Elektronisches Bauelement und elektronische

Signalverarbeitungseinheit mit einem solchen Bauelement

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Bauelement, welches zumindest eine erste und eine zweite Basisplatte sowie eine Koppelplatte aufweist, wobei zwischen der ersten Basisplatte und der Koppelplatte eine erste elektrische Kapazität

gebildet ist und zwischen der zweiten Basisplatte und der

Koppelplatte eine zweite elektrische Kapazität gebildet ist, so dass die erste und die zweite elektrische Kapazität eine elektrische Serienkapazität zwischen der ersten und der zweiten Basisplatte bilden.

Elektronische Bauelemente dieser Art finden als so genannte kaskadierte Kondensator-Bauelemente weit verbreitet Anwendung in elektronischen Signalverarbeitungseinheiten, wie zum

Beispiel SAW- oder BAW-Filter (SAW bedeutet Surface Acoustic Wave; BAW bedeutet Bulk Acoustic Wave) , Signalextrahierer, Multiplexer, Radiofrequenz- (RF-) beziehungsweise

Hochfrequenz-Module und so weiter.

Während der Herstellung von derartigen kaskadierten

Kondensator-Bauelementen kann es verfahrensbedingt zur

Bildung eines Kurzschlusses zwischen einzelnen Komponenten des Bauelementes kommen. Ein solcher Kurzschluss kann in sehr kleinen betroffenen Bereichen am Bauelement auftreten, jedoch signifikante Auswirkungen haben. So kann ein Kurzschluss z.B. dazu führen, dass bei zwei seriell verschalteten Kapazitäten in einem Bauelement der oben erläuterten Art eine der beiden Kapazitäten kurzgeschlossen wird. Das Problem bei derart auftretenden Kurzschlüssen besteht darin, dass der Gesamtkapazitätswert des Bauelements

signifikant verändert wird. Bei einem Kurzschluss einer von zwei gleich dimensionierten Kapazitäten einer Serienkapazität kann dies beispielsweise dazu führen, dass der gesamte

Kapazitätswert der Serienkapazität verdoppelt wird. Derartige Kapazitätsveränderungen können zu einer signifikanten

Verschlechterung der Bauteilperformanz führen und schließlich den Ausfall der gesamten Komponente zum Ergebnis haben.

Bisher wurde einer derartigen Problematik mit technologischen Verbesserungen des Herstellungsverfahrens beziehungsweise der Prozessqualität begegnet. Derartige Ansätze bringen jedoch enorme Investitionen mit sich und beugen einer Gefahr von Kurzschlüssen an den Bauelementen mit den erläuterten

Konsequenzen nur bedingt vor.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, elektronische Bauelemente der oben erläuterten Art auf einfache und dennoch wirksame Weise vor signifikanten Auswirkungen einer

Kurzschlussbildung am Bauelement zu schützen beziehungsweise die Auswirkungen einer Kurzschlussbildung drastisch zu reduzieren . Diese Aufgabe wird durch ein elektronisches Bauelement der eingangs erläuterten Art dadurch gelöst, dass die

Koppelplatte in eine Mehrzahl von zueinander kontaktlosen Streifen derart aufgeteilt ist, dass die erste und die zweite elektrische Kapazität jeweils in eine Mehrzahl von

elektrischen Elementar-Kapazitäten aufgeteilt sind und vermittels der Streifen eine Mehrzahl parallel geschalteter elektrischer Elementar-Serienkapazitäten zwischen der ersten und der zweiten Basisplatte gebildet sind. Der Vorteil eines derart ausgebildeten Bauelements besteht darin, dass ein Kurzschluss in einem relativ kleinen Bereich des Bauteils wesentlich geringere Auswirkungen hat als bei herkömmlichen Bauelementen dieser Art. Dadurch, dass die Koppelplatte in eine Mehrzahl von zueinander kontaktlosen

Streifen aufgeteilt ist, wirkt sich ein Kurzschluss in einem kleinen Bereich an der Koppelplatte lediglich auf einen oder nur wenige Streifen aus. Das bedeutet, dass auch nur eine oder wenige Elementar-Kapazitäten zwischen der Koppelplatte und der ersten oder der zweiten Basisplatte kurzgeschlossen sind. Somit verändert sich lediglich der Kapazitätswert einer oder weniger Elementar-Serienkapazitäten entlang eines oder weniger Streifen der Koppelplatte. Dies führt dazu, dass der gesamte Kapazitätswert des elektronischen Bauelements lediglich sehr kleinen Änderungen unterworfen ist. Auf diese Weise wirkt sich ein Kurzschluss in einem kleinen Bereich am Bauelement nur gering auf die Funktionalität und das

Betriebsverhalten des Bauelements aus. Der generelle Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, dass durch einfache bauliche Maßnahmen

beziehungsweise geringe Designveränderungen am Bauelement die Gesamtqualität und Güte des Bauelements drastisch verbessert werden können, ohne aufwändige Änderungen im

Herstellungsprozess des Bauelementes vornehmen zu müssen.

Gemäß einer Ausführungsform erstrecken sich die Streifen der Koppelplatte in ihrer Längsrichtung derart, dass sie jeweils sowohl mit einem Teil der ersten Basisplatte als auch mit einem Teil der zweiten Basisplatte zur Bildung der

elektrischen Elementar-Kapazitäten in Deckung sind.

Vorteilhaft sind die Streifen der Koppelplatte - im Rahmen fertigungsbedingt tolerierbarer Abweichungen - identisch dimensioniert, weisen also eine einheitliche Länge und Breite auf. Auf diese Weise sind die an jedem Streifen gebildeten Elementar-Kapazitäten zwischen der ersten beziehungsweise der zweiten Basisplatte und der Koppelplatte im Wesentlichen identisch dimensioniert. Dies hat den Effekt, dass sich ein Kurzschluss an einem Streifen der Koppelplatte nahezu

identisch auswirkt, wie ein Kurzschluss an einem anderen Streifen der Koppelplatte. Tritt ein Kurzschluss an einem Streifen der Koppelplatte auf, so sind dessen Auswirkungen absehbar und konkret berechenbar. Ferner ist denkbar, diese beispielsweise über eine Kompensationselektronik

beziehungsweise Kompensationsregelung auszugleichen.

In einer Ausführungsform ist der Abstand zwischen jeweils zwei Streifen der Koppelplatte um wenigstens eine

Größenordnung kleiner als die Breite eines jeweiligen

Streifens. Beispielsweise beträgt die Breite eines Streifens 15 ym, während der Abstand zwischen jeweils zwei Streifen lediglich 1 ym beträgt. Eine derartige Dimensionierung hat den Vorteil, dass die Aufteilung der Koppelplatte in die Mehrzahl von Streifen lediglich sehr geringe Auswirkungen auf die Dimensionen des gesamten Bauelementes hat und diese nahezu unverändert im Vergleich zu herkömmlichen Bauelementen sein können. Somit haben die Veränderungen im Design der Koppelplatte gemäß der oben erläuterten Art keine

beziehungsweise nur sehr geringe Auswirkungen auf die

Abmessungen des Bauelements.

In einer Ausführungsform ist das Bauelement in

Mehrschichtbauweise ausgeführt, wobei die erste und zweite

Basisplatte eine untere Schicht bilden, die Koppelplatte eine obere Schicht bildet und zwischen der unteren und oberen Schicht eine Zwischenschicht gebildet ist. In einer Ausführungsform sind die erste und zweite Basisplatte sowie die Koppelplatte aus elektrisch leitfähigem Material, wobei die Zwischenschicht ein Dielektrikum ist. Beispielsweise kann die Zwischenschicht ein Siliziumoxid, z.B. Siliziumdioxid (Si0 ₂ ) , sein. Ferner kommen Materialien wie Lithiumniobat (Li bOs) oder Lithiumtantalat (Li aOs) in Betracht. Andere Materialien sind ebenfalls je nach Auslegung und Anwendung des Bauelements denkbar.

Vorteilhaft findet das elektronische Bauelement der

erläuterten Art Anwendung in einer elektronischen

Signalverarbeitungseinheit, wobei die

Signalverarbeitungseinheit als SAW- oder BAW-Filter,

Signalextrahierer, Multiplexer, Radiofrequenz-Modul oder eine Kombination davon ausgeführt ist.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von mehreren

Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1A eine schematisierte Draufsicht auf ein

elektronisches Bauelement gemäß dem Stand der

Technik,

Figur 1B die Draufsicht gemäß Figur 1A bei auftretendem

Kurzschluss ,

Figur 2A eine Schnittansicht des Bauelements gemäß Figur 1A entlang der Schnittachse S-S

Figur 2B eine Schnittansicht des Bauelements gemäß Figur 1B entlang der Schnittachse S-S Figur 3A ein Ersatzschaltbild des Bauelements gemäß den Figuren 1A und 2A,

Figur 3B ein Ersatzschaltbild des Bauelements gemäß den

Figuren 1B und 2B,

Figur 4A eine schematisierte Draufsicht auf eine

Ausführungsform eines elektronischen Bauelements gemäß der Erfindung,

Figur 4B die Draufsicht gemäß Figur 4A bei auftretendem

Kurzschluss ,

Figur 5A eine Schnittansicht des Bauelements gemäß Figur 4A entlang der Schnittachse S-S

Figur 5B eine Schnittansicht des Bauelements gemäß Figur 4B entlang der Schnittachse S-S

Figur 6A ein Ersatzschaltbild des Bauelements gemäß den

Figuren 4A und 5A und

Figur 6B ein Ersatzschaltbild des Bauelements gemäß den

Figuren 4B und 5B.

Figur 1A zeigt ein elektronisches Bauelement 1 gemäß dem Stand der Technik. Das Bauelement 1 weist eine erste

Basisplatte 2a und eine zweite Basisplatte 2b sowie eine Koppelplatte 3 auf. Ferner ist an der ersten Basisplatte 2a ein erster elektrischer Anschlusskontakt eingerichtet, welcher hier als Eingang 4 des Bauelements 1 fungiert. An der zweiten Basisplatte 2b ist ein zweiter elektrischer

Anschlusskontakt eingerichtet, welcher hier als Ausgang 5 des Bauelements 1 fungiert. Mit den zwei Anschlusskontakten 4 und 5 kann das Bauelement 1 in einer elektronischen Schaltung mit weiteren Komponenten elektrisch kontaktiert werden. Das Bauelement 1 ist als Kondensator-Bauelement mit einer Serienkapazität zwischen der ersten und der zweiten

Basisplatte 2a und 2b ausgeführt. Konkret ist zwischen der ersten Basisplatte 2a und der Koppelplatte 3 eine erste elektrische Kapazität Cl gebildet und zwischen der zweiten Basisplatte 2b und der Koppelplatte 3 eine zweite elektrische Kapazität C2 gebildet (siehe die schematische Andeutung in Figur 2A) . Die erste und die zweite elektrische Kapazität Cl und C2 bilden eine elektrische Serienkapazität Cs zwischen der ersten und der zweiten Basisplatte 2a und 2b. Dieses elektrische Verhalten des Bauelements 1 ist auch im

Ersatzschaltbild gemäß Figur 3A verdeutlicht. Sind die

Kapazitäten Cl und C2 beispielsweise gleich dimensioniert und weisen jeweils den Kapazitätswert C auf, so berechnet sich die elektrische Serienkapazität Cs schaltungstechnisch zu:

Cs = ^C / ₂ .

Das Bauelement 1 ist in Mehrschichtbauweise ausgeführt, wobei die erste und zweite Basisplatte 2a und 2b eine untere

Schicht bilden, die Koppelplatte 3 eine obere Schicht bildet und zwischen der unteren und oberen Schicht eine

Zwischenschicht 7 gebildet ist (siehe Aufbau in Figur 2A) . Insbesondere sind die erste und zweite Basisplatte 2a und 2b sowie die Koppelplatte 3 aus elektrisch leitfähigem Material gefertigt. Die Zwischenschicht 7 ist ein Dielektrikum. Die Zwischenschicht 7 kann beispielsweise ein Siliziumoxid, zum Beispiel Siliziumdioxid (Si0 ₂ ) sein. Ferner kommen als

Materialien für die Zwischenschicht Lithiumniobat (LiNbOs) oder Lithiumtantalat (Li aOs) je nach Anwendung des Bauelementes 1 in Betracht.

Figur 1B zeigt das Bauelement 1 gemäß dem Aufbau aus Figur 1A, wobei im Bereich der zweiten Basisplatte 2b ein

elektrischer Kurzschluss K zwischen der Koppelplatte 3 und der zweiten Basisplatte 2b auftritt. Ein solcher Kurzschluss K kann beispielsweise fertigungsbedingt während des

Herstellungsverfahrens des Bauelementes 1 auftreten. Aufgrund des Kurzschlusses K wird die zweite elektrische Kapazität C2 zwischen der Koppelplatte 3 und der zweiten Basisplatte 2b elektrisch überbrückt, wie in den Figuren 2B und 3B

veranschaulicht. Die gesamte Kapazität Cs wird somit

ausschließlich durch die Kapazität Cl gebildet. Vergleiche hierzu Figur 3B. Nimmt man weiterhin für die Kapazität Cl den Wert C an, so berechnet sich die gesamte Serienkapazität Cs gemäß Figur 3B nun zu Cs = C .

Aufgrund des Kurzschlusses K hat sich die Gesamtkapazität Cs somit im Vergleich zur Konstellation gemäß den Figuren 1A, 2A und 3A verdoppelt. Die Kapazität Cs des Bauelements 1 hat sich somit aufgrund des Kurzschlusses K, wie in den Figuren 1B, 2B und 3B dargestellt, signifikant verändert. Eine derartige Veränderung kann eine deutliche Verschlechterung der Bauteilperformanz bis hin zum Ausfall des gesamten

Bauelements 1 zur Folge haben.

Zur Umgehung einer derartigen Problematik zeigt Figur 4A eine mögliche Ausführungsform eines elektronischen Bauelements 1 gemäß der Erfindung. Das Bauelement 1 ist im Wesentlichen gleich aufgebaut wie das Bauelement 1 gemäß Figur 1A.

Allerdings ist die Koppelplatte 3 in eine Mehrzahl von

Streifen 6 aufgeteilt, welche sich in einer Längsrichtung mit der Länge L derart zwischen der ersten und zweiten Basisplatte 2a und 2b erstrecken, dass die Streifen 6 jeweils sowohl mit einem Teil der ersten Basisplatte 2a als auch mit einem Teil der zweiten Basisplatte 2b zur Bildung von

elektrischen Kapazitäten in Deckung sind. Auf diese Weise erfüllen die Streifen 6 eine Funktionalität vergleichbar zur Koppelplatte 3 gemäß Figur 1A.

Im Unterschied zur Ausführung des Bauelements 1 gemäß Figur 1A sind jedoch an jedem Streifen 6 jeweils bezüglich der ersten und zweiten Basisplatte 2a und 2b elektrische

Elementar-Kapazitäten Ce ausgebildet, wobei jeweils zwei Elementar-Kapazitäten Ce eine elektrische Elementar- Serienkapazität Cse entlang eines jeweiligen Streifens 6 zwischen der ersten und der zweiten Basisplatte 2a und 2b bilden. Siehe hierzu auch die Schnittansicht in Figur 5A entlang der Schnittachse S-S ^λ aus Figur 4A.

Sämtliche Streifen 6 (im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4A sind fünf Streifen eingerichtet) bilden zusammen eine

Mehrzahl parallel geschalteter elektrischer Elementar- Serienkapazitäten Cse, wie das Ersatzschaltbild in Figur 6A zeigt. Bei fünf Streifen 6 ergeben sich somit fünf parallel geschaltete Elementar-Serienkapazitäten Cse. Nimmt man weiterhin für die gesamte elektrische Kapazität zwischen den Streifen 6 und der ersten Basisplatte 2a beziehungsweise zwischen den Streifen 6 und der zweiten Basisplatte 2b jeweils einen Kapazitätswert C an, so beträgt der Wert einer

Elementar-Kapazität Ce den Wert Ce = wobei N die Anzahl der Streifen 6 (im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4A N = 5) angibt. Eine Elementar-Serienkapazität Cse entlang eines Streifens 6 hat somit den Wert:

Cse = ^Ce / ₂ . Die gesamte Serienkapazität Cs des Bauelements 1, welche sich aus der Summe der parallel geschalteten Elementar- Serienkapazitäten Cse zusammensetzt, kann somit

schaltungstechnisch berechnet werden zu:

Cs =N x ^Ce / ₂ .

Setzt man den obigen Wert für die Elementarkapazität Ce ein, so ergibt sich analog zu den Erläuterungen gemäß Figur 3A für die gesamte Serienkapazität Cs der Wert:

es = c _/2 .

Die Streifen 6 weisen eine vorbestimmte Länge L und eine vorbestimmte Breite B auf und sind zueinander kontaktlos in einem jeweiligen Abstand A derart angeordnet, dass sie in ihrer Funktionalität die Koppelplatte 3 gemäß Figur 1A nachbilden. Der Abstand A zwischen jeweils zwei Streifen 6 kann beispielsweise um wenigstens eine Größenordnung kleiner sein als die Breite B eines jeweiligen Streifens 6. Konkret weisen die Streifen 6 beispielsweise eine Breite B von 15 ym auf, während der Abstand A 1 ym beträgt. Andere Abmessungen und Dimensionierungen sind natürlich je nach Anwendungsfall denkbar. Aufgrund einer derartigen Dimensionierung bleiben die äußeren Abmessungen des Bauteils 1 im Wesentlichen unverändert im Vergleich zur Ausführungsform gemäß Figur 1A. Trotz des modifizierten Designs der in Streifen 6

aufgeteilten Kontaktplatte 3 bleiben die Dimensionierungen des elektronischen Bauelements 1 somit nahezu unverändert zu herkömmlichen Designs.

Figur 4B zeigt das Bauelement 1 gemäß Figur 4A, wobei an einem spezifischen Streifen 6 ^λ ein elektrischer Kurzschluss K zwischen dem Streifen 6 ^λ und der zweiten Basisplatte 2b auftritt. Aufgrund des Kurzschlusses K wird somit die

Elementarkapazität Ce zwischen dem Streifen 6 ^λ und der zweiten Basisplatte 2b elektrisch überbrückt, wie die

Schnittansicht in Figur 5B entlang der Schnittachse S-S ^λ gemäß Figur 4B und auch das Ersatzschaltbild in Figur 6B zeigt .

Die Aufteilung der Kontaktplatte 3 in die Mehrzahl von

Streifen 6 hat den Vorteil, dass aufgrund des Kurzschlusses K, der lediglich den spezifischen Streifen 6 ^λ betrifft, nur eine einzelne Elementar-Kapazität Ce am spezifischen Streifen 6 ^λ überbrückt wird (siehe Figur 6B) . Somit erhöht sich lediglich entlang einer einzelnen Elementar-Serienkapazität Cse am spezifischen Streifen 6 ^λ der Kapazitätswert von Cse = a ^u f Cse = Ce . Alle übrigen Elementar-Serienkapazitäten Cse sind weiterhin elektrisch aus der Parallelschaltung von zwei Elementar-Kapazitäten Ce gebildet und weisen jeweils den unveränderten Wert Cse = auf. Die gesamte Kapazität des Bauteils 1 kann im Falle des Kurzschlusses K gemäß Figur 4B und Figur 5B berechnet werden zu:

Cs = (N- 1) Ce/2 + Ce.

Im Falle mehrerer Kurzschlüsse der Anzahl K berechnet sich die gesamte Kapazität allgemein zu:

Cs = (N- K)Ce/2 + CeK. Setzt man für die Konstellation gemäß Figur 4B und 5B für eine Elementar-Kapazität Ce wiederum an Ce = , so ergibt sich für die Gesamtkapazität gemäß dem Ersatzschaltbild in Figur 6B der Wert:

Bei N = 5 Streifen 6 ändert sich somit im einzelnen

Kurzschlussfall wie in den Figuren 4B, 5B und 6B dargestellt, die gesamte Kapazität im Vergleich zur Konstellation gemäß den Figuren 4A, 5A und 6A von Cs = ^C / ₂ auf Cs = ^C / ₂ ^{+ C} /l0-

Auf diese Weise verändert sich die Gesamtkapazität Cs bei einem Bauelement 1 gemäß der Ausführung in Figur 4A bei einem einzelnen Kurzschluss gemäß Figur 4B nur unwesentlich im Vergleich zur Gesamtkapazität ohne Kurzschluss. Aufgrund einfacher Modifikationen der Koppelplatte 3 durch Aufteilung in eine Mehrzahl von Streifen 6 kann somit einer

Kurzschlussproblematik am Bauelement 1 auf einfache, aber dennoch wirkungsvolle Weise begegnet werden. Im Falle eines Kurzschlusses verändert sich die Gesamtkapazität nur leicht, so dass die Bauteilperformanz erhalten bleibt. In nicht dargestellten Ausführungsformen kann ein Bauelement 1 anstelle von zwei Basisplatten 2a und 2b beispielsweise vier, sechs, acht oder eine beliebige gerade Anzahl an

Basisplatten aufweisen, welche seriell über entsprechende Koppelplatten 3 verschaltet sind, welche jeweils zu zwei Basisplatten in Deckung sind, so dass sich entsprechende

Kapazitäten Cl und C2 zwischen einer jeweiligen Koppelplatte und entsprechenden Basisplatten einstellen. Sämtliche

Koppelplatten 3 sind vorteilhaft wie zu Figur 4A erläutert, in eine Mehrzahl von Streifen 6 aufgeteilt.

Elektronische Bauelemente 1 der erläuterten Art finden vorteilhaft Anwendung in elektronischen

Signalverarbeitungseinheiten, welche beispielsweise als SAW- oder BAW-Filter, Signalextrahierer, Multiplexer,

Radiofrequenz-Module oder eine Kombination davon ausgeführt sind . Sämtliche dargestellten Ausführungsformen sind lediglich beispielhaft gewählt.

Bezugs zeichenliste

1 elektronisches Bauelement

2a, 2b Basisplatten

3 Koppelplatte

4 Eingang

5 Ausgang

6 Streifen der Koppelplatte

6 ^λ spezifischer Streifen der Koppelplatte

7 Zwischenschicht

A Abstand

B Breite eines Streifens

Cl, C2 erste/zweite Kapazität

Cs Serienkapazität

Ce Elementar-Kapazität

Cse Elementar-Serienkapazität

K Kurzschluss-Pfad

L Länge eines Streifens

N Anzahl der Streifen

s-s ^λ Schnittachse