定向耦合器制造技術

本發明專利技術涉及一種定向耦合器(100)，其包括用于接收高功率信號的非直主導線(39)和至少一個耦合元件(38a、38b)。所述主導線(39)布置成在平面P

【技術實現步驟摘要】
定向耦合器
本專利技術涉及一種定向耦合器，包括用于接收高功率信號的非直主導線和至少一個耦合元件。主導線布置成在平面P0中延伸。至少一個耦合元件被布置成與所述主導線部分地平行。此外，本專利技術涉及一種使用定向耦合器測量RF電壓和/或RF功率的方法。方法包括組合定向耦合器的測量信號和VI傳感器單元的測量電壓和電流值的步驟。在其中一個測量信號具有低電平或零電平的情況下，RF電壓和/或RF功率的測量的靈敏度被提高。此外，本專利技術涉及一種將發電機輸出射頻信號與由等離子體處理室產生的負載阻抗進行阻抗匹配的方法。方法包括如下步驟：產生射頻信號；在射頻發生器輸出處將射頻信號放大為高功率射頻信號；將高功率射頻信號從發生器的輸出提供給等離子體處理室的電極；使用根據本專利技術的定向耦合器測量正向反射功率特性，以對傳遞到等離子體處理室的功率進行采樣；以及基于對傳遞到等離子體處理室的功率的采樣來調整射頻信號的產生或射頻信號的放大。
技術介紹
定向耦合器是在射頻下使用的電路元件，并且具有以規定的方式將被饋送到輸入端口的信號分成兩個輸出端口的特性。對兩個輸出端口的信號分量分布不必是均勻的。對于具有四個端口的定向耦合器，一個端口被"去耦合"，即在理想情況下，在該端口沒有信號分量輸出。在單獨考慮端口的情況下，對剩余端口的分配取決于通過該端口的信號或波的方向。因此，這被稱為定向耦合器。射頻(RF)發生器，有時也稱為"RF電源"，用于產生適于傳送到應用中的射頻功率。從電氣的角度來看，該應用為電力輸送電路提供負載。負載具有電阻抗，其確定被傳輸到負載(被傳輸到應用)的功率的良好程度。射頻電源應用的示例包括通過在專用等離子體處理室中產生等離子體的沉積和蝕刻工藝。這些工藝在半導體制造工業中是非常常見的，對于半導體制造工業，可以使用13.56MHz、27.12MHz、40.68MHz的頻率，或任何其它適當的頻率或頻率組合。提供給等離子體處理室所涉及的功率水平可以是，例如，100W到1000W，或大于1000W。還存在其它應用，包括供電無線電天線，無線功率傳輸和電介質加熱，僅舉幾個例子。當負載阻抗與電源阻抗不匹配時，(由于阻抗失配)功率不能正確地傳輸到負載中。因為負載的阻抗可以隨多個參數(例如在等離子體處理應用的情況下的氣體類型，氣體壓力，氣體顆粒的電離度)而變化，并且因此通常是未知的，所以有必要監視實際提供給負載的功率。一種可能性是監視正向功率(實際傳輸到應用的部分)和反射功率(反射的部分，因此對應用而言不可用)。反射功率的物理來源是阻抗失配。定向耦合器是已知的探測元件，用于監視正向和反射功率，并向發生器的控制器提供反饋，從而可以調節功率信號(在幅度，相位，頻率，波形或其它特性方面)，以便高且穩定的發射功率部分，而反射功率很少或沒有。換句話說，這允許射頻發生器以這樣一種方式穩定，即負載中吸收的功率可以被調諧并保持恒定(阻抗匹配)。為了能夠測量在負載方向上提供的射頻功率以及反射功率，通常使用定向耦合器，該定向耦合器具有與向負載方向發射射頻功率的主導線相關的次級線。可以經由一條次級線測量在負載方向上提供的功率，并且可以經由另一條次級線測量反射功率。由于通過主線提供射頻功率，產生耦合到次級線的電磁場，使得可以在次級線上記錄測量信號，該測量信號分別與主線上朝向負載("正向")的功率和反射功率相關。可以使用的另一個探測元件是電壓-電流探頭(也即VI探頭)。從VI探頭的幅度和相位信息獲得的信息基本上等同于通過定向耦合器收集的反射/正向信息，因為這兩種技術在理論上都允許推導負載的阻抗，并且在工作時將該反饋提供給發生器。然而，僅通過定向耦合器(正向和反射功率)或僅通過VI探頭的阻抗測量在測量值非常小時具有較差的分辨率。當通過定向耦合器測量并且反射功率非常小時，很難精確地測量這樣的值。當通過VI探頭測量并且電壓或電流非常小或幾乎處于零值時，很難以很高的精度測量那些電壓值或電流值。通常，現有技術中使用的定向耦合器在主導線的縱向方向上延伸得非常多。因此，這種定向耦合器的缺點是在該方向需要大量的空間，從而對射頻發生器的尺寸產生負面影響。WO2013/017397A1公開了一種DC隔離定向耦合器，特別是用于耦合進出雷達液位計的高頻測量信號。雷達液位計包括兩個相互嚙合且在相反方向上彎曲的導體軌道。兩個相對彎曲的導體軌道以這樣的方式布置，即它們在與測量信號的中頻相關的波長的四分之一波長(λ/4)的區域上彼此耦合，并形成兩組側耦合的導體軌道。此外，在每種情況下，彎曲的導體軌道件在小于與中頻相關的波長的八分之一波長(λ/8)的區域上鄰接兩組側耦合的導體軌道中的每一組。DE102014009141A1公開了一種使用RF通信信號的轉換器。該轉換器布置在芯片上，使用多對彎曲成U形的傳輸線。DE19647315A1公開了一種具有電磁場耦合線的元件。這些線形成螺旋狀。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種能夠簡化其實現的緊湊尺寸的定向耦合器。本專利技術的進一步的目的是提供一種集成VI探頭的定向耦合器，其通過定向耦合器提高阻抗測量的分辨率，并允許多個探測元件節省空間的布置。該目的通過一種定向耦合器來實現，所述定向耦合器包括用于接收高功率信號的非直主導線和至少一個耦合元件。主導線布置成在平面P0中延伸。所述至少一個耦合元件被布置成與所述主導線部分地平行。此外，該目的通過一種使用定向耦合器測量RF電壓和/或RF功率的方法來實現。所述方法包括組合定向耦合器的測量信號和VI傳感器單元的測量電壓值和電流值的步驟。其中一個測量信號具有低電平或零電平的情況下，RF電壓和/或RF功率的測量的靈敏度被提高。本專利技術的定向耦合器允許減小定向耦合器的空間尺寸。這也有利地改進了將本專利技術的定向耦合器實現為射頻傳輸設備(例如射頻發生器或阻抗匹配網絡)，因為基于本專利技術的定向耦合器具有更緊湊的尺寸，這種緊湊的組件更容易或更簡單地實現。此外，這還可以節省制造射頻功率輸送設備的成本。此外，使用包括VI探頭的定向耦合器有利地提高了某些阻抗值的阻抗測量的分辨率，這在參考本說明書中稍后討論的史密斯圓圖時將變得更加清楚。這是基于VI探頭測量特性的，在通過定向耦合器的測量較差的區域中，有利的補充了非常小的測量值的分辨率。因此，定向耦合器和VI探頭的結合提升了所謂的史密斯圓圖的所有區域中的某些測量值或阻抗測量。根據本專利技術第一方面的第一實施例，定向耦合器的主導線包括兩個直線段和第三段。根據本專利技術第一方面的第二實施例，兩個直線段和第三段被成形為基本上形成U形主導線。根據本專利技術第一方面的第三實施例，定向耦合器設置在電路板上，特別是印刷電路板上。如果將電路板設置為印刷電路板，已知為PCB，就非常方便。印刷電路板包括電絕緣材料的載體平板或平層。例如，銅材料的導線可以通過蝕刻工藝印刷在板上。主導線和傳感器線可以是銅線。可選地，該電路板被布置為柔性和/或薄的印刷電路板。根據本專利技術第一方面的第四實施例，所述電路板包括第一和第二電路板部分。所述至少本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種定向耦合器(100)，其特征在于，包括：/n用于接收高功率信號的非直主導線(39)和至少一個耦合元件(38a、38b),/n所述非直主導線(39)布置成在平面(P

【技術特征摘要】
20191002 EP 19200959.51.一種定向耦合器(100)，其特征在于，包括：
用于接收高功率信號的非直主導線(39)和至少一個耦合元件(38a、38b),
所述非直主導線(39)布置成在平面(P0)中延伸；并且
所述至少一個耦合元件(38a、38b)布置成與所述主導線(39)部分地平行。


2.根據權利要求1所述的定向耦合器(100),其特征在于，
所述主導線(39)包括兩個直線段(50a、50b)和第三段(51)。


3.根據權利要求2所述的定向耦合器(100),其特征在于，
所述兩個直線段(54a、54b)和所述第三段(51)被成形為基本上形成U形主導線(39)。


4.根據前述權利要求中任一項所述的定向耦合器(100),其特征在于，
所述定向耦合器(100)布置在電路板(48)上，特別是印刷電路板上。


5.根據權利要求4所述的定向耦合器(100),其特征在于，
所述電路板(48)包括第一電路板部分和第二電路板部分(54a、54b),
其中所述至少兩個直線段(50a、50b)中的每一個布置在相應的印刷電路板部分(54a、54b)上，以及
其中，所述至少兩個導體部分(50a、50b)通過所述第三段(51)連接，其中所述第三段(51)是穿過所述第一電路板部分和第二電路板部分(54a、54b)的連接橋或觸點。


6.根據權利要求5所述的定向耦合器(100),其特征在于，
所述第三段(51)布置在與所述至少兩個直線段(50a、50b)中的每一個基本垂直的平面中。


7.根據權利要求2至6中任一項所述的定向耦合器(100),其特征在于，
所述第三段(51)和所述至少兩個直線段(50a、50b)被配置為一體式的或多部分的主導線(39)。


8.根據前述權利要求中任一項所述的定向耦合器(100),其特征在于，還包括用于測量電壓(V)和電流(I)的VI傳感器單元(40),
所述VI傳感器單元(40)布置成與所述至少兩個直線段(50a、50b)中的一個相鄰并且平行于所述電路板(48)。


9.根據權利要求8所述的定向耦合器(100),其特征在于，
所述VI傳感器單元(40)還包括具有平坦側面(45)和平坦內表面(...

【專利技術屬性】
技術研發人員：史威格·尼古拉，格萊德·安德烈，
申請(專利權)人：康姆艾德公司，
類型：發明
國別省市：瑞士;CH