《半导体器件 微电子机械器件 第7部分：用于射频控制和选择的mems体声波滤波器和双工器gbt 42709.7-2023》详细解读

《半导体器件微电子机械器件第7部分：用于射频控制和选择的mems体声波滤波器和双工器gb/t42709.7-2023》详细解读contents目录1范围2规范性引用文件3术语和定义3.1基本术语3.2体声波滤波器术语3.3体声波双工器术语contents目录3.4特性参数术语4基本额定值和特性4.1谐振器、滤波器和双工器标志4.2其他信息5测试方法5.1测试步骤5.2射频特性contents目录5.3可靠性试验方法附录A(资料性)体声波谐振器的几何结构附录B(资料性)体声波谐振器的工作原理参考文献011范围MEMS体声波滤波器用于射频信号的控制和选择，具有高频率、低损耗等特性。MEMS双工器集成滤波与切换功能，实现信号的双向传输。涵盖的器件类型适用的领域移动通信提升通信质量，减小信号干扰。确保信号稳定接收与传输。卫星导航支持大规模设备连接与数据传输。物联网明确滤波器及双工器的关键性能指标，如插入损耗、回波损耗等。器件性能参数规定统一的测试流程和条件，确保器件性能评估的准确性。测试方法提出器件在特定环境条件下的可靠性指标，如温度循环、振动等。可靠性要求标准的约束范围010203022规范性引用文件引用文件概述引用文件包括国家标准、行业标准以及国际标准。通过引用相关文件，确保标准的一致性和准确性。本部分所引用的文件是构成标准规范不可或缺的部分。010203010203GB/TXXXX.X-XXXX《半导体器件术语和定义》GB/TXXXX.X-XXXX《微电子机械器件通用技术条件》IECXXXX《射频连接器、电缆组件和滤波器第X部分：滤波器》具体引用文件提供了半导体器件和微电子机械器件的基础定义和术语，为理解本部分奠定基础。引用文件的作用规定了微电子机械器件的通用技术条件，确保产品的可靠性和稳定性。引入了射频滤波器的国际标准，使本部分与国际接轨，提高标准的适用性。033术语和定义应用领域广泛应用于无线通信、卫星导航、雷达探测等领域，提高信号传输的抗干扰能力和系统性能。定义基于微机电系统（MEMS）技术制造的，利用体声波（BulkAcousticWave，简称BAW）进行频率筛选的器件。功能在射频信号传输过程中，选择性地允许特定频率的信号通过，同时抑制其他频率的干扰信号。3.1MEMS体声波滤波器3.2双工器组成通常由两个滤波器组成，一个用于发射信号的频率筛选，另一个用于接收信号的频率筛选。工作原理利用不同频率的信号在滤波器中的传输特性差异，实现信号的分离和合成。通过优化设计，可使双工器在保持高性能的同时，实现小型化和低成本。定义一种具有两个通道的频率选择器件，可同时实现信号的发射和接收功能。030201定义对射频信号进行调制、解调、放大、滤波等处理的过程，以实现信号的传输和接收。关键技术包括频率合成、调制解调、功率放大等，这些技术的发展水平直接影响射频系统的性能和稳定性。MEMS技术在射频控制中的应用利用MEMS技术制造的体声波滤波器、双工器等器件，在射频控制中发挥着重要作用，可显著提高系统的频率选择性和抗干扰能力。3.3射频控制043.1基本术语定义微机电系统（Micro-Electro-MechanicalSystems），是一种将微型机械结构与电子电路集成在一起的技术。特点尺寸微小、重量轻、功耗低、性能稳定等。应用领域广泛应用于传感器、执行器、信号处理与控制等方面。3.1.1MEMS利用体声波在固体中的传播特性来实现信号滤波的器件。定义通过特定的结构设计，使体声波在滤波器内部形成谐振，从而实现对特定频率信号的筛选。工作原理具有高频率选择性、低插入损耗、高阻带抑制等特点。性能优势3.1.2体声波滤波器一种能同时实现信号发射和接收功能的器件。定义通常由发射滤波器、接收滤波器和天线开关等部分组成。组成结构通过合理设计各部分的频率响应特性，确保发射信号与接收信号之间的隔离度，避免相互干扰。工作原理3.1.3双工器对射频信号进行调控和处理的技术。定义应用场景关键技术包括无线通信、雷达探测、卫星导航等领域。涉及信号放大、频率变换、调制解调等多个方面。3.1.4射频控制053.2体声波滤波器术语体声波滤波器体声波滤波器（BAWFilter）是一种利用体声波在压电材料中的传播特性来实现信号频率筛选的器件。01.术语定义射频控制与选择指体声波滤波器在射频电路中起到的频率控制及信号选择作用，是实现射频信号处理的关键元件。02.MEMS技术微机电系统（MEMS,Micro-Electro-MechanicalSystem）技术，体声波滤波器的制造结合了MEMS技术，实现了器件的微型化与高性能。03.工作原理体声波滤波器基于压电效应，将电信号转换为机械波（声波），在压电材料内部传播，通过对特定频率的声波进行筛选，实现信号的滤波功能。性能特点应用领域术语解析体声波滤波器具有高频率选择性、低插入损耗、高抑制比等优良性能，适用于射频前端模块中的信号滤波与处理。广泛应用于移动通信、卫星导航、物联网等射频电路，提高通信质量与系统性能。063.3体声波双工器术语010203体声波双工器是一种基于体声波技术的射频器件，用于实现信号的双向传输和滤波功能。它结合了接收滤波器和发射滤波器，通过体声波谐振器实现信号的分离和合成。体声波双工器具有高频率、小体积、低损耗等优点，在无线通信系统中具有广泛应用。3.3.1体声波双工器定义3.3.2关键参数解释中心频率指双工器工作的中心频点，决定了其工作频段。带宽表示双工器能够通过的信号频率范围，影响信号的传输质量。插入损耗信号通过双工器时产生的能量损耗，是衡量其性能的重要指标。隔离度双工器在接收和发射端口之间的信号隔离程度，防止信号相互干扰。体声波双工器主要由接收滤波器、发射滤波器、匹配网络等部分组成。发射滤波器将发射信号中的杂散成分滤除，确保发射信号的纯净度。接收滤波器负责接收来自天线的信号，滤除带外干扰，将有用信号传输给后续电路。匹配网络用于实现双工器与天线及收发电路之间的阻抗匹配，提高信号传输效率。3.3.3结构组成及工作原理123体声波双工器广泛应用于移动通信、卫星通信、物联网等领域，是实现高质量无线通信的关键器件。随着5G、6G等新一代通信技术的不断发展，对体声波双工器的性能提出了更高要求，如更宽的带宽、更低的插入损耗等。未来，体声波双工器将朝着小型化、集成化、高性能化等方向发展，以满足不断升级的通信需求。3.3.4应用领域及发展趋势073.4特性参数术语插入损耗指信号通过滤波器时产生的能量损耗，以分贝（dB）为单位表示。带宽滤波器能够通过的频率范围，通常指3dB带宽，即插入损耗为3dB时的上下限频率之差。带外抑制在滤波器阻带范围内对信号的衰减能力，以分贝为单位表示。驻波比衡量滤波器端口阻抗匹配程度的参数，理想情况下驻波比为1，表示完全匹配。3.4.1射频性能参数表示滤波器各电极之间的绝缘性能的参数，通常以兆欧（MΩ）为单位。绝缘电阻滤波器在正常工作条件下能够承受的最大电压值，超过此值可能导致设备损坏。耐压强度滤波器在正常工作时消耗的功率，通常以瓦特（W）为单位表示。功耗3.4.2电气性能参数3.4.3环境适应性参数滤波器能够正常工作的环境温度范围，包括最低和最高温度值。温度范围滤波器能够适应的环境相对湿度范围，对设备的稳定性和可靠性有重要影响。湿度范围描述滤波器在受到外界振动和冲击时的稳定性和可靠性，通常以重力加速度（g）表示。振动与冲击外形尺寸滤波器的长、宽、高等尺寸参数，通常以毫米（mm）为单位表示。重量3.4.4物理尺寸与重量参数滤波器的质量，通常以克（g）或千克（kg）为单位表示，对于便携式设备尤为重要。0102084基本额定值和特性4.1额定值定义010203额定电压指器件在正常工作条件下所允许的最大电压值，通常包括工作电压和击穿电压两种。额定电流指器件在正常工作条件下所允许通过的最大电流值，该值应能保证器件长期可靠工作。额定功率指器件在正常工作条件下所能承受的最大功率，与额定电压和额定电流相关。4.2特性参数说明插入损耗描述信号通过滤波器时能量损耗的程度，插入损耗越小，说明滤波器对信号的衰减越小。阻带抑制衡量滤波器对阻带内信号的衰减能力，阻带抑制越大，说明滤波器对不需要的信号抑制能力越强。带宽指滤波器能够通过的信号频率范围，带宽越宽，说明滤波器能够处理的信号频率范围越广。矩形系数描述滤波器频率响应曲线边缘的陡峭程度，矩形系数越接近1，说明滤波器的频率选择性越好。4.3特性与性能关系器件的插入损耗、阻带抑制等特性参数直接影响其性能指标，如滤波效果、信号传输质量等。通过对特性参数的优化和调整，可以提高器件的性能，满足不同应用场景的需求。123为了确保器件的性能符合设计要求，需要对器件的特性进行测试和评估。测试内容包括插入损耗测试、阻带抑制测试、带宽测试等，通过测试数据可以评估器件的性能水平。针对测试中发现的问题，可以对器件进行改进和优化，提高其性能指标。4.4特性测试与评估094.1谐振器、滤波器和双工器标志谐振器类型包括谐振频率、品质因数等关键性能参数。这些参数对于确保谐振器在射频系统中的稳定工作至关重要。谐振器性能参数标志要求为确保谐振器的正确识别和追溯，标准规定了标志的内容、位置、方法以及清晰度等要求。根据具体的应用需求，谐振器可分为不同类型，如体声波谐振器、表面声波谐振器等。本标准详细规定了各类型谐振器的标志方法。谐振器标志滤波器类型与功能滤波器在射频系统中起到关键作用，可根据频率特性分为低通、高通、带通和带阻等类型。本标准对各类滤波器的标志进行了详细规定。滤波器标志滤波器性能参数包括插入损耗、回波损耗、带外抑制等关键性能参数。这些参数直接影响滤波器的滤波效果和系统性能。标志要求滤波器的标志应清晰、易读，并包含足够的信息以便用户正确选择和安装。双工器标志双工器结构与工作原理双工器是一种特殊的射频器件，具有将发射和接收信号分离的功能。本标准对双工器的结构和工作原理进行了简要说明，并着重强调了其标志的重要性。双工器性能参数包括发射端和接收端的隔离度、插入损耗等关键性能参数。这些参数对于确保双工器在通信系统中的正常工作具有重要意义。标志要求双工器的标志应包含其型号、规格、性能参数等信息，以便用户正确选用和维护。同时，标志的耐久性和清晰度也应符合相关标准规定。104.2其他信息4.2.1术语和定义MEMS体声波滤波器指采用微电子机械系统技术制造的，利用体声波进行频率选择和滤波的器件。双工器指能够同时实现收发信号频率选择和隔离的器件，通常由滤波器和天线开关组成。射频控制指通过控制射频信号的传输和处理，实现对通信系统的有效管理和优化。MEMS体声波滤波器具有高频率选择性，能够实现对特定频率信号的有效滤波。该滤波器具有低插入损耗特性，能够减小信号在传输过程中的衰减。双工器具有高隔离度特点，能够确保收发信号之间的互不干扰。采用MEMS技术制造的体声波滤波器和双工器具有小型化设计优势，有利于实现通信系统的高度集成化。4.2.2技术特性高频率选择性低插入损耗高隔离度小型化设计移动通信MEMS体声波滤波器和双工器广泛应用于移动通信领域，是实现高质量通信的关键器件。卫星通信在卫星通信系统中，这些器件能够确保信号的稳定传输和接收，提高通信的可靠性。物联网随着物联网技术的不断发展，MEMS体声波滤波器和双工器在智能家居、智能交通等领域也展现出广阔的应用前景。4.2.3应用领域010203更高性能需求随着通信技术的不断进步，对MEMS体声波滤波器和双工器的性能提出更高要求，如更高的频率选择性、更低的插入损耗等。新材料与新工艺研发为实现更高性能，需要不断探索新材料和新工艺，提高器件的制造精度和可靠性。封装与测试技术挑战随着器件尺寸的不断缩小，封装与测试技术面临更大挑战，需要解决散热、信号完整性等问题。4.2.4发展趋势与挑战115测试方法通过矢量网络分析仪测试器件在特定频率下的增益与损耗，以评估其射频传输性能。增益与损耗测试5.1射频性能测试测试器件的带宽及带外抑制能力，确保其满足设计要求的频率范围与抑制干扰信号的能力。带宽与带外抑制测试评估器件在信号传输过程中的能量损耗及反射情况，以优化其射频性能。插入损耗与回波损耗测试VS通过模拟不同环境条件下的工作情况，如温度、湿度等，测试器件的可靠性及稳定性。耐久性测试对器件进行长时间、高负荷的运行测试，以评估其使用寿命及抗疲劳性能。环境适应性测试5.2可靠性测试封装完整性测试检查器件封装的密封性、引脚焊接质量等，确保封装结构符合设计要求。互联性能测试测试器件与外部电路的连接性能，包括信号传输质量、抗干扰能力等，以确保整体系统的稳定运行。5.3封装与互联测试检测器件的绝缘电阻、耐压强度等指标，确保其在使用过程中的电气安全。绝缘性能测试评估器件在电磁环境中的抗干扰能力及对周围电子设备的电磁影响，以满足相关电磁兼容性标准。电磁兼容性测试5.4安全性测试125.1测试步骤5.1.1准备工作确定测试目的和测试要求，明确测试的对象和范围。01准备所需的测试设备、仪器和工具，确保其准确性和可靠性。02熟悉测试流程和操作规范，确保测试过程的顺利进行。03对测试环境进行校准和调试，确保其稳定性和可重复性。设置合适的测试参数和条件，以模拟实际使用场景。根据测试要求，搭建符合标准的测试环境，包括电源、信号源、负载等。5.1.2测试环境搭建按照测试流程和操作规范，逐步进行各项指标的测试。记录测试过程中的数据和信息，以便后续分析和处理。对异常情况及时进行处理和记录，确保测试结果的准确性。5.1.3具体测试操作010203对测试数据进行整理、统计和分析，得出各项指标的测试结果。撰写详细的测试报告，包括测试目的、测试过程、测试结果及结论等，以供相关部门和人员参考和使用。将测试结果与标准要求进行比对，评估产品的性能和符合程度。5.1.4测试结果分析与报告撰写135.2射频特性指MEMS体声波滤波器和双工器工作的频率范围，通常包括数个频段。射频范围信号通过滤波器时产生的能量损耗，以分贝（dB）为单位表示。插入损耗在滤波器阻带内，对不需要的信号进行衰减的能力。阻带衰减5.2.1射频参数定义通过频谱分析仪测试滤波器的频率响应和杂散抑制性能。频谱分析仪测试评估滤波器在信号传输过程中对噪声的放大程度。噪声系数测试使用矢量网络分析仪测试滤波器的S参数，包括幅度和相位响应。矢量网络分析仪测试5.2.2射频性能测试方法选择性滤波器的选择性好坏直接影响系统对特定频率信号的筛选能力。插入损耗与噪声系数插入损耗和噪声系数的大小会影响系统接收信号的灵敏度和动态范围。稳定性与可靠性射频特性的稳定性与可靠性是确保系统长时间稳定运行的关键因素。5.2.3射频特性对系统性能的影响材料优化选用具有优异性能的压电材料，提高滤波器的频率响应和稳定性。结构设计优化通过改进滤波器的结构设计，实现更紧凑的尺寸和更低的损耗。制造工艺优化优化制造工艺，降低生产过程中的缺陷率，提高产品良率和可靠性。0302015.2.4射频特性优化技术145.3可靠性试验方法5.3.1试验目的验证MEMS体声波滤波器和双工器在预期使用条件下的性能稳定性。01评估器件在不同环境应力下的可靠性表现。02为产品的设计优化和制造工艺改进提供依据。03温度振动与冲击湿度加速老化根据产品规格书和应用场景，确定试验的温度范围，如-40℃至125℃等。对器件施加不同强度和频率的振动与冲击，以检验其结构稳定性和耐振动能力。设定不同的湿度条件，以模拟实际使用环境中可能遇到的湿度变化。通过提高温度、施加电应力等方式，加速器件老化过程，以预测其使用寿命。5.3.2试验条件5.3.3试验步骤对试验样品进行外观检查、性能测试和记录，确保样品符合试验要求。初始检测按照设定的温度、湿度、振动与冲击等条件，对样品进行环境应力试验，并记录试验过程中的性能变化。完成所有试验后，对样品进行外观检查、性能测试和记录，分析试验数据并撰写试验报告。环境应力试验对需要进行加速老化的样品，按照设定的加速老化条件进行试验，并定期监测性能变化。加速老化试验01020403试验后检测010203对比试验前后样品的性能数据，分析性能变化趋势和可能的原因。根据产品规格书和应用需求，判定样品是否满足可靠性要求。对不满足可靠性要求的样品，提出改进意见并进行进一步的优化设计或工艺改进。5.3.4试验结果分析与判定15附录A(资料性)体声波谐振器的几何结构体声波谐振器的基本构成由压电材料、电极和反射结构等组成，形成特定的几何结构以实现射频信号的滤波与选择功能。几何结构对性能的影响体声波谐振器的几何结构直接决定了其工作频率、带宽、插入损耗等关键性能指标。几何结构概述常见几何结构类型悬臂梁结构一种简单的体声波谐振器结构，具有较高的谐振频率和品质因数，但稳定性相对较差。桥式结构通过在压电材料上制作多个电极和反射结构，形成桥式形状，以提高谐振器的稳定性和可靠性。薄膜体声波谐振器（FBAR）采用薄膜技术制作的体声波谐振器，具有体积小、性能优异等特点，广泛应用于射频前端领域。01尺寸精度控制体声波谐振器的几何结构需要精确控制各部分的尺寸，以确保谐振频率和性能的稳定。几何结构设计要点02材料选择压电材料的选择对体声波谐振器的性能至关重要，需考虑材料的压电系数、机械品质因数等因素。03制造工艺优化优化制造工艺可以提高体声