KR20050089892A - Ｒｆ 세라믹 필터의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

유전체 블록 상에 금속 패턴을 형성하는 방법에 있어서, 유전체 블록의 전체 표면 영역이 도전성 재료로 둘러싸여 있고, 불필요한 도전성 재료는 유전체 블록의 지정된 표면 영역에서 융삭 에칭되어 필요한 회로 패턴을 형성하게 된다. 또한 본 발명은 본 발명의 방법에 의해 형성된 필터 및 듀플렉서를 포함한다.

Description

ＲＦ 세라믹 필터의 제조 방법{A method of manufacturing an RF ceramic filter}
본 발명은 일반적으로 전기 필터에 관한 것으로서, 특히 소위 세라믹 필터 및 듀플렉서를 형성하는 방법과 필터 장치에 관한 것이다.
무선 주파수 세라믹 필터들은 공지되어 있다. 상기 필터들은, 블록의 외부면에 있는 도전성 접속점에 연결된 별도의 와이어, 케이블, 및 핀들을 통해 통상적으로 다른 전자 회로에 연결되는 세라믹 재료의 블록들로 구성되어 있다. 또한 이 필터들은 듀플렉서(duplexer) 및 다른 전기 부품들을 제작하는데 사용된다.
세라믹 블록 필터들은 무선 통신제품에 사용된다. 상기 필터들을 제작하는데 있어서 3개의 주요 공정단계는: (1) 용량성 소자(capacitive element) 패턴 발생, (2) I/O 패드 발생, 및 (3) 필터를 적절한 작동 주파수로 튜닝하는 것을 포함한다. 필터에서 용량성 소자 패턴의 기능은 고객이 필요로 하는 무선 주파수(RF) 응답에 근접하는 것이다. I/O 패드 발생 작동의 기능은 필터로부터 무선 통신 제품에 인터페이스를 제공하는 것이다. 튜닝 작동의 기능은 필요한 응답에 대한 고객의 정확한 조건을 충족하기 위해 대략적인 무선 주파수 응답을 최종적으로 조정하는 것이다.
종래 기술에서, 세라믹 블록은 소결된 다음에 은 금속 페이스트(silver metallic paste)가 블록의 모든 측면에 배치되는데, 다만 용량성 소자 패턴 또는 입력/출력(I/O) 패드와 같은 한정된 전기 회로를 필요로 하는 측면은 예외로 한다. 예외로 하는 그 측면에는, 은 금속 페이스트가 필요한 패턴 및 I/O 패드의 형태로서 세라믹 블록에 적용된다(공지된 스크린 프린트 공정 기술 또는 연마 기술에 의하여). 가열공정은 금속 페이스트가 패턴(들) 및/또는 I/O 패드를 적절한 위치에 가진 채로 경화되도록 한다.
그러나, 상기 스크린 프린트 공정은 용량성 소자 필터 패턴 및 기타 필터 소자의 도금에서 필요로 하는 치수 정확도를 가지지 못한다. 세라믹 블록 필터에서의 용량성 소자 필터 패턴의 치수 정확도는 900MHz에서만큼 1.8GHz에서 정확하게 4배(4x)가 될 것을 요구한다.
따라서, 제품을 완성시키기 위해, 용량성 소자 필터 패턴은 정확히 고객 시방서를 따르기 위하여 추가로 튜닝되어야만 한다. 이것은 회로 패턴부에 인접한 초과 금속 페이스트(excess metallic paste)를 부가하고, 다음에 상기 금속 페이스트를 소결하기 위한 일부 방법을 사용하고, 상기 패턴 또는 패드에 통합 첨가물(integral addition)을 형성함으로써 수행될 수 있거나, 또는 일부 경우에 있어서, 튜닝을 위해 재료를 제거할 수 있다. 그와 같은 공정이 진행되는 동안 신호를 입력부에 제공하고 출력 신호를 감시함으로써, 조작자는 상기 재료의 첨가물을 패드에서 종결시키거나 또는 상기 출력 신호가 적절한 튜닝에 이를 경우 종결시킬 수 있다.
따라서, 미국특허 제 5,198,788호에서는 세라믹 필터 금속 단자들 또는 패드들의 미세 튜닝에 대해 공개하고 있다. 상기 특허에 있어서, 세라믹 블록은 한 면(인접면의 일부)을 제외한 모든 측면들 상에 코팅되고, 미코팅된(uncoated) 측면(및 부분) 상에 코팅되며, 은 금속 페이스트가 필요한 전자 단자, 패턴, 또는 패드의 일반 형상으로 형성된다. 상기 은 금속 페이스트는 견고한 코팅을 위해 열처리 된다. 다음에 추가의 은 금속 페이스트가 형성된 단자 또는 패드들에 인접하게 전기적으로 접속하며, 또한, 입력 신호가 출력 단자 상에서 모니터되는 동안에, 레이저 빔이 은 금속 페이스트를 소결하기 위해 상기 은 금속 페이스트를 스캐닝하며, 상기 장치의 적절한 전기적 특성이 얻어질 때까지 상기 단자 또는 패드에 고체 첨가물을 형성하는데 사용된다. 따라서, 상기 특허는 상기 회로를 튜닝하기 위해 일반적으로 이미 형성된 단자, 패턴, 또는 패드들에 대한 금속 첨가물에 관한 것이다.
미국특허 제 5,769,988 호에는 주요 구성 소자로서 절연성 세라믹과 은을 포함하는 도체를 갖는 세라믹 전자 소자를 제조하기 위한 방법에 대해 공개하고 있다. 상기 장치를 열처리함으로써, 상기 공정에 의해 형성된 절연성 공진기와 같이, 공진기의 "Q" 값이 증가한다. 상기 장치를 열처리하는 공정에 있어서, 상기 장치는 약 400℃의 온도, 또는 10% 이하의 산소 용적%를 포함하는 대기압에서 열처리 되는 것을 공개하고 있다. 또한, 카가타(Kagata) 등에 의한 상기 특허('988)는 소결된 절연성 세라믹 기판 상에 "전극들의 패턴에 있어서 ... 도전성 페이스트를 형성하는 방법"에 대해 공개하고 있다.
미국특허 제 5,162,760 호는 또한 금속화를 제거하기 위해 연마재나 또는 밀링 방법을 사용하는 세라믹 블록으로 구성된 전기 필터나 또는 상기 세라믹 블록의 여러 면들 위로 도전성 재료들을 제공하기 위한 다양한 스크린 인쇄 기술의 사용에 관한 것이다. 상기 '760 특허에서, 도전성 재료층은 블록의 표면 상에 적층되며, 상기 층이 연속적으로 경화된 후, 상기 도전성층의 부위들은 필요한 도전성 패턴이 상기 표면 상에 잔류하도록 어떠한 적합한 밀링 머신에 의해 제거된다. 상기 블록을 코팅하는 도전성 재료 및 상기 유전체 재료 모두는 그들이 밀링되는 영역에서 상기 블록으로부터 제거된다. 상기 장치는 밀링 머신으로 형성될 수 있는 전극 치수에 의해 정확하고 정밀하게 제한된다.
미국특허 제 5,379,011 호에는 개량된 입력/출력 절연, 및 블록의 금속화로부터 제거된 도전성 재료를 갖는 세라믹 대역 필터에 대해 공개하고 있으며, 여기서 입력/출력 패드들은 도전성 재료가 제거되는 영역에 적층된다. 또한, 상기 특허에 있어서, 세라믹 블록의 모든 6개의 측면은 상부 또는 하부면 및 측면의 일부를 제외하고는 금속화된다. 슬롯은 상기 적층된 입력/출력 패드와 상기 세라믹 재료의 인접 금속 사이에 형성되며, 따라서, 도금되지 않을 때 상기 입력/출력 패드들 사이의 유전체가 변한다.
도전성 영역들 사이에 양호한 절연을 가지며 상기 기술이 제공할 수 있는 필터 패턴 및 입력/출력 패드들보다 더욱 양호한 치수 정확도를 갖는 필터에 대한 필요성이 대두되었다.
본 공정에서, 세라믹 블록은 일반적인 방식으로 형성되며, 적어도 하나의 평탄한 표면을 가진다. 그때, 패턴 또는 I/O 패드가 형성되지 않는 측면만 코팅하는 대신에, 전체 세라믹 블록을 도전성 금속 재료로 코팅한다. 금속 코팅의 한 예는 전기 도전성 금속(단지 예를 들어, 은과 같은)을 수용하는 당 기술에 공지된 페이스트이며 그 다음 필요한 열처리 후에 금속을 경화시킨다. 도전성 코팅의 다른 예들은 도전성 금속 및 그 유사물로 세라믹 블록을 도금하는 것을 포함한다.
스캐닝 레이저 빔을 사용하는 것과 같은, 융삭 방법(ablative method)은 적어도 하나의 평탄한 표면으로부터 불필요한 금속 재료를 제거하여 필요한 용량성 소자 필터 패턴을 형성하는데 사용되며, 이것은 종래 기술의 연마 방법 또는 종래 기술의 스크린 프린트 방법과 다른 것이다. 레이저 빔은 금속화(metallization) 및 세라믹 블록의 일부를 모두 융삭하여 금속 필터 부품들을 포위하고 패턴을 바람직한 형태로 생성하는 트렌치(trenches)를 형성한다. 트렌치의 깊이와 폭은 필터의 결합 용량을 결정하므로 그 작동 주파수를 결정한다. 레이저 공정으로 트렌치를 형성하는 정확성과 반복성은 용량성 소자의 필터 패턴과 다른 필터 부품의 정확도 및 반복성을 더욱더 증가시킨다. 보다 정확한 패턴은, 보다 큰 튜닝 비율(tune rate)과, 보다 높은 공장 생산율, 및 생산품 디자이너를 위한 보다 많은 디자인 마진(design margin)을 허용한다.
그러나, 공지된 문제점은 융삭 공정의 결과로서 발생한다. 레이저 공정 동안, 세라믹 재료는 악영향을 받으며 세라믹 재료의 "Q"는 필터가 상업적인 가치가 없는 지점까지 감소된다. 따라서, 레이저 가공 후(post-lasing) 고온 가열 공정은 세라믹 "Q"를 그 대략의 본래 값까지 회복하는 것이 필요하다.
융삭 공정 동안, 용량성 소자 패턴과 다른 필터 부품이 형성되므로, 만약, 용량성 소자 패턴과 다른 필터 부품이 정확한 크기로 형성된다면, 출력 패드에서 모니터링하기 위해 입력 패드에 신호가 접속될 수 없다. 필터가 형성된 후, 세라믹 블록이 완성된 생산품에서 발견되는 신호들을 일반적으로 표현하는 것에 지나지 않을 정도로 감소된 "Q"를 가지므로, 상기 신호들은 생산품의 시방서에 적용되어 적응시킬 수 없다. 따라서, 주어진 생산품의 시방서에 대해서, 시행착오법(trial and error) 융삭 공정은 적당한 RF 응답 범위를 나타내는 신호들이 확립되어서 "기준" 세라믹 블록을 형성할 때까지 다른 크기의 도전성 패턴을 갖는 금속화된 블록들을 연속으로 제조하는 방법으로 사용된다. 레이저 공정은 매우 정밀하고 반복적이기 때문에, 많은 수의 기준 장치(reference device)가 생산될 수 있고, 그 다음 고온의 가열 공정이 일단 적당한 패턴이 발생되었다면 적당한 RF 응답을 제공하는데 사용된다.
따라서, 본 발명의 목적은 유전체 재료의 패턴에 의해서 상호 전기적으로 절연되는 전기 도전성 금속화 패턴을 세라믹 블록 상에 형성하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 전체 표면을 도전성 재료로 코팅한 세라믹 블록을 제공하고, 세라믹 블록으로부터 불필요한 금속 재료와 대응하는 세라믹 재료를 융삭에칭하여, 바람직한 금속화 패턴을 확립하는 유전체 재료의 패턴의 적어도 일부를 형성하는 트렌치를 생성하기 위해 스캐닝 레이저 빔을 사용하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 세라믹 블록의 일부가 융삭 에칭으로 형성된 인접한 금속 영역을 전기적으로 절연시키는 트렌치를 형성하기에 충분한 만큼 제거되도록, 불필요한 금속 재료를 융삭 에칭하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 입력 및 출력 단자를 포함하는 바람직한 금속화 패턴을 생성하는 유전체 재료의 트렌치를 형성하기 위하여 세라믹 블록의 지정된 표면 영역으로부터 불필요한 금속 재료를 융삭 에칭하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 레이저 가공 후, 예열된 세라믹 필터의 입력 단자에 시험 신호를 인가하고 출력 신호를 모니터하여 필요한 전기 특성값을 갖는 필터가 얻어질 때까지 시행착오법에 의해 결정하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 대기압에서 융삭 에칭된(ablatively etched) 세라믹 블록을 가열하여 세라믹 재료의 "Q"를 복원시키는 것이다.
그러므로, 본 발명은 세라믹 블록 금속화 패턴을 형성하는 방법에 관한 것으로, 예시만을 위한 일례로서 금속 페이스트와 같은 도전성 금속으로, 적어도 하나의 평탄한 표면(planar surface)을 포함하는 세라믹 블록의 전체 표면을 감싸는 단계와, 상기 도전성 금속 페이스트를 금속 재료로 경화하는 단계와, 세라믹 블록의 지정된 표면 영역으로부터 불필요한 금속 재료를 융삭 에칭하여 원한다면 입력 및 출력 단자를 포함하는 필요한 금속화 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명은 RF 세라믹 블록 필터를 형성하는 방법에 관한 것으로, 도전성 금속 재료로 세라믹 블록의 전체 외측 표면적을 감싸는 단계와, 유전체 재료의 패턴을 사용하여 전기적으로 절연하고 감싸인 세라믹 블록 상에 전기 도전성 회로 소자를 형성하는 단계와, 감싸인 세라믹 블록의 지정된 표면 영역으로부터 불필요한 금속 재료와 세라믹 블록의 일부분을 융삭 에칭하여 유전체 재료의 패턴의 적어도 일부분을 형성하는 적어도 하나의 트렌치(trench)를 형성하고 융삭 에칭된 세라믹 블록을 가열하여 그 "Q"를 증가시키는 단계를 포함한다.
또한 본 발명은 트렌치 필터와 듀플렉서에 관한 것이며, 각각의 도전성 소자가 전체 표면이 도전성 재료로 감싸여 있는 세라믹 블록에 형성되며, 각각의 도전성 소자는 도전성 재료를 지나 세라믹 블록으로 연장하는 트렌치 또는 리세스 영역에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸이며, 이 트렌치 영역은 예정된 깊이 및 폭을 가져 필터 또는 듀플렉서의 결합 용량(coupling capacitance)에 영향을 미치므로 상기 필터 또는 듀플렉서의 작동 특성을 제어한다.
본 발명의 상술한 특징 및 다른 특징은 하기의 양호한 실시예의 설명과 연계하여 보다 완전히 설명되며, 유사한 도면 부호는 실시예들에 걸쳐 공통적으로 사용된다.
도 1은 종래 기술의 세라믹 대역 필터의 사시도이다. 필터(10)는 세라믹 블록으로 형성되고, 몇몇 표면은 그 위에 도전성 금속 판을 가지며, 상면(12), 하면(14), 측면(16, 18), 단부면(20, 22)을 포함한다. 필터(10)는 상면(12)과 하면(14) 사이에서 연장하여 개구되는 평행한 원통형 구멍(24, 26)을 더 포함한다. 상면(12)과 같은 세라믹 블록 표면 영역은 은 페이스트(silver paste)와 같은 도전성 금속 재료로 공지된 방식으로 스크린 프린팅(screen-printed)되어 필터 소자 사이에 세라믹 블록의 피복되지 않은(bare) 세라믹 표면 재료 부분을 남기고 필터의 금속 소자를 형성한다. 프린트된 소자(36, 38)는 세라믹 블록의 평면(12)의 상면 너머로 상승하고, 상면(12)과 측면(16) 사이를 둘러쌀 수 있는 입력 패드(28)와 출력 패드(30)를 포함한다. 상기 둘러싸는 형상은 필터가 이후에 전자부품 패키지(electronic package)로 통합될 때 표면 장착 연결(surface-mount connection)에 특히 적합하다. 측면(16, 18), 하면(14), 단부면(20, 22)은 접지 소자(32)를 형성하는 연속적인 금속 판으로 덮힌다. 측면(16)에서, 접지 소자(32)는 전기적 단락을 방지하도록 피복되지 않은 세라믹 영역(34, 35)에 의해 입력 패드(28)와 출력 패드(30)로부터 분리된다. 이러한 피복되지 않은 세라믹 영역(34, 35)은 I/O 패드가 세라믹 기판 상에 스크린 프린팅될 때 형성된다. 관통 구멍(26, 28)은 도전성 금속으로 코팅되고 상면(12) 상으로 연장하여 피복되지 않은 세라믹 영역에 의해 둘러싸인 공진기 패드(36, 38; resonator pad)를 포함한다. 종래 기술에 따라, 패드(36, 38)는 필터를 튜닝하기 위한 노치(40, 42; notch)를 포함한다.
도 1에 도시된 바와 같은 종래 기술의 필터는 분무(spraying), 스크린 프린팅 또는 다른 공지된 방법에 의해 상면(12)과 측면(16)과 관통 구멍 또는 공동(24, 26)을 제외한 대부분의 표면에 도포된 두꺼운 필름(thick film)의 금속 페이스트를 가진다. 도전성 페이스트의 필름은 상면(12)과 측면(16) 상에 원하는 패턴으로 스크린 프린팅된다. 필터는 미국 특허 제5,198,788호에 보다 완전히 설명된 바와 같이 튜닝될 수 있다.
따라서, 종래기술에서는 세라믹 블록이 소결되고, 그후, 규정된 용량성 소자 패턴 또는 입력/출력(I/O) 패드를 필요로 하는 측면들을 제외한, 블록의 모든 측면들상에 은 금속 페이스트가 배치된다. 이들 측면들 상에서, 은 금속 페이스트는 소정 패턴 및 패드(공지된 스크린 프린트 공정 기술을 통해)의 형상 및 모양으로 세라믹 블록에 도포되고, 따라서, 세라믹 블록의 평면(12) 위에 있는 도전성 표면을 형성한다. 가열 공정은 금속 페이스트가 실질적으로 그 적절한 위치들에 배치되어 있는 패턴들 및/또는 I/O 패드들을 갖도록 경화되게 한다. 그러나, 이 스크린 프린트 공정은 용량성 소자 필터 패턴의 도금시 양호한 치수 정확도를 갖고 있지 않다. 세라믹 블록 필터들상의 용량성 소자 필터 패턴의 치수 정확도는 900MHz에서 필요로 하는 만큼 1.8GHz에서는 4배(4x) 커질 필요가 있다. 스크린 프린팅 공정의 치수 정확도는 허용가능한 900MHz 필터들을 제조할 수 있다. 그러나, 900MHz 이상에서는, 주파수 응답이 지속적으로 열화되고, 그에 의해, 허용가능한 주파수 응답을 가진 필터들이 점차로 작게 제조된다. 따라서, 제품을 완성시키기 위해서, 용량성 소자 필터 패턴은 정확한 고객 요구사항에 부합되도록 반드시 추가적으로 튜닝되어야만 한다. 이는 인접한 패턴 형상들(예로서, 도 1의 슬롯 40 및 42)에 잉여 금속 페이스트를 추가하고, 그후, 소정의 방법을 사용하여 금속 페이스트를 소결시켜, 패턴 또는 패드들에 대해 통합 금속 첨가물을 형성한다. 신호를 입력 단자에 적용하고, 출력 단자에서의 출력 신호를 모니터링함으로써, 조작자는, 출력 신호가 적절한 튜닝이 달성된 것을 지시할 때 패드 또는 단자들에 재료를 첨가하는 것을 중단할 수 있다. 본 명세서에 참조 자료로 포함시킨 미국 특허 제 5,198,778 호를 참조하기 바란다.
도 2는 도전성 재료로 전체적으로 감싸여 있는 본 발명의 세라믹 블록의 사시도를 도시하고 있다. 도전성 금속은 그 위에 도금이 이루어질 수 있고, 가열되어 경화된 전기 도전성 금속 페이스트를 구비할 수 있다. 상기 블록(40)은 용량 조절용 관통 구멍(43, 45)을 포함하고, 그 모든 외면 상에 전체적으로 도전성 금속으로 감싸인 내부 세라믹부(39)를 가지고 있다. 단지 두 개의 관통 구멍들만이 도시되어 있지만, 도 3에 도시된 바와 같이 보다 많은 관통 구멍들이 포함될 수 있다는 것은 명백하다. 따라서, 패턴 또는 I/O 패드들이 형성될 측면들을 제외한 모든 측면들을 코팅하는 대신, 전체 세라믹 블록이 예로서, 금속을 경화시키도록 열처리를 받게 되는 전기 도전성 금속 페이스트(본 기술 분야에 공지되어 있는) 같은 도전성 금속으로 둘러싸인다.
본 발명의 방법으로 형성된 필터들을 사용하는 듀플렉서(42)가 도 3에 예시되어 있다. 이는 송신부(44)와 수신부(46)를 포함한다. 이는 전송기(미도시)를 위한 I/O 패드(48)를 포함하며, 송신부(44)와 수신부(46)에 대해 신호들을 커플링하기 위한 안테나 패드(50) 및 신호들을 수신기(미도시)에 접속시키기 위한 I/O 패드(52)를 포함한다. 상기 듀플렉서(42)의 송신부(44)는 공진기 및 관련 회로 소자들(53, 54, 55, 56 및 58)을 포함하고, 수신부(46)는 공진기들과 관련 소자들(60, 62, 64, 66 및 68)을 사용한다. 회로 소자들이 그 위에 형성되기 이전의 도 3은 도 2와 유사하고, 상부면(41)은 금속을 구비하며, 유전체 재료의 패턴을 제공하도록 이 표면에서 융삭 제거된 대응하는 세라믹을 포함하고, 상기 유전체 재료의 패턴은 회로 소자들(53, 54, 55, 56, 58, 60, 62, 64, 66 및 68)을 형성하며 전기적으로 절연한다. 본 명세서에 사용된 "전기적으로 절연"이라는 용어는 "직접적인 전기적 접속이 없음"을 의미하는 것이다. 즉, "절연된" 도전 소자들 사이에는 더 이상 전기적 연속성 또는 접속이 존재하지 않는다. 그러나, 전기기계적 결합(압전 효과)이나 용량성 효과를 통한 것 같은 교류(AC) 결합에 의한 인접한 소자들 사이의 전기적 "결합"은 존재할 수 있다. 영역 70, 72, 74 및 78에서, 금속과 세라믹 재료의 대응하는 부분이 융삭 공정에 의해 제거된다. 레이저 빔을 스캐닝함으로서 수행되는 것이 적합한 이 융삭 공정은 도전성 금속을 제거할 뿐만 아니라, 유전체 블록의 대응하는 부분도 제거하여 "트렌치" 또는 리세스 영역(70, 72, 74, 76, 78)을 형성한다. 이 트렌치는 필터 패턴의 소정 부분내에서, 공지된 방식으로 인접한 금속 표면들 사이의 결합 용량에 영향을 미치는 깊이 및 폭을 가지며, 그에 의해, 임피던스 및 작동 주파수 같은 필터의 전기 특성들에 영향을 미친다. 물론, 필요하다면, 다수의 용량성 소자들이 종래의 스크린 프린팅법에 의해 형성되고, 용량성 소자들을 정밀하게 제어하도록 그 외부 에지들이 본 발명에 따라서 레이저 빔에 의해 트리밍될 수 있다. 유전체 재료의 패턴의 잔여부는 본 발명의 신규한 공정에 의해 형성된다. 그러나, 이 경우에 트렌치는 전기 회로 패턴 소자를 전기적으로 절연하는 유전체 재료의 패턴의 10%이상, 적합하게는 약 70% 내지 약 90% 범위 이내를 형성한다.
따라서, 도 3에 도시된 듀플렉서(42)는 도 2에 도시된 블록에서와 같이 하나 이상의 평탄한 표면을 포함하는 다수의 표면을 가진 유전체 블록으로부터 형성된다. 또한, 이는 도 2에 도시된 바와 같은 유전체 블록의 다수의 표면들의 모든 측면들을 코팅하는 금속 재료의 층을 갖는다. 접지면(ground plane:80)은 도전성 재료(82)에 의해 도 3에 도시된 바와 같은 적어도 몇 개의 금속 표면들에 의해 형성된다. 수신기 필터(46)는 유전체 블록의 하나 이상의 평면의 제 1 영역에 형성되며, 복수개의 제 1 도전성 소자들(60, 62, 64, 66 및 68)을 포함한다. 트렌치 또는 리세스 영역(74, 76 및 78)은 각 도전성 소자들을 포위하여 전기적으로 절연시키고, 작동 주파수 같은 수신기 필터의 작동 특성을 결정하는 접지면과 도전성 소자들 사이의 용량성 결합을 유발시키기 위한 소정 폭과 소정 깊이로 형성된다.
마찬가지로, 송신기 필터(44)는 도 2에 도시한 유전체 블록의 적어도 하나의 평탄한 표면의 제 2의 상이한 영역에 형성되며, 송신부(44)를 형성하는 복수의 도전성 소자의 각각을 둘러싸는 트렌치(70, 72, 74)를 갖는 복수의 제 2 도전성 소자(53, 54, 55, 56, 58)를 구비한다. 또한, 상기 트렌치들은 융삭 제거되며 도전성 금속 재료를 통해 유전체 재료로 연장된다. 따라서, 제 2 용량성 결합이 송신기(44)의 도전성 소자와 접지면 사이에 형성되며, 또한 트렌치 또는 리세스 영역의 깊이 및 폭에 의해 결정되며 수신기 필터의 작동 주파수를 결정하는 용량성 결합을 제공한다. 송신기 및 수신기 각각을 위한 제 1 및 제 2 단자(48, 52)는 도 1, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같은 코팅된 유전체 블록의 상부 및 측부에 형성된다. 제 3 단자(50)는 안테나 접속을 수용하며, 공지된 방식으로 수신기 필터와 송신기 필터에 전기적으로 결합된다. 상기 제 3 단자는 안테나와 RF 수신기 및 RF 송신기 사이에 RF 신호를 전달한다.
종래 공지된 바와 같은 하나 이상의 관통 구멍(43, 45)이 도전성 재료로 도금되어 공진 회로 소자를 형성한다.
필터의 미세 튜닝을 원하는 경우, 송신기를 미세 튜닝하도록 금속은 예를 들면 영역(88, 90, 92, 94)으로부터 융삭 제거될 수 있다. 수신기(46)도 유사한 방식으로 튜닝될 수 있다. 이 경우, 또한 융삭 에칭에 의해 금속 플레이트와 세라믹 모두를 소정의 깊이로 제거할 수 있다.
도 4는 도 3의 듀플렉서의 측면도이다. 도 4에 도시된 모든 부재들은 확대 도시되었으며 소정의 축적으로 도시된 것은 아니다. 그러나, 도 4에서, 측부(82)에서 송신기 단자(48)는 블록의 측부로 하향 연장되며, 도면 부호 84로 나타낸 도전성 금속(82)의 영역은 단자(48) 주위로부터 제거되며 따라서 세라믹(86)을 노출시킨다. 유사한 방식으로, 세라믹의 상부에 도시되어 있는 도전성 소자(53, 54, 55, 57, 58)는 도 3에서 설명한 바와 같이 트렌치 또는 리세스의 형성에 의해 형성된다.
제 3 단자(50) 및 제 2 단자(52)에 대해서도 동일한 구조로 나타낼 수 있다.
본원에서 중요한 점은, 블록이 도전성 금속으로 완전히 코팅되었으며, 필터의 바람직한 작동 특성을 제공하기 위해 소정의 깊이 및 폭으로 불필요한 재료를 융삭 에칭함으로써 패턴이 표면 상에 형성되었다는 것이다. 도 4에서, 도전성 소자의 표면은 도 2 및 도 4의 표면(41)과 동일한 높이(elevation)를 갖는 것을 알 수 있다. 다시 말하면, 세라믹의 상부에 도전성 소자가 형성되지 않지만, 오히려 융삭법을 사용함으로써 세라믹 블록뿐만 아니라 금속이 제거된다. 이는 유전체 블록의 표면 상부 및 상기 블록의 상면에 형성된 종래 기술의 필터 소자와는 완전히 상이하고, 블록의 측부 상의 단자가 스크린 인쇄법에 의해 형성된다.
그러나, 상술한 바와 같이, 도전성 금속 재료의 일부분은 종래와 마찬가지로 스크린 인쇄법에 의해 형성될 수 있으며, 도전성 금속 회로 패턴의 나머지는 상술한 바와 같이 융삭 에칭에 의해 형성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 신규한 단계를 도시하는 플로우 챠트이다. 단계(A)에서, 세라믹 블록의 전체 표면은 도전성 금속, 적합하게는 금속 페이스트로 코팅된다. 단계(B)에서, 도전성 금속은 금속 페이스트의 가열 등에 의해 금속 재료로 경화되며 대응하는 세라믹 블록에 부착된다. 단계(C)에서, 불필요한 금속 재료와 대응하는 세라믹 블록의 부분은 융삭 에칭되어 I/O 단자를 포함하는 블록 상에 소정의 금속 패턴을 형성한다. 물론, I/O 단자는 상술한 바와 같은 스크린 인쇄법과 같은 몇몇 다른 방법에 의해 측면에 부가될 수 있으며, 다음 융삭 에칭에 의해 상부면 상에 형성된 금속 패턴에 전기적으로 결합될 수 있다.
단계(D) 및 단계(E)에서, 원형(prototype) 필터가 전기적으로 검사된다. 단계(D)에서는 입력 신호가 입력 단자에 접속되며, 단계(E)에서는 융삭된 세라믹 블록의 전기 특성을 결정하기 위해 출력 단자에서의 출력 신호가 모니터링된다.
단계(F)에서는, 대략의 소정의 전기 특성을 갖는 세라믹 블록이 얻어질 때까지 단계(A) 내지 단계(E)가 반복된다. 이 때, 세라믹 블록 필터가 대량 생산되며, 단계(G)에서 "Q"를 증가시키기 위해 대기압에서 가열된다. 물론, 융삭된 세라믹 블록은 "Q"를 복원하도록 가열될 수 있으며, 다음 적합한 필터 응답이 발견되는 경우, 세라믹 블록 필터는 필터가 소정의 특성을 갖는 것을 보장하도록 대량 생산되며, 가열되며 품질 제어될 수 있다.
도 6은 세라믹 블록 표면 상에 회로를 인쇄하는 종래의 공정에 의해 형성된 복수의 필터의 주파수 응답의 그래프이다. 피크 삽입 손실은 -1.2dB이며 주파수 표준 편차는 2.63MHz인 것을 주목해야 한다. 곡선의 각 단부에는 필터들 사이에 다수의 편차와 응답이 존재하며, 따라서 장치의 대역폭을 변화시킨다는 것을 알 수 있다.
도 7은 본 발명의 신규한 방법에 의해 제조된 복수의 필터의 그래프이다. 상기 필터들이 그래프 전체에 걸쳐, 특히 상부에서의 대역폭에 걸쳐 얼마나 밀접하게 응답하는지 주목하라. 상기 그래프는 필터 회로 소자를 형성하는 레이저 처리 이후지만 "Q"를 복원하도록 가열되기 이전의 복수의 장치의 주파수 응답을 나타낸다. 따라서, 피크 삽입 손실은 5.4dB인 것을 알 수 있다. 그러나, 중심 주파수 편차는 0.85MHz로 감소된다.
도 8은 필터들이 "Q"를 복원하도록 가열된 이후의 도 7에 도시한 본 발명의 공정에 의해 제조된 동일한 세라믹 필터의 그래프이다. 얼마나 밀접하게 상기 필터들이 서로 복제되어 있는지를 또한 주목해야 하며, 피크 삽입 손실은 -1.2dB로 감소되며 중심 주파수 표준 편차는 0.75MHz이다.
따라서, 본 발명의 공정에 의해 제조된 필터의 작동에 상당한 개선이 이루어진 것을 알 수 있다.
따라서, 두 개의 주요한 단계가 포함되는 신규한 공정과 장치가 개시되어 있다. 제 1 단계는 세라믹 블록의 모든 표면이 도금된 금속으로 커버되어 있다는 것이고, 제 2 단계는 소망의 필터 회로 패턴들의 적어도 일부가 금속과 하부에 놓인 세라믹 모두를 융삭하는 도금된 세라믹 블록의 제 2 표면의 전체 또는 일부로부터 불필요한 재료를 융삭 에칭함으로써 형성된다는 것이다.
제 1의 신규한 단계는, 종래 기술에서는 하나 이상의 표면이 코팅되지 않은채 남아 있으며 그 후 패턴이 상부에 도금되며, 따라서 패턴이 세라믹 블록의 상부면의 위로 상승되는 상부면을 갖는다는 점에서 종래 기술과는 상이하다. 본 발명의 적용에 있어서, 형성된 패턴의 금속 표면은 블록 상의 제거되지 않은 다른 금속 표면과 동일 평면 상에 있기 때문에, 튜닝은 금속 회로 패턴으로부터 부가의 금속을 제거하는 것만 필요로 한다. 또한, 금속을 제거하는데 사용되는 융삭 기술에 의해 유전체의 일부분을 또한 제거하여, 도전성 소자들을 전기적으로 절연시키기 위해 필터 회로 패턴의 도전성 소자들의 각각의 주위에 트렌치 또는 리세스 영역을 형성할 수 있다. 이러한 리세스 영역의 폭 및 깊이는 작동 주파수와 같은 필터의 작동 파라미터를 결정한다.
금속 필터 회로 패턴을 형성할 뿐만 아니라 필터의 주파수 응답을 결정하기 위해 불필요한 재료 및 유전체를 융삭 에칭하는 제 2 단계는, 종래 기술에서는 레이저가 필터 회로를 튜닝하기 위해 금속을 부가하는 것만이 사용되었기 때문에 신규한 것이다.
하기의 청구범위의 대응하는 구조물, 재료, 작용 및 모든 수단 또는 단계 및 기능 소자의 등가물은 명확하게 청구된 바와 같은 다른 청구 부재들과 결합하여 기능을 수행하기 위한 임의의 구조, 재료 또는 작용을 포함하는 것으로 의도된다.
도 1은 재료를 부가하여 튜닝(tuning)하기에 적합한 종래 기술의 세라믹 대역 필터(band-pass filter)의 사시도.
도 2는 금속 페이스트와 같은 전기도전성 재료로 완전히 감싸인 본 발명의 세라믹 블록의 사시도.
도 3은 본 발명의 방법에 의해 형성된 듀플렉서의 평면도.
도 4는 그 위에 형성된 도전성 패드 또는 단자와 도전성 필터 소자 둘레에 형성된 트렌치를 예시하는, 도 3의 듀플렉서의 측면도.
도 5는 본 발명의 신규한 단계를 예시하는 흐름도.
도 6은 도 1에 도시된 다수의 종래 기술의 필터의 주파수 응답을 예시하는 그래프.
도 7은 레이저광선이 조사된 후이지만 고온 가열 과정 전인, 본 발명의 방법에 의해 형성된 다수의 필터의 주파수 응답을 예시하는 그래프.
도 8은 세라믹의 "Q"를 복원하기 위한 소성(firing)후의, 본 발명의 방법에 의해 형성된 다수의 필터의 주파수 응답을 예시하는 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
70, 72, 74, 76, 78 : 리세스 영역
70, 72, 74 : 트렌치

Claims (18)

  1. RF 세라믹 필터의 제조 방법에 있어서,
    (1) 세라믹 유전체 블록의 외부 표면 영역을 도전성 금속으로 코팅하는 단계와,
    (2) 상기 도전성 금속이 상기 세라믹 블록에 부착되도록 하는 단계와,
    (3) 상기 세라믹 블록의 일부분 및 대응하는 도전성 금속을 융삭 제거(ablatively removing)하여, 원하는 금속 필터 회로 패턴들 및 상기 필터 회로 패턴들에 인접한 적어도 일부의 도전성 금속 영역들을 유효하게 분리시키고, 인접한 금속 영역들 사이에 미리 결정된 용량성 결합(capacitive coupling)을 설정하기에 충분한 미리 결정된 깊이와 폭을 갖는 리세스 영역들을 형성하는, 상기 세라믹 블록의 일부분 및 대응하는 도전성 금속을 융삭 제거하는 단계와,
    (4) 전기 신호들을 상기 원하는 금속 필터 회로 패턴들에 결합하기 위해 상기 코팅된 세라믹 블록의 표면 영역 상에 입력 및 출력 단자들을 형성하는 단계를 포함하는, RF 세라믹 필터의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 패턴화된 블록을 필터 삽입 손실을 감소시키기에 충분한 온도로 가열 처리하는 단계를 더 포함하는, RF 세라믹 필터의 제조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 블록을 도전성 금속으로 코팅하는 단계는 상기 블록을 은 페이스트(silver paste)에 접촉시키는 단계를 포함하는, RF 세라믹 필터의 제조 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 세라믹 블록의 일부분 및 대응 금속을 융삭 제거하는 단계는 레이저 빔을 사용하여 실행되는, RF 세라믹 필터의 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 세라믹 블록의 일부분 및 대응 금속을 융삭 제거하는 단계는 스캐닝 레이저를 사용하여 실행되는, RF 세라믹 필터의 제조 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 도전성 금속을 상기 세라믹 블록에 부착되도록 하는 단계는 상기 세라믹 블록의 일부분 및 대응 도전성 금속의 융삭 제거 전에 상기 세라믹 블록을 가열 처리하는 단계를 포함하는, RF 세라믹 필터의 제조 방법.
  7. RF 세라믹 필터의 제조 방법에 있어서,
    적어도 한 쌍의 마주하는 면들의 외면을 갖고 상기 마주하는 면들 사이에서 연장하는 복수의 관통 홀들을 정의하는 세라믹 재료의 블록을 형성하는 단계와,
    상기 블록을 도전성 코팅으로 커버하는 단계와,
    상기 코팅된 블록을 가열 처리하는 단계와,
    상기 가열 처리되고 코팅된 블록의 선택된 영역을 융삭 에칭하여 상기 블록 상에 금속 및 비금속 영역들의 패턴을 형성하는 단계로서, 상기 융삭 에칭은 상기 비금속 영역들이 세라믹 재료의 블록 내로 오목하게 되도록 실행되는, 상기 가열 처리되고 코팅된 블록의 선택된 영역을 융삭 에칭하는 단계를 포함하는, RF 세라믹 필터의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 패턴화된 블록을 가열 처리하는 단계를 더 포함하는, RF 세라믹 필터의 제조 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 패턴화된 블록을 필터 삽입 손실을 감소시키기에 충분한 온도로 가열 처리하는 단계를 더 포함하는, RF 세라믹 필터의 제조 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 블록을 도전성 코팅으로 커버하는 단계는 상기 블록을 은 페이스트에 접촉시키는 단계를 포함하는, RF 세라믹 필터의 제조 방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 블록을 융삭 에칭하는 단계는 레이저 빔을 사용하여 실행되는, RF 세라믹 필터의 제조 방법.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 블록을 융삭 에칭하는 단계는 스캐닝 레이저를 사용하여 실행되는, RF 세라믹 필터의 제조 방법.
  13. RF 세라믹 필터의 제조 방법,
    적어도 한 쌍의 마주하는 면들의 외면을 갖고 상기 마주하는 면들 사이에서 연장하는 복수의 관통 홀들을 정의하는 세라믹 블록을 제공하는 단계와,
    상기 블록을 도전성 코팅으로 감싸는(encasing) 단계와,
    상기 코팅된 블록을 가열 처리하는 단계와,
    상기 도전성 코팅 및 상기 세라믹 블록의 일부분을 상기 가열 처리된 코팅된 블록의 선택된 영역들로부터 융삭 에칭하여 상기 블록 상의 금속 및 비금속의 리세스 영역들의 패턴을 형성하는 단계와,
    상기 패턴화된 블록을 가열 처리하는 단계를 포함하는, RF 세라믹 필터의 제조 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 블록을 융삭 에칭하는 단계는 스캐닝 레이저를 사용하여 실행되는, RF 세라믹 필터의 제조 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 패턴화된 블록을 필터 삽입 손실을 감소시키기에 충분한 온도로 가열 처리하는 단계를 더 포함하는, RF 세라믹 필터의 제조 방법.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 블록을 융삭 에칭하는 단계는 레이저 빔을 사용하여 실행되는, RF 세라믹 필터의 제조 방법.
  17. RF 세라믹 필터의 제조 방법에 있어서,
    세라믹 재료의 블록을 제공하는 단계와,
    상기 블록을 도전성 코팅으로 감싸는 단계와,
    상기 코팅된 블록을 가열 처리하는 단계와,
    상기 가열 처리되고 코팅된 블록의 선택된 영역들을 레이저로 융삭 에칭하여 상기 블록 상에 비금속 리세스 영역들 및 비융삭 금속 영역들의 패턴을 형성하는 단계와,
    상기 패턴화된 블록을 가열 처리하는 단계를 포함하는, RF 세라믹 필터의 제조 방법.
  18. RF 세라믹 필터의 제조 방법에 있어서,
    (a) 적어도 한 쌍의 마주하는 면들의 외면을 갖고 상기 마주하는 면들 사이에서 연장하는 복수의 관통 홀들을 정의하는 세라믹 블록을 제공하는 단계와,
    (b) 상기 블록을 도전성 코팅으로 감싸는 단계와,
    (c) 상기 코팅된 블록을 가열 처리하는 단계와,
    (d) 상기 도전성 금속 코팅 및 상기 세라믹 블록의 일부분을 상기 가열 처리되고 코팅된 블록의 선택된 영역들로부터 레이저로 융삭 에칭하여 상기 블록 상의 금속 및 비금속 리세스 영역들의 패턴을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 금속 및 비금속 리세스 영역들의 패턴은 전송기 패드, 안테나 패드 및 수신기 패드를 포함하고,
    상기 단계(a) 내지 단계(d)를 반복하여 복수의 패턴 블록들을 형성하고, 그 후 상기 복수의 패턴화된 블록들을 가열 처리하는, RF 세라믹 필터의 제조 방법.
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