成果報告書詳細
管理番号20100000001901
タイトル平成20年度-平成21年度成果報告書 立体構造新機能集積回路(ドリームチップ)技術開発 複数周波数対応通信三次元デバイス技術 2
公開日2011/1/25
報告書年度2008 - 2009
委託先名富士通株式会社
プロジェクト番号P08009
部署名電子・情報技術開発部
和文要約1.複数周波数対応可変RFMEMSデバイスの開発:可変機能を持つRFMEMSデバイスを開発し、700MH-6GHzに含まれる周波数帯で動作する周波数特性可変なRF通信モジュールの開発を進めた。 (1)MEMS可変キャパシタは、容量値を3ビットで可変する構造のデジタル可変型キャパシタを開発した。MEMS可変キャパシタには、長時間連続動作させると誘電体のチャージアップに起因する電極のスティッキング(貼り付き)が発生し動作不良となる課題があった。この課題に対し、独自の金属/誘電体/金属の構造とリフレッシュパルスを含むバイポーラ駆動法を導入し、スティッキング防止に目処を得、長期信頼性の目標値をクリアする動作寿命が確認できた。また、インピーダンス整合回路への実験適用のためには気密実装を要したため、簡易型チップサイズパッケージ技術を完成した。 (2)MEMSスイッチは、可変フィルタモジュールに適用するマルチチャンネルスイッチと可変アンテナモジュールに適用する1入力1出力型スイッチを試作・評価し、挿入損失、アイソレーション共に目標値をクリアするスイッチング性能を得た。また、可変アンテナモジュールへの実験適用のための簡易型小型パッケージ実装技術を開発した。 (3)可変インピーダンス整合回路は、簡易型チップサイズパッケージに収めた複数個のMEMS可変キャパシタと固定インダクタチップで構成・試作し、アンプ素子と組み合わせて可変パワーアンプモジュール、可変低雑音アンプモジュールに適用した。 (4)可変アンテナモジュールは、簡易実装した複数の1入力1出力型MEMSスイッチを搭載してアンテナ長を等価的に切り換える方式の可変アンテナを設計・試作した。性能を評価し、700MHz-6GHzをカバーできる可変アンテナが実現できることを確認した。 (5)可変フィルタモジュールは、携帯電話に搭載可能なサイズを目指して小型の可変フィルタを設計・試作した。評価の結果、周波数が可変できることを確認するとともに、この周波数帯での可変フィルタとしてはトップクラスとなる小サイズ、低損失な結果を得た。更なる低損失化に向けたフィルタ基板の改善にも目処を得た。また、通過帯域の制御技術を検討し、帯域幅の狭帯域化、帯域端の急峻化が可能なフィルタの内部構成を見出した。 (6)可変パワーアンプモジュールは、今後の開発に用いるアンプ素子を新たに設計・製作し、基本動作性能を確認した。また、可変インピーダンス整合回路とアンプ素子を評価基板上で組み合わせて可変パワーアンプモジュールとしての性能評価を行い、周波数特性の広帯域化が可能なことを確認した。 (7)可変低雑音アンプモジュールは、今後の開発に用いるアンプ素子を新たに設計、製作し、基本動作性能を確認した。また、可変インピーダンス整合回路とアンプ素子を評価基板上で組み合わせて可変低雑音アンプモジュールとしての性能評価を行い、周波数の可変動作を確認した。 2.複数周波数対応通信フロントエンド回路の研究開発:RFMEMSドライバと制御部および可変フィルタモジュール、可変アンテナモジュール、可変パワーアンプモジュール、可変低雑音アンプモジュールを統合した複数周波数対応フロントエンド回路を構築した。ここでは簡易的にスター型の制御構造を採用したが、小型化に向けたバス型制御構造に必要となる要件を明らかにした。各RFモジュールに含まれるMEMSデバイスを制御するための制御構造を具体的に作りこみ、複数周波数対応フロントエンド回路として動作させる段階まで進めた。
英文要約Title:Development of Functionality Innovative Three-dimensional Integrated Circuit (Dream Chip) Technology /Three-dimensional integrated RF device technology for multi-band communication systems (FY2008-FY2009) Final Report
1. Development of tunable RF MEMS devices for multiband communication systems :The RF MEMS devices with tuning function were developed. And the development of the RF communication module enabling variable frequency responses included in 700 MHz-6 GHz have been advancing. 1) MEMS variable capacitor :A digital type variable capacitor with 3bit was developed. An original MIM(Metal-Insulator-Metal) structure and a bipolar drive method including a refreshing pulse was introduced into this device to prevent the devices from the electrode sticking. 2) MEMS switch :Two types of MEMS switch were developed. One is a multichannel type switch aimed to be used in a tunable filter module. The other one is a SPST type switch aimed to be used to a tunable antenna module. And the obtained switch performances, both insertion losses and isolations reach the targeted value. 3) Tunable impedance matching circuit :The tunable impedance matching circuits consisting of MEMS variable capacitors and fixed inductor chips were developed to be used to a tunable PA(power amplifier) module and tunable LNA(low noise amplifier) module respectively. 4) Tunable antenna module :A tunable antenna was designed and fabricated, onto which two or more MEMS switches are mounted to switch the electrical length of the antenna. The developed tunable antenna was evaluated and the results confirmed that the developed tunable antenna can cover the frequency range from 700 MHz to 6 GHz. 5) Tunable filter module :A small size tunable filter was designed and fabricated to fulfill such a small size that can be installed in the mobile phones. The evaluation results confirmed that the developed device can work as a tunable filter and achieved both the small size and low insertion loss, which are in the top class compared to the previously reported tunable filters working in the same frequency range. 6) Tunable PA(LNA) module :An amplifier element which will be used in the tunable PA(LNA) modular was developed and the basic operation performances were confirmed. Moreover, the developed tunable impedance matching circuit and amplifier elements were combined together on an evaluation substrate. And the evaluation results confirmed that the device can work as a tunable PA(LNA) module and cover a wide frequency response range. 2. Development of RF front end circuit providing multi-band communication functions :A RF front end circuit providing multi-band communication functions was constructed by combining the developed tunable filter module, antenna module, PA module and LNA module along with the corresponding drive circuits and control units. The drive circuits and control units for controlling the RF MEMS devices included in each RF module have been concretely built in, so that the whole system can operate as a tunable front end providing multi-band communication functions.
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