필터, 그것을 이용한 듀플렉서 및 그 듀플렉서를 이용한 통신기(FILTER, DUPLEXER USING THE SAME, AND COMMUNICATION APPARATUS USING THE DUPLEXER)

(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 공개특허공보(A)
(11) 공개번호 10-2010-0041846
(43) 공개일자 2010년04월22일
(51) Int. Cl.

H03H 9/17 (2006.01) H03H 9/58 (2006.01)
(21) 출원번호 10-2010-7003647
(22) 출원일자(국제출원일자) 2007년11월21일
심사청구일자 2010년02월19일
(85) 번역문제출일자 2010년02월19일
(86) 국제출원번호 PCT/JP2007/072552
(87) 국제공개번호 WO 2009/066380
국제공개일자 2009년05월28일
(71) 출원인
후지쯔 가부시끼가이샤
일본국 가나가와켄 가와사키시 나카하라꾸 가미고
다나카 4초메 1-1
후지쓰 메디아 데바이스 가부시키가이샤
일본 가나가와껭 요꼬하마시 고호꾸꾸 신요꼬하마
2쪼메 3방 12고
(72) 발명자
하라, 모또아끼
일본 211-8588 가나가와껭 가와사끼시 나까하라꾸
가미꼬다나까 4쪼메 1-1 후지쯔 가부시끼가이샤
내
니시하라, 도끼히로
일본 211-8588 가나가와껭 가와사끼시 나까하라꾸
가미꼬다나까 4쪼메 1-1 후지쯔 가부시끼가이샤
내
(뒷면에 계속)
(74) 대리인
장수길, 이중희, 박충범
전체 청구항 수 : 총 6 항
(54) 필터, 그것을 이용한 듀플렉서 및 그 듀플렉서를 이용한 통신기
(57) 요 약
손실이 낮은 고성능의 필터를 제공한다. 직렬 아암에 배치된 직렬 아암 압전 박막 공진기와, 병렬 아암에 배치
된 병렬 아암 압전 박막 공진기를 갖고, 직렬 아암 압전 박막 공진기 및 병렬 아암 압전 박막 공진기는, 각각,
기판(21)과, 기판(21) 위에 형성된 하부 전극(22)과, 하부 전극(22) 위에 형성된 압전막(23)과, 압전막(23) 위에
형성된 상부 전극(24)을 갖는다. 직렬 아암 압전 박막 공진기는, 공진부(29)의 단축의 길이 B에 대한 장축의 길
이 A의 비(A/B)가, 병렬 아암 압전 박막 공진기에서의 비보다도 높다.
대 표 도 - 도2a
공개특허 10-2010-0041846
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(72) 발명자
다니구찌, 신지
일본 211-8588 가나가와껭 가와사끼시 나까하라꾸
가미꼬다나까 4쪼메 1-1 후지쯔 가부시끼가이샤 내
사까시따, 다께시
일본 211-8588 가나가와껭 가와사끼시 나까하라꾸
가미꼬다나까 4쪼메 1-1 후지쯔 가부시끼가이샤 내
요꼬야마, 쯔요시
일본 211-8588 가나가와껭 가와사끼시 나까하라꾸
가미꼬다나까 4쪼메 1-1 후지쯔 가부시끼가이샤 내
이와끼, 마사후미
일본 211-8588 가나가와껭 가와사끼시 나까하라꾸
가미꼬다나까 4쪼메 1-1 후지쯔 가부시끼가이샤 내
우에다, 마사노리
일본 211-8588 가나가와껭 가와사끼시 나까하라꾸
가미꼬다나까 4쪼메 1-1 후지쯔 가부시끼가이샤 내
사이또, 야스유끼
일본 222-0033 가나가와껭 요꼬하마시 고호꾸꾸
신-요꼬하마 2쪼메 3-12 후지쓰 메디아 데바이스
가부시키가이샤 내
공개특허 10-2010-0041846
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특허청구의 범위
청구항 1
직렬 아암에 배치된 직렬 아암 압전 박막 공진기와,
병렬 아암에 배치된 병렬 아암 압전 박막 공진기를 구비하고,
상기 직렬 아암 압전 박막 공진기 및 상기 병렬 아암 압전 박막 공진기는, 각각, 기판과, 상기 기판 위에 형성
된 하부 전극과, 상기 하부 전극 위에 형성된 압전막과, 상기 압전막 위에 형성된 상부 전극을 갖고, 상기 압전
막을 사이에 둔 상기 하부 전극과 상기 상부 전극이 대향하여 공진부가 형성된 필터로서,
상기 직렬 아암 압전 박막 공진기는, 상기 공진부의 상기 압전막 평면 방향에서의 가장 짧은 폭 B에 대한 가장
긴 폭 A의 비(A/B)가, 상기 병렬 아암 압전 박막 공진기에서의 비보다도 높은 것을 특징으로 하는 필터.
청구항 2
제1항에 있어서,
상기 공진부의 형상이 타원 또는 직사각형인 필터.
청구항 3
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 공진부의 아래에서의 상기 기판에는, 공극이 형성되어 있는 필터.
청구항 4
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압전막은, (002) 방향을 주축으로 하는 배향성을 나타내는 질화 알루미늄 또는 산화 아연인 필터.
청구항 5
송신용 필터와,
상기 송신용 필터와 통과 주파수 대역이 상이한 수신용 필터를 구비하고,
상기 송신용 필터 및 상기 수신용 필터 중 적어도 하나는, 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 필터를 이용하여
구성된 듀플렉서.
청구항 6
안테나와,
상기 안테나와 접속된 제5항의 듀플렉서와,
상기 듀플렉서와 접속된 신호 처리부를 구비한 통신기.
명 세 서
기 술 분 야
본 발명은, 복수의 압전 박막 공진기를 갖는 필터, 그것을 이용한 듀플렉서 및 그 듀플렉서를 이용한 통신기에[0001]
관한 것이다.
배 경 기 술
휴대 전화로 대표되는 무선 기기의 급속한 보급에 의해, 소형이며 경량인 공진기 및 이것을 조합하여 구성한 필[0002]
터의 수요가 증대되고 있다. 지금까지는 주로 유전체 필터와 표면 탄성파(SAW) 필터가 사용되어 왔지만, 최근
에는, 특히 고주파에서의 특성이 양호하고, 또한 소형화와 모노리식화가 가능한 소자인 압전 박막 공진기를 이
공개특허 10-2010-0041846
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용하여 구성된 필터가 주목받고 있다.
압전 박막 공진기로서는, FBAR(Film Bulk Acoustic Resonator)과 SMR(Solidly Mounted Resonator)이 있다.[0003]
FBAR은, 기판 위에 하부 전극, 압전막, 및 상부 전극으로 이루어지는 적층막 구조를 갖고 있다. 압전막을 사이
에 두고 하부 전극과 상부 전극이 대향하는 부분(공진부)에서의 하부 전극의 아래에 공극이 형성되어 있다. 여
기서, FBAR에서의 공극에는, 기판 표면에 형성된 희생층을 웨트 에칭함으로써 하부 전극과 기판 사이에 형성되
는 공극(캐비티)(예를 들면, 특허 문헌 1 참조)과, 웨트 에칭 또는 드라이 에칭 등에 의해 기판에 형성되는 공
극(비아 홀)(예를 들면, 비특허 문헌 1 참조)이 있다. SMR은, FBAR의 공극 대신에 음향 다층막을 갖고 있다.
음향 다층막은, 음향 임피던스가 높은 막과 낮은 막을 교대로 λ/4(λ: 탄성파의 파장)의 막 두께로 적층되어
있다.
이들 압전 박막 공진기를 입력 단자와, 출력 단자 사이의 직렬 아암 및 병렬 아암에 배치하여 필터가 구성된다.[0004]
이 필터에서, 직렬 아암의 압전 박막 공진기의 공진 주파수와 병렬 아암의 압전 박막 공진기의 반공진 주파수를
거의 일치시키면, 대역 통과 필터로서 동작한다.
선행기술문헌
특허문헌
(특허문헌 0001) 특허문헌1:일본특개소60-189307호공보 [0005]
비특허문헌
(비특허문헌 0001) 비특허 문헌 1: K. NAKAMURA, H. SASAKI, H. SHIMIZU, 「ZnO/SiO2-DIAPHRAGM COMPOSITE[0006]
RESONATOR ON A SILICON WAFER」, Electron. Lett., 1981년，17권, 507-509 페이지
발명의 내용
해결하려는 과제
최근의 통신기의 소형화, 저소비 전력화에 수반하여, 필터의 통과 대역에서의 손실의 저하가 요구되고 있다.[0007]
본 발명은, 상기 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 손실이 낮은 고성능의 필터를 제공하는 것을 목적으로[0008]
한다.
과제의 해결 수단
본 발명의 필터는, 직렬 아암에 배치된 직렬 아암 압전 박막 공진기와, 병렬 아암에 배치된 병렬 아암 압전 박[0009]
막 공진기를 갖고, 상기 직렬 아암 압전 박막 공진기 및 상기 병렬 아암 압전 박막 공진기는, 각각, 기판과, 상
기 기판 상에 형성된 하부 전극과, 상기 하부 전극 위에 형성된 압전막과, 상기 압전막 위에 형성된 상부 전극
을 갖고, 상기 압전막을 사이에 둔 상기 하부 전극과 상기 상부 전극이 대향하여 공진부가 형성된다. 상기 과
제를 해결하기 위해서, 상기 직렬 아암 압전 박막 공진기는, 상기 공진부의 상기 압전막 평면 방향에서의 가장
짧은 폭 B에 대한 가장 긴 폭 A의 비(A/B)가, 상기 병렬 아암 압전 박막 공진기에서의 비보다도 높은 것을 특징
으로 한다.
본원 발명자에 의해, 공진부의 가장 긴 폭 A가 가장 짧은 폭 B보다 길어짐에 따라서, 공진점에서의 Q값이 높아[0010]
지는 것이 발견되었다. 또한, 공진부의 가장 긴 폭 A가 가장 짧은 폭 B에 근접함에 따라서, 반공진점에서의 Q
값이 높아지는 것이 발견되었다.
상기 구성의 필터에서, 직렬 아암 압전 박막 공진기의 공진부의 가장 짧은 폭 B에 대한 가장 긴 폭 A의 비가 병[0011]
렬 아암 압전 박막 공진기의 그것보다 높기 때문에, 직렬 아암 압전 박막 공진기의 공진점에서 Q값이 높아진다.
또한, 병렬 아암 압전 박막 공진기의 공진부의 가장 짧은 폭 B에 대한 가장 긴 폭 A의 비가 직렬 아암 압전 박
막 공진기의 그것보다 낮기 때문에, 병렬 아암 압전 박막 공진기의 반공진점에서 Q값이 높아진다. 그 때문에,
필터의 통과 대역에서의 손실이 낮아진다.
공개특허 10-2010-0041846
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발명의 효과
본 발명에 따르면, 압전 박막 공진기 필터에서, 직렬 아암의 압전 박막 공진기의 공진점에서의 Q값 및 병렬 아[0012]
암의 압전 박막 공진기의 반공진점에서의 Q값을 최적화함으로써, 손실이 낮은 고성능의 필터를 제공할 수 있다.
도면의 간단한 설명
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 따른 래더형 필터의 구성을 도시하는 회로도.[0013]
도 2a는 본 발명의 실시 형태 1에 따른 직렬 공진기의 구성을 도시하는 상면도.
도 2b는 본 발명의 실시 형태 1에 따른 직렬 공진기의 구성을 도시하는 단면도.
도 2c는 본 발명의 실시 형태 1에 따른 병렬 공진기의 구성을 도시하는 단면도.
도 3a는 본 발명의 실시 형태 1에 따른 래더형 필터의 직렬 아암의 구성을 도시하는 회로도.
도 3b는 본 발명의 실시 형태 1에 따른 래더형 필터의 병렬 아암의 구성을 도시하는 회로도.
도 3c는 본 발명의 실시 형태 1에 따른 래더형 필터의 직렬 아암 및 병렬 아암의 감쇠 특성을 나타내는 그래프.
도 4a는 본 발명의 실시 형태 1에 따른 래더형 필터의 1단분의 구성을 도시하는 회로도.
도 4b는 본 발명의 실시 형태 1에 따른 래더형 필터의 1단분의 감쇠 특성을 나타내는 그래프.
도 5a는 본 발명의 실시 형태 1에 따른 압전 박막 공진기의 축비에 대한 공진점에서의 Q값의 값을 나타내는 그
래프.
도 5b는 본 발명의 실시 형태 1에 따른 압전 박막 공진기의 축비에 대한 반공진점에서의 Q값의 값을 나타내는
그래프.
도 6a는 본 발명의 실시 형태 1에 따른 래더형 필터의 제조 공정을 도시하는 단면도.
도 6b는 도 6a의 다음 공정을 도시하는 단면도.
도 6c는 도 6b의 다음 공정을 도시하는 단면도.
도 6d는 도 6c의 다음 공정을 도시하는 단면도.
도 7은 실시예에 따른 래더형 필터의 구성을 도시하는 회로도.
도 8은 실시예와 비교예의 래더형 필터에서의 감쇠 특성을 나타내는 그래프.
도 9는 본 발명의 실시 형태 2에 따른 통신기의 구성을 도시하는 블록도.
발명을 실시하기 위한 구체적인 내용
본 발명의 필터는, 상기 구성을 기본으로 하여, 이하와 같은 다양한 양태를 취할 수 있다.[0014]
즉, 상기 공진부의 형상이 타원 또는 직사각형인 구성으로 할 수도 있다. 특히, 타원 형상으로 함으로써, 상부[0015]
전극과 하부 전극을 연결하는 방향에 수직한 방향으로 불필요한 파가 생기는 것을 저감할 수 있다. 불필요한
파를 저감함으로써 스퓨리어스를 저감할 수 있다.
또한, 상기 공진부의 아래에서의 상기 기판에는, 공극이 형성되어 있는 구성으로 할 수 있다. 이 구성으로 함[0016]
으로써, 공진부에서의 진동이 기판으로 빠져나가는 것이 방지되어, 필터에서의 손실을 저감할 수 있다.
또한, 상기 압전막은, (002) 방향을 주축으로 하는 배향성을 나타내는 질화 알루미늄 또는 산화 아연인 구성으[0017]
로 할 수도 있다. (002) 방향을 주축으로 하는 배향성을 나타내는 질화 알루미늄 및 산화 아연은, 압전 효율이
높기 때문에, 압전막에 이용하면 필터에서의 손실이 낮아진다.
본 발명의 듀플렉서는, 송신용 필터와, 상기 송신용 필터와 통과 주파수 대역이 상이한 수신용 필터를[0018]
구비하고, 상기 송신용 필터 및 상기 수신용 필터 중 적어도 1개는, 상기에 기재된 필터를 이용하여 구성된다.
이 구성에 의해, 필터의 손실이 낮기 때문에, 듀플렉서의 손실이 낮아진다.
본 발명의 통신기는, 안테나와, 상기 안테나와 접속된 상기에 기재된 듀플렉서와, 상기 듀플렉서와 접속된 신호[0019]
공개특허 10-2010-0041846
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처리부를 구비한다. 이 구성에 의해, 듀플렉서의 손실이 낮기 때문에, 통신기는 소비 전력이 적다.
<실시 형태 1>[0020]
〔1. 필터의 구성〕[0021]
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 따른 래더형 필터(1)의 구성을 도시하는 회로도이다. 입력 단자(2)와 출력 단[0022]
자(3) 사이에 제1 필터(4), 제2 필터(5) 및 제3 필터(6)가 배치되어 있다. 제1 필터(4)는, 직렬 아암에 배치된
직렬 공진기(7)와, 병렬 아암에 배치된 병렬 공진기(10)를 갖는다. 제2 필터(5)는, 직렬 아암에 배치된 직렬
공진기(8)와, 병렬 아암에 배치된 병렬 공진기(11)를 갖는다. 제3 필터(6)는, 직렬 아암에 배치된 직렬 공진기
(9)와, 병렬 아암에 배치된 병렬 공진기(12)를 갖는다. 직렬 공진기(7, 8, 9) 및 병렬 공진기(10, 11, 12)는,
압전 박막 공진기이다.
직렬 공진기(7, 8, 9)는, 공진 주파수가 Frs이고, 반공진 주파수가 Fas이다. 병렬 공진기(10, 11, 12)는, 공진[0023]
주파수가 Frp이고, 반공진 주파수가 Fap이다. 직렬 공진기(7, 8, 9)의 공진 주파수 Frs와, 병렬 공진기(10,
11, 12)의 반공진 주파수 Fap를 거의 일치시킴으로써, 래더형 필터(1)는 통과 대역 필터로서 동작한다.
도 2a는 직렬 공진기(7)의 구성을 도시하는 상면도이고, 도 2b는 도 2a에 도시하는 직렬 공진기(7)의 X-X선의[0024]
단면도이다. 또한, 직렬 공진기(8, 9)는, 직렬 공진기(7)와 마찬가지의 구성이다. 도 2c는 병렬 공진기(10)의
구성을 도시하는 단면도이다. 또한, 병렬 공진기(11, 12)는, 병렬 공진기(10)와 마찬가지의 구성이다.
도 2a, 도 2b에 도시하는 직렬 공진기(7)에서, 실리콘으로 이루어지는 기판(21) 위의 일부에 하부 전극(22)이[0025]
형성되어 있다. 기판(21)은, 실리콘 이외에 글래스, GaAs 등을 이용할 수도 있다. 기판(21) 위 및 하부 전극
(22) 위에는, 압전막(23)이 형성되어 있다. 압전막(23)으로서는, 질화 알루미늄(AlN), 산화 아연(ZnO), 티탄산
지르콘산납(PZT), 티탄산납(PbTiO3) 등을 이용할 수 있다. 압전막(23) 위에 상부 전극(24)이 형성되어 있다.
하부 전극(22) 및 상부 전극(24)으로서는, 알루미늄(Al), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 탄탈(Ta), 백금
(Pt), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 크롬(Cr), 티탄(Ti) 등 혹은 이들을 조합한 적층 재료를 이용할 수
있다.
하부 전극(22)과, 압전막(23)과 상부 전극(24)으로 적층막(26)이 형성되어 있다. 압전막(23)을 사이에 두고 하[0026]
부 전극(22)과 상부 전극(24)이 대향하는 부분(공진부(29))은, 도 2a에 도시하는 바와 같이, 지면 상에서 타원
형상이다. 도 2b에 도시하는 바와 같이, 공진부(29)에서의 기판(21)에는, 공극(27)이 형성되어 있다. 공진부
(29) 아래의 기판(21)에는, 공극(27)이 형성되어 있다. 이 구성에 의해, 압전막(23) 내의 진동이 기판(21)으로
빠져나가지 않게 되어, 입출력 신호의 손실의 저하를 방지할 수 있다. 또한, 기판(21)에서, 공극(27)이 형성된
영역은, 공진부(29)의 바로 아래 영역뿐만 아니라, 바로 아래 영역을 포함하는 영역이어도 상기 효과를 얻을 수
있다. 압전막(23)에서, 공진부(29) 이외의 영역에, 하부 전극(22)과 외부 전극을 접속하기 위한 개구부(28)가
형성되어 있다.
하부 전극(22)과 상부 전극(24) 사이에 고주파의 전기 신호가 인가되면, 하부 전극(22)과 상부 전극(24) 사이에[0027]
끼워진 압전막(23) 내부에 역압전 효과에 의해 여진되는 탄성파 혹은, 압전 효과에 기인하는 왜곡에 의해 생기
는 탄성파가 발생한다. 그리고, 이들 탄성파가 전기 신호로 변환된다. 이와 같은 탄성파는, 하부 전극(22)과
상부 전극(24)이 각각 공기에 접하고 있는 면에서 전반사되기 때문에, 두께 방향으로 주변위를 갖는 세로 진동
파로 된다. 이 탄성파는, 하부 전극(22), 압전막(23) 및 상부 전극(24)으로 이루어지는 적층막(26)의 총 막 두
께 H가, 파장 λ의 1/2(1/2 파장)의 정수배(n배)로 되는 경우에 공진한다. 여기서, 압전막의 재료에 의해 정해
지는 탄성파의 전파 속도를 V, 공진 주파수를 F로 하면，V=Fλ이므로, 공진 주파수는 F=nV/(2H)로 된다. 따라
서, 적층막의 총 막 두께 H를 규정함으로써, 압전 박막 공진기에 원하는 주파수 특성을 갖게 할 수 있다.
도 2c에 도시하는 바와 같이, 병렬 공진기(10)의 구성은, 상부 전극(24) 위에 질량 부하막(25)이 형성되어 있는[0028]
점 및 후술하는 바와 같이 공진부(29)의 형상이 상이한 것 이외는, 직렬 공진기(7)와 마찬가지의 구성이다. 질
량 부하막(25)은, 적층막(26)에 포함되고, 병렬 공진기(10)의 공진 주파수가 Frp로 되고, 반공진 주파수가 Fap
로 되도록, 두께가 규정되어 있다.
도 2a에 도시하는 바와 같이, 공진부(29)의 타원 장축의 길이를 A, 단축의 길이를 B로 하고, A와 B의 길이의 비[0029]
(A/B: 축비)를 a:b로 한다. 직렬 공진기(7, 8, 9)는, 축비가 모든 병렬 공진기(10, 11, 12)의 축비보다 높아지
도록 형성되어 있다.
이상과 같이, 필터를 구성하면, 필터의 통과 대역에서의 손실이 저감된다. 이하, 이 손실의 저감의 메커니즘에[0030]
공개특허 10-2010-0041846
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대하여 설명한다.
〔2. 손실의 저감의 메커니즘〕[0031]
도 3a는 직렬 공진기가 배치된 직렬 아암의 구성을 도시하고, 도 3b는 병렬 공진기가 배치된 병렬 아암의 구성[0032]
을 도시하는 회로도이다. 도 3c는 도 3a 및 도 3b에 도시하는 각각의 회로에서의 감쇠량의 주파수 특성(감쇠
특성)(41, 42)을 나타내는 그래프이다. 또한, 도 4a는 1단의 필터의 구성을 도시하는 회로도이고, 도 4b는 1단
의 필터의 감쇠 특성(43)을 나타내는 그래프이다.
도 3a에 도시하는 직렬 공진기(33)는, 공진 주파수가 Frs이고, 반공진 주파수가 Fas이다. 도 3c에서 실선으로[0033]
나타내는 바와 같이, 입력 단자(31)와 출력 단자(32) 사이의 감쇠 특성(41)은, 공진 주파수 Frs에서 최소로 되
고, 반공진 주파수 Fas에서 최대로 된다. 한편, 도 3b에 도시하는 병렬 공진기(36)는, 공진 주파수가 Frp이고,
반공진 주파수가 Fap이다. 도 3c에서 파선으로 나타내는 바와 같이, 입력 단자(34)와 출력 단자(35) 사이의 감
쇠 특성(42)은, 공진 주파수 Frp에서 최대로 되고, 반공진 주파수 Fap에서 최소로 된다.
도 4a에 도시하는 바와 같이, 직렬 공진기(33)와 병렬 공진기(36)를 접속하고, 직렬 공진기(33)의 공진 주파수[0034]
Frs와 병렬 공진기(36)의 반공진 주파수 Fap의 주파수를 거의 일치시키면 필터가 구성된다. 도 4b에 도시하는
바와 같이, 이 필터의 입력 단자(37)와 출력 단자(38) 사이의 감쇠 특성(43)은, 도 3c에 도시하는 감쇠 특성
(41)과 감쇠 특성(42)을 곱한 특성으로 된다. 즉, 감쇠 특성(43)은, 도 4b에 도시하는 바와 같이, 주파수 Frs
의 근방(통과 대역)의 주파수에서는 감쇠량이 적고, 주파수 Frp 및 Fas에서 감쇠량이 많고(극대), 주파수 Frp보
다 저주파수측 및 주파수 Fas보다 고주파수측(감쇠 영역)에서, 감쇠량이 통과 대역보다 많아진다.
감쇠 특성(43)에서, 통과 영역의 감쇠량을 줄이기 위해서는, 감쇠 특성(41)의 주파수 Frs에서의 감쇠량 및 감쇠[0035]
특성(42)의 주파수 Fap에서의 감쇠량을 줄이면 된다. 즉, 직렬 공진기(7, 8, 9)의 공진 주파수 Frs에서의 Q값
및 병렬 공진기(10, 11, 12)의 반공진 주파수 Fap에서의 Q값을 올리면 된다.
도 5a는 압전 박막 공진기의 타원 형상의 공진부의 축비를 변화시켜, 공진점에서의 Q값을 측정한 결과를 나타내[0036]
는 그래프이고, 도 5b는 압전 박막 공진기의 타원 형상의 공진부의 축비를 변화시켜, 반공진점에서의 Q값을 측
정한 결과를 나타내는 그래프이다. 또한, 임피던스를 정합시키기 위해서, 공진부(29)의 면적을 일정하게 하고,
축비만을 변화시키고 있다.
도 5a에 도시하는 바와 같이, 축비를 증가시켜 가면, 공진점에서의 Q값이 증가한다. 한편, 도 5b에 도시하는[0037]
바와 같이, 축비를 증가시켜 가면, 반공진점에서의 Q값이 감소한다. 즉, 통과 대역에서 필터의 입출력의 손실
을 저하시키기 위해서는, 직렬 공진기(7, 8, 9)에서의 각각의 축비를 크게 하고, 반대로, 병렬 공진기(10, 11,
12)에서의 각각의 축비를 작게 하면 된다.
공진부(29)의 형상에 의해, Q값이 변화하는 원인으로서는, 이하의 것을 들 수 있다. 공진부(29)에서, 면적을[0038]
일정하게 하여 단축에 대한 장축의 비율을 높게 하면, 단축 방향은 짧아진다. 단축 방향에 상부 전극으로부터
의 신호 인출선을 배치한 경우, 선로 길이가 단축되게 되어, 공진자의 저항 손실이 저감된다. 이것이, 공진점
에서의 Q값이 높아지는 원인으로 된다.
압전 박막 공진기를 구성하는 적층막(26)은, 성막 시에 응력을 갖고 있어, 공극(27)을 형성하면 적층막(26)은[0039]
그 응력에 의해 변형된다. 적층막(26)은 공극(27)의 형성 후에 변형함으로써 성막 시의 응력은 개방된다. 단
축의 길이에 대한 장축의 길이의 비율을 낮게 한 경우, 공진부(29)의 면적에 대한 원주의 길이가 짧아지고, 그
결과, 성막 시의 응력이 개방되기 쉬워진다. 이것이 반공진 주파수에서의 Q값이 높아지는 원인으로 된다.
〔3. 필터의 제조 방법〕[0040]
다음으로, 상기 필터의 제조 방법에 대하여 설명한다. 도 6a∼도 6d는 필터의 제조 공정을 도시하는 단면도이[0041]
다. 도 6a∼도 6d에서, 우측에 직렬 공진기를 형성하고, 좌측에 병렬 공진기를 형성한다.
우선, 도 6a에 도시하는 바와 같이, 실리콘으로 이루어지는 기판(21) 위에 0.6∼1.2㎩의 압력 하의 Ar 가스 분[0042]
위기 속에서, Ru막을 스퍼터링법에 의해 성막한다. 다음으로, 노광 기술 및 에칭 기술을 이용하여, Ru막을 공
진부가 타원 형상으로 되도록, 소정의 형상으로 하여 하부 전극(22)을 형성한다.
다음으로, 도 6b에 도시하는 바와 같이, 기판(21) 위 및 하부 전극(22) 위에, 약 0.3㎩의 압력 하의 Ar/N2 혼합[0043]
가스 분위기 속에서 스퍼터링법을 이용하여, 압전막(23)으로 되는 AlN막을 형성한다. 다음으로, 압전막(23) 위
에, 0.6∼1.2㎩의 압력 하의 Ar 가스 분위기 속에서 스퍼터링법을 이용하여, 상부 전극(24)으로 되는 Ru막을 형
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성한다. 또한, 병렬 공진기의 상부 전극(24) 위에, 스퍼터링법을 이용하여 질량 부하막(25)으로 되는 Ti막을
형성한다.
다음으로, 도 6c에 도시하는 바와 같이, 노광 기술 및 에칭 기술을 이용하여, 압전막(23), 상부 전극(24) 및 질[0044]
량 부하막(25)을 소정의 형상으로 되도록 불필요 부분을 제거하고, 동시에 압전막(23)에 개구부(28)를
형성한다.
다음으로, 도 6d에 도시하는 바와 같이, Deep-RIE(반응성 드라이 에칭)법을 이용하여, 기판(21)을 이면으로부터[0045]
에칭함으로써, 공진부(29)의 아래의 기판(21)에 공극(27)을 형성한다. 마지막으로, 하부 전극(22) 및 상부 전
극(24)을 다른 공진기, 그라운드 혹은 신호선(도시 생략)과 배선한다. 이상에 의해, 래더형 필터(1)가 완성된
다.
〔4. 실시예〕[0046]
다음으로, 축비의 구체적인 수치를 들어, 전술한 필터의 실시예에 대하여 설명한다. 도 7은 본 실시예에 따른[0047]
래더형 필터의 회로도이다. 입력 단자 Tin과 출력 단자 Tout 사이에 직렬 공진기 S11, S12, S2, S3 및 S4가 순
서대로 직렬로 접속되어 있다. 직렬 공진기 S12와 직렬 공진기 S2 사이의 노드와 그라운드 사이에 병렬 공진기
P1이 접속되고, 직렬 공진기 S2와 직렬 공진기 S3 사이의 노드와 그라운드 사이에 병렬 공진기 P2가 접속되고,
직렬 공진기 S3과 직렬 공진기 S4 사이의 노드와 그라운드 사이에 병렬 공진기 P3이 접속되어 있다.
도 8은 본 실시예에 따른 래더형 필터의 감쇠 특성(51)과, 비교예에 따른 래더형 필터의 감쇠 특성(52)을 나타[0048]
내는 그래프이다. 비교예의 필터의 회로 구성은, 도 7에 도시하는 회로도와 마찬가지이다. 실시예와 비교예의
필터에서, 실시예에서는 직렬 공진기의 축비가 병렬 공진기의 축비보다 크지만, 비교예에서는 직렬 공진기의 축
비와 병렬 공진기의 축비가 거의 동일한 점이 상이하다. 실시예 및 비교예에서의 필터를 구성하는 각 직렬 공
진기 및 병렬 공진기의 구성을 각각 표 1 및 표 2에 나타낸다. 표 1은, 실시예의 필터에서의 각 직렬 공진기
및 병렬 공진기의 구성을 나타내는 표이다. 표 2는, 비교예의 필터에서의 각 직렬 공진기 및 병렬 공진기의 구
성을 나타내는 표이다.
표 1
[0049]
표 2
[0050]
본 실시예의 래더형 필터에서, 병렬 공진기 P1, P2, P3의 축비는, 6:5이다. 또한, 직렬 공진기 S11, S12, S2,[0051]
S3, S4의 축비는, 병렬 공진기 P1, P2, P3의 모든 축비보다 높은 8:5∼9:5이다. 한편, 비교예의 래더형 필터에
서는, 병렬 공진기 P1, P2, P3의 축비와, 직렬 공진기 S11, S12, S2, S3, S4의 축비가 모두 6:5(직렬 공진기
S12만 6.5:5)이다.
도 8에 도시하는 바와 같이, 실시예에 따른 래더형 필터의 감쇠 특성(51)은, 비교예에 따른 래더형 필터의 감쇠[0052]
특성(52)에 비해, 통과 대역(예를 들면 1920㎒∼1980㎒)에서, 손실이 약 0.1㏈ 저감되어 있다. 이와 같이, 본
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실시예에서의 래더형 필터는, 비교예에서의 래더형 필터보다도 통과 대역의 손실이 저감된다.
〔5. 효과〕[0053]
이상과 같이, 본 실시 형태에 따른 필터는, 공진부의 축비를 직렬 공진기에서는 높게, 병렬 공진기에서는 낮게[0054]
함으로써, 통과 대역에서의 손실을 저감할 수 있다.
또한，(002) 방향을 주축으로 하는 배향성을 나타내는 질화 알루미늄 또는 산화 아연은, 압전 변환 특성이 양호[0055]
하기 때문에, 이것을 압전막으로서 이용함으로써, 필터의 통과 대역에서의 손실을 더욱 저감할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 공진부를 타원 형상으로 하였지만, 타원 형상에 한정되지 않고, 직사각형 등이어도[0056]
된다. 공진부의 형상이 타원 이외인 경우라도, 공진부의 형상에서, 가장 폭이 긴 방향을 장축 방향, 가장 폭이
짧은 방향을 단축 방향으로 간주하고, 래더형 필터를 구성함으로써, 타원 형상의 경우와 마찬가지로 통과 대역
에서의 손실을 저감하는 효과가 얻어진다. 단, 공진부를 타원 형상으로 하면, 상부 전극과 하부 전극을 연결하
는 방향에 수직한 방향으로 불필요한 파가 생기기 어렵고, 그 때문에, 스퓨리어스의 발생이 저감된다.
실시 형태에서, 래더형 필터의 경우를 예로 나타냈지만, 다중 모드형 필터나 래티스형 필터 등 그 밖의 필터의[0057]
경우이어도 된다. 또한, 공극이 비아홀인 FBAR을 이용한 경우를 예로 나타냈지만, 공극이 캐비티인 FBAR이어도
마찬가지의 효과가 얻어지고, 또한 FBAR이 아니라 SMR이어도 FBAR과 마찬가지의 효과가 얻어진다.
<실시 형태 2>[0058]
도 9는 본 발명의 실시 형태 2에 따른 통신기를 도시하는 구성도이다. 통신기는, 안테나(61)와, 듀플렉서(62)[0059]
와, 송신측 신호 처리부(63)와, 수신측 신호 처리부(64)와, 마이크(65)와, 스피커(66)를 갖는다. 듀플렉서(6
2)는, 송신용 필터(67)와, 수신용 필터(68)를 갖고 있다. 수신용 필터(68)는, 송신용 필터(67)의 통과 대역과
상이한 통과 대역(수신 대역)을 갖는다.
마이크(65)는, 음성을 음성 신호로 변환하고, 음성 신호를 송신측 신호 처리부(63)에 입력한다. 송신측 신호[0060]
처리부(63)는, 음성 신호를 변조한 송신 신호를 생성한다. 듀플렉서(62)는, 송신측 신호 처리부(63)에서 생성
된 송신 신호를 안테나(61)에 입력한다.
안테나(61)는, 송신 신호를 전파로 변환하여 출력한다. 또한, 안테나(61)는, 전파를 전기 신호인 수신 신호로[0061]
변환하고, 수신 신호를 듀플렉서(62)에 입력한다. 듀플렉서(62)에서, 수신용 필터(68)는, 수신 대역의 수신 신
호를 통과시켜, 수신측 신호 처리부(64)에 입력한다. 한편, 송신용 필터(67)는, 통과 대역이 수신 대역과 상이
하기 때문에, 수신 신호를 통과시키지 않는다. 따라서, 수신 신호는 송신측 신호 처리부(63)에 입력되지 않는
다. 수신측 신호 처리부(64)는, 수신 신호에 대하여 검파, 증폭 등의 처리를 행하여, 음성 신호를 생성한다.
스피커(66)는, 음성 신호를 음성으로 변환하여 출력한다.
송신용 필터(67) 및 수신용 필터(68)에는, 도 1에 도시한 구성의 래더형 필터(1)가 이용된다. 이 래더형 필터[0062]
(1)를 이용하면, 통신 대역에서의 손실을 저감할 수 있다. 이 송신용 필터(67) 및 수신용 필터(68)를 갖는 듀
플렉서(62)를 이용함으로써, 통신기의 전력 손실을 저감할 수 있다. 이에 의해, 종래의 통신기보다 저전력으로
동일 강도의 전파를 출력할 수 있기 때문에, 예를 들면, 전지를 구비한 통신기의 사용 가능 시간을 연장할 수
있다.
또한, 통신기가 마이크(65) 및 스피커(66)를 구비한 구성에 대하여 설명하였지만, 반드시 이 구성에 한정되지[0063]
않고, 예를 들면, 퍼스널 컴퓨터와 같이 반드시 마이크(65) 또는 스피커(66)를 필요로 하는 것이 아닌 것, 및
음성 데이터 이외의 데이터를 송수신하는 것이어도 된다.
이상, 본 발명의 실시에 대하여 상술하였지만, 본 발명은 이러한 특정한 실시예에 한정되는 것이 아니라, 특허[0064]
청구 범위에 기재된 본 발명의 요지의 범위 내에서, 다양한 변형ㆍ변경이 가능하다.
산업상 이용가능성
본 발명의 필터는, 통과 대역에서의 손실이 적다고 하는 이점을 갖고, 통신기 등에 이용 가능하다.[0065]
부호의 설명
1 : 래더형 필터[0066]
2, 31, 34, 37, Tin : 입력 단자
공개특허 10-2010-0041846
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3, 32, 35, 38, Tout : 출력 단자
4 : 제1 필터
5 : 제2 필터
6 : 제3 필터
7, 8, 9, 33, S11, S12, S2, S3, S4 : 직렬 공진기
10, 11, 12, 36, P1, P2, P3 : 병렬 공진기
21 : 기판
22 : 하부 전극
23 : 압전막
24 : 상부 전극
25 : 질량 부하막
26 : 적층막
27 : 공극
28 : 개구부
29 : 공진부
41, 42, 43, 51, 52 : 감쇠 특성
61 : 안테나
62 : 듀플렉서
63 : 송신측 신호 처리부
64 : 수신측 신호 처리부
65 : 마이크
66 : 스피커
67 : 송신용 필터
68 : 수신용 필터
공개특허 10-2010-0041846
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도면
도면1
도면2a
공개특허 10-2010-0041846
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도면2b
도면2c
도면3a
도면3b
공개특허 10-2010-0041846
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도면3c
도면4a
공개특허 10-2010-0041846
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도면4b
도면5a
공개특허 10-2010-0041846
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도면5b
도면6a
도면6b
도면6c
공개특허 10-2010-0041846
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도면6d
도면7
도면8
공개특허 10-2010-0041846
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도면9
공개특허 10-2010-0041846
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