DE112004002038T5

DE112004002038T5 - Akustisch gekoppelter Filmtransformator mit erhöhter Gleichtaktunterdrückung

Info

Publication number: DE112004002038T5
Application number: DE112004002038T
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: 2006-09-21
Anticipated expiration: 2024-10-30
Also published as: DE112004002035B4; US20050128030A1; WO2005043752A1; CN1883115B; GB2421379A; JP2005137001A; US7173504B2; CN100555855C; US7091649B2; CN100555851C; DE112004002038B4; GB0605770D0; GB2422059A; GB0605767D0; CN100555856C; CN1871768A; CN1871770A; US6946928B2; US20050093656A1; US20050093659A1

Abstract

Ein akustisch gekoppelter Filmtransformator (FACT), der folgende Merkmale aufweist:
einen ersten entkoppelten gestapelten akustischen Volumenresonator (DSBAR) und einen zweiten DSBAR, wobei jeder DSBAR 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 verbindet; und
eine zweite elektrische Schaltung, die die oberen FBARs verbindet; wobei:
bei zumindest einem der DSBARs der akustische Entkoppler, eine der Elektroden des unteren FBAR, die zu dem akustischen Entkoppler benachbart ist, und eine der Elektroden des oberen FBAR, die zu dem akustischen Entkoppler benachbart ist, einen parasitären Kondensator bilden; und
der FACT außerdem einen Induktor aufweist, der elektrisch parallel zu dem parasitären Kondensator geschaltet ist.

Description

Hintergrund
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-/Parallel- ausgangsleitungen 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 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 Leistungshand habungsfähigkeit 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 entkoppelten gestapelten akustischen Volumenresonator (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 denselben 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 denselben auf. Jeder der FBARs weist gegenüberliegende planare Elektroden und ein piezoelektrisches Element zwischen den Elektroden auf. Zum Beispiel weist der FBAR 110 gegenüberliegende planare Elektroden 112 und 114 mit einem piezoelektrischen Element 116 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 und den oberen FBAR 160 des DSBAR 108 verbindet.
Bei dem Ausführungsbeispiel des im Vorhergehenden beschriebenen FACT, das in 1A gezeigt ist, verbindet die elektrische Schaltung 141 die unteren FBARs 110 und 150 anti-parallel 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. Bei dem gezeigten Beispiel weist die elektrische Schaltung 142 außerdem einen Mittelabgriffsanschluss 147 auf, der mit 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 schaltet die elektrische Schaltung 141 die unteren FBARs 110 und 150 elektrisch entweder anti-parallel oder in Reihe, und die elektrische Schaltung 142 schaltet die oberen FBARs elektrisch entweder anti-parallel oder in Reihe.
Alle Ausführungsbeispiele des im Vorhergehenden beschriebenen FACT weisen eine geringe Größe auf, sind in der Lage, eine Eintaktschaltungsanordnung mit einer symmetrischen Schaltungsanordnung oder umgekehrt zu verbinden, und liefern eine elektrische Isolation zwischen Primär- und Sekundärwicklung. Die speziell im Vorhergehenden beschriebenen Ausführungsbeispiele sind auch nominal elektrisch symmetrisch.
Das Ausführungsbeispiel, das in 1A gezeigt ist, ist von besonderem Interesse für eine Anzahl von Anwendungen. Obwohl dieses Ausführungsbeispiel jedoch nominal elektrisch symmetrisch ist, ist seine Gleichtaktunterdrückung geringer als es viele potentielle Anwendungen erfordern. Die Gleichtaktunterdrückung einer Differenzvorrichtung wird quantitativ durch ein Gleichtaktunterdrückungsverhältnis (CMRR) bestimmt, wobei es sich um das Verhältnis der Gegentaktspannungsverstärkung zu der Gleichtaktspannungsverstärkung der Differenzvorrichtung handelt.
Ein Lösungsansatz zum Erhöhen des Gleichtaktunterdrückungsverhältnisses besteht darin, die Dicke des akustischen Entkopplers zu erhöhen. Ein Erhöhen der Dicke des akustischen Entkopplers bewirkt jedoch, dass die Frequenzantwort des FACT störende Artefakte aufweist, die durch die Fähigkeit des dickeren akustischen Entkopplers bewirkt werden, mehr als eine einzige akustische Mode zu unterstützen. Derartige störende Antwortartefakte sind bei vielen Anwendungen unerwünscht.
Was deshalb benötigt wird, ist ein FACT, der die Vorteile des im Vorhergehenden beschriebenen FACT aufweist, der jedoch ein erhöhtes Gleichtaktunterdrückungsverhältnis und eine glatte Frequenzantwort aufweist.
Zusammenfassung der Erfindung
In einem ersten Aspekt liefert die Erfindung einen akustisch gekoppelten Filmtransformator (FACT), der einen ersten entkoppelten gestapelten akustischen Volumenresonator (DSBAR) und einen zweiten DSBAR aufweist. Jeder DSBAR weist einen unteren akustischen Filmvolumenresonator (FBAR), einen oberen FBAR, der auf den unteren FBAR gestapelt ist, und einen akustischen Entkoppler zwischen den FBARs auf. Jeder FBAR weist gegenüberliegende planare Elektroden und ein piezoelektrisches Element zwischen den Elektroden auf. Der FACT weist außerdem eine erste elektrische Schaltung, die den unteren FBAR des ersten DSBAR mit dem unteren FBAR des zweiten DSBAR verbindet, und eine zweite elektrische Schaltung auf, die den oberen FBAR des ersten DSBAR mit den oberen FBARs des zweiten DSBAR verbindet. Bei zumindest einem der DSBARs bilden der akustische Entkoppler, eine der Elektroden des unteren FBAR, die zu dem akustischen Entkoppler benachbart ist, und eine der Elektroden des oberen FBAR, die zu dem akustischen Entkoppler benachbart ist, einen parasitären Kondensator. Der FACT weist außerdem einen Induktor auf, der elektrisch parallel zu dem parasitären Kondensator geschaltet ist. Der Induktor erhöht das Gleichtaktunterdrückungsverhältnis des FACT.
In einem letzten Aspekt liefert die Erfindung ein DSBAR-Bauelement, das eine Bandpasscharakteristik aufweist, die durch eine Mittenfrequenz charakterisiert ist. Das DSBAR-Bauelement weist einen unteren akustischen Filmvolumenresonator (FBAR), einen oberen FBAR, der auf den unteren FBAR gestapelt ist, und einen akustischen Entkoppler zwischen den FBARs auf. Jeder FBAR weist gegenüberliegende planare Elektroden und ein piezoelektrisches Element zwischen den Elektroden auf. Der akustische Entkoppler ist strukturiert, um eine Phasenänderung, die nominal gleich π/2 ist, bei einem akustischen Signal zu bewirken, das frequenzmäßig gleich der Mittenfrequenz ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1A ist eine schematische Zeichnung der elektrischen Schaltungen eines Ausführungsbeispiels eines akustisch gekoppelten 1:4- oder 4:1-Filmtransformators (FACT) gemäß dem Stand der Technik.
1B ist ein schematisches Diagramm, das den parasitären Kondensator zeigt, der in dem FACT vorliegt, der in 1A gezeigt ist, wenn der Mittelabgriff geerdet ist.
1C ist ein schematisches Diagramm, das die parasitären Kondensatoren zeigt, die in dem FACT vorliegen, der in 1A gezeigt ist, wenn der Mittelabgriff schwebt bzw. floatet.
2A ist ein schematisches Diagramm eines exemplarischen Ausführungsbeispiels eines akustisch gekoppelten Filmtransformators (FACT) mit geerdetem Mittelabgriff mit einem hohen Gleichtaktunterdrückungsverhältnis (CMRR) gemäß der Erfindung.
2B ist ein schematisches Diagramm eines exemplarischen Ausführungsbeispiels eines FACT mit floatendem Mittelabgriff mit einem hohen CMRR gemäß der Erfindung.
3A ist ein schematisches Diagramm eines exemplarischen Ausführungsbeispiels eines FACT mit geerdetem Mittelabgriff mit einem hohen CMRR gemäß der Erfindung, der eine Gleichstromisolation zwischen Primär- und Sekundärwicklung liefert.
3B ist ein schematisches Diagramm eines exemplarischen Ausführungsbeispiels eines FACT mit floatendem Mittelabgriff mit einem hohen CMRR gemäß der Erfindung, der eine Gleichstromisolation zwischen Primär- und Sekundärwicklung liefert.
4A, 4B u. 4C sind eine Grundrissansicht bzw. Querschnittsansichten entlang der Schnittlinien 4B-4B bzw. 4C-4C in 4A eines FACT-Moduls mit einem hohen CMRR, das die Basis von praktischen Ausführungsbeispielen eines FACT gemäß der Erfindung bildet.
5 ist eine Grundrissansicht eines ersten praktischen Ausführungsbeispiels eines FACT mit einem hohen CMRR gemäß der Erfindung.
6 ist eine Grundrissansicht eines zweiten praktischen Ausführungsbeispiels eines FACT mit einem hohen CMRR gemäß der Erfindung.
7 ist eine Grundrissansicht eines dritten praktischen Ausführungsbeispiels eines FACT mit einem hohen CMRR gemäß der Erfindung, der eine Gleich stromisolation zwischen Primär- und Sekundärwicklung liefert.
8A, 8B u. 8C sind eine Grundrissansicht, eine Seitenansicht bzw. eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie 8C-8C in 8A eines vierten praktischen Ausführungsbeispiels eines FACT mit einem hohen CMRR gemäß der Erfindung.
8D und 8E sind Grundrissansichten der Substrate, die einen Teil des FACT bilden, der in den 8A–8C gezeigt ist.
9A und 9B sind eine Grundrissansicht bzw. eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie 9B-9B in 9A eines fünften praktischen Ausführungsbeispiels eines FACT mit einem hohen CMRR gemäß der Erfindung.
10A und 10B sind eine Grundrissansicht bzw. eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie 10B-10B in 10A eines sechsten praktischen Ausführungsbeispiels eines FACT mit einem hohen CMRR gemäß der Erfindung, der eine Gleichstromisolation zwischen Primär- und Sekundärwicklung liefert.
11A bis 11H sind Grundansichten und 11I–11P sind Querschnittsansichten entlang der Schnittlinien 11I-11I bis 11P-11P jeweils in den 11A bis 11H, die einen Prozess veranschaulichen, der verwendet werden kann, um Ausführungsbeispiele des FACT herzustellen, der in den 10A–10B gezeigt ist.
Detaillierte Beschreibung
Die Erfinder haben herausgefunden, dass bei Ausführungsbeispielen des akustisch gekoppelten Filmtransformators (FACT) 100, der im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf 1A beschrieben ist, eine Signalfrequenz-Spannungsdifferenz zwischen den Elektroden an gegenüberliegenden Seiten zumindest eines der akustischen Entkoppler 130 und 170 während eines normalen Betriebs bestehen kann. 1B zeigt den FACT 100, der in 1A gezeigt ist, bei einer typischen Anwendung, bei der der Anschluss 144, der mit den Elektroden 112 und 154 verbunden ist, geerdet ist, und ein Mittelabgriffanschluss 147, der mit den Elektroden 122 und 162 verbunden ist, ebenfalls geerdet ist. Bei dieser Anwendung besteht eine Signalfrequenz-Spannungsdifferenz zwischen den Elektroden 114 und 122 auf gegenüberliegenden Seiten des akustischen Entkopplers 130. Wenn dieselbe an den parasitären Kondensator C_P angelegt wird, der aus den Elektroden 114 und 122 und dem akustischen Entkoppler 130 gebildet ist, bewirkt diese Spannungsdifferenz, dass ein Signalfrequenzstrom zwischen der elektrischen Schaltung 141 und der elektrischen Schaltung 142 fließt. Dieser Stromfluss senkt die Gleichtaktunterdrückung des FACT 100. Ein Kondensatorsymbol, das mit C_P etikettiert ist und mit gestrichelten Linien gezeigt ist, stellt den parasitären Kondensator C_P dar, der aus den Elektroden 114 und 122 und dem akustischen Entkoppler 130 gebildet ist. Die Kapazität des parasitären Kondensators ist bei Ausführungsbeispielen maximal, bei denen die Dicke des akustischen Entkopplers minimal ist, d. h. die Dicke des akustischen Entkopplers ist nominal gleich einem Viertel der Wellenlänge eines akustischen Signals, das frequenzmäßig gleich der Mittenfrequenz des Durchlassbandes des FACT 100 ist. Ein derartiger akustischer Entkoppler bewirkt eine Phasenänderung von π/2 Radian bei dem akustischen Signal.
Bei dieser Offenbarung wird ein Element, das mit einer niedrigen Impedanz bei der Signalfrequenz anstelle von Masse verbunden ist, als geerdet betrachtet.
1C zeigt den FACT 100 bei einer weiteren exemplarischen Anwendung, bei der die Elektroden 112 und 154 geerdet sind und die elektrische Schaltung 142 floatet. Bei dieser Anwendung besteht eine Signalfrequenz-Spannungsdifferenz zwischen den Elektroden 114 und 122 an gegenüberliegenden Seiten des akustischen Entkopplers 130, und eine Signalfrequenz-Spannungsdifferenz besteht außerdem zwischen den Elektroden 154 und 162 an gegenüberliegenden Seiten des akustischen Entkopplers 170. Wenn dieselbe an den parasitären Kondensator C_P' angelegt wird, der aus der Elektrode 154, der Elektrode 162 und dem akustischen Entkoppler 170 gebildet ist, bewirkt diese Spannungsdifferenz, dass ein zusätzlicher Strom zwischen der elektrischen Schaltung 141 und der elektrischen Schaltung 142 fließt. Dieser Stromfluss beeinträchtigt weiter das Gleichtaktunterdrückungsverhältnis des FACT 100. Ein Kondensatorsymbol, das mit C_P' etikettiert ist und mit gestrichelten Linien gezeigt ist, stellt den parasitären Kondensator C_P' dar, der durch die Elektroden 154 und 162 und den akustischen Entkoppler 170 bereitgestellt ist.
2A ist eine schematische Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel 200 eines akustisch gekoppelten Filmtransformators (FACT) gemäß der Erfindung zeigt. Der FACT 200 dient zur Verwendung bei einer Anwendung, die derjenigen ähnlich ist, die im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf 1B beschrieben ist, wobei die Elektroden 112 und 154, die mit dem Anschluss 144 verbunden sind, geerdet sind, und die Elektroden 122 und 162, die mit dem Mittelabgriffanschluss 147 verbunden sind, ebenfalls geerdet sind. Elemente des FACT 200, die Elementen des FACT 100 entsprechen, der im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf 1B beschrieben ist, sind durch die gleichen Bezugszeichen angezeigt und werden hier nicht noch einmal beschrieben. Bei dem FACT 200 ist ein Induktor 180 zwischen die Elektrode 114 und die Elektrode 122 an gegenüberliegenden Seiten des akustischen Entkopplers 130 geschaltet. Dies schaltet den Induktor 180 parallel zu dem parasitären Kondensator C_P. Der Induktor 180 erhöht erheblich das Gleichtaktunterdrückungsverhältnis des FACT 200 relativ zu demjenigen des FACT 100 durch ein Verringern des Stromflusses zwischen der elektrischen Schaltung 141 und der elektrischen Schaltung 142. Der Induktor 180 verbessert außerdem die Eingangsanpassung.
Der FACT 200 weist ein Durchlassband auf. Der Induktor 180 und die Parallelkombination des parasitären Kondensators C_P und der Kapazität C₀ zwischen den Anschlüssen 143 und 144 bilden eine Parallelresonanzschaltung 182, die eine Resonanzfrequenz in dem Durchlassband aufweist. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Resonanzfrequenz gleich der Mittenfrequenz des Durchlassbandes des FACT 200. Die Impedanz der Parallelresonanzschaltung 182 hängt von einer Beziehung zwischen der Signalfrequenz und der Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung ab und ist bei der Resonanzfrequenz maximal. Bei Signalfrequenzen über und unter der Resonanzfrequenz ist die Impedanz der Parallelresonanzschaltung 182 geringer als bei der Resonanzfrequenz, ist jedoch bei allen Signalfrequenzen in dem Durchlassband des FACT 200 wesentlich größer als diejenige des parasitären Kondensators C_P allein. Dementsprechend ist der Strom, der zwischen der elektrischen Schaltung 141 und der elektrischen Schaltung 142 durch die Parallelresonanzschaltung 182 fließt, wesentlich geringer als derjenige, der durch den parasitären Kondensator C_P alleine fließen würde. Folglich ist das Gleichtaktunterdrückungsverhältnis des FACT 200 größer als dasjenige des FACT 100, der in 1B gezeigt ist.
2B ist eine schematische Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel 202 eines FACT gemäß der Erfindung zeigt. Der FACT 202 dient zur Verwendung bei einer Anwendung, die derjenigen ähnlich ist, die im Vorhergehenden unter Bezug nahme auf 1C beschrieben ist, wobei die Elektroden 112 und 124 geerdet sind und die elektrische Schaltung 142 floatet. Elemente des FACT 202, die Elementen des FACT 100, der im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf 1B beschrieben ist, und des FACT 200 entsprechen, der im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf 2A beschrieben ist, sind durch die gleichen Bezugszeichen angezeigt und werden hier nicht noch einmal beschrieben. Der FACT 202 weist einen Induktor 180, der zwischen die Elektrode 114 und die Elektrode 122 an gegenüberliegenden Seiten des akustischen Entkopplers 130 geschaltet ist, und einen Induktor 181 auf, der zwischen die Elektrode 154 und die Elektrode 162 an gegenüberliegenden Seiten des akustischen Entkopplers 170 geschaltet ist. Die Induktoren 180 und 181 erhöhen erheblich das Gleichtaktunterdrückungsverhältnis des FACT 202 relativ zu demjenigen des FACT 100 durch ein Verringern des Stromflusses zwischen der elektrischen Schaltung 141 und der elektrischen Schaltung 142. Der Induktor 180 verbessert außerdem die Eingangsanpassung.
Der Induktor 180 und die Parallelkombination des parasitären Kondensators C_P und der Zwischenanschlusskapazität C₀ bilden eine Parallelresonanzschaltung 182, die eine Resonanzfrequenz in dem Durchlassband des FACT 202 aufweist. Der Induktor 181 und der parasitäre Kondensator C_P' bilden eine Parallelresonanzschaltung 183, die eine Resonanzfrequenz in dem Durchlassband des FACT 202 aufweist. Bei einem Ausführungsbeispiel weisen die Parallelresonanzschaltungen 182 und 183 jeweilige Resonanzfrequenzen auf, die gleich der Mittenfrequenz des Durchlassbandes des FACT 202 sind. Die Impedanz der Parallelresonanzschaltungen 182 und 183 hängt von einer Beziehung zwischen der Signalfrequenz und der Resonanzfrequenz der jeweiligen Resonanzschaltung ab und ist bei der Resonanzfrequenz maximal. Bei Signalfrequenzen über und unter der Resonanzfrequenz ist die Impedanz der Parallelresonanzschaltungen 182 und 183 geringer als bei der Resonanzfrequenz, ist jedoch bei allen Signalfrequenzen in dem Durchlassband des FACT 202 wesentlich größer als diejenige der parasitären Kondensatoren C_P und C_P' allein. Dementsprechend ist der Strom, der zwischen der elektrischen Schaltung 141 und der elektrischen Schaltung 142 durch die Parallelresonanzschaltungen 182 und 183 fließt, wesentlich geringer als derjenige, der durch die parasitären Kondensatoren C_P und C_P' allein fließen würde. Folglich ist das Gleichtaktunterdrückungsverhältnis des FACT 202 größer als dasjenige des FACT 100 bei der Anwendung, die in 1C gezeigt ist.
Bei dem FACT 200, der in 2A gezeigt ist, verbindet der Induktor 180 die elektrische Schaltung 141 und die elektrische Schaltung 142 bei Gleichstrom. Folglich liefert der FACT 200 keine elektrische Isolation zwischen der elektrischen Schaltung 141 und der elektrischen Schaltung 142 bei Gleichstrom. 3A ist eine schematische Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel 300 eines FACT gemäß der Erfindung zeigt, der außerdem eine elektrische Isolation zwischen den elektrischen Schaltungen 141 und 142 bei Gleichspannungen bis zur Durchbruchsspannung eines Isolationskondensators 184, der in Reihe mit dem Induktor 180 geschaltet ist, liefert. Der FACT 300 dient zur Verwendung bei einer Anwendung, die derjenigen ähnlich ist, die im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf 1B beschrieben ist, wobei die Elektroden 112 und 154, die mit dem Anschluss 144 verbunden sind, geerdet sind, und die Elektroden 122 und 162, die mit dem Mittelabgriffanschluss 147 verbunden sind, ebenfalls geerdet sind. Elemente des FACT 300, der in 3A gezeigt ist, die Elementen des FACT 200 entsprechen, der in 2A gezeigt ist, sind unter Verwendung der gleichen Bezugszeichen angezeigt und werden hier nicht noch einmal beschrieben.
Bei dem FACT 300 sind der Isolationskondensator 184 und der Induktor 180 in Reihe zwischen die Elektrode 114 und die Elektrode 122 an gegenüberliegenden Seiten des akustischen Entkopplers 130 geschaltet. Wie es im Vorhergehenden beschrieben ist, bilden der Induktor 180 und die Parallelkom bination des parasitären Kondensators C_P und der Zwischenelektrodenkapazität C₀ eine Parallelresonanzschaltung 182, die den Stromfluss zwischen der elektrischen Schaltung 141 und der elektrischen Schaltung 142 verringert. Der Induktor 180 bildet außerdem eine Reihenresonanzschaltung mit dem Isolationskondensator 184. Normalerweise ist die Kapazität des Isolationskondensators 184 zumindest das Vierfache derjenigen der Parallelkombination des parasitären Kondensators C_P und der Zwischenelektrodenkapazität C₀, so dass die Reihenresonanzfrequenz des Induktors 180 und des Isolationskondensators 184 zumindest eine Oktave niedriger als die Parallelresonanzfrequenz des Induktors 180 und der Parallelkombination der parasitären Kapazität C_P und der Zwischenelektrodenkapazität C₀ ist. Dies setzt die Reihenresonanzfrequenz außerhalb des Durchlassbandes des FACT 300. Folglich weist der Isolationskondensator 184 eine vernachlässigbare Wirkung auf die Frequenzantwort der Parallelresonanz in dem Durchlassband des FACT 300 auf. Die Kapazität des Isolationskondensators 184 kann alternativ geringer sein als diejenige, die eben beschrieben wurde, in diesem Fall kann die Wirkung des Isolationskondensators 184 auf die Frequenzantwort der Parallelresonanz in dem Durchlassband des FACT 300 jedoch geringer als vernachlässigbar sein.
3B ist eine schematische Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel 302 eines FACT gemäß der Erfindung zeigt. Der FACT 302 dient zur Verwendung bei einer Anwendung, die derjenigen ähnlich ist, die im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf 1C beschrieben ist, wobei die Elektroden 112 und 154 geerdet sind und die elektrische Schaltung 142 floatet. Elemente des FACT 302, der in 3B gezeigt ist, die Elementen des FACT 202 entsprechen, der in 2B gezeigt ist, sind unter Verwendung der gleichen Bezugszeichen angezeigt und werden hier nicht noch einmal beschrieben. Der FACT 302 weist den Induktor 180 und den Isolationskondensator 184, die in Reihe zwischen die Elektrode 114 und die Elektrode 122 an gegenüberliegenden Seiten des akustischen Entkopplers 130 geschaltet sind, und den Induktor 181 und einen Isolationskondensator 185 auf, die in Reihe zwischen die Elektrode 154 und die Elektrode 162 an gegenüberliegenden Seiten des akustischen Entkopplers 170 geschaltet sind.
Der Induktor 180 und der Isolationskondensator 184, die in Reihe geschaltet sind, verringern einen Stromfluss zwischen der elektrischen Schaltung 141 und der elektrischen Schaltung 142 und isolieren die elektrische Schaltung 141 auf die im Vorhergehenden beschriebene Weise von der elektrischen Schaltung 142 bei Gleichstrom. Der Induktor 181 und der Isolationskondensator 185, die in Reihe geschaltet sind, verringern einen Stromfluss zwischen der elektrischen Schaltung 141 und der elektrischen Schaltung 142 und isolieren die elektrische Schaltung 141 auf eine Weise, die derjenigen ähnlich ist, die im Vorhergehenden beschrieben ist, von der elektrischen Schaltung 142 bei Gleichstrom.
Die 4A bis 4C sind eine Grundrissansicht bzw. zwei Querschnittsansichten eines Ausführungsbeispiels 400 eines Akustisch-gekoppelter-Filmtransformator-(FACT) Moduls, das einen Teil von praktischen Ausführungsbeispielen eines FACT mit einem hohen Gleichtaktunterdrückungsverhältnis bildet, der im Folgenden beschrieben wird. Elemente des FACT-Moduls 400, die Elementen des FACT 100 entsprechen, der im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf die 1A und 1B beschrieben ist, sind durch die gleichen Bezugszeichen angezeigt und werden hier nicht noch einmal beschrieben.
Das FACT-Modul 400 ist aus einem Substrat 102 und entkoppelten gestapelten akustischen Volumenresonatoren (DSBARs) 106 und 108 gebildet. Jeder DSBAR ist aus einem unteren akustischen Filmvolumenresonator (FBAR), einem oberen FBAR und einem akustischen Entkoppler zwischen den FBARs gebildet. Das FACT-Modul 400 ist außerdem aus einer elektrischen Schaltung, die den unteren FBAR 110 des DSBAR 106 mit dem unteren FBAR 150 des DSBAR 108 verbindet, und einer elekt rischen Schaltung, die den oberen FBAR 120 des DSBAR 106 mit dem oberen FBAR 160 des DSBAR 108 verbindet, gebildet.
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 108 ist der untere FBAR 150 aus gegenüberliegenden planaren Elektroden 152 und 154 und einem piezoelektrischen Element 156 zwischen den Elektroden gebildet, und der obere FBAR 160 ist aus gegenüberliegenden planaren Elektroden 162 und 164 und einem piezoelektrischen Element 166 zwischen den Elektroden gebildet.
Bei dem FACT-Modul 400 ist bei dem DSBAR 106 der akustische 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. Der akustische Entkoppler 130 steuert die Kopplung akustischer Energie zwischen den FBARs 110 und 120. Der akustische Entkoppler 130 koppelt weniger akustische Energie zwischen den FBARs 110 und 120 als gekoppelt würde, wenn sich die FBARs in direktem Kontakt miteinander befinden würden. Außerdem ist der akustische Entkoppler 170 bei dem DSBAR 108 zwischen den FBARs 150 und 160 angeordnet; insbesondere zwischen der Elektrode 154 des unteren FBAR 150 und der Elektrode 162 des oberen FBAR 160. Der akustische Entkoppler 170 steuert die Kopplung akustischer Energie zwischen den FBARs 150 und 160. Der akustische Entkoppler 170 koppelt weniger akustische Energie zwischen den FBARs 150 und 160 als gekoppelt würde, wenn sich die FBARs in direktem Kontakt miteinander befinden würden. Das Koppeln akustischer Energie, das durch die akustischen Entkoppler 130 und 170 definiert ist, bestimmt die Bandbreite des Durchlassbandes des FACT-Moduls 400.
Bei dem Beispiel, das in den 4A bis 4C gezeigt ist, sind die akustischen Entkoppler 130 und 170 jeweilige Teile einer akustischen Entkopplungsschicht 131. Die akustische Entkopplungsschicht 131 ist eine Schicht aus akustischem Entkopplungsmaterial. Eine wichtige Eigenschaft des akustischen Entkopplungsmaterials der akustischen Entkopplungsschicht 131 ist eine akustische Impedanz, die sich wesentlich von derjenigen der FBARs 110, 120, 150 und 160 unterscheidet. Andere wichtige Eigenschaften des akustischen Entkopplungsmaterials sind ein hoher elektrischer spezifischer Widerstand und eine niedrige dielektrische Permittivität, um eine elektrische Isolation zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung des FACT zu liefern.
Die akustische Entkopplungsschicht 131 weist eine nominale Dicke t zwischen den Elektroden 114 und 122 und zwischen den Elektroden 154 und 162 auf, die gleich einem ungeraden ganzzahligen Vielfachen eines Viertels der Wellenlänge λ_n in dem akustischen Entkopplungsmaterial eines akustischen Signals ist, das frequenzmäßig gleich der Mittenfrequenz des Durchlassbandes des FACT-Moduls 400 ist, d. h. t = (2m + 1)λ_n/4, wobei m eine Ganzzahl ist, die größer oder gleich Null ist. Eine derartige akustische Entkopplungsschicht bewirkt eine Phasenänderung eines ungeraden ganzzahligen Vielfachen von π/2 Radian bei einem akustischen Signal, das eine Frequenz aufweist, die nominal gleich der Mittenfrequenz des Durchlassbandes des FACT-Moduls 400 ist. Eine akustische Entkopplungsschicht, die sich von der nominalen Dicke um etwa ± 10 % von λ_n/4 unterscheidet, kann alternativ dazu verwendet werden. Eine Dicke-Toleranz außerhalb dieses Bereichs kann mit einer gewissen Leistungsverschlechterung verwendet werden, aber die Dicke der akustischen Entkopplungsschicht 131 sollte sich erheblich von einem ganzzahligen Vielfachen von λ_n/2 unterscheiden.
Ausführungsbeispiele des FACT-Moduls 400, die ein Ausführungsbeispiel der akustischen Entkopplungsschicht 131 umfassen, bei dem der Wert der Ganzzahl m Null ist (t = λ_n/4), weisen eine Frequenzantwort auf, die sich wesentlich näher an einer idealen Frequenzantwort befindet als Ausführungsbeispiele, bei denen die akustische Entkopplungsschicht eine nominale Dicke aufweist, die größer als λ_n/4 (m > 0) ist. Ein derartiges Ausführungsbeispiel der akustischen Entkopplungsschicht wird als eine akustische Entkopplungsschicht minimaler Dicke bezeichnet. Eine akustische Entkopplungsschicht minimaler Dicke bewirkt eine Phasenänderung von π/2 Radian bei einem akustischen Signal, das eine Frequenz aufweist, die nominal gleich der Mittenfrequenz des Durchlassbandes des FACT-Moduls 400 ist. Die Frequenzantwort von Ausführungsbeispielen des FACT-Moduls, die eine akustische Entkopplungsschicht minimaler Dicke aufweisen, weist nicht die im Vorhergehenden erwähnten störenden Antwortartefakte auf, die von Ausführungsbeispielen gezeigt werden, bei denen die nominale Dicke der akustischen Entkopplungsschicht größer als das Minimum ist. Wie es im Vorhergehenden erwähnt ist, wurde eine glatte Frequenzantwort bislang auf Kosten dessen erhalten, das der parasitäre Kondensator C_P eine wesentlich größere Kapazität aufweist, und Ausführungsbeispiele, die eine glatte Frequenzantwort aufweisen, hatten deshalb normalerweise ein geringes Gleichtaktunterdrückungsverhältnis. Ausführungsbeispiele des FACT gemäß der Erfindung verwenden einen Induktor, um die Wirkung der hohen parasitären Kapazität zu verringern, die sich aus einer akustischen Entkopplungsschicht minimaler Dicke ergibt. Somit weisen Ausführungsbeispiele des FACT gemäß der Erfindung sowohl ein hohes CMRR als auch die glatte Frequenzantwort auf, die durch die akustische Entkopplungsschicht minimaler Dicke geliefert wird.
Ein Induktor, oder ein Induktor und ein Sperrkondensator in Reihe, können bei einem beliebigen Bauelement, wie z. B. einem akustisch gekoppelten Transformator oder einem Bandpassfilter, das ein oder mehr DSBARs umfasst, zwischen die Elektroden, die an gegenüberliegenden Seiten des akustischen Entkopplers angeordnet sind, geschaltet sein, um die Wirkung der parasitären Kapazität zwischen den Bestandteil-FBARs auf die Eigenschaften des Bauelements zu verringern. Derartige Bauelemente werden allgemein als DSBAR-Bauelemente bezeichnet. Ein Verringern der Wirkung der parasitären Kapazität ermöglicht, dass die Vorteile des Verwendens eines akustischen Entkopplers minimaler Dicke bei jedem beliebigen DSBAR-Bauelement erhalten werden können.
Viele Kunststoffmaterialien weisen akustische Impedanzen in dem im Vorhergehenden angegebenen Bereich auf und können in Schichten gleichmäßiger Dicke in den im Vorhergehenden angegebenen Dickebereichen angewendet werden. Derartige Kunststoffmaterialien sind deshalb potentiell zur Verwendung als das akustische Entkopplungsmaterial der akustischen Entkopplungsschicht 131 geeignet, die die akustischen Entkoppler 130 und 170 liefert. 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 Elektroden 114 und 154 aufgebracht worden ist, um die akustischen Entkoppler 130 und 170 zu bilden. Die Elektroden 122, 124, 162 und 164 und die piezoelektrischen Elemente 126 und 166 werden durch Sputtern aufgebracht, nachdem die akustische Entkopplungsschicht 131 aufgebracht worden ist. Temperaturen von bis zu 300°C werden während dieser Aufbringungsprozesse erreicht. Somit wird ein Kunststoff, der bei derartigen Temperaturen stabil bleibt, als das akustische Entkopplungsmaterial verwendet.
Bei einem Ausführungsbeispiel wird ein Polyimid als das akustische Entkopplungsmaterial der Schicht 131 verwendet. Polyimid wird unter dem Warenzeichen Kapton^® von E.I. du Pont de Nemours and Company vertrieben. Bei einem derartigen Ausführungsbeispiel sind die akustischen Entkoppler 130 und 170 aus einer Schicht 131 aus Polyimid gebildet, die auf die Elektroden 114 und 154 durch Schleuderbeschichtung aufgebracht wird. Polyimid weist eine akustische Impedanz von etwa 4 Megarayleigh (Mrayl) auf.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein Poly-(Para-Xylylen) als das akustische Entkopplungsmaterial der Schicht 131 verwendet. Bei einem derartigen Ausführungsbeispiel sind die akustischen Entkoppler 130 und 170 aus einer Schicht 131 aus Poly-(Para-Xylylen) gebildet, die durch Vakuumaufbringung auf die Elektroden 114 und 154 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 ist das akustische Entkopplungsmaterial der akustischen Entkopplungsschicht 131 ein vernetztes Polyphenylenpolymer. Bei einem derartigen Ausführungsbeispiel ist die akustische Entkopplungsschicht 131 eine Schicht aus einem vernetzten Polyphenylenpolymer. Vernetzte Polyphenylenpolymere wurden als dielektrische Materialien mit einer niedrigen dielektrischen Konstante zur Verwendung bei integrierten Schaltungen entwickelt und bleiben folglich bei den hohen Temperaturen stabil, denen die akustische Entkopplungsschicht 131 während der nachfolgenden Herstellung der FBARs 120 und 160 ausgesetzt wird. Die Erfinder haben herausgefunden, dass vernetzte Polyphenylenpolymere außerdem eine berechnete akustische Impedanz von etwa 2 Mrayl aufweisen. Diese akustische Impedanz befindet sich in dem Bereich von akustischen Impedanzen, der dem FACT-Modul 400 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 der akustischen Entkopplungsschicht 131 handelt.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die akustischen Entkoppler 130 und 170 aus akustischen Entkopplungsschichten (nicht gezeigt) aus akustischen Entkopplungsmaterialien gebildet, die unterschiedliche akustische Impedanzen aufweisen, wie es in der U.S.-Patentanmeldung Serien-Nr. XX/XXX,XXX 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 der akustischen Entkoppler 130 und 170 und die Phasenänderung, die durch dieselben bewirkt wird. Die akustische Impedanz der akustischen Entkoppler definiert wiederum die Durchlassbandbreite des FACT-Moduls 400.
Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel waren die akustischen Entkoppler aus einer akustischen Entkopplungsschicht aus vernetztem Polyphenylenpolymer auf einer akustischen Entkopplungsschicht aus Polyimid gebildet. Derartige akustische Entkoppler liefern ein Ausführungsbeispiel des FACT-Moduls 400 mit einer Durchlassbandbreite, die zwischen den Durchlassbandbreiten von Ausführungsbeispielen liegt, bei denen die akustischen Entkoppler aus einer einzigen akustischen Entkopplungsschicht 131 aus Polyimid gebildet sind oder aus einer einzigen akustischen Entkopplungsschicht 131 aus dem vernetzten 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, oder dass FBAR-Materialien geringerer akustischer Impedanz in Zukunft verfügbar werden. Die Dicke der akustischen Entkopplungsschicht 131 aus einem derartigen akustischen Entkopplungs material hoher akustischer Impedanz ist wie im Vorhergehenden beschrieben.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel (nicht gezeigt) umfassen die akustischen Entkoppler 130 und 170 jeder eine Bragg-Struktur, 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 Schichten 116, 126, 156 und 166 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 FACT-Moduls 400 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 FACT-Moduls 400 ist. Schichten, die sich von der nominalen Dicke um etwa ± 10 % eines Viertels der Wellenlänge unterscheiden, können alternativ dazu verwendet werden. Eine Dicken-Toleranz 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, 122, 154 und 162, 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, 120, 150 und 160 ermöglicht, dass die Bragg-Elemente hoher akustischer Impedanz zusätzlich als die Elektroden der FBARs dienen, die benachbart zu den akustischen Kopplungselementen sind.
Der DSBAR 106 und der DSBAR 108 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 die gestapelten FBARs bei jedem DSBAR mechanisch in Resonanz sind. Andere Aufhängungsschemata, die ermöglichen, dass die gestapelten FBARs mechanisch in Resonanz sind, sind möglich. Zum Beispiel können die DSBARs über einem fehlangepassten akustischen Bragg-Reflektor (nicht gezeigt) angeordnet sein, der in oder auf dem Substrat 102 gebildet ist, wie es durch Lakin in dem U.S.-Patent Nr. 6,107,721 offenbart ist.
Unter zusätzlicher Bezugnahme auf 2A liefert eine Bondanschlussfläche 138, die auf der Hauptoberfläche des Substrats 102 angeordnet ist, den Signalanschluss 143 der elektrischen Schaltung 141 des FACT-Moduls 400. Eine Bondanschlussfläche 132, die auf der Hauptoberfläche des Substrats 102 angeordnet ist, und eine Bondanschlussfläche 172, die auf der Hauptoberfläche einer piezoelektrischen Schicht 117 angeordnet ist, die die piezoelektrischen Elemente 116 und 156 liefert, bilden zusammen den Masseanschluss 144 der elektrischen Schaltung 141. Eine Zwischenverbindungsanschlussfläche 176, die auf der Hauptoberfläche des Substrats angeordnet ist, eine elektrische Bahn 177, die sich von der Elektrode 152 zu der Zwischenverbindungsanschlussfläche 176 erstreckt, eine Zwischenverbindungsanschlussfläche 136 in elektrischem Kontakt mit der Zwischen verbindungsanschlussfläche 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 mit der Elektrode 152 des FBAR 150 und mit dem Signalanschluss 143 elektrisch 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 154 zu der Bondanschlussfläche 172 erstreckt, bilden den Teil der elektrischen Schaltung 141, der die Elektrode 112 des FBAR 110 elektrisch mit der Elektrode 154 des FBAR 150 verbindet.
Eine Bondanschlussfläche 134 und eine Bondanschlussfläche 174, die auf der Hauptoberfläche der piezoelektrischen Schicht 127 angeordnet sind, die die piezoelektrischen Elemente 126 und 166 liefert, bilden Signalanschlüsse 145 und 146 der elektrischen Schaltung 142. Eine Bondanschlussfläche 178, die auf der Hauptoberfläche der akustischen Entkopplungsschicht 131 angeordnet ist, bildet den Mittelabgriffanschluss 147 der elektrischen Schaltung 142. Bondanschlussflächen 163 und 168, die auf der Hauptoberfläche der piezoelektrischen Schicht 127 angeordnet sind, liefern zusätzliche Masseverbindungen.
Eine elektrische Bahn 171, die sich zwischen der Elektrode 122 und der Elektrode 162 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 160 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 154 und der Bondanschlussfläche 174 erstreckt, bilden den Teil der elektrischen Schaltung 142, der den FBAR 120 und den FBAR 160 mit den Signalanschlüssen 145 und 146 verbindet. Eine elektrische Bahn 169 erstreckt sich zwischen der Bondanschlussfläche 163 und der Bondanschlussfläche 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 (2A) mit der Masse der elektrischen Schaltung 142 zu verbinden.
Tausende von FACT-Modulen, die dem FACT-Modul 400 ähnlich sind, werden gleichzeitig durch eine Herstellung im Wafermaßstab hergestellt. Eine derartige Herstellung im Wafermaßstab macht die FACT-Module kostengünstig in der Herstellung. Ein exemplarischer Herstellungsprozess, der mit unterschiedlichen Masken verwendet werden kann, um Ausführungsbeispiele des FACT-Moduls 400 herzustellen, ist im Folgenden beschrieben.
5 ist eine Grundrissansicht eines ersten praktischen Ausführungsbeispiels 500 eines FACT mit erhöhtem CMRR gemäß der Erfindung. Elemente des FACT 500, die dem FACT-Modul 400 entsprechen, das in den 4A bis 4C gezeigt ist, sind unter Verwendung der gleichen Bezugszeichen angezeigt und werden hier nicht noch einmal beschrieben.
Der FACT 500 ist aus dem FACT-Modul 400, einer Tochterplatine 511 und dem Induktor 180 (2A) gebildet, der bei dem gezeigten Beispiel als ein Oberflächenbefestigungsinduktor 513 ausgeführt ist. In einer leitfähigen Schicht auf der Hauptoberfläche 515 der Tochterplatine 511 definiert sind Bondanschlussflächen 521, 522, 523, 524, 525, 526, 527 und 528, Anschluss-Anschlussflächen 531, 532, 533, 534, 535, 536, 537 und 538 und Anbringungsanschlussflächen 541 und 543. Ebenfalls in der leitfähigen Schicht der Tochterplatine 511 definiert sind eine Bahn 551, die sich zwischen der Bondanschlussfläche 521 und der Anschluss-Anschlussfläche 531 erstreckt; eine Bahn 552, die sich zwischen der Bondanschlussfläche 522 und der Anschluss-Anschlussfläche 532 erstreckt; eine Bahn 553, die sich zwischen der Bondanschlussfläche 523 und der Anschluss-Anschlussfläche 533 erstreckt; eine Bahn 554, die sich zwischen der Bondanschlussfläche 524 und der Anschluss-Anschlussfläche 534 erstreckt; eine Bahn 555, die sich zwischen der Bondanschlussfläche 525 und der Anschluss-Anschlussfläche 535 erstreckt; eine Bahn 556, die sich zwischen der Bondanschlussfläche 526 und der Anschluss-Anschlussfläche 536 erstreckt; eine Bahn 557, die sich zwischen der Bondanschlussfläche 527 und der Anschluss-Anschlussfläche 537 erstreckt; und eine Bahn 558, die sich zwischen der Bondanschlussfläche 528 und der Anschluss-Anschlussfläche 538 erstreckt.
Ebenfalls in der leitfähigen Schicht der Tochterplatine 511 definiert sind eine Bahn 561, die sich zwischen der Bondanschlussfläche 526 und der Anbringungsanschlussfläche 541 erstreckt, und eine Bahn 563, die sich zwischen der Bondanschlussfläche 522 und der Anbringungsanschlussfläche 543 erstreckt.
Das FACT-Modul 400 ist auf der Hauptoberfläche 515 der Tochterplatine 511 mit Bondanschlussflächen 172, 138, 132, 163, 134, 178, 174 und 168 gegenüber Bondanschlussflächen 521, 522, 523, 524, 525, 526, 527 bzw. 528 befestigt. Bonddrähte 571, 572, 573, 574, 575, 576, 577 und 578 erstrecken sich zwischen den Bondanschlussflächen 172, 138, 132, 163, 134, 178, 174 bzw. 168 des FACT-Moduls 400 und den Bondanschlussflächen 521, 522, 523, 524, 525, 526, 527 bzw. 528 der Tochterplatine 511 und verbinden dieselben elektrisch.
Alternativ dazu ist das FACT-Modul 400 mit Anschluss-Anschlussflächen (nicht gezeigt) konfiguriert, die auf der Hauptoberfläche (nicht gezeigt) des Substrats 102 gegenüber einer Hauptoberfläche 103 auf eine Weise angeordnet sind, die derjenigen ähnlich ist, die im Folgenden unter Bezugnahme auf die 8A bis 8C beschrieben ist. Die Anschluss-Anschlussflächen sind elektrisch durch Durchgangslöcher (nicht gezeigt), die sich durch das Substrat zu den Bondanschlussflächen 172, 138, 132, 163, 134, 178, 174 und 168 erstrecken, verbunden. Die Bondanschlussflächen 521, 522, 523, 524, 525, 526, 527 bzw. 529 sind auf der Hauptoberfläche 515 der Tochterplatine 511 in Positionen angeordnet, die den Positionen der Anschluss-Anschlussflächen an dem FACT-Modul 400 entsprechen. Das FACT-Modul 400 wird dann an der Tochterplatine 511 befestigt, wobei die Anschluss-Anschlussflächen an dem FACT-Modul mit den Bondanschlussflächen an der Tochterplatine unter Verwendung von Lötmittelhöckern oder einer anderen geeigneten Verbindungstechnik verbunden sind.
Der Oberflächenbefestigungsinduktor 513 ist an den Anbringungsanschlussflächen 541 und 543 befestigt. Alternativ dazu kann ein Nicht-Oberflächenbefestigungsinduktor elektrisch mit den Anbringungsanschlussflächen 541 und 543 verbunden sein.
Bei dem FACT 500 ist ein Ende des Induktors 513 mit der Elektrode 122 des FBAR 120 (4B) elektrisch durch die Anbringungsanschlussfläche 541, die Bahn 561, die Bondanschlussfläche 526, den Bonddraht 576, die Bondanschlussfläche 178, die Bahn 179 und einen Teil der Bahn 171 (4A) verbunden. Außerdem ist das andere Ende des Induktors 513 mit der Elektrode 114 des FBAR 110 elektrisch durch die Anbringungsanschlussfläche 543, die Bahn 563, die Bondanschlussfläche 522, den Bonddraht 572, die Bondanschlussfläche 138, die Bahn 139, die Zwischenverbindungsanschlussflächen 176 und 136 und die Bahn 137 verbunden. Somit ist der Induktor 513 mit den Elektroden 114 und 122 an gegenüberliegenden Seiten des akustischen Entkopplers 130 auf eine Weise verbunden, die derjenigen ähnlich ist, die in 2A gezeigt ist.
Bei einem Beispiel des FACT 500, der zum Betrieb bei einer Frequenz von etwa 1,9 GHz strukturiert war, bei dem die akustischen Entkoppler 130 und 170 eine nominale Dicke aufwiesen, die gleich einem Viertel der Wellenlänge in dem akustischen Entkopplungsmaterial eines akustischen Signals war, das frequenzmäßig gleich der Mittenfrequenz des Durchlassbandes des FACT war, betrug der parasitäre Kondensator C_P zwischen den Elektroden 114 und 122 etwa 1 pF, die Kapazität C₀ zwischen den Eingangsanschlüssen 143 und 144 (2A) betrug etwa 1,2 pF, und die Induktivität des Induktors 513 betrug etwa 3,2 nH.
6 ist eine Grundrissansicht eines zweiten praktischen Ausführungsbeispiels 502 eines FACT mit erhöhtem CMRR gemäß der Erfindung. Elemente des FACT 502, die dem FACT-Modul 500, das in 5 gezeigt ist, und dem FACT-Modul 400, das in den 4A bis 4C gezeigt ist, entsprechen, sind unter Verwendung der gleichen Bezugszeichen angezeigt und werden hier nicht noch einmal beschrieben.
Bei dem FACT 502 ist der Induktor 180 als eine Spiralbahn 514 ausgeführt, die in der leitfähigen Schicht der Tochterplatine 511 definiert ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Tochterplatine 511 eine Mehrschichtplatine, und eine Bahn 565 befindet sich auf einer Ebene unter der Hauptoberfläche 515 der Tochterplatine. Die Bahn 565 ist mit der Spiralbahn 514 und mit einer Bahn 563 durch Durchgangslöcher 516 verbunden. Alternativ dazu kann der Induktor 180 als eine schlangenförmige Bahn ausgeführt sein, die in der leitfähigen Schicht der Tochterplatine 511 definiert ist. In diesem Fall muss die Tochterplatine 511 keine Mehrschichtplatine sein.
7 ist eine Grundrissansicht eines dritten praktischen Ausführungsbeispiels 504 eines FACT mit erhöhtem CMRR gemäß der Erfindung. Der FACT 504 liefert eine Gleichstromisolation zwischen den elektrischen Schaltungen 141 und 142 (3A). Elemente des FACT 504, die dem FACT-Modul 500, das in 5 gezeigt ist, und dem FACT-Modul 400, das in den 4A bis 4C gezeigt ist, entsprechen, sind unter Verwendung der gleichen Bezugszeichen angezeigt und werden hier nicht noch einmal beschrieben.
Der FACT 504 ist aus dem FACT-Modul 400, der Tochterplatine 511, dem Induktor 180 (3A), der bei dem gezeigten Beispiel als ein Oberflächenbefestigungsinduktor 513 ausgeführt ist, und einem Isolationskondensator 184 (3A), der bei dem gezeigten Beispiel als ein Oberflächenbefestigungskondensator 517 ausgeführt ist, gebildet. Außerdem sind in einer leitfähigen Schicht auf der Hauptoberfläche 515 der Tochterplatine 511 Anbringungsanschlussflächen 545 und 547 und Leiterbahnen 565 und 567 definiert. Die Leiterbahn 565 erstreckt sich zwischen der Anbringungsanschlussfläche 543 und der Anbringungsanschlussfläche 545, und die Leiterbahn 567 erstreckt sich zwischen der Anbringungsanschlussfläche 547 und der Bondanschlussfläche 522.
Der Oberflächenbefestigungsinduktor 513 ist an den Anbringungsanschlussflächen 541 und 543 befestigt, wie es im Vorhergehenden beschrieben ist. Der Oberflächenbefestigungskondensator 517 ist an den Anbringungsanschlussflächen 545 und 547 befestigt. Alternativ dazu kann ein Nicht-Oberflächenbefestigungsinduktor elektrisch mit den Anbringungsanschlussflächen 541 und 543 verbunden sein, und/oder ein Nicht-Oberflächenbefestigungsisolationskondensator kann elektrisch mit den Anbringungsanschlussflächen 545 und 547 verbunden sein. Ein Induktor, der in der leitfähigen Schicht der Tochterplatine 511 ähnlich der Spiralbahn 514 definiert ist, die im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf 6 beschrieben ist, kann die Anbringungsanschlussflächen 541 und 543 und den Oberflächenbefestigungsinduktor 513 ersetzen.
Bei dem FACT 504 ist ein Ende des Induktors 513 mit der Elektrode 122 des FBAR 120 (4B) elektrisch durch die Anbringungsanschlussfläche 541, die Bahn 561, die Bondanschlussfläche 526, den Bonddraht 576, die Bondanschlussfläche 178, die Bahn 179 (4A) und einen Teil der Bahn 171 (4A) verbunden. Das andere Ende des Induktors 513 ist mit einem Ende des Isolationskondensators 517 elektrisch durch die Anbringungsanschlussfläche 543, die Bahn 565 und die Anbringungsanschlussfläche 545 verbunden. Das andere Ende des Isolationskondensators 517 ist mit der Elektrode 114 des FBAR 110 durch die Anbringungsanschlussfläche 547, die Bahn 567, die Bondanschlussfläche 522, den Bonddraht 572, die Bondanschlussfläche 138, die Bahn 139, die Zwischenverbindungsanschlussfläche 176, die Zwischenverbindungsanschlussfläche 136 und die Bahn 137 verbunden. Somit sind der Induktor 513 und der Isolationskondensator 517, die in Reihe geschaltet sind, mit den Elektroden 114 und 122 an gegenüberliegenden Seiten des akustischen Entkopplers 130 auf eine Weise verbunden, die derjenigen ähnlich ist, die in 3A gezeigt ist.
Bei einem Beispiel, das demjenigen ähnlich ist, das im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf 5 beschrieben ist, bei dem der parasitäre Kondensator C_P etwa 1 pF betrug, und die Zwischenanschlusskapazität C₀ etwa 1,2 pF betrug, wies der Isolationskondensator 517 eine Kapazität von etwa 8 pF und eine Durchbruchspannung von mehr als der maximalen Gleichspannung auf, die zwischen den elektrischen Schaltungen 141 und 142 (3A) spezifiziert war.
Jeder der FACTs 500, 600 und 700 wird durch ein Befestigen der Tochterplatine 511 an der gedruckten Schaltungsplatine einer elektronischen Hostvorrichtung (nicht gezeigt), wie z. B. einem Zellulartelefon, und ein Herstellen elektrischer Verbindungen zwischen den Anschluss-Anschlussflächen 531, 532, 533, 534, 535, 536, 537 und 538 und entsprechenden Anschlussflächen an der gedruckten Schaltungsplatine verwendet. Viele Techniken sind in der Technik zum Befestigen einer Tochterplatine an einer gedruckten Schaltungsplatine bekannt und werden deshalb hier nicht beschrieben. Die Tochterplatine 511 kann alternativ so strukturiert sein, dass dieselbe an der gedruckten Schaltungsplatine der elektronischen Hostvorrichtung als ein Flip-Chip oder unter Verwendung von Lötmittelhöckern befestigt werden kann.
Die 8A, 8B und 8C sind eine Grundrissansicht, eine Seitenansicht bzw. eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie 8C-8C in 8A eines vierten praktischen Ausführungsbeispiels 600 eines FACT mit einem hohen CMRR gemäß der Erfindung. Bei dem FACT 600 sind die DSBARs 106 und 108, die elektrischen Schaltungen 141 und 142 und der Induktor 181 in einer hermetischen Umhüllung umschlossen, zu der das Substrat des FACT-Moduls gehört. Die 8D und 8E sind jeweils Grundrissansichten eines Ausführungsbeispiels 601 des FACT-Moduls 400 und eines Hilfssubstrats 611, die zusammen mit einer Ringdichtung 607 den FACT 600 bilden. Elemente des FACT 600, die dem FACT-Modul 400 entsprechen, das in den 4A bis 4C gezeigt ist, sind unter Verwendung der gleichen Bezugszeichen angezeigt und werden hier nicht noch einmal beschrieben.
Der FACT 600 ist aus dem Ausführungsbeispiel 601 des FACT-Moduls 400, das im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf die 4A bis 4C beschrieben ist, dem Hilfssubstrat 611, der Ringdichtung 607 und dem Induktor 180 (2A) gebildet, der bei dem gezeigten Beispiel als ein Oberflächenbefestigungsinduktor 613 ausgeführt ist. 8D ist eine Grundrissansicht des FACT-Moduls 601, das einen Teil des FACT 600 bildet. Das FACT-Modul 601 weist ein Substrat 602 auf, das relativ zu dem Substrat 102 des Ausführungsbeispiels des FACT-Moduls 400, das im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf die 4A bis 4C beschrieben ist, in der x- und y-Richtung erweitert ist. Eine Ringanschlussfläche 605 ist auf der Hauptoberfläche 609 des Substrats 602 angeordnet, die die DSBARs 106 und 108 (4A) und die Bondanschlussflächen 172, 138, 132, 163, 134, 178, 174 und 168 umgibt. Die Bondanschlussflächen 132 und 138 und die Zwischenverbindungsanschlussfläche 176 sind auf der Hauptoberfläche 609 angeordnet. Die Ringdichtung 607 weist normalerweise eine Abmessung in der z-Richtung von mehr als der Summe der z-Richtungsabmessungen des DSBAR 106 oder des DSBAR 108 und des Oberflächenbefestigungsinduktors 613 auf und ist an der Ringanschlussfläche 605 angeordnet.
Eine Anschluss-Anschlussfläche ist auf der Hauptoberfläche 615 des Substrats 602 gegenüber jeder der Bondanschlussflächen 172, 138, 132, 163, 134, 178, 174 und 168 angeordnet. Die Hauptoberfläche 615 liegt der Hauptoberfläche 609 gegenüber. Ein leitfähiges Durchgangsloch erstreckt sich durch das Substrat 602 von jeder der Verbindungsanschlussflächen 132, 138, 178, 168 und 172 zu ihrer jeweiligen Anbringungsanschlussfläche. Die Orte der Durchgangslöcher 621, 622, 623, 624, 625, 626, 627 und 628 sind in 8D mit gestrichelten Linien angezeigt. Die Seitenansicht von 8B zeigt Anschluss-Anschlussflächen 631 und 638, die auf der Hauptoberfläche 615 angeordnet sind. Die Querschnittsansicht von 8C zeigt Anschluss-Anschlussflächen 632 und 636, die auf der Hauptoberfläche 615 gegenüber den Bondanschlussflächen 138 bzw. 178 angeordnet und mit den Bondanschlussflächen 138 bzw. 178 durch die Durchgangslöcher 622 bzw. 626, die sich durch das Substrat 602 erstrecken, elektrisch verbunden sind.
Unter zusätzlicher Bezugnahme auf 8D sind zylindrische Zwischenverbindungsvorsprünge 672 und 676 auf der Oberfläche der Bondanschlussflächen 138 bzw. 178 angeordnet. Die Zwischenverbindungsvorsprünge 672 und 676 weisen eine Abmessung in der z-Richtung auf, die größer oder gleich der Abmessung der Dichtung 607 in der z-Richtung ist.
6E zeigt die Hauptoberfläche 617 des Hilfssubstrats 611. Die Hauptoberfläche 617 liegt der Hauptoberfläche 609 des Substrats 602 gegenüber, wenn der FACT 600 zusammengesetzt ist. Auf der Hauptoberfläche 617 angeordnet sind eine Ringanschlussfläche 619, Verbindungsanschlussflächen 682 und 686, Anbringungsanschlussflächen 641 und 642 und elekt rische Bahnen 661 und 663. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Ringanschlussfläche 619, die Verbindungsanschlussflächen 682 und 686, die Anbringungsanschlussflächen 641 und 642 und die elektrischen Bahnen 661 und 663 in einer leitfähigen Schicht (nicht gezeigt) definiert, die auf der Hauptoberfläche 617 angeordnet ist.
Die Ringanschlussfläche 619 ist in Form und Abmessungen der Ringanschlussfläche 605 auf dem Substrat 602 ähnlich und nimmt die Dichtung 607 in Eingriff, wenn der FACT 600 zusammengesetzt ist. Die Verbindungsanschlussflächen 682 und 686 sind in Form und Abmessungen den Bondanschlussflächen 138 und 178 ähnlich und sind auf der Hauptoberfläche 617 relativ zu der Ringanschlussfläche 619 derart angeordnet, dass dieselben die Zwischenverbindungsvorsprünge 672 bzw. 676 in Eingriff nehmen, wenn die Ringanschlussfläche 619 sich in Eingriff mit der Dichtung 607 befindet. Die Positionen der Zwischenverbindungsvorsprünge 672 und 672 und der Dichtung 607 bei einer Ineingriffnahme sind mit gestrichelten Linien in 6E angezeigt. Die elektrische Bahn 661 erstreckt sich von der Verbindungsanschlussfläche 686 zu der Anbringungsanschlussfläche 641, und die elektrische Bahn 663 erstreckt sich von der Verbindungsanschlussfläche 682 zu der Anbringungsanschlussfläche 643.
Der Oberflächenbefestigungsinduktor 613 ist an den Anbringungsanschlussflächen 641 und 643 befestigt. Alternativ dazu kann ein Nicht-Oberflächenbefestigungsinduktor elektrisch mit den Anbringungsanschlussflächen 641 und 643 verbunden sein.
Bei dem FACT 600 ist ein Ende des Induktors 613 mit der Elektrode 122 des FBAR 120 (2B) elektrisch durch die Anbringungsanschlussfläche 641, die Bahn 661, die Verbindungsanschlussfläche 686, den Zwischenverbindungsvorsprung 676, die Bondanschlussfläche 178, die Bahn 179 und einen Teil der Bahn 171 (4A) verbunden. Außerdem ist das andere Ende des Induktors 613 mit der Elektrode 114 des FBAR 110 (2B) elektrisch durch die Anbringungsanschlussfläche 643, die Bahn 663, die Verbindungsanschlussfläche 682, den Zwischenverbindungsvorsprung 672, die Bondanschlussfläche 138, die Bahn 139, die Zwischenverbindungsanschlussflächen 176 und 136 und die Bahn 137 verbunden. Somit ist der Induktor 613 mit den Elektroden 114 und 122 an gegenüberliegenden Seiten des akustischen Entkopplers 130 auf eine Weise verbunden, die derjenigen ähnlich ist, die in 2A gezeigt ist.
Ein Induktor, der der Spiralbahn 514 ähnlich ist, die im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf 6 beschrieben ist, kann in der leitfähigen Schicht des Hilfssubstrats 611 definiert sein und die Anbringungsanschlussflächen 641 und 643 und den Oberflächenbefestigungsinduktor 613 ersetzen. Zusätzliche Anbringungsanschlussflächen, die den Anbringungsanschlussflächen 545 und 547 ähnlich sind, die im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf 7 beschrieben sind, können zusätzlich in der leitfähigen Schicht des Hilfssubstrats 611 definiert sein. Elektrische Bahnen, die zusätzlich in der leitfähigen Schicht definiert sind, schalten einen Oberflächenbefestigungs- oder anderen Typ von Isolationskondensator, der an den zusätzlichen Anbringungsanschlussflächen befestigt ist, elektrisch in Reihe mit dem Induktor zwischen die Verbindungsanschlussflächen 682 und 686, um eine Gleichstromisolation zwischen den elektrischen Schaltungen 141 und 142 auf eine Weise zu liefern, die derjenigen ähnlich ist, die im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf die 3A, 3B und 7 beschrieben ist.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Dichtung 607 aus einem nicht hermetischen Material gebildet, das mit einer Schicht aus Abdichtungsmaterial beschichtet ist, und die Zwischenverbindungsvorsprünge 672 und 676 sind aus einem nicht leitfähigen Material gebildet, das mit einer Schicht aus elektrisch leitfähigem Material beschichtet ist, wie es in der U.S.-Patentanmeldung Serien-Nr. 10/890,343 von Larson III u. a. beschrieben ist, die an den Anmelder dieser Offenbarung übertragen ist. Das gleiche Material oder andere Materialien können als das nicht hermetische Material und das nicht leitfähige Material verwendet werden. Das gleiche Material oder andere Materialien können als das Abdichtungsmaterial und das leitfähige Material verwendet werden. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Dichtung 607 aus einem Material gebildet, das mit Silizium bondet, wie es in dem U.S.-Patent Nr. 6,090,687 von Merchant u. a. beschrieben ist, das an den Anmelder dieser Offenbarung übertragen ist.
Der FACT 600 wird durch ein Befestigen desselben an der gedruckten Schaltungsplatine einer elektronischen Hostvorrichtung (nicht gezeigt) und ein Anbringen der Anschluss-Anschlussflächen 5631–638 an entsprechenden Anschlussflächen an den gedruckten Schaltungsplatinen unter Verwendung von Lötmittelhöckern oder einem anderen geeigneten Anbringungsprozess verwendet.
Ein exemplarischer Prozess zum Herstellen des FACT 600 wird nun beschrieben. Obwohl die Herstellung eines einzigen FACT beschrieben wird, werden die zu beschreibenden Prozesse normalerweise bei Wafern angewandt, bei denen Tausende von Bauelementen gebildet werden, die mit dem FACT 600 identisch sind.
Das FACT-Modul 602 wird unter Verwendung eines Prozesses hergestellt, der demjenigen ähnlich ist, der im Folgenden unter Bezugnahme auf die 11A bis 11P beschrieben ist, jedoch unter Verwendung anderer Masken. Ein Strukturieren einer der Metallschichten, normalerweise der ersten Metallschicht, die im Verlauf des FACT-Modulherstellungsprozesses aufgebracht wird, definiert zusätzlich die Ringanschlussfläche 604 auf der Hauptoberfläche 609 des Substrats 602.
Die Zwischenverbindungsvorsprünge 672 und 676 und die Dichtung 607 werden an den Bondanschlussflächen 138 und 178 bzw. der Ringanschlussfläche 609 des Substrats 602 durch ein Aufbringen einer Schicht eines nachgiebigen Materials, wie z. B. Polyimid, auf der Hauptoberfläche 609 gebildet. Die Schicht aus nachgiebigem Material wird durch Photolithographie und ein Entwicklungslösungsmittel strukturiert, um die Zwischenverbindungsvorsprünge 672 und 676 und die Dichtung 607 zu definieren. Die Zwischenverbindungsvorsprünge und die Dichtung werden dann mit einem Beschichtungsmaterial beschichtet. Um die Zwischenverbindungsvorsprünge 672 und 676 und die Dichtung 607 zu beschichten, wird zunächst eine Startschicht (z. B. eine Schicht aus Titan) auf das Substrat aufgesputtert und wird überall außer an den Zwischenverbindungsvorsprüngen 672 und 676 und der Dichtung 607 entfernt. Dann werden die Zwischenverbindungsvorsprünge 672 und 676 und die Dichtung 607 mit einer relativ dicken Schicht aus einem elektrisch leitfähigen Material, wie z. B. Gold, elektroplattiert. Die Beschichtung macht die Dichtung 607 und die Zwischenverbindungsvorsprünge 672 und 676 elektrisch leitfähig und macht außerdem die Dichtung 607 gegenüber Gasen, wie z. B. Luft und Wasserdampf, undurchlässig.
Durchgangslöcher werden in dem Substrat 602 an Orten gebildet, die unter den Bondanschlussflächen 172, 138, 132, 163, 134, 178, 174 und 168 liegen, und werden in dem Substrat 602 gebildet. Photolithographie und anisotropes Ätzen werden verwendet, oder es wird eine andere geeignete Herstellungstechnik verwendet, um Löcher zu bilden, die sich jeweils durch das Substrat 602 und, wo vorhanden, die Schichten, die auf das Substrat 602 aufgebracht sind, zu den darüber liegenden Bondanschlussflächen erstrecken. Die Löcher werden dann mit einem leitfähigen Material gefüllt, wie z. B. Kupfer oder Gold. Eine Schicht (nicht gezeigt) aus einem elektrisch leitenden Material, wie z. B. Gold, wird dann auf die Hauptoberfläche 615 des Substrats 602 aufgebracht. Die Schicht wird strukturiert, um eine Anschluss-Anschlussfläche zu definieren, die elektrisch mit jedem der Durchgangslöcher und somit mit einer jeweiligen der Verbindungsanschlussflächen 172, 138, 132, 163, 134, 178, 174 und 168 verbunden ist. Bei einem Ausführungsbeispiel wird Gold durch Aufdampfung auf die Hauptoberfläche 615 aufgebracht. Das Gold wird strukturiert, um die Anschluss-Anschlussflächen zu definieren. Die Dicke der Anschluss-Anschlussflächen wird dann durch ein Plattieren derselben mit zusätzlichem Gold erhöht. Die Anschluss-Anschlussflächen 631, 632, 636 und 638 sind in den 8B und 8C gezeigt.
Eine Schicht aus elektrisch leitendem Material (nicht gezeigt) wird auf die Hauptoberfläche 617 des Hilfssubstrats 611 durch eine geeignete Aufbringungstechnik aufgebracht. Das Hilfssubstrat 611 ist normalerweise ein Teil eines Wafers aus Silizium, Keramik oder einem anderen Material. Keramik hat den Vorteil, dass dasselbe geringe elektrische Verluste bei Mikrowellenfrequenzen aufweist. Das elektrisch leitfähige Material ist normalerweise Gold, ein weiteres elektrisch leitfähiges Material. Die Schicht aus elektrisch leitendem Material kann aus zwei oder mehr Schichten aus unterschiedlichen Materialien gebildet sein. Die Verbindungsanschlussflächen 682 und 686, die Anbringungsanschlussflächen 641 und 643, die elektrischen Bahnen 661 und 663 und die Ringanschlussfläche 619 werden in der elektrisch leitenden Schicht unter Verwendung eines geeigneten Prozesses, wie z. B. Photolithographie und Ätzen oder ein Abhebeprozess, definiert. Die Orte und Formen der Verbindungsanschlussflächen 682 und 686 und der Ort und die Form der Ringanschlussfläche 619 auf dem Hilfssubstrat 611 entsprechen jeweils den Orten und Querschnittsformen der Zwischenverbindungsvorsprünge 672 und 676 und dem Ort und der Form der Dichtung 607 auf dem Substrat 602. Die Form der Verbindungsanschlussflächen 682 und 686 kann sich jedoch von der Querschnittsform der Zwischenverbindungsvorsprünge 672 bzw. 676 unterscheiden.
Der Oberflächenbefestigungsinduktor 613 wird an den Anbringungsanschlussflächen 641 und 643 unter Verwendung einer herkömmlichen Oberflächenbefestigungsanbringungstechnik befestigt. Bei Ausführungsbeispielen wie dem, das in 3A gezeigt ist, die einen Kondensator in Reihe mit dem Induktor 613 aufweisen, wird der Kondensator zusätzlich an seinen jeweiligen Anbringungsanschlussflächen befestigt. Bei Ausführungsbeispielen, bei denen der Induktor 180 als eine spiral- oder schlangenförmige Bahn ausgeführt ist, die in der elektrisch leitfähigen Schicht definiert ist, die auf das Hilfssubstrat 611 aufgebracht ist, wird kein Induktorbefestigungsprozess durchgeführt.
Das Hilfssubstrat 611 wird umgedreht und gegenüber dem Substrat 602 angeordnet, wobei die Ringanschlussfläche 619 und die Anbringungsanschlussflächen 682 und 686 mit der Dichtung 607 bzw. den Zwischenverbindungsvorsprüngen 672 und 676 ausgerichtet sind. Das Hilfssubstrat 611 wird dann gegen das Substrat 602 gepresst und an dasselbe gebondet. Das Zusammenpressen der Substrate bringt die Zwischenverbindungsvorsprünge 672 und 676 in Kontakt mit den Verbindungsanschlussflächen 682 bzw. 686 und bringt die Dichtung 607 in Kontakt mit der Ringanschlussfläche 619. Wenn die Substrate zusammengepresst werden, ermöglicht das nachgiebige Material der Zwischenverbindungsvorsprünge, dass sich die Zwischenverbindungsvorsprünge ohne ein Brechen oder anderes Versagen verformen, und das nachgiebige Material der Dichtung 607 ermöglicht, dass sich die Dichtung ohne ein Brechen oder anderes Versagen verformt. Normalerweise werden die Substrate 602 und 611 gebondet, während dieselben zusammengepresst werden. Verschiedene bekannte oder in der Zukunft zu entwickelnde Bondtechniken können verwendet werden, um die Substrate 602 und 611 zu bonden.
Bei einem Ausführungsbeispiel wird thermisches Druckbonden verwendet. Bei einem derartigen Ausführungsbeispiel ist das elektrisch leitfähige Material, das verwendet wird, um die Zwischenverbindungsvorsprünge 672 und 676 und die Dichtung 607 zu beschichten, Gold (Au). Bevor die Substrate 602 und 611 gebondet werden, wird eine Schicht aus Zinn (Sn) auf die goldbeschichteten Zwischenverbindungsvorsprünge und die Dichtung aufgebracht. Die Substrate 602 und 611 werden dann zusammengepresst, bis die Zwischenverbindungsvorsprünge 672 und 676 und die Dichtung 607 sich in einem engen Kontakt mit den Verbindungsanschlussflächen 682 und 686 bzw. der Ringanschlussfläche 619 befinden, und die Anordnung wird erhitzt, bis die Gold- und Zinnbeschichtung an den Zwischenverbindungsvorsprüngen und der Dichtung zu schmelzen beginnt. An diesem Punkt haftet das Beschichtungsmaterial an dem Material der Ringanschlussfläche 619 und der Verbindungsanschlussflächen 682 und 686. Die Anordnung lässt man dann abkühlen. Das geschmolzene Beschichtungsmaterial verfestigt sich, wenn die Anordnung abkühlt, und das verfestigte Material bildet eine Verbindung zwischen den Verbindungsanschlussflächen 682 und 686 und den Zwischenverbindungsvorsprüngen 672 bzw. 676 und zwischen der Dichtung 607 und der Ringanschlussfläche 619. Die zusätzliche Schicht aus Zinn auf den goldbeschichteten Zwischenverbindungsvorsprüngen und der Dichtung trägt dazu bei, eine stärkere Verbindung während des thermischen Druckbondens zu bilden.
Die nachgiebigen Materialien der Zwischenverbindungsvorsprünge 672 und 676 und der Dichtung 607 stellen sicher, dass die Zwischenverbindungsvorsprünge 672 und 676 und die Dichtung 607 auf dem Substrat 611 mit den Verbindungsanschlussflächen 682 und 686 und der Ringanschlussfläche 619 auf dem Hilfssubstrat 611 in engem Kontakt sind. Die nachgiebigen Materialien der Zwischenverbindungsvorsprünge 672 und 676 und der Dichtung 607 ermöglichen, dass sich die Zwischenverbindungsvorsprünge 672 und 676 und die Dichtung 607 verformen, bis die Zwischenverbindungsvorsprünge 672 und 676 einen elektrischen Kontakt mit geringem Widerstandswert mit den Verbindungsanschlussflächen 682 bzw. 686 bilden und die Dichtung 607 die Ringanschlussfläche 619 entlang ihres gesamten Umfangs kontaktiert. Zum Beispiel ist es aufgrund von Unvollkommenheiten bei der Herstellung der Zwischenverbindungsvorsprünge 672 und 676 und der Dichtung 607 möglich, dass die Dichtung 607 die Ringan schlussfläche 619 kontaktiert, bevor einer oder beide der Zwischenverbindungsvorsprünge 672 und 676 die Verbindungsanschlussflächen 682 bzw. 686 kontaktieren. In diesem Fall verformt sich die Dichtung 607, um zu ermöglichen, dass die Substrate 602 und 611 weiter zusammengepresst werden, bis die Zwischenverbindungsvorsprünge sich in engem Kontakt mit ihren jeweiligen Kontaktanschlussflächen befinden. Auf ähnliche Weise können sich einer oder beide der Zwischenverbindungsvorsprünge 672 und 676 oder Abschnitte der Dichtung 607 verformen, um zu ermöglichen, dass der gesamte Umfang der Dichtung einen engen physischen Kontakt mit der Ringanschlussfläche 619 herstellt. Der enge physische Kontakt zwischen den Zwischenverbindungsvorsprüngen und ihren jeweiligen Kontaktanschlussflächen und zwischen der Dichtung und der Ringanschlussfläche 619 während des Bondens hilft dabei, sicherzustellen, dass die Zwischenverbindungsvorsprünge eine zuverlässige elektrische Leitung geringer Impedanz zwischen den Elektroden 114 und 112 und dem Induktor 613 liefern, und dass die Dichtung 607 eine zuverlässige hermetische Abdichtung für die Kammer liefert, die durch die Substrate 602 und 611 und die Dichtung 607 begrenzt wird.
Der im Vorhergehenden beschriebene Prozess zum Zusammensetzen der Substrate 602 und 611, um eine hermetisch abgedichtete Kammer zu bilden, ist genauer in der im Vorhergehenden erwähnten U.S.-Patentanmeldung Serien-Nr. 10/890,343 und außerdem in der ebenfalls übertragenen U.S.-Patentanmeldung Serien-Nr. 10/723,095 von Bai beschrieben.
Der FACT 600 wird durch ein Befestigen desselben auf der gedruckten Schaltungsplatine einer elektronischen Hostvorrichtung unter Verwendung der Anschluss-Anschlussflächen, wie z. B. der Anschluss-Anschlussflächen 631, 632, 636 und 638 auf der Hauptoberfläche 615 des Substrats 602, verwendet.
Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel des FACT 202, der in 2B gezeigt ist, oder des FACT 302, der in 3B gezeigt ist, ist ein zusätzlicher Zwischenverbindungsvorsprung (nicht gezeigt) an der Bondanschlussfläche 172 angeordnet, um eine elektrische Verbindung mit dem Hilfssubstrat 611 von der Elektrode 154 zu liefern. Bei einem derartigen Ausführungsbeispiel sind eine Verbindungsanschlussfläche (nicht gezeigt), die dem zusätzlichen Zwischenverbindungsvorsprung entspricht, und Befestigungsanschlussflächen zum Befestigen eines zusätzlichen Oberflächenbefestigungsinduktors (und eines optionalen zusätzlichen Isolationskondensators) in der leitfähigen Schicht des Hilfssubstrats 611 definiert. Eine zusätzliche elektrische Bahn (nicht gezeigt) verbindet das andere Ende des zusätzlichen Induktors direkt oder über den zusätzlichen Isolationskondensator mit der Verbindungsanschlussfläche 686.
Die 9A und 9B sind eine Grundrissansicht bzw. eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie 9B-9B in 9A eines fünften praktischen Ausführungsbeispiels 700 eines akustisch gekoppelten Filmtransformators (FACT) mit erhöhtem CMRR gemäß der Erfindung. Bei dem FACT 700 ist ein Induktor zwischen die Elektroden 114 und 122 geschaltet, in einer Anordnung, die derjenigen ähnlich ist, die in 2A gezeigt ist. Der Induktor ist an dem Substrat angeordnet, das einen Teil eines Ausführungsbeispiels des FACT-Moduls 400 bildet, das im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf die 4A bis 4C beschrieben ist. Elemente des FACT 700, die dem FACT-Modul 400 entsprechen, das im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf die 4A bis 4C beschrieben ist, sind unter Verwendung der gleichen Bezugszeichen angezeigt und werden hier nicht noch einmal beschrieben.
Der FACT 700 ist aus einem Ausführungsbeispiel 701 des FACT-Moduls 400, das im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf die 4A bis 4C beschrieben ist, gebildet. Bei dem FACT-Modul 701 ist ein Substrat 702 in der -x-Richtung relativ zu dem Substrat 102 des Ausführungsbeispiels des FACT- Moduls 400 erweitert. Eine piezoelektrische Schicht 717 und eine akustische Entkopplungsschicht 731 erstrecken sich zusätzlich über den erweiterten Abschnitt des Substrats 702. Der Induktor 180 (2A) ist als ein Spiralinduktor 713 ausgeführt, der in einer leitfähigen Schicht definiert ist, die an der Oberfläche der akustischen Entkopplungsschicht 731 angeordnet ist.
Eine elektrische Bahn 763 erstreckt sich in der -x-Richtung über die Hauptoberfläche der piezoelektrischen Schicht 717 von der Elektrode 114 zu einer Zwischenverbindungsanschlussfläche 741. Die akustische Entkopplungsschicht 731 bedeckt eine Bahn 763, ein Fenster 733, das in der akustischen Entkopplungsschicht 731 definiert ist, liefert jedoch einen Zugang zu der Zwischenverbindungsanschlussfläche 741. Der Spiralinduktor 713 ist als eine Spiralbahn 714 strukturiert, die an der Oberfläche der akustischen Entkopplungsschicht 731 angeordnet ist. Eine Zwischenverbindungsanschlussfläche 743, die die Zwischenverbindungsanschlussfläche 741 durch das Fenster 733 elektrisch kontaktiert, ist an dem inneren Ende der Spiralbahn 714 angeordnet. Eine elektrische Bahn 761 erstreckt sich in der -x-Richtung über die Oberfläche der akustischen Entkopplungsschicht 731 von der Elektrode 122 zu dem äußeren Ende der Spiralbahn 714.
Die 10A und 10B sind eine Grundrissansicht bzw. eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie 10B-10B in 10A eines sechsten praktischen Ausführungsbeispiels 704 eines akustisch gekoppelten Filmtransformators (FACT) mit erhöhtem CMRR gemäß der Erfindung. Bei dem FACT 704 sind ein Induktor und ein Kondensator in Reihe zwischen die Elektroden 114 und 122 geschaltet, in einer Anordnung, die derjenigen ähnlich ist, die in 3A gezeigt ist. Der Kondensator und der Induktor sind auf dem Substrat angeordnet, das einen Teil eines Ausführungsbeispiels des FACT-Moduls 400 bildet, das im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf die 4A bis 4C beschrieben ist. Elemente des FACT 700, die dem FACT-Modul 400, das im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf die 4A bis 4C beschrieben ist, und dem FACT 700 entsprechen, der im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf die 9A und 9B beschrieben ist, sind unter Verwendung der gleichen Bezugszeichen angezeigt und werden hier nicht noch einmal beschrieben.
Der FACT 704 ist aus dem im Vorhergehenden beschriebenen Ausführungsbeispiel 701 des FACT-Moduls 400 gebildet, wobei das Substrat 702 in der -x-Richtung erweitert ist und die piezoelektrische Schicht 717 und die akustische Entkopplungsschicht 731 sich über den erweiterten Abschnitt des Substrats 702 erstrecken. Der Induktor 180 (3A) ist als ein Spiralinduktor 713 ausgeführt, der in einer leitfähigen Schicht definiert ist, die auf der Oberfläche der akustischen Entkopplungsschicht 731 angeordnet ist. Der Kondensator 184 (3A) ist als ein Parallelplattenkondensator 715 ausgeführt, der einen Teil der akustischen Entkopplungsschicht 731 als sein Dielektrikum aufweist.
Eine Platte 718 des Parallelplattenkondensators 715 ist auf der Hauptoberfläche der piezoelektrischen Schicht 717 angeordnet. Eine elektrische Bahn 763 erstreckt sich in der -x-Richtung über die Hauptoberfläche der piezoelektrischen Schicht 717 von der Elektrode 114 zu der Platte 718. Eine elektrische Bahn 765 erstreckt sich mit etwa 45° bezüglich der x-Richtung über die Hauptoberfläche der piezoelektrischen Schicht 717 von einer Zwischenverbindungsanschlussfläche 745, die außerhalb der Platte 718 angeordnet ist, zu der Zwischenverbindungsanschlussfläche 741, die in der Mitte des Spiralinduktors 713 angeordnet ist. Die akustische Entkopplungsschicht 731 bedeckt die Bahn 763, die Bahn 765 und die Platte 718, ein Fenster 733 und ein Fenster 735, die in der akustischen Entkopplungsschicht 731 definiert sind, liefern jedoch einen Zugang zu der Zwischenverbindungsanschlussfläche 741 bzw. der Zwischenverbindungsanschlussfläche 745.
Die andere Platte 719 des Kondensators 715 und der Spiralinduktor 713 sind auf der Hauptoberfläche der akustischen Entkopplungsschicht 731 angeordnet. Der Spiralinduktor 713 ist als eine Spiralbahn 714 strukturiert, die auf der Hauptoberfläche der akustischen Entkopplungsschicht 731 angeordnet ist. Eine elektrische Bahn 761 erstreckt sich weiter über die Oberfläche der akustischen Entkopplungsschicht 731 von der Elektrode 122 zu dem äußeren Ende der Spiralbahn 714. Eine Zwischenverbindungsanschlussfläche 743, die die Zwischenverbindungsanschlussfläche 741 durch das Fenster 733 elektrisch kontaktiert, ist an dem inneren Ende der Spiralbahn 714 angeordnet.
Eine elektrische Bahn 767 erstreckt sich in der y-Richtung über die Hauptoberfläche der akustischen Entkopplungsschicht 731 von der Platte 719 zu einer Zwischenverbindungsanschlussfläche 747. Die Zwischenverbindungsanschlussfläche 747 kontaktiert elektrisch die Zwischenverbindungsanschlussfläche 745 durch das Fenster 735, um die Reihenschaltung des Induktors 713 und des Kondensators 715 zwischen den Elektroden 114 und 122 zu vervollständigen.
Bei einigen Ausführungsbeispielen ist der Hohlraum 104 erweitert, so dass derselbe außerdem unter dem Spiralinduktor 713 liegt. Dies erhöht die Trennung zwischen dem Induktor und dem Material des Substrats 702, was elektrische Verluste verringert.
Bei praktischen Ausführungsbeispielen der Schaltungen, die in den 2B und 3B gezeigt sind, die auf den praktischen Ausführungsbeispielen basieren, die in den 9A, 9B, 10A und 10B gezeigt sind, sind das Substrat 702, die piezoelektrische Schicht 717 und die akustische Entkopplungsschicht 731 außerdem in der +x-Richtung (nicht gezeigt) erweitert. Ein zusätzlicher Spiralinduktor ist auf der zusätzlichen Erweiterung des Substrats in der +x-Richtung angeordnet und ist zwischen die Elektroden 154 und 162 geschaltet, wie es in 2B gezeigt ist. Alternativ dazu sind ein zusätzlicher Spiralinduktor, der in Reihe mit einem zusätzlichen Parallelplattenkondensator geschaltet ist, auf der zusätzlichen Erweiterung des Substrats in der +x-Richtung angeordnet und sind zwischen die Elektroden 154 und 162 geschaltet, wie es in 3B gezeigt ist.
Ein Prozess, der verwendet werden kann, um den FACT 704 herzustellen, der im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf die 10A und 10B beschrieben ist, wird anschließend unter Bezugnahme auf die Grundrissansichten der 11A bis 11H und die Querschnittsansichten der 11I bis 11P beschrieben. Das Durchlassband des Ausführungsbeispiels des FACT 704, dessen Herstellung beschrieben wird, weist eine nominale Mittenfrequenz von etwa 1,9 GHz auf. Ausführungsbeispiele zur Operation bei anderen Frequenzen sind in Struktur und Herstellung ähnlich, weisen jedoch Dicken und laterale Abmessungen auf, die sich von den im Folgenden als Beispiel verwendeten unterscheiden. Außerdem kann der Prozess mit anderen Masken auch verwendet werden, um Ausführungsbeispiele des FACT 700, der im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf die 9A und 9B beschrieben ist, und die verschiedenen Ausführungsbeispiele des FACT-Moduls 400 herzustellen, das hauptsächlich im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf die 4A bis 4C beschrieben ist. Tausende von FACTs, die dem FACT 704 ähneln, werden gleichzeitig durch eine Herstellung im Wafermaßstab hergestellt. Eine derartige Herstellung im Wafermaßstab macht die FACTs kostengünstig in der Herstellung.
Ein Wafer aus Einkristallsilizium wird bereitgestellt. Ein Abschnitt des Wafers bildet für jeden FACT, der hergestellt wird, ein Substrat, das dem Substrat 702 des FACT 704 entspricht. Die 11A bis 11H und die 11I bis 11P veranschaulichen die Herstellung des FACT 704 in und auf einem Abschnitt des Wafers, und die folgende Beschreibung beschreibt dies. Wenn der FACT 704 hergestellt wird, werden die anderen FACTs auf dem Wafer auf ähnliche Weise hergestellt.
Der Abschnitt des Wafers, der das Substrat 702 des FACT 704 bildet, wird selektiv nassgeätzt, um einen Hohlraum zu bilden. Eine Schicht Füllmaterial (nicht gezeigt) wird auf die Oberfläche des Wafers mit einer Dicke aufgebracht, die ausreichend ist, um jeden Hohlraum zu füllen. Die Oberfläche des Wafers wird dann planarisiert, was jeden Hohlraum mit Füllmaterial gefüllt zurücklässt. Die 11A und 11I zeigen den Hohlraum 104 in Substrat 702 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 die Oberfläche des Substrats 702 und das Füllmaterial 105 aufgebracht. Die erste Metallschicht wird strukturiert, wie es in den 11B und 11J gezeigt ist, um die Elektrode 112, die Elektrode 152, 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 152 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 152 weisen normalerweise eine asymmetrische Form in einer Ebene auf, die parallel zu der Hauptoberfläche des Wafers ist. Eine asymmetrische Form minimiert laterale Moden in dem FBAR 110 und dem FBAR 150 (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 152 lassen einen Teil der Oberfläche des Füllmaterials 105 freiliegend, so dass das Füllmaterial später durch ein Ätzen entfernt werden kann, wie es im Folgenden beschrieben ist.
Unter zusätzlicher Bezugnahme auf 2A werden die Elektroden 114 und 154 in einer zweiten Metallschicht definiert, die Elektroden 122 und 162 werden in einer dritten Metallschicht definiert, und die Elektroden 124 und 164 werden in einer vierten Metallschicht definiert, wie es im Folgenden beschrieben ist. Die Metallschichten, in denen die Elektroden definiert sind, werden derart strukturiert, dass in jeweiligen Ebenen, die zu der Hauptoberfläche des Wafers parallel 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 152 und 154 des FBAR 150 die gleiche Form, Größe, Ausrichtung und Position aufweisen, und die Elektroden 162 und 164 des FBAR 160 die gleiche Form, Größe, Ausrichtung und Position aufweisen. Normalerweise weisen die Elektroden 114 und 122 außerdem die gleiche Form, Größe, Ausrichtung und Position auf, und die Elektroden 154 und 162 weisen außerdem die gleiche Form, Größe, Ausrichtung und Position auf.
Bei einem Ausführungsbeispiel war das Material jeder der Metallschichten Molybdän, das durch Sputtern mit einer Dicke von etwa 300 nm aufgetragen wurde. Die Elektroden, die in jeder der Metallschichten definiert waren, waren fünfeckig, wobei jede eine Fläche von etwa 12.000 Quadratμm aufwies. Andere Elektrodenflächen ergeben andere charakteristische Impedanzen. 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 berücksichtigen der Faktor beim Auswählen des Materials der Elektroden des FACT 704 sind die akustischen Eigenschaften des Elektrodenmaterials: die akustischen Eigenschaften der ein oder mehr Materialien der restlichen Metallteile des FACT 704 sind weniger wichtig als andere Eigenschaften, wie z. B. elektrische Leitfähigkeit. Somit können sich die ein oder mehr Materialien der restlichen Metallteile des FACT 704 von dem Material der Elektroden unterscheiden.
Eine Schicht aus piezoelektrischem Material wird aufgebracht und wird strukturiert, wie es in den 11C und 11K gezeigt ist, um eine piezoelektrische Schicht 717 zu definieren, die das piezoelektrische Element 116 des FBAR 110 und das piezoelektrische Element 156 des FBAR 150 liefert. Die piezoelektrische Schicht 717 erstreckt sich über das Substrat 702 über die Erstreckung des Hohlraums 104 hinaus, um einen Träger für den Spiralinduktor 713 und den Kondensator 715 zu liefern. Die piezoelektrische Schicht 717 wird strukturiert, um einen Teil der Oberfläche des Füllmaterials 105, die Bondanschlussflächen 132 und 138 und die Zwischenverbindungsanschlussfläche 176 freizulegen. Die piezoelektrische Schicht 717 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 717 und die piezoelektrische Schicht 727, die im Folgenden beschrieben sind, aufzubringen, 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 717 aufgebracht und wird strukturiert, wie es in den 11D und 11L gezeigt ist, um die Elektrode 114, die Elektrode 154, die Platte 718 des Kondensators 715 (10A), die Bondanschlussfläche 172, die Zwischenverbindungsanschlussfläche 136 in elektrischem Kontakt mit der Zwischenverbindungsanschlussfläche 176 und die Zwischenverbindungsanschlussflächen 741 und 745 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 154 und der Bondanschlussfläche 172 erstreckt, die elektrische Bahn 763, die sich zwischen der Elektrode 114 und der Platte 718 erstreckt, die elektrische Bahn 765, die sich zwischen den Zwischenverbindungsanschlussflächen 741 und 745 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 11E und 11M gezeigt ist, um die akustische Entkopplungsschicht 731 zu definieren, die den akustischen Entkoppler 130 und den akustischen Entkoppler 170 liefert. Die akustische Entkopplungsschicht 731 erstreckt sich über das Substrat 702 über die Erstreckung des Hohlraums 104 hinweg, um das Dielektrikum des Kondensators 715 und einen Träger für den Spiralinduktor 713 zu liefern. Die akustische Entkopplungsschicht 731 wird strukturiert, um zumindest die Elektrode 114 und die Elektrode 154 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 731 wird außerdem strukturiert, um die Fenster 119 zu definieren, die einen Zugang zu zusätzlichen Teilen der Oberfläche des Füllmaterials liefern, und um die Fenster 733 und 735 zu definieren, die einen Zugang zu den Zwischenverbindungsanschlussflächen 741 bzw. 745 liefern.
Bei einem Ausführungsbeispiel war das akustische Entkopplungsmaterial Polyimid mit einer Dicke von etwa 200 nm, d. h. ein Viertel der Mittenfrequenzwellenlänge in dem Polyimid. Das Polyimid wurde durch Schleuderbeschichten aufgebracht, um die akustische Entkopplungsschicht 731 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 eine Trennung von nachfolgend aufgebrachten Schichten bewirkt.
Eine dritte Metallschicht wird auf die akustische Entkopplungsschicht 731 aufgebracht und wird strukturiert, wie es in den 11F und 11N gezeigt ist, um die Elektrode 122, die Elektrode 162, die Spiralbahn 714, die den Spiralinduktor 713 bildet, die Platte 719 des Kondensators 715 (10A), die Bondanschlussfläche 178, die Zwischenverbindungsanschlussfläche 743 an dem inneren Ende der Spiralbahn 714 in elektrischem Kontakt mit der Zwischenverbindungsanschlussfläche 741 und die Zwischenverbindungsanschlussfläche 747 in elektrischem Kontakt mit der Zwischenverbin dungsanschlussfläche 745 zu definieren. Das Strukturieren definiert auch in der dritten Metallschicht die elektrische Bahn 171, die sich zwischen der Elektrode 122 und der Elektrode 162 erstreckt, die elektrische Bahn 179, die sich zwischen der elektrischen Bahn 171 und der Bondanschlussfläche 178 erstreckt, die elektrische Bahn 761, die sich zwischen der Elektrode 122 und dem äußeren Ende der Spiralbahn 714 erstreckt, und die elektrische Bahn 767, die sich zwischen der Platte 719 und der Zwischenverbindungsanschlussfläche 747 erstreckt.
Eine Schicht aus piezoelektrischem Material wird aufgebracht und wird strukturiert, wie es in den 11G und 11O gezeigt ist, um die piezoelektrische Schicht 727 zu definieren, die das piezoelektrische Element 126 des FBAR 120 und das piezoelektrische Element 166 des FBAR 150 liefert. Die piezoelektrische Schicht 727 wird strukturiert, um den Induktor 713, den Kondensator 715, die Bondanschlussflächen 132, 138, 178 und 172, die Zwischenverbindungsanschlussflächen 136 und 176 und einen Teil der Oberfläche des Füllmaterials 105 freizulegen. Die piezoelektrische Schicht 727 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 11H und 11P gezeigt ist, um die Elektrode 124, die Elektrode 164, 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 164 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 704 über dem Hohlraum 104 hängend, wie es in den 10A und 10B 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 704, 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 Ausführungsbeispiel wird der FACT 704 in einem hermetischen Gehäuse gehäust, das demjenigen ähnlich ist, das im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf die 8A bis 8E beschrieben ist. Es werden jedoch andere Komponenten als der Induktor 180 und optional der Kondensator 184 an der Oberfläche des Hilfssubstrats befestigt.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das akustische Entkopplungsmaterial der akustischen Entkopplungsschicht 731 ein vernetztes Polyphenylenpolymer. Nachdem die zweite Metallschicht strukturiert worden ist, um die Elektroden 114 und 154 zu definieren, wie es im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf die 11D und 11L beschrieben ist, wird die Vorläuferlösung für das vernetzte Polyphenylenpolymer auf eine Weise aufgeschleudert, die derjenigen ähnlich ist, die im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf die 11E und 11M 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 frequenzmäßig gleich der Mittenfrequenz des Durchlassbandes des FACT 704 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 11F beschrieben ist, wird jedoch anfangs auf eine Weise strukturiert, die derjenigen ähnlich ist, die in 11E gezeigt ist, um eine Hartmaske zu definieren, die verwendet wird, um die Schicht aus vernetztem Polyphenylenpolymer zu strukturieren, um die akustische Entkopplungsschicht 731 zu definieren. Die anfangs strukturierte dritte Metallschicht weist die gleiche Erstreckung wie die akustische Entkopplungsschicht 731 auf und weist Fenster an den folgenden Orten auf: über einem Teil der Oberfläche des Füllmaterials 105, über den Bondanschlussflächen 132, 138 und 172 und an den vorgesehenen Orten der Fenster 119, 733 und 735 in der akustischen Entkopplungsschicht 731.
Die Schicht aus vernetztem Polyphenylenpolymer wird dann, wie es in 11E gezeigt ist, mit der anfangs strukturierten dritten Metallschicht als einer Hartätzmaske strukturiert. Das Strukturieren definiert die folgenden Merkmale in der Schicht aus vernetztem Polyphenylenpolymer: die Erstreckung der akustischen Entkopplungsschicht 731, Fenster, die einen Zugang zu einem Teil der Oberfläche des Füllmaterials 105 und zu den Bondanschlussflächen 132, 138 und 172 liefern, Fenster 733 und 735, die einen Zugang zu den Zwischenverbindungsanschlussflächen 741 bzw. 745 liefern, und Fenster 119, die einen Zugang zu zusätzlichen Teilen der Oberfläche des Füllmaterials liefern. Das Strukturieren wird mit einem Sauerstoffplasmaätzen durchgeführt.
Die dritte Metallschicht wird dann erneut strukturiert, wie es in den 11F und 11N gezeigt ist, um die Elektrode 122, die Elektrode 162, die Spiralbahn 714, die den Spiralinduktor 713 bildet, die Platte 719 des Kondensators 715 (10A), die Bondanschlussfläche 178, die Zwischenverbindungsanschlussfläche 743 an dem inneren Ende der Spiralbahn 714 in elektrischem Kontakt mit der Zwischenverbindungsanschlussfläche 741 und die Zwischenverbindungsanschlussfläche 747 in elektrischem Kontakt mit der Zwischenverbindungsanschlussfläche 745 zu definieren. Das erneute Strukturieren definiert auch in der dritten Metallschicht die elektrische Bahn 171, die sich zwischen der Elektrode 122 und der Elektrode 162 erstreckt, die elektrische Bahn 179, die sich zwischen der elektrischen Bahn 171 und der Bondanschlussfläche 178 erstreckt, die elektrische Bahn 761, die sich zwischen der Elektrode 122 und dem äußeren Ende der Spiralbahn 714 erstreckt, und die elektrische Bahn 767, die sich zwischen der Platte 719 und der Zwischenverbindungsanschlussfläche 747 erstreckt.
Eine Herstellung des Ausführungsbeispiels des FACT 704 mit einer akustischen Entkopplungsschicht aus vernetztem Polyphenylenpolymer wird durch ein Durchführen der Bearbeitung abgeschlossen, die im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf die 11G, 11H, 11O und 11P 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.
Diese Offenbarung beschreibt die Erfindung unter Verwendung veranschaulichender Ausführungsbeispiele im Detail. Die Erfindung, die durch die angehängten Ansprüche definiert ist, ist jedoch nicht auf die genauen beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.
Zusammenfassung
Der akustisch gekoppelte Filmtransformator (FACT) (z. B. 200) weist einen ersten (106) und einen zweiten (108) entkoppelten gestapelten akustischen Volumenresonator (DSBAR) auf. Jeder DSBAR weist einen unteren akustischen Filmvolumenresonator (FBAR) (z. B. 110), einen oberen FBAR (z. B. 120) auf dem unteren FBAR und einen akustischen Entkoppler (z. B. 130) zwischen den FBARs auf. Jeder FBAR weist gegenüberliegende planare Elektroden (z. B. 112, 114) und ein piezoelektrisches Element (z. B. 116) zwischen den Elektroden auf. Eine erste elektrische Schaltung (z. B. 141) verbindet den unteren FBAR (110, 150) des ersten DSBAR und des zweiten DSBAR. Eine zweite elektrische Schaltung (z. B. 142) verbindet die oberen FBARs (120, 160) des ersten DSBAR und des zweiten DSBAR. Bei zumindest einem der DSBARs bilden der akustische Entkoppler und eine Elektrode jedes des unteren FBAR und des oberen FBAR, die zu dem akustischen Entkoppler benachbart ist, einen parasitären Kondensator (C_P). Der FACT weist außerdem einen Induktor (180) auf, der elektrisch parallel zu dem parasitären Kondensator geschaltet ist. Der Induktor erhöht das Gleichtaktunterdrückungsverhältnis des FACT.

Claims

Ein akustisch gekoppelter Filmtransformator (FACT), der folgende Merkmale aufweist: einen ersten entkoppelten gestapelten akustischen Volumenresonator (DSBAR) und einen zweiten DSBAR, wobei jeder DSBAR 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 verbindet; und eine zweite elektrische Schaltung, die die oberen FBARs verbindet; wobei: bei zumindest einem der DSBARs der akustische Entkoppler, eine der Elektroden des unteren FBAR, die zu dem akustischen Entkoppler benachbart ist, und eine der Elektroden des oberen FBAR, die zu dem akustischen Entkoppler benachbart ist, einen parasitären Kondensator bilden; und der FACT außerdem einen Induktor aufweist, der elektrisch parallel zu dem parasitären Kondensator geschaltet ist.
Der FACT gemäß Anspruch 1, wobei: der FACT ein Durchlassband aufweist; und der Induktor und der parasitäre Kondensator einen Teil einer Parallelresonanzschaltung bilden, die eine Resonanzfrequenz in dem Durchlassband aufweist.
Der FACT gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei: der FACT außerdem ein Substrat aufweist, das angeordnet ist, um die DSBARs zu tragen, wobei das Substrat eine Hauptoberfläche aufweist; und der Induktor über dem Substrat angeordnet ist.
Der FACT gemäß Anspruch 3, bei dem der Induktor folgende Merkmale aufweist: eine Schicht aus isolierendem Material; und ein induktives Element über der Schicht aus isolierendem Material.
Der FACT gemäß Anspruch 1, 2, 3 oder 4, wobei: der FACT außerdem folgende Merkmale aufweist: ein Substrat, das die DSBARs trägt, und eine Tochterplatine, die elektrisch leitende Bahnen aufweist; und das Substrat und der Induktor an der Tochterplatine durch die Leiterbahnen elektrisch verbunden befestigt sind.
Der FACT gemäß Anspruch 1, 2, 3 oder 4, wobei: der FACT außerdem ein Gehäuse aufweist, das die DSBARs unterbringt, wobei das Gehäuse folgende Merkmale aufweist: ein erstes Substrat, das die DSBARs trägt, ein zweites Substrat, das parallel zu dem ersten Substrat angeordnet ist, und eine Dichtung, die sich zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat erstreckt; und der Induktor an dem zweiten Substrat befestigt ist.
Der FACT gemäß Anspruch 6, bei dem die Substrate und die Dichtung zusammen eine hermetische Kammer definieren, in der die DSBARs und der Induktor angeordnet sind.
Der FACT gemäß Anspruch 1, 2, 3 oder 4, wobei: der FACT außerdem ein Gehäuse aufweist, das folgende Merkmale aufweist: ein erstes Substrat, das die DSBARs trägt, ein zweites Substrat, das parallel zu dem ersten Substrat angeordnet ist, und eine Dichtung, die sich zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat erstreckt; und der Induktor in einer Metallschicht definiert ist, die auf einer Oberfläche des zweiten Substrats angeordnet ist.
Der FACT gemäß Anspruch 8, bei dem: das Gehäuse außerdem einen Zwischenverbindungsvorsprung aufweist, der sich zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat erstreckt; und der Induktor elektrisch über den Zwischenverbindungsvorsprung mit einer der Elektroden des parasitären Kondensators verbunden ist.
Der FACT gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, der außerdem einen Isolationskondensator aufweist, der elektrisch in Reihe mit dem Induktor geschaltet ist.
Der FACT gemäß Anspruch 10, bei dem: der Induktor ein Teil einer Parallelresonanzschaltung ist, die eine Resonanzfrequenz aufweist; und der Induktor und der Isolationskondensator eine Reihenresonanz bei einer Frequenz aufweisen, die sich von der Resonanzfrequenz um mehr als eine Oktave unterscheidet.
Der FACT gemäß Anspruch 10 oder 11, bei dem: der Isolationskondensator ein Paar von parallelen Platten und ein Dielektrikum zwischen den parallelen Platten aufweist; eine der parallelen Platten und eine der Elektroden des parasitären Kondensators Teile einer ersten leitfähigen gemeinsamen Schicht sind; die andere der parallelen Platten und die andere der Elektroden des parasitären Kondensators Teile einer zweiten gemeinsamen leitfähigen Schicht sind; und das Dielektrikum des Isolationskondensators und das akustische Kopplungselement Teile einer dritten gemeinsamen Schicht sind.
Ein DSBAR-Bauelement, das eine Bandpasscharakteristik aufweist, die durch eine Mittenfrequenz charakterisiert ist, wobei das DSBAR-Bauelement folgende Merkmale aufweist: einen unteren akustischen Filmvolumenresonator (FBAR) und einen oberen FBAR, der 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, wobei der akustische Entkoppler strukturiert ist, um eine Phasenänderung, die nominal gleich π/2 ist, bei einem akustischen Signal zu bewirken, das frequenzmäßig gleich der Mittenfrequenz ist.
Das DSBAR-Bauelement gemäß Anspruch 13, bei dem: der akustische Entkoppler nicht mehr als eine akustische Entkopplungsschicht aus akustischem Entkopplungsmaterial aufweist; und die akustische Entkopplungsschicht eine Dicke aufweist, die nominal gleich einem Viertel der Wellenlänge des akustischen Signals in dem akustischen Entkopplungsmaterial ist.
Das DSBAR-Bauelement gemäß Anspruch 13, bei dem der akustische Entkoppler akustische Entkopplungsschichten aus akustischen Entkopplungsmaterialien aufweist, die unterschiedliche akustische Impedanzen aufweisen.
Das DSBAR-Bauelement gemäß Anspruch 13, 14 oder 15, bei dem: der akustische Entkoppler und benachbarte der Elektroden des unteren FBAR und der Elektroden des oberen FBAR einen parasitären Kondensator bilden; und das DSBAR-Bauelement außerdem einen Induktor aufweist, der elektrisch parallel zu dem parasitären Kondensator geschaltet ist.