(57)【要約】基板(102)、基板の上に積み重ねられたFBARスタック(111)、FBARスタックを基板から音響的に分離する要素(104)、FBARスタックを覆うカプセル材料(121)、及び、FBARスタックの上面(113)とカプセル材料(121)の間に配置された音響ブラッグ反射器(190)からなるカプセル化圧電薄膜共振器(FBAR)デバイス(100)。FBARスタックはFBAR(110)と、基板から離れたところにある上面(113)とを有する。FBARは対向する2枚の平坦な電極(112,114)と、それらの電極間に配置された圧電素子(116)とを含む。音響ブラッグ反射器は金属ブラッグ層(192)と、金属ブラッグ層に近接配置されたプラスチックブラッグ層(194)とを含む。金属ブラッグ層の金属とプラスチックブラッグ層のプラスチック材料の音響インピーダンスの比が大きいため、音響ブラッグ反射器はFBARとカプセル材料との間を音響的に十分に分離し、FBARとカプセル材料との間の望ましくない音響結合によってFBARデバイスの周波数応答に現れることがあるスプリアスアーチファクトを最小限に抑えることができる。
2007510382.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上に積み重ねられたＦＢＡＲスタックであって、ＦＢＡＲと、前記基板から離れたところにある上面とを有し、前記ＦＢＡＲが、対向する２枚の平坦な電極と、それらの電極間に配置された圧電素子とを含む、ＦＢＡＲスタックと、
前記ＦＢＡＲスタックを前記基板から音響的に分離する手段と、
前記ＦＢＡＲスタックを覆うカプセル材料と、
前記ＦＢＡＲスタックと前記カプセル材料との間に配置された音響ブラッグ反射器であって、金属ブラッグ層と、該金属ブラッグ層に近接配置されたプラスチックブラッグ層とを含む、音響ブラッグ反射器と
からなる、カプセル化圧電薄膜共振器（ＦＢＡＲ）デバイス。
【請求項２】
前記ＦＢＡＲは下側ＦＢＡＲであり、
前記ＦＢＡＲデバイスは、
前記下側ＦＢＡＲの上に積み重ねられた上側ＦＢＡＲであって、対向する２枚の平坦な電極と、それらの電極間に配置された圧電素子とを含む上側ＦＢＡＲと、
前記ＦＢＡＲ間の音響減結合器と
を更に含む、請求項１に記載のカプセル化ＦＢＡＲデバイス。
【請求項３】
前記下側ＦＢＡＲ、前記上側ＦＢＡＲ、及び、前記音響減結合器は、第１の減結合積層型圧電薄膜共振器（ＤＳＢＡＲ）を構成し、
前記ＦＢＡＲスタックは、下側ＦＢＡＲ、上側ＦＢＡＲ、及び、それらのＦＢＡＲ間に配置された音響減結合器からなる第２のＤＳＢＡＲを更に含み、
前記ＦＢＡＲデバイスは、
前記下側ＦＢＡＲ間を相互接続する第１の電気回路と、
前記上側ＦＢＡＲ間を相互接続する第２の電気回路と
を更に含む、請求項２に記載のカプセル化ＦＢＡＲデバイス。
【請求項４】
前記ＦＢＡＲは第１のＦＢＡＲであり、
前記ＦＢＡＲスタックは、１以上の更に別のＦＢＡＲを更に含み、
前記ＦＢＡＲは、はしご型フィルタとして相互接続される、請求項１に記載のカプセル化ＦＢＡＲデバイス。
【請求項５】
前記ＦＢＡＲデバイスは、中心周波数を有する帯域通過特性を有し、
前記ブラッグ層のうちの少なくとも１つは、前記中心周波数に等しい周波数の音響信号の、該ブラッグ層の材料中における波長の四分の一に等しい公称厚を有する、請求項１〜４のうちのいずれか一項に記載のカプセル化ＦＢＡＲデバイス。
【請求項６】
前記金属ブラッグ層は、前記公称厚よりも薄い、請求項５に記載のカプセル化ＦＢＡＲデバイス。
【請求項７】
前記プラスチックブラッグ層はポリイミドからなる、請求項１〜６のうちのいずれか一項に記載のカプラル化ＦＢＡＲデバイス。
【請求項８】
前記プラスチックブラッグ層はパリレンからなる、請求項１〜６のうちのいずれか一項に記載のカプセル化ＦＢＡＲデバイス。
【請求項９】
前記プラスチックブラッグ層は架橋ポリフェニレンポリマーからなる、請求項１〜６のうちのいずれか一項に記載のカプセル化ＦＢＡＲデバイス。
【請求項１０】
前記架橋ポリフェニレンポリマーは、Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ＣｏｍｐａｎｙからＳｉＬＫという登録商標で市販されている前駆体溶液から形成される、請求項９に記載のカプセル化ＦＢＡＲデバイス。
【請求項１１】
前記金属ブラッグ層は耐火性金属からなる、請求項１〜１０のうちのいずれか一項に記載のカプセル化ＦＢＡＲデバイス。
【請求項１２】
前記金属ブラッグ層は前記カプセル材料に近接配置される、請求項１〜１１のうちのいずれか一項に記載のカプセル化ＦＢＡＲデバイス。
【請求項１３】
前記金属ブラッグ層は第１の金属ブラッグ層であり、
前記音響ブラッグ反射器は、前記第１の金属ブラッグ層の反対側に前記プラスチックブラッグ層に近接配置された第２の金属ブラッグ層を更に含む、
請求項１２に記載のカプセル化ＦＢＡＲデバイス。
【請求項１４】
前記プラスチックブラッグ層は第１のプラスチックブラッグ層であり、
前記音響ブラッグ反射器は、前記第１のプラスチックブラッグ層の反対側に前記第２の金属層に近接配置された第２のプラスチックブラッグ層を更に含む、請求項１３に記載のカプセル化ＦＢＡＲデバイス。
【請求項１５】
前記ＦＢＡＲスタックを基板から音響的に分離する手段は、前記基板に形成されたキャビティからなり、前記ＦＢＡＲスタックは該キャビティの上に浮かんでいる、請求項１〜１４のうちのいずれか一項に記載のカプセル化ＦＢＡＲデバイス。
【請求項１６】
前記音響ブラッグ反射器は第１の音響ブラッグ反射器であり、
前記ＦＢＡＲスタックを基板から音響的に分離する手段は、第２の音響ブラッグ反射器からなり、該第２の音響ブラッグ反射器は、プラスチックブラッグ層に近接配置された金属ブラッグ層を含む、請求項１〜１４のうちのいずれか一項に記載のカプセル化ＦＢＡＲデバイス。
【請求項１７】
前記プラスチックブラッグ層は、５メガレーリー未満の音響インピーダンスのプラスチック材料からなり、
前記金属ブラッグ層は、５０メガレーリー未満の音響インピーダンスの金属からなる、請求項１〜１６のうちのいずれか一項に記載のカプセル化ＦＢＡＲデバイス。
【請求項１８】
前記プラスチックブラッグ層は、第１の音響インピーダンスのプラスチック材料からなり、
前記金属ブラッグ層は、第２の音響インピーダンスの金属からなり、
前記第２の音響インピーダンスと前記第１の音響インピーダンスの比が、１０よりも大きい、請求項１〜１６のうちのいずれか一項に記載のカプセル化ＦＢＡＲデバイス。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
背景
１以上の圧電薄膜共振器（ＦＢＡＲ）が組み込まれたＦＢＡＲデバイスは、かつてないほど様々な電子製品の一部を形成し、特に無線製品の一部を形成している。例えば、最近の携帯電話は送受切り換え器を内蔵していて、各バンドパスフィルタははしご型回路を含み、はしご型回路の各要素がＦＢＡＲになっている。ＦＢＡＲを内蔵した送受切り換え器は、ブラッドレイ他により、「Duplexer Incorporating Thin-film Bulk Acoustic Resonators (FBARs)」と題する、米国特許第６，２６２，６３７号に開示されている。こうした送受切り換え器は、送信機の出力とアンテナとの間に直列に接続された送信機バンドパスフィルタと、アンテナと受信機の入力との間に９０度位相シフタと共に直列に接続された受信機バンドパスフィルタとから構成される。送信機バンドパスフィルタと受信機バンドパスフィルタの通過帯域の中心周波数は、互いにオフセットされている。ＦＢＡＲを利用したはしご型フィルタは、他の用途にも使用されている。
【０００２】
図１は、送受切り換え器の送信機バンドパスフィルタとして使用するのに適した、ＦＢＡＲを利用したバンドパスフィルタ１０の一実施形態を示している。送信機バンドパスフィルタは、はしご型回路に接続された直列ＦＢＡＲ１２及び分路ＦＢＡＲ１４から構成される。直列ＦＢＡＲ１２は、分路ＦＢＡＲ１４よりも高い共振周波数を有する。
【０００３】
図２は、ＦＢＡＲの一実施形態３０を示している。ＦＢＡＲ３０は、一対の電極３２及び３４、並びに、それらの電極間に配置された圧電素子３６から構成される。これらの圧電素子と電極は、基板４２に形成されたキャビティ４４の上に浮かんでいる。このようにＦＢＡＲを浮かばせると、電極間に印加される信号に応じて、ＦＢＡＲを機械的に共振させることができる。
【０００４】
米国特許出願第１０／６９９，２８９号は、下側ＦＢＡＲ、下側ＦＢＡＲの上に積み重ねられた上側ＦＢＡＲ、及び、それらのＦＢＡＲ間に配置された音響減結合器から構成される減結合積層型圧電薄膜共振器（ＤＳＢＡＲ）が組み込まれたバンドパスフィルタを開示している。各ＦＢＡＲは、一対の電極、及びそれらの電極間に配置された圧電素子から構成される。下側ＦＢＡＲの電極間に入力信号を印加すると、上側ＦＢＡＲはその電極間にバンドパスフィルタを通して電気出力を出力する。あるいは、入力電気信号は、上側ＦＢＡＲの電極間に印加してもよく、その場合、出力電気信号は下側ＦＢＡＲの電極から出力される。
【０００５】
米国特許出願第１０／６９９，４８１号は、２つの減結合積層型圧電薄膜共振器（ＤＳＢＡＲ）から構成される薄膜音響結合変成器（ＦＡＣＴ）を開示している。第１の電気回路は、ＤＳＢＡＲの下側ＦＢＡＲを直列又は並列に相互接続する。第２の電気回路は、ＤＳＢＡＲの上側ＦＢＡＲを直列又は並列に相互接続する。電気回路の構成に応じて、インピーダンス変換比１：１又は１：４の平衡型または非平衡型のＦＡＣＴ実施形態が得られる。こうしたＦＡＣＴは、第１の電気回路と第２の電気回路の間を流電結合する。
【０００６】
図２を参照して上で説明した１以上のＦＢＡＲが組み込まれたはしご型フィルタ、ＤＳＢＡＲ、及びＦＡＣＴのようなデバイスは、本明細書では一般に、ＦＢＡＲデバイスと呼ばれる。
【０００７】
現在、数千ものＦＢＡＲデバイスからなるＦＢＡＲスタックが、シリコンウェーハ又は他の適当な材料上に一度に製造されている。各ＦＢＡＲデバイスは、ウェーハの一部を基板として使用している。ＦＢＡＲスタックは種々の材料の層から構成され、そこに少なくとも１つのＦＢＡＲが画定される。ＦＢＡＲデバイスは通常、Ｍｅｒｃｈａｎｔ他による本願と同じ譲受人の米国特許第６，０９０，６８７号に記載されているパッケージにパッケージングされる。ＦＢＡＲを製造する土台となるウェーハは、ＦＢＡＲウェーハと呼ばれる。ＦＢＡＲウェーハ上に作成される各ＦＢＡＲスタックは、ＦＢＡＲウェーハの表面に配置された環状のガスケットによって囲まれる。次に、ＦＢＡＲウェーハの隣りにキャップウェーハが配置され、キャップウェーハはガスケットに接合される。ＦＢＡＲウェーハ、キャップウェーハ、並びに、それらのウェーハ間に配置されたガスケット及びＦＢＡＲによって、ウェーハスタックが構成される。次に、そのウェーハスタックは、個別のカプセル化ＦＢＡＲデバイスに分離される。カプセル化ＦＢＡＲデバイスの一例は、図３の断面図に示されている。
【０００８】
図３は、ＦＢＡＲデバイス５２及びパッケージ５４から構成されるカプセル化ＦＢＡＲデバイス５０を示している。ＦＢＡＲデバイスは、ＦＢＡＲスタック５６及び基板５８から構成される。基板５８は、パッケージ５４の一部を更に構成する。ＦＢＡＲスタック５６は種々の材料の層から構成され、そこに少なくとも１つのＦＢＡＲが画定される。ＦＢＡＲスタック５６は、基板５８に画定されたキャビティ６０の上に浮かんでいる。基板５８は、分離前はＦＢＡＲウェーハの一部であった。ＦＢＡＲスタック５６は、基板５８の主表面に接合された環状ガスケット６２によって囲まれている。分離前に上記キャップウェーハの一部であったキャップ６４は、基板５８の反対側でガスケット６２に接合される。基板５８、ガスケット６２及びキャップ６４は合わせて、密閉シールされたチャンバ６６を画定し、そのチャンバ６６内にＦＢＡＲスタックが配置される。
【０００９】
上記のように、ＦＢＡＲスタック５６は、基板５８に画定されたキャビティ６０の上に浮かんでいる。ＦＢＡＲスタック５６の材料の音響インピーダンス（通常は、数十メガレーリー（Ｍｒａｙｌ）と、キャビティ６０内の空気又は他の気体の音響インピーダンス（約１キロレーリー（ｋｒａｙｌ））との間の不整合により、ＦＢＡＲスタック５６が基板５８から音響的に分離される。同様に、基板５８から離れたところにあるＦＢＡＲスタック５６の上面６８は、ギャップ７０により、隙間６４から分離される。隙間７０には通常、空気や他の気体が充填される。ＦＢＡＲスタック５６の材料の音響インピーダンスと、ギャップ７０内の空気その他の気体の音響インピーダンスとの間の大きな不一致は、ＦＢＡＲスタック５６をキャップ６４から音響的に分離する。従って、ＦＢＡＲスタック５６は基板５８とキャップ６４の両方から音響的に減結合され、その電極間に加えられた電気信号に応じて、自由に機械的に共振することができる。
【００１０】
図３に示すＦＢＡＲデバイス５０のパッケージ５４は、比較的単純且つ安価であり、あまり高価ではないパッケージングが可能である。そのようなパッケージングの一例は、ＦＢＡＲスタックと基板の一部の上を覆うカプセル材料（図示せず）の中にＦＢＡＲスタックをカプセル化することを含む。ただし、カプセル材料と、基板から離れたところにあるＦＢＡＲスタックの上面６８との間の機械的接触は、カプセル化ＦＢＡＲデバイスの電気特性を劣化させる。なぜなら、ＦＢＡＲスタックが、自由に機械的に共振しなくなるからである。
【００１１】
従って、ＦＢＡＲスタックがカプセル材料から音響的に有効に分離される、カプセル化ＦＢＡＲデバイスが必要とされている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
発明の概要
第１の態様において、本発明は、基板、基板の上に積み重ねられたＦＢＡＲスタック、ＦＢＡＲスタックを基板から音響的に分離する要素、ＦＢＡＲスタックを覆うカプセル材料、及び、ＦＢＡＲスタックの上面とカプセル材料との間に配置された音響ブラッグ反射器からなるカプセル化圧電薄膜共振器（ＦＢＡＲ）デバイスを提供する。ＦＢＡＲスタックはＦＢＡＲを含み、基板から離れた上面を有する。ＦＢＡＲは、対向する２枚の平坦な電極と、それらの電極間に配置された圧電素子とを有する。音響ブラッグ反射器は、金属ブラッグ層と、その金属ブラッグ層に近接配置されたプラスチックブラッグ層とを有する。
【００１３】
ＦＢＡＲデバイスの幾つかの例は、はしご型フィルタ、積層型薄膜共振器（ＳＢＡＲ）、減結合積層型圧電薄膜共振器（ＤＳＢＡＲ）、バンドパスフィルタ、結合発振器フィルタ、及び、薄膜共振器結合変成器（ＦＡＣ）の一要素として機能するＦＢＡＲのようなＦＢＡＲを含む。
【００１４】
金属ブラッグ層の金属の音響インピーダンスと、プラスチックブラッグ層のプラスチック材料の音響インピーダンスの比が大きいため、ＦＢＡＲとカプセル材料との間を音響的に十分に分離することができ、ＦＢＡＲとカプセル材料の間の望ましくない音響結合によってＦＢＡＲデバイスの周波数応答に現れることがあるスプリアスアーチファクトを最小限に抑えることができる。
【００１５】
金属ブラッグ層の金属の音響インピーダンスと、プラスチックブラッグ層のプラスチック材料の音響インピーダンスの比が大きいことは、ＦＢＡＲデバイスが通常、ＦＢＡＲ自体を構成する層の他に、１〜４枚のブラッグ層からされる場合があることを意味している。つまり、本発明によるＦＢＡＲデバイスの製造プロセスは、同タイプの従来のＦＢＡＲデバイスの製造プロセスに比べて、僅かに複雑なだけであることを意味する。音響ブラッグ反射器によれば、ＦＢＡＲデバイスの製造に使用されるプロセスをより簡単に、そして低コストにすることが可能である。
【００１６】
プラスチック材料中における音が低速であることは、プラスチックブラッグ層が比較的薄いことを意味する。従って、音響ブラッグ反射器音響の全体的高さは低い。
【００１７】
第２の態様において、本発明は、基板、基板の上に積み重ねられたＦＢＡＲスタック、ＦＢＡＲスタックを基板から音響的に分離する要素、ＦＢＡＲスタックを覆うカプセル材料、ＦＢＡＲスタックの上面とカプセル材との間に配置された音響ブラッグ反射器からなるカプセル化圧電薄膜共振器（ＦＢＡＲ）デバイスを提供する。ＦＢＡＲスタックはＦＢＡＲを含み、基板から離れた上面を有する。ＦＢＡＲは、対向する２枚の平坦な電極と、それらの電極間に配置された圧電素子とを有する。音響ブラッグ反射器は、第１のブラッグ層と、第１のブラッグ層に近接配置された第２のブラッグ層とを含む。第１のブラッグ層は、５よりも小さい音響インピーダンスを有する第１の材料からなる。第２のブラッグ層は、５０よりも大きい音響インピーダンスを有する第２の材料からなる。一実施形態において、第１の材料の音響インピーダンスは、３よりも小さく、第２の材料の音響インピーダンスは６０よりも大きい。
【００１８】
最後の態様において、本発明は、基板、基板の上に積み重ねられたＦＢＡＲスタック、ＦＢＡＲスタックを基板から音響的に分離する要素、ＦＢＡＲスタックを覆うカプセル材料、及び、ＦＢＡＲスタックの上面とカプセル材料との間に配置された音響ブラッグ反射器からなるカプセル化圧電薄膜共振器（ＦＢＡＲ）デバイスを提供する。ＦＢＡＲは、対向する２枚の平坦な電極と、それらの電極間に配置された圧電素子とを含む。音響ブラッグ反射器は、第１のブラッグ層と、第１のブラッグ層に近接配置された第２のブラッグ層とを含む。第１のブラッグ層は、第１の音響インピーダンスを有する第１の材料からなり、第１のブラッグ層は、第２の音響インピーダンスを有する第２の材料からなる。第２の音響インピーダンスと第１の音響インピーダンスの比は１０よりも大きい。一実施形態において、第２の音響インピーダンスと第１の音響インピーダンスの比は１６よりも大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
詳細な説明
図４Ａ及び図４Ｂはそれぞれ、本発明によるカプセル化ＦＢＡＲデバイスの第１の実施形態１００の平面図及び断面図である。カプセル化ＦＢＡＲデバイス１００は、ＦＢＡＲ１１０を含むＦＢＡＲスタック１１１を有する。ＦＢＡＲ１１０は、図１に示したようなＦＢＡＲはしご型フィルタのＦＢＡＲ、又は、送受切り換え器のＦＢＡＲの一例である。このようなはしご型フィルタや送受信切り換え器の残りのＦＢＡＲも、ＦＢＡＲスタック１１１の一部を形成している。ただし、図を単純化するために、図４Ａ及び図４Ｂでは、残りのＦＢＡＲは省略している。
【００２０】
図４Ｂを参照すると、カプセル化ＦＢＡＲ１００は、基板１０２、基板の上に配置されたＦＢＡＲスタック１１１、ＦＢＡＲを基板から分離する要素、ＦＢＡＲスタック１１１を覆うカプセル材料１２１、及び、ＦＢＡＲスタック１１１の上面とカプセル材料１２１の間に配置された音響ブラッグ反射器１９０から構成される。音響ブラッグ反射器１９０は、第１のプラスチックブラッグ層１９４に近接配置された第１の金属ブラッグ層１９２を含む。図示の実施形態において、第１の金属ブラッグ層１９２はカプセル材料１２１に近接配置され、音響ブラッグ反射器１９０は、第1のプラスチックブラッグ層１９４に近接配置された第２の金属ブラッグ層１９６、及び、第２の金属ブラッグ層１９６に近接配置された第２のプラスチックブラッグ層１９８を更に含む。第２のプラスチックブラッグ層１９８は、ＦＢＡＲスタック１１１の上面１１３に近接配置される。また、図示の実施形態において、ＦＢＡＲスタック１１１は、対向する２枚の平坦な電極１１２及び１１４、並びにそれらの電極間に配置された圧電素子を有する単一のＦＢＡＲデバイス１１０から構成される。
【００２１】
また、この図には、基板１０２に画定されたキャビティ１０４が、ＦＢＡＲスタック１１１を基板１０２から音響的に分離する機能を実施することも示されている。更に、音響ブラッグ反射器１９０は、ＦＢＡＲスタックをカプセル材料１２１から音響的に分離する。従って、ＦＢＡＲスタック１１１は、基板１０２及びカプセル材料１２１から音響的に分離され、ＦＢＡＲ１１０の電極１１２と１１４の間に印加された電気信号に応じて、自由に機械的に共振することができる。
【００２２】
本明細書に「近接配置」されるものとして記載されるブラッグ層は通常、図４Ｂに示すように互いに物理的に接触している。ただし、近接配置されるブラッグ層は、その近接配置されるブラッグ層の音響特性に小さな影響しか与えない介在層のような介在層によって分離される場合もある。
【００２３】
他の要素の「上に」配置されるものとして記載される要素は、リモート側電極１１４と圧電素子１１６のように、通常は互いに物理的に接触している。ただし、他の要素の上にあるものとして記載された要素は、１以上の他の要素によってそのような他の要素から分離される場合もある。例えば、圧電素子１１６は基板１０２の上にあるように記載されているが、図４Ｂに示す実施形態では、電極１１２によって圧電素子１１６が基板から分離されている。
【００２４】
本明細書の開示で使用されるように、ＦＢＡＲスタックという用語は、１以上のＦＢＡＲを含む種々の材料の層のスタックを指している。ＦＢＡＲスタックが２以上のＦＢＡＲを含む実施形態では、ＦＢＡＲがＦＢＡＲスタック中の同じ階層にあってもよいし、ＦＢＡＲがＦＢＡＲスタック中の異なる階層にあってもよく、また、一部のＦＢＡＲがＦＢＡＲスタック中の同じ階層にあり、一部のＦＢＡＲがＦＢＡＲスタック中の異なる階層にあってもよい。例えば、ＦＢＡＲはしご型フィルタのＦＢＡＲは通常、ＦＢＡＲスタック中の同じ階層にあり、減結合積層型圧電薄膜共振器（ＤＳＢＡＲ）のＦＢＡＲは通常、ＦＢＡＲスタック中の異なる階層にあり、薄膜音響結合変成器（ＦＡＣＴ）は、その一部のＦＢＡＲがＦＢＡＲスタック中の同じ階層にあり、一部のＦＢＡＲがＦＢＡＲスタック中の異なる階層にある場合がある。
【００２５】
カプセル化ＦＢＡＲデバイス１００は、中心周波数を有するバンドパス周波数応答を有する。本明細書で使用されるように、ブラッグ層という用語は、中心周波数に等しい周波数を有する音響信号のブラッグ層の材料中における波長λｎの四分の一の奇数倍の公称厚ｔを有する層を意味する。すなわち、ｔ＝（２ｍ＋１）λｎ／４である。ただし、ｍはゼロ以上の整数である。整数ｍがゼロであるブラッグ層は通常、カプセル化ＦＢＡＲデバイスの周波数応答にスプリアスアーチファクトが現れる可能性を低下させる。そのようなブラッグ層は、ブラッグ層の公称厚が、上述の音響信号のその層の材料中における波長の四分の一、すなわち、ｔ＝λｎ／４である。この厚さの層は、四分の一波長層と呼ばれる。更に、以下で詳しく説明するように、少なくとも金属ブラッグ層が四分の一波長よりも薄く、例えば、λｎ／１６のようなものである実施形態では、種々の用途において十分な音響分離が得られるであろう。
【００２６】
本発明者らは、音響ブラッグ反射器によって提供される音響分離が、その音響ブラッグ反射器を構成するブラッグ層の材料の音響インピーダンスの比によって決まることを発見した。他の層に近接配置された第１のブラッグ層によって示される有効音響インピーダンスＺｅｆｆ１は、その他の層から離れたところにある第１のブラッグ層の表面において観察される音響インピーダンスである。第１のブラッグ層によって示される有効音響インピーダンスは、第１のブラッグ層の音響インピーダンス、及び、他の層によって第１のブラッグ層に対して示される有効音響インピーダンスに依存する。第１のブラッグ層によって示される有効音響インピーダンスは次のように表わされる。
【００２７】
Ｚｏｆｆ１＝Ｚｐ２／Ｚｍ    ・・・  （１）
ただし、Ｚｐは第１のブラッグ層の材料の音響インピーダンス、Ｚｍは他の層の音響インピーダンスである。
【００２８】
例えば、カプセル材料１２１から離れたところにある第１の金属ブラッグ層１９２の表面における有効音響インピーダンスは、第１の金属ブラッグ層１９２の材料の音響インピーダンス、及び、カプセル材料の材料の音響インピーダンスに依存する。この例において、Ｚｅｆｆ１は、カプセル材料１２１から離れたところにある第１の金属ブラッグ層１９２の表面において示される有効音響インピーダンス、Ｚｐは第１の金属ブラッグ層１９２の材料の音響インピーダンス、Ｚｍはカプセル材料１２１の音響インピーダンスである。
【００２９】
各ブラッグ層と、先行するブラッグ層との間には、式（１）によって定義される関係がある。式（１）において、Ｚｍは、先行するブラッグ層によってブラッグ層に対して示される有効音響インピーダンスである。
【００３０】
例えば、第１の金属ブラッグ層１９２は、第１のプラスチックブラッグ層に対して有効音響インピーダンスＺｅｆｆ１を示す。第１のプラスチックブラッグ層１９４は、有効音響インピーダンスＺｍを他の音響インピーダンスＺｅｆｆ２に変換し、第２の金属ブラッグ層１９６に対して有効音響インピーダンスＺｅｆｆ２を示す。第２の金属ブラッグ層１９６は、有効音響インピーダンスＺｅｆｆ２を他の有効音響インピーダンスＺｅｆｆ３に変換し、第２のプラスチックブラッグ層１９８に対して有効音響インピーダンスＺｅｆｆ３を示す。第２のプラスチックブラッグ層１９８は、有効音響インピーダンスＺｅｆｆ３を他の有効音響インピーダンスＺｅｆｆ４に変換し、ＦＢＡＲ１１０に対して有効音響インピーダンスＺｅｆｆ４を示す。有効音響インピーダンスＺｅｆｆ４は、音響ブラッグ反射器１９０の有効音響インピーダンスでもある。
【００３１】
ＦＢＡＲスタック１１１と、第２のプラスチックブラッグ層１９８において音響ブラッグ反射器１９０によって示される有効音響インピーダンスとの間の音響インピーダンス不整合により、ＦＢＡＲスタック１１１とカプセル材料１２１が音響的に分離される。ブラッグ層１９２、１９４、１９６及び１９８によって示される有効音響インピーダンスはそれぞれ交互に低又は高であり、高インピーダンスは第１の金属ブラッグ層１９２から第２のプラスチックブラッグ層１９８まで増加し、低インピーダンスは第１の金属ブラッグ層１９２から第２のプラスチックブラッグ層１９８まで減少する。
【００３２】
音響ブラッグ反射器１９０における有効な音響分離を可能にするために、音響ブラッグ反射器１９０がＦＢＡＲスタック１１１に対して示す有効音響インピーダンスは、ＦＢＡＲスタックの音響インピーダンスよりも大きくするか、又は小さくする場合がある。音響ブラッグ反射器１９０によって提供される音響分離は、ブラッグ反射器１９０の有効音響インピーダンスと、ＦＢＡＲスタック１１１の音響インピーダンスの比の絶対値をデシベルで表わしたもの（比の対数の２０倍）によって定量化される場合がある。音響分離を増加させると、ＦＢＡＲスタック１１１とカプセル材料１２１との間の望ましくない音響結合によってＦＢＡＲデバイス１００の周波数応答に望ましくないスプリアスアーチファクトが現れる可能性は低下する。
【００３３】
本発明によれば、音響ブラッグ反射器１９０のブラッグ層の１つ置きの材料はそれぞれ、プラスチック材料と、金属、特に、タングステンやモリブデンのような耐火性金属である。金属の音響インピーダンスとプラスチック材料の音響インピーダンスの比が大きいため、比較的少数のブラッグ層を使用するだけで、数十デシベルの音響分離が得られる。５０メガレーリーよりも大きな音響インピーダンスを有し、一般的なＦＢＡＲ製造プロセスにおいて使用されるエッチング液に適合する幾つかの耐火性金属が市販されている。例えば、モリブデンは約６３レーリーの音響インピーダンスを有する。５メガレーリーよりも小さな音響インピーダンスを有し、一般的なＦＢＡＲ製造プロセスにおいて使用される高温及びエッチング液に適合する幾つかのプラスチック材料が市販されている。そのような幾つかのプラスチック材料の音響インピーダンスは、約２メガレーリー程度である。従って、１０よりも大きな音響インピーダンス比を有する金属とプラスチックの幾つかの組み合わせが可能である。以下で説明するモリブデンと架橋ポリフェニレンポリマーによれば、音響インピーダンス比が約３０になる。
【００３４】
高温（＞４００℃）に適合し、第１の金属ブラッグ層１９２及び第２の金属ブラッグ層１９６の蒸着中に第１のプラスチックブラッグ層１９４及び第２のプラスチックブラッグ層１９８をさらすエッチング液に適合するプラスチック材料としては、約２メガレーリー〜約４メガレーリーの範囲の音響インピーダンスを有するものが市販されている。
【００３５】
第１の金属ブラッグ層１９２及び第２の金属ブラッグ層１９６の材料として、約５０メガレーリーよりも大きな音響インピーダンスを有する耐火性金属のような金属を使用し、第１のプラスチックブラッグ層１９４及び第２のプラスチックブラッグ層１９８の材料として、約５メガレーリー未満の音響インピーダンスを有するプラスチック材料を使用すると、ＦＢＡＲスタック１１１に対して約４００レーリー（レイル）の有効音響インピーダンスを示す音響ブラッグ反射器１９０の実施形態が得られる。ＦＢＡＲスタック１１１の有効音響インピーダンスが約５０メガレーリーであると仮定した場合、その結果、１００ｄＢを超える音響分離が得られる。音響ブラッグ反射器１９０は、ＦＢＡＲ１１０の周波数応答がスプリアスアーチファクトのない周波数応答になるだけの十分な音響分離を、ＦＢＡＲスタック１１１とカプセル材料１２１との間に提供する。プラスチック材料の音響インピーダンスが約２メガレーリーである実施形態によれば、計算上、１２０ｄＢを越える音響分離が得られる。これに対し、図３に示したギャップ７０によって得られる計算上の音響分離は約９０ｄＢ未満である。ギャップ内の気体は、約１キロレーリーの音響インピーダンスを有する。
【００３６】
ＦＢＡＲスタック１１１とカプセル材料１２１の間に更に大きな音響分離が必要な実施形態は、第１の金属ブラッグ層１９２とカプセル材料１２１の間に、プラスチックと金属のブラッグ層のペアを更に挿入する場合がある。ただし、図示の実施形態の音響ブラッグ反射器１９０によって得られる音響分離は、多くの用途において十分なものである。
【００３７】
電極１１２、電極１１４、及び、圧電層１１６は、ＦＢＡＲ１１０の通過帯域の中心周波数を決める機械的応答を有する機械的構造を形成する。電極１１２、電極１１４、及び、圧電素子１１６は、同じ公称中心周波数の通過帯域周波数応答を有する従来のＦＢＡＲの対応する要素と同様の厚さを有する。そのため、カプセル化ＦＢＡＲデバイス１００は、図３に示すＦＢＡＲデバイスのような同様の従来のＦＢＡＲデバイスのものと同様の電気特性を有する。図３のＦＢＡＲデバイスでは、ギャップにより、ＦＢＡＲスタックの上部がパッケージから分離されている。
【００３８】
カプセル化ＦＢＡＲデバイス１００は、端子パッド１３２と、端子パッド１３４、端子パッド１３２を電極１１２に電気的に接続する電気トレース１３３と、端子パッド１３４を電極１１４に電気的に接続する電気トレース１３５とを更に有する。端子パッド１３２及び１３４は、カプセル化ＦＢＡＲデバイス１００から外部電気回路（図示せず）への電気接続の形成に使用される。
【００３９】
以下で説明するように、カプセル化ＦＢＡＲデバイス１００のＦＢＡＲスタック１１１及び音響ブラッグ反射器１９０の製造は、更なる材料の層をＦＢＡＲスタック１１１の上面に蒸着及びパターニングすることにより音響ブラッグ反射器１９０を形成しなければならないので、図３に示す従来のギャップ分離型カプセル化ＦＢＡＲデバイスに比べて、幾らか複雑である。一方、ＦＢＡＲデバイス１００のカプセル化は単に、ＦＢＡＲスタック１１１及び音響ブラッグ反射器１９０をカプセル材料で覆い、そのカプセル材料を硬化させ、カプセル材料１２１を形成することによって行われる。一実施形態において、カプセル材料は、以下で詳しく説明するポリイミドである。他の実施形態において、カプセル材料は、室温加硫ゴム（ＲＴＶ）、ガラス入りエポキシ、又は、他の適当なカプセル材料である。密封カプセル化が望ましい用途では、カプセル材料１２１は、硬化させたカプセル材料の外面にコーティングとして塗布された金属の薄いシーリング層を更に含む場合がある。適当な材料には、アルミニウムや金がある。金属シーリング層は、カプセル材料１２１の多孔性を減少させる。
【００４０】
ＦＢＡＲスタック１１１は、カプセル材料１２１とは違うカプセル材料で覆われる場合がある。例えば、図３に示すパッケージ５４の背丈の低い実施形態では、音響ブラッグ層１９０に接触するキャップ６４が、ＦＢＡＲスタック１１１を覆うカプセル材料としての働きを持つ場合がある。
【００４１】
本明細書に開示するカプセル化ＦＢＡＲデバイスの種々の実施形態において、プラスチックブラッグ層のプラスチック材料はポリイミドである。ポリイミドは、ポリイミドは、Ｅ．Ｉ．ｄｕ  Ｐｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐａｎｙから、Ｋａｐｔｏｎという商標で販売されている。そのような実施形態では、プラスチックブラッグ層１９４及び１９８はそれぞれ、スピンコーティングによって塗布されるポリイミドからなる。ポリイミドの音響インピーダンスは約４メガレーリーである。
【００４２】
他の実施形態において、プラスチックブラッグ層のプラスチック材料は、ポリ（パラキシレン）である。そのような実施形態では、プラスチックブラッグ層１９４及び１９８はそれぞれ、真空蒸着によって塗布されるポリ（パラキシレン）からなる。当該技術分野において、ポリ（パラキシレン）はパリレンとも呼ばれる。パリレンを作成する元になるダイマー型前駆体のジパラキシレン、及び、パリレンの層の真空蒸着を実施するための装置は、多数のサプライヤから入手することができる。パリレンの音響インピーダンスは、約２．８メガレーリーである。
【００４３】
更に他の実施形態において、プラスチックブラッグ層のプラスチック材料は、架橋ポリフェニレンポリマーである。そのような実施形態では、プラスチックブラッグ層１９４及び１９８はそれぞれ、スピンコーティングによって塗布される架橋ポリフェニレンポリマーからなる。架橋ポリフェニレンポリマーは、集積回路に使用する低誘電率の誘電体材料として開発されたものであるため、その後の音響ブラッグ反射器１９０の金属ブラッグ層の蒸着及びパターニングの際に受ける高温においても、安定状態を保つことができる。本発明者らは、架橋ポリフェニレンポリマーが約２メガレーリーの計算上の音響インピーダンスを更に有することを発見した。架橋ポリフェニレンポリマーのこの低い音響インピーダンスにより、プラスチックブラッグ層のプラスチック材料が架橋ポリフェニレンポリマーである音響ブラッグ反射器１９０の種々の実施形態は、特に高い音響分離が可能である。
【００４４】
重合によって架橋ポリフェニレンポリマーを形成する種々のオリゴマーを含む前駆体溶液は、米国ミシガン州ミッドランドにあるＴｈｅ  Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ＣｏｍｐａｎｙからＳｉＬＫという登録商標で市販されている。この前駆体溶液はスピンコーティングによって塗布される。ＳｉＬＫ  Ｊとして指定されるこれらの前駆体溶液の１つから得られる架橋ポリフェニレンポリマーは、接着促進剤を更に含み、計算上２．１メガレーリー、すなわち約２メガレーリーの音響インピーダンスを有する。
【００４５】
重合によって架橋ポリフェニレンポリマーを形成するオリゴマーは、ビスシンクロペンタジエノン含有モノマーや芳香族アセチレン含有モノマーから作成される。これらのモノマーを使用すれば、過度の置換を行うことなく、可溶性オリゴマーを形成することができる。前駆体溶液は、ガンマブチロラクトン溶液やシクロヘキサノン溶液に溶かされた特定のオリゴマーを含む。溶液を塗布し、熱を加えて蒸発させた後、オリゴマーを硬化させて、架橋ポリマーを形成する。ビスシンクロペンタジエノンは、４＋２付加還化反応によってアセチレンと反応し、新たな芳香環を形成する。更に、硬化により、架橋ポリフェニレンポリマーが得られる。上述した架橋ポリフェニレンポリマーは、Godschalx他による米国特許第５，９６５，６７９号に開示されている。さらなる実用的な詳細は、Martin他著、「Development of Low-Dielectric Constant Polymer for the Fabrication of Integrated Circuit Interconnect」12 Advanced Materials、1769（2000年）に説明されている。架橋ポリフェニレンポリマーは、ポリイミドと比較して、より低い音響インピーダンス、より低い音響減衰、及びより低い誘電率を有する。さらに、スピンコーティングにされた前駆体溶液の層は、プラスチックブラッグ層１９４及び１９８の典型的な厚さである約２００ｎｍの厚さを有する架橋ポリフェニレンポリマーの高品質の薄膜を作成することができる。
【００４６】
各ブラッグ層１９２、１９４、１９６及び１９８は、ＦＢＡＲ１１０の通過帯域の中心周波数に等しい周波数の音響信号の、ブラッグ層の材料中における波長の四分の一の公称厚を有する。四分の一波長厚のブラッグ層を使用する場合、音響ブラッグ反射器１９０は、ポリイミドのプラスチックブラッグ層を使用した場合は計算上約６５レーリーの音響インピーダンスを、架橋ポリフェニレンポリマーのプラスチックブラッグ層を使用した場合は計算上約４レーリーの音響インピーダンスを示す。これらの音響インピーダンスはそれぞれ、約１１８ｄＢ及び１４２ｄＢの音響分離に対応する。
【００４７】
約２ＧＨｚで動作するように構成された音響ブラッグ反射器１９０の一実施形態において、プラスチックブラッグ層１９４及び１９８の材料は架橋ポリフェニレンポリマーであり、金属ブラッグ層１９２及び１９６の金属はモリブデンであり、プラスチックブラッグ層の厚さは約１９０ｎｍであり、金属ブラッグ層の厚さは約８００ｎｍである。スピンコーティングによって厚さ約１９０ｎｍに成形される架橋ポリフェニレンポリマーの前駆体溶液は市販されている。また、この厚さの層としてポリイミドをスピンコーティングしてもよい。従って、プラスチックブラッグ層１９４及び１９８は公称四分の一波長層として形成することが、分かりやすい。一方、高い材料品質のモリブデンを厚さ８００ｎｍでスパッタ蒸着し、その層をパターニングすることは、現在の製造技術を使用して行うことが難しい。ただし、プラスチックブラッグ層を耐火性金属ブラッグ層手段に近接配置することによって得られる大きな有効音響インピーダンスは、四分の一波長層よりも実質的に薄い金属ブラッグ層を使用して、十分に大きな有効音響インピーダンスを得ることが実質的に可能であることを意味する。２２０ｎｍ程度の（１６番目の波長層よりも少しだけ厚い）厚さの金属ブラッグ層を使用したテスト構造によれば、許容可能な結果が得られる。ＦＢＡＲ１１０の電極１１２及び１１４と同じ厚さの約３００ｎｍの金属ブラッグ層を使用すると、良好な結果が得られる。
【００４８】
四分の一波長よりも薄い金属ブラッグ層を音響ブラッグ反射器１９０に使用すると、ブラッグ層の数を減らしたときの音響分離の度合いが大きくなる。現在の製造技術を使用する場合、一般に、金属ブラッグ層を四分の一波長層よりも薄くして比較的多数のブラッグ層を使用した方が、金属ブラッグ層を四分の一波長層にして比較的少数のブラッグ層を使用する場合に比べて、よい結果及び低コストが得られる。
【００４９】
図４Ｃ及び図４Ｄは、音響ブラッグ反射器が図４Ｂに示すブラッグ反射器１９０に比べて小数のブラッグ層から構成される、本発明の実施形態によるカプセル化ＦＢＡＲデバイス１００の単純化された例を示す断面図である。図４Ｃ〜図４Ｄに示すカプセル化ＦＢＡＲデバイスは、図４Ａに示したカプセル化ＦＢＡＲデバイス１００と同様の平面図に示されている。
【００５０】
図４Ｃに示すカプセル化ＦＢＡＲデバイスでは、第２のプラスチックブラッグ層１９８（図４Ｂ）が省略され、音響ブラッグ反射器１９１は、第１のプラスチックブラッグ層１９４に近接配置された第１の金属ブラッグ層１９２と、第１のプラスチックブラッグ層１９４に近接配置された第２の金属ブラッグ層１９６とから構成される。第２の金属ブラッグ層１９６は、ＦＢＡＲスタック１１１の上面、すなわち電極１１４に近接配置される。電極１１４は、四分の一波長層よりも実質的に薄い絶縁層によって、第２の金属ブラッグ層１９６から絶縁される。四分の一波長厚のブラッグ層を使用することにより、音響ブラッグ反射器１９１は、ポリイミドのプラスチックブラッグ層を使用した場合は約２５ギガレーリーの実効音響インピーダンスを、ポリフェニレンポリマーのプラスチックブラッグ層を使用した場合は約９９ギガレーリーの実効音響インピーダンスを計算上示す。これらの音響インピーダンスは、約７４ｄＢ及び約８６ｄＢの音響分離にそれぞれ対応する。
【００５１】
図４Ｄに示すカプセル化ＦＢＡＲデバイスでは、第２のプラスチックブラッグ層１９８及び第２の金属ブラッグ層１９６（図４Ｂ）が省略され、音響ブラッグ反射器１９３は、第１のプラスチックブラッグ層１９４に近接配置された第１の金属ブラッグ層１９２から構成される。第１のプラスチックブラッグ層１９４は、ＦＢＡＲスタック１１１の上面１１３に近接配置される。四分の一波長厚のブラッグ層を使用することにより、音響ブラッグ反射器１９３は、ポリイミドのプラスチックブラッグ層を使用した場合は約１６キロレーリーの実効音響インピーダンスを、架橋ポリフェニレンポリマーのプラスチックブラッグ層を使用した場合は約４キロレーリーの実効音響インピーダンスを計算上示す。これらの音響インピーダンスは、約７０ｄＢ及び約８２ｄＢの音響分離にそれぞれ対応する。
【００５２】
図５は、本発明によるカプセル化ＦＢＡＲの第２の実施形態２００を示す断面図である。カプセル化ＦＢＡＲ２００は、図４Ａに示すカプセル化ＦＢＡＲと同様の平面図に示されている。カプセル化ＦＢＡＲデバイス２００は、ＦＢＡＲ１１０からなるＦＢＡＲスタック１１１を含む。ＦＢＡＲ１１０は、図１に示したようなＦＢＡＲはしご型フィルタの例示的ＦＢＡＲ、又は、送受切り換え器の例示的ＦＢＡＲである。そのようなはしご型フィルタ又は送受切り換え器の残りのＦＢＡＲも、ＦＢＡＲスタック１１１を構成している。ただし、図を分かり易くするために、図５では、残りのＦＢＡＲは省略してある。図４Ａ及び図４Ｂを参照して上で説明したカプセル化ＦＢＡＲデバイス１００の要素に対応するカプセル化ＦＢＡＲ２００の要素は、同じ符号を使用して示されているので、ここで再度詳細な説明はしない。
【００５３】
カプセル化ＦＢＡＲデバイス２００は、基板１０２、基板の上に配置されたＦＢＡＲスタック１１１、ＦＢＡＲスタックを基板から分離する要素、ＦＢＡＲスタック１１１を覆うカプセル材料１２１、及び、ＦＢＡＲスタック１１１の上面１１３とカプセル材料１２１の間に配置された音響ブラッグ反射器１９０から構成される。音響ブラッグ反射器１９０は、第１のプラスチックブラッグ層１９４に近接配置された第１の金属ブラッグ層１９２を含む。図示の実施形態において、第１の金属ブラッグ層１９２はカプセル材料１２１に近接配置され、音響ブラッグ反射器１９０は、第１のプラスチックブラッグ層１９４に近接配置された第２の金属ブラッグ層１９６、及び、第２の金属ブラッグ層１９６に近接配置された第２のプラスチックブラッグ層１９８を更に含む。第２のプラスチックブラッグ層１９８は、ＦＢＡＲスタック１１１の上面１１３に近接配置される。この図には更に、ＦＢＡＲスタック１１１が、対向する２枚の平坦な電極１１２及び１１４、並びにそれらの電極間に配置された圧電素子１１６から構成されることも示されている。
【００５４】
ＦＢＡＲデバイスにおいて、ＦＢＡＲスタック１１１と基板１０２の間に配置された音響ブラッグ反射器１８０は、「Ｃａｖｉｔｙ−ｌｅｓｓ  Ｆｉｌｍ  Ｂｕｌｋ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ（ＦＢＡＲ）  Ｄｅｖｉｃｅｓ」と題する米国特許出願第ＸＸ／ＸＸＸ，ＸＸＸ号に記載されているような、ＦＢＡＲスタック１１１を基板１０２から音響的に分離する機能を実施する。更に、音響ブラッグ反射器１９０は、上記のようにＦＢＡＲスタックをカプセル材料１２１からも音響的に分離する。このように、ＦＢＡＲスタック１１１は、基板１０２とカプセル材料１２１の両方から音響的に分離されるため、ＦＢＡＲ１１０の電極１１２と１１４の間に印加された電気信号に応じて自由に共振することができる。
【００５５】
音響ブラッグ反射器１８０は、第１のプラスチックブラッグ層１８４に近接配置された第１の金属ブラッグ層１８２を含む。図示の例において、第１の金属ブラッグ層１８２は基板に近接配置され、音響ブラッグ反射器１８０は、第１のプラスチックブラッグ層１８４に近接配置された第２の金属ブラッグ層１８６、及び、第２の金属ブラッグ層１８６に近接配置された第２のプラスチックブラッグ層１８８を更に含む。
【００５６】
金属ブラッグ層１８２及び１８６の材料は通常、上記の金属ブラッグ層１９２及び１９６のものと同じであるが、別の材料を使用してもよい。プラスチックブラッグ層１８４及び１８８の材料は通常、上記の金属ブラッグ層１９４及び１９８のものと同じものであるが、別の材料を使用してもよい。ブラッグ層１８２、１８４、１８６及び１８８は通常、四分の一波長層である。ただし、金属ブラッグ層１９２及び１９６と同様に、金属ブラッグ層１８２及び１８６は通常、製造を簡単にするために、四分の一波長層よりも薄い。
【００５７】
音響ブラッグ反射器１９０と同様に、音響ブラッグ反射器１８０は、図５に示した数より多くのブラッグ層から構成されてもよいし、図５に示した数より少ない数のブラッグ層から構成されてもよい。第２の金属ブラッグ層と第２のプラスチックブラッグ層１８６の一方又は両方は、図４Ｃ及び図４Ｄを参照して上で説明したものと同様のやり方で、省略される場合がある。また、基板１０２の一般的材料は、カプセル材料１２１よりも高い音響インピーダンスを有しているので、第１の金属ブラッグ層１８２と第１のプラスチックブラッグ層１８４の順序を逆にし、第１のプラスチックブラッグ層１８４を基板１０２に近接配置することにより、基板１０２からの有効な音響分離を得ることができる。従って、音響ブラッグ反射器１８０の他の実施形態は単純に、第１の金属ブラッグ層１８２及び第１のプラスチックブラッグ層１８４から構成され、第１のプラスチックブラッグ層１８４は基板１０２に近接配置され、第１の金属ブラッグ層１８２はＦＢＡＲスタック１１１に近接配置される。更に他の実施形態では、第２のプラスチックブラッグ層１８６が、第１の金属ブラッグ層１８２とＦＢＡＲスタック１１１の間に配置される。更に他の実施形態では、第２のプラスチックブラッグ層１８６及び第２の金属ブラッグ層１８８が、第１の金属ブラッグ層１８２とＦＢＡＲスタック１１１の間に順番に配置される。
【００５８】
カプセル化ＦＢＡＲデバイス１２０とは異なり、カプセル化ＦＢＡＲデバイス２００は、製造プロセスの終わりに向けてリリースエッチングを実施し、ＦＢＡＲデバイス１００の基板１０２のキャビティ１０４から犠牲材料を除去する必要がない。リリースエッチングを実施する必要がないので、材料がリリースエッチングに適合するものでなくてもよく、ＦＢＡＲデバイス２００の製造に使用可能な材料の範囲が拡大する。
【００５９】
ＦＢＡＲデバイス２００は、端子パッド１３２、端子パッド１３４、端子パッド１３２を電極１１２に電気的に接続する電気トレース１３３、及び、端子パッド１３４を電極１１４に電気的に接続する電気トレース１３５を更に有する。端子パッド１３２及び１３４は、ＦＢＡＲデバイス２００から外部電気回路（図示せず）への電気接続の形成に使用される。
【００６０】
図６Ａ及び図６Ｂはそれぞれ、本発明によるカプセル化ＦＢＡＲデバイスの第３の例示的実施形態３００の平面図及び断面図である。ＦＢＡＲデバイス３００は、２つのＦＢＡＲと、それらのＦＢＡＲ間に配置された音響減結合器とから構成されるバンドパスフィルタである。これらのＦＢＡＲ及び音響減結合器は、単一の減結合積層型圧電薄膜共振器（ＤＳＢＡＲ）を構成する。図６Ａ及び図６Ｂに示されている以下で説明するＦＢＡＲデバイス３００の例は、ＦＢＡＲスタックの上面と、ＦＢＡＲスタックをカプセル材料から音響的に分離するためのカプセル材料との間に、図４Ａ及び図４Ｂを参照して上で説明した音響ブラッグ反射器１９０と同様の構造の音響ブラッグ反射器を有する。あるいは、音響ブラッグ反射器は、図４Ｃ及び４Ｄを参照して上で説明したような構造であってもよい。図６Ａ及び図６Ｂに示されている以下で説明するＦＢＡＲデバイス３００の例において、ＦＢＡＲスタックは、ＦＢＡＲスタックを基板から音響的に分離するための基板に画定されたキャビティの上に浮かんでいる。あるいは、ＦＢＡＲデバイス３００は、基板とＦＢＡＲスタックの間に、図５を参照して上で説明した音響ブラッグ反射器１８０の種々の実施形態のうちのいずれかと同様の音響ブラッグ反射器を更に有し、ＦＢＡＲスタックを基板から音響的に分離するものであってもよい。
【００６１】
ＦＢＡＲデバイス３００は、基板１０２、基板の上に配置されたＦＢＡＲスタック３１１、ＦＢＡＲスタックを基板から音響的に分離するための要素、ＦＢＡＲスタックを覆うカプセル材料１２１、及び、ＦＢＡＲスタックの上面３１３とカプセル材料との間に配置された音響ブラッグ反射器１９０を有する。
【００６２】
ＦＢＡＲデバイス３００において、ＦＢＡＲスタック３１１は、下側ＦＢＡＲ１１０、下側ＦＢＡＲ１１０の上に配置された上側ＦＢＡＲ１２０、及び、それらのＦＢＡＲ間に配置された音響減結合器１３０から構成される。ＦＢＡＲ１１０は、対向する２枚の電極１２２及び１２４、並びにそれらの電極間に配置された圧電素子１２６から構成される。
【００６３】
音響減結合器１３０は、ＦＢＡＲ１１０とＦＢＡＲ１２０の間に配置され、詳しくは、ＦＢＡＲ１１０の電極１１４とＦＢＡＲ１２０の電極１２２との間に配置される。音響減結合器は、ＦＢＡＲ１１０とＦＢＡＲ１２０の間の音響エネルギーの結合を制御する。音響減結合器は、ＦＢＡＲ間を直接接触させた場合に比べて、低い音響エネルギーでＦＢＡＲ間を結合する。図６Ｂの例において、音響減結合器１３０は、音響減結合材料の音響減結合層から構成される。
【００６４】
図示の例において、ＦＢＡＲスタック３１１は、基板１０２に画定されたキャビティ１０４の上に浮かんでいる。キャビティ１０４は、ＦＢＡＲスタック３１１を基板１０２から音響的に分離する機能を実施する。更に、音響ブラッグ反射器１９０が、カプセル材料１２１と、ＦＢＡＲスタック３１１の上面３１３との間に配置され、ＦＢＡＲスタックをカプセル材料から音響的に分離する。音響ブラッグ反射器１９０の構造については、図４Ａ及び図４Ｂを参照して上で説明した。金属ブラッグ層１９２及び１９６の金属と、プラスチックブラッグ層１９４及び１９８のプラスチック材料との間の大きな音響インピーダンス比により、音響ブラッグ反射器１９０は、ＦＢＡＲスタック３１１に対して非常に低い実効音響インピーダンスを示すことができる。音響ブラッグ反射器１９０とＦＢＡＲスタック３１１との間のこの大きな音響インピーダンス比により、音響ブラッグ反射器１９０は、ＦＢＡＲスタック３１１とカプセル材料１２１との間の十分な音響分離を行うことができ、ＤＳＢＡＲ１０６を構成するＦＢＡＲ１１０及び１２０は、それらのＤＳＢＡＲのうちの一方の電極間に印加された入力電気信号に応じて、自由に機械的に共振することができる。入力電気信号を受信するＦＢＡＲで生成された音響エネルギーは、音響減結合器１３０を通して他方のＦＢＡＲに達する。音響エネルギーを受け取ったＦＢＡＲは、その音響エネルギーの一部を電気出力信号に変換し、その電極間に出力する。音響エネルギーを受信するＦＢＡＲの電極間の電気信号出力は、ＦＢＡＲスタック３１１とカプセル材料１２１の間の望ましくない音響結合によって生じる望ましくないスプリアスアーチファクトを実質的に持たないバンドパス周波数応答特性を有する。
【００６５】
図示の実施形態において、ＦＢＡＲ１１０の電極１１２及び１１４は、電気トレース１３３及び１３５によって、端子パッド１３２及び１３４にそれぞれ電気的に接続される。更に、ＦＢＡＲ１２０の電極１２２及び１２４は、電気トレース１３７及び１３９によって、端子パッド１３４及び１３８にそれぞれ電気的に接続される。入力と出力の間に絶縁を施す実施形態では、電気トレース１３７は、端子パッド１３４ではなく、更に別の端子パッド（図示せず）に接続される。端子パッド１３２、１３４及び１３８は、ＦＢＡＲデバイス３００から外部電気回路（図示せず）への電気接続の形成に使用される。
【００６６】
図示の実施形態において、音響減結合層は、音響減結合器１３０として機能する。音響減結合層は、プラスチック材料の四分の一波長層でもある。音響減結合層と、プラスチックブラッグ層１９４及び１９８には、同じプラスチック材料を使用してもよい。音響減結合層のプラスチック材料の音響インピーダンスは、ＦＢＡＲデバイス３００の通過帯域を決める。指定された通過帯域幅が必要な場合、音響減結合層は、プラスチックブラッグ層１９４及び１９８とは異なるプラスチック材料から構成される場合がある。
【００６７】
図７Ａは、本発明によるカプセル化ＦＢＡＲデバイスの第４の例示的実施形態を示す平面図である。ＦＢＡＲデバイス４００は薄膜音響結合変成器（ＦＡＣＴ）であり、そのＦＢＡＲスタックは２つの減結合積層型圧電薄膜共振器（ＤＳＢＡＲ）として構成された４つのＦＢＡＲから構成される。図７Ｂ及び図７Ｃは、図７Ａにおいて、ライン７Ｂ−７Ｂ及びライン７Ｃ−７Ｃに沿って切断してみたときの断面図である。図７Ｄは、図７Ａに示すＦＡＣＴ４００の例の電気回路の概略図であり、以下で説明される。図７Ａ及び図７Ｂに示され、以下で説明されるＦＢＡＲデバイス４００の例は、ＦＢＡＲスタックの上面とカプセル材料との間に、図４Ａ及び図４Ｂを参照して上で説明した音響ブラッグ反射器１９０と同様の構造の音響ブラッグ反射器を有し、ＦＢＡＲスタックがカプセル材料から音響的に分離される。あるいは、この音響ブラッグ反射器は、図４Ｃ及び図４Ｄを参照して上で説明したような構造であってもよい。図７Ａ及び図７Ｂに示し、以下で説明するＦＢＡＲデバイス４００の例において、ＦＢＡＲスタックは、ＦＢＡＲスタックを基板から音響的に分離するために基板に画定されたキャビティの上に浮かんでいる。あるいは、このＦＢＡＲデバイス４００は、基板とＦＢＡＲスタックの間に、図５を参照して上で説明した音響ブラッグ反射器１８０の種々の実施形態のうちのいずれかと同様の音響ブラッグ反射器を更に有し、ＦＢＡＲスタックが基板から音響的に分離されるものであってもよい。
【００６８】
ＦＡＣＴ４００は、基板１０２、基板の上に配置されたＦＢＡＲスタック４１１、ＦＢＡＲスタックを基板から音響的に分離する要素、ＦＢＡＲスタックを覆うカプセル材料１２１、及び、ＦＢＡＲスタックの上面とカプセル材料との間に配置された音響ブラッグ反射器１９０から構成される。ＦＢＡＲスタック４１１は、積層型圧電薄膜共振器（ＤＳＢＡＲ）１０６及びＤＳＢＡＲ１０８を含む。ＤＳＢＡＲ１０６は、下側ＦＢＡＲ１１０、下側ＦＢＡＲ１１０の上に配置された上側ＦＢＡＲ１２０、及び、それらのＦＢＡＲ間に配置された音響減結合器１３０から構成される。ＤＳＢＡＲ１０８は、下側ＦＢＡＲ１５０、下側ＦＢＡＲ１５０の上に積み重ねられた上側ＦＢＡＲ１６０、及び、それらのＦＢＡＲ間に配置された音響減結合器１７０から構成される。ＦＡＣＴ４００は、ＤＳＢＡＲ１０６及び１０８のそれぞれの下側ＦＢＡＲ１１０及び１５０を相互接続する電気回路と、ＤＳＢＡＲ１０６及び１０８のそれぞれの上側ＦＢＡＲ１２０及び１６０を相互接続する電気回路とを有する。図７Ｄは、電気回路１４１により、ＤＳＢＡＲ１０６の下側ＦＢＡＲ１１０とＤＳＢＡＲ１０８の下側ＦＢＡＲ１５０を逆並列に接続し、電気回路１４２により、ＤＳＢＡＲ１０６の上側ＦＢＡＲ１２０とＤＳＢＡＲ１０８の上側ＦＢＡＲ１６０を直列に接続する例を示している。
【００６９】
ＤＳＢＡＲ１０６において、下側ＦＢＡＲ１１０は、対向する２枚の平坦な電極１１２及び１１４、並びにそれらの電極間に配置された圧電素子１１６から構成され、上側ＦＢＡＲ１５０は、対向する２枚の平坦な電極１２２及び１２４、並びにそれらの電極間に配置された圧電素子１２６から構成される。
【００７０】
ＦＡＣＴ４００において、ＤＳＢＡＲ１０６の音響減結合器１３０は、下側ＦＢＡＲ１１０と上側ＦＢＡＲ１２０の間に配置され、詳しくは、下側ＦＢＡＲ１１０の電極１１４と上側ＦＢＡＲ１２０の電極１２２の間に配置される。音響減結合器１３０は、ＦＢＡＲ１１０とＦＢＡＲ１２０の間の音響エネルギーの結合を制御する。音響減結合器１３０は、従来の積層型音響共振器（ＳＢＡＲ）のようにＦＢＡＲ１１０とＦＢＡＲ１２０を互いに直接接触させた場合に比べて、低い音響エネルギーでそれらのＦＢＡＲ間を結合する。また、ＤＳＢＡＲ１０８の音響減結合器１７０は、上側ＦＢＡＲ１５０と上側ＦＢＡＲ１６０の間に配置され、詳しくは、上側ＦＢＡＲ１５０の電極１５４と上側ＦＢＡＲ１６０の電極１６２の間に配置される。音響減結合器１７０は、ＦＢＡＲ１５０とＦＢＡＲ１６０の間の音響エネルギーの結合を制御する。音響減結合器１７０は、ＦＢＡＲ１５０とＦＢＡＲ１６０を互いに直接接触させた場合に比べて、低い音響エネルギーでそれらのＦＢＡＲ間を結合する。ＦＡＣＴ４００の通過帯域幅は、音響減結合器１３０及び１７０によって決まる音響エネルギーの結合によって決まる。
【００７１】
図７Ａ〜図７Ｃに示す例において、音響減結合器１３０及び１７０はそれぞれ、音響減結合層１３１の一部を形成する。他の実施形態において、音響減結合器１３０及び１７０はそれぞれ、Ｊｏｈｎ  Ｄ．Ｌａｒｓｏｎ他による「Ｐａｓｓ  Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  ｉｎ  Ｄｅｃｏｕｐｌｅｄ  Ｓｔａｃｋｅｄ  Ｂｕｌｋ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅｓ」と題する本願と同じ譲受人の米国特許出願第ＸＸ／ＸＸＸ，ＸＸＸ号（アジレント整理番号１００４０９５５−１）に記載されているような種々の音響インピーダンスを有する音響減結合材料の音響減結合層から構成される。他の実施形態において、音響減結合器１３０及び１７０は独立した構造を有する。
【００７２】
ＦＢＡＲスタック４１１の上面４１３と、カプセル材料１２１との間に配置される音響ブラッグ反射器１９０は、ＤＳＢＡＲ１０６及び１０８と、カプセル材料との間を音響的に分離する。音響ブラッグ反射器１９０の構成については、図４Ａ及び図４Ｂを参照して上で説明した。金属ブラッグ層１９２及び１９６の金属と、プラスチックブラッグ層１９４及び１９８のプラスチック材料との間の大きな音響インピーダンス比により、音響ブラッグ反射器１９０は、ＤＳＢＡＲ１０６及びＤＳＢＡＲ１０８に対して非常に高い実効インピーダンスを示すことができる。音響ブラッグ反射器１９０と、ＤＳＢＡＲ１０６及び１０８との間の大きな音響インピーダンス比により、音響ブラッグ反射器１９０は、ＤＳＢＡＲ１０６及び１０８とカプセル材料１２１との間を十分に音響的に分離することができ、その結果、ＦＢＡＲ１１０及び１２０は、それらのＤＳＢＡＲのうちの一方の電極間に印加された入力電気信号に応じて機械的に共振することができる。各ＤＳＢＡＲにおいて、入力電気信号を受信するＦＢＡＲにおいて生成される音響エネルギーは、対応する音響減結合器１３０又は１７０を通って他方のＦＢＡＲに達する。音響エネルギーを受け取るＦＢＡＲは、その音響エネルギーの一部を電気出力信号に変換し、その電極間に出力する。音響エネルギーを受け取るＦＢＡＲの電極間の電気出力信号は、望ましくないスプリアスアーチファクトを実質的に持たないバンドパス周波数応答特性を有する。
【００７３】
図７Ｄは、ＤＳＢＡＲ１０６及び１０８を相互接続する電気回路、及び、ＤＳＢＡＲ１０６及び１０８を外部電気回路（図示せず）に接続する電気回路の一例を概略的に示している。電気回路１４１は、下側ＦＢＡＲ１１０及び１５０を逆並列に接続し、信号端子１４３及びグラウンド端子１４４に接続される。図７Ａ〜図７Ｃに示す実施形態において、端子パッド１３８は信号端子１４３として機能し、端子パッド１３２及び１７２はグラウンド端子１４４として機能する。この実施形態において、電気回路１４１は、端子パッド１３２からＦＢＡＲ１１０の電極１１２まで延びる電気トレース１３３、ＦＢＡＲ１１０の電極１１４から相互接続パッド１７６に電気的に接触する相互接続パッド１３６まで延びる電気トレース１３７、相互接続パッド１７６から信号パッド１３８まで延びる電気トレース１３９、相互接続パッド１７６からＦＢＡＲ１５０の電極１５２まで延びる電気トレース１７７、ＦＢＡＲ１５０の電極１５４から端子パッド１７２まで延びる電気トレース１７３、及び、端子パッド１３２と１７２を相互接続する電気トレース１６７によって形成される。
【００７４】
図７Ｄに示す電気的概略図の例において、電気回路１４２は上側ＦＢＡＲ１２０と上側ＦＢＡＲ１６０を直列に接続し、信号端子１４５及び１４６に接続し、任意選択で更にセンタータップ端子１４７にも接続される。図７Ａ〜図７Ｃに示す実施形態において、端子パッド１４５及び１４６は、信号パッド１４５及び１４６として機能し、端子パッド１７８は、センタータップ端子１４７として機能する。この実施形態の場合、電気回路１４２は、端子パッド１３４からＦＢＡＲ１２０の電極１２４まで延びる電気トレース１３５、ＦＢＡＲ１２０の電極１２２からＦＢＡＲ１６０の電極１６２まで延びる電気トレース１７１、トレース１７１からセンタータップ１３７まで延びる電気トレース１７９、及び、ＦＢＡＲ１６０の電極１６４から端子パッド１７４まで延びる電気トレース１７５によって形成される。図面には、端子パッド１３４及び１７４の局部グラウンドとして機能する電気トレース１６９によって相互接続された端子パッド１６３及び１６８も描かれている。図示の例において、電気トレース１６９は更に端子パッド１７８まで延びる。他の例において、端子パッド１７８は浮いたままにされる。
【００７５】
図７Ｄに示す電気接続によれば、一次側が平衡状態の４：１のインピーダンス変換比を有するＦＡＣＴ、又は、二次側が平衡状態の１：４のインピーダンス変換比を有するＦＡＣＴが形成される。代替として、下側ＦＢＡＲ間は並列、直列又は逆直列で相互接続することもでき、また、上側ＦＢＡＲ間は並列、逆並列又は逆直列で相互接続することもでき、その結果、下記の表１に示すような他のインピーダンス変換比が実現される。
【００７６】
【表１】
2007510382.tif 000003
【００７７】
表１において、行見出しは電気回路１４１の構成を示し、列見出しは電気回路１４２の構成を示す。ＢはＦＡＣＴが電気的に平衡していることを意味し、ＵはＦＡＣＴが比平衡であることを意味し、ＸはＦＡＣＴが機能しないことを意味する。表に示したインピーダンス変換比は、行見出しに示す電気回路１４１の構成と、列見出しに示す電気回路１４２の構成によって得られるインピーダンス変換比である。１：１のインピーダンス変換比を有する構成の場合、「低」は、ＦＡＣＴが並列な２つのＦＢＡＲのインピーダンスと同等の低インピーダンスであることを意味し、「高」は、ＦＡＣＴが直列な２つのＦＢＡＲのインピーダンスと同等の高インピーダンスであることを意味する。
【００７８】
ウェーハスケールの製造を使用すれば、上で説明したＦＢＡＲデバイス１００、２００、３００又は４００に似た数千ものＦＢＡＲデバイスを一度に製造することができる。そのようなウェーハスケールの製造によれば、ＦＢＡＲデバイスの製造が安価になる。次に、図６Ａ及び６４Ｂを参照して上で説明したＦＢＡＲデバイスの一実施形態３００の製造に使用される製造方法の一例について、図８Ａ〜図８Ｍの平面図及び図８Ｋ〜図８Ｚの断面図を参照して説明する。別のマスクを使用することで、このプロセスは、ＦＢＡＲデバイス１００、２００及び４００の実施形態の製造にも使用することが可能である。これから製造方法を説明するＦＢＡＲデバイス３００の通過帯域幅の公称中心周波数は約１．９ＧＨｚである。他の周波数で動作させる実施形態も、同様の構造を有し、同様に製造されるが、以下に記載するものとは厚さ及び水平方向の寸法が異なる。以下に製造方法を説明するＦＢＡＲ３００の例は、図４Ａ及び図４Ｂを参照して上で説明した音響ブラッグ反射器１９０に似た構造を有する。説明するプロセスに変更を加え、もっと少ない数のブラッグ層を堆積することにより、図４Ｃ及び図４Ｄを参照して上で説明したような構成を有するブラッグ反射器を製造することも可能である。
【００７９】
単結晶シリコンのウェーハを用意する。各ＦＢＡＲが製造されるウェーハの部分に、ＦＢＡＲデバイス３００の基板１０２に対応する基板が形成される。図８Ａ〜図８Ｍ及び図８Ｎ〜図８Ｚ並びに下記の説明は、基板１０２を構成するウェーハの部分における、ＦＢＡＲデバイス３００の製造を示すものである。ＦＢＡＲデバイス３００を製造する際に、残りのＦＢＡＲデバイスも同様にウェーハ上に製造される。
【００８０】
図８Ａ及び図８Ｎに示すように、各ＦＢＡＲデバイスの位置においてウェーハを選択的にウェットエッチングし、キャビティ１０４を形成する。ウェーハの表面に、各キャビティを充填するのに十分なだけの厚さを有する充填材料の層（図示せず）を蒸着する。次に、各キャビティに充填材料を充填した状態で、ウェーハの表面を平坦化する。図８Ａ及び図６Ｎは、充填材料１０５で充填された基板１０２のキャビティ１０４を示している。
【００８１】
一実施形態において、充填材料はリンガラス（ＰＳＧ）であり、従来の低圧化学気相蒸着（ＬＰＣＶＤ）によって蒸着された。充填材料は、スパッタリングやスピンコーティングによって蒸着してもよい。
【００８２】
キャビティ１０４を形成し、充填材料１０５で充填する代わりに、金属及びプラスチックの交互のブラッグ層をウェーハ１０２の表面に蒸着し、パターニングすることにより、図５に示した音響ブラッグ反射器１８０に似た音響ブラッグ反射器が形成される。音響ブラッグ反射器１８０又はキャビティ１０４は、上記のように、ＦＢＡＲスタック３１１（図６Ｂ）を基板１０２から音響的に分離する機能を実施する。
【００８３】
基板１０２の主表面に第１の金属層を蒸着し、充填材料１０５を充填する。第１の金属層を図８Ａ及び図８Ｎに示すようにパターニングし、電極１１２、端子パッド１３２、及び、電極１１２と端子パッド１３２との間に延びる電気トレース１３３を画定する。
【００８４】
電極１１２は通常、ウェーハの主表面に対して平行な面において非対称な形を有する。Ｌａｒｓｏｎ  III他の米国特許第６，２１５，３７５号に記載されているように、非対称形によれば、電極１１２によって一部が形成されるＦＢＡＲ１１０（図４Ｂ）の横モードを最小限に抑えることができる。後で説明するように、後で充填材料１０５をエッチングによって除去できるように、電極１１２は、充填材料１０５の表面の一部が露出したまま残される。
【００８５】
図６Ｂを更に参照すると、後で詳しく説明するように、第２の金属層に電極１１４が形成され、第３の金属層に電極１２２が形成され、第４の金属層に電極１１４が形成される。電極が形成されるこれらの金属層は、ウェーハの主表面に対して平行な各面において、ＦＢＡＲ１１０の電極１１２と電極１１４が同じ形、同じサイズ、同じ向き、及び、同じ位置になり、ＦＢＡＲ１２０の電極１２２と電極１２４が同じ形、同じサイズ、同じ向き、及び、同じ位置になるようにパターニングされる。一般的には更に、電極１１４と電極１２２も、同じ形、同じサイズ、同じ向き、及び、同じ位置を有する。
【００８６】
一実施形態において、各金属層の材料は、スパッタリングによって約３００ｎｍの厚さに蒸着されたモリブデンであった。金属層はそれぞれドライエッチングによってパターニングされた。各金属層に形成される電極は、面積約１２，０００平方μｍの五角形であった。電極面積を他の面積にすれば、別の特性インピーダンスが得られる。タングステン、ニオビウム及びチタニウムのような他の耐火性金属を金属層の材料として代わりに使用してもよい。各金属層は、２以上の層から構成されるものであってもよい。
【００８７】
ＦＢＡＲデバイス３００の電極の材料を選択する際に考慮すべき１つの要素は、電極材料の音響特性である。すなわち、ＦＢＡＲデバイスの残りの金属部分の材料（複数の場合もあり）の音響特性は、導電性のような他の特性に比べてあまり重要でない。従って、ＦＢＡＲデバイス３００の残りの金属部分の材料（複数の場合もあり）は、電極の材料とは異なるものであってよい。
【００８８】
圧電材料の層は、図８Ｂ及び図８Ｏに示すように蒸着及びパターニングされ、圧電素子１１６が形成される。この圧電層は、電極１１２を覆うように、且つ、端子パッド１３２と、充填材料１０５の表面の一部を露出させるようにパターニングされる。圧電素子１１６の他の部分は、基板１０２の上にキャビティ１０４の外側の上に延びる。
【００８９】
一実施形態において、以下で説明する圧電素子１１６及び圧電素子１２６を形成するための圧電材料は、窒化アルミニウムであり、スパッタリングによって厚さ約１．４μｍに蒸着された。圧電材料は、水酸化カリウムによるウェットエッチング、又は、塩素系ドライエッチングによってパターニングされた。圧電素子１１６及び１２６の代替材料には、酸化亜鉛、硫化カドミウム、並びに、チタン酸ジルコン酸塩、メタニオブ酸鉛、及び、チタン酸バリウムなどのペロブスカイト型強誘電体材料のような分極強誘電体材料がある。
【００９０】
図８Ｃ及び図８Ｐに示すように、第２の層を蒸着及びパターニングし、電極１１４、端子パッド１３４、及び、電極１１４と端子パッド１３４の間に延びる電気トレース１３５を形成する。これで、ＦＢＡＲ１１０の製造は完了する。
【００９１】
次に、図８Ｄ及び図８Ｑに示すように、音響減結合材料の層を蒸着及びパターニングし、音響減結合器１３０を形成する。音響減結合器１３０は、少なくとも電極１１４を覆うようにパターニングされ、更に、端子パッド１３２及び充填材料１０５の一部を露出させるようにパターニングされる。音響減結合器は通常、プラスチック材料からなる第３のブラッグ層である。
【００９２】
一実施形態において、音響減結合器１３０の音響減結合材料は、厚さ約２００ｎｍのポリイミド、すなわち、中心周波数波長の四分の一の厚さのポリイミドであった。このポリイミドは、スピンコーティングによって蒸着され、フォトリソグラフィによってパターニングされた。ポリイミドは感光性であるため、フォトレジストが不要である。上記のように、他のプラスチック材料を音響減結合材料として使用することも可能である。音響減結合材料は、スピンコーティング以外の方法で蒸着してもよい。
【００９３】
音響減結合材料がポリイミドである実施形態では、ポリイミドを蒸着及びパターニングした後、更なる処理を実施する前に、まずウェーハを約２５０℃の温度で空気中で焼き、最後に約４１５℃の温度で窒素雰囲気のような不活性雰囲気中で焼く。焼くことによってポリイミドの揮発成分を蒸発させることができ、その後の処理においてそれらの揮発成分が蒸発し、次に蒸着された層が剥離することを防止することができる。
【００９４】
図８Ｇ及び図８Ｑに示すように、第３の金属層は、電極１２２、及び、電極１２２から端子パッド１３４まで延びる電気トレース１３７を形成するように蒸着及びパターニングされる。端子パッド１３４は、トレース１３５によって電極１１４にも電気的に接続される。
【００９５】
圧電材料からなる第２の層を図８Ｆ及び図８Ｓに示すように堆積及びパターニングし、圧電素子１２６を形成する。この第２の圧電層は、端子パッド１３２及び１３４、並びに充填材料１０５の一部を露出させるようにパターニングされる。
【００９６】
第４の金属層を蒸着及びパターニングし、図８Ｇ及び図８Ｔに示すように電極１２４、端子パッド１３８、及び、電極１２４から端子パッド１３８まで延びる電子トレース１３９を形成する。これで、ＦＢＡＲ１２０及びＦＢＡＲスタック３１１の製造は完了する。
【００９７】
端子パッド１３２、１３４及び１３８の露出面に金の保護層（図示せず）を蒸着する。更に、カプセル材料が下記のように金属化される実施形態では、電気トレース１３３、１３７及び１３９のそれぞれの上に、絶縁層（図示せず）を蒸着する。
【００９８】
ＦＢＡＲスタック３１１の上面にプラスチック材料の層を蒸着し、図８Ｈ及び図８Ｕに示すようにパターニングし、第２のプラスチックブラッグ層１９８を形成する。
【００９９】
一実施形態において、第２のプラスチックブラッグ層１９８及び第１のプラスチックブラッグ層を形成するように蒸着されるこのプラスチック材料は、ポリイミドであり、その蒸着方法は以下で説明される。ポリイミドをスピンコーティングし、硬化させ、パターニングし、第２のプラスチックブラッグ層１９８及び第１のプラスチックブラッグ層１９４をそれぞれ厚さ約２００ｎｍ、すなわち、ポリイミドにおける中心周波数波長の四分の一に形成する。ポリイミドのパターニングについては上で説明した。ポリイミドの各層を蒸着した後、まず、ウェーハを約２５０℃の温度の空気中で焼き、更なる処理を実施する前に、最後に、約４１５℃の窒素雰囲気のような不活性雰囲気中で焼く。焼くことにより、ポリイミドの揮発成分は蒸発し、そのように揮発成分を蒸発させることで、次に蒸着される層のその後の処理における剥離を防止することができる。
【０１００】
他の実施形態において、第２のプラスチックブラッグ層１９８及び第１のプラスチックブラッグ層１９４を形成するように蒸着されるプラスチック材料は、ダイマー型前駆体のジパラキシレンから真空蒸着によって蒸着されるパリレンであった。
【０１０１】
他の実施形態において、第２のプラスチックブラッグ層１９８及び第１のプラスチックブラッグ層１９４を形成するように蒸着されるプラスチック材料は、架橋ポリフェニレンポリマーの前駆体溶液であった。前駆体溶液はスピンコーティングされ、硬化され、パターニングされ、厚さ約１８７ｎｍ、すなわち、架橋ポリフェニレンポリマーにおける中心周波数波長の四分の一の厚さをそれぞれ有する第２プラスチックブラッグ層１９８及び第１のプラスチックブラッグ層１９４が形成される。以下では、架橋ポリフェニレンポリマーのパターニングについて説明する。一例において、架橋ポリフェニレンポリマーの前駆体は、Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ＣｏｍｐａｎｙからＳｉＬＫ  Ｊという登録商標で販売されているものであった。あるいは、この前駆体溶液は、Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ＣｏｍｐａｎｙからＳｉＬＫという登録商標で現在販売されている、又は将来販売されるであろう前駆体溶液のうちの任意の適当なものであってよい。一実施形態では、前駆体溶液をスピンコーティングする前に、接着促進剤を蒸着する場合がある。硬化させることにより、約２メガレイリーの音響インピーダンスを有する架橋ポリフェニレンポリマーが形成されるオリゴマーを含む前駆体溶液は、他のサプライヤから現在又は将来入手することができ、それらも同様に使用することができる。前駆体溶液の各層を蒸着した後、更なる処理を実施する前に、ウェーハを約３８５℃〜約４５０℃の真空雰囲気や窒素雰囲気のような不活性雰囲気中で焼く。焼くことによって、最初に前駆体溶液から有機成分が除去され、上記のようにオリゴマーが交差結合され、架橋ポリフェニレンポリマーが形成される。
【０１０２】
図８Ｉ及び図８Ｖに示すように、第２のプラスチックブラッグ層１８４の表面に第５の金属層を蒸着及びパターニングし、第２の金属ブラッグ層１９６を形成する。
【０１０３】
一実施形態において、以下で蒸着方法が説明される第５の金属層及び第６の金属層はそれぞれ、スパッタリングによって厚さ約８００ｎｍに蒸着されるモリブデンの層であった。他の実施形態では、３以上のブラッグ層を使用し、上記のように、第５の金属層及び第６の金属層の厚さは３００ｎｍとした。これらの金属層はドライエッチングによってパターニングされた。タングステン、ニオビウム及びチタニウムのような他の耐火性金属を第５及び第６の金属層の金属として代わりに使用してもよい。
【０１０４】
図８Ｊ及び図８Ｗに示すように、第２の金属ブラッグ層１９６の表面にプラスチック材料の層を蒸着し、パターニングして、第１のプラスチックブラッグ層１９４を形成する。
【０１０５】
図８Ｋ及び図８Ｘに示すように、第１のプラスチック材料１９４の表面に第６の金属層を蒸着し、パターニングして、第１の金属ブラッグ層１９２を形成する。第６の金属層を蒸着し、第１の金属ブラッグ層１９２を形成することにより、音響ブラッグ反射器１９０の製造は完了する。
【０１０６】
次に、図８Ｍ及び図８Ｚに示すように、ＦＢＡＲスタック３１１及び音響ブラッグ反射器１９０をカプセル材料１２１で覆う。
【０１０７】
一実施形態では、音響ブラッグ反射器１９０の露出面に、カプセル材料の滴を垂らす。カプセル材料は音響ブラッグ反射器を流れ落ち、音響ブラッグ反射器１９０及びＦＢＡＲスタック３１１の上面及び側面を覆う。一実施形態において、このカプセル材料はポリイミドである。ポリイミドのカプセル材料を上記のように硬化させると、カプセル材料１２１が形成される。
【０１０８】
他の実施形態において、このカプセル材料は射出成形によって付着される。代替のカプセル材料には、室温加流ゴム（ＲＴＶ）、ガラス入りエポキシ、又は、他の適当なカプセル材料がある。他の付着方法を使用してもよい。
【０１０９】
密封カプセル化を必要とする実施形態では、硬化させたカプセル材料を金属シーリング層（図示せず）で覆い、カプセル材料１２１を形成するための更に別の処理を実施する。金属シーリング層は、カプセル材料の多孔性を減少させる。金属シーリング層は、端子パッド１３２、１３４及び１３８を露出させるようにパターニングされる。カプセル材料の前に、上記の絶縁層を電気トレース１３３、１３７及び１３９に付着させることにより、金属シーリング層によって電気トレース間が電気的に相互接続されることを防止することができる。
【０１１０】
次に、ウェーハをＦＢＡＲデバイス３００のような個々のＦＢＡＲデバイスに分割する。
【０１１１】
ＦＢＡＲデバイス３００は、無線電話のようなホスト電気装置に取り付けられ、ＦＢＡＲデバイスの端子パッド１３２、１３４、１３８と、ホスト装置の一部であるパッドとの間に電気接続が形成される。
【０１１２】
上記のように、音響減結合器１３０の代替の音響減結合材料は架橋ポリフェニレンポリマーである。図８Ｃ及び図８Ｐを参照して上で説明したように第３の金属層をぱあターニングして電極１１４を形成した後、図８Ｄ及び図８Ｑを参照して上で説明したものと同様のやり方で、架橋ポリフェニレンポリマーの前駆体溶液をスピンコーティングする。ただし、パターニングはしない。前駆体溶液の形成、及び、スピン速度は、架橋ポリフェニレンポリマーが厚さ約１８７ｎｍの層を形成するように選択される。この厚さは、ＦＢＡＲデバイス３００の通過帯域の中心周波数に等しい周波数を有する音響信号の、架橋ポリフェニレンポリマー中における波長λｎの四分の一に対応する。次に、上記のようにウェーハを焼くことにより、前駆体溶液の一部を形成するオリゴマーを交差結合させ、架橋ポリフェニレンポリマーを形成する。
【０１１３】
次に、架橋ポリフェニレンポリマーの層の上に第３の金属層を、図８Ｅ及び図８Ｒを参照して上で説明したものと同様のやり方で蒸着する。ただし、第３の金属層は、図８Ｄのパターンと同様に最初にパターニングし、ハードマスクを形成する。このハードマスクは、後で音響減結合器１３０を形成するための架橋ポリフェニレンポリマーの層のパターニングに使用される。最初にパターニングされる第３の金属層は、音響減結合器と同じ大きさを持ち、端子パッド１３２及び１３４、並びに充填材料１０５の一部を露出する。
【０１１４】
次に、最初にパターニングした第３の金属層をハードエッチマスクとして使用し、架橋ポリフェニレンポリマーの層を図８Ｄに示すようにパターニングする。架橋ポリフェニレンポリマーの層のパターニングにより、音響減結合器１３０の大きさが画定される。音響減結合器１３０は、端子パッド１３２及び１３４、並びに充填材料１０５の一部を露出する。このパターニングは酸素プラズマエッチングを使用して実施される。
【０１１５】
第３の金属層を図８Ｅ及び図８Ｒに示すように再パターニングし、電極１２２、及び、電極１２２と端子パッド１３４の間に延びる電気トレース１３７を形成する。
【０１１６】
架橋ポリフェニレンポリマーの層を音響減結合器として有するＦＢＡＲ３００の実施形態の製造は、図８Ｆ〜図８Ｍ及び図８Ｓ〜図８Ｍを参照して上で説明した処理を実施することにより完了する。
【０１１７】
同様に、第２のプラスチックブラッグ層１９８が架橋ポリフェニレンポリマーである実施形態では、第２のプラスチックブラッグ層１９８を形成するための架橋ポリフェニレンポリマーの層を蒸着し、第５の金属層を蒸着する。次に、第５の金属層を最初にパターニングして第２のプラスチックブラッグ層１９８を画定し、最初にパターニングされた第５の金属層をハードエッチマスクとして使用して、架橋ポリフェニレンポリマーの層をパターニングし、その後、第５の金属を再パターニングして第２の金属ブラッグ層１９６を画定する。図８Ｈ及び図８Ｉに示す実施形態のような実施形態では、第２のプラスチックブラッグ層と第２の金属ブラッグ層が同じ大きさを持ち、第５の金属層の最初のパターニングによって第２の金属ブラッグ層１９６が画定され、第５の金属層の上記の再パターニングは省略される。同様の方法を使用して、パリレンの層に第２のプラスチックブラッグ層を形成してもよい。
【０１１８】
同様に、第１のプラスチックブラッグ層１９４が架橋ポリフェニレンポリマーである種々の実施形態では、第１のプラスチックブラッグ層１９４を形成すための架橋ポリフェニレンポリマーの層を蒸着し、第５の金属層を蒸着する。次に、第５の金属層を最初にパターニングして第１のプラスチックブラッグ層１９４を画定し、最初にパターニングされた第５の金属層をハードエッチマスクとして使用し、架橋ポリフェニレンポリマーの層をパターニングし、その後、第５の金属層を再パターニングして第１の金属ブラッグ層１９２を画定する。図８Ｊ及び図８Ｋに示すような実施形態では、第１のプラスチックブラッグ層と第１の金属ブラッグ層が同じ大きさを持ち、第６の金属層の最初のパターニングにより第１の金属ブラッグ層１９２が画定され、第６の金属層の上記の再パターニングは省略される。同様の方法を使用して、パリレンの層に第１のプラスチックブラッグ層１９６を画定してもよい。
【０１１９】
本明細書では、種々の実施例を参照して本発明を詳細に開示している。しかしながら、本発明は添付の特許請求の範囲によって規定されるものであり、記載した実施形態に厳密に制限されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【０１２０】
【図１】従来技術によるＦＢＡＲが組み込まれたはしご型フィルタの概略図である。
【図２】従来技術によるＦＢＡＲの断面図である。
【図３】従来技術によるカプセル化ＦＢＡＲデバイスの断面図である。
【図４Ａ】本発明によるカプセル化ＦＢＡＲデバイスの第１の実施形態を示す平面図である。
【図４Ｂ】図４Ａに示すカプセル化ＦＢＡＲデバイスの第１の実施形態をライン４Ｂ−４Ｂに沿って切断してみたときの断面図である。
【図４Ｃ】図４Ａに示すカプセル化ＦＢＡＲデバイスの音響ブラッグ反射器の代替構造を示す断面図である。
【図４Ｄ】図４Ａに示すカプセル化ＦＢＡＲデバイスの音響ブラッグ反射器の代替構造を示す断面図である。
【図５】本発明によるカプセル化ＦＢＡＲデバイスの第２の実施形態を示す断面図である。
【図６Ａ】本発明によるカプセル化ＦＢＡＲデバイスの第３の実施形態を示す平面図である。
【図６Ｂ】図６Ａに示すカプセル化ＦＢＡＲデバイスの第３の実施形態をライン６Ｂ−６Ｂに沿って切断してみたときの断面図である。
【図７Ａ】本発明によるカプセル化ＦＢＡＲデバイスの第４の実施形態を示す平面図である。
【図７Ｂ】図７Ａに示すカプセル化ＦＢＡＲデバイスの第４の実施形態をライン７Ｂ−７Ｂに沿って切断してみたときの断面図である。
【図７Ｃ】図７Ａに示すカプセル化ＦＢＡＲデバイスの第４の実施形態をライン７Ｃ−７Ｃに沿って切断してみたときの断面図である。
【図７Ｄ】図７Ａに示すカプセル化ＦＢＡＲデバイスの電気回路を示す概略図である。
【図８Ａ】本発明によるカプセル化ＦＢＡＲデバイスを作成するプロセスを示す平面図である。
【図８Ｂ】本発明によるカプセル化ＦＢＡＲデバイスを作成するプロセスを示す平面図である。
【図８Ｃ】本発明によるカプセル化ＦＢＡＲデバイスを作成するプロセスを示す平面図である。
【図８Ｄ】本発明によるカプセル化ＦＢＡＲデバイスを作成するプロセスを示す平面図である。
【図８Ｅ】本発明によるカプセル化ＦＢＡＲデバイスを作成するプロセスを示す平面図である。
【図８Ｆ】本発明によるカプセル化ＦＢＡＲデバイスを作成するプロセスを示す平面図である。
【図８Ｇ】本発明によるカプセル化ＦＢＡＲデバイスを作成するプロセスを示す平面図である。
【図８Ｈ】本発明によるカプセル化ＦＢＡＲデバイスを作成するプロセスを示す平面図である。
【図８Ｉ】本発明によるカプセル化ＦＢＡＲデバイスを作成するプロセスを示す平面図である。
【図８Ｊ】本発明によるカプセル化ＦＢＡＲデバイスを作成するプロセスを示す平面図である。
【図８Ｋ】本発明によるカプセル化ＦＢＡＲデバイスを作成するプロセスを示す平面図である。
【図８Ｌ】本発明によるカプセル化ＦＢＡＲデバイスを作成するプロセスを示す平面図である。
【図８Ｍ】本発明によるカプセル化ＦＢＡＲデバイスを作成するプロセスを示す平面図である。
【図８Ｎ】図８Ａにおいてライン８Ｎ−８Ｎに沿って切断してみたときの断面図である。
【図８Ｏ】図８Ｂにおいてライン８Ｏ−８Ｏに沿って切断してみたときの断面図である。
【図８Ｐ】図８Ｃにおいてライン８Ｐ−８Ｐに沿って切断してみたときの断面図である。
【図８Ｑ】図８Ｄにおいてライン８Ｑ−８Ｑに沿って切断してみたときの断面図である。
【図８Ｒ】図８Ｅにおいてライン８Ｒ−８Ｒに沿って切断してみたときの断面図である。
【図８Ｓ】図８Ｆにおいてライン８Ｓ−８Ｓに沿って切断してみたときの断面図である。
【図８Ｔ】図８Ｇにおいてライン８Ｔ−８Ｔに沿って切断してみたときの断面図である。
【図８Ｕ】図８Ｈにおいてライン８Ｕ−８Ｕに沿って切断してみたときの断面図である。
【図８Ｖ】図８Ｉにおいてライン８Ｖ−８Ｖに沿って切断してみたときの断面図である。
【図８Ｗ】図８Ｊにおいてライン８Ｗ−８Ｗに沿って切断してみたときの断面図である。
【図８Ｘ】図８Ｋにおいてライン８Ｘ−８Ｘに沿って切断してみたときの断面図である。
【図８Ｙ】図８Ｌにおいてライン８Ｙ−８Ｙに沿って切断してみたときの断面図である。
【図８Ｚ】図８Ｍにおいてライン８Ｚ−８Ｚに沿って切断してみたときの断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図８Ｆ】
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【図８Ｇ】
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【図８Ｈ】
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【図８Ｉ】
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【図８Ｊ】
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【図８Ｋ】
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【図８Ｌ】
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【図８Ｍ】
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【図８Ｎ】
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【図８Ｏ】
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【図８Ｐ】
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【図８Ｑ】
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【図８Ｒ】
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【図８Ｓ】
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【図８Ｔ】
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【図８Ｕ】
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【図８Ｖ】
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【図８Ｗ】
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【図８Ｘ】
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【図８Ｙ】
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【図８Ｚ】
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【国際調査報告】
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