TW202304025A - 具有橫向分佈式反射器之射頻聲學裝置 - Google Patents

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Abstract

一種體聲波諧振器包括：一壓電材料層；一第一金屬層，其安置於該壓電材料層之上表面上；一第二金屬層，其安置於該壓電材料層之下表面上；及一橫向分佈式凸起框架，其包含安置於該第一金屬層之上表面上且具有含一錐形部分及一非錐形部分之一內凸起框架區段及一外凸起框架區段之一第一凸起框架及安置於該第一金屬層及該外凸起框架區段下方但不在該內凸起框架區段下方之一第二凸起框架，該內凸起框架區段自該體聲波諧振器之一中心主動區域橫向安置一第一距離，該外凸起框架區段自該中心主動區域橫向安置大於該第一距離之一第二距離。

Description

具有橫向分佈式反射器之射頻聲學裝置
本發明大體上係關於體聲波諧振器。
一體聲波諧振器係在兩個電極之間具有一壓電材料之一裝置。當一電磁信號施加至電極之一者時，一聲波在壓電材料中產生且傳播至另一電極。
取決於壓電材料之厚度，建立此一聲波之諧振，且在另一電極上產生具有對應於諧振聲波之一頻率之一電磁信號。因此，此一體聲波諧振器可用於針對諸如一射頻(RF)信號之一電磁信號提供濾波功能。
在諸多應用中，電極之間的壓電材料相對較薄且經實施為一膜。因此，一體聲波諧振器有時指稱一薄膜體聲波諧振器(TFBAR)或一膜體聲波諧振器(FBAR)。
根據本文中所揭示之一態樣，提供一種體聲波諧振器裝置。該體聲波諧振器包括：一壓電材料層，其具有一上表面及一下表面；一第一金屬層，其具有安置於該壓電材料層之該上表面上之一下表面及一上表面；一第二金屬層，其具有安置於該壓電材料層之該下表面上之一上表面及一下表面；及一橫向分佈式凸起框架，其包含安置於該第一金屬層之該上表面上且具有含一錐形部分及一非錐形部分之一內凸起框架區段及一外凸起框架區段之一第一凸起框架及安置於該第一金屬層及該外凸起框架區段下方但不在該內凸起框架區段下方之一第二凸起框架，該第一凸起框架之該內凸起框架區段自該體聲波諧振器裝置之一中心主動區域橫向安置一第一距離，該第一凸起框架之該外凸起框架區段自該體聲波諧振器裝置之該中心主動區域橫向安置一第二距離，該第二距離大於該第一距離，該橫向分佈式凸起框架經組態以提高橫向模式波之反射且減少主模式波轉換成橫向模式波。
在一些實施例中，該第一凸起框架由一金屬形成。
在一些實施例中，該第二凸起框架由一個氧化物形成。
在一些實施例中，該第一凸起框架之該外凸起框架區段具有一寬度及跨該寬度之一實質上均勻厚度。
在一些實施例中，該第二凸起框架包含一內錐形部分及一外非錐形部分。
在一些實施例中，該第二凸起框架之該內錐形部分具有自10°至60°之一錐角。
在一些實施例中，該第二凸起框架之該外非錐形部分具有一寬度及跨該寬度之一實質上均勻厚度。
在一些實施例中，該第一凸起框架之該內凸起框架區段之該錐形部分具有自5°至45°之一錐角。
在一些實施例中，該體聲波諧振器裝置進一步包括安置於該第一金屬層之該上表面上且界定環繞該中心主動區域之一凹入框架區域之一介電層。
在一些實施例中，該體聲波諧振器裝置不包含一凹入框架區域。
在一些實施例中，該第一凸起框架之該內凸起框架區段之該錐形部分具有小於該第一凸起框架之該內凸起框架區段之該非錐形部分之一寬度的一寬度。
在一些實施例中，該第一凸起框架之該內凸起框架區段之該錐形部分具有大於該第一凸起框架之該內凸起框架區段之該非錐形部分之一寬度的一寬度。
在一些實施例中，該第二凸起框架具有與該第一金屬層之該下表面接觸之一上表面。
在一些實施例中，該第二凸起框架具有與該第二金屬層之該上表面接觸之一下表面。
在一些實施例中，該第二凸起框架具有與該壓電材料層接觸之一上表面。
在一些實施例中，該第二凸起框架具有與該壓電材料層接觸之一上表面。
在一些實施例中，該第二凸起框架具有與該壓電材料層接觸之一下表面，該第二凸起框架將該壓電材料層分成一上壓電材料層及一下壓電材料層。
在一些實施例中，該第一凸起框架由具有比形成該第二凸起框架之一材料高之一聲阻抗及比形成該壓電材料層之一材料高之一聲阻抗之一材料形成。
在一些實施例中，該第二凸起框架由具有比形成該第一凸起框架之一材料低之一聲阻抗及比形成該壓電材料層之一材料低之一聲阻抗之一材料形成。
在一些實施例中，該體聲波諧振器裝置係包含界定於該第二金屬層下方之一腔之一膜體聲波諧振器裝置。
在一些實施例中，該體聲波諧振器裝置係包含安置於該第二金屬層下方之一布拉格(Bragg)反射器之一固態堆疊式諧振器。
在一些實施例中，該第一凸起框架之該內凸起框架區段之該錐形部分具有一線性錐度。
在一些實施例中，該第一凸起框架之該內凸起框架區段之該錐形部分具有一凹形錐度。
在一些實施例中，該第一凸起框架之該內凸起框架區段之該錐形部分具有一凸形錐度。
在一些實施例中，該第二凸起框架包含具有一線性錐度之一內錐形部分。
在一些實施例中，該第二凸起框架包含具有一凹形錐度之一內錐形部分。
在一些實施例中，該第二凸起框架包含具有一凸形錐度之一內錐形部分。
在一些實施例中，一種射頻濾波器包含上述體聲波諧振器裝置。
該射頻濾波器可包含於一射頻模組中。
該射頻模組可包含於一射頻裝置中。
某些實施例之以下描述呈現特定實施例之各種描述。然而，本文中所描述之創新可依各種不同方式體現，例如由申請專利範圍所界定及涵蓋。在本描述中，參考圖式，其中相同元件符號可指示相同或功能類似元件。應理解，圖中所繪示之元件未必按比例繪示。再者，應理解，某些實施例可包含比一圖式中所繪示之元件更多之元件及/或一圖式中所繪示之元件之一子集。此外，一些實施例可併入來自兩個或更多個圖式之特徵之任何適合組合。
本文中所提供之標題(若存在)僅係為了方便且未必影響本發明之範疇或意義。
本文中描述與具有一提高品質因數Q之膜體聲波諧振器(FBAR)及相關裝置相關之各種實例。例如，本文中所描述之FBAR及相關裝置可具有增加模式反射及減少模式轉換。儘管在FBAR之背景中描述此等實例，但應理解，本發明之一或多個特徵亦可在其他類型之諧振器中實施，包含類似於FBAR但以不同術語稱呼之裝置。
根據某些態樣，FBAR可包含用於在高於一諧振頻率fs時提高品質因數Q之一凸起框架。一般而言，在FBAR中，一主動區域以橫向傳播模式對外洩漏可引起品質因數Q降低。另外，自主模式至橫向模式之模式轉換亦可引起品質因數Q降低。一凸起框架可充當將橫向模式反射回至主動區域之一反射器且可提高品質因數Q。然而，僅具有一個凸起框架可能不足以反射所有橫向模式。為加強反射且達成最大模式反射，吾人可(例如)藉由形成不同不匹配聲阻抗介面來形成多個反射器，諸如兩個或更多個凸起框架。然而，形成多個反射器可產生諸多不連續邊界，其可增加模式轉換。
根據某些態樣，可提供包含含有錐形區域及非錐形區域之一或多個凸起框架之FBAR。此等凸起框架可高效抑制橫向模式洩漏。例如，包含錐形區域及非錐形區域之一凸起框架可充當多個反射器，其可提高反射效率。作為另一實例，包含錐形區域及非錐形區域之一凸起框架可減少在不連續邊界處發生之自主模式至其他模式之模式轉換。如上文所提及，除模式反射之外，模式轉換亦可影響品質因數Q。包含錐形區域及非錐形區域之一凸起框架可產生準連續邊界且抑制自主模式至其他模式之模式轉換。在一些實施例中，歸因於準連續邊界及多個反射，品質因數Q可依一低錐角顯著提高。
圖1A繪示包含含有一內反射器105及一外反射器115之橫向分佈式凸起框架之一FBAR裝置100之一側視圖。FBAR裝置100包含一第一金屬層110、一第二金屬層120及第一金屬層110與第二金屬層120之間的一壓電層130。一諧振器可藉由將壓電層130定位於第一金屬層110與第二金屬層120之間來形成。在一些實施例中，與第一金屬層110及第二金屬層120重疊之壓電層130之一部分可指稱一「諧振器」。在一些實施例中，一金屬層110、120可指稱一「電極」。一射頻(RF)信號可施加至金屬層110、120之一者且可引起在壓電層130中產生一聲波。聲波可行進通過壓電層130且可在金屬層110、120之另一者處轉換成一RF信號。依此方式，FBAR裝置100可提供濾波功能。在FBAR裝置100中，聲波可在一垂直方向(例如，垂直於金屬層110、120及壓電層130)上行進。例如，垂直方向可為一Z方向。一些聲波可在一水平方向(例如，平行於金屬層110、120及壓電層130)上行進。例如，水平方向可為X方向、Y方向或其等之一組合。
FBAR裝置100可包含一或多個凸起框架(「RaF」)。在圖1A之實例中，FBAR裝置100包含一第一凸起框架140及一第二凸起框架150。例如，第一凸起框架140可位於第二金屬層120之頂部上，且第二凸起框架150可位於第二金屬層120下方，在第二金屬層120與壓電層130之間。各凸起框架可包含一錐形部分及一非錐形部分或一漸縮端及一非錐形部分或一非漸縮端。如圖1A之實例中所展示，第一凸起框架140及第二凸起框架150可在一FBAR裝置之各側上各包含一錐形區域及一非錐形區域。
圖1B係第一凸起框架140之一放大圖，其指示第一凸起框架140之內反射器區域105、外反射器區域115、內反射器區域105之錐形區域105T及內反射器區域105之非錐形區域105NT。圖1C係第二凸起框架150之一放大圖，其指示第二凸起框架150之錐形區域150T及非錐形區域150NT。在圖1A之實施例中，第二凸起框架150不具有內及外反射器區域，而是僅存在於第一凸起框架140之外反射器區域115下方。
第一凸起框架140及第二凸起框架150之非錐形區域可跨其水平範圍具有實質上恆定高度或厚度。其中第一凸起框架140及第二凸起框架150之上或下表面改動斜率以順應相鄰上或下材料層之第一凸起框架140及第二凸起框架150之非錐形區域之小厚度偏差可存在，但第一凸起框架140及第二凸起框架150之非錐形區域仍可被視為跨其水平範圍具有實質上恆定高度或厚度。如圖1A至圖1C中所繪示，第一凸起框架140及第二凸起框架150之非錐形區域可相鄰於且鄰接第一凸起框架140及第二凸起框架150之非錐形區域。
一凸起框架之一錐形區域可具有由(例如)相對於水平方向之一角度α界定之一漸縮度。角度α亦可指稱一「錐角」。在一些實施例中，角度α可小於90°。在一些實施例中，α可在5°至45°之間(包含5°及45°)。在圖1A之實施例中，角度α係指第一凸起框架140之錐形區域105T之錐角。符號β用於係指第二凸起框架150之錐形部分150T之錐角。角度β可小於90°或可在10°至60°之間(包含10°及60°)。在不同實施例中，角度α及β可相同或可不同。
在某些實施例中，一凸起框架之一錐形區域可具有三角形形狀。在其他實施例中，一凸起框架之一錐形區域可具有其他多邊形形狀。在一些實施例中，第一凸起框架140及第二凸起框架150可具有重疊區域。例如，第一凸起框架140之錐形區域105T及第二凸起框架150之錐形區域150T可(例如)在水平方向上至少部分重疊。金屬層110、120及壓電層130可依循第一凸起框架140及/或第二凸起框架150之輪廓或形狀。因此，金屬層110、120及壓電層130可包含平行於水平方向之部分以及相對於水平方向成一角度之部分。
一凸起框架可由任何適合材料製成。在一些實施例中，一凸起框架可由類似或相同於第二金屬層120及/或第一金屬層110之一材料製成。例如，一凸起框架可由一重材料製成。在某些實施例中，一凸起框架可由一低聲阻抗材料製成。例如，一凸起框架可由二氧化矽、氮化矽等等製成。一凸起框架可由任何低密度材料製成。在圖1A之實施例中，例如，第一凸起框架可由一金屬形成，且第二凸起框架可由二氧化矽形成。第一凸起框架40可由具有比形成第二凸起框架150之一材料高之一聲阻抗及比壓電層130之材料高之一聲阻抗之一材料形成。第二凸起框架150可由具有比形成第一凸起框架140之一材料低之一聲阻抗及比壓電層130之材料低之一聲阻抗之一材料形成。凸起框架之錐形區域可在用於形成一FBAR裝置之製程期間形成(例如，藉由沈積程序)。
在圖1A之實例中，FBAR裝置100經展示為包含兩個凸起框架用於繪示目的，但包含於FBAR裝置100中之凸起框架之數目可取決於實施例而適當變動。例如，在一些實施例中，FBAR裝置100可包含一個凸起框架或超過兩個凸起框架。一或多個凸起框架可依各種組態定位。一或多個凸起框架可沿垂直方向(例如，垂直於金屬層110、120及壓電層130)放置於各種位置處。例如，一或多個凸起框架可放置於第一金屬層110上方或下方、第二金屬層120上方或下方、第一金屬層110與第二金屬層120之間或其等之任何組合之一位置處。下文更詳細描述凸起框架之組態之各種實例。
FBAR裝置100可在FBAR裝置100之各側上包含(例如)第一凸起框架140之內反射器區域105之錐形區域105T之間的一主動區域160。主模式波可行進通過主動區域160。例如，主動區域160可為主模式波可行進通過之一較佳區域。自一俯視視角看，主動區域160可具有一圓柱形形狀、一矩形形狀或其他適合形狀。在一些實施例中，FBAR裝置100可包含第一凸起框架140及第二金屬層120上方之一鈍化層180。鈍化層180可位於第一凸起框架140及第二金屬層120之一暴露部分之頂部上。第二金屬層120之暴露部分可為未由第一凸起框架140覆蓋之一部分。在某些實施例中，FBAR裝置100亦可包含可由鈍化層180之減薄部分界定且界定主動區域160之外邊界之凹入框架(ReF)區域185。鈍化層180在凹入框架區域185中可比在主動區域160中更薄。凹入框架區域185中鈍化層180之厚度可類似或相同於內反射器區域105及/或外反射器區域115中第一凸起框架140上方之鈍化層180之厚度。在一些實施例中，凹入框架區域185可為環繞主動區域160之一鄰接環結構。鈍化層180可由一介電材料(例如二氧化矽或氮化矽)形成。在一些實施例中，FBAR裝置100可包含一基板170且包含第一金屬層110下方之一氣腔190。在一些實施例中，第一金屬層110之一遠端可藉由一間隙110G與基板170之相鄰區域分離。
藉由產生準連續邊界，包含錐形及非錐形區域之一凸起框架可增加模式反射且減少模式轉換。例如，準連續邊界可充當多個反射器以增加模式反射。準連續邊界亦可抑制模式轉換。依此方式，包含具有錐形及非錐形區域之一或多個凸起框架之FBAR裝置可具有品質因數Q之提高值。在一些實施例中，梯度凸起框架之較低錐角可更有效增加模式反射且減少模式轉換。例如，一凸起框架之一錐形區域之錐角可小於45°，或小於30°，在10°至60°之間，或在5°至45°之間，如上文所討論。錐角可經選擇以最大化模式反射及減少模式轉換。
圖2繪示類似於圖1之FBAR裝置100之一FBAR裝置200之一側視圖，只是FBAR裝置200不包含一鈍化層180。圖2之實施例中之主動區域160之外邊界由第一凸起框架140之內反射器105之內邊緣界定。
圖3繪示類似於圖2之FBAR裝置200之一FBAR裝置300之一側視圖，只是FBAR裝置300包含比第一凸起框架140之內反射器部分105之非錐形區域105NT更寬之第一凸起框架140之內反射器部分105之錐形區域105T。此分別與圖1及圖2之FBAR裝置100、200形成對比，其中第一凸起框架140之內反射器部分105之非錐形區域105NT比第一凸起框架140之內反射器部分105之錐形區域105T更寬。應瞭解，在其他實施例中，第一凸起框架140之內反射器部分105之非錐形區域105NT可與或實質上與第一凸起框架140之內反射器部分105之錐形區域105T一樣寬。在一些實施例中，FBAR裝置300可包含類似於圖1中針對FBAR裝置100所繪示之鈍化層及凹入框架區域之一鈍化層180及凹入框架區域185。
圖4繪示類似於圖3之FBAR裝置300之一FBAR裝置400之一側視圖，只是FBAR裝置400之第一凸起框架140之錐形區域延伸通過整個內反射器區域105而進入外反射器區域115。內反射器區域105因此可被視為完全由錐形區域105T構成。外反射器區域115可被視為分成內錐形區域115T及與內錐形區域115T鄰接之外非錐形區域115NT。在一些實施例中，FBAR裝置400可包含類似於圖1中針對FBAR裝置100所繪示之鈍化層及凹入框架區域之一鈍化層180及凹入框架區域185。
圖5繪示類似於圖1之FBAR裝置100之一FBAR裝置500之一側視圖，只是在FBAR裝置500中，第二凸起框架150部分安置於壓電層130下方之第一金屬層110與壓電層130之間。第二凸起框架150可部分安置於壓電層130下方之基板170與壓電層130之間。第二凸起框架150可部分安置於壓電層130下方之氣腔190與壓電層130之間。
圖6繪示類似於圖5之FBAR裝置500之一FBAR裝置600之一側視圖，只是在FBAR裝置600中，第二凸起框架150安置於壓電層130內而非壓電層130下方。第二凸起框架150可被視為將壓電層分裂成一上壓電層130U及一下壓電層130L。
在上文所討論之實施例中，凸起框架之錐形區域隨遠離FBAR裝置之中心主動區域160之水平距離而單調或線性增大寬度。在其他實施例中，例如，如圖7中所繪示，凸起框架之錐形區域可展現非線性梯度。例如，一非線性梯度可包含一凸形部分610、一凹形部分620或其等之任何組合。圖7中之實例僅供繪示，且非線性梯度凸起框架部分之諸多其他變動係可行的。
圖8繪示一FBAR之一實例中一第一凸起框架140之外反射器部分115之非錐形部分115NT之厚度(圖8之線圖中之MRaT參數)及內反射器部分105之錐形部分105T之錐角α對反諧振頻率處之品質因數Q之效應之一模擬之結果。在模擬FBAR中，凸起框架之寬度係2 µm，主動區域中鈍化層之厚度係150 nm，第一金屬層之厚度係430 nm，壓電層之厚度係600 nm，第二金屬層之厚度係440 nm，第二凸起框架之未竄改部分之厚度係100 nm，且氣腔之寬度係120 µm。圖8中所展示之結果指示品質因數一般可隨著框架厚度增加及錐角減小而增大，但可隨著此等參數之任一者增大或減小而周期性上升及下降。
圖9繪示用於模擬圖8中所繪示之結果之相同FBAR中第一凸起框架之外反射器部分115之非錐形部分115NT之厚度(圖9之線圖中之MRaT參數)及內反射器區域之寬度(圖9之線圖中之MRaW參數)對反諧振頻率處之品質因數Q之效應之一模擬之結果。圖9中之結果繪示一FBAR可使用約1 µm之一第一凸起框架內反射器區域寬度及約100 nm之一第一凸起框架厚度找到最高Q。可隨著第一凸起框架內反射器區域寬度改變而觀察到關於Q值之一些週期性。
本文中所揭示之凸起框架結構之態樣及實施例可不僅與上文所討論之FBAR裝置一起利用，且亦可與其他形式之體聲波諧振器(例如固態堆疊式諧振器(SMR))一起利用。如圖10中所繪示，一SMR之一實例可包含由(例如)氮化鋁或另一適合壓電材料形成之一壓電層、安置於壓電層之一上表面上之一上電極(圖10中之金屬2層)及安置於壓電層之下表面上之一下電極(圖10中之金屬1層)。壓電層及上及下電極可安置於由具有一高聲阻抗之一第一材料(例如鎢)及具有低於第一材料之一聲阻抗之一第二材料(例如SiO 2)之交替層形成之一布拉格反射器上。布拉格反射器可安裝於一基板(例如一矽基板)上。SMR可具有一凸起框架，其包含安置於諧振器之一凸起框架域區域中之上電極之下表面與壓電材料之間的一層介電材料(例如SiO 2)(圖10中所繪示之凸起框架層)。
圖11A繪示圖1A之FBAR中所繪示之一凸起框架結構可如何用於一SMR中。圖11B繪示圖2之FBAR中所繪示之一凸起框架結構可如何用於一SMR中。圖11C繪示圖3之FBAR中所繪示之一凸起框架結構可如何用於一SMR中。圖11D繪示圖4之FBAR中所繪示之一凸起框架結構可如何用於一SMR中。圖11E繪示圖5之FBAR中所繪示之一凸起框架結構可如何用於一SMR中。圖11F繪示圖6之FBAR中所繪示之一凸起框架結構可如何用於一SMR中。
本文中所討論之聲波裝置可實施於各種封裝模組中。現將討論其中可實施本文中所討論之封裝聲波裝置之任何適合原理及優點之一些實例性封裝模組。圖12、圖13及圖14係根據某些實施例之繪示性封裝模組及裝置之示意方塊圖。
如上文所討論，所揭示之BAW諧振器之實施例可經組態為(例如)濾波器或用於濾波器中。使用一或多個BAW諧振器元件之一BAW濾波器繼而可併入至一模組中或封裝為一模組，模組最終可用於諸如(例如)一無線通信裝置之一電子裝置中。圖12係繪示包含一BAW濾波器710之一模組700之一個實例的一方塊圖。BAW濾波器710可在包含一或多個連接墊722之一或多個晶粒720上實施。例如，BAW濾波器710可包含對應於BAW濾波器之一輸入接點之一連接墊722及對應於BAW濾波器之一輸出接點之另一連接墊722。封裝模組700包含經組態以接收複數個組件(包含晶粒720)之一封裝基板730。複數個連接墊732可安置於封裝基板730上，且BAW濾波器晶粒720之各種連接墊722可經由電連接器734 (其等可為例如焊料凸塊或接線)連接至封裝基板730上之連接墊732以允許各種信號來回傳遞於BAW濾波器710。模組700可視情況進一步包含其他電路系統晶粒740，諸如(例如)一或多個額外濾波器、放大器、前置濾波器、調變器、解調變器、降頻轉換器及其類似者，如半導體製造之熟習技術者鑑於本文中之揭示內容所知。在一些實施例中，模組700亦可包含一或多個封裝結構以(例如)提供保護且促進更容易處置模組700。此一封裝結構可包含形成於封裝基板730上方且經設定尺寸以實質上囊封封裝基板730上之各種電路及組件之一包覆模製件。
BAW濾波器710之各種實例及實施例可用於各種電子裝置中。例如，BAW濾波器710可用於一天線雙工器中，天線雙工器本身可併入至諸如RF前端模組及通信裝置之各種電子裝置中。
參考圖13，繪示可用於諸如(例如)一無線通信裝置(例如一行動電話)之一電子裝置中之一前端模組800之一個實例之一方塊圖。前端模組800包含具有一共同節點802、一輸入節點804及一輸出節點806之一天線雙工器810。一天線910連接至共同節點802。
天線雙工器810可包含連接於輸入節點804與共同節點802之間的一或多個傳輸濾波器812及連接於共同節點802與輸出節點806之間的一或多個接收濾波器814。(若干)傳輸濾波器之(若干)通帶不同於接收濾波器之(若干)通帶。BAW濾波器710之實例可用於形成(若干)傳輸濾波器812及/或(若干)接收濾波器814。一電感器或其他匹配組件820可在共同節點802處連接。
前端模組800進一步包含連接至雙工器810之輸入節點804之一傳輸器電路832及連接至雙工器810之輸出節點806之一接收器電路834。傳輸器電路832可產生用於經由天線910傳輸之信號，且接收器電路834可接收及處理經由天線910接收之信號。在一些實施例中，接收器及傳輸器電路經實施為單獨組件，如圖13中所展示，然而，在其他實施例中，此等組件可整合成一共同收發器電路或模組。熟習技術者應瞭解，前端模組800可包含圖13中未繪示之其他組件，包含(但不限於)開關、電磁耦合器、放大器、處理器及其類似者。
圖14係包含圖13中所展示之天線雙工器810之一無線裝置900之一個實例之一方塊圖。無線裝置900可為一蜂巢式電話、智慧型電話、平板電腦、數據機、通信網路或經組態用於語音或資料通信之任何其他可攜式或非可攜式裝置。無線裝置900可自天線910接收及傳輸信號。無線裝置包含類似於上文參考圖13所討論之前端模組之一前端模組800之一實施例。前端模組800包含雙工器810，如上文所討論。在圖14中所展示之實例中，前端模組800進一步包含一天線開關840，其可經組態以在諸如(例如)傳輸及接收模式之不同頻帶或模式之間切換。在圖14中所繪示之實例中，天線開關840定位於雙工器810與天線910之間；然而，在其他實例中，雙工器810可定位於天線開關840與天線910之間。在其他實例中，天線開關840及雙工器810可整合成一單一組件。
前端模組800包含經組態以產生傳輸信號或處理接收信號之一收發器830。收發器830可包含可連接至雙工器810之輸入節點804之傳輸器電路832及可連接至雙工器810之輸出節點806之接收器電路834，如圖13之實例中所展示。
經產生用於由傳輸器電路832傳輸之信號由一功率放大器(PA)模組850接收，功率放大器模組850放大來自收發器830之產生信號。功率放大器模組850可包含一或多個功率放大器。功率放大器模組850可用於放大各種RF或其他頻帶傳輸信號。例如，功率放大器模組850可接收可用於脈衝調節功率放大器之輸出以輔助傳輸一無線區域網路(WLAN)信號或任何其他適合脈衝信號之一啟用信號。功率放大器模組850可經組態以放大任何各種類型之信號，包含(例如)一全球行動系統(GSM)信號、一分碼多重存取(CDMA)信號、一W-CDMA信號、一長期演進(LTE)信號或一EDGE信號。在某些實施例中，功率放大器模組850及包含開關及其類似者之相關聯組件可使用(例如)高電子遷移率電晶體(pHEMT)或絕緣閘極雙極性電晶體(BiFET)來製造於砷化鎵(GaAs)基板上或使用互補金屬氧化物半導體(CMOS)場效電晶體來製造於一矽基板上。
仍參考圖14，前端模組800可進一步包含一低雜訊放大器模組860，其放大來自天線910之接收信號且將放大信號提供至收發器830之接收器電路834。
圖14之無線裝置900進一步包含連接至收發器830且管理用於操作無線裝置900之功率之一功率管理子系統920。功率管理系統920亦可控制一基頻子系統930及無線裝置900之各種其他組件之操作。功率管理系統920可包含或可連接至對無線裝置900之各種組件供電之一電池(圖中未展示)。功率管理系統920可進一步包含可控制(例如)信號之傳輸之一或多個處理器或控制器。在一個實施例中，基頻子系統930連接至一使用者介面940以促進提供至使用者及自使用者接收之語音及/或資料之各種輸入及輸出。基頻子系統930亦可連接至經組態以儲存資料及/或指令之一記憶體950以促進無線裝置之操作及/或提供使用者之資訊儲存。上述實施例之任何者可結合諸如蜂巢式手機之行動裝置實施。實施例之原理及優點可用於可受益於本文中所描述之實施例之任何者之任何系統或設備，諸如任何上行鏈路無線通信裝置。本文中之教示可應用於各種系統。儘管本發明包含一些實例性實施例，但本文中所描述之教示可應用於各種結構。本文中所討論之原理及優點之任何者可結合經組態以處理自約30 kHz至約300 GHz之一範圍內(諸如自約450 MHz至約6 GHz之一範圍內)之信號之RF電路來實施。
本發明之態樣可在各種電子裝置中實施。電子裝置之實例可包含(但不限於)消費性電子產品、諸如封裝射頻模組之消費性電子產品之部分、上行鏈路無線通信裝置、無線通信基礎設施、電子測試設備等等。電子裝置之實例可包含(但不限於)諸如一智慧型電話之一行動電話、諸如一智慧型手錶或一耳機之一可穿戴運算裝置、一電話、一電視、一電腦監視器、一電腦、一數據機、一手持電腦、一膝上型電腦、一平板電腦、一微波爐、一冰箱、諸如一汽車電子系統之一車輛電子系統、一立體聲系統、一數位音樂播放器、一無線電、諸如一數位攝影機之一攝影機、一可攜式記憶體晶片、一洗衣機、一乾衣機、一洗衣機/乾衣機、一影印機、一傳真機、一掃描器、一多功能周邊裝置、一手錶、一時鐘等等。此外，電子裝置可包含半成品。
除非內文另有明確要求，否則在整個描述及申請專利範圍中，用語「包括」、「包含」及其類似者應被解釋為包含性意義，而非排他性或詳盡性意義，即，「包含(但不限於)」意義。如本文中一般所使用，用語「耦合」涉及可直接連接或藉由一或多個中間元件連接之兩個或更多個元件。同樣地，如本文中一般所使用，用語「連接」涉及可直接連接或藉由一或多個中間元件連接之兩個或更多個元件。另外，本申請案中所使用之用語「本文中」、「上文」、「下文」及類似含義用語應係指整個本申請案而非本申請案之任何特定部分。在內文允許之情況下，以上詳細描述中使用單數或複數之用語亦可分別包含複數或單數。用語「或」涉及兩個或更多個項目之一清單，該用語涵蓋用語之所有以下解譯：清單中之任何項目、清單中之所有項目或清單中項目之任何組合。
再者，除非另有明確說明或在所使用之內文內另有理解，否則本文中所使用之條件語言(諸如「可」、「例如」、「諸如」及其類似者等等)一般意欲傳達某些實施例包含而其他實施例不包含某些特徵、元件及/或狀態。因此，此條件語言一般不意欲隱含一或多個實施例無論如何需要特徵、元件及/或狀態或一或多個實施例必然包含用於在具有或不具有作者輸入或提示之情況下決定在任何特定實施例中是否包含或執行此等特徵、元件及/或狀態之邏輯。
儘管描述某些實施例，但此等實施例僅供例示，且不意欲限制本發明之範疇。其實，可依各種其他形式體現本文中所描述之新穎設備、方法及系統；此外，可在不背離本發明之精神之情況下對本文中所描述之方法及系統之形式作出各種省略、替換及改變。例如，儘管區塊依一給定配置呈現，但替代實施例可使用不同組件及/或電路拓撲執行類似功能，且一些區塊可被刪除、移動、添加、細分、組合及/或修改。可依各種不同方式實施此等區塊之各者。上述各種實施例之元件及動作之任何適合組件可經組合以提供進一步實施例。隨附申請專利範圍及其等效物意欲涵蓋落於本發明之範疇及精神內之此等形式或修改。
100:膜體聲波諧振器(FBAR)裝置 105:內反射器 105NT:非錐形區域 105T:錐形區域 110:第一金屬層 110G:間隙 115:外反射器 115NT:外非錐形區域 115T:內錐形區域 120:第二金屬層 130:壓電層 130L:下壓電層 130U:上壓電層 140:第一凸起框架 150:第二凸起框架 150NT:非錐形區域 150T:錐形部分 160:主動區域 170:基板 180:鈍化層 185:凹入框架(ReF)區域 190:氣腔 200:FBAR裝置 300:FBAR裝置 400:FBAR裝置 500:FBAR裝置 600:FBAR裝置 610:凸形部分 620:凹形部分 700:模組 710:BAW濾波器 720:晶粒 722:連接墊 730:封裝基板 732:連接墊 734:電連接器 740:電路系統晶粒 800:前端模組 802:共同節點 804:輸入節點 806:輸出節點 810:天線雙工器 812:傳輸濾波器 814:接收濾波器 820:匹配組件 830:收發器 832:傳輸器電路 834:接收器電路 840:天線開關 850:功率放大器(PA)模組 860:低雜訊放大器模組 900:無線裝置 910:天線 920:功率管理子系統 930:基頻子系統 940:使用者介面 950:記憶體 α:角度 β:角度
現將參考附圖、藉由非限制性實例來描述本發明之實施例。
圖1A係包含一或多個錐形凸起框架之一FBAR裝置之一實例之一橫截面圖；
圖1B係圖1A之FBAR裝置之一第一凸起框架之一放大橫截面圖；
圖1C係圖1A之FBAR裝置之一第二凸起框架之一放大橫截面圖；
圖2係包含一或多個錐形凸起框架之一FBAR裝置之另一實例之一橫截面圖；
圖3係包含一或多個錐形凸起框架之一FBAR裝置之另一實例之一橫截面圖；
圖4係包含一或多個錐形凸起框架之一FBAR裝置之另一實例之一橫截面圖；
圖5係包含一或多個錐形凸起框架之一FBAR裝置之另一實例之一橫截面圖；
圖6係包含一或多個錐形凸起框架之一FBAR裝置之另一實例之一橫截面圖；
圖7繪示根據某些實施例之凸起框架部分之橫截面輪廓之實例；
圖8繪示凸起框架厚度及錐角對一FBAR裝置之品質因數之效應之一模擬之結果；
圖9繪示凸起框架厚度及凸起框架寬度對一FBAR裝置之品質因數之效應之一模擬之結果；
圖10係一固態堆疊式諧振器(SMR)之一實例之一橫截面圖。
圖11A係包含一或多個錐形凸起框架之一SMR之一實例之一橫截面圖；
圖11B係包含一或多個錐形凸起框架之一SMR之另一實例之一橫截面圖；
圖11C係包含一或多個錐形凸起框架之一SMR之另一實例之一橫截面圖；
圖11D係包含一或多個錐形凸起框架之一SMR之另一實例之一橫截面圖；
圖11E係包含一或多個錐形凸起框架之一SMR之另一實例之一橫截面圖；
圖11F係包含一或多個錐形凸起框架之一SMR之另一實例之一橫截面圖；
圖12係根據本發明之態樣之可包含一或多個聲波元件之一濾波器模組之一個實例之一方塊圖；
圖13係根據本發明之態樣之可包含一或多個濾波器模組之一前端模組之一個實例之一方塊圖；及
圖14係包含圖13之前端模組之一無線裝置之一個實例之一方塊圖。
100:膜體聲波諧振器(FBAR)裝置
105:內反射器
110:第一金屬層
110G:間隙
115:外反射器
120:第二金屬層
130:壓電層
140:第一凸起框架
150:第二凸起框架
160:主動區域
170:基板
180:鈍化層
185:凹入框架(ReF)區域
190:氣腔
α:角度
β:角度

Claims (30)

  1. 一種體聲波諧振器裝置，其包括： 一壓電材料層，其具有一上表面及一下表面； 一第一金屬層，其具有安置於該壓電材料層之該上表面上之一下表面及一上表面； 一第二金屬層，其具有安置於該壓電材料層之該下表面上之一上表面及一下表面；及 一橫向分佈式凸起框架，其包含安置於該第一金屬層之該上表面上且具有含一錐形部分及一非錐形部分之一內凸起框架區段及一外凸起框架區段之一第一凸起框架及安置於該第一金屬層及該外凸起框架區段下方但不在該內凸起框架區段下方之一第二凸起框架，該第一凸起框架之該內凸起框架區段自該體聲波諧振器裝置之一中心主動區域橫向安置一第一距離，該第一凸起框架之該外凸起框架區段自該體聲波諧振器裝置之該中心主動區域橫向安置一第二距離，該第二距離大於該第一距離，該橫向分佈式凸起框架經組態以提高橫向模式波之反射且減少主模式波轉換成橫向模式波。
  2. 如請求項1之體聲波諧振器裝置，其中該第一凸起框架由一金屬形成。
  3. 如請求項2之體聲波諧振器裝置，其中該第二凸起框架由一個氧化物形成。
  4. 如請求項1之體聲波諧振器裝置，其中該第一凸起框架之該外凸起框架區段具有一寬度及跨該寬度之一實質上均勻厚度。
  5. 如請求項1之體聲波諧振器裝置，其中該第二凸起框架包含一內錐形部分及一外非錐形部分。
  6. 如請求項5之體聲波諧振器裝置，其中該第二凸起框架之該內錐形部分具有自10°至60°之一錐角。
  7. 如請求項5之體聲波諧振器裝置，其中該第二凸起框架之該外非錐形部分具有一寬度及跨該寬度之一實質上均勻厚度。
  8. 如請求項1之體聲波諧振器裝置，其中該第一凸起框架之該內凸起框架區段之該錐形部分具有自5°至45°之一錐角。
  9. 如請求項1之體聲波諧振器裝置，其進一步包括安置於該第一金屬層之該上表面上且界定環繞該中心主動區域之一凹入框架區域之一介電層。
  10. 如請求項1之體聲波諧振器裝置，其中該體聲波諧振器裝置不包含一凹入框架區域。
  11. 如請求項1之體聲波諧振器裝置，其中該第一凸起框架之該內凸起框架區段之該錐形部分具有小於該第一凸起框架之該內凸起框架區段之該非錐形部分之一寬度的一寬度。
  12. 如請求項1之體聲波諧振器裝置，其中該第一凸起框架之該內凸起框架區段之該錐形部分具有大於該第一凸起框架之該內凸起框架區段之該非錐形部分之一寬度的一寬度。
  13. 如請求項1之體聲波諧振器裝置，其中該第二凸起框架具有與該第一金屬層之該下表面接觸之一上表面。
  14. 如請求項1之體聲波諧振器裝置，其中該第二凸起框架具有與該第二金屬層之該上表面接觸之一下表面。
  15. 如請求項14之體聲波諧振器裝置，其中該第二凸起框架具有與該壓電材料層接觸之一上表面。
  16. 如請求項1之體聲波諧振器裝置，其中該第二凸起框架具有與該壓電材料層接觸之一上表面。
  17. 如請求項16之體聲波諧振器裝置，其中該第二凸起框架具有與該壓電材料層接觸之一下表面，該第二凸起框架將該壓電材料層分成一上壓電材料層及一下壓電材料層。
  18. 如請求項1之體聲波諧振器裝置，其中該第一凸起框架由具有比形成該第二凸起框架之一材料高之一聲阻抗及比形成該壓電材料層之一材料高之一聲阻抗之一材料形成。
  19. 如請求項1之體聲波諧振器裝置，其中該第二凸起框架由具有比形成該第一凸起框架之一材料低之一聲阻抗及比形成該壓電材料層之一材料低之一聲阻抗之一材料形成。
  20. 如請求項1之體聲波諧振器裝置，其中該體聲波諧振器裝置係包含界定於該第二金屬層下方之一腔之一膜體聲波諧振器裝置。
  21. 如請求項1之體聲波諧振器裝置，其中該體聲波諧振器裝置係包含安置於該第二金屬層下方之一布拉格(Bragg)反射器之一固態堆疊式諧振器。
  22. 如請求項1之體聲波諧振器裝置，其中該第一凸起框架之該內凸起框架區段之該錐形部分具有一線性錐度。
  23. 如請求項1之體聲波諧振器裝置，其中該第一凸起框架之該內凸起框架區段之該錐形部分具有一凹形錐度。
  24. 如請求項1之體聲波諧振器裝置，其中該第一凸起框架之該內凸起框架區段之該錐形部分具有一凸形錐度。
  25. 如請求項1之體聲波諧振器裝置，其中該第二凸起框架包含具有一線性錐度之一內錐形部分。
  26. 如請求項1之體聲波諧振器裝置，其中該第二凸起框架包含具有一凹形錐度之一內錐形部分。
  27. 如請求項1之體聲波諧振器裝置，其中該第二凸起框架包含具有一凸形錐度之一內錐形部分。
  28. 一種射頻濾波器，其包含如請求項1至27中任一項之體聲波諧振器裝置。
  29. 一種射頻模組，其包含如請求項28之射頻濾波器。
  30. 一種射頻裝置，其包含如請求項29之射頻模組。
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