DE112021006156T5

DE112021006156T5 - Kompakter oberflächenmontierbarer Dünnschichtkoppler

Info

Publication number: DE112021006156T5
Application number: DE112021006156.9T
Authority: DE
Inventors: Michael Marek; Elinor O'Neill; Arie Leonid Talalaevsky; Nahum Bohmstein
Original assignee: Kyocera Avx Components Corp
Current assignee: Kyocera Avx Components Corp
Priority date: 2020-11-24
Filing date: 2021-11-23
Publication date: 2023-10-12
Also published as: JP2023550774A; CN116491024A; US20220165491A1; WO2022115403A1; TW202236734A

Abstract

Ein oberflächenmontierbarer Dünnschichtkoppler kann ein monolithisches Basissubstrat und eine Vielzahl von Anschlüssen, die über das monolithische Basissubstrat ausgebildet sind, umfassen. Der oberflächenmontierbare Dünnschichtkoppler kann wenigstens eine Dünnschichtkomponente mit wenigstens einem Anschluss aus der Vielzahl von Anschlüssen umfassen. Der oberflächenmontierbare Dünnschichtkoppler kann für einen Kopplungsfaktor sorgen, der über einen Kopplungsfrequenzbereich mit einer Untergrenze von mehr als 1 GHz und einer Obergrenze, die um wenigstens 200 MHz größer ist als die Untergrenze, größer als -5 dB und kleiner als -1 dB ist. Die Grundfläche des Kopplers kann kleiner als etwa 3 mm2sein.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldung
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 24. November 2020 eingereichten vorläufigen US-Patentanmeldung Serial-Nr. 63/117,615 , auf die in ihrer Gesamtheit hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Koppler koppeln im Allgemeinen eine Quellleitung mit einer gekoppelten Leitung ohne direkten elektrischen Kontakt und duplizieren ein elektrisches Signal aus der Signalleitung in die gekoppelte Leitung. Mit dem Trend hin zur Miniaturisierung sind kleine passive Koppler immer wünschenswerter geworden. Durch die Miniaturisierung ist es jedoch auch schwieriger geworden, solche kleinen Koppler auf Oberflächen zu montieren. Somit wäre ein kompakter oberflächenmontierbarer Dünnschichtkoppler in der Technik willkommen.
Kurzbeschreibung
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein oberflächenmontierbarer Dünnschichtkoppler ein monolithisches Basissubstrat und eine Vielzahl von Anschlüssen, die über das monolithische Basissubstrat ausgebildet sind, umfassen. Der oberflächenmontierbare Dünnschichtkoppler kann wenigstens eine Dünnschichtkomponente mit wenigstens einem Anschluss aus der Vielzahl von Anschlüssen umfassen. Der oberflächenmontierbare Dünnschichtkoppler kann für einen Kopplungsfaktor sorgen, der über einen Kopplungsfrequenzbereich mit einer Untergrenze von mehr als 1 GHz und einer Obergrenze, die um wenigstens 200 MHz größer ist als die Untergrenze, größer als -5 dB ist. Die Grundfläche des Kopplers kann kleiner als etwa 3 mm² sein.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein oberflächenmontierbarer Dünnschichtkoppler ein monolithisches Basissubstrat und eine Vielzahl von Anschlüssen, die über das monolithische Basissubstrat ausgebildet sind, umfassen. Die Vielzahl von Anschlüssen kann einen isolierten Anschluss, einen Kopplungsanschluss, einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss umfassen. Zwischen den Eingangsanschluss und den Ausgangsanschluss kann eine erste Dünnschichtinduktivität geschaltet sein. Eine zweite Dünnschichtinduktivität kann zwischen den Kopplungsanschluss und den isolierten Anschluss geschaltet und induktiv an den ersten Dünnschichtinduktor gekoppelt sein. Die Grundfläche des Kopplers kann kleiner als etwa 3 mm² sein.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Verfahren zur Bildung eines oberflächenmontierbaren Dünnschichtkopplers das Bereitstellen eines monolithischen Basissubstrats und das Bilden einer Vielzahl von Anschlüssen über das monolithische Basissubstrat umfassen. Die Vielzahl von Anschlüssen kann einen isolierten Anschluss, einen Kopplungsanschluss, einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss umfassen. Das Verfahren kann die Bildung einer ersten Dünnschichtinduktivität, der zwischen den Eingangsanschluss und den Ausgangsanschluss geschaltet ist, umfassen. Das Verfahren kann die Bildung einer zweiten Dünnschichtinduktivität, der zwischen den Kopplungsanschluss und den isolierten Anschluss geschaltet und induktiv an den ersten Dünnschichtinduktor gekoppelt ist, umfassen. Die Grundfläche des Kopplers kann kleiner als etwa 3 mm² sein.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In der Beschreibung ist unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen eine vollständige und nacharbeitbare Offenbarung der vorliegenden Erfindung einschließlich seiner besten Realisierung, die sich an den Fachmann wendet, dargelegt, wobei:

1 eine schematische Ansicht eines kompakten oberflächenmontierbaren Dünnschichtkopplers gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung zeigt;
2 eine Ansicht einer Ausführungsform eines Kopplers gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung von oben nach unten zeigt;
3 eine seitliche Draufsicht auf den Koppler von 2 ist;
4A eine exemplarische erste strukturierte leitfähige Schicht, die über einem monolithischen Substrat eines kompakten oberflächenmontierbaren Dünnschichtkopplers gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung ausgebildet sein kann, zeigt;
4B eine exemplarische zweite strukturierte leitfähige Schicht, die über die erste Schicht von 4A gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung ausgebildet sein kann, zeigt;
4C eine exemplarische zweite strukturierte leitfähige Schicht, die über die zweite Schicht von 4B gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung ausgebildet sein kann, zeigt;
5 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Bildung eines oberflächenmontierbaren Kopplers gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung ist;
6 eine Graphik von theoretisch berechneten S-Parametern für einen 3-dB-Koppler, der im Wesentlichen wie der Koppler der 1 und 4C konfiguriert, der über einen Frequenzbereich, der sich von 2 GHz bis 3 GHz erstreckt, ist;
7 eine Graphik von theoretisch berechneten S-Parametern für einen 3-dB-Koppler, der im Wesentlichen wie der Koppler der 1 und 4C konfiguriert, der über einen Frequenzbereich, der sich von 3 GHz bis 4,5 GHz erstreckt, ist; und
8 eine Stromquelle zeigt, die Koppler gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung beinhaltet.

Bei mehrfacher Verwendung von Bezugszeichen überall in der vorliegenden Beschreibung und den Begleitzeichnungen sollen diese dieselben oder analoge Merkmale oder Elemente der Erfindung repräsentieren.
Ausführliche Beschreibung von repräsentativen Ausführungsformen
Ein oberflächenmontierbarer Dünnschichtkoppler wird bereitgestellt, der für eine gleichmäßige Kopplung bei hohen Frequenzen in einem kompakten oberflächenmontierbaren Gehäuse sorgt. Koppler reproduzieren im Allgemeinen ein eingekoppeltes Signal in einem gekoppelten Anschluss als Reaktion darauf, dass ein Eingangssignal an einen Eingangsanschluss des Kopplers angelegt wird. In einigen Ausführungsformen kann der Koppler als 3-dB-Splitter/Combiner konfiguriert sein. Eine 3-dB-Weiche/Combiner kann das Eingangssignal annährend gleichmäßig zwischen dem gekoppelten Anschluss und einem Ausgangsanschluss aufteilen. Das Eingangssignal kann in jeder der gekoppelten Leitung und der Ausgangsleitung mit der Hälfte der Amplitude des Eingangssignals reproduziert werden. Ebenso kann die 3-dB-Splitter/Combiner ein erstes Signal, das an den Eingangsanschluss angelegt wird, und ein zweites Signal, das an den gekoppelten Anschluss angelegt wird, miteinander kombinieren, so dass am Ausgangsanschluss ein kombiniertes Signal entsteht. Solche 3-dB-Splitter/Combiner haben eine Vielzahl von Anwendungen einschließlich als Stromquellen, wie es zum Beispiel im Folgenden unter Bezugnahme auf 8 beschrieben ist.
Im Allgemeinen liefert der vorliegend offenbarte Dünnschichtkoppler ausgezeichnete Leistungsmerkmale in einem sehr kompakten oberflächenmontierbaren Gehäuse. Daher kann der Dünnschichtkoppler mit wenig Platz auskommen (z.B. kleine Grundfläche), wenn er auf einer Oberfläche, wie einer Leiterplatte, montiert ist. Diese kompakte Größe kann besonders nützlich sein, da Vorrichtungen, die Oberflächenmontagetechnik einsetzen, wie Stromquellen, immer kleiner werden.
Zum Beispiel kann der Koppler einen kleine Grundfläche haben und daher weniger Platz zur Montage auf einer Leiterplatte erfordern. Der Koppler kann eine Grundfläche von weniger als etwa 3 mm², in einigen Ausführungsformen weniger als etwa 2,5 mm², in einigen Ausführungsformen weniger als etwa 2,0 mm², in einigen Ausführungsformen weniger als etwa 1,5 mm², in einigen Ausführungsformen weniger als etwa 1,0 mm², in einigen Ausführungsformen weniger als etwa 0,8 mm² und in einigen Ausführungsformen weniger als etwa 0,6 mm² aufweisen.
Der Koppler kann eine Länge aufweisen, die kleiner als etwa 2,0 mm, in einigen Ausführungsformen kleiner als etwa 1,8 mm, in einigen Ausführungsformen kleiner als etwa 1,5 mm und in einigen Ausführungsformen kleiner als etwa 1,1 mm ist. Die Breite des Kopplers kann kleiner als etwa 1,2 mm, in einigen Ausführungsformen kleiner als etwa 1 mm, in einigen Ausführungsformen kleiner als etwa 0,8 mm, in einigen Ausführungsformen kleiner als etwa 0,7 mm und in einigen Ausführungsformen kleiner als etwa 0,6 mm sein. In einigen Ausführungsformen kann der Dünnschichtkoppler eine EIA-Gehäusegröße von 1206, 805, 0504, 0402, 0303, 0202 oder weniger aufweisen.
Der Koppler kann im Allgemeinen ein monolithisches Basissubstrat umfassen. Wenigstens ein Anschluss (z.B. ein Eingangsanschluss, ein Ausgangsanschluss, ein Kopplungsanschluss und/oder ein isolierter Anschluss) kann auf der Außenseite des Kopplers exponiert sein, damit der Koppler einer Oberflächenmontage unterzogen werden kann, zum Beispiel in einer Montage des Grid-Array-Typs (z.B. Montage des Land-Grid-Array(LGA)-Typs, Montage des Ball-Grid-Array(BGA)-Typs usw.). Der Koppler kann ein monolithisches Basissubstrat und eine Vielzahl von Anschlüssen, die über das monolithische Basissubstrat ausgebildet sind, umfassen. Wenigstens eine Dünnschichtkomponente kann an wenigstens einen Anschluss aus der Vielzahl von Anschlüssen angeschlossen sein. Der oberflächenmontierbare Dünnschichtkoppler kann für einen Kopplungsfaktor sorgen, der über einen Kopplungsfrequenzbereich mit einer Untergrenze von mehr als 1 GHz und einer Obergrenze, die um wenigstens 200 MHz größer ist als die Untergrenze, größer als -5 dB ist. Zum Beispiel kann die Untergrenze des Kopplungsfrequenzbereichs im Bereich von etwa 1 GHz bis etwa 8 GHz, in einigen Ausführungsformen von etwa 1,5 GHz bis etwa 6 GHz und in einigen Ausführungsformen von etwa 2 GHz bis etwa 4 GHz liegen. Die Obergrenze kann um 200 MHz oder mehr größer als die Untergrenze, in einigen Ausführungsformen um 300 MHz oder mehr größer als die Untergrenze, in einigen Ausführungsformen um 500 MHz oder mehr größer als die Untergrenze, in einigen Ausführungsformen um 800 MHz oder mehr größer als die Untergrenze, in einigen Ausführungsformen um 1 GHz oder mehr größer als die Untergrenze und in einigen Ausführungsformen um 2 GHz oder mehr größer als die Untergrenze sein.
In einigen Ausführungsformen kann der Koppler einen Kopplungsfaktor aufweisen, der über den Kopplungsfrequenzbereich größer als -5 dB und kleiner als -1 dB ist. Zum Beispiel kann, wie oben erwähnt, der Koppler in einigen Ausführungsformen ein 3-dB-Koppler sein. In solchen Ausführungsformen kann der Koppler einen Kopplungsfaktor von etwa -3 dB aufweisen. Zum Beispiel kann der Koppler einen Kopplungsfaktor aufweisen, der zwischen -2 dB und -4 dB und in einigen Ausführungsformen zwischen -2,5 dB und -3,5 dB liegt. Als weiteres Beispiel kann sich der Kopplungsfrequenzbereich von etwa 2 GHz bis etwa 3 GHz, in einigen Ausführungsformen von etwa 2 GHz bis etwa 4 GHz und in einigen Ausführungsformen von etwa 3 GHz bis etwa 4.5 GHz erstrecken.
Der Koppler kann für eine konsistente Kopplung über den Kopplungsfrequenzbereich sorgen. Zum Beispiel kann der Koppler einen Kopplungsfaktor aufweisen, der über den Kopplungsfrequenzbereich um weniger als 5 dB, in einigen Ausführungsformen um weniger als 4,5 dB und in einigen Ausführungsformen um weniger als 4 dB, in einigen Ausführungsformen um weniger als 3,5 dB und in einigen Ausführungsformen um weniger als 3 dB variiert. Der Kopplungsfaktor kann um weniger als 5 dB pro GHz, in einigen Ausführungsformen um weniger als 3 dB pro GHz, in einigen Ausführungsformen um weniger als 2 dB pro GHz, in einigen Ausführungsformen um weniger als 1,5 dB pro GHz und in einigen Ausführungsformen um weniger als 1,2 dB pro GHz variieren.
Der Koppler kann einen Isolationsfaktor aufweisen, der über den Kopplungsfrequenzbereich um weniger als etwa -10 dB, in einigen Ausführungsformen um weniger als etwa -12 dB, in einigen Ausführungsformen um weniger als etwa -14 dB, in einigen Ausführungsformen um weniger als etwa -16 dB und in einigen Ausführungsformen um weniger als -17 dB variiert. Ein niedriger Isolationsfaktor über den Kopplungsfrequenzbereich zeigt eine ausgezeichnete Richtwirkung an. Dagegen würde ein hoher Isolationsfaktor (z.B. ein Isolationsfaktor von mehr als -10 dB) einen verlustreichen Koppler anzeigen.
Der Koppler kann eine oder mehrere Dünnschichtkomponenten umfassen, die so konfiguriert sind, dass sie als Reaktion auf ein durch den Eingangsanschluss empfangenes Eingangssignal im Kopplungsanschluss (z.B. in Bezug auf den isolierten Anschluss) ein gekoppeltes Signal erzeugen können. Zum Beispiel kann der Koppler eine erste Dünnschichtinduktivität, der zwischen den Eingangsanschluss und den Ausgangsanschluss geschaltet ist, umfassen. Der Koppler kann eine zweite Dünnschichtinduktivität, der zwischen den Kopplungsanschluss und den isolierten Anschluss geschaltet und induktiv an der ersten Dünnschichtinduktivität gekoppelt ist, umfassen.
In einigen Ausführungsformen kann der Koppler eine oder mehrere Dünnschichtkondensatoren umfassen. Zum Beispiel kann zwischen den Eingangsanschluss und den Kopplungsanschluss ein erster Dünnschichtkondensator geschaltet sein. Ein zweiter Dünnschichtkondensator kann zwischen den isolierten Anschluss und den Ausgangsanschluss geschaltet sein.
Der Koppler kann ein monolithisches Basissubstrat umfassen. Über dem monolithischen Basissubstrat kann eine Vielzahl von Schichten ausgebildet sein. Die Vielzahl von Schichten kann dielektrische Materialien und/oder Schutzmaterialien umfassen. Der Koppler kann strukturierte leitfähige Schichten umfassen, die Dünnschichtkomponenten umfassen, welche auf und/oder zwischen den verschiedenen Schichten ausgebildet sind. In einigen Ausführungsformen kann über den Schichten eine Deckschicht ausgebildet sein. Die Deckschicht kann eine Vielzahl von geeigneten Materialien, wie Siliciumoxidnitrid, umfassen. In einigen Ausführungsformen kann über der Deckschicht eine erste Schutzschicht ausgebildet sein. Die erste Schutzschicht kann eine Vielzahl von geeigneten Materialien, wie Polyimid, umfassen.
Die Anschlüsse können sich durch die Schichten (und gegebenenfalls eine erste Schutzschicht) hindurch erstrecken und können elektrisch an eine erste strukturierte leitfähige Schicht (z.B. an das monolithische Substrat angrenzend), eine zweite strukturierte leitfähige Schicht und/oder eine dritte strukturierte leitfähige Schicht angeschlossen sein. Die Anschlüsse können über eine äußere Fläche der Deckschicht hinausragen, so dass der Koppler über die Anschlüsse (z.B. als „Flip-Chip“) montiert und elektrisch angeschlossen (z.B. an eine Leiterplatte) werden kann. Die Anschlüsse können durch selektives Ätzen und anschließende Abscheidung eines leitfähigen Materials (z.B. Kupfer) ausgebildet werden, zum Beispiel durch Galvanisieren. Die Anschlüsse können eine oder mehrere Schichten über dem leitfähigen Material umfassen, wie eine Metallisierung aus Zinn, Nickel oder einem Gemisch davon.
So, wie der Ausdruck hier verwendet wird, kann sich eine erste Schicht, die „über“ einer zweiten Schicht „ausgebildet“ ist, darauf beziehen, dass die erste Schicht in Bezug auf eine Dickenrichtung des Kopplers über der zweiten Schicht angeordnet ist. Die erste Schicht kann direkt in Kontakt mit der zweiten Schicht stehen. Es können jedoch auch Zwischenschichten dazwischen ausgebildet sein, so dass die erste Schicht und die zweite Schicht einander nicht direkt berühren.
Die Deckschicht kann ein geeignetes keramisches dielektrisches Material umfassen, wie es zum Beispiel im Folgenden beschrieben ist. Die Deckschicht kann eine Dicke aufweisen, die im Bereich von etwa 100 Mikrometer bis etwa 600 Mikrometer, in einigen Ausführungsformen etwa 125 Mikrometer bis etwa 500 Mikrometer, in einigen Ausführungsformen etwa 150 Mikrometer bis etwa 400 Mikrometer und in einigen Ausführungsformen etwa 175 Mikrometer bis etwa 300 Mikrometer liegt.
Das Basissubstrat, die dielektrische Schicht und/oder die Deckschicht können ein oder mehrere geeignete keramische Materialien umfassen. Geeignete Materialien sind im Allgemeinen elektrisch isolierend und thermisch leitfähig. Beispiele für dielektrische Materialien sind Hafniumdioxid (HfO₂), Aluminiumoxid (Al₂O₃), Tantalpentoxid (Ta₂O₅), Siliciumoxidnitrid, Siliciumnitrid, Siliciumoxid und organische Materialien, wie Seide. In alternativen Ausführungsformen können ein oder mehrere der folgenden dielektrischen Materialien eingesetzt werden: Bariumtitanat, Strontiumtitanat, Strontiumbariumtitanat, Bismutstrontiumtantalat, Niob, Oxide oder Nitride solcher Materialien, NPO (COG), X7R-, X7S-, Z5U-, Y5V-Zubereitungen, Materialien auf Bleibasis, wie dotierte oder undotierte PZT-Dielektrika, und andere.
Das Basissubstrat und/oder die Deckschicht können Glas, Keramik, organische Stoffe oder ein Gemisch davon umfassen. Zusätzliche exemplarische Materialien für das Basissubstrat und/oder die Deckschicht sind Tonerde, Aluminiumnitrid, Berylliumoxid, Aluminiumoxid, Bornitrid, Silicium, Siliciumcarbid, Siliciumoxid, Galliumarsenid, Galliumnitrid, Zirconiumdioxid, Gemische davon, Oxide und/oder Nitride solcher Materialien oder jedes andere geeignete keramische Material. Weitere keramische Materialien sind Calciumtitanat (CaTiO₃), Zinkoxid (ZnO), Keramiken, die niedrig geglühtes Glas enthalten, oder andere glasartig verbundene Materialien.
In einigen Ausführungsformen können das Basissubstrat, die dielektrische Schicht und/oder die Deckschicht Saphir oder Rubin umfassen. Saphir und Rubin sind Arten von Korund, das eine kristalline Form von Aluminiumoxid (eines keramischen Materials), das zusätzliche Spurenmaterialien enthält, ist. Ein Substrat, das Saphir umfasst, kann mehrere Vorteile bringen, einschließlich einer ausgezeichneten elektrischen Isolierung, Wärmeableitung und Hochtemperaturstabilität. Da Saphir außerdem im Wesentlichen transparent ist, können innere Merkmale des Kopplers visuell untersucht werden, was die Zeit und den Aufwand, die mit der Überprüfung der Qualität fertiger Komponenten verbunden sind, reduziert.
Das Basissubstrat, die dielektrische Schicht und/oder die Deckschicht können ein Material umfassen, das eine Dielektrizitätskonstante aufweist, die kleiner als etwa 30 aus einer Bestimmung gemäß ASTM D2149-13 bei einer Arbeitstemperatur von 25°C und Frequenz von 1 kHz, in einigen Ausführungsformen kleiner als etwa 25, in einigen Ausführungsformen kleiner als etwa 20 und in einigen Ausführungsformen kleiner als etwa 15 ist. In anderen Ausführungsformen jedoch kann ein Material, das eine Dielektrizitätskonstante von mehr als 30 aufweist, verwendet werden, um höhere Frequenzen und/oder kleinere Komponenten zu erreichen. In solchen Ausführungsformen zum Beispiel kann die Dielektrizitätskonstante in einem Bereich von etwa 30 bis etwa 120 oder mehr aus einer Bestimmung gemäß ASTM D2149-13 bei einer Arbeitstemperatur von 25°C und Frequenz von 1 kHz, in einigen Ausführungsformen etwa von 50 bis etwa 100 und in einigen Ausführungsformen etwa von 70 bis etwa 90 liegen.
Die Dünnschichtkomponenten können aus einer Vielzahl geeigneter Materialien gebildet sein. Die Dünnschichtinduktoren und/oder -kondensatoren können leitfähige Schichten umfassen. Die leitfähigen Schichten können eine Vielzahl geeigneter leitfähiger Materialien umfassen. Beispiele für leitfähige Materialien sind Kupfer, Nickel, Gold, Zinn, Blei, Palladium, Silber und Legierungen davon. Es kann jedoch jedes beliebige leitfähige metallische oder nichtmetallische Material verwendet werden, das für die Dünnschichtfabrikation geeignet ist. In einigen Ausführungsformen kann der Koppler einen Dünnschichtwiderstand umfassen. Der Dünnschichtwiderstand kann eine Widerstandsschicht umfassen, die aus einer Vielzahl von geeigneten Widerstandsmaterialien gebildet sein kann. Zum Beispiel kann die Widerstandsschicht Tantalnitrid (TaN), Nickelchrom (NiCr), Tantalaluminid, Chromsilicium, Titannitrid, Titanwolfram, Tantalwolfram, Oxide und/oder Nitride solcher Materialien und/oder irgendwelche anderen geeigneten Dünnschicht-Widerstandsmaterialien umfassen.
Die Schichten der Dünnschichtkomponente oder -komponenten können Dicken aufweisen, die etwa 50 Mikrometer oder weniger, in einigen Ausführungsformen 20 Mikrometer oder weniger, in einigen Ausführungsformen 10 Mikrometer oder weniger und in einigen Ausführungsformen 5 Mikrometer oder weniger betragen. In einigen Ausführungsformen zum Beispiel kann die Dicke der Dünnschichtkomponenten im Bereich von etwa 0,05 Mikrometer bis etwa 50 Mikrometer, in einigen Ausführungsformen von etwa 0,1 Mikrometer bis etwa 20 Mikrometer, in einigen Ausführungsformen von etwa 0,3 Mikrometer bis etwa 10 Mikrometer und in einigen Ausführungsformen von etwa 1 Mikrometer bis etwa 5 Mikrometer liegen.
Die Dünnschichtkomponenten können unter Verwendung einer Vielzahl von geeigneten subtraktiven, semiadditiven oder volladditiven Verfahren präzise geformt werden. Zum Beispiel kann physikalische Gasphasenabscheidung und/oder chemische Gasphasenabscheidung verwendet werden. In einigen Ausführungsformen zum Beispiel können die Dünnschichtkomponenten mit Hilfe des Sputterns, einer Art physikalischer Gasphasenabscheidung, gebildet werden. Es kann jedoch auch eine Vielzahl anderer geeigneter Verfahren verwendet werden, und dazu gehören zum Beispiel plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD), stromlose Metallisierung und Galvanisierung. Lithographiemasken und Ätzen können verwendet werden, um die gewünschte Form der Dünnschichtkomponenten zu produzieren. Es kann auch eine Variante geeigneter Ätztechniken verwendet werden, einschließlich Trockenätzen unter Verwendung eines Plasmas eines reaktiven oder unreaktiven Gases (z.B. Argon, Stickstoff, Sauerstoff, Chlor, Bortrichlorid) und/oder Nassätzen.
In einigen Ausführungsformen kann der Koppler wenigstens eine Haftschicht in Kontakt mit einer oder mehreren der Dünnschichtkomponenten umfassen. Bei der Haftschicht kann es sich um eine Vielzahl von Materialien, die für die Verbesserung der Haftung zwischen den Dünnschichtkomponenten und benachbarter Schichten, wie dem Basissubstrat, der dielektrischen Schicht und/oder der Deckschicht geeignet sind, handeln, oder sie kann diese umfassen. Als Beispiel kann die Haftschicht wenigstens eines aus Ta, Cr, TaN, TiW, Ti oder TiN umfassen. Zum Beispiel kann es sich bei der Haftschicht um Tantal (Ta) (z.B. Tantal oder ein Oxid oder Nitrid davon) handeln, oder sie kann diese umfassen, und sie kann zwischen den Mikrostreifen und dem Basissubstrat ausgebildet sein, um die Haftung dazwischen zu verbessern. Ohne uns auf eine Theorie festlegen zu wollen, nehmen wir an, dass das Material der Haftschicht so ausgewählt sein kann, dass Phänomene wie Gitterfehlanpassung und Restspannungen überwunden werden.
Die Haftschicht oder -schichten können eine Vielzahl von geeigneten Dicken aufweisen. In einigen Ausführungsformen zum Beispiel können die Dicken der Haftschicht oder -schichten im Bereich von etwa 100 Angström bis etwa 1000 Angström, in einigen Ausführungsformen von etwa 200 Angström bis etwa 800 Angström, in einigen Ausführungsformen von etwa 400 Angström bis etwa 600 Angström liegen.
Wie gesagt, kann der Koppler für die Oberflächenmontage auf eine Montagefläche, wie eine Leiterplatte (PCB), konfiguriert sein, wobei die entlang der Bodenfläche des Kopplers exponierten Anschlüsse verwendet werden, damit die Komponente einer Oberflächenmontage unterzogen werden kann. Zum Beispiel kann der Koppler für eine Oberflächenmontage des Grid-Array-Typs konfiguriert sein, wie eine Montage des Land-Grid-Array(LGA)-Typs, eine Montage des Ball-Grid-Array(BGA)-Typs oder irgendeinen anderen geeigneten Typ der Oberflächenmontage des Grid-Array-Typs. Daher kann es sein, dass sich der oder die Anschlüsse nicht entlang Seitenflächen des Basissubstrats erstrecken, wie zum Beispiel bei einer oberflächenmontierten Vorrichtung (SMD). Daher können in einigen Ausführungsformen Seitenflächen des Basissubstrats und/oder des Kopplers frei von leitfähigem Material sein.
In einigen Ausführungsformen kann der Koppler eine erste Schutzschicht, die entlang einer Unterseite des Kopplers exponiert ist, und/oder eine zweite Schutzschicht, die entlang einer Oberseite des Kopplers exponiert ist, umfassen. Zum Beispiel kann die erste Schutzschicht über der Deckschicht ausgebildet sein. In einigen Ausführungsformen kann die zweite Schutzschicht über der zweiten Fläche des monolithischen Basissubstrats ausgebildet sein. Die erste Schutzschicht und/oder zweite Schutzschicht kann eine Schicht aus einem polymeren Material (z.B. Polyimid), SiNO, Al₂O₃, SiO₂, Si₃N₄, Benzocyclobuten oder Glas umfassen. Die erste Schutzschicht und/oder zweite Schutzschicht können Dicken aufweisen, die im Bereich von etwa 1 Mikrometer bis etwa 300 Mikrometer, in einigen Ausführungsformen von etwa 5 Mikrometer bis etwa 200 Mikrometer und in einigen Ausführungsformen von etwa 10 Mikrometer bis etwa 100 Mikrometer liegen.
I. Exemplarische Ausführungsformen
1 zeigt eine schematische Ansicht eines Kopplers 100 gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung. Der Koppler 100 kann einen Eingangsanschluss 102, einen Ausgangsanschluss 104, einen Kopplungsanschluss 106 und einen isolierten Anschluss 108 umfassen. Eine erste Induktivität 110 kann induktiv an einer zweiten Induktivität 112 gekoppelt sein. Die erste Induktivität 110 kann zwischen dem Einlassanschluss 102 und dem Auslassanschluss 104 angeschlossen sein. Die zweite Dünnschichtinduktivität 112 kann zwischen dem Kopplungsanschluss 106 und dem isolierten Anschluss 108 angeschlossen sein.
In einigen Ausführungsformen kann zwischen den Eingangsanschluss 102 und den Kopplungsanschluss 106 ein erster Dünnschichtkondensator 114 geschaltet sein. Ein zweiter Dünnschichtkondensator 116 kann zwischen den isolierten Anschluss 108 und den Ausgangsanschluss 104 geschaltet sein.
Innerhalb des Umfangs dieser Offenbarung können jedoch auch alternative Konstellationen eingesetzt werden. Zum Beispiel können ein oder mehrere Kondensatoren 114, 116 weggelassen werden. Es können auch zusätzliche Kondensatoren, Induktivitätenund/oder Widerstände eingesetzt werden, um gewünschte Leistungsmerkmale zu erhalten. Der Fachmann wäre sich darüber im Klaren, dass innerhalb des Umfangs der vorliegenden Offenbarung eine Vielzahl von Konstellationen möglich sind.
2 zeigt eine Ansicht einer Ausführungsform eines Kopplers 200 gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung von oben nach unten. Der Koppler 200 kann eine Vielzahl von Anschlüssen umfassen, einschließlich zum Beispiel eines Eingangsanschlusses 202, eines Ausgangsanschlusses 204, eines Kopplungsanschlusses 206 und/oder eines isolierten Anschlusses 208. Eine erste Dünnschichtinduktivität 210 kann induktiv an eine zweite Dünnschichtinduktivität 212 gekoppelt sein. Die erste Induktivität 210 kann zwischen dem Einlassanschluss 202 und dem Auslassanschluss 204 angeschlossen sein. Zum Beispiel kann der ersten Dünnschichtinduktivität 210 eine strukturierte leitfähige Leitung beinhalten, die in einer Dickenrichtung des Kopplers 200 von einer strukturierten leitfähigen Leitung der zweiten Dünnschichtinduktivität 212 getrennt ist, wie es zum Beispiel im Folgenden unter Bezugnahme auf die 4A bis 4C beschrieben ist. Der zweite Dünnschichtinduktor 212 kann zwischen dem Kopplungsanschluss 206 und dem isolierten Anschluss 208 angeschlossen sein, zum Beispiel über einen oder mehrere Durchkontakte 209. Diezweite Dünnschichtinduktivität 212 kann eine strukturierte leitfähige Leitung umfassen, die in einer Dickenrichtung des Kopplers 200 von einer strukturierten leitfähigen Leitung der ersten Dünnschichtinduktivität 210 getrennt ist (z.B. durch die zweite Schicht 244, die in 3 gezeigt ist).
In einigen Ausführungsformen kann zwischen den Eingangsanschluss 202 und den Kopplungsanschluss 206 ein erster Dünnschichtkondensator 214 geschaltet sein. Der erste Dünnschichtkondensator 214 kann aus einem ersten Teil 214a und einem zweiten Teil 214b gebildet sein. Der erste Teil 214a kann durch eine erste strukturierte leitfähige Leitung auf einer Schicht des Kopplers 200 ausgebildet sein, und der zweite Teil 214b kann durch eine zweite strukturierte leitfähige Leitung auf einer anderen Schicht, die in der Dickenrichtung des Kopplers 200 von der Schicht mit dem ersten Teil 214a getrennt ist, ausgebildet sein. Ein zweiter Dünnschichtkondensator 216 kann zwischen den isolierten Anschluss 208 und den Ausgangsanschluss 204 geschaltet sein. Der zweite Dünnschichtkondensator 216 kann aus einem ersten Teil 216a und einem zweiten Teil 216b gebildet sein. Der erste Teil 216a kann durch eine erste strukturierte leitfähige Leitung auf einer Schicht des Kopplers 200 ausgebildet sein, und der zweite Teil 216b kann durch eine zweite strukturierte leitfähige Leitung auf einer anderen Schicht, die in der Dickenrichtung des Kopplers 200 von der Schicht mit dem ersten Teil 216a getrennt ist, ausgebildet sein.
Der Koppler 200 kann eine Länge 218 in einer Längsrichtung 220 und eine Breite 222 in einer seitlichen Richtung 224 aufweisen. Wie vorher angesprochen, kann der Koppler 200 eine geringe Grundfläche (z.B. weniger als etwa 3 mm²), der definiert werden kann als Fläche des Kopplers 200, die gleich der Länge 218 mal der Breite 222 des Kopplers aufweisen und somit weniger Platz zur Montage auf einer Leiterplatte erfordern.
Es wird davon ausgegangen, dass die Unterschiede in der Schattierung zwischen verschiedenen Elementen, wie die gepunktete Schattierung des ersten Teils 214a des ersten Dünnschichtkondensators 214 und des ersten Teils 216a des zweiten Dünnschichtkondensators 216, die Gitterschattierung der ersten Dünnschichtinduktivität 210 und die schraffierte Schattierung der zweiten Dünnschichtinduktivität 212, nur dazu dienen, auf die Figuren zu verweisen, wie zwischen verschiedenen Elementen in 2 zu differenzieren. Weiterhin zeigt 2 die Position oder den Aufbau verschiedener Elemente des Kopplers 200, wie die Anschlüsse 202, 204, 206, 208, der ersten Induktivität 210, der zweiten Induktivität 212, den ersten Kondensator 214, den zweiten Kondensator 12 usw., in Bezug zueinander in wenigstens zwei Ausführungsformen des Kopplers 200, und 2 stellt nicht unbedingt die relativen Positionen der verschiedenen strukturierten leitfähigen Leitungen, zum Beispiel in der Dickenrichtung, dar.
Mit Bezug auf 3, kann der Koppler 200 ein monolithisches Basissubstrat 240 umfassen. Eine erste Schicht 242 kann in Bezug auf eine Dickenrichtung 243 des Kopplers 200 über dem monolithischen Basissubstrat 240 ausgebildet sein. Über der ersten Schicht 242 kann eine zweite Schicht 244 ausgebildet sein. Über der zweiten Schicht 244 kann eine Deckschicht 246 ausgebildet sein. Über dem monolithischen Basissubstrat 240 kann eine erste strukturierte leitfähige Schicht 248 ausgebildet sein. Über der ersten Schicht 242 kann eine zweite strukturierte leitfähige Schicht 250 ausgebildet sein. Über der zweiten Schicht 244 kann eine dritte strukturierte leitfähige Schicht 252 ausgebildet sein. Über einer oder mehreren der strukturierten leitfähigen Schichten 248, 250, 242 und/oder über der ersten Schicht 242, der zweiten Schicht 244 und/oder der dritten Schicht 246 können eine oder mehrere Schutzschichten ausgebildet sein. Zum Beispiel kann eine Schutzschicht zwischen der zweiten strukturierten leitfähigen Schicht 248 und der ersten Schicht 242 ausgebildet sein. Die Schutzschicht oder -schichten können ein polymeres Material, wie Polyimid, umfassen.
Durch eine oder mehrere der Schichten 242, 244 hindurch können ein oder mehrere Durchkontakte 209 ausgebildet sein. Die Deckschicht 246 kann eine Vielzahl von geeigneten Materialien, wie Siliciumoxidnitrid, umfassen. In einigen Ausführungsformen kann über der Deckschicht 246 eine erste Schutzschicht ausgebildet sein. Die erste Schutzschicht kann eine Vielzahl von geeigneten Materialien, wie Polyimid, umfassen.
Mit Bezug auf 3, können sich die Anschlüsse 202, 204, 206, 208 durch die Schichten 242, 244, 246 (und gegebenenfalls eine erste Schutzschicht) hindurch erstrecken und elektrisch an die erste strukturierte leitfähige Schicht 248, die zweite strukturierte leitfähige Schicht 250 und/oder die dritte strukturierte leitfähige Schicht 252 angeschlossen sein, wie es zum Beispiel unter Bezugnahme auf die 4A bis 4C beschrieben und veranschaulicht ist.
Die Anschlüsse 202, 204, 206, 208 können über eine äußere Fläche 254 der Deckschicht 246 hinausragen, so dass der Koppler 200 über die Anschlüsse 202, 204, 206, 208 montiert und elektrisch angeschlossen (z.B. an eine Leiterplatte) werden kann. Die Anschlüsse 202, 204, 206, 208 können durch selektives Ätzen und anschließende Abscheidung eines leitfähigen Materials (z.B. Kupfer), zum Beispiel durch Galvanisieren, ausgebildet werden. Die Anschlüsse 202, 204, 206, 208 können eine oder mehrere Schichten über dem leitfähigen Material umfassen, wie eine Metallisierung aus Zinn, Nickel oder einem Gemisch davon.
Die 4A bis 4C zeigen exemplarische leitfähige Strukturen gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung. 4A zeigt ein Beispiel für eine erste strukturierte leitfähige Schicht 248, die über dem monolithischen Substrat 240 ausgebildet sein kann 4B zeigt eine exemplarische zweite strukturierte leitfähige Schicht 250, die über der ersten Schicht 242 ausgebildet sein kann. 4C zeigt eine exemplarische dritte strukturierte leitfähige Schicht 252, die über der zweiten Schicht 244 ausgebildet sein kann.
Mit Bezug auf 5, sind Aspekte der vorliegenden Offenbarung auf ein Verfahren 500 zur Bildung eines oberflächenmontierbaren Kopplers gerichtet. Im Allgemeinen wird das Verfahren 500 hier unter Bezugnahme auf den Dünnschichtkoppler 200 beschrieben, der oben in Bezug auf die 1 bis 4C beschrieben ist. Man sollte sich jedoch darüber im Klaren sein, dass das offenbarte Verfahren 500 mit jedem geeigneten Dünnschichtkoppler ausgeführt werden kann. Außerdem zeigt 5 zwar Schritte, die zum Zwecke der Veranschaulichung und Diskussion in einer bestimmten Reihenfolge durchgeführt werden, doch sind die hier diskutierten Verfahren nicht auf irgendeine bestimmte Reihenfolge oder Anordnung beschränkt. Der Fachmann, der die hier bereitgestellten Offenbarungen verwendet, wird sich darüber im Klaren sein, dass verschiedene Schritte der hier offenbarten Verfahren weggelassen, umgeordnet, kombiniert und/oder auf verschiedene Weise angepasst werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Das Verfahren 500 kann bei (502) das Bereitstellen eines monolithischen Basissubstrats umfassen. Bei dem monolithischen Basissubstrat kann es sich um eine Vielzahl von hier beschriebenen Materialien handeln, oder es kann diese umfassen, wie ein oder mehrere geeignete keramische Materialien, Saphir oder Rubin.
Das Verfahren 500 kann bei (504) die Bildung einer Vielzahl von Anschlüssen über dem monolithischen Basissubstrat umfassen. Die Vielzahl von Anschlüssen kann einen isolierten Anschluss, einen Kopplungsanschluss, einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss umfassen, wie es oben zum Beispiel unter Bezugnahme auf die 1 bis 4C beschrieben ist. Auf dem monolithischen Basissubstrat kann eine Reihe von Schichten abgeschieden werden. In der Reihe von Schichten können Öffnungen oder Fenster gebildet werden, durch die die Anschlüsse gebildet oder abgeschieden werden können.
Das Verfahren 500 kann bei (506) die Bildung einer ersten Dünnschichtinduktivität, der zwischen den Eingangsanschluss und den Ausgangsanschluss geschaltet ist, umfassen. Das Verfahren kann 500 kann bei (508) die Bildung einer zweiten Dünnschichtinduktivität, der zwischen den Kopplungsanschluss und den isolierten Anschluss geschaltet und induktiv an der ersten Dünnschichtinduktivität gekoppelt ist, umfassen. Zum Beispiel kann die erste Dünnschichtinduktivität die Bildung strukturierter leitfähiger Leitungen umfassen, die in der Dickenrichtung des Kopplers von einer strukturierten leitfähigen Leitung der zweiten Dünnschichtinduktivität getrennt sind, wie es oben zum Beispiel unter Bezugnahme auf die 2 bis 4C beschrieben ist. Zum Beispiel kann die Bildung der ersten Dünnschichtinduktivität das Abscheiden und Strukturieren einer leitfähigen Schicht umfassen (z.B. der zweiten strukturierten leitfähigen Schicht 250 über der ersten Schicht 242). Die Bildung der zweiten Dünnschichtinduktivität kann das Abscheiden und Strukturieren einer leitfähigen Schicht umfassen (z.B. der dritten strukturierten leitfähigen Schicht 252 über der ersten Schicht 244).
In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren 500 bei (510) die Bildung eines ersten Dünnschichtkondensators, der zwischen den Eingangsanschluss und den Kopplungsanschluss geschaltet ist, und die Bildung eines zweiten Dünnschichtkondensators, der zwischen den isolierten Anschluss und den Ausgangsanschluss geschaltet ist, umfassen, wie es oben zum Beispiel unter Bezugnahme auf die 1 bis 4C beschrieben ist.
II. Simulationsdaten
6 stellt theoretisch berechnete S-Parameter für einen ersten Koppler dar, der allgemein so konfiguriert ist, wie es oben in Bezug auf den Koppler 200 der 1 bis 4C gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung beschrieben ist. 6 zeigt S-Parameter über einen Frequenzbereich, der sich von 2 GHz bis 3 GHz erstreckt. Wie in der Technik bekannt ist, werden die S-Parameter mit Indizes in der folgenden Form ausgedrückt: S(a,b). Die Werte a und b zeigen Anschlussnummern an, die mit dem S-Parameter assoziiert sind, so dass jeder S-Parameter so verstanden werden kann, dass er für das Signal steht, das an Anschluss b als Ergebnis der Signaleingabe an Anschluss a resultiert. Wie in der Technik bekannt ist, werden die S-Parameter üblicherweise wie folgt bezeichnet:

S-Parameter Name

S(1,1) Rückflussdämpfung

S(1,2) Einfügungsdämpfung

S(1,3) Kopplungsfaktor

S(1,4) Isolationsfaktor
Wie in 6 gezeigt ist, variiert in diesem Beispiel der Kopplungsfaktor von etwa -4 dB bei 2 GHz bis etwa -2 dB bei 3 GHz. Der Kopplungsfaktor variiert also um etwa 2 dB über einen Frequenzbereich von 2 GHz bis 3 GHz. Der Kopplungsfaktor variiert um etwa 2 dB pro GHz über den in 6 gezeigten Frequenzbereich.
Es kann jedoch ein Kopplungsfrequenzbereich von 2,3 GHz bis 2,7 GHz definiert werden. Die folgende Tabelle zeigt den Kopplungsfaktor an der Ober- und Untergrenze des Kopplungsfrequenzbereichs:

Freq (GHz) Kopplungsfaktor (dB)

2,3 3,549

2,7 2,899
Der Kopplungsfaktor kann über den Kopplungsfrequenzbereich um etwa 0,65 dB variieren. Die Obergrenze des Kopplungsfrequenzbereichs, 2,7 GHz, ist um 400 MHz größer als die Untergrenze des Kopplungsfrequenzbereichs, 2,3 GHz. Der Kopplungsfaktor kann also in diesem Beispiel über den Kopplungsfrequenzbereich um etwa 1,63 dB variieren.
Der Isolationsfaktor ist über den Kopplungsfrequenzbereich kleiner als -18 dB. Ein so niedriger Isolationsfaktor zeigt eine ausgezeichnete Richtwirkung an. Dagegen würde ein Isolationsfaktor von mehr als -10 dB einen verlustreichen Koppler anzeigen.
7 stellt theoretisch berechnete S-Parameter für einen zweiten Koppler dar, der allgemein so konfiguriert ist, wie es oben in Bezug auf den Koppler 200 der 1 bis 4C gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung beschrieben ist. In diesem Beispiel variiert der Kopplungsfaktor von etwa -4,5 dB bei 3 GHz bis etwa -2,5 dB bei 4,5 GHz. Der Kopplungsfaktor variiert also um etwa 2 dB über einen Frequenzbereich von 2 GHz bis 3 GHz. Der Kopplungsfaktor variiert um etwa 2 dB pro GHz über den in 7 gezeigten Frequenzbereich.
Es kann jedoch ein Kopplungsfrequenzbereich von 3,7 GHz bis 4 GHz definiert werden. Die folgende Tabelle zeigt den Kopplungsfaktor an der Ober- und Untergrenze des Kopplungsfrequenzbereichs:

Freq (GHz) Kopplungsfaktor (dB)

3,7 3,397

4 3,092
Der Kopplungsfaktor kann über den Kopplungsfrequenzbereich um etwa 1,02 dB variieren. Die Obergrenze des Kopplungsfrequenzbereichs, 4 GHz, ist um 300 MHz größer als die Untergrenze des Kopplungsfrequenzbereichs, 3,7 GHz. Der Kopplungsfaktor kann also in diesem Beispiel über den Kopplungsfrequenzbereich um etwa 1,02 dB variieren.
Der Isolationsfaktor ist über den Kopplungsfrequenzbereich kleiner als -17 dB. Ein so niedriger Isolationsfaktor zeigt eine ausgezeichnete Richtwirkung an. Dagegen würde ein Isolationsfaktor von mehr als -10 dB einen verlustreichen Koppler anzeigen.
III. Tests
Die Tests auf Kopplungsfaktor, Einfügungsdämpfung, Rückflussdämpfung und andere S-Parameter-Merkmale können durchgeführt werden, indem man einen Quellensignalgenerator (z.B. eine Source Measure Unit (SMU) 1306 Keithley der 2400-Serie, zum Beispiel eine Keithley 2410-C SMU) verwendet. Zum Beispiel kann ein Eingabesignal an den Eingangsanschluss des Kopplers angelegt werden, und mit Hilfe des Quellensignalgenerators kann am Ausgangsanschluss des Kopplers ein gekoppeltes Signal gemessen werden.
IV. Anwendungen
Der offenbarte Koppler kann in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet werden. Beispiele für Anwendungen sind Anwendungen als Leistungsverstärker, WiFi, Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMAX), Wireless Broadband (WIBRO), Long Term Evolution (LTE), Bluetooth und/oder Low Power Radio Gateway. Weitere Beispiele sind Stromnachweis, Frequenznachweis und Spannung-Stehwellenverhältnis(VSWR)-Überwachung.
Exemplarische Anwendungen sind kompakte Komponenten, die für 5G-Signalverarbeitung (z.B. 5G-Basisstationen), Smartphones, Signalverstärker (z.B. kleine Zellen), Relaisstationen, Radar und RFID-Geräte (Radiofrequenzidentifikation) konfiguriert sind. Zum Beispiel können Stromquellen 3-dB-Koppler gemäß der vorliegenden Offenbarung umfassen. Wie oben beschrieben ist, werden 3-dB-Koppler auch als Splitter/Combiner bezeichnet. Kompakte 3-dB-Koppler mit ausgezeichneten Leistungsmerkmalen können einen weniger kostspieligen Stromquellenaufbau erleichtern. Anstatt einen einzigen leistungsstarken und teuren Leistungsverstärker zu verwenden, kann ein Paar von weniger leistungsstarken und weniger kostspieligen Leistungsverstärkern mit zwei 3-dB-Kopplern eingesetzt werden, wie es zum Beispiel im Folgenden unter Bezugnahme auf 8 beschrieben ist.
8 zeigt eine Stromquelle 800, die Koppler gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung umfasst. Die Stromquelle 800 umfasst einen ersten Koppler 802, wie er oben zum Beispiel in Bezug auf den Koppler 200 der 1 bis 4C beschrieben ist. Ein isolierter Anschluss 806 des ersten Kopplers 802 kann an eine Erde 808 angeschlossen sein. Ein Eingangsanschluss 810 des ersten Kopplers 802 kann einer Eingabe der Stromquelle 800 entsprechen. Ein Ausgangsanschluss 812 des ersten Kopplers 802 kann an einen ersten Verstärker 814 angeschlossen sein. Ein gekoppelter Anschluss 816 des ersten Kopplers 802 kann an einen zweiten Verstärker 818 angeschlossen sein. In einigen Ausführungsformen kann der erste Koppler 802 so konfiguriert sein, dass er an dem gekoppelten Anschluss 816 ein gekoppeltes Signal liefern kann, das gegenüber einer Signalausgabe am Ausgangsanschluss 812 phasenverschoben ist. Zum Beispiel kann das gekoppelte Signal am gekoppelten Anschluss 816 gegenüber dem Ausgangssignal um 90 Grad phasenverschoben sein.
Der erste Verstärker 814 und der zweite Verstärker 818 können an den zweiten Koppler 804 angeschlossen sein. Insbesondere kann der erste Verstärker 814 an einen gekoppelten Anschluss 820 des zweiten Kopplers 804 angeschlossen sein. Der zweite Verstärker 818 kann an einen Eingangsanschluss 822 des zweiten Kopplers 804 angeschlossen sein. Ein isolierter Anschluss 824 des zweiten Kopplers 804 kann an eine Erde 826 angeschlossen sein. Ein Ausgangsanschluss 828 des zweiten Kopplers 804 kann einem Ausgang des Leistungsverstärkers 800 entsprechen.
Diese und andere Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung können vom Fachmann praktisch umgesetzt werden, ohne vom Wesen und Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Außerdem sollte man sich darüber im Klaren sein, dass Aspekte der verschiedenen Ausführungsformen ganz oder teilweise gegeneinander ausgetauscht werden können. Weiterhin wird der Fachmann anerkennen, dass die obige Beschreibung nur beispielhaften Charakter hat und die Erfindung, die in den beigefügten Ansprüchen näher beschrieben ist, nicht einschränken soll.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 63117615 [0001]

Claims

Oberflächenmontierbarer Dünnschichtkoppler, umfassend: ein monolithisches Basissubstrat; eine Vielzahl von Anschlüssen, die über das monolithische Basissubstrat ausgebildet sind; und wenigstens eine Dünnschichtkomponente, die an wenigstens einen Anschluss aus der Vielzahl von Anschlüssen angeschlossen ist; wobei der oberflächenmontierbare Dünnschichtkoppler für einen Kopplungsfaktor sorgt, der größer als -5 dB und kleiner als -1 dB über einen Kopplungsfrequenzbereich mit einer Untergrenze von mehr als 1 GHz und einer Obergrenze, die um wenigstens 200 MHz größer ist als die Untergrenze, ist und wobei der Grundfläche des Kopplers kleiner als etwa 3 mm² ist.
Oberflächenmontierbarer Dünnschichtkoppler gemäß Anspruch 1, wobei der oberflächenmontierbare Dünnschichtkoppler einen Kopplungsfaktor von etwa -3 dB über den Kopplungsfrequenzbereich aufweist.
Oberflächenmontierbarer Dünnschichtkoppler gemäß Anspruch 1, wobei der oberflächenmontierbare Dünnschichtkoppler einen Kopplungsfaktor aufweist, der über den Kopplungsfrequenzbereich um weniger als 5 dB variiert.
Oberflächenmontierbarer Dünnschichtkoppler gemäß Anspruch 1, wobei der oberflächenmontierbare Dünnschichtkoppler einen Kopplungsfaktor aufweist, der über den Kopplungsfrequenzbereich um weniger als 3 dB variiert.
Oberflächenmontierbarer Dünnschichtkoppler gemäß Anspruch 1, wobei der oberflächenmontierbare Dünnschichtkoppler einen Isolationsfaktor von weniger als etwa -10 dB über den Kopplungsfrequenzbereich aufweist.
Oberflächenmontierbarer Dünnschichtkoppler gemäß Anspruch 1, wobei die Breite des Kopplers kleiner als etwa 1,2 mm ist.
Oberflächenmontierbarer Dünnschichtkoppler gemäß Anspruch 1, wobei die Länge des Kopplers kleiner als etwa 2 mm ist.
Oberflächenmontierbarer Dünnschichtkoppler gemäß Anspruch 1, wobei die Grundfläche des Kopplers kleiner als etwa 3 mm² ist.
Oberflächenmontierbarer Dünnschichtkoppler gemäß Anspruch 1, wobei die wenigstens eine Dünnschichtkomponente eine Schicht umfasst, die eine Dicke von weniger als etwa 50 µm aufweist.
Oberflächenmontierbarer Dünnschichtkoppler gemäß Anspruch 1, wobei die wenigstens eine Dünnschichtkomponente der Dünnschichtschaltung eine Dünnschichtinduktivität umfasst.
Oberflächenmontierbarer Dünnschichtkoppler gemäß Anspruch 10, wobei die wenigstens eine Dünnschichtkomponente der Dünnschichtschaltung einen Dünnschichtkondensator umfasst.
Oberflächenmontierbarer Dünnschichtkoppler gemäß Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Anschlüssen einen isolierten Anschluss, einen Kopplungsanschluss, einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss umfasst und die wenigstens eine Dünnschichtkomponente der Dünnschichtschaltung umfassend: eine erste Dünnschichtinduktivität, der zwischen den Eingangsanschluss und den Ausgangsanschluss geschaltet ist; und eine zweite Dünnschichtinduktivität, der zwischen den Kopplungsanschluss und den isolierten Anschluss geschaltet und induktiv an der ersten Dünnschichtinduktivität gekoppelt ist, umfassen.
Oberflächenmontierbarer Dünnschichtkoppler gemäß Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Anschlüssen einen isolierten Anschluss, einen Kopplungsanschluss, einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss umfasst und die wenigstens eine Dünnschichtkomponente der Dünnschichtschaltung umfassend: einen ersten Dünnschichtkondensator, der zwischen den Eingangsanschluss und den Kopplungsanschluss geschaltet ist; und einen zweiten Dünnschichtkondensator, der zwischen den isolierten Anschluss und den Ausgangsanschluss geschaltet ist.
Oberflächenmontierbarer Dünnschichtkoppler gemäß Anspruch 1, weiterhin umfassend eine Deckschicht, die über der wenigstens einen Dünnschichtkomponente ausgebildet ist.
Oberflächenmontierbarer Dünnschichtkoppler gemäß Anspruch 14, wobei die Deckschicht Siliciumoxidnitrid umfasst.
Oberflächenmontierbarer Dünnschichtkoppler gemäß Anspruch 1, wobei die wenigstens eine Dünnschichtkomponente der Dünnschichtschaltung eine dritte Dünnschichtinduktivität umfasst.
Oberflächenmontierbarer Dünnschichtkoppler gemäß Anspruch 1, wobei das monolithische Basissubstrat ein keramisches Material umfasst.
Oberflächenmontierbarer Dünnschichtkoppler, umfassend: ein monolithisches Basissubstrat; eine Vielzahl von Anschlüssen, die über das monolithische Basissubstrat ausgebildet sind, wobei die Vielzahl von Anschlüssen einen isolierten Anschluss, einen Kopplungsanschluss, einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss umfasst; eine erste Dünnschichtinduktivität, der zwischen den Eingangsanschluss und den Ausgangsanschluss geschaltet ist; und eine zweite Dünnschichtinduktivität, der zwischen den Kopplungsanschluss und den isolierten Anschluss geschaltet und induktiv an die erste Dünnschichtinduktivität gekoppelt ist, wobei die Grundfläche des Kopplers kleiner als etwa 3 mm² ist.
Oberflächenmontierbarer Dünnschichtkoppler gemäß Anspruch 18, wobei der oberflächenmontierbare Dünnschichtkoppler einen Isolationsfaktor von weniger als etwa -10 dB über den Kopplungsfrequenzbereich aufweist.
Oberflächenmontierbarer Dünnschichtkoppler gemäß Anspruch 18, wobei der oberflächenmontierbare Dünnschichtkoppler einen Kopplungsfaktor zwischen -1 dB und -5 dB über den Kopplungsfrequenzbereich aufweist.
Oberflächenmontierbarer Dünnschichtkoppler gemäß Anspruch 18, wobei der oberflächenmontierbare Dünnschichtkoppler einen Kopplungsfaktor aufweist, der über den Kopplungsfrequenzbereich um weniger als 5 dB variiert.
Oberflächenmontierbarer Dünnschichtkoppler gemäß Anspruch 18, wobei der oberflächenmontierbare Dünnschichtkoppler einen Kopplungsfaktor aufweist, der über den Kopplungsfrequenzbereich um weniger als 3 dB pro GHz variiert.
Oberflächenmontierbarer Dünnschichtkoppler gemäß Anspruch 18, wobei die erste Dünnschichtinduktivität und/oder die zweite Dünnschichtinduktivität eine Schicht umfasst, die eine Dicke von weniger als etwa 50 µm aufweist.
Oberflächenmontierbarer Dünnschichtkoppler gemäß Anspruch 18, weiterhin umfassend wenigstens einen Dünnschichtkondensator, der an wenigstens einem der Eingangsanschlüsse oder dem isolierten Anschluss angeschlossen ist.
Oberflächenmontierbarer Dünnschichtkoppler gemäß Anspruch 18, weiterhin umfassend einen ersten Dünnschichtkondensator, der zwischen dem Eingangsanschluss und dem Kopplungsanschluss geschaltet ist; und einen zweiten Dünnschichtkondensator, der zwischen dem isolierten Anschluss und dem Ausgangsanschluss geschaltet ist.
Oberflächenmontierbarer Dünnschichtkoppler gemäß Anspruch 18, weiterhin umfassend eine Deckschicht, die über die erste Dünnschichtinduktivität und der zweiten Dünnschichtinduktivität ausgebildet ist.
Oberflächenmontierbarer Dünnschichtkoppler gemäß Anspruch 26, wobei die Deckschicht Siliciumoxidnitrid umfasst.
Oberflächenmontierbarer Dünnschichtkoppler gemäß Anspruch 18, wobei die Breite des Kopplers kleiner als etwa 1,2 mm ist.
Oberflächenmontierbarer Dünnschichtkoppler gemäß Anspruch 18, wobei die Länge des Kopplers kleiner als etwa 2 mm ist.
Oberflächenmontierbarer Dünnschichtkoppler gemäß Anspruch 18, wobei das monolithische Basissubstrat ein keramisches Material umfasst.
Verfahren zur Bildung eines oberflächenmontierbaren Dünnschichtkopplers, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines monolithischen Basissubstrats; Bildung einer Vielzahl von Anschlüssen über dem monolithischen Basissubstrat, wobei die Vielzahl von Anschlüssen einen isolierten Anschluss, einen Kopplungsanschluss, einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss umfasst; Bildung einer ersten Dünnschichtinduktivität, die zwischen dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss geschaltet ist; und Bildung einer zweiten Dünnschichtinduktivität, der zwischen dem Kopplungsanschluss und dem isolierten Anschluss geschaltet und induktiv an der ersten Dünnschichtinduktivität gekoppelt ist, wobei die Grundfläche des Kopplers kleiner als etwa 3 mm² ist.
Stromquelle, die einen oder mehrere oberflächenmontierbare Dünnschichtkoppler gemäß Anspruch 1 beinhaltet.