Hybridní integrované obvody a jejich nekonvenční aplikace (mikrovlnné aplikace a nekonvenční technologie)



Podobné dokumenty
elektrické filtry Jiří Petržela filtry založené na jiných fyzikálních principech

Ideální pedagogická koncepce výuky mikrovlnných planárních obvodů

Pásmové filtry pro 144 a 432 MHz Tomáš Kavalír, OK1GTH

Obvody pro perspektivní kmitočtová pásma

Měřená veličina. Rušení vyzařováním: magnetická složka (9kHz 150kHz), magnetická a elektrická složka (150kHz 30MHz) Rušivé elektromagnetické pole

Rovinná harmonická elektromagnetická vlna

Teoretická elektrotechnika - vybrané statě

Vysoké frekvence a mikrovlny

zařízení 2. přednáška Fakulta elektrotechniky a informatiky prof.ing. Petr Chlebiš, CSc.

Realizace dolní propusti pro 144MHz. Ing. Tomáš Kavalír, OK1GTH

Využití komplementarity (duality) štěrbiny a páskového dipólu M

Vlnovod, HMIO, SIW, přechody vedení, koplanární vlnovod, finline, CST MWS,

Zesilovače. Ing. M. Bešta

4.7 Planární širokopásmové antény

Studijní opora pro předmět Technologie elektrotechnické výroby

6-portový anténní přepínač do 100 MHz

Základní otázky pro teoretickou část zkoušky.

Měření vlnové délky, impedance, návrh impedančního přizpůsobení

Vazební mechanismy přenosu rušivých signálů. Jiří Dřínovský UREL, FEKT, VUT v Brně

dipól: tlustý bočníkově napájený dipól s bočníkem skládaný

Kapacitní senzory. ε r2. Změna kapacity důsledkem změny X. b) c) ε r1. a) aktivní plochy elektrod. b)vzdálenosti elektrod

Stack Match neboli dělič výkonu pro 144 MHz

Navrhované a skutečné rozměry. Návrhová pravidla pro návrh topologie (layoutu) čipu. Základní parametry návrhových pravidel

1. Kondenzátory s pevnou hodnotou kapacity Pevné kondenzátory se vyrábí jak pro vývodovou montáž, tak i miniatrurizované pro povrchovou montáž SMD.

11. Polovodičové diody

SOUČÁSTKY ELEKTRONIKY

Profilová část maturitní zkoušky 2015/2016

Zásady návrhu a aplikace A/Č obvodů

Oscilátory. Oscilátory s pevným kmitočtem Oscilátory s proměnným kmitočtem (laditelné)

PB169 Operační systémy a sítě

Základní pojmy. p= [Pa, N, m S. Definice tlaku: Síla působící kolmo na jednotku plochy. diference. tlaková. Přetlak. atmosférický tlak. Podtlak.

Hřebenová trychtýřová anténa

Univerzální STACK MATCH neboli dělič výkonu pro KV bez kompromisů

Jaký význam má kritický kmitočet vedení? - nejnižší kmitočet vlny, při kterém se vlna začíná šířit vedením.

1 U Zapište hodnotu časové konstanty derivačního obvodu. Vyznačte měřítko na časové ose v uvedeném grafu.

6 Hybridní integrované obvody, tenkovrstvé a tlustovrstvé technologie a jejich využití

Rádiové funkční bloky X37RFB Krystalové filtry

teorie elektronických obvodů Jiří Petržela analýza šumu v elektronických obvodech

Hlavní parametry rádiových přijímačů

7. Kondenzátory. dielektrikum +Q U elektroda. Obr.2-11 Princip deskového kondenzátoru

Mějme obvod podle obrázku. Jaké napětí bude v bodech 1, 2, 3 (proti zemní svorce)? Jaké mezi uzly 1 a 2? Jaké mezi uzly 2 a 3?

Návrh planární dolní propusti

Základy elektrotechniky

Hybridní integrované obvody a jejich nekonvenční aplikace

dodavatel vybavení provozoven firem Plošné spoje se SMD. návrh a konstrukce Obj. číslo: Popis Ing.

Nízkofrekvenční (do 1 MHz) Vysokofrekvenční (stovky MHz až jednotky GHz) Generátory cm vln (až desítky GHz)

Drátové antény. Obr. 9.1 Rukávový dipól (vlevo) monopól s umělou zemí (vpravo).

Semestrální práce z předmětu X37CAD (CAD pro vysokofrekvenční techniku)

Osnova přípravného studia k jednotlivé zkoušce Předmět - Elektrotechnika

ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI FAKULTA ELEKTROTECHNICKÁ KATEDRA TECHNOLOGIÍ A MĚŘENÍ DIPLOMOVÁ PRÁCE

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY ŠTĚRBINOVÁ ANTÉNNÍ ŘADA NA BÁZI VLNOVODU INTEGROVANÉHO DO SUBSTRÁTU

TECHNOLOGIE OPTICKÝCH VLÁKEN A KABELŮ

FEKT VUT v Brně ESO / P9 / J.Boušek 1 FEKT VUT v Brně ESO / P9 / J.Boušek 2. Uzemněné hradlo - závislost na změně parametrů

ODBORNÝ VÝCVIK VE 3. TISÍCILETÍ

Profilová část maturitní zkoušky 2016/2017

Radioklub OK2KOJ při VUT v Brně: Kurz operátorů 1 ANTÉNY A NAPÁJEČE. Kurz operátorů Radioklub OK2KOJ při VUT v Brně 2016/2017

Umělé zátěže 250, 800 a 3000 W

14. ELEKTRICKÉ TEPLO. Doc. Ing. Stanislav Kocman, Ph.D , Ostrava

ELEKTRONICKÉ PRVKY TECHNOLOGIE VÝROBY POLOVODIČOVÝCH PRVKŮ

ELEKTRONIKA. Maturitní témata 2018/ L/01 POČÍTAČOVÉ A ZABEZPEČOVACÍ SYSTÉMY

Elektromagnetické vlastnosti UHF RFID zářičů v blízkosti lidského těla

1. Zadání. 2. Teorie úlohy ID: Jméno: Jan Švec. Předmět: Elektromagnetické vlny, antény a vedení. Číslo úlohy: 7. Měřeno dne: 30.3.

Mikrosenzory a mikroelektromechanické systémy. Odporové senzory

Zkouškové otázky z A7B31ELI

Základy elektrotechniky 2 (21ZEL2) Přednáška 1

SSPA 23cm 460W. HPAG modul na originálním chladiči

Přenosový kanál dvojbrany

PLANÁRNÍ FILTR V TLUSTOVRSTVOVÉ TECHNOLOGII

11. ELEKTRICKÉ TEPLO. Doc. Ing. Stanislav Kocman, Ph.D , Ostrava

Generátorové senzory. Termoelektrický článek Piezoelektrické senzory Indukční senzory

1. Měření parametrů koaxiálních napáječů

Operační zesilovač (dále OZ)

Přenosová média KIV/PD Přenos dat Martin Šimek

9. ČIDLA A PŘEVODNÍKY

Základní otázky ke zkoušce A2B17EPV. České vysoké učení technické v Praze ID Fakulta elektrotechnická

elektrické filtry Jiří Petržela všepropustné fázovací články, kmitočtové korektory

Kompenzovaný vstupní dělič Analogový nízkofrekvenční milivoltmetr

Experiment s FM přijímačem TDA7000

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

1 Jednoduchý reflexní přijímač pro střední vlny

Přenosová technika 1

Principy konstrukce rozvodů V/V sběrnic

Mini RF laboratoř. Nabídkový list služeb. Kontakt: Ing. Tomáš Kavalír, Ph.D. Tel:

Výukové texty. pro předmět. Měřící technika (KKS/MT) na téma. Základní charakteristika a demonstrování základních principů měření veličin

KOREKTORY FREKVENČNÍ CHARAKTERISTIKY NFZ

Elektromagnetické pole, vlny a vedení (A2B17EPV) PŘEDNÁŠKY

5. POLOVODIČOVÉ MĚNIČE

Kategorie M. Test. U všech výpočtů uvádějte použité vztahy včetně dosazení! 1 Sběrnice RS-422 se používá pro:

6. ÚČINKY A MEZE HARMONICKÝCH

Maturitní témata. 1. Elektronické obvody napájecích zdrojů. konstrukce transformátoru. konstrukce usměrňovačů. konstrukce filtrů v napájecích zdrojích

Katalogový list Návrh a konstrukce desek plošných spojů. Obj. číslo: Popis. Ing. Vít Záhlava, CSc.

Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně

Principy konstrukce rozvodů V/V sběrnic

Vlastnosti a provedení skutečných součástek R, L, C

České vysoké učení technické v Praze Fakulta elektrotechnická Katedra elektroenergetiky. Komunikace po silových vedeních Úvod do problematiky

popsat princip činnosti základních zapojení čidel napětí a proudu samostatně změřit zadanou úlohu

Odrušení plošných spoj Vlastnosti plošných spoj Odpor Kapacitu Induk nost mikropáskového vedení Vlivem vzájemné induk nosti a kapacity eslechy

VY_32_INOVACE_ELT-1.EI-13-IZOLACNI MATERIALY. Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Dubno

SIW ŠTĚRBINOVÁ ANTÉNA

Přehled základních vztahů pro předmět Vysokofrekvenční a mikrovlnná technika

Transkript:

Hybridní integrované obvody a jejich nekonvenční aplikace (mikrovlnné aplikace a nekonvenční technologie) (8)

Obsah 1 Mikrovlnné aplikace a antény 2 Piezoelektrické reproduktory a další aplikace 3 Aplikace v lékařství

1. Mikrovlnné aplikace a antény

Vznik mikrovlnných integrovaných obvodů Klasická vlnovodová a koaxiální technika rozvoj během 2. světové války a po jejím konci, rozvoj radiolokace Výhody: vyměnitelnost dílů a pasivních či aktivních obvodů, mechanická robustnost; vysoká jakost obvodů, nízké ztráty, dobrý odvod tepla, zpracování vysokých výkonů; možnost dostavení a doladění obvodu; Nevýhody: drahá kusová výroba, velké rozměry, váha, příkon, spotřeba materiálu; konstrukční neslučitelnost s miniaturními aktivními součástkami; omezené kmitočtové pásmo. 4

Přechod na mikropáskové struktury Na začátku druhé poloviny 20. století přechod od vlnovodů a koaxiálních struktur k plochým páskovým strukturám především symetrické páskové vedení se vzduchovým dielektrikem. Přechod od koaxiálního vedení k symetrickému páskovému vedení 5

Přechod k pevným nízkoztrátovým dielektrickým materiálům s vysokou permitivitou V průběhu 60-tých let 20. století dochází k přechodu na pevná nízkoztrátová dielektrika s vysokou permitivitou počátek vzniku MIKROVLNNÝCH INTEGROVANÝCH OBVODU (MIO, MIC). 1960 1980 prudký rozvoj hybridních mikrovlnných integrovaných obvodů až po pásmo milimetrových vln. Od 70. let se paralelně s hybridní integrací rozvíjí technika monolitických mikrovlnných integrovaných obvodů (MMIO, MMIC). Od konce 80. let intenzivní přechod ke kombinovaným a složeným MIO pro milimetrová vlnová pásma včetně rozvoje příslušné polovodičové techniky. 6

Mikrovlnný integrovaný obvod planární uspořádání obvodů malé rozměry, malá hmotnost nízká spotřeba surovin (kovů, polovodičů, dielektrik, magnetik) menší pracnost, vyšší reprodukovatelnost výroby, sériovost, nižší výrobní náklady vyšší spolehlivost a stabilnost parametrů obvodu větší širokopásmovost obvodů kompatibilnost montáže s polovodičovými prvky 300 MHz - 300 GHz 7

Mikrovlnný integrovaný obvod Pracuje v mikrovlnném pásmu kmitočtů Přednosti MIO vyznačuje se planární strukturou (převážně); obvykle slučuje činnost několika dílčích obvodů spojených uvnitř MIO bez přístupu uživatele; má malou hmotnost a malé rozměry. Nedostatky MIO větší měrný útlum, nižší činitel jakosti obvodů menší elektrická pevnost, nižší přenášený výkon horší odvod tepla, problematická integrace výkonových prvků obtížnější návrh obvodů CAD náročná a precisní technologie Obtížná dodatečná korekce obvodu, neopravitelnost principiální omezení dosažitelné miniaturizace a integrace obvodů

MIKROVLNNÉ INTEGROVANÉ OBVODY (MIO) se soustředěnými parametry l << g klasické L, C, R z krátkých úseků vedení L, C, R hybridní (HMIO) s rozloženými parametry l >> g symetrické mikropáskové nesymetrické mikropáskové koplanární monolitické C, R hybridní L, C, R monolitické (MMIO) kombinované pro mm vlny štěrbinové planární vlnovody objemové MIO ploutvová vedení 9

Hybridní mikrovlnné integrované obvody Pasivní mikrovlnné obvody se vytvářejí nanesením vodivých pásků na pevnou dielektrickou podložku (tzv. substrát) ve tvaru vytvářeného obvodu (tzv. vodivý motiv). Polovodičové a další součástky jsou do obvodu vsazovány (zapouzdřené či nezapouzdřené) jako diskrétní prvky (tzv. čipy), a to pájením nebo ultrazvukovým svařováním. Hybridní technologie MIO umožňuje vzájemně nezávislou optimalizaci použitých aktivních součástek a pasivních mikropáskových obvodů. Hybridní mikrovlnné integrované obvody a subsystémy (HMIO) představují dnes běžně využívanou formu mikrovlnné integrace až do kmitočtů desítek GHz, příp. i výše. 10

Základní typy pasivních hybridních mikrovlnných integrovaných struktur (příčné průřezy) Symetrické mikropáskové vedení stripline Nesymetrické mikropáskové vedení (otevřené) microstrip Stíněné nesymetrické mikropáskové vedení shielded microstrip 11

Obvody s rozloženými parametry - nesymetrické mikropáskové vedení Nesymetrické mikropáskové vedení je vedení příčně nehomogenní, neboť je obklopeno ve svém příčném řezu dvěma různými prostředími pevným dielektrikem s permitivitou r a vzduchem s permitivitou o. Pro výpočetn lze použít např. vztah: Z 60 0 ef 8h ln w w 4h kde w je efektivní šířka mikropásku mm, h je tloušťka podložky mm, ef je efektivní permitivita 0,5( r + 1) = ef = r.

Obrácené (inverzní) nesymetrické mikropáskové vedení inverted microstrip Mikropáskové vedení se zavěšeným substrátem (s vysokým Q) suspended microstrip Mikropáskové vedení s překryvnou dielektrickou vrstvou microstrip with overlay 13

Koplanární vedení coplanar strips (CPS) symetrické nesymetrické Koplanární vlnovod coplanar waveguide (CPW) symetrický nesymetrický Koplanární vlnovod s horní stínicí deskou 14

Koplanární vlnovod s pokoveným substrátem conductor-backed CPW Oboustranně stíněný koplanární vlnovod Vícevrstvý koplanární vlnovod multilayer CPW 15

Štěrbinové vedení slotline koplanární vedení Vázaná mikropásková vedení coupled microstrips Vázaná štěrbinová vedení Vázané koplanární vlnovody 16

Některé technologické otázky hybridních MIO Základní požadavky na dielektrické substráty HMIO vysoká relativní permitivita r (konstantní v použitém rozsahu kmitočtů a teplot); co nejmenší činitel dielektrických ztrát tg δ (jeho kmitočtová a teplotní stálost); homogennost, izotropnost, vysoká tepelná vodivost; rozměrová stabilnost (teplotní, vlhkostní, během výrobního procesu, stárnutím); schopnost povrchové metalizace, adheze vůči nanášeným kovům; konstantní tloušťka podložky, hladký povrch; dobré fyzikální, chemické a mechanické vlastnosti (pevnost, křehkost, pružnost, opracovatelnost). 17

M ateriál Korundová keram ika (Alum ina) Al 2 O 3 Beryliová keram ika (BeO) Tavený křem en SiO 2 RT Duroid (polytetrafluoretylen PTFE) ε r při 10 G Hz tg δ při 10 G Hz Tepelná vodivost [W /cm /K] 9,6 10,1 2 10 4 0,3 6 6,6 1 10 4 2,5 3,8 4 10 4 0,01 2,25 1 10 4 0,26 Poznám ka Nejčastěji užívaný materiál v profesionálních zařízeních Tepelná vodivost jako hliník, integrace výkonových prvků, drahá výroba Permitivita konstantní v širokém rozsahu kmitočtů; použití na mm vlnách Dobrá mechanická opracovatelnost Cuprextit (2 G Hz) 4,2 5 10 3 (pokusné) aplikace na dm Použitelný pro nenáročné vlnách Sem iizolační křem ík SI-Si (ρ = 10 3 Ω cm ) Sem iizolační G aas SI-G aas (ρ = 10 7 Ω cm ) 11,7 5 10 3 0,9 12,9 1,6 10 3 0,3 Monolitické mikrovlnné integrované obvody Monolitické mikrovlnné integrované obvody Suchý vzduch 1 0 0,00024 18

Dva základní problémy řešení planárních struktur : 1. Značné rozptylové elektromagnetické pole kolem páskových vodičů - nelze zanedbat. 2. Příčná nehomogennost většiny struktur šíří se hybridní elektromagnetická vlna HEM sdisperzí-nelzeřešit přesně analyticky. Přibližné (avšak dostatečně přesné) řešení: místo hybridní vlny HEM se předpokládá, že se ve struktuře šíří tzv.vlna kvazi-tem Relativně jednoduché matematické zpracování názorné a dobře interpretovatelné výsledky pro analýzu a syntézu kmitočtové omezení na nižší GHz pásma (lze korigovat disperzními modely). 19

Nesymetrické mikropáskové vedení (microstrip) nejčastěji používaný typ hybridní přenosové struktury 1. problém Řeší se příčně homogenní nesymetrické páskové vedení s čistou vlnou TEM. Řeší se Laplaceova rovnice Δ =0 metodou konformního zobrazení. 20

w ef = w ef (w, h) podle použité zobrazovací funkce w ef w konformní transformace Efektivní Všechny parametry šířka nesymetrického nesymetrického mikropáskového vedení vedení se určují s nulovou jako parametry jeho konformně sdruženého obrazu bez rozptylového pole a přepočítají tloušťkou se horního zpět do pásku původní (t = 0) struktury. 2 h w ef pro úzké mikropáskové vedení w /h 1 8h w ln w 4 h ef 2 h w w ln 17,08 0, 85 2 h w pro široké mikropáskové vedení w / h 1 21

2. problém Hybridní elektromagnetickou vlnu HEM lze na relativně nízkých mikrovlnných kmitočtech aproximovat tzv. vlnou kvazi-tem. Mikropáskové vedení se pak řeší pro vlnu kvazi-tem (viz 1. problém). Příčná nehomogennost mikropáskového vedení na dielektrické podložce se respektuje zavedením pojmu efektivní permitivita. w 0 w ef h 0 ef h konformní transformace ef = ef ( r, w, h) podle použité zobrazovací funkce 22

Efektivní permitivita nesymetrického mikropáskového vedení (její relativní hodnota) ε ef r ε r 1 0,9 ε r 1 2 8h ln w pro úzké mikropáskové vedení w /h 1 ε ef r ε r ε r 1 2 w h w ln 6,28 0,85 2 h 2 w ln 17,08 0,85 2 h pro široké mikropáskové vedení w / h 1 Relativní hodnota efektivní permitivity nesymetrického mikropáskového vedení může nabývat pouze hodnot ε r 1 2 ε ef r ε r w / h 0 w / h 23

Fázová a skupinová rychlost vlny kvazi-tem na nesymetrickém mikropáskovém vedení a její délka vlny závisejí na rozměrech w a h vedení, neboť v f v sk 1 ef Charakteristická impedance (vlnová impedance) nesymetrického mikropáskového vedení Z 0 120 ε Pásmo jednovidovosti vidu kvazi-tem je rozsah kmitočtů, kdyse v mikropáskovém vedení ještě nevybudí nejnižší vlnovodový vid TE 10 f f TE 10 m ef r h w Z 2 μ ef 0 0 h c ef r g v f f 24

Na vyšších kmitočtech (cca od 6 8GHz)sezačíná uplatňovat disperze základní elektromagnetické vlny v nesymetrickém mikropáskovém vedení, tj. délka vlny, konstanta šíření, charakteristická impedance vedení a další parametry začínají záviset na kmitočtu. Pro respektování disperze vlny HEM na vyšších kmitočtech se zavádějí tzv. disperzní modely, jakožto kmitočtové korekce aproximace kvazi-tem. Zavádí se: kmitočtově závislá (korigovaná) efektivní permitivita ef ( f ) kmitočtově závislá (korigovaná) efektivní šířka vedení w ef ( f ) Platnost základní aproximace kvazi-tem do 3 až 6 GHz (dle typu mikropáskové struktury) kmitočtově korigovaná aproximace kvazi-tem do 18 až 20 GHz u hybridních přenosových struktur, do 60 až 80 GHz u některých speciálních miniaturních monolitických struktur 25

Štěrbinové vedení (slotline) vzduch štěrbina kovová deska vzduch dielektrický substrát Výhody: snadné paralelní připojování součástek; možnost dosažení vysokých hodnot Z 0 (až 300 Ω); výhodné vlastnosti v kombinaci s mikropáskovým vedením: nejčastější použití 26

Štěrbinové vedení (slotline) vzduch štěrbina kovová deska vzduch dielektrický substrát Nevýhody: obtížné sériové připojování součástek; velká disperze, nelze použít aproximaci kvazi-tem; větší rozměry stínicích krytů

Mikropásková vázaná vedení (coupled microstrips) Jde o systém N = 3 páskových vodičů, v němž se mohou současně šířit N 1= 2 dominantní vidy HEM, které na nižších kmitočtech aproximujeme dvěma vidy kvazi-tem: sudý (even) vid, lichý (odd) vid. Tyto vidy odpovídají soufázovému a protifázovému buzení obou mikropásků vázaných vedení. E H H E sudý vid lichý vid 28

Kvalitativní porovnání různých typů hybridních mikropáskových přenosových struktur Parametr vedení Mikropásek se Nesymetrický Štěrbinové Koplanární Koplanární zavěšeným mikropásek vedení vlnovod vedení substrátem Charakteristická impedance [Ω] 15 120 25 180 50 300 25 155 45 280 Využitelné pásmo kmitočtů [GHz] 0 60 0 90 3 60 0 60 0 60 Efektivní permitivita (ε r = 10) 6 9 1,5 8 2 4 4 5,5 4 5,5 Disperze malá velmi malá velká střední střední Vlastní činitel jakosti (řádově) 200 400 500 1500 100 100 200 100 200 Vyzařování malé malé střední střední střední Montáž součástek: paralelně obtížná středně obtížná snadná snadná snadná sériově snadná snadná obtížná snadná snadná Rozměry stínicích krytů malé malé velké velké velké Realizace vázaných možná, avšak vznikají nežádoucí vidy snadná snadná vedení šíření vln 29

Srovnání vlastností základních typů mikrovlnných struktur při kmitočtu kolem 10 GHz Typ přenosové struktury Útlum [ db/m ] Činitel jakosti (řádově) Stupeň miniaturizace Vhodná sériovost Kovový vlnovod 0,1 10 000 malá Koaxiální vedení 1 2 000 střední menší Hybridní MIO 10 400 velký velká Monolitické MIO 60 80 100 největší velká 30

MIO se soustředěnými parametry Podmínkou soustředěnosti parametrů je dosažení velmi malých rozměrů prvku (obvodu) l << g (aspoň o jeden řád). Při užití fotolitografických postupů lze tyto prvky použít až do kmitočtů kolem 60 GHz. Výhody: vysoký stupeň miniaturizace a integrace malá váha, nízká spotřeba materiálů dobrá reprodukovatelnost, vysoká sériovost výroby nízká cena jednoduchost konstrukce vysoká spolehlivost poměrně velká širokopásmovost (elektrické vlastnosti se neopakují s kmitočtem) 31

MIO se soustředěnými parametry Podmínkou soustředěnosti parametrů je dosažení velmi malých rozměrů prvku (obvodu) l << g (aspoň o jeden řád). Při užití fotolitografických postupů lze tyto prvky použít až do kmitočtů kolem 60 GHz. Nevýhody: náročná (miniaturní) technologie značné ztráty v obvodu vlivem parazitních vlastností, nízké Q omezení pracovního pásma kmitočtů shora (dosažitelnost malých rozměrů, klesající hodnota Q, změna charakteru prvku)

Induktory v klasické podobě (L jednotky až stovky nh, Q 100) oblouk (kruhová smyčka) kruhová spirála kvadratická spirála meandrové vedení vedení S 33

Soustředěnost parametrů jen do určitého kmitočtu Kvadratický spirálový induktor 1,9 nh Plocha spirály 0,4 x 0,4 mm Šířka pásků w =10µm Mezera mezi pásky s=10µm n = 10 závitů L Nad 10 GHz se chová jako kapacitor 34

Vrstvové pasivní prvky s rozloženými parametrčy a) sériový kondenzátor b), c) paralelní kondenzátor d) sériová indukčnost e) paralelní indukčnost h) atenuátor a bezodrazové zakončení i) změna směru g) impedanční přizpůsobení j) směrová odbočnice f) paralelní LC obvod Na keramickém substrátu o tloušťce h je vytvořen tlustovrstvou nebo tenkovrstvou technologií vodivý mikropásek o šířce w. Spodní strana substrátu je pokryta vodivou vrstvou

Mikropáskové filtry Topologie pásmového filtru z mikropáskového vedení Pásmová propustost a nepropustnost TV a TLV filtru

Induktory z velmi krátkých úseků mikropáskového vedení sériový planární induktor paralelní možné provedení zkratu přes hranu substrátu 37

Kapacitory v klasické podobě (C setiny až stovky pf, Q několik stovek) mezera v mikropásku interdigitální kapacitor dostavovací plošky základní kapacita třívrstvý (sendvičový) kapacitor propojka 38

Kapacitor se soustředěnou kapacitou z velmi krátkého úseku mikropáskového vedení Z 0C << Z 0, l < λ g / 8 39

Rezistory se soustředěným odporem z velmi krátkého úseku ztrátového vedení (NiCr, Ta 2 N) s plošným odporem 9,5 až 135 / a tloušťkou 0,05 až 0,2 µm. NiCr širokopásmové odporové zakončení kontakty průběžné sériové rezistory odporov ý materiál odporový vkládaný prvek - čip 40

Rezistory se soustředěným odporem z velmi krátkého úseku ztrátového vedení (NiCr, Ta 2 N) s plošným odporem 9,5 až 135 / a tloušťkou 0,05 až 0,2 µm. Odporové články T a Π v mikropáskovém vedení

Buzení a pouzdra mikrovlnných integrovaných obvodů mikropásek teflon koaxiální konektor horní pásek držák MIO Axiální přechod koaxiál-mikropásek Kolmý přechod koaxiál-mikropásek zemnicí deska 42

dielektrický šroub přítlačný jazýček mikropásek stupňovitý hřeben vlnovodu Π Axiální přechod vlnovod mikropásek Přechod koaxiál štěrbinové vedení Přechod mikropáskové štěrbinové vedení 43

Sestava typického uspořádání mikrovlnného integrovaného subsystému s monolitickými a hybridními obvody keramický modul s monolitickými čipy a jeho vsazení do vnějších hybridních a napájecích obvodů 44

Kombinované a zvláštní MIO pro pásma mm vln Vícevrstvé (objemové) MIO Jednotlivé planární obvody se do celkové sestavy ukládají ve vrstvách a jsou vzájemně spojovány nejen horizontálně, ale i vertikálně. Dosáhne se lepšího využití plochy a objemu MIO, využijí se obě strany hybridních MIO. Vzniká 3D mikrovlnný integrovaný obvod. Při použití N vrstev se dosáhne přibližně N-krát vyšší prostorové hustoty integrace než u jednovrstvého obvodu. Na mm vlnách jsou přitom jednotlivé vrstvy velmi tenké (desítky až stovky µm), takže i výška celého 3D obvodu (subsystému) zůstává velmi malá. 45

Mikrovlnný přijímač 20 GHz v provedení 3D monolitického MIO Obvod je vytvořen na substrátu GaAs a čtyř vrstev polyimidu tloušťky 2,5 µm. Čip o ploše 1,78 x 1,78 mm obsahuje třístupňový zesilovač s tranzistory MESFET, napěťově řízený oscilátor s dvojstupňovým tranzistorovým zesilovačem, vyvážený směšovač, 90 hybridní člen a dělič výkonu. 46

Realizace filtru pomocí SYMETRIZAČNÍHO ČLENU - 2,45 GHz (Bluetooth, WLAN ) - vložný útlum < 0,2 db -zpětný přenos > 25dB - izolace > 20dB -rozměry: 13 mm 12 mm

Filtr realizovaný pomocí SMĚROVÝCH ODBOČNIC 2400 2500 MHz Vložný útlum cca 0,5 db Zpětný přenos, izolace > 20 db Amplitudová odchylka ±0.5 db, Fázová chyba < ±1.5. 5.9 mm 5.2 mm

Pasivní -vlnný filtr (BP) 2400 2500 MHz - Čebyševova aproximace - rozměry: 8,7 x 4,5 [mm] - vložný útlum < 4dB - zpětný přenos > 20 db - Substrát: - Alumina (Al2O3) - tan δ = 0,002 - εr = 10,2

Příklady RF obvodu a filtru Integral Wave Technologies for NASA s Langley Research Center

Rozdělení nekonvenčních aplikací Antény pro čipové karty Antény pro čipové karty využívají běžné tlustovrstvé i polymerní materiály, jež je možné uspořádat do nejrůznějších spirálových tvarů různé velikosti podle požadovaných vlastností (Du Pont). Nekonvenční tlustovrstvé aplikace, tlustovrsvé senzory

PAV (SAW) V roce 1887 objevil Lord Rayleigh povrchovou akustickou vlnu (též někdy nazývaná Rayleighova vlna). Vlna má podélnou a vertikální složku, která vzniká rozechvěním materiálu na kterém se šíří. V závislosti na vlastnostech materiálu a druhu spojení se liší amplituda a rychlost šíření. SAW (Surface Acoustic Wave) - Povrchová akustická vlna se šíří po povrchu pružného materiálu. Tento typ vlny je využíván v piezoelektrických součástkách jako jsou filtry, oscilátory a transformátory. Velké uplatnění našly SAW součástky při konstrukci ů ů ů

Hybridní obvody - Vysokofrekvenční aplikace na keramickém substrátu až do desítek GHz, plošné antény

5. Piezoelektrické reproduktory a další aplikace

Rozdělení nekonvenčních aplikací Piezoelektrické reproduktory Piezoelektrické reproduktory jsou založeny na principu piezoelektrického jevu, jehož průvodním znakem je deformace krystalů materiálu v důsledku přiloženého napětí. Jsou realizovány na tenké kotoučové keramické membráně, na níž je vytvořen kruhový piezokeramický měnič opatřený kovovými elektrodami. Jeden přívod je připojen na membránu, druhý na vrchní elektrodu. Výhody - nízká hmotnost, malé rozměry, malá spotřeba, téměř žádné rušivé elektromagnetické vyzařování, vysoká teplotní, mechanická a chemická odolnost, možnost pracovního režimu v ultrazvukové oblasti a nenáročnost vlastní realizace. Nekonvenční tlustovrstvé aplikace, tlustovrsvé senzory

Rozdělení nekonvenčních aplikací Vysokoteplotní supravodiče Vysokoteplotní supravodiče využívají vlastností některých typů tlustých vrstev, které vykazují při určitých podmínkách vysokoteplotní supravodivost. Jsou tvořeny speciálně připravenými směsmi materiálů, jako jsou např. materiály na bázi Y/Ba/Cu/O nebo Bi/Sr/Ca/Cu/O. (Magnet Lab, USA) Nekonvenční tlustovrstvé aplikace, tlustovrsvé senzory

Rozdělení nekonvenčních aplikací Další aplikace Vysokonapěťová izolace- optoizolace Optoizolace - zajímavou vlastností substrátů na bázi hliníku používaných v tlustovrstvé technologii je emitování infračerveného světla. Tato vlastnost umožňuje vytvoření vstupního obvodu na jedné straně substrátu a výstupního obvodu na straně druhé, přičemž na substrátu je vytvořena ještě izolační vrstva s vysokým napětím průrazu několik kv. Nekonvenční tlustovrstvé aplikace, tlustovrsvé senzory

Další aplikace Rychlé tlustovrstvé pojistky -tvoří úzké vodivé pásky na povrchu dielektrické vrstvy. Výhodou je efektivní ochlazování pojistek a zmenšení energie průrazu. Nevýhodou je tepelná setrvačnost keramického substrátu. Nekonvenční tlustovrstvé aplikace, tlustovrsvé senzory

Fotovoltaické prvky : solární články

Solární články Vývody solárních článků (Solartec, Rožnov p. R.) Nekonvenční tlustovrstvé aplikace, tlustovrsvé senzory

3. Aplikace v lékařství Bradycardia (< 50tepů) Pacemaker Atrial Arrhythmias (nepravidelnosti tepu) Pacemaker Ventricular arrhythmias (abnormálně rychlý tep) ICD implantable cardioverter defibrillator Congestive Heart Failure (selhání srdce) CRT-D cardiac resynchronization therapy

Defibrilace 20 J, T/N. DDD, 90 bpm V: 4.8 V, 0.37 ms 1 sec. LAE DA 06/12/2012 62

Aktivní zařízení pro srdeční implantaci Titanium package Wireless Remote Monitoring RAM ROM High voltage Defibrillation RF communication Low power CPU Analog sensing & pacing Programming System Hermetic package MEMS Sensors

Požadavky na takové zařízení Fyziologický ale jednoduchý Miniatuní a integrovaný Nízká spotřeba a nízký proud Vysoce spolehlivý Hermeticky zapouzdřený Biokompatibilní Bezdrátový a bezvývodový

Co je uvnitř pouzdra? Baterie se zemícím systémem a kapacitním filtrem Hybridní obvod s povrchově montovanými součástkami ( "Pick & Place" ) Flexibilní část s high density interconnection a hlídacím systémem rizikového stavu

Hybridní obvod

Šokový obvod

Co je uvnitř defibrilátoru Ovatio

Technický pokrok v CRM : miniaturizace obvod & pouzdro Nové kontaktovací technologie Nové pouzdřící technologie

Technický pokrok v CRM : miniaturizace obvod & pouzdro Inovace : Integrace pasivní sítě PN532 3DCS P5CN072 3D Adapted from NXP

Heart failure 2005: up to 14 million Europeans currently suffer from heart failure. 2020: increasing to 30 million. Over 3.6 million new cases of heart failure are reported each year in Europe. First cause of cardiovascular mortality in Europe. Heart Failure is the most common cause of hospital admission in people over 65.

Literatura V prezentaci byly použity obrázky a příklady z nabídkových a informačních listů firem: DuPont, www.dupont.com National High Magnetic Field Laboratory, http://www.magnet.fsu.edu/ BI Technologies Corporation, www.bitechnologies.com ESL ElectroScience, www.electroscience.com BVT Technologies, a.s., www.bvt.cz Solartec, s.r.o., www.solartec.cz Alain Ripart,Sorin Group, osobní sdělení Nekonvenční tlustovrstvé aplikace, tlustovrsvé senzory