[發明專利]微機電濾波器

有效

• 申請號: 201010535550.5
• 申請日: 2010-11-04
• 公開（公告）號: CN102468817A
• 公開（公告）日: 2012-05-23
• 發明（設計）人: 黃俊哲;許豐家;張平;王欽宏
• 申請（專利權）人: 財團法人工業技術研究院
• 主分類號: H03H9/25
• 分類號: H03H9/25
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周國城

技術領域

本發明是關于一種濾波器，且特別是關于一種用于無線通訊系統的微機電濾波器。

背景技術

在過去幾年，各種無線通訊蓬勃發展。目前應用在無線通訊上的規格或頻段已達七種以上，每種規格都有其獨特的通訊協議(protocol)，例如不同的頻帶、不同的通道寬度。在通訊系統中，聲波濾波器用于將欲傳輸的訊號提取出來，并將其它噪聲予以濾除，為通訊系統中一項不可或缺的元件。對于給定的頻率響應，濾波器的轉移函數是由品質因子(quality?factor，簡稱Q值)所決定。傳統射頻(radio?frequency)元件因為導體及介質在GHz的頻率下，元件損耗將隨著頻率而增加。因此，以某些結構共振方式設計的體聲波諧振器(Film?Bulk?Acoustic?Wave?Resonator)，由于具有體積小，逐漸取代相關元件，而成為某些手機用濾波器的主要元件。目前某些商業化的體聲波共振濾波器在1GHz時，Q值約800至1200，僅適合作為頻段選擇濾波器。若要開發“通道選擇濾波器”來滿足某些下一代通訊系統需求，則諧振器在1GHz的Q值需要更高。

現有國際研發單位中，關于研究靜電驅動諧振器以美國加州伯克利大學(University?of?California-Berkeley)為首。相關文獻中記載了在靜電力驅動下，某些靜電驅動諧振器具有高品質因子，Q值約8800，且具有高輸入阻抗(input?impedance)約100K歐姆(Ohm)。在現有通訊系統中，系統的阻抗一般約為50Ohm。若元件阻抗太高(數十K?Ohm至數M?Ohm)，則該元件的反射系數將接近1，造成插入損失(insertion?loss)太高，不適合在通訊系統中使用該元件。

此外，為增加諧振器的機電轉換系數，現有技術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因子。相關文獻中記載了在壓電驅動下，壓電驅動諧振器的機電轉換系數典型值為7.7×10^-5C/m；在靜電驅動下，靜電驅動諧振器的機電轉換系數典型值為3.3×10^-6C/m。可知某些技術以壓電材料作為共振體可得到較低的阻抗，但無法達到高Q值。所以某些壓電諧振器的特性是具有低品質因子且具有低輸入阻抗。

某些已知的諧振器存在下列問題：不能同時滿足提高Q值與降低阻抗，故無法設計極高Q值的濾波器且阻抗達到50歐姆。因此，如何設計極高Q值的濾波器且阻抗達到50歐姆，以使與通訊系統的阻抗匹配，進而可以達到信道選擇濾波器的目標，是當前亟待解決的課題。

發明內容

本發明提供一種微機電濾波器。此微機電濾波器可實現高頻共振且聲波損耗小，可以提供高品質因子與降低輸入阻抗特性的濾波器。

本發明提出一種微機電濾波器。此微機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。

本發明另提出一種微機電濾波器，此微機電濾波器包括一第一壓電區域、一第二壓電區域、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域上方。所述輸出電極配置在所述第二壓電區域上方。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域及所述第二壓電區域。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域及所述第二壓電區域。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。