專利名稱：取向不敏感式超寬帶耦合電容器及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種超寬帶耦合電容器，更特別地，本發(fā)明涉及一種取向不敏感式超 寬帶耦合電容器及其制造方法。
現(xiàn)有技術描述 如圖1和2所示，分別為采用現(xiàn)有技術的超寬帶耦合電容器的原理圖和采用現(xiàn)有 技術的超寬帶耦合電容器的分解透視簡圖，采用現(xiàn)有技術的超寬帶耦合電容器io是大容 量電容器12(通常為10nF或更大)與小容量電容器14(通常為20pF至250pF)的并聯(lián)組 合?？梢钥吹?，電容器并聯(lián)可實現(xiàn)更大的工作帶寬。 采用現(xiàn)有技術的超寬帶耦合電容器10可以由兩個或多個要求精確組裝的物理件 (physical item)組成，也可以由一個內(nèi)部必須具有復雜的多電容器配置的陶瓷組件組成， 并通過孔將內(nèi)部電極與外部接觸焊點相連。這一系列的兩類器件的實際占地面積較理想值 都大，并且只能安裝在設備的一個專用面上，這使得它們在采用表面安裝技術(SMT)的條 件下難以應用。在電的方面，體積的限制會導致較大的插入損耗和回波損耗，而且在較高微 波頻率下還會產(chǎn)生過大的表面模變(surface moding)。 大容量電容器12是一個多層電容器，而小容量電容器14通常是一個單層電容器
或平衡配置的兩個單層電容器。多層電容器是一個采用交叉片的多層結(jié)構，每一片均由一
層薄的介電層分隔，而單層電容器則是一個單層結(jié)構，其兩片間由一層薄介電層分隔。 大容量電容器12具有相對較低的串聯(lián)諧振(series resonance)，對較低頻率的
信號最為有效，而小容量電容器14的串聯(lián)諧振相對較高，對高頻信號最有效。 采用現(xiàn)有技術的超寬帶耦合電容器10的大容量電容器12和小容量電容器14在
超寬帶工作頻譜的不同部分具有不同的工作特性，下文將進行討論。 如圖3A所示，為采用現(xiàn)有技術的超寬帶耦合電容器在一低頻下工作的原理圖，當
采用現(xiàn)有技術的超寬帶耦合電容器io在某一低頻下工作時，采用現(xiàn)有技術的超寬帶耦合
電容器10的電極的趨膚效應(skin effect)可以忽略。該陶瓷結(jié)構就像是一大塊電介質(zhì)。
如圖3B所示，為采用現(xiàn)有技術的超寬帶耦合電容器在一中頻下工作的原理圖，當
采用現(xiàn)有技術的超寬帶耦合電容器io在某一中頻下工作時，采用現(xiàn)有技術的超寬帶耦合
電容器10的電極會呈現(xiàn)顯著的趨膚效應(skin effect)。電介質(zhì)區(qū)開始呈現(xiàn)平行板傳輸線 路結(jié)構的彎曲效應。將出現(xiàn)額外的諧振。 如圖3C所示，為采用現(xiàn)有技術的超寬帶耦合電容器在一高頻下工作的原理圖，當
采用現(xiàn)有技術的超寬帶耦合電容器io在某一高頻下工作時，采用現(xiàn)有技術的超寬帶耦合
電容器10的電極將呈現(xiàn)完全的趨膚效應。電介質(zhì)區(qū)成為有損耗的彎曲化平行板傳輸線路。在較高的頻率下會出現(xiàn)額外的諧振。 采用現(xiàn)有技術的超寬帶耦合電容器10有一些相關聯(lián)的缺點。首先，由于采用現(xiàn)有 技術的超寬帶耦合電容器10為兩片式結(jié)構，超寬帶耦合電容器10需要額外的生產(chǎn)裝配工
作，會增加單件成本。其次，采用現(xiàn)有技術的超寬帶耦合電容器io對取向是敏感的，這一點
限制了它只能安裝在某一特定表面上，造成與表面安裝技術(SMT)的兼容性問題。再次， 采用現(xiàn)有技術的超寬帶耦合電容器10的裝配高度比標準0402封裝0. 020〃的尺寸要超出 0.012"。 由此就需要有這樣一種超寬帶耦合電容器它為單片式，從而不需要額外的生產(chǎn) 裝配工作量，進而可降低單件成本；它對取向不敏感，從而可以消除其僅可安裝在特定一面 上的限制，進而可解決與表面安裝技術(SMT)的兼容性問題；它的尺寸不超過標準0402的 0.020〃 。 在現(xiàn)有技術中已經(jīng)有許多高頻電容器方面的創(chuàng)新。這些創(chuàng)新可以適用于它們所 針對的特定目的，但它們中的每一種在結(jié)構和/或運行和/或目的方面都與本發(fā)明有不同 之處，因為它們沒有提供這樣一種超寬帶耦合電容器它為單片式，從而不需要額外的生產(chǎn) 裝配工作量，進而可降低單件成本；它對取向不敏感，從而可 以消除其僅可安裝在特定一面 上的限制，進而可解決與表面安裝技術SMT的兼容性問題；它的尺寸不超過標準0402的 0.020〃 。 例如，授予Monsorno的第5， 576， 926號美國專利與本申請有一個共同的受讓人， 它提出了一種可以在射頻(酌頻譜中的較高區(qū)域?qū)崿F(xiàn)出色工作性能的電容器。該電容器 包含安裝在一對介電層之間的平面電極層(planar electrode layer)。該電極層通常相對 介電層向內(nèi)集中，而留出介電材料的外部邊緣。其中一個介電層有兩個分開放置的接觸元 件，兩者極性相反。電極層被隔離而不與任何導體發(fā)生電的接觸，并埋在介電層內(nèi)。電極層 與安裝接觸元件的介電層以及接觸元件組合在一起，可以在接觸元件之間形成所選擇的電 容值。通過平衡式接觸元件(trimmed contact members)，并控制其尺寸和間隔，可以方便 地預先選擇所需的電容器工作特性。接觸元件可以置于安裝埋入式電極的基片上。
再舉一例，授予Liebowitz的第6， 690， 572號美國專利介紹了一種SLC，它有一個 薄而脆的陶瓷介電層，厚度小于0. 0035英寸，最低可達0. 0005英寸或更小。不管是單片還 是組合，電極都有足夠的厚度和強度，以使結(jié)構具備生產(chǎn)、運輸和使用所要求的物理強度。 電極為(1)陶瓷金屬合成物，(2)滲入金屬或其他導電材料的多孔陶瓷，(3)充有金屬或其 他導電材料的樹脂，或(4)上述材料的組合。這種非常薄、本身非常脆的介電層可以提供非 常大的單位面積電容，同時溫度穩(wěn)定性也較好，損耗也較低。此外還采用了 0. 00001英寸厚 的二氧化鈦介電層。 很明顯，對現(xiàn)有技術進行改進已經(jīng)提出了許多有關高頻電容器的創(chuàng)新。此外，盡管 這些創(chuàng)新適用于它們所針對的特定目的，但是它們不適用于前文所述的本發(fā)明的目的，即 一種超寬帶耦合電容器它為單片式，從而不需要額外的生產(chǎn)裝配工作量，進而可降低單件 成本；它對取向不敏感，從而可以消除其僅可安裝在特定一面上的限制，進而可解決與表面 安裝技術SMT的兼容性問題；它的尺寸不超過標準0402的0. 020〃 。

發(fā)明內(nèi)容
相應地，本發(fā)明的一個目的是提供一種可避免現(xiàn)有技術缺點的取向不敏感式超寬 帶耦合電容器。 本發(fā)明的另一個目的是提供一種相比現(xiàn)有技術在電氣特性上有改善的取向不敏 感式超寬帶耦合電容器。 此外本發(fā)明還有另一個目的，即提供一種相比現(xiàn)有技術具有更好的物理/機械特 性的取向不敏感式超寬帶耦合電容器。 此外本發(fā)明還有另一個目的，即提供一種單片式的取向不敏感式超寬帶耦合電容 器，由此具備固有的更高可靠性，且無需額外的生產(chǎn)裝配工作量，從而降低單件成本。
此外本發(fā)明還有另一個目的，即提供一種體積小于采用現(xiàn)有技術的雙片式超寬帶 耦合電容器的取向不敏感式超寬帶耦合電容器，從而減小器件所占空間，降低發(fā)生表面模 變的傾向。 此外本發(fā)明還有另一個目的，即提供一種取向不敏感式超寬帶耦合電容器，它對 取向不敏感的特點消除了只能安裝在一個特定表面上的限制，從而解決了與表面安裝技術 (SMT)的兼容性問題，即不管安裝在哪個表面上均可同樣工作。 此外本發(fā)明還有另 一 個目的，即提供 一 種在帶_巻軸加載(t即e-and-reel loading)過程中無需專門定向的取向不敏感式超寬帶耦合電容器。 此外本發(fā)明還有另一個目的，即提供一種不超過標準0402的0.020"尺寸的取向 不敏感式超寬帶耦合電容器，以形成可以采用標準SMT設備處理的真正的0402封裝。
此外本發(fā)明還有另一個目的，即提供一種電氣特性與采用現(xiàn)有技術的雙片式超寬 帶耦合電容器相同的取向不敏感式超寬帶耦合電容器。 此外本發(fā)明還有另一個目的，即提供一種插入損耗比采用現(xiàn)有技術的雙片式超寬 帶耦合電容器要低的取向不敏感式超寬帶耦合電容器。 此外本發(fā)明還有另一個目的，即提供一種VSWR(電壓駐波比)指標比采用現(xiàn)有技
術的雙片式超寬帶耦合電容器要好的取向不敏感式超寬帶耦合電容器。 此外本發(fā)明還有另一個目的，即提供一種將射頻功能元件封裝在一對帶間隙的低
損耗導體內(nèi)的節(jié)省體積的方法，每一條導體均從四面圍繞射頻元件，并與之在其余兩面上
共終端連接。 簡而言之，本發(fā)明的另一個目的是提供一種取向不敏感式超寬帶耦合電容器。這 種取向不敏感式超寬帶耦合電容器包括多個外表面、低頻部分和高頻部分。高頻部分在低 頻部分上布置并與之電氣連接的方式使這種取向不敏感式超寬帶耦合電容器安裝在多個 外表面中的任何一個外部縱向表面上時都能以相同方式工作，從而可以很容易地實現(xiàn)SMT 兼容，而不需要采用專門的定向步驟。 被視為本發(fā)明的新穎的特征在所附的權利要求中陳述。而對本發(fā)明本身，包括其構 造和工作方法以及附加的目的和優(yōu)點，可以通過閱讀以下說明并結(jié)合附圖來很好地理解。


附圖簡要說明如下 圖1為采用現(xiàn)有技術的超寬帶耦合電容器的原理 圖2為采用現(xiàn)有技術的超寬帶耦合電容器的分解透視簡圖； 圖3A為采用現(xiàn)有技術的超寬帶耦合電容器在某一低頻下工作的原理圖； 圖3B為采用現(xiàn)有技術的超寬帶耦合電容器在某一中頻下工作的原理圖； 圖3C為采用現(xiàn)有技術的超寬帶耦合電容器在某一高頻下工作的原理圖； 圖4為本發(fā)明中的取向不敏感式超寬帶耦合電容器的透視簡圖； 圖5為沿圖4中5-5線截取的截面簡圖； 圖6為與本發(fā)明中的取向不敏感式超寬帶耦合電容器的等效電路圖； 圖7A-7D則為本發(fā)明中的取向不敏感式超寬帶耦合電容器制造方法的流程圖。 圖中所用引用編號列表 現(xiàn)有技術 10-采用現(xiàn)有技術的超寬帶耦合電容器 12-采用現(xiàn)有技術的超寬帶耦合電容器10的大容量電容器 14-采用現(xiàn)有技術的超寬帶耦合電容器10的小容量電容器 本發(fā)明 20-本發(fā)明中的取向不敏感式超寬帶耦合電容器 22-多個外表面 24-低頻部分 26-高頻部分 28-低頻部分24的無終端接頭多層電容器 29-低頻部分24的無終端接頭多層電容器28的外表面 30-低頻部分24的無終端接頭多層電容器28的電極層 32-低頻部分24的無終端接頭多層電容器28的介電層 34-低頻部分24的無終端接頭多層電容器28的電極層30的第一端 36-低頻部分24的無終端接頭多層電容器28的外表面29的相對端 38-低頻部分24的無終端接頭多層電容器28的電極層30的第二端 40-高頻部分26的一對導體 42-高頻部分26的一對導體40之間的環(huán)狀槽(circumferential slot) 46-取向不敏感式超寬帶耦合電容器20的多個外表面22的暴露的相對端 48-可紫外修復的快速固化焊料堤(solder dam)保護涂層 50-金屬鍍層 51-可焊性連接(solderable connection) 52-粘附層 54-粘附層52的相對端 56-槽形本體
具體實施例方式
參見各圖，其中相同的數(shù)字表示相同的零件，特別是對圖4和5，兩圖分別為本發(fā) 明中的取向不敏感式超寬帶耦合電容器的透視簡圖和沿圖4中5-5線截取的截面簡圖，本 發(fā)明中的取向不敏感式超寬帶耦合電容器通常示為20。
取向不敏感式超寬帶耦合電容器20通常在從20KHz以下到40GHz以上的范圍內(nèi) 工作，可滿足更高的閉鎖元件(blocking component)和解耦元件要求，在幾乎所有超寬帶 數(shù)字信號處理場合中均可應用，例如光系統(tǒng)及其相關測試設備、緊密關聯(lián)的直流回路和偏 置偏置T型網(wǎng)絡(bias tees)、光纖到戶(FTTH)和匪IC開發(fā)，如放大器、超寬帶匪IC放大 器以及采用相關技術的組件。 取向不敏感式超寬帶耦合電容器20包含多個外表面22、低頻部分24和高頻部分
26。高頻部分26在低頻部分24上布置并與之實現(xiàn)電氣連接，從而使得這種取向不敏感式
超寬帶耦合電容器20安裝在多個外表面22中的任何一個外部縱向表面上時都能以相同方
式工作，從而可以很容易地實現(xiàn)SMT兼容，而不需要采用專門的定向步驟。 取向不敏感式超寬帶耦合電容器12可以在16KHz以下工作，方法是對低頻部分24
采用比上述用于在從20KHz以下到40GHz以上范圍的值更大的值。 低頻部分24在功能上與采用現(xiàn)有技術的超寬帶耦合電容器10的大容量電容器 12(如多層電容器)等效，而高頻部分26則在功能上與采用現(xiàn)有技術的超寬帶耦合電容器 10的小容量電容器14 (如單層電容器)等效，以使取向不敏感式超寬帶耦合電容器20在單 個多層陶瓷本體內(nèi)同時具備大容量電容器12和小容量電容器14的功能。
低頻部分24是一個無終端接頭多層電容器28，其具有外表面29、電極層30和介 電層32，而且其優(yōu)選采用10nF或更大的值。低頻部分24的無終端接頭多層電容器28的介 電層32與低頻部分24的無終端接頭多層電容器28的電極層30交替分布。低頻部分24的 無終端接頭多層電容器28的電極層30在其第一端34延伸，以及從低頻部分24的無終端 接頭多層電容器28的外表面29的相對端36到其第二端38可以與外部進行電氣通信，第 二端38交替阻止低頻部分24的無終端接頭多層電容器28的外表面29的相對端36之間 的短路，相對端36與外表面29從其延伸的端相對，以便在該端不可與外部進行電氣通信。
高頻部分26是一對導體40。高頻部分26的一對導體40分別覆蓋低頻部分24的 無終端接頭多層電容器28的外表面29的相對端36，并從那里延伸至低頻部分24的無終端 接頭多層電容器28的外表面29上，以此相互短路，從而在二者之間形成環(huán)狀槽42，并相互 分開。環(huán)狀槽42優(yōu)選采用激光劃線方法生成，但也可以采用化學蝕刻、機械磨削或類似方 式生成。由于高頻部分26不采用帶有隔離層的附加內(nèi)部電極，即不采用復合內(nèi)部叉指狀電 極陣列作為耦合至高頻部分26的一對導體40的單個浮動電極，故其插入和回波損耗較小。
高頻部分26的導體對40形成多個外表面22，并與相關聯(lián)的低頻部分24的無終端 接頭多層電容器28的電極層30的第一端34進行電氣通信，以使取向不敏感式超寬帶耦合 電容器20在被安裝到多個外表面22中的任何外部縱向表面時都可以相同方式工作。在高 頻部分26的導體對40與電極層30之間的多個外表面22上形成一組耦合傳輸線，電極層 30被包含在低頻部分24的無終端接頭多層電容器28中，以使低頻能量能夠通過位于中央 的低頻部分24，也使高頻能量能夠通過位于外圍的高頻部分26。 高頻部分26的導體對40優(yōu)選包含鈦鎢合金(TiW)，之后為標稱3 y m厚的銅和鍍 金層。 環(huán)狀槽42優(yōu)選為標稱1. 5密耳(mil)寬，它一直保持完全暢通，并完全環(huán)繞高頻 部分26，而不破壞低頻部分24的無終端接頭多層電容器28，并基本置于取向不敏感式超寬 帶耦合電容器20的多個外表面22的暴露相對端46之間的中間，從而實現(xiàn)取向不敏感式超寬帶耦合電容器20的各暴露相對端46之間的相互電隔離，恢復其電容。
取向不敏感式超寬帶耦合電容器20還包含可紫外修復的快速固化焊料堤保護涂 層48?？勺贤庑迯偷目焖俟袒噶系瘫Ｗo涂層48覆蓋著限定環(huán)狀槽42的所有表面，以保 護環(huán)狀槽42。 取向不敏感式超寬帶耦合電容器20還包含金屬鍍層50。金屬鍍層50覆蓋著取向 不敏感式超寬帶耦合電容器20的多個外表面22的暴露相對端46，以形成可焊性連接51， 它延伸至可紫外修復的焊料堤保護涂層48，可紫外修復的焊料堤保護涂層48充當可焊性 連接51的阻塞屏障(stop-off barrier)。因此取向不敏感式超寬帶耦合電容器20在制成 時已使可焊性連接51間的電阻增大，達到100MQ以上。金屬鍍層50優(yōu)選采用純錫或焊錫 或金。當金屬鍍層50為金時，可焊性連接51也可以采用粘結(jié)金/帶狀物或粘合環(huán)氧樹脂。
取向不敏感式超寬帶耦合電容器20的等效電路優(yōu)選參見圖6，它是等效于本發(fā)明 的取向不敏感式超寬帶耦合電容器的電路。 取向不敏感式超寬帶耦合電容器20的制造方法優(yōu)選參見圖7A-7D，為本發(fā)明的取 向不敏感式超寬帶耦合電容器的制造方法流程圖，這里將參照這些圖進行介紹。
取向不敏感式超寬帶耦合電容器20的制造方法包括以下步驟
第1步將低頻部分24的無終端接頭多層電容器28固定。 第2步在低頻部分24的無終端接頭多層電容器28上完整地涂敷鈦鎢合金 (TiW)，之后再敷以標稱3 ii m厚的銅和鍍金層，以形成具備相對端54的粘附層52。
第3步采用激光劃線、化學蝕刻、機械磨削或類似方式在粘附層52中形成標稱 1.5密耳(mil)寬、完全穿透且完全環(huán)繞其四周并保持不變的環(huán)狀槽42，而不破壞低頻部分 24的無終端接頭多層電容器28，且基本處于粘附層52相對端54的中間，從而實現(xiàn)粘附層 52的相對端54之間的相互電氣隔離，恢復它們之間的電容，并形成槽形本體56。
第4步如果環(huán)狀槽42采用激光劃線法生成，則將槽形本體56長時間浸泡于 高度稀釋的過氧化氫中，以消除激光劃線之后金屬蒸汽再沉積在環(huán)狀槽42中形成的殘膜 (residue film)。 第5步對限定環(huán)狀槽42的所有表面施用可紫外修復的快速固化焊料堤保護涂層 48，以保護環(huán)狀槽42。 第6步在粘附層52的相對端54上鍍以純錫或焊錫或金，以形成直達可紫外修復 的快速固化焊料堤保護涂層58(充當可焊性連接51的阻塞屏障)的可焊性連接51，如果進 行過浸泡步驟，則由此形成可焊性連接51間電阻增大至100MQ以上的取向不敏感式超寬 帶耦合電容器20。金屬鍍層50優(yōu)選采用純錫或焊錫或金。 可以理解，雖然這里給出的實施方式針對的是處于高頻電容器內(nèi)部的低頻電容 器，但并不局限于這種組合，即一種實施方式通常包括將射頻功能元件封裝在有間隙的低 損耗導體對內(nèi)的節(jié)省體積的方式。每對低損耗導體均在四面環(huán)繞住射頻元件，并在其余兩 面上與射頻元件共終端連接。導體對之間形成的縫隙形成了與被環(huán)繞射頻元件并聯(lián)的低損 耗電容器。被環(huán)繞的射頻元件可以包含(但不限于)多層電容器、電感器、電阻器、其他諧 振電路、濾波器，一條傳輸線或多條傳輸線。最終形成的整體器件包括，但不限于，由兩個電 容器，電感器與電容器形成的并聯(lián)諧振網(wǎng)絡，電阻器、其他諧振回路與電容器或所謂的阻容 網(wǎng)絡、濾波器與電容器形成的帶有附加電極或耦合的濾波器，傳輸線與電容器，或多條傳輸線與電容器形成的節(jié)省空間的高性能并聯(lián)組合。 可以理解，上述每一種元件或其中兩者或更多元件的組合，也可能在與上述型式 不同的構造中獲得應用。 以上已將本發(fā)明具體化為取向不敏感式超寬帶耦合電容器及其制造方法，進行了 例示和介紹，但它卻不僅限于所給出的這些具體方面，原因可以理解本領域的技術人員在 不背離本發(fā)明精神的情況下，可以根據(jù)對本技術的認識對器件、所用材料和所用、所示方法 以及其工作方式的形式和內(nèi)容方面進行各種省略、修改、替換和變更。 無需更多分析，前述內(nèi)容已完全展示了本發(fā)明的要點，在不省略(從現(xiàn)有技術角 度)構成本發(fā)明一般或特殊基本特征的要點的條件下，其他人可以利用當前知識很容易地 將其適用到各種應用中。
權利要求
一種電子元件，包含a)射頻元件；和b)一對低損耗導體；其中，每個所述低損耗導體對均在四面上環(huán)繞所述射頻元件，并在其余兩面上與所述射頻元件共終端連接。
2. 如權利要求l中所限定的元件，其中，在所述低損耗導體對之間生成的縫隙形成了 低損耗電容器；以及其中，所述低損耗電容器與它所環(huán)繞的所述射頻元件并聯(lián)。
3. 如權利要求l中所限定的元件，其中，所述射頻元件為多層電容器、電感器、電阻器、 濾波器、 一條傳輸線或多條傳輸線中的一種。
4. 如權利要求l中所限定的元件，其中，所述射頻元件和所述低損耗導體對形成節(jié)省 空間的高性能的下列并聯(lián)組合中的一種兩個電容器、電感器與電容器形成的并聯(lián)諧振網(wǎng) 絡、電阻器與電容器、濾波器與電容器形成的帶有附加電極或耦合的濾波器、傳輸線與電容 器，以及多條傳輸線與電容器。
全文摘要
一種取向不敏感式超寬帶耦合電容器。取向不敏感式超寬帶耦合電容器包含多個外表面、一個低頻部分和一個高頻部分。高頻部分在低頻部分上布置并與之電氣連接，使這種取向不敏感式超寬帶耦合電容器安裝在多個外表面中的任何一個外部縱向表面上時都能以相同方式工作，從而可以很容易地實現(xiàn)SMT兼容，而不需要采用專門的定向步驟。
文檔編號H01G4/40GK101714454SQ20091025975
公開日2010年5月26日 申請日期2005年7月5日 優(yōu)先權日2004年9月14日
發(fā)明者約翰·姆魯茲 申請人:美國技術陶瓷公司