DE102018125498B4

DE102018125498B4 - Elektroakustisches HF-Filter mit verbesserter Leistung und Multiplexer-Komponente, die ein HF-Filter umfasst

Info

Publication number: DE102018125498B4
Application number: DE102018125498.9A
Authority: DE
Inventors: Ansgar Schäufele; Thomas Bauer; Gholamreza Dadgar Javid
Original assignee: RF360 Europe GmbH
Current assignee: RF360 Singapore Pte Ltd
Priority date: 2018-10-15
Filing date: 2018-10-15
Publication date: 2020-04-23
Anticipated expiration: 2038-10-16
Also published as: US20220052669A1; CN112889217A; WO2020078971A1; US20240204752A1; US11894836B2; DE102018125498A1

Abstract

Elektroakustisches HF-Filter mit verbesserter Leistung und Multiplexer-Komponente, die ein HF-Filter umfasst.Es wird ein verbessertes elektroakustisches HF-Filter bereitgestellt. Das HF-Filter umfasst einen elektroakustischen Resonator, der zwischen einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss geschaltet ist, ein akustisch inaktives Impedanzelement und ein Dämpfungs- und/oder Dissipationselement, das mit dem akustisch inaktiven Impedanzelement verbunden ist. Das Dämpfungs- und/oder Dissipationselement ist bereitgestellt und konfiguriert zum Entfernen von akustischer Energie aus dem inaktiven Impedanzelement.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft elektroakustische HF-Filter und Multiplexer-Komponenten, die derartige Filter umfassen können. Die elektroakustischen HF-Filter weisen eine verbesserte Filterleistung auf und können mit einer geringeren Anforderung im Hinblick auf Chipplatz realisiert werden.
Die HF-Filter können in Vorrichtungen für mobile oder drahtlose Datenübertragungssysteme verwendet werden. Elektroakustische HF-Filter weisen elektroakustische Resonatoren sowie weitere Schaltungselemente auf. Bei den elektroakustischen Resonatoren kann der Piezoeffekt genutzt werden, um eine Umwandlung zwischen elektromagnetischen HF-Signalen und akustischen Wellen vorzunehmen. Es kann jedoch erforderlich sein, dass jeweilige andere Schaltungskomponenten rein elektrische Komponenten sind, die akustisch inaktiv sind.
Herkömmliche HF-Filter können SAW-Resonatoren (SAW = surface acoustic wave, akustische Oberflächenwelle), BAW-Resonatoren (BAW = bulk acoustic wave, akustische Volumenwelle) oder GBAW-Resonatoren (GBAW = guided bulk acoustic wave, geführte akustische Volumenwelle) umfassen. SAW-Resonatoren und GBAW-Resonatoren weisen ineinandergreifende Elektrodenstrukturen auf, die auf einem piezoelektrischen Material angeordnet sind. BAW-Resonatoren weisen einen Sandwichaufbau auf, der eine untere Elektrode, eine obere Elektrode und ein piezoelektrisches Material zwischen der unteren Elektrode und der oberen Elektrode aufweist. Wenn man akustische Effekte vernachlässigt, können BAW-Resonatoren, SAW-Resonatoren und GBAW-Resonatoren als Kapazitätselemente betrachtet werden. Auf diese Weise ist es möglich, Strukturen ähnlich den akustisch aktiven Strukturen als Impedanzelemente wie beispielsweise Kapazitätselemente zu verwenden. Ein Beispiel für ein elektroakustisches Filter mit einem elektroakustischen Element und einem elektroakustischen Wandler wird beschrieben in DE 10 2012 110 504 A1 .
Durch die Verwendung derartiger Strukturen als Kapazitätselemente wird Herstellungsaufwand verringert. Jedoch scheinen bei herkömmlichen HF-Filtern derartige Kapazitätselemente, die idealisierte elektrische Kapazitätselemente ohne eine akustische Aktivität sein sollten, unerwünschte akustische Aktivität zu zeigen, die eine Leistungsverschlechterung des entsprechenden HF-Filters zur Folge hat.
Herkömmliche HF-Filter verringern die akustische Aktivität solcher reinen Kapazitätselemente durch Drehen der entsprechenden ineinandergreifenden Strukturen relativ zu der piezoelektrischen Achse des piezoelektrischen Materials, um den elektroakustischen Kopplungsfaktor κ²zu verringern. Ferner ist es möglich, akustische Resonanzfrequenzen von Schaltungselementen, die akustisch inaktiv sein sollten, zu Frequenzbereichen entfernt von Arbeitsfrequenzbereichen des HF-Filters zu verschieben.
Allerdings weist jeder dieser Ansätze gewisse Nachteile auf. Zum Beispiel führt ein geänderter Abstand (pitch) einer IDT-Struktur zu einem erhöhten Verlust an Elektrodenfingerwiderstand und erhöhtem Herstellungsaufwand, z.B. wenn kleinere Toleranzen beteiligt sind.
Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, HF-Filter mit einer verbesserten Filterleistung bereitzustellen. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Beitrag akustischer Aktivität von Schaltungselementen zu verringern, die akustisch inaktiv sein sollten. Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, unerwünschte akustische Resonanzen in HF-Filtern zu verringern und eine entsprechende Filterkomponente wie beispielsweise eine Multiplexer-Komponente bereitzustellen, zum Beispiel eine Duplexer-Komponente, die ein derartiges HF-Filter aufweist.
Zu diesem Zweck wird ein elektroakustisches HF-Filter nach dem unabhängigen Anspruch 1 bereitgestellt. Durch abhängige Ansprüche werden bevorzugte Ausführungsformen bereitgestellt.
Das elektroakustische HF-Filter umfasst einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss. Ferner weist das Filter einen elektroakustischen Resonator auf, der elektrisch zwischen den Eingangsanschluss und den Ausgangsanschluss geschaltet ist. Des Weiteren weist das elektroakustische HF-Filter ein akustisch inaktives Impedanzelement auf, das elektrisch mit dem elektroakustischen Resonator gekoppelt ist. Zusätzlich weist das Filter ein Dämpfungs- und/oder Dissipationselement auf, das mit dem akustisch inaktiven Impedanzelement verbunden ist. Das Dämpfungs- und/oder Dissipationselement ist bereitgestellt und konfiguriert zum Entfernen von akustischer Energie aus dem inaktiven Impedanzelement, entweder durch Dissipation akustischer Energie oder durch Verringern der Kopplung oder durch Unterdrücken einer akustischen Mode.
Dies kann zum Beispiel durch Unterdrücken oder Verhindern einer Ansammlung von akustischer Energie in dem inaktiven Impedanzelement erreicht werden. Dies kann zum Beispiel entweder durch eine erhöhte Dissipation von Energie oder durch eine verringerte elektroakustische Anregung, d.h. eine verringerte Kopplung, erreicht werden.
Elektroakustische Kopplung kann sogar durch das eine oder mehrere Dämpfungs- und/oder Dissipationselemente vollständig deaktiviert werden, was zu einem „Cut-off“ der jeweiligen akustischen Mode aller interessierenden Frequenzbereiche führt.
Auf diese Weise wird ein elektroakustisches HF-Filter bereitgestellt, bei dem ein Dämpfungs- und/oder Dissipationselement verwendet werden, um akustische Energie aus einem Impedanzelement zu entfernen, das akustisch inaktiv sein sollte, um unerwünschte akustische Wirkungen auf die Leistung des HF-Filters zu verringern.
Das HF-Filter kann weitere elektroakustische Resonatoren umfassen, die zwischen den Eingangsanschluss und den Ausgangsanschluss geschaltet sind. Die elektroakustischen Resonatoren können in einer leiterartigen Schaltungstopologie mit Reihenresonatoren gekoppelt sein, die zwischen dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss elektrisch in Reihe geschaltet sind. Parallelresonatoren in Shunt-Wegen verbinden den Signalweg elektrisch mit einem Massepotential.
Ferner sind auch gitterartige Schaltungstopologien möglich, die den einen elektroakustischen Resonator oder mehrere elektroakustische Resonatoren umfassen. Zusätzlich zu Resonatoren mit einem Anschluss können auch Resonatoren mit mehreren Anschlüssen oder DMS-Resonatoren (Double-Mode-SAW-Resonatoren) verwendet werden.
Das akustisch inaktive Impedanzelement kann elektrisch mit dem einen oder mehreren der elektroakustischen Resonatoren gekoppelt sein. Es ist jedoch auch möglich, dass das akustisch inaktive Impedanzelement direkt mit mindestens einem Anschluss eines elektroakustischen Resonators verbunden ist. Das akustisch inaktive Impedanzelement kann ein Impedanzelement einer Impedanzanpassungsschaltung oder ähnlicher Schaltungen sein. Kapazitätselemente werden außerdem häufig verwendet, um die Flankensteilheit (skirt steepness) eines Filters durch Verringern des Abstands zwischen Resonanz und Antiresonanz eines Resonators, zu dem es parallel geschaltet ist, zu erhöhen.
Das Dämpfungs- und/oder Dissipationselement, das mit dem akustisch inaktiven Impedanzelement verbunden ist, kann derart direkt und physisch mit dem akustisch inaktiven Impedanzelement verbunden sein, dass eine gute Energieübertragung von dem akustisch inaktiven Impedanzelement zu dem Dämpfungs- und/oder Dissipationselement möglich ist. Dann kann das Dämpfungs- und/oder Dissipationselement als ein Dissipationselement fungieren.
Entsprechend bedeutet der Begriff „inaktiv“, dass das entsprechende Impedanzelement eine akustische Aktivität aufweisen sollte, die so niedrig wie möglich ist.
Das vorliegende elektroakustische HF-Filter unterscheidet sich daher von herkömmlichen HF-Filtern, bei denen IDT- oder Sandwichstrukturen von ihrer Umgebung so weit als möglich entkoppelt sind, um Energiedissipation zu vermeiden. Daher umfassen herkömmliche HF-Filter ein Gehäuse, bei dem die IDT- oder die Sandwichstruktur in einem Hohlraum unter einer Kappe oder einer Schutzschicht angeordnet sein kann.
Es ist möglich, dass das akustisch inaktive Impedanzelement ein Kapazitätselement oder ein Induktivitätselement ist.
Insbesondere ist es möglich, dass das akustisch inaktive Impedanzelement ein Kapazitätselement ist, und dass Elektrodenstrukturen des Kapazitätselements einen ähnlichen Aufbau aufweisen wie Elektrodenstrukturen des elektroakustischen Resonators, da ähnliche Herstellungsschritte zum Herstellen des Resonators und des akustisch inaktiven Kapazitätselements genutzt werden können.
Es sollte beachtet werden, dass das Dämpfungs- und/oder Dissipationselement nicht notwendigerweise so viel akustische Energie wie möglich entfernen muss. Es ist insbesondere ausreichend, dass die Ansammlung akustischer Energie in einem spezifischen Frequenzbereich verhindert oder verringert wird. Der Frequenzbereich kann insbesondere der Arbeitsfrequenzbereich des elektroakustischen HF-Filters oder der Frequenzbereich eines beliebigen anderen Filters sein, mit dem es in einer Multiplexer-Umgebung verbunden ist, insbesondere zur Trägeraggregation.
Dementsprechend ist es möglich, dass- der elektroakustische Resonator ein SAW-Resonator, ein BAW-Resonator oder ein GBAW-Resonator ist. Ferner ist es möglich, dass das akustisch inaktive Impedanzelement eine ineinandergreifende Elektrodenstruktur oder zwei Elektroden umfasst, die durch eine dielektrische Schicht zwischen den Elektroden getrennt sind.
Es ist möglich, dass das Dämpfungs- und/oder Dissipationselement eine Ansammlung akustischer Energie verhindert oder verringert, indem es die akustische Energie in einer Richtung weg von den Strukturen leitet. Daher ist es möglich, dass das Dämpfungs- und/oder Dissipationselement akustische Energie in ein Trägersubstrat oder in Elemente des Gehäuses des HF-Filters leitet, wo keine weitere Leistungsverschlechterung möglich ist. Es ist jedoch auch möglich, dass durch das Dämpfungs- und/oder Dissipationselement eine geringere Ansammlung akustischer Energie mithilfe anderer Mittel erreicht wird. Daher ist es möglich, dass durch das Dämpfungs- und/oder Dissipationselement eine Ansammlung akustischer Energie in dem spezifischen Frequenzbereich durch Verstimmen (detuning) der Elektrodenstruktur des akustisch inaktiven Impedanzelements verhindert wird.
Es ist außerdem möglich, ein Dämpfungs- und/oder Dissipationselement zu verwenden, dass auf die Art funktioniert, dass es entweder beträchtlich die elektroakustische Anregung einer akustischen Mode verringert, d.h., die Kopplung wird verringert. Darüber hinaus kann die Anregung einer Mode durch Nutzen von „Cut-off-Bedingungen“ vollständig verhindert werden.
Wenn das akustisch inaktive Impedanzelement eine ineinandergreifende Struktur mit ineinandergreifenden Elektrodenfingern ähnlich einem SAW-Resonator aufweist, kann das Dämpfungs- und/oder Dissipationselement eine Schicht aus einem Material umfassen, das unter oder über den Elektrodenfingern der IDT-Struktur angeordnet ist. Es ist auch möglich, dass das Dämpfungs- und/oder Dissipationselement ein dielektrisches Element umfasst, das zwischen den entsprechenden Elektrodenfingern angeordnet ist. Mit seiner erhöhten oder verringerten Massenbelastung und/oder mit seinen spezifischen mechanischen Steifigkeitsparametern und der entsprechenden Verstimmung kann eine Ansammlung akustischer Energie in einem spezifischen Frequenzbereich durch Verschieben der entsprechenden akustischen Energie an einen anderen Ort im Raum oder in einen anderen Frequenzbereich oder beides verringert werden.
Wenn das akustisch inaktive Impedanzelement eine sandwichartige Struktur ähnlich der eines BAW-Resonators aufweist, kann das Dämpfungs- und/oder Dissipationselement Material einer Schicht, die unter der unteren Elektrode oder über der oberen Elektrode angeordnet ist, oder Material zwischen der unteren Elektrode und der oberen Elektrode umfassen.
Es ist dementsprechend möglich, dass der elektroakustische Resonator einen ersten Schichtaufbau aufweist, und das akustisch inaktive Impedanzelement einen zweiten Schichtaufbau aufweist. Der erste Schichtaufbau und der zweite Schichtaufbau unterscheiden sich in Bezug auf mindestens einen Parameter, der ausgewählt ist aus der Anzahl von Schichten, der Dicke einer Schicht, dem Material einer Schicht und der Viskosität einer Schicht.
Es ist ebenso möglich, dass das akustisch inaktive Impedanzelement eine Ausrichtung aufweist, die relativ zu einer Ausrichtung des elektroakustischen Resonators gedreht ist, um den elektroakustischen Kopplungskoeffizienten κ² weiter zu verringern.
Es ist möglich, dass das Dämpfungs- und/oder Dissipationselement eine höhere Viskosität aufweist als ein Material in der direkten Nähe des elektroakustischen Resonators.
In dieser Hinsicht kann das Material in der direkten Nähe des elektroakustischen Resonators in direktem Kontakt mit einer Struktur des elektroakustischen Resonators stehen, z.B. mit einer Elektrodenstruktur des Resonators.
Es ist möglich, dass der elektroakustische Resonator in einem Gehäuse auf Grundlage einer Packaging-Technologie angeordnet ist, die ausgewählt ist aus einem TFAP-Packaging, einem CSSP-Packaging, einem CSSP-plus-Packaging, einem DSSP-Packaging.
Bei einem TFAP-Packaging (TFAP = thin film acoustic packaging) wird eine Dünnschicht genutzt, um empfindliche Strukturen vor unerwünschten Umwelteinflüssen zu schützen. Die Dünnschicht ist dadurch gekennzeichnet, dass Dünnschicht-Materialabscheidungstechniken wie beispielsweise PVD-(physical vapor deposition, physikalische Gasphasenabscheidung), CVD- (chemical vapor deposition, chemische Gasphasenabscheidung) oder MBE- (molecular beam epitaxy, Molekularstrahlepitaxie) Materialabscheidungstechniken zum Erzeugen der Dünnschicht verwendet werden. Bei einem CSSP-Packaging (CSSP = chip sized SAW packaging) wird eine Kappe zum Schutz der empfindlichen Resonatorstrukturen verwendet. Ein CCSSP-plus-Packaging ist eine verbesserte Version des CSSP-Packaging. Bei einem DSSP-Packaging (DSSP = die sized SAW packaging) wird ein Wafer-Material für eine Kappe zum Schutz empfindlicher Strukturen verwendet.
Das Dünnschicht-Package kann eine Schutzschicht mit einer Dicke zwischen 1 µm und 20 µm aufweisen. Im Gegensatz dazu können Fingerstrukturen Breiten in dem Bereich von 100 nm bis 1 µm aufweisen.
Es ist möglich, dass das Dämpfungs- und/oder Dissipationselement durch ein Element des Gehäuses hergestellt wird.
Daher können, anstatt die Komplexität von Herstellungsprozessen durch Hinzufügen zusätzlicher Schichten oder zusätzlichen Materials zu der entsprechenden Komponente zu erhöhen, vorhandene Materialien oder vorhandene Elemente derart angeordnet werden, dass sie in direktem Kontakt mit dem akustisch inaktiven Impedanzelement stehen, um eine Ansammlung von akustischer Energie in dem entsprechenden Frequenzbereich zu verhindern. Daher kann das Dämpfungs- und/oder Dissipationselement eine Schicht oder ein Segment der Schicht eines CSSP-Package, eines CSSP-plus-Ppackage, eines DSSP-Package oder eines TFAP-Package oder eines anderen Package-Typs sein.
Insbesondere ist es möglich, eine Dünnschicht eines TFAP in einem Abstand über dem elektroakustischen Resonator und direkt auf dem akustisch inaktiven Impedanzelement anzuordnen.
Es ist außerdem möglich, einen Hohlraum über und/oder unter den Resonatorstrukturen und dem Package bereitzustellen und/oder einen zusätzlichen Hohlraum über und/oder unter dem akustisch inaktiven Impedanzelement und seinem Package bereitzustellen. Aber der Hohlraum zwischen dem akustisch inaktiven Impedanzelement und seinen Gehäuseelementen kann mit einem spezifischen Material gefüllt werden, das vorteilhafte akustische, d.h. viskose, und oder Steifigkeits- und Dichteparameter aufweist. Daher kann der Hohlraum mit einer spezifischen Atmosphäre bei einem spezifischen Druck gefüllt sein, kann mit einer Flüssigkeit oder mit einem Gel gefüllt sein. Insbesondere können Flüssigkeiten verwendet werden, die während Herstellungsschritten erforderlich sind. Es ist insbesondere ferner möglich, Herstellungsschritte zu vereinfachen, indem einfach Schutzmittel an dem Platz des akustisch inaktiven Impedanzelements weggelassen werden, die an dem Platz des Resonators aufgebracht werden, um den Resonator während Herstellungsschritten vor Verarbeitungsmaterialien zu schützen.
Es ist möglich, dass das akustisch inaktive Schaltungselement direkt von einem Element des Gehäuses bedeckt wird. Dies ist durch Weglassen des entsprechenden Hohlraums möglich, der über der Resonatorstruktur erforderlich ist.
Entsprechend ist es möglich, einen oder mehrere der vorstehend beschriebenen elektroakustischen Filter in einem Multiplexer, z.B. in einem Duplexer, Triplexer, einem Quadplexer oder einem Multiplexer eines höheren Grades zu nutzen.
Daher werden HF-Filter und Multiplexer-Komponenten mit verbesserter elektrischer Leistung bereitgestellt. Die elektrische Leistung wird durch Unterdrücken akustischer Resonanzen von Impedanzelementen verbessert, die ideale elektrische Impedanzelemente sein sollten. Akustische Resonanzen derartiger Impedanzelemente werden unterdrückt oder verringert, indem akustische Energie aus den Impedanzelementen in dem entsprechenden Frequenzbereich entfernt wird. Die vorstehend beschriebenen Mittel zum Verbessern der Leistung des Filters können mit einer nur geringen Erhöhung einer Komplexität der Herstellungsprozesse oder sogar mit einer verringerten Komplexität der Herstellungsprozesse angewendet werden. Für die Mittel wird kein zusätzlicher Raum benötigt, bei Ausführungsformen, wo Hohlräume weggelassen werden, wird sogar weniger Chipplatz benötigt. Daher ist das bereitgestellte elektroakustische Filter kompatibel mit dem anhaltenden Trend zur Miniaturisierung. Insbesondere, wenn die Anzahl von Hohlräumen verringert wird, oder wenn Hohlräume mit Material gefüllt werden, wird die physische Stabilität der entsprechenden Komponente erhöht, besonders gegenüber einer in einer vertikalen Richtung aufgebrachten Kraft.
Insbesondere, wenn entsprechende HF-Filter in Multiplexern wie beispielsweise Duplexern oder Multiplexern eines höheren Grades realisiert werden, und besonders, wenn die entsprechenden Multiplexer in einem Trägeraggregations-Arbeitsmodus verwendet werden sollten, sind nicht nur die Durchlassbänder der HF-Filter, sondern auch die Leistung in benachbarten Frequenzbereichen von Bedeutung. Das Dämpfungs- und/oder Dissipationselement kann nicht nur die Frequenzcharakteristik in einem Durchlassband oder in einem Sperrband verbessern, sondern auch in Frequenzbereichen über und unter einem Durchlassband, um das Zusammenwirken des entsprechenden HF-Filters in einem Multiplexer mit jeweiligen anderen HF-Filtern zu verbessern. Zum Beispiel ermöglicht die in 9 gezeigte Verbesserung die Verwendung entsprechender HF-Filter in einem Multiplexer, der zum Kombinieren der Bänder 41 und 7 bereitgestellt wird.
Der Standort, die Anordnung, die Ausrichtung des Dämpfungs- und/oder Dissipationselements und seine entsprechenden Materialparameter wie beispielsweise Elastizitätstensor und Dichte können derart gewählt werden, dass Resonanzen in einem spezifischen Frequenzbereich beseitigt oder derart verschoben werden können, dass eine Mehrzahl von entsprechenden Frequenzbändern in einem einzigen Multiplexer oder mit einer verringerten Anzahl von Filtern in einem Multiplexer genutzt werden kann.
Zentrale Aspekte der elektroakustischen HF-Filter werden zusammen mit ihren Arbeitsprinzipien und Details bevorzugter Ausführungsformen in den begleitenden schematischen Figuren gezeigt.
In den Zeichnungen:

zeigt 1 technische Details des grundlegenden Aufbaus einer Filterkomponente FC;
zeigt 2 Filterkomponenten auf Grundlage von BAW-Strukturen;
zeigt 3 die Verwendung eines Dünnschicht-Package;
zeigt 4 einen Abschnitt einer Dünnschicht, die als ein Dämpfungs- und/oder Dissipationselement verwendet wird;
zeigt 5 die Kompatibilität mit herkömmlichen Packaging-Technologien;
zeigt 6 einen Vergleich von Transferfunktionen eines herkömmlichen Filters und eines HF-Filters wie vorstehend beschrieben;
zeigt 7 die verschiedenen Transferfunktionen in einem spezifischen Frequenzbereich;
zeigt 8 einen Vergleich der Eingangs-Reflexionskoeffizienten eines herkömmlichen Filters und eines Filters wie vorstehend beschrieben in einem spezifischen Frequenzbereich; und
zeigt 9 einen Vergleich zwischen den Ausgangs-Reflexionskoeffizienten eines herkömmlichen HF-Filters und eines HF-Filters wie vorstehend beschrieben.

1 zeigt technische Details einer Filterkomponente FC, bei der ein Dämpfungs- und/oder Dissipationselement DE eine Ansammlung akustischer Energie an dem Ort eines akustisch inaktiven Impedanzelements AIIE mindestens in einem spezifischen Frequenzbereich verhindert oder verringert. Die Komponente weist ein Trägersubstrat CS auf. Auf dem Trägersubstrat CS sind Strukturen eines elektroakustischen Resonators EAR angeordnet. Die in der Ausführungsform aus 1 gezeigten Strukturen sind ineinandergreifende Strukturen IDTS eines SAW-Resonators SAWR. Die Strukturen umfassen ineinandergreifende Elektrodenstrukturen, die auf einem piezoelektrischen Material angeordnet sind. Der Piezoeffekt wird genutzt, um eine Umwandlung zwischen akustischen Wellen und elektromagnetischen HF-Signalen vorzunehmen. Um ordnungsgemäß zu arbeiten, benötigt ein elektroakustischer Resonator EAR eine akustische Isolierung der schwingenden Strukturen.
Im Gegensatz dazu stehen Strukturen des akustisch inaktiven Impedanzelements AIIE derart in mechanischem Kontakt mit dem Material des Dämpfungs- und/oder Dissipationselements DE, dass eine akustische Resonanz verhindert oder stark verringert wird. Bei der Filterkomponente FC, die in 1 gezeigt wird, werden als ineinandergreifende Strukturen IDTS bereitgestellte Elektrodenstrukturen genutzt, um ein Kapazitätselement als akustisch inaktives Induktivitätselement AIIE herzustellen.
Die Steifigkeits- und Viskositätsparameter des Materials des Dämpfungs- und/oder Dissipationselements DE und seine Dichte werden derart gewählt, dass eine Ansammlung akustischer Energie in dem jeweiligen kritischen Frequenzbereich verhindert oder stark verringert wird. Der kritische Frequenzbereich kann der Bereich um eine Mittenfrequenz eines Durchlassbands oder eines Sperrbands des Filters oder im Fall eines Multiplexers in einem Trägeraggregationsband sein.
Während 1 Resonatorstrukturen und Impedanzstrukturen mit ineinandergreifenden Elektrodenfingern veranschaulicht, zeigt 2 Resonatorstrukturen und Induktivitätselementstrukturen auf Grundlage eines BAW-Aufbaus. Auf einem Trägersubstrat CS ist ein akustisch aktiver Resonator EAR angeordnet. Der Resonator EAR wird als ein BAW-Resonator BAWR bereitgestellt. Der Resonator weist eine untere Elektrode BE und eine obere Elektrode TE auf. Zwischen der unteren Elektrode BE und der oberen Elektrode TE ist ein piezoelektrisches Material PM angeordnet.
Der Resonator EAR ist elektrisch mit dem akustisch inaktiven Impedanzelement AIIE gekoppelt. Das Impedanzelement wird in der Form eines Sandwichaufbaus SAC bereitgestellt, der eine untere Elektrode BE und eine obere Elektrode TE umfasst. Zwischen der unteren Elektrode BE und der oberen Elektrode TE ist ein dielektrisches Material angeordnet. Das dielektrische Material oder mindestens ein Teil des dielektrischen Materials wird durch das Dämpfungs- und/oder Dissipationselement DE realisiert. Das Bereitstellen des Dämpfungs- und/oder Dissipationselements DE hat eine verringerte Ansammlung akustischer Energie an dem Ort des Impedanzelements AIIE in dem spezifischen Frequenzbereich zur Folge. Der Aufbau des Impedanzelements ähnelt dem Aufbau des Resonators. Dementsprechend können mindestens einige der Herstellungsschritte zum Herstellen des Resonators zum Erstellen des Impedanzelements genutzt werden. Eine Ansammlung akustischer Energie in dem entsprechenden Frequenzbereich kann durch Ändern der Dicke des dielektrischen Materials zwischen der unteren Elektrode BE und der oberen Elektrode TE verhindert oder verringert werden.
3 veranschaulicht die Möglichkeit, eine Dünnschicht TF zum Schutz empfindlicher Strukturen des elektroakustischen Resonators EAR zu nutzen. Dieselbe Dünnschicht kann verwendet werden, um außerdem die Strukturen des akustisch inaktiven Impedanzelements AIIE zu schützen. Material des Dämpfungs- und/oder Dissipationselements DE kann unter den Elektrodenstrukturen des Impedanzelements angeordnet werden. Material des Dämpfungs- und/oder Dissipationselements DE kann in ein Trägersubstrat unter den Elektrodenstrukturen des Impedanzelements eingebettet werden. Es ist allerdings ebenso möglich, das Material des dielektrischen Elements DE auf der oberen Oberfläche des Trägersubstrats anzuordnen und die Elektrodenstrukturen des Impedanzelements auf dem Material des Dämpfungs- und/oder Dissipationselements über der oberen Oberfläche des Trägersubstrats anzuordnen.
4 veranschaulicht Details einer Ausführungsform, bei der Material der Dünnschicht TF als das Dämpfungs- und/oder Dissipationselement DE genutzt wird. Dieses Material steht in direktem Kontakt mit den Elektrodenstrukturen des akustisch inaktiven Impedanzelements AIIE. Der direkte Kontakt verbessert die Effizienz eines Leitens von akustischer Energie weg von dem Impedanzelement. Alternativ kann das DE auch die elektroakustische Anregung verringern. Zusätzlich zu der verbesserten Leistung kann die Größe des AIIE verringert werden, da Sicherheitsspielräume zwischen Dünnschichtkontaktfläche und IDT-Strukturen nicht länger erforderlich sind.
Die Anwendung des Dämpfungs- und/oder Dissipationselements DE ist jedoch auch kompatibel mit anderen Gehäusetechnologien. Dementsprechend zeigt 5 technische Details einer Filterschaltung, bei der eine herkömmliche Kappe C genutzt wird, um die empfindlichen Elektrodenstrukturen des elektroakustischen Resonators EAR zu schützen. In demselben Hohlraum können die Strukturen des Impedanzelements AIIE zusammen mit dem Material des Dämpfungs- und/oder Dissipationselements DE angeordnet werden.
6 veranschaulicht einen Vergleich zwischen der Transferfunktion S₂₁ eines herkömmlichen elektroakustischen Bandpassfilters und der Transferfunktion eines elektroakustischen HF-Filters, das ein Dämpfungs- und/oder Dissipationselement in direktem Kontakt mit einem Impedanzelement umfasst. Es ist deutlich zu sehen, dass in dem Bereich des Durchlassbands um 1800 MHz die Transferfunktion unverändert bleibt. Jedoch wird eine Resonanz, durch die eine Verzerrung in der Transferfunktion des herkömmlichen Filters bei etwa 2600 MHz hergestellt wird, stark verringert. Die Filterkomponente, deren verbesserte Transferfunktion in 6 gezeigt wird, beruht auf einer Filterkomponente mit einem TFAP-Package, bei dem das Material der Dünnschicht in direktem Kontakt mit den Strukturen des in 4 gezeigten Impedanzelements steht.
7 zeigt den entsprechenden kritischen Frequenzbereich um 2600 MHz in einer vergrößerten Ansicht. Die durchgehende Linie zeigt die Transferfunktion der herkömmlichen Filterkomponente. Die gestrichelte Linie zeigt die verbesserte Transferfunktion gemäß dem verbesserten HF-Filter.
Für denselben kritischen Frequenzbereich zeigt 8 den Eingangs-Reflexionskoeffizienten S₁₁ des herkömmlichen Filters (durchgehende Linie) und des verbesserten Filters (gestrichelte Linie). Das herkömmliche Filter weist zwei Frequenzen auf, bei denen der Reflexionskoeffizient beträchtlich verringert ist. Eine der zwei beträchtlichen Verringerungen eines Reflexionskoeffizienten ist bei dem verbesserten elektroakustischen HF-Filter beseitigt.
Entsprechend zeigt 9 den Ausgangs-Reflexionskoeffizienten in dem kritischen Frequenzbereich. Die durchgehende Linie zeigt eine beträchtliche Verringerung des Reflexionskoeffizienten zwischen 2600 und 2650 MHz. Das verbesserte HF-Filter (gestrichelte Linie) weist einen beträchtlich verbesserten Reflexionskoeffizienten in diesem Frequenzbereich auf, was es für Trägeraggregation geeignet macht.
Das elektroakustische HF-Filter und der Multiplexer sind nicht auf die vorstehend beschriebenen oder in den Figuren gezeigten technischen Details beschränkt. HF-Filter können weitere Schaltungselemente und weitere Resonatoren umfassen. Mehrere elektroakustische HF-Filter wie vorstehend beschrieben können zusammen oder zusammen mit herkömmlichen HF-Filtern verwendet werden, um verbesserte Multiplexer-Schaltungen und Multiplexer-Komponenten herzustellen.
Bezugszeichenliste

FC:: Filterkomponente
CS:: Trägersubstrat
EAR:: elektroakustischer Resonator
SAWR:: SAW-Resonator
IDTS:: ineinandergreifende Elektrodenstruktur
DE:: Dämpfungs- und oder Dissipationselement
AIIE:: akustisch inaktives Impedanzelement
BE:: untere Elektrode
TE:: obere Elektrode
PM:: piezoelektrisches Material
SAC:: Sandwichaufbau
BAWR:: BAW-Resonator
TF:: Dünnschichtlage eines Dünnschicht-Package
C:: Kondensator
S₂₁:: Transferfunktion
S₁₁:: Reflexionsfaktor (an dem Eingangsanschluss)
S₂₂:: Reflexionsfaktor (an dem Ausgangsanschluss)

Claims

Elektroakustisches HF-Filter, umfassend: - einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss, - einen elektroakustischen Resonator (EAR), der elektrisch zwischen den Eingangsanschluss und den Ausgangsanschluss geschaltet ist, - ein akustisch inaktives Impedanzelement (AIIE), das elektrisch mit dem elektroakustischen Resonator (EAR) gekoppelt ist, und - ein Dämpfungs- und/oder Dissipationselement (DE), das mit dem akustisch inaktiven Impedanzelement (AIIE) verbunden ist, wobei - das Dämpfungs- und / oder Dissipationselement (DE) bereitgestellt und konfiguriert ist zum Entfernen von akustischer Energie aus dem inaktiven Impedanzelement, entweder durch Dissipation akustischer Energie oder durch Verringern der Kopplung oder durch Unterdrücken einer akustischen Mode.
Elektroakustisches HF-Filter nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das akustisch inaktive Impedanzelement (AIIE) ein Kapazitätselement oder ein Induktivitätselement ist.
Elektroakustisches HF-Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - der elektroakustische Resonator (EAR) ein SAW-Resonator (SAWR), ein BAW-Resonator (BAWR) oder ein GBAW-Resonator ist und - das akustisch inaktive Impedanzelement (AIIE) eine ineinandergreifende Elektrodenstruktur (IDTS) oder zwei Elektroden umfasst, die durch eine dielektrische Schicht zwischen den Elektroden getrennt sind.
Elektroakustisches HF-Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der elektroakustische Resonator (EAR) einen ersten Schichtaufbau aufweist, und das akustisch inaktive Impedanzelement (AIIE) einen zweiten Schichtaufbau aufweist, und sich der erste Schichtaufbau und der zweite Schichtaufbau in Bezug auf mindestens einen Parameter unterscheiden, der ausgewählt ist aus der Anzahl von Schichten, der Dicke einer Schicht, dem Material einer Schicht und der Viskosität einer Schicht.
Elektroakustisches HF-Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das akustisch inaktive Impedanzelement (AIIE) eine Ausrichtung aufweist, die relativ zu einer Ausrichtung des elektroakustischen Resonators (EAR) gedreht ist.
Elektroakustisches HF-Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Dämpfungs- und / oder Dissipationselement (DE) eine höhere Viskosität aufweist als ein Material in der direkten Nähe des elektroakustischen Resonators (EAR).
Elektroakustisches HF-Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der elektroakustische Resonator (EAR) in einem Gehäuse auf Grundlage einer Packaging - Technologie angeordnet ist, die ausgewählt ist aus einem TFAP-Packaging, einem CSSP - Packaging, einem CSSP - plus - Packaging, einem DSSP - Packaging.
Elektroakustisches HF-Filter nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Dämpfungs - und / oder Dissipationselement (DE) durch ein Element des Gehäuses hergestellt wird.
Elektroakustisches HF-Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das akustisch inaktive Schaltungselement direkt von einem Element des Gehäuses bedeckt ist.
Multiplexer-Komponente, die ein elektroakustisches Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.