一种压电式双方块级联微机械滤波器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于射频通信及微机电系统（MEM巧技术领域中的元器件技术领域，特别 设及一种由两个完全相同的压电式的微机械谐振器禪合而成的微机械滤波器。
【背景技术】
[0002] 随着电子设备对高性能、微小型化的进一步要求，电子元器件都在向高性能、低成 本、低功耗的方向发展。高Q值，小型化的谐振器、滤波器成为未来电子通信系统片上化和 小型化的瓶颈。射频微机电滤波器是一种使用MEMS技术制作的基于机械振动的高性能射 频滤波器件，输入的电学信号通过机电禪合转化为机械振动，滤波功能在机械域完成，之后 再将机械信号转化为电学信号输出，因而具有非常好的频率选择特性。射频微机械滤波器 具有MEMS器件所特有的功耗低，体积小，可大批量生产和使用的优点。同时射频微机电滤 波器的制作工艺与1C兼容，因而有望取代传统的高性能分立器件，提高无线通信系统的集 成度，使无线通信系统向小型化、低成本、和高集成度方向进一步发展，因而射频微机电滤 波器具有很高的科研价值和研究意义。
[0003]目前，己研究出多种微型机械式滤波器，按照工作原理可分为电容式滤波器、压电 式滤波器。电容式滤波器通过机械谐振结构与电极之间形成电容，通过静电力来驱动机械 谐振结构的振动，目前已经研究有多种电容式微机械滤波器，如固支梁、自由梁禪合而成的 梁式滤波器等电容式滤波器。压电式滤波器由输入电极将电压加载于压电薄膜上，通过逆 压电效应使压电薄膜产生机械振动，将电信号转换为机械信号，然后通过压电效应将机械 信号转化为电信号，经输出电极输出。因此电容式的滤波器由于要构成电容结构，使其结构 相较于压电式滤波器更为复杂，加工过程更加复杂困难。同时电容式滤波器必需要加载直 流偏置才能工作，能量转换的效率比压电滤波器更低。目前对于压电式滤波器的研究还不 是特别地成熟，已研究出的压电式滤波器的种类比较少，并且压电式滤波器的带宽都比较 窄，对于滤波器中屯、频率和带宽的调节都不是很灵活。因此，对于压电滤波器需要进一步的 研究。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于针对【背景技术】存在的缺陷，设计了一种压电式双方块级联微机 械滤波器，采用压电结构，并且通过两个谐振方块的禪合构成滤波器，W达到结构简单紧 凑，降低加工工艺难度，禪合效率高，Q值高，具有更好的锐截止等目的。
[0005] 本发明采用的技术方案为；一种压电式双方块级联微机械滤波器，包括两块相同 尺寸的振动方块、禪合梁、支撑梁、支撑台、输入电极、输出电极、直流偏置电极、压电薄膜层 及绝缘基底，两块振动方块通过设置在方块侧边中点的禪合梁连接、同时通过固定于振动 方块另一侧边中点的支撑梁与支撑台连接、架空设置于绝缘基底上，振动方块上分别覆盖 一层压电薄膜，输入电极和输出电极分别设置在压电薄膜上，输入电极和输出电极分别和 与之相连的压电薄膜、振动方块构成方块谐振器；一对直流偏置电极包围两块振动方块，与 振动方块构成电容结构。
[0006] 进一步的，所述输入、输出电极分别通过金属走线与外部互连金属端连接导通，金 属走线对应设置在支撑梁上、外部互连金属端对应设置在支撑台上，金属走线和外部互连 金属端与支撑梁和支撑台之间还设有绝缘层、不形成直接接触。
[0007] 进一步的，所述输入电极和输出电极为覆盖振动方块对角线区域的一对金属电 极，两侧金属电极为对称或反对称。
[0008] 进一步的，所述两块相同尺寸的振动方块的振动模态为两个反相方块剪切振动模 态。
[0009] 更进一步的，所述振动方块的尺寸根据滤波器中屯、频率确定，其关系式为；
[0010]
【主权项】
1. 一种压电式双方块级联微机械滤波器，包括两块相同尺寸的振动方块、耦合梁、支撑 梁、支撑台、输入电极、输出电极、直流偏置电极、压电薄膜层及绝缘基底，两块振动方块通 过设置在方块侧边中点的耦合梁连接、同时通过固定于振动方块另一侧边中点的支撑梁与 支撑台连接、架空设置于绝缘基底上，振动方块上分别覆盖一层压电薄膜，输入电极和输出 电极分别设置在压电薄膜上，输入电极和输出电极分别和与之相连的压电薄膜、振动方块 构成方块谐振器；一对直流偏置电极包围两块振动方块，与振动方块构成电容结构。
2. 按权利要求1所述压电式双方块级联微机械滤波器，其特征在于，所述输入、输出电 极分别通过金属走线与外部互连金属端连接导通，金属走线对应设置在支撑梁上、外部互 连金属端对应设置在支撑台上，金属走线和外部互连金属端与支撑梁和支撑台之间还设有 绝缘层、不形成直接接触。
3. 按权利要求1所述压电式双方块级联微机械滤波器，其特征在于，所述输入电极和 输出电极为覆盖振动方块对角线区域的一对金属电极，两侧金属电极为对称或反对称。
4. 按权利要求1所述压电式双方块级联微机械滤波器，其特征在于，所述两块相同尺 寸的振动方块的振动模态为两个反相方块剪切振动模态。
5. 按权利要求1所述压电式双方块级联微机械滤波器，其特征在于，所述振动方块的 尺寸根据滤波器中心频率确定，其关系式为：
振动方块材料的剪切模量，n为谐振模态阶数。
【专利摘要】本发明属于射频通信及微机电系统(MEMS)技术领域中的原器件技术领域，提供一种压电式双方块级联微机械滤波器，包括两块相同尺寸的振动方块、耦合梁、支撑梁、支撑台、输入电极、输出电极、直流偏置电极、压电薄膜层及绝缘基底，两块振动方块通过耦合梁连接、同时通过固定于振动方块另一侧边中点的支撑梁与支撑台连接、架空设置于绝缘基底上，振动方块上分别覆盖一层压电薄膜；输入电极和输出电极分别设置在压电薄膜上；一对直流偏置电极包围两块振动方块，与振动方块构成电容结构。本发明采用压电结构，并且通过两个谐振方块的耦合构成滤波器，以达到结构简单紧凑，降低加工工艺难度，耦合效率高，Q值高，具有更好的锐截止等目的。
【IPC分类】H03H9-19
【公开号】CN104821799
【申请号】CN201510206451
【发明人】鲍景富, 李昕熠, 陈兆隽, 黄裕霖, 秦风, 安佳琪, 张翼
【申请人】电子科技大学
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年4月28日