KR102657057B1 - 표면 실장 가능한 박막 고주파 결합기 - Google Patents

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Abstract

그리드 배열-타입의 표면 실장용으로 구성되는 고주파 결합기가 개시된다. 결합기는, 상부 표면과 하부 표면을 구비하는 모놀리식 베이스 기판을 포함한다. 제1 박막 마이크로 스트립과 제2 박막 마이크로 스트립이 각각 모놀리식 베이스 기판의 상부 표면에 배치된다. 각각의 마이크로 스트립은 입력 단부와 출력 단부를 구비한다. 적어도 하나의 비아가 모놀리식 베이스 기판을 관통하여, 모놀리식 베이스 기판의 상부 표면으로부터 하부 표면까지 연장한다. 비아(들)은 제1 마이크로 스트립 또는 제2 마이크로 스트립의 입력 단부 또는 출력 단부 중 적어도 하나에 전기적으로 연결된다. 결합기의 결합 계수는 약 28GHz에서 약 -30dB보다 크다.

Description

표면 실장 가능한 박막 고주파 결합기
본 출원은 2018년 3월 6일에 출원된 미국 특허 가출원 제62/639,309호와 2018년 3월 13일에 출원된 제62/642,219호의 우선권을 주장하며, 이들 특허 가출원은 그 전체가 본 명세서에 참조로서 포함된다.
고주파 무선 신호 통신이 각광받고 있다. 예를 들어, 무선 스마트폰 연결을 위한 데이터 전송 속도 향상에 대한 수요가 고주파 부품(5G 스펙트럼 주파수에서 작동되도록 구성되는 부품 포함)에 대한 수요를 야기해왔다. 소형화를 지향하는 트렌드에 의해, 이러한 고주파 신호를 처리하는 작은 수동 부품에 대한 선호도가 상승되어왔다. 또한, 소형화에 의해, 5G 주파수 스펙트럼에서 작동하기에 적절한 소형 수동 부품의 표면 실장 난이도가 높아지기도 하였다. 업계는 용이하게 표면 실장되는 콤팩트한 고주파 결합기를 바라고 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 표면 실장 가능한 고주파 결합기가 개시된다. 결합기는 상부 표면, 하부 표면, 종 방향으로의 길이, 종 방향에 수직인 횡 방향으로의 폭을 구비하는 모놀리식 베이스 기판을 포함한다. 결합기는 모놀리식 베이스 기판의 상부 표면에 배치되는 제1 박막 마이크로 스트립을 포함한다. 제1 마이크로 스트립은 입력 단부와 출력 단부를 구비한다. 결합기는 모놀리식 베이스 기판의 상부 표면에 배치되는 제2 박막 마이크로 스트립을 포함한다. 제2 마이크로 스트립은 입력 단부와 출력 단부를 구비한다. 결합기는 모놀리식 베이스 기판을 관통하여, 모놀리식 베이스 기판의 상부 표면으로부터 하부 표면으로 연장하는 적어도 하나의 비아를 포함한다. 비아(들)은 제1 마이크로 스트립 또는 제2 마이크로 스트립의 입력 단부 또는 출력 단부 중 적어도 하나와 전기적으로 연결된다. 결합기의 결합 계수는 약 28GHz에서 약 -30dB보다 크다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 표면 실장 가능한 고주파 결합기를 형성하는 방법이 개시된다. 상기 방법은, 모놀리식 베이스 기판의 상부 표면으로부터 모놀리식 베이스 기판의 하부 표면으로 연장하는 적어도 하나의 비아 관통 홀을 형성하는 단계를 포함한다. 방법은, 모놀리식 베이스 기판의 상부 표면에 제1 박막 마이크로 스트립과 제2 박막 마이크로 스트립의 각각을 배치하는 단계를 포함한다. 제1 및 제2 박막 마이크로 스트립의 각각은, 결합기의 결합 계수가 약 28GHz에서 약 -30dB보다 크도록 크기 설정 및 이격된다. 방법은, 제1 박막 마이크로 스트립 또는 제2 박막 마이크로 스트립 중 적어도 하나와 모놀리식 베이스 기판의 하부 표면에 있는 접촉 패드를 전기적으로 연결하는 적어도 하나의 비아를 형성하기 위해, 비아 관통 홀(들)에 도전성 비아 재료를 증착시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 표면 실장 가능한 고주파 결합기가 개시된다. 결합기는 상부 표면, 하부 표면, 종 방향으로의 길이, 종 방향에 수직인 횡 방향으로의 폭, 그리고 종 방향과 횡 방향 각각에 수직인 Z 방향으로의 두께를 구비하는 모놀리식 베이스 기판을 포함한다. 결합기는 모놀리식 베이스 기판의 상부 표면에 배치되는 제1 박막 마이크로 스트립을 포함한다. 제1 마이크로 스트립은 입력 단부와 출력 단부를 구비한다. 제2 박막 마이크로 스트립이 모놀리식 베이스 기판의 상부 표면에 배치되고, 제2 마이크로 스트립은 입력 단부와 출력 단부를 구비한다. 제1 박막 마이크로 스트립의 적어도 일부분과 제2 박막 마이크로 스트립의 적어도 일부분이 결합 길이를 따라 제1 방향으로 서로 평행하게 연장하고, 결합 길이는 약 0.2mm 내지 약 0.38mm이다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 기지국 회로가 개시된다. 기지국 회로는 신호 소스 부품과, 상기 신호 소스 부품에 작동 가능하게 연결되는 표면 실장 가능한 고주파 결합기를 포함한다. 결합기는 상부 표면, 하부 표면, 종 방향으로의 길이, 그리고 종 방향에 수직인 횡 방향으로의 폭을 구비하는 모놀리식 베이스 기판을 포함한다. 결합기는 모놀리식 베이스 기판의 상부 표면에 배치되는 제1 박막 마이크로 스트립을 포함한다. 제1 마이크로 스트립은 입력 단부와 출력 단부를 포함한다. 결합기는 모놀리식 베이스 기판의 상부 표면에 배치되는 제2 박막 마이크로 스트립을 포함한다. 제2 마이크로 스트립은 입력 단부와 출력 단부를 포함한다. 적어도 하나의 비아가 모놀리식 베이스 기판을 관통하여, 모놀리식 베이스 기판의 상부 표면으로부터 하부 표면까지 연장한다. 비아(들)은 제1 마이크로 스트립 또는 제2 마이크로 스트립의 입력 단부 또는 출력 단부 중 적어도 하나에 전기적으로 연결된다. 결합기의 결합 계수는 약 28GHz에서 약 -30dB보다 크다.
통상의 기술자를 겨냥한 본 발명의 가장 우수한 모드를 포함한 본 발명에 대한 완전하고 실행 가능한 개시가 첨부된 도면을 참조로 하여 명세서에서 설명된다.
도 1a는 본 개시의 양태들에 따른 박막 결합기의 일 실시예의 평면도이다.
도 1b는 도 1a에서 섹션 A-A를 따라서 본 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1a 및 도 1b에 도시된 박막 결합기의 실시예의 사시도이다.
도 3a는 본 개시의 양태들에 따른, 커버 접지 평면을 포함하는 박막 결합기의 또 다른 실시예의 평면도이다.
도 3b는 도 3a의 섹션 A-A를 따라서 본 단면도이다.
도 3c는 도 3a 및 도 3b에 도시된 박막 결합기의 실시예의 사시도이다.
도 4는 본 개시의 양태들에 따른 결합기의 몇몇 실시예들의 다양한 표면에 대한 개략도이다.
도 5는 본 개시의 양태들에 따른, 배열-타입 표면 실장용으로 구성되는 고주파 결합기를 만드는 방법의 흐름도이다.
도 6a는 전송선과 결합선을 구비하는 결합기의 일 실시예의 단순화된 개략도이다.
도 6b는 본 개시의 양태들에 따른 결합기의 일 실시예에 대한, 18GHz 내지 32GHz의 주파수 범위에 걸쳐 이론적으로 계산된 S-파라미터를 나타낸다.
본 명세서 및 첨부된 도면 전체에서, 도면부호의 반복적인 사용은 본 발명의 동일하거나 유사한 특징 또는 요소를 나타내기 위한 것이다.
특히, 5G 주파수 스펙트럼에서 작동하는 것들을 포함한 고주파 회로에서 유용한 표면 실장 가능한 결합기 장치가 제공된다. 5G 주파수 스펙트럼은 일반적으로 약 20GHz 내지 약 30GHz까지 연장한다. 결합기는 일반적으로 직접적인 전기 접촉 없이 두 신호선 사이의 결합을 제공한다. 예시적인 용도로는 무선(RF) 혼합기, 증폭기, 및 변조기가 포함된다. 예를 들어, 결합기는 피드백 제어 루프 또는 RF 송신기의 증폭기 출력 섹션의 결합을 제공하기 위해 사용될 수 있다.
하나 이상의 모놀리식 기판에 박막 결합기가 형성될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 박막 결합기는 베이스 기판과 커버 기판을 포함할 수 있다. 기판(들)은 하나 이상의 적절한 세라믹 재료를 포함할 수 있다. 적절한 재료는 일반적으로, 전기 절연되고 열 전도성이다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 기판은 알루미나(Al2O3), 질화 알루미늄(AlN), 산화 베릴륨(BeO), 산화 알루미늄(Al2O3), 질화 붕소(BN), 규소(Si), 탄화 규소(SiC), 실리카(SiO2), 질화 규소(Si3N4), 비화 갈륨(GaAs), 질화 갈륨(GaN), 이산화 지르코늄(ZrO2), 이들의 혼합물, 이러한 재료들의 산화물 및/또는 질화물, 또는 임의의 다른 적절한 세라믹 재료를 포함할 수 있다. 추가적인 세라믹 재료에는 티탄산 바륨(BaTiO3), 티탄산 칼슘(CaTiO3), 산화아연(ZnO), 저온-소성 유리(low-fire glass)를 함유하는 세라믹, 및 다른 유리-결합된 재료가 포함된다.
일부 실시예에서, 하나 이상의 기판은 사파이어 또는 루비를 포함할 수 있다. 사파이어와 루비는 커런덤의 일종으로, 추가적인 미량(trace)의 재료를 함유하는 산화 알루미늄(세라믹 재료)의 결정체 형태이다. 사파이어를 포함하는 기판은 우수한 전기 절연성과 열 방산, 그리고 높은 온도 안정성을 포함한 여러 이점을 제공할 수 있다. 또한, 사파이어는 일반적으로 투명하기 때문에, 결합기의 내부 피쳐들을 시각적으로 점검 가능하므로, 완성된 부품의 품질 체크와 관련하여 시간과 난이도가 절감될 수 있다.
결합기는 다양한 박막 부품을 포함하는데, 이는 베이스 기판의 상부 표면에 형성되는 한 쌍의 마이크로 스트립과, 베이스 기판의 하부 표면에 형성되는 베이스 접지 평면(ground plane)을 포함한다. 일부 실시예에서, 결합기는 커버 기판의 상부 표면에 배치되는 추가적인 박막 접지 평면을 포함할 수도 있다. 커버 기판은 베이스 기판의 상부 표면 위에 배치될 수 있다.
박막 부품의 두께는 약 50 마이크로미터 이하, 일부 실시예에서는 20 마이크로미터 이하, 그리고 일부 실시예에서는 5 마이크로미터 이하일 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 박막 부품의 두께는 약 0.05 마이크로미터 내지 약 50 마이크로미터, 일부 실시예에서는 약 0.1 마이크로미터 내지 약 20 마이크로미터, 일부 실시예에서는 약 1 마이크로미터 내지 약 5 마이크로미터, 예를 들어 약 3 마이크로미터일 수 있다.
박막 부품은 다양한 적절한 서브트랙티브 법, 세미-에디티브 또는 완전한 에디티브 법을 이용하여 정확하게 형성될 수 있다. 예를 들어, 물리적 기상 증착 및/또는 화학적 증착이 이용될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서는 물리적 기상 증착의 일종인 스퍼터링을 이용하여 박막 부품이 형성될 수 있다. 하지만, 예를 들어 플라즈마-강화 화학 기상 증착(PECVD)과 무전해 도금을 포함한 다양한 다른 적절한 공정이 이용될 수도 있다. 희망하는 형상의 박막 부품을 생산하기 위해 리소그래피 마스크 및 에칭이 사용될 수 있다. 반응성 기체(예를 들어, 산소, 염소, 삼염화붕소)의 플라즈마를 이용한 건식 에칭 및/또는 습식 에칭을 포함한 다양한 적절한 에칭 기법이 이용될 수 있다.
박막 부품은 다양한 적절한 전기 전도성 재료로 형성될 수 있다. 예시적인 재료들로는 구리, 니켈, 금, 주석, 납, 팔라듐, 은, 및 이들의 합금이 포함된다. 하지만, 박막 제조에 적절한 임의의 전도성 금속 또는 비-금속 재료가 사용될 수 있다.
비아가 베이스 기판의 상부 표면에 있는 마이크로 스트립과 베이스 기판의 바닥 표면에 있는 접촉 패드를 연결할 수 있다. 이는, 박막 결합기가 예를 들어 인쇄 회로 기판(PCB)에 표면 실장되도록 할 수 있다. 일부 실시예에서, 비아는 베이스 기판을 관통하는 홀을 레이저 드릴한 다음, 홀의 내측 표면에 적절한 전도성 재료를 충전(예를 들어, 스퍼터링, 무전해 도금)함으로써 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 비아를 위한 관통 홀은 또 다른 제조 단계의 수행과 함께 충전될 수 있다. 예를 들어, 비아와 박막 부품이 동시에 증착될 수 있도록, 비아는 박막 부품이 형성되기 전에 드릴링될 수 있다. 비아는 박막 부품들(예를 들어, 마이크로 스트립 및 접지 평면)과 관련하여 전술한 것들을 포함한 다양한 적절한 재료로 형성될 수 있다.
일부 실시예에서, 하나 이상의 보호 층은 결합기의 외측을 따라 노출될 수 있다. 예를 들어, 보호 층(들)은 결합기의 상부 표면 및/또는 하부 표면 위에 형성될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 “위에 형성된다(formed over)”는 표현은 하나의 층이 또 다른 층과 직접적으로 접촉하고 있다는 것을 가리킨다. 하지만, 그 사이에 중간 층이 형성될 수도 있다. 또한, “위에 형성된다”는 표현이 하부 표면과 관련하여 사용될 때, 이는 부품의 외부 표면에 대해 사용될 수 있다. 따라서, 하부 표면 “위에 형성되는” 층은 상기 층이 형성되어 있는 층보다 부품의 외부에 더 가까울 수 있다.
상부 보호 층이 베이스 기판과 마이크로 스트립들의 상부 표면 위에, 또는 커버 기판(존재할 경우)의 상부 표면의 위에 형성될 수 있다. 하부 보호 층이, 예를 들어 베이스 기판의 하부 표면 위에 형성되는 결합기의 하부 표면을 따라 노출될 수 있다. 하부 보호 층은 포토리소그래피 기법을 이용하여, 예를 들어 전기 도금에 의해 접촉 패드가 증착되도록 할 수 있는 개구 또는 윈도우를 남기도록 하는 방식으로 형성될 수 있다.
보호 층(들)은 예컨대 폴리이미드, SiNO, Al2O3, SiO2, Si3N4, 벤조사이클로부테인, 또는 유리와 같은 고분자 재료를 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 보호 층의 두께는 약 1 미크론 내지 약 300 미크론일 수 있다.
박막 결합기는 예컨대 인쇄 회로 기판(PCB)와 같이, 베이스 표면에 표면 실장되되, 베이스 기판의 하부 표면이 PCB와 연결되게 표면 실장되도록 구성될 수 있다. 특히, 박막 결합기는 그리드 배열-타입 표면 실장하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 박막 결합기는 랜드 그리드 배열(LGA) 타입의 실장, 볼 그리드 배열(BGA) 타입의 실장, 또는 임의의 다른 적절한 유형의 그리드 배열-타입의 표면 실장용으로 구성될 수 있다.
본 발명의 발명자들은 특정한 구성과는 관계 없이, 박막 부품과 비아의 생산의 선택적 제어를 통해, 약 28GHz에서 약 -30dB보다 큰 결합 계수를 갖는, 그리드 배열 실장에 적절한 고주파 결합기에 도달할 수 있다는 것을 발견하였다. 예를 들어, 일부 실시예에서 결합 계수는 약 28GHz에서 약 -25dB보다 크거나, 일부 실시예에서는 약 28GHz에서 약 -20dB보다 큰, 예를 들어 -19.9dB일 수 있다. 결합기는 광범위한 고주파에 걸친 결합에도 적절할 수 있다. 예를 들어, 결합기의 결합 계수는 약 18GHz 내지 약 32GHz(또는 그 이상)에서 약 -35dB보다 크거나, 일부 실시예에서는 약 18GHz 내지 약 32GHz에서 약 -30dB보다 크고, 일부 실시예에서는 약 18GHz 내지 약 32GHz에서 약 -25dB보다 클 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 결합기의 결합 계수는 약 10GHz 내지 약 70GHz에서 약 -35dB 보다 크거나, 일부 실시예에서는 약 10GHz 내지 약 70GHz에서 약 -30dB보다 크고, 일부 실시예에서는 약 10GHz 내지 약 70GHz에서 약 -25dB보다 클 수 있다.
반사 손실, 삽입 손실, 격리 계수(isolation factor)를 포함한, 결합기의 추가적인 성능 특성이 요구될 수 있다. 예를 들어, 결합기는 낮은 반사 손실을 가질 수 있는데, 반사 손실은 결합기에 의해 반사되는 신호의 분율(portion)을 나타내기 때문에 이러한 특성은 바람직하다. 일부 실시예에서, 반사 손실은 약 10GHz 내지 약 70GHz에서 -15dB 미만, 일부 실시예에서는 약 20GHz 내지 약 32GHz에서 약 -20dB 미만, 일부 실시예에서는 약 21GHz 내지 약 32GHz에서 약 -25dB 미만, 그리고 일부 실시예에서는 약 22GHz 내지 약 32GHz에서 약 -30dB 미만일 수 있다. 일부 실시예에서, 반사 손실은 약 28GHz에서 약 -35dB 미만일 수 있다.
결합기는 0에 가까운 삽입 손실을 가질 수 있으며, 이는 신호가 실질적으로 영향을 받지 않고 결합기의 전송선을 통과함을 나타낸다. 삽입 손실은 약 18GHz 내지 약 32GHz 에서 약 -1dB보다 크고, 일부 실시예에서는 약 18GHz 내지 약 32GHz에서 약 -0.75dB보다 크며, 일부 실시예에서는 약 18GHz 내지 약 32GHz에서 약 -0.6dB보다 클 수 있다. 일부 실시예에서는, 삽입 손실이 약 10GHz 내지 약 70GHz에서 약 -1dB보다 크고, 일부 실시예에서는 약 10GHz 내지 약 70GHz에서 약 -0.75dB보다 크고, 일부 실시예에서는 약 10GHz 내지 약 70GHz에서 약 -0.6dB보다 클 수 있다.
결합기의 격리 계수는 약 18GHz 내지 약 32GHz에서 약 -25dB 미만, 일부 실시예에서는 약 18GHz 내지 약 32GHz에서 약 -30dB 미만일 수 있다. 또한, 일부 실시예에서 결합기의 격리 계수는 약 10GHz 내지 약 70GHz에서 약 -25dB 미만, 일부 실시예에서는 약 10GHz 내지 약 70GHz에서 약 -30dB 미만일 수 있다. 일부 실시예에서, 격리 계수는 약 28GHz에서 약 -35dB 미만, 일부 실시예에서는 약 28GHz에서 약 -40dB 미만, 그리고 일부 실시예에서는 약 28GHz에서 약 -45dB 미만일 수 있다.
결합기는 베이스 기판의 상부 표면에 배치되는 한 쌍의 마이크로 스트립을 포함한다. 마이크로 스트립의 적어도 일부분이 결합 길이를 따라 서로 실질적으로 평행하게 배치될 수 있다. 결합 길이는 결합 계수를 포함한 결합기의 희망하는 성능 특성을 획득하기 위해 선택될 수 있다. 이론에 얽매이지 않고, 결합기의 성능 특성은 일반적으로, 결합 길이가 λ/4와 동일하거나 λ/4에 비례(예를 들어, 그 배수)할 때 최적일 수 있으며, 이때 λ는 베이스 기판 및/또는 커버 기판을 통해 전파하는 결합기의 희망하는 작동 주파수의 파장이다. 마이크로 스트립의 결합 길이가 λ/4와 동일하거나 이에 비례할 수 있다. 또한, 비아(들)의 길이(들)이 λ/4와 동일하거나 이에 비례할 수 있다.
유전 상수가 εr인 재료를 통한 파장 λ는 다음과 같이 계산될 수 있으며, 이때 C는 진공에서의 빛의 속도, 그리고 f는 주파수를 나타낸다.
Figure 112020104714171-pct00001
일부 실시예에서, 25℃의 작동 온도 및 28GHz의 주파수에서 ASTM D2520-13에 따라 결정되는 베이스 기판 재료 및/또는 커버 기판 재료의 유전 상수는 약 0.1 내지 약 50, 일부 실시예에서는 약 0.5 내지 약 20, 일부 실시예에서는 약 1 내지 약 20, 그리고 일부 실시예에서는 약 5 내지 약 15, 예를 들어 9일 수 있다.
일부 실시예에서, 결합 길이는 약 0.1mm 내지 약 3.8mm, 일부 실시예에서는 약 0.2mm 내지 약 3mm, 일부 실시예에서는 약 0.3mm 내지 약 2.8mm, 그리고 일부 실시예에서는 약 0.3mm 내지 약 1.5mm일 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서 약 28GHz 및 유전 상수(25℃의 작동 온도 및 28GHz의 주파수에서 ASTM D2520-13에 따라 결정됨)가 약 9인 유전체 재료에 대한 λ/4에 대응하는 결합 길이는 대략적으로 0.9mm와 같을 수 있다.
마이크로 스트립의 평행하는 부분들은 갭 거리만큼 이격될 수 있다. 갭 거리는 결합기의 희망하는 성능 특성(예를 들어, 희망하는 임피던스) 및 구현되는 특정 부품 재료를 획득하도록 선택될 수 있다. 갭 거리는 약 50마이크로미터(㎛) 내지 약 750㎛, 일부 실시예에서는 약 100㎛ 내지 약 700㎛, 일부 실시예에서는 약 300㎛ 내지 약 600㎛, 예를 들어 200㎛일 수 있다.
마이크로 스트립의 폭은 약 50㎛ 내지 약 500㎛, 일부 실시예에서는 약 100㎛ 내지 약 400㎛, 일부 실시예에서는 약 200㎛ 내지 약 300㎛, 예를 들어 약 250㎛일 수 있다.
마이크로 스트립은 하나 이상의 접지 평면에 의해 차폐될 수 있다. 접지 평면(들)(예를 들어, 베이스 접지 평면 및/또는 커버 접지 평면)은 마이크로 스트립들에 실질적으로 평행하고, 기판(들)(예를 들어, 베이스 기판 및/또는 커버 기판)의 두께만큼 이격될 수 있다. 기판의 두께는 약 50㎛ 내지 약 500㎛, 일부 실시예에서는 약 100㎛ 내지 약 400㎛, 일부 실시예에서는 약 200㎛ 내지 약 300㎛, 예를 들어 약 250㎛일 수 있다. 일부 실시예에서, 기판(들)의 두께는 마이크로 스트립의 폭과 대략적으로 동일하게 선택될 수 있다.
비아는 결합기의 우수한 결합 특성에 기여하도록 구성될 수도 있다. (예를 들어, 베이스 기판의 상부 표면에 있는) 마이크로 스트립의 각각의 단부와 (예를 들어, 베이스 기판의 하부 표면에 있는) 각각의 접촉 패드를 연결할 수 있다. 전술한 바와 같이, 비아들은 베이스 기판을 관통하도록 형성될 수 있다. 따라서, 비아들의 길이는 베이스 기판의 두께와 동일할 수 있다. 비아들의 길이는 λ/4와 동일하게 또는 이에 비례하도록 선택될 수 있으며, 이는 결합기의 우수한 결합 특성에 기여할 수 있다.
일부 실시예에서, 결합기는 박막 마이크로 스트립과 접촉하는 적어도 하나의 접착 층을 포함할 수 있다. 접착 층은 박막 마이크로 스트립과, 예컨대 베이스 기판, 커버 기판, 및/또는 보호 층(예를 들어, 고분자 층)과 같은 이웃하는 층들 사이의 접착을 향상시키기에 적절한 다양한 재료로 되거나 다양한 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 접착 층은 Ta, Cr, TaN, TiW, Ti, 또는 TiN 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 접착 층은 탄탈륨(Ta)로 되거나 탄탈륨을 포함할 수 있다(예를 들어, 탄탈륨 또는 탄탈륨의 산화물이나 질화물). 이론에 얽매이지 않고, 접착 층의 재료는 예컨대 격자 불일치와 잔류 응력과 같은 현상을 극복하도록 선택될 수 있다.
접착 층(들)은 다양한 적절한 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서 접착 층(들)의 두께는 약 100옹스트롬 내지 약 1000옹스트롬, 일부 실시예에서는 약 200옹스트롬 내지 약 800옹스트롬, 일부 실시예에서는 약 400옹스트롬 내지 약 600옹스트롬일 수 있다.
결합기는 콤팩트한 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서 결합기의 길이 및 폭은 각각 약 5.0mm 미만, 일부 실시예에서는 약 3.5mm 미만, 그리고 일부 실시예에서는 약 2.5mm 미만일 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서 결합기의 길이와 폭은 각각 약 0.5mm 내지 약 5mm, 일부 실시예에서는 약 1mm 내지 약 4mm, 그리고 일부 실시예에서는 약 2.5mm 내지 약 3.5mm일 수 있다.
결합기의 콤팩트한 형태에도 불구하고, 일부 실시예에서 결합기는 그리드 배열 타입 실장 용으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 비아들은 결합기를 PCB에 그리드 배열 타입 실장을 용이하게 할 수 있다. 그리드 배열 실장의 예시적인 종류로는, 볼 그리드 배열과 랜드 그리드 배열이 포함된다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 비아들은 결합기의 하부 표면에 배치되는 각각의 접촉 패드와 전기적으로 연결될 수 있다. 베이스 접지 평면도 결합기의 하부 표면에 배치될 수 있다. 접촉 패드와 베이스 접지 평면은, 결합기가 그리드 배열 타입 실장을 이용하여 표면 실장될 수 있도록, 베이스 기판의 하부 표면에 전기적 연결을 제공할 수 있다.
그리드 배열 타입 실장은 상당한 이점을 제공할 수 있다. 예를 들어, 결합기의 PCB로의 실장이 보다 효율적으로 수행될 수 있고, 조립 비용을 절감할 수 있다. 또한, 대안적인 실장 옵션과 비교했을 때, 고주파 표면 실장 가능한 결합기를 형성하는 것과 관련된 제조 비용이 절감될 수 있다. 일부 실시예에서, 전술한 구성은 전기 접촉부(예를 들어, 접촉 패드와 베이스 접지 평면)가 전기 단락되지 않도록 보호할 수 있는데, 이는 모든 전기 접촉부가 결합기 아래 또는 커버 기판 아래에 가려져(obscured) 보호되기 때문이다. 또한, 베이스 접지 평면은 결합기의 전체 면적의 상당한 부분을 따라 부착부를 제공할 수 있다. 그 결과, 결합기와 PCB 사이의 물리적 연결이 더욱 견고해질 수 있다.
도 1a는 본 개시의 양태에 따른 박막 결합기(100)의 일 실시예의 평면도를 나타낸다. 도 1b는 도 1a의 섹션(A-A)을 따라 자른 단면도를 나타낸다. 박막 결합기(100)는 베이스 기판(102)과 한 쌍의 마이크로 스트립(104)을 포함할 수 있다. 베이스 기판은 상부 표면(106)을 구비할 수 있고, 마이크로 스트립(104)들은 베이스 기판(102)의 상부 표면(106)에 형성될 수 있다. 베이스 기판(102)은 또한 종 방향(103)으로 길이(도 1a에서 Ls로 표시됨)를 구비하고, 종 방향(103)에 수직인 횡 방향(105)으로 폭(도 1a에서 Ws로 표시됨)을 구비할 수 있다. 베이스 기판(102)은 또한, 종 방향(103)과 횡 방향(105)의 각각에 수직인 Z 방향(107)으로 두께(도 1a에서 Ts로 표시됨)를 구비할 수 있다.
마이크로 스트립(104) 중 하나가 전송선으로서의 기능을 하고, 마이크로 스트립(104) 중 다른 하나가 결합선으로서의 기능을 한다. 마이크로 스트립(104)들의 적어도 일부분이 결합 길이(도 1a에서 Lc로서 표시됨)를 따라 서로 실질적으로 평행하게 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 결합 길이(Lc)는 λ/4에 비례할 수 있는데, 이때 λ는 결합기의 희망하는 작동 주파수를 나타낸다. 마이크로 스트립(104)들은 또한 폭(도 1a에서 Wm으로 표시됨)을 구비할 수 있다. 마이크로 스트립(104)들은, 마이크로 스트립(104)들 사이에 갭(도 1a에서 Gm으로 표시됨)이 형성되도록 배치될 수 있다. 마이크로 스트립(104)들 간의 전자기 상호작용이 마이크로 스트립(104)들 중 하나(전송선)을 통과하는 신호로 하여금 마이크로 스트립(104)들 중 다른 하나(결합 선)에서 신호를 유도하도록 할 수 있다.
베이스 기판(102)의 상부 표면(106)과 상부 표면(106)에 형성되는 마이크로 스트립(104) 각각의 위에 커버 기판(108)이 오버레이될 수 있다. 커버 기판(108)은, 도 1a에서 베이스 기판(102)의 상부 표면(106)이 보이도록, 명확성을 위해 생략된다. 하지만, 도 1b에서는 커버 기판(108)을 볼 수 있다. 커버 기판(108)은 다른 전기 전도성 물체와의 접촉에 의해 전기 단락되지 않도록 마이크로 스트립(104)들을 보호할 수 있다. 커버 기판(108)은 또한 마모나 충격에 의한 손상으로부터 마이크로 스트립(104)들을 보호할 수 있다. 추가적으로, 커버 기판(108)은 예를 들어, 성능 사양/특성, 포트 라벨 등을 포함한, 결합기(100)를 표시(marking)하기 위한 적절한 위치를 제공할 수 있다.
상부 표면(105)으로부터 하부 표면(110)까지 베이스 기판(102)을 관통하도록 비아(114)들이 형성될 수 있다. 비아(114)들은 한 쌍의 마이크로 스트립(104)의 각각의 단부와 베이스 기판(102)의 하부 표면(110)에 형성되는 접촉 패드(116)를 전기적으로 연결할 수 있다. 예를 들어, 각각의 마이크로 스트립(104)은 각각의 비아(114)에 전기적으로 연결되는 입력 단부와 출력 단부를 구비할 수 있다. 비아(114)들은 하나의 마이크로 스트립(104)의 입력 단부 또는 출력 단부를 각각의 접촉 패드(116)에 전기적으로 연결하여, 접촉 패드(116)들이 결합기(100)에 대한 전기 포트로서 작용하도록 할 수 있다.
도 1a 및 도 1b에 도시되어 있지는 않지만, 접촉 패드(116)들은 그리드 배열 실장되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 랜드 그리드 또는 볼 그리드 배열 타입 표면 실장을 위해 도전성 재료가 접촉 패드(116)의 위에 배치될 수 있다. 도전성 재료는 구리, 니켈, 알루미늄, 팔라듐, 금, 은, 백금, 납, 주석, 이들 재료의 합금, 또는 솔더링 재료로서 적절한 임의의 다른 적절한 도전성 물질을 포함할 수 있다. 결합기(100)를 설치하는 중에, 결합기는 희망하는 위치에 배치되어, 솔더(solder)가 용융하여 실장 표면(예를 들어, PCB)과 전기적 연결을 형성하도록 가열될 수 있다.
베이스 접지 평면(112)이 베이스 기판(102)의 하부 표면(110)에 형성될 수 있다. 이러한 베이스 접지 평면(112)은 베이스 기판(102)의 두께(도 1a에서 Ts로 표시됨)만큼 마이크로 스트립(104)으로부터 이격될 수 있다. 베이스 접지 평면(112)은 마이크로 스트립(104)과 대체로 평행할 수 있다. 베이스 기판(102)의 두께는 마이크로 스트립(104)에 희망하는 차폐 효과를 발생시키도록 선택될 수 있고, 및/또는 결합기(100)의 희망하는 응답 특성을 생성하도록 선택될 수 있다.
베이스 접지 평면(112)은 종 방향(103)(또는 횡 방향(105))으로 비아(114)들의 사이에 위치되되, 접촉 패드(116)가 베이스 접지 평면(112)의 모서리에 이웃하도록 위치될 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 베이스 접지 평면(112)은 베이스 기판(102)의 실질적으로 전체 길이 또는 폭으로 연장할 수 있다. 예를 들어, 베이스 접지 평면(112)은, 접지 평면(112)이 접촉 패드(116)와 직접적으로 접촉하지 않게 접촉 패드(116)들 사이에서 연장할 수 있도록, 크기 설정될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 접지 평면(112)은 베이스 기판(102)의 하부 표면(110)의 가장자리로 실질적으로 연장할 수 있다. 이는, 결합기(100)가 표면 실장될 수 있도록 하는 더 큰 표면을 제공하고, 이로 인해 기계적으로 더욱 견고한 부착을 제공할 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 도 1a 및 도 1b와 관련하여 전술된 박막 결합기의 실시예의 사시도를 나타낸다. 커버 기판(108)이 명확성을 위해 생략되었다. 명확성을 위해, 베이스 기판(102)의 하부 표면만이 도시되어 있다.
도 3a는 본 개시의 양태들에 따른, 커버 접지 평면(118)을 포함하는 박막 결합기(100)의 또 다른 실시예의 평면도를 나타낸다. 명확성을 위해 커버 기판(108)이 생략되었다. 도 3b는 도 3a의 섹션 A-A을 따라 자른 단면도를 나타낸다. 도 3c는 사시도를 나타내며, 커버 기판(108)은 명확성을 위해 생략되었다. 베이스 기판(102)의 하부 표면(110)만이 도시되어 있다.
결합기(100)는 일반적으로 도 1a, 도 1b, 도 2a, 도 2b를 참조하여 설명된 것처럼 구성될 수 있다. 또한, 결합기(100)는 커버 기판(108)의 상부 표면(120)에 형성될 수 있는 커버 접지 평면(118)을 포함할 수 있다. 커버 기판(108)은 Z 방향(107)으로 두께(도 3b에서 Tcover로 표시됨)를 구비할 수 있다. 이러한 커버 접지 평면(118)은 마이크로 스트립(104)들로부터 Z 방향으로(107) 커버 기판(108)의 두께만큼 이격될 수 있다. 커버 접지 평면(118)은 마이크로 스트립(104) 및/또는 베이스 접지 평면(112)에 대체로 평행할 수 있다. 커버 기판(108)의 두께는 마이크로 스트립(104)의 희망하는 차폐 효과를 생성하도록 선택되거나, 및/또는 결합기(100)의 희망하는 응답 특성을 생성하도록 선택될 수 있다.
커버 접지 평면(118)은 다양한 방법으로 베이스 접지 평면(112)에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서 하나 이상의 접지 비아(122)가 베이스 기판(102)과 커버 기판(108)을 관통하여 연장하여, 커버 접지 평면(118)과 베이스 접지 평면(112)을 전기적으로 연결할 수 있다. 예를 들어, 한 쌍의 접지 비아(122)가 마이크로 스트립(104)의 어느 한 측에 대칭으로 배치될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 단일 접지 비아(122)가 커버 접지 평면(118)과 베이스 접지 평면(112)을 전기적으로 연결할 수 있다.
하지만, 다른 실시예에서는, 커버 접지 평면(118)이 측벽 연결, 캐스텔레이션(castellation) 타입 연결, 또는 임의의 다른 적절한 타입의 전기적 연결을 통해, 베이스 접지 평면(112) 및/또는 베이스 기판(102)의 하부 표면(110)에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 측벽 연결은 커버 접지 평면(118)으로부터 베이스 접지 평면(112) 또는 베이스 기판(102)의 하부 표면(110)까지 연장하도록 형성될 수 있다. 측벽 연결부는 Z 방향(107)으로 연장하도록, 베이스 기판(102)의 표면 및/또는 커버 기판(108)에서의 스퍼터링이나 임의의 다른 적절한 증착 기법에 의해 형성될 수 있다. 또 다른 예시에서, 캐스텔레이션 타입의 연결부는, 개별 결합기(100)를 형성하기 위해 절단 선(dicing line)을 따라 기판(102, 108)을 절단하기 전에, 절단 선을 따라 기판(102, 108)에 홀을 드릴링함으로써 형성될 수 있다. 스퍼터링 또는 임의의 다른 적절한 증착 기법을 이용하여, 완성된 캐스텔레이션 표면에 도전 층이 형성될 수 있다.
커버 접지 평면(112)은 몇 가지 이점을 제공할 수 있다. 예를 들어, 커버 접지 평면(112)은 마이크로 스트립(104)의 추가적인 전자기 차폐를 제공할 수 있다. 이는, 예를 들어 주변 전파에 의한 전자기 간섭의 양을 감소시킬 수 있다.
개시된 실시예들에 기초하여 추가적인 조합 및 변형도 가능하다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 결합기는 부분적으로 그리드 배열-타입의 실장용으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 단일 비아 또는 한 쌍의 비아가 마이크로 스트립의 하나 또는 두 단부를 베이스 기판의 하부 표면에 있는 각각의 접촉 패드에 연결할 수 있다. 마이크로 스트립의 또 다른 단부는 전도성 캐스텔레이션, 솔더링된 와이어 등의 임의의 다른 적절한 수단을 이용하여 전기적으로 연결될 수 있다.
도 4는 본 개시의 양태들에 따른 결합기의 몇몇 실시예의 다양한 표면들을 도식으로 나타낸 것이다. A 내지 H로 표시되어 있는 각각의 실시예에서, “PAD1”의 빗금친(shaded) 부분은 베이스 접지 평면과 접촉 패드를 형성하는 베이스 기판의 하부 표면에 있는 박막을 나타낸다. “PAD2”의 빗금친 부분은 마이크로 스트립을 형성하는 베이스 기판의 상부 표면에 있는 박막 층을 나타낸다. “VIA”의 빗금친 부분은 베이스 기판에서 비아들의 위치를 나타낸다. “LGA”의 빗금친 부분은 결합기의 랜드 그리드 배열-타입의 표면 실장을 용이하게 하기 위해 접지 평면과 접촉 패드 위에 형성되는 도전성 재료의 층의 형상을 나타낸다.
도 5를 참조하면, 본 개시의 양태들은 배열 타입 표면 실장용으로 구성되는 고주파 결합기를 만드는 방법(200)을 대상으로 한다. 본 명세서에서는 일반적으로 도 1 내지 도 3과 관련하여 전술한 박막 결합기(100)를 참조하여 방법(200)에 대해 설명될 것이다. 하지만, 개시되는 방법(200)은 임의의 적절한 박막 결합기로 구현될 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 도 5는 예시 및 설명의 목적으로 특정한 순서로 수행되는 단계들을 도시하고 있지만, 본 명세서에서 설명되는 방법은 어떤 특정한 순서 또는 배열에 국한되지 않는다. 본 명세서에서 제공되는 개시들을 이용하는 통상의 기술자라면, 본 명세서에서 개시되는 방법의 다양한 단계들이 본 개시의 사상으로부터 벗어나지 않으면서 생략되거나, 재배열되거나, 결합되거나, 및/또는 다양한 방식으로 조절될 수 있음을 이해할 것이다.
도 5를 참조하면, 방법(200)은 모놀리식 베이스 기판의 상부 표면으로부터 모놀리식 베이스 기판의 하부 표면으로 연장하는 적어도 하나의 비아 관통 홀을 형성하는 단계(202)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 관통 홀(들)은 레이저 드릴링이나 임의의 다른 적절한 방법으로 형성될 수 있다. 또한, 베이스 기판 시트에 다수의 결합기가 형성되고, 개별 결합기 형성을 위해 절단될 수 있음을 이해해야 한다.
방법은, 모놀리식 베이스 기판의 상부 표면에 제1 박막 마이크로 스트립 및 제2 박막 마이크로 스트립을 배치하는 단계(204)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서는 베이스 기판에 적절한 두께의 도전성 재료 층을 형성하기 위해 에디티브 기법(예를 들어, 스퍼터링, 무전해 도금 등)이 이용될 수 있다. 리소그래픽 스크린이 도전성 금속 층 위에 배치될 수 있다. 그 다음, 마이크로 스트립의 희망하는 패턴을 생산하기 위해, 임의의 적절한 에칭 기법을 이용하여 구리 층의 일부분이 제거될 수 있다. 그 다음, 리소그래픽 스크린을 제거하기 위해 제2 에칭 단계가 사용될 수 있다. 반응성 가스(예를 들어, 산소, 염소, 삼염화 붕소)의 플라즈마를 이용하는 건식 에칭을 포함한 다양한 적절한 에칭 기법이 이용될 수 있다.
제1 및 제2 박막 마이크로 스트립의 각각은 희망하는 성능 특성을 제공하도록 크기 설정 및 이격될 수 있다. 예를 들어, 결합기는 약 18GHz 내지 약 32GHz에서 약 -30dB보다 큰 결합 계수, 및/또는 약 28GHz에서 약 -30dB보다 큰 결합 계수를 구비할 수 있다. 결합 길이(도 1a에서 Lc로 표시됨)(마이크로 스트립이 상기 결합 길이를 따라 서로에 대해 실질적으로 평행함)는 희망하는 특성을 생성하도록 크기 설정될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서 이러한 길이는 약 λ/4 또는 λ/8과 동일할 수 있는데, 이때 λ는 전술한 바와 같이 결합기의 희망하는 작동 주파수(예를 들어, 28GHz)를 나타낸다.
방법은, 제1 박막 마이크로 스트립 또는 제2 박막 마이크로 스트립 중 적어도 하나를 모놀리식 베이스 기판의 하부 표면에 있는 접촉 패드와 전기적으로 연결하는 적어도 하나의 비아를 형성하기 위해, 도전성 비아 재료를 적어도 하나의 비아 관통 홀 내에 증착시키는 단계(206)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 도전성 비아 재료를 증착하는 단계는 스퍼터링, 무전해 도금, 또는 임의의 다른 적절한 박막 증착 공정을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 이는 단계(204)에서의 마이크로 스트립의 증착과 동시에 수행될 수 있다.
일부 실시예에서, 방법(200)은 모놀리식 베이스 기판의 하부 표면에 베이스 접지 평면을 형성하는 단계도 포함할 수 있다. 베이스 접지 평면은 단계(204)에서 마이크로 스트립을 형성하는 것과 관련하여 설명한 것과 유사한 방식으로 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 베이스 접지 평면은 단계(204)에서 마이크로 스트립을 형성하는 데에 사용될 수 있는 전술한 것과 동일한 박막 형성 단계(예를 들어, 증착, 리소그래피, 에칭) 중에 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 방법(200)은 또한, 모놀리식 베이스 기판의 하부 표면에 있는 베이스 접지 평면 및/또는 접촉 패드 위에 그리드 배열-타입의 실장에 적절한 도전성 재료(예를 들어, 솔더, 주석, 납, 금, 이들의 합금 또는 임의의 다른 적절한 도전성 재료)의 층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
도 6a는 전송선(302) 및 결합선(304)을 구비하는 결합기(300)의 일 실시예의 도식을 나타낸다. 신호는 포트 1에서 입력되어, 전송선(302)의 포트 2로 직접적으로 전송될 수 있다. 결합기(300)는 포트 3에서 결합 선(304)에 결합된 신호를 생성한다. 포트 4는 보통 접지된다.
도 6b는 본 개시의 양태들에 따른 결합기의 일 실시예의, 18GHz 내지 32GHz로 연장하는 주파수 범위에 걸친, 이론적으로 계산된 S-파라미터를 나타낸다. 업계에서 이해되는 바와 같이, S-파라미터는 Sab와 같은 형태로 아래 첨자와 함께 표현된다. 아래 첨자의 값 a와 b는 S-파라미터와 관련된 포트 번호를 나타내며, 각각의 S-파라미터가 포트 b에서 입력된 신호의 결과로서의 포트 a에서의 신호 결과를 나타내는 것으로 이해될 수 있다. 업계에서 이해되는 바와 같이, S-파라미터는 흔히 다음을 지칭한다.
도 4b를 참조하면, 이론적 결합 계수인 S31은 약 180GHz 내지 약 32GHz에서 약 -30dB보다 크고, 일부 실시예에서는 약 18GHz 내지 약 32GHz에서 약 -25dB보다 크다. 28GHz에서의 이론적 결합 계수는 -20dB보다 큰 -19.84dB이다.
또한, 이론적 반사 손실인 S11은 약 22GHz 내지 약 32GHz에서 약 -30dB 미만이다. 또한, 이론적 반사 손실 S11은 약 18GHz 내지 약 32GHz에서 약 -15dB 미만이다. 반사 손실은 소스 포트(포트 1)로 다시 반사되는 신호의 비율(portion)을 나타내기 때문에, 일반적으로 반사 손실은 낮은 것이 바람직하다.
삽입 손실인 S21은 약 18GHz 내지 약 32GHz에서 약 -0.75dB보다 크다. 0에 가까운 삽입 손실은 결합기의 결과로서 포트 2에서 신호의 크기가 실질적으로 영향을 받지 않았음을 의미한다. 마지막으로, 이론적 격리 계수인 S41은 약 18GHz 내지 약 32GHz에서 약 -30dB 미만이고, 약 22GHz 내지 약 28.5GHz에서 약 -45dB 미만이다.
개시된 결합기는 5G 주파수로 조절되는 기지국 또는 연관된 기구나 설비의 회로에서 특정 적용예를 찾을 수 있다. 추가적인 적용예로는 스마트폰, 신호 리피터(예를 들어, 소형 셀), 중계국, 레이더, RFID 장치, 및 고주파 무선 신호를 활용하는 임의의 다른 적절한 장치가 포함될 수 있다.
기지국 회로는 5G 무선 신호를 전송, 수신, 또는 처리하도록 구성될 수 있다. 기지국 회로는, 예컨대 무선 전송기, 수신기, 또는 이들의 부품(예를 들어, 혼합기, 증폭기, 변조기 등)과 같은 신호 소스 부품을 포함할 수 있다. 결합기는 신호 소스 부품에 작동 가능하게 연결될 수 있다. (신호 소스 부품의 모니터링 또는 제어 목적으로) 결합된 신호를 별도의 부품에 제공하기 위해 결합 선이 사용될 수 있다. 예를 들어, 결합 선은 결합된 신호를, 무선 주파수 전송기의 증폭기와 연관되는 피드백 제어 루프에 제공할 수 있다.
예시
약 28GHz에서 약 -30dB보다 큰 결합 계수를 구비하고, 그리드 배열 표면 실장에 적절한, 콤팩트한 고주파 결합기를 형성할 수 있다는 가능성(ability)이 설명되었다.
업계에서 공지되어 있는 바와 같이, 전자 장치의 케이스 크기는 4자리수 코드(예를 들어, 2520)로 표현될 수 있는데, 이때 처음 2자리는 장치의 길이를 밀리미터(또는 100분의 1인치)로 나타낸 것이고, 마지막 2자리는 장치의 폭을 밀리미터(또는 100분의 1인치)로 나타낸 것이다. 통상적인 미터법상의 케이스 크기에는 2012, 1608 및 0603이 포함될 수 있다.
미터법상 케이스 사이즈 3216(영국법정표준(imperial) 케이스 사이즈로는 1206)의 결합기를 생산하였다. 결합기(및 베이스 기판)의 길이는 약 3.2mm(0.125인치)이고, 폭은 약 1.6mm(0.06인치)였다. 도 1a를 다시 참조하면, 결합 길이(Lc로 표시됨)는 약 1.25mm이다. 마이크로 스트립들 사이에 형성되는 갭(도 1a에서 Gm으로 표시됨)은 약 500마이크로미터이다. 마이크로 스트립의 폭(도 1a에서 Wm으로 표시됨)은 약 254마이크로미터이다. 비아들의 직경은 약 300마이크로미터이다. 마이크로 스트립과 베이스 접지 평면의 각각은 두께가 약 3마이크로미터이다. 베이스 기판의 두께는 약 254마이크로미터이다.
27.2GHz 내지 29.8GHz에서 결합, 반사 손실, 삽입 손실 및 방향도가 측정되었다.
[표 1: 케이스 사이즈가 미터법상 3216(영국법정표준으로 1206)인 결합기의 S-파라미터]
표 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 영국법정표준 상의 케이스 크기가 1206인 결합기는 28GHz에서 결합 계수가 약 -30dB보다 큰 -19.84dB이다.
통상의 기술자에 의해 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고도 본 발명의 이들 및 다른 수정 및 변형이 수행될 수 있다. 또한, 다양한 실시예의 양태들이 전체로 또는 부분적으로 상호교환될 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 통상의 기술자라면, 전술한 설명이 예시적인 것일 뿐, 첨부된 청구항에 기재되어 있는 본 발명을 제한하려는 것이 아니라는 것을 이해할 것이다.

Claims (25)

  1. 상부 표면, 하부 표면, 종 방향으로의 길이, 종 방향에 수직인 횡 방향으로의 폭을 구비하는 모놀리식 베이스 기판;
    모놀리식 베이스 기판의 상부 표면에 배치되고, 입력 단부와 출력 단부를 구비하는 제1 박막 마이크로 스트립;
    모놀리식 베이스 기판의 상부 표면에 배치되고, 입력 단부와 출력 단부를 구비하는 제2 박막 마이크로 스트립;
    모놀리식 베이스 기판의 하부 표면에 배치되는 베이스 접지 평면;
    모놀리식 베이스 기판의 하부 표면에 배치되는 4개의 접촉 패드; 및
    모놀리식 베이스 기판을 관통하여 모놀리식 베이스 기판의 상부 표면으로부터 하부 표면으로 연장하는 적어도 4개의 비아(via);를 포함하는, 표면 실장 가능한 고주파 결합기로서,
    적어도 4개의 비아가,
    제1 박막 마이크로 스트립의 입력 단부를 4개의 접촉 패드 중 제1 접촉 패드에 전기적으로 연결하는 제1 비아;
    제1 박막 마이크로 스트립의 출력 단부를 4개의 접촉 패드 중 제2 접촉 패드에 전기적으로 연결하는 제2 비아;
    제2 박막 마이크로 스트립의 입력 단부를 4개의 접촉 패드 중 제3 접촉 패드에 전기적으로 연결하는 제3 비아; 및
    제2 박막 마이크로 스트립의 출력 단부를 4개의 접촉 패드 중 제4 접촉 패드에 전기적으로 연결하는 제4 비아;를 포함하며,
    베이스 접지 평면의 경계가 제1, 제2, 제3, 제4 접촉 패드 사이에 있게 되도록 베이스 접지 평면은 종 방향 및 횡 방향 모두에서 제1, 제2, 제3, 제4 접촉 패드 사이에 위치되고,
    결합기의 결합 계수(coupling factor)가 28GHz에서 -30dB보다 큰 것을 특징으로 하는, 표면 실장 가능한 고주파 결합기.
  2. 제1항에 있어서,
    결합 계수가 10GHz 내지 70GHz에서 -30dB보다 큰 것을 특징으로 하는, 표면 실장 가능한 고주파 결합기.
  3. 제1항에 있어서,
    모놀리식 베이스 기판의 길이와 폭의 각각이 7mm 미만인 것을 특징으로 하는, 표면 실장 가능한 고주파 결합기.
  4. 제1항에 있어서,
    그리드 배열 타입 실장용으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 표면 실장 가능한 고주파 결합기.
  5. 제1항에 있어서,
    모놀리식 베이스 기판이 세라믹 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는, 표면 실장 가능한 고주파 결합기.
  6. 제1항에 있어서,
    모놀리식 베이스 기판이 사파이어를 포함하는 것을 특징으로 하는, 표면 실장 가능한 고주파 결합기.
  7. 제1항에 있어서,
    모놀리식 베이스 기판의 상부 표면에 배치되는 커버 기판을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는, 표면 실장 가능한 고주파 결합기.
  8. 제7항에 있어서,
    커버 기판의 상부 표면에 배치되는 커버 접지 평면을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는, 표면 실장 가능한 고주파 결합기.
  9. 제7항에 있어서,
    커버 접지 평면이 베이스 접지 평면에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는, 표면 실장 가능한 고주파 결합기.
  10. 제9항에 있어서,
    적어도 하나의 비아가 모놀리식 베이스 기판과 커버 기판의 각각을 관통하여 연장하는 접지 비아를 포함하고, 접지 비아가 커버 접지 평면과 베이스 접지 평면을 전기적으로 연결하는 것을 특징으로 하는, 표면 실장 가능한 고주파 결합기.
  11. 제1항에 있어서,
    결합기의 외부를 따라 노출되는 고분자 보호층을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는, 표면 실장 가능한 고주파 결합기.
  12. 제1항에 있어서,
    제1 박막 마이크로 스트립 또는 제2 박막 마이크로 스트립 중 적어도 하나와 접촉하는 접착층을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는, 표면 실장 가능한 고주파 결합기.
  13. 종 방향으로의 길이를 구비하고 종 방향에 수직인 횡 방향으로의 폭을 구비하는 모놀리식 베이스 기판의 상부 표면으로부터 모놀리식 베이스 기판의 하부 표면으로 연장하는 적어도 4개의 비아 관통 홀을 형성하는 단계;
    모놀리식 베이스 기판의 상부 표면에 입력 단부와 출력 단부를 구비하는 제1 박막 마이크로 스트립과 입력 단부와 출력 단부를 구비하는 제2 박막 마이크로 스트립을 배치하는 단계;
    모놀리식 베이스 기판의 하부 표면에 베이스 접지 평면을 배치하는 단계;
    모놀리식 베이스 기판의 하부 표면에 4개의 접촉 패드를 배치하는 단계; 및
    제1 박막 마이크로 스트립의 입력 단부를 4개의 접촉 패드 중 제1 접촉 패드에 전기적으로 연결하는 제1 비아, 제1 박막 마이크로 스트립의 출력 단부를 4개의 접촉 패드 중 제2 접촉 패드에 전기적으로 연결하는 제2 비아, 제2 박막 마이크로 스트립의 입력 단부를 4개의 접촉 패드 중 제3 접촉 패드에 전기적으로 연결하는 제3 비아, 및 제2 박막 마이크로 스트립의 출력 단부를 4개의 접촉 패드 중 제4 접촉 패드에 전기적으로 연결하는 제4 비아를 형성하기 위해, 적어도 4개의 비아 관통 홀 내부에 도전성 비아 재료를 증착하는 단계;를 포함하는, 표면 실장 가능한 고주파 결합기를 형성하는 방법으로,
    베이스 접지 평면의 경계가 제1, 제2, 제3, 제4 접촉 패드 사이에 있게 되도록 베이스 접지 평면은 종 방향 및 횡 방향 모두에서 제1, 제2, 제3, 제4 접촉 패드 사이에 위치되고,
    제1 및 제2 박막 마이크로 스트립의 각각은, 결합기의 결합 계수가 28GHz에서 -30dB보다 크도록 크기 설정 및 이격되는 것을 특징으로 하는, 표면 실장 가능한 고주파 결합기 형성 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    적어도 4개의 비아 관통 홀을 형성하는 단계가 적어도 하나의 비아 관통 홀을 레이저 드릴링하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 표면 실장 가능한 고주파 결합기 형성 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    모놀리식 베이스 기판의 상부 표면의 위에 커버 기판을 배치하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는, 표면 실장 가능한 고주파 결합기 형성 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    커버 기판의 상부 표면 위에 커버 접지 평면을 배치하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는, 표면 실장 가능한 고주파 결합기 형성 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    커버 기판의 상부 표면으로부터 모놀리식 베이스 기판의 하부 표면까지 연장하는, 적어도 하나의 접지 비아 관통 홀을 형성하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는, 표면 실장 가능한 고주파 결합기 형성 방법.
  18. 상부 표면, 하부 표면, 종 방향으로의 길이, 종 방향에 수직인 횡 방향으로의 폭, 그리고 종 방향과 횡 방향의 각각에 수직인 Z 방향으로의 두께를 구비하는 모놀리식 베이스 기판;
    모놀리식 베이스 기판의 상부에 배치되고, 입력 단부와 출력 단부를 구비하는 제1 박막 마이크로 스트립;
    모놀리식 베이스 기판의 상부 표면에 배치되고, 입력 단부와 출력 단부를 구비하는 제2 박막 마이크로 스트립;
    모놀리식 베이스 기판의 하부 표면에 배치되는 베이스 접지 평면;
    모놀리식 베이스 기판의 하부 표면에 배치되는 4개의 접촉 패드; 및
    모놀리식 베이스 기판을 관통하여 모놀리식 베이스 기판의 상부 표면으로부터 하부 표면으로 연장하는 적어도 4개의 비아;를 포함하는, 표면 실장 가능한 고주파 결합기로서,
    적어도 4개의 비아가,
    제1 박막 마이크로 스트립의 입력 단부를 4개의 접촉 패드 중 제1 접촉 패드에 전기적으로 연결하는 제1 비아;
    제1 박막 마이크로 스트립의 출력 단부를 4개의 접촉 패드 중 제2 접촉 패드에 전기적으로 연결하는 제2 비아;
    제2 박막 마이크로 스트립의 입력 단부를 4개의 접촉 패드 중 제3 접촉 패드에 전기적으로 연결하는 제3 비아; 및
    제2 박막 마이크로 스트립의 출력 단부를 4개의 접촉 패드 중 제4 접촉 패드에 전기적으로 연결하는 제4 비아;를 포함하며,
    베이스 접지 평면의 경계가 제1, 제2, 제3, 제4 접촉 패드 사이에 있게 되도록 베이스 접지 평면은 종 방향 및 횡 방향 모두에서 제1, 제2, 제3, 제4 접촉 패드 사이에 위치되고,
    제1 박막 마이크로 스트립의 적어도 일부분과 제2 박막 마이크로 스트립의 적어도 일부분이 결합 길이를 따라 제1 방향으로 서로 평행하게 연장하고, 결합 길이는 0.2mm 내지 3.8mm인 것을 특징으로 하는, 표면 실장 가능한 고주파 결합기.
  19. 제18항에 있어서,
    제1 박막 마이크로 스트립과 제2 박막 마이크로 스트립의 각각은 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 각각의 폭을 구비하고, 제1 및 제2 박막 마이크로 스트립의 폭은 각각 50마이크로미터 내지 500마이크로미터인 것을 특징으로 하는, 표면 실장 가능한 고주파 결합기.
  20. 신호 소스 부품;
    신호 소스 부품에 작동 가능하게 연결되는 표면 실장 가능한 고주파 결합기;를 포함하는 기지국 회로로서,
    결합기는,
    상부 표면, 하부 표면, 종 방향으로의 길이, 종 방향에 수직인 횡 방향으로의 폭을 구비하는 모놀리식 베이스 기판;
    모놀리식 베이스 기판의 상부 표면에 배치되고, 입력 단부와 출력 단부를 구비하는 제1 박막 마이크로 스트립;
    모놀리식 베이스 기판의 상부 표면에 배치되고, 입력 단부와 출력 단부를 구비하는 제2 박막 마이크로 스트립;
    모놀리식 베이스 기판의 하부 표면에 배치되는 베이스 접지 평면;
    모놀리식 베이스 기판의 하부 표면에 배치되는 4개의 접촉 패드; 및
    모놀리식 베이스 기판을 관통하여 모놀리식 베이스 기판의 상부 표면으로부터 하부 표면으로 연장하는 적어도 4개의 비아;를 포함하며,
    적어도 4개의 비아가,
    제1 박막 마이크로 스트립의 입력 단부를 4개의 접촉 패드 중 제1 접촉 패드에 전기적으로 연결하는 제1 비아;
    제1 박막 마이크로 스트립의 출력 단부를 4개의 접촉 패드 중 제2 접촉 패드에 전기적으로 연결하는 제2 비아;
    제2 박막 마이크로 스트립의 입력 단부를 4개의 접촉 패드 중 제3 접촉 패드에 전기적으로 연결하는 제3 비아; 및
    제2 박막 마이크로 스트립의 출력 단부를 4개의 접촉 패드 중 제4 접촉 패드에 전기적으로 연결하는 제4 비아;를 포함하며,
    베이스 접지 평면의 경계가 제1, 제2, 제3, 제4 접촉 패드 사이에 있게 되도록 베이스 접지 평면은 종 방향 및 횡 방향 모두에서 제1, 제2, 제3, 제4 접촉 패드 사이에 위치되고,
    결합기의 결합 계수가 28GHz에서 -30dB보다 큰 것을 특징으로 하는, 기지국 회로.
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