濾波器和雙工器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明的特定方面涉及濾波器和雙工器。
【背景技術(shù)】
[0002] 采用壓電薄膜共振器的聲波器件用作諸如移動電話等的無線設(shè)備的濾波器和雙 工器。壓電薄膜共振器具有被設(shè)計為具有在壓電膜的兩側(cè)彼此面對的下電極和上電極的結(jié) 構(gòu)。下電極和上電極在壓電膜的兩側(cè)彼此面對所在的區(qū)域是共振區(qū)域。
[0003] 移動電話的快速普及導(dǎo)致許多頻帶的使用。這要求濾波器和雙工器具有銳邊特 性。例如,要求具有窄保護帶(該窄保護帶是發(fā)送帶與接收帶之間的頻帶)的雙工器中所 采用的濾波器具有銳化的濾波器特性。
[0004] 日本專利申請公開說明書第2013-123184號(專利文獻1)公開了在壓電薄膜共 振器的共振區(qū)域的外周中設(shè)置具有厚的多層膜的厚膜部并且使厚膜部從共振區(qū)域的邊緣 的寬度在濾波器中的至少兩個壓電薄膜共振器之間彼此不同,以實現(xiàn)銳邊特性。
[0005] 使共振器的厚膜部的寬度彼此不同能夠使有效機電耦合系數(shù)彼此不同。這使得能 夠?qū)崿F(xiàn)銳邊特性。然而,在專利文獻1所公開的結(jié)構(gòu)中,厚膜部的電容器不具有高Q值,由 此邊緣特性未充分銳化。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 根據(jù)本發(fā)明的方面,提供了一種濾波器,該濾波器包括:多個壓電薄膜共振器,每 個所述壓電薄膜共振器包括:基板;壓電膜,該壓電膜位于所述基板上;下電極和上電極, 所述下電極和所述上電極在所述壓電膜的至少一部分的兩側(cè)彼此面對;以及插入膜,該插 入膜插入所述壓電膜中,位于共振區(qū)域內(nèi)的外周區(qū)域的至少一部分中,并且不位于所述共 振區(qū)域的中心區(qū)域中,所述共振區(qū)域是這樣的區(qū)域,在該區(qū)域中所述下電極和所述上電極 在所述壓電膜的兩側(cè)彼此面對,其中,所述壓電薄膜共振器中的至少兩個壓電薄膜共振器 具有的所述共振區(qū)域內(nèi)的所述插入膜的寬度不同。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的另一個方面,提供了一種雙工器,該雙工器包括:發(fā)送濾波器;以及 接收濾波器,其中,所述發(fā)送濾波器和所述接收濾波器中的至少一個是上述濾波器。
【附圖說明】
[0008] 圖1是根據(jù)第一實施方式的濾波器的電路圖;
[0009] 圖2的(A)是第一實施方式中所采用的壓電薄膜共振器的平面圖,圖2的(B)是 插入膜的平面圖,并且圖2的(C)和圖2的(D)是沿著圖2的(A)中的線A-A截取的剖面 圖;
[0010] 圖3(A)至圖3(C)是示出了第一實施方式的串聯(lián)共振器的制造方法的剖面圖;
[0011] 圖4(A)是插入膜的楊氏模量相對于反共振頻率處的Q值的曲線圖,并且圖4(B) 是插入膜的楊氏模量相對于有效機電耦合系數(shù)k2eff的曲線圖;
[0012] 圖5是寬度W相對于有效機電耦合系數(shù)k2eff的曲線圖;
[0013] 圖6是示出了包括插入膜的壓電薄膜共振器的等效電路的圖;
[0014] 圖7是模擬雙工器的電路圖;
[0015] 圖8是列出了雙工器DUP0的共振器的特性的圖;
[0016] 圖9是列出了雙工器DUP1的共振器的特性的圖;
[0017] 圖10是列出了雙工器DUP2的共振器的特性的圖;
[0018] 圖11是列出了雙工器DUP3的共振器的特性的圖;
[0019] 圖12是列出了雙工器DUP4的共振器的特性的圖;
[0020] 圖13(A)至圖13⑶是示出了雙工器DUP0至DUP4的躍迀寬度和回波損耗的圖;
[0021] 圖14是模擬雙工器的電路圖;
[0022] 圖15是示出了雙工器DUP5和DUP6的發(fā)送濾波器的通過特性的圖;
[0023] 圖16的㈧是根據(jù)第一實施方式的第一變形例的壓電薄膜共振器的平面圖,圖16 的⑶是插入膜的平面圖,并且圖16的(C)和圖16的⑶是沿著圖16㈧中的線A-A截 取的剖面圖;
[0024] 圖17的㈧是根據(jù)第一實施方式的第二變形例的壓電薄膜共振器的平面圖,圖17 的⑶是插入膜的平面圖,并且圖17的(C)是沿著圖17的㈧中的線A-A截取的剖面圖;
[0025] 圖18的㈧是根據(jù)第一實施方式的第三變形例的壓電薄膜共振器的平面圖,圖18 的⑶是插入膜的平面圖,并且圖18的(C)是沿著圖18的㈧中的線A-A截取的剖面圖; 以及
[0026] 圖19㈧是根據(jù)第一實施方式的第四變形例的壓電薄膜共振器的剖面圖,并且圖 19(B)是根據(jù)第一實施方式的第五變形例的壓電薄膜共振器的剖面圖。
【具體實施方式】
[0027] 現(xiàn)在將參照附圖給出本發(fā)明的實施方式的描述。
[0028] 第一實施方式
[0029] 第一實施方式是示例性梯形濾波器。圖1是根據(jù)第一實施方式的濾波器的電路 圖。如圖1所示,第一實施方式的濾波器40包括一個或多個串聯(lián)共振器S1至S4和一個或 多個并聯(lián)共振器P1至P3。串聯(lián)共振器S1至S4串聯(lián)連接在輸入端子Tin與輸出端子Tout 之間。并聯(lián)共振器P1至P3并聯(lián)連接在輸入端子Tin與輸出端子Tout之間。可以自由選 擇串聯(lián)共振器和并聯(lián)共振器的連接和個數(shù)。
[0030] 圖2的(A)是第一實施方式中所采用的壓電薄膜共振器的平面圖,圖2的(B)是 插入膜的平面圖,并且圖2的(C)和圖2的(D)是沿著圖2的(A)中的線A-A截取的剖面 圖。圖2的(C)是濾波器40的串聯(lián)共振器S1至S4的剖面圖,并且圖2的⑶是濾波器40 的并聯(lián)共振器P1至P3的剖面圖。
[0031] 參照圖2的㈧和圖2的(C),將說明串聯(lián)共振器S的結(jié)構(gòu)。下電極12形成在基 板10上,基板10為硅(Si)基板。具有圓頂形凸起的氣隙30形成在基板10的平坦主面與 下電極12之間。圓頂形凸起具有這樣的形狀:氣隙30的高度在氣隙30的周邊低,并且氣 隙30的高度在更靠近氣隙30中心的位置處增加。下電極12包括下層12a和上層12b。下 層12a是例如鉻(Cr)膜,并且上層12b是例如釕(Ru)膜。
[0032] 在下電極12上形成主要由具有沿(002)方向的主軸的氮化鋁(A1N)組成的壓電 膜14。插入膜28形成在壓電膜14中。上電極16形成在壓電膜14上,以便具有區(qū)域(共 振區(qū)域50),上電極16在壓電膜14的另一側(cè)面向下電極12。共振區(qū)域50是具有橢圓形狀 的區(qū)域,厚度伸縮模式的聲波在該區(qū)域中共振。上電極16包括下層16a和上層16b。下層 16a是例如Ru膜,并且上層16b是例如Cr膜。
[0033] 作為頻率調(diào)整膜24的氧化硅膜形成在上電極16上。共振區(qū)域50內(nèi)的多層膜18 包括下電極12、壓電膜14、插入膜28、上電極16以及頻率調(diào)整膜24。頻率調(diào)整膜24可以 充當(dāng)鈍化膜。
[0034] 如圖2的(A)所示,導(dǎo)入路徑33形成在下電極12中,以蝕刻犧牲層。犧牲層是用 于形成氣隙30的層。導(dǎo)入路徑33的末端未用壓電膜14覆蓋,并且下電極12在導(dǎo)入路徑 33的末端處具有孔部35。
[0035] 參照圖2的(A)和圖2的(D),將描述并聯(lián)共振器P的結(jié)構(gòu)。與串聯(lián)共振器S相 比,并聯(lián)共振器P在上電極16的下層16a與上層16b之間包括由鈦(Ti)層形成的質(zhì)量負 荷膜20。由此,多層膜18除了串聯(lián)共振器S的多層膜之外還包括跨越共振區(qū)域50內(nèi)的整 個表面形成的質(zhì)量負荷膜20。其他結(jié)構(gòu)與圖2的(C)的串聯(lián)共振器S的結(jié)構(gòu)相同,由此省 略描述。
[0036] 經(jīng)由質(zhì)量負荷膜20的膜厚度來調(diào)整串聯(lián)共振器S與并聯(lián)共振器P之間的共振頻 率差。通過調(diào)整頻率調(diào)整膜24的膜厚度來調(diào)整串聯(lián)共振器S和并聯(lián)共振器P的共振頻率。
[0037] 當(dāng)壓電薄膜共振器具有2GHz的共振頻率時,下電極12的由Cr膜制成的下層12a 具有的膜厚度為l〇〇nm,并且由Ru膜制成的上層12b具有的膜厚度為250nm。由A1N膜制 成的壓電膜14具有的膜厚度為llOOnm。由鋁(A1)膜制成的插入膜28具有的膜厚度為 150nm。上電極16的由Ru膜制成的下層16a具有的膜厚度為250nm,并且由Cr膜制成的上 層16b具有的膜厚度為50nm。由氧化硅膜制成的頻率調(diào)整膜24具有的膜厚度為50nm。由 Ti膜制成的質(zhì)量負荷膜20具有的膜厚度為120nm??梢赃m當(dāng)設(shè)置各層的膜厚度,以獲得期 望的共振特性。
[0038] 如圖2的⑶所示,插入膜28位于共振區(qū)域50內(nèi)的外周區(qū)域52中,但不位于中 心區(qū)域54中。外周區(qū)域52是共振區(qū)域50內(nèi)的區(qū)域,并且是包括共振區(qū)域50的外周且沿 著該外周的區(qū)域。外周區(qū)域52是例如帶狀或環(huán)狀。中心區(qū)域54是共振區(qū)域50內(nèi)的區(qū)域, 并且是包括共振區(qū)域50的中心的區(qū)域。中心可以不是幾何中心。插入膜28從外周區(qū)域52 連續(xù)定位到共振區(qū)域50的外部。對應(yīng)于孔部35的孔部34形成在插入膜28中。
[0039] 代替Si基板,基板10可以是石英基板、玻璃基板、陶瓷基板或GaAs基板。下電極 12和上電極16可