一種壓電式雙方塊級(jí)聯(lián)微機(jī)械濾波器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于射頻通信及微機(jī)電系統(tǒng)（MEM巧技術(shù)領(lǐng)域中的元器件技術(shù)領(lǐng)域，特別 設(shè)及一種由兩個(gè)完全相同的壓電式的微機(jī)械諧振器禪合而成的微機(jī)械濾波器。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電子設(shè)備對(duì)高性能、微小型化的進(jìn)一步要求，電子元器件都在向高性能、低成 本、低功耗的方向發(fā)展。高Q值，小型化的諧振器、濾波器成為未來電子通信系統(tǒng)片上化和 小型化的瓶頸。射頻微機(jī)電濾波器是一種使用MEMS技術(shù)制作的基于機(jī)械振動(dòng)的高性能射 頻濾波器件，輸入的電學(xué)信號(hào)通過機(jī)電禪合轉(zhuǎn)化為機(jī)械振動(dòng)，濾波功能在機(jī)械域完成，之后 再將機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)化為電學(xué)信號(hào)輸出，因而具有非常好的頻率選擇特性。射頻微機(jī)械濾波器 具有MEMS器件所特有的功耗低，體積小，可大批量生產(chǎn)和使用的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)射頻微機(jī)電濾 波器的制作工藝與1C兼容，因而有望取代傳統(tǒng)的高性能分立器件，提高無線通信系統(tǒng)的集 成度，使無線通信系統(tǒng)向小型化、低成本、和高集成度方向進(jìn)一步發(fā)展，因而射頻微機(jī)電濾 波器具有很高的科研價(jià)值和研究意義。
[0003]目前，己研究出多種微型機(jī)械式濾波器，按照工作原理可分為電容式濾波器、壓電 式濾波器。電容式濾波器通過機(jī)械諧振結(jié)構(gòu)與電極之間形成電容，通過靜電力來驅(qū)動(dòng)機(jī)械 諧振結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，目前已經(jīng)研究有多種電容式微機(jī)械濾波器，如固支梁、自由梁禪合而成的 梁式濾波器等電容式濾波器。壓電式濾波器由輸入電極將電壓加載于壓電薄膜上，通過逆 壓電效應(yīng)使壓電薄膜產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械信號(hào)，然后通過壓電效應(yīng)將機(jī)械 信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，經(jīng)輸出電極輸出。因此電容式的濾波器由于要構(gòu)成電容結(jié)構(gòu)，使其結(jié)構(gòu) 相較于壓電式濾波器更為復(fù)雜，加工過程更加復(fù)雜困難。同時(shí)電容式濾波器必需要加載直 流偏置才能工作，能量轉(zhuǎn)換的效率比壓電濾波器更低。目前對(duì)于壓電式濾波器的研究還不 是特別地成熟，已研究出的壓電式濾波器的種類比較少，并且壓電式濾波器的帶寬都比較 窄，對(duì)于濾波器中屯、頻率和帶寬的調(diào)節(jié)都不是很靈活。因此，對(duì)于壓電濾波器需要進(jìn)一步的 研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)【背景技術(shù)】存在的缺陷，設(shè)計(jì)了一種壓電式雙方塊級(jí)聯(lián)微機(jī) 械濾波器，采用壓電結(jié)構(gòu)，并且通過兩個(gè)諧振方塊的禪合構(gòu)成濾波器，W達(dá)到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊 湊，降低加工工藝難度，禪合效率高，Q值高，具有更好的銳截止等目的。
[0005] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案為；一種壓電式雙方塊級(jí)聯(lián)微機(jī)械濾波器，包括兩塊相同 尺寸的振動(dòng)方塊、禪合梁、支撐梁、支撐臺(tái)、輸入電極、輸出電極、直流偏置電極、壓電薄膜層 及絕緣基底，兩塊振動(dòng)方塊通過設(shè)置在方塊側(cè)邊中點(diǎn)的禪合梁連接、同時(shí)通過固定于振動(dòng) 方塊另一側(cè)邊中點(diǎn)的支撐梁與支撐臺(tái)連接、架空設(shè)置于絕緣基底上，振動(dòng)方塊上分別覆蓋 一層壓電薄膜，輸入電極和輸出電極分別設(shè)置在壓電薄膜上，輸入電極和輸出電極分別和 與之相連的壓電薄膜、振動(dòng)方塊構(gòu)成方塊諧振器；一對(duì)直流偏置電極包圍兩塊振動(dòng)方塊，與 振動(dòng)方塊構(gòu)成電容結(jié)構(gòu)。
[0006] 進(jìn)一步的，所述輸入、輸出電極分別通過金屬走線與外部互連金屬端連接導(dǎo)通，金 屬走線對(duì)應(yīng)設(shè)置在支撐梁上、外部互連金屬端對(duì)應(yīng)設(shè)置在支撐臺(tái)上，金屬走線和外部互連 金屬端與支撐梁和支撐臺(tái)之間還設(shè)有絕緣層、不形成直接接觸。
[0007] 進(jìn)一步的，所述輸入電極和輸出電極為覆蓋振動(dòng)方塊對(duì)角線區(qū)域的一對(duì)金屬電 極，兩側(cè)金屬電極為對(duì)稱或反對(duì)稱。
[0008] 進(jìn)一步的，所述兩塊相同尺寸的振動(dòng)方塊的振動(dòng)模態(tài)為兩個(gè)反相方塊剪切振動(dòng)模 態(tài)。
[0009] 更進(jìn)一步的，所述振動(dòng)方塊的尺寸根據(jù)濾波器中屯、頻率確定，其關(guān)系式為；
[0010]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種壓電式雙方塊級(jí)聯(lián)微機(jī)械濾波器，包括兩塊相同尺寸的振動(dòng)方塊、耦合梁、支撐 梁、支撐臺(tái)、輸入電極、輸出電極、直流偏置電極、壓電薄膜層及絕緣基底，兩塊振動(dòng)方塊通 過設(shè)置在方塊側(cè)邊中點(diǎn)的耦合梁連接、同時(shí)通過固定于振動(dòng)方塊另一側(cè)邊中點(diǎn)的支撐梁與 支撐臺(tái)連接、架空設(shè)置于絕緣基底上，振動(dòng)方塊上分別覆蓋一層壓電薄膜，輸入電極和輸出 電極分別設(shè)置在壓電薄膜上，輸入電極和輸出電極分別和與之相連的壓電薄膜、振動(dòng)方塊 構(gòu)成方塊諧振器；一對(duì)直流偏置電極包圍兩塊振動(dòng)方塊，與振動(dòng)方塊構(gòu)成電容結(jié)構(gòu)。
2. 按權(quán)利要求1所述壓電式雙方塊級(jí)聯(lián)微機(jī)械濾波器，其特征在于，所述輸入、輸出電 極分別通過金屬走線與外部互連金屬端連接導(dǎo)通，金屬走線對(duì)應(yīng)設(shè)置在支撐梁上、外部互 連金屬端對(duì)應(yīng)設(shè)置在支撐臺(tái)上，金屬走線和外部互連金屬端與支撐梁和支撐臺(tái)之間還設(shè)有 絕緣層、不形成直接接觸。
3. 按權(quán)利要求1所述壓電式雙方塊級(jí)聯(lián)微機(jī)械濾波器，其特征在于，所述輸入電極和 輸出電極為覆蓋振動(dòng)方塊對(duì)角線區(qū)域的一對(duì)金屬電極，兩側(cè)金屬電極為對(duì)稱或反對(duì)稱。
4. 按權(quán)利要求1所述壓電式雙方塊級(jí)聯(lián)微機(jī)械濾波器，其特征在于，所述兩塊相同尺 寸的振動(dòng)方塊的振動(dòng)模態(tài)為兩個(gè)反相方塊剪切振動(dòng)模態(tài)。
5. 按權(quán)利要求1所述壓電式雙方塊級(jí)聯(lián)微機(jī)械濾波器，其特征在于，所述振動(dòng)方塊的 尺寸根據(jù)濾波器中心頻率確定，其關(guān)系式為：
振動(dòng)方塊材料的剪切模量，n為諧振模態(tài)階數(shù)。
【專利摘要】本發(fā)明屬于射頻通信及微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)領(lǐng)域中的原器件技術(shù)領(lǐng)域，提供一種壓電式雙方塊級(jí)聯(lián)微機(jī)械濾波器，包括兩塊相同尺寸的振動(dòng)方塊、耦合梁、支撐梁、支撐臺(tái)、輸入電極、輸出電極、直流偏置電極、壓電薄膜層及絕緣基底，兩塊振動(dòng)方塊通過耦合梁連接、同時(shí)通過固定于振動(dòng)方塊另一側(cè)邊中點(diǎn)的支撐梁與支撐臺(tái)連接、架空設(shè)置于絕緣基底上，振動(dòng)方塊上分別覆蓋一層壓電薄膜；輸入電極和輸出電極分別設(shè)置在壓電薄膜上；一對(duì)直流偏置電極包圍兩塊振動(dòng)方塊，與振動(dòng)方塊構(gòu)成電容結(jié)構(gòu)。本發(fā)明采用壓電結(jié)構(gòu)，并且通過兩個(gè)諧振方塊的耦合構(gòu)成濾波器，以達(dá)到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，降低加工工藝難度，耦合效率高，Q值高，具有更好的銳截止等目的。
【IPC分類】H03H9-19
【公開號(hào)】CN104821799
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510206451
【發(fā)明人】鮑景富, 李昕熠, 陳兆雋, 黃裕霖, 秦風(fēng), 安佳琪, 張翼
【申請(qǐng)人】電子科技大學(xué)
【公開日】2015年8月5日
【申請(qǐng)日】2015年4月28日