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Title:
MONOLITHICALLY INTEGRATED MICRO-WAVEGUIDE COMPONENT FOR OVERCOUPLING HIGH FREQUENCIES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2001/043223
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a monolithically integrated micro-waveguide component for overcoupling high frequencies which comprises a first micro-waveguide that is structured on a micro-waveguide chip, and comprises a second micro-waveguide that is structured on a carrier substrate. The micro-waveguides are contacted to one another by a chip through-plating. The invention provides that the micro-waveguides (14, 16) each comprise, in the contact region (12), an integrated compensating structure (42, 34, 44, 38) that serves to compensate for reflections.

Inventors:
KERN STEFAN (DE)
GREGOR GERHARD (DE)
Application Number:
PCT/IB2000/001802
Publication Date:
June 14, 2001
Filing Date:
November 21, 2000
Export Citation:
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Assignee:
MARCONI COMM GMBH (DE)
KERN STEFAN (DE)
GREGOR GERHARD (DE)
International Classes:
H01P5/08; (IPC1-7): H01P5/08
Foreign References:
US5093640A1992-03-03
EP0318311A21989-05-31
US4494083A1985-01-15
Other References:
G.S. BARTA ET AL.: "SURFACE-MOUNTED GAAS ACTIVE SPLITTER AND ATTENUATOR MMIC'S USED IN A 1-10-GHZ LEVELING LOOP", IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES., vol. 34, no. 12, December 1986 (1986-12-01), IEEE INC. NEW YORK., US, pages 1569 - 1575, XP000005175, ISSN: 0018-9480
HOLZMAN E ET AL: "AN HERMETIC COPLANAR WAVEGUIDE-TO-HDI MICROSTRIP MICROWAVE FEED THROUGH", IEEE MTT-S INTERNATIONAL MICROWAVE SYMPOSIUM DIGEST,US,NEW YORK, NY: IEEE, 7 June 1998 (1998-06-07), pages 103 - 106, XP000821986, ISBN: 0-7803-4472-3
Attorney, Agent or Firm:
MANITZ, FINSTERWALD & PARTNER GBR (München, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Monolithisch integriertes MikrowellenleiterBau element zur HochfrequenzÜberkopplung, mit einem er sten, auf einem Mikrowellenleiterchip strukturierten Mikrowellenleiter und einem zweiten, auf einem Trä gersubstrat strukturierten Mikrowellenleiter, wobei die Mikrowellenleiter durch eine ChipDurchkontaktie rung miteinander kontaktiert sind, dadurch gekenn zeichnet, daß die Mikrowellenleiter (14,16) im Kon taktbereich (12) jeweils eine integrierte Kompensa tionsstruktur (42,34,44,38) zur Kompensation von Reflexionen aufweisen.
2. MikrowellenleiterBauelement nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß der erste Mikrowellenleiter (14) einen kapazitiv wirkenden Leitungsabschnitt (34) im Kontaktbereich (12) ausbildet.
3. MikrowellenleiterBauelement nach Anspruch 2, da durch gekennzeichnet, daß ein Leitungsabschnitt (32) des Mikrowellenleiters (14) über eine Taperstruktur (42) in den Leitungsabschnitt (34) übergeht.
4. MikrowellenleiterBauelement nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Mikrowellenleiter (16) einen induktiv wir kenden Leitungsabschnitt (38) im Kontaktbereich (12) ausbildet.
5. MikrowellenleiterBauelement nach Anspruch 4, da durch gekennzeichnet, daß der Leitungsabschnitt (38) ein Koplanarleiter ist.
6. MikrowellenleiterBauelement nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsabschnitte (32 und 34) des Mikrowellen leiters (14) und der Leitungsabschnitt (36) des Mikrowellenleiters (16) Streifenbeziehungsweise Mikrowellenstreifenleiter sind.
7. MikrowellenleiterBauelement nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine zwischen Chip (18) und Trägersubstrat (20) ange ordnete Metallisierung (24) im Kontaktbereich (12) eine Ausnehmung (14) ausbildet.
Description:
Monolithisch integriertes Mikrowellenleiter-Bauele- ment zur Hochfrequenz-Überkopplung Die Erfindung betrifft ein monolithisch integriertes Mikrowellenleiter-Bauelement mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.

Stand der Technik Mikrowellenleiter-Bauelemente der gattungsgemäßen Art sind bekannt. Diese dienen dem Ein-beziehungsweise Auskoppeln von über einen Mikrowellenleiter herange- führten, elektromagnetischen Wellen hoher Frequenz.

Derartige Mikrowellenleiter-Bauelemente bestehen aus einem Chip, in dem ein als Streifenleiter beziehungs- weise Mikrostreifenleiter strukturierter Leiter inte- griert ist. Dieser Leiter ist bekannterweise auf der Oberseite des Chips angelegt. Innerhalb des Chips können weitere Schaltungsbestandteile, beispielsweise Verstärker, Oszillatoren oder dergleichen, integriert sein. Der Chip ist auf oder neben einem Träger ange- ordnet, der ebenfalls einen als Streifenleiter bezie- hungsweise Mikrostreifenleiter ausgelegten Leiter für die elektromagnetischen Wellen aufweist. Um die Lei- tungsstrukturen des Chips und des Trägers miteinander

zu verbinden, ist bekannt, diese über eine Bond-oder Bändchenverbindung miteinander zu kontaktieren. Hier- bei ist nachteilig, daß eine derartige Auskopplung hochfrequenter elektromagnetischer Wellen, insbeson- dere bei Frequenzen oberhalb von 10 GHz, aufgrund der Induktivität der Auskoppelleitung zu erhöhten Refle- xionen führt. Um diese Reflexionen auszugleichen, sind Kompensationsschaltungen vorzusehen. Dies er- fordert in der Regel einen hohen Platzbedarf auf dem Chip. Ferner ist nachteilig, daß durch die mit den hohen Frequenzen verbundene geringe Wellenlänge bei Montagetoleranzen zwischen Chip und Träger bezie- hungsweise zwischen Leiterstrukturen und der Auskop- pelleitung zur Ausbildung parasitärer Elemente (Kapa- zitäten, Induktivitäten) führen, die eine Kompensa- tion erschweren.

Aus"DBIT-DIRECT BACKSIDE INTERCONNECT TECHNOLOGY" ; IEEE, 6/97 ist bekannt, die Leitungsstrukturen des Chips und des Trägers durch eine Chip-Durchkontaktie- rung miteinander zu verbinden. Bei einer derartigen Chip-Durchkontaktierung sind zwar die durch die üb- liche Bond-oder Bändchenverbindung hervorgerufenen Reflexionen vermieden, jedoch bleibt das Problem der Kompensation bei der HF-Auskopplung ungelöst.

Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße monolithisch integrierte Mikro- wellenleiter-Bauelement bietet demgegenüber den Vor- teil, daß in einfacher Weise eine Kompensation einer HF-Auskopplung erreicht ist. Dadurch, daß die Mikro-

wellenleiter-sowohl des Chips als auch des Trä- gers-im Kontaktbereich jeweils eine integrierte Kompensationsstruktur aufweisen, kann in einfacher Weise die Herstellung der HF-Auskopplung erfolgen und gleichzeitig eine elektrische Auslegung des Kontakt- bereiches derart erfolgen, daß eine Kompensation von Reflexionen möglich ist.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorge- sehen, daß die Kompensationsstrukturen durch Lei- tungsabschnitte der Mikrowellenleiter gebildet sind, die eine dem Übergang angepaßte Leiterbreite besit- zen. Hierdurch läßt sich in einfacher Weise durch Bestimmen des Layouts der Mikrowellenleiter im Kon- taktierungsbereich die Kompensationsstruktur inte- grieren. Insbesondere ist vorgesehen, daß der dem Chip zugeordnete Mikrowellenleiter einen kapazitiv wirkenden Leitungsabschnitt im Kontaktbereich aus- bildet und der dem Träger zugeordnete Mikrowellen- leiter einen induktiv wirkenden Leitungsabschnitt im Kontaktbereich ausbildet. Durch Zusammenwirken dieser Leitungsabschnitte im Kontaktbereich mit einer Masse- führung des Mikrowellenleiter-Bauelementes läßt sich eine Kompensation derart erzielen, daß die Leiter- struktur der HF-Auskopplung dem eines 50-Ohm-Stan- dard-Mikrowellenleiters mit hinreichender Genauigkeit entspricht.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung er- geben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.

Zeichnungen Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungs- beispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen näher er- läutert. Es zeigen : Figur 1 einen schematischen Schnitt durch ein mono- lithisch integriertes Mikrowellenleiter- Bauelement und Figur 2 eine schematische Draufsicht auf das mono- lithisch integrierte Mikrowellenleiter-Bau- element.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels Figur 1 zeigt ein monolithisch integriertes Mikro- wellenleiter-Bauelement 10 in einem Längsschnitt.

Dargestellt ist der Kontaktbereich 12 eines ersten Mikrowellenleiters 14 mit einem zweiten Mikrowellen- leiter 16. Der Mikrowellenleiter 14 ist auf einem Chip 18, beispielsweise auf einem GaAs (Galliumarse- nid)-Chip, angeordnet. Der Chip 18 besitzt beispiels- weise eine Dicke von 100 hum. Der zweite Mikrowellen- leiter 16 ist auf einem Träger 20, beispielsweise einem Al203 (Aluminiumoxid)-Substrat, angeordnet. Der Träger 20 besitzt beispielsweise eine Dicke von 254 Um. Eine Oberseite 22 des Trägers 20 trägt eine Metallisierung 24, während eine Unterseite 26 des Trägers 20 eine Metallisierung 28 trägt. Die Metalli- sierungen 24 und 28 sind über hier angedeutete Durch- kontaktierungen 30 galvanisch verbunden. Die Metalli-

sierungen 24 und 28 dienen in bekannter Weise der Bereitstellung eines Massepotentials für in das Mikrowellenleiter-Bauelement 10 integrierte-im ein- zelnen nicht dargestellte-Schaltungen. Diese können beispielsweise in dem Chip 18 monolithisch integriert sein.

Wie die in Figur 2 gezeigte schematische Draufsicht verdeutlicht, besteht der Mikrowellenleiter 14 aus einem ersten Leitungsabschnitt 32 und einem zweiten Leitungsabschnitt 34 und der Mikrowellenleiter 16 aus einem ersten Leitungsabschnitt 36 sowie einem zweiten Leitungsabschnitt 38. Die Leitungsabschnitte 34 und 38 liegen im Kontaktbereich 12. Die Metallisierung 24 bildet im Kontaktbereich 12 eine in Figur 2 erkenn- bare Aussparung 40 aus, die den Kontaktbereich 12 quasi umgreift. Die Durchkontaktierungen 30 durch den Träger 20 sind symmetrisch um den Kontaktbereich 12 angeordnet.

Der Mikrowellenleiter 14 umfaßt in seinem Leitungs- abschnitt 32 eine Breite a und in seinem Leitungsab- schnitt 34 eine Breite b, wobei der Leitungsabschnitt 34 breiter ist als der Leitungsabschnitt 32. Im Über- gang zwischen den Leitungsabschnitten 32 und 34 ist eine Taperstruktur 42 ausgebildet.

Der Mikrowellenleiter 16 besitzt in seinem Leitungs- abschnitt 36 eine Breite c und in seinem Leitungsab- schnitt 38 eine Breite d. Hierbei ist die Breite d geringer als die Breite c. Im unmittelbaren Kontakt- bereich 12 bildet der Leitungsabschnitt 38 eine Kon-

taktzone 44 aus. Die Mikrowellenleiter 14 und 16 sind über eine Durchkontaktierung 46 durch den Chip 18 miteinander verbunden. Die Durchkontaktierung 46 ver- bindet die Leitungsabschnitte 34 und 38.

Die Leitungsabschnitte 32 und 34 des Mikrowellenlei- ters 14 sowie der Leitungsabschnitt 36 des Mikrowel- lenleiters 16 sind Streifen-beziehungsweise Mikro- streifenleiter, während der Leitungsabschnitt 38 als Koplanarleiter ausgebildet ist.

Die Leitungsabschnitte 34 und 38 bilden integrierte Kompensationsstrukturen zur Kompensation von Refle- xionen im Kontaktbereich 12. Der Abschnitt 32 bildet durch Anordnung über der Metallisierung 24 (Masse) eine 50-Ohm-Mikrostreifenleitung aus. Der Leitungsab- schnitt 36 des Mikrowellenleiters 16 bildet ebenfalls eine 50-Ohm-Mikrostreifenleitung aus, wobei hier eine Abstimmung auf die Metallisierung 28 an der Untersei- te des Trägers 20 erfolgte.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Kontakt- bereiches 12 können elektromagnetische Wellen ein- beziehungsweise ausgekoppelt werden. Hierbei kann entweder der Mikrowellenleiter 14 Eingang und der Mikrowellenleiter 16 Ausgang oder im umgedrehten Falle der Mikrowellenleiter 16 Eingang und der Mikro- wellenleiter 14 Ausgang sein. Beispielsweise bei ei- nem Signal mit einer Frequenz von bis 40 GHz ergeben sich für das erfindungsgemäße monolithisch inte- grierte Mikrowellenleiter-Bauelement Reflexionswerte von < 27 db. Die Transmissionsdämpfung im Übergang

beträgt hier unter 0,3 db. Neben der Integration der Kompensationsstrukturen in den Kontaktbereich 12 er- gibt sich als weiterer Vorteil, daß bei der Montage des Mikrowellenleiter-Bauelementes 10 der Chip 18 auf dem Träger 20 selbstjustierend aufgebracht werden kann. Eine Kontaktierung erfolgt durch Löten, wobei die Justage des Chips 18 auf dem Träger 20 selbst- justierend durch die Oberflächenspannung des Lots im Bereich des Kontaktbereiches 12 erfolgt. Hierdurch lassen sich Toleranzabweichungen bei der Montage auf ein Minimum reduzieren, so daß das Entstehen parasi- tärer Elemente im Kontaktbereich 12-die Auswirkung auf die Kompensation haben könnten-vernachlässigbar klein sind.