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Eine "Hybrid"-Schaltung, die aus einem Substrat mit
verschiedenen Dickfilmstrukturen auf demselben besteht, die
mit einer Mehrzahl von ICs (IC = integrated circuit =
integrierte Schaltung) verbunden sind, ist nach wie vor eine
attraktive Technik zum Erzeugen funktional komplexer
Hochfrequenzanordnungen aus "Komponenten-ICs". Es ist häufig
der Fall, daß es notwendig oder sehr wünschenswert ist,
Übertragungsleitungen zu verwenden, um diese ICs
miteinander zu verbinden, oder um dieselben mit einer externen
Umgebung zu verbinden. Das besondere Interesse gilt dem Fall,
bei dem die Übertragungsleitung von dem eingekapselten
Mikrostreifentyp ist, der in dem mitaufgenommenen Patent
beschrieben ist. Mit dem Begriff "eingekapselt" meint dieses
Patent, daß die Übertragungsleitung, die bei diesem
Beispiel etwas ist, das andernfalls als Mikrostreifenleitung
bezeichnet wird, vollständig mit einer Masse abgeschirmt
ist, die den Mitteleiter vollständig umgibt. Es ist nicht
genau das, was normalerweise als "koaxiale"
Übertragungsleitung bezeichnet wird, da der Querschnitt derselben keine
Symmetrie zu einer Achse zeigt; dieselbe weist eine Linie
und ein rechteckiges Trapezoid als Querschnitt auf, und
keinen fetten Punkt und einen umgebenden Kreis. Trotzdem
wird es hier als angemessen und passend befunden, dieselbe
(die "eingekapselte" Übertragungsleitung des '730 B1
Patents) als eine "quasi-koaxiale"-Übertragungsleitung zu
bezeichnen, die, wie angemerkt werden sollte, ziemlich klein
ist (vielleicht 1,27 mm (0,050 Zoll) breit mal 0,25 mm
(0,010 Zoll) hoch).
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Für die folgende Beschreibung ist es günstig, eine
sinnvolle Terminologie einzuführen, um die Teile einer
quasikoaxialen Übertragungsleitung zu beschreiben. Dieselbe
weist eine Unterhälftemasseabschirmung auf (die der Teil
einer gesamten Masseebene sein kann, der durch die
quasikoaxiale Übertragungsleitung bedeckt ist, oder ein
mäanderförmiges Metallband entlang dem Weg, den die quasi-koaxiale
Übertragungsleitung nehmen soll). Darüber befindet sich ein
Unterhälfteabschnitt oder eine Unterhälfteschicht aus
dielektrischem KQ-Material, worauf sich eine (schmalere)
Metallschicht befindet, die als Mitteleiter dient, gefolgt
von einer Oberhälfteschicht aus dielektrischem KQ-Material
(vorzugsweise nicht ganz so breit wie die
Unterhälfteschicht aus KQ-Material, aber in jedem Fall breiter als der
Mittelleiter), und all das ist von einer
Oberhälftemasseabschirmung umschlossen, deren Kanten die
Unterhälftemasseabschirmung kontaktieren. Diese Terminologie findet sich
nicht in dem mitaufgenommenen '730 B1 Patent, und läßt die
optionalen Lastwiderstände (210) aus, aber ansonsten ist
dieselbe in perfekter Übereinstimmung mit Fig. 2 dieses
Patents, und mit der Beschreibung derselben.
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Nun liegen also Hybride mit quasi-koaxialen
Übertragungsleitungen vor, um Dinge zu verbinden. Es gibt außerdem ein
altes Problem, das denjenigen vertraut ist, die gedruckte
Schaltungsplatinen anordnen: zwei Spuren müssen einander
kreuzen, und keine Bemühungen, die Dinge anders auszulegen,
führen daran vorbei. Die gleiche Situation kann mit den
quasi-koaxialen Übertragungsleitungen auf einem Substrat
entstehen: es kann der Bedarf entstehen, daß eine derselben
eine oder mehrere der anderen kreuzt. "Durchstecklöcher"
und Durchgangslöcher sind Wege, die es ermöglichen, daß
Signale von einer Seite des Substrats zu der anderen geleitet
werden, wodurch ermöglicht wird, daß die Überkreuzung
aufgrund von zwei Wegen auftritt, die nun auf
gegenüberliegenden Seiten liegen. Dies ist aus vielen Gründen eine
aufwendige Lösung (Löcher in Keramik sind ein letzter Ausweg, und
es kann zu Befestigungs- und Wärmeentfernungszwecken sehr
wünschenswert sein, daß sich auf einer Seite des Substrats
gar nichts befindet, usw.), ganz abgesehen davon, daß die
Auswirkung auf die Übertragungsleitung selbst
wahrscheinlich extrem wäre. Der Übergang von einer Seite des
Substrats zu der anderen würde aller Wahrscheinlichkeit nach
eine schwere Diskontinuität einführen. Andere Lösungen, die
die Überbrückung mit einer kurzen Leiterlänge umfassen, zum
Beispiel ein winziges Koaxialkabel, um eine
Übertragungsleitung zu überspringen, weisen ihre eigenen wesentlichen
Nachteile auf. Was ist zu tun?
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Vorrichtung für ein vereinfachtes Überkreuzen von
quasikoaxialen Übertragungsleitungen auf einem Substrat zu
schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1
gelöst.
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Eine Lösung für das Problem des Überkreuzens von
quasikoaxialen Übertragungsleitungen, die auf einem Substrat
hergestellt sind, ist es, zunächst alle quasi-koaxialen
Übertagungsleitungen herzustellen, die auf der
Substratebene bleiben und "überkreuzt" werden. Es gibt zwei Fälle:
eine wahre Masseebene aus Metall bedeckt das Substrat, oder
jede quasi-koaxiale Übertragungsleitung weist ihre eigene
mäanderförmige Unterhälftemasseabschirmung auf. In beiden
Fällen, weisen die überkreuzten quasi-koaxialen
Übertragungsleitungen, wenn dieselben fertig sind,
Oberhälftemasseabschirmungen auf, die mit einem Metall, das Masse ist,
mit dem Substrat verbunden sind. In dem Fall einer wahren
Masseebene sieht diese nun aus, als wäre sie von Würmern
heimgesucht worden. Falls es keine Masseebene gibt, muß nun
die Unterhälftemasseabschirmung der "kreuzenden"
quasikoaxialen Übertragungsleitung, die kreuzen muß, angelegt
werden. Dieselbe kann jede Oberhälftemasseabschirmung für
jede gekreuzte quasi-koaxiale Übertragungsleitung, die in
ihrem Weg liegt, überlagern. Falls es eine Masseebene gibt,
ist dieser Schritt nicht notwendig, da bereits überall
Masse ist. Nun wird eine Unterhälfteschicht aus
dielektrischem KQ-Material entlang dem Weg der kreuzenden quasi-
koaxialen Übertragungsleitung angelegt, einschließlich
rechts über der Oberseite jeder gekreuzten quasi-koaxialen
Übertragungsleitung. An diese Unterhälfteschicht aus
dielektrischem KQ-Material wird eine Metallschicht angelegt,
die der Mittelleiter der kreuzenden quasi-koaxialen
Übertragungsleitung wird. Nachfolgend wird die kreuzende
quasikoaxiale Übertragungsleitung durch Drucken einer
Oberhälfteschicht aus KQ-Dielektrikum, abgedeckt durch eine
Metallschicht, die die Oberhälfte der Masseabschirmung ist,
abgeschlossen. Die Kanten dieser Oberhälftenmasseabschirmung
berühren entweder die Masseebene oder den äußeren Abschnitt
der Unterhälftemasseabschirmung, die zu diesem Zweck breit
genug gemacht wurde.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung
werden nachfolgend Bezug nehmend auf beiliegende
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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Fig. 1 eine idealisierte Schnittansicht einer
herkömmlichen quasi-koaxialen Übertragungsleitung, die auf
einem Substrat aufgebracht ist;
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Fig. 2 eine idealisierte Schnittansicht von zwei
quasikoaxialen Übertragungsleitungen, die einander auf
einem Substrat gemäß einem Aspekt der Erfindung
kreuzen;
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Fig. 3 eine idealisierte Schnittansicht von zwei
quasikoaxialen Übertragungsleitungen, die einander auf
einem Substrat gemäß einem anderen Aspekt der
Erfindung kreuzen; und
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Fig. 4 eine idealisierte Schnittansicht von zwei
isolierten quasi-koaxialen Übertragungsleitungen,
die einander auf einem Substrat gemäß noch einem
weiteren Aspekt der Erfindung kreuzen.
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Nun wird auf Fig. 1 Bezug genommen, wo eine vereinfachte
Darstellung 1 einer herkömmlichen quasi-koaxialen
Übertragungsleitung gezeigt ist, die auf einem Substrat
hergestellt ist, das beispielsweise zu 96% aus Aluminiumoxid
bestehen und 0,04 Zoll dick sein kann. Die quasi-koaxiale
Übertragungsleitung ist im allgemeinen gemäß den
Dickfilmtechniken hergestellt, die in dem mitaufgenommenen '730 B1
Patent gelehrt werden. Insbesondere ist anzumerken, daß die
Masseebene 3, die auf der "Oberseite" des Substrats (d. h.
auf der gleichen Seite wie die quasi-koaxiale
Übertragungsleitung) angeordnet ist, und die sich, wie das bei
Masseebenen üblich ist, nach Bedarf in alle Richtungen frei
erstrecken kann. Die Masseebene kann aus Metall,
vorzugsweise Gold, bestehen, und falls in derselben Strukturen
benötigt werden, kann ein ätzbarer Dickfilm-Au-Prozeß, wie
zum Beispiel der Heraeus KQ-500, verwendet werden. Die
quasi-koaxiale Übertragungsleitung selbst umfaßt eine
Unterhälfteschicht oder einen Unterhälftestreifen 4 aus
dielektrischem KQ-Material, die/der nach Bedarf für den
gewünschten Weg der Übertragungsleitung mäanderförmig verläuft.
(Mit "mäanderförmig" ist nicht notwendigerweise gemeint,
daß ein Serpentinenweg eingeschlagen wird - nur, daß ein
solcher Verlauf vorgesehen ist, wenn es notwendig ist.)
Sobald diese Unterhälfteschicht 4 plaziert ist, wird eine
geeignete Schicht oder ein geeigneter Streifen aus Metall 5
(das vorzugsweise Au ist) auf der oberen Oberfläche der
Unterhälfteschicht 4 aufgebracht. Dieser Metallstreifen 5 ist
der Mittelleiter der quasi-koaxialen Übertragungsleitung.
Nachfolgend wird eine Oberhälfteschicht oder ein
Abdeckungsstreifen 6 des KQ-Dielektrikums auf der
Oberhälfteschicht 4 aufgebracht und umschließt den Mittelleiter 5.
Schließlich wird eine umschließende
Oberhälftemasseabschirmung 7 aus Metall (vorzugsweise Au) über die kombinierten
KQ-Schichten 4 und 5 aufgebracht, mit dem Ergebnis, daß der
Mittelleiter 5 vollständig durch Masse umgeben ist, und
somit eine quasi-koaxiale Übertragungsleitung wird. Die
charakteristische Impedanz dieser quasi-koaxialen
Übertragungsleitung wird auf bekannte Weise durch die
dielektrische Konstante des KQ-Materials und die Abmessungen der KQ-
Schichten 4 und 5 bestimmt. Somit kann die quasi-koaxiale
Übertragungsleitung 9 hergestellt werden, um eine spezielle
charakteristische Impedanz aufzuweisen, wie zum Beispiel
50 Ω, oder vielleicht 75 Ω, je nach Wunsch. Andernfalls kann
es jedoch der Fall sein, daß kein spezieller oder
konstanter Wert der charakteristischen Impedanz erforderlich ist
oder gewünscht ist, und das, was hergestellt wird,
lediglich abgeschirmte Leiter für die Übertragung von
Leistungsversorgung, Vorspannungen oder Steuerspannungen sind.
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Bevor die Beschreibung fortgesetzt wird, ist jedoch eine
kurze Anmerkung bezüglich der Masseebene 3 angemessen. Als
wahre Masseebene erbringt dieselbe die beste Leistung, wenn
dieselbe in der Tat eine breite Metallage ist, und das ist
auch das, was die Figur zeigt. Andererseits bieten die
Abschnitte einer solchen Masseebene, die nicht unterhalb der
quasi-koaxialen Übertragungsleitung liegen, keine
speziellen Vorteile für die Übertragungsleitung, da dieselbe eine
Übertragungsleitung ist, die isoliert betrachtet wird. Die
Situation kann komplexer werden, falls andere Schaltungen
auf einer Seite der Übertragungsleitung positioniert sind,
die es erfordern, daß stark HF-Ströme in einer Masseebene
übertragen werden; es wäre eine gute Praxis, solche Ströme
außerhalb der Abschirmung für die Übertragungsleitung zu
halten.
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Es gibt sogar mysteriöse Umstände, bei denen trotz bester
Bemühungen die Abschirmungen von zwei unterschiedlichen
Übertragungsleitungen von der Masse (und voneinander)
abweichen, und eine schädlicher HF-Strom durch die
Abschirmungen derselben zirkuliert, falls es ermöglicht wird, daß
dieselben sich an beiden Enden berühren. In jedem Fall kann
es wünschenswert sein, keine gesamte Ebene aus Metall zu
haben, die als Masse für alle die quasi-koaxialen
Übertragungsleitungen auf dem Substrat dient. Bei einem extremen
solchen Fall braucht nur der Weg der Übertragungsleitung
eine ausreichend breite Masse (Unterhälftemasseabschirmung)
aufweisen, die abgelegt wird, bevor die quasi-koaxiale
Übertragungsleitung auf derselben hergestellt wird.
Dieselbe müßte breit genug sein, eine gute Ausrichtung und eine
nachfolgenden elektrischen Kontakt mit der
Oberhälftmasseabschirmung zu ermöglichen. Und es kann wünschenswert sein,
daß, wenn diese quasi-koaxialen Übertragungsleitungen eine
andere kreuzt, ihre Abschirmungen keinen elektrischen
Kontakt erfahren.
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Es ist somit klar, daß entweder der Abschnitt einer
gesamten Masseebene, der direkt unterhalb der quasi-koaxialen
Übertragungsleitung liegt, oder ein ausreichend breites
mäanderförmiges Band aus Massemetall das bildet, was als
Unterhälftmasseabschirmung bezeichnet wurde. Vergleiche hier
die Beschriftung in Fig. 1 mit dem Element 14 in den Fig. 3
und 4.
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Bevor mit Fig. 2 fortgefahren wird, ist eine weitere kurze
Anmerkung bezüglich Fig. 1 angebracht. Dieselbe ist im
Prinzip eine Überarbeitung von Fig. 2 des aufgenommenen
'730 B1 Patents. Ein Vergleich würde jedoch das Fehlen der
optionalen Lastwiderstände 210 offenbaren. Dies ist
lediglich eine Vereinfachung unsererseits aufgrund der
Deutlichkeit und des leichten Verständnisses der Zeichnung. Es soll
nicht impliziert werden, und niemand sollte dies daraus
schließen, daß diese Widerstände notwendigerweise in jedem
der hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele fehlen. Im
Gegenteil, bei dieser Beschreibung wird die Position
eingenommen, daß es an dem Entwickler liegt, abhängig von den
Umständen zu entscheiden, ob dieselben vorliegen sollten
oder nicht.
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Nun wird auf Fig. 2 Bezug genommen, die eine
Querschnittsansicht 8 einer "gekreuzten" quasi-koaxialen
Übertragungsleitung (3, 4, 5, 6, 7) ist, die sich in einer Richtung
senkrecht zu der Seite erstreckt, und durch eine
"kreuzende" quasi-koaxiale Übertragungsleitung (3, 9, 10, 11, 12)
entlang einer Richtung parallel zu der Seite gekreuzt wird.
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Die Ansicht ist positioniert, um einen Mittelpunkt ihrer
Schnittstelle zu enthalten, so daß beide quasi-koaxialen
Übertragungsleitungen im Querschnitt gezeigt sind. Das
Element 9 ist eine Unterhälfteschicht aus dielektrischem KQ-
Material, das Element 10 ist ein Metallmittelleiter, das
Element 11 ist eine Oberhälfteschicht aus dielektrischem
KQ-Material, und das Element 12 ist eine
Oberhälftemasseabschirmung. Es wird angemerkt, daß das Substrat 2 durch eine
ausgedehnte Masseebene 3 abgedeckt ist, die somit als die
Unterhälftemasseabschirmung sowohl für die "gekreuzte" und
die "kreuzende" quasi-koaxiale Übertragungsleitung dient.
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Nachfolgend wird auf Fig. 3 Bezug genommen, wo ein etwas
anderer Umstand 13 in Fig. 2 dargestellt ist, wo aber
gleiche Elemente die gleichen Bezugszeichen behalten. Der
andere Umstand ist, daß die gekreuzte quasi-koaxiale
Übertragungsleitung (14, 4, 5, 6, 7) und die kreuzende
quasikoaxiale Übertragungsleitung (15, 9, 10, 11, 12) die
Masseebene nicht als ihre jeweilige Unterhälftemasseabschirmung
teilen. In diesem Fall sind diese
Unterhälftemasseabschirmungen (14, 15) unabhängig, obwohl es denselben ermöglicht
wird, an der Position der Kreuzung in elektrischen Kontakt
zu kommen. Das heißt, die Unterseite der
Unterhälftemasseabschirmung 15 der kreuzenden quasi-koaxialen
Übertragungsleitung ist in elektrischem Kontakt mit der oberen
Oberfläche der Oberhälftemasseabschirmung 7 (in der Tat
aufgebracht auf dieselbe)für die gekreuzte quasi-koaxiale
Übertragungsleitung. Das Element 15 berührt außerdem das
Element 14 an den Kanten des Elements 14.
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Man könnte annehmen, daß Fig. 3 mit einem Element 15, das
eine Masseebene von der Kante aus betrachtet ist,
konsistent ist. Dies ist möglich, erscheint aber
unwahrscheinlich. Eine wahrscheinlichere Situation für Fig. 3 ist, daß
die Region des Substrats 2 keine wahre ausgedehnte
Masseebene benötigt oder haben sollte, oder daß die Situation
überhaupt keine quasi-koaxialen Übertragungsleitungen
enthält, sondern lediglich abgeschirmte Leiter für Nicht-HF-
Spannungen. In jedem Fall ist anzumerken, daß das Element
14 eine bandartige Unterhälftemasseabschirmung ist,
unabhängig davon, ob die Unterhälftemasseabschirmung 15
ebenfalls bandartig ist oder eine wahre Masseebene (wie 3) ist.
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Nachfolgend wird auf Fig. 4 Bezug genommen, wo noch eine
weitere Anordnung 16 von kreuzenden quasi-koaxialen
Übertragungsleitungen (14, 4, 5, 6, 7 und 15, 9, 10, 11, 12)
dargestellt ist. Die Situation unterscheidet sich darin,
daß, aus welchen Gründen auch immer, die Masseabschirmungen
für diese quasi-koaxialen Übertragungsleitungen davon
abgehalten werden müssen, an der Position ihrer Kreuzung
einen elektrischen Kontakt zu erfahren. Zu diesem Zweck ist
anzumerken, daß eine geeignete Menge an nicht leitfähigem
Material 17 (das das dielektrische KQ-Material oder ein
anderer geeigneter Isolator sein kann) über die gekreuzte
quasi-koaxiale Übertragungsleitung (14, 4, 5, 6, 7) an der
Position aufgetragen wurde, wo sie durch die kreuzende
quasi-koaxiale Übertragungsleitung (15, 9, 10, 11, 12)
gekreuzt wird. Und falls gewünscht könnte die Form der
Aufbringung für das Material 17 durch Verlängern derselben
(und vielleicht auch Abschrägen derselben) in der linken
und rechten horizontalen Richtung (wie es in der Figur zu
sehen ist) zu verändern, um einen sanfteren Anstieg und
einen weniger abrupten Übergang zu liefern, der eine
konstantere charakteristische Konstanz für die kreuzende
quasikoaxiale Übertragungsleitung (15, 9, 10, 11, 12) aufweisen
könnte.
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Zusammenfassend ist klar, daß obwohl nicht jeder einzelne
Schritt des Reinigens, Aufbringens, Druckens, Maskierens,
Ätzens, Trimmens, usw., der zum Erzeugen der in den Figuren
gezeigten und beschriebenen Strukturen erscheint, einzeln
erwähnt wurde, ist es für einen Fachmann auf dem Gebiet der
Dickfilmtechnik trotzdem klar, wie aufgrund der Lehren der
eingeschlossenen '730 B1-Patents und der herkömmlichen
Praktiken der Dickfilmtechnik vorzugehen ist. Es ist
außerdem klar, daß die hierin offenbarten Techniken verwendet
werden können, um Überkreuzungen herzustellen, die mehr als
nur zwei quasi-koaxiale Übertragungsleitungen umfassen. Die
Topologie darüber, welche kreuzt und welche gekreuzt wird,
in welcher Reihenfolge, und ob dies einzeln auftritt oder
ob mehrere nahe zusammengruppiert sind und als eine Einheit
gekreuzt werden, sind alles wählbare Elemente innerhalb des
Schutzbereichs der Erfindung. In diesem Zusammenhang ist
anzumerken, daß man "Täler" zwischen benachbarten
quasikoaxialen Übertragungsleitungen mit einem Füller aus
dielektrischem KQ-Material füllen kann, um eine flachere
Oberfläche zu liefern, auf der eine kreuzende quasi-koaxiale
Übertragungsleitung hergestellt werden kann.