專利名稱：具有連接導(dǎo)線的焊接結(jié)合組件的制作方法
相關(guān)申請(qǐng)交叉參考本發(fā)明要求于2004年4月27日提交的目前待批的美國(guó)專利申請(qǐng)No.10/833711。
背景技術(shù)：
1950年代早期的平面?zhèn)鬏斀橘|(zhì)的發(fā)展已對(duì)微波電路與元件封裝技術(shù)產(chǎn)生了重大影響。微波印刷電路的工程技術(shù)及用于微波帶狀線與微波傳輸帶的支持分析理論迅速產(chǎn)生。在微波帶狀線設(shè)計(jì)的早期，大都全部專注于諸如定向耦合器、功率分配器、濾波器、以及天線饋送網(wǎng)絡(luò)的無(wú)源電路的設(shè)計(jì)。早期實(shí)現(xiàn)封裝在大體積金屬外殼中并通過(guò)同軸連接器連接。
為了減少大小和重量，開(kāi)發(fā)了更小外殼與更少連接器的耦合器。這些后期實(shí)現(xiàn)有時(shí)被稱為“膜連接”(filmbrid)并包括通過(guò)熔合、或者使用熱塑或熱固膜接合在一起的疊層帶狀線組件。進(jìn)一步的改進(jìn)繼續(xù)在諸如用于這些器件和微波電路制造工藝本身中的電介質(zhì)材料的領(lǐng)域中進(jìn)行。有關(guān)微波集成電路的發(fā)展及應(yīng)用的歷史展望可在1981年9月的“Microwave Integrated Circuits-An Historical Perspective”(微波集成電路-歷史展望)，H.Howe.Jr.，IEEE Trans.MTT-S，卷MTT-32，第991-996頁(yè)；以及1984年9月的“Microwave Printed Circuits-The Early Years”(微波印刷電路-早期)，R.M.Barrett，IEEE Trans.MTT-S，卷MTT-32，第983-990頁(yè)中找到。
微波帶狀線與微波傳輸帶元件已被集成用于各種外殼與封裝的應(yīng)用中、以及整體地集成于共襯底上。集成與封裝的方法影響了系統(tǒng)接口與安裝、以及模塊處理后處理溫度的能力(即制造微波帶狀線與微波傳輸帶元件之后)、和模塊的運(yùn)行熱學(xué)管理能力(即其傳熱能力)。用于集成元件的常見(jiàn)技術(shù)要求使用例如環(huán)氧樹(shù)脂、粘合劑和焊錫將它們接合在一起。在接合之后導(dǎo)線可連接到模塊，以提供耦合到外部信號(hào)源的信號(hào)。一般說(shuō)來(lái)，已提供了導(dǎo)線連接的現(xiàn)有技術(shù)來(lái)用于接合之后的導(dǎo)線的連接。

發(fā)明內(nèi)容
公開(kāi)了一種通過(guò)焊接結(jié)合工藝形成的電路模塊，其中導(dǎo)線在焊接結(jié)合工藝期間連接到該模塊的內(nèi)層。連接導(dǎo)線被用來(lái)將模塊的內(nèi)部元件耦合到外部信號(hào)源，這些元件例如微波耦合器、DC阻斷結(jié)構(gòu)、阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)、偏置解耦結(jié)構(gòu)、以及RF負(fù)載終端。
在一實(shí)現(xiàn)中，耦合組件包括以疊層排列焊接結(jié)合在一起的多個(gè)合成材料襯底層。襯底層可包括內(nèi)嵌的信號(hào)處理電路，該信號(hào)處理電路被配置成連接到信號(hào)輸入與信號(hào)輸出。在合成襯底層接合之前，信號(hào)導(dǎo)線放置成與內(nèi)部襯底層上的輸入與輸出信號(hào)路徑相接觸。導(dǎo)線被放置成在焊接結(jié)合層的接合與去除嵌板之后，導(dǎo)線將向外延伸到模塊，使得信號(hào)能夠耦合在合成襯底層上的信號(hào)路徑與外部源之間。
在一些實(shí)現(xiàn)中耦合模塊可以是多層模塊架構(gòu)，該架構(gòu)可包括焊接結(jié)合到金屬法蘭的多個(gè)電路層，以及貫穿襯底層的稱為“資源阱”(resource well)或“空腔”的器件連接區(qū)域。該資源阱允許在模塊本身已經(jīng)形成之后，將器件添加到模塊，以及將這些器件耦合到資源模塊的電路中。具有“資源阱”的耦合模塊的形成還在申請(qǐng)?zhí)枮?0/659542的共同待批的申請(qǐng)中描述。在此實(shí)現(xiàn)中，在資源模塊的各個(gè)層已經(jīng)被焊接結(jié)合之后，附加器件可被添加到資源阱中。在一些實(shí)現(xiàn)中，資源阱包括阱中的連接點(diǎn)，由此添加的器件可信號(hào)連接到形成于資源模塊的電介質(zhì)層中的耦合器電路。
這些實(shí)現(xiàn)可提供一個(gè)或多個(gè)以下優(yōu)點(diǎn)。拉拔強(qiáng)度，即將導(dǎo)線從部件中拉出的負(fù)載可顯著提高。該強(qiáng)度通過(guò)將導(dǎo)線焊接到印刷電路板路徑與將導(dǎo)線焊接結(jié)合到PTEE來(lái)共同提供。后者通過(guò)切入界面接合內(nèi)層的溝槽的深度來(lái)調(diào)整。垂直于部件彎曲的導(dǎo)線可容易地恢復(fù)到初始位置而不對(duì)元件的性能產(chǎn)生不利影響。不同導(dǎo)線可連接到部件內(nèi)的不同內(nèi)層。
本發(fā)明的一個(gè)或更多實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)通過(guò)附圖和以下說(shuō)明書(shū)闡述。根據(jù)說(shuō)明書(shū)、附圖、以及權(quán)利要求書(shū)，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將是顯而易見(jiàn)的。


圖1示出組裝的信號(hào)處理模塊的俯視圖、側(cè)視圖、以及仰視圖。
圖2示出具有信號(hào)處理電路置于其上的電介質(zhì)襯底的頂層。
圖3A示出具有導(dǎo)線連接區(qū)域置于其上的電介質(zhì)襯底的頂層。
圖3B示出具有導(dǎo)線連接到其上的表面300(圖3A)的一部分的放大圖。
圖4示出一面板陣列。
具體實(shí)施例方式
“資源模塊”結(jié)構(gòu)在本文中公開(kāi)。模塊100的俯視圖101、仰視圖102、以及側(cè)視圖103在圖1中示出。如側(cè)視圖103中所示，資源模塊100可由經(jīng)接合的襯底層104-106與金屬法蘭層107的疊層成型。各個(gè)襯底層可包括在其一側(cè)或兩側(cè)的電路。該電路可包括例如微波定向耦合器、以及3dB正交耦合器、阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)、DC阻斷、偏置解耦和RF負(fù)載終端。法蘭層用于安裝資源，以及用于改進(jìn)熱性質(zhì)。信號(hào)耦合導(dǎo)線110被連接到模塊100內(nèi)部的電路元件并向外延伸出模塊。
用于設(shè)計(jì)微波定向耦合器與3dB正交耦合器電路的基本原理對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是公知的，并在諸如1955年10月的論文“Shielded Coupled-Strip TransmissionLine”(屏蔽耦合的帶狀傳輸線)，S.B.Cohn，IEEE Trans.MTT-S，卷MTT-3，No.5，第29-38頁(yè)；1960年9月的論文“Characteristic Impedances ofBroadside-Coupled Strip Transmission Line”(寬邊耦合的帶狀傳輸線)，S.B.Cohn，IRE Trans.MTT-S，卷MTT-8，No.6，第633-637頁(yè)；以及1966年1月的論文“Impedances of Offset Parallel-Coupled Strip Transmisson Line”(偏移平行耦合的帶狀傳輸線的阻抗)，J.P.Shelton，Jr.，IEEE Trans.MTT-S，卷MTT-14，No.1，第7-15頁(yè)中描述。這些技術(shù)可應(yīng)用于模塊100的內(nèi)部電路的成型中。
資源模塊可使用用厚金屬法蘭接合在一起的多種電介質(zhì)襯底層來(lái)實(shí)現(xiàn)。襯底層可由現(xiàn)代合成電介質(zhì)材料形成，最好由聚四氟乙烯(PTEE)、玻璃、以及陶瓷構(gòu)成。這些材料具有在寬泛的溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定的電氣及機(jī)械特性，并具有在微波頻率提高性能的低通特性。接近于銅的熱膨脹系數(shù)值允許形成可靠的電鍍通孔和溝槽。這些電鍍穿透特性被用于將導(dǎo)電層連接到疊層的帶狀線結(jié)構(gòu)，以及形成獨(dú)立的地平面。接地溝槽在數(shù)學(xué)上可形成于靠近穿過(guò)電介質(zhì)層的信號(hào)孔，以便形成薄片傳輸線來(lái)為Z方向上(即，穿過(guò)疊層電介質(zhì)層結(jié)構(gòu)的從頂層到底層)的傳播保持受控阻抗。
圖2示出模塊的合成襯底層105之一的俯視圖，而圖3A示出模塊的另一合成襯底層106的俯視圖。在一實(shí)施例中，襯底層由聚四氟乙烯、玻璃、陶瓷形成，并具有從2.1到20.0的相關(guān)介電系數(shù)(Er)的范圍，以及從0.005到0.060英寸的厚度(h)范圍。襯底層用銅箔進(jìn)行金屬噴涂(通常為0.0007英寸厚，但可在從0.0001到0.003英寸的范圍中變化)，并進(jìn)行蝕刻以形成電路元件(例如，電路元件201)。銅箔被用來(lái)形成例如耦合結(jié)構(gòu)、電阻器、電容器、以及其它電路元件。用銅電鍍的通孔與溝槽(即細(xì)長(zhǎng)孔和開(kāi)口)將一襯底層連接到另一襯底層。例如，形成于第一襯底層105上的電路元件201可通過(guò)通孔連接到另一襯底表面300上的導(dǎo)電路徑303。模塊可被制造成如圖4所示的陣列面板。
在此公開(kāi)中描述的模塊可根據(jù)美國(guó)專利No.6,099,677(‘677專利)與美國(guó)專利No.6,395,374(‘374專利)中更充分公開(kāi)的工藝來(lái)制造，這兩個(gè)專利通過(guò)引用結(jié)合于此。根據(jù)此工藝，襯底層104-106、以及可任選的厚金屬法蘭107通過(guò)熔合工藝直接接合在一起，該熔合過(guò)程利用溫度與壓力的特定曲線來(lái)改變材料的狀態(tài)，并形成均勻電介質(zhì)，同時(shí)也將該電介質(zhì)永久連接到厚金屬法蘭。厚金屬法蘭直接焊接結(jié)合到電介質(zhì)層向系統(tǒng)安裝提供了機(jī)械安裝接口。如本文所公開(kāi)的，在’677與’374專利中描述的工藝通過(guò)使用導(dǎo)線連接工藝來(lái)改進(jìn)，該導(dǎo)線連接工藝用于在焊接結(jié)合襯底層104-106期間導(dǎo)線110的緊固連接。在一些實(shí)現(xiàn)中，模塊100也可包括“資源阱”108以允許器件直接安裝到法蘭107、或安裝到具有導(dǎo)熱到法蘭的熱通孔的電介質(zhì)層表面。資源阱108與法蘭的形成在于2003年9月10日提交的同時(shí)待批的申請(qǐng)10/659,542中具體描述。
現(xiàn)在描述資源模塊的形成。法蘭片層107與各個(gè)襯底104-106可根據(jù)‘677專利、‘374專利、以及同時(shí)待批申請(qǐng)10/659,542的公開(kāi)內(nèi)容來(lái)制造，這些工藝還可基于下述導(dǎo)線連接工藝進(jìn)行更改。一般來(lái)說(shuō)，在襯底層制造之后，且在焊接結(jié)合之前，導(dǎo)線110被放置成與銅路徑303接觸，然后進(jìn)行襯底層的接合。作為示例，導(dǎo)線110被連接到金屬路徑303。
導(dǎo)線到襯底層的連接1.從導(dǎo)電材料將導(dǎo)線切割成適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度和寬度。在一優(yōu)選實(shí)施例中，導(dǎo)線由在鎳上覆蓋金完成的KovarTM構(gòu)成。電線的長(zhǎng)度、厚度與寬度取決于應(yīng)用。作為示例，良好的焊接結(jié)果可使用例如0.0014”厚的銅路徑上的金覆蓋鎳的0.005”厚的Kovar導(dǎo)線上獲得，該銅路徑置于厚度薄至0.015”的PTFE材料上。
2.襯底層300的金屬噴涂區(qū)域被加工成沿導(dǎo)線將要連接的路徑303保持銅。最好連接點(diǎn)的寬度至少等于導(dǎo)線寬度，且銅厚度至少是0.0014”厚。
3.接著襯底層104-106沿著導(dǎo)線將要伸出的邊緣在全部?jī)?nèi)層中銑削。參考圖4，該銑削去除襯底材料以在襯底面板400的獨(dú)立模塊區(qū)域402之間形成間隙401。未銑削區(qū)域403被保留在模塊之間以在接合期間使模塊彼此支承。然后空腔(即溝槽)202在匹配內(nèi)部襯底層時(shí)進(jìn)行銑削，以用作導(dǎo)線間隙。銑削后溝槽的深度應(yīng)等于導(dǎo)線材料的厚度。盡管圖2示出溝槽202被銑削成穿透襯底105的整個(gè)厚度，但應(yīng)當(dāng)注意實(shí)際溝槽202只需要銑削到等于導(dǎo)線110厚度的深度。此外，盡管為了說(shuō)明目的，溝槽202的位置在頂表面200上畫(huà)出，但是銑削將沿著底表面進(jìn)行(即，銑削將在匹配于表面300頂部的表面上進(jìn)行)。
5.然后導(dǎo)線可被焊接到襯底層106上的銅信號(hào)路徑303。盡管焊接是一項(xiàng)在隨后接合中確保導(dǎo)線保持適當(dāng)位置的有用技術(shù)，但在一些實(shí)現(xiàn)中，可去除焊接步驟，或使用另一種定位技術(shù)。圖3B示出用于將導(dǎo)線110連接到銅路徑303的焊點(diǎn)301的示例。最好使用兩個(gè)焊點(diǎn)，但是也可使用單獨(dú)一個(gè)焊點(diǎn)(例如，在距離分界銑削區(qū)域401的邊緣3040.065”處的焊接)。對(duì)于給定導(dǎo)線110與銅路徑303的寬度，導(dǎo)線110與銅303的厚度指示焊接功率。
6.圖4示出襯底層104-106與法蘭層107的典型的4層疊層，以形成包含多個(gè)模塊的面板。注意，各個(gè)具有連接導(dǎo)線110的表面300放置在至少具有銑削區(qū)域401的層之間。例如，導(dǎo)線110可在層105、106之間，其中各個(gè)層105、106被銑削成具有溝槽401。區(qū)域401在接合之前的銑削確保在隨后的面板分離步驟期間，模塊402可相互分離而不會(huì)由于疏忽切斷連接導(dǎo)線。
7.然后如在‘374與677專利中公開(kāi)的焊接結(jié)合可被用來(lái)將層104-107熔合在一起。
8.然后各個(gè)模塊402通過(guò)沿著不包含導(dǎo)線的邊緣銑削來(lái)分離面板(即，通過(guò)材料403的銑削)。
已經(jīng)描述了本發(fā)明的大量實(shí)施例。然而，應(yīng)當(dāng)理解，可進(jìn)行各種更改而不背離本發(fā)明的精神與范圍。因此，其它實(shí)施例也在下面權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種耦合組件，其特征在于，包括多個(gè)合成襯底層，以疊層排列焊接結(jié)合在一起，其中所述襯底層包括內(nèi)內(nèi)嵌信號(hào)處理電路；信號(hào)連接點(diǎn)，在所述疊層排列的內(nèi)部，并由形成于所述疊層排列內(nèi)部的所述第一襯底層上的信號(hào)路徑形成；以及導(dǎo)線，連接到所述內(nèi)部信號(hào)點(diǎn)并向外延伸到所述疊層排列的邊緣，在焊接結(jié)合疊層排列之前所述導(dǎo)線放置成與所述信號(hào)點(diǎn)接觸。
2.如權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于，還包括法蘭層，焊接結(jié)合到所述疊層配置的襯底層，所述襯底層放置在法蘭層頂部；以及空腔，穿透多個(gè)襯底層的區(qū)域形成，所述空腔露出耦合到信號(hào)處理電路的信號(hào)連接端，以便能在法蘭與襯底層焊接結(jié)合之后將電路元件添加到組件，以及能將所添加的電路元件耦合到信號(hào)處理電路。
3.如權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于，所述多個(gè)襯底層還包括一襯底層，它被銑削成可在所述組件內(nèi)部容納導(dǎo)線部分的厚度。
4.如權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于，所述合成襯底層包括含氟聚合物的合成材料。
5.如權(quán)利要求2所述的組件，其特征在于，所述多個(gè)襯底層的至少兩個(gè)通過(guò)電鍍通孔連接。
6.一種耦合組件，其特征在于，包括多個(gè)經(jīng)焊接結(jié)合的合成襯底層，包括形成于含氟聚合物材料上的內(nèi)嵌信號(hào)處理電路，所述層放置成疊層排列；信號(hào)輸入導(dǎo)線，耦合到內(nèi)嵌信號(hào)處理電路并向外延伸到經(jīng)焊接結(jié)合的合成襯底層的邊緣；信號(hào)輸出導(dǎo)線，耦合到內(nèi)嵌信號(hào)處理電路并向外延伸到經(jīng)焊接結(jié)合的合成襯底層的邊緣；其中所述信號(hào)輸入與信號(hào)輸出導(dǎo)線連接到所述結(jié)合層之間的點(diǎn)，并以耦合排列和內(nèi)嵌信號(hào)處理電路的信號(hào)連接。
7.如權(quán)利要求6所述的耦合組件，其特征在于，還包括法蘭層，包括焊接結(jié)合到多個(gè)合成襯底層的基本均勻的金屬芯。
8.如權(quán)利要求6所述的組件，其特征在于，內(nèi)嵌信號(hào)處理電路包括微波耦合器電路。
9.一種襯底面板組件，其特征在于，還包括多個(gè)經(jīng)焊接結(jié)合的含氟聚合物合成襯底層，放置成疊層排列，所述多個(gè)襯底層包括多個(gè)可分離的信號(hào)處理模塊，每個(gè)模塊包括內(nèi)嵌的信號(hào)處理電路；在所述可分離模塊的邊緣之間的多個(gè)銑削銑透溝槽；以及信號(hào)導(dǎo)線，耦合到所述可分離模塊的內(nèi)嵌信號(hào)處理電路，從而各導(dǎo)線從多個(gè)層的所述疊層排列的內(nèi)部連接點(diǎn)延伸到由銑削銑透溝槽形成的空隙。
10.如權(quán)利要求9所述的面板組件，其特征在于，所述導(dǎo)線在襯底層焊接結(jié)合之前焊接到所述襯底層上的信號(hào)路徑，從而在襯底層接合之后，導(dǎo)線焊接點(diǎn)置于可分離模塊的多個(gè)層的內(nèi)部及之間。
11.如權(quán)利要求10所述的面板組件，其特征在于，所述導(dǎo)線包括在鎳上鍍金。
12.一種子組件的制造工藝，其特征在于，包括制造多個(gè)合成襯底層；選擇性地金屬噴涂所述多個(gè)合成襯底層的表面以形成多個(gè)信號(hào)處理模塊的信號(hào)處理電路元件，所述模塊通過(guò)以疊層排列接合襯底層來(lái)形成；在所述接合之前，銑削多個(gè)合成襯底層以形成位于所述多個(gè)信號(hào)處理模塊之間的區(qū)域的間隙，在這些間隙中導(dǎo)線向外延伸出所述模塊；將信號(hào)導(dǎo)線放置成導(dǎo)線從所述金屬噴涂表面上的信號(hào)耦合點(diǎn)延伸到所述間隙區(qū)域；以及將所述多個(gè)襯底層相互焊接結(jié)合，從而多個(gè)襯底層被放置成疊層排列，由此多個(gè)信號(hào)處理模塊得以形成，且信號(hào)耦合導(dǎo)線從襯底層內(nèi)部延伸到所述間隙區(qū)域。
13.如權(quán)利要求12所述的工藝，其特征在于，還包括銑削所焊接結(jié)合的多個(gè)襯底層以將信號(hào)處理電路相互分開(kāi)。
14.如權(quán)利要求12所述的工藝，其特征在于，所述經(jīng)銑削區(qū)域形成于所述襯底層的每一個(gè)上，從而在多個(gè)層放置成所述疊層排列時(shí)，所述經(jīng)銑削區(qū)域在處理模塊之間形成間隙區(qū)域。
15.如權(quán)利要求14所述的工藝，其特征在于，所述間隙區(qū)域被配置成便于隨后的面板銑削過(guò)程，從而將所述模塊相互分離而不切斷所述導(dǎo)線。
全文摘要
一種信號(hào)處理模塊可由多個(gè)合成襯底層制成，各個(gè)襯底層包括多個(gè)獨(dú)立處理模塊的元件。在襯底層以疊層排列焊接結(jié)合時(shí)，各層的表面被選擇性地金屬噴涂以形成信號(hào)處理元件。在接合之前，襯底層進(jìn)行銑削以形成位于處理模塊之間的區(qū)域的間隙。在接合之前，導(dǎo)線被放置成從在所述金屬噴涂表面的信號(hào)耦合點(diǎn)延伸到間隙區(qū)域。然后各襯底層被相互焊接結(jié)合，從而多個(gè)襯底層形成具有從模塊內(nèi)部延伸到間隙區(qū)域的導(dǎo)線的信號(hào)處理模塊。然后各個(gè)模塊可通過(guò)銑削襯底層來(lái)分離以分離模塊。
文檔編號(hào)H05K7/06GK1947477SQ200580012717
公開(kāi)日2007年4月11日 申請(qǐng)日期2005年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月27日
發(fā)明者J·P·洛里歐 申請(qǐng)人:慕里麥克工業(yè)股份有限公司