專利名稱：使用壓電諧振器的濾波器的制作方法
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種使用壓電諧振器的濾波器，尤其涉及一種用在諸如移動(dòng)電話和無線LAN之類移動(dòng)通訊終端無線電路中的使用壓電諧振器的濾波器。
背景技術(shù)：
對(duì)于一種可以合并在諸如移動(dòng)電話、無線LAN以及其它等等中的元件來說，需要進(jìn)一步減小體積和重量以及改善性能。對(duì)于一種可以滿足這種需求的元件來說，有一種使用由壓電材料所制成的壓電諧振器的濾波器(參考日本專利號(hào)No.2800905)。以下參考附圖討論一例濾波器的實(shí)例。
在討論濾波器結(jié)構(gòu)形式之前，首先討論濾波器中所使用的壓電諧振器的結(jié)構(gòu)。圖21是壓電諧振器的基本結(jié)構(gòu)的透視圖。圖22是沿著圖21所示線B-B的剖視圖。圖23A圖示壓電諧振器的電路符號(hào)，圖23B是壓電諧振器的等效電路圖。圖24圖示壓電諧振器的頻率特性。
正如圖21所示，壓電諧振器210結(jié)構(gòu)是這樣的，在諸如硅或玻璃之類的基片216上形成上電極211、壓電材料層212、下電極213、絕緣材料層214和空腔215。空腔215設(shè)置在基片216中且使之不會(huì)貫穿基片216。絕緣材料層214是由二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)等等所制成，且形成在基片216上，使之覆蓋空腔215。在絕緣材料層214上，形成了由鉬(Mo)、鋁(Al)、銀(Ag)、鎢(W)、鉑(Pt)等材料所制成的下電極213。在下電極213上，形成了由氮化鋁(AlN)，氧化鋅(ZnO)、鈮酸鋰(LiNbO3)、鈦酸鋰(LiTAO3)、硝酸鉀(KnbO3)等制成的壓電材料層212。在壓電材料層212上，形成了由與下電極213相同材料制成的上電極211。上電極211、壓電材料層212、下電極213和絕緣材料層214構(gòu)成振動(dòng)部分218。正是如此，振動(dòng)部分218可以由基片216的支撐部分221所支撐著，正如圖22所示。所設(shè)置的空腔215使得由壓電材料層212所產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)限制在其中。
通過將電壓施加在上電極211和下電極213之間，在壓電材料層212中就產(chǎn)生一個(gè)電場(chǎng)，并由電場(chǎng)畸變激發(fā)機(jī)械振動(dòng)，并且通過機(jī)械振動(dòng)，就能夠獲得具有諧振點(diǎn)和反諧振點(diǎn)的電性能。壓電諧振器210的諧振頻率fr和反諧振頻率fa可以由振動(dòng)部分218層的厚度和尺寸以及諸如各種材料常數(shù)的參數(shù)所確定。圖23A所示的壓電諧振器210的等效電路可表示為電容C0、等效常數(shù)C1、等效常數(shù)L1，正如圖23B所示。值得注意的是，電阻元件是非常小的，因此在圖23B所示的等效電路中可以省略。假定在上電極層211和下電極層213之間存在著電容C0，該電容C0可由以下公式(1)來確定C0＝ε0εr×S/d …(1)式中0是真空介電常數(shù)，r是壓電材料的相對(duì)導(dǎo)磁率，S是電極面積，以及d是壓電材料的厚度。
在圖23B所示的等效電路中，基于阻抗為零的串聯(lián)諧振和阻抗為無窮大的并聯(lián)諧振，諧振頻率fr和反諧振頻率fa可以分別由以下公式(2)和(3)來確定fr＝1/(2π×(C1L1))…(2)，和fa＝fr×(1+C1/C0) …(3)壓電諧振器210的頻率特性如圖24所示。
圖25圖示使用三個(gè)具有上述頻率特性的壓電諧振器的常規(guī)濾波器的典型電路圖。在圖25中，常規(guī)濾波器250包括一個(gè)串聯(lián)的壓電諧振器251，并聯(lián)壓電諧振器252a和252b，和電感器253a和253b。串聯(lián)壓電諧振器251以串聯(lián)的方式連接在輸入端255a和輸出端255b之間。并聯(lián)壓電諧振器252a的第一電極連接在輸入端255a和串聯(lián)壓電諧振器251之間的連接點(diǎn)，以及并聯(lián)壓電諧振器252a的第二電極連接至電感器253a的第一端。并聯(lián)壓電諧振器252b的第一電極連接在串聯(lián)壓電諧振器251和輸出端255b之間的連接點(diǎn)，并聯(lián)壓電諧振器252b的第二電極連接至電感器253b的第一端。電感器253a和253b的第二端都接地。
具有上述結(jié)構(gòu)的常規(guī)濾波器250有兩種頻率特性，即，并聯(lián)壓電諧振器252a和252b的頻率特性(圖26圖形(a)中的實(shí)線)和串聯(lián)壓電諧振器251的頻率特性(圖26圖形(a)中的虛線)。因此，通過設(shè)置濾波器250的各個(gè)參數(shù)，是的并聯(lián)壓電諧振器252a和252b的反諧振點(diǎn)262基本對(duì)應(yīng)于串聯(lián)壓電諧振器251的諧振點(diǎn)263，從而能夠獲得具有如圖26中圖形(b)所示的通帶265的濾波器。
然而，上述常規(guī)濾波器，由于濾波器的結(jié)構(gòu)原因，在通帶前后的頻率帶寬中不能夠獲得大量的衰減。于是，該濾波器就不能用于設(shè)備中，例如，移動(dòng)電話和無線LAN之類的典型移動(dòng)通訊終端，在該終端中，兩個(gè)頻帶中的一個(gè)是需要通過的，而另一頻帶是需要衰減的。例如，適用于W-CDMA的接受濾波器所具有的接受帶寬為2.11至2.17GHz，而傳輸帶寬為1.92至1.98GHz。
另外，在上述常規(guī)濾波器結(jié)構(gòu)中，在并聯(lián)壓電諧振器和接地之間必須設(shè)置具有高值的電感器，這就需要一個(gè)諸如基片之類的附加外部電路，從而使得濾波器的尺寸增加。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種使用壓電諧振器的濾波器，它能夠減小在通帶中的損耗，同時(shí)獲得在衰減帶寬中所需衰減量。此外，本發(fā)明的另一目的是提供一種使用壓電諧振器的濾波器，該濾波器通過減小電路所需的電感器的數(shù)值或數(shù)量來實(shí)現(xiàn)其體積減小。
本發(fā)明針對(duì)一種包括多個(gè)壓電諧振器的濾波器。為了能夠達(dá)到上述目的，本發(fā)明的濾波器包括串聯(lián)壓電諧振器部分，它包括至少一個(gè)以串聯(lián)方式連接在輸入和輸出端之間的串聯(lián)壓電諧振器；并聯(lián)壓電諧振器部分，它包括至少兩個(gè)各自具有第一電極和第二電極的并聯(lián)壓電諧振器，并聯(lián)壓電諧振器通過第一電極以并聯(lián)方式連接至串聯(lián)壓電諧振器，和在梯形結(jié)構(gòu)中；電感器部分，它包括分別為至少兩個(gè)并聯(lián)壓電諧振器所設(shè)置的電感器，該電感器各自連接在接地和并聯(lián)壓電諧振器的第二電極之間；以及附加的壓電諧振器部分，它包括至少一個(gè)附加壓電諧振器，它連接在具有連接至電感器的并聯(lián)壓電諧振器的任意兩個(gè)第二電極。
典型的濾波器結(jié)構(gòu)可以是串聯(lián)壓電諧振器部分包括一個(gè)具有第一和第二電極的串聯(lián)壓電諧振器，并且以串聯(lián)方式連接在輸入和輸出端之間；并聯(lián)壓電諧振器部分包括具有第一電極和第二電極的第一并聯(lián)壓電諧振器，第一電極連接著串聯(lián)壓電諧振器的第一電極；以及第二并聯(lián)壓電諧振器具有第一電極和第二電極，第一電極連接至串聯(lián)壓電諧振器的第二電極；電感器部分包括第一電感器連接在第一并聯(lián)壓電諧振器的第二電極和接地之間；以及第二電感器連接在第二并聯(lián)壓電諧振器的第二電極和接地之間；以及附加壓電諧振器部分包括連接在第一并聯(lián)壓電諧振器的第二電極和第二并聯(lián)壓電諧振器的第二電極之間附加壓電諧振器。在該結(jié)構(gòu)中，較佳的是，串聯(lián)壓電諧振器的數(shù)量等于附加壓電諧振器的數(shù)量。
另一典型的濾波器結(jié)構(gòu)可以是這樣，串聯(lián)壓電諧振器部分包括第一串聯(lián)壓電諧振器和第二串聯(lián)壓電諧振器，它們都以串聯(lián)方式連接在輸入和輸出端之間，第一和第二串聯(lián)壓電諧振器各自具有第一和第二電極；并聯(lián)壓電諧振器部分包括第一并聯(lián)壓電諧振器具有第一電極和第二電極，其第一電極連接至第一串聯(lián)壓電諧振器的第一電極；第二并聯(lián)壓電諧振器具有第一電極和第二電極，其第一電極連接在第一串聯(lián)壓電諧振器的第二電極和第二串聯(lián)壓電諧振器的第一電極之間；第三并聯(lián)壓電諧振器具有第一電極和第二電極，其第一電極連接著第二串聯(lián)壓電諧振器的第二電極；電感器部分包括第一電感器連接在第一并聯(lián)壓電諧振器的第二電極和接地之間；第二電感器連接在第三并聯(lián)壓電諧振器的第二電極和接地之間；以及附加壓電諧振器部分包括附加的壓電諧振器連接在第一并聯(lián)壓電諧振器的第二電極和第三并聯(lián)壓電諧振器的第二電極之間。在這種結(jié)構(gòu)中，較佳的是，所提供的多個(gè)第一和第二串聯(lián)壓電諧振器和多個(gè)附加壓電諧振器共享在數(shù)量上的奇偶的相同狀態(tài)。
還有另一典型濾波器結(jié)構(gòu)是這樣，串聯(lián)壓電諧振器部分包括第一串聯(lián)壓電諧振器、第二串聯(lián)壓電諧振器和第三串聯(lián)壓電諧振器，它們以串聯(lián)方式連接在輸入和輸出端之間，第一、第二和第三串聯(lián)壓電諧振器各自具有第一和第二電極；并聯(lián)壓電諧振器部分包括第一并聯(lián)壓電諧振器具有第一電極和第二電極，其第一電極連接至第一串聯(lián)壓電諧振器的第一電極；第二并聯(lián)壓電諧振器具有第一電極和第二電極，其第一電極連接在第一串聯(lián)壓電諧振器的第二電極和第二串聯(lián)壓電諧振器的第一電極之間；第三并聯(lián)壓電諧振器具有第一電極和第二電極，其第一電極連接在第二串聯(lián)壓電諧振器的第二電極的第三串聯(lián)壓電諧振器的第一電極之間；以及第四并聯(lián)壓電諧振器具有第一電極和第二電極，其第一電極連接著第三串聯(lián)壓電諧振器的第二電極；電感器部分包括第一電感器連接在第一并聯(lián)壓電諧振器的第二電極和接地之間，第二電感器連接在第二并聯(lián)壓電諧振器的第二電極和接地之間，第三電感器連接在第三并聯(lián)壓電諧振器的第二電極和接地之間，第四電感器連接在第四并聯(lián)壓電諧振器的第二電極和接地之間；以及附加壓電諧振器部分包括第一附加的壓電諧振器連接在第一并聯(lián)壓電諧振器的第二電極和第n并聯(lián)壓電諧振器的第二電極之間，其中，n是數(shù)字2、3和4中的一個(gè)數(shù)字；以及第二附加壓電諧振器連接在并聯(lián)壓電諧振器的任意兩個(gè)第二電極之間不是在第一個(gè)和第n個(gè)并聯(lián)壓電諧振器之間。
在這種結(jié)構(gòu)中，串聯(lián)壓電諧振器、并聯(lián)壓電諧振器和附加壓電諧振器可以是薄膜聲波諧振器。薄膜聲波諧振器各自包括上電極；下電極；夾在上下電極之間的壓電材料層；以及設(shè)置在下電極下面的空腔。另外，在薄膜聲波諧振器中沒有設(shè)置空腔的情況下，薄膜聲波諧振器各自包括上電極；下電極；夾在上下電極之間的壓電材料層，以及設(shè)置在下電極下面的聲波多層薄膜，聲波多層薄膜可以通過層疊低阻抗層和高阻抗層來制成。較佳的是，它可以連接在串聯(lián)壓電諧振器、并聯(lián)壓電諧振器和附加壓電諧振器的電極與在相同引線層所建立的等效電路中的相鄰壓電諧振器的電極之間。
此外，串聯(lián)壓電諧振器、并聯(lián)壓電諧振器和附加壓電諧振器可以是聲表面波諧振器。聲表面波諧振器各自可以包括壓電基片；叉指變換器電極；反射電極；其中，叉指變換器電極和反射電極排列在壓電基片上，使之以傳播方向相互接近。
正如以上所討論的，根據(jù)使用本發(fā)明的壓電諧振器的濾波器，至少由一個(gè)附加壓電諧振器是插入在并聯(lián)壓電諧振器的任意兩個(gè)第二電極之間。這樣，在保持通帶中的導(dǎo)通損耗最小化的同時(shí)增加帶寬，可以獲得在衰減帶寬中所需要的衰減量。
本發(fā)明的上述和其它目的、性能、方面和優(yōu)點(diǎn)將通過以下結(jié)合附圖的本發(fā)明的詳細(xì)描述中變得更加顯而易見。


圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例使用壓電諧振器的濾波器10的電路圖；圖2是增加附加壓電諧振器14的等效電路圖；圖3圖示濾波器10的帶通特性；圖4A至4C是圖1所示濾波器10應(yīng)用方式的濾波器電路圖；圖5A至5F是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例使用壓電諧振器的濾波器50的電路圖；圖6A至6C，7A至7X，8A和8B，9和10是等效于圖1所示的濾波器10的濾波器電路圖；圖11A是具有圖5A所示濾波器50電路的半導(dǎo)體芯片110的俯視圖；圖11B是具有圖5A所示濾波器電路的半導(dǎo)體封裝111的俯視圖；圖12圖形描述了半導(dǎo)體芯片11中各個(gè)壓電諧振器的連接層；圖13是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例使用壓電諧振器的濾波器130的電路圖；
圖14是等效于圖13所示的濾波器130的濾波器140電路圖；圖15是等效于圖13所示的濾波器130的濾波器150電路圖；圖16至19是顯示另一壓電諧振器結(jié)構(gòu)的透視圖和剖視圖；圖20圖示使用聲表面波諧振器作為壓電諧振器的典型聲表面波濾波器200；圖21和22是顯示壓電諧振器的基本結(jié)構(gòu)的透視圖和剖視圖；圖23A圖示壓電諧振器的電路符號(hào)；圖23B是壓電諧振器的等效電路圖；圖24圖示壓電諧振器的頻率特性；圖25是使用常規(guī)壓電諧振器的濾波器250的電路圖；和，圖26圖示濾波器250的帶通特性。
較佳實(shí)施例的描述本發(fā)明所提供的特性結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用于任何濾波器，而與濾波器所包含的壓電諧振器的數(shù)量無關(guān)，只要該濾波器是具有三個(gè)或更多個(gè)壓電諧振器的梯形結(jié)構(gòu)，且在該結(jié)構(gòu)中包括一個(gè)以串聯(lián)方式插入在信號(hào)輸入和輸出端之間的串聯(lián)壓電諧振器和兩個(gè)并聯(lián)插入于信號(hào)輸入和輸出端的并聯(lián)壓電諧振器。以下將使用一例梯形濾波器的實(shí)例來討論本發(fā)明，該濾波器具有三個(gè)壓電諧振器，其中包括一個(gè)串聯(lián)壓電諧振器和兩個(gè)并聯(lián)壓電諧振器。
(第一實(shí)施例)圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例使用壓電諧振器的濾波器10的電路圖。在圖1中，第一實(shí)施例的濾波器10包括一個(gè)串聯(lián)壓電諧振器11，并聯(lián)壓電諧振器12a和12b，電感器13a和13b，和一個(gè)附加壓電諧振器14。
串聯(lián)壓電諧振器11串聯(lián)連接在輸入端15a和輸出端15b之間。并聯(lián)壓電諧振器12a的第一電極連接在輸入端15a和串聯(lián)壓電諧振器11之間的連接點(diǎn)，并聯(lián)壓電諧振器12a的第二電極連接至電感器13a的第一端。并聯(lián)壓電諧振器12b的第一電極連接至串聯(lián)壓電諧振器11和輸出端15b之間的連接點(diǎn)，并聯(lián)壓電諧振器12b的第二電極連接至電感器13b的第一端。電感器13a和13b的第二端接地。附加壓電諧振器14的連接在并聯(lián)壓電諧振器12a的第二電極和并聯(lián)壓電諧振器12b的第二電極之間。
如圖1所示，通過連接附加壓電諧振器14，將一個(gè)如如2所示的串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的等效電路附加在圖25所示的常規(guī)電路上。圖2所示等效電路的諧振頻率fr和反諧振頻率fa可以采用以上所討論的公式(2)和(3)進(jìn)行相類似的確定。然而，在這種情況下，就需要考慮電感器13a和13b的影響，并因此使得諧振頻率fo低于諧振頻率fr。也就是說，通過適當(dāng)控制諧振頻率fo，就可以在任何所需位置上提供衰減帶寬。
圖3圖示圖1所示的濾波器10帶通特性(實(shí)線)和圖26所示常規(guī)濾波器250的帶通特性(虛線)。濾波器10的帶通特性使得附加壓電諧振器14的諧振頻率可調(diào)整且因此在所需的頻率帶寬中獲得足夠衰減量(衰減帶寬)。
正如以上所討論，在使用根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的壓電諧振器的濾波器10中，附加的壓電諧振器插入在并聯(lián)壓電諧振器的任何二個(gè)第二電極的之間。通過這一結(jié)構(gòu)，在衰減帶寬中獲得所需衰減量的同時(shí)，可增加濾波器的通帶帶寬，從而與常規(guī)壓電諧振器250相比可改善在通帶中的損耗。因此，具有以上所討論結(jié)構(gòu)的本發(fā)明濾波器可以用于諸如移動(dòng)電話和無線LAN之類移動(dòng)通訊終端的接收濾波器或發(fā)送濾波器。
在另一結(jié)構(gòu)中，如圖4A所示，濾波器40可以包括一個(gè)插入在輸入端15a和并聯(lián)壓電諧振器12a第一電極之間的串聯(lián)壓電諧振器11a；和一個(gè)插入在并聯(lián)壓電諧振器12b第一電極和輸出端15b之間的串聯(lián)壓電諧振器11b。也采用濾波器40，通過適當(dāng)調(diào)整附加壓電諧振器14的諧振頻率，就能在所需帶寬中獲得所需衰減量(衰減帶寬)。
在另外一個(gè)結(jié)構(gòu)中，如圖4B和圖4C所示，附加壓電諧振器14可以插入在具有五個(gè)壓電諧振器的梯形濾波器之間，其中，五個(gè)壓電諧振器包括兩個(gè)以串聯(lián)方式插入的串聯(lián)壓電諧振器，和三個(gè)以并聯(lián)方式插入的并聯(lián)壓電諧振器。
(第二實(shí)施例)圖5A是使用根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例壓電諧振器的濾波器50的電路圖。在圖5A中，第二實(shí)施例的濾波器50包括三個(gè)串聯(lián)壓電諧振器11a至11c，四個(gè)并聯(lián)壓電諧振器12a至12d，四個(gè)電感器13a至13d，和一個(gè)附加壓電諧振器14。
串聯(lián)壓電諧振器11a至11c以串聯(lián)方式連接在輸入端15a和輸出端15b之間。并聯(lián)壓電諧振器12a至12d的第一電極分別連接在輸入端15a和串聯(lián)壓電諧振器11a間，串聯(lián)壓電諧振器11b和11a之間，串聯(lián)壓電諧振器11b和11c之間串聯(lián)壓電諧振器11c和輸出端15b之間。并聯(lián)壓電諧振器12a至12d的第二電極分別連接著電感器13a至13d的第一端。電感器13a至13d的第二端接地。附加壓電諧振器14連接在并聯(lián)壓電諧振器12b的第二電極和并聯(lián)壓電諧振器12c的第二電極之間。值得注意的是，附加壓電諧振器14可以連接在并聯(lián)壓電諧振器12a至12d的任何兩個(gè)第二電極之間。也就是說，連接方式并不限制于圖5A所示的圖形，可以采用圖5B至5F所示的任何其它連接圖形。
正如以上所討論的，采用圖5A所示的方式來連接附加壓電諧振器14，就能夠附加圖2所示的串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的等效電路。因此，通過適當(dāng)控制諧振頻率fo，就能夠在所需位置上提供衰減帶寬。
正如以上所討論的，在使用根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的壓電諧振器的濾波器50中，附加壓電諧振器插入在并聯(lián)壓電諧振器的任何兩個(gè)第二電極之間。這樣，在獲得衰減帶寬中所需衰減量的同時(shí)，也能夠增加該濾波器的通帶帶寬，使之與常規(guī)濾波器250相比可以改善在通帶中的損耗。
值得注意的是，盡管第二實(shí)施例討論了單個(gè)附加壓電諧振器14可以連接在并聯(lián)壓電諧振器12a至12d的任何兩個(gè)第二電極之間的情況，但是在圖6A至6C所示的條件下也可以使用兩個(gè)附加壓電諧振器14，兩個(gè)附加壓電諧振器可各自連接在并聯(lián)壓電諧振器12a至12d的任何兩個(gè)第二電極之間，這樣，連接點(diǎn)不會(huì)相互連接。
另外，附加壓電諧振器的數(shù)量并不限制于一個(gè)或兩個(gè)，可以根據(jù)所需的帶通特性、產(chǎn)品的體積/成本、或者其它等等任意選擇。此外，正如圖5A至5F，6A至6C和圖7A至7X所示，考慮其特性，連接并聯(lián)壓電諧振器的附加壓電諧振器的數(shù)量較佳的是一個(gè)；然而，正如圖8A和8B所示，多個(gè)附加壓電諧振器也可連接至單個(gè)并聯(lián)壓電諧振器。采用這一結(jié)構(gòu)，也可以通過適當(dāng)設(shè)置壓電諧振材料層的材料、厚度、尺寸等等，也可以充分地獲得所需帶通特性。
在本發(fā)明的濾波器結(jié)構(gòu)為電感器13a至13d連接至并聯(lián)壓電諧振器12a至12d第二電極的情況下，可以取消附加壓電諧振器14沒有連接著的電感器。特別是，沒有連接著附加壓電諧振器的并聯(lián)壓電諧振器的第二電極可以直接接地(例如，見圖9)。另外，電感器可以插入在輸入端和串聯(lián)壓電諧振器之間和串聯(lián)壓電諧振器和輸出端之間(例如，見圖10)。值得注意的是，插入在本發(fā)明濾波器中的電感器的數(shù)值可以隨著在常規(guī)濾波器(例如，見圖25)中插入附加壓電諧振器而減小。由于本發(fā)明的濾波器通常是形成在半導(dǎo)體基片上的，因此濾波器所需的電感器可以使用寄生電感器來形成，例如，電極、引線、鍵合引線、和塊狀引腳。圖11A顯示使用引線形成電感器的典型半導(dǎo)體芯片110，以及圖11B顯示使用鍵合引線形成電感器的典型半導(dǎo)體封裝111。具有所形成濾波器的半導(dǎo)體芯片可以根據(jù)需要安置在印刷電路板上或者低溫共熔陶瓷基片上。
(第三實(shí)施例)正如以上所討論的，附圖中所顯示的濾波器電路各自如此構(gòu)成，壓電諧振器可以通過它們各自電極與半導(dǎo)體基片上的另一壓電諧振器相連接。上述圖11A是半導(dǎo)體芯片110的俯視圖，該半導(dǎo)體芯片包括圖5A所示的濾波器電路。在該附圖中，格狀區(qū)域表示壓電諧振器11a至11z，12a至12d和14的上電極，點(diǎn)狀區(qū)域表示電感器13a至13d的上層引線以及斜線區(qū)域表示其下層引線。為了有效地使用圖11A所示半導(dǎo)體芯片的空間，就需要有效地連接壓電諧振器，使得每次插入壓電材料層時(shí)，連接前面的壓電諧振器電極的層也可以采用連接著后面的壓電諧振器電極的層，正如圖12所示。因此，通過在上層和下層之間插入附加壓電諧振器14，芯片設(shè)計(jì)就更方便。
在圖12所示的實(shí)例中，由于并聯(lián)壓電諧振器12b的第二電極形成在“上層”，而壓電諧振器12c的第二電極形成在“下層”，所以附加壓電諧振器14的插入就更容易。另一方面，并聯(lián)壓電諧振器12a和12c的第二電極是在同一層中形成的，以及并聯(lián)壓電諧振器12b和12d是在同一層中形成的。于是，在同一層的電極之間插入附加壓電諧振器的情況下，就需要短路部分上電極層和下電極層并且在上層和下層之間連接。
就此而言，第三實(shí)施例討論了能夠通過調(diào)整壓電諧振器的數(shù)量在上層和下層之間插入附加壓電諧振器的濾波器架構(gòu)。圖13和14是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例也采用這類架構(gòu)的使用壓電諧振器的濾波器的典型電路。
圖13圖示使用附加壓電諧振器134的濾波器結(jié)構(gòu)的示意圖，該壓電諧振器134具有兩個(gè)相互串聯(lián)連接的壓電諧振器。通過連接之后，即使并聯(lián)壓電諧振器12a和12c的第二電極是形成在同一層中，但是附加壓電諧振器134可插入在并聯(lián)壓電諧振器12a和12c之間。圖14是顯示濾波器140架構(gòu)的示意圖，在該圖中，壓電諧振器141還可附加在串聯(lián)壓電諧振器一側(cè)，并且附加壓電諧振器14的電極可形成在不同層中。
值得注意的是，即使在附加壓電諧振器的電極最初是形成在不同層中，附加壓電諧振器可以圖15所示的串聯(lián)壓電諧振器151和附加壓電諧振器154的方式來構(gòu)成。
采用這種方式，可通過控制在濾波器中所包括的壓電諧振器的數(shù)量，使得插入在濾波器中的附加壓電諧振器的數(shù)量和可以在其中插入附加壓電諧振器的串聯(lián)壓電諧振器的數(shù)量享有奇數(shù)和偶數(shù)的同一狀態(tài)，這就變得對(duì)于在上電極和下電極之間的連接來說就不一定要短路部分上電極和下電極。
(壓電諧振器的結(jié)構(gòu)1)所討論的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例中的濾波器所使用的串聯(lián)、并聯(lián)和附加壓電諧振器的一般結(jié)構(gòu)如圖21所示，除此之外，也可以采用其它結(jié)構(gòu)。以下將討論一種不同于圖21所示的壓電諧振器的結(jié)構(gòu)。
在圖21中，是采用絕緣材料層214來覆蓋空腔215，然而，如圖16所示，所提供的空腔165并沒有采用絕緣材料層214來完全覆蓋。采用這一結(jié)構(gòu)，在沉積振動(dòng)部分218的層之后，可以采用腐蝕的方式來去除在空腔165中所填入的材料。值得注意的是，空腔可以采用任何形狀，只要空腔不妨礙振動(dòng)部分218的振動(dòng)；例如，除了矩形的形狀之外，空腔的開孔也可以是多邊形的、圓形和橢圓形的形狀。另外，空腔可以是從側(cè)面看去是錐形形狀。空腔可以設(shè)置成貫穿基片216的下半部分。
除了使用部分基片216來提供空腔215和支撐部分221之外，正如圖17所示，也可能在基片216上提供獨(dú)立的支撐部分171以及提供適用于振動(dòng)部分218振動(dòng)的空腔175，正如圖17所示。
沒有空腔的結(jié)構(gòu)如圖18和19所示。圖18和19所示的壓電諧振器180的結(jié)構(gòu)是這樣，包括上電極211、下電極213，以及夾在上和下電極之間的壓電材料層212的振動(dòng)部分218設(shè)置在基片216上所提供的聲多層薄膜上。聲多層薄膜可以采用交叉層疊各自具有四分之一波長(zhǎng)厚度的低聲阻抗層184和高聲阻抗層185來形成。在該結(jié)構(gòu)中，從振動(dòng)部分218一側(cè)觀察到的第一層聲多層薄膜是使用低阻抗層184所制成的，使得與壓電材料層212有關(guān)的負(fù)載阻抗變得非常之小，從而使得壓電材料層212和基片216是聲隔離的。采用這一結(jié)構(gòu)，不論振動(dòng)部分218是否固定在基片216上，振動(dòng)部分218都接近于自由振動(dòng)條件，在該條件下，振動(dòng)部分218沒有被任何東西所支撐著，并且可采用圖21所示壓電諧振器210的相同方式進(jìn)行工作。所層疊的低阻抗層184和高阻抗層185的數(shù)量越多，則振動(dòng)部分218與基片216的聲隔離就越強(qiáng)。
對(duì)于低阻抗層184來說，也可以使用諸如二氧化硅(SiO2)或氮化硅(Si3N4)之類的材料。對(duì)于高阻抗層185來說，也可以使用諸如氮化鋁(AlN)、氧化鋅(ZnO)、鉬(Mo)、二氧化鉿(HfO2)、二氧化鈦(TiO2)，或者二氧化鋯(ZrO2)。
值得注意的是，壓電諧振器219的層結(jié)構(gòu)僅僅只是例子；即使在上電極上提供的薄的壓電材料層作為鈍化薄膜；或即使在壓電材料層和電極之間提供絕緣層，都可以獲得壓電諧振器210所能夠獲得的相同優(yōu)點(diǎn)。于是，本發(fā)明的元件并不限制于壓電諧振器210的元件。
組成振動(dòng)部分218的上電極層211、壓電材料層212、下電極213、和絕緣材料層214可以具有不同尺寸的面積。此外，各個(gè)壓電諧振器的所有層，除了上電極211和下電極213之外，都可以集成形成。
對(duì)于電極形狀來說，又如空腔形狀，無論電極采用怎樣的形狀(例如，圓形，多邊形和狹窄形)，都可以獲得相同的優(yōu)點(diǎn)。
(壓電諧振器的結(jié)構(gòu)2)圖20是顯示典型聲表面波濾波器200的示意圖，該濾波器根據(jù)上述第一實(shí)施例，使用聲表面波諧振器作為濾波器10的壓電諧振器。聲表面波諧振器如此形成，使得叉指變換器電極和反射器電極以傳輸方向相互接近地排列在壓電基片206上。聲表面波濾波器200可以如此構(gòu)成，使得串聯(lián)聲表面波諧振器201a至201c、并聯(lián)聲表面波諧振器202a至202d、和附加聲表面波諧振器204都形成在壓電基片206上，并且這些諧振器由在壓電基片206上的引線電極相互連接。聲表面波諧振器的諧振頻率可通過調(diào)整電極叉指間的間距、金屬化比率、電極薄膜的厚度或者其它等等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置，以獲得所需的濾波器特性。第一電極引腳205a可通過電感元件連接至輸入和輸出端中的一個(gè)，而第二電極引腳205b可通過電感元件連接至輸入和輸出端中的另一個(gè)。接地電極引腳203a至203d連接至并聯(lián)聲表面波諧振器202a至202d并通過電感元件接地。此外，附加聲表面波諧振器可連接在接地電極引腳203a和203b之間。
在詳細(xì)討論本發(fā)明的過程中，上述各方面的討論是說明性的，并不是限制性的。應(yīng)該理解的是，可以在不背離本發(fā)明范圍的條件下引伸出眾多的改進(jìn)和變化。
權(quán)利要求
1.一種包括多個(gè)壓電諧振器的濾波器，其特征在于，它包含一個(gè)串聯(lián)壓電諧振器部分，它包括至少一個(gè)以串聯(lián)方式連接在輸入和輸出端之間的串聯(lián)壓電諧振器；一個(gè)并聯(lián)壓電諧振器部分，它包括至少兩個(gè)各自具有一個(gè)第一電極和一個(gè)第二電極的并聯(lián)壓電諧振器，并聯(lián)壓電諧振器通過第一電極，并聯(lián)地連接至串聯(lián)壓電諧振器并且呈梯形結(jié)構(gòu)；一個(gè)電感器部分，它包括為至少兩個(gè)并聯(lián)壓電諧振器所分別提供的電感器，電感器各自連接在接地和并聯(lián)壓電諧振器之間；和，一個(gè)附加壓電諧振器部分，它包括至少一個(gè)連接在具有連接著電感器的并聯(lián)壓電諧振器的任何兩個(gè)第二電極之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述濾波器，其特征在于，所述串聯(lián)壓電諧振器部分包括一個(gè)串聯(lián)壓電諧振器(11)，它具有第一電極和第二電極，且以串聯(lián)方式連接在輸入和輸出端之間；所述并聯(lián)壓電諧振器部分包括一個(gè)第一并聯(lián)壓電諧振器(12a)，它具有一個(gè)第一電極和一個(gè)第二電極，所述第一電極連接著所述串聯(lián)壓電諧振器的第一電極；和，一個(gè)第二并聯(lián)壓電諧振器(12b)，它具有一個(gè)第一電極和一個(gè)第二電極，所述第一電極連接著所述串聯(lián)壓電諧振器的第二電極；所述電感器部分包括一個(gè)第一電感器(13a)，它連接在所述第一并聯(lián)壓電諧振器的第二電極和接地之間；和，一個(gè)第二電感器(13b)，它連接在所述第二并聯(lián)壓電諧振器的第二電極和接地之間；以及，所述附加壓電諧振器部分包括一個(gè)附加壓電諧振器(14)，它連接在所述第一并聯(lián)壓電諧振器的第二電極和所述第二并聯(lián)壓電諧振器的第二電極之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述濾波器，其特征在于，所述串聯(lián)壓電諧振器的數(shù)量等于所述附加壓電諧振器的數(shù)量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述濾波器，其特征在于，所述串聯(lián)壓電諧振器部分包括以串聯(lián)方式連接在輸入和輸出端之間的一個(gè)第一串聯(lián)壓電諧振器(11a)和一個(gè)第二串聯(lián)壓電諧振器(11b)，第一和第二串聯(lián)壓電諧振器各自具有一個(gè)第一電極和一個(gè)第二電極；所述并聯(lián)壓電諧振器部分包括一個(gè)第一并聯(lián)壓電諧振器(12a)，它具有一個(gè)第一電極和一個(gè)第二電極，其第一電極連接至所述第一串聯(lián)壓電諧振器的第一電極；一個(gè)第二并聯(lián)壓電諧振器(12b)，它具有一個(gè)第一電極和一個(gè)第二電極，其第一電極連接至所述第一串聯(lián)壓電諧振器的第二電極和所述第二串聯(lián)壓電諧振器的第一電極之間；一個(gè)第三并聯(lián)壓電諧振器(12c)，它具有一個(gè)第一電極和一個(gè)第二電極，其第一電極連接至所述第二串聯(lián)壓電諧振器的第二電極；所述電感器部分包括一個(gè)第一電感器(13a)，它連接在所述第一并聯(lián)壓電諧振器的第二電極和接地之間；和，一個(gè)第二電感器(13b)，它連接在所述第三并聯(lián)壓電諧振器的第二電極和接地之間；以及，所述附加壓電諧振器部分包括一個(gè)附加壓電諧振器(14)，它連接在所述第一并聯(lián)壓電諧振器的第二電極和所述第三并聯(lián)壓電諧振器的第二電極之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述濾波器，其特征在于，所提供的多個(gè)第一和第二串聯(lián)壓電諧振器和多個(gè)附加壓電諧振器可以在數(shù)量上共享奇數(shù)或偶數(shù)的同一狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述濾波器，其特征在于，所述串聯(lián)壓電諧振器部分包括一個(gè)第一串聯(lián)壓電諧振器(11a)、一個(gè)第二串聯(lián)壓電諧振器(11b)和一個(gè)第三串聯(lián)壓電諧振器(11c)，這些壓電諧振器都以串聯(lián)的方式連接在輸入和輸出端之間，所述第一、第二和第三串聯(lián)壓電諧振器各自都具有一個(gè)第一電極和一個(gè)第二電極，所述并聯(lián)壓電諧振器部分包括一個(gè)第一并聯(lián)壓電諧振器(12a)，它具有一個(gè)第一電極和一個(gè)第二電極，其第一電極連接著所述第一串聯(lián)壓電諧振器的第一電極；一個(gè)第二并聯(lián)壓電諧振器(12b)，它具有一個(gè)第一電極和一個(gè)第二電極，其第一電極連接在所述第一串聯(lián)壓電諧振器的第二電極和所述第二串聯(lián)壓電諧振器的第一電極之間；一個(gè)第三并聯(lián)壓電諧振器(12c)，它具有一個(gè)第一電極和一個(gè)第二電極，其第一電極連接在所述第二串聯(lián)壓電諧振器的第二電極和所述第三串聯(lián)壓電諧振器的第一電極之間；和，一個(gè)第四并聯(lián)壓電諧振器(12d)，它具有一個(gè)第一電極和一個(gè)第二電極，其第一電極連接在所述第三串聯(lián)壓電諧振器的第二電極；電感器部分包括一個(gè)第一電感器(13a)，它連接在所述第一并聯(lián)壓電諧振器的第二電極和接地之間；一個(gè)第二電感器(13b)，它連接在所述第二并聯(lián)壓電諧振器的第二電極和接地之間；一個(gè)第三電感器(13c)，它連接在所述第三并聯(lián)壓電諧振器的第二電極和接地之間；一個(gè)第四電感器(13d)，它連接在所述第四并聯(lián)壓電諧振器的第二電極和接地之間；以及，所述附加壓電諧振器部分包括一個(gè)第一附加壓電諧振器(14)，它連接在所述第一并聯(lián)壓電諧振器的第二電極和所述第n個(gè)并聯(lián)壓電諧振器的第二電極之間，其中，n是2、3和4中的一個(gè)數(shù)字；和，一個(gè)第二附加壓電諧振器(14)，它連接在并聯(lián)壓電諧振器的任何兩個(gè)第二電極之間而不是所述第一和第n個(gè)并聯(lián)壓電諧振器之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述濾波器，其特征在于，所述串聯(lián)壓電諧振器、并聯(lián)壓電諧振器和附加壓電諧振器都是薄膜聲波諧振器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述濾波器，其特征在于，所述薄膜聲波諧振器各自包括一個(gè)上電極；一個(gè)下電極；一個(gè)夾在所述上電極和下電極之間的壓電材料層；以及一個(gè)設(shè)置在下電極之下的空腔。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述濾波器，其特征在于，所述薄膜聲波諧振器各自包括一個(gè)上電極；一個(gè)下電極；一個(gè)夾在所述上電極和下電極之間的壓電材料層；以及一層設(shè)置在下電極之下的聲多層薄膜，所述聲多層薄膜是由一層低阻抗層和一層高阻抗層相互層疊所組成。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述濾波器，其特征在于，所述在串聯(lián)壓電諧振器、并聯(lián)壓電諧振器和附加壓電諧振器的電極和在等效電路中它們各自的相鄰壓電諧振器的電極之間的連接可以在同一引線層中建立。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述濾波器，其特征在于，所述在串聯(lián)壓電諧振器、并聯(lián)壓電諧振器和附加壓電諧振器的電極和在等效電路中它們各自的相鄰壓電諧振器的電極之間的連接可以在同一引線層中建立。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述濾波器，其特征在于，所述串聯(lián)壓電諧振器、并聯(lián)壓電諧振器和附加壓電諧振器都是聲表面波諧振器。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述濾波器，其特征在于，所述聲表面波諧振器各自包括一個(gè)壓電基片；一個(gè)叉指變換器電極；以及一個(gè)反射器電極，其中，所述叉指變換器電極和所述反射器電極排列在壓電基片上，使之以傳輸方向相互接近。
全文摘要
串聯(lián)壓電諧振器(11)以串聯(lián)方式連接在輸入端(15a)和輸出端(15b)之間。并聯(lián)壓電諧振器(12a)的第一電極連接至在輸入端(15a)和串聯(lián)壓電諧振器(11)之間的連接點(diǎn)，以及并聯(lián)壓電諧振器(12a)的第二電極連接至電感器(13a)的第一端。并聯(lián)壓電諧振器(12b)的第一電極連接至在串聯(lián)壓電諧振器(11)和輸出端(15b)之間的連接點(diǎn)，并聯(lián)壓電諧振器(12b)的第二電極連接至電感器(13b)的第一端。電感器(13a，13b)的第二端都接地。附加壓電諧振器(14)連接在并聯(lián)壓電諧振器(12a)的第二電極和并聯(lián)壓電諧振器(12b)的第二電極之間。
文檔編號(hào)H03H9/00GK1619958SQ20041009567
公開日2005年5月25日 申請(qǐng)日期2004年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月20日
發(fā)明者山川岳彥, 山口博司, 中冢宏, 中村弘幸, 大西慶治, 石崎俊雄 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社