DIN EN 62047-7-2012 Semiconductor devices - Micro-electromechanical devices - Part 7 MEMS BAW filter and duplexer for radio frequency control and selection (IEC 62047-7 2011) Germa.pdf

1、Februar 2012DEUTSCHE NORM DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDEPreisgruppe 17DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS

2、31.080.01; 31.220.01!$xYy“1855486www.din.deDDIN EN 62047-7Halbleiterbauelemente Bauelemente der Mikrosystemtechnik Teil 7: BAW-MEMS-Filter und -Duplexer zur Hochfrequenz-Regelung und-Auswahl (IEC 62047-7:2011);Deutsche Fassung EN 62047-7:2011Semiconductor devices Micro-electromechanical devices Part

3、 7: MEMS BAW filter and duplexer for radio frequency control and selection(IEC 62047-7:2011);German version EN 62047-7:2011Dispositifs semiconducteurs Dispositifs microlectromcaniques Partie 7: Filtre et duplexeur BAW MEMS pour la commande et le choix des frquencesradiolectriques (CEI 62047-7:2011);

4、Version allemande EN 62047-7:2011Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 30 SeitenDIN EN 62047-7:2012-02 2 Anwendungsbeginn Anwendungsbeginn fr die von CENELEC am 2011-07-21 angenommene Europische Norm als DIN-Norm ist 2012-02-01. Nationales Vorwort Vo

5、rausgegangener Norm-Entwurf: E DIN IEC 62047-7:2008-09. Fr diese Norm ist das nationale Arbeitsgremium K 631 Halbleiterbauelemente“ der DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDE (www.dke.de) zustndig. Die enthaltene IEC-Publikation wurde vom SC 47F Micro-el

6、ectromechanical systems“ erarbeitet. Das IEC-Komitee hat entschieden, dass der Inhalt dieser Publikation bis zu dem Datum (stability date) unver-ndert bleiben soll, das auf der IEC-Website unter http:/webstore.iec.ch“ zu dieser Publikation angegeben ist. Zu diesem Zeitpunkt wird entsprechend der Ent

7、scheidung des Komitees die Publikation besttigt, zurckgezogen, durch eine Folgeausgabe ersetzt oder gendert. Fr den Fall einer undatierten Verweisung im normativen Text (Verweisung auf eine Norm ohne Angabe des Ausgabedatums und ohne Hinweis auf eine Abschnittsnummer, eine Tabelle, ein Bild usw.) be

8、zieht sich die Verweisung auf die jeweils neueste gltige Ausgabe der in Bezug genommenen Norm. Fr den Fall einer datierten Verweisung im normativen Text bezieht sich die Verweisung immer auf die in Bezug genommene Ausgabe der Norm. Der Zusammenhang der zitierten Normen mit den entsprechenden Deutsch

9、en Normen ergibt sich, soweit ein Zusammenhang besteht, grundstzlich ber die Nummer der entsprechenden IEC-Publikation. Beispiel: IEC 60068 ist als EN 60068 als Europische Norm durch CENELEC bernommen und als DIN EN 60068 ins Deutsche Normenwerk aufgenommen. EUROPISCHE NORM EUROPEAN STANDARD NORME E

10、UROPENNE EN 62047-7 August 2011 ICS 31.080.99 Deutsche Fassung Halbleiterbauelemente Bauelemente der Mikrosystemtechnik Teil 7: BAW-MEMS-Filter und -Duplexer zur Hochfrequenz-Regelung und -Auswahl (IEC 62047-7:2011) Semiconductor devices Micro-electromechanical devices Part 7: MEMS BAW filter and du

11、plexer for radio frequency control and selection (IEC 62047-7:2011) Dispositifs semiconducteurs Dispositifs microlectromcaniques Partie 7: Filtre et duplexeur BAW MEMS pour la commande et le choix des frquences radiolectriques (CEI 62047-7:2011) Diese Europische Norm wurde von CENELEC am 2011-07-21

12、angenommen. Die CENELEC-Mitglieder sind gehalten, die CEN/CENELEC-Geschftsordnung zu erfllen, in der die Bedingungen festgelegt sind, unter denen dieser Europischen Norm ohne jede nderung der Status einer nationalen Norm zu geben ist. Auf dem letzten Stand befindliche Listen dieser nationalen Normen

13、 mit ihren bibliographischen Angaben sind beim Zentralsekretariat oder bei jedem CENELEC-Mitglied auf Anfrage erhltlich. Diese Europische Norm besteht in drei offiziellen Fassungen (Deutsch, Englisch, Franzsisch). Eine Fassung in einer anderen Sprache, die von einem CENELEC-Mitglied in eigener Veran

14、twortung durch bersetzung in seine Landessprache gemacht und dem Zentralsekretariat mitgeteilt worden ist, hat den gleichen Status wie die offiziellen Fassungen. CENELEC-Mitglieder sind die nationalen elektrotechnischen Komitees von Belgien, Bulgarien, Dnemark, Deutschland, Estland, Finnland, Frankr

15、eich, Griechenland, Irland, Island, Italien, Kroatien, Lettland, Litauen, Luxemburg, Malta, den Niederlanden, Norwegen, sterreich, Polen, Portugal, Rumnien, Schweden, der Schweiz, der Slowakei, Slowenien, Spanien, der Tschechischen Republik, Ungarn, dem Vereinigten Knigreich und Zypern. CENELEC Euro

16、pisches Komitee fr Elektrotechnische Normung European Committee for Electrotechnical Standardization Comit Europen de Normalisation Electrotechnique Zentralsekretariat: Avenue Marnix 17, B-1000 Brssel 2011 CENELEC Alle Rechte der Verwertung, gleich in welcher Form und in welchem Verfahren, sind welt

17、weit den Mitgliedern von CENELEC vorbehalten. Ref. Nr. EN 62047-7:2011 DDIN EN 62047-7:2012-02 EN 62047-7:2011 2 Vorwort Der Text des Schriftstcks 47F/79/FDIS, zuknftige 1. Ausgabe von IEC 62047-7, ausgearbeitet von dem SC 47F Micro-electromechanical systems“ des IEC TC 47 Semiconductor devices“, wu

18、rde der IEC-CENELEC Parallelen Abstimmung unterworfen und von CENELEC am 2011-07-21 als EN 62047-7 ange-nommen. Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Elemente dieses Dokuments Patentrechte berhren knnen. CEN und CENELEC sind nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Pa

19、tentrechte zu identifizieren. Nachstehende Daten wurden festgelegt: sptestes Datum, zu dem die EN auf nationaler Ebene durch Verffentlichung einer identischen nationalen Norm oder durch Anerkennung bernommen werden muss (dop): 2012-04-21 sptestes Datum, zu dem nationale Normen, die der EN entgegenst

20、ehen, zurckgezogen werden mssen (dow): 2014-07-21 Anerkennungsnotiz Der Text der Internationalen Norm IEC 62047-7:2011 wurde von CENELEC ohne irgendeine Abnderung als Europische Norm angenommen. In der offiziellen Fassung sind unter Literaturhinweise“ zu den aufgelisteten Normen die nachstehenden An

21、merkungen einzutragen: IEC 60368-1:2000 + A1:2004 ANMERKUNG Harmonisiert als EN 60368-1:2000 + A1:2004 (nicht modifiziert). IEC 60368-2-2 ANMERKUNG Harmonisiert als EN 60368-2-2. IEC 60862-1:2003 ANMERKUNG Harmonisiert als EN 60862-1:2003 (nicht modifiziert). IEC 60862-2 ANMERKUNG Harmonisiert als E

22、N 60862-2. DIN EN 62047-7:2012-02 EN 62047-7:2011 3 Inhalt SeiteVorwort .2 1 Anwendungsbereich.5 2 Normative Verweisungen .5 3 Begriffe .5 3.1 Allgemeine Begriffe 5 3.2 Begriffe zu BAW-Filtern7 3.3 Begriffe zu BAW-Duplexern .8 3.4 Charakteristische Kenngren.9 4 Wesentliche Kenngren und Kennwerte .16

23、 4.1 Kennzeichnung von Resonatoren, Filtern und Duplexern .16 4.2 Zustzliche Angaben16 5 Prfverfahren16 5.1 Prfdurchfhrung16 5.2 HF-Kenngren18 5.3 Zuverlssigkeitsprfverfahren22 Anhang A (informativ) Geometrische Eigenschaften von BAW-Resonatoren 25 A.1 Rckseitig getzte (back-etched) Bauart .25 A.2 L

24、uftspalt-Bauart (Air-Gap-Bauart) 25 A.3 SMR-Bauart25 Anhang B (informativ) Arbeitsweise von BAW-Resonatoren 26 B.1 Funktionsprinzip von BAW-Resonatoren .26 B.2 Resonanzprinzip.26 Literaturhinweise 28 Bilder Bild 1 Prinzipieller Aufbau eines BAW-Resonators.6 Bild 2 Schaltungsarten fr BAW-Filter.7 Bil

25、d 3 Schaltungsarten fr BAW-Filter.7 Bild 4 Blockschaltbild eines BAW-Duplexer-Beispiels 8 Bild 5 quivalente Ersatzschaltung eines BAW-Resonators (1-Tor-Resonator) 9 Bild 6 Mess- und Prfdurchfhrung fr BAW-Filter und -Duplexer .17 Bild 7 Messaufbau fr die elektrischen Messungen von BAW-Resonatoren, -F

26、iltern und -Duplexern.18 Bild 8 Einfgedmpfung eines BAW-Filters 19 Bild 9 Rckwrtsdmpfung eines BAW-Filters20 Bild 10 (Tx-Rx)-Isolation eines BAW-Duplexers21 Bild 11 Welligkeit eines BAW-Filters .21 Bild 12 Smith-Diagramme fr Eingangs- und Ausgangsimpedanz eines BAW-Filters .22 DIN EN 62047-7:2012-02

27、 EN 62047-7:2011 4 SeiteBild 13 Blockschaltbild einer Prfungsanordnung zur Zuverlssigkeitsermittlung von BAW-Resonatoren und -Filtern. 23 Bild A.1 Geometrischer Vergleich von BAW-Resonatoren. 25 Bild B.1 Modifiziertes quivalente Ersatzschaltung nach BVD(Butterworth-van Dyck)-Modell 27 DIN EN 62047-7

28、:2012-02 EN 62047-7:2011 5 1 Anwendungsbereich Dieser Teil der IEC 62047 legt Begriffe, Definitionen, Symbole, Konfigurationen sowie Prf- und Messver-fahren fest, die fr Bewertungen und Ermittlungen der Leistungs- und Funktionskenngren von BAW-Reso-natoren, -Filtern und -Duplexern (BAW, en: bulk aco

29、ustic waves) als Bauelemente zur Stabilisierung und Selektion von Hochfrequenz(HF)-Signalen verwendet werden knnen. Dieses Dokument legt die Prf- und Messverfahren und allgemeine Anforderungen fr BAW-Resonatoren, -Filter und -Duplexer mit besttigter Qualitt fest, um fr Fhigkeits- oder Qualifikations

30、-Anerkennungsverfahren verwendet zu werden. 2 Normative Verweisungen Keine. 3 Begriffe Fr die Anwendung dieses Dokuments gelten die folgenden Begriffe. 3.1 Allgemeine Begriffe 3.1.1 akustische Volumenwelle BAW (en: bulk accoustic wave) akustische Welle, die sich im Volumen eines Krpers ausbreitet 3.

31、1.2 BAW-Resonator Resonator, bei dem eine akustische Volumenwelle angewendet wird ANMERKUNG Ein BAW-Resonator besteht aus einem piezoelektrischen Werkstoff, der zwischen einer Ober- und Unterelektrode liegt, so wie in Bild 1 dargestellt. Ober- sowie Unterelektrode sind in der Lage, in vertikaler Ric

32、htung der durch ein Abscheideverfahren aufgebrachten piezoelektrischen Dnnschicht zu schwingen. Die Elektroden sind entweder zwei Luft-Festwerkstoff-Grenzschichten oder ein akustischer Bragg-Reflektor und eine Luft-Festwerkstoff-Grenzschicht. Die erste Bauart wird hufig als Membran- oder Dnnschicht-

33、BAW-Resonator (FBAR-Bauart; en: film bulk accoustic resonator) und die zweite Bauart als Spiegel-Resonator (SMR-Bauart; en: solidly-mounted resonator) bezeichnet. DIN EN 62047-7:2012-02 EN 62047-7:2011 6 Legende Schichten eines BAW-Resonators Komponenten zum Betreiben eines BAW-Resonators Elektrode

34、liefert den elektrischen Eingang fr das Volumen der piezoelektrischen Dnnschicht und den elektrischen Anschluss fr die uere Beschaltung Wechselspannungs-quelle elektrische Signalquelle zur Schwingungs-erzeugung eines BAW-Resonators piezoelektrische Dnnschicht Volumenschicht einer Art des BAW-Resonat

35、ors Luft-Festkrper-Grenzschicht Bild 1 Prinzipieller Aufbau eines BAW-Resonators 3.1.3 Elektrode elektrisch leitende Platte im unmittelbaren Abstand zur piezoelektrischen Dnnschicht bzw. Kontaktschicht mit einer Flche auf der piezoelektrischen Dnnschicht, mit der ein polarisiertes oder sich ausbreit

36、endes Feld auf dieses Element einwirkt IEC/TS 61994-1, 3.21 3.1.4 piezoelektrische Dnnschicht Dnnschicht, die piezoelektrische Eigenschaften hat ANMERKUNG Piezoelektrische Dnnschichten knnen nach nicht-ferroelektrischen und ferroelektrischen Werkstoffen unterschieden werden. Die nicht-ferroelektrisc

37、hen Werkstoffe wie Aluminiumnitrid (AlN) und Zinkoxid (ZnO) haben eine kleine Dielektrizittskonstante (Permittivitt), einen geringen dielektrischen Verlust, eine gute Hrte und hervorragende Isolationseigenschaften. Somit sind sie fr Mikrowellen-Resonatoren und Filteranwendungen gut geeignet. Ferroel

38、ek-trische Werkstoffe wie Blei-Zirkonat-Titanat (PZT) und Blei-Lanthan-Zirkonat (PLZT) haben eine hohe Dielektrizitts-konstante, einen groen dielektrischen Verlust und gute Isolationseigenschaften. Somit sind sie fr Speicher- und Akto-renanwendungen gut geeignet. 3.1.5 direkter piezoelektrischer Eff

39、ekt Effekt, bei dem eine mechanische Verformung eines piezoelektrischen Werkstoffs eine dazu proportionale nderung in der elektrischen Polarisation des Werkstoffs verursacht 3.1.6 umgekehrter piezoelektrischer Effekt reziproker piezoelektrischer Effekt Effekt, bei dem ein ueres elektrisches Feld ein

40、e dazu proportionale mechanische Spannung in einem piezoelektrischen Werkstoff verursacht ANMERKUNG Angewandt wird der umgekehrte piezoelektrische Effekt hufig bei akustischen Wellenresonatoren und Filtern, Resonanzsensoren, Oszillatoren, Ultraschallgeneratoren und Aktoren. Der direkte piezoelektris

41、che Effekt wird meistens bei piezoelektrischen Sensoren und Spannungsgeneratoren angewandt. DIN EN 62047-7:2012-02 EN 62047-7:2011 7 3.2 Begriffe zu BAW-Filtern Im Bild 2 werden die Schaltungsarten hinsichtlich des Entwurfs von BAW-Filtern gezeigt. a) Ladder-Schaltungsart (Leiterschaltung) b) Lattic

42、e-Schaltungsart (Brckenschaltung) Bild 2 Schaltungsarten fr BAW-Filter ANMERKUNG Wie im Bild 2 gezeigt, werden BAW-Resonatoren in Serie und parallel geschaltet, um elektrische Filter zu bilden. Die Resonanzfrequenzen der Serien- und Parallelresonatoren sollten unterschiedlich sein, um die Bandbreite

43、 des BAW-Filters sicherzustellen. 3.2.1 Ladder-Filter Filter mit einer Kaskaden- oder Tandemverbindung von alternierenden in Serie und parallel geschalteten BAW-Resonatoren ANMERKUNG Ein in Serie geschalteter BAW-Resonator sollte eine etwas hhere Resonanzfrequenz als die eines parallel geschalteten

44、BAW-Resonators haben. Bei Filterschaltungen entsprechend Bild 2 wird die Resonanzfrequenz des Parallel-BAW-Resonators gleich der Resonanzfrequenz des Serien-BAW-Resonators bentigt. Das ergibt steile Flanken, aber schlechtere Sperrbereichs-Kennwerte, so wie in Bild 3 a) dargestellt. Hilfsinduktivitte

45、n fhren zu einer Verbesserung der Isolation, und im Allgemeinen werden auch die Kennwerte der auf den Durchlassbereich bezogenen davon entfernten Nebenbnder kleiner. a) Ladder-Schaltungsart b) Lattice-Schaltungsart Bild 3 Schaltungsarten fr BAW-Filter DIN EN 62047-7:2012-02 EN 62047-7:2011 8 3.2.2 L

46、attice-Filter Filter mit zwei Resonatorpaaren, die elektrisch in einer Brckenschaltung verbunden sind, wobei das eine Resonatorpaar im Serienzweig und das andere Resonatorpaar im Parallelzweig liegt IEC 60862-1:2003, 2.2.3.8, modifiziert ANMERKUNG Ein Filter der Lattice-Schaltungsart bentigt mehr Re

47、sonatoren als ein Resonator der Ladder-Schal-tungsart, weil er zwei Resonatoren fr den Aufbau braucht, nmlich einen Resonator fr den Pol und einen fr die bertragungs-Nullstelle (Transmission-Nullstelle) entsprechend der bertragungsfunktion. Der Durchlassbereich wird er-halten, wenn ein Resonatorpaar

48、 induktiv und das andere Paar kapazitiv wirkt. Im Gegensatz zum Ladder-Filter liefert der Lattice-Filter gute Sperrbereichs-Kennwerte und eine gute HF-Leistungsbelastbarkeit, allerdings auch flache Flanken-steilheiten, so wie in Bild 3 b) dargestellt. 3.2.3 Hilfsinduktivitt Induktivitt, die mit Para

49、llelresonatoren eines Ladder-BAW-Filters verbunden wird 3.3 Begriffe zu BAW-Duplexern Bild 4 zeigt ein Beispiel fr ein Blockschaltbild eines BAW-Duplexers. Legende Tx Sender(Transmitter)-Anschluss Rx Empfnger(Receiver)-Anschluss Ant Antennenanschluss TLphasePhasen-Verzgerungsleitung Bild 4 Blockschaltbild eines BAW-Duplexer-Beispiels ANMERKUNG Zwei v