DE2601147C2

DE2601147C2 - Microwave circuit made in sandwich construction

Info

Publication number: DE2601147C2
Application number: DE19762601147
Authority: DE
Inventors: Heiner Dipl.-Ing. 7012 Fellbach Hauer
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Bosch Telecom GmbH
Priority date: 1976-01-14
Filing date: 1976-01-14
Publication date: 1985-06-27
Also published as: DE2601147A1

Description

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Die Erfindung betrifft eine in Sandwich-Bauweise hergestellte Mikrowellenschaltunng, wobei die die Mikrowellenschaltung bildenden Streifenleiter in Dick- oder Dünnfilmtechnik auf einem Trägersubstrat aufgebracht sind und auf dieses Trägersubstrat ein die Streifenleiter überdeckendes Decksubstrat aufgeklebt ist.The invention relates to a microwave circuit produced in a sandwich construction, the Microwave circuit forming strip conductors in thick or thin film technology are applied to a carrier substrate and a die on this carrier substrate Stripline covering substrate is glued on.

Die Herstellung von Mikrowellenschaltungen in 'Streifenleitertechnik hat wesentlich zur Miniaturisierung in diesem Wellenbereich beigetragen. Zur Rationalisierung in der Herstellung solcher Schaltungen ist man nunmehr dazu übergegangen, diese Schaltungen auf Substraten, meist aus Keramik, herzustellen. Sie werden dann in Dick- oder Dünnfilmtechnik auf fertigen Substrat-Plättchen genormter Größe aufgebracht.The manufacture of microwave circuits using stripline technology has contributed significantly to miniaturization in this wave range. To the Rationalization in the production of such circuits has now gone over to these circuits on substrates, mostly made of ceramic. They are then manufactured using thick or thin film technology Substrate platelets of standardized size are applied.

Bei der Herstellung von Bauelelementen im Bereich der Mikrowellen ergeben sich hier Schwierigkeiten, da man bei Kopplern bzw. Richtkopplern ganz bestimmte μ elektrische Bedingungen erfüllen muß. Man' kann nämlich die Koppelbedingungen mit auf einem Substrat-Plättchen aufgebrachten Leiterzügen allein nicht erfüllen. Dies hat seinen Grund darin, daß die Leiterzüge auf der einen Seite der Keramik als Dielektrikum und auf der anderen Seite Luft als Dielektrikum haben.In the production of components in the field of microwaves, difficulties arise here because one with couplers or directional couplers very specific μ must meet electrical conditions. Namely, the coupling conditions with conductor tracks applied to a substrate plate alone cannot be used fulfill. The reason for this is that the conductor tracks on one side of the ceramic as a dielectric and on the other hand have air as a dielectric.

Die elektrischen Eigenschaften eines solchen Bauelementes lassen sich nun dadurch verbessern, daß man zurThe electrical properties of such a component can now be improved by the fact that to Sandwich-Bauweise übergeht und bestimmte Leiterbahnen mit einem zweiten Substrat abdeckt. Man hat damit zwar jetzt ein Keramiksubstrat als Abdeckung, welches aber infolge seiner Unebenheiten ein definiertes Dielektrikum nicht gewährleistet, da sich zwischen dem Trägersubstrat und dem Decksubstrat ein Undefinierter Spalt, bei dem unterschiedliche Luftzwischenräume und auch direkte Berührungspunkte entstehen, befindet Erst wenn man dieses Substrat, wie aus der DE-AS 2_ 58 594 hervorgeht, direkt auf der Substratseiie mit den Leiterbahnen aufklebt, gibt der Kleber in Verbindung mit dem Keramik-Plättchen, dem Substrat ein definiertes und in seinen elektrischen Werten beherrschbares Dielektrikum ab.Sandwich construction passes over and covers certain conductor tracks with a second substrate. One has with it Although now a ceramic substrate as a cover, which is a defined one due to its unevenness Dielectric not guaranteed, since there is an undefined area between the carrier substrate and the cover substrate First there is a gap in which different air gaps and also direct points of contact arise if this substrate, as can be seen from DE-AS 2_ 58 594, directly on the substratseiie with the If conductive tracks are glued on, the adhesive in connection with the ceramic plate gives the substrate a defined and controllable electrical values Dielectric off.

Es ist einleuchtend, daß das Dielektrikum dieses Klebers ganz wesentlich die elektrischen Eigenschaften bestimmt Es sind auch hier schon Versuche gemacht worden, aber mit Klebern, die eine niedrige Dielektrizitätskonstante haben, lassen sich die geforderten elektrischen Werte nicht erreichen.It is obvious that the dielectric of this adhesive is very important to the electrical properties certain There have already been attempts here, but with adhesives that have a low dielectric constant, the required can be achieved do not achieve electrical values.

Diese Tatsache führt nun zur Aufgabe der Erfindung, die darin besteht, ein geeignetes und reproduzierbares Dielektrikum als Kleber zu schaffen, das die vorhandenen Eigenschaften verbessert Der Kleber muß so beschaffen sein, daß die Verluste (tg σ) bei den Betriebsfrequenzen klein und die Dielektrizitätskonstante (ε) bei den Beiriebsfrequenzen groß sind.This fact now leads to the object of the invention, which consists in creating a suitable and reproducible dielectric as an adhesive, which improves the existing properties. The adhesive must so be such that the losses (tg σ) at the operating frequencies are small and the dielectric constant (ε) at the operating frequencies are large.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Kleber zwischen dem Trägersubstrat und dem Decksubstrat aus der Mischung eines Binders mit einem Füllstoff besteht Es ist vorteilhaft, wenn die Körngröße des Füllstoffes <200μπι und das Mischverhältnis zwischen Binder/Füllstoff zwischen 1/1 und 1/20 betragen. Als Binder werden zweckmäßigerweise Silikon-Kautschuk oder ein Epoxyd-Harz verwendet Geeignete Füllstoffe bestehen aus einem Gemisch von Titandioxyd oder Bariumoxyd mit Aluminiumoxyd, wobei der Anteil an Aluminiumoxyd in den Grenzen zwischen 50% und 80% variierbar sird.According to the invention this object is achieved in that the adhesive between the carrier substrate and the Cover substrate consists of the mixture of a binder with a filler It is advantageous if the grain size of the filler <200μπι and the mixing ratio between binder / filler be between 1/1 and 1/20. As a binder are expediently Silicone rubber or an epoxy resin used. Suitable fillers consist of a mixture of Titanium dioxide or barium oxide with aluminum oxide, the proportion of aluminum oxide being within the limits can be varied between 50% and 80%.

Damit zeigt die Erfindung einen Weg, Substrate für Mikrowellenbauelemente zu verwenden und auch in diesem Wellenbereich kleine raumsparende und billige Schaltungen, wie Richtkoppler, Dämpfungsglieder und Verzweigungen herzustellen.The invention thus shows a way of using substrates for microwave components and also in this wave range small, space-saving and inexpensive circuits, such as directional couplers, attenuators and To make branches.

In der Fig. 1 der Zeichnung ist ein Diagramm wiedergegeben, welche den Frequenzverlauf der Verlustfaktoren und der Dielektrizitätskonstanten darstellt. In den Fig.2 und 3 sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, wobei die F i g. 2a ein Trägersubstrat mit aufgebrachten Leitungen, die F i g. 2b ein Decksubstrat und die Fig.3 ein Trägersubstrat mit einem mittels des erfindungsgemäßen Klebers aufgebrachtes Decksubstrat wiedergibt.In Fig. 1 of the drawing, a diagram is reproduced which shows the frequency profile of the loss factors and the dielectric constant. Exemplary embodiments of the invention are shown in FIGS. 2 and 3, FIG. 2a a carrier substrate with applied lines, the FIG. 2b a Cover substrate and FIG. 3 shows a carrier substrate with a cover substrate applied by means of the adhesive according to the invention.

Derartige Schaltkreise in der Dünnfilm- bzw. Dickfilmtechnik sind auf Substraten genormter Größe wie z. B.Such circuits in thin-film or thick-film technology are on substrates of standardized size such as B.

1,27 cm · 1,27 cm (V₂ Zoll · V₂ZoIl), 1,27 cm · 2,54 cm (V₂ Zoll · 1 Zoll). 2,54 cm · 2,54 cm (1 Zoll · I Zoll), 2^4 cm ■ 5,08 cm(i Zoii · 2 Zoüjusf.1.27 cm by 1.27 cm (V ₂ inches by V ₂ inches), 1.27 cm by 2.54 cm (V ₂ inches by 1 inch). 2.54 cm x 2.54 cm (1 inch x I inch), 2 ^ 4 cm ■ 5.08 cm (i Zoii x 2 Zoüjusf.

aufgebracht. Diese Schaltkreise bestehen aus Leitungszügen, die vorzugsweise aus Gold bestehen und integrierten passiven Bauelementen. Sie werden mit aktiven und teilweise passiven Bauelementen hybridiert. Die Substrate sind in für diesen Zweck eigens konstruierten Gehäusen gehaltert, abgeschirmt undupset. These circuits consist of cable runs, which are preferably made of gold and integrated passive components. They are hybridized with active and partially passive components. The substrates are held, shielded and in housings specially constructed for this purpose

mittels Spezialsteckem mit weiteren Schaltkreisen verbindbar.by means of a special connector with additional circuits connectable.

Die erfindungsgemäßen Decksubstrate sind in ihrer Ausmessung so gehalten, daß lediglich die zu verkoppelnden Leiterbahnen abgedeckt sind. Die Dtcksubstrate mit dem auf diese aufgetragenen dielektrischen Kleber werdsn auf das Trägersubstrat aufgepretk, -.*.-dali ein möglichst kleiner Klebespalt entsteht. Die elektrischen Eigenschaften lassen sich durch die Dicke des Decksubstrc^s in Abhängigkeit von der Betriebsfrequenz bemessen, bzw. die Betriebsfrequenzen bestimme:; die Dicke des Decksubstrates.The cover substrates according to the invention are in their Measurement held so that only the interconnects to be coupled are covered. The printing substrates with the dielectric adhesive applied to this, they are pressed onto the carrier substrate -. * .- dali the smallest possible glue gap is created. The electrical properties can be determined by the thickness of the cover substrate dimensioned as a function of the operating frequency, or the operating frequencies determine :; the thickness of the cover substrate.

Bei der Herstellung des Klebers ist zu beachten, daß die Körnung des Füllstoffes kleiner ist als die Welligkeit oder Unebenheiten beider Substrate, um einen möglichst kleinen Klebespalt zu erreichen. Die Größe der Körnung soll auf jeden Fall kleiner als 200 μΐη betragen.When producing the adhesive it should be noted that the grain size of the filler is smaller than the waviness or unevenness of both substrates, in order to be as good as possible to achieve a small glue gap. The size of the grain should in any case be less than 200 μm.

Entscheidend für die elektrische Funktion eines solchen Schaltkreises in Sandwich-Bauweise sind die Werte des Verlustfaktors (tg σ) und der Dielektrizitätskonstanten (ε). Anzustreben sind kleine Verlustfaktoren und große Dielektrizitätskonstanten, die mindestens die Werte des verwendeten Substratwerkstofff-.· haben sollten. Bei den verwendeten Bindern mit ihren Füllstoffen sind die elektrischen Werte frequenzabhängig und zwar derart, daß die Verlustfaktoren bis etwa 10 MHz kleiner werden, ausgehend «on einem Anfangswert von 13 bei 1OkH?. auf 0,1 bei 10MHz Die Dielektrizitätskonstanten fällen ebcnfslk- r;k zeigender Γ; equenz von 25 bei 1 kHz auf 9,5 bei 10 MHz. Bei noch nönere.n Frequenzen ab 10 MHz bleiben beide Werte, die Verlustfaktoren und die Dielektrizitätskonstante, nahezu konstant. Diese Werte sind auf dem Diagramm der Zeichnung in der F i g. 1 graphisch dargestellt.
In der Figur der Zeichnung ist in der F i g. 2a einThe values of the dissipation factor (tg σ) and the dielectric constant (ε) are decisive for the electrical function of such a circuit in sandwich construction. The aim should be small loss factors and large dielectric constants, which should have at least the values of the substrate material used. In the case of the binders used with their fillers, the electrical values are frequency-dependent and in fact in such a way that the loss factors become smaller up to about 10 MHz, starting from an initial value of 13 at 10kH. to 0.1 at 10MHz The dielectric constants fall ebcnfslk- r; k showing Γ; frequency from 25 at 1 kHz to 9.5 at 10 MHz. At even lower frequencies from 10 MHz, both values, the loss factors and the dielectric constant, remain almost constant. These values are on the diagram of the drawing in FIG. 1 shown graphically.
In the figure of the drawing, FIG. 2a a

ίο Trägersubstrat 1 mit aufgebrachten Leitungszügen 2 und 3 dargestellt Die beider. Leitungen 2 und 3 stellen einen Richtkoppier als Beispiel dar, wobei die Klemmen El und E2 Eingänge und die Klemmen A 1 und A 2 die Ausgänge sind. Die Klemmen E1, £2, A \ und A 2 sind mit Buchsen (nicht dargestellt) verbunden. Die Leitungsteile 2a und 3a stelle . die eigentlichen Koppelleitungsstücke dar, in der F i g. 2b ist das zugehörige Decksubstrat 4 wiedergegeben. Es soll die beiden Koppelleitungen 2a und 3a abdecken.ίο Carrier substrate 1 with attached cable runs 2 and 3 are shown. Lines 2 and 3 represent a directional coupler as an example, with terminals El and E2 being inputs and terminals A 1 and A 2 being the outputs. The terminals E 1, £ 2, A \ and A 2 are connected to sockets (not shown). The line parts 2a and 3a provide. represents the actual coupling line pieces, in the F i g. The associated cover substrate 4 is shown in FIG. 2b. It should cover the two coupling lines 2a and 3a.

Dies wird in der Fig. 3 wiedergegeben. Die Koppelleitungen 2a und 3a sind }.r*zi nicht mehr sichtbar, sondern sind durch das Oecksubstrat 4 abgedeckt. Der Kleber 5, bestehend aus dem Binder und Füllstoff, dient einmal als Dielektrikum und auch als Haftmittel zwischen Trägersubstrat I und dem Dccksubstrat4. This is shown in FIG. 3. The coupling lines 2a and 3a are not zi * .r} longer visible but are covered by the Oecksubstrat. 4 The adhesive 5, consisting of the binder and filler, serves on the one hand as a dielectric and also as an adhesive between the carrier substrate I and the backing substrate 4.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Sponsorship claims:

1. In Sandwich-Bauweise hergestellte Mikrowellenschaitung, wobei die die Mikrowellenschaltung bildenden Streifenleiter in Dick- oder Dünnfilmtechnik auf einem Trägersubstrat aufgebracht sind und auf dieses Trägersubstrat ein die Streifenleiter überdeckendes Decksubstrat aufgeklebt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kleber (5) zwischen dem Trägersubstrat (1) und dem Decksubstrat (4) aus der Mischung eines Binders mit einem Füllstoff besteht.1. Microwave circuit manufactured in sandwich construction, with the microwave circuit forming strip conductors in thick or thin film technology are applied to a carrier substrate and a cover substrate covering the strip conductors is glued to this carrier substrate, characterized in that the adhesive (5) between the carrier substrate (1) and the cover substrate (4) from the mixture of a binder with a Consists of filler.

Z In Sandwich-Bauweise hergestellte Mikrowellenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischverhältnis zwischen Binder/ Füllstoff zwischen I/l und 1/20 beträgt.Z A sandwich-type microwave circuit according to claim 1, characterized in that the mixing ratio between binder / Filler is between 1/1 and 1/20.

3. In Sandwich-Bauweise hergestellte Mikrowellenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Körngröße des Füllstoffes <2(M^mb<:*xägt.3. A microwave circuit produced in a sandwich construction according to claim 1, characterized in that the grain size of the filler <2 (M ^ mb <: * x saws.

4. In Sandwich-Bauweise hergestellte Mikrowelllenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Binder aus einem Silikon-Kautschuk besteht.4. A microwave circuit produced in a sandwich construction according to claim 1, characterized in that the binder consists of a silicone rubber.

5. In Sandwich-Bauweise hergestellte Mikrowellenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Binder aus einem Epoxyd-Harz auf Ein- oder Zweikomponentenbasis besteht5. Manufactured in sandwich construction microwave circuit according to claim 1, characterized in that the binder is made of an epoxy resin There is a one or two component basis

6. In Sandwich-Bauweise hergestellte Mikrowellenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, daP. der Füllstoff aus einem Gemisch aus Titandioxyd (TiO₂) mit Aluminiumoxyd (Al₂O₃) besteht.6. A microwave circuit produced in a sandwich construction according to claim 1, characterized in that daP. the filler consists of a mixture of titanium dioxide (TiO ₂ ) with aluminum oxide (Al ₂ O ₃ ).

7. In Sandwich-Bauweise hergestellte Mikrowellenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, daß der Füllstoff aus einem Gemisch von Bariumoxyd (BaO) mit Aluminiumoxyd (AI₂O₃) besteht7. A microwave circuit produced in sandwich construction according to claim 1, characterized in that the filler consists of a mixture of barium oxide (BaO) with aluminum oxide (Al ₂ O ₃ )