CN1871768A - 具有增强的共模抑制的薄膜声耦合变压器 - Google Patents

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Abstract

薄膜声耦合变压器(FACT)(200)具有第一(106)和第二(108)去耦层叠体声谐振器(DSBAR)。每个DSBAR具有下部薄膜体声谐振器(FBAR)(110)、在下部FBAR顶部的上部FBAR(120)和在它们之间的声去耦器(130)。每个FBAR具有对置的平面电极(112，114)和在电极之间的压电元件(116)。第一电路(141)互连第一DSBAR和第二DSBAR的下部FBAR(110，150)。第二电路(142)互连第一DSBAR和第二DSBAR的上部FBAR(120，160)。在至少一个DSBAR中，声去耦器和与该声去耦器相邻的每个下部FBAR和上部FBAR的一个电极构成寄生电容(Cp)。该FACT另外还具有与该寄生电容并联电连接的电感器(180)。该电感器提高FACT的共模抑制比。

Description

具有增强的共模抑制的薄膜声耦合变压器
发明背景
变压器用于许多种电子器件，起到象转变阻抗、将单端电路与平衡电路相连或者将平衡电路与单端电路相连以及提供电隔离的作用。但是，不是所有变压器具有所有这些性质。例如，自耦变压器不提供电隔离。
以高到VHF的声频和射频工作的变压器通常制造成围绕高导磁率磁芯的耦合初级和次级绕组。在绕组中的电流产生磁通。该磁芯容纳该磁通并提高绕组之间的耦合。可在这种频段工作的变压器还可以使用光学耦合器来实现。以这种方式使用的光耦合器在本领域称为光隔离器。
在以耦合绕组或者光耦合器为基础的变压器中，输入的电信号转变为与适当的变换结构(即另一个绕组或光探测器)互相作用的不同形式(即磁通或者光子)，并且在输出处再形成为电信号。例如，光耦合器用发光二极管将输入电信号转换为光子。光子穿过光纤或者提供隔离的自由空间。被光子照射的光电二极管从光子流产生输出电信号。输出电信号是输入电信号的重复。
在UHF和微波频率下，由于象磁芯损耗、绕组损耗、绕组之间的电容这种因素，所以基于磁芯的变压器变得不实用，并且难以将它们制造得足够小，以防止与波长有关的问题。用于这种频率的变压器是以四分之一波长传送线为基础的，例如Marchand型，串联输入/并联输出连接线等等。还存在以微型电机耦合线圈组为基础、并且足够小因而波长效应不重要的变压器。但是这种变压器具有插入损耗高的问题。
刚才所述用于UHF和微波频率的所有变压器的尺寸使得它们较少适用于现代小型化、高密度应用例如蜂窝电话。因为它们不能通过批量生产来制造和因为它们基本上是脱离芯片制造的，所以这种变压器还会成本高。此外，虽然这种变压器典型地具有可用于蜂窝电话的频宽，但是它们典型地具有大于1分贝的插入损耗，该插入损耗太高。
由于输入LED的结电容、光探测器固有的非线性、有限的功率处理能力和其隔离不足以得到优良的共模抑制，所以光耦合器不被用于UHF和微波频率。
序列号为No.10/699,481的美国专利申请中公开了一种基于去耦的层叠体声谐振器(DSBAR)的薄膜声耦合变压器(FACT)A-10031284-2。DSBAR由在FBAR之间层叠的一对薄膜体声谐振器(FBAR)和声去耦器组成。图1A示意地说明这种FACT的实施例100。FACT100具有在衬底102中的空腔104上方悬置的第一去耦层叠体声谐振器(DSBAR)106和第二DSBAR 108。DSBAR 106具有下部FBAR 110、层叠在下部FBAR 110上的上部FBAR 120和在它们之间的声耦合器130，并且DSBAR 108具有下部FBAR 150、层叠在下部FBAR 150上的上部FBAR 160和在它们之间的声耦合器170。每个FBAR具有对置的平面电极和在该电极之间的压电元件。例如，FBAR 110具有对置的平面电极112和114以及在它们之间的压电元件116。
FACT 100另外具有互连DSBAR 106的下部FBAR 110和DSBAR 108的下部FBAR 150的第一电路141以及互连DSBAR 106的上部FBAR 120和DSBAR108的上部FBAR 160的第二电路142。
在图1A所示的上述FACT的实施例中，电路141以反向并联的方式连接下部FBAR 110和150，并连接到端子143和144，并且电路142在端子145和146之间串联上部FBAR 120和160。在所示的该例子中，电路142另外具有分别连接到上部FBAR 120和160的电极122和162的中心抽头端子147。该实施例在电路141和电路142之间具有1∶4的阻抗变换比，在电路142和电路141之间具有4∶1的阻抗变换比。
在其它的实施例中，电路141以反向并联或串联的形式电连接下部FBAR 110和150，并且电路142以反向并联或串联的形式电连接上部FBAR。
上述FACT的所有实施例都尺寸小，能够用平衡电路连接单端电路或者反之亦然，并且在初级和次级之间提供电隔离。上面具体描述的实施例也是名义上的电平衡。
图1A所示实施例对于许多应用具有特别的重要性。但是，尽管这些实施例是名义上的电平衡，但是它的共模抑制小于许多潜在的应用要求。差动装置的共模抑制由共模抑制比(CMRR)来量化，该共模抑制比是差动装置的差模电压增益与共模电压增益的比率。
一个提高共模抑制比的方法是增大声去耦器的厚度。但是，提高声去耦器的厚度使FACT的频率呈现由于更厚的声去耦器支持大于一个声模的能力引起的假象。假信号响应假象在许多应用中是不合需要的。
因此，需要的是具有如上所述FACT的优点但具有更高共模抑制比和平稳的频率响应的FACT。
发明内容
在第一方面中，本发明提供一种薄膜声耦合变压器(FACT)，包括第一去耦层叠体声谐振器(DSBAR)和第二DSBAR。各个DSBAR包括下部薄膜体声谐振器(FBAR)、层叠在下部FBAR上的上部FBAR和在该FBAR之间的声去耦器。每个FBAR包括对置的平面电极和在该电极之间的压电元件。该FACT另外包括连接第一DSBAR的下部FBAR到第二DSBAR的下部FBAR的第一电路以及连接第一DSBAR的上部FBAR到第二DSBAR的上部FBAR的第二电路。在至少一个DSBAR中，该声去耦器、与该声去耦器相邻的下部FBAR的一个电极以及与该声去耦器相邻的上部FBAR的一个电极构成寄生电容。该FACT另外包括与该寄生电容并联电连接的电感器。该电感器提高该FACT的共模抑制比。
在最后的方面，本发明提供一种具有由中心频率表征的通带性能的DSBAR器件。该DSBAR器件包括下部薄膜体声谐振器(FBAR)、层叠在下部FBAR上的上部FBAR和在该FBAR之间的声去耦器。每个FBAR包括对置的平面电极和在该电极之间的压电元件。该声去耦器构成为对频率等于中心频率的声信号施加名义上等于π/2的相变。
附图说明
1A是根据现有技术的1∶4或者4∶1薄膜声耦合变压器(FACT)的实施例的电路简图；
图1B是显示当中间抽头接地时存在于图1A所示FACT中的寄生电容的示意图；
图1C是显示当中间抽头浮动(floating)时存在于图1A所示FACT中的寄生电容的示意图；
图2A是根据本发明具有高共模抑制比(CMRR)的薄膜声耦合变压器(FACT)的典型接地中间抽头实施例的示意图；
图2B是根据本发明具有高CMRR的典型浮动中间抽头实施例的示意图；
图3A是根据本发明在初级和次级之间提供DC隔离的、具有高CMRR的典型接地中间抽头实施例的示意图；
图3B是根据本发明在初级和次级之间提供DC隔离的、具有高CMRR的典型浮动中间抽头实施例的示意图；
图4A、4B和4C分别是形成根据本发明的FACT的实用实施例的基础、具有高CMRR的FACT的平面图和沿着图4A中截面线4B-4B和4C-4C的横截面图；
图5是根据本发明具有高CMRR的FACT的第一实用实施例的平面图；
图6是根据本发明具有高CMRR的FACT的第二实用实施例的平面图；
图7是根据本发明在初级和次级之间提供DC隔离的、具有高CMRR的FACT的第三实用实施例的平面图；
图8A、8B和8C分别是根据本发明具有高CMRR的FACT的第四实用实施例的平面图、侧视图和沿着图8A中截面线8C-8C的横截面图；
图8D和8E是构成图8A-8C所示部分FACT的衬底的平面图；
图9A和9B分别是根据本发明具有高CMRR的FACT的第五实用实施例的平面图和沿着图9A中截面线9B-9B的横截面图；
图10A和10B分别是根据本发明在初级和次级之间提供DC隔离、具有高CMRR的FACT的第六实用实施例的平面图和沿着图10A中截面线10B-10B的横截面图；
图11A-11H是平面图，图11I-11P分别是沿着图11A-11H中截面线11I-11I到11P-11P的横截面图，说明可用于制造图10A-10B所示FACT的实施例的工艺。
具体实施方式
本发明人发现，在参考图1A的上述薄膜声耦合变压器(FACT)100的实施例中，在正常工作期间，至少一个声去耦器130和170相对侧上的电极之间可以存在信号-频率电压差。图1B显示在典型应用中的图1A所示FACT 100，其中连接到电极112和154的端子144接地，并且连接到电极122和162的中间抽头端子147也接地。在该应用中，声去耦器130相对侧上电极114和122之间存在信号—频率电压差。当施加给由电极114和122与声去耦器130组成的寄生电容Cp时，该电压差使信号-频率电流在电路141和电路142之间流动。该电流减小FACT 100的共模抑制。标注为Cp、并用虚线画的电容器符号表示由电极114和122与声去耦器130组成的寄生电容Cp。寄生电容的电容在声去耦器的厚度最小的实施例中最高，即声去耦器的厚度名义上等于其频率等于FACT 100通带的中心频率的声信号的四分之一波长。这种声去耦器在声信号上施加π/2弧度的相变。
在该公开中，连接到该信号频率的低阻抗而不是接地的元件将被认为是接地的。
图1C显示其中电极112和154接地并且电路142浮动的另一个典型应用中的FACT 100。在该应用中，信号-频率电压差存在于声去耦器130相对侧上的电极114和122之间，而且信号-频率电压差还存在于声去耦器170相对侧上的电极154和162之间。当施加给由电极154、电极162和声去耦器170组成的寄生电容Cp′时，该电压差使附加的电流在电路141和电路142之间流动。该电流进一步减小FACT 100的共模抑制比。标注为Cp′并用虚线画的电容器符号表示由电极154和162与声去耦器170提供的寄生电容Cp′。
图2A是显示根据本发明薄膜声耦合变压器(FACT)的实施例200的示意图。FACT 200用于类似于如参考图1B所述的应用，其中连接到端子144的电极112和154接地，并且连接到中间抽头端子147的电极122和162也接地。相应于如参考图1B所述的FACT 100的元件的FACT 200的元件用相同的附图标记表示，并且这里不再描述。在FACT200中，电感器180连接在声去耦器130相对侧的电极114和电极122之间。这使电感器180与寄生电容Cp并联。通过减小电路141和电路142之间的电流，与FACT 100相比，电感器180实质上提高了FACT 200的共模抑制比。电感器180另外还改善输入匹配。
FACT 200具有通带。电感器180和寄生电容Cp与在端子143和144之间的电容Co的并联组合形成具有通带中的谐振频率的并联谐振电路182。在一个实施例中，该谐振频率等于FACT 200通带的中心频率。并联谐振电路182的阻抗取决于谐振电路信号频率和谐振频率之间的关系，并且是在谐振频率下最高。在高于和低于该谐振频率的信号频率下，并联谐振电路182的阻抗小于在谐振频率下的阻抗，但是在FACT 200通带的所有信号频率下都基本上大于单独寄生电容Cp的阻抗。因此，在电路141和电路142之间流过并联谐振电路182的电流基本上小于单独流过寄生电容Cp的电流。因此，FACT 200的共模抑制比大于图1B所示FACT 100的共模抑制比。
图2B是显示根据本发明FACT的实施例202的示意图。FACT 202用于类似于如参考图1C所述的应用，其中电极112和124接地，而电路142浮动。相应于如参考图1B所述的FACT 100和如参考图2A所述的FACT 200的元件的FACT 202的元件用相同的附图标记表示，并且这里不再描述。FACT 202具有连接在声去耦器130相对侧上电极114和电极122之间的电感器180以及连接在声去耦器170相对侧上电极154和电极162之间的电感器181。与FACT 100相比，通过减小电路141和电路142之间的电流，电感器180和181较大地提高FACT 202的共模抑制比。电感器180另外还改善输入匹配。
电感器180和寄生电容Cp与内部端子电容Co的并联组合形成具有FACT 202的通带中的谐振频率的并联谐振电路182。电感器181和寄生电容Cp′形成具有FACT 202的通带中的谐振频率的并联谐振电路183。在一个实施例中，并联谐振电路182和183具有各自的等于FACT202通带的中心频率的谐振频率。并联谐振电路182和183的阻抗取决于各个谐振电路的信号频率和谐振频率之间的关系，并且在谐振频率下最高。在高于和低于该谐振频率的信号频率下，并联谐振电路182和183的阻抗小于在谐振频率下的阻抗，但是在FACT 202通带的所有信号频率下都基本上大于单独寄生电容Cp和Cp′的阻抗。因此，在电路141和电路142之间流过并联谐振电路182和183的电流基本上小于单独流过寄生电容Cp和Cp′的电流。因此，FACT 202的共模抑制比大于图1C所示应用中FACT 100的共模抑制比。
在图2A所示FACT 200中，电感器180以DC互连电路141和电路142。结果，FACT 200在电路141和电路142之间不提供DC电隔离。图3A是显示根据本发明另外在直到与电感器180串联的隔流电容器184的击穿电压的直流电压下、在电路141和142之间提供电隔离的FACT实施例300的示意图。FACT 300用于类似于如参考图1B所述的应用，其中连接到端子144的电极112和154接地，并且连接到中间抽头端子147的电极122和162也接地。图3A所示FACT 300中和图2A所示FACT 200的元件相对应的元件用相同的附图标记表示，并且这里不再描述。
在FACT 300中，隔流电容器184和电感器180串联在声去耦器130相对侧的电极114和电极122之间。如上所述，电感器180和寄生电容Cp与内电极电容Co的并联组合形成并联谐振电路182，其减小了在电路141和电路142之间的电流。电感器180另外与隔流电容器184形成串联谐振电路。典型地，隔流电容器184的电容是寄生电容Cp与内电极电容Co的并联组合的电容的至少四倍，因此该电感器180和隔流电容器184的串联谐振频率比电感器180和寄生电容Cp与内电极电容Co的并联组合的并联谐振频率低一个倍频程(octave)。这使串联谐振频率超出FACT 300的通带。结果，隔流电容器184在FACT 300的通带中对并联谐振频率响应的作用可以忽略。隔流电容器184的电容可以可选择地小于刚才描述的电容，但是在这种情况下，隔流电容器184在FACT 300的通带内对并联谐振频率响应的作用更可以忽略。
图3B是显示根据本发明FACT的实施例302的示意图。FACT 302用于类似于参考图1C所述的应用，其中电极112和154接地，而电路142浮动。用相同的附图标记表示图3B所示FACT 302中与图2B所示FACT 202的元件相对应的元件，并且这里不再描述。FACT 302具有串联在声去耦器130相对侧的电极114和电极122之间的电感器180和隔流电容器184以及串联在声去耦器170相对侧的电极154和电极162之间的电感器181和隔流电容器185。
串联的电感器180和隔流电容器184减小了在电路141和电路142之间的电流，并以上述方式使电路141在DC下与电路142隔离。串联的电感器181和隔流电容器185减小在电路141和电路142之间的电流，并以和上述方式相同的方式使电路141在DC下与电路142隔离。
图4A-4C分别是形成下述具有高共模抑制比的FACT实用实施例的一部分的薄膜声耦合变压器(FACT)模块的实施例400的平面图和两个横截面图。FACT模块400中与参考图1A和1B所述的FACT 100的元件相对应的元件用相同的附图标记表示，并且这里不再描述。
FACT模块400由衬底102以及去耦层叠体声谐振器(DSBAR)106和108组成。每个DSBAR由下部薄膜体声谐振器(FBAR)、上部FBAR和在该FBAR之间的声去耦器组成。FACT模块400另外由将DSBAR 106的下部FBAR 110连接到DSBAR 108的下部FBAR 150的电路以及将DSBAR 106的上部FBAR 120连接到DSBAR108的上部FBAR 160的电路组成。
在DSBAR 106中，下部FBAR 110由对置的平面电极112和114与在该电极之间的压电元件116组成，上部FBAR 120由对置的平面电极122和124与在该电极之间的压电元件126组成。在DSBAR 108中，下部FBAR 150由对置的平面电极152和154与在该电极之间的压电元件156组成，上部FBAR 160由对置的平面电极162和164与在该电极之间的压电元件166组成。
在FACT模块400中，在DSBAR 106中，声去耦器130位于下部FBAR 110和上部FBAR 120之间；具体地，在下部FBAR 110的电极114和上部FBAR 120的电极122之间。声去耦器130控制FBAR 110和120之间声能的耦合。如果FBAR彼此直接接触，声去耦器130耦合的FBAR 110和120之间的声能更少。另外，在DSBAR 108中，声去耦器170位于FBAR 150和160之间；具体地，在下部FBAR 150的电极154和上部FBAR 160的电极162之间。声去耦器170控制FBAR 150和160之间声能的耦合。如果FBAR彼此直接接触，声去耦器170耦合的FBAR 150和160之间的声能更少。由声去耦器130和170限定的声能耦合确定FACT模块400通带的频宽。
在图4A-4C所示的例子中，声去耦器130和170各自是声去耦层131的一部分。声去耦层131是声去耦材料的层。声去耦层131中声去耦材料的一个重要的性能是声阻抗显著地不同于FBAR 110、120、150和160。声去耦材料的其它重要性能是高电阻率和低介电常数，从而在FACT的初级和次级之间提供电隔离。
声去耦层131在电极114和122之间以及在电极154和162之间的额定厚度t等于其频率等于FACT模块400通带的中心频率的声信号在声去耦材料中的四分之一波长λn的奇数倍，即、t＝(2m+1)×λn/4，其中m是大于或者等于零的整数。这种声去耦层对其频率名义上等于FACT模块400通带的中心频率的声信号施加奇数倍π/2弧度的相变。也可以选择使用与额定厚度相差±10％λn/4的声去耦层。也可以在性能某些退化的情况下使用在该范围之外的厚度偏差，但是声去耦层131的厚度应该显著地不同于λn/2的整数倍。
含有整数m的值是零(t＝λn/4)的声去耦层131实施例的FACT模块400的实施例的频率响应实质上比其声去耦层的额定厚度大于λn/4(m＞0)的实施例更接近于理想频率响应。声去耦层的这种实施例将称为最小厚度声去耦层。最小厚度声去耦层对其频率名义上等于FACT模块400通带的中心频率的声信号施加π/2弧度的相变。具有最小厚度声去耦层的FACT模决实施例的频率响应没有其声去耦层的额定厚度大于最小值的实施例呈现的上述假信号响应的假象。如上所述，现在已经依靠电容实质上更大的寄生电容Cp获得平稳的频率响应，并且具有平稳频率响应的实施例因而典型地具有低共模抑制比。根据本发明FACT的实施例使用电感器来减小由最小厚度声去耦层引起的高寄生电容的效果。因此，根据本发明FACT的实施例兼备通过最小厚度声去耦层提供的高CMRR和平稳频率响应。
电感器或者串联的电感器和隔流电容器可以连接在位于任何器件中声去耦器相对侧的电极之间，例如声耦合变压器或者通带滤波器，该器件安装有一个或多个DSBAR来减小组元FBAR之间寄生电容对器件性能的影响。这种器件通常称为DSBAR器件。在任何DSBAR器件中，减小寄生电容的影响可以得到使用将获得的最小厚度声去耦器的优点。
许多塑料材料具有在上述范围内的声阻抗，并且可以应用于在上述厚度范围内的均匀厚度的层中。因此这种塑料材料可能适合用作提供声去耦器130和170的声去耦层131的声去耦材料。但是，声去耦材料必须还能够经得起在电极114和154上沉积声去耦层131形成声去耦器130和170之后进行的制造操作温度。在沉积声去耦层131之后通过溅射沉积电极122、124、162和164以及压电元件126和166。在这些淀积工艺期间温度高达300℃。因此，在这种温度下保持稳定的塑料被用作声去耦材料。
在一个实施例中，聚酰亚胺用作层131的声去耦材料。聚酰亚胺由E.I.du Pont de Nemours and Company出售，商标为Kapton。在这种实施例中，声去耦器130和170由通过旋涂涂覆在电极114和154上的聚酰亚胺的层131组成。聚酰亚胺具有大约4百万瑞利(Mrayl)的声阻抗。
在另一个实施例中，聚(对二甲苯)用作层131的声去耦材料。在这种实施例中，声去耦器130和170由通过真空淀积涂覆在电极114和154上的聚(对二甲苯)的层131组成。聚(对二甲苯)在现有技术中也称为聚对亚苯基二甲基(Parylene)。用于制造聚对亚苯基二甲基的二聚前驱物联对二甲苯和用于真空淀积聚对亚苯基二甲基层的装置可以从许多供应商处买到。聚对亚苯基二甲基具有大约2.8Mrayl的声阻抗。
在另一个实施例中，声去耦层131的声去耦材料是交联聚亚苯基聚合体。在这种实施例中，声去耦层131是交联聚亚苯基聚合体的层。交联聚亚苯基聚合体已经开发为集成电路中使用的低介电常数介电材料，并且因此在随后制造FBAR 120和160的期间声去耦层131经历的高温下还保持稳定。发明人发现交联聚亚苯基聚合体另外具有大约2Mrayl的理论声阻抗。这种声阻抗在给FACT模块400提供有用的通带宽度的声阻抗范围内。
包含聚合形成各个交联聚亚苯基聚合体的各种低聚物的前驱物溶液由Midland，MI的Dow化学公司销售，商标是SiLK。该前驱物溶液通过旋涂来涂覆。这些前驱物溶液中另外包含增粘剂、命名为SiLKTM J的一种获得的交联聚亚苯基聚合体具有2.1Mrayl的声阻抗，即大约2Mrayl。
聚合形成交联聚亚苯基聚合体的低聚物由含双环戊二烯酮(biscyclopentadienone)和芳香乙炔的单体制备成。使用这种单体形成可溶解的低聚物，不需要过度置换反应。该前驱物溶液包含溶于γ丁内酯和环己酮溶剂的特定的低聚物。低聚物在前驱物溶液中的百分比决定前驱物溶液在旋涂时的层厚度。在涂覆以后，对溶剂应用热蒸发，然后固化低聚物形成交联聚合物。在形成新的芳环的4+2环化加成反应中，双环戊二烯酮与乙炔发生反应。进一步的固化生成交联聚亚苯基聚合体。上述交联聚亚苯基聚合体已经被Godschaix等在美国专利No.5,965,679中公开。在Martin等的Development of Low-Dielectric Constant Polymer for the Fabrication of Integrated CircuitInterconnect，12 ADVANCED MATERIALS，1769(2000)中有额外的实用详述。与聚酰亚胺相比，交联聚亚苯基聚合体具有低声阻抗、低声音衰减和低介电常数。此外，前驱物溶液的旋压层能够产生200nm级厚度的高质量交联聚亚苯基聚合体膜，该厚度是声去耦层131的典型厚度。
在另一个实施例中，如John D.Larson III和Stephen Ellis名称为Pass Bandwidth Control in Decoupled Stacked Bulk Acoustic ResonatorDevices、序列号为No.XX/XXX,XXX的美国专利申请所述，声去耦器130和170由具有不同声阻抗的声去耦材料的声去耦层(未显示)组成。声去耦层的声阻抗和厚度共同限定声去耦器130和170的声阻抗和该声去耦器130和170施加的相变。该声去耦器的声阻抗反过来又限定FACT模块400通带宽度。
在典型实施例中，声去耦器由聚酰亚胺声去耦层上面交联聚亚苯基聚合体的声去耦层组成。这种声去耦器提供的FACT模块400实施例的通带宽度在声去耦器由单个聚酰亚胺声去耦层131组成或由单个交联聚亚苯基聚合体声去耦层131组成的实施例的通带宽度之间的中间。
在可选择的实施例中，声去耦层131的声去耦材料的声阻抗显著地大于FBAR 110和120的材料。现在还没发现具有这种性能的材料，但是这种材料将来会可以得到，或者低声阻抗FBAR材料将来会可以得到。这种高声阻抗声去耦材料的声去耦层131厚度如上所述。
在另一个实施例(未显示)中，声去耦器130和170都包括布拉格(Bragg)结构，由央在高声阻抗布拉格元件之间的低声阻抗布拉格元件组成。低声阻抗布拉格元件是低声阻材料的层，而高声阻抗布拉格元件都是高声阻抗材料的层。布拉格元件的声阻抗表征为彼此之间相对“低”和“高”以及另外相对于层116、126、156和166的压电材料的声阻抗而言“低”和“高”。至少一个布拉格元件另外具有高电阻率和低介电常数，从而在FACT模块400的输入和输出之间提供电隔离。
构成布拉格元件的每层的额定厚度等于其频率等于FACT模块400中心频率的声信号在该层材料中四分之一波长的奇数倍。也可以选择使用与额定厚度相差该四分之一波长的大约±10％的层。也可以在某些性能退化的情况下使用在该范围之外的厚度偏差，但是该层的厚度应该与半波长的整倍数相差很大。
在实施例中，低声阻抗布拉格元件是具有大约13Mrayl的声阻抗的二氧化硅(SiO2)层，而且每个高声阻抗布拉格元件是与电极114、122、154和162相同材料的层，例如具有大约63Mrayl的声阻抗的钼。高声阻抗布拉格元件以及FBAR 110、120、150和160的电极使用相同材料使得高声阻抗布拉格元件另外还用作与声耦元件相邻的FBAR的电极。
DSBAR 106和DSBAR 108彼此相邻，悬置在在限定于衬底102中的空腔104上。DSBAR悬置在空腔上使得各个DSBAR中层叠的FBAR机械地谐振。使得层叠的FBAR可以机械地谐振的其它悬置方案也可以。例如，如Lakin在美国专利No.6,107,721中公开的那样，DSBAR可以位于在衬底102中或衬底102上形成的失谐声布拉格反射器(未显示)上。
另外参见图2A，位于衬底102主表面的结合片138提供FACT模块400的电路141的信号终端143。位于衬底102主表面的结合片132和位于提供压电元件116和156的压电层117主表面的结合片172共同构成电路141的接地端子144。位于衬底主表面的互连片176、从电极152延伸到互连片176的导电迹线177、与互连片176电接触的互连片136、从电极114延伸到互连片136的导电迹线137以及从互连片176延伸到结合片138的导电迹线139构成将FBAR 110的电极114电连接到FBAR 150的电极152和信号终端143的电路141的一部分。从电极112延伸到结合片132的导电迹线133、从结合片132延伸到结合片172的导电迹线以及从电极154延伸到结合片172的导电迹线173构成将FBAR 110的电极112与FBAR 150的电极154电连接的电路141的一部分。
位于提供压电元件126和166的压电层127主表面的结合片134和结合片174构成电路142的信号终端145和146。位于声去耦层131主表面的结合片178构成电路142的中心抽头端子147。位于压电层127主表面的结合片163和168提供额外的接地。
在声去耦层131表面上的电极122与电极162之间延伸的导电迹线171和在导电迹线171与结合片178之间延伸的导电迹线179构成电路142串联FBAR 120和FBAR 160并将FBAR 120和FBAR 160连接到中心抽头端子147的部分。在电极124与结合片134之间延伸的导电迹线135和在电极154与结合片174之间延伸的导电迹线175构成电路142将FBAR 120和FBAR 160连接到信号终端145和146的部分。导电迹线169在结合片163和提供电路142的接地端子的结合片168之间延伸。在本实施例中，导电迹线169另外延伸到结合片178，将中间抽头端子147(图2A)连接到电路142的接地端。
通过晶片规模制造(wafer-scale fabrication)一次制造成千上万个类似于FACT模块400的FACT模块。这种晶片-规模制造使得制造该FACT模块的成本低。下面将说明可以用不同的掩模制造FACT模块400的实施例的典型制造工艺。
图5是根据本发明具有更高CMRR的FACT的第一实用实施例500的平面图。相应于图4A-4C所示FACT模块400的FACT 500的元件用相同的附图标记表示，这里不再说明。
FACT 500由FACT模块400、子板511和嵌入在表现为表面安装电感器513的例子中的电感器180(图2A)组成。子板511主表面515上导电层中限定的是结合片521、522、523、524、525、526、527和528、端子片531、532、533、534、535、536、537和538以及连接板541和543。子板511的导电层中还限定了在结合片521和端子片531之间延伸的迹线551、在结合片522和端子片532之间延伸的迹线552、在结合片523和端子片533之间延伸的迹线553、在结合片524和端子片534之间延伸的迹线554、在结合片525和端子片535之间延伸的迹线555、在结合片526和端子片536之间延伸的迹线556、在结合片527和端子片537之间延伸的迹线557以及在结合片528和端子片538之间延伸的迹线558。
子板511中还限定了在结合片526和连接片541之间延伸的迹线561以及在结合片522和连接片543之间延伸的迹线563。
FACT模块400安装在具有分别对应于结合片521、522、523、524、525、526、527和528的结合片172、138、132、163、134、178、174和168的子板511的主表面515上。接合线571、572、573、574、575、576、577和578在FACT模决400的各个结合片172、138、132、163、134、178、174和168与子板511的各个结合片521、522、523、524、525、526、527和528之间延伸，并且电连接它们。
可选择地，FACT模块400以类似于下面参考图8A-8C所述的方式设置有位于与主表面103相对的衬底102主表面(未示出)上的端子片(未示出)。该端子片通过贯穿衬底的通孔(vias)(未显示)电连接到结合片172、138、132、163、134、178、174和168。结合片521、522、523、524、525、526、527和529分别位于子板511的主表面515上，在相应于FACT模块400上端子片的位置。FACT模块400然后安装在子板511上，FACT模块上的端子片使用焊球(solder bumps)或者另一个合适的连接技术连接到子板上的结合片。
表面安装电感器513安装在连接片541和543上。可选择地，非表面安装电感器可以电连接到连接片541和543。
在FACT 500中，电感器513的一端通过连接片541、迹线561、结合片526、接合线576、结合片178、迹线179和部分迹线171(图4A)电连接到FBAR 120的电极122(图4B)。另外，电感器513的另一端通过连接片543、迹线563、结合片522、接合线572、结合片138、迹线139、互连片176和136以及迹线137电连接到FBAR 110的电极114。因此，电感器513以类似于图2A所示的方式连接到声去耦器130相对侧上的电极114和122。
在配置成在大约1.9GHz的频率下工作的FACT 500的例子中，其中声去耦器130和170的额定厚度等于其频率等于该FACT通带的中心频率的声信号在该声去耦材料中四分之一波长，电极114和122之间的寄生电容Cp大约1pF，输入端子143和144(图2A)之间的电容Co大约1.2pF，并且电感器513的电感是大约3.2nH。
图6是根据本发明具有更高CMRR的FACT的第二实用实施例502的平面图。相应于图5所示FACT模块500和图4A-4C所示FACT模块400的FACT 502的元件用相同的附图标记表示，这里不再说明。
在FACT 502中，电感器180表现为在子板511导电层中限定的螺旋迹线514。在该实施例中，子板511是多层板，迹线565在子板主表面515以下。迹线565通过通孔516连接到螺旋迹线514和迹线563。可选择地，电感器180可以表现为子板511导电层中限定的蛇形迹线。在这种情况下，子板511不必是多层板。
图7是根据本发明具有更高CMRR的FACT的第三实用实施例504的平面图。FACT 504在电路141和142之间提供直流隔离(图3A)。相应于图5所示FACT模块500和图4A-4C所示FACT模块400的FACT 504的元件用相同的附图标记表示，这里不再说明。
FACT 504由FACT模块400、子板511、表现为表面安装电感器513所示例子的电感器180(图3A)以及表现为表面安装电容器517所示例子的隔流电容器184(图3A)组成。子板511主表面515上的导电层中还限定了连接片545和547以及导电迹线565和567。导电迹线565在连接片543和连接片545之间延伸，导电迹线567在连接片547和结合片522之间延伸。
表面安装电感器513如上所述安装在连接片541和543上。表面安装电容器517安装在连接片545和547上。可选择地，非表面安装电感器可以电连接到连接片541和543和/或非表面安装隔流电容器可以电连接到连接片545和547。类似于上面参考图6所述螺旋迹线514的子板511的导电层中限定的电感器可以被连接片541和543以及表面安装电感器513代替。
在FACT 504中，电感器513的一端通过连接片541、迹线561、结合片526、接合线576、结合片178、迹线179(图4A)和部分迹线171(图4A)电连接到FBAR 120(图4B)的电极122。电感器513的另一端通过连接片543、迹线565和连接片545电连接到隔流电容器517的一端。隔流电容器517的另一端通过连接片547、迹线567、结合片522、接合线572、结合片138、迹线139、互连片176、互连片136以及迹线137连接到FBAR 110的电极114。因此，串联的电感器513和隔流电容器517以类似于图3A所示的方式连接到声去耦器130相对侧上的电极114和122。
在类似于如上面参考图5所述、其寄生电容Cp是大约1pF和端子间(inter-terminal)电容Co是大约1.2pF的例子中，隔流电容器517具有大约8pF的电容和大于电路141和142(图3A)之间额定的最大DC电压的击穿电压。
通过安装子板511在例如蜂窝电话的主机电子器件(未显示)的印刷电路板上，并且在端子片531、532、533、534、535、536、537和538与印刷电路板上相应的片之间建立电连接来使用FACT 500、600和700中的每一个。现有技术中有许多已知的技术将子板安装在印刷电路板上，因此这里不再描述。可以可选择地设置子板511，使其可以作为倒装晶片或者使用焊球安装在主机电子器件的印刷电路板上。
图8A、8B和8C分别是根据本发明具有高CMRR的FACT的第四实用实施例600的平面图、侧视图和沿着图8A中截面线8C-8C的横截面图。在FACT600、DSBAR 106和108中，电路141和142以及电感器181装入密封的盒子中，FACT模块的衬底形成该盒子的一部分。图8D和8E分别是FACT模块400的实施例601和与环形垫片607一起形成FACT 600的附加衬底611的平面图。相应于图4A-4C所示FACT模块400的FACT 600的元件用相同的附图标记表示，这里不再说明。
FACT 600由如参考图4A-4C所述FACT模块400的实施例601、附加衬底611、环形垫片607以及表现为表面安装电感器613所示例子的电感器180(图2A)组成。图8D是形成FACT600的一部分的FACT模块601的平面图。FACT模块601具有在如上面参考图4A-4C所述FACT模块400实施例的衬底102的x和y方向上延伸的衬底602。环形片605位于衬底602的主表面609上，围绕DSBAR 106和108(图4A)以及结合片172、138、132、163、134、178、174和168。结合片132和138以及互连片176位于主表面609上。典型地，环形垫片607在z方向的尺寸大于DSBAR 106或者DSBAR 108和表面安装电感器613的z方向尺寸之和，并且该环形垫片607位于环形片605上。
端子片位于与每个结合片172、138、132、163、134、178、174和168相对的衬底602的主表面615。主表面615在主表面609对面。导电通孔从各个连接垫片132、138、178、168和172到它相应的连接片，贯穿衬底602。在图8D中，通孔621、622、623、624、625、626、627和628的位置由虚线表示。图8B的侧视图显示位于主表面615上的端子片631和638。图8C的横截面图显示位于主表面615上分别与结合片138和178相对、并且分别通过贯穿衬底602的通孔622和626分别电连接到结合片138和178的端子片632和636。
另外参考图8D，柱状互连杆(interconnection posts)672和676分别位于结合片138和178的表面上。互连杆672和676在z方向上的尺寸大于或等于垫圈607在z方向上的尺寸。
图6E显示附加衬底611的主表面617。当FACT 600组装后，主表面617与衬底602的主表面609相对。位于主表面617上的是环形片619、连接垫片(connection pads)682和686、连接片(attachmentpads)641和642以及导电迹线661和663。在实施例中，环形片619、连接垫片682和686、连接片641和642以及导电迹线661和663限定在位于主表面617上的导电层(未显示)中。
环形片619的形状和尺寸类似于衬底602上的环形片(annularpad)605，并且在FACT 600组装后与垫圈607接合。连接垫片682和686的形状和尺寸类似于结合片138和178，并且关于环形片619设置在主表面617上，因而当环形片619与垫圈607接合时，它们分别与互连杆672和676接合。在图6E中，互连杆672和672与垫圈607接合的位置用虚线表示。导电迹线661从连接垫片686延伸到连接片641，导电迹线663从连接垫片682延伸到连接片643。
表面安装电感器613安装在连接片641和643上。可选择地，非表面安装电感器可以电连接到连接片641和643。
在FACT 600中，电感器613的一端通过连接片641、迹线661、连接垫片686、互连杆676、结合片178、迹线179以及部分迹线171(图4A)电连接到FBAR 120(图2B)的电极122。另外，电感器613的另一端通过连接片643、迹线663、连接垫片682、互连杆672、结合片138、迹线139、互连片176和136以及迹线137电连接到FBAR 110(图2B)的电极114。因此，电感器613以类似于图2A所示的方式连接到声去耦器130相对侧上的电极114和122。
类似于如上面参考图6所述螺旋迹线514的电感器可以限定在附加衬底611的导电层中，并且被连接片641和643以及表面安装电感器613代替。类似于如上面参考图7所述连接片545和547的附加连接片可以另外限定在附加衬底611的导电层内。另外限定在导电层中的导电迹线以类似于如上面参考图3A、3B和7所述的方式，将安装在附加连接片上的表面安装或者其它种类隔流电容器与连接垫片682和686之间的电感器串联电连接，从而在电路141和142之间提供DC隔离。
在实施例中，如LarsonIII等序列号为No.10/890,343、授权给本公开的受让人的美国专利申请中所述，垫圈607由镀有密封材料层的非气密的材料形成，互连杆672和676由镀有导电材料层的非导电材料形成。该非气密材料和该非导电材料可以使用相同材料或者不同材料。该密封材料和该导电材料可以使用相同材料或者不同材料。在另一个实施例中，如Merchant等的序列号为No.6,090,687、转让给该公开的受让人的美国专利所述，垫圈607由与硅联结的材料形成。
通过将FACT 600安装在主机电子器件(未显示)的印刷电路板上、并且使用焊球或者另一个合适的连接方法将端子片5631-638连接到印刷电路板上相应的片，从而使用该FACT 600。
现在将说明制造FACT 600的典型方法。虽然将说明单个FACT的制造，但是要说明的该方法典型地应用于其中形成成千上万个和FACT600相同的器件的晶片。
FACT模块602使用类似于如下面参考图11A-11P所述的方法来制造，但是使用不同的掩模。对FACT模块制造工艺过程中淀积的一个金属层构图，典型地是第一金属层，从而另外在衬底602的主表面609上限定环形片604。
互连杆672和676以及垫圈607分别通过淀积适合的材料层而形成在衬底602的结合片138和178以及环形片609上。通过光刻和显影溶剂来对适合的材料层进行构图，从而限定互连杆672和676以及垫圈607。该互连杆和垫圈然后被涂覆以涂覆材料。为了涂覆互连杆672和676以及垫圈607，首次在衬底上溅射种子层(seed layer)(例如钛层)，并且除去所有地方的种子层，除了互连杆672和676以及垫圈607之处。然后，互连杆672和676以及垫圈607电镀相对厚的导电材料层，例如金。该涂覆使得垫圈607以及互连杆672和676导电，并且还使垫圈607不受气体例如空气和水蒸气的影响。
在衬底602中形成结合片172、138、132、163、134、178、174和168的下面的位置处在衬底602中形成通孔。使用光刻和各向异性刻蚀，或者使用另一个合适的制造技术，形成孔，该孔分别贯穿衬底602和在呈现衬底602上沉积的层之处延伸到覆盖的结合片。然后该孔被填充以导电材料，例如铜或者金。然后导电材料层(未显示)例如金淀积在衬底602的主表面615上。对该层构图，从而电连接每个通孔的端子片，从而电连接相应的一个连接垫片172、138、132、163、134、178、174和168。在实施例中，通过蒸发在主表面615上淀积金。对金构图来限定端子片。然后通过用附加的金来电镀端子片，从而增加它们的厚度。图8B和8C示出端子片631、632、636和638。
导电材料层(未显示)通过适当的淀积技术而淀积附加衬底611的主表面617上。附加的衬底611典型地是硅、陶瓷或者另一种材料的晶片的一部分。陶瓷具有在微波频率下电损耗低的优点。该导电材料典型地是另一种导电材料金。导电材料层可以由两层或更多层不同的材料组成。连接垫片682和686、连接片641和643、导电迹线661和663以及环形片619使用适当的方法例如光刻和蚀刻或者提拉法(lift-off process)限定在导电层中。在附加的衬底611上连接垫片682和686的位置和形状以及环形片619的位置和形状分别相应于在衬底602上互连杆672和676的位置和横截面形状以及垫圈607的位置和形状。但是，连接垫片682和686的形状可以分别不同于互连杆672和676的横截面形状。
表面安装电感器613使用传统的表面安装连接技术安装在连接片641和643上。在例如图3A所示具有与电感器613串联的电容器的实施例中，该电容器另外安装在它相应的连接片上。在其中电感器180表现为限定在淀积于附加的衬底611上的导电层中的螺旋或者蛇形迹线的实施例中，不进行电感器安装过程。
附加的衬底611倒置并且与衬底602对置，环形片619以及连接垫片682和686分别与垫圈607以及互连杆672和676对齐。附加的衬底611然后被压到和联结到衬底602。将衬底压在一起使得互连杆672和676分别与连接垫片682和686接触，并且使垫圈607和环形片619接触。由于衬底被压在一起，合适的互连杆材料使互连杆可以变形，而不破裂或者产生故障，并且合适的垫圈607材料使垫圈可以变形，而不破裂或者产生故障。典型地，衬底602和611在压在一起的时候联结。各种已知的或者将来开发的焊接技术都可以用来联结衬底602和611。
在一个实施例中，使用热压联结。在这种实施例中，用于涂覆互连杆672和676以及垫圈607的导电材料是金(Au)。在衬底602和611联结之前，在涂金的互连杆和垫圈上淀积锡(Sn)层。然后将衬底602和611压在一起，直到互连杆672和676以及垫圈607分别与连接垫片682和686以及环形片619紧密接触，加热该组件直到涂覆在互连杆和垫圈上的金和锡开始熔化。这时，涂覆材料附着于环形片619以及互连垫片682和686的材料。然后让该组件冷却。熔化的涂覆材料随着组件冷却而固化，并且固化的材料形成在连接垫片682和686分别与互连杆672和676之间的联结，以及在垫圈607和环形片619之间的联结。在热压联结期间，在涂覆金的互连杆和垫圈上的锡附加层有助于形成强联结。
适合的互连杆672和676以及垫圈607的材料确保衬底611上的互连杆672和676以及垫圈607与附加衬底611上的连接垫片682和686以及环形片619紧密接触。合适的互连杆672和676以及垫圈607的材料使得互连杆672和676以及垫圈607可以变形，直到互连杆672和676分别与连接垫片682和686形成低电阻电接触，并且垫圈607沿着其整个周围与环形片619接触。例如，由于互连杆672和676以及垫圈607的制造缺陷，有可能在互连杆672和676中一个或者两个分别接触连接垫片682和686之前，垫圈607接触环形片619。在这种情况下，垫圈607变形使得衬底602和611可以进一步压在一起，直到互连杆与它们相应的接触垫紧密接触。同样，互连杆672和676中一个或两个或者部分垫圈607会变形，使得垫圈的整个周围与环形片619紧密接触。在联结期间，互连杆和它们相应的接触垫之间以及垫圈和环形片619之间紧密的物理接触有助于确保互连杆在电极114和112之间提供可靠的低阻抗导电，并且确保垫圈607为衬底602和611以及垫圈607限定的腔提供可靠的密封。
用于组装衬底602和611以形成密封的腔的上述方法在以下美国专利申请中有更详细的说明，即序列号为No.10/890,343的上述美国专利申请和共同转让(commonly-assigned)的Bai的序列号为No.10/723,095的美国专利申请。
通过用端子片(例如衬底602主表面615上的端子片631、632、636和638)将FACT 600安装在主机电子器件的印刷电路板上来使用FACT 600。
在图2B所示FACT 202或者3B所示FACT 302的实用实施例中，附加的互连杆(未显示)结合片172上，从而从电极154向附加的衬底611提供电连接。在这种实施例中，在附加的衬底611的导电层中限定相应于附加的互连杆的连接垫片(未显示)和用于安装附加的表面安装电感器(和可选择的附加隔离电容器)的安装片。附加的导电迹线(未显示)直接地或者通过附加的隔离电容器将附加电感器的另一端连接到连接垫片686。
图9A和9B分别是根据本发明具有更高CMRR的薄膜声耦合变压器(FACT)的第五实用实施例700的平面图和沿着图9A中截面线9B-9B的横截面图。在FACT 700中，电感器以类似于图2A所示的布置连接在电极114和122之间。电感器位于形成如面参考图4A-4C所述FACT模块400实施例的一部分的衬底上。FACT 700中与如上参考图4A-4C所述FACT模块400相对应的元件用相同的附图标记表示，这里不再说明。
FACT 700由如上面参考图4A-4C所述FACT模块400的实施例701组成。在FACT模块701中，衬底702在FACT模块400实施例的衬底102的x方向上延伸。压电层717和声去耦层731另外在衬底702延伸部分上部延伸。电感器180(图2A)表现为位于声去耦层731表面的导电层中限定的螺旋电感器713。
导电迹线763在压电层717主表面上方的x方向上从电极114延伸到互连片741。声去耦层731覆盖迹线763，但是在声去耦层731中限定的窗733提供到互连片741的通路。螺旋电感器713设置为位于声去耦层731表面的螺旋迹线714。通过窗733电接触互连片741的互连片743位于螺旋迹线714的内端。导电迹线761在声去耦层731表面上方的x方向从电极122延伸到螺旋迹线714的外端。
图10A和10B分别是根据本发明具有更高CMRR的薄膜声耦合变压器(FACT)的第六实用实施例704的平面图和沿着图10A中截面线10B-10B的横截面图。在FACT 704中，电感器和电容器以类似于图3A所示的布置串联在电极114和122之间。电容器和电感器位于形成如上面参考图4A-4C所述FACT模块400实施例的一部分的衬底上。FACT700中与如上参考图4A-4C所述FACT模块400以及如上参考图9A和9B所述FACT 700相对应的元件用相同的附图标记表示，这里不再说明。
FACT 704由其中衬底702在x方向上延伸的上述FACT模块400的实施例701以及在衬底702的延伸部分上延伸的压电层717和声去耦层731组成。电感器180(图3A)表现为位于声去耦层731表面的导电层中限定的螺旋电感器713。电容器184(图3A)表现为具有部分声去耦层731作为它的电介质的平行板电容器715。
平行板电容器715的一个板718位于压电层717的主表面上。导电迹线763在压电层717主表面上方的x方向上从电极114延伸到板718。导电迹线765在压电层717主表面上方与x方向成大约45度从位于板718外部的互连片745延伸到位于螺旋电感器713中心的互连片741。声去耦层731覆盖迹线763、迹线765和板718，但是在声去耦层731中限定的窗733和窗735分别提供到互连片741和互连片745的通路。
电容器715的另一个板719和螺旋电感器713位于声去耦层731的主表面上。螺旋电感器713设置为位于声去耦层731主表面上的螺旋迹线714。导电迹线761在声去耦层731表面上方从电极122延伸到螺旋迹线714的外端。通过窗733电接触互连片741的互连片743位于螺旋迹线714的内端。
导电迹线767在声去耦层731主表面的上方沿y方向从板719延伸到互连片747。互连片747通过窗735电接触互连片745，从而完成在电极114和122之间的电感器713和电容器715的串联。
在某些实施例中，空腔104还延伸使得它还在螺旋电感器713的下面。这提高电感器和衬底702材料之间的隔离，减小电损耗。
在根据图9A、9B、10A和10B所示实用实施例的图2B和3B所示电路的实用实施例中，衬底702、压电层717和声去耦层731还在+x方向上(未显示)延伸。附加螺旋电感器位于衬底在+x方向上的附加延伸部分上，并且如图2B所示连接在电极154和162之间。可选择地，与附加的平行板电容器串联的附加螺旋电感器位于衬底在+x方向上的附加延伸部分上，并且如图3B所示连接在电极154和162之间。
下面将参考平面图11A-11H和横截面图11I-11P说明可用于制造如上面参考图10A和10B所述FACT 704的方法。下面将说明其制造的FACT 704实施例的通带的额定中心频率是大约1.9GHz。用于在其它频率下工作的实施例的结构和制造相仿，但是厚度和截面尺寸不同于下面举例说明的那些。此外，用不同的掩模，该方法也可以用于制造如上面参考图9A和9B所述实施例和如上主要参考图4A-4C所述FACT模块400的各种实施例。通过晶片规模制造一次制造成千上万个类似于FACT 704的FACT。这种晶片规模制造使得制造FACT的成本低。
提供单晶硅的晶片。对于正被制造的各个FACT，一部分晶片构成相应于FACT 704衬底702的衬底。图11A-11H和图11I-11P示出，并且以下的文字说明部分也说明一部分晶片中和上面的FACT 704的制造。在制造FACT 704时，同样地制造晶片上的其它FACT。
有选择地湿法蚀刻构成FACT 704的衬底702的部分晶片以形成空腔。充填材料层(未显示)淀积在晶片表面上，其厚度足以填充各个空腔。然后平面化晶片表面，让各个空腔装满充填材料。图11A和11I示出衬底702中填满充填材料105的空腔104。
在实施例中，充填材料是磷硅酸盐玻璃(PSG)，并且使用传统的低压化学气相淀积(LPCVD)来淀积。充填材料可选择地通过溅射或者通过旋涂而淀积。
第一金属层淀积在衬底702和充填材料105的表面上。如图11B和11J所示构图第一金属层以限定电极112、电极152、结合片132、结合片138和互连片176。该构图还在第一金属层中限定在电极112和结合片132之间延伸的导电迹线133、在电极152和互连片177之间延伸的导电迹线177以及在互连片176和结合片138之间延伸的导电迹线139。
电极112和电极152典型地在平行于晶片主表面的平面中具有非对称形状。非对称形状使该电极形成其一部分的FBAR 110和FBAR 150(图2A)中的横模(lateral modes)最小。这在Larson III等的美国专利No.6,215,375中已经说明了。电极112和电极152让部分充填材料105的表面暴露，因此充填材料后来可以如下所述通过蚀刻除去。
另外参考图2A，如下所述，电极114和154限定在第二金属层中，电极122和162限定在第三金属层中，电极124和164限定在第四金属层中。构图其中限定了电极的金属层，使得在平行于晶片主表面的相应平面中，FBAR 110的电极112和114具有相同形状、尺寸、方向和位置，FBAR 120的电极122和124具有相同形状、尺寸、方向和位置，FBAR 150的电极152和154具有相同形状、尺寸、方向和位置，FBAR 160的电极162和164具有相同形状、尺寸、方向和位置。典型地，电极114和122另外具有相同形状、尺寸、方向和位置，电极154和162另外具有相同形状、尺寸、方向和位置。
在实施例中，每个金属层的材料是通过溅射到大约300nm厚而淀积的钼。在各个金属层中限定的电极是都具有大约12,000μm2面积的五边形。其它的电极面积得到其它的性能阻抗。其它的高熔点金属例如钨、铌和钛可以可选择地用作金属层的材料。每个金属层都可以可选择地包括一种材料以上的层。在选择FACT 704的电极材料时要考虑的一个因素是电极材料的声特性：FACT 704保留的金属部分的材料声特性不如其它的性能例如导电性重要。因此，FACT 704保留的金属部分的材料可以不同于电极的材料。
压电材料层如图11C和11K所示淀积和构图，从而限定提供FBAR110的压电元件116和FBAR 150的压电元件156的压电层717。压电层717在衬底702上方延伸超出空腔104的范围，以提供对螺旋电感器713和电容器715的支持。构图压电层717，从而暴露充填材料105、结合片132和138以及互连片176的部分表面。另外还构图压电层717从而限定窗119，提供到充填材料另外部分表面的通路。
在实施例中，淀积形成如下所述压电层717和压电层727的压电材料是通过溅射到大约1.4μm厚而淀积的氮化铝。压电材料通过在氢氧化钾中的湿法蚀刻或者通过氯基干刻蚀来构图。可供选择的用于压电层的材料包括氧化锌、硫化镉和极化铁电材料例如钙钛矿铁电材料，该钙钛矿铁电材料包括铅钛酸锆、偏铌酸铅(lead meta niobate)和钛酸钡。
第二金属层淀积在压电层717上并如图11D和11L所示构图，从而限定电极114、电极154、电容器715(图10A)的板718、结合片172、与互连片176电接触的互连片136以及互连片741和745。构图另外还在第二金属层中限定在电极114和互连片136之间延伸的导电迹线137、在电极154和结合片172之间延伸的导电迹线173、在电极114和板718之间延伸的导电迹线763、在互连片741和745之间延伸的导电迹线765以及在结合片132和172之间延伸的导电迹线167。
然后淀积声去耦材料层并如图11E和11M所示构图，从而限定提供声去耦器130和声去耦器170的声去耦层731。声去耦层731在衬底702上方延伸超出空腔104的范围，以提供电容器715的电介质和对螺旋电感器713的支持。构图声去耦层731，从而至少覆盖电极114和电极154，并且暴露充填材料105、结合片132、138和172以及互连片136和176的部分表面。另外还构图声去耦层731以限定窗119，该窗119提供到充填材料的另外部分表面的通路，并且限定窗733和735，该窗733和735提供分别到互连片741和745的通路。
在实施例中，声去耦材料是大约200nm厚的聚酰亚胺，即在聚酰亚胺中的四分之一中心频率波长。通过旋涂淀积聚酰亚胺形成声去耦层731，并且通过光刻构图。聚酰亚胺是感光性的，因此不需要光刻胶。如上所述，可以使用其它的塑料材料作为声去耦材料。声去耦材料可以通过除旋涂之外的方法淀积。
在声去耦材料是聚酰亚胺的实施例中，在淀积和构图聚酰亚胺以后，在进行下一步的方法之前，首先在大约250℃的空气中烘焙该晶片，最后在大约415℃的惰性气氛中烘焙，该惰性气氛例如是氮气氛。烘焙使聚酰亚胺的挥发性组分蒸发，并防止这种挥发性组分在后续加工过程中的蒸发使随后淀积的层剥落。
第三金属层淀积在声去耦层731上，并如图11F和11N所示构图，以限定电极122、电极162、构成螺旋电感器713的螺旋迹线714、电容器715(图10A)的板719、结合片178、与互连片741电接触的螺旋迹线714内端的互连片743以及与互连片745电接触的互连片747。构图还在第三金属层中限定在电极122和电极162之间延伸的导电迹线171、在导电迹线171和结合片178之间延伸的导电迹线179、在电极122和螺旋迹线714外端之间延伸的导电迹线761以及在板719和互连片747之间延伸的导电迹线767。
淀积压电材料层，并如图11G和110所示构图，从而限定提供FBAR120的压电元件126和FBAR 150的压电元件166的压电层727。构图压电层727，从而暴露电感器713、电容器715、结合片132、138、178和172、互连片136和176以及部分充填材料105的表面。另外还构图压电层727从而限定窗119，提供到充填材料另外部分表面的通路。
淀积第四金属层并如图11H和11P所示构图，从而限定电极124、电极164、结合片163、结合片134、结合片174和结合片168。构图还在第四金属层中限定从电极124延伸到结合片134的导电迹线135、从电极164延伸到结合片174的导电迹线175以及从结合片163和结合片168延伸到结合片178的导电迹线169。
然后各向同性地湿法蚀刻该晶片，从而从空腔104除去充填材料105。如上所述，充填材料105的部分表面例如通过窗119保持暴露状态。该蚀刻加工让FACT 704架空在空腔104上方，如图10A和10B所示。
在实施例中，用于除去充填材料105的蚀刻剂是稀释的氢氟酸。
金保护层淀积在结合片172、138、132、163、134、178、174和168的暴露表面上。
该晶片然后被被分成单个的FACT，包括FACT 704。然后每个FACT安装在封装中，并且使FACT的结合片172、132、163、134、178、174和168与作为该组件一部分的片电连接。
在一个实施例中，FACT 704封装在类似于如上参考图8A-8E所述的气密外壳中。但是，不同于电感器180和(可选的)电容器184的元件安装在附加衬底的表面上。
在另一个实施例中，声去耦层731的声去耦材料是交联聚亚苯基聚合体。在如上参考图11D和11L所述构图第二金属层以限定电极114和154之后，以类似于如上参考图11E和11M所述的方式旋涂用于该交联聚亚苯基聚合体的前驱物溶液，但是不构图。选择交联聚亚苯基聚合体的成分和旋转速度，因此聚亚苯基聚合体形成大约187nm厚的层。该厚度相应于其频率等于FACT 704通带的中心频率的声信号在交联聚亚苯基聚合体中的四分之一波长λn。然后在进行下一步加工之前，在从大约380℃到450℃温度范围内的惰性气氛中烘焙该晶片，该惰性气氛是例如在真空下或在氮气氛中。该烘焙首先从该前驱物溶液中分离出有机溶剂，然后使该低聚物如上所述地交联以形成交联聚亚苯基聚合体。
然后以类似于如上参考图11F所述的方式在交联聚亚苯基聚合体层上淀积第三金属层，但是首先以类似于图11E所示的方式构图，以限定将用于构图交联聚亚苯基聚合体层限定声去耦层731的硬掩模。首先构图的第三金属层具有和声去耦层731相同的范围，并且在下述位置具有窗：在充填材料105的部分表面上方、在结合片132、138和172上方、以及在声去耦层731中的窗119、733和735的预定位置。
然后如图11E所示用首先构图的第三金属层作为硬蚀刻掩模构图交联聚亚苯基聚合体层。构图在交联聚亚苯基聚合体层中限定下列部件：声去耦层731的范围、提供到到充填材料105部分表面以及到结合片132、138和172的通路的窗、提供分别到互连片741和745的通路的窗733和735以及提供到充填材料另外部分表面的通路的窗119。用氧气等离子体蚀刻进行该构图。
第三金属层然后如图11F和图11N所示再构图，以限定电极122、电极162、构成螺旋电感器713的螺旋迹线714、电容器715(图10A)的板719、结合片178、与互连片741电接触的螺旋迹线714内端的互连片743以及与互连片745电接触的互连片747。再构图还在第三金属层中限定在电极122和电极162之间延伸的导电迹线171、在导电迹线171和结合片178之间延伸的导电迹线179、在电极122和螺旋迹线714外端之间延伸的导电迹线761以及在板719和互连片747之间延伸的导电迹线767。
通过进行如上参考图11G、11H、11O和11P所述的加工来完成具有交联聚亚苯基聚合体声去耦层的FACT 704实施例的制造。
在实施例中，用于交联聚亚苯基聚合体的前驱物溶液是Dow化学公司命名为SiLKTM J的前驱物溶液。可选择地，该前驱物溶液可以是Dow化学公司商标为SiLK的前驱物溶液中任何一种合适的前驱物溶液。在某些实施例中，在旋涂前驱物溶液之前淀积助粘剂层。还可以现在或将来可以从其它供应商那获得包含固化后形成声阻抗大约为2Mrayl的交联聚亚苯基聚合体的低聚物的前驱物溶液，也可以使用该前驱物溶液。
本公开用说明性的实施例详细地描述本发明。但是，由附加的权利要求限定的本发明不局限于所描述的具体实施例。

Claims (16)

1、一种薄膜声耦合变压器(FACT)，包括：
第一去耦层叠体声谐振器(DSBAR)和第二DSBAR，每个DSBAR包括：
下部薄膜体声谐振器(FBAR)和上部FBAR，该上部FBAR层叠在该下部FBAR的顶上，每个FBAR包括对置的平面电极和在该电极之间的压电元件，和
在FBAR之间的声去耦器；
互连该下部FBAR的第一电路；和
互连该上部FBAR的第二电路；其中：
在至少一个DSBAR中，该声去耦器、与该声去耦器相邻的下部FBAR的一个电极以及与该声去耦器相邻的上部FBAR的一个电极构成寄生电容；和
该FACT另外包括与该寄生电容并联电连接的电感器。
2、权利要求1的FACT，其中：
该FACT具有通带；和
该电感器和该寄生电容构成具有在该通带中的谐振频率的并联谐振电路的一部分。
3、权利要求书1或2的FACT，其中：
该FACT另外包括设置用来支撑该DSBAR的衬底，该衬底具有主表面；和
该电感器位于该衬底上方。
4、权利要求书3的FACT，其中该电感器包括：
隔离材料层；和
在隔离材料层上方的电感元件。
5、权利要求书1、2、3或4的FACT，其中：
该FACT另外包括：
支撑该DSBAR的衬底，和
包括导电迹线的子板；和
该衬底和该电感器安装在该子板上，通过导电迹线电互连。
6、权利要求1、2、3或4的FACT，其中：
该FACT另外包括容纳该DSBAR的外壳，该外壳包括：
支撑该DSBAR的第一衬底，
平行于第一衬底设置的第二衬底和
在第一衬底和第二衬底之间延伸的垫圈；和
该电感器安装在第二衬底上。
7、权利要求6的FACT，其中该衬底和该垫圈共同地限定密封腔，该DSBAR和该电感器位于该密封腔中。
8、权利要求1、2、3或4的FACT，其中：
该FACT另外包括外壳，该外壳包括：
支撑该DSBAR的第一衬底，
平行于第一衬底设置的第二衬底，和
在第一衬底和第二衬底之间延伸的垫圈；和
该电感器限定在位于第二衬底表面的金属层中。
9、权利要求8的FACT，其中：
该外壳另外包括在第一衬底和第二衬底之间延伸的互连杆；和
该电感器通过该互连杆电连接到寄生电容的一个电极。
10、前面权利要求中任何一个的FACT，另外还包括与该电感器串联电连接的隔流电容器。
11、权利要求10的FACT，其中：
该电感器是具有谐振频率的并联谐振电路的一部分；和
该电感器和该隔流电容器在与谐振频率相差一个倍频程以上的频率下具有串联谐振。
12、权利要求10或11的FACT，其中：
该隔流电容器包括一对平行板和在该平行板之间的电介质；
该平行板中的一个和该寄生电容的一个电极是第一公共导电层的一部分；
该平行板中另一个和该寄生电容的另一个电极是第二公共导电层的一部分；和
该隔流电容器的电介质和该声耦合器是第三公共层的一部分。
13、一种DSBAR器件，具有由中心频率表征的通带性能，该DSBAR器件包括：
下部薄膜体声谐振器(FBAR)和层叠在该下部FBAR上的上部FBAR，每个FBAR包括对置的平面电极和在该电极之间的压电元件；和
在该FBAR之间的声去耦器，该声去耦器构成为对频率等于中心频率的声信号施加名义上等于π/2的相变。
14、权利要求13的DSBAR器件，其中：
该声去耦器包括仅仅一层声去耦材料的声去耦层；和
该声去耦层的厚度名义等于该声信号在该声去耦材料中的四分之一波长。
15、权利要求13的DSBAR器件，其中该声去耦材料包括具有不同声阻抗的声去耦材料的声去耦层。
16、权利要求13、14或15的DSBAR器件，其中：
该声去耦器和相邻的下部FBAR电极以及上部FBAR电极构成寄生电容；和
该DSBAR器件另外还包括与该寄生电容并联电连接的电感器。
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