專利名稱：寬帶非共面饋通的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及高速饋通，并且更具體地，涉及寬帶非共面高速饋通，所述饋通在其內端子和外端子的位置之間既具有垂直位移又具有水平位移。
背景技術：
高速饋通(HSFT)是一種電路結構，其在具有兩組移位的端子的RF傳送線之間提供電連接性。HSFT可以形成電子多芯片模塊(MCM)封裝的一部分，其中，HSFT提供封裝的密封內部與外部系統或主機之間的電連接性。當HSFT被用于MCM封裝時，一組端子與封裝內部的MCM連接，而另一組端子與封裝外部的主機連接。HSFT也可以形成封裝的與主機的密封分隔的一部分。對于在IOGHz以及以上的頻率下工作的高速應用，諸如光電電信部件，HSFT應該提供具有低損耗、最小的信道間串擾以及從封裝的兩側上的端子的小的反射的緊湊寬帶無諧振傳送。當設計HSFT時，在HSFT必須在其兩組端子之間提供兩個維度上(水平的和垂直的)的連接性的情況下出現重大挑戰(zhàn)。共面HSFT限制了 HSFT的結構，使得所有的端子和 RF傳送線必須處于同一平面上，因此，利用共面HSFT不可能獲得兩個維度上的連接性。雖然對于一些特定的情形出現了一些非共面HSFT，但是還沒有能夠適用于與傳送通過HSFT 的最短波長的一半相當或更長的垂直和水平位移的通用解決方案。圖IA示出了具有處于同一層內的共面?zhèn)魉途€的示例性HSFT 100。圖IA中的HSFT 100作為共面HSFT來描述，因為傳送線被布置為處于同一層上或同一層中的共面線或共面包埋帶線。當在兩組端子之間還存在垂直位移時，共面HSFT不是非常適用。非共面HSFT是指如下的HSFT，其中，在輸入端子組和輸出端子組之間除了水平位移(如果有的話)之外還存在垂直位移。一些非共面HSFT，諸如在美國專利申請公開 No. 2009/0033442和No. 2009/0267712中所描述的，具有一個跨接各個RF傳送線中的垂直位移的垂直互連或過孔。當兩組端子之間的垂直和水平位移與傳送通過HSFT的最短波長的一半相當或更長時，具有單個過孔的非共面HSFT不是非常適用的。當距離、長度或高度處于波長的約 25%到約75%的范圍內時，該距離、長度或高度與波長的一半相當、相稱或接近。在圖IB中，單過孔的非共面HSFT 150被示于封裝160內。封裝160包括密封170。 為了簡單起見，圖IB中示出了僅僅一根RF傳送線，但是可以存在其他的RF傳送線。單個過孔跨接非共面HSFT 150的多個層。該過孔不能被描述為理想的微波傳送線。此外，當過孔的垂直長度與襯底材料中的有效波長(入社)的一半相當或更長時，過孔由于諧振和多大的串擾而失效。因此，當兩組端子之間的垂直和水平位移與傳送通過HSFT的最短波長的一半相當或更長時，具有單個過孔的非共面HSFT，包括HSFT 150在內，不是非常適用的。另一種非共面HSFT設計適用一系列過孔，而不使用水平跡線。每一個陶瓷或襯底層中的過孔被水平移位，但是仍然與其上方和下方的層中的過孔部分重疊。該設計避免了來自長的單個過孔的諧振；然而，其不能容易地適用于水平位移。因為過孔直徑通常非常小，所以要求許多陶瓷層(通常遠大于10，多達40)跨接HSFT的端子組之間的水平位移。 該設計不是緊湊的，因為需要大量的層。此外，該設計是昂貴的，因為其需要精確定位過孔通道并且在每一個層中進行金屬化。因此，當兩組端子之間的垂直和水平位移與傳送通過 HSFT的最短波長的一半相當或更長時，具有一系列逐漸位移的過孔的非共面HSFT不是非常適用的。美國專利No. 6，369，324描述了共面/非共面HSFT的變例。在該專利中，每一個 RF傳送線包括處于同一襯底層中的一對過孔，其使得RF傳送線路經密封壁的下方，從而提高密封的可靠性。此專利似乎沒有設想設計在其兩組端子之間具有與傳送通過HSFT的最短波長的一半相當或更長的垂直和水平位移的HSFT。

發(fā)明內容
本公開描述了緊湊的寬帶多層非共面非標準阻抗高速饋通。作為非限制性實施例，本公開提供了可操作用于從IOkHz到30GHz的波譜范圍內的8-信道非共面交錯HSFT， 其包含處于接地線之間的10個或更少的陶瓷層。每一個RF傳送線包含跨接HSFT的兩組端子之間的水平和垂直位移的樓梯狀序列的交替水平導體和短過孔。各個導體的幾何形狀太小，以至于不能利用標準橫向模式中的一種來模擬所得的電磁場。因此，整個HSFT作為3-維結構來優(yōu)化，結果，各個導體的幾何形狀可以偏離標準50歐姆包埋帶線傳送線達約 +/-10歐姆。本公開的實施方式提供了一種高速饋通(HSFT)，用于在第一界面位置和第二界面位置之間傳送具有至少IOGHz的對應于最短自由空間波長的最高頻率的信號，所述第一界面位置和第二界面位置分開至少1毫米的垂直距離和一定的水平距離。所述高速饋通包括襯底結構，其包含多層疊層；以及穿過所述襯底結構連接所述第一位置和所述第二位置之間的RF傳送線，用于在所述第一位置和所述第二位置之間傳送所述信號，所述RF傳送線包含一系列依次連接的水平導體和垂直導體，所述水平導體的長度小于當被傳送通過所述高速饋通時所述信號的對應于最短自由空間波長的有效波長的一半，所述垂直導體的高度小于所述有效波長的四分之一，由此以穿過所述襯底結構的所述層的樓梯狀形狀跨接兩個所述位置之間的所述水平距離和所述垂直距離。本公開的另一實施方式提供了一種高速饋通(HSFT)，用于傳送具有至少IOGHz的對應于最短自由空間波長的最高頻率的信號。所述高速饋通包括多層襯底結構，其包含對于所述最短波長具有有效波長；第一端子，其與所述襯底連接；第二端子，其與所述結構連接并與所述第一端子分開一定的垂直距離和水平距離，所述兩個距離都相當于或大于所述最短波長的一半；穿過所述多層襯底結構連接所述第一端子和所述第二端子的RF傳送線， 所述RF傳送線包含一系列與高度小于所述有效波長的四分之一的垂直導體連接的長度小于所述有效波長的一半的水平導體，其中，相鄰的水平導體和垂直導體從所述第一端子朝向所述第二端子逐漸水平和垂直位移。


參考下面的附圖描述本公開的實施方式。圖IA是現有技術的共面HSFT的局部透視立體示意圖。圖IB是現有技術的單過孔非共面HSFT的局部透視剖視立體示意圖。圖2A是本公開的實施方式的局部透視剖視立體示意圖。圖2B是圖2A的實施方式的剖視側視圖。圖2C是圖2A的實施方式的局部透視頂視圖。圖2D是另一的實施方式的局部透視頂視圖。圖2E是另一的實施方式的局部透視頂視圖。圖3是本公開的實施方式的模擬傳送和反射損耗的圖線表示。圖4是本公開的另一實施方式的局部剖切透立體視圖。
具體實施例方式雖然說明或描述了優(yōu)選實施方式，但是并不是意在限制本發(fā)明。更確切地說，如本領域技術人員將理解的，可以進行多種變化，包括替換、修改和等同。如通常一樣，本發(fā)明由所附權利要求限定。共同參考圖2A，2B和2C，示出了本公開的實施方式，HSFT 200。為了簡單起見，示出了僅僅一條完整的RF傳送線208，但是在HSFT 200中還可以存在其他的RF傳送線。HSFT 200提供緊湊設計，用于傳送具有從約IOkHz直至約30GHz的波譜范圍的寬帶信號，包括具有介于約10至約50毫米之間的最短自由空間波長的信號。HSFT 200提供無諧振傳送、低損耗、最小的信道間串擾以及小的從端子的反射。此外，HSFT 200可以適用于端子之間的與傳送通過HSFT的最短波長(λ)的一半相當或更長的垂直和水平位移。雖然HSFT 200的結構類似于包埋的帶線、共面線和其他傳統的結構，但是HSFT 200的導體的更小的尺寸妨礙了通過基于這些傳統結構的理想傳送線理論的精確建模。雖然在某些方面在幾何上與傳統結構相似，但是HSFT 200不能利用傳送線理論的標準假設進行準確描述，因此應該作為整體的3-微結構進行建模和優(yōu)化。傳統的HSFT設計依附于傳送線理論的標準假設，諸如阻抗匹配法則，這對于RF傳送線的線段相對于層厚度的尺寸以及電介質選擇強加了嚴格的關系；但是，當3-維結構的尺寸與被傳送的波長的一半相當時，所得的電磁場不能由標準橫向模式(諸如對于傳送線的TEM或對于常規(guī)波導的TE或TM)中的一種進行準確建模。當3-維結構的尺寸與被傳送的波長的一半相當時，在每一個給定空間點比值Ε/Η可能變化。因此，傳統的阻抗定義變得不確定傳統上，Z(X) E(X)/H(X)，其中Z阻抗，E是電場強度，H是磁場強度，χ是計算 Z(X)的參考位置。因此，HSFT 200應該作為整體的3-維結構來研究和優(yōu)化，并且可以忽略傳統的HSFT設計約束。例如，導體可以在約40至約60歐姆之間變化。因為HSFT 200不受規(guī)范的傳送線理論或其標準假設如傳播場的TEM模式限制， 所以HSFT 200在設計上給予更大的靈活性，改善了可制造性以及減小了公差敏感性，而不會損害器件性能。HSFT 200是作為40G/100G封裝的關鍵部件的第一種高速、非共面饋通設計之一。其成本低，制造簡單，是與許多供應商兼容的短前置時間的HSFT，這可能對于 40G/100G接收機業(yè)務是非常有價值的。HSFT 200還可以包括處于多層襯底結構的上方和/或下方的接地線201，并且可以包括密封170，或者被集成到密封170中。HSFT 200可以形成各種MCM封裝、收發(fā)器、發(fā)射器、光電電路和其他器件的一部分。HSFT 200包含多層結構202，所述多層結構202包含多個陶瓷的、電介質的或其它已知的襯底層。處于HSFT 200的一側的第一端子204和處于HSFT 200的另一側的第二端子206與襯底結構202連接。第一端子204和第二端子206彼此分離一定的垂直距離和水平距離。這兩種距離都與將被傳送通過HSFT 200的信號的最短波長的一半相當或更長。通常，所使用的波長是在HSFT 200的材料中計算出的被傳送信號的有效波長Xrf，而不是信號在空氣中的自由空間波長。標準傳送線的波長λ#可以按如下來近似計算將其自由空間波長λ除以襯底材料的有效介電常數的平方根。一般來說，襯底材料和傳送線類型兩者都限定有效波長；但是，在一些實施方式中，襯底材料的有效介電常數占主導。在圖2Α中，第一端子204被示為單獨的物理結構，引線，而第二端子206被示為焊盤；但是，端子204可以形成RF傳送線208的端部或界面位置，或被完全省略，允許RF傳送線208直接連接到板、封裝內的MCM、封裝外部的主機或其他結構。端子204，206可以包括引線、焊盤、焊球或其他類型的互連或導體。RF傳送線208通過多層襯底結構202電連接第一端子204和第二端子206，并且在兩個端子之間傳送寬帶信號，所述信號包括在約10到約50毫米之間的范圍內的最短波長。 RF傳送線208結合有短的水平伸長的導體210，所述導體210與較短的垂直導體212電連接。這允許減小垂直導體高度h(圖2B)，以提供無諧振操作，同時減小了結構202的層數， 因為水平導體210提供了足夠的垂直導體212之間的間隔d(圖2B)。在一個其中垂直最低位置為第一端子204的示例性實施方式中，RF傳送線208的結構可以被描述為如下。從第一端子204開始，除了垂直導體212跨接結構202的多個層的地方之外，水平導體210和垂直導體212兩者對于結構202的相繼的更高的層相對于彼此逐漸水平位移。如果RF傳送線208的第一部分是處于結構202的第一層的頂部上的第一水平導體210，則第一導體的在水平方向上遠離第一端子204的端部連接垂直導體212的在垂直方向上緊鄰第一端子204的端部。該垂直導體212延伸穿過襯底結構202的一個或多個層。垂直導體212的垂直遠端與第二水平導體210的水平近端連接。此第二水平導體 210相對于第一水平導體210在水平方向上遠離第一端子204并朝向第二端子206位移。 以此模式重復添加第二垂直導體212等，直到RF傳送線與第二端子206連接。以此方式， RF傳送線208呈現從第一位置到達在垂直方向上更高并在水平方向上存在位移的第二位置的穿過多層襯底結構202的樓梯狀形狀。如下所述，對于水平導體210和垂直導體212 的尺寸存在多個約束，以確保通過HSFT 200的最佳信號傳送。本領域技術人員將容易地理解，此模式可以或者以水平導體210或者以垂直導體212開始，并且可以容易地將從最高端子或界面位置到最低端子或位置進行顛倒，而不會偏離本公開。水平導體210可以在幾何上類似于襯底層之中、之上或以其他方式與之相關的共面線、帶線、包埋線或其他方式的電導體。如圖2B所示，所有水平導體210與各個層的頂部上的共面帶線相似。各個水平導體210的長度d(圖2B和2C)小于有效波長λ ef的一半。水平導體210的長度d太短，以至于不能用理想微波傳送理論來描述。因此，包含HSFT 200 的整個系統被認為并建模為3維電磁系統。雖然帶來了一些設計挑戰(zhàn)，但是對整個系統進行建模允許有機會對于整體的HSFT性能優(yōu)化各個水平導體、垂直互連以及襯底層的尺寸， 而非遵循微波傳送線理論，諸如試圖滿足50歐姆阻抗匹配要求。例如，內部水平導體的寬度w(圖2C)可以顯著偏離(偏離超過10% )在HSFT 200的材料中的理想的50歐姆傳送線。因此，各個層的水平導體210的長度、寬度、厚度和襯底深度可以通過建模對于各個層單獨地確定，并且不必被限制為滿足標準阻抗匹配法則所通常必須的尺寸。垂直導體212可以包括垂直互連、通孔、填充過孔、中空過孔、過孔盤、其他過孔結構或其他垂直導體。各個垂直導體212的高度h(圖2B)小于λ ef/4o如上所述，λ ef是被傳送的信號的最短有效波長，下標“ef”是指波長應該在HSFT 200的材料中進行計算。以此方式切分端子204，206之間的總垂直距離避免了垂直導體212中的諧振。一個垂直導體 212可以通過襯底結構202的多個層，或者一個垂直導體212可以由相鄰層中的連接的多個垂直互連形成，而在這些垂直互連之間沒有任何水平位移。具體地參考圖2C中的HSFT 200的頂視圖，襯底結構202的各個層被局部剖切掉。 在第一可見層20 中，第一傳導跡線210與第一端子204和第一垂直導體212連接。一系列依次連接的長度小于有效波長λ ef的一半的水平導體210由垂直導體212連接。圖2C 中給出的結構示出了單個RF信道。其他實施方式可以包括若干RF信道，這些RF信道或者與公共接地或單獨接地結合在一起。圖2D示出了具有兩個信道208'，208"和公共接地 201'的HSFT 200'，但是可以包括盡可能多的信道。每一個RF傳送線208'，208〃可以包含HSFT 200'的一個信道。圖2E示出了另一 HSFT 200〃，其具有兩個信道208'，208〃， 但是每一個信道具有單獨的接地201'，201"。作為非限制實施例，用于傳送具有對應于IOmm的最短自由空間波長和約3mm的有效波長的IOkHz到30GHz的寬波譜的信號的HSFT 200可以包含具有7個陶瓷層的緊湊結構202，其中，第一和第二位置204，206具有大于4mm的垂直位移和約3mm的水平位移。此示例性HSFT 200兼具較短的垂直導體212與可制造的陶瓷厚度。圖3示出了對于χ軸上的約IOkHz至30GHz的頻率范圍該HSFT的計算性能的圖線表示300。傳送損耗302和反射損耗304，306以兩個y軸上的分貝來表示。示明了直至30GHz的無諧振傳送，其中損耗小于3dB。在此頻率帶寬內，從內端子和外端子的反射低于-10dB。在圖4所示的另一實施方式中，提供了封裝400，所述封裝400包含限定出封裝 400的內部404和外部406的密封402以及至少一個包埋在密封402內的HSFT 200。芯片或MCM 408可被包括在封裝400的內部404中，與HSFT 200的處于封裝內部的一側的端子 204連接。處于HSFT 200的另一側的端子206暴露于封裝400的外部406，并且可被用于連接到主機或其他外部系統(沒有示出)。
權利要求
1.一種高速饋通(HSFT)，用于在第一界面位置和第二界面位置之間傳送具有至少 IOGHz的對應于最短自由空間波長的最高頻率的的信號，所述第一位置和第二位置分開至少1毫米的垂直距離和一定的水平距離，所述高速饋通包括襯底結構，其包含多層疊層；以及穿過所述襯底結構連接所述第一位置和所述第二位置之間的RF傳送線，用于在所述第一位置和所述第二位置之間傳送所述信號，所述RF傳送線包含一系列依次連接的水平導體和垂直導體，所述水平導體的長度小于當被傳送通過所述高速饋通時所述信號的對應于最短自由空間波長的有效波長的一半，所述垂直導體的高度小于所述有效波長的四分之一的垂直導體，由此以穿過所述襯底結構的所述層的樓梯狀形狀跨接兩個所述位置之間的所述水平距離和所述垂直距離。
2.如權利要求1所述的高速饋通，其中，穿過所述襯底結構的所述層的所述樓梯狀形狀包括對于所述襯底結構的不同層從緊鄰所述第一位置的位置向緊鄰所述第二位置的位置逐漸水平和垂直地位移的水平導體；以及穿過所述襯底結構的一個或多個層連接相鄰水平導體的垂直重疊的端部的所述垂直導體。
3.如權利要求1所述的高速饋通，其中，所述水平導體和所述垂直導體的幾何形狀在約40至約60歐姆的范圍中偏離所述襯底的材料中的50歐姆傳送線。
4.如權利要求1所述的高速饋通，其中，所述第一位置和所述第二位置之間的所述水平距離為至少1毫米。
5.如權利要求1所述的高速饋通，其中，所述至少一個水平導體的寬度相對于所述襯底的材料中的理想50歐姆傳送線變化超過10%。
6.如權利要求1所述的高速饋通，其中，所述襯底結構包含10個或更少的陶瓷層。
7.如權利要求1所述的高速饋通，其中，所述信號包含對應于約10毫米的最短自由空間波長的從約IOkHz到約30GHz的波譜范圍。
8.如權利要求7所述的高速饋通，其中，所述襯底結構包含7個陶瓷層。
9.如權利要求8所述的高速饋通，其中，所述第一位置和所述第二位置之間的所述垂直距離為至少3毫米。
10.如權利要求9所述的高速饋通，其中，所述第一位置和所述第二位置之間的所述水平距離為至少3毫米。
11.如權利要求1所述的高速饋通，還包括處于所述襯底結構的頂層和底層的接地共面線。
12.如權利要求1所述的高速饋通，其中，所述水平導體是共面帶線。
13.如權利要求1所述的高速饋通，還包括與所述第一位置電連接的至少一個第一端子和與所述第二位置電連接的第二端子。
14.如權利要求1所述的高速饋通，還包括處于所述高速饋通內的另外7個RF傳送線。
15.一種高速饋通(HSFT)，用于傳送具有至少IOGHz的對應于最短自由空間波長的最高頻率的信號，所述高速饋通包括多層襯底結構；第一端子，其與所述襯底連接；第二端子，其與所述結構連接并與所述第一端子分開一定的垂直距離和水平距離，所述兩個距離都相當于或大于當被傳送通過所述高速饋通時所述信號的對應于最短自由空間波長的有效波長的一半；穿過所述多層襯底結構連接所述第一端子和所述第二端子的RF傳送線，所述RF傳送線包含一系列長度小于所述有效波長的一半的水平導體，所述水平導體與高度小于所述有效波長的四分之一的垂直導體連接，其中，相鄰的水平導體和垂直導體從所述第一端子朝向所述第二端子逐漸水平和垂直位移。
16.一種封裝，包含密封，其限定所述包裝的內部和外部；根據權利要求1的高速饋通，其包埋在所述密封內；處于所述封裝的內部中的芯片，其與所述高速饋通的第一位置連接；外部端子，其與所述高速饋通的所述第二位置連接并暴露于所述封裝的外部。
17.一種封裝，包含密封，其限定所述包裝的內部和外部；根據權利要求15的高速饋通，其包埋在所述密封內，將所述第二端子暴露于所述封裝的外部；以及處于所述封裝的內部中的芯片，其與所述高速饋通的所述第一端子連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及寬帶非共面饋通，具體地公開了一種高速饋通(HSFT)，用于在第一和第二位置之間傳送具有至少10GHz的最高頻率的信號，第一和第二位置分開約最短傳送波長的一半的垂直距離和一定的水平距離。襯底結構包含多層疊層。RF傳送線穿過襯底結構連接第一和第二位置之間，用于傳送所述信號。RF傳送線包含一系列依次連接的長度小于所述有效波長的一半的水平導體和高度小于所述有效波長的四分之一的垂直導體，由此以穿過所述結構的層的樓梯狀形狀跨接兩個位置之間的水平和垂直距離。各個導體的幾何形狀可以偏離標準50歐姆包埋帶線，并針對完全3維結構進行優(yōu)化。
文檔編號H01P5/02GK102544666SQ20111033047
公開日2012年7月4日 申請日期2011年10月20日 優(yōu)先權日2010年10月21日
發(fā)明者尼克萊·摩羅佐維, 鐘·潘 申請人:Jds尤尼弗思公司