DE102005056263B4 - Elektronische Anordnung mit äußeren Impedanzabgleichskomponentenverbindungen mit nichtkompensierten Anschlussleitungen und ihr Herstellungsverfahren - Google Patents

Elektronische Anordnung mit äußeren Impedanzabgleichskomponentenverbindungen mit nichtkompensierten Anschlussleitungen und ihr Herstellungsverfahren Download PDF

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Abstract

Elektronische Anordnung (10), die folgende Merkmale aufweist: ein Verbindungssubstrat (12), das einen Signalleiter (18) und einen Masseleiter (20) aufweist; eine Komponente (14), die folgende Merkmale aufweist: eine Vorrichtung (22), die eine Signalleitung und einen Masseleiter (32) aufweist, ein Gehäuse (24), das die Vorrichtung (22), einen inneren Signalpfad (28), der mit der Signalleitung der Vorrichtung (22) elektrisch gekoppelt ist und eine Nennimpedanz über eine festgelegte Bandbreite aufweist, und einen Massepfad (30), der mit dem Masseleiter (32) der Vorrichtung (22) elektrisch gekoppelt ist, enthält, und eine Signalanschlussleitung (26), die mit dem inneren Signalpfad (28) elektrisch gekoppelt ist und einen äußeren Abschnitt aufweist, der sich von dem Gehäuse (24) zu dem Signalleiter (18) des Verbindungssubstrats (12) erstreckt; und einen Diskontinuitätskompensator (16), der den Massepfad (30) des Gehäuses (24) mit dem Masseleiter (20) des Verbindungssubstrats (12) elektrisch koppelt und eine elektrisch leitende planare Oberfläche (40) aufweist, die in...

Description

  • Hochfrequenzvorrichtungen werden zu hochfrequenten elektronischen und optoelektronischen Komponenten gepackt, die zweckmäßige Strukturen zum Handhaben, Installieren und Verbinden der Hochfrequenzvorrichtungen mit äußeren Schaltungen auf einem Verbindungssubstrat, z. B. einer gedruckten Schaltungsplatine, liefern. Ein Verbindungssubstrat umfasst üblicherweise mehrere Schichten eines dielektrischen Materials (z. B. Kunststoff oder Keramikmaterial), das jeweilige Sätze von elektrisch leitfähigen Hochfrequenz-Signalleitbahnen, Gleichstrom-Signalleitbahnen und Masseleitbahnen tragen. Leitbahnen auf Schichten aus unterschiedlichem dielektrischem Material sind üblicherweise durch elektrisch leitende Durchkontaktierungen, die sich durch die Schichten aus dielektrischem Material erstrecken, miteinander verbunden. Sowohl Hochfrequenzkomponenten mit Anschlüssen als auch solche ohne Anschlüsse können unter Verwendung einer Vielzahl unterschiedlicher automatisierter, halbautomatisierter und manueller Komponentenanbringprozesse mit den Leitbahnen eines Verbindungssubstrats elektrisch verbunden werden.
  • Bei Hochfrequenzschaltungen ist eine Quelle mittels eines Signalpfades, der als Übertragungsleitung modelliert ist, mit einer Last (z. B. einem Integrierte-Schaltung-Chip) verbunden. Allgemein sind die Quelle und die Last auf die Nennimpedanz der Übertragungsleitung impedanzabgeglichen, um Verluste und Reflexionen zu minimieren und einen maximalen Leistungstransfer von der Quelle zur Last zu erzielen. Jeglicher Übergang auf dem Signalpfad (z. B. jegliche Änderung der elektrischen oder physischen Charakteristika des Signalpfades) führt zu Diskontinuitäten bei der Impedanz des Signalpfades, was Signalreflexionen bewirkt, die die Integrität des gesendeten Signals herabsetzen und die an die Last zu transferierende Leistung verringern. Signaldurchkontaktierungen, Gehäuseanschlussleitungen und Bonddrähte sind Übergänge, die sich wie parasitäre Induktivitäten verhalten, die beträchtliche Reflexionen und eine beträchtliche Verschlechterung der Integrität des gesendeten Signals bewirken, besonders bei Frequenzen im GHz-Bereich und darüber.
  • Zum Kompensieren der parasitären Induktivitäten der Signalpfadübergänge zwischen einer Hochfrequenzkomponente und dem Verbindungssubstrat wurden bereits unterschiedliche Lösungsansätze vorgeschlagen. Viele dieser Lösungsansätze sind in die Entwürfe der Verbindungsschnittstellen von Hochfrequenzkomponentengehäusen integriert. Beispielsweise sind bei einem Lösungsansatz Hochfrequenzschaltungselemente in einem Gehäuse eingehäust, bei dem die Drähte zum Herausführen der Elektroden aus den Schaltungselementen aus Streifenleitungen gebildet sind. Ein isolierender Film verbindet die Drähte mit einer Metallplatte, die als gemeinsame Basis für die Streifenleitungen und als Wärmeableitungsplatte für das Gehäuse dient. Während des Anbringens des Gehäuses an dem Verbindungssubstrat wird die Metallplatte gebogen und in einen Schlitz in dem Verbindungssubstrat eingeführt und an einer Masseebene auf der Rückseite des Verbindungssubstrats angelötet; zur selben Zeit werden die Drähte gebogen und an Verdrahtungsschichten auf der Oberseite des Verbindungssubstrats angelötet.
  • Viele Komponentengehäuse des branchenüblichen Standards, z. B. TO-Gehäuse (TO = transistor outline) und Schmetterlingsgehäuse, umfassen keinerlei integrierte Parasitäre-Induktivität-Kompensation ihrer äußeren Anschlussleitungen. Diese Gehäusearten werden jedoch auf Grund ihrer relativ niedrigen Kosten und anderer Überlegungen häufig verwendet. Bei Frequenzen im GHz-Bereich und darüber wird die Nützlichkeit dieser Gehäusetypen jedoch durch die Signalverschlechterung und die elektromagnetische Störung, die sich aus Parasitäre-Induktivität-Diskontinuitäten der äußeren Anschlussleitungen ergibt, beträchtlich verringert.
  • Es wurden bereits mehrere Versuche unternommen, Schwierigkeiten zu überwinden, die mit einem Betreiben von Komponenten mit nicht kompensierten äußeren Signalanschlussleitungen bei hohen Frequenzen einhergehen. Bei einem Lösungsansatz wird um die äußeren Anschlussleitungen ein Schutzschirm aus Metall platziert, um die elektromagnetische Störung (EMI – electromagnetic interference), die dadurch erzeugt wird, dass Hochfrequenzsignale durch die nicht kompensierten äußeren Signalanschlussleitungen geleitet werden, zu verringern. Jedoch geht dieser Lösungsansatz nicht auf das Erfordernis ein, die Verluste und Verzerrungen der Hochfrequenzsignale an den nicht kompensierten Signalanschlussleitungen zu verringern. Bei einem weiteren Lösungsansatz wird zwischen die Anschlussleitungen eines TO-Gehäuses und die Verdrahtungsbahnen eines Verbindungssubstrats eine flexible Schaltung gelötet, die eine strukturierte Kupfermetallisierung über einem dünnen Polyimidfilm umfasst. Das flexible Substrat bildet einen koplanaren Wellenleiter zwischen den TO-Gehäuse-Anschlussleitungen und den Verdrahtungsbahnen des Verbindungssubstrats, wodurch Verluste und Reflexionen bei den äußeren Anschlussleitungen beträchtlich verringert werden. Jedoch ist dieser Lösungsansatz durch hohe Herstellungskosten, hohe Defektraten und eine geringe Zuverlässigkeit gekennzeichnet.
  • Das Dokument US 6 407 932 B1 offenbart eine elektromagnetische Interferenzabschirmung bzw. einen Erdungskäfig mit einer Mehrzahl von leitenden Wänden, die untereinander verbunden sind, so dass ein Gehäuse gebildet wird, das an der unteren Seite geöffnet ist. Eine der Wände hat eine Mehrzahl von Öffnungen, durch die eine Mehrzahl von Leitungen in das Innere des Gehäuses geführt werden kann. Die elektromagnetische Interferenzabschirmung bzw. der Erdungskäfig weist weiterhin mindestens zwei Erdungskontaktanschlüsse auf, die an dem unteren Ende der Wände vorgesehen sind.
  • Weiterhin ist aus DE 42 36 945 A1 ein Verbindungselement für eine Hochfrequenz-Signalübertragungsstrecke bekannt. Sie enthält mindestens ein Paar beabstandeter Leiterabschnitte. Die Flächenabschnitte der Leiterabschnitte haben einen veränderbaren Abstand voneinander, um die Kapazität zwischen den Leiterabschnitten – und damit die Impedanz des Verbindungselementes – zu verändern. Dabei ist der Halter, der die Leiterabschnitte im Abstand zueinander hält, so ausgeführt, dass er die Leiterabschnitte in dem Bereich der Flächenabschnitte als Dielektrikum zumindest teilweise umschließt.
  • Das Dokument US 5 225 709 A offenbart ein paketiertes Halbleiterbauteil mit einem Gehäuse, einem Halbleiter-IC-Chip innerhalb eines Raumes in dem Gehäuse, einem Streifenleiter, der in einer erster Ebene in dem Gehäuse eingebettet ist, um ein Signal in den IC-Chip einzukoppeln, einem ersten Referenzpotentialleiter, der auf einer zweiten Ebene in dem Gehäuse eingebettet ist, um ein Referenzpotential für den IC-Chip bereitzustellen, und einen zweiten Referenzpotentialleiter, der in der ersten Ebene des Gehäuses eingebettet ist, um den Streifenleiter abzuschirmen. Ein Bonding-Draht wird dabei über den zweiten Referenzpotentialleiter geführt, um den IC-Chip mit einem Ende des Streifenleiters zu verbinden. Dabei steht zwischen dem Bonding-Draht und dem zweiten Referenzpotentialleiter ein dielektrisches Material bereit, um der Verbindung bestehend aus dem Bonding-Draht eine charakteristische Impedanz aufzuprägen.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine elektronische Anordnung und ein Verfahren mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird durch eine elektronische Anordnung gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren gemäß Anspruch 12 gelöst.
  • Bei einem Aspekt liefert die Erfindung eine elektronische Anordnung, die ein Verbindungssubstrat, eine Komponente und einen Diskontinuitätskompensator umfasst. Das Verbindungssubstrat umfasst einen Signalleiter und einen Masseleiter. Die Komponente umfasst eine Vorrichtung, die eine Signalleitung und einen Masseleiter aufweist, ein Gehäuse und eine Signalanschlussleitung. Das Gehäuse enthält die Vorrichtung, einen inneren Signalpfad, der mit der Signalleitung der Vorrichtung elektrisch gekoppelt ist und eine Nennimpedanz über eine festgelegte Bandbreite aufweist, und einen Massepfad, der mit dem Masseleiter der Vorrichtung elektrisch gekoppelt ist. Die Signalanschlussleitung ist mit dem inneren Signalpfad elektrisch gekoppelt und weist einen äußeren Abschnitt auf, der sich von dem Gehäuse zu dem Signalleiter des Verbindungssubstrats erstreckt. Der Diskontinuitätskompensator koppelt den Massepfad des Gehäuses elektrisch mit dem Masseleiter des Verbindungssubstrats. Der Diskontinuitätskompensator umfasst eine elektrisch leitende planare Oberfläche, die in einer das Verbindungssubstrat schneidenden Ebene ausgerichtet ist zumindest mit einem beträchtlichen Teil des äußeren Abschnitts der Signalanschlussleitung eine Übertragungsleitungsstruktur bildet, deren Impedanz mit der Nennimpedanz über die festgelegte Bandbreite im Wesentlichen abgeglichen ist.
  • Bezüglich eines weiteren Aspekts liefert die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Anordnung. Gemäß diesem erfindungsgemäßen Verfahren ist ein Verbindungssubstrat vorgesehen, das einen Signalleiter und einen Masseleiter umfasst. Es ist eine Komponente vorgesehen. Die Komponente umfasst eine Vorrichtung, die eine Signalleitung und einen Masseleiter aufweist, ein Gehäuse und eine Signalanschlussleitung. Das Gehäuse enthält die Vorrichtung, einen inneren Signalpfad, der mit der Signalleitung der Vorrichtung elektrisch gekoppelt ist und eine Nennimpedanz über einer festgelegten Bandbreite aufweist, und einen Massepfad, der mit dem Masseleiter der Vorrichtung elektrisch gekoppelt ist. Die Signalanschlussleitung ist mit dem inneren Signalpfad elektrisch gekoppelt und weist einen äußeren Abschnitt auf, der sich von dem Gehäuse zu dem Signalleiter des Verbindungssubstrats erstreckt. Der äußere Abschnitt der Signalanschlussleitung ist mit dem Signalleiter des Verbindungssubstrats elektrisch verbunden. Nachdem der äußere Abschnitt der Signalanschlussleitung elektrisch verbunden wurde, wird ein Diskontinuitätskompensator an dem Massepfad des Gehäuses und an dem Masseleiter des Verbindungssubstrats befestigt. Der Diskontinuitätskompensator umfasst eine elektrisch leitende Oberfläche, die mit zumindest einem beträchtlichen Teil des äußeren Abschnitts der Signalanschlussleitung eine Übertragungsleitungsstruktur bildet, deren Impedanz mit der Nennimpedanz über die festgelegte Bandbreite im Wesentlichen abgeglichen ist.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, die die Zeichnungen und die Patentansprüche umfasst.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Schnittansicht eines Abschnitts eines Ausführungsbeispiels einer elektronischen Anordnung, die ein Verbindungssubstrat, eine Komponente und einen Diskontinuitätskompensator umfasst;
  • 2 eine schematische Draufsicht auf das in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel der elektronischen Anordnung;
  • 3 einen Graphen einer charakteristischen Impedanz, die als Funktion der Entfernung zwischen einer Masseebene und der Mitte einer zylindrischen Anschlussleitung aufgetragen ist;
  • 4 eine schematische Schnittansicht eines Diskontinuitätskompensators und einer zylindrischen Signalanschlussleitung, die durch eine dielektrische Abstandshalterschicht getrennt ist;
  • 5 eine Querschnittsansicht einer Implementierung der in 1 gezeigten Komponente;
  • 6 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Diskontinuitätskompensators, der mit den Anschlussleitungen der in 5 gezeigten Implementierung der Komponente eine impedanzabgeglichene Übertragungsleitungsstruktur bildet;
  • 7 eine schematische Ansicht des in 6 gezeigten Ausführungsbeispiels des Diskontinuitätskompensators, der Vorsprünge aufweist, die sich in Löcher eines Verbindungssubstrats erstrecken;
  • 8A eine Draufsicht auf eine Anordnung, die eine Implementierung der in 1 gezeigten Komponente und zwei durch gestrichelte Linien dargestellte Diskontinuitätskompensatoren umfasst;
  • 8B eine Querschnittsansicht der in 8A gezeigten Anordnung, entlang der Linie 8B-8B genommen;
  • 8C eine Querschnittsansicht der in 8A gezeigten Anordnung, entlang der Linie 8C-8C genommen; und
  • 9 ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens, das das in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel der elektronischen Anordnung herstellt.
  • In der folgenden Beschreibung werden gleiche Bezugszeichen verwendet, um gleiche Elemente zu identifizieren. Ferner sollen die Zeichnungen die wichtigsten Merkmale exemplarischer Ausführungsbeispiele auf schematische Weise veranschaulichen. Die Zeichnungen sollen weder jedes Merkmal tatsächlicher Ausführungsbeispiele noch relative Abmessungen der gezeigten Elemente zeigen und sind nicht maßstabsgetreu.
  • Die Ausführungsbeispiele, die nachstehend ausführlich beschrieben werden, ermöglichen, dass die äußeren Signalanschlussleitungen von Hochfrequenzkomponenten bezüglich der Nennimpedanz der Signalpfade in den Komponenten impedanzabgeglichen werden, wodurch Signalverluste, Reflexionen und Verzerrungen beträchtlich verringert werden und EMI-Emissionen aus den Signalanschlussleitungen beträchtlich verringert werden. Insbesondere umfassen diese Ausführungsbeispiele Diskontinuitätskompensatoren, die elektrisch leitende planare Oberflächen aufweisen, die mit den äußeren Signalanschlussleitungen impedanzabgeglichene Übertragungsstrukturen bilden. Die elektrisch leitenden planaren Oberflächen sind aus der Ebene der Verbindungssubstrate heraus orientiert, was ermöglicht, dass die Diskontinuitätskompensatoren ohne weiteres in vorhandene automatisierte, halbautomatisierte und manuelle Prozesse zum Herstellen von elektronischen Hochfrequenzanordnungen integriert werden.
  • 1 zeigt einen Abschnitt eines Ausführungsbeispiels einer elektronischen Anordnung 10, die ein Verbindungssubstrat 12, eine Komponente 14 und einen Diskontinuitätskompensator 16 umfasst. Die elektronische Anordnung 10 kann in jede Art eines elektronischen oder optoelektronischen Vorrichtungsmoduls integriert werden. Bei manchen Implementierungen ist die elektronische Anordnung 10 in ein faseroptisches Hochfrequenz-Sende-/-Empfangsmodul integriert.
  • Allgemein kann das Verbindungssubstrat 12 eine beliebige Art von Substrat sein, das elektrisch leitende Bahnen zum elektrischen Verbinden von Komponenten der elektrischen Anordnung 10 miteinander und mit äußeren Schaltungen umfasst. Bei manchen Implementierungen umfasst das Verbindungssubstrat 12 mehrere Schichten aus einem dielektrischen Material (z. B. Kunststoff oder Keramikmaterial), die jeweilige Sätze von Hochfrequenz-Signalleitbahnen, Gleichstrom-Signalleitbahnen und Masseleitbahnen tragen. Die Leitbahnen auf Schichten aus unterschiedlichem dielektrischem Material sind üblicherweise durch elektrisch leitende Durchkontaktierungen, die sich durch die Schichten aus dielektrischem Material erstrecken, miteinander verbunden. Bei dem in 1 gezeigten Abschnitt der elektronischen Anordnung umfasst das Verbindungssubstrat 12 einen Signalleiter 18 in Form eines elektrisch leitenden Materials in einer Durchkontaktierung, die sich durch eine oder mehr Schichten des Verbindungssubstrats 12 erstreckt, und einen Masseleiter 20 in Form einer strukturierten, elektrisch leitenden Bahn auf der Oberseite des Verbindungssubstrats.
  • Die Komponente 14 umfasst eine Vorrichtung 22, ein Gehäuse 24 und eine Signalanschlussleitung 26. Allgemein kann die Vorrichtung 22 eine beliebige Art einer elektronischen oder optoelektronischen Vorrichtung sein, einschließlich eines optischen Empfängers, eines optischen Detektors und einer monolithischen Mikrowellenschaltung (MMIC – microwave monolithic circuit). Das Gehäuse 24 kann eine beliebige Art eines Gehäuses einer elektronischen oder optoelektronischen Vorrichtung sein, einschließlich eines TO-Gehäuses (TO = transistor outline) oder eines Schmetterlingsgehäuses. Das Gehäuse 24 enthält die Vorrichtung 22, einen inneren Signalpfad 28 (der bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel durch Bonddrähte implementiert ist), der mit einer Signalleitung der Vorrichtung 22 elektrisch gekoppelt ist. Das Gehäuse 24 umfasst ferner einen Massepfad 30, der mit einem Masseleiter 32 der Vorrichtung 22 elektrisch gekoppelt ist. Das Gehäuse 24 kann auch andere Komponenten enthalten, einschließlich einer oder mehrerer optischer Vorrichtungen, Mikrowellenvorrichtungen, Übertragungsleitungen, Filter und Dämpfungsbauglieder. Die verschiedenen in dem Gehäuse 24 enthaltenen Vorrichtungen sind durch ein Verbindungssubstrat 34, das beispielsweise eine gedruckte Schaltungsplatine oder eine flexible Schaltung sein kann, miteinander und mit der Signalanschlussleitung 26 verbunden. Das Verbindungssubstrat 34 umfasst einen rückseitigen Masseebeneleiter 36 und eine Massedurchkontaktierung 38, die den Masseleiter 32 der Vorrichtung 22 mit dem Masseebeneleiter 34 elektrisch verbindet. Der Masseebeneleiter 36 ist mit einer äußeren Masse des Gehäuses 24 elektrisch verbunden. Die Signalanschlussleitung 26 ist mit dem inneren Signalpfad 28 des Gehäuses 24 elektrisch gekoppelt. Die Signalanschlussleitung 26 weist einen äußeren Abschnitt auf, der sich von dem Gehäuse 24 zu dem Signalleiter 18 des Verbindungssubstrats 12 hin erstreckt.
  • In der folgenden Erörterung ist der innere Signalpfad 28 des Gehäuses als Übertragungsleitung modelliert, die eine Nennimpedanz über einer festgelegten Bandbreite aufweist. Der Signalpfad 28 ist dazu entworfen, dass er bezüglich der Nennimpedanz der Signalleitung der Vorrichtung 22 im Wesentlichen impedanzabgeglichen ist (z. B. ± 20%). Bei manchen Implementierungen beträgt die Nennimpedanz 50 Ohm, und die festgelegte Bandbreite ist Gleichstrom bis zu 10 GHz.
  • Der Diskontinuitätskompensator 16 koppelt den Massepfad 30 des Gehäuses 24 elektrisch mit dem Masseleiter 20 des Verbindungssubstrats 12. Insbesondere liefert der Diskontinuitätskompensator 16 einen elektrisch leitenden Massepfad zwischen der äußeren Masse des Gehäuses 22 und dem Masseleiter 20. Der Diskontinuitätskompensator 16 umfasst ferner eine elektrisch leitende planare Oberfläche 40, die in einer das Verbindungssubstrat 12 schneidenden Ebene orientiert ist und mit zumindest einem beträchtlichen Teil des äußeren Abschnitts der Signalanschlussleitung 26 eine Übertragungsleitungsstruktur bildet, deren Impedanz mit der Nennimpedanz über die festgelegte Bandbreite im Wesentlichen übereinstimmt (z. B. ± 20%). Auf diese Weise kompensiert der Diskontinuitätskompensator 16 die parasitäre induktive Diskontinuität, die durch die Signalanschlussleitung 26 erzeugt wird, und minimiert dadurch Verluste und Reflexionen und erzielt einen maximalen Leistungstransfer über die Signalanschlussleitung 26 zu und von der Signalleitung der Vorrichtung 22.
  • Unter Bezugnahme auf 1 und 2 ist der Diskontinuitätskompensator 16 ausreichend nah bei der Signalanschlussleitung 26 positioniert, um eine Übertragungsleitungsstruktur mit der gewünschten charakteristischen Impedanz über die festgelegte Bandbreite zu erzeugen. Angenommen, dass die Materialzusammensetzung der Signalanschlussleitung 26 und der elektrisch leitenden Oberfläche 40 über die Länge des äußeren Abschnitts der Signalanschlussleitung 26 unverändert sind und dass die Dielektrizitätskonstante zwischen der Signalanschlussleitung 26 und der elektrisch leitenden Oberfläche unverändert ist, sollte die Entfernung zwischen der elektrisch leitenden Oberfläche 40 und dem äußeren Abschnitt der Signalanschlussleitung 26 allgemein im Wesentlichen konstant sein. Bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel biegt sich der äußere Abschnitt der Signalanschlussleitung 26 in einer Biegeebene, die zu dem Verbindungssubstrat 12 orthogonal ist. Die im Wesentlichen planare Oberfläche 40 des Diskontinuitätskompensators 16 ist im Wesentlichen parallel zu der Biegeebene der Signalanschlussleitung 26. Dies ermöglicht, dass die Trennungsentfernung (Δ) zwischen der im Wesentlichen planaren Oberfläche 40 und der Mitte der Signalanschlussleitung 26 entlang des Teils der Länge des äußeren Abschnitts der Signalanschlussleitung 26, der mit der planaren Oberfläche 40 überlappt, im Wesentlichen konstant ist.
  • 3 zeigt eine Abbildung zwischen der charakteristischen Impedanz eines zylindrischen Signalleiters mit einem Durchmesser von 0,3 mm, der durch einen Luftspalt, der einer Trennungsentfernung, Δ, entspricht, die über eine Bandbreite von 0,1 mm bis 0,4 mm schwankt, von einer planaren Masseebene getrennt ist. Diese Abbildung kann von allgemein erhältlichen Tabellen über charakteristische Impedanzen abgeleitet sein. Wie in 3 gezeigt ist, sollte die elektrisch leitende Oberfläche 40 von der Mitte der zylindrischen Signalanschlussleitung 26 eine Entfernung von etwa 0,18 mm aufweisen, um eine charakteristische Impedanz von 50 Ohm zu erhalten.
  • Bei manchen Implementierungen kann zwischen der elektrisch leitenden Oberfläche 40 des Diskontinuitätskompensators 16 und der Signalanschlussleitung 26 ein dielektrisches Material angeordnet sein. Bei manchen Implementierungen kann die elektrisch leitende Oberfläche 40 beispielsweise mit einem Dünnfilm 42 eines dielektrischen Materials (z. B. Mylar oder Teflon) beschichtet sein, wie in 4 gezeigt ist. Bei diesen Ausführungsbeispielen ist die Dicke des Dünnfilms 42 so ausgewählt, dass sie dem Spalt zwischen der elektrisch leitenden Oberfläche 40 und der Signalanschlussleitung 26, der erforderlich ist, um die gewünschte charakteristische Impedanz zu erzielen, entspricht. Bei einer Implementierung dieser Ausführungsbeispiele verringert das Vorliegen eines dielektrischen Dünnfilms 42 aus Mylar die Trennungsentfernung Δ auf 0,175 mm, und der Radius der zylindrischen Signalanschlussleitung beträgt 0,15 mm. Bei dieser Implementierung beträgt der Spalt zwischen der elektrisch leitenden Oberfläche 40 und der Signalanschlussleitung 26 (und folglich die Dicke des dielektrischen Dünnfilms 42) etwa 0,025 mm, um eine charakteristische Impedanz von 50 Ohm zu erzielen.
  • 5 zeigt die Komponente 14, die durch ein TO-Gehäuse mit vier Anschlussstiften implementiert ist, das eine Abdeckung 50, einen Sockel 52, einen Satz Dichtungen 54 und einen Satz aus vier zylindrischen Anschlussleitungen 56 umfasst. Bei dieser Implementierung bilden die Abdeckung 50 und der Sockel 52 eine hermetisch abgedichtete Ummantelung für die Vorrichtung 22. Die Dichtungen 54 dichten die Anschlussleitungen 56 hermetisch ab. Die Dichtungen 54 können aus Glas hergestellt sein, und die Anschlussleitungen 56 können aus einem elektrisch leitenden Material (z. B. einer Eisen/Nickel-Legierung, z. B. Kovar), das thermisch auf die Glasdichtungen 54 abgestimmt ist, hergestellt sein. Die Wechselstrom-Signalleitungen und die Gleichstrom-Vorspannungsleitungen der Vorrichtung 22 sind mittels Bonddrähten 58 mit den Anschlussleitungen 56 elektrisch verbunden. Die Vorrichtung 22 ist zu der Abdeckung 50 und dem Sockel 52 elektrisch geerdet.
  • Unter Bezugnahme auf 6 können sich die Anschlussleitungen 56 der in 5 gezeigten Implementierung des TO-Gehäuses bei manchen Ausführungsbeispielen durch jeweilige Löcher 60 in einer Oberseite 62 des Verbindungssubstrats 12 zu Wechselstromsignal- und Gleichstrom-Vorspannungsleitern des Verbindungssubstrats 12 erstrecken. Nachdem die Anschlussleitungen 56 mit Verbindungssubstratleitern verbunden wurden, werden sie in jeweiligen Biegeebenen, die das Verbindungssubstrat 12 schneiden, gebogen. Bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel werden die Anschlussleitungen 56 in Biegeebenen gebogen, die zu der Oberseite 62 des Verbindungssubstrats 12 orthogonal sind. Insbesondere werden zwei der Anschlussleitungen 56 in einer ersten Biegeebene gebogen, und die anderen beiden Anschlussleitungen 56 werden in einer zweiten Biegeebene gebogen. Bei anderen Ausführungsbeispielen können die Anschlussleitungen 56 in jeweiligen Ebenen gebogen werden, die die Oberseite 62 in jeweiligen Winkeln, die nicht 90° betragen, schneiden.
  • Bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist der Diskontinuitätskompensator 16 durch ein elektrisch leitendes Blechmaterial implementiert, das zu einer rechteckigen Struktur gebogen ist, die zwei im Wesentlichen parallele Seitenwände 64, 66 und eine obere Wand 68 umfasst. Während der Herstellung der elektronischen Anordnung 10 wird der Diskontinuitätskompensator 16 über die gebogenen Anschlussleitungen 56 platziert, so dass die inneren elektrisch leitenden planaren Oberflächen der Seitenwände 64, 66 in der Nähe der jeweiligen Paare von gebogenen Anschlussleitungen 56 positioniert sind und im Wesentlichen parallel zu den entsprechenden Biegeebenen orientiert sind. Die Seitenwände 64, 66 des Diskontinuitätskompensators sind so entworfen, dass die inneren elektrisch leitfähigen planaren Oberflächen mit zumindest beträchtlichen Teilen der äußeren Abschnitte der Signalanschlussleitungen 56 Übertragungsleitungsstrukturen bilden, die im Wesentlichen der Nennimpedanz über die festgelegte Bandbreite entsprechen.
  • Ferner umfasst der Diskontinuitätskompensator 16 einen ersten Satz von Flanschen 70, 72, 74, die mit äußeren Bereichen des TO-Gehäusesockels 52 verbunden (z. B. an diese angelötet) sind, und einen zweiten Satz von Flanschen 76, 78, die mit einem oder mehr Masseleitern auf der Oberseite 62 des Verbindungssubstrats 12 verbunden (z. B. an diese angelötet) sind. Da der Massepfad des TO-Gehäuses mit den äußeren Bereichen des Sockels 52 elektrisch verbunden ist, koppelt der Diskontinuitätskompensator 16 den Massepfad des TO-Gehäuses elektrisch mit dem einen oder den mehreren Masseleitern des Verbindungssubstrats 12 und dient somit als Masseebene für die mit den Anschlussleitungen 56 gebildeten Übertragungsleitungsstrukturen.
  • Bei manchen Implementierungen sind die Innenoberflächen der Seitenwände 64, 66, 68 mit einem strukturierten dielektrischen Material (z. B. Mylar oder Teflon), das als Abstandshalter zwischen den Innenoberflächen der Wände 64, 66, 68 und den Anschlussleitungen 56 dient, beschichtet (z. B. mittels Siebdruck).
  • 7 zeigt eine Implementierung des Diskontinuitätskompensators 16, die der in 6 gezeigten Implementierung entspricht, mit der Ausnahme, dass die Flansche 76, 78 durch zapfenartige Vorsprünge 82, 84 ersetzt sind, die sich durch jeweilige Löcher 86, 88 in der Oberseite 62 des Verbindungssubstrats 12 zu einem oder mehreren Masseleitern des Verbindungssubstrats 12 erstrecken.
  • 8A, 8B und 8C zeigen eine weitere Implementierung der Komponente 14 und des Diskontinuitätskompensators 16. Bei dieser Implementierung umfasst die Komponente 14 ein Schmetterlingsgehäuse 88 und acht rechteckige Anschlussleitungen 90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104. Ein erster Diskontinuitätskompensator 16 bildet entsprechende Übertragungsleitungsstrukturen mit denjenigen der Anschlussleitungen 90–96, die Hochfrequenzsignale führen, und ein zweiter Diskontinuitätskompensator 16 bildet entsprechende Übertragungsleitungsstrukturen mit denjenigen der Anschlussleitungen 98–104, die Hochfrequenzsignale führen. Jeder der Diskontinuitätskompensatoren 16 umfasst eine geformte oder gestanzte elektrisch leitende Metallstruktur 106, die drei Schenkel 108, 110, 112 aufweist. Die Innenwände der Schenkel 108–112 sind mit einer dünnen Schicht 114 aus einem dielektrischen Material beschichtet, die einen Abstandshalter zwischen den Schenkeln 108–112 und den Anschlussleitungen 90–104 bildet. Bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel weisen beide Seiten des Innenschenkels 110 planare elektrisch leitende Oberflächen auf, die mit den Anschlussleitungen 100, 102 Übertragungsleitungsstrukturen bilden.
  • 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Herstellen der elektronischen Anordnung 10. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist ein Verbindungssubstrat vorgesehen, das einen Signalleiter und einen Masseleiter umfasst (Block 120). Es ist eine Komponente vorgesehen, die eine Vorrichtung, ein Gehäuse mit einem Massepfad und eine Signalanschlussleitung umfasst (Block 122). Der äußere Abschnitt der Signalanschlussleitung ist mit dem Signalleiter des Verbindungssubstrats elektrisch verbunden (Block 124). Ein Diskontinuitätskompensator ist an dem Massepfad des Gehäuses und an dem Masseleiter des Verbindungssubstrats befestigt (Block 126).

Claims (17)

  1. Elektronische Anordnung (10), die folgende Merkmale aufweist: ein Verbindungssubstrat (12), das einen Signalleiter (18) und einen Masseleiter (20) aufweist; eine Komponente (14), die folgende Merkmale aufweist: eine Vorrichtung (22), die eine Signalleitung und einen Masseleiter (32) aufweist, ein Gehäuse (24), das die Vorrichtung (22), einen inneren Signalpfad (28), der mit der Signalleitung der Vorrichtung (22) elektrisch gekoppelt ist und eine Nennimpedanz über eine festgelegte Bandbreite aufweist, und einen Massepfad (30), der mit dem Masseleiter (32) der Vorrichtung (22) elektrisch gekoppelt ist, enthält, und eine Signalanschlussleitung (26), die mit dem inneren Signalpfad (28) elektrisch gekoppelt ist und einen äußeren Abschnitt aufweist, der sich von dem Gehäuse (24) zu dem Signalleiter (18) des Verbindungssubstrats (12) erstreckt; und einen Diskontinuitätskompensator (16), der den Massepfad (30) des Gehäuses (24) mit dem Masseleiter (20) des Verbindungssubstrats (12) elektrisch koppelt und eine elektrisch leitende planare Oberfläche (40) aufweist, die in einer das Verbindungssubstrat (12) schneidenden Ebene orientiert ist und mit zumindest einem beträchtlichen Teil des äußeren Abschnitts der Signalanschlussleitung (26) eine Übertragungsleitungsstruktur bildet, bei der sich die Signalanschlussleitung (26) in einer Biegeebene biegt, die das Verbindungssubstrat (12) schneidet, und bei der die elektrisch leitende Oberfläche (40) des Diskontinuitätskompensators (16) parallel zu der Biegeebene ist, wobei die elektrisch leitende planare Oberfläche (40) und der äußere Abschnitt der Signalanschlussleitung (26) durch einen Spalt, wobei eine Trennungsentfernung (Δ) zwischen der elektrisch leitenden planaren Oberfläche (40) und der Mitte der Signalanschlussleitung (26) entlang des Teils der Länge des äußeren Abschnitts der Signalanschlussleitung (26), der mit der elektrisch leitenden planaren Oberfläche 40 überlappt, konstant ist, derart voneinander beabstandet sind, dass die Übertragungsleitungsstruktur eine Impedanz aufweist, die mit der Nennimpedanz über die festgelegte Bandbreite im Wesentlichen übereinstimmt.
  2. Elektronische Anordnung (10) gemäß Anspruch 1, bei der der Diskontinuitätskompensator (16) einen Flansch (70) aufweist, der mit einem äußeren Bereich des Gehäuses (24) verbunden ist.
  3. Elektronische Anordnung (10) gemäß Anspruch 2, bei der der Flansch (70) an dem äußeren Bereich des Gehäuses (24) angelötet ist.
  4. Elektronische Anordnung (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der Diskontinuitätskompensator (16) einen weiteren Flansch (76) aufweist, der mit dem Masseleiter (20) des Verbindungssubstrats (12) verbunden ist.
  5. Elektronische Anordnung (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der der Diskontinuitätskompensator (16) einen Vorsprung aufweist, der sich in ein Loch in dem Verbindungssubstrat (12) erstreckt.
  6. Elektronische Anordnung (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der: die Komponente (14) eine zweite Signalanschlussleitung aufweist, die mit einem zweiten inneren Signalpfad des Gehäuses (24) elektrisch gekoppelt ist und einen äußeren Abschnitt aufweist, der sich von dem Gehäuse (24) zu einem zweiten Signalleiter des Verbindungssubstrats (12) erstreckt und sich in einer zweiten Biegeebene biegt; und der Diskontinuitätskompensator (16) zusätzlich eine zweite elektrisch leitende planare Oberfläche aufweist, die im Wesentlichen parallel zu der zweiten Biegeebene ist und mit zumindest einem beträchtlichen Teil des äußeren Abschnitts der zweiten Signalleitung eine Übertragungsleitungsstruktur bildet, die eine Impedanz aufweist, die im Wesentlichen mit der Nennimpedanz über die festgelegte Bandbreite übereinstimmt.
  7. Elektronische Anordnung (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, die ferner ein elektrisch isolierendes dielektrisches Material (42) zwischen der elektrisch leitenden Oberfläche (40) des Diskontinuitätskompensators (16) und der Signalanschlussleitung (26) aufweist.
  8. Elektronische Anordnung (10) gemäß Anspruch 7, bei der das dielektrische Material an der elektrisch leitenden Oberfläche (40) des Diskontinuitätskompensators (16) befestigt ist.
  9. Elektronische Anordnung (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der zwischen dem Gehäuse und dem Verbindungssubstrat (12) der Diskontinuitätskompensator (16) von der Signalanschlussleitung (26) losgelöst ist.
  10. Elektronische Anordnung (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der die Signalanschlussleitung (26) einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
  11. Elektronische Anordnung (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der das Gehäuse (24) ein Transistorabmessungen-Gehäuse (TO-Gehäuse) ist.
  12. Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Anordnung (10), das folgende Schritte umfasst: (a) Bereitstellen eines Verbindungssubstrats (12), das einen Signalleiter (18) und einen Masseleiter (20) aufweist; (b) Bereitstellen einer Komponente (14), die folgende Merkmale aufweist: eine Vorrichtung (22), die eine Signalleitung und einen Masseleiter (32) aufweist, ein Gehäuse (24), das die Vorrichtung (22), einen inneren Signalpfad (28), der mit der Signalleitung der Vorrichtung (22) elektrisch gekoppelt ist und eine Nennimpedanz über eine festgelegte Bandbreite aufweist, und einen Massepfad (30), der mit dem Masseleiter (32) der Vorrichtung (22) elektrisch gekoppelt ist, enthält, und eine Signalanschlussleitung (26), die mit dem inneren Signalpfad (28) elektrisch gekoppelt ist und einen äußeren Abschnitt aufweist, der sich von dem Gehäuse (24) erstreckt; (c) elektrisches Verbinden des äußeren Abschnitts der Signalanschlussleitung (26) mit dem Signalleiter (18) des Verbindungssubstrats (12), wobei der Schritt (c) ein Biegen der Signalanschlussleitung (26) in einer Biegeebene, die das Verbindungssubstrat (12) schneidet, umfasst; und (d) nach (c), Befestigen, an dem Massepfad (30) des Gehäuses (24) und an dem Masseleiter (20) des Verbindungssubstrats (12), eines Diskontinuitätskompensators (16), der eine elektrisch leitende planare Oberfläche (40) aufweist, die mit zumindest einem beträchtlichen Teil des äußeren Abschnitts der Signalanschlussleitung (26) eine Übertragungsleitungsstruktur bildet, und wobei der Schritt (d) ein Positionieren der elektrisch leitenden planaren Oberfläche (40) in der Nähe des äußeren Abschnitts der Signalanschlussleitung (26) und derart, dass sie in einer das Verbindungssubstrat (12) schneidenden Ebene orientiert ist, umfasst, wobei der Schritt (d) ein Positionieren der elektrisch leitenden planaren Oberfläche (40) in der Nähe der Signalanschlussleitung (26) und parallel zu der Biegeebene umfasst, wobei die elektrisch leitende planare Oberfläche (40) und der äußere Abschnitt der Signalanschlussleitung (26) durch einen Spalt, wobei eine Trennungsentfernung (Δ) zwischen der elektrisch leitenden planaren Oberfläche (40) und der Mitte der Signalanschlussleitung (26) entlang des Teils der Länge des äußeren Abschnitts der Signalanschlussleitung (26), der mit der elektrisch leitenden planaren Oberfläche 40 überlappt, konstant ist, derart voneinander beabstandet sind, dass die Übertragungsleitungsstruktur eine Impedanz aufweist, die mit der Nennimpedanz über die festgelegte Bandbreite im Wesentlichen übereinstimmt.
  13. Verfahren gemäß Anspruch 12, bei dem der Diskontinuitätskompensator (16) einen Flansch (70) aufweist und der Schritt (d) ein Verbinden des Flansches (70) mit einem äußeren Bereich des Gehäuses (24) umfasst.
  14. Verfahren gemäß Anspruch 13, bei dem (d) ein Lötverbinden des Flansches (70) mit dem äußeren Bereich des Gehauses (24) umfasst.
  15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, bei dem der Diskontinuitätskompensator (16) einen weiteren Flansch (76) aufweist und der Schritt (d) ein Verbinden des weiteren Flansches (76) mit dem Masseleiter (20) des Verbindungssubstrats (12) umfasst.
  16. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 15, bei dem der Diskontinuitätskompensator (16) einen Vorsprung aufweist und der Schritt (d) ein Sich-Erstrecken des Vorsprungs in ein Loch in dem Verbindungssubstrat (12) umfasst.
  17. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 16, bei dem: die Komponente eine zweite Signalanschlussleitung umfasst, die mit einem zweiten inneren Signalpfad des Gehäuses (24) elektrisch gekoppelt ist und einen sich von dem Gehäuse (24) erstreckenden äußeren Abschnitt aufweist, und der Schritt (c) ein elektrisches Verbinden des äußeren Abschnitts der zweiten Signalanschlussleitung mit einem zweiten Signalleiter des Verbindungssubstrats (12) und ein Biegen der zweiten Signalanschlussleitung in einer zweiten Biegeebene umfasst; und der Diskontinuitätskompensator (16) zusätzlich eine zweite elektrisch leitende planare Oberfläche aufweist, und der Schritt (d) ein Positionieren der zweiten elektrisch leitenden planaren Oberfläche in der Nähe der zweiten Signalanschlussleitung und im Wesentlichen parallel zu der zweiten Biegeebene umfasst, um mit dem äußeren Abschnitt der zweiten Signalanschlussleitung zumindest einen Teil einer zweiten Übertragungsleitungsstruktur zu bilden, die eine Impedanz aufweist, die mit der Nennimpedanz über die festgelegte Bandbreite im Wesentlichen übereinstimmt.
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