專利名稱：在多層結(jié)構(gòu)中集成的反向微帶傳輸線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過(guò)多層技術(shù)構(gòu)造的傳輸電纜，所述電纜位于具有第一表面和與該第一表面基本平行的第二表面的腔中，所述傳輸電纜包括與該腔的第一表面基本平行的信號(hào)電纜和與該信號(hào)電纜基本平行地放置在所述第二表面上的接地電纜。
在電子電器的結(jié)構(gòu)中應(yīng)用各種不同的電纜結(jié)構(gòu)。為了防止由所述電纜結(jié)構(gòu)所造成的衰減，所使用的頻率越高，對(duì)要使用的電纜結(jié)構(gòu)的要求的越高。目前，在電子電器的結(jié)構(gòu)中，通常應(yīng)用所謂的多層技術(shù)，這種多層技術(shù)基于HTCC技術(shù)(高溫共燒陶瓷(High TemperatureCofired Ceramics))或LTCC技術(shù)(低溫共燒陶瓷(Low TemperatureCofired Ceramics))。應(yīng)用這兩種制造方法，所制造的結(jié)構(gòu)包括大約100微米厚的幾個(gè)綠帶(green tapes)，這些綠帶一個(gè)設(shè)置在另一個(gè)的頂部。在進(jìn)行熱處理之前，該材料仍然是松軟的，因此在綠帶中可以形成所需形狀的腔。同樣，在所需的點(diǎn)上，可以絲網(wǎng)印刷上各種電的無(wú)源元件。通過(guò)壓力將彈性層層疊在一起。為了防止疊層壓力使包含不同腔的結(jié)構(gòu)塌陷，因此必須根據(jù)所謂的非軸向法進(jìn)行增壓。這就意味著僅在所述對(duì)象的軸線Z的方向上對(duì)該對(duì)象施加壓力。最后，在850度的LTCC的情況下和在1600度的HTCC的情況下燃燒所形成的結(jié)構(gòu)。在要形成的元件中的該腔上形成穿孔，在燃燒的過(guò)程中所產(chǎn)生的過(guò)壓通過(guò)該穿孔卸壓。
在附

圖1a和1b中，所示為基于根據(jù)上文所描述的HTCC或LTCC多層技術(shù)實(shí)現(xiàn)反向微帶電纜的一種可能的可替換方案。在優(yōu)選實(shí)施例中，在生產(chǎn)過(guò)程中但在該結(jié)構(gòu)的燃燒步驟之前，通過(guò)將在該附圖中所示的實(shí)例性元件12和13結(jié)合在一起實(shí)現(xiàn)依據(jù)附圖1a的結(jié)構(gòu)。所述兩個(gè)元件都是以上文所描述的方式通過(guò)某一適合的電介質(zhì)材料一層一層地形成。在元件13中，加工一矩形溝槽，在該矩形溝槽的底部絲網(wǎng)印刷上信號(hào)電纜10。在該溝槽的底部測(cè)量時(shí)元件13的厚度足夠防止干擾地電位電平接近所描述的反向微帶電纜。在該附圖中所示的實(shí)例中，在形成在元件13中的溝槽的側(cè)壁和溝槽的底部16，17之間的角度是90度，但在原理上該角度也可以是其它某一角度。在該元件12的表面上，絲網(wǎng)印刷上接地電纜11，該接地電纜的寬度對(duì)應(yīng)于在該元件13中形成的溝槽的寬度。分別加工元件12，13，當(dāng)將它們連接時(shí)，實(shí)現(xiàn)了如附圖1a所示的一種結(jié)構(gòu)，其中在該結(jié)構(gòu)中形成了氣體填充的電纜腔14。
在附圖1b中，所示為在附圖1a中的A-A’方向的橫截面。根據(jù)本發(fā)明的傳輸電纜的衰減和阻抗都由所使用的元件12和13的介電常數(shù)(εr)以及溝槽的幾何形狀決定。從該附圖中可以看出從信號(hào)電纜10中發(fā)出的電磁場(chǎng)在該元件13中行進(jìn)了較長(zhǎng)的路徑，在該附圖中以電力線15表示所述電磁場(chǎng)。在RF頻率下，元件13的介電常數(shù)明顯地高于填充在電纜腔14中的氣體混合物的介電常數(shù)。這就導(dǎo)致了電纜的衰減隨RF頻率顯著地增加。最后，除了在附圖1a和1b中所示的這些材料層以外該裝置的多層結(jié)構(gòu)還包括其它的材料層，在這些層也可以具有無(wú)源部件、有源部件的腔以及其它的電纜結(jié)構(gòu)。
然而，如果必須使用很高的頻率(RF應(yīng)用的情況)，使用通過(guò)上文所述的技術(shù)所制造的電路還存在問(wèn)題。在20GHz的頻率下在應(yīng)用LTCC技術(shù)所實(shí)現(xiàn)的電纜結(jié)構(gòu)中信號(hào)的衰減高達(dá)0.2分貝/厘米，在應(yīng)用HTCC技術(shù)所實(shí)現(xiàn)的電纜結(jié)構(gòu)中信號(hào)的衰減高達(dá)0.6分貝/厘米。在那些要求低衰減的RF應(yīng)用中，例如在具有較高的品質(zhì)因素(Q值)的濾波器和振蕩源中，上文所述的技術(shù)不再可行。
常規(guī)的微帶電纜或反向微帶電纜的另一個(gè)問(wèn)題是通過(guò)一定的結(jié)構(gòu)所實(shí)現(xiàn)的傳輸電纜的阻抗水平問(wèn)題。阻抗水平的不可控制的波動(dòng)造成了將信號(hào)從入射的方向反射回去或在電纜周圍輻射。阻抗受到電纜結(jié)構(gòu)的幾何形狀以及周圍材料層的相對(duì)介電常數(shù)(εr)的影響。在已有技術(shù)的結(jié)構(gòu)中，上文所描述的兩個(gè)因素僅是用于調(diào)整阻抗的自由選擇。
應(yīng)用已有技術(shù)的LTCC和HTCC結(jié)構(gòu)，另一個(gè)缺陷在于較高頻率的相位速度的分散。在所分散的信號(hào)中，在不同的頻率下包含在其中的信號(hào)分量以不同的速度穿過(guò)傳輸電纜。這種現(xiàn)象使所接收的信號(hào)失真，這種分散的過(guò)度增加導(dǎo)致了所接收的信號(hào)變得不適用。
在美國(guó)專利US 3,904,997中公開了這樣的一種結(jié)構(gòu)在基片上設(shè)置的反向微帶的信號(hào)電纜嵌入在由金屬制成的殼狀結(jié)構(gòu)中。通過(guò)這種結(jié)構(gòu)，試圖降低輸出電纜的衰減和從電纜散射的雜散輻射。金屬電纜腔必須總是事先制造，以可靠的方式將它固定在其它的多層結(jié)構(gòu)上造成了一些問(wèn)題。事實(shí)上金屬電纜腔的熱膨脹系數(shù)與基本的基片不同，這就使該結(jié)構(gòu)在連接表面處出現(xiàn)了斷裂。此外，該結(jié)構(gòu)包括許多手動(dòng)執(zhí)行的加工步驟，因此它的制造成本比較昂貴。
在美國(guó)專利US 5,105,055中公開了這樣的一種結(jié)構(gòu)在一種柔性電纜狀的結(jié)構(gòu)中集成了幾根電纜。在所述結(jié)構(gòu)中，信號(hào)電纜連接到電介質(zhì)基片，接地電纜放置在由另一種電介質(zhì)材料制成的腔狀結(jié)構(gòu)中?？傮w上所述電纜是由幾根反向微帶電纜形成的實(shí)體。該電纜結(jié)構(gòu)的材料是從這些彈性材料中選擇，可以應(yīng)用用于處理塑料的擠壓裝置處理這些材料。在該美國(guó)專利中給出了電纜結(jié)構(gòu)的幾種可替換結(jié)構(gòu)。根據(jù)所述美國(guó)專利，該電纜用于連接個(gè)人PC裝置。此外，在這種情況下需要指出的是由于使用的目的不同在該結(jié)構(gòu)中所選擇的材料并不能用于RF頻率的應(yīng)用場(chǎng)合。
本發(fā)明的目的是減少與已有技術(shù)相關(guān)的上文所述的缺陷。
根據(jù)本發(fā)明，放置在腔中的傳輸電纜的特征在于，它包括具有與該腔的第一和第二表面基本平行的表面的支撐元件，所述支撐元件放置在所述第一和第二表面之間，因此通過(guò)形成在所述支撐元件的表面上的導(dǎo)電性材料層實(shí)現(xiàn)該信號(hào)電纜。
在獨(dú)立權(quán)利要求中闡述了本發(fā)明的許多優(yōu)選實(shí)施例。
本發(fā)明的基本原理如下通過(guò)應(yīng)用多層技術(shù)，制造一種改進(jìn)的反向微帶電纜，其中通過(guò)專門設(shè)計(jì)的支撐元件將該信號(hào)電纜連接在該電纜腔的一個(gè)表面上。因此顯著地降低了包裹該電纜的材料層對(duì)圍繞所述電纜的電磁場(chǎng)的影響。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，在RF頻率下根據(jù)本發(fā)明的傳輸電纜的衰減明顯低于已有的反向微帶電纜，因?yàn)閺男盘?hào)電纜發(fā)出的電磁場(chǎng)主要位于氣體填充的電纜腔中，相對(duì)于周圍電介質(zhì)材料的介電常數(shù)，所述電纜腔的介電常數(shù)(εr)較低。
本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)在于，傳輸電纜可以完全集成在多層結(jié)構(gòu)中而不需要特意為此目的執(zhí)行任何專門的加工步驟。
本發(fā)明的再一優(yōu)點(diǎn)在于，由此可以以簡(jiǎn)單的方式按照需要調(diào)整傳輸電纜的阻抗水平。
下文更詳細(xì)地解釋本發(fā)明。下文的描述參考附圖，其中
附圖1a所示為由多層技術(shù)所實(shí)現(xiàn)的已有技術(shù)的反向微帶電纜的透視圖，附圖1b所示為附圖1a中的傳輸電纜沿線A-A’的剖視圖，附圖2所示為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的剖視圖，附圖3所示為根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例的剖視圖，附圖4所示為根據(jù)本發(fā)明的第三優(yōu)選實(shí)施例的剖視圖，附圖5所示為根據(jù)本發(fā)明的第四優(yōu)選實(shí)施例的剖視圖，以及附圖6所示為根據(jù)本發(fā)明的第四優(yōu)選實(shí)施例的剖視圖。
上文已經(jīng)結(jié)合已有技術(shù)的描述論及了附圖1a和1b。
附圖2-6表示根據(jù)本發(fā)明的幾個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。在附圖中所示的所有實(shí)施例包括通過(guò)多層技術(shù)所制造的元件，在制造的過(guò)程中可以組合這些元件以形成統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)。在附圖2所示的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，反向微帶電纜的信號(hào)電纜20連接到根據(jù)本發(fā)明的支撐元件25上。在上文結(jié)合已有技術(shù)的描述所解釋的過(guò)程中，例如由兩個(gè)或更多個(gè)元件22和23可以形成包圍傳輸電纜的壁，該元件22和23都由幾個(gè)綠帶編成。選擇垂直于該圖面的元件剖面26以使在制造過(guò)程中的加工步驟的數(shù)量最少。支撐元件25同樣可以以幾種可替換的方式形成。例如，可以將它制成使得元件22和23的接觸表面精確地置于支撐元件表面的水平，在該附圖中以虛線26表示該支撐元件表面的水平。在支撐元件25的兩側(cè)上，形成了如圖所示的溝槽。
另一種可替換方案是根據(jù)結(jié)合附圖1a所描述的方法在元件23中形成溝槽并從由虛線27所示的剖面開始相對(duì)于該剖面分別制造支撐元件25和信號(hào)電纜20。在后面的制造步驟中將支撐元件25和信號(hào)電纜20作為統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)連接在形成于元件23中的溝槽的底部上。如果元件22和23的接觸表面是由虛線26所示的平面，則接地電纜21或者以上文結(jié)合附圖1a所描述的方式形成，或者可以絲網(wǎng)印刷在設(shè)置于元件22中的適合大小的溝槽中。當(dāng)連接元件22，23和支撐元件25時(shí)，接地電纜21放置在與信號(hào)電纜20平行的電纜腔中。從該附圖中可以看出，從信號(hào)電纜20朝接地電纜21發(fā)出的電磁場(chǎng)在支撐元件25中的電介質(zhì)材料中所形成的路徑明顯地短于在附圖1b所示的情況下在由電介質(zhì)材料形成的元件13的里面必須形成的路徑，所述場(chǎng)以電力線24表示。傳輸電纜損失的主要部分正好包括在電介質(zhì)材料層中產(chǎn)生的損失。結(jié)果，根據(jù)本發(fā)明的反向微帶電纜比根據(jù)已有技術(shù)的反向微帶電纜在每單位長(zhǎng)度上具有更小的衰減。然而，根據(jù)本發(fā)明的傳輸電纜的阻抗水平可以調(diào)整到所需的大小，因?yàn)橥ㄟ^(guò)調(diào)整由某一電介質(zhì)材料形成的支撐元件25的外部尺寸可以影響傳輸電纜的阻抗。
在附圖3所示的實(shí)施例中，反向微帶電纜的信號(hào)電纜30連接到支撐元件35上，該支撐元件35以三角的方式朝該傳輸電纜腔的底部變窄。根據(jù)該附圖的電纜結(jié)構(gòu)包括至少兩個(gè)分離的元件32和33。就該結(jié)構(gòu)的制造方面而言選擇在該附圖中以虛線36表示的該元件的接觸表面為可能的最佳的接觸表面。如圖所示，元件32和33的接觸表面36可以是連接到支撐元件35上的信號(hào)電纜的平面30，但是它還可以是某些其它的平面。支撐元件35可以與元件33一起制造，但也可以分別制造，在這種情況下它與元件33的接觸表面可以是在附圖中以虛線37所示的平面。以電力線34所示的從信號(hào)電纜30朝接地電纜31發(fā)出的部分電磁場(chǎng)在支撐元件35中行進(jìn)了較短的長(zhǎng)度。保留在支撐元件的里面的電磁場(chǎng)部分小于保留在附圖1b中所示的已有技術(shù)的結(jié)構(gòu)中的底部基片中的部分。因此，在所示的優(yōu)選實(shí)施例中，每單位長(zhǎng)度的衰減低于根據(jù)已有技術(shù)的反向微帶電纜的衰減。
在附圖4所示的實(shí)施例中，反向微帶電纜的信號(hào)電纜40連接到支撐元件45上，該支撐元件45朝形成在元件43中的溝槽的底部變得更寬。所示的結(jié)構(gòu)包括至少兩個(gè)分離的元件42和43。對(duì)這些元件進(jìn)行處理以在這些元件的內(nèi)部產(chǎn)生如圖所示的電纜腔。選擇以虛線46所示的元件42和43的接觸表面以便就該產(chǎn)品的制造而言使之成為可能的最佳的接觸表面。如圖所示，元件42和43的接觸表面可以是連接到支撐元件45上的信號(hào)電纜40的平面，但它還可以是有利于制造過(guò)程的另一平面。在本實(shí)施例中，電力線44所示的從信號(hào)電纜40朝接地電纜41所發(fā)出的電磁場(chǎng)部分穿過(guò)支撐元件45。然而，穿過(guò)支撐元件的部分顯著地小于在附圖1b所示的已有技術(shù)的反向微帶電纜的情況下的部分。因此在本實(shí)施例中的每單位長(zhǎng)度的衰減也低于在已有技術(shù)中的反向微帶電纜的衰減。
在附圖5所示的實(shí)施例中，反向微帶電纜的信號(hào)電纜50連接到具有T形梁形狀的支撐元件55上。包圍傳輸電纜的壁包括至少兩個(gè)元件52和53，并且選擇垂直于所述元件的圖面的剖面以使在制造過(guò)程中的加工步驟的數(shù)量最小，所述剖面以虛線56示出?？梢砸詭追N可替換的方式制造支撐元件55。一種可替換的方案是從在T形梁的底部的平面開始分別制造支撐元件55和信號(hào)電纜50，以虛線57表示該平面。將支撐元件55和信號(hào)電纜50作為統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)連接到元件52上。例如可以以結(jié)合附圖1b所說(shuō)明的方式生產(chǎn)接地電纜51。當(dāng)將元件52、53和55連接在一起時(shí)，接地電纜51在信號(hào)電纜50的相對(duì)側(cè)面上位于電纜腔中。在附圖5中可以看到，從信號(hào)電纜50朝接地電纜51所發(fā)出的電磁場(chǎng)僅在支撐元件55中的電介質(zhì)材料中穿過(guò)較短的路徑，在該附圖中以電力線54表示該場(chǎng)。結(jié)果，與已有技術(shù)的反向微帶電纜的衰減相比，根據(jù)該附圖的反向微帶電纜在每單位長(zhǎng)度上具有極低的衰減。
在附圖6所示的實(shí)施例中，傳輸電纜結(jié)構(gòu)包括至少兩個(gè)元件62和63。選擇以虛線66所示的元件62和63的接觸表面以使其就該產(chǎn)品的制造而言為可能的最佳的接觸表面。它可以位于所示的點(diǎn)上，在這種情況下它與在該圖中以虛線66所示的支撐元件65的表面平齊。在本實(shí)施例中，支撐元件的形狀是朝內(nèi)彎曲的。支撐元件65構(gòu)成了元件63的一部分。此外，在本實(shí)施例中，從信號(hào)電纜60中發(fā)出的電場(chǎng)的僅一小部分行進(jìn)在支撐元件的電介質(zhì)材料中，在附圖6中以電力線64表示該電場(chǎng)。同樣，還是在本實(shí)施例中，與相應(yīng)的已有技術(shù)的傳輸電纜相比，根據(jù)本發(fā)明的反向微帶電纜的衰減較低。
在上文所描述的實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的反向微帶電纜放置在由電介質(zhì)材料層所形成的電纜腔中。構(gòu)成電纜腔壁的層的數(shù)量可以根據(jù)所應(yīng)用的技術(shù)和加工步驟的最佳數(shù)量來(lái)改變。假設(shè)所形成的電纜腔的壁的強(qiáng)度在所有的方向上都較好，以致可能位于周圍的其它的地電勢(shì)值(ground potential levels)置于足夠遠(yuǎn)的位置以便防止傳輸電纜的電磁場(chǎng)的形狀由此受到干擾。
本發(fā)明并不僅限于在此所描述的實(shí)施例。例如，形成電纜腔的壁的結(jié)構(gòu)可以通過(guò)無(wú)數(shù)種不同的方式劃分成各種水平。所應(yīng)用的制造技術(shù)決定了對(duì)要形成的壁部件進(jìn)行劃分的哪種方法在費(fèi)用和產(chǎn)量方面最佳。同樣，根據(jù)本發(fā)明的支撐元件的形狀也可以不同于上文所示的優(yōu)選實(shí)施例。此外，所應(yīng)用的信號(hào)電纜和接地電纜的制造方法除了所建議的絲網(wǎng)印刷法以外還可以是其它的方法。還可以應(yīng)用其它的公知的電纜結(jié)構(gòu)例如共面電纜作為在該結(jié)構(gòu)中所使用的電纜。在不脫離本專利所要求的保護(hù)范圍的前提下可以以各種不同的方式應(yīng)用本發(fā)明的創(chuàng)造性思想。
權(quán)利要求
1.一種通過(guò)多層技術(shù)構(gòu)造的傳輸電纜，該傳輸電纜位于包括有第一表面和與該第一表面基本平行的第二表面的腔中，所述傳輸電纜包括與第一腔表面基本平行的信號(hào)電纜(20，30，40，50，60)和與該信號(hào)電纜基本平行地放置在所述第二表面上的接地電纜(21，31，41，51，61)，其特征在于，所述電纜還包括具有一與所述第一和第二表面基本平行的表面并位于所述第一和第二表面之間的支撐元件(25，35，45，55，65)，因此通過(guò)形成在該支撐元件的該表面上的導(dǎo)電性材料層實(shí)現(xiàn)該信號(hào)電纜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳輸電纜，其特征在于，所述支撐元件(25，35，45)是矩形的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳輸電纜，其特征在于，該支撐元件為正方形(25)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳輸電纜，其特征在于，該支撐元件的形狀為一T形梁(55)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳輸電纜，其特征在于，該支撐元件的形狀是一由兩個(gè)彎曲表面形成的表面(65)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳輸電纜，其特征在于，該信號(hào)電纜是一種反向微帶電纜。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳輸電纜，其特征在于，該信號(hào)電纜是一種共面電纜。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種由多層技術(shù)實(shí)現(xiàn)的傳輸電纜,其中通過(guò)分離的支撐元件(25)將信號(hào)電纜(20)設(shè)置在離開為所述傳輸電纜構(gòu)造的腔的壁一所需的距離的位置。在該結(jié)構(gòu)中所包括的接地電纜(21)放置在與信號(hào)電纜相對(duì)的電纜腔壁上。通過(guò)應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的傳輸電纜,在RF頻率下實(shí)現(xiàn)了每單位長(zhǎng)度上較低的衰減。
文檔編號(hào)H01B11/00GK1346524SQ00805866
公開日2002年4月24日 申請(qǐng)日期2000年3月30日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月31日
發(fā)明者O·薩爾梅拉 申請(qǐng)人:諾基亞網(wǎng)絡(luò)公司