EP2092594A1 - Koaxial-koplanar-mikrowellen-übergang - Google Patents

Koaxial-koplanar-mikrowellen-übergang

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EP2092594A1
EP2092594A1 EP07819595A EP07819595A EP2092594A1 EP 2092594 A1 EP2092594 A1 EP 2092594A1 EP 07819595 A EP07819595 A EP 07819595A EP 07819595 A EP07819595 A EP 07819595A EP 2092594 A1 EP2092594 A1 EP 2092594A1
Authority
EP
European Patent Office
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transition
conductor
microwave
film
coplanar
Prior art date
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Granted
Application number
EP07819595A
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English (en)
French (fr)
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EP2092594B1 (de
Inventor
Werner Perndl
Thomas Reichel
Markus Leipold
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Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Original Assignee
Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
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Publication date
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Publication of EP2092594A1 publication Critical patent/EP2092594A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2092594B1 publication Critical patent/EP2092594B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/08—Coupling devices of the waveguide type for linking dissimilar lines or devices
    • H01P5/085—Coaxial-line/strip-line transitions

Definitions

  • the invention relates to a microwave transition from a coaxial line to a coplanar line system.
  • Microwave circuits are today often formed in planar waveguide technology. In order to connect these integrated microwave circuits with other functional units and devices, it is necessary to revert to coaxial lines. For this purpose, corresponding microwave transitions are required, which should be very broadband for many applications and should have the lowest possible reflection and transmission loss.
  • connection between the inner conductor of the coaxial line and the center conductor of the coplanar line system via a one or two sides metallized film piece of elastic takes place
  • Insulating material with a coaxial line system with a planar inner conductor connecting to the round inner conductor of the coaxial line, which is followed by a transition section to the coplanar line system.
  • a continuous transition of the coaxial field is achieved in a coplanar field image and thus a reflection-free connection of a coplanar line system to a coaxial line from which the connection to other microwave ovens can be made via suitable coaxial and coaxial cable.
  • the actual transition section between coaxial with planar inner conductor and the Coplanar line system as well is formed directly on the metallized film and the edges of the film in this transition region are fixed directly on the outer conductor housing. In this case, heat can flow away via the planar inner conductor to the outer conductor and heating of the coplanar line system is avoided.
  • An inventive transition is also very inexpensive to produce, he has low manufacturing tolerances, the metallization on the film can be applied by photolithographic processes in the desired shape and the contours of the plastic film can be made very accurately by laser cutting. Any height tolerances of the interconnected mechanical components can also be compensated by the flexible film.
  • FIG. 1 shows the longitudinal section of a microwave transition according to the invention, namely for the transition from a coaxial line to a coplanar line system of a larger substrate
  • Fig. 3 shows a longitudinal section of another
  • FIGS. 2 and 4 show various sections of FIGS. 2 and 4,
  • FIGS. 2 and 4 show the electric field images associated with these sections according to FIGS. 2 and 4,
  • Fig. 7 shows the direct attachment of a small microwave chip on the film shown in Figs. 3 and 4 and
  • FIG. 8 shows the type of installation for optimum heat dissipation from this chip according to FIG. 7 to the surrounding outer conductor housing.
  • FIG. 1 shows the longitudinal section of a first exemplary embodiment of a microwave transition between a coaxial line 1 and a coplanar line system formed on the upper side of a substrate 2.
  • the circular in cross-section inner conductor 4 of the coaxial line 1 is fixed concentrically in a cross-sectionally circular longitudinal bore 5 of an outer conductor housing 6 via insulating supports 7 both axially and transversely.
  • the supports 7 are designed in a known manner so that the additional capacitances that arise due to the introduced dielectric of the supports are compensated by corresponding inductors on the inner conductor, which are realized by reducing the inner conductor diameter.
  • the dimensions of the coaxial line 1 are chosen so that a line resistance of, for example, 50 ohms results and the cutoff frequency of the first higher Mode is greater than the maximum operating frequency. At the outer end of this
  • this is flattened on one side to the middle and on this flattening 8 of the circular inner conductor 4, a short piece of film 9 made of an elastic insulating material, for example, polyimide placed on its the flattening 8 facing underside with a thin Gold layer 10 is coated.
  • the width of this planar inner conductor 9 of the Koaxial effetsabitess 11 within the bore 5 is selected so that the basic mode again a line resistance of z. B. 50 ohms.
  • the axial length of the flattening 8 determines the field compensation in this area.
  • the transition from the planar inner conductor 9 of the coaxial line 11 to the coplanar line system 3 takes place in the
  • Embodiment of FIGS. 1 and 2 directly over a coplanar transition section 16 on the top of the substrate 2.
  • Another way to attach the film piece 9 is z.
  • Example is to provide the inner conductor at the end with a slot into which the film piece is inserted.
  • the formed in Fig. 1 and 2 on the substrate 2 transition section 16 consists of a central conductor section 12, which in a suitable form z.
  • B S-shaped, trapezoidal or stepped tapered from the width of the planar inner conductor 9 to the width of the central conductor 13 of the formed on the substrate 2 coplanar line system 3.
  • the end of the applied on the underside of the film piece 9 metal layer 10 is placed and thus electrically connected.
  • ground surfaces 14, 15 of the coplanar Schmattssytems also in a suitable form, for example, again S-, trapezoidal or stepped brought to this central conductor section 12, so that between the central conductor section 12 and these ground surfaces 14, 15 in width funnel-shaped gradually tapering gaps arise, which eventually pass in narrow gaps between the center conductor 13 and the lateral ground surfaces 14, 15 of the coplanar line system 3.
  • the exact shape of the central conductor section 12 and the ground surfaces 14, 15 brought from the outside must be specially optimized depending on the application.
  • the attachment of the metallized on the bottom piece of film on the flattening 8 and at the overlap with the central conductor part 12 on the substrate 2, for example, by welding or gluing, preferably on the metallized side 10 of the film 9 corresponding metal bumps are provided by the by means of a thermocompression method, a mechanical and galvanic connection between the metallized
  • sections AA, CC, DD and FF shown in FIG. 6 show that the coaxial field pattern from section AA is only slightly deformed during the transition to section CC.
  • the transition from section CC to section DD is also only a slight change of Field image.
  • the field is increasingly concentrated around the center conductor 12 of the coplanar line system 3. This transition is only a small disturbance, so that overall there is a very low-reflection transition from a coaxial field to a coplanar field.
  • the substrate 2 is inserted into a slot 17 of the housing 6, so that the outer conductor of the Koaxial Arthurssystems 11 ', 11 continues beyond the transition region 16.
  • the upper and lower outer conductor housing sections which are separated by the substrate 2 and the slot 17 must be galvanically connected to one another, at least in the region of the transition section 16, by corresponding plated-through holes in the substrate so that the outer conductor remains closed in the transitional region 16, which is required for a continuous field transition.
  • FIGS. 3 to 5 show a further embodiment of the invention, in which the actual transition region 16 between the planar inner conductor 9, 10 and coplanar line system 3 is formed on an extension of the film 9.
  • the representations of FIGS. 3 and 4 are rotated relative to those of FIGS. 1 and 2 by 180 ° about the longitudinal axis.
  • the narrow piece of film 9 with its applied in this case on the top metal liner 10 widened in the area 16 on more than the inner diameter of the outer conductor bore 5, the edges of this widened film piece are in longitudinal slots 28 of
  • External conductor housing 6 is inserted, as shown by the section EE of FIG. 5.
  • the slots are formed by corresponding longitudinal grooves.
  • the metal lamination 10 on the upper side of the film 9 makes galvanic contact with the outer conductor housing 6 in these longitudinal slots.
  • the planar inner conductor 9, 10 narrows in the transitional region 16 from its original width to the width of the center conductor 20. At the same time, this becomes Narrowing of the planar inner conductor 9, 10 down to the width of the
  • Center conductor 20 the ground surfaces 21 and 22 of the coplanar line system according brought to the inner conductor. They are separated from the center conductor 20 only by gaps, so that a coplanar line system 3 is provided, preferably again with 50 ohm line resistance.
  • FIG. 5 shows the associated sectional images along the section lines drawn in FIG. 4.
  • Fig. 6 it is seen that starting from the coaxial line 1 (section AA) in the transition to the planar inner conductor 10 (section CC) only a slight change in the field image occurs.
  • section DD the transition section 16 (section DD) up to the coplanar line system 3 on the film (section DD).
  • the field is increasingly concentrated around the center conductor 12 of the coplanar line system 3.
  • a possibility for the direct transition from a coaxial line 1 to a semiconductor chip 23 is also shown, which has a corresponding coplanar line system on its upper side.
  • the dimensions of the semiconductor chip 23 may be smaller or larger than the cross section of the longitudinal bore 5 of the outer conductor housing 6.
  • the chip 23 is installed directly in the outer conductor housing 6 and connected to the center conductor 20 of the transition section on the film, as that 180 ° shown rotated section GG in Fig. 5 shows.
  • the chip 23 is mechanically held on corresponding lateral projections 24 of the outer conductor housing 6 and its coplanar line sections are again connected by bumps to the coplanar line section 3, for example.
  • FIGS. 7 and 8 A further possibility for the direct attachment of such a semiconductor chip 23 within the outer conductor housing 6 is shown in FIGS. 7 and 8.
  • the film greatly widened in the transition section 16, the edges of which are clamped in this area in the outer conductor housing G (slots 17), settles in a foil section 25 fort, which is not clamped in the housing 6, so that height tolerances of the components or thermal stresses are compensated.
  • a recess 26 Immediately above the attachment point of the chip 23 to the film, this is provided with a recess 26, so that the running on the top of the chip 23 traces 29 are exposed.
  • a series of bumps 27 is provided for a thermocompression on the film, the chip is placed as shown in FIG. 7 from below on the film and fixed there over the bumps.
  • the compound can be reinforced by glue.
  • FIG. 8 shows in detail how a chip 23 placed directly on the film can be used with the best possible thermal conduction to the surrounding housing 6.
  • the figures each show greatly enlarged representations of the microwave transition according to the invention.
  • a microwave transition in the GHz range for example
  • Coaxial coupling is mounted, is a total of only about 8mm long, as the actual film section in Fig. 4.
  • the film preferably has a thickness of only about 50 microns, the applied thereon gold plating, which is applied in the embodiment only on one side, but under certain circumstances can be applied on both sides, only about 2 microns.

Landscapes

  • Coupling Device And Connection With Printed Circuit (AREA)
  • Waveguide Connection Structure (AREA)
  • Waveguides (AREA)
  • Non-Reversible Transmitting Devices (AREA)

Abstract

Bei einem Mikrowellen-Übergang von einer Koaxialleitung (1) auf ein Koplanar-Leitungssystem (3) setzt sich in einer Längsbohrung (5) eines Außenleiter-Gehäuses (6) der runde Innenleiter (4) der Koxialleitung (1) in einem planaren Innenleiter in Form eines mindestens einseitig metallisierten schmalen Folienstücks (9) aus elastisch nachgiebigem Isoliermaterial fort. Das Ende dieses planaren Innenleiters (9, 10) verschmälert sich anschließend in einem Übergangsabschnitt (16) auf die Breite eines koplanaren Mittelleiters (13; 20) mit beidseitigen koplanaren Masseflächen (14, 15; 21, 22).

Description

Koaxial-Koplanar-Mikrowθllen-Übergang
Die Erfindung betrifft einen Mikrowellen-Übergang von einer Koxialleitung auf ein Koplanar-Leitungssystem.
Mikrowellenschaltungen werden heute vielfach in planarer Wellenleitungstechnik ausgebildet. Zur Verbindung dieser integrierten Mikrowellenschaltungen mit anderen Funktionseinheiten und -geraten muss wieder auf Koaxialleitungen übergegangen werden. Dazu sind entsprechende Mikrowellen-Übergänge erforderlich, die für viele Anwendungen sehr breitbandig sein sollen und möglichst geringe Reflexion und Durchlassdämpfung aufweisen sollen.
Die bisher üblichen Übergänge erreichen dies nur mangelhaft. Die Verwendung eines hülsenartigen Kontaktschuhs, der auf den Innenleiter der Koaxialleitung aufgesteckt und über einen Vorsprung mit dem Mittelleiter des Koplanar-Leitungssystems verbunden wird (beispielsweise nach DE 103 13 590 Al bzw. US 6,774,742 Bl) führt zu einem abrupten Übergang des Feldbildes und damit zu starken Reflexionen bzw. schlechter Anpassung für breitbandige Anwendungen. Außerdem ist die Koaxialleitung von dem Koplanar- Leitungssystem mechanisch und thermisch schlecht entkoppelt. Gleiches gilt für bekannte Lösungen, bei denen der Innenleiter der Koaxialleitung stark verjüngt und unmittelbar auf den Mittelleiter des Koplanar- Leitungssystems aufgesetzt wird (z. B. US 5,570,068 bzw. US 5,897,384) . Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen breitbandigen Mikrowellen-Übergang der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der sowohl bezüglich Reflexion als auch Dämpfung optimal ist und vor allem auch eine gute mechanische und thermische Entkopplung zwischen der Koaxialleitung und dem Koplanar-Leitungssystem gewährleistet .
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Gemäß der Erfindung erfolgt die Verbindung zwischen dem Innenleiter der Koaxialleitung und dem Mittelleiter des Koplanar-Leitungssystems über ein ein- oder beidseitig metallisiertes Folienstück aus elastischem
Isoliermaterial, wobei sich an den runden Innenleiter der Koaxialleitung ein Koaxialleitungssystem mit planarem Innenleiter anschließt, dem ein Übergangsabschnitt auf das Koplanar-Leitungssystem folgt. Damit wird ein kontinuierlicher Übergang des koaxialen Feldes in ein koplanares Feldbild erreicht und somit eine reflexionsfreie Anbindung eines Koplanar-Leitungssystems an eine Koaxialleitung, von der aus über geeignete Koaxialstecker und Koaxialkabel die Verbindung zu anderen Mikrowellengeräten hergestellt werden kann.
Aufgrund der elastischen Eigenschaften der metallisierten Folie ist außerdem eine gute mechanische Entkopplung zwischen dem koaxialen Innenleiter und dem koplanaren Leitungssystem sichergestellt, ebenso eine gute thermische Entkopplung, vor allem dann, wenn im Sinne einer Weiterbildung der Erfindung der eigentliche Übergangsabschnitt zwischen Koaxialsystem mit planarem Innenleiter und dem Koplanar-Leitungssystem ebenfalls unmittelbar auf der metallisierten Folie ausgebildet wird und die Ränder der Folie in diesem Übergangsbereich unmittelbar am Außenleitergehäuse fixiert werden. In diesem Fall kann Wärme über den planaren Innenleiter zum Außenleiter abfließen und eine Erwärmung des Koplanar- Leitungssystems wird vermieden.
Ein erfindungsgemäßer Übergang ist außerdem sehr preisgünstig herstellbar, er besitzt geringe Fertigungstoleranzen, die Metallisierung auf der Folie kann durch fotolithographische Verfahren in der gewünschten Form aufgebracht werden und die Konturen der Kunststofffolie können durch Laserschneiden sehr genau gefertigt werden. Eventuelle Höhentoleranzen der miteinander verbundenen mechanischen Bauteile können ebenfalls über die flexible Folie ausgeglichen werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt den Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Mikrowellen-Übergangs und zwar zum Übergang von einer Koaxialleitung auf ein Koplanar- Leitungssystem eines größeren Substrats,
Fig. 2 zeigt den zugehörigen Innenleiteraufbau,
Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt eines weiteren
Ausführungsbeispiels, bei dem der Übergang von planarem Innenleiter auf das Koplanar-
Leitungssystem unmittelbar auf dem Folienstück erfolgt, Fig. 4 zeigt den zu Fig. 3 zugehörigen Innenleiteraufbau,
Fig. 5 zeigen verschiedene Schnitte der Fig. 2 und 4,
Fig. 6 zeigt die diesen Schnitten nach Fig. 2 und 4 zugehörigen elektrischen Feldbilder,
Fig. 7 zeigt die unmittelbare Befestigung eines kleinen Mikrowellen-Chips auf der in Fig. 3 und 4 gezeigten Folie und
Fig. 8 zeigt schließlich die Art des Einbaus zur optimalen Wärmeabfuhr von diesem Chip nach Fig. 7 zum umgebenden Außenleitergehäuse.
Fig. 1 zeigt den Längsschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels eines Mikrowellen-Übergangs zwischen einer Koaxialleitung 1 und einem auf der Oberseite eines Substrats 2 ausgebildeten Koplanar-Leitungssystems . Der im Querschnitt kreisrunde Innenleiter 4 der Koaxialleitung 1 ist in einer im Querschnitt kreisrunden Längsbohrung 5 eines Außenleitergehäuses 6 über Isolierstützen 7 konzentrisch sowohl axial als auch transversal fixiert. Die Stützen 7 sind in bekannter Weise so konzipiert, dass die zusätzlichen Kapazitäten, die aufgrund des eingebrachten Dielektrikums der Stützen entstehen, durch entsprechende Induktivitäten am Innenleiter kompensiert werden, die durch eine Reduzierung des Innenleiterdurchmessers realisiert sind.
Die Abmessungen der Koaxialleitung 1 sind so gewählt, dass sich ein Leitungswellenwiderstand von beispielsweise 50 Ohm ergibt und die Grenzfrequenz der ersten höheren Mode größer ist als die maximale Betriebsfrequenz. Am äußeren Ende dieses
Koaxialleitungsstückes 1 kann ein nicht dargestellter Koaxialleitungsanschluss für eine beispielsweise flexible Koaxialleitung vorgesehen sein.
Am inneren Ende des runden Innenleiters 4 ist dieser auf einer Seite bis zur Mitte abgeflacht und auf dieser Abflachung 8 des runden Innenleiters 4 ist ein kurzes Folienstück 9 aus einem elastischen Isoliermaterial, beispielsweise Polyimid aufgesetzt, die auf ihrer der Abflachung 8 zugewandten Unterseite mit einer dünnen Goldschicht 10 beschichtet ist. Die Breite dieses planaren Innenleiters 9 des Koaxialleitungsabschnitts 11 innerhalb der Bohrung 5 ist so gewählt, dass der Grundmodus wieder einen Leitungswellenwiderstand von z. B. 50 Ohm ergibt. Die axiale Länge der Abflachung 8 bestimmt die Feldkompensation in diesem Bereich. Der Übergang vom planaren Innenleiter 9 des Koaxialleitungssystems 11 auf das Koplanar-Leitungssystem 3 erfolgt in dem
Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2 unmittelbar über einen koplanaren Übergangsabschnitt 16 auf der Oberseite des Substrats 2. Eine andere Möglichkeit zur Befestigung des Folienstückes 9 besteht z. B. darin, den Innenleiter am Ende mit einem Schlitz zu versehen, in den das Folienstück eingesteckt wird.
Der in Fig. 1 und 2 auf dem Substrat 2 ausgebildete Übergangsabschnitt 16 besteht aus einem Mittelleiterabschnitt 12, der in geeigneter Form z. B. S- förmig, trapez- oder stufenförmig sich von der Breite des planaren Innenleiters 9 auf die Breite des Mittelleiters 13 des auf dem Substrat 2 ausgebildeten Koplanar- Leitungssystems 3 verjüngt. Auf das breitere Ende dieses Mittelleiterabschnittes 12 ist das Ende der auf der Unterseite des Folienstückes 9 aufgebrachten Metallschicht 10 aufgesetzt und damit galvanisch verbunden. Zu beiden Seiten dieses sich verjüngenden Mittelleiterabschnittes 12 sind Masseflächen 14, 15 des Koplanar-Leitungsssytems ebenfalls in geeigneter Form beispielsweise wiederum S-, trapez oder stufenförmig an diesen Mittelleiterabschnitt 12 herangeführt, so dass zwischen dem Mittelleiterabschnitt 12 und diesen Masseflächen 14, 15 in der Breite trichterförmig allmählich verjüngende Spalte entstehen, die schließlich in schmalen Spalten zwischen dem Mittelleiter 13 und den seitlichen Masseflächen 14, 15 des koplanaren Leitungssystems 3 übergehen. Die genaue Form des Mittelleiterabschnittes 12 und der von außen herangeführten Masseflächen 14, 15 muss je nach Anwendungsfall speziell optimiert werden.
Die Befestigung des auf der Unterseite metallisierten Folienstücks auf der Abflachung 8 bzw. an der Überlappung mit dem Mittelleiterteil 12 auf dem Substrat 2 erfolgt beispielsweise durch Schweißen oder Kleben, vorzugsweise sind auf der metallisierten Seite 10 der Folie 9 entsprechende Metall-Bumps vorgesehen, durch die mittels eines Thermokompressionsverfahrens eine mechanische und galvanische Verbindung zwischen der metallisierten
Rückseite 10 der Folie und der Abflachung des Innenleiters 8 bzw. dem Übergangsabschnitt 12 hergestellt wird.
Die in den Schnitten A-A, C-C, D-D und F-F dargestellten elektrischen und magnetischen Feldlinien gemäß Fig. 6 zeigen, dass das koaxiale Feldbild aus Schnitt A-A beim Übergang auf Schnitt C-C nur geringfügig verformt wird. Beim Übergang von Schnitt C-C auf Schnitt D-D erfolgt ebenfalls eine nur geringfügige Veränderung des Feldbildes. Beim Übergang auf Schnitt F-F wird das Feld zunehmend um den Mittelleiter 12 des Koplanar- Leitungssystems 3 konzentriert. Dieser Übergang stellt lediglich eine kleine Störung dar, sodass insgesamt ein sehr reflexionsarmer Übergang von einem koaxialen Feld in ein koplanares Feld gegeben ist.
Im Beispiel nach Fig. 1 ist das Substrat 2 in einen Schlitz 17 des Gehäuses 6 eingeschoben, so dass der Außenleiter des Koaxialleitungssystems 11' , 11 sich bis über den Übergangsbereich 16 fortsetzt. Die durch das Substrat 2 und den Schlitz 17 getrennten oberen und unteren Außenleiter-Gehäuseabschnitte müssen zumindest im Bereich des Übergangsabschnitts 16 durch entsprechende Durchkontaktierungen im Substrat galvanisch miteinander verbunden werden, damit im Übergangsbereich 16 der Außenleiter geschlossen bleibt, was für einen kontinuierlichen Feldübergang erforderlich ist.
Fig. 3 bis 5 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem der eigentliche Übergangsbereich 16 zwischen planarem Innenleiter 9, 10 und koplanarem Leitungssystem 3 auf einer Verlängerung der Folie 9 ausgebildet ist. Der Übersichtlichkeit halber sind die Darstellungen der Fig. 3 und 4 gegenüber denjenigen nach Fig. 1 und 2 um 180° um die Längsachse gedreht. Das schmale Folienstück 9 mit seiner in diesem Fall auf der Oberseite aufgebrachten Metallkaschierung 10 verbreitert sich im Bereich 16 auf mehr als den Innendurchmesser der Außenleiter-Bohrung 5, die Ränder dieses verbreiterten Folienstücks sind in Längsschlitzen 28 des
Außenleitergehäuses 6 eingesetzt, wie dies der Schnitt E-E nach der Fig. 5 zeigt. Zur leichteren Montage der Folie in diesen seitlichen Schlitzen 28 ist beispielsweise der obere Teil 6' des Gehäuses 6 abnehmbar, die Schlitze werden dabei durch entsprechende Längsnuten gebildet.
Die Metallkaschierung 10 auf der Oberseite der Folie 9 macht in diesen Längsschlitzen galvanischen Kontakt mit dem Außenleitergehäuse 6. Der planare Innenleiter 9, 10 verschmälert sich im Übergangs-Bereich 16 von seiner ursprünglichen Breite auf die Breite des Mittelleiters 20. Gleichzeitig werden zu beiden Seiten dieser Verschmälerung des planaren Innenleiters 9, 10 bis auf die Breite des
Mittelleiters 20 die Masseflächen 21 und 22 des Koplanar- Leitungssystems entsprechend an den Innenleiter herangeführt. Sie sind nur durch Spalte vom Mittelleiter 20 getrennt, so dass ein koplanares Leitungssystem 3 gegeben ist mit vorzugsweise wiederum 50 Ohm Leitungswellenwiderstand.
Fig. 5 zeigt die dazugehörigen Schnittbilder längs der in Fig. 4 eingezeichneten Schnittlinien. In Fig. 6 ist ersichtlich, dass beginnend von der Koaxialleitung 1 (Schnitt A-A) im Übergang zum planaren Innenleiter 10 (Schnitt C-C) nur eine geringfügige Veränderung des Feldbildes auftritt. Ebenso beim Übergang vom planaren Innenleiter 10 zum Übergangsabschnitt 16 (Schnitt D-D) bis hin zum Koplanar-Leitungssystem 3 auf der Folie (Schnitt D-D) . Beim Übergang von Schnitt D-D auf Schnitt F-F wird das Feld zunehmend um den Mittelleiter 12 des Koplanar- Leitungssystems 3 konzentriert. Dieser kontinuierliche Übergang vom koaxialen Feldbild in das koplanare Feldbild gewährleistet optimale elektrische Eigenschaften wie geringe Reflexion und Dämpfung, die Verwendung einer elastischen Folie gewährleistet außerdem eine gute mechanische und thermische Entkopplung zwischen Koaxialleitung und Koplanar-Leitungssystem, d.h. Kräfte am Innenleiter der Koaxialleitung werden nicht nur stark gedämpft auf die planare Struktur übertragen, sondern praktisch völlig vermieden. Ebenso wird eine Erwärmung der planaren Struktur infolge Temperaturunterschieden zwischen koaxialem Innenleiter und koplanarer Schaltung vermieden, da durch die seitliche Fixierung der Folienränder im Außenleitergehäuse (Schnitt E-E in Fig. 5) Wärme über die Folie nach außen abgeführt wird.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 bis 5 ist außerdem eine Möglichkeit für den unmittelbaren Übergang von einer Koaxialleitung 1 auf einen Halbleiterchip 23 dargestellt, der auf seiner Oberseite ein entsprechendes Koplanar- Leitungssystem aufweist. Die Abmessungen des Halbleiterchip 23 können kleiner oder größer sein als der Querschnitt der Längsbohrung 5 des Außenleitergehäuses 6. Im dargestellten Fall ist der Chip 23 unmittelbar in das Außenleitergehäuse 6 eingebaut und mit dem Mittelleiter 20 des Übergangsabschnitts auf der Folie verbunden, wie dies der um 180° gedreht dargestellte Schnitt G-G in Fig. 5 zeigt. Der Chip 23 ist mechanisch auf entsprechenden seitlichen Vorsprüngen 24 des Außenleitergehäuses 6 gehalten und seine Koplanar-Leitungsabschnitte sind beispielsweise wiederum durch Bumps mit dem Koplanar- Leitungsabschnitt 3 verbunden.
Eine weitere Möglichkeit für die unmittelbare Befestigung eines solchen Halbleiterchips 23 innerhalb des Außenleitergehäuses 6 zeigen Fig. 7 und 8. Die im Übergangsabschnitt 16 stark verbreiterte Folie, deren Ränder in diesem Bereich im Außenleitergehäuse G eingeklemmt sind (Schlitze 17), setzt sich in einem Folienabschnitt 25 fort, der nicht im Gehäuse 6 eingeklemmt ist, sodass Höhentoleranzen der Bauteile bzw. thermische Verspannungen ausgeglichen werden. Unmittelbar oberhalb der Befestigungsstelle des Chips 23 an der Folie ist diese mit einer Ausnehmung 26 versehen, so dass die auf der Oberseite des Chips 23 verlaufenden Leiterbahnen 29 frei liegen. Am Umfang des Chips ist eine Reihe von Bumps 27 für eine Thermokompressionsverbindung an der Folie vorgesehen, der Chip wird gemäß Fig. 7 von unten auf die Folie aufgesetzt und dort über die Bumps befestigt. An den Seitenkanten des Chips kann die Verbindung noch durch Kleber verstärkt werden.
Fig. 8 zeigt schließlich noch im Detail, wie ein derart unmittelbar auf der Folie aufgesetzter Chip 23 mit möglichst guter thermischer Ableitung zum umgebenden Gehäuse 6 in diesem eingesetzt werden kann. Der
Längsschnitt zeigt, dass der Chip 23 einerseits über eine Abstufung 24 unmittelbar auf dem Gehäuse aufsitzt und außerdem die den Chip tragende Folie 25 großflächig ebenfalls auf einer Abstufung 30 des Gehäuses aufliegt, so dass über diese Flächen Wärme sowohl vom Chip als auch von der Folie nach außen zum Gehäuse abgeleitet wird.
Bei der Befestigung des Chips 23 auf einer Verlängerung 25 des Folienstückes ergibt sich außerdem die Möglichkeit, auf der Ober- oder Unterseite dieses Folienstückes 25 seitlich oder vorne zusätzliche zum Chip führende Leitungsstrukturen auszubilden. Diese Leitungsstrukturen können beispielsweise zum Zuführen oder Abführen von Niederfrequenzsignalen zum Chip benutzt werden, sie können aber genauso gut als Hochfrequenz-Leitungsstrukturen ausgebildet werden. So ist es beispielsweise denkbar, auf dem verlängerten Folienstück 25 koplanare Leitungsstrukturen auszubilden, über welche vom Chip 23 weg oder zum Chip 23 hin Hochfrequenzsignale zu- und abgeführt werden. Dieses unmittelbar an den Chip 23 angeschlossene koplanare Leitungssystem kann natürlich seinerseits wieder in ein Koaxialleitungssystem überführt werden, indem ähnlich wie in Fig. 4 dargestellt zunächst vom Chip 23 weg auf ein koplanares Leitungssystem 3 übergegangen wird, dann in einem Übergangsabschnitt 16 auf ein planares Koaxialleitungssystem 11 und von dort aus schließlich gegebenenfalls wieder auf eine Koaxialleitung. Dazu ist es nur erforderlich, auch über den Verlängerungsabschnitt 25 hinaus das Außenleitergehäuse 6 entsprechend zu verlängern.
Die Figuren zeigen jeweils stark vergrößerte Darstellungen des erfindungsgemäßen Mikrowellen-Übergangs. Für einen Mikrowellen-Übergang im GHz-Bereich (beispielsweise
67 GHz) besitzt der Innenleiter 4 der Koaxialleitung 1 beispielsweise nur einen Durchmesser von 0,804mm, die Stützen 7 einen Außendurchmesser von 1,85mm, die axiale Länge des Koaxialleitungsabschnitts 1, an dem außen dann im allgemeinen noch eine nicht dargestellte
Koaxialkupplung angebracht ist, ist insgesamt nur etwa 8mm lang, ebenso der eigentliche Folienabschnitt in Fig. 4. Die Folie besitzt vorzugsweise eine Dicke von nur ca. 50 μm, der darauf aufgebrachte Goldbelag, der im Ausführungsbeispiel nur einseitig aufgebracht ist, unter Umständen jedoch auch beidseitig aufgebracht sein kann, nur ca. 2 μm.

Claims

Ansprüche
1. Mikrowellen-Übergang von einer Koaxialleitung (1) auf ein Koplanar-Leitungssystem (3) , bei dem in einer
Längsbohrung (5) eines Außenleiter-Gehäuses (6) der runde Innenleiter (4) der Koxialleitung (1) sich in einen planaren Innenleiter in Form eines mindestens einseitig metallisierten schmalen Folienstücks (9) aus elastischem Isoliermaterial fortsetzt und das Ende dieses planaren Innenleiters (9, 10) in einem anschließenden Übergangsabschnitt (16) sich auf die Breite eines koplanaren Mittelleiters (13; 20) verschmälert und beidseitig zum Mittelleiterabschnitt (12) des Übergangsabschnittes (16) Masseflächen (14, 15; 21, 22) herangeführt .
2. Mikrowellen-Übergang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsabschnitt (16) auf dem das Koplanar- Leitungssystem (3) aufweisenden Substrat (2) ausgebildet ist.
3. Mikrowellen-Übergang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsabschnitt (16) auf einer Fortsetzung des den planaren Innenleiter (9) bildenden mindestens einseitig metallisierten Folienstücks (9) ausgebildet ist.
4. Mikrowellen-Übergang nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelleiterabschnitt (12) des Übergangsabschnittes (16) und die beidseitigen Masseflächen (14, 15; 21, 22) des Übergangsabschnittes (16) so strukturiert sind, dass zwischen ihnen ein sich verjüngender Spalt besteht.
5. Mikrowellen-Übergang nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der planare Innenleiter (9, 10) mit seiner Metallschicht (10) in galvanischem Kontakt am Ende des runden Innenleiters (4) der Koaxialleitung befestigt ist.
6. Mikrowellen-Übergang nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht (10) der Folie (9) mit dem Innenleiterende durch Schweißen, Kleben oder ein Thermokompressionsverfahren mittels Bumps verbunden ist.
7. Mikrowellen-Übergang nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Folienstück (9) aus Polyimid, Kapton, LCP, Teflon-basierter Folie oder einem vergleichbaren Kunststoff besteht und mindestens einseitig mit einer Goldschicht (10) beschichtet ist.
8. Mikrowellen-Übergang nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ränder der den Übergangsabschnitt (16) aufnehmenden Folienstück-Fortsetzung in Längsschlitzen (28) der Längsbohrung (5) des Außenleitergehäuses (6) gehalten sind.
9. Mikrowellen-Übergang nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der runde Innenleiter (4) der Koaxialleitung (1) über Stützscheiben (7) aus Isoliermaterial in der Längsbohrung (5) des Außenleitergehäuses (6) gehalten ist.
10. Mikrowellen-Übergang nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet:, dass der koplanare Mittelleiter (20) des Übergangsabschnitts (16) mit dem Mittelleiter des Koplanar-Leitungssystems (3) und die Masseflächen (14, 15) des Koplanar-Leitungssystems (3) mit dem
Außenleitergehäuse (6) durch Schweißen, Kleben oder durch ein Thermokompressionsverfahren mittels Bumps verbunden ist.
11. Mikrowellen-Übergang nach einem der vorherigen Ansprüche zum Übergang auf ein Halbleiterchip (23), dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiter-Chip (23) im Außenleiter-Gehäuse (6) angeordnet ist, mit den Leiterbahnen seines Koplanar- Leitungssystems auf den Mittelleiter (20) bzw. die Masseflächen (21, 22) des Übergangsabschnittes (16) auf der Folie (9) aufgesetzt ist und durch Schweißen, Kleben oder durch Thermokompression mittels Bumps befestigt ist.
12. Mikrowellen-Übergang nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiter-Chip (23) über seine Ränder (24) in der Längsbohrung des Außenleiter-Gehäuses (6) gehalten sind.
13. Mikrowellen-Übergang nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Folienstück (9) im Bereich des Chips (23) eine Ausnehmung (26) besitzt und der Halbleiterchip (23) nur an seinen Rändern auf der Metallfläche der Folie befestigt ist.
14. Mikrowellen-Übergang nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Folienstück (9, 25) zusätzliche, zum Halbleiterchip (23) führende Leitungsstrukturen ausgebildet sind.
15. Mikrowellen-Übergang nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Leitungsstrukturen auf einem über den Chip (23) hinaus verlängerten Folienstück (25) ausgebildet sind.
16. Mikrowellen-Übergang nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Leitungsstrukturen mindestens teilweise koplanare Leitungsstrukturen sind.
17. Mikrowellen-Übergang nach einem der vorhergehenden
Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Leitungsstrukturen Übergänge von koplanaren Leitungsstrukturen auf Koaxialleitungsstrukturen nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 13 aufweisen.
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