RF滤波器装置的制作方法

rf滤波器装置
[0001]
本发明涉及具有紧凑的构造和良好的电性质的rf滤波器装置。移动通信设备需要rf滤波器装置来将希望的信号与不希望的信号分离。通常，rf滤波器装置包括诸如电声谐振器的谐振器。电声谐振器采用压电效应而在rf信号和声波之间转换。
[0002]
然而，趋于小型化的当前趋势和趋于大量电功能的当前趋势要求具有增加数量的电路元件的更小的组件。对应地，很难在对应rf滤波器装置的电路的不同区段之间维持特定的隔离。
[0003]
常规的rf滤波器装置使用baw谐振器(baw＝体声波)，作为滤波器拓扑中的电声谐振器。
[0004]
然而，在常规谐振器的情况下，难以在以较小体积布置更多的电路元件的同时满足现代规范。
[0005]
因此，需要可以以较小的空间尺寸制造并提供更好的电性能的rf滤波器装置。
[0006]
为此，提供了根据独立权利要求1所述的rf滤波器装置。从属权利要求提供了优选实施例。
[0007]
rf滤波器装置包括谐振器结构和另一电路。谐振器结构包括有源结构和声镜(acoustic mirror)。有源结构包括底部电极、顶部电极以及在底部电极和顶部电极之间的压电材料。声镜被布置在有源结构和另一电路之间。
[0008]
rf滤波器装置可以是包括可以在现代通信设备中使用的滤波器结构的rf滤波器组件。
[0009]
rf滤波器装置的谐振器结构包括建立电声谐振器所必需的元件，例如用于在rf滤波器中使用。谐振器结构的一部分是有源结构。谐振器结构的另一部分是声镜。有源结构在底部电极和顶部电极之间具有压电材料，并且该夹层构造可以被用于在施加到电极的rf信号和声波之间进行转换，声波例如为在电极之间传播的纵向声波。
[0010]
为了将声能限制到谐振器结构，声镜充当针对声波的反射结构，并且将声波反射回到有源结构。
[0011]
如果应获得谐振器的高质量因数q，则需要声镜的高反射系数。
[0012]
声镜通常包括不同声阻抗层的层堆叠。低声阻抗层和高声阻抗层之间的每个界面(反之亦然)在一定程度上反射声波。低声阻抗和高声阻抗的多个交替层以及对应的多个此类界面可以总体上提供高反射系数来实现高q谐振器。
[0013]
底部电极可以在底部电极层中实现。顶部电极可以在顶部电极层中实现，并且压电材料可以被提供在压电材料层中。
[0014]
baw谐振器可以是fbar型谐振器和smr型谐振器。在fbar型谐振器(fbar＝薄膜体声谐振器)中，腔被布置在底部电极下方，以限制声能。在smr型谐振器中，声镜被布置在谐振器的底部电极之间。因此，本rf滤波器装置具有smr型谐振器。
[0015]
压电材料可以被提供为单晶压电材料或多晶压电材料。电极包括例如金属的导电材料。
[0016]
电极之间的距离，即，压电层的厚度，主要确定了谐振器的工作频率。具体地，距离
主要确定了λ/2，即，所采用的声学纵波的波长的一半。
[0017]
rf滤波器装置的另一电路可以包括单个电路元件或多个电路元件，单个电路元件或多个电路元件提供rf滤波器装置的另一功能，以顺应由单个装置提供更多电功能的趋势。
[0018]
声镜可以被布置在有源结构的底部电极下方或有源结构的顶部电极上方。对应地，另一电路及其组成电路元件被分别布置在声镜下方或声镜上方。
[0019]
通过将声镜布置在有源结构和另一电路之间，获得了在有源结构和另一电路之间的电磁解耦，并且有源结构和另一电路之间的隔离被改进。
[0020]
因此，由于经改进的隔离，rf滤波器装置中的电路元件的集成密度被增加并且装置的较小空间尺寸和/或改进的电响应可以被获得。
[0021]
对应地，声镜可以建立电磁屏蔽。特别地，由声镜实现的电磁屏蔽可以使得谐振器结构的有源结构与另一电路电解耦。
[0022]
为了进一步改进解耦，声镜的横向尺寸可以超过布置在声镜的一侧处的有源结构的横向尺寸和布置在镜的相应另一侧处的另一电路的横向尺寸。因此，声镜在横向方向上延伸超过有源结构和/或另一电路。
[0023]
为了提供电磁屏蔽，优选地，声镜的至少一个层具有高电导率。为此，优选地，声镜包括具有特定低电阻率材料的至少一个层。
[0024]
常规的镜包括层结构，层结构的材料仅根据其声学性质来选择。为了提供良好的电磁屏蔽，现在建议根据其声学性质并且根据其电性质来选择镜的材料。已发现，良好的屏蔽效果基本上可以在不牺牲足够好的声学性质的情况下获得。
[0025]
因此，在不牺牲谐振器的声学性质的情况下，谐振器和另一电路中实现的其他电路组件可以被高度解耦。
[0026]
声镜可能是导电的并且被连接到接地电位。
[0027]
常规baw谐振器具有根据其声学性质而选择的镜材料。用于高声阻抗层的典型材料是w(钨)或类似的重金属。用于低声阻抗层的典型材料是氧化硅，例如，二氧化硅和类似材料。
[0028]
钨和二氧化硅均不是极好的电导体，但提供良好的声学(阻抗)性质。
[0029]
因此，与常规的镜相比，具有至少一个高电导率层的声镜或整体上导电的声镜实质上改进了屏蔽。
[0030]
特别地，由于镜的每一层均导电而导电的声镜实质上改进了布置在镜的相对侧处的电路组件的解耦。
[0031]
声镜可以包括一个或多个第一声阻抗层以及一个或多个第二声阻抗层。第二声阻抗大于第一声阻抗。第一声阻抗层和第二声阻抗层包括金属。
[0032]
镜的各层也可以由金属组成。
[0033]
在这样的层系统中，在层系统内移动的电荷在具有相对高电阻率的材料中具有相当短的路径。特别地，由于对应的电流方向在低电导率的层内不沿水平方向引导，因此电荷粒子的路径长度基本上被减小到具有较低电导率材料的层的厚度。较高电导率的层建立分流路径，并提供电荷传输的优选层。
[0034]
具有选自第一声阻抗和第二声阻抗的声阻抗的层的材料可以具有al(铝)的电导
率或更高的电导率。
[0035]
铝或具有更高电导率的材料可以被用作两种声阻抗之一的材料。具体地，铝可以被用于建立较低声阻抗的材料，或者铝可以被用作低声阻抗层的主要成分。
[0036]
对应地，包括钨和铝的层的声镜总体上是导电的，并且由于铝或其对应取代者的导电性，声镜提供了良好的屏蔽。
[0037]
具有选自第一声阻抗和第二声阻抗的声阻抗的层的材料可以包括al(铝)、诸如alcu(铝-铜)的al合金、cu(铜)或诸如cunb(铜-铌)的cu合金、sio2或sioc或由其组成。此外，相应其他声阻抗的层的材料包括w(钨)、au(金)、pt(铂)、aln(氮化铝)、ta2o5或由其组成。
[0038]
另一电路可以包括无源电路元件、阻抗元件、电容元件、电阻元件、lc电路、lcr电路、有源电路元件、开关、rf开关、逻辑电路、另一谐振器、另一电声谐振器和/或rf滤波器。
[0039]
因此，smr类型的谐振器和其他电路元件(例如，集成的无源装置，例如，l、c或r元件或开关)可以被集成在装置内，例如单片集成在装置内。这样的集成可以被用于建立软件可重新配置的滤波器。
[0040]
特别地，在镜在电路组件之间建立了良好的隔离的情况下(尽管它们在空间上接近)，可以使用多于一个的电声谐振器和多于一个的另一电路的堆叠布置。对应地，多个滤波器功能以及针对控制逻辑和开关的对应电路系统可以被集成在小体积中。因此，在开关被用于选择选择性地采用多个rf滤波器中的一个或几个的信号路径，以提供对应装置的双工模式的情况下，可以使用软件可重新配置的滤波器。
[0041]
对应地，装置还可以包括附加声镜。有源结构被布置在声镜和附加声镜之间。因此，与有源结构屏蔽的附加空间被提供来容纳附加电路系统。
[0042]
对应地，装置还可以包括附加电路。附加声镜被布置在有源结构和附加电路元件之间。
[0043]
该堆叠原理可以扩展到谐振器的n个有源结构和n+1个声镜，使得每个有源结构被布置在两个相邻声镜之间。在有源结构下方布置的反射镜的下方和有源结构上方布置的反射镜的上方，提供了用于布置与对应有源结构解耦的电路系统的空间。n可以是1、2、3、4、5或更大的整数。
[0044]
谐振器结构和另一电路可以单片集成。
[0045]
在本装置的上下文中的单片集成指代使用基本相同的处理步骤而实现的电路元件。对应处理步骤是例如半导体行业众所周知的。用于创建底部电极、顶部电极、压电层或镜层的处理步骤也可以被用于沉积其他电路的电路元件的材料。电容元件可以通过沉积底部电极的材料、在底部电极上沉积电介质材料并且在电介质材料上沉积顶部电极来实现。电感元件可以通过提供电介质层、在电介质层上沉积导电材料并在导电层中构造导体区段(例如，呈线圈状或类似形状)来实现。
[0046]
而且，半导体材料、导电材料和电介质材料可以被用于以两个或更多个层的层构造来建立开关和控制逻辑电路系统。
[0047]
对应地，与具有附接到一个芯片上的谐振结构和另一芯片上的基于半导体的电路系统并且两个芯片均布置在共同载体衬底上的异质集成组件相比，包括多个功能的单片集成的装置可以被提供较小的体积。
[0048]
谐振器结构和另一电路可以建立带通滤波器或带阻滤波器。
[0049]
当然，多个滤波器功能可以被实现来例如建立双工器或更高级别的多路复用器。
[0050]
谐振器结构和另一电路可以被布置在载体上。
[0051]
载体可以是包括硅的载体，例如，硅芯片。滤波器结构和电路系统结构可以单片集成在载体的内部或界面处。
[0052]
rf滤波器装置可以是软件可配置的rf滤波器。
[0053]
在软件可配置的rf滤波器逻辑电路系统中，其与滤波器电路系统一起被嵌入来建立单片块。逻辑电路系统例如经由开关来控制经由选定的rf滤波器路由的信号的信号路径。
[0054]
在所附的示意图中示出了本rf滤波器装置的主要方面和优选实施例的细节。
[0055]
在附图中：
[0056]
图1示出了具有布置在有源结构和另一电路之间的声镜的rf滤波器装置；
[0057]
图2图示了将有源结构布置在两个声镜之间，以建立双导电布拉格镜构造的可能性；
[0058]
图3图示了通过布置附加电路来使用在附加声镜上方的解耦体积；以及
[0059]
图4图示了具有滤波器的双工器拓扑，其具有梯形状电路拓扑，作为rf滤波器装置的可能应用。
[0060]
图1示出了包括声镜am、有源结构as和另一电路fec的rf滤波器装置fd。有源结构as与声镜am一起建立谐振器结构，即，smr型的电声谐振器。另一电路fec包括应当与有源结构as电磁解耦的电路元件或由其组成。声镜am被布置在有源结构as与另一电路fec之间。
[0061]
有源结构具有底部电极be、顶部电极te和布置在底部电极be和顶部电极te之间的压电材料pm。声镜包括第一材料m1和第二材料m2的镜层。不同材料m1、m2的层在竖直方向上交替布置，以建立声学布拉格镜。第一材料m1和第二材料m2具有不同的声阻抗。材料的声阻抗由材料的比重和材料的刚度参数(例如，杨氏模量)来确定。不同声阻抗的材料之间的界面会反射声波。因此，声能被限制到谐振器的有源区域，即，有源结构和镜am的上层。
[0062]
声镜am优选地包括具有足够高电导率的层，使得提供电磁屏蔽来保护另一电路fec免受在有源结构as的位置处生成的有害影响。
[0063]
可以将声镜am或镜的至少一个或多个镜层电连接至恒定电位，例如，接地电位。
[0064]
图2图示了提供布置在有源结构as上方的附加声镜aam的可能性，使得有源结构as被布置在声镜am(布置在有源结构as下方)与附加声镜aam(布置在有源结构as上方)之间。因此，有源结构as被夹持在两个声镜之间。两个镜优选地包括导电层，使得有源结构as的环境、特别是有源结构as下方的区域和上方的区域被屏蔽，以免受有源结构as发出的有害影响。
[0065]
图3图示了使用附加声镜aam上方的体积来布置附加电路aec的可能性，附加电路aec也从有源结构as屏蔽。
[0066]
原则上，可以具有这样的层结构，其具有彼此堆叠的多个声镜和电路元件，例如，具有敏感电路元件或有源结构的另一电路。因此，使用声镜来提供屏蔽区域的原理可以扩展到与被屏蔽而免受有害影响的三个、五个、六个、七个和更多个区域相对应的多个两个、三个、四个、五个、六个或更多个声镜。
[0067]
图4图示了rf滤波器装置的可能应用。谐振器结构和/或另一电路以及另外的谐振器结构和附加电路可以被用于建立rf滤波器，诸如，带通滤波器或带阻滤波器。滤波器可以具有梯形状滤波器拓扑。若干滤波器可以被组合来建立多路复用器。
[0068]
梯形状滤波器拓扑具有在第一端口和第二端口之间的信号路径中串联电连接的串联谐振器。此外，并联谐振器pr被布置在将信号路径电连接到接地电位的分流路径中。一个或多个rf滤波器可以被连接或耦合到公共端口，例如，天线端口。天线端口可以被连接到天线an。被提供来引导发射信号的滤波器是发射滤波器txf。发射滤波器txf阻止接收信号。被提供来引导接收信号的滤波器是接收滤波器rxf。接收滤波器rxf阻止发射信号。在双工器或更高程度的多路复用器的发射滤波器txf和接收滤波器rxf之间，被提供来在公共端口和滤波器之间建立阻抗匹配的匹配电路可以被布置。例如，匹配电路的元件可以被实现为与对应滤波器的串联谐振器或并联谐振器的谐振器结构一起的、rf滤波器装置中的另一电路或附加电路的元件。
[0069]
rf滤波器装置不限于上面描述的技术细节和所示的实施例。包括另外的电路元件、另外的有源电路(诸如，低噪声放大器或功率放大器)的rf滤波器装置也是可能的。因此，rf滤波器装置也可以是经组合的功率放大器和滤波器模块。
[0070]
附图标记列表
[0071]
aam：附加声镜
[0072]
aec：附加电路
[0073]
am：声镜
[0074]
an：天线
[0075]
as：有源结构
[0076]
be：底部电极
[0077]
fd：rf滤波器装置
[0078]
fec：另一电路
[0079]
m1：声镜的第一材料层
[0080]
m2：声镜的第二材料层
[0081]
pm：压电材料
[0082]
pr：并联谐振器
[0083]
rxf：接收滤波器
[0084]
sr：串联谐振器
[0085]
te：顶部电极
[0086]
txf：发射滤波器