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Die
Erfindung betrifft eine Kondensatoranordnung mit mindestens einem
Kondensator mit veränderbarer Kapazität (Varactor),
aufweisend mindestens eine Kondensator-Elektrode, die auf einem
Kondensator-Träger angeordnet ist, und mindestens eine Kondensator-Gegenelektrode,
die gegenüber der Kondensator-Elektrode auf einem Stellglied
in einem mit Hilfe des Stellgliedes veränderbaren Kondensator-Elektroden-Abstand
zum Einstellen der Kapazität angeordnet ist. Daneben werden
ein Verfahren zum Herstellen und eine Verwendung der Kondensatoranordnung
angegeben.
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Eine
Kondensatoranordnung mit einem Kondensator, dessen Kapazität
mit hoher Güte veränderbar ist wird beispielsweise
für eine spannungsgesteuerte Oszillatorschaltung (Voltage
Controlled Oscillator, VCO) benötigt. Eine derartige Schaltung
wird als Generator von Referenzfrequenzen und zum Mischen von Kanalfrequenzen
und Trägerfrequenzen in der Nachrichtentechnik eingesetzt.
Für eine möglichst hohe Frequenzstabilität
sind verlustarme Kondensatoren mit hoher Güte erforderlich,
die aber gleichzeitig weit abstimmbar sein sollen. Neben der genannten
Anwendung werden durchstimmbare Kapazitäten auch für
abstimmbare Filter in der Hochfrequenz- und Mikrowellentechnologie
eingesetzt. Ein derartiges Frequenzfilter ist beispielsweise ein
Bandpassfilter. Das Bandpassfilter ist innerhalb eines bestimmten
Frequenzbandes durchlässig für ein Hochfrequenzsignal
(Durchlassbereich). Das bedeutet, dass ein Dämpfungsmaß für
ein Hochfrequenzsignal innerhalb dieses Frequenzbandes niedrig ist.
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Aus
der
WO 2005/059932
A1 ist eine Kondensatoranordnung der eingangs genannten
Art bekannt. Der Kondensator-Träger ist beispielsweise
ein LTCC (Low Temperatur Cofired Ceramics)- Substrat. Auf dem Kondensator-Träger
ist die Kondensator-Elektrode aufgebracht.
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Das
Stellglied der Kondensatoranordnung ist ein Biegelement in Form
eines piezokeramischen Biegewandlers, der auf dem Kondensator-Träger elektrisch
leitend aufgelötet oder aufgeklebt ist. Der Biegewandler
kann als so genannter Bimorph ausgestaltet sein. Bei einem derartigen
Biegewandler ist ein Piezoelement, bestehend aus einer piezoelektrisch
aktiven Keramikschicht und beidseitig angebrachten Elektrodenschichten,
mit einer piezoelektrisch inaktiven Schicht fest verbunden. Durch
elektrische Ansteuerung der Elektrodenschichten des Piezoelements
des Biegewandlers kommt es zur Auslenkung der piezoelektrisch aktiven
Keramikschicht. Die piezoelektrisch inaktive Schicht wird dagegen durch
die Ansteuerung der Elektrodenschichten des Piezoelements nicht
ausgelenkt. Auf Grund der festen Verbindung zwischen den Schichten
kommt es zu einer Verbiegung des Biegewandlers.
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Der
Biegewandler ist derart ausgestaltet und auf den Kondensator-Träger
mit Hilfe von Lot oder Klebstoff derart montiert, dass eine seiner
Elektrodenschichten als Kondensator-Gegenelektrode fungiert. Aufgrund
der Verbiegung des Biegewandlers ändert sich der Kondensator-Elektroden-Abstand zwischen
der Kondensator-Elektrode und der Kondensator-Gegenelektrode. Die
Kapazität des Kondensators ändert sich.
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In
Folge einer wiederkehrenden Ansteuerung des Biegewandlers und der
dadurch bewirkten Auslenkung kann es zu Ermüdungserscheinungen
in der Verbindung zwischen dem Biegewandler und dem Kondensator-Träger
kommen. Es kommt zum Ausfall der Kondensatoranordnung.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kondensatoranordnung mit
veränderbarer Kapazität anzugeben, die im Vergleich
zum Stand der Technik zuverlässiger ist.
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Zur
Lösung der Aufgabe wird eine Kondensatoranordnung mit mindestens
einem Kondensator mit veränderbarer Kapazität
angegeben, aufweisend mindestens eine Kondensator-Elektrode, die
auf einem Kondensator-Träger angeordnet ist, und mindestens
eine Kondensator-Gegenelektrode, die gegenüber der Kondensator-Elektrode
auf einem Stellglied in einem mit Hilfe des Stellgliedes veränderbaren
Kondensator-Elektroden-Abstand zum Einstellen der Kapazität
angeordnet ist. Die Kondensatoranordnung ist dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens ein Verbindungsmittel zum Erzeugen eines Druckkontakts
zwischen dem Kondensator-Träger und dem Stellglied vorhanden
ist. Durch das Stellglied wird der Kondensatorelektroden-Abstand
eingestellt. Durch den Druckkontakt ist das Stellglied lediglich auf
dem Kondensator-Träger fixiert.
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Zur
Lösung der Aufgabe wird auch ein Verfahren zum Herstellen
der Kondensatoranordnung mit folgenden Verfahrensschritten angegeben:
a) Bereitstellen des Kondensator-Trägers mit der Kondensator-Elektrode
und Bereitstellen des Stellglieds mit der Kondensator-Gegenelektrode,
b) Zusammenbringen des Kondensator-Trägers und des Stellglieds derart,
dass die Kondensator-Elektrode und die Kondensator-Gegenelektrode
einander gegenüberliegend angeordnet sind, und c) Anbringen
des Verbindungsmittels derart, dass der Kondensator-Träger und
das Stellglied mittels Druckkontakt miteinander verbunden sind.
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Das
Stellglied, beispielsweise ein streifenförmiger Biegewandler,
wird auf den Kondensator-Träger gelegt und mit dem Verbindungsmittel
fixiert. Durch elektrische Ansteuerung des Biegewandlers kommt es
zu einer konvexen Verbiegung. Der Abstand zwischen Kondensatorelektrode
und Kondensator-Gegenelektrode ändert sich.
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Gemäß einer
besonderen Ausgestaltung weist das Verbindungsmittel zum Erzeugen
des Druckkontaktes mindestens ein Federelement auf, durch das der
Kondensator-Träger und das Stellglied gegeneinander gedrückt
werden, so dass der Druckkontakt entsteht.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung weist das Verbindungsmittel zum Erzeugen
des Druckkontaktes mindestens eine Folie auf, durch die der Kondensator-Träger
und das Stellglied gegeneinander gedrückt werden, so dass
der Druckkontakt entsteht. Die Folie wird auflaminiert. Denkbar
ist auch, dass die Folie aufgeklebt wird. Die Folie kann dabei komplett über
das Stellglied und den Kondensator-Träger aufgebracht werden.
Denkbar ist auch, dass die Folie nur teilweise das Stellglied und
den Kondensatorträger bedeckt.
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In
einer weiteren Ausgestaltung weist das Verbindungsmittel zum Erzeugen
des Druckkontaktes mindestens eine Formmasse auf, durch die der Kondensator-Träger
und das Stellglied gegeneinander gedrückt werden, so dass
der Druckkontakt entsteht. Dazu kann die Vergussmasse strukturiert
oder unstrukturiert aufgebracht werden.
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Gemäß einer
besonderen Ausgestaltung ist das Stellglied ein elektrisch ansteuerbares
Stellglied. Durch die elektrische Ansteuerung des Stellgliedes kann
der Kondensator-Elektroden-Abstand eingestellt werden. Vorzugsweise
ist das elektrisch ansteuerbare Stellglied zur elektrischen Ansteuerung
mit Hilfe des Verbindungsmittels elektrisch kontaktiert.
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Beispielsweise
ist das Stellglied ein Bimetall(Thermobimetall)-Aktor. Ein derartiger
Aktor besteht beispielsweise aus zwei fest miteinander verbundenen
Metallstreifen aus Metallen mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten.
Durch die elektrische Ansteuerung einer Aktorelektrode kommt es
zur Erwärmung einer angrenzenden, eventuell von der Aktorelektrode
elektrisch isolierten Aktor-Funktionsschicht und in Folge der Erwärmung
zur Verbiegung des Aktors.
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Denkbar
ist auch, dass das Stellglied ein magnetostriktiver Aktor ist. Durch
die Ansteuerung der Aktorelektrode wird in eine Aktor-Funktionsschicht des
magnetostriktiven Aktors ein magnetisches Feld eingekoppelt. Die
Weißschen Bezirke des magnetostriktiven Materials richten
sich aus. In Folge davon kommt es zur Ausdehnungsänderung
der Aktor-Funktionsschicht. Wenn nun diese Aktor-Funktionsschicht
mit einer Aktor-Funktionsschicht aus einem nicht-magnetischen Material
fest verbunden ist, kommt es zu einer Verbiegung des Aktors. Wie
bei der Beschreibung der Aktor-Funktionsschicht bereits angedeutet,
kann der Aktor thermisch oder magnetostriktiv arbeiten. In einer
besonderen Ausgestaltung ist der Aktor ein piezoelektrischer Aktor.
Der piezoelektrische Aktor verfügt über mindestens
ein Piezoelement. Das Piezoelement weist eine piezoelektrische Schicht
auf und beidseitig angeordnete Elektrodenschichten (Aktorelektroden)
auf. Durch elektrische Ansteuerung der Aktorelektroden wird in die
piezoelektrische Schicht ein elektrisches Feld eingekoppelt. Es
kommt zur Ausdehnungsänderung in der piezoelektrischen
Schicht und aufgrund der Ausdehnungsänderung zur Stellwirkung
des Aktors.
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Vorzugsweise
ist das Stellglied ein piezoelektrisches Biegelement (piezoelektrischer
Aktor). Die Ausgestaltung des piezoelektrischen Aktors ist beliebig.
Entscheidend ist, dass die piezoelektrisch induzierte Auslenkung
des Aktors groß genug ist, so dass eine gewünschte Änderung
des Abstandes zwischen den Kondensatorelektroden erzielt werden kann.
Um eine relativ große Auslenkung zu erzielen, kann ein
piezoelektrischer Aktor verwendet werden, der eine Vielzahl von übereinander
zu einem Aktorkörper gestapelten Piezoelementen aufweist.
Die Piezoelemente können dabei zusammengeklebt sein. Dies
bietet sich beispielsweise für Piezoelemente mit piezoelektrischen
Schichten aus einem piezoelektrischen Polymer wie Polyvinylidendifluorid
(PVDF) an. Ebenso sind piezoelektrische Schichten aus einem piezokeramischen
Material denkbar. Das piezokeramische Material ist beispielsweise
ein Bleizirkonattitanat (PZT) oder ein Zinkoxid (ZnO). Die Piezoelemente
mit piezoelektrischen Schichten aus piezokeramischem Material sind
beispielsweise nicht zusammengeklebt, sondern in einem gemeinsamen
Sinterprozess zu einem Aktorkörper in monolithischer Vielschichtbauweise
verbunden.
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In
einer besonderen Ausgestaltung ist der piezoelektrische Aktor ein
piezoelektrischer Biegewandler. Durch eine relativ geringe Ansteuerspannung
kann bei dem Biegwandler eine relativ große Auslenkung
erzielt werden. So genügt beispielsweise eine Ansteuerspannung
von unter 10 V, um eine Auslenkung des Biegewandlers von über
10 μm zu bewirken. Durch die große erzielbare
Auslenkung kann der Abstand zwischen Kondensatorelektrode und Kondensatorgegenelektrode
in einem weiten Bereich variiert werden. Dadurch ist es möglich,
die Kapazität des Kondensators in einem weiten Bereich
zu verändern.
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Der
Biegewandler kann, wie eingangs beschrieben, als Bimorph ausgestaltet
sein. Alternativ zum Bimorph ist auch ein Biegewandler in Form eines
Multimorphs denkbar, der mehrere piezoelektrisch aktive Schichten
aufweist, die fest miteinander verbunden sind. Die piezoelektrisch
aktiven Schichten können zu einem einzigen Piezoelement
zusammengefasst sein. Die piezoelektrisch aktiven Schichten bilden
als übereinander gestapelte Teilschichten zusammen die
piezoelektrische Gesamtschicht des Piezoelements. Denkbar ist auch,
dass mehrere Piezoelemente mit jeweils einer piezoelektrisch aktiven Schicht
zu einem Mehrschichtverbund angeordnet sind. Durch die Ansteuerung
der Elektrodenschichten des Piezoelements beziehungsweise der Piezoelemente
des Biegewandlers werden in den piezoelektrisch aktiven Schichten
unterschiedliche elektrische Felder aufgebaut, die zu unterschiedlichen
Auslenkungen der piezoelektrisch aktiven Schichten führen.
Auch in diesem Fall kommt es zu einer Verbiegung des Biegewandlers.
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Eine
Form des Biegewandlers kann ebenfalls beliebig sein. Der Biegewandler
kann streifenförmig sein. In einer besonderen Ausgestaltung
weist das Biegelement eine runde Grundfläche aufweist. Ein
derartiges Biegelement kann als Kreisscheibenbieger bezeichnet werden.
Vorzugsweise ist das Biegeelement selbsttragend. Es muss nicht speziell
eingespannt oder gehalten werden. Durch die elektrische Ansteuerung
des Kreisscheibenbiegers resultiert eine umlaufende, periphäre
Auflageflä che. Typische Abmessungen eines kreisförmigen
Biegewandlers sind einige 100 μm als Dicke der Schichten
und 10 bis 20 mm als Durchmesser, wodurch ein Hub von einigen 10 μm
im Zentrum des Biegewandlers erreicht wird. Zur Erhöhung
des Hubs bei der Aktuierung (elektrische Ansteuerung der Elektrodenschichten)
können die Schichten des Kreisscheibenbiegers in der Mitte
dünner als am Rand dimensioniert sein. Um möglichst
dicke, stromtragfähige Kondensator-Gegenelektroden verwenden
zu können, kann es außerdem vorteilhaft sein,
die Elektrodenschichten des Biegewandlers (Steuerelektroden) in
der Mitte zu unterbrechen, so dass hier eine verminderte Biegung auftritt.
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Allein
durch die Änderung des Abstandes von Kondensatorelektrode
zur Kondensatorgegenelektrode kann die Kapazität des Kondensators
in einem weiten Bereich variiert werden. Um diesen Bereich zu erhöhen,
kann in einer besonderen Ausgestaltung innerhalb des Abstandes zwischen
der Kondensatorelektrode und der Kondensatorgegenelektrode ein Dielektrikum
mit einer relativen Dielektrizitätskonstante von über
10 angeordnet werden. Vorzugsweise wird ein Dielektrikum mit einer
Dielektrizitätskonstante von über 50 verwendet.
Dieses Dielektrikum wird als hochdielektrisches Material bezeichnet.
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Das
Dielektrikum wird dabei so angeordnet, dass sich das elektrische
Feld, das durch die Ansteuerung der Kondensatorelektrode und der
Kondensatorgegenelektrode erzeugt wird, im Dielektrikum aufbaut.
Dazu wird die dielektrische Schicht unmittelbar und direkt auf der
Kondensatorelektrode oder der Kondensatorgegenelektrode aufgebracht.
Denkbar ist auch, dass auf beiden Kondensatorelektroden jeweils
eine dielektrische Schicht aufgebracht ist.
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Das
Stellglied kann einfach auf eine Oberfläche des Kondensator-Trägers
gelegt werden. Vorzugsweise wird das Stellglied in einer Ausnehmung (Kavität)
des Kondensator-Trägers angeordnet. Zur Erhöhung
der Lebensdauer und Verminderung von Reibungsverlusten und Hysterese
können die Auflageflächen des Stellgliedes auf
dem Kondensator-Träger reibungsarm beschichtet sein, z.
B. mit Teflon oder harten Nitriden.
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Die
beschriebene Kondensatoranordnung mit der veränderbaren
Kapazität wird insbesondere in abstimmbaren Oszillatoren
verwendet. Mit Hilfe der Kondensatoranordnung erfolgt ein Einstellen
einer spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung. Die abstimmbaren
Oszillatoren werden unter anderem in der Hochfrequenz- und Mikrowellentechnologie
eingesetzt.
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Vorzugsweise
wird die Kondensatoranordnung auch zum Einstellen eines Frequenzbandes
eines Frequenzfilters verwendet. Durch die Möglichkeit,
ein Frequenzband eines Frequenzfilters durch elektrische Ansteuerung
der Kondensatoranordnung in einem weiten Bereich verändern
zu können, ist mit Hilfe der Erfindung ein Konzept der
Nachrichten- bzw. Mobilfunktechnik realisierbar, das als "Software Defined
Radio" (SDR) bezeichnet wird. Ziel des SDR ist es, nicht diskrete
Frequenzbänder, sondern beliebig (kontinuierlich) veränderbare
Frequenzbänder für die Nachrichten- bzw. Mobilfunktechnik
zu realisieren. Mit dem abstimmbaren Kondensator der vorliegenden
Erfindung wird ein Grundbaustein zur Umsetzung des SDR zur Verfügung
gestellt.
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Vorzugsweise
wird die Kondensatoranordnung auch zum Einstellen der Impedanz einer
Anpass-Schaltung verwendet. Impedanzanpassung ist zur Vermeidung
von Signalreflexionen zwischen Schaltungselementen erforderlich,
beispielsweise am Eingang und Ausgang eines Leistungsverstärkers.
Sie wird üblicherweise durch geeignet kombinierte passive
Bauteile, insbesondere Spulen und Kondensatoren realisiert. Die
Funktion ist damit auf ein endliches Frequenzintervall begrenzt.
Bei der Verschiebung der Betriebsfrequenz einer Schaltung, etwa
durch Veränderung einer Filtereinstellung, sind deshalb
auch die Impedanzanpassungen auf das neue Frequenzband abzustimmen.
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Zusammengefasst
sind folgende Vorteil der Erfindung hervorzuheben:
- • Insbesondere bei Verwendung eines Kondensators mit
hochdielektrischer Schicht zwischen den Kondensatorelektroden resultiert
ein Kondensator mit weitem Abstimmbereich. Durch die hoch dielektrische
Schicht des Kondensators steigert sich der maximale Kapazitätswert,
so dass ein weites Abstimmverhältnis über 10:1
erzielbar ist.
- • Der Verzicht auf absorbierende oder nicht-lineare
Werkstoffe bewirkt ein verlustarmes und hoch lineares Bauelementverhalten.
Dies wäre bei Verwendung von abstimmbaren Dielektrika (paraelektrische
Werkstoffe) nicht möglich.
- • Eine makroskopische Bauweise und eine große Masse
des Stellgliedes, insbesondere eines Biegewandlers, bedingen eine
besonders niedrige mechanische Resonanzfrequenz von wenigen kHz.
Eine Selbstmodulation eines anliegenden Signalspektrums durch die über
den Luftspalt wirkenden elektrostatischen Kräfte wird dadurch
im Unterschied zu konventionellen MEMS vermieden und die Generierung
von Unter- und Oberwellen unterdrückt. Dadurch eignet sich
die Kondensatoranordnung insbesondere für Anwendungsfälle
mit hohen Linearitätsanforderungen (z. B. Basisstationen
eines Mobilfunknetzes).
- • Die Kondensatorgegenelektrode des Signalkreises kann
galvanisch vom Steuerkreis getrennt werden. Der Signalkreis kann
daher ohne funktionelle Einbußen für eine hohe
Stromtragfähigkeit ausgelegt werden.
- • Eine periphere Auflage des Stellgliedes, insbesondere
des Kreisscheibenbiegers, gewährleistet eine stabile und
symmetrische Bewegung.
- • Mit der Erfindung ist eine einfache Montage und elektrische
Kontaktierung möglich.
- • Die Folienverbindung gewährleistet eine
einfache Fixierung des Stellgliedes und ggf. eine hermetische Abdichtung.
- • Im nicht angesteuerten Zustand des Stellgliedes ist
bei Verwendung der dielektrischen Schicht eine bestmögliche,
kurzschlussfreie Auflage der Kondensatorgegenelektrode auf der dielektrischen
Schicht realisiert.
- • Die Herstellung des Bauelementes kann kostengünstig
im Nutzen erfolgen.
- • Es können kostengünstige Prozesstechnologien wie
z. B. Siebdruck und/oder Laminieren angewendet werden
- • Mit Hilfe der Kondensatoranordnung wird ein wesentlicher
Baustein des SDR-Konzepts bereitgestellt.
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Anhand
mehrerer Ausführungsbeispiele und der dazugehörigen
Figuren wird die Erfindung im Folgenden näher erläutert.
Die Figuren sind schematisch und stellen keine maßstabsgetreuen
Abbildungen dar.
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Die 1 bis 7 zeigen
jeweils ein Ausführungsbeispiel einer Kondensatoranordnung
mit Kondensatoren mit abstimmbaren Kapazitäten jeweils
in einem seitlichen Querschnitt.
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Die
Ausführungsbeispiele betreffen jeweils eine Kondensatoranordnung 100 mit
veränderbaren Kapazitäten, aufweisend zwei in
Serie geschaltete Kondensatoren 101 und 102 mit
je einer Kondensatorelektrode 3a und 4a und einer
gegenüber den Kondensatorelektroden in einem veränderbaren Kondensatorelektroden-Abstand 15 zu
den Kondensatorelektroden angeordnete Kondensator-Gegenelektrode 8.
Die Kondensator-Gegenelektrode überragt die Kondensatorelektroden.
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Die
Kondensatorelektroden sind auf einem Kondensator-Träger 1 aufgebracht,
der vorzugsweise aus einer formstabilen Keramik in Vollmaterial oder
Mehrlagenaufbau (LTCC, HTCC (High Tempe ratur Cofired Ceramics))
besteht. Die Kondensatorelektroden sind über die im Kondensator-Träger
integrierten Durchkontaktierungen (Vias) 3 und 4 elektrisch
kontaktiert. Auf den Kondensatorelektroden ist eine einige 100 nm
bis einige μm dicke Schicht 5 aus hoch dielektrischer
Keramik in Dickschicht- oder Dünnschichttechnologie aufgebracht.
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Die
Kondensator-Gegenelektrode ist auf einem Stellglied 103 aufgebracht.
Das Stellglied ist ein piezokeramischer Biegewandler mit einer runden Grundfläche
(Kreisscheibenbieger). Der piezokeramische Biegewandler ist als
Multimorph ausgestaltet und besteht aus zwei piezokeramischen Schichten 6 und 7,
die zum Einkoppeln elektrischer Felder mit Elektrodenschichten 9 und 10 versehen
sind. Die Schichten sind einige 100 μm dick. Der Durchmesser die
Biegewandlers beträgt 10 mm bis 20 mm.
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Sowohl
die Kondensatorelektroden als auch der Kreisscheibenbieger sind,
mit Ausnahme des Beispiels 3, in einer Ausnehmung (Vertiefung) 2 des Kondensator-Trägers
angeordnet. Der Kreisscheibenbieger liegt dabei in der Ausnehmung
auf einer umlaufenden Auflage 16 aus Teflon auf. Alternativ dazu
ist die Auflage aus einem harten Nitrid.
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Beispiel 1:
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Der
Biegewandler wird durch zwei Federelemente 11 und 12 gegen
den Kondensatorträger gedrückt (1).
Die Federelemente fungieren als Verbindungsmittel zum Erzeugen eines
Druckkontakts zwischen dem Kondensator-Träger und dem Stellglied.
Die Federelemente sind fest mit dem Kondensator-Träger
verbunden. Gleichzeitig dienen die Federelemente der elektrischen
Kontaktierung der Elektrodenschichten des Biegewandlers. Dazu sind die
Federelemente an elektrischen Durchkontaktierungen 13 und 14 auf
den Kondensatorträger aufgelötet.
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Ohne
elektrische Ansteuerung liegt der Biegewandler aufgrund des Federdrucks,
der von Federelementen 11 und 12 ausgeht, mit
der Kondensatorelektrode 8 flach auf der dielektrischen
Schicht 5. Die seriell geschalteten Kondensatoren 101 und 102 nehmen
dabei maximale Werte an.
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Durch
elektrische Ansteuerung kommt es zur Verbiegung des Biegewandlers.
Es bildet sich jeweils ein Luftspalt zwischen den Kondensatorelektroden und
der Kondensatorgegenelektrode. Die Kapazitäten der Kondensatoren
nehmen ab.
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Beispiel 2:
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Im
zweiten Ausführungsbeispiel (2) genügt
statt der Federelemente 11 und 12 (vgl. Beispiel 1)
ein kräftefreier Bondkontakt 17. Die Fixierung
des Biegewandlers erfolgt mit dem Federelement 18 über den
metallischen Gehäusedeckel 19, der sich mit einem Überwurfring 20 mit
dem Substrat 1 verschrauben lässt. Federelement 18,
Gehäusedeckel 19 und Überwurfring 20 bilden
zusammen das Verbindungsmittel zum Erzeugen des Druckkontakts. Über
einen Kontaktstift 21, den metallischen Gehäusedeckel
und das Federelement wird die Elektrodenschicht 10 des Biegewandlers
elektrisch kontaktiert, beispielsweise auf Masse-Potential gelegt.
Die elektrische Ansteuerung des Biegewandlers erfolgt dann über
die an der Durchkontaktierung 13 anliegende elektrische
Spannung.
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Beispiel 3:
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Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel (3) wird
der Biegewandler durch passende Aussparungen lateral im Gehäusedeckel 19 fixiert.
Der Gehäusedeckel besteht hier aus einer Multilager-Platine,
z. B. aus dem üblichen Werkstoff FR4 oder FR5, mit eingelagerten
Metallflächen 22 und 23. Die Federringe 24, 25 und 26 dienen
der vertikalen Fixierung des Biegelements und des Kondensator-Trägers.
Gehäusedeckel und Federringe fungieren als Verbindungsmittel
zum Erzeugen des Druckkontakts. Die Elektroden 9 und 10 sind
zur Zuführung der Steuerspannung über die Federringe 24 und 25 elektrisch
kontaktiert.
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Beispiel 4:
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Das
Verbindungsmittel zum Erzeugen des Druckkontaktes zwischen dem Kondensator-Träger und
dem Stellglied ist eine elastische Folie 18 aus Silikon.
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Nach
Positionierung und Kontaktierung des Biegewandlers über
Kontaktbänder 17 wird auf den Kondensator-Träger
und den Biegewandler auflaminiert. Gemäß einer
ersten Ausführungsform erfolgt dies derart, dass auf einer
gesamten Fläche des Kondensator-Trägers und des
Biegewandlers eine Verklebung aufgebracht wird (4).
Alternativ dazu wird eine strukturierte, beispielsweise gestanzte
Klebefolie 16, nur auf dem Kondensator-Träger
im Randbereich des Biegewandlers auflaminiert.
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Beispiel 5:
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Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel erfolgt die Kontaktierung der Elektrodenschichten
des Biegewandlers nachträglich durch die auflaminierte
Folie hindurch. Dazu werden durch Laserablation Kontaktfenster 11 geöffnet
werden. Die elektrische Anbindung des Biegewandlers wird dann durch
eine auf der Folie aufgebrachte Leiterebene 12 erreicht.
Die Leiterebene 12 wird durch eine metallische Struktur realisiert,
die mittels Siebruck einer Leiterpaste oder eines Leitklebers aufgebracht
ist.
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Beispiel 6:
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Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel wird eine weniger elastische Folie 18 verwendet,
die zur Verminderung des Anpressdrucks über dem Biegewandler
geöffnet ist (6). Dies kann beispielsweise
durch einen Stanzprozess vor dem Laminieren erfolgen oder durch
Laserablation nach dem Laminieren.
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Beispiel 7:
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß 7 wird
statt einer Folie eine elastische Vergussmasse 27 beispielweise
durch einen Siebdruckprozess aufgebracht, wobei je nach Viskosität
auch die Vertiefung 2 teilweise gefüllt wird.
Die Strukturierung kann bereits durch den Druckprozess erreicht werden
oder aber subtraktiv durch Photolithographie oder Laser-Ablation.
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Auf
diese Art und Weise können auch hier Kontaktfenster 19 eingebracht
werden, so dass die Vergussmasse auch als Träger einer
weiteren Leiterebene 12 fungiert. Die Leiterebene kann
außer durch eine metallische Struktur auch durch einen
mittels Siebruck aufgebrachten, elastischen Leitkleber realisiert
werden. So können beispielsweise Steuerspannungen für
den Biegewandler über die Durchkontaktierungen 13 und 14 zugeführt
werden.
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Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel erfolgt die Kontaktierung der Elektrodenschichten
des Biegewandlers nachträglich durch die auflaminierte
Folie hindurch. Dazu werden durch Laserablation Kontaktfenster 11 geöffnet
werden. Die elektrische Anbindung des Biegewandlers wird dann durch
eine auf der Folie aufgebrachte Leiterebene 12 erreicht.
Die Leiterebene 12 wird durch eine metallische Struktur realisiert,
die mittels Siebruck aufgebracht ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2005/059932
A1 [0003]