KR20230049010A - 체적 음향 공진기 필터 및 체적 음향 공진기 패키지 - Google Patents
체적 음향 공진기 필터 및 체적 음향 공진기 패키지 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터는, 제1 및 제2 RF 포트(Radio Frequency port)의 사이에 전기적으로 직렬(series) 연결된 적어도 하나의 시리즈 음향 공진기를 포함하는 시리즈부와, 시리즈부의 제1 노드(node)와 접지 사이에 서로 직렬로 전기적으로 연결된 복수의 션트 음향 공진기를 포함하고, 복수의 션트 음향 공진기 각각은, 제1 전극과 압전층과 제2 전극이 제1 방향으로 적층된 공진부를 포함하고, 제1 전극과 압전층과 제2 전극의 제1 방향 중첩 영역에서 가장 긴 변의 연장방향으로 중첩 영역의 최장 길이와 연장방향에 수직인 방향으로 중첩 영역의 최장 길이의 비율인 종횡비를 가지고, 복수의 션트 음향 공진기의 종횡비는 서로 다를 수 있다.
Description
본 발명은 체적 음향 공진기 필터 및 체적 음향 공진기 패키지에 관한 것이다.
최근 이동통신기기, 화학 및 바이오기기 등의 급속한 발달에 따라, 이러한 기기에서 사용되는 소형 경량필터, 오실레이터(Oscillator), 공진소자(Resonant element), 음향공진 질량센서(Acoustic Resonant Mass Sensor) 등의 수요가 증가하고 있다.
BAW(Bulk Acoustic Wave) 필터와 같은 음향 공진기는 이러한 소형 경량필터, 오실레이터, 공진소자, 음향공진 질량센서 등을 구현하는 수단으로 구성될 수 있으며, 유전체필터, Metal Cavity 필터, 도파관(Wave guide) 등과 비교하여 크기가 매우 작고 좋은 성능을 가지므로, 좋은 성능(예: 넓은 통과 대역폭)을 요구하는 현대의 모바일 기기의 통신모듈에 많이 이용되고 있다.
본 발명은 체적 음향 공진기 필터 및 체적 음향 공진기 패키지를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터는, 제1 및 제2 RF 포트(Radio Frequency port)의 사이에 전기적으로 직렬(series) 연결된 적어도 하나의 시리즈 음향 공진기를 포함하는 시리즈부; 및 상기 시리즈부의 제1 노드(node)와 접지 사이에 서로 직렬로 전기적으로 연결된 복수의 션트 음향 공진기; 를 포함하고, 상기 복수의 션트 음향 공진기 각각은, 제1 전극과 압전층과 제2 전극이 제1 방향으로 적층된 공진부를 포함하고, 상기 제1 전극과 압전층과 제2 전극의 제1 방향 중첩 영역에서 가장 긴 변의 연장방향으로 상기 중첩 영역의 최장 길이와 상기 연장방향에 수직인 방향으로 상기 중첩 영역의 최장 길이의 비율인 종횡비를 가지고, 상기 복수의 션트 음향 공진기의 종횡비는 서로 다를 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터는, 제1 및 제2 RF 포트(Radio Frequency port)의 사이에 전기적으로 직렬(series) 연결된 적어도 하나의 시리즈 음향 공진기를 포함하는 시리즈부; 및 상기 시리즈부와 접지 사이에 전기적으로 연결된 복수의 션트 음향 공진기를 포함하는 션트부; 를 포함하고, 상기 복수의 션트 음향 공진기 각각은, 제1 전극과 압전층과 제2 전극이 제1 방향으로 적층된 공진부를 포함하고, 상기 제1 전극과 압전층과 제2 전극의 제1 방향 중첩 영역에서 가장 긴 변의 연장방향으로 상기 중첩 영역의 최장 길이와 상기 연장방향에 수직인 방향으로 상기 중첩 영역의 최장 길이의 비율인 종횡비를 가지고, 상기 복수의 션트 음향 공진기 중 일부는 제1 전극을 통해 접지에 전기적으로 연결되고 다른 일부는 제2 전극을 통해 접지에 전기적으로 연결되고, 상기 복수의 션트 음향 공진기 중 제1 전극을 통해 접지에 전기적으로 연결되는 일부의 종횡비와 제2 전극을 통해 접지에 전기적으로 연결되는 다른 일부의 종횡비는 서로 다를 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 패키지는, 기판; 캡(cap); 상기 기판과 상기 캡이 서로 마주보는 제1 방향으로 적층된 제1 전극과 압전층과 제2 전극을 각각 포함하고, 상기 기판과 상기 캡의 사이에 수용되는 복수의 음향 공진기; 상기 복수의 음향 공진기 사이를 연결하는 금속층; 및 상기 제1 방향의 관점에서 상기 복수의 음향 공진기를 둘러싸고, 상기 기판과 상기 캡의 사이에서 상기 캡에 접합된 접합 부재; 를 포함하고, 상기 복수의 음향 공진기 각각은, 제1 전극과 압전층과 제2 전극이 제1 방향으로 적층된 공진부를 포함하고, 상기 제1 전극과 압전층과 제2 전극의 제1 방향 중첩 영역에서 가장 긴 변의 연장방향으로 상기 중첩 영역의 최장 길이와 상기 연장방향에 수직인 방향으로 상기 중첩 영역의 최장 길이의 비율인 종횡비를 가지고, 상기 복수의 음향 공진기 중 상기 접합 부재에 더 가까이 배치된 음향 공진기의 종횡비는 더 낮을 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터 및 체적 음향 공진기 패키지는, 사이즈 대비 성능(예: 손실 특성, 주파수 한계 특성, 최대파워 특성, 발열 특성, 선형성 특성, 감쇄 특성)을 효율적으로 향상시킬 수 있다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터/패키지를 나타낸 사시도이다.
도 1d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터/패키지가 기판에 배치된 구조를 나타낸 사시도이다.
도 1e는 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터를 나타낸 회로도이다.
도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터/패키지의 다양한 변형 구조들을 나타낸 평면도이다.
도 3a 내지 도 3h는 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터의 다양한 변형 구조들을 나타낸 회로도이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터/패키지의 음향 공진기의 종횡비의 변화를 나타낸 평면도이다.
도 4b는 도 4a의 음향 공진기의 종횡비의 변화에 따른 반공진주파수의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4c는 도 3h의 복수의 션트 음향 공진기 중 접지에 더 가까이 연결된 션트 음향 공진기의 종횡비가 더 낮아짐에 따른 해당 션트 음향 공진기 사이를 통과하는 파워 특성 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4d는 도 4c의 해당 션트 음향 공진기 사이를 통과하는 파워 특성 변화에 따라 도 3h의 복수의 션트 음향 공진기의 사이를 통과하는 파워 특성 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4e는 도 4d의 복수의 션트 음향 공진기의 사이를 통과하는 파워 특성 변화에 따른 도 3h의 복수의 션트 음향 공진기 사이의 2차 고조파 크기를 나타낸 그래프이다.
도 4f는 도 3h의 복수의 션트 음향 공진기보다 더 큰 사이즈를 가지는 복수의 션트 음향 공진기 중 접지에 더 가까이 연결된 션트 음향 공진기의 종횡비가 더 낮아짐에 따른 복수의 션트 음향 공진기 사이의 2차 고조파 크기를 나타낸 그래프이다.
도 4g는 도 3h의 체적 음향 공진기 필터의 대역폭을 나타낸 그래프이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터/패키지의 다양한 형태의 음향 공진기에 대한 종횡비 측정을 나타낸 도면이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터/패키지의 음향 공진기의 대칭성 및 비대칭성을 나타낸 도면이다.
도 5c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터/패키지의 복수의 션트 음향 공진기 사이의 연결 길이에 따라 종횡비가 달라질 수 있음을 나타낸 도면이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터/패키지에 포함될 수 있는 음향 공진기의 구체적 구조를 예시한 평면도이고, 도 6b는 도 6a의 I-I'에 따른 단면도이며, 도 6c은 도 6a의 II-II'에 따른 단면도이고, 도 6d는 도 6a의 III-III'에 따른 단면도이다.
도 6e 및 도 6f는 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터/패키지의 내부와 외부 사이를 전기적으로 연결하는 구조를 나타낸 단면도이다.
도 1d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터/패키지가 기판에 배치된 구조를 나타낸 사시도이다.
도 1e는 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터를 나타낸 회로도이다.
도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터/패키지의 다양한 변형 구조들을 나타낸 평면도이다.
도 3a 내지 도 3h는 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터의 다양한 변형 구조들을 나타낸 회로도이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터/패키지의 음향 공진기의 종횡비의 변화를 나타낸 평면도이다.
도 4b는 도 4a의 음향 공진기의 종횡비의 변화에 따른 반공진주파수의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4c는 도 3h의 복수의 션트 음향 공진기 중 접지에 더 가까이 연결된 션트 음향 공진기의 종횡비가 더 낮아짐에 따른 해당 션트 음향 공진기 사이를 통과하는 파워 특성 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4d는 도 4c의 해당 션트 음향 공진기 사이를 통과하는 파워 특성 변화에 따라 도 3h의 복수의 션트 음향 공진기의 사이를 통과하는 파워 특성 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4e는 도 4d의 복수의 션트 음향 공진기의 사이를 통과하는 파워 특성 변화에 따른 도 3h의 복수의 션트 음향 공진기 사이의 2차 고조파 크기를 나타낸 그래프이다.
도 4f는 도 3h의 복수의 션트 음향 공진기보다 더 큰 사이즈를 가지는 복수의 션트 음향 공진기 중 접지에 더 가까이 연결된 션트 음향 공진기의 종횡비가 더 낮아짐에 따른 복수의 션트 음향 공진기 사이의 2차 고조파 크기를 나타낸 그래프이다.
도 4g는 도 3h의 체적 음향 공진기 필터의 대역폭을 나타낸 그래프이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터/패키지의 다양한 형태의 음향 공진기에 대한 종횡비 측정을 나타낸 도면이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터/패키지의 음향 공진기의 대칭성 및 비대칭성을 나타낸 도면이다.
도 5c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터/패키지의 복수의 션트 음향 공진기 사이의 연결 길이에 따라 종횡비가 달라질 수 있음을 나타낸 도면이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터/패키지에 포함될 수 있는 음향 공진기의 구체적 구조를 예시한 평면도이고, 도 6b는 도 6a의 I-I'에 따른 단면도이며, 도 6c은 도 6a의 II-II'에 따른 단면도이고, 도 6d는 도 6a의 III-III'에 따른 단면도이다.
도 6e 및 도 6f는 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터/패키지의 내부와 외부 사이를 전기적으로 연결하는 구조를 나타낸 단면도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터/패키지를 나타낸 사시도이고, 도 1d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터/패키지가 기판에 배치된 구조를 나타낸 사시도이고, 도 1e는 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터를 나타낸 회로도이다.
도 1a 내지 도 1e를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터(50)는, 시리즈부(10) 및 션트부(20)를 포함할 수 있으며, 제1 RF 포트(P1)와 제2 RF 포트(P2)의 사이로 RF(Radio Frequency) 신호를 RF 신호의 주파수에 따라 통과시키거나 차단시킬 수 있다.
시리즈부(10)는 적어도 하나의 시리즈 음향 공진기(11, 12, 13, 14)를 포함할 수 있고, 션트부(20)는 복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b)를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 시리즈 음향 공진기(11, 12, 13, 14) 사이와, 복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b) 사이와, 시리즈부(10)와 션트부(20) 사이의 복수의 노드(N1, N2, N3)는 금(Au), 금-주석(Au-Sn) 합금, 구리(Cu), 구리-주석(Cu-Sn) 합금 및 알루미늄(Al), 알루미늄 합금 등의 비교적 비저항이 낮은 재질로 구현될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
적어도 하나의 시리즈 음향 공진기(11, 12, 13, 14) 및 복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b) 각각은 압전 특성을 통해 RF 신호의 전기에너지를 기계에너지로 변환하고 역변환할 수 있으며, RF 신호의 주파수가 음향 공진기의 공진주파수에 가까울수록 복수의 전극 간의 에너지 전달율을 크게 높일 수 있으며, RF 신호의 주파수가 음향 공진기의 반공진주파수에 가까울수록 복수의 전극 간의 에너지 전달율을 크게 낮출 수 있다. 음향 공진기의 반공진주파수는 음향 공진기의 공진주파수보다 높을 수 있다.
예를 들어, 적어도 하나의 시리즈 음향 공진기(11, 12, 13, 14) 및 복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b) 각각은 박막 음향 공진기(FBAR: Film Bulk Acoustic Resonator)이거나, SMR (Solidly Mounted Resonator) type 공진기일 수 있다.
적어도 하나의 시리즈 음향 공진기(11, 12, 13, 14)는 제1 및 제2 RF 포트(P1, P2)의 사이에 전기적으로 직렬(series) 연결될 수 있으며, RF 신호의 주파수가 공진주파수에 가까울수록 RF 신호의 제1 및 제2 RF 포트(P1, P2) 간의 통과율을 높일 수 있으며, RF 신호의 주파수가 반공진주파수에 가까울수록 RF 신호의 제1 및 제2 RF 포트(P1, P2) 간의 통과율을 낮출 수 있다.
복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b)는 적어도 하나의 시리즈 음향 공진기(11, 12, 13, 14)와 접지(GND) 사이에 전기적으로 분로(shunt) 연결될 수 있으며, RF 신호의 주파수가 공진주파수에 가까울수록 RF 신호의 접지(GND)를 향하는 통과율을 높일 수 있으며, RF 신호의 주파수가 반공진주파수에 가까울수록 RF 신호의 접지(GND)를 향하는 통과율을 낮출 수 있다.
RF 신호의 제1 및 제2 RF 포트(P1, P2) 간의 통과율은 RF 신호의 접지(GND)를 향하는 통과율이 높을수록 낮아질 수 있으며, RF 신호의 접지(GND)를 향하는 통과율이 낮을수록 높아질 수 있다.
즉, RF 신호의 제1 및 제2 RF 포트(P1, P2) 간의 통과율은 복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b)의 공진주파수에 가깝거나 적어도 하나의 시리즈 음향 공진기(11, 12, 13, 14)의 반공진주파수에 가까울수록 낮아질 수 있다.
반공진주파수가 공진주파수보다 높으므로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터(50)는 복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b)의 공진주파수에 대응되는 최저주파수와 적어도 하나의 시리즈 음향 공진기(11, 12, 13, 14)의 반공진주파수에 대응되는 최고주파수로 형성되는 통과(pass) 대역폭을 가질 수 있다. 또는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터(50)는 적어도 하나의 시리즈 음향 공진기(11, 12, 13, 14)의 공진주파수에 대응되는 최저주파수와 복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b)의 반공진주파수에 대응되는 최고주파수로 형성되는 저지(stop) 대역폭을 가질 수 있다.
상기 통과 대역폭은 복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b)의 공진주파수와 적어도 하나의 시리즈 음향 공진기(11, 12, 13, 14)의 반공진주파수 간의 차이가 클수록 넓어질 수 있고, 상기 저지 대역폭은 적어도 하나의 시리즈 음향 공진기(11, 12, 13, 14)의 공진주파수와 복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b)의 반공진주파수 간의 차이가 클수록 넓어질 수 있다. 그러나, 상기 차이가 너무 클 경우, 대역폭은 갈라질(split) 수 있고, 대역폭의 삽입손실(insertion loss) 및/또는 리턴손실(return loss)은 커질 수 있다.
적어도 하나의 시리즈 음향 공진기(11, 12, 13, 14)의 공진주파수가 복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b)의 반공진주파수보다 적당히 더 높거나, 복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b)의 공진주파수가 적어도 하나의 시리즈 음향 공진기(11, 12, 13, 14)의 반공진주파수보다 적당히 더 높을 경우, 체적 음향 공진기 필터(50)의 대역폭은 넓으면서도 갈라지지 않거나 손실을 줄일 수 있다.
음향 공진기에서 공진주파수와 반공진주파수 간의 차이는 음향 공진기의 물리적 특성인 kt2(electromechanical coupling factor)에 기초하여 결정될 수 있으며, kt2는 음향 공진기의 크기, 두께 및 형태에 기반하여 결정될 수 있다.
체적 음향 공진기 필터(50)의 대역폭은 대역폭의 전반적인 주파수에 대해 비례적인 특성을 가질 수 있으므로, 대역폭의 전반적인 주파수가 높을수록 더 넓어질 수 있다.
그러나, 대역폭의 전반적인 주파수가 높을수록, 체적 음향 공진기 필터(50)를 통과하는 RF 신호의 파장은 짧아질 수 있다. RF 신호의 파장이 짧을수록, 안테나에서의 원격 송수신 과정에서의 송수신 거리 대비 에너지 감쇄는 커질 수 있다.
즉, 체적 음향 공진기 필터(50)의 대역폭의 전반적인 주파수가 높을수록, 체적 음향 공진기 필터(50)를 통과하는 RF 신호는 원격 송수신 과정의 안정성 및/또는 원활함을 위해 더욱 큰 파워가 요구될 수 있다.
체적 음향 공진기 필터(50)를 통과하는 RF 신호의 파워가 커질수록, 복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b)와 적어도 하나의 시리즈 음향 공진기(11, 12, 13, 14) 각각의 압전 동작에 따른 발열은 커질 수 있고, 복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b)와 적어도 하나의 시리즈 음향 공진기(11, 12, 13, 14) 각각의 발열에 따른 손상 가능성은 커질 수 있다.
션트부(20)에 포함된 복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b)의 개수(예: 8개)가 많아지거나, 복수의 노드(N1, N2, N3)의 개수 대비 복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b)의 개수의 비(예: 8/3)가 높을수록, 복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b) 각각의 압전 동작에 따른 발열은 작아질 수 있고, 복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b) 각각의 발열에 따른 손상 가능성은 감소할 수 있다.
션트부(20)에 포함된 션트 음향 공진기의 개수가 1개이더라도, 대역폭은 1개의 음향 공진기와 1개의 시리즈 음향 공진기의 조합에 기반하여 형성될 수 있으나, 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터(50)는, 복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b)를 포함할 수 있으므로, RF 신호의 주파수를 효율적으로 높일 수 있고 RF 신호의 파워를 효율적으로 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터(50)는 복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b)를 포함할 수 있으므로, 아래와 같은 추가적인 장점들(예: 선형성 특성, 감쇄 특성)을 더 가질 수 있다.
예를 들어, 복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b) 각각은 자신의 제1 전극(예: 압전층의 하면에 배치된 전극)을 통해 인접한 션트 음향 공진기의 제1 전극에 연결되거나 자신의 제2 전극(예: 압전층의 상면에 배치된 전극)을 통해 인접한 션트 음향 공진기의 제2 전극에 연결될 수 있다. 즉, 복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b) 각각은 인접한 션트 음향 공진기에 반직렬(anti-series)로 연결될 수 있고, 반직렬(anti-series) 연결 구조는 복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b)의 개수가 많아짐에 기인할 수 있다.
이에 따라, 복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b)는 RF 신호의 짝수 차수 고조파를 효율적으로 상쇄시킬 수 있으므로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터(50)의 선형성(linearity) 특성(예: IMD2, P1dB, THD)은 더욱 효율적으로 향상될 수 있고, 체적 음향 공진기 필터(50)는 RF 신호의 주파수가 속하는 통신표준을 효율적으로 준수할 수 있다.
예를 들어, 복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b) 중 일부 션트 음향 공진기의 공진주파수 및/또는 반공진주파수는 나머지 션트 음향 공진기의 그것들과 다를 수 있다. 복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b)의 공진주파수 및/또는 반공진주파수의 개수 증가는 복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b)의 개수가 많아짐에 기인할 수 있다.
이에 따라, 복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b)는 체적 음향 공진기 필터(50)의 대역폭의 최소주파수 근처에서 복수의 공진주파수 및/또는 반공진주파수의 위치는 더 최적화될 수 있고, 체적 음향 공진기 필터(50)의 감쇄 특성은 더욱 예리(sharp)해질 수 있고, 음향 공진기의 특성상 최소주파수 근처에서 발생될 수 있는 스퓨리어스(spurious) 잡음은 효율적으로 제거될 수 있다. 예를 들어, 복수의 공진주파수 및/또는 반공진주파수의 조합은 회로적으로 transmission zero pole을 형성함으로써, 체적 음향 공진기 필터(50)의 감쇄 특성을 더욱 향상시킬 수 있다.
다만, 복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b) 각각의 설계 특성과 실제 특성 간의 차이는 체적 음향 공진기 필터(50)의 성능(예: 손실 특성, 주파수 한계 특성, 최대파워 특성, 발열 특성, 선형성 특성, 감쇄 특성)에 영향을 줄 수 있으므로, 션트부(20)에 포함된 복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b)의 개수(예: 8개)가 많아지거나, 복수의 노드(N1, N2, N3)의 개수 대비 복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b)의 개수의 비(예: 8/3)가 높을수록, 복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b) 각각의 설계 특성과 실제 특성 간의 차이를 줄이는 것은 더 중요해질 수 있다.
복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b) 각각의 설계 특성과 실제 특성 간의 차이는 복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b) 각각의 기생 임피던스에 기인할 수 있다. 상기 기생 임피던스는 복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b) 각각의 주변 도전성 구조들이 전기적으로 연결되지 않더라도 상기 주변 도전성 구조들 상호간의 전기장 및/또는 자기장에 기반하여 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 기생 임피던스에 영향을 줄 수 있는 주변 도전성 구조들은 복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b), 복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b)의 사이를 연결하는 금속층(1180, 1190), 복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b)에 접지(GND)를 제공하는 접지 포트(1320), 기판(1110)과 캡(1210) 사이를 접합시키는 접합 부재(1220), 캡(1210)에 배치된 쉴드층(1230) 중 적어도 하나일 수 있다.
이처럼 기생 임피던스에 영향을 주는 요인은 다양할 수 있으므로, 복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b)의 기생 임피던스는 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b) 중 서로 전기적으로 직렬 연결된 일부 중 하나와 다른 하나는, 접지(GND)에 대한 배치관계 차이로 인해 서로 다른 기생 임피던스를 가질 수 있다.
예를 들어, 복수의 션트 음향 공진기 중 제1 션트 음향 공진기(21a, 22a, 23a)와 제2 션트 음향 공진기(21b, 22b, 23b) 사이의 금속층(1180, 1190)은 접지 포트(1320), 접합 부재(1220) 및 쉴드층(1230) 중 적어도 하나와 기생 캐패시터(Cpara)를 형성할 수 있다. 기생 캐패시터(Cpara)는 제1 션트 음향 공진기(21a, 22a, 23a)에 대해 병렬로 연결된 캐패시터와 유사하게 작용하여 제1 션트 음향 공진기(21a, 22a, 23a)의 기생 임피던스의 일부분일 수 있으나, 제2 션트 음향 공진기(21b, 22b, 23b)의 기생 임피던스에 실질적인 영향을 주지 않을 수 있다. 따라서, 제1 션트 음향 공진기(21a, 22a, 23a)의 기생 임피던스와 제2 션트 음향 공진기(21b, 22b, 23b)의 기생 임피던스는 서로 달라질 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터(50) 및 체적 음향 공진기 패키지는, 서로 다른 종횡비(도 4a 및 도 5a의 AR 참조)를 가지는 복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b)를 포함할 수 있으므로, 복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b)의 전반적인 기생 임피던스 차이를 줄일 수 있으며, 제2 션트 음향 공진기(21b, 22b, 23b)에 병렬인 캐패시터를 추가하지 않더라도 복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b)의 전반적인 기생 임피던스 차이를 줄일 수 있다.
이에 따라, 복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b) 각각의 설계 특성과 실제 특성 간의 차이는 효율적으로 작아질 수 있으므로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터(50) 및 체적 음향 공진기 패키지는 복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b)를 사용하여 성능(예: 손실 특성, 주파수 한계 특성, 최대파워 특성, 발열 특성, 선형성 특성, 감쇄 특성)을 효율적으로 향상시킬 수 있다. 또한, 복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b)의 전반적인 기생 임피던스 차이를 줄이기 위한 추가 캐패시터가 필수적이지 않을 수 있으므로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터(50) 및 체적 음향 공진기 패키지는 사이즈 대비 높은 성능을 가질 수 있다.
복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b) 각각에서 공진주파수와 반공진주파수 간의 차이는 해당 음향 공진기의 물리적 특성인 kt2(electromechanical coupling factor)에 기초하여 결정될 수 있고, 해당 음향 공진기의 kt2는 해당 음향 공진기의 종횡비에 따라 달라질 수 있다.
예를 들어, 제1 션트 음향 공진기(21a, 22a, 23a)의 종횡비는 제2 션트 음향 공진기(21b, 22b, 23b)의 그것보다 낮을 수 있으므로, 제1 션트 음향 공진기(21a, 22a, 23a)의 공진주파수와 반공진주파수 간의 차이는 제2 션트 음향 공진기(21b, 22b, 23b)의 그것보다 클 수 있다. 제1 션트 음향 공진기(21a, 22a, 23a)의 공진주파수와 제2 션트 음향 공진기(21b, 22b, 23b)의 공진주파수가 동일하다고 가정하면, 제1 션트 음향 공진기(21a, 22a, 23a)의 반공진주파수는 제2 션트 음향 공진기(21b, 22b, 23b)의 반공진주파수보다 높을 수 있다.
또한, 복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b) 각각의 등가회로에 따르면, 복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b) 각각에서 공진주파수에 반비례하는 직렬 LC성분과 반공진주파수에 반비례하는 병렬 LC성분은 서로 다를 수 있다. 제1 션트 음향 공진기(21a, 22a, 23a)에 대해 병렬 캐패시터로 작용할 수 있는 기생 캐패시터(Cpara)는 제1 션트 음향 공진기(21a, 22a, 23a)의 반공진주파수에 반비례하는 병렬 LC성분의 C성분일 수 있으므로, 제1 션트 음향 공진기(21a, 22a, 23a)의 반공진주파수를 낮출 수 있다.
따라서, 제1 션트 음향 공진기(21a, 22a, 23a)에서 기생 캐패시터(Cpara)에 의해 반공진주파수가 낮아지는 것과 제1 션트 음향 공진기(21a, 22a, 23a)의 낮은 종횡비에 의해 반공진주파수가 높아지는 것은 서로 상쇄적으로 작용할 수 있으므로, 제1 션트 음향 공진기(21a, 22a, 23a)의 반공진주파수와 제2 션트 음향 공진기(21b, 22b, 23b)의 반공진주파수 간의 차이는 효율적으로 작아질 수 있고, 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터(50) 및 체적 음향 공진기 패키지의 성능(예: 손실 특성, 주파수 한계 특성, 최대파워 특성, 발열 특성, 선형성 특성, 감쇄 특성)은 효율적으로 향상될 수 있다.
적어도 하나의 시리즈 음향 공진기(11, 12, 13, 14) 및 복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b)의 종횡비가 높을수록, 적어도 하나의 시리즈 음향 공진기(11, 12, 13, 14) 및 복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b) 각각과 이에 연결되는 금속층(1180, 1190) 간의 연결 폭은 커질 수 있으므로, 금속층(1180, 1190)의 음향 공진기에 대한 연결 저항은 낮아질 수 있다. 상기 연결 저항이 전반적으로 낮을수록, 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터(50) 및 체적 음향 공진기 패키지의 에너지 손실은 줄어들 수 있다.
따라서, 접지(GND)에 더 가까이 전기적으로 연결된 제1 션트 음향 공진기(21a, 22a, 23a)의 종횡비는 제2 션트 음향 공진기(21b, 22b, 23b)의 종횡비에 비해 더 낮을 수 있다. 예를 들어, 제1 션트 음향 공진기(21a, 22a, 23a)의 종횡비는 제2 션트 음향 공진기(21b, 22b, 23b)의 그것에 비해 1에 더 가까울 수 있고, 상대적으로 더 정다각형에 가까울 수 있다.
기생 캐패시터(Cpara)는 제1 션트 음향 공진기(21a, 22a, 23a)와 제2 션트 음향 공진기(21b, 22b, 23b) 사이를 연결하는 금속층(1180, 1190)의 길이가 길수록 커질 수 있으므로, 제1 션트 음향 공진기(21a, 22a, 23a)와 제2 션트 음향 공진기(21b, 22b, 23b) 간의 종횡비 차이는 복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b) 간의 연결 길이가 길수록 더 클 수 있다.
도 1a 내지 도 1c를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 패키지는, 기판(1110), 캡(1210), 복수의 음향 공진기(11, 12, 13, 14, 21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b), 금속층(1180, 1190) 및 접합 부재(1220)를 포함할 수 있고, 제1 RF 포트(P1), 제2 RF 포트(P2), 접지 포트(1320), 멤브레인층(1150) 및 쉴드층(1230) 중 적어도 일부를 더 포함할 수 있다.
기판(1110)은 복수의 음향 공진기(11, 12, 13, 14, 21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b) 아래에 형성된 캐비티(cavity)를 가질 수 있다. 체적 음향 공진기가 SMR(Solid Mounted Resonator)일 경우, 서로 다른 음파 임피던스를 가지는 이종층이 교대로 적층된 적층구조를 가질 수 있다.
멤브레인층(1150)은 캐비티(cavity) 또는 적층구조와 복수의 음향 공진기(11, 12, 13, 14, 21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b)의 사이에 배치될 수 있고, 기판(1110)의 실질적인 상면으로 작용할 수 있다.
캡(1210)은 복수의 음향 공진기(11, 12, 13, 14, 21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b)를 수용함으로써, 복수의 음향 공진기(11, 12, 13, 14, 21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b)를 외부 환경으로부터 보호할 수 있다. 캡(1210)은 복수의 음향 공진기(11, 12, 13, 14, 21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b)가 수용되는 내부 공간을 구비하는 커버 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 캡(1210)은 캡(1210)에서 기판(1110)을 마주보는 표면(예: 하면)의 일부분(예: 하면의 가장자리에 인접한 부분)이 다른 부분(예: 하면의 중심)보다 기판(1110)을 향하여 더 돌출된 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 캡(1210)은 수평방향 관점에서 U형태를 가질 수 있다.
복수의 음향 공진기(11, 12, 13, 14, 21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b) 각각은 기판(1110)과 캡(1210)이 서로 마주보는 제1 방향(예: z방향)으로 적층된 제1 전극과 압전층과 제2 전극을 각각 포함하고, 기판(1110)과 캡(1210)의 사이에 수용될 수 있다.
금속층(1180, 1190)은 복수의 음향 공진기(11, 12, 13, 14, 21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b) 사이를 연결할 수 있다. 금속층(1180)은 복수의 음향 공진기(11, 12, 13, 14, 21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b)의 제1 전극(예: 압전층의 하면에 배치된 전극)에 연결될 수 있고, 금속층(1190)은 복수의 음향 공진기(11, 12, 13, 14, 21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b)의 제2 전극(예: 압전층의 상면에 배치된 전극)에 연결될 수 있다. 따라서, 금속층(1180)과 금속층(1190)은 서로 다른 높이에 배치될 수 있고, 금속층(1180)에 기인한 기생 임피던스와 금속층(1190)에 기인한 기생 임피던스도 서로 다를 수 있다.
접합 부재(1220)는 제1 방향(예: z방향)의 관점에서 복수의 음향 공진기(11, 12, 13, 14, 21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b)를 둘러싸고, 기판(1110)과 캡(1210)의 사이에서 캡(1210)에 접합될 수 있다. 예를 들어, 접합 부재(1220)는 공융(eutectic) 결합 구조를 가질 수 있으므로, 전도성 링(ring)을 포함할 수 있다. 다만, 접합 부재(1220)는 공융 결합 구조로 한정되지 않으며, 양극(anodic) 결합 구조나 비전도성 물질의 용융 결합 구조로 구현될 수도 있다.
금속층(1180, 1190)과 접합 부재(1220)는 기생 캐패시터(Cpara)를 형성할 수 있고, 기생 캐패시터(Cpara)는 복수의 음향 공진기(11, 12, 13, 14, 21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b) 중 일부에만 영향을 주거나 복수의 음향 공진기(11, 12, 13, 14, 21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b)에 차등적으로 영향을 줄 수 있으므로, 복수의 음향 공진기(11, 12, 13, 14, 21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b) 간의 전반적인 기생 임피던스 차이는 금속층(1180, 1190)과 접합 부재(1220)에 기반한 기생 캐패시터(Cpara)에 의해 커질 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 패키지는, 복수의 음향 공진기(11, 12, 13, 14, 21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b) 중 적어도 둘이 서로 다른 종횡비를 가질 수 있으므로, 복수의 음향 공진기(11, 12, 13, 14, 21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b) 간의 전반적인 기생 임피던스 차이는 감소할 수 있고, 복수의 음향 공진기(11, 12, 13, 14, 21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b) 각각의 설계 특성과 실제 특성 간의 차이는 효율적으로 작아질 수 있다.
금속층(1180, 1190)과 접합 부재(1220)에 기반한 기생 캐패시터(Cpara)는 금속층(1180, 1190)의 길이가 길어지거나 금속층(1180, 1190)이 접합 부재(1220)에 더 가까이 배치될수록 커질 수 있다. 즉, 기생 캐패시터(Cpara)는 복수의 음향 공진기(11, 12, 13, 14, 21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b) 사이를 연결하는 금속층(1180, 1190)의 연결 길이가 크거나, 금속층(1180, 1190)과 접합 부재(1220) 간의 이격 거리가 짧을수록 클 수 있다.
복수의 음향 공진기(11, 12, 13, 14, 21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b) 간의 기생 임피던스 차이를 줄이기 위해, 복수의 음향 공진기(11, 12, 13, 14, 21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b) 간의 종횡비 차이는, 복수의 음향 공진기(11, 12, 13, 14, 21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b) 사이를 연결하는 금속층(1180, 1190)의 연결 길이가 크거나, 금속층(1180, 1190)과 접합 부재(1220) 간의 이격 거리가 짧을수록 클 수 있다.
예를 들어, 제1 음향 공진기(21a) 및 제2 음향 공진기(21b)는 금속층(1180)의 일부분을 통해 서로 연결되고, 제3 음향 공진기(22a, 23a) 및 제4 음향 공진기(22b, 23b)는 금속층(1180)의 다른 일부분을 통해 서로 연결될 수 있다. 제1 및 제2 음향 공진기(21a, 21b) 사이를 연결하는 금속층(1180)의 일부분의 연결 길이는 제3 및 제4 음향 공진기(22a, 23a, 22b, 23b) 사이를 연결하는 금속층(1180)의 다른 일부분의 연결 길이보다 길 수 있고, 제1 및 제2 음향 공진기(21a, 21b) 사이를 연결하는 금속층(1180)의 일부분과 접합 부재(1220) 간의 이격 거리는 제3 및 제4 음향 공진기(22a, 23a, 22b, 23b) 사이를 연결하는 금속층(1180)의 다른 일부분과 접합 부재(1220) 간의 이격 거리보다 짧을 수 있다. 제1 및 제2 음향 공진기(21a, 21b) 간의 종횡비 차이는 제3 및 제4 음향 공진기(22a, 23a, 22b, 23b) 간의 종횡비 차이보다 클 수 있다.
복수의 음향 공진기(11, 12, 13, 14, 21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b)의 종횡비가 높을수록, 복수의 음향 공진기(11, 12, 13, 14, 21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b) 각각과 이에 연결되는 금속층(1180, 1190) 간의 연결 폭은 커질 수 있으므로, 금속층(1180, 1190)의 음향 공진기에 대한 연결 저항은 낮아질 수 있다. 상기 연결 저항이 전반적으로 낮을수록, 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 패키지의 에너지 손실은 줄어들 수 있다.
따라서, 접합 부재(1220)로부터 상대적으로 멀리 배치된 음향 공진기(11, 12, 13, 14, 21b, 22b, 23b)의 종횡비는 상대적으로 높을 수 있고, 접합 부재(1220)에 상대적으로 가까이 배치된 음향 공진기(21a, 22a, 23a)의 종횡비는 상대적으로 더 낮을 수 있다. 예를 들어, 음향 공진기(21a, 22a, 23a)의 종횡비는 1에 더 가까울 수 있다.
복수의 음향 공진기(11, 12, 13, 14, 21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b)는 제1 및 제2 RF 포트(P1, P2)의 사이에 전기적으로 연결될 수 있고, 제1 및 제2 RF 포트(P1, P2)는 기판(1110)의 제1 및 제2 측면(예: -y방향 및 +y방향)으로 치우쳐져 배치될 수 있다. 제1 및 제2 RF 포트(P1, P2)는 체적 음향 공진기 패키지의 내부와 외부 사이의 전기적 연결 경로를 수직적으로 제공할 수 있다.
제1 및 제2 RF 포트(P1, P2)가 기판(1110)의 제1 및 제2 측면(예: -y방향 및 +y방향)으로 치우쳐져 배치될 수 있으므로, 접지 포트(1320)는 상대적으로 기판(1110)의 제3 및/또는 제4 측면(예: -x방향 및 +x방향)에 더 가까이 배치될 수 있다.
접지 포트(1320)는 접지(GND)를 제공할 수 있고, 금속층(1180, 1190)과 접합 부재(1220)에 기반한 기생 캐패시터(Cpara)의 위치에 종속적일 수 있으므로, 기판(1110)의 제3 및/또는 제4 측면(예: -x방향 및 +x방향)에 더 가까이 배치되거나 접지 포트(1320)에 더 가까이 전기적으로 연결된 음향 공진기(21a, 22a, 23a)의 종횡비는 상대적으로 더 낮을 수 있다. 예를 들어, 음향 공진기(21a, 22a, 23a)의 종횡비는 1에 더 가까울 수 있다.
쉴드층(1230)은 캡(1210)에서 복수의 음향 공진기(11, 12, 13, 14, 21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b)를 마주보는 면(예: 하면)에 배치되고 접합 부재(1220)에 전기적으로 연결될 수 있다. 쉴드층(1230)은 복수의 음향 공진기(11, 12, 13, 14, 21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b)가 체적 음향 공진기 패키지의 외부로부터 받을 수 있는 전자기적 잡음을 차단할 수 있으므로, 체적 음향 공진기 패키지의 성능은 효율적으로 향상될 수 있다.
쉴드층(1230)은 금속층(1180, 1190)에 z방향으로 오버랩(overlap)될 수 있고, 접지(GND)에 전기적으로 연결될 수 있으므로, 쉴드층(1230)과 금속층(1180, 1190)은 기생 캐패시터(Cpara)의 일부분으로 작용할 수 있다. 상기 기생 캐패시터(Cpara)에 따른 복수의 음향 공진기(11, 12, 13, 14, 21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b) 간의 기생 임피던스 차이는 복수의 음향 공진기(11, 12, 13, 14, 21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b) 간의 종횡비 차이로 감소할 수 있다.
도 1d를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터(50) 및 체적 음향 공진기 패키지는, 세트 기판(90)에 배치(예: 실장 또는 내장)될 수 있다.
예를 들어, 세트 기판(90)은 복수의 도전층과 복수의 절연층이 교대로 적층된 인쇄회로기판일 수 있으며, 복수의 도전층은 안테나 전송경로(ANT), 송수신기(transceiver) 전송경로(SIG) 및 접지(GND)을 포함할 수 있으며, 복수의 비아(VIA)는 복수의 도전층의 사이를 z방향으로 전기적으로 연결시킬 수 있다.
안테나 전송경로(ANT)는 도 1a 내지 도 1c의 제1 RF 포트(P1)에 전기적으로 연결될 수 있고, 송수신기 전송경로(SIG)는 도 1a 내지 도 1c의 제2 RF 포트(P2)에 전기적으로 연결될 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터(50)가 송신 RF 신호를 필터링하도록 구성될 경우, 제2 RF 포트(P2)를 통과하는 송신 RF 신호의 파워가 제1 RF 포트(P1)를 통과하는 송신 RF 신호의 파워보다 더 클 수 있으므로, 방열 특성 향상 및/또는 손실 저감을 위해, 복수의 션트 음향 공진기 중 제2 RF 포트(P2)에 더 가까운 션트 음향 공진기의 크기는 더 클 수 있다. 체적 음향 공진기 필터(50)가 수신 RF 신호를 필터링하도록 구성될 경우, 복수의 션트 음향 공진기 중 제1 RF 포트(P1)에 더 가까운 션트 음향 공진기의 크기는 더 클 수 있다.
도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터/패키지의 다양한 변형 구조들을 나타낸 평면도이고, 도 3a 내지 도 3h는 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터의 다양한 변형 구조들을 나타낸 회로도이다.
도 2a 및 도 3a를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터(50a)는, 적어도 하나의 시리즈 음향 공진기(11, 12, 13, 14) 및 복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b, 24a, 24b)를 포함할 수 있고, 복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b, 24a, 24b) 중 적어도 둘의 종횡비는 서로 다를 수 있다.
복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b, 24a, 24b) 간의 종횡비 차이는 복수의 션트 음향 공진기 중 적어도 하나의 시리즈 음향 공진기(11, 12, 13, 14)의 종횡비에 더 가까운 종횡비를 가지는 션트 음향 공진기(21b, 22b, 23b, 24b)와 적어도 하나의 시리즈 음향 공진기(11, 12, 13, 14) 간의 종횡비 차이보다 클 수 있다. 이에 따라, 적어도 하나의 시리즈 음향 공진기(11, 12, 13, 14)의 종횡비는 높을 수 있으므로, 금속층(1180, 1190) 중 복수의 시리즈 음향 공진기(11, 12, 13, 14) 사이를 연결하는 부분의 폭은 넓어질 수 있고, 연결 저항은 낮아질 수 있으므로, 제1 및 제2 RF 포트(P1, P2) 사이를 통과하는 RF 신호의 손실은 감소할 수 있다.
복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b, 24a, 24b)는 접지 포트(GND1, GND2, GND3, GND4, GND5)와 복수의 노드(N1, N2, N3)의 사이에 전기적으로 연결될 수 있다.
금속층(1180)은 서로 인접한 복수의 음향 공진기의 제1 전극(예: 압전층의 하면에 배치된 전극) 사이에 연결될 수 있고, 금속층(1190)은 서로 인접한 복수의 음향 공진기의 제2 전극(예: 압전층의 상면에 배치된 전극) 사이에 연결될 수 있다. 또한, 금속층(1190)은 접지 확장 부재(1180)를 통해 접합 부재(1220)에 연결될 수 있고, 접지 포트(GND3, GND5)는 접지 확장 부재(1180)를 통해 접합 부재(1220)로 접지를 제공할 수 있다.
제1 및 제2 션트 음향 공진기(22a의 우측, 22b의 우측)은 제1 전극과 금속층(1180)을 통해 서로 직렬로 전기적으로 연결될 수 있고, 제3 및 제4 션트 음향 공진기(22a의 좌측, 22b의 좌측)은 제2 전극과 금속층(1190)을 통해 서로 직렬로 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 및 제3 션트 음향 공진기(22a)는 전기적으로 서로 병렬 관계일 수 있으므로, 제1 션트 음향 공진기(22a의 우측)는 제2 전극과 금속층(1190)을 통해 접지(GND2)에 전기적으로 연결되고, 제3 션트 음향 공진기(22a의 좌측)는 제1 전극과 금속층(1180, 1190)을 통해 접지(GND2)에 전기적으로 연결될 수 있다.
이에 따라, 복수의 시리즈 음향 공진기(11, 12, 13, 14) 사이의 1개 노드와 접지(GND2) 사이에 전기적으로 연결되는 션트 음향 공진기의 개수는 효율적으로 많아질 수 있으므로, 제1, 제2, 제3 및 제4 션트 음향 공진기(22a, 22b)는 RF 신호의 주파수를 더 효율적으로 높일 수 있고 RF 신호의 파워를 더 효율적으로 증가시킬 수 있고, 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터(50a)의 선형성 특성 및/또는 감쇄 특성을 더욱 효율적으로 높일 수 있다.
제1 및 제2 션트 음향 공진기(22a의 우측, 22b의 우측) 사이를 연결하는 금속층(1180)은 제3 및 제4 션트 음향 공진기(22a의 좌측, 22b의 좌측) 사이를 연결하는 금속층(1190)보다 낮은 높이에 배치될 수 있으므로, 제1 션트 음향 공진기(22a의 우측)의 기생 임피던스와 제3 션트 음향 공진기(22a의 좌측)의 기생 임피던스는 서로 다를 수 있다.
제1 및 제2 션트 음향 공진기(22a의 우측, 22b의 우측)의 종횡비는 서로 다르거나, 제3 및 제4 션트 음향 공진기(22a의 좌측, 22b의 좌측)의 종횡비는 서로 다를 수 있다. 이에 따라, 제1 및 제3 션트 음향 공진기(22a)와 제2 및 제4 션트 음향 공진기(22b) 간의 기생 임피던스 차이와, 제1 및 제3 션트 음향 공진기(22a) 간의 기생 임피던스 차이 중 적어도 하나는 감소할 수 있으므로, 제1, 제2, 제3 및 제4 션트 음향 공진기(22a, 22b) 사이의 전반적인 기생 임피던스 차이는 효율적으로 감소될 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터(50a)는, 제1, 제2, 제3 및 제4 션트 음향 공진기(22a, 22b) 각각의 설계 특성과 실제 특성 간의 차이를 효율적으로 줄일 수 있고, 제1, 제2, 제3 및 제4 션트 음향 공진기(22a, 22b)의 많아지는 개수에 따른 장점(예: 손실 특성, 주파수 한계 특성, 최대파워 특성, 발열 특성, 선형성 특성, 감쇄 특성)을 효율적으로 사용하면서도 단점(설계와 실제 간의 차이에 대한 민감도)을 효율적으로 제거할 수 있다.
설계에 따라, 제1 및 제2 션트 음향 공진기(22a의 우측, 22b의 우측)의 종횡비는 서로 다르고, 제3 및 제4 션트 음향 공진기(22a의 좌측, 22b의 좌측)의 종횡비는 서로 다를 수 있고, 제1 및 제2 션트 음향 공진기(22a의 우측, 22b의 우측) 간의 종횡비 차이와 제3 및 제4 션트 음향 공진기(22a의 좌측, 22b의 좌측) 간의 종횡비 차이는 서로 다를 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터(50a)는 제1, 제2, 제3 및 제4 션트 음향 공진기(22a, 22b) 각각의 설계 특성과 실제 특성 간의 차이를 더 효율적으로 줄일 수 있다.
도 2b 및 도 3b를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터(50b)는, 제1 노드(N2)와 접지(GND2) 사이에 전기적으로 연결된 제1 및 제2 션트 음향 공진기(22a, 22b) 간의 종횡비 차이는 제2 노드(N1, N3)와 접지(GND2, GND3) 사이에 전기적으로 연결된 제3 및 제4 션트 음향 공진기(21b, 23b) 간의 종횡비 차이와 다를 수 있다.
예를 들어, 제1 및 제2 션트 음향 공진기(22a, 22b)의 1개 노드 당 개수(예: 4개)는 제3 및 제4 션트 음향 공진기(21b, 23b)의 1개 노드 당 개수(예: 2개)보다 많을 수 있으므로, 제1 및 제2 션트 음향 공진기(22a, 22b)의 기생 임피던스 차이가 체적 음향 공진기 필터(50b)에 주는 영향은 제3 및 제4 션트 음향 공진기(21b, 23b)의 그것보다 더 클 수 있으므로, 제1 및 제2 션트 음향 공진기(22a, 22b) 간의 종횡비 차이는 상대적으로 더 클 수 있다.
도 2c 및 도 3c를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터(50c)는, 서로 병렬 관계인 제1 및 제2 션트 음향 공진기(22a, 22b) 간의 종횡비가 서로 다른 구조를 가질 수 있다. 즉, 서로 다른 종횡비를 가지는 제1 및 제2 션트 음향 공진기(22a, 22b)는 직렬 관계로 한정되지 않으며, 병렬 관계의 가지는 제1 및 제2 션트 음향 공진기(22a, 22b) 간의 기생 임피던스 차이도 제1 및 제2 션트 음향 공진기(22a, 22b) 간의 주변 구조(예: 금속층(1180, 1190)) 차이나 공정 산포에 따른 차이에 따라 발생할 수 있고, 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터(50c)는, 병렬 관계의 가지는 제1 및 제2 션트 음향 공진기(22a, 22b) 간의 기생 임피던스 차이를 제1 및 제2 션트 음향 공진기(22a, 22b) 간의 종횡비 차이를 통해 줄일 수 있다.
예를 들어, 제1 및 제2 션트 음향 공진기(22a, 22b) 하나는 압전층의 하부에 배치되는 제1 전극을 통해 접지(GND2)에 전기적으로 연결될 수 있고, 다른 하나는 압전층의 상부에 배치되는 제2 전극을 통해 접지(GND2)에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제1 전극은 금속층(1180)에 연결될 수 있고, 상기 제2 전극은 금속층(1190)에 연결될 수 있다.
이처럼, 제1 및 제2 션트 음향 공진기(22a, 22b)가 접지(GND2)에 전기적으로 연결되는 구조가 다를 수 있으므로, 제1 및 제2 션트 음향 공진기(22a, 22b)의 기생 캐패시턴스는 서로 다를 수 있다. 제1 및 제2 션트 음향 공진기(22a, 22b)가 서로 다른 종횡비를 가질 수 있으므로, 제1 및 제2 션트 음향 공진기(22a, 22b) 간의 기생 캐패시턴스 차이는 상쇄될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터(50c)의 션트 음향 공진기(21b, 22a, 22b, 23b, 24b) 각각이 인접 션트 음향 공진기에 직렬로 연결되어야 하는 것으로 한정 해석되지 않는다.
도 2d 및 도 3d를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터(50d)는, 종횡비가 1에 더 가까운 제1 션트 음향 공진기(21a, 22a)가 접지(GND1, GND2)로부터 더 멀리 배치된 구조를 가질 수 있다. 션트 음향 공진기의 기생 임피던스를 결정하는 요인은 다양할 수 있고, 제1 션트 음향 공진기(21a, 22a)의 공진주파수 및/또는 반공진주파수와 제2 션트 음향 공진기(21b, 22b)의 공진주파수 및/또는 반공진주파수가 서로 다를 수도 있으므로, 설계에 따라, 종횡비가 1에 더 가까운 제1 션트 음향 공진기(21a, 22a)가 접지(GND1, GND2)로부터 더 멀리 배치된 구조도 사용될 수 있다.
또한, 도 3d를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터(50d)는, 제1 및 제2 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b)의 크기(예: 제1 전극과 압전층과 제2 전극이 중첩된 면적)는 제3 및 제4 션트 음향 공진기(23a, 23b)의 크기보다 클 수 있고, 제5 및 제6 션트 음향 공진기(24a, 24b)의 크기보다 클 수 있다. 제1 및 제2 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b)는 제1 노드(N1, N2)와 접지의 사이에 전기적으로 연결될 수 있고, 제3, 제4, 제5 및 제6 션트 음향 공진기(23a, 23b, 24a, 24b)는 제2 노드(N3)와 접지의 사이에 전기적으로 연결될 수 있다.
안테나에 더 가까이 전기적으로 연결된 제1 RF 포트(P1)를 통과하는 송신 RF 신호의 파워는 제2 RF 포트(P2)를 통과하는 송신 RF 신호의 파워보다 작을 수 있으므로, 안테나로부터 더 멀리 전기적으로 연결된 제2 RF 포트(P2)에 더 가까운 제1 노드(N1, N2)와 접지 사이의 제1 및 제2 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b)는 더 높은 방열 특성 및/또는 최대출력 특성이 요구될 수 있으므로, 제1 및 제2 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b)는 더 높은 방열 특성 및/또는 최대출력 특성을 위해 더 큰 크기로 구현될 수 있다.
이에 따라, 제1 및 제2 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b) 간의 기생 임피던스 차이는 제3 및 제4 션트 음향 공진기(23a, 23b) 간의 기생 임피던스 차이보다 클 수 있고, 제5 및 제6 션트 음향 공진기(24a, 24b) 간의 기생 임피던스 차이보다 클 수 있다.
복수의 션트 음향 공진기 간의 전반적인 임피던스 차이를 줄이기 위해, 제1 및 제2 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b) 간의 종횡비 차이는 제3 및 제4 션트 음향 공진기(23a, 23b) 간의 종횡비 차이보다 클 수 있고, 제5 및 제6 션트 음향 공진기(24a, 24b) 간의 종횡비 차이보다 클 수 있다.
도 2e를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터(50e)는, 복수의 션트 음향 공진기 중 접지(GND1) 또는 접합 부재(1220)에 더 가까운 하나(21a)의 종횡비가 1 이하이고, 복수의 션트 음향 공진기 중 다른 하나(21b)의 종횡비가 1을 초과하는 구조를 가질 수 있다. 즉, 설계에 따라, 복수의 션트 음향 공진기 중 접지(GND1)에 더 가까운 하나(21a)의 종횡비는 다른 하나(21b)의 그것에 비해 1에 가깝지 않을 수도 있다.
도 2f 및 도 3e를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터(50f)는, 서로 직렬로 전기적으로 연결된 제1, 제2, 제3 및 제4 션트 음향 공진기(21a, 21b)를 포함할 수 있다. 제1 션트 음향 공진기(21a)와 제2 션트 음향 공진기(21b의 우측)는 제1 전극과 금속층(1180)을 통해 서로 연결될 수 있고, 제2 션트 음향 공진기(21b의 우측)와 제3 션트 음향 공진기(21b의 가운데)는 제2 전극과 금속층(1190)을 통해 서로 연결될 수 있고, 제3 션트 음향 공진기(21b의 가운데)와 제4 션트 음향 공진기(21b의 좌측)는 제1 전극과 금속층(1180)을 통해 서로 연결될 수 있다. 제1 션트 음향 공진기(21a)는 접합 부재(1220)에 가장 가까이 배치될 수 있다.
금속층(1180, 1190)과 접합 부재(1220)이 형성하는 기생 캐패시터는 제1 션트 음향 공진기(21a)에 병렬로 연결된 캐패시터로 작용할 수 있으므로, 제1 션트 음향 공진기(21a)와 제2 션트 음향 공진기(21b의 우측) 간의 기생 임피던스 차이는 제2 션트 음향 공진기(21b의 우측)와 제3 션트 음향 공진기(21b의 가운데) 간의 기생 임피던스 차이보다 클 수 있고, 제3 션트 음향 공진기(21b의 가운데)와 제4 션트 음향 공진기(21b의 좌측) 간의 기생 임피던스 차이보다 클 수 있다.
복수의 션트 음향 공진기 간의 기생 임피던스 차이를 줄이기 위해, 제1 션트 음향 공진기(21a)와 제2 션트 음향 공진기(21b의 우측) 간의 종횡비 차이는 제2 션트 음향 공진기(21b의 우측)와 제3 션트 음향 공진기(21b의 가운데) 간의 종횡비 차이보다 클 수 있고, 제3 션트 음향 공진기(21b의 가운데)와 제4 션트 음향 공진기(21b의 좌측) 간의 종횡비 차이보다 클 수 있다.
도 2g를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터(50g)는, 다수의 시리즈 음향 공진기(11, 12, 13, 14)와 다수의 션트 음향 공진기(21a, 21b, 22a, 22b, 23b, 24a, 24b)를 포함할 수 있으며, 매우 높은 최대출력 성능 및/또는 방열 성능을 가질 수 있으므로, 대형 전자기기나 설치형 전자기기에 사용될 수 있다.
도 3f를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터(50h)는, 복수의 션트 음향 공진기(22a, 22b, 24a, 24b)에 직렬로 전기적 연결된 인덕터(29)를 더 포함할 수 있다.
인덕터(29)는 복수의 션트 음향 공진기(22a, 22b, 24a, 24b)의 공진주파수에 반비례하는 직렬 LC성분의 L성분의 일부분일 수 있으므로, 복수의 션트 음향 공진기(22a, 22b, 24a, 24b)의 공진주파수를 낮출 수 있으며, 복수의 션트 음향 공진기(22a, 22b, 24a, 24b)의 공진주파수 및/또는 반공진주파수와 복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b, 23a, 23b)의 공진주파수 및/또는 반공진주파수는 서로 다를 수 있고, 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터(50h)는 더 넓은 대역폭을 효율적으로 형성하거나, 더 예리한 감쇄 특성을 효율적으로 얻을 수 있다.
도 3g를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터(50i)는, 도 1e의 체적 음향 공진기 필터보다 더 간소화된 구조를 가질 수 있다.
도 3h를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터(50j)는, 도 3g의 체적 음향 공진기 필터보다 더 간소화된 구조를 가질 수 있다.
도 4a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터/패키지의 음향 공진기의 종횡비의 변화를 나타낸 평면도이다.
도 4a를 참조하면, 제1 음향 공진기(21a)의 종횡비(ARa)와 제2 음향 공진기(21b)의 종횡비(ARb)는 서로 다를 수 있다. 종횡비(ARa)는 제1 음향 공진기(21a)의 가장 긴 변의 연장방향으로 상기 중첩 영역의 최장 길이(L1a)와 상기 연장방향에 수직인 방향으로 상기 중첩 영역의 최장 길이(L2a)의 비율일 수 있고, 낮은 종횡비(Low AR)일 수 있다. 종횡비(ARb)는 제2 음향 공진기(21b)의 가장 긴 변의 연장방향으로 상기 중첩 영역의 최장 길이(L1b)와 상기 연장방향에 수직인 방향으로 상기 중첩 영역의 최장 길이(L2b)의 비율일 수 있고, 높은 종횡비(High AR)일 수 있다.
종횡비 측정을 위해, 제1 및 제2 음향 공진기(21a, 21b)의 가장 긴 변을 공유하는 가상의 직사각형은 정의될 수 있다. 상기 가상의 직사각형의 크기는 상기 가상의 직사각형의 나머지 변이 제1 및 제2 음향 공진기(21a, 21b)의 꼭지점을 지나가도록 설정될 수 있다.
상기 가상의 직사각형의 장변의 길이는 가장 긴 변의 연장방향의 길이(L1a, L1b)일 수 있고, 제1 및 제2 음향 공진기(21a, 21b)의 구체적 형태에 따라, 가장 긴 변의 길이와 동일하거나 이보다 더 길 수 있다. 상기 가상의 직사각형의 단변의 길이는 가장 긴 변에 수직인 방향의 길이(L2a, L2b)일 수 있다.
도 4a에서 도시하는 종횡비(ARa, ARb)는 각각 1.2 및 6일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제1 및 제2 음향 공진기(21a, 21b) 간의 원하지 않는 특성 차이를 줄이기 위해, 제1 및 제2 음향 공진기(21a, 21b)의 면적은 서로 동일할 수 있다. 예를 들어, 종횡비(ARa, ARb) 조절을 위해, 제1 및 제2 음향 공진기(21a, 21b)의 가장 긴 변의 길이는 우선적으로 조절될 수 있고, 제1 및 제2 음향 공진기(21a, 21b)의 나머지 변의 길이는 가장 긴 변의 길이 조절에 대응하여 제1 및 제2 음향 공진기(21a, 21b)의 면적이 유지되도록 계산된 길이로 조절될 수 있다.
이에 따라, 제1 및 제2 음향 공진기(21a, 21b)는 서로 다른 종횡비(ARa, ARb)을 가지면서도 서로 유사한 형태를 가질 수 있으므로, 제1 및 제2 음향 공진기(21a, 21b)의 종횡비(ARa, ARb) 차이는 제1 및 제2 음향 공진기(21a, 21b) 간의 공진주파수 차이를 실질적으로 유발하지 않으면서 반공진주파수 차이를 만들 수 있다.
도 4b는 도 4a의 음향 공진기의 종횡비의 변화에 따른 반공진주파수의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4b를 참조하면, 음향 공진기의 임피던스(Z)는 반공진주파수(fa1, fa2)에서 높아지고, 공진주파수(fr)에서 낮아질 수 있다. 음향 공진기의 종횡비(AR)가 증가함에 따라, 반공진주파수는 제1 반공진주파수(fa1)에서 제2 반공진주파수(fa2)로 낮아질 수 있고, 공진주파수(fr)는 실질적으로 고정적일 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터의 복수의 션트 음향 공진기의 종횡비는 복수의 션트 음향 공진기 간의 반공진주파수 차이(fa1 - fa2)가 더 작아지도록 서로 다를 수 있다.
도 4c는 도 3h의 복수의 션트 음향 공진기 중 접지에 더 가까이 연결된 션트 음향 공진기의 종횡비가 더 낮아짐에 따른 해당 션트 음향 공진기 사이를 통과하는 파워 특성 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4c를 참조하면, 접지 또는 접합 부재에 더 가까운 션트 음향 공진기 사이를 통과하는 파워 특성이 가장 낮아지는 주파수는 해당 션트 음향 공진기의 반공진주파수에 대응될 수 있고, 해당 션트 음향 공진기의 종횡비가 더 낮아짐에 따라 더 높아질 수 있다. 복수의 션트 음향 공진기 간의 종횡비 차이(AR diff.)는 해당 션트 음향 공진기의 종횡비가 작아짐에 따라 커질 수 있다.
도 4d는 도 4c의 해당 션트 음향 공진기 사이를 통과하는 파워 특성 변화에 따라 도 3h의 복수의 션트 음향 공진기의 사이를 통과하는 파워 특성 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4d를 참조하면, 복수의 션트 음향 공진기의 사이를 통과하는 파워 특성이 가장 낮아지는 주파수는 복수의 션트 음향 공진기의 전반적인 반공진주파수에 대응될 수 있다. 복수의 션트 음향 공진기의 반공진주파수 차이가 작을수록, 복수의 션트 음향 공진기의 사이를 통과하는 파워 특성의 최소값은 낮아질 수 있고, 복수의 션트 음향 공진기의 사이를 통과하는 파워 특성의 최소값은 복수의 션트 음향 공진기 간의 종횡비 차이(AR diff.)가 커질수록 낮아질 수 있다.
즉, 복수의 션트 음향 공진기 간의 종횡비 차이(AR diff.)는 복수의 션트 음향 공진기 간의 기생 임피던스 차이를 줄일 수 있으므로, 복수의 션트 음향 공진기의 반공진주파수 차이를 줄일 수 있고, 복수의 션트 음향 공진기의 사이를 통과하는 파워 특성의 최소값은 낮아질 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터의 대역폭 내에서 복수의 션트 음향 공진기의 반공진주파수에 인접한 주파수에서의 에너지 손실은 감소할 수 있다.
도 4e는 도 4d의 복수의 션트 음향 공진기의 사이를 통과하는 파워 특성 변화에 따른 도 3h의 복수의 션트 음향 공진기 사이의 2차 고조파 크기를 나타낸 그래프이고, 도 4f는 도 3h의 복수의 션트 음향 공진기보다 더 큰 사이즈를 가지는 복수의 션트 음향 공진기 중 접지에 더 가까이 연결된 션트 음향 공진기의 종횡비가 더 낮아짐에 따른 복수의 션트 음향 공진기 사이의 2차 고조파 크기를 나타낸 그래프이다.
도 4e 및 도 4f를 참조하면, 복수의 션트 음향 공진기 간의 기생 임피던스 차이가 상쇄되도록 복수의 션트 음향 공진기 간의 종횡비 차이(AR diff.)는 커질 수 있고, 복수의 션트 음향 공진기 사이의 2차 고조파(2HD)의 최대값은 낮아질 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터의 선형성 특성 및/또는 방열 특성은 향상될 수 있다.
도 4g는 도 3h의 체적 음향 공진기 필터의 대역폭을 나타낸 그래프이다.
도 4g를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터의 대역폭(BW)은 제1 및 제2 RF 포트 간의 S-파라미터가 높은 주파수 범위일 수 있다.
복수의 션트 음향 공진기의 공진주파수(fr(shunt))는 대역폭(BW) 외에 있고, 반공진주파수(fa(shunt))는 대역폭(BW) 내에 있으므로, 에너지 손실을 줄이기 위해, 복수의 션트 음향 공진기의 반공진주파수(fa(shunt)) 차이를 줄이는 것은 공진주파수(fr(shunt)) 차이를 줄이는 것보다 더 중요할 수 있다.
따라서, 복수의 션트 음향 공진기 간의 반공진주파수(fa(shunt)) 차이는 공진주파수(fr(shunt)) 차이보다 작을 수 있고, 복수의 션트 음향 공진기 간의 종횡비 차이는 반공진주파수(fa(shunt)) 차이를 효율적으로 줄일 수 있다.
적어도 하나의 시리즈 음향 공진기의 공진주파수(fr(series)) 및 반공진주파수(fa(series))는 복수의 션트 음향 공진기 각각의 공진주파수(fr(shunt)) 및 반공진주파수(fa(shunt))보다 높일 수 있고, 복수의 션트 음향 공진기의 공진주파수(fr(shunt)) 차이는 복수의 션트 음향 공진기의 공진주파수 중 더 높은 공진주파수와 적어도 하나의 시리즈 음향 공진기의 공진주파수(fr(series)) 간의 차이보다 작을 수 있다. 즉, 복수의 션트 음향 공진기 간의 공진주파수(fr(shunt)) 차이 및/또는 반공진주파수(fa(series)) 차이는 작을 수 있다.
도 5a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터/패키지의 다양한 형태의 음향 공진기에 대한 종횡비 측정을 나타낸 도면이고, 도 5b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터/패키지의 음향 공진기의 대칭성 및 비대칭성을 나타낸 도면이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 복수의 음향 공진기(R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10) 각각은 사각형일 수 있고, 도 4a의 제1 및 제2 음향 공진기의 오각형과 다른 형태일 수 있다. 즉, 복수의 음향 공진기(R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10)의 변 개수는 설계에 따라 달라질 수 있다.
도 5a를 참조하면, 복수의 음향 공진기(R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10) 각각의 종횡비(AR1, AR2, AR3, AR4, AR5, AR6, AR7, AR8, AR9, AR10)를 결정하는 기준이 되는 종 방향과 횡 방향은, 복수의 음향 공진기(R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10)의 형태(또는 회전)에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 복수의 음향 공진기(R1, R2, R3, R4, R5)는 서로 회전각이 다른 관계이므로, 복수의 음향 공진기(R1, R2, R3, R4, R5)의 종횡비(AR1, AR2, AR3, AR4, AR5)는 서로 동일할 수 있고, 복수의 음향 공진기(R6, R7, R8, R9, R10)는 서로 회전각이 다른 관계이므로, 복수의 음향 공진기(R6, R7, R8, R9, R10)의 종횡비(AR6, AR7, AR8, AR9, AR10)는 서로 동일할 수 있다.
예를 들어, 복수의 음향 공진기(R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10)는 서로 다른 회전각을 가질 수 있고, 서로 다른 대칭성(음향 공진기의 중심에서의 종 방향 및/또는 횡 방향 대칭성)을 가질 수 있다. 복수의 음향 공진기(R6, R7, R8, R9, R10)의 대칭성은 복수의 음향 공진기(R1, R2, R3, R4, R5)의 대칭성보다 높을 수 있다.
상대적으로 낮은 대칭성을 가지는 복수의 음향 공진기(R1, R2, R3, R4, R5)의 종횡비(VR)에 따른 특성은 아래 표 1과 같을 수 있다.
[표 1]
여기서, 삽입 손실(IL)은 낮을수록 좋을 수 있고, 감쇄 특성(Attn.)은 높을수록 좋을 수 있다. 삽입 손실(IL)은 복수의 음향 공진기(R1, R2, R3, R4, R5)의 종횡비(VR)가 1.3에서 2.6으로 높아짐에 따라 크게 낮아질 수 있고, 감쇄 특성(Attn.)은 복수의 음향 공진기(R1, R2, R3, R4, R5)의 종횡비(VR)가 3.8에서 2.4로 낮아짐에 따라 크게 높아질 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터의 복수의 션트 음향 공진기 중 상대적으로 높은 종횡비(VR)를 가지는 션트 음향 공진기는 1.3 초과 3.8 미만의 종횡비(VR)를 가질 수 있거나, 2.4에 가까운 종횡비(VR)를 가질 수 있다. 이에 따라, 체적 음향 공진기 필터는 낮은 삽입 손실(IL) 및 높은 감쇄 특성(Attn.)을 가질 수 있다.
상대적으로 높은 대칭성을 가지는 복수의 음향 공진기(R6, R7, R8, R9, R10)의 종횡비(VR)에 따른 특성은 아래 표 2과 같을 수 있다.
[표 2]
종횡비(VR)가 높아짐에 따라, 해당 음향 공진기에 연결되는 금속층의 폭이 넓어질 수 있으므로, 삽입 손실(IL)은 낮아질 수 있다.
상대적으로 높은 대칭성을 가지는 복수의 음향 공진기(R6, R7, R8, R9, R10)는 비교적 높은 4.8 내지 6.6의 종횡비(VR)를 가질 수 있고, 상대적으로 낮은 대칭성을 가지는 복수의 음향 공진기(R1, R2, R3, R4, R5)의 감쇄 특성(Attn.)과 유사할 수 있다.
즉, 상대적으로 높은 대칭성을 가지는 복수의 음향 공진기(R6, R7, R8, R9, R10)는 4.8 이상 6.6 이하의 종횡비를 가질 수 있다. 이에 따라, 체적 음향 공진기 필터는 낮은 삽입 손실(IL) 및 높은 감쇄 특성(Attn.)을 가질 수 있다.
상대적으로 높은 대칭성과 높은 종횡비(VR)를 가지는 음향 공진기는 낮은 삽입 손실이 상대적으로 더 중요한 시리즈 음향 공진기에 사용되기에 효율적일 수 있고, 복수의 션트 음향 공진기 중 상대적으로 높은 종횡비(VR)를 가지는 션트 음향 공진기에도 사용될 수 있다. 여기서, 상대적으로 낮은 대칭성과 낮은 종횡비(1.3 초과 3.8 미만)를 가지는 음향 공진기는 접지 또는 접합 부재에 더 가까이 배치된 션트 음향 공진기에 사용도기에 효율적일 수 있다.
한편, 표 1 및 표 2에 예시된 종횡비(VR)의 음향 공진기는 모두 적어도 양호한 삽입 손실(IL)과 적어도 양호한 감쇄 특성(Attn.)을 가질 수 있으므로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터의 복수의 션트 음향 공진기 각각의 종횡비(VR)는 1.3 초과 6.6 이하의 범위에 속할 수 있고, 상기 범위에서 적절히 최적화될 수 있다.
도 5b를 참조하면, 복수의 음향 공진기(R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10) 각각의 장축(MA1, MA2, MA3, MA4, MA5, MA6, MA7, MA8, MA9, MA10)의 중심(CP1, CP2, CP3, CP4, CP5, CP6, CP7, CP8, CP9, CP10)은 복수의 음향 공진기(R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10)의 대칭성을 측정하는 기준이 될 수 있다.
예를 들어, 복수의 음향 공진기(R1, R2, R3, R4, R5)의 중심(CP1, CP2, CP3, CP4, CP5)과 무게중심 간의 거리가 길수록, 복수의 음향 공진기(R1, R2, R3, R4, R5)는 더 비대칭적일 수 있다. 예를 들어, 복수의 음향 공진기(R6, R7, R8, R9, R10)이 완전히 대칭적일 경우, 복수의 음향 공진기(R6, R7, R8, R9, R10)의 중심(CP6, CP7, CP8, CP9, CP10)과 무게중심은 서로 동일할 수 있다. 여기서, 장축(MA1, MA2, MA3, MA4, MA5, MA6, MA7, MA8, MA9, MA10)은 복수의 음향 공진기(R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10)의 꼭지점들 간의 거리들 중 가장 긴 거리일 수 있다.
도 5c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터/패키지의 복수의 션트 음향 공진기 사이의 연결 길이에 따라 종횡비가 달라질 수 있음을 나타낸 도면이다.
도 5c를 참조하면, 복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b) 간의 연결 길이(CL1)가 길 경우, 복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b) 간의 종횡비 차이(AR difference)는 클 수 있다. 복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b) 간의 연결 길이(CL2)가 짧을 경우, 복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b) 간의 종횡비 차이(AR difference)는 작을 수 있다. 연결 길이(CL1, CL2)는 금속층(1180, 1190) 중 복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b) 사이에 위치하는 부분의 길이일 수 있다.
이에 따라, 복수의 션트 음향 공진기(21a, 21b) 간의 기생 임피던스 차이는 상쇄될 수 있다. 설계에 따라, 금속층(1180)과 금속층(1190)은 서로 교체될 수 있고, 종횡비 차이(AR difference)도 이에 따라 변경될 수 있다.
도 6a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터/패키지에 포함될 수 있는 음향 공진기의 구체적 구조를 예시한 평면도이고, 도 6b는 도 6a의 I-I'에 따른 단면도이며, 도 6c은 도 6a의 II-II'에 따른 단면도이고, 도 6d는 도 6a의 III-III'에 따른 단면도이다.
도 6a 내지 도 6d를 참조하면, 음향 공진기(100a)는, 지지 기판(1110), 절연층(1115), 공진부(1120), 및 소수성층(1130)을 포함할 수 있다.
지지 기판(1110)은 실리콘 기판일 수 있다. 예를 들어, 지지 기판(1110)으로는 실리콘 웨이퍼가 이용되거나, SOI(Silicon On Insulator) 타입의 기판이 이용될 수 있다.
지지 기판(1110)의 상면에는 절연층(1115)이 마련되어 지지 기판(1110)과 공진부(1120)를 전기적으로 격리시킬 수 있다. 또한 절연층(1115)은 음향 공진기 제조 과정에서 캐비티(C)를 형성할 때, 에칭가스에 의해 지지 기판(1110)이 식각되는 것을 방지할 수 있다.
이 경우, 절연층(1115)은 이산화규소(SiO2), 질화규소(Si3N4), 산화 알루미늄(Al2O3), 및 질화 알루미늄(AlN) 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 화학 기상 증착(Chemical vapor deposition), RF 마그네트론 스퍼터링(RF Magnetron Sputtering), 및 에바포레이션(Evaporation) 중 어느 하나의 공정을 통해 형성될 수 있다.
지지층(1140)은 절연층(1115) 상에 형성되며, 지지층(1140)의 내부에는 캐비티(C)와 식각 방지부(1145)를 둘러싸는 형태로 캐비티(C)와 식각 방지부(1145)의 주변에 배치될 수 있다.
캐비티(C)는 빈 공간으로 형성되며, 지지층(1140)을 마련하는 과정에서 형성한 희생층의 일부를 제거함으로써 형성될 수 있으며, 지지층(1140)은 희생층의 남겨진 부분으로 형성될 수 있다.
지지층(1140)은 식각에 용이한 폴리실리콘 또는 폴리머 등의 재질이 이용될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
식각 방지부(1145)는 캐비티(C)의 경계를 따라 배치될 수 있다. 식각 방지부(1145)는 캐비티(C) 형성 과정에서 캐비티 영역 이상으로 식각이 진행되는 것을 방지하기 위해 구비될 수 있다.
멤브레인층(1150)은 지지층(1140) 상에 형성되며 캐비티(C)의 상부면을 형성한다. 따라서 멤브레인층(1150)도 캐비티(C)를 형성하는 과정에서 쉽게 제거되지 않는 재질로 형성될 수 있다.
예를 들어, 지지층(1140)의 일부(예컨대, 캐비티 영역)을 제거하기 위해 불소(F), 염소(Cl) 등의 할라이드계 에칭가스를 이용하는 경우, 멤브레인층(1150)은 상기한 에칭가스와 반응성이 낮은 재질로 이루어질 수 있다. 이 경우, 멤브레인층(1150)은 이산화규소(SiO2), 질화규소(Si3N4) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한 멤브레인층(1150)은 산화마그네슘(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 질화알루미늄(AlN), 티탄산 지르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO) 중 적어도 하나의 재질을 함유하는 유전체층(Dielectric layer)으로 이루어지거나, 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 백금(Pt), 갈륨(Ga), 하프늄(Hf) 중 적어도 하나의 재질을 함유하는 금속층으로 이루어질 수 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.
공진부(1120)는 제1 전극(1121), 압전층(1123), 및 제2 전극(1125)을 포함한다. 공진부(1120)는 아래에서부터 제1 전극(1121), 압전층(1123), 및 제2 전극(1125)이 순서대로 적층된다. 따라서 공진부(1120)에서 압전층(1123)은 제1 전극(1121)과 제2 전극(1125) 사이에 배치될 수 있다.
공진부(1120)는 멤브레인층(1150) 상에 형성되므로, 결국 지지 기판(1110)의 상부에는 멤브레인층(1150), 제1 전극(1121), 압전층(1123) 및 제2 전극(1125)이 순차적으로 적층되어 공진부(1120)를 형성할 수 있다.
공진부(1120)는 제1 전극(1121)과 제2 전극(1125)에 인가되는 신호에 따라 압전층(1123)을 공진시켜 공진 주파수 및 반공진 주파수를 발생시킬 수 있다.
공진부(1120)는 제1 전극(1121), 압전층(1123), 및 제2 전극(1125)이 대략 편평하게 적층된 중앙부(S), 그리고 제1 전극(1121)과 압전층(1123) 사이에 삽입층(1170)이 개재되는 확장부(E)로 구분될 수 있다.
중앙부(S)는 공진부(1120)의 중심에 배치되는 영역이고 확장부(E)는 중앙부(S)의 둘레를 따라 배치되는 영역이다. 따라서 확장부(E)는 중앙부(S)에서 외측으로 연장되는 영역으로, 중앙부(S)의 둘레를 따라 연속적인 고리 형상으로 형성되는 영역을 의미한다. 그러나 필요에 따라 일부 영역이 단절된 불연속적인 고리 형상으로 구성될 수도 있다.
이에 따라 도 6b에 도시된 바와 같이, 중앙부(S)를 가로지르도록 공진부(1120)를 절단한 단면에서, 중앙부(S)의 양단에는 각각 확장부(E)가 배치될 수 있다. 그리고, 중앙부(S)의 양단에 배치되는 확장부(E) 양쪽에 모두 삽입층(1170)이 배치될 수 있다.
삽입층(1170)은 중앙부(S)에서 멀어질수록 두께가 두꺼워지는 경사면(L)을 구비할 수 있다.
확장부(E)에서 압전층(1123)과 제2 전극(1125)은 삽입층(1170) 상에 배치될 수 있다. 따라서 확장부(E)에 위치한 압전층(1123)과 제2 전극(1125)은 삽입층(1170)의 형상을 따라 경사면을 구비할 수 있다.
한편, 확장부(E)가 공진부(1120)에 포함되는 것으로 정의될 수 있으며, 이에 따라 확장부(E)에서도 공진이 이루어질 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 확장부(E)의 구조에 따라 확장부(E)에서는 공진이 이루어지지 않고 중앙부(S)에서만 공진이 이루어질 수도 있다.
제1 전극(1121) 및 제2 전극(1125)은 도전체로 형성될 수 있으며, 예를 들어 금, 몰리브덴, 루테늄, 이리듐, 알루미늄, 백금, 티타늄, 텅스텐, 팔라듐, 탄탈륨, 크롬, 니켈 또는 이들 중 적어도 하나를 포함하는 금속으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
공진부(1120)에서 제1 전극(1121)은 제2 전극(1125)보다 넓은 면적으로 형성되며, 제1 전극(1121) 상에는 제1 전극(1121)의 외곽을 따라 제1 금속층(1180)이 배치된다. 따라서 제1 금속층(1180)은 제2 전극(1125)과 일정 거리 이격 배치되며, 공진부(1120)를 둘러 싸는 형태로 배치될 수 있다.
제1 전극(1121)은 멤브레인층(1150) 상에 배치되므로 전체적으로 편평하게 형성된다. 반면에 제2 전극(1125)은 압전층(1123) 상에 배치되므로, 압전층(1123)의 형상에 대응하여 굴곡이 형성될 수 있다.
제1 전극(1121)은 RF(Radio Frequency) 신호 등의 전기적 신호를 입출력하는 입력 전극 및 출력 전극 중 어느 하나로 이용될 수 있다.
제2 전극(1125)은 중앙부(S) 내에 전체적으로 배치되며, 확장부(E)에 부분적으로 배치된다. 이에, 제2 전극(1125)은 후술되는 압전층(1123)의 압전부(1123a) 상에 배치되는 부분과, 압전층(1123)의 굴곡부(1123b) 상에 배치되는 부분으로 구분될 수 있다.
보다 구체적으로, 제2 전극(1125)은 압전부(1123a) 전체와, 압전층(1123)의 경사부(11231) 중 일부분을 덮는 형태로 배치될 수 있다. 따라서 확장부(E) 내에 배치되는 제2 전극(도 6d의 1125a)은, 경사부(11231)의 경사면보다 작은 면적으로 형성되며, 공진부(1120) 내에서 제2 전극(1125)은 압전층(1123)보다 작은 면적으로 형성될 수 있다.
이에 따라, 도 6b에 도시된 바와 같이, 중앙부(S)를 가로지르도록 공진부(1120)를 절단한 단면에서, 제2 전극(1125)의 끝단은 확장부(E) 내에 배치된다. 또한, 확장부(E) 내에 배치되는 제2 전극(1125)의 끝단은 적어도 일부가 삽입층(1170)과 겹치도록 배치될 수 있다. 여기서 겹친다는 의미는 삽입층(1170)이 배치된 평면에 제2 전극(1125)을 투영했을 때, 상기 평면에 투영된 제2 전극(1125)의 형상이 삽입층(1170)과 겹치는 것을 의미한다.
제2 전극(1125)은 RF(Radio Frequency) 신호 등의 전기적 신호를 입출력하는 입력 전극 및 출력 전극 중 어느 하나로 이용될 수 있다. 즉, 제1 전극(1121)이 입력 전극으로 이용되는 경우 제2 전극(1125)은 출력 전극으로 이용되며, 제1 전극(1121)이 출력 전극으로 이용되는 경우 제2 전극(1125)은 입력 전극으로 이용될 수 있다.
한편, 도 6d에 도시된 바와 같이, 제2 전극(1125)의 끝단이 후술되는 압전층(1123)의 경사부(11231) 상에 위치할 경우 공진부(1120)의 음향 임피던스(acoustic impedance)은 국부적인 구조가 중앙부(S)로부터 소/밀/소/밀 구조로 형성되므로 수평파를 공진부(1120) 안쪽으로 반사시키는 반사 계면이 증가될 수 있다. 따라서 대부분의 수평파(lateral wave)가 공진부(1120)의 외부로 빠져나가지 못하고 공진부(1120) 내부로 반사되어 들어오므로, 음향 공진기의 성능이 향상될 수 있다.
압전층(1123)은 전기적 에너지를 탄성파 형태의 기계적 에너지로 변환하는 압전 효과를 일으키는 부분으로, 제1 전극(1121)과 후술되는 삽입층(1170) 상에 형성될 수 있다.
압전층(1123)의 재료로는 산화 아연(ZnO), 질화 알루미늄(AlN), 도핑 알루미늄 질화물(Doped Aluminum Nitride), 지르콘 티탄산 납(Lead Zirconate Titanate), 쿼츠(Quartz) 등이 선택적으로 이용될 수 있다. 도핑 알루미늄 질화물(Doped Aluminum Nitride) 경우 희토류 금속(Rare earth metal), 전이 금속, 또는 알칼리 토금속(alkaline earth metal)을 더 포함할 수 있다. 상기 희토류 금속은 스칸듐(Sc), 에르븀(Er), 이트륨(Y), 및 란탄(La) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 전이 금속은 하프늄(Hf), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 탄탈륨(Ta), 및 니오븀(Nb) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한 알칼리 토금속은 마그네슘(Mg)을 포함할 수 있다. 질화알루미늄(AlN)에 도핑되는 원소들의 함량은 0.1 ~ 30at%의 범위로 구성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
압전층은 질화 알루미늄(AlN)에 스칸듐(Sc)을 도핑하여 이용할 수 있다. 이 경우, 압전 상수가 증가되어 음향 공진기의 Kt2를 증가시킬 수 있다.
압전층(1123)은 중앙부(S)에 배치되는 압전부(1123a), 그리고 확장부(E)에 배치되는 굴곡부(1123b)를 포함할 수 있다.
압전부(1123a)는 제1 전극(1121)의 상부면에 직접 적층되는 부분이다. 따라서 압전부(1123a)는 제1 전극(1121)과 제2 전극(1125) 사이에 개재되어 제1 전극(1121), 제2 전극(1125)과 함께 편평한 형태로 형성될 수 있다.
굴곡부(1123b)는 압전부(1123a)에서 외측으로 연장되어 확장부(E) 내에 위치하는 영역으로 정의될 수 있다.
굴곡부(1123b)는 후술되는 삽입층(1170) 상에 배치되며, 삽입층(1170)의 형상을 따라 상부면이 융기되는 형태로 형성될 수 있다. 이에 압전층(1123)은 압전부(1123a)와 굴곡부(1123b)의 경계에서 굴곡되며, 굴곡부(1123b)는 삽입층(1170)의 두께와 형상에 대응하여 융기될 수 있다.
굴곡부(1123b)는 경사부(11231)와 연장부(11232)로 구분될 수 있다.
경사부(11231)는 후술되는 삽입층(1170)의 경사면(L)을 따라 경사지게 형성되는 부분을 의미한다. 그리고 연장부(11232)는 경사부(11231)에서 외측으로 연장되는 부분을 의미한다.
경사부(11231)는 삽입층(1170) 경사면(L)과 평행하게 형성되며, 경사부(11231)의 경사각은 삽입층(1170) 경사면(L)의 경사각과 동일하게 형성될 수 있다.
삽입층(1170)은 멤브레인층(1150)과 제1 전극(1121), 그리고 식각 방지부(1145)에 의해 형성되는 표면을 따라 배치될 수 있다. 따라서 삽입층(1170)은 공진부(1120) 내에 부분적으로 배치되며, 제1 전극(1121)과 압전층(1123) 사이에 배치될 수 있다.
삽입층(1170)은 중앙부(S)의 주변에 배치되어 압전층(1123)의 굴곡부(1123b)를 지지할 수 있다. 따라서 압전층(1123)의 굴곡부(1123b)는 삽입층(1170)의 형상을 따라 경사부(11231)와 연장부(11232)로 구분될 수 있다.
삽입층(1170)은 중앙부(S)를 제외한 영역에 배치될 수 있다. 예를 들어 삽입층(1170)은 지지 기판(1110) 상에서 중앙부(S)를 제외한 영역 전체에 배치되거나, 일부 영역에 배치될 수 있다.
삽입층(1170)은 중앙부(S)에서 멀어질수록 두께가 두꺼워지는 형태로 형성될 수 있다. 이로 인해 삽입층(1170)은 중앙부(S)와 인접하게 배치되는 측면이 일정한 경사각(θ)을 갖는 경사면(L)으로 형성될 수 있다. 상기 경사면(L)의 경사각(θ)은 5°이상, 70°이하의 범위로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
한편, 압전층(1123)의 경사부(11231)는 삽입층(1170)의 경사면(L)을 따라 형성되며 이에 삽입층(1170)의 경사면(L)과 동일한 경사각으로 형성될 수 있다. 따라서 경사부(11231)의 경사각도 삽입층(1170)의 경사면(L)과 마찬가지로 5°이상, 70°이하의 범위로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 이러한 구성은 삽입층(1170)의 경사면(L)에 적층되는 제2 전극(1125)에도 동일하게 적용됨은 물론이다.
삽입층(1170)은 산화규소(SiO2), 질화알루미늄(AlN), 산화알루미늄(Al2O3), 질화규소(Si3N4), 산화마그네슘(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 티탄산 지르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO) 등의 유전체로 형성될 수 있으나, 압전층(1123)과는 다른 재질로 형성될 수 있다.
또한 삽입층(1170)은 금속 재료로 구현 가능하다. 음향 공진기가 5G 통신에 이용되는 경우, 공진부에서 열이 많이 발생하므로 공진부(1120)에서 발생되는 열이 원활하게 방출할 필요가 있다. 이를 위해 삽입층(1170)은 스칸듐(Sc)을 함유하는 알루미늄 합금 재질로 이루어질 수 있다.
공진부(1120)는 빈 공간으로 형성되는 캐비티(C)를 통해 지지 기판(1110)과 이격 배치될 수 있다.
캐비티(C)는 음향 공진기 제조 과정에서 에칭 가스(또는 에칭 용액)을 유입 홀(도 6a의 H)로 공급하여 지지층(1140)의 일부를 제거함으로써 형성될 수 있다.
이에 캐비티(C)는 멤브레인층(1150)에 의해 상부면(천정면)과 측면(벽면)이 구성되고, 지지 기판(1110) 또는 절연층(1115)에 의해 바닥면이 형성되는 공간으로 구성될 수 있다. 한편, 제조 방법의 순서에 따라 멤브레인층(1150)은 캐비티(C)의 상부면(천정면)에만 형성될 수도 있다.
보호층(1160)은 음향 공진기(100a)의 표면을 따라 배치되어 음향 공진기(100a)를 외부로부터 보호할 수 있다. 보호층(1160)은 제2 전극(1125), 압전층(1123)의 굴곡부(1123b)가 형성하는 표면을 따라 배치될 수 있다.
보호층(1160)은 제조 공정 중 최종 공정에서 주파수 조절을 위해 부분적으로 제거될 수 있다. 예컨대, 보호층(1160)은 제조 과정에서 주파수 트리밍(trimming)을 통해 두께가 조절될 수 있다.
이를 위해 보호층(1160)은 주파수 트리밍에 적합한 이산화규소(SiO2), 질화규소(Si3N4), 산화마그네슘(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 질화알루미늄(AlN), 티탄산 리르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO), 비정질 실리콘(a-Si), 다결정 실리콘 (p-Si) 중 어느 하나를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 전극(1121)과 제2 전극(1125)은 공진부(1120)의 외측으로 연장될 수 있다. 그리고 연장 형성된 부분의 상부면에는 각각 제1 금속층(1180)과 제2 금속층(1190)이 배치될 수 있다.
제1 금속층(1180)과 제2 금속층(1190)은 금(Au), 금-주석(Au-Sn) 합금, 구리(Cu), 구리-주석(Cu-Sn) 합금, 및 알루미늄(Al), 알루미늄 합금 중 어느 하나의 재질로 이루어질 수 있다. 여기서, 알루미늄 합금은 알루미늄-게르마늄(Al-Ge) 합금 또는 알루미늄-스칸듐(Al-Sc) 합금일 수 있다.
제1 금속층(1180)과 제2 금속층(1190)은 지지 기판(1110) 상에서 음향 공진기의 전극(1121, 125)과, 인접하게 배치된 다른 음향 공진기의 전극을 전기적으로 연결하는 연결 배선으로 기능할 수 있다.
제1 금속층(1180)은 적어도 일부가 보호층(1160)과 접촉하며 제1 전극(1121)에 접합될 수 있다.
또한 공진부(1120)에서 제1 전극(1121)은 제2 전극(1125)보다 넓은 면적으로 형성되며, 제1 전극(1121)의 둘레 부분에는 제1 금속층(1180)이 형성될 수 있다.
따라서, 제1 금속층(1180)은 공진부(1120)의 둘레를 따라 배치되며, 이에 제2 전극(1125)을 둘러싸는 형태로 배치될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
음향 공진기는 보호층(1160)의 표면과 캐비티(C) 내벽에 소수성층(1130)이 배치될 수 있다. 소수성층(1130)이 물 및 히드록실기(hydroxy group, OH group) 등이 흡착되는 것을 억제하는 역할을 함으로써 주파수 변동을 최소화 할 수 있으며, 이에 공진기 성능을 균일하게 유지할 수 있다.
소수성층(1130)은 폴리머(polymer)가 아닌 자기 조립 단분자층(self-assembled monolayer, SAM) 형성 물질로 형성될 수 있다. 소수성층(1130)이 폴리머로 형성되면 폴리머에 의한 질량이 공진부(1120)에 영향을 미칠 수 있다. 하지만, 음향 공진기는 소수성층(1130)이 자기 조립 단분자층으로 형성되기 때문에 음향 공진기의 공진 주파수가 변동하는 것을 최소화 할 수 있다. 또한 캐비티(C) 내의 위치에 따른 소수성층(1130)의 두께가 균일하게 형성될 수 있다.
소수성층(1130)은 소수성(hydrophobicity)을 가질 수 있는 전구 물질(precursor)을 기상 증착하여 형성할 수 있다. 이때 소수성층(1130)은 100 Å이하(예컨대, 수 Å~ 수십 Å 두께의 모노 레이어(monolayer)로 증착될 수 있다. 소수성(hydrophobicity)을 가질 수 있는 전구 물질로는 증착 후 물과의 접촉각(contact angle)이 90°이상이 되는 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 소수성층(1130)은 플루오린(fluorine, F) 성분을 함유할 수 있으며, 플루오린(fluorine, F) 및 실리콘(silicon, Si)을 포함할 수 있다. 구체적으로 실리콘(Silicon) 헤드를 가지는 플루오르카본(fluorocarbon)이 이용될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 소수성층(1130)을 구성하는 자기 조립 단분자층(self-assembled monolayer)과 보호층(1160)과의 접착력을 향상시키기 위하여, 소수성층(1130)을 형성하기에 앞서 접합층(미도시)을 먼저 보호층의 표면에 형성할 수 있다.
접합층은 소수성(hydrophobicity) 작용기를 갖는 전구 물질(precursor)을 보호층(1160)의 표면에 기상 증착하여 형성할 수 있다.
접합층의 증착에 사용되는 전구 물질은 실리콘 헤드(head)를 가지는 하이드로 카본(hydrocarbon)이나, 실리콘(Silicon) 헤드를 가지는 실리옥세인(Siloxane)이 이용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
소수성층(1130)은 제1 금속층(1180)과 제2 금속층(1190)이 형성된 후 형성되므로, 보호층(1160)과 제1 금속층(1180)과 제2 금속층(1190)의 표면을 따라 형성될 수 있다.
도면에서는 제1 금속층(1180)과 제2 금속층(1190)의 표면에 소수성층(1130)이 배치되지 않은 경우를 예로 들고 있으나, 이에 한정되지 않으며, 필요에 따라 제1 금속층(1180)과 제2 금속층(1190)의 표면에도 소수성층(1130)이 배치될 수 있다.
또한, 소수성층(1130)은 보호층(1160) 상면뿐만 아니라, 캐비티(C)의 내면에도 배치될 수 있다.
캐비티(C) 내에 형성되는 소수성층(1130)은 캐비티(C)를 형성하는 내벽 전체에 형성될 수 있다. 이에 따라 공진부(1120)의 하부면을 형성하는 멤브레인층(1150)의 하부면에도 소수성층(1130)이 형성될 수 있다. 이 경우, 공진부(1120)의 하부에 히드록실기(hydroxyl基)가 흡착되는 것을 억제할 수 있다.
히드록실기의 흡착은 보호층(1160) 뿐만 아니라 캐비티(C) 내에서도 발생될 수 있다. 따라서 히드록실기 흡착으로 인해 질량 부하(mass loading)와 그에 따른 주파수 하강을 최소화하기 위해서는 보호층(1160) 뿐만 아니라 공진부의 하부면인 캐비티(C) 상면(멤브레인층의 하부면)에서도 히드록실기 흡착을 차단하는 것이 바람직하다.
이에 더하여, 캐비티(C)의 상/하면 또는 측면에 소수성층(1130)이 형성되는 경우, 캐비티(C) 형성 후 습식 공정 또는 세정 공정에서 공진부(1120)가 표면 장력에 의해 절연층(1115)에 달라붙는 현상(stiction 현상)이 발생되는 것을 억제하는 효과도 제공할 수 있다.
한편 캐비티(C)의 내벽 전체에 소수성층(1130)을 형성하는 경우를 예로 들고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 캐비티(C)의 상면에만 소수성층을 형성하거나, 하면 및 측면 중 적어도 일부에만 소수성층(1130)을 형성하는 등 다양한 변형이 가능하다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터/패키지의 복수의 션트 음향 공진기의 z방향 두께(T)의 비는 복수의 션트 음향 공진기의 종횡비의 비보다 1에 더 가까울 수 있다. 여기서, 두께(T)는 멤브레인층(1150)의 상면부터 소수성층(1130)의 상면까지의 두께로 정의될 수 있고, 해당 음향 공진기의 공진주파수 및/또는 반공진주파수에 영향을 줄 수 있다. 복수의 션트 음향 공진기의 공진주파수 및/또는 반공진주파수가 서로 실질적으로 동일할 경우, 복수의 션트 음향 공진기의 두께(T)는 서로 실질적으로 동일할 수 있고, 복수의 션트 음향 공진기의 두께(T)의 비는 1일 수 있다. 예를 들어, 두께(T)는 TEM(Transmission Electron Microscopy), AFM(Atomic Force Microscope), SEM(Scanning Electron Microscope), 광학 현미경 및 surface profiler 중 적어도 하나를 사용한 분석에 의해 측정될 수 있다.
도 6e 및 도 6f는 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터/패키지의 내부와 외부 사이를 전기적으로 연결하는 구조를 나타낸 단면도이다.
도 6e 및 도 6f 를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 패키지(100f, 100g)는, 소수성층(1130), 범프(1310), 접속 패턴(1320) 및 소수성층(1330) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
소수성층(1130)은 공진부(1120)와 캡(1210)의 사이에 배치되고 캡(1210)보다 상대적으로 더 소수성(hydrophobic)에 가까운 특성을 가질 수 있다. 이에 따라, 접합 부재(1220)의 형성 과정에서 발생할 수 있는 유기물, 수분 등이 공진부(1120)에 흡착되는 것을 줄일 수 있으므로, 공진부(1120)의 특성을 더욱 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 소수성층(1130)은 공진부(1120)의 상면 상에 형성될 수 있다.
도 6e를 참조하면, 접속 패턴(1320)의 적어도 일부분은 기판(1110)을 관통하고 제1 및 제2 전극(1121, 1125) 중 적어도 하나에 전기적으로 연결되고 소수성층(1330)에 접할 수 있다. 이에 따라, 공진부(1120)는 체적 음향 공진기 패키지(100f)의 외부에 전기적으로 연결될 수 있다.
소수성층(1330)은 기판(1110)에서 캡(1210)을 마주보는 표면(예: 상면)의 반대방향 표면(예: 하면)에 배치되고 기판(1110)보다 상대적으로 더 소수성(hydrophobic)에 가까운 특성을 가질 수 있다. 이에 따라, 접합 부재(1220)의 형성 과정에서 발생할 수 있는 유기물, 수분 등이 접속 패턴(1320)에 흡착되는 것을 줄일 수 있으므로, 접속 패턴(1320)에서의 전송손실을 더욱 줄일 수 있다.
도 6f를 참조하면, 접속 패턴(1320)의 적어도 일부분은 캡(1210)을 관통하고 제1 및 제2 전극(1121, 1125) 중 적어도 하나에 전기적으로 연결되고 소수성층(1330)에 접할 수 있다. 이에 따라, 공진부(1120)는 체적 음향 공진기 패키지(100g)의 외부에 전기적으로 연결될 수 있다.
소수성층(1330)은 캡(1210)에서 기판(1110)을 마주보는 표면(예: 하면)의 반대방향 표면(예: 상면)에 배치되고 캡(1210)보다 상대적으로 더 소수성(hydrophobic)에 가까운 특성을 가질 수 있다. 이에 따라, 접합 부재(1220)의 형성 과정에서 발생할 수 있는 유기물, 수분 등이 접속 패턴(1320)에 흡착되는 것을 줄일 수 있으므로, 접속 패턴(1320)에서의 전송손실을 더욱 줄일 수 있다.
예를 들어, 접속 패턴(1320)은 기판(1110) 및/또는 캡(1210)의 일부분에 구멍이 뚫린 상태에서, 상기 구멍의 측벽에 도전성 금속(예: 금, 구리, 티타늄(Ti)-구리(Cu) 합금 등)을 증착하거나 도포, 또는 충전하는 과정을 통해 형성될 수 있다.
한편, 기판(1110) 및/또는 캡(1210)의 일부분에 구멍이 형성되는 과정은 생략될 수 있다. 예를 들어, 공진부(1120)는 와이어 본딩(wire bonding)을 통해 전기적 연결 경로를 제공받을 수 있다.
범프(1310)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 패키지(100f, 100g)가 하측의 외부 PCB 상에 실장될 수 있도록 체적 음향 공진기 패키지(100f, 100g)를 지지하는 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 접속 패턴(1320)의 일부분은 범프(1310)에 접하는 패드의 형태를 가질 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다.
따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
10: 시리즈부
11, 12, 13, 14: 시리즈 음향 공진기
20: 션트부
21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b: 션트 음향 공진기
29: 인덕터
50a: 체적 음향 공진기 필터
1110: 기판
1121: 제1 전극
1123: 압전층
1125: 제2 전극
1150: 멤브레인층
1180, 1190: 금속층
1210: 캡(cap)
1220: 접합 부재
1230: 쉴드(shield)층
1320, GND1, GND2, GND3, GND4, GND5: 접지 포트
ARa, ARb: 종횡비
Cpara: 기생 캐패시터
fa1, fa2: 반공진주파수
fr: 공진주파수
P1: 제1 RF 포트(Radio Frequency port)
P2: 제2 RF 포트
11, 12, 13, 14: 시리즈 음향 공진기
20: 션트부
21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b: 션트 음향 공진기
29: 인덕터
50a: 체적 음향 공진기 필터
1110: 기판
1121: 제1 전극
1123: 압전층
1125: 제2 전극
1150: 멤브레인층
1180, 1190: 금속층
1210: 캡(cap)
1220: 접합 부재
1230: 쉴드(shield)층
1320, GND1, GND2, GND3, GND4, GND5: 접지 포트
ARa, ARb: 종횡비
Cpara: 기생 캐패시터
fa1, fa2: 반공진주파수
fr: 공진주파수
P1: 제1 RF 포트(Radio Frequency port)
P2: 제2 RF 포트
Claims (33)
- 제1 및 제2 RF 포트(Radio Frequency port)의 사이에 전기적으로 직렬(series) 연결된 적어도 하나의 시리즈 음향 공진기를 포함하는 시리즈부; 및
상기 시리즈부의 제1 노드(node)와 접지 사이에 서로 직렬로 전기적으로 연결된 복수의 션트 음향 공진기; 를 포함하고,
상기 복수의 션트 음향 공진기 각각은, 제1 전극과 압전층과 제2 전극이 제1 방향으로 적층된 공진부를 포함하고, 상기 제1 전극과 압전층과 제2 전극의 제1 방향 중첩 영역에서 가장 긴 변의 연장방향으로 상기 중첩 영역의 최장 길이와 상기 연장방향에 수직인 방향으로 상기 중첩 영역의 최장 길이의 비율인 종횡비를 가지고,
상기 복수의 션트 음향 공진기의 종횡비는 서로 다른 체적 음향 공진기 필터.
- 제1항에 있어서,
상기 복수의 션트 음향 공진기의 종횡비는 상기 복수의 션트 음향 공진기 간의 반공진주파수 차이가 더 작아지도록 서로 다른 체적 음향 공진기 필터.
- 제1항에 있어서,
상기 복수의 션트 음향 공진기 간의 반공진주파수 차이는 상기 복수의 션트 음향 공진기 간의 공진주파수 차이보다 작은 체적 음향 공진기 필터.
- 제1항에 있어서,
상기 복수의 션트 음향 공진기는 각각의 제1 전극을 통해 서로 연결되거나 각각의 제2 전극을 통해 서로 연결되고,
상기 복수의 션트 음향 공진기 간의 종횡비 차이는 상기 복수의 션트 음향 공진기 간의 연결 길이가 길수록 더 큰 체적 음향 공진기 필터.
- 제1항에 있어서,
상기 복수의 션트 음향 공진기 중 접지에 더 가까이 전기적으로 연결되는 션트 음향 공진기의 종횡비는 더 낮은 체적 음향 공진기 필터.
- 제5항에 있어서,
상기 복수의 션트 음향 공진기 중 접지로부터 더 멀리 전기적으로 연결되는 션트 음향 공진기의 종횡비는 2.4에 더 가까운 체적 음향 공진기 필터.
- 제1항에 있어서,
상기 복수의 션트 음향 공진기 각각의 종횡비는 1.3 초과 6.6 이하인 체적 음향 공진기 필터.
- 제7항에 있어서,
상기 복수의 션트 음향 공진기 각각의 종횡비는 1.3 초과 3.8 미만인 체적 음향 공진기 필터.
- 제1항에 있어서,
상기 복수의 션트 음향 공진기 중 적어도 하나의 제1 방향 중첩 영역의 형태의 대칭성은 상기 적어도 하나의 시리즈 음향 공진기보다 더 높은 체적 음향 공진기 필터.
- 제9항에 있어서,
상기 복수의 션트 음향 공진기 중 적어도 하나의 종횡비는 4.8 이상 6.6 이하인 체적 음향 공진기 필터.
- 제1항에 있어서,
상기 복수의 션트 음향 공진기의 제1 방향 중첩 영역의 형태의 대칭성은 서로 다르고,
상기 복수의 션트 음향 공진기 중 대칭성이 더 높은 션트 음향 공진기의 종횡비는 더 높은 체적 음향 공진기 필터.
- 제11항에 있어서,
상기 복수의 션트 음향 공진기 중 대칭성이 더 높은 션트 음향 공진기의 종횡비는 4.8 이상 6.6 이하이고,
상기 복수의 션트 음향 공진기 중 대칭성이 더 낮은 션트 음향 공진기의 종횡비는 1.3 초과 3.8 미만인 체적 음향 공진기 필터.
- 제1항에 있어서,
상기 복수의 션트 음향 공진기는 서로 직렬로 전기적으로 연결된 제1, 제2 및 제3 션트 음향 공진기를 포함하고,
상기 제1 및 제2 션트 음향 공진기는 각각의 제1 전극을 통해 서로 연결되거나 각각의 제2 전극을 통해 서로 연결되고,
상기 제2 및 제3 션트 음향 공진기는 각각의 제1 전극을 통해 서로 연결되거나 각각의 제2 전극을 통해 서로 연결되고,
상기 제1 및 제2 션트 음향 공진기 간의 종횡비 차이는 상기 제2 및 제3 션트 음향 공진기 간의 종횡비 차이와 다른 체적 음향 공진기 필터.
- 제1항에 있어서,
상기 시리즈부의 상기 제1 노드와 접지 사이에 서로 직렬로 전기적으로 연결된 제3 및 제4 션트 음향 공진기를 더 포함하고,
상기 복수의 션트 음향 공진기는 제1 및 제2 션트 음향 공진기를 포함하고,
상기 제1 및 제2 션트 음향 공진기와 상기 제3 및 제4 션트 음향 공진기는 전기적으로 서로 병렬 관계인 체적 음향 공진기 필터.
- 제14항에 있어서,
상기 제1 및 제3 션트 음향 공진기 중 하나는 제1 전극을 통해 접지에 전기적으로 연결되고 다른 하나는 제2 전극을 통해 접지에 전기적으로 연결되는 체적 음향 공진기 필터.
- 제15항에 있어서,
상기 제3 및 제4 션트 음향 공진기의 종횡비는 서로 다르고,
상기 제1 및 제2 션트 음향 공진기 간의 종횡비 차이와 상기 제3 및 제4 션트 음향 공진기 간의 종횡비 차이는 서로 다른 체적 음향 공진기 필터.
- 제14항에 있어서,
상기 시리즈부의 제2 노드와 접지 사이에 전기적으로 연결되고, 서로 직렬로 전기적으로 연결된 제5 및 제6 션트 음향 공진기를 더 포함하고,
상기 적어도 하나의 시리즈 음향 공진기는 상기 제1 및 제2 노드의 사이에 전기적으로 연결된 시리즈 음향 공진기를 포함하고,
상기 제1, 제3 및 제5 션트 음향 공진기는 상기 제2, 제4 및 제6 션트 음향 공진기에 비해 접지에 더 가까이 전기적으로 연결되고,
상기 제1 및 제3 션트 음향 공진기 각각의 제1 방향 중첩 영역의 크기는 상기 제5 션트 음향 공진기의 제1 방향 중첩 영역의 크기와 다르고,
상기 제2 및 제4 션트 음향 공진기 각각의 제1 방향 중첩 영역의 크기는 상기 제6 션트 음향 공진기의 제1 방향 중첩 영역의 크기와 다른 체적 음향 공진기 필터.
- 제1 및 제2 RF 포트(Radio Frequency port)의 사이에 전기적으로 직렬(series) 연결된 적어도 하나의 시리즈 음향 공진기를 포함하는 시리즈부; 및
상기 시리즈부와 접지 사이에 전기적으로 연결된 복수의 션트 음향 공진기를 포함하는 션트부; 를 포함하고,
상기 복수의 션트 음향 공진기 각각은, 제1 전극과 압전층과 제2 전극이 제1 방향으로 적층된 공진부를 포함하고, 상기 제1 전극과 압전층과 제2 전극의 제1 방향 중첩 영역에서 가장 긴 변의 연장방향으로 상기 중첩 영역의 최장 길이와 상기 연장방향에 수직인 방향으로 상기 중첩 영역의 최장 길이의 비율인 종횡비를 가지고,
상기 복수의 션트 음향 공진기 중 일부는 제1 전극을 통해 접지에 전기적으로 연결되고 다른 일부는 제2 전극을 통해 접지에 전기적으로 연결되고,
상기 복수의 션트 음향 공진기 중 제1 전극을 통해 접지에 전기적으로 연결되는 일부의 종횡비와 제2 전극을 통해 접지에 전기적으로 연결되는 다른 일부의 종횡비는 서로 다른 체적 음향 공진기 필터.
- 제18항에 있어서,
상기 복수의 션트 음향 공진기 중 제1 전극을 통해 접지에 전기적으로 연결되는 일부의 종횡비와 제2 전극을 통해 접지에 전기적으로 연결되는 다른 일부의 종횡비는 상기 복수의 션트 음향 공진기 간의 반공진주파수 차이가 더 작아지도록 서로 다른 체적 음향 공진기 필터.
- 제18항에 있어서,
상기 복수의 션트 음향 공진기 중 제1 전극을 통해 접지에 전기적으로 연결되는 일부와 제2 전극을 통해 접지에 전기적으로 연결되는 다른 일부 간의 반공진주파수 차이는 공진주파수 차이보다 작은 체적 음향 공진기 필터.
- 제18항에 있어서,
상기 적어도 하나의 시리즈 음향 공진기의 공진주파수는 상기 복수의 션트 음향 공진기 각각의 공진주파수보다 높고,
상기 복수의 션트 음향 공진기 중 제1 전극을 통해 접지에 전기적으로 연결되는 일부와 제2 전극을 통해 접지에 전기적으로 연결되는 다른 일부 간의 공진주파수 차이는 상기 복수의 션트 음향 공진기의 공진주파수 중 더 높은 공진주파수와 상기 적어도 하나의 시리즈 음향 공진기의 공진주파수 간의 차이보다 작은 체적 음향 공진기 필터.
- 제18항에 있어서,
상기 복수의 션트 음향 공진기 중 제1 전극을 통해 접지에 전기적으로 연결되는 일부와 제2 전극을 통해 접지에 전기적으로 연결되는 다른 일부는 상기 시리즈부의 제1 노드(node)와 접지 사이에 전기적으로 연결된 체적 음향 공진기 필터.
- 기판;
캡(cap);
상기 기판과 상기 캡이 서로 마주보는 제1 방향으로 적층된 제1 전극과 압전층과 제2 전극을 각각 포함하고, 상기 기판과 상기 캡의 사이에 수용되는 복수의 음향 공진기;
상기 복수의 음향 공진기 사이를 연결하는 금속층; 및
상기 제1 방향의 관점에서 상기 복수의 음향 공진기를 둘러싸고, 상기 기판과 상기 캡의 사이에서 상기 캡에 접합된 접합 부재; 를 포함하고,
상기 복수의 음향 공진기 각각은, 제1 전극과 압전층과 제2 전극이 제1 방향으로 적층된 공진부를 포함하고, 상기 제1 전극과 압전층과 제2 전극의 제1 방향 중첩 영역에서 가장 긴 변의 연장방향으로 상기 중첩 영역의 최장 길이와 상기 연장방향에 수직인 방향으로 상기 중첩 영역의 최장 길이의 비율인 종횡비를 가지고,
상기 복수의 음향 공진기 중 상기 접합 부재에 더 가까이 배치된 음향 공진기의 종횡비는 더 낮은 체적 음향 공진기 패키지.
- 제23항에 있어서,
상기 복수의 음향 공진기 간의 종횡비 차이는 상기 복수의 음향 공진기 사이를 연결하는 금속층의 연결 길이가 길수록 큰 체적 음향 공진기 패키지.
- 제23항에 있어서,
상기 복수의 음향 공진기 간의 종횡비 차이는 상기 복수의 음향 공진기 사이를 연결하는 금속층과 상기 접합 부재 간의 이격 거리가 짧을수록 큰 체적 음향 공진기 패키지.
- 제23항에 있어서,
상기 복수의 음향 공진기는 제1, 제2, 제3 및 제4 음향 공진기를 포함하고,
상기 제1 및 제2 음향 공진기는 상기 금속층의 일부분을 통해 서로 연결되고,
상기 제3 및 제4 음향 공진기는 상기 금속층의 다른 일부분을 통해 서로 연결되고,
상기 제1 및 제2 음향 공진기 사이를 연결하는 상기 금속층의 일부분의 연결 길이는 상기 제3 및 제4 음향 공진기 사이를 연결하는 상기 금속층의 다른 일부분의 연결 길이보다 길고,
상기 제1 및 제2 음향 공진기 간의 종횡비 차이는 상기 제3 및 제4 음향 공진기 간의 종횡비 차이보다 큰 체적 음향 공진기 패키지.
- 제23항에 있어서,
상기 복수의 음향 공진기는 제1, 제2, 제3 및 제4 음향 공진기를 포함하고,
상기 제1 및 제2 음향 공진기는 상기 금속층의 일부분을 통해 서로 연결되고,
상기 제3 및 제4 음향 공진기는 상기 금속층의 다른 일부분을 통해 서로 연결되고,
상기 제1 및 제2 음향 공진기 사이를 연결하는 상기 금속층의 일부분과 상기 접합 부재 간의 이격 거리는 상기 제3 및 제4 음향 공진기 사이를 연결하는 상기 금속층의 다른 일부분과 상기 접합 부재 간의 이격 거리보다 짧고,
상기 제1 및 제2 음향 공진기 간의 종횡비 차이는 상기 제3 및 제4 음향 공진기 간의 종횡비 차이보다 큰 체적 음향 공진기 패키지.
- 제23항에 있어서,
상기 복수의 음향 공진기는 제1, 제2, 제3 및 제4 음향 공진기를 포함하고,
상기 제1 및 제2 음향 공진기는 상기 금속층의 일부분을 통해 서로 연결되고,
상기 제3 및 제4 음향 공진기는 상기 금속층의 다른 일부분을 통해 서로 연결되고,
상기 제1 및 제2 음향 공진기 사이를 연결하는 상기 금속층의 일부분과 상기 제3 및 제4 음향 공진기 사이를 연결하는 상기 금속층의 다른 일부분은 서로 다른 높이에 배치되고,
상기 제1 및 제2 음향 공진기의 종횡비는 서로 다른 체적 음향 공진기 패키지.
- 제23항에 있어서,
상기 복수의 음향 공진기는 서로 직렬로 전기적으로 연결된 제1, 제2 및 제3 음향 공진기를 포함하고,
상기 제1, 제2 및 제3 음향 공진기 중 상기 접합 부재에 가장 가까운 상기 제1 음향 공진기와 상기 제2 음향 공진기 간의 종횡비 차이는 상기 제2 및 제3 음향 공진기 간의 종횡비 차이보다 큰 체적 음향 공진기 패키지.
- 제23항에 있어서,
상기 복수의 음향 공진기가 사이에 전기적으로 연결되고, 상기 기판의 제1 및 제2 측면으로 치우쳐져 배치된 제1 및 제2 RF 포트를 더 포함하고,
상기 복수의 음향 공진기 중 상기 기판의 제3 측면에 더 가까이 배치된 음향 공진기의 종횡비는 더 낮은 체적 음향 공진기 패키지.
- 제23항에 있어서,
상기 복수의 음향 공진기에 전기적으로 연결되는 접지 포트를 더 포함하고,
상기 복수의 음향 공진기 중 더 낮은 종횡비를 가지는 음향 공진기는 상기 접지 포트에 더 가까이 전기적으로 연결되는 체적 음향 공진기 패키지.
- 제23항에 있어서,
상기 접합 부재는 전도성 링(ring)을 포함하는 체적 음향 공진기 패키지.
- 제32항에 있어서,
상기 캡에서 상기 복수의 음향 공진기를 마주보는 면에 배치되고 상기 접합 부재에 전기적으로 연결된 쉴드층을 더 포함하는 체적 음향 공진기 패키지.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW111123323A TW202316794A (zh) | 2021-10-05 | 2022-06-23 | 體聲波共振器濾波器、體聲波共振器封裝及體聲波共振器 |
| US17/850,960 US20230107650A1 (en) | 2021-10-05 | 2022-06-27 | Bulk acoustic resonator filter and bulk acoustic resonator package |
| CN202211138277.1A CN115940878A (zh) | 2021-10-05 | 2022-09-19 | 体声波谐振器滤波器和体声波谐振器封装件 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210131853 | 2021-10-05 | ||
| KR20210131853 | 2021-10-05 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220033164A KR20230049010A (ko) | 2021-10-05 | 2022-03-17 | 체적 음향 공진기 필터 및 체적 음향 공진기 패키지 |
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| Country | Link |
|---|---|
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Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101323447B1 (ko) | 2003-10-06 | 2013-10-29 | 트리퀸트 세미컨덕터 인코퍼레이티드 | 사다리형 필터, 무선 주파수 대역 통과 필터, 무선 주파수 수신기 및 송신기 장치, 무선 주파수 수신기 장치 및 무선 주파수 송신기 장치 |
-
2022
- 2022-03-17 KR KR1020220033164A patent/KR20230049010A/ko not_active Application Discontinuation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101323447B1 (ko) | 2003-10-06 | 2013-10-29 | 트리퀸트 세미컨덕터 인코퍼레이티드 | 사다리형 필터, 무선 주파수 대역 통과 필터, 무선 주파수 수신기 및 송신기 장치, 무선 주파수 수신기 장치 및 무선 주파수 송신기 장치 |
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|---|---|---|---|
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