DE102018105091A1 - RF filter, RF filter component and method of making an RF filter - Google Patents
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Abstract
Es wird ein HF-Filter bereitgestellt, das verbesserte Filtereigenschaften und insbesondere eine verringerte Änderung von Filtereigenschaften aufweist. Das HF-Filter verfügt über eine Übertragungsleitungs-Filterstufe, die elektrisch zwischen einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss geschaltet ist. Die Übertragungsleitungs-Filterstufe weist eine Übertragungsleitungsstruktur und ein Kapazitätselement auf. Ein erstes Schaltungselement der Übertragungsleitungs-Filterstufe ist auf einem Trägersubstrat angeordnet, das für elektroakustische Filterelemente geeignet ist.An RF filter is provided which has improved filter characteristics and, in particular, a reduced change in filter characteristics. The RF filter has a transmission line filter stage electrically connected between a first terminal and a second terminal. The transmission line filter stage has a transmission line structure and a capacitance element. A first circuit element of the transmission line filter stage is disposed on a support substrate suitable for electroacoustic filter elements.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft HF-Filter, z.B. Filter, die in mobilen Datenübertragungssystemen wie beispielsweise handgeführten Einrichtungen und dergleichen genutzt werden können, sowie HF-Filterkomponenten, durch die derartige HF-Filter realisiert werden. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner Verfahren zum Herstellen derartiger HF-Filter.The present invention relates to RF filters, e.g. Filters that can be used in mobile data transmission systems such as handheld devices and the like, as well as RF filter components, are implemented by such RF filters. The present invention further relates to methods for producing such RF filters.
Bei mobilen Datenübertragungssystemen macht der andauernde Trend hin zu einer größeren Anzahl von Übertragungssystemen und Funktionalitäten, die von einer Datenübertragungseinrichtung bereitgestellt werden sollten, HF-Komponenten und Filtertopologien erforderlich, die verbesserte elektrische Eigenschaften und kleinere geometrische Abmessungen aufweisen, um dem parallelen Trend zur Miniaturisierung zu entsprechen.In mobile data transmission systems, the continuing trend towards a greater number of transmission systems and functionalities that should be provided by a communication device necessitates RF components and filter topologies that have improved electrical properties and smaller geometric dimensions to accommodate the parallel trend toward miniaturization ,
In HF-Filtern können Übertragungsleitungen in einer Übertragungsleitungs-Filtertopologie verwendet werden, um zwischen gewollten HF-Signalen und ungewollten HF-Signalen auszuwählen. In einer TL-Filtertopologie (TL = transmission line = Übertragungsleitung) werden zwei oder mehr elektromagnetisch gekoppelte Übertragungsleitungen bereitgestellt und mit zusätzlichen Schaltungselementen wie beispielsweise Kapazitätselementen oder Induktivitätselementen elektrisch verbunden. Um dem Trend zur Miniaturisierung zu entsprechen, können kürzere Übertragungsleitungen verwendet werden, indem Verkürzungskondensatoren mit einer jeweiligen Übertragungsleitung elektrisch verbunden werden. Derartige bei Übertragungsleitungsfilter-Gestaltungen verwendete Verkürzungskondensatoren können elektrische Eigenschaften verbessern und/oder eine Miniaturisierung der entsprechenden Filterkomponente ermöglichen.In RF filters, transmission lines in a transmission line filter topology can be used to select between wanted RF signals and unwanted RF signals. In a TL filter topology (TL = transmission line), two or more electromagnetically coupled transmission lines are provided and electrically connected to additional circuit elements such as capacitance elements or inductance elements. To meet the trend toward miniaturization, shorter transmission lines can be used by electrically connecting shortening capacitors to a respective transmission line. Such truncation capacitors used in transmission line filter designs can improve electrical properties and / or allow for miniaturization of the corresponding filter component.
Die entsprechenden Kapazitätselemente können unter Verwendung bekannter Technologien produziert werden werden, z.B. Produktionstechnologien auf Grundlage von LTCC-Materialien (LTCC = low temperature cofired ceramics = Niedertemperatur-Einbrand-Keramik) oder von IPD-Technologie (IPD = integrated passive device = integriertes passives Bauteil).The corresponding capacity elements may be produced using known technologies, e.g. Production technologies based on low temperature cofired ceramics (LTCC) or integrated passive device (IPD) technology.
Allerdings ist die Kombination von Übertragungsleitungen mit derartigen Kondensatoren möglicherweise nicht ausreichend, um gegenwärtigen oder zukünftigen Spezifikationen für drahtlose Datenübertragung zu entsprechen. Insbesondere leiden derartige Filter aufgrund unvorhersehbarer Frequenzverschiebungen, die vermieden werden sollten, da mehr und mehr Frequenzen als zu einem speziellen Frequenzband gehörend bestimmt werden, und eine ungewollte Verschiebung zwischen Frequenzen unterschiedlicher Bänder vermieden werden sollte.However, the combination of transmission lines with such capacitors may not be sufficient to meet current or future wireless data transmission specifications. In particular, such filters suffer due to unpredictable frequency shifts that should be avoided, as more and more frequencies are determined to belong to a particular frequency band, and unwanted shift between frequencies of different bands should be avoided.
Gewünscht wird daher ein neues HF-Filter mit verbesserten Filtereigenschaften, insbesondere einer verringerten Verschiebung entscheidender Frequenzen, das mit kleinen räumlichen Abmessungen und geringen Produktionskosten hergestellt werden kann.What is desired, therefore, is a new RF filter with improved filter characteristics, in particular a reduced displacement of critical frequencies, which can be made with small physical dimensions and low production costs.
Zu diesem Zweck werden ein HF-Filter, eine HF-Filterkomponente und ein Verfahren zum Herstellen eines HF-Filters gemäß den unabhängigen Ansprüchen bereitgestellt. For this purpose, an RF filter, an RF filter component, and a method of manufacturing an RF filter according to the independent claims are provided.
Durch abhängige Ansprüche werden bevorzugte Ausführungsformen bereitgestellt.Dependent claims provide preferred embodiments.
Das HF-Filter umfasst einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss. Ferner umfasst das Filter eine Übertragungsleitungs-Filterstufe, die elektrisch zwischen den ersten Anschluss und den zweiten Anschluss geschaltet ist. Die Übertragungsleitungs-Filterstufe umfasst Übertragungsleitungsstrukturen und ein Kapazitätselement. Ein erstes Schaltungselement der Übertragungsleitungs-Filterstufe ist auf einem Trägersubstrat angeordnet, das für elektroakustische Filterelemente geeignet ist.The RF filter includes a first port and a second port. Furthermore, the filter comprises a transmission line filter stage which is electrically connected between the first terminal and the second terminal. The transmission line filter stage includes transmission line structures and a capacitance element. A first circuit element of the transmission line filter stage is disposed on a support substrate suitable for electroacoustic filter elements.
Auf diese Weise verfügt das vorgeschlagene HF-Filter über mindestens eine Filterstufe. In einer Filterstufe sind Schaltungselemente gruppiert, durch die eine Filterfunktionalität hergestellt wird. Die Anzahl von Filterstufen ist nicht auf eine beschränkt. Das HF-Filter kann zwei oder mehr Filterstufen umfassen. Die Filterstufen können elektrisch in Reihe geschaltet sein, z.B. in der Form einer Kaskade.In this way, the proposed RF filter has at least one filter stage. In a filter stage, circuit elements are grouped by which a filter functionality is produced. The number of filter stages is not limited to one. The RF filter may include two or more filter stages. The filter stages may be electrically connected in series, e.g. in the form of a cascade.
Die Übertragungsleitungs-Filterstufe ist eine Filterstufe des HF-Filters, die auf Übertragungsleitungen beruht. Daher umfasst die Übertragungsleitungs-Filterstufe zum Beispiel zwei oder mehr Übertragungsleitungen als Übertragungsleitungsstrukturen sowie ein Kapazitätselement. Die zwei oder mehr Übertragungsleitungen können elektromagnetisch miteinander gekoppelt sein. Insbesondere ist es möglich, dass für jede Übertragungsleitung eine zusätzliche Übertragungsleitung vorhanden ist, mit der die Übertragungsleitung elektromagnetisch gekoppelt ist. Auf diese Weise ist es möglich, dass jede Übertragungsleitung mit genau einer zusätzlichen Übertragungsleitung elektromagnetisch gekoppelt ist. Allerdings ist es auch möglich, dass eine Übertragungsleitung mit mehr als einer zusätzlichen Übertragungsleitung gekoppelt ist.The transmission line filter stage is a filter stage of the RF filter based on transmission lines. Therefore, the transmission line filtering stage includes, for example, two or more transmission lines as transmission line structures and a capacitive element. The two or more transmission lines may be electromagnetically coupled together. In particular, it is possible that an additional transmission line is provided for each transmission line, with which the transmission line is electromagnetically coupled. In this way, it is possible that each transmission line is electromagnetically coupled to exactly one additional transmission line. However, it is also possible that a transmission line is coupled to more than one additional transmission line.
Die Übertragungsleitungen können als Metallisierungsstrukturen auf einem dielektrischen Material realisiert werden. Die Übertragungsleitungen können mit Kapazitätselementen wie beispielsweise Verkürzungskapazitätselementen verbunden werden, um die elektrische Länge der Übertragungsleitung zu verringern, um kleinere räumliche Abmessungen zu ermöglichen.The transmission lines can be realized as metallization structures on a dielectric material. The transmission lines can work with capacitance elements such as For example, shortening capacitance elements can be connected to reduce the electrical length of the transmission line to allow smaller spatial dimensions.
Üblicherweise verfügen derartige Übertragungsleitungs-Filterstufen über Übertragungsleitungsstrukturen, die in oder auf üblichem Material angeordnet sind, das in Filtern gemäß aktuellen Technologien verwendet wird. Zum Beispiel können LTCC-Materialien oder IPD-Materialien als Trägerelemente verwendet werden, auf denen die Übertragungsleitungsstrukturen angeordnet werden.Typically, such transmission line filter stages have transmission line structures disposed in or on conventional material used in filters in accordance with current technologies. For example, LTCC materials or IPD materials may be used as the carrier elements on which the transmission line structures are placed.
Es hat sich jedoch herausgestellt, dass die Verwendung eines Trägersubstrats, das für elektroakustische Filterelemente geeignet ist, es ermöglicht, HF-Filter zu realisieren, die verbesserte elektrische Eigenschaften aufweisen. Elektroakustische Filterelemente sind Filterelemente für HF-Filter, bei denen Akustikwellen genutzt werden, um Filterfunktionalität zu realisieren. Wenn HF-Signale in Akustikwellen umgewandelt werden, können - aufgrund der kürzeren Wellenlänge von Akustikwellen im Vergleich zu den Wellenlängen entsprechender HF-Signale - elektroakustische Komponenten, die kleinere räumliche Abmessungen aufweisen, und Filterelemente auf Grundlage von LC-Elementen oder Übertragungsleitungen ersetzen. Jedoch sind, aufgrund der räumlichen Anforderungen, die durch das akustische Wesen elektroakustischer Filterelemente verursacht werden, für elektroakustische Filterelemente geeignete Materialien üblicherweise kostspieliger und weisen andere Nachteile auf.However, it has been found that the use of a carrier substrate suitable for electroacoustic filter elements makes it possible to realize RF filters having improved electrical properties. Electro-acoustic filter elements are filter elements for RF filters that use acoustic waves to realize filter functionality. When RF signals are converted to acoustic waves, because of the shorter wavelength of acoustic waves compared to the wavelengths of corresponding RF signals, electroacoustic components having smaller spatial dimensions may replace LC element or transmission line filter elements. However, because of the spatial requirements caused by the acoustic nature of electroacoustic filter elements, materials suitable for electroacoustic filter elements are usually more expensive and have other disadvantages.
Die Erfinder stellten aber fest, das HF-Filter wie vorstehend beschrieben verwendet werden können, um HF-Filterkomponenten mit verbesserten Filtereigenschaften zu realisieren.However, the inventors found that the RF filter can be used as described above to realize RF filter components with improved filter characteristics.
Insbesondere fanden die Erfinder heraus, dass eine Änderung der dielektrischen Dicke der Verkürzungskondensatoren während Herstellungsprozessen zu unvorhersehbaren Verschiebungen charakteristischer Frequenzen führt, wenn herkömmliche Produktionsprozesse für Übertragungsleitungs-Filterstufen genutzt werden. Daher bietet die Anwendung eines neuen Produktionsprozesses, der aufgrund der höheren Kosten zuvor nur für elektroakustische Komponenten genutzt wurde, die Möglichkeit, Filter mit hoher Frequenzgenauigkeit niedrigem Verlust, guter Filterleistung, einer verringerten Frequenzungenauigkeit und verringerten Produktionstoleranzen herzustellen. Ferner können, trotz der höheren Kosten für Substratmaterial, entsprechende Filterkomponenten mit verringerten Herstellungskosten bereitgestellt werden.In particular, the inventors have found that changing the dielectric thickness of the shortening capacitors during fabrication processes results in unpredictable shifts in characteristic frequencies when conventional production processes for transmission line filter stages are utilized. Therefore, the application of a new production process previously used only for electro-acoustic components due to the higher cost offers the possibility of producing filters with high frequency accuracy, low loss, good filter performance, reduced frequency inaccuracy and reduced production tolerances. Furthermore, despite the higher cost of substrate material, corresponding filter components can be provided with reduced manufacturing costs.
Es ist möglich, dass das Trägersubstrat ein Material umfasst, das aus einem piezoelektrischen Material, einem Glas, einem Silicium enthaltenden Material, einem Siliciumnitrid, Si3N4, ausgewählt ist.It is possible that the support substrate comprises a material selected from a piezoelectric material, a glass, a silicon-containing material, a silicon nitride, Si 3 N 4 .
Insbesondere kann das piezoelektrische Material eine piezoelektrische Dünnschicht oder ein piezoelektrisches einkristallines Material sein. Lithiumtantalit, Lithiumniobat oder Quarz können als ein einkristallines Material für das Trägersubstrat verwendet werden. Ferner können Lithiumtantalat und Lithiumniobat auch als eine Dünnschicht bereitgestellt werden, d.h., unter Verwendung von Dünnschichtabscheidungstechniken wie beispielsweise Sputtern, physikalischer Gasphasenabscheidung, chemischer Gasphasenabscheidung, Molekularstrahlepitaxie und dergleichen bereitgestellt werden. In dem Fall einer piezoelektrischen Dünnschicht kann das Trägersubstrat das piezoelektrische Material auf einem Trägermaterial des Trägersubstrats umfassen.In particular, the piezoelectric material may be a piezoelectric thin film or a piezoelectric single crystalline material. Lithium tantalum, lithium niobate or quartz can be used as a single crystal material for the supporting substrate. Further, lithium tantalate and lithium niobate may also be provided as a thin film, that is, provided using thin film deposition techniques such as sputtering, physical vapor deposition, chemical vapor deposition, molecular beam epitaxy, and the like. In the case of a piezoelectric thin film, the support substrate may comprise the piezoelectric material on a support material of the support substrate.
Das Material des Trägersubstrats kann gemäß seinen Verformungsparametern bei Herstellungsschritten ausgewählt werden. Es ist jedoch möglich, dass das Material des Trägersubstrats auch gemäß seinen piezoelektrischen Eigenschaften ausgewählt wird, z.B., wenn das HF-Filter eine weitere Filterstufe umfasst, die auf elektroakustischen Schaltungselementen beruht. Selbstverständlich ist es auch möglich, das Material des Trägersubstrats derart auszuwählen, dass ein guter Kompromiss zwischen Verlustparametern beim Herstellen und piezoelektrischen Eigenschaften erreicht wird.The material of the carrier substrate may be selected according to its deformation parameters in manufacturing steps. However, it is possible that the material of the carrier substrate may also be selected according to its piezoelectric properties, for example, if the RF filter comprises a further filter stage based on electroacoustic circuit elements. Of course, it is also possible to select the material of the carrier substrate such that a good compromise between loss parameters in manufacturing and piezoelectric properties is achieved.
Dementsprechend ist es möglich, dass das HF-Filter ferner eine zweite Filterstufe umfasst, die elektrisch zwischen den ersten Anschluss und den zweiten Anschluss geschaltet ist. Die zweite Filterstufe kann eine elektroakustische Filterstufe sein und elektroakustische Filterstrukturen umfassen. Eine erste Filterstruktur der elektroakustischen Filterstufe ist auf dem Trägersubstrat angeordnet.Accordingly, it is possible that the RF filter further comprises a second filter stage electrically connected between the first terminal and the second terminal. The second filter stage may be an electroacoustic filter stage and may include electroacoustic filter structures. A first filter structure of the electroacoustic filter stage is arranged on the carrier substrate.
Bei dieser zweiten, elektroakustischen Filterstufe kann der piezoelektrische Effekt zur Umwandlung zwischen HF-Signalen und Akustikwellen genutzt werden. Auf diese Weise werden Akustikwellen zum Bereitstellen von Filterfunktionalität genutzt.In this second electroacoustic filter stage, the piezoelectric effect can be used to convert between RF signals and acoustic waves. In this way, acoustic waves are used to provide filtering functionality.
Die zweite Filterstufe und die erste Filterstufe können zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss elektrisch in Reihe geschaltet sein.The second filter stage and the first filter stage may be electrically connected in series between the first terminal and the second terminal.
Auf diese Weise wird ein HF-Filter bereitgestellt, das zwei Filterstufen mit grundlegend unterschiedlichen Funktionsprinzipien aufweist. Die erste Filterstufe beruht auf Übertragungsleitungen und beruht nur auf elektromagnetischen Funktionsprinzipien. Die zweite Filterstufe beruht auf auf elektromagnetischen Funktionsprinzipien zusammen mit akustischen Funktionsprinzipien.In this way, an RF filter is provided which has two filter stages with fundamentally different operating principles. The first filter stage is based on transmission lines and is based only on electromagnetic functional principles. The second filter stage is based on electromagnetic functional principles together with acoustic functional principles.
Es ist möglich, dass die erste Filterstruktur der elektroakustischen Filterstufe aus einem SAW-Resonator (SAW = surface acoustic wave = akustische Oberflächenwelle), einem TF-SAW-Resonator (TF-SAW = thin-film-surface acoustic wave = Dünnschicht-akustische Oberflächenwelle), einem GBAW-Resonator (GBAW = guided bulk acoustic wave = gelenkte akustische Volumenwelle), einem BAW-Resonator (BAW = bulk acoustic wave = akustische Volumenwelle), einem BAW-Resonator des SMR-Typs (SMR = solidly mounted resonator = Solidly Mounted Resonator) sowie einem BAW-Resonator des FBAR-Typs (FBAR = film bulk acoustic resonator = Film Bulk Acoustic Resonator) ausgewählt wird. It is possible for the first filter structure of the electroacoustic filter stage to consist of a SAW resonator (SAW = surface acoustic wave), a TF-SAW resonator (TF-SAW = thin-film-surface acoustic wave ), a bulk acoustic wave (BAW) resonator (BAAW = bulk acoustic wave), a BAW resonator of the SMR type (SMR = solidly mounted resonator = solidly) Mounted resonator) and a BAW resonator of FBAR type (FBAR = film bulk acoustic resonator = Film Bulk Acoustic Resonator) is selected.
Die erste Filterstruktur kann akustische Oberflächenwellen von Resonatoren für akustische Volumenwellen nutzen. Akustische Oberflächenwellen sind üblicherweise Querwellen oder Wellen mit gemischten Wellenmodi. Akustische Volumenwellen sind für gewöhnlich Längswellen.The first filter structure may use surface acoustic waves from bulk acoustic wave resonators. Acoustic surface waves are usually transverse waves or waves with mixed wave modes. Acoustic bulk waves are usually longitudinal waves.
Bei elektroakustischen Filterstrukturen, die mit akustischen Oberflächenwellen arbeiten, sind ineinandergreifende kammartige Elektrodenstrukturen auf einem piezoelektrischen Material angeordnet, und eine Akustikwelle breitet sich an der Grenzfläche des piezoelektrischen Materials in eine seitliche Richtung aus. Im Gegensatz dazu ist in einem BAW-Resonator ein piezoelektrisches Material sandwichartig zwischen einer unteren Elektrode und einer oberen Elektrode angeordnet und breitet sich in einer vertikalen Richtung aus. Die resonierende Struktur von BAW-Resonatoren muss akustisch gegenüber ihrer Umgebung isoliert werden. Zu diesem Zweck weist ein BAW-Resonator des FBAR-Typs einen unter der unteren Elektrode angeordneten Hohlraum auf. Ein BAW-Resonator des SMR-Typs weist einen unter der unteren Elektrode angeordneten akustischen Spiegel auf. Der akustische Spiegel umfasst Schichten hoher akustischer Impedanz, die sich mit Schichten niedriger akustischer Impedanz abwechseln.In electroacoustic filter structures that work with surface acoustic waves, interdigitated comb-like electrode structures are disposed on a piezoelectric material, and an acoustic wave propagates at the interface of the piezoelectric material in a lateral direction. In contrast, in a BAW resonator, a piezoelectric material is sandwiched between a lower electrode and an upper electrode and propagates in a vertical direction. The resonant structure of BAW resonators must be acoustically isolated from their environment. For this purpose, an FBAR-type BAW resonator has a cavity located below the lower electrode. A BAW resonator of the SMR type has an acoustic mirror disposed under the lower electrode. The acoustic mirror comprises layers of high acoustic impedance alternating with layers of low acoustic impedance.
Bei der elektroakustischen Filterstufe können elektroakustische Resonatoren genutzt werden, die in einer leitertypartigen Topologie oder in einer gittertypartigen Topologie angeordnet und elektrisch ausgestaltet sind. Bei einer leitertypartigen Topologie sind Reihenresonatoren in einem Signalweg elektrisch in Reihe geschaltet, und elektroakustische Parallelresonatoren sind in einem jeweiligen parallelen Weg elektrisch verbunden, der den Signalweg elektrisch mit Masse verbindet.In the electroacoustic filter stage electroacoustic resonators can be used, which are arranged in a ladder-type topology or in a lattice-type topology and electrically configured. In a ladder type topology, series resonators in a signal path are electrically connected in series, and electroacoustic parallel resonators are electrically connected in a respective parallel path electrically connecting the signal path to ground.
Üblicherweise sind bei SAW-Resonatoren und GBAW-Resonatoren ihre kammartigen Elektrodenstrukturen auf einem einkristallinen piezoelektrischen massiven Material angeordnet. Bei TF-SAW-Resonatoren können sich ihre kammartigen Elektrodenstrukturen auf einer piezoelektrischen Dünnschicht befinden, die unter Verwendung von DünnschichtAbscheidungstechniken wie vorstehend erläutert aufgebracht wurde.Conventionally, in SAW resonators and GBAW resonators, their comb-like electrode structures are arranged on a single crystal piezoelectric bulk material. In TF-SAW resonators, their comb-like electrode structures may be on a piezoelectric thin film deposited using thin film deposition techniques as discussed above.
Daher ist es möglich, ein HF-Filter zu realisieren, das eine erste Filterstufe auf Grundlage von Übertragungsleitungen und eine zweite Filterstufe auf Grundlage von elektroakustischen Resonatoren aufweist. Sowohl ein Schaltungselement der Filterstufe auf Grundlage von Übertragungsleitungen als auch ein Schaltungselement der Filterstufe, bei der Akustikwellen genutzt werden, sind auf demselben Trägersubstrat angeordnet. Auf diese Weise ist es möglich, Herstellungsschritte für elektroakustische Resonatoren zu nutzen, um Schaltungselemente der Filterstufe auf Grundlage von Übertragungsleitungen herzustellen. Insbesondere ist es möglich, die Übertragungsleitungen oder Kapazitätselemente, die elektrisch mit Übertragungsleitungen verbunden sind und zu der ersten Filterstufe gehören, unter Anwendung von Prozessschritten zu realisieren, die zum Herstellen der elektroakustischen Resonatoren verwendet werden. Dies bietet den Vorteil, dass man von den erreichbaren hochgenauen Strukturierungsverfahren, die für das Erstellen elektroakustischer Resonatoren genutzt werden, auch für die Schaltungselemente der ersten Filterstufe profitiert.Therefore, it is possible to realize an RF filter having a first filter stage based on transmission lines and a second filter stage based on electroacoustic resonators. Both a circuit element of the filter stage based on transmission lines and a circuit element of the filter stage in which acoustic waves are used are arranged on the same carrier substrate. In this way, it is possible to use manufacturing steps for electroacoustic resonators to fabricate circuit elements of the filter stage based on transmission lines. In particular, it is possible to realize the transmission lines or capacitance elements that are electrically connected to transmission lines and belong to the first filter stage using process steps that are used to fabricate the electroacoustic resonators. This offers the advantage that one benefits from the achievable high-precision structuring methods, which are used for the creation of electroacoustic resonators, also for the circuit elements of the first filter stage.
Zum Beispiel weist der Kapazitätswert eines Kondensators eine nicht lineare Abhängigkeit in Bezug auf den Abstand zwischen den Elektroden des Kondensators auf. Daher können bei kleinen Abständen sehr geringe Änderungen des Kapazitätsabstands zu relativ großen Änderungen der Kapazität des Kondensators führen. Bei dem bereitgestellten HF-Filter wird die Möglichkeit genutzt, einen Kondensator bereitzustellen, der einen mit einer sehr hohen Genauigkeit erlangten Abstand der Elektroden aufweist. Auf diese Weise werden ungewollte Kapazitätsänderungen verringert, z.B. beim Herstellen, und das Ausmaß unvorhersehbarer Frequenzverschiebungen wird stark verringert.For example, the capacitance value of a capacitor has a non-linear dependence with respect to the distance between the electrodes of the capacitor. Therefore, at small distances, very small changes in the capacitance gap can lead to relatively large changes in the capacitance of the capacitor. The provided RF filter makes use of the possibility of providing a capacitor which has a distance of the electrodes obtained with a very high accuracy. In this way unwanted capacitance changes are reduced, e.g. in manufacturing, and the extent of unpredictable frequency shifts is greatly reduced.
Es ist möglich, dass das erste Schaltungselement der Übertragungsleitungs-Filterstufe einen Aufbau wie eine elektroakustische Struktur aufweist, aber akustisch inaktiv ist.It is possible that the first circuit element of the transmission line filter stage has a structure such as an electro-acoustic structure but is acoustically inactive.
Elektroakustische Resonatoren weisen einen Aufbau auf, durch den eine statische Kapazität bereitgestellt wird, d.h., elektroakustische Resonatoren verfügen über eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode und ein dielektrisches Material oder ein Gas zwischen den zwei Elektroden. Daher wird durch die zwei Elektroden und die Materie zwischen den zwei Elektroden ein Kapazitätselement hergestellt.Electroacoustic resonators have a structure providing a static capacitance, that is, electroacoustic resonators have a first electrode and a second electrode and a dielectric material or a gas between the two electrodes. Therefore, a capacitance element is produced by the two electrodes and the matter between the two electrodes.
Dementsprechend können kammartige Elektrodenstrukturen von SAW-Resonatoren oder Sandwichstrukturen von BAW-Resonatoren genutzt werden, um Kapazitätselemente der ersten Filterstufe zu realisieren. Um sicherzustellen, dass das erste Schaltungselement der Übertragungsleitungs-Filterstufe akustisch inaktiv ist, können die Elektrodenstrukturen in Bezug auf eine piezoelektrische Achse eines piezoelektrischen Materials derart angeordnet werden, dass keine, oder im Wesentlichen keine, Akustikwellen in einem Arbeitsfrequenzband des HF-Filters angeregt werden. Wenn zum Beispiel BAW-Sandwichstrukturen verwendet werden, um ein Kapazitätselement für die erste Filterstufe herzustellen, kann das dielektrische Material, das für einen elektroakustischen Resonator ein piezoelektrisches Material wäre, durch ein dielektrisches Material ohne piezoelektrische Eigenschaften ersetzt werden.Accordingly, comb-like electrode structures of SAW resonators or sandwich structures of BAW resonators can be used to realize capacity elements of the first filter stage. To ensure that the first circuit element of the transmission line filter stage is acoustically inactive, the electrode structures may be arranged with respect to a piezoelectric axis of a piezoelectric material such that none, or substantially none, of acoustic waves are excited in an operating frequency band of the RF filter. For example, when BAW sandwich structures are used to fabricate a capacitance element for the first filter stage, the dielectric material, which would be a piezoelectric material for an electroacoustic resonator, can be replaced by a dielectric material without piezoelectric properties.
Verfahren zum Trimmen charakteristischer Frequenzen elektroakustischer Resonatoren können genutzt werden, um den Kapazitätswert des entsprechenden Kapazitätselements mit einem sehr hohen Grad an Genauigkeit zu bestimmen.Methods of trimming characteristic frequencies of electroacoustic resonators may be used to determine the capacitance value of the corresponding capacitance element with a very high degree of accuracy.
Zu diesem Zweck ist es möglich, dass das erste Schaltungselement der Übertragungsleitungs-Filterstufe ein Trimmelement aufweist.For this purpose, it is possible that the first circuit element of the transmission line filter stage comprises a trim element.
Das Trimmelement ist ein Element des Schaltungselements, das eine Änderung der elektrischen Eigenschaften des Schaltungselements durch selektives Entnehmen oder Hinzufügen von Materie aus/zu dem Trimmelement ermöglicht. Das Trimmelement kann das dielektrische Material zwischen zwei Elektrodenstrukturen sein. Durch Entnehmen oder Hinzufügen von Materie aus/zu dem dielektrischen Material kann der Abstand zwischen den Elektrodenstrukturen mit einem hohen Ausmaß an Genauigkeit bestimmt werden. Ferner ist es möglich, einen vorgegebenen Abstand zwischen den Elektroden aufrechtzuerhalten und selektiv Material zwischen den Elektrodenstrukturen derart zu entnehmen, dass der effektive Dielektrizitätswert des piezoelektrischen Materials als einen bestimmten Wert aufweisend bestimmt wird. Es ist außerdem möglich, die Größe der unteren Elektrode oder der oberen Elektrode zu verändern, z.B. bei einer sandwichartigen Struktur in der Art eines BAW-Resonators.The trim element is an element of the circuit element that allows for a change in the electrical properties of the circuit element by selectively removing or adding matter from / to the trim element. The trimming element may be the dielectric material between two electrode structures. By removing or adding matter from / to the dielectric material, the distance between the electrode structures can be determined with a high degree of accuracy. Further, it is possible to maintain a predetermined distance between the electrodes and to selectively extract material between the electrode structures such that the effective dielectric value of the piezoelectric material is determined to have a certain value. It is also possible to change the size of the lower electrode or the upper electrode, e.g. in a sandwich-type structure such as a BAW resonator.
Außerdem kann in dem Fall einer Nutzung einer Struktur in der Art eines SAW-Resonators das Entnehmen oder das Hinzufügen piezoelektrischen Materials, z.B. in der Form von Streifen einer gewissen Dicke an den Elektrodenfingern, angewendet werden, um den Kapazitätswert des Kapazitätselements auf einen gewünschten spezifischen Wert zu trimmen.In addition, in the case of utilizing a structure such as a SAW resonator, the extraction or addition of piezoelectric material, e.g. in the form of strips of a certain thickness on the electrode fingers, to trim the capacitance value of the capacitance element to a desired specific value.
Es ist möglich, dass das HF-Filter ferner einen dritten Anschluss umfasst. Dann ist es möglich, dass die Übertragungsleitungs-Filterstufe elektrisch zwischen den ersten Anschluss und den dritten Anschluss geschaltet ist.It is possible that the RF filter further comprises a third terminal. Then, it is possible that the transmission line filter stage is electrically connected between the first terminal and the third terminal.
Wenn das Filter die elektroakustische, zweite Filterstufe aufweist, kann die zweite Filterstufe elektrisch zwischen den dritten Anschluss und den zweiten Anschluss geschaltet sein.If the filter has the electroacoustic second filter stage, the second filter stage may be electrically connected between the third terminal and the second terminal.
Ein derartiges Filter bietet eine Multiplexerfunktionalität, z.B. eine Duplexerfunktionalität oder eine Diplexerfunktionalität. Der dritte Anschluss kann ein gemeinsamer Anschluss für beide Filterstufen sein. Der erste Anschluss kann für Sendesignale verwendet werden, und der zweite Anschluss kann für Empfangssignale verwendet werden und umgekehrt. Es ist außerdem möglich, dass der erste Anschluss und der zweite Anschluss für Sendesignale verwendet werden können, und dass der erste Anschluss und der zweite Anschluss nur für Empfangssignale verwendet werden können.Such a filter provides a multiplexer functionality, e.g. a duplexer functionality or a diplexer functionality. The third port may be a common port for both filter stages. The first port can be used for transmit signals and the second port can be used for receive signals and vice versa. It is also possible that the first terminal and the second terminal can be used for transmission signals, and that the first terminal and the second terminal can be used only for reception signals.
Dementsprechend kann das HF-Filter aus einem Multiplexer, einem Diplexer und einem Duplexer ausgewählt werden.Accordingly, the RF filter can be selected from a multiplexer, a diplexer and a duplexer.
Daher kann durch die erste Filterstufe eine Bandpassfunktionalität bereitgestellt werden, und durch die zweite Filterstufe kann eine Bandpassfilterfunktionalität bereitgestellt werden. Es ist jedoch möglich, dass durch eine der Filterstufen eine Bandpassfunktionalität bereitgestellt wird, während durch die jeweilige andere Filterstufe eine Hochpassfunktionalität oder eine Tiefpassfilterfunktionalität bereitgestellt wird.Therefore, bandpass functionality may be provided by the first filter stage, and bandpass filtering functionality may be provided by the second filter stage. However, it is possible for one of the filter stages to provide bandpass functionality while providing highpass functionality or low pass filter functionality through the respective other filter stage.
Ferner wird eine HF-Filterkomponente bereitgestellt. Die HF-Filterkomponente umfasst ein Basissubstrat und ein Trägersubstrat. Das Trägersubstrat ist auf dem Basissubstrat angeordnet und elektrisch mit diesem verbunden. Das Trägersubstrat umfasst ein erstes Schaltungselement einer Übertragungsleitungs-Filterstufe und ein erstes Schaltungselement einer elektroakustischen Filterstufe. Durch das Basissubstrat wird ein Kapazitätselement und/oder ein Induktivitätselement bereitgestellt.Furthermore, an RF filter component is provided. The RF filter component comprises a base substrate and a carrier substrate. The carrier substrate is disposed on the base substrate and electrically connected thereto. The carrier substrate comprises a first circuit element of a transmission line filter stage and a first circuit element of an electroacoustic filter stage. A capacitive element and / or an inductance element is provided by the base substrate.
Im Vergleich zu herkömmlichen HF-Filterkomponenten, für die drei Substrate benötigt werden (ein Substrat z.B. für Übertragungsleitungs-Filterstufenelemente, ein zweites Substrat für Schaltungselemente, die zu elektroakustischen Filterschaltungselementen gehören, und ein dritter, gemeinsamer Träger, auf dem das erste Substrat und das zweite Substrat angeordnet sind, und in den zusätzliche Schaltungskomponenten integriert werden können.Compared to conventional RF filter components which require three substrates (one substrate eg for transmission line filter stage elements, a second substrate for circuit elements belonging to electroacoustic filter circuit elements, and a third common carrier on which the first substrate and the second one Substrate are arranged, and can be integrated into the additional circuit components.
Ein Verfahren zum Herstellen eines HF-Filters, umfasst die Schritte:
- - Bereitstellen eines Trägersubstrats, das für elektroakustische Filterelemente geeignet ist,
- - Strukturieren eines ersten Schaltungselements einer Übertragungsleitungs-Filterstufe auf dem Trägersubstrat.
- - Providing a carrier substrate suitable for electroacoustic filter elements,
- - Structure a first circuit element of a transmission line filter stage on the carrier substrate.
Ferner ist es möglich, dass das Verfahren derart realisiert wird, dass das erste Schaltungselement als ein Kapazitätselement oder eine Übertragungsleitung hergestellt wird.Further, it is possible that the method is realized such that the first circuit element is manufactured as a capacitance element or a transmission line.
Es ist möglich, dass der Schritt eines Strukturierens des ersten Schaltungselements der Übertragungsleitungs-Filterstufe umfasst:
- - Aufbringen von Material eines Trimmelements,
- - Trimmen des ersten Schaltungselements mithilfe eines selektiven Entnehmens von Material aus dem Trimmelement.
- Application of material of a Trimmelements,
- Trimming the first circuit element by selectively removing material from the trim element.
Es ist möglich, dass das Verfahren zum Herstellen eines HF-Filters ferner einen oder mehrere Schritte umfasst, die ausgewählt sind aus
- - Messen einer Dickenkarte (thickness map) des Trägersubstrats,
- - Messen einer Dickenkarte des Trimmelements, und
- - Bestimmen einer „Entnahmekarte“ (removal map) für das Trimmelement.
- Measuring a thickness map of the carrier substrate,
- - Measuring a thick map of Trimmelements, and
- - Determine a "removal map" for the trim element.
Wie vorstehend erläutert, sollten Dicken, die Abstände von Elektroden eines Kapazitätselements bestimmen, mit einer hohen Genauigkeit bereitgestellt werden. Daher hat die Umgebung einer Elektrode eines Kapazitätselements eine starke Auswirkung auf den Kapazitätswert des Kapazitätselements. Wenn zum Beispiel das Kapazitätselement als eine Sandwichstruktur mit einem dielektrischen Material unter und/oder über einer unteren Elektrode realisiert wird, ist die Dicke des entsprechenden dielektrischen Materials wesentlich für die elektrischen Eigenschaften des Schaltungselements. Durch Messen der Dicke an einer Mehrzahl von Positionen (durch Herstellen einer Dickenkarte), durch Analysieren des Trägersubstrats oder des dielektrischen Materials eines Trimmelements oder des Materials zwischen den Elektroden kann leicht bestimmt werden, ob zusätzliches dielektrisches Material erforderlich ist, oder ob ein Überschuss an dielektrischer Materie entnommen werden sollte, um ein Kapazitätselement mit einem bestimmten Kapazitätswert zu erlangen.As explained above, thicknesses that determine distances of electrodes of a capacitance element should be provided with high accuracy. Therefore, the environment of an electrode of a capacitive element has a strong effect on the capacitance value of the capacitance element. For example, when the capacitance element is realized as a sandwich structure with a dielectric material below and / or above a bottom electrode, the thickness of the corresponding dielectric material is essential to the electrical properties of the circuit element. By measuring the thickness at a plurality of positions (by making a thickness map), by analyzing the carrier substrate or the dielectric material of a trimming element or the material between the electrodes, it can be readily determined whether additional dielectric material is required or if there is an excess of dielectric Matter should be taken to obtain a capacity element with a certain capacity value.
Es ist möglich, dass das Verfahren zum Herstellen einer HF-Komponente ferner den Schritt umfasst:
- - Strukturieren eines ersten Schaltungselements einer elektroakustischen Filterstufe auf dem Trägersubstrat, wobei die Schritte zum Strukturieren des ersten Schaltungselements der Übertragungsleitungs-Filterstufe und die Schritte zum Strukturieren des ersten Schaltungselements der elektroakustischen Filterstufe einen oder mehrere Prozessschritte gemeinsam haben.
- Patterning a first circuit element of an electroacoustic filter stage on the carrier substrate, wherein the steps of patterning the first circuit element of the transmission line filter stage and the steps of patterning the first circuit element of the electroacoustic filter stage have one or more process steps in common.
Grundlegende Funktionsprinzipien und Einzelheiten bevorzugter Ausführungsformen werden in den begleitenden schematischen Figuren gezeigt.Basic principles of operation and details of preferred embodiments are shown in the accompanying schematic figures.
In den Figuren:
- veranschaulicht
1 ein mögliches Ersatzschaltbild der ersten Filterstufe; veranschaulicht 2 ein HF-Filter, das zwei Filterstufen aufweist;- veranschaulicht
3 ein Ersatzschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der ersten Filterstruktur; - veranschaulicht
4 die grundlegende Struktur eines SAW-Resonators; - veranschaulicht
5 einen grundlegenden Aufbau eines BAW-Resonators; - veranschaulicht
6 einen grundlegenden Aufbau einer HF-Filterkomponente; - veranschaulicht
7 mögliche Arten, ein Kapazitätselement auf seinen gewünschten Kapazitätswert zu trimmen; und veranschaulicht 8 die Auswirkung von Kapazitätsänderungen auf die Transferfunktion eines HF-Filters.
- illustrates
1 a possible equivalent circuit diagram of the first filter stage; - illustrates
2 an RF filter having two filter stages; - illustrates
3 an equivalent circuit diagram of a preferred embodiment of the first filter structure; - illustrates
4 the basic structure of a SAW resonator; - illustrates
5 a basic structure of a BAW resonator; - illustrates
6 a basic structure of an RF filter component; - illustrates
7 possible ways to trim a capacity element to its desired capacity value; and - illustrates
8th the effect of capacitance changes on the transfer function of an RF filter.
Ferner umfasst die erste Filterstufe
Selbstverständlich ist es auch möglich, eine Mehrzahl von zwei oder mehr Übertragungsleitungen
Die zweite Filterstruktur
Ferner weist das in
Der dritte Anschluss
Verfahrensschritte zum Trimmen des Frequenzpegels einer akustisch aktiven Struktur können verwendet werden, um den Kapazitätswert des entsprechenden ersten Schaltungselements der Übertragungsleitungs-Filterstufe zu trimmen.Method steps for trimming the frequency level of an acoustically active structure may be used to trim the capacitance value of the corresponding first circuit element of the transmission line filter stage.
Dementsprechend veranschaulicht
Allerdings können Herstellungsschritte zum Trimmen einer gewünschten akustischen Arbeitsfrequenz eines Resonators auch verwendet werden, um den gewünschten Kapazitätswert eines akustisch inaktiven Kapazitätselements zu trimmen.However, manufacturing steps for trimming a desired acoustic operating frequency of a resonator may also be used to trim the desired capacitance value of an acoustically inactive capacitance element.
Der spezifische Kapazitätswert, der für das Kapazitätselement
Durch Herstellen der entscheidenden Verkürzungskkondensatoren oder anderer entscheidender Kapazitätselemente, wie vorstehend beschrieben, können unvorhersehbare Änderungen, die eine erhebliche Abnahme der Filterleistung bewirken, wie durch Kurve
Das HF-Filter, die Filterkomponente und das Verfahren zum Herstellen einer HF-Filterkomponente sind nicht auf die vorstehend bereitgestellten und in den Zeichnungen gezeigten technischen Merkmale beschränkt. HF-Filter können weitere Filterstufen umfassen, und HF-Filterkomponenten können weitere Verbindungen und Strukturen umfassen. In ähnlicher Weise können Herstellungsverfahren weitere Schritte und Prozesse umfassen.The RF filter, the filter component, and the method of manufacturing an RF filter component are not limited to the technical features provided above and shown in the drawings. RF filters may include additional filter stages, and RF filter components may include other connections and structures. Similarly, manufacturing methods may include other steps and processes.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- BAWR:BAWRs:
- BAW-ResonatorBAW resonator
- BB:BB:
- Sammelschienebus
- BS:BS:
- Basissubstratbase substrate
- CE:CE:
- Kapazitätselementcapacitance element
- CE1:CE1:
- erstes Schaltungselement der ersten Filterstufefirst circuit element of the first filter stage
- CS:CS:
- Trägersubstratcarrier substrate
- DM:DM:
- dielektrisches Materialdielectric material
- EFI:EFI:
- Elektrodenfingerelectrode fingers
- EL:EL:
- Elektrodeelectrode
- FS1:FS1:
- erste Filterstufefirst filter stage
- FS2:FS2:
- zweite Filterstufesecond filter stage
- IDS:IDS:
- ineinandergreifende Strukturinterlocking structure
- M:M:
- Metallisierungmetallization
- P1,P2,P3:P1, P2, P3:
- erster, zweiter, dritter Anschlussfirst, second, third connection
- PM:PM:
- piezoelektrisches Materialpiezoelectric material
- REF:REF:
- Reflektorstrukturreflector structure
- SAWR:Sawr:
- SAW-ResonatorSAW resonator
- SL:SL:
- Signalleitungsignal line
- TL:TL:
- Übertragungsleitungtransmission line
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|---|---|---|---|
| R012 | Request for examination validly filed | ||
| R016 | Response to examination communication | ||
| R082 | Change of representative |
Representative=s name: BARDEHLE PAGENBERG PARTNERSCHAFT MBB PATENTANW, DE |
|
| R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |