CN102006029A

CN102006029A - Fbar滤波器及其组件

Info

Publication number: CN102006029A
Application number: CN2010105716166A
Authority: CN
Inventors: 董树荣; 张慧金; 吴梦军; 程维维; 金鹏程
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2010-12-01
Filing date: 2010-12-01
Publication date: 2011-04-06

Abstract

本发明公开了一种FBAR滤波器及其组件。FBAR滤波器包括：输入端子、输出端子、n个串联模块和m个并联模块，输入端子、n个串联模块与输出端子两两之间的结点分别连接1个并联模块的一端，每个并联模块的另一端接地；每个串联模块和并联模块均包括x个并联连接的FBAR，x、m和n为自然数，x大于或等于2。FBAR滤波器组件依次包括：输入端子、第一匹配网络、由二个以上FBAR滤波器并联连接构成的FBAR滤波器组、第二匹配网络和输出端子。本发明的FBAR滤波器及其组件功率高，能够满足基站等无线设备对于FBAR滤波器功率的要求。

Description

FBAR滤波器及其组件

技术领域

本发明属于滤波器件技术领域，具体涉及一种薄膜声波谐振器(Thin Film Bulk Acoustic Resonator，简称FBAR)滤波器及其组件。

背景技术

随着移动通信技术的发展，移动数据传输量也迅速上升。因此，在频率资源有限以及应当使用尽可能少的移动通信设备的前提下，提高无线基站、微基站或直放站等无线功率发射设备的发射功率成了必须考虑的问题，同时也意味着对移动通信设备前端电路中滤波器功率的要求也越来越高。

目前，无线基站等设备中的大功率滤波器主要是以腔体滤波器为主，其功率可达上百瓦，但是这种滤波器的尺寸太大。也有的设备中使用介质滤波器，其平均功率可达5瓦以上，这种滤波器的尺寸也很大。由于尺寸大，所以这两种滤波器无法集成到射频前端芯片中。

FBAR技术很好地克服了上述两种滤波器存在的缺陷。基于FBAR技术制造的FBAR滤波器体积小，工作频率高，温度系数小，损耗低。但是现有技术中的FBAR滤波器功率低，最高只能达到3瓦左右，显然达不到目前基站等设备的要求。

发明内容

本发明提供了一种FBAR滤波器及其组件，解决了现有技术中FBAR滤波器功率低的问题。

一种FBAR滤波器，包括：输入端子、输出端子、n个串联模块和m个并联模块，所述n个串联模块串联连接，所述输入端子与第1个串联模块之间的结点、第1个串联模块到第n个串联模块中相邻的2个串联模块之间的结点、以及第n个串联模块与所述输出端子之间的结点分别连接1个所述并联模块的一端，每个并联模块的另一端接地；其中，所述每个串联模块包括x个并联连接的FBAR，所述每个并联模块包括x个并联连接的FBAR，x、m和n为自然数，x大于或等于2。

所述FBAR由下至上依次包括：衬底、布拉格反射层、下电极层、压电薄膜和上电极层，其中，所述下电极层包括相接触的第一金属电极层和第二金属电极层，所述第二金属电极层与所述布拉格反射层接触，所述第一金属电极层与所述压电薄膜接触。

优选的技术方案中，所述第二金属电极层的导热率大于300w/m·k。

优选的技术方案中，所述第一金属电极层的材料为铝，所述第二金属电极层的材料为铜。

优选的技术方案中，所述的FBAR滤波器，还包括第一匹配网络和第二匹配网络，所述第一匹配网络的一端与所述输入端子连接，另一端与第1个串联模块和第1个并联模块连接；所述第二匹配网络的一端与所述输出端子连接，另一端与第m个串联模块和第n个并联模块连接。所述第一匹配网络用于所述FBAR滤波器输入阻抗的匹配，所述第二匹配网络用于所述FBAR滤波器输出阻抗的匹配。

第一匹配网络和第二匹配网络可以是LC匹配网络，也可以是传输线匹配网络，或者也可以是其他的能够实现阻抗匹配的网络。

优选的技术方案中，所述第一匹配网络为LC阻抗匹配网络，包括第一电容和第一电感，所述第一电容的一端与所述输入端子和第一电感的一端连接，所述第一电容的另一端与所述第1个串联模块和第1个并联模块连接；所述第一电感的另一端接地；

优选的技术方案中，所述第二匹配网络为LC阻抗匹配网络，包括第二电容和第二电感，所述第二电容的一端与所述输出端子和第二电感的一端连接，所述第二电容的另一端与所述第m个串联模块和第n个并联模块连接；所述第二电感的另一端接地。

一种FBAR滤波器组件，包括：

输入端子、输出端子、由二个以上FBAR滤波器并联连接构成的FBAR滤波器组、第一匹配网络，用于所述FBAR滤波器组输入阻抗的匹配、和第二匹配网络，用于所述FBAR滤波器组输出阻抗的匹配；

所述的输入端子与所述第一匹配网络的一端连接，所述第一匹配网络的另一端与所述FBAR滤波器组的一端连接，所述FBAR滤波器组的另一端与所述第二匹配网络的一端连接，所述第二匹配网络的另一端与所述输出端子连接；

所述FBAR滤波器包括子输入端子、子输出端子、a个串联FBAR和b个并联FBAR；所述a个串联FBAR串联连接，所述子输入端子与第1个串联FBAR之间的结点、第a个串联模块与所述子输出端子之间的结点以及第1个的串联FBAR到第a个串联FBAR之间的结点分别连接1个所述并联FBAR的一端，每个并联FBAR的另一端接地；a和b为自然数。

其中，所述FBAR由下至上依次包括：衬底、布拉格反射层、下电极层、压电薄膜和上电极层，其中，所述的所述下电极层包括相接触的第一金属电极层和第二金属电极层，所述第二金属电极层与所述布拉格反射层接触，所述第一金属电极层与所述压电薄膜接触。

所述第一匹配网络和第二匹配网络可以是LC匹配网络，也可以是传输线匹配网络，或者也可以是其他的能够实现阻抗匹配的网络。

优选的技术方案中，所述第一匹配网络为LC阻抗匹配网络，包括第一电容和第一电感，所述第一电容的一端与所述输入端子和第一电感的一端连接，所述第一电容的另一端与所述FBAR滤波器组的一端连接；所述第一电感的另一端接地；

优选的技术方案中，所述第二匹配网络为LC阻抗匹配网络，包括第二电容和第二电感，所述第二电容的一端与所述输出端子和第二电感的一端连接，所述第二电容的另一端与所述FBAR滤波器组的另一端连接；所述第二电感的另一端接地。

本发明的FBAR滤波器通过将各个FBAR并联组成串联模块或并联模块，并将串联模块和并联模块组成FBAR滤波器，提高了FBAR滤波器的功率；本发明的FBAR滤波器组件，通过将多个FBAR滤波器并联连接，提高了FBAR滤波器组件的功率。

附图说明

图1为本发明FBAR滤波器的第一种实施方式的结构示意图；

图2为本发明FBAR滤波器的第二种实施方式的结构示意图；

图3为本发明中FBAR的结构示意图；

图4为本发明FBAR滤波器的第三种实施方式的结构示意图；

图5为本发明FBAR滤波器组件的第一种实施方式的结构示意图；

图6为本发明FBAR滤波器组件的第二种实施方式的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图来详细说明本发明，但本发明并不仅限于此。

实施例1：

如图1所示，第一种FBAR滤波器，包括：输入端子13、输出端子14、n个串联模块11和m个并联模块12。

其中，n个串联模块11串联连接，输入端子13与第1个串联模块11之间的结点N1、第n个串联模块11与输出端子14之间的结点Nn以及第1个串联模块11到第n个串联模块11中相邻的两个串联模块11之间的结点，每个结点分别连接1个并联模块12的一端，每个并联模块12的另一端接地；每个串联模块11包括x个并联连接的FBAR111，每个并联模块12包括x个并联连接的FBAR111；x、m和n为自然数，x大于或等于2。

由于每个串联模块和并联模块均包括多个并联连接的FBAR，有效提高了FBAR滤波器的功率，可以满足基站等无线设备对于FBAR滤波器功率的要求。

其中，FBAR的结构，如图3所示，由下至上依次包括：衬底001、布拉格反射层002、下电极层003、压电薄膜004和上电极层005，布拉格反射层002设置在衬底001上、下电极层003设置在布拉格反射层002上；压电薄膜004设置在下电极层003上；上电极层005设置在压电薄膜004上。

其中，布拉格反射层002包括第二高声阻抗布拉格层021、第二低声阻抗布拉格层022、第一高声阻抗布拉格层023和第一低声阻抗布拉格层024四个高低声阻抗布拉格层。第二高声阻抗布拉格层021设置在衬底001上，第二低声阻抗布拉格层022设置在第二高声阻抗布拉格层021上，第一高声阻抗布拉格层023设置在第二低声阻抗布拉格层022上，第一低声阻抗布拉格层024设置在第一高声阻抗布拉格层023上。低声阻抗布拉格层的材料可以是二氧化硅(SiO2)、氮化铝(AlN)等，高声阻抗布拉格层的材料可以是钨(W)、钼(Mo)等。当然，根据实际需要，可以对布拉格反射层002中的高低声阻抗布拉格层的数目进行增加或减少。布拉格反射层可以使得下电极层与衬底之间保持良好的接触。

其中，下电极层003包括相接触的第一金属电极层031和第二金属电极层032，第二金属电极层032与布拉格反射层002接触，第一金属电极层031与压电薄膜004接触。第一金属电极层031和第二金属电极层032的材料可以是高导热率的材料，例如，第一金属电极层031的材料可以是铝，第二金属电极层032可以是铜，第二金属电极层的导热率大于300w/m·k时较佳。

下电极层003、压电薄膜004和上电极层005可以组成压电振荡堆。第一金属电极层031的材料为同时具有良好粘合力的材料，则有利于下电极层003与压电薄膜004的接触。

实施例2：

如图2所示，第二种FBAR滤波器，包括：输入端子13、输出端子14、串联模块21、串联模块22、并联模块31、并联模块32和并联模块33。

其中，串联模块21包括并联连接的FBAR211、FBAR212和FBAR213，串联模块22包括并联连接的FBAR221、FBAR222和FBAR223，并联模块31包括并联连接的FBAR311、FBAR312和FBAR313，并联模块32包括并联连接的FBAR321、FBAR322和FBAR323，并联模块33包括并联连接的FBAR331、FBAR332和FBAR333。

串联模块21和串联模块22串联连接，输入端子13和第1个串联模块21之间的结点N1与第1个并联模块31的一端连接，第1个串联模块21与第2个串联模块22之间的结点N2与第2个并联模块32的一端连接，第2个串联模块22与输出端子14之间的结点N3与第3个并联模块33连接，并联模块31、并联模块32和并联模块33的另一端均接地。

各个串联模块和并联模块中FBAR的结构如图3所示，其中，上电极层005的材料为铝，第一金属电极层031的材料采用铝，厚度为0.1微米，第二金属电极层032的材料为铜，厚度为0.1微米；压电薄膜004的材料为氮化铝，FBAR211、FBAR212、FBAR213、FBAR221、FBAR222和FBAR223的压电薄膜的厚度为1.983微米，工作区域面积为4800平方微米；FBAR311、FBAR312、FBAR313、FBAR331、FBAR332和FBAR333的压电薄膜的厚度为2.066微米，工作区域面积为16000平方微米；FBAR321、FBAR322和FBAR323的压电薄膜的厚度为2.066微米，工作区域面积为320000平方微米。

实施例3：

如图4所示，第三种FBAR滤波器，包括：第一匹配网络15、第二匹配网络16、输入端子13、输出端子14、串联模块21、串联模块22、并联模块31、并联模块32和并联模块33。

第一匹配网络15的一端与输入端子13连接，另一端与串联模块21和并联模块31连接，第二匹配网络16的一端与输出端子14连接，另一端与串联模块22和并联模块33连接。

第一匹配网络15，用于实施例的FBAR滤波器输入阻抗的匹配，包括第一电容151和第一电感152，第一电容151的一端与输入端子13和第一电感152的一端连接，第一电容151的另一端与串联模块21和并联模块31连接，第一电感152的另一端接地。

第二匹配网络16，用于实施例的FBAR滤波器输出阻抗的匹配，包括第二电容161和第二电感162，第二电容161的一端与输出端子14和第二电感162的一端连接，第二电容161的另一端与串联模块22和并联模块33连接，第二电感162的另一端接地。

其中，第一电感152和第二电感162的电容值为3.542pF，第一电容151和第二电容161的电感值为2.951nH。

第一匹配网络15和第二匹配网络16中，也可以采用电感串联电容并联的形式。

实施例4：

如图5所示，第一种FBAR滤波器组件，包括：输入端子13、输出端子14、由二个以上FBAR滤波器41并联连接构成的FBAR滤波器组、第一匹配网络15和第二匹配网络16。第一匹配网络15用于FBAR滤波器组输入阻抗的匹配，第二匹配网络用于FBAR滤波器组输出阻抗的匹配。

输入端子13与第一匹配网络15的一端连接，第一匹配网络15的另一端与FBAR滤波器组的一端连接，FBAR滤波器组的另一端与第二匹配网络16的一端连接，第二匹配网络16的另一端与输出端子14连接。

其中，FBAR滤波器41包括子输入端子、子输出端子、a个串联FBAR和b个并联FBAR；a个串联FBAR串联连接，子输入端子与第1个串联FBAR之间的结点、第a个串联模块与子输出端子之间的结点以及第2个的串联FBAR到第a-1个串联FBAR之间的结点分别连接1个并联FBAR的一端，每个并联FBAR的另一端接地；a和b为自然数。

本实施例给出的FBAR滤波器组件，通过将二个以上的FBAR滤波器并联，提高了FBAR滤波器组件的功率，通过第一匹配网络和第二匹配网络实现FBAR滤波器组件输入阻抗和输出阻抗的匹配。

实施例5：

如图6所示，第二种FBAR滤波器组件，包括：输入端子13、输出端子14、由二个以上FBAR滤波器41并联连接构成的FBAR滤波器组、第一匹配网络15和第二匹配网络16，输入端子13与第一匹配网络15的一端连接，第一匹配网络15的另一端与FBAR滤波器组的一端连接，FBAR滤波器组的另一端与第二匹配网络16的一端连接，第二匹配网络16的另一端与输出端子14连接。第一匹配网络15用于FBAR滤波器组输入阻抗的匹配，第二匹配网络16用于FBAR滤波器组输出阻抗的匹配。

其中，每个FBAR滤波器41均包括子输入端子413、子输出端子414、2个串联FBAR411和3个并联FBAR412；2个串联FBAR411串联连接，子输入端子413与第1个串联FBAR411之间的结点N4与第1个并联FBAR412的一端连接，第1个串联FBAR411和第2个串联FBAR411之间的结点N5与第2个并联FBAR412的一端连接，第2个串联FBAR411与输出端子414之间的结点N6与第3个串联FBAR312的一端连接。3个并联FBAR412的另一端均接地。

FBAR411和FBAR412的结构可以如图3所示，也可以是其他结构的FBAR。

第一匹配网络15和第二匹配网络16可以是LC匹配网络，也可以是传输线匹配网络，或者也可以是其他的能够实现阻抗匹配的网络。

本实施例给出的FBAR滤波器组件，通过将多个FBAR滤波器41并联连接，提高了FBAR滤波器组件的功率，可以满足基站等无线设备对于FBAR滤波器功率的要求。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种FBAR滤波器，其特征在于，包括：输入端子、输出端子、n个串联模块和m个并联模块，所述n个串联模块串联连接，所述输入端子与第1个串联模块之间的结点、第1个串联模块到第n个串联模块中相邻的2个串联模块之间的结点、以及第n个串联模块与所述输出端子之间的结点分别连接1个所述并联模块的一端，每个并联模块的另一端接地；其中，所述每个串联模块包括x个并联连接的FBAR，所述每个并联模块包括x个并联连接的FBAR，x、m和n为自然数，x大于或等于2。

2.如权利要求1所述的FBAR滤波器，其特征在于，所述FBAR由下至上依次包括：衬底、布拉格反射层、下电极层、压电薄膜和上电极层，其中，所述下电极层包括相接触的第一金属电极层和第二金属电极层，所述第二金属电极层与所述布拉格反射层接触，所述第一金属电极层与所述压电薄膜接触。

3.如权利要求2所述的FBAR滤波器，其特征在于，所述第二金属电极层的导热率大于300w/m·k。

4.如权利要求2所述的FBAR滤波器，其特征在于，所述第一金属电极层的材料为铝，所述第二金属电极层的材料为铜。

5.如权利要求1～4任一所述的FBAR滤波器，其特征在于，还包括：

第一匹配网络，用于所述FBAR滤波器输入阻抗的匹配；和第二匹配网络，用于所述FBAR滤波器输出阻抗的匹配；

其中，所述第一匹配网络的一端与所述输入端子连接，另一端与第1个串联模块和第1个并联模块连接；所述第二匹配网络的一端与所述输出端子连接，另一端与第n个串联模块和第m个并联模块连接。

6.如权利要求5所述的FBAR滤波器，其特征在于，所述第一匹配网络为LC阻抗匹配网络，包括第一电容和第一电感，所述第一电容的一端与所述输入端子和第一电感的一端连接，所述第一电容的另一端与所述第1个串联模块和第1个并联模块连接；所述第一电感的另一端接地；

所述第二匹配网络为LC阻抗匹配网络，包括第二电容和第二电感，所述第二电容的一端与所述输出端子和第二电感的一端连接，所述第二电容的另一端与所述第n个串联模块和第m个并联模块连接；所述第二电感的另一端接地。

7.一种FBAR滤波器组件，其特征在于，包括：

8.如权利要求7所述的FBAR滤波器组件，其特征在于，所述FBAR由下至上依次包括：衬底、布拉格反射层、下电极层、压电薄膜和上电极层，其中，所述下电极层包括相接触的第一金属电极层和第二金属电极层，所述第二金属电极层与所述布拉格反射层接触，所述第一金属电极层与所述压电薄膜接触。

9.如权利要求8所述的FBAR滤波器组件，其特征在于，所述第二金属电极层的导热率大于300w/m·k。

10.如权利要求7所述的FBAR滤波器组件，其特征在于，所述第一匹配网络为LC阻抗匹配网络，包括第一电容和第一电感，所述第一电容的一端与所述输入端子和第一电感的一端连接，所述第一电容的另一端与所述FBAR滤波器组的一端连接；所述第一电感的另一端接地；

所述第二匹配网络为LC阻抗匹配网络，包括第二电容和第二电感，所述第二电容的一端与所述输出端子和第二电感的一端连接，所述第二电容的另一端与所述FBAR滤波器组的另一端连接；所述第二电感的另一端接地。