KR100632134B1

KR100632134B1 - 박막 공진기 사다리형 필터, 송수전환기 및 사다리형 필터접지 방법

Info

Publication number: KR100632134B1
Application number: KR1020040109175A
Authority: KR
Inventors: 후인엔고-호아
Original assignee: 인피네온 테크놀로지스 아게
Priority date: 2003-12-22
Filing date: 2004-12-21
Publication date: 2006-10-11
Also published as: ATE373892T1; EP1548938B1; CN1638273A; DE60316457D1; US6972641B2; CN100466470C; EP1548938A1; KR20050063701A; US20050134400A1; DE60316457T2

Abstract

FBAR 사다리형 필터 및 FBAR 사다리형 필터의 접지 방법.

통과 대역 에지에 근접한 저지 대역에서 통상적으로 접지되는 FBAR 사다리형 필터보다 덜 열화될 수 있는 FBAR 사다리형 필터. 이러한 목적을 위해, 각각 상측 금속 전극과 하측 금속 전극을 포함하는 다수의 직렬 연결 FBAR 소자와, 각각 접지 노드를 제공하는 상측 금속 접지 전극과 하측 금속 전극을 포함하는 다수의 션트 연결 FBAR 소자를 구비하는 박막 공진기(FBAR)에는, 상측 금속 전극과 하측 금속 전극을 포함하는 적어도 하나의 커패시터 소자가 제공되며, 각 커패시터 소자는 션트 연결 FBAR 소자의 유도성 커플링을 보상하도록 2개의 접지 노드 사이에 직렬 연결된다.

Description

박막 공진기 사다리형 필터, 송수전환기 및 사다리형 필터 접지 방법{FBAR LADDER FILTER AND METHOD OF GROUNDING OF FBAR LADDER FILTERS}

도 1은 통상적인 박막 공진기의 측면도,

도 2는 통상적인 FBAR 사다리형 필터에 사용된 T-셀 블록도,

도 3a는 이상적인 접지 방식 배열을 갖는 FBAR 사다리형 필터 회로도,

도 3b는 단일 와이어본드 접지 방식 배열을 갖는 FBAR 사다리형 필터 회로도,

도 4a는 다수의 와이어본드 접지 방식 배열을 갖는 FBAR 사다리형 필터 회로도,

도 4b는 도 4a의 FBAR 사다리형 필터 회로의 물질적 표현도,

도 5a는 본 발명에 따른 션트 FBAR 소자 사이에 커패시터 소자를 갖는 FBAR 사다리형 필터 회로도,

도 5b는 도 5a의 FBAR 사다리형 필터 회로의 상측 개략도,

도 6은 통상적인 휴대 전화, 개인 통신 시스템(PCS) 디바이스 또는 기타 송신/수신 장치의 전단 회로(60)를 나타낸 블록도,

도 7은 도 5a의 본 발명에 따른 FBAR 필터 회로와 도 4a의 접지 방식 배열에 대한 통과 대역 응답 특성도이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

307, 309, 310, 317, 319, 320: FBAR 소자

307A, 309A, 310A, 317A, 319A, 320A: 상부 전극

330: 커패시터 330A: 상측 금속 전극

370: 금속화물 381, 382: 커넥터

395A, 395B: 와이어본드

본 발명은 박막 벌크 탄성파 공진기(thin film bulk acoustic wave resonator) 사다리형 필터에 관한 것이다. 이러한 사다리형 필터를 접지시키는 소정 원리는 예를 들어 미국 특허 제 6,323,744호로부터 알려진다.

일반적으로, 박막 벌크 탄성파 공진기(이하, "FBAR")는 수백 메가헤르츠(MHz) 내지 수 기가헤르츠(GHz)에 걸친 고주파 환경에서 사용된다. 도 1은 통상적인 FBAR 부품(100)의 일반적인 횡단면도를 나타낸다. 도 1에서, FBAR 부품(100)은 2개의 전도성 전극 층(105, 115) 사이에 있는 압전 물질(110)을 포함하며, 이 전극 층(115)은, 예를 들어, 실리콘이나 석영으로 만들어진 견고하게 탑재된 반도체 기 판(120) 상에 증착된 반사 층 박막 또는 세트 상에 형성된다. 일반적으로, 압전 물질은 유전체이며, 바람직하게는, 적어도 ZnO, CdS 및 AlN을 포함한 그룹으로부터 선택된 것이다. 전극 층(115, 105)은 전도성 물질, 바람직하게는, Al, Mo 또는 W로부터 형성되지만, 다른 전도체나 미국 특허 제 6,291,931호에 기재된 바와 같은 전도체의 합성층으로부터 형성될 수도 있으며, 이러한 내용은 본 명세서에서 참조로서 인용된다.

이러한 FBAR 부품은, 종종, 전기 신호 필터, 보다 구체적으로는, 많은 원격통신 기술에 응용할 수 있는 FBAR 필터에 사용된다. 예를 들어, FBAR 필터는, 컴퓨터나 컴퓨터 관련 정보 교환 또는 정보 공유 시스템에서 뿐 아니라, 셀 방식, 무선 및 광섬유 통신에 이용될 수 있다.

이러한 더욱 복잡해지는 정보 및 통신 시스템에 휴대가능한 손바닥 크기의 환경을 만들고자 하는 바람은, 특히, 더 많은 무선 주파수 리소스와 관련하여, 필터링 기술을 상당히 필요로 한다. 따라서, FBAR 필터는 (a) 매우 강인하고, (b) 용이하게 양산되며, (c) 기가헤르츠 영역으로 연장된 주파수 범위에서 완수할 수 있는 사이즈 대비 성능 비를 급격하게 증가시킬 수 있는 것을 포함한 엄격한 성능 요건을 충족해야 한다.

그러나, 이러한 요건을 충족시키는 것 이외에, 비교적 큰 저지대역 감쇠에 대한 요구와 결부되는 동시에 낮은 통과대역 삽입손(insertion loss)이 필요하다. 더욱이, 이러한 FBAR 필터에 대해 상술한 일반적인 애플리케이션 중의 일부는 통과 대역폭을 중심 주파수의 4%까지 요구하며, 이는 AlN과 같은 공통 압전체를 이용하 여 이행되기가 용이하지 않다.

공진기로부터 FBAR 필터를 설계하는 표준 접근방안은, 예를 들어, 미국 특허 제 6,262,637호에 개시한 바와 같이, 사다리형 구성으로, 또는, 직렬-션트 관계(즉, "직렬" 공진기의 단자에 션트로 접속된 "션트" 공진기)로 FBAR 필터를 배열하는 것으로서, 이러한 내용은 본 명세서에서 참조로서 인용된다.

현재, FBAR 사다리형 필터를 설계하는 일반적인 방법은, 이후에 서로 연결되는(직렬 또는 사슬로 접속되거나 링크되는) FBAR 부품의 간단한 빌딩 블록을 설계하는 것이다. 도 2는, 보통, T-셀이라고 알려진 회로 형태의 간단한 빌딩 블록을 나타낸다. 특히, 도 2를 참조하면, T-셀(125)은 3개의 FBAR 부품(130A, 130B, 135)을 포함한다. FBAR(130A, 130B)는 각각 T-셀 블록의 "직렬 암(arm)"이다. 이들은 T-셀 빌딩 블록(125)의 입력포트(132)와 노드(136) 사이, 및 노드(136)와 출력포트(134) 사이에 직렬로 접속된다. 또한, FBAR 부품(130A 또는 130B)은 이후에 설명될 인접 접속된 T-셀용 직렬 암의 일부일 수 있다. 공진기 소자(135)는 T-셀 빌딩 블록(125)의 "션트 레그" 부분을 포함하는 것으로, 단자(136)와 접지부 사이에 션트로 접속된다. 함께 묶인 이러한 다수의 T-셀(125)은 FBAR 사다리형 필터를 형성한다.

도 3a 및 도 3b는 FBAR 사다리형 필터에 대한 이상적 접지 패턴과 일반적인 접지 패턴을 나타낸다. 이상적으로, FBAR 사다리형 필터는, 그 션트 레그 각각으로부터 다이(die)가 있는 패키지 또는 캐리어의 최종 외부 접지까지의 완벽한 절연 접지 경로를 보고자 하여, 션트 공진기 사이에 어떤 피드백 또는 커플링 방법도 존 재하지 않게 한다. 다이는, 사다리형 필터의 개별적인 직렬 및 션트 연결 FBAR 소자가 제작되는 통합 기반이다.

일반적으로, 다이는 캐리어 또는 패키지 상에 있거나 그 안에 배치된다. 이러한 이상적인 접지 방식 배열은 도 3a의 입력포트(149)와 출력포트(151) 사이에 도시된 FBAR 사다리형 필터 회로(150)를 예로 들어 설명된다. 도 3a에 도시한 바와 같이, 션트 FBAR 소자(152, 153)는 캐리어 또는 패키지의 최종 외부 접지(155)에 직접 접지된다. 사다리형 필터의 모든 접지 노드는 상측 전극이고 대개 서로 인접하게 접지되므로, 모든 접지를 하나의 큰 접지 패드 또는 "버스"로 서로 묶은 후, 이 패드를 하나 이상의 와이어본드를 갖는 최종 패키지 접지에 와이어본딩하는 것이 흔히 있는 일이다. 이러한 접지 방식 배열이 도 3b에 도시되어 있다.

도 3b에서, FBAR 사다리형 필터(160)의 션트 소자(162, 163)의 다이 접지는 서로 "묶이게" 되어, 와이어본드(165)에 의해 캐리어 상의 최종 외부 접지(166)에 접속되는 단일 금속 스트립(164)(즉, 상측 금속 전극으로부터의 공통 다이 접지)을 형성한다. 이것은, 다소 적절한 접지 방식을 제공한다 해도, 이 공통 다이 버스가 야기한 션트 공진기 사이의 상술한 커플링 및/또는 피드백 때문에, 통과 대역 에지 근처의 저지 대역에서 사다리형 필터 성능이 심각하게 열화된다.

FBAR 사다리형 필터의 통과 대역 근처의 이러한 저지대역 성능 "결함"은 다수의 와이어본드를 추가함으로써 다소 최소화될 수 있다. 도 4a는 다수의 와이어본드를 사용하는 FBAR 사다리형 필터 회로의 개략도를 나타내고, 도 4b는 도 4a의 다수의 와이어본드 배열의 표현을 나타낸다. 도 4a에서, FBAR 사다리형 필터(200) 는 서로 연결되어 있는 2개의 T-셀(205, 215)로 구성되며, T-셀(205)은 직렬 연결 FBAR 소자(207, 209)와 션트 FBAR 소자(210)를 갖고, T-셀(215)은 직렬 연결 FBAR 소자(217, 219)와 션트 FBAR 소자(229)를 갖고 있다. 도 3b와 유사하게, 션트 FBAR 소자(210, 220)의 접지는 서로 묶여서 단일 금속 스트립(230)을 형성하지만, 단일 와이어본드 대신, 2개의 와이어본드(225, 235)는 공통 접지를 캐리어 또는 패키지(도시하지 않음)의 최종 외부 접지에 접속시킨다.

도 4b는 도 4a의 FBAR 사다리형 필터(200)의 상측 개략도이다. 특히, 다이(250)에는, 최종 외부 접지와의 와이어본드 커넥션 뿐 아니라, 도 4a의 T-셀(205, 215)의 FBAR 소자에 대응하는 상측 금속 전극의 배열이 도시되어 있다.

특히, 상부 전극(207A, 209A, 217A, 219A)은 직렬 FBAR 소자(207, 209, 217, 219)에 대응하며, 금속화물(270)은 션트 FBAR 소자(210, 220)(사다리형 필터(200)의 션트 FBAR 소자를 접속시키는 단일 금속 스트립(230)과 유사함)를 외부 접지(도시하지 않음)에 접속시키는 공통 접지 스트립이다. 커넥터(281, 282)는 FBAR 사다리형 필터를 특수 시스템(도시하지 않음) 내의 인접한 다른 부품에 접속시킨다. 하부 전극(도시하지 않음)은, 각각, T-셀(205, 215)의 각 FBAR 소자에 공통이다. 도 4b로부터 알 수 있는 바와 같이, 2개의 와이어본드(295A, 295B)(도 4a의 와이어본드(225, 235)에 대응)는 인접 FBAR 션트 소자의 공통 접지 스트립을 다이가 놓인 캐리어 또는 패키지(도시하지 않음) 상에서 최종 외부 접지에 접속시키기 위한 것이다.

다수의 와이어본드를 사용하는 경우는, 도 3b에 도시한 단일 와이어본드를 사용한 경우에 비해, FBAR 사다리형 필터의 통과대역 에지 근처에서 저지대역 연결을 다소 개선한다. 이것은, 최종 외부 접지에 대한 와이어본드의 수를 증가시킴으로써, 전체적인 유도성 및 저항이 낮아지고, 이어서, 공통 다이 버스를 최종 패키지 접지로부터 절연하는 데 도움이 되기 때문이다. 이것은, 피드백/커플링 현상으로 인한 악영향을 제한한다. 그러나, 도 3a에서 설명한 바와 같은 이상적인 접지 방식 배열을 사용함으로써 이룰 수 있는 응답과 비교할 때, 개선은 여전히 받아들일 수 없다. 따라서, 상술한 표준 접지 기법보다 더 우수한 필터 성능을 나타내는 수정된 접지 방식 배열을 갖는 FBAR 사다리형 필터가 필요하다.

본 발명은 통과 대역 에지에 가까운 저지 대역에서 통상적으로 접지된 FBAR 사다리형 필터보다 덜 열화될 수 있는 FBAR 사다리형 필터를 제공한다. 사다리형 필터의 다수의 션트 연결 FBAR 소자 중의 적어도 2개 사이에 커패시터를 형성하는 것은, 사다리형 필터의 다이 상에 커패시터를 형성함으로써 이루어진다. 따라서, 모든 션트 연결 FBAR 소자는 서로 용량성으로 디커플링되어, 공통 다이 접지 또는 분할 다이 접지를 갖는 필터에 영향을 미치는 피드백/커플링을 감소시킨다.

바람직하게, 커패시터 소자는 FBAR 사다리형 필터의 탄성 공진기 어레이를 제작하는 단계에서 증착된 동일 물질을 사용하여 형성된다. 예를 들어, FBAR 소자를 제작하기 위해 증착된 전극 및 압전 층은 커패시터 소자의 형성에 이용될 수 있다.

이것은, FBAR 소자 제작에 대한 임의의 추가 프로세스 단계 없이 바람직하게 달성된다. 커패시터 소자의 용량 동조는 단지 그 상측 및 하측 전극의 면적을 적절하게 조절함으로써 제공될 수 있다. 물론, 커패시터 소자의 동조는 또한 압전층의 두께를 조절하여서도 이행될 수 있다. 그러나, 그 전극의 면적을 조절하여, 커패시터 소자의 용량을 동조시킴으로써, FBAR 소자와 동일한 두께를 갖는 커패시터를 소자를 다이 상에 제공하는 것이 바람직하다. 이 추가적인 "직렬 공진기" 소자는 커패시터, 특히, 공진기로서가 아니라 디커플링 커패시터로서 기능한다. 이것은 그 추가적인 "직렬 공진기" 소자의 공진 주파수가 관련 사다리형 필터 주파수로부터 멀리 떨어진 주파수 범위에 있어야 한다는 것을 의미한다.

본 발명은 이하에서 본 명세서에 주어진 상세한 설명과 첨부한 도면으로부터 충분히 이해될 것이고, 도면에서 동일한 소자는 동일한 참조부호로 나타내어지며, 오직 설명으로서 주어지기 때문에 본 발명의 제한 사항이 되지 않는다.

본 발명의 실시예는, 사다리형 필터에서 션트-연결 FBAR 소자 사이에 커패시터 소자를 제공함으로써 통과 대역 에지 근처의 저지 대역에서의 성능을 개선시켜, 서로 간의 션트-연결 FBAR 소자의 유도 연결을 보상하는 박막 공진기 사다리형 필터를 나타낸다. 통과 대역 근처의 저지 대역 성능 "결함(glitches)"은, 현재 FBAR 사다리형 필터를 캐리어 또는 패키지에 접지하는 데 사용되는 통상적인 단일 및 다수의 와이어본드 접지 방식 배열에 비해, 상당히 감소한다.

도 5a는 본 발명에 따른 디커플링(decoupling) 커패시터 접지 방식 배열을 갖춘 FBAR 사다리형 필터 회로를 나타내며, 도 5b는 도 5a의 FBAR 사다리형 필터 회로의 개략적인 상측도이다. 도 5a 및 도 5b의 FBAR 소자는 이전에 식별된 도 4a 및 도 4b의 FBAR 소자와 거의 유사한 FBAR 소자에 관한 것으로, 도 4a 및 도 4b에서 설명한 커패시터 배열과 다른 것만이 강조되어 있다.

도 5a에서, FBAR 사다리형 필터(300)는 서로 연결된 2개의 T-셀(305, 315)로 구성되어 있으며, T-셀(305)은 직렬 연결된 FBAR 소자(307, 309)와 션트 FBAR 소자(310)를 구비하고 있고, T-셀(315)은 직렬 연결된 FBAR 소자(317, 319)와 션트 FBAR 소자(320)를 구비하고 있다. 2개의 와이어본드(325, 335)는 션트 FBAR 소자(310, 320)를 캐리어 또는 패키지(340)의 최종 외부 접지에 접속시킨다. 또한, 커패시터 소자(330)는 2개의 션트 FBAR 소자(317, 319) 사이에 직렬 접속된다.

이하에서 명백해지는 바와 같이, FBAR 사다리형 필터(300)에서 2개의 션트-연결 FBAR 소자(317, 319) 사이에 이 커패시터 소자(330)를 마련하면, FBAR 사다리형 필터(300)는, 단일의 공동 다이 접지 또는 분할된 다이 접지로부터 캐리어 또는 패키지의 외부 접지까지의 통상적인 단일 또는 다수의 와이어본드 방식에 비해, 통과 대역 근처의 기생 저지 대역 결함(parasitic stopband glitches)을 더욱 양호하게 제어할 수 있다.

도 5b는 도 5a의 FBAR 사다리형 필터(300)의 상측 개략도이다. 특히, 다이(350)에는, 최종 외부 커넥션과의 와이어본드 접속 뿐 아니라, 도 5a의 T-셀(305, 315)에서의 FBAR 소자에 대응하는 상부 금속 전극의 배열이 도시되어 있다.

특히, 상부 전극(307A, 309A, 317A, 319A)은 직렬 FBAR 소자(307, 309, 317, 319)에 대응하며, 금속화물(370)은 션트 FBAR 소자(310, 320)를 외부 접지(도시하지 않음)에 접속시키는 공통 접지 스트립이다.

커넥터(381, 382)는 FBAR 사다리형 필터를 특수 시스템(도시하지 않음) 내의 인접한 다른 부품에 접속시킨다. 하부 전극(도시하지 않음)은, 각각, T-셀(305, 315)의 각 FBAR 소자에 공통이다. 도 5b로부터 알 수 있는 바와 같이, 2개의 와이어본드(395A, 395B)(도 5a의 와이어본드(325, 335)에 대응)는 인접 FBAR 션트 소자의 공통 접지 스트립을 다이가 놓인 캐리어 또는 패키지(도시하지 않음) 상에서 최종 외부 접지에 접속시키기 위한 것이다.

션트 FBAR 소자(310, 320)의 2개의 상부 접지 전극(310A, 320A) 사이에는, 커패시터 소자(330)가 직렬 접속된다. 커패시터 소자(330)는 상측 금속 전극(330A) 및 하측 금속 전극(도시하지 않음)을 갖는다. 하측 금속 전극은 션트 FBAR 소자(310)의 상측 접지 금속 전극(310A)과 접속되고, 상측 금속 전극(330A)은 션트 FBAR 소자(320)의 상측 접지 금속 전극(320A)과 접속된다. 커패시터 소자(330)는 순수 커패시터로서 작용하여 공진기로서 작용하지 않도록 설계된다. 커패시터(330)는 FBAR 소자와 같은 방식으로 제조되는 것으로, 다시 말해, 증착된 물질은 FBAR 소자에 사용된 것과 같은 물질이다.

도 7은 도 4a 및 도 5a의 접지 배열을 갖는 실시예의 FBAR 필터 회로에 대한 통과 대역 응답의 비교를 나타낸다. 특히, 도 7은, (a) 공통 다이 접지로부터의 다수의 와이어본드 접지(도 7의 중심에서 "커패시터 없음"으로 나타냄)와, (b) 도 5a에 나타낸 바와 같이, 이러한 2개의 상측 접지 전극 사이에 직렬 접속된 개별적인 션트 상부 접지 전극 및 커패시터 소자를 구비하는 각각의 독립적인 소자로 분할되는 션트 공진기(도 7의 중심에서 "커패시터 있음"으로 나타냄)를 구비하는 FBAR 필터 회로에 대한 단위 주파수(x축, 0.02 GHz/div.) 대비 dB 단위 통과대역 성능(y축)을 나타낸다.

도 7의 각각의 응답의 "숄더"는 A 및 B로 명기되어, 통과 대역의 에지를 나타내고 2개의 상이한 접지 배열에 의해 얻을 수 있는 대역 외 반사 특성 사이의 구별을 나타낸다. FBAR 필터가 통상적인 방법으로 외부 접지에 접속되는 경우에는, 대역 외 반사 특성이 불량하다(포인트 "A" 내지 통과 대역의 좌측 참조).

그러나, 본 발명에 따르면, 통과 대역 에지에서 대역 외 응답은 도 4a 및 도 4b의 통상적인 와이어본드 방식 배열로 얻어지는 것 전체에 대해 상당히 개선될 수도 있다. 이 응답은, 디커플링 커패시터 소자가 션트 공진기의 두 전극 사이에 직렬 접속된 경우에, 도 5a의 회로 구조에 응답하는 응답이다.

따라서, 본 발명의 FBAR 사다리형 필터의 사용은, 통상적인 필터에 비해, 특히, 통과 대역 에지 근처의 저지 대역 응답 개선을 고려한다. 본 발명의 FBAR 필터는, 사다리형 필터의 션트 레그 사이에 커패시터 소자를 제공함으로써 커플링/피드백의 악영향을 감소시킨다. 또한, 본 발명의 접지 배열은, 임의의 통상적인 접지 방식 배열보다 완벽한 접지에 의해 얻을 수 있는 응답을 더욱 근접하게 근사화시킨다. 또한, 본 발명의 FBAR 사다리형 필터 접지 방식 배열은, 현재 FBAR 사다리형 필터 회로를 캐리어 또는 패키지에 접지시키는 데 사용되고 있는 공통 다이 접지로부터의 통상적인 단일 및 다수의 와이어본드 접지 방식 배열을 조절하는 완벽한 방식이다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 이러한 사다리형 필터는 전화 애플리케이션용 송수전환기(duplexer), 전형적으로는 전(full) 송수전환기에 내장된다. 전 송수전환기를 사용하기 위해서는, 송신 신호가 수신 신호와 다른 주파수여야 한다. 전 송수전환기는 스위치가 부족하고, 신호의 주파수에 따라 송신 신호를 수신 신호로부터 절연하는 대역 통과 필터를 내장한다. 도 6은 휴대 전화, 개인 통신 시스템(PCS) 디바이스 또는 기타 송신/수신 장치에서 사용되는 통상적인 전단 회로(610)를 나타낸다. 이 회로에서, 송신기(614)의 전력 증폭기(612)의 출력과 수신기(618)의 저잡음 증폭기(616)의 입력은 전 송수전환기인 송수전환기(620)에 접속된다. 또한 송수전환기에는 안테나(622)가 접속된다.

송수전환기(620)는 송신 포트(624), 수신 포트(626) 및 안테나 포트(628)를 갖는 3포트 디바이스이다. 안테나 포트는 Tx 대역 통과 필터(630)를 통해 송신 포트에 접속되고, 90° 위상 변환기(634)와 Rx 대역 통과 필터(632)의 직렬 배열을 통해 수신 포트에 접속된다. 대역 통과 필터(630, 632)의 통과 대역은, 각각, 송신기(614)에 의해 생성된 송신 신호의 주파수 범위, 및 수신기(618)가 동조(tuning)될 수 있는 수신 신호의 주파수 범위를 중심으로 한다. 도시한 일례에서, 대역 통과 필터는, Tx 대역 통과 필터(630)의 고주파 저지 대역이 Rx 대역 통과 필터(632)의 통과 대역과 중첩되고, Rx 대역 통과 필터(632)의 저주파 저지 대역이 Rx 대역 통과 필터(630)의 통과 대역과 중첩되도록 구성된다.

송수전환기(620)를 구성하는 대역 통과 필터(630, 632)에 대한 요건은 매우 엄격하며, 특히, Rx 대역 통과 필터(632)에 대한 요건은 매우 엄격하다. 대역 통과 필터는, 안테나(622)에 의해 생성되고, 저잡음 증폭기(616)의 입력으로 제공되는 매우 약한 수신 신호를 전력 증폭기(612)에 의해 생성된 강한 송신 신호로부터 절연한다. 일반적인 실시예에서, 저잡음 증폭기(616)의 감도는 -100dBm 정도이고, 전력 증폭기(612)는 약 28dBm의 전력 레벨을 송수전환기에 공급할 수 있다. 이러한 일례에서, 송수전환기는 안테나 포트(628)와 수신 포트(626) 사이의 송신 신호를 약 50dB 정도만큼 감쇠시켜서, 수신 포트에서 수신 신호와 혼합된 나머지 송신 신호가 저잡음 증폭기에 지나치게 부하를 거는 것을 방지할 수 있어야 한다. 대역 통과 필터(630, 632)의 FBAR 소자의 임의의 피드백/커플링은, 피드백/커플링이 대역 통과 필터(630, 632)의 필터 특성에 악영향을 주게 되어 전체 송수전환기의 성능에 악영향을 주기 때문에, 회피되어야 한다.

또한, 본 발명의 FBAR 필터는 보조 인덕터, 보조 커패시터 또는 가변 커패시터와 같은 소자로의 커넥션을 위해 이상적인 추가 회로 소자를 제공한다. 이러한 소자가, 필터의 입력, 출력 및/또는 션트 경로에 부가될 때 필터 성능을 형성하는 데 유리하게 사용될 수 있음은 알려져 있다. 공통 다이 접지의 통상적인 방법이 이용되는 경우, 모든 션트 FBAR 소자 사이에서 추가적인 피드백/커플링 유형 및 더욱 부가된 추가 회로 소자는 필터 성능에 이롭지 못할 수 있다. 그러나, 본 발명의 필터 배열에 따르면, 소망 회로 소자는 션트 상부 접지 전극과 그 최종 접지 사이에 위치할 수 있으며, 각각의 소망 회로 배열은 나머지 션트 소자로부터 용량성 디커플링되어, 피드백/커플링의 악영향을 감소시킬 수 있다.

본 발명이 이와 같이 설명되고 있으나, 동일 발명이 많은 방법으로 변화될 수도 있음이 명백하다. T-셀 구조는 사다리형 필터를 설계한 것으로 설명되고 있으나, 접지 방법은 T-셀을 빌딩 블록으로서 사용하지 않는 다른 방법으로 설계된 필터에 사용될 수도 있다. 이러한 변형은 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어난 것으로 간주되지 않으며, 또한, 수정은 당업자에게 자명하거나 다음의 청구범위 범주 내에 포함되는 것은 자명하다.

본 발명에 따르면, 통과 대역 에지에 근접한 저지 대역에서 통상적으로 접지되는 FBAR 사다리형 필터보다 덜 열화될 수 있는 FBAR 사다리형 필터가 제공된다.

Claims

박막 공진기(FBAR) 사다리형 필터에 있어서,

다이에 마련된 다수의 직렬 연결 FBAR 소자 - 각각의 직렬 연결 FBAR 소자는 상측 금속 전극과 하측 금속 전극을 포함함 - 와,

상기 다이에 마련된 다수의 션트 연결 FBAR 소자 - 각각의 션트 연결 FBAR 소자는 접지 노드를 제공하는 상측 금속 접지 전극과 하측 금속 전극을 포함함 - 와,

상기 다이 상에 마련된 적어도 하나의 커패시터 소자 - 각 커패시터 소자는 상측 금속 전극과 하측 금속 전극을 포함하되, 상기 션트 연결 FBAR 소자의 유도성 커플링을 보상하도록 2개의 접지 노드 사이에 직렬 연결됨 - 를 포함하는

박막 공진기 사다리형 필터.
제 1 항에 있어서,

상기 다이에는 단 하나의 커패시터 소자가 마련되는

박막 공진기 사다리형 필터.
제 1 항에 있어서,

상기 다이는 최종 외부 접지를 포함하는 캐리어 또는 패키지 상에 있는

박막 공진기 사다리형 필터.
제 3 항에 있어서,

상기 최종 외부 접지는 상기 다이가 있는 캐리어 또는 패키지 상에 있는

박막 공진기 사다리형 필터.
제 1 항에 있어서,

상기 적어도 하나의 커패시터 소자의 상기 상측 및 하측 전극은 알루미늄 및/또는 몰리브덴 및/또는 텅스텐으로 만들어진 박막 금속 부재인

박막 공진기 사다리형 필터.
제 1 항에 있어서,

상기 적어도 하나의 커패시터 소자의 상기 상측 및 하측 전극과, 상기 직렬 연결 및 션트 연결된 FBAR 소자의 상기 상측 및 하측 전극은 동일 금속 또는 금속층으로 만들어진 박막 금속 부재인

박막 공진기 사다리형 필터.
제 1 항에 있어서,

상기 적어도 하나의 커패시터 소자의 상기 상측 및 하측 전극 사이에는 활성 압전 물질 - 상기 압전 물질은 적어도 ZnO, CdS 및 AlN을 포함하는 그룹으로부터 선택됨 - 이 있는

박막 공진기 사다리형 필터.
제 1 항에 있어서,

상기 적어도 하나의 커패시터 소자의 상기 상측 및 하측 전극 사이와, 상기 직렬 연결 및 션트 연결된 FBAR 소자의 상기 상측 및 하측 전극 사이에는 동일한 활성 압전 물질이 있는

박막 공진기 사다리형 필터.
제 1 항에 있어서,

상기 유도성 커플링을 보상하는 데 필요한 커패시터 소자의 용량은 주로 상기 상측 금속 전극과 하측 금속 전극의 면적을 조절함으로써 설계되는

박막 공진기 사다리형 필터.
제 1 포트, 제 2 포트 및 제 3 포트와,

상기 제 1 포트와 상기 제 3 포트 사이에 접속된 제 1 대역 통과 필터 - 상기 제 1 대역 통과 필터는 션트 및 직렬 FBAR 소자를 갖는 제 1 사다리형 회로를 포함함 - 와,

상기 제 2 포트와 상기 제 3 포트 사이에 접속된 직렬 회로 - 상기 직렬 회로는 상기 제 2 대역 통과 필터와 직렬로 90° 위상 전환기를 포함하며, 상기 제 2 대역 통과 필터는 션트 및 직렬 FBAR 소자를 갖는 제 2 사다리형 회로를 포함함 - 를 포함하되,

상기 제 1 및 제 2 사다리형 회로 중의 적어도 하나는,

다이에 마련된 다수의 직렬 연결된 FBAR 소자 - 각 직렬 연결 FBAR 소자는 상측 금속 전극과 하측 금속 전극을 포함함 - 와,

상기 다이에 마련된 다수의 션트 연결된 FBAR 소자 - 각 션트 연결 FBAR 소자는 접지 노드를 제공하는 상측 금속 접지 전극과 하측 금속 전극을 포함함 - 와,

상기 다이에 마련된 적어도 하나의 커패시터 소자 - 각 커패시터 소자는 상측 금속 전극과 하측 금속 전극을 포함하되, 션트 연결 FBAR 소자의 유도성 커플링을 보상하도록 2개의 접지 노드 사이에 직렬 연결됨 - 를 포함하는

송수전환기.
제 10 항에 있어서,

상기 제 1 대역 통과 필터는 Tx 필터이고 상기 제 2 대역 통과 필터는 Rx 필터인

송수전환기.
제 11 항에 있어서,

상기 Rx 필터의 상기 사다리형 회로는

다이에 마련된 다수의 직렬 연결된 FBAR 소자 - 각 직렬 연결 FBAR 소자는 상측 금속 전극과 하측 금속 전극을 포함함 - 와,

상기 다이에 마련된 다수의 션트 연결된 FBAR 소자 - 각 션트 연결 FBAR 소자는 접지 노드를 제공하는 상측 금속 접지 전극과 하측 금속 전극을 포함함 - 와,

상기 다이에 마련된 적어도 하나의 커패시터 소자 - 각 커패시터 소자는 상측 금속 전극과 하측 금속 전극을 포함하되, 상기 션트 연결 FBAR 소자의 유도성 커플링을 보상하도록 2개의 접지 노드 사이에 직렬 연결됨 - 를 포함하는

송수전환기.
다이 상에 다수의 직렬 연결 박막 공진기 (FBAR) 소자로 구성된 사다리형 필 터 - 상기 다수의 직렬 연결 FBAR 소자의 각 쌍 사이에는 직렬 연결된 FBAR을 구비하여 상기 다이에서 다수의 인접 션트 연결 FBAR 소자를 형성함 - 를 접지시키는 방법에 있어서,

적어도 2개의 인접 션트 연결 FBAR 소자의 상측 접지 전극 사이에 커패시터 소자를 접속시키는 단계와,

각 인접 션트 연결 FBAR 소자를 사다리형 필터 외부에 있는 최종 접지에 접속시키는 단계를 포함하는

사다리형 필터 접지 방법.
제 13 항에 있어서,

상기 다이는 상기 외부 접지를 포함하는 캐리어 또는 패키지 상에 있는

사다리형 필터 접지 방법.
사다리형 필터를 접지시키는 방법에 있어서,

다이 상에 다수의 직렬 연결 박막 공진기(FBAR) 소자를 제공하되, 각 직렬 연결 FBAR 소자는 상측 및 하측 금속 전극을 포함하는 단계와,

상기 다수의 직렬 연결 FBAR 소자의 쌍 사이에 션트 FBAR 소자를 마련하여, 상기 다이에 다수의 인접 션트 연결 FBAR 소자를 형성하되, 각 인접 션트 연결 FBAR 소자는 상측 접지 금속 전극과 하측 금속 전극을 포함하는 단계와,

상기 션트 연결 FBAR 소자의 쌍 사이에 적어도 하나의 커패시터 소자를 마련하되, 각 커패시터 소자는 상기 션트 연결 FBAR 소자의 유도성 커플링을 보상하도록 2개의 상측 접지 전극 사이에 직렬 연결되는 단계와,

상기 인접 션트 연결 FBAR 소자의 각 상측 금속 접지 전극을 상기 사다리형 필터 외부에 있는 최종 접지에 접속시키는 단계를 포함하는

사다리형 필터 접지 방법.