1导言
跟着晶片资料和半导体工艺技术水平的快速开展，本文作者通过扇型结构声外表波换能器的拓扑规划，晶片资料和制造工艺流程的优化规划，研发出S、C波段声外表波（SAW）微波推迟线，它比声体波（BAW）微波推迟线的结构、出产工艺流程愈加简略，体积更小，延时精准度高、一致性好、牢靠性高，更适合量产。可广泛使用于雷达、电子对抗、高度计、通讯、引信、信号处理器、方针模仿、微波信号存储和鉴频等体系中。在空间设备中使用具有强抗辐照才能。
2SAW微波推迟线根本作业原理
SAW微波推迟线的根本结构，如图1所示，它由压电晶片、输入/输出叉指换能器（IDT）、金属屏蔽条和反射吸声层组成。其作业原理是当电信号加载到输入换能器后,使用逆压电效应将电信号转换成声信号并以声的速度（比电磁信号慢105）沿晶片外表传达一段距离，经输出换能器接纳，使用压电效应把声信号还原成电信号，构成电信号的推迟。显着改动两个换能器间的相对距离，就可得到不同推迟时刻的电信号，金属屏蔽栅条用于输入/输出换能器间的电磁屏蔽，吸声层用于吸收声波反射。
图1SAW微波推迟线的根本结构示意图
3SAW微波推迟线的研发
3.1扇形拓扑IDT结构规划
SAW推迟线要完结微波频段的作业频率、宽的作业带宽、高的三次渡越按捺、低的插入损耗和小的带内动摇,要害是IDT规划。依据工程项目的使用要求，一起考虑到温度（-55℃～＋85℃）改变或许引起的漂移，以及工艺进程或许带来的差错，咱们建立了一种扇形拓扑IDT的理论模型，经仿真优化确认了IDT拓扑规划新结构，从研发出的几种SAW微波推迟线实验成果和终究产品测验成果证明，这种新结构规划彻底完结了项目要求的S、C波段作业频率，宽的作业带宽（200～500MHz），延时时刻（0.05～3us），三次渡越按捺（40dB～55dB）和直通按捺（30dB～45dB）等目标要求。
3.2晶片资料挑选（2～4英寸圆晶片）
因为外表声波是沿晶片外表传达，所以在晶片资料的挑选上对其外表状况的要求很高。对作业在微波频段的SAW器材来讲，在工艺制造进程中晶片资料的透光性可导致晶片反面构成漫散射，然后下降光刻衬度，导致失真的线宽，至使作业频率、带宽等功能发生误差，一起IDT的指距离十分小（1/4λ），很简单遭到静电开释影响，导致IDT的焚毁。为此咱们选用了具有弱热释电效应的2～4英寸规范晶片见图2，有用处理了静电开释导致IDT焚毁和晶片开裂现象，一起光的漫散射也得到了有用按捺，成品率大幅进步。
图24英寸圆晶片
3.3电磁屏蔽规划
电磁屏蔽是SAW微波推迟线规划的另一个难点。从图1的结构看出，输入与输出换能器是在同一个水平面上。声外表波器材是通过电-声、声-电改换的声波传达来完结电信号传输的，但电信号也可不通过电-声、声-电改换而直接从输入IDT偶合到输出IDT，特别作业在微波频段和要求推迟时刻很短时，这种影响就更严峻。为有用按捺IDT间的电磁辐射，咱们通过优化输入输出IDT的结构，选用歪斜式金属屏蔽栅条和隔板凹槽双腔体阻隔的封装规划见图3、图4，有用按捺了输入/输出端电磁辐射，进步了SAW微波推迟线产品对直通讯号按捺才能。
图32.7GHz声外表波微波推迟线封装结构
图44.3GHz声外表波微波推迟线2种封装结构
3.4制造工艺流程
SAW微波推迟线的出产进程是选用规范、老练、通用的半导体平面工艺及流程如图5所示，它只需1个工艺流程就可完结多芯片批出产，工艺进程安稳、牢靠、重复性好、适于批量出产。
图5SAW微波推迟线加工工艺流程图
4成果与评论
咱们按工程项目要求研发出4种中心频率别离为1.5GHz，2.7GHz，2.85GHz，4.3GHz的SAW微波推迟线，首要功能别离如下。
4．11.5GHzSAW微波推迟线
首要实测技术目标见表1，频域呼应见图6，时域呼应见图7。
表11.5GHzSAW微波推迟线实测目标
|
项目 |
实测技术目标 |
|
作业频率规模/GHz |
1.25～1.75 |
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带宽/MHz |
500 |
|
推迟时刻/us |
0.498 |
|
插入损耗/dB |
≤26（无匹配） |
|
≤35（含温补衰减） |
|
|
三次渡越按捺/dB |
≥54 |
|
直通按捺/dB |
≥45 |
图61.5GHzSAW微波推迟线频域呼应
图71.5GHzSAW微波推迟线时域呼应
4.227GHzSAW微波推迟线
首要实测技术目标见表2，频域呼应见图8，时域呼应见图9。
表22.7GHzSAW微波推迟线实测目标
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项目 |
实测技术目标 |
|
作业频率规模/GHz |
2.6～2.8 |
|
带宽/MHz |
200 |
|
推迟时刻/us |
0．05 |
|
插入损耗/dB |
≤22（无匹配） |
|
三次渡越按捺/dB |
≥31 |
|
直通按捺/dB |
≥40 |
图82.7GHzSAW微波推迟线频域呼应
图92.7GHzSAW微波推迟线时域呼应
4.3285GHzSAW微波推迟线
首要实测技术目标见表3，频域呼应见图10，时域呼应见图11。
表32.85GHzSAW微波推迟线实测目标
|
项目 |
实测技术目标 |
|
作业频率规模/GHz |
2.7～3.0 |
|
带宽/MHz |
300 |
|
推迟时刻/us |
3 |
|
插入损耗/dB |
≤60（无匹配） |
|
三次渡越按捺/dB |
≥50 |
|
直通按捺/dB |
≥40 |
图102.85GHzSAW微波推迟线频域呼应
图112.85GHzSAW微波推迟线频域呼应
4.34.3GHzSAW微波推迟线
首要实测技术目标见表4，频域呼应见图12，时域呼应见图13。
表44.3GHzSAW微波推迟线实测目标
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项目 |
实测技术目标 |
|
作业频率规模/GHz |
4.2～4.4 |
|
带宽/MHz |
200 |
|
推迟时刻/us |
0.355 |
|
插入损耗/dB |
≤45（无匹配） |
|
≤60（含温补衰减） |
|
|
三次渡越按捺/dB |
≥45 |
|
直通按捺/dB |
≥30 |
图124.3GHzSAW微波推迟线时域呼应
图134.3GHzSAW微波推迟线时域呼应
目前国内还没有作业中心频率在1.5～4.3GHz间SAW微波推迟线的研发报导，中科院声学研究所首先研发成功，其间2.7GHz、2.85GHz和4.3GHz的SAW微波推迟线，在国表里均未查到相关报导，属世界创始。
与国表里附近技术目标的声体波（BAW）推迟线比较，要害的三次渡越按捺功能，SAW微波推迟线高于BAW微波推迟线17～27dB，为世界领先水平。见表5。
表5SAW推迟线与BAW推迟线目标比照
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目标 |
Teledyne BAW |
国内BAW |
声学所SAW |
|
|
作业频率 规模/GHz |
4.2～4.4 |
4.2～4.4 |
4.2～4.4 |
|
|
带宽/MHz |
200 |
200 |
200 |
|
|
推迟时刻us |
0.330 |
0.345 |
0.358 |
0.355 |
|
三次渡越 按捺/dB |
20 |
18 |
28 |
45 |
4结束语
本文介绍的SAW微波推迟线还具有以下优势。
1）SAW微波推迟线是用规范的2～4英寸圆晶片制造，每个晶片上可摆放几十至几百个芯片图形，通过1个工艺流程即可完结几十至几百芯片的制造。而不像BAW推迟线需要在圆棒晶体的两个端面通过4～6工艺流程、逐一调试批改完结制造，可见SAW微波推迟线产品的一致性、牢靠性、延时精准性和批量出产才能等方面有着显着优势。
2）芯片装置结构，SAW推迟线为片状，易于外表贴装，结构牢靠性高。BAW推迟线是圆柱状装置结构杂乱。
3）表声波比体声波的传达速度慢1.5倍左右，因而SAW推迟线的体积和分量比BAW推迟线更小，易于小型化。
4）经批量试出产验证，SAW微波推迟线批次产品的推迟时刻的不一致性＜±0.05ns，插入损耗的不一致性＜±0.5dB，BAW微波推迟线是很难做到的。
本系列产品按工程项目要求，均一次通过了牢靠性实验，证明了本系列产品具有高牢靠性和很好的环境适应性，在雷达、高度表、电子对抗等范畴有着广泛使用远景。
