JP4648680B2 - 膜状音響結合変成器 - Google Patents

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Description

この発明は音響結合の変成器に関する。
変成器は、インピーダンスの変換、平衡回路要素に対するシングル・エンド回路要素の連結またはその逆、電気的絶縁といった機能を実施するため、多様なタイプの電子装置において利用されている。しかし、全ての変成器が、これらの特性の全てを備えているわけではない。例えば、自動変成器では、電気的絶縁は行えない。
ＶＨＦ周波数までの可聴周波数及びＲＦ周波数で動作する変成器は、一般に、透磁率の高い鉄心上に一次巻線及び二次巻線の結合されたものとして造られている。鉄心には、磁束が含まれており、巻線間の結合を強める。この周波数で動作可能な変成器は、オプティカル・カプラを用いて実現することも可能である。この態様で用いられるオプト・カプラは、当該技術においてオプト・アイソレータと呼ばれる。
結合巻線またはオプト・カプラをベースにした変成器の場合、入力電気信号は、適合する編成構造（すなわち、巻数の異なる巻線または光検出器）を通過する異なる形態（すなわち、磁束または光子）に変換され、出力において電気信号として復元される。例えば、オプト・カプラは、発光ダイオードを用いて入力電気信号を光子に変換する。光子は、光ファイバまたは絶縁をもたらす自由空間を通過する。光子によって照射されるフォトダイオードは、光子流から出力電気信号を発生する。出力電気信号は、入力電気信号の複製である。
ＵＨＦ及びマイクロ波周波数において、鉄心ベースの変成器は、鉄心における損失、巻線における損失、巻線間のキャパシタンス、及び、波長に関連した問題を防止するのに十分な小型化ができないといった要因のために非実用的になる。こうした周波数のための変成器は、例えば、マルシャン・タイプ、直列入力／並列出力接続線路等のような４分の１波長伝送線路をベースにしている。微細機械加工されて結合されたコイル・セットをベースにし、波長効果が重要ではないほど十分に小さい、変成器も存在する。しかし、こうした変成器にも、やはり、高挿入損失に関する問題がある。
ＵＨＦ及びマイクロ波周波数での利用に関して解説したばかりの変成器は、全て、その寸法のために、携帯電話のような最新の小型高密度用途に利用するにはあまり望ましくないということになる。こうした変成器は、バッチ・プロセス方式で製造することができないので、また、基本的にオフ・チップ解決法であるため、やはりコストが高くつく傾向がある。さらに、こうした変成器は、その帯域幅が、一般に、携帯電話にとって許容できるが、その挿入損失は、一般に、１ｄＢを超え、あまりに高すぎる。
オプト・カプラは、入力ＬＥＤの接合キャパシタンス、光検出器に固有の非線形性、及び、優れたコモンモード除去を得るには不十分な絶縁のため，ＵＨＦ及びマイクロ波周波数では用いられない。
従って、ＵＨＦからマイクロ波の範囲の電気的周波数において、インピーダンス変換、平衡回路とシングル・エンド回路との結合、及び、電気的絶縁のうちの１つ以上を施すことが可能な変成器が求められている。また、低挿入損失で、帯域幅が携帯電話のＲＦ信号の周波数範囲に適応するのに十分であり、例えば、サイズが携帯電話で現在用いられている変成器より小さく、製造コストの低い、こうした変成器が求められている。
第１の態様において、本発明によれば、スタック対をなす膜状バルク音響共鳴器（ＦＢＡＲ）と、ＦＢＡＲ間の音響デカップラを備えるスタック形バルク音響共鳴器（ＳＢＡＲ）を含む音響結合変成器が得られる。ＦＢＡＲは、それぞれ、向かい合った平面電極と、電極間にある圧電材料の層を備えている。膜状音響結合変成器には、さらに、ＦＢＡＲの一方の電極に電気的に接続された第１の端子と、ＦＢＡＲの他方の電極に電気的に接続された第２の端子が含まれている。
この音響結合変成器は、インピーダンス変換比が１：１であり、平衡回路要素に対するシングル・エンド回路要素の連結またはその逆が可能であり、一次側と二次側の間に電気的絶縁を施す。
実施態様の１つでは、音響デカップラに、音響インピーダンスがＦＢＡＲの他の材料よりも低い、音響デカップリング材料の層が含まれている。もう１つの実施態様では、音響デカップラに、ブラッグ構造が含まれている。
第２の態様において、本発明によれば、第１のスタック形バルク音響共鳴器（ＳＢＡＲ）と、第２のＳＢＡＲを含む音響結合変成器が得られる。各ＳＢＡＲは、スタック対をなす膜状バルク音響共鳴器（ＦＢＡＲ）と、ＦＢＡＲ間の音響デカップラを備えている。ＦＢＡＲは、それぞれ、向かい合った平面電極と、電極間にある圧電材料の層を備えている。音響結合変成器には、さらに、第１のＳＢＡＲのＦＢＡＲの一方を第２のＳＢＡＲのＦＢＡＲの一方に接続する第１の電気回路と、第１のＳＢＡＲのＦＢＡＲの他方を第２のＳＢＡＲのＦＢＡＲの他方に接続する第２の電気回路が含まれている。
電気的に平衡な変成器を提供する実施態様の場合、第１の電気回路は、第１のＳＢＡＲのＦＢＡＲの一方と第２のＳＢＡＲのＦＢＡＲの一方を逆並列または直列をなすように接続し、第２の電気回路は、第１のＳＢＡＲのＦＢＡＲの他方と第２のＳＢＡＲのＦＢＡＲの他方を逆並列または直列をなすように接続する。
この実施態様は、平衡回路要素に対するシングル・エンド回路要素の連結またはその逆が可能であり、一次側と二次側の間に電気的絶縁を施す。音響結合変成器は、さらに、本質的に平衡であり、コモンモード除去比が単一ＳＢＡＲを備えた実施態様よりも高い。第１の電気回路がそれぞれのＦＢＡＲを逆並列に接続し、第２の電気回路がそれぞれのＦＢＡＲを逆並列に接続する音響結合変成器の実施態様は、第１の電気回路と第２の電気回路との、または、その逆のインピーダンス変換比が１：１である。第１の電気回路が、それぞれのＦＢＡＲを直列に接続し、第２の電気回路がそれぞれのＦＢＡＲを直列に接続する実施態様も、第１の電気回路と第２の電気回路との、または、その逆のインピーダンス変換比が１：１である。しかし、インピーダンスは、ＦＢＡＲが逆並列に接続される実施態様よりも高い。第１の電気回路がそれぞれのＦＢＡＲを逆並列に接続し、第２の電気回路がそれぞれのＦＢＡＲを直列に接続する音響結合変成器の実施態様は、第１の電気回路と第２の電気回路とのインピーダンス変換比が１：４であり、第２の電気回路と第１の電気回路とのインピーダンス変換比が４：１である。第１の電気回路がそれぞれのＦＢＡＲを直列に接続し、第２の電気回路がそれぞれのＦＢＡＲを逆並列に接続する音響結合変成器の実施態様は、第１の電気回路と第２の電気回路とのインピーダンス変換比が４：１であり、第２の電気回路と第１の電気回路とのインピーダンス変換比が１：４である。
高いコモンモード除去比が重要ではない用途に利用可能な電気的に不平衡の変成器を提供する実施態様の場合、第１の電気回路は、第１のＳＢＡＲのＦＢＡＲの一方と第２のＳＢＡＲのＦＢＡＲの一方を並列または逆直列に接続し、第２の電気回路は、第１のＳＢＡＲのＦＢＡＲの他方と第２のＳＢＡＲのＦＢＡＲの他方を並列または逆直列に接続する。この実施態様は、平衡回路要素に対するシングル・エンド回路要素の連結またはその逆を実施可能であり、一次側と二次側との間に電気的絶縁を施す。
図１Ａ、図１Ｂ、及び、図１Ｃには、それぞれ、本発明による薄膜音響結合変成器の第１の実施態様１００に関する平面図及び２つの断面図が示されている。変成器１００は、インピーダンス変換比が１：１であり、平衡回路要素に対するシングル・エンド回路要素の連結またはその逆が可能であり、一次側と二次側との間に電気的絶縁を施す。
変成器１００は、スタック形バルク音響共鳴器（ＳＢＡＲ）１０６、第１の端子１３２及び１３４、及び、第２の端子１３６及び１３８から構成されている。ＳＢＡＲ１０６は、スタック対をなす膜状バルク音響共鳴器（ＦＢＡＲ）１１０及び１２０と、それらの間の音響デカップラ１３０から構成されている。図示の例の場合、ＦＢＡＲ１１０の上に、ＦＢＡＲ１２０がスタックされている。ＦＢＡＲ１１０は、向かい合った平面電極１１２及び１１４と、電極間にある圧電材料の層１１６から構成されている。ＦＢＡＲ１２０は、向かい合った平面電極１２２及び１２４と、電極間にある圧電材料の層１２６から構成されている。音響デカップラ１３０は、ＦＢＡＲ１１０の電極１１４とＦＢＡＲ１２０の電極１２２の間に配置されている。音響デカップラは、ＦＢＡＲ１１０と１２０の間における音響エネルギの結合を制御する。
図示の例の場合、第１の端子１３２及び１３４は、ＦＢＡＲ１１０の、それぞれ、電極１１２及び１１４に、それぞれ、電気的トレース１３３及び１３５によって電気的に接続されたボンディング・パッドとして構造化されている。また、図示の例の場合、第２の端子１３６及び１３８は、ＦＢＡＲ１２０の、それぞれ、電極１２２及び１２４に、それぞれ、電気的トレース１３７及び１３９によって電気的に接続されたボンディング・パッドとして構造化されている。実施態様の１つでは、第１の端子１３２及び１３４は、膜状音響結合変成器１００の一次側端子を構成し、第２の端子１３６及び１３８は、二次側端子を構成している。代替実施態様では、第１の端子１３２及び１３４は、膜状音響結合変成器１００の二次側端子を構成し、第２の端子１３６及び１３８は、一次側端子を構成している。
図示の例の場合、ＳＢＡＲ１０６は、基板１０２に形成されたキャビティ１０４の上に吊るされている。キャビティの上にＳＢＡＲ１０６を吊り下げることによって、ＳＢＡＲのＦＢＡＲは、機械的共振が可能になる。ＦＢＡＲの機械的共振を可能にする他の吊り下げ方式も可能である。例えば、ＳＢＡＲは、その開示が参考までに本開示において援用されている、Ｌａｋｉｎによる米国特許第６，１０７，７２１号明細書に開示されているように、基板１０２に形成された不整合音響ブラッグ反射器（不図示）の上に配置することが可能である。
ＦＢＡＲは、本件の出願人に譲渡され、参考までに本開示において援用されている、「Ｔｕｎａｂｌｅ Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｍａｋｉｎｇ Ｓａｍｅ」と題されたＲｕｂｙ他による米国特許第５，５８７，６２０号明細書に開示されている。Ｒｕｂｙの開示には、３つの電極と交互配置された圧電材料による２つの層から構成される、スタック形膜状バルク音響共鳴器（ＳＢＡＲ）も開示されている。ＲｕｂｙのＳＢＡＲは、１つの電極が両方のＦＢＡＲに共通する、スタック対をなすＦＢＡＲから構成されるものとみなすことが可能であり、共通電極ＳＢＡＲと呼ぶことにする。共通電極のため、共通電極ＳＢＡＲは、シングル・エンド回路に対する平衡回路の連結またはその逆を実施し、一次側と二次側との間に電気的絶縁を施すことができなくなる。さらに、共通電極ＳＢＡＲは、極めて狭い通過帯域幅を示すので、大部分の用途において利用に適さないことになる。狭い通過帯域幅は、ＦＢＡＲ間において音響エネルギを過度に結合する共通電極に起因する。
上述のように、本発明による変成器１００では、音響デカップラ１３０が、スタック形ＦＢＡＲ１１０と１２０との間における音響エネルギの結合を制御し、さらに、ＦＢＡＲ１１０をＦＢＡＲ１２０から電気的にアイソレートする。音響デカップラ１３０が施す電気的絶縁によって、変成器１００は、シングル・エンド回路に対する平衡回路の連結またはその逆を実施し、一次側と二次側との間に電気的絶縁を施すことが可能になる。音響デカップラ１３０によって施される音響結合は、上述の共通電極ＳＢＡＲのＦＢＡＲ間における音響結合よりも大幅に弱い。結果として、ＦＢＡＲ１１０及び１２０は、過度に結合されることはなく、変成器１００は、図２に関連して後述するように、通過帯域において比較的フラットな応答を示す。
図１Ａ〜図１Ｃに示す音響デカップラ１３０の実施態様は、それぞれ、ＦＢＡＲ１１０及び１２０の電極１１４と１２２との間に配置された音響デカップリング材料の層１３１から構成される第１の実施態様である。図１Ｄは、音響デカップラのこの第１の実施態様をさらに詳細に示す拡大図である。音響デカップラ１３０を構成する音響デカップリング材料層１３１の重要な特性は、ＦＢＡＲ１１０、１２０の材料より低い音響インピーダンス、高電気抵抗率、低誘電率、及び、周波数が音響結合変成器１００の通過帯域の中心周波数に等しい音波の、音響デカップリング材料内における波長の４分の１の奇整数倍である公称厚さである。
音響デカップラ１３０の音響デカップリング材料は、音響インピーダンスがＦＢＡＲ１１０及び１２０より低く、空気よりもかなり高い。ある材料の音響インピーダンスは、その材料内における応力対粒子速度の比であり、レイリー（ｒａｙｌと略記する）で測定される。ＦＢＡＲの材料は、一般に、圧電層１１６、１２６の材料としての窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、及び、電極１１２、１１４、１２２、１２４の材料としてのモリブデン（Ｍｏ）である。ＦＢＡＲの材料の音響インピーダンスは、一般に、３０Ｍｒａｙｌより高く（ＡｌＮについては３５Ｍｒａｙｌ及びＭｏについては６０Ｍｒａｙｌ）、空気の音響インピーダンスは、約１ｋｒａｙｌである。ＦＢＡＲ１１０、１２０の材料が上述の通りである変成器１００の実施態様では、音響インピーダンスが約２Ｍｒａｙｌ〜約１６Ｍｒａｙｌの範囲の材料は、音響デカップラ１３０の音響結合材料としてもうまく機能する。
図２は、膜状音響結合変成器１００の実施態様について計算された周波数応答が、音響デカップラ１３０の第１の実施態様を構成する、層１３１の音響デカップリング材料の音響インピーダンスによってどれほど左右されるかを示すグラフである。例示の実施態様は、中心周波数が約１，９００ＭＨｚである。音響デカップラの音響デカップリング材料の音響インピーダンスが約４Ｍｒａｙｌ（ポリイミド − 曲線１４０）、８Ｍｒａｙｌ（曲線１４２）、及び、１６Ｍｒａｙｌ（曲線１４４）である実施態様について計算された周波数応答が示されている。明らかに、変成器１００の帯域幅は、音響デカップリング材料の音響インピーダンスが増すにつれて広くなる。音響インピーダンスが１６Ｍｒａｙｌである実施態様の場合、ＦＢＡＲの共振は、過度に結合され、通過帯域応答に特有の二重ピークを生じることになる。
図１Ｂ、図１Ｃ、及び、図１Ｄに示す音響デカップラ１３０の実施態様は、周波数が変成器の通過帯域の中心周波数に等しい音波の、音響デカップリング材料内における波長の４分の１に等しい、すなわち、ｔ≒λｎ／４の公称厚さを備えた音響デカップリング材料の層１３１から構成されているが、ここで、ｔは、音響デカップラ１３０の厚さであり、λｎは、周波数が変成器１００の通過帯域の中心周波数に等しい音波の、音響デカップリング材料内における波長である。代わりに、公称厚さの約±１０％の範囲内にある層１３１の厚さを利用することも可能である。代わりに、この範囲外の厚さを利用することも可能であるが、性能が多少劣化する。しかし、層１３１の厚さは、一方の極値の０λｎ及び他方の極値のλｎ／２から大幅に異なるのが望ましい。
より一般的な事例では、図１Ｄに示す音響デカップラ１３０の実施態様が、周波数が変成器１００の通過帯域の中心周波数に等しい音波の、音響デカップリング材料内における波長の４分の１の奇整数倍に等しい、すなわち、ｔ≒（２ｍ＋１）λｎ／４の公称厚さを備えた音響デカップリング材料の層１３１から構成されているが、ここで、ｔ及びλｎは、上記定義の通りであり、ｍは、０以上の整数である。この場合、代わりに、公称厚さからλｎ／４の約±１０％だけ異なる厚さの層１３１を利用することも可能である。性能が多少劣化するものの、この範囲外の厚さ許容差を利用することも可能であるが、層１３１の厚さは、λｎ／２の整数倍から大幅に異なるのが望ましい。
多くのプラスチック材料は、上述の範囲内の音響インピーダンスを有しており、上述の厚さ範囲内で均一な厚さの層に適用可能である。従って、こうしたプラスチック材料は、潜在的に、音響デカップラ１３０の音響デカップリング材料の層１３１として用いるのに適している。しかし、音響デカップリング材料は、電極１１４に音響デカップリング材料の層１３１を堆積させて、音響デカップラ１３０を形成した後で実施される製作工程の温度に耐えることも可能でなければならない。さらに詳細に後述するように、膜状音響結合変成器１００の実際の実施態様では、電極１２２及び１２４と、圧電層１２６は、層１３１の堆積後、スパッタリングによって堆積させられる。これらの堆積プロセス中に、３００℃もの高温に達することになる。従って、こうした温度で安定状態を保つプラスチックが、音響デカップリング材料として用いられる。
プラスチック材料は、一般に、ＦＢＡＲ１１０及び１２０の他の材料に比べると、単位長あたりの音響減衰量が極めて大きい。しかし、上述の音響デカップラ１３０の実施態様は、一般に、厚さが１μｍ未満のプラスチックの音響デカップリング材料による層１３１から構成されているので、層１３１によって導入される音響減衰は、一般に、ごくわずかである。
実施態様の１つでは、ポリイミドが層１３１の音響デカップリング材料として利用される。ポリイミドは、Ｅ．Ｉ．ｄｕ Ｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ａｎｄ ＣｏｍｐａｎｙによってＫａｐｔｏｎ（Ｒ）の商標で販売されている。こうした実施態様の場合、音響デカップラ１３０は、スピン・コーティングで電極１１４に塗布されたポリイミドの層１３１から構成される。ポリイミドの音響インピーダンスは約４Ｍｒａｙｌである。もう１つの実施態様では、ポリ（パラキシレン）が、層１３１の音響デカップリング材料として用いられる。こうした実施態様の場合、音響デカップラ１３０は、真空蒸着によって電極１１４に被着させられたポリ（パラキシレン）の層１３１から構成される。ポリ（パラキシレン）は、当該技術においてパリレンとしても知られている。パリレンが製造される二量体前駆物質であるジパラキシリレン、及び、パリレンの層の真空蒸着を実施するための装置は、多くの供給業者から入手可能である。パリレンの音響インピーダンスは、約２．８Ｍｒａｙｌである。
代替実施態様の場合、音響デカップラ１３０を構成する層１３１の音響デカップリング材料は、音響インピーダンスがＦＢＡＲ１１０及び１２０の材料よりかなり高い。この時点において、この特性を備えた材料は知られていないが、今後こうした材料の入手が可能になる可能性があるか、あるいは、より音響インピーダンスの低いＦＢＡＲ材料が、今後入手可能になる可能性がある。こうした高音響インピーダンスの音響デカップリング材料の層１３１の厚さは、上述の通りである。
図１Ｅは、ブラッグ構造１６１を組み込んだ音響デカップラ１３０の第２の実施態様を示す膜状音響結合変成器１００の一部に関する拡大図である。ブラッグ構造１６１は、高音響インピーダンスのブラッグ素子１６５と１６７の間に挟まれた低音響インピーダンスのブラッグ素子１６３から構成されている。低音響インピーダンスのブラッグ素子１６３は、低音響インピーダンス材料の層であり、一方、高音響インピーダンスのブラッグ素子１６５及び１６７は、それぞれ、高音響インピーダンス材料の層である。ブラッグ素子の音響インピーダンス特性は、互いに対して、さらに、層１１６及び１２６の圧電材料の音響インピーダンスに対して、「低」または「高」として示される。ブラッグ素子の少なくとも１つは、さらに、変成器１００の入力と出力の間に電気的絶縁を施すため、電気抵抗率が高く、誘電率が低い。
ブラッグ素子１６７、１６３、及び、１６５を構成する層は、それぞれ、周波数が変成器１００の中心周波数に等しい音波の、層材料内における波長の４分の１の奇整数倍に等しい公称厚さを備えている。代わりに、波長の４分の１の約±１０％だけ公称厚さとは異なる層を利用することも可能である。性能が多少劣化するものの、この範囲外の厚さ許容差を利用することも可能であるが、層の厚さは、波長の２分の１の整数倍から大幅に異なるのが望ましい。
実施態様の１つでは、低音響インピーダンスのブラッグ素子１６３は、音響インピーダンスが約１３Ｍｒａｙｌの二酸化珪素（ＳｉＯ２）の層であり、高音響インピーダンスのブラッグ素子１６５及び１６７のそれぞれは、それぞれ、電極１１４及び１２２と同じ材料、すなわち、音響インピーダンスが約６０Ｍｒａｙｌのモリブデンの層であった。ＦＢＡＲ１１０及び１２０の、それぞれ、高音響インピーダンスのブラッグ素子１６５及び１６７と電極１１４及び１２２に、それぞれ、同じ材料を用いることによって、高音響インピーダンのブラッグ素子１６５及び１６７は、さらに、それぞれ、電極１１４及び１２２の働きをすることが可能になる。
ある例では、高音響インピーダンスのブラッグ素子１６５及び１６７は、波長が変成器１００の中心周波数に等しい音波の、モリブデン内における波長の４分の１に等しい公称厚さを備え、低音響インピーダンスのブラッグ素子１６３は、波長が変成器１００の中心周波数に等しい音波の、ＳｉＯ２内における波長の四分の三に等しい公称厚さを備えていた。低音響インピーダンスのブラッグ素子１６３として、４分の１波長の厚さのＳｉＯ２層の代わりに、四分の三波長の厚さのＳｉＯ２層を利用することによって、ＦＢＡＲ１１０と１２０の間のキャパシタンスが減少する。
高音響インピーダンスのブラッグ素子１６５及び１６７と低音響インピーダンスのブラッグ素子１６３との音響インピーダンス差が比較的少ない実施態様の場合、ブラッグ構造１６１は、２つ以上の（例えば、ｎの）低音響インピーダンスのブラッグ素子が、対応する数の（すなわち、ｎ＋１の）高音響インピーダンスのブラッグ素子と交互配置された構成とすることが可能である。ブラッグ素子のうちの１つだけしか絶縁する必要がない。例えば、ブラッグ構造は、３つの高音響インピーダンスのブラッグ素子と交互配置された２つの低音響インピーダンスのブラッグ素子から構成することが可能である。
ウェーハ・スケールの製作を利用して、一度に数千ずつ、膜状音響結合変成器１００と同様の膜状音響結合変成器を製作することが可能である。ウェーハ・スケールの製作によって、各膜状音響結合変成器の製作が低コストになる。膜状音響結合変成器１００は、図５Ａ〜図５Ｔに関連して後述するのと同様の製作方法を利用して製作することが可能になる。従って、膜状音響結合変成器１００の製作方法について、別個の説明は控えることにする。
膜状音響結合変成器１００を利用するため、電極１１２及び１１４に電気的に接続された第１の端子１３２及び１３４に対して、それぞれ、電気的接続が施され、さらに、電極１２２及び１２４に電気的に接続された第２の端子１３６及び１３８に対して、電気的接続が施される。第１の端子１３２及び１３４に対する電気的接続によって、膜状音響結合変成器１００の一次側に対する電気的接続が施され、第２の端子１３６及び１３８に対する電気的接続によって、膜状音響結合変成器１００の二次側に対する電気的接続が施される。代替実施態様では、第２の端子１３６及び１３８に対する電気的接続によって、膜状音響結合変成器１００の一次側に対する電気的接続が施され、第１の端子１３２及び１３４に対する電気的接続によって、膜状音響結合変成器１００の二次側に対する電気的接続が施される。
膜状音響結合変成器１００の動作時、変成器１００の一次端子を構成する第１の端子１３２及び１３４に加えられる入力電気信号によって、ＦＢＡＲ１１０の電極１１２と１１４の間の電圧差が設定される。電極１１２と１１４の間の電圧差によって、入力電気信号の周波数で、ＦＢＡＲ１１０が機械的に変形する。音響デカップラ１３０は、動作周波数に従って、ＦＢＡＲ１１０の機械的変形から生じる音響エネルギの全てまたは一部をＦＢＡＲ１２０に結合する。ＦＢＡＲ１１０から受ける音響エネルギによって、ＦＢＡＲ１２０が入力電気信号の周波数で機械的に変形する。ＦＢＡＲ１２０が機械的に変形すると、入力電気信号の周波数で、電極１２２と１２４の間に電圧差が生じることになる。この電圧差が、出力電気信号として、変成器１００の二次端子を構成する第２の端子１３６及び１３８から出力される。圧電現象は、線形効果であり、第１の端子に加えられる入力電気信号の振幅及び位相は、第２の端子から出力される出力電気信号に保存される。
第２の端子１３６及び１３８が一次端子を構成し、第１の端子１３２及び１３４が二次端子を構成する膜状音響結合変成器１００の実施態様は、音響エネルギが、音響デカップラ１３０を介して、ＦＢＡＲ１２０からＦＢＡＲ１１０に伝搬する点を除けば、同様に動作する。
上述のように、膜状音響結合変成器１００の場合、１：１のインピーダンス変換比が得られ、平衡回路要素に対するシングル・エンド回路要素の連結またはその逆が可能であり、一次側と二次側との間に電気的絶縁が施される。しかし、電極１１２と基板１０２との間のキャパシタンスは、電極１１４と基板との間のキャパシタンスと異なる。結果として、膜状音響結合変成器は、完全には電気的平衡がとれず、一部の用途については、コモンモード除去比（ＣＭＲＲ）が不十分になる可能性がある。
図３Ａ〜図３Ｃには、それぞれ、本発明による膜状音響結合変成器の第２の実施態様２００に関する平面図と２つの断面図が示されている。音響結合変成器２００は、平衡回路要素に対するシングル・エンド回路要素の連結またはその逆が可能であり、一次側と二次側との間に電気的絶縁を施す。変成器２００の実施態様には、高コモンモード除去比のものもあれば、低コモンモード除去比のものもある。音響結合変成器２００のインピーダンス変換比は１：１、１：４、または、４：１であり、電気的接続によって構成可能である。
音響結合変成器２００は、それぞれ、スタック対をなす膜状バルク音響共鳴器（ＦＢＡＲ）と、ＦＢＡＲ間にある音響デカップラから構成された、２つのスタック形バルク音響共鳴器（ＳＢＡＲ）２０６及び２０８から構成されている。変成器２００は、さらに、ＳＢＡＲの一方のＦＢＡＲの一方とＳＢＡＲの他方のＦＢＡＲの一方を接続する電気回路と、ＳＢＡＲの一方のＦＢＡＲの他方とＳＢＡＲの他方のＦＢＡＲの他方を接続する電気回路から構成されている。
ＳＢＡＲ２０６は、スタック対をなすＦＢＡＲ２１０及び２２０と、その間にある音響デカップラ２３０から構成されている。ＳＢＡＲ２０８は、スタック対をなすＦＢＡＲ２５０及び２６０と、その間にある音響デカップラ２７０から構成されている。図示の例では、ＦＢＡＲ２２０は、ＦＢＡＲ２１０の上にスタックされており、ＦＢＡＲ２６０は、ＦＢＡＲ２５０の上にスタックされている。ＦＢＡＲ２１０は、向かい合った平面電極２１２及び２１４と、電極間にある圧電材料の層２１６から構成されている。ＦＢＡＲ２２０は、向かい合った平面電極２２２及び２２４と、電極間にある圧電材料の層２２６から構成されている。ＦＢＡＲ２５０は、向かい合った平面電極２５２及び２５４と、電極間にある圧電材料の層２５６から構成されている。ＦＢＡＲ２６０は、向かい合った平面電極２６２及び２６４と、電極間にある圧電材料の層２６６から構成されている。
図３Ａ〜図３Ｃに示す膜状音響結合変成器２００の実施態様の場合、音響デカップラ２３０及び音響デカップラ２７０は、図１Ｄに関連して上述の層１３１と同様の音響デカップリング材料の層２３１の一部である。層２３１については、これ以上の説明を控えることにする。もう１つの実施態様（不図示）において、音響デカップラ２３０及び２７０には、それぞれ、図１Ｅに関連して上述のブラッグ構造３３１と同様のブラッグ構造が含まれている。
上述のように、電気回路の１つは、ＳＢＡＲ２０６のＦＢＡＲの一方をＳＢＡＲ２０８のＦＢＡＲの一方に接続し、電気回路の１つは、ＳＢＡＲ２０６のＦＢＡＲの他方をＳＢＡＲ２０６のＦＢＡＲの他方に接続する。各電気回路は、それぞれのＦＢＡＲを並列、直列、逆並列、及び、逆直列の任意の１つをなすように電気的に接続する。可能性のある並列、直列、逆並列、及び、逆直列の１６の組み合わせのうち、８つだけで実用的な変成器が得られる。ＦＢＡＲの相互接続に用いられる電気回路構成の組み合わせによって、変成器が、電気的に平衡になるか（高コモンモード除去比）、電気的に不平衡になるかが決まり、また、インピーダンス変換比、すなわち、１：１、１：４、４：１のいずれになるかが決まる。下記の表１には、電気回路構成について可能性のある組合せが要約されている。
Figure 0004648680
表１において、行見出しは、例えば、図４Ｃに関連して後述の電気回路２４５のような、電気回路の１つに関する構成を表わしており、列見出しは、例えば、図４Ｃに関連して後述の電気回路２４６のような、もう１つの電気回路に関する構成を表わしており、Ｂは、変成器が電気的に平衡であることを表わしており、Ｕは、変成器が電気的に不平衡であることを表わしており、Ｘは、機能しない変成器を表わしている。示されているインピーダンス変換比は、行見出しによって表示の電気回路に接続された電気端子から列見出しによって表示の電気回路に接続された電気端子へのインピーダンス変換である。
表１に示す電気回路は、電気回路が、ＳＢＡＲ２０６及び２０８において互いに同じレベルのＦＢＡＲの電極を接続することしかできない、すなわち、一方の電気回路は、ＦＢＡＲ２１０と２５０の電極だけしか接続することができず、他方の電気回路は、ＦＢＡＲ２２０と２６０の電極だけしか接続することができないという制約を受ける。例えば、電気回路がＦＢＡＲ２１０と２６０の電極、及び、ＦＢＡＲ２２０と２５０の電極を接続することが許される実施態様のように、この制約を受けない実施態様をなす、多くの電気回路が可能であることは明らかである。
ＦＢＡＲを相互接続する電気回路について詳述する前に、異なるＳＢＡＲのＦＢＡＲの電極を接続する電気回路に対して用いられる逆並列、並列、逆直列、及び、直列という用語を定義することにする。ＦＢＡＲは、極性依存素子である。ＦＢＡＲの電極間に印加されるある特定の極性の電圧によって、ＦＢＡＲは機械的に収縮し、一方、逆極性の同じ電圧によって、ＦＢＡＲは同じ量だけ機械的に伸張する。同様に、ＦＢＡＲを機械的に収縮させる機械的応力がＦＢＡＲに加えられると、ＦＢＡＲの電極間にある特定の極性の電圧が発生し、一方、ＦＢＡＲを機械的に伸張させる機械的応力が加えられると、ＦＢＡＲの電極間に逆極性の電圧が発生することになる。
図４Ａ〜図４Ｄを参照すると、音響結合変成器２００において、電気回路によって並列に接続されるＦＢＡＲの電極は、それぞれのＳＢＡＲにおいて同じレベルにある。並列に接続されたＦＢＡＲに信号が加えられると、ＦＢＡＲ間に同じ極性の電圧が生じ、従って、ＦＢＡＲは同相で伸縮する。一方、電気回路によって逆並列に接続されるＦＢＡＲの電極は、それぞれのＳＢＡＲにおいて異なるレベルにある。逆並列に接続されたＦＢＡＲに電圧を印加されると、ＦＢＡＲ間に逆極性の電圧が生じ、従って、ＦＢＡＲは逆相で伸縮する。
ＦＢＡＲが同相で伸縮させる音響エネルギを受けると、同相の電圧が発生する。同相の電圧を発生するＦＢＡＲは並列に接続することが可能であるが、逆並列に接続すると、電圧が相殺される。ＦＢＡＲが逆相で伸縮させる音響エネルギを受けると、逆相の電圧が発生する。逆相の電圧を発生するＦＢＡＲは逆並列に接続することが可能であるが、並列に接続すると、電圧が相殺される。
電気回路によって直列に接続されるＦＢＡＲの電極は、それぞれのＳＢＡＲにおいて同じレベルにある。直列に接続されたＦＢＡＲに電圧が印加されると、ＦＢＡＲ間に逆極性の電圧が生じ、ＦＢＡＲは逆相で伸縮する。一方、電気回路によって逆直列に接続されるＦＢＡＲの電極は、それぞれのＳＢＡＲにおいて異なるレベルにある。逆直列に接続されたＦＢＡＲに電圧が印加されると、ＦＢＡＲ間に同じ極性の電圧が生じ、ＦＢＡＲは同相で伸縮する。
ＦＢＡＲが同相で伸縮させる音響エネルギを受けると、同相の電圧が発生する。同相の電圧を発生するＦＢＡＲは逆直列に接続することが可能であるが、直列に接続すると、電圧が相殺される。ＦＢＡＲが逆相で伸縮させる音響エネルギを受けると、逆相の電圧が発生する。逆相の電圧を発生するＦＢＡＲは直列に接続することが可能であるが、逆直列に接続すると、電圧が相殺される。
電圧を相殺させるようにＦＢＡＲを接続する電気回路は、結果として、機能しない変成器ということになる。
図４Ａ及び図４Ｂには、それぞれ、ＳＢＡＲ２０６のＦＢＡＲ２１０及び２２０と、ＳＢＡＲ２０８のＦＢＡＲ２５０及び２６０を、それぞれ、逆並列または直列に接続して、インピーダンス変換比が１：１の音響結合変成器の電気的に平衡なそれぞれの実施態様を形成する、電気回路の２つの構成の概略が例示されている。
図４Ａには、ＳＢＡＲ２０６のＦＢＡＲの一方をＳＢＡＲ２０８のＦＢＡＲの一方と逆並列をなすように第１の端子Ｆに電気的に接続する電気回路２４１と、ＳＢＡＲ２０６のＦＢＡＲの他方をＳＢＡＲ２０８のＦＢＡＲの他方と逆並列をなすように第２の端子Ｓに電気的に接続する電気回路２４２が示されている。図示の例の場合、電気回路２４１は、ＳＢＡＲ２０６のＦＢＡＲ２２０をＳＢＡＲ２０８のＦＢＡＲ２６０と逆並列をなすように第１の端子Ｆに電気的に接続し、電気回路２４２は、ＳＢＡＲ２０６のＦＢＡＲ２１０をＳＢＡＲ２０８のＦＢＡＲ２６０と逆並列をなすように第２の端子Ｓに電気的に接続する。
すなわち、電気回路２４１は、ＦＢＡＲ２２０の電極２２２をＦＢＡＲ２６０の電極２６４及び第１の端子Ｆの一方に電気的に接続し、さらに、ＦＢＡＲ２２０の電極２２４をＦＢＡＲ２６０の電極２６２及び第１の端子Ｆの他方に電気的に接続する。電気回路２４２は、ＦＢＡＲ２１０の電極２１４をＦＢＡＲ２５０の電極２５２及び第２の端子Ｓの一方に電気的に接続し、さらに、ＦＢＡＲ２１０の電極２１２及びＦＢＡＲ２５０の電極２５４を第２の端子Ｓの他方に電気的に接続する。
電気回路２４２は、ＦＢＡＲ２２０を機械的に収縮させる電気信号が第１の端子Ｆに加えられると、さらに、ＦＢＡＲ２６０が同じ量だけ機械的に伸張し、また、ＦＢＡＲ２２０を機械的に伸張させる電気信号が第１の端子Ｆに加えられると、さらに、ＦＢＡＲ２６０が同じ量だけ機械的に収縮するという意味において、逆並列にＦＢＡＲ２２０及び２６０を電気的に接続する。従って、ＦＢＡＲ２６０によって発生する音響エネルギは、ＦＢＡＲ２２０によって発生する音響エネルギと逆相をなす。従って、ＦＢＡＲ２５０がＦＢＡＲ２６０から受ける音響エネルギは、ＦＢＡＲ２１０がＦＢＡＲ２２０から受ける音響エネルギと逆相をなし、電極２１４と２１２との間の電圧は、電極２５４と２５２との間の電圧と逆相をなす。電気回路２４２は、ＦＢＡＲ２１０と２５０を逆並列に接続するので、第２の端子Ｓに対する電圧出力は、電極２１４と２１２との間の電圧と同相をなし、電極２５４と２５２との間の電圧とも同相をなす。結果として、第２の端子Ｓ間の電圧差は、ＦＢＡＲ２１０及び２５０のいずれかの両端間における電圧と等しくなる。
第１の端子Ｆのそれぞれと基板２０２との間には、ほぼ同じキャパシタンスが存在する。各第１の端子には、基板に近い電極の１つと、基板から遠い電極の１つが接続されている。図示の例の場合、第１の端子の一方には、基板に近い電極２２２と、基板から遠い電極２６４が接続されており、第１の端子の他方には、基板に近い電極２６２と、基板から遠い電極２２４が接続されている。さらに、第２の端子Ｓのそれぞれと基板２０２の間には、ほぼ同じキャパシタンスが存在する。各第２の端子には、基板に近い電極の１つと、基板から遠い電極の１つが接続されている。図示の例の場合、第２の端子の一方には、基板に近い電極２１２と、基板から遠い電極２５４が接続されており、第２の端子の他方には、基板に近い電極２５２と、基板から遠い電極２１４が接続されている。従って、膜状音響結合変成器２００は、電気的に平衡であり、結果として、図１Ａ〜図１Ｃに関連して上述の膜状音響結合変成器１００よりもはるかに多くの用途について、コモンモード除去比が十分に高くなる。
図４Ｂには、電気回路２４３によって、ＳＢＡＲ２０６のＦＢＡＲの一方及びＳＢＡＲ２０８のＦＢＡＲの一方が第１の端子Ｆ間において電気的に直列に接続され、電気回路２４４によって、ＳＢＡＲ２０６のＦＢＡＲの他方及びＳＢＡＲ２０８のＦＢＡＲの他方が第２の端子Ｓ間において電気的に直列に接続される、電気的相互接続方式の概略が示されている。図４Ｂに示す例の場合、電気回路２４３は、ＳＢＡＲ２０６のＦＢＡＲ２２０及びＳＢＡＲ２０８のＦＢＡＲ２６０を第１の端子Ｆ間において直列に接続し、電気回路２４４は、ＳＢＡＲ２０６のＦＢＡＲ２１０及びＳＢＡＲ２０８のＦＢＡＲ２５０を第２の端子Ｓ間において直列に接続する。
すなわち、電気回路２４３は、ＦＢＡＲ２２０の電極２２２をＦＢＡＲ２６０の電極２６２に電気的に接続し、さらに、ＦＢＡＲ２２０の電極２２４を第１の端子Ｆの一方に電気的に接続し、ＦＢＡＲ２６０の電極２６４を第１の端子Ｆの他方に電気的に接続する。変形の１つでは、電気回路２４３は、ＦＢＡＲ２２０の電極２２４をＦＢＡＲ２６０の電極２６４に電気的に接続し、さらに、ＦＢＡＲ２２０の電極２２２及びＦＢＡＲ２６０の電極２６２を第２の端子Ｓに電気的に接続する。電気回路２４４は、ＦＢＡＲ２１０の電極２１２をＦＢＡＲ２５０の電極２５２に電気的に接続し、さらに、ＦＢＡＲ２１０の電極２１４を第２の端子Ｓの一方に電気的に接続し、さらに、ＦＢＡＲ２５０の電極２５４を第２の端子Ｓの他方に電気的に接続する。変形の１つでは、電気回路２４４は、ＦＢＡＲ２１０の電極２１４をＦＢＡＲ２５０の電極２５４に電気的に接続し、さらに、ＦＢＡＲ２１０の電極２１２及びＦＢＡＲ２５０の電極２５２を第２の端子Ｓに電気的に接続する。
電気回路２４３は、ＦＢＡＲ２２０及び２６０を直列に接続するので、第１の端子Ｆに加えられる入力電気信号は、ＦＢＡＲ２２０と２６０の間でほぼ等分される。ＦＢＡＲ２２０及び２６０は、ＦＢＡＲ２２０を機械的に収縮させる電気信号が第１の端子Ｆに加えられると、ＦＢＡＲ２６０が同じ量だけ機械的に伸張し、また、ＦＢＡＲ２２０を機械的に伸張させる電気信号が第１の端子Ｆに加えられると、ＦＢＡＲ２６０が同じ量だけ機械的に収縮するという意味において、直列に接続されている。従って、ＦＢＡＲ２６０によって発生する音響エネルギは、ＦＢＡＲ２２０によって発生する音響エネルギと逆相をなす。ＦＢＡＲ２５０がＦＢＡＲ２６０から受ける音響エネルギは、ＦＢＡＲ２１０がＦＢＡＲ２２０から受ける音響エネルギと逆相をなし、電極２５４の電圧は、電極２１４の電圧と逆相をなす。結果として、第２の端子Ｓ間の電圧差は、ＦＢＡＲ２１０及び２５０のいずれかの両端間における電圧の２倍になる。
第１の端子Ｆのそれぞれと基板２０２との間には、ほぼ同じキャパシタンスが存在する。第１の端子に接続された電極２２４及び２６４は、基板からの距離が同じである。さらに、第２の端子Ｓのそれぞれと基板２０２の間には、ほぼ同じキャパシタンスが存在する。第２の端子に接続された電極２１４及び２５４は、基板からの距離が同じである。従って、膜状音響結合変成器２００は、電気的に平衡であり、結果として、図１Ａ〜図１Ｃに関連して上述の膜状音響結合変成器１００よりもはるかに多くの用途について、コモンモード除去比が十分に高くなる。
図４Ａ及び図４Ｂに例示の膜状音響結合変成器２００の実施態様は、インピーダンス変換比が１：１の変成器である。第１の端子Ｆは、変成器の一次端子または二次端子の働きをすることが可能であり、第２の端子Ｐは、それぞれ、変成器の二次端子または一次端子の働きをすることが可能である。一次端子に加えられる入力電気信号は、二次端子からほぼ同じレベルで出力される。また、ＦＢＡＲ２１０、２２０、２５０、及び、２６０の全ての特性インピーダンスが同様である典型的な実施態様の場合、図４Ａ示す実施態様の一次端子と二次端子の両方で観測されるインピーダンスは、並列をなす２つのＦＢＡＲのインピーダンス、すなわち、単一ＦＢＡＲの典型的な特性インピーダンスの２分の１であり、一方、図４Ｂに示す実施態様の一次端子と二次端子の両方で観測されるインピーダンスは、直列をなす２つのＦＢＡＲのインピーダンス、すなわち、単一ＦＢＡＲの典型的な特性インピーダンスの２倍である。従って、図４Ａに例示の膜状音響結合変成器２００の実施態様は、低特性インピーダンス用途に用いるのに適しており、図４Ｂに例示の膜状音響結合変成器２００の実施態様は、高特性インピーダンス用途に用いるのに適している。
図４Ｃ及び４Ｄには、ＳＢＡＲ２０６のＦＢＡＲ２１０及び２２０と、ＳＢＡＲ２０８のＦＢＡＲ２５０及び２６０を逆並列及び直列をなすように電気的に相互接続して、インピーダンス変換比が４：１の音響結合変成器のそれぞれの実施態様を形成する、２つの方法の概略が例示されている。図４Ｃには、電気回路２４５によって、ＳＢＡＲ２０６のＦＢＡＲの一方が、ＳＢＡＲ２０８のＦＢＡＲの一方と逆並列をなすように、第１の端子Ｆに電気的に接続され、電気回路２４６によって、ＳＢＡＲ２０６のＦＢＡＲの他方とＳＢＡＲ２０８のＦＢＡＲの他方が、第２の端子Ｓ間において電気的に直列に接続される、電気的相互接続方式の概略が示されている。図示の例の場合、電気回路２４５は、ＳＢＡＲ２０６のＦＢＡＲ２２０とＳＢＡＲ２０８のＦＢＡＲ２６０を逆並列をなすように第１の端子Ｐに電気的に接続し、電気回路２４６は、ＳＢＡＲ２０６のＦＢＡＲ２１０とＳＢＡＲ２０８のＦＢＡＲ２５０を第２の端子Ｓ間において電気的に直列に接続する。
すなわち、電気回路２４５は、ＦＢＡＲ２２０の電極２２２をＦＢＡＲ２６０の電極２６４と、第１の端子Ｆの一方に電気的に接続し、さらに、ＦＢＡＲ２２０の電極２２４をＦＢＡＲ２６０の電極２６２と第１の端子Ｆの他方に電気的に接続する。電気回路２４６は、ＦＢＡＲ２１０の電極２１４をＦＢＡＲ２５０の電極２５４に電気的に接続し、さらに、ＦＢＡＲ２１０の電極２１２を第２の端子Ｓの一方に電気的に接続し、ＦＢＡＲ２５０の電極２５２を第２の端子Ｓの他方に電気的に接続する。変形の１つにおいて、電気回路２４６は、ＦＢＡＲ２１０の電極２１２をＦＢＡＲ２５０の電極２５２に電気的に接続し、さらに、ＦＢＡＲ２１０の電極２１４とＦＢＡＲ２５０の電極２５４を第２の端子Ｓに電気的に接続する。
電気回路２４５は、ＦＢＡＲ２２０を機械的に収縮させる電気信号が第１の端子Ｆに加えられると、さらに、ＦＢＡＲ２６０が同じ量だけ機械的に伸張し、また、ＦＢＡＲ２２０を機械的に伸張させる電気信号が第１の端子Ｆに加えられると、さらに、ＦＢＡＲ２６０が同じ量だけ機械的に収縮するという意味において、ＦＢＡＲ２２０及び２６０を逆並列に接続する。従って、ＦＢＡＲ２６０によって発生する音響エネルギは、ＦＢＡＲ２２０によって発生する音響エネルギと逆相をなす。従って、ＦＢＡＲ２５０がＦＢＡＲ２６０から受ける音響エネルギは、ＦＢＡＲ２１０がＦＢＡＲ２２０から受ける音響エネルギと逆相をなし、電極２５２の電圧は、電極２１２の電圧と逆相をなす。結果として、第２の端子Ｓ間の電圧差は、ＦＢＡＲ２１０及び２５０のいずれかの両端間における電圧の２倍になる。
第１の端子Ｆのそれぞれと基板２０２との間には、ほぼ同じキャパシタンスが存在する。各第１の端子には、基板に近い電極の１つと、基板から遠い電極の１つが接続されている。図示の例の場合、第１の端子の一方には、基板に近い電極２２２と、基板から遠い電極２６４が接続されており、第１の端子の他方には、基板に近い電極２６２と、基板から遠い電極２２４が接続されている。さらに、第２の端子Ｓのそれぞれと基板２０２の間には、ほぼ同じキャパシタンスが存在する。第２の端子に接続された電極２１２及び２５２は、基板からの距離が同じである。従って、膜状音響結合変成器２００は、電気的に平衡であり、結果として、図１Ａ〜図１Ｃに関連して上述の膜状音響結合変成器１００よりもはるかに多くの用途について、コモンモード除去比が十分に高くなる。
図４Ｄには、電気回路２４７によって、ＳＢＡＲ２０６のＦＢＡＲ２２０とＳＢＡＲ２０８のＦＢＡＲ２６０が、第１の端子Ｆ間において電気的に直列に接続され、電気回路２４８によって、ＳＢＡＲ２０６のＦＢＡＲ２１０とＳＢＡＲ２０８のＦＢＡＲ２５０が、逆並列をなすように第２の端子Ｓに電気的に接続される、もう１つの電気的接続方式の概略が示されている。
すなわち、電気回路２４７は、ＦＢＡＲ２２０の電極２２２をＦＢＡＲ２６０の電極２６２に電気的に接続し、さらに、ＦＢＡＲ２２０の電極２２４とＦＢＡＲ２６０の電極２６４を第１の端子Ｆに電気的に接続する。電気回路２４８は、ＦＢＡＲ２１０の電極２１２をＦＢＡＲ２５０の電極２５４と第２の端子Ｓの一方に電気的に接続し、さらに、ＦＢＡＲ２１０の電極２１４をＦＢＡＲ２５０の電極２５２と第２の端子Ｓの他方に電気的に接続する。変形の１つでは、電気回路２４７は、ＦＢＡＲ２２０の電極２２４をＦＢＡＲ２６０の電極２６４に電気的に接続し、さらに、ＦＢＡＲ２２０の電極２２２とＦＢＡＲ２６０の電極２６２を第１の端子Ｆに電気的に接続する。
電気回路２４７は、ＦＢＡＲ２２０と２６０を電気的に直列に接続するので、第１の端子Ｆに加えられる入力電気信号は、ＦＢＡＲ２２０と２６０の間でほぼ等分される。ＦＢＡＲ２２０及び２６０は、ＦＢＡＲ２２０を機械的に収縮させる電気信号が第１の端子Ｆに加えられると、ＦＢＡＲ２６０が同じ量だけ機械的に伸張し、また、ＦＢＡＲ２２０を機械的に伸張させる電気信号が第１の端子Ｆに加えられると、ＦＢＡＲ２６０が同じ量だけ機械的に収縮するという意味において、直列に接続されている。従って、ＦＢＡＲ２６０によって発生する音響エネルギは、ＦＢＡＲ２２０によって発生する音響エネルギと逆相をなす。ＦＢＡＲ２５０がＦＢＡＲ２６０から受ける音響エネルギは、ＦＢＡＲ２１０がＦＢＡＲ２２０から受ける音響エネルギと逆相をなし、電極２５２と２５４の間の電圧は、電極２１２と２１４の間の電圧と逆相をなす。電気回路２４８は、ＦＢＡＲ２１０と２５０を逆並列に接続するので、第２の端子Ｓに出力される電圧は、電極２１４と２１２の間の電圧と同相をなし、電極２５４と２５２との間の電圧とも同相をなす。結果として、第２の端子Ｓ間の電圧差は、ＦＢＡＲ２１０及び２５０のいずれかの両端間における電圧に等しく、第１の端子Ｆ間電圧の２分の１に等しくなる。
第１の端子Ｆのそれぞれと基板２０２との間には、ほぼ同じキャパシタンスが存在する。第１の端子に接続された電極２２４及び２６４は、基板からの距離が同じである。さらに、第２の端子Ｓのそれぞれと基板２０２の間には、ほぼ同じキャパシタンスが存在する。各第２の端子には、基板に近い電極の１つと、基板から遠い電極の１つが接続されている。図示の例の場合、第２の端子の一方には、基板に近い電極２１２と基板から遠い電極２５４が接続され、第２の端子の他方には、基板に近い電極２５２と基板から遠い電極２１４が接続されている。従って、膜状音響結合変成器２００は、電気的に平衡であり、結果として、図１Ａ〜図１Ｃに関連して上述の膜状音響結合変成器１００よりもはるかに多くの用途について、コモンモード除去比が十分に高くなる。
図４Ｃに例示の膜状音響結合変成器２００の実施態様は、第１の端子Ｆが一次端子の働きをし、第２の端子Ｓが二次端子の働きをする場合、昇圧変成器である。一次端子に印加される電圧は、二次端子からその２倍の電圧として出力される。また、ＦＢＡＲ２１０、２２０、２５０、及び、２６０の全ての特性インピーダンスが同様である典型的な実施態様の場合、一次端子で観測されるインピーダンスは、並列をなす２つのＦＢＡＲのインピーダンス、すなわち、単一ＦＢＡＲの典型的な特性インピーダンスの２分の１であり、一方、二次端子で観測されるインピーダンスは、直列をなす２つのＦＢＡＲのインピーダンス、すなわち、単一ＦＢＡＲの典型的な特性インピーダンスの２倍である。従って、図４Ｃに例示の膜状音響結合変成器２００の実施態様は、一次側と二次側のインピーダンス比が１：４である。
図４Ｃに例示の膜状音響結合変成器２００の実施態様は、第１の端子Ｆが二次端子の働きをし、第２の端子Ｓが一次端子の働きをする場合、降圧変成器である。この場合、二次端子から出力される電圧は、一次端子に印加される電圧の２分の１であり、一次側と二次側のインピーダンス比は４：１である。
図４Ｄに例示の膜状音響結合変成器２００の実施態様は、第１の端子Ｆが一次端子の働きをし、第２の端子Ｓが二次端子の働きをする場合、降圧変成器である。一次端子に印加される電圧は、二次端子からその２分の１の電圧として出力される。また、ＦＢＡＲ２１０、２２０、２５０、及び、２６０の全ての特性インピーダンスが同様である典型的な実施態様の場合、一次端子で観測されるインピーダンスは、直列をなす２つのＦＢＡＲのインピーダンス、すなわち、単一ＦＢＡＲの典型的な特性インピーダンスの２倍であり、一方、二次端子で観測されるインピーダンスは、並列をなす２つのＦＢＡＲのインピーダンス、すなわち、単一ＦＢＡＲの典型的な特性インピーダンスの２分の１である。従って、図４Ｄに例示の膜状音響結合変成器２００の実施態様は、一次側と二次側のインピーダンス比が４：１である。
図４Ｄに例示の膜状音響結合変成器２００の実施態様は、第１の端子Ｆが二次端子の働きをし、第２の端子Ｓが一次端子の働きをする場合、昇圧変成器である。この場合、二次端子から出力される電圧は、一次端子に印加される電圧の２倍であり、一次側と二次側のインピーダンス比は１：４である。
低コモンモード除去比が重要ではない用途の場合、ＦＢＡＲは、上で述べたものとは異なる電気回路利用して電気的に相互接続することが可能である。図４Ｅには、電気回路２４７によって、ＳＢＡＲ２０６のＦＢＡＲ２２０とＳＢＡＲ２０８のＦＢＡＲ２６０が、並列をなすように、第１の端子Ｆに接続され、電気回路２４８によって、ＳＢＡＲ２０６のＦＢＡＲ２１０とＳＢＡＲ２０８のＦＢＡＲ２５０が、並列をなすように、第２の端子Ｓに電気的に接続される、インピーダンス変換比が１：１の音響結合変成器の一例が示されている。
図４Ｆには、電気回路２４７によって、ＳＢＡＲ２０６のＦＢＡＲ２２０とＳＢＡＲ２０８のＦＢＡＲ２６０が、逆直列をなすように、第１の端子Ｆに接続され、電気回路２４８によって、ＳＢＡＲ２０６のＦＢＡＲ２１０とＳＢＡＲ２０８のＦＢＡＲ２５０が、逆直列をなすように、第２の端子Ｓ間に電気的に接続される、インピーダンス変換比が１：１の音響結合変成器の一例が示されている。
図４Ｇには、電気回路２４７によって、ＳＢＡＲ２０６のＦＢＡＲ２２０とＳＢＡＲ２０８のＦＢＡＲ２６０が、並列をなすように、第１の端子Ｆに接続され、電気回路２４８によって、ＳＢＡＲ２０６のＦＢＡＲ２１０とＳＢＡＲ２０８のＦＢＡＲ２５０が、逆直列をなすように、第２の端子Ｓ間に電気的に接続される、音響結合変成器の一例が示されている。この例のインピーダンス変換比は、第１の端子Ｆが一次端子の働きをし、第２の端子Ｓが二次端子の働きをする場合の、１：４か、または、第２の端子Ｓが一次端子の働きをし、第１の端子Ｆが二次端子の働きをする場合の、４：１である。
図４Ｈには、電気回路２４７によって、ＳＢＡＲ２０６のＦＢＡＲ２１０とＳＢＡＲ２０８のＦＢＡＲ２５０が、並列をなすように、第１の端子Ｆに接続され、電気回路２４８によって、ＳＢＡＲ２０６のＦＢＡＲ２２０とＳＢＡＲ２０８のＦＢＡＲ２６０が、逆直列をなすように、第２の端子Ｓ間に電気的に接続される、音響結合変成器の一例が示されている。この例のインピーダンス変換比は、第１の端子Ｆが一次端子の働きをし、第２の端子Ｓが二次端子の働きをする場合の、１：４か、または、第２の端子Ｓが一次端子の働きをし、第１の端子Ｆが二次端子の働きをする場合の、４：１である。
図３Ａ〜図３Ｃに示す実施態様の電気的構成は、図４Ｃに示すものと同様である。第１の端子及び第２の端子は、ボンディング・パッドとして構成されている。ボンディング・パッド２８２及びボンディング・パッド２８４は、膜状音響結合変成器２００の第１の端子を構成している。ボンディング・パッド２３６、電極２２２からボンディング・パッド２３６まで延びる電気トレース２３７、ボンディング・パッド２３６と電気的に接触しているボンディング・パッド２７８、及び、電極２６４からボンディング・パッド２７８まで延びる電気トレース２７９は、ＦＢＡＲ２２０の電極２２２をＦＢＡＲ２６０の電極２６４に接続する、電気回路２４２（図４Ｃ）の一部を構成している。ボンディング・パッド２３８、電極２２４からボンディング・パッド２３８まで延びる電気トレース２３９、ボンディング・パッド２３８と電気的に接触しているボンディング・パッド２７６、及び、電極２６２からボンディング・パッド２７６まで延びる電気トレース２７７は、ＦＢＡＲ２２０の電極２２４をＦＢＡＲ２６０の電極２６２に接続する、電気回路２４２の一部を構成している。電極２２２とボンディング・パッド２８２の間に延びる電気トレース２８３、及び、電極２６４とボンディング・パッド２８４の間に延びる電気トレース２８５は、第１の端子に逆並列に接続されたＦＢＡＲ２２０と２６０を接続する電気回路２４２の一部を構成している。
代替実施態様の場合、ボンディング・パッド２８２及び２８４と、トレース２８３及び２８５が省かれており、ボンディング・パッド２３８及び２７８が、膜状音響結合変成器２００の第１の端子をなしている。
ボンディング・パッド２３２及びボンディング・パッド２７２は、膜状音響結合変成器２００の第２の端子を構成している。電極２１４と電極２５４の間に延びる電気トレース２３５は、ＦＢＡＲ２１０とＦＢＡＲ２５０を直列に接続する電気回路２４８（図４Ａ）の一部を構成している。電極２１２とボンディング・パッド２３２の間に延びる電気トレース、及び、電極２５２とボンディング・パッド２７２の間に延びる電気トレースは、ＦＢＡＲ２１０とＦＢＡＲ２５０を第２の端子に接続する電気回路２４８の一部を構成している。
膜状音響結合変成器２００の場合、音響デカップラ２３０が、ＦＢＡＲ２１０と２２０の間、すなわち、電極２１４と２２２の間に配置されている。音響デカップラ２３０は、ＦＢＡＲ２１０と２２０との間における音響エネルギの結合を制御する。さらに、音響デカップラ２７０が、ＦＢＡＲ２５０と２６０の間、すなわち、電極２５４と２６２の間に配置されている。音響デカップラ２７０は、ＦＢＡＲ２５０と２６０との間における音響エネルギの結合を制御する。すなわち、音響デカップラ２３０によって、ＦＢＡＲ２１０と２２０の間で結合される音響エネルギは、ＦＢＡＲが互いに直接接触している場合に結合される音響エネルギよりも少ない。同様に、音響デカップラ２７０によって、ＦＢＡＲ２５０と２６０の間で結合される音響エネルギは、ＦＢＡＲが互いに直接接触している場合に結合される音響エネルギよりも少ない。音響デカップラ２３０及び２７０によって決まる音響エネルギの結合によって、膜状音響結合変成器２００の通過帯域幅が決定される。
図３Ａ〜図３Ｃに示す実施態様の場合、音響デカップラ２３０及び２７０は、音響デカップリング材料の層から構成されている。音響デカップラ２３０及び２７０を構成する音響デカップリング材料の層の重要な特性は、音響インピーダンスが、ＦＢＡＲ２１０、２２０、２５０、及び、２６０より低く、厚さが、音響デカップラの音響デカップリング材料における変成器の通過帯域の中心周波数の４分の１の整数倍であり、変圧器の一次側と二次側との間に電気的絶縁を施すため、電気抵抗率が高く、誘電率が低いということである。音響デカップラ２３０及び２７０の材料及び他の特性は、図１Ａ〜１Ｃ及び図２に関連して上述のものと同様である。従って、ここでは、音響デカップラ２３０及び２７０に関するこれ以上の説明は控えることにする。
ＳＢＡＲ２０６及びＳＢＡＲ２０８は、互いに隣接して配置され、基板２０２に形成されたキャビティ２０４の上に吊るされている。キャビティの上にＳＢＡＲを吊り下げることによって、各ＳＢＡＲのスタック形ＦＢＡＲは、機械的共振が可能になる。スタック形ＦＢＡＲの機械的共振を可能にする他の吊り下げ方式も可能である。例えば、ＳＢＡＲは、上述のＬａｋｉｎの米国特許第６，１０７、７２１号明細書に開示されているように、基板２０２に形成された不整合音響ブラッグ反射器（不図示）の上に配置することが可能である。
ウェーハ・スケール製作によって、膜状音響結合変成器２００と同様の数千の膜状音響結合変成器が一度に製作される。こうしたウェーハ・スケール製作によって、膜状音響結合変成器の製作が低コストになる。典型的な製作方法については、次に、図５Ａ〜５Ｊの平面図及び図５Ｋ〜５Ｔの断面図に関連して述べることにする。上述のように、この製作方法を利用して、図１Ａ〜１Ｃに関連して上述の膜状音響結合変成器１００を製作することが可能である。
単結晶シリコンのウェーハが用意される。ウェーハの一部は、製作される各変成器毎に、変成器２００の基板２０２に対応する基板を構成する。図５Ａ〜図５Ｊ及び図５Ｋ〜図５Ｔには、ウェーハの一部内及びウェーハの一部上における変成器２００の製作が例示されており、以下の説明では、それについて解説される。変成器２００が製作されると、ウェーハ上の残りの変成器が、同様に製作される。
変成器２００の基板２０２を構成するウェーハの一部に、選択的にウェット・エッチングが施されて、図５Ａ及び５Ｋに示すようなキャビティ２０４が形成される。
ウェーハ表面に、キャビティを充填するのに十分な厚さの充填材料の層（不図示）が堆積させられる。次に、ウェーハ表面を平坦化して、充填材料で充填されたキャビティが残される。図５Ｂ及び図５Ｌには、充填材料２０５を充填した、基板２０２のキャビティ２０４が示されている。
実施態様の１つでは、充填材料は、燐酸シリケート・ガラス（ＰＳＧ）であり、従来の低圧化学蒸着（ＬＰＣＶＤ）を用いて堆積させられた。充填材料は、代わりに、スパッタリングまたはスピン・コーティングによって堆積させることも可能である。
金属層が、ウェーハ表面及び充填材料上に堆積させられる。金属にパターン形成を施して、図５Ｃ及び５Ｍに示すような、電極２１２、ボンディング・パッド２３２、電極２１２とボンディング・パッド２３２の間に延びる電気トレース２３３、電極２５２、ボンディング・パッド２７２、及び、電極２１２とボンディング・パッド２７２の間に延びる電気トレース２７３が形成される。電極２１２及び電極２５２は、一般に、ウェーハの主表面に対して平行な平面に不規則な形状を備えている。不規則な形状は、その開示が参考までに本開示において援用されている、ＬａｒｓｏｎIII他の米国特許第６，２１５、３７５号明細書に開示されているように、電極がその一部を形成するＦＢＡＲ２１０及びＦＢＡＲ２５０（図３Ａ）における横モードを最小限に抑える。電極２１２及び電極２５２は、充填材料２０５の表面の一部を露出するように配置されているので、後述するように、エッチングによって、後で、充填材料を除去することが可能である。
電極２１２、２１４、２２２、２２４、２５２、２５４、２６２、及び、２６４が形成される金属層は、ウェーハの主表面に対して平行なそれぞれの平面において、ＦＢＡＲ２１０の電極２１２及び２１４の形状、サイズ、配向、及び、位置が同じになり、ＦＢＡＲ２２０の電極２２２及び２２４の形状、サイズ、配向、及び、位置が同じになり、ＦＢＡＲ２５０の電極２５２及び２５４の形状、サイズ、配向、及び、位置が同じになり、ＦＢＡＲ２６０の電極２６２及び２６４の形状、サイズ、配向、及び、位置が同じになるようにパターン形成が施される。一般に、電極２１４及び２２２の形状、サイズ、配向、及び、位置が、さらに、同じになり、電極２５４及び２６２の形状、サイズ、配向、及び、位置が、さらに、同じになる。
実施態様の１つでは、電極２１２、ボンディング・パッド２３２、トレース２３３、電極２５２、ボンディング・パッド２７２、及び、トレース２７３を形成するために堆積させられた金属は、モリブデンであった。モリブデンは、スパッタリングによって、約２７０ｎｍの厚さに堆積させられ、ドライ・エッチングでパターン形成を施されて、それぞれ、約２６，０００平方μｍの面積の五角形電極が形成された。代わりに、電極２１２及び２５２、ボンディング・パッド２３２及び２７２、及び、トレース２３３及び２７３の材料として、タングステン、ニオブ、及び、チタンのような他の耐熱金属を利用することも可能である。あるいはまた、電極、ボンディング・パッド、及び、トレースに、２つ以上の材料による層を含むことも可能である。
圧電材料の層を堆積させて、パターン形成を施し、図５Ｄ及び図５Ｎに示すように、ＦＢＡＲ２１０の圧電層２１６及びＦＢＡＲ２５０の圧電層２５６をなす圧電層２１７が形成される。圧電層２１７にパターン形成を施して、充填材料２０５の表面の一部、及び、ボンディング・パッド２３２及び２７２が露出させられる。さらに、圧電層２１７にパターン形成を施して、充填材料の表面の別の部分への接近を可能にするウィンドウ２１９が形成される。
実施態様の１つでは、圧電材料層２１７を形成するために堆積させられた圧電材料は、窒化アルミニウムであり、スパッタリングによって約１．５μｍの厚さに堆積させられた。圧電材料は、水酸化カリウムにウェット・エッチングを施すか、または、塩素ベースのドライ・エッチングによってパターン形成された。圧電層２１７の代替材料には、酸化亜鉛及びジルコン酸チタン酸鉛が含まれている。
金属層が堆積させられ、パターン形成を施されて、図５Ｅ及び図５Ｏに示すように、電極２１４、電極２５４、及び、電極２１４と電極２５４の間に延びる電気トレース２３５が形成される。
実施態様の１つでは、電極２１４及び電極２５４を形成するために堆積させられた金属は、モリブデンであった。モリブデンは、スパッタリングによって約２４０ｎｍの厚さに堆積させられ、ドライ・エッチングによってパターン形成が施された。代わりに、電極２１４及び２５４と、トレース２３５の材料として、他の耐熱金属を利用することも可能である。あるいはまた、電極及びトレースに、２つ以上の材料からなる層を含むことも可能である。
音響デカップリング材料の層が堆積させられ、パターン形成を施されて、図５Ｆ及び図５Ｐに示すように、音響デカップラ２３０及び音響デカップラ２７０をなす音響デカップリング層２３１が形成される。音響デカップリング層２３１は、少なくとも電極２１４及び電極２５４を覆うように整形され、さらに、充填材料２０５の表面の一部、及び、ボンディング・パッド２３２及び２７２を露出するように整形される。音響デカップリング層２３１は、さらに、パターン形成を施されて、充填材料の表面の別の部分に対する接近を可能にするウィンドウ２１９が形成される。
実施態様の１つでは、音響デカップリング材料は、厚さが約１５０ｎｍのポリイミドであった。ポリイミドが堆積させられ、スピン・コーティングによって音響デカップリング層２３１が形成され、フォトリソグラフィによってパターン形成を施された。ポリイミドは感光性であり、従って、フォトレジストが不要になる。上述のように、音響デカップリング材料として、他のプラスチック材料を利用することが可能である。音響デカップリング材料は、スピン・コーティング以外の方法によって堆積させることが可能である。
音響デカップリング層２３１の材料が、ポリイミドである実施態様の１つにおいて、ポリイミドの堆積及びパターン形成後、後続の処理を実施する前に、約３００℃でウェーハのベーキングが行われた。ベーキングによって、ポリイミドの揮発性成分が蒸発するので、後続処理中に、こうした揮発性成分が蒸発することによって生じる、引き続き堆積させられる層の剥離が阻止される。
金属層が堆積させられ、パターン形成を施されて、図５Ｇ及び図５Ｑに示すように、電極２２２、相互接続パッド２３６、電極２２２から相互接続パッド２３６まで延びる電気トレース２３７、ボンディング・パッド２８２、及び、電極２２２からボンディング・パッド２８２まで延びる電気トレース２８３が形成される。このパターン形成によって、やはり、図５Ｇ及び図５Ｑに示すように、金属電極の層２６２に、相互接続パッド２７６、及び、電極２６２から相互接続パッド２７６まで延びる電気トレース２７７も形成される。
実施態様の１つでは、電極２２２及び２６２、ボンディング・パッド２８２、相互接続パッド２３６及び２７６、及び、電気トレース２３７、２７７、及び、２８３を形成するために堆積させられた金属は、モリブデンであった。モリブデンは、スパッタリングによって、約２４０ｎｍの厚さに堆積させられ、ドライ・エッチングによってパターン形成を施された。代わりに、電極２２２及び２６２、パッド２３６、２７６、及び、２８２、及び、電気トレース２３７、２７７、及び、２８３の材料として、他の耐熱金属を利用することも可能である。あるいはまた、電極、ボンディング・パッド、及び、トレースには、２つ以上の材料からなる層を含むことも可能である。
圧電材料の層が堆積させられ、パターン形成を施されて、ＦＢＡＲ２２０の圧電層２２６及びＦＢＡＲ２６０の圧電層２６６をなす圧電層２２７が形成される。圧電層２２７は、図５Ｈ及び図５Ｒに示すように、ボンディング・パッド２３２、２３６、２７２、２７６、及び、２８２を露出し、充填材料の２０５の表面の一部を露出するように整形される。圧電層２２７は、さらに、パターン形成を施されて、充填材料の表面の別の部分に対する接近を可能にするウィンドウ２１９が形成される。
実施態様の１つでは、圧電層２２７を形成するために堆積させられた圧電材料は、窒化アルミニウムであり、スパッタリングによって約１．５μｍの厚さに堆積させられた。圧電材料は、水酸化カリウムにウェット・エッチングを施すか、または、塩素ベースのドライ・エッチングによってパターン形成された。圧電層２２７の代替材料には、酸化亜鉛及びジルコン酸チタン酸鉛が含まれている。
金属層が堆積させられ、パターン形成を施されて、図５Ｉ及び図５Ｓに示すように、電極２２４、相互接続パッド２３８、及び、電極２２４から相互接続パッド２３８まで延びる電気トレース２３９が形成される。相互接続パッド２３８は、相互接続パッド２７６の上に配置されて、電極２２４及び２６２を相互接続する電機接続２４５（図４Ｃ）の一部をなしている。このパターン形成によって、金属電極の層２６４に、やはり、図５Ｉ及び図５Ｓに示すように、相互接続パッド２７８、電極２６４から相互接続パッド２７８まで延びる電気トレース２７９、ボンディング・パッド２８４、及び、電極２６４からボンディング・パッド２８４まで延びる電気トレース２８５も形成される。相互接続パッド２７８は、相互接続パッド２３６の上に配置されて、電極２２２及び２６４を相互接続する電機接続２４５の一部をなしている。上述のように、スタック形相互接続パッド２３６及び２７８とスタック形相互接続パッド２７６及び２３８に対して、確実な電機接続を施すことができれば、ボンディング・パッド２８２及び２８４と、電気トレース２８３及び２８５は、省略することが可能である。
実施態様の１つでは、電極２２４及び２２６、ボンディング・パッド２３８、２７８、及び、２８４、及び、電気トレース２３７、２７９、及び、２８５を形成するために堆積させられた金属は、モリブデンであった。モリブデンは、スパッタリングによって約２７０ｎｍの厚さまで堆積させられ、ドライ・エッチングによってパターン形成が施された。電極２２４及び２２６、ボンディング・パッド２３８、２７８、及び、２８４、及び、電気トレース２３７、２７９、及び、２８５の材料として、他の耐熱金属を用いることも可能である。あるいはまた、電極、ボンディング・パッド、及び、トレースには、２つ以上の材料による層を含むことも可能である。
次に、ウェーハに等方性ウェット・エッチングを施して、キャビティ２０４から充填材料２０５が除去される。上述のように、充填材料２０５の表面の一部は、例えば、ウィンドウ２１９によって露出したままである。図５Ｊ及び図５Ｔに示すように、エッチング・プロセスによって、キャビティ２０４の上に吊るされた膜状音響結合変成器２００は残される。
実施態様の１つでは、充填材料２０５の除去に用いられたエッチング液は希フッ化水素酸であった。
露出したボンディング・パッド２３２、２３８、２７２、２７８、２８２、及び、２８４には、金の保護層が堆積させられる。
次に、ウェーハが、変成器２００を含む個別変成器に分割される。各変成器は、パッケージ内に実装され、変成器のボンディング・パッド２３２、２７２、２８２、及び、２８４と、パッケージの一部をなすパッドとの間で、電気的接続が施される。
既述のものと同様のプロセスを利用して、ＦＢＡＲが図４Ｂに示すように電気的に接続される、膜状音響結合変成器２００の実施態様を製作することが可能である。
使用時、電極２２２及び２６４に電気的に接続されたボンディング・パッド２８２、及び、電極２２４及び２６２に電気的に接続されたボンディング・パッド２８４によって、変成器２００の第１の端子が得られ、電極２１２に電気的に接続されたボンディング・パッド２３２、及び、電極２５２に電気的に接続されたボンディング・パッド２７２によって、変成器２００の第２の端子が得られる。実施態様の１つでは、第１の端子は、膜状音響結合変成器２００の一次端子をなし、第２の端子は、二次端子をなす。もう１つの実施態様では、第１の端子は、膜状音響結合変成器２００の二次端子をなし、第２の端子は、一次端子をなす。
本開示には、例証となる実施態様を利用して、本発明の詳細な説明がなされている。しかし、云うまでもないが、付属の請求項によって定義される本発明は、解説の実施態様にそっくりそのまま制限されるものではない。
本発明による薄膜音響結合変成器の第１の実施態様に関する一例の平面図。 図１Ａの断面線１Ｂ−１Ｂに沿った薄膜音響結合変成器の断面図。 図１Ａの断面線１Ｃ−１Ｃに沿った薄膜音響結合変成器の断面図。 音響デカップラの第１の実施態様を示す、図１Ａの断面線１Ｂ−１Ｂに沿って図示された帯域フィルタの一部の拡大断面図である。 音響デカップラの第２の実施態様を示す、図１Ａの断面線１Ｂ−１Ｂに沿って図示された帯域フィルタの一部の拡大断面図である。 図１Ａ〜図１Ｃに示す薄膜音響結合変成器の実施態様について計算された周波数応答が、音響デカップラの音響インピーダンスによってどれほど左右されるかを示すグラフである。 本発明による薄膜音響結合変成器の第２の実施態様に関する一例の平面図。 図３Ａの断面線３Ｂ−３Ｂに沿った薄膜音響結合変成器の断面図である。 図３Ａの断面線３Ｃ−３Ｃに沿った薄膜音響結合変成器の断面図である。 図３Ａ〜図３Ｃに示す薄膜音響結合変成器の電気的に平衡な実施態様の電気回路を示す概略図である。 図３Ａ〜図３Ｃに示す薄膜音響結合変成器の電気的に平衡な実施態様の電気回路を示す概略図である。 図３Ａ〜図３Ｃに示す薄膜音響結合変成器の電気的に平衡な実施態様の電気回路を示す概略図である。 図３Ａ〜図３Ｃに示す薄膜音響結合変成器の電気的に不平衡な実施態様の電気回路を示す概略図である。 図３Ａ〜図３Ｃに示す薄膜音響結合変成器の電気的に不平衡な実施態様の電気回路を示す概略図である。 図３Ａ〜図３Ｃに示す薄膜音響結合変成器の電気的に不平衡な実施態様の電気回路を示す概略図である。 図３Ａ〜図３Ｃに示す薄膜音響結合変成器の電気的に不平衡な実施態様の電気回路を示す概略図である。 図３Ａ〜図３Ｃに示す薄膜音響結合変成器の電気的に不平衡な実施態様の電気回路を示す概略図である。 本発明による薄膜音響結合変成器の製作プロセスを例示した平面図。 本発明による薄膜音響結合変成器の製作プロセスを例示した平面図。 本発明による薄膜音響結合変成器の製作プロセスを例示した平面図。 本発明による薄膜音響結合変成器の製作プロセスを例示した平面図。 本発明による薄膜音響結合変成器の製作プロセスを例示した平面図。 本発明による薄膜音響結合変成器の製作プロセスを例示した平面図。 本発明による薄膜音響結合変成器の製作プロセスを例示した平面図。 本発明による薄膜音響結合変成器の製作プロセスを例示した平面図。 本発明による薄膜音響結合変成器の製作プロセスを例示した平面図。 本発明による薄膜音響結合変成器の製作プロセスを例示した平面図。 図５Ａ〜図５Ｊの断面線５Ｋ−５Ｋに沿った断面図。 図５Ａ〜図５Ｊの断面線５Ｌ−５Ｌに沿った断面図。 図５Ａ〜図５Ｊの断面線５Ｍ−５Ｍに沿った断面図。 図５Ａ〜図５Ｊの断面線５Ｎ−５Ｎに沿った断面図。 図５Ａ〜図５Ｊの断面線５Ｏ−５Ｏに沿った断面図。 図５Ａ〜図５Ｊの断面線５Ｐ−５Ｐに沿った断面図。 図５Ａ〜図５Ｊの断面線５Ｑ−５Ｑに沿った断面図。 図５Ａ〜図５Ｊの断面線５Ｒ−５Ｒに沿った断面図。 図５Ａ〜図５Ｊの断面線５Ｓ−５Ｓに沿った断面図。 図５Ａ〜図５Ｊの断面線５Ｔ−５Ｔに沿った断面図。
符号の説明
１００ 音響結合変成器
１０６ スタック形バルク音響変成器
１１０ 膜状バルク音響共鳴器
１１２、１１４ 平面電極
１１６ 圧電層
１２０ 膜状バルク音響共鳴器
１３０ 音響デカップラ
１３２、１３４ 第１の端子
１３６、１３８ 第２の端子
１６１ ブラッグ構造
２００ 音響結合変成器
２０６ 第１のスタック形バルク音響変成器
２０８ 第２のスタック形バルク音響変成器
２１０ 膜状バルク音響共鳴器
２１２、２１４ 平面電極
２１６ 圧電層
２２０ 膜状バルク音響共鳴器
２３０ 音響デカップラ
２３１ 音響デカップリング材料の層
２４１ 第１の電気回路
２４２ 第２の電気回路

Claims (16)

  1. 向かい合った平面電極および該電極間にある圧電材料の層を有する、スタック状の対をなす膜状バルク音響共鳴器（ＦＢＡＲ）、および前記ＦＢＡＲ間に設けられた音響デカップラを、それぞれが具備する、第１のスタック形バルク音響共鳴器（ＳＢＡＲ）および第２のスタック形バルク音響共鳴器と、
    前記第１のＳＢＡＲのＦＢＡＲの一方を前記第２のＳＢＡＲのＦＢＡＲの一方に接続する第１の電気回路と、
    前記第１のＳＢＡＲのＦＢＡＲの他方を前記第２のＳＢＡＲのＦＢＡＲの他方に接続する第２の電気回路と、
    を備え、
    前記第１の電気回路が、前記第１のＳＢＡＲの前記ＦＢＡＲの一方と前記第２のＳＢＡＲの前記ＦＢＡＲの一方を（ａ）並列及び（ｂ）逆直列の一方をなすように接続することと、
    前記第２の電気回路が、前記第１のＳＢＡＲの前記ＦＢＡＲの他方と前記第２のＳＢＡＲの前記ＦＢＡＲの他方を（ａ）並列及び（ｂ）逆直列の一方をなすように接続することを特徴とする、
    音響結合変成器。
  2. 各音響デカップラが音響デカップリング材料の層を有することを特徴とする、請求項１に記載の音響結合変成器。
  3. 前記圧電材料が音響インピーダンスを有することと、
    前記音響デカップリング材料が、前記圧電材料の音響インピーダンスと空気の音響インピーダンスの中間の音響インピーダンスを有することを特徴とする、
    請求項２に記載の音響結合変成器。
  4. 前記音響デカップリング材料にプラスチックが含まれる、請求項３に記載の音響結合変成器。
  5. 前記プラスチックに、ポリイミドとポリ（パラキシレン）の一方が含まれる、請求項４に記載の音響結合変成器。
  6. 前記変成器が、中心周波数によって特性が決まる通過帯域を有することと、
    前記音響デカップリング材料の層の公称厚さが、前記中心周波数に等しい周波数を有する音波の、前記音響デカップリング材料内における波長の４分の１の奇整数倍に等しいことを特徴とする、
    請求項２ないし５のいずれかに記載の音響結合変成器。
  7. 各音響デカップラがブラッグ構造を有する、請求項１に記載の音響結合変成器。
  8. 向かい合った平面電極および該電極間にある圧電材料の層を有する、スタック状の対をなす膜状バルク音響共鳴器（ＦＢＡＲ）、および前記ＦＢＡＲ間に設けられた音響デカップラを具備するスタック形バルク音響共鳴器（ＳＢＡＲ）と、
    前記ＦＢＡＲの一方の電極に電気的に接続された第１の端子と、
    前記ＦＢＡＲの他方の電極に電気的に接続された第２の端子と、
    を備える、音響結合変成器であって、
    前記音響デカップラがブラッグ構造を有し、
    前記ブラッグ構造は、２個の高音響インピーダンスブラッグ素子の間に挟まれた低音響インピーダンスブラッグ素子を備え、
    前記低音響インピーダンスブラッグ素子は、波長が前記変成器の中心周波数に等しい音波の、ＳｉＯ ２ 内における波長の四分の三に等しい公称厚さを備え、
    前記高音響インピーダンスブラッグ素子の一方は、前記ＦＢＡＲのうちの一方の前記電極のうちの一つと同じ材料を用いた層であり、前記ＦＢＡＲのうちの一方の前記電極のうちの一つとして働き、
    前記高音響インピーダンスブラッグ素子の他方は、前記ＦＢＡＲのうちの他方の前記電極のうちの一つと同じ材料を用いた層であり、前記ＦＢＡＲのうちの他方の前記電極のうちの一つとして働き、
    前記２つの高音響インピーダンスブラッグ素子は、波長が前記変成器の中心周波数に等しい音波の、それぞれの材料内における波長の四分の一に等しい公称厚さを備える、
    音響結合変成器。
  9. 向かい合った平面電極および該電極間にある圧電材料の層を有する、スタック状の対をなす膜状バルク音響共鳴器（ＦＢＡＲ）、および前記ＦＢＡＲ間に設けられた音響デカップラを、それぞれが具備する、第１のスタック形バルク音響共鳴器（ＳＢＡＲ）および第２のスタック形バルク音響共鳴器と、
    前記第１のＳＢＡＲのＦＢＡＲの一方を前記第２のＳＢＡＲのＦＢＡＲの一方に接続する第１の電気回路と、
    前記第１のＳＢＡＲのＦＢＡＲの他方を前記第２のＳＢＡＲのＦＢＡＲの他方に接続する第２の電気回路と、
    を備える、音響結合変成器であって、
    前記音響デカップラがブラッグ構造を有し、
    前記ブラッグ構造は、２個の高音響インピーダンスブラッグ素子の間に挟まれた低音響インピーダンスブラッグ素子を備え、
    前記低音響インピーダンスブラッグ素子は、波長が前記変成器の中心周波数に等しい音波の、ＳｉＯ ２ 内における波長の四分の三に等しい公称厚さを備え、
    前記高音響インピーダンスブラッグ素子の一方は、前記ＦＢＡＲのうちの一方の前記電極のうちの一つと同じ材料を用いた層であり、前記ＦＢＡＲのうちの一方の前記電極のうちの一つとして働き、
    前記高音響インピーダンスブラッグ素子の他方は、前記ＦＢＡＲのうちの他方の前記電極のうちの一つと同じ材料を用いた層であり、前記ＦＢＡＲのうちの他方の前記電極のうちの一つとして働き、
    前記２つの高音響インピーダンスブラッグ素子は、波長が前記変成器の中心周波数に等しい音波の、それぞれの材料内における波長の四分の一に等しい公称厚さを備える、
    音響結合変成器。
  10. 前記第１の電気回路が、前記第１のＳＢＡＲの前記ＦＢＡＲの一方と前記第２のＳＢＡＲの前記ＦＢＡＲの一方を（ａ）直列及び（ｂ）逆並列の一方をなすように接続することと、
    前記第２の電気回路が、前記第１のＳＢＡＲの前記ＦＢＡＲの他方と前記第２のＳＢＡＲの前記ＦＢＡＲの他方を（ａ）直列及び（ｂ）逆並列の一方をなすように接続することを特徴とする、
    請求項９に記載の音響結合変成器。
  11. 前記第１の電気回路が、前記第１のＳＢＡＲの前記ＦＢＡＲの一方と前記第２のＳＢＡＲの前記ＦＢＡＲの一方を（ａ）並列及び（ｂ）逆直列の一方をなすように接続することと、
    前記第２の電気回路が、前記第１のＳＢＡＲの前記ＦＢＡＲの他方と前記第２のＳＢＡＲの前記ＦＢＡＲの他方を（ａ）並列及び（ｂ）逆直列の一方をなすように接続することを特徴とする、
    請求項９に記載の音響結合変成器。
  12. 各音響デカップラが音響デカップリング材料の層を有することを特徴とする、請求項８ないし１１のいずれかに記載の音響結合変成器。
  13. 前記圧電材料が音響インピーダンスを有することと、
    前記音響デカップリング材料が、前記圧電材料の音響インピーダンスと空気の音響インピーダンスの中間の音響インピーダンスを有することを特徴とする、
    請求項１２に記載の音響結合変成器。
  14. 前記音響デカップリング材料にプラスチックが含まれる、請求項１３に記載の音響結合変成器。
  15. 前記プラスチックに、ポリイミドとポリ（パラキシレン）の一方が含まれる、請求項１４に記載の音響結合変成器。
  16. 前記変成器が、中心周波数によって特性が決まる通過帯域を有することと、
    前記音響デカップリング材料の層の公称厚さが、前記中心周波数に等しい周波数を有する音波の、前記音響デカップリング材料内における波長の４分の１の奇整数倍に等しいことを特徴とする、
    請求項１２ないし１５のいずれかに記載の音響結合変成器。
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