第一節(jié) 射頻聲表濾波器生產(chǎn)工藝流程 分析
聲表面波濾波器的制作普遍采用減法工藝，即在基片上沉積金屬膜，然后去 掉不需要的部分得到所需要的金屬叉指圖形，根據(jù)制作的最小線寬以及制作效果，有多種 技術(shù)工藝 。
常規(guī)光刻工藝的主要流程包括在壓電基片上進(jìn)行金屬膜沉積，涂光刻膠及前 烘、曝光、顯影與后烘、刻蝕、去膠等，如下圖所示。
常規(guī)光刻工藝流程
金屬膜沉積：制作叉指電極的金屬材料常用的是鋁，鋼以及一些臺金材料，在基片上沉積金屬膜常使用濺射、蒸發(fā)等方法。常用的三級真空濺射在一個大約10Pa壓力的局部真空里通過氣體放電形成一個導(dǎo)電的等離于體區(qū)，所用的氣體通常是與靶材不發(fā)生反應(yīng)的惰性氣體?；桶胁闹糜诘入x子體中，基片接地而靶材加上高壓，使氣體成為等離子向靶材運(yùn)動，具有足夠動能的這些離子與靶材碰撞產(chǎn)生具有足夠殘余動能的粒子，運(yùn)動到達(dá)基片表面井黏附在基片上．蒸發(fā)工藝的基本原理是在密閉的高真空腔體中將放置的金屬材料加熱，使金屬材料的蒸汽壓大于環(huán)境氣壓從而蒸發(fā)到基片上形成金屬膜．加熱的方法有電阻加熱，使用高能電子束加熱等方式．在電阻加熱的方式中，利用加熱元件通過電流時產(chǎn)生熱量，而電子束加熱則使用高能電子流直接轟擊到蒸發(fā)材料上，將電子的動能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苁共牧霞訜帷?/p>
上膠及前烘：將光刻膠滴在基片上，基片在旋轉(zhuǎn)涂膠臺上高速轉(zhuǎn)動，將光刻膠均勻涂敷到基片正面，通過選擇合適粘度的光刻膠，或者使用稀釋劑控制光刻膠的粘度，以及控制涂膠臺的旋轉(zhuǎn)速度等方式可以控制涂膠厚度。將上膠后的基片放置在烘箱內(nèi)進(jìn)行前烘，除去殘留在光刻膠中的溶劑，增強(qiáng)光刻膠的粘附性。
曝光：在常規(guī)光刻技術(shù)中采用紫外光作為光源，當(dāng)紫外光通過掩膜照射到涂有光刻膠的基片上時，由于掩膜上透光和不適光的圖形與目標(biāo)圖形對應(yīng)，因此，曝光后在基片上得到和目標(biāo)圖形對應(yīng)的圖形。光刻膠有正性和負(fù)性兩種，對于正性光刻膠，被光照射后的部分溶于顯影液而被去除，而負(fù)性光刻膠的光照射的部分產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)后不溶于顯影液，顯影后不能被去除。
顯影、漂洗及后烘：將經(jīng)過曝光的基片放于顯影液中進(jìn)行顯影，覆蓋金屬膜的基片上光刻膠被去掉的部分便露出金屬膜，其它部分仍然被光刻膠所覆蓋。經(jīng)過漂洗后，將基片放入烘箱進(jìn)行后烘，提高光刻膠的粘附力。
刻蝕：刻蝕過程將沒有被光刻膠覆蓋的金屬膜去除，實(shí)際中有兩種方法，分別稱為濕法和干法。濕法是將基片放在化學(xué)溶劑中，未被光刻膠保護(hù)的金屬膜與溶劑之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而被腐蝕去除。濕法的主要優(yōu)點(diǎn)是操作簡便，成本低，是聲表面波器件刻蝕的主要方式，濕法的主要缺點(diǎn)是造成鉆蝕(Uhder-cut)現(xiàn)象，也就是在去除未被覆蓋的金屬膜的同時，也會使光刻膠覆蓋的金屬膜沿切向被腐蝕去除一部分，特別是當(dāng)光刻膠粘附力不強(qiáng)、電極厚度和寬度相差不大時，鉆蝕對制作的又指電極指條形狀的影響很大。干法采用與濺射類似的原理，通過離子或等離子直接撞擊基片表面，去除未被光刻膠覆蓋的金屬膜．由于等離子以基片的法線方向撞擊基片，因此不會出現(xiàn)鉆蝕現(xiàn)象。
去膠：光刻膠的去除常采用化學(xué)方法，將經(jīng)過刻蝕工藝后的基片放于化學(xué)溶劑中完成去膠過程。對于光刻膠不容易去掉的情況，常常使用化學(xué)活性劑等輔助劑，經(jīng)過以上步驟后，便在基片上留下了目標(biāo)金屬圖形。
除了上述基本工藝過程外，根據(jù)實(shí)際的情況可能還有其它的工藝過程。例如，為了降低到達(dá)基片底面的體聲波經(jīng)過反射到達(dá)接收換能器形成干擾電信號，常采用將基片底面磨砂使其粗糙化，因此制作工藝中也可能有對基片底面進(jìn)行磨砂的工藝過程，不過，在射頻濾波器的制作中，由于激勵叉指換能器和接收叉指換能器之間的距離小于基片的厚度，反射的件聲波到達(dá)接收叉指換能器的量很小，因此常常省去該步驟。
由于制作設(shè)備可能的尺寸限制，以及出于 研究 目的而進(jìn)行的制作一般只需要很小的一塊基片，可能需要對購買的基片進(jìn)行切割，又稱為劃片，因此可能有劃片過程。對于各向異性的基片，切割方向不同，基片的壓電性能不同。用于制作聲表面波器件的商業(yè)化基片上一般標(biāo)有切割參考方向面，劃片時按平行于該參考面進(jìn)行切割。
由于購買的基片具有良好的潔凈度，一般情況不需要清潔過程，但如果進(jìn)行了劃片過程，就需要在金屬膜沉積之前進(jìn)行清潔處理，否則，劃片過程中產(chǎn)生的污跡會在后續(xù)的金屬膜沉積時引起金屑膜與基片的粘貼不良，導(dǎo)致金屬層容易剝落，因此還可能有基片清潔過程。
使用剝離法(Lift-off process)可以消除鉆蝕現(xiàn)象，其主要工藝流程包括在壓電基片上涂光刻膠、曝光，顯影和漂洗、金屬膜沉積、去膠等，如圖下所示。
剝離法光刻工藝主要流程
具體工藝流程所涉及的內(nèi)容與常規(guī)光刻工藝中的相關(guān)內(nèi)容類似，但從順序上有所不同。使用剝離法時，金屬沉積過程在顯影和漂洗之后，在基片上沒有光刻膠覆蓋的區(qū)域和有光刻膠的區(qū)域沉積相同厚度的金屬膜。由于光刻膠的厚度大于金屬膜的厚度，兩種區(qū)域內(nèi)所沉積金屬膜之間并不連通，為了避免光刻膠側(cè)面可能在沉積金屬膜時發(fā)生連通，常采用在沉積金屬膜前在苯溶液中進(jìn)行浸泡。沉積金屬膜后進(jìn)行去除光刻腔過程，光刻膠被去除時，在光刻膠上的金屬膜也隨之被剝離，基片上便只剩下所需要的目標(biāo)金屬圖形。
第二節(jié) 國外射頻聲表濾波器生產(chǎn)工藝發(fā)展階段比較
國外的聲表面波濾波器的研發(fā)始于60年代末期，在70年代初期開始在有限范圍內(nèi)使用，由于當(dāng)時使用范圍小，主要針對單個的應(yīng)用環(huán)境進(jìn)行開發(fā)而使制造成本偏高，聲表面波濾波器主要使用在對器件性能要求嚴(yán)格的衛(wèi)星通信和軍事通信領(lǐng)域．對于聲表面波帶通濾波器，性能方面更注重帶內(nèi)平坦度、帶外抑制和邊緣下降陡度，而對插入損耗沒有更多要求，這主要在于當(dāng)時使用的工作頻率本身不高，并且?guī)V波器主要用于外差式收發(fā)機(jī)的中頻電路部分，因此，插入損耗大的缺點(diǎn)容易通過提高放大器的增益予以彌補(bǔ)．在70年代中期，原來需要使用多個LC元件，并且需要很多調(diào)試工序才能實(shí)現(xiàn)不對稱帶通頻率特性的彩色電視機(jī)中的圖像中頻濾波器(Video Intermediate Frequency Filter)，使用聲表面波濾波器實(shí)現(xiàn)該功能不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且免去了繁瑣的調(diào)試工序，因此很快在電視機(jī)中獲得廣泛應(yīng)用，巨大的市場需求使聲表面波濾波器的研發(fā)獲得了第一次快速發(fā)展。
由于濺射、蒸發(fā)等薄膜生長技術(shù)，以及x射線光刻、離于束光刻、電子束光刻等高分辨率的光刻技術(shù)應(yīng)用于聲表面波濾波器的制造中，聲表面披濾波器可實(shí)現(xiàn)的工作頻率得以快速提高，同時，隨著單向換能器、聲表面波諧振器的采用，聲表面波濾波器的插入損耗顯著降低，為在移動通信設(shè)備特別以手機(jī)為代表的便攜式通訊設(shè)備中的應(yīng)用創(chuàng)造了條件。從80年代末期開始，聲表面放濾波器開始應(yīng)用于移動通訊領(lǐng)域，聲表面波濾波器所具有的特點(diǎn)適應(yīng)了移動通訊市場的快速增長以及移動通訊設(shè)備對器件小型化和高性能的要求，帶來了聲表面波濾波器的第二次快速發(fā)展。
現(xiàn)在，聲表面波濾波器已經(jīng)用于各種通訊設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、定位和導(dǎo)航設(shè)備以及電視機(jī)、攝像機(jī)等視聽產(chǎn)品中，不僅用于頻率相對較低的中頻電路部分作為中頻濾波器，而且還廣泛應(yīng)用于射頻前端作為帶通濾波器和雙工器，隨著第三代移動通訊系統(tǒng)的逐漸普及帶來的對聲表面波濾波器和雙工器的需求增大，很多機(jī)構(gòu)增加經(jīng)費(fèi)，用于聲表面波濾波器的研發(fā)和性能改善現(xiàn)在，國外對聲表面波濾波器的 研究 內(nèi)容主要包括改善濾波器的性能、改進(jìn)濾波器的封裝結(jié)構(gòu)以及聲表面波的理論 研究 幾個方面。
在改善濾波器的性能方面主要有以改變基片材料、壓電薄膜厚度、電極上覆蓋介質(zhì)層等方式改善頻率溫度系數(shù)、獲得合適的機(jī)電耦合系數(shù)、提高工作頻率和減小插入損耗等方面的 研究 ，而針對第三代移動通訊設(shè)備中應(yīng)用于射頻前端模塊中的聲表面波濾波器和雙工器的 研究 則主要集中在諧振器構(gòu)成的梯形濾波器、多極點(diǎn)(多模)濾波器以及在2 GHz以上頻段使用薄膜體聲波諧振器(Film BulkAcoustic Wave Resonator，又稱為FBAR)構(gòu)成的濾波器。
在改進(jìn)濾波器的封裝方面，除了繼續(xù)減小單個濾波器的封裝尺寸外，對濾波器和其它模塊構(gòu)成多模塊互連以及將聲表面波濾波器集成到片上系統(tǒng)中是 研究 的重點(diǎn)，也是手機(jī)這樣的便攜式設(shè)備的射頻前端發(fā)展的必然趨勢。
由于聲表面波有多種類型，在不同壓電基片上傳播的聲表面波的類型不同、傳播特性不同，因此， 研究 聲表面波的有關(guān)理論，傳播特性、抑制雜波干擾等也是一個很重要的 研究 領(lǐng)域。
SAWF具有體積小（與陶瓷介質(zhì)濾波器相比僅為后者的1/40）、重量輕（與陶瓷介質(zhì)濾波器相比僅為后者的1/30）、能對信號實(shí)時處理、模擬/數(shù)字兼容、抗電磁干擾性能好、損耗低和頻率選擇性好等特點(diǎn)。因此聲表面波技術(shù)至20世紀(jì)60年代實(shí)用化以來，已得到極大的發(fā)展，在40年的時間里SAWF已發(fā)展了四代產(chǎn)品，它們是：第一代，高損耗SAWF；第二代，單相單向換能器型SAWF；第三代，射頻低損耗SAWF；第四代，寬帶低損耗SAWF。這些SAWF都已廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、軍用通訊系統(tǒng)、敵我識別、電子對抗、測距、定位、導(dǎo)航、遙測遙控等軍事裝備領(lǐng)域以及廣播、電視、VCD、錄音、錄象、儀器儀表、移動電話、無繩電話可視電話等民用領(lǐng)域?，F(xiàn)在，SAWF的主要民用途徑已從電視轉(zhuǎn)向通訊，尤其是移動通訊。隨著移動通訊的不斷發(fā)展，新興的技術(shù)應(yīng)用對SAWF提出了越來越高的要求。
第三節(jié) 我國射頻聲表濾波器生產(chǎn)工藝創(chuàng)新歷程與途徑
中國的SAW 研究 始于1972年，四川壓電與聲光技術(shù) 研究 所、南京大學(xué)以及中科院聲學(xué)所是中國SAW方面的三家主要科研機(jī)構(gòu)。至今，他們?nèi)允侵袊鳶AW技術(shù)領(lǐng)域的三大主力。在1972年以來的大約30年間，中國SAW技術(shù)的研制和開發(fā)主要是圍繞軍用產(chǎn)品展開的，但其中也不乏一些典型的民用化推進(jìn)事例，如26 所曾為彩電國產(chǎn)化作了大量工作，并因此多次受到電子工業(yè)部的表彰，同時目前國內(nèi)電視用SAW IF濾波器的生產(chǎn)已基本能滿足國內(nèi)TV生產(chǎn)企業(yè)的需要。近年來移動通訊的飛速發(fā)展為SAW產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了前所未有的發(fā)展機(jī)遇，但中國移動通訊用SAW器件的發(fā)展與市場需求不符，突出體現(xiàn)在大多數(shù)國內(nèi)的SAW從業(yè)機(jī)構(gòu)的設(shè)備不適合于高頻SAW器件的批量生產(chǎn)和缺乏表面貼裝設(shè)備以及相關(guān)工藝技術(shù)基礎(chǔ)。
四川壓電與聲光技術(shù) 研究 所作為國內(nèi)在SAW技術(shù)領(lǐng)域?qū)嵙ψ顝?qiáng)的機(jī)構(gòu)無疑使之成為國內(nèi)聲表產(chǎn)業(yè)發(fā)展的領(lǐng)頭羊。同時南京大學(xué)和中科院聲學(xué)所也為SAW技術(shù)在中國的普及和發(fā)展作出了很大的貢獻(xiàn)。
第四節(jié) 國內(nèi)射頻聲表濾波器生產(chǎn)設(shè)備簡介
射頻聲表濾波器主要生產(chǎn)設(shè)備簡介
| 設(shè)備 | 性質(zhì) |
| 等離子體表面處理儀 | 利用等離子體組分的性質(zhì)來處理樣品表面 |
| 清洗槽 | 用于清洗部件的槽子 |
| 甩干機(jī) | 用于部件表面的脫水處理 |
| 真空烘箱 | 利用真空泵進(jìn)行抽氣抽濕，使工作室內(nèi)形成真空狀態(tài)，降低水的沸點(diǎn)，加快干燥的速度。 |
| 凈化干燥箱 | 提供高溫凈化環(huán)境的特殊潔凈設(shè)備，箱內(nèi)空氣封閉自循環(huán)，經(jīng)耐高溫空溫空氣過濾器反復(fù)過濾，使干燥箱工作室內(nèi)處于無塵狀態(tài)。 |
| 貼膜機(jī) | 貼保護(hù)膜及防暴膜,可確保無氣泡無擦痕貼膜。 |
| 劃片機(jī) | 對晶體物料的劃片（切割、切片）。 |
| 貼片機(jī) | 通過移動貼裝頭把表面貼裝元器件準(zhǔn)確地放置PCB焊盤上的一種設(shè)備。 |
| 壓焊機(jī) | 焊接平臺機(jī)械設(shè)備，主要采用浮動裝置，使焊接壓力不直接作用在轉(zhuǎn)盤上，達(dá)到熱壓焊接的精確定位，實(shí)現(xiàn)精密焊接。 |
| 裝帶機(jī) | 將器件載入卷帶，檢測后，進(jìn)行熱壓封裝。 |
| 高低溫箱 | 對部件及材料在高、低溫（交變）循環(huán)變化的情況下,檢驗(yàn)其各項(xiàng)性能指標(biāo)。 |
| 輔助設(shè)備 | - |