KR100402066B1 - 필름 벌크 오코스틱 공진기를 이용한 스택형 필터 - Google Patents

필름 벌크 오코스틱 공진기를 이용한 스택형 필터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 필름 벌크 오코스틱 공진기를 이용한 스택형 필터에 관한 것으로, 소자가 실장되는 기판과; 상기 기판의 상면에 적층되는 적어도 2개의 필름 벌크 오코스틱 공진기에서, 상기 필름 벌크 오코스틱 공진기를 보호하는 세라믹을 포함하여 상기 필름 벌크 오코스틱 공진기 중 기판에 직접 적층되는 제 1 공진기는 제 1 반사기, 하부전극, 압전체, 상부전극, 제 2 반사기의 순서로 증착되어 형성되고, 상기 제 1 공진기의 제 2 반사기 위에 형성되는 제 2 공진기는 하부전극, 압전체, 상부전극의 순으로 적층되며, 상기 제 1 공진기와, 제 2 공진기는 상기 제 2 반사기를 공용하여 구성됨으로 특정 주파수 대역에서 공진을 유발하는 필름 형태의 소자를 필터로 구현하여 수직배열 함으로써 기생성분이 제거되고 소형화할 수 있는 효과가 있다.

Description

필름 벌크 오코스틱 공진기를 이용한 스택형 필터{A stack filter using FBAR}
본 발명은 필름 벌크 오코스틱 공진기를 이용한 스택형 필터에 관한 것으로서, 특히 특정 주파수 대역에서 공진을 유발하는 필름 형태의 소자를 필터로 구현하여 수직배열함으로써 기생성분이 제거되고 소형화된 필름 벌크 오코스틱 공진기를 이용한 스택형 필터에 관한 것이다.
일반적으로, 벌크 오코스틱은 압전물질 내에서 기판에 수직방향으로 발생하여 반사기에 의해 정재파를 형성하는 특성을 지닌다. 필름 벌크 오코스틱 공진기(Film bulk acoustic resonator) 필터는 이러한 특징을 주파수 선택기능 소자로 응용한 것이다.
즉, 상기 벌크 오코스틱 소자는 절연성이 큰 기판에 금속 전극을 형성해 압전을 걸면 일시적으로 기판 표면이 뒤틀리는데, 이 작용을 이용해 물리적인 파를 일으키게 된다. 상기 벌크 오코스틱 소자 내부를 전달하는 물결 속도가 전자파보다 느리기 때문에 일시적으로 전기 신호를 지연시키거나 특정 주파수 신호만을 통과시키는 필터로 이용된다. 이러한 필름 벌크 오코스틱 공진기는 압전 기판 상에 입력전극, 출력전극이 각각 형성되어 있다.
따라서, 상기 필름 벌크 오코스틱 공진기는 입력전극에 전기신호를 가하면 압전 기판의 표면에 탄성파가 발생하게 되고, 반사기에 전달되면 정재파를 형성하게 된다. 이때, 상기 필름 벌크 오코스틱 공진기의 직렬 및 병렬 조합에 의해 출력신호는 특정주파수대 성분만을 통과하고 불필요한 성분은 도중에 차단되게 된다.
도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 의한 필름 벌크 오코스틱 공진기를 이용한 대역과필터 및 그 등가회로를 도시한 것으로, 세라믹 기판 상면(S1)에 수평으로 배열된 입력전극 및 출력전극(R1 및 R2)이 각각 형성되어 있고, 외부와 입력전극(R1)간 및 입력전극(R1)과 출력전극(R2)간, 출력전극(R2)과 외부의 연결은 와이어 본딩(W1)으로 이루어진다.
그러나, 종래의 대역통과필터 및 듀플렉서는 필름 벌크 오코스틱 공진기가 수평으로 배열되어 있어 제품의 소형화에 한계가 있으며 대역통과필터(BPF:band pass filter)의 적용에서 상기 와이어 본딩에 의한 기생커패시턴스와 인덕턴스 성분의 발생으로 오차발생이 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 특정 주파수 대역에서 공진을 유발하는 필름 형태의 소자를 필터로 구현하여 수직배열함으로써 기생성분이 제거되고 소형화된 필름 벌크 오코스틱 공진기를 이용한 스택형 필터를 제공하는데 있다.
도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 의한 표면탄성파 필터의 구성 및 등가회로를 도시한 블록도,
도 2는 본 발명에 의한 필름 벌크 오코스틱 공진기를 이용한 필터의 구성을 도시한 블록도
도 3은 본 발명에 의한 필름벌크 오코스틱 공진기를 이용한 스택형 필터를 도시한 단면도
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
1 : 기판 2, 6 : 반사기
3, 7 : 하부전극 4, 8 : 압전체
5, 9 : 상부전극 10 : 세라믹
T1 및 T2 : 필름 벌크 오코스틱 공진기
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 필름 벌크 오코스틱 공진기를 이용한 스택형 필터의 특징에 따르면, 소자가 실장되는 기판과; 상기 기판의 상면에 적층되는 적어도 2개의 필름 벌크 오코스틱 공진기에서, 상기 필름 벌크 오코스틱 공진기를 보호하는 세라믹을 포함하여 상기 필름 벌크 오코스틱 공진기 중 기판에 직접 적층되는 제 1 공진기는 제 1 반사기, 하부전극, 압전체, 상부전극, 제 2 반사기의 순서로 증착되어 형성되고, 상기 제 1 공진기의 제 2 반사기 위에 형성되는 제 2 공진기는 하부전극, 압전체, 상부전극의 순으로 적층되며, 상기 제 1 공진기와, 제 2 공진기는 상기 제 2 반사기를 공용하여 구성된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
일반적인 표면탄성파 필터보다 1/6 크기의 필름 벌크 오코스틱 공진기(FBAR : film bulk acoustic resonator)은 실리콘(Si)이나 수정 진동자로 형성된 웨이퍼에 ZnO, AIN과 같은 압전체 물질을 증착하여 압전 특성으로 유발하는 박막 형태의 소자를 필터로 구현한 것이다.
이러한, FBAR는 저가격, 초소형, 고품질, 고주파 대응, 유전체/표면탄성파 필터보다 우수한 특성을 구현하고, MMIC 단일칩화가 가능하며 RF 전단부의 원칩화를 이루어 박막기술을 응용한 초고주파 대역의 부품에 적용되어 소형, 경량, 경박, 저전력화 요구 대응에 적합한 것이다.
도 2 는 필름 벌크 오코스틱 공진기의 구성을 도시한 것으로, 텅스텐(W)막과 실리콘산화막(SiO2)을 번갈아 적층하여 전체적으로 홀수층으로 이루어지는 반사기를 형성하고, 상기 반사기의 상면에 하부전극을 형성하며, 그 상면에 아연산화막(ZnO) 또는 알루미늄나이트라이드막(AIN)으로 이루어진 압전체를 형성한다.
상기 압전체의 상면에 상부전극을 형성하고, 그 상면에 다시 반사기를 형성함으로써 탄성파 소자를 구성한다.
도 3은 본 발명에 의한 필름 벌크 오코스틱 공진기를 이용한 스택형 필터의 구조를 도시한 것으로, 벌크 오코스틱 소자로 이루어진 필터(T1, T2)를 수직방향으로 2개 연결하여 형성한 구조이다.
세라믹이나 수정 진동자로 이루어진 베이스 기판(1)과, 그 상면에 제 1 반사기(2)를 증착하고, 그 상부에 하부전극(3), 압전체(4), 상부전극(5), 제 2 반사기(6), 하부전극(7), 압전체(8), 상부전극(9a, 9b, 9c)의 순서로 증착된다.
각 층간에는 세라믹(10)을 적층함으로써 층구분이 가능함과 동시에 내부회로를 보호하는 역할을 수행한다.
상기 제 1 반사기 및 제 2 반사기(2 및 6)는 실리콘산화(SiO2)막과 텅스텐(W)막을 번갈아 적층하며, 최상부층은 상기 산화실리콘(SiO2)막이 되도록 적층하여 전체적으로 홀수층으로 이루어진다.
상기 제 1 반사기(2) 상부에 하부전극(3)을 형성하고, 그 상면에 아연산화막(ZnO) 또는 알루미늄나이트라이드막(AlN)으로 이루어진 압전체(4)를 증착하며, 상기 압전체(4)의 상면에 상부전극(5), 그 상면에 제 2 반사기(6)를 형성한다.
상기 제 2 반사기(6)의 상면에 하부전극(7), 압전체(8), 상부전극(9)의 순서로 증착함으로써 두 개의 공진기(T1, T2)를 이용한 스택형 필터를 제조하게 된다.
이때, 각 필름 벌크 오코스틱 공진기는 제 2 반사기(6)를 공용으로 하고, 상기 증착 후 각 하부전극(3, 7)과 상부전극(9a, 9b, 9c)을 연결하여 입력전극 및 출력전극(9a 및 9c), 각 필터의 입출력 전극(9a, 9c) 역할을 동시에 수행하는 안테나 전극(9b)이 형성되는 동시에 상기 적층의 보호를 위해 최상위층의 상부전극(9a, 9b, 9c)을 제외한 나머지 적층의 외부둘레에 세라믹(10)으로 보호 케이스를 형성한다.
상기 상부전극(9a, 9b, 9c)은 각 필터(T1, T2)의 신호 입력 및 출력이 가능하도록 제 1 필름 벌크 오코스틱 필터(T1)의 하부전극(3)과 연결된 입력전극(9a) 및 상기 제 1 필름 벌크 오코스틱 필터(T1)의 출력전극 역할을 하는 동시에 상기 제 2 필름 벌크 오코스틱 필터(T2)의 입력전극 역할을 수행하여 상부전극(5)과 하부전극(7)에 연결된 안테나 전극(9b), 상기 제 2 필름 벌크 오코스틱 필터(T2)의 출력전극(9c) 역할을 수행하며 개방된 상부전극(9c)으로 구성된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 필름 벌크 오코스틱 공진기를 이용한 스택형 필터는 특정 주파수 대역에서 공진을 유발하는 필름 형태의 소자를 필터로 구현하여 수직배열함으로써 기생성분이 제거되고 소형화할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 소자가 실장되는 기판과; 상기 기판의 상면에 적층되는 적어도 2개의 필름 벌크 오코스틱 공진기에서, 상기 필름 벌크 오코스틱 공진기를 보호하는 세라믹을 포함하여 상기 필름 벌크 오코스틱 공진기 중 기판에 직접 적층되는 제 1 공진기는 제 1 반사기, 하부전극, 압전체, 상부전극, 제 2 반사기의 순서로 증착되어 형성되고, 상기 제 1 공진기의 제 2 반사기 위에 형성되는 제 2 공진기는 하부전극, 압전체, 상부전극의 순으로 적층되며, 상기 제 1 공진기와, 제 2 공진기는 상기 제 2 반사기를 공용하여 구성되는 것을 특징으로 하는 필름 벌크 오코스틱 공진기를 이용한 스택형 필터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스택형 필터에서 수직배열되는 적어도 2개의 필름 벌크 오코스틱 공진기의 최상위의 형성된 필터는 상부전극이 개방되는 것을 특징으로 하는 필름 벌크 오코스틱 공진기를 이용한 스택형 필터.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 스택형 필터에서 상기 세라믹의 상면에는 상기 제 1 및 제 2 공진기의 하부전극 및 상부전극을 연결하여 신호를 입력 및 출력을 수행할 수 있도록 입력전극 및 출력전극, 신호의 입출력이 동시에 가능한 안테나 전극으로 이루어진 입출력 전극부를 포함하는 것을 특징으로 하는 필름 벌크 오코스틱 공진기를 이용한 스택형 필터.
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