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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Bestimmung
des technischen Gebiets
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Die
erfindungsgemäßen Anordnungen
betreffen allgemein Verfahren und Vorrichtungen zum Bereitstellen
einer erhöhten
Entwurfsflexibilität
für Funkfrequenzschaltungen,
und insbesondere zur Optimierung von dielektrischen Leiterplattenmaterialien
für eine
verbesserte Leistung in Schaltungen mit vier Anschlüssen, wie
beispielsweise Richtkopplern.
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Beschreibung
des verwandten Standes der Technik
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Hochfrequenzschaltungen,
wie beispielsweise Viertelwellenwandler und Richtkoppler, werden üblicherweise
auf speziell dazu entworfenen Substratleiterplatten hergestellt.
Für die
Zwecke von Funkfrequenzschaltungen ist es wichtig, eine genaue Steuerung über Impedanzeigenschaften
aufrechtzuerhalten. Falls die Impedanz unterschiedlicher Teile der
Schaltung nicht passt, kann dies zu einer ineffizienten Leistungsübertragung,
einem unnötigen
Aufheizen von Komponenten und anderen Problemen führen. Eine
bestimmte Art von Übertragungsleitungsschaltung,
die häufig
verwendet wird, um zwei Funkfrequenzsignale zu kombinieren oder
zu teilen, oder eine Niedrigpegelabtastung eines Signals zu erhalten.
Weil die elektrische Länge
des Richtkopplers eine Viertelwellenlänge an der Mittelfrequenz sein muss,
kann die Leistung von Richtkopplern in gedruckten Schaltungen ein
kritischer Entwurfsfaktor sein.
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Ein
Richtkoppler ist eine Schaltung mit vier Anschlüssen, die durch zwei parallele Übertragungsleitungen
in enger Nachbarschaft beziehungsweise Nähe ausgebildet ist. Wenn ein
Signal durch eine der Übertragungsleitungen
läuft,
wird ein Teil des Signals in die andere Leitung eingekoppelt, wodurch
ein Signal in der entgegengesetzten Richtung mit einem Phasenvorlauf
von 90 Grad gebildet wird. Dadurch, dass es eine lineare Vorrichtung
ist, kann der Richtkoppler auch zwei Signale in einer Phasenquadratur ohne
Verlust in der Gesamtsignalleistung, außer für einen ohmschen Verlust, addieren.
Der Pegel des gekoppelten Signals wird bestimmt durch die Querschnittsabmessungen
in dem Zwei-Übertragungsleitungs-Bereich.
Die Nähe
der zwei Leiter erzeugt einen Bereich zweier charakteristischer
Impedanzen, die gerade und ungerade Moden genannt werden. Die gerade
Mode beruht darauf, dass die zwei Leitungen Ströme in der gleichen Richtung
tragen, während die
ungerade Mode auf den Strömen
in entgegengesetzter Richtung beruht. Jede Mode weist eine unterschiedliche
charakteristische Impedanz, Zoe beziehungsweise Zoo auf. Der Zwei-Leiter- Kopplungsbereich
weist typischerweise eine Leitungslänge von genau λ/4 auf, wobei λ die Signalwellenlänge in der Schaltung
ist. Die geeignete charakteristische Impedanz eines Viertelwellenwandlers
ist durch die Formel Zo = √(Zoe Zoo) gegeben, wobei
Zo die gewünschte
charakteristische Impedanz des Kopplers ist, Zoe die geradmodige
Impedanz in dem gekoppelten Bereich und Zoo die ungeradmodige Impedanz im
gekoppelten Bereich ist. Auf gleiche Art wie beim Viertelwellenwandler
können
mehrfache Viertelwellenwandlerbereiche in Reihe geschaltet werden,
um eine erhöhte
Bandbreite zu erreichen. In diesen Schaltungen können die Kopplungswerte wie
bei der Wandlerschaltung angepasst werden, wodurch die Zwei-Leitungs-Geometrie sich von
Kopplungsbereich zu Kopplungsbereich ändert. Die Wurzel der geradmodigen
und ungeradmodigen Impedanzen ist in jedem Abschnitt gleich derselben
charakteristischen Impedanz, Zo.
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Aufgedruckte
Richtkoppler, und insbesondere kantengekoppelte Richtkoppler, welche
in Funkfrequenzschaltungen verwendet werden, werden typischerweise
auf eine von drei Arten ausgebildet. Eine Konfiguration, die als
Mikrostreifen bekannt ist, ordnet beide kantengekoppelten Richtwandler-Leiter
auf der gleichen Leiterplattenoberfläche an und stellt eine zweite
leitfähige
Schicht bereit, die üblicherweise
als eine Masseplatte bezeichnet wird. Eine zweite Art von Konfiguration,
die als bedeckter Mikrostreifen bekannt ist, ist ähnlich,
außer
dass der kantengekoppelte Richtwandler mit einem dielektrischen
Substratmaterial bedeckt ist. In einer dritten Konfiguration, die als
Streifenleitung bekannt ist, ist der kantengekoppelte Richtwandler
innerhalb des Substrats zwischen zwei elektrisch leitenden (Masse)-Platten
eingefügt. Der
Fachmann weiß,
dass die gleichen Prinzipien auf Richtwandler angewandt werden können, deren Übertragungsleitungen
nicht koplanar sind. In diesem Fall existiert eine dritte dielektrische
Schicht mit den zwei gekoppelten Leitungen auf gegenüberliegenden
Seiten eingeätzt.
Diese Konfiguration wird ein überlappender
Koppler genannt. Falls sich die zwei Übertragungsleitungen vollständig überlappen, wird
die Vorrichtung ein Breitseitenrichtkoppler genannt. Zwei kritische
Faktoren, welche die Leistung eines Substratmaterials beeinflussen,
sind die Permittivität
(manchmal die relative Permittivität oder εr genannt)
und der Dielektrizitätsverlust
bzw. die Verlusttangente (manchmal als der Dissipationsfaktor bezeichnet).
Die relative Permittivität
bestimmt die Geschwindigkeit des Signals und dadurch die elektrische
Länge von Übertragungsleitungen
und anderen Komponenten, die an dem Substrat implementiert werden.
Der Dielektrizitätsverlust
kennzeichnet die Verlustmenge, die für Signale auftritt, welche
das Substratmaterial durchlaufen. Dementsprechend werden Materialien
mit niedrigem Verlust mit steigender Frequenz noch wichtiger, insbesondere
bei Entwurf von Empfängereingangsseiten
und von niedrig-rauschenden Verstärkerschaltungen.
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Wenn
man die Verlustleistung vernachlässigt,
ist die charakteristische Impedanz einer Übertragungsleitung, wie beispielsweise
einer Streifenleitung oder eines Mikrostreifens, gleich
wobei L
l die
Induktanz bzw. der induktive Widerstand pro Einheitslänge und
C
l die Kapazität pro Einheitslänge sind.
Innerhalb des Kopplungsbereichs existieren zwei Werte der Induktanz
und Kapazität
pro Einheitslänge,
nämlich
für die
gerade und die ungerade Mode. Deren Werte werden allgemein durch
die physikalische Geometrie und den Abstand der Leitungsstrukturen
bestimmt, als auch durch die Permittivität des dielektrischen Materials/der
dielektrischen Materialien, die verwendet werden, um die Übertragungsleitungsstrukturen
zu trennen. Herkömmliche
Substratmaterialien weisen typischerweise eine relative Permeabilität von ungefähr 1,0 auf.
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Beim
herkömmlichen
Funkfrequenzentwürfen
wird ein Substratmaterial ausgewählt,
das einen relativen Permittivitätswert
aufweist, der für
den Aufbau geeignet ist. Sobald das Substratmaterial ausgewählt ist,
wird der Wert der charakteristischen Impedanzwerte der Leitung ausschließlich durch
Steuern der Leitungsgeometrie und der physikalischen Struktur angepasst.
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Die
Permittivität
des ausgewählten
Substratmaterials für
eine Übertragungsleitung,
eine passive Funkfrequenzvorrichtung oder ein Abstrahlelement beeinflusst
die physikalische Wellenlänge
der Funkfrequenzenergie bei einer gegebenen Frequenz für diese
Leitungsstruktur. Eines der beim Entwerfen von mikroelektronischen
Funkfrequenzschaltungen auftretenden Probleme ist die Auswahl eines
dielektrischen Baugruppensubstratmaterials, das für alle verschiedenen
passiven Komponenten, strahlenden Elemente und Übertragungsleitungsschaltungen
geeignet ist, die auf der Baugruppe auszubilden sind. Im Besonderen
kann die Geometrie bestimmter Schaltungselemente aufgrund der einzigartigen
elektrischen oder Impedanz-Eigenschaften, die für solche Elemente benötigt werden,
physikalisch groß oder
miniaturisiert sein. Auf gleiche Weise können die Leitungsbreiten, die
für besonders
hohe oder niedrige Werte der Kopplung (bis zu, und einschließlich, dem
Aufteilen der Leistung in zwei gleiche Teile) benötigt wird,
häufig
zu schmal oder zu breit sein bezüglich
einer praktischen Implementierung für ein gegebenes Substrat. Da
die physikalische Größe des Mikrostreifens
oder der Streifenleitung in einer inversen Beziehung zur relativen
Permittivität
des dielektrischen Materials steht, können die Ausmaße einer Übertragungsleitung
durch die Wahl des Substratleiterplattenmaterials stark beeinflusst
werden.
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Dennoch
kann eine optimale Wahl für
einen Leiterplattensubstratmaterialentwurf für einige Komponenten inkonsistent
mit dem optimalen Leiterplattensubstratmaterial für andere
Komponenten sein, wie beispielsweise Antennenelemente. Darüber hinaus
können
einige Entwurfszielsetzungen für
eine Schaltungskomponente inkonsistent mit denjenigen für eine andere
sein. Beispielsweise mag es wünschenswert
sein, die Größe eines
Antennenelements zu verkleinern. Dies könnte erreicht werden durch Auswählen eines
Leiterplattenmaterials mit einer relativ hohen Dielektrizitätskonstanten.
Jedoch wird die Verwendung eines Dielektrikums mit einer höheren relativen
Permittivität
allgemein den unerwünschten Effekt
der Verringerung des Abstrahlwirkungsgrads der Antennen haben. Dementsprechend
führen
die Randbedingungen eines Leiterplattensubstrats mit ausgewählten relativen
Substrateigenschaften oft zu Entwurfskompromissen, welche die elektrische
Leistung und/oder physikalischen Eigenschaften der Gesamtschaltung
negativ beeinflussen.
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Ein
inhärentes
Problem mit dem obigen Ansatz ist es, dass, zumindest in Bezug auf
das Substratmaterial, die einzige Steuervariable für die Leitungsimpedanz
die relative Permittivität, εr,
ist. Diese Beschränkung
verdeutlicht ein wichtiges Problem mit herkömmlichen Substratmaterialien,
d.h., dass diese keinen Vorteil aus dem anderen Materialfaktor ziehen,
welcher die charakteristische Impedanz bestimmt, nämlich Ll, die Induktanz pro Einheitslänge der Übertragungsleitung.
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Noch
ein weiteres Problem, das beim Entwurf von Funkfrequenzschaltungen
auftritt, ist die Optimierung von Schaltungskomponenten zum Betrieb
an unterschiedlichen Funkfrequenzbändern. Leitungsimpedanzen und
-längen,
die für
ein erstes Funkfrequenzband optimiert sind, können eine schlechtere Leistung
bringen, wenn sie für
andere Bänder
verwendet werden, entweder aufgrund von Impedanzschwankungen und/oder
Schwankungen in der elektrischen Länge. Solche Beschränkungen können den
effektiven Betriebsfrequenzbereich für ein gegebenes Funkfrequenzsystem
beschränken.
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Herkömmliche
Leiterplattensubstrate werden allgemein durch Abläufe, wie
beispielsweise Gießen
oder Sprühbeschichten
gebildet, welche allgemein zu einheitlichen physikalischen Substrateigenschaften,
einschließlich
der Permittivität,
führen. Dementsprechend
haben sich herkömmliche
dielektrische Substratanordnungen für Funkfre quenzschaltungen als
eine Beschränkung
beim Entwurf von Schaltungen gezeigt, die optimal bezüglich sowohl elektrischer
als auch größenmäßiger Eigenschaften sind.
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Druckschriften
von möglichem
Interesse im Gebiet der Funkfrequenzschaltungen umfassen WO 01/01453,
betitelt „Method
and Apparatus for Adjusting Electrical Characteristics of Signal
Traces in Layered Circuit Boards",
welche, gemäß ihrer
Zusammenfassung, beschreibt, dass die elektrischen Eigenschaften
einer Signalspur in einer geschichteten Leiterplatte durch ausgewähltes Modifizieren
der dielektrischen Konstante und/oder der magnetischen Permeabilität einer
isolierenden Materialschicht in der Nähe einer Signalzusammenschaltung
beziehungsweise -verbindung modifiziert werden können. Die elektrischen Eigenschaften
werden modifiziert durch Hinzufügen
einer Schicht eines zu den Leiterplattenschichten unterschiedlichen
Materials entweder oberhalb oder unterhalb der Schaltungsplattenebene,
welche die Spur enthält.
Das unterschiedliche Material könnte
jedes isolierende Material mit einer unterschiedlichen Dielektrizitäts- und/oder
Permeabilitäts-Konstanten
sein. In einer Ausführungsform wird,
während
des Schaltungsplatten-Laminationsablaufs, nur eine ausgewählte Spur
mit einer Schicht des unterschiedlichen Materials bedeckt, so dass
die elektrischen Eigenschaften der anderen Spuren nicht beeinflusst
werden. Die Schicht unterschiedlichen Materials an der Spur kann
die gesamte Länge
der Spur abdecken, oder sie bedeckt einen oder mehrere Teile der
Spur, und zwar so, wie es die Anpassung der elektrischen Eigenschaften
verlangt. In einer anderen Ausführungsform
wird das isolierende Material, das die Spur von einer Referenzebene
trennt, durch ein unterschiedliches Material in der Nähe der ausgewählten Spur
ersetzt. In noch einer anderen Ausführungsform wird das isolierende
Material, das die Spur von der Referenzebene trennt, modifiziert, um
seine dielektrische Konstante und/oder magnetische Permeabilität in der
Nähe der
ausgewählten Spur
zu verändern.
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Siehe
auch
JP 2000307362 ,
betitelt „Microwave
Amplifier Circuit, Dielectric Substrate Raw Material and Microwave
Amplifier Circuit Component", worin,
gemäß ihrer
Zusammenfassung, die Höhe
eines Transistors einer Mikrowellenverstärkerschaltung so hergestellt
wird, dass seine Höhe
mit der Höhe
seiner Zuleitungen übereinstimmt,
und zwar durch Abschneiden der Seiten eines Substrats. Da die Höhe des Transistors
ca. 2 Millimeter beträgt, wenn
ein Spannungs-Stehwellenverhältnis
bzw. ein Welligkeitsfaktor („voltage
standing wave ratio";
VSWR) oder dergleichen betrachtet wird, ist eine ebene Struktur
für die
Leitungshöhe
und die verbindende Oberfläche
des Substrats geeignet. Die dielektrische Konstante von Teilen,
die einem Choke- bzw. Drosselungs-Muster und einem Verteiler/Synthetisierer
an dem Substrat entsprechen, wird niedriger ausgeführt als
andere Teile in einem Versuch, die Leistungsdispersion nicht zu
beeinträchtigen.
Insbesondere wird die dielektrische Konstante selektiv unterschiedlich ausgeführt. Um
die dielektrische Konstante selektiv abzusenken, werden die Substrate
unterschiedlicher elektrischer Konstanten während eines Imprägnierens
mit Harzen integriert.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltung zum Verarbeiten von
Funkfrequenzsignalen, wie sie in den Ansprüchen definiert ist.
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In
einem Beispiel wird eine Permittivität des zweiten Bereichs höher ausgeführt als
die Permittivität
der ersten Bereiche, um so eine Änderung
in mindestens einer elektrischen Eigenschaft des Richtkopplers zu
bewirken, wie beispielsweise einer Impedanz, einer Induktanz, einer
Kapazität,
eines Gütefaktors
(Q) und einer Spannung. In einem Beispiel sind ein Paar von Richtkopplerteilen
des Richtkopplers durch eine erste Übertragungsleitung verbunden.
Ein Paar gekoppelter Wandlerleitungsabschnitte ist auch an dem Substrat
angebracht, und zwar verbunden durch eine zweite Übertragungsleitung.
Die Richtkopplerteile und das Paar von gekoppelten Wandlerleitungsabschnitten
bilden vier Anschlüsse einschließlich eines
Eingangsanschlusses, eines gekoppelten Anschlusses, eines isolierten
Anschlusses und eines Ausgangsanschlusses.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Draufsicht auf eine Schaltung mit vier Anschlüssen, die
auf einem Substrat zum Verringern der Größe des Richtkopplers gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgebildet ist.
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2 ist
eine Querschnittsansicht des Richtkopplers von 1 entlang
einer Linie A-A.
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3 ist
ein Flussdiagramm, das nützlich
ist zum Darstellen eines Ablaufs zum Herstellen einer Schaltung
mit vier Anschlüssen
verringerter physikalischer Größe gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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GENAUE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ein
Richtkoppler und insbesondere ein Kantenkopplungsleitungs-Richtkoppler
umfasst ein Paar gekoppelter Wandlungsleitungsabschnitte, welches spezialisierte Übertragungsleitungen
sind, die typischerweise in Funkfrequenz („radio frequency"; RF)-Schaltungen verwendet
werden und häufig
auf bedruckten Leiterplatten beziehungsweise Platinen oder Substraten
implementiert werden. Richtkoppler weisen typischerweise einen gekoppelten Übertragungsleitungsabschnitt
und vier Anschlüsse
auf: Eingang, direkt, gekoppelt und isoliert. Die elektrische Länge des
gekoppelten Übertragungsleitungsabschnitts
beträgt üblicherweise
ein Viertel einer Wellenlänge
einer ausgewählten
Frequenz, aber ein Richtkoppler kann auch jedes ungerade Vielfache (2n
+ 1) der Viertelwellenlänge
aufweisen.
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Materialien
für bedruckte
Leiterplatten mit niedriger Permittivität werden üblicherweise zum Entwurf von
Funkfrequenzschaltungen ausgewählt,
die Richtkoppler implementieren. Beispielsweise sind Polytetrafluorethylen
(PTFE)-basierte Komposite, wie beispielsweise RT/duroid® 6002
(Permittivität
von 2,94; Dielektrizitätsverlust
von 0,009) und RT/duroid® 5880 (Permittivität von 2,2;
Dielektrizitätsverlust
von 0,0007), beide von Rogers Microwave Products, Advanced Circuit
Materials Division, 100 S Roosevelt Avenue, Chandler, AZ 85226,
erhältlich.
Diese beiden Materialien sind übliche
Wahl für
Leiterplattenmaterial. Die obigen Leiterplattenmaterialien stellen dielektrische
Schichten mit relativ niedrigen Permittivitäten mit zugehörigen niedrigen
Dielektrizitätsverlusten
zur Verfügung.
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Jedoch
kann die Verwendung herkömmlicher
Leiterplattenmaterialien die Verkleinerung von Schaltungselementen
beeinträchtigen
und kann auch einige Leistungsgesichtspunkte von Schaltungen beeinträchtigen,
die von Schichten mit hoher Permittivität profitieren. Eine typische
Abwägung
bei einer Kommunikationsschaltung besteht zwischen der physikalischen
Größe eines
Richtkopplers gegen die Betriebsfrequenz und die relativen Leistungspegel
zwischen dem direkten und dem gekoppelten Anschluss. Durch Vergleich
stellt die vorliegende Erfindung dem Schaltungsentwickler eine zusätzliche
Flexibilitätsstufe
bereit durch das Erlauben der Verwendung eines dielektrischen Schichtteils
hoher Permittivität
mit magnetischen Eigenschaften, die auf eine Verringerung der Größe oder
Erhöhung
der Kopplung eines Richtkopplers zum Betrieb bei einer bestimmten
Frequenz hin optimiert sind. Ferner stellt die vorliegende Erfindung
dem Schaltungsentwickler auch Mittel zum Steuern des Gütefaktors
(Q) des Richtkopplers bereit. Diese zusätzliche Flexibilität ermöglicht eine
ver besserte Leistung und Resonanzleitungsdichte und Leistung, die
anders für
Richtkoppler-Funkfrequenzschaltungen nicht möglich ist. Wie hierin definiert,
bedeutet Funkfrequenz bzw. RF jede Frequenz, die verwendet werden
kann, um eine elektromagnetische Welle zu verbreiten.
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Bezugnehmend
auf die 1 und 2 umfasst,
gemäß der bevorzugten
Ausführungsform, eine
Schaltung 10 mit vier Anschlüssen beziehungsweise Vier-Anschluss-Schaltung 10,
wie beispielsweise ein Kantenleitungsgekoppelten Richtwandler, ein
Substrat oder eine dielektrische Schicht 11, welche einen
ersten Bereich 9 mit einem ersten Satz von Substrateigenschaften
und einen zweiten Bereich 20 mit einem zweiten Satz von
Substrateigenschaften aufweist. Das Substrat 11 kann auch
andere Bereiche mit noch einem anderen Satz von Substrateigenschaften
aufweisen, wie beispielsweise einen Bereich 25. Die Substrateigenschaften
können
eine Permittivität
und eine Permeabilität
umfassen. Insbesondere kann der zweite Satz von Substrateigenschaften
sich vom ersten Satz von Substrateigenschafen unterscheiden, oder
vom anderen Satz von Substrateigenschaften des Substrats. Beispielsweise kann
der zweite Bereich 20 eine höhere Permittivität und/oder
Permeabilität
als der erste Bereich 9 aufweisen, und der Bereich 25 kann
eine im Vergleich zu den Bereichen 9 oder 20 unterschiedliche
Permittivität
und/oder Permeabilität
aufweisen.
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Richtkopplerabschnitte 16 und 19 können an der
dielektrischen Schicht 11 befestigt sein, und zwar miteinander über eine
erste Übertragungsleitung 32 verbunden.
Gekoppelte Wandlerleitungsabschnitte 17 und 18 können an
der dielektrischen Schicht 11 befestigt sein, und zwar
miteinander über
eine zweite Übertragungsleitung 30 verbunden.
Die erste Übertragungsleitung 32 und
die zweite Übertragungsleitung 30 können so
angeordnet sein, dass sie kantengekoppelte Übertragungsleitungen in paralleler
Nähe zueinander
sind, wobei die dielektrische Schicht oder Bereich 25 zwischen
den ersten und zweiten Übertragungsleitungen
vorzugsweise auf eine Kopplung hin optimiert ist. Die Vier-Anschluss-Schaltung 10 wie gezeigt
umfasst daher einen Anschluss 21, der als ein Eingangsanschluss
dient, einen Anschluss 22, der als ein gekoppelter Anschluss
dient, einen Anschluss 23 als den isolierten Anschluss
und einen Anschluss 24 als den Durchgangsausgangsanschluss
des kantenleitungsgekoppelten Richtkopplers.
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Koppler
werden dadurch aufgebaut, dass sie eine Hauptübertragungsleitung (32)
in paralleler Nähe
zu einer Nebenleitung (30) aufweisen. Als ein Ergebnis
dieser Nähe
wird ein Prozentsatz der an der Hauptleitung vorhandenen Leistung
in die Nebenleitung eingekoppelt, und die Leistung verändert sich als
eine Funktion der physikali schen Abmessungen des Kopplers und der
Ausbreitungsrichtung der Hauptleistung. Dies kann man in 1 erkennen, wobei
zu beachten ist, dass der gekoppelte Abschnitt ungefähr eine
Viertelwellenlänge
an der Mitte des Frequenzbandes beträgt. Leistung, die an der Hauptleitung
am Anschluss 21 ankommt, wird unter einem gewissen verringerten
Leistungspegel mit Anschluss 22 gekoppelt, während die
Hauptleistung zum Anschluss 24 weiterläuft. Anschluss 23 wird
normalerweise in einer Last abgeschlossen, die gleich der charakteristischen
Impedanz der Leitung ist. In einem idealen Koppler wird keine Leistung
am Anschluss 23 auftreten. Die Größe der von Anschluss 21 zu 22 eingekoppelte
Leistung ist eine Funktion des Entwurfs, ausgedrückt durch geradmodige und ungeradmodige
Impedanzen (geradmodige Impedanzen der Leitung werden durch die
Ströme
definiert, die jeder individuellen Leitung und Masse zugeordnet
sind, und ungeradmodige Impedanzen der Leitung werden durch die
Ströme
definiert, die der Kopplung der zwei Übertragungsleitungen zugeordnet
sind).
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Es
ist anzumerken, dass die Richtcharakteristik ein zum Richtkoppler
zugehöriger
Qualitätsfaktor
ist. Sie definiert die Höhe
der Leistung, die am ungekoppelten Anschluss 23 auftritt.
In absoluten Ausdrücken
wird dies als Isolierung ausgedrückt.
Dies ist jedoch keine wahre Messung der Kopplungsqualität. Die Richtcharakteristik
ist gleich der Isolierung minus der Kopplung und bleibt daher als
eine Funktion des physikalischen Aufbaus statt der Kopplung relativ konstant,
außer
wenn die gradmodigen und ungradmodigen Geschwindigkeiten ungleich
sind, was auftritt, wenn der Koppler als offener Mikrostreifen implementiert
ist. Ein zweiter Faktor, der die Richtcharakteristik beeinflusst,
ist die interne Anpassung, eine Funktion wiederum des Gleichgewichts
der gradmodigen und ungradmodigen Impedanzen. Ein dritter Faktor
ist die Endübergangsfehlanpassung,
die sich ergibt, wenn die Nebenleitung von der Hauptleitung an jedem
Ende des Viertelwellenabschnitts abgekoppelt ist. Ein Vierter ist
das Last-VSWR an dem Haupt- und Neben-Ausgangsanschluss.
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Unter
der Annahme, dass der Aufbau des Richtkopplers auf einem festen
homogenen Medium durchgeführt
wird, wird VSWR der häufigste
beschränkende
Parameter auf die Kopplerrichtcharakteristik. Andererseits wird
eine Steuerung der gradmodigen und ungradmodigen Impedanz (durch
Optimierung der Kopplung) der Steuerparameter der Kopplerrichtcharakteristik,
dadurch wird die Fähigkeit,
eine verbesserte Kopplerleistung zu erreichen, insbesondere ein
verbessertes Eingangs-VSWR und eine verbesserte Isolierung zu erreichen,
erreicht unter Verwendung der Techniken der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
eine Querschnittsansicht, gezeigt entlang der Schnittlinie A-A der
Vier-Anschluss-Schaltung 10 und
der dielektrischen Schicht 11 aus 1. Eine
Masseplatte 50 kann unter den Richtkoppler-Leitungsabschnitten
vorgesehen sein. Dementsprechend kann die dielektrische Schicht 11 eine
Dicke aufweisen, welche eine Richtkopplerhöhe über der Masse definiert. Die
Dicke ist ungefähr gleich
zum physikalischen Abstand vom Richtkoppler zur darunterliegenden
Masseebene 50. Dieser Abstand kann angepasst werden, um
bestimmte dielektrische Geometrien zu erlangen, beispielsweise,
um eine Kapazität
zu erhöhen
oder zu verringern, wenn ein bestimmtes dielektrisches Material
verwendet wird.
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Die
Ausbreitungsgeschwindigkeit eines Signals, das am Richtkoppler läuft, ist
gleich
Da die Ausbreitungsgeschwindigkeit
umgekehrt proportional zur relativen Permeabilität und relativen Permittivität ist, verringert
ein Erhöhen
der Permeabilität
und/oder Permittivität
im zweiten Bereich
20 die Ausbreitungsgeschwindigkeit des
Signals am Richtkoppler und dadurch die Signalwellenlänge. Daher kann
die Länge
des Richtkopplers vermindert werden durch Erhöhen der Permeabilität und/oder
Permittivität
des zweiten Bereichs
20. Ferner kann eine Erhöhung der
Permittivität
die kapazitive Kopplung zwischen dem Richtkoppler und der Masse
50 erhöhen. Dadurch
kann die Oberflächengröße des Richtkopplers
auch durch Erhöhen
der Permittivität
des zweiten Bereichs
20 verringert werden. Dementsprechend kann
der Richtkoppler sowohl in der Länge
als auch in der Breite kleiner gemacht werden als es ansonsten an
einer herkömmlichen
Leiterplatte nötig
wäre.
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Die
Permittivität
und/oder Permeabilität
können
so ausgewählt
werden, dass es auch zu einer gewünschten charakteristischen
Impedanz (Z0) für den Richtkoppler führt, oder
um Induktanzs- oder Widerstands-Werte zu steuern, die dem Richtkoppler zugeordnet
sind. Beispielsweise kann die Permeabilität des zweiten Bereichs 20 erhöht werden,
um die Induktanz des Richtkopplers zu erhöhen.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung kann die Permeabilität der dielektrischen Schicht 11 gesteuert
werden, um die Induktanz aller oder von Teilen der Richtkopplerabschnitte
zu erhöhen
In einer anderen (nicht gezeigten) Ausführungsform kann der Richtkoppler
seine eigene individuelle Massenplatte oder Rücklaufspur (wie beispielsweise
in einer Zwillingsleitungsanordnung) so konfiguriert aufweisen, dass
ein Strom an der Masseplatte oder der Rücklaufspur in einer Richtung
läuft,
die demjenigen Strom entgegengesetzt ist, der in dem Richtkoppler fließt, was
zu einer Aufhebung des de Viertelwellenwandlerabschnitten zugeordneten
magnetischen Flusses führen
und deren Induktanz verringern wird.
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Die
Permittivität
und/oder Permeabilität
kann an ausgewählten
Bereichen der dielektrischen Schicht unterschiedlich modifiziert
werden, um eine Leistung des der Viertelwellenwandlers zu optimieren.
In noch einer weiteren Anordnung können alle Bereiche der dielektrischen
Schicht verändert
werden durch unterschiedliches Modifizieren der Permittivität und/oder
Permeabilität
in allen Bereichen der dielektrischen Schicht.
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Der
Ausdruck "unterschiedliches
Modifizieren", wie
er hierin verwendet wird, bezieht sich auf jegliche Modifikationen
der dielektrischen Schicht 11, einschließlich von
Hinzufügungen,
die dazu führen, dass
zumindest eine der dielektrischen und magnetischen Eigenschaften
an einem Bereich des Substrats im Vergleich zu einem anderen Bereich
unterschiedlich ist. Beispielsweise kann die Modifikation eine ausgewählte Modifikation
sein, bei der bestimmte Bereiche der dielektrischen Schicht modifiziert werden,
um bestimmte dielektrische oder magnetische Eigenschaften zu erzeugen,
während
andere Bereiche der dielektrischen Schicht unverändert bleiben.
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Gemäß einer
Ausführungsform
(nicht gezeigt) kann eine dielektrische Ergänzungsschicht der dielektrischen
Schicht 11 hinzugefügt
werden. Techniken nach dem Stand der Technik, wie beispielsweise
verschiedene Aufsprühtechnologien,
Aufschleuder-Technologien,
verschiedene Abscheidungstechnologien oder ein Zerstäuben, können verwendet werden,
um die Ergänzungsschicht
aufzutragen. Eine erste Ergänzungsschicht
kann über
die gesamte existierende dielektrische Schicht 11 hinzugefügt werden
und/oder eine zweite Ergänzungsschicht kann
im zweiten Bereich 20 selektiv hinzugefügt werden, oder ausgewählten Teilen
davon, um die Permittivität
und/oder Permeabilität
des Dielektrikums unter den Viertelwellenwandlerabschnitten 16 bis 19 zu verändern. In
einer alternativen Ausführungsform kann
die Ergänzungsschicht
dem ersten Bereich 9 oder an ausgewählten Teilen davon oder anderen Bereichen,
wie beispielsweise Bereich 25, hinzugefügt werden. Beispielsweise kann
die Ergänzungsschicht
unter der ersten Übertragungsleitung 32 hinzugefügt werden,
um die Permittivität
und/oder Permeabilität
in diesem Bereich zu erhöhen.
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Es
ist anzumerken, dass die Ergänzungsschicht
Teilchen umfassen kann, um die relative Permeabilität im ersten
und/oder zweiten Bereich, oder in anderen Bereichen (9, 20 oder 25)
so zu ändern, dass
sie größer oder
kleiner als 1 ist. Beispielsweise können diamagnetische oder ferromagnetische
Teilchen jedem der Bereiche hinzugefügt werden. Ferner können dielektrische
Teilchen ebenfalls jedem der Bereiche hinzugefügt werden. Zusätzlich können die erste
Ergänzungsschicht
und die zweite Er gänzungsschicht
in jeglicher Schaltungskonfiguration vorgesehen sein, beispielsweise
bei einer Streifenleitung, einem Mikrostreifen und einem bedeckten
Mikrostreifen.
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Ein
Verfahren zum Bereitstellen eines auf Größe und Leistung optimierten
Richtkopplers wird in Bezug auf den unten stehenden Text und das
in 3 dargestellte Flussdiagramm beschrieben. In Schritt 310 wird
das dielektrische Material der Leiterplatte zur Modifikation angesetzt.
Wie vorher angesprochen, kann das Leiterplattenmaterial ein kommerziell
erhältliches
Standardmaterial oder ein kundenspezifisches Plattenmaterial enthalten,
das aus einem Polymermaterial besteht, umfassen, oder einer Kombination
daraus. Der Ansetzungsablauf kann von der Art des ausgewählten Plattenmaterials
abhängig
gemacht werden.
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In
Schritt 320 können
ein oder mehrere Substratschichtbereiche, wie beispielsweise die
ersten und zweiten Bereiche 9 und 20, unterschiedlich
modifiziert werden, so dass sich die Permittivität und/oder Permeabilität zwischen
zwei oder mehr Teilen der Bereiche unterscheidet. Die unterschiedliche Modifikation
kann auf verschiedene unterschiedliche Wege erreicht werden, wie
bereits beschrieben. Bezug nehmend auf Schritt 330 kann
dann die Metallschicht aufgebracht werden, um den Richtkoppler unter
Verwendung herkömmlicher,
bekannter Leiterplattentechniken zu bilden.
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Dielektrische
Substratplatten bzw. -baugruppen mit Metamaterial-Bereichen, welche
lokalisierte bzw. lokal begrenzte und auswählbare magnetische und dielektrische
Eigenschaften bereitstellen, können
auf die folgende Art hergestellt werden. Wie hierin definiert, bezieht
sich der Ausdruck "Metamaterialien" auf Kompositmaterialien,
die aus dem Mischen oder einer Anordnung bzw. Kombination von zwei oder
mehr unterschiedlicher Materialien auf einer sehr feinen Ebene,
wie beispielsweise der Molekular- oder Nanometer-Ebene, gebildet
werden. Metamaterialien erlauben ein Zuschneiden elektromagnetischer
Eigenschaften des Komposits, welches durch effektive elektromagnetische
Parameter definiert werden kann, die eine effektive elektrische
Permittivität εeff (oder
Dielektrizitätskonstante)
und die effektive magnetische Permeabilität μeff umfassen.
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Geeignete
dielektrische Massen- bzw. Bulk-Keramiksubstratmaterialien kann
man von kommerziellen Materialherstellern, wie beispielsweise duPont
und Ferro, erhalten. Das unverarbeitete Material, üblicherweise
Green Tape genannt, kann aus einem dielektrischen Massen-Band in
große
Bereiche geschnitten werden, wie beispielsweise in Teile von 15,24 × 15,24
cm (d. h., 6 inch × 6
inch-Teile). Beispielsweise stellt duPont Microcircuit Materials Green
Tape-Materialsysteme bereit, wie beispielsweise das dielelektrische
951-Niedertemperatur-Einbrand-Band, und die Ferro Electronic Materials
die COG-dielektrische ULF28-30-ultraniedrig-Einbrand-Formulierung.
Diese Substratmaterialien können
dazu verwendet werden, dielektrische Schichten mit relativ geringen
Permittivitäten
mit dazugehörigen relativ
niedrigen Dielektrizitätsverlusten
für einen Schaltungsbetrieb
bei Mikrowellenfrequenzen bereitzustellen, sobald sie gebrannt sind.
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Beim
Ablauf des Erzeugens einer Mikrowellenschaltung unter Verwendung
mehrfacher Lagen eines dielektrischen Substratmaterials können Merkmale
wie beispielsweise Durchführungen,
Poren, Löcher
oder Hohlräume
durch ein oder mehrere Schichten des Bandes gestanzt werden. Poren
können durch
mechanische Mittel (beispielsweise Stanzungen) oder durch gerichtete
Energiemittel (z. B. Laserbohren, Fotolithografie) definiert werden,
aber Poren können
auch unter Verwendung jedes anderen geeigneten Verfahrens definiert
werden. Einige Durchkontaktierungen können durch die gesamte Dicke des
großen
Substrats hindurch reichen, während
einige Poren nur durch verschiedene Bereiche der Substratdicke hindurchreichen.
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Die
Durchkontaktierungen können
dann mit Metall oder anderen dielektrischen oder magnetischen Materialien
oder Mischungen davon, aufgefüllt werden, üblicherweise
unter Verwendung von Schablonen zur präzisen Aufbringung der Hinterfüllungsmaterialien.
Die individuellen Schichten des Bandes können in einem herkömmlichen
Verfahrensablauf aufeinander gestapelt werden, um ein vollständiges Mehrlagensubstrat
herzustellen. Alternativ können individuelle
Schichten des Bandes aufeinandergestapelt werden, um ein nicht vollständiges Mehrlagensubstrat
zu erzeugen, das üblicherweise
als ein Teilstapel bezeichnet wird.
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Mit
Poren bzw. Leerräumen
versehene Bereiche können
auch Poren bleiben. Falls sie mit ausgewählten Materialien mit selektiven
effektiven elektromagnetischen Parametern, umfassend die elektrische
Permittivität
(oder Dielektrizitätskonstante)
und die effektive magnetische Permeabilität, hinterfüllt werden, umfassen die ausgewählten Materialien
vorzugsweise Metamaterialien. Die Wahl einer Metamaterialzusammensetzung
kann steuerbare effektive Dielektrizitätskonstanten über einen
vergleichsweise kontinuierlichen Bereich von weniger als 2 bis mindestens
2650 ergeben. Abstimmbare magnetische Eigenschaften sind auch von
bestimmten Metamaterialien verfügbar.
Beispielsweise kann durch Wahl geeigneter Materialien die relative
effektive magnetische Permeabilität allgemein von ungefähr 4 bis
116 für
die meisten praktischen Funkfrequenzanwendungen reichen. Jedoch
kann die relative effektive magnetische Permeabilität so niedrig
wie ca. 2 sein oder bis in die Tausende reichen.
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Der
Ausdruck "unterschiedlich
modifiziert", wie
er hier verwendet wird, bezieht sich auf Veränderungen bzw. Modifikationen,
einschließlich
Dotiermitteln, in Bezug auf eine dielektrische Substratschicht, was
dazu führt,
dass zumindest eine der dielektrischen und magnetischen Eigenschaften
an einem Bereich des Substrats im Vergleich zu einem anderen Bereich
unterschiedlich ist. Ein unterschiedlich modifiziertes Leiterplattensubstrat
umfasst vorzugsweise ein oder mehr Metamaterial enthaltende Bereiche.
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Beispielsweise
kann die Modifikation eine ausgewählte Veränderung sein, bei der bestimmte
dielektrische Schichtbereiche bzw. Bereiche einer dielektrischen
Schicht verändert
werden, um einen ersten Satz dielektrischer oder magnetischer Eigenschaften
zu erzeugen, während
andere Bereiche der dielektrischen Schicht unterschiedlich modifiziert bzw.
verändert
werden oder unverändert
bleiben, um dielektrische und/oder magnetische Eigenschaften bereitzustellen,
die sich von dem ersten Satz von Eigenschaften unterscheiden. Eine
unterschiedliche Modifizierung kann auf eine Vielzahl unterschiedlicher
Wege erreicht werden.
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Gemäß einer
Ausführungsform
kann eine dielektrische Ergänzungsschicht
der dielektrischen Schicht hinzugefügt werden. Bekannte Techniken, wie
beispielsweise verschiedene Sprühtechnologien, Aufschleudertechnologien,
verschiedene Abscheidetechnologien oder ein Zerstäuben kann
verwendet werden, um die dielektrische Ergänzungsschicht aufzubringen.
Die dielektrische Ergänzungsschicht
kann ausgewählt
in räumlich
begrenzten Bereichen hinzugefügt
werden, einschließlich
innerhalb von Poren oder Löchern,
oder über
die gesamte existierende dielektrische Schicht. Beispielsweise kann
eine dielektrische Ergänzungsschicht
verwendet werden, um einen Substratbereich mit einer erhöhten effektiven
dielektrischen Konstante bereitzustellen. Das als eine Ergänzungsschicht
hinzugefügte
dielektrische Material kann verschiedene Polymermaterialien umfassen.
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Der
Schritt des unterschiedlichen Modifizierens kann weiterhin ein räumlich begrenztes
Hinzufügen
zusätzlicher
Materialien zu der dielektrischen Schicht oder der dielektrischen
Ergänzungsschicht enthalten.
Die Hinzufügung
von Material kann verwendet werden, um die effektive dielektrische
Konstante oder magnetische Eigenschaften der dielektrischen Schicht
weiter zu steuern, um ein vorgegebenes Entwurfsziel zu erreichen.
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Das
zusätzliche
Material kann eine Vielzahl von metallischen und/oder keramischen
Teilchen umfassen. Metallteilchen umfassen vorzugsweise Eisen-,
Wolfram-, Kobalt-, Vanadium-, Mangan-, bestimmte Seltenerdmetall-,
Nickel- oder Niob-Teilchen. Die Teilchen sind vorzugsweise nanogroße Teilchen
mit allgemein physikalischen Sub-Mikrometer-Abmessungen,
die im Weiteren als Nanoteilchen bezeichnet werden.
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Die
Teilchen, wie beispielsweise Nanoteilchen, können vorzugsweise organofunktionalisierte Kompositteilchen
sein. Beispielsweise können
organofunktionalisierte Kompositteilchen Teilchen umfassen, welche
metallische Kerne mit elektrisch isolierenden Beschichtungen oder
elektrisch isolierende Kerne mit einer Metallbeschichtung umfassen.
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Magnetische
Metamaterialien, welche allgemein zur Steuerung magnetischer Eigenschaften
der dielektrischen Schicht für
eine Vielzahl von hierin beschriebenen Anwendungen geeignet sind,
umfassen Ferrit-Organokeramiken (FexCyHz)-(Ca/Sr/Ba-Keramik). Diese Teilchen
arbeiten gut bei Anwendungen im Frequenzbereich von 8 bis 40 GHz.
Alternativ oder zusätzlich
sind Niob-Organokeramiken (NbCyHz)-(Ca/Sr/Ba-Keramik) nützlich für den Frequenzbereich von 12-40
GHz. Die für
eine Hochfrequenz vorgesehenen Materialien sind auch auf Niedrigfrequenzanwendungen
anwendbar. Diese und andere Arten von Kompositteilchen sind kommerziell
erhältlich.
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Allgemein
werden beschichtete Teilchen zur Verwendung mit der vorliegenden
Erfindung bevorzugt, da sie eine Verbindung mit einer Polymermatrix oder
mit Seitenkettenresten unterstützen.
Zusätzlich zum
Steuern der magnetischen Eigenschaften des Dielektrikums können die
hinzugefügten
Teilchen auch dazu verwendet werden, die effektive dielektrische
Konstante des Materials zu steuern. Unter Verwendung eines Füllungsverhältnisses
von Kompositteilchen von ungefähr
1 bis 70 % ist es möglich,
die dielektrische Konstante von Bereichen der dielektrischen Substratschicht
und/oder der dielektrischen Ergänzungsschicht
wesentlich zu erhöhen
und möglicherweise
abzusenken. Beispielsweise kann ein Hinzufügen organofunktionalisierter
Nanopartikel zu einer dielektrischen Schicht dazu verwendet werden, die
dielektrische Konstante der modifizierten Bereiche der dielektrischen
Schicht anzuheben.
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Teilchen
können
mittels einer Vielzahl von Techniken aufgebracht werden, einschließlich eines Vielfach-Mischens,
Mischens und eines heftigen Füllens.
Beispielsweise kann eine dielektrische Konstante von einem Wert
von 2 bis hoch zu 10 unter Verwendung einer Vielzahl von Teilchen
mit einem Füllungsverhältnis von
bis zu 70 % angehoben werden. Metalloxide, die für diesen Zweck nützlich sind, können Aluminiumoxid,
Kalziumoxid, Magnesiumoxid, Nickeloxid, Zirkonoxid und Niob (II,
IV, V)-oxid umfassen.
Lithiumniobat (LiNbO3) und Zirkonate, wie beispielsweise
Kalziumzirkonat und Magnesiumzirkonat, können ebenfalls verwendet werden.
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Die
wählbaren
Substrateigenschaften können
auf Flächen
so klein wie ca. 10 nm lokal begrenzt werden oder große Flächenbereiche
abdecken, einschließlich
der gesamten Baugruppen- bzw. Leiterplattensubstratoberfläche. Herkömmliche
Techniken, wie beispielsweise Lithographie und Ätzen, zusammen mit Abscheidungsabläufen, können zur
räumlich begrenzten
Handhabung der dielektrischen und magnetischen Eigenschaften verwandt
werden.
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Die
Materialien können
gemischt mit anderen Materialien oder einschließlich verschiedener Dichten
porenbehafteter Bereiche (welche allgemein Luft einfügen) angesetzt
werden, um effektive dielektrische Konstanten in einem im Wesentlichen
kontinuierlichen Bereich von 2 bis ca. 2650 herzustellen, als auch
andere potentiell gewünschte
Substrateigenschaften. Beispielsweise umfassen Materialien, die
eine niedrige Dielektrizitätskonstante
(< 2 bis ca. 4)
zeigen, Siliziumdioxid mit unterschiedlichen Dichten porenbehafteter
Bereiche. Aluminiumoxid mit unterschiedlichen Dichten porenbehafteter
Bereiche kann eine Dielektrizitätskonstante
von ca. 4 bis 9 bereitstellen. Weder Siliziumdioxid noch Aluminiumoxid weisen
irgendwelche wesentlichen magnetischen Permeabilitäten auf.
Jedoch können
magnetische Partikel hinzugefügt
werden, wie beispielsweise bis zu 20 Gew.-%, um diese oder jegliches
andere Material merklich magnetisch zu machen. Beispielsweise können magnetische
Eigenschaften mit einer Organofunktionalität zugeschnitten werden. Die
Auswirkung auf die Dielektrizitätskonstante
vom Hinfügen magnetischer
Materialien führt
allgemein zu einem Anstieg in der Dielektrizitätskonstante.
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Materialien
mit mittlerer Dielektrizitätskonstante
weisen eine Dielektrizitätskonstante
auf, die allgemein im Bereich von 70 bis 500 ± 10 % liegt. Wie oben angemerkt,
können
diese Materialien mit anderen Materialien oder Poren gemischt werden,
um die gewünschten
Werte der effektiven Dielektrizitätskonstanten bereitzustellen.
Diese Materialien können Ferrit-dotiertes
Kalziumtitanat umfassen. Dotiermetalle können Magnesium, Strontium und
Niob umfassen. Diese Materialien weisen einen Bereich von 45 bis
600 in der relativen magnetischen Permeabilität auf.
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Für Anwendungen
mit hoher Dielektrizitätskonstante
können
Ferrit- oder Niob-dotierte
Kalzium- oder Barium-Titanat-Zirkonate verwendet werden. Diese Materia lien
weisen eine Dielektrizitätskonstante
von ungefähr
2200 bis 2650 auf. Dotieranteile für diese Materialien liegen
allgemein zwischen ca. 1 bis 10 %. Wie in Bezug auf andere Materialien
angemerkt, können
diese Materialien mit anderen Materialien oder Poren gemischt werden,
um gewünschte effektive
Werte für
die Dielektrizitätskonstante
bereitzustellen.
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Diese
Materialien können
allgemein durch verschiedene molekulare Veränderungsabläufe modifiziert werden. Modifikationsbearbeiten
kann eine Erzeugung von Poren, gefolgt durch Füllen mit Materialien, wie beispielsweise
Kohlenstoff- und Fluorbasierten organofunktionalen Materialen, wie
beispielsweise Polytetrafluorethylen (PTFE), umfassen.
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Alternativ
oder zusätzlich
zur organofunktionalen Integration kann ein Bearbeiten eine Herstellung
von festen Freiformen ("solid
freeform fabrication";
SFF), Licht-, UV-Röntgenstrahl-,
Elektronenstrahl- oder Ionenstrahl-Bestrahlung umfassen. Eine Lithographie
kann auch unter Verwendung einer Foto-, UV-, Röntgenstrahl-, Elektronenstrahl-
oder Ionenstrahl- Bestrahlung durchgeführt werden.
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Unterschiedliche
Materialien, einschließlich Metamaterialien,
können
auf unterschiedliche Flächen
auf Substratschichten (Teilstapel) aufgebracht werden, so dass eine
Vielzahl von Flächen
der Substratschichten (Teilstapel) unterschiedliche dielektrische
und/oder magnetische Eigenschaften aufweisen. Die Hinterfüllungsmaterialien,
wie oben angemerkt, können
zusammen mit einem oder mehreren zusätzlichen Verarbeitungsschritten
verwendet werden, um gewünschte
dielektrische und/oder magnetische Eigenschaften zu erreichen, entweder
lokal begrenzt oder über
einen Massen-Substratbereich.
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Ein
Leiteraufdruck auf der obersten Schicht wird dann allgemein auf
die modifizierte Substratschicht, den Schichtstapel oder den vollständigen Stapel
aufgebracht. Leiterspuren können
unter Verwendung von Dünnfilmtechniken,
Dickfilmtechniken, einer Galvanisierung oder jeder anderen geeigneten Technik
bereitgestellt werden. Die Prozessabläufe, die verwendet werden,
um das Leitermuster zu definieren, umfassen, sind aber nicht beschränkt auf, eine
Standardlithographie und Vervielfältigungsmatrizen.
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Man
erhält
dann allgemein eine Grundplatte zum Zuordnen und Ausrichten einer
Vielzahl von modifizierten Baugruppensubstraten. Ausrichtungslöcher durch
jede der Vielzahl der Substratleiterplatten können für diesen Zweck verwendet werden.
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Die
Vielzahl von Schichten des Substrats, ein oder mehrere Teilstapel
oder eine Kombination von Schichten und Teilstapeln können dann
miteinander geschichtet werden (z. B. mechanisch gepresst) unter
Verwendung entweder eines isostatischen Drucks, was einen Druck
auf das Material von allen Richtungen anlegt, oder eines einachsigen Drucks,
was einen Druck auf das Material nur von einer Richtung aus anlegt.
Das Mehrlagensubstrat wird dann weiterverarbeitet, wie oben beschrieben,
oder in einen Ofen eingebracht, um auf eine Temperatur aufgeheizt
zu werden, die für
das verarbeitete Substrat geeignet ist (ungefähr 850°C bis 900°C für die oben angesprochenen Materialien).
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Die
Vielzahl von Keramikbandschichten und gestapelten Teilstapeln von
Substraten kann dann unter Verwendung eines geeigneten Ofens gebrannt werden,
welcher bezüglich
eines Temperaturanstiegs mit einer Rate gesteuert werden kann, die
für das verwendete
Substratmaterial geeignet ist. Die verwendeten Prozessbedingungen,
wie beispielsweise die Anstiegsrate der Temperatur, die Endtemperatur, das
Abkühlprofil
und notwendige Halteabschnitte werden abgestimmt auf das Substratmaterial
und jedes darin hinterfüllte
oder darauf aufgetragene Material ausgewählt. Dem Brennen folgend werden
Substratplatten typischerweise unter Verwendung eines optischen
Mikroskops auf Fehler untersucht.
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Die
gestapelten Keramiksubstrate können dann
optional in vereinzelte Stücke
geschnitten werden, die so klein sind, wie es benötigt wird,
um Schaltungsfunktionsanforderungen zu erfüllen. Folgend auf eine Endprüfung können die
vereinzelten Substratstücke
dann auf einer Testhalterung zur Beurteilung ihrer verschiedenen
Eigenschaften angebracht werden, wie z. B. dazu um sicherzustellen,
dass die dielektrischen, magnetischen und/oder elektrischen Eigenschaften
innerhalb vorbestimmter Grenzen liegen.
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Daher
können
die dielektrischen Substratmaterialien mit räumlich begrenzten ausgewählten dielektrischen
und/oder magnetischen Eigenschaften zum Verbessern der Dichte und
Leistung von Schaltkreisen ausgerüstet werden. Die dielektrische
Flexibilität
erlaubt eine unabhängige
Optimierung von Schaltungselementen.
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Während die
bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung dargelegt und beschrieben worden sind, sollte es klar
sein, dass die Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Zahlreiche Änderungen,
Modifikationen, Variationen, Ersetzungen und Äquivalente werden dem Fachmann
einfallen, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung, wie sie in
den Ansprüchen
beschrieben ist, abzuweichen.
