滤波器、双工器和通信装置的制作方法

专利名称：滤波器、双工器和通信装置的制作方法
技术领域：
本发明的公开涉及滤波器。本发明的公开涉及具有滤波器的双工器。 本发明的公开涉及具有滤波器或双工器的通信装置。
背景技术：
由于对以移动电话为代表的无线设备的快速广泛使用，增加了对通过 组合多个小且重量轻的谐振器而制成的滤波器的需求。传统上，这种无线
设备主要利用电介质滤波器或表面声波(SAW)滤波器而被装配。然而， 近年来，在许多情况中包括压电薄膜谐振器的滤波器被装配。压电薄膜谐 振器在高频区域中具有低损耗，并且同时从高功率能力、静电放电 (ESD)特性等角度来看是有利的。此外，通过使用压电薄膜谐振器，可 以提供较小的单片滤波器。
这种压电薄膜谐振器包括FBAR (薄膜体声谐振器)类型和SMR (固 态装配谐振器)类型。图1-3是示出FBAR的剖视图。每个FBAR都是通 过在基板上层压主要包括上电极、压电膜和下电极的层压膜而制成的。在 每个FBAR中，在下电极之下的上电极和下电极彼此相对的区域中形成了 空隙。图l-3所示的FBAR在空隙的结构上彼此不同。
图1所示的FBAR包括基板21、下电极22、压电膜23、上电极24以 及电介质膜25。基板21具有从表面到背面而形成的通孔26。
图2所示的FBAR包括基板41、下电极42、压电膜43、上电极44以 及电介质膜45。基板41具有形成在表面上的空腔46。
图3所示的FBAR包括基板31、下电极32、压电膜33、上电极34以 及电介质膜35。 FBAR形成在基本31的表面上。
图4是示出SMR的剖视图。该SMR包括基板51、下电极52、压电 膜53、上电极54以及声反射膜56。声反射膜56被布置在下电极52之下。声反射膜56是通过交替层压具有低声阻抗的膜和具有高声阻抗的膜
而制成的。具有低声阻抗的膜和具有高声阻抗的膜的每个具有A/4的厚
度。这里，入表示声波的波长。
在压电薄膜谐振器中，当高频电信号被施加到上电极和下电极之间的 空间时，则因反压电效应而在被上电极和下电极夹在中间的压电膜的内部 激励出声波。此外，在压电薄膜谐振器中，由声波引起的应变因压电效应
而被转换为电信号。在FBAR中，声波在上电极与空气接触的表面上以及 在下电极与空气接触的表面上被反射。在SMR中，声波在上电极与空气 接触的表面上以及在下电极与声反射膜接触的表面上被反射。结果，在 FBAR和SMR中，产生了具有主位移在厚度方向上的厚度纵向声波。在具 有上述结构的FBAR和SMR中，在下述频率下发生谐振主要由上电 极、压电膜和下电极形成的层压膜部分的总的膜厚度H是声波的1/2波长 的整数倍(n倍)。可以通过将层压膜的膜厚度H、取决于材料的声波的 传播速度V以及声波的1/2波长的倍数n代入下面的数学公式来计算谐振 频率F.. F=nV/2H。
这种谐振现象可以用来调节取决于膜厚度的谐振频率，由此制造出具 有预定频率特性的压电薄膜谐振器。此外，可以通过连接谐振频率彼此不 同的多个压电薄膜谐振器来制造滤波器。
成本降低是使用压电薄膜谐振器的滤波器的一个目标。另外，随着利 用滤波器装配的设备的小型化的趋势，需要较小的滤波器。为了满足这些 要求，认真地考虑了在不牺牲滤波器特性的情况下减小芯片面积。此外考 虑到使布置了滤波器元件的芯片小型化(面积减小)，也需要改进包括在 滤波器中的压电薄膜谐振器的布置。
文献1 (Proc. IEEE Ultrasonics Symposium, 2005， p.101-104)公开了
一种包括在滤波器中的压电薄膜谐振器的布置和结构。在文献1中，在包 括在滤波器中的压电薄膜谐振器中，夹着压电膜的上电极和下电极交叠的 部分的形状(在下文中简称为电极形状)是没有彼此平行的成对的边的非 方形的不规则多边形。这是为了防止除了上述主要使用的厚度纵向声波之 外的横向模式的不希望的波产生。横向模式的不希望的波与电极表面平行地传播，并且在电极或空隙的端部被反射。由于激励出的横向模式的不希 望的波而可能在压电薄膜谐振器的阻抗特性中出现不希望的寄生信号 (spurious)。在包括多个压电薄膜谐振器的滤波器中，在通带中可能出现
纹波(ripple)。
文献2 (JP 2000-332568 A)公开了一种具有被成形为非方形的不规则 多边形的电极的压电薄膜谐振器。文献2所公开的压电薄膜谐振器可以抑 制由横向模式的不希望的波引起的有害效果。
对于文献1和文献2所公开的压电薄膜谐振器，相邻谐振器之间的间 隔是不均匀的。这使得难以提供较小的压电薄膜谐振器。

发明内容
在本申请中公开的滤波器包括多个压电薄膜谐振器。每个压电薄膜谐 振器包括基板；布置在基板上的下电极；布置在基板和下电极上的压电 膜；以及被布置在压电膜上以使得具有与下电极相对的部分的上电极。上 电极与下电极彼此交叠的电极区域被成形为具有至少一对彼此不平行的相 对边缘(perimeter)。所述一对边缘的任一个与相邻的压电薄膜谐振器的 电极区域相对。该边缘与相邻的压电薄膜谐振器的电极区域的相对边缘之 间的间隔是恒定的。
本申请中公开的双工器包括发送滤波器和接收滤波器。发送滤波器和/ 或接收滤波器包括多个压电薄膜谐振器。每个压电薄膜谐振器包括基 板；被布置在基板上的下电极；被布置在基板和下电极上的压电膜；以及 上电极，该上电极被布置在压电膜上以使得具有与下电极相对的部分。上 电极和下电极彼此交叠的电极区域被成形为至少具有一对彼此不平行的相 对边缘。所述一对边缘中的任一个边缘与相邻的压电薄膜谐振器的电极区 域相对。该边缘与相邻的压电薄膜谐振器的电极区域的相对边缘之间的间 隔是恒定的。
本申请中公开的通信装置包括发送滤波器和接收滤波器。发送滤波器 和/或接收滤波器包括多个压电薄膜谐振器。每个压电薄膜谐振器包括基 板；被布置在基板上的下电极；被布置在基板和下电极上的压电膜； 及上电极，该上电极被布置在压电膜上以使得具有与下电极相对的部分。上 电极和下电极彼此交叠的电极区域被成形为至少具有一对彼此不平行的相 对边缘。所述一对边缘中的任一个边缘与相邻的压电薄膜谐振器的电极区 域相对。该边缘与相邻的压电薄膜谐振器的电极区域的相对边缘之间的间 隔是恒定的。
本发明(实施例)的另外的目的和优点将部分地阐述在下面的描述 中，并且部分地从描述变清楚，或者可以通过实施本发明而得知。通过在 所附权利要求书中具体指出的元件和组合将实现并获得本发明的目的和优 点。
将会明白，前面的一般描述和下面的详细描述都只是示例性的和说明 性的，并且不对本发明进行限制，如所要求的。


图l是示出传统压电薄膜谐振器(FBAR)的剖视图。 图2是示出传统压电薄膜谐振器(FBAR)的剖视图。 图3是示出传统压电薄膜谐振器(FBAR)的剖视图。 图4是示出传统压电薄膜谐振器(SMR)的剖视图。 图5是具有根据本发明实施例的压电薄膜谐振器的梯型滤波器的电路图。
图6是压电薄膜谐振器的剖视图。
图7A是用于说明制造压电薄膜谐振器的工艺、示出了牺牲层被布置 在基板上的状态的剖视图。
图7B是用于说明制造压电薄膜谐振器的工艺、示出了层压膜被布置 在基板上的状态的剖视图。
图7C是用于说明制造压电薄膜谐振器的工艺、示出了牺牲层被移除 的状态的剖视图。
图8A是示出根据本发明实施例的压电薄膜谐振器的顶视图8B是沿着图8A中的Z-Z线所作的剖视图。
图9A是示出本实施例的压电薄膜谐振器的谐振特性的Smith圆图。图9B是示出根据本实施例的压电薄膜谐振器的谐振特性的曲线图。图IOA是示出本实施例的压电薄膜谐振器的谐振特性的Smith圆图。图10B是示出根据本实施例的压电薄膜谐振器的谐振特性的曲线图。图IIA是示出传统压电薄膜谐振器的谐振特性的Smith圆图。图11B是示出传统压电薄膜谐振器的谐振特性的曲线图。图12A是示出根据本发明实施例的压电薄膜谐振器的应力分布的示意图。图12B是示出根据本发明实施例的压电薄膜谐振器的应力分布的示意图。图12C是示出具有角的压电薄膜谐振器的应力分布的示意图。图12D是示出传统压电薄膜谐振器的应力分布的示意图。图13A是示出根据本发明实施例的压电薄膜谐振器的应力分布的示意图。图13B是示出具有倾斜的对称轴的压电薄膜谐振器的应力分布的示意图。图14是示出压电薄膜谐振器间的间隔与最小损耗之间的关系的特性图。图15是示出了根据本实施例的压电薄膜谐振器的另一结构示例的顶 视图。图16A是示出图15所示的压电薄膜谐振器的谐振特性的Smith圆图。图16B是示出图15所示的压电薄膜谐振器的谐振特性的曲线图。 图17是双工器的框图。 图18是通信装置的框图。
具体实施方式
在具有多个压电薄膜谐振器的滤波器中，优选地使相邻压电薄膜谐振 器的相对电极区域具有被成形为彼此互补的轮廓。优选地，在滤波器中使电极区域的边缘被形成为包括曲线。由此，可以提高压电薄膜谐振器的机械强度。优选地，在滤波器中使电极区域被形成为基本上线性对称的。由此， 可以提高压电薄膜谐振器的机械强度。(实施例)[1.压电薄膜谐振器的第一配置]图5是示出具有根据本实施例的压电薄膜谐振器的滤波器的电路图。 图5所示的滤波器包括多个压电薄膜谐振器。压电薄膜谐振器由串联谐振器Sl-S4以及并联谐振器Pl-P3构成。串联谐振器Sl-S4被连接到串联 臂。并联谐振器Pl-P3被连接到并联臂。串联臂被连接在输入端IN和输 出端OUT之间。并联臂被连接在串联臂和地之间。图5所示的滤波器是 具有预定通带的带通滤波器。图5所示的滤波器称为"梯型滤波器"，这 是因为通常其是通过以梯形形状连接压电谐振器而制成的。在图5所示的滤波器中，当包括各种频率分量的RF信号被输入到输 入端IN时，可以从输出到OUT输出具有预定频率分量的信号。可以根据 滤波器设计来适当地修改连接到串联臂和并联臂的压电薄膜谐振器的数 目。并联谐振器Pl-P3是通过在上电极的膜上设置由钛(Ti)等制成的频 率调节膜而制造成的。串联谐振器Sl-S4的谐振频率高于并联谐振器PIPS 的谐振频率。图6是示出用作图5中的串联谐振器Sl-S4的压电薄膜谐振器之一的 剖视图。基板1是具有平坦主表面的硅(Si)基板。下电极2是由具有 260 nm膜厚的钌(Ru)膜形成的。压电膜3是由具有1200 nm厚度的氮化 铝(ALN)膜形成的。上电极4是由具有260 nm膜厚的钌(Ru)膜形成 的。用于基板1的Si基板可由石英基板等替代。基板1可以是阻止形成通 孔的基板。基板1可以包括硅、玻璃、GaAs等。此外，其它元件可以被 布置在基板l上。因此，压电薄膜谐振器和滤波器是适合于集成的器件。下电极2和上电极4可以由诸如铝(Al)、铜(Cu)、钼(Mo)、鸨(W)、钽(Ta)、钼(Pt)、钌(Ru)、铑(Rh)、铱(Ir)、铬 (Cr)、钛(Ti)等或者它们的组合之类的层压材料形成。压电膜3可以由包含氮化铝(AIN)、氧化锌(ZnO)、锆钛酸铅 (PZT)、钛酸铅(PbTi03)等在内的材料形成。优选地，从声速、温度 特性、Q值以及膜形成的容易度方面考虑，由AIN来形成压电膜3。具体 地，利用在c轴取向上(垂直于下电极的表面)高度结晶的AIN膜形成压 电膜3是决定谐振特性的一个因素，其对耦合系数和Q值有直接影响。在形成这种在c轴取向上高度结晶的AIN膜时，优选地，在膜形成期 间向基板施加高能量。例如，在使用MOVCD (金属有机化学气相淀积) 技术形成膜的情况中，优选地以不低于1000°C的温度加热基板。此外， 在利用PECVD (等离子体增强化学气相淀积)技术形成膜的情况中，优 选地，在除了等离子体电能之外以不低于400°C的温度加热基板。在利用 溅射技术形成膜的情况中，基板温度上升。因此，典型的AIN膜将具有较 强的膜应力。在图6中，在上电极4和下电极2通过插入在其间的压电膜3而彼此 交叠的区域中，膨胀得像穹顶(dome)的空隙6形成在下电极2的下表面 和基板l的表面之间。空隙6包括上电极4和下电极2交叠的区域，并且 其在周边(periphery)处与基板1接触。可以通过移除已被图案化在下电 极2下方的牺牲层来形成空隙6。在基板1或下电极2中，蚀刻剂注入孔 (未示出)被形成。蚀刻剂注入孔用于在蚀刻牺牲层时注入蚀刻剂以便形 成空隙6。图7A-7C是用于说明制造图6所示的压电薄膜谐振器的工艺的视图。 图7A-7C是示出了制造工艺中的压电薄膜谐振器的剖视图。首先，如图7A所示，通过溅射或真空淀积将牺牲层9涂镀在由Si形 成的基板1上。这里，基板1可以是由石英制造成的。优选地，牺牲层9 由厚度为从约20 nm到约100 nm的氧化镁(MgO)形成。牺牲层9的材 料不限于MgO，而是可以使用诸如ZnO、 Ge、 Ti禾B Si02之类的任何材 料，只要材料可以容易地被溶解在蚀刻剂中即可。接下来，通过光刻技术和蚀刻技术将牺牲层9图案化成所希望的形状。这里，牺牲层9被图案化为具有比上电极4和下电极2彼此交叠的区 域稍大的形状。接下来，如图7B所示，下电极2、压电膜3和上电极4相继被形成。 下电极2通过在0.6帕至1.2帕的压强下在Ar气氛中进行溅射来形成。此 外，通过光刻技术和蚀刻技术，下电极2被图案化为具有所希望的形状。 通过在大约0.3帕压强下在Ar/N2气体混合气氛中利用Al靶溅射A1N来形 成压电膜3。通过在0.6帕至1.2帕压强下在Ar气体气氛中溅射Ru膜来形 成上电极4。这些溅射条件被呈现为示例，并且条件优选地被设置以使得 包括下电极2、压电膜3和上电极4的层压膜的应力为压应力 (compressive stress)。这种层压膜经过光刻和蚀刻以便将上电极4和压 电膜3图案化为具有所希望的形状。蚀刻表示湿法蚀刻工艺或干法蚀刻工 艺。这里，如图7B所示，优选地，使压电膜3的周边的至少一部分位于 上电极4和下电极2彼此相对的区域的周边的内侧。这种结构用来防止横 向上的声波泄露，从而改善谐振特性。接下来，如图7C所示，蚀刻注入孔(未示出)被形成在下电极2 中。可以利用光刻技术和蚀刻技术来形成蚀刻注入孔。接下来，经由蚀刻 注入孔将蚀刻剂注入下电极2下方，由此进行蚀刻以移除牺牲层9。作为 移除牺牲层9的结果，空隙6可以被形成。或者，可以在蚀刻下电极2的 时候形成蚀刻剂注入孔。在通过将压应力施加到层压膜而完成牺牲层9的蚀刻时，层压膜膨胀 并且因此空隙6被形成在下电极2和基板1之间。因此，层压膜具有空心 结构。在上述溅射膜形成条件中，施加到层压膜的应力是大约(最小)300 MPa的压应力。根据本实施例的溅射条件仅仅是示例。在形成穹顶形状的空隙时，对 层压膜施加压应力很重要。对于溅射，多种组合是可以的。即使在使用任 何其它膜形成方法来形成层压膜时，也可以通过调节施加到层压膜的应力 来形成穹顶似的空隙。图8A是示出利用根据本实施例的压电薄膜谐振器的滤波器的顶视图。图8B是沿着图8A的Z-Z线所作的剖视图。图8A和8B示出了图5 所示的梯型滤波器中的串联谐振器Sl-S4的结构。串联谐振器Sl-S4是压 电薄膜谐振器。可以根据图7A-7C所示的制造工艺来制造串联谐振器Sl-S4。图8A中的打点区域表示上电极4和下电极2彼此交叠的区域4a-4d。 在本说明书中，区域4a-4d中的每个称为"电极区域"，并且电极区域的 形状称为"电极形状"。如图8A所示，各个电极区域4a-4d的每个被成 形为在边缘处包括曲线。彼此相邻的压电薄膜谐振器的电极区域被成形为具有彼此互补的相对 部分。例如，与电极区域4b相对的电极区域4a的边沿4e朝电极区域4a 的中心弯曲。与电极区域4a相对的电极区域4b的边沿4f朝与电极区域4b 的中心相对的方向弯曲。即，边沿4e和边沿4f彼此互补地被成形。边沿 4e和边沿4f基本上彼此平行。彼此相对的边沿4e和边沿4f之间的间隔是 恒定的。类似地，电极区域4b和电极区域4c彼此互补地被成形，并且电 极区域4c和电极区域4d彼此互补地被成形。如图8A所示，各个压电薄膜谐振器基本上关于点线Ll、实线L2以 及长短交替的划线L3线性对称地被成形。例如，压电薄膜谐振器Sl基本 上关于点线Ll和实线L2线性对称地被成形。压电薄膜谐振器S2基本上 关于长短交替的划线L3以及实线L2线性对称地被成形。由点线Ll和长 短交替的划线L3指示的对称轴基本上垂直于在由箭头A或箭头B所示的 方向上流动的电流的方向。由实线L2指示的对称轴基本上平行于在由箭 头A或箭头B所示的方向上流动的电流。图9A-10B示出了本实施例的压电薄膜谐振器的谐振特性。图IIA和 11B示出了相对应于本实施例的对比示例中的压电薄膜谐振器的谐振特 性。图9A、 IOA和IIA是谐振特性的Smith圆图。图9B、 IOB和IIB是 谐振特性的线图。图9A禾n 9B示出了图8A和8B中的压电薄膜谐振器 Sl、 S3的谐振特性。图IOA和IOB示出了压电薄膜谐振器S2和S4的谐 振特性。图IIA和IIB示出了具有矩形电极区域的压电薄膜谐振器的谐振 特性。在此对比示例中，压电薄膜谐振器中的每个矩形电极区域的面积被12设为162 -/miX135 /mi。这里，例如，本实施例的压电薄膜谐振器中的每 个电极区域的面积等于对比示例中相对应部分的面积。
图9B、 IOB和IIB的曲线图指示单端(one-port)的回波损耗相对于 频率的特性。图9B、 10B和11B的曲线图意指当衰减越接近0 dB，即谐 振器的质量因子Q越高，则损耗被减小。在图9A、 10A和11A的各个 Smith圆图中，直径越大的圆圈意指损耗越小并且谐振器的质量因子Q越 高。在本实施例的压电薄膜谐振器和对比示例中的(矩形的)压电薄膜谐 振器之间的谐振特性的比较中，在整个频带中的寄生信号中并且在不高于 谐振频率的频率处观察到了显著差异。这种寄生信号是由压电薄膜谐振器 的横向模式的不希望的波引起的，并且其很大程度上依赖于电极区域的形 状。尤其是在具有连接到串联臂的压电薄膜谐振器的滤波器的情况中，不 高于谐振频率的寄生信号表现为通带中的波动，并且从实际角度来看这是 不希望的。当考虑压电薄膜谐振器的精细布置或高密度封装时，可以通过 使电极区域成形为矩形来提高布置空间的效率。然而，上述特性上的问题 仍然存在。相反，图8A和8B所示的压电薄膜谐振器S1-S4抑制了寄生信 号，并且还用来提高布置空间的效率。
在本实施例的压电薄膜谐振器中，包括上电极4、压电膜3和下电极 2的层压膜具有空心结构。因此，在论述元件的可靠性时考虑机械强度是 很重要的。
图12A-12D示出了利用有限元方法对具有空心结构的压电薄膜谐振器 进行结构分析的结果。图12A-12D分别示出了上电极和下电极通过插入在 其间的压电膜彼此相对的区域中的残余应力分布。在图12A-12D所示的对 结构分析的结果中，通过统一化施加到层压层的应力的条件来阐明取决于 电极区域的形状的残余应力的差异。图12A示出了对本实施例的压电薄膜 谐振器Sl和S3的残余应力的分析结果。图12B示出了对本实施例的压电 薄膜谐振器S2和S4的残余应力的分析结果。图12C示出了对具有矩形电 极区域的压电薄膜谐振器的残余应力的分析结果。图12D示出了对文献1 公开的压电薄膜谐振器的残余应力的分析结果。文献1中公开的压电薄膜 谐振器具有没有彼此平行的成对边的非方形电极。例如，文献1公开的压电薄膜谐振器具有不规则的五边形电极。
在图12A-12D中，对于在上电极4和下电极2通过插入在其间的压电 膜3彼此相对的区域中观察到的残余应力，考虑使更多残余应力存留的位 置的断裂裕度(margin of fracture)减小。首先，如图12C和12D所示， 在具有只有直线轮廓的电极区域的压电薄膜谐振器中，在角落区域81-85 中生成了强烈的残余应力。相反，在具有如图12A和12B所示的曲线轮廓 的电极区域的压电薄膜谐振器中，如图12C和12D所示的应力集中很少发 生，并且残余应力的绝对值较低。目卩，由于在具有包括曲线的轮廓的电极 区域的压电薄膜谐振器(根据本实施例的压电薄膜谐振器)中不容易产生 应力集中，因此，可以确保施加给层压膜的应力的较大耐受范围，因此， 可以容易地制造压电薄膜谐振器。
图12A-12C所示的每个压电薄膜谐振器具有基本上垂直于电流流向的 对称轴。图12D所示的压电薄膜谐振器不具有基本上垂直于电流流向的对 称轴，并且残余应力不具有对称性。如果残余应力不具有对称性，则空心 结构将具有不均匀的强度分布，并且从机械强度的角度来看这是不希望 的。即使当电极形状具有对称轴时，在对称轴未基本上垂直于或平行于电 流方向的情况中，残余应力在上电极4和下电极2通过插入在其间的压电 膜3彼此相对的区域附近将具有不均匀的分布，并且从机械强度的角度来 看这是不希望的。
图13A示出了对电极区域的对称轴基本上垂直于电流流向的情况中的 残余应力的分析结果。图13B示出了对电极区域的对称轴未基本上垂直于 电流流向的情况中的残余应力的分析结果。图13A示出了对根据本实施例 的压电薄膜谐振器S2、 S4的任一个的电极区域中的残余应力的分析结 果。图13A所示的对称轴L11基本上垂直于电流方向，并且对称轴L12基 本上平行于电流方向。图13B示出了对压电薄膜谐振器S2、 S4相对于电 流方向(由箭头A或B指示的方向)被倾斜的情况中的电极区域中的残余 应力的分析结果。当压电薄膜谐振器的对称轴相对于电流方向被倾斜时， 残余应力发生偏向，如图13B所示。当压电薄膜谐振器的对称轴相对于电 流方向被倾斜时，在两个相邻压电薄 谐振器之间形成了无用的空间。从精细布置或高密度封装的角度来看这也是不利的。
此外，其表面保持未被处理的平坦基板被用于如图7A-7B所示的制造 工艺中的基板1。因此，与制造图2所示的压电薄膜谐振器的工艺相比， 可以减少制造工艺步骤并且可以降低制造成本。根据本实施例的压电薄膜 谐振器，可以提高生产率。
虽然本实施例涉及连接到串联臂的压电薄膜谐振器，然而，基本上相 同的实施例可以被应用到连接到并联臂的压电薄膜谐振器。对于梯型滤波 器，通过减小并联臂的长度可以减小滤波器的大小。对于这种梯型滤波 器，还可以通过减小串联臂的长度来进一步有效地减小滤波器的大小。为 了减小串联臂的长度，压电薄膜谐振器的精细布置以及谐振器的扁平化是 有效的。在图8A和8B所示的压电薄膜谐振器的情况中，"扁平化"指压 电薄膜谐振器在由点线Ll或长短交替的划线L3指示的对称轴的轴向上 (基本上垂直于压电薄膜谐振器的电流方向的方向)被拉长，并且在由实 线L2指示的对称轴的轴向上被縮短。
此外，对于本实施例的滤波器，可以通过减小压电薄膜谐振器之间的 间隔来减小元件的大小。此外，由于可以通过减小压电薄膜谐振器之间的 间隔来减小压电薄膜谐振器之间的配线阻抗，因此可以降低滤波器损耗。
图14示出了在改变串联臂中的压电薄膜谐振器之间的间隔的情况中 的滤波器通过特性的最小损耗的改变。如图14清楚地示出的，最小损耗 随着压电薄膜谐振器之间的间隔的减小而减小。为了减小压电薄膜谐振器 之间的间隔，通过在与一个相邻压电薄膜谐振器的一个电极相对的部分互 补地成形电极来精细地布置每个压电薄膜谐振器是有效的。
图15示出了根据本实施例的包括在滤波器中的压电薄膜谐振器的第 二配置。图15所示的压电薄膜谐振器用于图5所示的梯型滤波器中的串 联谐振器Sl-S4。沿着图15中的Z-Z线所作的剖视图与上述图8B中的类 似。可以根据图7A-7C所示的制造工艺来制造本实施例的压电薄膜谐振 器。在图15中，打点区域是上电极14和下电极12彼此交叠的区域14a-
1514d (电极区域)。每个电极区域被成形以使得成对相对边彼此不平行， 并且相邻压电薄膜谐振器的交叠区域(上电极和下电极彼此交叠的区域)
之间的间隔基本上是恒定的。对于电极区域14a，相对边表示边沿14e和 边沿14f。交叠区域的隔间例如表示电极区域14a的边沿14f与电极区域 14b的边沿14g之间的间隔。每个压电薄膜谐振器相对于点线L21或长短 交替的划线L22基本上线性对称地被成形，如图15所示。点线L21和长 短交替的划线L22所指示的对称轴基本上垂直于在箭头A或B所指示的方 向上流动的电流的方向。
图16A和16B示出了根据本实施例的压电薄膜谐振器的谐振特性。从 其获得如图16A和16B所示的谐振特性的压电薄膜谐振器具有图15所示 的形状。该压电薄膜谐振器的电极区域的面积等于压电薄膜谐振器(参见 图IIA和11B)中具有矩形形状的电极区域的面积。图16A和16B示出了 单端的回波损耗相对于频率的特性。当将具有本实施例的电极区域的压电 薄膜谐振器的谐振特性与图IIA和IIB所示的对应部分相比较时，在跨越 整个频率区域的寄生信号中，尤其在不高于谐振频率的区域中观察到了相 当大的差异。
通过将本实施例的压电薄膜谐振器应用到滤波器，压电薄膜谐振器之 间的间隔可以被减小，因此，各个压电薄膜谐振器可以被精细地布置。由 此，可以提供较小的滤波器。此外，由于压电薄膜谐振器之间的配线阻抗 可以被减小，因此，滤波器损耗可以被减小。
图17示出了包括本实施例的压电薄膜谐振器或者上述滤波器的双工 器的一个示例。如图17所示，双工器62包括接收滤波器62a和发送滤波 器62b。例如接收滤波器62a、与均衡的输出相对应的接收端子63a和63b 被连接起来。发送滤波器62b经由功率放大器64连接到发送端子65。在 替代配置中，为了阻抗调节的目的，可以将匹配电路(例如，相移器)添 加到天线端子和各个滤波器之间。这里，接收滤波器62a和发送滤波器 62b中都包括根据本实施例的压电薄膜谐振器。在接收操作时，接收滤波器62a只让经由天线端子61输入的信号中的 预定频带内的信号通过，并且经由接收端子63a和63b将该信号输出到外 面。在发送操作时，发送滤波器62b只让从发送端子65输入的并且在功 率放大器64处被放大的发送信号中的预定频带中的信号通过，并且经由 天线端子61将该信号输出到外面。
根据本实施例的压电薄膜谐振器或滤波器被提供给双工器的接收滤波 器62a以及发送滤波器62b，由此抑制了压电薄膜谐振器中的横向模式的 不希望的波的影响。因此，可以在不牺牲具有空心结构的电极的机械强度 的情况下来提供具有优异生产率的小双工器。
图18是示出了包括本实施例的通信模块的通信装置的框图。图18所 示的通信装置是作为通信装置的示例的移动电话终端的RF块。图18所示 的通信装置被包括在与GSM (全球移动系统)通信系统和W-CDMA (宽 带码分多址)通信系统相对应的移动电话终端中。根据本实施例的GSM 通信系统对应于850 MHz波段、950 MHz波段、1.8 GHz波段和1.9 GHz 波段。虽然移动电话终端除了包括图18所示的结构以外，还包括麦克 风、扬声器、液晶显示屏等，但是由于这些元件在论述本实施例时不是必 要的，因此未被示出。这里，接收滤波器73a、 77、 78、 79、 80和发送滤 波器73b包括根据本实施例的压电薄膜谐振器或滤波器。
首先，对于经由天线71输入的接收信号，天线切换电路72根据通信 系统(是W-CDMA还是GSM)来选择要经受操作的LSI。当所输入的接 收信号对应于W-CDMA通信系统时，进行切换以便将接收信号输出到双 工器73。输入到双工器73的接收信号在接收滤波器73a处被限制到预定 频带，因此，均衡后的接收信号被输出到LNA 74。 LNA74对输入的接收 信号进行放大并将该信号输出到LSI 76。 LSI 76根据输入的接收信号对音 频信号执行解码，或者控制移动电话终端中的各个部分的操作。
在发送信号的情况中，LSI76生成发送信号。由此生成的发送信号在 功率放大器75处被放大，并且被输入到发送滤波器73b。发送滤波器73b只让输入的发送信号中的预定频带内的信号通过。由发送滤波器73b输出
的发送信号经由天线切换电路72从天线71被输出到外面。
当要输入的接收信号对应于GSM通信系统时，天线切换电路72根据 频带选择接收滤波器77-80中的任一个，并输出接收信号。在接收滤波器 77至80中的任一个处经受了波带限制的接收信号被输入到LSI 83。 LSI 83基于输入的接收信号对音频信号执行解码，或者控制移动电话终端中的 各个部分的操作。在发送信号的情况中，LSI 83生成发送信号。由此生成 的发送信号在功率放大器81或82处被放大，并且经由天线切换电路72从 天线71被输出到外面。
通过向通信装置提供利用了本实施例的压电薄膜谐振器的滤波器或通 信模块，可以抑制由压电薄膜谐振器的横向模式的不希望的波导致的影 响。因此，可以在不牺牲具有空心结构的电极的机械强度的情况下，提供 具有优异生产率的小双工器。
虽然上面详细描述了本发明的实施例，然而，本发明不限于这种具体 实施例，而是可以在不偏离如权利要求书中所述的本发明的范围的情况下 进行各种修改或改变。
例如，可以将硅、玻璃、GaAs等用于基板的材料，此外，可以使用 己经设置了另 一元件的基板。
对于电极的材料，可以使用从下面的元素中选出的层压材料铝
(Al)、铜(Cu)、钼(Mo)、钨(W)、钽(Ta)、钼(Pt)、钌
(Ru)、铑(Rh)、铱(Ir)、铬(Cr)、钛(Ti)等，或者它们的组 合。
对于压电膜的材料，可以使用氮化铝(A1N)、氧化锌(ZnO)、锆 钛酸铅(PZT)、钛酸铅(PbTi03)等。在许多情况中，从声速、温度特 性、Q值以及膜形成的容易度的角度来看，将A1N用于压电膜的材料。
上述实施例中的膜配置仅涉及压电薄膜谐振器的主要组件。例如，还 可以在上电极上提供电介质膜。上电极上的电介质膜用作钝化膜或者用于 调节频率。
对于配线连接或凸块连接到外部电路的情况，还可以向输入/输出端子或接地端子提供作为下层的基于Au等的焊盘部分。可以在形成焊盘部分 的同时在压电薄膜谐振器之间形成Au图案。
根据本实施例，可以抑制压电薄膜谐振器的横向模式的不希望的波的 影响。因此，可以在不牺牲具有空心结构的电极的机械强度的情况下，以 优异生产率提供压电薄膜谐振器。此外，通过将本实施例的压电薄膜谐振 器封装在滤波器中，可以提供较小的滤波器。而且，通过将本实施例的压 电薄膜谐振器或滤波器封装在双工器中，可以提供较小的双工器。通过将 本实施例的滤波器或双工器封装在通信装置中，可以提供较小的通信装 置。
虽然本实施例涉及特征在于彼此相邻的两个压电薄膜谐振器的边缘形
状的结构，然而，通过与本实施例的结构类似地成形彼此相邻的三个压电
薄膜谐振器的边缘可以获得类似的效果。
在本申请中公开的压电薄膜谐振器优选地可以被用于被封装在诸如移 动电话终端之类的各种通信装置中的滤波器或双工器。 (补充说明1)
滤波器包括多个压电薄膜谐振器，每个压电薄膜谐振器包括基板；
布置在基板上的下电极；布置在基板和下电极上的压电膜；以及被布置在 压电膜上以使得具有与下电极相对的部分的上电极；其中，上电极与下电 极彼此交叠的电极区域被成形为具有至少一对彼此不平行的相对边缘；所 述一对边缘中的任一个边缘与相邻的压电薄膜谐振器的电极区域相对；并 且该边缘与相邻的压电薄膜谐振器的电极区域的相对边缘之间的间隔是恒 定的。
(补充说明2)
根据补充说明1的滤波器，其中，多个压电薄膜谐振器中的相邻压电 薄膜谐振器具有被成形为彼此互补的相对的电极区域。 (补充说明3)根据补充说明l或2的滤波器，其中，电极区域的边缘包括曲线。 (补充说明4)
根据补充说明1至3的任一个的滤波器，其中，电极区域被成形为基
本上是线性对称的。
(补充说明5)
根据补充说明1的滤波器，其中，至少三个压电薄膜谐振器被布置得 在其电极区域之间具有基本上恒定的间隔。 (补充说明6)
根据补充说明1的滤波器，其中，电极区域的基本上线性对称的轴与 电流流动的方向是基本上平行的或者基本上彼此垂直。 (补充说明7)
一种包括多个压电薄膜谐振器的滤波器，每个压电薄膜谐振器通过层 压被设置有基板；布置在基板上的下电极；布置在基板和下电极上的压 电膜；以及被布置在压电膜上以使得具有与下电极相对的部分的上电极； 其中，压电薄膜谐振器具有上电极和下电极彼此交叠的电极区域，与电流 流动平行的方向上的长度短于与电流流动垂直的方向上的长度，并且彼此 相邻的至少两个压电薄膜谐振器的电极区域之间的间隔是基本上恒定的。 (补充说明8)
根据补充说明1-7中的任一个的滤波器，包括包含电极区域的空隙， 该空隙处在下电极之下与电极区域相对应的位置处。 (补充说明9)
根据补充说明1-7的任一个的滤波器，其中，包括压电膜、上电极和
下电极的层压膜被布置在基板的平坦主表面上，并且用于包括电极区域的 基本上为穹顶形状的空隙被设置在下电极之下与电极区域相对应的位置处。
(补充说明10)
根据补充说明1-7的任一个的滤波器，其中，包括压电膜、上电极和 下电极的层压膜的应力是压应力。 (补充说明11)
20根据补充说明1-10的任
或氮化锌的材料制成的。 (补充说明12) 根据补充说明1-11的任 少一个包括钌膜。
(补充说明13) 根据补充说明1-12的任 于电极区域的周边的内部。 (补充说明14) 根据补充说明1-13的任 连接成为梯型形状。 (补充说明15)
一种包括发送滤波器和接收滤波器的双工器，发送滤波器和/或接收滤 波器包括多个压电薄膜谐振器，每个压电薄膜谐振器包括基板；被布置 在基板上的下电极；被布置在基板和下电极上的压电膜；以及上电极，该 上电极被布置在压电膜上以使得具有与下电极相对的部分；其中，上电极 和下电极彼此交叠的电极区域被成形为具有至少一对彼此不平行的相对边 缘；所述一对边缘中的任一个边缘与相邻的压电薄膜谐振器的电极区域相 对；以及该边缘与相邻的压电薄膜谐振器的电极区域的相对边缘之间的间 隔是恒定的。
(补充说明16)
一种包括发送滤波器和接收滤波器的通信装置，发送滤波器和/或接收 滤波器包括多个压电薄膜谐振器，每个压电薄膜谐振器包括基板；被布 置在基板上的下电极；被布置在基板和下电极上的压电膜；以及上电极， 该上电极被布置在压电膜上以使得具有与下电极相对的部分；其中，上电 极和下电极彼此交叠的电极区域被成形为具有至少一对彼此不平行的相对 边缘；所述一对边缘中的任一个边缘与相邻的压电薄膜谐振器的电极区域 相对；以及该边缘与相邻的压电薄膜谐振器的电极区域的相对边缘之间的 间隔是恒定的。
一个的滤波器，其中，压电膜是由基于氮化铝 一个的滤波器，其中，下电极和上电极中的至 一个的滤波器，压电膜的周边的至少一部分位 一个的滤波器，其中，压电薄膜谐振器被彼此在此所阐述的所有示例和条件语言希望用于教导的目的，以辅助读者 理解本发明的原理以及由发明人为了深化技术所贡献的概念，并且被构造
为既不限于这些具体阐述的示例和条件，也不限于与显示本发明的优势和 劣势有关的说明书中的这些示例的组织。虽然已详细描述了本发明的一个 或多个实施例，但是应当明白，可以在不脱离本发明的精神和范围的情况 下对其作出各种改变、替代和变更。
权利要求
1.一种包括多个压电薄膜谐振器的滤波器，每个压电薄膜谐振器包括基板；下电极，所述下电极被布置在所述基板上；压电膜，所述压电膜被布置在所述基板和所述下电极上；以及上电极，所述上电极被布置在所述压电膜上以使得具有与所述下电极相对的部分；其中，上电极和下电极彼此交叠的电极区域被成形为具有至少一对彼此不平行的相对边缘；所述一对边缘中的任一个边缘与相邻的压电薄膜谐振器的电极区域相对；以及所述一个边缘与所述相邻的压电薄膜谐振器的电极区域的相对边缘之间的间隔是恒定的。
2. 根据权利要求1所述的滤波器，其中，所述多个压电薄膜谐振器中的相邻压电薄膜谐振器具有被成形为彼此互补的相对电极区域。
3. 根据权利要求1所述的滤波器，其中，电极区域的边缘包括曲线。
4. 根据权利要求1所述的滤波器，其中，电极区域被成形为基本上是线性对称的。
5. —种包括发送滤波器和接收滤波器的双工器，所述发送滤波器和/或所述接收滤波器包括多个压电薄膜谐振器，每个压电薄膜谐振器包括基板；下电极，所述下电极被布置在所述基板上；压电膜，所述压电膜被布置在所述基板和所述下电极上；以及上电极，所述上电极被布置在所述压电膜上以使得具有与所述下电极相对的部分；其中，上电极和下电极彼此交叠的电极区域被成形为具有至少一对彼此不平行的相对边缘；所述一对边缘中的任一个边缘与相邻的压电薄膜谐振器的电极区域相对；以及所述一个边缘与所述相邻的压电薄膜谐振器的电极区域的相对边缘之间的间隔是恒定的。
6. —种包括发送滤波器和接收滤波器的通信装置，所述发送滤波器和/或所述接收滤波器包括多个压电薄膜谐振器，每个压电薄膜谐振器包括基板；下电极，所述下电极被布置在所述基板上；压电膜，所述压电膜被布置在所述基板和所述下电极上；以及上电极，所述上电极被布置在所述压电膜上以使得具有与所述下电极相对的部分；其中，上电极和下电极彼此交叠的电极区域被成形为具有至少一对彼此不平行的相对边缘；所述一对边缘中的任一个边缘与相邻的压电薄膜谐振器的电极区域相对；以及所述一个边缘与所述相邻的压电薄膜谐振器的电极区域的相对边缘之间的间隔是恒定的。
全文摘要
本发明公开了滤波器、双工器和通信装置。一种滤波器包括多个压电薄膜谐振器，压电薄膜谐振器是通过将压电膜夹在布置在基板上的下电极以及上电极之间而形成的。每个压电薄膜谐振器具有上电极和下电极彼此交叠而形成的电极区域，电极区域的轮廓包括曲线。在多个压电薄膜谐振器中，在相邻压电薄膜谐振器的相对电极区域中的压电薄膜谐振器被成形为具有彼此互补的轮廓。利用该滤波器，由压电薄膜谐振器的横向模式的不希望的波引起的影响可以被抑制。因此，可以在不牺牲具有空心结构的电极的机械强度的情况下实现小型化。
文档编号H03H9/15GK101674062SQ200910139800
公开日2010年3月17日 申请日期2009年6月30日 优先权日2008年9月9日
发明者上田政则, 原基扬, 坂下武, 岩城匡郁, 横山刚, 西原时弘, 谷口真司 申请人:富士通株式会社