DE102021209553A1

DE102021209553A1 - Mehrschichtiges piezoelektrisches substrat mit steuerbarem delta-temperaturkoeffizienten der frequenz

Info

Publication number: DE102021209553A1
Application number: DE102021209553.4A
Authority: DE
Inventors: Joshua James CARON
Original assignee: Skyworks Solutions Inc
Current assignee: Skyworks Solutions Inc
Priority date: 2020-09-04
Filing date: 2021-08-31
Publication date: 2022-03-10
Also published as: GB2598665A; CN114221632A; US20220077840A1; KR20220031515A; TW202215687A; GB202110952D0; JP2022044005A

Abstract

Eine elektronische Vorrichtung umfasst ein mehrschichtiges piezoelektrisches Substrat mit einem Trägersubstrat, einer Schicht piezoelektrischen Materials, welche auf einer Vorderseite des Trägersubstrats aufgebracht ist, und einer rückseitigen Materialschicht, welche auf einer Rückseite des Trägersubstrats aufgebracht ist und welche einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der sich von einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Trägersubstrats unterscheidet, sowie ein oder mehrere akustische Wellenvorrichtungen, welche auf einer Vorderseite des mehrschichtigen piezoelektrischen Substrats aufgebracht sind und eine geringere Differenz in ihren thermischen Ausdehnungskoeffizienten bei jeweiligen Resonanz- und Antiresonanzfrequenzen aufweisen im Vergleich zu einer im Wesentlichen gleichen Vorrichtung, bei der die rückseitige Materialschicht fehlt.

Description

HINTERGRUND
Technisches Gebiet
Ausführungsformen dieser Offenbarung beziehen sich auf akustische Wellenvorrichtungen und Filter und auf Verfahren und Strukturen zur Steuerung eines Temperaturkoeffizienten der Bandbreite derselben.
Beschreibung verwandter Technologien
Akustische Wellenvorrichtungen, wie beispielsweise akustische Oberflächenwellenvorrichtungen („surface acoustic wave“, SAW) und akustische Volumenwellenvorrichtungen („bulk acoustic wave“, BAW), können als Komponenten von Filtern in elektronischen Hochfrequenzsystemen verwendet werden. Beispielsweise können Filter in einem Hochfrequenzfrontend eines Mobiltelefons akustische Wellenfilter aufweisen. Zwei akustische Wellenfilter können zu einem Duplexer oder zu einem Diplexer zusammengestellt werden.
ZUSAMMENFASSUNG
In Übereinstimmung mit einem Aspekt wird eine elektronische Vorrichtung bereitgestellt. Die elektronische Vorrichtung umfasst ein mehrschichtiges piezoelektrisches Substrat mit einem Trägersubstrat, einer Schicht piezoelektrischen Materials, welche auf einer Vorderseite des Trägersubstrats aufgebracht ist, und einer rückseitigen Materialschicht, welche auf einer Rückseite des Trägersubstrats aufgebracht ist und welche einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der sich von einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Trägersubstrats unterscheidet, sowie ein oder mehrere akustische Wellenvorrichtungen, welche auf einer Vorderseite des mehrschichtigen piezoelektrischen Substrats aufgebracht sind und eine geringere Differenz in ihren thermischen Ausdehnungskoeffizienten bei jeweiligen Resonanz- und Antiresonanzfrequenzen aufweisen im Vergleich zu einer im Wesentlichen gleichen Vorrichtung, bei der die rückseitige Materialschicht fehlt.
In einigen Ausführungsformen sind die ein oder mehreren akustischen Wellenvorrichtungen in einem akustischen Wellenfilter umfasst.
In einigen Ausführungsformen bilden die ein oder mehreren akustischen Wellenvorrichtungen einen Hochfrequenzfilter.
In einigen Ausführungsformen hat der Filter einen Temperaturkoeffizienten der Bandbreite von nahezu Null.
In einigen Ausführungsformen ist der Temperaturkoeffizient der Frequenz bei der Resonanzfrequenz der ein oder mehreren akustischen Wellenvorrichtungen im Wesentlichen genauso groß wie der Temperaturkoeffizient der Frequenz bei der Antiresonanzfrequenz der ein oder mehreren akustischen Wellenvorrichtungen.
In einigen Ausführungsformen sind die ein oder mehreren akustischen Wellenvorrichtungen akustische Oberflächenwellenvorrichtungen. Die ein oder mehreren akustischen Wellenvorrichtungen können Temperatur kompensierte akustische Oberflächenwellenvorrichtungen sein.
In einigen Ausführungsformen sind die ein oder mehreren akustischen Wellenvorrichtungen akustische Volumenwellenvorrichtungen.
In einigen Ausführungsformen hat die rückseitige Materialschicht einen Temperaturkoeffizienten der Frequenz, der höher ist als der Temperaturkoeffizient der Frequenz des Trägersubstrats.
In einigen Ausführungsformen hat die rückseitige Materialschicht einen Temperaturkoeffizienten der Frequenz, der geringer ist als der Temperaturkoeffizient der Frequenz des Trägersubstrats.
In einigen Ausführungsformen weist die rückseitige Materialschicht entweder ein Dielektrikum oder ein Metall auf.
In einigen Ausführungsformen weist die rückseitige Materialschicht piezoelektrisches Material auf.
In einigen Ausführungsformen weisen sowohl die rückseitige Materialschicht als auch die Schicht piezoelektrischen Materials dasselbe piezoelektrische Material auf.
In einigen Ausführungsformen haben die rückseitige Materialschicht und die Schicht piezoelektrischen Materials im Wesentlichen die gleiche Dicke.
In einigen Ausführungsformen haben die ein oder mehreren akustischen Wellenvorrichtungen einen Deltatemperaturkoeffizienten der Frequenz von nahezu Null.
In einigen Ausführungsformen ist die elektronische Vorrichtung in einem Hochfrequenzvorrichtungsmodul umfasst.
In einigen Ausführungsformen ist das Hochfrequenzvorrichtungsmodul in einer Hochfrequenzvorrichtung umfasst.
In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Vorrichtung bereitgestellt. Das Verfahren umfasst die Schritte des Bildens einer Schicht piezoelektrischen Materials auf einer Oberseite eines Trägersubstrats, des Bildens einer rückseitigen Materialschicht, die einen anderen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist als das Trägersubstrat, auf einer Unterseite des Trägersubstrats, sowie des Ausbildens von ein oder mehreren akustischen Wellenvorrichtungen, welche Teile der Schicht piezoelektrischen Materials beinhalten, so dass die rückseitige Materialschicht dazu führt, dass die ein oder mehreren akustischen Wellenvorrichtungen eine Differenz der Temperaturkoeffizienten der Frequenz bei entsprechenden Resonanz- und Antiresonanzfrequenzen von nahezu Null aufweisen.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren weiterhin das Ausbilden eines Hochfrequenzfilters aus den ein oder mehreren akustischen Wellenvorrichtungen.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren weiterhin das Ausbilden eines Hochfrequenzvorrichtungsmoduls, welches den Hochfrequenzfilter beinhaltet.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren weiterhin das Ausbilden einer elektronischen Hochfrequenzvorrichtung, welche das Hochfrequenzvorrichtungsmodul beinhaltet.
Figurenliste
Die Ausführungsformen dieser Offenbarung werden nun in nicht beschränkenden Beispielen anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.

1A ist eine vereinfachte Draufsicht auf ein Beispiel eines akustischen Oberflächenwellenresonators;
1B ist eine vereinfachte Draufsicht auf ein weiteres Beispiel eines akustischen Oberflächenwellenresonators;
1C ist eine vereinfachte Draufsicht auf ein weiteres Beispiel eines akustischen Oberflächenwellenresonators;
2 ist eine vereinfachte Querschnittsansicht eines Teils eines Temperatur kompensierten akustischen Oberflächenwellenresonators mit einem mehrschichtigen piezoelektrischen Substrat;
3 ist eine vereinfachte Querschnittsansicht eines akustischen Dünnschichtvolumenwellenresonators;
4 ist eine vereinfachte Querschnittsansicht eines Lambwellenresonators;
5 ist eine vereinfachte Querschnittsansicht eines oberflächenmontierten Resonators;
6 zeigt ein Blockschaubild eines Hochfrequenzleiterfilters;
7 veranschaulicht ein Beispiel eines mehrschichtigen piezoelektrischen Substrats für eine akustische Wellenvorrichtung;
8 veranschaulicht die Belastung in mehrschichtigen piezoelektrischen Substraten mit verschiedenen rückseitigen Schichten bei Betriebstemperatur;
9 zeigt ein Blockschaubild eines Beispiels eines Filtermoduls, welches ein oder mehrere elektronische Vorrichtungen gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung aufweisen kann;
10 zeigt ein Blockschaubild eines Frontend-Moduls, welches ein oder mehrere Filtermodule gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung aufweisen kann; und
11 zeigt ein Blockschaubild eines Beispiels einer drahtlosen Vorrichtung, welches das Frontend-Modul der 10 aufweist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BESTIMMTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende Beschreibung bestimmter Ausführungsformen stellt verschiedene Beschreibungen bestimmter Ausführungsformen dar. Die hier beschriebenen Innovationen können jedoch auf vielfältige Weise umgesetzt werden, z.B. durch die Definition und im Umfang der Ansprüche. In dieser Beschreibung wird auf die Zeichnungen verwiesen, in denen gleichartige Bezugszeichen identische oder funktional ähnliche Elemente bezeichnen können. Es sei darauf hingewiesen, dass die in den Figuren dargestellten Elemente nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet sind. Darüber hinaus sei darauf hingewiesen, dass bestimmte Ausführungsformen mehr Elemente als in einer Zeichnung dargestellt und/oder eine Teilmenge der in einer Zeichnung dargestellten Elemente beinhalten können. Darüber hinaus können einige Ausführungsformen jede geeignete Kombination von Merkmalen aus zwei oder mehr Zeichnungen enthalten.
1A ist eine Draufsicht auf einen akustischen Oberflächenwellenresonator („surface acoustic wave“, SAW) 10 so wie er in einem SAW-Filter, einem Duplexer, einem Balun etc. eingesetzt werden könnte.
Der akustische Oberflächenwellenresonator 10 ist auf einem piezoelektrischen Substrat ausgebildet, beispielsweise einem Lithiumtantalatsubstrat (LiTaO₃) oder einem Lithiumniobatsubstrat (LiNbO₃) 12, und weist interdigitale Wandlerelektroden („Interdigital Transducer“, IDT) 14 und Reflektorelektroden 16 auf. Im Gebrauch regen die IDT-Elektroden 14 eine akustische Hauptwelle mit einer Wellenlänge λ entlang einer Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 12 an. Die Reflektorelektroden 16 betten die IDT-Elektroden 14 ein und reflektieren die akustische Hauptwelle durch die IDT-Elektroden 14 hindurch hin und her. Die akustische Hauptwelle der Vorrichtung läuft senkrecht zur Längserstreckung der IDT-Elektroden.
Die IDT-Elektroden 14 weisen eine erste Busschienenelektrode 18A und eine zweite, der ersten Busschienenelektrode gegenüberliegende Busschienenelektrode 18B auf. Die Busschienenelektroden 18A, 18B können hierin und in den Bezugszeichen der Figuren als Busbarelektrode 18 bezeichnet werden. Die IDT-Elektroden 14 umfassen weiterhin erste Elektrodenfinger 20A, welche sich von der ersten Busschienenelektrode 18A zur zweiten Busschienenelektrode 18B hin erstrecken, und zweite Elektrodenfinger 20A, welche sich von der zweiten Busschienenelektrode 18B zur ersten Busschienenelektrode 18A hin erstrecken.
Die Reflektorelektroden 16 (auch als Reflektorgitter bezeichnet) weisen jeweils eine erste Reflektorbusschienenelektrode 24A und eine zweite Reflektorbusschienenelektrode 24B (hierin gemeinsam als Reflektorbusschienenelektrode 15 bezeichnet) und Reflektorfinger 13 auf, welche sich zwischen der ersten Reflektorbusschienenelektrode 24A und der zweiten Reflektorbusschienenelektrode 24B erstrecken und die erste Reflektorbusschienenelektrode 24A und die zweite Reflektorbusschienenelektrode 24B elektrisch miteinander koppeln.
In anderen hierin offenbarten Ausführungsformen, wie in 1B veranschaulicht, können die Reflektorbusschienenelektroden 24A, 24B weggelassen werden und die Reflektorfinger 13 können elektrisch unverbunden bleiben. Außerdem können - wie in 1C dargestellt - akustische Wellenresonatoren wie hierin offenbart Blindelektrodenfinger 20C aufweisen, die an den entsprechenden Elektrodenfingern 20A, 20B ausgerichtet sind. Jeder Blindelektrodenfinger 20C erstreckt sich weg von derjenigen Busschienenelektrode 18A, 18B, die dem jeweiligen Elektrodenfinger 20A, 20B, an dem er ausgerichtet ist, gegenüberliegt.
2 ist eine anteilige Querschnittsansicht eines Teils des akustischen Wellenresonators 10 einer der 1A bis 1C, welche ein paar der IDT-Elektroden 14, die auf dem Substrat 12 aufgebracht sind, darstellt. In einigen Ausführungsformen kann ein akustischer Wellenresonator ein mehrschichtiges piezoelektrisches Substrat einschließlich des piezoelektrischen Substrats 12 und eines Trägersubstrats 22, auf dem das piezoelektrische Substrat aufgebracht ist, aufweisen. Das Trägersubstrat 22 kann beispielsweise aus Silizium oder einem dielektrischen Material, wie etwa Siliziumdioxid, Aluminiumoxid oder Saphir, ausgebildet werden. Das Trägersubstrat 22 ist im allgemeinen dicker als das piezoelektrische Substrat 12 und sorgt für eine erhöhte mechanische Stabilität des akustischen Wellenresonators.
Die IDT-Elektroden 14 sind aus einem Metall oder einer Metalllegierung ausgebildet, beispielsweise Aluminium. In einigen Ausführungsformen können die IDT-Elektroden 14 mehrere Schichten verschiedener Metalle aufweisen, zum Beispiel Molybdän und Aluminium. Ein dielektrisches Material, wie beispielsweise Siliziumdioxid (SiO₂), kann auf der Oberseite der IDT-Elektroden 14 und des Substrats 12 abgeschieden werden. Das dielektrische Material kann vorteilhafterweise die Auswirkungen von Temperaturänderungen auf die Betriebseigenschaften des akustischen Wellenresonators 10 vermindern und kann die IDT-Elektroden 14 und die Oberfläche des Substrats 12 schützen. SiO₂ hat beispielsweise einen negativen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, während üblicherweise für das piezoelektrische Substrat 12 in einer SAW-Vorrichtung verwendete Materialien einen positiven thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen. Die Schicht SiO₂ 24 kann daher Änderungen in den Abmessungen des piezoelektrischen Substrats 12, die mit Änderungen der Temperatur einhergehen und ansonsten ohne die Schicht SiO₂ 24 auftreten könnten, entgegenwirken. SAW-Vorrichtungen mit einer Schicht SiO₂ wie in 2 dargestellt können auch als Temperatur kompensierte SAW-Vorrichtungen bezeichnet werden, oft abgekürzt mit TC-SAW-Vorrichtungen („temperature-compensated“, TC).
Hierin offenbarte Aspekte und Ausführungsformen können auch auf akustische Volumenwellenresonatoren („bulk acoustic wave“, BAW) zutreffen. Akustische Dünnschichtvolumenwellenresonatoren („film bulk acoustic wave resonators“, FBAR), Lambwellenresonatoren und oberflächenmontierte Resonatoren sind Beispiele für BAW-Resonatoren.
3 zeigt eine vereinfachte Querschnittsansicht durch einen Dünnschichtvolumenwellenresonator (FBAR) 30. Der FBAR 30 weist eine Schicht piezoelektrischen Materials 32, eine obere Elektrode 34 auf einer Oberseite der Schicht piezoelektrischen Materials 32 und eine untere Elektrode 36 auf einer Unterseite der Schicht piezoelektrischen Materials 32 auf. Die Schicht piezoelektrischen Materials 32 kann eine Aluminiumnitridschicht sein. In anderen Varianten kann die Schicht piezoelektrischen Materials 32 eine Schicht jedweden geeigneten piezoelektrischen Materials sein. Die Schicht piezoelektrischen Materials 32 ist auf einem Substrat 39 aufgebracht und bildet eine Kavität 38 zwischen einer unteren Oberfläche der Schicht piezoelektrischen Materials 32 und dem Substrat 39 aus. Die untere Elektrode 36 ist in der Kavität 38 aufgebracht. Die Kavität 38 kann mit Luft oder einem anderen Gas gefüllt sein, oder kann in anderen Ausführungsformen evakuiert werden, um eine Vakuumkavität zu bilden.
4 zeigt eine vereinfachte Querschnittsansicht durch einen Lambwellenresonator 40. Der Lambwellenresonator 40 weist Merkmale sowohl eines SAW-Resonators als auch eines FBARs auf. Wie dargestellt, weist der Lambwellenresonator 40 eine Schicht piezoelektrischen Materials 42, eine interdigitale Wandlerelektrode („interdigital transducer“, IDT) 44 auf einer Oberseite der Schicht piezoelektrischen Materials 42 und eine untere Elektrode 46 auf einer Unterseite der Schicht piezoelektrischen Materials 42 auf. Die Schicht piezoelektrischen Materials 42 kann eine Dünnschicht sein. Die Schicht piezoelektrischen Materials 42 kann eine Aluminiumnitridschicht sein. In anderen Varianten kann die Schicht piezoelektrischen Materials 42 eine Schicht jedweden geeigneten piezoelektrischen Materials sein. Die Frequenz des Lambwellenresonators kann von der Geometrie der IDT 44 abhängen. Die Elektrode 46 kann in manchen Ausgestaltungsformen geerdet sein. In manchen anderen Ausgestaltungsformen kann die Elektrode 46 potentialfrei sein. Eine Luftkavität 48 ist zwischen der Elektrode 46 und einem Substrat 49 ausgebildet. Jede geeignete Kavität kann statt der Luftkavität 48 ausgebildet werden, beispielsweise eine Vakuumkavität oder eine mit einem anderen Gas gefüllte Kavität.
5 zeigt eine vereinfachte Querschnittsansicht durch einen oberflächenmontierten Resonator (SMR) 50. Wie dargestellt umfasst der SMR 50 eine Schicht piezoelektrischen Materials 52, eine obere Elektrode 54 auf einer Oberseite der Schicht piezoelektrischen Materials 52 und eine untere Elektrode 56 auf einer Unterseite der Schicht piezoelektrischen Materials 52 auf. Die Schicht piezoelektrischen Materials 52 kann eine Aluminiumnitridschicht sein. In anderen Varianten kann die Schicht piezoelektrischen Materials 52 eine Schicht jedweden geeigneten piezoelektrischen Materials sein. Die untere Elektrode 56 kann in manchen Ausgestaltungsformen geerdet sein. In manchen anderen Ausgestaltungsformen kann die untere Elektrode 56 potentialfrei sein. Braggreflektoren 58 sind zwischen der unteren Elektrode 56 und einem Halbleitersubstrat 59 angeordnet. Jedwede geeigneten Braggreflektoren können verwendet werden. Beispielsweise können die Braggreflektoren SiO₂/W sein.
Die Substrate 39, 49, 59 der 3 bis 5 werden als Silizium dargestellt, können aber alternativ dazu aus einem anderen Material ausgebildet werden, zum Beispiel aus einem dielektrischen Material wie etwa Siliziumdioxid, Aluminiumoxid oder Saphir.
Es sollte erwähnt werden, dass die akustischen Wellenresonatoren, welche in den 1A bis 5 dargestellt sind, genauso wie jene, die in den übrigen Figuren hierin dargestellt werden, in stark abstrahierter Form abgebildet sind. Die relativen Abmessungen der verschiedenen Merkmale sind nicht in tatsächlichen Größenverhältnissen dargestellt. Beispielsweise würden übliche akustische Wellenresonatoren im Allgemeinen eine erheblich größere Anzahl an Elektrodenfingern und/oder Reflektorfingern aufweisen als dargestellt. Die akustischen Wellenresonatoren können anders ausgestaltet sein als in manchen dargestellten Beispielen, wie etwa mit Blindelektrodenfingern, Elektrodenfingern verschiedener oder ungleichmäßiger Längen- oder Breitenausdehnung, Elektrodenfingern oder Reflektorfingern verschiedener oder ungleichmäßiger Abstände untereinander oder Elektrodenfingern, welche gebogene oder gekrümmte Abschnitte aufweisen. Übliche akustische Wellenresonatoren oder Filterelemente können auch mehrere IDT-Elektroden aufweisen, welche zwischen den Reflektorelektroden eingebettet sind.
Akustische Wellenresonatoren wie hierin offenbart können kombiniert werden, um einen Filter zu bilden, beispielsweise einen Hochfrequenz-(HF- )Akustikwellenfilter. Ein Beispiel für eine Filterarchitektur ist ein Leiterfilter. Ein Beispiel für einen HF-Leiterfilter ist 6 schematisch veranschaulicht. Der HF-Leiterfilter umfasst eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Reihenresonatoren R1, R3, R5, R7 und R9 und eine Vielzahl von parallel geschalteten Resonatoren (Shuntresonatoren) R2, R4, R6 und R8. Wie dargestellt, ist die Vielzahl von Reihenresonatoren R1, R3, R5, R7 und R9 in Reihe zwischen dem Eingang und dem Ausgang des HF-Leiterfilters geschaltet, und die Vielzahl von Shuntresonatoren R2, R4, R6 und R8 ist entsprechend in einer Shuntkonfiguration zwischen die Reihenresonatoren und Masse gekoppelt. Andere Filterstrukturen und andere Schaltungsstrukturen, die im Stand der Technik bekannt sind und die akustische Wellenvorrichtungen oder -resonatoren wie etwa Duplexer, Baluns etc. aufweisen können, können ebenso mit hierin offenbarten Beispielen für akustische Wellenresonatoren ausgestaltet werden.
Akustische Wellenresonatoren haben bei der Resonanzfrequenz (f_r) einen anderen Temperaturkoeffizienten der Frequenz („temperature coefficient of frequency“, TCF) als bei der Anti-Resonanzfrequenz (f_a). Dieser Unterschied in TCF wird hierin auch als Delta-TCF (ΔTCF) bezeichnet. Er wird üblicherweise in ppm/°C gemessen. Da die Frequenzseparation zwischen f_r und f_a größtenteils die Bandbreite eines durch akustische Wellenresonatoren gebildeten Filters bestimmt, kann ΔTCF bei einem durch akustische Wellenresonatoren gebildeten Filter als Temperaturkoeffizient der Bandbreite angesehen werden. Überdies verursacht eine Variation der Separation zwischen f_r und fa auch eine Änderung in der Filterimpedanz, was unter Umständen zu einer Verschlechterung des Stehwellenverhältnisses („voltage standing wave ratio“, VSWR) führen oder die Interaktionen zwischen dem Filter und anderen benachbarten HF-Komponenten in einem HF-System (beispielsweise Leistungsverstärker oder Verstärker mit niedrigem Rauschen) beeinflussen kann. In akustischen Wellenfilter einschließlich akustischer Wellenresonatoren mit mehrschichtigen piezoelektrischen Substraten („multilayer piezoelectric substrate“, MPS) kann der Wert von ΔTCF besonders groß und problematisch werden. Es wäre wünschenswert, akustische Wellenresonatoren und - filter mit niedrigen oder verschwindenden ΔTCF-Werten zu haben, so dass die Betriebseigenschaften wie beispielsweise Resonanz- und Antiresonanzfrequenzen oder Bandbreiten der Resonatoren oder Filter nicht wesentlich von Änderungen in der Betriebstemperatur beeinträchtigt werden.
Ein wesentlicher Einflussfaktor auf ΔTCF in MPS-Resonatoren und daraus aufgebaute Filter (MPS-Filter) sind von der Temperatur abhängige Spannungen im Film piezoelektrischen Materials der MPS-Resonatoren. Die von der Temperatur abhängige Spannungen können durch eine Fehlanpassung der thermischen Ausdehnungskoeffizienten („coefficient of thermal expansion“, CTE) zwischen dem Film piezoelektrischen Materials und dem darunter liegenden Trägersubstrat induziert werden, beispielsweise zwischen dem Film piezoelektrischen Materials 12 und dem Trägersubstrat 22 in 2 oder zwischen den Filmen piezoelektrischen Materials 32, 42, 52 und den jeweils zugehörigen Trägersubstraten 39, 49, 59 in den 3 bis 5.
Aspekte und Ausführungsformen, die hierin offenbart werden, beinhalten akustische MPS-Wellenresonatoren und -filter mit einem ΔTCF von nahezu Null, zum Beispiel in einem Bereich von ±2ppm/°C. Die Resonatoren eines MPS-Filters können eine rückseitige Schicht mit einem CTE aufweisen, welcher sich von dem CTE des Hauptträgersubstrats unterscheidet. Die Fehlanpassung der CTEs zwischen dem Hauptträgersubstrat und der rückseitigen Schicht induziert Belastungen in den akustischen Wellenresonatoren, was dazu führt, dass sich das Trägersubstrat nach oben (konvex) oder nach unten (konkav) durchbiegt, je nachdem, ob der CTE der rückseitigen Schicht geringer bzw. größer als der CTE des Hauptträgersubstrats ist. Die konvexe oder konkave Belastung, die durch die rückseitige Schicht verursacht wird, erzeugt Zug- bzw. Druckspannung in dem piezoelektrischen Film auf der Oberseite (Vorderseite) des Resonators. Jede Änderung in der Temperatur verursacht eine dazu proportionale Änderung der Spannung. Die Richtung der erzeugten Spannung (Zugspannung oder Druckspannung) wird durch die Größe des CTE der rückseitigen Schicht im Vergleich zum CTE des Trägersubstrats bestimmt, und die Empfindlichkeit der Änderung wird durch den Grad der CTE-Fehlanpassung, die Young's Moduln des Trägersubstrats und der rückseitigen Materialien und die relative Dicke der rückseitigen Schicht und des Trägersubstrats bestimmt. Da die Filmdicke recht leicht unter Nutzung moderner Herstellungstechnologien gesteuert werden kann, sorgt dies für einen sehr einfachen Freiheitsgrad bei der Herstellung von akustischen Wellenresonatoren, welcher einen verschwindenden oder nahezu verschwindenden ΔTCF aufweisen.
7 veranschaulicht schematisch eine Querschnittsansicht der Materialschichten in einem akustischen Wellenresonator 700 mit einem verschwindenden oder nahezu verschwindenden ΔTCF wie hierin offenbart. Der akustische Wellenresonator umfasst eine Schicht piezoelektrischen Materials 705, welche strukturiert sein kann oder jede der Elektroden oder anderer Merkmale der in den 1A bis 5 dargestellten akustischen Wellenresonatoren oder anderer akustische Wellenresonatoren aus dem Stand der Technik auf oder innerhalb der Schicht piezoelektrischen Materials 705 und können ganz oder teilweise durch eine oder mehrere darüber liegende dielektrische Schichten wie beispielsweise in 2 veranschaulicht bedeckt sein. Die Schicht piezoelektrischen Materials 705 ist auf der Vorderseite oder der Oberseite eines Trägersubstrats 710 aufgebracht, das den Trägersubstraten 22, 39, 49 oder 59 jedes der in den 1A bis 5 dargestellten akustischen Wellenresonatoren oder jedes aus dem Stand der Technik bekannten akustischen Wellenresonators entsprechen kann. Eine rückseitige Schicht 715 hat einen CTE, welcher sich von einem CTE des Trägersubstrats 710 unterscheidet, ist auf einer Rückseite oder Unterseite des Trägersubstrats 710 aufgebracht, welche gegenüber derjenigen Vorderseite des Trägersubstrats 710 liegt, auf der die Schicht piezoelektrischen Materials 705 aufgebracht ist. Die rückseitige Schicht 715 kann aus ein oder mehreren Schichten von Material ausgebildet werden und kann Schichten aus unterschiedlichen Materialien aufweisen. In einigen Ausführungsformen hat die rückseitige Schicht 715 einen höheren CTE als das Trägersubstrat 710. Falls das Trägersubstrat 701 zum Beispiel aus Silizium ausgebildet ist - mit einem CTE von etwa 2,6 ppm/°C - kann die rückseitige Schicht 715 aus einem piezoelektrischen Material wie beispielsweise Lithiumniobat (CTE von etwa 7,5 ppm/°C bis etwa 15,4 ppm/°C,je nach kristallographischer Orientierung), Litihiumtantalat (CTE von etwa 2 ppm/°C bis etwa 16 ppm/°C,je nach kristallographischer Orientierung) und/oder Aluminiumnitrid (CTE von etwa 4,6 ppm/°C), einem Dielektrikum wie etwa Aluminiumoxid (CTE von etwa 4,5 ppm/°C), Saphir (CTE von etwa 5,3 ppm/°C) und/oder Siliziumkarbid (CTE von etwa 2,8 ppm/°C), oder einem Metall wie etwa Kupfer (CTE von etwa 17 ppm/°C) oder Aluminium (CTE von etwa 23 ppm/°C) gebildet werden. In einigen Ausführungsformen kann die rückseitige Schicht 715 aus dem gleichen Material und mit im Wesentlichen der gleichen Dicke wie die Schicht piezoelektrischen Materials 705 gebildet werden. In anderen Ausführungsformen hat die rückseitige Schicht 715 einen CTE, welcher niedriger als der CTE des Trägersubstrats 710 ist. Falls das Trägersubstrat 710 aus beispielsweise Silizium, mit einem CTE von etwa 2,6 ppm/°C gebildet wird, kann die rückseitige Schicht 715 aus Siliziumnitrid (CTE von etwa 1,4 ppm/°C), Diamant (CTE von etwa 1 ppm/°C) und/oder Siliziumdioxid (CTE von etwa 0,65 ppm/°C) gebildet werden. In einigen Ausführungsformen kann die rückseitige Schicht 715 aus Kupfer oder SiN gebildet werden oder letztere enthalten, in einem Dickenbereich zwischen 1% und 20% der Dicke des Hauptträgersubstrats. Bei einem Trägersubstrat mit einer Dicke im Bereich von 50 µm bis 250 µm kann der Dickenbereich der rückseitigen Schicht zum Beispiel zwischen 0,5 µm und 50 µm betragen.
Die rückseitige Schicht 715 kann direkt auf der Rückseite oder Unterseite des Trägersubstrats 710 aufgebracht werden, unter Nutzung eines geeigneten chemischen oder physikalischen Dampfabscheidungsprozesses (z.B. Evaporationsabscheidung oder Sputtern). In anderen Ausführungsformen kann die rückseitige Schicht 715 an die Rückseite oder Unterseite des Trägersubstrats 710 angeklebt werden, unter Nutzung einer geeigneten Adhäsionsschicht, wie beispielsweise Siliziumdioxid, Chrom, Platin, Titan, Titandioxid, Gold und/oder jedem anderen geeigneten dielektrischen oder metallischen Adhäsionsschichtmaterial. In anderen Ausführungsformen kann eine metallische rückseitige Schicht über Elektroplattieren erzeugt werden.
Wie in 8 gezeigt, induziert die Fehlanpassung des CTE zwischen dem Hauptträgersubstrat und der rückseitigen Schicht Spannungen in der Vorrichtung, was dazu führt, dass sich das Substrat nach oben (konvex) oder nach unten (konkav) durchbiegt, je nachdem, ob der CTE der rückseitigen Schicht geringer bzw. größer als der CTE des Hauptträgersubstrats ist. Die konvexe oder konkave Belastung, die durch die rückseitige Schicht verursacht wird, erzeugt Zug- bzw. Druckspannung in dem dünnen piezoelektrischen Film auf der Oberseite (Vorderseite) der Vorrichtung. Eine Änderung in der Temperatur verursacht eine dazu proportionale Änderung der Spannung. Die Richtung der erzeugten Spannung (Zugspannung oder Druckspannung) wird durch die Größe des CTE der rückseitigen Schicht im Vergleich zum CTE des Hauptträgersubstrats bestimmt, und die Empfindlichkeit der Änderung wird durch den Grad der CTE-Fehlanpassung, die Elastizitätsmoduln des Trägersubstrats und der rückseitigen Schicht, die relative Dicke der rückseitigen Schicht im Vergleich zum Trägersubstrat, und in geringerem Maße durch die Zusammensetzung und Dicke der piezoelektrischen Materialschicht bestimmt. Da die Filmdicke recht leicht und genau unter Nutzung moderner Filmabscheidungstechnologien gesteuert werden kann, sorgt dies für ein sehr einfaches Verfahren zur Herstellung eines akustischen Wellenresonators oder -filters, wie hierin offenbart, mit einem verschwindenden ΔTCF oder einem ΔTCF von nahezu Null.
Wie oben erläutert können Ausführungsformen der akustischen Oberflächenwellenelemente zum Beispiel als Filter konfiguriert oder in Filtern eingesetzt werden. Ausführungsformen der hierin offenbarten akustischen Oberflächenwellenelemente können zum Beispiel als Leiterfilter mit einer herkömmlichen Struktur und Konfiguration ausgestaltet werden. In Folge kann ein akustischer Wellenfilter mit einem oder mehreren akustischen Wellenelementen in einem Modul aufgenommen werden bzw. als ein solches gehäust werden, welches schließlich in einem elektronischen Gerät, wie beispielsweise etwa einer drahtlosen Kommunikationsvorrichtung eingesetzt werden kann. 9 ist ein Blockschaubild eines Beispiels für ein Modul 800, welches einen akustischen Wellenfilter 810 beinhaltet. Der Filter 810 kann auf einem oder mehreren Chips 820 mit einem oder mehreren Verbindungskontaktstellen 822 implementiert werden. Beispielsweise kann der Filter 810 eine Verbindungskontaktstelle 822, die einem Eingangskontakt für den Filter entspricht, und eine andere Verbindungskontaktstelle 822 aufweisen, die einem Ausgangskontakt aus dem Filter entspricht. Das gehäuste Modul 800 umfasst ein Gehäusesubstrat 830, welches dazu ausgelegt ist, eine Vielzahl von Komponenten einschließlich des Chips 820 aufzunehmen. Eine Vielzahl von Verbindungskontaktstellen 832 kann auf dem Gehäusesubstrat 830 bereitgestellt werden, und die verschiedenen Verbindungskontaktstellen 822 des Filterchips 820 können mit den Verbindungskontaktstellen 832 auf dem Gehäusesubstrat 830 über elektrische Verbindungen 834 verbunden werden, was beispielsweise über Löthügel oder Drahtverbindungen geschehen kann, um die Weiterleitung von verschiedenen Signalen von und zu dem Filter 810 zu ermöglichen. Das Modul 800 kann optional außerdem andere Schaltungschips 840 aufweisen, wie beispielsweise ein oder mehrere zusätzliche Filter, Verstärker, Vorfilter, Modulatoren, Demodulatoren, Abwärtskonverter und dergleichen, wie sie einem Fachmann im Bereich der Halbleiterverarbeitung im Hinblick auf diese Offenbarung bekannt sein würden. In einigen Ausführungsformen kann das Modul 800 auch ein oder mehrere Gehäusestrukturen aufweisen, um beispielsweise Schutz zu bieten oder eine einfachere Handhabung des Moduls 800 zu ermöglichen. Eine derartige Gehäusestruktur kann eine Vergussstruktur umfassen, welche über dem Gehäusesubstrat 830 ausgeformt ist und derart bemessen ist, dass die verschiedenen Schaltungen und Komponenten darauf im Wesentlichen eingeschlossen sind.
Verschiedene Beispiele und Ausführungsformen des Filters 810 können in einer großen Vielzahl von elektronischen Vorrichtungen eingesetzt werden. Zum Beispiel kann der Filter 810 in einem Antennenduplexer verwendet werden, welcher selbst in einer Vielzahl von elektronischen Geräten eingebaut werden kann, wie etwa Hochfrequenz-Frontendmodule und Kommunikationsgeräte.
Unter Bezugnahme auf 10 ist ein Blockdiagramm eines Beispiels eines Frontend-Moduls 900 dargestellt, das in einer elektronischen Vorrichtung, wie beispielsweise einer drahtlosen Kommunikationsvorrichtung (z.B. einem Mobiltelefon), verwendet werden kann. Das Frontend-Modul 900 umfasst einen Antennenduplexer 910 mit einem gemeinsamen Knoten 902, einem Eingangsknoten 904 und einem Ausgangsknoten 906. Eine Antenne 1010 ist mit dem gemeinsamen Knoten 902 verbunden.
Der Antennenduplexer 910 kann ein oder mehrere Sendefilter 912 umfassen, die zwischen dem Eingangsknoten 904 und dem gemeinsamen Knoten 902 geschaltet sind, und ein oder mehrere Empfangsfilter 914, die zwischen dem gemeinsamen Knoten 902 und dem Ausgangsknoten 906 geschaltet sind. Das Durchlassband (die Durchlassbänder) des Sendefilters bzw. der Sendefilter unterscheiden sich von dem Durchlassband (den Durchlassbändern) der Empfangsfilter. Beispiele des Filters 810 können dazu verwendet werden, um den bzw. die Sendefilter 912 und/oder den bzw. die Empfangsfilter 914 zu bilden. Eine Induktivität oder eine andere Anpassungs- oder Phasenkomponente 920 kann am gemeinsamen Knoten 902 angeschlossen sein.
Das Frontend-Modul 900 umfasst weiterhin eine Senderschaltung 932, die mit dem Eingangsknoten 904 des Duplexers 910 verbunden ist, und eine Empfängerschaltung 934, die mit dem Ausgangsknoten 906 des Duplexers 910 verbunden ist. Die Senderschaltung 932 kann Signale zur Übertragung über die Antenne 1010 erzeugen, und die Empfängerschaltung 934 kann über die Antenne 1010 empfangene Signale empfangen und verarbeiten. In einigen Ausführungsformen sind die Empfänger- und Senderschaltungen als separate Komponenten implementiert, wie in 10 dargestellt ist; in anderen Ausführungsformen können diese Komponenten jedoch in eine gemeinsame Sendeempfängerschaltung oder ein gemeinsames Modul integriert sein. Wie der Fachmann erkennen wird, kann das Frontend-Modul 900 andere Komponenten umfassen, die nicht in 10 dargestellt sind, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Schalter, elektromagnetische Koppler, Verstärker, Prozessoren und dergleichen.
11 ist ein Blockdiagramm eines Beispiels einer Drahtlosvorrichtung 1000 mit dem in 10 dargestellten Antennenduplexer 910. Die Drahtlosvorrichtung 1000 kann ein Mobiltelefon, Smartphone, Tablet, Modem, Kommunikationsnetzwerk oder eine andere tragbare oder nicht tragbare Vorrichtung sein, die für Sprach- oder Datenkommunikation ausgebildet ist. Die Drahtlosvorrichtung 1000 kann Signale von der Antenne 1010 empfangen und senden. Die Drahtlosvorrichtung umfasst eine Ausführungsform eines Frontend-Moduls 900, ähnlich dem oben diskutierten mit Bezug auf 10. Das Frontend-Modul 900 umfasst den Duplexer 910, wie vorstehend erläutert. In dem in 11 dargestellten Beispiel umfasst das Frontend-Modul 900 weiterhin einen Antennenschalter 940, der dazu ausgebildet sein kann, zwischen verschiedenen Frequenzbändern oder Moden, wie beispielsweise Sende- und Empfangsmoden, zu wechseln. In dem in 11 dargestellten Beispiel ist der Antennenschalter 940 zwischen dem Duplexer 910 und der Antenne 1010 angeordnet; in anderen Beispielen kann der Duplexer 910 jedoch zwischen dem Antennenschalter 940 und der Antenne 1010 angeordnet sein. In weiteren Beispielen können der Antennenschalter 940 und der Duplexer 910 in eine einzige Komponente integriert sein.
Das Frontend-Modul 900 umfasst einen Sendeempfänger 930, der dazu ausgebildet ist, Signale für die Übertragung zu erzeugen oder empfangene Signale zu verarbeiten. Der Sendeempfänger 930 kann die Senderschaltung 932, die mit dem Eingangsknoten 904 des Duplexers 910 verbunden sein kann, und die Empfängerschaltung 934, die mit dem Ausgangsknoten 906 des Duplexers 910 verbunden sein kann, wie im Beispiel von 10 gezeigt ist, umfassen.
Signale, die für die Übertragung durch die Senderschaltung 932 erzeugt werden, werden von einem Leistungsverstärker-(PA)-Modul 950 empfangen, das die erzeugten Signale vom Sendeempfänger 930 verstärkt. Das Leistungsverstärkermodul 950 kann einen oder mehrere Leistungsverstärker umfassen. Das Leistungsverstärkermodul 950 kann zur Verstärkung einer Mehrzahl von HF- oder anderen Frequenzbandübertragungssignalen verwendet werden. So kann beispielsweise das Leistungsverstärkermodul 950 ein Freigabesignal empfangen, mit dem der Ausgang des Leistungsverstärkers gepulst werden kann, um die Übertragung eines WLAN-Signals („Wireless Local Area Network“) oder eines anderen geeigneten gepulsten Signals zu unterstützen. Das Leistungsverstärkermodul 950 kann dazu ausgebildet sein, jede beliebige Signalart zu verstärken, einschließlich beispielsweise eines GSM (Global System for Mobile Communication)-Signals, eines CDMA (Code Division Multiple Access)-Signals, eines W-CDMA-Signals, eines LTE (Long Term Evolution)-Signals, eines NR (New Radio)-Signals oder eines EDGE-Signals. In bestimmten Ausführungsformen können das Leistungsverstärkermodul 950 und die zugehörigen Komponenten einschließlich Schaltern und dergleichen auf Galliumarsenid-(GaAs)-Substraten hergestellt sein, beispielsweise unter Verwendung von Transistoren mit hoher Elektronenbeweglichkeit (pHEMT) oder bipolaren Transistoren mit isoliertem Gate (BiFET), oder auf einem Siliziumsubstrat unter Verwendung von komplementären Metalloxid-Halbleiter-(CMOS)-Feldeffekttransistoren.
Unter weiterer Bezugnahme auf 11 kann das Frontend-Modul 900 weiterhin ein rauscharmes Verstärkermodul 960 umfassen, das Empfangssignale von der Antenne 1010 verstärkt und die verstärkten Signale an die Empfängerschaltung 934 des Sendeempfängers 930 liefert.
Die Drahtlosvorrichtung 1000 von 11 umfasst weiterhin ein Leistungsverwaltungs-Subsystem 1020, das mit dem Sendeempfänger 930 verbunden ist und die Energie für den Betrieb der Drahtlosvorrichtung 1000 verwaltet. Das Leistungsverwaltungs-Subsystem 1020 kann auch den Betrieb eines Basisband-Subsystems 1030 und verschiedener anderer Komponenten der Drahtlosvorrichtung 1000 steuern. Das Leistungsverwaltungs-Subsystem 1020 kann eine Batterie (nicht dargestellt) umfassen oder mit ihr verbunden sein, die die verschiedenen Komponenten der Drahtlosvorrichtung 1000 mit Strom versorgt. Das Leistungsverwaltungs-Subsystem 1020 kann weiterhin einen oder mehrere Prozessoren oder Steuerungen umfassen, die beispielsweise die Übertragung von Signalen steuern können. In einer Ausführungsform ist das Basisband-Subsystem 1030 mit einer Benutzerschnittstelle 1040 verbunden, um verschiedene Ein- und Ausgaben von Sprache und/oder Daten zu ermöglichen, die dem Benutzer zur Verfügung gestellt und von ihm empfangen werden. Das Basisband-Subsystem 1030 kann auch mit einem Speicher 1050 verbunden sein, der dazu ausgebildet ist, Daten und/oder Anweisungen zu speichern, um den Betrieb der Drahtlosvorrichtung zu ermöglichen und/oder dem Benutzer die Speicherung von Informationen zu ermöglichen.
Jede der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen kann in Verbindung mit mobilen Geräten wie z. B. Mobiltelefonen realisiert werden. Die Prinzipien und Vorteile der Ausführungsformen können für alle Systeme oder Vorrichtungen, wie beispielsweise jede zellulare Uplink-Vorrichtung, verwendet werden, die von einer der hier beschriebenen Ausführungsformen profitieren könnten. Die hier angegebenen Lehren gelten für eine Vielzahl von Systemen. Obwohl diese Offenbarung einige beispielhafter Ausführungsformen beinhaltet, können die hier beschriebenen Lehren auf eine Vielzahl von Strukturen angewendet werden. Jedes der hier beschriebenen Prinzipien und Vorteile kann in Verbindung mit HF-Schaltungen umgesetzt werden, die konfiguriert sind, um Signale mit einer Frequenz in einem Bereich von etwa 30 kHz bis 300 GHz zu verarbeiten, wie beispielsweise eine Frequenz in einem Bereich von etwa 450 MHz bis 6 GHz.
Aspekte dieser Offenbarung können in verschiedenen elektronischen Geräten umgesetzt werden. Beispiele für die elektronischen Vorrichtungen können unter anderem Unterhaltungselektronikprodukte, Teile der Unterhaltungselektronikprodukte wie gehäuste Hochfrequenzmodule, drahtlose Uplink-Kommunikationsvorrichtungen, drahtlose Kommunikationsinfrastruktur, elektronische Prüfgeräte usw. sein, sind aber nicht darauf beschränkt. Beispiele für elektronische Geräte können unter anderem ein Mobiltelefon wie ein Smartphone, ein tragbares Computergerät wie eine intelligente Uhr oder ein Ohrstück, ein Telefon, ein Fernseher, ein Computermonitor, ein Computer, ein Modem, ein Handheld-Computer, ein Laptop, ein Tablet-Computer, ein Personal Digital Assistant (PDA), eine Mikrowelle, ein Kühlschrank, ein Elektroniksystem eines Fahrzeugs wie etwa ein Elektroniksystem eines Autos, eine Stereoanlage, ein digitaler Musikplayer, ein Radio, ein Camcorder, eine Kamera wie etwa eine Digitalkamera, ein tragbarer Speicherchip, eine Waschmaschine, ein Trockner, eine Waschmaschine / Trockner, ein Kopierer, ein Faxgerät, ein Scanner, ein multifunktionales Peripheriegerät, eine Armbanduhr, eine Uhr, etc. sein Darüber hinaus können die elektronischen Geräte auch unfertige Produkte beinhalten.
Sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes erfordert, sind die Worte „umfassen“, „umfassend“, „beinhalten“, „beinhaltend“ und dergleichen in einem integrativen Sinne auszulegen, im Gegensatz zu einem exklusiven oder erschöpfenden Sinne; das heißt, im Sinne von „einschließend“, aber nicht beschränkt auf. Das Wort „gekoppelt“, wie hier allgemein verwendet, bezieht sich auf zwei oder mehrere Elemente, die entweder direkt miteinander verbunden oder über ein oder mehrere Zwischenelemente verbunden sein können. Ebenso bezieht sich das Wort „verbunden“, wie es hier allgemein verwendet wird, auf zwei oder mehrere Elemente, die entweder direkt verbunden oder über ein oder mehrere Zwischenelemente verbunden sein können. Darüber hinaus beziehen sich die Worte „hier“, „über“, „unten“ und Worte von ähnlicher Bedeutung, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, auf diese Beschreibung als Ganzes und nicht auf einen bestimmten Teil dieser Beschreibung. Wenn der Kontext es zulässt, können Wörter in der obigen Detailbeschreibung mit der Einzahl- oder Mehrzahl auch die Mehrzahl oder Einzahl beinhalten. Das Wort „oder“ in Bezug auf eine Liste von zwei oder mehr Elementen deckt alle folgenden Interpretationen des Wortes ab: eines der Elemente in der Liste, alle Elemente in der Liste und jede Kombination der Elemente in der Liste.
Darüber hinaus soll die hier verwendete bedingte Sprache, wie unter anderem „kann“, „könnte“, „könnte möglicherweise“, „mag“, „z.B.“, „zum Beispiel“, „wie“ und dergleichen, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben oder anderweitig im Rahmen des verwendeten Kontextes verstanden, im Allgemeinen angeben, dass bestimmte Ausführungsformen bestimmte Merkmale, Elemente und/oder Zustände beinhalten, während andere Ausführungsformen bestimmte Merkmale, Elemente und/oder Zustände nicht beinhalten. Daher ist eine solche bedingte Sprache im Allgemeinen nicht dazu gedacht, darauf hinzudeuten, dass Merkmale, Elemente und/oder Zustände in irgendeiner Weise für eine oder mehrere Ausführungsformen erforderlich sind.
Obwohl bestimmte Ausführungsformen beschrieben wurden, sind diese Ausführungsformen nur beispielhaft dargestellt worden und sollen den Umfang der Offenbarung nicht einschränken. Tatsächlich können die hier beschriebenen neuartigen Vorrichtungen, Verfahren und Systeme in einer Vielzahl anderer Formen umgesetzt; ferner können verschiedene Auslassungen, Ersetzungen und Änderungen in der Form der hier beschriebenen Verfahren und Systeme vorgenommen werden, ohne vom Grundgedanken der Offenbarung abzuweichen. Während beispielsweise Blöcke in einer bestimmten Anordnung dargestellt werden, können alternative Ausführungsformen ähnliche Funktionalitäten mit anderen Komponenten und/oder Schaltungstopologien durchführen, und einige Blöcke können weggelassen, verschoben, hinzugefügt, untergliedert, kombiniert und/oder modifiziert werden. Jeder dieser Blöcke kann auf Vielfalt von anderen Vorgehensweisen implementiert werden. Jede geeignete Kombination der Elemente und Handlungen der verschiedenen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen kann zu weiteren Ausführungsformen kombiniert werden.

Claims

Eine elektronische Vorrichtung (900; 1000) umfassend: ein mehrschichtiges piezoelektrisches Substrat mit einem Trägersubstrat (22; 39; 49; 59; 710), einer Schicht piezoelektrischen Materials (705), welche auf einer Vorderseite des Trägersubstrats (22; 39; 49; 59; 710) aufgebracht ist, und einer rückseitigen Materialschicht (715), welche auf einer Rückseite des Trägersubstrats (22; 39; 49; 59; 710), und welche einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der sich von einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Trägersubstrats (22; 39; 49; 59; 710) unterscheidet; und ein oder mehrere akustische Wellenvorrichtungen, welche auf einer Vorderseite des mehrschichtigen piezoelektrischen Substrats aufgebracht sind und eine geringere Differenz in ihren thermischen Ausdehnungskoeffizienten bei jeweiligen Resonanz- und Antiresonanzfrequenzen aufweisen im Vergleich zu einer im Wesentlichen gleichen Vorrichtung, bei der die rückseitige Materialschicht (715) fehlt.
Die elektronische Vorrichtung (900; 1000) gemäß Anspruch 1, wobei die ein oder mehreren akustischen Wellenvorrichtungen in einem akustischen Wellenfilter (810) umfasst sind.
Die elektronische Vorrichtung (900; 1000) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die ein oder mehreren akustischen Wellenvorrichtungen einen Hochfrequenzfilter (810) bilden.
Die elektronische Vorrichtung (900; 1000) gemäß einem der Ansprüche 2 und 3, wobei der Filter einen Temperaturkoeffizienten der Bandbreite von nahezu Null aufweist.
Die elektronische Vorrichtung (900; 1000) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Temperaturkoeffizient der Frequenz bei der Resonanzfrequenz der ein oder mehreren akustischen Wellenvorrichtungen im Wesentlichen genauso groß ist wie der Temperaturkoeffizient der Frequenz bei der Antiresonanzfrequenz der ein oder mehreren akustischen Wellenvorrichtungen.
Die elektronische Vorrichtung (900; 1000) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die ein oder mehreren akustischen Wellenvorrichtungen akustische Oberflächenwellenvorrichtungen sind.
Die elektronische Vorrichtung (900; 1000) gemäß Anspruch 6, wobei die ein oder mehreren akustischen Wellenvorrichtungen Temperatur kompensierte akustische Oberflächenwellenvorrichtungen sind.
Die elektronische Vorrichtung (900; 1000) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die ein oder mehreren akustischen Wellenvorrichtungen akustische Volumenwellenvorrichtungen sind.
Die elektronische Vorrichtung (900; 1000) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die rückseitige Materialschicht (715) einen Temperaturkoeffizienten der Frequenz aufweist, der höher ist als der Temperaturkoeffizient der Frequenz des Trägersubstrats (22; 39; 49; 59; 710).
Die elektronische Vorrichtung (900; 1000) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die rückseitige Materialschicht (715) einen Temperaturkoeffizienten der Frequenz aufweist, der geringer ist als der Temperaturkoeffizient der Frequenz des Trägersubstrats (22; 39; 49; 59; 710).
Die elektronische Vorrichtung (900; 1000) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die rückseitige Materialschicht (715) entweder ein Dielektrikum oder ein Metall aufweist.
Die elektronische Vorrichtung (900; 1000) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die rückseitige Materialschicht (715) piezoelektrisches Material aufweist.
Die elektronische Vorrichtung (900; 1000) gemäß Anspruch 12, wobei sowohl die rückseitige Materialschicht (715) und die Schicht piezoelektrischen Materials (705) dasselbe piezoelektrische Material aufweisen.
Die elektronische Vorrichtung (900; 1000) gemäß Anspruch 13, wobei die rückseitige Materialschicht (715) und die Schicht piezoelektrischen Materials (705) im Wesentlichen die gleiche Dicke haben.
Die elektronische Vorrichtung (900; 1000) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die ein oder mehreren akustischen Wellenvorrichtungen einen Deltatemperaturkoeffizienten der Frequenz von nahezu Null aufweisen.
Ein Hochfrequenzvorrichtungsmodul, welches die elektronische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 aufweist.
Eine Hochfrequenzvorrichtung, welche das Hochfrequenzvorrichtungsmodul gemäß Anspruch 16 aufweist.
Ein Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Vorrichtung (900; 1000), welches umfasst: Bilden einer Schicht piezoelektrischen Materials auf einer Oberseite eines Trägersubstrats (22; 39; 49; 59; 710); Bilden einer rückseitigen Materialschicht (715), die einen anderen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist als das Trägersubstrat (22; 39; 49; 59; 710), auf einer Unterseite des Trägersubstrats (22; 39; 49; 59; 710); und Ausbildens von ein oder mehreren akustischen Wellenvorrichtungen, welche Teile der Schicht piezoelektrischen Materials (705) beinhalten, so dass die rückseitige Materialschicht (715) dazu führt, dass die ein oder mehreren akustischen Wellenvorrichtungen eine Differenz der Temperaturkoeffizienten der Frequenz bei entsprechenden Resonanz- und Antiresonanzfrequenzen von nahezu Null aufweisen.
Das Verfahren gemäß Anspruch 18, weiterhin aufweisend ein Ausbilden eines Hochfrequenzfilters aus den ein oder mehreren akustischen Wellenvorrichtungen.
Das Verfahren gemäß Anspruch 18, weiterhin aufweisend ein Ausbilden eines Hochfrequenzvorrichtungsmoduls, welches einen Hochfrequenzfilter beinhaltet, der mit dem Verfahren des Anspruchs 19 hergestellt worden ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 20, weiterhin aufweisend ein Ausbilden einer elektronischen Hochfrequenzvorrichtung, welche das Hochfrequenzvorrichtungsmodul beinhaltet, das mit dem Verfahren des Anspruchs 20 hergestellt worden ist.