專(zhuān)利名稱(chēng)：諧振器結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線電通訊設(shè)備的諧振器結(jié)構(gòu)。
移動(dòng)通訊的發(fā)展使得手持裝置更加趨于小型化和復(fù)雜化。最近這一發(fā)展對(duì)手持裝置提出了新的要求，即手持裝置應(yīng)當(dāng)支持?jǐn)?shù)種不同的標(biāo)準(zhǔn)和電信系統(tǒng)。對(duì)數(shù)種不同的系統(tǒng)予以支持即意味著在手持裝置的RF部件中需要幾套濾波器和其它RF組件。除此較為復(fù)雜以外，手持裝置的尺寸不應(yīng)因如此廣泛的支持而有所增加。
現(xiàn)有技術(shù)移動(dòng)電話(huà)所采用的RF濾波器通常是分立的聲表面波(SAW)濾波器或陶瓷濾波器。這一方案對(duì)于單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電話(huà)來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠，但它不能在不增加移動(dòng)電話(huà)的尺寸的基礎(chǔ)上支持?jǐn)?shù)種電信系統(tǒng)。
聲表面波(SAW)諧振器的結(jié)構(gòu)類(lèi)似于

圖1所示結(jié)構(gòu)。聲表面波諧振器利用固體表面的表面聲學(xué)振動(dòng)模式，在這些模式中振動(dòng)局限在固體的表面，離開(kāi)表面則很快地衰減。SAW諧振器通常包括壓電層100和兩個(gè)電極122、124。利用SAW諧振器可以產(chǎn)生諸如濾波器之類(lèi)的各種諧振器結(jié)構(gòu)。SAW諧振器的優(yōu)點(diǎn)是尺寸非常小，缺點(diǎn)是不能承受大功率。
在半導(dǎo)體晶片，比如硅(Si)或砷化鎵(GaAs)晶片上制造薄膜體聲波諧振器的技術(shù)已經(jīng)公知。例如，在K.M.Lakin和J.S.Wang于Feb.1,1981發(fā)表于Applied Physics Letters,Vol.38,No.3，第125-127頁(yè)的題目為“Acoustic Bulk Wave Composite Resonators”的文章中，披露了一種體聲波諧振器，它包括濺射于硅(Si)薄膜片上的氧化鋅(ZnO)薄膜壓電層。另外，在Hiroaki Satoh、Yasuo Ebata、Hitoshi Suzuki和Choji Narahara于1985年發(fā)表于I5 Proc.39thAnnual Symp.Freq.Control，第36l-366頁(yè)的題目為“An Air-Gap TypeComposite Thin Film Resonators”的文章中，披露了具有橋結(jié)構(gòu)的體聲波諧振器。
圖2表示了具有橋結(jié)構(gòu)的體聲波諧振器的一個(gè)例子。該結(jié)構(gòu)包括淀積于基片200上的薄膜130。諧振器還包括位于該薄膜上的底電極110，壓電層100和頂電極120?？涛g去犧牲層，可以在薄膜和基片之間產(chǎn)生一個(gè)間隙210。該間隙起聲學(xué)隔離器的作用，基本上將振動(dòng)諧振器結(jié)構(gòu)與基片隔離開(kāi)。
體聲波諧振器還未得到廣泛的應(yīng)用，部分是由于目前還沒(méi)有可行的方法將這樣的諧振器和其它電路組合在一起。但是，BAW諧振器與SAW諧振器相比有一些優(yōu)點(diǎn)。例如，BAW結(jié)構(gòu)對(duì)大功率電平有較好的耐受力。
目前微型機(jī)械裝置也在開(kāi)發(fā)之中。微型機(jī)械裝置通常是利用淀積、構(gòu)圖和刻蝕技術(shù)在硅基片上產(chǎn)生所需要的結(jié)構(gòu)而獲得的。例如，圖3示意了一種微型機(jī)械開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)。微型機(jī)械開(kāi)關(guān)包括懸臂400、位于基片200上的接觸焊盤(pán)430和接觸條440，接觸條440在接觸焊盤(pán)430之間產(chǎn)生接觸用，以及兩個(gè)電極410、420。懸臂電極410形成于懸臂上，而基片電極420形成于基片上。接觸條形成于懸臂的一端，而懸臂的另一端固定到基片上，固定裝置優(yōu)選采用支撐件405，以便將懸臂從基片表面上抬起。在微型機(jī)械開(kāi)關(guān)工作的時(shí)候在懸臂和基片電極之間耦合有DC電壓。該DC電壓在懸臂和開(kāi)關(guān)的基片電極之間產(chǎn)生靜電力。靜電力使懸臂彎曲，導(dǎo)致接觸條與基片接觸焊盤(pán)430接觸。在D.L.Polla和L.F.Francis于July 1996發(fā)表于MRS Bulletin，第59-65頁(yè)的題目為“Ferroelectric Thin Films in Microelctromechanical SystemsApplications”的文章中，披露了其它幾種微型機(jī)械結(jié)構(gòu)，該文章在本文引用為參考。
本發(fā)明的目的是制造能夠允許體聲波諧振器和其它電路以有利的方式集成在一起的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供開(kāi)關(guān)式諧振器結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供很小尺寸的這類(lèi)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的進(jìn)一步目的在于減少多系統(tǒng)移動(dòng)通訊裝置所需要的濾波器結(jié)構(gòu)的尺寸。
這些目的可以通過(guò)將諧振器元件和開(kāi)關(guān)元件集成在同一基片中而達(dá)到。優(yōu)選在同一處理過(guò)程期間將諧振器元件和開(kāi)關(guān)元件集成在該基片中。
根據(jù)本發(fā)明的諧振器結(jié)構(gòu)的特征在于，在獨(dú)立權(quán)利要求的特征部分針對(duì)諧振器結(jié)構(gòu)所描述的內(nèi)容。根據(jù)本發(fā)明的移動(dòng)通訊裝置的特征在于，在獨(dú)立權(quán)利要求的特征部分針對(duì)移動(dòng)通訊裝置所描述的內(nèi)容。從屬權(quán)利要求描述了本發(fā)明的具有進(jìn)一步優(yōu)點(diǎn)的實(shí)施例。
根據(jù)本發(fā)明，將至少一個(gè)諧振器元件和至少一個(gè)開(kāi)關(guān)元件在同一處理過(guò)程期間集成在同一基片中。這在采用橋式BAW諧振器和微型機(jī)械開(kāi)關(guān)的時(shí)候是特別有利的，因?yàn)橛糜诋a(chǎn)生橋結(jié)構(gòu)的同樣處理步驟可以被用于產(chǎn)生微型機(jī)械開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)。將開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)和諧振器組合在同一基片上，能夠制造出非常緊湊、為多系統(tǒng)移動(dòng)通訊裝置所需的濾波器和諧振器結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，利用的BAW諧振器的特殊性能，即BAW諧振器可以集成在通常用于有源電路的基片，比如硅(Si)和砷化鎵(GaAs)的表面上。根據(jù)本發(fā)明的該方面，這些開(kāi)關(guān)可以用晶體管例如MESFET晶體管實(shí)現(xiàn)。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)描述。附圖中圖1示意了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的聲表面波諧振器；圖2示意了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的體聲波諧振器；圖3示意了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的微型機(jī)械開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)；圖4是具有橋結(jié)構(gòu)的體聲波諧振器的剖面圖；圖5是圖4結(jié)構(gòu)的頂視圖；圖6是另一具有橋結(jié)構(gòu)的體聲波諧振器的剖面圖；圖7示意了具有通孔結(jié)構(gòu)的體聲波諧振器；圖8示意了經(jīng)聲學(xué)鏡結(jié)構(gòu)與基片隔離的體聲波諧振器；圖9示意了具有堆疊結(jié)構(gòu)的體聲波諧振器；圖10示意了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)開(kāi)關(guān)和諧振器結(jié)構(gòu)；圖11示意了根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)開(kāi)關(guān)和諧振器結(jié)構(gòu)；圖12a,12b,12c示意了用體聲波諧振器可以獲得的各種濾波器結(jié)構(gòu)；圖13示意了根據(jù)本發(fā)明體聲波諧振器和微型機(jī)械開(kāi)關(guān)在調(diào)制器結(jié)構(gòu)中的用途；圖14示意了體聲波諧振器和開(kāi)關(guān)元件在振蕩器結(jié)構(gòu)中的用途；圖15示意了根據(jù)本發(fā)明開(kāi)關(guān)式諧振器組在移動(dòng)通訊裝置中的應(yīng)用；以及圖16示意了可以在本發(fā)明有利實(shí)施例中使用的MOSFET晶體管開(kāi)關(guān)。
附圖中相同的參考標(biāo)號(hào)指代相同的部件。
根據(jù)本發(fā)明，在單個(gè)基片上實(shí)現(xiàn)了開(kāi)關(guān)裝置，比如微型機(jī)械開(kāi)關(guān)和諧振器。所述諧振器是聲表面波(SAW)或體聲波(BAW)諧振器。
體聲波諧振器通常制造在硅(Si)、砷化鎵(GaAs)、玻璃或陶瓷基片上。廣泛使用的一類(lèi)陶瓷基片是氧化鋁。BAW裝置通常利用各種薄膜制造技術(shù)，例如濺射、真空蒸發(fā)或化學(xué)汽相淀積加以制造。BAW裝置利用壓電薄膜層來(lái)產(chǎn)生體聲波。典型BAW裝置的諧振頻率范圍在0.5GHz和5GHz之間，具體數(shù)值取決于裝置的尺寸和材料。BAW諧振器具有晶體諧振器的典型串聯(lián)和并聯(lián)諧振特點(diǎn)。諧振頻率主要由諧振器的材料和諧振器的各層的尺度確定。
典型的BAW諧振器由三個(gè)基本元件組成聲學(xué)方式工作的壓電層，壓電層的相對(duì)端上的電極，以及與基片的聲學(xué)隔離。
壓電層可以例如是ZnO、AlN、ZnS或其它任何可以按薄膜形狀制造的壓電材料。進(jìn)一步的例子是，鐵電陶瓷也可以作為壓電材料使用。例如，PbTiO3和Pb(ZrxTi1-x)03和所謂的鋯鈦酸鑭鉛家族的其它成員也可以使用。
優(yōu)選情況是，用來(lái)構(gòu)成電極層的材料是具有高聲學(xué)阻抗的導(dǎo)電材料。這些電極可以由任何適當(dāng)?shù)慕饘俨牧蠘?gòu)成，比如鎢(W)，鋁(Al)，銅(Cu)，鉬(Mo)，鎳(Ni)，鈦(Ti)，鈮(Nb)，銀(Ag)，金(Au)，和鉭(Ta)。
聲學(xué)隔離可以利用例如下列技術(shù)完成采用基片通孔，采用微型機(jī)械橋結(jié)構(gòu)，或采用聲學(xué)鏡面結(jié)構(gòu)。
但是，本發(fā)明不限于這三種技術(shù)，因?yàn)槿魏纹渌氖怪C振器和基片隔離的手段都可以同樣采用。
在通孔和橋結(jié)構(gòu)中，聲學(xué)反射表面是位于裝置的上方和下方的空氣界面。橋結(jié)構(gòu)通常是利用犧牲層制成的，該犧牲層被刻蝕掉，產(chǎn)生自由立式的結(jié)構(gòu)。利用犧牲層使得種類(lèi)廣泛的基片材料得以利用，因?yàn)榛槐刈鞣浅４蟮母膭?dòng)，正如通孔結(jié)構(gòu)那樣。
橋結(jié)構(gòu)可以例如利用蝕刻坑結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。圖4和5示意了具有蝕刻坑的一個(gè)BAW。圖4和5給出了基片200、薄膜層130、底電極110、壓電層100和頂電極120。圖4是這一結(jié)構(gòu)的剖面圖，而圖5是該結(jié)構(gòu)的頂視圖。在該蝕刻坑結(jié)構(gòu)中，蝕刻坑210是在淀積了至少薄膜層130之后在BAW結(jié)構(gòu)下刻蝕得到的。
圖6示意了另一種制造橋結(jié)構(gòu)的方法。在淀積BAW結(jié)構(gòu)的其它層之前，首先淀積一個(gè)犧牲層140并加以構(gòu)圖。然后BAW結(jié)構(gòu)的其余部分在犧牲層140上部分淀積和構(gòu)圖。在BAW結(jié)構(gòu)的其余部分完成之后，刻蝕去犧牲層140。圖6還給出了基片200、薄膜層130、底電極110、壓電層100和頂電極120。
犧牲層優(yōu)選利用金屬或聚合物作為制造材料加以實(shí)現(xiàn)。例如，犧牲層可以利用銅(Cu)作為材料制備。聚合物優(yōu)選是這樣的聚合物，它能夠抵抗在淀積其它各層之后可能達(dá)到的較高溫度。例如，聚合物可以是特氟隆或其衍生物，聚苯硫，聚醚醚酮(polyetheretherketone)，聚(對(duì)亞苯基苯并二咪唑)，聚(對(duì)亞苯基苯并二噁唑)，聚(對(duì)亞苯基苯并二咪唑)，聚(對(duì)亞苯基苯并二噻唑)，聚酰亞胺，聚酰亞胺硅氧烷，乙烯醚，聚苯基，帕里綸N，帕里綸F，或苯環(huán)丁烯。
犧牲層可以用現(xiàn)有技術(shù)所采用的其它任何材料構(gòu)成，比如氧化鋅(ZnO)。但是，如前所述優(yōu)選使用金屬或聚合物。
在通孔結(jié)構(gòu)中，通過(guò)將基片在BAW諧振器結(jié)構(gòu)的主要部位下的部分蝕刻去，可以使諧振器和基片聲學(xué)隔離。圖7示意了BAW諧振器的通孔結(jié)構(gòu)。圖7表示了基片200、薄膜層130、底電極110、壓電層100、和頂電極120。通孔211是貫穿整個(gè)基片刻蝕的。由于這種要求的蝕刻，通孔結(jié)構(gòu)通常僅用Si或GaAs基片實(shí)現(xiàn)。
將BAW諧振器和基片隔離的另一方法是利用聲學(xué)鏡面結(jié)構(gòu)。聲學(xué)鏡面結(jié)構(gòu)通過(guò)使聲波反射回諧振器結(jié)構(gòu)而實(shí)現(xiàn)隔離功能。一個(gè)聲學(xué)鏡通常包括厚度為中心頻率處四分之一波長(zhǎng)的數(shù)層，交替層具有不同的聲學(xué)阻抗。聲學(xué)鏡中的層數(shù)是奇數(shù)，通常范圍是3到9。兩個(gè)相繼層的聲學(xué)阻抗的比值應(yīng)當(dāng)大到對(duì)于BAW諧振器呈現(xiàn)盡可能低的聲學(xué)阻抗，而不是基片材料的較高阻抗。高阻層材料可以例如是金(Au)，鉬(Mo)或鎢(W)，低阻層材料可以例如是硅(Si)，多晶硅(poly-Si)，二氧化硅(SiO2)，鋁(Al)，或聚合物。因?yàn)樵诶寐晫W(xué)鏡結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)中，諧振器與基片是隔離的，并且基片未作非常大的改動(dòng)，因此可以采用許多種材料作為基片。
聚合物層可以由任何具有低損耗特性和低聲學(xué)阻抗的聚合物材料構(gòu)成。優(yōu)選采用的聚合物應(yīng)能夠抵抗至少350攝氏度高溫，因?yàn)樵诘矸e聲學(xué)鏡結(jié)構(gòu)的其它各層和其它結(jié)構(gòu)期間可以獲得較高溫度。聚合物層可以由聚酰亞胺，cyclotene，一種碳基材料，硅基材料或其它任何適當(dāng)?shù)牟牧稀?br> 圖8是處于聲學(xué)鏡結(jié)構(gòu)上方的BAW諧振器的實(shí)例。圖8給出了基片200，底電極110，壓電層100，和頂電極120。聲學(xué)鏡結(jié)構(gòu)150在此例中包括三層150a,150b。其中兩層150a由第一材料構(gòu)成，第三層150b處于這兩層之間并由第二種材料構(gòu)成。第一和第二種材料的聲學(xué)阻抗不同，如前所述。這些材料的順序在本發(fā)明的不同實(shí)施例中是不同的。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，高聲阻的材料可以處于中間，而低聲阻的材料處于該中間材料的兩端。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，其順序可以是相反的。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中底電極可以作為聲學(xué)鏡的一層。
圖9給出可以用在本發(fā)明有利實(shí)施例中的另一BAW諧振器結(jié)構(gòu)。圖9表示了具有兩個(gè)壓電層100的諧振器層疊結(jié)構(gòu)。除了底電極110和頂電極120外，層疊結(jié)構(gòu)需要一個(gè)中間電極115，它和地電位相連。圖9還示意了薄膜層130、基片200和使結(jié)構(gòu)和基片隔離的蝕刻坑210。
為清楚起見(jiàn)，說(shuō)明書(shū)的各附圖中沒(méi)有繪出制造微型電子和微型機(jī)械結(jié)構(gòu)通常所需要的任何鈍化層。
在本發(fā)明的一種實(shí)施例中，微型機(jī)械開(kāi)關(guān)用于執(zhí)行向和從體聲波諧振器和聲表面波諧振器的信號(hào)切換。任何與圖3所述相類(lèi)似的微型機(jī)械開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)都可以使用在根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)之中。通過(guò)按照產(chǎn)生期望開(kāi)關(guān)功能的理想方式將不止一個(gè)的圖3基本開(kāi)關(guān)進(jìn)行組合和加以控制，可以制造出諸如多極開(kāi)關(guān)之類(lèi)的更為復(fù)雜的開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)。圖13表示了一種更為復(fù)雜的開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)的示例，它將在本說(shuō)明書(shū)稍后部分說(shuō)明。
在本發(fā)明的一個(gè)有利實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)元件和諧振器元件是在相同的處理過(guò)程中制造的，由此開(kāi)關(guān)和諧振器元件具有在同樣的加工步驟中制造出的層。例如，淀積在基片上的金屬層可以在后續(xù)的構(gòu)圖之后構(gòu)成BAW諧振器的一個(gè)電極和微型機(jī)械開(kāi)關(guān)的一個(gè)電極。這在采用橋型BAW諧振器和微型機(jī)械開(kāi)關(guān)的時(shí)候特別有利，因?yàn)楸挥脕?lái)產(chǎn)生橋結(jié)構(gòu)的同樣加工步驟可以被用來(lái)制造微型機(jī)械開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)。例如，橋結(jié)構(gòu)下的犧牲層和開(kāi)關(guān)懸臂下的犧牲層可以是單個(gè)構(gòu)圖層的一部分，這些犧牲層在稍后階段被刻蝕去。
在基片由硅、砷化鎵或適于用作為集成電路基片的一些其它材料制成的此類(lèi)實(shí)施例中，可以在同一基片上實(shí)現(xiàn)除開(kāi)關(guān)晶體管之外的其它元件。例如，在同一基片上可以集成諸如放大器之類(lèi)的其它電路，這一做法使得移動(dòng)通訊裝置的幾乎所有RF元件都可以集成到單個(gè)基片上。
根據(jù)本發(fā)明的諧振器和開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)可以用于例如實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)式濾波器組。根據(jù)本發(fā)明的開(kāi)關(guān)式濾波器組301的一個(gè)可能的應(yīng)用如圖10所示。圖10可以例如用于對(duì)發(fā)送或接收頻段的一個(gè)窄段濾波。濾波器組301包括通帶相對(duì)較窄的幾個(gè)通帶濾波器300，由此通過(guò)將具有所需中心頻率的濾波器切換至使用狀態(tài)可以選擇頻段的一部分進(jìn)行工作。在這些濾波器的第一端口的開(kāi)關(guān)320用于選擇所采用的濾波器。由于相鄰濾波器的通帶在一定程度上重疊，所以如果所有的其它濾波器即未用濾波器連接到另一端口由此引起第二端口的加載那么在第二濾波器端口的濾波器匹配是非常困難的。未使用的濾波器將呈現(xiàn)與頻率有關(guān)的電抗，這在第二端口看來(lái)是分路電抗。這一問(wèn)題可以利用到每個(gè)濾波器的第二開(kāi)關(guān)320加以解決，如圖10所示。在濾波器的通帶相對(duì)隔開(kāi)的此類(lèi)應(yīng)用中，在濾波器的第二端口即濾波器的輸出端口處可以不需要開(kāi)關(guān)。圖10的濾波器組結(jié)構(gòu)可以用于限制接收機(jī)從單個(gè)接收頻段接收的噪聲和干擾信號(hào)。在發(fā)射側(cè)，這樣的濾波器組可以清除由發(fā)射電路在期望發(fā)射頻率之外產(chǎn)生的噪聲。
在本發(fā)明的各種實(shí)施例中濾波器組301可以包括一或多個(gè)濾波器。圖17僅表示了一個(gè)例子。
在本發(fā)明的另一有利實(shí)施例中，濾波器組可以用于在不同的工作頻段之間選擇，比如用在經(jīng)設(shè)計(jì)與具有不同工作頻段的一個(gè)以上網(wǎng)絡(luò)通訊的移動(dòng)通訊裝置中。圖11是根據(jù)這類(lèi)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)。在圖11，開(kāi)關(guān)320僅僅用在濾波器300的輸入端口。在該例子中，兩個(gè)濾波器300的通帶充分分離，所以在使用中呈現(xiàn)給濾波器輸出端口的分路電抗不會(huì)過(guò)多影響使用中的濾波器的通帶。在濾波器的輸入端口設(shè)置開(kāi)關(guān)320其目的是選擇所需要的濾波器。圖11所示的配置可以用在接收機(jī)結(jié)構(gòu)和發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)中。
利用體聲波諧振器實(shí)現(xiàn)的濾波器可以包括一個(gè)以上的諧振器。圖12a,12b,12c表示了各種濾波器結(jié)構(gòu)，該濾波器結(jié)構(gòu)可以用在本發(fā)明的各實(shí)施例中。圖12a是由數(shù)個(gè)具有單個(gè)壓電層的體聲波諧振器300構(gòu)成的濾波器。采用梯形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的數(shù)個(gè)諧振器在大多數(shù)情況下其濾波性能比僅用單個(gè)諧振器要好。圖12b的濾波器結(jié)構(gòu)是利用堆疊結(jié)構(gòu)的體聲波諧振器300’構(gòu)成的濾波器結(jié)構(gòu)。該濾波器包括串聯(lián)的諧振器300’，在諧振器之間有短路電感307。圖12c的濾波器結(jié)構(gòu)是供窄通帶工作用的。該結(jié)構(gòu)除了采用短路電容308代替短路電感以外，其余類(lèi)似于圖12b結(jié)構(gòu)。圖12a,12b,12c的各種結(jié)構(gòu)可以用于例如圖10和11所示的開(kāi)關(guān)式濾波器組結(jié)構(gòu)。
體聲波諧振器可以用于實(shí)現(xiàn)如前所述的濾波器。體聲波諧振器還可以用作為調(diào)制器，來(lái)產(chǎn)生調(diào)幅信號(hào)和調(diào)相信號(hào)。如果在電極之間施加基本上恒定的電壓那么諧振器的諧振頻率等等諸如此類(lèi)的特性略有變化，這是因?yàn)橹C振器在諧振器沿一個(gè)方向彎曲的時(shí)候的頻率響應(yīng)不同于其未被彎曲的響應(yīng)。這一特性可以產(chǎn)生可調(diào)諧諧振器和濾波器。另外，該特性可以使用于利用體聲波諧振器實(shí)現(xiàn)的調(diào)制器結(jié)構(gòu)中。由于調(diào)制波形的頻率通常遠(yuǎn)低于射頻載波的頻率，調(diào)制波形構(gòu)成射頻載波的一個(gè)非常緩慢變化的偏差。由此，諧振頻率根據(jù)調(diào)制波形隨時(shí)間變化。當(dāng)頻率在諧振器的串聯(lián)和并聯(lián)諧振頻率之間的射頻載波被饋送到諧振器時(shí)，諧振器使RF載波信號(hào)按調(diào)制低頻信號(hào)的函數(shù)衰減，產(chǎn)生幅度調(diào)制。
體聲波諧振器的特性的變化還可以利用于相位調(diào)制中。因?yàn)橹C振器的相移效果在該諧振器的諧振頻率有尖銳的最大值，諧振器的諧振頻率的改變對(duì)于頻率在諧振器未經(jīng)調(diào)制的諧振頻率處或附近的射頻載波來(lái)說(shuō)將產(chǎn)生有顯著變化的相移。
圖13示意了本發(fā)明的一個(gè)有利實(shí)施例，它包括用作為調(diào)制器的體聲波諧振器。圖13表示了移動(dòng)通訊之中的雙頻段調(diào)制器的結(jié)構(gòu)。該雙頻段調(diào)制器結(jié)構(gòu)500從第一射頻載波源520接收第一射頻載波，從第二射頻載波源525接收第二射頻載波。這兩個(gè)載波首先在利用體聲波諧振器構(gòu)成的帶通濾波器300中作帶通濾波，然后這些帶通信號(hào)流經(jīng)起低頻限波作用的電容器505，從而防止低頻調(diào)制信號(hào)傳播到帶通濾波器和載波信號(hào)源。
從調(diào)制信號(hào)源530接收調(diào)制低頻信號(hào)。該調(diào)制信號(hào)在低通濾波器535中作低通濾波，然后流經(jīng)起高頻限波作用的電感510，從而防止其傳播到低通濾波器和調(diào)制信號(hào)源。從電感510，調(diào)制信號(hào)流向包括兩個(gè)微型機(jī)械開(kāi)關(guān)320的第一開(kāi)關(guān)電路320a。第一開(kāi)關(guān)電路用于選擇擬調(diào)制的載波信號(hào)。根據(jù)第一開(kāi)關(guān)電路的兩個(gè)開(kāi)關(guān)的位置，調(diào)制信號(hào)被導(dǎo)向第一射頻載波信號(hào)線或第二射頻載波信號(hào)線，然后流向調(diào)制器315a,315b之一。圖13還示意了作調(diào)制器用途的可行諧振器配置的兩個(gè)例子，即串聯(lián)的諧振器315b和并聯(lián)的諧振器315a。在串聯(lián)配置中，需要一個(gè)電感515提供諧振器315b的低頻接地。第二開(kāi)關(guān)電路320b用于選擇供發(fā)射的調(diào)制信號(hào)。為清楚起見(jiàn)，在圖13中未繪示控制開(kāi)關(guān)320位置的信號(hào)線。由虛線500包圍的雙頻段調(diào)制器結(jié)構(gòu)組件可以有利地制造在單個(gè)芯片上。
圖14是本發(fā)明的進(jìn)一步有利實(shí)施例。圖14示意了公知的Colpitts類(lèi)型的振蕩器電路。采用由微型機(jī)械開(kāi)關(guān)320和體聲波諧振器300構(gòu)成的體聲波諧振器和開(kāi)關(guān)組302，為振蕩器電路提供數(shù)個(gè)工作頻率。所需要的工作頻率是通過(guò)用開(kāi)關(guān)320之一選擇相應(yīng)的諧振器而選定的。這種振蕩器結(jié)構(gòu)可以有利地用于例如多頻段移動(dòng)通訊裝置中。為清楚起見(jiàn)，圖20未表示控制開(kāi)關(guān)320位置的信號(hào)線。根據(jù)本發(fā)明的諧振器和開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)還可以用在許多其它振蕩器結(jié)構(gòu)中，而圖14僅是其一個(gè)示例。由于Colpitts振蕩器為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所公知，本文不再詳細(xì)說(shuō)明圖14的振蕩器的結(jié)構(gòu)和功能。
在圖15，表示了根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步有利實(shí)施例的移動(dòng)通訊裝置的框圖。移動(dòng)通訊裝置的接收機(jī)部分包括對(duì)接收信號(hào)濾波的第一接收機(jī)開(kāi)關(guān)式濾波器組302a，對(duì)接收信號(hào)放大的接收機(jī)放大器605，對(duì)接收信號(hào)進(jìn)一步濾波的第二接收機(jī)開(kāi)關(guān)式濾波器組302b，將接收信號(hào)轉(zhuǎn)換到基帶的混頻器610對(duì)信號(hào)解調(diào)和解碼的接收機(jī)電路630和產(chǎn)生可聽(tīng)接收信號(hào)的耳機(jī)650或揚(yáng)聲器650。發(fā)射部分包括傳聲器656，將擬發(fā)射的信號(hào)編碼和執(zhí)行其它必要信號(hào)處理的發(fā)射機(jī)電路635，產(chǎn)生調(diào)制射頻信號(hào)的調(diào)制器615，第一發(fā)射器開(kāi)關(guān)濾波器組302d，發(fā)射機(jī)放大器606，和第二發(fā)射機(jī)開(kāi)關(guān)式濾波器組302c。移動(dòng)通訊裝置還包括天線601，振蕩器電路620，控制電路640，顯示器652和鍵盤(pán)654?？刂齐娐?40控制接收機(jī)和發(fā)射機(jī)電路以及振蕩器電路的操作，以及經(jīng)顯示器652向用戶(hù)顯示信息，并且經(jīng)鍵盤(pán)654從用戶(hù)接收指令。開(kāi)關(guān)式濾波器組302a,302b,302c,302d可以例如具有圖10所示的結(jié)構(gòu)或圖11所示的結(jié)構(gòu)，或者圖10和11結(jié)構(gòu)的組合，這取決于移動(dòng)通訊裝置工作頻段的個(gè)數(shù)和寬度。開(kāi)關(guān)式濾波器組302a,302b,302c,302d還可以采用其它結(jié)構(gòu)。開(kāi)關(guān)式接收機(jī)濾波器組302a,302b用于限制接收機(jī)從接收頻段接收的噪聲和干擾信號(hào)。在發(fā)射側(cè)，開(kāi)關(guān)式發(fā)射濾波器組302c,302d可以清除發(fā)射電路在所需發(fā)射頻率之外產(chǎn)生的噪聲。振蕩器電路620可以包括具有開(kāi)關(guān)式諧振器組的振蕩器，比如圖14所示。振蕩器電路620還可以包括將不需要的噪聲從振蕩器電路的輸出中除去的開(kāi)關(guān)濾波器電路。
在本發(fā)明的進(jìn)一步有利的實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)是利用有源半導(dǎo)體元件比如MESFET或MOSFET晶體管或PIN二極管或者其它具有較快開(kāi)關(guān)速度和低的接通時(shí)電阻的有源開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)的。圖16示意了基于MOSFET的開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子，它可以使用于本發(fā)明的實(shí)施例中。該開(kāi)關(guān)是一種SP2T(單刀雙擲)開(kāi)關(guān)。這個(gè)開(kāi)關(guān)有兩個(gè)RF輸入端RF1、RF2和一個(gè)RF輸出端RFOUT，以及兩個(gè)控制輸入端SW1、SW2。開(kāi)關(guān)的狀態(tài)是經(jīng)在輸入端SW1和SW2之一上施加正的控制電壓和對(duì)另一輸入端施加零控制電壓而選定的。當(dāng)晶體管T1在控制電壓的作用下轉(zhuǎn)入導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，信號(hào)RF1流入輸出端RFOUT，而信號(hào)RF2經(jīng)晶體管T3短路至地。當(dāng)晶體管T2在控制電壓的作用下轉(zhuǎn)入導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，信號(hào)RF2流入輸出端RFOUT，而信號(hào)RF1經(jīng)晶體管T4短路至地。由于本領(lǐng)域的技術(shù)人員熟知許多其它的能夠工作在高頻的晶體管開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)，所以這樣的結(jié)構(gòu)將不再詳細(xì)描述。
根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步有利實(shí)施例中，在其上諧振器和開(kāi)關(guān)裝置被淀積的基片還固定其它的組件。例如，基片還為其它組件提供線路連接，所述線路連接是以導(dǎo)電圖形的形式實(shí)現(xiàn)在基片表面上的。其后諸如集成電路之類(lèi)的組件可以焊接在該基片上。例如，利用倒裝片焊接技術(shù)可以將拆包的集成電路直接焊接在基片上。這樣的實(shí)施例在將玻璃當(dāng)作基片材料的時(shí)候特別有利，因?yàn)槌杀镜土牟ＡЩ梢栽试S制造較大的基片，由此這樣的基片除了淀積的諧振器和開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)外還可以包容其它組件。
根據(jù)本發(fā)明的諧振器和開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)有利地使用于大致400MHz或其以上的頻率，即BAW諧振器可以使用的頻率處。
本發(fā)明提供經(jīng)濟(jì)可行的組合諧振器和開(kāi)關(guān)組合結(jié)構(gòu)，因?yàn)檫@樣的結(jié)構(gòu)可以一次制造過(guò)程即可完成。本發(fā)明還允許制造尺寸非常小的復(fù)雜的開(kāi)關(guān)式諧振器和濾波器結(jié)構(gòu)，這是構(gòu)筑多系統(tǒng)移動(dòng)通訊裝置方面是明顯的進(jìn)步。
根據(jù)上文的描述，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)很明顯可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)作各種修改。盡管對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)說(shuō)明，顯然可以對(duì)其作許多的修改和變更，而不會(huì)脫離本發(fā)明的真實(shí)精神和范疇。例如諧振器可以是SAW或BAW諧振器，而開(kāi)關(guān)元件可以是晶體管或微型機(jī)械開(kāi)關(guān)。本發(fā)明的一個(gè)重要特性是諧振器和開(kāi)關(guān)元件已經(jīng)至少經(jīng)過(guò)在基片上淀積多層并加以構(gòu)圖而制備。
權(quán)利要求
1．諧振器結(jié)構(gòu)，包括具有在一基片上的至少一個(gè)諧振器，所述諧振器是至少經(jīng)過(guò)在基片上淀積多層并加以構(gòu)圖而制備的，其特征在于所述諧振器結(jié)構(gòu)包括通過(guò)至少在該基片上淀積多層并加以構(gòu)圖而制備的至少一個(gè)開(kāi)關(guān)元件。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振器結(jié)構(gòu)，其特征在于所述至少一個(gè)開(kāi)關(guān)元件中至少有一個(gè)具有至少一個(gè)晶體管。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振器結(jié)構(gòu)，其特征在于所述至少一個(gè)諧振器中至少有一個(gè)是微型機(jī)械開(kāi)關(guān)。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振器結(jié)構(gòu)，其特征在于所述至少一個(gè)諧振器中至少有一個(gè)是體聲波諧振器。
5．根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振器結(jié)構(gòu)，其特征在于所述至少一個(gè)諧振器中至少有一個(gè)是聲表面波諧振器。
6．根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振器結(jié)構(gòu)，其特征在于所述至少一個(gè)開(kāi)關(guān)元件中至少有一個(gè)具有至少一層，該至少一層是同一層的一部分，在所述同一層中所述至少一個(gè)開(kāi)關(guān)元件中的所述至少一層構(gòu)成其一部分。
7．根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振器結(jié)構(gòu)，其特征在于所述諧振器結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)濾波器。
8．根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振器結(jié)構(gòu)，其特征在于所述諧振器結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)調(diào)制器。
9．根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振器結(jié)構(gòu)，其特征在于所述諧振器結(jié)構(gòu)是開(kāi)關(guān)式濾波器組的開(kāi)關(guān)式諧振器組。
10．根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振器結(jié)構(gòu)，其特征在于所述至少一個(gè)晶體管是集成在該基片上的。
11．移動(dòng)通訊裝置，其特征在于所述移動(dòng)通訊裝置包括諧振器結(jié)構(gòu)，所述諧振器結(jié)構(gòu)包括在一基片上的至少一個(gè)諧振器，所述諧振器是通過(guò)至少在該基片上淀積多層并加以構(gòu)圖而制備的以及通過(guò)至少在該基片上淀積多層并加以構(gòu)圖而制備的至少一個(gè)開(kāi)關(guān)元件。
全文摘要
無(wú)線電通訊裝置的諧振器結(jié)構(gòu)。將至少一個(gè)諧振器元件和至少一個(gè)開(kāi)關(guān)元件在同一處理過(guò)程期間集成在同一基片中。這在采用橋式BAW諧振器和微型機(jī)械開(kāi)關(guān)的時(shí)候是特別有利的。將開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)和諧振器集成在同一基片上，能夠制造出非常緊湊、為多系統(tǒng)移動(dòng)通信裝置所需的濾波器和諧振器結(jié)構(gòu)。另一方面，利用BAW諧振器的特殊性能，即BAW諧振器可以集成在基片，比如硅和砷化鎵的表面上。這些開(kāi)關(guān)可以用MESFET晶體管實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)H01H59/00GK1237827SQ9910696
公開(kāi)日1999年12月8日 申請(qǐng)日期1999年6月2日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月2日
發(fā)明者H·波赫約恩, J·埃拉 申請(qǐng)人:諾基亞流動(dòng)電話(huà)有限公司