WO2005034593A2 - Substrate comprising a tuneable electrical component and use of the same - Google Patents

Substrate comprising a tuneable electrical component and use of the same Download PDF

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WO2005034593A2
WO2005034593A2 PCT/EP2004/052067 EP2004052067W WO2005034593A2 WO 2005034593 A2 WO2005034593 A2 WO 2005034593A2 EP 2004052067 W EP2004052067 W EP 2004052067W WO 2005034593 A2 WO2005034593 A2 WO 2005034593A2
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tunable
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Richard Matz
Ashkan Neaini
Carsten Schuh
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Siemens Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention relates to a substrate with at least one tunable electrical component and a use of the substrate with the component.
  • a change in the frequency range of a mobile phone can be achieved with the help of varactor diodes (varactors).
  • a varactor diode is a semiconductor component with a voltage-dependent capacitance.
  • the change in the frequency range can also be achieved via controllable paraelectric capacitors, the capacitance of which is also voltage-dependent.
  • the capacity of these components is a variable operating size of the components.
  • the components are tunable. However, since the operating variable "capacity" can only be changed in a relatively small frame with these tunable components, the frequency range of a mobile radio telephone can also only be changed in a relatively small frame.
  • the object of the present invention is to provide a possibility of how an operating variable of a tunable electrical component can be changed in a significantly wider range compared to the prior art.
  • a substrate with at least one tunable electrical component is specified, In the volume section of the substrate, at least one cavity is arranged, which is partially filled with a continuous fluid band of a fluid with a certain electrical property, so that a position of the fluid band in the cavity can be changed and the fluid band is arranged in the cavity in such a way that by a change the position of the fluid band in the cavity, an electrical operating variable of the electrical component can be changed ver.
  • the substrate is an arbitrary circuit carrier.
  • the component is preferably a passive electrical component.
  • the passive electrical component is, for example, an electrical resistance with the "electrical" operating variable
  • the electrical property of the fluid is, for example, electrical conductivity or permeability.
  • a tunable resistor can also be integrated into the substrate.
  • the passive components mentioned are, for example, components of a potentiometer or the like.
  • the fluid is present as a coherent fluid band (liquid band).
  • the liquid can be single or multi-phase.
  • This fluid band can be moved within the cavity.
  • the fluid is advantageously characterized by a low wettability of the cavity boundary.
  • the fluid essentially does not spread itself on the cavity boundary.
  • the fluid can thus be localized in certain areas of the cavity.
  • the fluid can be liquid, pasty or gel-like.
  • the fluid can be a pure substance.
  • the fluid is a liquid metal or a liquid solvent.
  • a mixture of solvents, for example a mixture of water and alcohol, is also conceivable.
  • Various substances can also be dissolved in the solvent or the solvent mixture.
  • ions can be contained in a water, which contribute to the electrical conductivity of the fluid.
  • the fluid can also be in the form of a dispersion or emulsion.
  • the position of the fluid band in the cavity can be changed by exerting an electrical, magnetic and / or mechanical force on the fluid.
  • the fluid band in the cavity can be changed by exerting an electrical, magnetic and / or mechanical force on the fluid.
  • the position of the fluid band in the cavity can be changed electrostatically, magnetohydrodynamically and / or piezoelectrically. In each of the cases mentioned, a force is exerted on the fluid which ensures that the fluid is moved in the cavity. For a defined setting of the operating size of the tunable component, its position in the cavity remains constant after the fluid band has been moved.
  • the position of the fluid band is preferably caused by the application of an electrical field.
  • an electrical charge can be applied to the fluid, so that the fluid band can be moved in the electrical field and thus in the cavity.
  • an electromagnetic field is created.
  • the fluid is characterized by a paramagnetic or diamagnetic material.
  • the piezoelectric transducer can exert the force directly on the fluid.
  • the converter is preferably integrated in the substrate with the tunable component. It is also conceivable that the force is exerted on the fluid indirectly via a force transmission medium.
  • the power transmission takes place, for example, hydraulically or pneumatically.
  • the converter can be arranged outside the substrate with the electrical component.
  • the power transmission medium is advantageously designed such that it essentially does not influence the operating size of the component.
  • the electrical operating size of the component is influenced by changing the position of the fluid in the cavity.
  • the component is a capacitor.
  • Such a capacitor can be referred to as a "sliding capacitor".
  • a region of the cavity of the substrate is arranged between the electrodes of the capacitor.
  • At least one further area of the cavity is not arranged between the electrodes of the capacitor, that is to say outside of the capacitor.
  • the fluid can be moved between the two areas of the cavity. Since the fluid is characterized by a certain permeability, the capacitance of the capacitor depends on the position of the fluid band in the cavity. The higher the permeability of the fluid, the more sensitive the capacitance of the capacitor is to the change in the position of the fluid band.
  • a high-dielectric fluid is therefore preferably used.
  • Such a fluid is characterized by a dielectric constant of over 50.
  • the dielectric constant of pure water is, for example, about 80 at room temperature. It is advantageous to use an emulsion or a dispersion of
  • the cavity is delimited by an electrode of the electrical component. It is therefore possible that the electrode and the direct contact are in contact or can be brought into contact by changing the position of the fluid band in the cavity. If the electrical de and the fluid band are in direct contact, electrical charge can be transferred from the electrode of the component to the fluid by electrical control of the electrode of the component. In addition, the electric field generated by applying a voltage to the electrodes of the capacitor can be efficiently coupled into the fluid. It is also conceivable that the electrical charge on the fluid is transferred from a further electrode of a further electrical component to the fluid band. By applying the electric field, the fluid band is moved in the cavity such that the fluid band is first brought into contact with the electrode of the tunable component.
  • a so-called sliding resistance can also be implemented.
  • An electrically conductive fluid is placed between two electrodes that directly delimit the cavity.
  • the fluid band and the electrodes are in direct contact with one another.
  • An electrical short circuit occurs when the fluid band comes into contact with the electrodes of the capacitor.
  • the level of electrical resistance of such an arrangement depends, among other things, on the electrical conductivity of the fluid.
  • the fluid can be an electron conductor.
  • the fluid is a resistance paste.
  • a fluid in the form of an ion conductor is also conceivable.
  • the ion conductor is, for example, a solution of a solvent and ions dissolved in it.
  • the solvent is, for example, water or another polar solvent such as ethanol or the like.
  • the cavity is closed.
  • the fluid cannot flow out of the cavity or out of the substrate with the cavity. This ensures that the position of the fluid band can be changed.
  • the cavity has a bypass, which enables pressure equalization necessary for moving the fluid.
  • the substrate can be any circuit carrier made of an organic or inorganic material.
  • a substrate made of silicon is conceivable, into which structures are introduced by so-called "micromachining".
  • the substrate is a multilayer substrate and the cavity is formed by a recess which is continuous in the thickness direction of at least one layer of the multilayer substrate.
  • the multi-layer substrate can be a multi-layer substrate with layers of one plastic or of several plastics.
  • a multilayer substrate made of layers made of a ceramic material is advantageous.
  • a multilayer body is, for example, a so-called HTCC (high temperature co-fired ceramics) substrate.
  • the multilayer substrate is preferably an LTCC (Low Temperature Cofired Ceramics) substrate.
  • the ceramic used in such a substrate is a glass ceramic that densifies at a relatively low sealing firing temperature. Due to the low sealing firing temperature, electrically tunable materials such as silver or copper, which melt at a relatively low temperature, can be integrated in the volume of the substrate for the tunable electrical component and further electrical components integrated in the substrate. The quality of the components made with these materials is therefore relatively high.
  • Substrate to be integrated In this way, a highly dielectric ceramic material can be used directly adjacent to the cavity, which promotes the coupling of the electric field into the fluid.
  • the recess for forming the cavity is made, for example, in a layer made of the high-dielectric ceramic material. Conceivable is also that an adjacent layer delimiting the cavity has the high-dielectric ceramic material.
  • the tunable electrical component of the substrate is used in a wide variety of applications.
  • the tunable electrical component of the substrate is preferably used for digitally controlling an operating frequency of a microwave oscillator, for controlling a pass and / or blocking behavior of a frequency filter and / or for adapting at least two circuits.
  • the tunable electrical component is used to set a frequency range of a mobile radio telephone used for transmitting and / or receiving electromagnetic waves.
  • the arrangement of the fluid in the cavity makes it possible to coordinate the operating size of an electrical component over a wide range.
  • the integration of the component and the cavity in an LTCC substrate leads to an inexpensive, compact and variable solution.
  • FIG. 1 shows a multilayer substrate with several tunable capacitors in a lateral cross section.
  • FIG. 2 shows an equivalent circuit diagram of the electrical circuit with the tunable capacitors from FIG. 1.
  • FIG. 3 shows a further multilayer substrate with several tunable capacitors in a lateral cross section.
  • FIG. 5 shows a multilayer substrate with a short-circuit slide or a tunable coplanar line.
  • FIG. 6 shows a multilayer substrate with tunable resonators.
  • FIG. 7 shows various contacting concepts that can be integrated in a multi-layer substrate.
  • FIG. 8 shows calculated transmission spectra for a bandpass filter at different resonator lengths.
  • the substrate 1 is a ceramic multilayer substrate 12, which consists of several, each one Ceramic layers 13 to 18 comprising glass ceramic.
  • a cavity 3 is present in a volume section 11 of the substrate 1, which is introduced into one of the ceramic layers (layer 14).
  • a coherent fluid band 4 is arranged from a fluid with a certain electrical property. The position of the fluid band 4 can be changed within the cavity 3.
  • the cavity 4 extends over the entire layer thickness 141 of the layer 14 and is delimited by adjacent ceramic layers 13 and 15. At least one electrode 21 of the electrical component 2 delimits the cavity 3 and is in contact with the fluid 4.
  • the tunable, variable electrical component is a capacitor 23, which can be referred to as sliding capacitors (FIG. 1).
  • the capacitor is suitable for high frequency applications.
  • the fluid of the fluid band 4 is highly dielectric.
  • the position of the fluid band is changed electrostatically with the aid of control electrodes 30.
  • the capacitance can be of the capacitors can be varied 8 to 60 times by varying the position of the fluid band.
  • the ceramic layers 15 to 17 consist of a high-dielectric glass ceramic with a dielectric constant of approximately 80.
  • the ceramic layers 13 and 18 have a glass ceramic with a dielectric constant of approximately 6.
  • the smallest capacity level results from the geometry for the application of the static electric field used control electrodes 30.
  • a typical value for LTCC technology is about 0.1 pF.
  • FIG. 1 shows an equivalent circuit 5 of this example.
  • further electrical components include, for example, coils 23, groundings 24 and further capacitors 25.
  • tunable resonant circuits can be formed.
  • integrated line resonators for example ⁇ / 4 lines, can also be integrated into the substrate.
  • a fluid band 4 with an electrically highly conductive fluid is used (FIG. 3).
  • the fluid 4 consists of mercury.
  • An electrode 25 of the tunable capacitor 23 does not delimit the cavity 3.
  • the ceramic layer 13 also consists of a high-dielectric glass ceramic, so that an efficient coupling of the electric field indirectly into the fluid band 4 is possible via the layer 13.
  • a sliding resistance is implemented (FIG. 5).
  • the fluid of the fluid band 4 consists of a low-viscosity resistance paste with a certain electrical conductivity.
  • Stripline cables are arranged horizontally and symmetrically to the center of the substrate.
  • a cavity 3 is located between the coupled stripline lines 61.
  • a fluid band 4 made of mercury is located in the cavity 3.
  • the fluid band 4 is electrically conductively connected to ground potential 62.
  • a piezoelectric membrane 63 is provided to change the position of the fluid in the cavity 3.
  • the length changes the line up to the ground potential 62 and thus the center frequency of a filter constructed with the resonator.
  • the membrane 63 is round and has a radius r of approximately 2 mm. With a center deflection h of approximately 20 ⁇ m, the membrane 63 displaces a liquid volume V of approximately 0.13 mm ⁇ .
  • stripline lines 61 are wound spirally or that the stripline lines 61 extend over several layers of the multilayer body 12.
  • FIG. 7 shows contacting concepts with the aid of which the changes in length of the stripline lines 61 can be achieved.
  • the stripline lines 61 are connected directly to the electrically conductive fluid band 4.
  • the stripline lines 61 are connected to the fluid band via transverse webs 66.
  • the length of the stripline lines is varied via separate resonators 67 (with MEMS switches).
  • the resonators from which a bandpass filter is built are tuned.
  • the length by about 10 mm a large tuning range of the spectral transmission from 1 to 6 GHz is achieved.
  • the calculated transmission spectra can be seen in FIG. 8.
  • the resonator length was varied from left to right as follows: 10 mm, 6 mm, 3 mm, 1.5 mm, 0.8 mm, 0.5 mm and 0.4 mm.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)

Abstract

The invention relates to a substrate (1) comprising at least one tuneable electrical component (2, 22). According to the invention, a volume section (11) of the substrate is provided with at least one cavity (3) that is partially filled with a continuous strip (4) of fluid having a determined electrical property in such a way that the position of the strip of fluid in the cavity can be modified. Said fluid strip is arranged in the cavity such that an electrical operating variable of the electrical component can be modified by a modification of the position of the fluid strip. The invention enables a concept described as "software defined radio" to be implemented. The position of the fluid strip can be modified in any way, enabling both a digital and a continuous modification of the operating variable of the tuneable electrical component to be achieved. Preferably, the substrate is a ceramic multilayer substrate formed by low temperature co-fired ceramics technology. The inventive substrate provided with the component is used, for example, for tuning the frequency of a mobile radio telephone.

Description

Beschreibungdescription
Substrat mit einem abstimmbaren elektrischen Bauelement und Verwendung des Substrats mit dem BauelementSubstrate with a tunable electrical component and use of the substrate with the component
Die Erfindung betrifft ein Substrat mit mindestens einem abstimmbaren elektrischen Bauelement und eine Verwendung des Substrats mit dem Bauelement.The invention relates to a substrate with at least one tunable electrical component and a use of the substrate with the component.
Moderne Mobilfunktelefone werden mit verschiedenen Frequenzbereichen betrieben. Ein Umschalten von Frequenzbereich zu Frequenzbereich erfolgt beispielweise durch PIN-Dioden. Aufgrund einer zunehmenden Band- und Standardvielfalt ist das Umschalten mit Hilfe der PIN-Dioden sehr aufwändig. Zudem ist ein Stromverbrauch der PIN-Dioden relativ hoch.Modern mobile phones are operated with different frequency ranges. Switching from frequency range to frequency range takes place, for example, using PIN diodes. Due to an increasing variety of bands and standards, switching using the PIN diodes is very complex. In addition, the power consumption of the PIN diodes is relatively high.
Eine Veränderung des Frequenzbereichs eines Mobilfunktelefons kann mit Hilfe von Varakterdioden (Varaktoren) erreicht werden. Eine Varakterdiode ist ein Halbleiterbauelement mit spannungsabhängiger Kapazität. Die Veränderung des Frequenzbereichs kann auch über steuerbare paraelektrische Kondensatoren erreicht werden, deren Kapazität ebenfalls spannungsabhängig ist. Die Kapazität dieser Bauelemente ist eine veränderbare Betriebsgröße der Bauelemente. Die Bauelemente sind abstimmbar. Da aber bei diesen abstimmbaren Bauelementen die Betriebsgröße "Kapazität" nur in einem relativ kleinen Rahmen verändert werden kann, kann der Frequenzbereich eines Mobilfunktelefons ebenfalls nur in einem relativ kleinen Rahmen verändert werden.A change in the frequency range of a mobile phone can be achieved with the help of varactor diodes (varactors). A varactor diode is a semiconductor component with a voltage-dependent capacitance. The change in the frequency range can also be achieved via controllable paraelectric capacitors, the capacitance of which is also voltage-dependent. The capacity of these components is a variable operating size of the components. The components are tunable. However, since the operating variable "capacity" can only be changed in a relatively small frame with these tunable components, the frequency range of a mobile radio telephone can also only be changed in a relatively small frame.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Möglichkeit anzugeben, wie eine Betriebsgröße eines abstimmbaren elektrischen Bauelements in einem im Vergleich zum Stand der Technik wesentlich weiteren Bereich verändert werden kann.The object of the present invention is to provide a possibility of how an operating variable of a tunable electrical component can be changed in a significantly wider range compared to the prior art.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Substrat mit mindestens einem abstimmbaren elektrischen Bauelement angegeben, wobei in ei- nem Volumenabschnitt des Substrats mindestens ein Hohlraum angeordnet ist, der teilweise mit einem zusammenhängenden Fluidband eines Fluids mit einer bestimmten elektrischen Eigenschaft gefüllt ist, so dass eine Lage des Fluidbandes im Hohlraum verändert werden kann und das Fluidband derart im Hohlraum angeordnet ist, dass durch eine Veränderung der Lage des Fluidbandes im Hohlraum eine elektrische Betriebsgröße des elektrischen Bauelements ver ndert werden kann.To achieve the object, a substrate with at least one tunable electrical component is specified, In the volume section of the substrate, at least one cavity is arranged, which is partially filled with a continuous fluid band of a fluid with a certain electrical property, so that a position of the fluid band in the cavity can be changed and the fluid band is arranged in the cavity in such a way that by a change the position of the fluid band in the cavity, an electrical operating variable of the electrical component can be changed ver.
Durch die Erfindung ist ein Konzept realisierbar, das alsWith the invention, a concept can be realized that as
"Software Defined Radio" bezeichnet wird. Die Lage des Fluidbandes kann beliebig verändert werden. Dadurch ist es möglich, sowohl eine digitale als auch eine kontinuierliche Änderung der Betriebsgröße des abstimmbaren elektrischen Bau- elements zu erreichen."Software Defined Radio" is called. The position of the fluid band can be changed as desired. This makes it possible to achieve both a digital and a continuous change in the operating size of the tunable electrical component.
Das Substrat ist ein beliebiger Schaltungstrager . Das Bauelement ist vorzugsweise ein passives elektrisches Bauelement. Das passive elektrische Bauelement ist beispielsweise ein e- lektrischer Widerstand mit der Betriebsgröße "elektrischeThe substrate is an arbitrary circuit carrier. The component is preferably a passive electrical component. The passive electrical component is, for example, an electrical resistance with the "electrical" operating variable
Leitfähigkeit", ein Kondensator mit der Betriebsgröße "Kapazität" oder eine Spule mit der Betriebsgroße "Induktivität". Die elektrische Eigenschaft des Fluids ist beispielsweise eine elektrische Leitfähigkeit oder eine Permeabilität. Ebenso kann in das Substrat ein abstimmbarer Widerstand integriert werden. Die genannten passiven Bauelemente sind beispielsweise Bestandteile eines Potentiometers oder ahnlichem.Conductivity ", a capacitor with the operating size" capacitance "or a coil with the operating size" inductance ". The electrical property of the fluid is, for example, electrical conductivity or permeability. A tunable resistor can also be integrated into the substrate. The passive components mentioned are, for example, components of a potentiometer or the like.
Das Fluid liegt als zusammenhangendes Fluidband (Flussig- keitsband) vor. Dies bedeutet, dass das Fluid eine zusammenhängende Flüssigkeit ist. Die Flüssigkeit kann dabei ein- o- der mehrphasig sein. Innerhalb des Hohlraums kann dieses Fluidband bewegt werden. Dazu zeichnet sich das Fluid vorteilhaft durch eine geringe Benetzbarkeit der Hohlraumbegrenzung aus. Das Fluid breitet sich im Wesentlichen nicht selbständig auf der Hohlraumbegrenzung aus. Das Fluid kann somit in bestimmten Bereichen des Hohlraums lokalisiert werden. Das Fluid kann flüssig, pastös oder gelartig sein. Das Fluid kann als reiner Stoff vorliegen. Beispielsweise ist das Fluid ein flüssiges Metall oder ein flüssiges Lösungsmittel. Gemi- sehe von Lösungsmitteln, beispielsweise ein Gemisch aus Wasser und Alkohol ist auch denkbar. In dem Lösungsmittel bzw. dem Losungsmittelgemisch können auch verschiedene Stoffe gelöst sein. Beispielsweise können in einem Wasser Ionen enthalten sein, die zur elektrischen Leitfähigkeit des Fluids beitragen. Darüber hinaus kann das Fluid auch in Form einer Dispersion oder Emulsion vorliegen.The fluid is present as a coherent fluid band (liquid band). This means that the fluid is a coherent liquid. The liquid can be single or multi-phase. This fluid band can be moved within the cavity. For this purpose, the fluid is advantageously characterized by a low wettability of the cavity boundary. The fluid essentially does not spread itself on the cavity boundary. The fluid can thus be localized in certain areas of the cavity. The fluid can be liquid, pasty or gel-like. The fluid can be a pure substance. For example, the fluid is a liquid metal or a liquid solvent. A mixture of solvents, for example a mixture of water and alcohol, is also conceivable. Various substances can also be dissolved in the solvent or the solvent mixture. For example, ions can be contained in a water, which contribute to the electrical conductivity of the fluid. In addition, the fluid can also be in the form of a dispersion or emulsion.
Die Lage des Fluidbandes im Hohlraum kann durch Ausüben einer elektrischen, einer magnetischen und/oder einer mechanischen Kraft auf das Fluid verändert werden. Insbesondere kann dieThe position of the fluid band in the cavity can be changed by exerting an electrical, magnetic and / or mechanical force on the fluid. In particular, the
Lage des Fluidbandes im Hohlraum elektrostatisch, magnetohydrodynamisch und/oder piezoelektrisch verändert werden. In jedem der genannten Fälle wird auf das Fluid eine Kraft ausgeübt, die dafür sorgt, dass das Fluid im Hohlraum bewegt wird. Für ein definiertes Einstellen der Betriebsgröße des abstimmbaren Bauelements bleibt nach dem Bewegen des Fluidbandes dessen Lage im Hohlraum konstant.The position of the fluid band in the cavity can be changed electrostatically, magnetohydrodynamically and / or piezoelectrically. In each of the cases mentioned, a force is exerted on the fluid which ensures that the fluid is moved in the cavity. For a defined setting of the operating size of the tunable component, its position in the cavity remains constant after the fluid band has been moved.
Vorzugsweise wird die Lage des Fluidbandes durch Anlegen ei- nes elektrischen Feldes hervorgerufen. Zur Veränderung der Lage des Fluidbandes kann das Fluid mit einer elektrischen Ladung beaufschlagt werden, so dass das Fluidband im elektrischen Feld und damit im Hohlraum bewegt werden kann. Im Fall der magnetohydrodynamischen Bewegung des Fluids wird ein ag- netisches Feld angelegt. Dazu zeichnet sich das Fluid durch ein paramagnetisches oder diamagnetisches Material aus.The position of the fluid band is preferably caused by the application of an electrical field. To change the position of the fluid band, an electrical charge can be applied to the fluid, so that the fluid band can be moved in the electrical field and thus in the cavity. In the case of the magnetohydrodynamic movement of the fluid, an electromagnetic field is created. The fluid is characterized by a paramagnetic or diamagnetic material.
Denkbar ist auch, dass ein piezoelektrischer Wandler eingesetzt wird, der durch elektrische Ansteuerung auf das Fluid eine Kraft ausübt und somit eine Veränderung der Lage desIt is also conceivable that a piezoelectric transducer is used which exerts a force on the fluid by electrical control and thus a change in the position of the
Fluids bewirkt. Der piezoelektrische Wandler kann dabei die Kraft direkt auf das Fluid ausüben. Dazu ist der Wandler vor- zugsweise im Substrat mit dem abstimmbaren Bauelement integriert. Denkbar ist auch, dass die Kraft indirekt über ein Kraftubertragungsmedium auf das Fluid ausgeübt wird. Die Kraftübertragung erfolgt beispielsweise hydraulisch oder pneumatisch. Der Wandler kann dabei außerhalb des Substrats mit dem elektrischen Bauelement angeordnet sein. Das Kraftübertragungsmedium ist dabei vorteilhaft so ausgestaltet, dass es die Betriebsgroße des Bauelements im Wesentlichen nicht beeinflusst.Fluids causes. The piezoelectric transducer can exert the force directly on the fluid. The converter is preferably integrated in the substrate with the tunable component. It is also conceivable that the force is exerted on the fluid indirectly via a force transmission medium. The power transmission takes place, for example, hydraulically or pneumatically. The converter can be arranged outside the substrate with the electrical component. The power transmission medium is advantageously designed such that it essentially does not influence the operating size of the component.
Durch die Veränderung der Lage des Fluids im Hohlraum wird die elektrische Betriebsgroße des Bauelements beeinflusst. Beispielsweise ist das Bauelement ein Kondensator. Ein derartiger Kondensator kann als "Schiebekondensator" bezeichnet werden. Ein Bereich des Hohlraums des Substrats ist zwischen den Elektroden des Kondensators angeordnet. Mindestens ein weiterer Bereich des Hohlraums ist nicht zwischen den Elektroden des Kondensators, also außerhalb des Kondensators angeordnet. Das Fluid kann zwischen den beiden Bereichen des Hohlraums bewegt werden. Da sich das Fluid durch eine bestimmte Permeabilität auszeichnet, hangt die Kapazität des Kondensators von der Lage des Fluidbandes im Hohlraum ab. Je höher die Permeabilität des Fluids ist, desto empfindlicher reagiert die Kapazität des Kondensators auf die Veränderung der Lage des Fluidbandes. Vorzugsweise wird daher ein hochdielektrisches Fluid eingesetzt. Ein derartiges Fluid zeichnet sich durch eine Dielektrizitätskonstante von über 50 aus. Die Dielektrizitätskonstante von reinem Wasser betragt beispielsweise bei Raumtemperatur etwa 80. Vorteilhaft ist es, eine Emulsion oder eine Dispersion eines hochdielektrischen Materials zu verwenden.The electrical operating size of the component is influenced by changing the position of the fluid in the cavity. For example, the component is a capacitor. Such a capacitor can be referred to as a "sliding capacitor". A region of the cavity of the substrate is arranged between the electrodes of the capacitor. At least one further area of the cavity is not arranged between the electrodes of the capacitor, that is to say outside of the capacitor. The fluid can be moved between the two areas of the cavity. Since the fluid is characterized by a certain permeability, the capacitance of the capacitor depends on the position of the fluid band in the cavity. The higher the permeability of the fluid, the more sensitive the capacitance of the capacitor is to the change in the position of the fluid band. A high-dielectric fluid is therefore preferably used. Such a fluid is characterized by a dielectric constant of over 50. The dielectric constant of pure water is, for example, about 80 at room temperature. It is advantageous to use an emulsion or a dispersion of a high-dielectric material.
Gem ß einer besonderen Ausgestaltung ist der Hohlraum von einer Elektrode des elektrischen Bauelements begrenzt. Somit ist es möglich, dass die Elektrode und das direkten Kontakt stehen oder durch eine Änderung der Lage des Fluidbandes im Hohlraum in Kontakt gebracht werden können. Wenn die Elektro- de und das Fluidband in direktem Kontakt stehen, kann durch eine elektrische Ansteuerung der Elektrode des Bauelements elektrischen Ladung von der Elektrode des Bauelements auf das Fluid übertragen werden. Darüber hinaus kann das elektrische Feld, das durch Anlegen einer Spannung an die Elektroden des Kondensators erzeugt wird, effizient in das Fluid eingekoppelt werden. Denkbar ist auch, dass die elektrische Ladung auf das Fluid von einer weiteren, Elektrode eines weiteren elektrischen Bauelements auf das Fluidband übertragen wird. Durch Anlegen des elektrischen Feldes wird das Fluidband derart im Hohlraum bewegt, dass das Fluidband mit der Elektrode des abstimmbaren Bauelements erst in Kontakt gebracht wird.According to a special embodiment, the cavity is delimited by an electrode of the electrical component. It is therefore possible that the electrode and the direct contact are in contact or can be brought into contact by changing the position of the fluid band in the cavity. If the electrical de and the fluid band are in direct contact, electrical charge can be transferred from the electrode of the component to the fluid by electrical control of the electrode of the component. In addition, the electric field generated by applying a voltage to the electrodes of the capacitor can be efficiently coupled into the fluid. It is also conceivable that the electrical charge on the fluid is transferred from a further electrode of a further electrical component to the fluid band. By applying the electric field, the fluid band is moved in the cavity such that the fluid band is first brought into contact with the electrode of the tunable component.
Anstelle des beschriebenen Schiebekondensators kann auch ein sogenannter Schiebewiderstand realisiert sein. Dabei wird zwischen zwei Elektroden, die direkt den Hohlraum begrenzen, ein elektrisch leitfähiges Fluid platziert. Das Fluidband und die Elektroden stehen in direktem Kontakt miteinander. Durch das in Kontaktbringen des Fluidbandes mit den Elektroden des Kondensators erfolgt ein elektrischer Kurzschluss. Die Höhe des elektrischen Widerstandes einer derartigen Anordnung hängt unter anderem von der elektrischen Leitfähigkeit des Fluids ab. Das Fluid kann dabei ein Elektronenleiter sein. Beispielsweise ist das Fluid eine Widerstandspaste. Denkbar ist auch ein Fluid in Form eines Ionenleiters. Der Ionenleiter ist beispielsweise eine Lösung aus einem Lösungsmittel und darin gelösten Ionen. Das Lösungsmittel ist beispielsweise Wasser oder ein anderes polares Lösungsmittel wie Ethanol oder dergleichen.Instead of the sliding capacitor described, a so-called sliding resistance can also be implemented. An electrically conductive fluid is placed between two electrodes that directly delimit the cavity. The fluid band and the electrodes are in direct contact with one another. An electrical short circuit occurs when the fluid band comes into contact with the electrodes of the capacitor. The level of electrical resistance of such an arrangement depends, among other things, on the electrical conductivity of the fluid. The fluid can be an electron conductor. For example, the fluid is a resistance paste. A fluid in the form of an ion conductor is also conceivable. The ion conductor is, for example, a solution of a solvent and ions dissolved in it. The solvent is, for example, water or another polar solvent such as ethanol or the like.
In einer besonderen Ausgestaltung ist der Hohlraum geschlossen. Das Fluid kann aus dem Hohlraum bzw. aus dem Substrat mit dem Hohlraum nicht herausfließen. Dabei ist dafür gesorgt, dass die Veränderung der Lage des Fluidbandes möglich ist. Beispielsweise weist der Hohlraum einen Bypass auf, der einen für das Bewegen des Fluids notwendigen Druckausgleich ermöglicht. Das Substrat kann ein beliebiger Schaltungsträger aus einem organischen oder anorganischen Material sein. Denkbar ist beispielsweise ein Substrat aus Silizium, in durch sogenann- tes "Micromachining" Strukturen eingebracht sind. In einer besonderen Ausgestaltung ist das Substrat ein Mehrschichtsubstrat und der Hohlraum von einer in Dickenrichtung mindestens einer Schicht des Mehrschichtsubstrats durchgehenden Ausnehmung gebildet. Das Mehrschichtsubstrat kann dabei ein Mehr- schichtsubstrat mit Schichten aus einem Kunststoff oder aus mehreren Kunststoffen sein.In a special embodiment, the cavity is closed. The fluid cannot flow out of the cavity or out of the substrate with the cavity. This ensures that the position of the fluid band can be changed. For example, the cavity has a bypass, which enables pressure equalization necessary for moving the fluid. The substrate can be any circuit carrier made of an organic or inorganic material. For example, a substrate made of silicon is conceivable, into which structures are introduced by so-called "micromachining". In a special embodiment, the substrate is a multilayer substrate and the cavity is formed by a recess which is continuous in the thickness direction of at least one layer of the multilayer substrate. The multi-layer substrate can be a multi-layer substrate with layers of one plastic or of several plastics.
Vorteilhaft ist ein Mehrschichtsubstrat aus Schichten aus einem keramischen Material. Ein derartiger Mehrschichtkörper ist beispielsweise ein sogenanntes HTCC (High Temperature Co- fired Ceramics) -Substrat . Vorzugsweise ist das Mehrschichtsubstrat ein LTCC (Low Temperature Cofired Ceramics) - Substrat. Die bei einem derartigen Substrat eingesetzte Keramik ist eine Glaskeramik, die bei einer relativ niedrigen Dichtbrandtemperatur verdichtet. Aufgrund der niedrigen Dichtbrandtemperatur können für das abstimmbare elektrische Bauelement und weitere im Substrat integrierte elektrische Bauelement bei relativ niedriger Temperatur schmelzende e- lektrisch hochleitfähige Materialien wie Silber oder Kupfer im Volumen des Substrats integriert werden. Eine Güte der mit diesem Materialien hergestellten Bauelemente ist daher relativ hoch.A multilayer substrate made of layers made of a ceramic material is advantageous. Such a multilayer body is, for example, a so-called HTCC (high temperature co-fired ceramics) substrate. The multilayer substrate is preferably an LTCC (Low Temperature Cofired Ceramics) substrate. The ceramic used in such a substrate is a glass ceramic that densifies at a relatively low sealing firing temperature. Due to the low sealing firing temperature, electrically tunable materials such as silver or copper, which melt at a relatively low temperature, can be integrated in the volume of the substrate for the tunable electrical component and further electrical components integrated in the substrate. The quality of the components made with these materials is therefore relatively high.
Daneben können mit der LTCC-Technologie (und der HTCC- Technologie) auch unterschiedliche keramische Materialien mit unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften im Volumen desIn addition, with the LTCC technology (and the HTCC technology) different ceramic materials with different electrical properties in the volume of the
Substrats integriert werden. So kann in unmittelbarer Angrenzung an den Hohlraum ein hochdielektrisches keramisches Material eingesetzt werden, das eine Einkopplung des elektrischen Feldes in das Fluid begünstigt. Dazu ist die Ausnehmung zur Bildung des Hohlraums beispielsweise in einer Schicht aus dem hochdielektrischen keramischen Material eingebracht. Denkbar ist auch, dass eine benachbarte, den Hohlraum begrenzende Schicht das hochdielektrische keramische Material aufweist.Substrate to be integrated. In this way, a highly dielectric ceramic material can be used directly adjacent to the cavity, which promotes the coupling of the electric field into the fluid. For this purpose, the recess for forming the cavity is made, for example, in a layer made of the high-dielectric ceramic material. Conceivable is also that an adjacent layer delimiting the cavity has the high-dielectric ceramic material.
Zum Herstellen des Mehrschichtsubstrats in LTCC-Technologie werden beispielsweise keramische Grünfolien, die entsprechende keramischen Materialien aufweisen und eventuell mit entsprechenden Metallstrukturen versehen sind, strukturiert, ü- bereinander gestapelt, entbindert und zu einem monolithischen keramischen Körper gesintert. Die Strukturierung beinhaltet das Erzeugen einer Ausnehmung in zumindest einer der keramischen Grünfolien, aus der nach dem Sintern der Hohlraum gebildet wird. Ebenso werden eventuell benötigte Kanalstrukturen zum Befüllen des Hohlraums mit dem Fluid und/oder zur Bildung eines für das Bewegen des Fluidbandes im Hohlraum be- nötigten Bypasses eingebracht.To produce the multilayer substrate using LTCC technology, for example, ceramic green foils, which have appropriate ceramic materials and are possibly provided with appropriate metal structures, are structured, stacked one above the other, debindered and sintered to form a monolithic ceramic body. The structuring includes the creation of a recess in at least one of the ceramic green sheets, from which the cavity is formed after sintering. Likewise, possibly required channel structures for filling the cavity with the fluid and / or for forming a bypass required for moving the fluid band in the cavity are introduced.
Das abstimmbare elektrische Bauelement des Substrats findet in den verschiedensten Anwendungen seinen Einsatz. Vorzugsweise wird das abstimmbare elektrische Bauelement des Sub- strats zur digitalen Steuerung einer Betriebsfrequenz eines Mikrowellenoszillators, zur Steuerung eines Durchlassund/oder Sperrverhaltens eines Frequenzfilters und/oder zur Anpassung mindestens zweier Stromkreise verwendet. Insbesondere wird das abstimmbare elektrische Bauelement zum Einstel- len einer für ein Senden und/oder ein Empfangen elektromagnetischer Wellen benutzten Frequenzbereichs eines Mobilfunktelefons eingesetzt.The tunable electrical component of the substrate is used in a wide variety of applications. The tunable electrical component of the substrate is preferably used for digitally controlling an operating frequency of a microwave oscillator, for controlling a pass and / or blocking behavior of a frequency filter and / or for adapting at least two circuits. In particular, the tunable electrical component is used to set a frequency range of a mobile radio telephone used for transmitting and / or receiving electromagnetic waves.
Zusammenfassend ergeben sich mit der vorliegenden Erfindung folgende wesentlichen Vorteile:In summary, the following significant advantages result from the present invention:
- Durch die Anordnung des Fluids in dem Hohlraum ist es möglich, die Betriebsgröße eines elektrischen Bauelementes in einem weiten Bereich abzustimmen. - Insbesondere die Integration des Bauelements und des Hohlraums in einem LTCC-Substrat führt zu einer kostengünstigen, kompakten und variablen Lösung.The arrangement of the fluid in the cavity makes it possible to coordinate the operating size of an electrical component over a wide range. - In particular, the integration of the component and the cavity in an LTCC substrate leads to an inexpensive, compact and variable solution.
Anhand mehrerer Ausführungsbeispiele und der dazugehörigen Figuren wird die Erfindung im Folgenden näher erläutert. Die Figuren sind schematisch und stellen keine maßstabsgetreuen Abbildungen dar.The invention is explained in more detail below with the aid of several exemplary embodiments and the associated figures. The figures are schematic and do not represent true-to-scale illustrations.
Figur 1 zeigt ein Mehrschichtsubstrat mit mehreren abstimmbaren Kondensatoren in einem seitlichen Querschnitt.FIG. 1 shows a multilayer substrate with several tunable capacitors in a lateral cross section.
Figur 2 zeigt ein Ersatzschaltbild der elektrischen Schaltung mit den abstimmbaren Kondensatoren aus Figur 1.FIG. 2 shows an equivalent circuit diagram of the electrical circuit with the tunable capacitors from FIG. 1.
Figur 3 zeigt ein weiteres Mehrschichtsubstrat mit mehreren abstimmbaren Kondensatoren in einem seitlichen Querschnitt.FIG. 3 shows a further multilayer substrate with several tunable capacitors in a lateral cross section.
Figur 4 zeigt ein Ersatzschaltbild der elektrischen Schaltung mit den abstimmbaren Kondensatoren aus Figur 3.FIG. 4 shows an equivalent circuit diagram of the electrical circuit with the tunable capacitors from FIG. 3.
Figur 5 zeigt ein Mehrschichtsubstrat mit einem Kurzschlussschieber oder einer abstimmbaren Koplanarleitung.FIG. 5 shows a multilayer substrate with a short-circuit slide or a tunable coplanar line.
Figur 6 zeigt ein Mehrschichtsubstrat mit abstimmbaren Resonatoren.FIG. 6 shows a multilayer substrate with tunable resonators.
Figur 7 zeigt verschiedene Kontaktierungskonzepte, die in einem Mehrschichtsubstrat integriert sein können.FIG. 7 shows various contacting concepts that can be integrated in a multi-layer substrate.
Figur 8 zeigt berechnete Transmissionsspektren für ein Bandpassfilter bei verschiedenen Resonatorlängen.FIG. 8 shows calculated transmission spectra for a bandpass filter at different resonator lengths.
Mehrere abstimmbare elektrische Bauelemente 2 sind in einem LTCC-Substrat 1 integriert. Das Substrat 1 ist ein keramisches Mehrschichtsubstrat 12, das aus mehreren, jeweils eine Glaskeramik aufweisenden keramischen Schichten 13 bis 18 besteht .Several tunable electrical components 2 are integrated in an LTCC substrate 1. The substrate 1 is a ceramic multilayer substrate 12, which consists of several, each one Ceramic layers 13 to 18 comprising glass ceramic.
In einem Volumenabschnitt 11 des Substrats 1, der in einer der keramischen Schichten (Schicht 14) eingebracht ist, ist ein Hohlraum 3 vorhanden. In diesem Hohlraum 3 ist ein zusammenhängendes Fluidband 4 aus einem Fluid mit einer bestimmten elektrischen Eigenschaft angeordnet. Die Lage des Fluidbandes 4 kann innerhalb des Hohlraumes 3 verändert werden.A cavity 3 is present in a volume section 11 of the substrate 1, which is introduced into one of the ceramic layers (layer 14). In this cavity 3, a coherent fluid band 4 is arranged from a fluid with a certain electrical property. The position of the fluid band 4 can be changed within the cavity 3.
Der Hohlraum 4 erstreckt sich über die gesamte Schichtdicke 141 der Schicht 14 und wird von benachbarten keramischen Schichten 13 und 15 begrenzt. Zumindest eine Elektrode 21 des elektrischen Bauelements 2 begrenzt den Hohlraum 3 und steht mit dem Fluid 4 in Kontakt.The cavity 4 extends over the entire layer thickness 141 of the layer 14 and is delimited by adjacent ceramic layers 13 and 15. At least one electrode 21 of the electrical component 2 delimits the cavity 3 and is in contact with the fluid 4.
Beispiel 1:Example 1:
Das abstimmbare, variable elektrische Bauelement ist ein Kon- densator 23, der als Schiebekondensatore bezeichnet werden kann (Figur 1) . Der Kondensator ist für Hochfrequenzanwendungen geeignet. Das Fluid des Fluidbandes 4 ist hochdielektrisch. Die Veränderung der Lage des Fluidbandes erfolgt elektrostatisch mit Hilfe von Steuerelektroden 30. In Abhän- gigkeit von der Dielektrizitätskonstante der Glaskeramik der keramischen Schichten 13 bis 18, insbesondere der zum Hohlraum 3 mit dem Fluidband 4 benachbarten keramischen Schichten 13 und 15, kann die Kapazität eines der Kondensatoren durch Variation der Lage des Fluidbandes um das 8- bis 60-fache va- riiert werden. Die keramischen Schichten 15 bis 17 bestehen aus einer hochdielektrischen Glaskeramik mit einer Dielektrizitätskonstante von etwa 80. Die keramischen Schichen 13 und 18 verfügen über eine Glaskeramik mit einer Dielektrizitätskonstante von etwa 6.The tunable, variable electrical component is a capacitor 23, which can be referred to as sliding capacitors (FIG. 1). The capacitor is suitable for high frequency applications. The fluid of the fluid band 4 is highly dielectric. The position of the fluid band is changed electrostatically with the aid of control electrodes 30. Depending on the dielectric constant of the glass ceramic of the ceramic layers 13 to 18, in particular the ceramic layers 13 and 15 adjacent to the cavity 3 with the fluid band 4, the capacitance can be of the capacitors can be varied 8 to 60 times by varying the position of the fluid band. The ceramic layers 15 to 17 consist of a high-dielectric glass ceramic with a dielectric constant of approximately 80. The ceramic layers 13 and 18 have a glass ceramic with a dielectric constant of approximately 6.
Die kleinste Kapazitätsstufe ergibt sich dabei aus der Geometrie der für das Anlegen des statischen elektrischen Feldes verwendeten Steuerelektroden 30. Ein für die LTCC-Technologie typischer Wert betragt etwa 0,1 pF.The smallest capacity level results from the geometry for the application of the static electric field used control electrodes 30. A typical value for LTCC technology is about 0.1 pF.
Figur 2 zeigt ein Ersatzschaltbild 5 dieses Beispiels. Zur Vervollständigung sind weitere elektrische Bauelemente enthalten, die in Figur 1 nicht dargestellt sind. Diese weiteren Bauelemente umfassen beispielsweise Spulen 23, Erdungen 24 und weitere Kondensatoren 25.Figure 2 shows an equivalent circuit 5 of this example. For completion, further electrical components are included, which are not shown in FIG. 1. These further components include, for example, coils 23, groundings 24 and further capacitors 25.
Zusammen mit weiteren abstimmbaren und/oder nicht abstimmbaren Kondensatoren und abstimmbaren und/oder nicht abstimmbaren Induktivitäten können abstimmbare Resonanzkreise gebildet werden.Together with further tunable and / or non-tunable capacitors and tunable and / or non-tunable inductors, tunable resonant circuits can be formed.
Durch abstimmbare Kondensatoren können darüber hinaus integrierte Leitungsresonatoren, beispielsweise λ/4-Leitungen, in das Substrat integriert werden.With tunable capacitors, integrated line resonators, for example λ / 4 lines, can also be integrated into the substrate.
Beispiel 2:Example 2:
Im Gegensatz zum vorangegangenen Beispiel wird ein Fluidband 4 mit einem elektrisch hochleitfahigem Fluid verwendet (Figur 3) . Das Fluid 4 besteht aus Quecksilber. Eine Elektrode 25 des abstimmbaren Kondensators 23 begrenzt dabei nicht den Hohlraum 3. Die keramische Schicht 13 besteht ebenfalls aus einer hochdielektrischen Glaskeramik, so dass ein effizientes Einkoppeln des Elektrischen Feldes mittelbar über die Schicht 13 in das Fluidband 4 möglich ist.In contrast to the previous example, a fluid band 4 with an electrically highly conductive fluid is used (FIG. 3). The fluid 4 consists of mercury. An electrode 25 of the tunable capacitor 23 does not delimit the cavity 3. The ceramic layer 13 also consists of a high-dielectric glass ceramic, so that an efficient coupling of the electric field indirectly into the fluid band 4 is possible via the layer 13.
Diese Lösung beinhaltet gegenüber dem vorangegangenen Beispiel den Vorteil, dass die im Ersatzschaltbild (Figur 4) dargestellten und im Substrat integrierten Speisedrosseln für den elektrostatischen Antrieb des Fluidbandes und Ent- kopplungs- und Abblockkondensatoren entfallen können. Beispiel 3 :Compared to the previous example, this solution has the advantage that the feed chokes shown in the equivalent circuit diagram (FIG. 4) and integrated in the substrate for the electrostatic drive of the fluid band and decoupling and blocking capacitors can be omitted. Example 3:
Gemäß diesem Ausfuhrungsbeispiel ist ein Schiebewiderstand realisiert (Figur 5) . Das Fluid des Fluidbandes 4 besteht aus einer niedrig viskosen Widerstandspaste mit einer bestimmten elektrischen Leitfähigkeit.According to this exemplary embodiment, a sliding resistance is implemented (FIG. 5). The fluid of the fluid band 4 consists of a low-viscosity resistance paste with a certain electrical conductivity.
Beispiel 4:Example 4:
In einem Mehrschichtsubstrat 12 ist eine abstimmbare Kopla- narleitung mit Masseleitung auf der Ruckseite des Leitungsdielektrikums integriert (vgl. Figur 5). Hier ist das Fluid elektrisch hochleitfahig. Das Fluid besteht aus Quecksilber. Die dadurch in ihrer Lange variable Koplanarleitung wird für Impedanzanpassungen, in weiten Frequenzgrenzen abstimmbareA tunable coplanar line with ground line is integrated in a multilayer substrate 12 on the rear side of the line dielectric (cf. FIG. 5). Here the fluid is electrically highly conductive. The fluid consists of mercury. The coplanar line, which is variable in length as a result, can be tuned within wide frequency limits for impedance adaptations
Resonatoren und in weiten Frequenzgrenzen abstimmbare Filter u.s.w. eingesetzt.Resonators and filters tunable within wide frequency limits, etc. used.
Beispiel 5:Example 5:
In einem Mehrschichtsubstrat 12 sind abstimmbare Resonatoren mit vertikal übereinander angeordneten Stripline-Leitungen 61 integriert (Figur 6) . Die Leitungslangen der Stripline- Leitungen 61 betragen etwa 10 mm. Der Übersichtlichkeit hal- ber sind die übrigen Schaltungselemente ebenso wie dieTunable resonators with vertically superimposed stripline lines 61 are integrated in a multilayer substrate 12 (FIG. 6). The line lengths of the stripline lines 61 are approximately 10 mm. For the sake of clarity, the other circuit elements are just like that
Stripline-Leitungen horizontal und symmetrisch zur Substratmitte angeordnet .Stripline cables are arranged horizontally and symmetrically to the center of the substrate.
Zwischen den verkoppelten Stripline-Leitungen 61 befindet sich ein Hohlraum 3. In dem Hohlraum 3 befindet sich ein Fluidband 4 aus Quecksilber. Das Fluidband 4 ist mit Massepotential 62 elektrisch leitend verbunden.A cavity 3 is located between the coupled stripline lines 61. A fluid band 4 made of mercury is located in the cavity 3. The fluid band 4 is electrically conductively connected to ground potential 62.
Zum Verandern der Lage des Fluids im Hohlraum 3 ist eine pie- zoelektrische Membran 63 vorhanden. Durch die Veränderung der Lage des Fluidbandes 4 im Hohlraum 3 ändert sich die Länge der Leitung bis zum Massepotential 62 und damit die Mittenfrequenz eines mit dem Resonator aufgebauten Filters.A piezoelectric membrane 63 is provided to change the position of the fluid in the cavity 3. By changing the position of the fluid band 4 in the cavity 3, the length changes the line up to the ground potential 62 and thus the center frequency of a filter constructed with the resonator.
Auf der Rückseite der Membran 63 befindet sich ein weiterer Hohlraum 64, der durch einen Deckel 65 hermetisch abgedichtet ist. Zum Druckausgleich ist das linke Ende des Hohlraums 3 im Inneren des Mehrschichtsubstrats 12 mit dem weiteren Hohlraum 64 verbunden.On the back of the membrane 63 there is another cavity 64 which is hermetically sealed by a cover 65. To balance the pressure, the left end of the cavity 3 in the interior of the multilayer substrate 12 is connected to the further cavity 64.
Die Membran 63 ist rund und weist einen Radius r von etwa 2 mm auf. Bei einer Mittenauslenkung h von etwa 20 μm verdrängt die Membran 63 ein Flüssigkeitsvolumen V von etwa 0,13 mm^ .The membrane 63 is round and has a radius r of approximately 2 mm. With a center deflection h of approximately 20 μm, the membrane 63 displaces a liquid volume V of approximately 0.13 mm ^.
Weitere Ausführungsbeispiele ergeben sich dadurch, dass die Stripline-Leitungen 61 spiralförmig gewickelt sind oder dass sich die Stripline-Leitungen 61 über mehrere Lagen des Mehrschichtkörpers 12 erstrecken.Further exemplary embodiments result from the fact that the stripline lines 61 are wound spirally or that the stripline lines 61 extend over several layers of the multilayer body 12.
Figur 7 zeigt Kontaktierungskonzepte, mit deren Hilfe die Längenänderungen der Stripline-Leitungen 61 erzielt werden können. Gemäß Figur 7A sind die Stripline-Leitungen 61 direkt mit dem elektrisch leitenden Fluidband 4 verbunden. Gemäß Figur 7B sind die Stripline-Leitungen 61 über Querstege 66 mit dem Fluidband verbunden. Gemäß Figur 7C wird die Länge der Stripline-Leitungen über getrennte Resonatoren 67 (mit MEMS- Schaltern) variiert.FIG. 7 shows contacting concepts with the aid of which the changes in length of the stripline lines 61 can be achieved. According to FIG. 7A, the stripline lines 61 are connected directly to the electrically conductive fluid band 4. According to FIG. 7B, the stripline lines 61 are connected to the fluid band via transverse webs 66. According to FIG. 7C, the length of the stripline lines is varied via separate resonators 67 (with MEMS switches).
Mit Hilfe der Veränderung der Länge der Stripline-Leitungen werden die Resonatoren abgestimmt, aus denen ein Bandpassfil- ter aufgebaut ist. Durch Längenänderung von etwa 10 mm wird ein großer Abstimmbereich der spektralen Transmission von 1 bis 6 GHz erzielt. Die berechneten Transmissionsspektren sind der Figur 8 zu entnehmen. Die Resonatorlänge wurde dabei von links nach rechts folgendermaßen variiert: 10 mm, 6 mm, 3 mm, 1,5 mm, 0,8 mm, 0,5 mm und 0,4 mm. By changing the length of the stripline lines, the resonators from which a bandpass filter is built are tuned. By changing the length by about 10 mm, a large tuning range of the spectral transmission from 1 to 6 GHz is achieved. The calculated transmission spectra can be seen in FIG. 8. The resonator length was varied from left to right as follows: 10 mm, 6 mm, 3 mm, 1.5 mm, 0.8 mm, 0.5 mm and 0.4 mm.

Claims

Patentansprüche claims
1. Substrat (1) mit mindestens einem abstimmbaren elektrischen Bauelement (2, 22), wobei - in einem Volumenabschnitt (11) des Substrats (1) mindestens ein Hohlraum (3) angeordnet ist, der teilweise mit einem zusammenhängenden Fluidband (4) eines Fluids mit einer bestimmten elektrischen Eigenschaft gefüllt ist, so dass eine Lage des Fluidbandes (4) im Hohlraum (3) verändert werden kann, und das Fluidband (4) derart im Hohlraum (3) angeordnet ist, dass durch eine Veränderung der Lage des Fluidbandes (4) im Hohlraum (3) eine elektrische Betriebsgröße des e- lektrischen Bauelements (2, 22) verändert werden kann.1. substrate (1) with at least one tunable electrical component (2, 22), wherein - in a volume section (11) of the substrate (1) at least one cavity (3) is arranged, which partially with a continuous fluid band (4) Fluid is filled with a certain electrical property, so that a position of the fluid band (4) in the cavity (3) can be changed, and the fluid band (4) is arranged in the cavity (3) such that a change in the position of the fluid band (4) an electrical operating quantity of the electrical component (2, 22) can be changed in the cavity (3).
2. Substrat nach Anspruch 1, wobei das elektrische Bauelement (2) aus der Gruppe Kondensator, Induktivität und/oder elektrischer Widerstand ausgewählt ist.2. The substrate of claim 1, wherein the electrical component (2) is selected from the group of capacitor, inductance and / or electrical resistance.
3. Substrat nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Lage des Fluidbandes im Hohlraum elektrostatisch, magnetohydrodynamisch und/oder piezoelektrisch verändert werden kann.3. Substrate according to claim 1 or 2, wherein the position of the fluid band in the cavity can be changed electrostatically, magnetohydrodynamically and / or piezoelectrically.
4. Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Hohlraum (3) von einer Elektrode (21) des elektrischen Bauelements (2) begrenzt ist.4. Substrate according to one of claims 1 to 3, wherein the cavity (3) by an electrode (21) of the electrical component (2) is limited.
5. Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Hohlraum geschlossen ist.5. Substrate according to one of claims 1 to 4, wherein the cavity is closed.
6. Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Substrat ein Mehrschichtsubstrat (12) ist und der Hohlraum (4) von einer in Dickenrichtung mindestens einer Schicht (14) des Mehrschichtsubstrats durchgehenden Aus- nehmung gebildet ist. 6. Substrate according to one of claims 1 to 5, wherein the substrate is a multilayer substrate (12) and the cavity (4) is formed by a recess in the thickness direction of at least one layer (14) of the multilayer substrate.
7. Substrat nach Anspruch 6, wobei das Mehrschichtsubstrat ein HTCC-Ξubstrat oder ein LTCC-Substrat ist.7. The substrate of claim 6, wherein the multilayer substrate is an HTCC substrate or an LTCC substrate.
8. Verwendung des abstimmbaren elektrischen Bauelements des Substrats nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur digitalen Steuerung einer Betriebsfrequenz eines Mikrowellenoszillators .8. Use of the tunable electrical component of the substrate according to one of claims 1 to 7 for digital control of an operating frequency of a microwave oscillator.
9. Verwendung des abstimmbaren elektrischen Bauelements des Substrats nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Steuerung eines Durchlass- und/oder Sperrverhaltens eines Frequenzfilters .9. Use of the tunable electrical component of the substrate according to one of claims 1 to 7 for controlling a pass and / or blocking behavior of a frequency filter.
10. Verwendung des abstimmbaren elektrischen Bauelements des Substrats nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Anpassung mindestens zweier Stromkreise.10. Use of the tunable electrical component of the substrate according to one of claims 1 to 7 for adapting at least two circuits.
11. Verwendung des abstimmbaren elektrischen Bauelements des Substrats nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zum Einstel- len einer für ein Senden und/oder ein Empfangen elektromagnetischer Wellen benutzten Frequenzbereichs eines Mobilfunktelefons . 11. Use of the tunable electrical component of the substrate according to one of claims 1 to 7 for setting a frequency range of a mobile radio telephone used for transmitting and / or receiving electromagnetic waves.
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