共振器、彈性波傳輸元件及其製造方法

2023-05-22 09:14:06

專利名稱：共振器、彈性波傳輸元件及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種彈性波傳輸元件，且特別是涉及一種具有阻抗匹配功能的彈性波 傳輸元件。
背景技術：
阻抗匹配(Impedance Match)是微波電子學裡的一部分，主要用於傳輸線上，來達 至所有高頻的微波信號皆能傳至負載點的目的，幾乎不會有信號反射回來源點，從而提升 能源效益。值得一提的是，彈性波(Mechanical Wave)的傳輸也同樣會有信號反射的問題，上 述彈性波也可稱為機械波。在聲阻抗不匹配的情況嚴重時，彈性波會有大部分的能量會被 反射，不符合系統需求。

發明內容
本發明的目的在於提供一種共振器、彈性波傳輸元件及其製造方法，以解決上述 問題。為達上述目的，本發明提供一種以結構缺陷匹配聲阻抗彈性波傳輸元件，其具有 第一高聲阻抗區與第二低聲阻抗區。彈性波傳輸元件包括多個匹配結構。上述結構沿第一 區往第二區的方向依序配置，分別具有相異缺陷。上述結構的阻抗沿方向依序遞減。從共振器應用來看，本發明提出一種共振器，其包括共振本體、第一結構與第二結 構。第一結構的第一端連接共振本體的第一端，具有第一缺陷。第一結構具有第一聲阻抗。 第二結構連接第一結構的第二端，具有第二缺陷。共振本體的聲阻抗大於第一結構的聲阻 抗。第一結構的聲阻抗大於第二結構的聲阻抗。從彈性波傳輸線來看，本發明提出一種彈性波傳輸元件的製造方法。在不同的彈 性波材料接合處，依序形成第一缺陷於高聲阻抗基體的第一結構以及第二缺陷於高聲阻抗 基體的第二結構。第一結構的聲阻抗小於第二結構的聲阻抗。為讓本發明的上述特徵能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附附圖作詳細 說明如下。


圖1是本發明的一實施例的一種彈性波傳輸元件的示意圖；圖2是本發明的一實施例的一種彈性波傳輸元件的製造方法的流程圖；圖3是本發明的一實施例的一種共振器的示意圖；圖4是本發明的另一實施例的一種彈性波傳輸元件的示意圖；圖5是本發明的又一實施例的一種彈性波傳輸元件的示意圖；圖6a、圖6b、圖6c是本發明的又一實施例的一種彈性波傳輸元件的示意圖；圖7是本發明的又一實施例的多種傳輸彈性波的傳輸功率與頻率的關係圖8a、圖Sb、圖Sc、圖8d是本發明的再一實施例的一種彈性波傳輸元件的示意 圖；圖9是本發明的再一實施例的多種傳輸彈性波的反射能量與頻率的關係圖；圖10是本發明的再一實施例的多種傳輸彈性波的反射能量平均值與不同結構的 關係圖。主要元件符號說明10 12 彈性波傳輸元件13、14、121 124 元件20 基體31 33、71 75、81 85、91 95、101 105、111 118 結構41、42、71， 75，、81， 85，、91， 94，、101， 104，缺陷50 共振器60 共振本體Ll L3:點狀線S20US202 彈性波傳輸元件的製造方法的各步驟X:方向Γ1 Γ4:反射能量
具體實施例方式現有在傳遞彈性波時，常發生聲阻抗不匹配的情形進而造成能量無法穿透。有鑑 於此，本發明的實施例利用漸進式的結構缺陷，使彈性波傳遞元件具有漸進式的聲阻抗，用 於達成聲阻抗匹配的功效。如此一來可有效降低反射能量。下面將參考附圖詳細闡述本發 明的實施例，附圖舉例說明了本發明的示範實施例，其中相同標號指示同樣或相似的步驟。圖1是依照本發明的一實施例的一種彈性波傳輸聲阻抗轉換元件的示意圖。彈性 波傳輸聲阻抗轉換元件10包括基體(Base Body) 20。基體20包括結構31 33。結構31 具有缺陷41。結構32具有缺陷42。在本實施例中，彈性波傳輸元件10例如是聲波傳輸線、 彈性體或其他可傳遞彈性波的介質。缺陷41、42例如是一個或多個凹槽或孔洞。在圖1中， 缺陷41、42雖以方形為例進行說明，但本發明並不以此為限。在其他實施例中，熟悉本領域 技術者也可依其需求改變缺陷41、42的形狀，例如圓形、正方形、六邊形、或其他幾何圖形。圖2是依照本發明的一實施例的一種彈性波傳輸元件的製造方法的流程圖。請合 並參照圖1與圖2，首先可由步驟S201，形成一基體20。基體20例如是具有高聲阻抗的材 料。接著，可由步驟S202，沿彈性波的一傳輸方向，例如方向X，依序形成缺陷41於基 體20的結構31以及缺陷42於基體20的結構32。在本實施例中，在結構31形成缺陷41 會使結構31的平均聲阻抗下降。同理，在結構32形成缺陷42也會使結構32的平均聲阻 抗下降。值得一提的是，在本實施例中，由於缺陷41、42為相異的缺陷，因此可設計結構31 的聲阻抗小於結構32的聲阻抗，且結構32的聲阻抗小於結構33的聲阻抗。換言之，彈性 波傳輸元件10具有漸進式的結構31、32、33及其缺陷41、42。故，彈性波傳輸元件10具有 聲阻抗匹配的功能。
更具體地說，彈性波傳輸元件10的結構31、33可分別用來連接第一元件與第二元 件，其中第一元件的聲阻抗與結構31的聲阻抗相同，第二元件的聲阻抗與結構33的聲阻抗 相同。在此情況下，第一元件通過彈性波傳輸元件10傳輸給第二元件的彈性波，其所衍生 的反射能量能被降低。同理，第二元件通過彈性波傳輸元件10傳輸給第一元件的彈性波， 其所衍生的反射能量也能被降低。值得一提的是，上述技術並不限於應用在彈性波傳輸元件。熟悉本領域技術者也 可將上述技術應用在其他會產生或接收彈性波的元件。舉例來說，圖3是依照本發明的一 實施例的一種共振器的示意圖。共振器50包括高聲阻抗區60、漸進聲阻抗結構71 75與 漸進聲阻抗結構81 85。結構71 75依序連接於高聲阻抗區60的第一端，分別有缺陷 71， 75，。結構81 85依序連接於高聲阻抗區60的第二端，分別有缺陷81， 85，。共 振器例如是低頻或高頻的微機電共振器(Micromechanical Resonator) 0—般來說，傳統微機電共振器是以開槽方式造成極軟的彈力係數，使形變量增加， 進而提高輸出電流，降低電阻抗值。但當兩種硬跟軟不同聲阻抗的材料接合時，聲波將產生 反射，其反射係數越大其能量穿透比越低，造成共振器彈性波能量無法穿透至輸出端。值 得注意的是，在本實施例的共振器50中，在結構71 75、81 85分別形成了缺陷71， 75』、81』 85』，因此高聲阻抗區60、結構71 75的聲阻抗依序遞減，且高聲阻抗區60、結 構81 85的聲阻抗依序遞減。如此一來可使共振器50具有聲阻抗匹配的功能，如此，在 彈性波的傳輸過程，可抑制反射能量的產生。雖然上述實施例中已經對共振器、彈性波傳輸元件及其製造方法描繪出了一個可 能的型態，但所屬技術領域中具有通常知識者應當知道，各廠商對於共振器、彈性波傳輸元 件及其製造方法的設計都不一樣，因此本發明的應用當不限制於此種可能的型態。換言之， 只要是在元件上形成漸進式的結構缺陷使元件在彈性波的傳遞方向上具有漸進式的阻抗， 就已經是符合了本發明的精神所在。以下再舉幾個實施方式以便本領域具有通常知識者能 夠更進一步的了解本發明的精神，並實施本發明。在圖1中，彈性波傳輸元件10的結構其及缺陷的數量僅是一種選擇實施例，本發 明並不以此為限。在其他實施例中，熟悉本領域技術者可依其需求改變彈性波傳輸元件的 結構及其缺陷的數量。舉例來說，圖4是依照本發明的另一實施例的一種彈性波傳輸元件 的示意圖。彈性波傳輸元件11包括結構91 95。結構91包括多個缺陷91』。同理，結構 92 94分別包括多個缺陷92， 94，。因此結構95 91的聲阻抗依序遞減。如此一來 也可使彈性波傳輸元件11具有聲阻抗匹配的功效。又例如，圖5是依照本發明的又一實施例的一種彈性波傳輸元件的示意圖。彈性 波傳輸元件12包括結構101 105。結構101包括多個缺陷101，。同理，結構102 104 分別包括多個缺陷102』 104』。因此結構105 101的聲阻抗依序遞減。如此一來也可 使彈性波傳輸元件12具有聲阻抗匹配的功效。不僅如此，熟悉本領域技術者也可調整缺陷 的大小、位置或數量等因數，用於使特定頻率的能量能有效被傳輸。以下作更詳細的說明。圖6a、圖6b、圖6c是依照本發明的又一實施例的一種彈性波傳輸元件的示意圖。 圖7是依照本發明的又一實施例的多種傳輸彈性波的傳輸功率與頻率的關係圖。請合併參 照圖6a、圖6b、圖6c與圖7，在本實施例中，元件14的材料聲阻抗與結構105的材料聲阻抗 相同，且結構13的材料聲阻抗低於結構101的聲阻抗。當彈性波在元件13中傳輸時，其傳輸功率與頻率的關係如圖7的點狀線Li。當彈性波在元件13與彈性波傳輸元件12之間傳 輸時，其傳輸功率與頻率的關係如圖7的點狀線L2。當彈性波在元件13與元件14之間傳 輸時，其傳輸功率與頻率的關係如圖7的點狀線L3。彈性波在元件13中傳輸不會有聲阻抗匹配的問題(如點狀線Ll所示)；但彈性 波在元件13與元件14之間傳輸時，彈性波因匹配問題使傳輸功率大幅地下降(如點狀線 L3所示)。值得注意的是，彈性波傳輸元件12具有漸進式的結構缺陷，使其具有阻抗匹配 的功效，因此彈性波在元件13與彈性波傳輸元件12之間傳輸時，反射能量可以被有效被抑 制。從圖7中也可明顯看出，點狀線L2在某些特定頻段比點狀線L3來得優越。不僅如此，在本實施例中，點狀線L2在頻率6X IO7的傳輸功率相當高，近似於點 狀線Ll的傳輸功率，但本發明並不以此為限。在其他實施例中，熟悉本領域技術者也可改 變缺陷的大小、位置或數量等因數，用於使特定頻率的能量能有效被傳輸。另外，元件中具有不同數量的漸進式結構缺陷也可抑制特定頻率的反射噪音。舉 例來說，圖8a、圖Sb、圖Sc、圖8d是依照本發明的再一實施例的一種彈性波傳輸元件的示 意圖。圖9是依照本發明的再一實施例的多種傳輸彈性波的反射能量與頻率的關係圖。圖 10是依照本發明的再一實施例的多種傳輸彈性波的反射能量平均值與121 124結構的 關係圖。請合併參照圖8a、圖Sb、圖Sc、圖8d 圖10。元件121包括結構111、118。元件 122包括結構111、114、118。元件123包括結構111、113、114、118。元件IM包括結構111、 112、115、117、118。在本實施例中，結構111 118的平均聲阻抗分別以50、80、110、200、205、360、 515,800為比例進行說明。另外，在本實施例中，彈性波在元件121 IM傳輸時，分別會 衍生出反射能量Γ 1 Γ 4。值得一提的是，反射能量Γ 2僅在頻率IGHz的反射能量相當 低。同理，反射能量「3在頻率0.86泡、1.26泡的反射能量相當低，反射能量Γ4在頻率 0.71GHZ、1GHZ、1. ^GHz的反射能量相當低。依據上述所揭露的內容，在其他實施例中，熟悉 本領域技術者也可採用不同數量的漸進式結構缺陷來降低反射能量中特定頻率的反射能 量。另一方面，從圖10中也可清楚看出，隨著漸進式結構缺陷的數量上升，反射能量 平均值也會隨之降低。據此，在其他實施例中，熟悉本領域技術者也可提升漸進式結構缺陷 的數量來降低反射能量平均值。綜上所述，本發明在元件上形成漸進式的結構缺陷使元件在彈性波的傳遞方向上 具有漸進式的聲阻抗。因此元件可具有阻抗匹配的功效。另外在本發明的實施例中，還具 有下列優點1.通過改變缺陷的大小、位置或數量等因數，可使特定頻率的能量能有效被傳輸。2.採用不同數量的漸進式結構缺陷可降低反射噪音中特定頻率的反射能量。3.提高漸進式結構缺陷的數量可降低反射噪音的反射能量平均值。雖然已結合以上實施例揭露了本發明，然而其並非用以限定本發明，任何所屬技 術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，可作些許更動與潤飾，故本發 明的保護範圍應以所附的權利要求所界定的為準。
權利要求
1.一種彈性波傳輸元件，具有第一側與第二側，包括多個結構，沿所述第一側往所述第二側的方向依序配置，分別具有相異缺陷，所述些結 構的阻抗沿所述方向依序遞減。
2.如權利要求1所述的彈性波傳輸元件，其中所述彈性波傳輸元件的所述第一側用以 連接第一元件，所述彈性波傳輸元件的所述第二側用以連接第二元件，其中所述第一元件 的聲阻抗大於各所述結構的聲阻抗，所述第二元件的聲阻抗小於各所述結構的聲阻抗。
3.如權利要求1所述的彈性波傳輸元件，其中所述第一缺陷為一個或數個凹槽或孔洞 構成。
4.一種共振器，包括共振本體；第一結構，其第一端連接所述共振本體的第一端，具有第一缺陷，其中所述第一結構具 有第一聲阻抗；以及第二結構，連接所述第一結構的第二端，具有第二缺陷，其中所述共振本體的聲阻抗大 於所述第一結構的聲阻抗，所述第一結構的聲阻抗大於所述第二結構的聲阻抗。
5.如權利要求4所述的共振器，還包括第三結構，其第一端連接所述共振本體的第二端，具有第三缺陷，其中所述第三結構具 有第三聲阻抗；以及第四結構，連接所述第三結構的第二端，具有第四缺陷，其中所述共振本體的阻抗大於 所述第三結構的聲阻抗，所述第三結構的阻抗大於所述第四結構的聲阻抗。
6.一種彈性波傳輸元件的製造方法，包括形成基體；以及沿彈性波的傳輸方向，依序形成第一缺陷於所述基體的第一結構以及第二缺陷於所述 基版的第二結構，其中所述第一結構的阻抗小於所述第二結構的聲阻抗。
7.如權利要求6所述的製造方法，其中所述第一缺陷與所述第二缺陷是利用蝕刻方式 所形成。
全文摘要
本發明公開一種共振器、彈性波傳輸元件及其製造方法。彈性波傳輸元件，其具有第一側與第二側。彈性波傳輸元件包括多個結構。上述結構沿第一側往第二側的方向依序配置，分別具有相異缺陷。上述結構的阻抗沿方向依序遞減。如此一來可使彈性波傳輸元件具有阻抗匹配的功能。
文檔編號H03H9/145GK102118141SQ200910261879
公開日2011年7月6日 申請日期2009年12月31日 優先權日2009年12月31日
發明者張平, 林暐智, 潘力齊, 王欽宏, 黃俊哲 申請人:財團法人工業技術研究院