KR100733103B1 - 가요성 정각 안테나용 내장형 ｒｆ 수직 상호 접속체 - Google Patents

가요성 정각 안테나용 내장형 ｒｆ 수직 상호 접속체 Download PDF

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Abstract

RF 신호 전이부(90)는 채널형 마이크로스트립 전송 구조체(80)와, 채널형 마이크로스트립 전송 구조체와 전기 통신하는 공면 도파관 구조체(150)를 포함한다. 케이지형 트러프라인 전이 구조체(100)는 공면 도파관 구조체와 전기 통신한다. 케이지형 동축 전송 구조체(120)는 트러프라인 전이 구조체와 전기 통신한다. 신호 전송부는 정각 안테나 구조체(10)를 위한 순환기(46)를 구비한 가요성 인쇄 회로 기판 구조체에 내장될 수 있다.
Figure 112006015027195-pct00001
RF 신호 전이부, 채널형 마이크로스트립 전송 구조체, 공면 도파관 구조체, 케이지형 트러프라인 전이 구조체, 케이지형 동축 전송 구조체

Description

가요성 정각 안테나용 내장형 ＲＦ 수직 상호 접속체 {EMBEDDED RF VERTICAL INTERCONNECT FOR FLEXIBLE CONFORMAL ANTENNA}
통상의 능동형 어레이 구조는 마이크로파 안테나에서의 수동 다중화 및 산란 제어를 위한 하나 이상의 페라이트 순환기를 포함한다. 이들 순환기는 자석과 자성 캐리어판 사이에 개재된 페라이트 기판 상에 예컨대 마이크로스트립/스트립라인 공진기를 포함할 수 있는 수동형 "개별(discrete)" 마이크로파 소자이다.
정각 패널 구조의 경우, T/R 모듈을 포함하는 능동형 소자가 패널의 이면 상에 장착될 수 있다. 순환기는 방사형 개구와 T/R 모듈 사이에 배치된다. 이 경우, 예컨대 순환기와 같은 이들 마이크로파 소자와 예컨대 스위치, 필터 및 MEM을 포함하는 집적 회로와 같은 그 밖의 마이크로파 소자를 매립할 수 있으면서도, 예컨대 송/수신 모듈(T/R 모듈)과 방사체(radiator)와 같은 안테나 내의 다른 구성 요소에 이들 마이크로 소자를 상호접속하기 위한 수직 전이부를 구현할 수 있어야만 한다. 마이크로파 순환기와 그 밖의 개별 마이크로파 소자를 매립하는 것은 도전 과제이다.
RF 신호 전이부는 채널형 마이크로스트립 전송 구조체와, 채널형 마이크로스트립 전송 구조체와 전기 통신하는 공면 도파관 구조체를 포함한다. 케이지형 트러프라인(troughline) 전이 구조체는 공면 도파관 구조체와 전기 통신한다. 케이지형 동축 전송 구조체는 트러프라인 전이 구조체와 전기 통신한다. 신호 전이부는 정각 안테나 구조체를 위한 순환기를 구비한 가요성 인쇄 회로 기판 구조체에 내장될 수 있다.
본 발명의 특징과 장점은 다음의 도면을 참조하여 후술하는 상세한 설명으로부터 기술 분야의 당업자에게 자명하게 될 것이다.
도1은 본 발명의 태양에 따라 제조될 수 있는 능동형 어레이의 일 실시예의 기능적 블록 다이어그램이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따르는 다층 정각 RF 전이 구조체를 포함하는 정각 안테나 조립체의 분해 사시도이다.
도2a는 도2의 RF 전이부의 일부를 개략적으로 도시한 단순화된 절개도이다.
도3a는 본 발명의 일 실시예에 따르는 제1 부분을 개략적으로 도시한 부분 분해 단면도이다.
도3b는 본 발명의 일 실시예에 따르는 제2 부분을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도3c는 도3a 및 도3b에 도시된 본 발명의 일 실시예를 개략적으로 도시한 분해 단면도이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따르는 수직 RF 전이부에 순환기를 연결하는 마이크로스트립의 일부를 개략적으로 도시한 상면도이다.
도5a 및 도5b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따르는 수직 RF 전이부에 순환기를 연결하는 마이크로스트립의 일부를 개략적으로 도시한 상면도 및 라인 5B를 따라 취한 단면도이다.
도5c 및 도5d는 각각 본 발명의 일 실시예에 따르는 수직 RF 전이부에 순환기를 연결하는 마이크로스트립의 다른 부분을 개략적으로 도시한 상면도 및 라인 5D를 따라 취한 단면도이다.
도6a 및 도6b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따르는 PWB(16) 내에 수용된 케이지형 트러프라인 전이부의 상면도 및 라인 6B를 따라 취한 단면도이다.
도7b 및 도7a는 각각 본 발명의 일 실시예에 따르는 밸룬 층 내에 수용된 케이지형 동축 전이 라인의 상면도 및 라인 7B를 따라 취한 단면도이다.
다음의 상세한 설명과 여러 도면에서 동일한 구성 요소는 동일한 인용 부호에 의해 지시된다.
도1은 본 발명의 여러 태양에 따라 구현될 수 있는 능동형 어레이 시스템(200)의 예시적인 실시예를 개략적으로 도시한 블록 다이어그램이다. 일반적으로, 어레이는 방사체 층(200A)과, 순환기 층(200B)과, T/R 모듈 층(200C)과, RF 입/출력(I/O) 포트(200E)를 구비한 RF 공급층(200D)을 포함한다. T/R 모듈 층은 순환기 층(200B)의 각각의 순환기에 대해 T/R 스위치를 거쳐 순환기의 포트에 접속되는 수신 증폭기 및 송신 증폭기 뿐만 아니라 위상 변위기 및 감쇠기를 포함한다. 어레이 시스템의 구조체는 정각 방사 개구를 제공하기 위해 다층으로 구현될 수 있다.
도2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따르는 다층 정각 RF 전이 구조체(10)를 포함하는 정각 안테나 조립체의 분해 사시도가 도시되어 있다. 정각 안테나는 또한 개구 구조체(11)와 지지판(13)을 포함하며 이들 사이에는 RF 전이 구조체(10)가 개재될 수 있다. 안테나 개구의 곡면 특성에 따르기 위해, RF 전이 구조체(10)는 예시적인 실시예에서 가요성의 곡면형 다층 정각 안테나 RF 전이 구조체를 포함한다.
본 발명의 혁신적 사항은 본 전이부에 사용되는 전송 라인 구조체와 예컨대 섹션(12)과 같은 가요성 섹션에 입체형 마이크로파 전송 라인 구조체를 형성할 때 사용되는 적층 과정의 새로운 조합을 포함한다.
도2a는 전이 구조체(10)의 하부에 대한 개략적 절개도이다. 이하에서 보다 상세히 설명하는 바와 같이 섹션(12)에 형성된 일반적으로 직사각형 개구(70) 내의 RF 전이 구조체(10)의 가요성 다층 하부 섹션(12)에는 마이크로스트립 순환기(44)가 장착된다. 후술하는 바와 같이, 기공 포켓(cavity air pocket; 46)이 적층 과정에 앞서 섹션(12)의 선택된 층 내로 가공될 수도 있다. 금 배선 또는 리본형 본드(74)가 섹션(12)의 상부면 상에서 마이크로스트립 트레이스(42, 80)로 진입하고 이로부터 나오는 순환기(44)에 대응하는 마이크로스트립 트레이스들을 연결하기 위해 사용된다.
도2a는 적층된 다층 가요성 인쇄 회로 기판(PWB)(12)과 밸룬(balun) 및 방사 개구 조립체(60)를 거쳐 배치된 RF 수직 전이부(90)를 도시한 개략도이다. 상호 접속부(90)는 순환기(44)에 접속된 마이크로스트립 컨덕터(80)를 상부층 조립체 (60)와 상호 접속시킨다. 수직 RF 전이부(90)는 RF 신호가 층 조립체(60)로 진입함에 따라 순환기(44)에 접속된 마이크로스트립(80)에서 나온 RF 신호의 전자기장 구성을 "케이지형(caged)" 동축 전송 라인 구조체의 전자기장 구성으로 재형성하기 위해 여러 개의 마이크로파 전송 라인 구조체(80, 150, 110, 120)를 포함할 수 있다. 또한, 순환기에 T/R 모듈을 접속하기 위한 수직 케이지형 동축 전송 구조체(40)에는 마이크로스트립이 있다. 본 도면에는 단지 하나의 구조체(40)만이 도시되지만, 도1에 도시된 바와 같이 T/R 모듈과 순환기 사이에 송신 또는 수신 접속부를 제공하기 위해 각각의 순환기에는 두 개의 구조체(40)가 마련될 수 있음을 이해할 수 있다.
도1의 안테나의 예시적인 실시예는 송신 및 수신 작업을 하도록 구성된 것임을 알 수 있으며, 따라서 다양한 회로의 "입력" 및 "출력" 포트는 회로에 달리 명시하지 않는 한 일반적으로 "출력부들" 및 "입력부들"로서 사용될 수 있다.
도3a는 구조체(10)의 하부를 포함하는 PWB(12)의 일부를 개략적으로 도시한 단면도이다. RF 송수신 인터페이스 모듈(30)은 PWB(12)에 접속되며, 적층물(12) 내의 많은 캐치패드(16e)와 각각 정렬된 땜납 볼(202)을 포함하는 볼-그리드(201)를 구비한 IC 플립 칩(203)을 포함하는 플립 칩 조립체 또는 칩 규모의 패키지를 포함할 수 있다. IC 칩(203)은 그 예시적인 실시예 내에 T/R 모듈의 기능을 합체한다. 모듈(30)은 캐치패드에 대한 땜납 볼 접속부를 거쳐 구조체(10)에 전기 접속된다. 모듈(30)은 RF 및 DC 신호가 PWB에 접속될 수 있도록 한다.
도3b는 부분(12)에 조립된 구조체(10)의 상부(60)를 도시한 단면도이다. 상 부(60)는 밸룬 층(62)과 방사체 조립체 층(64)을 포함한다. 밸룬 층(62)은 하부 금속 층(60b)과 상부 금속 층(60c) 사이에 개재된 하부 유전체 밸룬 층(66) 및 상부 유전체 밸룬 층(67)으로 형성될 수 있다. 하부 금속 층(60b)은 접지면을 형성하고 그 내부에 절개부(60f)가 형성되어 있으며, 절개부의 내부에는 수직 전이 라인(102)(도3a)을 동축 수직 전이부(120)와 접속시키도록 형성된 캐치패드(60e)가 형성될 수 있다. 하부 밸룬 층(66)도 접지면 상호 접속부(122)의 일부를 형성하는 비아(via) 및 캐치패드를 가질 수 있다. 하부 밸룬 층(66)에는 또한 그 상부에 하부 밸룬 층(66)의 상부면 상에 형성된 금속화 층(66g)에 형성되는 신호 전송 스트립 컨덕터 패턴이 형성될 수 있다. 상부 밸룬 층(67)의 상부면에는 접지면을 형성하는 금속화 층(60c)이 형성되며, 금속화 층 내에는 수직 동축 신호 전이부(120a)가 관통하는 정리부(clearout; 60f)가 절개되어 마련된다.
방사체 층(64)은 수직 전이부(120a)에 전기 접속된 예시적인 방사체(94)를 포함하는 복수의 방사체를 한정하는 방사체 컨덕터 패턴이 내부에 내장된 유전체 층(64a)을 포함한다. 방사체 조립체 층(64)은 도3b에 도시된 바와 같이 밸룬 층(62)의 상부 금속층(60c) 내의 정리부(60f)를 통해 수직 동축 전이부(120a)와 접속하기 위한 비아(96)가 내부에 형성된다. 유전체 레이돔 층(76)이 층(64a)의 상부면을 덮는다.
밸룬 및 방사체 조립체(60)는 접착층(68)에 의해 PWB(12)의 상부 유전체 적층체(28)의 상부 금속층(28g)(도3a)에 부착될 수 있다. 접착층(68)은 예컨대 신호 전이 라인(120)의 하단부에 마련된 캐치패드(60e) 및 트러프라인(102)의 상단부에 마련된 캐치패드(28e) 사이 또는 적층체(28)의 상부면 상에 마련된 접지면(28g) 및 적층체(60)의 바닥 상에 마련된 금속화 층(60b)에 의해 형성된 접지면 사이에 접착층(68)을 통한 전기 접속을 위해 도전성 잉크로 충전된 비아(68b)가 내부에 형성된 본드플라이(bondply) 접착제의 층(68a)을 포함할 수 있다. 이로써 밸룬 층(66)의 바닥면 상의 접지면(60b)을 밸룬 층(67)의 상부면 상에 접지면(60c)과 접속하는 접지면 상호 접속부(122)에 접속부를 제공할 수 있다. 본 예시적 실시예에서, 밸룬 층(62)은 그 위에 수평한 신호 전이 패턴(66g)을 형성하기 위한 하부 밸룬 층(66)의 상부면 상에 금속화 층(66g)의 용이한 형성을 위해 두 개의 밸룬 층(66, 67)으로 형성된다.
본 예시적인 실시예의 접착층(68)은 [밸룬 층(66)의 하부 금속 층(60b) 내의] 캐치패드(60e)와 [트러프라인(102)의 상단부에 접속된] 캐치패드(28e)를 전기 접속시키고 또한 각각의 접지면(60b, 28g)을 전기 접속시키는 Z축 접착제일 수 있다. 예컨대 3M에서 제조된 3M 7373 또는 3M 9703과 같은 Z축 접착제는 캐치패드(60e, 28e)와 접지면(60b, 28g) 영역에서 그리고 정리부(60f, 28f)의 영역에서 서로 압착될 수 있다. 따라서, Z축 접착제에 함유된 무작위적으로 분포된 도전성 입자들은 정리부(60f, 28f)의 영역에서 각각의 접지면(60b, 28g)에 수직 전이부(102, 120)를 단락시키지 않으면서도 캐치패드(60e)와 캐치패드(28e) 사이 그리고 접지면(60b)과 접지면(28g) 사이에 이방성 수직 전기 접속을 형성하게 된다. 이는 가요성 DC/RF 매니폴드 조립체(12)가 증가하는 곡률로 형성되기 때문에 DC/RF 매니폴드 조립체(12)가 상부 밸룬 층 및 방사층(60, 62)에 전기적으로 부착되도록 한다. 이와 같은 접속은 섹션(12)이 밸룬/방사체 섹션(6)보다 상대적으로 더 편평하다고, 즉 덜 만곡되어 있다고 볼 때, 예컨대 편평하고 만곡된 계면을 가로지르는 DC 및 마이크로파 주파수에 적절하다. 밸룬/방사체 섹션(60)은 예컨대 내장형 쌍극자 개구 구조체와 같은 개구 구조체(11)의 일부일 수 있다.
Z-축 접착제는 예컨대 섹션(12)이 더욱 가요성을 갖도록 하기 위해 그 일부 또는 전부가 다른 접착층(18, 22, 26)으로 대체되어 사용될 수 있다.
도3c를 참조하면, 본 실시예에서 RF/DC 공급 섹션으로서 작용하는 예시적인 다층 정각 PWB 조립체(12)의 분해 단면도가 도시되어 있다. 예시적 실시예에서, PWB(12)는 섹션(14, 15)을 포함한다. 섹션(14)은 하부 유전체 적층체(16) 및 상부 유전체 적층체(20)로 구성될 수 있다.
하부 유전체 적층체(16)는 약 6 밀(mil)의 두께를 가질 수 있고 두께가 약 2밀인 하부 유전체 층(16a)를 포함할 수 있으며, 이때 하부 유전체 층(16a)은 캡톤(Kapton)(상표명)으로 제조될 수 있고 각각 예컨대 캐치패드(16e), 정리부(16f) 및 접지/신호면(16g)을 형성하도록 식각될 수 있는 하부 금속층(16b) 및 상부 금속층(16c) 사이에 개재될 수 있다. 이들 치수는 예시적 실시예에 대한 것이다. 유전체 층(16a) 그 자체에는 예컨대 상부 금속층(16c)의 접지/신호면(16g)에 하부 금속층(16b)의 캐치패드(16e)를 접속하기 위해 기술 분야에서 공지된 바와 같이 도전성 잉크로 충전될 수 있는 사전 절개 또는 사전 천공된 비아 개구(16h)가 형성될 수 있다.
하부 유전체 적층체(16) 위에는 약 3 밀 두께의 하부 접착층(18)이 마련될 수 있다. 하부 접착층(18)은 하부 접착층(18)을 통해 하부 유전체 적층체(16)의 상부 금속층(16c) 내에서 예컨대 캐치패드(16e) 및/또는 접지/신호면(16g)을 접속하기 위한 도전성 잉크로 충전된 비아 개구(18b)를 형성하기 위해 사전 천공되거나 사전 절개될 수 있는 본드플라이 접착제(18a)의 층을 포함할 수 있다. 접착층(18) 내부에는 층(16, 18, 20, 22, 24)이 서로 적층될 때 형성될 수 있는 개구(70)의 일부가 절개되어 형성된다.
하부 유전체 적층체(18) 위에는 상부 유전체 적층체(20)가 있을 수 있으며, 이때 상부 유전체 적층체는 약 6 밀의 두께를 가질 수 있고, 두께가 약 2 밀인 상부 유전체 층(20a)를 포함할 수 있고, 캡톤(Kapton)(상표명)으로 제조될 수 있고, 각각 예컨대 캐치패드(20e), 정리부(20f) 및 접지/신호면(20g)을 형성하도록 식각될 수 있는 하부 금속층(20b) 및 상부 금속층(20c) 사이에 개재될 수 있다. 유전체 층(20a) 그 자체에는 예컨대 상부 금속층(20c)의 접지/신호면(20g)에 하부 금속층(20b)의 캐치패드(20e)를 접속하기 위해 기술 분야에서 공지된 바와 같이 도전성 잉크로 충전될 수 있는 사전 절개 또는 사전 천공된 비아 개구(20h)가 형성될 수 있다. 상부 유전체 층(20a)도 그 내부에는 층(16, 18, 20, 22, 24)들이 서로 적층될 때 형성될 수 있는 개구(70)의 일부가 절개되어 형성될 수 있다.
상부 유전체 적층체(20) 위에는 약 3 밀 두께의 중간 접착층(22)이 마련될 수 있다. 중간 접착층(22)은 중간 접착층(22)을 통해 상부 유전체 적층체(20)의 상부 금속층(20c) 내에서 예컨대 캐치패드(20e) 및/또는 접지/신호면(20g)을 접속하기 위한 도전성 잉크로 충전된 비아 개구(22b)를 형성하기 위해 사전 천공되거나 사전 절개될 수 있는 접착층 접착제(22a)의 층을 포함할 수 있다. 접착층(20)도 내부에는 층(16, 18, 20, 22, 24)이 서로 적층될 때 형성될 수 있는 개구(70)의 일부가 절개되어 형성될 수 있다.
중간 접착층(22) 위에는 다층 적층체 섹션(12)의 상부 섹션(15)이 마련될 수 있다. 상부 섹션(15)은 두께가 약 10 밀인 하부 유전체 적층체(24)를 포함할 수 있다. 하부 유전체 적층체(24)는 각각 예컨대 캐치패드(24e), 정리부(24f) 및 접지/신호면(24g)을 형성하도록 식각될 수 있는 하부 금속층(24b) 및 상부 금속층(24c) 사이에 개재된 듀로이드(Duroid)(상표명)와 같은 유전체 층(24a)으로 제조될 수 있다. 하부 유전체 층(24a) 그 자체에는 예컨대 상부 금속층(24c)의 접지/신호면(24g)에 하부 금속층(24b)의 캐치패드(24e)를 접속하기 위해 기술 분야에서 공지된 바와 같이 도전성 잉크로 충전될 수 있는 사전 절개 또는 사전 천공된 비아 개구(24h)가 형성될 수 있다. 하부 유전체 적층체(24)도 그 내부에는 층(16, 18, 20, 22, 24)들이 서로 적층될 때 형성될 수 있는 개구(70)의 일부가 절개되어 형성될 수 있다.
하부 유전체 적층체(24) 위에는 약 3 밀 두께의 상부 접착층(26)이 마련될 수 있다. 상부 접착층(26)은 상부 접착층(26)을 통해 하부 유전체 적층체(24)의 상부 금속층(24c) 내에서 예컨대 캐치패드(24e) 및/또는 접지/신호면(24g)을 접속하기 위한 도전성 잉크로 충전된 비아 개구(26b)를 형성하기 위해 사전 천공되거나 사전 절개될 수 있는 본드플라이 접착제(26a)의 층을 포함할 수 있다. 상부 접착층(26)도 그 내부에는 층(16, 18, 20, 22, 24)이 서로 적층될 때 형성될 수 있는 개구(70)의 일부가 절개되어 형성될 수 있다.
상부 접착층(26) 위에는 약 60 밀 두께의 상부 유전체 적층체(28)가 형성될 수 있다. 상부 유전체 층(28)은 각각 예컨대 캐치패드(28e), 정리부(28f) 및 접지/신호면(28g)을 형성하도록 식각될 수 있는 하부 금속층(28b) 및 상부 금속층(28c) 사이에 개재된 듀로이드(Duroid)(상표명)와 같은 유전체 층(28a)으로 형성될 수 있다. 상부 유전체 층(28a)에는 예컨대 전이부(102)의 일부로서, 예컨대 상부 금속층(28c)의 캐치패드(28e)에 하부 금속층(28b)의 캐치패드(28e)를 접속하기 위해 기술 분야에서 공지된 바와 같이 도전성 잉크로 충전될 수 있는 사전 절개 또는 사전 천공된 비아 개구(28h)가 형성될 수 있다. 하부 유전체 적층체(28)도 그 내부에는 개구(46)가 절개되어 형성될 수 있다.
서로 적층될 때, 도3a에 도시된 바와 같이, 각각의 접지/신호면(16g, 20g, 24g, 28g)과 함께 각각의 캐치패드((16e, 20e, 26e, 28e)는 도4에 도시된 바와 같이 상부 유전체 적층체(28)의 상부 금속층(28c)의 일부에 의해 형성되는 예컨대 매립된 RF 공급 마이크로스트립(42) 및 T/R 모듈(30) 사이에 예컨대 접지면 상호 접속 경로(32) 또는 RF 수직 신호 전이부(40)를 형성할 수 있다.
매립된 마이크로스트립 순환기(44)(도3a)는 페라이트 층(56)의 상부면에 형성된 금속화 층(54)에 형성된 매립 마이크로스트립 순환기 회로의 상부에 영구 자석(50)을 포함할 수 있으며, 이때 페라이트 층(56)은 도전성 에폭시 층(58)에 의해 적층체(16)의 금속층(16c)에 형성된 접지면(16g)의 일부에 연결된 금속 캐리어(57) 상에 위치된다. 영구 자석(50)은 유전체 이격자(52)에 의해 순환기 층(54)으로부 터 분리된다. 순환기(44)는 와이어 또는 금 리본(74)에 의해 매립된 RF 공급 마이크로스트립(42)에 접속될 수 있다.
구조체(10)는 도2에 도시된 바와 같이 만곡된 정각 구조체로서 형성될 수 있다.
도4는 마이크로스트립 컨덕터(80)의 일부를 개략적으로 도시한 상면도이다. 마이크로스트립 컨덕터(80)는 그 일단부에 접촉 패드(82)를 가지며 하부 적층체(24)의 상부면 상에 제조된다. 컨덕터 충전 도금 비아(85)(도3a)가 이하에서 상세히 설명된 바와 같이 각각의 공기 포켓 공동(46)의 주연부와 주변 전이부(102)를 따라 형성된다. 도금된 비아(85)는 RF 전송 라인 구조체에 필수적인 RF 차폐 공동(46)을 형성하기에 충분한 공동(46)을 위한 실질적인 측벽을 형성하기 위해 접지면 상호 접속부(96)(도4)를 형성하는 역할을 한다.
도4에 도시된 바와 같이, 화살표(A) 방향의 공동(46)의 영역은 마이크로스트립 컨덕터 위에 공기 유전체가 마련된 마이크로스트립 컨덕터(80)를 포함한다. 화살표(B) 방향의 공동(46)의 영역에서, 마이크로스트립 접촉 패드(82)는 수직 전이부(102)의 하단부 상의 캐치패드(28e)쪽으로 연장된 정리부(28f)를 통과하며 접촉 패드(82)는 캐치패드(28e)에 의해 접촉된다. 이 영역에서, 컨덕터 트레이스는 예컨대 적층체(28)를 포함하는 유전체로 덮힐 수 있다. 화살표 A와 B에 의해 표시된 전이부의 위치는 도2a에도 도시된다.
도5a 및 도5b는 각각 영역(5A)(도2a)에서 채널형 마이크로스트립 전송 구조체(81)를 포함하고 영역(5B)(도2a)에서 순환기(44)로부터 접촉 패드(82)(도4)까지 금 배선 또는 리본 접착제(74)를 상호 접속하는 마이크로스트립 트레이스(80)의 일부를 개략적으로 도시한 상면도 및 도5a의 라인 5B-5B를 따라 취한 단면도이다. 개구(46)의 측벽 내에는 금속화된 채널을 한정하기 위한 도전성 비아(96)가 형성된다. 전계선(86)은 채널형 전송 구조체를 위한 전계의 형상을 도시한다.
도5c 및 도5d는 순환기(44)로부터 접촉 패드(82)까지 금 배선 또는 리본 접착제(74)를 상호 접속하는 다른 전송 구조체(150)을 개략적으로 도시한 상면도 및 도5c의 라인 5D-5D를 따라 취한 단면도이다. 5D의 위치는 도2a에도 도시된다. 채널형 마이크로스트립(81)은 접지면(24G)이 컨덕터 스트립(80) 상에서 밀폐되어 전자기장을 재형성하기 때문에 채널화되고 컨덕터 지지되고 유전체 충전된 공면 도파관(CPW) 전송 구조체(150)로 전이된다. 따라서, 마이크로스트립 컨덕터(80)와 접지 컨덕터(24g) 사이의 간극(84)은 구조체(81, 150) 사이의 연결부에서의 공간으로부터 수직 전송 구조체(100)(도6a)의 보다 작은 간극 크기로 테이퍼진다.
도6a 및 도6b는 각각 적층체 층(28)에 형성된 케이지형 트러프라인 전이 라인 구조체(100)의 상면도 및 라인 6B-6B를 따라 취한 단면도이다. 6B의 위치는 도2A에도 도시된다.
도7b 및 도7a는 각각 밸룬 층(60)의 하부 밸룬 층(66)과 상부 밸룬 층(64) 내에 포함된 케이지형 동축 전이 라인(120)의 상면도 및 라인 7B-7B를 따라 취한 단면도이다.
도5a, 도5b, 도5c 및 도5d에 도시된 바와 같이, 공동(46)의 영역 내에 있는 채널형 마이크로스트립(81) 자계 구성은 채널형 컨덕터 지지 CPW 전송 구조체(150) 로 전이된다. 채널형 컨덕터 지지 공면 도파관(150)은 CPW(150)의 입력부로부터 출력부까지 테이퍼된 채널 또는 간극(84)으로 형성될 수 있다. 도5a에 도시된 바와 같이 채널형 마이크로스트립 구조체(81)의 간극 치수는 하부 적층체(24)의 상부 금속화 층(24c)에 형성된 접지면(24g)과 마이크로스트립 컨덕터(80) 사이의 간극(84)과 같이 사실상 일정하게 유지된다. 도5b에 도시된 바와 같이, 이러한 공기 공동(46)의 영역에서 전계선(86)은 일반적으로 하부 적층체(24)의 하부 금속화 층(24b)에 형성된 접지면(24g)과 마이크로스트립(80) 사이에 있다. 이들 전계선은 하부 적층체(24)의 유전체(24a)를 통과한다. 도5c에 도시된 바와 같이, 채널(84)은 예컨대 50 오옴 임피던스인 적절한 저항을 유지하면서 수직 전이부(102)쪽으로 좁혀진다. 동시에, 전기장(86)은 간극(84)을 가로질러서는 더 집중되고 마이크로스트립(80)이 형성된 유전체(24a)를 거쳐 바닥 접지면(24g)을 따라 덜 집중된다. 전기장(86)은 간극(84)을 통해 이와 같이 계속 재분포됨으로서, 전기장은 최소의 불연속성을 갖는 정합된 수직 전이를 구현하도록 RF 신호가 케이지형 트러프라인(102)(도6B)으로 전이될 수 있도록 하기 위해 마이크로스트립 컨덕터(80)의 평면에 사실상 평행하도록 형성된다. 그후, 케이지형 트러프라인(102)은 이하에서 상세히 설명하는 바와 같이 RF 신호가 밸룬 층(60)으로 진입할 때 폐쇄된 동축(120)으로 전이된다.
도6a에 도시된 바와 같이, 케이지형 트러프라인 전이부(100)는 전기장이 사실상 수평하게 제공된 간극(84)의 테이퍼 영역의 말단부에서 마이크로스트립(80)의 접촉 패드(82)로부터 상부 적층체(28)를 거쳐 수직하게 연장되는 수직 신호 전이 포스트(102)에 의해 형성된다. 포스트(102)의 둘레에는 일반적으로 균일하게 이격된 복수의 포스트(104a 내지 104g)가 마련된다. 포스트(104a 내지 104g)는 도6b에 도시된 바와 같이 포스트(102)를 둘러싸는 일반적으로 원형인 패턴으로 배열되며 이때 패턴 내에는 개구(106)가 도5c 및 도5d에 도시된 바와 같이 CPW 구조체(150)의 가장 테이퍼된 단부에 대한 상호 접속을 허용하도록 마련된다. 포스트(104a 내지 104g)의 상단부는 밸룬/방사체 적층체(60)의 간섭 접지면(60b)과 전기 접촉한다. 0.152 cm(0.060˝) 두께층(28a) 내에서 핀을 둘러싸는 포스트(104a 내지 104g)는 상부 적층체(28) 내에서 비아에 형성될 수 있다. 접지된 포스트(104a 내지 104g)는 주변 층으로의 누설을 최소화하는 전이 포스트(102)에 대한 접치 차폐부를 형성하는 연속 도전성 벽과 유사하다. 접지된 포스트(104a 내지 104g)는 또한 도6b에 도시된 바와 같이 일반적으로 수평인 포스트(102)를 따라 수직하게 전이되는 신호 전계선(86)의 형상을 유지하기 위한 수단이다.
도7a 및 도7b는 캐치패드(28e, 60)를 연결하는 비아(68b)에 의해 접착층(68)을 가로질러 포스트(102)에 연결되는 수직 포스트(120)를 포함하는 케이지형 동축 수직 전이부(119)를 도시한다. 포스트(122a 내지 122h)는 포스트(120) 둘레에 일반적으로 균일하게 이격된 원형의 밀폐된 패턴을 형성함으로써 중심 컨덕터 포스트(102)에 외부 차폐부를 제공한다. 전기장(86)은 일반적으로 포스트(102a 내지 102g)의 경우와 마찬가지로 포스트(122a 내지 122h)를 따라 수직하게 전이되어 포스트(120)로부터 포스트(122a 내지 122h)까지의 수평 배향을 유지하며, 포스트(122a 내지 102h)도 또한 포스트(120)를 차폐하고 주변층 내로의 신호 누출을 방지 하는 역할을 한다.
고주파수(5 내지 15 GHz)에서, 케이지형 트러프라인 전송 라인(100)과 마이크로스트립 라인(81) 간에는 부정합이 마련될 수 있다. 이를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예는 전이부에 대해 양호한 임피던스 정합을 얻기위해 마이크로스트립 정합 회로를 구현한다. 보다 양호한 정합을 얻기 위해, 2 구역 정합 기술이 마이크로스트립 라인(80) 상에 구현되며, 유도성 소자 및 용량성 소자에 의해 표현될 수 있다. 도4에 도시된 바와 같이, 마이크로스트립 컨덕터(80) 내의 좁은 불연속부(83) 유도성 소자를 형성하는 역할을 하며 공동(46) 내의 공기 유전체와 유전체(28a) 유전체로부터의 불연속성은 용량성 소자를 형성한다.
매립된 다층 가요성 PWB 내에 마이크로파 전송 라인 구조체를 실현함에 있어 중요한 사항은 적층체 층들 사이에 블라인드형 및 매립형 비아 상호 접속부를 제조하는 것이다. 도3a는 적층체(16, 20)를 구비한 캐치패드(16e, 20e)와 함께 접착층(18, 22)과 적층체(16, 20) 내의 비아 구조체를 경유하는 순환기(44)로의 RF 공급부(40)를 도시한다.
종래의 PWB 제조에서는 비아 홀 내로의 도금을 용이하게 하기 위해 캐치 패드(catch pad)가 요구된다. 때로는 블라인드형 및 매립형 비아 및 캐치패드를 형성하기 위해 복잡한 순서의 도금과 적층 공정이 사용되었다. 또한, 개구(70)와 기공 포켓(46)의 도입은 종래의 적층 공정을 사용하지 못하도록 하는 요인이 된다. 두 개의 신규하고 간단한 적층 공정이 본 발명의 실시예에서 구현된 것과 같은 매립형 마이크로파 신호 및 접지 상호 접속부를 제조하기 위해 사용될 수 있다. 본 출원에 따르면, 이들 신규한 방법 중 어느 하나 또는 이들 방법 모두의 조합이 본 발명의 실시예에 따르는 섹션(12)의 다층 가요성 적층체의 대면적을 가로질러 새로운 마이크로파 수직 상호 접속부의 신규한 구성을 위해 사용될 수 있다. 첫번째 방법은 콜라미네이션(colamination) 공정이고 두번째 방법은 이방성 도전 Z-축 접착제를 이용하는 것이다.
콜라미네이션 공정에서, 비아(16h, 20h, 24h, 28h, 18b, 22b, 26b)의 패턴은 각각의 적층체 층(16, 20, 24)과 각각의 본드플라이 층(18, 22, 26) 내로 사전 천공될 수 있다. 그 후, 비아 홀(16h, 20h, 24h, 28h, 18h, 22h, 26h)은 예컨대 오르머 서킷 인크(Ormer Circuit, Inc.)에서 제조한 과도 액상 신터링(transient liquid phase scintering)(TLPS) 또는 마쯔시타(Matsushita)에 의해 판매되는 소위 ALIVH(any layer interstitial via hole)로 지칭되는 구리 페이스트와 같은 다양한 적절한 도전성 금속 잉크 또는 에폭시 중 임의의 것으로 충전될 수 있다. 층상화된 쌍들을 이루는 비아 홀(16h, 20h, 24h, 28h, 18b, 22b, 26b)은 적층에 앞서 재료(들)로 충전되고, 뒤이어 접착제 본드플라이 층(18, 22, 26)이 서로 접합되어 적층된다. 도전성 잉크는 예컨대 적층체(16) 상의 캐치패드(16e)와 적층체(20) 상의 캐치패드(20e) 사이에 상호 접속부를 형성함으로써 본 발명의 일 실시예를 위한 마이크로파 비아 구조체를 구현한다. 이 공정은 기술 분야에서 공지되어 있지만, 예컨대 혼합 신호 또는 마이크로파 적용을 위한 가요성 인쇄 회로 배선 기판을 통과하는 신호 전이부를 형성하기 위해 사용되지는 않았다. 시험 결과는 하나의 예시적인 실시예에서 다층 조립체에 대해 최대 13 GHz까지의 RF 상호 접속부의 기능성 을 보여줬다.
두 번째 방법은 예컨대 적층체(16, 20, 24, 28, 60) 사이의 상호 접속을 구현하기 위한 접착제로서 상술한 바와 같은 이방성 도전 Z-축 접착 필름(ZAF)을 이용하는 것이다. ZAF는 접착성 두께부(Z-축)를 거쳐 층상화된 쌍들 간의 상호 접속을 허용하는 도전성 입자들로 충전된 접착 필름이다. 도전성 입자들은 ZAF가 접착 필름의 평면에서 전기적으로 절연되도록 충분히 멀리 이격되어 있다. 콜라미네이션과 마찬가지로, ZAF는 단지 한 번 또는 두 번 작업으로 다층 RF 및 DC 상호 접속부를 구현하기 위해 종래의 적층 공정에 사용될 수 있다. 콜라미네이션과 달리 ZAF에 의해 구현된 상호 접속부는 무작위적이고 따라서 예컨대 14와 같은 쌍으로 된 층들은 캐치패드 및/또는 접지면과 정리부와 같은 추가적인 패턴화된 특징부를 필요로 할 수 있다. ZAF 중간 쌍으로 된 캐치패드와 접지면은 보다 조밀하게 압축된 도전성 입자를 통해 각각의 특징부 사이에 도전성 패드를 형성하기에 충분히 서로 가압된다. 정리부(들)의 영역에서, 이와 같은 가압은 발생하지 않으며 Z-축 접착제는 유전체로 유지된다. 시험 결과는 다층 조립체에 대해 최대 16 GHz까지의 RF 상호 접속부의 기능성을 보여줬다.
비록 위에서는 본 발명의 특정 실시예에 대해 설명하고 도시했으나, 특허청구범위에 의해 한정된 것으로서 본 발명의 범위와 정신에서 벗어나지 않은 실시예에 대한 다양한 변경과 개조가 기술 분야의 당업자에 의해 이루어질 수 있다.

Claims (16)

  1. 입력부 및 출력부를 갖는 채널형 마이크로스트립 전송 구조체(80)와,
    입력부 및 출력부를 가지며, 그 입력부가 채널형 마이크로스트립 전송 구조체의 출력부와 전기 통신하는 공면 도파관 구조체(150)와,
    공면 도파관 구조체의 출력부와 전기 통신하는 케이지형 트러프라인 전이 구조체(100)와,
    입력부 및 출력부를 가지며, 그 입력부가 트러프라인 전이 구조체와 전기 통신하는 케이지형 동축 전송 구조체(120)를 포함하고,
    적어도 채널형 마이크로스트립 전송 구조체, 공면 도파관 구조체 및 트로프라인 전이부는 정각 안테나 구조체(10)의 일부에 매립되고, 상기 정각 안테나 구조체(10)의 일부는 가요성 층의 적층물을 포함하는 RF 신호 전이 시스템.
  2. 복수의 방사체를 포함하는 방사체 층 조립체(200A)와,
    상기 복수의 방사체 중 대응하는 하나와 각각 전기 통신하는 복수의 순환기를 갖는 순환기 층(200B)과,
    상기 순환기 중 하나의 대응 포트와 전기 통신하는 출력 포트 및 입력 포트를 각각 갖는 복수의 송신/수신(T/R) 모듈(30)과,
    입력/출력(I/O) 포트와, 각각의 상기 T/R 모듈에 접속되는 복수의 T/R 모듈 포트를 갖는 RF 공급층(200C)을 포함하며,
    상기 방사체 층 조립체 및 상기 순환기 층은 인쇄 회로 기판(PWB) 구조체(12)를 포함하는 적층된 다층 구조체(10)로 제조되고, 상기 복수의 순환기는 상기 PWB 구조체에 형성된 공간(46) 내에 내장되는 안테나 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 각각의 상기 복수의 순환기와 방사체 층 조립체 사이에 전기 접속부를 제공하는, 상기 적층된 다층 구조체 내의 RF 전이부(90)를 더 포함하며,
    각각의 순환기에 대한 상기 RF 전이부는,
    상기 순환기에 전기 접속되는 입력부와, 출력부를 갖는 채널형 마이크로스트립 전송 구조체(80)와,
    입력부 및 출력부를 가지며, 그 입력부가 채널형 마이크로스트립 전송 구조체의 출력부와 전기 통신하는 공면 도파관 구조체(150)와,
    공면 도파관 구조체의 출력부와 전기 통신하는 케이지형 트러프라인 전이 구조체(100)와,
    입력부 및 출력부를 가지며, 그 입력부가 트러프라인 전이 구조체와 전기 통신하며, 상기 마이크로스트립 전송 구조체의 방향에 대해 횡단하는 방향을 갖는 케이지형 동축 전송 구조체(120)를 포함하는 안테나 시스템.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 채널형 마이크로스트립 전송 구조체의 상기 입력부는 상기 가요성 층의 적층물 내에 매립된 순환기 장치(44)에 전기 접속되는 RF 신호 전이 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 공면 도파관 구조체는 컨덕터 지지형 유전체 충전 채널을 포함하는 RF 신호 전이 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 공면 도파관 구조체는 신호 컨덕터 트레이스와 신호 컨덕터 트레이스로부터 이격된 제1 및 제2 접지 트레이스를 포함하며, 컨덕터 트레이스와 각각의 제1 및 제2 접지 트레이스(24g) 사이의 간극(84)은 공면 도파관 구조체의 입력부로부터 공면 도파관 구조체의 출력부까지 테이퍼링되는 RF 신호 전이 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 마이크로스트립 전송 구조체는 기판의 표면에 제조된 마이크로스트립 컨덕터를 갖는 대체로 편평한 유전체 기판을 포함하며,
    상기 트러프라인 전이 구조체는,
    공면 도파관 구조체의 출력부와 전기 통신하고 상기 표면에 대해 횡단하는 방향으로 장착되는 도전성 트러프라인 신호 포스트(102)와,
    트러프라인 신호 포스트에 대체로 평행하게 연장되어 트러프라인 신호 포스트를 대체로 둘러싸도록 배치되는 복수의 도전성 트러프라인 접지 포스트(104a 내지 104g)를 포함하는 RF 신호 전이 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 마이크로스트립 전송 구조체는 기판의 표면에 제조된 마이크로스트립 컨덕터를 갖는 대체로 편평한 유전체 기판을 포함하며,
    케이지형 동축 전송 구조체는,
    트러프라인 전이부의 출력부와 전기 통신하고 편평한 유전체 기판에 대해 대체로 횡단하는 방향으로 배향되는 중심 도전성 동축 중심 포스트(120)와,
    동축 외부 도전성 차폐 구조체를 제공하도록 동축 중심 포스트에 대체로 평행하게 연장되어 동축 중심 포스트를 둘러싸도록 배치되는 복수의 접지 포스트(122a 내지 122h)를 포함하는 RF 신호 전이 시스템.
  10. 제2항에 있어서, 상기 복수의 순환기 각각은 상기 PWB 구조체에 형성된 에어 포켓(46) 내에 장착되는 안테나 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 포켓의 RF 차폐를 제공하도록 에어 포켓을 사실상 둘러싸는 복수의 접지 비아(96)를 더 포함하는 안테나 시스템.
  12. 제3항에 있어서, 상기 복수의 순환기 각각은 상기 PWB 구조체 내에 형성된 에어 포켓(46) 내에 장착되며, 상기 포켓의 RF 차폐를 제공하도록 에어 포켓을 사실상 둘러싸는 복수의 접지 비아(96)를 더 포함하며, 상기 채널형 마이크로스트립 전송 구조체는 상기 에어 포켓 내에 장착되고, 상기 복수의 접지 비아 중 적어도 일부는 마이크로스트립 전송 구조체의 측벽을 형성하는 안테나 시스템.
  13. 제2항에 있어서, 방사체 층 조립체는 밸룬 층(62) 및 방사체 조립체 층(64)을 포함하는 안테나 시스템.
  14. 제2항에 있어서, 상기 적층된 다층 구조체는 곡면 구조체인 안테나 시스템.
  15. 다층 가요성 적층물을 형성하는 복수의 인쇄 회로 기판 층을 포함하는 인쇄 회로 기판 구조체 내에 RF 신호 전이부를 제조하는 방법이며,
    적층 공정에 앞서 각각의 인쇄 회로 기판에 개재되는 접착층에 비아 홀을 사전 절개하고 적층 공정 동안 경화되는 도전재로 접착층 내의 사전 절개된 비아 홀을 충전하는 단계와,
    각각의 인쇄 회로 기판 층 각각에 비아 홀을 사전 절개하고, 적층 공정 동안 경화되는 도전재로 각각의 인쇄 회로 기판 층 내의 사전 절개된 비아 홀을 충전하는 단계와,
    각각의 인쇄 회로 기판의 각 측면 상에 각각의 비아 홀을 둘러싸는 캐치 패드를 형성하는 단계와,
    각각의 접착층의 적어도 일 측면 상에 각각의 캐치 패드와 접착층 내의 비아 홀을 정렬하는 단계로 복수의 상호 접속되는 매립형 비아를 형성하는 단계를 포함하는 RF 신호 전이부 제조 방법.
  16. 적층물을 형성하는 복수의 개별 인쇄 회로 기판을 갖는 인쇄 회로 기판 구조체 내에 RF 신호 전이부를 제조하는 방법이며,
    도전재를 포함하는 각각의 인쇄 회로 기판 내에 비아 홀을 사전 절개하는 단계와,
    각각의 비아 홀 위에서 상기 각각의 인쇄 회로 기판의 각각의 측 상에 정리부에 의해 둘러싸인 캐치 패드를 형성하는 단계와,
    적층된 인쇄 회로 기판 각각의 중간부의 z-축 접착층을 이용하는 단계로 복수의 상호 접속된 매립형 비아를 형성하는 단계를 포함하는 RF 신호 전이부 제조 방법.
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