KR20080020567A - 음향 공진기 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 음향 공진기는 동일 공간의 피에조 전기 방향을 가지는 제 1 및 제 2 피에조 전기 몸체와, 제 1 및 제 2 피에조 전기 몸체 사이에 배치되어 음향 공진기의 제 1 단자를 형성하는 중심 전극과, 제 1 및 제 2 전극을 포함하되, 제 1 전극은 제 1 피에조 전기 몸체가 제 1 전극 및 중심 전극 사이에 위치하도록 배치되고, 제 2 전극은 제 2 피에조 전기 몸체가 제 2 전극 및 중심 전극 사이에 위치하도록 배치되며, 제 1 및 제 2 전극은 음향 공진기의 제 2 단자를 형성하도록 서로 전기적으로 연결되도록 배치된다.
음향 공진기, 전극, 중심 전극, 피에조 전기 몸체

Description

음향 공진기{ACOUSTIC RESONATOR}
본 발명은 필터 구조 등에 사용되는 피에조 전기 장치 등에 관한 것이다.
특히 이동 무선 통신에서, 높은 공진 주파수 및 양질의 음질 때문에 BAW(bulk acoustic wave) 공진기가 폭넓게 사용되어 왔다. BAW 공진기의 간단한 실시예는, 두 전극층 사이에 배치된 얇은 피에조 전기 물질 층을 포함하여 구성된다.
BAW 공진기를 기초로 한 사다리형 필터에서는, 예를 들면, 휴대폰 장치의 안테나에 직접 동작하고 어떤 전력 값을 초과하는 레벨의 전력을 송신하는 안테나 듀플렉서 등에서, 비선형 동작이 관찰된다. 이런 문제는, 예를 들면, 0.1W일 때 발생한다.
본 발명의 목적은, 상기한 바와 같은 비선형성이 감소된 음향 공진기 및 그를 포함하는 필터 및 그 각각의 제조 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명의 음향 공진기는 동일 공간의 피에조 전기 방향을 가지는 제 1 및 제 2 피에조 전기 몸체의 적층과, 제 1 및 제 2 피에조 전기 몸체 사이에 배치되어 음향 공진기의 제 1 단자를 형성하는 중심 전극과, 제 1 및 제 2 전극을 포함하되, 제 1 전극은 상기 제 1 피에조 전기 몸체가 제 1 전극 및 상기 중심 전극 사이에 위치하도록 배치되고, 상기 제 2 전극은 제 2 피에조 전기 몸체가 제 2 전극 및 중심 전극 사이에 위치하도록 배치되며, 제 1 및 제 2 전극은 음향 공진기의 제 2 단자를 형성하도록 서로 전기적으로 연결되도록 배치된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 사다리 구조의 필터에 있어서, 음향 공진기는 동일 공간의 피에조 전기 방향을 가지는 제 1 및 제 2 피에조 전기 몸체의 적층과, 제 1 및 제 2 피에조 전기 몸체 사이에 배치되어 음향 공진기의 제 1 단자를 형성하는 중심 전극과, 제 1 및 제 2 전극을 포함하되, 제 1 전극은 제 1 피에조 전기 몸체가 제 1 전극 및 중심 전극 사이에 위치하도록 배치되고, 제 2 전극은 제 2 피에조 전기 몸체가 제 2 전극 및 중심 전극 사이에 위치하도록 배치되고, 제 1 및 제 2 전극은 서로 전기적으로 연결되어 음향 공진기의 제 2 단자를 형성하며, 음향 공진기는 상기 사다리 구조의 직렬 경로 또는 분기 경로에 배치되는 사다리 구조의 필터가 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 음향 공진기 제조방법에 있어서, 동일 공간의 피에조 전기 방향을 가지는 제 1 및 제 2 피에조 전기 몸체의 적층과, 제 1 및 제 2 피에조 전기 몸체 사이에 배치되어 음향 공진기의 제 1 단자를 형성하는 는 중심 전극과, 제 1 및 제 2 전극 -제 1 전극은 제 1 피에조 전기 몸체가 제 1 전극과 중심 전극 사이에 위치하도록 배치되고, 제 2 전극은 제 2 피에조 전기 몸체가 제 2 전극과 중심 전극 사이에 위치하도록 배치됨- 을 포함하는 구조를 제공하는 단계와, 제 1 및 제 2 전극을 서로 전기적으로 연결하여 음향 공진기의 제 2 단자를 형성하는 단계를 포함하는 음향 공진기 제조방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 사다리 필터 제조방법에 있어서, 동일 공간의 피에조 전기 방향을 가지는 제 1 및 제 2 피에조 전기 몸체의 적층을 포함하고, 상기 음향 공진기의 제 1 단자를 형성하는 상기 제 1 및 제 2 피에조 전기 몸체 사이에 배치되는 중심 전극을 포함하며, 제 1 및 제 2 전극 -제 1 전극은 제 1 피에조 전기 몸체가 제 1 전극과 중심 전극 사이에 위치하도록 배치되고, 제 2 전극은 제 2 피에조 전기 몸체가 제 2 전극과 중심 전극 사이에 위치하도록 배치됨- 을 포함하는 구조를 제공하는 단계와, 제 1 및 제 2 전극을 서로 전기적으로 연결하여 음향 공진기의 제 2 단자를 형성하는 단계와, 음향 공진기가 사다리형 구조의 직렬 또는 분기 경로에 연결되도록 상기 음향 공진기를 배치시키는 단계를 포함 하는 음향 공진기 제조방법이 제공된다.
이하 본 발명의 추가의 실시예들을 상세히 기술하기에 앞서, 동일 또는 유사한 기능적 특성을 가지는 구성요소는 동일한 참조부호로 표시됨을 유의해야 한다. 달리 명시되지 않은 이상, 동일 또는 유사한 기능적 특성을 가지는 구성요소들에 대한 설명은 서로 대체될 수 있다.
일반적으로 실시예들 및 이들의 이점을 더 잘 이해할 수 있도록 하기 위하여, 비선형성이 감소되고 적층 결정 필터(SCF; stacked crystal filter)를 가지는 공진기의 일 예로서, 사다리형 BAW 필터가 논의된다. 비록 이하의 실시예 및 그 효과가 적층 결정 필터(SCF) 및 적층 결정 필터 공진기(SCF 공진기 또는 SCR)를 기초로 기술되어 있기는 하나, 임의의 다른 등가 구조, 예를 들면 그 피에조 전기 및/또는 전기 음향 공진 특성과 관련한 적층 결정 필터와 등가인 구조가 본 발명의 음향 공진기의 일실시예를 실행하거나 제조하는데 사용될 수 있고 필수적으로 동일한 이점 및 효과가 달성됨이 명백하다.
도 1은, 각 단이 직렬 공진기 및 분기 공진기로 구성된 4개의 단을 포함하는 BAW의 일례를 기초로 한 예시적 사다리형 BAW 필터를 도시한다. 도 1은, 입력단(102), 출력단(104), 및 공통단(106)을 구비한 사다리형 필터(100)를 상세히 도시하는데, 입력단(102) 및 공통단(106)은 입력 포트를 형성하고, 출력단(104) 및 공통단(106)은 출력 포트를 형성한다. 상기 사다리형 BAW 필터(100)는 4개의 직렬 공진기(series resonator)(110, 120, 130 및 140) 및 4개의 분기 공진기(shunt resonator)(150, 160, 170 및 180)를 포함한다. 각 공진기(110, 120, 130, 140, 150, 160, 170 및 180)는 두 금속 전극 사이에 배치된 피에조 전기층을 포함하는데, 이것은 피에조 전기층(116) 및 두 전극(112 및 114)을 가지는 직렬 공진기(110)에 예시적으로 도시되어 있다. 분기 공진기(150, 160, 170 및 180) 및 직렬 공진기(110, 120, 130 및 140)는 서로 다른 공진 주파수 및/또는 전기 용량을 가질 수 있다. 상기 분기 공진기의 피에조 전기층에서의 빗금은 그것이 각각의 직렬 공진기에 비하여 더 낮은 공진 주파수를 갖는다는 것을 나타낸다.
음향 공진기, 예를 들면, BAW 공진기의 두 전극 사이에 전기장이 가해지면, 상반되는 또는 역의(reciprocal or inverse) 피에조 전기 효과로 인하여 BAW 공진기를 기계적으로 팽창 또는 수축시키게 되며, 팽창 또는 수축 여부는 전기장의 편극과 관련하여 상기 피에조 전기 물질의 편극 또는 피에조 방향에 따라 결정된다. 이것은 상기 두 전극 사이에 전기장이 역으로 가해지면 반대의 경우가 적용된다는 것을 의미한다. 교류장의 경우, 음향파가 피에조-층에서 발생되고, 그것은 전기장에 평행한 방향으로 전파할 것이다. 유도된 음향파의 형태, 예를 들면, 전단파인지 또는 종파인지 여부는 한편에서의 피에조-방향 및 다른 한편에서의 전기장 방향 사이에서의 상대적 방향에 따라 결정된다. 피에조 전기 방향 또는 쇼트 피에조-방향 여부는, 예를 들면, 결정 공진기의 결정 물질 또는 결정 격자형, 결정 방향 및 이용된 음향파 전파의 종류, 예를 들면 종파 및/또는 전단파 등에 따라 결정된다. 예를 들면, AlN 또는 ZnO 등에서의 피에조-방향은 c-축 또는 a-축 등과 같은 결정 방향으로 한정될 수 있다. AlN 또는 ZnO 결정 공진기는 그 결정의 c-축이 종파 음향파가 발생되는 층 팽창 면에 수직이도록 제조될 수 있다. 그 경우에, 예를 들면 피에조 전기 방향은 전기장에 평행이 된다. 일반적으로, 피에조-방향은 사용된 피에조 물질의 특수한 결정 방향으로 해석될 수 있고, 전기장 축에 평행한 방향으로 향한다면 그 피에조-방향의 형성에 따라, 종파만 또는 횡파만과 같이, 특수 형태의 음향파 만을 분리하여 생성할 수 있도록 한다. 그러나, 피에조-방향은 가해진 전기장에 반드시 다시 평행으로 향해야만 하는 것은 아니다. 오히려, 피에조 및 전기장 방향에 사선방향에서, 특수 형태의 음향파 이상이, 이렇게 생성된 전파되는 파에 기여할 수 있다.
완전한 층의 적층은 다중의 음향 공진 주파수를 형성한다. 특히, 전극들은 높은 음향 임피던스를 가지기 때문에 상기 피에조-전극 인터페이스에서 소량만이 반사된다. 대부분의 반사는, 예를 들면, 공기와 같은 낮은 음향 임피던스의 물질을 갖는 전극의 인터페이스에서 발생한다. 그러므로, 1차로 공진 주파수는 피에조 층의 두께 및 상기 전극의 두께에 의하여 결정되고, 여기서 전체 두께가 음향파의 파장(λ)의 반의 정수배와 같아질 때마다 공진 상태, 다른 말로 음향 모드 또는 정상파가 발생한다. 기본 공진 주파수 또는 제 1 고조파 주파수(f1)는 피에조-층 및 전극의 전체 두께에 1차로 반비례할 것이다. 이것은, BAW 공진기가 피에조 층 및 전극들의 전체 두께에 의하여 외부에 지정된 주파수에서 진동한다는 것을 의미한다. 그러나, 공진 모드를 위하여 항상 완전층 적층이 고려되어야 하기 때문에, 상기 예는 설명을 위한 단순한 예에 불과하다.
도 1에 도시된 바와 같은 BAW 공진기를 기초로 한 사다리형 필터에서는, 예를 들면, 휴대폰 장치의 안테나에 직접 동작하고 어떤 전력 값을 초과하는 전력 레벨을 전송하는 안테나-듀플렉서 등에서, 비선형 동작이 관찰되었다. 상기 듀플렉서의 출력 스펙트럼에서 명백한 제 2 고조파가 발생하고, 전송된 신호가 안테나로부터 입력되는 신호와 함께 신호 상호 변조되는 것은 명백한 사실이다.
이 비선형성은 두 가지 근본적 원인에 기인한다. 첫째 원인은 장치 고유의 원인이다. 피에조 전기 계수는 음향파를 발생시킬 뿐 아니라 장치의 주된 특성 중 두 가지에 영향을 미친다: 그 공진 주파수 및 전기용량이 그것이다. 이것은 피에조 전기 효과로 인한 전극 분리시 변화에 의하여 유도되는데, 예를 들면 전기장이 BAW 공진기에 가해질 때, 상호 또는 역 피에조 효과로 인하여 상기 BAW 공진기를 기계적으로 팽창 또는 수축시키게 되고, 팽창 또는 수축 여부는 가해진 전기장의 편극과 관련하여 상기 피에조 전기 물질의 편극 방향에 따라 결정된다. 둘째 원인은, 이 전력 레벨에서 BAW 장치의 활성층에 존재하는 최대의 에너지 밀도에서 찾을 수 있다: 피에조 효과 자체가, 예를 들면 기계적 팽창 또는 수축 등과 전기장 사이의 엄격한 선형 관계를 더 이상 따르지 않는다. 양 효과는, 주로 각각의 BAW 공진기의 장치 응답에서, 따라서 필터의 장치 응답에서, 명백한 2차 항을 발생시키게 된다.
BAW 공진기의 비선형성을 보상할 수 있는 첫째 가능성이 이하에 기술된다. 이 방법에 따르면, 전기용량(C)을 가지는 BAW 공진기가 전기용량(C/2)을 가지는 두개의 동일한 장치로 분리된다. 이 두 장치는 피에조 전기층의 피에조 전기 방향에 대한 반평행(anti-parallel) 구조로 함께 연결된다. 도 2는, 비선형 공진기(200)를, 두개의 크기가 반인, 예를 들면, 전기용량이 반인 비선형 공진기(230, 240)의 반평행 구조(220)에 의하여 대체된 경우를 도시한다 (비선형 공진기들(200, 230 및 240)의 크기가 일정 척도에 따라 도시되어 있지는 않다). 비선형 공진기(200)는 두 개의 전극(202, 204), 및 피에조 방향(206P)과 전기용량(C)의 피에조 전기층(206)을 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 비선형 공진기(230)는 한 쌍의 반평행 연결된 비선형 공진기(230 및 240)에 의하여 대체된다. 비선형 공진기(230)는 두 개의 전극(232, 234), 피에조 방향(236P) 및, 예를 들면 비선형 공진기(200)의 전기용량의 반인 전기용량(C/2)인 피에조 전기층(236)을 포함한다. 비선형 공진기(240)는 두 개의 전극(242, 244), 피에조 방향(246P)의 피에조 전기층(246)을 포함한다. BAW 공진기(230)의 피에조 방향(236P)은 BAW 공진기(240)의 피에조 방향(246P)의 역방향임을 유의하여야 한다.
2차의 비선형 응답 방향이 피에조-방향이기 때문에 상기 장치의 두 2차 응답은 반대 간섭에 의하여 자체적으로 상쇄된다. 다른 말로, 피에조-방향(236P 및 246P)은 또한 그들 각각의 응답의 방향을 나타내고, 그들의 피에조 방향이 공통의 전기 연결에 대해 역방향이기 때문에, 이 구성은 또한 반평행 구조로 언급된다. 그럼으로써, 반평행 회로는 전기용량(C)의 하나의 공진기처럼 동작한다. 이 방법은, 고 에너지 밀도를 발생시킴으로 인한 BAW 장치에서의 비선형성 문제를 다루기에 적합한 또 다른 방법보다 실리콘 공간을 덜 필요로 하고, 후자의 방법은 이하에 논의된다.
이 다른 방법은 공진기의 "종속접속(cascading)"으로 언급된다. 고정된 전기용량(C)을 가지는 한 공진기가 전기용량(2C)를 각각 가지는 두 개의 공진기의 연속 또는 직렬 연결로 대체될 것이고, 따라서 전체 전기용량은 결과적으로 C가 될 것이다. 도 3은, 비선형 공진기(200)를 피에조 전기층의 피에조 전기 방향에 대해 반-직렬(anti-series) 구조로 연결된 두개의 2배 크기의 비선형 공진기로 대체시킨 경우를 도시한다. 상기 반-직렬 구조(320)는 전기적으로 직렬 연결된 두 개의 비선형 공진기(330 및 340)를 포함한다. 비선형 공진기(330)는 두 개의 전극(332, 334), 피에조 방향(336P)의 피에조 전기층(336)을 포함한다. 비선형 공진기(340)는 두 개의 전극(342, 344), 피에조 방향(346P)의 피에조 전기층(346)을 포함한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 피에조 방향(336P 및 346P)은 그들의 전기 연결과 관련하여 역방향이기 때문에, 이 구성은 또한 반-직렬 구조로서 언급된다.
기본적으로, 그러한 종속 접속 공진기(320)는 단일의 공진기(200)와 동일한 임피던스 특성을 가진다. 주된 동기는 공진기의 열 부하를 계수 4 만큼 더 낮게 하는 것이며, 이는 종속 접속 쌍이 단일 공진기보다 계수 4 이상이기 때문이다. 종속 접속의 부수적 효과로서, 단일 장치에서의 에너지 밀도 또한 계수 4 이하이고 전극 간의 전압도 계수 2 이하이며, 결과적으로 비선형 응답이 감소되게 된다. 추가로, 두 장치(330, 340)가, 한 장치(330)에 대하여 전압 및 피에조 전기 방향이 동일 방향으로 향하는 한편 나머지 다른 장치(340)에서는 그 역방향이 되도록 배치되면, 상기 비선형 2차 응답은 자체적으로 상쇄되게 된다.
두 방법은 두 가지 BAW 장치를 이용하는데 기초를 두고 있다. 이것은 상기 장치의 전기 및 음향 와류를 2배로 만들고 두 개의 분리된 BAW 공진기를 구현하기 위해 실리콘 영역을 추가로 필요로 하게 한다.
더욱이, BAW 공진기를 종속 접속하게 되면, 4배의 활성 영역을 필요로 하게 되고 따라서 BAW 필터의 크기를 현저히 증가시키게 될 것이다. 공진기의 활성 영역은 공진기의 전극 중 더 작은 것에 의하여 한정된다. 경제적 측면에서 필터 크기 제한으로 인하여, 그 공진기들은 가장 높은 과열 위험을 가지므로 그것은 결과적으로 직접 신호 경로에 있는 가장 작은 공진기 (사다리 필터 내의 직렬 공진기)에만 사용된다. 상기 직렬 공진기(110, 120, 130 및 140)를 통한 입력단(102) 및 출력단(104) 사이의 직접 신호 경로는 직렬 경로 또는 직렬 신호 경로로서도 언급된다. 추가로, 종속 접속 공진기의 직렬회로는 대응하는 신호 장치보다 직렬 저항값이 더 클 것이고, 이로 인하여 필터에서 유입 손실이 더 높아지게 된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 반평행 구조(220)는 각각의 공진기(230 및 240)를 더 작게 한다. 장치의 주변환경에 비해 활성영역의 비율은 결과적으로 더 낮아지고, 이로 인하여 장치 성능이 감소하게 된다. 공진기 주변, 예를 들면 가장자리 영역에서의 와류 효과가 더욱 현저해지기 때문에, 퀄리티 팩터(Q) 및 결합계수(k)는 더 작은 공진기에서 감소한다. 필터에서, 이것은 대역폭 감소에 대응하고 유입 손실 증가에 대응한다.
작은-대역 필터 구조의 일 예로서 적층 결정 필터(SCF)가 있다. 이 3-단자 장치는 세 전극 사이에 적층된 두 피에조 전기층으로 구성된다. 도 4A는 적층된 결정 필터의 일 실시예의 예시적인 개략 단면도로서, 상기 적층된 결정 필터는 제 1 전극(410), 제 2 전극(420), 중심 전극(430), 제 1 피에조 전기 몸체(440) 및 제 2 피에조 전기 몸체(450)를 포함하며, 여기서, 상기 중심 전극(430)은, 상기 두 개의, 제 1 및 제 2 피에조 전기 몸체(440 및 450) 사이에 배치되고, 상기 제 1 피에조 전기 몸체(440)는 상기 제 1 전극(410) 및 상기 중심 전극(430) 사이에 배치되고, 그리고 상기 제 2 피에조 전기 몸체(450)는 상기 제 2 전극(420) 및 상기 중심 전극(430) 사이에 배치된다. 상기 피에조 전기 몸체(440 및 450)는 단일의 피에조 전기층 또는, 물질들의 "샌드위치" 라고도 언급되는, 적층된 복수의 피에조 전기층들을 포함할 수 있으며, 그리고 상기 전극(410, 420, 및 430)은 단일의 층 또는, 물질들의 "샌드위치" 라고도 언급되는, 즉 적층된 복수의 층들을 포함할 수 있다. 상기 적층된 결정 필터는 SMR(solidly mounted resonator) 구조의 경우 음향 미러(460)를 포함하며, 여기서 상기 적층된 결정 필터는, 예를 들면 기판 상에 고착된다. 상기 적층된 결정 필터는 또한 패시베이션층(470)을 선택적으로 포함할 수 있다.
도 4B는 적층된 결정 필터(SCF)의 일 실시예의 부호를 도시하며, 제 1 전극(410), 제 2 전극(420), 중심 전극(430), 제 1 및 제 2 피에조 전기 몸체(440 및 450)를 포함한다. 도 4B로부터 명백히 알 수 있는 바와 같이, 상기 적층된 결정 필터는 3-단자 장치이다.
따라서, 적층된 결정 필터 장치의 일 예는, 상기 중심 전극(430)이 상기 필터의 입력의 한 단자 및 출력의 한 단자에 연결되고, 하나의 외부 전극(410)은 상기 필터의 나머지 입력 단자에 연결되는 한편, 다른 하나의 외부 전극(420)은 상기 필터의 출력 단자에 연결되는 구조로 사용될 수도 있다. 가능한 실시예로서, 상기 적층된 결정 필터의 중심 전극을 접지에 연결시킬 수도 있다.
도 5A는 1-단 SCF 필터(500)를 도시하며, 여기서는 제 1 전극(410)은 입력단(102)에 연결되고, 제 2 전극(420)은 출력단(104)에 연결되며, 중심 전극(430)은 공통단(106)에 연결되고, 입력단(102) 및 공통단(106)은 입력 포트(1)를 형성하고, 출력단(104) 및 공통단(106)은 출력 포트(2)를 형성한다.
도 5B는 도 5A에 도시된 1-단 SCF 필터(500)에 대한 예시적인 전송 곡선이다. 도 5B는, GHz 주파수에 대한 dB 에서의 감쇠 (정방향 이동 함수의 전송 곡선(S21))를 도시한다. 음향 공진기의 주파수(f1, f2, 및 f3)에서 신호 전송이 관찰된다. f1에서의 기본 음향 공진 및 더 높은 고조파 (f2 및 f3)가 이 구조에서 여기된다. 전송 곡선 그림의 상단부에는, 공진 주파수(f1, f2, 및 f3)에 각각 대응하는 음향 모드 m1 (상기 음향 정상파 분포의 제 1 고조파 또는 제 1 음향 모드), m2 (상기 음향 정상파 분포의 제 2 고조파 또는 제 2 음향 모드), 및 m3 (상기 음향 정상파 분포의 제 3 고조파 또는 제 3 음향 모드)가 도시된다. "음향" 고조파 또는 모드는 전술한, 비선형 고조파인 출력 스펙트럼에서의 명백한 "제 2 고조파"와 혼동되어서는 안됨을 유의해야 한다. 도 5B에 도시된 바와 같이, 제 1 음향 고조파 또는 모드(m1)는, 제 1 전극(410), 제 2 전극(420), 중심 전극(430), 제 1 및 제 2 피에조 전기 몸체(440 및 450)를 포함하는 전체 SCF의 두께에 의해 결정된다. 음향 공진기의 λ/2 음향 공진 기준과 관련한 전술한 설명을 참조하라.
따라서, 단자(102 및 106)에 의하여 형성된 입력 포트에 연결된 제 1 피에조 전기층(440)에서는, 단자(104 및 106)에 의하여 형성된 출력 포트에서 전기 신호를 발생시키는 원인이 되는 음향파가 상기 제 2 피에조 전기층(450)으로 인하여 발생된다. 상기 출력과 상기 필터 입력 사이의 이 음향 결합은 장치의 공진 주파수(f1, f2 및 f3) 영역에서만 의미있으므로, 필터 기능성이 관찰된다. 종종, SCF 필터들은 더욱 첨예한 필터 주변부를 획득하기 위하여 종속접속되며, 여기서 종속접속은, 예를 들면, 제 2의 SCF(500)의 입력 포트를 제 1 SCF의 출력 포트에 연결시키거나 또는 그러한 방법으로 일 이상의 추가의 SCF에 연결시키는 것을 의미한다.
도 6A는 적층된 제 1 피에조 전기 몸체(440) 및 제 2 피에조 전기 몸체(450)을 포함하는 적층된 결정 공진기(600)의 일 실시예를 도시한다.
상기 적층된 결정 공진기(600)는, 상기 적층된 결정 공진기의 제 1 단자(610)를 형성하는 제 1 및 제 2 피에조 전기 몸체들(440 및 450) 사이에 배치된 중심 전극(430)을 추가로 포함한다. 상기 적층된 결정 공진기(600)는, 제 1 전극(410) 및 제 2 전극(420)을 추가로 포함하며, 여기서 상기 제 1 전극(410)은 상기 제 1 피에조 전기 몸체(440)가 상기 제 1 전극(410) 및 상기 중심 전극(430) 사이에 위치하도록 배치되고, 상기 제 2 전극(420)은 상기 제 2 피에조 전기 몸체(450)가 상기 제 2 전극(420) 및 상기 중심 전극(430) 사이에 위치하도록 배치되고, 그리고 상기 제 1 및 제 2 전극(410 및 420)은 상기 적층된 결정 공진기(600)의 제 2 단자(620)를 형성하도록 서로 전기적으로 연결되도록 그렇게 배치된다. 다른 말로, 상기 SCF-R은 두개의 공진기, 제 1 및 제 2 공진기의 적층으로 간주될 수 있고, 여기서 제 1 공진기는, 제 1 전극(410), 중심 전극(430), 제 1 피에조 전기 몸체(440)에 의하여 형성되며, 그리고 제 2 공진기는, 제 2 전극(420), 중심 전극(430), 제 2 피에조 전기 몸체(450)에 의하여 형성된다.
이하, 상세한 설명에서는 상부 전극 및 각각의 상부 피에조 전기층 또는 상부 공진기 및 하부 전극 또는 하부 피에조 전기 몸체 또는 각각의 하부 공진기가 언급될 것이고, 도 7 및 도 8을 기초로 추후 상세히 설명되는 바와 같이, 적층된 결정 공진기가 기판 상에 유연성 있게 또는 고착된 구조에 관하여 논의할 때 특히 언급될 것이다.
제 1 피에조 전기 몸체(440)는 제 1 공간 피에조-전기 방향(440P)을 가지고 제 2 피에조 전기 몸체(450)는 제 2 공간 피에조-전기 방향(450P)을 가지며, 여기서 상기 제 1 및 제 2 피에조 전기 몸체(440 및 450)는 각각 동일 공간의 피에조-전기 방향(450P)을 가지며, 그것은 도 6A에서 화살표로 도시된다. 상기 적층된 결정 공진기의 실시예들에서, 상기 피에조 전기 방향은 제 1 전극으로부터 제 2 전극으로 향할 수 있고, 그 역방향일 수도 있다.
제 1 (상부) 전극(410) 및 제 2 (하부) 전극(420)을 함께 연결시킴으로써, 상기 적층 결정 필터(SCF)는 여기서 2단자 장치로 구성되며, 그것은 여기서 SCF 공진기 또는 적층 결정 공진기(SCR)로 불려진다. 그럼으로써, 유럽 공개 특허 출원 EP 1438787 A1에 기술된 크기가 감소된 공진기와는 달리, 두 피에조 전기층에서의 피에조 전기 방향은 동일한 공간 방향을 향한다. 다른 말로, 상기 적층 결정 공진기의 실시예는, 적층 결정 필터의 제 1 및 제 2 단자(410, 420)을 연결시킬 때, 두 적층된 제 1 및 제 2 공진기는, 그들의 공통의 공간 피에조 전기 방향(440P 및 450P) 및 그들의 피에조 전기 방향에 대한 역방향의 전기 연결 때문에 반평행 구조로 구성된다는 사실에 기초를 두고 있다. 더욱 분명히 하기 위하여, 도 6A에 도시된 바와 같이, 적층된 결정 공진기에 전기장(E)이 가해지는 경우, 제 2 공진기의 피에조 전기 방향(450P)은 전기장(E)과 동일한 방향을 가지며, 여기서 제 1 공진기는 상기 전기장(E)의 방향에 반대되는 피에조 전기 방향(440P)을 가질 것이다.
이하에 본 발명의 일 실시예로서, 고 선형성의 피에조 전기 공진기를 형성하는 신규의 접속 구조를 사용함으로써, 다른 말로, BAW를 2-단자 구조의 SCF를 구비한 공진기, 예를 들면 적층된 결정 공진기로 대체함으로써, 사다리형 필터의 일 예에 SCF 장치를 이용하는 예가 기술되고, 사다리형 필터에서 고 선형성을 위하여 고안된 것이다.
이 접속 구조(600) 및 상기 장치의 실시예들의 대칭성은, 대응하는 SCF의 짝수 음향 모드 만이 상기 장치에서 공진하도록 허여하고, 예를 들어 도 6B에 도시된 바와 같이, 결과적으로 두 단자(610 및 620)에서 BAW 공진기의 일 예와 유사한 전기적 응답이 된다.
도 6C는, 입력 임피던스의 절대치 그림 상단부에 도시된 바와 같이 홀수의 음향 모드가 여기되지 않기 때문에, 단일의 BAW 공진기의 경우에 대응하는 그러한 적층 결정 공진기의 입력 임피던스(Z11)를 도시한다. 상세히 설명하면, 도 6C는 GHz의 주파수에 대해 dB 값의 입력 임피던스(Z11) 및 공진 주파수(fr)의 그림을 도 시한다. 그림의 상단부의 음향 고조파 또는 모드로부터 알 수 있는 바와 같이, 각각의 SCF의 짝수 모드, 예를 들면, 제 2의 음향 고조파(m2)만 여기된다. 설명된 바와 같이, 홀수 SCF 모드의 억제로 인하여, 상호 접속으로 인한 SCR에서의 대응 경계 조건을 설정함으로써, 상기 SCF 공진기는 BAW 공진기와 유사한 임피던스 응답을 가진다. 그러나, 공진 주파수는 완전 층 적층에 의해 형성된다. 그렇기 때문에, 대략, SCF 공진기는, 이 SCF 공진기의 중심 전극의 반, 동일한 피에조 층 및 하나의 외측 전극을 가지는 BAM 공진기와 거의 동일한 공진 주파수를 가지며, 상기 적층된 결정 필터 공진기의 제 2 음향 고조파는 그러한 BAW 공진기의 제 1 음향 고조파에 대략 대응한다.
BAW 공진기의 일 예에 비교하여 이 SCF 공진기의 이점은 다양하다. 첫째 주요 이점은 그러한 SCF 공진기가 제 1 (상부) 및 제 2 (하부) 피에조 전기층에서 발생된 비선형 2차 응답 (제 2의 비선형 고조파)의 상쇄를 직접 반영한다는 것이다. 전술한 반평행 구조와 유사하게, 피에조 전기 방향에 대하여 제 1 피에조 전기층에서 전압의 방향은 상기 제 2 피에조 전기층에서와 반평행 방향이다. 따라서, 상부 및 하부 피에조 전기층들의 비선형 전기 응답들의 모든 짝수 항들은 서로 다른 부호를 가지고, 결과적으로 SCF 공진기의 두 단자에 음으로 간섭하게 된다.
일 실시예로서, SCF 공진기의 음향 공진시의 무선 주파수(RF) 신호에 추가하여 SCF 공진기의 두 단자(610, 620)에 DC 전압을 중첩하여 가할 수 있다. DC 신호로 인하여 제 1 (상부) 피에조 전기층(440)이 팽창하게 된다면, 그로 인하여 제 2 (하부) 피에조 전기층(450)이 수축하게 된다. 일차로, 전체 음향 길이와 그로 인한 공진 주파수가 유지될 수 있도록 상기 수축은 상기 팽창을 보상한다.
적층 결정 공진기의 실시예에서, 제 1 전극(410) 및 제 2 전극(420)이 직접 전기적으로 연결된다. 따라서, 적층 결정 공진기의 출력 스펙트럼에서 제 2 전자 고조파의 상쇄를 최적으로 하기 위하여 양 피에조 전기층에 동일 전압이 가해진다.
적층 결정 공진기의 또 다른 실시예는, 상기 제 1 및 제 2 피에조 전기 몸체 사이의 음향 결합을 가능하게 하고, 따라서 추가적으로 여기 증가를 위하여 제 1 및 제 2 피에조 전기 몸체에 의해 발생된 음향 모드들의 중첩을 가능하게 하는, 중심 전극(430)을 포함한다. 추가로, 전술된 바와 같이, 피에조층들 또는 피에조 전기 몸체들은 역방향 전기장에 의해 유도되기 때문에, 상기 두 피에조층들에서의 2차 비선형 음향 효과는 공통의 음향 경로에서 실질적으로 서로 상쇄된다.
적층 결정 공진기의 또 다른 실시예에서, 동일 공간의 피에조 전기 방향은 제 1 및 제 2 전극 사이의 방향을 따라, 예를 들면 제 1 및 제 2 전극에 수직 방향으로 신장한다. 추가의 실시예에서, c-축도 또한 제 1 및 제 2 전극에 수직일 수 있다.
일반적으로, 상기 제 1 및 제 2 피에조 전기 몸체의 상기 공간 피에조 전기 방향이 동일 방향을 지시해야만 한다는 것에 주의해야 한다. 그러나, 이 공간 피에조 전기 방향은 상기 전기장에 반드시 평행해야 하는 것은 아니다. 그렇게 때문에, 비록 상기 전극에 수직인 c-축을 가지는 AlN 또는 ZnO 피에조 전기 몸체를 포함하는 음향 공진기가 기술되기는 하였으나, 다른 c-축 방향을 가지는 피에조 전기 몸체 또는 육각 격자와는 다른 결정 격자형을 가지는 짝수의 피에조 전기 몸체도 또한 가능하다.
적층 결정 공진기의 또 다른 실시예는 제 1 및 제 2 공진기를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 공진기는, 제 1 전극, 제 1 피에조 전기 몸체, 및 중심 전극에 의하여, 그리고 제 2 전극, 제 2 피에조 전기 몸체, 및 중심 전극에 의하여 각각 형성되며, 양 공진기는 동일한 임피던스 값을 나타내고, 특히 동일한 전기용량 값을 나타낸다.
또 다른 실시예에서, 적층 결정 공진기는, 자체적으로 적층 물질들로 된 제 1, 제 2 또는 중심 전극을 가지며, 그리고/또는 자체적으로 적층 물질들로 된 제 1 또는 제 2 피에조 전기층 및/또는 제 1 또는 제 2 피에조 전기 몸체를 가진다.
적층 결정 공진기의 또 다른 실시예에서, 제 1 및 제 2 전극, 중심 전극 및 제 1 및 제 2 피에조 전기 몸체가 상기 중심 중심전극에 대하여 대칭으로 형성된다.
적층 결정 공진기의 또 다른 실시예에서, 상기 적층 결정 공진기는 SMR이고, 그것은 바람직하게는 음향 미러 상에 장착된다.
적층 결정 공진기의 선택적 실시예들은, 서로 다른 크기 및 물질로 된 전극들, 서로 다른 피에조 전기 물질, 두께 및/또는 피에조 방향 또는 크기로 된 피에조 전기 몸체들을 포함하며, 결과적으로 적층 결정 공진기의 출력 스펙트럼에서 원치 않는 제 2 고조파의 소멸 효과를 감소시킬 가능성이 있지만, 더욱 용이 신속한 생산을 가능하게 하고, 제조 비용이 감소되고 다른 전기 설계 상의 문제점을 감소 시키는 이점이 있다.
전술한 실시예는 또한, 완벽한 보상을 위하여 상기 장치 또는 적층 결정 공진기가 그 피에조 전기 층들이 동일한 두께 (DC 비공진 신호를 위한 보상)를 가지고 음향 정상파로 인한 전체 팽창/수축을 동일하게 유지시킬 수 있도록 설계되어야 한다는 것을 설명한다. 후자는 특히 적층 결정 공진기에서의 음향 정상파가 상기 중간 또는 중심전극에 대칭일 때 적합하다. 이 조건을 만족시키기 위하여, SMR(solidly mounted resonator)에서 불균형의 제 1 (상부) 및 제 2 (하부) 전극이 필요할 수 있다.
둘째 주요 이점은, 상기 활성영역의 반만을 필요로 한다는 점이다. 이것은 신규의 장치를, 반으로 자르고 접어 서로에 대해 적층시킨 공진기의 일 예로 이해하면 명백하다. 적층 결정 공진기의 전체 두께는 소정의 음향 공진에 의하여 대략결정되므로, 활성 영역은 필요로 하는 명목상의 전기용량(C)으로 형성된다. 이러한 신규의 장치에서, 전체 전기용량(C)은 제 1 (상부) 전극과 상기 중심 또는 중간 전극 사이의 절반의 전기용량(C/2) 및 상기 중심 또는 중간 전극과 제 2 (하부) 전극 사이의 다른 절반의 전기용량(C/2)으로 구성된다. 이리하여, 명백히, 상기 장치의 활성영역은 BAW 공진기 영역의 반이 된다. 이것은, 결정 또는 벌크 음향파 공진기의 두께가 마이크로미터 범위 내이므로, 중요한 이점이 된다. 추가로, SMR의 경우, 공진기는 기판 상에 안착되고, 하부의, 예를 들면 제 2 전극은 용량성 기판 와류를 가지며, 이 와류는 또한 상부의, 예를 들면 제 1 공진기가 그러한 와류를 나타내지 않기 때문에 감소되게 된다.
SCF 공진기의 제 1 실시예는, 도 7A 및 7B에 도시된 바와 같이 적층된 층으로 구성된다. 상기 구조는 세 개의 전극(410, 420 및 430) 및 두 피에조층 또는 -몸체(440 및 450)의 샌드위치 구조이고, 공중에서 끝나는, 예를 들면 유연하게 장착된다. 제 3 전극(410, 420 및 430) 물질은 높은 음향 임피던스를 가지는 물질로서, 예를 들면 텅스텐 등이다. 피에조 전기층들 또는 몸체(440, 450)는 도 7A 및 7B에 도시된 바와 같이 z축에 평행이고 동일한 피에조 전기 방향을 가진다. 상기 음향 응답의 비선형 짝수 항을 완벽하게 상쇄시키기 위하여 상기 피에조-층들서의 음향 정상파의 대칭조건을 유지시키도록 상기 피에조-층들의 두께 뿐만 아니라 상기 외부 전극들의 두께도 동일하다. 주된 음향 공진을 소정 주파수로 조절하기 위하여 중심 또는 중간 전극(430), 제 1 전극(410) 또는 제 2 전극(420)의 두께가 조절될 수 있고, 즉, 이 두께를 변화시켜 사다리형 필터의 직렬 및 분기 공진기가 획득될 수 있고, 여기서, 예를 들면, 분기 공진기의 공진 주파수는 직렬 공진기의 공진 주파수에 비해 2％ 이상 다르게 된다. 바람직한 실시예에서, 중심 전극의 두께가 변화된다. 상기 피에조 전기층들 뿐만 아니라 양 전극은 전체 공진기 성능을 향상시키기 위하여, 즉, 이하에 [4]로서 언급되는 "샌드위치" 특허에 기술된 바와 같은 전기 저항값의 감소, 및 이하에 [5]로서 언급되는, IEEE 2003 FCS-EFTF 논문 We1A-4,6쪽, K. M. Lakin에 의한 "박막 공진기 기술"에 기술된 바와 같은 온도 보상 등의 성능을 향상시키기 위하여, 서로 다른 물질 층들의 샌드위치 구조로 구성될 수 있다.
그러한 경우에, 상기 샌드위치 구조는, 언급된 대칭 조건이 만족되도록 내부 전극에 대하여 대칭으로 다시 배치된다. 전극 영역은, 공진기의 소정의 DC 전기용량값을 획득할 수 있도록 선택된다. 그럼으로써, 내부전극은, 예를 들면 공정을 단순화하기 위하여 외부전극과 반드시 동일 전극 영역을 가지는 것은 아니다. 확장된 중심 전극을 가지는 SCF 공진기가 도 7B에 도시되고, 여기서 동일 크기의 전극들(410, 420, 430)을 가지는 SCF 공진기가 도 7A에 도시된다.
전극(410, 420 및 430)은 샌드위치 구조의 물질층일 수 있다. 상기 피에조 전기 몸체(440 및 450)는 비-피에조 전기 물질들을 포함하는 샌드위치 구조의 물질층일 수 있다.
SCF 공진기의 제 2 실시예가 도 8에 도시된다. 제 1 실시예에 비교하여, 상기 SCF 공진기는 여기서, 예를 들면 미합중국 특허 제 6933807호에 도시된 바와 같이 기판 상의 음향 미러 상에 설치된다. 미러는, 공진주파수에서 음향 정상파가 다시 관찰되도록 그렇게 음향파를 반사시킨다. 다시 상부 전극(410)은 공중에서 끝난다. 종료시 이러한 고유한 비대칭성은 음향 정상파의 비대칭성을 발생시킨다. 그러므로, 음향 정상파를 위한 대칭 조건을 만족시키기 위하여 하부전극(420)의 두께가 조절되고 상부전극(410)의 두께와는 동일하지 않다. 비-동일 전극들, 비-동일 피에조-층들, 비-1/4 파장 미러들과 같은 추가의 수단들 및 그들의 조합에 의하여 동일한 목적이 달성될 수 있다. 일반적으로, 층의 적층은, 대칭 조건들을 만족시키는 외에, 충분히 두껍고, 필요하다면, 우수한 전기전도성을 보장하기 위한 복수의 물질층을 포함하는 전극들을 가지며, 그리고 전기-음향 결합이 소정 값에 도달하거나 또는 최대값으로 되도록 그렇게 설계될 필요가 있다.
음향 미러는 기판 물질 상에 높고 낮은 음향 임피던스의 물질이 교번되는 적층 구조다. 도 8에 도시된 SCF 공진기도 또한 SMR로 언급되며, 여기서 도 8에 도시된 바와 같은 SCF 공진기는 동일 크기의 물질들을 갖는다. SMR들의 다른 실시예들은 서로 다른 크기의 전극들을 포함할 수 있다.
전술된 바와 같이, 도 6에 도시된 바와 같은, BAW 공진기와 유사한, 두 단자에서의 전기적 응답을 발생시키는 상기 연결구조는, 필터 응답을 변화시키지 않으면서, 적층 결정 공진기가 2-단자 공진기를 직접 대체할 수 있도록 허여한다. 그럼으로써, 사다리형 필터의 일 예는, 도 9A 및 9B에 도시된 바와 같이, 최소한 하나의 분기 공진기 및 하나의 직렬 공진기로 구성된다. 도 9A는 4개의 직렬 SCF 공진기(910, 920, 930, 940) 및 4개의 분기 SCF 공진기(950, 960, 970, 980)를 구비한 사다리형 필터의 일 실시예를 도시한다. 모든 SCF 공진기들은 도 6A에 도시된 바와 같은 SCF 공진기의 실시예들이고, 그것은 제 1 SCF 공진기(910)에 대하여 참조부호에 의하여 예시적으로 상세히 도시된다. 상기 직렬 SCF 공진기(910, 920, 930, 940)는 입력단(102) 및 출력단(104) 사이의 사다리형 필터의 실시예의 직렬 신호 경로에 연결된다. 상기 분기 SCF 공진기(950, 960, 970, 980)는 상기 직렬 경로 및 상기 공통단(106) 사이에 연결되고, 여기서 하나의 직렬 공진기 및 하나의 분기 공진기로 된 각 쌍은 하나의 필터 단을 형성한다. 따라서, 직렬 SCF 공진기(910)는 제 1 분기 SCF 공진기(950)와 함께 제 1 필터 단을 형성하고, 제 2 SCF 공진기(920)는 제 2 분기 SCF 공진기(960)와 함께 제 2 필터 단을 형성하고, 제 3 SCF 공진기(930)는 제 3 분기 SCF 공진기(970)와 함께 제 3 필터 단을 형성하고, 제 4 직렬 SCF 공진기(940)는 제 4 분기 SCF 공진기(980)와 함께 제 4 필터 단을 형성한다. 사다리형 필터는 최소한 하나의 필터 단, 즉 최소한 하나의 직렬 및 분기 공진기를 포함한다. SCF 공진기를 기초로 한 사다리형 필터들의 다른 실시예들은, 2, 3, 4, 또는 그이상의 필터 단들 또는 최소한 하나의 전체 단계, 즉 직렬 및 분기 공진기를 포함하는 단계, 및 일 이상의 반 단계, 즉 분기 공진기에 후속하는 직렬 공진기 또는 그 역의 결합, 또는 반 단계 및 추가의 전체 단계들의 혼합을 포함한다. 이들 선택적 필터 단들은 도 9A 및 9B에 점선으로 도시된다. 상기 제 1 분기 SCF 공진기(950)가 입력단(102)에 직접 연결될 때, 도 9A에 도시된 사다리형 필터의 실시예(902)는 분기 입력 단계 사다리형 필터로서도 언급된다.
따라서, 실시예(902)의 각 단계의 상기 분기 SCF 공진기들은 전술한 직렬 SCF 공진기의 제 1 단자(610)에 직접 연결되고, 이 경우 제 1 단자(610)는 직렬 SCF 공진기들의 출력단(620)을 형성한다.
도 9B는 SCF 공진기에 기초를 둔 사다리형 필터의 다른 실시예(904)를 도시한다. 여기서, 각 단계의 분기 SCF 공진기가 동일 단계의 직렬 SCF 공진기의 제 1 단자(610)에 연결되고, 여기서 제 1 단자(610)는 직렬 SCF 공진기들의 출력단을 형성한다. 그렇기 때문에, 실시예(904)는 직렬 입력 단계 사다리형 필터로서도 언급된다. 도 9A에 도시된 실시예(902)와 관련하여, 직렬 입력 단계 사다리형 필터는 하나의 단계 또는 임의의 복수 단계를 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 사다리형 필터의 일 예는 최소한 하나의 분기 공진기 및 하나의 직렬 공진기로 구성된다. 따라서, 상기 분기 공진기는 전형적으로 상기 직 렬 공진기보다 더 낮은 공진 주파수를 가진다. 추가의 직렬 및 분기 공진기들, 즉 추가의 단계들은 이 제 1 단계에 종속 접속될 수 있고, 여기서 이 추가의 공진기들은 동일 형태의 제 1 공진기의 공진 주파수와 동일하거나 근처의 주파수를 가진다.
본 명세서에서 기술된 본 발명의 실시예는, 고 선형성의 피에조 전기 공진기를 형성하는 신규의 접속 구조를 사용함으로써, 사다리형 필터의 일 예에 SCF 장치를 이용하는 예이다.
도 10A는 SCF 공진기들로 구성되는 3개의 직렬/3개의 분기 필터, 또는 다른 말로 3개의 직렬 SCF 공진기 및 3개의 분기 SCF 공진기를 구비한 사다리형 필터의 일 실시예를 도시한다. 상기 상기 분기 공진기(950, 960, 970)는 상기 직렬 공진기(910, 920, 930)보다 약간 더 낮은 주파수를 가진다. 이것은, 예를 들면 직렬 공진기의 전극 두께에 비하여 상기 분기 공진기의 중심 전극을 더 두껍게 함으로써 달성될 수 있다. 도 10A에서 그러한 구조가 예시적으로 도시된다: 직렬 공진기의 공진 주파수 fseries = 1665 MHz 이고, 한편 공진 주파수 fshunt = 1606 MHz 는 약간 더 낮으며, 실제로 직렬 공진기의 공진 주파수보다 2％ 이상 더 낮다. 직렬경로에 있는 각 공진기(910, 920, 930)의 영역들은 간략하게 하기 위해 동일 크기를 갖고, 각각의 분기 공진기(950, 960, 970) 영역도 간략히 하기 위해 동일 크기를 갖는 것으로 도시되나, 직렬 SCF 공진기들의 영역의 크기의 반일 뿐이다. 따라서, 예시의 직렬 SCF 공진기(910, 920, 930)은 전기용량값 C = 3pF를 가지고, 예시의 분기 SCF 공진기(950, 960, 970)은 상기 전기용량값의 반, 즉 C/2 = 1.5pF만을 가진다. 필터 구조의 전형적 실시예에서, 각 공진기의 영역들은, 필터 통과 대역, 정지 대역 및 정합 조건을 만족시키기위하여 서로 같지 않고 다를 것이다.
상기 공진기들 사이의 상호연결은 기본적으로 자유롭게 선택될 수 있으나, SMR 형태의 공진기들인 경우 기판 와류를 최소화하기 위하여, 상기 분기 공진기의 외부 전극은 접지에, 즉 도 10A에서 공통 단자(106)에, 연결된다. 도 10B는 도 10A에 따른 필터의 일 실시예의 예시도이다. 상기 도면은, GHz 주파수에 대해 dB에서의 정방향 이동 함수(S21) (감쇠)를 도시한다.
도 9 및 도 10은 SCF 공진기의 실시예를 이용하는 사다리형 필터 구조의 실시예를 도시한다는 사실에도 불구하고, 사다리형 필터 구조의 다른 실시예들은 하나의 SCF 공진기 만을 이용할 수도 있으며, 예를 들면 사다리형 필터 구조의 실시예의 최소한 한 단계에서의 직렬 공진기 또는 분기 공진기로서 이용될 수 있고, 여기서 나머지 다른 공진기들은 예를 들면 종래의 BAW 공진기들일 수 있다.
도 11은 격자형 필터 구조의 일 실시예를 도시하며, 여기서 전술된 바와 같은 SCF 공진기가 이용될 수 있다. 도 11은 두 격자 단계(1020 및 1040)를 구비한 격자형 필터 구조를 도시한다. 상기 격자 단계(1020)는 제 1 및 제 2 직렬 음향 공진기(1022, 1024) 및 제 1 및 제 2 분기 음향 공진기(1032, 1034)를 포함하며, 여기서 제 1 직렬 음향 공진기(1022)의 제 2 단자는 상기 필터 구조의 제 1 입력단(1002)을 형성하는 제 1 분기 음향 공진기(1032)의 제 2 단자에 연결되고, 제 2 직렬 음향 공진기(1024)의 제 2 단자는 상기 필터 구조의 제 2 입력단(1004)을 형성하는 제 2 분기 음향 공진기(1034)의 제 2 단자에 연결된다. 추가로, 제 1 직렬 음향 공진기(1022)의 제 1 단자는 상기 격자 단계의 제 1 출력단(1006)을 형성하는 제 2 분기 음향 공진기(1034)의 제 1 단자에 연결되고, 제 1 분기 음향 공진기(1032)의 제 1 단자는 상기 격자 단계(1020)의 제 2 출력단(1008)을 형성하는 제 2 직렬 음향 공진기(1024)의 제 1 단자에 연결된다. 상기 격자 단계(1040)는 제 1 및 제 2 직렬 음향 공진기(1042, 1044) 및 제 1 및 제 2 분기 음향 공진기(1052, 1054)를 포함하며, 여기서 제 1 직렬 음향 공진기(1042)의 제 2 단자는 상기 필터 구조의 제 1 출력단(1062)을 형성하는 제 1 분기 음향 공진기(1052)의 제 2 단자에 연결되고, 제 2 직렬 음향 공진기(1044)의 제 2 단자는 상기 필터 구조의 제 2 출력단(1064)을 형성하는 제 2 분기 음향 공진기(1054)의 제 2 단자에 연결된다. 추가로, 제 1 직렬 음향 공진기(1042)의 제 1 단자는 상기 격자 단계(1040)의 제 1 입력단(1066)을 형성하는 제 2 분기 음향 공진기(1054)의 제 1 단자에 연결되고, 그것은 상기 격자 단계(1020)의 제 1 출력단(1006)에 연결되며, 그리고, 제 1 분기 음향 공진기(1052)의 제 1 단자는 상기 격자 단계(1020)의 제 2 입력단(1068)을 형성하는 제 2 직렬 음향 공진기(1054)의 제 1 단자에 연결되고, 그것은 상기 격자 단계(1020)의 제 2 출력단(1008)에 연결된다. 상기 격자 구조(1040)는 선택적이며, 다른 한편 두 개 이상의 격자 구조가, 상기 격자 구조(1020 및 1040)에 대하여 도 11에 도시된 바와 같이 제공 및 연관될 수 있다. 격자구조 사이 및/또는 외부 장치에 대한 상호연결은 임의적이다.
격자형 필터 구조의 상기 실시예에서, 음향 공진기 중 최소한 하나 또는 전체가 전술된 실시예들 중의 하나에 따른 SCF 공진기 일 수 있다.
필터 구조의 추가의 택일적 실시예들은, 예를 들면 분기 사다리의 반 단계를 가지는 격자-필터 단 등과 같은 사다리형 및 격자형 구조들의 임의의 조합을 포함한다.
SCF 공진기 실시예들의 추가의 이점은, 예를 들면 SCF 생산으로부터 SCF 공진기 생산으로 생산 라인을 변화시키기 위하여 SCF의 제 1 및 제 2 전극을 전기적으로 연결시켜 SCF 공진기의 제 2 단자를 형성하는 단계가 고려될 필요가 있기 때문에 그들이 용이하게 제조될 수 있다는 것을 유의해야 한다.
마찬가지로, 본 발명의 적층 결정 공진기를 구비한 사다리 구조 필터 또는 격자 구조 필터 생산 방법은, 기본적으로, 최소한 하나의 적층 결정 필터를 제공하고, 상기 적층 결정 공진기의 제 1 및 제 2 전극을 전기적으로 연결시켜 상기 적층 결정 공진기의 제 2 단자를 형성하고, 상기 적층 결정 공진기가 상기 사다리 구조의 직렬 또는 분기 경로에 연결되도록 하기 위하여 상기 적층 결정 공진기를 연결하는 단계를 포함한다. 일 이상의 적층 결정 공진기를 포함하는 사다리 구조 필터를 생산하기 위하여, 상기 방법은, 예를 들면 제 1 적층 공진기가 그 직렬 경로에 배치되는 경우에는 분기 경로에, 그리고 그 역으로, 상기 제 2 적층 공진기를 연결시키는 추가의 단계를 포함한다.
본 발명은 여러가지 바람직한 실시예들로 기술되었으며, 한편 본 발명의 범위에 속하는 변형, 치환, 및 등가물 들이 있다. 본 발명의 방법 및 구성을 실행하기 위한 많은 변형예들이 있음을 유의해야 한다. 그렇기 때문에 이하에 수반되는 특허청구의 범위는 본 발명의 사상 및 범위 내에 속하는 변형, 치환, 등가물을 포 함하는 것으로 해석되어야 한다.
제 1도는 직렬 공진기 및 분류 공진기로 구성된 4단계 사다리형 BAW 필터의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
제 2도는 비선형 공진기를 반평행(anti-parallel) 구조의 크기가 반인 2개의 비선형 공진기로 대체한 일 실시예를 도시한 개략도이다.
제 3도는 비선형 공진기를 반-직렬(anti-series) 구조의 크기가 2배인 2개의 비선형 공진기로 대체한 일 실시예를 도시한 개략도이다.
제 4A도는 적층된 결정 필터의 일 실시예의 예시적인 개략 단면도이다.
제 4B도는 적층된 결정 필터의 일 실시예의 부호를 도시한다.
제 5A도는 1단계 SCF-필터를 도시한 블록도이다.
제 5B도는 제 5A의 1단계 SCF-필터의 예시적 전송 곡선을 도시한 도이다.
제 6A도는 본 발명의 적층된 결정 공진기의 일 실시예를 도시한 도이다.
제 6B도는 BAW 공진기와 유사한 제 6A의 적층된 결정 공진기의 등가 2단자 표현을 도시한 도이다.
제 6C도는 제 6A도에 도시된 적층된 결정 공진기의 예시적 입력 임피던스를 도시한 도이다.
제 7A도는 동일 크기 전극의 본 발명의 적층된 SCF 공진기의 일 실시예를 도시한 도이다.
제 7B도는 확장된 중심 전극을 가지는 본 발명의 SCF 공진기의 일 실시예를 도시한 도이다.
제 8도는 음향 미러 상에 동일 크기 전극을 가지는 SMR 등과 같은 본 발명의 SCF 공진기의 일 실시예를 도시한 도이다.
제 9A도는 분기된 입력 단계를 가지는 SCF 공진기를 기초로 한 본 발명의 사다리형 필터의 일 실시예를 도시한 도이다.
제 9B도는 직렬 입력 단계를 가지는 SCF 공진기를 기초로 한 본 발명의 사다리형 구조의 필터의 일 실시예를 도시한 도이다.
제 10A도는 본 발명의 사다리형 구조의 필터의 예시적 일 실시예를 도시한 도이다.
제 10B도는 제 10A도에 따른 필터의 예시적 전송 곡선을 도시한 도이다.
제 11도는 SCF 공진기를 기초로 한 격자구조를 가진 본 발명의 필터의 예시적 블록도이다.

Claims (21)

  1. 음향 공진기(accoustic resonator)에 있어서,
    동일 공간의 피에조 전기 방향(piezoelectric orientation)을 가지는 제 1 및 제 2 피에조 전기 몸체의 적층과,
    상기 제 1 및 제 2 피에조 전기 몸체 사이에 배치되어 상기 음향 공진기의 제 1 단자를 형성하는 중심 전극과,
    제 1 및 제 2 전극 -상기 제 1 전극은 상기 제 1 피에조 전기 몸체가 상기 제 1 전극과 상기 중심 전극 사이에 위치하도록 배치되고, 상기 제 2 전극은 상기 제 2 피에조 전기 몸체가 상기 제 2 전극 및 상기 중심 전극 사이에 위치하도록 배치되며, 상기 제 1 및 제 2 전극은 서로 전기적으로 연결되어 상기 음향 공진기의 제 2 단자를 형성함- 을 포함하는
    음향 공진기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 중심 전극은 상기 제 1 및 제 2 피에조 전기 몸체 간에 음향 결합할 수 있도록 하는
    음향 공진기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 동일 공간의 피에조 전기 방향은 상기 제 1 및 제 2 전극 사이에서 일 방향을 따라 연장되는
    음향 공진기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극은 직접 전기적으로 연결되는
    음향 공진기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극, 상기 제 1 피에조 전기 몸체 및 상기 중심 전극은 제 1 공진기를 형성하고, 상기 제 2 전극, 상기 제 2 피에조 전기 몸체 및 상기 중심 전극은 상기 제 1 단자와 제 2 단자 사이에 반평행하게 연결된 제 2 공진기를 형성하는
    음향 공진기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 공진기 및 제 2 공진기의 임피던스는 본질적으로 동일한 값인
    음향 공진기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 피에조 전기 몸체, 상기 제 2 피에조 전기 몸체, 상기 제 1 전극, 상기 제 2 전극 또는 상기 중심 전극은 샌드위치 구조(sandwich structure)인
    음향 공진기.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 음향 공진기의 상기 제 1 및 제 2 전극과, 상기 중심 전극과, 상기 제 1 및 제 2 피에조 전기 몸체는 상기 중심 전극에 대하여 대칭으로 형성되는
    음향 공진기.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 음향 공진기는 SMR(solidly mounted resonator)인
    음향 공진기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 음향 공진기는 음향 미러 상에 장착되는
    음향 공진기.
  11. 사다리 구조(a ladder structure)의 필터에 있어서,
    동일 공간의 피에조 전기 방향을 가지는 제 1 및 제 2 피에조 전기 몸체의 적층과, 상기 제 1 및 제 2 피에조 전기 몸체 사이에 배치되어 상기 음향 공진기의 제 1 단자를 형성하는 중심 전극과, 제 1 및 제 2 전극 -상기 제 1 전극은 상기 제 1 피에조 전기 몸체가 상기 제 1 전극과 상기 중심 전극 사이에 위치하도록 배치되고, 상기 제 2 전극은 상기 제 2 피에조 전기 몸체가 상기 제 2 전극 및 상기 중심 전극 사이에 위치하도록 배치되며, 상기 제 1 및 제 2 전극은 서로 전기적으로 연결되어 상기 음향 공진기의 제 2 단자를 형성함- 을 포함하는 음향 공진기를 포함하되,
    상기 음향 공진기는 상기 사다리 구조의 직렬 경로 또는 상기 사다리 구조의 분기 경로(a shunt path)에 배치되는
    사다리 구조의 필터.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 중심 전극은 상기 제 1 및 제 2 피에조 전기 몸체 간에 음향 결합할 수 있도록 하는
    사다리 구조의 필터.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 동일 공간의 피에조 전기 방향은 상기 제 1 및 제 2 전극 사이에서 일 방향을 따라 연장되는
    사다리 구조의 필터.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 필터는 추가의 음향 공진기를 포함하되,
    상기 추가의 음향 공진기는
    동일 공간의 피에조 전기 방향을 가지는 제 3 및 제 4 피에조 전기 몸체의 적층과,
    상기 제 3 및 제 4 피에조 전기 몸체 사이에 배치되어 상기 추가의 음향 공진기의 제 1 단자를 형성하는 제 2 중심 전극과,
    제 3 및 제 4 전극 -상기 제 3 전극은 상기 제 3 피에조 전기 몸체가 상기 제 3 전극과 상기 제 2 중심 전극 사이에 위치하도록 배치되고, 상기 제 4 전극은 상기 제 4 피에조 전기 몸체가 상기 제 4 전극과 상기 제 2 중심 전극 사이에 위치하도록 배치되며, 상기 제 3 및 제 4 전극은 서로 전기적으로 연결되어 상기 추가의 음향 공진기의 제 2 단자를 형성함- 을 포함하고,
    상기 음향 공진기는 상기 사다리 구조의 상기 직렬 경로에 배치되며, 상기 추가의 음향 공진기는 상기 사다리 구조의 상기 분기 경로에 배치되는
    사다리 구조의 필터.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 추가의 음향 공진기는, 상기 제 3 및 제 4 피에조 전기 몸체 간에 음향 결합할 수 있도록 하는 제 2 중심 전극을 포함하는
    사다리 구조의 필터.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 동일 공간의 피에조 전기 방향은 상기 제 3 및 제 4 전극 사이에서 일 방향을 따라 연장되는
    사다리 구조의 필터.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 음향 공진기 및 상기 추가의 음향 공진기는, 상기 추가의 음향 공진기의 공진 주파수가 상기 음향 공진기의 공진 주파수에 비해 2％ 이상 다르게 되도록 이들 음향 공진기 각각의 중심 전극의 두께가 다르다는 점을 제외하고는, 그 구성 면에서 유사한
    사다리 구조의 필터.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 음향 공진기는 상기 사다리 구조의 제 1 단(stage)의 일부이고, 상기 필터는 최소한 하나 이상의 추가 단을 포함하며, 상기 추가 단은 상기 추가 단의 직렬 경로 또는 분기 경로에 배치된 또 다른 음향 공진기를 포함하고,
    상기 또 다른 음향 공진기는, 동일 공간의 피에조 전기 방향을 가지는 제 5 및 제 6 피에조 전기 몸체와, 상기 제 5 및 제 6 피에조 전기 몸체 사이에 배치되어 상기 또 다른 음향 공진기의 제 1 단자를 형성하는 제 3 중심 전극과, 제 5 및 제 6 전극 -상기 제 5 전극은 상기 제 5 피에조 전기 몸체가 상기 제 5 전극과 상기 제 3 중심 전극 사이에 위치하도록 배치되고, 상기 제 6 전극은 상기 제 6 피에조 전기 몸체가 상기 제 6 전극과 상기 제 3 중심 전극 사이에 위치하도록 배치되며, 상기 제 5 및 제 6 전극은 서로 전기적으로 연결되어 상기 추가의 음향 공진기 의 제 2 단자를 형성함- 을 포함하는
    사다리 구조의 필터.
  19. 음향 공진기 제조 방법으로서,
    동일 공간의 피에조 전기 방향을 가지는 제 1 및 제 2 피에조 전기 몸체의 적층과, 상기 제 1 및 제 2 피에조 전기 몸체 사이에 배치되어 상기 음향 공진기의 제 1 단자를 형성하는 중심 전극과, 제 1 및 제 2 전극 -상기 제 1 전극은 상기 제 1 피에조 전기 몸체가 상기 제 1 전극과 상기 중심 전극 사이에 위치하도록 배치되고, 제 2 전극은 상기 제 2 피에조 전기 몸체가 상기 제 2 전극과 상기 중심 전극 사이에 위치하도록 배치됨- 을 포함하는 구조를 제공하는 단계와,
    상기 제 1 및 제 2 전극을 서로 전기적으로 연결하여 상기 음향 공진기의 제 2 단자를 형성하는 단계를 포함하는
    음향 공진기 제조 방법.
  20. 사다리 구조의 필터 제조 방법으로서,
    동일 공간의 피에조 전기 방향을 가지는 제 1 및 제 2 피에조 전기 몸체의 적층과, 상기 제 1 및 제 2 피에조 전기 몸체 사이에 배치되어 상기 음향 공진기의 제 1 단자를 형성하는 중심 전극과, 제 1 및 제 2 전극 -상기 제 1 전극은 상기 제 1 피에조 전기 몸체가 상기 제 1 전극과 상기 중심 전극 사이에 위치하도록 배치되고, 제 2 전극은 상기 제 2 피에조 전기 몸체가 상기 제 2 전극과 상기 중심 전극 사이에 위치하도록 배치됨- 을 포함하는 구조를 제공하는 단계와,
    상기 제 1 및 제 2 전극을 서로 전기적으로 연결하여 상기 음향 공진기의 제 2 단자를 형성하는 단계와,
    상기 음향 공진기가 상기 사다리형 구조의 직렬 또는 분기 경로에 연결되도록 상기 음향 공진기를 연결하는 단계를 포함하는
    사다리 구조의 필터 제조 방법.
  21. 제 20항에 있어서,
    동일 공간의 피에조 전기 방향을 가지는 제 3 및 제 4 피에조 전기 몸체의 적층과, 상기 제 3 및 제 4 피에조 전기 몸체 사이에 배치되어 추가의 음향 공진기의 제 1 단자를 형성하는 제 2 중심 전극과, 제 3 및 제 4 전극 -상기 제 3 전극은 상기 제 3 피에조 전기 몸체가 상기 제 3 전극과 상기 제 2 중심 전극 사이에 위치하도록 배치되고, 제 4 전극은 상기 제 4 피에조 전기 몸체가 상기 제 4 전극과 상기 제 2 중심 전극 사이에 위치하도록 배치됨- 을 포함하는 추가의 구조를 제공하는 단계와,
    상기 추가의 음향 공진기의 상기 제 3 및 제 4 전극을 서로 전기적으로 연결하여 상기 추가의 음향 공진기의 제 2 단자를 형성하는 단계와,
    상기 음향 공진기가 직렬 경로에 연결되는 경우에 상기 추가의 음향 공진기는 분기 경로에 연결되거나 또는 그 반대로 연결될 수 있도록, 상기 추가의 음향 공진기를 연결하는 단계를 포함하는
    사다리 구조의 필터 제조 방법.
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