EP1917667A2 - Hf-abschlusswiderstand mit einer planaren schichtstruktur - Google Patents

Hf-abschlusswiderstand mit einer planaren schichtstruktur

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EP1917667A2
EP1917667A2 EP06776894A EP06776894A EP1917667A2 EP 1917667 A2 EP1917667 A2 EP 1917667A2 EP 06776894 A EP06776894 A EP 06776894A EP 06776894 A EP06776894 A EP 06776894A EP 1917667 A2 EP1917667 A2 EP 1917667A2
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EP
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layer
conductor
ground contact
substrate
layer structure
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Frank Weiss
Dietrich Zahn
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Rosenberger Hochfrequenztechnik GmbH and Co KG
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    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/24—Terminating devices
    • H01P1/26—Dissipative terminations
    • H01P1/268—Strip line terminations

Definitions

  • the present invention relates to an RF termination resistor having a planar layered structure comprising on a substrate a resistance layer for converting RF energy to heat, an input line for supplying RF energy, and a grounding line for electrically connecting to a ground contact the input conductor track is electrically connected to a first end of the resistive layer and the grounding interconnect track is electrically connected to a second end of the resistive layer opposite the first end and at a ground contact end of the layered structure the grounding interconnect line forms the topmost layer of the layered structure according to the preamble of the claim 1.
  • the invention further relates to a method for producing a planar layer structure for an RF termination resistor, wherein on a substrate, a resistance layer for converting RF energy into heat, an input conductor to the Zuf the ground conductor is electrically connected to a first end of the resistive layer and the grounded interconnect is electrically connected to a second end of the resistive layer opposite the first end, according to the preamble of FIG Claim 6.
  • RF terminating resistors are used, for example, for adapting RF modules in the mobile and microwave radio range with very high transmission powers, for example for terminating a combiner or antenna output. Terminating resistors of increased power dissipation have large resistance structures in order to distribute the coupled RF power to this area. This works However, unfavorable to the reflection factor in broadband application, or the terminating resistor is used with the same reflection factors only in a narrower frequency band.
  • the invention has for its object to provide an RF termination of the o.g. Art and a method of o.g. Design such a way that the ground connection of the resistance structure of the substrate to the ground contact, such as a housing wall, on the one hand very short to obtain the most accurate adaptation of the characteristic impedance, but on the other hand is constructed so that there is still a good solder joint for can form the ground contact between the ground strip conductor and ground contact.
  • the ground strip conductor track is at least partially disposed on the resist layer.
  • the resistive layer is formed on the substrate and then the bulk insertion conductor is at least partially formed on the resistive layer.
  • the grounding conductor track is arranged on the substrate and has an extension extending in the direction of the first end of the resistance layer, which is arranged on the resistance layer.
  • a good and reliably producible electrical contact between the ground strip conductor and the ground contact is achieved in that an upper side facing away from the substrate of the bulk slab conductor in the region of the ground contact end of the layer structure, in which the ground strip conductor rests on the substrate, as well as in Extending portion of the extension in which the mass insertion conductor rests on the resistance layer in a surface.
  • the planar layer structure is arranged in a housing of electrically conductive material, wherein the ground contact is the housing.
  • the ground contact is arranged on a ground contact-side stimulus surface of the planar layer structure.
  • FIG. 2 shows the RF termination of FIG. 1 in a schematic sectional view
  • the preferred embodiment of an RF termination resistor comprises a resistance layer 10, an input conductor 12 and a grounding conductor 14.
  • the resistance layer 10, the input conductor 12 and the grounding conductor 14 are formed as respective layers on a substrate 16 and form a planar layer structure.
  • the input conductor 12 is electrically connected to a first end 18 of the resistive layer 10, and the grounding conductor 14 is electrically connected to a second end 20 of the resistive layer 10 opposite the first end 18.
  • the resistive layer 10 serves to convert RF energy to heat
  • the input trace 12 serves to deliver RF energy
  • the bulk launch trace 14 is for electrical connection to a ground contact 22 (FIG. 2).
  • the planar layer structure formed by the input conductor 12 (not shown in FIG. 2), the resistance layer 10 and the grounding conductor 14 is shown in more detail in FIG.
  • the ground contact 22 is arranged on the front side on a mas se se recognizede end of the layer structure and is for example a part of a housing.
  • This housing is made of an electrically conductive material and thereby also has good thermal conduction properties, so that the heat energy generated in the resistance layer 10 is dissipated via the housing to a heat sink.
  • the grounding conductor 14 provides electrical contact between the resistive layer 10 and the housing 22.
  • the grounding conductor track 14 is arranged at least partially on the resistance layer 10.
  • the mass Schußleiterbahn 14 arranged on the substrate 16.
  • Extending in the direction of the first end 18 of the resistance layer 10 is an extension 24 of the grounding conductor track 14 which is arranged on the resistance layer 10, ie the resistance layer 10 is arranged in the region of the extension 24 between the substrate 16 and the ground connection conductor layer 14.
  • a side facing away from the substrate 16 top 26 of the bulk slotted conductor 14 extends both in the region of the ground contact end of the layer structure in which the bulk slotted conductor 14 on the substrate 16, as well as in the region of the extension 24, in which the bulk slotted conductor 14 on the Resistor layer 10 rests in a plane.
  • This planar O- berseite 26 of the bulk slotted conductor 14 is used to make the electrical contact with the housing 22, wherein preferably a solder joint is produced.
  • a length 28 of the grounding conductor 14, i. an extension of the mass insertion conductor 14 in the propagation direction of the RF wave have a certain minimum length, since otherwise no sufficient Lotkehle can form.
  • a method of fabricating a planar laminar structure for an RF termination comprising forming on a substrate a resistive layer for converting RF energy to heat, an input line for supplying RF energy, and a bulk bus for electrically connecting to a ground contact Input conductor is electrically connected to a first end of the resistive layer and the Masseeingschussleiterbahn is electrically connected to a first end opposite the second end of the resistive layer, characterized in that first the resistive layer is formed on the substrate and thereafter the Masseeingschussleiterbahn at least partially formed on the resistive layer becomes.

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Description

HF-Abschlusswiderstand mit einer planeren Schichtstruktur
Die vorliegende Erfindung betrifft einen HF-Abschlusswiderstand mit einer plana- ren Schichtstruktur, die auf einem Substrat eine Widerstandsschicht zum Umwandeln von HF-Energie in Wärme, eine Eingangsleiterbahn zum Zuführen von HF-Energie und eine Masseanschussleiterbahn zum elektrischen Verbinden mit einem Massekontakt aufweist, wobei die Eingangsleiterbahn mit einem ersten Ende der Widerstandsschicht elektrisch verbunden ist und die Masseanschussleiterbahn mit einem dem ersten Ende gegenüberliegenden zweiten Ende der Widerstandsschicht elektrisch verbunden ist und an einem massekontaktseitigen Ende der Schichtstruktur die Masseanschussleiterbahn die oberste Schicht der Schicht- struktur ausbildet, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen einer planaren Schichtstruktur für einen HF- Abschlusswiderstand, wobei auf einem Substrat eine Widerstandsschicht zum Umwandeln von HF-Energie in Wärme, eine Eingangsleiterbahn zum Zuführen von HF-Energie und eine Masseanschussleiterbahn zum elektrischen Verbinden mit einem Massekontakt ausgebildet wird, wobei die Eingangsleiterbahn mit einem ersten Ende der Widerstandsschicht elektrisch verbunden wird und die Masseanschussleiterbahn mit einem dem ersten Ende gegenüberliegenden zweiten Ende der Widerstandsschicht elektrisch verbunden wird, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 6.
HF-Abschlusswiderstände finden beispielsweise für die Anpassung von HF-Baugruppen im Mobil- und Richtfunkbereich mit sehr hohen Sendeleistungen Anwendung, z.B. zum Abschluss eines Combiners oder Antennenausganges. Abschlusswiderstände erhöhter Verlustleistung besitzen große Widerstandsstruktu- ren, um die eingekoppelte HF-Leistung auf diese Fläche zu verteilen. Dies wirkt sich jedoch ungünstig auf den Reflexionsfaktor bei breitbandiger Anwendung aus, bzw. der Abschlusswiderstand ist bei gleichen Reflexionsfaktoren lediglich in einem schmaleren Frequenzband verwendbar.
Bei den oben erwähnten HF-Abschlusswiderständen sind spezielle Konstruktionen der Substratstrukturen notwenig, um durch diese den sehr hohen technischen Ansprüchen gerecht zu werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen HF-Abschlusswiderstand der o.g. Art sowie ein Verfahren der o.g. Art derart auszugestalten, dass der Massean- schluss der Widerstandstruktur des Substrates an den Massekontakt, wie beispielsweise eine Gehäusewand, einerseits sehr kurz ist, um eine möglichst genaue Anpassung des Wellenwiderstandes zu erhalten, andererseits aber so konstruiert ist, dass sich noch eine gute Lötstelle für den Massekontakt zwischen Masseanschussleiterbahn und Massekontakt ausbilden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen HF-Abschlusswiderstand der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen und durch ein Verfahren der o.g. Art mit den in Anspruch 6 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
Bei einem HF-Abschlusswiderstand der o.g. Art ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Masseanschussleiterbahn wenigstens teilweise auf der Wider- Standsschicht angeordnet ist.
Bei einem Verfahren der o.g. Art ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass zuerst die Widerstandsschicht auf dem Substrat ausgebildet wird und danach die Masseanschussleiterbahn wenigstens teilweise auf der Widerstandsschicht ausgebil- det wird.
Dies hat den Vorteil, dass die Oberseite der Masseanschussleiterbahn vollständig frei liegt und damit für die Kontaktierung mit dem Massekontakt vollständig zur Verfügung steht. Hierdurch ist es möglich, die Masseanschussleiterbahn so kurz wie für eine ausreichende elektrische Verbindung mit dem Massekontakt nötig auszubilden, so dass die negativen elektrischen Auswirkungen des Masseanschlusses auf die Anpassung des Wellenwiderstandes des HF-Abschlusswiderstandes minimiert und gleichzeitig die zur elektrischen Kontaktierung zur Ver- fügung stehende Oberfläche maximiert werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist am massekontaktseitigen Ende der Schichtstruktur die Masseanschussleiterbahn auf dem Substrat angeordnet und weist eine sich in Richtung des ersten Endes der Widerstandsschicht erstreckende Erweiterung auf, die auf der Widerstandsschicht angeordnet ist.
Eine gute und funktionssicher herstellbare elektrische Kontaktierung zwischen der Masseanschussleiterbahn und dem Massekontakt erzielt man dadurch, dass sich eine von dem Substrat abgewandte Oberseite der Masseanschussleiterbahn so- wohl im Bereich des massekontaktseitigen Endes der Schichtstruktur, in dem die Masseanschussleiterbahn auf dem Substrat aufliegt, als auch im Bereich der Erweiterung, in dem die Masseanschussleiterbahn auf der Widerstandsschicht aufliegt, in einer Fläche erstreckt.
Zum Abführen der in der Widerstandsschicht erzeugten Wärme ist die planare Schichtstruktur in einem Gehäuse aus elektrisch leitendem Werkstoff angeordnet, wobei der Massekontakt das Gehäuse ist.
Zweckmäßigerweise ist der Massekontakt an einer massekontaktseitigen Stimflä- che der planaren Schichtstruktur angeordnet.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in:
Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen HF-Abschlusswiderstands in Aufsicht,
Fig. 2 den HF-Abschlusswiderstand von Fig. 1 in schematischer Schnittansicht, Fig. 3 eine graphische Darstellung der Anpassung des Wellenwiderstandes über die Frequenz für eine Länge der Masseanschussleiterbahn von L = 0,6 mm und
Fig. 4 eine graphische Darstellung der Anpassung des Wellenwiderstandes über die Frequenz für eine Länge der Masseanschussleiterbahn von L = 1 ,1 mm
Die aus Fig.1 ersichtliche, bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen HF-Abschlusswiderstands umfasst eine Widerstandsschicht 10, eine Eingangsleiterbahn 12 und eine Masseanschussleiterbahn 14. Die Widerstandsschicht 10, die Eingangsleiterbahn 12 und die Masseanschussleiterbahn 14 sind als jeweilige Schichten auf einem Substrat 16 ausgebildet und bilden eine planare Schichtstruktur. Die Eingangsleiterbahn 12 ist mit einem ersten Ende 18 der Widerstands- schicht 10 elektrisch verbunden und die Masseanschussleiterbahn 14 mit einem dem ersten Ende 18 gegenüberliegenden zweiten Ende 20 der Widerstandsschicht 10 elektrisch verbunden. Die Widerstandsschicht 10 dient zum Umwandeln von HF-Energie in Wärme, die Eingangsleiterbahn 12 dient zum Zuführen von HF-Energie und die Masseanschussleiterbahn 14 dient zum elektrischen Verbin- den mit einem Massekontakt 22 (Fig. 2).
Die von der Eingangsleiterbahn 12 (in Fig. 2 nicht dargestellt), der Widerstandsschicht 10 und der Masseanschussleiterbahn 14 gebildete planare Schichtstruktur ist aus Fig. 2 näher ersichtlich. Der Massekontakt 22 ist stirnseitig an einem mas- sekontaktseitigen Ende der Schichtstruktur angeordnet und ist beispielsweise ein Teil eines Gehäuses. Dieses Gehäuse ist aus einem elektrischen leitenden Werkstoff hergestellt und hat dadurch auch gute Wärmeleitungseigenschaften, so dass die in der Widerstandsschicht 10 entstehende Wärmeenergie über das Gehäuse an einen Kühlkörper abgeleitet wird.
Die Masseanschussleiterbahn 14 stellt den elektrischen Kontakt zwischen der Widerstandsschicht 10 und dem Gehäuse 22 her. Erfindungsgemäß ist die Masseanschussleiterbahn 14 wenigstens teilweise auf der Widerstandsschicht 10 angeordnet. Am massekontaktseitigen Ende der Schichtstruktur ist die Massean- schussleiterbahn 14 auf dem Substrat 16 angeordnet. In Richtung des ersten Endes 18 der Widerstandsschicht 10 erstreckt sich eine Erweiterung 24 der Masseanschussleiterbahn 14, die auf der Widerstandsschicht 10 angeordnet ist, d.h. die Widerstandsschicht 10 ist im Bereich der Erweiterung 24 zwischen dem Sub- strat 16 und der Masseanschlussleiterschicht 14 angeordnet.
Eine von dem Substrat 16 abgewandte Oberseite 26 der Masseanschussleiterbahn 14 erstreckt sich sowohl im Bereich des massekontaktseitigen Endes der Schichtstruktur, in dem die Masseanschussleiterbahn 14 auf dem Substrat 16 auf- liegt, als auch im Bereich der Erweiterung 24, in dem die Masseanschussleiterbahn 14 auf der Widerstandsschicht 10 aufliegt, in einer Fläche. Diese ebene O- berseite 26 der Masseanschussleiterbahn 14 dient zum Herstellen des elektrischen Kontaktes mit dem Gehäuse 22, wobei bevorzugt eine Lötverbindung hergestellt wird. Hierzu muss eine Länge 28 der Masseanschussleiterbahn 14, d.h. eine Ausdehnung der Masseanschussleiterbahn 14 in Ausbreitungsrichtung der HF-Welle, eine gewisse Mindestlänge haben, da sich sonst keine ausreichende Lotkehle ausbilden kann. Andererseits ergeben sich umso größere negative Auswirkungen auf die Impedanzanpassung, je größer der Wert für die Länge 28 ist. Dadurch, dass die Masseanschussleiterbahn 14 am massekontaktseitigen Ende der Schichtstruktur auch im Bereich der Überlappung mit der Widerstandsschicht 10 die oberste Schicht darstellt, kann diese Länge 28 so klein gewählt werden, wie dies für die Kontaktierung mit dem Gehäuse unbedingt notwendig ist. Der negative Einfluss der Masseanschussleiterbahn 14 auf die Impedanzanpassung des HF-Abschlusswiderstandes ist dadurch minimiert.
Es ist eine kurze geometrische Distanz zwischen dem zweiten Ende 20 der Widerstandschicht 10 und der Gehäusewand 22 notwendig. Gleichzeitig besteht die technologische Forderung nach einer ausreichenden Länge 28 der Lötverbindung sowie einem kostengünstigen Aufbau. Durch den erfindungsgemäßen Schichtauf- bau (Masseanschussleiterbahn 14 auf Widerstandsschicht 10) wird allen Forderungen Rechnung getragen. Es ergibt sich ein einfacher, kostengünstiger Aufbau (keine Stirnkontaktierung), eine ausreichende Lötfläche für eine gleichmäßige, saubere Lötverbindung (Masseverbindung zum Gehäuse 22, die eine Kehlbildung gewährleistet), und man hat trotz großer Widerstandsstrukturen einen Ansatzpunkt zur Optimierung des Reflexionsfaktors, da die Länge 28 der Masseanschlussleiterbahn 14 einen entscheidenden Einfluss auf die elektrischen Parameter besitzt. Die dargestellte kostengünstige Fertigungstechnologie für planare Strukturen, wirkt sich sehr vorteilhaft auf die HF-Eigenschaften aus.
Ein Verfahren zum Herstellen einer planaren Schichtstruktur für einen HF-Abschlusswiderstand, wobei auf einem Substrat eine Widerstandsschicht zum Umwandeln von HF-Energie in Wärme, eine Eingangsleiterbahn zum Zuführen von HF-Energie und eine Masseanschussleiterbahn zum elektrischen Verbinden mit einem Massekontakt ausgebildet wird, wobei die Eingangsleiterbahn mit einem ersten Ende der Widerstandsschicht elektrisch verbunden wird und die Masseanschussleiterbahn mit einem dem ersten Ende gegenüberliegenden zweiten Ende der Widerstandsschicht elektrisch verbunden wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass zuerst die Widerstandsschicht auf dem Substrat ausgebildet wird und danach die Masseanschussleiterbahn wenigstens teilweise auf der Widerstandsschicht ausgebildet wird.
Der Einfluss der Länge L 28 der Masseanschussleiterbahn 14 ist in den Fig. 3 und 4 veranschaulicht. In Fig. 3 ist die Impedanzanpassung über die Frequenz für L = 0,6 mm und in Fig. 4 ist die Impedanzanpassung über die Frequenz für L = 1 ,1 mm angeben. Wie unmittelbar ersichtlich, ergibt sich im Bereich von 0,50 GHz bis 2.00 GHz eine um ca. 4 dB besser Impedanzanpassung für Länge 28 L = 0,6 (Fig. 3).

Claims

Patentansprüche:
1. HF-Abschlusswiderstand mit einer planaren Schichtstruktur, die auf einem Substrat (16) eine Widerstandsschicht (10) zum Umwandeln von HF- Energie in Wärme, eine Eingangsleiterbahn (12) zum Zuführen von HF- Energie und eine Masseanschussleiterbahn (14) zum elektrischen Verbinden mit einem Massekontakt (22) aufweist, wobei die Eingangsleiterbahn (12) mit einem ersten Ende (18) der Widerstandsschicht (10) elektrisch verbunden ist und die Masseanschussleiterbahn (14) mit einem dem ersten Ende (18) gegenüberliegenden zweiten Ende (20) der Widerstandsschicht (10) elektrisch verbunden ist und an einem massekontaktseitigen Ende der
Schichtstruktur die Masseanschussleiterbahn (14) die oberste Schicht der Schichtstruktur ausbildet, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Masseanschussleiterbahn (14) wenigstens teilweise auf der Wi- derstandsschicht (10) angeordnet ist.
2. HF-Abschlusswiderstand nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass am massekontaktseitigen Ende der Schichtstruktur die Masseanschussleiterbahn (14) auf dem Substrat (16) angeordnet ist und eine sich in Richtung des ersten Endes (18) der Widerstandsschicht erstreckende Erweiterung (24) aufweist, die auf der Widerstandsschicht (10) angeordnet ist.
3. HF-Abschlusswiderstand nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich eine von dem Substrat (16) abgewandte Oberseite (26) der Mas- seanschussleiterbahn (14) sowohl im Bereich des massekontaktseitigen
Endes der Schichtstruktur, in dem die Masseanschussleiterbahn (14) auf dem Substrat (16) aufliegt, als auch im Bereich der Erweiterung (24), in dem die Masseanschussleiterbahn (14) auf der Widerstandsschicht (10) aufliegt, in einer Fläche erstreckt.
4. HF-Abschlusswiderstand nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die planare Schichtstruktur in einem Gehäuse aus elektrisch leitendem Werkstoff angeordnet ist, wobei der Massekontakt (22) das Gehäuse ist.
5. HF-Abschlusswiderstand nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Massekontakt (22) an einer massekontaktseitigen Stirnfläche der planaren Schichtstruktur angeordnet ist.
6. Verfahren zum Herstellen einer planaren Schichtstruktur für einen HF- Abschlusswiderstand, wobei auf einem Substrat eine Widerstandsschicht zum Umwandeln von HF-Energie in Wärme, eine Eingangsleiterbahn zum Zuführen von HF-Energie und eine Masseanschussleiterbahn zum elektri- sehen Verbinden mit einem Massekontakt ausgebildet wird, wobei die Eingangsleiterbahn mit einem ersten Ende der Widerstandsschicht elektrisch verbunden wird und die Masseanschussleiterbahn mit einem dem ersten Ende gegenüberliegenden zweiten Ende der Widerstandsschicht elektrisch verbunden wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zuerst die Widerstandsschicht auf dem Substrat ausgebildet wird und danach die Masseanschussleiterbahn wenigstens teilweise auf der Widerstandsschicht ausgebildet wird.
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