[发明专利]经表面显微机械加工的声波压电晶体

说明书

发明领域

本发明一般涉及压电器件，尤其是体声波压电谐振器和声表面波压电谐振器。

发明背景

我们知道，压电器件包括各种类型的晶体谐振器和晶体滤波器。一般会在象蜂窝电话、寻呼机、双向无线电通信及无线电数据设备这样的通信设备中找到这些压电器件。由于频谱单元变得越来越满，且可使用的较低频带变得越来越挤，产生了使通信设备工作在更高射频频率(RF)上的需要。

IF频率目前被用在双向无线电通信中。蜂窝电话和寻呼机的范围从10.7兆赫兹一直到120兆赫兹(MHz)(17.9MHz、45MHz、73.35MHz、109.65MHz及114MHz仅仅是一些更通用的IF频率)。典型的是，将体声波(BAW)晶体器件用于有关IF的应用中。体声波晶体可工作于基频模式或更高的泛音频率模式(例如3阶泛音、5阶泛音等)。低成本基本模式石英器件已被成功地实现到50MHz。超过这一频率，则基本模式器件的成本就会大大地增加。因此，一般都使用泛音模式。

IF晶体工作的泛音模式具有若干缺点。晶体在泛音模式下的运行会提高工作阻抗。同样，为泛音操作而设计的滤波器一般都需要在其终端有电感器，这对无线电通信费用以及外来信号的灵敏度来说都是不希望出现的情况。同时，泛音模式需要比其基本模式的副本高得多的匹配终端阻抗，这在无线通信的灵敏度的观点来看是不合需要的。另外，用于泛音模式的晶体滤波器的可获得带宽要比基本模式晶体滤波器的可能带宽窄得多。使用泛音模式的体声波晶体不可能满足众多消费者对宽带滤波器的需求。

增加体声波晶体的基本模式频率的常规方法是使用机械研磨法从坯晶表面上除去石英材料。但是由于处于高频的石英会变得非常薄，所以机械研磨处理有使用局限。坯晶的这种极窄的外形引发了材料的处理问题以及断裂，这会导致产出下降并会增加成本。

为避免以及改善上述缺陷，在石英技术中使用了现今所知道的被称为“反转台面(inverted mesa)”坯晶技术的技术。在这种方法中，提供有经机械研磨的坯子，使反转台面坯晶的周边为一个指定厚度，以便改善其操作和工艺，同时通过除去坯晶中央的石英材料而使坯晶中心的频率得到提高。所形成的结构类似于一个反转的台面。反转台面处理是一种低生产率技术，它趋于在进行处理时逐渐降低表面品质。

虽然反转台面的原理达到了高频坯晶的需要，但是由现今已知技术的实践局限性可知其具有若干严重缺陷。用于大规模制造大量反转台面坯子的装置的费用非常昂贵。除去处于坯子中心的指定量材料所需的时间很长因而代价很高。有代表性的是，在台面上的被打薄的石英表面上，有不可接受的平面度以及平行度和可降低性能的附加缺陷。另外，还必须使用高级石英材料，通常是驱杂石英。由于在制造体声波反转台面晶体中的这些局限性，所以这些器件在工业界没有被广泛接受。

压电器件还被用于RF频率，且现在被用于频率从800MHz到1.5GHz的双向无线电通信和蜂窝电话寻呼。典型的情况是，已经使用声表面波(SAW)技术来产生这些极高频率的器件。但是这些器件得遭受比BAW器件更差的温度特性。另外，SAW器件的尺寸与频率呈反比，例如较低频率需要较大的器件。

对于声波器件来说，它需要在比100MHz还高的基频和泛音频率上也能工作。对于声波器件来说，它还需要有低成本、高产出、在处理时亦很结实、且使用常规装置能很容易地制造出它。

附图的简要说明

图1显示了依据本发明的经显微机械加工的压电谐振器的横截面的简化透视图；

图2显示了依据本发明的压电谐振器的同相结构；

图3显示了依据本发明的如图2所示结构的谐振器的频率响应的图形表示；

图4显示了依据本发明的压电谐振器的反相结构的横截面；以及

图5显示了依据本发明的如图4所示结构的谐振器的频率响应的反向图示。

最佳实施例的详细说明

本发明提供了一种高频声波压电谐振器，它具有切入压电基片表面的经刻蚀的沟道，从而构成微加工的脊。可分别通过将AC电场加到分别位于脊上和沟道内的顶部和底部电极上，来使这些脊产生振动。当这些电极被电激励时，就会在顶部和底部电极之间的每一个脊内产生一个相当大的垂直电场，这种电场与基片的上表面垂直，并产生可直接垂直指入该基片的一种声波的压电变形。本发明还可能产生声表面波。这些脊是从基片表面伸出的悬臂，同时脊的垂直高度直接确定了脊的振动频率。使用通常可利用的装置，利用低成本、高产出的照相平板印刷和刻蚀技术能很容易地制造出这些脊。可将这些脊作得非常小以产生远远大于100MHz的频率。