KR20010112317A - 압축성 전도체를 통한 회로들 사이의 상호 연결부 - Google Patents

Abstract

제1 기판면에 형성된 전도체 트레이스(62)를 갖는 유전체 기판(60)을 포함하는 에어라인 회로와 분리 거리만큼 에어라인 회로로부터 분리된 RF 회로 사이의 RF 상호 연결부. RF 상호 연결부는 분리 거리를 초과하는 비압축된 길이를 갖는 압축성 전도체 구조와 압축성 전도체 구조물의 비압축된 길이의 적어도 일부를 둘러싸는 유전체 슬리브 구조물(88)을 포함한다. RF 상호 연결 구조물은 압축성 전도체가 기판과 RF 회로 사이에서 압축하에 위치되도록 기판과 RF 회로 사이에 배치된다. RF 회로의 예는 수직 동축 전송 라인 또는 에어라인 회로에 평행하게 배치된 접지된 동일 평면 웨이브가이드 회로를 포함한다.

Description

압축성 전도체를 통한 회로들 사이의 상호 연결부 {INTERCONNECT BETWEEN CIRCUITS VIA COMPRESSIBLE CONDUCTORS}

동축 라인을 갖는 수직 RF 상호 연결부를 제공하는 전형적인 기술은 경질 핀들을 사용하는 것이다. 경질 핀 상호 연결부들은 기계 공차에서 큰 변이를 허용하지 않는다. 경질 핀들이 전기적 연속성을 유지하도록 땜납 또는 엑폭시에 의존하기 때문에 가시성 설치가 요구되며, 적은 S 매개 변수 균일성과 더 많은 변화성을 가져온다.

다른 상호 연결 기술은 핀/소켓 형, 블라인드 정합 상호 연결이다. 핀/소켓 상호 연결부들은 보통 그들이 포획하는 핀보다 더 큰 소켓을 사용한다. 이러한 크기 부정합은 몇 몇 패키지 장치에서 반사된 RF 전력을 유도할 수 있다. 에어라인, 스트립라인 또는 유사한 전송 라인에 대한 상호 연결부에 대하여, 핀은 회로의 표면상에 땜납되어야 하고, 더 많은 조립 및 수리 시간을 필요로 한다.

본 발명은 마이크로웨이브 장치와 관계가 있으며, 더욱 상세히 설명하면 동축 전송 라인과 부유 공기 스트립라인(stripline) 사이에서 상호 연결하기 위한 구조물에 관계가 있다.

도1은 본 발명에 따른 에어라인-동축 상호 연결부를 채용하는 RF 회로 장치의 제1 실시예의 비축척 측 단면도.

도2는 본 발명에 따른 에어라인-동축 상호 연결부를 채용하는 RF 회로 장치의 제1 실시예의 비축척 측 단면도.

도3은 에어라인과 접지된 동축 웨이브가이드(GCPW) 회로 사이의 상호 연결부를 위한 본 발명의 제3 실시예의 비축척 측 단면도.

도4a는 도3의 GCPW 기판의 비축척 평면도.

도4b는 GCPW 기판의 비축척 하부도.

도4c는 도4a의 4c-4c 선을 따라 취한 비축척 단면도.

도5는 에어라인과 접지된 동일 평면 웨이브가이드(GCPW) 회로 사이의 RF 상호 연결부의 제4 실시예의 비축척 측 단면도.

도6a 내지 도6c는 본 발명에 따른 RF 상호 연결부의 압축성 전도체 구조물의 3개의 실시예.

RF 상호 연결부는 제1 기판 표면 상에 형성된 전도체 트레이스를 갖는 유전체 기판을 포함하는 에어라인 회로와 분리 거리만큼 에어라인 회로로부터 분리된 RF 회로 사이에 도시된다. RF 상호 연결부는 분리 거리를 초과하는 비압축된 길이를 갖는 압축성 전도체 구조물과 압축성 전도체 구조물의 비압축된 거리의 적어도 일부를 둘러싸는 유전체 슬리브 구조물을 포함한다. RF 상호 연결 구조는 압축성 전도체가 기판과 RF 회로 사이에 압축하에 위치되도록 기판과 RF 회로 사이에 배치된다.

단지 일 예시적 실시예에서, RF 회로는 동축 중심 전도체를 포함하는 동축 전송 라인이고, 중심 전도체는 에어라인 기판을 가로질러 연장된다. 압축성 전도체는 동축 중심 전도체와 기판 사이에 압축하에 있다. 다른 실시예에서, RF 회로는 전도체 중심 트레이스와 접지 전도체 패턴을 갖는 제1 표면을 구비한 접지된 동일 평면의 웨이브 가이드(GCPW) 유전체 기판을 포함하는 접지된 동일 평면의 웨이브가이드(GCPW) 회로이고, 상기 압축성 전도체는 GCPW 기판과 에어라인 기판 사이에서 압축하에 있다.

압축성 전도체는 한 다발의 밀집되어 충전된 얇은 와이어, 벨로우즈 또는 스프링 장착된 신축성 탐침 구조물을 포함하는 많은 형태를 취할 수 있다. 압축성 중심 전도체는 땜납 또는 도전성 에폭시를 사용하지 않고 우수한 물리적 접촉을 유지할 수 있다.

본 발명의 이러한 다른 특징 및 장점은 참조 도면에 도시된 바와 같이 예시된 실시예의 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.

본 발명의 일 태양에 따른 현수 에어라인과 동축 라인 사이의 수직 상호 연결부는 렉스올라이트(REXOLITE(TM)), 테플론(TEFLON(TM)), TPX(TM)과 같은 유전체 내에 포획된 압축성 중심 전도체로 만들어지고, 견고하고 땜납없는 수직 상호 연결부를 제공한다. 예시적 실시예에서 중심 전도체는 얇게 금 도금된 메탈 와이어(보통은 텅스텐 또는 베릴륨 구리)이고, 이것은 편물된 와이어 메쉬 실린더 내부로 감긴다. 압축성 중심 전도체는 동축 전송 라인을 형성하는 방식으로 유전체 내에 포획된다.

도1은 본 발명의 제1 실시예를 예시하는 단면도이고, 전이가 동축 전송 라인과 에어라인 사이에서 만들어지는 RF 회로(50)를 예시한다. 이러한 예시적 회로는 기부 판(52)과 상부 판 구조물(54)을 포함하는 전기적 도전성 하우징 구조물을 포함한다. 유전체 기판(60)은 이격 관계로 판들 사이에 지지된다. 에어라인 전도체 층 스트립(62)은 유전체 기판의 상부 표면(62a) 상에 제조된다. 도면 그림은 정확한 축척으로 도시되지 않고, 예를 들어 기판 두께와 관련해서 전도체 스트립(62)의 두께는 예시를 목적으로 과장된다. 따라서, 에어라인 전송 라인은 기판 상부 및 하부에 형성된 공기 간극(66, 68)을 포함해서 유전체 기판, 전도체 층 스트립, 그리고 상부 및 하부 하우징 판에 의해 형성된다.

수평 동축의 커넥터(70)는 에어라인 전송 라인에 연결되지만, 많은 적용예에서 다른 회로 및 연결부들이 대체예로서 에어라인과 통합되거나 에어라인에 상호 연결될 수 있다.

수직 동축의 전송 라인(80)은 유전체 기판(60)의 판에 횡방향으로 연장하고 에어라인 전도체 라인과 접촉하도록 상부 판에서 개구를 관통하는 중심 전도체 구조물(82)을 포함한다. 중심 전도체 구조물은 이러한 예시적 실시예에서는 0.0635 센티미터(0.025 인치)인 제1 직경(D1)을 갖는 고체 금속 전도체 핀(84)과 D1 보다 더 큰 제2 직경(D2)을 갖는 압축성 중심 전도체(86)를 포함한다. 핀(84)은 0.1016 센티미터(0.040 인치) 직경의 공기 간극에 의해 둘러싸인다. 동축 전송구조물(80)은 중심 전도체 구조물을 둘러싸는 유전체 슬리브 구조물(88)을 더 포함한다. 슬리브 구조물은 구역(88a)에서 제1 직경과 구역(88b)에서 더 큰 제2 직경(D4)을 갖고, 더 작은 직경 구역이 핀을 둘러싸고 더 큰 직경 구역이 압축성 전도체를 둘러싼다. 유전체의 상이한 직경들은 압축성 중심 전도체 및 핀의 크기에서의 상이함으로 인한 비정합을 방지하는 임피던스 정합(impedence matching)을 제공한다. 유전체 슬리브의 상이한 직경들은 상부 판(54)에서의 개구의 상이한 직경들에 대응함으로써 수용되고, 그것은 상부 판을 관통해서 동축 라인의 외부 전도체를 형성한다.

본 발명의 일 태양에 따라, 에어라인 회로 및 수직 방향의 동축 전송 라인은 분리 거리(Ds)만큼 수직 방향으로 분리되고, 압축성 전도체(86)는 분리 거리보다 다소 긴 비압축성 길이를 갖고, 그 결과 전도체(86)는 RF 상호 연결부가 조립될 때 압축하에 있을 것이다.

이러한 예시적 실시예에서 압축성 중심 전도체(86)는 0.1016 센티미터(0.040 인치)의 외경을 갖는다. 유전체 슬리브(88)는 2.5의 유전 상수를 갖는 몰딩 가능한 재료인 렉스올라이트(TM)으로 제조된다. 렉스올라이트는 0.1016 센티미터(0.040 인치)의 내경과 구역(88a)에서는 0.1753 센티미터(0.069 인치)의 외경, 구역(88b)에서는 0.3988 센티미터(0.157 인치)의 외경을 갖는다. 압축성 중심 전도체(86)는 유전체(88) 내부에 삽입되고 50 오옴(ohm)의 전송 라인을 형성한다. 유전체는 상부 판의 금속 구조물 내에 포획되고, 이것은 동축 전송 라인용 외부 접지를 제공한다. 유전체 구조물이 상부 판 내부로 삽입될 때, 현수 에어라인의 표면과 물리적 접촉을 한다. 압축성 중심 전도체(86)는 에어라인 유전체의 상부 표면 상의 에어라인의 트레이스(62)와 직접적 물리적인 접촉을 함에 의해 에어라인의 중심 전도체(62)와 전기적 접촉을 한다. 에어라인 기판은 유전체의 얇은 층, 예를 들어 0.0127 센티미터(0.005 인치) 두께의 CuClad 250 으로 제조된다. CuClad 250이 비교적 얇기 때문에 폼 블록(foam block, 90)이 에어라인의 편향을 방지하도록 경계부 영역 아래에 위치된다. 일 예시적 실시예에서, 0.0508 센티미터(0.020 인치) 직경 돌출 핀(82)을 갖는 SMA 커넥터(92)가 에어라인 상에서 압축성 전도체(86)를 압축하도록 사용된다. 에어라인은 SMA 마이크로스트립 론치 커넥터(70)에서 종단된다. 물론, 다른 실시예에서, 에어라인 및 동축 라인은 다른 회로 또는 전송 라인 구조물에 연결될 수 있다.

RF 회로(50')를 구현하는 본 발명의 다른 실시예는 도2에 도시된다. 이러한 회로는 에어스트립 전도체(62')가 상부측 대신에 에어라인 기판(60')의 바닥측 상에 배치된다는 점에서 도1의 회로(50)와 다르다. 도전성 패드(64)는 기판(60')의 상부면 상에 형성되고, 도금된 관통 구멍(64a)을 통하여 에어라인 전도체 트레이스(62')에 연결된다. 폼 블록(90)은 도1의 실시예에 도시된 바와 같이 중심 핀(82)에 의해 가해진 압축력에 대향하여 기판을 지지하도록 제공된다.

본 발명은 또한 현수 기판 스트립라인(suspended substrate stripline:SSS)과 같은 에어라인과 접지된 동일 평면 웨이브가이드(GCPW) 회로 사이에 수직 상호 연결부를 제공하도록 사용될 수 있다. 도3은 RF 상호 연결부 회로(100)와 같은 예시적 측단면도이다. 에어라인 회로는 상부면(102a) 상에 형성된 전도체트레이스(104)와 함께 상부면(102a) 및 하부면(102b)을 갖는 현수 기판(102)을 포함한다. 회로(100)는 상부 금속판(110) 및 하부 금속판(112)을 구비한 도전성 하우징 구조물을 포함한다. 동축 커넥터(116)는 에어라인 전도체(104)와 하우징 구조물에 부착된다. 에어라인에서 기판(102)의 바닥면은 그 위에 형성된 전도체 트레이스 또는 도전층을 구비하지 않는다.

GCPW 회로(120)는 상부면(122a) 및 하부면(122b) 둘 다에 형성된 도전성 패턴을 갖는 유전체 기판(122)을 포함한다. 이러한 예시적 실시예에서, 기판은 알루미늄 질화물로 제조된다. 상부 전도체 패턴은 도4a에 도시되고, 전도체 중심 트레이스(124) 및 상부 전도체 접지판(126)을 포함하며, 상기 중심 트레이스는 도전층이 없는 개방 또는 일소(clearout) 구역(128)에 의해 분리된다. 하부 전도체 패턴은 도4b에 도시되고, 일소 구역(134)에 의해 분리된 하부 전도체 접지판(130) 및 원형 패드(132)를 포함한다. 상부 및 하부 전도체 접지판(126, 130)은 도금된 관통 구멍 또는 관통부(136)에 의해 전기적으로 함께 상호 연결된다.

도1 및 도2에 도시된 회로에서와 같이, 폼 유전체 지지부(108)는 에어라인 기판 아래에 구비된다.

GCPW 회로는 도4c의 분리 단면도에 도시되고, 또한 회로의 바닥에 중심 패드(132)에 브레이즈 용접된 금속구(138)를 도시한다. 이러한 예시적 실시예에서, 구는 0.0635 센티미터(0.025 인치)의 직경이다. 이러한 구는 압축성 중심 상호 연결부 전도체(140)(도3)에 전기적으로 연결을 하는데 이용된다. 유전체 실린더(142)는 압축성 중심 전도체(140)를 포획한다. 구(138)는 에어라인 중심전도체(104)에 대향해 전도체를 압축하도록 압축성 전도체(140)의 상부에 대향해 구속하고 중심 전도체(104) 상에 압축력을 제공한다.

기판(102)은 상부 하우징판 구역(104a)에 의해 분리된 GCPW 회로 아래로 연장한다. 바닥 전도체층(114)은 이러한 구역에서 기판에 형성되고, 기판은 하우징판 구역(104a)과 전기적 접촉을 하도록 내부에 형성된 도금된 관통 구멍들(118)을 갖고, 그로 인해 에어라인 회로와 GCPW 회로 사이에 공통 접지를 제공한다.

에어라인에 CGPW 회로의 상호 연결에 대한 다른 실시예가 도4에 도시된다. 이러한 실시예는 기판의 상부면에 형성된 원형 도전성 패드(107)에 기판을 관통해 연장하는 도금된 관통 구멍(105)을 갖고, 에어라인 기판(102')의 바닥측에 형성된 에어라인 전도체 트레이스(104')를 갖는다.

본 발명을 구현하는 상호 연결 회로들에 이용하기에 적절한 세 개의 다른 형태의 압축성 중심 전도체가 도5a 내지 도5c에 도시된다. 도5a는 유전체 슬리브(202) 내의 압축성 와이어 다발(200)을 도시하고, 도1 내지 도4의 실시예에 예시된 압축성 중심 전도체의 실시예이다. 도5b는 유전체 슬리브(212) 내의 전기주조된 벨로우 구조물(210)을 도시한다. 벨로우는 압축성이다. 도5c는 유전체 슬리브(222) 내에 "포고 핀(pogo pin)" 스프링 장착된 구조물(220)을 도시하고, 팁(220a)은 도시된 연장된 위치에 스프링에 의해 편의되지만, 압축력하에서는 후퇴할 것이다.

본 발명에 따른 수직 상호 연결부는 우수하고 견고한 RF 연결부를 제공하고, 땜납된 경질 핀 또는 핀/소켓 상호 연결부에 실용적인 대체예를 제공한다. 중심전도체의 압축능은 우수하고 광대역인 RF 상호 연결을 유지하는 동시에 현수 스트립라인 상에 블라인드정합(blindmate), 수직형 상호 연결부를 허용한다. 또한, 압축성 중심 전도체는 땜납 또는 도전성 에폭시를 사용하지 않고도 우수한 물리적 접촉을 유지한다. 이러한 새로운 RF 상호 연결부는 회로 보드의 양 측면에 적용될 수 있다.

상기 설명된 실시예들은 단지 본 발명의 원리를 대표할 수 있는 가능한 특정 실시예를 설명하는 것을 이해해야 한다. 다른 장치는 본 발명의 기술 범위 및 사상으로부터 본 기술 분야에 숙련된 기술자에 의해 이러한 원리에 따라 쉽게 고안될 수 있다.

Claims (12)

1. 제1 기판 면에 형성된 전도체 트레이스(62)를 갖는 유전체 기판(60)을 포함하는 에어라인 회로와 에어라인 회로로부터 분리 거리만큼 수직으로 분리된 RF 회로 사이의 RF 상호 연결부에 있어서,

   상기 분리 거리를 초과하는 비압축된 길이를 갖는 압축성 전도체 구조물(86)과,

   상기 압축성 전도체 구조물의 상기 비압축된 길이의 적어도 일부를 둘러싸는 유전체 슬리브 구조물(88)을 포함하고,

   상기 RF 상호 연결 구조물은 상기 압축성 전도체가 상기 기판과 상기 RF 회로 사이에서 압축하에 위치되도록 상기 기판과 상기 RF 회로 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 RF 상호 연결부.
2. 제1항에 있어서, 상기 RF 회로는 동축 중심 전도체(82)를 포함하는 동축 전송 라인(80)이고, 상기 중심 전도체는 상기 에어라인 기판을 가로질러 연장하고, 상기 압축성 전도체는 상기 동축 중심 전도체와 상기 기판 사이에서 압축하에 있는 것을 특징으로 하는 RF 상호 연결부.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 기판면(62a)은 RF 회로와 대면하고 상기 압축성 전도체의 단부는 상기 에어라인 전도체 트레이스와 접촉하는 것을 특징으로 하는 RF 상호 연결부.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 기판면은 RF 회로로부터 떨어져 대면하고, 상기 기판은 RF 회로와 대면하는 제2 기판면을 포함하며, 상기 기판은 상기 제2 기판면 상의 도전성 패드(64) 및 에어라인 전도체 트레이스와 도전성 패드 사이의 기판을 관통해 연장하는 도전성 관통 구멍(64a)을 더 포함하고, 상기 압축성 전도체의 단부는 상기 도전성 패드와 접촉하는 것을 특징으로 하는 RF 상호 연결부.
5. 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 RF 회로는 전도체 중심 트레이스(124) 및 전도체 접지판(126) 상에 형성된 접지 전도체 패턴을 갖는 제1 면을 구비한 GCPW 유전체 기판(122)을 포함하는 접지된 동일 평면 웨이브가이드(GCPW) 회로(120)이고, 상기 압축성 전도체는 상기 GCPW 기판과 상기 에어라인 기판 사이에서 압축하에 있는 것을 특징으로 하는 RF 상호 연결부.
6. 제5항에 있어서, 상기 GCPW 기판은 상기 에어라인 기판에 평행한 것을 특징으로 하는 RF 상호 연결부.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 압축성 전도체 구조물의 제1 단부는 제1 접촉 영역에서 상기 RF 회로와 접촉하고, 압축성 전도체 구조물의 제2 단부는 제2 접촉 영역에서 에어라인 회로와 접촉하며, 상기 제1 및 제2 접촉 영역은 임의의 영구적인 땜납 또는 에폭시 재료가 없는 것을 특징으로 하는 RF 상호 연결부.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압축성 전도체 구조물은 밀집되게 충전된 얇은 전도체 와이어(200) 다발을 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 상호 연결부.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압축성 전도체 구조물은 압축성 벨로우 구조물(210)을 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 상호 연결부.
10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압축성 전도체 구조물은 스프링 장착된 신축성 탐침 구조물(220)을 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 상호 연결부.
11. 제1항 내지 제10항에 있어서, 유전체 지지 블록(90)이 상기 기판 상의 압축성 중심 전도체에 의해 가해진 압축력에 대하여 유전체 기판을 지지하도록 에어라인 기판과 하우징 구조물(52) 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 RF 상호 연결부.
12. 제1 기판면 상에 형성된 전도체 트레이스(62)를 갖는 유전체 기판(60)을 포함하는 에어라인 회로와 분리 거리만큼 에어라인 회로로부터 수직으로 분리된 RF 회로 사이에서 RF 상호 연결부를 형성하는 방법에 있어서,

    상기 분리 거리를 초과하는 비압축된 길이를 갖는 압축성 전도체 구조물을 제공하는 단계와, 유전체 슬리브(88) 구조물에서 상기 압축성 전도체 구조물은 상기 압축성 전도체 구조물의 비압축된 길이의 적어도 일부를 둘러싸고,

    상기 압축성 전도체가 상기 기판과 상기 RF 회로 사이에서 압축하에 위치되도록 상기 기판과 상기 RF 회로 사이에 RF 상호 연결 구조물을 위치시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.