專利名稱：諧振器結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線電通訊設(shè)備的諧振器結(jié)構(gòu)。
移動(dòng)通訊的發(fā)展使得手持裝置更加趨于小型化和復(fù)雜化。最近這一發(fā)展對(duì)手持裝置提出了新的要求，即手持裝置應(yīng)當(dāng)支持?jǐn)?shù)種不同的標(biāo)準(zhǔn)和電信系統(tǒng)。對(duì)數(shù)種不同的系統(tǒng)予以支持即意味著在手持裝置的RF部件中需要幾套濾波器和其它RF組件。除此較為復(fù)雜以外，手持裝置的尺寸不應(yīng)因如此廣泛的支持而有所增加。
現(xiàn)有技術(shù)移動(dòng)電話所采用的RF濾波器通常是分立的聲表面波(SAW)濾波器或陶瓷濾波器。這一方案對(duì)于單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電話來說已經(jīng)足夠，但它不能在不增加移動(dòng)電話的尺寸的基礎(chǔ)上支持?jǐn)?shù)種電信系統(tǒng)。
聲表面波(SAW)諧振器的結(jié)構(gòu)類似于

圖1所示結(jié)構(gòu)。聲表面波諧振器利用固體表面的表面聲學(xué)振動(dòng)模式，在這些模式中振動(dòng)局限在固體的表面，離開表面則很快地衰減。SAW諧振器通常包括壓電層100和兩個(gè)電極122、124。利用SAW諧振器可以產(chǎn)生諸如濾波器之類的各種諧振器結(jié)構(gòu)。SAW諧振器的優(yōu)點(diǎn)是尺寸非常小，缺點(diǎn)是不能承受大功率。
在半導(dǎo)體晶片，比如硅(Si)或砷化鎵(GaAs)晶片上制造薄膜體聲波諧振器的技術(shù)已經(jīng)公知。例如，在K.M.Lakin和J.S.Wang于Feb.1,1981發(fā)表于Applied Physics Letters,Vol.38,No.3，第125-127頁的題目為“Acoustic Bulk Wave Composite Resonators”的文章中，披露了一種體聲波諧振器，它包括濺射于硅(Si)薄膜片上的氧化鋅(ZnO)薄膜壓電層。另外，在Hiroaki Satoh、Yasuo Ebata、Hitoshi Suzuki和Choji Narahara于1985年發(fā)表于I5 Proc.39thAnnual Symp.Freq.Control，第361-366頁的題目為“An Air-Gap TypeComposite Thin Film Resonators”的文章中，披露了具有橋結(jié)構(gòu)的體聲波諧振器。
圖2表示了具有橋結(jié)構(gòu)的體聲波諧振器的一個(gè)例子。該結(jié)構(gòu)包括淀積于基片200上的薄膜130。諧振器還包括位于該薄膜上的底電極110，壓電層100和頂電極120。刻蝕去犧牲層，可以在薄膜和基片之間產(chǎn)生一個(gè)間隙210。該間隙起聲學(xué)隔離器的作用，基本上將振動(dòng)諧振器結(jié)構(gòu)與基片隔離開。
體聲波諧振器還未得到廣泛的應(yīng)用，部分是由于目前還沒有可行的方法將這樣的諧振器和其它電路組合在一起。但是，BAW諧振器與SAW諧振器相比有一些優(yōu)點(diǎn)。例如，BAW結(jié)構(gòu)對(duì)大功率電平有較好的耐受力。
目前微型機(jī)械裝置也在開發(fā)之中。微型機(jī)械裝置通常是利用淀積、構(gòu)圖和刻蝕技術(shù)在硅基片上產(chǎn)生所需要的結(jié)構(gòu)而獲得的。例如，圖3示意了一種微型機(jī)械開關(guān)的結(jié)構(gòu)。微型機(jī)械開關(guān)包括懸臂400、位于基片200上的接觸焊盤430和接觸條440，接觸條440在接觸焊盤430之間產(chǎn)生接觸用，以及兩個(gè)電極410、420。懸臂電極410形成于懸臂上，而基片電極420形成于基片上。接觸條形成于懸臂的一端，而懸臂的另一端固定到基片上，固定裝置優(yōu)選采用支撐件405，以便將懸臂從基片表面上抬起。在微型機(jī)械開關(guān)工作的時(shí)候在懸臂和基片電極之間耦合有DC電壓。該DC電壓在懸臂和開關(guān)的基片電極之間產(chǎn)生靜電力。靜電力使懸臂彎曲，導(dǎo)致接觸條與基片接觸焊盤430接觸。在D.L.Polla和L.F.Francis于July 1996發(fā)表于MRS Bulletin，第59-65頁的題目為“Ferroelectric Thin Films in Microelctromechanical SystemsApplications”的文章中，披露了其它幾種微型機(jī)械結(jié)構(gòu)，該文章在本文引用為參考。
本發(fā)明的目的是提供開關(guān)式諧振器結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供尺寸非常小的這類結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的一個(gè)目的還在于減少多系統(tǒng)移動(dòng)通訊裝置所需要的濾波器結(jié)構(gòu)的尺寸。
這些目的可以通過將諧振器元件和開關(guān)元件組合在同一結(jié)構(gòu)中而達(dá)到。
根據(jù)本發(fā)明的諧振器結(jié)構(gòu)的特征在于，在獨(dú)立權(quán)利要求的特征部分針對(duì)諧振器結(jié)構(gòu)所描述的內(nèi)容。根據(jù)本發(fā)明的移動(dòng)通訊裝置的特征在于，在獨(dú)立權(quán)利要求的特征部分針對(duì)移動(dòng)通訊裝置所描述的內(nèi)容。從屬權(quán)利要求描述了本發(fā)明的具有進(jìn)一步優(yōu)點(diǎn)的實(shí)施例。
根據(jù)本發(fā)明，微型機(jī)械開關(guān)和諧振器都是以單一組合結(jié)構(gòu)的形式實(shí)現(xiàn)的。將開關(guān)和諧振器結(jié)構(gòu)組合在一起，能夠制造出非常緊湊、為多系統(tǒng)移動(dòng)通訊裝置所需的濾波器和諧振器結(jié)構(gòu)。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)描述。附圖中圖1示意了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的聲表面波諧振器；圖2示意了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的體聲波諧振器；
圖3示意了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的微型機(jī)械開關(guān)結(jié)構(gòu)；圖4是具有橋結(jié)構(gòu)的體聲波諧振器的剖面圖；圖5是圖4結(jié)構(gòu)的頂視圖；圖6是另一具有橋結(jié)構(gòu)的體聲波諧振器的剖面圖；圖7示意了具有通孔結(jié)構(gòu)的體聲波諧振器；圖8示意了經(jīng)聲學(xué)鏡面結(jié)構(gòu)與基片隔離的體聲波諧振器；圖9示意了具有堆疊結(jié)構(gòu)的體聲波諧振器；圖10示意了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)有利實(shí)施例的一個(gè)開關(guān)和諧振器組合式結(jié)構(gòu)。此處壓電層是彎曲元件；圖11示意了圖10結(jié)構(gòu)在ON狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)；圖12示意了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)有利實(shí)施例的另一開關(guān)和諧振器組合式結(jié)構(gòu)；圖13示意了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)有利實(shí)施例的另一開關(guān)和諧振器組合式結(jié)構(gòu)；此處諧振元件僅在一端固定到結(jié)構(gòu)的其余部分；圖14示意了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)有利實(shí)施例的開關(guān)和諧振器組合式結(jié)構(gòu)，此處支撐層是彎曲元件；圖15示意了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)有利實(shí)施例的開關(guān)和諧振器組合式結(jié)構(gòu)，此處懸臂元件是彎曲元件；圖16示意了具有雙開關(guān)結(jié)構(gòu)的本發(fā)明實(shí)施例；圖17示意了根據(jù)本發(fā)明利用了諧振器和開關(guān)結(jié)構(gòu)的濾波器組結(jié)構(gòu)；圖18示意了根據(jù)本發(fā)明利用了諧振器和開關(guān)結(jié)構(gòu)的另一濾波器組結(jié)構(gòu)；圖19a、19b和19c示意了利用本發(fā)明的各種有利實(shí)施例可以獲得的各種濾波器結(jié)構(gòu)；圖20示意了根據(jù)本發(fā)明的體聲波諧振器和開關(guān)組合結(jié)構(gòu)在振蕩器中的用途；以及圖21示意根據(jù)本發(fā)明開關(guān)式諧振器組在移動(dòng)通訊裝置中的應(yīng)用。
附圖中相同的參考標(biāo)號(hào)指代相同的部件。
在下文將首先說明BAW諧振器的某些類型，這些BAW諧振器可以有利地應(yīng)用于根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中。
體聲波諧振器通常制造在硅、砷化鎵(GaAs)、玻璃或陶瓷基片上?？梢允褂玫牧硪活愋偷奶沾苫茄趸X。BAW裝置通常利用各種薄膜制造技術(shù)，例如濺射、真空蒸發(fā)或化學(xué)汽相淀積加以制造。BAW裝置利用壓電薄膜層來產(chǎn)生體聲波。典型BAW裝置的諧振頻率范圍在0.5GHz和5GHz之間，具體數(shù)值取決于裝置的尺寸和材料。BAW諧振器呈現(xiàn)晶體諧振器的典型串聯(lián)和并聯(lián)諧振特點(diǎn)。諧振頻率主要由諧振器的材料和諧振器的各層的尺度確定。
典型的BAW諧振器由三個(gè)基本元件組成聲學(xué)方式工作的壓電層，壓電層的相對(duì)端上的電極，以及與基片的聲學(xué)隔離。
壓電層可以例如是ZnO、AlN、ZnS或其它任何可以按薄膜形狀制造的壓電材料。進(jìn)一步的例子是，鐵電陶瓷也可以作為壓電材料使用。例如，PbTiO3和Pb(ZrxTi1-x)O3和所謂的鋯鈦酸鑭鉛家族的其它成員也可以使用。
優(yōu)選情況是，用來構(gòu)成電極層的材料是具有高聲學(xué)阻抗的導(dǎo)電材料。這些電極可以由任何適當(dāng)?shù)牟牧蠘?gòu)成，比如鎢(W)，鋁(Al)，銅(Cu)，鉬(Mo)，鎳(Ni)，鈦(Ti)，鈮(Nb)，銀(Ag)，金(Au)，和鉭(Ta)。
聲學(xué)隔離可以利用下列技術(shù)完成采用基片通孔，采用微型機(jī)械橋結(jié)構(gòu)，或采用聲學(xué)鏡面結(jié)構(gòu)。
但是，本發(fā)明不限于這三種技術(shù)，因?yàn)槿魏纹渌氖怪C振器和基片隔離的手段都可以同樣采用。
在通孔和橋結(jié)構(gòu)中，聲學(xué)反射表面是位于裝置的上方和下方的空氣界面。橋結(jié)構(gòu)通常是利用犧牲層制成的，該犧牲層被刻蝕掉，產(chǎn)生自由立式的結(jié)構(gòu)。利用犧牲層使得種類廣泛的基片材料得以利用，因?yàn)榛槐刈鞣浅４蟮母膭?dòng)，正如通孔結(jié)構(gòu)那樣。
橋結(jié)構(gòu)可以例如利用蝕刻坑結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。圖4和5示意了具有蝕刻坑的一個(gè)BAW。圖4和5給出了基片200、薄膜層130、底電極110、壓電層100和頂電極120。圖4是這一結(jié)構(gòu)的剖面圖，而圖5是結(jié)構(gòu)的頂視圖。在該蝕刻坑結(jié)構(gòu)中，蝕刻坑210是在淀積了至少薄膜層130之后在BAW結(jié)構(gòu)下面刻蝕得到的。
圖6示意了另一種制造橋結(jié)構(gòu)的方法。在淀積BAW結(jié)構(gòu)的其它層之前，首先淀積一個(gè)犧牲層135并加以構(gòu)圖。然后BAW結(jié)構(gòu)的其余部分在犧牲層135上方部分淀積和構(gòu)圖。在BAW結(jié)構(gòu)的其余部分完成之后，刻蝕去犧牲層135。圖6還給出了基片200、薄膜層130、底電極110、壓電層100和頂電極120。
犧牲層優(yōu)選利用金屬或聚合物作為制造材料加以實(shí)現(xiàn)。例如，犧牲層可以利用銅(Cu)作為材料制備。聚合物優(yōu)選是這樣的聚合物，它能夠抵抗在淀積其它各層之后可能達(dá)到的較高溫度。例如，聚合物可以是特氟隆或其衍生物，聚苯硫，聚醚醚酮(polyetheretherketone)，聚(對(duì)亞苯基苯并二咪唑)，聚(對(duì)亞苯基苯并二噁唑)，聚(對(duì)亞苯基苯并二咪唑)，聚(對(duì)亞苯基苯并二噻唑)，聚酰亞胺，聚酰亞胺硅氧烷，乙烯醚，聚苯基，帕里綸N，帕里綸F，或苯環(huán)丁烯。
犧牲層可以用現(xiàn)有技術(shù)所采用的其它任何材料構(gòu)成，比如氧化鋅(ZnO)。但是，如前所述優(yōu)選使用金屬或聚合物。
在通孔結(jié)構(gòu)中，通過將基片在BAW諧振器結(jié)構(gòu)的主要部位下的部分蝕刻去，可以使諧振器和基片聲學(xué)隔離。圖7示意了BAW諧振器的通孔結(jié)構(gòu)。圖7表示了基片200、薄膜層130、底電極110、壓電層100、和頂電極120。通孔211是貫穿整個(gè)基片刻蝕的。由于這種要求的蝕刻，通孔結(jié)構(gòu)通常僅用Si或GaAs基片實(shí)現(xiàn)。
將BAW諧振器和基片隔離的另一方法是利用聲學(xué)鏡面結(jié)構(gòu)。聲學(xué)鏡面結(jié)構(gòu)通過使聲波反射回諧振器結(jié)構(gòu)而實(shí)現(xiàn)隔離功能。一個(gè)聲學(xué)鏡通常包括厚度為中心頻率處四分之一波長(zhǎng)的數(shù)層，交替層具有不同的聲學(xué)阻抗。聲學(xué)鏡中的層數(shù)是奇數(shù)，通常范圍是3到9。兩個(gè)相繼層的聲學(xué)阻抗的比值應(yīng)當(dāng)大到對(duì)于BAW諧振器呈現(xiàn)盡可能低的聲學(xué)阻抗，而不是基片材料的較高阻抗。高阻層材料可以例如是金(Au)，鉬(Mo)或鎢(W)，低阻層材料可以例如是硅(Si)，多晶硅(poly-Si)，二氧化硅(SiO2)，鋁(Al)，或聚合物。因?yàn)樵诶寐晫W(xué)鏡結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)中，諧振器與基片是隔離的，并且基片未作非常大的改動(dòng)，因此可以采用許多種材料作為基片。
聚合物層可以由任何具有低損耗特性和低聲學(xué)阻抗的聚合物材料構(gòu)成。優(yōu)選采用的聚合物應(yīng)能夠抵抗至少350攝氏度高溫，因?yàn)樵诘矸e聲學(xué)鏡結(jié)構(gòu)的其它各層和其它結(jié)構(gòu)期間可以獲得較高溫度。聚合物層可以由聚酰亞胺，cyclotene，一種碳基材料，硅基材料或其它任何適當(dāng)?shù)牟牧稀?br> 圖8是處于聲學(xué)鏡結(jié)構(gòu)上方的BAW諧振器的實(shí)例。圖8給出了基片200，底電極110，壓電層100，和頂電極120。聲學(xué)鏡結(jié)構(gòu)150在此例中包括三層150a,150b。其中兩層150a由第一材料構(gòu)成，第三層150b處于這兩層之間并由第二種材料構(gòu)成。第一和第二種材料的聲學(xué)阻抗不同，如前所述。這些材料的順序在本發(fā)明的不同實(shí)施例中是不同的。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，高聲阻的材料可以處于中間，而低聲阻的材料處于該中間材料的兩端。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，其順序可以是相反的。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中底電極可以作為聲學(xué)鏡的一層。
圖9給出可以用在本發(fā)明有利實(shí)施例中的另一BAW諧振器結(jié)構(gòu)。圖9表示了具有兩個(gè)壓電層100的層疊諧振器結(jié)構(gòu)。除了底電極110和頂電極120外，層疊結(jié)構(gòu)需要一個(gè)中間電極115，它和地電位相連。圖9還示意了薄膜層130、基片200和使結(jié)構(gòu)和基片隔離的蝕刻坑210。
圖10是本發(fā)明一個(gè)有利實(shí)施例處于OFF狀態(tài)的剖面圖，而圖11是同樣結(jié)構(gòu)處于ON狀態(tài)的示意圖。該實(shí)施例包括構(gòu)成橋結(jié)構(gòu)的一層壓電材料100，提供DC控制電壓和向壓電層100饋送RF信號(hào)的第一導(dǎo)體110和第二導(dǎo)體120，接觸導(dǎo)體112，基片200，將BAW結(jié)構(gòu)100、120、112、110和基片200隔離的聲學(xué)鏡結(jié)構(gòu)150a,150b。圖10是處于OFF狀態(tài)的開關(guān)結(jié)構(gòu)和諧振器。當(dāng)足夠高的電壓施加在頂120和底110導(dǎo)體之間時(shí)，所產(chǎn)生的靜電力導(dǎo)致壓電層彎曲，如圖11所示。壓電層100的彎曲帶動(dòng)接觸導(dǎo)體112使之與底電極110接觸，如圖11所示。當(dāng)接觸導(dǎo)體112與底電極110接觸時(shí)，該結(jié)構(gòu)能夠起諧振器的作用。
圖10和11以及說明書中表示各種結(jié)構(gòu)的其它附圖僅作示意用，可以使在一或多個(gè)方向的尺度加以放大。
圖12示意了本發(fā)明的另一個(gè)有利實(shí)施例。在該實(shí)施例中，開關(guān)和諧振器結(jié)構(gòu)100、110、112、120是與基片200聲學(xué)隔離的，隔離措施是由薄膜層130構(gòu)成橋結(jié)構(gòu)而不是聲學(xué)鏡結(jié)構(gòu)150a,150b。圖12實(shí)施例的開關(guān)和諧振器結(jié)構(gòu)100、110、112、120工作方式與圖10和11實(shí)施例相同，此處不再對(duì)其功能重復(fù)說明。
圖13示意了本發(fā)明的另一有利實(shí)施例，該實(shí)施例中壓電層構(gòu)成懸臂結(jié)構(gòu)而不是圖10、11和12所示的橋結(jié)構(gòu)。懸臂100的一端固定到其它層，另一端可以自由運(yùn)動(dòng)。圖13所示的諧振器和開關(guān)結(jié)構(gòu)處于OFF狀態(tài)。當(dāng)在頂120和底110導(dǎo)體之間施加足夠高的電壓時(shí)，所產(chǎn)生的靜電力導(dǎo)致壓電層彎曲，從而帶動(dòng)接觸導(dǎo)體112與底電極110接觸。當(dāng)接觸導(dǎo)體112與底電極110接觸時(shí)，該結(jié)構(gòu)能夠起諧振器的作用。圖13還給出了聲學(xué)隔離結(jié)構(gòu)150a,150b，它將諧振器和開關(guān)結(jié)構(gòu)100、110、112、120與基片200聲學(xué)隔離。
圖14示意了本發(fā)明的另一有利實(shí)施例，該實(shí)施例中設(shè)置了壓電層100之外的某一層用于彎曲。壓電層淀積在支撐層130上，而支撐層又由支撐結(jié)構(gòu)102支持。圖14所示的諧振器和開關(guān)結(jié)構(gòu)處于OFF狀態(tài)。當(dāng)在頂120和底110導(dǎo)體之間施加足夠高的電壓時(shí)，所產(chǎn)生的靜電力導(dǎo)致薄膜層130彎曲，從而帶動(dòng)接觸導(dǎo)體112與底電極110接觸。當(dāng)接觸導(dǎo)體112與底電極110接觸時(shí)，該結(jié)構(gòu)能夠起諧振器的作用。圖13還給出了聲學(xué)隔離結(jié)構(gòu)150a,150b，它將諧振器和開關(guān)結(jié)構(gòu)100、110、112、120與基片200聲學(xué)隔離。圖13表明支撐結(jié)構(gòu)102和支撐層130是彼此分開的。但是在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，支撐結(jié)構(gòu)102和支撐層130可以是同一層的一部分。
在具有類似圖14所示結(jié)構(gòu)的本發(fā)明進(jìn)一步有利實(shí)施例中，接觸導(dǎo)體112構(gòu)成支撐和彎曲層，它載有壓電層100。在這樣的實(shí)施例中，隔離層需要淀積在接觸導(dǎo)體112和頂電極層120之間。
在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，諧振器元件在激勵(lì)組合結(jié)構(gòu)的開關(guān)功能時(shí)不會(huì)移動(dòng)。這樣的實(shí)施例在利用層疊諧振器結(jié)構(gòu)，比如圖9所示的結(jié)構(gòu)時(shí)特別有利。圖15表示了這樣一個(gè)實(shí)施例的一個(gè)實(shí)例。圖15的實(shí)施例包括壓電層100，頂120和底110電極位于聲學(xué)鏡結(jié)構(gòu)150a,150b的上面。圖15還給出一個(gè)包括懸臂支撐件145和開關(guān)懸臂140的開關(guān)元件。該開關(guān)元件還包括接觸導(dǎo)體122。當(dāng)在接觸導(dǎo)體122和底電極110之間施加足夠高的電壓時(shí)，所產(chǎn)生的靜電力導(dǎo)致懸臂140彎曲，從而帶動(dòng)接觸導(dǎo)體122與頂電極120接觸。當(dāng)接觸導(dǎo)體122與頂電極120接觸時(shí)，該結(jié)構(gòu)能夠起諧振器的作用。
在本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施例中，可以采用一個(gè)開關(guān)元件使BAW元件變?yōu)镺FF狀態(tài)。在這樣的實(shí)施例中，當(dāng)開關(guān)元件上沒有施加電壓，由此開關(guān)元件未被彎曲以與BAW元件接觸的時(shí)候，BAW元件能夠自由工作，即處于0N狀態(tài)。當(dāng)在開關(guān)元件上施加電壓，使開關(guān)懸臂向下彎曲以接觸BAW元件的時(shí)候，懸臂衰減BAW元件的振蕩，或者至少將BAW元件的諧振頻率遠(yuǎn)離工作頻率，這有效地將BAW元件設(shè)置到不工作即OFF狀態(tài)。在這樣的實(shí)施例中，頂電極120優(yōu)選用鈍化層覆蓋，使BAW元件與開關(guān)電極電壓絕緣。在其余方面這樣的實(shí)施例可以例如采用與圖5所示相似的結(jié)構(gòu)。
圖15的結(jié)構(gòu)僅僅是具有例如如圖15所示開關(guān)元件140、145的諧振器結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)例。在其它具有開關(guān)元件的發(fā)明性實(shí)施例中可以采用其它類型的BAW諧振器。例如，在一些實(shí)施例中BAW諧振器可以由橋結(jié)構(gòu)而不是圖15所示的聲學(xué)鏡結(jié)構(gòu)與基片聲學(xué)隔離。
圖16示意了本發(fā)明的有利實(shí)施例，其中該結(jié)構(gòu)在BAW元件的兩個(gè)端口都實(shí)現(xiàn)了開關(guān)。在圖16的實(shí)施例中，單個(gè)開關(guān)元件在ON狀態(tài)與頂和底電極導(dǎo)體都保持接觸，而在OFF狀態(tài)與兩者都不接觸。圖16表示了這種結(jié)構(gòu)的剖面圖。該結(jié)構(gòu)包括位于底電極110上面的壓電層和聲學(xué)鏡150a,150b層。結(jié)構(gòu)還包括一個(gè)支撐結(jié)構(gòu)102，它將底電極110延伸到開關(guān)元件140、142、112、122能夠接觸底電極的地方。圖16表示了微型機(jī)械開關(guān)結(jié)構(gòu)的懸臂元件140。微型機(jī)械開關(guān)結(jié)構(gòu)可以例如采用與圖15所示相似的結(jié)構(gòu)。開關(guān)結(jié)構(gòu)包括將RF信號(hào)通路連接到BAW元件100、110、120的導(dǎo)體112、122，和施加高DC電壓以啟動(dòng)開關(guān)元件的控制電壓導(dǎo)體142。然后啟動(dòng)開關(guān)功能，在控制電壓導(dǎo)體和底導(dǎo)體110之間施加高DC電壓，導(dǎo)致懸臂元件140向底導(dǎo)體彎曲，從而使底電極110和相應(yīng)的接觸導(dǎo)體112接觸以及使頂電極120和相應(yīng)的接觸導(dǎo)體122接觸。
支撐結(jié)構(gòu)102可以有利地由與壓電層100相同的壓電材料構(gòu)成，由此它們可以采用在導(dǎo)電層上面形成底電極110的同樣處理步驟制造。構(gòu)成底電極110的導(dǎo)體在支撐結(jié)構(gòu)102上面延伸的部分可以有利地與頂電極層120同時(shí)淀積。通過如此形成支撐結(jié)構(gòu)102，支撐結(jié)構(gòu)和壓電層100具有相同的高度，這簡(jiǎn)化了開關(guān)元件的構(gòu)造。
圖16僅僅是本發(fā)明具有雙重開關(guān)結(jié)構(gòu)的實(shí)施例的一個(gè)示例，而無意對(duì)具有雙重開關(guān)結(jié)構(gòu)的各種實(shí)施例結(jié)構(gòu)作出限制。
在先前的例子中，懸臂140、支撐層130或壓電層100的彎曲運(yùn)動(dòng)均是指向基片200的。但是，本發(fā)明不受向基片的彎曲運(yùn)動(dòng)的限制。在本發(fā)明的進(jìn)一步有利實(shí)施例中，彎曲運(yùn)動(dòng)可以是背離基片方向的。例如，在本發(fā)明的一個(gè)有利實(shí)施例中，BAW諧振器實(shí)現(xiàn)為橋結(jié)構(gòu)，而開關(guān)元件的懸臂定位在BAW諧振器和基片之間，從該位置懸臂可以背離基片彎曲以接觸BAW諧振器的底導(dǎo)體。在本發(fā)明的另一有利實(shí)施例中，BAW諧振器被設(shè)計(jì)成背離基片彎曲，以接觸由BAW諧振器上方的橋結(jié)構(gòu)所攜帶的導(dǎo)體。
如前面實(shí)例所示，根據(jù)本發(fā)明結(jié)構(gòu)的各種特征的實(shí)現(xiàn)可以作許多改變。例如，諧振器可以從一或多個(gè)位置固定到結(jié)構(gòu)的其余部分。彎曲元件可以是諧振器自身，載有諧振器的部件，或單獨(dú)的懸臂，并且彎曲可以在許多不同的方向進(jìn)行。另外，結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)一或多個(gè)開關(guān)。
為清楚起見，說明書的各附圖中沒有繪出制造微型電子和微型機(jī)械結(jié)構(gòu)通常所需要的任何鈍化層。
在基片由硅、砷化鎵或適于用作為集成電路基片的一些其它材料制成的此類實(shí)施例中，可以在同一基片上實(shí)現(xiàn)諸如晶體管的其它元件。例如，在同一基片上可以集成諸如放大器之類的其它電路，這一做法使得移動(dòng)通訊裝置的幾乎所有RF元件都可以集成到單個(gè)基片上。
根據(jù)本發(fā)明的諧振器和開關(guān)結(jié)構(gòu)可以用于例如實(shí)現(xiàn)開關(guān)式濾波器組。根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)式濾波器組的一個(gè)可能的應(yīng)用如圖17所示。圖17可以例如用于對(duì)傳送或接收頻段的一個(gè)窄段濾波。濾波器組包括通帶相對(duì)較窄的幾個(gè)帶通濾波器，由此通過將具有所需中心頻率的濾波器切換至使用狀態(tài)可以選擇頻段的一部分進(jìn)行工作。利用根據(jù)本發(fā)明的諧振器和開關(guān)結(jié)構(gòu)10可以實(shí)現(xiàn)這些帶通濾波器。諧振器和開關(guān)結(jié)構(gòu)10的開關(guān)用于選擇所采用的濾波器。由于相鄰濾波器的通帶在一定程度上重疊，所以如果所有的其它濾波器即未用濾波器連接到另一端口由此引起第二端口的加載那么在第二濾波器端口的濾波器匹配是非常困難的。未使用的濾波器將呈現(xiàn)與頻率有關(guān)的電抗，這在第二端口看來是短路電抗。這一問題可以利用到每個(gè)濾波器的第二開關(guān)14加以解決，如圖17所示。在濾波器的通帶相對(duì)隔開的此類應(yīng)用中，在濾波器的第二端口即輸出端口處不需要開關(guān)。在本發(fā)明的進(jìn)一步有利的實(shí)施例中，包含BAW元件和雙開關(guān)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)可以使用在開關(guān)式濾波器組中，而不需要為每個(gè)濾波器元件配置單獨(dú)的開關(guān)14。這種具有雙開關(guān)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)可以例如根據(jù)結(jié)合圖16描述的本發(fā)明實(shí)施例而實(shí)現(xiàn)。
圖17的濾波器組可以用于限制接收機(jī)從單個(gè)接收頻段接收的噪聲和干擾信號(hào)。在發(fā)射端，這樣的濾波器組可以清除發(fā)送電路在所需發(fā)射頻率之外產(chǎn)生的噪聲。
在本發(fā)明的各種實(shí)施例中濾波器組可以包括一或多個(gè)濾波器。圖17僅表示了一個(gè)例子。為清楚起見，向開關(guān)和濾波器組合結(jié)構(gòu)10施加控制電壓的DC信號(hào)線未在圖17表示。
在本發(fā)明的另一有利實(shí)施例中，濾波器組可以用于在不同的工作頻段之間選擇，比如用在經(jīng)設(shè)計(jì)與具有不同工作頻段的一個(gè)以上網(wǎng)絡(luò)通訊的移動(dòng)通訊裝置中。圖18是根據(jù)這類實(shí)施例的結(jié)構(gòu)。圖18的結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)開關(guān)和濾波器結(jié)構(gòu)10。在圖18，開關(guān)僅僅用在濾波器的輸入端口。在該例子中，兩個(gè)濾波器的通帶充分分離，所以在使用中呈現(xiàn)給濾波器輸出端口的短路電抗不會(huì)過多影響使用中的濾波器的通帶。在濾波器的輸入端口設(shè)置開關(guān)其目的是選擇所需要的濾波器。圖18所示的配置可以用在接收機(jī)結(jié)構(gòu)和發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)中。為清楚起見，圖18未表示將控制電壓施加到開關(guān)和濾波器組合結(jié)構(gòu)10的DC信號(hào)線。
利用體聲波諧振器實(shí)現(xiàn)的濾波器可以包括一個(gè)以上的諧振器。圖19a,19b,19c表示了在濾波器兩個(gè)端口均有開關(guān)的各種濾波器結(jié)構(gòu)，該濾波器結(jié)構(gòu)可以用在本發(fā)明的各實(shí)施例中。圖19a是諧振器和開關(guān)結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子，它除了諧振器和開關(guān)組合結(jié)構(gòu)之外還包括具有單個(gè)壓電層的常規(guī)BAW諧振器。將數(shù)個(gè)諧振器用在梯形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中在大多數(shù)情況下其濾波器性能比僅用單個(gè)諧振器要好，如圖19a所示。圖19b的濾波器結(jié)構(gòu)是利用堆疊體聲波諧振器12’和具有堆疊諧振器結(jié)構(gòu)的諧振器和開關(guān)組合結(jié)構(gòu)10共同構(gòu)成的濾波器結(jié)構(gòu)。該濾波器包括串聯(lián)的諧振器12’，在諧振器之間有短路電感307。圖19c的濾波器結(jié)構(gòu)是供窄通帶工作用的。該結(jié)構(gòu)除了采用短路電容308代替短路電感以外，其余類似于圖9b結(jié)構(gòu)。圖19a,19b,19c的各種結(jié)構(gòu)可以用于例如圖17和18所示的開關(guān)式濾波器組結(jié)構(gòu)。為清楚起見，圖19a,19b,19c未表示將控制電壓施加到開關(guān)和濾波器組合結(jié)構(gòu)10的DC信號(hào)線。
圖20是本發(fā)明的進(jìn)一步有利實(shí)施例。圖20示意了公知的Colpitts類型的振蕩器電路。采用由開關(guān)和體聲波諧振器結(jié)構(gòu)10構(gòu)成的體聲波諧振器和開關(guān)組，為振蕩器電路提供數(shù)個(gè)工作頻率。所需要的工作頻率是通過用開關(guān)之一選擇相應(yīng)的諧振器而選定的。這種振蕩器結(jié)構(gòu)可以有利地用于例如多頻段移動(dòng)通訊裝置中。為清楚起見，圖20未表示控制開關(guān)位置的信號(hào)線。根據(jù)本發(fā)明的諧振器和開關(guān)結(jié)構(gòu)還可以用在許多其它振蕩器結(jié)構(gòu)中，而圖20僅是其一個(gè)示例。由于Colpitts振蕩器為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所公知，本文不再詳細(xì)說明圖20的振蕩器的結(jié)構(gòu)和功能。為清楚起見，圖20未表示將控制電壓施加到開關(guān)和濾波器組合結(jié)構(gòu)10的DC信號(hào)線。
在圖21，表示了根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步有利實(shí)施例的移動(dòng)通訊裝置的框圖。移動(dòng)通訊裝置的接收機(jī)部分包括對(duì)接收信號(hào)濾波的第一接收機(jī)開關(guān)式濾波器組302a，對(duì)接收信號(hào)放大的接收機(jī)放大器605，對(duì)接收信號(hào)進(jìn)一步濾波的第二接收機(jī)開關(guān)式濾波器組302b，將接收信號(hào)轉(zhuǎn)換到基帶的混頻器610，對(duì)信號(hào)解調(diào)和解碼的接收機(jī)電路630和產(chǎn)生可聽接收信號(hào)的耳機(jī)650或揚(yáng)聲器650。發(fā)射部分包括傳聲器656，將擬發(fā)射的信號(hào)編碼和執(zhí)行其它必要信號(hào)處理的發(fā)射機(jī)電路635，產(chǎn)生調(diào)制射頻信號(hào)的調(diào)制器615，第一發(fā)射器開關(guān)濾波器組302d，發(fā)射機(jī)放大器606，和第二發(fā)射機(jī)開關(guān)式濾波器組302c。移動(dòng)通訊裝置還包括天線601，振蕩器電路620，控制電路640，顯示器652和鍵盤654?？刂齐娐?40控制接收機(jī)和發(fā)射機(jī)電路以及振蕩器電路的操作，以及經(jīng)顯示器652向用戶顯示信息，并且經(jīng)鍵盤654從用戶接收指令。開關(guān)式濾波器組302a,302b,302c,302d可以例如具有圖17所示的結(jié)構(gòu)或圖18所示的結(jié)構(gòu)，或者圖17和18結(jié)構(gòu)的組合，這取決于移動(dòng)通訊裝置工作頻段的個(gè)數(shù)和寬度。開關(guān)式濾波器組302a,302b,302c,302d還可以采用其它結(jié)構(gòu)。開關(guān)式接收機(jī)濾波器組302a,302b用于限制接收機(jī)從接收頻段接收的噪聲和干擾信號(hào)。在發(fā)射端，開關(guān)式發(fā)射濾波器組302c,302d可以清除發(fā)射電路在所需發(fā)射頻率之外產(chǎn)生的噪聲。振蕩器電路620可以包括具有開關(guān)式諧振器組的振蕩器，比如圖20所示。振蕩器電路620還可以包括將不需要的噪聲從振蕩器電路的輸出中除去的開關(guān)濾波器電路。
在本發(fā)明的進(jìn)一步有利的實(shí)施例中，諧振器和開關(guān)組合結(jié)構(gòu)運(yùn)用于希望采用小尺寸的裝置組件的其它類型的小型無線電發(fā)射器和/或接收機(jī)結(jié)構(gòu)中。例如，諧振器和開關(guān)組合結(jié)構(gòu)可以有利地使用于無繩電信系統(tǒng)，比如蜂窩電信系統(tǒng)或其它類型無繩電話系統(tǒng)的內(nèi)置基站中。進(jìn)而，諧振器和開關(guān)組合結(jié)構(gòu)可以有利地用于例如便攜計(jì)算機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理(assistant)和遙控裝置的內(nèi)置射頻鏈路單元中。
根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步有利實(shí)施例中，在諧振器和開關(guān)裝置被淀積的基片還固定其它的組件。例如，基片還為其它組件提供線路連接，所述線路連接是以導(dǎo)電圖形的形式實(shí)現(xiàn)在基片表面上的。其后諸如集成電路之類的組件可以焊接在該基片上。例如，利用倒裝片焊接技術(shù)可以將拆包的集成電路直接焊接在基片上。這樣的實(shí)施例在將玻璃當(dāng)作基片材料的時(shí)候特別有利，因?yàn)槌杀镜土牟ＡЩ梢栽试S制造較大的基片，由此這樣的基片除了淀積的諧振器和開關(guān)結(jié)構(gòu)外還可以包容其它組件。
根據(jù)本發(fā)明的諧振器和開關(guān)結(jié)構(gòu)有利地使用于大致400MHz或其以上的頻率，即BAW諧振器可以使用的頻率處。
本發(fā)明提供經(jīng)濟(jì)可行的諧振器和開關(guān)結(jié)構(gòu)，因?yàn)檫@樣的結(jié)構(gòu)可以一次制造過程即可完成。本發(fā)明還允許制造尺寸非常小的復(fù)雜的開關(guān)式諧振器和濾波器結(jié)構(gòu)，這是構(gòu)筑多系統(tǒng)移動(dòng)通訊裝置方面是明顯的進(jìn)步。
根據(jù)上文的描述，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說很明顯可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)作各種修改。盡管對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)說明，顯然可以對(duì)其作許多的修改和變更，而不會(huì)脫離本發(fā)明的真實(shí)精神和范疇。
權(quán)利要求
1．諧振器結(jié)構(gòu)，包括具有壓電層的諧振器，其特征在于所述諧振器結(jié)構(gòu)包括用于傳導(dǎo)控制電壓的第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體；所述第一和第二導(dǎo)體中至少有一個(gè)與所述壓電層接觸，以構(gòu)成諧振器的一個(gè)電極，以及彎曲元件，用于作為對(duì)施加在所述第一和第二導(dǎo)體上的控制電壓的響應(yīng)而執(zhí)行開關(guān)功能。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振器結(jié)構(gòu)，其特征在于壓電層是所述的彎曲元件。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振器結(jié)構(gòu)，其特征在于所述結(jié)構(gòu)包括用于支撐所述壓電層的支撐層，所述支撐層是所述彎曲元件。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振器結(jié)構(gòu)，其特征在于諧振器結(jié)構(gòu)包括懸臂元件，所述懸臂元件是所述彎曲元件。
5．根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振器結(jié)構(gòu)，其特征在于所述諧振器是體聲波諧振器。
6．根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振器結(jié)構(gòu)，其特征在于諧振器結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)濾波器。
7．移動(dòng)通訊裝置，其特征在于所述移動(dòng)通訊裝置包括諧振器結(jié)構(gòu)，所述諧振器結(jié)構(gòu)包括用于傳導(dǎo)開關(guān)功能控制電壓的第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體；所述第一和第二導(dǎo)體中至少有一個(gè)與所述壓電層接觸，以構(gòu)成諧振器的一個(gè)電極，以及彎曲元件，用于響應(yīng)對(duì)施加在所述第一和第二導(dǎo)體上的控制電壓而執(zhí)行所述開關(guān)功能。
全文摘要
本發(fā)明涉及無線電通訊裝置的諧振器結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明，在單個(gè)組合結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)了微型機(jī)械開關(guān)和諧振器。開關(guān)和諧振器結(jié)構(gòu)的組合允許制造多系統(tǒng)移動(dòng)通訊裝置所需的非常緊湊的濾波器和諧振器結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)H03H9/17GK1237828SQ9910696
公開日1999年12月8日 申請(qǐng)日期1999年6月2日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月2日
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