傳輸線電容器的制作方法

專利名稱：傳輸線電容器的制作方法
技術領域：
本主題總體上涉及一種耦合電容器，其用于在印刷電路板(PCB)環(huán)境中與元件結合和信號連接。依據(jù)本主題，形成傳輸線電容器時，在單一獨石器件中至少提供兩個電容器結構。
背景技術：
傳輸線通常定義為用于將源連接到負載的兩個或多個平行導體。這樣的術語經(jīng)常使人想到電力產(chǎn)生和分配系統(tǒng)，它利用大規(guī)模傳輸線在電力網(wǎng)絡的多個源和負載間傳輸電能。然而，傳輸線不僅僅用在大規(guī)模環(huán)境中，實際上，甚至最小的電氣應用也經(jīng)常使用傳輸線結構用于能量分配。這種應用的具體例子(通常是本主題的關注點)對應于在印刷電路板(PCB)環(huán)境中實現(xiàn)的傳輸線，即連接各種元件或連接點的平行信號軌跡。
PCB“傳輸線”被證明對很多傳統(tǒng)電路應用相當有用，尤其對那些利用較高頻率信號的電路。然而，高頻信號以這種方式傳播容易引起各種不期望的信號改變的現(xiàn)象，包括能改變信號數(shù)據(jù)和引起數(shù)據(jù)錯誤的噪聲尖峰以及能引起信號反射的在信號通路中的阻抗變化。
電容器經(jīng)常被用于幫助調節(jié)傳輸信號和確保不期望的信號改變現(xiàn)象的最小化。在很多應用中，電容器是合乎需要的，其具有阻擋傳輸信號的DC分量的偏置能力，并且具有使AC電壓分量(經(jīng)常是信號的“數(shù)據(jù)”部分)通過的耦合能力。這樣的電容器將在下文中作為耦合電容器被提及，并且應該與通常阻擋AC信號傳播的去耦電容器區(qū)分開。當這種傳輸信號的特征在于具有較高頻率時，傳輸信號的耦合和去耦常常變得越來越重要。在美國專利No.6,272,003B1(Schaper)和No.6,023,408(Schaper)中公開了應用于高頻信號的電容器技術的例子。
在傳輸線環(huán)境中的耦合電容器可能需要獨特的設計考慮。傳輸線的典型特征是具有一定的阻抗，沿著形成各個分別信號傳輸通路的信號軌跡，該阻抗優(yōu)選盡可能地保持恒定。維持相對恒定的傳輸線阻抗有助于確保信號的完整性。
特定電容器性能特征的決定和保留通常致力于該器件所用材料的選擇。在公知的技術中，多層電容器通常包括用來形成至少兩個主要物理結構的材料，即導電極板和鄰近的電介質部分。特殊地，由于可以獲得具有不同介電常數(shù)(K)的寬范圍的電介質，因此電容器器件所用的電介質材料的選擇能極大地影響元件設計和功能。
采用具有較高介電常數(shù)的材料的電子器件作為被選組成部件的例子包括美國專利No.6,275,370 B2(Gnade等人)、No.5,883,781(Yamamichi等人)、No.4,853,827(Hemandez)、No.4,464,701(Roberts等人)、No.3,883,784(Peek等人)和日本專利No.JP6290984(Kuroiwa等人)。
許多電子器件，尤其是電容結構，在單個結構中采用具有不同介電常數(shù)的材料的組合。這種電介質材料的組合可能常常生產(chǎn)出功能或給定性能特征的范圍較寬的器件。美國專利No.5,779,379(Galvagni等人)、No.5,517,385(Galvagni等人)、No.6,108,191(Bruchhaus等人)、No.6,072,690(Farooq等人)和日本專利No.JP 1189997A(Takaaki等人)公開了合并不同電介質材料的示范性電子器件。類似地，美國專利No.3,210,607(Flanagan)提供了一種設置有不同鐵磁性材料的裝置的例子。
形成采用不同電介質材料的電容結構的另一參考公開方案是美國專利No.5,583,738(Kohno等人)。該參考方案提供了一種具有獨特電容單元的電容器陣列，該電容單元通過介電常數(shù)低于電容單元自身所用材料的介電常數(shù)的層而相互隔開。這種公開的電容結構可能適用于印刷電路板的環(huán)境。
提出電容器設計和/或關于選擇電介質材料的另外背景參考資料包括美國專利No.6,300,267 B1(Chen等人)、No.6,208,501B1(Ingalls等人)、No.6,111,744(Doan)、No.6,094,335(Early)、No.5,561,586(Tornohiro等人)和No.3,699,620(Asher等人)。
盡管在芯片型電容器和其電介質部分的領域內公開了各種方案和替代部件，但是沒有出現(xiàn)一種總體解決了這里討論的所有問題的設計方案。因此，將所有上述美國專利的公開內容整體合并到本發(fā)明中作為參考用于所有的目的。

發(fā)明內容
本發(fā)明主題認識到上述的各種問題以及關于耦合電容器和印刷電路板(PCB)應用的特定方面的其它問題并加以解決。因此，一般地說，本公開技術的主要目的是提供一種用于印刷電路板(PCB)環(huán)境中的改進耦合器件。更具體地，提供一種傳輸線電容器，它包括在單個獨石結構中的至少兩個性質不同的電容器件。
本主題的一個主要目的是提供一種用于在PCB或其它基板上的信號傳輸通路中串聯(lián)連接的電容器結構，此時，該結構提供電容功能同時也保持傳輸通路之間的期望阻抗值。
本主題的另一主要目的是提供一種傳輸線電容器，它提供用于阻擋所需DC電壓的偏置功能以及用于使AC電壓信號通過以維持數(shù)據(jù)完整性的AC耦合功能。
公開技術的又一目的是提供用于保持信號通路阻抗和提供期望功能的各種可能傳輸線電容器實施例。所述不同的實施例可以包括例如設置在特定設計結構中的具有不同介電常數(shù)的材料。更具體地講，在設計出的具有特定尺寸例如有源高度和電容器極板間的間距的電容器結構中，可以設置較高K(K＞50)和/或低K(K＜20)的電介質材料。
本主題的另外目的和優(yōu)點在下文的詳細描述中列舉出來，或者對于本領域內的普通技術人員而言是顯然的。同時，本領域內的普通技術人員應當進一步理解到，在各種實施例的實踐中，可以對其具體圖示、參考和討論的部件作出修改和變化，因為參考了各種實施例，在使用本公開技術時不會偏離本主題的精神和范圍。這種變化可以包括等同替換那些顯示、參考或討論的裝置和部件或材料以及各個部分、部件的功能、操作或位置顛倒等等，但是所作的變化不局限于此。
更進一步地可以理解，公開技術的不同實施例以及提出的不同優(yōu)選實施例可以包括本公開的部件或元素或它們的等同物(包括沒有顯示在附圖中或在具體實施方案中未提及的其部件或結構的組合)的各種組合或結構。
本主題的第一示范性實施例涉及一種傳輸線電容器，其包括以肩并肩的結構設置在獨石型器件中的至少兩個多層電容器，其中每個電容器通過電介質材料的附加部分與相鄰的電容器分隔開。形成各個多層電容器和分隔部分所用的電介質材料優(yōu)選是較低K(例如，K～8)的電介質材料。在該傳輸線電容器實施例中，可以具體設計出每個電容器的高度和間距以獲得每個電容器的給定容值，同時保持該器件內的信號通路間的給定線對線阻抗。
公開技術的另一示范性實施例涉及一種傳輸線電容器，其具有形成于電介質材料的體內、并且設置在所述電介質材料的分隔部分之間的至少兩個多層電容器。根據(jù)本實施例的電介質材料可以具有較高的介電常數(shù)。優(yōu)選地，在每一相鄰多層電容器對之間的分隔部分內切出空氣隙，使得電容器被電介質材料的分隔部分局部隔開，而且被空氣隙局部隔開。根據(jù)該示范性實施例，傳輸線電容器可以獲得較高的容值。
本公開技術的又一示范性實施例相應于一種傳輸線電容器，其具有形成于第一電介質材料的體內的、和被由第二不同電介質材料組成的分隔部分至少局部隔開的至少兩個多層電容器。在一些實施例中，第一電介質材料可能具有較高的介電常數(shù)，并且第二電介質材料可能具有較低的介電常數(shù)。在一些實施例中，相鄰電容器之間的寬度間隔可以被第二電介質材料徹底分隔。
本主題的又一實施例涉及一種傳輸線電容器，它利用沖壓技術形成，沖加工(punch)第一電介質材料的層并且選擇性地交替插入有源電極層以形成第一多層電容器部分。然后通過在第一多層電容器部分的頂部沖加工第二電介質材料來形成分隔部分。在設置第二電介質材料之后，設置除了更多交替插入的有源電極層之外的第一電介質材料的附加層，以形成完整的對稱性電容器堆疊結構。這種薄膜沖加工技術也可以應用于公開技術的其它實施例。
本主題的另外實施例不必在概括部分中論述，可以包括和合并在上述概括性目的中參考的部件或元件的方案的組合、和/或本說明書中另外討論的部件或元件。
在閱讀說明書的剩余部分后，本領域內的普通技術人員將更好地理解所述實施例和其它實施例的特征和方案。


針對本領域內的普通技術人員，在說明書中參考附圖對本發(fā)明主題進行充分地和可實施地闡述，包括其最佳實施方式，在附圖中圖1A提供了與本主題的示范性傳輸線電容器實施例相結合的示范性電路板環(huán)境的透視圖；圖1B提供了本主題傳輸線電容器的設計中所用的平面板傳輸線的透視圖和代表圖；圖2A提供了根據(jù)本主題的第一示范性傳輸線電容器實施例的側視圖；圖2B提供了圖2A所示的第一示范性傳輸線電容器實施例的外貌的透視圖；圖3A提供了對于圖2A和2B所示的第一示范性傳輸線電容器實施例，高度-間距比與介電常數(shù)的關系曲線圖；圖3B提供了對于圖2A和2B所示的第一示范性傳輸線電容器實施例，容值與外形尺寸的關系曲線圖；圖4A提供了根據(jù)本主題的第二示范性傳輸線電容器實施例的側視圖；圖4B提供了對于圖4A所示的第二示范性傳輸線電容器實施例，等效介電常數(shù)與切口寬度之間的關系曲線圖；圖5A提供了根據(jù)本主題的第三示范性傳輸線電容器實施例的側視圖；圖5B提供了對于圖5A所示的第三示范性傳輸線電容器實施例，容值與外形尺寸之間的關系曲線圖；圖6A提供了根據(jù)本主題的第四示范性傳輸線電容器實施例的透視圖；圖6B提供了圖6A所示的第四示范性傳輸線電容器沿著A-A線切開并旋轉90度角的整體側面剖視圖。
在本說明書和附圖中貫穿重復使用參考標記，用于表示本技術中相同或相似的部件或元件。
具體實施例方式
如同在發(fā)明內容中所提到的，本主題涉及一種改進型耦合器件，用于在印刷電路板(PCB)環(huán)境中與元件結合和信號連接。這種器件優(yōu)選地提供用于各個平行信號傳輸通路的電容功能，同時還保持傳輸通路之間的重要阻抗值，下面參考圖1A和1B進行圖示和討論。
下面介紹在本文中提出的用于保持期望性能特征的幾種具體示范性傳輸線電容器實施例。第一示范性實施例可以用具有較低介電常數(shù)的電介質材料形成，使得電容器的“高度”高，和在性質不同的電容結構之間具有固定的間距。該第一示范性實施例的方案分別參考圖2A-3B加以介紹。第二示范性傳輸線電容器實施例將參考圖4A和4B加以介紹，它可以由具有較高K的電介質形成，然后在電容結構之間開槽以形成一空氣隙。第三示范性實施例將參考圖5A和5B加以闡述，它可以由具有較高K的電介質材料形成，并在電容結構之間設置較低K的材料。第四示范性實施例將參考圖6A和6B加以闡述，涉及一種將高K和低K電介質材料沖壓入獨石型薄膜器件中而形成的傳輸線電容器設計方案。
現(xiàn)在更具體地參考附圖，圖1描述了位于基板12上的示范性傳輸線電容器10?；?2可以對應于印刷電路板或其它環(huán)境，其中提供了用來傳輸信號的信號通路14。經(jīng)由信號通路14傳輸?shù)男盘柨梢允侨鏏C“數(shù)據(jù)”信號，在一定應用中DC偏壓優(yōu)選被阻擋?？梢蕴峁詈想娙荩沟脗鬏斝盘柕谋贿xAC部分通過并阻擋被選DC信號。同時，期望保持信號通路之間的給定線/線(即線對線)阻抗。
假定圖1A的兩條信號通路14設置為具有固定間距的大致平行結構，線/線阻抗Z0約為100Ω。設置在信號通路14上的傳輸線電容器可以包括在單個獨石體10中的兩個平行電容器16，在電容器16之間形成固定間距，每個電容器16的頂部和底部有源層之間形成固定的高度。傳輸線電容器10的這種結構在每條信號通路中提供了一個容值(例如，約為100pF)，同時保持線/線阻抗Z0′近似等于Z0。于是，如果Z0約為100Ω，Z0′優(yōu)選地也約為100Ω。傳輸線電容器10設置有端子18，以允許沿通路14傳播的信號輸入傳輸線電容器和從傳輸線電容器輸出，因此在不會受到傳輸通路之間阻抗變化的顯著影響的同時獲得了AC耦合功能的優(yōu)勢。
如上所述，圖1A所示的傳輸線電容器10包括兩個平行電容器16?？梢岳斫獾剑鶕?jù)本公開技術可以形成超過兩個的電容器16，這仍然在本主題的精神和范圍內。例如，可以將具有四個電容器16的單個器件設計為鄰近電路板12上的四條平行信號路徑設置。為了便于理解，下面將介紹具有兩個電容器16的傳輸線電容器的設計方案。
圖1B提供了兩個平行電容器16的透視圖，它們可以包括在本技術的傳輸線電容器10中。下面關于圖1B的討論提供對于傳輸線理論的基本原理的理解，論述了如何設計所述電容器16的性能以提供特定電容功能并且保持特定的阻抗性能。
為了便于分析，需要設定一定變量來表示傳輸線電容器10和各個電容結構16的特定尺寸。距離20表示各平行電容器16的高度，它對應于電容器16的頂部和底部有源金屬板之間的距離，其中每個所述電容器可能具有超過兩個的金屬板，在一些實施例中實際包括多個有源金屬板。距離22表示每個電容器16的長度，而距離24表示每個電容器16的寬度。兩個電容器隔開了間隔距離26，使得距離28表示兩個電容器16的各自寬度24與間隔距離26的總和。
圖1B的兩個電容器16的有效模型是平行平面金屬板傳輸線，其中特性阻抗Z0由下式給出Z0=η0ϵr(A+B)-1]]>如果ab≥1]]>Z0=η0πϵr[ln(4ba)+18(ab)2-C]]]>否則 (1)其中a＝1/2(距離20)，b＝1/2(距離26)，η0≈120πΩ(自由空間的固有阻抗)，e≈2.71828(自然對數(shù)的底)，ϵ0=10-936πF/m]]>(自由空間的電容率)，εr＝隔開電容器16的材料的介電常數(shù)，并且A、B和C由下式給出A=ab+1πln(4)+(ϵr-1)2πϵr2ln(eπ216)]]>B=ϵr+12πϵrln(πe(ab+0.94)2)------(2)]]>C=ϵr-12(ϵr+1)(ln(π2)+ln(4π)ϵr)]]>于是Z0＝Z0(εr，a，b)，于是圖1A和1B中所示的傳輸線電容器10的特性阻抗可以確定為分隔電容器16的材料的介電常數(shù)、平行電容器16之間的間隔距離(距離26)和電容器16的高度(距離20)的函數(shù)。如果所需特性阻抗Z0為100Ω，可以選擇εr、間隔距離26和高度20的相應值，以適用于任何給定的應用情況。
根據(jù)本主題可以形成一種傳輸線電容器，在它的結構中采用了低溫共燒陶瓷(low temperature co-fired ceramic，LTCC)材料。這種LTCC材料優(yōu)選的特征是具有較低的介電常數(shù)，例如從約5.0到約10.0的范圍，其中特定介電常數(shù)8.1可以用來獲得關于傳輸線電容器的間距和高度的數(shù)值?？紤]第一示范性傳輸線電容器30，圖2A中示出了整體側視圖。兩個平行電容器32定位在實施例30內部使得電容器32被隔開距離38，電容器32均具有各自的高度34和寬度36。電容器32還以如下方式定位在實施例30內部具有通常相等的寬度邊緣40和41，以及頂部高度邊緣42和底部高度邊緣44。包括電容器32和包圍電容器32的電介質材料的實施例30的特征在于用距離46表示總器件高度，和用距離48表示總器件寬度。
假定所需的特性阻抗約為100Ω，和圖2A的實施例30中位于電容器32之間的電介質材料的特征在于介電常數(shù)約為8.1。利用等式(1)中給出的特性阻抗公式，于是得出對于上述的示范性性能特征，所需的高度與間距的比值(距離34/距離38)約為0.313。圖3A提供了對于圖2A所示的傳輸線電容器，在設定的特性阻抗為100Ω的情況下，高度與間距的比值和介電常數(shù)之間的關系曲線圖。下面的表1列出了這種關系的一些具體例子。
介電常數(shù)(εr) 高度與間距的比值(距離34/距離38)1.0 2.4762.7 1.3388.1 0.31315.0 0.130表1用于設計第一傳輸線電容器實施例的示范性數(shù)值當設計諸如第一示范性實施例30的傳輸線電容器實施例時，應當注意到高度和間距是這種器件的尤其重要的設計方面。因此，考慮到下列事實也是很重要的，即各個電容器32的高度34不僅包括電介質材料的厚度，也包括電容器內的各個有源導電金屬板的厚度。上文中曾提到電容器32的特征可以在于平行連接在一起的多個有源金屬板，以產(chǎn)生各個多層電容器。這由圖2B中位于傳輸線電容器30中的電容元件32的示范性實施例的透視圖表示。多層電容器32優(yōu)選形成為具有被電介質材料層52隔開的多個有源電極層50。在圖2B為了示范僅圖示出三個介電層52。應當理解到，根據(jù)本主題的傳輸線電容器實施例可能設置更多的層。
為了進行示范性的計算，假定電容器32之間的間距38約為300μm，各個有源層50通過構建厚度54約為2.0μm(約0.079mil)的導電金屬層而形成。上文中確定了對于介電常數(shù)為8.1的器件，需要0.313的間距與高度的比值。因此，當電容器32之間的間距38定為300μm(11.81mil)時，電容器高度優(yōu)選為(0.313)*(300μm)＝93.96μm(3.699mil)。因此，為了獲得93.96μm的電容器高度，當各個有源層50的厚度54為2.0μm時，并且假定各個電介質層的厚度56約為6.0μm，則組合層(一個有源層50和一個電介質層52)的數(shù)量(N)由下式確定N=ceil((9.396·10-5)-(2·10-6)(6·10-6)+(2·10-6))=ceil(11.49)=12]]>ceil(x)函數(shù)確定了x的下一個最高整數(shù)。
每個電容器32提供給定的電容功能(例如，100pF)也可能是所需的。為了確定每個電容器32的容值，必須設定每個電容器的寬度36。當示范性的間距38是300μm，邊緣距離40和41均是大約125μm，以及總器件距離48是大約1.25mm時，每個電容器32的寬度36被確定約為1/2[(距離48)-(距離40)-(距離41)-(距離38)]≈350μm≈13.78mil。
當寬度距離36一定時，電容器32的容值可以確定為長度距離58(圖1B中的距離22)的函數(shù)，由下式給出 給定示范性的長度距離58約為2.0mm，示范性的寬度距離約為350μm，12個示范性層，每一電介質層52的厚度56約為6.0μm，則得到的容值約為100.4pF。注意到該容值(C)取決于電容器32的長度和寬度，在圖3B中圖示了所述長度和寬度的可能組合的其它例子以及因該組合而得到的容值。在圖3B中畫出了三條曲線，每條曲線表示在不同寬度(W)36的情況下容值與長度間的關系。
介紹上面的各種計算方法是為了設計出能夠符合任意數(shù)量的期望標準的傳輸線電容器。與所述示范性計算相一致，列出圖2A的整個器件實施例30的一些示范性尺寸可能進一步具有實用性。傳輸線電容器30由介電常數(shù)為8.1的材料構成并且工作在特性阻抗約為100Ω下。假定引用與上述例子相同的參考數(shù)字，下面的表2列舉出一些示范性尺寸實施例30的寬度48和長度58，以及得到的每個電容器32的容值。
距離48(mil) 距離58(mil) 容值(pF)50 60 10060 60 10080 40 10050 100 12550 120 15060 80 13660 100 17060 120 20480 80 20780 100 26080 120 312表2在給定設計標準下(包括Z0＝100Ω)的示范性尺寸和容值當形成根據(jù)本主題的傳輸線電容器時，使用低K電介質材料并不總是優(yōu)選的。于是，介紹一第二示范性實施例，可以更好地利用具有較高介電常數(shù)的材料。圖4A提供了根據(jù)本公開技術的第二示范性傳輸線電容器實施例60的側視圖。所述第二實施例60包括兩個平行電容器62，它們以類似于第一示范性實施例30的電容器32的方式形成。在該些電容器62中和在周圍的電介質部分64中所用的電介質材料可以對應于材料的任意數(shù)量，包括NPO(COG)、較低K的X7R(例如具有大約2000的介電常數(shù)(K)的材料)、較高K的X7R(例如具有大約3000的介電常數(shù)(K)的材料)、Z5U和/或Y5V。如同本領域內的普通技術人員所公知的，應當注意到X7R是較高K材料，對于X7R而言，2000的介電常數(shù)是較低的，而對于這種示范性材料而鹽，3000的介電常數(shù)是較高的。提供它們僅僅作為本文中介紹的任意示范性實施例所用電介質材料的例子，應當理解到，本發(fā)明的傳輸線電容器也可以采用其它的電介質材料同時仍然處于本技術的精神和范圍內。事實上，盡管介紹的本技術方案中采用了具有較高和/或較低K的電介質材料，應當理解到，具有任意特定介電常數(shù)的材料可以適用于公開技術的選擇實施例。
通過將兩個電容器62之間的、具有高度68和寬度70的一部分切除，在傳輸線電容器60內形成一溝槽(channel)66。每個電容器62具有各自的示范性高度72和寬度74。整個傳輸線電容器可以表示為具有高度76和寬度78。電容器62定位在傳輸線電容器內，具有頂部邊緣距離80和底部邊緣距離82。也可以在傳輸線電容器60內設置側邊緣84，并且電容器62之間的總間距定義為距離86。
對于諸如圖4A的實施例60的傳輸線電容器結構，傳輸通路間材料的介電常數(shù)(εr)將是電容器體所用材料64的介電常數(shù)(εr1)與存在于溝槽66中的材料的介電常數(shù)(εr2)的組合。對于所述第二示范性實施例60，溝槽66可以用空氣簡單填充，空氣具有大約為1.0的介電常數(shù)。為了下面的示范性計算，假定溝槽高度68大于距離80和距離72的組合值。于是兩個平行電容器62之間的等效介電常數(shù)(εr)可以確定為溝槽寬度70的函數(shù)，由下式給出 為了進行示范性地計算，假定εr1＝100.0和εr2＝1.0。如果需要εr＝10的值，于是可以用等式(3)計算出距離70應當為0.273mm。類似地，如果需要εr＝20的值，于是可以用等式(3)計算出距離70應當為0.242mm。圖4B提供了對于圖4A的實施例60，假定εr1＝100.0和εr2＝1.0時，等效介電常數(shù)(εr)與切口寬度之間的關系曲線圖。
上文中關于第二傳輸線電容器實施例60作出的示范性數(shù)學分析僅僅作為如何形成傳輸線電容器實施例的一個例子，在該電容器實施例中形成有根據(jù)本技術的溝槽部分。從示范性數(shù)據(jù)應當注意到，溝槽區(qū)域需要被非常精確地切割，以確保電容器62之間的給定等效介電常數(shù)(εr)。因此，用介電常數(shù)略高于空氣的另一種電介質材料填充溝槽區(qū)66可能是優(yōu)選的。只要距離70接近距離68，用除了空氣之外的另一種電介質材料填充溝槽區(qū)66可能是尤其優(yōu)選的。這將有助于確保不會暴露出確保電容器62內的有源電極層。
現(xiàn)在參考圖5A，第三示范性傳輸線電容器實施例90提供了在寬度為94的獨石結構中的兩個平行電容器92。每個電容器92的優(yōu)選特征在于高度96和寬度97。在各個電容器92的實質部分的周圍提供具有介電常數(shù)(εr1)的電介質材料98。電容器92可以分離地形成，或者可以形成為單個電容器，其中一溝槽切穿所述單個電容器的大致中間部分。溝槽定義為具有寬度102，它可以用具有介電常數(shù)(εr2)的鈍化材料100填充。圖5A的實施例90(或其它實施例)可能采用的材料的例子是用于電介質98的NPO(COG)材料和用于電介質100的玻璃或環(huán)氧材料。電容器92還可以以下列方式定位在傳輸線電容器90內，使得側邊緣設置有各距離104。
為了進行示范性計算，假定電容器92之間的間距102約為300μm以及各電容器92形成有多個有源層(如圖2B中所示)。電容器92中的每個有源層可以通過構建厚度約為2.0μm(約0.079mil)的導電金屬層而形成，和將邊緣距離104設置為大約125μm(4.921mil)。給定間隔距離102和邊緣距離104，并且假定總器件寬度94是1.25mm，每個電容器92的寬度97被確定為大約350μm(2.808mil)。
對于圖5A的實施例90，給定寬度和間距尺寸以及材料100的介電常數(shù)(εr2)，并且假定在電容器92之間需要的特性阻抗Z0約為100Ω，可以通過等式(1)提供的公式來計算出滿足等式的高度值96。
為了得到給定的電容器高度96，當每一有源層的厚度約為2.0μm時，假定每一電介質層的厚度約為6.0μm，獲得高度96所需的組合層(一個有源層和一個電介質層)的數(shù)量(N)由下式確定 為了確定每個電容器92的容值，需要知道每個電容器的尺寸。每個電容器92的容值可以作為該尺寸的函數(shù)由下式確定
長度和寬度的可能組合和由它們得到的容值的例子圖示在圖5B中。在圖5B中畫出了三條曲線，每條曲線表示在不同的寬度條件下容值與長度的關系。
本主題的第四示范性實施例106是圖6A和6B中所示的傳輸線電容器。該傳輸線電容器106可以包括用第一電介質材料形成的至少兩個電容部分108，在兩個電容部分108之間具有用第二電介質材料形成的分隔部分110。
更加具體地參考圖6B，該圖是沿圖6A的A-A線切開并且旋轉大約90度后的電容器106的剖面圖。該剖面圖有助于理解如何利用沖壓類型技術(punch press type technology)形成電容器106。一旦利用傳輸線理論和公式確定了傳輸線電容器106的尺寸(這里公開的方案)，可以構造出圖6A和6B所示的器件。實施例106可以利用薄膜技術形成，例如高壓層壓(highpressure lamination press)(也稱為沖壓(punch press))。
將有源導電電極層114選擇性地交替插入到第一電介質材料112的層中。交替的有源層114和電介質材料112生成第一電容部分108。接著中斷電介質材料112的層的設置，以設置第二電介質材料110的層。電介質材料110可能具有低于電介質材料112的介電常數(shù)。在設置足夠數(shù)量的電介質材料110以得到傳輸線電容器106的設定容值和阻抗性能后，通過設置被交替插入有另外的有源層114的第一電介質材料112的層，形成第二電容器部分108。為了制造出對稱的器件，在相關的尺寸和整體性能特征方面，第一和第二電容器部分可以是大致等價的結構。
上文中討論的第四示范性實施例106的多層中的每一層可以被沖入陰模中并在高壓下層壓。接著器件106可以從陰模中推出并進行燒結。于是端子116可以順著燒結的元件設置，以提供與各個電容器部分108的電氣連接。該端子116構造在相對的方向上，而不是其它傳統(tǒng)的多層電容器端子。應當理解到，在形成本主題的傳輸線電容器的第四示范性實施例106中采用的沖壓技術方案也可以應用到本公開技術的其它實施例。而且，文中介紹的其它傳輸線電容器實施例的方案也可以應用到參考圖6A和6B討論的實施例。
盡管已經(jīng)參考具體實施例詳細描述了本主題，本領域內的技術人員可以理解，在理解前述內容的基礎上，在應用本技術時可以很容易地對所述實施例進行更改、變化和等價替換。因此，本公開的范圍被示范而不是被限制，并且本領域內的普通技術人員很容易明白，本公開不排除包含這些更改、變化和/或添加。
權利要求
1.一種獨石型傳輸線電容器，包括由第一電介質材料組成的體；設置在所述體內的至少兩個多層電容器，每一個多層電容器的特征在于各自的電容器高度；其中所述至少兩個多層電容器大致相互平行地定位，從而提供在所述至少兩個多層電容器之間的大致恒定間隔距離；其中所述至少兩個多層電容器的每一個由交替插入在多個絕緣基板間的多個電極構成；其中所述絕緣基板由第二電介質材料組成；其中所述至少兩個多層電容器的每一個還包括分別連接到選擇的所述多個電極上的第一和第二端子，從而經(jīng)由每一各自多層電容器提供電容器-信號-通路；以及其中選擇每一所述電容器高度、所述間隔距離和所述第一電介質材料，以產(chǎn)生針對該獨石型傳輸線電容器的預定電容器-信號-通路對電容器-信號-通路阻抗(capacitor-signal-path to capacitor-signal-path impedance)。
2.如權利要求1所述的獨石型傳輸線電容器，其中所述電容器-信號-通路對電容器-信號-通路阻抗基本上等于在所述傳輸線電容器外部的、并且分別連接到所述至少兩個多層電容器的所述第一端子的兩個信號通路之間的線對線阻抗(line-to-line impedance)。
3.如權利要求1所述的獨石型傳輸線電容器，其中所述電容器-信號-通路對電容器-信號-通路阻抗是大約100歐姆。
4.如權利要求1所述的獨石型傳輸線電容器，其中所述至少兩個多層電容器具有大致相等的高度、大致相等的長度和大致相等的寬度。
5.如權利要求1所述的獨石型傳輸線電容器，其中至少一個電容器歸屬于由(1)多層電容器的長度、(2)多層電容器的高度、(3)多層電容器的寬度、(4)包括所述多個電極的電極的數(shù)量和(5)所述第二電介質材料的類型構成的屬性組，選擇所述屬性，以得到所述相鄰多層電容器的每一個的預定電容值，同時基本保持所述預定的電容器-信號-通路對電容器-信號-通路阻抗。
6.如權利要求1所述的獨石型傳輸線電容器，其中選擇的所述第一和第二電介質材料包括從由NPO(COG)、低K的X7R、高K的X7R、Z5U和Y5V構成的組中選取的材料。
7.如權利要求1所述的獨石型傳輸線電容器，其中所述第一電介質材料具有大于大約50的介電常數(shù)。
8.如權利要求1所述的獨石型傳輸線電容器，其中所述第一電介質材料包括高K電介質材料和所述第二電介質材料包括低K電介質材料。
9.如權利要求1所述的獨石型傳輸線電容器，其中所述第一電介質材料和所述第二電介質材料包括低K電介質材料。
10.如權利要求1所述的獨石型傳輸線電容器，其中所述第二電介質材料具有小于大約20的介電常數(shù)。
11.如權利要求1所述的獨石型傳輸線電容器，其中所述第二電介質材料是共燒陶瓷材料。
12.如權利要求1所述的獨石型傳輸線電容器，其中所述第一電介質材料和所述第二電介質材料由相同的材料組成。
13.一種獨石型傳輸線電容器，包括由第一電介質材料組成的體；設置在所述體內的至少兩個多層電容器，每一個所述多層電容器的特征在于多層電容器高度；其中所述至少兩個多層電容器大致相互平行地定位，從而提供在所述至少兩個多層電容器之間的大致恒定間隔距離；其中所述至少兩個多層電容器的每一個由交替插入在多個絕緣基板間的多個電極組成；其中所述體包括形成于所述間隔距離內的溝槽，所述溝槽的特征在于溝槽寬度和填充有第二電介質材料；其中所述至少兩個多層電容器的每一個還包括分別連接到選擇的所述多個電極上的第一和第二端子，從而經(jīng)由每一各自的多層電容器提供電容器-信號-通路；以及其中選擇所述被選多層電容器的高度、所述溝槽寬度、所述第一電介質材料和所述第二電介質材料，以產(chǎn)生用于所述獨石型傳輸線電容器的預定電容器-信號-通路對電容器-信號-通路阻抗。
14.如權利要求13所述的獨石型傳輸線電容器，其中所述電容器-信號-通路對電容器-信號-通路阻抗基本上等于與所述至少兩個多層電容器的各端子相連接的兩條外部傳輸線的線對線阻抗。
15.如權利要求13所述的獨石型傳輸線電容器，其中所述第二電介質材料是空氣。
16.如權利要求13所述的獨石型傳輸線電容器，其中所述溝槽寬度大致等于所述間隔距離的寬度。
17.如權利要求13所述的獨石型傳輸線電容器，其中所述第一電介質材料具有大于大約50的介電常數(shù)。
18.如權利要求13所述的獨石型傳輸線電容器，其中所述第二電介質材料是玻璃材料和環(huán)氧樹脂材料中的一種。
19.如權利要求13所述的獨石型傳輸線電容器，其中所述多個絕緣基板由第三電介質材料組成。
20.如權利要求19所述的獨石型傳輸線電容器，其中所述至少兩個多層電容器具有大致相等的高度、大致相等的長度和大致相等的寬度。
21.如權利要求20所述的獨石型傳輸線電容器，其中至少一個電容器歸屬于由(1)所述高度、(2)所述長度、(3)所述寬度、(4)所述多個電極的數(shù)量和(5)所述第三電介質材料的類型構成的屬性組，選擇所述屬性以得到所述多層電容器的每一個的預定電容值，同時保持所述電容器-信號-通路對電容器-信號-通路阻抗。
22.如權利要求19所述的獨石型傳輸線電容器，其中選擇的所述第一電介質材料和第三電介質材料包括從由NPO(COG)、低K的X7R、高K的X7R、Z5U和Y5V構成的組中選取的材料。
23.如權利要求19所述的獨石型傳輸線電容器，其中所述第二電介質材料具有小于大約20的介電常數(shù)。
24.一種獨石型傳輸線電容器，包括至少兩個鄰近的多層電容器，其中每個多層電容器設置在體內，每一個所述體由第一電介質材料組成，其中每一個所述體通過由第二電介質材料組成的間隔層與鄰近的體分隔開；其中所述多層電容器的每一個由交替插入在多個絕緣基板間的多個電極組成；其中所述多層電容器的每一個還包括分別連接到選擇的所述多個電極上的第一和第二端子，從而經(jīng)由每一各自的多層電容器提供一電容器-信號-通路；其中所述間隔層的寬度大致等于與所述相鄰多層電容器的各自所述第一端子連接的兩條外部信號通路之間的距離；以及其中選擇被選多層電容器的高度、所述第一電介質材料的類型和所述第二電介質材料的類型，以產(chǎn)生針對所述相鄰多層電容器的預定電容器-信號-通路對電容器-信號-通路阻抗。
25.如權利要求24所述的獨石型傳輸線電容器，其中所述電容器-信號-通路對電容器-信號-通路阻抗大致等于針對所述外部信號通路的線對線阻抗。
26.如權利要求24所述的獨石型傳輸線電容器，其中所述電容器-信號-通路對電容器-信號-通路阻抗大約是100歐姆。
27.如權利要求24所述的獨石型傳輸線電容器，其中所述第一電介質材料包括高K電介質材料和所述第二電介質材料包括低K電介質材料。
28.如權利要求24所述的獨石型傳輸線電容器，其中所述第二電介質材料具有從大約5.0至大約10.0范圍內的介電常數(shù)。
29.如權利要求24所述的獨石型傳輸線電容器，其中所述第二電介質材料是共燒陶瓷材料。
30.如權利要求24所述的獨石型傳輸線電容器，其中所述多個絕緣基板由第三電介質材料組成。
31.如權利要求30所述的獨石型傳輸線電容器，其中被選的所述第一電介質材料、所述第二電介質材料和所述第三電介質材料包括從由NPO(COG)、低K的X7R、高K的X7R、Z5U和Y5V構成的組中選取的材料。
32.如權利要求24所述的獨石型傳輸線電容器，其中所述第一電介質材料具有不低于大約50的介電常數(shù)，和其中所述第二電介質材料具有低于大約20的介電常數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種傳輸線電容器，包括由間隔部分隔離的至少兩個肩并肩的電容器部分，它們全部包含在單一獨石體內。該電容器向印刷電路板環(huán)境中的平行傳輸線提供特定電容功能，同時也保持傳輸通路間的期望阻抗值。該電容器提供偏置功能用于阻擋不期望的DC電壓，也提供AC耦合功能用于使AC電壓信號通過以保持數(shù)據(jù)的完整性。該電容器可以用介電常數(shù)較低的電介質材料形成，使得電容器“高度”高和不同性質的電容結構之間的間距固定。它可以用K較高的電介質材料形成，和在電容結構之間開槽形成空氣隙。它可以用K較高的電介質材料形成，和在電容結構之間設置較低K材料。還可通過將高K和低K電介質材料沖壓入獨石型薄膜器件中而形成。
文檔編號H01G4/02GK1519869SQ200310122349
公開日2004年8月11日 申請日期2003年12月19日 優(yōu)先權日2002年12月19日
發(fā)明者喬治·科羅尼, 安德魯·里特, 里特, 喬治 科羅尼 申請人:阿維科斯公司