KR100488615B1 - 압전 공진기, 그 제조 방법, 압전 필터, 그 제조 방법,듀플렉서, 및 전자 통신 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 압전 공진기는 기판을 포함하고, 압전 박막을 갖는 진동부가 서로 대향하여 상기 박막부의 상부 및 하부 표면들에 배치되는 적어도 한 쌍의 상부 전극들 및 하부 전극 사이에 개재되도록 구성되는 복수의 진동부들을 포함한다. 진동부들은 진동 특성에 영향을 주는 요소들로부터 적어도 대략 λ/2에 등가인 거리만큼 이격되고, 이때 λ는 진동 파장을 표현한다.
Description
본 발명은 압전 공진기, 압전 공진기의 제조 방법, 압전 필터, 압전 필터의 제조 방법, 듀플렉서 및 전자 통신 장치에 관련된 것이다. 더욱 구체적으로는, 압전 공진기는 필터들, 발진자들 및 다른 적당한 장치들 내에 이용되고, 두께-세로 진동이 VHF, UHF 및 고주파 대역 내에서 생성되고, 진동부들이 격막에 제공된다.
이 형태의 관련된 압전 공진기의 구조는 균일한 두께를 갖는 기판 위에 제공된 박막 격막을 포함하여 기판 내에 형성된 개구를 덮는다. 압전 박막이 상부 및 하부 전극 사이에 개재되는 적층체가 격막의 상부 표면 위에 탑재된다. 전극들 사이에 전압 신호가 인가되는 경우에, 진동부로서 적층체가 격막 위에서 공진한다. 압전막이 보다 얇게 제작되는 경우에, 그러한 압전 공진기가 고주파 대역에서 공진하는 것이 가능해진다.
이 형태의 압전 공진기에서, 진동부는 진동부가 소망의 진동을 수행할 수 있도록 격막 고정단으로부터 고정된 거리만큼 이격된다.
덧붙여, 격막 위에 복수의 진동부들이 제공된 압전 공진기의 경우에, 각 진동부들의 진동 특성이 다른 진동부들에 의해 영향을 받지 않도록, 진동부들은 격막 위에서 서로 고정된 거리만큼 떨어져 위치한다.
즉, 그러한 압전 공진기에서, 공진기를 보다 작게 제작하기 위하여, 격막 고정단 및 다른 진동부들을 가깝게 하도록 진동부들이 제공되는 것이 고려된다. 이러한 경우에, 만약 진동부들이 격막 고정단 및 다른 진동부들 등에 너무 가깝다면, 압전 공진기의 크기는 달성될 수 없다. 그러나, 그에 의해 진동 특성에 영향을 준다. 반대로, 만약 진동부들이 격막 고정단 및 다른 진동부들 등으로부터 너무 멀다면, 진동 특성에 대한 그 영향이 경감되거나 나타나지 않는다. 그러나, 크기는 더욱 커지게 된다. 따라서, 진동부들이 격막 위에 배치되는 경우에, 진동부들의 높은 정밀 위치를 이루는 것이 매우 어렵다. 그러므로, 압전 공진기 및 그러한 압전 공진기를 포함하는 다른 장치들의 성능이 저하되거나 또는 그 생산성이 점점 낮아진다.
그러한 불이익은 이들 압전 공진기들이 결합된 필터의 필터링 특성에서 또한 나타날 수 있다.
이중 모드 필터 및 래더 필터에서, 인접한 공진기들의 진동이 서로 영향을 주지 않도록 공진기들은 서로에게 소정의 거리만큼 이격되어야 한다. 이중 모드 필터의 경우에, 공진기들이 서로에게 너무 멀리 이격되는 경우일지라도, 특성이 악화되지는 않는다. 그러나, 래더 필터의 경우에, 하나의 공진기의 상부 전극 또는 하부 전극 그리고 다른 인접한 공진기의 상부 전극 또는 하부 전극이 일체로 형성되고, 그들이 전기적으로 접속되는 것이 요구된다. 그러므로, 만약 진동 간섭을 방지하기 위하여 공진기들 사이의 거리가 3λ보다 크다면, 공진기들 사이의 배선 길이가 길어지고, 그리고 배선에 기인한 인덕턴스 및 배선의 저항이 공진기들 사이에서 생성된다. 그 결과로서, 특성이 저하된다. 특히, 만약 배선 저항이 직렬로 접속된 공진기들 사이에서 발생한다면, 삽입 손실이 증가한다.
상술한 문제점들을 해결하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시형태들은 다른 공진 특성에 대한 진동부들 중 하나의 영향을 최소화하고 그리고 또한 장치의 전체 치수를 최소화한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 압전 공진기는 기판을 포함하고, 압전 박막을 갖는 박막부가, 서로 대향하여 상기 박막부의 상부 및 하부 표면들에 배치된 적어도 한 쌍의 상부 전극 및 하부 전극 사이에 개재 되도록 구성된 복수의 진동부들을 포함하며, 진동부들은 진동 특성에 영향을 주는 요소들로부터 적어도 대략 λ/2(여기서, λ는 진동 파장을 표현한다)만큼 이격되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 이 바람직한 실시형태에 따르면, 진동부들이 진동 특성에 영향을 주는 요소들, 예를 들어 개구단부 또는 다른 진동부들로부터 적어도 대략 λ/2만큼 이격되기 때문에, 진동부들이 개구단부 또는 다른 부분들에 너무 가깝게 위치하는 경우에도 진동 특성이 개구단부 및 다른 부분들과 같은 요소들에 의해 부적절하게 영향을 받지 않는다. 이에 더하여, 압전 공진기는 주목할만하게 줄어든 크기 및 우수한 진동 특성을 갖는다.
본 발명에 따른 상술한 압전 공진기에서, 기판은 바람직하게는 개구부 또는 오목부를 포함하고 진동부들은 바람직하게는 개구부 또는 오목부 내에 배치된다. 개구부 또는 오목부의 원주 및 진동부들이 진동 특성에 영향을 주는 요소들을 구성한다.
본 발명의 바람직한 실시형태의 압전 공진기에서, 진동부들은 바람직하게는 하부 전극 아래의 절연막 및 진동부들의 기계적 강도를 증가시키기 위하여 절연막의 하면의 빔을 포함하고, 진동부들은 진동 특성에 영향을 주는 요소인 빔으로부터 적어도 대략 λ/2만큼 이격된다. 이러한 방식으로, 진동부들이 빔으로부터 적어도 대략 λ/2만큼 이격되는 경우일지라도, 그러한 구성을 갖는 압전 공진기가 보다 작게 제작될 수 있고 반면 압전 공진기 또는 그러한 압전 공진기를 포함하는 장치의 성능이 충분히 높은 품질에서 유지된다.
바람직하게는, 본 발명의 바람직한 실시형태들에 따른 압전 공진기에서, 진동부들은 요소들로부터 λ/2 이상 3λ이하만큼 이격되는 것이 바람직하다.
더욱 바람직하게는, 본 발명의 바람직한 실시형태들에 따른 압전 공진기에서, 압전 박막은 주성분으로서 산화 아연 또는 질화 알루미늄을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 바람직한 실시형태에 따른 압전 공진기의 제조 방법에서, 압전 공진기의 제조 방법은 개구부 및 오목부 중 하나를 갖는 기판을 제공하는 단계와, 개구부 및 오목부 중 하나 내에 하나 이상의 층들을 갖는 압전 박막을 형성하는 단계와, 압전 박막을 갖는 박막부가 서로 대향하여 박막부의 상부 및 하부 표면들에 배치되는 적어도 한 쌍의 상부 전극 및 하부 전극 사이에 개재되도록 구성된 복수의 진동부들을 형성하는 단계를 포함하고, 제조 방법은 개구부 및 오목부 중 하나 내에서 진동부들이 진동 특성에 영향을 주는 요소들로부터 적어도 λ/2(여기서, λ는 진동 파장을 표현한다)만큼 이격되도록 형성되는 단계를 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시형태들에 따르면, 진동부들이 진동 특성에 영향을 주는 요소들로부터 적어도 대략 λ/2만큼 이격되기 때문에, 개구단부 또는 다른 진동부들로부터 진동부들이 진동부에 영향을 주는 요소들에 너무 가까운 경우에도 진동 특성에 대한 개구단부 및 다른 진동부들과 같은 요소들의 불필요한 영향이 실제로 방지된다. 이에 더하여, 크게 줄어든 크기와 우수한 특성을 갖는 압전 공진기가 제공된다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 압전 필터에서, 기판과 압전 박막을 갖는 박막부가, 서로 대향하여 박막부의 상부 및 하부 표면들에 배치되는 적어도 한 쌍의 상부 전극 및 하부 전극 사이에 개재되도록 구성된 복수의 진동부들을 포함하는 압전 필터가 제공되고, 진동부들은 사용 주파수 대역에 대한 필터를 구성하도록 접속되고, 그리고 진동부들은 진동 특성에 영향을 주는 요소들로부터 적어도 대략 λ/2(여기서, λ는 진동 파장을 표현한다)만큼 이격된다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 진동부들이 진동 특성에 영향을 주는 요소들, 예를 들어 개구단부 또는 다른 진동부들로부터 적어도 대략 λ/2만큼 이격되기 때문에, 진동부들이 개구단부 또는 다른 부분들에 너무 가깝게 위치하는 경우에도 진동 특성이 개구단부 및 다른 부분들과 같은 요소들에 의해 부적절하게 영향을 받지 않으며, 그리고 우수한 특성을 갖추면서도 크게 줄어든 크기를 갖는 압전 공진기가 용이하게 제작될 수 있다.
바람직하게는, 상술한 압전 필터에서, 기판은 바람직하게는 개구부 또는 오목부를 포함하고 진동부들은 바람직하게는 개구부 또는 오목부 내에 배치된다.
개구부 또는 오목부의 원주 및 진동부들이 진동 특성에 영향을 주는 요소들을 구성한다.
상술한 압전 필터에서, 격막의 기계적 강도를 증가시키기 위하여 격막의 하부 표면에 빔이 제공되며, 그리고 진동부가 빔으로부터 적어도 대략 λ/2만큼 이격되는 경우일지라도, 압전 필터가 상술한 바처럼 크기가 줄어들 수 있고 반면에 압전 필터의 우수한 성능이 유지될 수 있다.
공진기에서, 진동부들은 바람직하게는 하부 전극 아래의 절연막 및 진동부들의 기계적 강도를 증가시키기 위하여 절연막의 하면의 빔을 포함하고, 진동부들은 진동 특성에 영향을 주는 요소인 빔으로부터 적어도 대략 λ/2만큼 이격된다. 이러한 방식으로, 진동부들이 빔으로부터 적어도 대략 λ/2만큼 이격되는 경우일지라도, 그러한 구성을 갖는 압전 공진기가 보다 작게 제작될 수 있고 반면 압전 공진기 또는 그러한 압전 공진기를 포함하는 장치의 성능이 충분히 높은 품질에서 유지된다.
바람직하게는, 본 발명의 바람직한 실시형태들에 따른 압전 필터에서, 진동부들은 요소들로부터 λ/2 이상 3λ이하만큼 이격되는 것이 바람직하다.
더욱 바람직하게는, 본 발명의 바람직한 실시형태들에 따른 압전 필터에서, 압전 박막은 주성분으로서 산화 아연(ZnO) 또는 질화 알루미늄(AlN)을 포함하는 것이 바람직하다.
더욱 바람직하게는, 위의 압전 필터에서, 진동부들은 래더 필터를 구성하는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 압전 필터의 제조 방법에서, 개구부 및 오목부 중 하나를 갖는 기판을 제공하는 단계와, 개구부 및 오목부 중 하나 내에 하나 이상의 층들을 갖는 압전 박막을 형성하는 단계와, 압전 박막을 갖는 박막부가 서로 대향하여 박막부의 상부 및 하부 표면들에 배치되는 적어도 한 쌍의 상부 전극 및 하부 전극 사이에 개재되도록 구성된 복수의 진동부들을 형성하는 단계와, 진동부들을 배열함으로써 사용 주파수 대역에 대한 필터를 구성하는 단계를 포함하고, 제조 방법은 진동부들이 진동 특성에 영향을 주는 요소들로부터 적어도 λ/2(여기서, λ는 진동 파장을 표현한다)만큼 이격되도록 형성되는 단계를 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시형태들에 따르면, 진동부들이 진동 특성에 영향을 주는 요소들, 예를 들어 개구단부 또는 다른 진동부들로부터 적어도 대략 λ/2만큼 이격되기 때문에, 진동부들이 개구단부 또는 다른 부분들에 너무 가깝게 위치하는 경우에도 진동 특성이 개구단부 및 다른 부분들과 같은 요소들에 의해 부적절하게 영향을 받지 않으며, 그리고 우수한 특성을 갖추면서도 크게 줄어든 크기를 갖는 압전 공진기가 용이하게 제작될 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시형태에 따른 듀플렉서에서, 본 발명의 다른 바람직한 실시형태에 따른 압전 필터가 이용된다. 따라서, 신호 스위칭 등이 만족할만하게 이루어지는 듀플렉서가 제공된다.
본 발명의 다른 바람직한 실시형태에 따른 전자 통신 장치에서, 본 발명의 다른 바람직한 실시형태에 따른 압전 공진기가 포함된다. 덧붙여, 본 발명의 다른 바람직한 실시형태에 따른 전자 통신 장치에서, 본 발명의 다른 바람직한 실시형태에 따른 압전 필터가 포함된다. 그 결과로서, 변조 및 복조와 같은 신호 처리 기능이 우수한 전자 통신 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 특징들, 요소들, 특성들 및 이점들이 첨부된 도면들을 참고하여 뒤따르는 그 바람직한 실시형태들의 상세한 설명으로부터 명확하게 될 것이다.
( 본 발명의 바람직한 실시형태들 )
이하, 도면에 도시된 다양한 바람직한 실시형태들에 따라 본 발명이 상세하게 기술된다. 본 바람직한 실시형태에 따라 래더 필터에 적용되는 압전 필터가 기술되며, 그러나 그 응용은 그로 제한되지는 않는다.
본 발명의 바람직한 실시형태를 보여주는 도 1 내지 6에서, 도 1은 본 바람직한 실시형태에 따른 압전 공진기를 포함하는 압전 필터로서 래더 필터의 요부의 평면도이고, 도 2는 도 1의 A-A선을 따른 단면도, 도 3은 도 1의 B-B선을 따른 단면도, 도 4는 도 1의 C-C선을 따른 단면도, 도 5는 도 1의 래더 필터의 전기적 등가 회로도, 그리고 도 6은 도 1의 래더 필터의 전기적 특성을 보여주는 도이다.
본 바람직한 실시형태의 래더 필터(1)는 기판(2), 격막(3), 및 제 1 및 제 2 진동부들(4 및 5)을 포함한다.
이러한 경우에, 기판(2), 격막(3) 및 제 1 진동부(4)는 하나의 압전 공진기를 구성하고, 기판(2), 격막(3) 및 제 2 진동부(5)가 다른 압전 공진기를 구성한다. 이들 압전 공진기들 모두는 바람직하게는 두께-세로 진동 모드에서 진동하고 기판(2)과 격막(3)을 공유하여 유지하고, 그리고 공진기들은 동일한 격막(3)을 포함한다.
기판(2)은 바람직하게는 실리콘 또는 다른 적당한 재료와 같은 물질로 제작되고, 에칭 또는 다른 적당한 공정에 의해 형성되는 개구(6)를 갖는다.
격막(3)은 바람직하게는 널리 알려진 막-형성 기술 또는 다른 적당한 공정들을 이용함으로써 형성되는 이산화 실리콘 박막 및 다른 박막들로 제작되고, 기판(2) 위에 배치되어 기판(2)의 개구(6)를 덮는다.
기판(2)의 개구(6)는 바람직하게는 위에서 보여질 때 실질적으로 직사각형이고, 내측 원주는 진동부들 각각의 진동 특성에 영향을 주는 요소들(이하, "진동 영향 요소들"이라 한다)인 격막(3)을 고정하기 위한 격막 고정단들(7 내지 10)을 포함한다.
진동부들(4 및 5)은 바람직하게는 전리 알려진 막-형성 기술들 또는 다른 적당한 공정들에 의해 격막(3)의 상부 표면 위에 형성되고, 산화 아연 박막 또는 다른 적당한 막의 적어도 하나의 층으로 제작된 압전 박막(14)이 한 쌍의 좌/우 상부 전극들(11 및 12) 및 하부 전극(13) 사이에 개재되도록 구성된다.
이들 진동부들(4 및 5)에서, 하나 이상의 박막들이 압전 막(14)에 부가하여 그들을 적층하거나 또는 다른 변형이 고려될 수도 있다. 그러므로, 본 바람직한 실시형태의 진동부들(4 및 5)은 단순히 하나의 실시예를 도시한 것이며, 본 발명은 이 바람직한 실시형태의 특정 구성에 의해 제한되지 않는다. 덧붙여, 진동부들(4 및 5)은 주지의 막-형성 방법들을 이용함으로써 형성될 수 있고, 따라서 그 기술은 생략된다.
진동부들(4 및 5)은 서로 접속되어 사용 주파수 대역에서 필터링 기능을 갖는 도 5의 래더 필터(1)를 구성한다.
제 1 진동부(4)의 상부 전극(11)은 고정된 전극 폭을 갖고, 좌측 표면(11a)은 실질적으로 좌측 표면(11a)에 평행한 좌측 격막 고정단(7)으로부터 대략 λ/2 또는 그 이상의 거리(예컨대, d1=λ/2 또는 그 이상, 또는 대략 진동 파장의 반, 진동 파장은 λ로 표현된다)만큼 이격되고, 그리고 도면에서 상부 전극(11)의 하부 단측은 기판(2) 위에 연장되어 래더 필터(1)의 전기적 신호에 대한 입력부(IN; 11c)를 형성한다.
제 2 진동부(5)의 상부 전극(12)은 고정된 전극 폭을 갖고, 우측 표면(12a)은 실질적으로 우측 표면(12a)에 평행한 우측 격막 고정단(9)으로부터 대략 λ/2 또는 그 이상의 거리(예컨대, d2=λ/2 또는 그 이상)만큼 이격되고, 그리고 도면에서 상부 전극의 상부 단측은 기판(2) 위에 연장되어 래더 필터(1)의 전기적 접지부 (GRD; 12c)를 형성한다.
진동부들(4 및 5) 모두는 공통의 하부 전극(13)을 갖고, 전극(13)의 상부 측면(13a)은 실질적으로 상부 측면(13a)에 평행한 상부 격막 고정단(8)으로부터 대략 λ/2 또는 그 이상의 거리(예컨대, d3=λ/2 또는 그 이상)만큼 이격되고, 전극(13)의 하부 측면(13b)은 실질적으로 하부 측면(13b)에 평행한 하부 격막 고정단(10)으로부터 대략 λ/2 또는 그 이상의 거리(예컨대, d4=λ/2 또는 그 이상)만큼 이격되고, 그리고 우측 단이 기판(2) 위에 연장되어 래더 필터(1)의 전기적 출력부(OUT; 13d)를 형성한다.
덧붙여, 진동부들(4 및 5) 모두가 서로의 진동 특성에 영향을 주는 진동 영향 요소들이 되기 때문에, 진동부들(4 및 5)은 실질적으로 서로 평행하게 배치되고 서로로부터 대략 λ/2 또는 그 이상의 거리(예컨대, d5=λ/2 또는 그 이상)만큼 이격된다.
상술한 독특한 구성을 갖는 래더 필터(1)는 도 5에 도시된 것처럼 전기적으로 구성된다. 즉, 제 1 진동부(4)는 도 5의 제 1 필터링 요소(4)를 구성하고 제 2 진동부(5)는 도 5의 제 2 필터링 요소(5)를 구성한다. 래더 필터(1)의 입력부 (IN)는 제 1 진동부(4)의 입력부(11c)에 대응한다. 래더 필터(1)의 출력부(OUT)는 제 2 진동부(5)의 출력부(13d)에 대응한다. 래더 필터(1)의 접지부(GRD)는 제 2 진동부(5)의 접지부(12c)에 대응한다.
이러한 방식으로, 본 바람직한 실시형태에서, 예를 들면 제 1 진동부(4)는 진동 영향 요소들로부터 적어도 대략 λ/2만큼 떨어져 있다. 그 결과로서, 수평축이 주파수를 표현하고 수직축이 임피던스를 표현하는 도 6에 도시된 것처럼, 제 1 진동부(4)는 격막 고정단들 및 다른 진동 영향 요소들을 구성하는 다른 진동부들에 의해 영향을 받지 않으면서 그 고유의 진동 특성을 이룰 수 있다. 간단하게, 특성 라인 (1)은 진동 영향 요소들로부터의 거리가 대략 0.48λ인 경우를 보여주며, 거리가 대략 λ/2보다 작기 때문에, 스퓨리어스 응답이 야기된다. 특성 라인 (2)는 진동 영향 요소들로부터의 거리가 대략 1.0λ인 경우를 보여주며, 거리가 λ/2를 넘기 때문에, 스퓨리어스 응답이 발생하지 않는다. 특성 라인 (3)은 진동 영향 요소들로부터의 거리가 대략 4.0λ인 경우를 보여주며, 거리가 λ/2를 훨씬 넘기 때문에, 스퓨리어스 응답이 전혀 발생하지 않는다.
덧붙여, 비록 제 1 진동부(4) 및 진동 영향 요소들 사이의 거리가 상술한 것처럼 적어도 λ/2인 경우에도, 제 1 진동부(4)는 진동 영향 요소들로부터 적어도 대략 1λ만큼 이격되는 것이 더욱 바람직하다. 제 1 진동부(4)와 마찬가지로 제 2 진동부(5)에 관해 동일한 것이 이야기될 수 있다.
그러므로, 본 바람직한 실시형태에 따르면, 격막(3)이 보다 작게 제작되는 경우에도, 진동 영향 요소들에 의해 영향을 받지 않고 진동부들(4 및 5)이 격막(3) 위에 탑재될 수 있기 때문에, 본 발명의 바람직한 실시형태들은 래더 필터의 소형화에 큰 기여를 이룬다.
덧붙여, 진동부(4) 및 진동 영향 요소들 사이의 거리가 λ/2 이상 3λ이하인 것이 더욱 바람직하다. 진동부(4)에서와 마찬가지로 진동부(5)에 대하여 동일한 것이 이야기될 수 있다.
진동부(4) 또는 진동부(5) 및 진동 영향 요소들 사이의 거리가 λ/2 이상 3λ이하인 경우에, 공진기들 사이의 배선 저항, 배선에 의한 인덕터 성분의 발생 및 그러한 조건으로 야기되는 특성의 저하가 신뢰성 있게 방지될 수 있다.
진동 간섭을 방지하기 위하여 거리가 대략 3λ보다 크다면, 공진기들 사이의 거리가 길어지고, 배선 저항 및 배서에 기인하는 인덕턴스 성분이 공진기들 사이에서 발생되고, 그 결과로서, 특성의 악화가 야기된다. 특히, 배선 저항이 직렬로 접속된 공진기들 사이에 삽입된다면, 삽입 손실이 증가한다.
또한, 본 발명은 상술한 바람직한 실시형태들에 한정되지 않으며, 다양한 응용들 및 수정들이 고려될 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 바람직한 실시형태에 따른 압전 필터로서 래더 필터의 평면도이고, 도 8은 도 7의 D-D선을 따른 단면도이고, 도 9는 도 7의 E-E선을 따른 단면도이다. 이들 도면들에 도시된 바람직한 실시형태의 경우에서, 빔(15)이 격막(3)의 하부 표면에 제공되어 격막(3)의 기계적 강도를 증가시킨다. 그러한 빔 (15)은 진동부들(4 및 5)에 대한 진동 영향 요소가 된다. 간단하게, 진동부(4)의 상부 전극(11)의 우측 표면(11b)이 우측 표면(11b)에 실질적으로 평행한 빔(15)의 좌측 표면(15a)으로부터 대략 λ/2 또는 그 이상의 거리(예컨대, d6=λ/2 또는 그 이상)만큼 이격되고, 그리고 진동부(5)의 상부 전극(12)의 좌측 표면(12b)이 좌측 표면(12b)에 실질적으로 평행한 빔(15)의 우측 표면(15b)으로부터 대략 λ/2 또는 그 이상의 거리(예컨대, d7=λ/2 또는 그 이상)만큼 이격된다.
빔(15)을 형성하는 방법은 다양한 방식으로 고려될 수 있으며, 예를 들어 개구(6)가 기판(2) 내에 에칭을 통하여 형성되는 경우에 빔(15)의 부분이 좌측이 된다.
도 10은 본 발명의 다른 바람직한 실시형태에 따른 압전 필터로서 래더 필터의 평면도이고, 도 11은 도 10의 A-A선을 따른 단면도, 도 12는 도 10의 B-B선을 따른 단면도, 그리고 도 13은 도 10의 C-C선을 따른 단면도이다.
래더 필터(21)는 바람직하게는 기판(22)과 제 1 및 제 2 진동부들(24 및 25)을 포함한다.
이러한 경우에, 기판(22) 및 제 1 진동부(24)는 하나의 압전 공진기를 구성하고, 기판(22) 및 제 2 진동부가 다른 하나의 압전 공진기를 각각 구성한다.
기판(22)은 바람직하게는 실리콘 또는 다른 적당한 물질과 같은 물질로 제작되고, 기판(22)은 바람직하게는 에칭 또는 다른 적당한 공정에 의해 형성되는 오목부(26)를 포함한다.
기판(22)의 오목부(26)는 위에서 볼 때 실질적으로 직사각형인 것이 바람직하고, 내측 원주는 진동부들 각각의 진동 특성에 영향을 주는 요소들(이하, "진동 영향 요소들"이라 한다)을 포함한다. 더욱이, 도면 내 참조번호 23은 이산화 실리콘 또는 다른 적당한 물질의 절연층을 표현한다.
진동부들(24 및 25) 각각은 바람직하게는 널리 알려진 막-형성 기술을 이용함으로서 기판(22)의 상부 표면에 형성되어 오목부(26)를 덮고, 산화 아연 박막 또는 다른 적당한 물질의 적어도 한 층을 포함하는 압전 박막(34)과 같이 구성되고, 한 쌍의 좌/우측 상부 전극들(31 및 32) 및 하부 전극(33) 사이에 개재 되도록 구성된다.
이들 진동부들(24 및 25)에서, 그들을 적층하기 위하여 하나 이상의 다른 박막들이 압전 박막(34)에 부가되거나 또는 다른 변형들이 고려될 수 있다. 따라서, 본 바람직한 실시형태의 진동부들(24 및 25)은 간단히 하나의 실시예를 도시한 것이며, 본 발명은 본 바람직한 실시형태로 제한되지 않는다. 덧붙여, 진동부들(24 및 25)은 주지의 막-형성 방법들을 이용함으로써 형성될 수 있고 그에 따라 그 기술은 생략한다.
진동부들(24 및 25)은 사용 주파수 대역에서 필터링 기능을 갖는 도 14에 도시된 래더 필터(21)를 구성하기 위하여 서로 접속된다.
제 1 진동부(24)의 상부 전극(31)은 고정된 전극 폭을 갖고, 좌측 표면(31a)은 실질적으로 좌측 표면(31a)에 평행한 오목부(26)의 좌측 상단으로부터 대략 λ/2 또는 그 이상의 거리(예컨대, d1=λ/2 또는 그 이상, 또는 대략 진동 파장의 반, 진동 파장은 λ로 표현된다)만큼 이격되고, 그리고 도면에서 상부 전극(31)의 하부 측면은 기판(22) 위에 연장되어 래더 필터(1)의 전기적 신호에 대한 입력부(IN; 31c)를 형성한다.
제 2 진동부(25)의 상부 전극(32)은 고정된 전극 폭을 갖고, 우측 표면(32a)은 실질적으로 우측 표면(32a)에 평행한 오목부(26)의 우측 상단으로부터 대략 λ/2 또는 그 이상의 거리(예컨대, d2=λ/2 또는 그 이상)만큼 이격되고, 그리고 도면에서 상부 전극(32)의 상부 단측은 기판(22) 위에 연장되어 래더 필터(1)의 전기적 접지부(GRD; 32c)를 형성한다.
진동부들(24 및 25) 모두는 공통의 하부 전극(33)을 갖고, 전극(33)의 상부 측면(33a)은 실질적으로 상부 측면(33a)에 평행한 오목부(26)의 상부 상단(28)으로부터 대략 λ/2 또는 그 이상의 거리(예컨대, d3=λ/2 또는 그 이상)만큼 이격되고, 전극(33)의 하부 측면(33b)은 실질적으로 하부 측면(33b)에 평행한 오목부(26)의 하부 상단(30)으로부터 대략 λ/2 또는 그 이상의 거리(예컨대, d4=λ/2 또는 그 이상)만큼 이격되고, 그리고 우측 단이 기판(2) 위에 연장되어 래더 필터(1)의 전기적 출력부(OUT; 33d)를 형성한다.
덧붙여, 진동부들(24 및 25) 모두가 서로의 진동 특성에 영향을 주는 진동 영향 요소들이 되기 때문에, 진동부들(24 및 25)은 실질적으로 서로 평행하게 배치되고 서로로부터 대략 λ/2 또는 그 이상의 거리(예컨대, d5=λ/2 또는 그 이상)만큼 이격된다.
상술한 독특한 구성을 갖는 래더 필터(1)는 도 14에 도시된 것처럼 전기적으로 구성된다. 즉, 제 1 진동부(24)는 제 1 필터링 요소(24)를 구성하고 제 2 진동부(25)는 제 2 필터링 요소(25)를 구성한다. 래더 필터(21)의 입력부(IN)는 제 1 진동부(24)의 입력부(31c)에 대응한다. 래더 필터(21)의 출력부(OUT)는 제 2 진동부(25)의 출력부(33d)에 대응한다. 래더 필터(21)의 접지부(GRD)는 제 2 진동부 (25)의 접지부(32c)에 대응한다.
이러한 방식으로, 본 바람직한 실시형태에서, 예를 들면 제 1 진동부(24) 및 제 2 진동부(25)는 진동 영향 요소들로부터 적어도 대략 λ/2만큼 떨어져 있다. 그 결과로서, 제 1 진동부(24) 및 제 2 진동부는 오목부의 상단 및 진동 영향 요소들을 구성하는 다른 진동부들에 의해 영향을 받지 않으면서 그 고유의 진동 특성을 이룰 수 있다.
진동부(24) 또는 진동부(25) 및 진동 영향 요소들 사이의 거리가 λ/2 이상 3λ이하인 경우에, 공진기들 사이의 배선 저항, 배선에 의한 인덕터 성분의 발생 및 그러한 조건으로 야기되는 특성의 저하가 신뢰성 있게 방지될 수 있다.
진동 간섭을 방지하기 위하여 거리가 대략 3λ보다 크다면, 공진기들 사이의 거리가 길어지고, 배선 저항 및 배서에 기인하는 인덕턴스 성분이 공진기들 사이에서 발생되고, 그 결과로서, 특성의 악화가 야기된다. 특히, 배선 저항이 직렬로 접속된 공진기들 사이에 삽입된다면, 삽입 손실이 증가한다.
상술한 바람직한 실시형태들에서, 비록 압전 필터로서 래더 필터의 한 실시예가 도시되었으나, 진동부들의 전극들의 접속과 기판(2)의 진동부들의 위치 및 개수를 변경함으로써 진동부들이 예컨대, 격막 고정단들, 오목부의 상단, 다른 진동부들 및 다른 부분들과 같은 진동 영향 요소들로부터 적어도 대략 λ/2만큼 이격되는 동일한 방식으로 본 발명은 도 15a에 도시된 pi-형 필터, 도 15b에 도시된 T-형 필터 및 도 15c에 도시된 2개의 L-형 래더 필터에 적용될 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시형태에 따른 듀플렉서가 기술될 것이다. 도 16의 듀플렉서(50)는 안테나 단자(51), 수신측 단자(52) 및 송신측 단자(53)를 구비하여 제공된다. 단지 사용 주파수 대역 통과를 허용하는 본 발명의 다른 바람직한 실시형태들에 따른 압전 공진기 또는 압전 필터가 수신측 단자(52)와 송신측 단자(53) 및 안테나 단자(51) 사이에 포함된다.
상술한 바람직한 실시형태들에 따른 압전 공진기 또는 필터(1)는 통신 장치들에 공진기 또는 필터(1)를 탑재함으로써 휴대용 전화기, 무선 랜(LANs) 및 다른 적당한 장치들과 같은 다양한 통신 장치들의 전자 통신 작동에 이용될 수 있다. 전자 통신 장치(54)의 개요가 도 17에 도시되어 있다. 전자 통신 장치(54)는 주 몸체 내에 포함된 수신 회로(55) 및 송신 회로(56) 그리고 안테나(57)를 구비하여 제공된다. 덧붙여, 전술한 바와 같이 도시된 듀플렉서(50)를 통하여 안테나(57) 및 송신 회로(56) 및 수신 회로(55) 사이에서 진동 전송이 일어난다.
격막 고정단들, 오목 상단 및 다른 진동부들이 진동 영향 요소들로서 기술되었지만, 진동 영향 요소들이 본 발명에 따른 그러한 것들로 제한되지는 않으며, 그리고 간단히 진동부의 진동 특성에 영향을 줄 수 있는 여느 것이라도 모두 포함된다.
또한, 상술한 압전 공진기 및 필터는 격막 고정단들(7 내지 10) 및 진동 특성에 영향을 주는 요소들을 구성하는 다른 진동부들로부터 적어도 대략 λ/2만큼 이격되도록 진동부들(4 및 5)이 격막(3)에 배치되는 방식으로 생성될 수도 있다.
상술한 것처럼, 본 발명의 바람직한 실시형태들에 따르면, 기판을 포함하고 하나 이상의 층들을 갖는 압전 박막을 갖는 박막부가 서로 대향하고 박막부의 상부 및 하부 표면들 위에 배치된 적어도 한 쌍의 상부 전극들 및 하부 전극 사이에 개재되도록 구성된 복수의 진동부들을 포함하는 압전 공진기 및 압전 필터가 제공되고, 진동부들이 진동 특성에 영향을 주는 요소들로부터 적어도 대략 λ/2(λ는 진동 파장을 표현한다)만큼 이격되기 때문에, 진동 특성은 개구단부 등과 같은 진동 영향 요소들에 의해 부적절하게 영향을 받지 않으며, 예를 들어 진동부들이 개구단부 등에 너무 가까운 경우에도, 따라서 본 발명의 바람직한 실시형태의 압전 공진기 및 압전 필터가 그 진동 특성을 유지하면서 보다 작게 제작되는 것이 용이하다.
본 발명의 바람직한 실시형태들이 이상과 같이 기술되었으나, 본 발명의 범위와 개념에서 벗어남 없이 관련 기술에 숙련된 자들에게 변형 및 수정이 명확함이 이해되어야 한다. 그러므로, 본 발명의 범위는 오직 뒤따르는 특허청구범위에 의해서 결정되어야 한다.
본 발명에 따르면, 다른 공진 특성에 대한 진동부들 중 하나의 영향을 최소화하고 그리고 또한 장치의 전체적인 크기를 최소화하는 것을 특징으로 하는 압전 공진기, 압전 필터 그리고 이들을 포함하는 듀플렉서 및 전자 통신 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 바람직한 실시형태에 따른 압전 필터로서 래더 필터의 구조의 요부를 보여주는 평면도;
도 2는 도 1의 A-A선을 따른 단면도;
도 3은 도 1의 B-B선을 따른 단면도;
도 4는 도 1의 C-C선을 따른 단면도;
도 5는 도 1의 래더 필터의 전기적 등가 회로도;
도 6은 도 1의 래더 필터의 전기적 특성을 보여주는 도;
도 7은 본 발명의 다른 바람직한 실시형태에 따른 압전 필터로서 래더 필터의 구조의 요부를 보여주는 평면도;
도 8은 도 7의 D-D선을 따른 단면도;
도 9는 도 7의 E-E선을 따른 단면도;
도 10은 본 발명의 다른 바람직한 실시형태에 따른 압전 필터로서 래더 필터의 구조의 요부를 보여주는 평면도;
도 11은 도 10의 A-A선을 따른 단면도;
도 12는 도 10의 B-B선을 따른 단면도;
도 13은 도 10의 C-C선을 따른 단면도;
도 14는 도 10의 래더 필터의 전기적 등가 회로도;
도 15a는 본 발명의 다른 바람직한 실시형태에 따른 압전 필터로서 파이 필터의 전기적 등가 회로도;
도 15b는 본 발명의 다른 바람직한 실시형태에 따른 압전 필터로서 T-형 필터의 전기적 등가 회로도;
도 15c는 본 발명의 다른 바람직한 실시형태에 따른 압전 필터로서 두 개의 L-형 필터들의 전기적 등가 회로도;
도 16은 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 듀플렉서의 개략 설명도; 및
도 17은 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 전자 통신 장치의 일 실시예를 도시한 개략 설명도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
1, 21 : 래더 필터 2, 22 : 기판
3 : 격막 4, 24 : 제 1 진동부
5, 25 : 제 2 진동부 7, 8, 9, 10 : 격막 고정단
11, 31 : 상부 전극 11c, 31c : 입력부
12, 32 : 상부 전극 12c, 32c : 접지부
13, 33 : 하부 전극 13d, 33d : 출력부
14 : 압전 막 26 : 오목부
50 : 듀플렉서 51 : 안테나 단자
52 : 수신측 단자 53 : 송신측 단자
54 : 전자 통신 장치 55 : 수신 회로
56 : 송신 회로 57 : 안테나
Claims (20)
- 기판;상기 기판 위에 배치되고, 하나 이상의 층들을 갖는 압전 박막; 및상기 압전 박막을 갖는 박막부가, 서로 대향하여 상기 박막부의 상부 및 하부 표면들에 배치된 한 쌍의 상부 전극들 및 하부 전극 사이에 개재 되도록 구성된 복수의 진동부들을 포함하는 압전 공진기에 있어서,상기 진동부들은 진동 특성에 영향을 주는 요소들로부터 λ/2 이상 이격되고, 이때 λ는 진동 파장을 표현하는 것을 특징으로 하는 압전 공진기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 기판은 개구부 및 오목부를 포함하고, 상기 진동부들은 상기 개구부 및 오목부 중 하나에 위치하는 것을 특징으로 하는 압전 공진기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 진동 특성에 영향을 주는 요소들은 상기 개구부 및 오목부 중 하나의 내측 원주를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 공진기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 진동 특성에 영향을 주는 요소들은 다른 진동부들을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 공진기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 진동부들은 상기 하부 전극 아래의 절연막 및 상기 진동부들의 기계적 강도를 향상하기 위하여 상기 절연막의 하부면에 제공된 빔을 포함하고, 이때 상기 진동부들은 상기 빔으로부터 λ/2 이상 이격되는 것을 특징으로 하는 압전 공진기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 진동부들은 상기 진동 특성에 영향을 주는 요소들로부터 λ/2 이상 3λ이하만큼 이격되는 것을 특징으로 하는 압전 공진기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 압전 박막은 주성분으로서 산화 아연 및 질화 알루미늄 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 공진기.
- 개구부 및 오목부 중 하나를 갖는 기판을 제공하는 단계;상기 개구부 및 오목부 중 하나 내에 하나 이상의 층들을 갖는 압전 박막을 형성하는 단계;상기 압전 박막을 갖는 박막부가, 서로 대향하여 상기 박막부의 상부 및 하부 표면들에 배치되는 한 쌍의 상부 전극 및 하부 전극 사이에 개재되도록 구성된 복수의 진동부들을 형성하는 단계; 및상기 개구부 및 오목부 중 하나 내에서, 상기 진동부들이 진동 특성에 영향을 주는 요소들로부터 λ/2 이상 이격되도록 형성되는 단계를 포함하고, 이때 λ는 진동 파장을 표현하는 것을 특징으로 하는 압전 공진기의 제조 방법.
- 기판;상기 기판 위에 배치된 하나 이상의 층들을 갖는 압전 박막; 및상기 압전 박막을 갖는 박막부가, 서로 대향하여 상기 박막부의 상부 및 하부 표면들에 배치되는 한 쌍의 상부 전극들 및 하부 전극 사이에 개재되도록 구성된 복수의 진동부들을 포함하는 압전 필터에 있어서,상기 진동부들은 사용 주파수 대역에 대한 필터를 구성하도록 접속되고, 그리고 상기 진동부들은 진동 특성에 영향을 주는 요소들로부터 λ/2 이상 이격되고, 이때 λ는 진동 파장을 표현하는 것을 특징으로 하는 압전 필터.
- 제 9 항에 있어서, 상기 기판은 개구부 및 오목부를 포함하고, 상기 진동부들은 상기 개구부 및 오목부 중 하나에 위치하는 것을 특징으로 하는 압전 필터.
- 제 9 항에 있어서, 상기 개구부 및 오목부 중 하나의 원주가 상기 진동 특성에 영향을 주는 요소들을 구성하는 것을 특징으로 하는 압전 필터.
- 제 9 항에 있어서, 다른 진동부들이 상기 진동 특성에 영향을 주는 요소들을 구성하는 것을 특징으로 하는 압전 필터.
- 제 9 항에 있어서, 상기 진동부들은 상기 하부 전극 아래의 절연막 및 상기 진동부들의 기계적 강도를 향상하기 위하여 상기 절연막의 하부면에 제공된 빔을 포함하고, 이때 상기 진동부들은 상기 빔으로부터 λ/2 이상 이격되는 것을 특징으로 하는 압전 필터.
- 제 9 항에 있어서, 상기 진동부들은 상기 진동 특성에 영향을 주는 요소들로부터 λ/2 이상 3λ이하만큼 이격되는 것을 특징으로 하는 압전 필터.
- 제 9 항에 있어서, 상기 압전 박막은 주성분으로서 산화 아연 및 질화 알루미늄 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 필터.
- 개구부 및 오목부 중 하나를 갖는 기판을 제공하는 단계;상기 개구부 및 오목부 중 하나 내에 하나 이상의 층들을 갖는 압전 박막을 형성하는 단계;상기 압전 박막을 갖는 박막부가, 서로 대향하여 상기 박막부의 상부 및 하부 표면들에 배치되는 한 쌍의 상부 전극들 및 하부 전극 사이에 개재되도록 구성된 복수의 진동부들을 형성하는 단계;상기 진동부들을 배열함으로써 사용 주파수 대역에 대한 필터를 구성하는 단계; 및상기 진동부들이 진동 특성에 영향을 주는 요소들로부터 λ/2 이상 이격되도록 형성되는 단계를 포함하고, 이때 λ는 진동 파장을 표현하는 것을 특징으로 하는 압전 필터의 제조 방법.
- 제 9 항에 있어서, 상기 진동부들이 서로 직렬/병렬로 연결되어 래더 필터를 구성하는 것을 특징으로 하는 압전 필터.
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