專利名稱：多層芯片定向耦合器的制作方法
技術領域：
本發明一般涉及定向耦合器，特別涉及多層芯片耦合器，其中在一個介質層上形成了主信號線層，使得主信號線層比形成在兩個介質層上的耦合信號線層短，于是降低了導電圖案的電阻并且減小了插入損耗。
用于移動通訊設備的定向耦合器可用來以恒定的速度劃分傳輸信號。具體地說，在定向耦合器中，來自發射級放大器的一定量的輸出信號被取樣并傳輸到自動輸出控制器，這樣使具有恒定輸出電平的輸出信號通過天線發射。
圖1是顯示傳統的微帶線路耦合器的圖。參考圖1，在微帶線路耦合器中，在具有預定介電常數的介質基片1上形成導電金屬層，以便形成主信號線3和耦合信號線5，它們彼此隔開。當信號輸入到耦合器的輸入端時，大部分輸入信號通過輸出端輸出。然而，一部分輸入信號被耦合到耦合信號線5，使得通過耦合信號線5產生耦合信號，耦合信號通過耦合端和隔離端輸出。
通常，在具有上述結構的微帶線路耦合器中，根據主信號線3和耦合信號線5之間的距離以及它們的圖案形狀來決定耦合特性。具體地說，主信號線3和耦合信號線5之間的距離是在耦合器的制造工藝中要調整的主要指標。然而，在實際的微帶線路耦合器中，精確地保持主信號線3和耦合信號線5之間的距離是很困難的。
因此，傳統的微帶線路耦合器的問題在于在制造耦合器時由于主信號線和耦合信號線之間的距離的變化，難以制造具有高耦合結構的耦合器。
為了解決上述問題，提出了圖2所示的多層芯片定向耦合器。參考圖2，通過在多個介質層上形成電極圖案并將介質層粘結在一起來完全制造多層芯片定向耦合器。如圖2所示，在最下面的和最上面的介質層10a和10f上分別形成接地圖案17a和17b，在最下面的介質層10a上面，將其上分別形成了信號線13a和13b的兩個介質層10b和10c彼此平行設置。在介質層10c上形成了通孔20a，使得信號線13a和13b通過通孔20a彼此連接。
此外，在介質層10c上面，將其上分別形成了耦合信號線15a和15b的兩個介質層10d和10e彼此平行設置。耦合信號線15a和15b通過形成在介質層10e上的通孔20b彼此連接。在這種情況下，如圖2所示，分別形成在兩個不同的介質層上的主信號線13a和13b以及耦合信號線15a和15b被對稱設置。其上形成了接地圖案17b的介質層10f設置在介質層10e上面，將由絕緣材料制成的殼體10g設置在介質層10f上面。據此，將層10a-10g彼此粘結在一起，因此完成了多層芯片定向耦合器的制造。
在圖2的傳統的多層定向耦合器中，通過在具有預定厚度的介質層10d周圍設定主信號線和耦合信號線之間的距離，可以得到所需要的耦合特性。此外，圖2的傳統的多層定向耦合器的優點在于它可以通過對稱地制造主信號線和耦合信號線以便形成相同的主信號線和耦合信號線圖案，而容易地設定耦合特性，并且可以通過在每個介質層上對稱地形成導電圖案而簡化耦合器地制造工藝。
然而，該傳統的多層芯片定向耦合器的問題在于，它具有大的插入損耗。該插入損耗是除了耦合器中取樣信號和通過主信號線輸出的輸出信號的量之外，在耦合器中產生的損耗量，對于限定定向耦合器的特性來說，插入損耗是一個重要的指標。然而，在具有對稱結構的傳統的多層芯片定向耦合器中，由于將主信號線13a和13b制成與耦合信號線15a和15b具有相同的長度，根據主信號線13a和13b增加了電阻，從而增加了插入損耗。
為了實現上述目的，本發明提供了一種多層芯片定向耦合器，包括第一接地圖案，形成在第一介質層的上表面上；耦合信號線，在第二介質層的上表面上由導電圖案形成，上述第二介質層形成在第一介質層的上面；主信號線，在第三介質層的上表面上由導電圖案形成，上述第三介質層形成在第二介質層的上面，主信號線比耦合信號線短；第二接地圖案，形成第四介質層的上表面上，上述第四介質層形成在第三介質層的上面；以及形成在第一至第四介質層的側表面上的多個端口，并且與主信號線、耦合信號線以及第一和第二接地圖案相連。
根據一優選實施例，第二或第三介質層可以由多個介質層構成。在這種情況下，分別形成在第二或第三介質層的上表面上的制成耦合信號線或主信號線的導電圖案通過在一條線上穿透多個介質層的通孔彼此連接。
根據另一個優選實施例，最好將主信號線的長度設定為大約是耦合信號線的長度的一半，以減小插入損耗。
本發明多層芯片定向耦合器與傳統的多層芯片定向耦合器的區別在于主信號線和耦合信號線不對稱地形成，主信號線形成得比耦合信號線短。在優選實施例中，為了縮短主信號線，在一個介質層上形成主信號線，而在兩個介質層上形成耦合信號線，下面將詳細描述這種結構。
如圖3所示，在耦合器的下部中的介質層101a上形成諸如銅(Cu)和銀(Ag)之類導電金屬層，以形成接地圖案117a。另外，在介質層101a上面設置介質層101b，在介質層101b上通過形成與接地圖案117a類似的諸如銅(Cu)和銀(Ag)之類的導電金屬層，形成了耦合信號線105a。另外，在介質層101b上面設置介質層101c，在介質層101c上形成通過通孔120與耦合信號線105a連接的耦合信號線105b。如上所述，耦合信號線105a和105b通過通孔120彼此連接，這樣形成了一個耦合信號線。
此外，在介質層101c上面設置介質層101d，在介質層101d上通過形成典型的諸如銅(Cu)和銀(Ag)之類的導電金屬層，而形成主信號線103。在介質層101d上面設置介質層101e，在介質層101e上形成接地圖案117b，以及在介質層101e上設置由絕緣材料制成的殼體。
盡管圖中未顯示，在101a-101f層彼此粘結在一起之后，在粘結結構的前部(即每個層的前側)中形成輸入端、輸出端和接地端，在粘結結構的后部(即每層的后側)中形成耦合端、接地端和隔離端。因此，輸入和輸出端、接地端以及耦合和隔離端分別與形成在每個相應層上的主信號線103、接地圖案117a、117b以及耦合信號線105a、105b相連接。
如上所述，在多層芯片定向耦合器中，耦合信號線105a、105b分別形成在兩個介電層101b、101c上，并通過通孔120彼此連接。此外，主信號線103被形成在設置在兩個介質層101b、101c上面的介質層101d上。因此，與其中對稱地形成主信號線和耦合信號線的傳統的耦合器相比較，該耦合器主信號線和耦合信號線不對稱地形成。換句話說，主信號線103甚至比耦合信號線105a、105b的總長度短。此外，主信號線103形成為單層。
這意味著可以簡化該耦合器的制造工藝，另外，與傳統的定向耦合器相比，降低了導電圖案的電阻，降低了插入損耗。表1顯示了關于具有本發明的不對稱結構的多層芯片定向耦合器和具有對稱結構的傳統的多層芯片定向耦合器的電阻、插入損耗、耦合系數和回波損耗。
表1
如表1所示，將四個多層芯片定向耦合器制作成使得它們的回波損耗幾乎相同。這四個多層芯片定向耦合器包括相同尺寸和相同材料的介質基片。然而，將這四個定向耦合器制作成使每個主信號線的長度彼此不同。換句話說，在根據比較例的定向耦合器中，與具有對稱結構的傳統的耦合器一樣，將主信號線和耦合信號線構造成都具有相同的長度。另一方面，在根據第一至第三實施例的定向耦合器中，每個主信號線的長度分別設定為4.30mm、3.55mm和2.52mm，使得主信號線比耦合信號線短。然后，計算出在相同條件下的相對于比較例和第一至第三實施例的插入損耗和耦合系數。
接著，如表1所示，在第三實施例中可以看到驚人的插入損耗，其中在所有的實施例中，第三實施例的主信號線最短。換句話說，可以通過縮短主信號線來減小插入損耗。然而，表1顯示了在第三實施例中即使插入損耗可以大幅度降低，但耦合系數異常地增加。因此，由于耦合系數值，必須限制用于減小插入損耗的主信號線的縮短。為此，最好將適用本發明的主信號線的長度設定為大約是第二實施例所示的耦合信號線的長度的一半。
如上所述，本發明提供了一種多層芯片定向耦合器，其中不對稱地形成主信號線和耦合信號線，將主信號線設定得比耦合信號線短，以便減小主信號線的電阻，這樣顯著降低插入損耗。尤其是，本發明的優點在于當將主信號線的長度設定為是耦合信號線的長度的一半時，在保持適當的耦合系數的同時，可以大幅度減小插入損耗。
盡管為了說明已經公開了本發明的優選實施例，本領域技術人員應當理解，在不離開在所附的權利要求中所公開的本發明的范圍和精神的情況下，各種修改、添加和替換都是可能的。
權利要求
1.一種多層芯片定向耦合器，包括第一接地圖案，形成在第一介質層的上表面上；耦合信號線，在第二介質層的上表面上由導電圖案形成，上述第二介質層形成在第一介質層的上面；主信號線，在第三介質層的上表面上由導電圖案形成，上述第三介質層形成在第二介質層的上面，主信號線比耦合信號線短；第二接地圖案，形成第四介質層的上表面上，上述第四介質層形成在第三介質層的上面；以及形成在第一至第四介質層的側表面上的多個端口，并且與主信號線、耦合信號線以及第一和第二接地圖案相連。
2.根據權利要求1的定向耦合器，其中，第二和第三介質層由多個層疊的介質層構成，分別形成在第二和第三介質層上、形成耦合信號線和主信號線的導電圖案通過穿透多個介質層的通孔彼此相連。
3.根據權利要求1的定向耦合器，其中，主信號線的長度大約為耦合信號線長度的50-80％。
4.根據權利要求1的定向耦合器，其特征在于，主信號線設定為大約是耦合信號線長度的一半。
全文摘要
這里公開的是一種多層芯片定向耦合器。該多層芯片定向耦合器具有第一接地圖案、耦合信號線、主信號線、第二接地圖案和多個端口。第一接地圖案形成在第一介質層的上表面上。耦合信號線由第二介質層上表面上的導電圖案形成。主信號線由第三介質層上表面上的導電圖案形成,第三介質層形成在第二介質層上面。第二接地圖案形成在第四介質層上表面上,第四介質層形成在第三介質層上面。多個端口形成在第一至第四介質層的側表面上。
文檔編號H01P5/16GK1373533SQ01140369
公開日2002年10月9日 申請日期2001年12月12日 優先權日2000年12月19日
發明者申知桓, 鄭勝教 申請人:三星電機株式會社