(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャリア信号源と、
情報信号及び前記キャリア信号を受信するように接続されて、シングルエンド出力を有する変調器と、
復調器と、
前記変調器と前記復調器との間に接続された電気的絶縁音響結合器とを含み、
前記電気的絶縁音響結合器が、第１の電気的絶縁薄膜音響結合型変成器（ＦＡＣＴ）と第２のＦＡＣＴからなり、
前記第１のＦＡＣＴが、
第１の減結合積層型バルク音響共振器（ＤＳＢＡＲ）及び第２のＤＳＢＡＲであって、各ＤＳＢＡＲが、第１の圧電薄膜共振器（ＦＢＡＲ）、第２のＦＢＡＲ、及び前記第１のＦＢＡＲと前記第２のＦＢＡＲとの間に配置された音響減結合器を含み、前記ＦＢＡＲのそれぞれが、一対の対向する電極と、それらの電極間に配置された圧電素子とを含む、第１のＤＳＢＡＲ及び第２のＤＳＢＡＲと、
前記第１及び第２のＤＳＢＡＲの前記第１のＦＢＡＲを直列に相互接続する第１の電気回路と、
前記第１及び第２のＤＳＢＡＲの前記第２のＦＢＡＲを直列に相互接続する第２の電気回路とを含み、
前記第１の電気回路が、前記音響減結合器から離れた、前記第１のＦＢＡＲの電極に接続され、
前記第２の電気回路が、前記第２のＦＢＡＲを前記復調器に接続し、
前記第２の電気回路が、前記音響減結合器から離れた、前記第２のＦＢＡＲの電極に接続され、
前記第２のＦＡＣＴが第３のＤＳＢＡＲ及び第４のＤＳＢＡＲを含み、前記第２のＦＡＣＴの各ＤＳＢＡＲが第３のＦＢＡＲ及び第４のＦＢＡＲを含み、前記第３のＤＳＢＡＲの前記第３のＦＢＡＲが前記第４のＤＳＢＡＲの前記第３のＦＢＡＲと逆並列に接続されて前記変調器の出力に接続され、前記第３のＤＳＢＡＲの前記第４のＦＢＡＲが前記第４のＤＳＢＡＲの前記第４のＦＢＡＲと直列に接続されて前記第１のＦＡＣＴの前記第１の電気回路に接続される、音響ガルバニックアイソレータ。
【請求項２】
前記ＤＳＢＡＲのそれぞれが、音響共振電気絶縁体を更に含む、請求項１に記載の音響ガルバニックアイソレータ。
【請求項３】
前記音響共振電気絶縁体が、電気絶縁材料の層からなり、その電気絶縁材料の層の音響インピーダンスと前記ＦＢＡＲの音響インピーダンスとの比が２より小さい、請求項２に記載の音響ガルバニックアイソレータ。
【請求項４】
前記音響共振電気絶縁体が、前記ＦＢＡＲの音響インピーダンスと整合した音響インピーダンスを有する電気絶縁材料の層からなる、請求項２に記載の音響ガルバニックアイソレータ。
【請求項５】
前記ＤＳＢＡＲのそれぞれが、前記ＦＢＡＲ間に追加の音響減結合器を更に含み、
前記音響共振電気絶縁体が、前記音響減結合器と前記追加の音響減結合器との間に配置された電気的絶縁材料の四分の一波長層からなる、請求項２に記載の音響ガルバニックアイソレータ。
【請求項６】
前記音響共振電気絶縁体が、第１の半波長音響共振電気絶縁体であり、
前記ＤＳＢＡＲのそれぞれが、第２の半波長音響共振電気絶縁体を更に含み、
前記音響減結合器が、前記第１の半波長音響共振電気絶縁体と前記第２の半波長音響共振電気絶縁体との間に配置される、請求項２に記載の音響ガルバニックアイソレータ。
【請求項７】
各半波長音響共振電気絶縁体が、電気的絶縁材料の半波長層からなる、請求項６に記載の音響ガルバニックアイソレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜音響結合型変成器を組み込む音響ガルバニックアイソレータに関する。
【０００２】
関連出願
本開示は、同時に出願された次の開示に関係する。即ち、John D. Larson IIIによる「Acoustic Galvanic Isolator Incorporating Single Decoupled Stacked Bulk Acoustic Resonator」と題する特許出願（アジレント文書整理番号10051180-1）、John D. Larson IIIによる「Acoustic Galvanic Isolator Incorporating Single Insulated Decoupled Stacked Bulk Acoustic Resonator With Acoustically-Resonant Electrical Insulator」と題する特許出願（アジレント文書整理番号10051205-1）、John D. Larson III他による「Acoustic Galvanic Isolator Incorporating Series-Connected Decoupled Stacked Bulk Acoustic Resonators」と題する特許出願（アジレント文書整理番号10051207-1）、及び、John D. Larso III他による「Acoustic Galvanic Isolator」と題する特許出願（アジレント文書整理番号10051583-1）であり、これらの出願は全て本願の譲受人に譲渡され、参照により援用される。
【背景技術】
【０００３】
ガルバニックアイソレータは、その入力から出力へと情報信号を通過させることができるが、その入力と出力の間に導電性経路はない。導電性経路を持たないことにより、ガルバニックアイソレータは、その入力と出力との間を通る不要な電圧を防止することができる。厳密に言えば、ガルバニックアイソレータはＤＣ電圧だけを遮断するが、一般的なガルバニックアイソレータは、電源ラインやオーディオ周波数のようなＡＣ電圧も更に遮断する。ガルバニックアイソレータの一例は、高データレートのデジタル情報信号を通過させるが、ＤＣ電圧と低周波数のＡＣ電圧を更に遮断するデータ結合器である。
【０００４】
データ結合器の一例は、アジレントテクノロジーズインクから販売されている光アイソレータのような光アイソレータである。光アイソレータにおいて、電気的情報信号は、発光ダイオード（ＬＥＤ）によって光信号に変換される。光信号は通常、エアギャップ又は光導波路のような非導電性の光伝送媒体を通過し、フォトディテクタによって受光される。フォトディテクタは、その光信号を電気信号に変換して戻す。ガルバニック絶縁が可能である理由は、光信号は、金属導体がなくても、非導電性の光伝送媒体を通過することができるからである。
【０００５】
他のデータ結合器としては、二次コイルに磁気結合された一次コイルからなる変成器がある。一次コイルに電気情報信号を流すと、その電気情報信号は磁束に変換される。磁束は、空気、又は非導電性で透磁性の磁性材料を通過し、二次コイルに達する。二次コイルは、その磁束を電気信号に変換して戻す。変成器は、高データレートの情報信号を通過させることができるが、ＤＣ電圧および低周波数のＡＣ電圧の伝送を遮断する。磁束の伝達手段の抵抗は、ＤＣ電圧や低周波数のＡＣ電圧が入力から出力へ通過することを防止するのに十分である。場合によっては、結合コンデンサを用いて、同様のアイソレーション（分離、絶縁）を行うこともある。
【０００６】
安価な光アイソレータは一般に、デバイスのキャパシタンスにより、及び光デバイスの電力限界から、約１０Ｍｂ／ｓのデータレートに制限される。変成器の手法では、コイルは大きなインダクタンスを有し、且つ高データレートの情報信号を伝送できる必要がある。それらの競合する要件を調和させることは難しいことが多い。コンデンサの使用では、導電性経路の完全な遮断はできない。なぜなら、情報信号は完全に電気的に伝送されるからである。比較的優れた解決策は、電気情報信号を別の形態の信号、例えば光または磁束に変換した後、該別の形態の信号を電気信号に変換して戻すことである。これにより、入力と出力との間の電気的経路を無くすことが可能になる。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００５０１０４６９０号
【特許文献２】米国特許第５，９６５，６７９号
【特許文献３】米国特許出願公開第２００５００９３６５５号
【特許文献４】米国特許出願公開第２００５００９３６５９号
【特許文献５】米国特許第６，２１５，３７５号
【非特許文献１】Martin他著、「Development of Low-Dielectric Constant Polymer for the Fabrication of Integrated Circuit Interconnect」12 Advanced Materials、1769（2000年）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
多くのデータ伝送システムは、１００Ｍｂ／ｓの速度で動作する。１００Ｍｂ／ｓ以上の速度で動作させることが可能な、小型で安価なガルバニックアイソレータが必要とされている。また、製造するのが簡単で、良好な共通モード阻止性能を有する、小型で安価なガルバニックアイソレータも必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の態様において、本発明は、音響ガルバニックアイソレータを提供する。この音響ガルバニックアイソレータの実施形態は、キャリア信号源と、情報信号及びキャリア信号を受信するように接続された変調器と、復調器と、変調器と復調器との間に接続され、電気的絶縁薄膜音響結合型変成器（ＦＡＣＴ：film acoustically-coupled transformer）からなる電気的絶縁音響結合器とを含む。
【０００９】
第２の態様において、本発明は、情報信号をガルバニック絶縁するための方法を提供する。この方法の実施形態は、電気的絶縁薄膜音響結合型変成器（ＦＡＣＴ）からなる電気的絶縁音響結合器を準備し、キャリア信号を提供し、キャリア信号を情報信号で変調して、変調電気信号を生じさせ、電気的絶縁音響結合器を通して変調電気信号を音響的に結合し、電気的絶縁音響結合器を通して結合された変調電気信号から情報信号を復元することを含む。
【００１０】
電気的絶縁ＦＡＣＴからなる電気的絶縁音響結合器は、物理的に小型で、安価に製造することができ、１００Ｍビット／秒を超えるデータレートの情報信号を音響的に結合することができ、その入力と出力との間の大きなＤＣ電圧またはＡＣ電圧に耐えることができる。更に、電気的絶縁ＦＡＣＴからなる電気的絶縁音響結合器は、その入力と出力との間に優れた共通モード阻止性能を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電気的絶縁薄膜音響結合型変成器（ＦＡＣＴ）からなる電気的絶縁音響結合器は、物理的に小型で、安価に製造することができ、１００Ｍビット／秒を超えるデータレートの情報信号を音響的に結合することができ、その入力と出力の間の大きなＤＣ電圧またはＡＣ電圧に耐えることができる。更に、電気的絶縁ＦＡＣＴからなる電気的絶縁音響結合器は、その入力と出力との間に優れた共通モード阻止性能を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、本発明の第１の実施形態による音響ガルバニックアイソレータ１０を示すブロック図である。音響ガルバニックアイソレータ１０は、その入力端子と出力端子との間で電気情報信号ＳＩを伝送し、且つその入力端子と出力端子との間を電気的に絶縁する。音響ガルバニックアイソレータ１０は、ＤＣを絶縁するだけでなく、ＡＣも絶縁する。更に、音響ガルバニックアイソレータ１０は、その入力端子と出力端子との間に優れた共通モード阻止性能を有する。電気情報信号ＳＩは通常、高データレートのデジタルデータ信号であるが、この信号は、アナログ信号であってもよい。一応用形態において、電気情報信号ＳＩは、１００Ｍビット／秒のイーサネット(R)信号である。
【００１３】
図示の例において、音響ガルバニックアイソレータ１０は、局部発振器１２、変調器１４、電気的絶縁音響結合器１６、及び復調器１８から構成される。図示の例において、局部発振器１２は、電気キャリア信号ＳＣの信号源である。変調器１４は、音響ガルバニックアイソレータ１０の入力端子２２、２４から電気情報信号ＳＩを受信するように接続された入力と、局部発振器１２からキャリア信号ＳＣを受信するように接続された入力とを有する。変調器１４は、電気的絶縁音響結合器１６の入力２６、２８に接続された出力を有する。
【００１４】
電気的絶縁音響結合器１６は、出力３２、３４で差動出力を提供する。電気的絶縁音響結合器１６の出力３２、３４は、復調器１８の入力に接続される。復調器１８の出力は、音響ガルバニックアイソレータ１０の出力端子３６、３８に接続される。
【００１５】
電気的絶縁音響結合器１６は、図３に関連して以下で詳細に説明されるバンドパス周波数応答を有する。局部発振器１２は、電気的絶縁音響結合器１６の通過帯域の中心の公称周波数でキャリア信号ＳＣを生成する。音響ガルバニックアイソレータ１０の１つの例示的な実施形態において、電気的絶縁音響結合器１６の通過帯域の中心周波数は１．９ＧＨｚであり、局部発振器１２は１．９ＧＨｚの周波数でキャリア信号ＳＣを生成する。局部発振器１２は、そのキャリア信号ＳＣを変調器１４のキャリア信号入力に供給する。
【００１６】
変調器１４は、入力端子２２、２４から電気情報信号ＳＩを受信し、キャリア信号ＳＣをその電気情報信号ＳＩで変調し、変調電気信号ＳＭを生成する。一般に、変調電気信号ＳＭは、電気情報信号ＳＩに従って変調されたキャリア信号ＳＣである。任意の適切な変調方式を使用することができる。キャリア信号が電気情報信号ＳＩによって振幅変調され、電気情報信号ＳＩが、０と１にそれぞれ相当する低信号レベル及び高信号レベルを有するデジタル信号である例において、変調電気信号ＳＭは、電気情報信号の０と１にそれぞれ対応する小さな振幅および大きな振幅を有する。
【００１７】
図２及び図４〜図４Ｃに関連して以下でより詳細に説明されるように、電気的絶縁音響結合器１６は、その入力２６、２８からの変調電気信号ＳＭをその出力３２、３４に音響的に結合し、電気出力信号ＳＯを復調器１８の入力に供給する。電気出力信号ＳＯは、変調電気信号ＳＭに類似している。即ち、電気出力信号ＳＯは、キャリア信号ＳＣと同じ周波数を有し、変調電気信号ＳＭと同じ変調方式を有し、電気情報信号ＳＩと同じ情報内容を有する変調電気信号である。復調器１８は、電気出力信号ＳＯを復調し、復元電気情報信号ＳＲとして電気情報信号ＳＩを復元する。復元電気情報信号ＳＲは、復調器１８から出力端子３６、３８に出力される。
【００１８】
復調器１８は、電気出力信号ＳＯから電気情報信号ＳＩを復元するための、当該技術分野において知られている検出器（図示せず）を含む。一例において、この検出器は、電気出力信号ＳＯを整流して積分し、電気情報信号ＳＩを復元する。一般に、電気情報信号ＳＩがデジタル信号である用途を対象とした実施形態では、復調器１８は、検出器の後にクロックおよびデータ復元回路（ＣＤＲ）を更に含む。ＣＤＲ回路は、電気出力信号ＳＯから復元された生の電気情報信号の波形を整形し、復元電気情報信号ＳＲを生成するように動作する。復調器１８は、その復元電気情報信号ＳＲを音響ガルバニックアイソレータ１０の出力端子３６、３８に供給する。
【００１９】
局部発振器１２として使用するのに適した回路、並びに音響ガルバニックアイソレータ１０の変調器１４及び復調器１８は、当該技術分野において知られている。したがって、局部発振器１２、変調器１４、及び復調器１８について、さらに詳細に説明しない。
【００２０】
図１に示す実施形態において、局部発振器１２は、音響ガルバニックアイソレータ１０の一部として示されている。他の実施形態では、音響ガルバニックアイソレータ１０は、局部発振器の代わりにキャリア信号入力端子（図示せず）を有し、音響ガルバニックアイソレータ１０は、そのキャリア信号入力端子を介して外部のキャリア信号発生器からキャリア信号ＳＣを受信する。係る実施形態において、キャリア信号入力端子は、音響ガルバニックアイソレータのキャリア信号源をもたらす。
【００２１】
次に、音響ガルバニックアイソレータ１０において電気的絶縁音響結合器１６として使用することが可能な、本発明の実施形態による音響結合器について説明する。図３に関連して以下でより詳細に説明されるように、係る実施形態は全て、バンドパス周波数応答を有する。音響結合器の通過帯域は、中心周波数と帯域幅によって特徴付けられる。音響結合器によって音響的に結合され得る情報信号の最大データレートは、通過帯域の帯域幅によって決まる。簡略化のために、音響結合器の通過帯域の中心周波数は以後、「音響結合器の中心周波数」と呼ぶものとする。以下で更に説明されるように、音響結合器の実施形態は、種々の音響伝達材料の層の一部分からなり、その層の厚さは、音響結合器の中心周波数に等しい公称周波数を有する音響信号の、音響伝達材料中での波長によって決まる。図１に示す音響ガルバニックアイソレータ１０において、キャリア信号ＳＣの周波数は、電気的絶縁音響結合器１６として使用される音響結合器の中心周波数に公称的に等しい。
【００２２】
本開示において、「四分の一波長層」という用語は、音響結合器の中心周波数に等しい公称周波数を有する音響信号の、音響伝達材料中での波長の四分の一の奇数倍に等しい公称の厚さｔを有する音響伝達材料の層という意味で使用される。即ち、
ｔ≒（２ｍ＋１）λｎ／４                        （１）
ただし、λｎは音響伝達材料中での上記音響信号の波長であり、ｍはゼロ以上の整数である。四分の一波長層の厚さは、λｎ／４の約±１０％だけ公称の厚さとは異なる場合がある。この許容範囲外の厚さを使用した場合、性能が幾らか劣化する可能性があるが、四分の一波長層の厚さは、λｎ／２の整数倍から常に大きく異なる。
【００２３】
更に、本開示において、上記音響信号の音響伝達材料の層の中での四分の一波長の特定数に等しい厚さを有する四分の一波長層は、「四分の一波長層」という用語の前に、その四分の一波長の数を表す数字により示される。例えば、「１四分の一波長厚層」という用語は、音響結合器の中心周波数に等しい周波数を有する音響信号の音響伝達材料中での波長の四分の一に等しい公称の厚さｔを有する音響伝達材料の層という意味で使用される。即ち、ｔ≒λｎ／４（式（１）においてｍ＝０））である。１四分の一波長厚層は、もっともありえない厚さの四分の一波長層である。同様に、３四分の一波長層は、上記の音響信号の音響伝達材料中での波長の４分の３に等しい公称の厚さｔを有する。即ち、ｔ≒３λｎ／４（式（１）においてｍ＝１））である。
【００２４】
「半波長層」という用語は、音響結合器の中心周波数に等しい周波数を有する音響信号の音響伝達材料中での波長の半分の整数倍に等しい公称の厚さｔを有する音響伝達材料の層という意味で使用される。即ち、
ｔ≒ｎλｎ／２                                  （２）
ただし、ｎは０より大きい整数である。半波長層の厚さは、公称の厚さから、λｎ／２の約±１０％だけ異なる場合がある。この許容範囲外の厚さを使用した場合、性能が幾らか劣化する可能性があるが、半波長層の厚さは、λｎ／４の奇数倍から常に大きく異なる。「半波長層」という用語の前に数字を付けたものは、上記の音響信号の音響伝達材料の層の中での半波長の特定数に等しい厚さを有する層を意味する。
【００２５】
音響ガルバニックアイソレータ、及びそれらの構成要素を成す電気的絶縁音響結合器は、「破壊電圧」によって特徴付けられる。音響ガルバニックアイソレータの破壊電圧は、音響ガルバニックアイソレータの入力端子と出力端子との間に電圧を印加したときに、しきい値（限界）漏れ電流よりも大きな漏れ電流が流れる電圧である。本開示に記載されるように、複数の入力端子および複数の出力端子を有する音響ガルバニックアイソレータにおいて、破壊電圧測定を行うために、入力端子が互いに電気接続され、出力端子が互いに電気接続される。電気的絶縁音響結合器の破壊電圧は、音響的に共振する電気絶縁体の入力と出力との間に電圧を印加したときに、しきい値漏れ電流よりも大きな漏れ電流が流れる電圧である。本開示に記載されるように、複数の入力および複数の出力を有する電気的絶縁音響結合器において、破壊電圧測定を行うために、入力が互いに電気接続され、出力が互いに電気接続される。しきい値漏れ電流は、応用形態によって左右され、一般に数マイクロアンペア程度である。
【００２６】
図２は、本発明の第１の実施形態による音響結合器１００の一例を示す概略図である。音響結合器１００は、入力２６、２８と、出力３２、３４と、電気的絶縁薄膜音響結合型変成器（ＦＡＣＴ）１０５とを含む。ＦＡＣＴ１０５は、第１の減結合積層型バルク音響共振器（ＤＳＢＡＲ：decoupled stacked bulk acoustic resonator）１０６と、第２のＤＳＢＡＲ１０８と、ＤＳＢＡＲ１０６と１０８を相互接続し、更にＤＳＢＡＲ１０６と１０８を入力２６、２８に接続する電気回路１４０と、ＤＳＢＡＲ１０６と１０８を相互接続し、更にＤＳＢＡＲ１０６と１０８を出力３２、３４に接続する電気回路１４１とから構成される。電気的絶縁ＦＡＣＴ１０５において、ＤＳＢＡＲ１０６と１０８のそれぞれの圧電薄膜共振器（ＦＢＡＲ）の少なくとも一方の圧電素子は、入力２６、２８と出力３２、３４との間に電気的絶縁を提供する。
【００２７】
図１に示す音響ガルバニックアイソレータ１０において電気的絶縁音響結合器１６として使用される場合、音響結合器１００は、入力２６、２８からの変調電気信号ＳＭを出力３２、３４に音響的に結合すると同時に、入力２６、２８と出力３２、３４との間を電気的に絶縁する。したがって、音響結合器１００は、出力端子３６、３８を入力端子２２、２４から有効にガルバニック絶縁するとともに、その所定の破壊電までの電圧だけ、出力端子の電圧を入力端子の電圧とは異なる電圧にすることができる。更に、音響結合器１００、及び本明細書で説明される他の音響結合器の実施形態は、入力２６、２８と出力３２、３４との間に共通モード阻止性能をもたらす。最後に、音響結合器１００、及び本明細書で説明される他の音響結合器の実施形態において、ＤＳＢＡＲ１０６と１０８のそれぞれの少なくとも１つの圧電素子は更に、入力２６、２８と出力３２、３４との間を電気的に絶縁する。
【００２８】
電気的絶縁ＦＡＣＴ１０５において、ＤＳＢＡＲ１０６とＤＳＢＡＲ１０８はそれぞれ、圧電薄膜共振器（ＦＢＡＲ:Film Bulk Acoustic Resonator）の積層された対、及びＦＢＡＲ間に配置された音響減結合器から構成される。ＤＳＢＡＲ１０６は、下側圧電薄膜共振器（ＦＢＡＲ）１１０、ＦＢＡＲ１１０上に積層された上側ＦＢＡＲ１２０、及び下側ＦＢＡＲ１１０と上側ＦＢＡＲ１２０との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、ＦＢＡＲ１５０上に積層された上側ＦＢＡＲ１６０、及び下側ＦＢＡＲ１５０と上側ＦＢＡＲ１６０との間に配置された音響減結合器１７０から構成される。いくつかの実施形態において、音響減結合器１３０と１７０は、電気的に絶縁しており、追加の電気絶縁をもたらす。
【００２９】
ＦＢＡＲ１１０は、対向する平坦な電極１１２及び１１４、並びに電極１１２と電極１１４との間に配置された圧電素子１１６から構成される。ＦＢＡＲ１２０は、対向する平坦な電極１２２及び１２４、並びに電極１２２と電極１２４との間に配置された圧電素子１２６から構成される。ＦＢＡＲ１１０の電極１１４とＦＢＡＲ１２０の電極１２２との間には、音響減結合器１３０が配置される。ＦＢＡＲ１５０は、対向する平坦な電極１５２及び１５４、並びに電極１５２と電極１５４との間に配置された圧電素子１５６から構成される。ＦＢＡＲ１６０は、対向する平坦な電極１６２及び１６４、並びに電極１６２と電極１６４との間に配置された圧電素子１６６から構成される。ＦＢＡＲ１５０の電極１５４とＦＢＡＲ１６０の電極１６２との間には、音響減結合器１７０が配置される。
【００３０】
電気回路１４０は、ＤＳＢＡＲ１０６のＦＢＡＲ１１０をＤＳＢＡＲ１０８のＦＢＡＲ１５０と逆並列に電気接続し、入力２６と２８に電気接続する。特に、電気回路１４０は、ＦＢＡＲ１１０の電極１１２をＦＢＡＲ１５０の電極１５４に電気接続し、入力２６に電気接続し、更にＦＢＡＲ１１０の電極１１４をＦＢＡＲ１５０の電極１５２に電気接続し、入力２８に電気接続する。電気回路１４１は、ＤＳＢＡＲ１０６のＦＢＡＲ１２０とＤＳＢＡＲ１０８のＦＢＡＲ１６０とを出力３２と３４との間で直列に電気接続する。特に、電気回路１４１は、出力３２をＦＢＡＲ１２０の電極１２４に接続し、ＦＢＡＲ１２０の電極１２２をＦＢＡＲ１６０の電極１６２に接続し、ＦＢＡＲ１６０の電極１６４を出力３４に接続する。
【００３１】
電気回路１４０は、入力２６、２８で受信された変調電気信号ＳＭをＦＢＡＲ１１０と１５０に等しいけれども逆位相で加えるように、ＦＢＡＲ１１０と１５０を逆並列に電気接続する。ＦＢＡＲ１１０と１５０は、変調電気信号ＳＭを個々の音響信号に変換する。電気回路１４０は、ＦＢＡＲ１１０が機械的に収縮するという意味で変調電気信号ＳＭをＦＢＡＲ１１０に加え、それに対してＦＢＡＲ１５０が同じ量だけ機械的に膨張するという意味で変調電気信号ＳＭをＦＢＡＲ１５０に加えるように、及び逆もまた同じであるように、ＦＢＡＲ１１０と１５０を逆並列に電気接続する。それ故に、ＦＢＡＲ１５０により生成された音響信号は、ＦＢＡＲ１１０により生成された音響信号と逆位相状態にある。したがって、ＦＢＡＲ１６０により受け取られた、ＦＢＡＲ１５０からの音響信号は、ＦＢＡＲ１２０により受け取られた、ＦＢＡＲ１１０からの音響信号と逆位相状態にある。ＦＢＡＲ１２０とＦＢＡＲ１６０は、それらが受け取る音響信号を個々の電気信号に変換して戻す。ＦＢＡＲ１６０により生成された電気信号は、ＦＢＡＲ１２０により生成された電気信号と逆位相状態にある。電気回路１４１は、ＦＢＡＲ１２０と１６０の両端の電圧が加算されて、電極１２４と１６４との間、ひいては出力３２と３４との間の電圧差がＦＢＡＲ１２０と１６０のそれぞれの両端の電圧の２倍になるように、ＦＢＡＲ１２０と１６０を直列に接続する。出力３２と３４との間に出現する電気出力信号ＳＯは、同じ周波数を有し、入力２６、２８との間に加えられた変調電気信号ＳＭの情報内容を含む。このように、音響結合器１００は、入力２６、２８からの変調電気信号ＳＭを出力３２、３４に有効に音響的に結合する。
【００３２】
出力３２、３４は、少なくとも圧電素子１２６と１６６により入力２６、２８から電気的に絶縁される。一般的な圧電素子は、高い電気抵抗率と破壊電界強度を有する。例えば、スパッタ堆積された窒化アルミニウムのサンプルは、約８７５ｋＶ／ｍｍの測定破壊電界を有する。したがって、音響結合器１００は、入力２６、２８と出力３２、３４との間を電気的に絶縁する。音響減結合器１３０と１７０が電気絶縁性である実施形態において、音響減結合器１３０と１７０がそれぞれ、圧電素子１２６と１６６に電気的に直列に接続され、追加の絶縁を提供する。
【００３３】
音響結合器１００において、音響減結合器１３０は、ＦＢＡＲ１１０によって生成された音響信号のＦＢＡＲ１２０への結合を調節し、音響減結合器１７０は、ＦＢＡＲ１５０によって生成された音響信号のＦＢＡＲ１６０への結合を調節する。音響減結合器１３０と音響減結合器１７０は、音響結合器１００の帯域幅を制御する。具体的には、音響減結合器１３０と、ＦＢＡＲ１１０及び１２０との間の音響インピーダンスの大きな不整合に起因して、音響減結合器１３０は、ＦＢＡＲ１１０からＦＢＡＲ１２０へ結合される音響信号の量が、ＦＢＡＲ１１０と１２０との間を直接接触させることにより結合された場合に比べて少ない。同様に、音響減結合器１７０と、ＦＢＡＲ１５０及び１６０との間の音響インピーダンスの大きな不整合に起因して、音響減結合器１７０は、ＦＢＡＲ１５０からＦＢＡＲ１６０へ結合される音響信号の量が、ＦＢＡＲ１５０と１６０との間を直接接触させることにより結合された場合に比べて少ない。
【００３４】
図３は、音響結合器１００の例示的な実施形態の周波数応答特性を示す。音響結合器１００は、１００ＭＨｚより大きい通過帯域幅を有する平坦な帯域内応答を示す。１００ＭＨｚは、１００Ｍビット／秒よりも大きいデータレートを有する電気情報信号ＳＩの一実施形態によってキャリア信号ＳＣを変調することにより得られる変調電気信号ＳＭの一実施形態の全帯域幅を伝送するのに十分な幅である。音響結合器１００の周波数応答は更に、通過帯域の外側で急峻な減衰を示す。
【００３５】
図４Ａは、音響結合器１００の実施例を示す略平面図である。図４Ｂ及び図４Ｃは、図４Ａにおいてライン４Ｂ−４Ｂ及びライン４Ｃ−４Ｃに沿ってそれぞれ切断して見たときの断面図である。図２及び図４Ａ〜図４Ｃにおいて、同じ参照符号を用いて音響結合器１００の要素を示す。
【００３６】
図４Ａ〜図４Ｃに示す音響結合器１００の実施形態において、ＦＡＣＴ１０５を構成するＤＳＢＡＲ１０６及びＤＳＢＡＲ１０８は、基板１０２に画定された共通のキャビティ１０４の上に浮いている。ＤＳＢＡＲ１０６及び１０８をキャビティの上に浮かせることにより、ＤＳＢＡＲ１０６を構成する積層されたＦＢＡＲ１１０及び１２０、並びにＤＳＢＡＲ１０８を構成する積層されたＦＢＡＲ１５０及び１６０を、変調電気信号ＳＭに応答して、機械的に共振させることが可能になる。ＤＳＢＡＲ１０６とＤＳＢＡＲ１０８を機械的に共振させることを可能にする他の浮遊手段も実現可能である。例えば、ＤＳＢＡＲ１０６及びＤＳＢＡＲ１０８は、基板１０２に画定された個々のキャビティ（図示せず）の上に浮いていてもよい。別の例において、ＤＳＢＡＲ１０６及びＤＳＢＡＲ１０８は、音響ブラッグ反射器（図示せず）によって基板１０２から音響的に分離される。音響ブラッグ反射器については、John D.Larson III他による「Cavity-Less Film Bulk Acoustic Resonator (FBAR) Devices」と題する本願と同じ譲受人に譲渡された特許文献１に記載されており、この特許文献１は参照により本明細書に援用される。
【００３７】
図４Ａ〜図４Ｃに示す例において、基板１０２の材料は単結晶シリコンである。単結晶シリコンは半導体であり、それ故に良好な電気的絶縁体ではないので、基板１０２は一般に、単結晶シリコンのベース層１０１、及びベース層の主表面上に配置された誘電体材料の絶縁層１０３から構成される。絶縁層の例示的な材料には、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、ポリイミド、架橋ポリフェニレンポリマー、及び任意の他の適切な電気的絶縁性材料が挙げられる。絶縁層１０３は、ＤＳＢＡＲ１０６と１０８、及び電気回路１４０と１４１をベース層１０１から絶縁する。代案として、基板１０２の材料は、非常に高い電気抵抗率および破壊電界強度を有するアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）のようなセラミック材料とすることができる。
【００３８】
図４Ａ〜図４Ｃに示す例において、圧電材料からなる圧電層１１７は、圧電素子１１６及び１５６として機能し、圧電材料からなる圧電層１２７は、圧電素子１２６及び１６６として機能する。更に、図４Ａ〜図４Ｃに示す例において、音響減結合材料からなる単一の音響減結合層１３１は、図５Ａに関連して以下でより詳細に説明されるように、音響減結合器１３０及び１７０として機能する。
【００３９】
図４Ａ〜図４Ｃに示す例において、図２に示した入力２６は、端子パッド２６Ａ及び２６Ｂとして具現化され、図２に示した入力２８は、端子パッド２８として具現化される。端子パッド２６Ａ、２６Ｂ及び２８は、基板１０２の主表面上に配置される。図２に示した電気回路１４０は、端子パッド２６ＡからＦＢＡＲ１１０の電極１１２まで延在する電気トレース１３３、端子パッド２６ＢからＦＢＡＲ１５０の電極１５４まで延在する電気トレース１７３、及び端子パッド２６Ａと２６Ｂとの間に延在する電気トレース１６７から構成される。更に、接続パッド１７６、端子パッド２８から接続パッド１７６まで延在する電気トレース１３９、及び接続パッド１７６からＦＢＡＲ１５０の電極１５２まで延在する電気トレース１７７は、まとめてＦＢＡＲ１５０の電極１５２を端子パッド２８に接続する電気回路１４０（図２）の一部を構成する。電気トレース１３９、接続パッド１７６に電気接触する接続パッド１３６、及び接続パッド１３６からＦＢＡＲ１１０の電極１１４まで延在する電気トレース１３７は、まとめてＦＢＡＲ１１０の電極１１４を端子パッド２８に接続する電気回路１４０（図２）の一部を構成する。電気トレース１３３、１３７、１７３、及び１７７は全て、基板１０２の主表面の一部の上に延在する。更に、電気トレース１３３と１７７は、圧電層１１７の一部の下に延在し、電気トレース１３７と１７３は、圧電層１１７の一部の上に延在する。
【００４０】
出力３２、３４はそれぞれ、基板１０２の主表面上に配置された端子パッド３２、３４として具現化される。図２に示した電気回路１４１は、端子パッド３２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、及び端子パッド３４からＦＢＡＲ１６０の電極１６４まで延在する電気トレース１７５から構成される。電気トレース１３５と１７５はそれぞれ、圧電層１２７、音響減結合層１３１、圧電層１１７、及び基板１０２の主表面の一部の上に延在する。電気トレース１７１は、音響減結合層１３１の主表面の一部の上に延在する。
【００４１】
それぞれの入力２６、２８と基板１０２との間には、実質的に同じキャパシタンスが存在する。入力２６、２８のそれぞれは、基板１０２に隣接する１つの電極、及び個々の圧電素子により基板１０２から分離された１つの電極に接続される。図示した例において、入力２６は、基板に隣接する電極１１２、及び圧電素子１５６により基板から分離された電極１５４に接続され、入力２８は、基板に隣接する電極１５２、及び圧電素子１１６により基板から分離された電極１１４に接続される。更に、それぞれの出力３２、３４と基板１０２との間には、実質的に同じキャパシタンスが存在する。出力３２、３４は、電極１２４と１６４に接続され、電極１２４と１６４のそれぞれは、２つの圧電素子と音響減結合器により基板から分離されている。このように、音響結合器１００は、電気的にバランスをとられ、この結果、高い共通モード除去比を有する。
【００４２】
局部発振器１２、変調器１４、及び復調器１８が基板１０２内に、及び基板１０２上に製造される音響ガルバニックアイソレータ１０（図１）の実施形態において、端子パッド２６、２８、３２及び３４は通常省略され、電気トレース１３３、１３９及び１７３は、変調器１４の一部を構成する対応するトレースに接続されるように延ばされ、電気トレース１３５及び１７５は復調器１８の一部を構成する対応するトレースに接続されるように延ばされる。
【００４３】
図５Ａは、音響減結合器１３０の第１の実施形態を示す、図４Ｂにおいて５Ａでマークされた部分の拡大図である。音響減結合器１３０に関する以下の説明は、音響減結合器１７０にも当てはまる。したがって、音響減結合器１７０について別個に説明しない。図５Ａに示す実施形態において、音響減結合器１３０は、音響減結合材料の音響減結合層１３１から構成される。音響減結合層１３１は、ＦＢＡＲ１１０及び１２０の電極１１４と電極１２２との間にそれぞれに配置され、音響減結合器１３０をもたらす。音響減結合層１３１は更に、ＦＢＡＲ１５０及び１６０の電極１５４と電極１６２との間にもそれぞれ配置され、音響減結合器１７０をもたらす。代案として、別個の音響減結合層（図示せず）を使用して、音響減結合器１３０及び１７０を提供することができる。
【００４４】
音響減結合層１３１の音響減結合材料は、空気の音響インピーダンスとＦＢＡＲ１１０及び１２０の材料の音響インピーダンスとの中間の音響インピーダンスを有する。音響減結合器１３０が電気絶縁性である実施形態において、音響減結合層１３１の音響減結合材料は更に、高い電気抵抗率および高い破壊電圧を有する。
【００４５】
材料の音響インピーダンスは、その材料中での粒子速度に対する応力の比であり、レイリー（Rayleigh）（「レール（rayl）」と略される）を単位として測定される。ＦＢＡＲ１１０と１２０の圧電素子１１６と１２６の圧電材料はそれぞれ、一般に、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）であり、電極１１２、１１４、１２２及び１２４の材料は一般に、モリブデン（Ｍｏ）である。ＦＢＡＲ１５０と１６０の圧電素子１５６と１６６の圧電材料はそれぞれ、一般に、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）であり、電極１５２、１５４、１６２及び１６４の材料は一般に、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、モリブデンの音響インピーダンスは一般に、約６３Ｍraylである。空気の音響インピーダンスは、約１Kraylである。
【００４６】
一般に、音響減結合層１３１の音響減結合材料の音響インピーダンスは、ＦＢＡＲ１１０及び１２０の圧電素子１１６及び１２６をそれぞれ構成する圧電材料の音響インピーダンスに比べて約１桁小さい。音響結合器１００の通過帯域の帯域幅は、音響減結合層１３１の音響減結合材料の音響インピーダンスと、ＦＢＡＲ１１０及び１２０の材料の音響インピーダンスとの差によって決まる。ＦＢＡＲ１１０及び１２０の材料が上記のようなものである音響結合器１００の実施形態において、約２Ｍraylから約８Ｍraylの範囲の音響インピーダンスを有する音響減結合材料により、音響減結合器の通過帯域幅は、音響ガルバニックアイソレータ１０（図１）を１００Ｍｂ／ｓよりも大きいデータレートで動作させるのに十分なものになる。
【００４７】
音響ガルバニックアイソレータ１０（図１）において、入力端子２２、２４と出力端子３６、３８との間の破壊電圧を決める主な要因は、圧電層１２７の圧電材料の電気的破壊電界強度、及び圧電層１２７の厚さである。音響結合器１００が絶縁音響減結合層１３１を有する実施形態において、典型的であるとして、破壊電圧は、音響減結合層１３１の音響減結合材料の電気的破壊電界強度、及び音響減結合層１３１の厚さに依存する量だけ増加する。
【００４８】
任意の音響減結合材料の場合、音響減結合層１３１として１四分の一波長層より厚い層を有する音響結合器１００の実施形態は一般に、音響減結合層１３１として１四分の一波長層を有する実施形態に比べて、音響結合器１００の破壊電圧をより多く増加させる。しかしながら、音響減結合層１３１が１四分の一波長層より厚い音響結合器１００の実施形態は一般に、複数の音響モードに対応する係る厚い音響減結合層の能力に起因して、周波数応答にスプリアス応答アーチファクトが現れる。このスプリアス応答アーチファクトは、音響結合器１００によって出力される電気出力信号ＳＯの「目」の開口部を縮小する傾向がある。音響ガルバニックアイソレータ１０（図１）によって出力された復元電気情報信号ＳＲの完全性を確保するために、音響結合器１００が音響減結合層１３１として１四分の一波長層よりも厚い層を有する実施形態は一般に、音響結合器１００が音響減結合層１３１として１四分の一波長波長層（ｍ＝０）を有する実施形態に比べて、より複雑なタイプのクロック及びデータ復元回路を復調器１８内に有する必要がある。音響減結合層１３１が１四分の一波長層である音響結合器１００の実施形態は一般に、入力２６、２８からの変調電気信号ＳＭを最適な信号完全性で出力３２、３４に結合する。
【００４９】
音響減結合層１３１は、電極１１４及び１５４の上に、音響減結合材料の前駆体溶液をスピンコーティングすることによって形成される。スピンコーティングによって形成された音響減結合層は一般に、音響減結合材料によってコーティングされた表面の輪郭に起因して、異なる厚さの領域を有することになる。係る実施形態において、音響減結合層１３１の厚さは、電極１１４と電極１２２との間、及び電極１５４と電極１６２との間に位置する音響減結合層の部分の厚さである。
【００５０】
多くの材料は電気絶縁性であり、高い破壊電界強度を有し、上記の範囲の音響インピーダンスを有する。また、多くの係る材料は、上記の厚さ範囲内で均一な厚さの層として塗布され得る。したがって、係る材料は、音響減結合層１３１の音響減結合材料として使用するのに適する可能性がある。しかしながら、音響減結合材料は、音響減結合器１３０及び１７０を形成するために音響減結合層１３１が堆積された後に実施される製造処理の高温に耐えることもできなければならない。音響結合器１００の実際的な実施形態において、電極１２２、１２４、１６２及び１６４、並びに圧電層１２７は、音響減結合材料が堆積された後、スパッタリングによって堆積される。これらの堆積処理の間には、４００℃のような高温に達する。したがって、係る温度においても安定状態を維持する材料が、音響減結合材料として使用される。
【００５１】
一般的な音響減結合材料は、ＦＢＡＲ１１０、１２０、１５０及び１６０の他の材料に比べて、単位長さあたりの音響減衰が非常に大きい。しかしながら、音響減結合層１３１の厚さは通常、１μｍ未満であるため、音響減結合材料の音響減結合層１３１によってもたらされる音響減衰は一般に、無視することができる。
【００５２】
一実施形態において、音響減結合層１３１の音響減結合材料としてポリイミドが使用される。ポリイミドは、E. I. du Pont De Nemours and CompanyからKapton（Ｒ）という商標で販売されている。係る実施形態において、音響減結合器１３０及び音響減結合器１７０は、スピンコーティングによって塗布されるポリイミドの音響減結合層１３１により提供される。ポリイミドは、約４Ｍraylの音響インピーダンスを有し、約１６５ｋＶ／ｍｍの破壊電界強度を有する。
【００５３】
別の実施形態において、音響減結合層１３１の音響減結合材料としてポリ（パラキシレン）が使用される。係る実施形態では、音響減結合器１３０及び音響減結合器１７０は、真空蒸着によって付着されるポリ（パラキシレン）の音響減結合層１３１により提供される。また、ポリ（パラキシレン）は、当該技術分野では「パリレン」としても知られている。パリレンが作製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実施するための装置は、多くの供給業者から入手可能である。パリレンは、約２．８Ｍraylの音響インピーダンスを有し、約２７５ｋＶ／ｍｍの破壊電界強度を有する。
【００５４】
別の実施形態において、音響減結合層１３１の音響減結合材料として架橋ポリフェニレンポリマーが使用される。係る実施形態において、音響減結合器１３０及び音響減結合器１７０は、スピンコーティングによって電極１１４に塗布された架橋ポリフェニレンポリマーの音響減結合層１３１により提供される。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材料として開発され、それ故に、ＦＢＡＲ１２０及び１６０の後続の製造中に音響減結合材料が受ける高い温度で安定したままである。架橋ポリフェニレンポリマーの計算上の音響インピーダンスは、約２Ｍraylである。この音響インピーダンスは、１００Ｍビット／秒を越えるデータレートの動作に十分な通過帯域幅を音響結合器１００に与える音響インピーダンスの範囲内である。
【００５５】
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から、SiLKという登録商標で販売されている。前駆体溶液はスピンコーティングにより塗布される。接着促進剤を更に含有するSiLK（登録商標）Ｊと呼ばれる前駆体溶液の１つから得られる架橋ポリフェニレンポリマーの計算上の音響インピーダンスは、２．１Ｍrayl、即ち約２Ｍraylである。この架橋ポリフェニレンポリマーの破壊電界強度は約４００ｋＶ／ｍｍである。
【００５６】
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。係るモノマーを使用すれば、過度の置換の必要性なしに、可溶性オリゴマーが形成される。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。前駆体溶液をスピンオンするときの層の厚さは、前駆体溶液中のオリゴマーの割合によって決まる。前駆体溶液を塗布した後、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。更に硬化させることにより、架橋ポリフェニレンポリマーが得られる。上記の架橋ポリフェニレンポリマーは、Godschalx他による特許文献２に開示されており、参照により本明細書に援用される。さらなる実用的な詳細は、非特許文献１に記載されており、やはり参照により本明細書に援用される。架橋ポリフェニレンポリマーはポリイミドに比べて、低い音響インピーダンス、低い音響減衰、低い誘電率、及び高い破壊電解強度を有する。更に、前駆体溶液のスピンオンされた層により、音響減結合層１３１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。
【００５７】
代替の実施形態において、音響減結合器１３０及び音響減結合器１７０をもたらす音響減結合層１３１の音響減結合材料は、ＦＢＡＲ１１０、１２０、１５０及び１６０の材料の音響インピーダンスよりもかなり大きな音響インピーダンスを有する材料である。この特性を有する材料は現時点では知られていないが、係る材料は、今後は入手可能になる可能性があり、又はより低い音響インピーダンスのＦＢＡＲ材料が今後は入手可能になる可能性がある。係る高い音響インピーダンスの音響減結合材料の四分の一波長層の厚さは、上述した通りである。
【００５８】
図５Ｂは、音響減結合器１３０の第２の実施形態を示す、図４Ｂにおいて５Ａでマークされた部分の拡大図である。音響減結合器１３０に関する以下の説明は、音響減結合器１７０にも当てはまる。したがって、音響減結合器１７０について別個に説明しない。図５Ｂに示す実施形態において、音響減結合器１３０は、ＦＢＡＲ１１０の電極１１４とＦＢＡＲ１２０の電極１２２との間に配置された音響ブラッグ構造１６１から構成される。音響ブラッグ構造１６１は、高い音響インピーダンスのブラッグ要素１６５と１６７との間に配置された低い音響インピーダンスのブラッグ要素１６３を含む。圧電層１２７により提供される電気絶縁性により、ブラッグ構造１６１は、全て導電性のブラッグ要素からなることが可能になる。しかしながら、ブラッグ構造１６１のブラッグ要素１６３、１６５及び１６７のうちの少なくとも１つが、高い抵抗率、低い誘電率、及び高い破壊電界強度を有する材料の層からなる音響結合器１００の実施形態は、音響結合器１００の破壊電圧を増大させる。
【００５９】
ブラッグ要素１６３、１６５及び１６７はそれぞれ、四分の一波長層である。低い音響インピーダンスのブラッグ要素１６３は、低い音響インピーダンス材料の四分の一波長層であるのに対し、高い音響インピーダンスのブラッグ要素１６５及び１６７はそれぞれ、高い音響インピーダンス材料の四分の一波長層である。これらブラッグ要素の材料の音響インピーダンスは、互いに対して「低い」及び「高い」として特徴付けられ、圧電素子１１６及び１２６の圧電材料の音響インピーダンスに対して「低い」及び「高い」として特徴付けられる。音響減結合器１３０のブラッグ構造１６１、及び音響減結合器１７０のブラッグ構造（図示せず）を提供するために、通常、共通材料の四分の一波長層が使用される。
【００６０】
一実施形態において、低い音響インピーダンスのブラッグ要素１６３は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の四分の一波長層であり、この層は、約１３Ｍraylの音響インピーダンスを有し、高い音響インピーダンスのブラッグ要素１６５及び１６７はそれぞれ、電極１１４及び１２２と同じ材料、例えばモリブデンの四分の一波長層である。モリブデンの音響インピーダンスは約６３Ｍraylである。高い音響インピーダンスのブラッグ要素１６５とＦＢＡＲ１１０の電極１１４に同じ材料を使用することにより、高い音響インピーダンスのブラッグ要素１６５を更に、電極１１４として機能させることが可能になる。同様に、高い音響インピーダンスのブラッグ要素１６７とＦＢＡＲ１２０の電極１２２に同じ材料を使用することにより、高い音響インピーダンスのブラッグ要素１６７を更に電極１２２として機能させることが可能になる。
【００６１】
一例において、高い音響インピーダンスのブラッグ素子１６５及び１６７は、モリブデンの１四分の一波長層であり、低い音響インピーダンスのブラッグ要素１６３は、ＳｉＯ２の１四分の一波長層である。キャリア信号ＳＣの周波数が約１．９ＭＨｚである一実施形態において、モリブデンの高い音響インピーダンス要素１６５及び１６７の厚さは約８２０ｎｍであり、ＳｉＯ２の低い音響インピーダンスのブラッグ要素１６３の厚さは約２６０ｎｍである。
【００６２】
低い音響インピーダンスのブラッグ要素１６３の代替材料は、Dow Chemical Co.からＳｉＬＫという登録商標で販売されている前駆体溶液から作成される上記の架橋ポリフェニレンポリマーのような架橋ポリフェニレンポリマーである。低い音響インピーダンスのブラッグ要素１６３に対する代替材料の例としては、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ）、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、及び種々のガラスが挙げられる。高い音響インピーダンスのブラッグ要素１６５及び１６７の代替材料は、タングステン（Ｗ）である。
【００６３】
今述べた例において、ブラッグ要素１６３、１６５及び１６７のうちの１つだけは絶縁性であり、音響結合器１００、ひいては音響ガルバニックアイソレータ１０の破壊電圧は、圧電層１２７の厚さ、及び圧電層１２７の圧電材料の破壊電界強度により、並びに低い音響インピーダンスのブラッグ要素１６３の厚さ、及び低い音響インピーダンスのブラッグ要素１６３の材料の破壊電界強度によって決まる。
【００６４】
音響結合器１００の破壊電圧は、ブラッグ構造１６１を構成するブラッグ要素１６３、１６５及び１６７を全て電気的絶縁性材料から作成することによって増加させることができる。例示的な実施形態において、高い音響インピーダンスのブラッグ要素１６３及び１６７はそれぞれ、二酸化ケイ素の四分の一波長層であり、低い音響インピーダンスのブラッグ要素１６５は、Dow Chemical Co.からＳｉＬＫという登録商標で販売されている前駆体溶液から作成される上記の架橋ポリフェニレンポリマーのような架橋ポリフェニレンポリマーの四分の一波長層である。しかしながら、二酸化ケイ素は、約３０ｋＶ／ｍｍの比較的低い破壊電界強度を有し、典型的な架橋ポリフェニレンポリマーの四分の一波長層は、この材料の音速が比較的低いことに起因して比較的薄い。全て電気絶縁性材料から作成される比較的大きな破壊電圧を有するブラッグ構造１６１の別の実施形態において、高い音響インピーダンスのブラッグ要素１６３及び１６７はそれぞれ、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の四分の一波長層であり、低い音響インピーダンスのブラッグ要素１６５は、二酸化ケイ素の四分の一波長層である。酸化アルミニウムの音響インピーダンスは約４４Ｍraylであり、破壊電界強度は約数百キロボルト／ｍｍである。更に、酸化アルミニウム中での音速は、典型的な架橋ポリフェニレンポリマー中における音速の約７倍である。酸化アルミニウムの２つの四分の一波長層、及び二酸化ケイ素の四分の一波長層にわたって所与の電圧を印加した場合、二酸化ケイ素の２つの四分の一波長層、及び架橋ポリフェニレンポリマーの１四分の一波長層にわたって同じ電圧を印加した場合に比べて、得られる電界はかなり小さくなる。
【００６５】
ブラッグ要素１６３、１６５及び１６７に対する代替の電気絶縁性材料の例としては、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ）、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、及び種々のガラスがある。上記の例は、音響インピーダンスが小さくなる順番で列挙した。低い音響インピーダンスのブラッグ層１６３の材料として低い音響インピーダンスの材料を使用する場合には、高い音響インピーダンスのブラッグ層１６５、１６７の材料として、上記の例のいずれかを使用することができる。
【００６６】
高い音響インピーダンスのブラッグ要素１６５及び１６７と、低い音響インピーダンスのブラッグ要素１６３との間の音響インピーダンスの差が比較的小さい音響減結合器１３０の実施形態において、ブラッグ構造１６１は、１（ｎ）より大きい数の低い音響インピーダンスのブラッグ要素を対応する数（ｎ＋１）の高い音響インピーダンスのブラッグ要素と交互に配置したものから構成され得る。例えば、ブラッグ構造１６１は、２つの低い音響インピーダンスのブラッグ要素を３つの高い音響インピーダンスのブラッグ要素と交互に配置したものから構成される得る。これらのブラッグ要素は、電気絶縁性である必要性はないが、ブラッグ要素のうちの１つ以上が電気絶縁性である場合には、より高い破壊電圧が得られる。
【００６７】
ガルバニックアイソレータによっては、その入力端子と出力端子との間の破壊電圧が１キロボルトよりも大きくなければならないものがある。図２に関連して上述した音響結合器１００において、圧電素子１２６と１６６、及び任意に音響減結合器１３０と１７０により提供される入力２６、２８と出力３２、３４との間の絶縁は、音響ガルバニックアイソレータ１０（図１）が係る破壊電圧要件を満たすことができるほど十分でない可能性がある。
【００６８】
次に、本発明による音響結合器の更なる実施形態を説明する。これらの実施形態は、電気的絶縁ＦＡＣＴからなり、この場合、各ＤＳＢＡＲは、その構成要素を成す圧電薄膜共振器（ＦＢＡＲ）の間に配置された１つ以上の音響共振電気絶縁体を有する絶縁減結合積層型バルク音響共振器（insulating decoupled stacked bulk acoustic resonator:ＩＤＳＢＡＲ）である。１つ以上の音響共振電気絶縁体は、上述した圧電素子１２０と１６０、及び任意に音響減結合器１３０と１７０により提供される電気絶縁性に加えて、入力２６、２８と出力３２、３４との間に電気絶縁性を提供する。したがって、これらの音響結合器の実施形態は、図２に関連して上述した音響結合器１００に比べて、大きい破壊電圧を有する。
【００６９】
図６は、本発明の第２の実施形態による音響結合器２００の一例を示す概略図である。図７Ａは、音響結合器２００の実施例の平面図である。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６及び図７Ｂ〜７Ｃでは、同じ参照符号を使用して、音響結合器２００の要素を示している。
【００７０】
音響結合器２００は、入力２６、２８と、出力３２、３４と、電気的絶縁薄膜音響結合型変成器（ＦＡＣＴ）２０５とを含む。ＦＡＣＴ２０５は、第１の絶縁減結合積層型バルク音響共振器（ＩＤＳＢＡＲ）２０６と、第２のＩＤＳＢＡＲ２０８と、ＩＤＳＢＡＲ２０６と２０８を相互接続し、更にＩＤＳＢＡＲ２０６と２０８を入力２６、２８に接続する電気回路１４０と、ＩＤＳＢＡＲ２０６と２０８を相互接続し、更にＩＤＳＢＡＲ２０６と２０８を出力３２、３４に接続する電気回路１４１とから構成される。電気的絶縁ＦＡＣＴ２０５において、ＩＤＳＢＡＲ２０６と２０８のそれぞれは、第１のＩＤＳＢＡＲの実施形態によるＩＤＳＢＡＲである。その最も単純な形態において、第１のＩＤＳＢＡＲの実施形態によるＩＤＳＢＡＲは、その構成要素であるＦＢＡＲ間に順番に、第１の音響減結合器、四分の一波長音響共振電気絶縁体、及び第２の音響減結合器を有する。この音響共振電気絶縁体は、入力２６、２８から出力３２、３４への変調電気信号ＳＭの伝送完全性を低下させることなく、追加の電気的絶縁性を提供する。第１のＩＤＳＢＡＲの実施形態によるＩＤＳＢＡＲ２０６は、図２に関連して上述した音響結合器１００の他の点で類似した実施形態に比べて大きい破壊電圧を音響結合器２００に与える。
【００７１】
音響結合器２００を図１に示した音響ガルバニックアイソレータ１０の電気的絶縁音響結合器１６として使用する場合、音響結合器２００は、入力２６、２８からの変調電気信号ＳＭを出力３２、３４に音響的に結合するとともに、入力２６、２８と出力３２、３４との間に電気絶縁性を提供する。したがって、音響結合器２００は、出力端子３６、３８を入力端子２２、２４から有効にガルバニック絶縁し、その所定の破壊電圧までの電圧だけ、出力端子の電圧を入力端子の電圧から異ならせることができる。
【００７２】
音響結合器２００において、ＦＡＣＴ２０５は、それぞれ第１のＩＤＳＢＡＲの実施形態によるＩＤＳＢＡＲ２０６とＩＤＳＢＡＲ２０８を含む。ＩＤＳＢＡＲ２０６とＩＤＳＢＡＲ２０８のそれぞれは、そのＦＢＡＲ間に順番に、第１の音響減結合器、四分の一波長音響共振電気絶縁体、及び第２の音響減結合器を有する。
【００７３】
図６及び図７Ａ〜図７Ｃに示す音響結合器２００の例において、ＩＤＳＢＡＲ２０６は、下側圧電薄膜共振器（ＦＢＡＲ）１１０、ＦＢＡＲ１１０の上に積層（スタック）された上側ＦＢＡＲ１２０、並びに下側ＦＢＡＲ１１０と上側ＦＢＡＲ１２０との間に順番に配置された第１の音響減結合器１３０、四分の一波長音響共振電気絶縁体２１６、及び第２の音響減結合器２３０を含む。ＩＤＳＢＡＲ２０８は、下側ＦＢＡＲ１５０と、ＦＢＡＲ１５０の上に積層された上側ＦＢＡＲ１６０、並びに下側ＦＢＡＲ１５０と上側ＦＢＡＲ１６０との間に順番に配置された第１の音響減結合器１７０、四分の一波長音響共振電気絶縁体２５６、及び第２の音響減結合器２７０を含む。ＩＤＳＢＡＲ２０６及びＩＤＳＢＡＲ２０８の他の実施形態では、各ＩＤＳＢＡＲは、２以上（ｎ）の音響共振電気絶縁体を対応する数（ｎ＋１）の音響減結合器と交互に配置されたものを、各ＦＢＡＲ間に有する。
【００７４】
ＦＢＡＲ１１０、１２０、１５０及び１６０、第１の音響減結合器１３０及び１７０、電気回路１４０及び１４１、並びに基板１０２については、図２及び図４Ａ〜図４Ｃに関連して上述したので、ここでもう一度説明しない。上記の音響減結合器１３０及び１７０の説明は、音響減結合器２３０及び２７０にも当てはまる。したがって、音響減結合器２３０及び２７０について個別に説明しない。図５Ａ及び図５Ｂに関連して上述した音響減結合器１３０の例示的な実施形態を使用して、音響減結合器１３０、１７０、２３０及び２７０をそれぞれ提供することができる。１つ以上の共通の音響減結合材料の四分の一波長層を使用して、第１の音響減結合器１３０と第１の音響減結合器１７０の両方が提供され得る。図７Ａ〜図７Ｃに示す例において、音響減結合材料の音響減結合層１３１は、第１の音響減結合器１３０及び１７０を提供する。更に、１つ以上の共通の音響減結合材料の四分の一波長層を使用して、第２の音響減結合器２３０と第２の音響減結合器２７０の両方が提供される。図７Ａ〜図７Ｃに示す例において、音響減結合材料の音響減結合層２３１は、第２の音響減結合器２３０及び２７０を提供する。代案として、音響減結合器１３０、１７０、２３０及び２７０はそれぞれ、別個に設けられてもよい。
【００７５】
次に、四分の一波長音響共振電気絶縁体２１６を説明する。以下の説明は、四分の一波長音響共振電気絶縁体２５６にも同様に当てはまる。したがって、音響共振電気絶縁体２５６について個別に説明しない。音響共振電気絶縁体２１６は、電気的絶縁材料の四分の一波長層である。音響共振電気絶縁体２１６が１四分の一波長層である音響結合器２００の実施形態は一般に、入力２６、２８からの変調電気信号ＳＭを最適な信号完全性で出力３２、３４に結合する。
【００７６】
音響共振電気絶縁体２１６は、ＦＢＡＲ１１０によって生成された音響信号をＦＢＡＲ１２０に伝達するが、ＦＢＡＲ１２０をＦＢＡＲ１１０から電気的に絶縁する。また、上述したように圧電素子１２６が、ＦＢＡＲ１２０をＦＢＡＲ１１０から電気的に絶縁する。更に、音響減結合器１３０及び２３０は一般に、電気的絶縁性であり、それ故に、ＦＢＡＲ１１０とＦＢＡＲ１２０との間の追加の電気絶縁性を提供する。したがって、音響結合器２００は、入力２６、２８からの変調電気信号ＳＭを出力３２、３４に有効に音響的に結合するが、出力３２、３４を入力２６、２８から電気的に絶縁する。
【００７７】
音響共振電気絶縁体２１６の電気絶縁材料は一般に、ＦＢＡＲ１１０及び１２０の音響インピーダンスに公称的に整合する音響インピーダンスを有する誘電体材料または圧電材料である。例えば、音響共振電気絶縁体２１６の材料は、ＦＢＡＲ１１０及び１２０のそれぞれの圧電素子１１６及び１２６の材料と同じ材料である。音響共振電気絶縁体２１６の材料が、圧電素子１１６及び１２６の材料とは異なる実施形態では、その音響インピーダンスの差は、１桁の大きさよりもかなり小さい。一例において、それらの音響インピーダンスの比は、２よりも小さい。例えば、音響共振電気絶縁体２１６の材料が誘電体である実施形態において、音響共振電気絶縁体２１６と、圧電素子１１６及び１２６とに異なる材料が使用される。音響共振電気絶縁体２１６に適した誘電体材料には、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、及び非圧電性（セラミック）の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）がある。
【００７８】
音響共振電気絶縁体２１６は、最適には１四分の一波長層であるが、音響共振電気絶縁体２１６の一般的な圧電材料および誘電体材料中における音速は、圧電素子１２６及び１６６の音速に匹敵する。したがって、例えば窒化アルミニウムの１四分の一波長層である音響共振電気絶縁体２１６は、圧電素子１２６の厚さにほぼ等しい厚さを有する。この結果、入力２６、２８と出力３２、３４との間に所与の電圧を印加する場合、音響共振電気絶縁体２１６および圧電素子１２６の係る実施形態にわたって電圧を印加した場合に生成される電界は、図２に示した音響結合器１００の圧電素子１２６だけにわたって電圧を印加した場合に比べて小さくなる。したがって、音響結合器２００は一般に、図２に示した音響結合器１００よりも大きな破壊電圧を有する。
【００７９】
音響結合器２００において、第１の音響減結合器１３０は、ＦＢＡＲ１１０によって生成された音響信号の音響共振電気絶縁体２１６への結合を調節し、第２の音響減結合器２３０は、音響共振電気絶縁体２１６からの音響信号のＦＢＡＲ１２０への結合を調節する。音響減結合器１３０と２３０は全体として、音響結合器２００の帯域幅を規定する。具体的には、一方の第１の音響減結合器１３０と、他方のＦＢＡＲ１１０及び音響共振電気絶縁体２１６との間の音響インピーダンスの大きな不整合に起因して、音響減結合器１３０は、ＦＢＡＲ１１０から音響共振電気絶縁体２１６へ結合される音響信号の量が、ＦＢＡＲ１１０と音響共振電気絶縁体２１６との間を直接接触させることにより結合された場合に比べて少ない。同様に、一方の第２の音響減結合器２３０と、他方の音響共振電気絶縁体２１６及びＦＢＡＲ１２０との間の音響インピーダンスの大きな不整合に起因して、音響減結合器２３０は、音響共振電気絶縁体２１６からＦＢＡＲ１２０へ結合される音響信号の量が、音響共振電気絶縁体２１６とＦＢＡＲ１２０との間を直接接触させることにより結合された場合に比べて少ない。音響結合器２００の帯域幅は、図２に関連して上述された各ＤＳＢＡＲが単一の音響減結合器１３０を有する音響結合器１００の帯域幅よりもいくぶん狭い。
【００８０】
電気絶縁材料からなる共通の四分の一波長層を使用して、音響共振電気絶縁体２１６と音響共振電気絶縁体２５６の両方を提供することもできる。図７Ａ〜図７Ｃに示した例において、電気絶縁材料の四分の一波長層２１７は、音響共振電気絶縁体２１６及び２５６を提供する。代案として、音響共振電気絶縁体２１６と２５６は、別個に設けられてもよい。
【００８１】
図８は、本発明の第３の実施形態による音響結合器３００の一例を示す概略図である。図９Ａは、音響結合器３００の実施例を示す平面図である。図９Ｂ及び図９Ｃはそれぞれ、図９Ａにおいてライン９Ｂ−９Ｂ及びライン９Ｃ−９Ｃに沿って切断して見たときの断面図である。図８及び図９Ａ〜図９Ｃでは、同じ参照符号を使用して、音響結合器３００の要素を示している。
【００８２】
音響結合器３００は、入力２６、２８と、出力３２、３４と、電気的絶縁薄膜音響結合型変成器（ＦＡＣＴ）３０５とを含む。ＦＡＣＴ３０５は、第１の絶縁減結合積層型バルク音響共振器（ＩＤＳＢＡＲ）３０６と、第２のＩＤＳＢＡＲ３０８と、ＩＤＳＢＡＲ３０６とＩＤＳＢＡＲ３０８を相互接続し、更にＩＤＳＢＡＲ３０６と３０８を入力２６、２８に接続する電気回路１４０と、ＩＤＳＢＡＲ３０６とＩＤＳＢＡＲ３０８を相互接続し、更にＩＤＳＢＡＲ３０６と３０８を出力３２、３４に接続する電気回路１４１とから構成される。電気的絶縁ＦＡＣＴ３０５において、ＩＤＳＢＡＲ３０６とＩＤＳＢＡＲ３０８のそれぞれは、第２のＩＤＳＢＡＲの実施形態によるＩＤＳＢＡＲである。その最も単純な形態において、第２のＩＤＳＢＡＲの実施形態によるＩＤＳＢＡＲは、その構成要素であるＦＢＡＲ間に順番に配置された、第１の半波長音響共振電気絶縁体、音響減結合器、及び第２の半波長音響共振電気絶縁体を有する。半波長音響共振電気絶縁体は、入力２６、２８から出力３２、３４への変調電気信号ＳＭの伝送完全性を低下させることなく、追加の電気絶縁性を提供する。第２のＩＤＳＢＡＲの実施形態によるＩＤＳＢＡＲ３０６は、図６に関連して上述した音響結合器２００及び図２に関連して上述した音響結合器１００の他の点で類似した実施形態に比べて、かなり大きな破壊電圧を音響結合器３００に与える。
【００８３】
音響結合器３００を図１に示した音響ガルバニックアイソレータ１０における電気絶縁音響結合器１６として使用する場合、音響結合器３００は、入力２６、２８からの変調電気信号ＳＭを出力３２、３４に音響的に結合するとともに、入力２６、２８と出力３２、３４との間に電気絶縁性を提供する。したがって、音響結合器３００は、出力端子３６、３８を入力端子２２、２４から有効にガルバニック絶縁し、その所定の破壊電圧までの電圧だけ、出力端子の電圧を入力端子の電圧とは異ならせることができる。
【００８４】
音響結合器３００において、ＦＡＣＴ３０５は、それぞれ第２のＩＤＳＢＡＲの実施形態による絶縁減結合積層型バルク音響共振器（ＩＤＳＢＡＲ）３０６及びＩＤＳＢＡＲ３０８を含む。ＩＤＳＢＡＲ３０６及びＩＤＳＢＡＲ１０８はそれぞれ、そのＦＢＡＲ間に順番に配置された、第１の半波長音響共振電気絶縁体、音響減結合器、及び第２の半波長音響共振電気絶縁体を有する。半波長音響共振電気絶縁体は、総計で２つであり、図６及び図７Ａ〜図７Ｃに関連して上述した四分の一波長音響共振電気絶縁体２１６及び２５６の厚さの２倍であり、それ故に音響共振電気絶縁体２１６又は音響共振電気絶縁体２５６により提供される電気絶縁性の約４倍の電気絶縁性を全体として提供する。この結果、音響結合器３００の実施形態は、図２に関連して上述した音響結合器１００及び図６に関連して上述した音響結合器２００の他の点で類似した実施形態に比べて、入力２６、２８と出力３２、３４との間の破壊電圧が大きい。
【００８５】
図８及び図９Ａ〜９Ｃに示す音響結合器３００の例において、ＩＤＳＢＡＲ３０６は、下側圧電薄膜共振器（ＦＢＡＲ）１１０、ＦＢＡＲ１１０の上に積層された上側ＦＢＡＲ１２０、並びに下側ＦＢＡＲ１１０と上側ＦＢＡＲ１２０との間に順番に配置された第１半波長音響共振電気絶縁体３１６、音響減結合器１３０、及び第２の半波長音響共振電気絶縁体３２６を含む。ＩＤＳＢＡＲ３０８は、下側ＦＢＡＲ１５０と、ＦＢＡＲ１５０の上に積層された上側ＦＢＡＲ１６０、並びに下側ＦＢＡＲ１５０と上側ＦＢＡＲ１６０との間に順番に配置された第１の半波長音響共振電気絶縁体３５６、音響減結合器１７０、及び第２の半波長音響共振電気絶縁体３６６を有する。ＩＤＳＢＡＲ３０６及びＩＤＳＢＡＲ３０８の他の実施形態において、各ＩＤＳＢＡＲは、偶数（２ｎ）個の半波長音響共振電気絶縁体を対応する数（２ｎ−１）個の音響減結合器と交互に配置したものを各ＦＢＡＲ間に有する。
【００８６】
ＦＢＡＲ１１０、１２０、１５０及び１６０、音響減結合器１３０及び１７０、電気回路１４０及び１４１、並びに基板１０２については、図２及び図４Ａ〜図４Ｃに関連して上述したので、ここで再び説明しない。図５Ａ及び図５Ｂに関連して上述した音響減結合器１３０の例示的な実施形態を使用して、音響減結合器１３０及び１７０をそれぞれ設けることができる。１つ以上の共通の材料の四分の一波長層を使用して、音響減結合器１３０及び音響減結合器１７０の両方を設けることができる。図９Ａ〜図９Ｃに示す例において、音響減結合材料の音響減結合層１３１は、音響減結合器１３０及び１７０を提供する。代案として、音響減結合器１３０と１７０はそれぞれ、別個に設けられてもよい。
【００８７】
次に、半波長音響共振電気絶縁体３１６を説明する。以下の説明は、半波長音響共振電気絶縁体３２６、３５６及び３６６にも同様に当てはまる。したがって、音響共振電気絶縁体３２６、３５６及び３６６について個別に説明しない。音響共振電気絶縁体３１６は、ＦＢＡＲ１１０及び１２０の音響インピーダンスに公称的に整合する音響インピーダンスを有する電気絶縁材料の半波長層である。半波長音響共振電気絶縁体３１６が１半波長層である実施形態は一般に、入力２６、２８からの変調電気信号ＳＭを最適な信号完全性で出力３２、３４に結合する。
【００８８】
音響結合器３００の中心周波数において、半波長音響共振電気絶縁体３１６及び半波長音響共振電気絶縁体３２６は、音響的に透過性である。半波長音響共振電気絶縁体３１６は、ＦＢＡＲ１１０によって生成された音響信号を音響減結合器１３０に結合し、半波長音響共振電気絶縁体３２６は、音響減結合器１３０によって伝達された音響信号をＦＢＡＲ１２０に結合する。したがって、ＩＤＳＢＡＲ３０６は、図２及び図４Ａ〜図４Ｃに関連して上述したＤＳＢＡＲ１０６のものと同様の伝送特性を有する。更に、半波長音響共振電気絶縁体３１６及び３２６は、ＦＢＡＲ１２０をＦＢＡＲ１１０から電気的に絶縁する。圧電素子１２６、及び一般に音響減結合器１３０は、上述したように追加の電気絶縁性を提供する。ＩＤＳＢＡＲ３０８は同様の特性を有する。したがって、音響結合器３００は、入力２６、２８からの変調電気信号ＳＭを出力３２、３４に有効に結合するが、出力３２、３４を入力２６、２８から電気的に絶縁する。
【００８９】
四分の一波長音響共振電気絶縁体２１６として使用するのに適しているとして、図６及び図７Ａ〜図７Ｃに関連して上述した材料は、半波長音響共振電気絶縁体３１６、３２６、３５６及び３６６として使用するのにも適している。したがって、半波長音響共振電気絶縁体３１６、３２６、３５６及び３６６の材料について、更に説明しない。
【００９０】
半波長音響共振電気絶縁体３１６の厚さは、圧電素子１２６の厚さの２倍であり、２つの半波長音響共振電気絶縁体３１６及び３２６は、ＦＢＡＲ１２０をＦＢＡＲ１１０から分離する。この結果、入力２６、２８と出力３２、３４との間に所与の電圧を印加する場合、半波長音響共振電気絶縁体３１６と３２６、音響減結合器１３０及び圧電素子１２６にわたって電圧を印加した場合に生成される電界は、図２に関連して上述した音響結合器１００の実施形態における音響減結合器１３０及び圧電素子１２６にわたって電圧を印加した場合に比べて、かなり小さくなる。したがって、音響結合器３００は一般に、音響結合器１００よりもかなり大きな破壊電圧を有する。
【００９１】
電気絶縁性材料の共通の半波長層を使用して、半波長音響共振電気絶縁体３１６と半波長音響共振電気絶縁体３５６の両方を設け、電気絶縁性材料の共通の半波長層を使用して、半波長音響共振電気絶縁体３２６と半波長音響共振電気絶縁体３６６の両方を設けることができる。図９Ａ〜図９Ｃに示す例において、電気絶縁性材料の半波長層３１７は、半波長音響共振電気絶縁体３１６及び３５６を提供し、電気絶縁性材料の半波長層３２７は、半波長音響共振電気絶縁体３２６及び３６６を提供する。代案として、音響共振電気絶縁体３１６、３２６、３５６及び３６６は、別個に設けられてもよい。
【００９２】
図１０は、本発明の第４の実施形態による音響結合器４００の一例を示す概略図である。図１１Ａは、音響結合器４００の一実施例を示す平面図である。図１１Ｂ及び図１１Ｃはそれぞれ、図１１Ａにおいてライン１１Ｂ−１１Ｂ及びライン１１Ｃ−１１Ｃに沿って切断して見たときの断面図である。図１０及び図１１Ａ〜図１１Ｃでは、同じ参照符号を使用して、音響結合器４００の要素を示している。音響結合器４００は、追加の絶縁層を備えない状態で、図２及び図４Ａ〜図４Ｃに関連して上述した音響結合器１００よりも高い破壊電圧をもたらす。
【００９３】
音響結合器４００は、入力２６、２８と、出力３２、３４と、電気的絶縁薄膜音響結合型変成器（ＦＡＣＴ）４０５とを含む。音響結合器４００において、ＦＡＣＴ４０５は、第１の減結合積層型バルク音響共振器（ＤＳＢＡＲ）１０６と、第２のＤＳＢＡＲ１０８と、ＤＳＢＡＲ１０６とＤＳＢＡＲ１０８を相互接続し、更にＤＳＢＡＲ１０６と１０８を入力２６、２８に接続する電気回路４４０と、ＤＳＢＡＲ１０６とＤＳＢＡＲ１０８を相互接続し、更にＤＳＢＡＲ１０６と１０８を出力３２、３４に接続する電気回路１４１とを含む。電気的絶縁ＦＡＣＴ４０５において、電気回路４４０は、ＤＳＢＡＲ１０６と１０８を直列に接続する。これは、ＤＳＢＡＲ１０６とＤＳＢＡＲ１０８のそれぞれの圧電薄膜共振器（ＦＢＡＲ）の両方の圧電素子を入力２６、２８と出力３２、３４との間で直列に配置し、この場合、圧電素子が電気絶縁性を提供する。したがって、所与の圧電材料および圧電素子の厚さ、並びに所与の音響減結合器の構造および材料の場合、音響結合器４００は、図６に関連して上述した音響結合器２００のものと同様の破壊電圧を有するが、構成要素を成す層の数が少ないという理由で、製造がより簡単である。音響結合器４００は、図２に関連して上述した音響結合器１００と同じ数の構成要素を成す層を有するが、音響結合器１００の破壊電圧は低い。
【００９４】
音響結合器４００を図１に示した音響ガルバニックアイソレータ１０における電気的絶縁音響結合器１６として使用する場合、音響結合器４００は、入力２６、２８からの変調電気信号ＳＭを出力３２、３４に音響的に結合するとともに、入力２６、２８と出力３２、３４との間に電気絶縁性を提供する。したがって、音響結合器４００は、出力端子３６、３８を入力端子２２、２４から有効にガルバニック絶縁し、その所定の破壊電圧までの電圧だけ出力端子の電圧を入力端子の電圧とは異ならせることができる。
【００９５】
ＤＳＢＡＲ１０６と１０８、及び基板１０２は、図２及び図４Ａ〜図４Ｃに関連して上述した。電気回路４４０は、入力２６、２８との間で、ＤＳＢＡＲ１０６のＦＢＡＲ１１０をＤＳＢＡＲ１０８のＦＢＡＲ１５０と直列に接続し、電気回路１４１は、ＤＳＢＡＲ１０６のＦＢＡＲ１２０をＤＳＢＡＲ１０８のＦＢＡＲ１０６に直列に接続し、出力３２、３４との間で直列に接続する。具体的には、電気回路４４０において、入力２６はＦＢＡＲ１１０の電極１１２に接続され、ＦＢＡＲ１１０の電極１１４はＦＢＡＲ１５０の電極１５４に接続され、ＦＢＡＲ１５０の電極１５２は入力２８に接続される。更に、電気回路１４１において、出力３２はＦＢＡＲ１２０の電極１２４に接続され、ＦＢＡＲ１２０の電極１２２はＦＢＡＲ１６０の電極１６２に接続され、ＦＢＡＲ１６０の電極１６４は出力３４に接続される。今説明したばかりの電気回路４４０と１４１の構成はそれぞれ、入力２６、２８を電極１１２と１５２に接続し、出力３２、３４を電極１２４と１６４に接続する。出力３２、３４に接続された電極１２４と１６４は、圧電素子１１６と１５６、音響減結合器１３０と１７０、及び圧電素子１２６と１６６により、入力２６、２８に接続された電極１１２と１５２から物理的に分離される。少なくとも圧電素子１１６と１５６及び圧電素子１２６と１６６は電気絶縁性である。一般に、音響減結合器１３０と１７０も同様に電気絶縁性である。したがって、類似した材料および層の厚さの場合、音響結合器４００は、図６及び図７Ａ〜図７Ｃに関連して上述した音響結合器２００のものと同様の破壊電圧を有するが、層の数が少ないという理由で、製造がより簡単である。
【００９６】
図１１Ａ〜図１１Ｃに示す音響結合器４００の実施例において、図１０に示した入力２６、２８は、基板１０２の主表面上に配置された端子パッド２６、２８として具現化される。図１０に示した電気回路４４０は、端子パッド２６からＦＢＡＲ１１０の電極１１２まで延在する電気トレース１３３と、ＦＢＡＲ１１０の電極１１４からＦＢＡＲ１５０の電極１５４まで延在する電気トレース１７７と、ＦＢＡＲ１５０の電極１５２から端子パッド２８まで延在する電気トレース１７３とから構成される。電気トレース１３３と１７３は、基板１０２の主表面の一部の上に、及び圧電層１１７の一部の下に延在する。電気トレース１７７は、圧電層１１７の主表面の一部の上に延在する。
【００９７】
出力３２、３４は、基板１０２の主表面上に配置された端子パッド３２、３４として具現化される。図１１Ａ〜図１１Ｃに示した例における電気回路１４１の実施形態は、図４Ａ〜図４Ｃに関連して上述した。
【００９８】
音響ガルバニックアイソレータ１０の実施形態によっては、変調器１４は、電気的絶縁音響結合器１６と同じ基板１０２内に、及び同じ基板１０２上に製造される。係る実施形態において、一般に端子パッド２６及び２８が省略され、電気トレース１３３及び１７３は、変調器１４の一部を構成する対応するトレースに接続されるように延長される。更に、又は代案として、復調器１８は、電気的絶縁音響結合器１６と同じ基板１０２内、及び同じ基板１０２上に製造される。係る実施形態において、一般に端子パッド３２及び３４が省略され、電気トレース１３５及び１７５は、復調器１８の一部を構成する対応するトレースに接続されるように延長される。
【００９９】
図２、図６及び図８に関連して上述した音響結合器の実施形態の任意の１つが電気的絶縁音響結合器１６として使用される音響ガルバニックアイソレータ１０（図１）の実施形態において、変調器１４は音響結合器の入力２６、２８をシングルエンド変調電気信号ＳＭで駆動する。しかしながら、音響結合器４００が電気的絶縁音響結合器１６として使用され、且つ変調器１４が音響結合器４００の入力２６、２８を差動的に駆動する差動出力回路を有する音響ガルバニックアイソレータ１０の実施形態において、変調電気信号ＳＭは入力２６、２８から出力３２、３４に最適な信号完全性で結合される。差動出力回路は、当該技術分野で知られており、それ故にここで説明されない。
【０１００】
図１に示した音響ガルバニックアイソレータ１０の実施形態において、音響結合器４００は更に電気的絶縁音響結合器１６として使用されることができ、この場合、変調器１４は、図２に関連して上述したＦＡＣＴ１０５に類似した追加の薄膜音響結合型変成器（ＦＡＣＴ）を入力２６、２８とＦＡＣＴ４０５との間に介在させることにより、シングルエンド出力を有する。追加のＦＡＣＴは、変調器１４のシングルエンド出力を、ＦＡＣＴ４０５を駆動するのに適切な差分信号に変換する。
【０１０１】
図１２Ａは、本発明の第５の実施形態による音響結合器５００の例を示す概略図であり、音響結合器５００には、追加のＦＡＣＴ５０５が入力２６、２８とＦＡＣＴ４０５との間に挿入されている。音響結合器５００は、図１に示した音響ガルバニックアイソレータ１０において、電気的絶縁音響結合器１６として使用され得る。
【０１０２】
図２及び図４Ａ〜図４Ｃに関連した上記のＦＡＣＴ１０５に関する説明は、ＦＡＣＴ５０５の要素を示すために使用される参照符号が最初の桁に１の代わりに５を有することを除いて、ＦＡＣＴ５０５にも適用される。例えば、ＦＡＣＴ５０５のＦＢＡＲ５１０は、図２に関連して上述したＦＡＣＴ１０５のＦＢＡＲ１１０に対応する。図１２Ａに示したＦＡＣＴ５０５の実施形態において、全て図２に関連して上述したように、電気回路５４０は、ＦＢＡＲ５１０と５５０を逆並列に接続して入力２６、２８に接続し、電気回路５４１はＦＢＡＲ５２０と５６０を直列に接続する。逆並列に接続されたＦＢＡＲ５１０と５５０は、シングルエンド出力を有する変調器１４の実施形態により駆動され得る。直列接続されたＦＢＡＲ５２０と５６０は、ＦＡＣＴ４０５の直列接続されたＦＢＡＲ１１０と１５０を駆動するのに適切な差分出力信号を生成する。ＦＡＣＴ５０５の電気回路５４１は、ＦＡＣＴ４０５の電気回路４４０に接続され、ＦＡＣＴ５０５の直列接続されたＦＢＡＲ５２０と５６０をそれぞれ、ＦＡＣＴ４０５の直列接続されたＦＢＡＲ１１０と１６０に接続する。
【０１０３】
ＦＡＣＴ５０５とＦＡＣＴ４０５は、別個の基板に互いに無関係に製造され得る。ＦＡＣＴ５０５とＦＡＣＴ４０５の係る独立した製造はそれぞれ、図４Ａ〜図４Ｃに示したＦＡＣＴ１０５及び図１１Ａ〜図１１Ｃに示したＦＡＣＴ４０５に類似しているように考えられる。独立した製造を用いて、ＦＡＣＴ５０５の電気回路５４１は、ＦＡＣＴ５０５の端子パッド３２、３４（図４Ａ）とＦＡＣＴ４０５の端子パッド２６、２８（図１１Ａ）との間に電気接続（図示せず）を確立することにより、ＦＡＣＴ４０５の電気回路４４０に接続される。ＦＡＣＴ５０５の端子パッド２６Ａ、２６Ｂ及び２８（図４Ａ）は、音響結合器５００の入力２６、２８を提供し、ＦＡＣＴ４０５の端子パッド３２、３４（図１１Ａ）は、音響結合器５００の出力３２、３４を提供する。ワイヤボンディング、フリップチップ接続、又は別の適切な接続プロセスを用いて、ＦＡＣＴ５０５の電気回路５４１とＦＡＣＴ４０５の電気回路４４０との間の電気接続を確立することができる。
【０１０４】
代案として、ＦＡＣＴ５０５とＦＡＣＴ４０５は共通の基板に製造され得る。係る実施形態において、ＦＡＣＴ５０５の電気回路５４１は、先ほど説明したように、ＦＡＣＴ４０５の電気回路４４０に電気接続され得る。しかしながら、係る共通基板の実施形態の構造は、ＦＡＣＴ４０５の電気回路１４１がＦＡＣＴ５０５の電気回路５４１に接続され、ＦＡＣＴ４０５の電気回路４４０が出力３２、３４に接続されるように、ＦＡＣＴ４０５に対する電気接続を入れ換えることにより簡略化され得る。図１２Ｂは、ＦＡＣＴ４０５と５０５が共通基板に製造される、本発明の第５の実施形態による音響結合器５００の実施形態の例を示す概略図である。図１３は、音響結合器５００の係る実施形態の実施例を示す平面図である。ＦＡＣＴ４０５の断面図は図１１Ｂと図１１Ｃに示され、ＦＡＣＴ５０５の断面図は図４Ｂと図４Ｃに示される。
【０１０５】
図１２Ｂと図１３に示した例において、ＦＡＣＴ４０５とＦＡＣＴ５０５は、共通基板１０２に画定された共通のキャビティ１０４の上に浮くように製造され、それらの電極および電気トレースが画定される共通の金属層、それらの圧電素子を提供する共通の圧電層１１７、１２７、及びそれらの音響減結合器を提供する共通の音響減結合層１３１を有する。代案として、ＦＡＣＴ４０５とＦＡＣＴ５０５は、共通基板に画定された個々のキャビティ（図示せず）の上に浮くように製造され、共通の金属層、圧電層、及び音響減結合層を有することができる。更なる代案として、ＦＡＣＴ４０５とＦＡＣＴ５０５は、共通基板に画定された個々のキャビティ（図示せず）の上に浮くように製造され、個々の金属層、圧電層、及び音響減結合層を有することができる。
【０１０６】
上述したように、ＦＡＣＴ４０５に対する電気接続は入れ換えられて、ＦＡＣＴ５０５とＦＡＣＴ４０５との間の電気接続が簡略化される。これは、図１０及び図１１Ａ〜図１１Ｃに関連して上述した例と比較して、ＦＡＣＴ４０５に流れる音響信号の方向を反対にする。したがって、ＦＡＣＴ４０５に流れる音響信号の方向は、ＦＡＣＴ５０５における方向と逆である。図１２Ｂ及び図１３に示した例において、ＦＡＣＴ４０５の直列接続されたＦＢＡＲ１２０と１６０はそれぞれ、ＦＡＣＴ５０５のＦＢＡＲ５２０と５６０からの差分電気信号を受け取り、それに応じて、音響信号を生成し、係る音響信号はそれぞれ、音響減結合器１３０と１７０により、直列接続されたＦＢＡＲ１１０と１５０に結合される。音響信号に応じて、ＦＢＡＲ１１０と１５０は差分電気出力信号ＳＯを生成する。ＦＡＣＴ５０５に流れる逆方向信号を用いて、ＦＡＣＴ４０５の電気回路１４１は、電気トレース１３５と電気トレース５３５との間の電気接続、及び電気トレース１７５と電気トレース５７５との間の電気接続により、ＦＡＣＴ５０５の電気回路５４１に電気接続される。電気トレース５３５と１３５は、圧電層１２７の主表面上でＦＡＣＴ５０５の電極５２４からＦＡＣＴ４０５の電極１２４まで延在し、電気トレース５７５と１７５は、圧電層１２７の主表面上でＦＡＣＴ５０５の電極５６４からＦＡＣＴ４０５の電極１６４まで延在する。ＦＡＣＴ５０５の電極５１２と５５２にそれぞれ接続された端子パッド２６Ａ、２６Ｂ及び端子パッド２８は、音響結合器５００の入力２６、２８を提供し、ＦＡＣＴ４０５の電極１１２と１５２にそれぞれ接続された端子パッド３２、３４は、音響結合器５００の出力３２、３４を提供する。
【０１０７】
代案として、ＦＡＣＴ４０５とＦＡＣＴ５０５は、ＦＡＣＴ４０５の音響信号の方向を反対にせずに、共通基板に製造され得る。この場合、電気トレース５３５と５７５はそれぞれ、ＦＡＣＴ５０５の電極５２４と５６４をＦＡＣＴ４０５の電極１１２と１５２及び端子パッド３２、３４にそれぞれ接続し、端子パッド３２、３４は、それぞれＦＡＣＴ４０５の電極１２４と１６４に接続され、音響結合器５００の出力３２、３４を提供する。
【０１０８】
ウェーハスケールの製造によって、音響ガルバニックアイソレータ１０と同様の数千もの音響ガルバニックアイソレータが、一度に製造される。係るウェーハスケールの製造により、音響ガルバニックアイソレータの製造が安価になる。ウェーハは、ウェーハ上に製造されるべき各音響ガルバニックアイソレータの電気的絶縁音響結合器１６の位置にキャビティを画定するために、選択的にエッチングされる。これらのキャビティには犠牲材料が充填され、ウェーハの表面は平坦化される。ウェーハ上に製造されるべき各音響ガルバニックアイソレータの局部発振器１２、変調器１４及び復調器１８は、従来の半導体製造プロセスを使用して、ウェーハの表面に、及び表面上に製造される。次いで、製造された回路要素は、保護層で覆われる。保護層の例示的な材料は、窒化アルミニウム及び窒化ケイ素である。
【０１０９】
次いで、図４Ａ〜図４Ｃに関連して上述した音響結合器１００、図１１Ａ〜図１１Ｃに関連して上述した音響結合器４００、又は図１３に関連して上述した音響結合器５００の実施形態は、以下の層、即ち、電極材料の第１の層、圧電材料の第１の層、電極材料の第２の層、音響減結合材料の層または音響ブラッグ構造の層、電極材料の第３の層、圧電材料の第２の層、及び電極材料の第４の層を順番に堆積してパターニングすることによって製造される。これらの層は、各音響結合器のＦＡＣＴ及び電気回路を形成する。電気回路は更に、ＦＡＣＴを変調器１４及び復調器１８の露出された接続点に接続する。
【０１１０】
図７Ａ〜図７Ｃに関連して上述した音響結合器２００の実施形態は、今説明したように製造される。ただし、電気的絶縁材料の四分の一波長層、及び追加の音響減結合器を構成する１つ以上の層は、音響減結合器を構成する１つ以上の層が堆積されてパターニングされた後で、堆積されてパターニングされる点が異なる。図９Ａ〜図９Ｃに関連して上述した音響結合器３００の実施形態も、今説明したように製造される。ただし、電気的絶縁材料の第１の半波長層は、電気的絶縁材料の第２の半波長層が堆積されてパターニングされる前で、且つ音響減結合器を構成する１つ以上の層が堆積されてパターニングされた後で、堆積されてパターニングされる点が異なる。
【０１１１】
音響結合器を製造した後に、犠牲材料が除去されて、各キャビティの上に浮かぶ構成要素を成すＦＡＣＴがそれぞれ残る。１１９で示すアクセス用の穴は、犠牲材料の除去を容易にするためのアクセスを提供する。次いで、製造された回路要素から保護材料が除去される。次いで、基板が、それぞれ音響ガルバニックアイソレータ１０と同様の個々の音響ガルバニックアイソレータに分離される。ＦＡＣＴを製造するために使用される例示的なプロセスは、本願の譲受人に譲渡された特許文献３でより詳細に説明されており、参照により援用される。このプロセスは、上述した音響ガルバニックアイソレータのＦＡＣＴを製造するために適合され得る。
【０１１２】
代案として、音響結合器１００、２００、３００、４００又は５００は、局部発振器１２、変調器１４、及び復調器１８が製造されるウェーハとは異なるウェーハ上に製造される。この場合、音響ガルバニックアイソレータは、本願の譲受人に譲渡されて参照により援用される、John D. Larson III他による特許文献４の図８Ａ〜図８Ｅに関連して説明されたものと同様の構造を形成するために、ウェーハボンディングプロセスを使用して各ウェーハを接合することにより作製されることができる。
【０１１３】
更なる代替案において、局部発振器１２、変調器１４、及び音響結合器１００、２００、３００、４００又は５００は、１つのウェーハ上に製造され、対応する復調器１８が、他のウェーハ上に製造される。次いで、今説明したようにウェーハを１つになるように接合し、音響ガルバニックアイソレータが形成される。代案として、局部発振器１２と変調器１４は１つのウェーハ上に製造され、音響結合器１００、２００、３００、４００又は５００、及び復調器１８は、他のウェーハ上に製造される。次いで、今説明したようにウェーハを１つになるように接合し、音響ガルバニックアイソレータを形成する。
【０１１４】
音響ガルバニックアイソレータが、入力端子２２、２４と出力端子３６、３８との間に大きな破壊電圧を有するように特徴付けられた応用形態の使用に適した別の代替案において、局部発振器１２の一例および変調器１４の一例をそれぞれ含む複数の入力回路、並びに復調器１８の一例をそれぞれ含む複数の出力回路が、半導体ウェーハ内に、及び半導体ウェーハ上に製造される。次いで、このウェーハは、それぞれが単一の入力回路または単一の出力回路を具現化する個々の半導体チップに単一化される。各ガルバニックアイソレータの電気的絶縁音響結合器１６が、主表面上に配置された導電性トレースを有するセラミックウェーハに画定されたキャビティの上に浮くように製造される。ウェーハ上に製造された各音響ガルバニックアイソレータについて、入力回路を具現化する１つの半導体チップ、及び出力回路を具現化する１つの半導体チップが、導電性トレースに電気的に接触して、セラミックウェーハ上に取り付けられる。例えば、これらの半導体チップは、ボールボンディング、又はフリップチップボンディングによって、セラミックウェーハ上に取り付けられ得る。半導体チップが取り付けられたセラミックウェーハは、上述した２つのウェーハ構造にも使用され得る。
【０１１５】
約１．９ＧＨｚのキャリア周波数で動作する音響ガルバニックアイソレータ１０の例示的な実施形態において、電極１１２、１１４、１２２、１２４、１５２、１５４、１６２及び１６４の材料はモリブデンである。各電極の厚さは約３００ｎｍであり、約１２０００平方マイクロメートルの面積を有する五角形の形状である。面積を変更すれば、異なる特性インピーダンスが得られる。本願の譲受人に譲渡されて参照により援用される、Larson III他による特許文献５に説明されているように、電極の非並列側は、ＦＢＡＲ１１０、１２０、１５０及び１６０における横モードを最小限に抑える。電極１１２、１１４、１２２、１２４、１５２、１５４、１６２及び１６４が画定される金属層は、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、及び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は更に、同じ形状、サイズ、向き、及び位置を有し、電極１５２と１６２は更に、同じ形状、サイズ、向き、及び位置を有する。代替の電極材料は、タングステン、ニオビウム、及びチタンのような金属を含む。これらの電極は、多層構造を有する場合がある。
【０１１６】
圧電素子１１６、１２６、１５６及び１６６の材料は、窒化アルミニウムである。各圧電素子の厚さは、約１．４μｍである。代替の圧電材料は、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（ＰＺＴ）、メタニオブ酸鉛、及びチタン酸バリウムを含む。
【０１１７】
図５Ａに示した音響減結合器１３０の実施形態を構成する音響減結合層１３１の音響減結合材料は、上述したように、ポリイミド、パリレン、又は架橋ポリフェニレンポリマーである。ポリイミドの１四分の一波長層の厚さは、約１００ｎｍであるのに対して、架橋ポリフェニレンポリマーの１四分の一波長層の厚さは約１９０ｎｍである。上述したように、３四分の一波長層、５四分の一波長層、又はそれ以上の四分の一波長層が、音響減結合層１３１として使用され得る。
【０１１８】
図７Ａ〜図７Ｃに関連して上述した音響結合器２００の実施形態において、音響共振電気絶縁体２１６及び２５６の材料は、窒化アルミニウムである。各音響共振電気絶縁体の厚さは約１．４μｍである。代替の材料としては、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、及び非圧電窒化アルミニウムがある。図７Ａに示した音響減結合器２３０の実施形態を構成する音響減結合層２３１を構成する音響減結合材料は、上述したように、ポリイミド、パリレン、又は架橋ポリフェニレンポリマーである。
【０１１９】
図９Ａ〜図９Ｃに関連して上述した音響結合器３００の実施形態において、半波長音響共振電気絶縁体３１６、３２６、３５６及び３６６の材料は窒化アルミニウムである。各半波長音響共振電気絶縁体の厚さは約２．８μｍである。代替の材料としては、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、及び非圧電窒化アルミニウムがある。
【０１２０】
音響ガルバニックアイソレータ１０の上述した例において、入力２６、２８はＦＢＡＲ１１０と１２０に接続され、出力３２、３４はＦＢＡＲ１２０と１６０に接続される。他の実施形態において、上述したように、音響信号が流れる方向は反対にされ、出力３２、３４はＦＢＡＲ１１０と１５０に接続され、入力２６、２８はＦＢＡＲ１２０と１６０に接続される。
【０１２１】
図１４は、情報信号をガルバニック絶縁するための、本発明の一実施形態による方法１８０の一例を示すフロー図である。ブロック１８２において、電気的絶縁音響結合器が準備される。この電気的絶縁音響結合器は、電気的絶縁薄膜音響結合型変成器（ＦＡＣＴ）からなる。ブロック１８３において、キャリア信号が提供される。ブロック１８４において、キャリア信号が情報信号で変調され、変調電気信号を生じさせる。ブロック１８５において、電気的絶縁音響結合器を通してその変調電気信号を音響的に結合する。ブロック１８６において、音響結合器を通して音響的に結合された変調電気信号から情報信号を復元する。
【０１２２】
本明細書は、例示的な実施形態を用いて本発明を詳細に説明している。しかしながら、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明は、説明されたそのものずばりの実施形態に制限されない。
【図面の簡単な説明】
【０１２３】
【図１】本発明の一実施形態による音響ガルバニックアイソレータを示すブロック図である。
【図２】図１に示した音響ガルバニックアイソレータの電気的絶縁音響結合器として使用可能な、本発明の第１の実施形態による音響結合器の一例を示す概略図である。
【図３】図２に示した音響結合器の一部を形成する薄膜音響結合型変成器（ＦＡＣＴ）の例示的な実施形態の周波数応答特性を示すグラフである。
【図４Ａ】図２に示した音響結合器の一実施例を示す平面図である。
【図４Ｂ】図４Ａにおいてライン４Ｂ−４Ｂに沿って切断して見たときの断面図である。
【図４Ｃ】図４Ａにおいてライン４Ｃ−４Ｃに沿って切断して見たときの断面図である。
【図５Ａ】音響減結合器の第１の実施形態を示す、図４Ｂにおけるマーク部分５Ａの拡大図である。
【図５Ｂ】音響減結合器の第２の実施形態を示す、図４Ｂにおけるマーク部分５Ａの拡大図である。
【図６】図１に示した音響ガルバニックアイソレータの電気的絶縁音響結合器として使用可能な、本発明の第２の実施形態による音響結合器の一例を示す概略図である。
【図７Ａ】図６に示した音響結合器の一実施例を示す平面図である。
【図７Ｂ】図７Ａにおいてライン７Ｂ−７Ｂに沿って切断して見たときの断面図である。
【図７Ｃ】図７Ａにおいてライン７Ｃ−７Ｃに沿って切断して見たときの断面図である。
【図８】図１に示した音響ガルバニックアイソレータの電気的絶縁音響結合器として使用可能な、本発明の第３の実施形態による音響結合器の一例を示す概略図である。
【図９Ａ】図８に示した音響結合器の一実施例を示す平面図である。
【図９Ｂ】図９Ａにおいてライン９Ｂ−９Ｂに沿って切断して見たときの断面図である。
【図９Ｃ】図９Ａにおいてライン９Ｃ−９Ｃに沿って切断して見たときの断面図である。
【図１０】図１に示した音響ガルバニックアイソレータの電気的絶縁音響結合器として使用可能な、本発明の第４の実施形態による音響結合器の一例を示す概略図である。
【図１１Ａ】図１０に示した音響結合器の一実施例を示す平面図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａにおいてライン１１Ｂ−１１Ｂに沿って切断して見たときの断面図である。
【図１１Ｃ】図１１Ａにおいてライン１１Ｃ−１１Ｃに沿って切断して見たときの断面図である。
【図１２Ａ】図１に示した音響ガルバニックアイソレータの電気的絶縁音響結合器として使用可能な、本発明の第５の実施形態による音響結合器の一例を示す概略図である。
【図１２Ｂ】構成要素を成すＦＡＣＴが共通の基板に製造される、本発明の第５の実施形態による音響結合器の一例を示す概略図である。
【図１３】図１２Ｂに示した音響結合器の一実施例を示す平面図である。
【図１４】情報信号をガルバニック絶縁するための、本発明の一実施形態による方法の一例を示すフロー図である。
【符号の説明】
【０１２４】
10  音響ガルバニックアイソレータ
12  局部発振器
14  変調器
16  電気的絶縁音響結合器
18  復調器
22、24  入力端子
26、28  入力
32、34  出力
36、38  出力端子
音響結合器
102  基板
105、205、305、405、505  電気的絶縁薄膜音響結合型変成器
106、108、306、308  減結合積層型バルク音響共振器（ＤＳＢＡＲ）
110、120、150、160、510、520、550、560  圧電薄膜共振器（ＦＢＡＲ）
112、114、122、124、152、154、162、164  電極
116、126、156、166  圧電素子
130、170、230、270  音響減結合器
140、141、440、540、541  電気回路
206、208  絶縁減結合積層型バルク音響共振器（ＩＤＳＢＡＲ）
四分の一波長音響共振電気絶縁体
316、326、356、366  半波長音響共振電気絶縁体
【図１】
0005189751.tif 000002
【図２】
0005189751.tif 000003
【図３】
0005189751.tif 000004
【図４Ａ】
0005189751.tif 000005
【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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