經改進的c型繼電器及使用經改進的c型繼電器的封裝的製作方法

2023-10-11 23:37:54 2

專利名稱：經改進的c型繼電器及使用經改進的c型繼電器的封裝的製作方法
技術領域：
本發明一般來說涉及切換裝置。更具體來說，本發明涉及用於電磁裝置的經改進 封裝及電路集成，例如舌簧開關，且電磁裝置例如舌簧繼電器。
背景技術：
許多年前電子行業中便知曉電磁繼電器。此種電磁繼電器包括併入有舌簧開關的 舌簧繼電器。舌簧開關通常為磁激活裝置，其通常包括在填充有保護惰性氣體或真空的以 密封方式密封的玻璃管中合併的兩個扁平接觸舌片。所述開關通過外部產生的磁場操作， 所述磁場來自線圈或永久性磁體。當啟用所述外部磁場時，重疊的接觸舌片端彼此吸引且 最終接觸而閉合所述開關。當移除所述磁場時，所述接觸舌片消磁並彈回以返回其靜止位 置，因此斷開所述開關。所述開關不具有玻璃封殼且不由磁力致動也是可行的。舉例來說， 所述封殼可由其它材料製成，例如銅，且可由其它力致動，例如向心力、離心力及加速度力。由磁性線圈致動的舌簧開關通常裝納於線軸或似捲軸部件內。線的線圈繞線軸的 外部纏繞且連接到電流源。流過所述線圈的電流形成所需磁場以致動所述線軸外殼內的舌 簧開關。圖1到3顯示上述此種現有技術舌簧開關裝置的配置的進一步細節。首先翻到圖 1，其顯示現有技術舌簧開關配置10的透視圖。已知舌簧開關11優選地包括玻璃封殼12以 及從舌簧開關11的相對端發出的兩個信號引線14及線圈端接引線15。所述信號引線連接 到一對金屬觸點13。應注意，可在由其它力(例如，向心力、離心力及其它加速度力)致動 的開關中使用其它封殼，例如金屬。舌簧開關11的構造在此項技術中如此為人所熟知，無 需論述其細節。通常由黃銅或銅製成的屏蔽導體16以接納並裝納舌簧開關11的圓柱形套 筒的形式提供。舌簧開關11及屏蔽物16裝納於線軸或捲軸20的中心鏜孔18內。繞線軸 20卷繞有導線22。因此，形成共軸布置以保護舌簧開關11裝置且控制環境的阻抗且改進 信號的總體傳輸。舌簧開關11、屏蔽導體16及線軸20 —般來說顯示為圓柱形配置。應理 解，可採用各種其它配置(例如，橫截面為橢圓形的那些配置)且其仍在本發明的範圍內。如可理解且在現有技術中知曉，線22的線圈的自由端、屏蔽物16及舌簧開關11 的信號端子14視需要電互連到電路。舌簧開關11配置的相應組件通過引線框架或其它電 互連件(未顯示)互連到電路。所述引線框架或其它電互連件引入所需共軸環境的不連續 性。如上文所描述，整個舌簧開關裝置10必須被設計為易於容納於用戶的電路內。舉 例來說，給用於以高頻率操作的電路設計經界定的特性阻抗環境。根據電路消費者的規範 設計及製造舌簧裝置10的目標是使裝置10的所需阻抗儘可能接近地匹配於電路環境。優選地，從舌簧裝置10本身到將接納裝置10的電路的電路板跡線不存在阻抗不連續性。特 性阻抗Z1通常為信號導體14的外直徑、屏蔽物16的內直徑及信號導體14與屏蔽物16之 間的絕緣(未顯示)的介電常數的函數。圖1的舌簧開關封裝的進一步修改顯示於圖2到3中。舌簧開關裝置103經提供 而包括外線軸102，其中線圈109繞外線軸102纏繞以用於引入必需的磁場以致動舌簧開關 111。線109的端可連接到柱、銷或類似物(未顯示)(其連接到線軸102)以提供磁場電流 的電互連。從舌簧開關111發出的是對應於舌簧開關111的相對側的兩個信號引線106。 還從線軸體102發出的是線軸體102的每一側上的一對屏蔽物或接地小片108，其電互連 到(如圖6中所示)內屏蔽物套筒110的端。如圖3中所示，其為圖2的舌簧開關111的 分解透視圖，這些接地小片108為在屏蔽物套筒110的相對側上從屏蔽物套筒110本身的 延伸物。特定來說，舌簧開關111包括玻璃殼126內的信號導體106，其中惰性氣體或真空 128將信號導體106包圍。繞玻璃殼126定位的是接地屏蔽物130，其優選地具有圓柱形或 管狀配置但可具有橢圓形橫截面以在多信道環境中容納某些舌簧開關111或多個舌簧開 關。前述組合件裝納於包括激勵線圈109的線軸102內。舌簧裝置的一些應用需要開關來承載具有超過500MHz的頻率的信號。然而，不斷 需要舌簧繼電器傳輸越來越高的頻率而所傳輸信號功率不存在顯著衰減。電流舌簧繼電器 可以高達8到IOGHz的範圍操作。然而，甚至進一步需要將這些操作帶寬範圍增加到18GHz及可能甚至更高。一般 來說，需要舌簧繼電器具有非常高的RF性能，其中RF路徑經優化以最小化整個信號路徑上 的阻抗不連續性並減小短線電容。在現有技術中，通常採用個別舌簧開關來形成各種類型的切換功能，以使得其可 併入到電路中，例如用於自動化測試設備(ATE)的電路板。舉例來說，如在圖4中，可採用 舌簧開關作為具有單個極52的單擲切換裝置50。此稱作「A型」配置。此外，C型切換環 境是可行的，如圖5中所示，其中單個開關54可投擲到兩個不同極56、58。可理解，此種多 極切換以較高成本增加裝置的複雜性。為解決此問題，現有技術中通常採用「偽」 C型配置 以簡化切換且實現以相對低成本易於獲得的個別舌簧開關裝置的使用。例如「偽」C型切換 配置顯示於圖6中所見的開關布置60中。兩個A型開關62、64與橋接器66 —同使用以實 現此配置。可理解，通過由開關的引線及電路板上的跡線組成的適當連接，可將適當的切換 能力併入到電路板上的電路中，例如在自動化測試設備(ATE)中。然而，如此項技術中所熟知，此產生舌簧開關的端子與電路板之間的長、不受保護 且易受攻擊的連接，其通常稱為「短線連接」。作為此長不受保護短線連接的結果，將存在到 接地的顯著寄生電容C。此稱為「短線電容」且用於加載高頻率路徑，因此將電路的頻率限 制為約5. OGHz的範圍中的值(舉例來說)。然而，為恰當地測試非常快的被測裝置(DUT)， 例如高速微處理器，測試電路的頻率必須達到7GHz範圍及甚至更高，例如18GHz及以上。遺 憾的是，現有技術舌簧開關裝置配置包括電路板上的短線連接，其使得所述裝置實質上不 能夠測試高速裝置。在觀看舌簧開關的此種C型或「偽」 C型布置併入其中的實際電路之後可易於理 解現有技術中的前述缺點。圖7及8圖解說明此種實例性電路環境。電路300為通常在
4ATE (自動化測試設備)中採用以用於測試電路裝置(其大體標記為313)及類似物的目的 的電路。此電路300擺出可端到端地串聯「堆疊」的三端子裝置，此取決於應用。具有第一 舌簧開關302及第二舌簧開關304的三端子裝置306顯示於圖7中，如點線大體標記。舉 例來說，第一舌簧開關裝置302提供用於高頻率AC信號的連接，而第二舌簧開關304提供 用於DC信號或低頻率AC信號的連接。更具體來說，信號產生器308連接到第一舌簧開關302的第一端子310。第二舌 簧開關304具備第一端子312及第二端子314。第一舌簧開關302的第二端子316在節點 318處連接到第二舌簧開關304的第二端子314。此節點318成為到裝置306的輸出端子 326。採用第二對舌簧開關320、322來從被測裝置(DUT) 313接收刺激。接收器317從第二 對舌簧開關320、322接收輸出。所述對開關的串聯性質使得電路設計有對可單獨選擇及隔 離的不同數目個DUT的多個不同測試操作。圖8圖解說明實施圖7的電路圖的舌簧繼電器 對中的一者的表示性示意圖。為實施此電路，通過其之間由開關的引線及電路板上的跡線組成的適當連接324 將兩個個別舌簧開關連接到電路板(未顯示)。此產生舌簧開關的端子與電路板之間的長、 不受保護且易受攻擊的連接，其通常稱為「短線連接」。作為此長不受保護短線連接324的 結果，將存在到接地的顯著寄生電容C。此稱為「短線電容」且用於加載高頻率路徑，因此 將電路的頻率限制為約5. OGHz的範圍中的值(舉例來說)。然而，為恰當地測試非常快的 被測裝置(DUT)，例如高速微處理器，測試電路的頻率將來必須達到7GHz範圍及更高，例如 18GHz。因此，在舌簧開關302、304的現有技術安裝及電路板上的短線連接324的情況下，此 電路300不能夠測試高速裝置。此短線連接的保護為採用本發明的許多不同方式的實例。本行業中的另一問題關於開關與其所安裝到其中的電路的阻抗匹配。當前可用舌 簧裝置由用戶併入到給定電路環境中。對於較高頻率(例如在18GHz範圍中及更高)的應 用，如此項技術中所熟知，舌簧開關理想地經配置以儘可能接近地匹配其所安裝於其中的 電路的所需阻抗要求，例如50歐姆。為解決這些阻抗匹配需要，在電路環境內，在整個環境中的共軸布置為優選的以 維持電路完整性及所需的匹配阻抗。如上所述，舌簧開關的體包括必需的共軸環境。另外， 用戶的電路板上的信號跡線通常包括「經接地的共面波導」，其中兩個接地引線駐存於信號 引線的相對側上且駐存於其中接地平面駐存於信號導體的平面下方的相同平面或「條帶 線」中。恰當採用的這些技術提供受控制的阻抗傳輸線，其對於維持恰當電路功能的所需阻 抗為可接受。舉例來說，此是由於以下事實，舌簧開關本身必須經物理封裝且電互連到承載給 定電路配置的電路板。通常將屏蔽物及信號端子端接到引線框架架構且將整個組合件包封 於像塑料等電介質材料中以獲得製造及封裝方便性。這些引線可形成為鷗翼或「J」形狀以 獲得表面安裝能力。信號引線或端子退出舌簧開關體且進入空氣以實現到電路板的電互 連。信號引線從塑料電介質到空氣的此轉變形成在開關的體本身內發現的保護性共軸環境 的不期望不連續性。此種不連續性形成舌簧開關裝置的阻抗的不準確性及不確定性。因此，電路設計者必須通過以下方式補償此問題，具體來說將其電路設計為適應 並預期與保護性共軸環境的不連續性及舌簧開關裝置的額定阻抗的降級相關聯的內在問 題。舉例來說，可調諧所述電路以通過增加寄生電感及電容來補償所述不連續性。此不連續性補償方法並非優選的，因為其使設計過程變複雜且變慢且可使電路的完整性降級。此 對於非常高頻率電路環境來說尤其成問題，例如以18GHz及更高頻率操作的電路環境。然而，此種調諧補償方案僅在相對窄範圍的頻率上起作用。存在減小如上文所描 述調諧電路的需要的需求。現有技術使用精心設計的導通孔結構(其製造起來昂貴且困 難)，以控制從繼電器到板的阻抗轉變。鑑於前文，存在對可減小寄生短線電容以實現較高頻率信號(例如，在18GHz範圍 中及更高的那些信號)的舌簧開關裝置的需求。進一步需要在此種舌簧開關裝置環境中增 加RF性能。還存在對包括通過封裝的整個體到互連件到電路的受控制阻抗環境的舌簧開 關裝置的需求。存在舌簧開關裝置為緊湊且具有低輪廓以安裝到小空間中且用於電路板堆 疊的特定需求。存在對具有表面安裝配置以優化系統的性能的高頻率的舌簧開關裝置的進 一步需求。此外，存在對可減小調諧電路以補償不受控制的阻抗環境的需要的舌簧開關裝 置的需求。此外，存在對具有小佔用面積且具有標準形狀及配置以獲得簡化的製造及安裝 的舌簧開關裝置的需求。再進一步，存在對能夠遠遠比現有技術舌簧開關裝置快地執行(例如，在18GHz範 圍中及甚至更高)的舌簧開關裝置的需求。需要適合於C型及A型應用的舌簧開關裝置。 需要過濾掉GHz範圍中的高頻率以獲得裝置在非常高的頻率(例如，在18GHz範圍中及更 高的那些頻率)下的經改進操作。特定需要減小高頻率信號的衰減程度。需要使裝置匹配 於給定電路並將其互連到所述給定電路，例如在50歐姆範圍中操作的電路。需要優化舌簧 開關裝置所安裝到其中的電路的操作以模擬共軸環境。還需要能夠將DC電壓添加到高頻 率信號。現有技術中存在通過改變裝置的屏蔽的配置來最小化阻抗不連續性的又一需要。

發明內容
本發明保留現有技術電磁開關裝置(例如，舌簧繼電器)的優點。另外，本發明提 供當前可用切換裝置中所不具有的新的優點並克服此類當前可用裝置的許多缺點。本發明一般來說針對新穎且獨特的舌簧繼電器裝置及封裝，其特定應用在於以低 輪廓配置將舌簧開關裝置有效地互連到電路板上的電路。本發明的舌簧開關封裝實現到電 路板的高效且有效互連同時為不昂貴構造。更具體來說，一種可容易地以遠高於8到IOGHz範圍的頻率(例如，在18GHz範圍 中及以上)操作的新「偽」C型繼電器裝置，以適應使用最新的ATE對最新高速裝置的測試。 通過唯一地採用低通濾波器橋接器來阻擋GHz範圍中的高頻率顯著地減小短線電容。此有 效地減小高頻率信號的衰減以由此減小短線電容效應。因此，通過本發明，可更好的控制並 補償短線容量以改進RF性能。通過本發明，還可能能夠將DC添加到高頻率信號。此外，使用模擬共軸信號保護環境來保護高頻率路徑。本發明提供一種低輪廓、板 可安裝舌簧繼電器封裝。舌簧開關的一部分延伸穿過繼電器襯底中的孔口。所述襯底包括 一系列電觸點，例如焊料球陣列(BGA)、焊盤柵格陣列(LGA)、列柵格陣列(CGA)或銷柵格陣 列(PGA)，其安裝到所述繼電器所安裝到的所述襯底的同一側，以電連接到主電路卡。一個 或一個以上舌簧開關(例如，在兩信道封裝中)經由信號跡線及位於繼電器襯底的底部上 的額外電跡線直接電連接到電觸點，其連接到繼電器的屏蔽。這些額外跡線在信號跡線的 兩個側上的平行位置中布線以提供共面波導，以維持信號路徑的所需阻抗。優選地在BGA
6封裝中提供舌簧繼電器裝置以容易地安裝到自動化測試設備(ATE)中的電路板。因此，本發明的目的是提供一種緊湊低輪廓舌簧開關封裝。本發明的目的是提供一種具有經改進的RF性能的舌簧開關裝置。本發明的進一步目的是提供一種更好地控制並補償信道之間的寄生短線電容以 實現較高頻帶寬的信號的傳輸的舌簧開關裝置。本發明的目的是提供一種在整個封裝中具有受控制的阻抗環境的舌簧開關裝置。本發明的進一步目的是提供一種具有偽共軸環境以維持50歐姆信號路徑環境的 舌簧開關裝置。本發明的進一步目的是提供一種易於匹配於現有電路環境的阻抗的舌簧開關封裝。本發明的另一目的是提供一種能夠高效地傳導非常高頻率信號的舌簧開關封裝。本發明的又一目的是提供一種具有小佔用面積的舌簧開關封裝。本發明的另一目的是提供一種可容易地表面安裝到主電路板(例如，用於自動化 測試設備的電路板)的舌簧開關封裝。本發明的目的是提供一種能夠遠遠比現有技術舌簧開關裝置快地執行(例如，在 18GHz範圍中及甚至更高)的舌簧開關裝置封裝。本發明的另一目的是提供一種適合於C型及A型應用的舌簧開關裝置封裝。本發明的進一步目的是過濾掉GHz範圍中的高頻率以獲得裝置的改進的操作。本發明的進一步目的是提供GHz範圍中的高頻率信道內隔離以獲得裝置的改進 的操作。另一目的是減小舌簧開關裝置封裝中的高頻率信號的衰減程度。本發明的另一目的是使裝置匹配於給定電路並將其互連到所述給定電路，例如在 50歐姆範圍中操作的電路。本發明的另一目的是優化舌簧開關裝置封裝所安裝到其中的電路的操作以模擬 共軸環境。本發明的又一目的是能夠將DC電壓添加到高頻率信號。本發明的另一目的是通過改變裝置的屏蔽的配置來最小化阻抗不連續性。


所附權利要求書中陳述本發明所特有的新穎特徵。然而，通過結合附圖參照下述 詳細說明將可以最好地理解本發明的優選實施例以及進一步的目的及伴隨優點，附圖中圖1是現有技術舌簧繼電器配置的分解透視圖；圖2是經組裝現有技術舌簧繼電器裝置的另一實施例的透視圖；圖3是圖2的現有技術舌簧繼電器裝置的分解透視圖；圖4是A型開關配置的示意圖；圖5是C型開關配置的示意圖；圖6是「偽」 C型開關配置的示意圖；圖7是通常與舌簧繼電器一同使用的樣本電路的示意性表示；圖8是圖7中所示電路的圖示實施方案；
圖9是用於傳統單端ATE架構中的本發明的使用的電路圖；圖10是圖解說明用於本發明的繼電器中的低通濾波器的性能的曲線圖；圖11是顯示本發明的繼電器的性能參數的表格；圖12是使用(舉例來說)根據本發明的7mm舌簧開關的帶通特性的曲線圖；圖13是用於高帶寬傳統差分ATE架構中的本發明的使用的電路圖； 圖14是用於具有經簡化PMU的高帶寬現代差分ATE架構中的本發明的使用的電 路圖；圖15是用於具有集成PMU(其中信號線之間不存在鏈路)的高帶寬現代差分ATE 架構中的本發明的使用的電路圖；圖16顯示使用本發明的繼電器製作的舌簧開關封裝的透視圖；圖17顯示圖16的舌簧開關封裝將遮罩移除的透視圖；圖18顯示圖16的舌簧開關封裝將外屏蔽遮罩移除的透視圖；圖19顯示圖16的舌簧開關封裝將線軸中的一者移除的透視圖；圖20顯示圖16的舌簧開關封裝將線軸及屏蔽從舌簧開關周圍移除的透視圖；圖21顯示圖16的舌簧開關封裝將基底部件囊封物移除的透視圖；圖22顯示圖16的舌簧開關封裝將基底部件及一個舌簧開關移除以顯露球柵陣列 的透視圖；圖23顯示圖16的舌簧開關封裝的仰視透視圖以圖解說明用於將所述封裝電互連 到電路板的球柵陣列的實例；圖24顯示圖16的舌簧開關封裝將遮罩及基底的一部分移除以圖解說明根據本發 明的RF屏蔽的靠模加工的透視圖；圖25是圖24中所示舌簧開關封裝的俯視圖；及圖26是圖24中所示舌簧開關封裝的左側立視圖。
具體實施例方式下文結合圖9到26詳細顯示本發明的經改進C型繼電器200。本發明的繼電器可 容易地用於電路(例如，圖7中的電路300)，以使得此電路可容易地以18GHz範圍中及以上 頻率操作以適應高速裝置的測試。本發明的繼電器200可使得此類電路能夠在18GHz範圍 中及更高操作，因為通過使用低通濾波器(大體標記為202)大大改進RF性能，同時使用模 擬共軸信號保護環境保護高頻率路徑。此外，可在採用本發明的繼電器的電路中實現雙信 道環境中的任一信道上的到約18GHz的DC信號(其中信號功率損失小於3dB)。本發明的 繼電器200是使用兩個濾波器元件(例如，圖9中的202a及202b)以相互隔離兩個高頻率 路徑之間的短線電容的第一者。根據本發明，低通濾波器202a及202b (其優選地為一對)在並聯「偽」C型繼電器 布置中互連兩個舌簧開關206a及206b的信號線204a及204b，如圖9中所見。在此圖中且 在其它圖中，將低通濾波器202a及202b表示性地描繪為小黑框，例如在圖9中。這些橋接 低通濾波器元件202有效地將兩個單極單擲A型開關206a及206b調諧為其中可將信號路 由到所需的任何地方的「偽」C型開關配置。此「偽」C型配置的良好實例顯示於圖9的電 路圖中，其大體表示傳統的單端ATE架構。在此實施例中，低通濾波器202a及202b分別用
8於每一信道(大體標記為A及B)。此布置的實際物理構造結合圖16到26詳細論述於下文 中。如下文，可容易地採用適當電路板跡線來實現圖9的電路。低通濾波器元件202形成兩個A型繼電器206a與206b之間的低頻率橋接器以形 成「偽」 C型繼電器200。此提供優點，在於由於兩個濾波器元件202a及202b與信號路徑 的接近性及元件202a及202b到所述信號路徑的直角定向減小鄰近信道A與B之間的磁性 耦合，此改進大於IOGHz的頻率下的總RF性能。可用於實施本發明的合適低通濾波器元件 202優選地為經設計以使GHz範圍信號衰減的鐵氧體磁珠濾波器。此種優選鐵氧體磁珠濾波器的實例為村田製造有限公司(Murata Manufacturing Co.，Ltd)製造並銷售的型號BLM18G系列(0603大小)。此鐵氧體磁珠具有以下特性1)470 歐姆士25%的阻抗(在100MHz/20°C下)；2) 1800歐姆士30%的阻抗(在lGHz/20°C下)； 3) 200mA的額定電流；4) 1. 30歐姆的DC電阻(最大值)；5)_55°C到+125°C的操作溫度；及 6)用於一個電路。優選低通磁珠濾波器202的阻抗頻率特性顯示於圖10中。應注意，可採 用其它低通濾波器202且其仍在本發明的範圍內。仍參照圖9，其顯示「偽」 C型繼電器200到ATE環境中的互連的進一步細節。參 數測量單元(PMU) 208附接到裝置的信道A下遊的互連件212。因此，開關A的斷開將具有 將訛誤PMU測量的洩露輸出級的驅動器比較器負載(DCL)210隔離。因此，本發明的繼電器 200提供DCL 210與DUT(被測裝置)214之間的高頻率路徑。圖11顯示來自根據本發明 製作的C型繼電器200的原型的測試結果的細節，其顯示優於在此環境中使用「偽」 C型繼 電器的現有技術電路的優越性能。因此，通過使用本發明的唯一繼電器200可成功地實現 18GHz範圍中(例如16GHz)的_3dB滾降頻率。此類結果進一步圖解說明於圖12的曲線圖 中，其中使用7mm舌簧開關(舉例來說)。應理解，根據本發明可使用不同類型的低帶通濾 波器及舌簧開關以滿足眼前應用的需求。可理解，修改此類濾波器及舌簧開關將產生不同 的性能結果。在ATE架構中可如何採用本發明的「偽」 C型繼電器200的進一步實例顯示於圖 13到15中。在圖13的實例中，環境具有傳統差分架構，其中兩個(偽)C型繼電器200a及 200b用於每一差分信道以在208處提供最佳PMU測量，同時經由互連件212'通過差分發 信維持驅動器與DUT 214之間的高帶寬連接。在此實例中，在每一「偽」C型繼電器200a及 200b中的僅一個信道上採用低通濾波器202a。舉例來說，低通濾波器202a用於頂部對舌 簧開關216上的信道B上及底部對舌簧開關218上的信道A上。圖14及15顯示現代差分ATE架構中的目前繼電器的使用的實例。圖14顯示具 有經簡化PMU 220的ATE架構的實例。此架構更好地支持較高頻率發信標準。此包括集成 PMU系統，其具有減小的功能性但仍提供PMU 208傳統上所提供必需功能性中的一些，如上 文。在此模式中，本發明的繼電器200提供較低頻率橋接器，大體標記為222，其用於校準目 的(舉例來說)。現在翻到圖15，提供具有集成PMU 220 (其中兩個信號線204a及204b之間不存 在連結)的高帶寬ATE架構。此為可使用本發明的繼電器200的另一替代環境。在此實例 中，存在電性能最大化且信道帶寬在頻帶中擴展到更高的優點。鑑於前文，本發明的繼電器200可併入到許多不同類型的架構環境中以利用優於 現有技術繼電器的前述改進。
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應注意，根據本發明也可提供雙A型繼電器(未顯示)。除省略濾波器元件202、 信號跡線及相關聯接觸墊外，此配置與以上優選實施例相同。前文示意性地陳述本發明如何比現有技術繼電器新且新穎。本發明還具有許多結 構改進，下文詳細概述。圖16到26顯示併入到適合安裝於ATE電路板(未顯示)上的舌簧繼電器封裝裝 置中的本發明繼電器。一般來說，本發明的封裝(作為整體大體標記為224)優選地包括具 有兩個相應低通濾波器元件202a及202b的兩個信道A及B，如上文。然而，根據本發明可 在單個封裝224中提供多於兩個信道A及B。在此布置中，將適當焊料球互連件226 (如在 圖22及23中)用於對應於給定信道的每一舌簧開關。此外，本發明的封裝可採用許多不 同類型的互連件。應理解，本發明的封裝226可藉助受控制阻抗環境容納一寬陣列的需要 信號引線屏蔽的電子裝置。為便於論述，下文詳細論述一個信道的構造及配置。應理解，根據本發明可類似地 構造其它一個或一個以上信道。採用本發明的繼電器的封裝226顯示於圖16到26中，其為出於圖解說明及便於 論述的目的移除組件的各個階段。在此實例中，封裝226可用作圖9中所示電路300的部 分，其具有橋接對低通濾波器202a及202b。完整的舌簧開關封裝226包括襯底基底228連同用於接納來自舌簧開關236的信 號引線232及接地引線234的多個接觸墊230。金屬或非金屬殼體238通過(舉例來說) 周界周圍的環氧樹脂珠(未顯示)固定到襯底基底228，以提供不透液密封。可優選地以其 它方式用塑料過模製整個組合件224。襯底基底228包括凹陷中心部分或孔隙240，如在圖18到22中，以用於接納舌簧 裝置246的線軸部分242以提供短直信號路徑並減小封裝224的總大小。接觸墊230提供 於襯底基底228的密封部分248處以連接信號引線232及接地引線234。舌簧裝置246重 量相對輕以便完全由信號引線232及接地引線234支撐。然而，可採用其它基底襯底外殼 (未顯示)，其中線軸242擱置於其自己的座上或其中提供襯底228的額外的有特定外形的 部分以支撐舌簧裝置246。低通濾波器202a及202b (例如，上文所提及的鐵氧體磁珠)(例如)通過軟焊固 定到接觸墊250，接觸墊250互連到信號引線232所電連接到的墊230。此物理互連大體顯 示於圖20到22中且最佳見於圖21中。 信號引線232及接地弓丨線234電互連到襯底基底228的相對表面上的焊料球226， 以進一步電互連到電路板(未顯示)(例如，承載ATE電路的電路板)上的電路。此稱作 BGA互連。封裝224的底部顯示於圖23中，其圖解說明用於到電路板的此種互連的實例性 球柵陣列。連同保護殼體238 (或固體囊封物)，提供緊湊舌簧開關封裝224，其具有表面安 裝配置以在受控制阻抗環境中容納高頻率舌簧開關246。 特定來說，舌簧開關246包括玻璃殼252內的信號導體232，其之間具有惰性氣體 或真空。繞玻璃殼252定位的是基底屏蔽物254，其優選地具有圓柱形或管狀配置但可具 有橢圓形橫截面以在多信道環境中適應某些舌簧開關246或多個舌簧開關。前述組合件裝 納於其周圍包括激勵線圈256的線軸242內。所述激勵線圈的自由端連接到柱258，柱258 電連接到襯底基底228的底部表面260上的對應焊料球226。
作為本發明的部分，以導電貫通導通孔的形式提供共面波導。優選地提供這些以 進一步改進本發明的繼電器200的性能，例如以封裝224的形式。此種配置顯示於共同擁有 美國專利第6052045號、第6025768號、第RE38381號及第6683518號中且可容易地適應本 發明的唯一橋接濾波器202a及202b。至於貫通導通孔構造，接觸墊230、250(舉例來說) 電互連到襯底基底228的底部表面260上的對應焊料球226，其在圖22中詳細可見。因此， 顯示信號引線232及接地引線234經由接觸墊230、250到焊料球226的互連。信號引線232及接地引線234通過穿過襯底基底228的平面的導電導通孔262電 互連到襯底基底228的底部表面260上的焊料球226，如在圖22中最佳可見。在此優選實 施例中，針對信號引線232及接地引線234中的每一者提供導電導通孔262以維持所需的 50歐姆環境。優選地穿過襯底基底228的平面提供三個或三個以上電導管或導通孔，其大 體標記為262。如上所述，當穿過舌簧開關封裝224的整個體儘可能維持共軸配置時通過舌簧開 關246的信號得到優化。本發明的穿過平面波導連接到襯底基底228的底部表面260上的 焊料球226。舉例來說，使用連接到圖20中的跡線264的相應貫通導通孔262來形成繞連 接到墊250的信號導通孔262的所需共面波導。儘管此配置為優選，但可使用其它配置。穿過襯底基底228的平面的阻抗Z2為襯底基底228的電介質材料的厚度、信號導 通孔262的寬度、連接到墊250的信號導通孔與相鄰接地導通孔262之間的距離及襯底基 底228的電介質材料的介電常數的函數。在襯底基底228的底部表面260處，通過提供連接到貫通導通孔262的適當焊料 球226 (其連接到接地跡線264)形成真實的共軸布置，如上文。此接地迴路以與在繞舌簧開 關246本身的圓柱形屏蔽導體254中存在的類似方式形成真實的共軸屏蔽導體。屏蔽254 並非明確用於EMI屏蔽及相鄰組件的保護，但含有並改進舌簧開關246的信號的保真性。 在共軸接地迴路處，阻抗Z3是信號導通孔262的直徑、接地迴路的直徑及絕緣襯底基底228 的介電常數的函數。本發明採用波導來模擬真實的共軸環境。此唯一波導延伸穿過襯底基底228的實 際平面到達封裝224的底部處的焊料球互連226。不同於現有技術，所述波導或所模擬共 軸布置從舌簧開關246本身到焊料球互連226是連續的，其中微帶或波導通常存在於電路 板(未顯示)上。因此，保護信號遠離不受控制的不連續性。從舌簧開關246的實際體到 實際電接口到電路板延伸並控制信號引線232的屏蔽保護。根據本發明，信號傳輸路徑的 總阻抗一致且匹配於所需總阻抗值，因此減輕對用戶的實質電路調諧的需要。可理解，本發明提供用於舌簧開關的信號引線的優越保護的實際或模擬共軸環 境。穿過平面導電導通孔使得能夠從舌簧開關246直接向下到電互連件到電路板(未顯 示)提供連續的共軸環境。在大多數應用中，由於舌簧開關246所傳輸的信號的頻率，不需 要完全連續的接地迴路來提供用於信號引線保護的共軸布置。在本發明中，接地導體導通 孔優選地在1.27mm或1.00mm柵格上。舌簧開關的常見頻率在1. 0到8. OGHz範圍中。在 這些頻率下，波長在300mm到40mm範圍中。所述波長太長而不能感測所述「模擬」共軸布 置的任何不連續性。因此，與真實的完全共軸布置相比，所述模擬共軸布置在效用上實質相 同。因此，此拓撲提供有效的屏蔽直到波長變得如此小而使得導體導通孔柵格將被看作不 連續。
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對於上文所論述的柵格，可通過本發明以低至8mm的波長以18GHZ及更高的頻率 實現有效屏蔽。可依據封裝內的裝置及眼前的應用採用穿過襯底基底的平面的更多或更少 的導電導通孔。儘管顯示封裝224(其使用本發明的繼電器200)採用BGA封裝中的焊料球226電 互連到電路板，但可採用其它類型的互連，例如銷柵格、焊盤柵格。此外，可使用球柵陣列插 槽布置來促進需要時對封裝的移除或替換。所述襯底基底本體優選地為電介質材料(例 如，塑料)，但可由適合於電子裝置封裝的任一其它材料製造。舉例來說，高溫FR-4PCB材 料優選地用於電介質材料。本發明中所採用的導通孔262可由已知導電材料製成，例如銅、 鋁、錫及行業中的其它已知合金。根據本發明的舌簧開關封裝224優選地完全包封於金屬或非金屬殼體中或可完 全過模製以獲得裝置的額外保護。或者，舌簧開關封裝224可通過金屬或非金屬殼體部分 地包封，通過塑料部分地過模製，或使用其它材料部分地囊封，以在低輪廓配置中提供不透 氣及/或不透液密封。此外，根據本發明，可靠模加工包圍個別開關246中的一者或一者以上的RF屏蔽 物254，其可最佳見於圖24到26中。使用全波電磁建模軟體優化此靠模加工以在開關玻 璃252的密封在傳輸線中所定位的點處補償電容差異，由此減小那兩個位置處的阻抗不連 續性。更具體來說，每一開關的玻璃252的密封附近的區在傳輸線上形成低阻抗區域。屏 蔽物254的形狀(即使用切口 266及類似物)使此阻抗升高，以使得其為大約50歐姆，由 此使其匹配於ATE電路環境。可容易地看出，RF屏蔽物254的形狀具有優選地在每一相對且縱向蔓延的槽268 上包括切口 266的特定配置。因此，通過RF屏蔽254的調諧與共面波導的組合(如上文)， 可實現一致50歐姆的信號路徑以匹配所述ATE電路環境。鑑於前文，可將經改進「偽」 C型繼電器200併入到可以較高的頻率(例如，在 18GHz範圍中及以上)操作的封裝224中，以適應現代ATE電路。所屬領域的技術人員將了解，可對所圖解說明的實施例做出各種改變及修改，此 並不背離本發明的精神。所有此類修改及改變打算由所附權利要求書涵蓋。
1權利要求
一種舌簧繼電器裝置，其包含支撐襯底，其具有第一側及第二側；第一舌簧開關，其具有帶有信號輸入及信號輸出的主體；第二舌簧開關，其具有帶有信號輸入及信號輸出的主體；第一接地屏蔽物，其包圍所述第一舌簧開關的所述主體；第二接地屏蔽物，其包圍所述第二舌簧開關的所述主體；多個接地端子，其在所述支撐襯底的所述第一側上且連接到所述第一接地屏蔽物；多個接地端子，其在所述支撐襯底的所述第一側上且連接到所述第二接地屏蔽物；第一信號導通孔，其經布線而穿過所述襯底且互連到所述第一舌簧開關的所述信號輸出；第二信號導通孔，其經布線而穿過所述襯底且互連到所述第二舌簧開關的所述信號輸出；第一多個接地導通孔，其經布線而穿過所述襯底且互連到所述第一接地屏蔽物；第二多個接地導通孔，其經布線而穿過所述襯底且互連到所述第二接地屏蔽物；多個觸點，其在所述支撐襯底的所述第二側上且分別電互連到所述第一信號導通孔、所述第二信號導通孔、所述第一多個接地導通孔及所述第二多個接地導通孔；及至少一個濾波器元件，其電橋接所述第一舌簧開關的所述信號輸出與所述第二舌簧開關的所述信號輸出。
2.根據權利要求1所述的舌簧裝置封裝，其中所述支撐襯底具有用於分別接納所述第 一舌簧開關及所述第二舌簧開關的多個座。
3.根據權利要求1所述的舌簧裝置封裝，其中所述多個觸點為焊料球。
4.根據權利要求2所述的舌簧裝置封裝，其中所述第一接地屏蔽物及所述第二接地屏 蔽物經靠模加工以在所述第一舌簧開關及所述第二舌簧開關的相應玻璃密封在傳輸線中 所定位的點處補償電容差異以減小那兩個位置處的阻抗不連續性。
5.一種舌簧繼電器裝置，其包含第一舌簧開關，其具有信號輸入及信號輸出； 第二舌簧開關，其具有信號輸入及信號輸出；至少一個濾波器元件，其電橋接所述第一舌簧開關的所述信號輸出與所述第二舌簧開 關的所述信號輸出；由此減小短線電容且改進RF性能。
全文摘要
經改進的舌簧繼電器封裝(224)提供「偽」C型繼電器(200)，其包括兩個A型繼電器(206a、206b)，其中至少一個橋接濾波器元件(202)電互連其信號輸出(204a、204b)，以減小短線電容並改進RF性能。因此，所述舌簧繼電器封裝(224)可以非常高的頻率操作，例如18GHz及更高。此外，可穿過支撐襯底(228)提供導通孔(262)以模擬經接地的共面波導且RF屏蔽物(254)經靠模加工而具有切口以在信號線的整個路徑上更好地模擬50歐姆阻抗環境。
文檔編號H01H51/00GK101971280SQ200980104180
公開日2011年2月9日 申請日期2009年4月14日 優先權日2008年4月15日
發明者保羅·達納·沃爾法特, 史蒂芬·戴, 特拉維斯·S·埃利斯, 馬克·E·蒂特林頓 申請人:柯特科技股份有限公司