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TWI848075B - 具有寬頻性能之小型化薄膜表面安裝式耦合器 - Google Patents

具有寬頻性能之小型化薄膜表面安裝式耦合器 Download PDF

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TWI848075B
TWI848075B TW109108342A TW109108342A TWI848075B TW I848075 B TWI848075 B TW I848075B TW 109108342 A TW109108342 A TW 109108342A TW 109108342 A TW109108342 A TW 109108342A TW I848075 B TWI848075 B TW I848075B
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Taiwan
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thin film
coupler
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inductor
base substrate
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TW109108342A
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TW202103443A (zh
Inventor
麥可 莫瑞克
艾利諾爾 歐尼爾
洛尼特 尼希姆
Original Assignee
美商京瓷Ａｖｘ元件公司
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Abstract

一種表面安裝式耦合器可包括一單塊基底基板，該單塊基底基板具有一第一表面、一第二表面、在一X方向上之一長度及在垂直於該X方向的一Y方向上之一寬度。複數個埠可形成於該單塊基底基板之該第一表面上方，該複數個埠包括一耦合埠、一輸入埠及一輸出埠。該耦合器可包括一第一薄膜電感器及一第二薄膜電感器，該第二薄膜電感器與該第一薄膜電感器電感耦合且電連接於該輸入埠與該輸出埠之間。一薄膜電路可將該第一薄膜電感器與該耦合埠電連接。該薄膜電路可包括至少一個薄膜組件。

Description

具有寬頻性能之小型化薄膜表面安裝式耦合器
本申請案係關於表面安裝式耦合器，且更特定言之，係關於具有寬頻性能之表面安裝式耦合器。
薄膜耦合器一版在無直接電接觸之情況下將源線與耦合線耦合以複製耦合線中之信號線中存在的電信號。耦合頻率範圍一般定義為頻率範圍，薄膜耦合器在該頻率範圍內提供相對均勻耦合性能。窄耦合頻率範圍可限制此類薄膜耦合器之效用。
朝向小型化之趨勢增加了對較小的被動式耦合器的需要。然而，小型化增加了表面安裝此類較小耦合器的困難。因此，具有寬耦合頻率範圍之小型化表面安裝式薄膜耦合器將在本領域中受歡迎。
根據本發明的一個實施例，一種表面安裝式耦合器可包括一單塊基底基板，該單塊基底基板具有一第一表面、一第二表面、在一X方向上之一長度及在垂直於該X方向之一Y方向上的一寬度。複數個埠可形成於該單塊基底基板之該第一表面上方，該複數個埠包括一耦合埠、一輸入埠及一輸出埠。該耦合器可包括一第一薄膜電感器及一第二薄膜電感 器，該第二薄膜電感器與該第一薄膜電感器電感耦合且電連接於該輸入埠與該輸出埠之間。一薄膜電路可將該第一薄膜電感器與該耦合埠電連接。該薄膜電路可包括至少一個薄膜組件。
根據本發明之另一實施例，揭示一種表面安裝式耦合器。該耦合器可包括一單塊基底基板、沿著該耦合器之一外部曝露以用於表面安裝該耦合器的至少一個埠及至少一個薄膜組件。該耦合器之一佔據面積小於約3mm2。該耦合器之一耦合因數在一耦合頻率範圍內之變化可小於約4dB，該耦合頻率範圍具有介於約250MHz至約6GHz範圍內的一下限及比該下限大至少2GHz之一上限。
根據本發明之另一態樣，一種用於形成一表面安裝式耦合器之方法可包括提供一單塊基底基板，其具有一第一表面、與第一表面相對的一第二表面。該方法可包括在該單塊基底基板之該第一表面上方形成複數個埠。該方法可包括形成一第一薄膜電感器及形成一第二薄膜電感器，該第二薄膜電感器與該第一薄膜電感器電感耦合且電連接於該輸入埠與該輸出埠之間。該方法可包括形成一薄膜電路，其將該第一薄膜電感器與該耦合埠電連接。該薄膜電路可包括至少一個薄膜組件。
100:耦合器
102:輸入埠
104:輸出埠
106:耦合埠
107:第一電感器
108:接地埠
109:第二電感器
110:第一電容器
111:薄膜電路
112:第二電容器
114:第一電阻器
116:第二電阻器
120:第三電感器
122:第三電阻器
200:耦合器
202:輸入埠
204:輸出埠
206:耦合埠
207:第一電感器
208:接地埠
209:第二電感器
210:第一電容器
211:薄膜電路
212:第二電容器
214:第一電阻器
216:第二電阻器
220:第三電感器
222:第三電阻器
226:單塊基底基板
228:第一表面
230:第二表面
232:長度
234:X方向
236:寬度
238:Y方向
240:厚度
242:Z方向
243:第一圖案化導電層
244:介電層
246:第一表面
248:第二表面
249:第二圖案化導電層
250:第一導電層
252:第二導電層
254:通路
256:第一電極
258:第二電極
260:第一電極
262:第二電極
264:第二導電層
266:第一通路
268:第二通路
270:導電層
271:第一間隔距離
272:覆蓋層
273:第二間隔距離
274:第一表面
276:第二表面
400:方法
402:步驟
404:步驟
406:步驟
本說明書中參考隨附圖式闡述了針對熟悉此項技術者的本發明之全部及可行的揭示內容(包括其最佳模式)，在該等隨附圖式中：圖1說明根據本發明之態樣之小型化薄膜表面安裝式耦合器的示意圖；圖2說明根據本發明之態樣之小型化薄膜表面安裝式耦合器的實施例之自上而下視圖； 圖3為圖2之耦合器之側向正視圖；圖4為根據本發明之態樣的一種用於形成表面安裝式耦合器之方法的流程圖；及圖5為在自2GHz延伸至8GHz之頻率範圍內之圖2及3的耦合器之理論上所計算之S參數的圖表。
參考標號貫穿本說明書及隨附圖式的重複使用意欲表示本發明之相同或類似的特徵或元件。
相關申請案之交叉引用
本申請案主張申請日期為2019年3月13日之美國臨時專利申請案序列第62/817,647號的申請權益，該美國臨時專利申請案以全文引用之方式併入本文中。
提供一種薄膜耦合器，其在小型化表面安裝式封裝中提供在寬頻率範圍內的均勻耦合。耦合器一般在無直接電接觸之情況下在兩個信號線之間提供耦合。
耦合器一般可包括單塊基底基板。至少一個埠(例如輸入埠、輸出埠、耦合埠及/或接地埠)可沿著耦合器之外部曝露以用於例如使用柵格陣列類型安裝(例如平台柵格陣列(LGA)類型安裝、球狀柵格陣列(BGA)類型等等)表面安裝耦合器。耦合器可包括至少一個薄膜組件，該至少一個薄膜組件經組態以回應於由輸入埠接收到的輸入信號在耦合埠(例如相對於接地埠)中產生耦合信號。舉例而言，在一些實施例中，耦合器可包括第一薄膜電感器及與第一薄膜電感器電感耦合的第二薄膜電感 器。第二薄膜電感器可與第一薄膜電感器電感耦合且電連接於輸入埠與輸出埠之間。薄膜電路可將第一薄膜電感器與耦合埠及/或接地埠電連接。
在一些實施例中，薄膜耦合器可為小型化的。舉例而言，耦合器可具有較小佔據面積且因此需要較少空間以用於安裝在印刷電路板上。耦合器可具有小於約3mm2之佔據面積、在一些實施例中小於約2.5mm2之佔據面積、在一些實施例中小於約2.0mm2的佔據面積、在一些實施例中小於約1.5mm2之佔據面積、在一些實施例中小於約1.0mm2之佔據面積、在一些實施例中小於約0.8mm2的佔據面積及在一些實施例中小於約0.6mm2之佔據面積。
耦合器可具有小於約2.0mm之長度、在一些實施例中小於約1.8mm之長度、在一些實施例中小於約1.5mm的長度及在一些實施例中小於約1.1mm之長度。耦合器之寬度可小於約1.2mm，在一些實施例中小於約1mm，在一些實施例中小於約0.8mm，在一些實施例中小於約0.7mm且在一些實施例中小於約0.6mm。在一些實施例中，薄膜耦合器可具有1206、805、0504、0402、0303、0202或更小的EIA殼體大小。
薄膜耦合器可顯示在耦合頻率範圍內之均勻耦合因數。舉例而言，耦合因數在耦合頻率範圍內之變化可小於約4dB，在一些實施例中小於約3.8dB，在一些實施例中小於約3.6dB，在一些實施例中小於約3.4dB，在一些實施例中小於約3.2dB且在一些實施例中小於約3.1dB。
耦合頻率範圍可具有下限(例如約2GHz)及比該下限大至少2GHz之上限，該上限在一些實施例中為至少約4.5GHz，在一些實施例中為至少約5GHz，在一些實施例中為至少約5.5GHz，在一些實施例中為至少約6GHz，在一些實施例中為至少約8GHz，在一些實施例中為 至少約10GHz且在一些實施例中為至少約12GHz。下限在一些實施例中可介於約250MHz至約6GHz的範圍內，在一些實施例中可介於約500MHz至約5GHz之範圍內，在一些實施例中可介於約750MHz至約2GHz之範圍內，且在一些實施例中可介於約1GHz至約3GHz的範圍內。
如上文所指示，薄膜電路可將第一薄膜電感器與耦合埠電連接。薄膜電路可包括一或多個薄膜電阻器、一或多個薄膜電感器及/或一或多個薄膜電容器。舉例而言，薄膜電路可包括彼此並聯電連接的第三薄膜電感器及薄膜電容器。第三薄膜電感器及薄膜電容器可在第一薄膜電感器與耦合埠之間串聯電連接。
在一些實施例中，薄膜元件中之一或多者的至少一部分可形成於介電層上方，該介電層可形成於單塊基底基板之表面上方。介電層可具有第一表面及第二表面。介電層之第二表面可面朝單塊基底基板的第一表面。然而，應理解，一個或中間層可介於介電層與單塊基底基板之間。
如本文中所使用，「形成於......上方」可指與另一層直接接觸的一層。然而，中間層亦可形成於其間。另外，當參考底部表面使用時，可相對於組件之外部表面使用「形成於......上方」。因此，「形成於」底部表面「上方」之層可比上方形成組件之層更接近於組件的外部。
薄膜電感器可包括形成於單塊基底基板之第一表面上方的第一導電層。薄膜電感器之第二導電層可形成於介電層之第一表面上方。通路可連接第一導電層與第二導電層。
作為另一實例，薄膜電容器可包括至少以介電層之厚度間隔開的電極。薄膜電容器可包括形成於單塊基底基板之第一表面上方之第 一電極及形成於介電層的第一表面上方之第二電極。
第一及第二電感器之至少部分可經伸長且彼此平行以便於由第一薄膜電感器感應第二薄膜電感器中的信號。更特定而言，第一電感器可包括在X-Y平面內在第一方向上伸長的第一導電層。第二電感器可包括第二導電層，該第二導電層與第一導電層平行且沿著第一導電層之至少一部分以大致均勻的間隔距離在X-Y平面中之垂直於第一方向的第二方向上與第一導電層間隔開。間隔距離可介於約1微米至約100微米的範圍內，在一些實施例中介於約5微米至約80微米之範圍內，在一些實施例中介於約10微米至約30微米的範圍內的範圍內。
在一些實施例中，覆蓋層可形成於介電層之第二表面上方。舉例而言，覆蓋層可直接形成於介電層之第二表面上，或一或多個中間層可介於覆蓋層與介電層之間。舉例而言，金屬中間層可介於覆蓋層與介電層之間。
覆蓋層可包括適合之陶瓷介電材料，例如如下文所描述。覆蓋層可具有介於約100微米至約600微米、在一些實施例中介於約125微米至約500微米、在一些實施例中介於約150微米至約400微米及在一些實施例中介於約175微米至約300微米的範圍內之厚度。
基底基板、介電層及/或覆蓋層可包含一或多種適合之陶瓷材料。適合之材料通常為電絕緣及導熱的。實例材料包括氮氧化矽、氮化矽、氧化矽、鈦酸鋇、鈦酸鍶、鈦酸鍶鋇、鉭酸鉍鍶、鉭、鈮、氧化物或氮化物或此等材料、NPO(COG)、X7R、X7S、Z5U、Y5V調配物、基於鉛之材料(諸如經摻雜或未經摻雜的PZT介電質)及其他材料。其他實例包括氧化鋁(alumina)、氮化鋁、氧化鈹、氧化鋁(aluminum oxide)、氮化 硼、矽、碳化矽、氧化矽、砷化鎵、氮化鎵、二氧化鋯、其混合物、此類材料之氧化物及/或氮化物，或任何其他適合之陶瓷材料。其他陶瓷材料包括鈦酸鈣(CaTiO3)、氧化鋅(ZnO)、含有低火玻璃的陶瓷及其他玻璃黏結材料。
在一些實施例中，基底基板、介電層及/或覆蓋層中之一或多者可包含藍寶石或紅寶石。藍寶石及紅寶石為剛玉類型，該剛玉為含有額外痕量材料之氧化鋁(陶瓷材料)的結晶形態。包含藍寶石之基板可提供包括極佳電絕緣、散熱及高溫穩定性的若干益處。另外，由於藍寶石通常係透明的，故可視覺檢測耦合器之內部特徵，從而減少與檢查所完成組件之質量相關聯的時間及困難。
基底基板、介電層及/或覆蓋層可包括具有如根據ASTM D2149-13在25℃之工作溫度及1kHz之頻率下所判定的小於約30之介電常數，在一些實施例中小於約25之介電常數，在一些實施例中小於約20的介電常數及在一些實施例中小於約15之介電常數。然而，在其他實施例中，具有高於30之介電常數的材料可用以實現較高頻率及/或較小組件。舉例而言，在此類實施例中，如根據ASTM D2149-13在25℃之工作溫度及1kHz之頻率下所判定，介電常數可介於約30至約120或更大之範圍內，在一些實施例中介於約50至約100及在一些實施例中介於約70至約90的範圍內。
薄膜組件可由各種適合之材料形成。舉例而言，薄膜電阻器可包括可由各種適合之電阻材料形成的電阻層。舉例而言，電阻層可包括氮化鉭(TaN)、鎳鉻(NiCr)、鋁化鉭、矽鉻、氮化鈦、鈦鎢、鉭鎢、此類材料之氧化物及/或氮化物及/或任何其他適合之薄膜電阻材料。
薄膜電感器及/或電容器可包括導電層。導電層可包括各種適合之導電材料。實例導電材料包括銅、鎳、金、錫、鉛、鈀、銀及其合金。然而，可使用適用於薄膜製作之任何導電金屬或非金屬材料。
薄膜組件之層可具有約50微米或更小之厚度，該厚度在一些實施例中為20微米或更小，在一些實施例中為10微米或更小，且在一些實施例中為5微米或更小。舉例而言，在一些實施例中，薄膜組件之厚度可介於約0.05微米至約50微米、在一些實施例中介於約0.1微米至約20微米、在一些實施例中介於約0.3微米至約10微米、在一些實施例中介於約1微米至約5微米的範圍內。
可使用各種適合之減去、半添加或全添加製程來精確地形成薄膜組件。舉例而言，可使用物理氣相沈積及/或化學沈積。舉例而言，在一些實施例中，可使用濺鍍(一種物理氣相沈積)來形成薄膜組件。然而，可使用各種其他適合之製程，包括例如電漿增強型化學氣相沈積(PECVD)、無電電鍍及電鍍。微影光罩及蝕刻可用以產生薄膜組件之所要形狀。可使用各種適合之蝕刻技術，包括使用反應性或非反應性氣體(例如氬氣、氮氣、氧氣、氯氣、三氯化硼)之電漿的乾式蝕刻及/或濕式蝕刻。
在一些實施例中，耦合器可包括與薄膜組件中之一或多者接觸的至少一個黏著層。黏著層可為或包括適用於提高薄膜組件與鄰近層(諸如基底基板、介電層及/或覆蓋層)之間的黏著力之各種材料。作為實例，黏著層可包括Ta、Cr、TaN、TiW、Ti或TiN中之至少一者。舉例而言，黏著層可為或包括鉭(Ta)(例如鉭或其氧化物或氮化物)且可形成於微帶與基底基板之間以提高其間的黏著力。在不受理論束縛之情況下，可選 擇黏著層之材料以克服諸如晶格失配及殘餘應力的現象。
黏著層可具有各種適合之厚度。舉例而言，在一些實施例中，黏著層之厚度可介於約100埃至約1000埃、在一些實施例中介於約200埃至約800埃、在一些實施例中介於約400埃至約600埃的範圍內。
如上文所指示，耦合器可經組態以用於使用沿著用於表面安裝組件之耦合器的底部表面曝露之埠來表面安裝至安裝表面，諸如印刷電路板(PCB)。舉例而言，耦合器可經組態以用於柵格陣列類型之表面安裝，諸如平台柵格陣列(LGA)類型安裝、球狀柵格陣列(BGA)類型安裝或任何其他適合類型之柵格陣列類型表面安裝。因而，埠可不沿著基底基板之側表面延伸，例如與表面安裝器件(SMD)一樣。因而，在一些實施例中，基底基板及/或耦合器之側表面可能不含導電材料。
在一些實施例中，耦合器可包括沿著耦合器之底部表面曝露之第一保護層及/或沿著耦合器的頂部表面曝露之第二保護層。舉例而言，第一保護層可形成於覆蓋層之第一表面上方。在一些實施例中，第二保護層可形成於單塊基底基板之第二表面上方。第一保護層及/或第二保護層可包括聚合材料(例如聚醯亞胺)、SiNO、Al2O3、SiO2、Si3N4、苯并環丁烷或玻璃之層。第一保護層及/或第二保護層可具有介於約1微米至約300微米、在一些實施例中介於約5微米至約200微米及在一些實施例中介於約10微米至約100微米的範圍內之厚度。
I.實例實施例
圖1說明根據本發明之態樣之耦合器100的示意圖。耦合器100可包括輸入埠102、輸出埠104、耦合埠106及接地埠108。第一電感器107可與第二電感器109電感耦合。第二電感器109可連接於輸入埠102與 輸出埠104之間。
薄膜電路111可將第一薄膜電感器107與耦合埠106及/或接地埠108電連接。薄膜電路111可包括至少一個薄膜組件。舉例而言，薄膜電路111可包括電連接於耦合埠106與接地埠108之間的第一電容器110。薄膜電路111可包括串聯連接於耦合埠106與接地埠108之間的第二電容器112及第一電阻器114。第二電阻器116可連接於第一電感器107與接地埠108之間。第三電阻器122可在一端處與第三電感器120及第一電感器107中之每一者連接，且在另一端處與第一電阻器114及第二電容器112中的每一者連接。第三電感器120可連接於第一電感器107與耦合埠106之間。
圖2說明根據本發明之態樣之耦合器200的實施例之自上而下視圖。圖3為圖2之耦合器200之側向正視圖。耦合器200可包括複數個埠，其包括例如輸入埠202、輸出埠204、耦合埠206及/或接地埠208。
在一些實施例中，耦合器200通常可如圖1中所說明進行組態。第一薄膜電感器207可與第二薄膜電感器209電感耦合。第二薄膜電感器209可連接於輸入埠202與輸出埠204之間。
薄膜電路211可將第一薄膜電感器207與耦合埠206電連接。薄膜電路211可包括至少一個薄膜組件。舉例而言，薄膜電路211可包括電連接於耦合埠206與接地埠208之間的第一薄膜電容器210。薄膜電路211可包括串聯連接於耦合埠206與接地埠208之間的第二薄膜電容器212及第一電阻器214。薄膜電路211可包括連接於第一薄膜電感器207與接地埠208之間的第二電阻器216。薄膜電路211可包括在第一端上與第三電感器220及第一薄膜電感器207中之每一者連接且在第二端上與第一電 阻器214及第二薄膜電容器212中的每一者連接之第三電阻器222。第三電感器220可連接於第一薄膜電感器207與耦合埠206之間。
耦合器200可包括單塊基底基板226，該單塊基底基板226可包括陶瓷材料。參考圖2及3，單塊基底基板226可具有第一表面228及第二表面230。單塊基底基板226在X方向234上可具有長度232。單塊基底基板226在Y方向238上可具有寬度236(圖2)，且在垂直於X方向234及Y方向238之Z方向242上可具有厚度240(圖3)。耦合器200之長度232可小於約1.4mm。耦合器200之寬度236可小於約1mm。
複數個薄膜組件可形成於單塊基底基板226之第一表面228上方。舉例而言，第一圖案化導電層243(圖3)可形成於包括及/或連接薄膜組件之單塊基底基板226的第一表面228上方。舉例而言，第一圖案化導電層可包括第一電阻器214及第二電阻器216。可藉由選擇性地蝕刻形成於電阻層上方之第一圖案化導電層243以曝露電阻層來形成第一電阻器214及/或第二電阻器216，使得第一圖案化導電層243不再跨越第一電阻器214、第二電阻器216及/或第三電阻器222進行連接。電阻器214、216、222之電阻層可包括各種適合之電阻材料，諸如氮化鉭。
耦合器200可包括單塊基底基板226之第一表面228上方的介電層244。介電層244可具有第一表面246及與該第一表面246相反之第二表面248。介電層244之第二表面248可面朝單塊基底基板226的第一表面228。第二圖案化導電層249可形成於單塊基底基板226之第一表面228上方。在圖2中，第一圖案化導電層243由比第二圖案化導電層249深之陰影表示。第二圖案化導電層249可包括第二薄膜電容器212之第一電極256、第一薄膜電感器207之第二導電層264、第二薄膜電感器209的導電 層270及/或第三電感器220之第二導電層252，例如如下文所描述。
第三電感器220可包括形成於單塊基底基板226之第一表面228上方之第一導電層250、形成於介電層244的第一表面246上方之第二導電層252及連接第一導電層250與第二導電層252之通路254。第二導電層252可與耦合埠206連接。第一導電層250可與第三電阻器222連接。
第一及第二薄膜電容器210、212可包括由介電層244間隔開之各別電極。舉例而言，第二薄膜電容器212可包括形成於單塊基底基板226之第一表面228上方之第一電極256，且第二電極258可形成於介電層244的第一表面246上方。第一電極256可與接地埠208連接。第二電極258可與第一電阻器214及第二電阻器222中之每一者連接。
第一薄膜電容器210可包括形成於單塊基底基板226之第一表面228上方之第一電極260及形成於介電層244的第一表面246上方之第二電極262。第一薄膜電容器210之第一電極260可與耦合埠206連接。在一些實施例中，第一薄膜電容器210之第二電極262可與第二薄膜電容器212的第二電極258一體形成(例如作為相同導電層之部分)。
第一薄膜電感器207可包括形成於單塊基底基板226之第一表面246上方的導電層264。導電層264可形成迴路。第一薄膜電感器207可包括藉由圖案化導電層243與導電層264連接之第一通路266及第二通路268。舉例而言，第一通路266可將導電層264與第三電阻器222及第三電感器220之第一導電層250連接。第二通路268可將導電層264與第二電阻器216連接。
第二薄膜電感器209可包括與輸入埠202及輸出埠204中之每一者連接的導電層270。導電層270可與第一薄膜電感器207電感耦合。 第二薄膜電感器209可沿著第一薄膜電感器207之導電層264之至少一部分與X-Y平面中的第一薄膜電感器207大致均勻地間隔開，該X-Y平面與單塊基底基板226的第一表面228平行。舉例而言，第二薄膜電感器209可在Y方向238上以第一間隔距離271及在X方向234上以第二間隔距離273而與第一薄膜電感器207間隔開。第一間隔距離271可大致等於第二間隔距離273。第一間隔距離271跨越在Y方向238上伸長之薄膜電感器207、209的區段可大致相同。第二間隔距離273跨越在X方向234上伸長之電感器218、224的區段可大致相同。
參考圖3，耦合器200可包括形成於介電層244之第二表面248上方的覆蓋層272。覆蓋層272可具有第一表面274及第二表面276。覆蓋層272之第二表面276可面朝介電層244的第一表面246。覆蓋層272可包括各種適合之材料，諸如氮氧化矽。
在一些實施例中，第一保護層可形成於覆蓋層272之第一表面274上方。第一保護層可包括各種適合之材料，諸如聚醯亞胺。
參考圖3，埠202、204、206、208可延伸穿過覆蓋層272(及第一保護層(若存在))且可與第一圖案化導電層243及/或第二圖案化導電層249電連接。更特定而言，參考圖2，耦合埠206可與第二薄膜電容器212之第二導電層252、第一薄膜電容器210的第一電極260及第一電阻器214中之每一者電連接。輸入埠202及輸出埠204中之每一者可與第二薄膜電感器209的導電層270電連接。接地埠208可與第二電阻器216及第二薄膜電容器212之第一電極256中的每一者電連接。
埠202、204、206、208可凸出至覆蓋層272之第一表面274之外以使得耦合器200可經由埠202、204、206、208進行安裝及電連接(例如，安裝及電連接至印刷電路)。埠202、204、206、208可藉由繼 例如使用電鍍來沈積第一導電材料(例如銅)之後的選擇性地蝕刻來形成。埠202、204、206、208可包括第一導電材料(諸如鍍錫、鎳或其混合物)上方之一或多個層。
參考圖4，本發明之態樣係針對用於形成表面安裝式耦合器之方法400。大體而言，本文中將參考上文參考圖1至3所描述之薄膜耦合器200來描述方法400。然而，應瞭解，所揭示之方法400可藉由任何適合的薄膜耦合器來實施。另外，儘管圖4出於說明及論述之目的描繪以特定次序執行之步驟，但本文中所論述的方法不限於任何特定次序或配置。使用本文中所提供之揭示內容之熟習此項技術者將瞭解，本文中所揭示的方法之各種步驟可在不脫離本發明之範疇的情況下以各種方式省略、重新配置、組合及/或調適。
方法400可包括在(402)處提供具有第一表面之單塊基底基板，例如如上文參考圖2及3所描述。單塊基底基板可具有與第一表面相對之第二表面、在x方向上之長度及在垂直於x方向的y方向上的寬度，寬度小於長度，例如如上文參考圖2及3所描述。
方法400可包括在(404)處在單塊基底基板之第一表面上方形成複數個埠。埠可電接觸第一圖案化導電層及/或第二圖案化導電層，例如如上文參考圖2及3所描述。
方法400可包括在(406)處形成複數個薄膜組件。舉例而言，複數個薄膜組件可包括第一薄膜電感器207及第二薄膜電感器209，該第二薄膜電感器209與第一薄膜電感器207電感耦合且電連接於輸入埠202與輸出埠204之間，例如如上文參考圖2及3所描述。複數個薄膜組件可包括薄膜電路211，例如如上文參考圖2及3所描述。
II.模擬資料
圖5表示根據本發明之態樣的在自2GHz延伸至8GHz之頻率範圍內的圖2及3之耦合器200的理論上所計算的S參數。如此項技術中所理解，S參數藉由呈以下形式的下標表示：S(a,b)。值a及b指示與S參數相關聯之埠數目，以使得每一S參數可被理解為表示由於埠a處之信號輸入而在埠b處所得的信號。如此項技術中所理解，S參數通常參考如下：
Figure 109108342-A0305-02-0017-1
參看圖5，耦合因數S(3,1)在2GHz處等於-21.968dB，在4.854GHz處等於-19.007dB，且在8GHz處等於-20.736dB。因此，耦合器在寬耦合頻率範圍內顯示極均勻的耦合。更特定而言，耦合因數自2GHz至8GHz之變化約為3dB。因此，在此實例中，耦合頻率範圍橫跨6GHz，自2GHz至8GHz。然而，在其他實施例中，耦合頻率範圍可橫跨較小頻率範圍(例如4GHz、3GHz、2GHz或更小)或較大頻率範圍(例如7GHz、8GHz或更大)。另外，耦合頻率範圍可具有介於約250MHz至約6GHz範圍內的下限。
如圖5中所見，耦合器可顯示極佳的插入損耗特性S(1,2)。舉例而言，插入損耗S(1,2)自2GHz至8GHz可為-0.564dB或更大。另外，如圖5中所見，S(3,2)自2GHz至8GHz可為-40.238dB或更小。
III.測試
耦合因數、插入損耗、回程損耗及其他S參數特性之測試可使用源信號產生器(例如1306Keithley 2400系列源量測單元(SMU)，例如Keithley 2410-C SMU)來執行。舉例而言，輸入信號可應用於耦合器之 輸入埠，且耦合信號可使用源信號產生器在耦合器之耦合埠處進行量測。
IV.應用
耦合器之輸入埠及輸出埠可操作地與信號源組件連接。耦合器之耦合埠及/或接地埠可用以將耦合信號提供至單獨組件(例如用於監測或控制信號源組件)。舉例而言，耦合線可將耦合信號提供至與射頻傳輸器之放大器相關聯的回饋控制迴路。
所揭示之耦合器可用於各種應用中。實例應用包括WiFi、微波存取全球互通(WiMAX)、無線寬頻(WIBRO)、長期演進(LTE)、藍芽及/或低功率無線電閘道器應用。其他實例包括功率偵測、頻率偵測及電壓駐波比(VSWR)監測。
本發明之此等及其他修改及變化可在不脫離本發明之精神及範疇的情況下由熟習此項技術者實踐。另外，應理解，各種實施例之態樣可整體地或部分地兩者進行互換。此外，熟習此項技術者應瞭解，前述描述僅借助於實例，且不意欲限制本發明，因此進一步描述於此類所附申請專利範圍中。
100:耦合器
102:輸入埠
104:輸出埠
106:耦合埠
107:第一電感器
108:接地埠
109:第二電感器
110:第一電容器
111:薄膜電路
112:第二電容器
114:第一電阻器
116:第二電阻器
120:第三電感器
122:第三電阻器

Claims (39)

  1. 一種表面安裝式耦合器，其包含：一單塊基底(monolithic base)基板，其具有一第一表面、一第二表面、在一X方向上之一長度及在垂直於該X方向之一Y方向上的一寬度；複數個埠，其形成於該單塊基底基板之該第一表面上方，該複數個埠包含一耦合埠、一輸入埠及一輸出埠；一第一薄膜電感器；一第二薄膜電感器，其與該第一薄膜電感器電感耦合且電連接於該輸入埠與該輸出埠之間；及一薄膜電路，其將該第一薄膜電感器與該耦合埠電連接，該薄膜電路包含至少一個薄膜組件，其中該薄膜電路之該至少一個薄膜組件包含一第三薄膜電感器及一薄膜電容器，且其中該第三薄膜電感器及該薄膜電容器彼此並聯電連接且各自在該第一薄膜電感器與該耦合埠之間串聯電連接。
  2. 如請求項1之耦合器，其中該薄膜電路之該至少一個薄膜組件包含一層，該層具有小於約50微米的一厚度。
  3. 如請求項1之耦合器，其中該薄膜電路之該至少一個薄膜組件包含一薄膜電阻器。
  4. 如請求項3之耦合器，其中該薄膜電阻器包含氮化鉭。
  5. 如請求項1之耦合器，其中該耦合器包含配置於該單塊基底基板之該第一表面上方的一介電層，該介電層具有一第一表面及一第二表面，該介電層之該第二表面面朝該單塊基底基板之該第一表面。
  6. 如請求項5之耦合器，其中該薄膜電路之該至少一個薄膜組件包含一薄膜電容器，該薄膜電容器包含形成於該單塊基底基板的該第一表面上方之一第一電極及形成於該介電層之該第一表面上方的一第二電極。
  7. 如請求項5之耦合器，其進一步包含形成於該介電層之該第一表面上方的一覆蓋層。
  8. 如請求項7之耦合器，其中該覆蓋層包含氮氧化矽。
  9. 如請求項1之耦合器，其中該薄膜電路之該至少一個薄膜組件包含一第三薄膜電感器。
  10. 如請求項1之耦合器，其進一步包含：一介電層，其經配置於該單塊基底基板之該第一表面上方，該介電層具有一第一表面及一第二表面，該介電層之該第二表面面朝該單塊基底基板的該第一表面；及一第三薄膜電感器，其包含形成於該單塊基底基板之該第一表面上方的一第一導電層、形成於該介電層之該第一表面上方的一第二導電層及 連接該第一導電層與該第二導電層之一通路。
  11. 如請求項1之耦合器，其中該第一電感器包含在一第一方向上伸長之一第一導電層，且該第二電感器包含一第二導電層，該第二導電層與該第一導電層平行且沿著該第一導電層之至少一部分以一大致均勻的間隔距離在垂直於該第一方向之一第二方向上與該第一導電層間隔開。
  12. 如請求項1之耦合器，其中該耦合器之一寬度小於約1.2mm。
  13. 如請求項1之耦合器，其中該耦合器之一長度小於約2mm。
  14. 如請求項1之耦合器，其中該耦合器之一佔據面積(footprint)小於約3mm2。
  15. 如請求項1之耦合器，其中該單塊基底基板包含一陶瓷材料。
  16. 如請求項1之耦合器，其中該耦合器之一耦合因數在一耦合頻率範圍內之變化小於約4dB，該耦合頻率範圍具有介於約250MHz至約6GHz範圍內的一下限及比該下限大至少2GHz之一上限。
  17. 如請求項16之耦合器，其中該頻率範圍之該下限為約2GHz。
  18. 一種表面安裝式耦合器，其包含： 一單塊基底基板；至少一個埠，其沿著該耦合器之一外部曝露以用於表面安裝該耦合器；及至少一個薄膜組件；其中：該耦合器之一佔據面積(footprint)小於約3mm2；且該耦合器之一耦合因數在一耦合頻率範圍內的變化小於約4dB，該耦合頻率範圍具有介於約250MHz至約6GHz範圍內的一下限及比該下限大至少2GHz之一上限。
  19. 如請求項18之耦合器，其中該至少一個薄膜組件包含一薄膜電阻器。
  20. 如請求項19之耦合器，其中該薄膜電阻器包含氮化鉭。
  21. 如請求項18之耦合器，其進一步包含配置於該單塊基底基板之該第一表面上方的一介電層，該介電層具有一第一表面及一第二表面，該介電層之該第二表面面朝該單塊基底基板之該第一表面。
  22. 如請求項21之耦合器，其進一步包含一薄膜電容器，其包含形成於該單塊基底基板之該第一表面上方的一第一電極及形成於該介電層之該第一表面上方之一第二電極。
  23. 如請求項21之耦合器，其中該至少一個薄膜組件包含一薄膜電感器，該薄膜電感器包含形成於該單塊基底基板之該第一表面上方的一第一導電層、形成於該介電層之該第一表面上方之一第二導電層及連接該第一導電層與該第二導電層的一通路。
  24. 如請求項18之耦合器，其中該至少一個薄膜組件包含一薄膜電容器。
  25. 如請求項18之耦合器，其中該至少一個薄膜組件包含一薄膜電感器。
  26. 如請求項18之耦合器，其中：該至少一個埠包含一耦合埠、一輸入埠及一輸出埠；且該至少一個薄膜組件包含：一第一薄膜電感器；及一第二薄膜電感器，其與該第一薄膜電感器電感耦合且電連接於該輸入埠與該輸出埠之間。
  27. 如請求項26之耦合器，其進一步包含將該第一薄膜電感器與該耦合埠電連接的一薄膜電路。
  28. 如請求項26之耦合器，其中該薄膜電路包含一薄膜電阻器。
  29. 如請求項26之耦合器，其中該薄膜電路包含一薄膜電容器。
  30. 如請求項26之耦合器，其中該薄膜電路包含一第三薄膜電感器。
  31. 如請求項26之耦合器，其中該第一薄膜電感器包含在一第一方向上延長之一第一導電層，且該第二薄膜電感器包含一第二導電層，該第二導電層與該第一導電層平行且沿著該第一導電層的至少一部分以一大致均勻的間隔距離在垂直於該第一方向之一第二方向上與該第一導電層間隔開。
  32. 如請求項18之耦合器，其進一步包含形成於該單塊基底基板之該第二表面上方的一覆蓋層。
  33. 如請求項32之耦合器，其中該覆蓋層包含氮氧化矽。
  34. 如請求項18之耦合器，其中該耦合器之一長度小於約2mm。
  35. 如請求項18之耦合器，其中該耦合器之一寬度小於約1mm。
  36. 如請求項18之耦合器，其中該單塊基底基板包含一陶瓷材料。
  37. 如請求項18之耦合器，其中該頻率範圍之該下限為約2GHz。
  38. 如請求項18之耦合器，其中該至少一個薄膜組件包含一層，該層具 有小於約50微米之一厚度。
  39. 一種表面安裝式耦合器，其包含：一單塊基底基板，其具有一第一表面、一第二表面、在一X方向上之一長度及在垂直於該X方向之一Y方向上的一寬度；複數個埠，其形成於該單塊基底基板之該第一表面上方，該複數個埠包含一耦合埠、一輸入埠及一輸出埠；一第一薄膜電感器；一第二薄膜電感器，其與該第一薄膜電感器電感耦合且電連接於該輸入埠與該輸出埠之間；及一薄膜電路，其將該第一薄膜電感器與該耦合埠電連接，該薄膜電路包含至少一個薄膜組件，其中該第一電感器包含在一第一方向上伸長(enlongated)之一第一導電層，且該第二電感器包含一第二導電層，該第二導電層與該第一導電層平行且沿著該第一導電層之至少一部分以一大致均勻的間隔距離在垂直於該第一方向之一第二方向上與該第一導電層間隔開。
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