JP4796501B2 - コモンモード除去が増大された薄膜音響結合変成器 - Google Patents

コモンモード除去が増大された薄膜音響結合変成器 Download PDF

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Description

変成器は、様々な種類の電気装置で使用されており、例えば、インピーダンスの変換、シングルエンド回路の平衡回路への接続もしくはその逆、ならびに電気的絶縁の提供を実施するよう機能する。しかし、これらの特性全てを、全ての変成器が有しているわけではない。例えば、自動変成器（autotransformer）は電気的絶縁を提供しない。
ＶＨＦまでの無線周波数および音声周波数で動作する変成器は、一般に、高透過性のコアの周りに巻き付けられた連結させた一次巻線および二次巻線として形成されている。巻線に流れる電流は、磁束を生成する。コアは、磁束を含み、巻線間の結合を増大させる。上記の周波数範囲で動作可能な変成器に光結合器を使用できることが見いだされている。このモードで使用される光結合器を、光絶縁器（opt-isolator）と呼ぶ。
連結した巻線もしくは光結合器をベースとする変成器では、出力電気信号を、適切な変換構造（つまり、別の巻線または光検出器）と相互作用する異なる形式（つまり、磁束または光子）に変換し、出力側で電気信号として再構成する。例えば、光結合器は、発光ダイオードを利用して、入力電気信号を光子に変換する。この光子は、光ファイバまたは絶縁をもたらす自由間隔を通過する。光子が照射された光ダイオードは、光子流から出力電気信号を生成する。この出力電気信号は、入力電気信号の複製である。
ＵＦＨおよびマイクロ波振動数では、コイルをベースとした変成器は、コア中の損失、巻き線中の損失、巻き線間の容量、および波長に関連する問題を防止するのに寸法を十分に小さくできないといった要因のため、実用的ではない。上記周波数に対応する変成器は、４分の１波長の伝送線路、例えばマルシャンタイプ（Marchand type）、直列入力／並列出力接続線路等をベースとしている。また、マイクロマシンニングにより結合させたコイルセットをベースにし、波長の効果が重要でないほど十分に小さい変成器も存在する。しかし、このような変成器には、挿入損失が高いこと、ならびに一次側から二次側へのおよび一次側から二次側への絶縁の低さという問題がある。
ＵＨＦおよびマイクロ波周波数での使用のための上述の変成器の寸法は全て、近代の小型で高密度の用途のための、例えば携帯電話での使用にはあまり好ましくはない。このような変成器は、バッチプロセスによって製造することができず、本質的にオフチップ解決法であるので、コストが高くつく傾向にある。さらに、このような変成器は通常、携帯電話での使用に許容可能な帯域幅を有しているが、通常、その挿入損失は１ｄＢより大きく、この値は過度に高いものである。
光結合器は、ＵＨＦおよびマイクロ波周波数では使用されないが、これは、入力ＬＥＤの接合容量、光検出器固有の非線形性、制限された電力操作能力、およびコモンモード除去（common mode rejection）を得るのに絶縁が不十分であることが理由となっている。
米国特許出願第１０／６９９４８１号明細書は、積層型バルク音響共振器（ＤＳＢＡＲ）をベースとした減結合させた（decoupled）薄膜音響結合変成器（ＦＡＣＴ）を開示している。ＤＳＢＡＲは、薄膜バルク音響共振器の積層された対と、ＦＢＡＲ間の音響減結合器とからなっている。図１Ａに、上述のＦＡＣＴの一態様を概略的に示す。ＦＡＣＴ１００は、基板１０２に設けられている空洞１０４上に浮かせて設けられている第１のＤＳＢＡＲ１０６および第２のＤＳＢＡＲ１０８を有する。ＤＳＢＡＲ１０６は、下側ＦＢＡＲ１１０、この下側ＦＢＡＲ１１０上に積層された上側ＦＢＡＲ１２０、およびこれらのＦＢＡＲ間に設けられている音響結合器１３０を有しており、ＤＳＢＡＲ１０８は、下側ＦＢＡＲ１５０、上側１６０、およびこれらのＦＢＡＲ間に設けられている音響結合器１７０を有している。各ＦＢＡＲは、向かい合う平面電極と、これらの平面電極間に設けられている圧電要素とを有している。ＦＢＡＲ１１０は、向かい合う平面電極１１２および１１４と、これらの平面電極間に設けられている圧電要素１１６とを有している。ＦＢＡＲ１２０は、向かい合う平面電極１２２および１２４と、これらの平面電極間に設けられている圧電素子１２６とを有している。
ＦＡＣＴ１００はさらに、ＤＳＢＡＲ１０６の下側ＦＢＡＲ１１０とＤＳＢＡＲ１０８の下側ＦＢＡＲ１５０とを互いに結合させる第１の電気回路１４１、ならびにＤＳＢＡＲ１０６の上側ＦＢＡＲ１２０とＤＳＢＡＲ１０８の上側ＦＢＡＲ１６０とを互いに結合させる第２の電気回路１４２を有している。
図１Ａに示す上述のＦＡＣＴの態様では、ＦＢＡＲ１１０、１２０、１５０および１６０のインピーダンスは名目上等しく、電気回路１４１は、下側ＦＢＡＲ１１０および１５０を逆並列に接続して、これらを端子１４３および１４４に接続し、電気回路１４２は、上側１２０および１６０を直列に、端子１４５および１４６間で接続する。電気回路１４２はさらに、上側ＦＢＡＲ１２０の電極１２２および上側ＦＢＡＲ１６０の電極１６２に接続されたセンタータップ端子１４７を有する。この態様は、電気回路１４１と電気回路１４２との間でのインピーダンス変換比１：４を有するか、または電気回路１４２と電気回路１４１との間でのインピーダンス変換比４：１を有する。
別の態様では、電気回路１４１は、下側ＦＢＡＲ１１０および１５０を逆並列もしくは直列に電気的に接続し、電気回路１４２は、上側ＦＢＡＲを逆並列もしくは直列に電気的に接続する。
上述のＦＡＣＴの全ての態様は、寸法が小さく、シングルエンド回路の平衡回路への結合もしくはその逆が可能であり、一次側と二次側との間での電気的絶縁も提供する。上で具体的に説明した態様はまた、名目上、電気的に平衡化されている。
図１Ａに示す態様は、多くの用途において特に重要である。しかし、この態様が、名目上は電気的に平衡化されているとはいっても、そのコモンモード除去は、その多くの用途が必要とする程度に比べると小さい。差動デバイスのコモンモード除去は、コモンモード除去比（ＣＭＲＲ）によって定量化される。このコモンモード除去比（ＣＭＲＲ）は、差動デバイスのディファレンシャルモード（differential mode）電圧利得の、コモンモード電圧利得に対する比である。
コモンモード除去比を増大させる１つの手段は、音響減結合器の厚みを厚くすることである。しかし、音響減結合器の厚みを増大させると、単一の音響モードよりも厚い音響減結合器の性能によって、ＦＡＣＴの周波数応答が、偽アーチファクトを示すようになる。このような偽応答アーチファクト（spurious response artifacts）は、多くの用途で不都合である。
したがって、上述のＦＡＣＴの利点を有しながら、コモンモード除去比が大きくかつ滑らかな周波数応答を有するＦＡＣＴが必要とされている。
第１の局面では、本発明は、第１の減結合積層バルク音響共振器（ＤＳＢＡＲ）および第２のＤＳＢＡＲを有する薄膜音響結合変成器（ＦＡＣＴ）を提供する。各ＤＳＢＡＲは、下側薄膜バルク音響共振器（ＦＢＡＲ）と、この下側ＦＢＡＲ上に積層された上側ＦＢＡＲと、ＦＢＡＲ間の音響減結合器とを備えている。各ＦＢＡＲは、向かい合う平面電極と、これらの平面電極間に設けられている圧電要素とを有している。ＦＡＣＴはさらに、第１のＤＳＢＡＲの下側ＦＢＡＲと第２のＤＳＢＡＲの下側ＦＢＡＲとを接続する第１の電気回路１４１、ならびに第１のＤＳＢＡＲの上側ＦＢＡＲと第２のＤＳＢＡＲの上側ＦＢＡＲとを接続する第２の電気回路とを備えている。少なくとも一方のＤＳＢＡＲでは、音響減結合器と、この音響減結合器に隣接する下側ＦＢＡＲの電極の一方と、音響減結合器に隣接する上側ＦＢＡＲの電極の一方とが、寄生キャパシタを形成する。ＦＡＣＴはさらに、その寄生キャパシタに電気的に接続されたインダクタを備えている。このインダクタは、ＦＡＣＴのコモンモード除去比を増大させる。
最後の局面では、本発明は、中心周波数によって特徴付けられる帯域通過特性を有するＤＳＢＡＲデバイスを提供する。ＤＳＢＡＲデバイスは、下側薄膜バルク音響共振器（ＦＢＡＲ）と、この下側ＦＢＡＲ上に積層された上側ＦＢＡＲと、これらのＦＢＡＲ間の音響減結合器とを備えている。各ＦＢＡＲは、向かい合う平面電極と、これらの平面電極間に設けられている圧電要素とを備えている。音響減結合器は、周波数が中心周波数に等しい音響信号に、名目上π／２に等しい位相変化を与えるように構成されている。
図１Ａを参照して上で説明した薄膜音響結合変成器（ＦＡＣＴ）の一態様において、通常動作中、音響減結合器１３０および１７０の少なくとも一方を挟む両側で電極間に、信号周波数電圧差が存在しうることを、本願発明者は見いだした。図１Ｂに、図１Ａに示すＦＡＣＴ１００の典型的な使用形式を示し、この場合、電極１１２に接続されている端子１４４はアースされており、電極１２２に接続されているセンタータップ端子１４７もアースされている。この場合、音響減結合器１３０の両側の電極１１４と１２２との間に信号周波数電圧差が存在する。電極１１４および１２２ならびに音極減結合器１３０からなる寄生キャパシタＣｐが適用されると、この電圧差によって、信号周波数電流が、電気回路１４１と電気回路１４２との間を流れるようになる。この電流によって、ＦＡＣＴ１００のコモンモード除去が減少する。Ｃｐで示し点線で表したキャパシタは、電極１１４および１２２ならびに音響減結合器１３０からなる寄生キャパシタＣｐである。音響減結合器の厚みが最小である態様、つまり、音響減結合器の厚みが、名目上、周波数がＦＡＣＴ１００の通過帯域の中心周波数に等しい音響信号の波長の４分の１に等しい態様で、寄生キャパシタの容量は最大となる。このような音響減結合器は、音響信号にπ／２ラジアンの位相変化をもたらす。
この開示では、前記信号周波数で要素が、アースされている代わりに低いインピーダンスに接続されている場合、「アースされている」と言う。
図１Ｃに、電極１１２および１５４がアースされ、電気回路１４２がフローティングしている別の適用例のＦＡＣＴ１００を示す。この適用例では、音響減結合器１３０の両側の電極１１４と１２２との間に信号周波数電圧差が存在し、信号周波数電圧差はさらに、音響減結合器１７０の両側の電極１５４と１６２との間にも存在する。電極１５４、電極１６２および音極減結合器１７０からなる寄生キャパシタＣｐ’が適用されると、この電圧差によって、電気回路１４１と電気回路１４２との間に余分な電流が流れる。この電流によって、さらにＦＡＣＴ１００のコモンモード除去比が損なわれる。記号Ｃｐ’および点線で示すキャパシタは、電極１５４および１６２ならびに音響減結合器１７０からなる寄生キャパシタＣｐ’である。
図２Ａは、本発明による薄膜音響結合変成器（ＦＡＣＴ）の一態様２００を示す概略図である。ＦＡＣＴ２００は、端子１４４に接続されている電極１１２および１５４がアースされ、センタータップ１４７に接続されている電極１２２および１６２もアースされている図１Ｂに示す適用例と同様に使用される。ＦＡＣＴ２００の要素で、図１Ｂを参照して説明したＦＡＣＴ１００の要素に対応するものについては、同じ参照符号で示し、ここで再度説明しない。ＦＡＣＴ２００では、インダクタ１８０が、音響減結合器１３０の両側の電極１１４と１２２との間で接続されている。これによって、インダクタ１８０は、寄生キャパシタＣｐと並列に接続される。インダクタ１８０によって、電気回路１４１と電気回路１４２との間の電流が小さくなるので、ＦＡＣＴ２００のコモンモード除去比は、ＦＡＣＴ１００より大きくなる。インダクタ１８０によりさらに、入力マッチングが向上する。
ＦＡＣＴ２００は、所定の通過帯域を有している。インダクタ１８０、ならびに寄生キャパシタＣｐおよび端子１４３と１４４との間の容量Ｃ０の並列の組合せは、その通過帯域内に共振周波数を有する並列共振回路１８２を形成する。一態様では、その共振周波数は、ＦＡＣＴ２００の通過帯域の中心周波数に等しい。並列共振回路１８２のインピーダンスは、信号周波数と共振回路の共振周波数との関係に依存し、共振周波数で最大となる。共振周波数を上回る信号周波数および共振周波数を下回る信号周波数では、並列共振回路１８２のインピーダンスは、共振周波数でのインピーダンスよりも小さいが、寄生キャパシタＣｐのみの、ＦＡＣＴ２００の通過帯域内の任意の信号周波数でのインピーダンスよりも実質的に大きい。したがって、並列共振回路１８２を介して電気回路１４１および電気回路１４２を流れる電流は、寄生キャパシタＣｐのみを介して流れた場合よりも小さい。結果として、ＦＡＣＴ２００のコモンモード除去比は、図１Ｂに示すＦＡＣＴ１００に比べ増大する。
図２Ｂは、本発明によるＦＡＣＴの一態様２０２を示す概略図である。ＦＡＣＴ２０２は、電極１１２および１５４がアースされ、電気回路１４２がフローティングしている図１Ｃに示す適用例と同様に使用される。ＦＡＣＴ２０２の要素の、図１Ｂを参照して説明したＦＡＣＴ１００および図２Ａを参照して説明したＦＡＣＴ２００の要素に対応するものについては同じ参照符号で示し、ここで再度説明しない。ＦＡＣＴ２０２は、音響減結合器１３０の両側の電極１１４と電極１２２との間に接続されているインダクタ１８０、および音響減結合器１７０の両側の電極１５４と電極１６２との間に接続されているインダクタ１８１を有している。インダクタ１８０および１８１によって、電気回路１４１と電気回路１４２との間の電流が小さくなるので、ＦＡＣＴ２０２のコモンモード除去比は、ＦＡＣＴ１００より大きくなる。インダクタ１８０によりさらに、入力マッチングが向上する。
インダクタ１８０、ならびに寄生キャパシタＣｐおよび端子間容量Ｃ０の並列の組合せは、ＦＡＣＴ２０２の通過帯域内の共振周波数を有する並列共振回路１８２を形成する。インダクタ１８１および寄生キャパシタＣｐ’は、ＦＡＣＴ２０２の通過帯域で共振周波数を有する並列共振回路１８３を形成する。一態様では、並列共振回路１８２および１８２はそれぞれ、ＦＡＣＴ２０２の通過帯域の中心周波数に等しい共振周波数を有する。並列共振回路１８２および１８３のインピーダンスは、信号周波数とそれぞれの共振回路の共振周波数との関係に依存し、共振周波数で最大となる。共振周波数を上回る信号周波数および共振周波数を下回る信号周波数では、並列共振回路１８２および１８３のインピーダンスは、共振周波数でのインピーダンスに比べて小さいが、寄生キャパシタＣｐおよびＣｐ’のみの、ＦＡＣＴ２０２の通過帯域での任意の信号周波数でのインピーダンスよりも実質的に大きい。したがって、並列共振回路１８２および１８３を介して電気回路１４１および電気回路１４２を流れる電流は、寄生キャパシタＣｐおよびＣｐ’のみを介して流れた場合よりも小さい。結果として、ＦＡＣＴ２０２のコモンモード除去比は、図１Ｃに示す適用例のＦＡＣＴ１００よりも大きくなる。
図２Ａに示すＦＡＣＴ２００では、インダクタ１８０は、電気回路１４１と電気回路１４２とをＤＣで相互接続する。したがって、ＦＡＣＴ２００は、電気回路１４１と電気回路１４２とでのＤＣでの電気的絶縁を提供することはない。図３Ａは、本発明によるＦＡＣＴの一態様３００を示す概略図であり、この態様はさらに、電気回路１４１と１４２との間の電気的絶縁を、インダクタ１８０と直列に接続された分離キャパシタ１８４の降伏電圧までのＤＣ電圧で提供する。ＦＡＣＴ３００は、端子１４４に接続されている電極１１２および１５４がアースされ、センタータップ１４７に接続されている電極１２２および１６２もアースされている図１Ｂに示す適用例と同様に使用される。図３Ａに示すＦＡＣＴ３００の要素で、図２Ａに示すＦＡＣＴ２００の要素に対応するものについては、同じ参照符号を用いて示し、再度説明はしない。
ＦＡＣＴ３００では、絶縁キャパシタ１８４およびインダクタ１８０が、音響減結合器１３０の両側の電極１１４と１２２との間で直列に接続されている。上述のように、インダクタ１８０、ならびに寄生キャパシタＣｐおよび電極間容量Ｃ０の並列の組合せは、電気回路１４１と電気回路１４２との間の電流を減少させる並列共振回路１８２を形成する。さらにインダクタ１８０は、絶縁キャパシタ１８４を備えている直列共振回路を形成する。通常、絶縁キャパシタ１８４の容量は、寄生キャパシタＣｐと電極間容量Ｃ０との並列の組合せの少なくとも４倍であり、これにより、インダクタ１８０および絶縁キャパシタ１８４の直列共振周波数は、インダクタ１８０ならびに寄生容量Ｃｐおよび電極間容量Ｃ０との並列の組合せの並列共振周波数より少なくとも１オクターブ低くなる。これによって、直列共振周波数は、ＦＡＣＴ３００の通過帯域外へ押しやられる。その結果、絶縁キャパシタ１８４が、ＦＡＣＴ３００の通過帯域での並列共振の周波数応答に与える作用は無視できる程度となる。別の態様では、絶縁キャパシタ１８４の容量を、上述したよりも小さくすることができるが、その場合、絶縁キャパシタ１８４の、ＦＡＣＴ３００の通過帯域での並列共振の周波数応答への作用は、さらに小さくなる。
図３Ｂは、本発明によるＦＡＣＴの一態様３０２を示す概略図である。ＦＡＣＴ３０２は、電極１１２および１５４がアースされ、電気回路１４２がフローティングしている図１Ｃに示す例と同様に使用される。図３Ｂに示すＦＡＣＴ３０２の要素で、図２Ｂに示すＦＡＣＴ２０２の要素に対応するものについては、同じ参照符号を用いて示し、再度説明はしない。ＦＡＣＴ３０２は、音響減結合器１３０の両側の電極１１４と電極１２２との間に直列に接続されているインダクタ１８０および絶縁キャパシタ１８４、ならびに音響減結合器１７０の両側の電極１５４と電極１６２との間に直列に接続されているインダクタ１８１および絶縁キャパシタ１８５を有している。
直列に接続されているインダクタ１８０および絶縁キャパシタ１８４は、電気回路１４１と電気回路１４２との間の電流を低減し、上述したようにＤＣで電気回路１４１を電気回路１４２から絶縁する。直列に接続されているインダクタ１８１および絶縁キャパシタ１８５は、電気回路１４１と電気回路１４２との間の電流を低減し、上述したものに類似の形式でＤＣで電気回路１４１を電気回路１４２から絶縁する。
図４Ａ〜４Ｃは、薄膜音響結合変成器（ＦＡＣＴ）モジュールの一態様４００の平面図よび２つの断面図であり、このモジュールは、以下に説明するコモンモード除去比の高いＦＡＣＴの実施態様の一部を形成する。ＦＡＣＴモジュール４００の要素で、図１Ａおよび１Ｂを参照して説明したＦＡＣＴ１００の要素に対応するものについては、同じ参照符号を用い、ここで再度説明しない。
ＦＡＣＴモジュール４００は、基板１０２と、減結合された積層バルク音響共振器（ＤＳＢＡＲ）１０６および１０８とからなっている。各ＤＳＢＡＲは、下側薄膜バルク音響共振器（ＦＢＡＲ）と、上側ＦＢＡＲと、ＦＢＡＲ間の音響減結合器とからなっている。ＦＡＣＴモジュール４００はさらに、ＤＳＢＡＲ１０６の下側ＦＢＡＲ１１０とＤＳＢＡＲ１０８の下側ＦＢＡＲ１５０とを接続する第１の電気回路、ならびにＤＳＢＡＲ１０６の上側ＦＢＡＲ１２０とＤＳＢＡＲ１０８の上側ＦＢＡＲ１６０とを接続する電気回路からなっている。
ＤＳＢＡＲ１０６において、ＦＢＡＲ１１０は、向かい合う平面電極１１２および１１４と、これらの電極間に設けられている圧電要素１１６とからなっており、ＦＢＡＲ１２０は、向かい合う平面電極１２２および１２４と、これらの電極間に設けられている圧電要素１２６とからなっている。ＤＳＢＡＲ１０８において、ＦＢＡＲ１５０は、向かい合う平面電極１５２および１５４と、これらの電極間に設けられている圧電要素１５６とからなっており、ＦＢＡＲ１６０は、向かい合う平面電極１６２および１６４と、これらの電極間に設けられている圧電要素１６６とからなっている。
ＦＡＣＴモジュール４００では、ＤＳＢＡＲ１０６において、音響減結合器１３０は、下側ＦＢＡＲ１１０と上側ＦＢＡＲ１２０との間に配置されており、特に、下側ＦＢＡＲ１１０の電極１１４と上側ＦＢＡＲ１２０の電極１２２との間に配置されている。音響減結合器１３０は、ＦＢＡＲ１１０と１２０との間の音響エネルギーの結合を制御する。音響減結合器１３０は、ＦＢＡＲ１１０と１２０との間の音響エネルギーの結合を、ＦＢＡＲが直接的に互いに接触している場合の結合より弱める。さらに、ＤＳＢＡＲ１０８においては、音響減結合器１７０は、ＦＢＡＲ１５０と１６０との間、特に、下側ＦＢＡＲ１５０の電極１５４と上側ＦＢＡＲ１６０の電極１６２との間に配置されている。音響減結合器１７０は、ＦＢＡＲ１５０と１６０との間の音響エネルギーの結合を制御する。音響減結合器１７０は、ＦＢＡＲ１５０と１６０との間の音響エネルギーの結合を、ＦＢＡＲが直接的に互いに接触している場合の結合より弱める。音響減結合器１３０および１７０によって規定される音響エネルギーの結合によって、ＦＡＣＴモジュール４００の通過帯域の帯域幅が決定される。
図４Ａ〜４Ｃに示す例では、音響減結合器１３０および１７０はそれぞれ、音響減結合層１３１の部分をなしている。音響減結合層１３１は、音響減結合材料の層である。音響減結合層１３１の音響減結合材料の重要な特性の１つは、ＦＢＡＲ１１０、１２０、１５０および１６０とは大きく異なる音響インピーダンスを有することである。音響減結合材料の別の重要な特性は、高い電気抵抗および低い誘電率であり、これにより、第１のＦＡＣＴと第２のＦＡＣＴとの間での電気的絶縁が得られる。
音響減結合層１３１は、電極１１４との電極１２２と間および電極１５４と電極１６２との間で、周波数がＦＡＣＴモジュールの通過帯域の中心周波数に等しい音響信号の、音響減結合材料における波長λｎの４分の１の奇整数倍に等しい公称厚みｔを有する、つまりｔ＝（２ｍ＋１）λｎ／４［式中、ｍは０より大きい整数］である。このような音響減結合器は、ＦＡＣＴモジュール４００の通過帯域の中心周波数に名目上等しい周波数を有する音響信号に、π／２ラジアンの奇整数倍の位相変化をもたらす。別態様では、公称厚みとλｎ／４の約±１０％だけ異なる音響減結合層を使用することができる。この範囲外の許容誤差の厚みは、動作中いくらかの性能低下を伴うが、使用可能である。しかし、音響減結合層１３１の厚みは、λｎ／２の整数倍とは大きく異なっているのが望ましい。
上式で整数ｍがゼロ（ｔ＝λｎ／４）である場合の音響減結合層１３１の一態様を組み込んでいるＦＡＣＴモジュール４００の態様は、音響減結合層の公称厚みがλｎ／４より大きい（ｍ＞０である）態様に比べ、理想的な周波数応答に実質的により近い周波数応答を有している。このような音響共振層の一態を、最小厚み音響減結合層と呼ぶ。最小厚み音響減結合器は、周波数がＦＡＣＴモジュール４００の通過帯域の中心周波数に名目上等しい音響信号に、π／２ラジアンの位相変化をもたらす。最小厚み音響減結合層を有するＦＡＣＴモジュールの態様の周波数応答は、音響減結合層の公称厚みが最小厚みより厚い態様によって示される上述の偽応答アーチファクトを有していない。上述のように、これまでの技術では、滑らかな周波数応答を得るのに、実質的に大きな容量を有する寄生キャパシタＣｐという犠牲を払っており、したがって、滑らかな周波数応答を有する態様は、通常、低いコモンモード除去比を有していた。本発明によるＦＡＣＴの態様では、インダクタを用いて、最小厚み音響減結合層により生じる高い寄生容量の作用を低減する。したがって、本発明によるＦＡＣＴの態様は、最小厚み音響減結合層によって提供される高いＣＭＲＲおよび滑らかな周波数応答を有している。
インダクタ、または直列に接続したインダクタおよび阻止キャパシタを、構成要素ＦＢＡＲ間の寄生容量の作用を減じるために１つ以上のＤＳＢＡＲを組み込んでいる任意のデバイス、例えば音響結合変成器もしくは帯域通過フィルタ内の音響減結合器の両側に配置された電極間に接続することができる。上記デバイスを、一般にＤＳＢＡＲデバイスと呼ぶ。寄生容量の作用を低減することにより、任意のＤＳＢＡＲデバイスにおいて最小厚み音響減結合器を使用する利点を得ることができる。
多くのプラスチック材料が、上記範囲の音響インピーダンスを有しており、上述の厚み範囲内の均一な厚みを有する層に適用可能である。したがって、このようなプラスチック材料は、潜在的に、音響減結合器１３０および１７０を有する音響減結合層１３１の音響減結合材料としての使用のために適している。しかし、音響減結合材料は、音響減結合層１３１を電極１１４および１５４上に堆積させて音響減結合器１３０および１７０が形成された後に実施される製造操作の温度条件に対しても耐性がなければならない。電極１２２、１２４、１６２および１６４および圧電要素１２６および１６６は、音響減結合層１３１を堆積させた後にスパッタリングによって堆積させる。この堆積プロセス中は、温度は３００℃までに達する。したがって、そのような温度でも安定を維持するプラスチックを、音響減結合材料として使用する。
一態様では、層１３１の音響減結合材料としてポリイミドを使用する。ポリイミドは、E. I. du Pont de Nemours and CompanyよりKapton（登録商標）の商標で販売されている。このような態様では、音響減結合器１３０および１７０は、電極１１４および１５４にスピンコーティングによって塗布されたポリイミドの層１３１からなっている。ポリイミドは、約４メガレイリー（Mrayl）の音響インピーダンスを有する。
別の態様では、層１３１の音響減結合材料としてポリ（ｐ−キシリレン）を使用する。この態様では、音響減結合器１３０および１７０は、電極１１４および１５４に真空蒸着によって塗布されたポリ（ｐ−キシリレン）の層１３１からなっている。ポリ（ｐ−キシリレン）は、パリレンとしても当分野で知られている。パリレン製造の原料となる二量体の前駆体であるジ−ｐ−キシリレン、およびパリレンの層の真空蒸着を実施するための装置は、多くの製造業者より入手可能である。パリレンは、約２．８Mraylの音響インピーダンスを有する。
別の態様では、音響減結合層１３１の音響減結合材料は、架橋ポリフェニレンポリマーである。このような態様では、音響減結合層１３１は、架橋ポリフェニレンポリマーの層である。架橋ポリフェニレンポリマーは、集積回路での使用のための低誘電定数の誘電材料として得られ、したがって、ＦＢＡＲ１２０および１６０の後続の製造過程中に音響減結合層１３１が晒される高温で安定を維持する。発明者は、架橋ポリフェニレンポリマーがさらに、約２Mraylの計算上の音響インピーダンスを有することを見いだした。この音響インピーダンスは、有用な通過帯域幅を有するＦＡＣＴモジュール４００を提供する音響インピーダンスの範囲内にある。
重合して、それぞれの架橋ポリフェニレンポリマーを形成する様々なオリゴマーを含む前駆体溶液は、The Dow Chemical Company, Midland, MIによりSiLKの商標で販売されている。この前駆体溶液を、スピンコーティングによって塗布する。SiLK（登録商標）Jという前記前駆体溶液の１つから得られた架橋ポリフェニレンポリマーは、追加的に接着促進剤を含み、２．１Mrayl、つまり、約２Mraylの計算上の音響インピーダンスを有する。
重合して架橋ポリフェニレンポリマーを形成するオリゴマーを、ビスシクロペンタジエノンモノマーおよび芳香族アセチレン含有のモノマーから調製する。このようなモノマーの使用により、不適切な置換を行う必要なく、溶解性オリゴマーが形成される。前駆体溶液は、γ−ブチロラクトンおよびシクロヘキサノン溶剤中に溶解させた特定のオリゴマーを含む。前駆体溶液をスピンコートする場合には、前駆体溶液中のオリゴマーの割合によって層厚みが決定される。塗布後、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したポリマーを形成する。ビスシクロペンタジエノンは、４＋２付加環化反応でアセチレンと反応し、新たな芳香族環を形成する。さらなる硬化によって、架橋ポリフェニレンポリマーが得られる。上記のポリフェニレンポリマーは、Godschalxらによる米国特許第５９６５６７９号明細書により開示されている。さらなる実用的な詳細については、MartinらによってDevelopment of Low-Dielectric Constant Polymer for the Fabrication of Integrated Circuit Interconnect, 12 ADVANCED MATERIALS, 1769 (2000)に記載されている。ポリイミドと比較して、架橋ポリフェニレンポリマーは、より低い音響インピーダンス、より低い音響減衰およびより低い誘電定数を有している。さらに、前駆体溶液のスピンオン層によって、２００ｎｍのオーダーの厚みを有する架橋ポリフェニレンポリマーの高品質薄膜を製造することが可能である。
別の態様では、音響減結合器１３０および１７０は、John D. Larson IIIおよびStephen Ellisによる、Pass Bandwidth Control in Decoupled Stacked Bulk Acoustic Resonator Devicesとの名称の米国特許出願第ＸＸ／ＸＸＸ，ＸＸＸ号明細書に記載されているような異なる音響インピーダンスを有する音響減結合材料の音響減結合層（図示せず）からなる。音響減結合層全体の音響インピーダンスおよび厚みによって、音響減結合器１３０および１７０のインピーダンスおよびそれらがもたらす位相変化が規定される。また、音響減結合器の音響インピーダンスが、ＦＡＣＴモジュール４００の通過帯域幅を規定する。
一態様では、音響減結合器は、架橋ポリフェニレンポリマーの音響減結合層からなる。このような音響減結合器は、音響減結合器が、ポリイミドの単一の音響減結合層１３１からなる態様または架橋ポリフェニレンポリマーの音響減結合層１３１からなる態様の通過帯域幅の間の中間の通過帯域幅を有するＦＡＣＴモジュール４００の一態様を提供する。
別の態様では、音響減結合層１３１の音響減結合材料は、ＦＢＡＲ１１０および１２０の材料とは実質的に異なる音響インピーダンスを有する。この特性を有する材料は現時点では知られていないが、このような材料は、もしくはより低い音響インピーダンスのＦＢＡＲ材料が将来的に入手可能となりうる。このような高音響インピーダンスの音響減結合材料の音響減結合層１３１の厚みは、上述の通りである。
別の態様（図示せず）では、音響減結合器１３０および１７０はそれぞれ、高音響インピーダンスのブラッグ要素間に挟まれた低音響インピーダンスのブラッグ要素からなるブラッグ構造を有している。低音響インピーダンスのブラッグ要素は、低い音響インピーダンスの材料の層であり、高音響インピーダンスのブラッグ要素はそれぞれ、高い音響インピーダンスの材料である。ブラッグ要素の音響インピーダンスは、互いに、さらには、層１１６、１２６、１５６および１６６の圧電材料の音響インピーダンスに対して「低い」および「高い」ものとして特徴付けられる。ブラッグ要素の少なくとも１つはさらに、高い電気抵抗および低い誘電率を有しており、これにより、ＦＡＣＴモジュール４００の入力と出力との間の電気的絶縁が得られる。
ブラッグ要素を含んでいる各層は、ＦＡＣＴモジュール４００の中心周波数に等しい周波数を有する音響信号の、層の材料における波長の４分の１の奇整数倍に等しい公称厚みを有している。別の態様では、公称厚みから波長の４分の１の約±１０％だけ異なる層を使用することもできる。この範囲外の許容誤差の厚みは、動作中いくらかの性能低下を伴うが、使用可能である。しかし、層の厚みは、波長の２分の整数倍とは著しく異なっているのが望ましい。
一態様では、低音響インピーダンスのブラッグ要素は、約１３Mraylの音響インピーダンスを有する二酸化シリコン（ＳｉＯ２）の層であり、高音響インピーダンスのブラッグ要素のそれぞれは、電極１１４、１２２、１５４および１６２と同じ材料、例えば、６３Mraylの音響インピーダンスを有するモリブデンの層である。高音響インピーダンスのブラッグ要素およびＦＢＡＲ１１０、１２０、１５０および１６０の電極に対して同じ材料を使用することによって、高音響インピーダンスのブラッグ要素がさらに、音響減結合要素に隣接するＦＢＡＲの電極として機能する。
ＤＳＢＡＲ１０６およびＤＳＢＡＲ１０８は、基板１０２内で画定された空洞１０４上に浮かせられて互いに隣接して配置されている。ＤＳＢＡＲを空洞上に浮かせることによって、各ＤＳＢＡＲ内の積層ＦＢＡＲが機械的に共振することができる。積層ＦＢＡＲを機械的に共振させる別の浮かせ方法も可能である。例えば、ＤＳＢＡＲは、Lakinによる米国特許第６１０７７２１号明細書に開示のように基板１０２内もしくは基板１０２上に形成された不整合音響ブラッグ反射器（図示せず）上に配置することもできる。
図２Ａを追加的に参照して説明すると、基板１０２の主表面上に配置されたボンディングパッド１３８が、ＦＡＣＴモジュール４００の電気回路１４１の単一端子１４３を提供している。基板１０２の主表面上に配置されたボンディングパッド１３２と、圧電要素１１６および１５６を提供する圧電層１１７の主表面上に配置されたボンディングパッド１７２は共に、電気回路１４１のアース端子１４４を構成する。基板の主表面上に設けられている相互接続パッド１７６、電極１５２から相互接続パッド１７６へ延びる電気トレース１７７、相互接続パッド１７６と電気的に接触する相互接続パッド１３６、電極１１４から相互接続パッド１３６へ延びる電気トレース１３７、および相互接続パッド１７６からボンディングパッド１３８へ延びる電気トレース１３９は、ＦＢＡＲ１１０の電極１１４をＦＢＡＲ１５０の電極１５２および単一端子１４３に電気的に接続させる電気回路１４１の一部を構成している。電極１１２からボンディングパッド１３２へ延びる電気トレース１３３、ボンディングパッド１３２からボンディングパッド１７２へと延びる電気トレース１６７、および電極１５４からボンディングパッド１７２へ延びる電気トレース１７３は、ＦＢＡＲ１１０の電極１１２を、ＦＢＡＲ１５０の電極１５４に電気的に接続させる電気回路１４１の一部を構成している。
ボンディングパッド１３４と、圧電要素１２６および１６６を提供する圧電層１２７の主表面上に配置されたボンディングパッド１７４は、電気回路１４２の単一端子１４５および１４６を構成する。音響減結合層１３１の主表面上に配置されているボンディングパッド１７８は、電気回路１４２のセンタータップ端子１４７を構成する。圧電層１２７の主表面上に配置されているボンディングパッド１６３および１６８は、付加的なアース接続を提供する。
音響減結合層１３１の面上で電極１２２と電極１６２との間に延びる電気トレース１７１、および電気トレース１７１とボンディングパッド１７８との間に延びる電気トレース１７９は、ＦＢＡＲ１２０およびＦＢＡＲ１６０を直列に、センタータップ端子１４７へと接続する電気回路１４２の一部を構成する。電極１２４とボンディングパッド１３４との間に延びる電気トレース１３５、および電極１６４とボンディングパッド１７４との間に延びる電気トレース１７５は、ＦＢＡＲ１２０およびＦＢＡＲ１６０を単一端子１４５および１４６に接続する電気回路１４２の一部を構成する。電気トレース１６９は、ボンディングパッド１６３とボンディングパッド１６８との間に延び、電気回路１４２のアース端子を提供する。この態様では、電気トレース１６９が付加的に、ボンディングパッド１７８へと延び、センタータップ端子１４７（図２Ａ）を電気回路１４２のアースへと接続する。
ＦＡＣＴモジュール４００と同様の何千ものＦＡＣＴが、ウェハ規模の製造によって同時に製造される。このようなウェハ規模の製造によって、ＦＡＣＴモジュールを安価に製造することができる。ＦＡＣＴモジュール４００の態様の製造に利用可能な、異なるマスクを用いた例示的な製造方法を以下に説明する。
図５に、本発明による増大させたＣＭＲＲを有するＦＡＣＴの第１の実施態様５００の平面図を示す。ＦＡＣＴ５００の要素で、図４Ａ〜４Ｃに示すＦＡＣＴモジュール４００に対応するものについては、同じ参照符号を用いて示し、再度説明はしない。
ＦＡＣＴ５００は、ＦＡＣＴモジュール４００、ドーターボード５１１、および面実装インダクタ５１３として示す例として実施されるインダクタ１８０（図２Ａ）からなっている。ドーターボード５１１の主表面５１５上の導電層において、ボンディングパッド５２１、５２２、５２３、５２４、５２５、５２６、５２７および５２８が、端子パッド５３１、５３２、５３３、５３４、５３５、５３６、５３７および５３８が、また取付けパッド５４１および５４３が画定されている。ドーターボード５１１の導電層において、ボンディングパッド５２１と端子パッド５３１との間に延びるトレース５５１、ボンディングパッド５２２と端子パッド５３２との間に延びるトレース５５２、ボンディングパッド５２３と端子パッド５３３との間に延びるトレース５５３、ボンディングパッド５２４と端子パッド５３４との間に延びるトレース５５４、ボンディングパッド５２５と端子パッド５３５との間に延びるトレース５５５、ボンディングパッド５２６と端子パッド５３６との間に延びるトレース５５６、ボンディングパッド５２７と端子パッド５３７との間に延びるトレース５５７、およびボンディングパッド５２８と端子パッド５３８との間に延びるトレース５５８も画定されている。
ドーターボード５１１の導電層において、ボンディングパッド５２６と取付けパッド５４１との間に延びるトレース５６１、およびボンディングパッド５２２と取付けパッド５４３との間に延びるトレース５６３も画定されている。
ＦＡＣＴモジュール４００には、ドーターボード５１１の主表面上に実装され、ボンディングパッド１７２、１３８、１３２、１６３、１３４、１７８、１７４および１６８は、ボンディングパッド５２１、５２２、５２３、５２４、５２５、５２６、５２７および５２８にそれぞれ対向している。ボンディングワイヤ５７１、５７２、５７３、５７４、５７５、５７６、５７７および５７８が、ＦＡＣＴモジュール４００のボンディングパッド１７２、１３８、１３２、１６３、１３４、１７８、１７４および１６８と、ドーターボード５１１のボンディングパッド５２１、５２２、５２３、５２４、５２５、５２６、５２７および５２８との間にそれぞれ延び、これらをそれぞれ電気的に接続している。
別の態様では、ＦＡＣＴモジュール４００には、基板１０２の、主表面１０３の反対側の主表面（図示せず）上に設けられている端子パッド（図示せず）が、図８Ａ〜８Ｃを参照して以下に説明するものと同様の方式で組み込まれている。端子パッドは、基板を通してボンディングパッド１７２、１３８、１３２、１６３、１３４、１７８、１７４および１６８に延びるビア（図示せず）によって電気的に接続されている。ボンディングパッド５２１、５２２、５２３、５２４、５２５、５２６、５２７および５２８はそれぞれ、ドーターボード５１１の主表面５１５上に、ＦＡＣＴモジュール４００上の端子パッドの位置に対応する位置に配置されている。ＦＡＣＴモジュール４００は、ドーターボード５１１上に実装され、この場合、はんだバンプもしくは別の適切な接続技術を用いて、ＦＡＣＴモジュール上の端子パッドが、ドーターボード上のボンディングパッドに接続される。
表面実装インダクタを、取付けパッド５４１および５４３上に取り付ける。別態様では、表面実装インダクタを、取付けパッド５４１および５４３に電気的に接続することもできる。
ＦＡＣＴ５００では、インダクタ５１３の一端部が、取付けパッド５４１、トレース５６１、ボンディングパッド５２６、ボンディングワイヤ５７６、ボンディングパッド１７８、トレース１７９およびトレース１７１の一部（図４Ａ）によって、ＦＢＡＲ１２０（図４Ｂ）の電極１２２に電気的に接続されている。さらに、インダクタ５１３のもう一方の端部が、取付けパッド５４３、トレース５６３、ボンディングパッド５２２、ボンディングワイヤ５７２、ボンディングパッド１３８、トレース１３９、相互接続パッド１７６および１３６ならびにトレース１３７によって、ＦＢＡＲ１１０の電極１１４に電気的に接続されている。よって、インダクタ５１３は、音響減結合器１３０の両側で、図２Ａに示す態様と同様の方式で、電極１１４および１２２に接続されている。
約１．９ＧＨｚの振動数で動作するように構成されたＦＡＣＴ５００であって、音響減結合器１３０および１７０が、ＦＡＣＴの通過帯域の中心周波数と周波数が等しい音響信号の、音響減結合材料での波長の４分の１に等しい公称厚みを有する例では、電極１１４と電極１２２との間の寄生キャパシタＣｐは、約１ｐＦであり、入力端子１４３と１４４（図２Ａ）との間の容量Ｃ０は約１ｐＦであり、インダクタ５１３のインダクタンスは約３．２ｎＨである。
図６に、本発明による増大させたＣＭＲＲを有するＦＡＣＴの第２の実施態様５０２の平面図を示す。ＦＡＣＴ５０２の要素で、図５に示すＦＡＣＴモジュール５００および図４Ａ〜４Ｃに示すＦＡＣＴモジュール４００に対応するものについては、同じ参照符号を用いて示し、これについて再度説明はしない。
ＦＡＣＴ５０２では、インダクタ１８０は、ドーターボード５１１の導電層に画定された螺旋状トレース５１４として実施される。この態様では、ドーターボード５１１は、多層ボードであり、トレース５６５は、ドーターボードの主表面５１５より下のレベルに設けられている。トレース５６５は、螺旋状トレース５１４およびトレース５６３に、ビア５１６を介して接続されている。別の態様では、インダクタ１８０は、ドーターボード５１１の導電層で画定された曲げられたトレースとして実施することができる。その場合、ドーターボード５１１は、多層ボードである必要はない。
図７に、本発明による増大したＣＭＲＲを有するＦＡＣＴの第３の実施態様５０４の平面図を示す。ＦＡＣＴ５０４は、電気回路１４１と１４２との間（図３Ａ）のＤＣ絶縁を提供する。ＦＡＣＴ５０４の要素で、図５に示すＦＡＣＴモジュール５００および図４Ａ〜４Ｃに示すＦＡＣＴモジュール４００に対応するものについては、同じ参照符号を用いて示し、再度説明はしない。
ＦＡＣＴ５０４は、ＦＡＣＴモジュール４００、ドーターボード５１１、面実装インダクタ５１３として示す例で実施されるインダクタ１８０（図３Ａ）、および面実装キャパシタ５１７として示す例で実施される絶縁キャパシタ１８４（図３Ａ）からなっている。さらに、ドーターボード５１１の主表面５１５上の導電層では、取付けパッド５４５および５４７ならびに導電トレース５６５および５６７が画定されている。導電トレース５６５は、取付けパッド５４３と取付けパッド５４５との間に延びており、導電トレース５６７は、取付けパッド５４７とボンディングパッド５２２との間に延びている。
表面実装インダクタ５１３を、上述のように取付けパッド５４１および５４３上に取り付ける。表面実装キャパシタ５１７を、取付けパッド５４５および５４７上に取り付ける。別の態様では、非表面実装インダクタ５１３を、取付けパッド５４１および５４３に電気的に接続し、かつ／または非表面実装絶縁キャパシタを取付けパッド５４５および５４７に電気的に接続することができる。図６を参照して上述した螺旋状トレース５１４に類似の、ドーターボード５１１の導電層で画定されたインダクタと、取付けパッド５４１および５４３および表面実装インダクタ５１３とは置き換え可能である。
ＦＡＣＴ５０４では、インダクタ５１３の一方の端部が、取付けパッド５４１、トレース５６１、ボンディングパッド５２６、ボンディングワイヤ５７６、ボンディングパッド１７８、トレース１７９（図４Ａ）およびトレース１７１の一部（図４Ａ）によって、ＦＢＡＲ１２０（図４Ｂ）の電極１２２に電気的に接続されている。インダクタ５１３のもう一方の端部は、取付けパッド５４３、トレース５６５および取付けパッド５４５によって、絶縁キャパシタ５１７の一方の端部に電気的に接続されている。絶縁キャパシタ５１７のもう一方の端部は、取付けパッド５４７、トレース５６７、ボンディングパッド５２２、ボンディングワイヤ５７２、ボンディングパッド１３８、トレース１３９、相互接続パッド１７６、相互接続パッド１３６ならびにトレース１３７によって、ＦＢＡＲ１１０の電極１１４に電気的に接続されている。よって、直列に接続されているインダクタ５１３および絶縁キャパシタ５１７は、図２Ａに示す態様と同様の方式で、音響減結合器１３０の両側で電極１１４および１２２に接続されている。
図５を参照して上で説明したものと同様の、寄生キャパシタＣｐが約１ｐＦでありかつ端子間容量Ｃ０が約１．２ｐＦである例では、絶縁キャパシタ５１７は、約８ｐＦの容量および電気回路１４１と１４２との間（図３Ａ）で規定される最小ＤＣ電圧よりも大きな降伏電圧を有している。
ＦＡＣＴ５００、６００および７００のそれぞれは、ドーターボード５１１を、ホストである電子デバイス（図示せず）、例えば携帯電話のプリント回路基板上に取り付け、端子パッド５３１、５３２、５３３、５３４、５３５、５３６、５３７および５３８と、これらにそれぞれ対応するプリント回路基板上のパッドとの間に電気的な接続を形成することによって使用される。ドーターボードをプリント回路基板上に取り付ける技術の多くは、当分野で公知であり、よって、それらについてここでは説明しない。ドーターボード５１１は、別の態様では、ホスト電子デバイスのプリント回路基板上に、フリップチップとしてもしくははんだバンプを使用して取り付けることができる。
図８Ａ、８Ｂおよび８Ｃは、それぞれ、本発明による高ＣＭＲＲを有するＦＡＣＴの第４の実施態様６００の、平面図、側面図および図８Ａの切断線８Ｃ−８Ｃに沿った断面図である。ＦＡＣＴ６００では、ＤＳＢＡＲ１０６および１０８、電気回路１４１および１４２ならびにインダクタ１８１が、ＦＡＣＴモジュールの基板がその一部となっている密封筐体内に封止されている。図８Ｄおよび８Ｅはそれぞれ、ＦＡＣＴモジュール４００の一態様６００、および環状ガスケット６０７と共にＦＡＣＴ６００を形成する補助基板６１１の平面図である。ＦＡＣＴ６００の要素で、図４Ａ〜４Ｃに示すＦＡＣＴモジュール４００に対応するものについては、同じ参照符号を用いて示し、再度説明はしない。
ＦＡＣＴ６００は、図４Ａ〜４Ｃを参照して上で説明したＦＡＣＴモジュール４００の態様６０１、補助基板６１１、環状ガスケット６０７、および面実装インダクタ６１３として示す例で具体化されているインダクタ１８０（図２Ａ）を備えている。図８Ｄは、ＦＡＣＴ６００の一部を形成するＦＡＣＴモジュール６０１の平面図である。ＦＡＣＴモジュール６０１は、図４Ａ〜４Ｃを参照して上で説明したＦＡＣＴ４００の態様の基板１０２よりもｘ方向およびｙ方向に拡張された基板６０２を有している。環状パッド６０５は、ＤＳＢＡＲ１０６および１０８（図４Ａ）ならびにボンディングパッド１７２、１３８、１３２、１６３、１３４、１７８、１７４および１６８の周りを囲む基板６０２の主表面６０９上に配置されている。ボンディングパッド１３２および１３８ならびに相互接続パッド１７６は、主表面６０９上に配置されている。環状ガスケット６０７は、通常、ｚ方向で、ＤＳＢＡＲ１０６またはＤＳＢＡＲ１０８のｚ方向寸法の合計より大きい寸法を有しており、環状パッド６０５に配置されている。
端子パッドは、基板６０２の主表面６１５上にボンディングパッド１７２、１３８、１３２、１６３、１３４、１７８、１７４および１６８のそれぞれに対向して配置されている。主表面６１５は、主表面６０９の反対側にある。導電ビアが、基板６０２を通って、接続パッド１３２、１３８、１７８、１６８および１７２のそれぞれから対応する取付けパッドへと延びている。ビア６２１、６２２、６２３、６２４、６２５、６２６、６２７および６２８の位置は、図８Ｄに点線で示す。図８Ｂの側面図に、主表面６１５上に配置された端子パッド６３１および６３８を示す。図８Ｃの断面図に、端子パッド６３２および６３６を示し、この端子パッド６３２および６３６は、ボンディングパッド１３８および１７８にそれぞれ対向して主表面６１５上に配置され、また基板６０２を通って延びるビア６２２および６２６によって、ボンディングパッド１３８および１７８にそれぞれ電気的に接続されている。
さらに図８Ｄを参照すると、円筒形の相互接続ポスト６７２および６７６が、ボンディングパッド１３８および１７８それぞれの表面上に配置されている。相互接続ポスト６７２および６７６は、ｚ方向で、ガスケット６０７のｚ方向の寸法以上の寸法を有している。
図８Ｅに、補助基板６１１の主表面６１７を示す。ＦＡＣＴ６００が組み立てられる際、主表面６１７は、基板６０２の主表面６０９の反対側にある。主表面６１７上には、環状パッド６１９、接続パッド６８２および６８６、取付けパッド６４１および６４２、ならびに電気トレース６６１および６６３が配置されている。一態様では、環状パッド６１９、接続パッド６８２および６８６、取付けパッド６４１および６４２、ならびに電気トレース６６１および６６３は、主表面６１７上に配置されている導電層（図示せず）に画定されている。
環状パッド６１９は、基板６０２上の環状パッド６０５と同様の形状および寸法を有し、ＦＡＣＴ６００が組み立てられる時にはガスケット６０７と係合する。接続パッド６８２および６８６は、ボンディングパッド１３８および１７８と類似の形状および寸法を有し、環状パッド６１９に対して主表面６１７上に配置されているので、環状パッド６１９をガスケット６０７と係合させる際に接続パッド６７２および６７６のそれぞれと係合する。相互接続ポスト６７２および６７６ならびにガスケット６０７の係合時の位置を、図８Ｅで点線で示す。電気トレース６６１は、接続パッド６８６から取付けパッド６４１へと延び、電気トレース６６３は、接続パッド６８２から取付けパッド６３４へと延びている。
表面実装インダクタ６１３を、取付けパッド６４１および６４３上に取り付ける。別態様では、表面実装インダクタを、取付けパッド６４１および６４３に電気的に接続することもできる。
ＦＡＣＴ６００では、インダクタ６１３の一方の端部が、取付けパッド６４１、トレース６６１、接続パッド６８６、接続ポスト６７６、ボンディングパッド１７８、トレース１７９およびトレース１７１の一部（図４Ａ）によって、ＦＢＡＲ１２０（図２Ｂ）の電極１２２に電気的に接続されている。さらに、インダクタ６１３のもう一方の端部が、取付けパッド６４３、トレース６６３、接続パッド６８２、接続ポスト６７２、ボンディングパッド１３８、トレース１３９、相互接続パッド１７６および１３６ならびにトレース１３７によって、ＦＢＡＲ１１０（図２Ｂ）の電極１１４に電気的に接続されている。よって、インダクタ６１３は、音響減結合器１３０の両側で、図２Ａに示す態様と同様の方式で、電極１１４および１２２に接続されている。
図６を参照して上で説明した螺旋状トレース５１４と同様のインダクタを、補助基板６１１の導電層において画定してもよいし、取付けパッド６４１および６４３ならびに表面実装インダクタ６１３と置き換えてもよい。図７を参照して上で説明した取付けパッド５４５および５４７と同様の追加的な取付けパッドをさらに、補助基板６１１の導電層に画定することができる。導電層において追加的に画定される電気トレースは、表面実装のもしくは別の方式で追加的な取付けパッド上に実装される絶縁キャパシタを、接続パッド６８２と６８６との間のインダクタに直列に電気的に接続させ、これにより、図３Ａ、３Ｂおよび７を参照して上で説明したものと同様の方式で電気回路１４１と１４２との間のＤＣ絶縁が得られる。
一態様では、ガスケット６０７は、封止材料の層で被覆された非密封材料からなっており、相互接続ポスト６７２および６７６は、導電材料の層で被覆された非密封材料からなっており、これについては、本開示の譲受人に譲渡されたLarson IIIらによる米国特許出願第１０／８９０３４３号明細書に開示されている。同じ材料もしくは異なる材料を、非密封材料および非導電材料として使用することができる。別の態様では、ガスケット６０７は、本開示の譲受人に譲渡されたMerchantらによる米国特許第６０９０６８７号明細書に記載されているように、シリコンで接合する材料からなっている。
ＦＡＣＴ６００は、ホスト電子デバイス（図示せず）のプリント回路基板上に実装し、端子パッド６３１〜６３８を、はんだバンプもしくは別の適切な取付けプロセスを用いてプリント回路基板上の対応するパッドに取り付けることによって、使用される。
ＦＡＣＴ６００を製造する例示的な方法を以下に説明する。単一のＦＡＣＴの製造について説明するが、このプロセスは、典型的には、ＦＡＣＴ６００と同一の何千ものデバイスが形成されるウェハにも適用することができる。
ＦＡＣＴモジュール６０２は、図１１Ａ〜１１Ｐを参照して以下に説明するものと同様のプロセスを用いて製造するが、別のマスクを使用してもよい。ＦＡＣＴモジュール製造プロセスの過程で堆積させる金属層の１つ、通常は第１の金属層をパターン化することによって、さらに、環状パッド６０４を基板６０２の主表面６０９上に画定する。
相互接続ポスト６７２および６７６ならびにガスケット６０７を、基板６０２のボンディングパッド１３８および１７８ならびに環状パッド６０９上にそれぞれ、適合材料、例えばポリイミドの層を主表面６０９に堆積させることによって形成する。適合材料の層を、フォトリソグラフィおよび現像溶剤を使用して、相互接続ポスト６７２および６７６ならびにガスケット６０７を画定することによってパターニングする。次に、相互接続ポストおよびガスケットを被覆材料で被覆する。相互接続ポスト６７２および６７６ならびにガスケット６０７を被覆するためには、シード層（例えばチタンの層）をまず、基板にスパッタリングし、相互接続ポスト６７２および６７６ならびにガスケット６０７以外の部分を全て除去する。さらに、相互接続ポスト６７２および６７６ならびにガスケット６０７に、導電性材料、例えば金の比較的厚い層を電気めっきする。被覆することによって、ガスケット６０７ならびに相互接続ポスト６７２および６７６は導電性となり、さらにガスケット６０７が、空気のような気体および水蒸気に対して耐性となる。
ビアを、基板６０２にボンディングパッド１７２、１３８、１３２、１６３、１３４、１７８、１７４および１６８が設けられている箇所に形成する。フォトリソグラフィおよび異方性エッチング、または別の適切な製造技術を使用して、それぞれ基板６０２、および基板６０２上に堆積された層がある場合にはその層を通って、上層のボンディングパッドに延びる穴を形成する。次に、銅もしくは金のような導電性材料で穴を充填する。導電性材料、例えば金の層（図示せず）を、基板６０２の主表面６１５上に堆積させる。この層をパターニングして、ビアのそれぞれ、ひいては接続パッド１７２、１３８、１３２、１６３、１３４、１７８、１７４および１６８のそれぞれに電気的に接続させる端子パッドを画定する。一態様では、主表面６１５上に金を蒸着させる。金をパターニングして端子パッドを画定する。続いて、さらに金をめっきすることによって端子パッドの厚みを増大させる。端子パッド６３１、６３２、６３６および６３８は、図８Ｂおよび８Ｃに示す。
導電材料（図示せず）の層を、補助基板６１１の主表面６１７上に、適切な堆積技術によって堆積させる。補助基板６１１は、通常、シリコン、セラミックスもしくは別の材料のウェハの一部である。セラミックスは、マイクロ波周波数での電気的損失が低いので有利である。導電材料は、通常、金または別の導電材料である。導電材料の層は、異なる材料の２つ以上の層からなっていてもよい。接続パッド６８２および６８６、取付けパッド６４１および６４３、電気トレース６６１および６６３ならびに環状パッド６１９を、適切な方法、例えばフォトリソグラフィおよびエッチングもしくはリフトオフ法を使用して、導電層に画定する。補助基板６１１上の接続パッド６８２および６８６の位置および形状、ならびに環状パッド６１９の位置および形状は、基板６０２上の相互接続ポスト６７２および６７６の位置および形状ならびにガスケット６０７の位置および形状にそれぞれ対応する。しかし、接続パッド６８２および６８６の形状は、相互接続ポスト６７２および６７６の断面形状とそれぞれ異なっていてもよい。
表面実装インダクタ６１３を、従来の表面実装技術を用いて、取付けパッド６４１および６４３上に取り付ける。キャパシタがインダクタ６１３と直列に接続されている図３Ａに示す一態様では、キャパシタを、それぞれの取付けパッド上に追加的に取付ける。インダクタ１８０を、補助基板６１１に堆積させた導電層に画定されている螺旋状もしくは曲げられたトレースとして実施する態様では、インダクタ実装プロセスを実施しない。
補助基板６１１を反転させ、基板６０２に対向させて配置し、その場合、環状パッド６１９ならびに取付パッド６８２および６８６が、ガスケット６０７ならびに相互接続ポスト６７２および６７６にそれぞれ整列するようにする。補助基板６１１を、基板６０２に向かって押し付け、基板６０２に接合させる。両基板を互いに押し付け合う場合、相互接続ポストの適合材料によって、相互接続ポストが、破砕もしくは破壊されることなく変形することが可能となり、ガスケット６０７の適合材料によって、ガスケットが破砕もしくは破壊されることなく変形することが可能となる。通常、基板６０２および６１１は、押し付け合わせる間に接合される。基板６０２および６１１の接合には、様々な公知のもしくは将来的に開発される接合技術を用いることができる。
一態様では、熱圧着が用いられる。このような態様では、相互接続ポスト６７２および６７６ならびにガスケット６０７を被覆するために使用する導電材料は、金（Ａｕ）である。基板６０２および６１１を接合させる前、スズ（Ｓｎ）の層を、金で被覆した相互接続ポストおよびガスケット上に堆積させる。その後、相互接続ポスト６７２および６７６ならびにガスケット６０７が、接続パッド６８２および６８６ならびに環状パッド６１９とそれぞれ密に接触するまで基板６０２よおび６１１を押し合わせ、アッセンブリを、相互接続ポストおよびガスケット上の金およびスズの被覆が融解し始めるまで加熱する。この時、被覆材料は、環状パッド６１９ならびに接続パッド６８２および６８６に接着する。続いて、アッセンブリを冷却する。融解した被覆材料は、アッセンブリの冷却によって固化し、この固化した材料は、接続パッド６８２および６８６と相互接続ポスト６７２および６７６との間のそれぞれの接合、ならびにガスケット６０７と環状パッド６１９との間の接合を形成する。金で被覆された相互接続ポストおよびガスケット上の追加的なスズの層は、熱圧着時の、より強固な接合の形成を助成する。
相互接続ポスト６７２および６７６ならびにガスケット６０７の適合材料によって、基板６１１上の相互接続ポスト６７２および６７６ならびにガスケット６０７が、補助基板６１１上の接続パッド６８２および６８６ならびに環状パッド６１９に密に接触することが可能となる。相互接続ポスト６７２および６７６ならびにガスケット６０７の適合材料によって、相互接続ポスト６７２および６７６が接続パッド６８２および６８６それぞれと低抵抗の電気的接触を形成するまで、ガスケット６０７が環状パッド６１９の全周辺部に沿って接触するまで、相互接続ポスト６７２および６７６ならびにガスケット６０７が変形することが可能となる。例えば、相互接続ポスト６７２および６７６ならびにガスケット６０７の製造での欠陥によって、相互接続ポスト６７２および６７６のいずれかもしくは両方が接続パッド６８２および６８６にそれぞれ接触する前に、ガスケット６０７が環状パッド６１９に接触する可能性がある。このような場合には、ガスケット６０７が変形して、相互接続ポストがそれらに対応する接触パッドに密に接触するまで、基板６０２および６１１をさらに押し付け合うことができる。同様に、相互接続ポスト６７２および６７６のいずれかもしくは両方、またはガスケット６０７の一部が変形して、ガスケットの全周辺部の、環状パッド６１９との密な物理的接触の形成が可能になる。接合の際の、相互接続ポストとこれらに対応する接触パッドとの間の、ならびにガスケット６０７と環状パッド６１９との間の密な物理的接触によって、相互接続ポストが、電極１１４および１１２ならびにインダクタ６１３の間の信頼性の高い、低インピーダンスの導電をもたらし、ガスケット６０７が、基板６０２および６１１ならびにガスケット６０７によって画定されるチャンバの信頼性の高い密な封止をもたらすことが可能になる。
密に封止されたチャンバを形成するための、基板６０２および６１１を組み立てる上述のプロセスは、上記の米国特許出願第１０／８９０３４３号明細書に、さらに、本発明の譲渡人に譲渡されたBaiによる米国特許出願第１０／７２３０９５号明細書より詳細に記載されている。
ホスト電子デバイス（図示せず）のプリント回路基板上に実装し、基板６０２の主表面６１５上の端子パッド、例えば端子パッド６３１、６３２、６３６および６３８を用いることによって、ＦＡＣＴ６００が使用される。
図２Ｂに示すＦＡＣＴ２０２、または図３Ｂに示すＦＡＣＴ３０２の実施態様では、追加的な相互接続ポスト（図示せず）をボンディングパッド１７２上に配置し、これにより、電極１５４から補助基板６１１への電気的接続が提供される。このような態様では、追加的な相互接続ポストに対応する接続パッド（図示せず）ならびに追加的な表面実装インダクタ（および任意の追加的な絶縁キャパシタ）を実装するための実装パッドが、補助基板６１１の導電層で画定される。追加的な電気トレース（図示せず）が、追加的なインダクタの別の端部を、接続パッド６８６に、直接的にもしくは追加的な絶縁キャパシタを介して接続させる。
図９Ａ、９Ｂは、それぞれ、本発明による高いＣＭＲＲを有する薄膜音響結合変成器（ＦＡＣＴ）の第５の実施態様７００の、平面図および図９Ａの切断線９Ｂ−９Ｂに沿った断面図である。ＦＡＣＴ７００では、インダクタは、図２Ａに示すものと同様の構成で、電極１１４と１２２との間で接続されている。インダクタは、図４Ａ〜４Ｃを参照して上で説明したＦＡＣＴモジュール４００の態様の一部を形成する基板に配置されている。ＦＡＣＴ７００の要素で、図４Ａ〜４Ｃを参照して上で説明したＦＡＣＴモジュール４００に対応するものについては、同じ参照符号を用いて示し、再度説明はしない。
ＦＡＣＴ７００は、図４Ａ〜４Ｃを参照して上で説明したＦＡＣＴモジュール４００の一態様７０１からなっている。ＦＡＣＴモジュール７０１では、基板７０２が、ＦＡＣＴ４００の態様の基板１０２に対してｘ方向に拡張されている。圧電材料層７１７および音響減結合層７３１は、基板７０２の拡張された部分上にさらに延びている。音響減結合層７３１の表面に配置されている導電層で画定されているインダクタ１８０（図２Ａ）は、螺旋状インダクタ７１３として実施される。
電気トレース７６３は、圧電層７１７の主表面上でｘ方向に、電極１１４から相互接続パッド７４１へと延びている。音響減結合層７３１はトレース７６３を覆っているが、音響減結合層７３１で画定されている窓７３３により、相互接続パッド７４１への到達が得られる。螺旋状インダクタ７１３は、層７３１の表面に配置される螺旋状トレース７１４として構成されている。窓７３３を介して相互接続パッド７４１に電気的に接触している相互接続パッド７４３は、螺旋状トレース７１４の内側端部に配置されている。電気トレース７６１は、音響減結合層７３１の平面上でｘ方向に、電極１２２から螺旋状トレース７１４の外側端部へと相互接続パッド７４１へと延びている。
図１０Ａおよび１０Ｂはそれぞれ、本発明による高いＣＭＲＲを有する薄膜音響結合変成器（ＦＡＣＴ）の第６の実施態様７０４の、平面図および図８Ａの切断線１０Ｂ−１０Ｂに沿った断面図である。ＦＡＣＴ７０４では、インダクタおよび絶縁キャパシタ５１７は、図３Ａに示す態様と同様の構造で、電極１１４および１２２の間で直列に接続されている。キャパシタおよびインダクタは、図４Ａ〜４Ｃを参照して上で説明したＦＡＣＴモジュール４００の一態様の一部を形成する基板上に配置されている。ＦＡＣＴ７００の要素で、図４Ａ〜４Ｃを参照して上で説明したＦＡＣＴモジュール４００および図９Ａおよび９Ｂを参照して上で説明したＦＡＣＴ７００の要素に対応するものについては、同じ参照符号で示し、ここで再度説明しない。
ＦＡＣＴ７０４は、基板７０２がｘ方向に拡張し、圧電層７１７および音響減結合層７３１が、基板７０２の拡張された部分上に延びているＦＡＣＴモジュール４００の上述の態様７０１からなっている。インダクタ１８０（図３Ａ）は、音響減結合層７３１の表面上に配置された導電層に画定されている螺旋状インダクタ７１３として実施されている。キャパシタ１８４（図３Ａ）は、誘電体として音響減結合層７３１の一部を有する平行板キャパシタ７１５として実施されている。
平行板キャパシタ７１５の一方のプレート７１８は、圧電層７１７の主表面上に配置されている。電気トレース７６３は、圧電層７１７の主表面上をｘ方向に、電極１１４からプレート７１８へと延びている。電気トレース７６５は、圧電層７１７の主表面上で約４５度で、プレート７１８の外側に位置する相互接続パッド７４５から、螺旋状インダクタ７１３の中心に配置された相互接続パッド７４１へと延びている。音響減結合層７３１は、トレース７６３、トレース７６５およびプレート７１８を覆っているが、音響減結合層７３１で画定されている窓７３３および窓７３５が、相互接続パッド７４１および７４５のそれぞれへの到達を提供している。
キャパシタ７１５のもう一方のプレート７１９および螺旋状インダクタ７１３は、音響減結合層７３１の主表面上に配置されている。螺旋状インダクタ７１３は、音響減結合層７３１の主表面上に配置された螺旋状トレース７１４として構成されている。電気トレース７６１は、音響減結合層７３１の表面上を、電極１３３から螺旋状トレース７１４の外側端部へと延びている。窓７３３を通して相互接続パッド７４１に電気的に接触する相互接続パッド７４３は、螺旋状トレース７１４の内側端部に配置されている。
電気トレース７６７は、音響減結合層７３１の主表面上をｙ方向に、プレート７１９から相互接続パッド７４７へと延びている。相互接続パッド７４７は、窓７３３を通して相互接続パッド７４５に電気的に接触し、インダクタ７１３およびキャパシタ７１５の電極１１４および１２２間での直列接続を完成させる。
いくつかの態様では、空洞１０４が延在し、追加的に螺旋状インダクタ７１３の下に延びている。これによって、インダクタと基板７０２の材料との間でさらなる絶縁が得られ、これにより、電気的損失が低減する。
図９Ａ、９Ｂ、１０Ａおよび１０Ｂに示す実施態様をベースとした図２Ｂおよび３Ｂに示す回路の実施態様では、基板７０２、圧電層７１７および音響減結合層７３１が、さらに＋ｘ方向に拡張されている。追加的な螺旋状インダクタは、基板の＋ｘ方向の追加的な拡張部上に配置されており、図２Ｂに示す電極１５４および１６２間で接続されている。別の態様では、追加的な平行板キャパシタと直列に接続されている追加的な螺旋状インダクタは、基板の＋ｘ方向の追加的な拡張部上に配置されており、図３Ｂに示す電極１５４および１６２間で接続されている。
図１０Ａおよび１０Ｂを参照して上で説明したＦＡＣＴ７０４を製造するために使用することができるプロセスを、次に、図１１Ａ〜１１Ｈの平面図および図１１Ｉ〜１１Ｐの断面図を参照して説明する。以下に説明するＦＡＣＴ７０４の態様の通過帯域は、１．９ＧＨｚの公称中心周波数を有している。別の周波数での動作のための態様の構造および製造方法も類似しているが、以下の例示とは異なる厚みおよび横方向の寸法を有する。さらに、異なるマスクを用いて、このプロセスは、図９Ａおよび９Ｂを参照して上で説明したＦＡＣＴ７００の態様ならびに図４Ａ〜４Ｃを参照して始めに説明したＦＡＣＴモジュール４００の様々な態様を製造するために使用することもできる。ＦＡＣＴ７０４と同様の極めて多くのＦＡＣＴが、ウェハ規模の製造によって同時に製造される。このようなウェハ規模の製造によって、ＦＡＣＴを安価に製造することができる。
単結晶シリコンのウェハを設ける。ウェハの構成要素の一部として、製造される各ＦＡＣＴに対して、基板をＦＡＣＴ７０４の基板７０２に対応させる。図１１Ａ〜１１Ｈおよび図１１Ｉ〜１１Ｐならびに以下の記述により、ウェハの一部内およびウェハの一部上でのＦＡＣＴ７０４の製造について説明する。ＦＡＣＴ７０４の製造時には、ウェハ上の別のＦＡＣＴを同様に製造する。
ＦＡＣＴ７０４の基板７０２を構成するウェハの一部は、選択的にウェットエッチングされ、空洞が形成される。充填材料の層（図示せず）をウェハの表面上に、各空洞が充填されるに足る厚みで堆積させる。続いて、ウェハの表面を平坦化し、充填材料で充填された各空洞を残す。図１１Ａおよび１１Ｉに、充填材料１０５で充填された基板７０２内の空洞１０４を示す。
一態様では、充填材料は、リンシリケートガラス（ＰＳＧ）であり、従来の低圧化学蒸着（ＬＰＣＶＤ）を用いて堆積させた。別の態様では、充填材料を、スパッタリングもしくはスピンコーティングによって堆積させることもできる。
第１の金属層を、基板７０２の表面および充填材料１０５上に堆積させる。第１の金属層を、図１１Ｂおよび１１Ｊに示すようにパターニングして、電極１１２、電極１５２、ボンディングパッド１３２、ボンディングパッド１３８および相互接続パッド１７６を画定する。パターニングによって、第１の金属層において、電極１１２とボンディングパッド１３２との間で延びる電気トレース１３３、電極１５２と相互接続パッド１７６との間で延びる電気トレース１７７、および相互接続パッド１７６とボンディングパッド１３８との間で延びる電気トレース１３９も画定する。
電極１１２および電極１５２の形状は、通常、ウェハの主表面に平行な面において、非対称である。形状が非対称であることによって、電極がそれらの一部をなしているＦＢＡＲ１１０およびＦＢＡＲ１５０（図２Ａ）での横モードが低減する。これについては、Larson IIIらによる米国特許第６２１５３７５号明細書に記載されている。電極１１２および電極１５２は、充填材料１０５の一部が晒されるように構成され、これにより、以下に説明するように充填材料をエッチングによって除去することが可能となる。
図２Ａをさらに参照すると、電極１１４および１５４は、以下に説明するように、第２の金属層で画定され、電極１２２および１６２は第３の金属層で画定され、電極１２４および１６４は第４の金属層で画定されている。電極を画定する金属層は、ウェハの主表面に平行なそれぞれの面で、ＦＢＡＲ１１０の電極１１２および１１４が同じ形状、寸法、向きおよび位置を有し、ＦＢＡＲ１２０の電極１２２および１２４が同じ形状、寸法、向きおよび位置を有し、ＦＢＡＲ１５０の電極１５２および１５４が同じ形状、寸法、向きおよび位置を有し、ＦＢＡＲ１６０の電極１６２および１６４が同じ形状、寸法、向きおよび位置を有しているように、パターニングされる。通常、電極１１４および１２２はさらに、同じ形状、寸法、向きおよび位置を有し、電極１５４および１６２はさらに、同じ形状、寸法、向きおよび位置を有している。
一態様では、各金属層の材料は、スパッタリングによって約３００ｎｍの厚みにまで堆積させたモリブデンである。各金属層において画定された電極は、約１２０００平方μｍの面積をそれぞれ有する五角形である。別の電極面積であれば、別の特性インピーダンスが得られる。別の態様では、金属層の材料として別の高融点金属、例えばタングステン、ニオブおよびチタンを使用することができる。別態様では、金属層はそれぞれ、１種以上の材料の層からなっていてよい。ＦＡＣＴ７０４の電極の材料を選択する際に考慮すべき要因の１つは、電極材料の音響学的特性である。ＦＡＣＴ７０４の残された金属部分の１種もしくは複数の材料の音響学的特性は、導電性のような他の特性よりも重要性は低い。よって、ＦＡＣＴ７０４の残された金属部分の材料は、電極の材料とは異なっていてよい。
圧電材料の層を堆積させ、図１１Ｃおよび１１Ｋに示すようにパターニングし、これにより、ＦＢＡＲ１１０の圧電要素１１６およびＦＢＡＲ１５０の圧電要素１５６を提供する圧電層７１７が画定される。圧電層７１７は、基板７０２上で、空洞１０４の広がりを越えて延びており、これにより、螺旋状インダクタ７１３およびキャパシタ７１５が支持される。圧電層７１７をパターニングし、充填材料１０５の表面の一部、ボンディングパッド１３２および１３８、ならびに相互接続パッド１７６を露出させる。圧電層７１７をさらにパターニングして、充填材料の表面の追加的な部分への到達を提供する窓１１９を画定する。
一態様では、圧電層７１７を形成するために堆積させた圧電材料および以下に説明する圧電層７２７は、スパッタリングによって約１．４μｍの厚みに堆積させた窒化アルミニウムである。圧電材料を、水酸化カリウム中でのウェットエッチングもしくは塩素ベースのドライエッチングによってパターニングする。圧電材料の別の材料には、酸化亜鉛、硫化カドミウムおよび分極強誘電性材料、例えばペロブスカイト型強誘電性材料が含まれ、ジルコン酸鉛、メタニオブ酸鉛、チタン酸バリウムが含まれる。
第２の金属層を、圧電層７１７上に堆積させ、図１１Ｄおよび１１Ｌに示すようにパターニングし、これにより、電極１１４、電極１５４、キャパシタ７１５（図１０Ａ）プレート７１８、ボンディングパッド１７２、相互接続パッド１７６と電気的に接触している相互接続パッド１３６、ならびに相互接続パッド７４１および７４５が画定される。
続いて、音響減結合材料の層を堆積させ、図１１Ｅおよび１１Ｍに示すようにパターニングし、これにより、音響減結合器１３０および音響減結合器１７０を提供する音響減結合層７３１が画定される。音響減結合層７３１は、基板７０２上で、空洞１０４の広がりを越えて延びており、これにより、キャパシタ７１５の誘電体、ならびに螺旋状インダクタ７１３のための支持体が提供される。音響減結合層７３１をパターニングし、少なくとも電極１１４および電極１５４を被覆して、充填材料１０５の表面の一部、ボンディングパッド１３２、１３８および１７２、ならびに相互接続パッド１３６および１７６を露出させる。音響減結合層７３１をさらにパターニングし、充填材料の表面の追加的な部分への到達を提供する窓１１９を画定し、相互接続パッド７４１および７４５へそれぞれ到達を提供する窓７３３および７３５を画定する。
一態様では、音響減結合材料は、ポリイミドであり、約２００ｎｍ、つまり、ポリイミドにおける中心周波数の波長の４分の１の厚みを有している。ポリイミドを堆積させ、スピンコーティングによって音響減結合層７３１を形成し、フォトリソグラフィによってパターニングする。ポリイミドは光感応性であるので、フォトレジストを用いる必要はない。上述のように、音響減結合材料として別のプラスチック材料を使用することもできる。音響減結合材料は、スピンコーティング以外の方法によっても堆積することができる。
音響減結合材料がポリイミドである態様では、ポリイミドを堆積させてパターニングした後、ウェハをまず空気中で温度約２５０℃で、最終的に窒素雰囲気のような不活性雰囲気中で温度約４１５℃で焼成し、その後、さらなるプロセスを実施する。この焼成により、ポリイミドの揮発性成分が蒸発し、後続プロセス中にこのような揮発性成分の蒸発が原因で、後から堆積させた層の分離が生じることを防止する。
第３の金属層を、音響減結合層７３１上に堆積させ、図１１Ｆおよび１１Ｎに示すようにパターニングし、これにより、電極１２２、電極１６２、螺旋状インダクタ７１３を構成する螺旋状トレース７１４、キャパシタ７１５（図１０Ａ）プレート７１９、ボンディングパッド１７８、相互接続パッド７４１と螺旋状トレース７１４の内側端部で電気的に接触している相互接続パッド７４３、ならびに相互接続パッド７４５と電気的に接触している相互接続パッド７４７が画定される。このパターニングによって、第３の金属層において、電極１２２と電極１６２との間に延びる電気トレース１７１、電気トレース１７１とボンディングパッド１７８との間に延びる電気トレース１７９、電極１２２と螺旋状トレース７１４の外側端部との間に延びる電気トレース７６１、プレート７１９と相互接続パッド７４７との間に延びる電気トレース７６７も画定される。
圧電材料の層を堆積させ、図１１Ｇおよび１１Ｏに示すようにパターニングし、これにより、ＦＢＡＲ１２０の圧電要素１２６およびＦＢＡＲ１６０の圧電要素１６６を提供する圧電層７２７が画定される。圧電層７２７をパターニングして、インダクタ７１３、キャパシタ７１５、ボンディングパッド１３２、１３８、１７８および１７２、相互接続パッド１３６および１７６、ならびに充填材料１０５の表面の一部を露出させる。圧電層７２７をさらにパターニングして、充填材料の表面の追加的な部分への到達を提供する窓１１９を画定する。
第４の金属層を、堆積させ、図１１Ｈおよび１１Ｐに示すようにパターニングして、電極１２４、電極１６４、ボンディングパッド１６３、ボンディングパッド１３４、ボンディングパッド１７４およびボンディングパッド１６８を画定する。パターニングによって、第４の金属層において、電極１２４とボンディングパッド１３４との間に延びる電気トレース１３５、電極１６４からボンディングパッド１７４へと延びる電気トレース１７５、ならびにボンディングパッド１６３およびボンディングパッド１６８からボンディングパッド１７８へと延びる電気トレース１６９も画定する。
その後、ウェハを等方性ウェットエッチングし、充填材料１０５を除去して空洞１０４を形成する。上述のように、充填材料１０５の表面の部分は、例えば窓１１９を介して露出されたままとなる。エッチングプロセスによって、図１０Ａおよび１０Ｂに示すように、空洞１０４に浮かせられたＦＡＣＴ７０４が残される。
一態様では、充填材料１０５を除去するために使用されるエッチャントは、希フッ化水素酸である。
金の保護層を、ボンディングパッド１７２、１３８、１３２、１６３、１３４、１７８、１７４および１６８の露出させた表面上に堆積させる。
その後、ウェハを、ＦＡＣＴ７０４を含む個々のＦＡＣＴに分割する。続いて、各ＦＡＣＴを、パッケージ内に実装し、電気的な接続を、ＦＡＣＴのボンディングパッド１７２、１３２、１６３、１３４、１７８、１７４および１６８と、パッケージの部分であるパッドとの間で形成する。
一態様では、ＦＡＣＴ７０４を、図８Ａ〜８Ｅを参照して上で説明したものと同様の密封パッケージ内にパッケージングする。しかし、インダクタ１８０と異なる構成要素、および任意にキャパシタ１８４を補助基板の表面上に実装することもできる。
別態様では、音響減結合層７３１の音響減結合材料は、架橋ポリフェニレンポリマーである。図１１Ｄおよび１１Ｌを参照して上述したように第２の金属層をパターニングして電極１１４および１５４を画定した後、架橋ポリフェニレンポリマーのための前駆体の溶液を、図１１Ｅおよび１１Ｍを参照して上述したものに類似の方式でスピンコーティングする。架橋ポリフェニレンポリマーの構造およびスピンスピードは、架橋ポリフェニレンポリマーが約１８７ｎｍの厚みの層を形成するように選択される。この厚みは、周波数がＦＡＣＴ７０４の通過帯域の中心周波数に等しい音響信号の、架橋ポリフェニレンポリマーでの波長λｎの４分の１に相当する。続いて、ウェハを、不活性雰囲気中、例えば真空下でもしくは窒素雰囲気中で、約３８５〜約４５０℃の温度で焼成し、その後、さらなるプロセスを実施する。この焼成によって、まず、前駆体溶液から有機溶剤が除かれ、続いて、前述のようにオリゴマーが架橋して、架橋ポリフェニレンポリマーが形成される。
その後、図１１Ｆを参照して上述したものと同様の方式で、第３の金属層を架橋ポリフェニレンポリマーの層上に堆積させるが、最初に、架橋ポリフェニレンポリマーの層をパターニングするために使用するハードマスクを画定する図１１Ｅに示したものと同様の方式でパターニングし、音響減結合層７３１を画定する。始めにパターニングした第３の金属層は、音響減結合層７３１と同じ広がりを有し、次の場所、すなわち、充填材料１０５の表面の一部上、ボンディングパッド１３２、１３８および１７２上、音響減結合層７３１の窓１１９、７３３および７３５の所定の箇所に窓を有している。
続いて、架橋ポリフェニレンポリマーの層を、図１１Ｅに示すようにパターニングし、この場合、最初にパターニングされる第３の金属層をハードマスクとして使用する。このパターニングによって、架橋ポリフェニレンポリマーの層における次の特徴部分が画定される。すなわち、音響減結合層７３１、充填材料１０５の表面の一部およびボンディングパッド１３２、１３８および１７２への到達を提供する窓、相互接続パッド７４１および７４５への到達をそれぞれ提供する窓７３３および７３５、ならびに充填材料の表面の追加的な部分への到達を提供する窓１１９である。このパターニングは、酸素プラズマエッチングによって行う。
続いて、第３の金属層を、図１１Ｆおよび１１Ｎに示すように再パターニングし、電極１２２、電極１６２、螺旋状インダクタ７１３を構成する螺旋状トレース７１４、キャパシタ７１５（図１０Ａ）のプレート７１９、ボンディングパッド１７８、螺旋トレース７１４の内側端部で相互接続パッド７４１と電気的に接触している相互接続パッド７４３、ならびに相互接続パッド７４５と電気的に接触している相互接続パッド７４７を画定する。この再パターニングによって、第３の金属層において、電極１２２と電極１６２との間に延びる電気トレース１７１、電気トレース１７１とボンディングパッド１７８との間に延びる電気トレース１７９、電極１２２と螺旋状トレース７１４の外側端部との間に延びる電気トレース７６１、ならびにプレート７１９と相互接続パッド７４７との間に延びる電気トレース７６７も画定する。
架橋ポリフェニレンポリマーの音響減結合層を備えているＦＡＣＴ７０４の態様の製造は、図１１Ｇ、１１Ｈ、１１Ｏおよび１１Ｐを参照して上に説明したプロセスを行うことによって終了する。
一態様では、架橋ポリフェニレンポリマーのための前駆体溶液は、The Dow Chemical CompanyのSiLK（登録商標） Jとの名で販売されているものである。したがって、前駆体溶液は、The Dow Chemical CompanyによりSiLKとの名で販売されている前駆体溶液の適切な任意のものであってよい。ある態様によれば、前駆体溶液をスピンコートする前に、接着促進剤の層を堆積させる。硬化させた時に、約２Mraylの音響インピーダンスを有する架橋ポリフェニレンポリマーを形成するオリゴマーを含む前駆体溶液は、現在、別の製造業者から入手可能であるかまたは将来的に使用することができる。
以上の開示により、例示的な実施例を用いて本発明を詳説した。しかし、本発明は、添付の特許請求の範囲によって規定されるものであって、説明した詳しい実施態様に制限されることはない。
従来技術による１：４または４：１薄膜音響結合変成器（ＦＡＣＴ）の一態様の電気回路の概略図である。 センタータップがアースされている場合の、図１Ａに示すＦＡＣＴに存在する寄生キャパシタを示す概略図である。 センタータップがフローティングしている場合の、図１Ａに示すＦＡＣＴに存在する寄生キャパシタを示す概略図である。 本発明による高コモンモード除去比（ＣＭＲＲ）を有する薄膜音響結合変成器（ＦＡＣＴ）の、例示的なアースされたセンタータップの概略図である。 本発明による高ＣＭＲＲを有するＦＡＣＴの、例示的なフローティングしているセンタータップの概略図である。 本発明による高ＣＭＲＲを有するＦＡＣＴの、例示的なアースされたセンタータップの概略図であり、一次側と二次側との間にＤＣ絶縁を提供している。 本発明による高ＣＭＲＲを有するＦＡＣＴの、例示的なフローティングしているセンタータップの概略図であり、一次側と二次側との間にＤＣ絶縁を提供している。 本発明によるＦＡＣＴの実施態様のベースを構成する高ＣＭＲＲを有するＦＡＣＴモジュールの平面図である。 図４Ａの切断線４Ｂ−４Ｂに沿った断面図である。 図４Ａの切断線４Ｃ−４Ｃに沿った断面図である。 本発明による高ＣＭＲＲを有するＦＡＣＴの第１の実施態様の平面図である。 本発明による高ＣＭＲＲを有するＦＡＣＴの第２の実施態様の平面図である。 本発明による高ＣＭＲＲを有するＦＡＣＴの第３の実施態様の平面図であって、一次側と二次側との間にＤＣ絶縁を提供する。 本発明による高ＣＭＲＲを有するＦＡＣＴの第４の実施態様の平面図である。 本発明による高ＣＭＲＲを有するＦＡＣＴの第４の実施態様の側面図である。 図８Ａの切断線８Ｃ−８Ｃに沿った断面図である。 図８Ａに示すＦＡＣＴの一部を構成する基板の平面図である。 図８Ｃに示すＦＡＣＴの一部を構成する基板の平面図である。 本発明による高ＣＭＲＲを有するＦＡＣＴの第５の実施態様の平面図である。 図９Ａの切断線９Ｂ−９Ｂに沿った断面図である。 本発明による高ＣＭＲＲを有するＦＡＣＴの第６の実施態様の平面図であり、一次側と二次側との間にＤＣ絶縁を提供する。 図１０Ａの切断線１０Ｂ−１０Ｂに沿った断面図である。 図１０Ａおよび１０Ｂに示すＦＡＣＴの態様の製造で使用されるプロセスの一過程を示す平面図である。 図１０Ａおよび１０Ｂに示すＦＡＣＴの態様の製造で使用されるプロセスの一過程を示す平面図である。 図１０Ａおよび１０Ｂに示すＦＡＣＴの態様の製造で使用されるプロセスの一過程を示す平面図である。 図１０Ａおよび１０Ｂに示すＦＡＣＴの態様の製造で使用されるプロセスの一過程を示す平面図である。 図１０Ａおよび１０Ｂに示すＦＡＣＴの態様の製造で使用されるプロセスの一過程を示す平面図である。 図１０Ａおよび１０Ｂに示すＦＡＣＴの態様の製造で使用されるプロセスの一過程を示す平面図である。 図１０Ａおよび１０Ｂに示すＦＡＣＴの態様の製造で使用されるプロセスの一過程を示す平面図である。 図１０Ａおよび１０Ｂに示すＦＡＣＴの態様の製造で使用されるプロセスの一過程を示す平面図である。 図１０Ａおよび１０Ｂに示すＦＡＣＴの態様の製造で使用されるプロセスの一過程を示す断面図である。 図１０Ａおよび１０Ｂに示すＦＡＣＴの態様の製造で使用されるプロセスの一過程を示す断面図である。 図１０Ａおよび１０Ｂに示すＦＡＣＴの態様の製造で使用されるプロセスの一過程を示す断面図である。 図１０Ａおよび１０Ｂに示すＦＡＣＴの態様の製造で使用されるプロセスの一過程を示す断面図である。 図１０Ａおよび１０Ｂに示すＦＡＣＴの態様の製造で使用されるプロセスの一過程を示す断面図である。 図１０Ａおよび１０Ｂに示すＦＡＣＴの態様の製造で使用されるプロセスの一過程を示す断面図である。 図１０Ａおよび１０Ｂに示すＦＡＣＴの態様の製造で使用されるプロセスの一過程を示す断面図である。

Claims (11)

  1. 第１の減結合された積層型音響共振器（ＤＳＢＡＲ）および第２のＤＳＢＡＲであって、各ＤＳＢＡＲが、
    下側薄膜音響共振器（ＦＢＡＲ）および該下側ＦＢＡＲ上に積層された上側ＦＢＡＲであって、各ＦＢＡＲが、向かい合う平面電極および該電極間の圧電要素を備えている、下側ＦＢＡＲおよび上側ＦＢＡＲ、および
    前記ＦＢＡＲ間の音響減結合器を備えている、第１のＤＳＢＡＲおよび第２のＤＳＢＡＲと、
    前記下側ＦＢＡＲを相互接続する第１の電気回路と、
    前記上側ＦＢＡＲを相互接続する第２の電気回路とを備えており、
    少なくとも１つのＤＳＢＡＲにおいて、前記音響減結合器と、該音響減結合器に隣接する、下側ＦＢＡＲの電極の一方と、当該音響減結合器に隣接する、上側ＦＢＡＲの電極の一方とが、寄生キャパシタを形成し、
    前記寄生キャパシタと電気的に並列に接続されているインダクタをさらに備え、
    前記インダクタと電気的に直列に接続されている絶縁キャパシタをさらに備えている、薄膜音響結合変成器（ＦＡＣＴ）。
  2. 前記ＦＡＣＴが通過帯域を有しており、
    前記インダクタおよび前記寄生キャパシタが、前記通過帯域内の共振周波数を有する並列共振回路の一部を構成する、請求項１に記載のＦＡＣＴ。
  3. 前記ＦＡＣＴが、ＤＳＢＡＲを支持するように配置された基板をさらに備えており、該基板が主表面を有しており、
    前記インダクタが、前記基板上に配置されている、請求項１または２に記載のＦＡＣＴ。
  4. 前記インダクタが、
    絶縁材料の層、および
    前記絶縁材料の層上に設けられている導電要素を備えている、請求項３に記載のＦＡＣＴ。
  5. 前記ＦＡＣＴが、
    ＤＳＢＡＲを支持する基板、および
    導電トレースを備えているドーターボードをさらに備えており、
    前記基板および前記インダクタが、前記導電トレースによって電気的に相互接続されているドーターボード上に実装されている、請求項１から４までのいずれか１項に記載のＦＡＣＴ。
  6. 前記ＦＡＣＴが、
    前記ＤＳＢＡＲを収容するパッケージをさらに備えており、該パッケージが
    前記ＤＳＢＡＲを支持する第１の基板、
    前記第１の基板に平行に設けられている第２の基板、および
    前記第１の基板と前記第２の基板との間に延びるガスケットを備えており、
    前記インダクタが、前記第２の基板上に実装されている、請求項１から４までのいずれか１項に記載のＦＡＣＴ。
  7. 前記基板および前記ガスケットが共に、前記ＤＳＢＡＲおよび前記インダクタが配置されている密封チャンバを画定している、請求項６に記載のＦＡＣＴ。
  8. 前記ＦＡＣＴが、パッケージをさらに備えており、該パッケージが、
    前記ＤＳＢＡＲを支持する第１の基板、
    前記第１の基板に平行に設けられている第２の基板、および
    前記第１の基板と前記第２の基板との間に延びるガスケットを備えており、
    前記インダクタが、前記第２の基板上に配置された金属層において画定されている、請求項１から４までのいずれか１項に記載のＦＡＣＴ。
  9. 前記パッケージが、前記第１の基板と前記第２の基板との間に延びる相互接続ポストをさらに備えており、
    前記相互接続ポストを介して、前記インダクタが前記寄生キャパシタの電極の一方と電気的に接続されている、請求項８に記載のＦＡＣＴ。
  10. 前記インダクタが、共振周波数を有する並列共振回路の一部であり、
    前記インダクタおよび前記絶縁キャパシタが、共振周波数から１オクターブより大きく異なる周波数での直列共振を有する、請求項１から９までのいずれか１項に記載のＦＡＣＴ。
  11. 前記絶縁キャパシタが、平行板の対と、該平行板間の誘電体とを備えており、
    前記平行板の一方と、前記寄生キャパシタの電極の一方とが、第１の共通導電層の一部となっており、
    前記平行板のもう一方と、前記寄生キャパシタの電極のもう一方とが、第２の共通導電層の一部となっており、
    前記絶縁キャパシタの誘電体および音響結合器が、第３の共通層の一部となっている、請求項項１から１０までのいずれか１項に記載のＦＡＣＴ。
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