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HINTERGRUND
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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf akustische Volumenwellenresonatoren.
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Beschreibung verwandter Technologie
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Ein akustischer Volumenwellenresonator ist eine Vorrichtung mit einem piezoelektrischen Material zwischen zwei Elektroden. Wenn ein elektromagnetisches Signal an eine der beiden Elektroden angelegt wird, wird eine akustische Welle in dem piezoelektrischen Material erzeugt, die sich zu der anderen Elektrode hin bewegt.
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Je nach Dicke des piezoelektrischen Materials bildet sich eine Resonanz einer solchen akustischen Welle aus und an der anderen Elektrode wird ein elektromagnetisches Signal mit einer der resonanten akustischen Welle entsprechenden Frequenz erzeugt. Daher kann ein solcher akustischer Volumenwellenresonator dazu eingesetzt werden, für eine Filterung eines elektromagnetischen Signals wie zum Beispiel eines Hochfrequenzsignals (HF-Signals) zu sorgen.
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In vielen Anwendungen ist das piezoelektrische Material zwischen den Elektroden verhältnismäßig dünn und als Film ausgebildet. Deshalb wird ein akustischer Volumenwellenresonator auch manchmal als akustischer Dünnfilmvolumenwellenresonator („thin-film bulk acoustic wave resonator“, TFBAR) oder als akustischer Filmvolumenwellenresonator („film bulk acoustic wave resonator“, FBAR) bezeichnet.
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ZUSAMMENFASSUNG
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In Übereinstimmung mit einem hierin offenbarten Aspekt wird eine akustische Volumenwellenresonatorvorrichtung bereitgestellt. Der akustische Volumenwellenresonator umfasst eine piezoelektrische Materialschicht mit einer oberen Oberfläche und einer unteren Oberfläche, eine erste Metallschicht mit einer auf der oberen Oberfläche der piezoelektrischen Materialschicht angeordneten unteren Oberfläche und einer oberen Oberfläche, eine zweite Metallschicht mit einer auf der unteren Oberfläche der piezoelektrischen Materialschicht angeordneten oberen Oberfläche und einer unteren Oberfläche sowie einen lateral verteilten erhöhten Rahmen, welcher einen ersten erhöhten Rahmen, der auf der oberen Oberfläche der ersten Metallschicht angeordnet ist und einen inneren, erhöhten Rahmenabschnitt mit einem sich verjüngenden Bereich und einem sich nicht verjüngenden Bereich und einen äußeren, erhöhten Rahmenabschnitt aufweist, und einen zweiten erhöhten Rahmen aufweist, der unter der ersten Metallschicht und dem äußeren, erhöhten Rahmenabschnitt, aber nicht unter dem inneren, erhöhten Rahmenabschnitt angeordnet ist, wobei der innere, erhöhte Rahmenabschnitt des ersten erhöhten Rahmens lateral von einem zentralen aktiven Bereich der akustischen Volumenwellenresonatorvorrichtung um einen ersten Abstand versetzt angeordnet ist und der äußere, erhöhte Rahmenabschnitt des ersten erhöhten Rahmens lateral von dem zentralen aktiven Bereich der akustischen Volumenwellenresonatorvorrichtung um einen größeren als den ersten Abstand zweiten Abstand versetzt angeordnet ist, so dass der lateral verteilte erhöhte Rahmen dazu ausgelegt ist, die Reflexion von Lateralmodenwellen zu verbessern und die Umwandlung von Hauptmodenwellen in Lateralmodenwellen zu vermindern.
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In einigen Ausführungsformen wird der erste erhöhte Rahmen aus einem Metall gebildet.
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In einigen Ausführungsformen wird der zweite erhöhte Rahmen aus einem Oxid gebildet.
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In einigen Ausführungsformen hat der äußere erhöhte Rahmenabschnitt des ersten erhöhten Rahmens eine Breite und eine über die Breite hinweg im Wesentlichen gleichförmige Dicke.
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In einigen Ausführungsformen umfasst der zweite erhöhte Rahmen einen inneren, sich verjüngenden Bereich und einen äußeren, sich nicht verjüngenden Bereich.
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In einigen Ausführungsformen weist der innere, sich verjüngende Bereich des zweiten erhöhten Rahmens einen Verjüngungswinkel zwischen 10° und 60° auf.
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In einigen Ausführungsformen hat der äußere, sich nicht verjüngende Bereich des zweiten erhöhten Rahmens eine Breite und eine über die Breite hinweg im Wesentlichen gleichförmige Dicke.
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In einigen Ausführungsformen weist der sich verjüngende Bereich des inneren erhöhten Rahmenabschnitts des ersten erhöhten Rahmens einen Verjüngungswinkel zwischen 5° und 45° auf.
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In einigen Ausführungsformen umfasst der akustische Volumenwellenresonator weiterhin eine dielektrische Schicht, die auf der oberen Oberfläche der ersten Metallschicht angeordnet ist und die einen den zentralen aktiven Bereich umgebenden, zurückgesetzten Rahmenbereich ausbildet.
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In einigen Ausführungsformen umfasst die akustische Volumenwellenresonatorvorrichtung keinen zurückgesetzten Rahmenbereich.
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In einigen Ausführungsformen weist der sich verjüngende Bereich des inneren erhöhten Rahmenabschnitts des ersten erhöhten Rahmens eine Breite auf, die geringer als die Breite des sich nicht verjüngenden Bereiches des inneren erhöhten Rahmenabschnitts des ersten erhöhten Rahmens ist.
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In einigen Ausführungsformen weist der sich verjüngende Bereich des inneren erhöhten Rahmenabschnitts eine Breite auf, die größer als die Breite des sich nicht verjüngenden Bereiches des inneren erhöhten Rahmenabschnitts des ersten erhöhten Rahmens ist.
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In einigen Ausführungsformen hat der zweite erhöhte Rahmen eine obere Oberfläche, die die untere Oberfläche der ersten Metallschicht kontaktiert.
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In einigen Ausführungsformen hat der zweite erhöhte Rahmen eine untere Oberfläche, die die obere Oberfläche der zweiten Metallschicht kontaktiert.
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In einigen Ausführungsformen hat der zweite erhöhte Rahmen eine obere Oberfläche, die die piezoelektrische Materialschicht kontaktiert.
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In einigen Ausführungsformen hat der zweite erhöhte Rahmen eine obere Oberfläche, die die piezoelektrische Materialschicht kontaktiert.
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In einigen Ausführungsformen hat der zweite erhöhte Rahmen eine untere Oberfläche, die die piezoelektrische Materialschicht kontaktiert, und er teilt die piezoelektrische Materialschicht in eine obere piezoelektrische Materialschicht und eine untere piezoelektrische Materialschicht auf.
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In einigen Ausführungsformen ist der erste erhöhte Rahmen aus einem Material höherer akustischer Impedanz ausgebildet als des Materials, aus dem der zweite erhöhte Rahmen ausgebildet ist, und als des Materials, aus dem die piezoelektrische Materialschicht ausgebildet ist.
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In einigen Ausführungsformen ist der zweite erhöhte Rahmen aus einem Material geringerer akustischer Impedanz ausgebildet als des Materials, aus dem der erste erhöhte Rahmen ausgebildet ist, und als des Materials, aus dem die piezoelektrische Materialschicht ausgebildet ist.
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In einigen Ausführungsformen ist die akustische Volumenwellenresonatorvorrichtung ein akustischer Dünnschichtvolumenwellenresonator mit einem unterhalb der zweiten Metallschicht ausgebildeten Hohlraum.
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In einigen Ausführungsformen ist die akustische Volumenwellenresonatorvorrichtung ein oberflächenmontierter Resonator mit einem unterhalb der zweiten Metallschicht angeordneten Bragg-Reflektor.
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In einigen Ausführungsformen weist der sich verjüngende Bereich des inneren erhöhten Rahmenabschnittes des ersten erhöhten Rahmens eine linear verlaufende Verjüngung auf.
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In einigen Ausführungsformen weist der sich verjüngende Bereich des inneren erhöhten Rahmenabschnittes des ersten erhöhten Rahmens eine konkav verlaufende Verjüngung auf.
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In einigen Ausführungsformen weist der sich verjüngende Bereich des inneren erhöhten Rahmenabschnittes des ersten erhöhten Rahmens eine konvex verlaufende Verjüngung auf.
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In einigen Ausführungsformen umfasst der zweite erhöhte Rahmen einen inneren, sich verjüngenden Bereich mit einer linear verlaufenden Verjüngung.
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In einigen Ausführungsformen umfasst der zweite erhöhte Rahmen einen inneren, sich verjüngenden Bereich mit einer konkav verlaufenden Verjüngung.
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In einigen Ausführungsformen umfasst der zweite erhöhte Rahmen einen inneren, sich verjüngenden Bereich mit einer konvex verlaufenden Verjüngung.
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In einigen Ausführungsformen umfasst ein Hochfrequenzfilter eine akustischen Volumenwellenresonatorvorrichtung, wie oben beschrieben.
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Der Hochfrequenzfilter kann in einem Hochfrequenzmodul umfasst sein.
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Das Hochfrequenzmodul kann in einer Hochfrequenzvorrichtung umfasst sein.
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Figurenliste
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Die Ausführungsformen dieser Offenbarung werden nun in nicht beschränkenden Beispielen anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
- 1A zeigt eine Querschnittsansicht eines Beispiels für eine FBAR-Vorrichtung mit ein oder mehreren sich verjüngenden erhöhten Rahmen;
- 1B zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht eines ersten erhöhten Rahmens der FBAR-Vorrichtung der 1A;
- 1C zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht eines zweiten erhöhten Rahmens der FBAR-Vorrichtung der 1A;
- 2 zeigt eine Querschnittsansicht eines weiteren Beispiels für eine FBAR-Vorrichtung mit ein oder mehreren sich verjüngenden erhöhten Rahmen;
- 3 zeigt eine Querschnittsansicht eines weiteren Beispiels für eine FBAR-Vorrichtung mit ein oder mehreren sich verjüngenden erhöhten Rahmen;
- 4 zeigt eine Querschnittsansicht eines weiteren Beispiels für eine FBAR-Vorrichtung mit ein oder mehreren sich verjüngenden erhöhten Rahmen;
- 5 zeigt eine Querschnittsansicht eines weiteren Beispiels für eine FBAR-Vorrichtung mit ein oder mehreren sich verjüngenden erhöhten Rahmen;
- 6 zeigt eine Querschnittsansicht eines weiteren Beispiels für eine FBAR-Vorrichtung mit ein oder mehreren sich verjüngenden erhöhten Rahmen;
- 7 veranschaulicht Beispiele für Querschnittsprofile erhöhter Rahmenbereiche, gemäß bestimmter Ausführungsformen;
- 8 veranschaulicht Ergebnisse einer Simulation des Effektes einer erhöhten Rahmendicke und eines Verjüngungswinkels auf einen Qualitätsfaktor in einer FBAR-Vorrichtung;
- 9 veranschaulicht Ergebnisse einer Simulation des Effektes einer erhöhten Rahmendicke und einer erhöhten Rahmenbreite auf einen Qualitätsfaktor in einer FBAR-Vorrichtung;
- 10 zeigt eine Querschnittsansicht eines Beispiels für einen oberflächenmontierbaren Resonator („solidly mounted resonator“, SMR);
- 11A zeigt eine Querschnittsansicht eines weiteren Beispiels für einen SMR mit ein oder mehreren sich verjüngenden erhöhten Rahmen;
- 11B zeigt eine Querschnittsansicht eines weiteren Beispiels für einen SMR mit ein oder mehreren sich verjüngenden erhöhten Rahmen;
- 11C zeigt eine Querschnittsansicht eines weiteren Beispiels für einen SMR mit ein oder mehreren sich verjüngenden erhöhten Rahmen;
- 11D zeigt eine Querschnittsansicht eines weiteren Beispiels für einen SMR mit ein oder mehreren sich verjüngenden erhöhten Rahmen;
- 11E zeigt eine Querschnittsansicht eines weiteren Beispiels für einen SMR mit ein oder mehreren sich verjüngenden erhöhten Rahmen;
- 11F zeigt eine Querschnittsansicht eines weiteren Beispiels für einen SMR mit ein oder mehreren sich verjüngenden erhöhten Rahmen;
- 12 zeigt ein Blockschaubild eines Beispiels für ein Filtermodul, welches ein oder mehrere akustische Wellenelemente gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung aufweisen kann;
- 13 zeigt ein Blockschaubild eines Beispiels für ein Frontendmodul, welches ein oder mehrere Filtermodule gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung aufweisen kann; und
- 14 zeigt ein Blockschaubild eines Beispiels für eine drahtlose Vorrichtung mit dem Frontendmodul der 13.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BESTIMMTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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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.
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Die hierin - falls überhaupt - verwendeten Überschriften dienen nur veranschaulichenden Zwecken und beeinflussen nicht zwangsläufig den Schutzbereich oder die Auslegung der beanspruchten Erfindung.
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Hierin werden verschiedene Beispiele in Bezug auf akustische Dünnfilmvolumenresonatoren („film bulk acoustic wave resonators“, FBARs) und zugehörige Vorrichtungen beschrieben, welche einen verbesserten Qualitätsfaktor Q aufweisen. Beispielsweise können hierin beschriebene FBARs und zugehörige Vorrichtungen ein verbessertes Modenreflexionsverhalten und ein reduziertes Modenumwandlungsverhalten an den Tag legen. Auch, wenn derartige Beispiele in Bezug auf FBARs beschrieben werden, sollte es klar sein, dass ein oder mehrere Merkmale der vorliegenden Offenbarung auch in anderen Arten von Resonatoren eingesetzt werden können, einschließlich Vorrichtungen, die FBARs ähnlich sind, aber mit anderen Begriffen bezeichnet werden.
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Gemäß bestimmter Aspekte können FBARs einen erhöhten Rahmen aufweisen, um den Qualitätsfaktor Q oberhalb eine Resonanzfrequenz fs zu verbessern. Allgemein gesprochen können aus einer aktiven Region leckende lateral propagierende Moden in FBARs den Qualitätsfaktor Q verschlechtern. Außerdem kann eine Modenumwandlung von der Hauptmode in Lateralmoden den Qualitätsfaktor Q ebenfalls verschlechtern. Ein erhöhter Rahmen kann als Reflektor dienen, welcher Lateralmoden in den aktiven Bereich zurückreflektiert und den Qualitätsfaktor Q verbessert. Allerdings kann ein erhöhter Rahmen alleine nicht ausreichend sein, um alle Lateralmoden zu reflektieren. Um das Reflexionsverhalten zu stärken und maximale Modenreflexion erreichen zu können, lassen sich mehrere Reflektoren ausbilden, wie beispielsweise zwei oder mehr erhöhte Rahmen, indem unterschiedliche untereinander nicht angepasste akustische Impedanzübergänge gebildet werden. Das Ausbilden mehrerer Reflektoren kann jedoch eine Anzahl von unstetigen Grenzübergängen schaffen, die die Modenumwandlung begünstigen können.
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Gemäß bestimmter Aspekte können FBARs mit ein oder mehreren erhöhten Rahmen, die sich verjüngende Bereiche und sich nicht verjüngende Bereiche aufweisen, bereitgestellt werden. Derartige erhöhte Rahmen können eine Leckage von Lateralmoden effizient unterdrücken. Beispielsweise kann ein erhöhter Rahmen mit sich verjüngenden Bereichen und sich nicht verjüngenden Bereichen wie mehrere Reflektoren wirken, was zu einer verbesserten Reflexionseffizienz führt. Als weiteres Beispiel kann ein erhöhter Rahmen mit sich verjüngenden Bereichen und sich nicht verjüngenden Bereichen die Modenumwandlung von der Hauptmode in andere Moden, welche an unstetigen Grenzflächen auftritt, vermindern. Wie oben erwähnt kann neben der Modenreflexion auch die Modenumwandlung den Qualitätsfaktor Q beeinflussen. Ein erhöhter Rahmen mit sich verjüngenden Bereichen und sich nicht verjüngenden Bereichen kann quasi-stetige Grenzflächen schaffen, was die Modenumwandlung von der Hauptmode in andere Moden unterbindet. In einigen Ausführungsformen kann der Qualitätsfaktor Q mit einem niedrigen Verjüngungswinkel aufgrund der quasi-stetigen Grenzflächen und der Mehrfachreflexionen erheblich gesteigert werden.
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1A zeigt eine seitliche Querschnittsansicht eines Beispiels für eine FBAR-Vorrichtung 100 mit lateral verteilten erhöhten Rahmen, welche einen inneren Reflektor 105 und einen äußeren Reflektor 115 aufweisen. Die FBAR-Vorrichtung 100 kann eine erste Metallschicht 110, eine zweite Metallschicht 120 und eine piezoelektrische Schicht 130 zwischen der ersten Metallschicht 110 und der zweiten Metallschicht 120 aufweisen. Ein Resonator kann dadurch ausgebildet werden, dass die piezoelektrische Schicht 130 zwischen der ersten Metallschicht 110 und der zweiten Metallschicht 120 angeordnet wird. In einigen Ausführungsformen kann ein Teil der piezoelektrischen Schicht 130, welcher einen Überlapp mit der ersten Metallschicht 110 und der zweiten Metallschicht 120 aufweist, als „Resonator“ bezeichnet werden. In einigen Ausführungsformen kann eine Metallschicht 110, 120 als „Elektrode“ bezeichnet werden. Ein Hochfrequenzsignal (HF-Signal kann an eine der Metallschichten 110, 120 angelegt werden, was dazu führt, dass eine akustische Welle in der piezoelektrischen Schicht 130 erzeugt wird. Die akustische Welle kann durch die piezoelektrische Schicht 130 laufen und in ein HF-Signal an der jeweils anderen der Metallschichten 110, 120 umgewandelt werden. Auf diese Weise kann die FBAR-Vorrichtung 100 als Filter dienen. In der FBAR-Vorrichtung 100 können akustische Wellen in einer vertikalen Richtung (z.B. senkrecht zu den Metallschichten 110, 120 und der piezoelektrischen Schicht 130) propagieren. Beispielsweise kann die vertikale Richtung eine Z-Richtung sein. Einige akustische Welle können in einer horizontalen Richtung (z.B. parallel zu den Metallschichten 110, 120 und der piezoelektrischen Schicht 130) propagieren. Beispielsweise kann die horizontale Richtung eine X-Richtung, eine Y-Richtung oder eine Kombination dieser Richtungen sein.
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Die FBAR-Vorrichtung 100 kann ein oder mehrere erhöhte Rahmen („RaFs“) aufweisen. In dem Beispiel der 1A umfasst die FBAR-Vorrichtung 100 einen ersten erhöhten Rahmen 140 und einen zweiten erhöhten Rahmen 150. Beispielsweise kann der erste erhöhte Rahmen 140 auf der zweiten Metallschicht 120 angeordnet sein und der zweite erhöhte Rahmen 150 kann unterhalb der zweiten Metallschicht 120 angeordnet sein, zwischen der zweiten Metallschicht 120 und der piezoelektrischen Schicht 130. Jeder erhöhte Rahmen kann einen sich verjüngenden Bereich bzw. Endabschnitt und einen sich nicht verjüngenden Bereich bzw. Endabschnitt aufweisen. Wie im Beispiel der 1A gezeigt können der erste erhöhte Rahmen140 und der zweite erhöhte Rahmen 150 jeweils auf jeder Seite einer FBAR-Vorrichtung einen sich verjüngenden Bereich und einen sich nicht verjüngenden Bereich aufweisen.
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1B zeigt eine vergrößerte Ansicht des ersten erhöhten Rahmens 140, welche den inneren Reflektorbereich 105, den äußeren Reflektorbereich 115, den sich verjüngenden Bereich 105T des inneren Reflektorbereiches 105 und den sich nicht verjüngenden Bereich 105NT des inneren Reflektorbereiches 105 des ersten erhöhten Rahmens 140 darstellt. 1C zeigt eine vergrößerte Ansicht des zweiten erhöhten Rahmens 150, welche den sich verjüngenden Bereich 150T und den sich nicht verjüngenden Bereich 150NT des zweiten erhöhten Rahmens 150 darstellt. In der Ausführungsform der 1A weist der zweite erhöhte Rahmen 150 keine inneren und äußeren Reflektorbereiche auf, sondern existiert lediglich unterhalb des äußeren Reflektorbereiches 115 des ersten erhöhten Rahmens 140.
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Die sich nicht verjüngenden Bereiche des ersten erhöhten Rahmens 140 und des zweiten erhöhten Rahmens 150 können im Wesentlichen konstante Höhen bzw. Dicken über ihre horizontale Ausdehnung auf. Geringfügige Abweichungen in der Dicke in den sich nicht verjüngenden Bereichen des ersten erhöhten Rahmens 140 und des zweiten erhöhten Rahmens 150 können dort, wo die oberen oder unteren Oberflächen des ersten erhöhten Rahmens 140 und des zweiten erhöhten Rahmens 150 ihre Neigungen ändern, um sich an die benachbarten oberen oder unteren Materialschichten anzupassen, auftreten; dennoch können die sich nicht verjüngenden Bereichen des ersten erhöhten Rahmens 140 und des zweiten erhöhten Rahmens 150 als im Wesentlichen eine gleichförmige Höhe oder Dicke über ihre horizontale Ausdehnung hinweg aufweisend angesehen werden. Wie dargestellt in 1A bis 1C können die sich nicht verjüngenden Bereichen des ersten erhöhten Rahmens 140 und des zweiten erhöhten Rahmens 150 neben und angrenzend an die sich verjüngenden Bereichen des ersten erhöhten Rahmens 140 und des zweiten erhöhten Rahmens 150 angeordnet sein.
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Ein sich verjüngender Bereich eines erhöhten Rahmens kann einen Verjüngungsgrad aufweisen, welcher durch einen Winkel α definiert wird, beispielsweise gegenüber der horizontalen Richtung. Der Winkel α kann auch als „Verjüngungswinkel“ bezeichnet werden. In manchen Ausführungsformen kann der Winkel α auch weniger als 90° betragen. In manchen Ausführungsformen kann der Winkel α zwischen 5° und einschließlich 45° betragen. In der Ausführungsform von 1A bezieht sich der Winkel α auf den Verjüngungswinkel des sich verjüngenden Bereiches 105T des ersten erhöhten Rahmens 140. Das Symbol β wird verwendet, um sich auf den Verjüngungswinkel des sich verjüngenden Bereiches 150T des zweiten erhöhten Rahmens 150 zu beziehen. Der Winkel β kann weniger als 90° betragen oder zwischen 10° und einschließlich 60° liegen. Die Winkel α und β können gleich oder unterschiedlich in verschiedenen Ausführungsformen sein.
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In bestimmten Ausführungsformen kann ein sich verjüngender Bereich eines erhöhten Rahmens eine dreieckige Form aufweisen. In anderen Ausführungsformen kann ein sich verjüngender Bereich eines erhöhten Rahmens andere polygonale Formen aufweisen. In manchen Ausführungsformen können der erste erhöhte Rahmen 140 und der zweite erhöhte Rahmen 150 sich überlappende Abschnitte aufweisen. Beispielsweise können sich der sich verjüngende Bereich 105T des ersten erhöhten Rahmens 140 und der sich verjüngende Bereich 150T des zweiten erhöhten Rahmens 150 zumindest teilweise überlappen, beispielsweise in der horizontalen Richtung. Die Metallschichten 110, 120 und die piezoelektrische Schicht 130 können dem Umriss bzw. der Außenform des ersten erhöhten Rahmens 140 und/oder des zweiten erhöhten Rahmens 150 folgen. Dementsprechend können die Metallschichten 110, 120 und die piezoelektrische Schicht 130 sowohl Abschnitte, die parallel zu der horizontalen Richtung verlaufen, als auch Abschnitte, die unter einem Winkel gegenüber der horizontalen Richtung verlaufen, aufweisen.
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Ein erhöhter Rahmen kann aus jedem geeigneten Material gefertigt werden. In einigen Ausführungsformen kann ein erhöhter Rahmen aus einem ähnlichen oder demselben Material wie die erste Metallschicht 110 und/oder die zweite Metallschicht 120 bestehen oder hergestellt werden. Beispielsweise kann ein erhöhter Rahmen kann aus einem schweren Material hergestellt werden. In bestimmten Ausführungsformen kann ein erhöhter Rahmen aus einem Material mit niedriger akustischer Impedanz bestehen oder hergestellt werden. Zum Beispiel kann ein erhöhter Rahmen aus Siliziumdioxid, Siliziumnitrid etc. hergestellt werden. Ein erhöhter Rahmen kann aus jedem Material niedriger Dichte bestehen oder hergestellt werden. In der Ausführungsform der 1A kann der erste erhöhte Rahmen aus einem Metall hergestellt werden und der zweite erhöhte Rahmen aus Siliziumdioxid hergestellt werden. Der erste erhöhte Rahmen 140 kann aus einem Material hergestellt werden, welches eine höhere akustische Impedanz aufweist als das Material, aus dem der zweite erhöhte Rahmen 150 hergestellt ist, und als das Material, aus dem die piezoelektrische Schicht 130 hergestellt ist. Der zweite erhöhte Rahmen 150 kann aus einem Material hergestellt werden, welches eine niedrigere akustische Impedanz aufweist als das Material, aus dem der erste erhöhte Rahmen 140 hergestellt ist, und als das Material, aus dem die piezoelektrische Schicht 130 hergestellt ist. Sich verjüngende Bereiche erhöhter Rahmen können während des Herstellungsprozesses zur Herstellung einer FBAR-Vorrichtung hergestellt werden (zum Beispiel durch einen Abscheideprozess).
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Im Beispiel der 1A wird die FBAR-Vorrichtung 100 zu veranschaulichenden Zwecken mit zwei erhöhten Rahmen dargestellt, aber die Anzahl der in der FBAR-Vorrichtung 100 verwendeten erhöhten Rahmen kann je nach Erfordernissen und in Abhängigkeit der Ausführungsform variieren. In manchen Ausführungsformen beispielsweise kann die FBAR-Vorrichtung 100 einen erhöhten Rahmen oder mehr als zwei erhöhte Rahmen aufweisen. Ein oder mehrere erhöhte Rahmen können in verschiedenen Konfigurationen platziert werden. Ein oder mehrere erhöhte Rahmen können an verschiedenen Stellen entlang der vertikalen Richtung platziert werden (z.B. senkrecht zu den Metallschichten 110, 120 und der piezoelektrischen Richtung). Beispielsweise können ein oder mehrere erhöhte Rahmen an einer Stelle über oder unter der ersten Metallschicht 110 und der zweiten Metallschicht 120 und/oder zwischen der ersten Metallschicht 110 und der zweiten Metallschicht 120 platziert werden. Unterschiedliche Beispielkonfigurationen von erhöhten Rahmen werden weiter unten in höherem Detailgrad beschrieben.
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Die FBAR-Vorrichtung 100 kann einen aktiven Bereich 160 umfassen, zum Beispiel zwischen den sich verjüngenden Bereichen 105T der inneren Reflektorbereiche 105 des ersten erhöhten Rahmens 140 an jedem Ende der FBAR-Vorrichtung 100. Hauptmodenwellen können durch den aktiven Bereich 160 hindurch propagieren. Zum Beispiel kann ein aktiver Bereich ein Bereich sein, durch den Hauptmodenwellen bevorzugt propagieren. Von einer Draufsicht von oben kann der aktive Bereich 160 eine zylindrische Form, eine rechteckige Form oder jede andere geeignete Form aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann die FBAR-Vorrichtung 100 eine Passivierungsschicht 180 über dem ersten erhöhten Rahmen 140 und der zweiten Metallschicht 120 aufweisen. Die Passivierungsschicht 180 kann auf dem ersten erhöhten Rahmen 140 und einem freiliegenden Abschnitt der zweiten Metallschicht 120 liegen. Der freiliegende Abschnitt der zweiten Metallschicht 120 kann ein Abschnitt sein, der nicht durch den ersten erhöhten Rahmen 140 bedeckt wird. In bestimmten Ausführungsformen kann die FBAR-Vorrichtung 100 ebenso zurückgesetzte Rahmenbereiche (ReF) 195 aufweisen, die durch dünnere Teile der Passivierungsschicht 180 ausgebildet sind und die äußere Grenzen des aktiven Bereiches 160 definieren. Die Passivierungsschicht 180 kann in den zurückgesetzten Rahmenbereichen 185 dünner als in dem aktiven Bereich 160 sein. Die Dicke der Passivierungsschicht 180 in den zurückgesetzten Rahmenbereichen 185 kann ähnlich oder gleich der Dicke der Passivierungsschicht 180 über dem ersten erhöhten Rahmen 140 in dem inneren Reflektorbereich 105 und/oder dem äußeren Reflektorbereich 115 sein. In manchen Ausführungsformen kann der zurückgesetzte Rahmenbereich 185 eine zusammenhängende Ringstruktur sein, die den aktiven Bereich 160 einschließt. Die Passivierungsschicht 180 kann aus einem dielektrischen Material gebildet werden, wie beispielsweise Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid. In manchen Ausführungsformen kann die FBAR-Vorrichtung 100 ein Substrat 170 sowie einen Lufthohlraum 190 unterhalb der ersten Metallschicht 110 aufweisen. In manchen Ausführungsformen kann ein distales Ende der ersten Metallschicht 110 von der benachbarten Region des Substrates 170 um einen Spalt 110G beabstandet sein.
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Durch die Schaffung von quasi-stetigen Grenzübergängen kann ein erhöhter Rahmen mit sich verjüngenden und sich nicht verjüngenden Bereichen Modenreflexion erhöhen und Modenumwandlung verringern. Quasi-stetige Grenzübergänge können beispielsweise als mehrfache Reflektoren fungieren, um Modenreflexion zu erhöhen. Die quasi-stetigen Grenzübergängen können auch Modenumwandlung unterdrücken. Auf diese Weise können FBAR-Vorrichtungen mit ein oder mehreren erhöhten Rahmen, die sich verjüngende und sich nicht verjüngende Bereiche aufweisen, verbesserte Wert für den Qualitätsfaktor Q aufweisen. In einigen Ausführungsformen können geringere Verjüngungswinkel für abgeschrägte erhöhte Rahmen wirkungsvoller bei der Erhöhung von Modenreflexion und der Unterdrückung von Modenumwandlung sein. Beispielsweise kann der Verjüngungswinkel für einen abgeschrägten Abschnitt eines erhöhten Rahmens weniger als 45° oder weniger als 30° oder zwischen 10° und 60° oder zwischen 5° und 45° betragen, wie weiter oben erläutert. Der Verjüngungswinkel kann so ausgewählt werden, dass er Modenreflexion maximiert und Modenumwandlung vermindert.
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2 veranschaulicht eine Seitenansicht einer FBAR-Vorrichtung 200, welche der FBAR-Vorrichtung 100 der 1 ähnlich ist, mit der Ausnahme, dass die FBAR-Vorrichtung 200 keine Passivierungsschicht 180 aufweist. Die äußeren Grenzen des aktiven Bereiches 160 in der Ausführungsform der 2 werden durch die inneren Kanten der inneren Reflektoren 105 des ersten erhöhten Rahmens 140 festgelegt.
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3 veranschaulicht eine Seitenansicht einer FBAR-Vorrichtung 300, welche der FBAR-Vorrichtung 200 der 2 ähnlich ist, mit der Ausnahme, dass die FBAR-Vorrichtung 300 sich verjüngende Bereiche 105T der inneren Reflektorbereiche 105 des ersten erhöhten Rahmens 140 aufweist, die breiter als die sich nicht verjüngenden Bereiche 105NT der inneren Reflektorbereiche 105 des ersten erhöhten Rahmens 140 sind. Dies steht im Gegensatz zu den FBAR-Vorrichtungen 100, 200 der 1 bzw. 2, in denen die sich nicht verjüngenden Bereiche 105NT der inneren Reflektorbereiche 105 des ersten erhöhten Rahmens 140 breiter als die sich verjüngenden Bereiche 105T der inneren Reflektorbereiche 105 des ersten erhöhten Rahmens 140 sind. Es sollte beachtet werden, dass in anderen Ausführungsformen die sich nicht verjüngenden Bereiche 105NT der inneren Reflektorbereiche 105 des ersten erhöhten Rahmens 140 genauso breit oder im Wesentlichen genauso breit wie die sich verjüngenden Bereiche 105T der inneren Reflektorbereiche 105 des ersten erhöhten Rahmens 140 sein können. In einigen Ausführungsformen kann die FBAR-Vorrichtung 300 eine Passivierungsschicht 180 und zurückgesetzte Rahmenbereiche 185 aufweisen, ähnlich der in 1 gezeigten FBAR-Vorrichtung 100.
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4 veranschaulicht eine Seitenansicht einer FBAR-Vorrichtung 400, welche der FBAR-Vorrichtung 300 der 3 ähnlich ist, mit der Ausnahme, dass sich der sich verjüngende Bereich des ersten erhöhten Rahmens 140 der FBAR-Vorrichtung 400 über die gesamte Länge der inneren Reflektorenbereiche 105 und in die äußeren Reflektorenbereiche 115 hinein erstreckt. Die inneren Reflektorenbereiche 105 können demgemäß als vollständig durch die sich verjüngenden Bereiche 105T gebildete Bereiche angesehen werden. Die äußeren Reflektorenbereiche 115 können als in innere sich verjüngende Bereiche 115T und äußere sich nicht verjüngende Bereiche 115NT, die sich an die inneren sich verjüngenden Bereiche 115T anschließen, aufgeteilt angesehen werden. In einigen Ausführungsformen kann die FBAR-Vorrichtung 400 eine Passivierungsschicht 180 und zurückgesetzte Rahmenbereiche 185 aufweisen, ähnlich der in 1 gezeigten FBAR-Vorrichtung 100.
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5 veranschaulicht eine Seitenansicht einer FBAR-Vorrichtung 500, welche der FBAR-Vorrichtung 100 der 1 ähnlich ist, mit der Ausnahme, dass in der FBAR-Vorrichtung 500 der zweite erhöhte Rahmen 150 teilweise unter der piezoelektrischen Schicht 130 zwischen der ersten Metallschicht 110 und der piezoelektrischen Schicht 130 angeordnet ist. Der zweite erhöhte Rahmen 150 kann teilweise unter der piezoelektrischen Schicht 130 zwischen dem Substrat 170 und der piezoelektrischen Schicht 130 angeordnet sein. Der zweite erhöhte Rahmen 150 kann teilweise unter der piezoelektrischen Schicht 130 zwischen dem Lufthohlraum 190 und der piezoelektrischen Schicht 130 angeordnet sein.
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6 veranschaulicht eine Seitenansicht einer FBAR-Vorrichtung 600, welche der FBAR-Vorrichtung 500 der 5 ähnlich ist, mit der Ausnahme, dass in der FBAR-Vorrichtung 600 der zweite erhöhte Rahmen 150 innerhalb der piezoelektrischen Schicht 130 statt unter der piezoelektrischen Schicht 130 angeordnet ist. Der zweite erhöhte Rahmen 150 kann als die piezoelektrische Schicht 130 in eine obere piezoelektrische Schicht 130U und eine untere piezoelektrische Schicht 130L aufteilend angesehen werden.
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In den oben erläuterten Ausführungsformen verbreitern sich die sich verjüngenden Bereiche der erhöhten Rahmen monoton oder linear mit zunehmendem horizontalen Abstand zum zentralen aktiven Bereich 160 der FBAR-Vorrichtung. In andere Ausführungsformen, wie beispielsweise in 7 dargestellt, können die sich verjüngenden Bereiche der erhöhten Rahmen nichtlineare Gradienten aufweisen. Beispielsweise kann ein nichtlinearer Gradient einen konvexen Teil 610, einen konkaven Teil 620 oder jede Kombination derselben aufweisen. Die Beispiele der 7 dienen nur veranschaulichenden Zwecken, und viele andere Variationen nichtlinearer Gradienten für erhöhte Rahmenbereiche sind ebenfalls möglich.
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8 veranschaulicht Ergebnisse einer Simulation des Effektes der Dicke des sich nicht verjüngenden Abschnitts 115NT des äußeren Reflektorbereiches 115 (Parameter MRaT in der Auftragung der 8) und des Verjüngungswinkels α des sich verjüngenden Abschnitts 115T des inneren Reflektorbereiches 115 eines ersten erhöhten Rahmens 140 auf den Qualitätsfaktor Q bei der Antiresonanzfrequenz in einem Beispiel eines FBARs. In dem simulierten FBAR betrug die Breite des erhöhten Rahmens 2 µm, die Dicke der Passivierungsschicht in dem aktiven Bereich 150 nm, die Dicke der ersten Metallschicht 430 nm, die Dicke der piezoelektrischen Schicht 600 nm, die Dicke der zweiten Metallschicht 440 nm, die Dicke des sich nicht verjüngenden Abschnitts des zweiten erhöhten Rahmens 100 nm und die Breite des Lufthohlraums 120 µm. Die in 8 gezeigten Ergebnisse deuten darauf hin, dass sich der Qualitätsfaktor mit zunehmender Dicke des erhöhten Rahmens und mit abnehmenden Verjüngungswinkeln verbessert, aber periodisch steigt und fällt, wenn einer dieser Parameter zunimmt oder abnimmt.
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9 veranschaulicht Ergebnisse einer Simulation des Effektes der Dicke des sich nicht verjüngenden Abschnitts 115NT des äußeren Reflektorbereiches 115 (Parameter MRaT in der Auftragung der 9) und der Breite des inneren Reflektorbereiches des ersten erhöhten Rahmens (Parameter MRaW in der Auftragung der 9) auf den Qualitätsfaktor Q bei der Antiresonanzfrequenz in demselben Beispiel des FBARs, das verwendet worden ist, um die in 8 gezeigten Ergebnisse zu simulieren. Die in 9 gezeigten Ergebnisse deuten darauf hin, dass sich der höchste Q für ein FBAR mit einem ersten erhöhten Rahmen und einer Breite des inneren Reflektorbereiches von etwa 1 µm und einer Dicke des ersten erhöhten Rahmens von etwa 100 nm finden lässt. Ein wenig Periodizität des Wertes von Q lässt sich in Abhängigkeit von Änderungen der Breite des inneren Reflektorbereiches des ersten erhöhten Rahmens beobachten.
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Aspekte und Ausführungsformen von hierin offenbarten erhöhten Rahmenstrukturen können nicht nur in FBAR-Vorrichtungen wie oben erläutert eingesetzt werden, sondern auch in anderen Arten von akustischen Volumenwellenresonatoren wie beispielsweise oberflächenmontierbaren Resonatoren („solidly mounted resonators“, SMRs). Wie in 10 veranschaulicht kann ein Beispiel für einen SMR eine piezoelektrische Schicht aus beispielsweise Aluminiumnitrid oder einem anderen geeigneten piezoelektrischen Material, eine obere Elektrode (die Schicht aus Metall 2 in 10), welche auf einer oberen Oberfläche der piezoelektrischen Schicht aufgebracht ist, sowie eine untere Elektrode (die Schicht aus Metall 1 in 10) aufweisen, welche auf einer unteren Oberfläche der piezoelektrischen Schicht aufgebracht ist. Die piezoelektrische Schicht und die oberen und unteren Elektroden können auf einem Braggreflektor aufgebracht werden, welcher aus abwechselnden Schichten eines ersten Materials hoher akustischer Impedanz wie etwa Wolfram und eines zweiten Materials niedriger akustischer Impedanz wie etwa SiO2 aufgebaut ist. Der Braggreflektor kann auf einem Substrat, wie zum Beispiel einem Siliziumsubstrat, angeordnet werden. Der SMR kann einen erhöhten Rahmen (die in 10 gezeigte erhöhte Rahmenschicht) mit einer Schicht dielektrischen Materials wie beispielsweise SiO2 aufweisen, welche zwischen der unteren Oberfläche der oberen Elektrode und dem piezoelektrischen Material in einem Bereich eines erhöhten Rahmens des Resonators angeordnet ist.
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11A veranschaulicht, wie eine erhöhte Rahmenstruktur wie in dem FBAR der 1A gezeigt in einem SMR eingesetzt werden kann. 11B veranschaulicht, wie eine erhöhte Rahmenstruktur wie in dem FBAR der 2 gezeigt in einem SMR eingesetzt werden kann. 11C veranschaulicht, wie eine erhöhte Rahmenstruktur wie in dem FBAR der 3 gezeigt in einem SMR eingesetzt werden kann. 11D veranschaulicht, wie eine erhöhte Rahmenstruktur wie in dem FBAR der 4 gezeigt in einem SMR eingesetzt werden kann. 11E veranschaulicht, wie eine erhöhte Rahmenstruktur wie in dem FBAR der 5 gezeigt in einem SMR eingesetzt werden kann. 11F veranschaulicht, wie eine erhöhte Rahmenstruktur wie in dem FBAR der 6 gezeigt in einem SMR eingesetzt werden kann.
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Die hierin erläuterten akustischen Wellenvorrichtungen können in einer Vielzahl von gehäusten Modulen eingebaut werden. Einige beispielhafte gehäuste Module werden nun erläutert werden, in denen jedes geeignete Prinzip und jeder geeignete Vorteil der hierin erläuterten gehäusten akustischen Wellenvorrichtungen implementiert werden kann. 12, 13 und 14 sind schematische Blockschaubilder veranschaulichender gehäuster Module und Vorrichtungen gemäß bestimmten Ausführungsformen.
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Wie oben erläutert können Ausführungsformen der offenbarten BAW-Resonatoren zum Beispiel als Filter konfiguriert oder in Filtern eingesetzt werden. In Folge kann ein BAW-Filter mit einem oder mehreren BAW-Resonatorelementen 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. 12 ist ein Blockschaubild eines Beispiels für ein Modul 700, welches einen BAW-Filter 710 beinhaltet. Der BAW-Filter 710 kann auf einem oder mehreren Chips 720 mit einem oder mehreren Verbindungskontaktstellen 722 implementiert werden. Beispielsweise kann der BAW-Filter 710 eine Verbindungskontaktstelle 722, die einem Eingangskontakt für den BAW-Filter entspricht, und eine andere Verbindungskontaktstelle 722 aufweisen, die einem Ausgangskontakt aus dem BAW-Filter entspricht. Das gehäuste Modul 700 umfasst ein Gehäusesubstrat 730, welches dazu ausgelegt ist, eine Vielzahl von Komponenten einschließlich des Chips 720 aufzunehmen. Eine Vielzahl von Verbindungskontaktstellen 732 kann auf dem Gehäusesubstrat 730 bereitgestellt werden, und die verschiedenen Verbindungskontaktstellen 722 des BAW-Filterchips 720 können mit den Verbindungskontaktstellen 732 auf dem Gehäusesubstrat 730 über elektrische Verbindungen 734 verbunden werden, was beispielsweise über Löthügel oder Drahtverbindungen geschehen kann, um die Weiterleitung von verschiedenen Signalen von und zu dem BAW-Filter 710 zu ermöglichen. Das Modul 700 kann optional außerdem andere Schaltungschips 740 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 700 auch ein oder mehrere Gehäusestrukturen aufweisen, um beispielsweise Schutz zu bieten oder eine einfachere Handhabung des Moduls 700 zu ermöglichen. Eine derartige Gehäusestruktur kann eine Vergussstruktur umfassen, welche über dem Gehäusesubstrat 730 ausgeformt ist und derart bemessen ist, dass die verschiedenen Schaltungen und Komponenten darauf im Wesentlichen eingeschlossen sind.
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Verschiedene Beispiele und Ausführungsformen des BAW-Filters 710 können in einer großen Vielzahl von elektronischen Vorrichtungen eingesetzt werden. Zum Beispiel kann der BAW-Filter 710 in einem Antennenduplexer verwendet werden, welcher selbst in einer Vielzahl von elektronischen Geräten eingebaut werden kann, wie etwa Hochfrequenz-Frontendmodule und Kommunikationsgeräte.
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Unter Bezugnahme auf 13 ist ein Blockdiagramm eines Beispiels eines Frontend-Moduls 800 dargestellt, das in einer elektronischen Vorrichtung, wie beispielsweise einer drahtlosen Kommunikationsvorrichtung (z.B. einem Mobiltelefon), verwendet werden kann. Das Frontend-Modul 800 umfasst einen Antennenduplexer 810 mit einem gemeinsamen Knoten 802, einem Eingangsknoten 804 und einem Ausgangsknoten 806. Eine Antenne 910 ist mit dem gemeinsamen Knoten 802 verbunden.
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Der Antennenduplexer 810 kann ein oder mehrere Sendefilter 812 umfassen, die zwischen dem Eingangsknoten 804 und dem gemeinsamen Knoten 802 geschaltet sind, und ein oder mehrere Empfangsfilter 814, die zwischen dem gemeinsamen Knoten 802 und dem Ausgangsknoten 806 geschaltet sind. Das Durchlassband (die Durchlassbänder) des Sendefilters bzw. der Sendefilter unterscheiden sich von dem Durchlassband (den Durchlassbändern) der Empfangsfilter. Beispiele des BAW-Filters 710 können dazu verwendet werden, um den bzw. die Sendefilter 812 und/oder den bzw. die Empfangsfilter 814 zu bilden. Eine Induktivität oder eine andere Anpassungs- oder Phasenkomponente 820 kann am gemeinsamen Knoten 802 angeschlossen sein.
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Das Frontend-Modul 800 umfasst weiterhin eine Senderschaltung 832, die mit dem Eingangsknoten 804 des Duplexers 810 verbunden ist, und eine Empfängerschaltung 834, die mit dem Ausgangsknoten 806 des Duplexers 810 verbunden ist. Die Senderschaltung 832 kann Signale zur Übertragung über die Antenne 910 erzeugen, und die Empfängerschaltung 834 kann über die Antenne 910 empfangene Signale empfangen und verarbeiten. In einigen Ausführungsformen sind die Empfänger- und Senderschaltungen als separate Komponenten implementiert, wie in 13 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 800 andere Komponenten umfassen, die nicht in 13 dargestellt sind, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Schalter, elektromagnetische Koppler, Verstärker, Prozessoren und dergleichen.
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14 ist ein Blockdiagramm eines Beispiels einer Drahtlosvorrichtung 900 mit dem in 13 dargestellten Antennenduplexer 810. Die Drahtlosvorrichtung 900 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 900 kann Signale von der Antenne 910 empfangen und senden. Die Drahtlosvorrichtung umfasst eine Ausführungsform eines Frontend-Moduls 800, ähnlich dem oben diskutierten mit Bezug auf 13. Das Frontend-Modul 800 umfasst den Duplexer 810, wie vorstehend erläutert. In dem in 14 dargestellten Beispiel umfasst das Frontend-Modul 800 weiterhin einen Antennenschalter 840, der dazu ausgebildet sein kann, zwischen verschiedenen Frequenzbändern oder Moden, wie beispielsweise Sende- und Empfangsmoden, zu wechseln. In dem in 14 dargestellten Beispiel ist der Antennenschalter 840 zwischen dem Duplexer 810 und der Antenne 910 angeordnet; in anderen Beispielen kann der Duplexer 810 jedoch zwischen dem Antennenschalter 840 und der Antenne 910 angeordnet sein. In weiteren Beispielen können der Antennenschalter 840 und der Duplexer 810 in eine einzige Komponente integriert sein.
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Das Frontend-Modul 800 umfasst einen Sendeempfänger 830, der dazu ausgebildet ist, Signale für die Übertragung zu erzeugen oder empfangene Signale zu verarbeiten. Der Sendeempfänger 830 kann die Senderschaltung 832, die mit dem Eingangsknoten 804 des Duplexers 810 verbunden sein kann, und die Empfängerschaltung 834, die mit dem Ausgangsknoten 806 des Duplexers 810 verbunden sein kann, wie im Beispiel von 13 gezeigt ist, umfassen.
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Signale, die für die Übertragung durch die Senderschaltung 832 erzeugt werden, werden von einem Leistungsverstärker-(PA)-Modul 850 empfangen, das die erzeugten Signale vom Sendeempfänger 830 verstärkt. Das Leistungsverstärkermodul 850 kann einen oder mehrere Leistungsverstärker umfassen. Das Leistungsverstärkermodul 850 kann zur Verstärkung einer Mehrzahl von HF- oder anderen Frequenzbandübertragungssignalen verwendet werden. So kann beispielsweise das Leistungsverstärkermodul 850 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 850 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 850 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.
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Unter weiterer Bezugnahme auf 14 kann das Frontend-Modul 800 weiterhin ein rauscharmes Verstärkermodul 860 umfassen, das Empfangssignale von der Antenne 910 verstärkt und die verstärkten Signale an die Empfängerschaltung 834 des Sendeempfängers 830 liefert.
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Die Drahtlosvorrichtung 900 von 14 umfasst weiterhin ein Leistungsverwaltungs-Subsystem 920, das mit dem Sendeempfänger 830 verbunden ist und die Energie für den Betrieb der Drahtlosvorrichtung 900 verwaltet. Das Leistungsverwaltungs-Subsystem 920 kann auch den Betrieb eines Basisband-Subsystems 930 und verschiedener anderer Komponenten der Drahtlosvorrichtung 900 steuern. Das Leistungsverwaltungs-Subsystem 920 kann eine Batterie (nicht dargestellt) umfassen oder mit ihr verbunden sein, die die verschiedenen Komponenten der Drahtlosvorrichtung 900 mit Strom versorgt. Das Leistungsverwaltungs-Subsystem 920 kann weiterhin einen oder mehrere Prozessoren oder Steuerungen umfassen, die beispielsweise die Übertragung von Signalen steuern können. In einer Ausführungsform ist das Basisband-Subsystem 930 mit einer Benutzerschnittstelle 940 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 930 kann auch mit einem Speicher 950 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 GH.
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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, eine Mikrowelle, ein Kühlschrank, ein Elektroniksystem eines Fahrzeugs wie etwa ein Elektroniksystem eines Autos, eine Stereoanlage, ein digitaler Musikplayer, ein Radio, 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.
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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.
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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 oder dass eine oder mehrere Ausführungsformen zwangsweise Implikationen, mit oder ohne Aufforderung des Urhebers, enthalten, um zu entscheiden ob diese Merkmale, Elemente und/oder Zustände von irgendeiner bestimmten Ausführungsform umfasst oder in irgendeiner bestimmten Ausführungsform durchgeführt werden müssen.
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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.
