專利名稱：共振器及使用其的濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及共振器及使用其的濾波器，具體涉及使用MEMS(微機電系 統(tǒng))技術(shù)形成的共振器以及濾波器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在，諸如移動電話(GSM/UMTS)或者移動電話/無線LAN (GSM/WLAN)的雙模無線電裝置市場有售；人們將注意力集中于作為實 現(xiàn)未來兼容系統(tǒng)的多頻帶無線電裝置的瓶頸的RF濾波器部的微型化。對于 這種系統(tǒng)，除了超小型化之外，高Q、可變?yōu)V波器等變?yōu)殛P(guān)鍵，但是現(xiàn)狀下 這些難以實現(xiàn)。于是近年來，在集成中，從IC等親和性的角度出發(fā)，使用 微小機電共振器的濾波器的應(yīng)用被期待。圖11示出一例子，現(xiàn)有技術(shù)中的機電共振器主要由用于選擇共振頻率 的振動器110、用于從基板支持振動器110的支持部118、以及用于激勵和 探測振動器110的電極。還提出了一種機電濾波器的配置，其具有布置并機 械結(jié)合于連結(jié)部(jointpart)的多個機電共振器(非專利文獻l)。圖12示出機電濾波器的例子。該情形中，對于該機電濾波器的結(jié)構(gòu)， 從基板116支持至少兩個振動器110和112的支持部118和120存在一個連 結(jié)部134。此外，為了構(gòu)成多級濾波器，振動器數(shù)目和連結(jié)部數(shù)目根據(jù)需要 增力口。機電濾波器利用下述原理。首先，當RF信號輸入至激勵電極122時， 靜電力形成于振動器IIO和激勵電極122之間的間隙G。此時，只有振動器 的自共振頻率和輸入RF信號的頻率相等時，振動器IIO以及通過連結(jié)部134 連接到振動器110的振動器112才大幅振動。如果振動器112振動，振動器 112和探測電極124之間的電容改變，因此如果施加電勢(直流電壓)，則電 流從探測電極124輸出。因此，只有當振動器的自共振頻率等于RF信號的 頻率時，該RF信號才輸出，使得該裝置可以用做頻率選擇裝置，即濾波器。非專利文獻1: Bannon, Clark, Nguyen "High Frequency MicromechanicalIF Filters" Technical Digest, IEEE International Electron Device Meeting, San Francisco, California 1996 pp. 773-776.發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明解決的問題然而，在現(xiàn)有技術(shù)的機電共振器或者機電濾波器中，結(jié)構(gòu)各部分之間的 作用相異；例如，具有自共振頻率振動器的每個部分，連接兩個以上振動器 的連結(jié)部，在基板上支持該振動器的支持部等等僅起到一個作用。因此，濾 波器的微型化受到限制，且即使單個共振器被微型化，如果布置許多共振器， 則總的占據(jù)面積擴大，這是問題所在。頻率依賴的機電濾波器的電學(xué)特性(Q值)的劣化是實用化中的重大難 題；作為包括諸如目前市售的移動電話和無線LAN的雙模無線電裝置的未 來兼容系統(tǒng)，濾波器的微型化和高Q值對于多頻帶無線電裝置等而言是不可 或缺的。因此本發(fā)明的目的是提供可以高度集成的小尺寸共振器。本發(fā)明的另外 目的是提供具有高Q值的小尺寸濾波器。 解決問題的手段為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種共振器，包括第一共振器，其具 有第 一激勵電極和通過該第 一激勵電極來機械振動的第 一振動器；第二共振 器，其具有第二激勵電極和通過該第二激勵電極來機械振動的第二振動器， 其中用于支持該第一振動器的支持部形成該第二振動器。根據(jù)該配置，該振動器和該支持部起到兩個作用，使得微型化和高度集 成變得可能。如果第一和第二振動器相互形成為另一方的支持部，分別起到 一個以上的作用，使得進一步微型化和高度集成變得可能。本發(fā)明包括上述共振器，其中第 一振動器的振動節(jié)點置于第 一振動器和 第二振動器的接合部(connection part )。根據(jù)該配置，第 一振動器的振動節(jié)點置于第 一振動器和第二振動器的接 合部，使得即使在第一振動器的共振振動時間，第一振動器的節(jié)點理想上處 于固定狀態(tài)，因此第二振動器可以避免振動且振動能量散逸到支持基板可以 減小以改善Q值。本發(fā)明包含上述共振器，其中該第 一振動器具有低于該第二振動器的共振頻率。根據(jù)該配置，在具有較長波長的該第一振動器的振動時間，該節(jié)點與該 第二振動器形成該接合部，使得可以減小對較小的且容易由于外部因素而受 影響的第二振動器的影響。本發(fā)明包含上述共振器，其中當該第一振動器和該第二振動器之一振動時，另一個置于吸合(pull-in)狀態(tài)。根據(jù)該配置，每個振動器起到一個以上作用，使得進一步微型化和高度 集成變得可能，且另外，共振器配置成使得當一個共振器振動時，另一個共 振器置于吸合狀態(tài)，使得可以避免一個振動器的振動影響到另 一個振動器的 振動。本發(fā)明包含上述共振器，其中絕緣層至少設(shè)于與該第 一激勵電極接觸的 第一振動器面的一部分內(nèi)，使得在進入吸合狀態(tài)時，該第一激勵電極和該第 一振動器通過該絕緣層毗鄰。根據(jù)該配置，該吸合狀態(tài)進入電絕緣狀態(tài)，且該第一振動器固定到該第 一激勵電極并作為該第二振動器的支持部，使得與該第二振動器使用附加支 持部來固定類似的狀態(tài)可以被獲得。本發(fā)明包含上述共振器，其中第二振動器的振動節(jié)點置于該第二振動器 和該第一振動器的接合部。根據(jù)該配置，該第二振動器的振動節(jié)點置于該第一振動器和該第二振動 器的接合部，因此即使在該第二振動器的共振振動時間，該第一振動器變?yōu)?接近理想固定電極的狀態(tài)，使得該第二振動器的振動可以避免受影響。本發(fā)明包含上述共振器，其中該第二振動器的振動為扭轉(zhuǎn)振動。在該配置中，該第二振動器具有位于兩端的振動節(jié)點，因此第一振動器 的振動得以避免，由此該第一振動器變?yōu)榻咏硐牍潭姌O的狀態(tài)，該第二 振動器形成為雙節(jié)臂(twinlever),且另外，振動能量散逸到該支持基板可以 同時降低。本發(fā)明包含上述共振器，其進一步包含具有第三激勵電極和通過該第三 激勵電極來機械振動的第三振動器的第三共振器，其中在該第二振動器的對 立端部，用于支持該第一振動器的支持部形成該第三振動器。本發(fā)明包含上述共振器，其進一步包含用于探測至少一個該第一至第三 振動器的振動的探測電極。本發(fā)明包含上述共振器，其中該第一至第三共振器具有分別用于探測該 第一至第三振動器的振動的第一至第三探測電極。本發(fā)明的濾波器包括第一激勵電極和結(jié)合成通過該第一激勵電極來機 械振動的一對第 一振動器；以及第二激勵電極和結(jié)合成通過該第二激勵電極 來機械振動的 一對第二振動器，其中用于支持該第 一振動器的支持部形成該 第二振動器。在該濾波器中，如在上述共振器中，該振動器和該支持部起到兩個作用， 使得微型化和高度集成變得可能。如果第一和第二振動器相互形成為另一方 的支持部，分別起到一個以上的作用，使得進一步微型化和高度集成變得可 能。本發(fā)明包括上述濾波器，其中該第 一振動器的振動節(jié)點置于該第 一振動 器和該第二振動器的接合部。本發(fā)明包含上述濾波器，其中該第一振動器具有低于該第二振動器的共 振頻率。本發(fā)明包含上述濾波器，其中當該第 一振動器和該第二振動器之一振動 時，另一個置于吸合狀態(tài)。本發(fā)明包含上述濾波器，其中絕緣層至少設(shè)于與該第一激勵電極接觸的 第一振動器面的一部分內(nèi)，使得在進入吸合狀態(tài)時，該第一激勵電極和該第 一振動器通過該絕緣層毗鄰。本發(fā)明包含上述濾波器，其中該第二振動器的振動節(jié)點置于該第二振動 器和該第 一振動器的接合部。本發(fā)明包含上述濾波器，其中該第二振動器的振動為扭轉(zhuǎn)振動。本發(fā)明包含上述濾波器，其進一步包含具有第三激勵電極和通過該第三 激勵電極來機械振動的第三振動器的第三濾波器，其中在該第二振動器的對 立端部，用于支持該第一振動器的支持部形成該第三振動器。本發(fā)明包含上述濾波器，其中至少一對該第一至第三振動器通過一連結(jié) 部來結(jié)合，且其中該連結(jié)部形成該振動器。根據(jù)該配置，該連結(jié)部在這種狀態(tài)下也起到振動器的作用，使得結(jié)構(gòu)沒 有多余的部分并且是小尺寸和高度可靠的。本發(fā)明包含上述濾波器，其中至少一個該第一至第三濾波器具有置為與 至少一個該第一至第三濾波器相距預(yù)定間隔的用于探測該振動器的振動的探測電才及。本發(fā)明包含上述濾波器，其中該第一至第三濾波器具有分別用于探測該第一至第三振動器的振動的第一至第三探測電極。優(yōu)選地，該探測器具有三角形截面梁結(jié)構(gòu)和梯形截面結(jié)構(gòu)。 根據(jù)該配置，如果該梯形截面結(jié)構(gòu)用做該振動器，從基板支持該振動器的支持部為三角形截面結(jié)構(gòu)，且因此從該支持部散逸的振動能量可以降低以提供高Q值。不使用連結(jié)部的電學(xué)結(jié)合方法這兩種方法形成的。根據(jù)該配置，該濾波器的連結(jié)部和支持部也用做共振器，使得信號流入 選擇性需要激勵的探測電極，使得可以實施具有多個頻帶的濾波器且微型化 和高集成度也變得可能。本發(fā)明的優(yōu)點根據(jù)本發(fā)明的共振器和機電濾波器，每個在現(xiàn)有技術(shù)中引發(fā)問題的振動 器、支持部和連結(jié)部起到一個以上的作用，使得可以實現(xiàn)適合于能夠選擇多 個頻率的雙模和多頻帶系統(tǒng)的機電濾波器的微型化。對于具有一個頻率選擇 的該機電濾波器的共振器，與該機電濾波器的支持部相比的微小三角形截面 梁被使用，使得可以減小從支持部的振動能量散逸以提供更高的Q值。


圖1為示出本發(fā)明第一實施例的機電共振器的透視圖。圖2為本發(fā)明第一實施例的機電共振器的工作圖。圖3為示出本發(fā)明第一實施例的機電共振器的改進例的圖示。圖4為示出本發(fā)明第一實施例的機電共振器的制造工藝的圖示。圖5為本發(fā)明第二實施例的機電濾波器的透視圖。圖6為本發(fā)明第三實施例的機電濾波器的透視圖。圖7為本發(fā)明第三實施例的機電共振器的有限元方法模擬的圖示。圖8為本發(fā)明第三實施例的機電共振器的有限元方法模擬的圖示。圖9為示出本發(fā)明第三實施例的機電共振器的改進例的圖示。圖IO為示出彎曲(flexural)振動模式的位移的圖示。圖11為示出現(xiàn)有技術(shù)例子中機電共振器的透視圖。圖12為示出現(xiàn)有技術(shù)例子中通過機械結(jié)合兩個機電共振器而形成的機 電濾波器的透^L圖。 附圖標記i兌明10:梁(梯形截面梁類型的振動器)16a， 16b:三角形截面梁類型的梁(支持部、振動器)20, 21:固定電極 22, 26， 30:激勵電極24， 28， 32: 4笨測電極40， 42:梯形截面梁類型的梁(支持部、振動器)44:三角形截面梁類型的梁(支持部、連結(jié)部、振動器)46，50, 56:激勵電極48,52: 4罙測電極60:固定電極70:硅層72:BOX層74:硅(SOI)層76:絕緣膜78:(111 )晶面80:犧牲層82:電極材料84:頂點Gl,G2, G3:間隙具體實施方式
參考附圖詳細地討論本發(fā)明的實施例。 第一實施例本發(fā)明第一實施例中的機電共振器是由第一至第三共振器Cl至C3這 三個共振器構(gòu)成，且該三個共振器具有輸入Vinl至Vin3和輸出V。utl至V。ut3, 如圖1的透視圖所示。在該配置中，從兩端支持第一共振器C1的振動器(IO) 的支持部(16a和16b)成為第二共振器C2和第三共振器C3的振動器，且 可以實現(xiàn)適合于能夠選擇多個頻率的雙模和多頻帶系統(tǒng)的機電濾波器的微 型化。也就是說，第一共振器C1的振動器是由梯形截面梁10、作為支持部 的三角形截面梁16a和16b、激勵電極22、探測電極24、以及間隙Gl組成。 第二共振器C2的振動器是由三角形截面梁16a、作為支持部的固定電極20 和梯形截面梁10、激勵電極26、探測電極28、以及間隙G2組成。最后， 第三共振器C3的振動器是由三角形截面梁16b、作為支持部的固定電極21 和梯形截面梁IO、激勵電極30、探測電極32、以及間隙G3組成。激勵電極按下述方式布置第一振動器Cl按作為振動器的梯形截面梁的體振動工作，第二振動器C2和第三振動器C3按作為振動器的三角形截 面梁的扭轉(zhuǎn)振動工作。振動器結(jié)合使得相互節(jié)點成為連結(jié)部。期望連同該支 持部的該連結(jié)部至少靠近(come in)該第一共振器的節(jié)點。圖2a表示第一 共振器C1的體振動模式，且振動節(jié)點位于該結(jié)構(gòu)的中心。圖2b表示每個第 二共振器C2和第三共振器C3的振動器在扭轉(zhuǎn)振動模式下共振的情形，且 振動節(jié)點出現(xiàn)在該結(jié)構(gòu)的兩端。接下來，共振器C的工作如下。首先，為了使第一共振器C1工作，將電壓Vp,施加到固定電極20并將 電壓添加到形成該振動器的梁10,且另一方面，將交流電壓V^施加到激勵 電極22。因此，靜電力作用于與激勵電極22相對且間隙Gl介于其間的振 動器(梯形截面梁IO)上，且形成該振動器的梯形截面梁IO在特定振動模 式下被激勵。另一方面，通過間隙Gl在探測電極24內(nèi)發(fā)生電容變化，且由 于該電容變化而產(chǎn)生的電流i。ut,被輸出到探測電極24。類似地，直流偏置電 壓Vp2和直流偏置電壓Vp3通過激勵電極22和激勵電極30 4皮施加到第二共 振器C2和第三共振器C3以使三角形截面梁16a和16b共振，由此使第二共 振器C2和第三共振器C3工作，且探測電極28和32將由間隙G2和G3變 動而產(chǎn)生的電容變化輸出為輸出電由于每個共振器工作于振動器的固有頻率，通常如果一個輸入信號被同 時輸入到這三個共振器的激勵電極，則只有輸入信號的頻率與振動器的固有 頻率匹配的共振器工作，使得在第一實施例中配置形成具有三個頻率的選擇 效應(yīng)的共振器。本發(fā)明的第一實施例使得可以配置具有第一至第三梁的共振頻率的共振器，即，該共振器具有多個共振頻率；并且使得可以提供小尺寸和高Q值的共振器。圖3為示出本發(fā)明第一實施例的改進例的圖示；該圖示出第一實施例中 的第一共振器為懸臂(cantilever)的配置。該圖僅示出中心在第一共振器和 第二共振器上的主要部分。為了激勵圖3a中的第二共振器(三角形截面梁), 理想地將作為支持部的該懸臂梯形截面梁吸引至固定電極21并固定該梁以 防止該懸臂梯形截面梁的不需要的振動。于是，本發(fā)明的特征在于，用于吸 引該梯形截面梁的固定電極被提供用于固定該支持部。圖3b示出其吸合狀 態(tài)。絕緣層50布置于該梁的一側(cè)的一個位置，由此第一振動器10當施加電壓時被固定到固定電極21，且當電壓切斷時如圖3c所示恢復(fù)到靜止狀態(tài)。 這種情況下，吸合電壓設(shè)置為與第二共振器C2的控制電壓Vp相同，使得一 個電壓源可以用于得到同時驅(qū)動共振器以及固定支持部的兩個效果。絕緣層 由氧化硅膜等制成，且可以在MEMS工藝中容易形成。在本示例中，固定 電極和第一共振器通過該絕緣層而相互面對且在施加吸合電壓時被置于固 定狀態(tài)，但是激勵電極和共振器按照類似方式通過該絕緣層而相互鄰接。接下來討論本發(fā)明第一實施例的共振器單元的制作工藝。圖4a至4f示 出該制作工藝。該制造方法使得可以在同一工藝流程中制造第一實施例所示 的梯形截面梁和三角形截面梁的結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的制造方法中，使用如圖4a所示的SOI (絕緣體上硅)基板， 其中硅層74通過氧化硅膜72而置于硅基板70上；硅層74決定共振器的厚 度，作為BOX (掩埋氧化物)層的氧化硅膜72在第一實施例中起著犧牲層 和絕緣體的作用，因此基板的厚度和每層的厚度需依據(jù)濾波器設(shè)計來確定。氮化硅膜76通過CVD方法形成于SOI基板的兩面上。在單晶硅層74 被濕法蝕刻時該氮化硅膜作為掩模，且在膜形成之后，位于表面?zhèn)壬系牡?硅膜76通過光刻被圖案化并形成。如圖4a所示，硅層74在具有各向異性的蝕刻條件下被濕法蝕刻，且梁 狀圖案10、 16a和16b形成。這種情況下，制備成具有各向異性的水溶液被 使用，由此形成與單晶硅晶體的具有最低蝕刻速率的晶面相對應(yīng)的形狀。由 于硅的蝕刻速率視晶向而不同，如果提供圖4a所示的BOX層作為蝕刻停止 層，則形成具有(111)晶面的梯形截面，其中該(111)晶面是蝕刻速率最 小的晶面。隨后，如果在該梯形截面梁形狀之后，晶體各向異性蝕刻進一步進行， 則梯形截面的(111)晶面殘留的形狀形成，且如圖4b所示的三角形截面出 現(xiàn)。該制造方法使得可以簡單地使用同一光掩模并僅改變圖案寬度來形成圖 3所示的梯形截面梁IO和三角形截面梁16a和16b。接下來，在梁形成之后，絕緣膜76移除且犧牲層80沉積在所形成的梁 的表面上，如圖4c所示。犧牲層的作用為最終形成圖1所示的間隙Gl。此外，如圖4d所示，沉積多晶硅層等的電極材料82并回蝕刻所沉積的 電極材料82,露出三角形截面梁和梯形截面梁的頂點84，且圖案化所形成 的電才及26、 28、 30和32(圖4e)。最后，圖4f為從基板釋放該共振器結(jié)構(gòu)的步驟，且同時，犧牲層也4皮 蝕刻且間隙形成。因此可以提供具有高的尺寸精度的機電共振器。 第二實施例接下來討論本發(fā)明第二實施例的機電濾波器。在第一實施例中所描述的 兩個共振器通過連結(jié)部56結(jié)合以形成機電濾波器。也就是說，本實施例的 濾波器F包括第一激勵電極； 一對第一振動器，結(jié)合成通過該第一激勵電 極來機械振動；第二激勵電極； 一對第二振動器，結(jié)合成通過該第二激勵電 極來機械振動；第三激勵電極；以及一對第三振動器，結(jié)合成通過該第三激 勵電極來機械振動，且用于支持第 一振動器的支持部形成該第二振動器和第 三振動器。圖5為本發(fā)明第二實施例的機電濾波器的透視圖。在圖5中，該濾波器 是由第一至第三濾波器Fl至F3這三個濾波器構(gòu)成，該第一至第三濾波器 Fl至F3分別具有輸入Vinl至Vin3和輸出i。utl至i。ut3。首先，第一濾波器Fl 具有由作為第一振動器的'梁40和42、支持部44a至44d、連結(jié)部44e、第一 激勵電極46、第一探測電極48以及四個固定電極60構(gòu)成并包含間隙Gll 的結(jié)構(gòu)。在該結(jié)構(gòu)中，為了使作為第一振動器的梁40和42工作，直流偏置 電壓Vpl施加到固定電極60且電壓增加到形成第一振動器的梁40和42，且 另一方面，交流輸入信號V^施加到第一激勵電極46。因此，靜電力作用于 間隙Gll,且形成第一振動器的梁40與第一實施例的共振器相同地在體振 動模式下與基板平行地被激勵。此時，梁40的振動傳遞到連結(jié)部44e,連結(jié) 部44e隨后以相同周期以縱向振動模式被激勵，且因此形成另一第一振動器 的梁42也被激勵。通過間隙Gll為梁42提供第一探測電極48，且具有基 于電容變化的頻率特性的電流i。^被輸出。第一濾波器F1為使用連結(jié)部44e 來機械結(jié)合兩個共振器以形成濾波器的示例，且下文描述的第二濾波器F2本發(fā)明的特征在于，與形成第一濾波器Fl的第一振動器的梁40和42 相比，均具有微小截面積和長度的形成兩個支持部的梁44a和44b被用做第 二濾波器F2的振動器。在第二濾波器F2中，第二激勵電極50和第二探測 電極52通過間隙G22設(shè)于形成兩個振動器(第二振動器)的梁44a和44b 的外部，且交流輸入信號Vin2施加到激勵電極50、 52。在第二濾波器F2中，與第一濾波器F1不同，形成連結(jié)部的梁44e未被提供，且探測電極54沿與 振動器44a、 44b相對的側(cè)布置。因此，盡管在第一實施例中共振器沿形成 連結(jié)部的梁44e被機械結(jié)合，而在第二實施例中，形成振動器的梁44a和44b 藉由通過作為結(jié)合梁的(探測)電極54的靜電力來電學(xué)結(jié)合以形成濾波器。 期望使用梁44a、 44b兩端撞擊一節(jié)點的扭轉(zhuǎn)振動作為振動模式。最后，圖5的第三濾波器F3為由形成第一濾波器F1的連結(jié)部的梁44e 以及形成兩個支持部的梁44c和44d構(gòu)成的濾波器。在第三濾波器的結(jié)構(gòu)中， 梁44c、 44d和44e通過第三激勵電極56被激勵，且待輸出的期望電流i。ut3 從固定電極60直接被探測。為了驅(qū)動第三濾波器F3,直流偏置電壓Vp需 要直接施加到固定電極60，且因此L和C(用于切割直流)安裝在固定電極 60內(nèi)用于輸出i。ut3。固定電極60作為第三探測電極。根據(jù)該配置，在包含第一至第三濾波器的該濾波器單元中，連結(jié)部或每 個部件在這些濾波器之間相互被使用且在一個濾波器中用做連結(jié)部和支持 部的部件在另一個濾波器中被用做振動器，使得可以減小整個濾波器單元的 微型化和重量且可以提供高功能和微小的濾波器單元。第三實施例接下來，示出本發(fā)明第三實施例的用于扭轉(zhuǎn)振動的機電共振器的透視 圖。該共振器具有梯形截面梁10的共振器以及用于按類似方式扭轉(zhuǎn)振動的 兩個三角形截面梁16a、 16b的支持部。也就是說，與上述第一實施例的機電共振器類似，本發(fā)明第三實施例的 機電共振器是由第一至第三共振器Cl至C3這三個共振器構(gòu)成，且該三個 共振器分別具有輸入Vinl至Vin3和輸出V。utl至V。ut3,如圖6的透視圖所示。 在該配置中，從兩側(cè)支持中央部而使得第一共振器Cl的振動器(10)扭轉(zhuǎn) 振動的支持部(16a和16b)為第二共振器C2和第三共振器C3的振動器， 且可以實現(xiàn)適合于能夠選擇多個頻率的雙模和多頻帶系統(tǒng)的機電濾波器的 微型化。也就是說，第一共振器C1的振動器是由梯形截面梁IO、作為支持 部的三角形截面梁16a和16b、激勵電極22S、探測電極24S、以及間隙G1 組成。第二共振器C2的振動器是由三角形截面梁16a、作為支持部的固定 電極20和梯形截面梁10、激勵電極26S、探測電極28S、以及間隙G2組成。 最后，第三共振器C3的振動器是由三角形截面梁16b、作為支持部的固定 電極21和梯形截面梁10、激勵電極30S、探測電極32S、以及間隙G3組成。激勵電極按下述方式布置第一共振器Cl按作為振動器的梯形截面梁 的二階扭轉(zhuǎn)振動工作，第二共振器C2和第三共振器C3按作為振動器的三 角形截面梁的扭轉(zhuǎn)振動工作。振動器結(jié)合使得相互節(jié)點成為連結(jié)部。期望連 同該支持部的該連結(jié)部至少靠近(comein)該第一共振器的節(jié)點。驅(qū)動與第 一實施例的驅(qū)動類似。在該機電共振器中，當梯形截面梁采用二階扭轉(zhuǎn)振動時，振動器的中心 具有該結(jié)構(gòu)的節(jié)點。于是，通過從梯形截面梁中心的兩側(cè)支持于三角形截面 梁的支持部16a和16b上，可以減小振動的散逸。為了使用三角形截面梁的 支持部16a和16b作為振動器，通過按類似扭轉(zhuǎn)振動來共振，也可以減小振 動散逸至該梯形截面梁。因此，可以從一個機電共振器有效地選擇多個頻率。此外，在本實施例中，由于每個共振器工作于振動器的固有頻率，通常 如果一個輸入信號被同時輸入到這三個共振器的激勵電極，則只有輸入信號 的頻率與振動器的固有頻率匹配的共振器工作，使得在第三實施例中配置形成具有三個頻率的選擇效應(yīng)的共振器。本發(fā)明的第三實施例使得可以配置具有第一至第三梁的共振頻率的共 振器，即，該共振器具有多個共振頻率；并且使得可以提供小尺寸和高Q值 的共振器。圖7示出使用有限元方法模擬根據(jù)本發(fā)明第三實施例的結(jié)構(gòu)的結(jié)杲。模 擬結(jié)構(gòu)的梁的尺寸如下。梯形截面梁長度為20pm,寬度為2pm且高度為 0.5^m。，三角形截面梁長度為2pm,寬度為0.7|_im且高度為0.5)im。在圖6 中，梯形截面梁被用做振動器且以二階扭轉(zhuǎn)振動共振于47.6MHz的共振頻 率。通過從作為振動節(jié)點的梁中心支持在使用三角形截面梁的固定基板上， 可以減小振動的散逸，且實現(xiàn)了具有高Q值的機電共振器。圖8示出本發(fā)明第三實施例的結(jié)構(gòu)中三角形截面梁16a和16b的支持部 作為振動器的情形下的模擬結(jié)果。這里，假設(shè)梯形截面梁IO為用于支持三 角形截面梁16a和16b之一的支持部，因此三角形截面梁16a和16b共振成 為雙節(jié)臂(twinlever)。在圖8中，兩個三角形截面梁按一階扭轉(zhuǎn)振動來共振， 且共振頻率在lGHz附近。接下來討論第三實施例的機電共振器的改進例。圖9表示這樣的配置， 其中第一共振器C1的第一振動器的梯形截面梁IO被激勵為非扭轉(zhuǎn)振動，對 應(yīng)于本發(fā)明第三實施例的機電共振器的改進例。例如，為了使用彎曲振動，振動節(jié)點改變且因此期望三角形截面梁16a和16b的支持部的位置應(yīng)改變。 圖9示出如果梯形截面梁IO共振于彎曲振動一階模式，支持部(三角形截 面梁16a和16b)的布置位置。在彎曲振動二階模式中，節(jié)點存在于振動器 (梯形截面梁)的中心，且因此其固持于圖9的支持結(jié)構(gòu)內(nèi)。圖10a至10c 為示出梁的彎曲振動中基模(一階)和高階模(二階和三階)的位移。圖10a 示出基模，圖10b示出二階模，以及圖10c示出三階模。根據(jù)本發(fā)明第三實施例，梯形截面梁IO共振于VHF頻帶(47.6MHz) 且三角形截面梁16a和16b共振于UHF頻帶(lGHz),由此實現(xiàn)能夠從包 含兩個支持部和一個振動器的共振器的結(jié)構(gòu)中選擇兩個頻帶的MEMS共振 器。在這些實施例中，已經(jīng)描述了通過靜電力驅(qū)動的機電共振器和機電濾波 器，但是無需說，本發(fā)明不限于這些實施例且可以應(yīng)用于其他共振器，例如 使用壓電驅(qū)動、磁場驅(qū)動以及光電轉(zhuǎn)換的共振器。在這些實施例中，已經(jīng)描述了使用三角形截面梁和梯形截面梁的示例， 但是本發(fā)明不限于此且可以恰當?shù)馗淖?。工業(yè)適用性根據(jù)本發(fā)明的共振器和濾波器，實現(xiàn)了這樣的配置，其中共振器、連結(jié) 部和支持部相互起著其他作用，而且同一濾波器結(jié)構(gòu)中包含多個頻帶；并實 現(xiàn)了移動端子的微型化和更高Q值，使得本發(fā)明可以應(yīng)用于例如雙模和多頻 段無線電裝置的濾波器的各種機器。
權(quán)利要求
1.一種共振器，包括第一共振器，其包括第一激勵電極和通過所述第一激勵電極來機械振動的第一振動器；以及第二共振器，其包括第二激勵電極和通過所述第二激勵電極來機械振動的第二振動器，其中用于支持所述第一振動器的支持部形成所述第二振動器。
2. 如權(quán)利要求1所述的共振器，其中所述第一振動器的振動節(jié)點置于 所述第 一振動器和所述第二振動器的接合部。
3. 如權(quán)利要求2所述的共振器，其中所述第一振動器具有低于所述第 二振動器的共振頻率。
4. 如權(quán)利要求2所述的共振器，其中當所述第一振動器和所述第二振 動器之一振動時，另一個置于吸合狀態(tài)。
5. 如權(quán)利要求1至4任意一項所述的共振器，其中絕緣層至少設(shè)于與 所述第一激勵電極接觸的第一振動器面的一部分內(nèi)，使得在進入吸合狀態(tài) 時，所述第 一激勵電極和所述第 一振動器通過所述絕緣層毗鄰。
6. 如權(quán)利要求1至5任意一項所述的共振器，其中所述第二振動器的 振動節(jié)點置于所述第二振動器和所述第 一振動器的接合部。
7. 如權(quán)利要求6所述的共振器，其中所述第二振動器的振動為扭轉(zhuǎn)振動。
8. 如權(quán)利要求1至7任意一項所述的共振器，還包括包含第三激勵電 極和通過所述第三激勵電極來機械振動的第三振動器的第三共振器，其中在所述第二振動器的另 一端，用于支持所述第 一振動器的支持部形 成所述第三振動器。
9. 如權(quán)利要求1至8任意一項所述的共振器，還包括用于探測至少一 個所述第一至第三振動器的振動的探測電極。
10. 如權(quán)利要求9所述的共振器，其中所述第一至第三共振器包括分別 用于探測所述第一至第三振動器的振動的第一至第三探測電極。
11. 一種濾波器，包括第一激勵電極和結(jié)合成通過所述第一激勵電極來機械振動的一對第一振動器；以及第二激勵電極和結(jié)合成通過所述第二激勵電極來機械振動的一對第二 振動器，其中用于支持所述第 一振動器的支持部形成所述第二振動器。
12. 如權(quán)利要求11所述的濾波器，其中所述第一振動器的振動節(jié)點置 于所述第一振動器和所述第二振動器的接合部。
13. 如權(quán)利要求12所述的濾波器，其中所述第一振動器具有低于所述 第二振動器的共振頻率。
14. 如權(quán)利要求12所述的濾波器，其中當所述第一振動器和所述第二 振動器之一振動時，另一個置于吸合狀態(tài)。
15. 如權(quán)利要求11至14任意一項所述的濾波器，其中絕緣層至少設(shè)于 與所述第一激勵電極接觸的第一振動器面的一部分內(nèi)，使得在進入吸合狀態(tài) 時，所述第一激勵電極和所述第一振動器通過所述絕緣層毗鄰。
16. 如權(quán)利要求11至15任意一項所述的濾波器，其中所述第二振動器 的振動節(jié)點置于所述第二振動器和所述第 一振動器的接合部。
17. 如權(quán)利要求16所述的濾波器，其中所述第二振動器的振動為扭轉(zhuǎn) 振動。
18. 如權(quán)利要求11至17任意一項所述的濾波器，還包括包含第三激勵 電極和通過所述第三激勵電極來機械振動的第三振動器的第三濾波器，其中在所述第二振動器的另 一端，用于支持所述第 一振動器的支持部形 成所述第三振動器。
19. 如權(quán)利要求11至18任意一項所述的濾波器，其中所述第一至第三 振動器的至少一對振動器通過一連結(jié)部來結(jié)合，且其中所述連結(jié)部形成所述 振動器。
20. 如權(quán)利要求11至19任意一項所述的濾波器，其中至少一個所述第 一至第三濾波器包括置為與至少一個所述第一至第三濾波器相距預(yù)定間隔 的用于探測所述振動器的振動的探測電極。
21. 如權(quán)利要求20所述的濾波器，其中所述第一至第三共振器包括分 別用于探測所述第一至第三振動器的振動的第一至第三探測電極。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種微型化且高度集成的共振器和濾波器。在共振器中，每個共振器、支持部和連結(jié)部的一部分相互共用。這種相互構(gòu)造根據(jù)需要而選擇性改變，且本發(fā)明提供了一種可以由同一濾波器器件選擇多個頻率的結(jié)構(gòu)。通過組合具有不同尺寸和形狀的振動器、支持部和連結(jié)部來提供這種可以選擇多個頻率的濾波器器件。
文檔編號H03H9/24GK101223692SQ20068002629
公開日2008年7月16日 申請日期2006年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月27日
發(fā)明者橋村昭范 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社