KR20180113136A

KR20180113136A - 고조파 왜곡 감쇄 특성을 개선한 baw 공진기 및 baw 필터

Info

Publication number: KR20180113136A
Application number: KR1020170098232A
Authority: KR
Inventors: 이문철; 박타준; 이재창; 김태윤; 임창현; 이화선; 이태훈; 황현민; 이태경
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2017-04-05
Filing date: 2017-08-02
Publication date: 2018-10-15
Also published as: KR101952874B1

Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 BAW 공진기는, 기판; 상기 기판에 마련된 제1 에어 캐비티, 상기 제1 에어 캐비티 상부에 적층된 제1 전극, 제1 압전층 및 제2 전극을 포함하는 제1 BAW 공진기; 상기 기판에 마련된 제2 에어 캐비티, 상기 제2 에어 캐비티 상부에 적층된 제1 전극, 제2 압전층 및 제2 전극을 포함하고, 상기 제1 BAW 공진기와 다른 극성끼리 병렬 접속된 제2 BAW 공진기; 및 상기 제1 BAW 공진기 및 상기 제2 BAW 공진기 사이에 접속된 보상 커패시터 회로; 를 포함한다.

Description

고조파 왜곡 감쇄 특성을 개선한 BAW 공진기 및 BAW 필터{BAW FILTER AND BAW RESONATOR FOR REDUCING HARMONIC DISTORTION}

본 발명은 트리밍용 보상 커패시터를 이용하여 고조파 왜곡 감쇄 특성을 개선할 수 있는 고조파 왜곡 감쇄형 BAW(Bulk Acoustic Wave) 공진기 및 BAW 필터에 관한 것이다.

최근, 무선 통신 기기의 소형화 추세에 따라 필터를 비롯하여 고주파 부품의 소형화가 요구되고 있다. 특히 필터에 대해서는, 반도체 박막 웨이퍼 제조기술을 이용하는 벌크 어코스틱 웨이브(BAW, Bulk Acoustic Wave) 공진기 형태의 필터에도 요구되고 있다.

통상, 벌크 어코스틱 웨이브(BAW) 공진기란 반도체 기판인 실리콘 웨이퍼 상에 압전 유전체 물질을 증착하여 그 압전특성을 이용함으로써 공진을 유발시키는 박막형태의 공진기를 의미한다. 이러한 BAW 공진기는 이동통신기기, 화학 및 바이오기기 등의 소형 경량 필터, 오실레이터, 공진소자, 어코스틱 공진 질량센서 등의 여러 분야에서 사용될 수 있고, 최근에는 다양한 주파수 대역에 관련되는 부품으로 사용되고 있다.

또한, 하나의 통신 시스템에서 다양한 밴드(Band)가 필요하면서, BAW (Bulk Acoustic Wave) 공진기 및 MEMS (Micro Electro Mechanical System) 소자에 대해, 인밴드(In-band)에서의 특성 뿐만 아니라, 아웃밴드(out-band)에서의 특성에 대해서도 그 요구조건이 점차 높아지고 있다.

한편, WCDMA (wideband code division multiple access) 또는 3세대 통신 적용에 있어, BAW 공진기 및 필터에서 발생하는 IMD (inter-modulation distortion)와 관련해서, 일 예로 2차 고조파 왜곡(2HD: 2nd Harmonic distortion) 등의 고조파 왜곡에 대한 저감이 이슈로 대두되고 있다.

또한, 통신 시스템의 다기능화 및 스펙 향상과 함께, 필터와 다른 주변 소자와의 간섭 특성을 개선하는 것도 더욱 중요시 되고 있다. 이와 더블어, 보다 경쟁력을 확보하기 위해, 필터의 크기 소형화에 관련해서, 제작 단계에서의 소형화 설계도 중요하지만, 제작 후 정확하게 특성을 조정하는 것이 필요하다.

특히, 일반적인 휴대용 통신시장에서의 2HD 등의 고조파 왜곡 크기는 일정 수준(예, 약 -40dBm 수준) 이하를 요구하고 있으며, 이러한 특성을 만족하기 위한 BAW 개발이 필요하다.

미국 등록특허 제 7,548,140호 공보

본 발명의 일 실시 예는, 커패시턴스가 조절되는 보상 커패시터를 이용하여, 2HD 등의 고조파 왜곡 감쇄 특성을 개선할 수 있는 BAW 공진기 및 BAW 필터를 제공한다.

본 발명의 일 실시 예에 의해, 기판; 상기 기판에 마련된 제1 에어 캐비티, 상기 제1 에어 캐비티 상부에 적층된 제1 전극, 제1 압전층 및 제2 전극을 포함하는 제1 BAW 공진기; 상기 기판에 마련된 제2 에어 캐비티, 상기 제2 에어 캐비티 상부에 적층된 제1 전극, 제2 압전층 및 제2 전극을 포함하고, 상기 제1 BAW 공진기와 다른 극성끼리 병렬 접속된 제2 BAW 공진기; 및 상기 제1 BAW 공진기 및 상기 제2 BAW 공진기 사이에 접속된 보상 커패시터 회로; 를 포함하는 BAW 공진기가 제안된다.

또한, 본 발명의 다른 일 실시 예에 의해, 기판에 배치되고, 제1 단자와 제2 단자 사이에 직렬로 접속되고, 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 복수의 시리즈 BAW 공진기를 포함하는 시리즈 BAW 공진 회로; 및 상기 기판에 배치되고, 상기 복수의 시리즈 BAW 공진기 각각의 일 전극과 접지 사이에 접속되고, 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 복수의 션트 BAW 공진기를 포함하는 션트 BAW 공진 회로;를 포함하고, 상기 복수의 션트 BAW 공진기중 하나의 션트 BAW 공진기는, 상기 기판에 마련된 제1 에어 캐비티, 상기 제1 에어 캐비티 상부에 적층된 제1 전극, 제1 압전층 및 제2 전극을 포함하는 제1 BAW 공진기; 상기 기판에 마련된 제2 에어 캐비티, 상기 제2 에어 캐비티 상부에 적층된 제1 전극, 제2 압전층 및 제2 전극을 포함하고, 상기 제1 BAW 공진기와 다른 극성끼리 병렬 접속된 제2 BAW 공진기; 상기 제1 BAW 공진기 및 상기 제2 BAW 공진기 사이에 접속된 보상 커패시터 회로; 를 포함하는 BAW 필터가 제안된다.

본 발명의 일 실시 예에 의하면, BAW 공진기 또는 BAW 필터에서, 커패시턴스가 조절되는 보상 커패시터를 이용하여 RF 특성 측면에서 2HD (2nd harmonic distortion) 등의 고조파 특성을 개선할 수 있다.

이에 따라, 용량 조절이 가능한 보상 커패시터를 이용함으로써, BAW 공진기 및 BAW 필터의 소자 특성을 스펙에 맞출 수 있다. 또한, 보상 커패시터의 용량을 조절할 수 있어서, 공정 편차에 의한 특성을 제어할 수 있고, RF 특성측면에서 고조파 특성을 개선할 수 있다.

도 1의 (a)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 BAW 공진기의 일 예를 보이는 단면도이고, (b)는 그 등가 회로도이다.
도 2의 (a)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 BAW 공진기의 일 예를 보이는 단면도이고, (b)는 그 등가 회로도이다.
도 3의 (a)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 병렬(Parallel) BAW 공진기의 일 예를 보이는 단면도이고, (b)는 그 등가 회로도이다.
도 4의 (a)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 병렬(Parallel) BAW 공진기의 일 예를 보이는 단면도이고, (b)는 그 등가 회로도이다.
도 5의 (a)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 병렬(Parallel) BAW 공진기의 일 예를 보이는 단면도이고, (b)는 그 등가 회로도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 병렬(Parallel) BAW 필터의 일 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 보정 보상 커패시터 회로의 일 예시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 보정 보상 커패시터 회로의 다른 일 예시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 BAW 필터의 회로에 대한 다른 일 예시도이다.
도 10은 도 9에 도시된 BAW 필터의 상부 전극, 하부 전극 및 보상 커패시터에 대한 일 배치 예시도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 대한 시뮬레이션 결과를 보이는 일 예시도이다.

이하에서는, 본 발명은 설명되는 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다양하게 변경될 수 있음이 이해되어야 한다.

또한, 본 발명의 각 실시 예에 있어서, 하나의 예로써 설명되는 구조, 형상 및 수치는 본 발명의 기술적 사항의 이해를 돕기 위한 예에 불과하므로, 이에 한정되는 것이 아니라 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다양하게 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 본 발명의 실시 예들은 서로 조합되어 여러 가지 새로운 실시 예가 이루어질 수 있다.

그리고, 본 발명에 참조된 도면에서 본 발명의 전반적인 내용에 비추어 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호를 사용할 것이다.

이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위해서, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1의 (a)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 BAW 공진기의 일 예를 보이는 단면도이고, (b)는 그 등가 회로도이다.

도 1의 (a) 및 (b)를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 BAW 공진기는, 기판(10), 제1 BAW 공진기(R11), 제2 BAW 공진기(R12), 및 제1 보상 커패시터(C11)를 갖는 보상 커패시터 회로(CC, 도 1b)를 포함할 수 있다.

일 예로, 상기 기판(10)은 실리콘 기판이 될 수 있다.

일 예로, 상기 제1 BAW 공진기(R11)는, 상기 기판(10)에 마련된 제1 에어 캐비티(A1), 상기 제1 에어 캐비티(A1) 상부에 적층된 제1 전극(T), 제1 압전층(P1) 및 제2 전극(B)을 포함할 수 있다.

상기 제2 BAW 공진기(R12)는, 상기 기판(10)에 마련된 제2 에어 캐비티(A2), 상기 제2 에어 캐비티(A2) 상부에 적층된 제1 전극(T), 제2 압전층(P2) 및 제2 전극(B)을 포함하고, 상기 제1 BAW 공진기(R11)와 다른 극성끼리 병렬(Parallel) 접속될 수 있다. 상기 제1 BAW 공진기(R11)의 제1 전극(T) 및 제2 BAW 공진기(R12)의 제1 전극(T) 상부에서는 보호를 위한 절연층이 적층될 수 있다.

상기 보상 커패시터 회로(CC, 도 1b)는, 상기 제1 BAW 공진기(R11) 및 상기 제2 BAW 공진기(R12) 사이에 접속될 수 있다.

여기서, 상기 보상 커패시터 회로(CC)는, 상기 제1 BAW 공진기(R11) 및 제2 BAW 공진기(R12)에 의한 병렬 공진 회로의 비 대칭성을 보정하도록 설정된 커패시턴스를 갖는다.

도 1의 (a)을 참조하면, 상기 보상 커패시터 회로(CC)는, 제1 보상 커패시터(C11)를 포함하고, 상기 제1 보상 커패시터(C11)는, 상기 제1 BAW 공진기(R11)의 제1 전극(T)과, 상기 제1 BAW 공진기(R11)의 제1 전극(T)에 적층된 유전층(D)과, 상기 제2 BAW 공진기(R12)의 제2 전극(B)에 연결되고, 상기 유전층(D)에 적층되어, 상기 제1 BAW 공진기(R11)의 제1 전극(T)과 오버랩된 메탈 패드(M2)를 포함할 수 있다.

상기 제1 BAW 공진기(R11) 및 제2 BAW 공진기(R12) 각각은 제1 단자(T1) 및 제2 단자(T2) 사이에 배치되며, 상기 제1 단자(T1)는, 메탈 패드(M1)를 통해 제1 BAW 공진기(R11)의 제2 전극(B) 및 제2 BAW 공진기(R12)의 제1 전극(T)에 접속된다. 상기 제2 단자(T2)는, 메탈 패드(M2)를 통해 제2 BAW 공진기(R12)의 제2 전극(B)에 접속되고, 상기 메탈 패드(M2)는 상기 제1 보상 커패시터(C11)의 유전층(D)에 적층된다.

그리고, 제1 BAW 공진기(R11)의 제1 전극(T) 및 제2 BAW 공진기(R12)의 제1 전극(T)에 절연물질을 포함하는 보호층(PAS: Passivation)이 적층될 수 있다.

또한, 상기 기판(10)과 제1 에어 캐비티(A1) 사이 및 상기 기판(10)과 제2 에어 캐비티(A2) 사이에는 절연층(20)이 배치될 수 있다.

일 예로, 상기 제1 에어 캐비티(A1)와 상기 제2 에어 캐비티(A2) 사이에는, 폴리-실리콘 층(30)이 배치될 수 있다.

예를 들어, 도 1의 (a)에서, 제1 및 제2 전극(T,B)은 금(Au), 티타늄(Ti), 탄탈(Ta), 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 백금(Pt), 텅스텐(W), 알루미늄(Al), 이리듐(Ir) 및 니켈(Ni) 중 하나 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 제1 및 제2 압전층(P1,P2)은 전기적 에너지를 탄성파 형태의 기계적 에너지로 변환하는 압전 효과를 일으키는 부분으로, 질화 알루미늄(AlN), 산화아연(ZnO), 납 지르코늄 티타늄 산화물(PZT; PbZrTiO) 중 하나로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 압전층(P1,P2)은 희토류 금속(Rare earth metal)을 더 포함할 수 있다. 일 예로, 희토류 금속은 스칸듐(Sc), 에르븀(Er), 이트륨(Y), 및 란탄(La) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 보호층(PAS)은, 실리콘 옥사이드 계열, 실리콘 나이트라이드 계열 및 알루미늄 나이트라이드 계열의 절연 물질을 포함할 수 있다.

도 1의 (b)를 참조하면, 도 1의 (a)에 도시된 BAW 공진기의 등가 회로에서, 상기 제1 BAW 공진기(R11) 및 제2 BAW 공진기(R12)는 제1 단자(T1)와 제2 단자(T1) 사이에 배치되고, 제1 전극(T) 및 제2 전극(B)을 포함한다.

상기 보상 커패시터 회로(CC)는 상기 제1 BAW 공진기(R11)의 제1 전극(T)과 상기 제2 단자(T2) 사이에 접속된다.

상기 보상 커패시터 회로(CC)는, 제1 BAW 공진기(R11)와 다른 극성끼리 병렬(Parallel) 접속되는 제2 BAW 공진기(R12)와의 비 대칭성을 보정하도록 설정된 커패시턴스를 포함할 수 있다.

본 발명의 각 도면에 대해, 동일한 부호 및 동일한 기능의 구성요소에 대해서는 가능한 불필요한 중복 설명은 생략될 수 있고, 각 도면에 대해 가능한 차이점에 대한 사항이 설명될 수 있다.

도 2의 (a)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 BAW 공진기의 일 예를 보이는 단면도이고, (b)는 그 등가 회로도이다.

도 2의 (a) 및 (b)를 참조하면, 상기 보상 커패시터 회로(CC)는, 제1 보상 커패시터(C21)를 포함하고, 상기 제1 보상 커패시터(C21)는, 상기 제2 BAW 공진기(R22)의 제1 전극(T)과, 상기 제2 BAW 공진기(R22)의 제1 전극(T)에 적층된 유전층(D)과, 상기 제1 BAW 공진기(R21)의 제2 전극(B)에 연결되고, 상기 유전층(D)에 적층되어, 상기 제2 BAW 공진기(R22)의 제1 전극(T)과 오버랩된 메탈 패드(M3)를 포함할 수 있다.

상기 제1 BAW 공진기(R21) 및 제2 BAW 공진기(R22) 각각은 제1 단자(T1) 및 제2 단자(T2) 사이에 배치되며, 상기 제1 단자(T1)는, 메탈 패드(M1)를 통해 제2 BAW 공진기(R12)의 제1 전극(T)에 접속되고, 제1 보상 커패시터(C21)를 통해 제1 BAW 공진기(R11)의 제2 전극(B)에 접속된다. 상기 제2 단자(T2)는, 메탈 패드(M2)를 통해 제1 BAW 공진기(R21)의 제T 전극(B) 및 제2 BAW 공진기(R22)의 제2 전극(B)에 접속된다.

그리고, 제1 BAW 공진기(R11)의 제1 전극(T) 및 제2 BAW 공진기(R12)의 제1 전극(T)에 보호층(PAS: Passivation)이 적층될 수 있다.

도 2의 (b)를 참조하면, 도 2의 (a)에 도시된 BAW 공진기의 등가 회로에서, 상기 제1 BAW 공진기(R21) 및 제2 BAW 공진기(R22)는 제1 단자(T1)와 제2 단자(T1) 사이에 배치되고, 제1 전극(T) 및 제2 전극(B)을 포함한다.

상기 보상 커패시터 회로(CC)는 상기 제1 BAW 공진기(R21)의 제2 전극(B)과 상기 제1 단자(T1) 사이에 접속된다.

상기 보상 커패시터 회로(CC)는, 제1 BAW 공진기(R21)와 다른 극성끼리 병렬(Parallel) 접속되는 제2 BAW 공진기(R22)와의 비 대칭성을 보정하도록 설정된 커패시턴스를 포함할 수 있다.

도 3의 (a)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 병렬(Parallel) BAW 공진기의 일 예를 보이는 단면도이고, (b)는 그 등가 회로도이다.

도 3의 (a) 및 (b)를 참조하면, 상기 보상 커패시터 회로(CC)는 제1 보상 커패시터(C31) 및 제2 보상 커패시터(C32)를 포함할 수 있다.

상기 제1 보상 커패시터(C31)는 도 1의 (b)에 도시된 제1 보상 커패시터(C11)의 구조와 동일하다. 일 예로, 상기 제1 보상 커패시터(C31)는, 상기 제1 BAW 공진기(R31)의 제1 전극(T)과, 상기 제1 BAW 공진기(R31)의 제1 전극(T)에 적층된 유전층(D)과, 상기 제2 BAW 공진기(R32)의 제2 전극(B)에 연결되고, 상기 유전층(D)에 적층되어, 상기 제1 BAW 공진기(R31)의 제1 전극(T)과 오버랩된 메탈 패드(M2)를 포함할 수 있다.

상기 제2 보상 커패시터(C32)는, 상기 제2 BAW 공진기(R32)의 제1 전극(T)과, 상기 제2 BAW 공진기(R32)의 제1 전극(T)에 적층된 유전층(D)과, 상기 제1 BAW 공진기(R31)의 제2 전극(B)에 연결되고, 상기 유전층(D)에 적층되어, 상기 제2 BAW 공진기(R32)의 제1 전극(T)과 오버랩된 메탈 패드(M1)를 포함할 수 있다.

상기 제1 BAW 공진기(R31) 및 제2 BAW 공진기(R32) 각각은 제1 단자(T1) 및 제2 단자(T2) 사이에 배치되며, 상기 제1 단자(T1)는, 메탈 패드(M1)를 통해 제1 BAW 공진기(R31)의 제2 전극(B)에 접속되고, 제2 보상 커패시터(C32)를 통해 제2 BAW 공진기(R32)의 제1 전극(T)에 접속된다. 상기 제2 단자(T2)는, 메탈 패드(M2)를 통해 제2 BAW 공진기(R32)의 제2 전극(B)에 접속되고, 제1 보상 커패시터(C31)를 통해 제1 BAW 공진기(R22)의 제1 전극(T)에 접속된다.

도 3의 (b)를 참조하면, 도 3의 (a)에 도시된 BAW 공진기의 등가 회로에서, 상기 제1 BAW 공진기(R31) 및 제2 BAW 공진기(R32)는 제1 단자(T1)와 제2 단자(T1) 사이에 배치되고, 제1 전극(T) 및 제2 전극(B)을 포함한다.

상기 제1 보상 커패시터(C31)는 상기 제1 BAW 공진기(R21)의 제1 전극(T)과 상기 제2 단자(T2) 사이에 접속되고, 상기 제2 보상 커패시터(C32는 상기 제2 BAW 공진기(R31)의 제1 전극(T)과 상기 제1 단자(T1) 사이에 접속된다.

상기 보상 커패시터 회로(CC)는, 제1 BAW 공진기(R31)와 다른 극성끼리 병렬(Parallel) 접속되는 제3 BAW 공진기(R32)와의 비 대칭성을 보정하도록 설정된 커패시턴스를 포함할 수 있다.

본 발명에서, 상기 다른 극성끼리 병렬(Parallel) 접속되는 것은 제1 및 제2 BAW 공진기의 상호 반대의 극성끼리 접속되는 병렬 접속을 의미하며, 예를 들면, 제1 BAW 공진기의 제1 전극은 제2 BAW 공진기의 제2 전극에 접속되고, 제1 BAW 공진기의 제2 전극은 제2 BAW 공진기의 제1 전극에 접속될 수 있으며, 여기서, 제1 및 제2 BAW 공진기간의 다른 극성끼리의 접속 사이에는 커패시터 소자와 같은 회로가 추가로 접속될 수 있다.

도 4의 (a)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 병렬(Parallel) BAW 공진기의 일 예를 보이는 단면도이고, (b)는 그 등가 회로도이다.

도 4의 (a) 및 (b)를 참조하면, 상기 보상 커패시터 회로(CC)는 제1 보상 커패시터(C41) 및 제2 보상 커패시터(C42)를 포함할 수 있다.

상기 제1 보상 커패시터(C41)는 도 2의 (b)에 도시된 제1 보상 커패시터(C21)의 구조와 동일하다. 일 예로, 상기 제1 보상 커패시터(C41)는, 상기 제2 BAW 공진기(R42)의 제1 전극(T)과, 상기 제2 BAW 공진기(R42)의 제1 전극(T)에 적층된 유전층(D)과, 상기 제1 BAW 공진기(R41)의 제2 전극(B)에 연결되고, 상기 유전층(D)에 적층되어, 상기 제2 BAW 공진기(R42)의 제1 전극(T)과 오버랩된 메탈 패드(M3)를 포함할 수 있다.

상기 제2 보상 커패시터(C42)는, 상기 제1 BAW 공진기(R41)의 제1 전극(T)과, 상기 제1 BAW 공진기(R41)의 제1 전극(T)에 적층된 유전층(D)과, 상기 제2 BAW 공진기(R42)의 제2 전극(B)에 연결되고, 상기 유전층(D)에 적층되어, 상기 제1 BAW 공진기(R41)의 제1 전극(T)과 오버랩된 메탈 패드(M4)를 포함할 수 있다.

상기 제1 BAW 공진기(R41) 및 제2 BAW 공진기(R42) 각각은 제1 단자(T1) 및 제2 단자(T2) 사이에 배치되며, 상기 제1 단자(T1)는, 메탈 패드(M1)를 통해 제2 BAW 공진기(R42)의 제1 전극(T)에 접속되고, 제1 보상 커패시터(C41)를 통해 제1 BAW 공진기(R42)의 제2 전극(B)에 접속된다. 상기 제2 단자(T2)는, 메탈 패드(M2)를 통해 제1 BAW 공진기(R41)의 제1 전극(T)에 접속되고, 제2 보상 커패시터(C42)를 통해 제2 BAW 공진기(R42)의 제2 전극(B)에 접속된다.

그리고, 제1 BAW 공진기(R41)의 제1 전극(T) 및 제2 BAW 공진기(R42)의 제1 전극(T)에 보호층(PAS: Passivation)이 적층될 수 있다.

도 4의 (b)를 참조하면, 도 4의 (a)에 도시된 BAW 공진기의 등가 회로에서, 상기 제1 BAW 공진기(R41) 및 제2 BAW 공진기(R42)는 제1 단자(T1)와 제2 단자(T1) 사이에 배치되고, 제1 전극(T) 및 제2 전극(B)을 포함한다.

상기 제1 보상 커패시터(C41)는 상기 제1 BAW 공진기(R41)의 제2 전극(B)과 상기 제1 단자(T2) 사이에 접속되고, 상기 제2 보상 커패시터(C32는 상기 제2 BAW 공진기(R41)의 제2 전극(B)과 상기 제2 단자(T2) 사이에 접속된다.

상기 보상 커패시터 회로(CC)는, 제1 BAW 공진기(R41)와 다른 극성끼리 병렬(Parallel) 접속되는 제3 BAW 공진기(R42)와의 비 대칭성을 보정하도록 설정된 커패시턴스를 포함할 수 있다.

도 5의 (a)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 병렬(Parallel) BAW 공진기의 일 예를 보이는 단면도이고, (b)는 그 등가 회로도이다.

도 5의 (a) 및 (b)를 참조하면, 상기 보상 커패시터 회로(CC)는 제1 보상 커패시터(C51) 및 제2 보상 커패시터(C52)를 포함할 수 있다.

상기 제1 보상 커패시터(C51)는 도 2의 (b)에 도시된 제1 보상 커패시터(C21)의 구조와 동일하다. 일 예로, 상기 제1 보상 커패시터(C51)는, 제1 단자(T1)에 접속된 제1 전극(T)과, 상기 제1 전극(T)에 적층된 유전층(D)과, 상기 제1 BAW 공진기(R51)의 제2 전극(B)에 연결되고, 상기 유전층(D)에 적층되어, 상기 제2 BAW 공진기(R52)의 제1 전극(T)과 오버랩된 메탈 패드(M3)를 포함할 수 있다.

상기 제2 보상 커패시터(C52)는, 도 3의 (b)에 도시된 제2 보상 커패시터(C31)의 구조와 동일하다. 일 예로, 상기 제2 보상 커패시터(C52)는, 상기 제2 BAW 공진기(R52)의 제1 전극(T)과, 상기 제2 BAW 공진기(R52)의 제1 전극(T)에 적층된 유전층(D)과, 상기 제1 단자(T1)에 접속된 제2 전극(B)에 연결되고, 상기 유전층(D)에 적층되어, 상기 제2 BAW 공진기(R52)의 제1 전극(T)과 오버랩된 메탈 패드(M1)를 포함할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 병렬(Parallel) BAW 필터의 일 예시도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 병렬(Parallel) BAW 필터는, 시리즈 BAW 공진 회로(SE) 및 션트 BAW 공진 회로(SH)를 포함할 수 있다.

상기 시리즈 BAW 공진 회로(SE)는 기판(10)에 배치되고, 제1 단자(T1)와 제2 단자(T1) 사이에 직렬로 접속되고, 제1 전극(T) 및 제2 전극(B)을 포함하는 복수의 시리즈 BAW 공진기를 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 시리즈 BAW 공진 회로(SE)는 4개의 제1 내지 제4 시리즈 BAW 공진기(SE11~SE14)를 포함할 수 있으며, 이러한 예시에 한정되지는 않는다.

여기서, 상기 제1 내지 제4 시리즈 BAW 공진기(SE11~SE14) 각각은 제1 전극(T) 및 제2 전극(B)을 포함하고, 서로 동일한 전극끼리 접속될 수 있다.

상기 션트 BAW 공진 회로(SH)는 상기 기판(10)에 배치되고, 상기 복수의 시리즈 BAW 공진기(SE11~SE14) 각각의 일 전극과 접지 사이에 접속되고, 제1 전극(T) 및 제2 전극(B)을 포함하는 복수의 션트 BAW 공진기를 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 션트 BAW 공진 회로(SH)는 4개의 제1 내지 제4 션트 BAW 공진기(SH11~SH14)를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제1 내지 제3 션트 BAW 공진기(SH11~SH13) 각각은 제1 전극(T) 및 제2 전극(B)을 포함하고, 제1 내지 제3 션트 BAW 공진기(SH11~SH13)와 서로 동일한 전극끼리 접속될 수 있다.

일 예로, 상기 제1 내지 제4 션트 BAW 공진기(SH14)중 제4 션트 BAW 공진기(SH14)는, 도 1 내지 도 5에 도시된 BAW 공진기 구조중 하나가 적용될 수 있다. 도 6에 도시된 예시는 하나의 예에 불과하므로, 이에 한정되지 않는다.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 각 실시 예에 따른 BAW 공진기 및 BAW 필터는, 병렬(Parallel) BAW 공진기 구조와 보상 커패시터 회로를 포함한다. 여기서, 상기 보상 커패시터 회로는 적어도 하나의 보상 커패시터를 포함할 수 있고, 추가적으로 상기 보상 커패시터에 병렬 또는 직렬로 연결되는 보상 커패시터 회로를 더 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 각 실시 예에 따른 보상 커패시터 회로(CC)는 제1 보상 커패시터(C11,C21,C32,C41,C51) 및 제2 보상 커패시터(C32,C42,C52)중 적어도 하나의 보상 커패시터에 제1 보상 커패시터 회로(CC1, 도 7 및 도 8)가 병렬로 접속될 수 있다. 이에 대한 예를 도 7 및 도 8을 참조하여 설명한다.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 보정 보상 커패시터 회로의 일 예시도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 보정 보상 커패시터 회로의 다른 일 예시도이다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 보상 커패시터 회로(CC)는, 상기 제1 보상 커패시터(C11)에 병렬로 접속된 제1 보상 커패시터 회로(CC1)를 포함할 수 있다.

이에 따라, BAW 공진기 또는 BAW 필터를 제작한 이후에는, BAW 공진기 또는 BAW 필터 자체의 커패시턴스를 조절하기 어렵지만, 상기 제1 보상 커패시터 회로(CC1)를 이용하면, 회로적으로 커패시턴스를 조절할 수 있다는 장점이 있다.

도 7 및 도 8에 도시된 제1 보상 커패시터(C11)는 하나의 예시에 불과하고, 상기 제1 보상 커패시터 회로(CC1)는, 도 1 내지 도 5에 도시된 제1 보상 커패시터에 병렬로 접속될 수 있다.

일 예로, 도 7을 참조하면, 상기 제1 보상 커패시터 회로(CC1)는 고정 커패시터(CC1a)를 포함할 수 있다.

일 예로, 도 8을 참조하면, 상기 제1 보상 커패시터 회로(CC1)는 가변 커패시터(CC1b)를 포함할 수 있다.

일 예로, 상기 가변 커패시터(CC1b)는 제어신호(SC)에 따라 커패시턴스가 조절될 수 있으며, 이 경우에는 BAW 공진기 또는 BAW 필터를 제조한 이후에도, 상기 제어신호(SC)를 통해 비 대칭성 보상을 위한 커패시턴스를 제어할 수 있으므로, 공진 회로의 비 대칭성을 보다 효율적으로 보정할 수 있다.

도 7 및 도 8에서는 제1 보상 커패시터(C11) 및 제1 보상 커패시터 회로(CC1)에 대한 구조 예를 보이고 있으나, 이에 한정되지 않고, 이러한 구조 예는 다른 구조 또는 다른 위치에 배치되는 보상 커패시터 회로에 적용될 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 BAW 필터의 회로에 대한 다른 일 예시도이고, 도 10은 도 9에 도시된 BAW 필터의 상부 전극, 하부 전극 및 보상 커패시터에 대한 일 배치 예시도이다.

도 9 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 BAW 필터는, 일 예로, 복수의 제1 내지 제5 시리즈 BAW 공진기(SE61~SE65) 및 복수의 제1 내지 제5 션트 BAW 공진기(SH61~SH65)를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 BAW 필터에 포함되는 복수의 제1 내지 제5 션트 BAW 공진기(SH61~SH65)중에서 적어도 2개의 션트 BAW 공진기(SH64,SH65)는 다른 극성끼리 병렬(Parallel) 접속된 병렬(parallel) 구조로 이루어질 수 있다.

제1 및 제2 션트 BAW 공진기(SH61,SH62) 각각은 제1 및 제2 시리즈 BAW 공진기(SE61,SE62)의 일 전극(T 또는 B)에 접속된 제1 전극(T)과, 접지에 접속된 제2 전극(B)을 포함할 수 있다.

제3 션트 BAW 공진기(SH63)는 제3 시리즈 BAW 공진기(SE63)의 일 전극(예, B)에 접속된 제2 전극(B)과, 접지에 접속된 제1 전극(T)을 포함할 수 있다.

또한, 병렬(parallel) 구조의 2개의 션트 BAW 공진기(SH64,SH65)중에서 적어도 하나의 BAW 공진기의 일 전극(B 또는 T)에는 보상 커패시터(C61 또는 C62)가 접속될 수 있다. 또는 병렬(parallel) 구조의 2개의 션트 BAW 공진기(SH64,SH65) 각각의 적어도 하나의 전극(T전극 또는 B전극)에는 보상 커패시터(C61, C62)가 접속될 수 있다.

일 예로, 보상 커패시터(C61 또는 C62)는 대략 5.2 pF 정도의 용량을 갖도록 설정될 수 있는데, 이러한 보상 커패시터의 용량은, BAW 필터의 최종 제작 단계에서 보상 커패시터의 전극 면적을 조정하여 조절될 수 있고, 가변 보상 커패시터 회로와 접속된 경우에는 제작 이후에도 커패시턴스가 제어될 수 있으며, 이에 따라 BAW 공진기의 특성이 조절될 수 있으며, 이에 다라 정확한 2HD 등의 고조파 특성이 구현될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 BAW 필터의 구성 시, 보상 커패시터를 추가로 더 포함하는 경우에도 특별히 BAW 필터의 사이즈가 증가되지 않을 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에서, 상기 병렬(parallel) 구조의 두 BAW 공진기는 서로 다른 극끼리 접속되는 구조이고, 일 예로, 도 3의 (a) 및 (b)를 참조하면, 제1 BAW 공진기(R31)의 제1 전극(T)은 제1 보상 커패시터(C31)를 통해 제2 BAW 공진기(R32)의 제2 전극(B)에 연결되고, 제1 BAW 공진기(R31)의 제2 전극(B)은 제2 보상 커패시터(C32)를 통해 제2 BAW 공진기(R32)의 제1 전극(T)극에 연결될 수 있다.

전술한 본 발명의 일 실시 예에 따른 BAW 필터는, BAW 필터 제작 시, 2차 고조파 전압(2nd Harmonic voltage) 등의 고조파 왜곡을 저감하기 위한 방안으로, 먼저, 2개의 BAW 공진기를 서로 다른 극성(polarity)끼리 접속된 병렬(parallel) 구조의 BAW 공진기를 포함하고, 상기 병렬(parallel) 구조의 두 BAW 공진기 간의 비 대칭성을 보정하기 위해 상기 병렬(parallel) 구조의 두 BAW 공진기중 적어도 하나의 일 전극에 접속된 보상 커패시터를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 보상 커패시터의 트리밍을 통해서 보다 정확한 대칭성을 갖도록 하면, 정확한 고조파 왜곡 감쇄가 가능하게 되는 장점이 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에서는, 병렬(parallel) 형태로 BAW 공진기의 구현이나 직렬(series) 형태로 BAW 공진기의 구현에서, 비 대칭성을 보상하는 커패시턴스를 조정하여 고조파 특성을 개선할 수 있다.

도 11은 본 발명의 일 실시 예에 대한 시뮬레이션 결과를 보이는 일 예시도이이다.

도 11에서, G11은 기존의 병렬(Parallel) BAW 공진기에 대한 시뮬레이터 결과 그래프이고, G12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 병렬(Parallel) BAW 공진기와 보상 커패시터(예,5.2Pf)를 포함하는 구조에 대한 시뮬레이션 결과 그래프이다.

도 11의 G11 및 G12를 참조하면, 보상 커패시터의 추가로 인하여 고조파 왜곡중 2HD 피크 크기(M3,M4 참조)가 대략 2dB 정도 감소됨을 볼 수 있고, 이에 따르면, 보상 커패시터의 커패시턴스를 조정하면 2HD 특성을 개선할 수 있음을 알 수 있다.

전술한 바에 따르면, 본 발명의 일 실시 예에서는 BAW 공진기 제조시 함께 제조되는 보상 커패시터의 커패시턴스를 조절함으로써, 2HD 등의 고조파 왜곡 특성을 제어하여 BAW 필터의 특성을 정확하게 개선할 수 있다.

10: 기판
T1: 제1 단자
T2: 제2 단자
T: 제1 전극
B: 제2 전극
SE: 시리즈 BAW 공진 회로
SE11~SE14: 시리즈 BAW 공진기
SH: 션트 BAW 공진 회로
SH11~SH14: 션트 BAW 공진기
R11,R21,R31,R41,R51: 제1 BAW 공진기
R12,R22,R32,R42,R52: 제2 BAW 공진기
A1: 제1 에어 캐비티
A2: 제2 에어 캐비티
P1: 제1 압전층
P2: 제2 압전층
CC: 보상 커패시터 회로
C11,C21,C31,C41,C51: 제1 보상 커패시터
C32,C42,C52: 제2 보상 커패시터

Claims

기판;
상기 기판에 마련된 제1 에어 캐비티, 상기 제1 에어 캐비티 상부에 적층된 제1 전극, 제1 압전층 및 제2 전극을 포함하는 제1 BAW 공진기;
상기 기판에 마련된 제2 에어 캐비티, 상기 제2 에어 캐비티 상부에 적층된 제1 전극, 제2 압전층 및 제2 전극을 포함하고, 상기 제1 BAW 공진기와 다른 극성끼리 병렬 접속된 제2 BAW 공진기; 및
상기 제1 BAW 공진기 및 상기 제2 BAW 공진기 사이에 접속된 보상 커패시터 회로;
를 포함하는 BAW 공진기.
제1항에 있어서, 상기 보상 커패시터 회로는
상기 제1 BAW 공진기 및 제2 BAW 공진기에 의한 병렬 공진 회로의 비 대칭성을 보정하도록 설정된 커패시턴스를 갖는 BAW 공진기.
제1항에 있어서, 상기 보상 커패시터 회로는,
제1 보상 커패시터를 포함하고,
상기 제1 보상 커패시터는,
상기 제1 BAW 공진기의 제1 전극;
상기 제1 BAW 공진기의 제1 전극에 적층된 유전층; 및
상기 제2 BAW 공진기의 제2 전극에 연결되고, 상기 유전층에 적층되어, 상기 제1 BAW 공진기의 제1 전극과 오버랩된 메탈 패드;
을 포함하는 BAW 공진기.
제1항에 있어서, 상기 보상 커패시터 회로는,
제1 보상 커패시터를 포함하고,
상기 제1 보상 커패시터는,
상기 제2 BAW 공진기의 제1 전극;
상기 제2 BAW 공진기의 제1 전극에 적층된 유전층; 및
상기 제1 BAW 공진기의 제2 전극에 연결되고, 상기 유전층에 적층되어, 상기 제2 BAW 공진기의 제1 전극과 오버랩된 메탈 패드;
을 포함하는 BAW 공진기.
제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 보상 커패시터 회로는
제2 보상 커패시터를 더 포함하고,
상기 제2 보상 커패시터는,
상기 제2 BAW 공진기의 제1 전극;
상기 제2 BAW 공진기의 제1 전극에 적층된 유전층; 및
상기 제1 BAW 공진기의 제2 전극에 연결되고, 상기 유전층에 적층되어, 상기 제2 BAW 공진기의 제1 전극과 오버랩된 메탈 패드;
를 더 포함하는 BAW 공진기.
제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 보상 커패시터 회로는
제2 보상 커패시터를 더 포함하고,
상기 제2 보상 커패시터는,
상기 제1 BAW 공진기의 제1 전극;
상기 제1 BAW 공진기의 제1 전극에 적층된 유전층; 및
상기 제2 BAW 공진기의 제2 전극에 연결되고, 상기 유전층에 적층되어, 상기 제1 BAW 공진기의 제1 전극과 오버랩된 메탈 패드;
를 더 포함하는 BAW 공진기.
제3항 내지 제6항중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 보상 커패시터 회로는,
상기 제1 보상 커패시터에 병렬로 접속된 제1 보상 커패시터 회로를 더 포함하고,
상기 제1 보상 커패시터 회로는 고정 커패시턴스 또는 가변 커패시턴스를 제공하는
BAW 공진기.
기판에 배치되고, 제1 단자와 제2 단자 사이에 직렬로 접속되고, 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 복수의 시리즈 BAW 공진기를 포함하는 시리즈 BAW 공진 회로; 및
상기 기판에 배치되고, 상기 복수의 시리즈 BAW 공진기 각각의 일 전극과 접지 사이에 접속되고, 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 복수의 션트 BAW 공진기를 포함하는 션트 BAW 공진 회로;를 포함하고,
상기 복수의 션트 BAW 공진기중 하나의 션트 BAW 공진기는,
상기 기판에 마련된 제1 에어 캐비티, 상기 제1 에어 캐비티 상부에 적층된 제1 전극, 제1 압전층 및 제2 전극을 포함하는 제1 BAW 공진기;
상기 기판에 마련된 제2 에어 캐비티, 상기 제2 에어 캐비티 상부에 적층된 제1 전극, 제2 압전층 및 제2 전극을 포함하고, 상기 제1 BAW 공진기와 다른 극성끼리 병렬 접속된 제2 BAW 공진기;
상기 제1 BAW 공진기 및 상기 제2 BAW 공진기 사이에 접속된 보상 커패시터 회로;
를 포함하는 BAW 필터.
제8항에 있어서, 상기 보상 커패시터 회로는
상기 제1 BAW 공진기 및 제2 BAW 공진기에 의한 병렬 공진 회로의 비 대칭성을 보정하도록 설정된 커패시턴스를 갖는 BAW 필터.
제8항에 있어서, 상기 보상 커패시터 회로는,
제1 보상 커패시터를 포함하고,
상기 제1 보상 커패시터는,
상기 제1 BAW 공진기의 제1 전극;
상기 제1 BAW 공진기의 제1 전극에 적층된 유전층; 및
상기 제2 BAW 공진기의 제2 전극에 연결되고, 상기 유전층에 적층되어, 상기 제1 BAW 공진기의 제1 전극과 오버랩된 메탈 패드;
을 포함하는 BAW 필터.
제8항에 있어서, 상기 보상 커패시터 회로는,
제1 보상 커패시터를 포함하고,
상기 제1 보상 커패시터는,
상기 제2 BAW 공진기의 제1 전극;
상기 제2 BAW 공진기의 제1 전극에 적층된 유전층; 및
상기 제1 BAW 공진기의 제2 전극에 연결되고, 상기 유전층에 적층되어, 상기 제2 BAW 공진기의 제1 전극과 오버랩된 메탈 패드;
을 포함하는 BAW 필터.
제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 보상 커패시터 회로는
제2 보상 커패시터를 더 포함하고,
상기 제2 보상 커패시터는,
상기 제2 BAW 공진기의 제1 전극;
상기 제2 BAW 공진기의 제1 전극에 적층된 유전층; 및
상기 제1 BAW 공진기의 제2 전극에 연결되고, 상기 유전층에 적층되어, 상기 제2 BAW 공진기의 제1 전극과 오버랩된 메탈 패드;
를 더 포함하는 BAW 필터.
제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 보상 커패시터 회로는
제2 보상 커패시터를 더 포함하고,
상기 제2 보상 커패시터는,
상기 제1 BAW 공진기의 제1 전극;
상기 제1 BAW 공진기의 제1 전극에 적층된 유전층; 및
상기 제2 BAW 공진기의 제2 전극에 연결되고, 상기 유전층에 적층되어, 상기 제1 BAW 공진기의 제1 전극과 오버랩된 메탈 패드;
를 더 포함하는 BAW 필터.
제10항 내지 제13항중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 보상 커패시터 회로는,
상기 제1 보상 커패시터에 병렬로 접속된 제1 보상 커패시터 회로를 더 포함하고,
상기 제1 보상 커패시터 회로는 고정 커패시턴스 또는 가변 커패시턴스를 제공하는
BAW 필터.