DE10245106A1 - Glass-ceramic material suitable for making electrical phase shift component operating at specific frequencies, has specified relative permittivity - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Glas-Keramik-Zusammensetzung mit mindestens einem Keramikmaterial und mindestens einem Glasmaterial, wobei das Keramikmaterial Keramikpartikel mit einer mittleren Korngröße d50 von unter 1,0 μm aufweist und eine Permittivität des Keramikmaterials von einem äußeren elektrischen Feld abhängt. Daneben wird eine Vorrichtung zum Verändern einer Phasenlage eines sich periodisch ändernden elektrischen Signals mit Hilfe mindestens einer spannungsabhängigen Kapazität und ein elektrisches Bauelement mit der Vorrichtung zum Verändern der Phasenlage eines elektrischen Signals angegeben.The invention relates to a glass-ceramic composition with at least one ceramic material and at least one glass material, the ceramic material having ceramic particles with an average grain size d 50 of less than 1.0 μm and a permittivity of the ceramic material depending on an external electric field. In addition, a device for changing a phase position of a periodically changing electrical signal using at least one voltage-dependent capacitance and an electrical component with the device for changing the phase position of an electrical signal are specified.
Aus der WO 01/68554 A1 ist eine Glas-Keramik-Zusammensetzung bekannt, die aus einem Glasmaterial und einem Keramikmaterial zusammengesetzt ist. Das Keramikmaterial basiert beispielsweise auf dem System Bariumstrontiumtitanat (Ba1_xSrxTiO3,BST). Das Glasmaterial ist ein mit Erdalkalioxiden versetztes Borosilikatglas. Die bekannte Glas-Keramik-Zusammensetzung zeichnet sich durch eine niedrige Dichtbrandtemperatur von unter 950°C aus. Dadurch ist die Glas-Keramik-Zusammensetzung in der LTCC(Low Temperature Cofired Ceramics)-Technologie einsetzbar, bei der im Volumen eines keramischen Mehrschichtkörpers ein passives elektrisches Bauelement aus elektrisch hoch leitfähigem Silber oder Kupfer integriert werden kann. Darüber hinaus zeichnet sich die bekannte Glas-Keramik-Zusammensetzung durch eine sehr hohe relative Permittivität ε von über 10.000 und einen Temperaturgang der Permittivität mit X7R-Charatkeristik aus. Die Keramikmaterialien des Bariumstrontiumtitanat-Systems sind elektrisch steuerbar. Dies bedeutet, dass sich in Abhängigkeit von einem elektrischen Feld, in dem sich die Keramikmaterialien befinden, die jeweilige Permittivität ändert.A glass-ceramic composition is known from WO 01/68554 A1, which is composed of a glass material and a ceramic material. The ceramic material is based, for example, on the barium strontium titanate (Ba 1 _ x Sr x TiO 3 , BST) system. The glass material is a borosilicate glass mixed with alkaline earth oxides. The well-known glass-ceramic composition is characterized by a low sealing firing temperature of below 950 ° C. As a result, the glass-ceramic composition can be used in LTCC (Low Temperature Cofired Ceramics) technology, in which a passive electrical component made of highly electrically conductive silver or copper can be integrated in the volume of a ceramic multilayer body. In addition, the well-known glass-ceramic composition is characterized by a very high relative permittivity ε of over 10,000 and a temperature response of the permittivity with X7R characteristics. The ceramic materials of the barium strontium titanate system are electrically controllable. This means that depending on an electrical field in which the ceramic materials are located, the respective permittivity changes.
Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art wird als elektrischer Phasenschieber bezeichnet. Unter Phasenschieber wird eine elektrische Schaltung oder sonstige Anordnung verstanden, die einen gewünschten, meist frequenzabhängigen Phasenunterschied zwischen einer elektrischen Eingangsgröße (Wechselspannung, Wechselstrom) und einer elektrischen Ausgangsgröße erzeugt. Als Phasenschieber wird beispielsweise eine Varaktordiode eingesetzt. Die Varaktordiode ist ein Halbleiterbauelement mit spannungsabhängiger Kapazität. Sie wird zur Frequenzvervielfachung, zur Frequenzumsetzung und zur elektronischen Verstimmung von Resonanzkreisen eingesetzt.A device of the aforementioned Type is called an electrical phase shifter. Under phase shifter is understood an electrical circuit or other arrangement, the one you want mostly frequency dependent Phase difference between an electrical input variable (AC voltage, Alternating current) and an electrical output variable. As a phase shifter for example, a varactor diode is used. The varactor diode is a semiconductor device with voltage-dependent capacitance. she will for frequency multiplication, frequency conversion and electronic Detuning of resonance circuits used.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Möglichkeit zu schaffen, um eine kompakte Vorrichtung zum Verändern einer Phasenlage eines sich periodisch ändernden Signals zu erhalten.Object of the present invention is one way to create a compact device for changing a To obtain the phase position of a periodically changing signal.
Zur Lösung der Aufgabe wird eine Glas-Keramik-Zusammensetzung mit mindestens einem Keramikmaterial und mindestens einem Glasmaterial angegeben, wobei das Keramikmaterial Keramikpartikel mit einer mittleren Korngröße d50 von unter 1,0 μm aufweist und eine Permittivität des Keramikmaterials von einem elektrischen Feld abhängt, in dem sich das Keramikmaterial befindet. Die Glas-Keramik-Zusammensetzung ist gekennzeichnet durch eine aus dem Bereich von einschließlich 100 bis einschließlich 1000 ausgewählte relativen Permittivität. Insbesondere beträgt die Permittivität zwischen 100 und 400.To achieve the object, a glass-ceramic composition with at least one ceramic material and at least one glass material is specified, the ceramic material having ceramic particles with an average grain size d 50 of less than 1.0 μm and a permittivity of the ceramic material depending on an electric field, in where the ceramic material is. The glass-ceramic composition is characterized by a relative permittivity selected from the range from 100 to 1000 inclusive. In particular, the permittivity is between 100 and 400.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch eine Vorrichtung zum Verändern einer Phasenlage eines sich periodisch ändernden elektrischen Signals mit mindestens einer spannungsabhängigen Kapazität. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die spannungsabhängige Kapazität von einem Kondensator mit einem Dielektrikum mit einer Glas-Keramik-Zusammensetzung gebildet ist.The task is also solved by a device for changing a phase position of a periodically changing electrical signal with at least one voltage-dependent capacity. The device is characterized in that the voltage dependent capacity of one Capacitor with a dielectric with a glass-ceramic composition is formed.
Die Glas-Keramik-Zusammensetzung besteht aus mindestens einem Glasmaterial und mindestens einem Keramikmaterial. Als Glas-Keramik-Zusammensetzung ist insbesondere eine Mischung aus mehreren Glasmaterialien und mehreren Keramikmaterialien denkbar. Bei der Glas-Keramik-Zusammensetzung bildet beispielsweise das Glasmaterial eine Matrix aus Glas, in der Keramikpartikel des Keramikmaterials oder verschiedener Keramikmaterialien verteilt sind. Die Glas-Keramik-Zusammensetzung kann dabei eine Glaskeramik sein. Die Glaskeramik weist neben Glas auch keramische Kristallisationsprodukte des Glases auf.The glass-ceramic composition consists of at least one glass material and at least one ceramic material. As a glass-ceramic composition is in particular a mixture of several glass materials and several ceramic materials possible. With the glass-ceramic composition For example, the glass material forms a matrix of glass, in the ceramic particles of the ceramic material or various ceramic materials are distributed. The glass-ceramic composition can be a glass ceramic. The glass ceramic shows next to glass also ceramic crystallization products of the glass.
Das Dielektrikum ist zwischen zwei Elektroden des Kondensators angeordnet. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung an den Elektroden und das damit erzeugte elektrische Feld ist die Permittivität des Dielektrikums veränderbar (ε(Vc = 0)/ε(Vc)). Es resultiert eine von der angelegten Spannung abhängige Kapazität.The dielectric is arranged between two electrodes of the capacitor. The permittivity of the dielectric can be changed by applying an electrical voltage to the electrodes and the electrical field generated thereby (ε (V c = 0) / ε (V c )). The result is a capacitance that depends on the voltage applied.
Als steuerbare dielektrische Komponente fungiert das Keramikmaterial der Glas-Keramik-Zusammensetzung. Als Keramikmaterial kommt prinzipiell jedes ferroelektrische Material in Frage, das im für die entsprechende Anwendung benötigten Temperaturbereich paraelektrisch ist. Damit ist ein hinreichend geringer dielektrischer Verlust realisierbar.Acts as a controllable dielectric component the ceramic material of the glass-ceramic composition. As a ceramic material In principle, any ferroelectric material that is im for the appropriate application needed Temperature range is paraelectric. That is sufficient low dielectric loss can be achieved.
Insbesondere weist das Keramikmaterial eine formale Zusammensetzung Ba1_xSrxTiO3 mit 0 ≤ x ≤ 1 auf. Vorzugsweise ist x aus dem Bereich von 0,3 bis 0,7 ausgewählt. Das Keramikmaterial kann Bariumtitanat (BaTiO3), Strontiumtitanat (SrTiO3), Bariumstrontiumtitanat (Ba1_xSrxTiO3 mit 0 < x < 1) oder eine Mischung dieser Keramikmaterialien aufweisen. Durch eine geringe Dotierung an Mangan oder Wolfram kann der dielektrische Verlust des Bariumstrontiumtitanats verringert werden.In particular, the ceramic material has a formal composition Ba 1 _ x Sr x TiO 3 with 0 ≤ x ≤ 1. X is preferably selected from the range from 0.3 to 0.7. The ceramic material can include barium titanate (BaTiO 3 ), strontium titanate (SrTiO 3 ), barium strontium titanate (Ba 1 _ x Sr x TiO 3 with 0 <x <1) or a mixture of these ceramic materials. The dielectric loss of the barium stronti can be caused by a low doping of manganese or tungsten umtitanate be reduced.
In einer besonderen Ausgestaltung weist die Glas-Keramik-Zusammensetzung einen Glasanteil eines Glasmaterials von un ter 20 Vol% und einen Keramikanteil eines Keramikmaterials von über 80 Vol% auf. Der Glasanteil ist dabei genügend hoch gewählt, so dass aufgrund der resultierenden niedrigen Sintertemperatur der Glas-Keramik-Zusammensetzung Silber oder Kupfer zusammen mit der Glas-Keramik-Zusammensetzung gesintert werden können. Der Glasanteil ist aber auch so niedrig wie möglich gewählt, um die Steuerbarkeit und die Güte der Glas-Keramik-Zusammensetzung zu erhalten.In a special configuration exhibits the glass-ceramic composition a glass portion of a glass material of less than 20 vol% and one Ceramic content of a ceramic material of over 80 vol%. The glass portion is enough high chosen, so that due to the resulting low sintering temperature Glass-ceramic composition silver or copper together with the Glass-ceramic composition can be sintered. The glass portion is however also as low as possible chosen to controllability and goodness to maintain the glass-ceramic composition.
Der Keramikanteil kann dabei von mehreren Keramikmaterialien gebildet sein. Beispielsweise setzt sich der Keramikanteil aus Keramikmaterialien des Bariumstrontiumtitanat-Systems unterschiedlicher Stöchiometrie zusammen. In den verschiedenen Keramikmaterialien liegen Barium und Strontium in unterschiedlichen Verhältnissen zueinander vor. Durch die Verwendung von Mischungen der genannten Keramikmaterialien kann insbesondere die Temperaturabhängigkeit der Permittivität der Glas-Keramik-Zusammensetzung verringert werden. Neben der Verwendung von Keramikmaterialien eines keramischen Basissystems sind auch weitere keramische Materialien als Zusätze denkbar, mit deren Hilfe die dielektrischen Eigenschaften der Glas-Keramik-Zusammensetzung variiert werden können. Durch Zusatz eines paraelektrischen Keramikmaterials mit niedriger Permittivität (beispielsweise Magnesiumoxid, MgO) kann die Permittivität der Glas-Keramik-Zusammensetzung erniedrigt werden. Zu berücksichtigen ist hier allerdings, dass dadurch die Abstimmbarkeit der Glas-Keramik-Zusammensetzung geringer werden kann.The ceramic portion can be from several ceramic materials can be formed. For example, sets the ceramic part from ceramic materials of the barium strontium titanate system different stoichiometry together. Barium is found in the various ceramic materials and strontium in different relationships. By the use of mixtures of the ceramic materials mentioned can especially the temperature dependence permittivity the glass-ceramic composition can be reduced. In addition to use of ceramic materials of a ceramic base system are also other ceramic materials conceivable as additives, with their help the dielectric properties of the glass-ceramic composition can be varied. By adding a paraelectric ceramic material with lower permittivity (e.g. magnesium oxide, MgO) can affect the permittivity of the glass-ceramic composition be humiliated. To consider is here, however, that the tunability of the glass-ceramic composition is less can be.
Der Glasanteil kann aus einem oder mehreren Glasmaterialien gebildet sein. Insbesondere weist das Glasmaterial zumindest einen aus der Gruppe Boroxid (B2O3) und/oder Siliziumdioxid (SiO2) und/oder Wismutoxid (Bi2O3) und/oder Zinkoxid (ZnO) ausgewählten Stoff auf. Vorzugsweise setzt sich der Glasanteil aus allen genannten Stoffen zusammen. Diese Stoffe bilden zusammen ein insbesondere gegenüber Strontiumtitanat und Bariumstrontiumtitanat reaktives Glas. Es kann während des Verdichtens ein reaktives Flüssigphasensintern stattfinden (vgl. unten). Durch den relativ geringen Glasanteil werden die dielektrischen Eigenschaften der Glas-Keramik-Zusammensetzung hauptsächlich durch das Keramikmaterial bestimmt. Der Glasanteil trägt aber dazu bei, dass die relative Permittivität der Glas-Keramik-Zusammensetzung im Vergleich zur Permittivität der Keramikmaterialien verringert wird. Eine geringe Permittivität ist für den Einsatz bei Mikrowellenfrequenzen wünschenswert.The glass portion can be formed from one or more glass materials. In particular, the glass material has at least one substance selected from the group consisting of boron oxide (B 2 O 3 ) and / or silicon dioxide (SiO 2 ) and / or bismuth oxide (Bi 2 O 3 ) and / or zinc oxide (ZnO). The glass portion is preferably composed of all of the substances mentioned. Together, these substances form a glass which is particularly reactive towards strontium titanate and barium strontium titanate. Reactive liquid phase sintering can take place during compression (see below). Due to the relatively low proportion of glass, the dielectric properties of the glass-ceramic composition are mainly determined by the ceramic material. However, the glass portion helps to reduce the relative permittivity of the glass-ceramic composition compared to the permittivity of the ceramic materials. Low permittivity is desirable for use at microwave frequencies.
In einer besonderen Ausgestaltung weist das Keramikmaterial Keramikpartikel mit einer durchschnittlichen Partikelgröße d50 von unter 1,0 μm und insbesondere unter 0,5 μm auf. Um dies zu erreichen, wird vorteilhaft zur Herstellung der Glas-Keramik-Zusammensetzung ein Keramikpulver verwendet mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von weit unter 1 μm. Beispielsweise beträgt die durchschnittliche Partikelgröße eines solchen Keramikpulvers unter 0,3 μm. Wenn dafür gesorgt ist, dass während des Verdichtens nahezu kein Kristallwachstum der Keramikpartikel stattfindet, können auch Keramikpulver mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von bis zu 1,0 μm eingesetzt werden. Nahezu kein Kristallwachstum findet beispielsweise beim Verdichten der Glas-Keramik-Zusammensetzung durch viskoses Fließen statt.In a special embodiment, the ceramic material has ceramic particles with an average particle size d 50 of less than 1.0 μm and in particular less than 0.5 μm. In order to achieve this, a ceramic powder with an average particle size of well below 1 μm is advantageously used to produce the glass-ceramic composition. For example, the average particle size of such a ceramic powder is less than 0.3 μm. If it is ensured that there is almost no crystal growth of the ceramic particles during compaction, ceramic powders with an average particle size of up to 1.0 μm can also be used. Almost no crystal growth takes place, for example, when the glass-ceramic composition is compacted by viscous flow.
Die kleinen Keramikpartikel führen zu einer starken Unterdrückung des Curiepeaks des Keramikmaterials. Dies bedeutet, dass das Keramikmaterial mit den kleinen Keramikpartikeln sich im Vergleich zum Keramikmaterial aus größeren Keramikpartikeln durch eine niedrigere Permittivität auszeichnet. Zusätzlich trägt das Glasmaterial der Glas-Keramik-Zusammensetzung zur Verringerung der Permittivität bei, so dass bei dem eingangs erwähnten Bariumstrontiumtitanat-System die relative Permittivität beispielsweise von über 10.000 auf Werte von unter 200 sinkt. Gleichzeitig weisen die Keramikmaterialien aus kleinen Keramikpartikeln eine geringere Temperaturabhängigkeit der Permittivität auf als Keramikmateria lien mit größeren Keramikpartikeln. Die geringe Temperaturabhängigkeit der Permittivität kann zusätzlich durch Mischungen verschiedener Bariumstrontiumtitanate unterschiedlicher stöchiometrischer Zusammensetzung erreicht werden. Im Gegensatz zum starken Einfluss auf die Höhe und die Temperaturabhängigkeit Permittivität bleibt aber bei diesen kleinen Keramikpartikeln die Abstimmbarkeit der Permittivität der Glas-Keramik-Zusammensetzung weitgehend erhalten.The small ceramic particles lead to a strong oppression of the Curie peak of the ceramic material. This means that the ceramic material with the small ceramic particles compared to the ceramic material from larger ceramic particles a lower permittivity distinguished. additionally carries that Glass material of the glass-ceramic composition to reduce permittivity, so that with the aforementioned Barium strontium titanate system the relative permittivity for example from above 10,000 drops to values below 200. At the same time, the ceramic materials from small ceramic particles a lower temperature dependence permittivity on as ceramic materials with larger ceramic particles. The low temperature dependence permittivity can additionally by mixing different barium strontium titanates different stoichiometric composition can be achieved. Contrary to the strong influence on the height and the temperature dependence permittivity However, the tunability remains with these small ceramic particles permittivity the glass-ceramic composition largely preserved.
In einer besonderen Ausgestaltung weist die Glas-Keramik-Zusammensetzung eine Dichtbrandtemperatur von unter 910°C auf. Dies bedeutet, dass die Glas-Keramik-Zusammensetzung bei einer Temperatur von unter 910°C gesintert werden kann. Damit eignet sich die Glas-Keramik-Zusammensetzung zur Anwendung in der LTCC-Technologie. Hochleitfähige Leitungsstrukturen auf Basis von Silber oder Kupfer können zusammen mit der Vorrichtung zum Verändern der Phasenlage mitgesintert werden. Vorteilhaft können daher steuerbare Leitungs- und Wellenleiterstrukturen mit einer niedrigen Leitungsdämpfung im LTCC-Substrat integriert werden.In a special configuration exhibits the glass-ceramic composition a sealing firing temperature of less than 910 ° C. This means that the Glass-ceramic composition sintered at a temperature below 910 ° C can be. The glass-ceramic composition is therefore suitable for Application in LTCC technology. Highly conductive line structures Base of silver or copper can sintered together with the device for changing the phase position become. Can be advantageous therefore controllable line and waveguide structures with one low line loss in the LTCC substrate to get integrated.
Um die niedrige Dichtbrandtemperatur zu erhalten werden zur Herstellung der Glas-Keramik-Zusammensetzung Art der Keramikmaterialien, Art der Glasmaterialien, deren Partikelgrößen und deren Anteile derart aufeinander abgestimmt, dass bei Sintertemperaturen von unter 910°C nicht nur ein Verdichten durch viskoses Fließen aufgrund eines niedrigen Glasübergangspunkts des Glases (Tg < 550°C), sondern auch ein Verdichten durch reaktives Flüssigphasensintern stattfindet. Dabei kommt es zu einer Reaktion des Glasmaterials mit dem Keramikmaterial und in Folge davon zu einer Kristallisation des Glases. Die dabei entstehenden (keramischen) Kristallisationsprodukte bestimmen neben dem eingesetzten Keramikmaterial die dielektrischen Eigenschaften der Glas-Keramik-Zusammensetzung. Im Hinblick auf das reaktive Flüssigphasensintern sind insbesondere Keramikpartikel mit kleinen Partikelgrößen von Vorteil. Kleine Keramikpartikel zeichnen sich aufgrund einer relativ großen Oberfläche durch eine relativ hohe Reaktivität aus.In order to maintain the low sealing firing temperature, the type of ceramic materials, the type of glass materials, their particle sizes and their proportions are matched to one another in such a way that the sintering temperatures of less than 910 ° C. not only result in compression by viscous flow due to a low temperature Glass transition point of the glass (Tg <550 ° C), but also a densification by reactive liquid phase sintering takes place. This leads to a re action of the glass material with the ceramic material and consequently to a crystallization of the glass. The resulting (ceramic) crystallization products determine the dielectric properties of the glass-ceramic composition in addition to the ceramic material used. With regard to reactive liquid phase sintering, ceramic particles with small particle sizes are particularly advantageous. Small ceramic particles are characterized by a relatively high reactivity due to their relatively large surface area.
Die niedrige Dichtbrandtemperatur ist insbesondere auch bei einem Bleioxidanteil und/oder Cadmiumoxidanteil der Glas-Keramik-Zusammensetzung von unter 0,1 Gew.% und insbesondere unter 0,001 Gew.% möglich. Der niedrige Anteil dieser Schwermetallverbindungen trägt zur Umweltverträglichkeit der Vorrichtung mit der Glas-Keramik-Zusammensetzung bei.The low sealing fire temperature is particularly also with a lead oxide and / or cadmium oxide content the glass-ceramic composition of less than 0.1% by weight and in particular less than 0.001% by weight. The low proportion of these heavy metal compounds contributes to environmental compatibility the device with the glass-ceramic composition.
In einer besonderen Ausgestaltung weist das elektrische Signal eine Frequenz von über 10 GHz auf. Dies bedeutet, dass mit der Vorrichtung auch die Phasenlage eines Hochfrequenzsignals verändert werden kann. Vorzugsweise beträgt dazu die relative Permittivität der Glas-Keramik-Zusammensetzung zwischen 100 und 400. Insbesondere eine relative Permittivität von unter 100 bis 200 ist für Hochfrequenzanwendungen geeignet. Es resultieren gut handhabbare Baugrößen elektrischer Bauelemente.In a special configuration the electrical signal has a frequency of over 10 GHz. This means, that with the device also the phase position of a high-frequency signal to be changed can. Preferably is plus the relative permittivity the glass-ceramic composition between 100 and 400. In particular a relative permittivity from under 100 to 200 is for Suitable for high frequency applications. The results are manageable Electrical sizes Components.
Insbesondere ist eine unbelastete dielektrische Güte Qu der Glas-Keramik-Zusammensetzung aus dem Bereich von einschließlich 10 bis einschließlich 500 ausgewählt. Die dielektrische Güte Qu ist der reziproke Wert Hochfrequenzverlustfaktors tan δ. Die dielektrische Güte Qu ist in einem weiten Bereich einstellbar. Das Einstellen erfolgt über die Materialien und die Herstellung der Glas-Keramik-Zusammensetzung.In particular, an unloaded dielectric quality Qu of the glass-ceramic composition is selected from the range from 10 to 500 inclusive. The dielectric quality factor Q u is the reciprocal value of the high frequency loss factor tan δ. The dielectric quality Q u can be adjusted over a wide range. The setting is made via the materials and the manufacture of the glass-ceramic composition.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein elektrisches Bauelement mit einer Vorrichtung zum Verändern der Phasenlage eines sich periodisch ändernden elektrischen Signals angegeben. Das elektrische Bauelement ist aus der Gruppe spannungsgesteuerter Oszillator und/oder Frequenzfilter und/oder Verzögerungsleitung ausgewählt. Je nach dem, welches elektrische Bauelement mit der Vorrichtung ausgestattet werden soll, ist die dielektrische Güte Qu der Glas-Keramik-Zusammensetzung unterschiedlich. Bei dem spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) liegt die dielektrische Güte Qu beispielsweise zwischen 100 und 500, bei dem Frequenzfilter zwischen 10 und 50 und bei der Verzögerungsleitung zwischen 10 und 100.According to a second aspect of the invention, an electrical component with a device for changing the phase position of a periodically changing electrical signal is specified. The electrical component is selected from the group of voltage-controlled oscillators and / or frequency filters and / or delay lines. Depending on which electrical component is to be equipped with the device, the dielectric quality Q u of the glass-ceramic composition differs. In the voltage-controlled oscillator (VCO), the dielectric quality Qu is, for example, between 100 and 500, in the frequency filter between 10 and 50 and in the delay line between 10 and 100.
In einer besonderen Ausgestaltung des Bauelements ist die Vorrichtung zum Verändern der Phasenlage in einem keramischen Mehrschichtkörper integriert. Insbesondere ist der Mehrschichtkörper ein LTCC-Substrat. Die Vorrichtung ist ein im keramischen Mehrschichtkörper integrierter Kondensator. Das Dielektrikum des Kondensators wird beispielsweise durch die Glas-Keramik-Zusammensetzung einer Keramikschicht des keramischen Mehrschichtkörpers gebildet. Dazu wir die Glas-Keramik-Zusammensetzung als keramische Grünfolie im LTCC-Substrat integriert. Denkbar ist auch, dass die Glas-Keramik-Zusammensetzung mit Hilfe einer Siebdruckpaste integriert wird. Dazu wird beispielsweise in einer Grünfolie aus einer beliebigen Glas-Keramik-Zusammensetzung eine Öffnung hergestellt, in die mit Hilfe einer Siebdrucktechnik die Paste eingebracht wird. Nachfolgendes Bedrucken mit einer Metallpaste, Laminieren mit weiteren keramischen Grünfolien, Entbindern und Sintern führt zu einem keramischen Mehrschichtkörper, in dessen Volumen der Kondensator integriert ist.In a special configuration of the component is the device for changing the phase position in one ceramic multilayer body integrated. In particular, the multilayer body is an LTCC substrate. The The device is a capacitor integrated in the ceramic multilayer body. The The dielectric of the capacitor is, for example, due to the glass-ceramic composition a ceramic layer of the ceramic multilayer body is formed. We add the glass-ceramic composition as a ceramic green sheet integrated in the LTCC substrate. It is also conceivable that the glass-ceramic composition with Is integrated using a screen printing paste. For example in a green sheet an opening made from any glass-ceramic composition, into which the paste is applied using a screen printing technique. The following Printing with a metal paste, lamination with other ceramic Green sheets Debinding and sintering leads to a ceramic multilayer body, in the volume of which Capacitor is integrated.
Vorteilhaft kommt die Vorrichtung in einem Multilayer-Waveguide-Phasenschieber für Phased Array Sendeantennen, in einem Streifenleiter- und Koplanarleiter-Phasenschieber und in einem elektrisch abgleichbaren Frequenzfilter zum Einsatz.The device advantageously comes in a multilayer waveguide phase shifter for phased array Transmitting antennas, in a stripline and coplanar phase shifter and used in an electrically adjustable frequency filter.
Mit der Erfindung ergeben sich zusammengefasst folgende wesentliche Vorteile:
- – Es wird eine Glas-Keramik-Zusammensetzung angegeben, die trotz Glasanteil zur Reduzierung der Dichtbrandtemperatur eine gute Steuerbarkeit in einem für die Hochfrequenztechnik geeigneten Permittivitätsbereich aufweist.
- – Mit Hilfe der Glas-Keramik-Zusammensetzung ist eine kompakte spannungsabhängige Kapazität zum Verändern einer Phasenlage eines sich periodisch ändernden elektrischen Signals zugänglich.
- – Die Vorrichtung mit der spannungsabhängigen Kapazität kann mit relativ einfachen Mitteln und kostengünstig mit Hilfe der LTCC-Technologie in einem keramischen Mehrschichtkörper integriert werden.
- – Die Vorrichtung kann zusammen mit eine Vielzahl elektrischer Bauteile im keramischen Mehrschichtkörper integriert werden.
- – Die Vorrichtung zeichnet sich durch eine hohe Leistungsverträglichkeit und hohe Schaltungsgeschwindigkeit auch bei hohen Frequenzen von über 10 GHz aus.
- – Mit der Glas-Keramik-Zusammensetzung ist eine an die entsprechende Anwendung angepasste dielektrische Güte Qu erzielbar, was zu einer relativ niedrigen Leitungsdämpfung und damit zu einem relativ niedrigen Verlust insbesondere im Hochfrequenzbereich führt.
- - A glass-ceramic composition is specified which, despite the glass content to reduce the sealing firing temperature, has good controllability in a permittivity range suitable for high-frequency technology.
- - With the help of the glass-ceramic composition, a compact voltage-dependent capacitance for changing a phase position of a periodically changing electrical signal is accessible.
- - The device with the voltage-dependent capacitance can be integrated in a ceramic multilayer body with relatively simple means and inexpensively with the help of LTCC technology.
- - The device can be integrated together with a large number of electrical components in the ceramic multilayer body.
- - The device is characterized by high performance compatibility and high switching speed even at high frequencies of over 10 GHz.
- - With the glass-ceramic composition, a dielectric quality Q u adapted to the corresponding application can be achieved, which leads to a relatively low line attenuation and thus to a relatively low loss, especially in the high-frequency range.
Anhand mehrer Ausführungsbeispiele und der dazugehörigen Figuren wird die Erfindung im Folgenden vorgestellt. Die Figuren ist schematisch und stellt keine maßstabsgetreue Abbildung dar.Using several exemplary embodiments and the associated one Figures the invention is presented below. The figures is schematic and does not represent a true-to-scale illustration.
Die Vorrichtung
In einer alternativen Ausführungsform
ist der Phasenschieber auf einem keramischen Körper aufgebracht (
Die spannungsabhängige Kapazität wird von einem
Kondensator
Gemäß erstem Ausführungsbeispiel
ist das elektrische Bauelement
In einem weiteren Ausführungsbeispiel
gemäß
In einem weiteren Ausführungsbeispiel
ist der Phasenschieber auf einem keramischen Körper
Die Glas-Keramik-Zusammensetzung weist einen Keramikanteil des Keramikmaterials von etwa 90 Vol.% und einen Glasanteil des Glasmaterials von etwa 10 Vol.% auf.The glass-ceramic composition has a ceramic portion of the ceramic material of approximately 90 vol.% and a glass portion of the glass material of about 10% by volume.
Der Keramikanteil wird zu etwa 80 Gew.% von Bariumstrontiumtitanat mit der stöchiometrischen Zusammensetzung Ba0,5Sr0,5TiO3 und zu etwa 20 Gew.% von Magnesiumoxid gebildet. Die durchschnittliche Partikelgröße d5 0 dieser Keramikmaterialien beträgt etwa 0,5 μm.The ceramic portion is made up of about 80% by weight of barium strontium titanate with the stoichiometric composition Ba 0.5 Sr 0.5 TiO 3 and about 20% by weight of magnesium oxide. The average particle size d 0 5 of these ceramic materials is about 0.5 microns.
Das Glasmaterial setzt sich zusammen aus 27 Gew.% Boroxid, 35 Gew. Wismutoxid, 32 Gew.% Zinkoxid und 6 Gew.% Siliziumdioxid.The glass material is composed from 27% by weight boron oxide, 35% by weight bismuth oxide, 32% by weight zinc oxide and 6% by weight of silicon dioxide.
Die Glas-Keramik-Zusammensetzung
weist eine Dichtbrandtemperatur von etwa 900°C auf. Zur Integration der Glas-Keramik-Zusammensetzung in dem
keramischen Mehrschichtkörper
Claims (12)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE2002145106 DE10245106A1 (en) | 2002-09-27 | 2002-09-27 | Glass-ceramic material suitable for making electrical phase shift component operating at specific frequencies, has specified relative permittivity |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| DE2002145106 DE10245106A1 (en) | 2002-09-27 | 2002-09-27 | Glass-ceramic material suitable for making electrical phase shift component operating at specific frequencies, has specified relative permittivity |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE10245106A1 true DE10245106A1 (en) | 2004-04-15 |
Family
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|---|---|---|---|
| DE2002145106 Withdrawn DE10245106A1 (en) | 2002-09-27 | 2002-09-27 | Glass-ceramic material suitable for making electrical phase shift component operating at specific frequencies, has specified relative permittivity |
Country Status (1)
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|---|---|
| DE (1) | DE10245106A1 (en) |
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