从专利分析看FBAR技术发展

从专利分析看FBAR技术发展
邹小彬
【摘要】本文基于FBAR(薄膜体声波谐振器)技术的专利文献,介绍了FBAR技术的组成和分支,对该技术领域的重要申请人以及其专利申请情况做了介绍,并对该技术领域的调频技术发展进行了着重分析.
【期刊名称】《电子世界》
【年(卷),期】2017(000)019
【总页数】2页(P63,66)
【关键词】FBAR;专利;调频
【作者】邹小彬
【作者单位】国家知识产权局专利局专利审查协作四川中心
【正文语种】中文
FBAR器件是采用硅材料作衬底，结合微电子机械系统（MEMS）技术和薄膜技术而制成，其插入损耗低、Q值高且尺寸小，广泛用于制作射频滤波器、双工器。

通过对FBAR专利技术分布和发展的研究，有助于相关领域人员了解该技术领域的发展现状和明确研究方向。

FBAR谐振器是由在衬底上依次形成的声反射层、下电极、压电层以及上电极形成的堆叠结构。

下电极、压电层以及上电极形成的压电堆构成FBAR谐振器的声波传输通道，其厚度决定了FBAR谐振器的频率（厚度越小，谐振频率越高）；声反射层用以产生全反射来构成声波限制边界，常见的声反射层例如背面刻蚀型、空
气隙型以及固态装配型，该结构决定了FBAR谐振器的性能（Q值、带外抑制等）[1]。

通过检索和分析现有FBAR专利技术（DWPI数据库），结合FBAR谐振器的结构、器件构成和制作工艺将FBAR技术进行划分，如图1所示。

截至目前，全球FBAR谐振器技术的专利申请总量达2313件（DWPI数据），其中美国的安华高（Avago）科技公司拥有的专利数为228件，远超其他同行。

安
华高公司最早可起源于惠普公司的电子元件部，1999年安捷伦公司从惠普公司中独立出来，成立了半导体事业部，2005年KKR和Silver Lake Partners收购了安捷伦的半导体事业部并成立了安华高科技公司。

安华高科技公司在FBAR技术上
不仅延续了安捷伦公司的BAW技术，而且还于2008年收购了英飞凌（Infineon）科技公司的BAW技术（主要为固态装配型SMR），成为了该领域的领军人物。

图2是全球FBAR谐振器领域重点申请人及申请量分布。

对于滤波器件而言，其设计指标通常包括中心频率、插入损耗、带外抑制、Q值
等[2][3]。

因此，针对FBAR器件设计中需要解决的技术问题主要是为了获得稳定
且精确的中心频率、降低插入损耗、提高Q值以及获得所需的温度特性。

此外，
由于级联结构的FBAR器件通常作为集成电路系统中的功能器件，故FBAR器件
的小型化也是当前的研究热点。

滤波器的中心频率是其重要技术指标之一，如何保证在FBAR滤波器成型后调节
其中心频率成为了FBAR滤波器批量化生产中亟需解决的技术问题。

正如前面提到的，FBAR谐振器的中心频率由谐振器的厚度决定，故在FBAR调频技术中最广泛采用的便是施加质量负载。

如图3所示，采用质量负载的调频技术
早在1997年出现，最初的调频方法仅是在电极上增加质量负载，以调节电极的厚度，包括在上电极/下电极上增加质量负载、在压电层上增加质量负载。

此后，为
了更精确地调频，1999年出现了通过改变质量负载的图案，由最开始的在电极的
整个区域内施加质量负载，变为对质量负载进行刻蚀孔，以改变单位面积的负载量；2002年的专利技术中，通过施加多个质量负载层，对相邻的负载层采用不同的刻蚀工艺，单独控制每个层的厚度来精确控制质量负载。

2007年前后出现了使用周边质量负载代替质量负载，只在电极的外围设置质量负载，降低了质量负载对谐振器性能的影响；同年还出现了采用对质量负载层沉积光刻图案，通过控制图案特征实现晶圆级规模调谐，实现了批量化生产。

FBAR调频技术中另一种常见的技术是采用可调电容。

1997年日本专利技术中将
平行板电容与FBAR谐振器并联，通过调节平行板电容电极的面积从而改变其容值，实现FBAR谐振器与电容整体结构的频率调谐；2004年美国专利技术中利用FBAR谐振器的结构特点，在上、下电极与压电层之间分别设置p掺杂与n掺杂
半导体层，使得两层掺杂半导体层和压电层构成PIN二极管，通过调节DC电压
改变PIN二极管的电容实现调谐；2005年出现的专利技术在压电层与下电极之间加入介质材料形成可调电容以及2009年出现的专利技术在压电层与下电极之间增加一个掺杂半导体层，由上电极、压电层与掺杂半导体层形成MOS电容。

2012
年出现的专利技术中提出电极材料采用石墨烯，利用石墨烯的量子电容可变实现调谐。

在滤波器的中心频率固定的条件下，提高滤波器Q值就在于提高滤波器的带外抑制，减小滤波器的3dB带宽。

通常，使体声波限制在压电堆中能够改善谐振器的
Q值，常用的方法包括改进谐振器的结构、制作工艺以及提高反射层的反射效率[3][4]。

此外，FBAR小型化技术研究的热点包括集成技术与封装技术，其目的都
是提高封装密度、减小占用面积[5]。

本文以FBAR技术的专利申请文献为依据，介绍了该技术领域的基本概念与技术
分支，从需要解决的技术问题出发介绍了该领域的主要技术发展方向，并重点介绍了FBAR调频技术的技术发展路线。

从以上分析可以看出，FBAR技术的发展还存
在很大空间，还需要大量工作投入到对其的研究。

【相关文献】
[1]金浩.薄膜体声波谐振器(FBAR)技术的若干问题研究[D].浙江大学,2006.
[2]Ken-ya Hashimoto,RF Bulk Acoustic Wave Filters for Communications[M].Artech House,2009:1-275.
[3]Humberto Campanella,Acoustic Wave and Electromechanical Resonators:Concept to Key Applications[M].Artech House,2010:1-345.。