TWI758997B - 聲波共振器濾波器 - Google Patents

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Abstract

一種聲波共振器濾波器包括：至少一個串聯聲波共振器， 串聯地電性連接於第一埠與第二埠之間，射頻訊號通過所述至少一個串聯聲波共振器；至少一個第二分路聲波共振器，電性分路連接於所述至少一個串聯聲波共振器與地之間；以及至少一個第一分路聲波共振器，電性分路連接於所述至少一個串聯聲波共振器與地之間，且具有較所述至少一個第二分路聲波共振器的共振頻率高的共振頻率。所述至少一個第一分路聲波共振器及所述至少一個第二分路聲波共振器中的至少一個分路聲波共振器具有與相較於所述至少一個串聯聲波共振器的隨溫度變化而變化的共振頻率敏感度而言更不敏感的共振頻率敏感度對應的頻率溫度係數。

Description

聲波共振器濾波器
以下說明是有關於一種聲波共振器濾波器。
[相關申請案的交叉參考]
本申請案主張於2020年8月19日在韓國智慧財產局中提出申請的韓國專利申請案第10-2020-0103879號的優先權權益，所述韓國專利申請案的全部揭露內容出於全部目的併入本案供參考。
隨著行動通訊裝置、化學及生物測試相關裝置及類似物的快速發展，對用於此種裝置中的小且重量輕的濾波器、振盪器、共振元件、聲波共振質量感測器及類似物的需求正在增加。
例如體聲波(bulk acoustic wave，BAW)濾波器等聲波共振器可被配置成實施小且重量輕的濾波器、振盪器、共振元件、聲波共振質量感測器及類似物的方式，且相較於介電濾波器、金屬腔濾波器、波導或類似物而言，可具有相對小的大小及相對良好的效能。因此，聲波共振器可廣泛用於要求相對良好效能(例如，相對寬的通頻帶寬度(pass bandwidth))的現代行動裝置的通訊模組中。
提供本發明內容是為了以簡化形式介紹下文在實施方式中進一步闡述的一系列概念。本發明內容不旨在辨識所主張標的物的關鍵特徵或本質特徵，亦不旨在用於幫助確定所主張標的物的範圍。
本揭露的一個態樣旨在提供一種聲波共振器濾波器。
在一個一般態樣中，一種聲波共振器濾波器包括：至少一個串聯聲波共振器，串聯地電性連接於第一埠與第二埠之間，射頻(radio frequency，RF)訊號通過所述至少一個串聯聲波共振器；至少一個第二分路聲波共振器，電性分路連接於所述至少一個串聯聲波共振器與地之間；以及至少一個第一分路聲波共振器，電性分路連接於所述至少一個串聯聲波共振器與地之間，且具有較所述至少一個第二分路聲波共振器的共振頻率高的共振頻率，其中所述至少一個第一分路聲波共振器及所述至少一個第二分路聲波共振器中的至少一個分路聲波共振器具有與相較於所述至少一個串聯聲波共振器的隨溫度變化而變化的共振頻率敏感度而言更不敏感的共振頻率敏感度對應的頻率溫度係數(temperature coefficient of frequency，TCF)。
所述至少一個第一分路聲波共振器的所述共振頻率可較所述至少一個第二分路聲波共振器的所述共振頻率更接近所述至少一個串聯聲波共振器的所述共振頻率。
所述至少一個第二分路聲波共振器可包括串聯地連接至所述至少一個第一分路聲波共振器的一或多個第二分路聲波共振器以及並聯地連接至所述至少一個第一分路聲波共振器的一或多個第二分路聲波共振器。
所述至少一個第二分路聲波共振器可包括電性連接至所述至少一個串聯聲波共振器中的一個串聯聲波共振器的第一端部的一或多個第二分路聲波共振器以及電性連接至所述一個串聯聲波共振器的第二端部且具有不同的TCF的一或多個第二分路聲波共振器。
所述聲波共振器濾波器可包括：多個電感器，串聯地電性連接於所述至少一個第二分路聲波共振器與地之間；以及電容器，串聯地電性連接於所述至少一個第二分路聲波共振器與地之間。
所述聲波共振器濾波器可包括：電感器，串聯地電性連接於所述至少一個第一分路聲波共振器及所述至少一個第二分路聲波共振器中的一或二者與地之間。
在-40攝氏度下的頻帶寬度與在+95攝氏度下的頻帶寬度之間的差可小於20百萬赫(MHz)。
所述聲波共振器濾波器在介於-40攝氏度與+95攝氏度之間的溫度及為3.5吉赫(GHz)的頻率下可具有小於2.27分貝(dB)的插入損失(insertion loss)，且在介於-40攝氏度與+95攝氏度之間的溫度及為3.6吉赫的頻率下可具有小於2.33分貝的插入損 失。
所述至少一個第一分路聲波共振器、所述至少一個第二分路聲波共振器及所述至少一個串聯聲波共振器中的每一者可分別包括彼此間隔開的第一電極與第二電極；以及壓電層，設置於相應的所述第一電極與所述第二電極之間。所述至少一個第一分路聲波共振器及所述至少一個第二分路聲波共振器中的至少一個分路聲波共振器可包括SiO2層，所述SiO2層設置於所述第一電極與所述第二電極之間或者被設置成接觸所述第一電極及所述第二電極，且所述至少一個串聯聲波共振器可不包括SiO2層或者可包括較所述至少一個分路聲波共振器的所述SiO2層小的SiO2層。
所述聲波共振器濾波器可包括：絕緣層，設置於所述至少一個第一分路聲波共振器及所述至少一個第二分路聲波共振器下方及所述至少一個串聯聲波共振器下方；以及基板，設置於所述絕緣層下方，其中所述SiO2層可設置於所述絕緣層上或所述絕緣層上方。
在另一一般態樣中，一種聲波共振器濾波器包括：至少一個串聯聲波共振器，串聯地電性連接於第一埠與第二埠之間，射頻(RF)訊號通過所述至少一個串聯聲波共振器；至少一個第二分路聲波共振器，電性分路連接於所述至少一個串聯聲波共振器與地之間；以及至少一個第一分路聲波共振器，電性分路連接於所述至少一個串聯聲波共振器與地之間，且具有較所述至少一個第二分路聲波共振器的共振頻率高的共振頻率，其中所述至少 一個第一分路聲波共振器、所述至少一個第二分路聲波共振器及所述至少一個串聯聲波共振器中的每一者分別包括彼此間隔開的第一電極與第二電極；以及壓電層，設置於相應的所述第一電極與所述第二電極之間，其中所述至少一個第一分路聲波共振器及所述至少一個第二分路聲波共振器中的至少一個分路聲波共振器更包括SiO2層，所述SiO2層設置於所述第一電極與所述第二電極之間或者被設置成接觸所述第一電極及所述第二電極，其中所述至少一個串聯聲波共振器不包括SiO2層或者包括較所述至少一個分路聲波共振器的所述SiO2層小的SiO2層。
藉由閱讀以下詳細說明、圖式及申請專利範圍，其他特徵及態樣將顯而易見。
10:體聲波共振器
11、11-1、11-2、11-3、11-4、12、12-1、12-2、13、13-1、13-2、14、14-1、14-2、14-3、14-4、15、15-1、15-2、16、16-1、16-2、16-3、16-4、16-5、16-6、17、17-1、17-2、17-3、17-4、17-5、17-6:串聯聲波共振器
21a、21a-1、21a-2、21a-3、21a-4:第一分路聲波共振器
22a、22a-1、22a-2、23a、23a-1、23a-2、23a-3、23b、24b、24b-1、24b-2、25b、25b-1、25b-2、25b-3、25b-4、26b、26b-1、26b-2、27b、27b-1、27b-2、27b-3、27b-4、28b、28b-1、28b-2、28b-3:第二分路聲波共振器
31、32、33、34、35、36:電感器
37、38:電容器
41:第一匹配電路
41-1:第一匹配電感器
41-2:第一匹配電容器
42:第二匹配電路
42-1:第二匹配電感器
42-2:第二匹配電容器
50a、50b、50c、50d、50e、50f:聲波共振器濾波器
110:基板
112:腔/空氣腔
113:通孔孔洞
114:連接圖案
115:連接接墊
120:絕緣層
125:蝕刻終止層
130:膜片
135:共振單元/共振部分
135a、135b:共振單元
140:第一電極
150:壓電層
155:SiO2層
160:第二電極
170:保護層
200:頂蓋
250:黏合劑
P1:第一埠
P2:第二埠
R21:第一共振頻率
R22:第二共振頻率
S135a、S135a+T、S135a-T、S135b、S135b+T、S135b-T、S51、S51_woc、S51+T、S51+T_woc、S51-T、S51-T_woc、S52、S52_woc、S52+T、S52+T_woc、S52-T、S52-T_woc、S53、S53_woc、S53+T、S53+T_woc、S53-T、S53-T_woc:S參數
S21、S21_woc、S22、S22_woc:導納曲線
TZP1、TZP1_woc:最低頻率區域
TZP2、TZP2_woc:最高頻率區域
圖1A、圖1B、圖1C、圖1D、圖1E及圖1F是示出根據各種實例的聲波共振器濾波器的圖。
圖2是示出根據實例的聲波共振器濾波器的第一分路聲波共振器及第二分路聲波共振器的共振頻率的移動的曲線圖。
圖3A是示出根據實例的聲波共振器濾波器的包括SiO2層的聲波共振器的圖。
圖3B是示出根據實例的聲波共振器濾波器的不包括SiO2層的聲波共振器的圖。
圖4A是示出圖3A所示聲波共振器的隨溫度變化而定 的頻率特性變化的曲線圖。
圖4B是示出圖3B所示聲波共振器的隨溫度變化而定的頻率特性變化的曲線圖。
圖5A是示出根據實例的聲波共振器濾波器的S參數的曲線圖。
圖5B是示出其中分路聲波共振器的SiO2層被省略的聲波共振器濾波器的S參數的曲線圖。
圖6A是示出根據實例的聲波共振器濾波器的插入損失的曲線圖。
圖6B是示出其中分路聲波共振器的SiO2層被省略的聲波共振器濾波器的插入損失的曲線圖。
圖7A是示出根據實例的聲波共振器濾波器的回波損失(return loss)的曲線圖。
圖7B是示出其中分路聲波共振器的SiO2層被省略的聲波共振器濾波器的回波損失的曲線圖。
圖8是示出根據實例的聲波共振器濾波器的聲波共振器的具體結構的側視圖。
在所有圖式及詳細說明通篇中，相同的參考編號指代相同的元件。圖式可不按比例繪製，且為清晰、例示及方便起見，可誇大圖式中的元件的相對大小、比例及繪示。
提供以下詳細說明是為幫助讀者獲得對本文中所述方法、設備及/或系統的全面理解。然而，對於此項技術中具有通常知識者而言，本文中所述方法、設備及/或系統的各種變化、潤飾及等效形式將顯而易見。本文中所述的操作順序僅為實例，且不限於本文中所述操作順序，而是如對於此項技術中具有通常知識者而言將顯而易見，除必定以特定次序發生的操作以外，均可有所改變。此外，為提高清晰性及簡潔性，可省略對此項技術中具有通常知識者將眾所習知的功能及構造的說明。
本文中所述特徵可以不同形式實施，且不被理解為受限於本文中所述實例。確切而言，提供本文中所述實例是為了使此揭露將透徹及完整，並將向此項技術中具有通常知識者充分傳達本揭露的範圍。
在本文中，應注意，關於實例或實施例(例如關於實例或實施例可包括或實施什麼)使用用語「可」意味著存在至少一個其中包括或實施此種特徵的實例或實施例，而所有實例及實施例不限於此。
在說明書通篇中，當例如層、區域或基板等元件被闡述為「位於」另一元件「上」、「連接至」或「耦合至」另一元件時，所述元件可直接「位於」所述另一元件「上」、直接「連接至」或直接「耦合至」所述另一元件，或者可存在介於其間的一或多個其他元件。反之，當元件被闡述為「直接位於」另一元件「上」、「直接連接至」或「直接耦合至」另一元件時，則可不存在介於 其間的其他元件。
本文中所使用的用語「及/或(and/or)」包括相關聯列出項中的任一項或者任兩項或更多項的任意組合。
儘管本文中可能使用例如「第一(first)」、「第二(second)」及「第三(third)」等用語闡述各種構件、組件、區域、層或區段，然而該些構件、組件、區域、層或區段不受該些用語限制。確切而言，該些用語僅用於區分各個構件、組件、區域、層或區段。因此，在不背離實例的教示內容的條件下，在本文中所述實例中提及的第一構件、組件、區域、層或區段亦可被稱為第二構件、組件、區域、層或區段。
為易於說明，本文中可能使用例如「上方」、「上部」、「下方」及「下部」等空間相對性用語來闡述如圖中所示的一個元件與另一元件的關係。此種空間相對性用語旨在囊括除圖中所繪示的定向以外，裝置在使用中或操作中的不同定向。舉例而言，若翻轉圖中的裝置，則闡述為相對於另一元件位於「上方」或「上部」的元件此時將相對於所述另一元件位於「下方」或「下部」。因此，用語「上方」端視裝置的空間定向而同時囊括上方及下方兩種定向。所述裝置亦可以其他方式定向(例如，旋轉90度或處於其他定向)，且本文中所使用的空間相對性用語要相應地進行解釋。
本文中所使用的術語僅是為闡述各種實例，而並不用於限制本揭露。除非上下文另外清楚指示，否則冠詞「一(a、an)」 及「所述(the)」旨在亦包括複數形式。用語「包括(comprises)」、「包含(includes)」及「具有(has)」指明所陳述特徵、數目、操作、構件、元件及/或其組合的存在，但不排除一或多個其他特徵、數目、操作、構件、元件及/或其組合的存在或添加。
由於製造技術及/或容差，圖式中所示形狀可能出現變型。因此，本文中所述實例不限於圖式中所示的具體形狀，而是包括在製造期間發生的形狀變化。
如在理解本申請案的揭露內容之後將顯而易見，本文中所述實例的特徵可以各種方式組合。此外，儘管本文中所述實例具有各種配置，然而如在理解本申請案的揭露內容之後將顯而易見，可存在其他配置。
圖1A是示出根據本揭露實例的聲波共振器濾波器的圖。
參照圖1A，聲波共振器濾波器50a可包括串聯聲波共振器11、第一分路聲波共振器21a及第二分路聲波共振器22a，且可根據射頻(RF)訊號的頻率在第一埠P1與第二埠P2之間使射頻訊號通過或阻塞射頻訊號。
串聯聲波共振器11與第一分路聲波共振器21a及第二分路聲波共振器22a之間的電性連接節點可利用具有相對低的比電阻(specific resistance)的材料實施，所述材料為例如金(Au)、金-錫(Au-Sn)合金、銅(Cu)、銅-錫(Cu-Sn)合金、鋁(Al)、鋁合金或類似物，但所述材料不限於此。
由於壓電特性，串聯聲波共振器11以及第一分路聲波共振器21a及第二分路聲波共振器22a可分別將射頻訊號的電能轉換成機械能，反之亦然。當射頻訊號的頻率接近聲波共振器的共振頻率的頻率時，多個電極之間的能量傳遞速率(energy transfer rate)可大幅增加。當射頻訊號的頻率接近聲波共振器的反共振頻率的頻率時，多個電極之間的能量傳遞速率可大幅降低。因此，端視壓電特性，反共振頻率可能高於共振頻率。
串聯聲波共振器11可串聯地電性連接於第一埠P1與第二埠P2之間，當射頻訊號的頻率接近共振頻率的頻率時，可增加射頻訊號在第一埠P1與第二埠P2之間的通過速率(pass rate)，且當射頻訊號的頻率接近反共振頻率的頻率時，可降低射頻訊號在第一埠P1與第二埠P2之間的通過速率。
第一分路聲波共振器21a及第二分路聲波共振器22a可電性分路連接於串聯聲波共振器11與地之間，當射頻訊號的頻率接近共振頻率的頻率時，可增加射頻訊號面對地的通過速率，且當射頻訊號的頻率接近反共振頻率的頻率時，可降低射頻訊號面對地的通過速率。
當射頻訊號面對地的通過速率增加時，射頻訊號在第一埠P1與第二埠P2之間的通過速率可降低，且當射頻訊號面對地的通過速率降低時，射頻訊號在第一埠P1與第二埠P2之間的通過速率可增加。
舉例而言，當射頻訊號的頻率接近第一分路聲波共振器 21a及第二分路聲波共振器22a的共振頻率的頻率或串聯聲波共振器11的反共振頻率的頻率時，射頻訊號在第一埠P1與第二埠P2之間的通過速率可降低。
由於反共振頻率可高於共振頻率，因此聲波共振器濾波器50a可具有由與第一分路聲波共振器21a及第二分路聲波共振器22a的共振頻率對應的最低頻率及與串聯聲波共振器11的反共振頻率對應的最高頻率形成的通頻帶寬度。
隨著第一分路聲波共振器21a及第二分路聲波共振器22a的共振頻率與串聯聲波共振器11的反共振頻率之間的差增加，通頻帶寬度可加寬。當所述差過大時，通頻帶寬度可能會被分割。
當串聯聲波共振器11的共振頻率略高於第一分路聲波共振器21a及第二分路聲波共振器22a的反共振頻率時，聲波共振器濾波器50a的頻帶寬度可相對寬，但可不被分割。
在聲波共振器中，可基於聲波共振器的物理特性kt2(機電耦合因子)來確定共振頻率與反共振頻率之間的差。當聲波共振器的大小或形狀改變時，共振頻率及反共振頻率可改變。
第一分路聲波共振器21a可具有較第二分路聲波共振器22a的共振頻率高的共振頻率。
圖2是示出根據本揭露實施例的聲波共振器濾波器的第一分路聲波共振器及第二分路聲波共振器的共振頻率的移動的曲線圖。
參照圖2，第一分路聲波共振器的導納曲線S21的第一 共振頻率R21可高於第二分路聲波共振器的導納曲線S22的第二共振頻率R22。
相較於當第一分路聲波共振器與第二分路聲波共振器彼此不連接時的第一分路聲波共振器及第二分路聲波共振器的導納曲線S21_woc及S22_woc，當第一分路聲波共振器與第二分路聲波共振器彼此連接時的第一分路聲波共振器及第二分路聲波共振器的導納曲線S21及S22可進一步朝右側(相對高的頻率方向)移動。
舉例而言，相較於第一分路聲波共振器的共振頻率，第二分路聲波共振器的共振頻率可更接近串聯聲波共振器的共振頻率。舉例而言，第二分路聲波共振器的共振頻率可與串聯聲波共振器的共振頻率實質上相同。
重新參照圖1A，由於第一分路聲波共振器21a與第二分路聲波共振器22a可相對於彼此充當電容器，因此彼此的共振頻率可增加。
因此，在第一分路聲波共振器21a及第二分路聲波共振器22a的共振頻率附近可形成傳輸零極點(transmission zero pole)，且在聲波共振器濾波器50a的頻帶寬度附近可形成傳輸零極點，且頻帶寬度的衰減特性可改善。舉例而言，傳輸零極點可在頻帶寬度的最低頻率及/或最高頻率處增加隨頻率(freq)變化而定的導納變化速率(change rate of admittance)，且可急劇地實行聲波共振器濾波器50a的裙部特性(skirt characteristics)。
傳輸零極點可能對溫度變化相對更敏感。舉例而言，當使用傳輸零極點時，隨溫度變化而變化的聲波共振器濾波器的效能(例如，衰減、插入損失、回波損失、通頻帶漣波及類似效能)的敏感度可能相對高。
即使在使用傳輸零極點的同時，聲波共振器濾波器50a亦可獲得就溫度變化而言更穩定的效能。
圖3A是示出根據本揭露實例的聲波共振器濾波器的包括SiO2層的聲波共振器的圖，且圖3B是示出根據本揭露實例的聲波共振器濾波器的不包括SiO2層的聲波共振器的圖。
參照圖3A及圖3B，包括SiO2層的聲波共振器的共振單元135a包括第一電極140、第二電極160、壓電層150及SiO2層155。不包括SiO2層的聲波共振器的共振單元135b可包括第一電極140、第二電極160及壓電層150。
第一電極140與第二電極160可使用例如鉬(Mo)或其合金等導電材料形成，以提高與壓電層150的耦合效率，但不限於此，且可由例如釕(Ru)、鎢(W)、銥(Ir)、鉑(Pt)、銅(Cu)、鈦(Ti)、鉭(Ta)、鎳(Ni)、鉻(Cr)或類似物或其合金等導電材料形成。
壓電層150可包含壓電材料，以產生將電能轉換成具有聲波形式的機械能的壓電效應。舉例而言，壓電材料可包括氮化鋁(AlN)、氧化鋅(ZnO)、鋯鈦酸鉛(PZT；PbZrTiO)中的一者，可更包括稀土金屬或過渡金屬中的至少一者，且亦可包括二價金 屬鎂(Mg)。舉例而言，稀土金屬可包括鈧(Sc)、鉺(Er)、釔(Y)或鑭(La)中的至少一者，且過渡金屬可包括鈦(Ti)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、鉭(Ta)或鈮(Nb)中的至少一者。
SiO2層155可包含SiO2，且可具有與壓電層150的頻率溫度係數(TCF)相反的TCF。舉例而言，SiO2層155可具有抵消壓電層150的隨溫度變化而定的頻率變化的TCF。
因此，包括SiO2層155的聲波共振器的隨溫度變化而定的共振頻率的敏感度可能相較於不包括SiO2層155的聲波共振器的隨溫度變化而定的共振頻率的敏感度而言更不敏感。舉例而言，包括SiO2層155的聲波共振器的TCF可小於不包括SiO2層155的聲波共振器的TCF。
圖4A是示出圖3A所示聲波共振器的隨溫度變化而定的頻率特性變化的曲線圖，且圖4B是示出圖3B所示聲波共振器的隨溫度變化而定的頻率特性變化的曲線圖。
參照圖4A，在包括SiO2層的聲波共振器中，由於相對小的TCF，在25攝氏度下的S參數S135a、在-40攝氏度下的S參數S135a-T及在90攝氏度下的S參數S135a+T之間的差可能為小的。
參照圖4B，在不包括SiO2層的聲波共振器中，由於相對大的TCF，在25攝氏度下的S參數S135b、在-40攝氏度下的S參數S135b-T及在90攝氏度下的S參數S135b+T之間的差可能為大的。
舉例而言，不包括SiO2層155的聲波共振器的TCF可為28ppm/K，且包括SiO2層155的聲波共振器的TCF可為8ppm/K。在此種情形中，ppm/K可指代溫度變化1度時頻率特性變化速率的單位。
重新參照圖3A及圖3B，由於SiO2層155具有較壓電層150小的壓電效應或者不具有壓電效應，因此由於包括SiO2層155的聲波共振器的能量轉換/反向轉換而導致的能量損失可能大於由於不包括SiO2層155的聲波共振器的能量轉換/反向轉換而導致的能量損失。
舉例而言，包括SiO2層155的聲波共振器可擁有具有相對小的TCF的優點，且不包括SiO2層155的聲波共振器可具有由於能量轉換/反向轉換而具有相對低的能量損失的優點。
重新參照圖1A，聲波共振器濾波器50a的第一分路聲波共振器21a及第二分路聲波共振器22a中的至少一者可具有與相較於串聯聲波共振器11的隨溫度變化而變化的共振頻率敏感度而言更不敏感的共振頻率敏感度對應的TCF。
端視設計，聲波共振器濾波器50a的串聯聲波共振器11可被配置成不包括SiO2層或者包括相較於SiO2層155而言更小的SiO2層。
因此，聲波共振器濾波器50a可降低傳輸零極點的溫度敏感度，以具有更穩定的效能及溫度魯棒性，同時抑制由於溫度敏感度的降低而導致的總體能量損失的增加。
圖1B至圖1F是示出根據本揭露各種實例的聲波共振器濾波器的圖。對重複參考編號的論述可被省略。
參照圖1B，聲波共振器濾波器50b可包括串聯聲波共振器11、第一分路聲波共振器21a及多個第二分路聲波共振器22a及23a。
所述多個第二分路聲波共振器22a及23a可分別串聯地及並聯地連接至第一分路聲波共振器21a。因此，可更精確地設計由第一分路聲波共振器21a以及所述多個第二分路聲波共振器22a及23a形成的傳輸零極點，且可進一步提高聲波共振器濾波器50b的效能。
參照圖1C，聲波共振器濾波器50c可包括串聯聲波共振器11、第一分路聲波共振器21a以及多個第二分路聲波共振器22a及23b。
端視設計，相較於所述多個第二分路聲波共振器22a及23b，第一分路聲波共振器21a可被設置成更接近地，且第二分路聲波共振器23b以及所述多個第二分路聲波共振器22a及23b中的一者可被配置成不包括SiO2層。
參照圖1D，聲波共振器濾波器50d可包括多個串聯聲波共振器11、12、13、14、15、16及17、第一分路聲波共振器21a以及多個第二分路聲波共振器22a、23a、24b、25b、26b、27b及28b。
所述多個第二分路聲波共振器22a、23a、24b、25b、26b、 27b及28b中的第二分路聲波共振器22a及23a以及第二分路聲波共振器24b可分別電性連接至串聯聲波共振器11的一個端部及另一端部，且可具有不同的TCF。舉例而言，第二分路聲波共振器24可被配置成不包括SiO2層。
因此，聲波共振器濾波器50d可具有更多級的極點，進而使得可更高效地抑制插入損失的增加，同時具有進一步改善的衰減特性，且亦可確保傳輸零極點的低溫敏感度。
舉例而言，所述多個第二分路聲波共振器24b、25b、26b、27b及28b可被配置成不包括SiO2層。
參照圖1E，聲波共振器濾波器50e可包括多個串聯聲波共振器11、12、13、14、15、16及17、第一分路聲波共振器21a、多個第二分路聲波共振器22a、23a、24b、25b、26b、27b及28b、多個電感器31、32、33、34、35及36、電容器37及38、第一匹配電路41及第二匹配電路42。
所述多個電感器31、32、33、34、35及36可分別串聯地電性連接於所述多個第二分路聲波共振器22a、23a、24b、25b、26b、27b及28b的至少一部分與地之間。
所述多個電感器31、32、33、34、35及36的電感可使所述多個第二分路聲波共振器22a、23a、24b、25b、26b、27b及28b的至少一部分的共振頻率移位，且可不實質上對反共振頻率作出貢獻。因此，由於所述多個電感器31、32、33、34、35及36的電感，所述多個第二分路聲波共振器22a、23a、24b、25b、26b、 27b及28b的至少一部分的共振頻率與反共振頻率之間的差可增加。
因此，聲波共振器濾波器50e的頻帶寬度可更高效地加寬。在此種情形中，加寬的頻帶寬度的衰減特性可藉由由第一分路聲波共振器21a及第二分路聲波共振器22a形成的傳輸零極點來確保。
電容器37及38可僅串聯地電性連接於所述多個第二分路聲波共振器22a、23a、24b、25b、26b、27b及28b中的一些與地之間。電容器37及38可影響所述多個第二分路聲波共振器22a、23a、24b、25b、26b、27b及28b的一部分的頻率特性，且可充當用於改善效能的附加設計因子。
第一匹配電路41及第二匹配電路42中的每一者可對聲波共振器濾波器50e的頻帶寬度有所助益，且可被形成為被動元件。
參照圖1F，聲波共振器濾波器50f可包括多個串聯聲波共振器11-1、11-2、11-3、11-4、12-1、12-2、13-1、13-2、14-1、14-2、14-3、14-4、15-1、15-2、16-1、16-2、16-3、16-4、16-5、16-6、17-1、17-2、17-3、17-4、17-5及17-6、第一分路聲波共振器21a-1、21a-2、21a-3及21a-4、多個第二分路聲波共振器22a-1、22a-2、23a-1、23a-2、23a-3、24b-1、24b-2、25b-1、25b-2、25b-3、25b-4、26b-1、26b-2、27b-1、27b-2、27b-3、27b-4、28b-1、28b-2及28b-3、多個電感器31、32、33、34、35及36、電容器37及 38、第一匹配電感器41-1、第一匹配電容器41-2、第二匹配電感器42-1及第二匹配電容器42-2。
第一匹配電感器41-1及第一匹配電容器41-2可對應於圖1E所示第一匹配電路41。第二匹配電感器42-1及第二匹配電容器42-2可對應於圖1E所示第二匹配電路42。
圖5A是示出根據本揭露實例的聲波共振器濾波器的S參數的曲線圖，且圖5B是示出其中分路聲波共振器的SiO2層被省略的聲波共振器濾波器的S參數的曲線圖。
參照圖5A，在圖1F中所示的聲波共振器濾波器中，在25攝氏度下的S參數S51、在-40攝氏度下的S參數S51-T及在90攝氏度下的S參數S51+T之間的差可能相對小。在頻帶寬度的最低頻率區域TZP1或最高頻率區域TZP2中的至少一者中可形成傳輸零極點。
因此，在根據本揭露實例的聲波共振器濾波器中，在-40攝氏度下的頻帶寬度與在+95攝氏度下的頻帶寬度之間的差可小於20百萬赫。在此種情形中，頻帶寬度可基於-12分貝來定義。
參照圖5B，在其中分路聲波共振器的SiO2層被省略的聲波共振器濾波器中，在25攝氏度下的S參數S51_woc、在-40攝氏度下的S參數S51-T_woc及在90攝氏度下的S參數S51+T_woc之間的差可能相對大。在頻帶寬度的最低頻率區域TZP1_woc或最高頻率區域TZP2_woc中的至少一者中可形成傳輸零極點。在此種情形中，在-40攝氏度下的頻帶寬度與在+95攝氏 度下的頻帶寬度之間的差可能超過20百萬赫。
圖6A是示出根據本揭露實例的聲波共振器濾波器的插入損失的曲線圖，且圖6B是示出其中分路聲波共振器的SiO2層被省略的聲波共振器濾波器的插入損失的曲線圖。
參照圖6A，在圖1F中所示的聲波共振器濾波器中，在25攝氏度下的S參數S52、在-40攝氏度下的S參數S52-T及在90攝氏度下的S參數S52+T之間的差可能相對小。
舉例而言，根據本揭露實施例的聲波共振器濾波器在介於-40攝氏度至+95攝氏度之間的溫度及為3.5吉赫的頻率下可具有小於2.27分貝的插入損失，且在介於-40攝氏度至+95攝氏度之間的溫度及為3.6吉赫的頻率下可具有小於2.33分貝的插入損失。
參照圖6B，在其中分路聲波共振器的SiO2層被省略的聲波共振器濾波器中，在25攝氏度下的S參數S52_woc、在-40攝氏度下的S參數S52-T_woc及在90攝氏度下的S參數S52+T_woc之間的差可能相對大。在此種情形中，其中分路聲波共振器的SiO2層被省略的聲波共振器濾波器在介於-40攝氏度至+95攝氏度之間的溫度及為3.5吉赫的頻率下可具有為2.27分貝或大於2.27分貝的插入損失，且在介於-40攝氏度至+95攝氏度之間的溫度及為3.6吉赫的頻率下可具有為2.33分貝或大於2.33分貝的插入損失。
圖7A是示出根據本揭露實例的聲波共振器濾波器的回 波損失的曲線圖，且圖7B是示出其中分路聲波共振器的SiO2層被省略的聲波共振器濾波器的回波損失的曲線圖。
參照圖7A，在圖1F中所示的聲波共振器濾波器中，在25攝氏度下的S參數S53、在-40攝氏度下的S參數S53-T及在90攝氏度下的S參數S53+T之間的差可能相對小。
參照圖7B，在其中分路聲波共振器的SiO2層被省略的聲波共振器濾波器中，在25攝氏度下的S參數S53_woc、在-40攝氏度下的S參數S53-T_woc及在90攝氏度下的S參數S53+T_woc之間的差可能相對大。
下表1示出圖1F中所示的聲波共振器濾波器的效能。
Figure 109143045-A0305-02-0023-1
聲波共振器濾波器的效能可包括插入損失、通頻帶漣波、回波損失及衰減。
相較於在25攝氏度的溫度下的效能差異，其中分路聲波共振器的SiO2層被省略的聲波共振器濾波器在-40攝氏度至90 攝氏度的溫度範圍內的效能與根據本揭露實施例的聲波共振器濾波器在-40攝氏度至90攝氏度的溫度範圍內的效能之間的差異可能相對較高。
另外，相較於其中分路聲波共振器的SiO2層被省略的聲波共振器濾波器的總體效能，聲波共振器濾波器的總體效能可得到更大的改善。
舉例而言，根據本揭露實例的聲波共振器濾波器可降低溫度敏感度以具有更穩定的效能(例如，衰減、插入損失、回波損失、通頻帶漣波及類似效能)及溫度魯棒性(temperature robustness)，同時抑制由於溫度敏感度的降低而造成的總體能量損失的增加。
圖8是示出根據本揭露實例的聲波共振器濾波器的聲波共振器的具體結構的側視圖。
參照圖8，根據本揭露實例的聲波共振器濾波器的聲波共振器可為體聲波共振器10，且亦可為膜體聲波共振器(film bulk acoustic resonator，FBAR)或牢固安裝共振器(solidly mounted resonator，SMR)。
體聲波共振器10可包括堆疊結構及耦合至所述堆疊結構的頂蓋(cap)200，所述堆疊結構包括基板110、絕緣層120、空氣腔112及共振單元135。
基板110可由傳統的矽基板形成。將共振單元135與基板110電性隔離的絕緣層120可設置於基板110的上表面上。絕 緣層120可使用二氧化矽(SiO2)及氧化鋁(Al2O3)中的一者、藉由化學氣相沈積、射頻磁控濺鍍或蒸鍍形成於基板110上。
空氣腔112可設置於絕緣層120上。空氣腔112可位於共振單元135下方，以在預定方向上振動共振單元135。空氣腔112可藉由在絕緣層120上形成犧牲層、在犧牲層上形成膜片130且然後蝕刻並移除犧牲層來製備。膜片130可充當氧化物保護層，或者可充當保護基板110的保護層。
在絕緣層120與空氣腔112之間可另外形成有蝕刻終止層125。蝕刻終止層125可用於保護基板110及絕緣層120免受蝕刻製程影響，且可用作用於在蝕刻終止層125上沈積其他層的基底。
圖3A中所示的SiO2層可以與絕緣層120的方式相似的方式形成，且可形成於絕緣層120上。舉例而言，SiO2層可形成於第一電極140與第二電極160之間。
在第一電極140下方可另外設置有用於改善壓電層150的晶體定向的晶種層。晶種層可由氮化鋁(AlN)、氧化鋅(ZnO)、鋯鈦酸鉛(PZT；PbZrTiO)中具有與壓電層150相同的結晶度的一者形成。
共振單元135可被劃分成主動區域及非主動區域。共振單元135的主動區域可為當例如射頻訊號等電能施加至第一電極140及第二電極160時藉由壓電層150中出現的壓電現象在預定方向上振動及共振的區域，且可對應於其中第一電極140、壓電層 150及第二電極160在垂直方向上在腔112上彼此重疊的區域。共振單元135的非主動區域可為即使當電能施加至第一電極140及第二電極160時亦不會藉由壓電現象共振的區域，且可對應於主動區域之外的區域。
共振單元135可使用壓電現象來輸出具有特定頻率的射頻訊號。具體而言，共振單元135可輸出射頻訊號，所述射頻訊號具有對應於由壓電層150的壓電現象引起的振動的共振頻率。
在共振單元135的第二電極160上可設置有保護層170，以防止第二電極160暴露於外部。保護層170可由氧化矽系絕緣材料、氮化矽系絕緣材料或氮化鋁系絕緣材料中的一者形成。儘管單一堆疊結構容納於單一頂蓋200中(如圖8中所示)，端視設計，多個堆疊結構可容納於單一頂蓋200中，且所述多個堆疊結構中的每一者可進行互連。在此種情形中，在暴露於外部的第一電極140及第二電極160上可設置有配線電極(wiring electrode)，以對所述多個堆疊結構進行互連。
頂蓋200可連結至堆疊結構，以保護共振單元135免受外部環境影響。頂蓋200可被形成為具有蓋體形狀(cover shape)，所述蓋體形狀具有其中容納共振單元135的內部空間。具體而言，頂蓋200可具有形成於中心部分中的容納部分，以容納共振部分135，且可在邊緣部分中耦合至堆疊結構。頂蓋200連結至堆疊於基板110上的保護層170(如圖8中所示)，但不僅如此，頂蓋200亦可通過保護層170，以連結至膜片130、蝕刻終止層125、絕緣 層120或基板110中的至少一者。
頂蓋200可藉由共晶接合(eutectic bonding)連結至基板110。在此種情形中，在堆疊結構上沈積能夠與基板110共晶接合的黏合劑250之後，可按壓並加熱基板晶圓及頂蓋晶圓，以將其連結。黏合劑250可包括由銅(Cu)-錫(Sn)構成的共晶材料，且另外，亦可包括焊球。
在基板110的下表面上可形成有在厚度方向上通過基板110的至少一個通孔孔洞113。除基板110以外，通孔孔洞113可在厚度方向上通過絕緣層120、蝕刻終止層125及膜片130的一部分。通孔孔洞113內部可形成有連接圖案114，且連接圖案114可形成於通孔孔洞113的內表面(例如，通孔孔洞113的整個內壁)上。端視設計，通孔孔洞113可被省略，且連接圖案114的結構可用打線接合(wire bonding)結構來替代。
連接圖案114可藉由在通孔孔洞113的內表面上形成導電層來製備。舉例而言，連接圖案114可藉由沿通孔孔洞113的內壁沈積、塗佈或填充例如金或銅等導電金屬來形成。舉例而言，連接圖案114可由鈦(Ti)-銅(Cu)合金製成。
連接圖案114可連接至第一電極140或第二電極160中的至少一者。舉例而言，連接圖案114可通過基板110、膜片130、第一電極140及壓電層150的至少一部分，以電性連接至第一電極140或第二電極160中的至少一者。形成於通孔孔洞113的內表面上的連接圖案114可朝基板110的下表面延伸，且可連接至 用於基板的連接接墊115，以設置於基板110的下表面上。因此，連接圖案114可將第一電極140及第二電極160電性連接至用於基板的連接接墊115。
基板連接接墊115可藉由凸塊電性連接至可設置於體聲波共振器10下方的外部基板。體聲波共振器10可藉由經由用於基板的連接接墊115施加至第一電極140及第二電極160的訊號來執行射頻訊號的過濾操作。
根據本揭露各種實例的聲波共振器濾波器可降低溫度敏感度以具有更穩定的效能(例如，衰減、插入損失、回波損失、通頻帶漣波及類似效能)及溫度魯棒性，同時抑制由於溫度敏感度的降低而造成的總體能量損失的增加。
儘管本揭露包括具體實例，然而在理解本申請案的揭露內容之後將顯而易見，在不背離申請專利範圍及其等效範圍的精神及範圍的條件下，可對該些實例作出形式及細節上的各種改變。本文中所述實例僅被視為是說明性的，而非用於限制目的。對每一實例中的特徵或態樣的說明要被視為可應用於其他實例中的相似特徵或態樣。若所述技術被以不同的次序執行，及/或若所述系統、架構、裝置或電路中的組件以不同的方式組合及/或被其他組件或其等效物替換或補充，則可達成合適的結果。因此，本揭露的範圍並非由詳細說明來界定，而是由申請專利範圍及其等效範圍來界定，且在申請專利範圍及其等效範圍的範圍內的所有變化要被解釋為包括於本揭露中。
11:串聯聲波共振器
21a:第一分路聲波共振器
22a:第二分路聲波共振器
50a:聲波共振器濾波器
P1:第一埠
P2:第二埠

Claims (9)

  1. 一種聲波共振器濾波器，包括：至少一個串聯聲波共振器，串聯地電性連接於第一埠與第二埠之間，且被配置成使射頻訊號通過；至少一個第二分路聲波共振器，電性分路連接於所述至少一個串聯聲波共振器與地之間；以及至少一個第一分路聲波共振器，電性分路連接於所述至少一個串聯聲波共振器與地之間，且具有較所述至少一個第二分路聲波共振器的共振頻率高的共振頻率，其中所述至少一個第一分路聲波共振器及所述至少一個第二分路聲波共振器中的至少一個分路聲波共振器具有與相較於所述至少一個串聯聲波共振器的隨溫度變化而變化的共振頻率敏感度而言更不敏感的共振頻率敏感度對應的頻率溫度係數，其中所述至少一個第二分路聲波共振器包括串聯地連接至所述至少一個第一分路聲波共振器的一或多個第二分路聲波共振器以及並聯地連接至所述至少一個第一分路聲波共振器的一或多個第二分路聲波共振器。
  2. 如請求項1所述的聲波共振器濾波器，其中所述至少一個第一分路聲波共振器的共振頻率較所述至少一個第二分路聲波共振器的共振頻率更接近所述至少一個串聯聲波共振器的共振頻率。
  3. 如請求項1所述的聲波共振器濾波器，更包括： 電感器，串聯地電性連接於所述至少一個第一分路聲波共振器及所述至少一個第二分路聲波共振器中的一或二者與地之間。
  4. 如請求項1所述的聲波共振器濾波器，其中在-40攝氏度下的頻帶寬度與在+95攝氏度下的頻帶寬度之間的差小於20百萬赫。
  5. 一種聲波共振器濾波器，包括：至少一個串聯聲波共振器，串聯地電性連接於第一埠與第二埠之間，且被配置成使射頻訊號通過；至少一個第二分路聲波共振器，電性分路連接於所述至少一個串聯聲波共振器與地之間；以及至少一個第一分路聲波共振器，電性分路連接於所述至少一個串聯聲波共振器與地之間，且具有較所述至少一個第二分路聲波共振器的共振頻率高的共振頻率，其中所述至少一個第一分路聲波共振器及所述至少一個第二分路聲波共振器中的至少一個分路聲波共振器具有與相較於所述至少一個串聯聲波共振器的隨溫度變化而變化的共振頻率敏感度而言更不敏感的共振頻率敏感度對應的頻率溫度係數，其中所述至少一個第二分路聲波共振器包括電性連接至所述至少一個串聯聲波共振器中的一個串聯聲波共振器的第一端部的一或多個第二分路聲波共振器以及電性連接至所述一個串聯聲波共振器的第二端部且具有不同的頻率溫度係數的一或多個第二分路聲波共振器。
  6. 如請求項5所述的聲波共振器濾波器，更包括：多個電感器，串聯地電性連接於所述至少一個第二分路聲波共振器與地之間；以及電容器，串聯地電性連接於所述至少一個第二分路聲波共振器與地之間。
  7. 一種聲波共振器濾波器，包括：至少一個串聯聲波共振器，串聯地電性連接於第一埠與第二埠之間，且被配置成使射頻訊號通過；至少一個第二分路聲波共振器，電性分路連接於所述至少一個串聯聲波共振器與地之間；以及至少一個第一分路聲波共振器，電性分路連接於所述至少一個串聯聲波共振器與地之間，且具有較所述至少一個第二分路聲波共振器的共振頻率高的共振頻率，其中所述至少一個第一分路聲波共振器及所述至少一個第二分路聲波共振器中的至少一個分路聲波共振器具有與相較於所述至少一個串聯聲波共振器的隨溫度變化而變化的共振頻率敏感度而言更不敏感的共振頻率敏感度對應的頻率溫度係數，其中在-40攝氏度下的頻帶寬度與在+95攝氏度下的頻帶寬度之間的差小於20百萬赫，且在介於-40攝氏度與+95攝氏度之間的溫度及為3.5吉赫的頻率下具有小於2.27分貝的插入損失，且在介於-40攝氏度與+95攝氏度之間的溫度及為3.6吉赫的頻率下具有小於2.33分貝的插入 損失。
  8. 一種聲波共振器濾波器，包括：至少一個串聯聲波共振器，串聯地電性連接於第一埠與第二埠之間，且被配置成使射頻訊號通過；至少一個第二分路聲波共振器，電性分路連接於所述至少一個串聯聲波共振器與地之間；以及至少一個第一分路聲波共振器，電性分路連接於所述至少一個串聯聲波共振器與地之間，且具有較所述至少一個第二分路聲波共振器的共振頻率高的共振頻率，其中所述至少一個第一分路聲波共振器及所述至少一個第二分路聲波共振器中的至少一個分路聲波共振器具有與相較於所述至少一個串聯聲波共振器的隨溫度變化而變化的共振頻率敏感度而言更不敏感的共振頻率敏感度對應的頻率溫度係數，其中所述至少一個第一分路聲波共振器、所述至少一個第二分路聲波共振器及所述至少一個串聯聲波共振器中的每一者分別包括彼此間隔開的第一電極與第二電極；以及壓電層，設置於相應的所述第一電極與所述第二電極之間，其中所述至少一個第一分路聲波共振器及所述至少一個第二分路聲波共振器中的至少一個分路聲波共振器包括SiO2層，所述SiO2層設置於所述第一電極與所述第二電極之間或者被設置成接觸所述第一電極或所述第二電極，且其中所述至少一個串聯聲波共振器不包括SiO2層或者包括 較所述至少一個分路聲波共振器的所述SiO2層小的SiO2層。
  9. 如請求項8所述的聲波共振器濾波器，更包括：絕緣層，設置於所述至少一個第一分路聲波共振器及所述至少一個第二分路聲波共振器下方及所述至少一個串聯聲波共振器下方；以及基板，設置於所述絕緣層下方，其中所述至少一個分路聲波共振器的所述SiO2層設置於所述絕緣層上或所述絕緣層上方。
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