关系很大，理想的引线材料应具备化学性能稳定（不会形成有害的金属间化合物），可塑性好，弹性小，结合力强，低的欧姆电阻（并能与待压点金属层形成低欧姆接触）。键合方法不同，引线材料也不同，如热压焊常用金丝，超声焊常用铝丝。

1，金丝：

金具有优良的抗氧化性，化学性能稳定，延展性好，抗拉强度高，4个9的金丝为热压

焊和热超声焊的标准用材。为增加机械强度，金丝中常添加5-10 PPm的铍或30-100 PPm的铜。金在高温时（>200℃），易与铝产生脆性的金属间化合物AuAl2（紫斑）和Au5Al2（白斑），同时在接触处因相互扩散形成空洞；而使金-铝键合点导电能力变差，并极易碎裂产生脱键，因此使用金丝时，应尽量避免采用金-铝系统，而采用金-金结合。

2，铝丝：

铝具有良好的导电性，成本低，可避免金-铝系统的“紫斑”，而成为铝-铝系统常用导线。纯铝柔软，键合性差，为增加其强度，故标准铝丝为AlSi合金（Si：1%）。由于铝化学性质活泼，易氧化，因此它不适宜于热压焊，而适用于超声键合和气密性封装的器件。另外铝丝和金层键合同样会产生“紫斑”，但当二者实际接触宽度L与金层厚度d之比大于4时（L/d >4），不会引起电阻变化。

声表面波器件工艺原理-7粘片工艺原理

七，声表器件粘片工艺原理；

（一）粘结机理：

粘片的实现是粘合剂分子和芯片表面分子及底座（或支架）表面分子、以及粘合剂内部分子间相互作用的结果。粘片的强度取决于粘合剂本身的内聚力（抗拉断能力）和粘合剂与被粘物之间的粘附力。

粘附力存在于两种材料接触面之间，通过范德华力实现吸引或吸附，同一种（不同）粘合剂与不同（同一种）材料之间的粘附力不同。当我们把芯片加压放置于涂敷在底座（或支架）的胶面上时，粘合剂会润湿芯片和底座表面，并渗入芯片和底座表面空隙；胶分子和芯片及底座分子通过接触产生分子引力，使芯片和底座粘合在一起。粘附力一方面取决于表面分子间引力，同时也取决于润湿的渗透度；粘合剂必须渗入表面粗糙处并完全润湿表面，才能得到最完全的分子间交换；在粘合剂的表面张力已经确定的条件下，润湿取决于被粘结物的表面能及粘合剂的黏度；只有当粘合剂的表面能小于被粘物的表面能时，粘合剂才能较好的润湿固体表面；如果存在污染物，湿润程度将降低，会影响粘附力。

当我们进行光（热）固化时，线状结构的粘合剂分子会反应聚合为立体网状大分子，粘合剂的形态也由黏液状变为固态，极大的增强了粘合剂本身的机械强度（即内聚力）。同时粘合剂与被粘物之间的结合也由线状小分子与被粘物分子间的结合转变为网状大分子与被粘物分子间的结合，使粘附力极大增强。

（二）粘片质量要求：

粘片是把划片后的芯片用粘合剂粘附在管座（金属、陶瓷管座或塑封支架）上，通过热

固化（或光固化）使芯片和管座牢牢粘合在一起。对声表器件不仅要求粘片位置准确、粘结牢固、不裂片、不掉片、不粘污晶片表面和支架压点。同时还要求粘片胶有良好的高温性能，固化后其形变不影响压焊效果，及粘片胶要有良好的吸声效果。

声表面波器件的用途、生产制作和工艺介绍

光刻胶铝
晶片
③.曝光
光刻胶铝
UV 光
晶片
④.显影
光刻胶
铝
晶片
⑤.刻蚀
光刻胶铝
晶片
⑥.去胶
铝
晶片
B、剥离工艺
①.涂光刻胶
光刻胶
晶片
②.曝光
光刻胶
UV 光
晶片
③.显影
光刻胶
晶片
④.镀膜
铝光刻胶
晶片
⑤.去胶
铝晶片
制作完成图形
主要工艺－清洗
全自动清洗机
主要工艺－清洗
STANGL精清洗系统
传感器：感知：压力,温度
液体，气体生物传感
-----------------------------------------
特殊应用：特殊压电材料，
改变物理特性
二.声表面波器件工作原理
声表面波—SAW（SurfaceAcousticWave）就是在压电基片材料表面产生和传播、且振幅随深入基片材料的深度增加而迅速减少的弹性波。SAW滤波器的基本结构是在具有压电特性的基片材料抛光面上制作两个声电换能器——叉指换能器（IDT）。它采用半导体集成电路的平面工艺，在压电基片表面蒸镀一定厚度的铝膜，把设计好的两个IDT的掩膜图案，利用光刻方法沉积在基片表面，分别作为输入换能器和输出换能器。

声表面波器件工艺原理-4修频工艺原理

四，声表器件修频工艺原理

序：

利用石英作SAW 谐振器基片时，具有良好的温度特性。然而，在制作器件的过程中，各道工序都可能出现误差，即使采用最精确的工艺控制，对1GHz 以上的高频器件，产生±300KHz 的偏差，也在所难免；这样的偏差是不能满足高频传输系统的要求；因此，频率调整也就成为制作SAW 谐振器不可缺少的重要工序。

（一）制作误差引起的频移：

SAW 谐振器制作工艺中产生频率误差的原因多种多样。由于SAW 谐振器的中心频率取决于叉指电极（IDT ）指间宽度和石英基片上SAW 的相速，而影响SAW 相速变化原因又可归纳为IDT 偏离SAW 的传播方向、形成IDT 的铝膜厚度和电极指的线宽等。由下表列出采用通用工艺制作1GHz 的SAW 器件造成频偏的主要原因及由此产生的偏离。（仅供参考）制作误差频率偏移

SAW 传播方向±1° 石英切割方向±1° IDT 膜厚±100A° 石英表面的电极占有比±10% ±70 KHz

±300 KHz

±200 KHz

（二）修频技术：

修频的方法很多，如等离子刻蚀，金属减薄或加厚，覆盖介

质膜，聚合物质量加载，高能离子注入，紫外光照射，激活聚

合物等。下面选设备投入少、批量生产易操作的方法作简单介

绍。

1，等离子体频率修正技术：

1）基本原理：它是用CF 4+O 2（CF 4：80%，O 2：20%）或F 12等离子体对石英基片进行选择性刻蚀，来改变换能器电极的台阶高度，从而改变SAW 速度及换能器的反射率，达到修正频率的目的。对谐振器而言，由于增高了台阶，除SAW 速度降低有助于降低谐振频率外，凹槽电极的换能器的反射率的提高也有助于谐振频率的降低。

声表面波器件工艺原理-9倒装焊工艺原理

声表⾯波器件⼯艺原理-9倒装焊⼯艺原理

九，声表器件倒装焊⼯艺原理

序：倒装芯⽚（FC）技术，是在芯⽚的焊接区⾦属上制作凸焊点，然后将芯⽚倒扣在

外壳基座上，以实现机械性能和电性能的连接，由于FC是通过凸焊点直接与底座相连，因此与其它互连技术相⽐，FC具有最⾼的封装密度、最⼩的封装尺⼨（线焊可焊的最⼩陶瓷外壳为3×3mm，⽽FC可以作到芯⽚级）、最好的⾼频性能（电感⼩）、最⼩的⾼度、最轻的重量，以及产品⾼可靠、⽣产⾼⼯效等。倒装焊⼯艺：主要由UBM的形成、凸点的制作、倒装焊接三部分组成。

（⼀）UBM的形成：

当凸焊点材料与芯⽚上的焊接区⾦属不能很好浸润粘附时（或接触电阻⼤，或热匹配差，或两种材料间易形成会导致键合强度降低的⾦属间化合物），需要在凸焊点与芯⽚压焊块之间置⼊⼀层既能与芯⽚焊接区⾦属良好粘附、⼜能与凸焊点良好浸润、还能有效阻挡两者之间相互反应扩散的⾦属膜（UBM），因我们⽆法找到可同时满⾜上述要求的材料，所以通常UBM由多层⾦属膜组成。（说明：与凸点连接的还有底座上相应的焊接点，由于在底座制作时该部位已镀有多层⾦属，能满⾜要求，固在此不于讨论。）

1，对UBM的各层要求及材料选择：

1）粘附层：要求与铝膜及钝化层间的粘附性好，低阻接触，热膨涨系数接近，热应⼒⼩。常选⽤材料有：Cr、Ti、Ti-W、Al、V等，因它们与Al浸润性很好，固该层可较薄。2）扩散阻挡层：能有效阻挡凸焊点材料与铝间的相互扩散，以免形成不利的⾦属间化合物，特别是⾦凸焊点，在⾼温下与铝可⽣成Al2Au、AlAu、AlAu2、Al2Au5等脆性⾦属间化合物及在接触处相互扩散形成空洞，导致键合强度降低甚⾄失效。该层常⽤材料有：Ti、Ni、Cu、Pd、Pt、Ti-W等。（当⽤软焊料如PbSn作凸点时，由于其回流时会吃掉浸润层，直接与阻挡层接触；此时阻挡层应⾜够厚，且与凸点相浸润，不反应产⽣有害物）

声表面波与器件的制作

第二章声表面波与器件制作

本章中，我们主要介绍声表面波(SAW)的基本特性和基本类型，压电基片的选择，叉指换能器(IDTs)的特征以及声表面波器件的制作方法。

2.1 引言

压电效应是指在晶体上施加压力时产生电势差的现象。压电晶体在外力的作用下发生形变时，某些表面会出现异号电荷，而在压电晶体上加一电场时，晶体不仅产生极化，而且会产生应变和应力。压电材料的几何应变与施加电场成比例。从1880年居里兄弟发现压电效应以来，压电学已经成为现代科学技术中的一个非常重要的领域。而作为压电学发展的一个重要分支，在二十世纪六十年代中期美国的怀特等人提出用叉指换能器在压电基片上激励和检测声表面波的方法之后，声表面波器件的研究得到了很大的发展。

2.2 SAW 的介绍

在各向同性固体中传播的声波，根据质点的偏振方向可以分为两大类，一类是质点振动垂直于传播方向的波称之为横波，一类是质点振动平行于传播方向的波称之为纵波。二者的速度取决于材料的弹性常数，即

横波速度 1/2s (/)υ=μρ （2.1）

纵波速度 1/2L 2()λ+μυ=ρ （2.2）各向同性材料的弹性常数，称为拉密常数；ρ是材料密度。从式子中可以看到，横波通常要比纵波慢。

在各向异性固体材料如压电晶体中，质点振动方向和声波传播方向的关系并非如此简单。一般来说，质点振动方向既不垂直也不平行于声波传播方向，而是有三个互相垂直的偏振方式。其中偏振方向较为接近传播方向的波称为“准纵波”，两个偏振方向较为接近垂直于传播方向的偏振波称之为“准横波”。这三种波的速度各不相同，其中准纵波速度最快，而两个准横波的速度比较慢，其中较快的一个称为“准快横波”，较慢的一个称为“准慢横波”。同时波前的法线方向亦即波的相速度方向与波的能流方向并不一定相同，

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主要工艺—镀膜
设备名称: BAK-SAW 电子束镀膜机
主要技术指标
➢ 均匀性单片： ±1% 片与片： ±2% 批与批： ±2%
➢镀层材料 AL、AL-CU2%合金、TI、CU ➢ 产量 3 英寸 36片/炉
4 英寸 18片/炉
适用工艺
➢ 剥离工艺和湿法工艺 ➢ 单层和多层镀膜
主要工艺—镀膜
光刻胶
铝
晶片
③.曝光
光刻胶铝
UV 光
晶片
④.显影
光刻胶
铝
晶片
⑤.刻蚀
光刻胶铝
晶片
⑥.去胶
铝
晶片
B、剥离工艺
①.涂光刻胶
光刻胶
晶片
②.曝光
光刻胶
UV 光
晶片
③.显影
光刻胶
晶片
④.镀膜
铝光刻胶
晶片
⑤.去胶
铝晶片
制作完成图形
主要工艺－清洗
全自动清洗机
主要工艺－清洗
STANGL精清洗系统
从上面可以看出LN、LT是一种多功能晶体，我们在实践中注意各种性能对使用和生产相互影响。比如热释电产生静电吸尘、静电击裂晶片影响．
常用表面波切型
简称 128 °Y-X
LN 64 °Y-X
LN Y-Z LN
X-112.2 °Y LT
主面及传播方向
128 ° 旋转Y切X向传播铌酸锂
64° 旋转Y切X向传播铌酸锂
设备名称: KDF磁控溅射镀膜机
主要技术指标
➢ 均匀性单片 ±2%〔AL) ±2～3%(sio2) 片与片 ±3～5% (AL) ±5～8% (SIO2) 批与批 ±3 ～ 5% (AL) ±5～8% (SIO2)
➢ 镀层材料 AL、AL-CU2%合金、TI ➢ 产量 3英寸 16片/炉、 4英寸 9片/炉
将吸声胶涂到器件两端，以消除反射回来的声波对器件性能的干扰
吸声胶
主要工艺－划片
利用高速旋转的树脂刀片将晶圆分割成一个个小芯片。
半自动砂轮划片机
主要工艺－划片
主要工艺－粘片（自动SMD）
将芯片通过粘片胶粘贴固定到外壳底座上
主要工艺－粘片
自动粘片
主要工艺－点焊（自动铝丝键合）
碳化硅 100 120 180# 240# W28 W1 1000#
规格号 # #
4
2000# W3.5
粒度尺 160 125 80 63
28-20 14- 15.5
8.5
3.5-
寸范围
10
2.5
晶片粗 >7 ≥5 ≥3 1-3 糙度
0.5 0.5-0.7 0.150.3
金胜
3--5
1.5— 0.8- 0.5- 水晶:
压电基片+IDT（半导体工艺）
电-- 声（SAW）--电 Hfilter(f)=HIDT1(f) *HIDT2(f)
三.主要声表面波器件用晶片材料
LT、LN主要功能
压电效应---表面波器件热释电效应----红外探测电光效应---光开关、光调制光折变效应-----全息存储非线性光学效应-----激光倍频
Y切Z向传播铌酸锂
X切112.2 °旋转Y向传播钽酸锂
简称 3 6 °Y-X
LT
42 °Y-X LT
45 °X-Z LBO ST-X
QUARTZ
主面及传播方向
36 ° 旋转Y切X向传播钽酸锂
42 ° 旋转Y切X向传播钽酸锂
45 ° 旋转X切Z向传播四硼酸锂
ST切X向传播 α-石英
晶片背面的加工粗糙度
主要工艺－测试
主要工艺－测试
自动SMD测试分选系统
适用工艺
➢ 剥离剥离和湿法工艺 ➢ 单层和多层金属膜
主要工艺—镀膜
膜厚测试: FRT表面轮廓仪
ALPHA-STEP 台阶仪
主要工艺－光刻
分布重复式投影曝光
主要技术指标:
最小分辨率：0.5um
最大视场：15×19mm
掩膜版尺寸：5英寸
晶片尺寸：3英寸
光源波长：I线（365nm）缩影倍率：5：1
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一.声表面波器件的用途
滤波器: 电子通讯
移动设备无线宽带广播电视
-------------------------------
谐振器: 移动设备
无匙安全系统
射频识别：鉴别：身份识别，
物体识别，运输方式跟踪
-----------------------------------------
系统精清洗部分由以下构成：RBS1槽、RBS2槽、溢流清洗槽、QDR1槽、QDR2槽、兆声清洗槽、甩干机。
STANGL精清洗采用的是湿法批量式清洗，所用的工艺为RBS洗液超声清洗结合SC1洗液兆声清洗的方式，因该清洗系统设计时未考虑酸洗槽，有些晶片在清洗前得预先经过一次酸浸泡处理工艺。
该系统专用于Φ3″和Φ4″标准晶圆片的清洗，日产量为300-400片/班（8小时）。
适用工艺
➢ 湿法工艺 ➢ 单层金属膜和SIO2保护膜
主要工艺—镀膜
设备名称: LEYBOLD(莱宝)电子束镀膜机主要技术指标
➢ 均匀性单片 ±1.5% 片与片： ±2.5% 批与批： ±2.5%
➢ 镀层材料 AL、AL-CU2%合金、TI ➢ 产量 3英寸 36片/炉 4英寸 18片/炉
M2000涂胶显影机
3“、4”标准圆片的光刻胶涂覆及曝光后图形显影，满足特征尺寸CD≥0.5μm声表面波器件的光刻胶涂覆及曝光后图形显影工艺制作要求；
涂敷光刻胶均匀性和一致性：3＂片内为 ±2%，片与片之间达到±2%；
显影均匀性和一致性：当以CD=0.5um 作为测试线宽时，3＂片内为±6%，片
主要工艺－平行焊接
现有平行封装设备工艺能力：能够封装从3mm×3mm到25mm×9mm的表贴器件（SMD）
，深腔外壳最大尺寸可达250mm×30mm；军品水汽含量能够控制在5000PPM以下
主要工艺－平行焊接
主要工艺－储能封焊
同样利用电阻放电原理，使用大型电容组对焊接面进行充电，放电瞬间在封焊面形成高热，融化器件封焊环，达到焊接到目的，同时对器件内部水汽含量也可以进行控制。
2.2 1.5 1.0 0.5-1.0
其他
0.8-1.5
DQ备晶片背面粗糙度数值为LN晶片实测典型值。晶片材料不同其
注
加工粗糙度值略有差别。
四.声表面波器件制作工艺流程
1.前工序
镀金属膜
涂胶
曝光
显影
腐蚀
基
片wenku.baidu.com
探针测试
清
洗
涂胶
曝光
显影
镀金属膜
剥离
镀保护膜
后工序
湿法工艺
①.镀膜
铝晶片
②.涂光刻胶
电转换为声（逆压电效应）
声转换为电（正压电效应）
工作原理是输入换能器将电信号变成声信号，沿晶体表面传播，输出换能器再将接收到的声信号变成电信号输出。
换能器空间图形对应脉冲响应图形
通过指条位置和重迭长度的设计即可控制换能器的脉冲响应，从而也就控制了换能器的频率
响应
SAW滤波器构成及频响
传感器：感知：压力,温度
液体，气体生物传感
-----------------------------------------
特殊应用：特殊压电材料，
改变物理特性
二.声表面波器件工作原理
声表面波—SAW（SurfaceAcousticWave）就是在压电基片材料表面产生和传播、且振幅随深入基片材料的深度增加而迅速减少的弹性波。SAW滤波器的基本结构是在具有压电特性的基片材料抛光面上制作两个声电换能器——叉指换能器（IDT）。它采用半导体集成电路的平面工艺，在压电基片表面蒸镀一定厚度的铝膜，把设计好的两个IDT的掩膜图案，利用光刻方法沉积在基片表面，分别作为输入换能器和输出换能器。
曝光工作台定位精度：100nm
适用工艺：剥离工艺和湿法工艺
主要工艺－光刻
GAMMA涂胶显影机
3＂和4＂标准圆片的光刻胶涂覆及曝光后图形显影，满足特征尺寸 CD≤0.35μm声表面波器件的光刻胶涂覆及曝光后图形显影工艺制作要求涂敷
光刻胶均匀性和一致性：4＂片内为±2%，片与片之间达到±2%；
主要工艺－光刻
与片之间达到±6%；涂胶产能达40片/小时，显影产能达40
片/小时；
•主要工艺－探针测试
半自动探针测试
2.后工序
工艺流程
前工序
丝网涂胶
储能封帽
平行封帽
预焊
划片
光刻检验
点焊检验
初测
筛选试验
标记
终测
编带
粘片点焊入库
主要工艺－丝网涂胶（吸声胶）
丝网涂胶
SAW滤波器凃胶的重要性
主要工艺－丝网涂胶
降到第一焊点
加超声能量键合
上升到线弧高度
主要工艺－点焊（自动铝丝键合）
降到第二焊点
加超声形成第二个焊点
断线
主要工艺－点焊
6400型自动点焊机
主要工艺－点焊线拉力和芯片剪切力测试
主要工艺－预焊
预焊工序用于将表贴器件的盖板与基座固定起来。
主要工艺－平行封焊
封焊工序将预焊后的器件焊接完毕。

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