KR20030047719A - 의사 동축 전송 라인이 교차하는 장치 - Google Patents

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애질런트 테크놀로지스, 인크.
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Abstract

"교차되는" 의사 동축 전송 라인(3, 14, 4-7, 9-12)은 기판상에 제조된다. 2가지 경우, 즉, 금속의 실제 그라운드 면(3)이 기판을 커버할 수 있는 경우, 또는 각각의 의사 동축 전송 라인이 자신의 개별적인 미앤더의 하부 절반 그라운드 차폐물을 구비하는 경우가 있다. 어떤 경우든, 교차되는 의사 동축 전송 라인이 완성될 때, 의사 동축 전송 라인은 그라운드인 기판에 대항하여 금속에 접속된 상부 절반 그라운드 차폐물을 가질 수 있다. 그라운드 면이 없다면, 교차해야 하는 "교차하는" 의사 동축 전송 라인은 하부 절반 그라운드 차폐물(15)이 피복되어야 한다. 그 경로 내에 있는 교차되는 의사 동축 전송 라인에 대하여 상부 절반 그라운드 차폐물(7)을 오버레이할 수 있다. 그라운드 면이 있다면, 그 단계는 불필요하다. KQ 유전체 물질의 하부 절반층은 교차하는 의사 동축 전송 라인의 경로를 따라 피복된다. 중앙 도체가 되는 금속층이 KQ 유전체 물질의 층에 피복된다. 교차하는 의사 동축 전송 라인은 KQ 유전체의 상부 절반층을 피복함으로써 마무리되고, 그라운드 차폐물의 상부 절반인 금속층에 의해 커버된다. 이러한 상부 절반 그라운드 차폐물의 에지는 그라운드 면 또는 하부 절반 그라운드 차폐물의 외각 부분과 접촉된다.

Description

의사 동축 전송 라인이 교차하는 장치{CROSS-OVER FOR QUASI-COAXIAL TRANSMISSION LINES FABRICATED ON A SUBSTRATE}
미국 특허 제 6,255,730 B1 호(2001년 7월 3일, 도브, 케이세이 및 블루미)에는 최근 특정 유전 물질의 발견으로 가능하게 된 여러 박막 기술이 개시되어 있다. 이들 물질에는 필라델피아, 웨스트 콘쇼혹켄, 유니온 힐 로드 24 소재의 Heraeus Cermalloy의 제품인 KQ-120과 KQ-CL907406가 있다. 이하에서는, 이들 제품을 "KQ 유전체" 또는 단순하게 "KQ"라고 한다. 특히, 이 특허에서는 "캡슐화된" 마이크로스트립 전송 라인의 구조를 개시하고 있다. 이전까지는 실행되지 않았지만, 이들 KQ 유전 물질을 이용하여 실행될 수 있는 캡슐화된 마이크로스트립 전송 라인에 관한 신규 및 유용한 후막 기술을 개시한다. 따라서, 본 명세서는 미국 특허 제 6,255,730 B1 호를 전체적으로 참조한다.
다수의 IC와 상호 접속된 여러 후막 구조의 기판으로 구성된 "혼성" 회로는, "구성하는(component)" IC로부터 복잡한 고주파 어셈블리를 기능적으로 구성하기 위한 흥미있는 기술이 되고 있다. 전송 라인을 이용하여 이들 전송 라인을 IC에 상호 접속하는 것이 필요하거나 매우 바람직한 경우, 또는 전송 라인을 외부 환경에 접속할 때가 종종 있다. 전송 라인이 참조하는 특허에 개시된 캡슐화된 마이크로스트립 유형인 경우에 특히 흥미가 있다. "캡슐화된" 이라는 용어에 의해, 상술한 미국 특허는, 그들 예에서 마이크로스트립으로 불리우는 전송 라인이, 그라운드가 중앙 도체(center conductor)를 완전히 둘러싸는 상태에서, 충분히 차폐되어 있다는 것을 의미한다. 이것은 전송 라인의 단면(cross section)은 축 주위에서 대칭적으로 나타내지 않기 때문에, 우리가 일반적으로 불리우는 "동축" 전송 라인은 아니며, 두꺼운 포인트 및 둘러싸는 원 대신에 단면에 대해 하나의 선과 직사각형의 사다리꼴 형상이다. 그럼에도 불구하고, 이것('730 B1 특허의 '캡슐화된' 전송 라인을 '의사 동축' 전송 라인으로 부르는 것이 일반적이고 적절하고, 이것은 (아마, 0.010" 또는 0.015" 높이와 0.050" 폭)으로 상당히 작다.
다음의 상세한 설명에서는 의사 동축 전송 라인의 부품을 설명하기 위해 유용한 용어를 도입하는 것이 일반적이다. 의사 동축 전송 라인은 하부 절반 그라운드 차폐물(의사 동축 전송 라인에 의해 커버되는 전체 그라운드 면의 일부가 될 수 있거나, 의사 동축 전송 라인이 취해야 하는 경로를 따르는 금속의 미앤더링 리본(meandering ribbon)일 수 있다)을 가진다고 말할 수 있다. 그 위에는 KQ 유전체 물질의 하부 절반 부분 또는 층이 있으며, KQ 유전체 물질의 상부에는 중앙 도체로서 작용하는 (좁은) 금속층이 있으며, 그 바로 위에 KQ 유전체 물질(바람직하게, KQ 물질의 하부 절반층만큼 상당히 넓지만, 어떤 경우에는, 중앙 도체보다 넓다.)의 상부 절반층이 있으며, KQ 유전체 물질 모두는 에지가 하부 절반 그라운드 차폐물과 접하는 상부 절반 그라운드 차폐물에 의해 둘러싸인다. 이러한 용어는 참조로 하는 '730 B1 특허에는 없으며, 임의의 부하 저항(210)을 생략하였지만, 그 특허의 도 2와는 완전히 일치하고 본 명세서에서 설명하고 있다.
여기서, 의사 동축 전송 라인을 가진 하이브리드는 상호 접속하기 위한 것이다. 인쇄 회로 보드를 레이아웃하는 사람들에게는 익숙한 오래된 문제점이며, 2개의 트레이스는 서로 교차할 필요가 있으며, 다른 길을 고려하여 배치하는 양은 이러한 문제점을 피할 수 없다. 기판 상의 의사 동축 전송 라인에 동일한 상황이 발생할 수 있으며, 의사 동축 전송 라인 중 하나는 다른 남은 하나 이상의 의사 동축 전송 라인과 교차할 필요가 있다. "팝-스루(pop-thru's)" 및 비아는 기판의 한 쪽에서 다른 한 쪽으로 신호가 라우팅될 수 있는 길(way)이며, 대향하는 쪽 상에 현재 2개의 경로가 있기 때문에 교차할 수 있다. 여러 이유로 이 방법은 비싼 방법(세락믹의 홀이 최종 방법이며, 장착 및 열 제거 목적으로 기판의 한 쪽 상에어떠한 것도 구비하지 않는 것이 매우 바람직하다.)이며, 전송 라인 자체상의 효과가 극단적일 수 있다는 것을 말하는 것이 아니다. 기판의 한 쪽에서 다른 한 쪽으로의 전이는 모든 가능성에서, 심각한 균열을 야기할 수 있다. 하나의 전송 라인을 다른 전송 라인 위에 점프하는 것은 도체의 짧은 길이, 즉, 작은 동축 케이블와 가교하는 것과 관련된 다른 방법은 상당한 단점을 가지고 있다. 어떻게 할까?
기판 상에 제조된 의사 동축 전송 라인을 교차시키는 문제점에 대한 해결책은 먼저 기판 레벨에 남아서 "교차"되어야 하는 모든 의사 동축 전송 라인을 먼저 제조하는 것이다. 2가지 경우, 즉, 금속의 실제 그라운드 면이 기판을 커버할 수 있는 경우나, 각각의 의사 동축 전송 라인이 자신의 개별적인 미앤더의 하부 절반 그라운드 차폐물을 가질 수 있는 경우가 있다. 어느 경우든, 교차하는 의사 동축 전송 라인이 완성될 때, 그라운드인 기판에 대항하여 상부 절반 그라운드 차폐물이금속에 접속되어야 한다. 실제 그라운드 면의 경우에, 벌레가 침입하는 것처럼 보일 수 있다. 그라운드 면이 없다면, 현재 크로스 오버해야 하는 "교차하는" 의사 동축 전송 라인은 하부 절반 그라운드 차폐물이 피복된다. 경로내에 있는 교차하는 의사 동축 전송 라인에 대하여 상부 절반 그라운드 차폐물을 오버레이할 수 있다. 그라운드 면이 있다면, 그라운드는 이미 어디에도 있기 때문에, 그 단계는 불필요하다. KQ 유전체 물질의 하부 절반층은 어느 하나의 교차하는 의사 동축 전송 라인의 상부 위의 우측을 포함하여, 교차하는 의사 동축 전송 라인의 경로를 따라 피복된다. 교차하는 의사 동축 전송 라인의 중앙 도체로 되는 금속층이 KQ 유전체 물질의 이러한 하부 절반층에 피복된다. 결과적으로, 교차하는 의사 동축 전송 라인은 그라운드 차폐물의 상부 절반인 금속층에 의해 커버되는 KQ 유전체의 상부 절반층을 인쇄함으로써 마무리된다. 이러한 상부 절반 그라운드 차폐물의 에지는 그 목적을 위해 충분히 넓게 만들어진 하부 절반 그라운드 차폐물의 외부면 또는 그라운드 면과 접촉하게 된다.
도 1은 기판상에 증착된 종래 기술의 의사 동축 전송 라인의 이상적인 단면도,
도 2는 본 발명의 일측면에 따라서 기판상에서 서로 교차하는 2개의 의사 동축 전송 라인의 이상적인 단면도,
도 3은 본 발명의 다른 측면에 따라서 기판상에서 서로 교차하는 2개의 의사 동축 전송 라인의 이상적인 단면도,
도 4는 본 발명의 다른 측면에 따라서 기판상에서 서로 교차하는 2개의 절연된 의사 동축 전송 라인의 이상적인 단면도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
2 : 기판3 : 그라운드 면
4 : KQ 유전체 물질의 하부 절반층5 : 금속의 중앙 도체
6 : KQ 유전체 물질의 상부 절반층7 : 상부 절반 그라운드 차폐물
도 1를 참조하면, 예를 들어, 0.040 두께의 96% 알루미늄일 수 있는 기판(2) 상에 제조된 종래 기술의 의사 동축 전송 라인의 개략적인 표현(1)이 도시되어 있다. 의사 동축 전송 라인은 참조로 하는 '730 B1 특허에 개시된 후막 기술에 따라서 일반적으로 제조된다. 특히, 기판(2)의 "상부" 상에 증착되고, 그라운드 면이 증착될 때, 필요한 모든 방향으로 상당히 연장할 수 있는 그라운드 면(3)을 주목해라. 그라운드 면은 금속일 수 있으며, 바람직하게 금일 수 있으며, 그 내부에 패턴이 필요하다면, 헤라어스(Heraeus) KQ-500와 같은 에칭가능한 후막 Au 처리가 필요할 수 있다. 의사 동축 전송 라인 자체는, 필요로 따라, 전송 라인의 소망의 경로에 대해 미앤더하는 KQ 유전체 물질의 스트립(4) 또는 하부 절반층을 포함한다. ("미앤더"에 의해서, S자 경로가 취해진다는 것을 반드시 의미하는 것이 아니고, S자 경로가 필요한 곳에서만 의미한다.) 하부 절반층(4)이 적절한 곳에 있을 때, 금속(5)의 적합한 층 또는 스트립은 하부 절반층(4)의 상부 표면 상에 증착된다. 금속(5)의 이러한 스트립은 의사 동축 전송 라인의 중앙 도체이다. 다음에, KQ 유전체의 상부 절반층 또는 커버 스트립(6)은 중앙 도체(5)를 둘러싸면서, 하부 절반층(4)의 상부 상에 증착된다. 최종적으로, 금속(바람직하게 Au)의 둘러싸는 상부 그라운드 차폐물(7)은 결합된 KQ 층(4, 5) 위에 증착되고, 그 결과, 중앙 도체(5)는 그라운드에 의해 완전히 둘러싸여서, 의사 동축 전송 라인으로 된다. 의사 동축 전송 라인의 특성 임피던스는 공지된 방식으로 KQ 물질의 유전 상수 및 KQ 층(4, 5)의 치수에 의해 결정된다. 따라서, 의사 동축 전송 라인(9)은 소망하는대로, 50Ω, 아마 75Ω의 특정 특성 임피던스를 가지도록 제조될 수 있다. 그러나, 한편, 특성 임피던스의 특정 값 또는 상수가 필요하지 않거나 원하지 않은 경우가 있을 수 있으며, 제조하고 있는 것이 전원, 바이어스 또는 제어 전압의 전송을 위한 단순한 차폐 도체이다.
그러나, 처리하기 전에, 그라운드 면(3)에 관하여 간략하게 설명한다. 실제 그라운드 면으로서, 오히려 금속의 광폭 시트인 경우에 최선으로 실행할 수 있고,그에 대한 설명이 도면에 도시되어 있다. 한편, 의사 동축 전송 라인 바로 아래에 있지 않은 이러한 그라운드 면의 일부는, 절연상 고려되는 전송 라인일 때에 한하여, 전송 라인에 특별한 잇점을 부여하지 않는다. 강한 RF 전류가 그라운드 면내에 반송될 필요가 있는 전송 라인의 한 쪽에 위치한 다른 회로가 있을 때 이러한 배치는 보다 복잡해질 것이며, 이러한 전류를 전송 라인 용의 차폐물로부터 방지할 수 있도록 양호하게 실행될 것이다.
최선의 실행에도 불구하고, 2개의 상이한 전송 라인의 차폐물이 그라운드로부터(및 서로로부터) 떨어져 있는 경우, 그리고, 양 끝단에 접하도록 되어 있다면, 치명적인 RF 전류가 그들의 차폐물을 통해 순환하는 경우의 모호한 상황이 있다. 어떠한 경우에, 기판 상의 모든 의사 동축 전송 라인에 대해 그라운드로서 작용하는 금속의 전체 평면을 가지지 않는 것이 바람직하다. 이러한 극한 경우에는, 전송 라인의 경로만은, 의사 동축 전송 라인이 그 상부상에 제조되기 전에 충분한 광폭의 그라운드(하부 절반 그라운드 차폐물)을 아래에 배치(put down)할 필요가 있다. 상부 절반 그라운드 차폐물과의 양호한 등록 및 다음의 전기적인 접촉을 가능하도록 충분히 넓을 필요가 있다. 의사 동축 전송 라인이 다른 의사 동축 전송 라인과 교차할 때, 그들의 차폐물은 전기적으로 접촉하지 않는 것이 바람직할 수 있다.
의사 동축 전송 라인 바로 아래에 있는 전체 그라운드 면의 일부, 또는 그라운드 금속의 충분한 광폭의 미앤더 리본가 소위 하부 절반 그라운드 차폐물을 형성한다는 것을 알아야 한다. 도 1의 문자를 도 3 및 4의 구성 요소(14)와 비교하자.
도 2로 진행하기 전에, 도 1에 관련하여 간략히 말한다. 근본적으로, 참조로 하는 '730 B1 특허의 도 2를 다시 처리한다. 그러나, 비교 결과 옵션의 부하 저항(210)이 없음을 알 수 있다. 이것은 우리 쪽에서 도면의 명확한 그리고 용이한 이해를 위해서 매우 간략한 것이다. 이들 저항이 본 명세서에 기재된 어느 하나의 실시예에서 필수 구성 요소가 없다는 것을 암시하는 것이 아니고, 추정하는 사람은 없다. 대조적으로, 본 명세서에서, 설계자가 상황에 따라 저항이 존재하는지 존재하지 않는지를 결정할 입장에 있다.
도 2를 참조하면, 지면에 법선인 방향으로 연장하는 "교차하는" 의사 동축 전송 라인(3, 4, 5, 6, 7)의 단면(8)이며, 지면에 평행한 방향을 따라 하나의 "교차하는" 의사 동축 전송 라인(3, 9, 10, 11, 12)에 의해 교차하게 되어 있다. 이 단면은, 의사 동축 전송 라인 둘다가 단면내에 도시되어 있도록, 그들의 상호교차의 중간 지점을 포함하도록 위치되어 있다. 구성 요소(9)는 KQ 유전체 물질의 하부 절반층이며, 구성 요소(10)는 금속의 중앙 도체이며, 구성 요소(11)는 KQ 유전체 물질의 상부 절반층이며, 구성 요소(12)는 상부 절반 그라운드 차폐물이다. 기판(2)은 "교차되는" 및 "교차하는" 의사 동축 전송 라인 둘다에 대한 하부 절반 그라운드 차폐물로서 작용하는 연장성의 그라운드 면(3)에 의해 커버된다는 것을 알아야 한다.
도 3를 참조하면, 도 2보다는, 유사한 구성 요소가 동일한 참조 번호를 가진 곳에서, 다소 상이한 상황(13)이 도시되어 있다. 상이한 상황은, 교차되는 의사 동축 전송 라인(14, 4, 5, 6, 7)과 교차하는 의사 동축 전송 라인(15, 9, 10, 11,12)이 그들 각각의 하부 절반 그라운드 차폐물로서 그라운드 면을 공유하지 않는다는 것이다. 이 경우에, 그들이 교차하는 위치에서 전기적으로 접속된다고 할지라도, 그들 하부 절반 그라운드 차폐물(14, 15)은 독립적이다. 즉, 교차하는 의사 동축 전송 라인의 하부 절반 그라운드 차폐물(15)의 하부측은 교차되는 의사 동축 전송 라인에 대한 상부 절반 그라운드 차폐물(7)의 상부 표면과 전기적으로 접속된다(오히려, 증착된다). 또한, 구성 요소(15)는 구성 요소(14)의 에지에서 구성 요소(14)와 접촉된다.
도 3은 에지 상에서 볼 때 그라운드 면인 구성 요소(15)와 일치한다는 것을 알아야 한다. 이것은 가능하지만, 같지 않을 것 같다 도 3에 있어서의 보다 있을직한 상황은 기판(2)의 영역이 불필요하거나, 실제의 연장성의 그라운드 면을 가지지 안을 수 있거나, 그 상황이 의사 동축 전송 라인과 관련되어 있지 않지만, 비 RF 전압에 대한 차폐 도체에 관련되어 있다. 이 경우에, 구성 요소(14)는, 하부 절반 그라운드 차폐물(15)이 리본형인지 실제 그라운드 면(도 3에 따라서)인지 무관하게, 리본형의 하부 절반 그라운드 차폐물이다는 것을 알아야 한다.
도 4를 참조하면, 교차하는 의사 동축 전송 라인(14, 4, 5, 6, 7 및 15, 9, 10, 11, 12)의 다른 배치(16)가 도시되어 있다. 어떠한 이유든, 의사 동축 전송 라인에 대한 그라운드 차폐물은 그들의 교차하는 위치에서 전기적으로 접속하는 것을 방지되어야 한다는 점에서 이 상황은 상이하다. 결국, 적절한 양의 비도전 물질(17)(KQ 유전체 물질, 또는 몇몇 다른 적합한 절연체)이, 교차하는 의사 동축 전송 라인(15, 9, 10, 11, 12)에 의해 교차하는 위치에서 교차되는 의사 동축 전송라인(14, 4, 5, 6, 7) 위에 피복된다는 것을 알아야 한다. 원하는 경우에, 물질(17)에 대한 증착 형태는 좌측에서 우측의 수평 방향으로 연장(테이핑)하여, 교차하는 의사 동축 전송 라인(15, 9, 10, 11, 12)에 대해 보다 일정한 특성 임피던스를 가질 수 있는 완만한 만곡부(ramp) 및 덜 가파른 변이를 제공함으로써 변경될 수 있다.
결론적으로, 본 명세서에서 개시된 그리고 도면에 도시된 구조를 생성하기 위해 일어나는 세정, 증착, 인쇄, 마스킹, 에칭, 트리밍 등의 모든 단계를 개별적으로 언급하지 않았지만, 종래의 후막 기술의 당업자는, 참조로 하는 '730 B1 특허의 개시 사항과 후막 기술의 종래의 실행에 주어진 처리 방법을 알 것이다. 또한, 본 명세서에 기술된 기술은 적절한 2개 이상의 의사 동축 전송 라인과 관련된 크로스 오버를 제조하는데 사용될 수 있다는 것을 알 것이다. 하나가 교차하는 그리고 하나가 교차되는 토포로지와, 그것이 하나만 발생하는지, 또는 몇몇이 하나의 유닛으로서 서로 근접하게 그룹화되고 교차되는지는 모두, 본 발명의 범위내에서 선택할 수 있는 모든 아이템이다. 이와 관련하여, KQ 유전체 물질의 필터를 가진 인접하는 의사 동축 전송 라인 사이의 "계곡부(valley)"를 충진하여, 교차하는 의사 동축 전송 라인에 대한 평면이 제조될 수 있다는 것을 알아야 한다. 본 발명의 사상과 범위내에서 여러 변경이 이루어질 수 있다는 것을 알 수 있다.
본 발명에 따르면, 이러한 상부 절반 그라운드 차폐물의 에지는 그 목적을위해 충분히 넓게 만들어진 하부 절반 그라운드 차폐물의 외부면 또는 그라운드 면과 접촉하게 된다.

Claims (3)

  1. 기판(2)과,
    상기 기판상에 제조된 제 1 의사 동축 전송 라인(3, 14, 4-7)과,
    상기 기판상에 제조되어 있으며, 상기 제 1 의사 동축 전송 라인과 교차하는 제 2 의사 동축 전송 라인(15-12)
    을 포함하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 상에 증착된 그라운드 면(3)을 더 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 의사 동축 전송 라인 각각은 상기 그라운드 면의 일부인 각각의 하부 절반 그라운드 차폐 부분(bottom-half ground shield portion)을 포함하는 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 의사 동축 전송 라인은 상부 절반 그라운드 차폐 부분을 포함하며, 상기 제 2 의사 동축 전송 라인은 하부 절반 그라운드 차폐 부분을 포함하며, 상기 제 2 의사 동축 전송 라인이 상기 제 1 의사 동축 전송 라인과 교차하는 위치에서 상기 상부 절반 그라운드 차폐 부분을 상기 하부 절반 그라운드 차폐 부분으로부터 전기적으로 절연하는 절연층(17)을 더 포함하는 장치.
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