TWI655413B - 具有碎形電極之聲波ｍｅｍｓ共振器與濾波器及其製造方法 - Google Patents

具有碎形電極之聲波ｍｅｍｓ共振器與濾波器及其製造方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI655413B
TWI655413B TW106135335A TW106135335A TWI655413B TW I655413 B TWI655413 B TW I655413B TW 106135335 A TW106135335 A TW 106135335A TW 106135335 A TW106135335 A TW 106135335A TW I655413 B TWI655413 B TW I655413B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
fractal
function
electrode
resonator
pattern
Prior art date
Application number
TW106135335A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201915450A (zh
Inventor
杭柏特 坎潘尼拉潘達
錢優
拉凱許 庫馬
Original Assignee
新加坡商格羅方德半導體私人有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 新加坡商格羅方德半導體私人有限公司 filed Critical 新加坡商格羅方德半導體私人有限公司
Application granted granted Critical
Publication of TWI655413B publication Critical patent/TWI655413B/zh
Publication of TW201915450A publication Critical patent/TW201915450A/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/46—Filters
    • H03H9/54—Filters comprising resonators of piezoelectric or electrostrictive material
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H03H9/02007—Details of bulk acoustic wave devices
    • H03H9/02157—Dimensional parameters, e.g. ratio between two dimension parameters, length, width or thickness
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H03H9/125—Driving means, e.g. electrodes, coils
    • H03H9/13—Driving means, e.g. electrodes, coils for networks consisting of piezoelectric or electrostrictive materials
    • H03H9/132—Driving means, e.g. electrodes, coils for networks consisting of piezoelectric or electrostrictive materials characterized by a particular shape
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
    • B81B7/04—Networks or arrays of similar microstructural devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H3/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
    • H03H3/007—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
    • H03H3/02—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H03H9/02007—Details of bulk acoustic wave devices
    • H03H9/02086—Means for compensation or elimination of undesirable effects
    • H03H9/0211—Means for compensation or elimination of undesirable effects of reflections
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H03H9/02007—Details of bulk acoustic wave devices
    • H03H9/02086—Means for compensation or elimination of undesirable effects
    • H03H9/02118—Means for compensation or elimination of undesirable effects of lateral leakage between adjacent resonators
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
    • H03H9/205—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having multiple resonators

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
  • Micromachines (AREA)

Abstract

本發明提供了設計具有碎形幾何的體內聲波(BAW)共振器之方法以及所形成之裝置。實施例包含：提供一碎形產生函數；提供三條或更多條線段；將該碎形產生函數應用於該等三條或更多條線段中之每一線段，而形成三條或更多條各別的碎形線段，該等三條或更多條碎形線段中之每一碎形線段具有一各別的起點及終點、以及至少四條子線段；以及將該等三條或更多條碎形線段中之每一碎形線段的一終點連接到該等三條或更多條碎形線段中之另一碎形線段的一接續的起點，而形成代表一BAW共振器的一電極的面積之一閉合迴路輪廓線，該閉合迴路輪廓線具有大於一且小於二的一碎形維度。

Description

具有碎形電極之聲波MEMS共振器與濾波器及其製造方法
本發明的揭露係有關聲波濾波器及共振器。本發明的揭露尤其適用於無線行動裝置及小型細胞(small cell)應用中使用的體內聲波(Bulk Acoustic Wave；簡稱BAW)共振器及濾波器。
BAW共振器、濾波器、及其他組件被廣泛用於諸如4G(***行動通訊)或長期演進技術(Long Term Evolution；簡稱LTE)通訊等的高頻應用，以便移除不需要的頻率且改善信號品質。在2吉赫(gigahertz；簡稱GHz)至16吉赫的有效工作頻率範圍內，BAW組件也具有要求減小尺寸而適應較高頻寬的設計優勢。因而限制了該等組件的電路佔位面積(footprint)，同時使該等組件實際運用於要求高的3G、4G、及未來的寬頻應用。然而，BAW濾波器易於受到不需要的側向波(lateral wave)傳播的影響，而此種側向波傳播將影響到品質(Q)因數(Q因數是濾波器將 某些頻率上的信號選擇性地濾波的品質之度量)。側向波也使BAW濾波器呈現將重疊目標(預期的)BAW共振模式的虛共振(spurious resonance)模式行為。結果通過BAW濾波器的頻率或波長範圍是不可靠的。
因而存在對能夠形成可呈現高Q因數及較佳的側向波響應的BAW共振器及濾波器的方法及其形成的裝置之需求。
本發明揭露的一觀點是一種設計具有碎形幾何(fractal geometry)的BAW共振器之方法。
本發明揭露的另一觀點是一種具有碎形維度(fractal dimension)的BAW共振器。
下文的說明中將述及本發明揭露的額外觀點及其他特徵，且對此項技術具有一般知識者在研究了下文之後在某種程度上將易於得知該等額外觀點及其他特徵，或者可自對本發明揭露的實施而學習到該等額外觀點及其他特徵。尤其如最後的申請專利範圍指出的，可實現且獲得本發明揭露的該等優點。
根據本發明的揭露，一方法可在某種程度上實現某些技術效果，該方法包含下列步驟：提供一碎形產生函數；提供三條或更多條線段；將該碎形產生函數應用於該等三條或更多條線段中之每一線段，而形成三條或更多條各別的碎形線段，該等三條或更多條碎形線段中之每一碎形線段具有一各別的起點及終點、以及至少四條子 線段；以及將該等三條或更多條碎形線段中之每一碎形線段的一終點連接到該等三條或更多條碎形線段中之另一碎形線段的一接續的起點，而形成代表一BAW共振器的一電極的面積(area)之一閉合迴路輪廓線，該閉合迴路輪廓線具有大於一且小於二的一碎形維度。
本發明揭露的各觀點包含：該碎形產生函數是一Koch函數、一其他的參數化碎形函數、或進行參數化及碎形化的一任意適當的函數。其他的觀點包含：該Koch函數的一參數包含該等三條或更多條線段的單位長度、一等邊三角形的角度值、一等邊三角形的周長、一等邊三角形的面積、一等邊三角形的高度、一迭代階數(iteration order)值、或以上各項的一組合。另一觀點包含：該Koch函數使該等三條或更多條線段形成一雪花形閉合迴路輪廓線。進一步的觀點包含：根據對該閉合迴路輪廓線的分析以及該BAW共振器的規格資訊而決定是否符合該BAW共振器的一目標Q因數、一目標面積、及一目標周長。另一觀點包含：決定是否符合該目標Q因數、該目標面積、及該目標周長包含根據模型化或粒子計數(particle counting)而分析該閉合迴路輪廓線。又一觀點包含：將該碎形產生函數應用於該閉合迴路輪廓線的該等三條或更多條碎形線段中之每一碎形線段，而形成一更新閉合迴路輪廓線，直到符合該BAW共振器的該目標Q因數、該目標面積、及該目標周長為止。
本發明揭露的另一觀點是一種裝置，該裝 置包含：由導電材料構成的一第一電極，其中至少一第一電極的周長由大於一且小於二的碎形維度之一閉合迴路輪廓以及一參數化碎形函數或進行參數化及碎形化的一任意適當的函數所界定；鄰近該第一電極的一聲層，該第一電極介接該聲層的一第一平面；以及鄰近該聲層的一第二電極，該第二電極係由導電材料構成，且介接該聲層的一第二平面。
該裝置的觀點包含：該第二電極具有該碎形維度，且根據該參數化碎形函數或進行參數化及碎形化的該任意適當的函數而產生該第二電極的圖案。其他觀點包含：該參數化碎形函數是一Koch函數、一Cesare函數、一Cantor函數、一Sierpienski函數、或一Peano函數。另一觀點包含：該聲層是一壓電材料。進一步的觀點包含：該第二電極與該聲層的該第二平面之介接以及該第一電極與該聲層的該第一平面之介接分別形成一共振器或複數個BAW共振器。另一觀點包含一些互連，用以在操作上耦合該複數個BAW共振器，而形成一聲波濾波器，其中該第二電極與該第一電極的互連形成一個以上的共振器。
本發明揭露的一進一步的觀點是一種方法，該方法包含下列步驟：提供一共振器的一目標Q因數；提供代表一第一電極的一第一圖案，該圖案具有一閉合迴路輪廓線，該閉合迴路輪廓線具有根據一參數化碎形函數或進行參數化及碎形化的一任意適當的函數之碎形維度，該等碎形維度係大於一且小於二；提供代表將與該第一電 極分層的一第二電極的面積之一第二圖案，該第二圖案與該第一圖案的分層代表該共振器的有效面積；以及根據該面積及該閉合迴路輪廓線的周長而決定是否符合該共振器的該目標Q因數。
本發明揭露的各觀點包含：決定是否符合該目標Q因數之該步驟包含根據模型化或粒子計數而分析該閉合迴路輪廓線。進一步的觀點包含下列步驟：更新該第一圖案，直到符合該共振器的該目標Q因數為止，其中該目標Q因數係根據該共振器的規格資訊；以及一旦符合了該Q因數之後，儲存該更新第一圖案，作為用於形成該第一電極的最終圖案。另一觀點包含：其中更新該第一圖案的該步驟包含下列步驟：將一碎形產生函數應用於該閉合迴路輪廓線，該碎形產生函數具有該閉合迴路輪廓線的該碎形維度之自相似性(self-similarity)。又一觀點包含下列步驟：更新該第二圖案，直到符合該共振器的該目標Q因數為止，其中該目標Q因數係根據該共振器的規格資訊；以及一旦符合了該Q因數之後，儲存該更新第二圖案，作為用於形成該第二電極的最終圖案。另一觀點包含：其中更新該第二圖案的該步驟包含下列步驟：將一碎形產生函數應用於該第二圖案的該閉合迴路輪廓線，該第二圖案的該閉合迴路輪廓線具有根據一參數化碎形函數或進行參數化及碎形化的一任意適當的函數之碎形維度，該等碎形維度係大於一且小於二。一進一步的觀點包含：其中該碎形產生函數具有該第二圖案的該閉合迴路輪廓線的該等碎 形維度之自相似性。
熟悉此項技術者若參閱下文中之詳細說明，將可易於了解本發明揭露的額外觀點及技術效果，其中只是以舉例說明預期用於實現本發明的揭露的最佳模式之方式說明本發明揭露的實施例。如將可了解的，在不脫離本發明的揭露之情形下，本發明的揭露能夠有其他不同的實施例，且其數個細節能夠在各明顯的方面上被修改。因此，各圖式及說明在本質上被視為例示性，且不被視為限制性。
101、101a、101b、101c、101d‧‧‧線段
101'、101"、101a"、101b"、101c"、101d"、203、211、217‧‧‧碎形線段
103、103a、103b、103c、103d‧‧‧起點
105、105a、105b、105c、105d‧‧‧終點
107、205‧‧‧產生函數
109、111、113、115、117、119、121、123、125、127、129、131、133、135、137、139、141、143、145、147‧‧‧子線段
109a、111a、113a、115a‧‧‧碎形維度
130、201、207、209、213、215、219‧‧‧閉合迴路輪廓線
149‧‧‧陰影區域
500‧‧‧體內聲波共振器
501a‧‧‧第一電極
501b‧‧‧第二電極
503‧‧‧厚度
505‧‧‧聲層
將參照各附圖而以舉例方式且非限制方式說明本發明的揭露，在該等附圖中，相像的參考編號參照到類似的元件，且其中：第1A至1C圖根據一實施例而以示意方式示出設計具有碎形維度的一BAW共振器之一操作流程；第2A至2C圖根據另一實施例而以示意方式示具有碎形維度的一BAW共振器之例示性能度量；第3A及3B圖是根據另一實施例而設計具有碎形維度的一BAW共振器的一程序之流程圖；第4A至4C圖是根據另一實施例而提高一BAW共振器的Q因數的一程序之流程圖；以及第5圖根據一進一步的實施例而以示意方式示出有具有碎形幾何的電極的一BAW共振器的元件之一重疊圖。
在下文的說明中，為了解說，述及了許多特定細節，以便提供對各實施例的徹底了解。然而，顯然可在沒有這些特定細節或利用等效安排的情形下實施該等實施例。在其他的情形中，係以方塊圖的形式示出習知的結構及裝置，以便避免非必要地模糊了各實施例。此外，除非另有指示，否則本說明書及申請專利範圍中使用的表示成分的量、比率、及數值屬性、以及反應條件等的所有數字將被理解為在所有的情況中被術語"大約"修飾。
本發明的揭露處理且解決諸如共振器及濾波器等的BAW組件易於受到將降低性能的不需要的側向波的影響之目前的問題。尤其藉由形成根據一參數化碎形函數或進行參數化及碎形化的一任意適當的函數而設計的以碎形維度為特徵的BAW共振器之電極，而解決該問題。本發明的揭露進一步處理且解決設計具有較佳的Q因數的BAW組件之問題。尤其藉由根據具有根據一參數化碎形函數或進行參數化及碎形化的一任意適當的函數而產生之碎形維度的一閉合迴路輪廓線的面積而決定是否符合一目標Q因數，而解決該問題。
根據本發明揭露的實施例之方法包含：提供一碎形產生函數。提供三條或更多條線段，且將該碎形產生函數應用於該等三條或更多條線段中之每一線段，而形成三條或更多條各別的碎形線段，該等三條或更多條碎形線段中之每一碎形線段具有一各別的起點及終點、以及至少四條子線段。將該等三條或更多條碎形線段中之每一 碎形線段的一終點連接到該等三條或更多條碎形線段中之另一碎形線段的一接續的起點，而形成代表一BAW共振器的一電極的面積之一閉合迴路輪廓線，該閉合迴路輪廓線具有大於一且小於二的一碎形維度。
熟悉此項技術者若參閱下文中之詳細說明，將可易於了解另外的其他觀點、特徵、及技術效果，其中只是以舉例說明所預期的最佳模式之方式示出且說明較佳實施例。本發明的揭露能夠有其他不同的實施例，且其數個細節能夠在各明顯的方面上被修改。因此，各圖式及說明在本質上被視為例示性，且不被視為限制性。
第1A至1C圖根據一實施例而以示意方式示出設計具有碎形維度的一BAW共振器之一操作流程。舉例而言，可以一或多個電腦驅動的、機器驅動的、基於設計的、基於製造的、或其他自動化執行(為了圖示的方便而未被示出)之方式執行該操作流程。該等圖式示出根據一產生函數用於形成代表一例示BAW共振器的面積/周長的一閉合迴路輪廓線而執行的處理的各線段之間存在的一自相似關係。在各實施例中，碎形維度參照到根據一參數化碎形函數或進行參數化及碎形化的一任意適當的函數的一電極之圖案產生、及/或用於界定一BAW共振器的周長的閉合迴路輪廓線之碎形維度。
請參閱第1A圖，長度為L的一線段101被提供作為一產生函數107的一輸入，其中該線段101具有一起點103，且終止於一終點105(迭代i=0(無碎形化))。 產生函數107可以是被執行為用於對被輸入的資料進行轉換及/或運算而產生預期處理結果的一或多個數學運算之任何已知的參數化碎形函數或進行參數化及碎形化的任意適當的函數。舉例而言，在該例子中，產生函數107是能夠遞迴地改變一線段101而產生具有碎形維度的一碎形線段101'(迭代i=1)之一Koch函數。在某些實施例中，產生函數107的輸入可包含線段101的長度L、一角度值、高度、將被以數學方式施加到線段101的一等邊三角形的周長或面積、用於處理該輸入的一迭代階數值i、或以上各項的一組合。
碎形線段101'代表由於上述的輸入而由產生函數107產生的一輸出。在每一例子中，對應於該線段(例如，線段101)之該碎形線段(例如，碎形線段101')將有至少四條新的子線段(例如，子線段109、111、113、及115)。舉例而言，輸出(碎形線段101')是線段101的一變形，該變形有相同的長度L，但是具有被施加到線段101的一部分而形成一碎形之一個三角形元素。碎形(fractal)是具有自相似結構(亦即，該結構可根據自身而被界定)之任何鄰接安排的線或圖案。
請參閱第1B圖，碎形線段101'然後可被輸入到產生函數107，而產生一進一步迭代的碎形線段101'(亦即，碎形線段101"(迭代i=2))，該碎形線段101'具有與線段101及碎形線段101'相同的長度L，但是具有被施加到子線段109、111、113、及115中之每一子線段的 一個三角形元素，因而形成了碎形線段101'的每一原始子線段之至少四個新的子線段，例如，分別形成了：117、119、121、及123；125、127、129、及131；133、135、137、及139；以及141、143、145、及147(亦即，子線段109-115中之每一子線段共有24=16個新的子線段)。請注意，第1B圖的碎形線段101"之比例只是為了圖示的方便，且線段101以及碎形線段101'及101"的長度L是相同的。按照該例子，對於產生函數107的每一迭代i而言，子線段的數目係如下式所示：子線段的數目=2 ixN ，其中該例子中之N=i=2。
請參閱第1C圖，根據以與第1A及1B圖有關之方式說明的該迭代操作流程而形成一閉合迴路輪廓線130。在該例子中，分別提供了諸如線段101a、101b、101c、及101d(為了圖示的方便而未被示出)等的四條線段，每一線段有一長度L以及起點及終點103a及105a、103b及105b、103c及105c、以及103d及105d。如前文所述，該等四條線段101a、101b、101c、及101d然後被輸入到諸如一Koch函數等的產生函數107，且經由兩個迭代而被處理。因此，每一產生的碎形線段101a"、101b"、101c"、及101d"具有與第1B圖的碎形線段101"的該等子線段相同的16條子線段(2 ixN )，例如，具有：子線段117、119、121、及123；125、127、129、及131；133、135、137、及139；以及141、143、145、及147。然後，碎形 線段101a"、101b"、101c"、及101d"中之每一碎形線段的一終點(例如，終點105a、105b、105c、及105d被分別連接到四條線段之另一線段的一接續的起點(例如，起點103a、103b、103c、及103d)。例如，碎形線段101d"的終點105d被調整成在一共同點(105d/103a)上與碎形線段101a"的起點103a相交，且其他的碎形線段依此類推，直到所有的碎形線段101a"、101b"、101c"、及101d"形成閉合迴路130為止。該等共同點對應於用於界定用於形成閉合迴路130的對應的碎形線段101a"、101b"、101c"、及101d"的相對位置及/或定向之二維坐標x及y。因此，自碎形線段101a"、101b"、101c"、及101d"的加入/連接而產生閉合迴路輪廓線130。
在該實施例中，圖中被示為陰影區域149之該閉合迴路輪廓線130包封的產生區域代表一電極的面積。以碎形線段101a"、101b"、101c"、及101d"的長度總和表示之閉合迴路輪廓線130的周長代表該電極的周長。按照該方法，閉合迴路輪廓線130的特徵為根據產生函數107且如第1B圖中更詳細示出之諸如109a、111a、113a、及115a；109b、111b、113b、及115b；109c、111c、113c、及115c；以及109d、111d、113d、及115d等的碎形維度(為了圖示的方便，並未示出碎形維度109b、111b、113b、115b至109d、111d、113d、及115d)。如將於本說明書中進一步說明的，將碎形維度包含在BAW共振器的電極之設計及製造內將導致較佳的Q因數。
雖然該等上述實施例係有關產生器107的Koch函數，但是亦可替代地採用任何其他的參數化碎形函數或進行參數化及碎形化的一任意適當的函數。例如，產生器107可執行諸如一Cesare函數、Cantor函數、Sierpienski函數、Peano函數、三角脈衝函數、方形脈衝函數、或被碎形化而提高預期共振器的周長與面積比及該共振器的Q因數之任何其他函數等的一參數化碎形函數。
第2A至2C圖根據另一實施例而示出具有碎形維度的一BAW共振器之例示性能度量(performance metric)。在第2A至2C圖中，示出與有不同的碎形維度的不同的閉合迴路輪廓線相關聯之Q因數。濾波器或其他調諧電路(tuned circuit)的品質因數提供了該濾波器或其他調諧電路在高頻環境中之性能的指示。具體而言，該Q因數指示一BAW濾波器(亦即，由多個BAW共振器構成的一BAW濾波器)內之能量損失。具有較大的能量保持或Q因數時，BAW濾波器電路變得更為銳滾降(sharper)，且對於與該BAW濾波器電路被設計要濾波的頻率範圍對應的信號之識別更為切合。相反地，具有較小的能量保持或Q因數時，轉化為該濾波器識別其目標頻寬範圍內之特定信號的較差性能。
與一BAW濾波器相關聯的Q因數可能隨著其設計特性而改變。除了其他因素外，該濾波器的尺寸及形狀影響到其共振能階。請參閱第2A圖，決定(例如，經由分析或模擬而決定)由產生函數205的第一階迭代(i=1) 產生的具有一碎形線段203的自相似性之一閉合迴路輪廓線201發生了665的Q因數。碎形線段203之特徵為一特定三角形面積、高度等的參數。相同碎形線段203之對應於產生函數205的第二階(i=2)迭代的進一步碎形化導致形成了具有一對應的703的Q因數的一閉合迴路輪廓線207。該進一步碎形化導致Q因數的6.8%增加。
在第2B圖中，決定(例如，經由分析或模擬而決定)由產生函數205的第一階迭代(i=1)產生的具有一碎形線段211的自相似性之一閉合迴路輪廓線209發生了682的Q因數。碎形線段211之特徵為一特定三角形面積、高度等的參數。相同碎形線段211之對應於產生函數205的第二階(i=2)迭代的進一步碎形化導致形成了具有一對應的691的Q因數的一閉合迴路輪廓線213。該進一步碎形化導致Q因數的1.3%增加。
在第2C圖中，決定(例如，經由分析或模擬而決定)由產生函數205的第一階迭代(i=1)產生的具有一碎形線段217的自相似性之一閉合迴路輪廓線215發生了603的Q因數。碎形線段217之特徵為一特定三角形面積、高度等的參數。相同碎形線段217之對應於產生函數205的第二階(i=2)迭代的進一步碎形化導致形成了具有一對應的679的Q因數的一閉合迴路輪廓線219。該進一步碎形化導致Q因數的11.2%增加。
在第2A至2C圖的該等實施例中，自i=1到i=2的碎形化(第一階至第二階Koch函數結構)導致提高 的Q因數。在其他實施例中，可在設計及製造限制內執行額外的迭代。該被決定的Q因數係部分地根據分別具有第2A至2C圖的各別閉合迴路輪廓線201及207、209及213、以及215及219的碎形維度的一BAW共振器的一電極之所形成的周長及/或面積。在分析期間可為了評量基準(benchmarking)而校準Q因數，且分析技術可包括模型化、或粒子計數等的技術。
第3A及3B圖是根據另一實施例而設計具有碎形維度的一BAW共振器的一程序之流程圖。在一實施例中，程序300被實施為一或多個軟體指令，及/或被實施在諸如包含一處理器及一記憶體的一晶片組(為了圖示的方便而未被示出)中。
在程序300(第3A圖)的步驟301及303中，分別提供了一碎形產生函數以及三條或更多條線段。如前文所述，該碎形產生函數可以是用於對該等三條或更多條線段操作之一Koch函數、其他的參數化碎形函數或進行參數化及碎形化的一任意適當的函數。該Koch函數的參數可包含該等三條或更多條線段的單位長度、一等邊三角形的角度值、一等邊三角形的周長、一等邊三角形的面積、一等邊三角形的高度、一迭代階數值、或以上各項的一組合。該等碎形維度係大於一且小於二，且於使用Koch函數時，該等三條或更多條線段產生之圖案像一雪花形閉合迴路輪廓線或其他的遞迴結構。
在步驟305中，該碎形產生函數被應用於 該等三條或更多條線段諸之每一線段，而形成三條或更多條各別的碎形線段，該等三條或更多條碎形線段中之每一碎形線段具有一各別的起點及終點、以及至少四條子線段。在步驟307中，該等三條或更多條碎形線段中之一碎形線段的終點被連接到該等三條或更多條碎形線段中之另一碎形線段的一接續的起點，而形成代表一BAW共振器的一電極的面積之一閉合迴路輪廓線，該閉合迴路輪廓線具有大於一且小於二的一碎形維度。
在程序308(第3B圖)的步驟309中，根據該閉合迴路輪廓線而決定是否符合該BAW共振器的一目標Q因數、一目標面積、及一目標周長。如前文所述，對該閉合迴路輪廓線的分析係根據模型化或粒子計數。此外，該目標Q因數、目標面積、及目標周長係根據該BAW共振器的規格資訊。
在步驟311中，將該碎形產生函數應用於該閉合迴路輪廓線的該等三條或更多條碎形線段中之每一碎形線段，而形成一更新閉合迴路結構，直到符合該BAW共振器的該目標Q因數、目標面積、及目標周長為止。該更新閉合迴路輪廓線包含三條或更多條具有該碎形產生函數以及該等三條或更多條碎形線段中之每一碎形線段的自相似性之更新碎形線段。如前文所述，該更新閉合迴路輪廓線對應於用於實現該BAW共振器的所形成的電極的增加的碎形化的該碎形產生函數之第i階迭代。
第4A至4C圖是根據另一實施例而提高一 BAW共振器的Q因數的一程序之流程圖。在一實施例中，程序400被實施為一或多個軟體指令，及/或被實施在諸如包含一處理器及一記憶體的一晶片組(為了圖示的方便而未被示出)中。
在程序400(第4A圖)的步驟401中，提供一共振器的目標Q因數。在步驟403中，提供代表一第一電極的一第一圖案作為諸如一輸入。如前文所述，該圖案具有一閉合迴路輪廓線，該閉合迴路輪廓線具有根據一參數化碎形函數或進行參數化及碎形化的一任意適當的函數之碎形維度，該碎形維度係大於一且小於二。其中該參數化碎形函數是一Koch函數，且該閉合迴路輪廓線之圖案為一雪花形閉合迴路輪廓線。
在步驟405中，提供代表將與該第一電極分層的一第二電極的面積之一第二圖案，該第二圖案與該第一圖案的分層代表該共振器的有效面積。在步驟407中，根據該面積及該閉合迴路輪廓線的周長而決定是否符合該共振器的該目標Q因數。該決定步驟可包含：根據模型化或粒子計數而分析該閉合迴路輪廓線。
在程序408(第4B圖)的步驟409中，更新該第一圖案，直到符合該共振器的該目標Q因數為止。例如，更新該第一圖案的該步驟包含：將一碎形產生函數應用於該閉合迴路輪廓線，該碎形產生函數具有該閉合迴路輪廓線的該等碎形維度之自相似性。如前文所述，該目標Q因數係根據該共振器的規格資訊。在步驟411中，儲存 該更新第一圖案，作為用於形成該第一電極的最終圖案。
在程序412(第4C圖)的步驟413中，更新該第二圖案，直到符合該共振器的該目標Q因數為止，該目標Q因數係根據該共振器的規格資訊。該第二圖案的設計特性可隨著該共振器的應用要求而改變。例如，在一例子中，該第二圖案可具有一閉合迴路輪廓線，該閉合迴路輪廓線具有根據該參數化碎形函數或進行參數化及碎形化的該任意適當的函數之碎形維度。在這種情況下，該等碎形維度係大於一且小於二，因而匹配該第一圖案及該第一電極的特性。或者，該第二圖案可能是沒有碎形維度，而將所形成的該共振器之碎形幾何降低到只有該第一電極。
在步驟415中，儲存該更新第二圖案，作為用於形成該第二電極的最終圖案。在某些例子中，該等儲存步驟411及415可對應於一設計、計劃、建造、或製造程序的實現。例如，可將該最終圖案提供給一微影處理裝置，以便可能將該電極顯影。
第5圖根據一進一步的實施例而以示意方式示出有具有碎形幾何的電極的一BAW共振器的元件之一重疊圖。BAW共振器500包含由一導電材料構成的一第一電極501a，該電極具有碎形維度，且根據用於提供共振器的有效面積之一參數化碎形函數或進行參數化及碎形化的一任意適當的函數而產生該電極的圖案。可以代表該第一電極501a的面積之一閉合迴路輪廓線界定共振器500的面積，其中該閉合迴路輪廓線具有碎形維度以及對該參 數化碎形函數或進行參數化及碎形化的該任意適當的函數之自相似性。
如該圖所示，該等碎形維度透過電極501a的厚度503而被蝕刻到電極501a，以便影響通過該第一電極鄰近的一聲層505而共振的駐波(standing wave)。第一電極501a與聲層505的第一平面介接。舉例而言，以一薄膜壓電材料構成聲層505。
BAW共振器500進一步包含由導電材料構成的一第二電極501b。在該例子中，第二電極501b與聲層505的一第二平面介接，以便提供共振器的有效面積。請注意，該第一及第二電極501a及501b的重疊面積分別構成了BAW共振器500的總面積。依照該組態，聲層505分別被夾在第一與第二電極501a與501b之間。
在該例子中，第二電極501b是沒有碎形維度的一方形電極。或者，第二電極501b可具有碎形維度，且根據被用於形成該第一電極501a的該參數化碎形函數或進行參數化及碎形化的該任意適當的函數而產生該第二電極501b的圖案。可根據所需的Q因數及/或應用要求而相應地決定且應用任一方法。
作為具有碎形維度的一完全形成的共振器500，該共振器可被進一步配置成具有一或多個布拉格反射器(Bragg reflector)層，且該一或多個布拉格反射器層被進一步分層在一被牢固地安裝的BAW共振器的組態中之一基材(為了圖示的方便而未被示出)之上。
或者，一BAW濾波器可包含複數個BAW共振器500(為了圖示的方便而未被示出)。該等BAW共振器500中之每一BAW共振器500具有根據一參數化碎形函數或進行參數化及碎形化的一任意適當的函數的碎形維度之電極。該BAW濾波器可進一步包含一些互連，用以在操作上耦合該複數個BAW共振器，而構成一聲波濾波器。該等互連可包括各別BAW共振器500之間的導線、通道、或其他連接點，用以將該等BAW共振器相互耦合而作為一聲波濾波器。在某些實施例中，可根據任何已知的設計組態而將該複數個BAW共振器500互連，以便實現不同的操作結果。
本發明揭露的該等實施例可實現其中包括能夠在無須使用諸如環或細絲等的補充組件之情形下形成及設計具有比已知BAW裝置高的Q因數及更平滑的頻率響應之BAW組件之數項技術效果。更確切地說，碎形元件被設計且製造到BAW共振器的電極中，而在無須擴大的電路佔位面積之情形下實現碎形幾何設計。本發明的揭露進一步採用一種可更佳地設計具有用於"弱化"橫向模式(lateral mode)效應的有效周長與面積比的電極之方法。本發明的實施例在諸如微處理器、智慧型手機、行動電話、細胞式手機、機上盒、數位多功能光碟(DVD)錄影機及播放器、汽車導航、印表機及週邊裝置、網路及電信設備、遊戲系統、及數位相機等的各種產業應用中之任何產業應用中都具有產業利用性。本發明的揭露因而在包括BAW 共振器或濾波器之各種類型的裝置中之任何裝置中都具有產業利用性。
在前文的說明中，係參照本發明的特定實施例而說明本發明的揭露。然而，顯然可在不脫離申請專利範圍中述及的本發明揭露的較寬廣之精神及範圍下對該等特定實施例作出各種修改及改變。因此，本說明書及各圖式將被視為例示性且非限制性。應當理解：本發明的揭露可使用各種其他組合及實施例，且能夠在本說明書中所述的本發明的概念之範圍內作出任何改變或修改。

Claims (20)

  1. 一種用於製造共振器結構之方法，包含下列步驟：提供一碎形產生函數；提供三條或更多條線段；將該碎形產生函數應用於該等三條或更多條線段中之每一線段，而形成三條或更多條各別的碎形線段，該等三條或更多條碎形線段中之每一碎形線段具有一各別的起點及終點、以及至少四條子線段；以及將該等三條或更多條碎形線段中之每一碎形線段的一終點連接到該等三條或更多條碎形線段中之另一碎形線段的一接續的起點，而形成代表一體內聲波(BAW)共振器的一電極的面積之一閉合迴路輪廓線，該閉合迴路輪廓線具有大於一且小於二的一碎形維度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該碎形產生函數是一Koch函數、一其他的參數化碎形函數、或進行參數化及碎形化的一任意適當的函數。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中，該Koch函數的一參數包含該等三條或更多條線段的單位長度、一等邊三角形的角度值、一等邊三角形的周長、一等邊三角形的面積、一等邊三角形的高度、一迭代階數值、或以上各項的一組合。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中，該Koch函數使該等三條或更多條線段形成一雪花形閉合迴路輪廓線。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，進一步包含下列步驟：根據對該閉合迴路輪廓線的分析以及該BAW共振器的規格資訊而決定是否符合該BAW共振器的一目標品質(Q)因數、一目標面積、及一目標周長。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之方法，其中，決定是否符合該目標Q因數、該目標面積、及該目標周長之該步驟包含下列步驟：根據模型化或粒子計數而分析該閉合迴路輪廓線。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之方法，進一步包含下列步驟：將該碎形產生函數應用於該閉合迴路輪廓線的該等三條或更多條碎形線段中之每一碎形線段，而形成一更新閉合迴路輪廓線，直到符合該BAW共振器的該目標Q因數、目標面積、及目標周長為止。
  8. 一種共振器結構，包含：由導電材料構成的一第一電極，其中，至少一第一電極的周長由大於一且小於二的碎形維度之一閉合迴路輪廓以及一參數化碎形函數或進行參數化及碎形化的一任意適當的函數所界定；鄰近該第一電極的一聲層，該第一電極介接該聲層的一第一平面；以及鄰近該聲層的一第二電極，該第二電極係由導電材料構成，且介接該聲層的一第二平面。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之共振器結構，其中，該第二電極具有該碎形維度，且根據該參數化碎形函數或進行參數化及碎形化的該任意適當的函數而產生該第二電極的圖案。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之共振器結構，其中，該參數化碎形函數包含一Koch函數、一Cesare函數、一Cantor函數、一Sierpienski函數、或一Peano函數。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之共振器結構，其中，該聲層是一壓電材料。
  12. 如申請專利範圍第8項所述之共振器結構，其中，該第二電極與該聲層的該第二平面之介接以及該第一電極與該聲層的該第一平面之介接分別形成一共振器或複數個體內聲波(BAW)共振器。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之共振器結構，其中，形成該複數個BAW共振器，該共振器結構進一步包含：一些互連，用以在操作上耦合該複數個BAW共振器，而形成一聲波濾波器。
  14. 一種用於製造共振器結構之方法，包含下列步驟：提供一共振器的一目標Q因數；提供代表一第一電極的一第一圖案，該第一圖案具有一閉合迴路輪廓線，該閉合迴路輪廓線具有根據一參數化碎形函數或進行參數化及碎形化的一任意適當的函數之碎形維度，該等碎形維度係大於一且小於二；提供代表將與該第一電極分層的一第二電極的面 積之一第二圖案，該第二圖案與該第一圖案的分層代表該共振器的有效面積；以及根據該面積及該閉合迴路輪廓線的周長而決定是否符合該共振器的該目標Q因數。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中，決定是否符合該目標Q因數之該步驟包含下列步驟：根據模型化或粒子計數而分析該閉合迴路輪廓線。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之方法，進一步包含下列步驟：更新該第一圖案，直到符合該共振器的該目標Q因數為止，其中，該目標Q因數係根據該共振器的規格資訊；以及一旦符合了該目標Q因數之後，儲存該更新第一圖案，作為用於形成該第一電極的最終圖案。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之方法，其中，更新該第一圖案的該步驟包含下列步驟：將一碎形產生函數應用於該閉合迴路輪廓線，該碎形產生函數具有該閉合迴路輪廓線的該碎形維度之自相似性。
  18. 如申請專利範圍第14項所述之方法，進一步包含下列步驟：更新該第二圖案，直到符合該共振器的該目標Q因數為止，其中，該目標Q因數係根據該共振器的規格資訊；以及一旦符合了該目標Q因數之後，儲存該更新第二 圖案，作為用於形成該第二電極的最終圖案。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之方法，其中，更新該第二圖案的該步驟包含下列步驟：將一碎形產生函數應用於該第二圖案的一閉合迴路輪廓線，該第二圖案的該閉合迴路輪廓線具有根據一參數化碎形函數或進行參數化及碎形化的一任意適當的函數之碎形維度，該等碎形維度係大於一且小於二。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之方法，其中，該碎形產生函數具有該第二圖案的該閉合迴路輪廓線的該等碎形維度之自相似性。
TW106135335A 2017-09-15 2017-10-16 具有碎形電極之聲波ｍｅｍｓ共振器與濾波器及其製造方法 TWI655413B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/706,304 2017-09-15
US15/706,304 US10277194B2 (en) 2017-09-15 2017-09-15 Acoustic MEMs resonator and filter with fractal electrode and method for producing the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TWI655413B true TWI655413B (zh) 2019-04-01
TW201915450A TW201915450A (zh) 2019-04-16

Family

ID=65721585

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW106135335A TWI655413B (zh) 2017-09-15 2017-10-16 具有碎形電極之聲波ｍｅｍｓ共振器與濾波器及其製造方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10277194B2 (zh)
CN (1) CN109510607B (zh)
TW (1) TWI655413B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112151925A (zh) * 2020-09-27 2020-12-29 重庆邮电大学 一种混合分形结构的折叠平行耦合微带带通滤波器
US20230396234A1 (en) * 2022-06-01 2023-12-07 Macom Technology Solutions Holdings, Inc. Semiconductor Device and Method of Forming High KT2 High Q Acoustic Wave Resonator

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200605499A (en) * 2004-07-28 2006-02-01 Tai Saw Technology Co Ltd Surface acoustic wave device with electro-static discharge protection
TW201212372A (en) * 2010-09-15 2012-03-16 Ind Tech Res Inst Microelectromechanical filter
CN103795291A (zh) * 2014-01-23 2014-05-14 上海交通大学 微型植入式超声共振无线能量传送接收器及其制备方法

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69633975T2 (de) * 1995-08-09 2005-12-01 Fractal Antenna Systems Inc., Ft. Lauderdale Fraktale antennen, resonatoren und lastelemente
US5903087A (en) * 1997-06-05 1999-05-11 Motorola Inc. Electrode edge wave patterns for piezoelectric resonator
US6215375B1 (en) 1999-03-30 2001-04-10 Agilent Technologies, Inc. Bulk acoustic wave resonator with improved lateral mode suppression
FI107660B (fi) 1999-07-19 2001-09-14 Nokia Mobile Phones Ltd Resonaattorirakenne
JP2003520542A (ja) 2000-01-19 2003-07-02 フラクトゥス・ソシエダッド・アノニマ フラクタル及び空間充填伝送線、共振器、フィルター並びに受動ネットワーク用エレメント
EP1702407A1 (en) 2003-10-06 2006-09-20 Philips Intellectual Property & Standards GmbH Resonator structure and method of producing it
TWI247452B (en) * 2005-01-21 2006-01-11 Wistron Neweb Corp Multi-band antenna and design method of multi-band antenna
US7227293B2 (en) * 2005-05-11 2007-06-05 Tai-Saw Technology Co., Ltd. Surface acoustic wave device with electro-static discharge protection
CN101278479B (zh) 2005-09-30 2011-04-13 Nxp股份有限公司 薄膜体声波（baw）谐振器或相关改进
TWI267228B (en) * 2005-11-18 2006-11-21 Direxion Technology Co Ltd Method for creating miniature broadband antenna fractal elements
TWM334479U (en) * 2007-09-05 2008-06-11 Advance Design Technology Inc A fractal-shaped resonator
WO2010061898A1 (ja) * 2008-11-27 2010-06-03 昭和電工株式会社 有機電界発光素子、表示装置および照明装置
FR2943000A1 (fr) * 2009-03-12 2010-09-17 Peugeot Citroen Automobiles Sa Buse, groupe moto-ventilateur et vehicule equipe de cette buse.
TW201236258A (en) * 2011-02-22 2012-09-01 zong-da Wu Micro-antenna radiation element
US9148117B2 (en) 2011-02-28 2015-09-29 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Coupled resonator filter comprising a bridge and frame elements
US9246473B2 (en) 2011-03-29 2016-01-26 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Acoustic resonator comprising collar, frame and perimeter distributed bragg reflector
TWI501465B (zh) * 2012-03-01 2015-09-21 Tai Saw Technology Co Ltd 準碎形天線
US9450565B2 (en) 2013-03-12 2016-09-20 Qorvo Us, Inc. Border ring mode suppression in solidly-mounted bulk acoustic wave resonator
US9679940B2 (en) * 2014-07-03 2017-06-13 Omnivision Technologies, Inc. Fractal-edge thin film and method of manufacture

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200605499A (en) * 2004-07-28 2006-02-01 Tai Saw Technology Co Ltd Surface acoustic wave device with electro-static discharge protection
TW201212372A (en) * 2010-09-15 2012-03-16 Ind Tech Res Inst Microelectromechanical filter
CN103795291A (zh) * 2014-01-23 2014-05-14 上海交通大学 微型植入式超声共振无线能量传送接收器及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109510607B (zh) 2022-11-25
US20190089327A1 (en) 2019-03-21
CN109510607A (zh) 2019-03-22
TW201915450A (zh) 2019-04-16
US10277194B2 (en) 2019-04-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6906606B6 (ja) 音波フィルタ・デバイスの２次元有限要素法シミュレーションにおける階層的カスケード
Koziel Shape-preserving response prediction for microwave design optimization
US9385303B2 (en) Resonator and fabricating method thereof
US7868517B2 (en) Lamb wave resonator
TWI655413B (zh) 具有碎形電極之聲波ｍｅｍｓ共振器與濾波器及其製造方法
CN111211757B (zh) 一种体声波谐振器的顶电极结构及制作工艺
CN106487351B (zh) 优化表面声波滤波器的输入阻抗的方法
EP3895054A1 (en) Fast, highly accurate, full-fem surface acoustic wave simulation
US20220103153A1 (en) Method for producing acoustic resonator and filter with electrode having zig-zag edge
Balewski et al. Step on it bringing fullwave finite-element microwave filter design up to speed
US20200119717A1 (en) Fast, highly accurate, full-fem surface acoustic wave simulation
US11728786B2 (en) Fast, highly accurate, full-FEM surface acoustic wave simulation
Li et al. Isogeometric analysis with trimming technique for quadruple arch‐cut ridged circle waveguide
CN115659607A (zh) 一种多层透波结构的确定方法
CN115811293A (zh) 声表面波滤波器的制造方法及声表面波滤波器
JP2010103609A (ja) 電磁波伝搬媒質
Reineri et al. Exploration of superconducting multi-mode cavity architectures for quantum computing
Lamecki et al. Effect of mesh deformation on the accuracy of 3D FEM electromagnetic analysis
Melgarejo et al. Space mapping filter design and tuning techniques
Koziel et al. Coarse models for efficient space mapping optimisation of microwave structures
CN117595820A (zh) 一种声表面波谐振器及其制备方法
US20240136996A1 (en) Systems and methods for generating an optimized acoustic wave (aw) resonator using the finite element tearing and interconnecting (feti) method
Feng A new equivalent circuit of miniaturized frequency selective surface
Linkowski et al. Automatic mesh generation for planar structures based on contours, adaptive grid and the Delaunay condition
CN118364670A (zh) 一种具有快速扫频功能的电磁仿真优化同步方法