DE102005037950B3 - Simplified construction of microwave circuits in LTCC technology with fewer through holes - Google Patents

Simplified construction of microwave circuits in LTCC technology with fewer through holes Download PDF

Info

Publication number
DE102005037950B3
DE102005037950B3 DE200510037950 DE102005037950A DE102005037950B3 DE 102005037950 B3 DE102005037950 B3 DE 102005037950B3 DE 200510037950 DE200510037950 DE 200510037950 DE 102005037950 A DE102005037950 A DE 102005037950A DE 102005037950 B3 DE102005037950 B3 DE 102005037950B3
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
ltcc
line
resonant
layer
ceramic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE200510037950
Other languages
German (de)
Inventor
Matthias Dr.-Ing. Rittweger
Norbert H.L. Dr.-Ing. Koster
Peter Dr.-Ing. Waldow
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IMST GmbH
Original Assignee
IMST GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IMST GmbH filed Critical IMST GmbH
Priority to DE200510037950 priority Critical patent/DE102005037950B3/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102005037950B3 publication Critical patent/DE102005037950B3/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/0213Electrical arrangements not otherwise provided for
    • H05K1/0237High frequency adaptations
    • H05K1/0239Signal transmission by AC coupling
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/0213Electrical arrangements not otherwise provided for
    • H05K1/0216Reduction of cross-talk, noise or electromagnetic interference
    • H05K1/0218Reduction of cross-talk, noise or electromagnetic interference by printed shielding conductors, ground planes or power plane
    • H05K1/0224Patterned shielding planes, ground planes or power planes
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/0213Electrical arrangements not otherwise provided for
    • H05K1/0237High frequency adaptations
    • H05K1/025Impedance arrangements, e.g. impedance matching, reduction of parasitic impedance
    • H05K1/0253Impedance adaptations of transmission lines by special lay-out of power planes, e.g. providing openings
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/03Use of materials for the substrate
    • H05K1/0306Inorganic insulating substrates, e.g. ceramic, glass
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/09Shape and layout
    • H05K2201/09209Shape and layout details of conductors
    • H05K2201/09654Shape and layout details of conductors covering at least two types of conductors provided for in H05K2201/09218 - H05K2201/095
    • H05K2201/09681Mesh conductors, e.g. as a ground plane
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/46Manufacturing multilayer circuits
    • H05K3/4611Manufacturing multilayer circuits by laminating two or more circuit boards
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/46Manufacturing multilayer circuits
    • H05K3/4611Manufacturing multilayer circuits by laminating two or more circuit boards
    • H05K3/4626Manufacturing multilayer circuits by laminating two or more circuit boards characterised by the insulating layers or materials
    • H05K3/4629Manufacturing multilayer circuits by laminating two or more circuit boards characterised by the insulating layers or materials laminating inorganic sheets comprising printed circuits, e.g. green ceramic sheets

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

The method involves providing electromagnetic fields or dielectric displacement currents by special circuit techniques such as the use of redundant leads or laterally overlapping planar conductive structures to build up ceramic layers to form the LTCC circuit structure. The planar conductive structures lie in different planes of the structure. A fine mesh earth plane with no more than 50 per cent metal is provided between the planar structures to be coupled together.

Description

Ein Verfahren zum vereinfachten Aufbau von Mikrowellenschaltungen in LTCC-Technik mit reduzierter Anzahl von Durchgangslöchern.One Method for simplified construction of microwave circuits in LTCC technology with reduced number of through holes.

Mehrlagen-Keramikschaltungen werden zunehmend auch für Mikrowellenanwendungen in LTCC-Technik (low temperature cofired ceramic) realisiert. Die LTCC-Technik ist eine Keramik-Mehrlagen-Leiterplattentechnik und steht für ein Keramiksubstratsystem, das in der Elektrotechnik als preiswerte Substrattechnologie eingesetzt wird, wobei zehn bis fünfzig Lagen übereinander gestapelt werden können. Die Leiterbahnen bestehen üblicherweise aus gut leitenden, gebrannten Silber- oder Gold-Leitpasten. Die Metallisierungen werden zunächst als metallische Leitpasten im Siebdruckverfahren Lage für Lage auf die ungebrannte ("grüne") Keramik gedruckt und nach dem Stapeln und Pressen des vielschichtigen Aufbaus gemeinsam im Prozessofen gebrannt (cofired). Die Sintertemperatur der LTCC Glaskeramik liegt bei ca. 850°C. Diese relativ niedrige Temperatur ermöglicht erst den Einsatz von gut leitenden Gold- und Silberleiterbahnen anstelle von schlecht leitenden Molybdän- oder Wolframleiterbahnen, welche im Zusammenhang mit der HTCC-Technik (high temperature cofired ceramic) verwendet werden müssen. Diese Verfahren sind schon seit einiger Zeit bekannt.Multilayer ceramic circuits are increasingly being used for Microwave applications in LTCC technology (low temperature cofired ceramic) realized. The LTCC technology is a ceramic multilayer printed circuit board technology and stands for a ceramic substrate system that is considered inexpensive in electrical engineering Substrate technology is used, with ten to fifty layers on top of each other can be stacked. The tracks are usually from highly conductive, burned silver or gold conductive pastes. The Metallizations are first as metallic conductive pastes screen-printed on layer by layer the unfired ("green") ceramics printed and after stacking and pressing the multi-layered construction together burned in the process furnace (cofired). The sintering temperature of the LTCC Glass ceramic is at approx. 850 ° C. This relatively low temperature only allows the use of good conductive gold and silver conductors instead of bad conductive molybdenum or tungsten conductor tracks, which in connection with the HTCC technology (high temperature cofired ceramic) must be used. These procedures are already known for some time.

In einer Patentschrift aus dem Jahr 1997 ( DE 197 07 253 C2 ) werden die technologischen Details der Leiterstrukturen aus gebrannten Silber- oder Gold-Leitpasten bereits ausgiebig diskutiert.In a patent document from the year 1997 ( DE 197 07 253 C2 ), the technological details of the conductor structures made of burned silver or gold conductive pastes are already being discussed extensively.

Im Vergleich zu herkömmlichen Keramikprodukten, deren Herstellung Sintertemperaturen von ungefähr 1300°C erfordert (HTCC), kommt die LTCC-Technik mit etwa 850°C aus, wodurch der bei der Produktion anfallende Energieverbrauch deutlich vermindert wird.in the Compared to conventional Ceramic products whose production requires sintering temperatures of about 1300 ° C (HTCC), the LTCC technology comes out with about 850 ° C, which in the production incurred energy consumption is significantly reduced.

Nicht zuletzt wegen der verwendeten Materialien steckt in der LTCC-Technologie ein großes Potential für Mikrowellenanwendungen. Zahlreiche für den Mikrowellenbereich geeignete Schaltungen sind bereits bekannt. So werden einfache Zirkulatorschaltungen (US 2003/0090335 A1), Feldeffekttransistormischer (US 2003/0151136 A1) oder komplexe, abstimmbare Filterstrukturen (US 2004/0178867 A1) in LTCC-Technik aufgebaut. Sowohl die Keramiksubstrate als auch die Gold- und Silberleiterbahnen weisen entsprechend gute physikalische und elektrische Eigenschaften auf, welche für die erforderlichen hohen Güten für verlustarme Schaltungen im Mikrowellenbereich erforderlich sind. Darüber hinaus sind die Material- und Herstellungskosten konkurrenzfähig zu anderen Substratsystemen wie HTCC und herkömmlicher Leiterplatten-Technik (PCB: printed circuit board) z. B. auf FR4 oder PTFE (Polytetrafluorethylen) Substraten.Not most recently because of the materials used is in the LTCC technology a big Potential for Microwave applications. Many suitable for the microwave range Circuits are already known. So are simple circulator circuits (US 2003/0090335 A1), field effect transistor mixer (US 2003/0151136 A1) or complex tunable filter structures (US 2004/0178867 A1) in LTCC technology. Both the ceramic substrates as well the gold and silver conductors have correspondingly good physical properties and electrical properties, which for the required high grades for low-loss Circuits in the microwave range are required. Furthermore the material and manufacturing costs are competitive with others Substrate systems such as HTCC and conventional printed circuit board technology (PCB: printed circuit board) z. B. on FR4 or PTFE (polytetrafluoroethylene) substrates.

Ein Verfahren zum vereinfachten Aufbau von Mikrowellenschaltungen ist aus der Vorrichtung zur Übertragung von breitbandigen Hochfrequenzsignalen ( DE 10 2004 038 574 A1 ) bekannt. Dort werden Koplanarleitungen verwendet, wobei die Leiterstruktur auf zwei gegenüberliegenden Seiten von zumindest einer dielektrischen Substratlage einer vorgegebenen Dicke derart angeordnet ist, dass die Leiterstruktur in vorgegebenen Koppelbereichen überlappt, wodurch die Koppelbereiche der Leiterstruktur die Hochfrequenzsignale durch eine elektromagnetische Kopplung übertragen. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Substratlage kleiner ist als ein Viertel der Wellenlänge und dass mehrere elektromagnetische Kopplungen seriell hintereinander angeordnet sind.A method for simplified construction of microwave circuits is known from the device for transmitting broadband high-frequency signals ( DE 10 2004 038 574 A1 ) known. There coplanar lines are used, wherein the conductor structure is arranged on two opposite sides of at least one dielectric substrate layer of a predetermined thickness such that the conductor structure overlaps in predetermined coupling regions, whereby the coupling regions of the conductor structure transmit the high-frequency signals by an electromagnetic coupling. The device is characterized in that the thickness of the substrate layer is smaller than a quarter of the wavelength and that a plurality of electromagnetic couplings are arranged serially one behind the other.

Weitere kennzeichnende Merkmale sind, dass ein stufenloser Wellenwiderstandsübergang in einem Übergangsbereich der symmetrischen Koplanarleitung auf eine Mikrostreifenleitung ausgestaltet ist und dass zwischen ausgewählten Teilstücken der Leiterbahnstruktur eine Durchkontaktierung angebracht ist, die einen konduktiven Signalübergang zwischen den ausgewählten Teilstücken der Leiterstruktur bewirkt.Further Characteristic features are that a stepless characteristic impedance transition in a transition area the symmetrical coplanar line on a microstrip line is designed and that between selected sections of the conductor track structure a via is attached, which has a conductive signal transition between the selected sections the conductor structure causes.

In dieser Vorrichtung werden also bereits die zur elektrischen Verkopplung der jeweiligen Schaltungskomponenten dienenden elektromagnetischen Felder bzw. dielektrischen Verschiebungsströme verwendet. Dazu dienen spezielle Schaltungsmaßnahmen wie die Verwendung von am Ende leer laufenden Leitungen, die an ihrem Ende ein elektrisches Streufeld erzeugen, die Verwendung von in unterschiedlichen Ebenen lateral überlappender planarer Leiterstrukturen, die zueinander Koppelkapazitäten bilden und die Verwendung von resonanten Kopplerstrukturen und resonanten Koppelleitungen an lokal begrenzten Stellen direkt und überwiegend senkrecht durch die zum Aufbau verwendeten Substratschichten, wobei die jeweiligen zu verkoppelnden planaren Leiterstrukturen in unterschiedlichen Ebenen der Schaltungsstruktur liegen. Der gesamte Aufbau ist so auch in LTCC-Technik möglich.In This device will therefore already the electrical coupling the respective circuit components serving electromagnetic fields or dielectric displacement currents used. Serve with special circuit measures like the use of at the end of empty running lines connected to produce an electric stray field at the end, the use of in different levels of laterally overlapping planar conductor structures, which form mutually coupling capacities and the use of resonant coupler structures and resonant ones Coupling lines at localized places directly and predominantly perpendicular through the substrate layers used for the construction, wherein the respective planar conductor structures to be coupled in different Layers of the circuit structure lie. The whole setup is like that also possible in LTCC technology.

Wegen des überwiegenden Aufbaus der Vorrichtung in Koplanartechnik sind die jeweiligen Erdungsebenen (hier Bezugspfade genannt) seitlich symmetrisch zum Signalpfad angeordnet. Dadurch gibt es hier keine geschlossene Erdungsebene zwischen den Signalpfaden im Überlappungsbereich. Auch sind die verschiedenen Erdungsebenen ohne definiertes Bezugspotential und lediglich kapazitiv angekoppelt. Dies ist hier leicht möglich, weil keine empfindliche und komplexe elektronische Mikrowellenschaltung integriert ist, sondern es sich hier lediglich um eine rein passive Kopplungsverbindung zwischen z. B. einer koaxialen Leitung und einer Leiterbahnstrukturen in Mikrostreifenleitertechnik (microstrip) handelt, wobei die jeweiligen Erdungsebenen durch diese Vorrichtung ja gerade voneinander isoliert sein sollen.Because of the predominant structure of the device in Koplanartechnik the respective ground planes (called reference paths here) are arranged laterally symmetrical to the signal path. As a result, there is no closed ground plane between the signal paths in the overlap area. Also, the different ground planes are without defined reference potential and only capacitively coupled. This is easily possible because no sensitive and complex electronic microwave circuit is integrated, but it is only a purely passive coupling connection between z. B. a coaxial line and a conductor track structures in microstrip technology (microstrip) is, the respective ground planes are to be isolated by this device so straight from each other.

Die galvanische Trennung bei gleichzeitig guten Übertragungseigenschaften bei Frequenzen größer 6 GHz ist die Aufgabe dieser beschriebenen Vorrichtung.The Galvanic isolation with good transmission properties at the same time Frequencies greater than 6 GHz is the task of this described device.

Im Bereich der unsymmetrischen Mikrostreifenleitertechnik (microstrip) sieht die Vorrichtung keinerlei Überlappung vor. Beim Übergang zwischen der Koplanartechnik und der unsymmetrischen Mikrostreifenleitertechnik sieht die Vorrichtung vielmehr eine gewöhnliche galvanische Verbindung in Form eines metallisierten Durchgangsloches (via) vor, um eine breitbandige Verbindung zu gewährleisten.in the Range of single-ended microstrip technology (microstrip) the device does not see any overlap in front. At the transition between the coplanar technique and the unbalanced microstrip technology Rather, the device sees an ordinary galvanic connection in the form of a metallized through hole (via) in front of a to ensure broadband connection.

1 zeigt ein Beispiel (Sample Production Line) für den typischen Herstellungsprozess einer LTCC-Schaltung. Das Ausgangsmaterial für die Keramikschichten ist vor dem Brennen noch eine flexible Folie (Greenscheet), welche auf Rollen mit unterschiedlichen Schichtdicken von 250 μm bis herab zu 50 μm geliefert wird. Es werden die für den jeweiligen Anwendungsfall passenden Stücke zurechtgeschnitten (preprocessing), gereinigt, getrocknet (blanking, drying) und aufbereitet. Zur galvanischen Kontaktierung der einzelnen Ebenen untereinander werden dann in die Folien z. B. mit Hilfe einer Laser-Strahlvorrichtung Durchgangslöcher (vias) gebohrt (via forming), die in einem weiteren Prozessschritt mit einer elektrisch leitenden Paste gefüllt werden (via filling). In einem weiteren Prozessschritt werden Dickfilmpasten für die Leiterbahnen auf die Keramikfolien aufgebracht (conductor printing, fine line process). Mit Hilfe von Widerstandspasten, dielektrischen oder ferrimagnetischen Pasten können weitere Bauelemente wie Widerstände, Kondensatoren und Spulen ( EP 0 581 206 B1 ) realisiert werden. Die einzelnen Folien werden nun noch einmal unter dem Mikroskop kontrolliert (inspection) und dann sehr genau übereinandergestapelt (stacking), miteinander verbunden (laminating) und schließlich zusammen gebrannt (cofiring) und ergeben einen hermetisch dichten starren Block. 1 shows an example (Sample Production Line) for the typical manufacturing process of an LTCC circuit. The starting material for the ceramic layers before firing is still a flexible film (Greenscheet), which is supplied on rolls with different layer thicknesses of 250 microns down to 50 microns. The pieces suitable for the respective application are cut to size (preprocessing), cleaned, dried (blanking, drying) and prepared. For galvanic contacting of the individual layers are then in the slides z. B. by means of a laser beam device through holes (vias) drilled (via forming), which are filled in an additional process step with an electrically conductive paste (via filling). In a further process step, thick film pastes for the conductor tracks are applied to the ceramic films (conductor printing, fine line process). With the aid of resistor pastes, dielectric or ferrimagnetic pastes, further components such as resistors, capacitors and coils ( EP 0 581 206 B1 ) will be realized. The individual films are then inspected again under the microscope (inspection) and then stacked very precisely, laminated (laminated) together and finally fired together (cofiring) to give a hermetically sealed rigid block.

Danach finden noch weitere abschließende Bearbeitungsschritte (post-firing, dicing), die Bestückung (SMT) und Kontaktierung mit hybriden Bauelementen (wire bonding) sowie eine optische Kontrolle (inspection) statt, bevor die fertige LTCC-Schaltung hinsichtlich ihrer elektrischen Eigenschaften vermessen (RF-characterization) wird.After that find further final processing steps (post-firing, dicing), the assembly (SMT) and contacting with hybrid components (wire bonding) as well as a visual inspection (inspection) before the finished Measured the LTCC circuit with regard to its electrical properties (RF characterization) becomes.

Diese kurze Erläuterung der LTCC-Technik zeigt auf, dass die wesentlichen und aufwendigen Prozessschritte also im Zusammenhang mit der galvanischen Kontaktierung der Leiterbahnen in den unterschiedlichen Ebenen durch die mit leitender Paste gefüllten und dadurch metallisierten Durchgangslöcher (vias) auftreten. Eine Reduktion der Anzahl dieser Durchgangslöcher würde die Herstellung somit vereinfachen.These short explanation The LTCC technique shows that the essential and complex process steps So in connection with the galvanic contacting of the tracks in the different levels through the filled with conductive paste and thereby metallized through holes (vias) occur. A Reducing the number of these through holes would thus simplify manufacture.

Es zeigt 2 einen Querschnitt durch eine beispielhaft ausgewählte LTCC-Leiterbahnstruktur mit vier Schichten. Die schwarz dargestellten Leiterbahnen (conductor) sind mit Hilfe von metallisierten Durchgangslöchern (vias) untereinander verbunden. Diese Leiterbahnen können sich sowohl auf den stets zugänglichen oberen und unteren äußeren Ebenen als auch in den nach dem Brennen unzugänglichen Zwischenebenen befinden. Durchgangslöcher, die nach dem Brennen unzugänglich sind werden als vergrabene Durchgangslöcher (buried vias) bezeichnet.It shows 2 a cross-section through an exemplary selected LTCC conductor track structure with four layers. The conductors shown in black are interconnected by means of metallized through-holes (vias). These tracks can be located both on the always accessible upper and lower outer levels and in the inaccessible after firing intermediate levels. Through holes that are inaccessible after firing are referred to as buried vias.

Neben dem fertigungstechnischen Aufwand für die zahlreichen Bearbeitungsschritte zur gezielten, ortgenauen Erzeugung und Herstellung der mit leitender Paste gefüllten und dadurch metallisierten Durchgangslöcher (vias) gibt es noch einen weiteren gravierenden Nachteil. Die Durchgangslöcher (vias) benötigen ein relativ großes Volumen. Zum einen müssen die Durchgangslöcher selbst genügend groß sein. So wird der kleinste Durchmesser für den Standart-Prozess typischerweise mit 150μm angegeben. Zum anderen muss die Kontaktierungsfläche der Durchgangslöcher (via cover pad) genügend groß sein. Hier ist für den Standart-Prozess etwa der doppelte Lochdurchmesser erforderlich, also ca. 300 μm, wenigstens (Sonderprozess) aber 250 μm. Der minimale Abstand der Mittelpunkte zweier Durchgangslöcher voneinander (via pitch) ist mit 400 μm zu berücksichtigen.Next the production engineering effort for the numerous processing steps for the targeted, accurate production and production of the with conductive Paste filled and thereby metallized through holes (vias) there is one more another serious disadvantage. The through holes (vias) require a relatively large Volume. For one thing must the through holes even enough be great. This is how the smallest diameter becomes typical for the standard process with 150μm specified. On the other hand, the contact surface of the through holes (via cover pad) enough be great. Here is for the standard process requires about twice the hole diameter, So about 300 microns, at least (Special process) but 250 microns. The minimum distance of the centers of two through holes from each other (via pitch) is with 400 μm to take into account.

Dieser, für die Realisierung der zur galvanischen Kontaktierung notwendigen mit leitender Paste gefüllten und dadurch metallisierten Durchgangslöcher (vias), notwendige Raum kann nicht für weitere funktionelle Zwecke genutzt werden und führt daher regelmäßig zu einer drastischen Vergrößerung der elektronischen Schaltung.This, for the Realization of the necessary for galvanic contacting with filled with conductive paste and thereby metallized through holes (vias), necessary space can not for be used for other functional purposes and therefore leads to a regular drastic enlargement of the electronic circuit.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Anzahl der zur galvanischen Kontaktierung notwendigen mit leitender Paste gefüllten und dadurch metallisierten Durchgangslöcher (vias), trotz der Verwendung einer zusammenhängenden Erdungsebene (ground) wie sie bei überwiegender Realisierung von Leiterbahnstrukturen in unsymmetrischer Mikrostreifenleitertechnik (microstrip) bzw. zur elektrischen Abschirmung der elektronischen Mikrowellenschaltung (Ringmischer, Mikrowellen-Leistungsverstärker, Mikrowellen-Oszillatorschaltung) vom Strahlungsfeld der Antennenanordnung benötigt wird, ganz erheblich zu verringern und dadurch einerseits den fertigungstechnischen Aufwand und andererseits die räumlichen Abmessungen der realisierten Mikrowellenschaltungen zu reduzieren.The object of the invention is to reduce the number of through holes (vias) filled with conductive paste and thereby metallized, despite the use of a coherent ground plane (ground) as in the case of predominant realization of printed conductor structures in single-ended microstrip technology (microstrip) or for electrical screening tion of the electronic microwave circuit (ring mixer, microwave power amplifier, microwave oscillator circuit) from the radiation field of the antenna array is required to significantly reduce and thereby reduce the one hand, the manufacturing cost and on the other hand, the spatial dimensions of the realized microwave circuits.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.These Task is achieved by the features listed in claim 1 solved.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass auf eine große Anzahl von Durchgangslöchern (vias) verzichtet werden kann. Fertigungstechnisch bedeutet dies, dass die Prozessschritte zur Erzeugung der Durchgangslöcher (via forming) und zum Füllen der Durchgangslöcher (via filling) vereinfacht werden. Weiterhin bedeutet dies, dass der Prozessschritt zur Kontrolle der Durchgangslöcher (inspection) verkürzt wird, wodurch Zeit und Geld eingespart werden kann. Ein weiterer, ganz erheblicher Vorteil besteht darin, dass die Abmessungen der LTCC-Schaltung bei gleicher Funktionalität signifikant reduziert werden kann, weil das nicht von den Durchgangslöcher verbrauchte Volumen durch schaltungstechnisch relevante Bauelemente besetzt werden kann. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.The particular advantages of the invention are that on a big one Number of through holes (vias) can be dispensed with. In terms of production technology, this means that the process steps for the creation of the through holes (via forming) and for filling the through holes (via filling). Furthermore, this means that the Process step to control the through-holes (inspection) is shortened, which saves time and money. Another, whole significant advantage is that the dimensions of the LTCC circuit with the same functionality can be significantly reduced because that did not consume from the through holes Volume occupied by circuitry relevant components can be. An embodiment of the The invention is illustrated in the drawing and will be described below described in more detail.

Es zeigenIt demonstrate

3 den Querschnitt durch eine LTCC-Schaltungsstruktur als ein Ausführungsbeispiel für die Ankopplung resonanter Leiterbahnstrukturen am Beispiel einer Mikrowellen-Leiterbahn-Filterstruktur, 3 1 shows the cross section through an LTCC circuit structure as an exemplary embodiment for the coupling of resonant strip conductor structures using the example of a microwave strip filter structure;

4 eine maßstabsgerechte Draufsicht auf den Kopplungsbereich einer Mikrowellen-Leiterbahn-Filterstruktur mit den typischen Abmessungen einer Deckplattenmetallisierung für ein Durchgangsloch, 4 a scale top view of the coupling region of a microwave trace filter structure with the typical dimensions of a cover plate metallization for a through hole,

5 den Querschnitt durch eine LTCC-Schaltungsstruktur als ein Ausführungsbeispiel des Schichtaufbaus für die Ankopplung von nicht-resonanten Leiterbahnstrukturen am Beispiel der Ankopplung eines Mikrowellen-Leistungsverstärkers an eine Mikrowellen-Oszillatorschaltung, 5 the cross section through an LTCC circuit structure as an embodiment of the layer structure for the coupling of non-resonant interconnect structures using the example of the coupling of a microwave power amplifier to a microwave oscillator circuit,

6 die Draufsicht auf einige zweckmäßige Gestaltungen von verkoppelten nicht-resonanten Leiterbahnstrukturen, 6 the plan view of some expedient designs of coupled non-resonant interconnect structures,

7 den Querschnitt durch eine LTCC-Schaltungsstruktur als ein Ausführungsbeispiel für die Verkopplung einer nicht-resonanten Leiterbahnstruktur mit einer resonanten Leiterbahnstruktur am Beispiel einer an einen Mikrowellen-Leistungsverstärker (PA) angeschlossenen Antennenanordnung und 7 the cross-section through an LTCC circuit structure as an embodiment for the coupling of a non-resonant interconnect structure with a resonant track structure using the example of a connected to a microwave power amplifier (PA) antenna arrangement and

8 die Draufsicht auf den Kopplungsbereich einer nicht-resonanten Leiterbahnstruktur mit einer resonanten planaren Antennenanordnung. 8th the top view of the coupling region of a non-resonant track structure with a resonant planar antenna array.

Zur Realisierung der Leiterbahnstrukturen in unsymmetrischer Mikrostreifenleitertechnik (microstrip) bzw. zur elektrischen Abschirmung der elektronischen Mikrowellenschaltung (Ringmischer, Mikrowellen-Leistungsverstärker, Mikrowellen-Oszillatorschaltung) vom Strahlungsfeld der Antennenanordnung wird eine Erdungsebene (ground) benötigt, die zur Erzielung eines definierten Potentials mit Hilfe von metallisierten Durchgangslöchern (vias) mit der Masseleitung der elektronischen Mikrowellenschaltung galvanisch verbunden ist. Der Schlüssel für die hier vorgestellte Erfindung liegt in der sehr geringen Schirmdämpfung einer Erdungsebene (ground) in LTCC-Technik. Im Gegensatz zu abschirmenden Gehäusen, deren Wandstärke der Metallisierung im Millimeterbereich liegt, sind bereits die durchgehenden Kupferflächen in der PCB-Technik nur noch 35 μm dick. In der LTCC-Technik jedoch werden für die Metallisierungen der Erdungsebenen typischerweise nur noch Schichtdicken von etwa 10 μm erreicht. Hinzu kommt, dass die Erdungsebenen in der LTCC-Technik keineswegs vollständig geschlossene Flächen sind, sondern vielmehr aus einem feinmaschigen Netz von Leiterbahnen gebildet werden, deren Metallisierung insgesamt weniger als 50 % der abgedeckten Fläche beträgt. Ein großer Teil der Erdungsebene besteht also aus nicht leitender Keramik. Dies ist erforderlich, um Ablösungen der jeweiligen Keramikschichten voneinander zu vermeiden, denn eine vollständig durchgehende Metallisierung würde als Zwischenschicht die Keramikebenen separieren. Diese könnten dann nicht miteinander verschmelzen und es könnten sich in einer durchgehenden Metallisierung laterale Risse bilden, die zur Ablösung der einzelnen Ebenen führen würde. Während in der Mehrlagen-PCB-Technik die Schichtdicke der einzelnen Lagen etwa 500 μm beträgt, können die Schichtdicken der einzelnen Lagen in der LTCC-Technik schon im Standart-Prozess bis auf 40 μm (nach dem Brennen) reduziert werden. Durch die dünne Metallisierung, die geringe Flächendeckung der Metallisierung und durch die geringen Abstände der einzelnen Ebenen untereinander ist die Schirmdämpfung einer Erdungsebene (ground) in LTCC-Technik sehr gering.to Realization of the interconnect structures in unbalanced microstrip technology (microstrip) or for electrical shielding of the electronic Microwave circuit (ring mixer, microwave power amplifier, microwave oscillator circuit) from the radiation field of the antenna arrangement becomes a ground plane (ground) needed, to achieve a defined potential with the help of metallized Through holes (vias) with the ground line of the electronic microwave circuit is galvanically connected. The key to the invention presented here lies in the very low shielding attenuation of a ground plane in LTCC technology. In contrast to shielding housings whose Wall thickness metallization in the millimeter range, are already the continuous copper surfaces only 35 μm thick in PCB technology. In the LTCC technique, however, the metalizations of the Grounding levels typically reached only layer thicknesses of about 10 microns. In addition, the grounding levels in the LTCC technology by no means Completely are closed surfaces, but rather formed from a fine-meshed network of tracks whose metallization total less than 50% of the covered area is. A large Part of the ground plane thus consists of non-conductive ceramic. This is required to detachments the respective ceramic layers to avoid each other, because a Completely continuous metallization would as intermediate layer separate the ceramic layers. These could then not merge together and it could be in a continuous Metallization form lateral cracks, which replace the lead to individual levels would. While in multi-layer PCB technology, the layer thickness of the individual layers about 500 microns is, can the layer thicknesses of the individual layers in LTCC technology already in the Standard Process up to 40 μm (after firing) are reduced. Due to the thin metallization, the low coverage the metallization and the small distances between the individual levels is the screen attenuation a ground plane in LTCC technology very low.

Auch liegt der Wert für die Permittivität der Keramik mit einem Wert von 7,8 fast doppelt so hoch wie bei einem FR4-Substratmaterial der PCB-Technik.Also is the value for the permittivity The ceramic with a value of 7.8 almost twice as high as at a FR4 substrate material the PCB technology.

Es bietet sich also an, immer dann, wenn in einer Mikrowellenschaltung dielektrische Verschiebungsströme fließen müssen, diese durch die Erdungsebene hindurch fließen zu lassen, d. h. die speziellen Gegebenheiten der Erdungsebene (ground) in der LTCC-Technik geschickt für die Realisierung von Schaltungen zu nutzen, um vermeidbare Durchgangslöcher einzusparen.It So it makes sense, whenever in a microwave circuit dielectric displacement currents flow have to, to let them flow through the ground plane, d. H. the special ones Conditions of the ground plane in LTCC technology for the Realization of circuits to use to avoid avoidable through holes.

Den Schichtaufbau für eine typische Mikrowellen-Filterstruktur, aufgebaut aus planaren Resonanzleitungen in unsymmetrischer Mikrostreifenleitertechnik (microstrip), zeigt 3 als Ausführungsbeispiel für die Realisierung einer erfindungsgemäßen LTCC-Mikrowellenschaltung mit reduzierter Anzahl von Durchgangslöchern. Das hier beispielhaft dargestellte Mikrowellenfilter besteht aus einer metallenen zuführenden Leitung (Filter 1), die sich auf der Oberseite der LTCC-Schaltung befindet, einer vergrabenen metallenen Resonanzleitung (Filter 2), die sich mitten in der Keramik befindet und einer abführenden metallenen Leitung (Filter 3), die sich auf der Unterseite der LTCC-Schaltung befindet. Diese Leitungen sind durch das Brennen der mit Hilfe einer Siebdrucktechnik aufgebrachten Leitpaste entstanden und vollständig massiv. Zwischen diesen Leitungen befinden sich die beiden Erdungsebenen (Ground 1 bzw. Ground 2). Diese Erdungsebenen sind nicht vollständig massiv, sondern sie besitzen feine Maschen, um die sichere Haftung der jeweiligen Keramikschichten (Layer 1 mit Layer 2 bzw. Layer 3 mit Layer 4) nach dem Brennen zu gewährleisten. Die auf der oberen Keramik-Ebene (Layer 1) leerlaufende zuführende Leitung (Filter 1) besitzt an ihrem leerlaufenden Ende ein elektrisches Streufeld. In herkömmlichen Mikrowellen-Filterstrukturen, die aus planaren Resonanzleitungen in unsymmetrischer Mikrostreifenleitertechnik (microstrip) in einer Ebene aufgebaut sind, würde die anzukoppelnde Resonanzleitung ebenfalls auf der oberen Keramik-Ebene (Layer 1) in einigem Abstand zur zuführenden Leitung (Filter 1) angeordnet sein, wobei der Abstand für die notwendige Entkopplung sorgt, damit die Resonanzleitung nicht zu sehr bedämpft wird. Dieser Abstand wird bei dem erfindungsgemäßen Aufbau des Filters gemäß 3 in lateraler Hinsicht eingespart, was die Abmessungen des Filters reduziert. Bei dieser beispielhaft beschriebenen Filterstruktur befindet sich die Resonanzleitung (Filter 2) zwischen der zweiten Keramik-Ebene (Layer 2) und der dritten Keramik-Ebene (Layer 3). Dabei können die jeweiligen Leiterbahnen sogar überlappend angeordnet sein, weil sie sich ja in verschiedenen Ebenen befinden. Zwischen der ersten Keramik-Ebene (Layer 1) und der zweiten Keramik-Ebene (Layer 2) befindet sich die erste Erdungsebene (Ground 1). Diese sorgt für die notwendige Bedämpfung des Streufeldes der auf der oberen Keramik-Ebene (Layer 1) leerlaufenden zuführenden Leitung (Filter 1). Auch die zwischen der zweiten Keramik-Ebene (Layer 2) und der dritten Keramik-Ebene (Layer 3) angeordnete Resonanzleitung (Filter 2) ist an ihren beiden Enden leerlaufend und besitzt dort Streufelder. Die Streufelder der jeweiligen Leiterbahnen koppeln durch die Erdungsebenen hindurch, wobei sie eine gewisse Dämpfung erleiden, die jedoch erwünscht ist. Analog dazu, wie bereits im Zusammenhang mit der zuführenden Leitung (Filter 1) beschrieben, findet auch eine Verkopplung der Streufelder der Resonanzleitung (Filter 2) und der abführenden Leitung (Filter 3) statt.The layer structure for a typical microwave filter structure, constructed from planar resonant lines in unsymmetrical microstrip technology (microstrip), shows 3 as an exemplary embodiment of the realization of an inventive LTCC microwave circuit with a reduced number of through holes. The microwave filter exemplified here consists of a metal feeding line (filter 1) located on top of the LTCC circuit, a buried metal resonant line (filter 2) located in the middle of the ceramic and a discharging metallic line (filter 3) located on the bottom of the LTCC circuit. These lines are created by firing the applied with the help of a screen printing conductive paste and completely solid. Between these lines are the two ground planes (Ground 1 and Ground 2). These ground planes are not completely solid, but they have fine meshes to ensure the secure adhesion of the respective ceramic layers (Layer 1 with Layer 2 or Layer 3 with Layer 4) after firing. The on the upper ceramic level (layer 1) idling feeding line (filter 1) has at its open end an electrical stray field. In conventional microwave filter structures, which are constructed from planar resonant lines in asymmetrical microstrip technology in a plane, the resonant line to be coupled would likewise be arranged on the upper ceramic level (layer 1) at some distance from the feeding line (filter 1). wherein the distance provides for the necessary decoupling, so that the resonance line is not damped too much. This distance is in the inventive structure of the filter according to 3 saved in lateral terms, which reduces the dimensions of the filter. In this filter structure described by way of example, the resonance line (filter 2) is located between the second ceramic plane (layer 2) and the third ceramic plane (layer 3). In this case, the respective interconnects can even be arranged overlapping, because they are indeed in different levels. Between the first ceramic level (Layer 1) and the second ceramic level (Layer 2) is the first ground plane (Ground 1). This ensures the necessary damping of the stray field of the on the upper ceramic level (Layer 1) idling feeding line (Filter 1). Also arranged between the second ceramic layer (Layer 2) and the third ceramic layer (Layer 3) resonant line (Filter 2) is idle at both ends and has there stray fields. The stray fields of the respective tracks couple through the ground planes, while experiencing some attenuation, which is desirable. Analogously, as already described in connection with the feeding line (filter 1), there is also a coupling of the stray fields of the resonance line (filter 2) and the discharging line (filter 3).

Die in der zuführenden Leitung (Filter 1) zugeführte elektromagnetische Energie gelangt also über die Streufelder der jeweiligen am Ende leerlaufenden Leitungen durch die Erdungsebene (Ground 1) hindurch über die Resonanzleitung (Filter 2) nochmals durch eine Erdungsebene (Ground 2) auf die abführende Leitung (Filter 3). Es werden aber nur jene Frequenzanteile der elektromagnetischen Energie nennenswert übertragen, die einem Einfachen oder Vielfachen der Resonanzfrequenz der Resonanzleitung entsprechen, d. h. die elektrische bzw. physikalische Länge der Resonanzleitung (Filter 2) bestimmt das übertragene Frequenzspektrum, weil das Streufeld am Ende der Resonanzleitung im Resonanzfall durch die Spannungsüberhöhung auf der Leitung besonders ausgeprägt ist.The in the afferent Line (Filter 1) supplied Electromagnetic energy thus passes through the stray fields of the respective at the end idle lines through the ground plane (Ground 1) across the resonance line (filter 2) again through a ground plane (Ground 2) on the laxative Line (filter 3). But only those frequency components of the Electromagnetic energy transmitted to a simple or Multiples of the resonant frequency of the resonant line, d. H. the electrical or physical length of the resonant line (Filter 2) determines the transmitted Frequency spectrum, because the stray field at the end of the resonant line in case of resonance by the voltage overshoot on the line especially pronounced is.

Die hier beispielhaft beschriebene Mikrowellen-Filterstruktur lässt sich beliebig erweitern. Es ist in der Regel sinnvoll, mehrere Resonanzleitungen zu verwenden. Diese können entweder in immer neuen weiteren Keramikebenen liegen, oder wieder auf die obere Keramikschicht zurückgeführt werden. So ist beispielsweise eine Mikrowellen-Filterstruktur denkbar, bei der drei Resonanzleitungen verwendet werden. Demnach könnte die in 3 dargestellte abführende Leitung (Filter 3) eine weitere Resonanzleitung sein, welche mit einer weiteren, dritten Resonanzleitung zwischen der zweiten Keramik-Ebene (Layer 2) und der dritten Keramik-Ebene (Layer 3) verkoppelt ist. Diese würde dann wiederum mit einer auf der oberen Keramikschicht (Layer 1) befindlichen abführenden Leitung verbunden sein. Dabei müssten die Resonanzleitungen keineswegs gestreckt ausgeführt werden, sondern könnten kreisförmig oder U-förmig gestaltet sein. Dadurch könnten die zuführende Leitung und die abführende Leitung auf der oberen Keramik-Ebene (Layer 1) nur wenige Millimeter voneinander entfernt sein und die gesamte flächenhaft und räumlich ausgedehnte Mikrowellen-Filterstruktur würde sich vergraben und unsichtbar im Inneren der LTCC-Schaltungsstruktur befinden.The microwave filter structure described here by way of example can be expanded as desired. It usually makes sense to use multiple resonant lines. These can either be in ever new ceramic levels, or be returned to the top ceramic layer. Thus, for example, a microwave filter structure is conceivable in which three resonant lines are used. Accordingly, the in 3 shown laxative line (filter 3) may be another resonant line, which is coupled to a further, third resonant line between the second ceramic level (Layer 2) and the third ceramic level (Layer 3). This would in turn be connected to a laxative line located on the upper ceramic layer (Layer 1). The resonant cables would not have to be stretched, but could be circular or U-shaped. As a result, the feed line and the drain line at the top ceramic level (layer 1) could be only a few millimeters apart, and the entire areal and spatially extended microwave filter structure would be buried and invisible inside the LTCC circuit structure.

3 zeigt, dass zum Aufbau der bisher hier beschriebenen Mikrowellen-Filterstruktur nicht ein einziges Verbindungsloch benötigt wird. Welche Fläche dadurch eingespart werden kann, veranschaulicht 4. Diese Darstellung zeigt die Draufsicht auf zwei am Ende leerlaufende planare Resonanzleitungen. 3 shows that not a single connection hole is needed to build the previously described microwave filter structure. Which area can be saved thereby is illustrated 4 , This illustration shows the plan view of two end-to-end planar resonant conductors gene.

Es ist in 4 maßstabsgerecht einerseits die Breite einer Resonanzleitung (planar resonance line) mit einer charakteristischen Impedanz von etwa 50 Ohm und andererseits die Abmessungen einer kreisförmigen Deckplattenmetallisierung (via cover pad) für ein Durchgangsloch (via) gezeigt. Bei einer Höhe der Keramik-Ebene von 40 μm nach dem Brennen, einer Permittivität von 7,8 und einer Leiterbahndicke von ca. 10 μm ergibt sich für eine Resonanzleitung (planar resonance line) mit einer charakteristischen Impedanz von etwa 50 Ohm eine Leiterbahnbreite von etwa 40 μm. Der Durchmesser einer kreisförmigen Deckplattenmetallisierung (via cover pad) für ein Durchgangsloch (via) beträgt standartgemäß mindestens etwa 250 μm. Es ist leicht zu erkennen, dass eine galvanische Verbindung oder – bei Verwendung einer dielektrischen Paste – eine kapazitive Verbindung der oberen Resonanzleitung (planar resonance line) mit der vergrabenen Resonanzleitung (buried planar resonance line) durch die Keramik-Ebene (ceramic layer) hindurch in Relation zu den Resonanzleitungen sehr viel Volumen beanspruchen würde.It is in 4 To scale, on the one hand the width of a resonant line (planar line) with a characteristic impedance of about 50 ohms and on the other hand, the dimensions of a circular cover plate metallization (via cover pad) for a through hole (via) shown. At a ceramic level height of 40 μm after firing, a permittivity of 7.8 and a track thickness of approximately 10 μm, a track width of about a resonant line (planar-tuned line) with a characteristic impedance of about 50 ohms results 40 μm. The diameter of a circular cover plate metallization (via cover pad) for a through hole (via) is at least about 250 μm as standard. It is easy to see that a galvanic connection or - when using a dielectric paste - a capacitive connection of the upper resonant line (planar-tuned line) with the buried planar (line) through the ceramic layer through Relation to the resonant lines would take a lot of volume.

Die Kopplung von Leiterbahnstrukturen ist auch für nicht-resonante Schaltungsstrukturen sinnvoll. Insbesondere dann, wenn Rückwirkungen der einzelnen aktiven Schaltungskomponenten untereinander gering gehalten werden sollen, ist eine geringe Ankopplung erwünscht. So darf beispielsweise die Rückwirkung einer modulierten Sender-Endstufe oder eines zur Modulation (direct sequence spread spectrum) mit digitalen Signalen verwendeten Ringmischers auf die Mikrowellen-Oszillatorschaltung keinesfalls zu Leistungs- oder Frequenzeinbrüchen führen. Oft ist man daher gezwungen, das Oszillatorsignal zunächst zu verstärken und dann mit Hilfe von Dämpfungsgliedern wieder abzuschwächen, um die Rückwirkungen auf die Mikrowellen-Oszillatorschaltung gering zu halten.The Coupling of interconnect structures is also useful for non-resonant circuit structures. In particular, if repercussions the individual active circuit components with each other low to be held, a low coupling is desired. So may, for example, the retroactivity a modulated transmitter output stage or one for modulation (direct sequence spread spectrum) used with digital signals ring mixer to the microwave oscillator circuit in no case lead to power or frequency dips. Often, therefore, one is forced the oscillator signal first to reinforce and then with the help of attenuators to weaken again about the repercussions to keep the microwave oscillator circuit low.

In solchen Fällen empfiehlt sich der in 5 dargestellte erfindungsgemäße Aufbau der Ankopplung eines Mikrowellen-Leistungsverstärkers an eine Mikrowellen-Oszillatorschaltung. Der beispielhafte Schichtaufbau zeigt eine mit dem Oszillator verbundene planare Transmissionsleitung (line 1), die sich auf der Oberseite der Keramik-Ebene (layer 1) einer LTCC-Schaltung befindet. Die mit dem Mikrowellen-Leistungsverstärker verbundene planare Transmissionsleitung (line 2) befindet sich auf der Unterseite der Keramik-Ebene (layer 2). Zwischen beiden Keramik-Ebenen ist die Erdungsebene (ground) angeordnet. Damit die nicht-resonanten planaren Transmissionsleitungen hinreichend intensiv miteinander verkoppelt werden können, ist hier in der Regel eine Überlappung der beiden Leitungen notwendig.In such cases, the in 5 illustrated inventive construction of the coupling of a microwave power amplifier to a microwave oscillator circuit. The exemplary layer structure shows a planar transmission line (line 1) connected to the oscillator, which is located on top of the ceramic layer (layer 1) of an LTCC circuit. The planar transmission line (line 2) connected to the microwave power amplifier is located on the underside of the ceramic layer (layer 2). Between both ceramic levels, the ground plane (ground) is arranged. So that the non-resonant planar transmission lines can be coupled sufficiently intensively with one another, an overlapping of the two lines is generally necessary here.

Diese Überlappung ist in 6 klar zu erkennen. 6 zeigt die Draufsicht auf einige zweckmäßige Gestaltungen von verkoppelten nicht-resonanten Leiterbahnstrukturen. Dabei sind die Umrisse der Leiterbahnen auf der Oberseite der Keramik-Ebene durchgezogen und die Umrisse der Leiterbahnen auf der Unterseite der Keramik-Ebene gestrichelt dargestellt. Denkbar und zweckmäßig sind nachfolgend beschriebene Formen. Eine einfache Überlappung der Enden zweier planarer Leitungen erfordert die geringste Fläche. Das Ende der sich auf der Oberseite der Keramik-Ebene (layer 1) einer LTCC-Schaltung befindenden planaren Transmissionsleitung (line 1) und das Ende der sich auf der Unterseite der Keramik-Ebene (layer 2) einer LTCC-Schaltung befindenden planaren Transmissionsleitung (line 2) überdecken die jeweilige andere Leitung. Dadurch wirken die Leiterbahnen wie Kondensatorplatten. Die Erdungsebene (ground) bildet hinsichtlich der zu übertragenden Signale lediglich eine Äquipotentialebene in der Mitte des so gebildeten Koppelkondensators. Dabei wirkt das Dielektrikum der LTCC-Keramik zusätzlich kapazitiv. Es können Koppelkapazitäten im Femtofarad-Bereich erzielt werden, was für viele Anwendungsfälle im Mikrowellenbereich völlig ausreichend ist. Eine Erhöhung des Kapazitätswertes kann durch eine Vergrößerung der sich überlappenden Fläche erreicht werden. So sind die Enden der beiden beispielhaft dargestellten planaren Transmissionsleitungen (line 3) bzw. (line 4) kreisförmig gestaltet. Dadurch vergrößert sich die überlappenden Fläche. Alternativ können die Enden auch rechteckförmig gestaltet werden. Eine solche Ausführungsform zeigen die planaren Transmissionsleitungen (line 5) bzw. (line 6). Hier sind die erzielbaren Werte für die Koppelkapazität direkt proportional zur Überlappungsfläche.This overlap is in 6 clearly recognizable. 6 shows the top view of some expedient designs of coupled non-resonant interconnect structures. The outlines of the tracks on the top of the ceramic level are drawn through and the outlines of the tracks on the bottom of the ceramic level shown in phantom. Conceivable and appropriate forms are described below. A simple overlap of the ends of two planar lines requires the smallest area. The end of the planar transmission line (line 1) located on the upper side of the ceramic layer (layer 1) of an LTCC circuit, and the end of the planar transmission line located on the underside of the ceramic layer (layer 2) of an LTCC circuit (FIG. line 2) cover the respective other line. As a result, the conductor tracks act like capacitor plates. The ground plane (ground) forms with respect to the signals to be transmitted only one equipotential plane in the middle of the coupling capacitor thus formed. The dielectric of the LTCC ceramic additionally acts capacitively. Coupling capacities in the femtofarad range can be achieved, which is completely sufficient for many applications in the microwave range. An increase in the capacitance value can be achieved by increasing the overlapping area. Thus, the ends of the two exemplified planar transmission lines (line 3) and (line 4) are designed circular. This increases the overlapping area. Alternatively, the ends can also be designed rectangular. Such an embodiment show the planar transmission lines (line 5) and (line 6). Here, the achievable values for the coupling capacity are directly proportional to the overlap area.

Ein Ausführungsbeispiel für die Verkopplung einer nicht-resonanten Leiterbahnstruktur mit einer resonanten Leiterbahnstruktur wird in 7 am Beispiel einer an einen Mikrowellen-Leistungsverstärker (PA) angeschlossenen Antennenanordnung gezeigt. Die mit dem Mikrowellen-Leistungsverstärker (PA) verbundene nicht-resonante Speiseleitung (feed line) wird beispielsweise auf der Unterseite der Keramik-Ebene (layer 2) einer LTCC-Schaltung geführt. Die resonante planare Antennenanordnung befindet sich dann auf der Oberseite der Keramik-Ebene (layer 1) der LTCC-Schaltung. Dazwischen liegt die gemäß dem Standartprozess maschenartig geschlossene Erdungsebene (ground), die keinerlei zusätzliche Öffnungen oder Aperturen aufweist. Die an ihren Ende leerlaufende Speiseleitung (feed line) verläuft über eine gewisse Länge parallel zur Antennenleitung, welche wiederum mit den eigentlichen planaren Strahlerelementen elektrisch leitend verbunden ist und mit diesen eine insgesamt resonante Einheit bildet.An exemplary embodiment for the coupling of a non-resonant interconnect structure with a resonant interconnect structure is disclosed in US Pat 7 shown by the example of a connected to a microwave power amplifier (PA) antenna arrangement. For example, the non-resonant feed line connected to the microwave power amplifier (PA) is routed to the bottom of the ceramic layer (layer 2) of an LTCC circuit. The resonant planar antenna array is then located on top of the ceramic layer (layer 1) of the LTCC circuit. In between, according to the standard process, a mesh-like closed ground plane (ground), which has no additional openings or apertures. The feeder line running at its end extends over a certain length parallel to the antenna line, which in turn is connected in an electrically conductive manner to the actual planar radiator elements and forms an overall resonant unit with them.

Die 8 zeigt die Draufsicht auf den Kopplungsbereich der sich auf der Unterseite befindenden (Kontur gestrichelt dargestellt) nicht-resonanten Speiseleitung (feed line) mit der sich auf der Oberseite befindenden (Kontur durchgezogen dargestellt) resonanten planaren Antennenanordnung (antenna). Der Ausgang des Mikrowellen-Leistungsverstärkers (PA) ist in dieser Zeichnung lediglich als schematische Quelle (source) dargestellt. Der elektromagnetische Koppelmechanismus ähnelt dem, der bei Richtkopplern oder Stehwellenmessbrücken stattfindet. Auch in diesem Fall bildet die Erdungsebene (ground) wieder eine Äquipotentialebene, die weitgehend symmetrisch im elektromagnetischen Koppelfeld der planaren Leitungen angeordnet ist und daher relativ geringe Dämpfungen verursacht.The 8th shows the top view of the coupling region of the located on the bottom (contour shown in phantom) non-resonant feed line (feed line) with the located on the top (contour shown in solid) resonant planar antenna array (antenna). The output of the microwave power amplifier (PA) is shown in this drawing as a schematic source only. The electromagnetic coupling mechanism is similar to that used in directional couplers or standing wave bridges. Also in this case, the ground plane (ground) again forms an equipotential plane, which is arranged substantially symmetrically in the electromagnetic coupling field of the planar lines and therefore causes relatively low attenuation.

Claims (1)

Verfahren zum vereinfachten Aufbau von Mikrowellenschaltungen in LTCC-Technik mit reduzierter Anzahl von Durchgangslöchern, wobei die zur elektrischen Verkopplung der jeweiligen Schaltungskomponenten dienenden elektromagnetischen Felder bzw. dielektrischen Verschiebungsströme durch spezielle Schaltungsmaßnahmen wie die Verwendung von am Ende leerlaufenden Leitungen, die an ihrem Ende ein elektrisches Streufeld erzeugen, die Verwendung von in unterschiedlichen Ebenen lateral überlappenden planaren Leiterstrukturen, die zueinander Koppelkapazitäten bilden und die Verwendung von resonanten Kopplerstrukturen und resonanten Koppelleitungen an lokal begrenzten Stellen direkt und überwiegend senkrecht durch die zum Aufbau der LTCC-Schaltungsstruktur verwendeten Keramikschichten geführt werden, wobei die jeweiligen zu verkoppelnden planaren Leiterstrukturen in unterschiedlichen Ebenen der LTCC-Schaltungsstruktur liegen und eine mit feinen Maschen versehene Erdungsebene, die höchstens 50 % metallene Bedeckung aufweist, zwischen diesen jeweilig zu verkoppelnden planaren Leiterstrukturen angeordnet ist.Method for simplified construction of microwave circuits in LTCC technology with reduced number of through holes, where for the electrical coupling of the respective circuit components serving electromagnetic fields or dielectric displacement currents by special circuit measures like the use of end-to-end pipes attached to her End create an electric stray field, the use of in different levels of laterally overlapping planar conductor structures, the mutually coupling capacities form and the use of resonant coupler structures and resonant coupling lines at localized places directly and mostly vertically the ceramic layers used to construct the LTCC circuit structure guided with the respective planar conductor structures to be coupled lie in different levels of the LTCC circuit structure and a finely meshed ground plane, the maximum 50% metal covering, between these respective zuppelnden planar conductor structures is arranged.
DE200510037950 2005-08-11 2005-08-11 Simplified construction of microwave circuits in LTCC technology with fewer through holes Expired - Fee Related DE102005037950B3 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200510037950 DE102005037950B3 (en) 2005-08-11 2005-08-11 Simplified construction of microwave circuits in LTCC technology with fewer through holes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200510037950 DE102005037950B3 (en) 2005-08-11 2005-08-11 Simplified construction of microwave circuits in LTCC technology with fewer through holes

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102005037950B3 true DE102005037950B3 (en) 2007-04-19

Family

ID=37896663

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE200510037950 Expired - Fee Related DE102005037950B3 (en) 2005-08-11 2005-08-11 Simplified construction of microwave circuits in LTCC technology with fewer through holes

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102005037950B3 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19707253C2 (en) * 1996-03-11 2000-06-08 Sumitomo Metal Smi Electronics Ceramic multilayer circuit board in LTCC technology with improved resistance of the Ag-Au connection
EP0581206B1 (en) * 1992-07-31 2003-01-02 Raytheon Company Low-temperature-cofired-ceramic (LTCC) tape structure including a cofired ferromagnetic element
US20030090335A1 (en) * 2001-11-13 2003-05-15 Lombardi Robert B. Low temperature co-fired ceramic (LTCC) circulator
US20030151136A1 (en) * 2002-01-28 2003-08-14 Daxiong Ji LTCC fet mixer
US20040178867A1 (en) * 2003-02-05 2004-09-16 Rahman Mohammed Mahbubur LTCC based electronically tunable multilayer microstrip-stripline combline filter
DE102004038574A1 (en) * 2004-08-06 2006-03-16 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Device for transmitting broadband radio frequency signals

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0581206B1 (en) * 1992-07-31 2003-01-02 Raytheon Company Low-temperature-cofired-ceramic (LTCC) tape structure including a cofired ferromagnetic element
DE19707253C2 (en) * 1996-03-11 2000-06-08 Sumitomo Metal Smi Electronics Ceramic multilayer circuit board in LTCC technology with improved resistance of the Ag-Au connection
US20030090335A1 (en) * 2001-11-13 2003-05-15 Lombardi Robert B. Low temperature co-fired ceramic (LTCC) circulator
US20030151136A1 (en) * 2002-01-28 2003-08-14 Daxiong Ji LTCC fet mixer
US20040178867A1 (en) * 2003-02-05 2004-09-16 Rahman Mohammed Mahbubur LTCC based electronically tunable multilayer microstrip-stripline combline filter
DE102004038574A1 (en) * 2004-08-06 2006-03-16 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Device for transmitting broadband radio frequency signals

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60005342T2 (en) METHOD AND DEVICE FOR REDUCING RESONANCES AND NOISE TRANSFER IN POWER DISTRIBUTION CIRCUITS USING FLAT LADDERS
DE69933682T2 (en) WAVE-LINE FILTERS FROM THE DAMPING TYPE WITH MULTIPLE DIELECTRIC LAYERS
DE69527865T2 (en) Branch filter, branch filter module and radio communication device
DE69320884T2 (en) Wave filter with well-insulated dielectric resonators
DE60131193T2 (en) COUPLING DEVICE WITH INTERNAL CAPACITORS IN A MULTILAYER SUBSTRATE
DE102006047427B4 (en) Substrate with HF-capable cable
DE69734846T2 (en) Crossover for dual-band mobile terminals
DE19652799C2 (en) Microwave filter
EP2873308A2 (en) Printed circuit board equipped with a radio-frequency assembly emitting interference waves
EP3134748B1 (en) Radar system for detecting sourroundings of a vehicle and printed circuit board for said radar system
DE112019006353T5 (en) MULTI-LAYER FILTER WITH A CONDENSER; THAT IS CONNECTED TO AT LEAST TWO THROUGH CONTACTS
DE10305855A1 (en) RF multilayer board
DE10015582B4 (en) The antenna device
EP2489095B1 (en) Antenna coupler
DE60200581T2 (en) filter circuit
DE102005037950B3 (en) Simplified construction of microwave circuits in LTCC technology with fewer through holes
EP3236530B1 (en) Substrate-integrated hollow line filter
DE10040142A1 (en) Circuit element for band-pass filter on printed circuit board, has ground conductor with conductive members arranged to achieve desired frequency characteristic
DE102008026579B4 (en) Angled transition from microstrip line to rectangular waveguide
DE19918583C2 (en) Dielectric resonator device
DE102008051531B4 (en) Electrical system with a device for suppressing the propagation of electromagnetic interference
EP1702386A1 (en) Stripline directional coupler having a wide coupling gap
DE19725492C1 (en) Square hollow conductor to microstripline coupling arrangement
EP2137787B1 (en) Isolation amplifier
DE202017100322U1 (en) Filter structure with improvements

Legal Events

Date Code Title Description
8100 Publication of patent without earlier publication of application
8322 Nonbinding interest in granting licences declared
8364 No opposition during term of opposition
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee