[发明专利]体声波器件

说明书

本发明涉及体声波(BAW)器件及其制造，尤其是涉及包括可靠安装有BAW体声波共振器的滤波器。本发明还涉及含有这种滤波器的通讯设备(例如：射频接收机/或发射机)。

对移动通信产品地要求是小而轻，诸如蜂窝式手提电话。人们预期将来可应用甚至更小的，例如集成在手表以及衣服上的通讯装置。所有这些产品要求射频(RF)滤波器大致覆盖范围是0.5吉赫至10吉赫，以使所接收的信号免受干扰，这些干扰来自同样手机中的发送器或者来自外部产生的不需要的信号。这些滤波器必须具有低的通带插入损耗(典型的小于2分贝)以便获得足够的信噪比。为达到此目的，作为各滤波器基本组件的共振器必须具有高的品质因数Q。Q的定义为：处于共振频率的共振器每一周期的储能除以处于相同频率的共振器的每一周期的能耗。通常情况下，Q值超过500是需要的并且是可实现的。

在腔内共振器通常采用驻波形式。

分立式和分布式二种反射都可以采用。常规的体声波和表面声波(SAW)共振器是基于这两种选择的共振器实例。为使尺寸为最小值，分立反射是优选的，因为腔的长度通常只是所用共振频率模式波长的1/2。因而体声波共振器有可能比SAW共振器小得多，因为一个SAW共振器可能要求100个波长左右的腔长度，由于这缘故，体声波共振器是优选的。

可以获得基于声波或电磁波的共振器。由于二个主要原因，令那些利用电磁波的装置优选声波共振器。首先，声波在材料中的传播速度通常低于电磁波速度4到5个数量级，因而对任何给定的频率存在相当大的缩减空间。其次，可实现的机械品质因数通常比相同材料的电气品质因数更大。

已经研究了两种通用类型的用于射频的体声波共振器。第一种共振器采用薄膜构成共振腔。这种方案不吸引人是因为该薄膜是脆性的并且易受应力作用弯曲。如图1所示，第二种共振器采用了所谓的SMR(稳固安装的共振器)。这些器件中，在基板4上安装一层或多层声学失配层2，起反射声波的作用。用压电层10将上电极6和下电极8由分开，并在基板4上形成。因为反射器层是沉积在一个固体基板上，故SMR结构坚固。

在图1所示的体声波共振器中，通过设在两个金属层之间的压电材料层10来实现所要求的电能和机械能之间转化，在这两个金属层中形成电极6₁、6₂和8。虽然SMR采用了较多的分布反射，但共振器尺寸比薄膜共振器并无显著的增加，这是因为在二种情形下，厚度主要由基板厚度决定。每一个上电极6₁和6₂限定一个在其下的具有压电层的单独共振器以及下电极8。这两个共振器与公共的下电极8，在它们之间的交叉处有效地进行串联，共振器是一种一端器件。在图1所示的结构中，它的两个端子由电极6₁和6₂构成。

迄今为止报导过的射频滤波器通过阶梯结构或者点阵结构电连接至SMR。这些滤波器的阶梯结构显示出良好性能，其插入损耗小于2db并且乱真响应电平非常低。然而，这样的结构也有不少缺点。例如，在偏离声共振的频率处，每个共振器表现象一个电容器，所以整个滤波器阻带响应基本上是电容器网络的响应。这导致仅仅为了减小阻带却需要额外的共振器。因此，在通带中，增加了占用的面积和插入损耗但是并没有改善选择性。即使适中的阻带电平仍然需要很多共振器(例如，大约45分贝的阻带电平最少要有9个共振器)。这对在射频应用方面推进滤波器的小型化，是一个严重的问题。

另外，由于个别的共振器的布置，要求阶梯结构中串联和并联的共振器的中心处于不同的频率。这意味着，例如，必须将额外的具有极精确厚度的质量负荷层沉积在并联共振器上，以使它们的反共振频率(极小导纳)减少到串联共振器的共振频率(极小阻抗)相同的频率。

图2示出了用于如图1所示的共振器的常规BAW的等效电路模型的示意图。C_o是该共振器的静态电容，C_m与L_m分别是动态电容和电感，R_m是动态电阻，动态电阻描述共振器的机械损失。共振频率由f₀＝1/[2π√(C_mL_m)]与无载品质因数是由Q_u＝(2πf₀L_m)/R_m给出。

关于薄膜体声波共振器的制造工艺由本技术领域熟练人员处可知，例如国际专利申请WO98/16957公开了一种薄膜体声波共振器及其制造方法，其内容结合于此以供参考。