DE112004002035B4

DE112004002035B4 - Impedanzwandlungsverhältnissteuerung bei akustisch gekoppelten Filmtransformatoren

Info

Publication number: DE112004002035B4
Application number: DE112004002035T
Authority: DE
Inventors: John D. Palo Alto Larson III; Stephen L. Pleasanton Ellis; Naghmeh Cupertino Sarkesik
Original assignee: Avago Technologies General IP Singapore Pte Ltd
Current assignee: Avago Technologies International Sales Pte Ltd
Priority date: 2003-10-30
Filing date: 2004-10-29
Publication date: 2010-11-18
Anticipated expiration: 2024-10-30
Also published as: US20050128030A1; WO2005043752A1; CN1883115B; GB2421379A; JP2005137001A; DE112004002038T5; US7173504B2; CN100555855C; US7091649B2; CN100555851C; DE112004002038B4; GB0605770D0; GB2422059A; GB0605767D0; CN100555856C; CN1871768A; CN1871770A; US6946928B2; US20050093656A1; US20050093659A1

Abstract

Ein akustisch gekoppelter Filmtransformator (FACT), der folgende Merkmale aufweist:
entkoppelte gestapelte akustische Volumenresonatoren (DSBARs), wobei jeder der DSBARs folgende Merkmale aufweist:
einen unteren akustischen Filmvolumenresonator (FBAR) und
einen oberen FBAR, wobei der obere FBAR auf den unteren FBAR gestapelt ist, wobei jeder FBAR gegenüberliegende planare Elektroden und ein piezoelektrisches Element zwischen den Elektroden aufweist, und
einen akustischen Entkoppler zwischen den FBARs;
eine erste elektrische Schaltung, die die unteren FBARs derart verbindet; und
eine zweite elektrische Schaltung, die die oberen FBARs derart verbindet; dass
die FBARs eines der DSBARs sich bezüglich der Impedanz von den FBARs eines anderen der DSBARs unterscheiden.

Description

Transformatoren bzw. Wandler werden bei vielen Typen von elektronischen Vorrichtungen verwendet, um solche Funktionen wie ein Umwandeln von Impedanzen, ein Verbinden einer Eintaktschaltungsanordnung mit einer symmetrischen Schaltungsanordnung oder umgekehrt und ein Bereitstellen einer elektrischen Isolation durchzuführen. Jedoch weisen nicht alle Transformatoren alle diese Eigenschaften auf. Zum Beispiel liefert ein Autotransformator keine elektrische Isolation.
Transformatoren, die bei Audio- und Funkfrequenzen bis zu VHF wirksam sind, sind gewöhnlich als gekoppelte Primär- und Sekundärwicklungen um einen Hochpermeabilitätskern gebaut. Strom in den Wicklungen erzeugt einen Magnetfluss. Der Kern enthält den Magnetfluss und erhöht die Kopplung zwischen den Wicklungen. Ein Transformator, der in diesem Frequenzbereich wirksam ist, kann auch unter Verwendung eines optischen Kopplungselements realisiert sein. Ein Optokopplungselement, das in diesem Modus verwendet wird, wird in der Technik als ein Optoisolator bezeichnet.
Bei Transformatoren, die auf gekoppelten Wicklungen oder Optokopplungselementen basieren, wird das elektrische Eingangssignal in eine andere Form (d. h. einen Magnetfluss oder Photonen) umgewandelt, die mit einer geeigneten Transformierungsstruktur (d. h. einer weiteren Wicklung oder einem Lichtdetektor) in Wechselwirkung tritt, und wird an dem Ausgang als ein elektrisches Signal wiederhergestellt. Zum Beispiel wandelt ein Optokopplungselement ein elektri sches Eingangssignal unter Verwendung einer Licht emittierenden Diode in Photonen um. Die Photonen gehen durch eine optische Faser oder freien Raum, der Isolation liefert. Eine Photodiode, die durch die Photonen beleuchtet wird, erzeugt ein elektrisches Ausgangssignal aus dem Photonenstrom. Das elektrische Ausgangssignal ist eine Nachbildung des elektrischen Eingangssignals.
Bei UHF- und Mikrowellenfrequenzen werden spulenbasierte Transformatoren aufgrund solcher Faktoren wie Verluste im Kern, Verluste in den Wicklungen, Kapazität zwischen den Wicklungen und einer Schwierigkeit, dieselben klein genug zu machen, um wellenlängenbezügliche Probleme zu verhindern, unbrauchbar. Transformatoren für derartige Frequenzen basieren auf Viertelwellenlängenübertragungsleitungen, z. B. Marchand-Typ, verbundene Reiheneingangs-/Parallelausgangsleitungen usw. Es gibt auch Transformatoren, die auf mikrobearbeiteten gekoppelten Spulensätzen basieren und klein genug sind, sodass Wellenlängeneffekte unwichtig sind. Derartige Transformatoren weisen jedoch Probleme mit einem hohen Einfügungsverlust und einer geringen Primär-zu-Sekundärisolation und einer geringen Primär-zu-Sekundärisolation auf.
Alle gerade beschriebenen Transformatoren zur Verwendung bei UHF- und Mikrowellenfrequenzen weisen Abmessungen auf, die dieselben zur Verwendung bei modernen Miniaturanwendungen hoher Dichte, wie z. B. Zellulartelefonen, wenig erwünscht machen. Derartige Transformatoren neigen auch dazu, teuer zu sein, da dieselben nicht durch einen Losprozess hergestellt werden können und da dieselben im Wesentlichen eine chipexterne Lösung sind. Außerdem weisen dieselben, obwohl derartige Transformatoren normalerweise eine Bandbreite aufweisen, die zur Verwendung bei Zellulartelefonen akzeptabel ist, normalerweise einen Einfügungsverlust auf, der größer als 1 dB ist, was zu hoch ist.
Optokopplungselemente werden aufgrund der Übergangskapazität der Eingangs-LED, der Nicht-Linearitäten, die dem Photodetektor inhärent sind, der begrenzten Leistungshandhabungsfähigkeit und einer nicht ausreichenden Isolation, um eine gute Gleichtaktunterdrückung zu liefern, nicht bei UHF- und Mikrowellenfrequenzen verwendet.
Die U.S.-Patentanmeldung Serien-Nr. 10/699,481 offenbart einen akustisch gekoppelten Filmtransformator (film acoustically-coupled transformer – FACT), der auf entkoppelten gestapelten akustischen Volumenresonatoren (decoupled stacked bulk acoustic resonators – DSBARs) basiert. Ein DSBAR ist aus einem gestapelten Paar von akustischen Filmvolumenresonatoren (film bulk acoustic resonators – FBARs) und einem akustischen Entkoppler zwischen den FBARs gebildet. 1A veranschaulicht schematisch ein Ausführungsbeispiel 100 eines derartigen FACT. Der FACT 100 weist einen ersten DSBAR 106 und einen zweiten DSBAR 108 auf, die über einem Hohlraum 104 in einem Substrat 102 hängen. Der DSBAR 106 weist einen unteren FBAR 110, einen oberen FBAR 120, der auf den unteren FBAR 110 gestapelt ist, und ein akustisches Kopplungselement 130 zwischen den FBARs auf, und der DSBAR 108 weist einen unteren FBAR 150, einen oberen FBAR 160, der auf den unteren FBAR 150 gestapelt ist, und ein akustisches Kopplungselement 170 zwischen den FBARs auf. Jeder der FBARs weist gegenüberliegende planare Elektroden und ein piezoelektrisches Element zwischen den Elektroden auf. Der FBAR 110 weist gegenüberliegende planare Elektroden 112 und 114 mit einem piezoelektrischen Element 116 zwischen denselben auf. Der FBAR 120 weist gegenüberliegende planare Elektroden 122 und 124 mit einem piezoelektrischen Element 126 zwischen denselben auf.
Der FACT 100 weist außerdem eine erste elektrische Schaltung 141, die den unteren FBAR 110 des DSBAR 106 und den unteren FBAR 150 des DSBAR 108 verbindet, und eine zweite elektrische Schaltung 142 auf, die den oberen FBAR 120 des DSBAR 106 mit dem oberen FBAR 160 des DSBAR 108 verbindet.
Bei dem Ausführungsbeispiel des im Vorhergehenden beschriebenen FACT, das in 1A gezeigt ist, sind die FBARs 110, 120, 150 und 160 alle bezüglich der Impedanz nominal gleich, und die elektrische Schaltung 141 verbindet die unteren FBARs 110 und 150 antiparallel und mit Anschlüssen 143 und 144, und die elektrische Schaltung 142 schaltet die oberen FBARs 120 und 160 in Reihe zwischen Anschlüsse 145 und 146. Die elektrische Schaltung 142 weist außerdem einen Mittelabgriffanschluss 147 auf, der mit den Elektroden 122 und 162 der oberen FBARs 120 bzw. 160 verbunden ist. Dieses Ausführungsbeispiel weist ein 1:4-Impedanzwandlungsverhältnis zwischen der elektrischen Schaltung 141 und der elektrischen Schaltung 142 oder ein 4:1-Impedanzwandlungsverhältnis zwischen der elektrischen Schaltung 142 und der elektrischen Schaltung 141 auf.
Bei anderen Ausführungsbeispielen des FACT 100 sind die FBARs 110, 120, 150 und 160 bezüglich der Impedanz alle nominal gleich, die elektrische Schaltung 141 verbindet die unteren FBARs elektrisch entweder antiparallel oder in Reihe, und die elektrische Schaltung 142 verbindet die oberen FBARs elektrisch entweder antiparallel oder in Reihe. Die möglichen Kombinationen der Konfigurationen von elektrischen Schaltungen, die soeben beschrieben wurden, sind in der folgenden Tabelle 1 zusammengefasst:

Parallel Reihe Antiparallel Anti-Reihe

Parallel U 1:1 NIEDRIG X X U 1:4

Reihe X B 1:1 HOCH B 4:1 X

Antiparallel X B 1:4 B 1:1 NIEDRIG X

Anti-Reihe U 4:1 X X U 1:1 HOCH

Tabelle 1
In Tabelle 1 zeigen die Zeilenüberschriften die Konfiguration der elektrischen Schaltung 141 an, die Spaltenüberschriften zeigen die Konfiguration der elektrischen Schaltung 142 an, B zeigt an, dass der FACT elektrisch symmetrisch ist, U zeigt an, dass der FACT unsymmetrisch ist, und X bezeichnet einen nicht funktionierenden FACT. Das gezeigte Impedanzwandlungsverhältnis ist die Impedanzwandlung von der Konfiguration der elektrischen Schaltung 141, die durch die Zeilenüberschrift angezeigt ist, zu der Konfiguration der elektrischen Schaltung 142, die durch die Spaltenüberschrift angezeigt ist. Für die Konfigurationen, die ein 1:1-Wandlungsverhältnis aufweisen, bezeichnet NIEDRIG, dass der FACT eine niedrige Impedanz aufweist, äquivalent zu derjenigen von zwei parallelen FBARs, und HOCH zeigt an, dass der FACT eine hohe Impedanz aufweist, äquivalent zu derjenigen von zwei FBARs in Reihe.
Eine Betrachtung von Tabelle 1 zeigt, dass Ausführungsbeispiele des im Vorhergehenden beschriebenen FACT 100 Impedanzwandlungsverhältnisse von 1:1 niedrige Impedanz, 1:1 hohe Impedanz oder 1:4 (niedrige Impedanz zu hoher Impedanz), allgemein 1:2ⁿ, wobei n = 1 oder 2, aufweisen. Bei dieser Offenbarung ist es ersichtlich, dass ein Wandlungsverhältnis von 1:m ein Wandlungsverhältnis von m:1 umfasst, da ein FACT mit einem Wandlungsverhältnis von 1:m zu einem FACT mit eine Wandlungsverhältnis von m:1 einfach durch ein Austauschen der Eingangs und Ausgangsanschlüsse umgewandelt werden kann.
Obwohl FACT-Ausführungsbeispiele, die Impedanzwandlungsverhältnisse von 1:1 oder 1:4 aufweisen, bei vielen Anwendungen nützlich sind, benötigen andere Anwendungen andere Impedanzwandlungsverhältnisse. Deshalb wird ein FACT benötigt, der die Vorteile des im Vorhergehenden beschriebenen FACT aufweist, der jedoch ein anderes Impedanzwandlungsverhältnis als 1:1 oder 1:4 aufweist.
Zusammenfassung der Erfindung
In einem ersten Aspekt liefert die Erfindung einen akustisch gekoppelten Filmtransformator (FACT), der entkoppelte gestapelte akustische Volumenresonatoren (DSBARs), eine erste elektrische Schaltung und eine zweite elektrische Schaltung aufweist. Jeder der DSBARs weist einen unteren akustischen Filmvolumenresonator (FBAR), einen oberen FBAR und einen akustischen Entkoppler auf. Der obere FBAR ist auf den unteren FBAR gestapelt, und der akustische Entkoppler ist zwischen den FBARs angeordnet. Jeder FBAR weist gegenüberliegende planare Elektroden und ein piezoelektrisches Element zwischen den Elektroden auf. Die erste elektrische Schaltung verbindet die unteren FBARs. Die zweite elektrische Schaltung verbindet die oberen FBARs. Die FBARs eines der DSBARs unterscheiden sich bezüglich der elektrischen Impedanz von den FBARs eines anderen der DSBARs.
Ausführungsbeispiele des FACT weisen ein Impedanzwandlungsverhältnis auf, das größer als 1:m² ist, wobei m die Anzahl der DSBARs ist. Das tatsächliche Impedanzwandlungsverhältnis hängt von dem Verhältnis der Impedanzen der FBARs ab.
In einem zweiten Aspekt liefert die Erfindung einen akustisch gekoppelten Filmtransformator (FACT), der mehr als zwei entkoppelte gestapelte akustische Volumenresonatoren (DSBARs), eine erste elektrische Schaltung und eine zweite elektrische Schaltung aufweist. Jeder der DSBARs weist einen ersten akustischen Filmvolumenresonator (FBAR), einen zweiten FBAR und einen akustischen Entkoppler auf. Einer der FBARs ist auf den anderen der FBARs gestapelt, und der akustische Entkoppler ist zwischen den FBARs angeordnet. Jeder FBAR weist gegenüberliegende planare Elektroden und ein piezoelektrisches Element zwischen den Elektroden auf. Die erste elektrische Schaltung verbindet die ersten FBARs der DSBARs. Die zweite elektrische Schaltung verbindet die zweiten FBARs der DSBARs.
Einige Ausführungsbeispiele des FACT weisen ein Impedanzwandlungsverhältnis von 1:m² auf, wobei m die Anzahl von DSBARs ist, größer als 2. Andere Ausführungsbeispiele, bei denen zumindest eine der elektrischen Schaltungen Reihen- und Parallelschaltungen zwischen den jeweiligen FBARs liefert, weisen ein Impedanzwandlungsverhältnis mit bestimmten Ganzzahl- und Bruchwerten von weniger als 1:m² auf. Das tatsächliche Impedanzwandlungsverhältnis hängt von der Weise ab, auf die die erste und die zweite elektrische Schaltung die jeweiligen FBARs verbinden.
In einem dritten Aspekt liefert die Erfindung einen akustisch gekoppelten Filmtransformator (FACT), der entkoppelte gestapelte akustische Volumenresonatoren (DSBARs), eine erste elektrische Schaltung und eine zweite elektrische Schaltung aufweist. Jeder der DSBARs weist einen ersten akustischen Filmvolumenresonator (FBAR), einen zweiten FBAR und einen akustischen Entkoppler auf. Einer der FBARs ist auf den anderen der FBARs gestapelt, und der akustische Entkoppler ist zwischen den FBARs angeordnet. Jeder FBAR weist gegenüberliegende planare Elektroden und ein piezoelektrisches Element zwischen den Elektroden auf. Die erste elektrische Schaltung verbindet die ersten FBARs. Die zweite elektrische Schaltung verbindet die zweiten FBARs. Der FACT weist ein Impedanzwandlungsverhältnis auf, das sich von 1:1 und 1:m² unterscheidet, wobei m die Anzahl der DSBARs ist.
Bei einigen Ausführungsbeispielen des FACT gemäß der Erfindung unterscheiden sich die FBARs eines der DSBARs bezüglich der Impedanz von den FBARs eines anderen der DSBARs, um das Impedanzwandlungsverhältnis zu liefern, das sich von 1:1 und 1:m² unterscheidet.
Bei anderen Ausführungsbeispielen des FACT gemäß der Erfindung gibt es mehr als zwei DSBARs, die erste elektrische Schaltung verbindet die ersten FBARs in einer ersten Schaltungsanordnung, die Reihen- und Parallelschaltungen zwi schen den ersten FBARs aufweist, und die zweite elektrische Schaltung verbindet die zweiten FBARs in einer zweiten Schaltungsanordnung, die sich von der ersten Schaltungsanordnung unterscheidet, um das Impedanzwandlungsverhältnis zu liefern, das sich von 1:1 und 1:m² unterscheidet.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Zeichnung der elektrischen Schaltungen eines Ausführungsbeispiels eines akustisch gekoppelten 1:4- oder 4:1-Filmtransformators (FACT) gemäß dem Stand der Technik.
2A und 2B sind eine Grundrissansicht bzw. eine Querschnittansicht entlang der Schnittlinie 2B-2B in 2A eines Ausführungsbeispiels eines DSBAR, der den Grundbaublock von Ausführungsbeispielen eines FACT gemäß der Erfindung bildet.
3A ist ein schematisches Diagramm eines ersten exemplarischen Ausführungsbeispiels eines Drei-DSBAR-FACT gemäß der Erfindung.
3B ist ein schematisches Diagramm eines zweiten exemplarischen Ausführungsbeispiels eines Drei-DSBAR-FACT gemäß der Erfindung.
3C bis 3F veranschaulichen schematisch die Möglichkeiten, wie die unteren FBARs und die oberen FBARs bei einem Drei-DSBAR-FACT gemäß der Erfindung verbunden sein können.
4A ist ein schematisches Diagramm eines ersten exemplarischen Ausführungsbeispiels eines Vier-DSBAR-FACT gemäß der Erfindung.
4B ist ein schematisches Diagramm eines zweiten exemplarischen Ausführungsbeispiels eines Vier-DSBAR-FACT gemäß der Erfindung.
4C bis 4I veranschaulichen schematisch die Möglichkeiten, wie die unteren FBARs und die oberen FBARs bei einem Vier-DSBAR-FACT gemäß der Erfindung verbunden sein können.
5A, 5B und 5C sind eine Grundrissansicht bzw. Querschnittsansichten entlang der Schnittlinien 5B-5B bzw. 5C-5C in 5A eines FACT gemäß der Erfindung, wobei sich die FBARs eines der DSBARs bezüglich der Fläche ihrer Elektroden und somit bezüglich der Impedanz von den FBARs des anderen der DSBARs unterscheiden, um das Impedanzwandlungsverhältnis des FACT zu definieren.
5E ist eine Querschnittsansicht eines FACT gemäß der Erfindung, wobei sich die FBARs eines der DSBARs bezüglich der Dicke ihrer piezoelektrischen Elemente und somit bezüglich der Impedanz von den FBARs des anderen der DSBARs unterscheiden, um das Impedanzwandlungsverhältnis des FACT zu definieren.
6A bis 6H sind Grundrissansichten und 6I bis 6P sind Querschnittsansichten jeweils entlang der Schnittlinien 6I-6I bis 6P-6P in den 6A–6H, die einen Prozess veranschaulichen, der verwendet werden kann, um Ausführungsbeispiel des FACT gemäß der Erfindung herzustellen.
Detaillierte Beschreibung
Die 2A und 2B sind eine Grundrissansicht bzw. eine Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels eines ent koppelten gestapelten akustischen Volumenresonators (DSBAR) 106, der den Grundbaublock von Ausführungsbeispielen eines akustisch gekoppelten Filmtransformators (FACT) gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung bildet. Der DSBAR 106 ist aus einem unteren akustischen Filmvolumenresonator (FBAR) 110 und einem oberen FBAR 120, der auf den unteren FBAR 110 gestapelt ist, und einem akustischen Entkoppler 130 zwischen den FBARs gebildet. Der FBAR 110 ist aus gegenüberliegenden planaren Elektroden 112 und 114 und einem piezoelektrischen Element 116 zwischen den Elektroden gebildet. Der FBAR 120 ist aus gegenüberliegenden planaren Elektroden 122 und 124 und einem piezoelektrischen Element 126 zwischen den Elektroden gebildet. Der akustische Entkoppler 130 ist zwischen der Elektrode 114 des FBAR 110 und der Elektrode 122 des FBAR 120 angeordnet. Der akustische Entkoppler steuert die Kopplung von akustischer Energie zwischen den FBARs 110 und 120.
Der DSBAR 106 weist erste Anschlüsse 132 und 134 und zweite Anschlüsse 136 und 138 auf, die jeder bei dem gezeigten Beispiel als eine Bondanschlussfläche strukturiert sind. Die ersten Anschlüsse 132 und 134 sind elektrisch durch elektrische Bahnen 133 bzw. 135 mit den Elektroden 112 bzw. 114 des unteren FBAR 110 verbunden. Die zweiten Anschlüsse 136 und 138 sind elektrisch durch elektrische Bahnen 137 bzw. 139 mit den Elektroden 122 bzw. 124 des oberen FBAR 120 verbunden.
Bei dem gezeigten Beispiel hängt der DSBAR 106 über einem Hohlraum 104, der in einem Substrat 102 definiert ist. Ein Hängen des DSBAR über einem Hohlraum ermöglicht, dass sich die FBARs des DSBAR mechanisch in Resonanz befinden. Andere Aufhängungsschemata, die ermöglichen, dass sich die FBARs mechanisch in Resonanz befinden, sind möglich. Zum Beispiel kann der DSBAR durch einen fehlangepassten akustischen Bragg-Reflektor (nicht gezeigt), der in oder an dem Substrat 102 gebildet ist, getragen werden, wie es durch Lakin in dem U.S.-Patent Nr. 6,107,721 offenbart ist.
Bei dem Beispiel des DSBAR 106, das in den 2A und 2B gezeigt ist, ist der akustische Entkoppler 130 aus einer akustischen Entkopplungsschicht 131 aus akustischem Entkopplungsmaterial gebildet, die zwischen den Elektroden 114 und 122 der FBARs 110 bzw. 120 angeordnet ist. Wichtige Eigenschaften des akustischen Entkopplungsmaterials der akustischen Entkopplungsschicht 131 sind eine akustische Impedanz, die sich von derjenigen der Materialien der FBARs 110, 120 unterscheidet, ein hoher elektrischer spezifischer Widerstand, eine niedrige dielektrische Permitivität und eine nominale Dicke, bei der es sich um ein ungerades ganzzahliges Vielfaches eines Viertels der Wellenlänge in dem akustischen Entkopplungsmaterial eines akustischen Signals handelt, das bezüglich der Frequenz gleich der Mittenfrequenz des Durchlassbandes des DSBAR 106 ist.
Bei dem gezeigten Beispiel weist das akustische Entkopplungsmaterial der akustischen Entkopplungsschicht 131 eine akustische Impedanz auf, die geringer als diejenige der Materialien der FBARs 110 und 120 und im Wesentlichen größer als diejenige von Luft ist. Die akustische Impedanz eines Materials ist das Verhältnis von Belastung zu Partikelgeschwindigkeit in dem Material und wird in Rayleighs gemessen, das als rayl abgekürzt wird. Bei den Materialien der FBARs 110 und 120 handelt es sich normalerweise um Aluminiumnitrid (AlN) als das Material der piezoelektrischen Elemente 116, 126 und Molybdän (Mo) als das Material der Elektroden 112, 114, 122 und 124. Die akustischen Impedanzen der Materialien der FBARs sind normalerweise größer als 30 Mrayl (35 Mrayl für AlN und 63 Mrayl für Mo), und die akustische Impedanz von Luft beträgt etwa 1 krayl. Bei Ausführungsbeispielen des DSBAR 106, bei denen die Materialen der FBARs 110, 120 so sind, wie es im Vorhergehenden genannt ist, funktionieren Materialien mit einer akustischen Impedanz in dem Bereich von etwa 2 Mrayl bis etwa 8 Mrayl gut als das akustische Kopplungsmaterial der akustischen Entkopplungsschicht 131.
Bei dem Ausführungsbeispiel des akustischen Entkopplers 130, das in 2B gezeigt ist, weist die akustische Entkopplungsschicht 131 eine nominale Dicke auf, die gleich einem Viertel der Wellenlänge in dem akustischen Entkopplungsmaterial eines akustischen Signals ist, das bezüglich der Frequenz gleich der Mittenfrequenz des Durchlassbandes des DSBAR 106 ist, d. h. t ≈ λ_n/4, wobei t die Dicke der akustischen Entkopplungsschicht 131 ist und λ_n die Wellenlänge in dem akustischen Entkopplungsmaterial eines akustischen Signals ist, das bezüglich der Frequenz gleich der Mittenfrequenz des Durchlassbandes des DSBAR 106 ist. Eine Dicke der akustischen Entkopplungsschicht 131 innerhalb von etwa ±10% der nominalen Dicke kann alternativ dazu verwendet werden. Eine Dicke außerhalb dieses Bereichs kann alternativ dazu mit einer gewissen Verschlechterung der Leistung verwendet werden. Die Dicke der akustischen Entkopplungsschicht 131 sollte sich jedoch erheblich von 0λ_n an einem Extremum und λ_n/2 an dem anderen Extremum unterscheiden.
Allgemeiner kann die akustische Entkopplungsschicht 131 eine nominale Dicke aufweisen, die gleich einem ungeraden ganzzahligen Vielfachen eines Viertels der Wellenlänge in dem akustischen Entkopplungsmaterial eines akustischen Signals ist, das bezüglich der Frequenz gleich der Mittenfrequenz des Durchlassbandes des DSBAR 106 ist, d. h. t ≈ (2m + 1)λ_n/4, wobei t und λ_n so sind, wie es im Vorhergehenden definiert ist, und m eine Ganzzahl ist, die größer oder gleich Null ist. In diesem Fall kann eine Dicke der akustischen Entkopplungsschicht 131, die sich von der nominalen Dicke um etwa ±10% von λ_n/4 unterscheidet, alternativ verwendet werden. Eine Dicketoleranz außerhalb dieses Bereichs kann mit einer gewissen Verschlechterung der Leistung verwendet werden, aber die Dicke der akustischen Entkopplungsschicht 131 sollte sich erheblich von einem ganzzahligen Vielfachen von λ_n/2 unterscheiden. Ausführungsbeispiele des akustischen Entkopplers 130, bei denen die akustische Entkopplungsschicht 131 ein ungerades ganzzahliges Vielfaches größer als Eins eines Viertels der Wellenlänge in dem akustischen Entkopplungsmaterial eines akustischen Signals ist, das bezüglich der Frequenz gleich der Mittenfrequenz des DSBAR 106 ist, weisen jedoch normalerweise Frequenzantworten auf, die aufgrund der Fähigkeit einer derartigen dickeren Schicht, mehrere akustische Moden zu unterstützen, störende Antwortartefakte aufweisen.
Viele Kunststoffmaterialien weisen akustische Impedanzen in dem im Vorhergehenden genannten Bereich auf und können in Schichten gleichmäßiger Dicke in den im Vorhergehenden genannten Dickebereichen aufgebracht werden. Derartige Kunststoffmaterialien sind deshalb potentiell zur Verwendung als das akustische Entkopplungsmaterial der akustischen Entkopplungsschicht 131 geeignet. Das akustische Entkopplungsmaterial muss jedoch auch in der Lage sein, den Temperaturen der Herstellungsoperationen zu widerstehen, die durchgeführt werden, nachdem die akustische Entkopplungsschicht 131 auf die Elektrode 114 aufgebracht worden ist. Wie es im Folgenden genauer beschrieben ist, werden bei praktischen Ausführungsbeispielen des FACT 100 die Elektroden 122 und 124 und die piezoelektrische Schicht 126 durch Sputtern aufgebracht, nachdem die akustische Entkopplungsschicht 131 aufgebracht worden ist. Temperaturen von bis zu 400°C werden während dieser Aufbringungsprozesse erreicht. Somit wird ein Kunststoff, der bei derartigen Temperaturen stabil bleibt, als das akustische Entkopplungsmaterial verwendet.
Kunststoffmaterialien weisen normalerweise eine sehr hohe akustische Dämpfung pro Einheitslänge verglichen mit den anderen Materialien der FBARs 110 und 120 auf. Da jedoch die akustische Kunststoffentkopplungsschicht 131 bei dem im Vorhergehenden beschriebenen Ausführungsbeispiel des akustischen Entkopplers 130 normalerweise weniger als 1 μm dick ist, ist die akustische Dämpfung, die durch ein derartiges Ausführungsbeispiel des akustischen Entkopplers 130 eingeführt wird, normalerweise vernachlässigbar.
Bei einem Ausführungsbeispiel wird ein Polyimid als das akustische Entkopplungsmaterial der akustische Entkopplungsschicht 131 verwendet. Polyimid wird unter dem Warenzeichen Kapton^® von E. I. du Pont de Nemours and Company vertrieben. Bei einem derartigen Ausführungsbeispiel ist der akustische Entkoppler 130 aus einer akustischen Entkopplungsschicht 131 aus Polyimid gebildet, die auf die Elektrode 114 durch Schleuderbeschichtung aufgebracht wird. Polyimid weist eine akustische Impedanz von etwa 4 Mrayl auf.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein Poly-(Para-Xylylen) als das akustische Entkopplungsmaterial der akustischen Entkopplungsschicht 131 verwendet. Bei einem derartigen Ausführungsbeispiel ist der akustische Entkoppler 130 aus einer akustischen Entkopplungsschicht 131 aus Poly-(Para-Xylylen) gebildet, die durch eine Vakuumaufbringung auf die Elektrode 114 aufgebracht wird. Poly-(Para-Xylylen) ist in der Technik auch als Parylen bekannt. Der Dimer-Vorläufer Di-Para-Xylylen, aus dem Parylen hergestellt wird, und eine Ausrüstung zum Durchführen einer Vakuumaufbringung von Schichten von Parylen sind von vielen Lieferanten erhältlich. Parylen weist eine akustische Impedanz von etwa 2,8 Mrayl auf.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein vernetztes Polyphenylenpolymer als das akustische Entkopplungsmaterial der akustischen Entkopplungsschicht 131 verwendet. Bei einem derartigen Ausführungsbeispiel ist die akustische Entkopplungsschicht 131 eine Schicht eines vernetzten Polyphenylenpolymers, das durch Schleuderbeschichtung aufgebracht wird. Vernetzte Polyphenylenpolymere wurden als dielektrische Materialen mit einer niedrigen dielektrischen Konstante zur Verwendung bei integrierten Schaltungen entwickelt und bleiben folglich bei den hohen Temperaturen stabil, denen der akustische Entkoppler 130 während der nachfolgenden Herstellung des FBAR 120 ausgesetzt wird. Die Erfinder haben festgestellt, dass vernetzte Polyphenylenpolymere außerdem eine berechnete akustische Impedanz von etwa 2 Mrayl aufweisen. Die akustische Impedanz liegt in dem Bereich von akustischen Impedanzen, der dem DSBAR 106 eine nützliche Durchlassbandbreite liefert.
Vorläuferlösungen, die verschiedene Oligomere enthalten, die sich polymerisieren, um jeweilige vernetzte Polyphenylenpolymere zu bilden, werden unter dem Warenzeichen SiLK von The Dow Chemical Company, Midland, MI, vertrieben. Die Vorläuferlösungen werden durch Schleuderbeschichtung aufgebracht. Das vernetzte Polyphenylenpolymer, das von einer dieser Vorläuferlösungen erhalten wird, die als SiLK^TM J bezeichnet wird, die außerdem einen Haftungspromotor enthält, weist eine berechnete akustische Impedanz von 2,1 Mrayl, d. h. etwa 2 Mrayl auf.
Die Oligomere, die sich polymerisieren, um vernetzte Polyphenylenpolymere zu bilden, werden aus Biscyclopentadienon und aromatisches Acetylen enthaltenden Monomeren hergestellt. Ein Verwenden derartiger Monomere bildet lösliche Oligomere ohne die Notwendigkeit einer unangemessenen Substitution. Die Vorläuferlösung enthält ein spezifisches Oligomer, das in Gammabutyrolacton- und Cyclohexanon-Lösungsmitteln aufgelöst ist. Der Anteil des Oligomers in der Vorläuferlösung bestimmt die Schichtdicke, wenn die Vorläuferlösung aufgeschleudert wird. Nach der Aufbringung verdampft ein Anwenden von Hitze die Lösungsmittel, härtet dann das Oligomer, um ein vernetztes Polymer zu bilden. Die Biscyclopentadienone reagieren mit den Acetylenen in einer 4 + 2-Cycloadditionsreaktion, die einen neuen aromatischen Ring bildet. Ein weiteres Härten führt zu dem vernetzten Polyphenylenpolymer. Die im Vorhergehenden beschriebenen vernetzten Polyphenylenpolymere sind von Godschalx u. a. in dem U.S.-Patent Nr. 5,965,679 offenbart. Zusätzliche praktische Details sind von Martin u. a., Development of Low- Dielectric Constant Polymer for the Fabrication of Integrated Circuit Interconnect, 12 ADVANCED MATERIALS, 1769 (2000), beschrieben. Verglichen mit Polyimid weisen vernetzte Polyphenylenpolymere eine niedrigere akustische Impedanz, eine niedrigere akustische Dämpfung und eine niedrigere dielektrische Konstante auf. Außerdem ist eine aufgeschleuderte Schicht der Vorläuferlösung in der Lage, einen qualitativ hochwertigen Film des vernetzten Polyphenylenpolymers mit einer Dicke der Größenordnung von 200 nm zu erzeugen, wobei es sich um eine typische Dicke des akustischen Entkopplers 130 handelt.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel ist der akustische Entkoppler 130 aus akustischen Entkopplungsschichten (nicht gezeigt) aus akustischen Entkopplungsmaterialien gebildet, die unterschiedliche akustische Impedanzen aufweisen, wie es in der US 2005/0093658 A1 von John D. Larson III und Stephen Ellis mit dem Titel Pass Bandwidth Control in Decoupled Stacked Bulk Acoustic Resonator Devices beschrieben ist. Die akustischen Impedanzen und Dicken der akustischen Entkopplungsschichten definieren zusammen die akustische Impedanz des akustischen Entkopplers 130. Die akustische Impedanz des akustischen Entkopplers definiert wiederum die Durchlassbandbreite des DSBAR 106. Das Ausführungsbeispiel des akustischen Entkopplers 130, der aus akustischen Entkopplungsschichten aus akustischen Entkopplungsmaterialien gebildet ist, die unterschiedliche akustische Impedanzen aufweisen, ist strukturiert, um eine nominale Phasenänderung eines ungeradenganzzahligen Vielfachen von π/2 Radian bei einem akustischen Signal zu bewirkten, das bezüglich der Frequenz gleich der Mittenfrequenz des Durchlassbandes des DSBAR 106 ist. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der akustische Entkoppler strukturiert, um eine nominale Phasenänderung von π/2 Radian bei einem akustischen Signal zu bewirken, das bezüglich der Frequenz gleich der Mittenfrequenz ist. Diese Phasenänderung ist gleich der nominalen Phasenänderung, die durch einen akustischen Entkoppler bewirkt wird, der aus einer einzigen Schicht aus akustischem Entkopplungsmaterial gebildet ist, die eine nominale Dicke aufweist, die gleich einem Viertel der Wellenlänge in dem akustischen Entkopplungsmaterial eines akustischen Signals ist, das bezüglich der Frequenz gleich der Mittenfrequenz ist.
Bei einem Beispiel war der akustische Entkoppler 130 aus einer akustischen Entkopplungsschicht aus einem vernetzten Polyphenylenpolymer, das eine akustische Impedanz von etwa 2 Mrayl aufweist, auf einer akustischen Entkopplungsschicht aus Polyimid, das eine akustische Impedanz von etwa 4 Mrayl aufweist, gebildet. Ein derartiger akustischer Entkoppler liefert ein Ausführungsbeispiel des DSBAR 106 mit einer Durchlassbandbreite, die zwischen den Durchlassbandbreiten von Ausführungsbeispielen liegt, bei denen die akustischen Entkoppler aus einer einzigen akustischen Entkopplungsschicht 131 aus Polyimid oder einer einzigen akustischen Entkopplungsschicht 131 aus dem vernetzen Polyphenylenpolymer gebildet sind.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel weist das akustische Entkopplungsmaterial der akustischen Entkopplungsschicht 131 eine akustische Impedanz auf, die wesentlich größer als bei den Materialien der FBARs 110 und 120 ist. Keine Materialien, die diese Eigenschaft aufweisen, sind derzeit bekannt, es kann jedoch sein, dass derartige Materialien in Zukunft verfügbar werden. Alternativ dazu kann es sein, dass FBAR-Materialien mit geringeren akustischen Impedanzen in Zukunft verfügbar werden. Die Dicke der akustischen Entkopplungsschicht 131 aus einem derartigen akustischen Entkopplungsmaterial hoher akustischer Impedanz ist wie im Vorhergehenden beschrieben.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel (nicht gezeigt) ist der akustische Entkoppler 130 als eine Bragg-Struktur strukturiert, die aus einem Bragg-Element niedriger akustischer Impedanz gebildet ist, das sandwichartig zwischen Bragg-Elementen hoher akustischer Impedanz angeordnet ist. Das Bragg-Element niedriger akustischer Impedanz ist eine Schicht aus einem Material niedriger akustischer Impedanz, wohingegen die Bragg-Elemente hoher akustischer Impedanz jedes eine Schicht aus Material hoher akustischer Impedanz sind. Die akustischen Impedanzen der Bragg-Elemente sind als „niedrig” und „hoch” bezüglich einander und außerdem bezüglich der akustischen Impedanz des piezoelektrischen Materials der piezoelektrischen Elemente 116 und 126 charakterisiert. Zumindest eines der Bragg-Elemente weist außerdem einen hohen elektrischen spezifischen Widerstand und eine niedrige dielektrische Permittivität auf, um eine elektrische Isolation zwischen Eingang und Ausgang des DSBAR 106 zu liefern.
Jede der Schichten, die die Bragg-Elemente bilden, weist eine nominale Dicke auf, die gleich einem ungeraden ganzzahligen Vielfachen eines Viertels der Wellenlänge in dem Material der Schicht eines akustischen Signals ist, das frequenzmäßig gleich der Mittenfrequenz des DSBAR 106 ist. Schichten, die sich von der nominalen Dicke um etwa ±10% eines Viertels der Wellenlänge unterscheiden, können alternativ dazu verwendet werden. Eine Dicketoleranz außerhalb dieses Bereichs kann bei gewisser Leistungsverschlechterung verwendet werden, aber die Dicke der Schichten sollte sich wesentlich von einem ganzzahligen Vielfachen der Hälfte der Wellenlänge unterscheiden.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Bragg-Element niedriger akustischer Impedanz eine Schicht aus Siliziumdioxid (SiO₂), das eine akustische Impedanz von etwa 13 Mrayl aufweist, und jedes der Bragg-Elemente hoher akustischer Impedanz ist eine Schicht aus dem gleichen Material wie die Elektroden 114 und 122, z. B. Molybdän, das eine akustische Impedanz von etwa 63 Mrayl aufweist. Ein Verwenden des gleichen Materials für die Bragg-Elemente hoher akustischer Impedanz und die Elektroden der FBARs 110 und 120 ermöglicht, dass die Bragg-Elemente hoher akustischer Impedanz zusätzlich als die Elektroden der FBARs dienen, die benachbart zu den akustischen Kopplungselementen sind.
Bei dem DSBAR 106 wird zu einer ersten Näherung die elektrische Impedanz des FBAR 110 durch die Kapazität des Kondensators bestimmt, der durch die Elektroden 112 und 114 und das piezoelektrische Element 116 gebildet ist, und die elektrische Impedanz des FBAR 120 wird durch die Kapazität des Kondensators bestimmt, der durch die Elektroden 122 und 124 und das piezoelektrische Element 126 gebildet ist. Insbesondere ist die Kapazität C₁₁₀ des FBAR 110 gegeben durch: C110 = εA/t0 wobei A die Fläche der Elektrode 112 oder der Elektrode 114 ist, und ε und t₀ die dielektrische Konstante bzw. Dicke des piezoelektrischen Elements 116 sind.
Die Impedanz Z₁₁₀ des FBAR 110 bei einer Frequenz f wird näherungsweise bestimmt durch: Z110 ≈ 1/2πfC110
Ähnliche Ausdrücke, die bei den Elektroden 122 und 124 und dem piezoelektrischen Element 126 angewandt werden, werden verwendet, um die Kapazität und die Impedanz des FBAR 120 zu bestimmen. Da die Elektroden 112, 114, 122 und 124 normalerweise bezüglich der Fläche nominal gleich sind und die piezoelektrischen Elemente 116 und 126 normalerweise bezüglich der Dicke und der dielektrischen Konstante nominal gleich sind, sind die Kapazitäten und somit die Impedanzen der FBARs 110 und 120 nominal gleich.
Bei dem Zwei-DSBAR-FACT 100, der im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf 1 beschrieben ist, verbindet die elektrische Schaltung 141 den unteren FBAR 110 des DSBAR 106 und den strukturell ähnlichen unteren FBAR 150 des struktu rell ähnlichen DSBAR 108 antiparallel. Dementsprechend ist die Impedanz des FACT 100, die zwischen den Anschlüssen 143 und 144 gemessen wird, die Parallelimpedanz der FBARs 110 und 150, d. h. die Hälfte der Impedanz des FBAR 110 oder des FBAR 150. Außerdem schaltet die elektrische Schaltung 142 den oberen FBAR 120 des DSBAR 106 und den strukturell ähnlichen oberen FBAR 160 des strukturell ähnlichen DSBAR 108 in Reihe. Dementsprechend ist die Impedanz des FACT 100, die zwischen den Anschlüssen 145 und 146 gemessen wird, die Reihenimpedanz der FBARs 120 und 160, d. h. das Doppelte der Impedanz des FBAR 120 oder des FBAR 160. Da die Impedanzen der FBARs 110, 120, 150 und 160 alle gleich sind, weist der FACT 100 ein 1:4-Impedanzverhältnis auf, wie es im Vorhergehenden erwähnt ist.
3A ist eine schematisches Zeichnung eines ersten Ausführungsbeispiels 200 eines akustisch gekoppelten Drei-DSBAR-Filmtransformators (FACT) gemäß der Erfindung. Dieses Ausführungsbeispiel ist aus drei DSBARs gebildet und weist ein 1:9-Impedanzwandlungsverhältnis auf. Der FACT 200 ist aus einem ersten gestapelten akustischen Volumenresonator (DSBAR) 206, einem zweiten DSBAR 207 und einem dritten DSBAR 208 gebildet, die über einem Hohlraum 204 in einem Substrat 102 hängen. Jeder DSBAR ist strukturell dem DSBAR 106 ähnlich, der im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf die 2A und 2B beschrieben ist. 3A zeigt die Elemente des DSBAR 206. Entsprechende Elemente der DSBARs 207 und 208 werden in der folgenden Beschreibung mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Die DSBARs 206, 207 und 208 weisen jeder eine Struktur auf, die derjenigen des DSBAR 106 ähnlich ist, der im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf die 2A–2C beschrieben ist, und sind jeder aus einem unteren akustischen Filmvolumenresonator (FBAR) 110, einem oberen FBAR 120, der auf den unteren DSBAR gestapelt ist, und einem akustischen Entkoppler 130 zwischen den FBARs gebildet. Jeder der FBARs weist gegenüberliegende planare Elektroden und ein piezoelektri sches Element zwischen den Elektroden auf. Der FBAR 110 ist aus gegenüberliegenden planaren Elektroden 112 und 114 mit einem piezoelektrischen Element 116 zwischen denselben gebildet. Der FBAR 120 ist aus gegenüberliegenden planaren Elektroden 122 und 124 mit einem piezoelektrischen Element 126 zwischen denselben gebildet.
Der FACT 200 weist außerdem eine erste elektrische Schaltung 241 und eine zweite elektrische Schaltung 242 auf. Die erste elektrische Schaltung 241 verbindet die unteren FBARs 110 der DSBARs 206 und 207 antiparallel und verbindet die unteren FBARs 110 der DSBARs 207 und 208 antiparallel und mit den Anschlüssen 143 und 144. Insbesondere verbindet die elektrische Schaltung 241 die Elektrode 112 des DSBAR 206 mit dem Anschluss 144 und mit der Elektrode 114 des DSBAR 207 und verbindet die Elektrode 114 des DSBAR 207 mit der Elektrode 112 des DSBAR 208. Die elektrische Schaltung 241 verbindet außerdem die Elektrode 114 des DSBAR 206 mit dem Anschluss 143 und mit der Elektrode 112 des DSBAR 207 und verbindet die Elektrode 112 des DSBAR 207 mit der Elektrode 114 des DSBAR 208.
Die elektrische Schaltung 242 schaltet die oberen FBARs 120 der DSBARs 206, 207 und 208 in Reihe zwischen die Anschlüsse 145 und 146. Insbesondere verbindet die elektrische Schaltung 242 den Anschluss 145 mit der Elektrode 124 des DSBAR 206, die Elektrode 122 des DSBAR 206 mit der Elektrode 122 des DSBAR 207, die Elektrode 124 des DSBAR 207 mit der Elektrode 124 des DSBAR 208, und die Elektrode 122 des DSBAR 208 mit dem Anschluss 146.
Die Elektroden 112, 114, 122 und 124 der DSBARs 206, 207 und 208 sind bezüglich der Fläche nominal gleich, und die piezoelektrischen Elemente 116 und 126 sind bezüglich Dicke und dielektrischer Konstante nominal gleich. Folglich sind die Kapazitäten und somit die Impedanzen der FBARs 110 und 120 der DSBARs 206, 207 und 208 alle nominal gleich. Die elektrische Schaltung 241 verbindet die unteren FBARs 110 der DSBARs 206, 207 und 208 antiparallel. Dementsprechend ist die Impedanz des FACT 200, die zwischen den Anschlüssen 143 und 144 gemessen wird, die Parallelimpedanz der unteren FBARs 110, d. h. ein Drittel der Impedanz jedes unteren FBAR 110. Außerdem schaltet die elektrische Schaltung 242 die oberen FBARs 120 der DSBARs 206, 207 und 208 in Reihe. Dementsprechend ist die Impedanz des FACT 200, die zwischen den Anschlüssen 145 und 146 gemessen wird, die Reihenimpedanz der FBARs 120 der DSBARs 206, 207 und 208, d. h. das Dreifache der Impedanz jedes FBAR 120. Da die Impedanzen der FBARs 110 und 120 alle gleich sind, weist der FACT 200 ein Impedanzwandlungsverhältnis von (1/3)/3 = 1:9 auf, wie es im Vorhergehenden erwähnt ist.
3B zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel 202 eines akustisch gekoppelten Drei-DSBAR-Filmtransformators (FACT) gemäß der Erfindung, der ebenfalls ein Impedanzwandlungsverhältnis von 1:9 aufweist. Bei diesem Ausführungsbeispiel verbindet die elektrische Schaltung 241 die unteren FBARs 110 der DSBARs 206, 207 und 208 parallel und mit den Anschlüssen 143 und 144. Außerdem schaltet die elektrische Schaltung 242 die oberen FBARs 120 der DSBARs 206, 207 und 208 in Anti-Reihe zwischen die Anschlüsse 145 und 146.
Ausführungsbeispiele der elektrischen Schaltung 241 können die unteren FBARs 110 der DSBARs 206, 207 und 208 in Schaltungsanordnungen verbinden, die sich von denjenigen unterscheiden, die in den 3A und 3B gezeigt sind, um andere Impedanzen zwischen den Anschlüssen 143 und 144 zu liefern. Außerdem können Ausführungsbeispiele der elektrischen Schaltung 242 die oberen FBARs 120 der DSBARs 206, 207 und 208 in Schaltungsanordnungen verbinden, die sich von denjenigen unterscheiden, die in den 3A und 3B gezeigt sind, um andere Impedanzen zwischen den Anschlüssen 145 und 146 zu liefern. Die anderen Impedanzen können verwendet werden, um Ausführungsbeispiele von Impedanzwandlungsverhältnissen des FACT 300 zu liefern, die sich von den veranschaulichten unterscheiden.
Die 3C–3F veranschaulichen schematisch jeweilige Schaltungsanordnungen, in denen jeweilige Ausführungsbeispiele der elektrischen Schaltung 241 die unteren FBARs 110 der DSBARs 206–208 verbinden können und jeweilige Ausführungsbeispiele der elektrischen Schaltung 242 die oberen FBARs 120 der DSBARs 206–208 verbinden können. In jeder der 3C–3F sind FBARs 311, 313 und 315 die unteren FBARs 110 der DSBARs 206, 207 bzw. 208, und Anschlüsse T1 und T2 sind die Anschlüsse 143 und 144, wenn die Figur ein Ausführungsbeispiel der elektrischen Schaltung 241 darstellt; und die FBARs 311, 313 und 315 sind die oberen FBARs 120 der DSBARs 206, 207 bzw. 208, und die Anschlüsse T1 und T2 sind die Anschlüsse 145 und 146, wenn die Figur ein Ausführungsbeispiel der elektrischen Schaltung 242 darstellt. In den Beschreibungen der 3C–3F sind die FBARs so beschrieben, dass dieselben entweder in Reihe oder parallel oder beides geschaltet sind. Wie derselbe jedoch in dieser Offenbarung im Zusammenhang mit der Verbindung der FBARs verwendet wird, wird der Begriff Reihe so betrachtet, dass derselbe Anti-Reihe umfasst, und der Begriff parallel wird so betrachtet, dass derselbe anti-parallel umfasst.
3C zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der elektrischen Schaltung 241 oder der elektrischen Schaltung 242, die die FBARs 311, 313 und 315 parallel zwischen die Anschlüsse T1 und T2 schaltet. Bei diesem Ausführungsbeispiel beträgt die Impedanz zwischen den Anschlüssen T1 und T2 Z/3, wobei Z die Impedanz jedes der FBARs 311, 313 und 315 ist. Es wird angenommen, dass die FBARs 311, 313 und 315 bezüglich der Impedanz gleich sind. 3C veranschaulicht die Schaltungsanordnung, in der die elektrische Schaltung 241 die unteren FBARs 110 der DSBARs 206–208 in 3B verbindet.
3D zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der elektrischen Schaltung 241 oder der elektrischen Schaltung 242, die die FBARs 311 und 313 in Reihe schaltet und außerdem den FBARs 315 parallel zu der Reihenkombination der FBARs 311 und 313 zwischen die Anschlüsse T1 und T2 schaltet. Bei diesem Ausführungsbeispiel beträgt die Impedanz zwischen den Anschlüssen T1 und T2 (2Z²/3Z) = 2Z/3.
3E zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der elektrischen Schaltung 241 oder der elektrischen Schaltung 242, die die FBARs 313 und 315 parallel schaltet und außerdem den FBAR 311 in Reihe mit der Parallelkombination der FBARs 313 und 315 zwischen die Anschlüsse T1 und T2 schaltet. Bei diesem Ausführungsbeispiel beträgt die Impedanz zwischen den Anschlüssen T1 und T2 (Z + Z/2) = 3Z/2.
3F zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der elektrischen Schaltung 241 oder der elektrischen Schaltung 242, die die FBARs 311, 313 und 315 in Reihe zwischen die Anschlüsse T1 und T2 schaltet. Bei diesem Ausführungsbeispiel beträgt die Impedanz zwischen den Anschlüssen T1 und T2 3Z. 3F veranschaulicht die Schaltungsanordnung, in der die elektrische Schaltung 242 die oberen FBARs 120 der DSBARs 206–208 in 3A verbindet.
Paare der Ausführungsbeispiele der elektrischen Schaltungen 241 und 242, die im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf die 3C–3F beschrieben sind, können in Kombination verwendet werden, um Ausführungsbeispiele des FACT 200 zu liefern, die fünf unterschiedliche Impedanzwandlungsverhältnisse, die zwischen 1:1 und 1:9 liegen, zwischen den Anschlüssen 143 und 144 und den Anschlüssen 145 und 146 aufweisen, wie es in Tabelle 2 gezeigt ist. Beim Zählen der Anzahl von unterschiedlichen Impedanzwandlungsverhältnissen werden Verhältnisse, die das Umgekehrte eines anderen sind, z. B. 1:9 und 9:1, als ein einziges Verhältnis gezählt. Die Impedanzwandlungsverhältnisse werden jedoch jedes bei zwei oder mehr Impedanzpegeln geliefert. Zum Beispiel wird ein Impedanzwandlungsverhältnis von 9:4 (oder 4:9) bei zwei unterschiedlichen Impedanzpegeln der Schaltung 241 geliefert, d. h. 2Z/3 oder 3Z/2.
Tabelle 2
In Tabelle 2 zeigen die Zeilenüberschriften die Impedanz der elektrischen Schaltung 241 zwischen den Anschlüssen 143 und 144 als ein Vielfaches von Z, der Impedanz jedes der FBARs 311, 313 und 315, die Spaltenüberschriften zeigen die Impedanz der elektrischen Schaltung 242 zwischen den Anschlüssen 145 und 146 als ein Vielfaches von Z, und die Tabelleneinträge zeigen das Impedanzwandlungsverhältnis zwischen der Impedanz und Konfiguration der elektrischen Schaltung 241, die durch die jeweilige Zeilenüberschrift angezeigt sind, und der Impedanz und Konfiguration der elektrischen Schaltung 242, die durch die jeweilige Spaltenüberschrift angezeigt sind. Die Zeilenüberschriften und Spaltenüberschriften zeigen außerdem die Figurennummer der entsprechenden Schaltung, die die angezeigte Impedanz erzeugt. Die Impedanzen, die in den Zeilen- und Spaltenüberschriften gezeigt sind, und die Impedanzwandlungsverhältnisse, die in dem Körper der Tabelle gezeigt sind, werden durch gemeine Brüche angezeigt, da gemeine Brüche diese Größen genauer als Dezimalzahlen charakterisieren.
Beim Erstellen der Kombinationen, die in Tabelle 2 angeführt sind, sollten obere FBARs über unteren FBARs, die parallel geschaltet sind, in Anti-Reihe geschaltet sein, obere FBARs über unteren FBARs, die antiparallel geschaltet sind, sollten in Reihe geschaltet sein, obere FBARs über unteren FBARs, die in Reihe geschaltet sind, sollten antiparallel geschaltet sein, und obere FBARs über unteren FBARs, die in Anti-Reihe geschaltet sind, sollten parallel geschaltet sein. Zum Beispiel sind in 3A die oberen FBARs 120 der DSBARs 206–208 über den antiparallel geschalteten unteren FBARs 110 in Reihe geschaltet, wohingegen in 3B die oberen FBARs 120 der DSBARs 206–208 über den parallel geschalteten unteren FBARs 110 antiparallel geschaltet sind. Um diese Bedingungen bei praktischen Ausführungsbeispielen des FACT 200 zu erfüllen, können FBARs, die im Vorhergehenden so beschrieben sind, dass dieselben parallel geschaltet sind, stattdessen antiparallel geschaltet sein, und FBARs, die im Vorhergehenden so beschrieben sind, dass dieselben in Reihe geschaltet sind, können stattdessen in Anti-Reihe geschaltet sein. Wenn die soeben angegeben Bedingungen nicht erfüllt werden, bewirkt dies, dass sich die Signale, die durch die oberen FBARs erzeugt werden, aufheben. Dieses Thema ist genauer in der im Vorhergehenden erwähnten U.S.-Patentanmeldung Seriennummer 10/699,481 beschrieben.
4A ist eine schematische Zeichnung eines zweiten Ausführungsbeispiels 300 eines akustisch gekoppelten Vier-DSBAR-Filmtransformators (FACT) gemäß der Erfindung. Dieses Ausführungsbeispiel ist aus vier DSBARs gebildet und weist ein 1:16-Impedanzwandlungsverhältnis auf. Elemente des FACT 300, die Elementen des FACT 200 entsprechen, der im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf 3A beschrieben ist, werden unter Verwendung der gleichen Bezugszeichen angezeigt und werden hier nicht noch einmal beschrieben.
Der FACT 300 weist außerdem einen vierten gestapelten akustischen Volumenresonator (DSBAR) 209 auf, der über dem Substrat 102 hängt. Der DSBAR 209 ist strukturell dem DSBAR 106 ähnlich, der im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf die 2A und 2B beschrieben ist. Elemente des DSBAR 209, die denjenigen des DSBAR 206 entsprechen, werden in der folgenden Beschreibung mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Der DSBAR 209 ist aus einem unteren akustischen Filmvolumenresonator (FBAR) 110, einem oberen FBAR 120, der auf den unteren DSBAR gestapelt ist, und einem akustischen Entkoppler 130 zwischen den FBARs gebildet. Jeder der FBARs weist gegenüberliegende planare Elektroden und ein piezoelektrisches Element zwischen den Elektroden auf.
Die elektrische Schaltung 241 des FACT 202 verbindet die unteren FBARs 110 der FBARs 206, 207 und 208 anti-parallel und mit den Anschlüssen 143 und 144, wie es im Vorhergehenden beschrieben ist, und schaltet außerdem den unteren FBAR 110 des DSBAR 209 anti-parallel zu dem unteren DSBAR 110 des DSBAR 208. Die elektrische Schaltung 242 des FACT 202 verbindet die oberen FBARs 120 der DSBARs 206, 207 und 208 in Reihe und mit dem Anschluss 145 und verbindet außerdem den oberen FBAR 120 des DSBAR 209 in Reihe mit den oberen FBARs der DSBARs 206, 207 und 208 und mit dem Anschluss 146.
Bei den soeben beschriebenen elektrischen Verbindungen ist die Impedanz des FACT 300, die zwischen den Anschlüssen 143 und 144 gemessen wird, die Parallelimpedanz der unteren FBARs 110 des DSBAR 206–209, d. h. ein Viertel der Impedanz jedes unteren FBAR 110. Außerdem ist die Impedanz des FACT 300, die zwischen den Anschlüssen 145 und 146 gemessen wird, die Reihenimpedanz der oberen FBARs 120 der DSBARs 206–209, d. h. das Vierfache der Impedanz jedes FBAR 120. Da die FBARs 110 und 120 bezüglich der Impedanz alle gleich sind, weist der FACT 300 ein 1:16-Impedanzwandlungsverhältnis auf, wie es im Vorhergehenden erwähnt ist.
4B zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel 302 eines akustisch gekoppelten Vier-DSBAR-Filmtransformators (FACT) gemäß der Erfindung. Der FACT 302 weist ebenfalls ein Impedanzwandlungsverhältnis von 1:16 auf. Bei diesem Ausführungsbeispiel verbindet die elektrische Schaltung 241 die unteren FBARs 110 der DSBARs 206, 207, 208 und 209 parallel und mit den Anschlüssen 143 und 144. Außerdem schaltet die elektrische Schaltung 242 die oberen FBARs 120 der DSBARs 206, 207, 208 und 209 in Anti-Reihe.
Die 4C–4I veranschaulichen schematisch jeweilige Schaltungsanordnungen, in denen jeweilige Ausführungsbeispiele der elektrischen Schaltung 241 die unteren FBARs 110 der DSBARs 206–209 verbinden können und jeweilige Ausführungsbeispiele der elektrischen Schaltung 242 die oberen FBARs 120 der DSBARs 206–209 verbinden können. In jeder der 4C–4I sind FBARs 311, 313, 315 und 317 die unteren FBARs 110 der DSBARs 206, 207 bzw. 208, und Anschlüsse T1 und T2 sind die Anschlüsse 143 und 144, wenn die Figur ein Ausführungsbeispiel der elektrischen Schaltung 241 darstellt, und die FBARs 311, 313, 315 und 317 sind die oberen FBARs 120 der DSBARs 206, 207 bzw. 208, und die Anschlüsse T1 und T2 sind die Anschlüsse 145 und 146, wenn die Figur ein Ausführungsbeispiel der elektrischen Schaltung 242 darstellt. In den Beschreibungen der 4C–4I sind die FBARs so beschrieben, dass dieselben entweder in Reihe oder parallel oder beides geschaltet sind. Wie derselbe jedoch in dieser Offenbarung im Zusammenhang mit der Verbindung der FBARs verwendet wird, wird der Begriff Reihe so betrachtet, dass derselbe Anti-Reihe umfasst, und der Begriff parallel wird so betrachtet, dass derselbe anti-parallel umfasst.
4C zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der elektrischen Schaltung 241 oder der elektrischen Schaltung 242, die die FBARs 311, 313, 315 und 317 parallel zwischen die Anschlüsse T1 und T2 schaltet. Bei diesem Ausführungsbeispiel beträgt die Impedanz zwischen den Anschlüssen T1 und T2 Z/4, wobei Z die Impedanz jedes der FBARs 311, 313, 315 und 317 ist. Es wird angenommen, dass die FBARs 311, 313 und 315 bezüglich der Impedanz gleich sind. 4C veranschaulicht die Konfiguration, in der die elektrische Schal tung 241 die unteren FBARs 110 der DSBARs 206–209 in 4B verbindet.
4D zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der elektrischen Schaltung 241 oder der elektrischen Schaltung 242, die die FBARs 311 und 313 in Reihe schaltet und außerdem die FBARs 315 und 317 und die Reihenkombination der FBARs 311 und 313 parallel zwischen die Anschlüsse T1 und T2 schaltet. Bei diesem Ausführungsbeispiel beträgt die Impedanz zwischen den Anschlüssen T1 und T2 1/((1/Z) + (1/Z) + (1/2Z)) = 2Z/5.
4E zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der elektrischen Schaltung 241 oder der elektrischen Schaltung 242, die die FBARs 311, 313 und 315 in Reihe schaltet und außerdem den FBAR 317 und die Reihenkombination der FBARs 311, 313 und 315 parallel zwischen die Anschlüsse T1 und T2 schaltet. Bei diesem Ausführungsbeispiel beträgt die Impedanz zwischen den Anschlüssen T1 und T2 (3Z²/4Z) = 3Z/4.
4F zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der elektrischen Schaltung 241 oder der elektrischen Schaltung 242, die die FBARs 311 und 313 in Reihe schaltet, außerdem die FBARs 315 und 317 in Reihe schaltet und die Reihenkombination der FBARs 311 und 313 und die Reihenkombination der FBARs 315 und 317 parallel zwischen die Anschlüsse T1 und T2 schaltet. Bei diesem Ausführungsbeispiel beträgt die Impedanz zwischen den Anschlüssen T1 und T2 (4Z²/4Z) = Z.
4G zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel der elektrischen Schaltung 241 oder der elektrischen Schaltung 242, die die FBARs 313, 315 und 317 parallel schaltet und außerdem den FBAR 311 und die Parallelkombination der Reihen-FBARs 313, 315 und 317 in Reihe zwischen die Anschlüsse T1 und T2 schaltet. Bei diesem Ausführungsbeispiel beträgt die Impedanz zwischen den Anschlüssen T1 und T2 Z + Z/3 = 4Z/3.
4H zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel der elektrischen Schaltung 241 oder der elektrischen Schaltung 242, die die FBARs 315 und 317 parallel schaltet und außerdem die FBARs 311 und 313 und die Parallelkombination der FBARs 315 und 315 in Reihe zwischen die Anschlüsse T1 und T2 schaltet. Bei diesem Ausführungsbeispiel beträgt die Impedanz zwischen den Anschlüssen T1 und T2 2Z + Z/2 = 5Z/2.
4I zeigt ein siebtes Ausführungsbeispiel der elektrischen Schaltung 241 oder der elektrischen Schaltung 242, die die FBARs 311, 313, 315 und 317 in Reihe zwischen die Anschlüsse T1 und T2 schaltet. Bei diesem Ausführungsbeispiel beträgt die Impedanz zwischen den Anschlüssen T1 und T2 4Z. 4I veranschaulicht die Konfiguration, in der die elektrische Schaltung 242 die oberen FBARs 120 der DSBARs 206–208 in 4A verbindet.
Paare der Ausführungsbeispiele der elektrischen Schaltungen 241 und 242, die im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf die 4C–4I beschrieben sind, können in Kombination verwendet werden, um Ausführungsbeispiele des FACT 300 zu liefern, die 13 unterschiedliche Impedanzwandlungsverhältnisse, die zwischen 1:1 und 1:16 liegen, zwischen den Anschlüssen 143 und 144 und den Anschlüssen 145 und 146 zu liefern, wie es in Tabelle 3 gezeigt ist. Beim Zählen der Anzahl von unterschiedlichen Impedanzwandlungsverhältnissen werden Verhältnisse, die das Umgekehrte eines anderen sind, z. B. 1:16 und 16:1, als ein einziges Verhältnis gezählt. Die Impedanzwandlungsverhältnisse werden jedoch jedes bei mehr als einem Impedanzpegel geliefert. Zum Beispiel wird ein Impedanzwandlungsverhältnis von 10:3 (oder 3:10) bei vier unterschiedlichen Impedanzpegeln der Schaltung 241 geliefert, d. h. 2Z/5, 3Z/4, 4Z/3 und 5Z/2.
Tabelle 3
In Tabelle 3 zeigen die Zeilenüberschriften die Impedanz der elektrischen Schaltung 241 zwischen den Anschlüssen 143 und 144 als ein Vielfaches von Z, der Impedanz jedes der FBARs 311, 313, 315 und 317, und die Spaltenüberschriften zeigen die Impedanz der elektrischen Schaltung 142 zwischen den Anschlüssen 145 und 146 als ein Vielfaches von Z, und die Tabelleneinträge zeigen das Impedanzwandlungsverhältnis zwischen der Impedanz und Konfiguration der elektrischen Schaltung 241, die durch die jeweiligen Zeilenüberschrift angezeigt sind, und der Impedanz und Konfiguration der elektrischen Schaltung 242, die durch die jeweilige Spaltenüberschrift angezeigt sind. Die Zeilenüberschriften und Spaltenüberschriften zeigen außerdem die entsprechende Figurennummer. Die Impedanzen, die in den Zeilen- und Spaltenüberschriften gezeigt sind, und die Impedanzwandlungsverhältnisse, die in dem Körper der Tabelle gezeigt sind, werden durch gemeine Brüche angezeigt, da gemeine Brüche diese Größen genauer als Dezimalzahlen charakterisieren.
Beim Erstellen der Kombinationen, die in Tabelle 3 dargelegt sind, sollten obere FBARs über unteren FBARs, die parallel geschaltet sind, in Anti-Reihe geschaltet sein, obere FBARs über unteren FBARs, die anti-parallel geschaltet sind, sollten in Reihe geschaltet sein, obere FBARs über unteren FBARs, die in Reihe geschaltet sind, sollten anti-parallel geschaltet sein, und obere FBARs über unteren FBARs, die in Anti-Reihe geschaltet sind, sollten parallel geschaltet sein, wie es im Vorhergehenden beschrieben ist.
Die Tabellen 2 und 3 zeigen die verschiedenen Impedanzwandlungsverhältnisse, die unter Verwendung von Kombinationen der Ausführungsbeispiele der elektrischen Schaltungen 241 und 242 erhalten werden können, die in den 3C–3F bzw. den 4C–4I gezeigt sind. Bei einem Ausführungsbeispiel eines FACT mit einem gegebenen Wandlungsverhältnis wird eine gewünschte Impedanz z. B. zwischen den Anschlüssen 143 und 144 durch ein Strukturieren der FBARs hinsichtlich der Fläche ihrer Elektroden und der Dicke und der dielektrischen Konstante ihrer piezoelektrischen Elemente erhalten, so dass die Reihen-, Parallel- oder Reihen-und-Parallel-Kombination der FBARs die gewünschte Impedanz aufweist. Zum Beispiel wird bei der Konfiguration, die in 4C gezeigt ist, eine 50-Ohm-Impedanz zwischen den Anschlüssen 143 und 144 durch ein Strukturieren jedes der FBARs der DSBARs 206–209, um eine Impedanz von 200 Ohm aufzuweisen, erhalten.
Ausführungsbeispiele der FACTs 200, 202, 300 und 302 können unter Verwendung des Verfahrens hergestellt werden, das im Folgenden unter Bezugnahme auf die 6A–6P beschrieben ist, jedoch mit unterschiedlichen Masken. Bei einem derartigen Prozess definieren die unterschiedlichen Masken drei oder vier Elektroden gleicher Fläche in jeder der ersten bis vierten Metallschicht. Gemeinsame Schichten aus piezoelektrischem Material werden normalerweise verwendet, um die piezoelektrischen Elemente 116 und die piezoelektrischen Elemente 126 aller DSBARs 206–208 oder DSBARs 206–209 zu liefern. Alternativ dazu können die DSBARs einzelne piezoelektrische Elemente aufweisen. Auf ähnliche Weise wird eine gemeinsame akustische Entkopplungsschicht verwen det, um die akustischen Entkoppler 130 aller DSBARs 206–208 oder DSBARs 206–209 zu liefern. Erneut können die DSBARs alternativ dazu einzelne akustische Entkoppler aufweisen.
Es ist ersichtlich, dass DSBARs, von denen mehr als vier vorliegen, in einer fortschreitend zunehmenden Anzahl von Reihen- und Parallelkombinationen verbunden werden können, um Ausführungsbeispiele eines FACT zu liefern, die bestimmte diskrete Impedanzwandlungsverhältnisse in dem Bereich von 1:1 bis 1:m² aufweisen, wobei m die Anzahl der DSBARs ist. Die FBARs der DSBARs werden auf eine Weise in Reihen- und Parallelkombinationen verbunden, die den FBARs der Drei- und Vier-DSBAR-Ausführungsbeispiele, die im Vorhergehenden als Beispiele vorgestellt sind, ähnlich ist.
Die FACT-Ausführungsbeispiele, die im Vorhergehenden beschrieben sind, weisen Komponenten-FBARs auf, die alle die gleiche Kapazität und somit Impedanz aufweisen. Die FBARs weisen normalerweise infolgedessen eine gleiche Kapazität auf, dass ihre Elektroden bezüglich der Fläche gleich sind und ihre piezoelektrischen Elemente bezüglich der Dicke gleich sind. Dies ist jedoch für diesen Aspekt der Erfindung nicht entscheidend. FBARs, bei denen ihre piezoelektrischen Elemente sich entweder bezüglich der Dicke oder der dielektrischen Konstante oder bezüglich beiden unterscheiden und/oder bei denen ihre Elektroden sich bezüglich der Fläche unterscheiden, können trotzdem bezüglich der Kapazität gleich sein, vorausgesetzt, dass Unterschiede bei ein oder mehr Kapazitätsbestimmungsparametern um entsprechende Unterschiede bei ein oder mehr anderen Kapazitätsbestimmungsparametern versetzt sind. Die Elektroden der FBARs jedes DSBAR sollten jedoch bezüglich der Fläche gleich sein, um eine Kopplung von Energie bei dem DSBAR zu maximieren.
Einige Anwendungen benötigen ein Ausführungsbeispiel eines FACT mit einem Impedanzwandlungsverhältnis, das sich von den diskreten Impedanzwandlungsverhältnissen unterscheidet, die durch die Ausführungsbeispiele geliefert werden, die im Vorhergehenden als Beispiele vorgestellt sind. Außerdem benötigen einige derartige Anwendungen zusätzlich, und andere Anwendungen benötigen ein Ausführungsbeispiel eines FACT, das bezüglich des Aufbaus einfacher ist als die im Vorhergehenden beschriebenen Ausführungsbeispiele, die aus drei oder mehr DSBARs gebildet sind.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung liefert einen derartigen akustisch gekoppelten Filmtransformator (FACT). Die Erfinder haben herausgefunden, dass Ausführungsbeispiele eines Zwei-DSBAR-FACT mit einem beliebigen Impedanzwandlungsverhältnis in dem Bereich von 1:4 bis etwa 10:1 hergestellt werden können, indem veranlasst wird, dass sich die FBARs bezüglich der Kapazität und somit der Impedanz zwischen den DSBARs unterscheiden. Eine Streukapazität ist ein Hauptfaktor beim Bestimmen des oberen Endes des Bereichs. FBARs, die sich bezüglich der Kapazität zwischen den DSBARs unterscheiden, werden normalerweise hergestellt, indem veranlasst wird, dass sich die FBAR-Elektroden bezüglich der Fläche zwischen den DSBARs unterscheiden. Alternativ dazu, jedoch weniger praktisch, können FBARs, die sich bezüglich der Kapazität zwischen den DSBARs unterscheiden, hergestellt werden, indem veranlasst wird, dass sich die piezoelektrischen Elemente entweder bezüglich der Dicke oder der dielektrischen Konstante oder beiden zwischen den DSBARs unterscheiden. Allgemein kann ein m-DSBAR-FACT mit einem beliebigen Impedanzwandlungsverhältnis in dem Bereich von 1:m bis etwa 1:10 hergestellt werden, indem veranlasst wird, dass sich die FBARs bezüglich der Kapazität und somit bezüglich der Impedanz bei den DSBARs untereinander unterscheiden.
Die 5A–5C sind eine Grundrissansicht bzw. zwei Querschnittsansichten eines Ausführungsbeispiels 400 eines akustisch gekoppelten Zwei-DSBAR-Filmtransformators (FACT), wobei sich die FBARs bezüglich der Kapazität zwischen den DSBARs unterscheiden, um das Impedanzwandlungsverhältnis des FACT zu definieren. 5D ist ein elektrisches Schema des FACT 400.
Der FACT 400 ist aus gestapelten akustischen Volumenresonatoren (DSBARs) 106 und 408 gebildet, die über einem Hohlraum 104 in einem Substrat 102 hängen. Jeder DSBAR ist aus einem unteren akustischen Filmvolumenresonator (FBAR), einem oberen FBAR, der auf den unteren FBAR gestapelt ist, und einem akustischen Entkoppler zwischen den FBARs gebildet. Der FACT 400 ist außerdem aus einer elektrischen Schaltung 141, die den unteren FBAR 110 des DSBAR 106 und den unteren FBAR 450 des DSBAR 408 verbindet, und einer elektrischen Schaltung 142 gebildet, die den oberen FBAR 120 des DSBAR 106 mit dem oberen FBAR 460 des DSBAR 408 verbindet.
Bei dem DSBAR 106 ist der untere FBAR 110 aus gegenüberliegenden planaren Elektroden 112 und 114 und einem piezoelektrischen Element 116 zwischen den Elektroden gebildet, und der obere FBAR 120 ist aus gegenüberliegenden planaren Elektroden 122 und 124 und einem piezoelektrischen Element 126 zwischen den Elektroden gebildet. Bei dem DSBAR 408 ist der untere FBAR 450 aus gegenüberliegenden planaren Elektroden 452 und 454 und einem piezoelektrischen Element 456 zwischen den Elektroden gebildet, und der obere FBAR 460 ist aus gegenüberliegenden planaren Elektroden 462 und 464 und einem piezoelektrischen Element 466 zwischen den Elektroden gebildet.
Bei dem FACT 400 unterscheiden sich die Elektroden 452, 454, 462 und 464 des DSBAR 408 bezüglich der Fläche von den Elektroden 112, 114, 122 und 124 des DSBAR 106. Folglich unterscheiden sich die FBARs 450 und 460 des DSBAR 408 bezüglich der Kapazität und somit bezüglich der Impedanz von den FBARs 110 und 120 des DSBAR 106. Der FACT 400 weist ein Impedanzwandlungsverhältnis von (r + 1)²/r auf, wobei r das Verhältnis der Impedanz der FBARs 110 und 120 des DSBAR 106 zu der Impedanz der FBARs 450 und 460 des DSBAR 408 ist. Bei dem gezeigten Beispiel ist das Verhältnis r auch das Verhältnis der Fläche der Elektroden 112, 114, 122 und 124 zu der Fläche der Elektroden 452, 454, 462 und 464. Bei dem gezeigten Beispiel ergibt ein Impedanzverhältnis und somit ein Flächenverhältnis von 2:1 ein Impedanzwandlungsverhältnis von 4,5. Wie zuvor hängt die Impedanz des FACT 400 zwischen den Anschlüssen 143 und 144 von der Parallelkapazität der unteren FBARs 110 und 450 ab, und die Impedanz des FACT 400 zwischen den Anschlüssen 145 und 146 hängt von der Reihenkapazität der oberen DSBARs 120 und 460 ab.
Bei dem FACT 400 bei dem DSBAR 106 ist ein akustischer Entkoppler 130 zwischen dem unteren FBAR 110 und dem oberen FBAR 120 angeordnet; insbesondere zwischen der Elektrode 114 des unteren FBAR 110 und der Elektrode 122 des oberen FBAR 120. Außerdem ist bei dem DSBAR 408 ein akustischer Entkoppler 470 zwischen den FBARs 450 und 460 angeordnet; insbesondere zwischen der Elektrode 454 des unteren FBAR 450 und der Elektrode 462 des oberen FBAR 460. Die Kopplung von akustischer Energie, die durch die akustischen Entkoppler 130 und 470 definiert ist, bestimmt die Bandbreite des Durchlassbandes des FACT 400.
Bei dem Beispiel, das in den 5A–5C gezeigt ist, sind die akustischen Entkoppler 130 und 470 jeweilige Teile einer akustischen Entkopplungsschicht 131. Die akustischen Entkoppler 130 und 470 sind jeder dem akustischen Entkoppler 130 ähnlich, der im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf die 2A–2C beschrieben ist, und werden hier nicht noch einmal beschrieben. Exemplarische akustische Entkopplungsmaterialen der akustischen Entkopplungsschicht 131, die die akustischen Entkoppler 130 und 470 in dem Beispiel liefert, das in den 5A–5C gezeigt ist, und alternative akustische Entkopplungsmaterialien sind ebenfalls im Vorhergehenden beschrieben und werden nicht noch einmal beschrieben. Der akustische Entkoppler 470 kann auch die alternative akustische Entkopplerstruktur umfassen, die im Vorhergehenden beschrieben ist.
Ausführungsbeispiele des FACT 400, die ein Ausführungsbeispiel der akustischen Entkopplungsschicht 131 umfassen, bei der der nominale Wert der Ganzzahl p Null ist (t = weisen eine Frequenzantwort auf, die sich im Wesentlichen näher an einer idealen Frequenzantwort befindet als Ausführungsbeispiele, bei denen die akustische Entkopplungsschicht eine nominale Dicke von mehr als λ_n/4 (p > 0) aufweist. Die Frequenzantwort von Ausführungsbeispielen des FACT, bei denen die nominale Dicke der akustischen Entkopplungsschicht λ_n/4 beträgt, weist keine störenden Antwortartefakte auf, die von Ausführungsbeispielen aufgewiesen werden, bei denen die nominale Dicke der akustischen Entkopplungsschicht mehr als λ_n/4 beträgt. Eine glatte Frequenzantwort wurde bislang auf Kosten dessen erhalten, dass der parasitäre Kondensator, der aus den Elektroden 114 und 122 und dem akustischen Entkoppler 130 gebildet ist, eine wesentlich größere Kapazität aufweist, und Ausführungsbeispiele, die eine glatte Frequenzantwort aufweisen, hatten deshalb normalerweise ein niedriges Gleichtaktunterdrückungsverhältnis, das durch diese Kapazität bewirkt wurde. Bei Ausführungsbeispielen, bei denen ein hohes Gleichtaktunterdrückungsverhältnis wichtig ist, kann ein Induktor oder ein Induktor in Reihe mit einem Sperrkondensator parallel zu der parasitären Kapazität geschaltet sein, um den Großteil der Wirkung der hohen parasitären Kapazität aufzuheben, die sich aus einer dünnen akustischen Entkopplungsschicht ergibt. Die Verwendung eines Induktors oder eines Induktors in Reihe mit einem Sperrkondensator, um die Wirkungen der parasitären Kapazität aufzuheben, ist in der im Vorhergehenden erwähnten US 2005/0093659 A1 von John D. Larson III u. a. mit dem Titel Film Acoustically-Coupled Transformer With Increased Common Mode Rejection offenbart. Somit können Ausführungsbeispiele des FACT 400 sowohl ein hohes CMRR als auch die glatte Frequenzantwort aufweisen, die durch die λ_n/4-dicke akustische Entkopplungsschicht geliefert wird.
Der DSBAR 106 und der DSBAR 408 sind benachbart zueinander über einem Hohlraum 104 hängend angeordnet, der in einem Substrat 102 definiert ist. Das Hängen der DSBARs über einem Hohlraum ermöglicht, dass sich die gestapelten FBARs bei jedem DSBAR mechanisch in Resonanz befinden. Andere Aufhängungsschemata, die ermöglichen, dass sich die gestapelten FBARs mechanisch in Resonanz befinden, sind möglich. Zum Beispiel können die DSBARs über einem fehlangepassten akustischen Bragg-Reflektor (nicht gezeigt) angeordnet sein, der in oder an dem Substrat 102 gebildet ist, wie es durch Lakin in dem U.S.-Patent Nr. 6,107,721 offenbart ist.
5D veranschaulicht schematisch die elektrischen Verbindungen des FACT 400. Unter zusätzlicher Bezugnahme auf 5A liefert eine Bondanschlussfläche 138, die an der Hauptoberfläche des Substrats 102 angeordnet ist, den Signalanschluss 143 der elektrischen Schaltung 141 des FACT 400. Eine Bondanschlussfläche 132, die an der Hauptoberfläche des Substrats 102 angeordnet ist, und eine Bondanschlussfläche 172, die an der Hauptoberfläche der piezoelektrischen Schicht 117 angeordnet ist, die die piezoelektrische Elemente 116 und 156 liefert, bilden zusammen den Masseanschluss 144 der elektrischen Schaltung 141. Eine Zwischenverbindungsanschlussfläche 176, die an der Hauptoberfläche des Substrats angeordnet ist, eine elektrische Bahn 177, die sich von der Elektrode 452 zu der Zwischenverbindungsanschlussfläche 176 erstreckt, eine Zwischenverbindungsanschlussfläche 136 in elektrischem Kontakt mit der Zwischenverbindungsanschlussfläche 176, eine elektrische Bahn 137, die sich von der Elektrode 114 zu der Zwischenverbindungsanschlussfläche 136 erstreckt, und eine elektrische Bahn 139, die sich von der Zwischenverbindungsanschlussfläche 176 zu der Bondanschlussfläche 138 erstreckt, bilden den Teil der elektrischen Schaltung 141, der die Elektrode 114 des FBAR 110 elektrisch mit der Elektrode 452 des FBAR 450 und mit dem Signalanschluss 143 verbindet. Eine elektrische Bahn 133, die sich von der Elektrode 112 zu der Bondanschlussfläche 132 erstreckt, eine elektrische Bahn 167, die sich von der Bondanschlussfläche 132 zu der Bondanschlussfläche 172 erstreckt, und eine elektrische Bahn 173, die sich von der Elektrode 454 zu der Bondanschlussfläche 172 erstreckt, bilden den Teil der elektrischen Schaltung 141, der die Elektrode 112 des FBAR 110 mit der Elektrode 454 des FBAR 450 elektrisch verbindet.
Eine Bondanschlussfläche 134 und eine Bondanschlussfläche 174, die an der Hauptoberfläche der piezoelektrischen Schicht 127 angeordnet sind, die piezoelektrische Elemente 126 und 466 liefert, bilden Signalanschlüsse 145 und 146 der elektrischen Schaltung 142. Eine Bondanschlussfläche 178, die an der Hauptoberfläche der akustischen Entkopplungsschicht 131 angeordnet ist, bildet einen Mittelabgriffanschluss 147 der elektrischen Schaltung 142. Bondanschlussflächen 163 und 168, die an der Hauptoberfläche der piezoelektrischen Schicht 127 angeordnet sind, liefern zusätzliche Masseverbindungen.
Eine elektrische Bahn 171, die sich zwischen der Elektrode 122 und der Elektrode 462 über die Oberfläche der akustischen Entkopplungsschicht 131 erstreckt, und eine elektrische Bahn 179, die sich zwischen der elektrischen Bahn 171 und der Bondanschlussfläche 178 erstreckt, bilden den Teil der elektrischen Schaltung 142, der den FBAR 120 und den FBAR 460 in Reihe und mit dem Mittelabgriffanschluss 147 verbindet. Eine elektrische Bahn 135, die sich zwischen der Elektrode 124 und der Bondanschlussfläche 134 erstreckt, und eine elektrische Bahn 175, die sich zwischen der Elektrode 454 und der Bondanschlussfläche 174 erstreckt, bilden den Teil der elektrischen Schaltung 142, der den FBAR 120 und den FBAR 460 mit den Signalanschlüssen 145 und 146 verbindet. Eine elektrische Bahn 169 erstreckt sich zwischen der Bondanschlussfläche 163 und der Bondanschlussflä che 168, die die Masseanschlüsse der elektrischen Schaltung 142 liefern. Bei diesem Ausführungsbeispiel erstreckt sich die elektrische Bahn 169 außerdem zu der Bondanschlussfläche 178, um den Mittelabgriffanschluss 147 mit der Masse der elektrischen Schaltung 142 zu verbinden.
5E ist eine Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels 500 eines akustisch gekoppelten Zwei-DSBAR-Filmtransformators (FACT), bei dem sich die FBARs zwischen den DSBARs bezüglich der Dicke ihrer piezoelektrischen Elemente und somit bezüglich ihrer Kapazität unterscheiden, um das Impedanzwandlungsverhältnis des FACT zu definieren. Der FACT 500 weist eine elektrische Schaltung auf, die derjenigen ähnlich ist, die im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf 5D beschrieben ist.
Der FACT 500 ist aus gestapelten akustischen Volumenresonatoren (DSBARs) 106 und 508 gebildet, die über einem Hohlraum 104 in einem Substrat 102 hängen. Jeder DSBAR ist aus einem unteren akustischen Filmvolumenresonator (FBAR), einem oberen FBAR, der auf den unteren FBAR gestapelt ist, und einem akustischen Entkoppler zwischen den FBARs gebildet. Der FACT 500 ist außerdem aus einer elektrischen Schaltung 141, die den unteren FBAR 110 des DSBAR 106 und den unteren FBAR 550 des DSBAR 408 verbindet, und einer elektrischen Schaltung 142 gebildet, die den oberen FBAR 120 des DSBAR 106 mit dem oberen FBAR 560 des DSBAR 508 verbindet.
Die Struktur des DSBAR 106 ist im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf die 5A–5C beschrieben. Bei dem DSBAR 508 ist der untere FBAR 550 aus gegenüberliegenden planaren Elektroden 552 und 554 und einem piezoelektrischen Element 556 zwischen den Elektroden gebildet, und der obere FBAR 560 ist aus gegenüberliegenden planaren Elektroden 562 und 564 und einem piezoelektrischen Element 566 zwischen den Elektroden gebildet.
Bei dem FACT 500 sind die Elektroden 152, 154, 162 und 164 des DSBAR 508 bezüglich der Fläche miteinander und mit den Elektroden 112, 114, 122, 124 des DSBAR 106 gleich, die piezoelektrischen Elemente 556 und 566 des DSBAR 508 unterscheiden sich jedoch bezüglich der Dicke von den piezoelektrischen Elementen 116 und 126 des DSBAR 106. Folglich unterscheiden sich die FBARs 550 und 560 des DSBAR 508 bezüglich der Kapazität und somit bezüglich der Impedanz von den FBARs 110 und 120 des DSBAR 106. Der FACT 500 weist ein Impedanzwandlungsverhältnis von (r + 1)²/r auf, wobei r das Verhältnis der Impedanz der FBARs 110 und 120 des DSBAR 106 zu der Impedanz der FBARs 550 und 560 des DSBAR 508 ist. Bei dem gezeigten Beispiel ist das Verhältnis r auch das Verhältnis der Dicke der piezoelektrischen Elemente 116 und 126 zu der Dicke der piezoelektrischen Elemente 556, 566. Bei dem gezeigten Beispiel beträgt das Dickeverhältnis und somit das Impedanzverhältnis etwa 2:1, was ein Impedanzwandlungsverhältnis von 4,5 ergibt. Wie zuvor hängt die Impedanz des FACT 500 zwischen den Anschlüssen 143 und 144 (5D) von der Parallelkapazität der unteren FBARs 110 und 550 ab, und die Impedanz des FACT 500 zwischen den Anschlüssen 145 und 146 (5D) hängt von der Reihenkapazität der oberen DSBARs 120 und 560 ab.
Bei dem FACT 500 ist der akustische Entkoppler 130 des DSBAR 106 im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf die 5A–5C beschrieben, und der akustische Entkoppler 570 ist dem akustischen Entkoppler 470 ähnlich, der im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf die 5A–5C beschrieben ist, und wird deshalb hier nicht noch einmal beschrieben. Bei dem Beispiel, das in 5E gezeigt ist, sind die akustischen Entkoppler 130 und 570 auf eine Weise jeweilige Teile einer akustischen Entkopplungsschicht 531, die derjenigen ähnlich ist, die im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf die 5A–5C beschrieben ist. Die akustischen Entkoppler 130 und 570 können alternativ dazu unabhängig voneinander sein.
Bei dem gezeigten Beispiel sind die piezoelektrischen Elemente 116 und 556 jeweilige Abschnitte einer Schicht 517 aus piezoelektrischem Material, die bezüglich der Dicke zwischen den FBARs 110 und 550 unterschiedlich ist. Auf ähnliche Weise sind die piezoelektrischen Elemente 126 und 566 jeweilige Abschnitte einer Schicht 527 aus piezoelektrischem Material, die bezüglich der Dicke zwischen den FBARs 120 und 560 unterschiedlich ist. Alternativ dazu können die piezoelektrischen Elemente 116, 126, 556 und 566 unabhängig voneinander sein.
Der DSBAR 106 und der DSBAR 508 sind auf eine Weise benachbart zueinander über einem Hohlraum 104, der in einem Substrat 102 definiert ist, hängend angeordnet, die derjenigen ähnlich ist, die im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf die 5A–5C beschrieben ist.
Bei Ausführungsbeispielen des FACT 200, der im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf die 3A–3F beschrieben ist, und des FACT 300, der im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf die 4A–4I beschrieben ist, können sich zumindest zwei der DSBARs 206–208 und zumindest zwei der DSBARs 206–209 bezüglich der Impedanz ihrer FBARs auf eine Weise unterscheiden, die der im Vorhergehenden beschriebenen Weise ähnlich ist, auf die sich die DSBARs 106 und 408, die im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf die 5A–5C beschrieben sind, bezüglich der Impedanz ihres FBAR unterscheiden, oder auf die Weise, auf die sich die DSBARs 106 und 508, die im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf 5E beschrieben sind, bezüglich der Impedanz ihrer FBARs unterscheiden. Derartige Unterschiede der Impedanzen der FBARs zwischen zwei oder mehr der DSBARs können verwendet werden, um das Ausführungsbeispiel mit einem gewünschten Impedanzwandlungsverhältnis auszustatten, das sich von dem Impedanzwandlungsverhältnis unterscheidet, das sich ergibt, wenn die FBARs bezüglich der Impedanz alle gleich sind.
Ein Prozess, der verwendet werden kann, um den akustisch gekoppelten Filmtransformator (FACT) 400 herzustellen, der im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf die 5A–5C beschrieben ist, wird anschließend unter Bezugnahme auf die Grundrissansichten der 6A–6H und die Querschnittsansichten der 6I–6P beschrieben. Das Durchlassband des Ausführungsbeispiels des FACT 400, dessen Herstellung beschrieben wird, weist eine nominale Mittenfrequenz von etwa 1,9 GHz auf. Ausführungsbeispiele für den Betrieb bei anderen Frequenzen sind in Struktur und Herstellung ähnlich, weisen jedoch Dicken und laterale Abmessungen auf, die sich von denjenigen unterscheiden, die im Folgenden exemplarisch dargestellt sind. Außerdem kann der Prozess mit unterschiedlichen Masken auch verwendet werden, um Ausführungsbeispiele des Drei-DSBAR-FACT 200, der im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf die 3A–3F beschrieben ist, und des Vier-DSBAR-FACT 300 herzustellen, der im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf die 4A–4I beschrieben ist. Tausende von FACTs, die dem FACT 400 ähnlich sind, werden gleichzeitig durch eine Herstellung im Wafermaßstab hergestellt. Eine derartige Herstellung im Wafermaßstab macht es kostengünstig, die FACTs herzustellen.
Ein Wafer aus Einkristallsilizium wird bereitgestellt. Ein Abschnitt des Wafers bildet für jeden FACT, der hergestellt wird, ein Substrat, das dem Substrat 102 des FACT 400 entspricht. Die 6A–6H und die 6I–6P veranschaulichen die Herstellung des FACT 400 in und an einem Abschnitt des Wafers, und die folgende Beschreibung beschreibt dieselbe. Wenn der FACT 400 hergestellt wird, werden die anderen FACTs an dem Wafer auf ähnliche Weise hergestellt.
Der Abschnitt des Wafers, der das Substrat 102 des FACT 400 bildet, wird selektiv nassgeätzt, um einen Hohlraum zu bilden. Eine Schicht aus Füllmaterial (nicht gezeigt) wird auf die Oberfläche des Wafers mit einer Dicke aufgebracht, die ausreichend ist, um den Hohlraum zu füllen. Die Ober fläche des Wafers wird dann planarisiert, was den Hohlraum mit Füllmaterial gefüllt zurücklässt. Die 6A und 6I zeigen den Hohlraum 104 in dem Substrat 102 mit Füllmaterial 105 gefüllt.
Bei einem Ausführungsbeispiel war das Füllmaterial Phosphorsilikatglas (PSG) und wurde unter Verwendung einer herkömmlichen chemischen Niederdruckdampfaufbringung (LPCVD) aufgebracht. Das Füllmaterial kann alternativ dazu durch Sputtern oder durch Schleuderbeschichtung aufgebracht werden.
Eine erste Metallschicht wird auf der Oberfläche des Substrats 102 und dem Füllmaterial 105 aufgebracht. Die erste Metallschicht wird strukturiert, wie es in den 6B und 6J gezeigt ist, um die Elektrode 112, die Elektrode 452, die Bondanschlussfläche 132, die Bondanschlussfläche 138 und die Zwischenverbindungsanschlussfläche 176 zu definieren. Das Strukturieren definiert auch in der ersten Metallschicht die elektrische Bahn 133, die sich zwischen der Elektrode 112 und der Bondanschlussfläche 132 erstreckt, die elektrische Bahn 177, die sich zwischen der Elektrode 452 und der Zwischenverbindungsanschlussfläche 177 erstreckt, und die elektrische Bahn 139, die sich zwischen der Zwischenverbindungsanschlussfläche 176 und der Bondanschlussfläche 138 erstreckt.
Die Elektrode 112 und die Elektrode 452 weisen normalerweise eine asymmetrische Form in einer Ebene auf, die zu der Hauptoberfläche des Wafers parallel ist. Eine asymmetrische Form minimiert laterale Moden bei dem FBAR 110 und dem FBAR 450 (2A), zu denen die Elektroden gehören. Dies ist in dem U.S.-Patent Nr. 6,215,375 von Larson III u. a. beschrieben. Die Elektrode 112 und die Elektrode 452 lassen einen Teil der Oberfläche des Füllmaterials 105 freiliegend, so dass das Füllmaterial später durch Ätzen entfernt werden kann, wie es im Folgenden beschrieben ist.
Unter zusätzlicher Bezugnahme auf 5D werden die Elektroden 114 und 454 in einer zweiten Metallschicht definiert, die Elektroden 122 und 462 werden in einer dritten Metallschicht definiert, und die Elektroden 124 und 464 werden in einer vierten Metallschicht definiert, wie es im Folgenden beschrieben ist. Die erste bis vierte Metallschicht, in denen die Elektroden definiert sind, werden derart strukturiert, dass in jeweiligen Ebenen, die parallel zu der Hauptoberfläche des Wafers sind, die Elektroden 112 und 114 des FBAR 110 die gleiche Form, Größe, Ausrichtung und Position aufweisen, die Elektroden 122 und 124 des FBAR 120 die gleiche Form, Größe, Ausrichtung und Position aufweisen, die Elektroden 452 und 454 des FBAR 450 die gleiche Form, Größe, Ausrichtung und Position aufweisen, und die Elektroden 462 und 464 des FBAR 460 die gleiche Form, Größe, Ausrichtung und Position aufweisen. Normalerweise werden die Metallschichten derart strukturiert, dass die Elektroden 114 und 122 außerdem die gleiche Form, Größe, Ausrichtung und Position aufweisen, und die Elektroden 454 und 462 außerdem die gleiche Form, Größe, Ausrichtung und Position aufweisen. Gemäß der Erfindung werden bei dem gezeigten Beispiel die Metallschichten außerdem derart strukturiert, dass die Elektroden 452, 454, 462 und 464 der FBARs 110 und 120 des DSBAR 408 sich bezüglich der Fläche von den Elektroden 112, 114, 122 und 124 der FBARs 110 und 120 des DSBAR 106 unterscheiden. Die sich unterscheidenden Elektrodenflächen veranlassen, dass sich die FBARs 450 und 460 des DSBAR 408 bezüglich der Kapazität und somit bezüglich der Impedanz von den FBARs 110 und 120 des DSBAR 106 unterscheiden.
Bei einem Ausführungsbeispiel war das Material jeder der Metallschichten Molybdän, das durch Sputtern mit einer Dicke von etwa 300 nm aufgebracht wurde. Die Elektroden des DSBAR 106, die in jeder der Metallschichten definiert waren, waren fünfeckig, jede mit einer Fläche von etwa 12.000 μm², und die Elektroden des DSBAR 408, die in jeder der Metallschichten definiert waren, waren fünfeckig, jede mit einer Fläche von etwa 6.000 μm². Diese Elektrodenfläche ergibt ein Flächenverhältnis von etwa 2,0 und ein Impedanzwandlungsverhältnis von 1:4,5. Andere Elektrodenflächen ergeben andere charakteristische Impedanzen und Impedanzwandlungsverhältnisse.
Andere hochschmelzende Metalle, wie z. B. Wolfram, Niobium und Titan, können alternativ dazu als das Material der Metallschichten verwendet werden. Die Metallschichten können jede alternativ dazu Schichten aus mehr als einem Material aufweisen. Ein zu berücksichtigender Faktor beim Auswählen des Materials der Elektroden des FACT 400 sind die akustischen Eigenschaften des Elektrodenmaterials: die akustischen Eigenschaften der ein oder mehr Materialien der restlichen Metallteile des FACT 400 sind weniger wichtig als andere Eigenschaften, wie z. B. elektrische Leitfähigkeit. Somit können sich die ein oder mehr Materialien der restlichen Metallteile des FACT 400 von dem Material der Elektroden unterscheiden.
Eine Schicht aus piezoelektrischem Material wird aufgebracht und wird strukturiert, wie es in den 6C und 6K gezeigt ist, um eine piezoelektrische Schicht 117 zu definieren, die das piezoelektrische Element 116 des FBAR 110 und das piezoelektrische Element 456 des FBAR 450 liefert. Die piezoelektrische Schicht 117 erstreckt sich über das Substrat 102 über die Erstreckung des Hohlraums 104 hinaus. Die piezoelektrische Schicht 117 wird strukturiert, um einen Teil der Oberfläche des Füllmaterials 105, die Bondanschlussflächen 132 und 138 und die Zwischenverbindungsanschlussfläche 176 freizulegen. Die piezoelektrische Schicht 117 wird außerdem strukturiert, um Fenster 119 zu definieren, die einen Zugang zu zusätzlichen Teilen der Oberfläche des Füllmaterials liefern.
Bei einem Ausführungsbeispiel war das piezoelektrische Material, das aufgebracht wurde, um die piezoelektrische Schicht 117 und die piezoelektrische Schicht 127, die im Folgenden beschrieben sind, zu bilden, Aluminiumnitrid, das durch Sputtern mit einer Dicke von etwa 1,4 μm aufgebracht wurde. Das piezoelektrische Material wurde durch Nassätzen in Kaliumhydroxid oder durch ein chlorbasiertes Trockenätzen strukturiert. Alternative Materialien für die piezoelektrischen Schichten umfassen Zinkoxid, Kadmiumsulfid und gepolte ferroelektrische Materialien, wie z. B. ferroelektrische Perowskit-Materialien, einschließlich Bleizirkoniumtitanat, Bleimetaniobat und Bariumtitanat.
Eine zweite Metallschicht wird auf die piezoelektrische Schicht 117 aufgebracht und wird strukturiert, wie es in den 6D und 6L gezeigt ist, um die Elektrode 114, die Elektrode 454, die Bondanschlussfläche 172 und die Zwischenverbindungsanschlussfläche 136 in elektrischem Kontakt mit der Zwischenverbindungsanschlussfläche 176 zu definieren. Das Strukturieren definiert außerdem in der zweiten Metallschicht die elektrische Bahn 137, die sich zwischen der Elektrode 114 und der Zwischenverbindungsanschlussfläche 136 erstreckt, die elektrische Bahn 173, die sich zwischen der Elektrode 454 und der Bondanschlussfläche 172 erstreckt, und die elektrische Bahn 167, die sich zwischen den Bondanschlussflächen 132 und 172 erstreckt.
Eine Schicht aus akustischem Entkopplungsmaterial wird dann aufgebracht und wird strukturiert, wie es in den 6E und 6M gezeigt ist, um die akustische Entkopplungsschicht 131 zu definieren, die den akustischen Entkoppler 130 und den akustischen Entkoppler 470 liefert. Die akustische Entkopplungsschicht 131 wird strukturiert, um zumindest die Elektrode 114 und die Elektrode 454 zu bedecken und einen Teil der Oberfläche des Füllmaterials 105, die Bondanschlussflächen 132, 138 und 172 und die Zwischenverbindungsanschlussflächen 136 und 176 freizulegen. Die akustische Entkopplungsschicht 131 wird außerdem strukturiert, um die Fenster 119 zu definieren, die einen Zugang zu zusätzlichen Teilen der Oberfläche des Füllmaterials liefern.
Bei einem Ausführungsbeispiel war das akustische Entkopplungsmaterial Polyimid mit einer Dicke von etwa 200 nm, d. h. ein Viertel der Wellenlänge einer Mittenfrequenz von etwa 1.900 MHz in dem Polyimid. Das Polyimid wurde durch Schleuderbeschichten aufgebracht, um die akustische Entkopplungsschicht 131 zu bilden, und wurde durch Photolithographie strukturiert. Polyimid ist photoempfindlich, so dass kein Photoresist benötigt wird. Wie es im Vorhergehenden erwähnt wurde, können andere Kunststoffmaterialien als das akustische Entkopplungsmaterial verwendet werden. Das akustische Entkopplungsmaterial kann durch andere Verfahren als Schleuderbeschichten aufgebracht werden.
Bei einem Ausführungsbeispiel, bei dem das akustische Entkopplungsmaterial Polyimid war, wurde der Wafer nach dem Aufbringen und Strukturieren des Polyimids anfangs bei einer Temperatur von etwa 250°C in Luft und schließlich bei einer Temperatur von etwa 415°C in einer inerten Atmosphäre, wie z. B. einer Stickstoffatmosphäre, gebacken, bevor eine weitere Verarbeitung durchgeführt wurde. Das Backen verdampft flüchtige Bestandteile des Polyimids und verhindert, dass die Verdampfung derartiger flüchtiger Bestandteile während einer nachfolgenden Verarbeitung bewirkt, dass sich nachfolgend aufgebrachte Schichten trennen.
Eine dritte Metallschicht wird auf die akustische Entkopplungsschicht 131 aufgebracht und wird strukturiert, wie es in den 6F und 6N gezeigt ist, um die Elektrode 122, die Elektrode 462 und die Bondanschlussfläche 178 zu definieren. Das Strukturieren definiert auch in der dritten Metallschicht die elektrische Bahn 171, die sich zwischen der Elektrode 122 und der Elektrode 462 erstreckt, und die elektrische Bahn 179, die sich zwischen der elektrischen Bahn 171 und der Bondanschlussfläche 178 erstreckt.
Eine Schicht aus piezoelektrischem Material wird aufgebracht und wird strukturiert, wie es in den 6G und 6O gezeigt ist, um die piezoelektrische Schicht 127 zu defi nieren, die das piezoelektrische Element 126 des FBAR 120 und das piezoelektrische Element 466 des FBAR 460 liefert. Die piezoelektrische Schicht 127 wird strukturiert, um die Bondanschlussflächen 132, 138, 178 und 172, die Zwischenverbindungsanschlussflächen 136 und 176 und einen Teil der Oberfläche des Füllmaterials 105 freizulegen. Die piezoelektrische Schicht 127 wird außerdem strukturiert, um die Fenster 119 zu definieren, die einen Zugang zu zusätzlichen Teilen der Oberfläche des Füllmaterials liefern.
Eine vierte Metallschicht wird aufgebracht und wird strukturiert, wie es in den 6H und 6O gezeigt ist, um die Elektrode 124, die Elektrode 464, die Bondanschlussfläche 163, die Bondanschlussfläche 134, die Bondanschlussfläche 174 und die Bondanschlussfläche 168 zu definieren. Das Strukturieren definiert auch in der vierten Metallschicht die elektrische Bahn 135, die sich von der Elektrode 124 zu der Bondanschlussfläche 134 erstreckt, die elektrische Bahn 175, die sich von der Elektrode 464 zu der Bondanschlussfläche 174 erstreckt, und die elektrische Bahn 169, die sich von der Bondanschlussfläche 163 und der Bondanschlussfläche 168 zu der Bondanschlussfläche 178 erstreckt.
Der Wafer wird dann isotrop nassgeätzt, um das Füllmaterial 105 aus dem Hohlraum 104 zu entfernen. Wie es im Vorhergehenden erwähnt ist, bleiben Abschnitte der Oberfläche des Füllmaterials 105 z. B. durch die Fenster 119 freiliegend. Der Ätzprozess hinterlässt den FACT 400 über dem Hohlraum 104 hängend, wie es in den 5A und 5B gezeigt ist.
Bei einem Ausführungsbeispiel war das Ätzmittel, das verwendet wurde, um das Füllmaterial 105 zu entfernen, verdünnte Flusssäure.
Eine Goldschutzschicht wird auf die freiliegenden Oberflächen der Bondanschlussflächen 172, 138, 132, 163, 134, 178, 174 und 168 aufgebracht.
Der Wafer wird dann in einzelne FACTs, einschließlich des FACT 400, geteilt. Jeder FACT wird dann in einem Gehäuse befestigt, und elektrische Verbindungen werden zwischen den Bondanschlussflächen 172, 132, 163, 134, 178, 174 und 168 des FACT und Anschlussflächen, die zu dem Gehäuse gehören, hergestellt.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das akustische Entkopplungsmaterial der akustischen Entkopplungsschicht 131 ein vernetztes Polyphenylenpolymer. Nachdem die zweite Metallschicht strukturiert worden ist, um die Elektroden 114 und 454 zu definieren, wie es im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf die 6D und 6L beschrieben ist, wird die Vorläuferlösung für das vernetzte Polyphenylenpolymer auf eine Weise aufgeschleudert, die derjenigen ähnlich ist, die im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf die 6E und 6M beschrieben ist, wird jedoch nicht strukturiert. Die Formulierung des vernetzten Polyphenylenpolymers und die Schleudergeschwindigkeit sind so ausgewählt, dass das vernetzte Polyphenylenpolymer eine Schicht mit einer Dicke von etwa 187 nm bildet. Dies entspricht einem Viertel der Wellenlänge λ_n in dem vernetzten Polyphenylenpolymer eines akustischen Signals, das eine Frequenz aufweist, die gleich der Mittenfrequenz des Durchlassbandes des FACT 400 ist. Der Wafer wird dann bei einer Temperatur in dem Bereich von etwa 385°C bis etwa 450°C in einer inerten Umgebung, wie z. B. unter Vakuum oder in einer Stickstoffatmosphäre, gebacken, bevor ein weiteres Verarbeiten durchgeführt wird. Das Backen vertreibt zuerst die organischen Lösungsmittel aus der Vorläuferlösung und bewirkt dann, dass sich das Oligomer vernetzt, wie es im Vorhergehenden beschrieben ist, um das vernetzte Polyphenylenpolymer zu bilden.
Die dritte Metallschicht wird dann auf die Schicht aus vernetztem Polyphenylenpolymer auf eine Weise aufgebracht, die derjenigen ähnlich ist, die im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf die 6F und 6N beschrieben ist. Die dritte Metallschicht wird jedoch anfangs auf eine Weise strukturiert, die derjenigen ähnlich ist, die in den 6E und 6M gezeigt ist, um eine Hartmaske zu definieren, die verwendet wird, um die Schicht aus vernetztem Polyphenylenpolymer zu strukturieren, um die akustische Entkopplungsschicht 131 zu definieren. Die anfangs strukturierte dritte Metallschicht weist die gleiche Erstreckung wie die akustische Entkopplungsschicht 131 auf und weist Fenster an den Orten der Fenster 119 in der akustischen Entkopplungsschicht 131 auf.
Die Schicht aus vernetztem Polyphenylenpolymer wird dann, wie es in den 6E und 6M gezeigt ist, mit der anfangs strukturierten dritten Metallschicht als einer Hartätzmaske strukturiert. Das Strukturieren definiert in der Schicht aus vernetztem Polyphenylenpolymer die Erstreckung der akustischen Entkopplungsschicht 131 und die Fenster 119, die einen Zugang zu zusätzlichen Teilen der Oberfläche des Füllmaterials 105 liefern. Das Strukturieren wird mit einem Sauerstoffplasmaätzen durchgeführt.
Die dritte Metallschicht wird dann erneut strukturiert, wie es in den 6F und 6N gezeigt ist, um die Elektrode 122, die Elektrode 462 und die Bondanschlussfläche 178 zu definieren. Das erneute Strukturieren definiert auch in der dritten Metallschicht die elektrische Bahn 171, die sich zwischen der Elektrode 122 und der Elektrode 462 erstreckt, und die elektrische Bahn 179, die sich zwischen der elektrischen Bahn 171 und der Bondanschlussfläche 178 erstreckt.
Eine Herstellung des Ausführungsbeispiels des FACT 400 mit einer akustischen Entkopplungsschicht aus einem vernetzten Polyphenylenpolymer wird durch ein Durchführen der Bearbeitung abgeschlossen, die im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf die 6G, 6H, 6O und 6P beschrieben ist.
Bei einem Ausführungsbeispiel war die Vorläuferlösung für das vernetzte Polyphenylenpolymer eine, die von The Dow Chemical Company vertrieben und mit SiLK^TM J bezeichnet wird. Alternativ dazu kann es sich bei der Vorläuferlösung um eine beliebige geeignete der Vorläuferlösungen handeln, die von The Dow Chemical Company unter dem Warenzeichen SiLK vertrieben werden. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen wurde eine Schicht eines Haftungspromotors aufgebracht, bevor die Vorläuferlösung aufgeschleudert wurde. Vorläuferlösungen, die Oligomere enthalten, die, wenn dieselben gehärtet werden, ein vernetztes Polyphenylenpolymer bilden, das eine akustische Impedanz von etwa 2 Mrayl aufweist, können jetzt oder in Zukunft von anderen Lieferanten erhältlich sein und können ebenfalls verwendet werden.
Ein Ausführungsbeispiel des FACT 500, der im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf 5E beschrieben ist, kann unter Verwendung einer Variation bei den im Vorhergehenden beschriebenen Prozessen hergestellt werden. Elektroden 552, 554, 562 und 562 und die Elektroden 112, 114, 122, 124 sind alle bezüglich der Fläche gleich. Bei einem derartigen Ausführungsbeispiel wird piezoelektrisches Material über den Elektroden 112 und 552 mit einer ersten Dicke aufgebracht, und zusätzliches piezoelektrisches Material wird über und neben der Elektrode 552 aufgebracht. Die Zweidickenschicht aus piezoelektrischem Material wird dann strukturiert, wie es im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf die 6C und 6K beschrieben ist, um eine piezoelektrische Schicht 517 zu definieren. Außerdem wird piezoelektrisches Material über den Elektroden 122 und 562 mit einer ersten Dicke aufgebracht, und zusätzliches piezoelektrisches Material wird über und neben der Elektrode 562 aufgebracht. Die Zweidickenschicht aus piezoelektrischem Material wird dann strukturiert, wie es im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf die 6G und 6P beschrieben ist, um eine piezoelektrische Schicht 527 zu definieren. Dies lässt die piezoelektrischen Elemente 556 und 566 sich bezüglich der Dicke von den piezoelektrischen Elementen 116 und 126 unterscheiden und die FBARs 550 und 560 des DSBAR 508 sich bezüglich der Kapazität und somit der Impedanz von den FBARs 110 und 120 des DSBAR 106 unterscheiden. Bei einer Variation unterscheiden sich die Elektroden 552, 554, 562 und 562 außerdem bezüglich der Fläche von den Elektroden 112, 114, 122, 124, um den Unterschied bei der Impedanz zwischen den FBARs des DSBAR 508 und den FBARs des DSBAR 106 weiter zu erhöhen.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Elektroden 452, 454, 462 und 462 und die Elektroden 112, 114, 122, 124 bezüglich der Fläche alle gleich. Bei einem derartigen Ausführungsbeispiel wird ein erstes piezoelektrisches Material über der Elektrode 112 aufgebracht, und ein zweites piezoelektrisches Material wird über der Elektrode 452 aufgebracht. Die piezoelektrischen Materialien unterscheiden sich bezüglich der dielektrischen Konstante. Die zusammengesetzte Schicht aus piezoelektrischem Material wird dann strukturiert, wie es im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf die 6C und 6K beschrieben ist, um die piezoelektrische Schicht 117 zu definieren. Außerdem wird das erste piezoelektrische Material über der Elektrode 122 aufgebracht, und das zweite piezoelektrische Material wird über der Elektrode 462 aufgebracht. Die piezoelektrischen Materialien unterscheiden sich bezüglich der dielektrischen Konstante. Die zusammengesetzte Schicht aus piezoelektrischem Material wird dann strukturiert, wie es im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf die 6G und 6P beschrieben ist, um die piezoelektrische Schicht 127 zu definieren. Dies lässt die piezoelektrischen Elemente 456 und 466 sich bezüglich der dielektrischen Konstante von den piezoelektrischen Elementen 116 und 126 unterscheiden. Folglich unterscheiden sich die FBARs 450 und 460 des DSBAR 408 bezüglich der Kapazität und somit bezüglich der Impedanz von den FBARs 110 und 120 des DSBAR 106.
Bei einer Variation unterscheiden sich die Elektroden 452, 454, 462 und 462 außerdem bezüglich der Fläche von den Elektroden 112, 114, 122, 124, um den Unterschied bei der Impedanz zwischen den FBARs des DSBAR 408 und den FBARs des DSBAR 106 weiter zu erhöhen. Bei einer zusätzlichen oder alternativen Variation unterscheidet sich das erste piezoelektrische Material bezüglich der Dicke von dem zweiten piezoelektrischen Material, um den Unterschied bei der Impedanz zwischen den FBARs des DSBAR 408 und den FBARs des DSBAR 106 weiter zu erhöhen.

Claims

Ein akustisch gekoppelter Filmtransformator (FACT), der folgende Merkmale aufweist: entkoppelte gestapelte akustische Volumenresonatoren (DSBARs), wobei jeder der DSBARs folgende Merkmale aufweist: einen unteren akustischen Filmvolumenresonator (FBAR) und einen oberen FBAR, wobei der obere FBAR auf den unteren FBAR gestapelt ist, wobei jeder FBAR gegenüberliegende planare Elektroden und ein piezoelektrisches Element zwischen den Elektroden aufweist, und einen akustischen Entkoppler zwischen den FBARs; eine erste elektrische Schaltung, die die unteren FBARs derart verbindet; und eine zweite elektrische Schaltung, die die oberen FBARs derart verbindet; dass die FBARs eines der DSBARs sich bezüglich der Impedanz von den FBARs eines anderen der DSBARs unterscheiden.
Der FACT gemäß Anspruch 1, bei dem die Elektroden der FBARs des einen der DSBARs sich bezüglich der Fläche von den Elektroden der FBARs des anderen der DSBARs unterscheiden.
Der FACT gemäß Anspruch 1, bei dem die piezoelektrischen Elemente der FBARs des einen der DSBARs sich bezüglich der Dicke von den piezoelektrischen Elementen der FBARs des anderen der DSBARs unterscheiden.
Der FACT gemäß Anspruch 1, bei dem die piezoelektrischen Elemente der FBARs des einen der DSBARs sich bezüglich der dielektrischen Konstante von den piezoelektrischen Elementen der FBARs des anderen der DSBARs unterscheiden.
Der FACT gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei: die erste elektrische Schaltung die unteren FBARs in Reihe schaltet und die zweite elektrische Schaltung die oberen FBARs antiparallel schaltet oder wobei die erste elektrische Schaltung die unteren FBARs antiparallel schaltet und die zweite elektrische Schaltung die oberen FBARs in Reihe schaltet.
Der FACT gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die DSBARs eine Anzahl von mehr als zwei aufweisen.
Der FACT gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei: der FACT ein Durchlassband aufweist, das eine Mittenfrequenz aufweist und jeder der akustischen Entkoppler eine Schicht aus akustischem Entkopplungsmaterial aufweist, die eine nominale Dicke aufweist, die gleich einem Viertel der Wellenlange in dem akustischen Entkopplungsmaterial eines akustischen Signals ist, das bezüglich der Frequenz gleich der Mittenfrequenz ist.
Der FACT gemäß Anspruch 7, bei dem das akustische Entkopplungsmaterial eines von Polyimid, Paralen und einem vernetzten Polyphenylenpolymer aufweist.
Der FACT gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei: der FACT ein Durchlassband aufweist, das eine Mittenfrequenz aufweist; und jeder der akustischen Entkoppler Schichten von unterschiedlichen akustischen Entkopplungsmaterialien aufweist und strukturiert ist, um eine nominale Phasenänderung von π/2 bei einem akustischen Signal zu bewirken, das bezüglich der Frequenz gleich der Mittenfrequenz ist.
Der FACT gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei: die DSBARs eine Anzahl von mehr als zwei aufweisen; und eine der elektrischen Schaltungen Reihen- und Parallelverbindungen zwischen dem jeweiligen der unteren FBARs und den oberen FBARs liefert.
Der FACT gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der FACT ein Impedanzwandlungsverhältnis von (1 + r)²/r aufweist, wobei r das Verhältnis zwischen der Impedanz der FBARs des einen der DSBARs und der Impedanz der FBARs des anderen der DSBARs ist.
Ein akustisch gekoppelter Filmtransformator (FACT), der folgende Merkmale aufweist: mehr als zwei entkoppelte gestapelte akustische Volumenresonatoren (DSBARs), wobei jeder der DSBARs folgende Merkmale aufweist: einen ersten akustischen Filmvolumenresonator (FBAR) und einen zweiten FBAR, wobei einer der FBARs auf den anderen der FBARs gestapelt ist, wobei jeder FBAR gegenüberliegende planare Elektroden und ein piezoelektrisches Element zwischen den Elektroden aufweist, und einen akustischen Entkoppler zwischen den FBARs; eine erste elektrische Schaltung, die die ersten FBARs der DSBARs verbindet; und eine zweite elektrische Schaltung, die die zweiten FBARs der DSBARs verbindet, wobei die erste elektrische Schaltung Reihen- und Parallelverbindungen zwischen den ersten FBARs bildet.
Der FACT gemäß Anspruch 12, wobei: die DSBARs einen ersten DSBAR, einen zweiten DSBAR und einen dritten DSBAR aufweisen; und die erste elektrische Schaltung den ersten FBAR des ersten DSBAR und den ersten FBAR des zweiten DSBAR in Reihe schaltet, um eine Reihenkombination zu bilden, und den ersten FBAR des dritten DSBAR parallel zu der Reihenkombination schaltet.
Der FACT gemäß Anspruch 12, wobei: die DSBARs außerdem einen vierten DSBAR aufweisen; und die erste elektrische Schaltung außerdem den ersten FBAR des vierten DSBAR parallel zu dem ersten FBAR des dritten DSBAR und der Reihenkombination schaltet.
Der FACT gemäß Anspruch 12, wobei: die DSBARs außerdem einen vierten DSBAR aufweisen und die erste elektrische Schaltung außerdem den ersten FBAR des vierten DSBAR in Reihe mit dem ersten FBAR des ersten DSBAR und dem ersten FBAR des zweiten DSBAR schaltet, um die Reihenkombination zu bilden.
Der FACT gemäß Anspruch 12, wobei: die DSBARs außerdem einen vierten DSBAR aufweisen; und die erste elektrische Schaltung außerdem den ersten FBAR des vierten DSBAR in Reihe mit dem ersten FBAR des dritten DSBAR schaltet, der parallel zu der Reihenkombination geschaltet ist.
Der FACT gemäß Anspruch 12, wobei: die DSBARs einen ersten DSBAR, einen zweiten DSBAR und einen dritten DSBAR aufweisen; und die erste elektrische Schaltung den ersten FBAR des ersten DSBAR und den ersten FBAR des zweiten DSBAR parallel schaltet, um eine Parallelkombination zu bilden, und den ersten FBAR des dritten DSBAR in Reihe mit der Parallelkombination schaltet.
Der FACT gemäß Anspruch 17, wobei: die DSBARs außerdem einen vierten DSBAR aufweisen; und die erste elektrische Schaltung außerdem den ersten FBAR des vierten DSBAR parallel zu dem ersten FBAR des ersten DSBAR und dem ersten FBAR des zweiten DSBAR schaltet, um die Parallelkombination zu bilden.
Der FACT gemäß Anspruch 17, wobei: die DSBARs außerdem einen vierten DSBAR aufweisen; und die erste elektrische Schaltung außerdem den ersten FBAR des vierten DSBAR in Reihe mit dem ersten FBAR des dritten DSBAR und der Parallelkombination schaltet.
Der FACT gemäß Anspruch 12, wobei: die erste elektrische Schaltung die ersten FBARs in einer ersten Schaltungsanordnung verbindet; und die zweite elektrische Schaltung die zweiten FBARs in einer zweiten Schaltungsanordnung verbindet, die sich von der ersten Schaltungsanordnung unterscheidet.
Der FACT gemäß Anspruch 12, bei dem die erste elektrische Schaltung die ersten FBARs aller DSBARs parallel schaltet.
Der FACT gemäß Anspruch 12, bei dem die erste elektrische Schaltung die ersten FBARs aller DSBARs in Reihe schaltet.
Der FACT gemäß Anspruch 12, bei dem die FBARs eines der DSBARs sich bezüglich der Impedanz von den FBARs eines anderen der DSBARs unterscheiden.
Ein akustisch gekoppelter Filmtransformator (FACT), der folgende Merkmale aufweist: entkoppelte gestapelte akustische Volumenresonatoren (DSBARs), wobei jeder der DSBARs folgende Merkmale aufweist: einen ersten akustischen Filmvolumenresonator (FBAR) und einen zweiten FBAR, wobei einer der FBARs auf den anderen der FBARs gestapelt ist, wobei jeder FBAR gegenüberliegende planare Elektroden und ein piezoelektrisches Element zwischen den Elektroden aufweist, und einen akustischen Entkoppler zwischen den FBARs; eine erste elektrische Schaltung, die die ersten FBARs derart verbindet; und eine zweite elektrische Schaltung, die die zweiten FBARs derart verbindet; dass der FACT ein Impedanzwandlungsverhältnis aufweist, das sich von 1:1 und 1:m² unter-scheidet, wobei m die Anzahl der DSBARs ist.
Der FACT gemäß Anspruch 24, bei dem die FBARs eines der DSBARs sich bezüglich der Impedanz von den FBARS eines anderen der DSBARs unterscheiden.
Der FACT gemäß Anspruch 24 oder Anspruch 25, wobei: die DSBARs eine Anzahl von mehr als zwei aufweisen; die erste elektrische Schaltung die ersten FBARs in einer ersten Schaltungsanordnung verbindet, die Reihen- und Parallelverbindungen zwischen den ersten FBARs aufweist; und die zweite elektrische Schaltung die zweiten FBARs in einer zweiten Schaltungsanordnung verbindet, die sich von der ersten Schaltungsanordnung unterscheidet.