EP1350281B1 - Vorrichtung mit einem kondensator mit veränderbarer kapazität, insbesondere hochfrequenz-mikroschalter - Google Patents

Vorrichtung mit einem kondensator mit veränderbarer kapazität, insbesondere hochfrequenz-mikroschalter Download PDF

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EP1350281B1
EP1350281B1 EP01990296A EP01990296A EP1350281B1 EP 1350281 B1 EP1350281 B1 EP 1350281B1 EP 01990296 A EP01990296 A EP 01990296A EP 01990296 A EP01990296 A EP 01990296A EP 1350281 B1 EP1350281 B1 EP 1350281B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrically conductive
conductive connection
connection
capacitor
signal line
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP01990296A
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English (en)
French (fr)
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EP1350281A1 (de
Inventor
Roland Mueller-Fiedler
Thomas Walter
Markus Ulm
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Publication of EP1350281B1 publication Critical patent/EP1350281B1/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/10—Auxiliary devices for switching or interrupting
    • H01P1/12—Auxiliary devices for switching or interrupting by mechanical chopper
    • H01P1/127—Strip line switches
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H59/00—Electrostatic relays; Electro-adhesion relays
    • H01H59/0009—Electrostatic relays; Electro-adhesion relays making use of micromechanics

Definitions

  • the invention relates to a particularly micromechanical device with a capacitor with variable capacitance for impedance change of a coplanar waveguide according to the preamble of the independent claims.
  • a micromechanically manufactured high-frequency switch which has a thin metal bridge, which is inserted at a predetermined length in the signal line of a coplanar waveguide and interrupts them there. It has also been proposed there to provide below the metal bridge an electrical conductive connection between two parallel to the signal line out ground lines of the coplanar waveguide, which is superficially provided below the bridge with a dielectric layer. The metal bridge thus forms with the electrically conductive connection a capacitor with which the impedance of the respective section of the coplanar waveguide is variable.
  • the bridge When operating the high-frequency switch, the bridge can now be electrostatically drawn or by applying a suitable voltage to the capacitor on the dielectric layer, resulting in the capacity of Bridge and electrically conductive compound formed plate capacitor, which affects the propagation characteristics of guided on the waveguide electromagnetic waves.
  • the bridge in the "off" state, ie the metal bridge below, much of the power is reflected, while in the "on” state, ie the metal bridge is on top, much of the power is transmitted.
  • the device according to the invention with a capacitor having a variable capacitance has the advantage over the prior art that the temperature changes occurring during operation of the device do not lead to temperature-dependent electromechanical properties of this device.
  • the provision of a meandering or U-shaped structure, and in particular the use of this structure to suspend the second connection on at least one side enables compensation of "in-plane" voltages, i. this structure advantageously has the effect that intrinsic and / or thermally induced stresses in the bridge formed by the second connection are largely reduced.
  • this structure advantageously has the effect that intrinsic and / or thermally induced stresses in the bridge formed by the second connection are largely reduced.
  • the restoring force in an "out-of-plane" deflection of this bridge or second connection of bending moments is analogous to a cantilevered, thin beam, and that the "out-of-plane" bending stiffness of the introduced Structure is negligible.
  • the bending stiffness of the bridge formed by the second connection is only slightly dependent on the temperature curve of the modulus of elasticity of the material of the bridge.
  • molybdenum since this one hand has a thermal expansion coefficient of 4 * 10 -6 per Kelvin, which is similar to that of silicon at 2.7 * 10 -6 per Kelvin, and on the other hand, it has a modulus of elasticity, the with 340 GPa which is comparable to that of other metals, for example aluminum with 70 GPa.
  • molybdenum, tantalum or tungsten ensures that changes in temperature do not lead to a build-up of stresses in the second connection, or only to a significantly reduced extent, and that such changes in temperature no longer undesirably result in the required switching voltage and switching times of the device affect. In addition, on the achieved reduction of these voltages also influence on the movement of the second compound during switching forces, in particular restoring forces taken.
  • the high modulus of elasticity of molybdenum, tantalum or tungsten also has the advantage that the bridge formed by the second compound is sufficiently rigid.
  • molybdenum, tantalum or tungsten are used as material for the second compound and at the same time as material for the inserted structure.
  • the provision of the additional structure further has the advantage that its specific shaping and dimensioning introduce an additional inductance into the equivalent circuit diagram of the device according to the invention, via which the insertion loss of this device can be reduced.
  • FIG. 1 a device according to the invention in plan view
  • FIG. 2 shows FIG. 1 in perspective
  • FIG. 3 shows an equivalent circuit diagram of the device according to the invention.
  • the FIG. 1 shows a micromechanically produced high-frequency short-circuit switch as an exemplary embodiment.
  • an insulating layer 100 with a low loss angle for example of silicon dioxide, with a thickness of 100 nm to 3 microns is provided on a support body 90 made of high-resistance silicon having a thickness of for example 100 .mu.m to 500 .mu.m, on which a coplanar waveguide is applied, the has three coplanar, electrically conductive lines which, at least locally, are guided substantially parallel to each other.
  • the lines of the coplanar waveguide are preferably made metallic and on the insulating layer 100 first, for example, by sputtering a start metallization and one or more subsequent galvanic process steps have been generated.
  • the two outer ones of the three lines of the coplanar waveguide correspond to a first ground line 110 and a second ground line 111, while the middle line corresponds to a signal line 120 of the coplanar waveguide.
  • FIG. 1 in this case, only the section of such a coplanar waveguide guided on the insulating layer 100 that is of interest for the device according to the invention is shown.
  • the two ground lines 110, 111 of the coplanar waveguide are connected by means of a first, electrically conductive connection 130, for example of a metal, which is partially applied areally to the insulating layer 100, and a small "height" in comparison to the "height" of Has ground lines 110, 111.
  • the first connection 130 connects the ground lines 110, 111 at their "foot” on the insulating layer 100 in the form of a Kur practitioner founded.
  • the signal line 120 of the coplanar waveguide is also interrupted, ie the first connection 130 is not electrically conductively connected to the signal line 120.
  • an in FIG. 1 invisible dielectric layer 140 applied.
  • the broken signal line 120 is provided with a second, electrically conductive connection 121, which is used in the form of a metal connecting bridge or signal bridge between the ends of the interrupted signal line 120, and at a certain distance from the plane of the insulating layer 100th is initially performed in parallel to this, wherein the distance of the second connection 121 to the insulating layer 100 and to the first connection 130 corresponds approximately to the height of the signal line 120.
  • the second connection 121 "floats" - in the absence of forces on the second connection 121 - between the ends of the interrupted signal line 120, at least to a large extent in a cantilever manner.
  • the second connection 121 is preferably made of molybdenum. But there are also other, electrically conductive materials with respect to silicon-like thermal expansion coefficient and over conventional metals such as aluminum high modulus of elasticity. Their typical dimensions are between 20 ⁇ m x 150 ⁇ m and 100 ⁇ m x 600 ⁇ m with a thickness of 0.5 ⁇ m to 1.5 ⁇ m.
  • FIG. 1 it can be seen that between the second connection 121, which is preferably in the form of a flat strip, and the signal line 120 is provided a two-related structure 150, which is in the form of a U-shaped or meandering, in the plane of the strip of the second connection 121 flat spring is formed.
  • This structure 150 brings about a reduction of mechanical stresses occurring in the second connection 121, which occur in particular in the case of temperature fluctuations or are also intrinsically present.
  • the structure 150 continues to serve according to FIG. 1 at least one side as a suspension and connection of the cantilever, electrically conductive second connection 121 with an associated portion of the signal line 120.
  • the structure 150 as shown at one or alternatively also be provided at both ends of the second connection 121.
  • the second connection 121 and the structure 150 are made in one piece, i.
  • the structure 150 is a structured part of the second connection 121.
  • FIG. 2 shows the detail of the device according to the invention according to FIG. 1 perspective.
  • the dielectric layer 140 and the first connection 130 guided under the dielectric layer 140 and electrically conductively connecting the first ground line 110 and the second ground line 111 are also visible.
  • FIG. 3 an equivalent circuit diagram of the device according to the invention is shown, wherein the two ground lines 110, 111 are shown only in the form of a single line of the coplanar waveguide, since they are at the same potential.
  • the signal line 120 of the coplanar waveguide is in FIG. 3 shown.
  • a capacitor 200 (C (U)) is arranged between the signal line 120 and the ground lines 110, 111.
  • a first inductor 221 (L 1 ) is given, which in FIG. 1 or 2 is essentially realized by the first connection 130.
  • This first inductance 221 (L 1 ) can be defined by structuring the first connection 130, which acts as a DC short circuit between the ground lines 110, 111. It is above all a local variation of the length-width ratio of the first compound 130 or its shape, for example, meandering or the like, fixed.
  • the capacitor 200 in FIG. 3 is at least partially realized by the first connection 130 and the second connection 121, wherein its capacitance is variable in that the second connection 121 upon application of a suitable voltage, in particular a DC voltage U between the signal line 120 and ground lines 110, 111, mechanically deformed, and thus changes its distance from the first connection 130, at least in some areas.
  • a suitable voltage in particular a DC voltage U between the signal line 120 and ground lines 110, 111
  • the capacitor 200 has a capacitance C on and when the DC voltage U and an associated deflection of the second connection from the rest position in FIG Direction of the dielectric layer 140 toward, ie in the "off” state, a capacity C off .
  • the proposed structure 150 in the form of a U-shaped spring also acts further by the associated current path constriction and current path extension as a series connected second inductance 220 (L 2 ), which leads to additional reflections especially at high frequencies.
  • L 2 series connected second inductance 220
  • a reduction of the insertion loss of the device which is mainly determined by the reflection of the capacitance C on .
  • this capacitance C on can be compensated by the inductance L 2 , which in turn is given or adjustable particularly easily by suitable dimensioning and structuring of the structure 150.
  • the first inductance 221 (L 1 ) arranged in series with the formed plate capacitor 200 can be adjusted at the respective operating frequency of the device according to the invention so that a series resonant circuit is produced
  • the device In the "on" state, i. in the state in which the second connection or bridge 121 is at a relatively large distance from the insulating layer 100 above, the device is then operated by the reduced capacitance of the plate capacitor 200 outside this resonant frequency, so that there is no higher insertion loss.
  • the operating frequencies of the illustrated apparatus are 77 GHz or 24 GHz for ACC (Adaptive Cruise Control) or SRR (Short Range Radar) applications.
  • the mechanically deformable second connection 121 is illustrated in the case in which the illustrated section of the coplanar waveguide has a high transmission coefficient and a low reflection coefficient.
  • the distance of the first connection 130 and the second connection 121, which determines the capacitance C (U) of the capacitor 200 with the dielectric layer 140, are in FIG. 2 maximum; it is about 2 microns to 4 microns.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine insbesondere in Mikromechanik gefertigte Vorrichtung mit einem Kondensator mit veränderbarer Kapazität zur Impedanzänderung eines koplanaren Wellenleiters nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.
    • Stand der Technik
  • In der unveröffentlichten Anmeldung DE 100 37 385.2 ist ein mikromechanisch gefertigter Hochfrequenz-Schalter beschrieben, der eine dünne Metallbrücke aufweist, die auf einer vorgegebenen Länge in die Signalleitung eines koplanaren Wellenleiters eingesetzt ist und diese dort unterbricht. Weiter ist dort vorgeschlagen worden, unterhalb der Metallbrücke eine elektrische leitende Verbindung zwischen zwei parallel zu der Signalleitung geführten Masseleitungen des koplanaren Wellenleiters vorzusehen, die oberflächlich unterhalb der Brücke mit einer dielektrischen Schicht versehen ist. Die Metallbrücke bildet somit mit der elektrisch leitenden Verbindung einen Kondensator mit dem die Impedanz des betreffenden Teilstücks des koplanaren Wellenleiters veränderbar ist. Bei Betrieb des Hochfrequenz-Schalters kann nun die Brücke elektrostatisch bzw. durch Anlegen einer geeigneten Spannung an den Kondensator auf die dielektrische Schicht gezogen werden, wodurch sich die Kapazität des aus Brücke und elektrisch leitender Verbindung gebildeten Plattenkondensators vergrößert, was die Ausbreitungseigenschaften der auf dem Wellenleiter geführten elektromagnetischen Wellen beeinflusst. Insbesondere wird im "off"-Zustand, d.h. die Metallbrücke ist unten, ein Großteil der Leistung reflektiert, während im "on"-Zustand, d.h. die Metallbrücke ist oben, wird ein Großteil der Leistung transmittiert wird.
    • Vorteile der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Kondensator mit veränderbarer Kapazität hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, das auftretende Temperaturänderungen bei Betrieb der Vorrichtung nicht zu temperaturabhängigen elektromechanischen Eigenschaften dieser Vorrichtung führen.
  • Insbesondere wird durch das Vorsehen einer mäanderförmigen oder U-förmigen Struktur und insbesondere die Verwendung dieser Struktur zur Aufhängung der zweiten Verbindung auf zumindest einer Seite ein Ausgleich von "in-plane"-Spannungen ermöglicht, d.h. diese Struktur bewirkt vorteilhaft, dass intrinsische und/oder thermisch induzierte Spannungen in der von der zweiten Verbindung gebildeten Brücke größtenteils abgebaut werden. Zudem ist vorteilhaft, dass die Rückstellkraft bei einer "out-of-plane"-Auslenkung dieser Brücke bzw. zweiten Verbindung von Biegemomenten analog zu einem einseitig eingespannten, dünnen Balken ist, und dass die "out-of-plane"-Biegesteifigkeit der eingebrachten Struktur vernachlässigbar ist.
  • Darüber hinaus ist auch vorteilhaft, dass die Biegesteifigkeit der von der zweiten Verbindung gebildeten Brücke über den Temperaturgang des Elastizitätsmoduls des Materials der Brücke nur schwach temperaturabhängig ist.
  • Da in der Mikromechanik als Substratmaterial vielfach Silizium verwendet wird, das einen wesentlich geringeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als die meisten übrigen Metalle besitzt, welche aufgrund ihrer elektrischen Leitfähigkeit zur Realisierung der zweiten Verbindung eingesetzt werden, ist als Material für die zweite elektrisch leitfähige Verbindung die Verwendung von Molybdän, Wolfram oder Tantal vorteilhaft.
  • Besonders vorteilhaft ist der Einsatz von Molybdän, da dieses einerseits einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 4*10-6 pro Kelvin besitzt, der dem von Silizium mit 2,7*10-6 pro Kelvin ähnlich ist, und da es andererseits einen Elastizitätsmodul aufweist, der mit 340 GPa der vergleichbar hoch dem von anderen Metallen, beispielsweise Aluminium mit 70 GPa, ist.
  • Durch die Verwendung von Molybdän, Tantal oder Wolfram wird erreicht, dass Temperaturänderungen nicht oder nur in deutlich verringertem Ausmaß zu einem Aufbau von Spannungen in der zweiten Verbindung führen, und dass damit solche Temperaturänderungen nicht mehr in unerwünschter Weise die erforderliche Schaltspannung und auftretenden Schaltzeiten der Vorrichtung beeinträchtigen. Zudem wird über die erreichte Reduktion dieser Spannungen auch Einfluss auf die zur Bewegung der zweiten Verbindung beim Schalten auftretenden Kräfte, insbesondere Rückstellkräfte, genommen.
  • Der hohe Elastizitätsmodul von Molybdän, Tantal oder Wolfram hat zudem den Vorteil, dass die von der zweiten Verbindung gebildete Brücke ausreichend biegesteif ist.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen.
  • So ist vorteilhaft, wenn Molybdän, Tantal oder Wolfram als Material für die zweite Verbindung und gleichzeitig als Material für die eingefügte Struktur eingesetzt werden.
  • Das Vorsehen der zusätzlichen Struktur hat weiter den Vorteil, das über deren gezielte Formgebung und Dimensionierung eine zusätzliche Induktivität in das Ersatzschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingebracht wird, über die die Einfügedämpfung dieser Vorrichtung reduziert werden kann.
    • Zeichnungen
  • Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt Figur 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in Draufsicht, Figur 2 zeigt Figur 1 in perspektivischer Darstellung und Figur 3 zeigt ein Ersatzschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
    • Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • Die Figur 1 zeigt als Ausführungsbeispiel einen mikromechanisch hergestellten Hochfrequenzkurzschlussschalter. Dabei ist auf einem Tragkörper 90 aus hochohmigem Silizium mit einer Dicke von beispielsweise 100 µm bis 500 µm eine Isolierschicht 100 mit geringem Verlustwinkel, beispielsweise aus Siliziumdioxid, mit einer Dicke von 100 nm bis 3 µm vorgesehen, auf der ein koplanarer Wellenleiter aufgebracht ist, der drei koplanare, elektrisch leitfähige Leitungen aufweist, die, zumindest lokal, im Wesentlichen parallel zueinander geführt sind. Die Leitungen des koplanaren Wellenleiters sind bevorzugt metallisch ausgeführt und auf der Isolierschicht 100 zunächst beispielsweise mittels Aufsputtern einer Start-Metallisierung und über einen oder mehrere nachfolgende galvanische Prozessschritte erzeugt worden. Die beiden äußeren der drei Leitungen des koplanaren Wellenleiters entsprechen einer ersten Masseleitung 110 und einer zweiten Masseleitung 111, während die mittlere Leitung einer Signalleitung 120 des koplanaren Wellenleiters entspricht. In Figur 1 ist dabei lediglich der für die erfindungsgemäße Vorrichtung interessierende Ausschnitt eines solchen auf der Isolierschicht 100 geführten koplanaren Wellenleiters dargestellt.
  • Die beiden Masseleitungen 110, 111 des koplanaren Wellenleiters sind mittels einer ersten, elektrisch leitenden Verbindung 130, beispielsweise aus einem Metall, verbunden, die bereichsweise flächig auf die Isolierschicht 100 aufgebracht ist, und die eine geringe "Höhe" im Vergleich zur "Höhe" der Masseleitungen 110, 111 aufweist. Insofern verbindet die erste Verbindung 130 die Masseleitungen 110, 111 an deren "Fuß" auf der Isolierschicht 100 in Form einer Kurschlussbrücke. Im Bereich der ersten Verbindung 130 ist weiter die Signalleitung 120 des koplanaren Wellenleiters unterbrochen, d.h. die erste Verbindung 130 ist mit der Signalleitung 120 nicht elektrisch leitend verbunden. Zudem ist auf die erste Verbindung 130 im Bereich der Unterbrechung der Signalleitung 120 eine in Figur 1 nicht sichtbare Dielektrizitätsschicht 140 aufgebracht.
  • In Figur 1 ist weiter dargestellt, dass die unterbrochene Signalleitung 120 mit einer zweiten, elektrisch leitenden Verbindung 121 versehen ist, die in Form einer metallenen Verbindungsbrücke oder Signalbrücke zwischen den Enden der unterbrochenen Signalleitung 120 eingesetzt ist, und die in einem gewissen Abstand zu der Ebene der Isolierschicht 100 zunächst parallel zu diesem geführt ist, wobei der Abstand der zweiten Verbindung 121 zu der Isolierschicht 100 bzw. zu der ersten Verbindung 130 etwa der Höhe der Signalleitung 120 entspricht. Hierdurch "schwebt" - bei Abwesenheit von Kräften auf die zweite Verbindung 121 - die zweite Verbindung 121 zwischen den Enden der unterbrochenen Signalleitung 120 zumindest weitgehend freitragend.
  • Die zweite Verbindung 121 ist bevorzugt aus Molybdän ausgeführt. Es eignen sich weiter aber auch andere, elektrisch leitende Materialien mit gegenüber Silizium ähnlichem thermischen Ausdehnungskoeffizienten und gegenüber üblichen Metallen wie Aluminium hohem Elastizitätsmodul. Ihre typischen Abmesssungen liegen zwischen 20 µm x 150 µm und 100 µm x 600 µm bei einer Dicke von 0,5 µm bis 1,5 µm.
  • Weiter ist in Figur 1 erkennbar, dass zwischen der zweiten Verbindung 121, die bevorzugt in Form eines flachen Streifens ausgeführt ist, und der Signalleitung 120 eine mit beiden in Verbindung stehende Struktur 150 vorgesehen ist, die als U-förmige oder mäanderförmige, in der Ebene des Streifens der zweiten Verbindung 121 flächig verlaufende Feder ausgebildet ist. Diese Struktur 150 bewirkt eine Reduktion von in der zweiten Verbindung 121 auftretenden mechanischen Spannungen, wie sie insbesondere bei Temperaturschwankungen auftreten oder auch intrinsisch gegeben sind.
  • Die Struktur 150 dient weiter gemäß Figur 1 zumindest einseitig als Aufhängung und Verbindung der freitragenden, elektrisch leitenden zweiten Verbindung 121 mit einem zugeordneten Teilstück der Signalleitung 120. Dazu kann die Struktur 150 wie dargestellt an einem oder alternativ auch an beiden Enden der zweiten Verbindung 121 vorgesehen sein. Zudem ist es ebenso möglich, die Struktur 150 bereichsweise, beispielsweise mittig, in die zweite Verbindung 121 einzusetzen.
  • Bevorzugt ist die zweite Verbindung 121 und die Struktur 150 einstückig ausgeführt, d.h. die Struktur 150 ist ein strukturierter Teil der zweiten Verbindung 121.
  • Die Figur 2 zeigt den Ausschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Figur 1 perspektivisch. Dabei ist auch die Dielektrizitätsschicht 140 sowie die unter der Dielektrizitätsschicht 140 geführte, die erste Masseleitung 110 und die zweite Masseleitung 111 elektrisch leitend verbindende erste Verbindung 130 sichtbar.
  • In Figur 3 ist ein Ersatzschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, wobei die beiden Masseleitungen 110, 111 lediglich in Form einer einzigen Leitung des koplanaren Wellenleiters dargestellt sind, da diese sich auf gleichem Potential befinden. Daneben ist die Signalleitung 120 des koplanaren Wellenleiters in Figur 3 dargestellt. Zwischen der Signalleitung 120 und den Masseleitungen 110, 111 ist ein Kondensator 200 (C(U)) angeordnet. Weiter ist an dieser Stelle eine erste Induktivität 221 (L1) gegeben, die in Figur 1 bzw. 2 im Wesentlichen durch die erste Verbindung 130 realisiert ist.
  • Diese erste Induktivität 221 (L1) kann durch eine Strukturierung der ersten Verbindung 130, die als Gleichspannungskurzschluss zwischen den Masseleitungen 110, 111 wirkt, definiert werden. Sie ist dabei vor allem über eine örtliche Variation des Länge-Breite-Verhältnisses der ersten Verbindung 130 oder deren Form, beispielsweise mäanderförmig oder ähnliches, festlegbar.
  • Der Kondensator 200 in Figur 3 wird zumindest teilweise durch die erste Verbindung 130 und die zweite Verbindung 121 realisiert, wobei dessen Kapazität dadurch veränderbar ist, dass sich die zweite Verbindung 121 bei Anlegen einer geeigneten Spannung, insbesondere einer Gleichspannung U zwischen Signalleitung 120 und Masseleitungen 110, 111, mechanisch verformt, und somit zumindest in Teilbereichen ihren Abstand zu der ersten Verbindung 130 ändert. Insbesondere weist der Kondensator 200 in unverformtem Zustand der zweiten Verbindung 121, d.h. bei nicht angelegter Gleichspannung U bzw. im "on"-Zustand, eine Kapazität Con und bei Anliegen der Gleichspannung U und einer damit verbundenen Auslenkung der zweiten Verbindung aus der Ruhelage in Richtung auf die Dielektrizitätsschicht 140 hin, d.h. im "off"-Zustand, eine Kapazität Coff auf.
  • Die vorgesehene Struktur 150 in Form einer U-förmigen Feder wirkt weiter ebenfalls durch die damit verbundene Strompfadverengung und Strompfadverlängerung als in Serie geschaltete zweite Induktivität 220 (L2), welche besonders bei hohen Frequenzen zu zusätzlichen Reflexionen führt. In dem Ersatzschaltbild gemäß Figur 3 bewirkt die zweite Induktivität 220 eine Reduktion der Einfügedämpfung der Vorrichtung, welche vor allem durch die Reflexion an der Kapazität Con bestimmt ist. Insofern kann diese Kapazität Con durch die Induktivität L2 kompensiert werden, welche wiederum besonders einfach durch eine geeignete Dimensionierung und Strukturierung der Struktur 150 gegeben bzw. einstellbar ist. Bevorzugt wird die Induktivität L2 so eingestellt, dass für die Impedanz ZL der Signalleitung 120 bei der jeweiligen Betriebsfrequenz und gilt: Z L = L 2 C on
    Figure imgb0001
     Weiterhin kann durch geeignete Dimensionierung und Formgebung des Gleichspannungskurzschlusses, d.h. der ersten Verbindung 130, die zu dem gebildeten Plattenkondensator 200 in Reihe angeordnete erste Induktivität 221 (L1) bei der jeweiligen Betriebsfrequenz der erfindungsgemäßen Vorrichtung so eingestellt werden, so dass ein Serienschwingkreis entsteht, dessen Resonanzfrequenz vres im ausgeschalteten Zustand der zweiten Verbindung 121 bei der Betriebsfrequenz der Vorrichtung liegt: v res = 1 2 ⁢ π ⁢ L 1 ⁢ C off
    Figure imgb0002
  • Im "on"-Zustand, d.h. in dem Zustand in dem sich die zweite Verbindung bzw. Brücke 121 mit relativ großen Abstand zur Isolierschicht 100 oben befindet, wird die Vorrichtung dann durch die verringerte Kapazität des Plattenkondensators 200 außerhalb dieser Resonanzfrequenz betrieben, so dass sich keine höhere Einfügedämpfung ergibt. Die Betriebsfrequenzen der erläuterten Vorrichtung betragen im Übrigen für Anwendungen im Bereich ACC (Adaptive Cruise Control) oder SRR (Short Range Radar) 77 GHz oder 24 GHz.
  • In den Figuren 1 und 2 ist die mechanisch verformbare zweite Verbindung 121 für den Fall dargestellt, dass das dargestellte Teilstück des koplanaren Wellenleiters einen hohen Transmissionskoeffizienten und einen geringen Reflexionskoeffizienten aufweist. Der Abstand der ersten Verbindung 130 und der zweiten Verbindung 121, der mit der Dielektrizitätsschicht 140 die Kapazität C(U) des Kondensators 200 maßgeblich bestimmt, sind in Figur 2 maximal; sie liegt bei ca. 2 µm bis 4 µm. Für den Fall, dass zwischen der ersten Verbindung 130 und der zweiten Verbindung 121 eine Gleichspannung U angelegt wird, ergibt sich eine elektrostatische Anziehungskraft zwischen der ersten Verbindung 130 und der zweiten Verbindung 121, was dazu führt, dass die zweite Verbindung 121 verformt und zumindest in einen Teilbereich, nämlich im Wesentlichen in der Mitte der Metallbrücke, zur ersten Verbindung 130 bzw. zur auf die erste Verbindung 130 aufgebrachten Dielektrizitätsschicht 140 gezogen wird, die beispielsweise aus Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid besteht.
  • Hinsichtlich weiteren Details zu der erläuterten Vorrichtung und deren Funktionsweise sei im Übrigen auf die Anmeldung DE 100 37 385.2 verwiesen.

Claims (8)

  1. Vorrichtung mit einem Kondensator mit veränderbarer Kapazität zur Impedanzänderung eines Teilstücks eines koplanaren Wellenleiters, insbesondere Hochfrequenz-Mikroschalter, mit einer Masseleitung (110, 111) und einer aus zumindest einer bereichsweise freitragenden, elektrisch leitenden Verbindung (121) bestehenden Signalleitung (120), wobei der Kondensator (200) die elektrisch leitende Verbindung (121) und eine mit der Masseleitung (110, 111) verbundene weitere elektrisch leitende Verbindung (130) zumindest teilweise umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine mit der elektrisch leitenden Verbindung (121) in Verbindung stehende Struktur (150) vorgesehen ist, die derart ausgebildet ist, dass sie in der elektrisch leitenden Verbindung (121) auftretende mechanische Spannungen reduziert, wobei die elektrisch leitfähige Verbindung (121) zumindest bereichsweise in Form eines Streifens und die Struktur (150) als U-förmige oder mäanderförmige Feder, insbesondere als in der Ebene des Streifens flächig verlaufende U-förmige oder mäanderförmige Feder, ausgebildet ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur (150) die elektrisch leitende Verbindung (121) in Form einer Aufhängung mit einem Teilstück der Signalleitung (120) verbindet.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur (150) bereichsweise in die elektrisch leitende Verbindung (121) eingesetzt oder die elektrisch leitfähige Verbindung (121) bereichsweise zu der Struktur (150) strukturiert ist, wobei die Struktur (150) insbesondere eine Aufhängung der elektrisch leitenden Verbindung (121) bildet.
  4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur (150) derart aus-gebildet ist, dass sie intrinsische und/oder aufgrund von Temperaturschwankugen in der elektrisch leitenden Verbindung (121) auftretende, insbesondere parallel zu der Ebene der Struktur (150) gerichtete mechanische Spannungen reduziert oder unterdrückt.
  5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalleitung (120) des Wellenleiters auf einer vorgegebenen Länge von der elektrisch leitenden Verbindung (121) und der Struktur (150) unterbrochen ist, und dass die weitere elektrisch leitende Verbindung (130) zwei parallel zu der Signalleitung (120) geführte Masseleitungen (110, 111) des Wellenleiters in dem von der vorgegebenen Länge definierten Bereich miteinander verbindet.
  6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur (150) und/oder die elektrisch leitende Verbindung (121) aus einem Material mit gegenüber Silizium ähnlichem thermischen Ausdehnungskoeffizienten und gegenüber Metallen hohem Elastizitätsmodul, insbesondere aus Molybdän, Tantal oder Wolfram, ausgebildet ist.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung der Kapazität (C) des Kondensators (200) durch eine elektrostatische Kraft zwischen der elektrisch leitenden Verbindung (121) und der weiteren elektrisch leitenden Verbindung (130) bewirkbar ist.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere elektrisch leitende Verbindung (130) eine erste Induktivität (221) in Reihe mit dem Kondensator (200) bildet.
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