DE112018005239T5

DE112018005239T5 - Abstimmbarer Mehrschichtkondensator mit hoher Kapazität und Array

Info

Publication number: DE112018005239T5
Application number: DE112018005239.7T
Authority: DE
Inventors: Craig W. Nies; Andrew P. Ritter; Richard C. VanAlstine
Original assignee: AVX Corp
Current assignee: Kyocera Avx Components Corp N D Ges Us
Priority date: 2017-10-02
Filing date: 2018-09-17
Publication date: 2020-06-18
Also published as: CN111433870A; CN111433870B; US10943741B2; US20190103228A1; WO2019070393A1; CN116666112A

Abstract

Ein abstimmbares Mehrschichtkondensatorarray ist bereitgestellt. Der abstimmbare Mehrschichtkondensator beinhaltet mehrere abstimmbare Mehrschichtkondensatoren, die parallel verbunden sind. Der abstimmbare Mehrschichtkondensator weist einen anfänglichen Kapazitätswert größer als etwa 0,1 Mikrofarad bei einer Betriebsspannung von mehr als etwa 10 Volt auf. Der abstimmbare Mehrschichtkondensator ist so konfiguriert, dass er eine durch Anlegen einer DC-Vorspannung an das abstimmbare Mehrschichtkondensatorarray abstimmbare Kapazität aufweist.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldungen
Die vorliegende Anmeldung beansprucht den Nutzen der vorläufigen US-Patentanmeldungen mit der Serien-Nr. 62/566,848, eingereicht am 2. Oktober 2017, und 62/569,757 , eingereicht am 9. Oktober 2017, die hiermit in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme aufgenommen sind.
Hintergrund der Erfindung
Abstimmbare Kondensatoren wurden in verschiedenen Anmeldungen vorgeschlagen, die auf die variablen dielektrischen Eigenschaften des Dielektrikums zurückgreifen. Für solche Kondensatoren ist die Kapazität bei einer Vorspannung von null typischerweise nahe ihrem Maximum und die Kapazität fällt mit einer angelegten Spannung ab. Die Änderung der Kapazität ermöglicht, dass diese Einheiten verwendet werden, um abstimmbare Schaltkreise in Filtern, Anpassungsnetzen, Resonanzschaltkreisen und anderen Anwendungen von Audio- zu HF- und Mikrowellenfrequenzen zu ermöglichen. Trotz ihrer Vorteile war die Verwendung solcher Kondensatoren teilweise aufgrund der relativ niedrigen Kapazitätswerte, die bei hohen Leistungs- und Spannungspegeln erreicht werden, relativ begrenzt. Von daher besteht momentan ein Bedarf an einem spannungsabstimmbaren Kondensator mit verbesserten Eigenschaften, der in einem breiteren Bereich möglicher Anwendungen eingesetzt werden kann.
Kurzdarstellung der Erfindung
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist ein abstimmbares Mehrschichtkondensatorarray offenbart. Der abstimmbare Mehrschichtkondensator beinhaltet mehrere abstimmbare Mehrschichtkondensatoren, die parallel verbunden sind. Der abstimmbare Mehrschichtkondensator weist einen anfänglichen Kapazitätswert größer als etwa 0,1 Mikrofarad bei einer Betriebsspannung von mehr als etwa 10 Volt auf. Der abstimmbare Mehrschichtkondensator ist so konfiguriert, dass er eine durch Anlegen einer DC-Vorspannung an das abstimmbare Mehrschichtkondensatorarray abstimmbare Kapazität aufweist. Der abstimmbare Mehrschichtkondensator weist eine Betriebsspannung von mehr als etwa 10 Volt auf.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist ein abstimmbarer Mehrschichtkondensator offenbart, der eine erste aktive Elektrode in elektrischem Kontakt mit einem ersten aktiven Anschluss und eine zweite aktive Elektrode in elektrischem Kontakt mit einem zweiten aktiven Anschluss aufweist. Der Kondensator beinhaltet auch eine erste DC-Vorspannungselektrode in elektrischem Kontakt mit einem ersten DC-Vorspannungsanschluss und eine zweite DC-Vorspannungselektrode in elektrischem Kontakt mit einem zweiten DC-Vorspannungsanschluss. Der Kondensator beinhaltet auch mehrere dielektrische Schichten, die zwischen der ersten und zweiten aktiven Elektrode und zwischen der ersten und zweiten Vorspannungselektrode angeordnet sind. Wenigstens ein Teil der dielektrischen Schichten enthält ein abstimmbares dielektrisches Material, das eine bei Anlegen einer angelegten DC-Spannung über die erste und zweite DC-Vorspannungselektrode hinweg variable dielektrische Konstante aufweist. Der abstimmbare Mehrschichtkondensator kann eine anfängliche Kapazität von mehr als etwa 0,1 Mikrofarad bei einer Betriebsspannung von mehr als etwa 10 Volt aufweisen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist ein teilweise abstimmbares Mehrschichtkondensatorarray offenbart. Das teilweise abstimmbare Mehrschichtkondensatorarray beinhaltet einen abstimmbaren Mehrschichtkondensator, der so konfiguriert ist, dass er eine durch Anlegen einer DC-Vorspannung an das teilweise abstimmbare Mehrschichtkondensatorarray abstimmbare Kapazität aufweist. Das teilweise abstimmbare Mehrschichtkondensatorarray weist auch einen nichtabstimmbaren Mehrschichtkondensator auf, der mit dem abstimmbaren Mehrschichtkondensator parallel verbunden ist. Der nichtabstimmbare Mehrschichtkondensator weist einen Kapazitätswert auf, der nicht beim Anlegen der DC-Vorspannung an das teilweise abstimmbare Mehrschichtkondensatorarray abstimmbar ist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist ein teilweise abstimmbarer Mehrschichtkondensator offenbart. Der teilweise abstimmbare Mehrschichtkondensator beinhaltet eine erste aktive Elektrode in elektrischem Kontakt mit einen ersten aktiven Anschluss und eine zweite aktive Elektrode in elektrischem Kontakt mit einem zweiten aktiven Anschluss. Der teilweise abstimmbare Mehrschichtkondensator beinhaltet auch eine erste DC-Vorspannungselektrode in elektrischem Kontakt mit einem ersten DC-Vorspannungsanschluss und eine zweite DC-Vorspannungselektrode in elektrischem Kontakt mit einer zweiten DC-Vorspannungselektrode. Der teilweise abstimmbare Mehrschichtkondensator beinhaltet auch mehrere dielektrische Schichten, die zwischen der ersten und zweiten aktiven Elektrode und zwischen der ersten und zweiten Vorspannungselektrode angeordnet sind. Wenigstens ein Teil der dielektrischen Schichten enthält ein abstimmbares dielektrisches Material, das eine bei Anlegen einer angelegten DC-Spannung über die erste und zweite DC-Vorspannungselektrode hinweg variable dielektrische Konstante aufweist. Ein nichtabstimmbarer Teil der mehreren dielektrischen Schichten weist keine bei Anlegen der angelegten DC-Spannung über die erste und zweite DC-Vorspannungselektrode hinweg variable Kapazität auf.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist ein abstimmbares Mehrschichtkondensatorarray offenbart. Das abstimmbare Mehrschichtkondensatorarray kann mehrere abstimmbare Mehrschichtkondensatoren, die parallel verbunden sind, beinhalten. Das abstimmbare Mehrschichtkondensatorarray kann eine Konfiguration mit horizontalem Stapel aufweisen. Die Dicke von jedem der mehreren abstimmbaren Mehrschichtkondensatoren kann sich in einer Längenrichtung des abstimmbaren Mehrschichtkondensatorarrays erstrecken. Der abstimmbare Mehrschichtkondensator kann so konfiguriert sein, dass er eine durch Anlegen einer DC-Vorspannung an das abstimmbare Mehrschichtkondensatorarray abstimmbare Kapazität aufweist.
Andere Merkmale und Aspekte der vorliegenden Erfindung sind unten ausführlicher dargelegt.
Figurenliste
Eine vollständige und befähigende Offenbarung der vorliegenden Erfindung, einschließlich der besten Ausführungsweise von dieser, die an einen Durchschnittsfachmann gerichtet ist, ist spezieller in dem Rest der Patentschrift dargelegt, die Bezug auf die begleitenden Figuren nimmt, in denen gilt:

1 veranschaulicht die Änderung der Kapazität, die mit der Verwendung des vorliegend offenbarten Gegenstands erreichbar ist, grafisch über einen Bereich normalisierter Vorspannungsänderungen;
2A, 2B und 2C veranschaulichen eine Schnittansicht, eine Explosionsansicht bzw. eine perspektivische Explosionsansicht eines Ausführungsbeispiels eines vorgespannten Mehrschichtkondensators mit vier Anschlüssen gemäß dem vorliegend offenbarten Gegenstand;
2D veranschaulicht allgemein eine Seiten-, Drauf- und Endperspektivansicht einer zusammengebauten Vorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden 2A bis 2C;
2E und 2F veranschaulichen ein eine Shunt-Konfiguration bzw. Reihenkonfiguration repräsentierendes Diagramm des Ausführungsbeispiels der vorliegenden 2A bis 2D;
3A, 3B und 3C veranschaulichen eine Schnittansicht, eine Explosionsansicht bzw. eine perspektivische Explosionsansicht eines Ausführungsbeispiels eines abstimmbaren Kaskadenkonfiguration-Mehrschichtkondensators mit vier Anschlüssen gemäß dem vorliegend offenbarten Gegenstand;
3D und 3E veranschaulichen ein eine Shunt-Konfiguration bzw. Reihenkonfiguration repräsentierendes Diagramm des Ausführungsbeispiels der vorliegenden 3A bis 3C;
4A und 4B veranschaulichen eine Schnittansicht bzw. eine Explosionsdraufsicht eines Ausführungsbeispiels eines abstimmbaren teilweise vorgespannten Konfigurationsmehrschichtkondensators mit vier Anschlüssen gemäß dem vorliegend offenbarten Gegenstand;
4C veranschaulicht ein repräsentatives Diagramm des Ausführungsbeispiels der vorliegenden 4A und 4B;
5 repräsentiert ein Ausführungsbeispiel für einen automatisierten Chipherstellungsprozess (CMAP: Chip Manufacturing Automated Process) gemäß dem vorliegend offenbarten Gegenstand, der in Ausführungsbeispielen für eine Vorrichtungsherstellung, wie hier offenbart, verwendbar ist;
6 veranschaulicht eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines vorgespannten asymmetrischen Mehrschichtkondensators gemäß dem vorliegend offenbarten Gegenstand;
7A und 7B veranschaulichen eine Schnittansicht bzw. eine teilweise erweiterte perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer überlappenden symmetrischen Gestaltung mit einem 1:1-Verhältnis eines vorgespannten Mehrschichtkondensators gemäß dem vorliegend offenbarten Gegenstand;
7B und 7C veranschaulichen eine Schnittansicht bzw. eine teilweise erweiterte perspektivische Ansicht eines anderen Ausführungsbeispiels einer überlappenden symmetrischen Gestaltung mit einen 1:1-Verhältnis eines vorgespannten Mehrschichtkondensators gemäß dem vorliegend offenbarten Gegenstand;
8a veranschaulicht eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer nichtabgeschirmten asymmetrischen Gestaltung mit einen 11:1-Verhältnis eines vorgespannten Mehrschichtkondensators gemäß dem vorliegend offenbarten Gegenstand;
8b veranschaulicht eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer abgeschirmten asymmetrischen Gestaltung mit einen 11:1-Verhältnis eines vorgespannten Mehrschichtkondensators gemäß dem vorliegend offenbarten Gegenstand;
9A und 9B veranschaulichen eine Schnittansicht bzw. ein schematisches Diagramm eines Ausführungsbeispiels eines teilweise abstimmbaren Mehrschichtkondensators gemäß dem vorliegend offenbarten Gegenstand;
10 veranschaulicht eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines vorgespannten Mehrschichtkondensators mit gemischter Zusammensetzung gemäß dem vorliegend offenbarten Gegenstand;
11A-11C veranschaulichen jeweils verschiedene symmetrische Orientierungen, die für die aktiven und Vorspannungsanschlüsse in gewissen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können;
12A-12C veranschaulichen eine Seitenansicht, eine Vorderansicht bzw. eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines abstimmbaren Mehrschichtkondensatorarrays gemäß Aspekten des vorliegend offenbarten Gegenstands;
13A-13C veranschaulichen eine Seitenansicht, eine Vorderansicht bzw. eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines teilweise abstimmbaren Mehrschichtkondensatorarrays gemäß Aspekten des vorliegend offenbarten Gegenstands; und
14A-14C veranschaulichen eine Seitenansicht, eine Vorderansicht bzw. eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines abstimmbaren Mehrschichtkondensatorarrays gemäß Aspekten des vorliegend offenbarten Gegenstands; und
15 veranschaulicht eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines abstimmbaren Mehrschichtkondensatorarrays gemäß Aspekten des vorliegend offenbarten Gegenstands.
Eine wiederholte Verwendung von Bezugszeichen durch die vorliegende Beschreibung und die angehängten Zeichnungen hinweg soll gleiche oder analoge Merkmale, Elemente oder Schritte davon repräsentieren.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Es versteht sich für einen Durchschnittsfachmann, dass die vorliegende Erörterung nur eine Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen ist und nicht als die breiteren Aspekte der vorliegenden Erfindung beschränkend beabsichtigt ist, wobei die breiteren Aspekte in der beispielhaften Konstruktion ausgeführt sind.
Allgemein gesprochen betrifft die vorliegenden Erfindung einen Mehrschichtkondensator, der mehrere dielektrische Schichten enthält, die zwischen alternierenden aktiven Elektrodenschichten liegen. Wenigstens ein Teil der dielektrischen Schichten beinhaltet ein abstimmbares Material, das eine beim Anlegen einer angelegten Spannung variable dielektrische Konstante aufweist. Insbesondere weisen solche Materialien typischerweise einen „Spannungsabstimmbarkeitskoeffizienten“ innerhalb des Bereichs von etwa 10 % bis etwa 90 %, bei manchen Ausführungsformen von etwa 20 % bis etwa 80 % und bei manchen Ausführungsformen von etwa 30 % bis etwa 70 %, auf, wobei der „Spannungsabstimmbarkeitskoeffizient“ gemäß der folgenden allgemeinen Gleichung bestimmt wird: $T = 100 \times (ε_{0} - ε_{V}) / ε_{0}$
wobei

T der Spannungsabstimmbarkeitskoeffizient ist;
ε₀ die statische dielektrische Konstante des Materials ohne eine angelegte Spannung ist; und
ε_V die variable dielektrische Konstante des Materials nach dem Anlegen der angelegten Spannung (DC) ist.

Die statische dielektrische Konstante des Materials reicht typischerweise von etwa 100 bis etwa 25000, bei manchen Ausführungsformen von etwa 200 bis etwa 10000 und bei manchen Ausführungsformen von etwa 500 bis etwa 9000, wie sie etwa gemäß ASTM D2149-13 bei Betriebstemperaturen im Bereich von etwa -55 °C bis etwa 150 °C (z. B. 25 °C) und Frequenzen im Bereich von etwa 100 Hz bis etwa 1 GHz (z. B. 1 kHz) gemessen werden. Natürlich versteht es sich, dass der spezielle Wert der statischen dielektrischen Konstante allgemein basierend auf der speziellen Anwendung ausgewählt wird, für die der Kondensator eingesetzt wird. Bei Anwendung mit einer erhöhten DC-Vorspannung nimmt die dielektrische Konstante allgemein innerhalb der oben genannten Bereiche ab. Die Abstimmungsspannung, die zum Induzieren der gewünschten Änderung der dielektrischen Konstante angelegt wird, kann allgemein relativ zu der Spannung variieren, bei der die dielektrische Zusammensetzung beginnt, bei Anlegung eines elektrischen Feldes („Durchbruchspannung“) leitend zu werden und die gemäß ASTM D149-13 bei einer Temperatur von 25 °C bestimmt werden kann. Bei den meisten Ausführungsformen beträgt eine maximale angelegte DC-Vorspannung etwa 50 % oder weniger, bei manchen Ausführungsformen etwa 30 % oder weniger und bei manchen Ausführungsformen von etwa 0,5 % bis etwa 10 % der Durchbruchspannung der dielektrischen Zusammensetzung.
Beliebige einer Vielzahl abstimmbarer dielektrischer Materialien können allgemein eingesetzt werden, wie in der Technik bekannt ist. Besonders geeignete Materialien sind Dielektrika, deren Basiszusammensetzung eine oder mehrere ferroelektrische Basisphasen beinhaltet, wie etwa Perowskite, Wolfram-Bronze-Materialien (z. B. Bariumnatriumniobat), Geschichtete-Struktur-Materialien (z. B. Bismuttitanat). Geeignete Perowskite können beispielsweise Bariumtitanat und zugehörige feste Lösungen (z. B. Bariumstrontiumtitanat, Bariumcalciumtitanat, Bariumzirconattitanat, Bariumstrontiumzirconattitanat, Bariumcalciumzirconattitanat, etc.), Bleititanat und zugehörige feste Lösungen (z. B. Bleizirconattitanat, Bleilanthanzirconattitanat), Natriumbismuttitanat und so weiter beinhalten. Bei einer speziellen Ausführungsform kann beispielsweise Bariumstrontiumtitanat („BSTO“) mit der Formel Ba_xSr_1-xTiO₃ eingesetzt werden, wobei x von 0 bis 1 beträgt, bei manchen Ausführungsformen von etwa 0,15 bis etwa 0,65 und bei manchen Ausführungsformen von etwa 0,25 bis etwa 0,6. Andere elektronisch abstimmbare dielektrische Materialien können teilweise oder vollständig anstelle von Bariumstrontiumtitanat verwendet werden. Beispielsweise ist ein Beispiel Ba_xCa_1-xTiO₃, wobei x von etwa 0,2 bis etwa 0,8 beträgt und bei manchen Ausführungsformen von etwa 0,4 bis etwa 0,6. Andere geeignete Perowskite können Pb_xZr_1-xTiO₃ („PZT“), wobei x von etwa 0,05 bis etwa 0,4 reicht, Bleilanthanzirconiumtitanat („PLZT), Bleititanat (PbTiO₃), Bariumcalciumzirconiumtitanat (BaCaZrTiO₃), Natriumnitrat (NaNO₃), KNbO₃, LiNbO₃, LiTaO₃, PbNb₂O₆, PbTa₂O₆, KSr(NbO₃) und NaBa₂(NbO₃)₅KHb₂PO₄ beinhalten. Noch weitere komplexe Perowskite können A[B1_1/3B2_2/3]O₃-Materialien beinhalten, wobei A Ba_xSr_1-x ist (x kann ein Wert von 0 bis 1 sein); B1 Mg_yZn_1-y ist (y kann ein Wert von 0 bis 1 sein); B2 Ta_zNb_1-z ist (z kann ein Wert von 0 bis 1 sein). Ein potentielles dielektrisches Material von Interesse kann gebildet werden, indem zwei Endelementzusammensetzungen in alternierenden Schichten kombiniert werden, wie bei dem Ausführungsbeispiel aus 10 gezeigt ist. Solche Endelementzusammensetzungen können chemisch ähnlich sein, aber unterscheiden sich in den Verhältnissen von A-Stelle-Dotierungsstoffen, wie oben besprochen ist. Zum Beispiel kann Zusammensetzung 1 (132 in 10) eine Perowskitverbindung mit der allgemeinen Formel (A1_x, A2_(1-x))BO₃ sein und kann Zusammensetzung 2 (134) ein Perowskit mit der allgemeinen Formel (A1_y, A2_(1-y))BO₃ sein, wobei A1 und A2 aus Ba, Sr, Mg und Ca ausgewählt sind; wobei die potentiellen B-Stelle-Elemente Zr, Ti und Sn sind und „x“ und „y“ den molaren Anteil jeder Komponente bezeichnen. Ein spezielles Beispiel für die Verbindung 1 kann (Ba_0.8 Sr_0.2)TiO₃ sein und Verbindung 2 kann (Ba_0.6 Sr_0.4)TiO₃ sein. Diese zwei Verbindungen können in alternierenden Schichten in einem gesinterten Mehrschichtkondensator mit abstimmbaren Elektrodenstrukturen, wie in 10 gezeigt ist, kombiniert werden, so dass die dielektrischen Eigenschaften jedes Materials überlagert werden. Falls gewünscht, kann das Perowskitmaterial auch mit Seltenerdoxiden („REO“) dotiert werden, wie etwa mit einem Anteil kleiner als oder gleich 5,0 Molprozent und bevorzugt von 0,1 bis 1 Molprozent. Geeignete Seltenerdoxiddotierungsstoffe für diesen Zweck können beispielsweise Scandium, Yttrium, Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium und Lutetium beinhalten.
Unabhängig von dem speziellen eingesetzten Material kann die Verwendung eines abstimmbaren dielektrischen Materials ermöglichen, dass die Kapazität des resultierenden Kondensators abgestimmt wird, indem eine DC-Vorspannung durch Vorspannungsanschlüsse angelegt wird. Insbesondere enthält der Kondensator einen Satz aus ersten aktiven Elektroden, die sich in elektrischem Kontakt mit einem ersten aktiven Anschluss (z. B. einem Eingangsanschluss) befinden, und einen Satz aus zweiten aktiven Elektroden, die sich in elektrischem Kontakt mit einem zweiten aktiven Anschluss (z. B. einem Ausgangsanschluss) befinden. Der Kondensator enthält auch einen Satz aus ersten DC-Vorspannungselektroden, die sich in elektrischem Kontakt mit einem ersten DC-Vorspannungsanschluss befinden, und einen Satz aus zweiten DC-Vorspannungselektroden, die sich in elektrischem Kontakt mit einem zweiten DC-Vorspannungsanschluss befinden. Wenn sie in einem Schaltkreis bereitgestellt wird, kann eine DC-Leistungsquelle (z. B. eine Batterie, eine Konstantspannungsleistungsversorgung, eine Mehrfachausgangleistungsversorgung, DC-DC-Wandler usw.) eine DC-Vorspannung durch den ersten und zweiten Vorspannungsanschluss, die typischerweise insofern bipolar sind, dass sie eine entgegengesetzte Polarität aufweisen, an den Kondensator liefern. Die Elektroden und Anschlüsse können aus einem beliebigen einer Vielzahl unterschiedlicher Metalle gebildet werden, wie es in der Technik bekannt ist, wie etwa aus Edelmetallen (z. B. Silber, Gold, Palladium, Platin usw.), unedlen Metallen (z. B. Kupfer, Zinn, Nickel usw.) und so weiter, sowie aus verschiedenen Kombinationen aus diesen. Die dielektrischen Schichten liegen zwischen der jeweiligen aktiven Elektrode und den Vorspannungselektroden.
Abstimmbarer Mehrschichtkondensator
Unabhängig von der eingesetzten speziellen Konfiguration hat der vorliegende Erfinder entdeckt, dass durch selektive Steuerung der Dicke und Anzahl der dielektrischen Schichten ein kompakter abstimmbarer Kondensator erzielt werden kann, der eine exzellente Abstimmbarkeit über einen Bereich hoher Kapazitätswerte bei mittleren bis hohen Betriebsspannungen aufweist, während er auch einen außergewöhnlich niedrigen äquivalenten Reihenwiderstand bereitstellt. Bei manchen Ausführungsformen können diese Kondensatoren zu einem Array zusammengebaut werden, wie in anschließenden Abschnitten ausführlicher beschrieben ist. Bei anderen Ausführungsformen können diese Kondensatoren als einzelne Komponenten verwendet werden. Der einzelne abstimmbare Mehrschichtkondensator kann in Anwendungen verwendet werden, in denen eine hohe Kapazität notwendig ist, wie etwa mit Werten von 0,1 Mikrofarad („µF“) oder mehr, bei manchen Ausführungsformen etwa 1 µF oder mehr, bei manchen Ausführungsformen etwa 10 µF oder mehr und bei manchen Ausführungsformen 200 µF oder mehr. Beispielsweise kann ein solcher Kondensator eine Abstimmungsfähigkeit mit anfänglichen Kapazitätswerten in dem Bereich von 0,1 bis 100 µF, bei manchen Ausführungsformen von 0,5 µF bis etwa 50 µF, bei manchen Ausführungsformen von etwa 1 µF bis etwa 40 µF und bei manchen Ausführungsformen von etwa 2 µF bis etwa 30 µF bereitstellen. Der Grad, zu dem die Kapazität abgestimmt werden kann, kann nach Belieben variieren. Zum Beispiel kann die Kapazität von etwa 10 % bis etwa 100 % einer anfänglichen Kapazität des Kondensators angepasst werden, d. h. ohne angelegte DC-Vorspannung, und bei manchen Ausführungsformen von etwa 20 % bis etwa 95 % und bei manchen Ausführungsformen von etwa 30 % bis etwa 80 % der anfänglichen Kapazität.
Wie oben angegeben, kann der einzelne abstimmbare Kondensator einen niedrigen ESR aufweisen. Bei manchen Ausführungsformen kann der äquivalente Reihenwiderstand (ESR: Equivalent Series Resistance) des einzelnen abstimmbaren Kondensators im Bereich von etwa 50 Milliohm (mΩ) oder weniger, bei manchen Ausführungsformen etwa 20 mΩ oder weniger, bei manchen Ausführungsformen etwa 10 mΩ oder weniger liegen. Zum Beispiel kann der ESR des abstimmbaren Kondensators bei manchen Ausführungsformen im Bereich von etwa 1 mΩ bis etwa 50 mΩ, bei manchen Ausführungsformen von etwa 5 mΩ bis etwa 40 mΩ und bei manchen Ausführungsformen von etwa 5 mΩ bis etwa 20 mΩ liegen.
Wie oben angegeben, kann der einzelne abstimmbare Kondensator mit mittleren bis hohen Betriebsspannungen arbeiten. Die Betriebsspannung kann auf die DC-Vorspannung (d. h. die Spannung über die Vorspannungselektroden) und/oder die Signalspannung (d. h. die Spannung über die aktiven Elektroden) verweisen. Die Betriebsspannung kann allgemein relativ zu der Spannung variieren, bei der die dielektrische Zusammensetzung beginnt, bei Anlegung eines elektrischen Feldes leitend zu werden, d. h. der „Durchbruchspannung“, und die gemäß ASTM D149-13 bei einer Temperatur von 25 °C bestimmt werden kann. Bei den meisten Ausführungsformen beträgt die Betriebsspannung etwa 50 % oder weniger, bei manchen Ausführungsformen etwa 30 % oder weniger und bei manchen Ausführungsformen von etwa 0,5 % bis etwa 10 % der Durchbruchspannung der dielektrischen Zusammensetzung.
Zum Beispiel kann der abstimmbare Kondensator mit AC-Spannungen (z. B. Spitze-zu-Spitze-Amplitude) von mehr als etwa 10 V, bei manchen Ausführungsformen mehr als etwa 50 V und bei manchen Ausführungsformen mehr als etwa 100 V arbeiten. Zum Beispiel kann der abstimmbare Kondensator bei manchen Ausführungsformen mit Spannungen im Bereich von etwa 10 V bis etwa 300 V, bei manchen Ausführungsformen von etwa 15 V bis etwa 150 V und bei manchen Ausführungsformen von etwa 20 V bis etwa 100 V arbeiten. Bei manchen Ausführungsformen kann der abstimmbare Kondensator mit DC-Spannungen von mehr als etwa 10 V, bei manchen Ausführungsformen mehr als 50 V und bei manchen Ausführungsformen mehr als etwa 100 V arbeiten. Zum Beispiel kann der abstimmbare Kondensator bei manchen Ausführungsformen mit Spannungen im Bereich von etwa 10 V bis etwa 300 V, bei manchen Ausführungsformen von etwa 15 V bis etwa 150 V und bei manchen Ausführungsformen von etwa 20 V bis etwa 100 V arbeiten. Bei manchen Ausführungsformen kann der abstimmbare Kondensator mit Spannungen arbeiten, die sowohl eine AC-Komponente als auch eine DC-Komponente aufweisen.
Gleichermaßen kann der abstimmbare Kondensator unter Verwendung eines Bereichs von mittleren bis hohen angelegten DC-Vorspannungen abstimmbar sein. Zum Beispiel kann die DC-Vorspannung bei manchen Ausführungsformen mehr als etwa 10 V, bei manchen Ausführungsformen mehr als etwa 50 V und bei manchen Ausführungsformen mehr als etwa 100 V betragen. Zum Beispiel kann die DC-Vorspannung bei manchen Ausführungsformen im Bereich von etwa 10 V bis etwa 300 V, bei manchen Ausführungsformen von etwa 15 V bis etwa 150 V und bei manchen Ausführungsformen von etwa 20 V bis etwa 100 V liegen.
Bei manchen Ausführungsformen können die dielektrischen Schichten Dicken im Bereich von etwa 0,5 Mikrometer (µm) bis 50 µm, bei manchen Ausführungsformen von etwa 1 µm bis etwa 40 µm und bei manchen Ausführungsformen von etwa 2 µm bis etwa 15 µm aufweisen. Die Elektrodenschichten können Dicken im Bereich von etwa 0,5 Mikrometer (µm) bis etwa 3,0 µm, bei manchen Ausführungsformen von etwa 1 µm bis etwa 2,5 µm und bei manchen Ausführungsformen von etwa 1 µm bis etwa 2 µm, z. B. etwa 1,5 µm aufweisen.
Die Gesamtanzahl an aktiven und Vorspannungselektrodenschichten kann variieren. Zum Beispiel kann die Gesamtanzahl an aktiven Elektrodenschichten bei manchen Ausführungsformen im Bereich von etwa 2 bis etwa 1000, bei manchen Ausführungsformen von etwa 10 bis etwa 700 und bei manchen Ausführungsformen von etwa 100 bis etwa 500 liegen. Zum Beispiel kann die Gesamtanzahl an Vorspannungselektroden bei manchen Ausführungsformen im Bereich von etwa 2 bis etwa 1000 und bei manchen Ausführungsformen von etwa 10 bis etwa 500 liegen. Es versteht sich, dass die Anzahl an Elektroden und Vorspannungsschichten, die in den Figuren dargestellt und hier beschrieben sind, nur veranschaulichend sind.
Bei manchen Ausführungsformen kann der Kondensator kompakt sein, so dass er eine hohe Kapazität bereitstellt, während er ein kleines Volumen und/oder einen kleinen Oberflächenbereich einer Oberfläche, an der er montiert ist, belegt. Dementsprechend kann der Kondensator gut für eine Installation auf zum Beispiel einer Leiterplatte geeignet sein. Die Länge des einzelnen Kondensators kann beispielsweise im Bereich von etwa 1 mm bis etwa 50 mm, bei manchen Ausführungsformen von etwa 2 mm bis etwa 35 mm, bei manchen Ausführungsformen von etwa 3 mm bis etwa 10 mm, bei manchen Ausführungsformen von etwa 3 mm bis etwa 7 mm liegen. Die Breite des einzelnen Kondensators kann beispielsweise im Bereich von etwa 1 mm bis etwa 50 mm, bei manchen Ausführungsformen von etwa 2 mm bis etwa 35 mm, bei manchen Ausführungsformen von etwa 3 mm bis etwa 10 mm, bei manchen Ausführungsformen von etwa 3 mm bis etwa 7 mm liegen.
Gleichermaßen kann der Kondensator ein niedriges Profil aufweisen, das für eine Installation auf zum Beispiel einer Leiterplatte geeignet ist. Die Dicke des einzelnen Kondensators kann beispielsweise im Bereich von etwa 1 mm bis etwa 50 mm, bei manchen Ausführungsformen von etwa 2 mm bis etwa 35 mm, bei manchen Ausführungsformen von etwa 3 mm bis etwa 10 mm, bei manchen Ausführungsformen von etwa 2 mm bis etwa 4 mm liegen.
Bei alternativen Ausführungsformen kann der anfängliche Kapazitätswert des abstimmbaren Mehrschichtkondensators etwa 100 Pikofarad („pF“) oder mehr, bei manchen Ausführungsformen etwa 10.000 pF oder mehr, bei manchen Ausführungsformen von etwa 100.000 pF bis etwa 10.000.000 pF, bei manchen Ausführungsformen von etwa 200.000 pF bis 5.000.000 pF und bei manchen Ausführungsformen von etwa 400.000 pF bis etwa 3.500.000 pF betragen. Bei manchen Ausführungsformen kann der anfängliche Kapazitätswert des teilweise abstimmbaren Mehrschichtkondensators in dem Bereich von 0,5 bis 50.000.000 pF, bei manchen Ausführungsformen von etwa 100.000 pF bis etwa 10.000.000 pF, bei manchen Ausführungsformen von etwa 200.000 pF bis etwa 5.000.000 pF und bei manchen Ausführungsformen von etwa 400.000 pF bis etwa 3.500.000 pF liegen. Gleichermaßen kann der Kondensator bei anderen Ausführungsformen in Anwendungen verwendet werden, in denen eine niedrige Kapazität notwendig ist, wie etwa mit Werten von weniger als 100 pF, bei manchen Ausführungsformen etwa 50 pF oder weniger, bei manchen Ausführungsformen von etwa 0,5 bis etwa 30 pF und bei manchen Ausführungsformen von etwa 1 bis etwa 10 pF. Der abstimmbare Mehrschichtkondensator kann so konfiguriert sein, dass er einen geeigneten anfänglichen Kapazitätswert aufweist.
Teilweise abstimmbarer Mehrschichtkondensator
Außerdem betreffen Aspekte der vorliegenden Offenbarung einen einzelnen Mehrschichtkondensator, der teilweise abstimmbar ist. Der teilweise abstimmbare Mehrschichtkondensator kann im Vergleich zu einem äquivalenten vollständig abstimmbaren Mehrschichtkondensator mit verbesserter Auflösung, oder Genauigkeit, abstimmbar sein. Bei manchen Ausführungsformen kann der teilweise abstimmbare Mehrschichtkondensator eine kleinere Änderung der Kapazität pro Einheitsänderung der angelegten Spannung bereitstellen, was zu einer genaueren Abstimmung führt.
Der teilweise abstimmbare Mehrschichtkondensator kann über einen kleineren Bereich von Kapazitätswerten als ein äquivalenter vollständig abstimmbarer Mehrschichtkondensator abstimmbar sein. Beispielsweise kann der vollständig abstimmbare Kondensator zum Beispiel von etwa 10 % bis etwa 95 % eines anfänglichen Kapazitätswertes abgestimmt werden. Dies kann erreicht werden, indem eine DC-Vorspannung an den vollständig abstimmbaren Kondensator angelegt wird, die von 0 % bis 100 % einer maximalen DC-Vorspannung reicht. Im Gegensatz dazu kann ein vergleichbar bemessener teilweise abstimmbarer Mehrschichtkondensator nur von zum Beispiel etwa 50 % bis etwa 95 % eines anfänglichen Kapazitätswertes über den gleichen Bereich einer angelegten DC-Vorspannung abstimmbar sein. Dementsprechend kann der teilweise abstimmbare Mehrschichtkondensator eine geringere Änderung der Kapazität pro Einheitsänderung der angelegten Spannung bereitstellen. Bei manchen Ausführungsformen kann der teilweise abstimmbare Mehrschichtkondensator von etwa 20 % bis etwa 95 % eines anfänglichen Kapazitätswertes abstimmbar sein, bei manchen Ausführungsformen von etwa 30 % bis etwa 95 %, bei manchen Ausführungsformen von etwa 40 % bis etwa 95 %, bei manchen Ausführungsformen von etwa 50 % bis etwa 95%, bei manchen Ausführungsformen von etwa 60 % bis etwa 95 %, bei manchen Ausführungsformen von etwa 70 % bis etwa 95 % und bei manchen Ausführungsformen von etwa 80 % bis etwa 95 % des anfänglichen Kapazitätswertes.
Bei manchen Ausführungsformen kann der teilweise abstimmbare Mehrschichtkondensator in Anwendungen verwendet werden, in denen eine hohe Kapazität notwendig ist, wie etwa mit Werten von 0,1 µF oder mehr, bei manchen Ausführungsformen etwa 1 µF oder mehr, bei manchen Ausführungsformen etwa 10 µF oder mehr und bei manchen Ausführungsformen 200 µF oder mehr. Beispielsweise kann ein solcher Kondensator eine Abstimmungsfähigkeit mit anfänglichen Kapazitätswerten in dem Bereich von 0,1 bis 100 µF, bei manchen Ausführungsformen von etwa 0,5 µF bis etwa 50 µF, bei manchen Ausführungsformen von etwa 1 µF bis etwa 40 µF und bei manchen Ausführungsformen von etwa 2 µF bis etwa 30 µF bereitstellen.
Alternativ dazu kann der anfängliche Kapazitätswert des teilweise abstimmbaren Mehrschichtkondensators bei anderen Ausführungsformen etwa 100 Pikofarad („pF“) oder mehr, bei manchen Ausführungsformen etwa 10.000 pF oder mehr, bei manchen Ausführungsformen von etwa 100.000 pF bis etwa 10.000.000 pF, bei manchen Ausführungsformen von etwa 200.000 pF bis 5.000.000 pF und bei manchen Ausführungsformen von etwa 400.000 pF bis etwa 3.500.000 pF betragen. Bei manchen Ausführungsformen kann der anfängliche Kapazitätswert des teilweise abstimmbaren Mehrschichtkondensators in dem Bereich von 0,5 bis 50.000.000 pF, bei manchen Ausführungsformen von etwa 100.000 pF bis etwa 10.000.000 pF, bei manchen Ausführungsformen von etwa 200.000 pF bis etwa 5.000.000 pF und bei manchen Ausführungsformen von etwa 400.000 pF bis etwa 3.500.000 pF liegen. Gleichermaßen kann der Kondensator bei manchen alternativen Ausführungsformen in Anwendungen verwendet werden, in denen eine niedrige Kapazität notwendig ist, wie etwa mit Werten von weniger als 100 pF, bei manchen Ausführungsformen etwa 50 pF oder weniger, bei manchen Ausführungsformen von etwa 0,5 bis etwa 30 pF und bei manchen Ausführungsformen von etwa 1 bis etwa 10 pF. Der teilweise abstimmbare Mehrschichtkondensator kann so konfiguriert sein, dass er einen geeigneten anfänglichen Kapazitätswert aufweist.
Wie oben angegeben, kann der abstimmbare Kondensator bei manchen Ausführungsformen eine Abstimmbarkeit über einen Bereich hoher Kapazitätswerte in einer kompakten Komponente bereitstellen. Die Kombination einer hohen anfänglichen Kapazität und einer kleinen Gesamtgröße kann durch eine hohe volumetrische Effizienz charakterisiert werden. Zum Beispiel kann der abstimmbare Mehrschichtkondensator eine anfängliche volumetrische Effizienz aufweisen, die mit dem anfänglichen Kapazitätswert assoziiert ist. Die anfängliche volumetrische Effizienz kann als die anfängliche Kapazität des Arrays (d. h. ohne eine angelegte DC-Vorspannung) geteilt durch das Volumen des Arrays berechnet werden. Bei manchen Ausführungsformen kann die anfängliche volumetrische Effizienz größer als etwa 10 Mikrofarad pro Kubikzentimeter („µF/cm³“), bei manchen Ausführungsformen größer als etwa 40 µF/cm³, bei manchen Ausführungsformen größer als 100 µF/cm³ und bei manchen Ausführungsformen größer als 300 µF/cm³ sein. Zum Beispiel kann die anfängliche volumetrische Effizienz bei manchen Ausführungsformen im Bereich von etwa 10 µF/cm³ bis etwa 500 µF/cm³, bei manchen Ausführungsformen von etwa 20 µF/cm³ bis etwa 300 µF/cm³, bei manchen Ausführungsformen von etwa 40 µF/cm³ bis etwa 250 µF/cm³ liegen.
Abstimmbares Mehrschichtkondensatorarray
Aspekte der vorliegenden Offenbarung betreffen auch ein abstimmbares Mehrschichtkondensatorarray. Unabhängig von der eingesetzten speziellen Konfiguration hat der vorliegende Erfinder entdeckt, dass durch selektive Steuerung der Dicke der dielektrischen Schichten in den einzelnen Kondensatoren, der Anzahl der dielektrischen Schichten in den einzelnen Kondensatoren, der physischen Konfiguration der Kondensatoren in dem Array und der Anzahl an Kondensatoren in dem Array ein kompaktes abstimmbares Mehrschichtkondensatorarray erzielt werden kann, das eine exzellente Abstimmbarkeit über einen Bereich hoher Kapazitätswerte bei mittleren bis hohen Betriebsspannungen aufweist, während es auch einen außergewöhnlich niedrigen äquivalenten Reihenwiderstand bereitstellt. Dementsprechend kann das abstimmbare Mehrschichtkondensatorarray in Anwendungen verwendet werden, in denen eine hohe Kapazität notwendig ist, wie etwa mit Werten von 0,1 µF oder mehr, bei manchen Ausführungsformen etwa 1 µF oder mehr, bei manchen Ausführungsformen 10 µF oder mehr und bei manchen Ausführungsformen 1000 µF oder mehr. Beispielsweise kann ein solcher Kondensator eine Abstimmungsfähigkeit mit anfänglichen Kapazitätswerten in dem Bereich von 0,1 bis 1000 µF, bei manchen Ausführungsformen von etwa 1 µF bis etwa 500 µF, bei manchen Ausführungsformen von etwa 5 µF bis etwa 300 µF und bei manchen Ausführungsformen von etwa 50 µF bis etwa 250 µF bereitstellen. Der Grad, zu dem die Kapazität abstimmbar ist, kann nach Belieben variieren. Zum Beispiel kann die Kapazität durch einen Wert von etwa 10 % bis etwa 100 %, bei manchen Ausführungsformen von etwa 20 % bis etwa 95 % und bei manchen Ausführungsformen von etwa 30 % bis etwa 80 % ihres anfänglichen Wertes angepasst werden.
Wie oben angegeben, kann das abstimmbare Kondensatorarray einen außergewöhnlich niedrigen äquivalenten Reihenwiderstand (ESR) bereitstellen. Zum Beispiel kann der ESR des abstimmbaren Kondensatorarrays bei manchen Ausführungsformen etwa 10 mΩ oder weniger, bei manchen Ausführungsformen etwa 8 mΩ oder weniger, bei manchen Ausführungsformen etwa 4 mΩ oder weniger betragen. Zum Beispiel kann der ESR des abstimmbaren Kondensatorarrays bei manchen Ausführungsformen im Bereich von etwa 0,01 mΩ bis etwa 10 mΩ, bei manchen Ausführungsformen von etwa 0,1 mΩ bis etwa 8 mΩ, bei manchen Ausführungsformen von etwa 1 mΩ bis etwa 4 mΩ liegen.
Wie oben angegeben, kann das abstimmbare Kondensatorarray bei manchen Ausführungsformen mit mittleren bis hohen Betriebsspannungen arbeiten. Zum Beispiel kann das abstimmbare Kondensatorarray mit Spannungen von mehr als etwa 10 V, bei manchen Ausführungsformen mehr als etwa 50 V und bei manchen Ausführungsformen mehr als etwa 100 V arbeiten. Zum Beispiel kann das abstimmbare Kondensatorarray bei manchen Ausführungsformen mit Spannungen im Bereich von etwa 10 V bis etwa 300 V, bei manchen Ausführungsformen von etwa 15 V bis etwa 150 V und bei manchen Ausführungsformen von etwa 20 V bis etwa 100 V arbeiten.
Gleichermaßen kann das abstimmbare Kondensatorarray über einen Bereich von mittleren bis hohen Spannungen abstimmbar sein. Zum Beispiel kann die DC-Vorspannung bei manchen Ausführungsformen mehr als etwa 10 V, bei manchen Ausführungsformen mehr als etwa 50 V und bei manchen Ausführungsformen mehr als etwa 100 V betragen. Zum Beispiel kann die DC-Vorspannung bei manchen Ausführungsformen im Bereich von etwa 10 V bis etwa 300 V, bei manchen Ausführungsformen von etwa 15 V bis etwa 150 V und bei manchen Ausführungsformen von etwa 20 V bis etwa 100 V liegen.
Bei manchen Ausführungsformen kann das abstimmbare Kondensatorarray eine Konfiguration eines „horizontalen Stapels“ aufweisen, wie unten ausführlicher erklärt ist. Dies kann eine Komponente mit einem niedrigeren Profil bereitstellen, die eine Abstimmungsfähigkeit über einen Bereich hoher Kapazitätswerte bereitstellt. Außerdem kann die Konfiguration eines „horizontalen Stapels“ eine verbesserte mechanische Stabilität und Wärmedissipation bereitstellen.
Die Kombination einer hohen Kapazität und einer kleinen Gesamtgröße kann durch eine hohe volumetrische Effizienz charakterisiert werden. Zum Beispiel kann das abstimmbare Mehrschichtkondensatorarray eine anfängliche volumetrische Effizienz aufweisen, die mit dem anfänglichen Kapazitätswert assoziiert ist. Die anfängliche volumetrische Effizienz kann als die anfängliche Kapazität des Arrays, d. h. ohne eine angelegte DC-Vorspannung, geteilt durch das Volumen des Arrays berechnet werden. Bei manchen Ausführungsformen kann die anfängliche volumetrische Effizienz größer als etwa 10 µF/cm³, bei manchen Ausführungsformen größer als etwa 40 µF/cm³, bei manchen Ausführungsformen größer als 100 µF/cm³ und bei manchen Ausführungsformen größer als 300 µF/cm³ sein. Zum Beispiel kann die anfängliche volumetrische Effizienz bei manchen Ausführungsformen im Bereich von etwa 10 µF/cm³ bis etwa 500 µF/cm³, bei manchen Ausführungsformen von etwa 20 µF/cm³ bis etwa 300 µF/cm³, bei manchen Ausführungsformen von etwa 40 µF/cm³ bis etwa 250 µF/cm³ liegen.
Bei manchen Ausführungsformen kann das Kondensatorarray kompakt sein, so dass es eine hohe Kapazität bereitstellt, während es einen kleinen Oberflächenbereich einer Oberfläche, an der es montiert ist, belegt. Dementsprechend kann das Kondensatorarray gut für eine Installation auf zum Beispiel einer Leiterplatte geeignet sein. Die Länge des Kondensatorarrays kann beispielsweise im Bereich von etwa 5 Millimeter (mm) bis etwa 50 mm und bei manchen Ausführungsformen von etwa 10 mm bis etwa 30 mm liegen. Die Breite des Kondensatorarrays kann beispielsweise im Bereich von etwa 3 mm bis etwa 15 mm und bei manchen Ausführungsformen von etwa 5 mm bis etwa 10 mm liegen.
Gleichermaßen kann das Kondensatorarray ein niedriges Profil aufweisen, das für eine Installation auf zum Beispiel einer Leiterplatte geeignet ist. Bei manchen Ausführungsformen kann die Höhe des Kondensatorarrays beispielsweise im Bereich von etwa 3 mm bis etwa 15 mm und bei manchen Ausführungsformen von etwa 4 mm bis etwa 10 mm liegen.
Bei manchen Ausführungsformen kann das abstimmbare Kondensatorarray 2 bis 24 Kondensatoren, bei manchen Ausführungsformen 3 bis 12 Kondensatoren und bei manchen Ausführungsformen 4 bis 6 Kondensatoren beinhalten. Bei anderen Ausführungsformen kann das abstimmbare Kondensatorarray mehr als 24 Kondensatoren beinhalten.
Teilweise abstimmbares Mehrschichtkondensatorarray
Außerdem kann bei manchen Ausführungsformen ein teilweise abstimmbares Mehrschichtkondensatorarray eine verbesserte Abstimmungsauflösung, oder Genauigkeit, auf eine ähnliche Weise wie der oben beschriebene teilweise abstimmbare Mehrschichtkondensator bereitstellen. Bei manchen Ausführungsformen kann das teilweise abstimmbare Mehrschichtkondensatorarray sowohl abstimmbare Kondensatoren als auch nichtabstimmbare Kondensatoren beinhalten, die zum Beispiel parallel verbunden sind. Dies kann ein Array mit einem hohen anfänglichen Kapazitätswert bereitstellen, das auf eine ähnliche Weise wie oben besprochen mit größerer Genauigkeit als ein nichtabstimmbarer Mehrschichtkondensator abstimmbar ist. Zum Beispiel kann das teilweise abstimmbare Mehrschichtkondensatorarray bei manchen Ausführungsformen von etwa 20 % bis etwa 100 % eines anfänglichen Kapazitätswertes (ohne angelegte DC-Vorspannung), bei manchen Ausführungsformen von etwa 30 % bis etwa 95 %, bei manchen Ausführungsformen von etwa 40 % bis etwa 90 %, bei manchen Ausführungsformen von etwa 50 % bis etwa 85 %, bei manchen Ausführungsformen von etwa 60 % bis etwa 85 %, bei manchen Ausführungsformen von etwa 70 % bis etwa 85 % und bei manchen Ausführungsformen von etwa 80 % bis etwa 85 % des anfänglichen Kapazitätswertes abstimmbar sein.
Bei manchen Ausführungsformen kann das teilweise abstimmbare Mehrschichtkondensatorarray in Anwendungen verwendet werden, in denen eine hohe Kapazität notwendig ist, wie etwa mit Werten von 0,1 µF oder mehr, bei manchen Ausführungsformen etwa 1 µF oder mehr, bei manchen Ausführungsformen etwa 10 µF oder mehr und bei manchen Ausführungsformen 100 µF oder mehr und bei manchen Ausführungsformen 1000 µF oder mehr. Beispielsweise kann ein solcher Kondensator eine Abstimmungsfähigkeit mit anfänglichen Kapazitätswerten in dem Bereich von 0,1 bis 1000 µF, bei manchen Ausführungsformen von etwa 0,5 µF bis etwa 500 µF, bei manchen Ausführungsformen von etwa 1 µF bis etwa 50 µF und bei manchen Ausführungsformen von etwa 2 µF bis etwa 40 µF bereitstellen.
Alternativ dazu kann der anfängliche Kapazitätswert des teilweise abstimmbaren Mehrschichtkondensatorarrays bei anderen Ausführungsformen etwa 100 Pikofarad („pF“) oder mehr, bei manchen Ausführungsformen etwa 10.000 pF oder mehr, bei manchen Ausführungsformen von etwa 100.000 pF bis etwa 10.000.000 pF, bei manchen Ausführungsformen von etwa 200.000 pF bis 5.000.000 pF und bei manchen Ausführungsformen von etwa 400.000 pF bis etwa 3.500.000 pF betragen. Bei manchen Ausführungsformen kann der anfängliche Kapazitätswert des teilweise abstimmbaren Mehrschichtkondensatorarrays in dem Bereich von 0,5 bis 50.000.000 pF, bei manchen Ausführungsformen von etwa 100.000 pF bis etwa 10.000.000 pF, bei manchen Ausführungsformen von etwa 200.000 pF bis etwa 5.000.000 pF und bei manchen Ausführungsformen von etwa 400.000 pF bis etwa 3.500.000 pF liegen. Gleichermaßen kann das Kondensatorarray bei anderen Ausführungsformen in Anwendungen verwendet werden, in denen eine niedrige Kapazität notwendig ist, wie etwa mit Werten von weniger als 100 pF, bei manchen Ausführungsformen etwa 50 pF oder weniger, bei manchen Ausführungsformen von etwa 0,5 bis etwa 30 pF und bei manchen Ausführungsformen von etwa 1 bis etwa 10 pF. Das teilweise abstimmbare Mehrschichtkondensatorarray kann so konfiguriert sein, dass es einen geeigneten anfänglichen Kapazitätswert aufweist.
Bei manchen Ausführungsformen kann das teilweise abstimmbare Kondensatorarray 2 bis 24 Kondensatoren, bei manchen Ausführungsformen 3 bis 12 Kondensatoren und bei manchen Ausführungsformen 4 bis 6 Kondensatoren beinhalten. Bei anderen Ausführungsformen kann das teilweise abstimmbare Kondensatorarray mehr als 24 Kondensatoren beinhalten.
Diskussion spezieller Ausführungsformen
Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun ausführlicher beschrieben.
1 veranschaulicht die Änderung der Kapazität, die über einen Bereich normalisierter Vorspannungsänderungen erreicht werden kann, in grafischer Form. Insbesondere stellt die horizontale Achse eine normalisierte Vorspannung als einen Prozentsatz der Nennspannung einer Vorrichtung, wie etwa von 0 % bis 150 %, dar. Wie gezeigt, ist eine entsprechende Änderung der effektiven Vorrichtungskapazität auf der vertikalen Achse als ein Prozentsatz einer Änderung von dem Kapazitätswert ohne irgendeine Vorspannung aufgezeichnet. Wie durch den Graphen einer solchen 1 gezeigt ist, nähert sich eine Zunahme von 150 % des normalisierten Vorspannungsbetrags entlang einer relativ geradlinigen Kurve einer 80%-Abnahme des Kapazitätswertes ohne Vorspannung an, wie veranschaulicht ist. Auf eine solche Weise hilft eine spannungsabstimmbare Kondensatorvorrichtung gemäß dem vorliegend offenbarten Gegenstand dabei, eine Effizienz über einen Bereich von Verwendungszuständen zu maximieren.
Nun unter Bezugnahme auf 2A-2D wird nun eine spezielle Ausführungsform eines Kondensators 10 ausführlich beschrieben, der gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet werden kann. Wie gezeigt, enthält der Kondensator 10 mehrere dielektrische Schichten 12, die relativ zu zwei getrennten Sätzen von aktiven Elektroden 14 und 20 und zwei getrennten Sätzen von Vorspannungselektroden 22 und 26 alternierend gestapelt sind. Der Kondensator kann ein sechsseitiger Körper, wie etwa ein Körper mit rechteckiger Form, sein. Bei der veranschaulichten Ausführungsform ist ein erster aktiver Anschluss 16 elektrisch mit den ersten aktiven Elektroden 14 verbunden und ist ein zweiter aktiver Anschluss 18 elektrisch mit den zweiten aktiven Elektroden 20 verbunden. Die ersten Vorspannungselektroden 22 sind über Erweiterungselemente 24 (z. B. Kontaktnasen), die sich zu der Seite des Kondensators 10 erstrecken, elektrisch mit einem ersten DC-Vorspannung(+)-Anschluss 30 verbunden. Gleichermaßen sind die zweiten Vorspannungselektroden 26 über Erweiterungselemente 28 elektrisch mit einem zweiten DC-Vorspannung(-)-Anschluss 32 verbunden. Entsprechend enthält der resultierende Kondensator 10 vier (4) separate Anschlüsse. Bei manchen Ausführungsformen können sich die aktiven Anschlüsse 16, 18 um die jeweiligen Enden des Kondensators 10 herumlegen, um größere Anschlüsse 16, 18 zum elektrischen Verbinden des Kondensators 10 in einem Schaltkreis bereitzustellen. Die DC-Vorspannungsanschlüsse 30, 32 können als Streifen konfiguriert sein, die sich nicht über die gesamten Seiten des Kondensators 10 erstrecken. Bei anderen Ausführungsformen können sich die DC-Vorspannungsanschlüsse 30, 32 stattdessen um die Seiten des Kondensators 10 herumlegen und können die aktiven Anschlüsse 16, 18 als Streifen konfiguriert sein, die sich nicht entlang den gesamten Enden des Kondensators erstrecken.
2E und 2F veranschaulichen ein eine Shunt-Konfiguration bzw. Reihenkonfiguration repräsentierendes Diagramm des Ausführungsbeispiels der vorliegenden 2A bis 2D. Wie gezeigt, ist auch eine Masse 34 relativ zu den Vorspannungseingängen bereitgestellt, die für die Shunt-Konfiguration gezeigt sind.
Bei der oben besprochenen Ausführungsform sind die aktiven Elektroden so gestapelt, dass jede alternierende Elektrode mit entgegengesetzten Anschlüssen verbunden ist. Bei gewissen Ausführungsformen können die alternierenden Schichten durch die Verwendung einer „Kaskaden“-Konfiguration, in der jeder Satz aktiver Elektroden lateral anstatt auf eine gestapelte Weise beabstandet ist, mit den gleichen Anschlüssen verbunden sein. Eine Ausführungsform eines solchen kaskadierten Kondensators 49 ist in 3A-3C gezeigt. Wie dargestellt, enthält der Kondensator 49 mehrere dielektrische Schichten 44, die relativ zu zwei getrennten Sätzen von aktiven Elektroden 36 und 40 und zwei getrennten Sätzen von Vorspannungselektroden 46 und 50 angeordnet sind. Bei der veranschaulichten Ausführungsform ist ein erster aktiver Anschluss 38 dieses Mal elektrisch mit den ersten aktiven Elektroden 36 verbunden und ist ein zweiter aktiver Anschluss 42 elektrisch mit den zweiten aktiven Elektroden 40 verbunden. Die ersten Vorspannungselektroden 46 sind über Erweiterungselemente 48, die sich zu der Seite des Kondensators 49 erstrecken, elektrisch mit einem ersten DC-Vorspannung(-)-Anschluss 54 verbunden. Gleichermaßen sind die zweiten Vorspannungselektroden 50 über Erweiterungselemente 52 elektrisch mit einem zweiten DC-Vorspannung(+)-Anschluss 56 verbunden. 3D und 3E veranschaulichen ein eine Shunt-Konfiguration bzw. Reihenkonfiguration repräsentierendes Diagramm des Ausführungsbeispiels der vorliegenden 3A bis 3C. Wie gezeigt, ist auch eine Masse 58 relativ zu den Vorspannungseingängen bereitgestellt, die für die Shunt-Konfiguration gezeigt sind.
4A-4C veranschaulichen eine andere Ausführungsform eines Kondensators 59, der in einer teilweise kaskadierten Konfiguration gebildet werden kann, gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Kondensator 59 wird als „teilweise kaskadiert“ betrachtet, weil nur ein Teilgebiet 60 des gesamten aktiven Kapazitätsgebiets vorgespannt wird (siehe 4A). Das Hinzufügen von vorgespannten Floating(Potentialfreie)-Elektroden, wie veranschaulicht, ermöglicht das Anlegen einer externen Spannung, um die dielektrischen Eigenschaften einer Gesamtkapazität zu ändern, die durch andere Faktoren und Merkmale zu bestimmen ist. Wie durch solche Figuren gezeigt, können dielektrische Schichten 62 relativ zu einem ersten und zweiten Satz aktiver Elektroden 64 und 66, einem ersten und zweiten Satz von Vorspannungselektroden 68 und 72 und mehreren Floating-Elektroden 76 alternierend gestapelt sein. Die ersten aktiven Elektroden 64 sind elektrisch mit einem ersten aktiven Anschluss 78 verbunden, während die zweiten aktiven Elektroden 66 elektrisch mit einem zweiten aktiven Anschluss 80 verbunden sind. Die ersten Vorspannungselektroden 68 sind über Erweiterungselemente 70, die sich zu der Seite des Kondensators 59 erstrecken, elektrisch mit einem ersten DC-Vorspannung(+)-Anschluss 82 verbunden. Gleichermaßen sind die zweiten Vorspannungselektroden 72 über Erweiterungselemente 74 elektrisch mit einem zweiten DC-Vorspannung(-)-Anschluss 84 verbunden. Es versteht sich, dass die in 4A veranschaulichte Anzahl an Elektroden nur veranschaulichend ist.
Eine noch andere Ausführungsform gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung ist in 7A und 7B gezeigt. Bei dieser Ausführungsform sind ein erster und zweiter Satz aktiver Elektroden 114, 120 jeweils in einem alternierenden Muster mit einem 1:1-Verhältnis mit ersten bzw. zweiten Sätzen von Vorspannungselektroden 122, 126 gestapelt. Unter Bezugnahme auf 7B können die Zuleitungen 124, 128 der Vorspannungselektroden 122, 126 bei manchen Ausführungsformen als hervorstehende Kontaktnasen konfiguriert sein. Die Zuleitungen 124, 128 können die DC-Vorspannungsanschlüsse 30, 32 in der fertigen Form, wie in 2D veranschaulicht, kontaktieren. Es versteht sich, dass die in 7A und 7B veranschaulichte Anzahl an Elektrodenschichten nur veranschaulichend ist.
Eine andere Ausführungsform gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung ist in 7C und 7D veranschaulicht. Bei dieser Ausführungsform können die aktiven Elektroden 114, 120 jeweilige Zuleitungen 125 und 127 beinhalten, die als hervorstehende Kontaktnasen konfiguriert sein können. Die Zuleitungen 125, 127 können elektrisch mit den jeweiligen aktiven Anschlüssen 16, 18 verbunden sein, die in 7D veranschaulicht sind. Dies kann eine verbesserte Laminierung zwischen den Rändern der Schichten des Kondensators, insbesondere an den Ecken der Schichten, bereitstellen, was zu einem robusteren Kondensator führen kann. Außerdem kann diese Konfiguration das Auftreten von Delaminierungsproblemen während der Herstellung reduzieren.
Außerdem können die jeweiligen Breiten der Kontaktnasen 124, 125, 126, 127 so gewählt werden, dass sie vorteilhafterweise einen größeren elektrischen Kontakt (z. B. mit geringerem Widerstand) zu den jeweiligen Elektroden 114, 120, 122, 126 bereitstellen. Außerdem können die Breiten der Kontaktnasen 124, 128 und die Breiten der Anschlüsse 30, 32, die mit den DC-Vorspannungselektroden 122, 126 assoziiert sind, so gewählt werden, dass ein Kontakt zwischen den Vorspannungselektrodenanschlüssen 30, 32 und den Signalelektrodenanschlüssen 16, 18 vermieden wird. Zum Beispiel können sich die Kontaktnasen 124, 125, 126, 127 bei manchen Ausführungsformen entlang 10 % oder mehr des Randes des Kondensators, bei manchen Ausführungsformen 30 % oder mehr und bei manchen Ausführungsformen 60 % oder mehr erstrecken. Es versteht sich, dass die in 7A-7D veranschaulichte Anzahl an Elektrodenschichten nur veranschaulichend ist.
Bei den oben besprochenen Ausführungsformen werden die Elektroden allgemein in einer insofern „symmetrischen“ Konfiguration eingesetzt, dass die Entfernung (oder dielektrische Dicke) zwischen der ersten aktiven Elektrode und der zweiten aktiven Elektrode allgemein gleich der Entfernung zwischen der ersten Vorspannungselektrode und der zweiten Vorspannungselektrode ist. Bei gewissen Ausführungsformen kann es jedoch erwünscht sein, diese Dicke zu variieren, um eine „asymmetrische“ Konfiguration zu erreichen. Zum Beispiel kann die Entfernung zwischen der ersten und zweiten aktiven Elektrode geringer als die Entfernung zwischen der ersten und zweiten Vorspannungselektrode sein. Bei noch anderen Ausführungsformen kann die Entfernung zwischen der ersten und zweiten aktiven Elektrode größer als die Entfernung zwischen der ersten und zweiten Vorspannungselektrode sein. Unter anderem kann dies das DC-Feld erhöhen, das für einen gegebenen Pegel der angelegten DC-Vorspannung angelegt wird, was den Grad einer Abstimmbarkeit für eine gegebene DC-Vorspannung erhöhen wird. Eine solche Anordnung kann auch eine relativ größere Abstimmbarkeit für relativ mäßigere DC-Spannungen und die Verwendung von Materialien mit mäßiger Abstimmbarkeit (mit potentiell niedrigeren Verlusten und niedrigerer Temperatur-/Frequenzvariabilität) ermöglichen. Während eine solche asymmetrische Konfiguration auf eine Vielzahl von Arten erreicht werden kann, ist es typischerweise erwünscht, zusätzliche „Floating“-Vorspannungsdioden zwischen jedem Paar aktiver Elektroden zu verwenden. Unter Bezugnahme auf 6 ist beispielsweise eine Ausführungsform eines solchen asymmetrischen Kondensators gezeigt, der erste und zweite aktive Elektroden 114 und 120 jeweils in Verbindung mit ersten und zweiten Vorspannungselektroden 122 bzw. 126 enthält.
8a veranschaulicht eine andere Ausführungsform eines asymmetrischen Kondensators, bei der jede 11. Elektrode eine aktive Elektrode anstatt einer Vorspannungselektrode ist (Gestaltung mit 11:1-Verhältnis). In diesem Fall kann jede solche jeweilige aktive Elektrode (z. B. AC-Elektrode) durch ein Paar von DC-Vorspannungselektroden mit entgegengesetzten Polaritäten begrenzt sein. Dementsprechend kann ein Vorspannungsfeld über jede AC-Elektrode hinweg erzeugt werden. Eine solche Konfiguration kann eine kapazitive Kopplung zwischen dem AC-Signal und beiden Polaritäten der DC-Vorspannung und umgekehrt bereitstellen. Jede AC-Elektrode 214, 220 kann zwischen einem Paar von Vorspannungselektroden mit entgegengesetzten Polaritäten 222, 226 angeordnet sein. Vorspannungselektroden 222 eines ersten Satzes können alle die gleiche Polarität aufweisen und Vorspannungselektroden 226 eines zweiten Satzes (mit gestrichelten Linien veranschaulicht) können alle zu dem ersten Satz von Vorspannungselektroden 222 jeweilige entgegengesetzte Polaritäten aufweisen. Diese Konfiguration kann eine kapazitive Kopplung zwischen jeder AC-Elektrode 214, 220 und den beiden DC-Vorspannungspolaritäten bereitstellen.
8b veranschaulicht eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer abgeschirmten asymmetrischen Gestaltung mit einen 11:1-Verhältnis eines vorgespannten Mehrschichtkondensators gemäß dem vorliegend offenbarten Gegenstand. Dies ist dem in 8 gezeigten Beispiel ähnlich, mit der Ausnahme, dass jede AC-Elektrode 314, 320 durch ein Paar von DC-Elektroden (322 oder 326) mit der gleichen Polarität begrenzt wird. Vorspannungselektroden 322 eines Satzes können alle die gleiche Polarität aufweisen und Vorspannungselektroden 326 eines anderen Satzes (mit gestrichelten Linien veranschaulicht) können alle die entgegengesetzte Polaritäten aufweisen. Obwohl das Material zwischen den zwei DC-Elektroden (322 oder 326) mit der gleichen Polarität möglicherweise keine Abstimmung bereitstellt, kann das Material potentiell eine Abschirmung für das AC-Signal bereitstellen, wodurch assoziiertes Rauschen reduziert wird. Eine solche Konfiguration kann auch eine Kopplung zwischen jeder des ersten Satzes von AC-Elektroden 314 mit nur einer einzigen DC-Vorspannungspolarität bereitstellen. Gleichermaßen kann eine solche Konfiguration auch eine kapazitive Kopplung zwischen dem zweiten Satz von AC-Elektroden 320 und nur der entgegengesetzten DC-Vorspannungspolarität bereitstellen. Es versteht sich, dass die in 8 und 9 veranschaulichten Anzahlen an Elektrodenschichten nur veranschaulichend ist.
9A veranschaulicht eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines teilweise abstimmbaren Mehrschichtkondensators 400 gemäß Aspekten des vorliegend offenbarten Gegenstands. Der teilweise abstimmbare Mehrschichtkondensator 400 kann einen ersten Satz von AC-Elektroden 402, die elektrisch mit einem ersten aktiven Anschluss 404 verbunden sind, und einen zweiten Satz von AC-Elektroden 406, die elektrisch mit einem zweiten aktiven Abschluss 408 verbunden sind, beinhalten. Der teilweise abstimmbare Mehrschichtkondensator 400 kann auch DC-Vorspannungselektroden 410 beinhalten, die zum Anlegen einer DC-Vorspannung über ein oder mehrere variable dielektrische Gebiete 412 konfiguriert sind, so dass die dielektrische Konstante der variablen dielektrischen Gebiete 412 verändert wird, wie oben ausführlicher besprochen ist. Der teilweise abstimmbare Mehrschichtkondensator 400 kann auch ein nichtabstimmbares Gebiet 414 beinhalten, das nicht mit dem Anlegen einer DC-Vorspannung abstimmbar ist. Zum Beispiel enthält das nichtabstimmbare Gebiet 414 bei manchen Ausführungsformen möglicherweise keine DC-Vorspannungselektroden 410. Alternativ dazu kann das nichtabstimmbare Gebiet 414 bei anderen Ausführungsformen Elektroden beinhalten, die mit keinerlei Anschlüssen verbunden sind, so dass keine DC-Vorspannung innerhalb des nichtabstimmbaren Gebiets 414 angelegt werden kann. Dementsprechend wird die Kapazität des dielektrischen Materials in dem nichtabstimmbaren Abschnitt 402 bei manchen Ausführungsformen möglicherweise nicht durch eine DC-Vorspannung beeinflusst, die über die DC-Vorspannungselektroden 410 hinweg angelegt wird.
9B veranschaulicht eine schematische Ansicht des in 9A veranschaulichten teilweise abstimmbaren Mehrschichtkondensators. Bei dieser Ausführungsform ist das nichtabstimmbare Gebiet 414 parallel mit einem oder mehreren variablen dielektrischen Gebieten 412 verbunden. Das Anlegen einer DC-Vorspannung über die DC-Vorspannungsanschlüsse hinweg kann die Kapazität des (der) abstimmbaren Gebiets (Gebiete) 412 verändern, aber nicht die Kapazität des nichtabstimmbaren Gebiets 414 verändern. Dies kann zu einem teilweise abstimmbaren Mehrschichtkondensator führen, der über einen kleineren Bereich von Kapazitätswerten als ein äquivalenter vollständig abstimmbarer Mehrschichtkondensator abstimmbar ist. Infolgedessen kann die Änderung der Kapazität pro Einheitsänderung der angelegten DC-Vorspannung geringer als für einen äquivalenten vollständig abstimmbaren Mehrschichtkondensator sein. Dementsprechend kann der teilweise abstimmbare Mehrschichtkondensator eine größere Abstimmungsauflösung oder Genauigkeit bereitstellen.
Bei manchen Ausführungsformen sind die aktiven und DC-Vorspannungsanschlüsse symmetrisch um eine Achse des Kondensators angeordnet. Zum Beispiel kann der Kondensator bei einer Ausführungsform ein gegenüberliegendes erstes und zweites Endgebiet beinhalten, die in einer Longitudinalrichtung beabstandet sind, und ein gegenüberliegendes erstes und Seitengebiet, die in einer Lateralrichtung beabstandet sind. Bei gewissen Ausführungsformen können sich die aktiven Anschlüsse in jeweiligen Endgebieten des Kondensators befinden, während sich die DC-Vorspannungsanschlüsse in jeweiligen Seitengebieten des Kondensators befinden können. Wenn sie symmetrisch angeordnet sind, können die aktiven Anschlüsse und/oder die DC-Vorspannungsanschlüsse äquidistant von einer Longitudinal- und/oder Lateralachse beabstandet sein, die sich durch das geometrische Zentrum des Kondensators erstreckt. Unter Bezugnahme auf 11(a) ist zum Beispiel eine Ausführungsform eines Kondensators 1000 gezeigt, die eine Longitudinalachse „x“ und eine Lateralachse „y“ enthält, die senkrecht zueinander sind und sich durch ein geometrisches Zentrum „C“ erstrecken. Bei dieser speziellen Ausführungsform enthält der Kondensator 1000 einen ersten und zweiten aktiven Anschluss 1100 bzw. 1120, die sich in Endgebieten des Kondensators 1000 befinden und um die beiden Achsen „x“ und „y“ zentriert sind. Gleichermaßen enthält der Kondensator 1000 einen ersten und zweiten Vorspannungsanschluss 1140 und 1160, die sich in Seitengebieten des Kondensators 1000 befinden und auch um die beiden Achsen „x“ und „y“ zentriert sind.
Bei gewissen Ausführungsformen kann es auch erwünscht sein, dass sich zwei oder mehr Anschlüsse auf derselben Seite des Kondensators befinden. In 11(b) ist beispielsweise eine Ausführungsform eines Kondensators 2000 gezeigt, die einen ersten aktiven Anschluss 2100 und einen zweiten aktiven Anschluss 2140 enthält, die sich in demselben Seitengebiet befinden. Der Kondensator 2000 enthält auch einen ersten Vorspannungsanschluss 2160 und einen zweiten Vorspannungsanschluss 2120, die sich beide auf einem anderen Seitengebiet gegenüber jenem der aktiven Anschlüsse befinden. Obwohl sie sich auf den Seitengebieten befinden, können die aktiven Anschlüsse 2100 und 2140 immer noch insofern symmetrisch angeordnet sein, dass sie beide äquidistant von den Achsen „x“ und „y“ angeordnet sind. Gleichermaßen sind die Vorspannungsanschlüsse 2160 und 2120 ebenfalls äquidistant von den Achsen „x“ und „y“ angeordnet. Bei den oben referenzierten Ausführungsformen sind der erste aktive Anschluss und der erste Vorspannungsanschluss gegenüber dem jeweiligen zweiten aktiven Anschluss und dem zweiten Vorspannungsanschluss positioniert. Natürlich ist dies auf keinen Fall erforderlich. In 11(c) ist beispielsweise ein Kondensator 3000 gezeigt, der einen ersten und zweiten aktiven Elektrodenanschluss 3100 bzw. 3160 beinhaltet, die sich auf gegenüberliegenden Seitengebieten in einer Versatzkonfiguration befinden. Trotzdem sind der erste aktive Anschluss 3100 und der zweite aktive Anschluss 3160 immer noch insofern symmetrisch angeordnet, dass sie beide äquidistant von den Achsen „x“ und „y“ angeordnet sind. Gleichermaßen enthält auch der Kondensator 3000 einen ersten und zweiten Vorspannungsanschluss 3120 und 3140, die sich in gegenüberliegenden Seitengebieten in einer Versatzkonfiguration befinden, aber immer noch äquidistant von den Achsen „x“ und „y“ sind. Bei anderen Ausführungsformen können die Anschlüsse, z. B. die Vorspannungsanschlüsse und/oder die aktiven Elektrodenanschlüsse, asymmetrisch um die „x“- und „y“-Achse, wie oben beschrieben, konfiguriert sein.
Der vorliegend offenbarte Gegenstand schließt gleichermaßen assoziierte und/oder entsprechende Methodologien für verbesserte spannungsabstimmbare Vorrichtungen, einschließlich zum Beispiel der Produktion solcher Vorrichtungen, sowie ihre Verwendung in Kombination mit assoziierten Schaltungsanordnungen ein. Als weiteres Beispiel repräsentiert 5 einen automatisierten Chipherstellungsprozess (CMAP) 86, der in Verbindung mit Ausführungsbeispielen zur Vorrichtungsherstellung, wie hier offenbart, verwendbar ist. Wie gezeigt, kann der Prozess 86 eine Anzahl an aufeinanderfolgenden Stufen beinhalten, die in manchen Fällen drei Öfen mit vermittelten Keramikstationen oder anderen Schritten/Aspekten, wie etwa der Verwendung von Siebköpfen oder Elevator- oder Förderbandmerkmalen, einschließen, wie repräsentativ gezeigt ist. Ein Durchschnittsfachmann versteht, dass die genaue Bereitstellung aufeinanderfolgender Schritte davon abhängen wird, welche der hier offenbarten Ausführungsbeispiele (oder Modifikationen davon) produziert werden. Außerdem sollen die hier angegebenen einzelnen Schritte nur für den angegebenen Typ von Schritt repräsentativ sein und bezeichnen keine erforderliche Verwendung anderer Aspekte jenseits der allgemeinen Natur der angegebenen Schritte. Zum Beispiel kann der Siebkopf die Verwendung eines Siebs aus rostfreiem Stahl zusammen mit einer Elektrodenpaste zum Siebdrucken von Elektrodenschichten involvieren oder es können andere Technologien für einen solchen Schritt ausgeübt werden. Zum Beispiel können herkömmlichere Schritte des alternierenden Stapelns und Laminierens (mit Bändern) ausgeübt werden. Bei beiden Prozessen (oder anderen) wird ein Durchschnittsfachmann erkennen, dass ausgewählte Schritte ausgeübt werden können, um eine spezielle Gestaltung zu produzieren, die für eine gegebene Anwendung des vorliegend offenbarten Gegenstands ausgewählt wird.
Unter Bezugnahme auf 12A-12C kann ein abstimmbares Mehrschichtkondensatorarray 4000 durch Anordnen einzelner Kondensatoren 10 in einer Konfiguration eines „horizontalen Stapels“ gebildet werden. Die einzelnen Kondensatoren können zum Beispiel wie unter Bezugnahme auf 2 und 7 beschrieben konfiguriert sein. Das gestapelte Kondensatorarray 4000 kann eine erhöhte Kapazität und einen reduzierten ESR im Vergleich zu einem einzigen Kondensator 10 bereitstellen. Außerdem kann das gestapelte Kondensatorarray 400 eine einfachere Herstellung und Installation auf zum Beispiel einer gedruckten Leiterplatte ermöglichen. Außerdem kann das gestapelte Kondensatorarray 400 eine verbesserte mechanische Stabilität und Wärmedissipation bereitstellen.
Bei manchen Ausführungsformen können die Kondensatoren 10 des Kondensatorarrays 4000 parallel verbunden sein. Zum Beispiel kann ein erster Leiterrahmen 4002 jeden ersten aktiven Anschluss 16 verbinden und kann ein zweiter Leiterrahmen 4004 jeden zweiten aktiven Anschluss 18 verbinden. Eine erste Einzelzuleitung 4006 kann jeden ersten DC-Vorspannungsanschluss 30 verbinden und eine zweite Einzelzuleitung 4008 kann jeden zweiten DC-Vorspannungsanschluss 32 verbinden. Bei manchen Ausführungsformen können sich die DC-Vorspannungsanschlüsse 30, 32 um die Seiten des Kondensators herumlegen, wie in 12B und 12C veranschaulicht ist. Diese Konfiguration kann eine verbesserte mechanische und/oder elektrische Verbindung zwischen den DC-Vorspannungsanschlüssen 30, 32 und den jeweiligen Vorspannungselektroden bereitstellen, mit denen jeder Vorspannungsanschluss 30, 32 verbunden ist. Außerdem kann eine solche Konfiguration eine verbesserte elektrische Verbindung zwischen den ersten DC-Vorspannungsanschlüssen 30 und den verschiedenen zweiten DC-Vorspannungsanschlüssen 32 angrenzender Kondensatoren 10 bereitstellen. Dies kann ein stabileres Array 4000 bereitstellen.
Bei anderen Ausführungsformen können die DC-Vorspannungsanschlüsse 30, 32 nur auf den Seitenoberflächen der Kondensatoren 10 bereitgestellt sein, wie in 12A veranschaulicht ist. Eine solche Konfiguration kann ermöglichen, dass die Kondensatoren 10 enger in dem Array 4000 angeordnet sind, was zum Beispiel zu einem kompakteren Array 4000 führt.
Eine DC-Vorspannung kann an jeden der Kondensatoren 10 innerhalb des Arrays 4000 angelegt werden, indem die DC-Vorspannung über die erste und zweite Einzelzuleitung 4006, 4008 angelegt wird. Die Einzelzuleitungen 4006, 4008 sind der Klarheit halber in 12A und 12B weggelassen. Sowohl der erste als auch der zweite Leiterrahmen 4002, 4004 kann mehrere Zuleitungen 4010 beinhalten, die sich von dem Kondensatorarray 4000 zur Verbindung in einem Schaltkreis, zum Beispiel zu einer Leiterplatte, erstrecken. Bei manchen Ausführungsformen können die Zuleitungen 4010 gerade sein, wie in 12A veranschaulicht ist, und bei anderen Ausführungsformen können die Zuleitungen 4010 in einer „J“-Konfiguration nach außen hin gekrümmt sein, wie in 12B veranschaulicht ist. Bei noch anderen Ausführungsformen können die Zuleitungen 4010 nach innen gekrümmt sein oder eine beliebige andere geeignete Konfiguration zur Montage aufweisen.
Das abstimmbare Mehrschichtkondensatorarray 4000 kann eine Länge 4012 in einer Längsrichtung 4014, eine Breite 4016 in einer Breitenrichtung 4018 und eine Höhe 4020 in einer Höhenrichtung 4022 aufweisen. Jeder Kondensator 10 kann in einer Konfiguration eines „horizontalen Stapels“ angeordnet sein, so dass sich eine Dicke von jedem der mehreren abstimmbaren Mehrschichtkondensatoren 10 in der Längsrichtung 4014 des Arrays 4000 erstreckt. Wie in 12A und 12B veranschaulicht, kann die Höhe 4020 des Arrays 4000 einen Spaltabstand 4021 zwischen dem Array 4000 und einer Oberfläche, an der das Array 4000 montiert ist (durch eine gepunktete Linie veranschaulicht), beinhalten. Der Spaltabstand 4021 kann zwischen der unteren Oberfläche des Arrays 400 (einschließlich des Anschlusses 32) und der Oberfläche, an der das Array 4000 montiert ist, gemessen werden. Die Leiterrahmen 4002, 4004 können das Array 4000 oberhalb der Oberfläche stützen. Der Spaltabstand 4021 kann dabei helfen, das Array 4000 thermisch von der Oberfläche zu isolieren und/oder das Array 4000 mechanisch von einer Belastung in der Oberfläche entkoppeln.
Unter Bezugnahme auf 13A-13C kann ein teilweise abstimmbares Mehrschichtkondensatorarray 5000 gebildet werden, indem sowohl abstimmbare Mehrschichtkondensatoren 10 als auch nichtabstimmbare Kondensatoren 5002, d. h. Kondensatoren, die keine Abstimmungsfähigkeiten aufweisen, in einer Konfiguration eines „horizontalen Stapels“ angeordnet werden. Ähnlich der in 12A-12C veranschaulichten Ausführungsform kann das teilweise abstimmbare Kondensatorarray 5000 einen ersten Leiterrahmen 4002, der jeden ersten aktiven Anschluss 16 der abstimmbaren Mehrschichtkondensatoren 10 verbindet, und einen zweiten Leiterrahmen 4004, der jeden zweiten aktiven Anschluss 19 der abstimmbaren Mehrschichtkondensatoren 10 verbindet, beinhalten. Außerdem kann eine erste Einzelzuleitung 4006 jeden ersten DC-Vorspannungsanschluss 30 der abstimmbaren Mehrschichtkondensatoren 10 verbinden und kann eine zweite Einzelzuleitung 4008 jeden zweiten DC-Vorspannungsanschluss 32 der abstimmbaren Mehrschichtkondensatoren 10 verbinden. Die Einzelzuleitungen 4006, 4008 sind der Klarheit halber in 13A und 13B weggelassen. Ähnlich dem unter Bezugnahme auf 12A-12C beschriebenen Array 4000 können die abstimmbaren Kondensatoren 10 des teilweise abstimmbaren Arrays 5000 DC-Vorspannungsanschlüsse 30, 32 beinhalten, die sich um die Seiten der Kondensatoren 10 herumlegen, wie in 13B und 13C veranschaulicht ist. Bei anderen Ausführungsformen können die DC-Vorspannungsanschlüsse 30, 32 zum Beispiel nur auf den Seitenoberflächen der abstimmbaren Kondensatoren abgeschieden sein, wie in 13A veranschaulicht ist.
Das teilweise abstimmbare Mehrschichtkondensatorarray 5000 kann eine verbesserte Abstimmungsauflösung oder -genauigkeit auf eine Weise bereitstellen, die dem oben unter Bezugnahme auf 9A und 9B beschriebenen abstimmbaren Mehrschichtkondensator 400 ähnlich ist. Die nichtabstimmbaren Kondensatoren 5002 können die minimale Kapazität des Arrays 5000 erhöhen, wenn eine maximale DC-Vorspannung über die DC-Vorspannungselektroden 30, 32 des Arrays unter Verwendung der Einzelzuleitungen 4006, 4008 angelegt wird.
Unter Bezugnahme auf 14A-14C kann bei manchen Ausführungsformen ein Array 6000 mit Anschlüssen auf der Unterseite gebildet werden, das einen ersten und zweiten DC-Vorspannungsanschluss 30, 32 aufweist, die entlang einer unteren Oberfläche des Arrays 6000 angeordnet sind. Zum Beispiel kann jeder Kondensator 10 jeweilige erste und zweite DC-Vorspannungsanschlüsse 30, 32 aufweisen, die entlang der gleichen Seite angeordnet sind. Bei anderen Ausführungsformen können die DC-Vorspannungsanschlüsse 30, 32 beide entlang der oberen Oberfläche des Arrays 4000 angeordnet sein. Die DC-Vorspannungsanschlüsse 30, 32 können jedoch eine beliebige geeignete Konfiguration aufweisen.
Die in 14A-14C veranschaulichte Konfiguration kann Vorteile bereitstellen, einschließlich zum Beispiel einer einfacheren Installation, einer verbesserten mechanischen Beständigkeit usw. Beispielsweise können die DC-Vorspannungsanschlüsse 30, 32 einfacher mit jeweiligen Anschlüssen auf einer Oberfläche, an der das Array 400 montiert ist, z. B. einer Leiterplatte, verbunden werden. Bei manchen Ausführungsformen können Einzelzuleitungen 4006, 4008 die jeweiligen DC-Vorspannungsanschlüsse 30, 32 mit jeweiligen Anschlüssen auf der Montageoberfläche verbinden. Bei anderen Ausführungsformen können die DC-Vorspannungsanschlüsse jedoch direkt durch z. B. Löten mit jeweiligen Anschlüssen auf der Montageoberfläche verbunden werden, ohne die Einzelzuleitungen 4006, 4008 zu verwenden.
Außerdem kann die oben beschriebene Konfiguration mit Anschlüssen auf der Unterseite eingesetzt werden, um ein teilweise abgestimmtes Kondensatorarray auf eine Weise zu bilden, die der unter Bezugnahme auf 13A-13C beschriebenen Ausführungsform ähnlich ist. Zum Beispiel kann bei manchen Ausführungsformen eine Kombination aus abstimmbaren Kondensatoren 10 mit Anschlüssen auf der Unterseite parallel mit nichtabstimmbaren Kondensatoren 5002 auf eine Weise verbunden sein, die dem oben unter Bezugnahme auf 13A-13C beschriebenen teilweise abstimmbaren Array 5000 ähnlich ist.
Bei anderen Ausführungsformen kann ein erster Satz abstimmbarer Kondensatoren 10, die DC-Vorspannungsanschlüsse 30, 32 aufweisen, die auf gegenüberliegenden Seitenoberflächen angeordnet sind, wie zum Beispiel in 12A-12C veranschaulicht, verwendet werden, um ein Array mit einem zweiten Satz abstimmbarer Kondensatoren 10 zu bilden, die DC-Vorspannungsanschlüsse 30, 32 aufweisen, die auf derselben Seitenoberfläche (z. B. der unteren Oberfläche) angeordnet sind, wie zum Beispiel in 14A-14C veranschaulicht ist. Eine solche Konfiguration kann ermöglichen, dass eine erste DC-Vorspannung an den ersten Satz abstimmbarer Kondensatoren 10 angelegt wird und eine zweite DC-Vorspannung, die von der ersten DC-Vorspannung verschieden ist, an den zweiten Satz abstimmbarer Kondensatoren 10 angelegt wird. Dies kann ein abstimmbares Array 4000 bereitstellen, das basierend auf zwei unterschiedlichen DC-Vorspannungen abgestimmt werden kann. Bei noch anderen Ausführungsformen kann ein erster Satz abstimmbarer Kondensatoren 10, die DC-Vorspannungsanschlüsse 30, 32 aufweisen, die auf einer unteren Oberfläche angeordnet sind zu einem Array mit einem zweiten Satz abstimmbarer Kondensatoren 10 verbunden werden, die DC-Vorspannungsanschlüsse 30, 32 aufweisen, die auf zum Beispiel einer oberen Oberfläche angeordnet sind. Diese Konfiguration kann auch ermöglichen, dass eine erste DC-Vorspannung an den ersten Satz abstimmbarer Kondensatoren 10 angelegt wird und eine zweite DC-Vorspannung, die von der ersten DC-Vorspannung verschieden ist, an den zweiten Satz abstimmbarer Kondensatoren 10 angelegt wird. Dies kann ein abstimmbares Array 4000 bereitstellen, das basierend auf zwei unterschiedlichen DC-Vorspannungen abgestimmt werden kann.
Es versteht sich für einen Durchschnittsfachmann, dass noch andere Kombinationen abstimmbarer Kondensatoren mit wie hier beschrieben und veranschaulichten verschiedenen Konfigurationen möglich sind, um zusätzliche Arrays abgesehen von jenen hier speziell beschriebenen zu bilden. Gleichermaßen sind noch andere Kombinationen abstimmbarer und nichtabstimmbarer Kondensatoren mit wie hier beschriebenen und veranschaulichten Konfigurationen möglich.
Unter Bezugnahme auf 15 kann das Kondensatorarray 4000 bei manchen Ausführungsformen eine Konfiguration eines vertikalen Stapels aufweisen. Das Kondensatorarray 4000 mit vertikalem Stapel kann gleichermaßen einen ersten Leiterrahmen 4002, der mit manchen oder allen der ersten aktiven Anschlüsse 16 verbunden ist, und einen zweiten Leiterrahmen 4004, der mit manchen oder allen der zweiten aktiven Anschlüsse 18 verbunden ist, aufweisen. Ein erste Einzelzuleitung 4006 kann manche oder alle der ersten DC-Vorspannungsanschlüsse 30 verbinden und eine zweite Einzelzuleitung 4008 kann manche oder alle der zweiten DC-Vorspannungsanschlüsse 32 verbinden. Dementsprechend kann das Kondensatorarray 4000 mit vertikalem Stapel bei manchen Ausführungsformen als ein vollständig abstimmbares Kondensatorarray und bei anderen Ausführungsformen als ein teilweise abstimmbares Kondensatorarray konfiguriert sein. Bei manchen Ausführungsformen kann ein Array mit vertikalem Stapel, das beide Vorspannungsanschlüsse 30, 32 auf derselben Seite aufweist, zum Beispiel unter Verwendung eines abstimmbaren Kondensators 10 gebildet werden, der als die oben unter Bezugnahme auf das in 14A-14C veranschaulichte abstimmbare Array mit Anschlüssen auf der Unterseite beschriebene Kondensatoren 10 konfiguriert ist. Ähnliche Kombinationen unterschiedlicher abstimmbarer und/oder nichtabstimmbarer Kondensatoren können zu einem Array 4000 mit vertikalem Stapel kombiniert werden, wie oben unter Bezugnahme auf die Arrays 4000, 5000 mit horizontalem Stapel beschrieben ist.
Die Konfiguration mit horizontalem Stapel kann oben unter Bezugnahme auf 12-14 beschrieben sein und kann eine verbesserte mechanische Stabilität für Kondensatorarrays bereitstellen, die eine große Anzahl an Kondensatoren beinhalten. Zum Beispiel kann für Arrays, die mehr als fünf Kondensatoren beinhalten, die Höhe des Arrays mit vertikalem Stapel zum Montieren an zum Beispiel der Oberfläche einer Leiterplatte unbrauchbar werden. Außerdem kann die Höhe eines solchen Arrays bewirken, dass das Array mechanisch instabil wird. Jedoch kann das Array mit vertikalem Stapel eine kleinere Grundfläche und ein niedrigeres Profil für Arrays mit einer kleinen Anzahl an Kondensatoren, zum Beispiel fünf oder weniger Kondensatoren bereitstellen.
Anwendungen
Der Kondensator der vorliegenden Erfindung kann in einer breiten Vielfalt von Anwendungen eingesetzt werden, einschließlich zum Beispiel Leistungswandlungsschaltkreisen. Eine Abstimmbarkeit bei hoher Kapazität und Spannung kann eine Optimierung der Leistungsfähigkeit des Schaltkreises ermöglichen. Zusätzliche Anwendungen können Point-Of-Load-Filterschaltkreise und Glättungskondensatoren in variablen Lastschaltkreisen beinhalten. Andere geeignete Anwendungen können beispielsweise Wellenleiter, HF-Anwendungen (z. B. Verzögerungsleitungen), Antennenstrukturen, Anpassungsnetze, Resonanzschaltkreise und andere Anwendungen beinhalten.
Testverfahren
Kapazität
Die Kapazität kann gemäß dem MIL-STD-202-Verfahren 305 unter Verwendung eines Keithley-3330-Precision-LCZ-Messgeräts mit einer DC-Vorspannung von 0,0 Volt, 1,1, Volt oder 2,1 Volt (Sinussignal mit einem quadratischen Mittelwert von 1 Volt) gemessen werden. Die Betriebsfrequenz beträgt 1 kHz und die Temperatur beträgt etwa 25 °C. Die relative Luftfeuchtigkeit kann 25 % oder 85 % betragen.
Äquivalenter Reihenwiderstand (ESR)
Ein äquivalenter Reihenwiderstand kann unter Verwendung eines Keithley-2400-, -2602-, oder -3330-Precision-LCZ-Messgeräts mit einer DC-Vorspannung von 0,0 Volt, 1,1 Volt oder 2,1 Volt (einem Spitze-zu-Spitze-Sinussignal von 0,5 Volt) bei einer Betriebsfrequenz von 10 kHz, 50 kHz oder 100 kHz gemessen werden. Eine Vielzahl von Temperatur- und relativen Luftfeuchtigkeitsniveaus kann getestet werden. Zum Beispiel kann die Temperatur 23 °C, 85 °C oder 105 °C betragen und kann die relative Luftfeuchtigkeit 25 % oder 85 % betragen.
Beispiele

Beispiele für abstimmbare Mehrschichtkondensatorarrays gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung sind in Tabelle 1 bereitgestellt: Tabelle 1: Beispielhafte abstimmbare Mehrschichtkondensatorarrays

Anfängliche Kapazität (µF)	Anzahl an Kondensator en	Betriebsspannun g (Volt)	Maximale DC-Vorspannung (Volt)
8,2	3	100	100
12	5	100	100
14	3	100	100
18	3	50	50
22	10	100	100
22	5	100	100
27	5	50	50
27	3	50	50
47	5	50	50
47	10	100	100
50	10	50	50
68	3	25	25
100	5	25	25
100	10	50	50
220	10	25	25

Die in Tabelle 1 aufgelistete anfängliche Kapazität kann die Kapazität des Arrays ohne angelegte DC-Vorspannung sein. Die Arrays können von etwa 10 % bis etwa 95 % der anfänglichen Kapazität abgestimmt werden.
Diese und andere Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung können durch einen Durchschnittsfachmann praktiziert werden, ohne von der Idee und dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Außerdem versteht es sich, dass Aspekte der verschiedenen Ausführungsformen sowohl insgesamt als auch teilweise ausgetauscht werden können. Des Weiteren versteht es sich für einen Fachmann, dass die vorausgehende Beschreibung lediglich als Beispiel dient und nicht die Erfindung derart beschränken soll, die weiter in solchen angehängten Ansprüchen beschrieben ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 62/566848 [0001]
US 62/569757 [0001]

Claims

Abstimmbares Mehrschichtkondensatorarray, das mehrere abstimmbare Mehrschichtkondensatoren umfasst, die parallel verbunden sind, und wobei das abstimmbare Mehrschichtkondensatorarray einen anfänglichen Kapazitätswert von mehr als etwa 0,1 Mikrofarad bei einer Betriebsspannung von mehr als etwa 10 Volt aufweist und wobei der abstimmbare Mehrschichtkondensator so konfiguriert ist, dass er eine durch Anlegen einer DC-Vorspannung an das abstimmbare Mehrschichtkondensatorarray abstimmbare Kapazität aufweist.
Abstimmbares Mehrschichtkondensatorarray nach Anspruch 1, wobei die angelegte DC-Vorspannung in einem Bereich von etwa 10 Volt bis etwa 300 Volt liegt.
Abstimmbares Mehrschichtkondensatorarray nach Anspruch 1, wobei der abstimmbare Mehrschichtkondensator eine anfängliche volumetrische Effizienz, die mit dem anfänglichen Kapazitätswert assoziiert ist, aufweist und wobei die anfängliche volumetrische Effizienz größer als etwa 10 Mikrofarad pro Kubikzentimeter ist.
Abstimmbares Mehrschichtkondensatorarray nach Anspruch 1, wobei die anfängliche volumetrische Effizienz im Bereich von etwa 10 Mikrofarad pro Kubikzentimeter bis etwa 500 Mikrofarad pro Kubikzentimeter liegt.
Abstimmbares Mehrschichtkondensatorarray nach Anspruch 1, wobei das abstimmbare Mehrschichtkondensatorarray einen anfänglichen Kapazitätswert von mehr als etwa 1 µF aufweist.
Abstimmbares Mehrschichtkondensatorarray nach Anspruch 1, wobei die Kapazität des abstimmbaren Mehrschichtkondensators von etwa 10 % bis etwa 95 % des anfänglichen Kapazitätswertes abstimmbar ist.
Abstimmbares Mehrschichtkondensatorarray nach Anspruch 1, wobei der äquivalente Reihenwiderstand des abstimmbaren Mehrschichtkondensatorarrays weniger als etwa 10 mΩ beträgt.
Abstimmbares Mehrschichtkondensatorarray nach Anspruch 1, wobei das abstimmbare Mehrschichtkondensatorarray eine Konfiguration mit horizontalem Stapel aufweist, wobei sich Dicken von jedem der mehreren abstimmbaren Mehrschichtkondensatoren in einer Längsrichtung des abstimmbaren Mehrschichtkondensatorarrays erstrecken.
Abstimmbares Mehrschichtkondensatorarray nach Anspruch 1, wobei die mehreren abstimmbaren Mehrschichtkondensatoren fünf oder mehr abstimmbare Mehrschichtkondensatoren umfassen.
Abstimmbares Mehrschichtkondensatorarray nach Anspruch 1, das ferner wenigstens einen Mehrschichtkondensator umfasst, der nicht so konfiguriert ist, dass er durch eine angelegte Spannung abstimmbar ist.
Kondensator nach Anspruch 1, wobei das abstimmbare Mehrschichtkondensatorarray eine Länge von etwa 5 mm bis etwa 50 mm aufweist.
Kondensator nach Anspruch 1, wobei das abstimmbare Mehrschichtkondensatorarray eine Breite von etwa 3 mm bis etwa 15 mm aufweist.
Kondensator nach Anspruch 1, wobei das abstimmbare Mehrschichtkondensatorarray eine Höhe von etwa 3 mm bis etwa 15 mm aufweist.
Abstimmbares Mehrschichtkondensatorarray nach Anspruch 1, wobei jeder der mehreren abstimmbaren Mehrschichtkondensatoren Folgendes umfasst: eine erste aktive Elektrode in elektrischem Kontakt mit einem ersten aktiven Anschluss; eine zweite aktive Elektrode in elektrischem Kontakt mit einem zweiten aktiven Anschluss; eine erste DC-Vorspannungselektrode in elektrischem Kontakt mit einem ersten DC-Vorspannungsanschluss; eine zweite DC-Vorspannungselektrode in elektrischem Kontakt mit einem zweiten DC-Vorspannungsanschluss; und mehrere dielektrische Schichten, die zwischen der ersten und zweiten aktiven Elektrode und zwischen der ersten und zweiten Vorspannungselektrode angeordnet sind, wobei wenigstens ein Teil der dielektrischen Schichten ein abstimmbares dielektrisches Material enthält, das eine beim Anlegen einer angelegten DC-Spannung über die erste und zweite DC-Vorspannungselektrode variable dielektrische Konstante aufweist.
Abstimmbares Mehrschichtkondensatorarray nach Anspruch 14, das ferner Folgendes umfasst: einen ersten Leiterrahmen, der mit jedem ersten aktiven Anschluss verbunden ist; und einen zweiten Leiterrahmen, der mit jedem zweiten aktiven Anschluss verbunden ist.
Abstimmbares Mehrschichtkondensatorarray nach Anspruch 14, das ferner eine erste Einzelzuleitung, die mit jedem ersten DC-Vorspannungsanschluss verbunden ist, und eine zweite Einzelzuleitung, die mit jedem zweiten DC-Vorspannungsanschluss verbunden ist, umfasst.
Abstimmbares Mehrschichtkondensatorarray nach Anspruch 14, wobei Dicken der mehreren dielektrischen Schichten von wenigstens einem der mehreren abstimmbaren Mehrschichtkondensatoren in einem Bereich von etwa 0,5 Mikrometer bis etwa 50 Mikrometer liegen.
Abstimmbares Mehrschichtkondensatorarray nach Anspruch 14, wobei die Anzahl an dielektrischen Schichten, die in wenigstens einem der mehreren abstimmbaren Mehrschichtkondensatoren enthalten sind, in einem Bereich von etwa 10 bis etwa 700 liegt.
Kondensator nach Anspruch 14, wobei eine Gesamtanzahl an ersten und zweiten aktiven Elektroden in wenigstens einem der mehreren abstimmbaren Mehrschichtkondensatoren in einem Bereich von etwa 100 bis etwa 500 liegt.
Kondensator nach Anspruch 14, wobei das dielektrische Material, das in wenigstens einem der mehreren abstimmbaren Mehrschichtkondensatoren enthalten ist, einen Spannungsabstimmbarkeitskoeffizienten von etwa 10 % bis etwa 95 % aufweist, wobei der Spannungsabstimmbarkeitskoeffizient gemäß der folgenden allgemeinen Gleichung bestimmt wird: $T = 100 \times (ε_{0} - ε_{V}) / ε_{0}$
wobei T der Spannungsabstimmbarkeitskoeffizient ist; ε₀ die statische dielektrische Konstante des Materials ohne eine angelegte Spannung ist; und ε_V die variable dielektrische Konstante des Materials nach dem Anlegen einer angelegten Spannung (DC) ist.
Kondensator nach Anspruch 20, wobei die statische dielektrische Konstante des dielektrischen Materials, das in wenigstens einem der mehreren abstimmbaren Mehrschichtkondensatoren enthalten ist, von etwa 100 bis etwa 10.000 beträgt, wie gemäß ASTM-D2149-13 bei einer Betriebstemperatur von 25 °C und einer Frequenz von 1 kHz bestimmt.
Kondensator nach Anspruch 20, wobei das dielektrische Material, das in wenigstens einem der mehreren abstimmbaren Mehrschichtkondensatoren enthalten ist, eine oder mehrere ferroelektrische Basisphasen beinhaltet.
Kondensator nach Anspruch 20, wobei das dielektrische Material, das in wenigstens einem der mehreren abstimmbaren Mehrschichtkondensatoren enthalten ist, ein Perowskit, ein Wolfram-Bronze-Material, ein Geschichtete-Struktur-Material oder eine Kombination davon ist.
Schaltkreis, der das abstimmbare Mehrschichtkondensatorarray nach Anspruch 1 und eine Leistungsquelle umfasst, die eine DC-Vorspannung durch den ersten und zweiten DC-Vorspannungsanschluss an den Kondensator liefert.
Abstimmbarer Mehrschichtkondensator, der Folgendes umfasst: eine erste aktive Elektrode in elektrischem Kontakt mit einem ersten aktiven Anschluss; eine zweite aktive Elektrode in elektrischem Kontakt mit einem zweiten aktiven Anschluss; eine erste DC-Vorspannungselektrode in elektrischem Kontakt mit einem ersten DC-Vorspannungsanschluss; eine zweite DC-Vorspannungselektrode in elektrischem Kontakt mit einem zweiten DC-Vorspannungsanschluss; und mehrere dielektrische Schichten, die zwischen der ersten und zweiten aktiven Elektrode und zwischen der ersten und zweiten Vorspannungselektrode angeordnet sind, wobei wenigstens ein Teil der dielektrischen Schichten ein abstimmbares dielektrisches Material enthält, das eine beim Anlegen einer angelegten DC-Spannung über die erste und zweite DC-Vorspannungselektrode variable dielektrische Konstante aufweist, und wobei der abstimmbare Mehrschichtkondensator eine anfängliche Kapazität von mehr als etwa 0,1 Mikrofarad bei einer Betriebsspannung von mehr als etwa 10 Volt aufweist.
Kondensator nach Anspruch 25, wobei ein nichtabstimmbarer Teil der mehreren dielektrischen Schichten keine bei Anlegen der angelegten DC-Spannung über die erste und zweite DC-Vorspannungselektrode hinweg variable Kapazität aufweist.
Kondensator nach Anspruch 25, wobei der nichtabstimmbare Teil der mehreren dielektrischen Schichten keinerlei Vorspannungselektroden beinhaltet.
Kondensator nach Anspruch 25, wobei der nichtabstimmbare Teil der mehreren dielektrischen Schichten Vorspannungselektroden beinhaltet, die mit keinerlei Vorspannungsanschlüssen verbunden sind.
Teilweise abstimmbares Mehrschichtkondensatorarray, das Folgendes umfasst: einen abstimmbare Mehrschichtkondensator, der so konfiguriert ist, dass er eine durch Anlegen einer DC-Vorspannung an das teilweise abstimmbare Mehrschichtkondensatorarray abstimmbare Kapazität aufweist; und einen nichtabstimmbaren Mehrschichtkondensator, der mit dem abstimmbaren Mehrschichtkondensator parallel verbunden ist, wobei der nichtabstimmbare Mehrschichtkondensator einen Kapazitätswert aufweist, der nicht beim Anlegen der DC-Vorspannung an das teilweise abstimmbare Mehrschichtkondensatorarray abstimmbar ist.
Kondensatorarray nach Anspruch 29, wobei der abstimmbare Mehrschichtkondensator Folgendes umfasst: eine erste aktive Elektrode in elektrischem Kontakt mit einem ersten aktiven Anschluss; eine zweite aktive Elektrode in elektrischem Kontakt mit einem zweiten aktiven Anschluss; eine erste DC-Vorspannungselektrode in elektrischem Kontakt mit einem ersten DC-Vorspannungsanschluss; eine zweite DC-Vorspannungselektrode in elektrischem Kontakt mit einem zweiten DC-Vorspannungsanschluss; und mehrere dielektrische Schichten, die zwischen der ersten und zweiten aktiven Elektrode und zwischen der ersten und zweiten Vorspannungselektrode angeordnet sind, wobei wenigstens ein Teil der dielektrischen Schichten ein abstimmbares dielektrisches Material enthält, das eine beim Anlegen der angelegten DC-Spannung über die erste und zweite DC-Vorspannungselektrode variable dielektrische Konstante aufweist.
Kondensatorarray nach Anspruch 29, wobei das teilweise abstimmbare Mehrschichtkondensatorarray eine Konfiguration mit horizontalem Stapel aufweist, wobei sich Dicken von sowohl dem abstimmbaren Mehrschichtkondensator als auch dem nichtabstimmbaren Mehrschichtkondensator in einer Längsrichtung des teilweise abstimmbaren Mehrschichtkondensatorarrays erstrecken.
Teilweise abstimmbarer Mehrschichtkondensator, der Folgendes umfasst: eine erste aktive Elektrode in elektrischem Kontakt mit einem ersten aktiven Anschluss; eine zweite aktive Elektrode in elektrischem Kontakt mit einem zweiten aktiven Anschluss; eine erste DC-Vorspannungselektrode in elektrischem Kontakt mit einem ersten DC-Vorspannungsanschluss; eine zweite DC-Vorspannungselektrode in elektrischem Kontakt mit einem zweiten DC-Vorspannungsanschluss; mehrere dielektrische Schichten, die zwischen der ersten und zweiten aktiven Elektrode und zwischen der ersten und zweiten Vorspannungselektrode angeordnet sind, wobei wenigstens ein Teil der dielektrischen Schichten ein abstimmbares dielektrisches Material enthält, das eine bei Anlegen einer angelegten DC-Spannung über die erste und zweite DC-Vorspannungselektrode hinweg variable dielektrische Konstante aufweist, und wobei ein nichtabstimmbarer Teil der mehreren dielektrischen Schichten keine bei Anlegen der angelegten DC-Spannung über die erste und zweite DC-Vorspannungselektrode hinweg variable Kapazität aufweist.
Kondensator nach Anspruch 32, wobei der nichtabstimmbare Teil der mehreren dielektrischen Schichten keinerlei Vorspannungselektroden beinhaltet.
Kondensator nach Anspruch 32, wobei der nichtabstimmbare Teil der mehreren dielektrischen Schichten Vorspannungselektroden beinhaltet, die mit keinerlei Vorspannungsanschlüssen verbunden sind.
Abstimmbares Mehrschichtkondensatorarray, das mehrere abstimmbare Mehrschichtkondensatoren umfasst, die parallel verbunden sind, und wobei das abstimmbare Mehrschichtkondensatorarray eine Konfiguration mit horizontalem Stapel aufweist, wobei sich die Dicke von jedem der mehreren abstimmbaren Mehrschichtkondensatoren in einer Längenrichtung des abstimmbaren Mehrschichtkondensatorarrays erstreckt, und wobei der abstimmbare Mehrschichtkondensator so konfiguriert ist, dass er eine durch Anlegen einer DC-Vorspannung an das abstimmbare Mehrschichtkondensatorarray abstimmbare Kapazität aufweist.
Abstimmbares Mehrschichtkondensatorarray nach Anspruch 35, das ferner wenigstens einen nichtabstimmbaren Mehrschichtkondensator umfasst, der parallel mit den mehreren abstimmbaren Mehrschichtkondensatoren verbunden ist.
Abstimmbares Mehrschichtkondensatorarray nach Anspruch 35, wobei jeder der mehreren abstimmbaren Mehrschichtkondensatoren Folgendes umfasst: eine erste aktive Elektrode in elektrischem Kontakt mit einem ersten aktiven Anschluss; eine zweite aktive Elektrode in elektrischem Kontakt mit einem zweiten aktiven Anschluss; eine erste DC-Vorspannungselektrode in elektrischem Kontakt mit einem ersten DC-Vorspannungsanschluss; eine zweite DC-Vorspannungselektrode in elektrischem Kontakt mit einem zweiten DC-Vorspannungsanschluss; und mehrere dielektrische Schichten, die zwischen der ersten und zweiten aktiven Elektrode und zwischen der ersten und zweiten Vorspannungselektrode angeordnet sind, wobei wenigstens ein Teil der dielektrischen Schichten ein abstimmbares dielektrisches Material enthält, das eine beim Anlegen einer angelegten DC-Spannung über die erste und zweite DC-Vorspannungselektrode variable dielektrische Konstante aufweist.
Abstimmbares Mehrschichtkondensatorarray nach Anspruch 37, wobei: die erste DC-Vorspannungselektrode von jedem der mehreren abstimmbaren Mehrschichtkondensatoren entlang einer unteren Oberfläche des abstimmbaren Mehrschichtkondensatorarrays angeordnet ist; und die zweite DC-Vorspannungselektrode von jedem der mehreren abstimmbaren Mehrschichtkondensatoren entlang einer oberen Oberfläche des abstimmbaren Mehrschichtkondensatorarrays angeordnet ist.
Abstimmbares Mehrschichtkondensatorarray nach Anspruch 37, wobei: die erste DC-Vorspannungselektrode von jedem der mehreren abstimmbaren Mehrschichtkondensatoren entlang einer unteren Oberfläche des abstimmbaren Mehrschichtkondensatorarrays angeordnet ist; und die zweite DC-Vorspannungselektrode von jedem der mehreren abstimmbaren Mehrschichtkondensatoren entlang der unteren Oberfläche des abstimmbaren Mehrschichtkondensatorarrays angeordnet ist.