-
-
Eine
zu lösende Aufgabe besteht darin, einen piezoelektrischen
Transformator anzugeben, der sich durch geringe parasitäre
Kapazitäten auszeichnet und zur Integration in elektrischen
Bauelementen geeignet ist.
-
Gemäß einer
ersten bevorzugten Ausführungsform wird ein piezoelektrischer
Transformator mit einem Körper angegeben, der auf seiner
Hauptfläche angeordnete elektrische Kontaktflächen
aufweist, die als Flip-Chip-Kontakte vorgesehen sind.
-
Die
lineare Querschnittsgröße mindestens einer der
Kontaktflächen beträgt maximal 200 Mikrometer.
-
Vorzugsweise
gilt für jede Kontaktfläche, dass ihre lineare
Querschnittsgröße, d. h. Durchmesser oder Breite,
maximal 200 Mikrometer beträgt.
-
Die
mit den Kontaktflächen versehene Hauptfläche ist
vorzugsweise die unterste Fläche des Körpers.
Die übrigen Flächen, d. h. die Oberseite und die
Seitenflächen des Körpers, sind vorzugsweise frei
von Kontaktflächen.
-
Der
piezoelektrische Transformator wird im Folgenden Piezotransformator
genannt.
-
Der
angegebene Piezotransformator ist als ein zur Flip-Chip-Montage
geeigneter Chip realisiert und somit zur Integration in hoch integrierten
elektrischen Modulen geeignet. Der Piezotransformator kann eine
sehr kleine Baugröße aufweisen.
-
Durch
besonders kleine Kontaktflächen gelingt es, parasitäre
Kapazitäten gering zu halten. Mit einer kleinen parasitären
Kapazität kann insbesondere bei Hochspannungsanwendungen
ein hohes Transformationsverhältnis des Transformators
erzielt werden.
-
Kleine
elektrische Kontaktflächen sind außerdem vorteilhaft
in Hinblick auf eine geringe Dämpfung der im Körper
angeregten mechanischen Schwingungen, da auch in diesem Fall die
Fläche der mechanischen Kopplung zwischen dem Körper
und einem mit diesem fest verbundenen Träger sehr klein ist.
-
Gemäß einer
zweiten bevorzugten Ausführungsform wird ein piezoelektrischer
Transformator mit einem Körper angegeben, an dessen Unterseite Kontaktflächen
angeordnet sind. Die Kontaktflächen weisen bis zum Außenrand
des Körpers einen Abstand auf, der mindestens so groß ist
wie eine Achtelwellenlänge der im Körper anzuregenden
mechanischen Schwingungen.
-
Gemäß einer
dritten bevorzugten Ausführungsform wird eine Transformatoranordnung
angegeben, die einen piezoelektrischen Transformator und einen Träger
umfasst. Der piezoelektrische Transformator ist auf dem Träger
mittels Flip-Chip-Montage befestigt.
-
Gemäß einer
vierten bevorzugten Ausführungsform wird ein piezoelektrischer
Transformator mit einem Körper angegeben, der einen ersten
Funktionsteil und einen zweiten Funktionsteil als Eingangsteil und
Ausgangsteil des Transformators umfasst. Im Körper sind
Elektroden des Transformators angeordnet. Die Elektroden sind vorzugsweise
im Inneren des Körpers angeordnet. Zumindest eine der Elektroden
kann auch auf der Oberfläche des Körpers, vorzugsweise
auf einer Hauptfläche des Körpers, angeordnet
sein.
-
Die
Elektroden weisen übereinander angeordnete Common-Elektroden
auf, die sich über beide Funktionsteile erstrecken und
an ein gemeinsames Potential angeschlossen sind. Die jeweilige Common-Elektrode
ist zwischen zwei Elektroden des ersten Funktionsteils angeordnet.
Die jeweilige Common-Elektrode ist zwischen zwei Elektroden des zweiten
Funktionsteils angeordnet. Die Funktionsteile sind mechanisch miteinander
verbunden und vorzugsweise durch einen zwischen den Funktionsteilen angeordneten,
im Wesentlichen feldfreien Isolationsbereich des Körpers
voneinander beabstandet. Im Isolationsbereich sind nur Teile von
Common-Elektroden vorhanden, d. h. der Isolationsbereich ist frei von
den Elektroden des ersten und zweiten Funktionsteils. Der Isolationsbereich
ist senkrecht zu den Ebenen, in denen Elektroden angeordnet sind,
ausgerichtet.
-
Die
Ausführungsformen sind beliebig miteinander kombinierbar.
-
Der
Körper umfasst einen ersten Funktionsteil und einen zweiten
Funktionsteil des Transformators, die mechanisch miteinander verkoppelt
sind. Der erste Funktionsteil ist beispielsweise ein Ausgangsteil
und der zweite Funktionsteil ein Eingangsteil des Transformators,
oder umgekehrt.
-
Jeder
Funktionsteil umfasst mindestens eine einem ersten elektrischen
Potential zugeordnete erste Elektrode und mindes tens eine einem
zweiten elektrischen Potential zugeordnete zweite Elektrode.
-
An
die Elektroden des Eingangsteils wird eine elektrische Wechselspannung
angelegt, die dort aufgrund eines inversen piezoelektrischen Effekts mechanische
Schwingungen des Körpers bewirkt. Die mechanischen Schwingungen
des Körpers rufen einen Potentialunterschied zwischen den
Elektroden des Ausgangsteils hervor. Vom Ausgangsteil wird eine
Ausgangsspannung abgegriffen, die sich ggf. von der Eingangsspannung
um einen vom Aufbau des Transformators abhängigen Transformationsfaktor
unterscheidet.
-
Der
Körper umfasst mindestens eine piezoelektrische Schicht,
die vorzugsweise Keramik wie z. B. Blei-Zirkonat-Titanat (PZT) enthält.
Bleifreie piezoelektrische Materialien, vorzugsweise Keramiken, kommen
auch in Betracht. Der Körper umfasst vorzugsweise mehrere
piezoelektrische Schichten.
-
Zwischen
zwei aufeinander folgenden piezoelektrischen Schichten ist eine
Metallisierungsebene angeordnet. Weitere Metallisierungsebenen sind
auf der Oberseite und Unterseite des Körpers vorgesehen.
Jede Metallisierungsebene umfasst mindestens eine Elektrode des
jeweiligen Funktionsteils. Die in der jeweiligen Metallisierungsebene
angeordnete Elektrode des ersten Funktionsteils ist in einer Variante
durch eine Elektrode des zweiten Funktionsteils ringartig umgeben.
-
Die
Kontaktflächen sind vorzugsweise in der untersten Metallisierungsebene
angeordnet. Auf einer als Unterseite bezeichneten Hauptfläche
des Körpers sind zwei verschiedenen Potentialen zugeordnete
Kontaktflächen des ersten Funktionsteils sowie mindestens
eine Kontaktfläche des zweiten Funktionsteils angeordnet.
-
Zur
Kontaktierung des ersten Funktionsteils ist eine erste Kontaktfläche
und eine zweite Kontaktfläche vorgesehen. Zur Kontaktierung
des zweiten Funktionsteils ist eine dritte Kontaktfläche
vorgesehen. Die zweite Kontaktfläche ist in einer Variante
zur Kontaktierung sowohl des ersten Funktionsteils als auch des
zweiten Funktionsteils vorgesehen. Zur Kontaktierung des zweiten
Funktionsteils ist in einer weiteren Variante neben der dritten
Kontaktfläche zusätzlich eine vierte Kontaktfläche
vorgesehen.
-
Im
Eingangsteil werden durch eine Wechselspannung aufgrund des inversen
piezoelektrischen Effekts vorzugsweise mechanische Schwingungen
in einer Lateralebene, d. h. parallel zu den Elektroden, angeregt.
Diese Schwingungen rufen einen Potentialunterschied zwischen den
Elektroden des Ausgangsteils hervor.
-
Die
Elektroden umfassen in einer Ausführungsform mindestens
eine außen liegende Elektrode, die an der Oberfläche
des Körpers angeordnet und daher als Außenelektrode
bezeichnet ist. Die Außenelektroden können auf
der Oberseite sowie auf der Unterseite des Körpers angeordnet
sein. Eine auf der Unterseite angeordnete, relativ großflächige
Außenelektrode ist in einer vorteilhaften Variante zur
Bildung einer relativ kleinen Kontaktfläche bis auf den Bereich
dieser Kontaktfläche passiviert. Auf diese Außenelektrode
kann, mit Ausnahme des als eine Kontaktfläche vorgesehenen
Bereichs der Außenelektrode, eine Passivierungsschicht
aufgetragen sein. Die Passivierungsschicht kann ein organisches oder
anorganisches Material enthalten. Beispielsweise sind Siliziumdioxid,
Glas oder Kompositmaterialien geeignet. Die Außenelektrode
kann alternativ eine teilweise oxidierte Oberfläche aufweisen.
-
In
einer vorteilhaften Variante ist auf der Unterseite des Körpers
eine erste Außenelektrode und eine zweite Außenelektrode
angeordnet. Die erste Außenelektrode gehört dem
ersten Funktionsteil und die zweite Außenelektrode dem
zweiten Funktionsteil des Transformators an. Die Außenelektroden
sind voneinander z. B. durch einen Spalt galvanisch getrennt. Die
erste Außenelektrode ist bis auf einen Bereich, der als
die erste Kontaktfläche vorgesehen ist, vorzugsweise passiviert.
Die zweite Außenelektrode ist bis auf einen Bereich, der
als die dritte Kontaktfläche vorgesehen ist, vorzugsweise
passiviert.
-
Die
erste Außenelektrode weist in einer Variante mindestens
eine Aussparung auf, in der die von dieser Außenelektrode
elektrisch isolierte zweite Kontaktfläche angeordnet ist.
Die vierte Kontaktfläche kann in der Aussparung der ersten
Außenelektrode und/oder in einer Aussparung der zweiten
Außenelektrode angeordnet sein.
-
In
einer Variante ist die zweite Außenelektrode mit der dritten
Kontaktfläche, die zweite Kontaktfläche und die
vierte Kontaktfläche in einer Aussparung der ersten Außenelektrode
angeordnet, die ringförmig ausgebildet ist. Die erste Außenelektrode weist
vorzugsweise Einbuchtungen auf, in die die zweite, dritte und vierte
Kontaktfläche hineinragt. Die zweite Außenelektrode
weist vorzugsweise Einbuchtungen auf, in die die erste, dritte und
vierte Kontaktfläche hineinragt.
-
Die
Elektroden des jeweiligen Funktionsteils umfassen in einer vorteilhaften
Variante außerdem mindestens eine innen liegende Elektrode,
vorzugsweise aber mehrere innen liegende Elektroden, die nachstehend
als Innenelektroden bezeichnet werden. Die Innenelektroden sind
im Körperinneren jeweils zwischen zwei piezoelektrischen
Schichten angeordnet.
-
Erste
Elektroden des jeweiligen Funktionsteils sind mit einer ersten Kontaktfläche
und zweite Elektroden dieses Funktionsteils mit einer zweiten Kontaktfläche
leitend verbunden. In unterschiedlichen Metallisierungsebenen angeordnete
Elektroden eines Funktionsteils, die ein und demselben Potential zugeordnet
sind, sind mittels Durchkontaktierungen leitend miteinander und
mit einer der Kontaktflächen verbunden. Eine erste Durchkontaktierung
ist zur Verbindung von ersten Elektroden und einer ersten Kontaktfläche
des ersten Funktionsteils vorgesehen. Eine zweite Durchkontaktierung
ist zur Verbindung von zweiten Elektroden und einer zweiten Kontaktfläche
des ersten Funktionsteils vorgesehen. Auch zur Verbindung von ersten
oder zweiten Elektroden des zweiten Funktionsteils mit einer ihnen
zugeordneten Kontaktfläche ist jeweils eine eigene Durchkontaktierung
vorgesehen.
-
In
einer Variante sind die mit verschiedenen elektrischen Potentialen
zu verbindenden Elektroden des jeweiligen Funktionsteils übereinander
angeordnet. Eine Elektrode des ersten Funktionsteils ist in einer
Ebene neben einer Elektrode des zweiten Funktionsteils angeordnet.
Beispielsweise kann die Elektrode des zweiten Funktionsteils die
in derselben Ebene angeordnete Elektroden des ersten Funktionsteils
umgeben. Der zweite Funktionsteil umgibt dabei den ersten Funktionsteil.
-
Erste
Elektroden, die übereinander angeordnete erste Innenelektroden
und eine leitend mit diesen verbundene Kontaktfläche umfassen,
weisen in einer Variante jeweils mindestens ei ne Aussparung auf.
In die Aussparung einer ersten Elektrode ragt vorzugsweise ein Vorsprung
einer in derselben Ebene angeordneten zweiten Elektrode. In der
jeweiligen Aussparung ist in einer Variante eine Durchkontaktierung
angeordnet, die zweite innen liegende Elektroden verbindet. Die
Durchkontaktierung trifft in der jeweiligen Ebene vorzugsweise auf
den Vorsprung der zweiten Elektrode. Die jeweilige Aussparung kann die
Form einer Öffnung oder einer Einbuchtung haben.
-
Beide
Funktionsteile sind in einer Variante an ein gemeinsames Potential
angeschlossen. Mindestens eine gemeinsame Elektrode erstreckt sich
in dieser Variante über beide Funktionsteile. Auch mehrere,
darunter innen liegende, über eine Durchkontaktierung leitend
miteinander verbundene Elektroden können den beiden Funktionsteilen
angehören.
-
Der
Piezotransformator ist vorzugsweise auf einem Trägersubstrat
in einer Flip-Chip-Bauweise befestigt. Dabei sind die auf der Unterseite
des Körpers angeordneten Kontaktflächen des Transformators
mit den auf der Oberseite des Trägersubstrats angeordneten
Kontaktflächen z. B. mittels Bumps, BGA (Ball Grid Array)
oder LGA (Land Grid Array) verbunden.
-
Das
Trägersubstrat ist in einer Variante als eine Leiterplatte
ausgeführt. Das Trägersubstrat ist in einer weiteren
Variante auf der Basis einer Keramik, wie z. B. als ein LTCC-Substrat,
ausgeführt. LTCC steht für Low Temperature Co-Fired
Ceramics.
-
Eine
durch Bumps realisierte elektrische Verbindung zwischen dem Körper
und dem Trägersubstrat stellt auch eine mechanische Verbindung
dar, durch die die Schwingungen des Körpers auf das Trägersubstrat übertragen
werden können, was zur un erwünschten Dämpfung
von mechanischen Schwingungen des Körpers führen
kann. Dieser Effekt kann durch eine nachstehend erläuterte
Ausgestaltung der Bumps und eine vorteilhafte Anordnung der Kontaktflächen
reduziert werden.
-
Die
Bumps können auch in Form eines Ballgrid-Arrays ausgebildet
sein. Ein Landgrid-Array ist auch möglich.
-
Die
Kontaktflächen weisen bis zum Außenrand des Körpers
einen Abstand auf, der mindestens so groß ist wie eine
Achtelwellenlänge der im Körper angeregten mechanischen
Schwingung.
-
Vorzugsweise
sind alle Kontaktflächen in einem Bereich der Körperoberfläche
angeordnet, der in einem Wellenknotenbereich oder in der Nähe
eines Wellenknotenbereichs des Körpers angeordnet ist,
in dem die Schwingungsamplitude bzw. die Materialauslenkung am geringsten
ist. Somit gelingt es, die elektrischen Verbindungen zwischen dem
Körper und dem Trägersubstrat mechanisch zu entlasten und
so einer möglichen Rissbildung des Körpers im Bereich
der Kontaktflächen vorzubeugen. Dies erhöht die
Zuverlässigkeit der Anordnung, die den Piezotransformator
und den Träger umfasst.
-
Zur
Verringerung der Schwingungsdämpfung sind Bumps, die einen
Kern mit elastischen Eigenschaften umfassen, besonders vorteilhaft.
Der elastische Kern kann ein elastisches Material wie z. B. Thermoplaste
oder Duromere enthalten. Als Thermoplaste kommen beispielsweise
Polyamide oder Polyester in Betracht. Als Duromere kommen beispielsweise
Epoxidharze in Betracht. Silikon kann auch geeignet sein. Der elastische
Kern hat eine elektrisch leitende, vorzugsweise metallisierte Oberfläche.
Der elastische Kern kann auch elektrisch leitfä hig sein,
wobei sein beispielsweise elektrisch isolierendes Grundmaterial
z. B. mit leitfähigen Partikeln gefüllt ist.
-
Der
Körper kann einen quadratischen, rechteckigen oder auch
einen beliebigen mehreckigen Querschnitt aufweisen. Der Körper
mit einem runden, ovalen oder elliptischen Querschnitt, also ein
weitgehend zylindrischer Körper, ist allerdings besonders vorteilhaft.
-
Die
Kontaktflächen sind vorzugsweise in gleichem Abstand zum
Mittelpunkt der Unterseite des Körpers angeordnet. Die
Kontaktflächen sind vorzugsweise auf einem gedachten Kreis
in gleichmäßigen Abständen von 360°/n
angeordnet, wobei n die Anzahl der Kontaktflächen ist.
Der Piezotransformator mit einer solchen Anordnung von Kontaktflächen
zeichnet sich durch eine sehr hohe mechanische Stabilität
aus.
-
In
einer vorteilhaften Ausführungsform sind drei Kontaktflächen
vorgesehen, die eine Ebene bestimmen. Der Versatz von 120° zwischen
diesen Kontaktflächen wird in diesem Fall als besonders
vorteilhaft betrachtet.
-
Der
Piezotransformator wird nun anhand von schematischen und nicht maßstabgetreuen
Figuren erläutert. Es zeigen:
-
1A im
Querschnitt einen Piezotransformator, der in Flip-Chip-Bauweise
auf einem Trägersubstrat montiert ist;
-
1B Ansicht
der Unterseite des Piezotransformators gemäß der 1A;
-
1C eine
weitere Ausgestaltung des in der 1A gezeigten
Piezotransformators;
-
2A im
Querschnitt einen Piezotransformator in Vielschicht-Bauweise, der
für eine Flip-Chip-Verbindung geeignete Kontaktflächen
aufweist;
-
2B Ansicht
einer ersten innen liegenden Metallisierungsebene des Piezotransformators
gemäß der 2A;
-
2C Ansicht
einer zweiten innen liegenden Metallisierungsebene des Piezotransformators gemäß der 2A;
-
2D Ansicht
der untersten Metallisierungsebene des Piezotransformators gemäß der 2A;
-
3A, 4A im
Querschnitt jeweils einen weiteren Piezotransformator;
-
3B, 4B die
Ansicht der Unterseite des Piezotransformators gemäß der 3A bzw. 4A;
-
3C, 4C die
Ansicht der Oberseite des Piezotransformators gemäß der 3A bzw. 4A.
-
In
der 1A und 1B ist
ein erster Piezotransformator mit einem Körper 1 erläutert.
Der Körper 1 umfasst in dieser Variante eine einzige
piezoelektrische Schicht 95, die zwischen zwei Metallisierungsebenen
angeordnet ist.
-
In
der untersten Metallisierungsebene ist eine im Wesentlichen runde
erste Elektrode 4 und eine im Wesentlichen ringförmige
zweite Elektrode 3 angeordnet. Die Elektroden 3, 4 sind
durch einen im Wesentlichen ringförmigen Spalt 11 elektrisch
voneinander isoliert. Die Elektroden 3, 4 sind
vorzugsweise als Signalelektroden vorgesehen.
-
In
der obersten Metallisierungsebene ist eine vorzugsweise als eine
Masseelektrode vorgesehene dritte Elektrode 6 angeordnet,
die eine für beide Funktionsteile des Transformators gemeinsame Elektrode
darstellt. Die dritte Elektrode 6 ist von der ersten und
zweiten Elektrode 4, 3 galvanisch getrennt.
-
Die
erste Elektrode 4 weist einen Vorsprung auf, der als eine
erste Kontaktfläche 4' vorgesehen ist. Die zweite
Elektrode 3 weist einen Vorsprung auf, der als eine zweite
Kontaktfläche 3' vorgesehen ist. Die erste Elektrode 4 weist
eine Aussparung auf, in der die zweite Kontaktfläche 3' angeordnet
ist. Die zweite Elektrode 3 weist eine Aussparung auf,
in der die erste Kontaktfläche 4' angeordnet ist.
-
Die
erste Elektrode 4 kann bis auf den Bereich der Kontaktfläche 4' passiviert
sein. Die zweite Elektrode 3 kann bis auf den Bereich der
Kontaktfläche 3' passiviert sein.
-
In
der untersten Metallisierungsebene ist eine dritte Kontaktfläche 6' angeordnet,
die von den Elektroden 3, 4 elektrisch isoliert
und mit der dritten Elektrode 6 mittels einer Durchkontaktierung 7 leitend
verbunden ist. Die Elektroden 3, 4 weisen jeweils
eine Aussparung auf, in der die dritte Kontaktfläche 6' angeordnet
ist.
-
Die
erste Elektrode 4 und ein ihr gegenüber liegender
Bereich der dritten Elektrode 6 ist einem ersten Funktionsteil,
vorzugsweise dem Ausgangsteil, des Transformators zugeordnet. Die
zweite Elektrode 3 und ein ihr gegenüber liegender,
ringförmiger Bereich der dritten Elektrode 6 ist
einem zweiten Funktionsteil, vorzugsweise dem Eingangsteil, des Transformators
zugeordnet. Die mittig angeordnete erste Elektrode 4 kann
in einer weiteren Variante dem Eingangsteil und die im Randbereich
der Bodenfläche angeordnete zweite Elektrode 3 dem
Ausgangsteil des Transformators zugeordnet sein.
-
Der
Piezotransformator ist mittels Lötverbindungen – Bumps 8, 9, 10 – mit
Kontaktflächen eines Trägersubstrats 2 leitend
verbunden. Der Bump 10 verbindet die Kontaktfläche 4' mit
einer ersten Kontaktfläche des Trägersubstrats 2.
Der Bump 8 verbindet die Kontaktfläche 3' mit
einer zweiten Kontaktfläche des Trägersubstrats 2.
Der Bump 9 verbindet die Kontaktfläche 6' mit
einer dritten Kontaktfläche des Trägersubstrats 2.
-
In
einer Variante ist es möglich, die dritte Elektrode 6 in
der untersten Metallisierungsebene und die Elektroden 3, 4 in
der obersten Metallisierungsebene anzuordnen. In diesem Fall umfasst
die dritte Elektrode 6 die dritte Kontaktfläche 6',
die in Form eines Vorsprungs dieser Elektrode realisiert sein kann.
Die dritte Elektrode 6 kann in diesem Fall bis auf den
Bereich der Kontaktfläche 6' passiviert sein.
Die Elektrode 3 ist mittels einer ersten Durchkontaktierung
mit der Kontakt fläche 3' und die Elektrode 4 mittels
einer zweiten Durchkontaktierung mit der Kontaktfläche 4' leitend
verbunden. Die Kontaktfläche 3' ist in einer ersten
Aussparung und die Kontaktfläche 4' in einer zweiten
Aussparung der dritten Elektrode 6 angeordnet. Die Kontaktflächen 3', 4' sind
in diesem Fall in derselben Metallisierungsebene wie die dritte
Elektrode 6 angeordnet.
-
Die
vorstehend erläuterte Ausgestaltung der Kontaktflächen 3', 4', 6' gilt
auch für nachstehend beschriebene Ausführungsbeispiele.
-
In
der 1C ist eine Ausgestaltung des Transformators mit
einer weiteren dielektrischen, vorzugsweise piezoelektrischen Schicht 96 gezeigt.
Die Schicht 96 überdeckt die Elektroden 3, 4,
die mit auf der Unterseite des Körpers liegenden Kontaktflächen 3' und 4' mittels
jeweils einer Durchkontaktierung leitend verbunden sind. Die Schicht 96 weist
vorzugsweise die Eigenschaften einer Passivierungsschicht auf. Die
Dielektrizitätskonstante dieser Schicht ist vorzugsweise
kleiner als diejenige der piezoelektrischen Schicht 95.
-
In
einer Variante ist, wie in der 1C angedeutet,
eine dielektrische Schicht 97 vorgesehen, die die obere
Elektrode 6 bedeckt. Sie weist vorzugsweise die gleichen
Eigenschaften auf wie die Schicht 96.
-
In
den 2A bis 2D ist
eine weitere Ausführungsform eines piezoelektrischen Transformators
gezeigt.
-
Der
Körper 1 umfasst hier eine Vielzahl von übereinander
angeordneten Elektroden 3, eine Vielzahl von übereinander
angeordneten Elektroden 4 sowie eine Vielzahl von übereinander
angeordneten Elektroden 6.
-
Die
Elektroden 3 sind mittels einer Durchkontaktierung 13 miteinander
und mit einer Kontaktfläche 3' leitend verbunden.
Die Elektroden 4 sind mittels einer Durchkontaktierung 12 miteinander
und mit einer Kontaktfläche 4' leitend verbunden.
Die vorzugsweise als Masseelektroden vorgesehenen Elektroden 6 sind
mittels der Durchkontaktierung 7 miteinander und mit der
Kontaktfläche 6' leitend verbunden. Die Kontaktfläche 6' ist
in 2D durch eine gestrichelte Linie eingegrenzt.
Die unterste Elektrode 6 ist bis auf diese Kontaktfläche
passiviert.
-
Die
Kontaktfläche 3' ist in der Aussparung 11a' der
untersten Elektrode 6 und die Kontaktfläche 4' in
der Aussparung 11b' der Elektrode 6 angeordnet.
-
Die
Durchkontaktierung 12 ist elektrisch von den Elektroden 3, 6 isoliert.
Die Durchkontaktierung 12 ist durch die Aussparungen 11b, 11b' elektrisch von
den Elektroden 6 isoliert. Die Durchkontaktierung 13 ist
elektrisch von den Elektroden 4, 6 isoliert. Die Durchkontaktierung 13 ist
durch die Aussparungen 11a, 11a' elektrisch von
den Elektroden 6 isoliert. Die Durchkontaktierung 7 ist
elektrisch von den Elektroden 3 und 4 isoliert.
Die Durchkontaktierung 7 ist in der Aussparung 11' der
Elektrode 3 angeordnet. Die elektrische Isolation ist durch
eine Aussparung in der jeweiligen Elektrode, von der die Durchkontaktierung isoliert
sein soll, realisiert.
-
Die
Elektroden 6 erstrecken sich über beide Funktionsteile
des Transformators. Die innen liegenden Elektroden 6 weisen
jeweils eine erste Aussparung 11b auf, in der die Durchkontaktierung 12 angeordnet
ist. Sie weisen außerdem eine zweite Aussparung 11a auf,
in der die Durchkontaktierung 13 angeordnet ist. Die auf
der Unterseite angeordnete Elektrode 6 weist eine erste
Aussparung auf, in der die Kontaktfläche 4' angeordnet
ist, sowie eine zweite Aussparung, in der die Kontaktfläche 3' angeordnet ist.
Die auf der Unterseite angeordnete Elektrode 6 umfasst
die Kontaktfläche 6'.
-
Die
Elektroden 3, 4 sind in der jeweiligen Metallisierungsebene
durch einen Spalt 11 elektrisch voneinander isoliert. Die
Elektroden 3 weisen jeweils eine Aussparung 11' auf,
in der die Durchkontaktierung 7 angeordnet ist.
-
Die
Elektroden 4 und erste Bereiche der Elektrode 6 sind
zur Bildung des ersten Funktionsteils abwechselnd übereinander
angeordnet. Die Elektroden 3 und zweite Bereiche der Elektrode 6 sind
zur Bildung des zweiten Funktionsteils abwechselnd übereinander
angeordnet.
-
Die
Anordnung jeweils einer Masseelektrode 6 auf der Unterseite
sowie auf der Oberseite des Körpers 1 ist besonders
vorteilhaft, da somit eine elektromagnetische Abschirmung von innen
liegenden Signalelektroden 3, 4 erzielt werden
kann. Dadurch können elektromagnetische Störungen,
die die elektrischen Eigenschaften des Transformators beeinflussen
können, reduziert werden.
-
In
den 3A, 3B und 3C ist
ein weiterer Piezotransformator vorgestellt. Im Unterschied zum
vorstehend erläuterten Piezotransformator sind die Funktionsteile
des Transformators galvanisch voneinander getrennt. Die Elektroden 3, 6 sind dem
ersten Funktionsteil und die Elektroden 4, 5 dem zweiten
Funktionsteil zugeordnet.
-
Der
Körper 1 ist mittels Bumps 32, 42, 52, 62 mit
dem Trägersubstrat 2 verbunden. Die Bumps sind hier,
wie auch in der Variante gemäß den Figuren 1A, 1B,
in gleichem Abstand von der Mitte der Bodenfläche des Körpers,
in gleichmäßigen Abständen entlang eines
gedachten Kreises angeordnet. Der gedachte Kreis ist durch eine
gestrichelte Linie angedeutet.
-
Die
auf der Oberseite des Körpers angeordneten Elektroden 5, 6 sind
mittels jeweils einer Durchkontaktierung 52' bzw. 62' mit
einer auf der Unterseite angeordneten Kontaktfläche 51 bzw. 61 leitend
verbunden. Die Kontaktfläche 51 ist in einer Aussparung 11 der
Elektrode 4 und die Kontaktfläche 61 in
einer Aussparung 11 der Elektrode 3 angeordnet.
-
Die
Elektroden 5, 6 sind durch einen Spalt 11b elektrisch
voneinander isoliert. Die Elektroden 3, 4 sind
auch durch einen Spalt 11a elektrisch voneinander isoliert.
-
In
den 4A, 4B und 4C ist
ein weiterer Piezotransformator vorgestellt. Auch in diesem Fall
sind die Funktionsteile des Transformators galvanisch voneinander
getrennt. Im Unterschied zu der Variante gemäß den 3A–3C ist
der erste Funktionsteil durch den zweiten Funktionsteil umgeben.
Die Elektroden 3, 6 des zweiten Funktionsteils sind
dabei weitgehend ringförmig und die Elektroden 4, 5 weitgehend
kreis- oder scheibenförmig ausgeführt.
-
Die
auf der Unterseite angeordneten Elektroden 3, 4 weisen
zur Bildung einer Kontaktfläche jeweils einen Vorsprung
auf. Die Elektroden 3, 4 weisen außerdem
Aussparungen auf, in denen die von diesen Elektroden elektrisch
isolierten Kontaktflächen 51, 61 angeordnet
sind.
-
Die
Ausgestaltung des Piezotransformators ist auf die in den Figuren
vorgestellten Beispiele, insbesondere die Form und Anzahl der dargestellten Elemente,
nicht beschränkt. Beispielsweise kann der in 1A, 1B, 3A–3C, 4A–4C vorgestellte
Piezotransformator mit einem Körper in Vielschicht-Technologie
ausgebildet sein, wobei außen liegende Elektroden mit innen
liegenden Elektroden mittels Durchkontaktierungen verbunden sind.
-
- 1
- Körper
- 2
- Trägersubstrat
- 3,
4, 5, 6
- Leiterfläche/Elektrode
- 3',
4', 5', 6'
- Kontaktfläche
- 7
- Durchkontaktierung
- 8,
9, 10
- Bumps
- 11,
11'
- Spalt
- 11a,
11b
- Spalt/Aussparung
- 11a',
11b'
- Spalt/Aussparung
- 12
- Durchkontaktierung
- 13
- Durchkontaktierung
- 32,
42
- Bumps
- 51,
61
- Kontaktfläche
- 52,
62
- Bumps
- 52',
62'
- Durchkontaktierung
- 95
- piezoelektrische
Schicht
- 96,
97
- dielektrische
Schicht
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - JP 2002-299711
A [0001]
- - JP 2003-008098 A [0001]
- - US 6172447 B1 [0001]
- - US 6346764 B1 [0001]