(57)【要約】減結合スタック型バルク音響共振器(DSBAR)デバイス(100)は、下側圧電薄膜共振器（FBAR）(110)と、下側FBARの上に積み重ねられた上側FBAR(120)と、FBAR間の音響減結合器(130)とを有する。FBARの各々は、対向する平面電極(112,114)と、前記電極間の圧電要素(116)とからなる。音響減結合器は、異なる音響インピーダンスを有する音響減結合材料の複数の音響減結合層(182,183)を有する。複数の音響減結合層の音響インピーダンスと厚さは、音響減結合器の音響インピーダンス、ひいてはDSBARデバイスの通過帯域幅を決定する。次いで、プロセス互換性のある音響減結合材料を用いて、音響インピーダンス及び通過帯域幅を有する音響減結合器を作成することができ、その音響インピーダンス及び通過帯域幅は、係る音響インピーダンスを有するプロセス互換性のある音響減結合材料がないことに起因して、別な方法で得ることができない。【選択図】図２Ｂ
2007511134.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々が、対向する平面電極、及び前記電極間の圧電要素とからなる下側圧電薄膜共振器（ＦＢＡＲ）、及び前記下側ＦＢＡＲの上に積み重ねられた上側ＦＢＡＲと、
前記ＦＢＡＲ間の音響減結合器とからなり、
前記音響減結合器が異なる音響インピーダンスを有する音響減結合材料の複数の音響減結合層からなる、減結合スタック型バルク音響共振器（ＤＳＢＡＲ）デバイス。
【請求項２】
前記圧電要素が、音響インピーダンスを有する圧電材料からなり、
前記音響減結合材料が、前記圧電材料の音響インピーダンスと異なる音響インピーダンスを有する、請求項１に記載のＤＳＢＡＲデバイス。
【請求項３】
前記ＤＳＢＡＲデバイスが中心周波数により特徴付けられ、
前記音響減結合器が、前記中心周波数に等しい周波数の音響信号に、π／２の奇数倍の公称の位相変化を加えるように構成されている、請求項１又は２に記載のＤＳＢＡＲデバイス。
【請求項４】
前記奇数倍が１である、請求項３に記載のＤＳＢＡＲデバイス。
【請求項５】
ＦＢＡＲの電極の隣接する電極間の電気接続をさらに含む、請求項１、２、３、又は４の何れかに記載のＤＳＢＡＲデバイス。
【請求項６】
各々が、対向する平面電極、及び前記電極間の圧電要素とからなる追加の下側圧電薄膜共振器（ＦＢＡＲ）、及び前記追加の下側ＦＢＡＲの上に積み重ねられた追加の上側ＦＢＡＲと、
異なる音響インピーダンスを有する音響減結合材料の複数の音響減結合層からなる、前記追加のＦＢＡＲ間の追加の音響減結合器と、
下側ＦＢＡＲを相互接続する第１の電気回路と、
上側ＦＢＡＲを相互接続する第２の電気回路とをさらに含む、請求項１〜５の何れかに記載のＤＳＢＡＲデバイス。
【請求項７】
前記音響減結合器が、約２Ｍrayl〜約４Ｍraylの範囲の音響インピーダンスを有する、請求項１〜６の何れかに記載のＤＳＢＡＲデバイス。
【請求項８】
前記音響減結合材料の一方が、ポリイミドからなる、請求項１〜７の何れかに記載のＤＳＢＡＲデバイス。
【請求項９】
前記音響減結合材料の他方が、架橋ポリフェニレンポリマーからなる、請求項８に記載のＤＳＢＡＲデバイス。
【請求項１０】
前記音響減結合材料の一方が、ポリ（パラキシレン）からなる、請求項１〜８の何れかに記載のＤＳＢＡＲデバイス。
【請求項１１】
前記音響減結合材料の一方が、架橋ポリフェニレンポリマーからなる、請求項１〜８の何れかに記載のＤＳＢＡＲデバイス。
【請求項１２】
前記架橋ポリフェニレンポリマーが、The Dow Chemical Companyにより、Silk（登録商標）の名で販売されている前駆体溶液から形成される、請求項１１に記載のＤＳＢＡＲデバイス。
【請求項１３】
各々が、対向する平面電極、及び前記電極間の圧電要素とからなる下側圧電薄膜共振器（ＦＢＡＲ）、及び前記下側ＦＢＡＲの上に積み重ねられた上側ＦＢＡＲと、
前記ＦＢＡＲ間の音響減結合器とからなり、
前記音響減結合器が、約２Ｍrayl〜約４Ｍraylの範囲の音響インピーダンスを有する、減結合スタック型バルク音響共振器（ＤＳＢＡＲ）デバイス。
【請求項１４】
前記音響減結合器が、約２Ｍrayl〜約４Ｍraylの範囲の音響インピーダンスを有する音響減結合材料の１つだけの音響減結合層からなる、請求項１３に記載のＤＳＢＡＲデバイス。
【請求項１５】
前記音響減結合材料が、約２Ｍraylの音響インピーダンスを有する、請求項１４に記載のＤＳＢＡＲデバイス。
【請求項１６】
前記音響減結合材料が、ポリイミドからなる、請求項１４に記載のＤＳＢＡＲデバイス。
【請求項１７】
前記音響減結合材料が、ポリ（パラキシレン）からなる、請求項１４に記載のＤＳＢＡＲデバイス。
【請求項１８】
前記音響減結合材料が、架橋ポリフェニレンポリマーからなる、請求項１４に記載のＤＳＢＡＲデバイス。
【請求項１９】
前記音響減結合器が、それぞれ異なる音響インピーダンスを有する音響減結合材料の複数の音響減結合層からなる、請求項１〜１８の何れかに記載のＤＳＢＡＲデバイス。
【請求項２０】
一方の音響減結合材料がポリイミドからなり、
他方の音響減結合材料が架橋ポリフェニレンポリマーからなる、請求項１９に記載のＤＳＢＡＲデバイス。
【請求項２１】
前記音響減結合層が個々の厚さを有し、
前記音響減結合器の音響インピーダンスが、前記音響減結合層の音響インピーダンスと厚さにより決定される、請求項１９に記載のＤＳＢＡＲデバイス。
【請求項２２】
前記ＤＳＢＡＲデバイスが中心周波数により特徴付けられ、
前記音響減結合層の前記音響インピーダンスと厚さは、音響減結合器が前記中心周波数に等しい周波数の音響信号に、π／２の奇数倍の公称の位相変化を加えるように選択される、請求項１９に記載のＤＳＢＡＲデバイス。
【請求項２３】
前記奇数倍が１である、請求項２２に記載のＤＳＢＡＲデバイス。
【請求項２４】
前記ＤＳＢＡＲデバイスが中心周波数により特徴付けられ、
前記音響減結合器が、前記中心周波数に等しい周波数の音響信号に、π／２の奇数倍に等しい公称の位相変化を加えるように構成されている、請求項１３に記載のＤＳＢＡＲデバイス。
【請求項２５】
前記奇数倍が１である、請求項２２に記載のＤＳＢＡＲデバイス。
【請求項２６】
各々が、対向する平面電極、及び前記電極間の圧電要素とからなる下側圧電薄膜共振器（ＦＢＡＲ）、及び前記下側ＦＢＡＲの上に積み重ねられた上側ＦＢＡＲと、
前記ＦＢＡＲ間の音響減結合器とからなり、
前記音響減結合器が、約２Ｍrayl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なる、減結合スタック型バルク音響共振器（ＤＳＢＡＲ）デバイス。
【請求項２７】
前記音響減結合層が、第１の音響減結合層であり、前記音響減結合材料が第１の音響減結合材料であり、
前記音響減結合器が、前記第１の音響減結合材料の音響インピーダンスと異なる音響インピーダンスを有する第２の音響減結合材料からなる第２の音響減結合層をさらに含む、請求項３５に記載のＤＳＢＡＲデバイス。
【請求項２８】
前記音響減結合材料が、架橋ポリフェニレンポリマーからなる、請求項３５に記載のＤＳＢＡＲデバイス。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
電気帯域フィルタは、多くの異なるタイプの民生用、及び産業用電子製品において、ある範囲の周波数の電気信号を選択し、又は阻止するために使用される。近年、係る製品の物理的サイズが大幅に減少する傾向にあると同時に、製品の回路の複雑性も増加する傾向にある。John D. Larson IIIによる「Stacked Bulk Acoustic Resonator Band-Pass Filter with Controllable Pass Bandwidth」と題する米国特許出願第１０／６９９，２９８号は、減結合スタック型バルク音響共振器（decoupled stacked bulk acoustic resonator：ＤＳＢＡＲ）に基づいた、高度に小型化されて、高性能で低コストの帯域フィルタを開示する。ＤＳＢＡＲは、積み重ねられた圧電薄膜共振器（ＦＢＡＲ）及びＦＢＡＲ間に配置された音響減結合器からなる。
【０００２】
変成器（transformer：変換器）は、インピーダンスを変換すること、シングルエンド回路を平衡回路に、又はその逆に接続すること、及び電気絶縁を提供することのような機能を行うために、多くのタイプの電子装置に使用されている。しかしながら、変成器の全てが、これらの特性の全てを有するとは限らない。例えば、単巻変圧器は、電気絶縁を提供しない。John D. Larson III及びRichard Rubyによる「Thin-Film Acoustically-Coupled transformer」と題する米国特許出願第１０／６９９，４８１号は、各々が音響減結合器を組み込む１つ又は複数のＤＳＢＡＲを有する、高度に小型化されて、高性能で低コストの変成器を開示する。この薄膜の音響的に結合された変成器（以降、薄膜音響結合変成器と称する）（Thin-Film Acoustically-Coupled transformer：ＦＡＣＴ）は、ＵＨＦからマイクロ波の範囲の電気周波数において、インピーダンスの変換、平衡回路と不平衡回路との間の結合、及び電気絶縁の特性の１つ又は複数を提供することができる。ＦＡＣＴは一般に、低い挿入損失、携帯電話のＲＦ信号の周波数範囲に適応するのに十分な帯域幅、例えば、携帯電話で現在使用されている変成器よりも小さいサイズ、及び低い製造コストをさらに有する。
【０００３】
上述した帯域フィルタとＦＡＣＴ、及び各々がその構成要素をなすＦＢＡＲ間に配置された音響減結合器を組み込む１つ又は複数のＤＳＢＡＲを組み込む他のデバイスは、本明細書において、減結合スタック型バルク音響共振器デバイス、又は簡潔にＤＳＢＡＲデバイスと呼ぶことにする。
【０００４】
上述した米国特許出願第１０／６９９，２９８号及び第１０／６９９，４８１号（親出願）に開示されるように、ＤＳＢＡＲデバイスは、音響減結合器の特性により決定される通過帯域幅を有する帯域通過特性を有する。親出願に開示されたＤＳＢＡＲデバイスの実施形態において、音響減結合器は単一の音響減結合層として具現化されていた。各ＤＳＢＡＲの音響減結合層は、ＤＳＢＡＲを構成するＦＢＡＲの材料の音響インピーダンスと異なる音響インピーダンスを有する音響減結合材料の層である。音響減結合材料の音響インピーダンスは、材料における粒子速度に対する応力の比であり、raylと省略されるレイリー（Rayleight）で測定される。
【０００５】
特定の実施形態において、音響減結合材料は、ＦＢＡＲの材料の音響インピーダンスより低い音響インピーダンスを有するプラスチック材料である。典型的なプラスチックの音響減結合材料は、１０より小さい音響インピーダンスを有するのに対して、ＦＢＡＲの材料は、３０より大きい音響インピーダンスを有する。係る実施形態の通過帯域幅は、音響減結合材料の音響インピーダンスに依存する。従って、ＤＳＢＡＲデバイスの通過帯域幅は、適切な音響インピーダンスを有する音響減結合材料を選択することにより、簡単に定めることができると思われていた。
【０００６】
実際には、適切な音響減結合材料を選択することにより、ＤＳＢＡＲデバイスの通過帯域幅を簡単に定めることが困難であることが判明している。一般的なＦＢＡＲ材料を用いて最も一般的に使用される通過帯域幅を生じさせる範囲の音響インピーダンスを有し、さらに音響減結合層が形成された後に実施される処理に使用される高い温度とエッチャントに耐える能力を有する材料は、実際に数は少ない。
【０００７】
従って、ＤＳＢＡＲデバイスの通過帯域幅を定める代替の態様が必要とされている。
【０００８】
発明の概要
本発明は、一態様において、下側圧電薄膜共振器（ＦＢＡＲ）と、下側ＦＢＡＲの上に積み重ねられた上側ＦＢＡＲと、ＦＢＡＲ間の音響減結合器とからなる、減結合スタック型バルク音響共振器（ＤＳＢＡＲ）デバイスを提供する。ＦＢＡＲの各々は、対向する平面電極と、前記電極間の圧電要素とからなる。音響減結合器は、異なる音響インピーダンスを有する音響減結合材料の複数の音響減結合層からなる。音響減結合層の音響インピーダンスと厚さは、音響減結合器の音響インピーダンス、ひいてはＤＳＢＡＲデバイスの通過帯域幅を決定する。プロセス互換性のある音響減結合材料を用いて、音響インピーダンス（通過帯域幅という結果になる）を有する音響減結合器を作成することができ、その音響インピーダンスは、係る音響インピーダンスを有するプロセス互換性のある音響減結合材料がないことに起因して、別な方法で得ることができない。
【０００９】
実施形態において、ＤＳＢＡＲデバイスは、薄膜音響結合変成器（ＦＡＣＴ）であり、さらに追加の下側ＦＢＡＲ、追加の下側ＦＢＡＲに積み重ねられた追加の上側ＦＢＡＲ、及び追加のＦＢＡＲ間の追加の音響減結合器を含む。追加のＦＢＡＲのそれぞれは、対向する平面電極と、前記電極間の圧電要素とからなる。追加の音響減結合器は、異なる音響インピーダンスを有する音響減結合材料の複数の音響減結合層からなる。ＦＡＣＴはさらに、下側ＦＢＡＲを相互接続する第１の電気回路、及び上側ＦＢＡＲを相互接続する第２の電気回路を含む。
【００１０】
別の態様において、本発明は、下側圧電薄膜共振器（ＦＢＡＲ）と、下側ＦＢＡＲの上に積み重ねられた上側ＦＢＡＲと、ＦＢＡＲ間の音響減結合器とからなる、ＤＳＢＡＲデバイスを提供する。ＦＢＡＲの各々は、対向する平面電極と、前記電極間の圧電要素とからなる。音響減結合器は、約２Ｍrayl〜約４Ｍraylの範囲の音響インピーダンスを有する。実施形態において、音響減結合器は、約２Ｍrayl〜約４Ｍraylの範囲の音響インピーダンスを有する音響減結合材料からなる２つ以上の音響減結合層からなる。別の実施形態において、音響減結合器は、それぞれ異なる音響インピーダンスを有する音響減結合材料からなる複数の音響減結合層からなる。
【００１１】
詳細な説明
本出願人は、異なる音響インピーダンスを有する音響減結合材料の複数の音響減結合層から構成された多層音響減結合器が、ＤＳＢＡＲデバイスの通過帯域幅を定める利点と共に使用され得ることを発見した。ＤＳＢＡＲデバイスにおいて、ＤＳＢＡＲデバイスの通過帯域の中心周波数に等しい周波数の音響信号にπ／２ラジアンの整数倍の位相変化を加えるように構成された多層音響減結合器は、まるで単層の音響減結合器が多層音響減結合器の音響減結合材料の音響インピーダンスと異なる有効な音響インピーダンスを有し、且つ単層の音響減結合器の音響減結合材料における音響信号の波長の四分の一に等しい公称の厚さを有するように振る舞う。音響減結合器の音響インピーダンスに対する本開示における文献は、音響減結合器が多層音響減結合器である場合の音響減結合器の有効な音響インピーダンスに関連していると理解されるべきである。多層音響減結合器により、プロセス互換性のある音響減結合材料が、同じ音響インピーダンスを有するプロセス互換性のある音響減結合材料がないことに起因して単層の音響減結合器で得ることができない音響インピーダンス（従って、ＤＳＢＡＲデバイスの通過帯域幅）を得るために使用されることが可能になる。
【００１２】
ｎ個の音響減結合層を有する音響減結合器の音響インピーダンスＺｎは、式（１）により定義される。
【００１３】
【数１】
2007511134.tif 000003
【００１４】
ここで、Ｚｉは、音響減結合層ｉの音響減結合材料の音響インピーダンスであり、ｔｉは、音響減結合層ｉの厚さであり、ｖｉは、音響減結合層ｉの音響減結合材料における音速である。
【００１５】
音響減結合器は、π／２ラジアンの奇数倍、即ち（２ｍ＋１）π／２（ここで、ｍは整数）の位相変化ΔφをＤＳＢＡＲの中心周波数に公称的に等しい周波数の音響信号に加えるように構成される。音響減結合器により加えられる位相変化Δφは、以下により与えられる。
【００１６】
【数２】
2007511134.tif 000004
【００１７】
従って、本発明によれば、プロセス互換性のある音響減結合材料の音響インピーダンスが所望の通過帯域幅を提供するＤＳＢＡＲデバイスの実施形態において、音響減結合器は、係る音響減結合材料の単一の音響減結合層から構成される。さらに、所望の通過帯域幅がプロセス互換性のある任意の単一の音響減結合材料の音響インピーダンスにより提供されないＤＳＢＡＲデバイスの実施形態において、音響減結合器は、概して一方が所望の音響インピーダンスよりも大きい音響インピーダンスを有し、他方が所望の音響インピーダンスよりも小さい音響インピーダンスを有する２つの異なる音響減結合材料の音響減結合層から構成される。音響減結合層の厚さは、音響減結合器の音響インピーダンスを、所望の通過帯域幅を提供する音響インピーダンスに設定し、且つ音響減結合により加えられる位相変化をπ／２ラジアンの奇数倍に設定するように選択される。
【００１８】
図１は、本発明によるＤＳＢＡＲデバイスの５つの例示的な実施形態に関する計算された通過帯域の周波数応答を示す。曲線１８５は、音響減結合器が約４Ｍraylの音響インピーダンスを有する第１の音響減結合材料からなる単一の音響減結合層から構成された実施形態の周波数応答を示す。曲線１８９は、音響減結合器が約２Ｍraylの音響インピーダンスを有する第２の音響減結合材料からなる単一の音響減結合層から構成された実施形態の周波数応答を示す。曲線１８６、１８７、及び１８８は、音響減結合器が第１の音響減結合材料の第１の音響減結合層と第２の音響減結合材料の第２の音響減結合層から構成され、第１の音響減結合層と第２の音響減結合層がそれぞれ、音響減結合器により加えられる全位相シフトのそれぞれ７５％と２５％、５０％と５０％、及び２５％と７５％の割合を占める各々の実施形態の周波数応答を示す。音響減結合器は全て、ＤＳＢＡＲデバイス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にπ／２ラジアンの公称の位相変化を加えるように構成される。曲線１８５〜１８９により表された実施形態の音響減結合器は、４．９、３．３、３．０、２．５、及び２．１Ｍraylの音響インピーダンスを有する。図１は、音響減結合器の音響インピーダンスが減少するにつれてＤＳＢＡＲデバイスの通過帯域幅がどのように減少するかを示す。
【００１９】
図１に示された周波数応答は、音響減結合器が単一の音響減結合層（曲線１８５と１８９）からなるか、又は異なる音響インピーダンスを有する音響減結合材料の２つの音響減結合層（曲線１８６〜１８８）からなるか否かに関わらず、スプリアスのアーチファクトの形跡がほとんどないことを示す。２つ以上の音響減結合層を有する実施形態の周波数応答は、音響減結合層の音響インピーダンスの比が１を越えて増加する場合、スプリアスのアーチファクトを呈する可能性が高くなり、例えば、音響インピーダンスの比が６を越える実施形態において、スプリアスのアーチファクトが現れる可能性がある。図１は、以下でより詳細に説明される。
【００２０】
図２Ａは、本発明によるＤＳＢＡＲデバイスの第１の例としての帯域フィルタの例示的な実施形態１００の平面図である。図２Ｂは、図２Ａの切断線２Ｂ−２Ｂに沿った断面図である。帯域フィルタ１００は、ＤＳＢＡＲ１０６からなる。ＤＳＢＡＲ１０６は、下側圧電薄膜共振器（ＦＢＡＲ）１１０、下側ＦＢＡＲ１１０の上に積み重ねられた上側ＦＢＡＲ１２０、及びＦＢＡＲ間の音響減結合器１３０から構成される。
【００２１】
ＦＢＡＲ１１０は、対向する平面電極１１２と１１４、及び電極間の圧電要素１１６から構成される。ＦＢＡＲ１２０は、対向する平面電極１２２と１２４、及び電極間の圧電要素１２６から構成される。
【００２２】
音響減結合器１３０は、ＦＢＡＲ１１０と１２０との間、特に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１２０と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間で直接接触することにより結合されたものと比べて、ＦＢＡＲ間の音響エネルギーを少なく結合する。図２Ｂに示された例において、及び図２Ｃの拡大された形態において、音響減結合器１３０は、第１の音響減結合材料からなる音響減結合層１８２、及び第２の音響減結合材料からなる音響減結合層１８３から構成される。音響減結合材料は異なる音響インピーダンスを有する。
【００２３】
図示された例において、ＤＳＢＡＲ１０６は、基板１０２に画定された空洞１０４の上に浮いている。ＤＳＢＡＲを浮かせるこの態様により、ＦＢＡＲ１１０と１２０がそれらの一方の電極間に印加された入力電気信号に応答して機械的に共振することが可能になる。入力電気信号を受信するＦＢＡＲで生成される音響エネルギーは、他のＦＢＡＲへと音響減結合器１３０を通過する。音響エネルギーを受け取っているＦＢＡＲは、その音響エネルギーの一部を、その電極間に与えられる電気出力信号に変換する。ＦＢＡＲが入力電気信号に応じて、機械的に共振することを可能にする他の浮遊機構が可能である。例えば、Lakinによる米国特許第６，１０７，７２１号に開示されるように、ＤＳＢＡＲが、基板１０２内に、又は基板１０２上に形成された不一致の音響ブラッグリフレクタ（図示せず）の上に配置され得る。
【００２４】
図示された例において、ＦＢＡＲ１１０の電極１１２と１１４は、それぞれ電気トレース１３３と１３５により、それぞれ端子パッド１３２と１３４に電気接続される。さらに、ＦＢＡＲ１２０の電極１２２と１２４は、それぞれ電気トレース１３７と１３９により、端子パッド１３４と１３８に電気接続される。入力と出力との間に電気絶縁を提供する実施形態において、電気トレース１３７は、端子パッド１３４に接続される代わりに、追加の端子パッド（図示せず）に接続される。
【００２５】
図３Ａは、本発明による、ＤＳＢＡＲデバイスの第２の例として、薄膜音響結合変成器（ＦＡＣＴ）の例示的な実施形態２００の平面図である。図３Ｂと図３Ｃはそれぞれ、図３Ａの切断線３Ｂ−３Ｂと３Ｃ−３Ｃに沿った断面図である。図３Ｆは、図３Ａに示されたＦＡＣＴの例の電気回路の略図である。
【００２６】
ＦＡＣＴ２００は、基板１０２、及び減結合スタック型バルク音響共振器（ＤＳＢＡＲ）１０６と１０８から構成される。各ＤＳＢＡＲは、下側圧電薄膜共振器（ＦＢＡＲ）、上側ＦＢＡＲ、及びＦＢＡＲ間の音響減結合器から構成される。ＦＡＣＴ２００はさらに、それぞれＤＳＢＡＲ１０６と１０８の下側ＦＢＡＲ１１０と１５０を相互接続する電気回路、及びそれぞれＤＳＢＡＲ１０６と１０８の上側ＦＢＡＲ１２０と１６０を相互接続する電気回路から構成される。図３Ｆは、電気回路１４１がＤＳＢＡＲ１０６の下側ＦＢＡＲ１１０とＤＳＢＡＲ１０８の下側ＦＢＡＲ１５０を逆並列に接続し、電気回路１４２がＤＳＢＡＲ１０６の上側ＦＢＡＲ１２０とＤＳＢＡＲ１０８の上側ＦＢＡＲ１６０を直列に接続する例を示す。
【００２７】
ＤＳＢＡＲ１０６において、下側ＦＢＡＲ１１０は、対向する平面電極１１２と１１４、及び電極間の圧電要素１１６から構成され、上側ＦＢＡＲ１２０は、対向する平面電極１２２と１２４、及び電極間の圧電要素１２６から構成される。ＤＳＢＡＲ１０８において、下側ＦＢＡＲ１５０は、対向する平面電極１５２と１５４、及び電極間の圧電要素１５６から構成され、上側ＦＢＡＲ１６０は、対向する平面電極１６２と１６４、及び電極間の圧電要素１６６から構成される。
【００２８】
ＦＡＣＴ２００において、ＤＳＢＡＲ１０６は、下側ＦＢＡＲ１１０と上側ＦＢＡＲ１２０との間に、特に、下側ＦＢＡＲ１１０の電極１１４と上側ＦＢＡＲ１２０の電極１２２との間に配置された音響減結合器１３０を有する。音響減結合器１３０は、ＦＢＡＲ１１０と１２０と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、ＦＢＡＲ１１０と１２０が従来のスタック型圧電薄膜共振器（ＳＢＡＲ）内にあるように互いに直接接触するように結合されているものに比べて、ＦＢＡＲ間の音響エネルギーを少なく結合する。さらに、ＤＳＢＡＲ１０８は、ＦＢＡＲ１５０とＦＢＡＲ１６０との間に、特に、下側ＦＢＡＲ１５０の電極１５４と上側ＦＢＡＲ１６０の電極１６２との間に配置された音響減結合器１７０を有する。音響減結合器１７０は、ＦＢＡＲ１５０と１６０と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１６０が互いに直接接触するように結合されているものに比べて、ＦＢＡＲ間の音響エネルギーを少なく結合する。音響減結合器１３０と１７０により画定される音響エネルギーの結合は、ＦＡＣＴ２００の通過帯域幅を決定する。
【００２９】
図３Ａ〜図３Ｃに示された例において、及び図３Ｄに示された拡大図において、音響減結合器１３０と１７０は、異なる音響インピーダンスを有する音響減結合材料の複数の音響減結合層から構成された音響減結合器１８０の個々の部分である。他の実施形態において、音響減結合器１３０と１７０は構造的に独立している。
【００３０】
図示された例において、ＤＳＢＡＲ１０６とＤＳＢＡＲ１０８は、図２Ａと図２Ｂに関連して上述された態様と類似した態様で基板１０２に画定された共通の空洞１０４の上に浮かされている。また、上述されたように、ＤＳＢＡＲを構成するＦＢＡＲが入力電気信号に応答して機械的に共振することを可能にする他の浮遊機構が可能である。代案として、ＤＳＢＡＲ１０６とＤＳＢＡＲ１０８は、基板１０２の各個別の空洞（図示せず）の上に浮かされてもよい。
【００３１】
図３Ｆは、ＤＳＢＡＲ１０６と１０８を相互接続し、ＤＳＢＡＲ１０６と１０８を外部回路（図示せず）に接続する電気回路の例を模式的に示す。電気回路１４１は、下側ＦＢＡＲ１１０と１５０を逆並列に接続して信号端子１４３と接地端子１４４に接続する。図３Ａ〜図３Ｃに示された実施形態において、端子パッド１３８は、信号端子１４３を提供し、端子パッド１３２と１７２は、接地端子１４４を提供する。実施形態において、電気回路１４１（図３Ｆ）は、端子パッド１３２からＦＢＡＲ１１０の電極１１２まで延在する電気トレース１３３、ＦＢＡＲ１１０の電極１１４から相互接続パッド１７６と電気接触している相互接続パッド１３６まで延在する電気トレース１３７、相互接続パッド１７６から信号パッド１３８まで延在する電気トレース１３９、相互接続パッド１７６からＦＢＡＲ１５０の電極１５２まで延在する電気トレース１７７、ＦＢＡＲ１５０の電極１５４から端子パッド１７２まで延在する電気トレース、及び端子パッド１３２と１７２を相互接続する電気トレース１６７により、提供される。
【００３２】
図３Ｆに示された例示的な電気回路図において、電気回路１４２が上側ＦＢＡＲ１２０と１６０を直列に接続して信号端子１４５と１４６に接続し、任意の中心タップ端子１４７に接続する。図３Ａ〜図３Ｃに示された実施形態において、端子パッド１３４と１７４は、信号パッド１４５と１４６を提供し、端子パッド１７８は、中心タップ端子１４７を提供する。実施形態において、電気回路１４２は、端子パッド１３４からＦＢＡＲ１２０の電極１２４まで延在する電気トレース１３５、ＦＢＡＲ１２０の電極１２２からＦＢＡＲ１６０の電極１６２まで延在する電気トレース１７１、トレース１７１から中心タップ１３７まで延在する電気トレース１７９、及びＦＢＡＲ１６０の電極１６４から端子パッド１７４まで延在する電気トレース１７５により、提供される。また、端子パッド１３４と１７４に局所的な接地を提供する電気トレース１６９により相互接続された端子パッド１６３と１６８も示される。図示された例において、電気トレース１６９はさらに、端子パッド１７８まで延在する。他の例において、端子パッド１７８は浮遊されたままにされる。
【００３３】
図３Ｆに例示された電気接続は、平衡した一次側と４：１のインピーダンス変換比を有するＦＡＣＴ、又は平衡した二次側と１：４のインピーダンス変換比を有するＦＡＣＴを提供する。代案として、下側ＦＢＡＲが並列、直列、及び逆直列に相互接続されることができ、代案として、上側ＦＢＡＲが並列、逆並列、及び逆直列に相互接続されて他のインピーダンス変換比を達成することができる。
【００３４】
さて、図２Ｃと図２Ｄ、及びさらに図２Ａと図２Ｂを参照すると、図２Ｃは、帯域フィルタ１００のＤＳＢＡＲ１０６の音響減結合器１３０に関する第１の例示的な実施形態の一部を示す図２Ｂの一部の拡大図である。この実施形態の音響減結合器１３０は、帯域フィルタ１００に所望の通過帯域幅を提供する音響インピーダンスを音響減結合器１３０にトータルで提供する、異なる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１８２と１８３から構成される。図２Ｄは、帯域フィルタ１００のＤＳＢＡＲ１０６の音響減結合器１３０の第２の例示的な実施形態の一部を示す図２Ｂの一部の拡大図である。この実施形態の音響減結合器１３０は、帯域フィルタ１００に所望の通過帯域幅を提供する音響インピーダンスを有する音響減結合材料からなる単一の音響減結合層１８４から構成される。図２Ｃと図２Ｄはそれぞれ、音響減結合器１３０が間に配置される（図２Ｂ）ＦＢＡＲ１１０と１２０の電極１１４と１２２の一部もさらに示す。
【００３５】
さて、図３Ｄと図３Ｅ、及びさらに図３Ａ〜図３Ｃを参照すると、図３Ｄは、ＤＳＢＡＲ１０８の音響減結合器１７０の第１の例示的な実施形態の一部を示す図３Ｂの一部の拡大図である。この実施形態の音響減結合器１７０は、ＦＡＣＴ２００に所望の通過帯域幅を提供する音響インピーダンスを音響減結合器１７０にトータルで提供する、異なる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１８２と１８３から構成される。図３Ｅは、ＤＳＢＡＲ１０８の音響減結合器１７０の第２の例示的な実施形態の一部を示す図３Ｂの一部の拡大図である。この実施形態の音響減結合器１７０は、ＦＡＣＴ２００に所望の通過帯域幅を提供する音響インピーダンスを有する音響減結合材料からなる単一の音響減結合層１８４から構成される。図３Ｄと図３Ｅはそれぞれ、音響減結合器１７０が間に配置される（図３Ｂ）ＦＢＡＲ１５０と１６０の電極１５４と１６２の一部もさらに示す。ＤＳＢＡＲ１０６の音響減結合器１３０は構造的に、音響減結合器１７０と同一であり、且つ図２Ｂと図２Ｃに示された音響減結合器１３０と同一である。
【００３６】
ここで、図２Ｃに示された帯域フィルタ１００の音響減結合器１３０の実施形態が、図２Ｃと図２Ｂに関連してより詳細に説明される。図３Ｂ〜図３Ｅに示された音響減結合器１３０と１７０を提供する音響減結合器１８０は、構造と特性において類似している。従って、音響減結合器１３０の以下の説明は、図３Ｂ〜図３Ｅに示された音響減結合器にも適用され、図３Ｂ〜図３Ｅに示された音響減結合器は別個に説明されない。
【００３７】
図２Ｃに示された例において、音響減結合器１３０は、音響インピーダンスＺ１を有する第１の音響減結合材料からなる音響減結合層１８２、及び音響インピーダンスＺ１と異なる音響インピーダンスＺ２を有する第２の音響減結合材料からなる第２の音響減結合層１８３から構成される。第１の音響減結合材料における音速はｖ１であり、第２の音響減結合材料における音速はｖ２である。第１の音響減結合層１８２は、公称の厚さｔ１を有し、第２の音響減結合層１８３は、公称の厚さｔ２を有する。
【００３８】
帯域フィルタ１００は、帯域通過周波数の応答を有する。帯域通過の応答は、音響減結合器１３０の音響インピーダンスＺ２に依存する通過帯域幅を有する。音響減結合器１３０の音響インピーダンスは、それぞれ音響減結合層１８２と１８３の音響減結合材料の音響インピーダンスＺ１とＺ２との間の中間にある。特に、音響減結合器１３０の音響インピーダンスは、次の式により与えられる。即ち、
Ｚ２＝（（Ｚ１ｔ１／ｖ１）＋（Ｚ２ｔ２／ｖ２））／（（ｖ１／ｔ１）＋（ｖ２／ｔ２））    （５）
音響減結合器１３０は、π／２ラジアンの奇数倍（即ち、（２ｍ＋１）π／２、ここでｍはゼロ以上の整数である）の公称の位相変化をＤＳＢＡＲデバイス１００の通過帯域の中心周波数に等しい周波数ｆ０を有する音響信号に加えるように構成される。係る音響減結合器は、ＤＳＢＡＲデバイス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音響減結合器における波長λｎの四分の一の奇数倍に等しい公称の全厚さ（ｔ１＋ｔ２）を有する。（２ｍ＋１）π／２の位相変化は、（２ｍ＋１）／（４ｆ０）の音響減結合器１３０を通り抜ける伝搬時間に対応する。図示された例において、音響減結合器１３０は、それぞれｔ１とｔ２の厚さを有する音響減結合層１８２と１８３から構成され、この場合、音速がそれぞれｖ１とｖ２である。音響減結合器１３０を通り抜ける伝搬時間は、（ｔ１／ｖ１＋ｔ２／ｖ２）により与えられる。従って、
（ｔ１／ｖ１＋ｔ２／ｖ２）＝（２ｍ＋１）／（４ｆ０）    （６）
整数ｍ＝０の実施形態では、
（ｔ１／ｖ１＋ｔ２／ｖ２）＝１／（４ｆ０）    （７）。
【００３９】
式（５）と式（６）又は式（７）から、ＤＳＢＡＲデバイス１００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に（２ｍ＋１）π／２又はπ／２の公称の位相変化を加える所望の音響インピーダンスと構造を音響減結合層１３０に与える、音響減結合層１８２と１８３の厚さｔ１とｔ２の値が計算され得る。さらに、ＤＳＢＡＲデバイス１００の帯域幅は、音響減結合器により加えられる（２ｍ＋１）π／２ラジアンに等しい公称の位相変化を維持しながら、音響減結合器１３０の音響インピーダンスを変更するために音響減結合層１８２と１８３の厚さを単に変更することにより変更され得る。これは、図１に関連して以下でより詳細に説明される。
【００４０】
音響減結合器１３０の最小の厚さの実施形態、即ち、音響減結合器がＤＳＢＡＲデバイス１００の通過帯域の中心周波数ｆ０に等しい周波数を有する音響信号にπ／２ラジアン（ｍ＝０）の公称の位相変化を加えるように構成される実施形態は、π／２ラジアンの１より大きい奇数倍（ｍ＞０）の公称の位相変化、即ち３π／２、５π／２、・・・（２ｍ＋１）π／２の公称の位相変化を周波数ｆ０の上述した音響信号に加える、より厚い音響減結合器に比べて、理想的な周波数応答に大幅に近い周波数応答を有する。最小の厚さの音響減結合器（ｍ＝０）を有するＤＳＢＡＲデバイスの周波数応答は、より厚い音響減結合器（ｍ＞０）を有するＤＳＢＡＲデバイスにより呈されるスプリアスのアーチファクトが無い。
【００４１】
最小の厚さの音響減結合器を用いることから生じる滑らかな周波数応答は、電極１１４と１２２により形成される寄生キャパシタンスを代償にして得られ、音響減結合器１３０は、より厚い音響減結合器を有する実施形態に比べて大幅に大きいキャパシタンスを有する。高い同相除去比が望まれる応用形態のような、寄生キャパシタンスが問題を生じる応用形態において、寄生キャパシタンスは、寄生キャパシタと並列にインダクターを接続することにより、即ち図３Ｇに示されるように、電極１１４と１２２との間にインダクターを接続することにより、なくすことができる。ＤＣ分離が必要とされる場合に、阻止コンデンサ（図示せず）をインダクターと直列に接続して、ＤＣ分離を提供することができる。寄生キャパシタンスの影響をなくすためのインダクターの使用は、Larson III他による「Film Acoustically-Coupled Transformer With Increased Common Mode Rejection」と題する米国特許出願第１０／ＸＸＸ，ＸＸＸ号（アジレント整理番号第１００３１２８４）に開示されている。
【００４２】
図３Ｇは、Ｃｐと表示され、波線により示されたコンデンサ記号を示し、それは、電極１１４と１２２及び音響減結合器１３０からなる寄生キャパシタＣｐを表す。寄生キャパシタのキャパシタンスは、上述したように音響減結合器１３０が最小の厚さの音響減結合器である実施形態において最大である。ＦＡＣＴ２００において、インダクター１９５は、音響減結合器１３０の両側の電極１１４と電極１２２との間に接続される。これは、インダクター１９５を寄生キャパシタＣｐと並列に接続する。インダクター１９５、寄生キャパシタＣｐの並列の組み合わせ、及び端子１４３と１４４との間のキャパシタンスＣ０は、通過帯域における共振周波数を有する並列共振回路１９６を形成する。一実施形態において、共振周波数はＦＡＣＴ２００の通過帯域の中心周波数に等しい。
【００４３】
音響減結合層１８２と１８３がそれぞれの厚さの約±１０％未満だけ上述した厚さと異なる厚さを有する音響減結合器１３０の実施形態は、代案として使用され得る。代案としてこの範囲外の厚さが、性能の若干の低下と共に使用されてもよい。しかしながら、音響減結合層１８２と１８３の厚さは、ＤＳＢＡＲデバイス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に、π／２の偶数倍の公称の位相変化を加える音響減結合器１３０をもたらす厚さとは大幅に異なるべきである。
【００４４】
再び、図３Ａ〜図３Ｆを参照すると、ＤＳＢＡＲデバイス１００の音響減結合器１３０を構成する音響減結合層１８２と１８３の音響減結合材料は、ＦＢＡＲ１１０、１２０を構成する電極と圧電要素の材料の音響インピーダンスと大幅に異なる音響インピーダンスを有する。図示された例において、音響減結合層１８２と１８３の音響減結合材料は、ＦＢＡＲ１１０、１２０を構成する電極と圧電要素の材料の音響インピーダンス未満の音響インピーダンスを有する。ＦＢＡＲの圧電要素１１６と１２６の圧電材料は一般に、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）であり、電極１１２、１１４、１２２、及び１２４の電極材料は一般に、モリブデン（Ｍｏ）である。ＡｌＮの音響インピーダンスは一般に約３５Ｍraylであり、Ｍｏの音響インピーダンスは約６３Ｍraylである。ＦＢＡＲ１１０と１２０の材料が上述した通りである帯域フィルタ１００の実施形態において、通過帯域幅の所望の範囲は、約２Ｍraylから約４Ｍraylまでの範囲の音響インピーダンスを有する音響減結合器で得られる。入力と出力との間に電気絶縁をさらに提供する帯域フィルタ１００の実施形態において、少なくとも１つの音響減結合材料はさらに、高い電気抵抗率と低い誘電率を有する。
【００４５】
実施形態において、音響減結合器１３０を構成する音響減結合層１８２と１８３は、電極１１４の上に各々の音響減結合材料をスピンコーティングすることにより形成される。スピンコーティングにより形成された層は、音響減結合材料が付着される表面の形状に起因して異なる厚さの領域を有する可能性がある。この場合、音響減結合層１８２と１８３の厚さは、電極１１４と１２２との間に配置された音響減結合層の部分の厚さである。
【００４６】
上述したように、音響減結合層１８２と１８３が電極１１４上に堆積されて音響減結合器１３０を形成した後に実施される製造工程の温度とエッチャントに耐えることができる音響減結合材料は、比較的数が少ない。以下でより詳細に説明されるように、帯域フィルタ１００の実際的な実施形態において、電極１２２と１２４、及び圧電要素１２６は、音響減結合器１３１が形成された後にスパッタリングにより堆積される。これらの堆積プロセス中に、４００℃もの高い温度に到達する。さらにフッ化水素酸を用いた解放エッチングが実施されて、基板１０２とＤＳＢＡＲ１０６との間から犠牲材料が除去される。従って、係る温度において、及び係るエッチャントの存在において安定したままであるプラスチックが、音響減結合層１８２と１８３の音響減結合材料として使用される。
【００４７】
プラスチックの音響減結合材料は一般に、ＦＢＡＲ１１０と１２０の他の材料に比べて単位長さ当たり非常に高い音響減衰を有する。しかしながら、音響減結合器１３０の全厚さは、一般に１μｍ未満であるので、音響減結合器１３０により導入される音響減衰は一般に、ごくわずかである。
【００４８】
ＤＳＢＡＲデバイス１００と２００の１つの例示的な実施形態において、ポリイミドが、音響減結合層１８２の音響減結合材料として使用され、架橋ポリフェニレンポリマーが音響減結合層１８３の音響減結合材料として使用される。
【００４９】
ポリイミドは、E.I. du Pont de Nemours and CompanyからKapton（登録商標）という名で販売されている。ポリイミドは、約４Ｍraylの音響インピーダンスを有し、スピンコーティングにより塗布される。
【００５０】
架橋ポリフェニレンポリマーは、集積回路に使用するための低誘電率の誘電体として開発され、それ故に、ＦＢＡＲ１２０の後続の製造中に音響減結合器１３０がさらされる高い温度で安定したままである。本発明者は、架橋ポリフェニレンポリマーが約２Ｍraylの計算された音響インピーダンスをさらに有することを発見した。これは、ポリイミドの音響インピーダンスとは十分に異なり、ポリイミドの音響減結合層と架橋ポリフェニレンポリマーの音響減結合層とから構成される音響減結合器１３０の実施形態が、音響インピーダンスの有用な範囲を有することを可能にする。しかしながら、架橋ポリフェニレンポリマーの音響インピーダンスは、ポリイミドの音響インピーダンスと大して違わないので、ＤＳＢＡＲデバイスの周波数応答においてスプリアスのアーチファクトを生じさせる。
【００５１】
各々の架橋ポリフェニレンポリマーを形成するために重合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のThe Dow Chemical Companyにより、Silk（登録商標）の名で販売されている。前駆体溶液はスピンコーティングにより塗布される。さらに接着促進剤を含有するSilk（登録商標）Ｊと呼ばれるこれらの前駆体溶液の１つから得られた架橋ポリフェニレンポリマーは、２．１Ｍrayl、即ち約２Ｍraylの計算された音響インピーダンスを有する。
【００５２】
架橋ポリフェニレンポリマーを形成するために重合するオリゴマーは、ビスシンクロペンタジエノン含有モノマー及び芳香族アセチレン含有モノマーから準備される。係るモノマー使用することは、過度の置換の必要性なしに可溶性オリゴマーを形成する。前駆体溶液は、ガンマブチロラクトン及びシクロヘキサノン溶剤に溶かされた特定のオリゴマーを含有する。前駆体溶液中のオリゴマーの割合は、前駆体溶液がスピンオンされる際の層の厚さを決定する。付着後、熱を加えて溶剤を蒸発させ、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、新たな芳香環を形成する４＋２付加環化反応でアセチレンと反応する。さらに、硬化により、架橋ポリフェニレンポリマーという結果になる。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。ポリイミドと比較して、架橋ポリフェニレンポリマーは、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、前駆体溶液のスピンオンされた層は、音響減結合層１８２、１８３、及び１８４の典型的な厚さの範囲である約４０ｎｍ〜約２００ｎｍの範囲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。
【００５３】
それぞれポリイミドと架橋ポリフェニレンポリマーからなる音響減結合層１８２と１８３を備え、約２．１Ｍraylより大きく約４Ｍrayl未満の範囲の音響インピーダンスを有する音響減結合器１３０の実施形態が製造され得る。音響減結合器１３０の音響インピーダンス、及び音響減結合器１３０により加えられる位相変化は、音響減結合層の厚さに依存する。代案として、音響減結合層１８２と１８３の音響減結合材料はそれぞれ、架橋ポリフェニレンポリマーとポリイミドにすることができる。
【００５４】
ポリイミドの音響インピーダンス、又は架橋ポリフェニレンポリマーの音響インピーダンスに等しい音響インピーダンスを有する音響減結合器１３０の実施形態は、図２Ｄに示された音響減結合層１３０の実施形態を用いることにより得られる。この実施形態において、音響減結合器１３０は、ポリイミド又は架橋ポリフェニレンポリマーからなる単一の音響減結合層１８４から構成される。単一の音響減結合層１８４は、ＤＳＢＡＲデバイス１００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に、π／２の奇数倍の公称の位相変化を加える厚さを有する。
【００５５】
図３Ｅは、ＤＳＢＡＲデバイス２００の音響減結合器１７０の実施形態を示し、この場合、ポリイミドの音響インピーダンスに等しい音響インピーダンス、又は架橋ポリフェニレンポリマーの音響インピーダンスに等しい音響インピーダンスは、音響減結合器１８０としてそれぞれポリイミド又は架橋ポリフェニレンポリマーからなる単一の音響減結合層１８４を用いることにより得られる。
【００５６】
もう一度、図３Ａ〜図３Ｆを参照すると、音響減結合器１３０の別の実施形態において、ポリ（パラキシレン）が音響減結合層１８２と１８３の一方の音響減結合材料として使用される。係る実施形態において、音響減結合層１８２と１８３の一方は、真空蒸着により電極１１４に、又は音響減結合層の他方に付着されたポリ（パラキシレン）の層である。また、ポリ（パラキシレン）は、当該技術においてパリレンとしても知られている。パリレンが作成され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行うための装置は、多くの供給業者から入手可能である。パリレンは約２．８Ｍraylの計算された音響インピーダンスを有する。従って、音響減結合層１８２と１８３の一方の音響減結合材料としてパリレンを用いることにより、音響減結合層の他方の音響減結合材料が架橋ポリフェニレンポリマーである実施形態において、約２．１Ｍraylより大きく約２．８Ｍrayl未満の範囲の音響インピーダンスが与えられ、音響減結合層の他方の音響減結合材料がポリイミドある実施形態において、約２．８Ｍraylより大きく約４Ｍrayl未満の範囲の音響インピーダンスが与えられる。また、パリレンは、図２Ｄと図３Ｅに示された単一の音響減結合層１８４の音響減結合材料としても使用され得る。
【００５７】
音響減結合器１３０の代替の実施形態において、音響減結合層１８２と１８３、又は音響減結合層１８４の音響減結合材料は、ＦＢＡＲ１１０と１２０の材料の音響インピーダンスより大幅に大きい音響インピーダンスを有する。この特性を有する音響減結合材料が現時点で存在しないことは知られているが、係る材料は、将来に入手可能になるかもしれない。或いは、より低い音響インピーダンスを有するＦＢＡＲ材料が、将来に入手可能になるかもしれない。係る高い音響インピーダンスの音響減結合層からなる音響減結合層１８２と１８３、又は音響減結合層１８４の厚さは、上述されたように計算される。
【００５８】
図１は、帯域フィルタ１００の計算された周波数応答が、どのように音響減結合器１３０の音響インピーダンスに依存するかを示す。例示された実施形態は、約１，８５０ＭＨｚの中心周波数を有する。図１は、以下のような音響減結合器１３０の種々の実施形態による帯域フィルタの計算された周波数応答を示す。曲線１８５は、約４Ｍraylの音響インピーダンスを有し、ポリイミドからなる単一の音響減結合層１８４として図２Ｄに示されるように構成された音響減結合器１３０の実施形態による周波数応答を示す。曲線１８６は、約３．３Ｍraylの音響インピーダンスを有し、ポリイミドからなる音響減結合層１８２及び架橋ポリフェニレンポリマーからなる音響減結合層１８３として図２Ｃに示されるように構成され、音響減結合層１８２と１８３が、音響減結合器１３０により加えられる全位相変化の、それぞれ約７５％と約２５％をもたらす音響減結合器１３０の実施形態による周波数応答を示す。架橋ポリフェニレンポリマーは、約２Ｍraylの音響インピーダンスを有する。曲線１８７は、約３．０Ｍraylの音響インピーダンスを有し、ポリイミドからなる音響減結合層１８２及び架橋ポリフェニレンポリマーからなる音響減結合層１８３として図２Ｃに示されるように構成され、音響減結合層１８２と１８３の厚さがそれぞれ、音響減結合器１３０により加えられる全位相変化の約半分をもたらす音響減結合器１３０の実施形態による周波数応答を示す。曲線１８８は、約２．５Ｍraylの音響インピーダンスを有し、ポリイミドからなる音響減結合層１８２及び架橋ポリフェニレンポリマーからなる音響減結合層１８３として図２Ｃに示されるように構成され、音響減結合層１８２と１８３が、音響減結合器１３０により加えられる全位相変化の、それぞれ約２５％と約７５％をもたらす音響減結合器１３０の実施形態による周波数応答を示す。曲線１８９は、約２．１Ｍraylの音響インピーダンスを有し、架橋ポリフェニレンポリマーからなる単一の音響減結合層１８４として図２Ｄに示されるように構成された音響減結合器１３０の実施形態による周波数応答を示す。
【００５９】
表１は、１つ又は複数の音響減結合層の厚さに対する、上述した実施形態の帯域フィルタ１００の計算された通過帯域幅の依存性を示す。通過帯域幅は最大値に対して−３ｄｂで取得されている。
【００６０】
【表１】
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【００６１】
看取されるように、帯域フィルタ１００の通過帯域幅は、ポリイミドの音響減結合層１８２の部分的な厚さが増加するのにつれて、ひいては音響減結合器１３０の音響インピーダンスが増加するのにつれて増加する。従って、音響減結合層１８２と１８３の厚さの適切な選択を行うことにより、所望の通過帯域幅を有する帯域フィルタ１００の実施形態が作成され得る。
【００６２】
ウェハースケールの製造を用いて、帯域フィルタ１００又はＦＡＣＴ２００に類似した数千個のＤＳＢＡＲデバイスを一度に製造する。係るウェハースケールの製造は、ＤＳＢＡＲデバイスの製造コストを安くする。ＦＡＣＴ２００の例示的な実施形態を製造するための例示的な方法が、図４Ａ〜図４Ｊの平面図、及び図４Ｋ〜図４Ｔの断面図に関連して次に説明される。異なるマスクを有する同じプロセスを用いて帯域フィルタ１００を製造することができる。製造が説明されるＦＡＣＴ２００の実施形態の通過帯域は、約１．９ＧＨｚの公称の中心周波数を有する。他の周波数で動作するための実施形態は、構造と製造において同様であるが、以下で例示されるものとは異なる厚さと横方向の寸法を有する。
【００６３】
単結晶シリコンのウェハーが準備される。ウェハーの一部は、各ＦＡＣＴが製造されるために、ＦＡＣＴ２００の基板１０２に対応する基板を構成する。図４Ａ〜図４Ｈ及び図４Ｉ〜図４Ｐは、ウェハーの一部内に、及びその一部上にＦＡＣＴ２００を製造することを例示し、以下の説明はその製造を説明する。ＦＡＣＴ２００が製造される際、ウェハー上の他のＦＡＣＴは同様に製造される。
【００６４】
ＦＡＣＴ２００の基板１０２を構成するウェハーの一部は、図４Ａ及び図４Ｋに示されるように、選択的にウェットエッチングされて空洞１０４を形成する。充填材料の層（図示せず）が、各空洞を埋めるのに十分な厚さでウェハーの表面上に堆積される。次いで、ウェハーの表面が平坦化されて、充填材料で充填された各空洞が残される。また、図４Ａと図４Ｋは、基板１０２内の、充填材料１０５で充填された空洞１０４も示す。
【００６５】
実施形態において、充填材料は、リン珪酸ガラス（ＰＳＧ）であり、従来の低圧化学蒸着（ＬＰＣＶＤ）を用いて堆積される。代案として、充填材料は、スパッタリング、又はスピンコーティングにより堆積されてもよい。
【００６６】
第１の金属層が、基板１０２と充填材料１０５の主表面に堆積される。図４Ｂと図４Ｌに示されるように、第１の金属層はパターニングされて、電極１１２、電極１５２、端子パッド１３２、端子パッド１３８、及び相互接続パッド１７６を画定する。また、パターニングは、第１の金属層において、電極１１２と端子パッド１３２との間に延在する電気トレース１３３、電極１５２と相互接続パッド１７６との間に延在する電気トレース１７７、及び相互接続パッド１７６と端子パッド１３８との間に延在する電気トレース１３９も画定する。
【００６７】
電極１１２と電極１５２は一般に、ウェハーの主表面に対して平行な平面において非対称形状を有する。非対称形状は、電極が一部を形成するＦＢＡＲ１１０とＦＢＡＲ１５０（図３Ｂ）の横モードを最小限に抑える。これは、Larson III他の米国特許第６，２１５，３７５号に説明される。電極１１２と電極１５２は、以下で説明されるように、充填材料がエッチングにより後で除去され得るように、充填材料１０５の表面の一部を露出したままにする。
【００６８】
図３Ｂをさらに参照すると、以下でより詳細に説明されるように、電極１１４と１５４が第２の金属層に画定され、電極１２２と１６２が第３の金属層に画定され、電極１２４と１６４が第４の金属層に画定される。電極が画定される金属層は、ウェハーの主表面に対して平行な各平面において、ＦＢＡＲ１１０の電極１１２と１１４が同じ形状、サイズ、向き、及び位置を有し、ＦＢＡＲ１２０の電極１２２と１２４が同じ形状、サイズ、向き、及び位置を有し、ＦＢＡＲ１５０の電極１５２と１５４が同じ形状、サイズ、向き、及び位置を有し、ＦＢＡＲ１６０の電極１６２と１６４が同じ形状、サイズ、向き、及び位置を有するように、パターニングされる。一般に、電極１１４と１２２はさらに、同じ形状、サイズ、向き、及び位置を有し、電極１５４と１６２はさらに、同じ形状、サイズ、向き、及び位置を有する。
【００６９】
実施形態において、各金属層材料は、スパッタリングにより約３００ｎｍの厚さまで堆積されたモリブデンである。金属層はそれぞれ、ドライエッチングによりパターニングされる。金属層の各々に画定された電極はそれぞれ、約１２，０００平方μｍの面積を有する五角形である。他の電極面積が他の特性インピーダンスを与える。代案として、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金属が、金属層の材料として使用されてもよい。代案として、金属層はそれぞれ、２つ以上の材料の層からなってもよい。ＦＡＣＴ２００の電極の材料の選択において考慮されるべき１つの要素は、電極材料の音響特性であり、即ち、ＦＡＣＴ２００の残りの金属部品の材料（単数又は複数）の音響特性は、導電率のような他の特性よりそれほど重要でない。従って、ＦＡＣＴ２００の残りの金属部品の材料（単数又は複数）は、電極の材料と異なってもよい。
【００７０】
図４Ｃと図４Ｍに示されるように、圧電材料の層が、堆積されてパターニングされ、ＦＢＡＲ１１０の圧電要素１１６、及びＦＢＡＲ１５０の圧電要素１５６を提供する圧電層１１７が画定される。圧電層１１７は、以下で説明される、端子パッド１６３、１３４、１７８、１７４、１６８、及び１７２の支持体を提供するために、空洞１０４の範囲を超えて基板１０２の上に延在する。圧電層１１７は、充填材料１０５の表面の一部、端子パッド１３２と１３８、及び相互接続パッド１７６を露出するように、パターニングされる。圧電層１１７はさらに、充填材料の表面の別の部分に対するアクセスを提供する窓１１９を画定するようにパターニングされる。代案として、圧電層１１７は、圧電要素１１６と１５６を別個に画定するようにパターニングされてもよい。
【００７１】
実施形態において、以下で説明される圧電層１１７及び圧電層１２７を形成するために堆積された圧電材料は、スパッタリングにより約１．４μｍの厚さまで堆積された窒化アルミニウムである。圧電材料は、水酸化カリウムのウエットエッチングにより、又は塩素系のドライエッチングによりパターニングされる。圧電層の代替の材料は、酸化亜鉛、硫化カドミウム、及びペロブスカイト型強誘電体材料のような分極した強誘電体材料を含み、その強誘電体材料は、チタン酸ジルコン酸鉛、メタニオブ酸鉛、及びチタン酸バリウムを含む。
【００７２】
図４Ｄと図４Ｎに示されるように、第２の金属層が、圧電層１１７上に堆積されて、電極１１４、電極１５４、端子パッド１７２、及び相互接続パッド１７６と電気接触する相互接続パッド１３６を画定するためにパターニングされる。パターニングはさらに、第２の金属層において、電極１１４と相互接続パッド１３６との間に延在する電気トレース１３７、電極１５４と端子パッド１７２との間に延在する電気トレース１７３、及び端子パッド１３２と１７２との間に延在する電気トレース１６７も画定する。
【００７３】
次いで、図４Ｅと図４Ｎに示されるように、第１の音響減結合材料の第１の層１９２が堆積され、その後、第２の音響減結合材料の第２の層１９３が続く。第２の音響減結合材料は、音響インピーダンスにおいて、第１の音響減結合材料とは異なる。次いで、やはり図４Ｅと図４Ｎに示されるように、第３の金属層１９４が堆積される。図４Ｅにおいて、層１９４の一部が、層１９３の一部を示すために切り取られ、層１９３の一部が、層１９２の一部を示すために切り取られている。
【００７４】
実施形態において、第１の層１９２は、約５０ｎｍ〜約１９０ｎｍの範囲の厚さを有し、第１の音響減結合材料はスピンコーティングにより塗布されたポリイミドである。この実施形態において、第２の層１９３は、約５０ｎｍ〜約１４０ｎｍの範囲の厚さを有し、第２の音響減結合材料はスピンコーティングにより塗布された架橋ポリフェニレンポリマーである。第２の層１９３を形成するために、ビスシンクロペンタジエノン含有モノマー及び芳香族アセチレン含有モノマーから準備されたオリゴマーからなる前駆体溶液が、スピンコーティングにより付着される。実施形態において、架橋ポリフェニレンポリマーの前駆体溶液は、The Dow Chemical Companyにより、Silk（登録商標）Ｊ.として販売されている１つである。代案として、前駆体溶液は、The Dow Chemical Companyにより、Silk（登録商標）の名で販売されている前駆体溶液の任意の適切な１つとすることができる。特定の実施形態において、前駆体溶液がスピンオンされる前に、接着促進剤の層が付着される。硬化された場合に、約２Ｍrayl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形成するオリゴマー含有する前駆体溶液は、現在、又は将来において、他の供給業者からも入手可能になる可能性があり、また使用され得る。
【００７５】
上述したように、音響減結合層１９２と１９３が堆積される実際の厚さは、音響減結合器１８０の所望の音響インピーダンス、及びＦＡＣＴ２００の通過帯域の中心周波数に依存する。代案として、架橋ポリフェニレンポリマーが第１の層１９２として堆積され、ポリイミドが層１９３として堆積され得る。代案として、上述されたパリレンは、層１９２又は層１９３の音響減結合材料として真空蒸着により堆積され得る。
【００７６】
音響減結合材料の１つがポリイミドである実施形態において、ポリイミドの層の堆積後、ウェハーは、最初に空気中で約２５０℃の温度でベーキングされ、最終的に窒素のような不活性雰囲気中で約４１５℃温度でベーキングされ、その後、さらなる処理が実施される。ベーキングは、ポリイミドの揮発性成分を蒸発させ、後続の処理における係る揮発性成分の蒸発により、後続の堆積される層の分離が生じることを防止する。音響減結合材料の１つが架橋ポリフェニレンポリマーである実施形態において、前駆体溶液の層の付着後、ウェハーが、真空状態下のような不活性環境で、又は窒素雰囲気内で、約３８５℃〜約４５０℃の範囲の温度でベーキングされ、その後、さらなる処理が実施される。ベーキングは最初に前駆体溶液から有機溶剤を除去し、次いで上述したように架橋ポリフェニレンポリマーを形成するために、オリゴマーが架橋される。
【００７７】
図４Ｆと図４Ｑに示されるように、第３の金属層１９４がパターニングされて、第１と第２の音響減結合材料のそれぞれの層１９２と１９３における音響減結合層１８２と音響減結合層１８３から構成された音響減結合器１８０を画定するために使用されることになるハードマスク１９５が画定される。音響減結合器１８０は、音響減結合器１３０と音響減結合器１７０を提供する。ハードマスク１９５は、音響減結合器１８０の範囲、位置、及び音響減結合器における窓１１９の大きさを画定する。代案として、第３の金属層１９４は、ハードマスク１９５が音響減結合器１８０の代わりに別個の音響減結合器１３０と１７０を画定するようにパターニングされてもよい。
【００７８】
次いで、第１と第２の音響減結合材料の層１９２と１９３がパターニングされて、ハードマスク１９５により画定された形状を有する音響減結合器１８０が画定される。音響減結合器１８０は、音響減結合器１３０と音響減結合器１７０を提供する。層１９２と１９３は、音響減結合器１８０が少なくとも電極１１４と電極１５４を覆い、充填材料１０５の表面の一部、端子パッド１３２、１３８、及び１７２、及び相互接続パッド１３６と１７６を露出するようにパターニングされる。層１９２と１９３はさらに、充填材料の表面の別の部分に対するアクセスを提供する窓１１９を画定するようにパターニングされる。代案として、層１９２と１９３は、音響減結合器１８０の代わりに別個の音響減結合器１３０と１７０を画定するようにパターニングされてもよい。
【００７９】
次いで、図４Ｇと図４Ｒに示されたように、第３の金属層１９４が、再パターニングされて、電極１２２、電極１６２、及び端子パッド１７８が画定される。また、再パターニングは、第３の金属層において、電極１２２と電極１６２との間に延在する電気トレース１７１、及び電気トレース１７１と端子パッド１７８との間に延在する電気トレース１７９を画定する。
【００８０】
図４Ｉと図４Ｓに示されたように、圧電材料の層が堆積されてパターニングされ、ＦＢＡＲ１２０の圧電要素１２６、及びＦＢＡＲ１５０の圧電要素１６６を提供する圧電層１２７が画定される。圧電層１２７が、端子パッド１３２、１３８、１７８、及び１７２、相互接続パッド１３６と１７６、及び充填材料１０５の表面の一部を露出するようにパターニングされる。圧電層１２７はさらに、充填材料の表面の別の部分に対するアクセスを提供する窓１１９を画定するようにパターニングされる。
【００８１】
図４Ｊと図４Ｔに示されたように、第４の金属層が堆積されパターニングされ、電極１２４、電極１６４、端子パッド１６３、端子パッド１３４、端子パッド１７４、及び端子パッド１６８が画定される。また、パターニングは、第４の金属層において、電極１２４から端子パッド１３４まで延在する電気トレース１３５、電極１６４から端子パッド１７４まで延在する電気トレース１７５、及び端子パッド１６３と端子パッド１６８から端子パッド１７８まで延在する電気トレース１６９も画定する。
【００８２】
次いで、ウェハーは、等方性ウェットエッチングされて、空洞１０４から充填材料１０５が除去される。上述したように、充填材料１０５の表面の部分は、例えば、窓１１９を通じて露出されたままである。エッチングプロセスは、図３Ａ〜図３Ｃに示されるように、空洞１０４の上に浮かされた薄膜の音響的に結合されたＦＡＣＴ２００を残す。
【００８３】
実施形態において、充填材料１０５を除去するために使用されるエッチャントは、希フッ化水素酸である。
【００８４】
金の保護層が、端子パッド１７２、１３８、１３２、１６３、１３４、１７８、１７４、及び１６８の露出された表面上に堆積される。
【００８５】
次いで、ウェハーは、ＦＡＣＴ２００を含む個々のＦＡＣＴに分割される。次いで、各ＦＡＣＴはパッケージ内に実装され、ＦＡＣＴの端子パッド１７２、１３２、１６３、１３４、１７８、１７４、及び１６８とパッド、又はパッケージの一部である他の接続部との間で電気接続がなされる。
【００８６】
本開示は、例示的な実施形態を用いて本発明を詳細に説明した。しかしながら、添付の特許請求の範囲により規定された本発明は、説明されたそのものずばりの実施形態に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明による異なる構造を有する音響減結合器を有する、本発明によるＤＳＢＡＲデバイスの実施形態の計算された周波数応答を比較するグラフである。
【図２Ａ】本発明によるＤＳＢＡＲデバイスの第１の例としての帯域フィルタの実施形態の平面図である。
【図２Ｂ】図２Ａの切断線２Ｂ−２Ｂに沿った、図２Ａに示された帯域フィルタの断面図である。
【図２Ｃ】異なる音響インピーダンスを有する音響減結合材料の複数の層からなる音響減結合器の実施形態を示す図２Ｂの一部の拡大図である。
【図２Ｄ】音響減結合器の代替の実施形態を示す、図２Ｃに類似した拡大図である。
【図３Ａ】本発明による、ＤＳＢＡＲデバイスの第２の例としての薄膜音響結合変成器（ＦＡＣＴ）の実施形態の平面図である。
【図３Ｂ】切断線３Ｂ−３Ｂに沿った、図３Ａに示されたＦＡＣＴの断面図である。
【図３Ｃ】切断線３Ｃ−３Ｃに沿った、図３Ａに示されたＦＡＣＴの断面図である。
【図３Ｄ】異なる音響インピーダンスを有する音響減結合材料の複数の層からなる音響減結合器の実施形態を示す図３Ｂの一部の拡大図である。
【図３Ｅ】音響減結合器の代替の実施形態を示す、図３Ｄに類似した拡大図である。
【図３Ｆ】図３Ａに示されたＦＡＣＴの例の電気回路の略図である。
【図３Ｇ】寄生キャパシタンスの影響を軽減するためのインダクターを含む、図３Ａに示されたＦＡＣＴの実施形態の電気回路の略図である。
【図４Ａ】本発明による、ＤＳＢＡＲデバイスを作成するためのプロセスを示す平面図である。
【図４Ｂ】本発明による、ＤＳＢＡＲデバイスを作成するためのプロセスを示す平面図である。
【図４Ｃ】本発明による、ＤＳＢＡＲデバイスを作成するためのプロセスを示す平面図である。
【図４Ｄ】本発明による、ＤＳＢＡＲデバイスを作成するためのプロセスを示す平面図である。
【図４Ｅ】本発明による、ＤＳＢＡＲデバイスを作成するためのプロセスを示す平面図である。
【図４Ｆ】本発明による、ＤＳＢＡＲデバイスを作成するためのプロセスを示す平面図である。
【図４Ｇ】本発明による、ＤＳＢＡＲデバイスを作成するためのプロセスを示す平面図である。
【図４Ｈ】本発明による、ＤＳＢＡＲデバイスを作成するためのプロセスを示す平面図である。
【図４Ｉ】本発明による、ＤＳＢＡＲデバイスを作成するためのプロセスを示す平面図である。
【図４Ｊ】本発明による、ＤＳＢＡＲデバイスを作成するためのプロセスを示す平面図である。
【図４Ｋ】図４Ａの切断線４Ｋ−４Ｋに沿った断面図である。
【図４Ｌ】図４Ｂの切断線４Ｌ−４Ｌに沿った断面図である。
【図４Ｍ】図４Ｃの切断線４Ｍ−４Ｍに沿った断面図である。
【図４Ｎ】図４Ｄの切断線４Ｎ−４Ｎに沿った断面図である。
【図４Ｏ】図４Ｅの切断線４Ｏ−４Ｏに沿った断面図である。
【図４Ｐ】図４Ｆの切断線４Ｐ−４Ｐに沿った断面図である。
【図４Ｑ】図４Ｇの切断線４Ｑ−４Ｑに沿った断面図である。
【図４Ｒ】図４Ｈの切断線４Ｒ−４Ｒに沿った断面図である。
【図４Ｓ】図４Ｉの切断線４Ｓ−４Ｓに沿った断面図である。
【図４Ｔ】図４Ｊの切断線４Ｔ−４Ｔに沿った断面図である。
【図１】
2007511134.tif 000006
【図２Ａ】
2007511134.tif 000007
【図２Ｂ】
2007511134.tif 000008
【図２Ｃ】
2007511134.tif 000009
【図２Ｄ】
2007511134.tif 000010
【図３Ａ】
2007511134.tif 000011
【図３Ｂ】
2007511134.tif 000012
【図３Ｃ】
2007511134.tif 000013
【図３Ｄ】
2007511134.tif 000014
【図３Ｅ】
2007511134.tif 000015
【図３Ｆ】
2007511134.tif 000016
【図３Ｇ】
2007511134.tif 000017
【図４Ａ】
2007511134.tif 000018
【図４Ｂ】
2007511134.tif 000019
【図４Ｃ】
2007511134.tif 000020
【図４Ｄ】
2007511134.tif 000021
【図４Ｅ】
2007511134.tif 000022
【図４Ｆ】
2007511134.tif 000023
【図４Ｇ】
2007511134.tif 000024
【図４Ｈ】
2007511134.tif 000025
【図４Ｉ】
2007511134.tif 000026
【図４Ｊ】
2007511134.tif 000027
【図４Ｋ】
2007511134.tif 000028
【図４Ｌ】
2007511134.tif 000029
【図４Ｍ】
2007511134.tif 000030
【図４Ｎ】
2007511134.tif 000031
【図４Ｏ】
2007511134.tif 000032
【図４Ｐ】
2007511134.tif 000033
【図４Ｑ】
2007511134.tif 000034
【図４Ｒ】
2007511134.tif 000035
【図４Ｓ】
2007511134.tif 000036
【図４Ｔ】
2007511134.tif 000037
【国際調査報告】
2007511134.tif 000038
2007511134.tif 000039
2007511134.tif 000040