声表面波器件工艺原理-5修波形工艺原理

五，声表器件修波形工艺原理（一） 工艺目的：在声电信号转换和声信号的传播过程中，将产生一些虚假信号，它们是影响声表滤波器性能的重要因素，必须对此进行抑制。

这些虚假信号有：1）端面反射波：SAW在基片表面传播，当传播到基片端面时，将遭到端面反射，又回到换能器上，这种波叫端面反射波，将影响SAW滤波器的带内波动。

2）三次渡越回波：当输入IDT激发的声波传播到输出IDT后，一部分被接受，一部分被反射回输入IDT，这部分信号又有部分反射后到达输出IDT被再接收，在时间上它比首次到达的信号在两IDT间经历了三倍延迟时间，故称为三次渡越回波（TTE），（TTE）将引起器件带内波动和群延迟特性波纹.3）电磁直通信号：输入IDT上所加的信号直接传播到输出IDT上，称为电磁直通信号它也影响SAW滤波器的带内波动。

4）换能器边沿反射：IDT边沿也会对传播中的IDT产生反射，影响器件的带内波动。

对声信号传播过程中产生的一些虚假信号，常用的抑制方法很多，其中采用吸声胶抑制虚假信号的方法有：在IDT的两端涂敷吸声材料和将端面抹斜；用吸声材料覆盖一部分输入换能器；在芯片的适当部位涂敷吸声材料等。

（二）吸声原理：吸声是一个综合效应，就机理而言，只要能将声波能量消耗掉就行。

散射、吸收、传播衰减、表面的质量负载、相位打乱后的声波抵消等都起到吸声作用。

就材料而言，无论固体、液体、甚至气体，任何材料都能吸收声波，通常是将125、250、500、1000、2000、4000赫兹六个频率的吸声系数(吸声系数=被吸收的能量/传递给材料的全部声能)平均值大于0.2的，列为吸声材料。

良好的吸声材料的声阻抗要与传播声波介质的声阻抗相匹配，使声波无反射的进入吸声系统，并在吸收系统中转化为热能，很快损耗而衰减。

声波的衰减大小与材料的选择和其它配合剂的选择有关；当声波通过吸声材料时，吸声材料会产生弹性和塑性形变，塑性形变使衰减增大，弹性形变使衰减减小。

吸声材料多疏松多孔，有很高内耗，其内部开放连通气孔越多，吸声效果越好；孔径越小，吸收频率越高。

增加吸声材料的厚度可提高表面的质量负载，能增强对低频的吸收效果。

接收声波的介质界面边缘成锯齿形，会使声波因相位不同被抵消。

另外当我们在橡胶和环氧树脂中加入气泡性材料和金属微粒时，在吸声上会有质的飞耀，这是因为当橡胶和树脂均匀的包围着这些气泡和微粒时，它们便以软筋络的形式存在，当声波作用到这些软筋络时，它的驰豫作用将吸收部分声波。

（二） 吸声材料：声表器件对吸声材料要求是：固化后有优良的吸声效果；经制造、老化等过程，各种性能不变，即不变形，不脆裂，与基片粘附牢固，吸声效果保持良好。

我们常用的吸声材料有硅橡胶、环氧树脂、丙烯酸脂等，就吸声效果而论，环氧树脂最好。

至于上述材料为什么固化后仍有良好的吸声效果，没见论述，考虑是否与它们固化后形成的三维网状结构的特性有关。

1，环氧树脂：凡含有环氧基团的高分子聚合物统称为环氧树脂，目前我们所用的吸声材料是由环氧树脂、固化剂、稀释剂、催干剂、增干剂及常用填料、颜料组成的单组分环氧胶。

它具有优良的物理、机械、电气和粘结性能；不同的环氧树脂特性不同，同一种环氧树脂采用不同的固化剂，固化后的性能也不同。

固化反应的一般特点是，室温下反应缓慢，高温下才有较快的固化速度，其反应通常控制在130℃-180℃；合适的固化温度会使环氧基参加反应的总数达最大值，使固化完全，只有固化完全的树脂才有优良特性。

由于环氧树脂与固化剂是直接进行加成反应，因此在固化过程中无副产物生成，它的收缩率<2%，室温下吸水率<0.5%。

目前环氧树脂的固化方法除热固化外，还有辐射固化、紫外线固化超声波固化、电子束固化等。

2，有机硅橡胶：单组分室温硫化硅橡胶主链由二甲基链构成，端部各带有两个—OCOCH3或—ONC （CH3）基，它在空气中接触湿气时，从表面开始逐渐硫化成弹性体，胶层越厚，硫化时间越长；提高温度和湿度，能使硫化过程加速。

单组分室温硫化硅橡胶在硫化时要放出低分子产物，若不清除干净，会影响胶和器件的稳定性，因此，对胶层较厚或在密封条件下使用的元器件，需采有阴干、潮湿、干燥三阶段的硫化过程，以保证胶中活性基团充分反应掉。

有机硅橡胶具有粘接性好、防潮、绝缘、稳定参数等作用，主要用作电子元件的包封、灌注、粘结等，生产上曾使用的GD404和GD405即属该系列产品。

3，丙烯酸脂：紫外光固化胶（UV胶）常以丙烯酸脂为基料（予聚物），以活性单体为交联剂（活性稀释剂），以容易光分解的的化合物为光敏剂（亦称光引发剂、增感剂），加上分散剂、消泡剂及其它辅助材料组成。

当UV胶被紫外光照射后，光引发剂吸收UV光的辐射能分裂产生自由基，引发予聚物发生聚合、交联和接枝反应，在很短时间内形成立体网状高分子聚合物而固化成膜。

紫外光固化胶固化速度快，粘结强度高，使用过程中无溶剂挥发，具有优良的机械性能、化学性能及电性能，特别是它避免了高温固化，不仅缩短了工艺流程，而且避免了生产过程中高温对器件的损害，特别适用于声表器件制作工艺。

例：3781胶是一种单组分紫外光固化胶，黏度（25℃）：12000 mpa.s，暴露于足够强 的紫外线下就会固化，使用220-260nm紫外线照射可加速表面脱粘固化（短波长暴光不足会使胶面发粘，长波长暴光不足会造成粘附不良），固化速度和最终固化深度取决于光强、光源的光谱分布、光照时间及光源距离等，过度固化会使胶面脆化。

在高压汞灯100mw/cm2紫外光辐射下（该光强是在365nm下测定），表面固化脱粘时间为2秒，固化深度为（固化20秒）3.7mm。

（四）丝网印刷简介：修波形目前主要有两种方法，一是手工修波形，即用笔或针管涂抹，此法简单易行，但工艺一致性差，且某些部位不宜操作；二是采用丝网印刷，该法具有一致性好，精度高、效率高等优点。

下面对丝网印刷作简单介绍。

1，丝网印刷原理：丝网印刷为孔版印刷，它是由丝网印版、刮板、油墨（吸声材料）、印台及承印物等要素构成，它的基本原理是利用丝网印版图文部分网孔能透过油墨，非图文部分网孔不透油墨的特性进行印刷。

印刷时在丝网印版的一端倒上油墨，用刮板在丝网印版上的油墨部位施加一定压力，同时朝丝网另一端移动，油墨在移动中被刮板从图文部分的网孔挤压到承印物上，因油墨的粘性而使印迹固着在一定范围。

由于丝网印版与承印物保持一定间隙，印刷时网版通过自身张力而产生对刮板的反作用力，使刮板、丝网印版与承印物只呈移动式线接触，接触线随刮板移动而移动，而网版其它部分与承印物为脱离状态，使油墨与网版发生断裂，当刮板刮过整个版面抬起时，丝网印版也抬起，从而保证了印刷精度和避免蹭脏承印物。

丝网印刷设备简单，操作方便，油墨层厚度可控，遮盖力强，印刷适应性强，可采用不同油墨对不同形状的工件进行印刷；目前丝网印刷可印制100-150μ的线条， 胶厚一般为30μ，采用厚丝网印刷，胶厚可达1000μ。

2，丝网的种类及选择：我们常用的丝网织物组织为单丝平纹（如纱窗织法）。

1）尼龙丝网：有化学纤维合成，属聚酰胺系，有很高的强度及耐磨性、耐水性、耐化 学药品性（不耐酸），弹性好、油墨通过性好，但尼龙网受温湿度影响大，拉伸性大，使用一段后，张力下降，导致网版松弛，使精度下降。

不适宜高精度印刷。

2）涤纶网：由化学纤维合成，属聚脂系，具有耐高温、耐水性、耐化学药品性（不耐 浓碱），物理性能稳定，拉伸性小，定位精确，适宜精度高的网印，缺点是耐磨性较差，易产生静电。

3）不锈钢丝网：由不锈钢丝制作，强度高，耐磨性好，油墨通过性好，拉伸性小，物 理、化学性能稳定，适宜于精度高的网印；缺点是弹性差，价格贵。

4）对丝网的选择：选择丝网应根据所印图形精细程度、定位精度、印刷层厚度、油墨的 细度粘度、承印物大小及表面形状，结合各类丝网性能和丝网规格参数进行综合考虑，作出最佳方案。

3，网印厚度：网印厚度是网印修波形的一个重要参数，因为它与声波吸收密切相关。

与印刷厚度有关的主要因素是：网版厚度：它是网印厚度的上限。

一般情况下，对单丝平纹网，网版厚=丝网厚+丝网承 印面胶厚+丝网刮印面胶厚=2倍的丝网线径+（0.25-0.5）×丝网厚+（0.05-0.08）×丝网厚。

从上式可见，如需增加网版厚度可选粗的线径，也可通过数次涂布感光胶或选用不同厚度的感光膜片，以增加丝网承印面及刮印面胶厚获得。

另外，网印胶厚还与胶的黏度有关，与丝网目数有关，与上胶量有关，与刮印速度有关。

4，印刷精度：印刷精度是丝网印刷的重要指标，与印刷精度有关因素如下： 1）丝网种类：如上所述，对精细图形印刷，不锈钢丝网为首选，其次是涤纶网。

2）丝网孔数（目数）：丝网单位长度上的孔数为丝网孔数，单位为：孔/cm，每英寸长 度上的孔数为‘目’，1孔/cm=2.54目。

丝网孔数（目数）对印刷精度有重要影响。

有如下公式表述图形的最细宽度与丝网孔数（目数）的关系：L=KR＋W(cm) W=（1-KRN）/N其中L为图形线宽，R为丝网线径，W为网孔宽度平均值，N为孔数，K为系数（单丝丝网K为1）。

3）绷网角度与压力：绷网有正绷网和斜绷网之分，当无特殊要求时多采用正绷网 （即 丝网径纬线与网框边成90°），当有一定精度要求时多采用22.5°和45°斜绷网。

绷网张力与网框强度、丝网材质、绷网方法及温湿度等均有关，张力太大，丝网易变脆撕裂；张力太小，图形易变形；只有张力适当，才能保证印刷精度。

通常情况，涤纶丝网绷网气压值是8-10kg/cm2，不锈钢丝网绷网气压值是10-13kg/cm2。

4）与印刷精度有关的因素还有：吸声胶的黏度（在胶厚一定的情况下，黏度越小，精 度越差），网版厚度（网版越厚，精度越低），丝网与承印物的间隙以及网印时的速度、压力和环境温湿度等。

5，与质量有关的因素：印刷质量的好坏直接影响器件性能，影响印刷工艺的因素有：印料材质、黏度、粒度；丝网材料、目数、丝径；绷网时的张力、角度；刮板的材质及刮口形状，刮印时的压力、角度、速度；及印料多少，丝网印版与承印物的间隙，以及环境温度、湿度等。

常见问题主要原因是：1）印刷的图形与网孔偏离：对位不准，网版张力变化，制网数据错误或误差太大。

2）印刷物表面有胶点：网版漏胶，网印时上胶过多，掀版速度太快。

3）图形尺寸小：网、片间隙太大，刮印速度快、压力小（或网板张力太大），网版上料太少，或丝网目数太大、胶黏度太大，以及铝面缩胶，网孔被堵等。

4）图形尺寸大（胶滩）、图形间有粘污：网片间距小，胶黏度小（或网目数太小），刮印时压力大（易图形左右边滩）或网板张力太小、速度慢（易图形下边滩），或上料太多，丝网漏胶等。

5）图形大小不一致：网版图形大小不一致，承印台与网版不平行，丝网边框变形，网印 时用力不匀，速度快慢不匀等。