專利名稱：微機(jī)電濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種濾波器，且特別是關(guān)于一種用于無線通訊系統(tǒng)的微機(jī)電濾波
O
背景技術(shù)：
在過去幾年，各種無線通訊蓬勃發(fā)展。目前應(yīng)用在無線通訊上的規(guī)格或頻段已達(dá)七種以上，每種規(guī)格都有其獨(dú)特的通訊協(xié)議(protocol)，例如不同的頻帶、不同的通道寬度。在通訊系統(tǒng)中，聲波濾波器用于將欲傳輸?shù)挠嵦柼崛〕鰜?，并將其它噪聲予以濾除，為通訊系統(tǒng)中一項(xiàng)不可或缺的元件。對于給定的頻率響應(yīng)，濾波器的轉(zhuǎn)移函數(shù)是由品質(zhì)因子 (quality factor，簡稱Q值)所決定。傳統(tǒng)射頻(radio frequency)元件因?yàn)閷?dǎo)體及介質(zhì)在GHz的頻率下，元件損耗將隨著頻率而增加。因此，以某些結(jié)構(gòu)共振方式設(shè)計(jì)的體聲波諧振器(Film Bulk Acoustic Wave Resonator)，由于具有體積小，逐漸取代相關(guān)元件，而成為某些手機(jī)用濾波器的主要元件。目前某些商業(yè)化的體聲波共振濾波器在IGHz時(shí)，Q值約 800至1200，僅適合作為頻段選擇濾波器。若要開發(fā)“通道選擇濾波器”來滿足某些下一代通訊系統(tǒng)需求，則諧振器在IGHz的Q值需要更高?，F(xiàn)有國際研發(fā)單位中，關(guān)于研究靜電驅(qū)動諧振器以美國加州伯克利大學(xué) (University of California-Berkeley)為首。相關(guān)文獻(xiàn)中記載了在靜電力驅(qū)動下，某些靜電驅(qū)動諧振器具有高品質(zhì)因子，Q值約8800，且具有高輸入阻抗(input impedance)約 100K歐姆(Ohm)。在現(xiàn)有通訊系統(tǒng)中，系統(tǒng)的阻抗一般約為500hm。若元件阻抗太高(數(shù)十 K Ohm至數(shù)M Ohm)，則該元件的反射系數(shù)將接近1，造成插入損失(insertion loss)太高， 不適合在通訊系統(tǒng)中使用該元件。此外，為增加諧振器的機(jī)電轉(zhuǎn)換系數(shù)，現(xiàn)有技術(shù)是利用壓電薄膜諧振器，但金屬材料本身特性是屬于低品質(zhì)因子。相關(guān)文獻(xiàn)中記載了在壓電驅(qū)動下，壓電驅(qū)動諧振器的機(jī)電轉(zhuǎn)換系數(shù)典型值為7.7X10_5C/m;在靜電驅(qū)動下，靜電驅(qū)動諧振器的機(jī)電轉(zhuǎn)換系數(shù)典型值為3. 3X 10_6C/m?？芍承┘夹g(shù)以壓電材料作為共振體可得到較低的阻抗，但無法達(dá)到高Q 值。所以某些壓電諧振器的特性是具有低品質(zhì)因子且具有低輸入阻抗。某些已知的諧振器存在下列問題不能同時(shí)滿足提高Q值與降低阻抗，故無法設(shè)計(jì)極高Q值的濾波器且阻抗達(dá)到50歐姆。因此，如何設(shè)計(jì)極高Q值的濾波器且阻抗達(dá)到50 歐姆，以使與通訊系統(tǒng)的阻抗匹配，進(jìn)而可以達(dá)到信道選擇濾波器的目標(biāo)，是當(dāng)前亟待解決的課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種微機(jī)電濾波器。此微機(jī)電濾波器可實(shí)現(xiàn)高頻共振且聲波損耗小， 可以提供高品質(zhì)因子與降低輸入阻抗特性的濾波器。本發(fā)明提出一種微機(jī)電濾波器。此微機(jī)電濾波器包括一第一基板、一第二基板、一輸入電極、一輸出電極、一第一懸掛式諧振器、一第二懸掛式諧振器、一壓電諧振器以及一耦合梁。所述輸入電極配置在所述第一基板上方。所述輸出電極配置在所述第二基板上方。 所述第一懸掛式諧振器連接所述第一基板及所述第二基板。所述第二懸掛式諧振器連接所述第一基板及所述第二基板。所述壓電諧振器緊密地連結(jié)在所述第一懸掛式諧振器上方， 所述壓電諧振器的上電極具有一叉指形式圖案。所述叉指形式圖案兩側(cè)分別與所述輸入電極、所述輸出電極連接，而配置在所述壓電諧振器的上電極下方依次為一第一壓電材料層與一第一下電極。在所述第一懸掛式諧振器與所述第二懸掛式諧振器之間以所述耦合梁做耦合連接。所述耦合梁用于傳遞聲波，并可控制濾波器的頻寬。本發(fā)明另提出一種微機(jī)電濾波器，此微機(jī)電濾波器包括一第一壓電區(qū)域、一第二壓電區(qū)域、一輸入電極、一輸出電極、一第一壓電諧振器、一第二壓電諧振器以及一耦合梁。 所述輸入電極配置在所述第一壓電區(qū)域上方。所述輸出電極配置在所述第二壓電區(qū)域上方。所述第一壓電諧振器包括一上電極、一懸掛式壓電層以及一第一下電極。所述上電極具有一叉指形式圖案，所述叉指形式圖案與所述輸入電極或所述輸出電極連接。所述懸掛式壓電層配置在所述上電極的下方。所述懸掛式壓電層連接所述第一壓電區(qū)域及所述第二壓電區(qū)域。所述第一下電極配置在所述懸掛式壓電層下方。所述第二壓電諧振器連接所述第一壓電區(qū)域及所述第二壓電區(qū)域。在所述懸掛式壓電層與所述第二壓電諧振器之間以所述耦合梁做耦合連接。所述耦合梁用于傳遞聲波，并可控制濾波器的頻寬。從另一角度來看，本發(fā)明提出一種微機(jī)電濾波器。此微機(jī)電濾波器包括一輸入電極、一輸出電極、至少一第一諧振器以及至少一第二諧振器，其中所述第一諧振器為一壓電諧振器。所述第一諧振器耦接在所述輸入電極與所述輸出電極之間。所述第二諧振器的材質(zhì)為硅、絕緣層上有硅的半導(dǎo)體材料或壓電材料，且所述第二諧振器不具有金屬的材質(zhì)。在所述至少一第一諧振器與所述至少一第二諧振器之間以所述耦合梁做耦合連接。所述耦合梁用于諧振器間傳遞聲波，并可控制濾波器的頻寬。為讓本發(fā)明的上述特征能更明顯易懂，下文特舉多個(gè)實(shí)施例，并配合所附附圖，作詳細(xì)說明如下。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的微機(jī)電濾波器的立體示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的微機(jī)電濾波器的立體示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的微機(jī)電濾波器的立體示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的微機(jī)電濾波器的立體示意圖。主要元件符號說明100、200 微機(jī)電濾波器；110:第一基板；110a、120a 硅層；120:第二基板；110b、120b :S0I 層；130:輸入電極；140:輸出電極；150 第一懸掛式諧振器；
160 第二懸掛式諧振器；170:壓電諧振器；172:上電極；174:第一壓電材料層；180 耦合梁；190 第二壓電材料層；192:第三壓電材料層；300、400 微機(jī)電濾波器；310:第一壓電區(qū)域；320:第二壓電區(qū)域；330:輸入電極；；340:輸出電極；；350:懸掛式壓電層；352:上電極；360 不具有叉指電極的壓電諧振器；370 具有叉指電極的壓電諧振器；380 耦合梁；390: SOI 層。
具體實(shí)施例方式有關(guān)本發(fā)明的前述及其它技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)與功效，在以下配合參考附圖的實(shí)施例的詳細(xì)說明中，將可清楚的呈現(xiàn)。以下實(shí)施例中所提到的方向用語，例如上、下、左、右、前或后等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語是用來說明并非用來限制本發(fā)明。各實(shí)施例中相似的元件統(tǒng)一地用相似的標(biāo)號來表示。第一實(shí)施例請參照圖1，圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的微機(jī)電濾波器的立體示意圖。微機(jī)電濾波器100包括第一基板110、第二基板120、輸入電極130、輸出電極140、第一懸掛式諧振器150、第二懸掛式諧振器160、壓電諧振器170以及耦合梁180。第一基板110與第二基板120是同一種的材質(zhì)層，分成兩塊形成平行配置的原因是為了形成多個(gè)諧振器的支撐層，在第一懸掛式諧振器150、第二懸掛式諧振器160的下方部分以鏤空方式完成。于是，第一懸掛式諧振器150以懸掛方式連接于第一基板110與第二基板120之間，而形成“I”字型；類似地，第二懸掛式諧振器160也以懸掛方式連接于第一基板110與第二基板120之間，也形成“I”字型。其中，第一懸掛式諧振器150與第二懸掛式諧振器160形成平行配置，這兩個(gè)諧振器的厚度相同。壓電諧振器170配置在第一懸掛式諧振器150上方，以完全緊密地連結(jié)而形成復(fù)合層諧振器，在復(fù)合層諧振器中，壓電諧振器170相對于第一懸掛式諧振器150的厚度薄。復(fù)合層諧振器與第二懸掛式諧振器160 形成平行配置。在復(fù)合層諧振器與第二懸掛式諧振器160之間以耦合梁180做耦合連接。第一懸掛式諧振器150與壓電諧振器170的形狀一致，以能夠完全緊密連結(jié)。第一懸掛式諧振器150與第二懸掛式諧振器160可以為相似或相同形狀的結(jié)構(gòu)。第一懸掛式諧振器150連接第一基板110及第二基板120。第二懸掛式諧振器160也連接第一基板 110及第二基板120?；?10a、基板120a、第一懸掛式諧振器150、第二懸掛式諧振器160 及耦合梁180的材質(zhì)為相同，可以為純硅或絕緣層上有硅的(S0I，SiliCOn On Insulator) 半導(dǎo)體材料。另外，第一基板110可以包括硅層IlOa或SOI層110b，或硅層IlOa與SOI層 IlOb的組合；第二基板120可以包括硅層120a或SOI層120b，或硅層120a與SOI層120b 的組合。輸入電極130配置在第一基板110上方。輸出電極140配置在第二基板120上方。 電信號可以進(jìn)入輸入電極130，但電信號無法通過第一基板110或第二基板120。輸入電極 130與輸出電極140的電極連接方向分別延伸至復(fù)合層諧振器的上方，而形成叉指式圖案， 其中輸入電極130與輸出電極140的材質(zhì)為金屬，壓電諧振器170可以將輸入電極130的電信號轉(zhuǎn)換為機(jī)械能帶動懸掛式諧振器150并透過耦合梁180傳至懸掛式諧振器160，其中機(jī)械能再被轉(zhuǎn)換為電信號而從輸出電極140傳送出去。壓電諧振器170具有上電極172、第一壓電材料層174與第一下電極。壓電諧振器 170的上電極172具有一叉指形式圖案。此叉指形式圖案兩側(cè)分別與輸入電極130及輸出電極140相連接。而配置在上電極172下方依次為第一壓電材料層174與第一下電極，其中第一下電極配置在第一壓電材料層174與第一懸掛式諧振器150之間。因?yàn)榈谝幌码姌O的金屬厚度極薄，在圖中并未繪制出來。圖1中，上電極172的叉指形式圖案的配置方式也可以在第一壓電材料層174上做多階交迭變化的叉指形式，本發(fā)明并不以此圖示為限。在本實(shí)施例中，由于第二懸掛式諧振器160的材質(zhì)可以為硅或絕緣層上有硅的半導(dǎo)體材料，而形成硅諧振器160。第二懸掛式諧振器160的材質(zhì)優(yōu)選方式是純硅。硅諧振器 (第二懸掛式諧振器160)的結(jié)構(gòu)是屬于高品質(zhì)因子諧振器。值得一提的是，復(fù)合層諧振器包含第一懸掛式諧振器150與壓電諧振器170，而壓電諧振器170因?yàn)楸旧斫Y(jié)構(gòu)使用到金屬材料，形成具有低品質(zhì)因子及低阻抗的復(fù)合層諧振器。此外，硅諧振器(第二懸掛式諧振器160)因?yàn)楸旧硎褂玫牟牧吓c結(jié)構(gòu)等因素，可形成具有高品質(zhì)因子的諧振器。硅諧振器(第二懸掛式諧振器160)本身不具有金屬且不與輸入電極130或輸出電極140連接。壓電諧振器170的上電極172與輸入電極130或輸出電極140連接，因此電信號可以通過輸入電極130進(jìn)入復(fù)合層諧振器，并在復(fù)合層諧振器內(nèi)形成聲波(Acoustic Wave)的共振，該聲波轉(zhuǎn)換為電信號后再經(jīng)由輸出電極140傳輸出去。壓電諧振器170推動與本身緊密結(jié)合的第一懸掛式諧振器150，接著復(fù)合層諧振器可以推動耦合梁180，再推動第二懸掛式諧振器160。由于耦合梁180連接在復(fù)合層諧振器與硅諧振器(第二懸掛式諧振器160)之間，耦合梁180帶動了兩諧振器，將不同品質(zhì)因子串聯(lián)。耦合梁180的作用可以在諧振器170與硅諧振器(第二懸掛式諧振器160)之間傳遞聲波而呈同相或反相的共振狀態(tài)，并可控制微機(jī)電濾波器100的頻寬。由于硅對聲波的損耗小，此微機(jī)電濾波器100 的結(jié)構(gòu)可以得到極高的品質(zhì)因子。另一方面，電信號的輸入是經(jīng)由壓電諧振器170，所以輸入阻抗極低。因此，微機(jī)電濾波器100可以對輸入信號產(chǎn)生濾波的效果，并且同時(shí)具有高品質(zhì)因子與低輸入阻抗的特性。承上所述，耦合梁180會影響聲波共振時(shí)的同相或反相的頻率。耦合梁180的尺寸將影響微機(jī)電濾波器100的帶通頻寬。設(shè)計(jì)時(shí)，可以根據(jù)通訊系統(tǒng)的需求、諧振器數(shù)目及排列來調(diào)整耦合梁180的長度、粗細(xì)，使所設(shè)計(jì)出的振動模態(tài)配置在所要的頻段或頻寬內(nèi)， 即可得到適當(dāng)?shù)念l率響應(yīng)。此外，微機(jī)電濾波器100在輸入電極130 —側(cè)還可以包括第二壓電材料層190與第二下電極，其中第二下電極因?yàn)槠浣饘俸穸葮O薄在圖中并未繪制出來。第二壓電材料層 190配置在輸入電極130下方，第二下電極配置在第二壓電材料層190與第一基板110之間。類似上述方式，微機(jī)電濾波器100在輸出電極140 —側(cè)還可以包括第三壓電材料層192 與第三下電極，其中第三下電極因?yàn)槠浣饘俸穸葮O薄在圖中并未繪制出來。第三壓電材料層192配置在輸出電極140下方，第三下電極配置在第三壓電材料層192與第二基板120 之間。第一壓電材料層174、第二壓電材料層190與第三壓電材料層192連接在一起，而形成位于同一個(gè)壓電材料層。第一、第二及第三下電極連接在一起。另外，由于第一基板110與第二基板120是同一種的材質(zhì)層，因此第一基板110與第二基板120可以是一體成型，在一實(shí)施例中的整體看來，微機(jī)電濾波器像個(gè)日字型。以下再舉幾個(gè)實(shí)施方式進(jìn)行說明。第二實(shí)施例請參照圖2，圖2是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的微機(jī)電濾波器的立體示意圖。微機(jī)電濾波器200的結(jié)構(gòu)類似于前述的微機(jī)電濾波器100。微機(jī)電濾波器200采用多個(gè)耦合梁將多個(gè)壓電諧振器與多個(gè)硅諧振器組合。此微機(jī)電濾波器200包括第一基板110、第二基板 120、輸入電極130、輸出電極140、多個(gè)第一懸掛式諧振器150、多個(gè)第二懸掛式諧振器160、 多個(gè)壓電諧振器170以及多個(gè)耦合梁180。其中第一懸掛式諧振器150的數(shù)量與壓電諧振器170的數(shù)量相同。第一基板110與第二基板120是同一種的材質(zhì)層，分成兩塊形成平行配置的原因是為了形成多個(gè)諧振器的支撐層，在第一懸掛式諧振器150、第二懸掛式諧振器160的下方部分以鏤空方式完成。每一個(gè)第一懸掛式諧振器150以懸掛方式連接于第一基板110與第二基板120之間，而形成類似“I”字型；類似地，每一個(gè)第二懸掛式諧振器160也以懸掛方式連接于第一基板110與第二基板120之間，也形成類似“I”字型。其中，每一個(gè)第一懸掛式諧振器150與每一個(gè)第二懸掛式諧振器160形成平行配置，諧振器150、160的厚度相同。 每一個(gè)壓電諧振器170配置在其相應(yīng)的第一懸掛式諧振器150上方，以完全緊密地連結(jié)而形成復(fù)合層諧振器，在復(fù)合層諧振器中的兩諧振器相比，壓電諧振器170相對于第一懸掛式諧振器150的厚度薄。在每一個(gè)復(fù)合層諧振器與第二懸掛式諧振器160之間以一個(gè)耦合梁180做耦合連接。第一懸掛式諧振器150與壓電諧振器170的形狀一致，以能夠完全緊密連結(jié)。每一個(gè)第一懸掛式諧振器150與每一個(gè)第二懸掛式諧振器160可以為相似或相同形狀的結(jié)構(gòu)。每一個(gè)第一懸掛式諧振器150連接第一基板110及第二基板120。每一個(gè)第二懸掛式諧振器160也連接第一基板110及第二基板120?；?10a、基板120a、第一懸掛式諧振器150、第二懸掛式諧振器160及耦合梁180的材質(zhì)為相同，可以為純硅或絕緣層上有硅的半導(dǎo)體材料。另外，第一基板110可以包括硅層IlOa或SOI層110b，或硅層IlOa與SOI層 IlOb的組合；第二基板110可包括硅層120a或SOI層120b，或硅層120a與SOI層120b的組合。輸入電極130配置在第一基板110上方。輸出電極140配置在第二基板120上方。電信號可以進(jìn)入輸入電極130，但電信號無法通過第一基板110或第二基板120。輸入電極 130與輸出電極140的電極連接方向分別延伸至復(fù)合層諧振器的上方，而形成叉指式圖案， 其中輸入電極130與輸出電極140的材質(zhì)為金屬，壓電諧振器170可以將輸入電極130的電信號轉(zhuǎn)換為機(jī)械能帶動第一懸掛式諧振器150并透過耦合梁180傳至其它懸掛式諧振器， 其中機(jī)械能再被轉(zhuǎn)換為電信號而從輸出電極140傳送出去。每一個(gè)壓電諧振器170具有一上電極172、第一壓電材料層174與第一下電極。每一個(gè)壓電諧振器170的上電極172具有一叉指形式圖案。每一個(gè)叉指形式圖案兩側(cè)分別與輸入電極130及輸出電極140相連接。而配置在上電極172下方依次為第一壓電材料層 174與第一下電極，其中第一下電極配置在第一壓電材料層174與第一懸掛式諧振器150之間。因?yàn)榈谝幌码姌O的金屬厚度極薄，在圖中并未繪制出來。圖2中，上電極172的叉指形式圖案形式僅是一種實(shí)施例。叉指形式圖案的配置方式也可以在第一壓電材料層174上做多階交迭變化的叉指形式，本發(fā)明并不以此為限。在此實(shí)施例中，由于每一個(gè)第二懸掛式諧振器160的材質(zhì)可以為硅或絕緣層上有硅的半導(dǎo)體材料，而形成多個(gè)硅諧振器160。第二懸掛式諧振器160的材質(zhì)優(yōu)選方式是純硅。硅諧振器160的結(jié)構(gòu)是屬于高品質(zhì)因子諧振器。值得一提的是，復(fù)合層諧振器包含第一懸掛式諧振器150與壓電諧振器170，而壓電諧振器170因?yàn)楸旧斫Y(jié)構(gòu)使用到金屬材料，可形成具有低品質(zhì)因子及低阻抗的諧振器。 此外，多個(gè)硅諧振器160因?yàn)楸旧硎褂玫牟牧吓c結(jié)構(gòu)等因素，可形成多個(gè)具有高品質(zhì)因子的諧振器。圖2與圖1相比較之下，圖2的微機(jī)電濾波器200不但具有與圖1的微機(jī)電濾波器100相類似功效，而且還可以提高Q值。每一個(gè)硅諧振器160本身不具有金屬且不與輸入電極130或輸出電極140連接。 每一個(gè)壓電諧振器170的上電極172與輸入電極130或輸出電極140連接，因此電信號可以通過輸入電極130進(jìn)入每一個(gè)壓電諧振器170，并在各壓電諧振器170內(nèi)形成聲波的共振，該聲波轉(zhuǎn)換為電信號后再經(jīng)由輸出電極140傳輸出去。由于每一個(gè)耦合梁180連接在壓電諧振器170與硅諧振器160之間，耦合梁180將不同品質(zhì)因子串聯(lián)。每一個(gè)壓電諧振器170內(nèi)的聲波共振會推動相鄰的硅諧振器160。耦合梁180的作用可以在諧振器170與高品質(zhì)因子諧振器160之間傳遞聲波而呈同相或反相的共振狀態(tài)，并可控制微機(jī)電濾波器 200的頻寬。由于硅對聲波的損耗小，此微機(jī)電濾波器200的結(jié)構(gòu)可以得到極高的品質(zhì)因子。另一方面，聲波的輸入與輸出是經(jīng)由每一個(gè)壓電諧振器170，所以輸入阻抗極低。因此， 微機(jī)電濾波器200可以對輸入信號產(chǎn)生濾波的效果，并且同時(shí)具有高品質(zhì)因子與低輸入阻抗的特性。承上所述，多個(gè)耦合梁180會影響到聲波共振時(shí)的同相或反相的頻率。每一個(gè)耦合梁180的尺寸將影響微機(jī)電濾波器200的帶通頻寬。設(shè)計(jì)時(shí)，可以根據(jù)通訊系統(tǒng)的需求來調(diào)整耦合梁180的長度、粗細(xì)，使所設(shè)計(jì)出的振動模態(tài)配置在所要的頻段或頻寬內(nèi)，即可得到適當(dāng)?shù)念l率響應(yīng)。此外，微機(jī)電濾波器200在輸入電極130 —側(cè)還可以包括第二壓電材料層190與第二下電極，其中第二下電極因?yàn)槠浣饘俸穸葮O薄在圖中并未繪制出來。第二壓電材料層 190配置在輸入電極130下方，第二下電極配置在第二壓電材料層190與第一基板110之間。類似上述方式，微機(jī)電濾波器200在輸出電極140 —側(cè)還可以包括第三壓電材料層192與第三下電極，其中第三下電極因?yàn)槠浣饘俸穸葮O薄在圖中并未繪制出來。第三壓電材料層192配置在輸出電極140下方，第三下電極配置在第三壓電材料層192與第二基板120 之間。第一壓電材料層174、第二壓電材料層190與第三壓電材料層192連接在一起，而形成位于同一個(gè)壓電材料層。第一、第二及第三下電極連接在一起。值得一提的是，第一實(shí)施例的微機(jī)電濾波器100采用一個(gè)耦合梁將一個(gè)壓電諧振器與一個(gè)硅諧振器組合，第二實(shí)施例的微機(jī)電濾波器200采用四個(gè)耦合梁將兩個(gè)壓電諧振器與三個(gè)硅諧振器組合，其中硅諧振器的結(jié)構(gòu)是屬于高品質(zhì)因子諧振器。雖然上述實(shí)施例中已經(jīng)描述了微機(jī)電濾波器的幾個(gè)可能的型態(tài)，但所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者應(yīng)當(dāng)知道，本發(fā)明的設(shè)計(jì)當(dāng)不限制于上述幾種可能的型態(tài)。換而言之，只要是微機(jī)電濾波器透過耦合梁將壓電諧振器與高品質(zhì)因子諧振器組合，所述高品質(zhì)因子諧振器本身不具有金屬且不與輸入電極或輸出電極連接，且壓電諧振器的上電極與輸入電極或輸出電極連接，就已經(jīng)是符合了本發(fā)明的精神所在。以下再舉幾個(gè)實(shí)施方式以便本領(lǐng)域具有通常知識者能夠更進(jìn)一步的了解本發(fā)明的精神，并實(shí)施本發(fā)明。第三實(shí)施例請參照圖3，圖3是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的微機(jī)電濾波器的立體示意圖。微機(jī)電濾波器300包括第一壓電區(qū)域310、第二壓電區(qū)域320、輸入電極330、輸出電極340、具有叉指電極的壓電諧振器370、不具有叉指電極的壓電諧振器360以及耦合梁380。壓電諧振器370包括上電極352、懸掛式壓電層350以及第一下電極，其中壓電諧振器370不具有硅基板。因?yàn)榈谝幌码姌O的金屬厚度極薄，在圖中并未繪制出來。第一壓電區(qū)域310與第二壓電區(qū)域320是同一種的材質(zhì)層，分成兩塊形成平行配置并配置在SOI層390的上方，微機(jī)電濾波器300的左右兩邊各有SOI層390，因此可以作為多個(gè)懸掛式壓電層的支撐層。懸掛式壓電層350以懸掛方式連接于第一壓電區(qū)域310與第二壓電區(qū)域320之間，而形成“I”字型；類似地，不具有叉指電極的壓電諧振器360也以懸掛方式連接于第一壓電區(qū)域310與第二壓電區(qū)域320之間，也形成“I”字型。其中，懸掛式壓電層350與壓電諧振器360形成平行配置。在懸掛式壓電層350與壓電諧振器360之間以一個(gè)耦合梁380做耦合連接。每一個(gè)壓電層與耦合梁380是同一種材質(zhì)的壓電層。輸入電極330配置在第一壓電區(qū)域310上方。輸出電極340配置在第二壓電區(qū)域 320上方。輸入電極330與輸出電極340的電極連接方向分別延伸至壓電諧振器370的上方，而形成叉指式圖案，其中輸入電極330與輸出電極340的材質(zhì)為金屬，壓電諧振器370 可以將輸入電極330的電信號轉(zhuǎn)換為機(jī)械能并形成共振，其中機(jī)械能再被轉(zhuǎn)換為電信號而從輸出電極340傳送出去。上電極352配置在懸掛式壓電層350的上方。上電極352具有一叉指形式圖案。 此叉指形式圖案兩側(cè)分別與輸入電極330以及輸出電極340相連接。第一下電極配置在懸掛式壓電層350下方。圖3中，上電極352的叉指形式圖案僅是一種實(shí)施例。叉指形式圖案的配置方式也可以在懸掛式壓電層350上做多階交迭變化的叉指形式，本發(fā)明并不以此為限。懸掛式壓電層350與壓電諧振器360可以為相似或相同形狀的結(jié)構(gòu)。懸掛式壓電層350連接第一壓電區(qū)域310及第二壓電區(qū)域320。壓電諧振器360連接第一壓電區(qū)域310 及第二壓電區(qū)域320。上述各個(gè)壓電層可以為相同的壓電薄膜層。
值得一提的是，由于壓電諧振器360的材質(zhì)為壓電材料，且不具有金屬的材質(zhì)，因此壓電諧振器360的結(jié)構(gòu)是屬于高品質(zhì)因子的諧振器。具有叉指電極的壓電諧振器370因?yàn)楸旧斫Y(jié)構(gòu)使用到金屬材料，可形成具有低品質(zhì)因子及低阻抗的諧振器。壓電諧振器360本身不具有金屬且不與輸入電極330或輸出電極340連接。壓電諧振器370的上電極352與輸入電極330或輸出電極340連接，因此電信號可以通過輸入電極330進(jìn)入壓電諧振器370，并在壓電諧振器370內(nèi)形成聲波的共振，該聲波被轉(zhuǎn)換為電信號后再經(jīng)由輸出電極340傳輸出去。壓電諧振器370推動耦合梁380，再推動壓電諧振器360。由于耦合梁380連接在壓電諧振器370與高品質(zhì)因子諧振器(壓電諧振器360)之間，耦合梁380帶動了兩諧振器，將不同品質(zhì)因子串接。壓電諧振器370內(nèi)的聲波共振會推動一旁的高品質(zhì)因子諧振器(壓電諧振器360)。耦合梁380的作用可以在諧振器370與高品質(zhì)因子諧振器(壓電諧振器360)之間傳遞聲波而呈同相或反相的共振狀態(tài)，并可控制微機(jī)電濾波器300的頻寬。由于硅對聲波的損耗小，此微機(jī)電濾波器300的結(jié)構(gòu)可以得到極高的品質(zhì)因子。另一方面，聲波的輸入與輸出是經(jīng)由壓電諧振器370，所以輸入阻抗極低。因此，微機(jī)電濾波器300可以對輸入信號產(chǎn)生濾波的效果，并且同時(shí)具有高品質(zhì)因子與低輸入阻抗的特性。承上所述，耦合梁380會影響聲波共振時(shí)的同相或反相的頻率。耦合梁380的尺寸將影響微機(jī)電濾波器300的帶通頻寬。設(shè)計(jì)時(shí)，可以根據(jù)通訊系統(tǒng)的需求來調(diào)整耦合梁 380的長度、粗細(xì)，使所設(shè)計(jì)出的振動模態(tài)配置在所要的頻段或頻寬內(nèi)，即可得到適當(dāng)?shù)念l率響應(yīng)。此外，微機(jī)電濾波器300在輸入電極330 —側(cè)還可以包括第二下電極，其中第二下電極因?yàn)槠浣饘俸穸葮O薄在圖中并未繪制出來。第二下電極配置在第一壓電區(qū)域310下方。第二下電極與第一下電極連接。類似上述方式，微機(jī)電濾波器300在輸出電極340 — 側(cè)還可以包括第三下電極，其中第三下電極因?yàn)槠浣饘俸穸葮O薄在圖中并未繪制出來。第三下電極配置在第二壓電層320下方。第三下電極與第一下電極連接。另外，在第二、第三下電極下方可以配置SOI層390。以下再舉一實(shí)施例進(jìn)行說明。第四實(shí)施例請參照圖4，圖4是根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的微機(jī)電濾波器的立體示意圖。微機(jī)電濾波器400的結(jié)構(gòu)類似于前述的微機(jī)電濾波器300。微機(jī)電濾波器400采用多個(gè)耦合梁將多個(gè)壓電諧振器與多個(gè)高品質(zhì)因子諧振器(壓電諧振器360)組合。此微機(jī)電濾波器 400包括第一壓電區(qū)域310、第二壓電區(qū)域320、輸入電極330、輸出電極340、多個(gè)具有叉指電極的壓電諧振器370、多個(gè)不具有叉指電極的壓電諧振器360以及多個(gè)耦合梁380。壓電諧振器370包括上電極352、懸掛式壓電層350以及第一下電極，其中壓電諧振器370不具有硅基板。因?yàn)榈谝幌码姌O的金屬厚度極薄，在圖中并未繪制出來。第一壓電區(qū)域310與第二壓電區(qū)域320是同一種的材質(zhì)層，分成兩塊形成平行配置并配置在SOI層390的上方，微機(jī)電濾波器400的左右兩邊各有SOI層390，因此，可以作為多個(gè)懸掛式壓電層的支撐層。每一個(gè)懸掛式壓電層350以懸掛方式連接于第一壓電區(qū)域310與第二壓電區(qū)域320之間，而形成“I”字型；類似地，每一個(gè)壓電諧振器360也以懸掛方式連接于第一壓電區(qū)域310與第二壓電層320之間，也形成“ I ”字型。其中，每一個(gè)懸掛式壓電層350與每一個(gè)壓電諧振器360形成平行配置。在懸掛式壓電層350與壓電諧振器360之間以一個(gè)耦合梁380做耦合連接。每一個(gè)壓電層與耦合梁380是同一種材質(zhì)的壓電層。輸入電極330配置在第一壓電區(qū)域310上方。輸出電極340配置在第二壓電層 320上方。輸入電極330與輸出電極340的電極連接方向分別延伸至壓電諧振器370的上方，而形成叉指式圖案，其中輸入電極330與輸出電極340的材質(zhì)為金屬，壓電諧振器370 可以將輸入電極330的電信號轉(zhuǎn)換為機(jī)械能并形成共振，其中機(jī)械能再被轉(zhuǎn)換為電信號而從輸出電極340傳送出去。每一個(gè)壓電諧振器370的上電極352具有一叉指形式圖案。上電極352配置在懸掛式壓電層350的上方。每一個(gè)叉指形式圖案兩側(cè)分別與輸入電極330以及輸出電極340 相連接。第一下電極配置在懸掛式壓電層350下方。圖4中，上電極352的叉指形式圖案僅是一種實(shí)施例。叉指形式圖案的配置方式也可以在懸掛式壓電層350上做多階交迭變化的叉指形式，本發(fā)明并不以此為限。每一個(gè)懸掛式壓電層350與每一個(gè)壓電諧振器360可以為相似或相同形狀的結(jié)構(gòu)。每一個(gè)懸掛式壓電層350連接第一壓電區(qū)域310及第二壓電區(qū)域320。每一個(gè)壓電諧振器360連接第一壓電區(qū)域310及第二壓電區(qū)域320。上述各個(gè)壓電層可以為相同的壓電
薄膜層。值得一提的是，由于每一個(gè)壓電諧振器360的材質(zhì)為壓電材料，且不具有金屬的材質(zhì)，因此每一個(gè)壓電諧振器360的結(jié)構(gòu)是屬于高品質(zhì)因子的諧振器。每一個(gè)壓電諧振器 370因?yàn)楸旧斫Y(jié)構(gòu)使用到金屬材料，可形成具有低品質(zhì)因子及低阻抗的諧振器。圖4與圖3 相比較之下，圖4的微機(jī)電濾波器400不但具有與圖3的微機(jī)電濾波器300相類似功效，而且還可以提高Q值。每一個(gè)壓電諧振器360本身不具有金屬且不與輸入電極330或輸出電極340連接。每一個(gè)壓電諧振器370的上電極352與輸入電極330或輸出電極340連接，因此電信號可以通過輸入電極330進(jìn)入壓電諧振器370，并在壓電諧振器370內(nèi)形成聲波的共振，該聲波轉(zhuǎn)換為電信號后再經(jīng)由輸出電極340傳輸出去。壓電諧振器370推動耦合梁380，再推動壓電諧振器360。由于耦合梁380連接在壓電諧振器370與高品質(zhì)因子諧振器(壓電諧振器360)之間，耦合梁380將不同品質(zhì)因子串聯(lián)。每一個(gè)壓電諧振器370內(nèi)的聲波共振會推動相鄰的高品質(zhì)因子諧振器(壓電諧振器360)。耦合梁380的作用可以在諧振器370 與高品質(zhì)因子諧振器(壓電諧振器360)之間傳遞聲波而呈同相或反相的共振狀態(tài)，并可控制微機(jī)電濾波器400的頻寬。由于硅對聲波的損耗小，此微機(jī)電濾波器400的結(jié)構(gòu)可以得到極高的品質(zhì)因子。另一方面，聲波的輸入與輸出是經(jīng)由每一個(gè)壓電諧振器370，所以輸入阻抗極低。因此，微機(jī)電濾波器400可以對輸入信號產(chǎn)生濾波的效果，并且同時(shí)具有高品質(zhì)因子與低輸入阻抗的特性。承上所述，多個(gè)耦合梁380會影響聲波共振時(shí)的同相或反相的頻率。每一個(gè)耦合梁380的尺寸將影響微機(jī)電濾波器400的帶通頻寬。設(shè)計(jì)時(shí)，可以根據(jù)通訊系統(tǒng)的需求來調(diào)整耦合梁380的長度、粗細(xì)，使所設(shè)計(jì)出的振動模態(tài)配置在所要的頻段或頻寬內(nèi)，即可得到適當(dāng)?shù)念l率響應(yīng)。此外，微機(jī)電濾波器400在輸入電極330 —側(cè)還可以包括第二下電極，其中第二下電極因?yàn)槠浣饘俸穸葮O薄在圖中并未繪制出來。第二下電極配置在第一壓電區(qū)域310下
12方。第二下電極與第一下電極連接。類似上述方式，微機(jī)電濾波器400在輸出電極340 — 側(cè)還可以包括第三下電極，其中第三下電極因?yàn)槠浣饘俸穸葮O薄在圖中并未繪制出來。第三下電極配置在第二壓電層320下方。第三下電極與第一下電極連接。另外，在第二、第三下電極下方可以配置SOI層390。值得一提的是，上述各實(shí)施例的微機(jī)電濾波器因?yàn)榫哂斜葌鹘y(tǒng)濾波器高的Q值且具有低輸入阻抗值，因此可應(yīng)用于需要高Q值的裝置，如手機(jī)、無線網(wǎng)絡(luò)等相關(guān)無線通訊產(chǎn)品；或是取代現(xiàn)有手機(jī)使用中的體聲波諧振器(Film Bulk Acoustic Wave Resonator)或表面聲波諧振器(SurfaceAcoustic Wave Resonator)；或是應(yīng)用在通訊系統(tǒng)中的阻抗匹配通訊；或可根據(jù)需求選取所需的頻帶，達(dá)到信道選擇濾波器的目標(biāo)，以達(dá)成無縫隙通訊系統(tǒng)。由上述可知，本發(fā)明實(shí)施例的微機(jī)電濾波器將具有不同Q值的諧振器以機(jī)械結(jié)構(gòu)方式耦合，可獲得一高品質(zhì)因子及接近系統(tǒng)規(guī)格的帶通濾波器。故當(dāng)在數(shù)十MHz至數(shù)GHz 的高頻率范圍時(shí)，本發(fā)明實(shí)施例的微機(jī)電濾波器均可適用在不同頻段的通訊系統(tǒng)，避免了已知技術(shù)的限制且還可以滿足下一代的通訊系統(tǒng)需求。由此可見，本發(fā)明確實(shí)可以提供一項(xiàng)具有產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值的濾波器設(shè)計(jì)，已具備顯著的實(shí)用性與進(jìn)步性。綜上所述，本發(fā)明的微機(jī)電濾波器將具有不同Q值的諧振器以機(jī)械結(jié)構(gòu)方式耦合，并選擇低品質(zhì)因子及低阻抗的諧振器為輸入/輸出端，可提高Q值與降低阻抗，解決現(xiàn)有技術(shù)瓶頸的問題。本發(fā)明的實(shí)施例至少具有以下特征(1)可用于中頻至高頻的頻率范圍，(2)具有低輸入阻抗，可與通訊系統(tǒng)中的阻抗匹配，以及(3)具有高品質(zhì)因子。雖然本發(fā)明已以實(shí)施例公開如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作一些的更改與改進(jìn)，故本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視隨附的權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
1權(quán)利要求
1.一種微機(jī)電濾波器，其特征在于包括一第一基板； 一第二基板；一輸入電極，所述輸入電極配置在所述第一基板上方； 一輸出電極，所述輸出電極配置在所述第二基板上方；一第一懸掛式諧振器，所述第一懸掛式諧振器連接所述第一基板及所述第二基板； 一第二懸掛式諧振器，所述第二懸掛式諧振器連接所述第一基板及所述第二基板； 一壓電諧振器，所述壓電諧振器緊密地連結(jié)在所述第一懸掛式諧振器上方，所述壓電諧振器的上電極具有一叉指形式圖案，所述叉指形式圖案兩側(cè)分別與所述輸入電極、所述輸出電極連接，而配置在所述壓電諧振器的上電極下方依次為一第一壓電材料層與一第一下電極；以及一耦合梁，在所述第一懸掛式諧振器與所述第二懸掛式諧振器之間以所述耦合梁做耦合連接，所述耦合梁用于傳遞聲波，并控制所述微機(jī)電濾波器的頻寬。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)電濾波器，其特征在于所述第一基板與所述第二基板是一體成型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)電濾波器，其特征在于所述輸入電極與所述輸出電極的材質(zhì)為金屬。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)電濾波器，其特征在于所述第二懸掛式諧振器的材質(zhì)為硅或是絕緣層上有硅的半導(dǎo)體材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)電濾波器，其特征在于所述第一基板及所述第二基板的材質(zhì)為硅或是絕緣層上有硅的半導(dǎo)體材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)電濾波器，其特征在于所述耦合梁的材質(zhì)為硅或是絕緣層上有硅的半導(dǎo)體材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)電濾波器，其特征在于所述微機(jī)電濾波器還包括一第二壓電材料層與一第二下電極，所述第二壓電材料層配置在所述輸入電極下方，所述第二下電極配置在所述第二壓電材料層與所述第一基板之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)電濾波器，其特征在于所述微機(jī)電濾波器還包括一第三壓電材料層與一第三下電極，所述第三壓電材料層配置在所述輸出電極下方，所述第三下電極配置在所述第三壓電材料層與所述第二基板之間。
9.一種微機(jī)電濾波器，其特征在于包括 一第一壓電區(qū)域；一第二壓電區(qū)域；一輸入電極，所述輸入電極配置在所述第一壓電區(qū)域上方； 一輸出電極，所述輸出電極配置在所述第二壓電區(qū)域上方； 一第一壓電諧振器，所述第一壓電諧振器包括一上電極具有一叉指形式圖案，所述叉指形式圖案與所述輸入電極或所述輸出電極連接；一懸掛式壓電層，配置在所述上電極的下方，所述懸掛式壓電層連接所述第一壓電區(qū)域及所述第二壓電區(qū)域；以及一第一下電極，配置在所述懸掛式壓電層下方；一第二壓電諧振器，所述第二壓電諧振器連接所述第一壓電區(qū)域及所述第二壓電區(qū)域；以及一耦合梁，在所述懸掛式壓電層與所述第二壓電諧振器之間以所述耦合梁做耦合連接，所述耦合梁用于傳遞聲波，并控制所述微機(jī)電濾波器的頻寬。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的微機(jī)電濾波器，其特征在于所述輸入電極與所述輸出電極的材質(zhì)為金屬。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的微機(jī)電濾波器，其特征在于所述第二壓電諧振器的材質(zhì)為壓電材料且不具有金屬的材質(zhì)。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的微機(jī)電濾波器，其特征在于所述耦合梁的材質(zhì)為壓電材料。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的微機(jī)電濾波器，其特征在于所述微機(jī)電濾波器還包括一第二下電極，所述第二下電極配置在所述第一壓電區(qū)域下方，所述第二下電極與所述第一下電極連接。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的微機(jī)電濾波器，其特征在于所述微機(jī)電濾波器還包括一第三下電極，所述第三下電極配置在所述第二壓電區(qū)域下方，所述第三下電極與所述第一下電極連接。
15.一種微機(jī)電濾波器，其特征在于，包括一輸入電極；一輸出電極；至少一第一諧振器，所述第一諧振器耦接在所述輸入電極與所述輸出電極之間，其中所述第一諧振器為一壓電諧振器；至少一第二諧振器，所述第二諧振器的材質(zhì)為硅、絕緣層上有硅的半導(dǎo)體材料或壓電材料，且所述第二諧振器不具有金屬的材質(zhì)；以及至少一耦合梁，在所述至少一第一諧振器與所述至少一第二諧振器之間以所述耦合梁做耦合連接，所述耦合梁用于諧振器間傳遞聲波，并控制所述微機(jī)電濾波器的頻寬。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的微機(jī)電濾波器，其特征在于所述輸入電極與所述輸出電極的材質(zhì)為金屬。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的微機(jī)電濾波器，其特征在于所述耦合梁的材質(zhì)為硅、絕緣層上有硅的半導(dǎo)體材料或壓電材料。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的微機(jī)電濾波器，其特征在于所述第一諧振器包括一上電極、一壓電材料層與一下電極，其中所述上電極具有一叉指形式圖案，所述叉指形式圖案與所述輸入電極或所述輸出電極連接，而配置在所述叉指形式圖案下方依次為所述壓電材料層與所述下電極。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種微機(jī)電濾波器。此微機(jī)電濾波器包括一輸入電極、一輸出電極、一個(gè)或多個(gè)壓電諧振器、一個(gè)或多個(gè)高品質(zhì)因子諧振器以及一個(gè)或多個(gè)耦合梁。壓電諧振器上方具有輸入電極與輸出電極。高品質(zhì)因子諧振器的材質(zhì)為硅或壓電材料，且上方不具有金屬電極。在壓電諧振器與高品質(zhì)因子諧振器之間以耦合梁作為連接。耦合梁用于諧振器間傳遞聲波，并可控制濾波器的頻寬。
文檔編號H03H9/25GK102468817SQ201010535550
公開日2012年5月23日 申請日期2010年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月4日
發(fā)明者張平, 王欽宏, 許豐家, 黃俊哲 申請人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院