CN103138032B - 双工器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种双工器。该双工器包括具有不同通带的发送滤波器和接收滤波器，其中：构成发送滤波器和接收滤波器的作为串联谐振器或并联谐振器并且在保护频带侧形成裙边特性的第一谐振器是温度补偿型压电薄膜谐振器或使用拉夫波的表面声波谐振器，并且在保护频带的相反侧形成裙边特性的第二谐振器是非温度补偿型压电薄膜谐振器、使用钽酸锂基板或者通过将钽酸锂基板结合在蓝宝石基板上制成的基板的表面声波谐振器以及使用拉夫波的表面声波谐振器中的一种。
Description
技术领域
本发明涉及一种在无线终端的高频电路中使用的双工器。
背景技术
诸如移动电话的无线终端的高频电路具有包括连接到公共天线端子的发送滤波器和接收滤波器的双工器。使用表面声波（SAW:表面声波）或者体声波（BAW:体声波）的声波滤波器用于发送和接收滤波器，并且基于装置的规格来确定使用哪种声波滤波器。例如，发送滤波器和接收滤波器可以都是SAW滤波器或者BAW滤波器，或者其中的一个可以是SAW滤波器并且另一个可以是BAW滤波器。
BAW滤波器可以通过组合具有按顺序堆叠在基板上的下电极、压电薄膜和上电极的压电薄膜谐振器来形成。已知具有在其中下电极与上电极彼此面对的区域下面形成的空间的FBAR（膜体声波谐振器）类型的压电薄膜谐振器和具有声学反射膜来代替该空间的SMR（固态装配型谐振器）类型的压电薄膜谐振器。另外，已知温度补偿型的TC-FBAR（温度补偿FBAR），其包括温度补偿膜，该温度补偿膜的谐振频率温度系数的符号与压电薄膜的相反并且该温度补偿膜被插入到FBAR中。TC-FBAR被已知为在滤波器的频率温度系数TCF与有效机电耦合系数K2 eff之间具有权衡关系。
优选的是，双工器的滤波器在发送滤波器和接收滤波器之间的保护频带侧具有较陡的裙边特性并且具有良好的温度稳定性，以便于抑制发送滤波器和接收滤波器之间的信号干扰。然而，由于上述TCF与K2 eff之间的权衡关系，使得当对TCF进行改进以便于改进温度稳定性时，K2 eff减少并且滤波器的带宽变得较窄。
发明内容
根据本发明的方面，提供了一种双工器，其包括具有不同通带的发送滤波器和接收滤波器，其中：发送滤波器和接收滤波器中的每一个包括以梯形形状连接的串联谐振器和并联谐振器，作为串联谐振器或者并联谐振器并且在发送滤波器和接收滤波器之间的保护频带侧形成裙边特性的第一谐振器是温度补偿型压电薄膜谐振器和使用拉夫波的第一拉夫波类型表面声波谐振器中的一种，所述温度补偿型压电薄膜谐振器由包括压电薄膜以及夹持压电薄膜并且彼此面对的下电极和上电极的多个层构成，并且包括温度补偿膜，该温度补偿膜的弹性常数的温度系数的符号与压电薄膜的弹性常数的温度系数的符号相反并且该温度补偿膜被夹持在上电极与下电极之间；并且作为串联谐振器或者并联谐振器并且在保护频带的相反侧形成裙边特性的第二谐振器是非温度补偿型压电薄膜谐振器、使用钽酸锂基板的LT类型表面声波谐振器、LT/Sa类型表面声波谐振器以及第二拉夫波类型表面声波谐振器中的一种，其中，所述非温度补偿型压电薄膜谐振器由包括压电薄膜以及夹持该压电薄膜并且彼此面对的下电极和上电极的多个层构成，并且其中，在上电极与下电极之间没有夹持温度补偿膜，所述LT/Sa类型表面声波谐振器使用通过将钽酸锂基板结合在蓝宝石基板上制成的基板，并且所述第二拉夫波类型表面声波谐振器的有效机电耦合系数大于第一拉夫波类型表面声波谐振器的有效机电耦合系数。
附图说明
图1是根据第一实施方式和第二实施方式的双工器的电路图；
图2是示出双工器的通过特性的图；
图3A至图3C是示出温度补偿型压电薄膜谐振器的结构的图；
图4A至图4C是示出不包括温度补偿膜的压电薄膜谐振器的结构的图；
图5是示出根据第一实施方式的双工器的布局的示意性平面图；
图6是示出根据第一实施方式的双工器的结构的示意性截面图；
图7是示出用于模拟的堆叠膜的膜厚度和具体材料的图；
图8A和图8B是描绘根据第一实施方式的双工器的滤波器特性的图；
图9是示出根据第二实施方式的双工器的布局的平面图；
图10A和图10B是示出使用LT/Sa基板的表面声波谐振器的结构的图；
图11A和图11B是示出使用LT基板的表面声波谐振器的结构的图；
图12A和图12B是示出使用拉夫波的表面声波谐振器的结构的图；以及
图13A和图13B是描绘根据第二实施方式的双工器的滤波器特性的图。
具体实施方式
第一实施方式
图1是根据第一实施方式和第二实施方式的双工器的电路图。第一实施方式是在W-CDMA（宽带码分多址）的频带2中使用的示例性双工器（发送频带为1850至1910MHz，并且接收频带为1930至1990MHz）。如图1中所示，发送滤波器10连接在天线端子Ant与发送端子Tx之间，并且接收滤波器12连接在天线端子Ant与接收端子Rx之间。发送滤波器10和接收滤波器12是包括以梯形形状连接的串联谐振器和并联谐振器的梯形滤波器。天线端子Ant由发送滤波器10和接收滤波器12共享，并且匹配电感器L1连接在天线端子Ant与接地之间。
发送滤波器10包括串联谐振器S1至S4和并联谐振器P1至P3。串联谐振器S1至S4连接在天线端子Ant与发送端子Tx之间，并且并联谐振器P1至P3连接在各串联谐振器之间。并联谐振器P1至P3的一端（与连接到串联谐振器的一侧相反的一侧）统一经由电感器L2连接到接地。匹配电感器L3连接在发送端子Tx与接地之间。
接收滤波器12包括串联谐振器S5至S8和并联谐振器P4至P6。串联谐振器S5至S8连接在天线端子Ant与接收端子Rx之间，并且并联谐振器P4至P6连接在各串联谐振器之间。并联谐振器P4至P6的一端（与连接到串联谐振器的一侧相反的一侧）经由各电感器L4至L6连接到接地。匹配电感器L7连接在接收端子Rx与接地之间。
图2是示出构成双工器的发送滤波器10和接收滤波器12的通过特性的图。在根据第一实施方式的用于频带2的双工器中，与发送滤波器10的通带（Tx）相比，接收滤波器12的通带（Rx）处于高频带。因此，发送滤波器10的串联谐振器S1至S4在发送滤波器10和接收滤波器12之间的保护频带的一侧（保护频带侧）形成发送滤波器的裙边特性（由附图标记20表示），并且接收滤波器12的并联谐振器P4至P6在保护频带侧形成接收滤波器的裙边特性（由附图标记20表示）。另外，发送滤波器10的并联谐振器P1至P3在保护频带的相反侧形成发送滤波器的裙边特性（由附图标记22表示），并且接收滤波器12的串联谐振器S5至S8在保护频带的相反侧形成接收滤波器的裙边特性（由附图标记22表示）。
根据装置的规格，可以使用诸如压电薄膜谐振器或者表面声波谐振器的谐振器用于图1中的串联谐振器S1至S8和并联谐振器P1至P6。第一实施方式使用温度补偿型压电薄膜谐振器（TC-FBAR）用于在保护频带侧形成裙边特性的串联谐振器S1至S4和并联谐振器P4至P6。另外，第一实施方式使用不包括温度补偿膜的非温度补偿型压电薄膜谐振器（FBAR）用于在保护频带的相反侧形成裙边特性的并联谐振器P1至P3和串联谐振器S5至S8。这两种压电薄膜谐振器具有包括压电薄膜和夹持压电薄膜并且彼此面对的下电极和上电极的多个层。
图3A至图3C是示出温度补偿型压电薄膜谐振器（TC-FBAR）的结构的图。图3A是从上方向（上电极侧）看的TC-FBAR的平面图，并且对于串联谐振器S1至S4和并联谐振器P4至P6来说是公共的。图3B是沿着图3A中的线A-A截取的接收滤波器12的并联谐振器P4至P6的截面图，并且图3C是沿着图3A中的线A-A截取的发送滤波器10的串联谐振器S1至S4的截面图。
如图3B中所示，接收滤波器12的并联谐振器P4至P6中的每一个包括形成在基板30上的下电极32和利用下电极32的向上方向（基板30的相反侧）凸的部分形成的圆顶状空间34。此外，在基板30上按顺序堆叠有第一压电薄膜36a、温度补偿膜38、第二压电薄膜36b、上电极40和钝化膜42以至少覆盖下电极的其中形成有空间34的区域的一部分。下电极32至钝化膜42统称为多层膜50。因此，上电极40和下电极32夹持压电薄膜（第一压电薄膜36a和第二压电薄膜36b）的至少一部分并且彼此面对，并且空间34在其中上电极40与下电极32彼此面对的区域中位于下电极32下面。
如图3A中所示，谐振区域52是其中上电极40和下电极32夹持第一压电薄膜36a和第二压电薄膜36b并且彼此面对的区域。蚀刻介质引入孔54被提供到位于谐振区域52附近的下电极32的表面。另外，蚀刻介质引入路径56形成在蚀刻介质引入孔54与空间34之间。另外，下电极32的一部分（阴影部分）被从压电薄膜36的开口部暴露。由虚线表示下电极32的整个部分。
硅（Si）可以用于基板30，并且除了硅之外，也可以使用玻璃或陶瓷。下电极32可以是通过从例如基板30侧按顺序堆叠铬（Cr）和钌（Ru）形成的电极膜。例如，上电极40可以是通过从基板30侧按顺序堆叠钌（Ru）和铬（Cr）而形成的电极膜（Ru层由附图标记40a表示，并且Cr层由附图标记40b表示）。除了上述之外，可以通过组合诸如铝（Al）、铜（Cu）、钼（Mo）、钨（W）、钽（Ta）、铂（Pt）、铑（Rh）和铱（Ir）的金属层来制造下电极32和上电极40。此外，电极膜可以具有单层结构来代替两层结构。
第一压电薄膜36a和第二压电薄膜36b可以是例如通过使用氮化铝（AlN）膜稳定地形成的具有高Q值的压电薄膜。除了氮化铝之外，压电薄膜可以由诸如氧化锌（ZnO）、锆钛酸铅（PZT）或者钛酸铅（PbTiO3）的压电材料制成。此外，能够通过将诸如钪（Sc）的三族元素添加到例如包括上述压电材料作为主要成分的压电薄膜以增加在下面描述的有效机电耦合系数K2 eff来增加压电常数。这里，是压电薄膜的主要成分的诸如氮化铝的压电材料中包括三族元素的程度可以使得压电材料用作压电薄膜谐振器的压电薄膜。例如，当如上所述将三族元素（用M来表示）添加到压电薄膜以增加Q值时，能够使得MxAl1-xN中的x小于0.5。
温度补偿膜38的弹性常数的温度系数的符号与压电薄膜（36a，36b）的弹性常数的温度系数的符号相反，并且温度补偿膜38由二氧化硅（SiO2）制成。温度补偿膜38可以主要由硅氧化物或硅氮化物制成。也就是说，能够将增加温度补偿膜38的谐振频率温度系数的三族元素添加到使得温度补偿膜38在压电薄膜谐振器中具有温度补偿效果的程度。虽然温度补偿膜38能够位于下电极32和上电极40的外侧，但是其优选地位于下电极32与上电极40之间，这是因为能够减小温度补偿膜38的厚度。
二氧化硅（SiO2）可以用于例如钝化膜42，但是除了二氧化硅之外，可以使用诸如氮化铝（AlN）的其它绝缘材料。
能够通过下述方法来形成上述多层膜50，即通过例如溅射形成膜并且然后通过光刻和蚀刻将膜图案化为想要的形状。也能够通过剥离对多层膜50进行图案化。然后，例如，使用上电极40作为掩模通过湿法蚀刻对第一压电薄膜36a、温度补偿膜38和第二压电薄膜36b的外周进行蚀刻。
在形成上述多层膜50之后，移除牺牲层（未示出）以形成位于下电极32下面的圆顶状空间34。在形成下电极32之前预先提供牺牲层。牺牲层能够由容易由蚀刻液体或者蚀刻气体溶解的诸如MgO、ZnO、Ge和SiO2的材料制成，并且例如通过溅射或蒸镀来形成。通过光刻或蚀刻将牺牲层预形成为想要的形状（空间34的形状）。在形成多层膜50之后，通过利用在下电极32中形成的蚀刻介质引入孔54和蚀刻介质引入路径56将蚀刻介质引入到下电极32下面来移除牺牲层。空间34可以形成为穿过基板30，或者可以形成为下电极32的下表面可以通过空间34暴露到外部。
发送滤波器10的串联谐振器S1至S4的结构几乎与图3B中的并联谐振器P4至P6的结构相同，不同之处在于在上电极40中的Ru层40a和Cr层40b之间形成附加膜44以便于调整谐振频率，如图3C中所示。由于附加膜44使得与并联谐振器P4至P6相比，串联谐振器S1至S4的谐振频率偏移到低频侧。该附加膜44可以由钛（Ti）制成，但是除了钛之外，其也可以由铝（Al）、铜（Cu）、铬（Cr）、钼（Mo）、钨（W）、钽（Ta）、铂（Pt）、钌（Ru）、铑（Rh）、铱（Ir）或者二氧化硅（SiO2）制成。
图4A至图4C是示出不包括温度补偿膜的非温度补偿型的压电薄膜谐振器（FBAR）的结构的图。对于与图3相同的元件给予相同的附图标记，并且将省略详细描述。图4A是从上方向看的FBAR的平面图，并且对于并联谐振器P1至P3和串联谐振器S5至S8来说是公共的。图4B是沿着图4A中的线A-A截取的接收滤波器12的串联谐振器S5至S8的截面图，并且图4C是沿着图4A中的线A-A截取的发送滤波器10的并联谐振器P1至P3的截面图。
接收滤波器12的串联谐振器S5至S8具有与图3B中所示的接收滤波器12的并联谐振器P4至P6相同的结构，不同之处在于不包括温度补偿膜38，如图4B中所示。另外，发送滤波器10的并联谐振器P1至P3具有与图3C中所示的发送滤波器10的串联谐振器S1至S4相同的结构，不同之处在于不包括温度补偿膜38，如图4C中所示。与TC-FBAR不同的是，上述非温度补偿型FBAR不包括温度补偿膜38，并且压电薄膜36没有分为两个。
图5是示出根据第一实施方式的双工器的布局的示意性平面图。串联谐振器S1至S8、并联谐振器P1至P6和电感器L1至L7对应于图1中所示的各电路元件。附图中的阴影区域64表示连接到上述谐振器和电感器的布线图案。TC-FBAR类型的串联谐振器S1至S4和并联谐振器P4至P6形成在单个第一芯片60中。非温度补偿型FBAR类型的并联谐振器P1至P3和串联谐振器S5至S8形成在单个第二芯片62中。另外，区域66表示第一芯片60上的谐振器经由形成在安装基板的安装有芯片的表面上的布线连接到与第一芯片60分离地提供的第二芯片62上的谐振器，将在下面进行描述。
图6是示出根据第一实施方式的双工器的结构的示意性截面图。安装基板70是通过堆叠多个基板（70a至70c）制成的多层基板，并且第一芯片60和第二芯片62经由凸块68以倒装芯片方式安装在安装基板70的表面上。布线图案72形成在安装基板70的每层的主表面上，并且不同层中的布线图案72通过形成在安装基板70中的导通孔74彼此连接。第一芯片60和第二芯片62通过形成在安装基板70的表面的贴片层（70c）上的布线图案（由附图标记66表示）彼此电连接。更详细地，发送滤波器10中包括的串联谐振器S1至S4和并联谐振器P1至P3经由形成在贴片层70c上的布线彼此电连接，并且接收滤波器12中包括的串联谐振器S5至S8和并联谐振器P4至P6经由形成在贴片层70c上的布线彼此电连接。因此，与第一芯片60和第二芯片62经由安装基板70中的布线图案互连的情况相比，能够减小布线的电感分量并且抑制对于滤波器特性的影响。
这里，在如图2中所示的具有窄保护频带的双工器中，优选的是，滤波器在保护频带侧具有陡裙边特性并且具有良好的温度稳定性。能够通过使得有效机电耦合系数K2 eff较小来实现陡裙边特性，并且能够通过使得频率温度系数TCF较小来改进温度稳定性。因此，优选的是，使得在保护频带侧形成裙边特性的串联谐振器S1至S4和并联谐振器P4至P6（均形成在第一芯片60中）的有效机电耦合系数K2 eff和频率温度系数TCF较小。
另一方面，虽然与保护频带侧的裙边特性中的情况相比，在保护频带的相反侧的裙边特性方面不太要求陡度和温度稳定性，但是，优选的是，将保护频带的相反侧的裙边特性设置为使得滤波器的通带尽可能地宽。能够通过使得K2 eff较大来实施带宽的加宽但是带宽的加宽与裙边特性的陡度处于权衡关系。因此，优选的是，k2 eff被使得在保护频带的相反侧形成裙边特性的并联谐振器P1至P3和串联谐振器S5至S8（均形成在第二芯片62中）中较大。
现在将描述比较根据第一实施方式的双工器的滤波器特性与根据比较示例的双工器的滤波器特性的模拟结果。
图7是示出用于模拟的多层膜50中包括的堆叠膜的膜厚度和具体材料的图。如下地构造接收滤波器12的并联谐振器P4至P6（RxP，图3B）：下电极32具有由膜厚度为85nm的Cr和膜厚度为195nm的Ru构成的两层结构（Cr位于基板30侧），第一压电薄膜36a由膜厚度为555nm的AlN制成，温度补偿膜38由膜厚度为70nm的SiO2制成，第二压电薄膜36b由膜厚度为555nm的AlN制成，上电极具有由膜厚度为195nm的Ru（40a）和膜厚度为25nm的Cr（40b）构成的两层结构，并且钝化膜42由膜厚度为20nm的SiO2制成。发送滤波器10的串联谐振器S1至S4（TxS，图3C）被构造为使得形成在上电极的Ru层40a和Cr层40b之间的附加膜44由膜厚度为40nm的Ti制成。串联谐振器S1至S4的其它构造与并联谐振器P4至P6的构造相同。
接收滤波器12的串联谐振器S5至S8（RxS，图4B）被如下地构造：下电极32具有由膜厚度为100nm的Cr和膜厚度为210nm的Ru构成的两层结构（Cr位于基板30侧），压电薄膜36由膜厚度为1220nm的AlN制成，上电极具有由膜厚度为210nm的Ru（40a）和膜厚度为30nm的Cr（40b）构成的两层结构，并且钝化膜42由膜厚度为20nm的SiO2制成。发送滤波器10的并联谐振器P1至P3（TxP，图4C）被构造为在上电极的Ru层40a与Cr层40b之间形成的附加膜44由膜厚度为155nm的Ti制成。并联谐振器P1至P3的其它构造与串联谐振器S5至S8的其它构造相同。
如图5中所示，如果比较形成保护频带（GB）侧的裙边特性的并联谐振器P4至P6和串联谐振器S1至S4，则除了附加膜44之外，堆叠膜的材料和膜厚度都相同。如果比较在保护频带（GB）的相反侧形成裙边特性的串联谐振器S5至S8和并联谐振器P1至P3，则除了附加膜44之外，堆叠膜的材料和膜厚度都相同。另外，由于在并联谐振器P1至P3中形成附加膜44所引起的频率偏移量大于由于在串联谐振器S1至S4中形成附加膜44而引起的频率偏移量。因此，P1至P3中的附加膜44的膜厚度（155nm）大于S1至S4中的附加膜44的膜厚度（40nm）。
第一实施方式的双工器的所有谐振器都是其中温度补偿膜被插入到压电薄膜的中央区域的TC-FBAR类型压电薄膜谐振器。该具体结构与图3A至图3C中示出的结构相同。
在第一实施方式中，在保护频带侧形成裙边特性的串联谐振器S1至S4和并联谐振器P4至P6中，k2 eff大约为4.5%并且TCF大约为0ppm/℃。另外，在保护频带的相反侧形成裙边特性的并联谐振器P1至P3和串联谐振器S5至S8中，k2 eff大约为7%并且TCF大约为-30ppm/℃。另一方面，比较示例使用TC-FBAR类型谐振器用于在保护频带侧及其相反侧形成裙边特性的谐振器，并且形成裙边特性的谐振器的k2 eff大约为4.5%。
图8A和图8B是描绘与比较示例相比的根据第一实施方式的双工器的滤波器特性的图。图8A描绘了发送滤波器10的频带中的通过特性，并且图8B描绘了发送端子Tx的频带中的返回损失特性。第一实施方式和比较示例中的在保护频带侧形成裙边特性的谐振器的k2 eff都大约为4.5%。，并且在裙边特性方面不存在大的差异。另一方面，在保护频带的相反侧形成裙边特性的谐振器的k2 eff在比较示例中为4.5%，而在本实施方式中为7%。因此，与比较示例相比，第一实施方式改进了匹配，并且加宽了滤波器的带宽。
如上所述，第一实施方式使用温度补偿型压电薄膜谐振器（TC-TBAR）用于在发送滤波器10与接收滤波器12之间的保护频带侧形成裙边特性的谐振器S1至S4和P4至P6（下面称为“第一谐振器”）。另外，第一实施方式使用不包括温度补偿膜38的非温度补偿型压电薄膜谐振器（FBAR）用于在保护频带的相反侧形成裙边特性的谐振器P1至P3和S5至S8（下面称为“第二谐振器”）。如上所述，在第一实施方式的双工器中，具有较小的k2 eff和较小的TCF的谐振器用于第一谐振器，并且具有大于第一谐振器的k2 eff和TCF的k2 eff和TCF的谐振器用于第二谐振器。因此，能够在保护频带侧实现陡裙边特性，改进了温度稳定性，并且加宽了滤波器的带宽。
第二实施方式
第二实施方式使用了FBAR以外的谐振器用于第二谐振器。
图9是示出根据第二实施方式的双工器的布局的平面图。与第一实施方式（图5）相比，表面声波（SAW）谐振器用于在保护频带的相反侧形成裙边特性的并联谐振器P1至P3和串联谐振器S5至S8。其它的结构与第一实施方式相同，并且省略其详细描述。
图10A至图12B是示出各种类型的SAW谐振器的结构的图。图10A、图11A和图12A是示意性平面图，并且图10B、图11B和图12B是沿着上述示意性平面图中的线A-A截取的示意性截面图。通过在通过将42°Y切口X传播钽酸锂（LiTaO3）基板80结合在蓝宝石基板82上而制造的基板上形成梳状电极84和反射电极86来形成图10A和图10B中所示的表面声波谐振器，并且下面将其称为“LT/Sa类型表面声波谐振器”。例如，钽酸锂基板80可以具有20μm的厚度，并且蓝宝石基板82可以具有230μm的厚度。另外，能够使用主要成分为Al并且添加有Cu的金属用于梳状电极84和反射电极86的电极材料。上述LT类型表面声波谐振器的k2 eff大约为8%并且TCF大约为-20ppm/℃。
图11A和图11B中所示的表面声波谐振器具有与图10A和图10B相同的结构，但是不同之处在于其不具有蓝宝石基板而是使用了42°Y切口X传播钽酸锂（LiTaO3）基板80作为基板，并且下面将其称为“LT类型表面声波谐振器”。上述LT类型表面声波谐振器的k2 eff大约为8%并且TCF大约为-40ppm/℃。
图12A和图12B中所示的表面声波谐振器是使用0°Y切口X传播铌酸锂（LiNbO3）基板90作为基板并且使用拉夫波的表面声波谐振器，并且下面将其称为“拉夫波类型表面声波谐振器”。以与图10A至图11B相同的方式在铌酸锂基板90上形成梳状电极84和反射电极86，并且硅氧化物膜92覆盖包括这些电极的基板的整个上表面。能够使用例如主要成分为Cu的金属作为梳状电极84和反射电极86的电极材料。上述拉夫波类型表面声波谐振器的k2 eff可以大约为11%并且TCF可以大约为0ppm/℃。
现在将描述比较第二实施方式的双工器的滤波器特性与比较示例的双工器的滤波器特性的模拟结果。假设第二实施方式使用TC-FBAR类型谐振器用于在保护频带侧形成裙边特性的串联谐振器S1至S4和并联谐振器P4至P6（与第一实施方式相同），并且k2 eff大约为4.5%并且TCF大约为0ppm/℃。另外，在第二实施方式中，假设使用LT/Sa类型表面声波谐振器用于在保护频带的相反侧形成裙边特性的并联谐振器P1至P3和串联谐振器S5至S8，k2 eff大约为8%并且TCF大约为-20ppm/℃。另一方面，假设比较示例使用TC-FBAR类型谐振器用于在保护频带侧及其相反侧形成裙边特性的谐振器，并且形成裙边特性的k2 eff大约为4.5%。
图13A和图13B是描绘第二实施方式和比较示例的双工器的滤波器特性的图。图13A描绘了发送滤波器10的频带的通过特性，并且图13B描绘了发送端子Tx的频带中的返回损失特性。在第二实施方式和比较示例中，在保护频带侧形成裙边特性的谐振器的k2 eff大约为4.5%，并且在裙边特性方面没有很大的差异。另一方面，在保护频带的相反侧形成裙边特性的谐振器的k2 eff在比较示例中为4.5%，而在第二实施方式中为8%。因此，与比较示例相比，第二实施方式改进了匹配，并且加宽了滤波器的带宽。
如上所述，第二实施方式的双工器使用温度补偿型压电薄膜谐振器（TC-TBAR）用于在发送滤波器10与接收滤波器12之间的保护频带侧形成裙边特性的第一谐振器（S1至S4和P4至P6）。另外，在保护频带的相反侧形成裙边特性的第二谐振器（P1至P3和S5至S8）是使用钽酸锂基板的LT类型表面声波谐振器，使用通过将钽酸锂基板结合在蓝宝石基板而制成的基板的LT/Sa类型表面声波谐振器或者使用拉夫波的拉夫波类型表面声波谐振器。如上所述，第二实施方式的双工器使用具有较小的k2 eff和TCF的谐振器用于第一谐振器，并且使用具有大于第一谐振器的k2 eff和TCF的k2 eff和TCF的谐振器用于第二谐振器（与第一实施方式相同）。因此，能够在保护频带侧实现陡裙边特性，改进了温度稳定性，并且加宽了滤波器的带宽。
在上述实施方式中，使用结合基板的LT/Sa类型表面声波谐振器的TCF小于仅使用钽酸锂基板的LT类型表面声波谐振器并且温度稳定性也更好。另外，使用拉夫波的拉夫波类型表面声波谐振器具有较大的k2 eff和带宽加宽的优点，并且具有较小的TCF和良好的温度稳定性。
虽然第一实施方式和第二实施方式使用温度补偿型压电薄膜谐振器用于在保护频带侧形成裙边特性的第一谐振器，但是能够使用图12中所示的拉夫波类型表面声波谐振器来代替温度补偿型压电薄膜谐振器。当也使用拉夫波类型表面声波谐振器用于在保护频带的相反侧形成裙边特性的第二谐振器时，第二谐振器的有效机电耦合系数k2 eff大于第一谐振器。这时，具有较小的k2 eff的第一谐振器被称为第一拉夫波类型表面声波谐振器，并且具有较大的k2 eff的第二谐振器被称为第二拉夫波类型表面声波谐振器。能够与在第一和第二实施方式中描述的第二谐振器中的任一个组合地使用在保护频带侧形成裙边特性的第一拉夫波类型表面声波谐振器。
虽然在第一和第二实施方式中，第一谐振器的有效机电耦合系数k2 eff小于第二谐振器的k2 eff，并且第一谐振器的频率温度系数TCF小于第二谐振器的TCF，但是不需要在所有谐振器中都建立上述关系。例如，如果在发送滤波器和接收滤波器中的至少一个中，第一谐振器中的至少一个的k2 eff小于第二谐振器中的至少一个的k2 eff，则就足够了。另外，如果在发送滤波器和接收滤波器中的至少一个中，保护频带侧的滤波器的TCF小于保护频带的相反侧的滤波器的TCF，则就足够了。
虽然在第一实施方式和第二实施方式中，所有第一谐振器（S1至S4和P4至P6）都形成在第一芯片60上，并且所有第二谐振器（P1至P3和S5至S8）都形成在与第一芯片60分离地提供的第二芯片62上，但是谐振器可以具有除了上述结构之外的其它结构。例如，第二谐振器中的S5至S8可以形成在一个芯片上，并且P1至P3可以形成在另一芯片上。
然而，当谐振器形成在一个芯片上时，能够通过单独的处理（器件工程）在单个晶圆上形成谐振器。因此，与通过分别的处理在分别的晶圆上形成谐振器的情况相比，能够更容易地调整膜厚度。例如，如图7中所示，由于在第一谐振器的S1至S4和P4至P6中多层膜50中包括的除了一层（即，需要调整膜厚度的附加膜44（Ti））之外的膜的膜厚度彼此相等，因此，能够通过一个处理来形成这些膜。因此，能够使得谐振器的频率特性统一，并且抑制了发送滤波器和接收滤波器的裙边特性中的频率间隔的变化。对于具有诸如频带2的窄保护频带的双工器来说，保护频带侧的频率特性的稳定性是特别需要的，因此特别优选的是，在一个芯片上形成用于在保护频带侧形成裙边特性的第一谐振器。另外，还优选的是，以与第一谐振器相同的方式在一个芯片上形成用于在保护频带的相反侧形成裙边特性的第二谐振器。
第一谐振器和第二谐振器可以都形成在一个芯片上。然而，当具有不同的k2 eff和TCF的两种谐振器形成在一个芯片上时，需要对制造工艺进行设计。可以通过下述方式来制造上述双工器：在芯片上的特定区域中形成第一谐振器，对已经形成的第一谐振器进行掩蔽，并且然后在芯片的其它区域中形成第二谐振器。
如图3和图4中所示，第一和第二实施方式使用了包括形成在下电极32下面的空间34的FBAR类型的压电薄膜谐振器，但是可以使用利用温度补偿膜的SMR类型的压电薄膜谐振器。声学反射膜是通过以λ/4（λ是声波的波长）的膜厚度交替堆叠具有高声阻抗的膜和具有低声阻抗的膜而形成的膜，并且可以形成在下电极32下面以代替空间34。因此，在第一和第二实施方式中，温度补偿型压电薄膜谐振器可以是具有插入在FBAR类型的压电薄膜谐振器中的温度补偿膜的谐振器，并且可以是具有插入在SMR类型的压电薄膜谐振器中的温度补偿膜的谐振器。
第一和第二实施方式使用图1中所示的梯型滤波器作为发送滤波器和接收滤波器，但是可以使用其数目和布局都不同于上述实施方式的串联谐振器和并联谐振器的其它类型的梯型滤波器。能够基于双工器的规格改变匹配电感器的数目和布局。
虽然在第一和第二实施方式的双工器中，发送滤波器的通带处于低频侧并且接收滤波器的通带处于高频侧，但是接收滤波器12的通带可以位于低频侧并且发送滤波器的通带可以位于高频侧。另外，上述实施方式不构成对于频带2的双工器的限制，而是可以用于支持除了频带2之外的其它频带的双工器。
虽然已经详细描述了本发明的实施方式，但是应理解的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，能够进行各种改变、替换和修改。
Claims (10)
1.一种双工器，所述双工器包括发送滤波器和接收滤波器，所述发送滤波器或所述接收滤波器中的一个滤波器的通带低于所述发送滤波器或所述接收滤波器中的另一个滤波器的通带，其中：
所述发送滤波器和所述接收滤波器中的每一个包括以梯形形状连接的串联谐振器和并联谐振器，
作为所述一个滤波器的所述串联谐振器和所述另一个滤波器的所述并联谐振器的第一谐振器形成在第一芯片上，且所述第一谐振器在所述发送滤波器和所述接收滤波器之间的保护频带侧形成裙边特性，并且
作为所述另一个滤波器的所述串联谐振器和所述一个滤波器的所述并联谐振器的第二谐振器形成在与所述第一芯片不同的第二芯片上，且所述第二谐振器在所述保护频带的相反侧形成裙边特性，
其中，所述第一谐振器的有效机电耦合系数小于所述第二谐振器的有效机电耦合系数，
其中，所述第一谐振器的频率温度系数小于所述第二谐振器的频率温度系数。
2.根据权利要求1所述的双工器，其中，
所述第一谐振器中的每个是温度补偿型压电薄膜谐振器，所述温度补偿型压电薄膜谐振器由包括压电薄膜和夹持所述压电薄膜并且彼此面对的下电极和上电极的多个层构成，并且包括温度补偿膜，该温度补偿膜的弹性常数的温度系数的符号与所述压电薄膜的弹性常数的温度系数的符号相反并且该温度补偿膜被夹持在所述上电极与所述下电极之间，并且所述第二谐振器中的每个是非温度补偿型压电薄膜谐振器，所述非温度补偿型压电薄膜谐振器由包括压电薄膜以及夹持该压电薄膜并且彼此面对的下电极和上电极的多个层构成，并且其中，在该上电极与该下电极之间没有夹持温度补偿膜。
3.根据权利要求2所述的双工器，其中，
构成所述第一谐振器的所述串联谐振器和所述并联谐振器的多个层中除了一层之外的其它层的膜厚度相等，并且构成所述第二谐振器的所述串联谐振器和所述并联谐振器的多个层中除了一层之外的其它层的膜厚度相等。
4.根据权利要求1所述的双工器，其中，
所述第一谐振器中的每个是温度补偿型压电薄膜谐振器，所述温度补偿型压电薄膜谐振器由包括压电薄膜和夹持所述压电薄膜并且彼此面对的下电极和上电极的多个层构成，并且包括温度补偿膜，该温度补偿膜的弹性常数的温度系数的符号与所述压电薄膜的弹性常数的温度系数的符号相反并且该温度补偿膜被夹持在所述上电极与所述下电极之间，并且所述第二谐振器中的每个是使用钽酸锂基板的LT类型表面声波谐振器。
5.根据权利要求1所述的双工器，其中，
所述第一谐振器中的每个是温度补偿型压电薄膜谐振器，所述温度补偿型压电薄膜谐振器由包括压电薄膜和夹持所述压电薄膜并且彼此面对的下电极和上电极的多个层构成，并且包括温度补偿膜，该温度补偿膜的弹性常数的温度系数的符号与所述压电薄膜的弹性常数的温度系数的符号相反并且该温度补偿膜被夹持在所述上电极与所述下电极之间，并且所述第二谐振器中的每个是LT/Sa类型表面声波谐振器，所述LT/Sa类型表面声波谐振器使用通过将钽酸锂基板结合在蓝宝石基板上制成的基板。
6.根据权利要求1所述的双工器，其中，
所述第一谐振器中的每个是温度补偿型压电薄膜谐振器，所述温度补偿型压电薄膜谐振器由包括压电薄膜和夹持所述压电薄膜并且彼此面对的下电极和上电极的多个层构成，并且包括温度补偿膜，该温度补偿膜的弹性常数的温度系数的符号与所述压电薄膜的弹性常数的温度系数的符号相反并且该温度补偿膜被夹持在所述上电极与所述下电极之间，并且所述第二谐振器中的每个是第二拉夫波类型表面声波谐振器。
7.根据权利要求2、4、5和6中的任一项所述的双工器，其中，
所述温度补偿膜的主要成分是硅氧化物或者硅氮化物。
8.根据权利要求2、4、5和6中的任一项所述的双工器，其中，
所述压电薄膜的主要成分是铝氮化物。
9.根据权利要求1所述的双工器，其中，
所述第一芯片和所述第二芯片被以倒装芯片的方式安装在安装基板上。
10.根据权利要求9所述的双工器，其中，
构成所述发送滤波器的所述第一谐振器和所述第二谐振器经由形成在所述安装基板的贴片层上的布线彼此电连接，并且构成所述接收滤波器的所述第一谐振器和所述第二谐振器经由形成在所述安装基板的所述贴片层上的所述布线彼此电连接。
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