KR100668014B1 - 타일 ｔ/ｒ 모듈용 수소 흡수재 및 ｅｍｉ 차폐물이결합된 유전체 상호접속 프레임 - Google Patents

타일 ｔ/ｒ 모듈용 수소 흡수재 및 ｅｍｉ 차폐물이결합된 유전체 상호접속 프레임 Download PDF

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Abstract

전자기 스펙트럼의 미리결정된 부분을 통해 전자기 방사를 송수신하도록 구성된 T/R 타일 모듈(100)용 프레임 구조(106)가 제공된다. 프레임 컴포넌트(106)는 합성 수지 유전체 재료로부터 단일 조각으로서 형성된 적어도 하나의 프레임 컴포넌트(108, 110)를 포함한다. 프레임 컴포넌트(108, 110)는 복수의 전기 컨넥터들(112)을 지지하도록 구성되고, 프레임 구조(106)가 T/R 모듈(100)에 결합될 때 접지 및 전자기 차폐물을 제공하도록 구성된 박막 코팅(114)을 갖는다. 프레임 컴포넌트(108, 110)의 일부는 프레임 컴포넌트(108, 110)가 T/R 모듈(100)에 결합될 때 T/R 모듈(100)의 부분과 인터페이스되도록 구성되고, 합성 수지 유전체 재료는 프레임 컴포넌트(106)가 압축율의 범위를 초과하여 효과적인 접지를 모듈(100)에 제공할 수 있게 하는 압축율의 범위를 프레임 컴포넌트(106)에 제공한다.
T/R 모듈, 3D T/R 타일 모듈, 프레임 컴포넌트, 유전체 상호접속 프레임, 압축율

Description

타일 Ｔ/Ｒ 모듈용 수소 흡수재 및 ＥＭＩ 차폐물이 결합된 유전체 상호접속 프레임{DIELECTRIC INTERCONNECT FRAME INCORPORATING EMI SHIELD AND HYDROGEN ABSORBER FOR TILE T/R MODULES}
본 발명은 타일 송수신(T/R) 모듈에 대한 3차원(3D) 상호접속에 특히 유용한 프레임 컴포넌트에 관한 것이다.
타일 T/R 모듈들로는 위상 시프트 안테나 어플리케이션용 변동성 있는 레이더 T/R 모듈, 및 전자기 스펙트럼의 미리결정된 부분들을 통한 전송을 송신 및/또는 수신하는 다양한 다른 디바이스가 있다. 3D T/R 타일 모듈에서, 각기 GaAs(gallium arsenide)와 같은 반도체 재료를 포함할 수도 있는 몇 가지 회로 컴포넌트들은 통상적으로 상호접속 프레임 및 복수의 전기 컨넥터들을 포함하는 상호접속 디바이스에 의해 서로 접속된다. 이 전기 컨넥터들은 서로 절연될 필요가 있으며, 모듈은 접지 및 EMI(eletromagnetic interference)에 대한 차폐막을 가질 필요가 있다. 전기 컨넥터들은 본 분야에서 널리 알려져 있는 퍼즈 버튼들(Fuzz buttons) 또는 포고 핀들(Pogo pins)과 같은 호환 디바이스들(compliant devices)에 의해 회로 컴포넌트들과 통상적으로 접속된다.
3D T/R 타일 모듈에서 공지된 상호접속 프레임은 전기 컨넥터들과 함께 조립되고 이들을 지지하는 기계화된 알루미늄 프레임 컴포넌트들을 포함한다. 프레임 컴포넌트들은 통상적으로 컨넥터들에 대해 개별적인 패시지(passages)를 포함하고, 유전체는 각 컨넥터 패시지에 삽입되고 패시지 내의 컨넥터를 에워싼다. 알루미늄 프레임 컴포넌트들은 접지 및 모듈에 대한 EMI 차폐물을 제공한다.
알루미늄 금속 상호접속 프레임을 형성시, 프레임은 수많은 컴포넌트들(예를 들면, 22개의 서로 다른 타입의 컴포넌트들)을 필요로 하며, 이는 상호접속을 형성하기 위한 것이다. GaAs 디바이스에 부가하여, GaAs 재료를 못 쓰게 할 수 있는 수소와 같은 재료들을 게터링(gettering)하는 것은 위험하며, 출원번호 09/965,759호에 설명된 바와 같이, 전통적인 게터링 기술은 한계가 있으며, 수소 게터링이 적용될 수 있는 표면에 대해서는 특히 제한된다.
알루미늄 프레임을 캐스팅(casting)하는 것과 유전체 삽입을 몰딩하는 것은 비용을 감소시킬 수 있는 것으로 제안되어 왔다. 그러나, 그러한 구성은 본 발명의 개념보다 훨씬 더 고가라고 생각된다. 게다가, 모든 금속 프레임은 T/R 모듈의 다른 컴포넌트들과 프레임의 인터페이스에서 프레임의 압축성을 제공하지 못한다. 이는 매우 정확한 제조 허용율과 에러에 대한 사실상 노 마진(no margin)이 T/R 모듈에 효과적인 그라운드를 제공하는데 필요하다는 것을 의미한다.
본 발명은 전자기 스펙트럼의 미리결정된 부분을 통해 전자기 방사를 송수신하는 새로우면서 유용한 T/R 모듈용 상호접속 프레임 구조를 제공한다. 본 발명의 상호접속 프레임은 3D T/R 모듈에 특히 유용하며, 비용이 절감되도록 설계되며, 상호접속 프레임의 효과적인 설계에 관련하여 상술한 이슈의 타입을 논의하기 위한 것이다.
본 발명에 따르면, 상호접속 프레임은 합성 수지 유전체 재료로부터 단일 조각(예를 들면, 몰딩된 아티클)으로서 형성된 적어도 하나의 프레임 컴포넌트를 포함한다. 프레임 컴포넌트는 복수의 전기 컨넥터들을 지지하도록 구성되고, 프레임 구조가 T/R 모듈에 결합될 때 접지 및 EMI 차폐물을 제공하도록 구성된 박막 코팅을 갖는다. 유전체 재료 선택은 유전체 상수 및 손실 탄젠트를 선택함으로써 다양한 RF 어플리케이션에 맞출 수 있다.
박막 코팅은 미국 특허출원 제09/965,759호에 따라 형성되는 것이 바람직하며, 이 출원은 본 명세서에서 참조되며, (i) 접지 및 EMI 차폐물을 제공하는 금속층(예를 들면, 알루미늄), (ii) 금속층과 프레임 컴포넌트 간의 금속(예를 들면, 티타늄)의 얇은 접착층, (iii) T/R 모듈의 고성능 GaAs 디바이스를 오염시킬 수 있는 수소를 흡착하기 위한 게터(예를 들면, 미리결정된 두께의 티타늄층), 및 (iv) 게터층에 수소가 관통하게 하는 동안 게터층의 산화를 방지하기 위한 게터층의 상부 상의 팔라듐층을 포함한다.
본 발명에 따르면, 합성 수지 유전체 재료는 프레임 컴포넌트가 T/R 모듈의 컴포넌트와 인터페이스될 때, 프레임 컴포넌트가 압축율의 범위를 초과하여 효과적인 접지를 제공하도록 압축율의 범위를 프레임 컴포넌트에 제공한다.
바람직한 실시예에 따르면, 프레임 구조는 한 쌍의 프레임 컴포넌트들을 포함하고, 이들 각각은 상술한 구조 및 구성을 가지고, 복수의 전기 컨넥터들 각각의 각 부분들을 지지하도록 구성된다.
본 발명의 다른 특징들은 첨부된 도면 및 다음 상세 설명으로부터 명백하게 될 것이다.
도 1은 본 발명의 원리에 따른 상호접속 프레임을 결합한 3D T/R 모듈의 일부를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 원리에 따른 상호접속 프레임을 형성하는 컴포넌트들 중 일부의 분해 조립도이다.
도 3은 본 발명에 따른 프레임 컴포넌트에 박막 코팅된, 개략적인 3차원도이다.
도 4는 본 발명의 상호접속 프레임에 박막 코팅된 개략적인 도면이다.
도 5는 프레임에 의해 지지되는 몇몇 전기 컨넥터들을 갖는 본 발명에 따른 상호접속 프레임의 일부를 개략적으로 도시한 도면이다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 전자기 스펙트럼의 미리결정된 부분을 거쳐 전자기 방사를 송수신하는 T/R 모듈에 대한 상호접속 프레임을 제공한다. 본 발명의 원리는 RF 신호를 송수신하도록 구성된 T/R 모듈에 대한 일반적인 구성과 관련하여 이하에 기술된다. 그러나, 설명으로부터, 본 발명이 다양한 타입의 T/R 모듈에 어떻게 적용될 수 있는지는 본 분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 명백하게 될 것이다.
도 1은 본 발명의 원리에 따른 상호접속 프레임을 갖는 3차원 T/R 모듈(100)의 필수적인 컴포넌트들을 개략적으로 도시한다. T/R 모듈(100)은 한 쌍의 T/R 회로 컴포넌트들(102, 104)과, 이 T/R 회로 컴포넌트들 간에 배치된 상호접속 프레임(106)을 포함한다. T/R 회로 컴포넌트들(102, 104) 각각은 예를 들면, GaAs 반도체를 갖는 MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit) 타입일 수 있다. 상호접속 프레임(106)은 본 발명의 원리에 따라 형성되고 T/R 회로 컴포넌트들(102, 104)을 상호접속하는 복수의 전기 컨넥터들(112)을 포함한다. 3D 타일 T/R 모듈에서, 본 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 바와 같이, 추가적인 회로 컴포턴트들과, 이들 회로 컴포넌트들을 상호접속하거나, 모듈에 대해 입출력(I/O) 접속을 제공하는 부가적인 전기 컨넥터들이 있을 수 있다.
상호접속 프레임(106)은 한 쌍의 프레임 컴포넌트들(108, 110)(도 2, 도 3, 도 5를 참조)로 형성되고, 이들 각각은 합성 수지 유전체 재료로부터 단일 조각(예를 들면, 몰딩된 아티클)으로서 형성된다. 바람직하기로는, 각 프레임 컴포넌트는 등록된 상표 VECTRA®(뉴욕, 셀라니즈사에 등록됨) 하에 팔려진 합성 수지로부터 몰딩된 주입이며, 이 수지는 다양한 고성능 플라스틱 어플리케이션에서 주입 몰딩되고, 압출 성형되고, 열적 형성되며, 기계화될 수 있다. 현 실시예의 경우, 몰딩된 재료는 특정 RF 어플리케이션에 기초하여 유전 상수 및 손실 탄젠트(loss tangent)에 대해 선택될 수 있다. 프레임 컴포넌트들은 금속 프레임 컴포넌트들보다 적은 무게를 가지며, 금속 프레임 컴포넌트들보다 생산하는데 비용면에서 보다 효과적이다. 부가적으로, 단일 조각 구조로서 프레임 컴포넌트들을 형성함으로써, T/R 타일 모듈에 대한 상호접속 프레임을 형성하는데 필요한 부품들의 수는 그러한 모듈에 대한 금속 상호접속 프레임을 형성하는데 필요한 부품들의 수에 비해 현저하게 감소된다.
프레임 컴포넌트들(108, 110) 각각은 T/R 회로 컴포넌트들(102, 104)(도 2 및 도 5) 간에 연장되는 복수의 전기 컨넥터들(112)의 각 부분을 지지하도록 구성된다. 각 프레임 컴포넌트(108, 110)는 복수의 개구(111)(도 2, 도 3 및 도 5)를 포함하며, 이들 각각은 바람직하기로는 실린더형이며, 단일 전기 컨넥터(112)의 각 부분을 지지하도록 구성된다. 한 쌍의 프레임 컴포넌트들(108, 110)이 복수의 전기 컨넥터들(112)을 지지할 때, 전기 컨넥터들은 프레임 컴포넌트들의 쌍을 통해 연장되며, T/R 회로 컴포넌트들(102, 104)의 각 부분을 담당한다. 본 분야의 통상의 지식을 가진 자들에게 포고 핀들 및 퍼즈 버튼들로서 알려진 호환성 도전 콘택 개념은 전기 컨넥터들과 T/R 회로 컴포넌트들 간의 호환성 접속을 제공하는데 사용된다.
본 발명에 따른 상호접속 프레임을 갖는 T/R 타일 모듈에서, 프레임 컴포넌트 각각의 부분은 프레임 컴포넌트가 송수신 모듈에 결합될 때 각 송수신 모듈 컴포넌트의 부분과 인터페이스 접속하도록 구성된다. 도 1 및 도 5에 나타난 바와 같이, 프레임 컴포넌트들은 T/R 모듈의 부분들과의 효과적인 콘택용으로 설계되고, 그러한 콘택의 한 가지 목적은 프레임 컴포넌트들이 T/R 모듈 회로 컴포넌트들에 대한 효과적인 접지를 제공할 수 있게 하는 것이다. 합성 수지 유전체 재료는 각각의 프레임 컴포넌트들에 압축률의 범위를 제공하여 T/R 타일 모듈의 회로 컴포넌트들과의 효과적인 접지가 플랫의 5 내지 7 밀리인 프레임 컴포넌트로 이루어질 수 있도록 한다. 그러한 압축율은 프레임 컴포넌트들이 압축율 범위을 초과하여 효과적인 접지를 모듈에 제공할 수 있게 한다.
프레임 컴포넌트들(108, 110) 각각은 프레임 구조가 T/R 타일 모듈에 결합될 때 접지 및 EMI 차폐 기능을 제공하도록 구성된 박막 코팅(114)(도 4 및 도 5)을 갖는다. EMI 차폐물은 단일 채널 내의 송신 경로와 수신 경로들 간에, 그리고 단일 모듈 내에서 다수의 채널들 간에 제공된다. 박막 코팅(114)은 참조로서 본 명세서에서 결합되는, 2001년 9월 22일자로 출원된 미국 특허 출원 제09/965,759호에 따라 형성되는 것이 바람직하다(출원 번호 제09/965,759호의 사본은 전시 A에 첨부되어 있다). 박막 코팅(114)은 도 4에 개략적으로 도시되어 있으며, (i) 접지 및 EMI 차폐물을 제공하는 금속층(116)(예를 들면, 알루미늄 또는 구리로 형성됨), (ii) 프레임 컴포넌트(108, 110)에 금속층(116)을 접속하는 도전(접착) 재료(118)(예를 들면, 20nm 두께의 티타늄층) 박층(thin layer), (iii) T/R 모듈 내의 고성능 GaAs을 혼합시킬 수 있는 재료들(예를 들면, 수소)에 대한 게터층(120)(예를 들면, 약 40 내지 80 마이크로 인치의 두께를 가진 티타늄 게터층), 및 (iv) 게터층(120) 상부의 팔라듐층(122)(약 8 마이크로 인치 두께)을 포함한다. 팔라듐층은 게터층에 수소가 관통하도록 하는 동안 게터층(120)의 산화를 방지한다.
박막 수소 게터/EMI 차폐물은 도 4에 나타난 바와 같이 진공 증착된 다층막을 포함한다. EMI막은 100 내지 200 마이크로 인치 두께인 알루미늄(Al)(또는 구리)층(116)이 후속되는 얇은(예를 들면, 20nm 또는 100 내지 250 옴스트롱 두께) Ti 접착층(118)이며, 파 전파에 대해 5 내지 6 스킨(skin) 깊이를 제공한다. 게터층(120)은 8 마이크로 인치의 팔라듐(Pd)층(122)으로 피복된 80 마이크로 인치 두께의 티타늄(Ti)층을 포함한다. 모든 층들은 약 10-6 Torr의 진공에서 작동하는 동일한 프로세싱 동안 피착된다. 박막은 유전체 재료로 형성된 프레임 컴포넌트들에 특히 유용하며, GaAs 디바이스를 포함하는 마이크로전자 모듈에 이용하기 위해 설계된다. 대안적인 막 구조는 고전도성 Al막이 전자없는 금속으로 대체된 것이다. 이 경우, 티타늄 접착층이 적층된다. 이어서, 게터 및 팔라듐막들은 상술한 증착 프로세스를 이용하여 피착된다.
상술한 박막 코팅을 갖는 상호접속 프레임을 이용함으로써, 500℃ 이하의 온도에서 티타늄으로부터 수소가 제거되지 않을 것이라는 것이 예측된다. 부가적으로, 펌핑(pumping) 속도는 게터 표면적에 비례하고, 헬륨 및 질소의 존재는 게터에 의해 수소의 흡착을 방해하지 않고, 수소 펌핑 속도는 온도에 따라 증가하며, 모든 상술한 특징은 상호접속 프레임에 대한 박막 코팅에 유용하다. 또한, 상술한 프레임 구조를 이용함으로써, 상호접속 프레임의 비용은 모든 금속 상호접속 프레임에 비해 현저하게 감소될 수 있다고 사료된다. 최종적으로, 상술한 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 상호접속 프레임은 모든 금속 프레임에 비해 상대적으로 적은 컴포넌트들을 포함하며, 고성능 T/R 모듈에 대해 높은 정확도의 프레임의 구성에 매우 중요하다.
게다가, 상술한 박막은 고성능 T/R 타일 모듈 환경: (i) 높은 수소 펌핑 속도(23℃에서 단위 cm2 당 0.15 cc/sec), (ii) 밀폐된 패키지에서 최악의 수소 발생율보다 1000배 더 빠른, 1 Torr에서 수소 압력이 초당 2×10-4 표준 cc의 수소일 때 박막 게터의 수소 제거율, (iii) 수소 용량은 박막이 T/R 모듈의 수명에 대해 약 75 Torr·cc의 H2를 흡수할 필요가 있기 때문에 높은, 단위 mg 당 135 Torr·cc의 티타늄이고, (iv) 수소 펌핑 속도는 0℃로 다운된 온도에 대해 상대적으로 높게 유지된다(0℃에서의 펌핑 속도는 실내 온도에서의 값의 30％임), 및 (v) 5 내지 6 스킨 깊이의 유전체 패키징 재료에 이용하기 위한 RMO 차폐물은 물론 T/R 모듈에 대해 접지를 제공하는 금속 피착물 또는 높은 도전성의 서브 층막을 이용함으로써 저저항 파 전파용으로 용이하게 제공됨에 대해 설계된 상호접속 프레임에 유용한 상술한 특징을 제공한다고 사료된다.
따라서, 상술한 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 높은 신뢰성의 GaAs 기반 T/R 모듈에 대해 수소 프리 환경을 제공하게 될 저비용의 타일 모듈용 3D 상호접속을 제공한다. 상술한 설명으로, 본 분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 명백하게 될 다른 변형 및 개발이 있을 것이다.

Claims (10)

  1. 전자기 스펙트럼의 미리결정된 부분을 거쳐 전자기 방사를 송수신하도록 구성된 T(transmit)/R(receive) 모듈(100)용 프레임 구조(106)로서,
    합성 수지 유전체 재료로부터 단일 조각(single piece)으로서 형성된 적어도 하나의 프레임 컴포넌트(108, 110)를 포함하고,
    상기 프레임 컴포넌트(108, 110)는 T/R 회로 컴포넌트(102, 104)의 각 부분을 접속하는 복수의 전기 컨넥터들(112)과, 상기 프레임 컴포넌트(108, 110)의 선택된 부분 상의 박막 코팅(114)을 지지하도록 구성되고,
    상기 박막 코팅(114)은 상기 프레임 구조(106)가 T/R 모듈(100)에 결합될 때 전자기 차폐물 및 접지를 제공하고, 상기 T/R 모듈(100)을 오염시킬 수 있는 재료에 대한 게터(120)를 제공하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 프레임 구조(106).
  2. 제1항에 있어서, 상기 박막 코팅(114)은 접지 및 전자기 차폐물을 제공하는 금속층(116)을 포함하는 것을 특징으로 하는 프레임 구조(106).
  3. 제2항에 있어서, 상기 금속층(116)은 접속 재료의 박층(118)에 의해 상기 프레임 컴포넌트(108, 110)에 접속되는 것을 특징으로 하는 프레임 구조(106).
  4. 제3항에 있어서, 상기 금속층(116)은 알루미늄층을 포함하고, 접속 재료의 상기 박층(118)은 티타늄층을 포함하는 것을 특징으로 하는 프레임 구조(106).
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 프레임 컴포넌트(108, 110)는 GaAs 반도체 재료를 포함하는 T/R 모듈(100)에 결합되도록 구성되고, 상기 박막 코팅(114)은 수소에 대한 게터(120)를 제공하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 프레임 구조(106).
  7. 제6항에 있어서, 상기 박막 코팅(114)은 상기 금속층(116)의 상부에 배치된 티타늄 게터층(120)을 포함하는 것을 특징으로 하는 프레임 구조(106).
  8. 제7항에 있어서, 상기 박막 코팅(114)은 상기 티타늄 게터층(120)의 상부 상의 팔라듐층(122)을 포함하는 것을 특징으로 하는 프레임 구조(106).
  9. 제1항에 있어서, 상기 프레임 컴포넌트(108, 110)의 부분은 상기 프레임 컴포넌트(108, 110)가 상기 T/R 모듈(100)에 결합될 때 상기 T/R 모듈(100)의 일부와 인터페이스되도록 구성되고, 상기 합성 수지 유전체 재료는 상기 프레임 컴포넌트(108, 110)의 부분에, 프레임 컴포넌트(108, 110)가 압축율의 범위를 초과하여 효과적인 접지를 모듈(100)에 제공할 수 있도록 한 압축율의 범위를 제공하는 것을 특징으로 하는 프레임 구조(106).
  10. 제9항에 있어서, 각기 복수의 전기 컨넥터들(112) 각각의 각 부분들을 지지하도록 구성된 한 쌍의 상기 프레임 컴포넌트들(108, 110)을 포함하는 것을 특징으로 하는 프레임 구조(106).
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