DIN EN 62047-5-2012 Semiconductor devices - Micro-electromechanical devices - Part 5 RF MEMS switches (IEC 62047-5 2011) German version EN 62047-5 2011《半导体器件 微电机装置 第5部分 射频(RF)微电子机械.pdf

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1、Mrz 2012DEUTSCHE NORM DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDEPreisgruppe 19DIN 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 31.0

2、80.01; 31.220.01!$xwH“1858437www.din.deDDIN EN 62047-5Halbleiterbauelemente Bauelemente der Mikrosystemtechnik Teil 5: Hochfrequenz-MEMS-Schalter (IEC 62047-5:2011);Deutsche Fassung EN 62047-5:2011Semiconductor devices Micro-electromechanical devices Part 5: RF MEMS switches (IEC 62047-5:2011);Germa

3、n version EN 62047-5:2011Dispositifs semiconducteurs Dispositifs microlectromcaniques Partie 5: Commutateurs MEMS-RF (CEI 62047-5:2011);Version allemande EN 62047-5:2011Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 37 SeitenDIN EN 62047-5:2012-03 2 Anwendung

4、sbeginn Anwendungsbeginn fr die von CENELEC am 2011-08-17 angenommene Europische Norm als DIN-Norm ist 2012-03-01. Nationales Vorwort Vorausgegangener Norm-Entwurf: E DIN IEC 62047-5:2008-02. Fr diese Norm ist das nationale Arbeitsgremium K 631 Halbleiterbauelemente“ der DKE Deutsche Kommission Elek

5、trotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDE (www.dke.de) zustndig. Die enthaltene IEC-Publikation wurde vom SC 47F Micro-electromechanical systems“ erarbeitet. Das IEC-Komitee hat entschieden, dass der Inhalt dieser Publikation bis zu dem Datum (stability date) unver-ndert bleiben soll,

6、 das auf der IEC-Website unter http:/webstore.iec.ch“ zu dieser Publikation angegeben ist. Zu diesem Zeitpunkt wird entsprechend der Entscheidung des Komitees die Publikation besttigt, zurckgezogen, durch eine Folgeausgabe ersetzt oder gendert. Fr den Fall einer undatierten Verweisung im normativen

7、Text (Verweisung auf eine Norm ohne Angabe des Ausgabedatums und ohne Hinweis auf eine Abschnittsnummer, eine Tabelle, ein Bild usw.) bezieht sich die Verweisung auf die jeweils neueste gltige Ausgabe der in Bezug genommenen Norm. Fr den Fall einer datierten Verweisung im normativen Text bezieht sic

8、h die Verweisung immer auf die in Bezug genommene Ausgabe der Norm. Der Zusammenhang der zitierten Normen mit den entsprechenden Deutschen Normen ergibt sich, soweit ein Zusammenhang besteht, grundstzlich ber die Nummer der entsprechenden IEC-Publikation. Beispiel: IEC 60068 ist als EN 60068 als Eur

9、opische Norm durch CENELEC bernommen und als DIN EN 60068 ins Deutsche Normenwerk aufgenommen. Das zustndige DKE-Arbeitsgremium K 631 Halbleiterbauelemente“ hat folgende Hinweise an das IEC/SC 47F mit der Bitte um Berichtigung gegeben: Gleichungen sind beginnend ab (2) nummeriert, Gleichung (1) fehl

10、t. 6.2.3, 1. Absatz: Der Prfaufbau zum Ermitteln der Leistungsbelastbarkeit des HF-MEMS-Schalters ist in Bild 6 dargestellt, Bild 5 zeigt hingegen die Prfanordnung zum Ermitteln der Lebensdauer eines HF-MEMS-Schalters. EUROPISCHE NORM EUROPEAN STANDARD NORME EUROPENNE EN 62047-5 August 2011 ICS 31.0

11、80.99 Deutsche Fassung Halbleiterbauelemente Bauelemente der Mikrosystemtechnik Teil 5: Hochfrequenz-MEMS-Schalter (IEC 62047-5:2011) Semiconductor devices Micro-electromechanical devices Part 5: RF MEMS switches (IEC 62047-5:2011) Dispositifs semiconducteurs Dispositifs microlectromcaniques Partie

12、5: Commutateurs MEMS-RF (CEI 62047-5:2011) Diese Europische Norm wurde von CENELEC am 2011-08-17 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 eine

13、r nationalen Norm zu geben ist. Auf dem letzten Stand befindliche Listen dieser nationalen Normen 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, Fr

14、anzsisch). Eine Fassung in einer anderen Sprache, die von einem CENELEC-Mitglied in eigener Verantwortung 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 el

15、ektrotechnischen Komitees von Belgien, Bulgarien, Dnemark, Deutschland, Estland, Finnland, Frankreich, Griechenland, Irland, Island, Italien, Kroatien, Lettland, Litauen, Luxemburg, Malta, den Niederlanden, Norwegen, sterreich, Polen, Portugal, Rumnien, Schweden, der Schweiz, der Slowakei, Slowenien

16、, Spanien, der Tschechischen Republik, Ungarn, dem Vereinigten Knigreich und Zypern. CENELEC Europisches Komitee fr Elektrotechnische Normung European Committee for Electrotechnical Standardization Comit Europen de Normalisation Electrotechnique Zentralsekretariat: Avenue Marnix 17, B-1000 Brssel 20

17、11 CENELEC Alle Rechte der Verwertung, gleich in welcher Form und in welchem Verfahren, sind weltweit den Mitgliedern von CENELEC vorbehalten. Ref. Nr. EN 62047-5:2011 DDIN EN 62047-5:2012-03 EN 62047-5:2011 2 Vorwort Der Text des Schriftstcks 47F/83/FDIS, zuknftige 1. Ausgabe von IEC 62047-5, ausge

18、arbeitet von dem SC 47F Micro-electromechanical systems“ des IEC TC 47 Semiconductor devices“, wurde der IEC-CENELEC Parallelen Abstimmung unterworfen und von CENELEC am 2011-08-17 als EN 62047-5 angenommen. Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Elemente dieses Dokuments Patentrechte b

19、erhren knnen. CEN und CENELEC sind nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. Nachstehende Daten wurden festgelegt: sptestes Datum, zu dem die EN auf nationaler Ebene durch Verffentlichung einer identischen nationalen Norm oder durch Anerkennung bernom

20、men werden muss (dop): 2012-05-17 sptestes Datum, zu dem nationale Normen, die der EN entgegenstehen, zurckgezogen werden mssen (dow): 2014-08-17 Der Anhang ZA wurde von CENELEC hinzugefgt. Anerkennungsnotiz Der Text der Internationalen Norm IEC 62047-5:2011 wurde von CENELEC ohne irgendeine Abnderu

21、ng als Europische Norm angenommen. DIN EN 62047-5:2012-03 EN 62047-5:2011 3 Inhalt SeiteVorwort .2 1 Anwendungsbereich.5 2 Normative Verweisungen .5 3 Begriffe .5 3.1 Schalter-Arbeitsweise 5 3.2 Schalterkonfigurationen .6 3.3 Aktormechanismen 6 3.4 Schaltnetzwerkfunktionen 7 3.5 Zuverlssigkeit (Leis

22、tungsfhigkeit).7 3.6 Elektrische Kenngren.8 4 Wesentliche Bemessungen und Kenngren10 4.1 Beschreibung und Bauart.10 4.2 Anwendung und Detailbeschreibung .10 4.3 Grenzwerte und Betriebsbedingungen 10 4.4 Gleichstrom- und HF-Kenngren.10 4.5 Mechanische und umgebungsspezifische Kenngren 11 4.6 Zustzlic

23、he Informationen11 5 Messverfahren11 5.1 Allgemeines11 5.2 Gleichstromkenngren.11 5.3 HF-Kenngren17 5.4 Schaltcharakteristik 21 6 Zuverlssigkeit (Funktionsfhigkeit).22 6.1 Allgemeines22 6.2 Lebensdauer (in Schaltzyklen).23 6.3 Temperaturwechsel25 6.4 Prfung bei hoher Temperatur und Luftfeuchte.26 6.

24、5 Schockprfung .26 6.6 Schwingungsprfung26 6.7 Prfung auf Empfindlichkeit gegen elektrostatische Entladungen (ESD)26 Anhang A (informativ) Allgemeine Beschreibung von HF-MEMS-Schaltern 27 Anhang B (informativ) Gestaltung von HF-MEMS-Schaltern28 B.1 Galvanische Schalter .28 B.1.1 Galvanischer Reihens

25、chalter mit zwei Kontaktflchen 28 B.1.2 Galvanischer Reihenschalter mit einer Kontaktflche .28 B.1.3 Galvanischer Shunt-Schalter .29 B.2 Kapazitive Schalter 29 B.2.1 Kapazitiver Reihenschalter mit einer Kontaktflche.29 DIN EN 62047-5:2012-03 EN 62047-5:2011 4 SeiteB.2.2 Kapazitiver Shunt-Schalter 30

26、 Anhang C (informativ) Gehusemontage von HF-MEMS-Schaltern 31 Anhang D (informativ) Ausfallmechanismen bei HF-MEMS-Schaltern 32 Anhang E (informativ) Anwendungen von HF-MEMS-Schaltern 33 E.1 Wesentliche Eigenschaften fr Anwendungen in Subsystemen und Systemen. 33 E.2 Zuverlssigkeitsbegrndete Anwendu

27、ngen in Subsystemen 33 E.3 Zuverlssigkeitsbegrndete Anwendungen in Systemen . 33 E.3.1 Gesteuerte Antennenfelder (Phased Arrays) 33 E.3.2 Schaltbare und konfigurierbare Netzwerke . 33 E.3.3 Verlustarme Verstrker und Oszillatoren 33 Anhang F (informativ) Mess- und Prfverfahren fr HF-MEMS-Schalter. 34

28、 Anhang ZA (normativ) Normative Verweisungen auf internationale Publikationen mit ihren entsprechenden europischen Publikationen . 35 Bilder Bild 1 Bauelementeanschlsse des HF-MEMS-Schalters . 10 Bild 2 Schematischer Messaufbau fr die Messung der Anregungs-Gleichspannung und der HF-Kenngren des HF-M

29、EMS-Schalters12 Bild 3 Schematischer Messaufbau fr die Messung der Impedanz zwischen den Ein- und Ausgangsanschlssen. 14 Bild 4 Schematischer Messaufbau fr das Messen der HF-Kenngren zwischen den Ein- und Ausgangsanschlssen mithilfe eines Netzwerkanalysators 18 Bild 5 Blockschaltbild fr eine Prfanor

30、dnung zum Ermitteln der Lebensdauer eines HF-MEMS-Schalters 23 Bild 6 Blockschaltbild fr eine Prfanordnung zum Ermitteln der Schaltleistungs-Belastbarkeit eines HF-MEMS-Schalters 25 Bild B.1 Galvanischer HF-MEMS-Schalter in serieller Ausfhrung mit zwei Kontaktflchen. 28 Bild B.2 Galvanischer HF-MEMS

31、-Schalter in serieller Ausfhrung mit einer Kontaktflche 28 Bild B.3 Galvanischer HF-MEMS-Schalter in Shunt-Ausfhrung. 29 Bild B.4 Kapazitiver HF-MEMS-Schalter in serieller Ausfhrung mit einer Kontaktflche . 29 Bild B.5 Kapazitiver HF-MEMS-Schalter in Shunt-Ausfhrung 30 Bild F.1 Mess- und Prfverfahre

32、n fr HF-MEMS-Schalter . 34 Tabellen Tabelle A.1 Vergleich zwischen Halbleiter- und HF-MEMS-Schaltern. 27 Tabelle B.1 Vergleich von HF-MEMS-Schaltern mit unterschiedlichen Aktormechanismen . 30 Tabelle D.1 Vergleich von Ausfallmechanismen fr HF-MEMS-Schalter. 32 DIN EN 62047-5:2012-03 EN 62047-5:2011

33、 5 1 Anwendungsbereich In diesem Teil der IEC 62047 sind Begriffe, Definitionen, Symbole und Prfverfahren festgelegt, die verwen-det werden knnen, um die wesentlichen Kenngren und charakteristischen Eigenschaften von mikro-elek-tromechanischen Schaltern fr Hochfrequenzanwendungen (HF-MEMS-Schalter)

34、(MEMS, en: Micro-Electro-Mechanical System) zu bewerten und zu bestimmen. Anwendbar sind die Festlegungen dieser Norm auch bei HF-MEMS-Schaltern mit unterschiedlichen konstruktiven Bauformen, Schaltkontakten (galvanisch oder kapazitiv), Schalterkonfigurationen (seriell oder Shunt), Schaltnetzwerk-Fu

35、nktionen (SPST, SPDT, DPDT usw.) und Aktormechanismen wie elektrostatischen, elektrothermischen, elektromagnetischen, piezo-elektrischen usw. Der Einsatz von HF-MEMS-Schaltern ist vielversprechend in modernen Mobiltelefonen mit Multi-Band/Mode-Betriebsarten, Radar-Kleinstsystemen, konfigurierbaren H

36、F-Gerten und -Systemen, SDR-Telefonen (SDR, en: Software Defined Radio), Messgerten, abstimmbaren Gerten und Systemen, Satelliten usw. 2 Normative Verweisungen Die folgenden zitierten Dokumente sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug geno

37、mmene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). IEC 60747-1:2006, Semiconductor devices Part 1: General IEC 60747-16-1, Semiconductor devices Part 16-1: Microwave integrated circuits Amplifiers IEC 60747-16-4:2004

38、, Semiconductor devices Part 16-4: Microwave integrated circuits Switches IEC 60749-5, Semiconductor devices Mechanical and climatic test methods Part 5: Steady-state temperature humidity bias life test IEC 60749-10, Semiconductor devices Mechanical and climatic test methods Part 10: Mechanical shoc

39、k IEC 60749-12, Semiconductor devices Mechanical and climatic test methods Part 12: Vibration, variable frequency IEC 60749-27, Semiconductor devices Mechanical and climatic test methods Part 27: Electrostatic discharge (ESD) sensitivity testing Machine model (MM) 3 Begriffe Fr die Anwendung dieses

40、Dokuments gelten die folgenden Begriffe. ANMERKUNG Im Text dieses Dokuments wird die Benennung Schalter anstatt HF-MEMS-Schalter verwendet, um die Lesbarkeit zu verbessern. 3.1 Schalter-Arbeitsweise 3.1.1 kapazitiver Schalter Schalter, mit dem ein HF-Signal durchgelassen oder gesperrt wird, und zwar

41、 infolge einer nderung des Impedanzverhltnisses, die durch den kapazitiven Effekt zur Realisierung eines Kontaktes verursacht wird, mittels Verwendung einer beweglichen Metallplatte ber einer dielektrischen Schicht, welche auf einer fest-stehenden Metallplatte liegt DIN EN 62047-5:2012-03 EN 62047-5

42、:2011 6 3.1.2 galvanischer Schalter Schalter, mit dem ein HF-Signal mithilfe eines beweglichen metallischen Kontaktes durchgelassen oder gesperrt wird 3.2 Schalterkonfigurationen 3.2.1 serieller Schalter Reihenschalter Schalter, mit dem ein am Eingangsanschluss angelegtes HF-Signal direkt zum Ausgan

43、gsanschluss geleitet wird, wenn eine bewegliche Platte einen Kontakt mit einer feststehenden Platte herstellt 3.2.2 Parallelschalter Shunt-Schalter Schalter, mit dem ein am Eingangsanschluss angelegtes HF-Signal in die Masseebene geleitet wird, wenn eine bewegliche Platte einen Kontakt mit einer fes

44、tstehenden Platte herstellt 3.3 Aktormechanismen 3.3.1 elektrostatisch angeregter Schalter Schalter, bei dem ein beweglicher Kontakt auf die feststehende Platte mittels einer elektrostatischen Kraft heruntergezogen wird, wenn eine elektrische Gleichspannung angelegt wird, und bei dem die bewegliche

45、Platte in ihre Ausgangsposition zurckkehrt, wenn die elektrische Spannung abgeschaltet wird ANMERKUNG Vorteile sind der virtuelle Null-Leistungsverbrauch, kleine Elektrodenmae, relativ kurze Schaltzeiten und relativ einfache Herstellung; nachteilig ist allerdings die hhere Aktorspannung. 3.3.2 elekt

46、romagnetisch angeregter Schalter Schalter, bei dem eine bewegliche Platte bzw. ein Anker auf die feststehende Platte heruntergezogen wird, und zwar mittels einer magnetischen Kraft, die von einem Permanentmagnet oder einem Elektromagnet erzeugt wird ANMERKUNG Der Vorteil ist eine kleine Aktorspannun

47、g, nachteilig sind die komplizierte Herstellung und der hohe Leistungsverbrauch. 3.3.3 elektrothermisch angeregter Schalter Schalter, bei dem eine bewegliche Platte, die aus zwei oder mehr Werkstoffen unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten aufgebaut ist, ausgelenkt wird, um einen Kon

48、takt mit einer feststehenden Platte oder Elektrode herzustellen ANMERKUNG Vorteile sind das nahezu lineare Kraft-Auslenkungs-Verhltnis und die umgebungsspezifische Robustheit, nachteilig sind der hohe Leistungsverbrauch, die kleine Bandbreite und die komplizierte Herstellung. 3.3.4 piezoelektrisch a

49、ngeregter Schalter Schalter, bei dem eine bewegliche Platte, die aus piezoelektrischen Werkstoffen aufgebaut ist, ausgelenkt wird, um einen Kontakt mit der feststehenden Platte oder Elektrode herzustellen DIN EN 62047-5:2012-03 EN 62047-5:2011 7 3.4 Schaltnetzwerkfunktionen 3.4.1 einpoliger Einwegschalter SPST (en: single-pole-single-throw) Bauele