《半導體器件 微電子機械器件 第7部分：用于射頻控制和選擇的mems體聲波濾波器和雙工器gbt 42709.7-2023》詳細解讀

《半導體器件微電子機械器件第7部分：用于射頻控制和選擇的mems體聲波濾波器和雙工器gb/t42709.7-2023》詳細解讀contents目錄1范圍2規(guī)范性引用文件3術語和定義3.1基本術語3.2體聲波濾波器術語3.3體聲波雙工器術語contents目錄3.4特性參數(shù)術語4基本額定值和特性4.1諧振器、濾波器和雙工器標志4.2其他信息5測試方法5.1測試步驟5.2射頻特性contents目錄5.3可靠性試驗方法附錄A(資料性)體聲波諧振器的幾何結構附錄B(資料性)體聲波諧振器的工作原理參考文獻011范圍MEMS體聲波濾波器用于射頻信號的控制和選擇，具有高頻率、低損耗等特性。MEMS雙工器集成濾波與切換功能，實現(xiàn)信號的雙向傳輸。涵蓋的器件類型適用的領域移動通信提升通信質量，減小信號干擾。確保信號穩(wěn)定接收與傳輸。衛(wèi)星導航支持大規(guī)模設備連接與數(shù)據(jù)傳輸。物聯(lián)網(wǎng)明確濾波器及雙工器的關鍵性能指標，如插入損耗、回波損耗等。器件性能參數(shù)規(guī)定統(tǒng)一的測試流程和條件，確保器件性能評估的準確性。測試方法提出器件在特定環(huán)境條件下的可靠性指標，如溫度循環(huán)、振動等?？煽啃砸髽藴实募s束范圍010203022規(guī)范性引用文件引用文件概述引用文件包括國家標準、行業(yè)標準以及國際標準。通過引用相關文件，確保標準的一致性和準確性。本部分所引用的文件是構成標準規(guī)范不可或缺的部分。010203010203GB/TXXXX.X-XXXX《半導體器件術語和定義》GB/TXXXX.X-XXXX《微電子機械器件通用技術條件》IECXXXX《射頻連接器、電纜組件和濾波器第X部分：濾波器》具體引用文件提供了半導體器件和微電子機械器件的基礎定義和術語，為理解本部分奠定基礎。引用文件的作用規(guī)定了微電子機械器件的通用技術條件，確保產品的可靠性和穩(wěn)定性。引入了射頻濾波器的國際標準，使本部分與國際接軌，提高標準的適用性。033術語和定義應用領域廣泛應用于無線通信、衛(wèi)星導航、雷達探測等領域，提高信號傳輸?shù)目垢蓴_能力和系統(tǒng)性能。定義基于微機電系統(tǒng)（MEMS）技術制造的，利用體聲波（BulkAcousticWave，簡稱BAW）進行頻率篩選的器件。功能在射頻信號傳輸過程中，選擇性地允許特定頻率的信號通過，同時抑制其他頻率的干擾信號。3.1MEMS體聲波濾波器3.2雙工器組成通常由兩個濾波器組成，一個用于發(fā)射信號的頻率篩選，另一個用于接收信號的頻率篩選。工作原理利用不同頻率的信號在濾波器中的傳輸特性差異，實現(xiàn)信號的分離和合成。通過優(yōu)化設計，可使雙工器在保持高性能的同時，實現(xiàn)小型化和低成本。定義一種具有兩個通道的頻率選擇器件，可同時實現(xiàn)信號的發(fā)射和接收功能。030201定義對射頻信號進行調制、解調、放大、濾波等處理的過程，以實現(xiàn)信號的傳輸和接收。關鍵技術包括頻率合成、調制解調、功率放大等，這些技術的發(fā)展水平直接影響射頻系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。MEMS技術在射頻控制中的應用利用MEMS技術制造的體聲波濾波器、雙工器等器件，在射頻控制中發(fā)揮著重要作用，可顯著提高系統(tǒng)的頻率選擇性和抗干擾能力。3.3射頻控制043.1基本術語定義微機電系統(tǒng)（Micro-Electro-MechanicalSystems），是一種將微型機械結構與電子電路集成在一起的技術。特點尺寸微小、重量輕、功耗低、性能穩(wěn)定等。應用領域廣泛應用于傳感器、執(zhí)行器、信號處理與控制等方面。3.1.1MEMS利用體聲波在固體中的傳播特性來實現(xiàn)信號濾波的器件。定義通過特定的結構設計，使體聲波在濾波器內部形成諧振，從而實現(xiàn)對特定頻率信號的篩選。工作原理具有高頻率選擇性、低插入損耗、高阻帶抑制等特點。性能優(yōu)勢3.1.2體聲波濾波器一種能同時實現(xiàn)信號發(fā)射和接收功能的器件。定義通常由發(fā)射濾波器、接收濾波器和天線開關等部分組成。組成結構通過合理設計各部分的頻率響應特性，確保發(fā)射信號與接收信號之間的隔離度，避免相互干擾。工作原理3.1.3雙工器對射頻信號進行調控和處理的技術。定義應用場景關鍵技術包括無線通信、雷達探測、衛(wèi)星導航等領域。涉及信號放大、頻率變換、調制解調等多個方面。3.1.4射頻控制053.2體聲波濾波器術語體聲波濾波器體聲波濾波器（BAWFilter）是一種利用體聲波在壓電材料中的傳播特性來實現(xiàn)信號頻率篩選的器件。01.術語定義射頻控制與選擇指體聲波濾波器在射頻電路中起到的頻率控制及信號選擇作用，是實現(xiàn)射頻信號處理的關鍵元件。02.MEMS技術微機電系統(tǒng)（MEMS,Micro-Electro-MechanicalSystem）技術，體聲波濾波器的制造結合了MEMS技術，實現(xiàn)了器件的微型化與高性能。03.工作原理體聲波濾波器基于壓電效應，將電信號轉換為機械波（聲波），在壓電材料內部傳播，通過對特定頻率的聲波進行篩選，實現(xiàn)信號的濾波功能。性能特點應用領域術語解析體聲波濾波器具有高頻率選擇性、低插入損耗、高抑制比等優(yōu)良性能，適用于射頻前端模塊中的信號濾波與處理。廣泛應用于移動通信、衛(wèi)星導航、物聯(lián)網(wǎng)等射頻電路，提高通信質量與系統(tǒng)性能。063.3體聲波雙工器術語010203體聲波雙工器是一種基于體聲波技術的射頻器件，用于實現(xiàn)信號的雙向傳輸和濾波功能。它結合了接收濾波器和發(fā)射濾波器，通過體聲波諧振器實現(xiàn)信號的分離和合成。體聲波雙工器具有高頻率、小體積、低損耗等優(yōu)點，在無線通信系統(tǒng)中具有廣泛應用。3.3.1體聲波雙工器定義3.3.2關鍵參數(shù)解釋中心頻率指雙工器工作的中心頻點，決定了其工作頻段。帶寬表示雙工器能夠通過的信號頻率范圍，影響信號的傳輸質量。插入損耗信號通過雙工器時產生的能量損耗，是衡量其性能的重要指標。隔離度雙工器在接收和發(fā)射端口之間的信號隔離程度，防止信號相互干擾。體聲波雙工器主要由接收濾波器、發(fā)射濾波器、匹配網(wǎng)絡等部分組成。發(fā)射濾波器將發(fā)射信號中的雜散成分濾除，確保發(fā)射信號的純凈度。接收濾波器負責接收來自天線的信號，濾除帶外干擾，將有用信號傳輸給后續(xù)電路。匹配網(wǎng)絡用于實現(xiàn)雙工器與天線及收發(fā)電路之間的阻抗匹配，提高信號傳輸效率。3.3.3結構組成及工作原理123體聲波雙工器廣泛應用于移動通信、衛(wèi)星通信、物聯(lián)網(wǎng)等領域，是實現(xiàn)高質量無線通信的關鍵器件。隨著5G、6G等新一代通信技術的不斷發(fā)展，對體聲波雙工器的性能提出了更高要求，如更寬的帶寬、更低的插入損耗等。未來，體聲波雙工器將朝著小型化、集成化、高性能化等方向發(fā)展，以滿足不斷升級的通信需求。3.3.4應用領域及發(fā)展趨勢073.4特性參數(shù)術語插入損耗指信號通過濾波器時產生的能量損耗，以分貝（dB）為單位表示。帶寬濾波器能夠通過的頻率范圍，通常指3dB帶寬，即插入損耗為3dB時的上下限頻率之差。帶外抑制在濾波器阻帶范圍內對信號的衰減能力，以分貝為單位表示。駐波比衡量濾波器端口阻抗匹配程度的參數(shù)，理想情況下駐波比為1，表示完全匹配。3.4.1射頻性能參數(shù)表示濾波器各電極之間的絕緣性能的參數(shù)，通常以兆歐（MΩ）為單位。絕緣電阻濾波器在正常工作條件下能夠承受的最大電壓值，超過此值可能導致設備損壞。耐壓強度濾波器在正常工作時消耗的功率，通常以瓦特（W）為單位表示。功耗3.4.2電氣性能參數(shù)3.4.3環(huán)境適應性參數(shù)濾波器能夠正常工作的環(huán)境溫度范圍，包括最低和最高溫度值。溫度范圍濾波器能夠適應的環(huán)境相對濕度范圍，對設備的穩(wěn)定性和可靠性有重要影響。濕度范圍描述濾波器在受到外界振動和沖擊時的穩(wěn)定性和可靠性，通常以重力加速度（g）表示。振動與沖擊外形尺寸濾波器的長、寬、高等尺寸參數(shù)，通常以毫米（mm）為單位表示。重量3.4.4物理尺寸與重量參數(shù)濾波器的質量，通常以克（g）或千克（kg）為單位表示，對于便攜式設備尤為重要。0102084基本額定值和特性4.1額定值定義010203額定電壓指器件在正常工作條件下所允許的最大電壓值，通常包括工作電壓和擊穿電壓兩種。額定電流指器件在正常工作條件下所允許通過的最大電流值，該值應能保證器件長期可靠工作。額定功率指器件在正常工作條件下所能承受的最大功率，與額定電壓和額定電流相關。4.2特性參數(shù)說明插入損耗描述信號通過濾波器時能量損耗的程度，插入損耗越小，說明濾波器對信號的衰減越小。阻帶抑制衡量濾波器對阻帶內信號的衰減能力，阻帶抑制越大，說明濾波器對不需要的信號抑制能力越強。帶寬指濾波器能夠通過的信號頻率范圍，帶寬越寬，說明濾波器能夠處理的信號頻率范圍越廣。矩形系數(shù)描述濾波器頻率響應曲線邊緣的陡峭程度，矩形系數(shù)越接近1，說明濾波器的頻率選擇性越好。4.3特性與性能關系器件的插入損耗、阻帶抑制等特性參數(shù)直接影響其性能指標，如濾波效果、信號傳輸質量等。通過對特性參數(shù)的優(yōu)化和調整，可以提高器件的性能，滿足不同應用場景的需求。123為了確保器件的性能符合設計要求，需要對器件的特性進行測試和評估。測試內容包括插入損耗測試、阻帶抑制測試、帶寬測試等，通過測試數(shù)據(jù)可以評估器件的性能水平。針對測試中發(fā)現(xiàn)的問題，可以對器件進行改進和優(yōu)化，提高其性能指標。4.4特性測試與評估094.1諧振器、濾波器和雙工器標志諧振器類型包括諧振頻率、品質因數(shù)等關鍵性能參數(shù)。這些參數(shù)對于確保諧振器在射頻系統(tǒng)中的穩(wěn)定工作至關重要。諧振器性能參數(shù)標志要求為確保諧振器的正確識別和追溯，標準規(guī)定了標志的內容、位置、方法以及清晰度等要求。根據(jù)具體的應用需求，諧振器可分為不同類型，如體聲波諧振器、表面聲波諧振器等。本標準詳細規(guī)定了各類型諧振器的標志方法。諧振器標志濾波器類型與功能濾波器在射頻系統(tǒng)中起到關鍵作用，可根據(jù)頻率特性分為低通、高通、帶通和帶阻等類型。本標準對各類濾波器的標志進行了詳細規(guī)定。濾波器標志濾波器性能參數(shù)包括插入損耗、回波損耗、帶外抑制等關鍵性能參數(shù)。這些參數(shù)直接影響濾波器的濾波效果和系統(tǒng)性能。標志要求濾波器的標志應清晰、易讀，并包含足夠的信息以便用戶正確選擇和安裝。雙工器標志雙工器結構與工作原理雙工器是一種特殊的射頻器件，具有將發(fā)射和接收信號分離的功能。本標準對雙工器的結構和工作原理進行了簡要說明，并著重強調了其標志的重要性。雙工器性能參數(shù)包括發(fā)射端和接收端的隔離度、插入損耗等關鍵性能參數(shù)。這些參數(shù)對于確保雙工器在通信系統(tǒng)中的正常工作具有重要意義。標志要求雙工器的標志應包含其型號、規(guī)格、性能參數(shù)等信息，以便用戶正確選用和維護。同時，標志的耐久性和清晰度也應符合相關標準規(guī)定。104.2其他信息4.2.1術語和定義MEMS體聲波濾波器指采用微電子機械系統(tǒng)技術制造的，利用體聲波進行頻率選擇和濾波的器件。雙工器指能夠同時實現(xiàn)收發(fā)信號頻率選擇和隔離的器件，通常由濾波器和天線開關組成。射頻控制指通過控制射頻信號的傳輸和處理，實現(xiàn)對通信系統(tǒng)的有效管理和優(yōu)化。MEMS體聲波濾波器具有高頻率選擇性，能夠實現(xiàn)對特定頻率信號的有效濾波。該濾波器具有低插入損耗特性，能夠減小信號在傳輸過程中的衰減。雙工器具有高隔離度特點，能夠確保收發(fā)信號之間的互不干擾。采用MEMS技術制造的體聲波濾波器和雙工器具有小型化設計優(yōu)勢，有利于實現(xiàn)通信系統(tǒng)的高度集成化。4.2.2技術特性高頻率選擇性低插入損耗高隔離度小型化設計移動通信MEMS體聲波濾波器和雙工器廣泛應用于移動通信領域，是實現(xiàn)高質量通信的關鍵器件。衛(wèi)星通信在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，這些器件能夠確保信號的穩(wěn)定傳輸和接收，提高通信的可靠性。物聯(lián)網(wǎng)隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的不斷發(fā)展，MEMS體聲波濾波器和雙工器在智能家居、智能交通等領域也展現(xiàn)出廣闊的應用前景。4.2.3應用領域010203更高性能需求隨著通信技術的不斷進步，對MEMS體聲波濾波器和雙工器的性能提出更高要求，如更高的頻率選擇性、更低的插入損耗等。新材料與新工藝研發(fā)為實現(xiàn)更高性能，需要不斷探索新材料和新工藝，提高器件的制造精度和可靠性。封裝與測試技術挑戰(zhàn)隨著器件尺寸的不斷縮小，封裝與測試技術面臨更大挑戰(zhàn)，需要解決散熱、信號完整性等問題。4.2.4發(fā)展趨勢與挑戰(zhàn)115測試方法通過矢量網(wǎng)絡分析儀測試器件在特定頻率下的增益與損耗，以評估其射頻傳輸性能。增益與損耗測試5.1射頻性能測試測試器件的帶寬及帶外抑制能力，確保其滿足設計要求的頻率范圍與抑制干擾信號的能力。帶寬與帶外抑制測試評估器件在信號傳輸過程中的能量損耗及反射情況，以優(yōu)化其射頻性能。插入損耗與回波損耗測試VS通過模擬不同環(huán)境條件下的工作情況，如溫度、濕度等，測試器件的可靠性及穩(wěn)定性。耐久性測試對器件進行長時間、高負荷的運行測試，以評估其使用壽命及抗疲勞性能。環(huán)境適應性測試5.2可靠性測試封裝完整性測試檢查器件封裝的密封性、引腳焊接質量等，確保封裝結構符合設計要求。互聯(lián)性能測試測試器件與外部電路的連接性能，包括信號傳輸質量、抗干擾能力等，以確保整體系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。5.3封裝與互聯(lián)測試檢測器件的絕緣電阻、耐壓強度等指標，確保其在使用過程中的電氣安全。絕緣性能測試評估器件在電磁環(huán)境中的抗干擾能力及對周圍電子設備的電磁影響，以滿足相關電磁兼容性標準。電磁兼容性測試5.4安全性測試125.1測試步驟5.1.1準備工作確定測試目的和測試要求，明確測試的對象和范圍。01準備所需的測試設備、儀器和工具，確保其準確性和可靠性。02熟悉測試流程和操作規(guī)范，確保測試過程的順利進行。03對測試環(huán)境進行校準和調試，確保其穩(wěn)定性和可重復性。設置合適的測試參數(shù)和條件，以模擬實際使用場景。根據(jù)測試要求，搭建符合標準的測試環(huán)境，包括電源、信號源、負載等。5.1.2測試環(huán)境搭建按照測試流程和操作規(guī)范，逐步進行各項指標的測試。記錄測試過程中的數(shù)據(jù)和信息，以便后續(xù)分析和處理。對異常情況及時進行處理和記錄，確保測試結果的準確性。5.1.3具體測試操作010203對測試數(shù)據(jù)進行整理、統(tǒng)計和分析，得出各項指標的測試結果。撰寫詳細的測試報告，包括測試目的、測試過程、測試結果及結論等，以供相關部門和人員參考和使用。將測試結果與標準要求進行比對，評估產品的性能和符合程度。5.1.4測試結果分析與報告撰寫135.2射頻特性指MEMS體聲波濾波器和雙工器工作的頻率范圍，通常包括數(shù)個頻段。射頻范圍信號通過濾波器時產生的能量損耗，以分貝（dB）為單位表示。插入損耗在濾波器阻帶內，對不需要的信號進行衰減的能力。阻帶衰減5.2.1射頻參數(shù)定義通過頻譜分析儀測試濾波器的頻率響應和雜散抑制性能。頻譜分析儀測試評估濾波器在信號傳輸過程中對噪聲的放大程度。噪聲系數(shù)測試使用矢量網(wǎng)絡分析儀測試濾波器的S參數(shù)，包括幅度和相位響應。矢量網(wǎng)絡分析儀測試5.2.2射頻性能測試方法選擇性濾波器的選擇性好壞直接影響系統(tǒng)對特定頻率信號的篩選能力。插入損耗與噪聲系數(shù)插入損耗和噪聲系數(shù)的大小會影響系統(tǒng)接收信號的靈敏度和動態(tài)范圍。穩(wěn)定性與可靠性射頻特性的穩(wěn)定性與可靠性是確保系統(tǒng)長時間穩(wěn)定運行的關鍵因素。5.2.3射頻特性對系統(tǒng)性能的影響材料優(yōu)化選用具有優(yōu)異性能的壓電材料，提高濾波器的頻率響應和穩(wěn)定性。結構設計優(yōu)化通過改進濾波器的結構設計，實現(xiàn)更緊湊的尺寸和更低的損耗。制造工藝優(yōu)化優(yōu)化制造工藝，降低生產過程中的缺陷率，提高產品良率和可靠性。0302015.2.4射頻特性優(yōu)化技術145.3可靠性試驗方法5.3.1試驗目的驗證MEMS體聲波濾波器和雙工器在預期使用條件下的性能穩(wěn)定性。01評估器件在不同環(huán)境應力下的可靠性表現(xiàn)。02為產品的設計優(yōu)化和制造工藝改進提供依據(jù)。03溫度振動與沖擊濕度加速老化根據(jù)產品規(guī)格書和應用場景，確定試驗的溫度范圍，如-40℃至125℃等。對器件施加不同強度和頻率的振動與沖擊，以檢驗其結構穩(wěn)定性和耐振動能力。設定不同的濕度條件，以模擬實際使用環(huán)境中可能遇到的濕度變化。通過提高溫度、施加電應力等方式，加速器件老化過程，以預測其使用壽命。5.3.2試驗條件5.3.3試驗步驟對試驗樣品進行外觀檢查、性能測試和記錄，確保樣品符合試驗要求。初始檢測按照設定的溫度、濕度、振動與沖擊等條件，對樣品進行環(huán)境應力試驗，并記錄試驗過程中的性能變化。完成所有試驗后，對樣品進行外觀檢查、性能測試和記錄，分析試驗數(shù)據(jù)并撰寫試驗報告。環(huán)境應力試驗對需要進行加速老化的樣品，按照設定的加速老化條件進行試驗，并定期監(jiān)測性能變化。加速老化試驗01020403試驗后檢測010203對比試驗前后樣品的性能數(shù)據(jù)，分析性能變化趨勢和可能的原因。根據(jù)產品規(guī)格書和應用需求，判定樣品是否滿足可靠性要求。對不滿足可靠性要求的樣品，提出改進意見并進行進一步的優(yōu)化設計或工藝改進。5.3.4試驗結果分析與判定15附錄A(資料性)體聲波諧振器的幾何結構體聲波諧振器的基本構成由壓電材料、電極和反射結構等組成，形成特定的幾何結構以實現(xiàn)射頻信號的濾波與選擇功能。幾何結構對性能的影響體聲波諧振器的幾何結構直接決定了其工作頻率、帶寬、插入損耗等關鍵性能指標。幾何結構概述常見幾何結構類型懸臂梁結構一種簡單的體聲波諧振器結構，具有較高的諧振頻率和品質因數(shù)，但穩(wěn)定性相對較差。橋式結構通過在壓電材料上制作多個電極和反射結構，形成橋式形狀，以提高諧振器的穩(wěn)定性和可靠性。薄膜體聲波諧振器（FBAR）采用薄膜技術制作的體聲波諧振器，具有體積小、性能優(yōu)異等特點，廣泛應用于射頻前端領域。01尺寸精度控制體聲波諧振器的幾何結構需要精確控制各部分的尺寸，以確保諧振頻率和性能的穩(wěn)定。幾何結構設計要點02材料選擇壓電材料的選擇對體聲波諧振器的性能至關重要，需考慮材料的壓電系數(shù)、機械品質因數(shù)等因素。03制造工藝優(yōu)化優(yōu)化制造工藝可以提高體聲