CN1871769A - 薄膜声耦合变压器 - Google Patents

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Abstract

薄膜声耦合变压器FACT的一个实施例(100)具有去耦层叠体声谐振器DSBAR，该DSBAR具有下部薄膜体声谐振器FBAR(110)、层叠在该下部FBAR上的上部FBAR(120)和在FBAR之间包括声去耦材料层(131)的声去耦器(130)。每个FBAR 110具有对置的平面电极(112，114)和在它们之间的压电元件(116)。该FACT另外还具有电连接到一个FBAR的电极的第一端子(132，134)和电连接到另一个FBAR的电极的第二端子(136，138)。另一个实施例(200)具有去耦层叠体声谐振器DSBAR(106，108)，如上所述，每个DSBAR具有互连下部FBAR的第一电路和互连上部FBAR的第二电路。该FACT提供了阻抗变换，能够用平衡电路连接单端电路，反之亦然，并且在初级和次级之间提供电隔离。某些实施例以其它方式获得电平衡。

Description

薄膜声耦合变压器
发明背景
变压器用于许多种电子器件，起到象转变阻抗、将单端电路与平衡电路相连或者将平衡电路与单端电路连接并提供电隔离的作用。但是，不是所有变压器具有所有这些性质。例如，自耦变压器变压器不提供电隔离。
在高到VHF的声频和射频下工作的变压器通常制造成围线圈高导磁率磁芯的耦合初级和次级线圈组。该磁芯容纳该磁通并提高绕组之间的耦合。可在这种频段工作的变压器还可以使用光学耦合器来实现。以这种方式使用的光耦合器在本领域称为光隔离器。
在以耦合绕组或者光耦合器为基础的变压器中，输入的电信号转变为与适当的变换结构(即另一个绕组或光探测器)互相作用的不同形式(即磁通或者光子)，并且在输出处再形成为电信号。例如，光耦合器用发光二极管将输入电信号转换为光子。光子穿过光纤或者提供隔离的自由空间。被光子照射的光电二极管由光子流产生输出电信号。输出电信号是输入电信号的重复。
在UHF和微波频率下，由于象磁芯损耗、线圈损耗、线圈之间的电容这种因素，所以基于线圈的变压器变得不实用，并且难以将它们制造得足够小，以防止与波长有关的问题。用于这种频率的变压器是以四分之一波长传送线为基础的，例如Marchand型，串联输入/并联输出连接线等等。还存在以微型电机耦合线圈组为基础、并且足够小因而波长效应不重要的变压器。但是这种变压器具有插入损耗高的问题。
刚才所述用于UHF和微波频率的所有变压器的尺寸使得它们较少适用于现代小型化、高密度应用例如蜂窝电话。因为它们不能通过批量生产来制造和因为它们基本上是脱离芯片制造的，所以这种变压器还会成本高。此外，虽然这种变压器典型地具有可用于蜂窝电话的频宽，但是它们典型地具有大于1分贝的插入损耗，该插入损耗太高。
由于输入LED的结电容、光探测器固有的非线性、和隔离不足以得到优良的共模抑制比，所以光耦合器不用于UHF和微波频率。
因此，所需的是一种能够在从UHF到微波范围内的电频率下提供一个或多个下列属性的变压器：阻抗变换、在平衡和不平衡电路之间的耦合和电隔离。还需要的是这种变压器，具有低插入损耗、足以适应蜂窝电话RF信号的频段的频宽、例如小于当前蜂窝电话中使用的变压器的尺寸和低生产成本。
发明内容
在第一方面，本发明提供一种具有去耦层叠体声谐振器(DSBAR)的薄膜声耦合变压器(FACT)，该去耦层叠体声谐振器(DSBAR)包括下部薄膜体声谐振器(FBAR)、层叠在下部FBAR上的上部FBAR和在该FBAR之间包括声去耦材料层的声去耦器。每个FBAR包括对置的平面电极和在该电极之间的压电元件。FACT另外还包括电连接到一个FBAR的电极的第一端子和电连接到另一个FBAR的电极的第二端子。根据本发明这方面的FACT具有1∶1的阻抗变换比，能够用平衡电路连接单端电路或反之亦然，并在初级和次级之间提供电隔离。
在另一方面，本发明提供一种包括去耦层叠体声谐振器(DSBAR)的薄膜声耦合变压器(FACT)。每个DSBAR器件包括下部薄膜体声谐振器(FBAR)、层叠在下部FBAR上的上部FBAR和在FBAR之间包括声去耦材料层的声去耦器。每个FBAR包括对置的平面电极和在该电极之间的压电元件。FACT另外还包括互连下部FBAR的第一电路和互连上部FBAR的第二电路。根据本发明这方面的FACT的实施例能够用平衡电路连接单端电路或反之亦然，并在初级和次级之间提供电隔离。
根据本发明这方面的FACT的一些实施例固有地电平衡，并比上述具有单个DSBAR的实施例更高的共模抑制比。在这种实施例中，第一电路反向并联或串联地电连接第一DSBAR的一个FBAR和第二DSBAR的一个FBAR，第二电路反向并联或串联地电连接第一DSBAR的另一个FBAR和第二DSBAR的另一个FBAR。其中第一电路反向并联地连接各个FBAR和第二电路反向并联地连接各个FBAR的FACT的实施例在第一电路和第二电路之间具有1∶1的阻抗变换比，反之亦然。其中第一电路串联地连接各个FBAR和第二电路串联地连接各个FBAR的实施例在第一电路和第二电路之间也具有1∶1的阻抗变换比，反之亦然。但是，该阻抗比FBAR反向并联的实施例更高。其中第一电路反向并联地连接各个FBAR和第二电路串联地连接各个FBAR的FACT的实施例在第一电路和第二电路之间具有1∶4的阻抗变换比，在第二电路和第一电路之间具有4∶1的阻抗变换比。其中第一电路串联地连接各个FBAR和第二电路反向并联地连接各个FBAR的FACT的实施例在第一电路和第二电路之间具有4∶1的阻抗变换比，在第二电路和第一电路之间具有1∶4的阻抗变换比。
根据本发明的其它FACT实施例电失衡(electricallyunbalanced)，并且可用于高共模抑制比更次要的应用中。在这种实施例中，第一电路并联或反向串联地电连接第一DSBAR的一个FBAR和第二DSBAR的一个FBAR，第二电路并联或反向串联地电连接第一DSBAR的另一个FBAR和第二DSBAR的另一个FBAR。
在另一方面，本发明提供一种包括去耦层叠体声谐振器(DSBAR)的薄膜声耦合变压器(FACT)。该DSBAR包括下部薄膜体声谐振器(FBAR)、层叠在下部FBAR上的上部FBAR和包括声去耦材料层具有大约2Mrayl声阻抗的声去耦器。每个FBAR包括对置的平面电极和在该电极之间的压电元件。FACT另外还包括电连接到下部FBAR的电极的第一端子和电连接到上部FBAR的电极的第二端子。
附图说明
图1A是根据本发明薄膜声耦合变压器(FACT)的第一实施例的例子的平面图；
图1B和1C分别是沿着图1中截面线1B-1B和1C-1C的FACT横截面图；
图1D是沿着截面线1B-1B的部分图1A所示FACT的放大横截面图，显示根据本发明的声去耦器实施例；
图1E是沿着截面线1B-1B的部分图1A所示FACT的放大横截面图，显示根据声去耦器的另一个实施例；
图2是显示图1A-1C所示FACT实施例的计算频率响应如何决定于声去耦材料的声阻抗的曲线图；
图3A是根据本发明FACT第二实施例的例子的平面图；
图3B和3C分别是沿着图1A中截面线3B-3B和3C-3C的横截面图；
图4A到4D是显示图3A-3C所示FACT电平衡实施例的电路的示意图；
图4E到4H是显示图3A-3C所示FACT电失衡实施例的电路的示意图；
图5A-5J是说明制造根据本发明FACT的方法的平面图；
图5K-5S分别是沿着图5A-5J中截面线5K-5K、5L-5L、5M-5M、5N-5N、5O-5O、5P-5P、5Q-5Q、5R-5R、5S-5S和5T-5T的横截面图。
具体实施方式
图1A、1B和1C分别显示根据本发明薄膜声耦合变压器(FACT)的第一实施例100的平面图和两个横截面图。FACT 100具有1∶1的阻抗变换比，能够用平衡电路连接单端电路或反之亦然，并在初级和次级之间提供电隔离。
FACT 100由去耦层叠体声谐振器(DSBAR)106、第一端子132和134以及第二端子136和138组成。DSBAR 106由层叠的一对薄膜体声谐振器(FBAR)110和120以及在它们之间的声去耦器130组成。在所示的例子中，FBAR 120层叠在FBAR 110顶上。FBAR 110由对置的平面电极112和114以及在该电极之间的压电材料层116组成。FBAR120由对置的平面电极122和124以及在该电极之间的压电材料层126组成。声去耦器130位于FBAR 110的电极114和FBAR 120的电极122之间。声去耦器控制FBAR 110和120之间声能的耦合。
在所示的例子中，第一端子132和134构造成结合片，分别通过导电迹线133的135、分别电连接到FBAR 110的电极112和114。同样在所示的例子中，第二端子136和138构造成结合片，分别通过导电迹线137和139、分别电连接到FBAR 120的电极122和114。在实施例中，第一端子132和134构成FACT 100的初级端子，第二端子136和138构成FACT 100的次级端子。在另一个实施例中，第一端子132和134构成FACT 100的次级端子，第二端子136和138构成FACT100的初级端子。
在所示的例子中，DSBAR 106架空在衬底102中限定的空腔104上。DSBAR架空在空腔上使得DSBAR的FBAR机械地谐振。使得FBAR可以机械地谐振的其它架空方案也可以。例如，如Lakin在美国专利No.6,107,721中公开的那样，DSBAR可以位于在衬底102中或衬底102上形成的失谐声布拉格(Bragg)反射器(未显示)上。
在命名为Tunable Thin Film Acoustic Resonators and Method ofMaking Same的美国专利No.5,587,620中由Ruby等公开了FBAR，现在转让给本公开的受让人。Ruby的公开还公开了由用三个平面电极间隔的两层压电材料组成的层叠薄膜体声谐振器(SBAR)。Ruby的SBAR可以被认为是由层叠的一对FBAR组成，其中一个电极被两个FBAR共用，在这里将称为公共电极SBAR。该共同的电极使得公共电极SBAR不能平衡地连接到不平衡电路，反之亦然，并且不能在初级和次级之间提供电隔离。此外，公共电极SBAR呈现极窄的通带宽度，因而不适用于大多数应用。窄的通带宽度是过渡耦合FBAR之间的声能的公共电极的结果。
如上所述，根据本发明的FACT 100包括一对层叠的薄膜体声谐振器(FBAR)110和120以及在FBAR 110和120之间的声去耦器130。由一对层叠的FBAR和在该FBAR之间的声去耦器组成的结构在这里称为去耦层叠体声谐振器(DSBAR)，从而使其与上述FBAR直接彼此接触的传统公共电极SBAR区别开。在FACT 100中，声去耦器130控制在层叠的FBAR 110和120之间的声能耦合，另外还将FBAR 110与FBAR120电隔离。声去耦器130提供的电隔离使得FACT 100可以平衡连接到不平衡电路，反之亦然，并且在初级和次级之间提供电隔离。声去耦器130提供的声耦合显著地小于在上述公共电极SBAR中的FBAR之间的声耦合。结果，FBAR 110和120不过渡耦合，并且FACT 100在通带中具有相对平坦的响应，如下参考图2所述。
在图1A-1C所示的声去耦器130的实施例是由位于分别属于FBAR110和120的电极114和122之间的声去耦材料的声去耦层131组成的第一实施例。图1D是更详细地显示声去耦器第一实施例的放大图。构成声去耦器130的层131的声去耦材料的重要性能是小于FBAR110、120的材料的声阻抗、高电阻率、低介电常数和等于其频率是FACT100通带的中心频率的声信号在该声去耦材料中的四分之一波长的奇数倍的额定厚度。
声去耦器130的声去耦材料的声阻抗小于FBAR 110和120的材料的声阻抗，并且显著地大于空气的声阻抗。材料的声阻抗是材料中应力和粒子速度的比，并且按瑞利计量，缩写为rayl。FBAR的材料典型地是作为压电层116、126的材料的氮化铝(AlN)和作为电极112、114、122和124的材料的钼(Mo)。该FBAR材料的声阻抗典型地大于30Mrayl(AlN是35Mrayl，Mo是63Mrayl)，空气的声阻抗是大约1krayl。在其中FBAR 110、120的材料是如上所述材料的FACT 100实施例中，声阻抗在从大约2Mrayl到大约8Mrayl的范围内的材料适用于声去耦器130的声耦合材料。
图2是显示FACT 100的计算频率响应如何决定于构成声去耦器130第一实施例的层131的声去耦材料声阻抗的曲线图。所述实施例具有大约1,900MHz的中心频率。示出其声去耦器的声去耦材料声阻抗是大约4Mrayl(聚酰亚胺曲线140)、8Mrayl(曲线142)和16Mrayl(曲线144)的实施例的计算频率谐振。可以看出，FACT 100的频宽随着声去耦材料的声阻抗提高而增加。在声阻抗是16Mrayl的实施例中，FBAR的谐振过渡耦合，引起在通带响应中的特性双峰。
在图1B、1C和1D所示声去耦器130的实施例由具有额定厚度的声去耦材料层131组成，该额定厚度等于其频率等于FACT 100通带的中心频率的声信号在该声去耦材料中的四分之一波长，即t≈λn/4，其中t是构成声去耦器130的声去耦材料的131厚度，λn是其频率等于中心频率的声信号在该声去耦材料中的波长。可以可选择地使用在额定厚度大约±10％的范围内的层131厚度。也可以在某些性能降低的情况下可选择地使用该范围之外的厚度。但是，层131的厚度应该显著不同于一个极端的0λn和另一个极端的λn/2。
一般地说，图D所示声去耦器130的第一实施例由具有额定厚度的声去耦材料的层131组成，该额定厚度等于其频率等于FACT 100通带的中心频率的声信号在该声去耦材料中的四分之一波长的奇数倍，即t≈(2m+1)λn/4，其中t和λn是上面所限定的，m是等于或大于零的整数。在这种情况下，可以可选择地使用与额定厚度相差大约±10％λn/4的层131厚度。可以在某些性能降低的情况下使用该范围之外的厚度偏差，但是层131的厚度应该远远不同于λn/2的整倍数但是，由于这种更厚的层支撑多个声模的能力，所以其中声去耦层131比其频率等于中心频率的声信号在声去耦材料中单个四分之一波长大奇数倍的声去耦器130实施例典型地具有呈现假响应假象(spuriousresponse artifacts)的频率响应。
许多塑料材料具有在上述范围内的声阻抗，并且可以应用于在上述厚度范围内的均匀厚度的层中。因此这种塑料材料可能适合用作声去耦器130的层131的声去耦材料。但是，声去耦材料必须还能够经得起在电极114上沉积声去耦材料层131形成声去耦器130之后进行的制造操作温度。如下面详述的那样，在FACT 100的实用实施例中，在沉积声去耦层131之后，通过溅射沉积电极122和124以及压电层126。在这些淀积过程期间温度高达400℃。因此，在这种温度下保持稳定的塑料用作声去耦材料。
和FBAR 110和120的其它材料相比，塑料材料典型地具有很高的单位长度声音衰减。但是，因为上述声去耦器130的实施例由一般为1μm数量级厚的塑料声去耦材料的层131组成，所以层131引入的声音衰减一般地可以忽略。
在一个实施例中，聚酰亚胺用作层131的声去耦材料。聚酰亚胺是E.I.du Pont de Nemours and Company卖的，商标为Kapton。在这种实施例中，声去耦器130由通过旋涂涂覆在电极114上的聚酰亚胺的层131组成。聚酰亚胺具有大约4Mrayl的声阻抗。
在另一个实施例中，聚(对二甲苯)用作层131的声去耦材料。在这种实施例中，声去耦器130由通过真空沉积涂覆在电极114上的聚(对二甲苯)的层131组成。聚(对二甲苯)在现有技术中也称为聚对亚苯基二甲基。用于制造聚对亚苯基二甲基的二聚前驱物二对二甲苯和用于真空淀积聚对亚苯基二甲基层的装置可以从许多供应商处买到。聚对亚苯基二甲基具有大约2.8Mrayl的声阻抗。
在另一个实施例中，交联聚苯撑聚合体用作层131的声去耦材料。在这种实施例中，声去耦器130由通过旋涂涂覆的交联聚苯撑聚合体的层131组成。交联聚苯撑聚合体已经发展为集成电路中使用的低介电常数电介质材料，因此在随后的FBAR 120制造过程中声去耦器130经受的高温下保持稳定。发明人发现交联聚苯撑聚合体另外具有大约2Mrayl的理论声阻抗。这种声阻抗在给FACT 100提供有用的通带宽度的声阻抗范围内。
包含聚合形成各个交联聚苯撑聚合体的各种低聚物的前驱物溶液由Midland，MI的Dow化学公司销售，商标是SiLK。该前驱物溶液通过旋涂来涂覆。这些前驱物溶液中另外包含增粘剂、命名为SiLKTM J的一种获得的交联聚苯撑聚合体具有2.1Mrayl的声阻抗，即大约2Mrayl。
聚合形成交联聚苯撑聚合体的低聚物由含双环戊二烯酮(biscyclopentadienone)和芳香乙炔的单体制备成。使用这种单体形成可溶解的低聚物，不需要过度置换反应。该前驱物溶液包含溶于γ丁内酯和环己酮溶剂的特定低聚物。低聚物在前驱物溶液中的百分比决定前驱物溶液在旋涂时的层厚度。在涂覆以后，对溶剂应用热蒸发，然后固化低聚物形成交联聚合物。在形成新的芳环的4+2环化加成反应中，双环戊二烯酮与乙炔发生反应。进一步的固化生成交联聚苯撑聚合体。上述交联聚苯撑聚合体被Godschalx等在美国专利No.5,965,679中公开。在Martin等的Development of Low-DielectricConstant Polymer for the Fabrication of Integrated CircuitInterconnect，12 ADVANCED MATERIALS，1769(2000)中有额外的实用详述。与聚酰亚胺相比，交联聚苯撑聚合体具有低声阻抗、低声音衰减和低介电常数。此外，前驱物溶液的旋压层能够产生200nm级厚度的高质量交联聚苯撑聚合体膜，该厚度是声去耦器130的典型厚度。
在另一个实施例中，构成声去耦器130的声去耦层131的声阻抗显著地大于FBAR 110和120的材料。现在还没发现具有这种性能的材料，但是这种材料将来会可以得到，或者低声阻抗FBAR材料将来会可以得到。这种高声阻抗声去耦材料的层131厚度如上所述。
图1E是显示安装有布拉格结构161的声去耦器130第二实施例的部分FACT100的放大图。布拉格结构161由夹在高声阻抗布拉格元件165和167之间的低声阻抗布拉格元件163组成。低声阻抗布拉格元件163是低声阻抗材料的层，而高声阻抗布拉格元件165和167都是高声阻抗材料的层。布拉格元件的声阻抗表征为彼此之间相对“低”和“高”以及另外相对于层116和126的压电材料的声阻抗而言“低”和“高”。至少一个布拉格元件另外具有高电阻率和低介电常数，从而在FACT 100的输入和输出之间提供电隔离。
构成布拉格元件161、163和165的每层的额定厚度等于其频率等于FACT100通带中心频率的声信号在该层材料中四分之一波长的奇数倍。也可以选择使用与额定厚度相差该四分之一波长的大约±10％的层。也可以在某些性能降低的情况下使用在该范围之外的厚度偏差，但是该层的厚度应该与半波长的整倍数相差很大。
在实施例中，低声阻抗布拉格元件163是具有大约13Mrayl的声阻抗的二氧化硅(SiO2)层，而且每个高声阻抗布拉格元件165和167是分别与电极114和122相同材料的层，即具有大约63Mrayl的声阻抗的钼。分别是FBAR 110和120的各个高声阻抗布拉格元件165和167以及电极114和122都使用相同材料使高声阻抗布拉格元件165和167又分别作为电极114和122。
在例子中，高声阻抗布拉格元件165和167的额定厚度等于频率等于FACT 100通带中心频率的声信号在钼中的四分之一波长，低声阻抗布拉格元件163的额定厚度等于频率等于中心频率的声信号在SiO2中的四分之三波长。用四分之三波长厚的SiO2层代替四方之一波长厚的SiO2层作为低声阻抗布拉格元件163减小FBAR 110和120之间的电容。
在高声阻抗布拉格元件165和167与低声阻抗布拉格元件163之间的声阻抗差值相对低的实施例中，布拉格结构161可以由一个以上(例如n个)低声阻抗布拉格元件组成，该低声阻抗布拉格元件由相应数量(即n+1个)的高声阻抗布拉格元件隔开。仅仅一个布拉格元件需要隔离。例如，该布拉格结构可以由用三个高声阻抗布拉格元件隔开的两个低声阻抗布拉格元件组成。
晶片规模制造用于一次制造上千个类似于FACT 100的FACT。这种晶片规模制造使得制造每个FACT的成本低。可以用类似于如下参考图5A-5T所述的制造方法来制造FACT 100。因此，制造FACT 100的方法将不分开描述。
再参考图1A-1C，为了使用FACT 100，进行第一端子132和134分别电连接电极112和114的电连接，如图1A和1B所示，并且还进行第二端子136和138分别电连接电极122和124的电连接，如图1A和1C所示。到第一端子132和134的电连接提供到FACT 100初级的电连接，到第二端子136和138的电连接提供到FACT 100的次级的电连接。在另一个实施例中，到第二端子136和138电连接提供到FACT100的初级的电连接，到第一端子132和134的电连接提供到FACT 100的次级的电连接。
在FACT 100工作时，输入电信号施加于构成FACT 100初级端子的第一端子132和134，在FBAR 110的电极112和114之间形成电压差。在电极112和114之间的电压差在输入电信号的频率下机械地变形FBAR 110。根据输入电信号的频率，声去耦器130耦合由FBAR 110到FBAR 120的机械变形引起的全部或部分声能。来源于FBAR 110的声能在输入电信号的频率下机械地变形FBAR 120。FBAR 120的机械变形在输入电信号的频率下在电极122和124之间产生电压差。该电压差在构成FACT 100次级端子的第二端子136和138输出作为输出电信号。压电现象是线性效应，因此施加于第一端子的输入电信号的振幅和相位保存在第二端子输出的输出电信号中。
其中第二端子136和138构成初级端子并且第一端子132和134构成次级端子的FACT 100的实施例同样地工作，除了声能通过声去耦器130从FBAR 120传送到FBAR 110。
如上所述，FACT 100提供1∶1的阻抗变换比，能够用平衡电路连接单端电路或反之亦然，并在初级和次级之间提供电隔离。但是，电极112和衬底102之间的电容不同于电极114和衬底之间的电容。结果，FACT 100不完全电平衡电，并且对于某些应用会具有不足的共模抑制比(CMRR)。
图3A-3C分别显示根据本发明薄膜声耦合变压器(FACT)的第二实施例200的平面图和两个横截面图。FACT 200能够用平衡电路连接单端电路，反之亦然，在初级和次级之间提供电隔离。FACT 200的某些实施例是电平衡的，因此具有高共模抑制比：其它的实施例电失衡并具有低共模抑制比。FACT 200具有1∶1、1∶4或4∶1的阻抗变换比，这取决于形成部分FACT的电路的结构。
FACT 200由两个去耦层叠体声谐振器(DSBAR)206和208组成。每个DSBAR由层叠的一对薄膜体声谐振器(FBAR)和在FBAR之间的声去耦器组成。FACT 200另外还包含将DSBAR 206的一个FBAR连接到DSBAR 208的一个FBAR的电路和将DSBAR 206的另一个FBAR连接到DSBAR 208的另一个FBAR的电路。
DSBAR 206由层叠的一对FBAR 210和220以及在它们之间的声去耦器230组成。DSBAR 208由层叠的一对FBAR 250和260以及在它们之间的声去耦器270组成。在所示的例子中，FBAR 220层叠在FBAR 210顶上，FBAR 260层叠在FBAR 250顶上。FBAR 210由对置的平面电极212和214以及在该电极之间的压电材料层216组成。FBAR 220由对置的平面电极222和224以及在该电极之间的压电材料层226组成。FBAR 250由对置的平面电极252和254以及在该电极之间的压电材料层256组成。FBAR 260由对置的平面电极262和264以及在该电极之间的压电材料层266组成。
如上所述，一个电路将DSBAR 206的一个FBAR连接到DSBAR 208的一个FBAR，一个电路将DSBAR 206的另一个FBAR连接到DSBAR 208的另一个FBAR。每个电路以并联、串联、反向并联和反向串联结构中任何一种形式电连接各个FBAR。在并联、串联、反向并联和反向串联电路结构的十六种可能组合中，仅仅八个产生起作用的FACT。连接FBAR的电路结构组合决定FACT是否电平衡(高共模抑制比)或电失衡，并且决定FACT的阻抗变换比，即1∶1、1∶4或4∶1。以下表1中概括了电路结构的可能组合：
  并联   串联   反向并联   反向串联
  并联   U1∶1   ×   ×   U1∶4
  串联   ×   B1∶1   B4∶1   ×
  反向并联   ×   B1∶4   B1∶1   ×
  反向串联   U4∶1   ×   ×   U1∶1
                          表1
在表1中，行标题表示一个电路的结构，例如如下参考图4C所述电路245，列标题表示另一个电路的结构，例如参考图4C所述的电路246，B表示FACT是电平衡，U表示FACT是失衡，×表示无功能的FACT。所示阻抗变换比是从连接到行标题表示的电路的电气端子(electricalterminals)到连接到列标题表示的电路的电气端子的阻抗变换。
表1所示电路受到在DSBAR 206和208中电路只可以连接彼此在相同电平的FBAR的限制，即一个电路只可以连接FBAR 210和250的电极，而另一个电路只可以连接FBAR 220和260的电极。表1另外还假定压电层216、226、256和266的c轴全部在相同方向上。在不受到该假定和/或限制的实施例中还有更多的电路是可能的，例如在电路可以连接FBAR 210和260的电极与FBAR 220和250的电极的实施例。
在详细描述互连FBAR的电路之前，要定义应用于连接不同DSBAR的FBAR电极的电路的术语反向并联、并联、反向串联和串联。FBAR是与极性有关的器件。在FBAR的电极之间施加的给定极性的电压将使FBAR机械地缩小，而相同量相反极性的相同电压将使FBAR机械地扩大。同样，应用于FBAR使FBAR机械地缩小的机械应力将在FBAR的电极之间产生给定极性的电压，而使FBAR机械地扩大的机械应力将在FBAR的电极之间产生相反极性的电压。
参考图4A-4D，在FACT 200中，电路并联连接的FBAR的电极在各个DSBAR中是相同的电平。施加于关联连接的FBAR的信号在整个FBAR上产生同样相位的信号。因此该FBAR同相地扩大和缩小，并产生同相的声能。相反，电路反向并联连接的FBAR的电极在各个DSBAR中是不同的电平。施加于反向并联连接的FBAR的信号在整个FBAR上产生相反相位的信号。因此FBAR反相地扩大和缩小，并产生反相的声能。
电路串联连接的FBAR的电极在各个DSBAR中是相同的电平。施加于串联连接的FBAR的信号在整个FBAR上产生相反相位的信号。FBAR反相地扩大和缩小，并产生反相的声能。另一方面，电路反向串联连接的FBAR的电极在各个DSBAR中是不同的电平。施加于反向串联连接的FBAR的信号在整个FBAR上产生同样相位的信号。因此该FBAR同相地扩大和缩小，并产生同相的声能。
接收使它们同相扩大和缩小的声能的FBAR产生同相信号。并联连接产生同相信号的FBAR产生的信号电平等于横跨单个FBAR的信号电平，并且产生的阻抗是单个FBAR的特性阻抗的二分之一。反向串联连接这种FBAR产生的信号电平是横跨单个FBAR的信号电平的两倍，并且产生的阻抗是单个FBAR的特性阻抗的两倍。但是，反向并联或串联连接产生同相信号的FBAR使信号抵销。接收使它们反相扩大和缩小的声能的FBAR产生反相信号。反向并联连接产生反相信号的FBAR产生的信号电平等于横跨单个FBAR的信号电平，并且产生的阻抗是单个FBAR的特性阻抗的二分之一。串联连接这种FBAR产生的信号电平是横跨单个FBAR的信号电平的两倍，并且产生的阻抗是单个FBAR的特性阻抗的两倍。但是，并联或反相串联连接产生反相信号的FBAR使信号抵销。表1表示的无功能的FACT是其中接收声能的FBAR产生抵销的信号的FACT。
图4A和4B分别示意地说明反向并联或串联连接DSBAR 206的FBAR 210和220与DSBAR 208的FBAR 250和260、形成具有1∶1阻抗变换比的各个电平衡FACT实施例的两个电路结构。
图4A显示将DSBAR 206的一个FBAR与DSBAR 208的一个FBAR反向并联地电连接并电连接到第一端子F的电路241，和将DSBAR 206的另一个FBAR与DSBAR 208的另一个FBAR反向并联地电连接并电连接到第二端子S的电路242。在所示的例子中，电路241将DSBAR 206的FBAR 220与DSBAR 208的FBAR 260反向并联电连接，并电连接到第一端子F，电路242将DSBAR 206的FBAR 210与DSBAR 208的FBAR250反向并联电连接，并连接到第二端子S。
具体地，电路241电连接FBAR 220的电极222到FBAR 260的电极264和到一个第一端子F，另外还电连接FBAR 220的电极224到FBAR260的电极262和到另一个第一端子F。电路242电连接FBAR 210的电极214到FBAR 250的电极252和到一个第二端子S，另外还电连接FBAR 210的电极212到FBAR 250的电极254和到另一个第二端子S。
电路241反向并联地电连接FBAR 220和260，因此加到第一端子F上的输入电信号相等地但是反相地加到FBAR 220和260上。电路241反向并联地电连接FBAR 220和260，在某种意义上来说，加在第一端子F上使FBAR 220机械地收缩的电信号还使FBAR 260机械地扩大相同量，反之亦然。因此FBAR 260产生的声能与FBAR 220产生的声能反相。因此，FBAR 250从FBAR 260收到的声能与FBAR 210从FBAR 220收到的声能反相，电极214和212之间的信号与电极254和252之间的信号反相。电路242反向并联地连接FBAR 210和250，因此输出到第二端子S的信号与电极214和212之间的信号同相，并且还与电极254和252之间的信号同相。结果，第二端子S之间的信号和横跨FBAR210和250任何一个的信号相同。
在每个第一端子F和衬底202之间存在的电容基本上相同。每个第一端子连接到接近于衬底的一个电极和远离衬底的一个电极。在所示的例子中，一个第一端子具有连接到它的接近于衬底的电极222和远离衬底的电极264，另一个第一端子具有连接到它的接近于衬底的电极262和远离衬底的电极224。此外，在每个第二端子S和衬底202之间存在的电容基本上相同。每个第二端子具有连接到它的接近于衬底的一个电极和远离衬底的一个电极。在所示的例子中，一个第二端子具有连接到它的接近于衬底的电极212和远离衬底的电极254，另一个第二端子具有连接到它的接近于衬底的电极252和远离衬底的电极214。因此，图4A所示FACT 200的实施例是电平衡，并因此具有足够高的共模抑制比，用于比如上参考图1A-1C所述FACT 100多得多的应用。
图4A所示FACT 200的实施例具有1∶1的阻抗变换比。第一端子F可以用作FACT的初级端子或次级端子，第二端子P可以分别用作FACT的次级端子或初级端子。加在初级端子上的输入电信号以基本上和次级端子相同的电平输出。在所有FBAR 210、220、250和260具有相似特性阻抗的典型实施例中，在初级端子和次级端子的阻抗是并联的两个FBAR，即单个FBAR的典型特性阻抗的一半。因此，图4A所示FACT200的实施例适用于相对低特性阻抗的应用。
图4B示意地显示在第一端子F之间将DSBAR 206的一个FBAR与DSBAR 208的一个FBAR串联地电连接的电路243，和在第二端子S之间将DSBAR 206的另一个FBAR与DSBAR 208的另一个FBAR串联地电连接的电路244。在图4B所示的例子中，电路243在第一端子F之间将DSBAR 206的FBAR 220与DSBAR 208的FBAR 260串联电连接，电路244在第二端子S之间将DSBAR 206的FBAR 210与DSBAR 208的FBAR 250串联电连接。
具体地，电路243电连接FBAR 220的电极222到FBAR 260的电极262，并且还电连接FBAR 220的电极224到一个第一端子F和电连接FBAR 260的电极264和到另一个第一端子F。在一种变化中，电路243电连接FBAR 220的电极224到FBAR 260的电极264，并且还电连接FBAR 220的电极222和FBAR 260的电极262到第一端子F。电路244电连接FBAR 210的电极214到FBAR 250的电极252，并且另外还电连接FBAR 210的电极214到一个第二端子S和另外电连接FBAR250的电极254到另一个第二端子S。在一种变化中，电路244电连接FBAR 210的电极214到FBAR 250的电极254，并且另外还电连接FBAR210的电极212和FBAR 250的电极252到第二端子S。
串联电连接FBAR 220和260的电路243在FBAR 220和260之间大致相等地分配加在第一端子F上的输入电信号。FBAR 220和260串联地电连接，在某种意义上来说，加在第一端子F上使FBAR 220机械地收缩的电信号使FBAR 260机械地扩大相同量，反之亦然。因此FBAR260产生的声能与FBAR 220产生的声能反相。因此，FBAR 250从FBAR260收到的声能与FBAR 210从FBAR 220收到的声能反相，电极254上的信号与电极214上的信号反相。电路244串联电连接FBAR 210和250，因此第二端子S的信号是横跨FBAR 210和250中任何一个的信号的两倍。
在每个第一端子F和衬底202之间存在的电容基本上相同。连接到第一端子的电极224和264与衬底相隔相同的距离。此外，在每个第二端子S和衬底202之间存在的电容基本上相同。连接到第二端子的电极214和254与衬底相隔相同的距离。因此，图4B所示FACT 200的实施例是电平衡，并因此具有足够高的共模抑制比，用于比如上参考图1A-1C所述FACT 100多得多的应用。
图4B所示FACT 200的实施例具有1∶1的阻抗变换比。第一端子F可以用作FACT的初级端子或次级端子，第二端子P可以分别用作FACT的次级端子或初级端子。加在初级端子上的输入电信号以基本上和次级端子相同的电平输出。在所有FBAR 210、220、250和260具有相似特性阻抗的典型实施例中，在初级端子和次级端子的阻抗是串联的两个FBAR的阻抗，即单个FBAR的典型特性阻抗的两倍。因此，图4B所示FACT 200的实施例适用于比图4A所示更高的特性阻抗应用。
图4C和4D示意地说明反向并联和串联连接DSBAR 206的FBAR 210和220与DSBAR 208的FBAR 250和260、形成具有1∶4或4∶1阻抗变换比的各个FACT实施例的两个电路结构。图4C显示将DSBAR 206的一个FBAR与DSBAR 208的一个FBAR反向并联地电连接并电连接到第一端子F的电路245，和在第二端子S之间将DSBAR 206的另一个FBAR与DSBAR 208的另一个FBAR串联地电连接的电路246。在所示的例子中，电路245将DSBAR 206的FBAR 220与DSBAR 208的FBAR 260反向并联电连接，并电连接到第一端子F，电路246在第二端子S之间将DSBAR 206的FBAR 210与DSBAR 208的FBAR 250串联电连接。
具体地，电路245电连接FBAR 220的电极222到FBAR 260的电极264和到一个第一端子F，另外还电连接FBAR 220的电极224到FBAR260的电极262和到另一个第一端子F。电路246电连接FBAR 210的电极214到FBAR 250的电极254，并且另外还电连接FBAR 210的电极212到一个第二端子S和另外电连接FBAR 250的电极252到另一个第二端子S。在一种变化中，电路246电连接FBAR 210的电极212到FBAR 250的电极252，并且另外还电连接FBAR 210的电极214和FBAR250的电极254到第二端子S。
电路245反向并联地电连接FBAR 220和260，因此加到第一端子F上的输入电信号相等地但是反相地加到FBAR 220和260上。电路245反向并联地电连接FBAR 220和260，在某种意义上来说，加在第一端子F上使FBAR 220机械地收缩的电信号还使FBAR 260机械地扩大相同量，反之亦然。因此FBAR 260产生的声能与FBAR 220产生的声能反相。因此，FBAR 250从FBAR 260收到的声能与FBAR 210从FBAR 220收到的声能反相，电极252上的信号与电极212上的信号反相。电路246串联电连接FBAR 210和250，因此在第二端子S之间的电压差是横跨FBAR 210和250中任何一个的电压的两倍。
在每个第一端子F和衬底202之间存在的电容基本上相同。每个第一端子具有连接到它的接近于衬底的一个电极和远离衬底的一个电极。在所示的例子中，一个第一端子具有连接到它的接近于衬底的电极222和远离衬底的电极264，另一个第一端子具有连接到它的接近于衬底的电极262和远离衬底的电极224。此外，在每个第二端子S和衬底202之间存在的电容基本上相同。连接到第二端子的电极212和252与衬底相隔相同的距离。因此，图4C所示FACT 200的实施例是电平衡，并因此具有足够高的共模抑制比，用于比如上参考图1A-1C所述FACT 100多得多的应用。
当第一端子F用作初级端子并且第二端子S用作次级端子时，图4C所示FACT 200的实施例是升压FACT。加在初级端子上的信号在次级端子两倍于该电平输出。同样，在所有FBAR 210，220、250和260具有相似特性阻抗的典型的实施例中，初级端子处的阻抗是两个并联FBAR的阻抗的两倍，即单个FBAR的典型特性阻抗的一半，而次级端子处的阻抗等于两个串联FBAR的阻抗，即单个FBAR的典型特性阻抗的两倍。因此，图4C所示FACT 200的实施例具有1∶4的初级/次级阻抗比。
当第一端子F用作次级端子并且第二端子S用作初级端子时，图4C所示FACT 200的实施例是降压FACT。在这种情况下，在次级端子处的信号输出是加在初级端子上的输入电信号电平的二分之一，并且初级/次级阻抗比是4∶1。
图4D示意地显示在第一端子F之间将DSBAR 206的FBAR 220与DSBAR 208的FBAR 260串联地电连接的电路247和在第二端子S之间将DSBAR 206的FBAR 210与DSBAR 208的FBAR 250反向并联地电连接的电路248。
具体地，电路247电连接FBAR 220的电极222到FBAR 260的电极262，并且还电连接FBAR 220的电极224和FBAR 260的电极264到第一端子F。电路248电连接FBAR 210的电极212到FBAR 250的电极254和到一个第二端子S，另外还电连接FBAR 210的电极214到FBAR 250的电极252和到另一个第二端子S。在一种变化中，电路247电连接FBAR 220的电极224到FBAR 260的电极264，并且还电连接FBAR 220的电极222和FBAR 260的电极262到第一端子F。
串联电连接FBAR 220和260的电路247在FBAR 220和260之间大致相等地分配加在第一端子F上的输入电信号。FBAR 220和260串联地电连接，在某种意义上来说，加在第一端子F上使FBAR 220机械地收缩的电信号使FBAR 260机械地扩大相同量，反之亦然。因此FBAR260产生的声能与FBAR 220产生的声能反相。FBAR 250从FBAR 260收到的声能与FBAR 210从FBAR 220收到的声能反相，电极252和254之间的电压与电极212和214之间的电压反相。电路248反向并联地电连接FBAR 210和250，因此在第二端子S输出的信号与横跨电极214和212的信号同相，并且还与横跨电极254和252的信号同相。结果，在第二端子S处的信号电平等于横跨FBAR 210和250中任何一个的信号电平，并且等于加在第一端子F上的输入电信号的电平的二分之一。
在每个第一端子F和衬底202之间存在的电容基本上相同。连接到第一端子的电极224和264与衬底相隔相同的距离。此外，在每个第二端子S和衬底202之间存在的电容基本上相同。每个第二端子具有连接到它的接近于衬底的一个电极和远离衬底的一个电极。在所示的例子中，一个第二端子具有连接到它的接近于衬底的电极212和远离衬底的电极254，另一个第二端子具有连接到它的接近于衬底的电极252和远离衬底的电极214。因此，图4D所示FACT 200的实施例是电平衡，并因此具有足够高的共模抑制比，用于比如上参考图1A-1C所述FACT 100多得多的应用。
当第一端子F用作初级端子并且第二端子S用作次级端子时，图4D所示FACT 200的实施例是降压FACT。在次级端子输出的信号电平是加在初级端子上的输入电信号电平的二分之一。同样，在所有FBAR210、220、250和260具有相似特性阻抗的典型的实施例中，初级端子处的阻抗是两个串联FBAR的阻抗，即单个FBAR的典型特性阻抗的两倍，而次级端子处的阻抗等于两个并联FBAR的阻抗，即单个FBAR的典型特性阻抗的二分之一。因此，图4D所示FACT 200的实施例具有4∶1的初级/次级阻抗比。
当第一端子F用作次级端子并且第二端子S用作初级端子时，图4D所示FACT 200的实施例是升压FACT。在这种情况下，在次级端子处的信号电平输出是加在初级端子上的输入电信号电平的两倍，并且初级/次级阻抗比是1∶4。
低共模抑制比不重要的应用中，互连FBAR的电路可以不同于刚才所述那些。在图4E显示具有1∶1阻抗变换比的FACT实施例，其中电路341将DSBAR 206的FBAR 220与DSBAR 208的FBAR 260并联连接并连接到第一端子F，电路342将DSBAR 206的FBAR 210与DSBAR 208的FBAR 250并联电连接并连接到第二端子S。
在图4F显示具有1∶1阻抗变换比的FACT实施例，其中电路343在第一端子F之间将DSBAR 206的FBAR 220与DSBAR 208的FBAR 260反向串联连接，电路344在第二端子S之间将DSBAR 206的FBAR 210与DSBAR 208的FBAR 250反向串联连接。
在图4G显示其中电路345将DSBAR 206的FBAR 220与DSBAR 208的FBAR 260并联电连接并连接到第一端子F、电路346在第二端子S之间将DSBAR 206的FBAR 210与DSBAR 208的FBAR 250反向串联电连接的FACT实施例。当第一端子F用作初级端子并且第二端子S用作次级端子时该实施例具有1∶4的阻抗变换比，或者当第二端子S用作初级端子并且第一端子F用作次级端子时该实施例具有4∶1的阻抗变换比。
在图4H显示其中电路347在第一端子F之间将DSBAR 206的FBAR220与DSBAR 208的FBAR 260反向串联电连接、并且电路348将DSBAR206的FBAR 210与DSBAR 208的FBAR 250并联电连接和电连接到第二端子S的FACT实施例。当第一端子F用作初级端子并且第二端子S用作次级端子时该实施例具有4∶1的阻抗变换比，或者当第二端子S用作初级端子并且第一端子F用作次级端子时该实施例具有1∶4的阻抗变换比。
图3A-3C所示FACT 200实施例的电气结构类似于图4C所示电气结构。结合片282和结合片284构成FACT 200的第一端子。互连片236、从电极222延伸到互连片236的导电迹线237(图5G)、与互连片236电接触的互连片278和从电极264延伸到互连片278的导电迹线279构成电连接FBAR 220的电极222到FBAR 260的电极264的部分电路245(图4C)。互连片238、从电极224延伸到互连片238的导电迹线239、与互连片238电接触的互连片276和从电极262延伸到互连片276的导电迹线277(图5G)构成电连接FBAR 220的电极224到FBAR 260的电极262的部分电路245(图4C)。在电极222和结合片282之间延伸的导电迹线283与在电极264和结合片284之间延伸的导电迹线285(图5G)构成将反向并联连接的FBAR 220和260连接到结合片282和284提供的第一端子的部分电路245。
在另一个实施例中，省略了结合片282和284以及迹线283和285，并且互连片238和278设置成结合片并提供FACT 200的第一端子。
结合片232和结合片272构成FACT 200的第二端子。在电极214和电极254之间延伸的导电迹线235(图5E)构成串联连接FBAR 210和FBAR 250的部分电路246(图4C)。在电极212和结合片232之间延伸的导电迹线233和在电极252和结合片272之间延伸的导电迹线273(图5C)构成将FBAR 210和FBAR 250连接到结合片232和272提供的第二端子的部分电路246。
在FACT 200中，声去耦器230位于FBAR 210和220之间，具体地，在电极214和222之间。声去耦器230控制FBAR 210和220之间声能的耦合。另外，声去耦器270位于FBAR 250和260之间，具体地，在电极254和262之间。声去耦器270控制FBAR 250和260之间声能的耦合。声去耦器230耦合的FBAR 210和220之间的声能比FBAR彼此直接接触时耦合得更少。声去耦器270耦合的FBAR 250和260之间的声能比FBAR彼此直接接触时耦合得更少。声去耦器230和270限定的声能耦合决定FACT 200的通带宽度。
在图3A-3C所示的实施例中，声去耦器230和270是声去耦材料层231的各个的部分。层231的声去耦材料的重要性能是小于FBAR210、220、250和260声阻抗的声阻抗、其频率等于FACT 200通带中心频率的声信号在该声去耦材料中的四分之一波长的奇数倍的额定厚度以及高电阻率和低介电常数，从而在FACT的初级和次级之间提供电隔离。层231的材料和其它性能类似于如上参考图1A-1D和图2所述的材料和其它性能。因此，这里将不再描述提供声去耦器230和270的层231。在另一个实施例(未显示)中，声去耦器230和270都包括类似于如上参考图1E所述布拉格结构161的布拉格结构。声耦合器230和270可以可选择地以类似于图3A-3C所示声耦合器230和270共用公共层231的实施例的方式、共用公共的布拉格结构。
DSBAR 206和DSBAR 208彼此相邻，架空在衬底202中限定的空腔204上。DSBAR架空在空腔上使得各个DSBAR中层叠的FBAR机械地谐振。使得层叠的FBAR可以机械地谐振的其它架空方案也可以。例如，如上述Lakin的美国专利No.6,107,721中公开的那样，DSBAR可以位于在衬底202中或衬底202上形成的失谐声布拉格反射器(未显示)上。
通过晶片规模制造一次制造成千上万个类似于FACT 200的FACT。这种晶片规模制造使得制造FACT的成本低。下面将参考图5A-5J的平面图和图5K-5T的横截面图描述典型的制造方法。如上所述，该制造方法还可以用于制造如上参考图1A-1C所述的FACT 100。下面将说明其制造的FACT 200实施例的通带的额定中心频率是大约1.9GHz。用于在其它频率下工作的实施例的结构和制造与下面举例说明的那些相仿，但是厚度和截面尺寸不同于下面举例说明的那些。
提供单晶硅的晶片。对于制造的各个FACT，一部分晶片构成相应于FACT 200衬底202的衬底。图5A-5J和图5K-5T示出，并且以下的文字说明部分也说明一部分晶片中和上面的FACT 200的制造。在制造FACT 200时，同样地制造晶片上的其它的FACT。
构成FACT 200的衬底202的部份晶片被有选择地湿法蚀刻以形成空腔204，如图5A和5K所示。
充填材料层(未显示)淀积在晶片表面上，其厚度足以填充该空腔。然后平面化晶片表面，留下充满充填材料的空腔。图5B和5L显示衬底202中装满充填材料205的空腔204。
在实施例中，充填材料是磷硅酸盐玻璃(PSG)，并且使用传统的低压化学气相淀积(LPCVD)来淀积。充填材料可选择地通过溅射或者通过旋涂而淀积。
在晶片和充填材料表面上淀积金属层。构图该以金属限定电极212、结合片232、在电极212和结合片232之间延伸的导电迹线233、电极252、结合片272以及在电极212和结合片272之间延伸的导电迹线273，如图5C和5M所示。电极212和电极252典型地在平行于晶片主表面的平面中具有非对称形状。如Larson III等的美国专利No.6,215,375所述，非对称形状使该电极形成其一部分的FBAR 210和FBAR 250中的横模最小(图3A)。电极212和电极252定位为暴露部分充填材料205的表面，因此充填材料后来可以如下所述通过蚀刻除去。
构图其中限定了电极212、214、222、224、252、254、262和264的金属层，使得在平行于晶片主表面的各个平面中，FBAR 210的电极212和214具有相同形状、尺寸、方向和位置，FBAR 220的电极222和224具有相同形状、尺寸、方向和位置，FBAR 250的电极252和254具有相同形状、尺寸、方向和位置并且FBAR 260的电极262和264具有相同形状、尺寸、方向和位置。典型地，电极214和222另外具有相同形状、尺寸、方向和位置，电极254和262另外具有相同形状、尺寸、方向和位置。
在实施例中，淀积形成电极212、结合片232、迹线233、电极252、结合片272和迹线273的金属是钼。钼通过溅射淀积为大约300nm厚，并且通过干法刻蚀构图以限定五边形电极，每个五边形电极具有大约12,000μm2的面积。其它的高熔点金属例如钨、铌和钛可以可选择地用作电极212和252、结合片232和272以及迹线233和273的材料。该电极、结合片和迹线可以可选择地包括一种以上材料的层。
压电材料层被淀积和构图，从而限定提供FBAR 210的压电层216和FBAR 250的压电层256的压电层217，如图5D和5N所示。构图压电层217，从而暴露充填材料205以及结合片232和272的部分表面。另外还构图压电层217从而限定窗219，提供到充填材料另外部分表面的通路。
在实施例中，淀积形成压电层217的压电材料是氮化铝，并且通过溅射淀积大约1.4μm的厚度。压电材料通过在氢氧化钾中的湿法蚀刻或者通过氯基干刻蚀来构图。可选择的用于压电层217的材料包括氧化锌和铅钛酸锆。
淀积金属层并构图，从而限定电极214、电极254以及在电极214和电极254之间延伸的导电迹线235，如图5E和5O所示。
在实施例中，淀积形成电极214、电极254和迹线235的金属是钼。该钼通过溅射淀积大约300nm的厚度，并且通过干刻蚀构图。其它高熔点金属可以可选择地用作电极214和254以及迹线235的材料。该电极和迹线可以可选择地包括一种以上材料的层。
然后淀积声去耦材料层并构图，从而限定提供声去耦器230和声去耦器270的声去耦层231，如图5F的5P所示。声去耦层231成形为至少覆盖电极214和电极254，并且还成形为暴露充填材料205的部分表面以及结合片232和272。声去耦层231另外还构图从而限定窗219，该窗219提供到充填材料另外部分表面的通路。
在实施例中，声去耦材料是大约200nm厚的聚酰亚胺，即在聚酰亚胺中的四分之一中心频率波长。通过旋涂淀积聚酰亚胺形成声去耦层231，并且通过光刻构图。聚酰亚胺是感光性的，因此不需要光刻胶。如上所述，可以使用其它的塑料材料作为声去耦材料。声去耦材料可以通过除旋涂之外的方法淀积。
在声去耦层231的材料是聚酰亚胺的实施例中，在淀积和构图聚酰亚胺以后，在进行下一步的方法之前，首先在大约250℃的空气中烘焙该晶片，然后在大约415℃的惰性气氛中烘焙，该惰性气氛例如是氮气氛。烘焙使聚酰亚胺的挥发性组分蒸发，并防止这种挥发性组分在后续加工过程中的蒸发使随后淀积的层剥落。
淀积一层金属并构图，从而限定电极222、互连片236、从电极222延伸到互连片236的导电迹线237、结合片282以及从电极222延伸到结合片282的导电迹线283，如图5G和5Q所示。该构图还在金属电极262层中限定互连片276和从电极262延伸到互连片276的导电迹线277，同样如图5G和5Q所示。
在实施例中，淀积形成电极222和262、结合片282、互连片236和276以及导电迹线237、277和283的金属是钼。该钼通过溅射淀积大约300nm的厚度，并且通过干刻蚀构图。其它高熔点金属可以可选择地用作电极222和262、片236、276和282以及导电迹线237、277和283的材料。该电极、结合片和迹线可以可选择地包括一种以上材料的层。
淀积压电材料层并构图，从而限定提供FBAR 220的压电层226和FBAR 260的压电层266的压电层227。压电层227成形为暴露片232、236、272、276和282并暴露充填材料205的部分表面，如图5H和5R所示。另外还构图压电层227从而限定窗219，提供到充填材料另外部分表面的通路。
在实施例中，淀积形成压电层227的压电材料是氮化铝，并且通过溅射淀积大约1.4μm的厚度。压电材料通过在氢氧化钾中的湿法蚀刻或者通过氯基干刻蚀来构图。可选择的用于压电层227的材料包括氧化锌和铅钛酸锆。
淀积金属层并构图，从而限定电极224、互连片238和从电极224延伸到互连片238的导电迹线239，如图5I和5S所示。互连片238定位为电接触互连片276，从而提供连接电极224和262的部分电路245(图4C)。该构图还在该金属层中限定电极264、互连片278、从电极264延伸到互连片278的导电迹线279、结合片284和从电极264延伸到结合片284的导电迹线285，同样如图5I和5S所示。互连片278定位为电接触互连片236，从而提供连接电极222和264的部分电路245(图4C)。如上所述，如果可以形成到层叠的互连片236和278以及到层叠的互连片276和238的可靠电连接，就可以省略结合片282和284以及导电迹线283和285。
在实施例中，淀积形成电极224和264、片238、278和284以及导电迹线237、279和285的金属是钼。该钼通过溅射淀积大约300nm的厚度，并且通过干刻蚀构图。其它这种高熔点金属可以可选择地用作电极224和264、片238、278和284以及导电迹线237、279和285的材料。该电极、片和迹线可以可选择地包括一种以上材料的层。
然后各向同性地湿法蚀刻该晶片，从而从空腔204除去充填材料205。如上所述，充填材料205的部份表面例如通过窗219保持暴露状态。蚀刻方法留下架空在空腔204上的FACT 200，如图5J和5T所示。
在实施例中，用于除去充填材料205的蚀刻剂是稀释氢氟酸。
金保护层淀积在片232、238、272、278、282和284的暴露表面上。
该晶片然后被分成单个的FACT，包括FACT 200。然后每个FACT安装在外壳中，并且使FACT的结合片232、272、282和284与作为该外壳一部分的片电连接。
类似于所述的方法可用于制造其中FBAR如图4B-4H所示电连接的FACT 200的实施例。
在使用时，电连接到电极222和264的结合片282与电连接到电极224和262的结合片284提供FACT 200的第一端子，电连接电极212的结合片232和电连接到电极252的结合片272提供FACT 200的第二端子。在一个实施例中，第一端子提供FACT 200的初级端子，第二端子提供次级端子。在另一个实施例中，第一端子提供FACT 200的次级端子，第二端子提供初级端子。
以类似于如上所述的方法制造其中声去耦器130安装有类似于如上参考图1E所述的布拉格结构的FACT 200的实施例。该方法的不同之处如下：
在淀积和构图压电材料的层217(图5D和5N)之后，以类似于图5E和5O所示的方式，沉淀金属层并构图，从而限定包括电极214和254的高声阻抗布拉格元件，另外还限定在电极之间延伸的导电迹线235。该高声阻抗布拉格元件类似于图1E所示高声阻抗布拉格元件165。该淀积的金属层额定厚度额定厚度等于其频率等于FACT 200通带中心频率的声信号在该金属中四分之一波长的奇数倍。
在实施例中，淀积形成包括电极214和254的高声阻抗布拉格元件的金属是钼。该钼通过溅射淀积大约820nm(在Mo中的四分之一波长)的厚度，并且通过干刻蚀构图。其它高熔点金属可以可选择地用作包括电极214和254的高声阻抗布拉格元件的材料。每个高声阻抗布拉格元件都可以可选择地包括一种以上金属的层。
然后淀积低声阻抗材料的层，并且以类似于图5F和5P所示的方式构图以限定低声阻抗布拉格元件。该淀积的低声阻抗材料层的额定厚度等于其频率等于FACT 200通带中心频率的声信号在该低声阻抗材料中四分之一波长的奇数倍。该低声阻抗布拉格元件成形为至少覆盖该高声阻抗布拉格元件，并且还成形为暴露充填材料205的部分表面以及结合片232和272。另外还构图该低声阻抗材料层从而限定窗，提供到充填材料另外部分表面的通路。
在实施例中，低声阻抗材料是大约790nm厚的SiO2。该SiO2通过溅射淀积，并且通过蚀刻构图。可用作低声阻抗布拉格元件材料的其它低声阻抗材料包括磷硅酸盐玻璃(PSG)、二氧化钛和氟化镁。该低声阻抗材料可以可选择地通过除溅射之外的方法淀积。
淀积金属层并构图，从而限定包括电极222和262的高声阻抗布拉格元件。该金属层还以类似于图7G和7Q所示的方式构图，以限定互连片236、从电极222延伸到互连片236的导电迹线237、结合片282、从电极222延伸到结合片282的导电迹线283、互连片276以及从电极262延伸到互连片276的导电迹线277。该淀积的金属层额定厚度等于其频率等于FACT 200通带中心频率的声信号在该金属中四分之一波长的奇数倍。
在实施例中，淀积形成包括电极222和262的高声阻抗布拉格元件的金属是钼。该钼通过溅射淀积大约820nm(在Mo中的四分之一波长)的厚度，并且通过干刻蚀构图。其它高熔点金属可以可选择地用作包括电极222和262的高声阻抗布拉格元件及其相关的片和导电迹线的材料。该高声阻抗布拉格元件、片和导电迹线可以可选择地包括一种以上材料的层。
然后淀积压电材料层，并如上所述地构图限定压电层227，并且如上所述继续该方法以完成FACT 200的制造。
在另一个实施例中，层231的声去耦材料是交联聚苯撑聚合体。在构图金属层限定电极214和254以及导电迹线235之后，如上参考图5E和5O所述，用于交联聚苯撑聚合体的前驱物溶液以类似于如上参考图5F和5P所述的方式旋涂，但是不构图。选择前驱物溶液的成分和旋转速度，使得聚苯撑聚合体形成大约187nm厚的层。这相应于其频率等于FACT 200通带的中心频率的声信号在交联聚苯撑聚合体中的四分之一波长λn。然后在进行下一步加工之前，在从大约380℃到450℃温度范围内的惰性气氛中烘焙该晶片，该惰性气氛是例如在真空下或在氮气氛中。该烘焙首先从该前驱物溶液中分离出有机溶剂，然后使该低聚物如上所述地交联以形成交联聚苯撑聚合体。
然后以类似于如上参考图5G和5Q所述的方式在交联聚苯撑聚合体层上淀积金属层，但是首先类似于图5F所示声去耦层231的图案那样构图，以限定后面将用于构图交联聚苯撑聚合体层以限定声去耦层231的硬掩模。首先构图的金属层具有与声去耦层231相同的范围，暴露结合片232和272以及充填材料205的部分表面，并且在声去耦层231中窗219的预定位置处具有窗。
然后如图5F所示用首先构图作为硬蚀刻掩模的层构图交联聚苯撑聚合体层。构图交联聚苯撑聚合体层限定声去耦层231的范围，暴露结合片232和272以及充填材料205的部分表面，并且形成提供到充填材料另外部分表面的通路的窗219。用氧气等离子体蚀刻进行该构图。
然后如图5G和5Q所示再构图该金属层，以限定电极222、电极262、结合片282、互连片236和276。该再图案另外限定在电极222和互连片236之间延伸的导电迹线237、在电极262和互连片276之间延伸的导电迹线277以及在电极222和结合片282之间延伸的导电迹线283。
通过进行如上参考图5H、51、5J、5R、5S和5T所述的方法来完成具有交联聚苯撑聚合体声去耦层作为其声去耦器的通带滤波器200
实施例的制造。
在实施例中，用于交联聚苯撑聚合体的前驱物溶液是Dow化学公司出售、命名为SiLKTM J的前驱物溶液。可选择地，该前驱物溶液可以是Dow化学公司出售、商标为SiLK的前驱物溶液中任何一种合适的前驱物溶液。在某些实施例中，在旋涂前驱物溶液之前淀积增粘剂层。还可以现在或将来从其它供应商那获得包含固化后形成声阻抗大约为2Mrayl的交联聚苯撑聚合体的低聚物的前驱物溶液，也可以使用该前驱物溶液。
本公开用说明性的实施例详细地描述本发明。但是，由附加的权利要求限定的本发明不局限于描述的具体实施例。

Claims (17)

1、一种薄膜声耦合变压器(FACT)，包括：
去耦层叠体声谐振器(DSBAR)，包括：
下部薄膜体声谐振器(FBAR)、层叠在下部FBAR上的上部FBAR，每个FBAR包括对置的平面电极和在该电极之间的压电元件，和
在该FBAR之间，包括声去耦材料层的声去耦器；
电连接到下部FBAR的电极的第一端子；和
电连接到上部FBAR的电极的第二端子。
2、权利要求1的FACT，其中：
该FACT的通带以中心频率为特征；和
声去耦材料层的额定厚度等于其频率等于中心频率的声信号在该声去耦材料中的四分之一波长的奇数倍。
3、权利要求2的FACT，其中奇数倍是1。
4、一种薄膜声耦合变压器(FACT)，包括：
去耦层叠体声谐振器(DSBAR)，每个DSBAR包括：
下部薄膜体声谐振器(FBAR)、层叠在下部FBAR上的上部FBAR，每个FBAR包括对置的平面电极和在该电极之间的压电元件，和
在该FBAR之间，包括声去耦材料层的声去耦器；
互连下部FBAR的第一电路；和
互连上部FBAR的第二电路。
5、权利要求4的FACT，其中：
第一电路以(a)串联和(b)反向并联中的一种互连下部FBAR；和
第二电路以(a)串联和(b)反向并联中的一种互连上部FBAR。
6、前面权利要求中任何一个的FACT，其中该声去耦材料的声阻抗比该压电元件更低。
7、前面权利要求中任何一个的FACT，其中该声去耦材料的声阻抗介于压电元件和空气之间。
8、权利要求1-5中任何一个的FACT，其中该声去耦材料的声阻抗在从大约2Mrayl到大约8Mrayl的范围内。
9、权利要求1-5中任何一个的FACT，其中该声去耦材料包括塑料。
10、权利要求1-5中任何一个的FACT，其中该声去耦材料包括聚酰亚胺。
11、权利要求1-5中任何一个的FACT，其中该声去耦材料包括聚(对二甲苯)。
12、权利要求1-5中任何一个的FACT，其中该声去耦材料包括交联聚苯撑聚合体。
13、权利要求12的FACT，其中该交联聚苯撑聚合体由前驱物溶液组成，该前驱物溶液可由Dow化学公司出售、商标为SiLK。
14、一种薄膜声耦合变压器(FACT)，包括：
去耦层叠体声谐振器(DSBAR)，包括：
下部薄膜体声谐振器(FBAR)、层叠在下部FBAR上的上部FBAR，每个FBAR包括对置的平面电极和在该电极之间的压电元件，和
在该FBAR之间，包括声阻抗大约为2Mrayl的声去耦材料层的声去耦器；
电连接到下部FBAR的电极的第一端子；和
电连接到上部FBAR的电极的第二端子。
15、权利要求14的FACT，其中：
该DSBAR是第一DSBAR；和
该FACT另外还包括：
第二DSBAR，该第二DSBAR包括：
下部薄膜体声谐振器(FBAR)、层叠在下部FBAR上的上部FBAR，每个FBAR包括对置的平面电极和在该电极之间的压电元件；和
在该FBAR之间，包括声阻抗大约为2Mrayl的声去耦材料层的声去耦器，
互连下部FBAR的第一电路，和
互连上部FBAR的第二电路。
16、权利要求14或15的FACT，其中：
该FACT的通带以中心频率为特征；和
声去耦材料层的额定厚度等于其频率等于中心频率的声信号在该声去耦材料中的四分之一波长的奇数倍。
17、权利要求16的FACT，其中该奇数倍是1。
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