[發明專利]濾波器的改良

有效

• 申請號: 01802166.2
• 申請日: 2001-05-23
• 公開（公告）號: CN1386320A
• 公開（公告）日: 2002-12-18
• 發明（設計）人: R·W·沃特莫爾;P·B·柯爾比;蘇清新;小室榮樹
• 申請（專利權）人: TDK株式會社
• 主分類號: H03H3/02
• 分類號: H03H3/02;H03H9/58
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 劉宗杰,梁永

本發明涉及具有多個薄膜體波諧振器(FBAR)的濾波器，特別是為了在高頻區得到低電平的帶邊衰減和低電平的頻帶外衰減而使用薄膜技術制造的壓電濾波器。

薄膜體波諧振器(FBAR)在高頻區特別是在MHz和GHz區域具有共振峰，所以，是很有魅力的器件。此外，FBAR可以用毫米單位的小的器件實現。即，FBAR不僅作為諧振器是有用的，而且可以應用于手機等小型并且輕而薄的電氣產品中使用的濾波器或轉換器。

現在已知，可以用多個FBAR制造電氣濾波器。這種濾波器可以在MHz或GHz的頻率區域工作。對于帶通濾波器的情況，一般說來，如果濾波器使用的FBAR多，與信號通過區域比較，可以改善阻止電平。

圖9表示具有4個FBAR的濾波器的例子。4個FBAR根據在濾波器中它們的功能而分為2個組。圖9的FBAR1和FBAR2串聯連接。因此，這2個構成1個組。另外，FBAR3和FBAR4并聯連接，構成另一個組。通常，所有的FBAR按照相同的步驟同時制造在1個基板上。因此，各FBAR由完全相同的結構構成。換言之，對于各FBAR的所有的層，按相同的厚度使用相同的材料。另外，通常，各FBAR具有相同大小的作業區域。

在MHz或GHz區域的高頻區準備帶通濾波器是重要的。因為，這些頻率區域在當今的無線通信中頻繁地使用。對于帶通濾波器的情況，帶邊衰減和頻帶外衰減都是低電平是非常重要的。因此，要求制造帶邊衰減和頻帶外衰減良好的濾波器的技術。

本發明的目的旨在提供具有多個FBAR并且具有低電平的帶邊衰減和低電平的頻帶外衰減的濾波器。在本發明中，通過在串聯FBAR和并聯FBAR中改變作業區域的大小，可以得到上述特性。

濾波器具有多個FBAR，其中至少1個串聯連接，1個并聯連接。

各FBAR(從下向上)具有基板、電介質層、作為下部電極的1個以上的金屬層、壓電層和作為上部電極的1個以上的金屬層。

FBAR在成為所有的層的厚度的函數的頻率發生串聯共振和并聯共振。在這樣的濾波器中，在串聯FBAR和并聯FBAR中改變作業區域的大小是有效的。

通常，作業區域受與構成FBAR的壓電層接觸的電極的區域的大小限制。這時，與并聯FBAR比較，串聯FBAR的共振峰成為不同的電抗曲線的形狀。

如果使用作業區域不同的串聯和并聯的FBAR制造濾波器，就可以得到低電平的帶邊衰減和低電平的頻帶外衰減的濾波器。

下面，使用圖9說明器件的原理。在圖9中，表示在相同的條件下制造所有的FBAR時串聯FBAR(FBAR1和FBAR2)和并聯FBAR(FBAR3和FBAR4)具有完全相同的共振峰。其次，與并聯FBAR比較，改變串聯FBAR的壓電層的厚度時，上述共振峰在不同的頻率出現，但是，如圖10(a)所示，共振峰的形狀相同。這樣，與并聯FBAR比較，使用串聯FBAR的壓電層的厚度不同而構成的多個FBAR制造濾波器時，可以得到圖10(b)所示的濾波器的透過信號(S₂₁)。在圖10(b)中，帶邊衰減出現在頻率f_s2和f_p1處，拋物線外衰減出現在比f_s2低的頻率區域和比f_p1高的頻率區域。

另一方面，在圖9中，串聯FBAR(FBAR1和FBAR2)和并聯FBAR(FBAR3和FBAR4)的上部電極和下部電極的大小不同，在所有的FBAR中，其他尺寸如果如圖10的濾波器那樣相同，則串聯FBAR和并聯FBAR就如圖11(a)所示的那樣具有不同的電抗曲線的形狀。在圖11(a)中，用于作業區域的電容不同，所以，曲線形狀不同。使用不同的串聯FBAR和并聯FBAR制造濾波器時，如圖11(b)所示，可以得到特別是在f_s2處具有低電平的帶邊衰減同時具有低電平的頻帶外衰減的濾波器。

改變電極的大小的1個例子，就是與并聯FBAR比較，改變串聯FBAR的電極的掩模設計。

下面，參照附圖，使用例子詳細說明本發明。

圖1表示具有3個串聯FBAR和3個并聯FBAR的極佳的濾波器的概要圖。

圖2表示FBAR的上面圖和剖面圖。

圖3表示具有110微米角的大小的電極和1.2微米厚度的壓電層而在極佳的濾波器中作為串聯FBAR使用的FBAR的S參量。

圖4表示具有285微米角的大小的電極和1.255微米的厚度的壓電層而在極佳的濾波器中作為并聯FBAR使用的FBAR的S參量。