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1、关于体声滤波器的片上测试与性能表征结果测试详细剖析引言射频（）滤波器已成为电子系统小型化、集成化及芯片化的瓶颈之一。薄膜体声波谐振器（）是目前在频段实现高性能滤波器芯片化的重要途径。是一种基于体声波（）的新型电声谐振器，通过压电薄膜的逆压电效应将电能转换成声波并形成谐振。基于测试与性能表征的方法。另外，也未见文献报道低阻硅衬底对 滤波器性能的影响。为了表征本课题组研制的波段 滤波器第一轮工艺样品的性能，使用射频探针台和矢量网络分析仪（）测得其 参数。为了从测得的参数便捷地计算出 滤波器的各项性能参数，在软件环境下建立了 滤波器性能参数的解算流程。此外，还根据测试和表征结果，讨论了低阻硅衬底和器
2、件工艺误差对 滤波器性能的影响。 滤波器的工作原理及结构 滤波器多采用梯形拓扑结构，由一组串联 和一组并联 构成。所有串联的有相同的谐振频率，所有并联的有另一个相同的谐振频率，后者比前者略低。图为梯形拓扑结构 滤波器的频率特性。为了获得中心频率为、通带带宽为 的窄带带通滤波器，串联的串联谐振频率和并联谐振频率分别为和，并联的串联谐振频率和并联谐振频率分别为和。串联的并联谐振频率构成了 带通滤波器的上阻带衰减点，并联的串联谐振频率构成了带通滤波器的下阻带衰减点。当输入信号频率为时，谐振频率为的串联处于谐振状态，呈低阻状态；此时，并联偏离谐振状态，呈高阻状态；因此电路对频率为的输入信号无大的衰减。
3、当输入信号频率为时，由于此时并联呈低阻状态、串联呈高阻状态，信号传输过程将经历多次衰减。同理，当输入信号频率为时，信号传输过程也将经历多次衰减。这样便实现了输入信号的滤波。本文的待测器件（）为 窄带带通滤波器，其构成单元通孔型如图（）所示。为了加工方便，构成滤波器芯片的个单元置于同一个支撑膜片上，采用深反应离子刻蚀（）微加工背腔形成支撑膜片。支撑膜片是支撑层和温度补偿层的复合，以抑制 的频率温度系数（）。为了与射频探针台配备的 探针兼容， 滤波器的焊盘设计成边长为 的正方形，焊盘间距为；由图（）可知，外侧为接地焊盘（），中间为信号焊盘（）；接地线环绕构成滤波器的个单元以屏蔽电磁干扰。由于 滤波
4、器为二端口器件，将两组焊盘分别设置在滤波器的两侧，且两侧的焊盘分别与相应单元的底电极相连。表为 滤波器中各单元的结构参数。测试采用射频探针台（）和矢量网络分析仪（）测量 滤波器芯片的 参数。 滤波器中心频率的设计值约为，由于是对第一轮流片的滤波器芯片进行测试， 扫频范围为，扫频步长为。图为测试系统的照片及原理框图。测量前需要首先校准测试系统，以消除系统误差。具体方法是在探针台所附显微镜的协助下，利用负载标准衬底，按照开路短路负载的校准步骤校准。负载标准衬底上有 种标准负载（见图（）（），分别表示“开路”、“短路”和“”。本文采用 （线反射反射匹配）的校准模式，该模式具有自动补偿功能，可消除探头
5、位置变化引起的多种误差，适用于圆片级测试。接着进行 滤波器芯片的片上射频探针测试。将滤波器圆片真空吸附在探针台的承片台上。在探针台显微镜的辅助下，将探针对应压紧滤波器芯片的焊盘，探针另一端通过射频电缆连接到。图为射频探针测试时由探针台显微镜获取的多幅 滤波器芯片照片；由图可知，探针已压在芯片的 焊盘上，构成每个滤波器芯片的个均位于衬底背面掏空的膜片（较黑的矩形区域）上。射频探针台配置的软件将射频探针测试结果记录在后缀名为的数据文件中，包括了、和的测试数据。通过软件可将文件转换为便于软件处理的后缀名为的文件。表征为了从测得的 参数便捷地计算出 滤波器的各项性能参数，在软件环境下建立了 滤波器性能
6、参数的计算方法和流程。首先在软件中导入射频探针测试获得的文件。具体方法是在软件中新建一张原理图，然后放置元件和相应的 参数端子，构成的射频电路如图所示；以图中的 待测器件（），在元件中导入测得的 的文件；由于测试时已观测到 滤波器中心频率的实测值与设计值吻合较好，为便于观察 参数曲线，将扫频范围缩小为，步长仍为。在软件绘图框中的“”中输入“（，）”，就能得到 的传输特性第期高杨等：体声波滤波器的片上测试与性能表征（）曲线，如图（）所示。通常对于窄带滤波器，为插入损耗最小点所对应的频率，取该曲线上绝对值最小点所对应的频率即为；插入损耗最小点左右各下降高度所对应的频率之差即为带宽。由于射频探针测量
7、 参数时的扫频步长设置为，带宽的计算误差在之间。根据设计，取曲线中和两个频点处的值表征带外抑制；带内波动是通带内值的极差；处的插入损耗作为滤波器的带内插损。滤波器的电压驻波比（）定义为因此，在绘图框中的“”中输入“（，）（，）”，得到 的的 曲线，中心频率处的取值即为滤波器的 值，如图（）所示。曲线和 曲线结果与讨论表为图所示多个 滤波器芯片样品的射频探针测试与性能表征结果。图对比了 实测与仿真的曲线。仿真曲线是通过建立 滤波器中单元的模型计算得到的。由图可知，实测的中心频率比仿真值小了约，主要原因是实际制备的 滤波器中的的膜层厚度较设计值偏厚。实测的带内波动大于仿真值，主要原因是由于 的薄膜
8、沉积厚度误差，导致了串联的串联谐振频率与并联的并联谐振频率不再相等。实测的带内插损远大于仿真值，极有可能是因为本文中的 滤波器是在低阻硅衬底上制备的（工艺失误），低阻硅衬底会造成射频信号的严重泄露。结束语采用射频探针台和 测量了所制备的 滤波器芯片样品的 参数。由于 滤波器带宽的测量精度主要取决于 扫频的步长，对于截止曲线极其陡峭的窄带带通 滤波器，的扫频步长设置不宜太大，才更精确地测得滤波器的带宽。可以采用两步扫频的测试方法，先大步长扫频找到中心频率的大致位置，再在覆盖中心频率较窄的频带内小步长扫频测量 参数。为了从测得的 参数便捷地计算出表征滤波器性能的各项指标，在软件环境下建立了 滤波器性能参数的解算流程。获得了这批 滤波器样品的片上测试性能表征结果。与设计仿真结果（视为标准值）对比发现：低阻硅衬底会使 滤波器的带内插损显著增加； 滤波器中各薄膜体声波谐振器（）单元的薄膜沉积厚度误差会使 滤波器的带内波动偏大，且薄膜厚度较设计值增大时 滤波器的中心频率会向下偏移。后续流片中，应在高阻硅上制备 滤波器并严格控制膜层的厚度。