KR20230090209A - 체적 음향 공진기 필터 및 체적 음향 공진기 필터 모듈 - Google Patents
체적 음향 공진기 필터 및 체적 음향 공진기 필터 모듈 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터는, 제1 및 제2 RF(Radio Frequency) 포트 사이에 주파수 대역을 형성하도록 연결된 복수의 체적 음향 공진기를 포함하고, 복수의 체적 음향 공진기 각각은, 제1 전극과, 제2 전극과, 제1 및 제2 전극 사이에 배치된 압전층을 포함하고, 복수의 체적 음향 공진기 중 적어도 일부는 공진주파수와 반공진주파수 간의 차이가 서로 다른 제1 및 제2 체적 음향 공진기이고, 제1 및 제2 체적 음향 공진기의 제1 및 제2 전극 총 두께 대비 압전층 두께 비율과 상기 제1 및 제2 체적 음향 공진기의 압전층 두께 중 적어도 하나는 서로 다를 수 있다.
Description
본 발명은 체적 음향 공진기 필터 및 체적 음향 공진기 필터 모듈에 관한 것이다.
최근 이동통신기기, 화학 및 바이오기기 등의 급속한 발달에 따라, 이러한 기기에서 사용되는 소형 경량필터, 오실레이터(Oscillator), 공진소자(Resonant element), 음향공진 질량센서(Acoustic Resonant Mass Sensor) 등의 수요가 증가하고 있다.
체적 음향 공진기는 이러한 소형 경량필터, 오실레이터, 공진소자, 음향공진 질량센서 등을 구현하는 수단으로 구성될 수 있으며, 유전체필터, Metal Cavity 필터, 도파관(Wave guide) 등과 비교하여 크기가 매우 작고 좋은 성능을 가지므로, 좋은 성능(예: 높은 quality factor, 작은 에너지 손실, 넓은 통과 대역폭)을 요구하는 현대의 모바일 기기의 통신모듈에 많이 이용되고 있다.
본 발명은 체적 음향 공진기 필터 및 체적 음향 공진기 필터 모듈을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터는, 제1 및 제2 RF(Radio Frequency) 포트 사이에 주파수 대역을 형성하도록 연결된 복수의 체적 음향 공진기를 포함하고, 상기 복수의 체적 음향 공진기 각각은, 제1 전극과, 제2 전극과, 상기 제1 및 제2 전극 사이에 배치된 압전층을 포함하고, 상기 복수의 체적 음향 공진기 중 적어도 일부는 공진주파수와 반공진주파수 간의 차이가 서로 다른 제1 및 제2 체적 음향 공진기이고, 상기 제1 및 제2 체적 음향 공진기의 제1 및 제2 전극 총 두께 대비 압전층 두께 비율과 상기 제1 및 제2 체적 음향 공진기의 압전층 두께 중 적어도 하나는 서로 다를 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터 모듈은, 제1 주파수 대역을 형성하고 제1 체적 음향 공진기를 포함하는 제1 체적 음향 공진기 필터; 및 제2 주파수 대역을 형성하고 제2 체적 음향 공진기를 포함하는 제2 체적 음향 공진기 필터; 를 포함하고, 상기 제1 및 제2 체적 음향 공진기 각각은, 제1 전극과, 제2 전극과, 상기 제1 및 제2 전극 사이에 배치된 압전층을 포함하고, 상기 제1 체적 음향 공진기의 공진주파수와 반공진주파수 간의 차이는 상기 제2 체적 음향 공진기의 공진주파수와 반공진주파수 간의 차이보다 크고, 상기 제1 체적 음향 공진기는 상기 제2 체적 음향 공진기의 제1 및 제2 전극 총 두께 대비 압전층 두께 비율보다 더 높은 압전층 두께 비율을 가지거나 상기 제2 체적 음향 공진기의 압전층 두께보다 더 두꺼운 압전층 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터 및 체적 음향 공진기 필터 모듈은, 롤 오프(roll off) 특성, 스커트(skirt) 특성 및/또는 감쇄(attenuation) 특성을 확보하면서 주파수 대역을 효율적으로 넓힐 수 있고, 내전압, 내전력 및/또는 방열 성능도 효율적으로 향상시킬 수 있으므로, 주파수 대역의 중심주파수를 안정적으로 높일 수 있다.
도 1a 내지 도 1e는 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터의 다양한 회로 구조를 예시한 도면이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터 모듈의 다양한 회로 구조를 예시한 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터의 대역을 예시한 도면이다.
도 3c 및 도 3d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터 모듈의 대역을 예시한 도면이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터의 형태를 예시한 사시도이다.
도 4b 및 도 4c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터 모듈의 형태를 예시한 사시도이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터 및 체적 음향 공진기 필터 모듈의 제1 및 제2 체적 음향 공진기의 다양한 구조들을 예시한 측면도이다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터 및 체적 음향 공진기 필터 모듈의 RF 포트의 다양한 형태들을 예시한 측면도이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터 모듈의 다양한 회로 구조를 예시한 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터의 대역을 예시한 도면이다.
도 3c 및 도 3d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터 모듈의 대역을 예시한 도면이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터의 형태를 예시한 사시도이다.
도 4b 및 도 4c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터 모듈의 형태를 예시한 사시도이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터 및 체적 음향 공진기 필터 모듈의 제1 및 제2 체적 음향 공진기의 다양한 구조들을 예시한 측면도이다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터 및 체적 음향 공진기 필터 모듈의 RF 포트의 다양한 형태들을 예시한 측면도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1a 내지 도 1e 및 도 3a를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터(100a, 100b, 100c, 100d, 100e)는, 제1 및 제2 RF 포트(P1, P2) 사이에 주파수 대역(BW)을 형성하도록 연결된 복수의 체적 음향 공진기(10, 20)를 포함할 수 있다.
주파수 대역(BW)이 통과 대역일 경우, 주파수 대역(BW) 내의 기본(fundamental) 주파수를 가지는 RF(Radio Frequency) 신호는 제1 및 제2 RF 포트(P1, P2) 사이를 통과할 수 있고, 주파수 대역(BW) 외의 성분(예: 고조파, 잡음)은 제1 및 제2 RF 포트(P1, P2) 사이에서 차단될 수 있다.
예를 들어, 복수의 체적 음향 공진기(10, 20) 사이의 복수의 분기 노드(N1, N2, N3, N4)는 금속층(예: 도 5a 내지 도 5c의 1190)으로 구현될 수 있다. 상기 금속층은 금(Au), 금-주석(Au-Sn) 합금, 구리(Cu), 구리-주석(Cu-Sn) 합금 및 알루미늄(Al), 알루미늄 합금 등의 비교적 비저항이 낮은 재질로 구현될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
예를 들어, 복수의 체적 음향 공진기(10, 20) 각각은 FBAR(Film Bulk Acoustic Resonator)이거나 SMR(Solidly Mounted Resonator)일 수 있다. FBAR은 캐비티(cavity)를 포함할 수 있고, SMR은 캐비티를 포함하지 않을 수 있다.
복수의 체적 음향 공진기(10, 20) 각각은 자신의 압전 특성에 기반한 공진주파수(fr11, fr12, fr21, fr22)와 반공진주파수(fa11, fa12, fa21, fa22)를 가질 수 있다. 반공진주파수(fa11, fa12, fa21, fa22)는 공진주파수(fr11, fr12, fr21, fr22)보다 높을 수 있으며, 복수의 체적 음향 공진기(10, 20) 각각의 임피던스(Z11, Z12, Z21, Z22)는 공진주파수(fr11, fr12, fr21, fr22)에 가까울수록 LC 직렬 공진에 기반하여 0에 가까울 수 있고, 반공진주파수(fa11, fa12, fa21, fa22)에 가까울수록 LC 병렬 공진에 기반하여 무한대에 가까울 수 있다.
복수의 체적 음향 공진기(10, 20)는 복수의 시리즈 체적 음향 공진기(11, 21)와 복수의 션트 체적 음향 공진기(12, 22)를 포함할 수 있다. 복수의 시리즈 체적 음향 공진기(11, 21)는 제1 및 제2 RF 포트(P1, P2) 사이에 전기적으로 직렬 연결될 수 있고, 복수의 션트 체적 음향 공진기(12, 22)는 복수의 시리즈 체적 음향 공진기(11, 21)와 접지(GND) 사이에 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 RF 포트(P1)에 입력된 RF 신호의 에너지의 일부는 제2 RF 포트(P2)까지 이동하면서 복수의 체적 음향 공진기(10, 20)에 의해 반사되거나 접지(GND)로 빠질 수 있으며, 상기 RF 신호의 에너지의 나머지는 제2 RF 포트(P2)를 통과할 수 있다. RF 신호의 에너지 중 복수의 체적 음향 공진기(10, 20)에 의해 반사되거나 접지(GND)로 빠지는 에너지의 비율은 복수의 시리즈 체적 음향 공진기(11, 21)와 복수의 션트 체적 음향 공진기(12, 22) 간의 임피던스 관계에 기반하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 상기 비율은 제1 및 제2 RF 포트(P1, P2) 사이의 S-파라미터(S100)에 대응될 수 있으며, 비선형 벡터 네크워크 분석기(Nonlinear Vector Network Analyzer)에 의해 측정될 수 있다.
복수의 시리즈 체적 음향 공진기(11, 21)의 임피던스(Z11, Z21)가 0에 가까워지거나 복수의 션트 체적 음향 공진기(12, 22)의 임피던스(Z12, Z22)가 무한대에 가까워질 경우, RF 신호의 에너지의 대부분은 제1 및 제2 RF 포트(P1, P2) 사이를 통과할 수 있다. 복수의 시리즈 체적 음향 공진기(11, 21)의 임피던스(Z11, Z21)가 무한대에 가까워지거나 복수의 션트 체적 음향 공진기(12, 22)의 임피던스(Z12, Z22)가 0에 가까워질 경우, RF 신호의 에너지의 대부분은 반사되거나 접지(GND)로 빠질 수 있다.
따라서, 복수의 시리즈 체적 음향 공진기(11, 21)의 공진주파수(fr11, fr21)와 복수의 션트 체적 음향 공진기(12, 22)의 반공진주파수(fa12, fa22)가 주파수 대역(BW) 내에 속할 경우, 복수의 체적 음향 공진기(10, 20)는 통과 대역을 형성할 수 있다. 만약, 복수의 시리즈 체적 음향 공진기(11, 21)의 반공진주파수(fa11, fa21)와 복수의 션트 체적 음향 공진기(12, 22)의 공진주파수(fr12, fr22)가 주파수 대역(BW) 내에 속할 경우, 복수의 체적 음향 공진기(10, 20)는 차단 대역을 형성할 수 있다.
예를 들어, 주파수 대역(BW)의 최고주파수 및 최저주파수는 주파수 대역(BW)에서의 S-파라미터의 최고값보다 10dB 낮은 값에 대응되는 주파수에 대응될 수 있다. 복수의 시리즈 체적 음향 공진기(11, 21)의 반공진주파수(fa11, fa21)는 주파수 대역(BW)의 최고주파수에서의 주파수 변화에 따른 S-파라미터 변화율을 더 높일 수 있고, 복수의 션트 체적 음향 공진기(12, 22)의 공진주파수(fr12, fr22)는 주파수 대역(BW)의 최저주파수에서의 주파수 변화에 따른 S-파라미터 변화율을 더 높일 수 있다. 상기 최저주파수 및 최고주파수에서의 S-파라미터 변화율은 롤 오프(roll off) 특성, 스커트(skirt) 특성 및/또는 감쇄(attenuation) 특성에 대응될 수 있다. 롤 오프 특성, 스커트 특성 및/또는 감쇄 특성이 높을수록, RF 신호의 고조파에 기반한 성분 중 주파수 대역(BW)에 가까운 성분(예: 고조파 성분과 저주파수 성분의 합성에 기반한 성분)은 효율적으로 차단될 수 있고, 주파수 대역(BW)은 인접 주파수 대역에 더 가까이 근접할 수 있고, 주파수 자원은 효율적으로 사용될 수 있다.
주파수 대역(BW)은 복수의 시리즈 체적 음향 공진기(11, 21)의 공진주파수(fr11, fr21)와 복수의 션트 체적 음향 공진기(12, 22)의 반공진주파수(fa12, fa22) 간의 차이가 클수록 더 넓어질 수 있다. 그러나, 주파수 대역(BW) 내의 삽입 손실(insertion loss)은 복수의 시리즈 체적 음향 공진기(11, 21)의 공진주파수(fr11, fr21)와 복수의 션트 체적 음향 공진기(12, 22)의 반공진주파수(fa12, fa22) 간의 차이가 클수록 더 커질 수 있다.
여기서, 복수의 체적 음향 공진기(10, 20) 각각의 공진주파수(fr11, fr12, fr21, fr22)와 반공진주파수(fa11, fa12, fa21, fa22) 간의 차이가 클수록, 넓은 통과 대역과 작은 삽입 손실은 효율적으로 확보될 수 있다. 그러나, 복수의 체적 음향 공진기(10, 20) 각각의 공진주파수(fr11, fr12, fr21, fr22)와 반공진주파수(fa11, fa12, fa21, fa22) 간의 차이가 클수록, 롤 오프 특성, 스커트 특성 및/또는 감쇄 특성은 확보되기 더 어려울 수 있다.
복수의 체적 음향 공진기(10, 20) 각각의 공진주파수(fr11, fr12, fr21, fr22)와 반공진주파수(fa11, fa12, fa21, fa22) 간의 차이는 복수의 체적 음향 공진기(10, 20) 각각의 kt2(electromechanical coupling factor)에 기초하여 결정될 수 있으며, kt2는 복수의 체적 음향 공진기(10, 20) 각각의 크기, 두께 및 형태와 같은 물리적인 특성에 기반하여 결정될 수 있다.
복수의 체적 음향 공진기(10, 20) 중 적어도 일부는 공진주파수(fr11, fr12, fr21, fr22)와 반공진주파수(fa11, fa12, fa21, fa22) 간의 차이가 서로 다른 제1 체적 음향 공진기(10)와 제2 체적 음향 공진기(20)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 공진주파수(fr11, fr12)와 반공진주파수(fa11, fa12) 간의 차이가 큰 제1 체적 음향 공진기(10)는 주파수 대역(BW)을 효율적으로 넓힐 수 있고, 공진주파수(fr21, fr22)와 반공진주파수(fa21, fa22) 간의 차이가 작은 제2 체적 음향 공진기(20)는 롤 오프 특성, 스커트 특성 및/또는 감쇄 특성을 향상시킬 수 있다.
도 3a 및 도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 제1 및 제2 체적 음향 공진기(10a, 10b, 20a, 20b) 각각은, 제1 전극(1121)과, 제2 전극(1125)과, 제1 및 제2 전극(1121, 1125) 사이에 배치된 압전층(1123)을 포함하는 공진부(1120)를 포함할 수 있다.
제1 체적 음향 공진기(10a, 10b)의 압전층(1123)의 두께(T1)는 제2 체적 음향 공진기(20a, 20b)의 압전층(1123)의 두께(T2)보다 두꺼울 수 있다. 또는, 제1 체적 음향 공진기(10a, 10b)의 제1 및 제2 전극 총 두께 대비 압전층 두께 비율(T1/(T3의 2배))은 제2 체적 음향 공진기(20a, 20b)의 두께 비율(T2/(T4의 2배))보다 높을 수 있다. 예를 들어, 두께(T1, T2, T3, T4)는 TEM(Transmission Electron Microscopy), AFM(Atomic Force Microscope), SEM(Scanning Electron Microscope), 광학 현미경 및 surface profiler 중 적어도 하나를 사용한 분석에 의해 얻을 수 있는 이미지로부터 측정될 수 있다. 상기 이미지의 Y 방향 좌표 각각에서의 Z 방향 좌표의 픽셀(pixel) 값이 변하는 2 지점 사이의 거리 값들은 취합될 수 있고, 두께(T1, T2, T3, T4)는 취합된 값들의 평균 값에 기반하여 측정될 수 있다.
이에 따라, 제1 체적 음향 공진기(10a, 10b)의 kt2는 제2 체적 음향 공진기(20a, 20b)의 kt2보다 클 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(1121)과 압전층(1123)과 제2 전극(1125)이 적층된 형태는 캐패시터(capacitor)에 대응될 수 있고, 상기 캐패시터의 정전용량은 상기 캐패시터 사이의 전극 간의 간격이 길수록 작아질 수 있다. 따라서, 압전층(1123)의 두께(T1, T2)가 두꺼워질수록, 제1 및 제2 체적 음향 공진기(10a, 10b, 20a, 20b) 각각의 LC 병렬 공진의 정전용량은 더 작아질 수 있다. 여기서, 압전층(1123)의 두께(T1, T2)는 제1 및 제2 체적 음향 공진기(10a, 10b, 20a, 20b) 각각의 LC 직렬 공진의 정전용량보다 LC 병렬 공진의 정전용량에 더 큰 영향을 줄 수 있으므로, LC 직렬 공진에 대응되는 공진주파수(fr11, fr12, fr21, fr22)와 LC 병렬 공진에 대응되는 반공진주파수(fa11, fa12, fa21, fa22) 간의 차이에 영향을 줄 수 있다.
예를 들어, 제2 전극(1125)의 두께(T3, T4)는 공진부(1120)의 음향(acoustic) 임피던스에 영향을 줄 수 있으므로, 공진주파수(fr11, fr12, fr21, fr22)와 반공진주파수(fa11, fa12, fa21, fa22) 사이의 중심주파수에 영향을 줄 수 있으므로, 주파수 대역(BW)의 위치를 결정하는 변수로 사용될 수 있으며, 압전층(1123)의 두께(T1, T2)는 주파수 대역(BW)이 대략적으로 결정된 상태에서 kt2 조절을 위한 변수로 사용될 수 있다. 따라서, kt2가 서로 다른 제1 및 제2 체적 음향 공진기(10a, 10b, 20a, 20b)의 제1 및 제2 전극 총 두께 대비 압전층 두께 비율((T1/(T3의 2배) 및 T2/(T4의 2배))과 제1 및 제2 체적 음향 공진기의 압전층 두께(T1, T2) 중 적어도 하나는 서로 다를 수 있다.
또한, 제1 및 제2 체적 음향 공진기(10a, 10b, 20a, 20b)의 압전층(1123)의 두께(T1, T2)가 더 두껍거나 두께 비율((T1/(T3의 2배) 및 T2/(T4의 2배))이 더 높을수록, 제1 및 제2 체적 음향 공진기(10a, 10b, 20a, 20b) 각각의 제1 및 제2 전극(1121, 1125) 사이의 전계 형성 길이는 길어질 수 있으므로, 단위 전압이 인가될 경우의 제1 및 제2 체적 음향 공진기(10a, 10b, 20a, 20b) 내에서의 단위 길이 당 전계의 크기는 약해질 수 있다. 즉, 제1 및 제2 체적 음향 공진기(10a, 10b, 20a, 20b)의 내전압 및/또는 내전력은 높아질 수 있으며, 요구되는 방열 성능도 낮게 요구될 수 있다.
주파수 대역(BW)의 대역폭은 주파수 대역(BW)의 중심 주파수에 대해 비례적인 특성을 가질 수 있으므로, 상기 중심 주파수가 높을수록 더 넓어질 수 있다. 주파수 대역(BW)의 중심 주파수가 높을수록, 제1 및 제2 체적 음향 공진기(10a, 10b, 20a, 20b)를 통과하는 RF 신호의 파장은 짧아질 수 있다. RF 신호의 파장이 짧을수록, 안테나에서의 원격 송수신 과정에서의 송수신 거리 대비 에너지 감쇄는 커질 수 있다. 즉, 주파수 대역(BW)의 중심 주파수가 높을수록, RF 신호는 원격 송수신 과정에서의 에너지 감쇄를 고려하여 더욱 큰 파워가 요구될 수 있다. 예를 들어, 5G 통신규격의 RF 신호는 다른 통신규격(예: LTE)에 비해 상대적으로 더 높은 주파수를 사용하며, 다른 통신규격(예: LTE)의 파워(예: 23dBm)에 비해 더 큰 파워(예: 26dBm)를 가진 상태에서 안테나를 통해 원격 송신될 수 있다. 제1 및 제2 체적 음향 공진기(10a, 10b, 20a, 20b)를 통과하는 RF 신호의 파워가 커질수록, 제1 및 제2 체적 음향 공진기(10a, 10b, 20a, 20b) 각각에서 인가되는 전압의 상승에 따른 손상 가능성은 커질 수 있고, 제1 및 제2 체적 음향 공진기(10a, 10b, 20a, 20b) 각각의 압전 동작에 따른 발열과 발열에 따른 손상 가능성도 커질 수 있다.
제1 체적 음향 공진기(10a, 10b)의 압전층의 두께(T1)나 두께 비율(T1/T3)이 제2 체적 음향 공진기(20a, 20b)의 압전층의 두께(T2)나 두께 비율(T2/T4)보다 더 클 경우, 제1 체적 음향 공진기(10a, 10b)은 주파수 대역(BW)을 효율적으로 넓힐 뿐만 아니라, 내전압, 내전력 및/또는 방열 성능도 향상시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터는, 작은 kt2에 기반하여 롤 오프 특성, 스커트 특성 및/또는 감쇄 특성을 향상시킬 수 있고, 큰 kt2에 기반하여 주파수 대역(BW)을 효율적으로 넓힐 수 있고, 내전압, 내전력 및/또는 방열 성능도 향상시킬 수 있다.
다시 도 1a 내지 도 1e를 참조하면, RF 신호는 제1 RF 포트(P1)에서 제2 RF 포트(P2)로 이동할 수 있고, RF 신호의 에너지는 삽입손실이나 반사손실 등으로 인해 점진적으로 작아질 수 있다.
RF 신호는 제1 체적 음향 공진기(10)를 제2 체적 음향 공진기(20)보다 더 먼저 통과할 수 있고, RF 신호의 에너지는 제2 체적 음향 공진기(20)보다 제1 체적 음향 공진기(10)를 통과할 때 상대적으로 더 클 수 있다.
제1 체적 음향 공진기(10)의 압전층의 두께나 두께 비율이 제2 체적 음향 공진기(20)의 그것에 비해 더 클 수 있으므로, 제1 체적 음향 공진기(10)의 내전압, 내전력 및/또는 방열 성능은 제2 체적 음향 공진기(20)의 그것보다 더 높을 수 있고, RF 신호는 내전압, 내전력 및/또는 방열 성능이 더 높은 제1 체적 음향 공진기(10)를 먼저 통과한 후에 내전압, 내전력 및/또는 방열 성능이 상대적으로 낮은 제2 체적 음향 공진기(20)를 통과할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터(100a, 100b, 100c, 100d, 100e)의 복수의 체적 음향 공진기(10, 20) 중 일부의 압전층의 두께나 두께 비율이 높더라도, 체적 음향 공진기 필터(100a, 100b, 100c, 100d, 100e)의 전체적인 내전압, 내전력 및/또는 방열 성능은 효율적으로 향상될 수 있다.
도 1a를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터(100a)는 복수의 시리즈 체적 음향 공진기(11, 21)와 접지(GND) 사이에 전기적으로 직렬 연결된 션트 인덕터(L2)를 포함할 수 있다. 션트 인덕터(L2)는 복수의 션트 체적 음향 공진기(12, 22)에 전기적으로 직렬 연결될 수 있으므로, 복수의 션트 체적 음향 공진기(12, 22)의 LC 직렬 공진의 인덕턴스를 증가시킬 수 있고, LC 직렬 공진에 대응되는 공진주파수를 낮출 수 있다. 따라서, 션트 인덕터(L2)는 체적 음향 공진기 필터(100a)의 주파수 대역을 더 넓히는데 사용될 수 있다. 다만, 도 1b, 도 1c 및 도 1e를 참조하면, 션트 인덕터는 생략될 수도 있다.
도 1b를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터(100b)의 제1 시리즈 체적 음향 공진기(11)와 제1 션트 체적 음향 공진기(12) 각각은 반병렬(anti-parallel) 구조를 포함할 수 있다. 반병렬(anti-parallel) 구조로 연결된 복수의 체적 음향 공진기 중 하나의 제1 전극과 제2 전극은 다른 하나의 제2 전극과 제1 전극에 각각 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 복수의 체적 음향 공진기 중 하나의 제1 전극(또는 제2 전극)과 다른 하나의 제2 전극(또는 제1 전극)은 복수의 분기 노드(N1, N2, N3, N4)의 금속층과 동일한 재료로 구현된 금속층을 통해 연결될 수 있다.
반병렬(anti-parallel) 구조는 RF 신호의 짝수 고조파를 상쇄시킬 수 있으므로, 체적 음향 공진기 필터(100b)의 선형성 특성(예: IMD2, IP2, P1dB, THD)을 향상시킬 수 있다. 또한, 반병렬(anti-parallel) 구조는 RF 신호의 에너지를 병렬적으로 분산시킬 수 있으므로, 체적 음향 공진기 필터(100b)의 내전압, 내전력 및/또는 방열 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 1c를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터(100c)의 제1 션트 체적 음향 공진기(12)와 제2 션트 체적 음향 공진기(22) 각각은 반직렬(anti-series) 구조를 가질 수 있다. 반직렬(anti-series) 구조로 연결된 복수의 체적 음향 공진기 중 하나의 제1 전극(또는 제2 전극)은 다른 하나의 제1 전극(또는 제2 전극)에 직접 연결되거나 금속층을 통해 연결될 수 있다.
반직렬(anti-series) 구조는 RF 신호의 짝수 고조파를 상쇄시킬 수 있으므로, 체적 음향 공진기 필터(100c)의 선형성 특성(예: IMD2, IP2, P1dB, THD)을 향상시킬 수 있다. 또한, 반직렬(anti-series) 구조는 RF 신호의 전압을 분할할 수 있으므로, 체적 음향 공진기 필터(100c)의 내전압, 내전력 및/또는 방열 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 1d 및 도 1e를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터(100d, 100e)의 제1 및 제2 체적 음향 공진기(20)의 개수는 더 축소될 수 있으며, 체적 음향 공진기 필터(100d, 100e)에 요구되는 성능이나 용도에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 체적 음향 공진기 필터(100d, 100e)는 도 1a의 체적 음향 공진기 필터(100a)가 사용되는 전자기기(예: 설치형 전자기기)보다 더 작은 전자기기(이동형 전자기기)에 사용될 수 있고, 더 낮은 수준의 성능이 요구될 수 있다.
도 1e를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터(100e)의 제1 체적 음향 공진기(10)는 설계에 따라 1개까지 축소될 수 있다. 도 1e에는 도시되지 않으나, 제2 체적 음향 공진기(20)도 설계에 따라 1개까지 축소될 수도 있다.
도 1a 내지 도 1e를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터(100a, 100b, 100c, 100d, 100e)의 복수의 체적 음향 공진기(10, 20)의 개수는 3개 이상이고, 제1 체적 음향 공진기(10)는 복수의 체적 음향 공진기(10, 20) 중 제1 RF 포트(P1)에 가장 가까이 전기적으로 연결되는 체적 음향 공진기를 포함할 수 있고, 제2 체적 음향 공진기(20)는 복수의 체적 음향 공진기(10, 20) 중 제2 RF 포트(P2)에 가장 가까이 전기적으로 연결되는 체적 음향 공진기를 포함할 수 있다.
도 1a 내지 도 1d를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터(100a, 100b, 100c, 100d)의 복수의 체적 음향 공진기(10, 20)의 개수는 5개 이상이고, 제1 체적 음향 공진기(10)는 복수의 체적 음향 공진기(10, 20) 중 제1 RF 포트(P1)에 1번째 및 2번째로 가까이 전기적으로 연결되는 체적 음향 공진기를 더 포함할 수 있고, 제2 체적 음향 공진기(20)는 복수의 체적 음향 공진기(10, 20) 중 제2 RF 포트(P2)에 1번째 및 2번째로 가까이 전기적으로 연결되는 체적 음향 공진기를 더 포함할 수 있다.
여기서, 1번째 및 2번째로 가까이 전기적으로 연결되는 체적 음향 공진기 중 하나는 시리즈 체적 음향 공진기(11, 21)이고 다른 하나는 션트 체적 음향 공진기(12, 22)일 수 있고, 1번째 및 2번째로 가까이 전기적으로 연결되는 체적 음향 공진기들은 단위 필터 단(stage)을 이룰 수 있다. RF 신호의 에너지는 RF 신호가 단위 필터 단들을 통과하면서 계단식으로 감소할 수 있다. 제2 체적 음향 공진기(20)는 적어도 하나의 단위 필터 단에 의해 감소된 에너지를 가지는 RF 신호가 통과하도록 위치할 수 있으므로, 더욱 작은 kt2를 가질 수 있고, 더욱 작은 kt2에 기반하여 롤 오프 특성, 스커트 특성 및/또는 감쇄 특성을 더 향상시킬 수 있다.
제1 체적 음향 공진기(10)는 제1 및 제2 RF 포트(P1, P2) 사이에 전기적으로 직렬 연결된 제1 시리즈 체적 음향 공진기(11)를 포함하고, 제2 체적 음향 공진기(20)는 제1 및 제2 RF 포트(P1, P2) 사이에 전기적으로 직렬 연결된 제2 시리즈 체적 음향 공진기(21)를 포함하고, 제1 체적 음향 공진기(10)는 제1 및 제2 시리즈 체적 음향 공진기(11, 21)와 접지(GND) 사이에 전기적으로 연결되는 제1 션트 체적 음향 공진기(12)를 포함하고, 제2 체적 음향 공진기(20)는 제1 및 제2 시리즈 체적 음향 공진기(11, 21)와 접지(GND) 사이에 전기적으로 연결되는 제2 션트 체적 음향 공진기(22)를 포함할 수 있다.
도 1a 내지 도 1d 및 도 3a를 참조하면, 제1 및 제2 시리즈 체적 음향 공진기(11, 21)의 반공진주파수(fa11, fa21) 간의 차이는 제1 및 제2 시리즈 체적 음향 공진기(11, 21)의 공진주파수(fr11, fr21) 간의 차이보다 작을 수 있다. 이에 따라, 주파수 대역(BW)은 최고주파수에서 효율적으로 넓어질 수 있고, 최고주파수에서의 롤 오프 특성, 스커트 특성 및/또는 감쇄 특성을 효율적으로 향상시킬 수 있다.
도 1a 내지 도 1d 및 도 3a를 참조하면, 제1 및 제2 션트 체적 음향 공진기(12, 22)의 공진주파수(fr12, fr22) 간의 차이는 제1 및 제2 션트 체적 음향 공진기(12, 22)의 반공진주파수(fa12, fa22) 간의 차이보다 작을 수 있다. 이에 따라, 주파수 대역(BW)은 최저주파수에서 효율적으로 넓어질 수 있고, 최저주파수에서의 롤 오프 특성, 스커트 특성 및/또는 감쇄 특성을 효율적으로 향상시킬 수 있다.
도 2a를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터 모듈(200a)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터(100a)를 포함할 수 있고, 체적 음향 공진기 필터(100a)의 제1 RF 포트(P1)는 제2 RF 포트(P2)와 전력 증폭기(PA)의 사이에 전기적으로 연결될 수 있다.
전력 증폭기(PA)는 안테나(ANT)를 통해 원격 송신될 RF 신호를 최종적으로 증폭할 수 있으므로, 전력 증폭기(PA)에서 출력되는 RF 신호의 에너지는 체적 음향 공진기 필터 모듈(200a) 내에서 가장 클 수 있다. 체적 음향 공진기 필터(100a)는 압전층 두께나 두께 비율이 큰 제1 체적 음향 공진기가 제2 체적 음향 공진기보다 더 먼저 RF 신호가 통과하도록 배치될 수 있으므로, 내전압, 내전력 및/또는 방열 성능을 효율적으로 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 체적 음향 공진기 필터(100a)는 안테나(ANT)에 의해 원격 송신되는 RF 신호와 원격 수신되는 RF 신호 모두에 대해 사용될 수 있으며, RF 스위치(SW)는 체적 음향 공진기 필터(100a)와 전력 증폭기(PA) 사이에 전기적으로 연결될 수 있고, 체적 음향 공진기 필터(100a)와 저잡음 증폭기(LNA)의 사이에 전기적으로 연결될 수 있다. 저잡음 증폭기(LNA)는 안테나(ANT)에 의해 원격 수신되는 RF 신호를 최초로 증폭할 수 있다.
예를 들어, RF 스위치(SW)는 TDD(Time Division Duplexing) 방식에 의해 전력 증폭기(PA)와 저잡음 증폭기(LNA) 중 하나에 전기적으로 연결될 수 있고, RF 스위치(SW)의 연결 대상은 주기적으로 변경될 수 있다. 예를 들어, RF 스위치(SW)는 SPDT(Single Pole Double Throw) 구조를 가질 수 있다.
원격 송신되는 RF 신호의 에너지가 원격 수신되는 RF 신호의 에너지보다 더 클 수 있으므로, TDD 방식을 사용하더라도, 체적 음향 공진기 필터(100a)는 압전층 두께나 두께 비율이 큰 제1 체적 음향 공진기가 RF 스위치(SW)를 향하여 연결되도록 배치될 수 있다.
도 3b를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터(100a)는 5G 통신규격의 n77 대역과 같이 다른 통신규격(예: LTE의 B3 대역 및 B41 대역)보다 더 높은 중심 주파수와 넓은 대역폭이 요구되는 주파수 대역(예: 3GHz 이상 6GHz 이하의 일부)을 효율적으로 형성할 수 있고, n79 대역과 같은 인접 주파수 대역에 대해 가까운 주파수 대역(BW)을 형성할 수 있다. 설계에 따라, 체적 음향 공진기 필터(100a)의 주파수 대역(BW)은 n77 대역 이외의 다른 주파수 대역을 형성하도록 설계될 수도 있다.
도 2b 및 도 2c를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터 모듈(200b, 200c)은 제1 체적 음향 공진기 필터(100T, 100H) 및 제2 체적 음향 공진기 필터(100R, 100L)를 포함할 수 있다. 제1 체적 음향 공진기 필터(100T, 100H)는 도 1a 내지 도 1e의 체적 음향 공진기 필터(100a, 100b, 100c, 100d, 100e)와 동일하게 구현될 수 있고, 제2 체적 음향 공진기 필터(100R, 100L)도 대체로 체적 음향 공진기 필터(100a, 100b, 100c, 100d, 100e)와 유사하게 구현될 수 있다. 예를 들어, 션트 인덕터(L4)는 도 1a의 션트 인덕터(L2)와 동일할 수 있다.
제1 체적 음향 공진기 필터(100T, 100H)는 제1 체적 음향 공진기(11, 12) 및 제2 체적 음향 공진기(21, 22)를 포함할 수 있고, 제2 체적 음향 공진기 필터(100R, 100L)는 제1 체적 음향 공진기(13, 14)와 제2 체적 음향 공진기(23, 24) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제1 체적 음향 공진기 필터(100T, 100H)의 제1 체적 음향 공진기(11, 12)의 압전층 두께 또는 두께 비율(압전층 to 전극)은 제2 체적 음향 공진기 필터(100R, 100L)의 제2 체적 음향 공진기(23, 24)의 압전층 두께 또는 두께 비율보다 높을 수 있다.
이에 따라, 제1 체적 음향 공진기 필터(100T, 100H)는 제2 체적 음향 공진기 필터(100R, 100L)보다 더 높은 내전압, 내전력 및/또는 방열 성능을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 체적 음향 공진기 필터(100T, 100H)는 제2 체적 음향 공진기 필터(100R, 100L)를 통과하는 제2 RF 신호의 파워보다 더 큰 파워를 가지는 제1 RF 신호가 통과하도록 구성될 수 있다.
도 2b를 참조하면, 제1 체적 음향 공진기 필터(100T)는 전력 증폭기(PA)에 전기적으로 연결되고, 제2 체적 음향 공진기 필터(100R)는 저잡음 증폭기(LNA)에 전기적으로 연결될 수 있다. 전력 증폭기(PA)에 의해 증폭된 제1 RF 신호의 에너지가 안테나(ANT)로부터 원격 수신된 제2 RF 신호의 에너지보다 클 수 있으므로, 제1 체적 음향 공진기 필터(100T)는 더 높은 내전압, 내전력 및/또는 방열 성능이 요구될 수 있다. 제1 체적 음향 공진기 필터(100T)와 제2 체적 음향 공진기 필터(100R)는 FDD(Frequency Division Duplexing) 방식에 의해 서로 다른 주파수 대역을 가질 수 있다.
도 3c를 참조하면, 제1 체적 음향 공진기 필터의 S-파라미터(S100T)는 제1 주파수 대역(BWT)을 가질 수 있고 제2 체적 음향 공진기 필터의 S-파라미터(S100R)는 제2 주파수 대역(BWR)을 가질 수 있다. 제1 주파수 대역(BWT)의 중심 주파수는 제2 주파수 대역(BWR)의 중심 주파수보다 더 높을 수 있다.
도 2c를 참조하면, 제1 체적 음향 공진기 필터(100H)는 제1 전력 증폭기(PA1)에 전기적으로 연결되고, 제2 체적 음향 공진기 필터(100L)는 제2 전력 증폭기(PA2)에 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 및 제2 체적 음향 공진기 필터(100H, 100L)는 서로 다른 주파수 대역을 가질 수 있고, 제1 전력 증폭기(PA1)에 의해 증폭된 제1 RF 신호는 제2 전력 증폭기(PA2)에 의해 증폭된 제2 RF 신호에 비해 더 높은 주파수에 기반하여 더 큰 에너지가 요구될 수 있다. 즉, 제1 체적 음향 공진기 필터(100H)는 더 높은 내전압, 내전력 및/또는 방열 성능이 요구될 수 있다.
도 3d를 참조하면, 제1 체적 음향 공진기 필터의 S-파라미터(S100H)는 제1 주파수 대역(BWH)을 가질 수 있고, 제2 체적 음향 공진기 필터의 S-파라미터(S100L)는 제2 주파수 대역(BWL)을 가질 수 있다. 제1 주파수 대역(BWH)의 중심 주파수는 제2 주파수 대역(BWL)의 중심 주파수보다 더 높을 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 주파수 대역(BWH, BWL) 각각은 3GHz 이상 6GHz 이하의 주파수 범위 중 일부를 커버할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터 모듈(200b, 200c)은 내전압, 내전력 및/또는 방열 성능의 최적 성능이 서로 다른 제1 및 제2 체적 음향 공진기 필터(100T, 100H, 100R, 100L)를 포함할 수 있으므로, 내전압, 내전력 및/또는 방열 성능을 효율적으로 향상시킬 수 있다.
도 2b 및 도 2c를 참조하면, 제1 체적 음향 공진기 필터(100T, 100H)는 전력 증폭기(PA, PA1)와 안테나(ANT) 사이에 전기적으로 연결되고, 제2 체적 음향 공진기 필터(100R, 100L)는 안테나(ANT)에 전기적으로 연결될 수 있다.
즉, 안테나(ANT)는 제1 체적 음향 공진기 필터(100T, 100H)와 제2 체적 음향 공진기 필터(100R, 100L)에 공통적으로 사용될 수 있으므로, 제1 체적 음향 공진기 필터(100T, 100H)의 제1 주파수 대역과 제2 체적 음향 공진기 필터(100R, 100L)의 제2 주파수 대역은 서로 가까이 위치할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터 모듈(200b, 200c)은 비교적 kt2가 작은 제2 체적 음향 공진기(21, 22, 23, 24)에 기반하여 예리한 롤 오프 특성, 스커트 특성 및/또는 감쇄 특성도 가질 수 있다.
도 2b 및 도 2c를 참조하면, 제1 체적 음향 공진기 필터(100T, 100H)의 제1 체적 음향 공진기(11, 12)의 압전층의 두께 또는 두께 비율(압전층 to 전극)은 제2 체적 음향 공진기 필터(100R, 100L)의 제1 체적 음향 공진기(13, 14)의 그것보다 더 높을 수 있다.
예를 들어, 제1 체적 음향 공진기 필터(100T, 100H)의 제1 및 제2 체적 음향 공진기(11, 12, 21, 22)의 전반적인 압전층의 두께 또는 두께 비율은 제2 체적 음향 공진기 필터(100R, 100L)의 제1 및 제2 체적 음향 공진기(13, 14, 23, 24)의 그것보다 더 높을 수 있다. 제2 체적 음향 공진기(21, 22)는 제3 체적 음향 공진기로 정의될 수 있고, 제1 체적 음향 공진기(13, 24)는 제4 체적 음향 공진기로 정의될 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터 모듈(200b, 200c)은 제1 체적 음향 공진기 필터(100T, 100H)의 내전압, 내전력 및/또는 방열 성능과 제2 체적 음향 공진기 필터(100R, 100L)의 그것 간의 차이를 더 증가시킬 수 있으며, 제1 및 제2 주파수 대역에 각각 대응되는 제1 및 제2 통신규격이 요구하는 내전압, 내전력 및/또는 방열 성능 간의 차이가 크더라도, 전반적인 내전압, 내전력 및/또는 방열 성능을 안정적으로 확보할 수 있다.
제2 체적 음향 공진기 필터(100R, 100L)의 제1 체적 음향 공진기(13, 14)의 압전층의 두께 또는 두께 비율(압전층 to 전극)은 제2 체적 음향 공진기(23, 24)의 그것보다 높을 수 있다. 도 2b를 참조하면, 제2 체적 음향 공진기 필터(100R)는 안테나(ANT)로부터 원격 수신된 RF 신호가 제2 체적 음향 공진기(23, 24)보다 제1 체적 음향 공진기(13, 14)를 더 먼저 통과하도록 배치될 수 있다. 도 2c를 참조하면, 제2 체적 음향 공진기 필터(100L)는 제2 전력 증폭기(PA2)에 의해 증폭된 RF 신호가 제2 체적 음향 공진기(23, 24)보다 제1 체적 음향 공진기(13, 14)를 더 먼저 통과하도록 배치될 수 있다. 제1 체적 음향 공진기(13, 24)는 제4 체적 음향 공진기로 정의될 수 있다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터(100f)는, 기판(1110)과 캡(1210)을 더 포함할 수 있고, 전자기기 기판(90)에 배치될 수 있다.
제1 체적 음향 공진기(11, 12) 및 제2 체적 음향 공진기(21, 22)는 금속층(1190)을 통해 서로 연결될 수 있으며, 금속층(1190)을 통해 제1 RF 포트(P1)나 제2 RF 포트나 접지(GND)에 연결될 수 있으며, 기판(1110)과 캡(1210)의 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 체적 음향 공진기(11, 12) 및 제2 체적 음향 공진기(21, 22) 각각은 비정형 다각형 형태를 가질 수 있으며, 상기 비정형 다각형 형태는 도 5a 내지 도 5c의 공진부(1120)의 형태일 수 있다.
예를 들어, 제1 RF 포트(P1)는 복수의 제1 RF 포트(P1a, P1b)를 포함할 수 있고, 기판(1110)을 관통하는 비아(via) 형태일 수 있다. 예를 들어, 접지(GND)도 비아(via) 형태일 수 있다. 제1 RF 포트(P1)와 접지(GND)는 기판(1110)의 하면으로 노출되거나 기판(1110)의 하면에 배치될 수 있는 패드에 연결될 수 있으며, 전자기기 기판(90)의 배선에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 배선의 일부는 안테나(ANT)에 전기적으로 연결될 수 있고, 상기 배선의 다른 일부(SIG)는 전력 증폭기(PA)에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 배선의 일부와 다른 일부(SIG)는 전자기기 기판(90)의 접지(GND)에 의해 둘러싸일 수 있다. 전자기기 기판(90)의 접지(GND)는 금속 재료를 함유하는 복수의 플레인(plane)을 포함할 수 있고, 복수의 플레인은 층간 비아(VIA)를 통해 Z 방향으로 연결될 수 있다.
예를 들어, 캡(1210)은 글래스(glass)나 실리콘과 같은 절연 재료를 함유할 수 있고, 캡(1210)을 XY평면에 수직인 단면의 관점에서 U 형태를 가질 수 있으므로, 캡(1210)은 외곽이 캡(1210)의 중심에 비해 하측(예: -Z 방향)으로 돌출된 형태일 수 있다. 도 4a는 캡(1210)이 절반정도 절단된 형태를 도시하나, 캡(1210)은 절단되지 않고 캡(cap)의 형태를 가질 수 있다.
캡(1210)이 둘러싸는 내부 공간은 공기로 채워질 수 있으며, 캡(1210)과 기판(1110)의 결합에 의해 캡(1210)의 외부에 대해 단절될 수 있다. 결합 부재(1220)는 캡(1210)과 기판(1110) 사이를 결합시킬 수 있고, 캡(1210)과 기판(1110) 사이에 추가 구조(예: 지지층(1140), 멤브레인층)가 배치될 경우, 결합 부재(1220)의 적어도 하나의 면은 상기 추가 구조에 접합됨으로써 캡(1210)과 기판(1110) 사이의 결합력을 제공할 수 있다.
결합 부재(1220)는 기판(1110)과 캡(1210) 사이에서 결합력을 제공할 수 있다. 예를 들어, 결합 부재(1220)는 복수의 도전성 링(ring)이 공융(eutectic) 접합하는 구조를 가지거나, 양극(anodic) 접합 구조를 가질 수 있고, 기판(1110)과 캡(1210) 사이 공간을 밀봉(hermetic)시킬 수 있고, 상기 공간과 외부 사이를 서로 단절시킬 수 있다.
예를 들어, 결합 부재(1220)는 제1 체적 음향 공진기(11, 12)와 제2 체적 음향 공진기(21, 22)에 비해 외곽에 더 인접하여 배치될 수 있고, 제1 체적 음향 공진기(11, 12)와 제2 체적 음향 공진기(21, 22)를 둘러쌀 수 있고, 접지(GND)에 전기적으로 연결될 수 있다.
예를 들어, 캡(1210)은 내측면과 하면에 배치된 쉴드층(1230)을 포함할 수 있고, 쉴드층(1230)은 금속 재료를 함유할 수 있고, 결합 부재(1220)에 전기적으로 연결될 수 있다.
도 4b 및 도 4c를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터 모듈(200d, 200e)은, 체적 음향 공진기 필터(100f)를 포함하거나 제1 체적 음향 공진기 필터(100T, 100H) 및 제2 체적 음향 공진기 필터(100R, 100L)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 제1 체적 음향 공진기 패키지(Chip1)는 제1 체적 음향 공진기 필터(100T) 및 제2 체적 음향 공진기 필터(100R)를 포함할 수 있고, 제2 체적 음향 공진기 패키지(Chip2)는 제1 체적 음향 공진기 필터(100H) 및 제2 체적 음향 공진기 필터(100L)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 체적 음향 공진기 패키지(Chip1, Chip2)은 서로 이격될 수 있으며, 제1 및 제2 체적 음향 공진기 패키지(Chip1, Chip2) 각각은 도 4a에 도시된 기판(1110)과 캡(1210)이 결합된 구조를 가질 수 있다.
도 4c는 제1 및 제2 체적 음향 공진기 필터(100T, 100R)가 제1 체적 음향 공진기 패키지(Chip1)에 통합된 구조와 제1 및 제2 체적 음향 공진기 필터(100H, 100L)가 제2 체적 음향 공진기 패키지(Chip2)에 통합된 구조를 도시하나, 제1 및 제2 체적 음향 공진기 필터(100T, 100R)는 서로 다른 복수의 체적 음향 공진기 패키지에 분할 배치될 수 있고, 제1 및 제2 체적 음향 공진기 필터(100H, 100L)도 서로 다른 복수의 체적 음향 공진기 패키지에 분할 배치될 수 있다. 마찬가지로, 제1 체적 음향 공진기 필터(100T, 100H)도 단일 체적 음향 공진기 패키지에 통합될 수 있고, 제2 체적 음향 공진기 필터(100R, 100L)도 단일 체적 음향 공진기 패키지에 통합될 수 있다.
제1 체적 음향 공진기 필터(100T)는 전자기기 기판(90)의 배선(SIG)을 통해 전력 증폭기(PA)에 전기적으로 연결될 수 있고, 제2 체적 음향 공진기 필터(100R)는 전자기기 기판(90)의 배선(SIG)을 통해 저잡음 증폭기(LNA)에 전기적으로 연결될 수 있고, 제1 체적 음향 공진기 필터(100H)는 전자기기 기판(90)의 배선(SIG)을 통해 제1 전력 증폭기(PA1)에 전기적으로 연결될 수 있고, 제2 체적 음향 공진기 필터(100L)는 전자기기 기판(90)의 배선(SIG)을 통해 제2 전력 증폭기(PA2)에 전기적으로 연결될 수 있다. 도 4c는 제1 및 제2 체적 음향 공진기 필터(100R, 100L, 100T, 100H)가 안테나에 전기적으로 연결되는 구조를 도시하지 않으나, 도 4b에 도시된 안테나(ANT)에 전기적으로 연결되는 구조는 도 4c의 체적 음향 공진기 필터 모듈(200e)에 추가될 수 있다.
도 5a 내지 도 5c는 도 4a에 도시된 제1 체적 음향 공진기(11, 12) 중 하나와 제2 체적 음향 공진기(21, 22) 중 하나를 함께 YZ평면으로 절단함에 따른 YZ단면을 X 방향 관점으로 나타내고, 도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터(100k, 100m, 100n, 100o)의 더 구체적인 구조를 예시한다.
도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터(100g, 100i, 100j)는, 제1 체적 음향 공진기(10a, 10b), 제2 체적 음향 공진기(20a, 20b)를 포함할 수 있고, 제1 및 제2 체적 음향 공진기(10a, 10b, 20a, 20b) 각각은 공진부(1120)를 포함할 수 있고, 공진부(1120)는 제1 전극(1121), 압전층(1123) 및 제2 전극(1125)를 포함할 수 있다.
도 5a 내지 도 6d를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터(100g, 100i, 100j, 100k, 100m, 100n, 100o)는, 기판(1110), 절연층(1115), 소수성층(1130), 지지층(1140), 멤브레인층(1150), 보호층(1160), 금속층(1180, 1190) 및 캡(1210)을 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 제1 및 제2 체적 음향 공진기(10a, 10b, 20a, 20b)는 하나의 기판(1110) 상에 배치될 수 있다. 기판(1110)은 실리콘 기판일 수 있다. 예를 들어, 기판(1110)으로는 실리콘 웨이퍼가 이용되거나, SOI(Silicon On Insulator) 타입의 기판이 이용될 수 있다. 기판(1110)의 상면에는 절연층(1115)이 마련되어 기판(1110)과 공진부(1120)를 전기적으로 격리시킬 수 있다. 또한 절연층(1115)은 음향 공진기 제조 과정에서 캐비티(C1)를 형성할 때, 에칭가스에 의해 기판(1110)이 식각되는 것을 방지할 수 있다. 이 경우, 절연층(1115)은 이산화규소(SiO2), 질화규소(Si3N4), 산화 알루미늄(Al2O3), 및 질화 알루미늄(AlN) 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 화학 기상 증착(Chemical vapor deposition), RF 마그네트론 스퍼터링(RF Magnetron Sputtering), 및 에바포레이션(Evaporation) 중 어느 하나의 공정을 통해 형성될 수 있다.
캐비티(C, C1)는 기판(1110)과 공진부(1120) 사이에 위치할 수 있고, 지지층(1140)에 의해 둘러싸일 수 있다. 지지층(1140)은 절연층(1115) 상에 형성되며, 지지층(1140)의 내부에는 캐비티(C, C1)와 식각 방지부(1145)를 둘러싸는 형태로 캐비티(C, C1)와 식각 방지부(1145)의 주변에 배치될 수 있다. 캐비티(C, C1)는 빈 공간으로 형성되며, 지지층(1140)을 마련하는 과정에서 형성한 희생층의 일부를 제거함으로써 형성될 수 있으며, 지지층(1140)은 희생층의 남겨진 부분으로 형성될 수 있다. 지지층(1140)은 식각에 용이한 폴리실리콘 또는 비정질실리콘 등의 재질이 이용될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다. 식각 방지부(1145)는 캐비티(C, C1)의 경계를 따라 배치될 수 있다. 식각 방지부(1145)는 캐비티(C, C1) 형성 과정에서 캐비티 영역 이상으로 식각이 진행되는 것을 방지하기 위해 구비될 수 있다.
설계에 따라, 멤브레인층(1150)은 캐비티(C, C1)와 공진부(1120) 사이에 배치될 수 있다. 멤브레인층(1150)은 캐비티(C, C1)를 형성하는 과정에서 쉽게 제거되지 않는 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 지지층(1140)의 일부(예컨대, 캐비티 영역)을 제거하기 위해 불소(F), 염소(Cl) 등의 할라이드계 에칭가스를 이용하는 경우, 멤브레인층(1150)은 상기한 에칭가스와 반응성이 낮은 재질로 이루어질 수 있다. 이 경우, 멤브레인층(1150)은 이산화규소(SiO2), 질화규소(Si3N4) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 멤브레인층(1150)은 산화마그네슘(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 질화알루미늄(AlN), 티탄산 지르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO) 중 적어도 하나의 재질을 함유하는 유전체층(Dielectric layer)으로 이루어지거나, 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 백금(Pt), 갈륨(Ga), 하프늄(Hf) 중 적어도 하나의 재질을 함유하는 금속층으로 이루어질 수 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.
보호층(1160)은 공진부(1120)의 표면을 따라 배치되어 공진부(1120)를 외부로부터 보호할 수 있다. 예를 들어, 보호층(1160, 1260)은 이산화규소(SiO2), 질화규소(Si3N4), 산화마그네슘(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 질화알루미늄(AlN), 티탄산 리르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO), 비정질 실리콘(a-Si), 다결정 실리콘 (p-Si) 중 어느 하나를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
소수성층(1130)은 보호층(1160) 상에 배치될 수 있으며, 물 및 히드록실기(hydroxy group, OH group) 등이 보호층(1160)이나 공진부(1120)에 흡착되는 것을 억제하는 역할을 함으로써 주파수 변동을 최소화할 수 있으며, 이에 공진기 성능을 균일하게 유지할 수 있다. 예를 들어, 소수성층(1130)은 폴리머(polymer)가 아닌 자기 조립 단분자층(self-assembled monolayer, SAM) 형성 물질로 형성될 수 있으며, 소수성(hydrophobicity)을 가질 수 있는 전구 물질(precursor)을 기상 증착하여 형성할 수 있다. 예를 들어, 소수성층(1130)은 플루오린(fluorine, F)이나 실리콘(silicon, Si)을 포함할 수 있고, 실리콘(Silicon) 헤드를 가지는 플루오르카본(fluorocarbon)이 이용될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 전구 물질은 실리콘 헤드(head)를 가지는 하이드로 카본(hydrocarbon)이나, 실리콘(Silicon) 헤드를 가지는 실리옥세인(Siloxane)이 이용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 전극(1121) 및 제2 전극(1125)은 도전체로 형성될 수 있으며, 예를 들어 금, 몰리브덴, 루테늄, 이리듐, 알루미늄, 백금, 티타늄, 텅스텐, 팔라듐, 탄탈륨, 크롬, 니켈 또는 이들 중 적어도 하나를 포함하는 금속으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 제1 및 제2 체적 음향 공진기(10a, 10b, 20a, 20b)의 압전층(1123)은 서로 동일한 압전 재료를 함유할 수 있다. 압전층(1123)의 재료로는 산화 아연(ZnO), 질화 알루미늄(AlN), 도핑 알루미늄 질화물(Doped Aluminum Nitride), 지르콘 티탄산 납(Lead Zirconate Titanate), 쿼츠(Quartz) 등이 선택적으로 이용될 수 있다. 도핑 알루미늄 질화물(Doped Aluminum Nitride) 경우 희토류 금속(Rare earth metal), 전이 금속, 또는 알칼리 토금속(alkaline earth metal)을 더 포함할 수 있다. 상기 희토류 금속은 스칸듐(Sc), 에르븀(Er), 이트륨(Y), 및 란탄(La) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 전이 금속은 하프늄(Hf), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 탄탈륨(Ta), 및 니오븀(Nb) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한 알칼리 토금속은 마그네슘(Mg)을 포함할 수 있다. 질화알루미늄(AlN)에 도핑되는 원소들의 함량은 0.1 ~ 30at%의 범위로 구성될 수 있다. 압전층은 질화 알루미늄(AlN)에 스칸듐(Sc)을 도핑하여 이용할 수 있다. 이 경우, 압전 상수가 증가되어 음향 공진기의 Kt2를 증가시킬 수 있다.
설계에 따라, 공진부(1120)는 삽입층(1170)을 더 포함할 수 있다. 삽입층(1170)은 공진부(1120)의 중심(S)과 가장자리(E)의 음파 임피던스가 서로 다르도록 공진부(1120)의 가장자리 근처에 부분적으로 배치될 수 있고, 경사면(L)을 가질 수 있다. 예를 들어, 삽입층(1170)은 이산화규소(SiO2), 질화알루미늄(AlN), 산화알루미늄(Al2O3), 질화규소(Si3N4), 산화마그네슘(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 티탄산 지르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO) 등의 유전체로 형성될 수 있으나, 압전층(1123)과는 다른 재질로 형성될 수 있다.
예를 들어, 삽입층(1170)에 함유된 재료(예: AlN, ZnO, PZT)가 압전층(1123)의 압전 재료의 압전성만큼 높은 압전성을 가질 경우, 삽입층(1170)의 두께도 압전층(1123)의 두께(T1, T2)에 더 추가될 수 있다. 또는, 삽입층(1170)의 두께만큼, 제1 전극(1121)과 제2 전극(1125) 사이의 이격 거리는 압전층(1123)의 두께(T1, T2)보다 더 길어질 수 있다.
제1 체적 음향 공진기(10a, 10b)의 압전층의 두께(T1)나 두께 비율(T1/T3)이 제2 체적 음향 공진기(20a, 20b)의 압전층의 두께(T2)나 두께 비율(T2/T4)보다 더 높을 수 있고, 제1 체적 음향 공진기(10a, 10b)의 삽입층(1170)의 두께와 제2 체적 음향 공진기(20a, 20b)의 그것은 동일할 수 있다. 따라서, 제1 체적 음향 공진기(10a, 10b)의 제1 전극(1121)과 제2 전극(1125) 사이의 이격 거리와, 제2 체적 음향 공진기(20a, 20b)의 제1 전극(1121)과 제2 전극(1125) 사이의 이격 거리는 서로 다를 수 있다.
예를 들어, 압전층(1123)의 두께(T1, T2)는 압전층(1123)의 중심부(1123a)의 두께와 가장자리부(1123b)의 융기부(11231)의 두께와 가장자리부(11232)의 두께의 평균으로 측정될 수 있다.
도 5b를 참조하면, 제1 체적 음향 공진기(10b)의 압전층(1123a, 1123b)의 개수는 제2 체적 음향 공진기(20a)의 압전층(1123)의 개수보다 많을 수 있다. 이에 따라, 제1 및 제2 체적 음향 공진기(10b, 20a)의 두께(T1, T2) 차이는 더욱 효율적으로 구현될 수 있다.
예를 들어, 제1 체적 음향 공진기(10b)의 압전층(1123a)과 제2 체적 음향 공진기(20a)의 압전층(1123)은 동시에 형성될 수 있다. 이후, 제1 체적 음향 공진기(10b)의 압전층(1123b)은 압전층(1123a) 상에 형성될 수 있다.
도 5c를 참조하면, 제1 체적 음향 공진기(10a)의 제1 전극(1121)과 압전층(1123)과 제2 전극(1125)의 중첩 면적(L1의 제곱에 비례)은, 제2 체적 음향 공진기(20b)의 제1 전극(1121)과 압전층(1123)과 제2 전극(1125)의 중첩 면적(L2의 제곱에 비례)보다 더 클 수 있다. 이에 따라, 제1 체적 음향 공진기(10a)의 내전압, 내전력 및/또는 방열 성능은 더 향상될 수 있다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터(100k, 100m)는, 범프(1310), 접속 패턴(1320) 및 소수성층(1330)을 더 포함할 수 있다. 제1 RF 포트(P1c, P1d)와 제2 RF 포트 각각은 범프(1310)의 일부분과 접속 패턴(1320)의 일부분을 포함할 수 있다.
범프(1310)는 도 4b 및 도 4c에 도시된 전자기기 기판(90)과 접속 패턴(1320)의 사이에 연결될 수 있고, 기판(1110)의 하면이나 캡(1210)의 상면에 배치될 수 있다. 예를 들어, 범프(1310)는 접속 패턴(1320)의 용융점보다 낮은 용융점의 금속 재료(예: Pb, Sn)를 함유할 수 있고, 솔더링(soldering) 공정이나 리플로우(reflow) 공정에 의해 체적 음향 공진기 필터(100k, 100m)를 전자기기 기판에 고착시킬 수 있다.
접속 패턴(1320)의 적어도 일부분은 기판(1110)이나 캡(1210)을 관통하고 제1 및 제2 전극(1121, 1125) 중 적어도 하나에 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 따라, 공진부(1120)는 체적 음향 공진기 필터(100k, 100m)의 외부에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 기판(1110)이나 캡(1210)의 일부분은 뚫릴 수 있으며, 접속 패턴(1320)은 기판(1110)이나 캡(1210)에서 뚫린 부분의 측면에 형성되거나 상기 뚫린 부분에 채워질 수 있고, 금속 재료(예: 금, 구리, 티타늄(Ti)-구리(Cu) 합금 등)를 함유할 수 있다. 예를 들어, 접속 패턴(1320)의 일부분은 범프(1310)에 접하는 패드의 형태를 가질 수 있다.
소수성층(1330)은 소수성층(1130)과 동일한 재료를 함유할 수 있고, 기판(1110)의 하면이나 캡(1210)의 상면에 배치될 수 있고, 범프(1310) 및 접속 패턴(1320)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 소수성층(1330)은 접합 부재(1220)의 형성 과정에서 발생할 수 있는 유기물, 수분 등이 접속 패턴(1320)에 흡착되는 것을 줄일 수 있으므로, 접속 패턴(1320)에서의 전송손실을 더욱 줄일 수 있다.
도 6c 및 도 6d를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터(100n, 100o)는, 기판(1110)과 캡(1210) 사이에 배치된 공진부(1120)를 포함할 수 있고, 기판(1110)은 베이스 기판(1410) 상에 배치될 수 있고, 베이스 기판(1410)은 캡(1210)에 접합될 수 있다.
베이스 기판(1410)의 면적은 기판(1110)의 면적 이상일 수 있으므로, 기판(1110)에 비해, 베이스 기판(1410)은 공진부(1120)가 배치되는 면적을 더 크게 제공할 수 있다. 예를 들어, 체적 음향 공진기 필터(100n, 100o)는 베이스 기판(1410) 상에 배치되는 공진부(1120)의 개수가 더 많아지기에 효율적일 수 있으므로, 대용량 구조를 구현하기에 더 효율적일 수 있다.
캡(1210)이 베이스 기판(1410)에 접합될 수 있으므로, 캡(1210)의 수평방향 면적도 더 넓어질 수 있다. 예를 들어, 베이스 기판(1410)은 세라믹 재료를 함유할 수 있으므로, WLP(wafer level package) 방식과 다른 방식으로 구현될 수 있고, 캡(1210)과 베이스 기판(1410) 간의 접합 구조(예: 접착성 폴리머)도 본 명세서의 접지 부재의 구조(예: 공융 접합 구조, 양극 접합 구조)와 다를 수 있다. 예를 들어, 상기 접지 부재는 캡(1210)에 의해 둘러싸이는 면적에 상하방향으로 중첩되는 면적에 배치될 수 있고, 캡(1210)에 대한 접합력을 제공하지 않을 수 있다.
예를 들어, 베이스 기판(1410)은 넓은 수평방향 면적을 안정적으로 가지도록 기판(1110)보다 더 두꺼울 수 있고, 캡(1210)은 넓은 수평방향 면적을 안정적으로 가지도록 금속 재료를 함유할 수 있고, 에폭시(epoxy) 수지와 같은 열경화성 수지는 베이스 기판(1410)과 기판(1110) 사이를 접합시킬 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
도 6c 및 도 6d를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 체적 음향 공진기 필터(100n, 100o)는, 베이스 기판(1410), 접속 패턴(1420) 및 본딩 와이어(bonding wire, 1490) 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 제1 RF 포트(P1e, P1f)와 제2 RF 포트 각각은 접속 패턴(1420)의 일부분과 본딩 와이어(1490)의 일부분을 포함할 수 있다.
접속 패턴(1420)은 베이스 기판(1410)을 수직방향으로 관통하는 관통 비아(1421)과 베이스 기판(1410)의 하면에 배치되는 패드(1422)를 포함할 수 있고, 도 6a 및 도 6b에 도시된 접속 패턴(1320)과 동일한 방식으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본딩 와이어(1490)는 접속 패턴(1420)과 금속층(1180, 1190) 사이를 연결할 수 있고, 금속층(1180, 1190)이 함유하는 금속 재료와 동일한 금속 재료를 함유할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
도 6d를 참조하면, 기판(1110) 및/또는 공진부(1120)는 베이스 기판(1410)의 함몰된 공간 내에 배치될 수 있으므로, 베이스 기판(1410)에 의해 둘러싸일 수 있다. 예를 들어, 캡(1210)은 두께가 일정한 판 형태를 가질 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다.
따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
10: 제1 체적 음향 공진기
11: 제1 시리즈(series) 체적 음향 공진기
12: 제1 션트(shunt) 체적 음향 공진기
20: 제2 체적 음향 공진기
21: 제2 시리즈 체적 음향 공진기
22: 제2 션트 체적 음향 공진기
100a, 100f, 100g: 체적 음향 공진기 필터
100H, 100T: 제1 체적 음향 공진기 필터
100L, 100R:: 제2 체적 음향 공진기 필터
200a, 200b, 200c: 체적 음향 공진기 필터 모듈
1110: 기판
1210: 캡(cap)
1121: 제1 전극
1123, 1123a, 1123b: 압전층
1125: 제2 전극
ANT: 안테나
BW: 대역폭
GND: 접지
fa11, fa12, fa21, fa22: 반공진주파수
fr11, fr12, fr21, fr22: 공진주파수
L2: 션트 인덕터(inductor)
LNA: 저잡음(low noise) 증폭기
N1, N2, N3, N4: 분기 노드(node)
P1, P1c, P1d, P1e, P1f: 제1 RF 포트
P2: 제2 RF 포트
PA: 전력(power) 증폭기
SW: RF 스위치
11: 제1 시리즈(series) 체적 음향 공진기
12: 제1 션트(shunt) 체적 음향 공진기
20: 제2 체적 음향 공진기
21: 제2 시리즈 체적 음향 공진기
22: 제2 션트 체적 음향 공진기
100a, 100f, 100g: 체적 음향 공진기 필터
100H, 100T: 제1 체적 음향 공진기 필터
100L, 100R:: 제2 체적 음향 공진기 필터
200a, 200b, 200c: 체적 음향 공진기 필터 모듈
1110: 기판
1210: 캡(cap)
1121: 제1 전극
1123, 1123a, 1123b: 압전층
1125: 제2 전극
ANT: 안테나
BW: 대역폭
GND: 접지
fa11, fa12, fa21, fa22: 반공진주파수
fr11, fr12, fr21, fr22: 공진주파수
L2: 션트 인덕터(inductor)
LNA: 저잡음(low noise) 증폭기
N1, N2, N3, N4: 분기 노드(node)
P1, P1c, P1d, P1e, P1f: 제1 RF 포트
P2: 제2 RF 포트
PA: 전력(power) 증폭기
SW: RF 스위치
Claims (26)
- 제1 및 제2 RF(Radio Frequency) 포트 사이에 주파수 대역을 형성하도록 연결된 복수의 체적 음향 공진기를 포함하고,
상기 복수의 체적 음향 공진기 각각은, 제1 전극과, 제2 전극과, 상기 제1 및 제2 전극 사이에 배치된 압전층을 포함하고,
상기 복수의 체적 음향 공진기 중 적어도 일부는 공진주파수와 반공진주파수 간의 차이가 서로 다른 제1 및 제2 체적 음향 공진기이고,
상기 제1 및 제2 체적 음향 공진기의 제1 및 제2 전극 총 두께 대비 압전층 두께 비율과 상기 제1 및 제2 체적 음향 공진기의 압전층 두께 중 적어도 하나는 서로 다른 체적 음향 공진기 필터.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 체적 음향 공진기는 상기 제1 및 제2 RF 포트 사이에 전기적으로 직렬 연결된 제1 시리즈 체적 음향 공진기를 포함하고,
상기 제2 체적 음향 공진기는 상기 제1 및 제2 RF 포트 사이에 전기적으로 직렬 연결된 제2 시리즈 체적 음향 공진기를 포함하고,
상기 복수의 체적 음향 공진기 중 다른 일부는 상기 제1 및 제2 시리즈 체적 음향 공진기와 접지 사이에 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 션트 체적 음향 공진기를 포함하고,
상기 제1 및 제2 시리즈 체적 음향 공진기의 반공진주파수 간의 차이는 상기 제1 및 제2 시리즈 체적 음향 공진기의 공진주파수 간의 차이보다 작은 체적 음향 공진기 필터.
- 제1항에 있어서,
상기 복수의 체적 음향 공진기 중 다른 일부는 상기 제1 및 제2 RF 포트 사이에 전기적으로 직렬 연결되는 적어도 하나의 시리즈 체적 음향 공진기를 포함하고,
상기 제1 체적 음향 공진기는 상기 적어도 하나의 시리즈 체적 음향 공진기와 접지 사이에 전기적으로 연결되는 제1 션트 체적 음향 공진기를 포함하고,
상기 제2 체적 음향 공진기는 상기 적어도 하나의 시리즈 체적 음향 공진기와 접지 사이에 전기적으로 연결되는 제2 션트 체적 음향 공진기를 포함하고,
상기 제1 및 제2 션트 체적 음향 공진기의 공진주파수 간의 차이는 상기 제1 및 제2 션트 체적 음향 공진기의 반공진주파수 간의 차이보다 작은 체적 음향 공진기 필터.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 체적 음향 공진기는 상기 제1 및 제2 RF 포트 사이에 전기적으로 직렬 연결된 제1 시리즈 체적 음향 공진기를 포함하고,
상기 제2 체적 음향 공진기는 상기 제1 및 제2 RF 포트 사이에 전기적으로 직렬 연결된 제2 시리즈 체적 음향 공진기를 포함하고,
상기 제1 체적 음향 공진기는 상기 제1 및 제2 시리즈 체적 음향 공진기와 접지 사이에 전기적으로 연결된 제1 션트 체적 음향 공진기를 포함하고,
상기 제2 체적 음향 공진기는 상기 제1 및 제2 시리즈 체적 음향 공진기와 접지 사이에 전기적으로 연결된 제2 션트 체적 음향 공진기를 포함하는 체적 음향 공진기 필터.
- 제4항에 있어서,
상기 제1 및 제2 시리즈 체적 음향 공진기의 반공진주파수 간의 차이는 상기 제1 및 제2 시리즈 체적 음향 공진기의 공진주파수 간의 차이보다 작고,
상기 제1 및 제2 션트 체적 음향 공진기의 공진주파수 간의 차이는 상기 제1 및 제2 션트 체적 음향 공진기의 반공진주파수 간의 차이보다 작은 체적 음향 공진기 필터.
- 제4항에 있어서,
상기 제1 및 제2 션트 체적 음향 공진기 각각은 반직렬(anti-series) 구조를 포함하는 체적 음향 공진기 필터.
- 제1항에 있어서,
상기 복수의 체적 음향 공진기의 개수는 3개 이상이고,
상기 제1 체적 음향 공진기는 상기 복수의 체적 음향 공진기 중 상기 제1 RF 포트에 가장 가까이 전기적으로 연결되는 체적 음향 공진기를 포함하고,
상기 제2 체적 음향 공진기는 상기 복수의 체적 음향 공진기 중 상기 제2 RF 포트에 가장 가까이 전기적으로 연결되는 체적 음향 공진기를 포함하는 체적 음향 공진기 필터.
- 제7항에 있어서,
상기 복수의 체적 음향 공진기의 개수는 5개 이상이고,
상기 제1 체적 음향 공진기는 상기 복수의 체적 음향 공진기 중 상기 제1 RF 포트에 2번째로 가까이 전기적으로 연결되는 체적 음향 공진기를 더 포함하고,
상기 제2 체적 음향 공진기는 상기 복수의 체적 음향 공진기 중 상기 제2 RF 포트에 2번째로 가까이 전기적으로 연결되는 체적 음향 공진기를 더 포함하는 체적 음향 공진기 필터.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 체적 음향 공진기는 하나의 기판 상에 배치된 체적 음향 공진기 필터.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 체적 음향 공진기의 압전층 개수는 서로 다른 체적 음향 공진기 필터.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 체적 음향 공진기의 압전층은 서로 동일한 압전 재료를 함유하는 체적 음향 공진기 필터.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 체적 음향 공진기의 제1 전극과 제2 전극 사이의 이격 거리와, 상기 제2 체적 음향 공진기의 제1 전극과 제2 전극 사이의 이격 거리는 서로 다른 체적 음향 공진기 필터.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 체적 음향 공진기는 상기 제2 체적 음향 공진기의 제1 및 제2 전극 총 두께 대비 압전층 두께 비율보다 더 높은 압전층 두께 비율을 가지거나 상기 제2 체적 음향 공진기의 압전층 두께보다 더 두꺼운 압전층 두께를 가지고,
상기 제1 체적 음향 공진기의 제1 전극과 압전층과 제2 전극의 중첩 면적은, 상기 제2 체적 음향 공진기의 제1 전극과 압전층과 제2 전극의 중첩 면적보다 더 큰 체적 음향 공진기 필터.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 체적 음향 공진기는 상기 제2 체적 음향 공진기의 제1 및 제2 전극 총 두께 대비 압전층 두께 비율보다 더 높은 압전층 두께 비율을 가지거나 상기 제2 체적 음향 공진기의 압전층 두께보다 더 두꺼운 압전층 두께를 가지고,
상기 제1 체적 음향 공진기는 반병렬(anti-parallel) 구조를 포함하는 체적 음향 공진기 필터.
- 제1항에 있어서,
상기 주파수 대역은 3GHz 이상 6GHz 이하의 주파수 범위 중 일부를 커버하는 체적 음향 공진기 필터.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 RF 포트는 상기 제2 RF 포트와 전력 증폭기의 사이에 전기적으로 연결되고,
상기 제1 체적 음향 공진기는 상기 제1 RF 포트와 상기 제2 체적 음향 공진기의 사이에 전기적으로 연결되고,
상기 제1 체적 음향 공진기는 상기 제2 체적 음향 공진기의 제1 및 제2 전극 총 두께 대비 압전층 두께 비율보다 더 높은 압전층 두께 비율을 가지거나 상기 제2 체적 음향 공진기의 압전층 두께보다 더 두꺼운 압전층 두께를 가지는 체적 음향 공진기 필터.
- 제1 주파수 대역을 형성하고 제1 체적 음향 공진기를 포함하는 제1 체적 음향 공진기 필터; 및
제2 주파수 대역을 형성하고 제2 체적 음향 공진기를 포함하는 제2 체적 음향 공진기 필터; 를 포함하고,
상기 제1 및 제2 체적 음향 공진기 각각은, 제1 전극과, 제2 전극과, 상기 제1 및 제2 전극 사이에 배치된 압전층을 포함하고,
상기 제1 체적 음향 공진기의 공진주파수와 반공진주파수 간의 차이는 상기 제2 체적 음향 공진기의 공진주파수와 반공진주파수 간의 차이보다 크고,
상기 제1 체적 음향 공진기는 상기 제2 체적 음향 공진기의 제1 및 제2 전극 총 두께 대비 압전층 두께 비율보다 더 높은 압전층 두께 비율을 가지거나 상기 제2 체적 음향 공진기의 압전층 두께보다 더 두꺼운 압전층 두께를 가지는 체적 음향 공진기 필터 모듈.
- 제17항에 있어서,
상기 제1 체적 음향 공진기 필터는 상기 제2 체적 음향 공진기 필터를 통과하는 제2 RF 신호의 파워보다 더 큰 파워를 가지는 제1 RF 신호가 통과하도록 구성된 체적 음향 공진기 필터 모듈.
- 제17항에 있어서,
상기 제1 체적 음향 공진기 필터는 전력 증폭기와 안테나 사이에 전기적으로 연결되고,
상기 제2 체적 음향 공진기 필터는 상기 안테나에 전기적으로 연결되는 체적 음향 공진기 필터 모듈.
- 제17항에 있어서,
상기 제1 체적 음향 공진기 필터는 제3 체적 음향 공진기를 더 포함하고,
상기 제1 체적 음향 공진기는 상기 제3 체적 음향 공진기에 비해 제1 RF 신호가 더 먼저 통과되도록 상기 제3 체적 음향 공진기에 전기적으로 연결되고,
상기 제1 체적 음향 공진기는 상기 제3 체적 음향 공진기의 제1 및 제2 전극 총 두께 대비 압전층 두께 비율보다 더 높은 압전층 두께 비율을 가지거나 상기 제3 체적 음향 공진기의 압전층 두께보다 더 두꺼운 압전층 두께를 가지는 체적 음향 공진기 필터 모듈.
- 제20항에 있어서,
상기 제2 체적 음향 공진기 필터는 제4 체적 음향 공진기를 더 포함하고,
상기 제4 체적 음향 공진기는 상기 제2 체적 음향 공진기에 비해 제2 RF 신호가 더 먼저 통과되도록 상기 제2 체적 음향 공진기에 전기적으로 연결되고,
상기 제4 체적 음향 공진기는 상기 제2 체적 음향 공진기의 제1 및 제2 전극 총 두께 대비 압전층 두께 비율보다 더 높은 압전층 두께 비율을 가지거나 상기 제2 체적 음향 공진기의 압전층 두께보다 더 두꺼운 압전층 두께를 가지는 체적 음향 공진기 필터 모듈.
- 제21항에 있어서,
상기 제1 체적 음향 공진기는 상기 제4 체적 음향 공진기의 제1 및 제2 전극 총 두께 대비 압전층 두께 비율보다 더 높은 압전층 두께 비율을 가지거나 상기 제4 체적 음향 공진기의 압전층 두께보다 더 두꺼운 압전층 두께를 가지는 체적 음향 공진기 필터 모듈.
- 제17항에 있어서,
상기 제2 체적 음향 공진기 필터는 제4 체적 음향 공진기를 더 포함하고,
상기 제4 체적 음향 공진기는 상기 제2 체적 음향 공진기에 비해 제2 RF 신호가 더 먼저 통과되도록 상기 제2 체적 음향 공진기에 전기적으로 연결되고,
상기 제4 체적 음향 공진기는 상기 제2 체적 음향 공진기의 제1 및 제2 전극 총 두께 대비 압전층 두께 비율보다 더 높은 압전층 두께 비율을 가지거나 상기 제2 체적 음향 공진기의 압전층 두께보다 더 두꺼운 압전층 두께를 가지고,
상기 제1 체적 음향 공진기는 상기 제4 체적 음향 공진기의 제1 및 제2 전극 총 두께 대비 압전층 두께 비율보다 더 높은 압전층 두께 비율을 가지거나 상기 제4 체적 음향 공진기의 압전층 두께보다 더 두꺼운 압전층 두께를 가지는 체적 음향 공진기 필터 모듈.
- 제17항에 있어서,
상기 제1 체적 음향 공진기 필터는 제1 전력 증폭기에 전기적으로 연결되고,
상기 제2 체적 음향 공진기 필터는 제2 전력 증폭기에 전기적으로 연결되는 체적 음향 공진기 필터 모듈.
- 제17항에 있어서,
상기 제1 체적 음향 공진기 필터는 전력 증폭기에 전기적으로 연결되고,
상기 제2 체적 음향 공진기 필터는 저잡음 증폭기에 전기적으로 연결되는 체적 음향 공진기 필터 모듈.
- 제17항에 있어서,
상기 제1 주파수 대역의 중심주파수는 상기 제2 주파수 대역의 중심주파수보다 더 높은 필터 체적 음향 공진기 필터 모듈.
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-
2022
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Patent Citations (1)
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