RF MEMS para Microteléfonos Inalámbricos
Tendencias en Microteléfonos Inalámbricos
Los microteléfonos inalámbricos han experimentado un desarrollo extenso desde su introducción. Las funciones tradicionales de teléfonos móviles—llamadas y servicio de mensajes—son en la actualidad una fracción más y más pequeña del microteléfono. En su lugar, funciones adicionales, tales como cámaras, juegos, y dispensadores de música, comprenden la mayoría de los componentes y una fracción que va en aumento del valor de un teléfono móvil. Simultáneamente, las llamadas telefónicas se han convertido en solamente uno de los muchos propósitos de la transferencia de datos en RF. Esto se debe a que un número creciente de bandas de frecuencias y protocolos de comunicación están entrando en la recepción de RF del microteléfono. Hoy en día pueden distinguirse una variedad de "tuberías" de comunicación a través de las cuales puede establecerse la transferencia de datos de RF.
Algunas de éstas tuberías están incorporadas en los teléfonos móviles de venta en el mercado, mientras que otras se espera que lleguen a utilizarse en el futuro cercano. En general, se pueden distinguir tres tipos de tuberías decomunicación de RF, las cuales pueden estar presentes en un microteléfono, a saber, la tubería celular, la tubería de interconectividad, y la tubería de transferencia de datos por
medio de la radio difusión. La tubería celular, en particular, es la tubería más madura de las tres. Su propiedad más importante es la grandeza del área o territorio que cubre.
La tubería celular fue originalmente utilizada solamente para llamadas (cse utiliza para servicio de mensajes y acceso al Internet. Ésta tubería cubre tales estándares como GSM, GPRS, DCS, PCS, y W-CDMA. Las tuberías celulares y interconectividad difieren en que ésta última no hace uso de una red celular gr hacer conecciones inalámbricas locales entre dispositivos individuales. Ejemplos de ésta tubería lo son tales estándares de comunicación como Bluetooth, Zigbee, y IEEE802.11. En la tubería de tipo transferencia de datos por difusión, el microteléfono es utilizado solamente para recibir información. Ejemplos de esto lo son la radio FM y, en el futuro cercano, también la recepción de TV. Los
Sistemas Globales de Posición (GPS) caen dentro de ésta última categoría también. Para una convergencia exitosa hacia la radio de RF, dos condiciones claras deben cumplirse, a saber, reducir el tamaño y el consumo de potencia. En particular, el tamaño físico del microteléfono debe conservarse, o más aun, reducirse. Un ejemplo de la importancia de ésta condición lo es el hecho de que la incorporación de una radio FM sencilla requiere cerca de 150 mm2 de espacio. Más aun, para cada tubería RF, o protocolo de comunicación que se añade al microteléfono, la demanda sobre la fuente de potencia aumentará correspondientemente. Por lo tanto, como la cantidad de potencia disponible en un microteléfono alimentado por una batería es finita, la urgencia de minimizar el consumo de potencia será más y más prominente.
En éste contexto, los interruptores MEMS de contacto óhmico (contacto de metal a metal) y los condensadores variables prodrían muy bien ser el eslabón que falta entre la convergencia hacia la radio de RF, por un lado, y la miniaturización de los circuitos combinada con el aumento en la eficiencia y en el consumo de potencia, por el otro.
Los interruptores óhmicos MEMS y los condensadores variables poseen propiedades excelentes de bajas pérdidas y de alta linearidad sin precedencia, comparados a cualquier otra tecnología de semiconductores. Éstas propiedades son claves en el logro de la convergencia de las tuberías de comunicación RF mediante el uso de redes de reconfiguración RF de bajas pérdidas. De ésta manera, la re-utilización de los circuitos es establecida, lo cual reduciría la cantidad de espacio de la placa ("board space") necesario para incorporar las diferentes tuberías. Más aun, la eficiencia de potencia dentro de la banda puede
mejorarse haciendo uso de la adaptabilidad, las bajas pérdidas, y la alta linearidad de MEMS.
Encapsulado con Factor de Forma Reducido y
Ensamblaje: Sistema en Paquete
Como RF MEMS permite la miniaturización a través del reuso de los circuitos, no hace falta recalcar que, al llegar el momento de encapsular los dispositivos MEMS, ésta ventaja debe conservarse. Por ésta razón, el paquete debe ser tan compacto como sea possible y, preferiblemente, una parte integral del módulo RF. Esto conduce a un concepto llamado "sistema en paquete" (SiP). La Figura 8 muestra dos conceptos viables de módulos de RF en SiP los cuales incorporan un paquete MEMS. En el primer concepto, los MEMS forman una parte integral de la plataforma de integración de los componentes pasivos.
Los condensadores están colocadosencima del dispositivo MEMS y pueden ser una parte integral del ensamblaje de trozo invertido ("flip chip") del módulo cuando los condensadores son colocados utilizando un técnica de sellar con soldadura.
Tendencias en Microteléfonos Inalámbricos
Los microteléfonos inalámbricos han experimentado un desarrollo extenso desde su introducción. Las funciones tradicionales de teléfonos móviles—llamadas y servicio de mensajes—son en la actualidad una fracción más y más pequeña del microteléfono. En su lugar, funciones adicionales, tales como cámaras, juegos, y dispensadores de música, comprenden la mayoría de los componentes y una fracción que va en aumento del valor de un teléfono móvil. Simultáneamente, las llamadas telefónicas se han convertido en solamente uno de los muchos propósitos de la transferencia de datos en RF. Esto se debe a que un número creciente de bandas de frecuencias y protocolos de comunicación están entrando en la recepción de RF del microteléfono. Hoy en día pueden distinguirse una variedad de "tuberías" de comunicación a través de las cuales puede establecerse la transferencia de datos de RF.
Algunas de éstas tuberías están incorporadas en los teléfonos móviles de venta en el mercado, mientras que otras se espera que lleguen a utilizarse en el futuro cercano. En general, se pueden distinguir tres tipos de tuberías decomunicación de RF, las cuales pueden estar presentes en un microteléfono, a saber, la tubería celular, la tubería de interconectividad, y la tubería de transferencia de datos por
medio de la radio difusión. La tubería celular, en particular, es la tubería más madura de las tres. Su propiedad más importante es la grandeza del área o territorio que cubre.
La tubería celular fue originalmente utilizada solamente para llamadas (cse utiliza para servicio de mensajes y acceso al Internet. Ésta tubería cubre tales estándares como GSM, GPRS, DCS, PCS, y W-CDMA. Las tuberías celulares y interconectividad difieren en que ésta última no hace uso de una red celular gr hacer conecciones inalámbricas locales entre dispositivos individuales. Ejemplos de ésta tubería lo son tales estándares de comunicación como Bluetooth, Zigbee, y IEEE802.11. En la tubería de tipo transferencia de datos por difusión, el microteléfono es utilizado solamente para recibir información. Ejemplos de esto lo son la radio FM y, en el futuro cercano, también la recepción de TV. Los
Sistemas Globales de Posición (GPS) caen dentro de ésta última categoría también. Para una convergencia exitosa hacia la radio de RF, dos condiciones claras deben cumplirse, a saber, reducir el tamaño y el consumo de potencia. En particular, el tamaño físico del microteléfono debe conservarse, o más aun, reducirse. Un ejemplo de la importancia de ésta condición lo es el hecho de que la incorporación de una radio FM sencilla requiere cerca de 150 mm2 de espacio. Más aun, para cada tubería RF, o protocolo de comunicación que se añade al microteléfono, la demanda sobre la fuente de potencia aumentará correspondientemente. Por lo tanto, como la cantidad de potencia disponible en un microteléfono alimentado por una batería es finita, la urgencia de minimizar el consumo de potencia será más y más prominente.
En éste contexto, los interruptores MEMS de contacto óhmico (contacto de metal a metal) y los condensadores variables prodrían muy bien ser el eslabón que falta entre la convergencia hacia la radio de RF, por un lado, y la miniaturización de los circuitos combinada con el aumento en la eficiencia y en el consumo de potencia, por el otro.
Los interruptores óhmicos MEMS y los condensadores variables poseen propiedades excelentes de bajas pérdidas y de alta linearidad sin precedencia, comparados a cualquier otra tecnología de semiconductores. Éstas propiedades son claves en el logro de la convergencia de las tuberías de comunicación RF mediante el uso de redes de reconfiguración RF de bajas pérdidas. De ésta manera, la re-utilización de los circuitos es establecida, lo cual reduciría la cantidad de espacio de la placa ("board space") necesario para incorporar las diferentes tuberías. Más aun, la eficiencia de potencia dentro de la banda puede
mejorarse haciendo uso de la adaptabilidad, las bajas pérdidas, y la alta linearidad de MEMS.
Encapsulado con Factor de Forma Reducido y
Ensamblaje: Sistema en Paquete
Como RF MEMS permite la miniaturización a través del reuso de los circuitos, no hace falta recalcar que, al llegar el momento de encapsular los dispositivos MEMS, ésta ventaja debe conservarse. Por ésta razón, el paquete debe ser tan compacto como sea possible y, preferiblemente, una parte integral del módulo RF. Esto conduce a un concepto llamado "sistema en paquete" (SiP). La Figura 8 muestra dos conceptos viables de módulos de RF en SiP los cuales incorporan un paquete MEMS. En el primer concepto, los MEMS forman una parte integral de la plataforma de integración de los componentes pasivos.
Los condensadores están colocadosencima del dispositivo MEMS y pueden ser una parte integral del ensamblaje de trozo invertido ("flip chip") del módulo cuando los condensadores son colocados utilizando un técnica de sellar con soldadura.
Figura 8. Dos ejemplos del método de sistema en paquete de RF que incorpora encapsulado de RF MEMS. (a) Tapas son colocadas encima del dispositivo MEMS. (b) CI MEMS dedicados son colocados sobre un substrato portador que contiene pasivos integrados. En ambos métodos, el encapsulado de MEMS forma una parte integral del ensamblaje del módulo "flip-chip" cuando el encapsulado MEMS es sellado por soldadura.
En el segundo concepto, substratos dedicados a dispositivos MEMS son colocados encima de un substrato portador que podría contener componentes pasivos integrados. También en el segundo concepto, el paquete MEMS forma parte integral del módulo de ensamblaje "flipchip" cuando el dispositivo MEMS
es colocado usando una técnica de sellar con soldadura.
La convergencia hacia la radio de RF del microteléfono parece inevitable, aunque para ello se tienen que cumplir ciertas condiciones de contorno claras. Los interruptores MEMS y, especialmente, los condensadores MEMS variables, podrían muy bien ser el eslabón que falta para cerrar la brecha entre la convergencia total hacia la radio de RF, por un lado, y la miniaturización y la eficiencia de potencia, por el otro. En particular, la integración de componentes pasivos de bajas pérdidas, en combinación con RF MEMS, abre el camino hacia la realización de una gran variedad de circuitos altamente integrados, reconfigurables, y de bajas pérdidas.
El mercado de teléfonos móviles es, de manera dominante, el mercado más grande para RF MEMS. Éste aspecto debe tomarse en cuenta a la hora de considerar la manufactura de RF MEMS para el mercado de microteléfonos. Siempre y cuando sea posible, la fabricación de interruptores RF MEMS y condensadores variables debe hacer uso de materiales, procesamiento, y equipo que sean compatibles con la infraestructura principal de manufactura (CMOS). Por ésta razón, deben utilizarse substratos de alta resistividad y aleaciones de aluminio para el elemento estructural (la viga) de los condensadores MEMS. Para la fabricación de interruptores óhmicos, tal parece que es necesario el utilizar materiales para el contacto que no pertenecen a los de uso principal o popular. Para la incorporación en un microteléfono, el paquete MEMS debe ser tan compacto como sea posible. Esto es para preservar la reducción en tamaño del módulo RF, lograda a través del uso repetido de circuitos, el cual es habilitado por RF MEMS. Como resultado, el paquete MEMS es muy probable que se convierta en una parte integral del RF SiP. Aunque muy prometedor, RF MEMS es sólo una de las tecnologías disponibles hoy día para la realización de una radio de RF reconfigurable. Tecnologías rivales, tal como los interruptores GaAs HBT, deben también considerarse. Sin embargo, parece ser poco probable que éstas tecnologías semiconductoras alternativas serán capaces de proveer el mismo nivel de funcionamiento en términos de pérdidas, linearidad, e integrabilidad en SiPs RF.
En el segundo concepto, substratos dedicados a dispositivos MEMS son colocados encima de un substrato portador que podría contener componentes pasivos integrados. También en el segundo concepto, el paquete MEMS forma parte integral del módulo de ensamblaje "flipchip" cuando el dispositivo MEMS
es colocado usando una técnica de sellar con soldadura.
La convergencia hacia la radio de RF del microteléfono parece inevitable, aunque para ello se tienen que cumplir ciertas condiciones de contorno claras. Los interruptores MEMS y, especialmente, los condensadores MEMS variables, podrían muy bien ser el eslabón que falta para cerrar la brecha entre la convergencia total hacia la radio de RF, por un lado, y la miniaturización y la eficiencia de potencia, por el otro. En particular, la integración de componentes pasivos de bajas pérdidas, en combinación con RF MEMS, abre el camino hacia la realización de una gran variedad de circuitos altamente integrados, reconfigurables, y de bajas pérdidas.
El mercado de teléfonos móviles es, de manera dominante, el mercado más grande para RF MEMS. Éste aspecto debe tomarse en cuenta a la hora de considerar la manufactura de RF MEMS para el mercado de microteléfonos. Siempre y cuando sea posible, la fabricación de interruptores RF MEMS y condensadores variables debe hacer uso de materiales, procesamiento, y equipo que sean compatibles con la infraestructura principal de manufactura (CMOS). Por ésta razón, deben utilizarse substratos de alta resistividad y aleaciones de aluminio para el elemento estructural (la viga) de los condensadores MEMS. Para la fabricación de interruptores óhmicos, tal parece que es necesario el utilizar materiales para el contacto que no pertenecen a los de uso principal o popular. Para la incorporación en un microteléfono, el paquete MEMS debe ser tan compacto como sea posible. Esto es para preservar la reducción en tamaño del módulo RF, lograda a través del uso repetido de circuitos, el cual es habilitado por RF MEMS. Como resultado, el paquete MEMS es muy probable que se convierta en una parte integral del RF SiP. Aunque muy prometedor, RF MEMS es sólo una de las tecnologías disponibles hoy día para la realización de una radio de RF reconfigurable. Tecnologías rivales, tal como los interruptores GaAs HBT, deben también considerarse. Sin embargo, parece ser poco probable que éstas tecnologías semiconductoras alternativas serán capaces de proveer el mismo nivel de funcionamiento en términos de pérdidas, linearidad, e integrabilidad en SiPs RF.
MARGARISABEL VELASCO
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