DE112010006074T5

DE112010006074T5 - HF-Vorrichtung und Verfahren zum Abstimmen einer HF-Vorrichtung

Info

Publication number: DE112010006074T5
Application number: DE112010006074T
Authority: DE
Inventors: Zhidong Liu; Kevin R. Boyle; Maurice De Jongh; Jeroen Bielen; Klaus Reimann
Original assignee: Epcos AG
Current assignee: Qualcomm Technologies Inc
Priority date: 2010-12-23
Filing date: 2010-12-23
Publication date: 2013-10-10
Also published as: US20130335168A1; WO2012084057A1; JP2014506412A; KR20140040073A; JP5752803B2; US9300270B2

Abstract

Eine HF-Vorrichtung (11) umfasst ein Substrat (60) und eine Reihenschaltung (12) aus einer abstimmbaren HF-Komponente (13) und einem DC-Sperrkondensator (14). Die Reihenschaltung (12) ist auf dem Substrat (60) angeordnet und koppelt eine HF-Signalklemme (15) mit einer Klemme (16) mit fester Spannung, die von der HF-Signalklemme (15) elektrisch isoliert ist. Die abstimmbare HF-Komponente (13) ist an die HF-Signalklemme (15) gekoppelt, der DC-Sperrkondensator (14) ist an die Klemme (16) mit fester Spannung gekoppelt und eine Treiberklemme (18) ist an die abstimmbare HF-Komponente (13) gekoppelt.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine HF-Vorrichtung, ein System, das eine HF-Vorrichtung umfasst, und ein Verfahren zum Abstimmen einer HF-Vorrichtung.
Eine HF-Vorrichtung (Hochfrequenz-Vorrichtung) umfasst häufig eine Komponente mit einem abstimmbaren Kapazitätswert, wie zum Beispiel einen Varaktor, eine Diode oder einen mikroelektromechanischen Systemkondensator, abgekürzt MEMS-Kondensator. Eine solche Komponente benötigt eine Vorspannung. Daher wird an mindestens einer Klemme der Komponente mit dem abstimmbaren Kapazitätswert ein DC-Sperrkondensator (Gleichspannungs-Sperrkondensator) angebracht.
Das Dokument WO 2006/065693 A1 bezieht sich auf eine Schlitzantenne, die einen MEMS-Varaktor für das Abstimmen einer Resonanzfrequenz aufweist.
Das Dokument WO 2006/129239 A1 bezieht sich auf eine Planarantennenbaugruppe mit einer Impedanzanpassung. Ein Schaltkreis umfasst abstimmbare Kondensatoren, die in Reihe geschaltet sind.
Die Veröffentlichung "Distortion in Variable-Capacitance Diodes", Robert G. Meyer, Mark L. Stevens, IEEE Journal of Solid-State Circuits, Band SC-10, Nr. 1, Februar 1975, Seiten 47–54, beschreibt Schaltkreise mit Kapazitätsdioden.
Das Dokument WO 2010/106484 A1 betrifft einen Bondrahmen, der in elektronische Schaltkreise integriert ist. Der geschlossene Bondrahmen bildet ein induktives Element. Außerdem koppelt eine Reihenschaltung aus einem MEMS-Kondensator und einem weiteren Kondensator zwei Bereiche des Bondrahmens miteinander. Eine Klemme des MEMS-Kondensators ist mit einem ersten Bereich des Bondrahmens elektrisch verbunden und eine Klemme des weiteren Kondensators ist mit einem anderen Bereich des Bondrahmens elektrisch verbunden.
Im Dokument WO 2008/087585 A2 wird ein MEMS-System beschrieben, das ein Kondensator-Schalter-Array umfasst. Das Kondensator-Schalter-Array umfasst Reihenschaltungen eines Kondensators und eines MEMS-Schalters. Der Kapazitätswert des Kondensator-Schalter-Arrays wird abgestimmt, indem die MEMS-Schalter in einen offenen oder geschlossenen Zustand geschaltet werden.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine HF-Vorrichtung, ein System, das eine HF-Vorrichtung umfasst, und ein Verfahren für das Abstimmen einer HF-Vorrichtung bereitzustellen, welches die parasitären Effekte des DC-Sperrkondensators verringert.
Diese Aufgabe wird erfüllt durch eine HF-Vorrichtung, ein System und ein Verfahren für das Abstimmen einer HF-Vorrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Ausführungsformen der HF-Vorrichtung werden in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Eine HF-Vorrichtung umfasst ein Substrat und eine Reihenschaltung einer abstimmbaren HF-Komponente und eines DC-Sperrkondensators. Die Reihenschaltung der abstimmbaren HF-Komponente und des DC-Sperrkondensators ist auf dem Substrat angeordnet und koppelt eine HF-Signalklemme an eine Klemme mit fester Spannung. Die Klemme mit fester Spannung ist von der HF-Signalklemme elektrisch isoliert. Die abstimmbare HF-Komponente ist an die HF-Signalklemme gekoppelt. Der DC-Sperrkondensator ist an die Klemme mit fester Spannung angeschlossen. Außerdem ist eine Treiberklemme an die abstimmbare HF-Komponente gekoppelt.
Da der DC-Sperrkondensator mit der Klemme mit fester Spannung verbunden ist, haben parasitäre Effekte der DC-Sperrkondensatoren wie zum Beispiel parasitären Kondensatoren konstante Werte, was zu einem verringerten Einfluss der parasitären Effekte auf die HF-Vorrichtung führt. Die HF-Vorrichtung hat einen niedrigeren Kapazitätswert und ein höheres Kapazitätsverhältnis, wenn die abstimmbare HF-Komponente zwischen ihrem minimalen und ihrem maximalen Kapazitätswert abgestimmt und mit der HF-Signalklemme verbunden ist.
Bei einer Ausführungsform wird die Treiberklemme an einen Knoten zwischen der abstimmbaren HF-Komponente und dem DC-Sperrkondensator gekoppelt.
Bei einer alternativen Ausführungsform wird die Treiberklemme an eine Steuerklemme der abstimmbaren HF-Komponente gekoppelt.
Bei einer Ausführungsform ist eine Bezugspotentialklemme so an die HF-Signalklemme gekoppelt, dass die Bezugspotentialklemme DC-geerdet ist. Die HF-Signalklemme ist zum Beispiel über eine Komponente oder einen Schaltkreis, die oder der einen Gleichstromfluss zwischen der HF-Signalklemme und der Bezugspotentialklemme erlaubt, mit der Bezugspotentialklemme verbunden. Die HF-Signalklemme kann über eine Antenne, eine Induktivität oder einen Widerstand mit der Bezugspotentialklemme verbunden werden. Auf diese Weise wird die Gleichspannung an der abstimmbaren HF-Komponente nur durch ein Treibersignal an der Treiberklemme beeinflusst. An der HF-Signalklemme kann in Bezug auf die Bezugspotentialklemme nur ein Wechselspannungssignal, aber keine Gleichspannung abgegriffen werden. Auf diese Weise wird der Kapazitätswert der abstimmbaren HF-Komponente nicht von einer Gleichspannungsänderung an der HF-Signalklemme beeinflusst. Ein gemeinsamer Entwurf einer vorgespannten abstimmbaren Impedanzeinheit und von HF-Komponenten wird durchgeführt. Eine oder mehrere der HF-Komponenten, die mit der HF-Vorrichtung verbunden sind, werden DC-geerdet. Die DC-Erdung erlaubt, dass die HF-Vorrichtung direkt mit den HF-Komponenten verbunden wird.
Bei einer Ausführungsform wird die Bezugspotentialklemme an die Klemme mit fester Spannung gekoppelt. Auf diese Weise werden sowohl die Klemme mit fester Spannung als auch die HF-Signalklemme DC-geerdet, aber nur die Klemme mit fester Spannung ist AC-geerdet. Die Bezugspotentialklemme stellt ein Erdpotential bereit. Die Klemme mit fester Spannung hat das Erdpotential. Ein HF-Eingangssignal wird an der HF-Signalklemme bereitgestellt. Die Spannung des HF-Eingangssignals ist vom Erdpotential verschieden.
Bei einer Ausführungsform ist das Substrat ein Halbleitersubstrat. Das Substrat ist vorzugsweise ein Siliziumsubstrat. Das Substrat kann ein Siliziumwafer oder ein Siliziumchip sein. Das Substrat umfasst vorzugsweise einen Einkristall des Halbleiters.
Bei einer Ausführungsform ist die abstimmbare HF-Komponente eine aus einer Gruppe umfassend eine Varaktor-Diode, eine PIN-Diode, einen MEMS-Kondensator, wie zum Beispiel einen Kondensator mit einer beweglichen Kondensatorelektrode, einen Kondensator mit einer abstimmbaren dielektrischen Schicht, wie zum Beispiel einer ferroelektrischen Schicht, eine galvanische MEMS-Komponente, wie zum Beispiel ein Mikrorelais und einen p-Kanal-Transistor mit hoher Elektronenbeweglichkeit, abgekürzt pHEMT. PIN-Diode ist die Abkürzung für eine positiv dotierte/eigenleitende/negativ dotierte Diode. Die Varaktor-Diode, die PIN-Diode, der MEMS-Kondensator und der Kondensator mit der abstimmbaren dielektrischen Schicht erhalten abhängig vom Treibersignal ein Spektrum von Kapazitätswerten zwischen einem minimalen Kapazitätswert und einem maximalen Kapazitätswert. Die galvanische MEMS-Komponente hat einen offenen und einen geschlossenen Zustand, sodass die Reihenschaltung der abstimmbaren HF-Komponente und des DC-Sperrkondensators entweder den Kapazitätswert des Sperrkondensators oder einen Kapazitätswert von ungefähr null zeigt.
Bei einer Ausführungsform umfasst die HF-Vorrichtung einen Deckel und einen Bondrahmen. Der Bondrahmen verbindet den Deckel mit einer ersten Oberfläche des Substrats. Der Deckel und das Substrat schließen einen Hohlraum ein. Der Hohlraum kann mit einem Gas, wie zum Beispiel Luft, gefüllt sein. Die abstimmbare HF-Komponente und der DC-Sperrkondensator können in dem Hohlraum auf der ersten Oberfläche des Substrats angeordnet sein. Auf diese Weise kapselt der Deckel das Substrat so ein, dass der Einfluss von Störungen auf die abstimmbare HF-Komponente und den DC-Sperrkondensator verringert wird.
Bei einer Ausführungsform umfasst ein System die HF-Vorrichtung und eine Antenne, die an die HF-Signalklemme gekoppelt ist.
Bei einer Weiterentwicklung wird die Antenne DC-geerdet oder eine Verbindungsleitung zwischen der HF-Signalklemme und der Antenne wird DC-geerdet. Durch die DC-Erdung koppelt ein leitfähiger Pfad die HF-Signalklemme mit der Bezugspotentialklemme.
Daher steuert das Treibersignal die Gleichspannung an der abstimmbaren HF-Komponente so, dass der Kapazitätswert der abstimmbaren HF-Komponente eingestellt wird.
Bei einer Ausführungsform wird das System in einem Mobiltelefon, einer tragbaren Vorrichtung, einem RFID-Lesegerät oder einem miniaturisierten adaptiven HF-Modul angewendet.
Bei einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren für das Abstimmen einer HF-Vorrichtung das Bereitstellen eines HF-Eingangssignals, das DC-geerdet ist, an einer HF-Signalklemme, und das Bereitstellen eines Erdpotentials an einer Klemme mit fester Spannung. Eine Reihenschaltung einer abstimmbaren HF-Komponente und eines DC-Sperrkondensators ist auf einem Substrat angeordnet und koppelt die HF-Signalklemme an die Klemme mit fester Spannung. Die Klemme mit fester Spannung ist von der HF-Signalklemme elektrisch isoliert. Die abstimmbare HF-Komponente ist an die HF-Signalklemme gekoppelt. Der DC-Sperrkondensator ist an die Klemme mit fester Spannung gekoppelt. Ein Treibersignal steuert die abstimmbare HF-Komponente.
Bei einer Ausführungsform wird das HF-Eingangssignal durch eine ohmsche oder induktive Verbindung der HF-Signalklemme mit einer Bezugspotentialklemme DC-geerdet. Das Erdpotential wird an der Bezugspotentialklemme bereitgestellt. Die HF-Signalklemme ist vorzugsweise nicht AC-geerdet. Das HF-Eingangssignal ist vom Erdpotential verschieden. Das HF-Eingangssignal weist keine Gleichspannung auf.
Die folgende Beschreibung der Figuren beispielhafter Ausführungsformen kann die Erfindung ausführlicher darstellen und erklären. Schaltkreise, Vorrichtungen und Komponenten mit der gleichen Struktur bzw. dem gleichen Effekt erscheinen mit äquivalenten Bezugszeichen. Soweit Schaltkreise, Vorrichtungen oder Komponenten sich in Bezug auf ihre Funktion in verschiedenen Figuren einander entsprechen, wird die Beschreibung derselben nicht für jede der nachfolgenden Figuren wiederholt.
1 bis 8 zeigen Ausführungsbeispiele eines Systems, das eine HF-Vorrichtung umfasst, und
9 bis 13 zeigen Ausführungsbeispiele einer HF-Vorrichtung.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Systems 10, das eine HF-Vorrichtung 11 umfasst. Die HF-Vorrichtung 11 umfasst eine Reihenschaltung 12, die eine abstimmbare HF-Komponente 13 und einen DC-Sperrkondensator 14 aufweist. Außerdem weist die HF-Vorrichtung 11 eine HF-Signalklemme 15 und eine Klemme 16 mit fester Spannung auf. Die Klemme 16 mit fester Spannung ist direkt und dauerhaft mit einer Bezugspotentialklemme 17 verbunden. Die Klemme 16 mit fester Spannung ist alternativ mit einer Versorgungsspannungsklemme verbunden. Eine Klemme der abstimmbaren HF-Komponente 13 ist mit der Klemme 16 mit fester Spannung verbunden. Dementsprechend ist eine Klemme des DC-Sperrkondensators 14 mit der HF-Signalklemme 15 verbunden.
Außerdem umfasst die HF-Vorrichtung 11 eine Treiberklemme 18, die mit einem Knoten zwischen der abstimmbaren HF-Komponente 13 und dem DC-Sperrkondensator 14 verbunden ist. Ein Treiberschaltkreis 19 ist mit der Treiberklemme 18 verbunden. Der Treiberschaltkreis 19 umfasst eine Reihenschaltung einer Spannungsquelle 20 und eines Widerstands 21. Der Treiberschaltkreis 19 ist zwischen die Treiberklemme 18 und die Bezugspotentialklemme 17 geschaltet. Der Treiberschaltkreis 19 ist als DC-Vorspannungsschaltkreis ausgelegt. Ein erster parasitärer Kondensator 22 ist zwischen der Bezugspotentialklemme 17 und einem Knoten zwischen der abstimmbaren HF-Komponente 13 und der Klemme 16 mit fester Spannung angeordnet. Ein zweiter parasitärer Kondensator 23 verbindet die Bezugspotentialklemme 17 mit dem Knoten zwischen der abstimmbaren HF-Komponente 13 und dem DC-Sperrkondensator 14. Außerdem verbindet ein dritter parasitärer Kondensator 24 die Bezugspotentialklemme 17 mit einem Knoten zwischen dem DC-Sperrkondensator 14 und der HF-Signalklemme 15.
Das System 10 umfasst außerdem einen HF-Schaltkreis 25, der weitere HF-Komponenten aufweist. Der HF-Schaltkreis 25 ist mit der HF-Signalklemme 15 verbunden. Außerdem ist eine HF-Eingangsklemme 26 mit einem Knoten zwischen dem HF-Schaltkreis 25 und der HF-Signalklemme 15 verbunden. Die gestrichelte rechteckige Linie zeigt das Gehäuse der HF-Vorrichtung 11 an.
Die HF-Vorrichtung 11 stellt einen abstimmbaren Kapazitätswert bereit. Ein HF-Eingangssignal SRF kann an der HF-Eingangsklemme 26 abgegriffen werden. Das HF-Eingangssignal SRF wird an den HF-Schaltkreis 25 und die HF-Signalklemme 15 angelegt. Der Treiberschaltkreis 19 versorgt die Treiberklemme 18 mit einem Treibersignal SD. Auf diese Weise wird das Treibersignal SD an der abstimmbaren HF-Komponente 13 bereitgestellt und stellt die Gleichspannung an der abstimmbaren HF-Komponente 13 ein. Mithilfe der Gleichspannung an der abstimmbaren HF-Komponente 13 wird der Kapazitätswert der abstimmbaren HF-Komponente 13 bestimmt. Der DC-Sperrkondensator 14 blockiert einen Gleichstrom von der HF-Signalklemme 15 zur abstimmbaren HF-Komponente 13. Der Gesamtkapazitätswert CS der Reihenschaltung 12 kann gemäß folgender Gleichung berechnet werden, wenn die parasitären Kondensatoren 22, 23, 24 vernachlässigt werden:
wobei CMEMS der Kapazitätswert der abstimmbaren HF-Komponente 13 und CDC der Kapazitätswert des DC-Sperrkondensators 14 ist. Da der Kapazitätswert CMEMS kleiner ist als der Kapazitätswert CDC, ist der Kapazitätswert CS der Reihenschaltung 12 etwa gleich dem Kapazitätswert CMEMS der abstimmbaren HF-Komponente 13.
Wenn die parasitären Kondensatoren 22, 23, 24 nicht vernachlässigt werden, kann der Kapazitätswert CS der Reihenschaltung 12 gemäß den folgenden Gleichungen berechnet werden:
wobei C2P der Kapazitätswert des zweiten parasitären Kondensators 23 ist und C3P der Kapazitätswert des dritten parasitären Kondensators 24 ist.
Im „geschlossenen” Zustand erhält die abstimmbare HF-Komponente 13 einen hohen Kapazitätswert, wohingegen in einem „offenen” Zustand die abstimmbare HF-Komponente 13 einen niedrigen Kapazitätswert erhält. Für die in 1 gezeigte Reihenschaltung 12 ist das Kapazitätsverhältnis zwischen dem „geschlossenen” und dem „offenen” Zustand:
wobei CMEMS_C der Kapazitätswert der abstimmbaren HF-Komponente 13 im „geschlossenen” Zustand und CMEMS_O der Kapazitätswert der abstimmbaren HF-Komponente 13 im „offenen” Zustand ist. 1 zeigt eine typische Konfiguration für eine nebengeschlossene HF-Vorrichtung 11, wobei nur ein Anschluss der HF-Vorrichtung 11 eine Vorspannung benötigt. Die HF-Vorrichtung 11 kann als ein MEMS-Schalter bezeichnet werden.
HF-Komponenten werden normalerweise nicht DC-geerdet und die Gleichspannung an HF-Komponenten kann von Anwendung zu Anwendung unterschiedlich sein. Eine Allzweck-HF-Vorrichtung stellt daher am besten potentialfreie Verbindungen bereit. Dies bedeutet, dass für Vorrichtungen, die eine Vorspannung benötigen, wie zum Beispiel MEMS-Dioden oder Varaktor-Dioden, ein DC-Sperrkondensator 14 an den Anschlüssen der Vorrichtung angebracht wird. In der vielseitigsten Konfiguration bedeutet dies, dass jeder Anschluss der Vorrichtung einen DC-Sperrkondensator 14 und einen Vorspannungsschaltkreis benötigt, um den geeigneten Spannungspegel einzustellen. Jeder Vorspannungsschaltkreis und Sperrkondensator 14 verursacht Verluste und fügt parasitäre Impedanzen hinzu.
2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Systems 10. Das System 10 umfasst eine Antenne 30, die mit der HF-Signalklemme 15 verbunden ist. Das System 10 ist eine MEMS-geschaltete Antennenanordnung.
3 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform des Systems 10 gemäß dem vorgelegten Prinzip. Das in 3 gezeigte System 10 ist eine Weiterentwicklung des in den 1 und 2 gezeigten Systems. Die Reihenschaltung 12 ist in einer derartigen Weise angeordnet, dass eine Klemme der abstimmbaren HF-Komponente 13 mit der HF-Signalklemme 15 verbunden ist und eine Klemme des DC-Sperrkondensators 14 mit der Klemme 16 mit fester Spannung verbunden ist. Die abstimmbare HF-Komponente 13 ist eine einstellbare HF-Komponente oder eine variable HF-Komponente. Die abstimmbare HF-Komponente 13 ist als abstimmbarer Kondensator ausgeführt. Die Antenne 30 ist mit der HF-Signalklemme 15 verbunden. Die HF-Vorrichtung 11 ist als eine MEMS-Vorrichtung ausgeführt.
Die Antenne 30 ist so ausgeführt, dass ein DC-Erdpotential durch die Antenne 30 an die HF-Signalklemme 15 angelegt wird. Der Treiberschaltkreis 19 ist zwischen die Treiberklemme 18 und die Bezugspotentialklemme 17 geschaltet. Da ein DC-Erdpotential an die HF-Signalklemme 15 angelegt wird, kann das Treibersignal SD die Gleichspannung zwischen der ersten und der zweiten Klemme der abstimmbaren HF-Komponente 13 einstellen. Auf diese Weise wird der Kapazitätswert der abstimmbaren HF-Komponente 13 allein durch das Treibersignal SD gesteuert und nicht durch das HF-Eingangssignal SRF. Der erste parasitäre Kondensator 22 koppelt einen Knoten zwischen der abstimmbaren HF-Komponente 13 und der HF-Signalklemme 15 mit der Bezugspotentialklemme 17. Außerdem verbindet der dritte parasitäre Kondensator 24 die Bezugspotentialklemme 17 mit einem Knoten zwischen dem DC-Sperrkondensator 14 und der Klemme 15 mit fester Spannung. Auf diese Weise befinden sich, wie zum Beispiel in den 1 und 2 gezeigt, die drei parasitären Kondensatoren 22, 23, 24 an den gleichen Klemmen der abstimmbaren HF-Komponente 13 und des DC-Sperrkondensators 14.
Der Kapazitätswert CS der Reihenschaltung 12 kann gemäß folgender Gleichungen berechnet werden:
wobei CDC der Kapazitätswert des DC-Sperrkondensators 14, CMEMS der Kapazitätswert der abstimmbaren HF-Komponente 13, C1P der Kapazitätswert des ersten parasitären Kondensators 22 und C2P der Kapazitätswert des zweiten parasitären Kondensators 23 ist.
Für die in 3 gezeigte Reihenschaltung 12 ist das Kapazitätsverhältnis zwischen dem „geschlossenen” und dem „offenen” Zustand:
Falls die Summe der Kapazitätswerte C2P und C3P größer ist als der Kapazitätswert C1P, dann ist der Kapazitätswert CS der HF-Vorrichtung 11 gemäß 3 kleiner als der Kapazitätswert CS der HF-Vorrichtung 11 gemäß 1. Außerdem ist das Kapazitätsverhältnis der HF-Vorrichtung 11 von 3 größer als das Kapazitätsverhältnis der HF-Vorrichtung 11 gemäß 1. Dies ist zum Beispiel der Fall, wenn der DC-Sperrkondensator 14 viele parasitäre Effekte hinzufügt oder der Kapazitätswert C2P nicht kleiner ist als der Kapazitätswert C1P.
Gemäß 3 ist die HF-Vorrichtung 11 direkt mit der DC-geerdeten Antenne 30 verbunden. Das System 10 setzt nicht nur die parasitären Effekte des DC-Sperrkondensators 14 auf ein Mindestmaß herab, sondern verringert auch den Verlust im DC-Vorspannungswiderstand 21. In 3 wird ein gemeinsamer Entwurf einer vorgespannten abstimmbaren Impedanz-Vorrichtung wie zum Beispiel der HF-Vorrichtung 11 und von HF-Komponenten wie zum Beispiel der Antenne 30 beschrieben. Mithilfe der Antenne 30, die DC-geerdet ist, wird das System 10 optimiert. Die Vorteile der HF-Vorrichtung 11 gemäß 3 im Vergleich zur HF-Vorrichtung 11 in 1 sind: Die HF-Vorrichtung 11 in 3 hat geringere Verluste, d. h. einen größeren Gütefaktor. Die HF-Vorrichtung 11 in 3 stellt eine geringere Mindestkapazität bereit. Außerdem weist die HF-Vorrichtung 11 in 3 ein größeres Kapazitätsverhältnis zwischen dem „geschlossenen” und dem „offenen” Zustand auf.
In den 3 bis 13 wird ein gemeinsamer Entwurf der HF-Vorrichtung 11, die als MEMS-Vorrichtung umgesetzt werden kann, und von HF-Komponenten wie zum Beispiel dem HF-Schaltkreis 25 und der Antenne 30 beschrieben. Die HF-Vorrichtung 11 ist im Nebenschluss mit der DC-geerdeten Antenne 30, das heißt in einer Parallelschaltung mit der Antenne 30. Die HF-Vorrichtung 11 umfasst die abstimmbare HF-Komponente 13, einen Silizium-Chip und ein Gehäuse, welches das MEMS gegenüber Feuchtigkeit und anderen schädlichen Umwelteinflüssen abdichtet, wie zum Beispiel in den 9 und 13 gezeigt.
Vorteilhafterweise weist der Einspeisepunkt der Vorspannung, das heißt die Treiberklemme 18, einen aufgrund der Spannungsteilung zwischen der abstimmbaren HF-Komponente 13 und dem DC-Sperrkondensator 14 niedrigeren HF-Spannungswert auf und leitet folglich weniger Leistung in den Vorwiderstand 21 ab, also weniger Verlust.
Bei einer alternativen Ausführungsform kann die abstimmbare HF-Komponente 13 als ein HF-Schalter umgesetzt werden. Der HF-Schalter kann als ein HF-MEMS-Schalter ausgelegt werden. Der HF-MEMS-Schalter kann als Mikrorelais ausgeführt werden. In diesem Fall ist der Treiberschaltkreis 19 mit einer Steuerklemme der abstimmbaren HF-Komponente 13 und nicht mit dem Knoten zwischen der abstimmbaren HF-Komponente 13 und dem DC-Sperrkondensator 14 verbunden. Der MEMS-Schalter hat eine DC-Erdung am HF-Eingangsanschluss 15. Der HF-MEMS-Schalter ist ein Beispiel für eine galvanische MEMS-Komponente. Die abstimmbare HF-Komponente 13 kann alternativ eine Varaktor-Diode, eine PIN-Diode, einen Kondensator mit einer abstimmbaren dielektrischen Schicht, wie zum Beispiel einer ferroelektrischen Schicht, oder einen pHEMT umfassen.
4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Systems gemäß dem vorgelegten Prinzip. Das System 10 von 4 ist eine Weiterentwicklung des durch die 1 bis 3 erläuterten Systems. Die Antenne 30 ist als eine Mikrostreifenantenne ausgeführt. Die Antenne 30 ist als eine ebene umgekehrte F-förmige Antenne, abgekürzt PIFA (planar inverted F-antenna) umgesetzt. Die Antenne 30 umfasst eine Leiterbahn 31, die auf einer gedruckten Leiterplatte 32, abgekürzt PCB (printed circuit board) angeordnet ist. Die Antenne 30 umfasst einen Pin 33, der an eine Bezugspotentialklemme der PCB 32 gekoppelt ist. Der Pin 33 der Antenne 30 ist als Kurzschlusspin ausgelegt. Auf diese Weise wird die Antenne 30 als eine DC-geerdete Antenne ausgeführt. 4 stellt einen gemeinsamen Entwurf einer MEMS-Vorrichtung und von HF-Komponenten dar.
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Systems gemäß dem vorgelegten Prinzip. Das in 5 dargestellte System 10 ist eine Weiterentwicklung des in den 1 bis 4 gezeigten Systems. Der DC-Sperrkondensator 14 ist als eine zusätzliche abstimmbare HF-Komponente 35 ausgeführt. Die zusätzliche abstimmbare HF-Komponente 35 ist so ausgelegt, dass sie als DC-Sperrkondensator funktioniert. Auf diese Weise wird das Treibersignal SD an die abstimmbare HF-Komponente 13 und an die zusätzliche abstimmbare HF-Komponente 35 angelegt. Da beide Kondensatoren 13, 35 der Reihenschaltung 12 abstimmbar sind, wird das Kapazitätsverhältnis weiter vergrößert. Die Antenne 30 funktioniert als eine HF-Komponente mit einer DC-Erdung. Die HF-Vorrichtung 11 ist als eine HF-MEMS-Matrix ausgeführt. Die HF-MEMS-Matrix ist eine in Reihe geschaltete MEMS-Matrix.
6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Systems gemäß dem vorgelegten Prinzip. Das System 10 von 6 ist eine Weiterentwicklung des durch die 1 bis 5 beschriebenen Systems. Die HF-Vorrichtung 11 umfasst zusätzlich eine weitere Reihenschaltung 40, die eine weitere abstimmbare HF-Komponente 41 und einen weiteren DC-Sperrkondensator 42 umfasst. Der weitere DC-Sperrkondensator 42 ist mit der Klemme 16 mit fester Spannung verbunden. Eine weitere HF-Signalklemme 43 der HF-Vorrichtung 11 ist mit der weiteren abstimmbaren HF-Komponente 41 verbunden. Eine Leiterbahn des Systems 10 verbindet die HF-Signalklemme 15 mit der weiteren HF-Signalklemme 43.
Die HF-Vorrichtung 11 ist als eine HF-MEMS-Matrix ausgeführt. Die Antenne 30 ist ein Beispiel für eine HF-Komponente mit einer DC-Erdung. Die weitere Reihenschaltung 40 erhält einen weiteren ersten, einen weiteren zweiten und einen weiteren dritten parasitären Kondensator 44 bis 46. Außerdem ist eine weitere Treiberklemme 47 mit einem Knoten zwischen der weiteren abstimmbaren HF-Komponente 41 und dem weiteren DC-Sperrkondensator 42 verbunden. Ein weiterer Treiberschaltkreis 48 koppelt die weitere Treiberklemme 47 an die Bezugspotentialklemme 17 und umfasst eine weitere Spannungsquelle 49 und einen weiteren Widerstand 50. Die HF-Vorrichtung 11 umfasst eine parallel geschaltete MEMS-Matrix. Die DC-Vorspannungsanschlüsse 18, 47 können jeden MEMS-Schalter oder variablen Kondensator einzeln steuern. Die HF-Vorrichtung 11 kann als eine MEMS-Matrix ausgebildet werden, die, wie in den 5 und 6 gezeigt, mehr als einen in Reihe oder parallel geschalteten MEMS-Schalter beinhaltet.
Bei einer alternativen, nicht gezeigten Ausführungsform ist die weitere Reihenschaltung 40 zwischen der HF-Signalklemme 15 und der Klemme 16 mit fester Spannung angeordnet. Auf diese Weise sind die Reihenschaltung 12 und die weitere Reihenschaltung 40 innerhalb der HF-Vorrichtung 11 miteinander verbunden. Die weitere HF-Signalklemme 43 kann weggelassen werden.
Bei einer alternativen, nicht gezeigten Ausführungsform sind der Treiberschaltkreis 19 und der weitere Treiberschaltkreis 48 zumindest teilweise außerhalb der HF-Vorrichtung 11 ausgeführt.
7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Systems gemäß dem vorgelegten Prinzip, das eine Weiterentwicklung des in den 1 bis 6 gezeigten Systems ist. Das System 10 umfasst eine Induktivität 51, die zwischen die HF-Signalklemme 15 und die Bezugspotentialklemme 17 geschaltet ist. Die Induktivität 51 ist als Spule ausgebildet. Das System 10 ist als ein Bandpassfilter ausgeführt. Der Bandpassfilter weist eine erste Ordnung auf. Das System 10 kann in einen TV-Tuner integriert sein. Der Treiberschaltkreis 19 ist teilweise auf der HF-Vorrichtung 11 und teilweise im System 10 außerhalb der HF-Vorrichtung 11 ausgeführt. Die HF-Vorrichtung 11 umfasst eine Impedanz 52, die innerhalb der HF-Vorrichtung 11 angeordnet ist. Das System 10 umfasst die Spannungsquelle 20. Die Spannungsquelle 20 ist außerhalb der HF-Vorrichtung 11 ausgeführt. Auf diese Weise umfasst der Treiberschaltkreis 19 die Impedanz 52 und die Spannungsquelle 20. Die Induktivität 51 stellt eine DC-Erdung für die HF-Klemme 15 bereit.
Bei einer alternativen, nicht gezeigten Ausführungsform ist die Antenne 30 mit der HF-Klemme 15 verbunden. Die Antenne 30 ist geerdet. In einer Weiterentwicklung ersetzt die Antenne 30 die Induktivität 51.
8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß dem vorgelegten Prinzip. Das in 8 gezeigte System 10 ist eine Weiterentwicklung des in den 1 bis 7 gezeigten Systems. Die HF-Vorrichtung 11 umfasst die Reihenschaltung 12 und die weitere Reihenschaltung 40 ist in 6 gezeigt. Außerdem umfasst der weitere Treiberschaltkreis 48 eine weitere Impedanz 54 und die weitere Spannungsquelle 49. Die weitere Impedanz 54 ist innerhalb der HF-Vorrichtung 11 ausgeführt. Die weitere Spannungsquelle 49 ist auf dem System 10 außerhalb der HF-Vorrichtung 11 ausgeführt. Außerdem koppelt die Induktivität 51 die HF-Signalklemme 15 mit der weiteren HF-Signalklemme 43. Die Antenne 30 ist mit der HF-Signalklemme 15 verbunden. Die Antenne 30 koppelt die HF-Signalklemme 15 an die Bezugspotentialklemme 17. Ein Transceiver-Schaltkreis 56 ist mit der weiteren HF-Signalklemme 43 verbunden. In 8 wird ein Ersatzwiderstand für den Transceiver-Schaltkreis 56 gezeigt.
Das System 10 umfasst einen Anpassungsschaltkreis, wohingegen die Antenne 30 und die Induktivität 51 eine DC-Erdung bereitstellen. Das vorgeschlagene Prinzip kann auch verwendet werden für MEMS-geschaltete HF-Filter oder MEMS-geschaltete Impedanzanpassungsnetzwerke oder jeden anderen MEMS-geschalteten Schaltkreis, vorausgesetzt, dass an der HF-Signalklemme 15 der HF-Vorrichtung 11 eine DC-Erdung im Nebenschluss natürlich vorhanden ist. Die abstimmbare HF-Komponente 13 kann ein einzelner MEMS-Kondensator oder ein MEMS-Kondensator-Array sein. Die HF-Vorrichtung 11 kann in einem Gehäuse oder in mehreren Gehäusen hergestellt werden.
Bei einer alternativen, nicht gezeigten Ausführungsform umfasst eine weitere HF-Vorrichtung die weitere Reihenschaltung 40. Auf diese Weise sind die Reihenschaltung 12 und die weitere Reihenschaltung 40 in zwei HF-Vorrichtungen getrennt, wobei jede ihr eigenes Gehäuse hat.
9 zeigt ein Ausführungsbeispiel der HF-Vorrichtung gemäß dem vorgelegten Prinzip. Die in 9 gezeigte HF-Vorrichtung 11 ist eine Weiterentwicklung der in den 1 bis 8 gezeigten HF-Vorrichtung 11. Die HF-Vorrichtung 11 umfasst ein Substrat 60. Außerdem umfasst die HF-Vorrichtung 30 einen Deckel 61 und einen Bondrahmen 62. Der Deckel 61 ist über den Bondrahmen 62 mit dem Substrat 60 verbunden. Der Bondrahmen 62 stellt eine hermetische Dichtung eines Hohlraums 63 zwischen dem Deckel 61 und dem Substrat 60 bereit. Der Deckel 61 ist auf einer ersten Oberfläche des Substrats 60 befestigt.
Außerdem umfasst die HF-Vorrichtung 11 eine erste und eine zweite Durchführung 64, 65. Die erste Durchführung 64 verbindet die HF-Signalklemme 15 mit einer ersten Klemme der abstimmbaren HF-Komponente 13. Auf ähnliche Weise verbindet die zweite Durchführung 65 die Klemme 16 mit fester Spannung mit einer ersten Klemme des DC-Sperrkondensators 14. Ein erster Durchführungskondensator 66 koppelt die erste Klemme der abstimmbaren HF-Komponente 13 an den Bondrahmen 62. Auf ähnliche Weise koppelt ein zweiter Durchführungskondensator 67 die erste Klemme des DC-Sperrkondensators 14 an den Bondrahmen 62. Der Bondrahmen 62 ist mit der Bezugspotentialklemme 17 verbunden. Auf diese Weise wird der Bondrahmen 62 geerdet. Der erste und der zweite Durchführungskondensator 66, 67 sind parasitäre Kondensatoren, welche die Kapazitätswerte CB1 bzw. CB2 haben.
Auf der rechten Seite von 9 wird ein Querschnitt der HF-Vorrichtung 11 gezeigt. Das Substrat 60 ist ein Siliziumsubstrat. Das Silizium weist einen hohen spezifischen Widerstand auf. Der Deckel 61 ist ein mikrobearbeiteter Deckel aus Silizium. Der Bondrahmen 62 umfasst eine eutektische Verbindung oder ein AuSn-Lot. Die abstimmbare HF-Komponente 13 und der DC-Sperrkondensator 14 sind auf der ersten Oberfläche des Substrats 60 angeordnet. Der DC-Sperrkondensator 14 ist als ein Metall-Isolator-Metall-Kondensator, abgekürzt MIM-Kondensator, ausgeführt. Der DC-Sperrkondensator 14 ist daher als ein Parallel-Platten-Kondensator umgesetzt.
Die abstimmbare HF-Komponente 13 umfasst eine erste und eine zweite Elektrode 68, 69, die als eine feste und eine bewegliche Elektrode hergestellt sind. Das Treibersignal SD ändert den Abstand zwischen der ersten Elektrode 69 und der zweiten Elektrode 68. Auf diese Weise wird der Kapazitätswert der abstimmbaren HF-Komponente 13 gesteuert. Eine erste und eine zweite dielektrische Schicht 70, 71 sind auf dem Substrat 60 abgeschieden. Die erste Durchführung 64 umfasst eine erste Leiterbahn 73 zwischen der ersten und der zweiten dielektrischen Schicht 70, 71, welche eine der Elektroden der abstimmbaren HF-Komponente 13 mit der HF-Signalklemme 15 verbindet. Auf ähnliche Weise verbindet eine zweite Leiterbahn 74 die erste Klemme des DC-Sperrkondensators 14 mit der Klemme 16 mit fester Spannung. Die erste und die zweite Leiterbahn 73, 74 sind vom Bondrahmen 62 elektrisch isoliert. Die zweite dielektrische Schicht 71 stellt die elektrische Isolierung zwischen der ersten und der zweiten Leiterbahn 73, 74 und dem Bondrahmen 62 bereit.
Ein Silizium-Chip umfasst das Substrat 60, die abstimmbare HF-Komponente 13 und den DC-Sperrkondensator 14. Der Deckel 61 und der Bondrahmen 62 bilden ein Gehäuse, das den Silizium-Chip und hauptsächlich die abstimmbare HF-Komponente 13 gegen die Feuchtigkeit und den Gasdruck des Umweltgases abdichtet. Der Bondrahmen 62 ist geerdet, um eine Übersprechkopplung zwischen mehreren Signalen zu vermeiden.
Bei einer alternativen, nicht gezeigten Ausführungsform umfasst die HF-Vorrichtung 11 außerdem eine dritte Durchführung. Auf diese Weise kann eine Verbindung mit der Treiberklemme 18 von außerhalb der HF-Vorrichtung 11 hergestellt werden. Die Spannungsquelle 20 des Treiberschaltkreises 19 ist über die dritte Durchführung an die Impedanz 52 des Treiberschaltkreises 19 gekoppelt.
10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer HF-Vorrichtung gemäß dem vorgelegten Prinzip. Die in 10 gezeigte HF-Vorrichtung 11 ist eine Weiterentwicklung der in den 1 bis 9 gezeigten HF-Vorrichtung 11. Der Bondrahmen 62 ist als ein potentialfreier Bondrahmen ausgeführt. Der Bondrahmen 62 ist elektrisch weder mit der Bezugspotentialklemme 17, noch mit der HF-Signalklemme 15, noch mit der Klemme 16 mit fester Spannung verbunden. Die HF-Vorrichtung 11 umfasst einen Bondrahmen-Kondensator 75, der den Bondrahmen 62 mit der Bezugspotentialklemme 17 verbindet. Der Bondrahmen-Kondensator 75 kann vorzugsweise ein parasitärer Kondensator sein.
Einige HF-Vorrichtungen, insbesondere die MEMS-Vorrichtungen oder MEMS-Komponenten benötigen eine hermetische Kapselung. Eine Dichtung kann erreicht werden, indem ein oberes Substrat mit einem Hohlraum auf die Vorrichtung gebondet wird. Ein metallischer Dichtring kann bei niedrigeren Bond-Temperaturen verwendet werden und erreicht eine gute hermetische Abdichtung. Wie in den 9 und 10 gezeigt, bewirken der Deckel 61 und der Bondrahmen 62, dass der erste und der zweite parasitäre Durchführungskondensator 66, 67 die Kapazitätswerte CB1 und CB2 der Signalleitungen zum Bondring 62 haben.
Den Bondrahmen 62 potentialfrei lassen bedeutet, dass ein parasitärer Bondrahmen-Kondensator 75, der einen Kapazitätswert CB3 des Bondrahmens 62 zur Bezugspotentialklemme 17 hat, beobachtet wird, aber zur gleichen Zeit verkleinert sich die wirksame Kapazität an den beiden HF-Anschlüssen, welche die HF-Signalklemme 15 und die Klemme 16 mit fester Spannung sind. Die wirksame Kapazität ist dann eine Reihenschaltung in verschiedenen Kombinationen von CB1, CB2 und CB3. Falls die Klemme 16 mit fester Spannung zum Beispiel auf das Erdpotential GND eingestellt ist, kann die wirksame parasitäre Kapazität CEFF zu Erde an der HF-Signalklemme 15 nach der folgenden Gleichung berechnet werden:
Somit ist der Wert CEFF kleiner als der Kapazitätswert CB1 des Kondensators 66. Auf vorteilhafte Weise werden durch einen gemeinsamen Entwurf des Systems 10 und der HF-Vorrichtung 11 parasitäre Effekte verringert. Der potentialfreie Bondrahmen 62 ist auf vorteilhafte Weise für Nebenschlusskonfigurationen geeignet, in denen eine Übersprechkopplung nur eine geringe Bedeutung hat. Bei einigen Anwendungen, zum Beispiel falls nur eine HF-Funktion pro Gehäuse vorhanden ist, wird dann auf vorteilhafte Weise ein gemeinsamer Entwurf des Gehäuses und der Leiterplatte, auf der die HF-Vorrichtung 11 angeordnet ist, sowie der Umgebung ausgeführt.
11 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer HF-Vorrichtung gemäß dem vorgelegten Prinzip. Die in 11 dargestellte HF-Vorrichtung 11 ist eine Weiterentwicklung der in den 1 bis 10 dargestellten HF-Vorrichtung 11. Die HF-Vorrichtung 11 umfasst die erste Durchführung 64. Die erste Durchführung 64 ist als eine Bondrahmenquerung ausgeführt. Die zweite Durchführung 65 ist weggelassen. Der Bondrahmen 62 ist stattdessen mit der Klemme 16 mit fester Spannung verbunden. Auf diese Weise wird der Bondrahmen 62 auf einer Seite der HF-Vorrichtung 11 als eine HF-Zuleitung verwendet.
Auf diese Weise wird das Metall des Bondrahmens 62 als eine Versorgungsleitung in das Gehäuse verwendet. Dies kann für parallele Arrays und für in Reihe geschaltete Arrays in einem Gehäuse verwendet werden. Die Klemme 16 mit fester Spannung ist direkt mit dem Bondrahmen 62 verbunden und das Metall des Bondrahmens 62 erstreckt sich in das Gehäuse und ist mit dem oberen Metall der MEMS-/MIM-Vorrichtungen verbunden. Die Reihenverluste werden in diesem Zusammenhang wesentlich verringert und daher wird der Gütefaktor der HF-Vorrichtung 11 größer. Im Fall von parallelen Arrays wird das Erdpotential GND auch mit der Klemme 16 mit fester Spannung verbunden und der Bondrahmen-Kondensator 75, der ein parasitärer Kondensator ist, wird kurzgeschlossen. 11 stellt einen weiteren beispielhaften gemeinsamen Entwurf einer MEMS-Vorrichtung und von HF-Komponenten dar.
12 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer HF-Vorrichtung gemäß dem vorgelegten Prinzip. Die HF-Vorrichtung 11 aus 12 ist eine Weiterentwicklung der HF-Vorrichtung 11 aus den 1 bis 11. Die abstimmbare HF-Komponente 13 umfasst die erste Elektrode 68, die als eine feste untere Elektrode ausgeführt ist. Die erste Elektrode 68 ist auf dem Substrat 60 angeordnet. Die zweite Elektrode 69 der abstimmbaren HF-Komponente 13 ist als bewegliche Elektrode ausgeführt. Ein Isolator 80 ist auf der ersten Elektrode 68 abgeschieden. Der Isolator 80 füllt nur einen Teil eines Spalts 87 zwischen der ersten und der zweiten Elektrode 68, 69. Die zweite Elektrode 69 ist so ausgelegt, dass die zweite Elektrode 69 sich zum und vom Isolator 80 weg bewegen kann. Der Spalt 87 zwischen der ersten und der zweiten Elektrode 68, 69 ist zumindest teilweise als ein Luftspalt ausgeführt. Die zweite Elektrode 69 hat einen Abstand D zum Isolator 80. Der erste parasitäre Kondensator 22 ergibt sich aus der Kapazität der ersten Elektrode 68 zur Rückseite des Substrats 60. Die Rückseite des Substrats 60 ist von einer Metallschicht 81 bedeckt. Die Metallschicht 81 ist mit der Bezugspotentialklemme 17 verbunden. Die HF-Vorrichtung 11 umfasst außerdem den DC-Sperrkondensator 14. Auf diese Weise ist der DC-Sperrkondensator 14 parallel zum ersten parasitären Kondensator 22 geschaltet. Dadurch wird der Kapazitätswert CP1 des ersten parasitären Kondensators 22 in den Kapazitätswert CDC des DC-Sperrkondensators 14 integriert.
Die abstimmbare HF-Komponente 11, die ein konfigurierbares Element ist, hat sehr wahrscheinlich einen asymmetrischen vertikalen Aufbau. Ein gutes Beispiel ist ein planarer Kondensator, der im Fall eines MEMS eine höhere Kapazitätsdichte bereitstellen würde als symmetrische ineinandergreifende Kondensatoren. Eine asymmetrische Vorrichtung hat auch verschiedene parasitäre Kapazitäten an ihren Klemmen. Es ist daher wichtig, in welcher ”Polarität” die Vorrichtung angeschlossen wird. Die Klemme mit der höheren parasitären Kapazität, üblicherweise die erste Elektrode 68, welche die untere Elektrode ist, sollte zur Erde oder dem DC-Sperrkondensator 14 verbunden sein, um einen Leckstrom des HF-Signals durch diesen parasitären Kondensator zu vermeiden. 12 zeigt einen Querschnitt der abstimmbaren HF-Komponente 13, welche ein MEMS-Kondensator und die bevorzugte Verbindung in einer Nebenschlusskonfiguration ist. Dadurch wird eine gute HF-Leistung erreicht.
13 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der HF-Vorrichtung gemäß dem vorgelegten Prinzip. Die in 13 gezeigte HF-Vorrichtung 11 ist eine Weiterentwicklung der in den 1 bis 12 gezeigten HF-Vorrichtung 11. Die abstimmbare HF-Komponente 13 und der DC-Sperrkondensator 14 bilden einen Stapel 83. Der Stapel 83 ist auf der ersten Oberfläche des Substrats 60 ausgeführt. Der DC-Sperrkondensator 14 ist zwischen der abstimmbaren HF-Komponente 13 und dem Substrat 60 angeordnet. Auf diese Weise wird der Bereich des Substrats 60 sehr effizient genutzt. Eine erste Elektrode 85 des DC-Sperrkondensators 14 ist auf dem Substrat 60 angeordnet. Das Substrat 60 ist als ein dielektrisches Material ausgeführt. Das Substrat 60 ist eine PCB oder eine Keramik, wie zum Beispiel eine HTCC-Sinterkeramik (HTCC – high temperature co-fired) oder eine LTCC-Sinterkeramik (LTCC – low temperature co-fired). Auf der ersten Elektrode 85 des DC-Sperrkondensators 14 ist ein weiterer Isolator 84 abgeschieden. Auf dem weiteren Isolator 84 ist eine zweite Elektrode 86 des DC-Sperrkondensators 14 angeordnet. Auf der zweiten Elektrode 86 des DC-Sperrkondensators 14 ist der Isolator 80 abgeschieden. Die zweite Elektrode 86 des DC-Sperrkondensators 14 bildet auch die erste Elektrode 68 der abstimmbaren HF-Komponente 13.
Die abstimmbare HF-Komponente 13 und der DC-Sperrkondensator 14 sind Parallel-Platten-Kondensatoren und haben eine gemeinsame Platte. Die gemeinsame Platte ist mit der Treiberklemme 18 verbunden. Der Spalt 87, der den Isolator 80 und den Luftspalt umfasst, trennt die erste Elektrode 68 von der zweiten Elektrode 69 der abstimmbaren HF-Komponente 13. Die parasitären Kondensatoren der abstimmbaren HF-Komponente 13 sind kleiner. Der dritte parasitäre Kondensator 24 koppelt die erste Elektrode 85 des DC-Sperrkondensators 14 an die Rückseite des Substrats 60.
Bei einer alternativen, nicht gezeigten Ausführungsform ist das Substrat 60 ein Halbleitersubstrat, auf dem eine Isolationsschicht abgeschieden ist. Auf diese Weise wird eine Isolation zwischen der ersten Elektrode 85 des DC-Sperrkondensators 14 und dem Substrat 60 erzielt.
Der untere Teil von 13 zeigt eine Kombination der in 9 und 13 gezeigten Querschnitte. Die erste und die zweite dielektrische Schicht 70, 71 aus 9 werden als Isolator 80 und als weiterer Isolator 84 verwendet. Damit ist die erste Leiterbahn 73 zwischen dem Isolator 80 und dem weiteren Isolator 84 angeordnet. Auch die zweite Leiterbahn 74 ist zwischen dem Isolator 80 und dem weiteren Isolator 84 angeordnet. Öffnungen im Isolator 80 erlauben einen elektrischen Kontakt mit der HF-Signalklemme 15 und der Klemme 16 mit fester Spannung.
Die HF-Vorrichtung 11 in 13 ist ähnlich der HF-Vorrichtung 11 in 12, aber mit einem integrierten DC-Entkopplungskondensator. Die parasitäre Kapazität ist nun zur unteren Elektrode 85 des DC-Sperrkondensators 14 verschoben. Der DC-Sperrkondensator 14 ist unterhalb der abstimmbaren HF-Komponente 13, die ein MEMS-Kondensator ist, integriert. Die Verbindung der Vorspannung zur unteren Elektrode vermeidet eine Aktivierungskopplung der Anker durch das Substrat 60. Die Anker der abstimmbaren HF-Komponente 13 sind Strukturen auf dem Substrat 60, welche die zweite Elektrode 69 über der ersten Elektrode 68 halten. Die zweite Elektrode 69 ist die bewegliche Elektrode und umfasst eine Membran. Die erste Elektrode 68 ist die feste Elektrode und ist als Rückplatte (Backplate) ausgelegt. Das Substrat 60 kann vorzugsweise ein Halbleitersubstrat sein. Durch den gemeinsamen Entwurf einer HF-Funktion in einem Gehäuse können die parasitären Kapazitäten auch im Fall, dass der Bondrahmen 62 nicht geerdet ist, verringert werden.
Bezugszeichenliste

10: System
11: HF-Vorrichtung
12: Reihenschaltung
13: abstimmbare HF-Komponente
14: DC-Sperrkondensator
15: HF-Signalklemme
16: Klemme mit fester Spannung
17: Bezugspotentialklemme
18: Treiberklemme
19: Treiberschaltkreis
20: Spannungsquelle
21: Widerstand
22: erster parasitärer Kondensator
23: zweiter parasitärer Kondensator
24: dritter parasitärer Kondensator
25: HF-Schaltkreis
26: HF-Eingangsklemme
30: Antenne
31: Leiterbahn
32: gedruckte Leiterplatte
33: Pin
35: zusätzliche abstimmbare HF-Komponente
36: vierter parasitärer Kondensator
37: fünfter parasitärer Kondensator
40: weitere Reihenschaltung
41: weitere abstimmbare HF-Komponente
42: weiterer DC-Sperrkondensator
43: weitere HF-Signalklemme
44: weiterer erster parasitärer Kondensator
45: weiterer zweiter parasitärer Kondensator
46: weiterer dritter parasitärer Kondensator
47: weitere Treiberklemme
48: weiterer Treiberschaltkreis
49: weitere Spannungsquelle
50: weiterer Widerstand
51: Induktivität
52: Impedanz
54: weitere Impedanz
55: weitere Spannungsquelle
56: Transceiver-Schaltkreis
60: Substrat
61: Deckel
62: Bondrahmen
63: Hohlraum
64: erste Durchführung
65: zweite Durchführung
66: erster Durchführungskondensator
67: zweiter Durchführungskondensator
68: erste Elektrode
69: zweite Elektrode
70: erste dielektrische Schicht
71: zweite dielektrische Schicht
73: erste Leiterbahn
74: zweite Leiterbahn
75: Bondrahmen-Kondensator
80: Isolator
81: Metallschicht
83: Stapel
84: weiterer Isolator
85: erste Elektrode
86: zweite Elektrode
87: Spalt
SD: Treibersignal
SRF: HF-Eingangssignal
GND: Erdpotential

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2006/065693 A1 [0003]
WO 2006/129239 A1 [0004]
WO 2010/106484 A1 [0006]
WO 2008/087585 A2 [0007]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

”Distortion in Variable-Capacitance Diodes”, Robert G. Meyer, Mark L. Stevens, IEEE Journal of Solid-State Circuits, Band SC-10, Nr. 1, Februar 1975, Seiten 47–54 [0005]

Claims

HF-Vorrichtung, umfassend – ein Substrat (60) und – eine Reihenschaltung (12) einer abstimmbaren HF-Komponente (13) und eines DC-Sperrkondensators (14), sodass die Reihenschaltung (12) auf dem Substrat (60) angeordnet ist und eine HF-Signalklemme (15) an eine Klemme (16) mit fester Spannung koppelt, die von der HF-Signalklemme (15) elektrisch isoliert ist, wobei die abstimmbare HF-Komponente (13) an die HF-Signalklemme (15) gekoppelt ist, der DC-Sperrkondensator (14) an die Klemme (16) mit fester Spannung gekoppelt ist und eine Treiberklemme (18) an die abstimmbare HF-Komponente (13) gekoppelt ist.
HF-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Bezugspotentialklemme (17) so an die HF-Signalklemme (15) und an die Klemme (16) mit fester Spannung gekoppelt ist, dass die HF-Signalklemme (15) und die Klemme (16) mit fester Spannung DC-geerdet sind.
HF-Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Substrat (60) ein Halbleitersubstrat ist.
HF-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die abstimmbare HF-Komponente (13) direkt mit der HF-Signalklemme (15) verbunden ist, die auf dem Substrat (60) angeordnet ist, und der DC-Sperrkondensator (14) direkt mit der Klemme (16) mit fester Spannung verbunden ist, die auf dem Substrat (60) angeordnet ist.
HF-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die abstimmbare HF-Komponente (13) eine aus einer Gruppe ist, umfassend eine Varaktor-Diode, eine PIN-Diode, einen MEMS-Kondensator, wie zum Beispiel einen Kondensator mit einer beweglichen Kondensatorelektrode, einen Kondensator mit einer abstimmbaren dielektrischen Schicht wie zum Beispiel einer ferroelektrischen Schicht, eine galvanische MEMS-Komponente wie zum Beispiel ein Mikrorelais und einen pHEMT.
HF-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, umfassend – einen Deckel (61) zum mindestens teilweisen Bedecken einer ersten Oberfläche des Substrats (60), – einen Bondrahmen (62), der den Deckel (61) mit dem Substrat (60) koppelt, und – einen Hohlraum (63) zwischen der ersten Oberfläche des Substrats (60) und dem Deckel (61).
HF-Vorrichtung nach Anspruch 6, umfassend – eine erste Durchführung (64), die eine erste Leiterbahn (73) aufweist, welche die Reihenschaltung (12) mit der HF-Signalklemme (15) verbindet und vom Bondrahmen (62) isoliert ist, und – eine zweite Durchführung (65), die eine zweite Leiterbahn (74) aufweist, welche die Reihenschaltung (12) mit der Klemme (16) mit fester Spannung verbindet und vom Bondrahmen (62) isoliert ist.
HF-Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Bondrahmen (62) als potentialfreier Bondrahmen oder als geerdeter Bondrahmen ausgeführt ist.
HF-Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die HF-Vorrichtung (11) eine erste Durchführung (64) umfasst, die eine erste Leiterbahn (73) aufweist, welche die Reihenschaltung (12) mit der HF-Signalklemme (15) verbindet und vom Bondrahmen (62) isoliert ist, und wobei die Klemme (16) mit fester Spannung mit dem Bondrahmen (62) elektrisch verbunden ist.
HF-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die abstimmbare HF-Komponente (13) eine erste Klemme, die einen ersten parasitären Kondensator (22) aufweist, und eine zweite Klemme umfasst, die einen zweiten parasitären Kondensator (23) aufweist, der einen größeren Kapazitätswert als der erste parasitäre Kondensator (22) hat, und die abstimmbare HF-Komponente (13) so angeordnet ist, dass die zweite Klemme der abstimmbaren HF-Komponente (13) mit dem DC-Sperrkondensator (14) verbunden ist.
HF-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die abstimmbare HF-Komponente (13) als Kondensator ausgebildet ist und der DC-Sperrkondensator (14) zwischen der abstimmbaren HF-Komponente (13) und dem Substrat (60) angeordnet ist.
HF-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die abstimmbare HF-Komponente (13), die als Kondensator ausgebildet ist, und der DC-Sperrkondensator (14) eine gemeinsame Platte als gemeinsame Elektrode umfassen.
System, das die HF-Vorrichtung (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 und eine Antenne (30) umfasst, die an die HF-Signalklemme (15) gekoppelt ist.
Verfahren für das Abstimmen einer HF-Vorrichtung, umfassend – Bereitstellen eines HF-Eingangssignals (SRF), das zu einer HF-Signalklemme (15) DC-geerdet ist, – Bereitstellen eines Erdpotentials (GND) an einer Klemme (16) mit fester Spannung, wobei eine Reihenschaltung (12) einer abstimmbaren HF-Komponente (13) und eines DC-Sperrkondensators (14) auf einem Substrat (60) angeordnet ist und die HF-Signalklemme (15) an die Klemme (16) mit fester Spannung koppelt, die von der HF-Signalklemme (15) elektrisch isoliert ist, sodass die abstimmbare HF-Komponente (13) an die HF-Signalklemme (15) gekoppelt ist und der DC-Sperrkondensator (14) an die Klemme (16) mit fester Spannung gekoppelt ist, und – Bereitstellen eines Treibersignals (SD), das die abstimmbare HF-Komponente (13) steuert.