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JP2000030595A - 共振器の構造 - Google Patents

共振器の構造

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JP2000030595A
JP2000030595A JP11154478A JP15447899A JP2000030595A JP 2000030595 A JP2000030595 A JP 2000030595A JP 11154478 A JP11154478 A JP 11154478A JP 15447899 A JP15447899 A JP 15447899A JP 2000030595 A JP2000030595 A JP 2000030595A
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switch
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layer
resonator structure
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、無線通信装置の共振器構造に関す
る。 【構成】 本発明では、ミクロ機械スイッチ及び共振器
が単一の結合構造において実現される。スイッチ構造及
び共振器構造の結合は、マルチシステム移動通信手段に
必要な非常にコンパクトなフィルター及び共振器構造の
製造を可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、無線通信装置の共
振器構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】移動通信の発達は、より小さく、ますま
す複雑化する手持ち式ユニットを指向している。発達の
過程において、近時、手持ち式ユニットについて新しい
要件、即ちユニットが数種類の規格及び通信システムを
支援しなければならないという要件、が生じた。数種類
のシステムを支援するためには、手持ち式ユニットのＲ
Ｆ部に数組のフィルター及びその他のＲＦコンポーネン
トが必要である。このように複雑であっても、手持ち式
ユニットのサイズは、その様に広範な支援をする結果と
して増大するべきではない。
【０００３】従来技術の移動電話で使用されるＲＦフィ
ルターは普通は個別の表面弾性波（ＳＡＷ）フィルター
又はセラミック・フィルターである。この方式は単一規
格の電話には充分であったけれども、移動電話のサイズ
を大きくすることなく数種類の通信システムを支援でき
るものではない。
【０００４】表面弾性波（ＳＡＷ）共振器は、通常、図
１に示されているのと似た構造を持っている。表面弾性
波共振器は固体表面の表面弾性振動モードを利用するも
のであり、そのモードでは振動は固体の表面に閉じこめ
られていて、表面から離れるに連れて急速に減衰する。
ＳＡＷ共振器は、通常、圧電層１００と、２つの電極１
２２、１２４とを含んでいる。フィルター等の種々の共
振器構造がＳＡＷ共振器で作られる。SAW共振器は、サ
イズが非常に小さいという利点を有するけれども、残念
ながら高いパワーレベルには耐えられない。
【０００５】ケイ素(Si)又はガリウム砒素(GaAs)ウェー
ハー等の半導体ウェーハー上に薄膜バルク音波共振器を
作ることが知られている。例えば、“音バルク波複合共
振器”という題名の論文("Acoustic Bulk Wave Composi
te Resonators", Applied Physics Letters, Vol. 38,
No. 3, pp. 125-127, Feb. 1, 1981, by K.M. Lakinand
J. S. Wang)において、ケイ素(Si)の薄い膜の上にスパ
ッタリングされた酸化亜鉛(ZnO)の薄膜圧電層を含む音
バルク波共振器が開示されている。更に、“エアギャッ
プ型圧電複合薄膜共振器”という題名の論文("An Air-G
ap Type Piezoelectric Composite Thin Film Resonato
r", 15 Proc. 39th Annual Symp. Freq. Control, pp.
361-366, 1985, by Hiroaki Satoh, Yasuo Ebata, Hito
shi Suzuki, and Choji Narahara)において、ブリッジ
構造を有するバルク音波共振器が開示されている。
【０００６】図２は、ブリッジ構造を有するバルク音波
共振器の１例を示している。この構造は、基板２００に
被着された膜１３０を含んでいる。この共振器は、更
に、その膜上の底部電極１１０と、圧電層１００と、頂
部電極１２０とを含んでいる。犠牲層をエッチングによ
り除去することによって、その膜と基板との間にギャッ
プ２１０が作られている。このギャップは音響アイソレ
ータとして作用し、本質的に、振動する共振器構造を基
板から絶縁する。
【０００７】バルク音波共振器は、部分的には、その様
な共振器を他の回路網と結合する実行可能な方法がまだ
示されていないという理由から、まだ広く使用されては
いない。けれども、ＢＡＷ共振器は、ＳＡＷ共振器と比
べて長所を幾つか持っている。例えば、ＢＡＷ構造は高
いパワーレベルに比較的に良く耐えることができる。
【０００８】ミクロ機械装置も現在開発されつつある。
ミクロ機械装置は、通常、被着、パターニング及びエッ
チングの技術を用いて所望の構造を作ることによってケ
イ素基板上に作られる。１例として、図３はミクロ機械
スイッチの構造を図解している。ミクロ機械スイッチ
は、カンチレバー４００、基板２００上の接点パッド４
３０及び該接点パッド４３０間に接点を作るための接触
バー４４０、及び２つの電極４１０、４２０を含んでい
る。カンチレバー電極４１０が該カンチレバー上に形成
され、基板電極４２０が基板上に形成されている。接触
バーはカンチレバーの一端に形成されており、カンチレ
バーの他方の端部は、好ましくはカンチレバーを基板表
面から持ち上げておくために支持体４０５で、基板に取
り付けられている。このミクロ機械スイッチはカンチレ
バー及び基板の電極の間にかけられるＤＣ電圧で操作さ
れる。このＤＣ電圧は、スイッチのカンチレバー電極と
基板電極との間に静電力を生じさせる。この静電力はカ
ンチレバーを屈曲させ、接触バーを基板の接点パッド４
３０と接触させる。他の種々のミクロ機械構造が“ミク
ロ電気機械システム・アプリケーションにおける強誘電
体薄膜”という題名の論文("Ferroelectric Thin Films
in Microelectromechanical Systems Applications",
MRS Bulletin, July 1996, pp. 59-65, by D.L. Polla
and L.F. Francis)及びそれに含まれる参考文献におい
て開示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、スイ
ッチ付き共振器構造を提供することである。本発明の他
の目的は、非常に小さなサイズを有するその様な構造を
提供することである。マルチシステム移動通信手段に必
要なフィルター構造のサイズを小さくすることも本発明
の目的である。
【００１０】
【課題を解決するための手段】これらの目的は、共振器
エレメントとスイッチ・エレメントとを同じ構造におい
て結合させることによって達せられる。
【００１１】本発明の共振器構造は、共振器構造を対象
とする独立請求項の特徴部分において明示されているも
のを特徴とする。本発明の移動通信手段は、移動通信手
段を対象とする独立請求項の特徴部分において明示され
ているものを特徴とする。従属請求項は、本発明の別の
有利な実施態様を述べている。
【００１２】本発明に従って、ミクロ機械スイッチ及び
共振器が単一の結合構造で実現される。スイッチ構造及
び共振器構造の結合は、マルチシステム移動通信手段に
必要な非常にコンパクトなフィルター及び共振器構造の
製造を可能にする。
【００１３】次に、添付図面を参照して本発明をいっそ
う詳しく説明する。
【００１４】図において、同様のものには同じ参照数字
が使用されている。
【００１５】
【発明の実施の形態】次に、始めに一定の種類のＢＡＷ
共振器について説明するが、そのＢＡＷ共振器は本発明
の構造に有利に使用される。
【００１６】バルク音波共振器は、通常、ケイ素（S
i）、ガリウム砒素（GaAs）、ガラス、或いはセラミッ
クの基板の上に作られる。使用されている別のセラミッ
ク基板タイプはアルミナである。ＢＡＷ装置は、通常、
例えばスパッタリング、真空蒸着或いは化学蒸着など、
種々の薄膜製造技術により製造される。ＢＡＷ装置は音
響バルク波を生成するために圧電薄膜層を利用する。通
常のＢＡＷ装置の共振周波数は装置のサイズ及び材料に
応じて、０．５Ｇｈｚから５Ｇｈｚの範囲にある。ＢＡ
Ｗ共振器は水晶共振器の典型的直列共振及び並列共振を
示す。共振周波数は、主として共振器の材料と共振器の
層の寸法とによって決まる。
【００１７】通常のＢＡＷ共振器は次の３つの基本エレ
メント： − 音響的に活性の圧電層、 − この圧電層の両側の電極、及び − 基板からの音響的絶縁、 から成っている。
【００１８】圧電層は、例えば、ZnO、AlN、ZnS、或い
はその他の、薄膜として作ることのできる任意の圧電材
料である。別の例として、強誘電性セラミックスを圧電
材料として使うことができる。例えば、PbTiO３及びPb
(ZrｘTiｌ−ｘ)O３及びその他のいわゆるランタンジル
コニウム酸チタン酸鉛族に属する物質を使うことができ
る。
【００１９】好ましくは、電極層を形成するために使わ
れる材料は、大きな音響インピーダンスを有する電気伝
導材料である。電極は、例えば、タングステン（W)、ア
ルミニウム（Al）、銅（Cu）、モリブデン（Mo）、ニッ
ケル（Ni）、チタン（Ti）、ニオブ（Nb）、銀（Ag）、
金（Au）、及びタンタル（Ta）などの適当な金属で構成
される。
【００２０】音響的絶縁は例えば下記の手法で、即ち： − 基板ブァイアホールで、 − ミクロ機械ブリッジ構造で、或いは − 音響ミラー構造で、 作り出すことができる。けれども、共振器を基板から絶
縁させる他の任意の方法も使用できるので、本発明はこ
れら３つの手法には限定されない。
【００２１】ブァイアホール及びブリッジ構造では、音
響反射面は装置の下及び上のエア・インターフェースで
ある。ブリッジ構造は通常は犠牲層を用いて作られ、こ
の層は自立構造を作るためにエッチングにより除去され
る。犠牲層を用いると、ブァイアホール構造の場合のよ
うに基板を大幅に修正する必要がないので、多様な基板
材料を使用することが可能である。
【００２２】例えばエッチピット構造を用いてブリッジ
構造を実現することができる。図４及び５は、エッチピ
ット構造を伴うＢＡＷを示している。図４及び５は、基
板２００、膜層１３０、底部電極１１０、圧電層１０
０、及び頂部電極１２０を示している。図４はこの構造
の断面図であり、図５は該構造の平面図である。このエ
ッチピット構造では、エッチピット２１０は、少なくと
も膜層１３０が被着された後にＢＡＷ構造の下にエッチ
ングにより形成される。
【００２３】図６は、ブリッジ構造を作る他の方法を示
している。ＢＡＷ構造の他の層が被着される前に、犠牲
層１３５が最初に被着されてパターニングされる。ＢＡ
Ｗ構造の残りの部分は部分的に犠牲層１３５の上に被着
されパターニングされる。ＢＡＷ構造の残りの部分が完
成した後、犠牲層１３５はエッチングにより除去され
る。図６は基板２００、膜層１３０、底部電極１１０、
圧電層１００、及び頂部電極１２０も示している。
【００２４】犠牲層は好ましくは金属又はポリマーを材
料として用いて実現される。例えば、銅（Cu）を材料と
して犠牲層を作ることができる。ポリマーは、好ましく
は、他の層を被着する際に達する可能性のある比較的に
高い温度に耐えることのできるようなポリマーである。
該ポリマーは、例えば、ポリテトラフルオロエチレン又
はその誘導体、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテ
ルエーテルケトン（polyetheretherketone）、ポリ（パ
ラフェニレンベンゾビスミダゾール）（poly(para phen
ylene benzobismidazole））、ポリ（パラフェニレンベ
ンゾビスオキサゾール）（poly(para phenylene benzob
isoxazole））、ポリ（パラフェニレンベンゾビスミダ
ゾール）（poly(para phenylene benzobismidazol
e））、ポリ（パラフェニレンベンゾビスチアゾール）
（poly(para phenylene benzobisthiazole））、ポリイ
ミド、ポリイミドシロキサン、ビニルエーテル、ポリフ
ェニル、パリレン−ｎ、パリレン−ｆ、又はベンゾシク
ロブテンである。
【００２５】犠牲層は、酸化亜鉛（ZnO）など、従来技
術で使われる他の任意の材料で形成されても良い。しか
し、前述したように金属又はポリマーを用いることが好
ましい。
【００２６】ブァイアホール構造では、共振器は、ＢＡ
Ｗ共振器構造の主要部分の下から基板をエッチングによ
り除去することによって、基板から音響的に絶縁され
る。図７は、ＢＡＷ共振器のブァイアホール構造を示し
ている。図７は、基板２００、膜層１３０、底部電極１
１０、圧電層１００、及び頂部電極１２０を示してい
る。基板全体を貫通するブァイアホール２１１がエッチ
ングにより形成されている。エッチングが必要なので、
ブァイアホール構造は通例Si又はGaAs基板だけで実現さ
れる。
【００２７】ＢＡＷ共振器を基板から絶縁する別の方法
は、音響ミラー構造を使用する。音響ミラー構造は、音
波を共振器構造へ反射して返すことにより絶縁を実行す
る。音響ミラーは、通常、中心周波数での四分の一波長
の厚みを有する数個の層から成り、交互の層が異なる音
響インピーダンスを持っている。音響ミラーの層の個数
は、通常は３から９の範囲の奇数である。基板材料の割
合に高いインピーダンスの代わりに、なるべく低い音響
インピーダンスをＢＡＷ共振器に与えるために、連続す
る２つの層の音響インピーダンスの比は大きい方がよ
い。高インピーダンス層の材料は例えば金（Au）、モリ
ブデン（Mo）、或いはタングステン（W）であり、低イ
ンピーダンス層の材料は例えばケイ素（Si）、ポリシリ
コン（poly-Si）、二酸化珪素（SiO2）、アルミニウム
（Al）、或いはポリマーである。音響ミラー構造を利用
する構造では共振器は基板から絶縁され、基板は大幅に
は修正されないので、広範な材料を基板として使うこと
ができる。
【００２８】ポリマー層は低ロス特性と低音響インピー
ダンスとを有する任意のポリマー材料で構成されて良
い。そのポリマー材料は、音響ミラー構造の他の層及び
その他の構造を被着する際に温度が割合に高くなること
があるので、少なくとも３５０℃の温度に耐えるポリマ
ー材料であるのが好ましい。ポリマー層は、例えば、ポ
リイミド、シクロテン（cyclotene）、炭素ベースの材
料、ケイ素ベースの材料又はその他の適当な材料で構成
されて良い。
【００２９】図８は音響ミラー構造の上にあるＢＡＷ共
振器の例を示している。図８は、基板２００，底部電極
１１０、圧電層１００、及び頂部電極１２０を示してい
る。音響ミラー構造１５０は、この例では３つの層１５
０ａ、１５０ｂから成っている。そのうちの２層１５０
ａは第１の材料から成り、これら２層間の第３の層１５
０ｂは第２の材料から成る。第１及び第２の材料は、前
述したように異なる音響インピーダンスを有する。材料
の順序は、本発明の実施態様毎に異なっていて良い。本
発明の或る実施態様では、音響インピーダンスの高い材
料は中央にあり、音響インピーダンスの低い材料は、こ
の中央の層の両側にある。本発明の他の実施態様では、
順序は反対であって良い。底部電極は本発明の或る実施
態様では音響ミラーの１つの層として作用する。
【００３０】図９は、本発明の有利な実施態様で使うこ
とのできる別のＢＡＷ共振器構造を示している。図９
は、２つの圧電層１００を有する積み重ね共振器構造を
示している。底部電極１１０及び頂部電極１２０に加え
て、積み重ね構造は中間電極１１５を必要とし、これは
グランド電位に接続されている。図９は、更に、膜層１
３０、基板２００、及び、該構造を基板から絶縁するエ
ッチピット２１０を示している。
【００３１】図１０は、オフ状態となっている本発明の
有利な実施態様の断面図であり、図１１はオン状態とな
っている同じ構造を示している。この実施態様は、ブリ
ッジ構造を形成する圧電材料の層１００と、ＤＣ制御電
圧を印加すると共にＲＦ信号を圧電層１００に供給する
ための第１導体１１０及び第２導体１２０と、接触導体
１１２と、基板２００と、ＢＡＷ構造１００、１２０、
１１２、１１０を基板２００から絶縁するための音響ミ
ラー構造１５０ａ、１５０ｂとを含んでいる。図１０
は、オフ状態の共振器及びスイッチ構造を示している。
充分に高い電圧が頂部導体１２０と底部導体１１０との
間に印加されると、その結果として生じた静電力は圧電
層を図１１に示されているように曲げる。圧電層１００
がこの様に曲がると、図１１に示されているように接触
導体１１２が底部電極１１０と接触する。接触導体１１
２が底部電極１１０と接触しているとき、該構造は共振
器として作用することができる。
【００３２】図１０及び１１は、この明細書中の、種々
の構造の断面を示す他の図と同じく、図解を目的とする
ものであって、１つ或いはもっと多くの方向に寸法が誇
張されていることがある。
【００３３】図１２は、本発明の別の有利な実施態様を
示している。この実施態様では、スイッチ及び共振器構
造１００、１１０、１１２、１２０は、音響ミラー構造
１５０ａ、１５０ｂの代わりに膜層１３０により形成さ
れているブリッジ構造によって基板２００から音響的に
絶縁されている。図１２の実施態様のスイッチ及び共振
器構造１００、１１０、１１２、１２０は、図１０及び
１１の実施態様と同様に作用するので、機能についての
説明はここでは繰り返さない。
【００３４】図１３は本発明の別の有利な実施態様を示
しており、この実施態様では圧電層は図１０、１１及び
１２に示されているブリッジ構造の代わりにカンチレバ
ー構造を形成する。カンチレバー１００の一端は他の層
に取り付けられ、他方の端部は自由に動く。この共振器
及びスイッチ構造は図１３ではオフ状態で図示されてい
る。充分に高い電圧が頂部導体１２０と底部導体１１０
との間に印加されると、その結果として生じた静電力は
圧電層を曲げ、接触導体１１２を底部電極１１０と接触
させる。接触導体１１２が底部電極１１０と接触してい
るとき、該構造は共振器として作用することができる。
図１３は、共振器及びスイッチ構造１００、１１０、１
１２、１２０を基板２００から音響的に絶縁する音響絶
縁構造１５０ａ、１５０ｂを更に示している。
【００３５】図１４は本発明の別の有利な実施態様を示
しており、ここでは圧電層１００以外の層が曲がるよう
になっている。圧電層は支持層１３０の上に被着され、
この層は支持構造１０２により支持される。共振器及び
スイッチ構造は図１４ではオフ状態で図示されている。
充分に高い電圧が頂部導体１２０と底部導体１１０との
間に印加されると、その結果として生じた静電力は膜層
１３０を曲げ、接触導体１１２を底部電極１１０と接触
させる。接触導体１１２が底部電極１１０と接触してい
るとき、該構造は共振器として作用することができる。
図１３は、共振器及びスイッチ構造１００、１１０、１
１２、１２０を基板２００から音響的に絶縁する音響絶
縁構造１５０ａ、１５０ｂを更に示している。図１４
は、支持構造１０２と支持層１３０とが別々の層である
ことを示している。しかし、本発明の他の実施態様で
は、支持構造１０２と支持層１３０とは単一の層の一部
であっても良い。
【００３６】図１４に示されているのと似ている構造を
有する本発明の別の有利な実施態様では、接触導体１１
２は支持屈曲層を形成し、これは圧電層１００を支え
る。その実施態様では、絶縁層は接触導体１１２と頂部
電極層１２０との間に被着されなければならない。
【００３７】本発明の或る実施態様では、該結合構造の
スイッチ機能を起動するときに共振器エレメントは動か
ない。その様な実施態様は、例えば図９に示されている
もの等の積み重ね共振器構造を使用するときに、特に有
利である。図１５は、その様な実施態様の例を示してい
る。図１５の実施態様は、頂部電極１２０と、音響ミラ
ー構造１５０ａ、１５０ｂの上の底部電極１１０とを伴
う圧電層１００を含んでいる。図１５は、カンチレバー
支持体１４５とスイッチ・カンチレバー１４０とを含む
スイッチ・エレメントを更に示している。このスイッチ
・エレメントは更に接触導体１２２を有する。充分に高
い電圧が接触導体１２２と底部電極１１０との間に印加
されると、その結果として生じた静電力はカンチレバー
１４０を屈曲させ、接触導体１２２を頂部電極１２０と
接触させる。接触導体１２２が頂部電極１２０と接触し
ているとき、該構造は共振器として作用することができ
る。
【００３８】本発明の別の有利な実施態様では、スイッ
チ・エレメントを使ってＢＡＷエレメントをオフ状態に
転換することができる。その様な実施態様では、電圧が
スイッチ・エレメントに印加されていなくて、スイッチ
・エレメントがＢＡＷエレメントに接触するように曲げ
られてはいないとき、ＢＡＷエレメントは自由に機能す
ることができる、即ちオン状態となっている。電圧がス
イッチ・エレメントに印加されてスイッチ・カンチレバ
ーが下方に曲がってＢＡＷエレメントに接触していると
き、該カンチレバーはＢＡＷエレメントの振動を減衰さ
せ、或いは少なくともＢＡＷエレメントの共振周波数を
動作周波数から遙か遠くへずらし、このことが実効的に
ＢＡＷエレメントを非機能状態即ちオフ状態にする。そ
の様な実施態様では、頂部電極１２０は、ＢＡＷエレメ
ントをスイッチ電極電圧から絶縁するために、パッシベ
ーション層で覆われるのが好ましい。その他の点に関し
ては、この様な実施態様は例えば図１５に示されている
ものと同様の構造を持っていて良い。
【００３９】図１５の構造は、スイッチ・エレメント１
４０、１４５を有する例えば図１５に示されているよう
な共振器構造の１例に過ぎない。スイッチ・エレメント
を有する本発明の他の実施態様に他の種類のＢＡＷ共振
器を用いることができる。例えば、ＢＡＷ共振器は、或
る実施態様では、図１５に示されている音響ミラー構造
の代わりにブリッジ構造によって基板から音響的に絶縁
されても良い。
【００４０】図１６は本発明の有利な実施態様を示して
おり、この実施態様の構造は、ＢＡＷエレメントの両方
のポートにスイッチを実現している。図１６の実施態様
では、単一のスイッチ・エレメントがオン状態では頂部
電極導体及び底部電極導体の両方と接触し、オフ状態で
はそのいずれとも接触しない。図１６は、その様な構造
の断面図である。この構造は、底部電極１１０の上の圧
電層と、音響ミラー１５０ａ、１５０ｂ層とを含んでい
る。この構造は、更に、支持構造１０２を含んでおり、
これは底部電極１１０の延長部分をスイッチ・エレメン
ト１４０、１４２、１１２、１２２が底部電極と接触で
きる場所まで持ってゆく。図１６はミクロ機械スイッチ
構造のカンチレバー・エレメント１４０を示している。
ミクロ機械スイッチ構造は例えば図１５に示されている
ものと同様の構造を持っていて良い。該スイッチ構造
は、ＲＦ信号路をＢＡＷエレメント１００、１１０、１
２０に接触させるための導体１１２、１２２と、スイッ
チ・エレメントを起動するための高ＤＣ電圧を印加する
制御電圧導体１４２とを含んでいる。スイッチング機能
は、高ＤＣ電圧を制御電圧導体と底部導体１１０との間
に印加してカンチレバー・エレメント１４０を下方に底
部導体の方へ屈曲させ、その結果として底部電極１１０
と対応する接触導体１１２とを接触させると共に頂部電
極１２０と対応する接触導体１２２とを接触させること
によって、起動される。
【００４１】支持構造１０２は圧電層１００と同じ圧電
材料から成っているのが有利であり、その場合には、底
部電極を形成する伝導層の上に同じ処理工程でそれらを
作ることができる。該導体の、支持構造１０２の上に延
在する底部電極１１０を形成する部分は、頂部電極層１
２０と同時に被着されるのが有利である。この様に支持
構造１０２を形成すれば、支持構造と圧電層１００とは
同じ高さを有することとなり、それ故にスイッチ・エレ
メントの作成が簡単になる。
【００４２】図１６は、ダブル・スイッチ構造を有する
本発明の実施態様の一例に過ぎなくて、ダブル・スイッ
チ構造を有する種々の実施態様の構造をどの様にも限定
するものではない。
【００４３】前の例では、カンチレバー１４０、支持層
１３０又は圧電層１００の屈曲運動は基板２００に向か
う方向に生じるものとして図示されている。しかし、本
発明は基板に向かう屈曲運動には限定されない。本発明
の別の有利な実施態様では、屈曲運動は基板から離れる
方向に生じても良い。例えば、本発明の１つの有利な実
施態様では、ＢＡＷ共振器はブリッジ構造として実現さ
れ、スイッチ・エレメントのカンチレバーはＢＡＷ共振
器と基板との間に位置し、その位置から該カンチレバー
は基板から遠ざかる方へ屈曲してＢＡＷ共振器の底部導
体と接触しても良い。本発明の他の有利な実施態様で
は、ＢＡＷ共振器は、基板から離れる方へ屈曲して、Ｂ
ＡＷ共振器の上のブリッジ構造により支えられている導
体と接触するように設けられる。
【００４４】前の例が示しているように、本発明の構造
の種々の特徴の具体的構成は多様であって良い。例え
ば、共振器は１つ以上の場所から該構造の残りの部分に
取り付けられて良い。屈曲エレメントは共振器自体、或
いは共振器を支える部材、或いは独立したカンチレバー
であっても良く、屈曲運動は多くの異なる方向に向かっ
て進行しても良い。更に、該構造は１つ以上のスイッチ
を実現することができる。
【００４５】図を明快にするために、ミクロ電子構造及
びミクロ機械構造を作るために通例必要なパッシベーシ
ョン層はこの明細書の図面には全く描かれていない。
【００４６】基板がケイ素（Si）、ガリウム砒素（GaA
s）或いはその他の集積回路の基板として用いるのに適
する材料で作られている実施態様では、トランジスタ等
の他のエレメントを同じ基板上に実現することができ
る。例えば、増幅器等の他の回路を同じ基板上に集積す
ることができ、それは移動通信手段の殆ど全てのＲＦコ
ンポーネントを単一の基板上に集積することを可能にす
る。
【００４７】本発明の共振器及びスイッチ構造を使っ
て、例えば、スイッチ付きフィルター・バンクを実現す
ることができる。本発明のスイッチ付きフィルター・バ
ンクの１つの実現可能なアプリケーションが図１７に示
されている。図１７の実施態様を、例えば、送信帯域又
は受信帯域の狭い一部分のフィルタリングに使用するこ
とができる。該フィルター・バンクは割合に狭い通過域
を持った数個の通過域フィルターを含んでおり、所望の
中心周波数を持ったフィルターをスイッチングして使用
することにより帯域の一部分を動作のために選択するこ
とができるようになっている。該通過域フィルターは、
本発明の共振器及びスイッチ構造１０を用いて実現され
る。共振器及びスイッチ構造１０のスイッチは、どのフ
ィルターを使用するか選択するために使われる。隣り合
うフィルターの通過域は互いに或る程度重なっているの
で、第２フィルターポートでフィルターを整合させるこ
とは、もし他の全てのフィルター（即ち、使用されない
フィルター）が他方のポートに接続されていて第２ポー
トに負荷をかけているならば、非常に困難である。使わ
れないフィルターは周波数に依存するリアクタンスを示
し、それは第２ポートの分路リアクタンス（shunt reac
tance）と見られる。図１７に示されているように、各
フィルターに第２スイッチ１４を用いることによって、
この問題を解決することができる。フィルターの通過域
が互いに割合に遠く離れている様なアプリケーションで
は、第２ポート（即ちフィルターの出力ポート）のスイ
ッチは無くても良い。本発明の別の有利な実施態様で
は、ＢＡＷエレメントを組み込んだ構造とダブル・スイ
ッチ構造とをスイッチ付きフィルター・バンクに使っ
て、各フィルター・エレメントのために別々のスイッチ
１４を設ける必要を無くすることができる。ダブル・ス
イッチ構造を有するその様な構造は、例えば、図１６と
関連して説明した本発明の実施態様に従って実現され得
る。
【００４８】図１７のフィルター・バンク構造を使っ
て、受信装置が受信帯域から受け取るノイズと妨害信号
とを制限することができる。送信側で、その様なフィル
ター・バンクは、送信回路により生成される所望の送信
周波数の外側のノイズを除去することができる。
【００４９】フィルター・バンクは、本発明の種々の実
施態様において１つ以上のフィルターを含むことができ
る。図１７は例を示しているに過ぎない。図を明瞭にす
るために、制御電圧をスイッチ・フィルター結合構造１
０に印加するためのＤＣ信号ラインは図１７には示され
ていない。
【００５０】本発明の他の有利な実施例では、フィルタ
ー・バンクを使って、例えば異なる動作帯域を有する２
つ以上の通信網と通信するようになっている移動通信手
段において、種々の動作帯域から選択をすることができ
る。図１８は、その様な実施態様の構造を示している。
図１８の構造は、２つのスイッチ及びフィルター構造を
含んでいる。図１８では、スイッチはフィルターの入力
ポートだけで使われる。この例では、使用中のフィルタ
ーの出力ポートに与えられる分路リアクタンスがその使
用中のフィルターの通過域にあまり影響を及ぼさないよ
うに、２つのフィルターの通過域は充分に遠く離れてい
る。フィルターの入力ポートのスイッチは、所望のフィ
ルターを選択するために使われる。図１８に示されてい
る装置を送信構造でも受信構造でも使うことができる。
図を明瞭にするために、制御電圧をスイッチ・フィルタ
ー結合構造１０に印加するためのＤＣ信号ラインは図１
８には示されていない。
【００５１】バルク音波共振器を利用するフィルター
は、２つ以上の共振器を含むことがある。図１９ａ、１
９ｂ、及び１９ｃは、両方のフィルター・ポートにスイ
ッチがあって、本発明の種々の実施態様に使用すること
のできる種々のフィルター構造を示している。図１９ａ
は共振器及びスイッチ構造の例を示しており、これは、
共振器スイッチ結合構造の他に、単一の圧電層を有する
普通のＢＡＷ共振器も含んでいる。図１９ａに示されて
いるように数個の共振器を梯子形態で用いれば、殆どの
場合に、共振器を１つだけ使う場合よりも良好なフィル
タリング特性が得られる。図１９ｂは、積み重ねバルク
音波共振器１２’と積み重ね共振器構造を有する共振器
スイッチ結合構造１０とで構成されたフィルター構造を
示している。フィルターは、直列に結合された共振器１
２’と、該共振器間の分路インダクター３０７とを含ん
でいる。図１９ｃは、狭帯域幅動作向けのフィルター構
造を示している。この構造は、その他の点では図１９ｂ
の構造と同様であるけれども、分路インダクターの代わ
りに、分路コンデンサー３０８が使われている。図１９
ａ、１９ｂ、及び１９ｃの構造は、例えば、図１７及び
１８に示されているようなスイッチ付きフィルター・バ
ンク構造に使えるものである。図を明瞭にするために、
スイッチ・フィルター結合構造１０に制御電圧を印加す
るためのＤＣ信号ラインは図１９ａ、１９ｂ、及び１９
ｃには示されていない。
【００５２】図２０は本発明の別の有利な実施態様を示
している。図２０は、良く知られているコルピッツ型の
発信回路を図解している。スイッチ及びバルク音波共振
器構造１０を含むバルク音波共振器及びスイッチ・バン
クは、該発信回路に数個の動作周波数を与えるために使
われる。所望の動作周波数は、対応する共振器を該スイ
ッチのうちの１つで選択することによって、選択され
る。この種の発振器構造は、例えば、マルチバンド移動
通信手段に有利に使用される。図を明瞭にするために、
スイッチの状態を制御する信号ラインは図２０には描か
れていない。本発明の共振器及びスイッチ構造は、他の
多くの発振器構造に使用され得るものであり、図２０は
単なる例として示されているに過ぎない。コルピッツ発
振器は専門家に周知されているので、図２０の発振器の
機能及び構造について、ここではこれ以上詳しくは説明
しない。図を明瞭にするために、スイッチ・フィルター
結合構造１０に制御電圧を印加するためのＤＣ信号ライ
ンは図２０には示されていない。
【００５３】図２１に、本発明の別の有利な実施態様の
移動通信手段のブロック図が示されている。この移動通
信手段の受信部は、受信された信号をフィルタリングす
るための第１受信装置スイッチ付きフィルター・バンク
３０２ａと、受信された信号を増幅するための受信装置
増幅器６０５と、受信された信号を更にフィルタリング
するための第２受信装置スイッチ付きフィルター・バン
ク３０２ｂと、受信された信号をベースバンドに変換す
るためのミキサー６１０と、信号を復調しデコーディン
グするための受信ブロック６３０と、可聴受信信号を作
るための受話器口或いはスピーカー６５０とを含んでい
る。送信部は、マイクロホン６５６と、送信される信号
に対してコーディング及びその他の所要の信号処理を行
う送信ブロック６３５と、変調無線周波数信号を作るた
めの変調器６１５と、第１送信装置スイッチ付きフィル
ター・バンク３０２ｄと、送信装置増幅器６０６と、第
２送信装置スイッチ付きフィルター・バンク３０２ｃと
を含んでいる。この移動通信手段は、更に、アンテナ６
０１と、発振ブロック６２０と、制御ブロック６４０
と、ディスプレイ６５２と、キーボード６５４とを含ん
でいる。制御ブロック６４０は、送信ブロック、受信ブ
ロック及び発信ブロックの機能を制御すると共に、ディ
スプレイ６５２を介してユーザーに情報を表示し、キー
パッド６５４を介してユーザーからコマンドを受け取
る。スイッチ付きフィルター・バンク３０２ａ、３０２
ｂ、３０２ｃ、及び３０２ｄは、例えば、移動通信手段
の動作帯域の幅及び個数に応じて、図１７に示されてい
る構造又は図１８に示されている構造、或いは図１７及
び１８の構造の組み合わせである構造を持つことができ
る。スイッチ付きフィルター・バンク３０２ａ、３０２
ｂ、３０２ｃ、及び３０２ｄのために他の構造を使用す
ることもできる。受信装置スイッチ付きフィルター・バ
ンク３０２ａ、３０２ｂは、受信装置が受信帯域から受
け取るノイズ及び妨害信号を制限するために使われる。
送信側で、送信スイッチ付きフィルター・バンク３０２
ｃ、３０２ｄは送信回路により所望の送信周波数の外側
に作られたノイズを除去することができる。発信ブロッ
ク６２０は、例えば図２０に示されているようなスイッ
チ付き共振器バンクを伴う発振器を含むことがある。発
信ブロック６２０は、更に、発信回路の出力から望まし
くないノイズを除去するためのスイッチ付きフィルター
・ブロックを含むことができる。
【００５４】本発明の別の有利な実施態様では、他の種
類の小型無線送信及び／又は受信構造で共振器スイッチ
結合構造が使用され、その場合には該装置のコンポーネ
ントのサイズは小さいのが望ましい。例えば、共振器ス
イッチ結合構造を、セルラー通信システム或いはその他
の種類のコードレス電話システムなど、コードレス通信
システムの建物内基地局に有利に使うことができる。更
に、共振器スイッチ結合構造を、例えば、携帯用コンピ
ュータ、パーソナルディジタルアシスタント、及びリモ
ートコントロールされる装置の組み込み無線リンク・ユ
ニットに有利に使うことができる。
【００５５】本発明の別の有利な実施態様では、共振器
及びスイッチング手段が被着される基板は、他のコンポ
ーネントが取り付けられる基板として使われる。例え
ば、その基板は他のコンポーネントのための配線接続を
与えることができ、その配線接続は基板表面上の電気伝
導パターンとして実現される。集積回路等のコンポーネ
ントを後に該基板に接着することができる。例えば、パ
ッケージ無しの集積回路を、フリップチップ接着技術を
使って基板に直接接着することができる。基板材料とし
てガラスを使う場合、ガラス基板は低コストであるが故
に割合に大きな基板を作れるので、その様な実施態様は
特に有利であり、その様な基板は、被着された共振器及
びスイッチ構造の他に他のコンポーネントも収容するこ
とができる。
【００５６】本発明の共振器及びスイッチ構造は、約４
００ＭＨｚ以上の周波数で、即ちＢＡＷ共振器が適する
周波数で、有利に使用される。
【００５７】本発明は共振器スイッチ結合構造を提供す
るものであり、それは、該構造を単一の製造プロセスで
作ることができるので、経済的に製造可能である。本発
明は、更に、非常に小型で複雑なスイッチ付き共振器及
びフィルター構造の製造を可能にするものであり、この
ことはマルチシステム移動通信手段を製作するうえで重
要な利点である。
【００５８】以上の解説を考慮すれば、種々の修正を本
発明の範囲内でなし得ることは当業者にとっては明白な
ことである。本発明の好ましい実施態様を詳しく説明し
たけれども、本発明の範囲に属する多様な修正及び変形
をそれに加え得ることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術の表面弾性波共振器を示している。
【図２】従来技術のバルク音波共振器を示している。
【図３】従来技術のミクロ機械スイッチ構造を示してい
る。
【図４】ブリッジ構造を有するバルク音波共振器の断面
図である。
【図５】図４の構造の平面図である。
【図６】ブリッジ構造を有する他のバルク音波共振器構
造を示している。
【図７】ヴァイアホール構造を有するバルク音波共振器
を示している。
【図８】音響ミラー構造により基板から絶縁されている
バルク音波共振器を示している。
【図９】積み重ね構造を有するバルク音波共振器を示し
ている。
【図１０】本発明の有利な実施態様のスイッチ共振器結
合構造を示しており、この構造では圧電層は屈曲エレメ
ントである。
【図１１】オン状態になっている図１０の構造を示して
いる。
【図１２】本発明の有利な実施態様の別のスイッチ共振
器結合構造を示している。
【図１３】本発明の有利な実施態様のスイッチ共振器結
合構造を示しており、その共振エレメントは、その一端
だけが該構造の残りの部分に取り付けられている。
【図１４】本発明の有利な実施態様のスイッチ共振器結
合構造を示しており、この構造では支持層は髷エレメン
トである。
【図１５】本発明の有利な実施態様のスイッチ共振器結
合構造を示しており、この構造ではカンチレバー・エレ
メントが屈曲エレメントである。
【図１６】ダブル・スイッチ構造を有する本発明の実施
態様を示している。
【図１７】本発明の共振器及びスイッチ構造を使用する
フィルター・バンク構造を示している。
【図１８】本発明の共振器及びスイッチ構造を使用する
別のフィルター・バンク構造を示している。
【図１９ａ】本発明の種々の有利な実施態様で得られる
種々のフィルター構造を示している。
【図１９ｂ】本発明の種々の有利な実施態様で得られる
種々のフィルター構造を示している。
【図１９ｃ】本発明の種々の有利な実施態様で得られる
種々のフィルター構造を示している。
【図２０】発振器における本発明のバルク音波共振器ス
イッチ結合構造の使用を示している。
【図２１】本発明の移動通信手段におけるスイッチ付き
共振器バンクの使用を示している。
【符号の説明】
１００ 圧電層 １１０ 底部電極 １２０ 頂部電極 １３０ 膜層 １３５ 犠牲層 ２００ 基板 ２１０ エッチピット

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 圧電層を有する共振器を含む共振器構造
    であって、該共振器構造は − 制御電圧を伝えるための第１導体及び第２導体を含
    んでおり、 − 前記の第１及び第２の導体のうちの少なくとも一方
    は、該共振器の電極を形成するために前記圧電層と接触
    しており、 − 該共振器構造は更に前記の第１及び第２の導体に印
    加された制御電圧に対する応答としてスイッチング機能
    を実行する屈曲エレメントを含んでいることを特徴とす
    る共振器構造。
  2. 【請求項２】 該圧電層は前記屈曲エレメントであるこ
    とを特徴とする請求項１に記載の共振器構造。
  3. 【請求項３】 該構造は前記圧電層を支持するための支
    持層を含んでおり、前記支持層は前記屈曲エレメントで
    あることを特徴とする請求項１に記載の共振器構造。
  4. 【請求項４】 該共振器構造はカンチレバー・エレメン
    トを含んでおり、前記カンチレバー・エレメントは前記
    屈曲エレメントであることを特徴とする請求項１に記載
    の共振器構造。
  5. 【請求項５】 前記共振器はバルク音波共振器であるこ
    とを特徴とする請求項１に記載の共振器構造。
  6. 【請求項６】 該共振器構造は少なくとも１つのフィル
    ターを含むことを特徴とする請求項１に記載の共振器構
    造。
  7. 【請求項７】 共振器構造を含む移動通信手段であっ
    て、この共振器構造は：スイッチ機能制御電圧を伝える
    第１導体及び第２導体を含んでおり；前記の第１及び第
    ２の導体のうちの少なくとも一方は、該共振器の電極を
    形成するために前記圧電層と接触しており；該共振器構
    造は前記の第１及び第２の導体に印加された制御電圧に
    対する応答としてスイッチング機能を実行する屈曲エレ
    メントを更に含むことを特徴とする移動通信手段。
JP11154478A 1998-06-02 1999-06-02 共振器の構造 Pending JP2000030595A (ja)

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