[发明专利]微机电滤波器

说明书

技术领域

本发明是关于一种滤波器，且特别是关于一种用于无线通讯系统的微机电滤波器。

背景技术

在过去几年，各种无线通讯蓬勃发展。目前应用在无线通讯上的规格或频段已达七种以上，每种规格都有其独特的通讯协议(protocol)，例如不同的频带、不同的通道宽度。在通讯系统中，声波滤波器用于将欲传输的讯号提取出来，并将其它噪声予以滤除，为通讯系统中一项不可或缺的元件。对于给定的频率响应，滤波器的转移函数是由品质因子(quality factor，简称Q值)所决定。传统射频(radio frequency)元件因为导体及介质在GHz的频率下，元件损耗将随着频率而增加。因此，以某些结构共振方式设计的体声波谐振器(Film Bulk Acoustic Wave Resonator)，由于具有体积小，逐渐取代相关元件，而成为某些手机用滤波器的主要元件。目前某些商业化的体声波共振滤波器在1GHz时，Q值约800至1200，仅适合作为频段选择滤波器。若要开发“通道选择滤波器”来满足某些下一代通讯系统需求，则谐振器在1GHz的Q值需要更高。

现有国际研发单位中，关于研究静电驱动谐振器以美国加州伯克利大学(University of California-Berkeley)为首。相关文献中记载了在静电力驱动下，某些静电驱动谐振器具有高品质因子，Q值约8800，且具有高输入阻抗(input impedance)约100K欧姆(Ohm)。在现有通讯系统中，系统的阻抗一般约为50Ohm。若元件阻抗太高(数十K Ohm至数M Ohm)，则该元件的反射系数将接近1，造成插入损失(insertion loss)太高，不适合在通讯系统中使用该元件。

此外，为增加谐振器的机电转换系数，现有技术是利用压电薄膜谐振器，但金属材料本身特性是属于低品质因子。相关文献中记载了在压电驱动下，压电驱动谐振器的机电转换系数典型值为7.7×10^-5C/m；在静电驱动下，静电驱动谐振器的机电转换系数典型值为3.3×10^-6C/m。可知某些技术以压电材料作为共振体可得到较低的阻抗，但无法达到高Q值。所以某些压电谐振器的特性是具有低品质因子且具有低输入阻抗。

某些已知的谐振器存在下列问题：不能同时满足提高Q值与降低阻抗，故无法设计极高Q值的滤波器且阻抗达到50欧姆。因此，如何设计极高Q值的滤波器且阻抗达到50欧姆，以使与通讯系统的阻抗匹配，进而可以达到信道选择滤波器的目标，是当前亟待解决的课题。

发明内容

本发明提供一种微机电滤波器。此微机电滤波器可实现高频共振且声波损耗小，可以提供高品质因子与降低输入阻抗特性的滤波器。

本发明提出一种微机电滤波器。此微机电滤波器包括一第一基板、一第二基板、一输入电极、一输出电极、一第一悬挂式谐振器、一第二悬挂式谐振器、一压电谐振器以及一耦合梁。所述输入电极配置在所述第一基板上方。所述输出电极配置在所述第二基板上方。所述第一悬挂式谐振器连接所述第一基板及所述第二基板。所述第二悬挂式谐振器连接所述第一基板及所述第二基板。所述压电谐振器紧密地连结在所述第一悬挂式谐振器上方，所述压电谐振器的上电极具有一叉指形式图案。所述叉指形式图案两侧分别与所述输入电极、所述输出电极连接，而配置在所述压电谐振器的上电极下方依次为一第一压电材料层与一第一下电极。在所述第一悬挂式谐振器与所述第二悬挂式谐振器之间以所述耦合梁做耦合连接。所述耦合梁用于传递声波，并可控制滤波器的频宽。

本发明另提出一种微机电滤波器，此微机电滤波器包括一第一压电区域、一第二压电区域、一输入电极、一输出电极、一第一压电谐振器、一第二压电谐振器以及一耦合梁。所述输入电极配置在所述第一压电区域上方。所述输出电极配置在所述第二压电区域上方。所述第一压电谐振器包括一上电极、一悬挂式压电层以及一第一下电极。所述上电极具有一叉指形式图案，所述叉指形式图案与所述输入电极或所述输出电极连接。所述悬挂式压电层配置在所述上电极的下方。所述悬挂式压电层连接所述第一压电区域及所述第二压电区域。所述第一下电极配置在所述悬挂式压电层下方。所述第二压电谐振器连接所述第一压电区域及所述第二压电区域。在所述悬挂式压电层与所述第二压电谐振器之间以所述耦合梁做耦合连接。所述耦合梁用于传递声波，并可控制滤波器的频宽。