专利名称：可调谐微机电系统共振器的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及电子设备，且更具体来说，涉及微机电系统(MEMS)共振器。
背景技术：
MEMS是用以通过机械移动部分形成微型机电装置的技术。这些装置可用以实施各种射频(RF)电路组件，例如共振器、开关、可变电容器(可变电抗器)、电感器等。MEMS装置可具有优于以其它方式制造的RF电路组件的特定优点，例如较高的质量因子(Q)、较低的插入损耗、较好的线性等。MEMS共振器为可在可称作共振频率的特定频率下共振的MEMS装置。可使用此项技术中已知的各种结构来实施MEMS共振器。可选择特定结构及合适尺寸以获得MEMS共振器的所要共振频率。可将MEMS共振器用于具有较小的RF信号的低功率应用。在此情况下，MEMS共振器的共振频率可能不太受RF信号的影响。然而，对于高功率应用(例如，无线通信装置的发射器)来说，RF信号可能较大。如果将较大的RF信号施加到MEMS共振器，那么MEMS共振器的共振频率可能因所述RF信号而改变，此情形通常是不合需要的。将需要可处置较大的RF信号的MEMS共振器。
发明内容
图1及图2展示可调谐MEMS共振器的横截面图。图3及图4展示用于可调谐MEMS共振器的不同腔形状。图5及图6展示用于可调谐MEMS共振器的可移动板的两种示范性设计。图7及图8展示用以防止可移动板的短路的间隔物的使用。图9展示具有多个可移动板的可调谐MEMS共振器。图10展示四个可调谐MEMS共振器的阵列。图11展示无线通信装置的框图。图12展示通过可调谐MEMS共振器来实施的可调谐滤波器。图13展示可调谐滤波器的频率响应。图14展示通过可调谐MEMS共振器来实施的振荡器。图15展示用于操作MEMS共振器的过程。
具体实施例方式词语“示范性”在本文中用以表示“充当实例、例子或说明”。未必将本文中描述为 “示范性”的任何设计解释为比其它设计优选或有利。本文中描述具有可调整共振频率且能够处置较大的RF信号的可调谐MEMS共振器的若干示范性设计。可调谐MEMS共振器为具有可通过用直流(DC)电压来调整机械移动部分而改变的共振频率的MEMS共振器。可调谐MEMS共振器可包括两个或两个以上端子(或电极)。可将RF信号施加到第一端子，且将DC电压施加到第二端子。所述DC电压可使 MEMS共振器内的板机械地移动，所述移动可接着调整MEMS共振器的共振频率。可将本文中所描述的可调谐MEMS共振器用于例如可调谐滤波器、振荡器等各种电路中。还可将可调谐 MEMS共振器用于例如无线通信装置的发射器等高功率应用。可调谐MEMS共振器可能够处置较大的RF信号，且可具有归因于所述较大的RF信号的较小的共振频率改变。图1展示能够处置较大的RF信号的可调谐MEMS共振器100的示范性设计的横截面图。可调谐MEMS共振器100包括底部部分110及顶部部分160。图1展示顶部部分160 与底部部分110脱啮。图2展示可调谐MEMS共振器100的横截面图，其中顶部部分160与底部部分110 配合。此为正常操作期间的配置。图3展示图1及图2中的具有正方形腔180a的可调谐MEMS共振器100的示范性设计的俯视图。图1及图2中的横截面图是沿图3中的线X-X'所截取。可通过正方形腔实现较大的布局效率，且可在具有正方形腔的给定区域中制造较多的MEMS共振器。可通过使正方形腔180a具有修圆角及使接线柱172a具有修圆角来改进MEMS共振器100的质量因子(Q)。图4展示图1及图2中的具有环形腔180b的可调谐MEMS共振器100的另一示范性设计的俯视图。图1及图2中的横截面图是沿图4中的线X-X'所截取。对于具有环形腔的MEMS共振器100，可获得较高的Q。返回参看图1，底部部分110包括衬底120，在衬底120上可形成各种结构、层及导体。衬底120可为玻璃、硅或某一其它材料。玻璃可具有较好的性能以及较低的成本。导线122可形成于衬底120的顶部上，且可用以运载RF信号。导线124也可形成于衬底120 的顶部上，且可用以运载DC电压。导线124可耦合到电极134，可在底部部分110的中心部上方于衬底120的顶部表面上形成所述电极134。电极134也可称作偏压电极、垫等。线 122及124以及电极134可通过金属或某一其它导电材料形成。电介质层128可覆盖衬底 120的顶部表面的全部或部分。除底部部分110的中心部以外，可在衬底120的大部分顶部表面上方于电介质层128的顶部上形成金属层130。可移动板140可形成于电极134上方，且可与电极134分开达间隙136。如下文所描述，板140可通过MEMS开关来实施，且可用金属或某一其它导电材料形成。板140还可称作机械膜等。顶部部分160包括腔180，其可形成于接线柱170周围，且可由侧壁172环绕。接线柱170可与底部部分110中的可移动板140对准。可基于可调谐MEMS共振器100的所要共振频率来选择腔180的尺寸。顶部部分160的底部表面可由金属层190覆盖。可在腔180的一部分中在导线122的一端上方于金属层130中形成开口 142。来自腔180的RF能量可经由开口 142耦合到线122。可将线122上的RF信号提供给可调谐 MEMS共振器100连接到的其它电路组件。可调谐MEMS共振器100操作如下。如图2中所展示，在正常操作期间可将顶部部分160配合到底部部分110。腔180涂覆有金属，且能量在所述腔内部被捕获。因为腔180具有低损耗，所以能量缓慢地衰减。腔180内的共振频率可由腔的尺寸决定。可变电容器(可变电抗器)192可形成于接线柱170的底部与可移动板140之间。 可通过改变可变电抗器192的电容来调整或调谐可调谐MEMS共振器100的共振频率。可将DC电压施加到衬底120上的电极134，以致使可移动板140从其展示于图1及图2中的正常静止位置向下移动。较大DC电压可致使板140进一步朝电极134向下移动，这可接着导致可变电抗器192的较小电容且因此导致MEMS共振器100的较高共振频率。相反地，较小DC电压(例如，零伏)可致使板140接近其静止位置，这可接着导致可变电抗器192的较大电容且因此导致MEMS共振器100的较低共振频率。可以各种方式控制可调谐MEMS共振器100的共振频率。可选择腔180的宽度a、 长度b及高度h以获得所要共振频率。表1展示可调谐MEMS共振器100的两种示范性设计，其中尺寸是以毫米(mm)为单位来给出，且共振频率是以兆赫(MHz)为单位来给出。可通过腔180的其它尺寸获得其它共振频率及Q。表 权利要求
1.一种微机电系统MEMS共振器，其包含第一部分，其包含腔及接线柱；及第二部分，其配合到所述第一部分且包含位于所述接线柱下方的可移动板，所述可移动板通过DC电压而机械地移动以改变所述MEMS共振器的共振频率。
2.根据权利要求1所述的MEMS共振器，所述第二部分进一步包含电极，所述电极形成于所述可移动板下方且被施加有所述DC电压。
3.根据权利要求1所述的MEMS共振器，所述腔具有矩形形状，且由形成于所述第一部分中的四个侧壁环绕。
4.根据权利要求3所述的MEMS共振器，所述四个侧壁具有修圆角。
5.根据权利要求1所述的MEMS共振器，所述腔具有环形形状，且由形成于所述第一部分中的环形侧壁环绕。
6.根据权利要求1所述的MEMS共振器，所述腔具有任意形状的轮廓，且由形成于所述第一部分中的任意形状的轮廓的壁环绕。
7.根据权利要求1所述的MEMS共振器，所述腔填充有电介质材料。
8.根据权利要求1所述的MEMS共振器，所述接线柱位于所述腔的中间。
9.根据权利要求1所述的MEMS共振器，所述接线柱具有具修圆角的矩形形状。
10.根据权利要求1所述的MEMS共振器，所述接线柱具有环形形状。
11.根据权利要求1所述的MEMS共振器，所述接线柱具有任意轮廓形状。
12.根据权利要求1所述的MEMS共振器，所述第一部分进一步包含形成于所述腔内的至少一个额外接线柱。
13.根据权利要求1所述的MEMS共振器，所述可移动板经由锚定器附接到所述第二部分且操作为悬臂。
14.根据权利要求1所述的MEMS共振器，所述可移动板经由第一及第二锚定器附接到所述第二部分且操作为桥接器。
15.根据权利要求1所述的MEMS共振器，所述第二部分进一步包含位于所述接线柱下方的至少一个额外可移动板，每一额外可移动板通过相应的DC电压而机械地移动，以改变所述MEMS共振器的所述共振频率。
16.根据权利要求1所述的MEMS共振器，所述第二部分包含衬底，电介质层，其形成于所述衬底的全部或部分上方，及金属层，其形成于所述电介质层的全部或部分上方。
17.根据权利要求1所述的MEMS共振器，所述第一部分由面向所述第二部分的表面上的第一金属层覆盖，且所述第二部分由面向所述第一部分的表面上的第二金属层覆盖。
18.根据权利要求17所述的MEMS共振器，所述第一部分包含电介质层，所述电介质层在所述接线柱与所述可移动板之间于所述第一金属层上方形成。
19.根据权利要求17所述的MEMS共振器，所述第一部分包含至少一个电介质间隔物， 所述至少一个电介质间隔物形成于所述可移动板的至少一侧上，且用以防止所述可移动板接触所述第一部分中的所述第一金属层。
20.一种设备，其包含用以接收输入信号且提供输出信号的滤波器，所述滤波器包含至少一个微机电系统 MEMS共振器，每一MEMS共振器具有用于调整所述MEMS共振器的共振频率的可移动板，所述滤波器具有基于每一 MEMS共振器的所述共振频率而确定的可调谐频率响应。
21.根据权利要求20所述的设备，每一MEMS共振器包含第一部分，其包含腔及接线柱，及第二部分，其配合到所述第一部分且包含位于所述接线柱下方的可移动板，所述可移动板通过DC电压而机械地移动，以改变所述MEMS共振器的所述共振频率。
22.根据权利要求20所述的设备，所述滤波器包含经由共振器间耦合而耦合在一起的多个MEMS共振器。
23.根据权利要求20所述的设备，所述设备为无线通信装置，且所述滤波器用于所述无线通信装置的发射器或接收器中以传递所要信号且使不合需要的信号及噪声衰减。
24.一种设备，其包含振荡器，其包含放大器，其用以提供对振荡器信号的放大，及耦合到所述放大器的至少一个微机电系统MEMS共振器，每一 MEMS共振器具有用于调整所述MEMS共振器的共振频率的可移动板，所述振荡器具有基于每一 MEMS共振器的所述共振频率而确定的可调谐振荡频率。
25.根据权利要求24所述的设备，所述放大器包含提供对所述振荡器信号的非反相信号的放大的第一晶体管及提供对所述振荡器信号的反相信号的放大的第二晶体管，且所述至少一个MEMS共振器包含耦合到所述第一晶体管的第一 MEMS共振器及耦合到所述第二晶体管的第二 MEMS共振器。
26.根据权利要求24所述的设备，每一MEMS共振器包含第一部分，其包含腔及接线柱，及第二部分，其配合到所述第一部分且包含位于所述接线柱下方的可移动板，所述可移动板通过DC电压而机械地移动，以改变所述MEMS共振器的所述共振频率。
27.根据权利要求24所述的设备，所述设备为无线通信装置，且所述振荡器信号用以产生用于所述无线通信装置中的发射器或接收器的本机振荡器LO信号。
28.一种方法，其包含将DC电压施加到微机电系统MEMS共振器的电极，所述MEMS共振器包含可移动板及腔；改变所述DC电压以使所述MEMS共振器的所述可移动板机械地移动且改变所述MEMS 共振器的共振频率；及从所述MEMS共振器的所述腔接收射频RF信号。
29.根据权利要求28所述的方法，所述改变所述DC电压包含将所述DC电压设定为用以获得所述MEMS共振器的最大共振频率的第一值，或用以获得所述MEMS共振器的最小共振频率的第二值。
30.根据权利要求28所述的方法，所述改变所述DC电压包含将所述DC电压调整到在第一值与第二值之间的值，所述第一值对应于所述MEMS共振器的最大共振频率，且所述第二值对应于所述MEMS共振器的最小共振频率。
全文摘要
本发明描述具有可调整共振频率且能够处置较大信号的可调谐MEMS共振器。在一种示范性设计中，可调谐MEMS共振器包括(i)第一部分(160)，其具有腔(180)及接线柱(170)；及(ii)第二部分(110)，其配合到所述第一部分(160)且包括位于所述接线柱(170)下方的可移动板(140)。每一部分可由面向另一部分的表面上的金属层(130、190)覆盖。所述可移动板(140)可通过DC电压而机械地移动以改变所述MEMS共振器的共振频率。所述腔(180)可具有矩形或环形形状，且可为空的或填充有电介质材料。所述接线柱(170)可位于所述腔(180)的中间。所述可移动板(140)可(i)经由锚定器(144)附接到所述第二部分且操作为悬臂，或(ii)经由两个锚定器(146、148)附接到所述第二部分且操作为桥接器。
文档编号H03H9/46GK102460968SQ201080027460
公开日2012年5月16日 申请日期2010年6月21日 优先权日2009年6月19日
发明者朴尚俊 申请人:高通股份有限公司