專(zhuān)利名稱(chēng)：微間隙方法和靜電放電保護(hù)器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微間隙方法和靜電放電保護(hù)器件。
背景技術(shù)：
因?yàn)樯婕啊笆静ㄆ鳌睅捴凶罡哳l率的波長(zhǎng)等原因，用于高頻示波器的有源探針組件需要外形較小。因此，將實(shí)際探針的(多個(gè))尖端連接到前置放大器的(多個(gè))輸入端的耦合和匹配網(wǎng)絡(luò)常常外形很小。這些耦合和匹配網(wǎng)絡(luò)中電阻元件耗散能量的能力受到相當(dāng)大的限制，并且除了熱效應(yīng)外，還可能因暴露于靜電應(yīng)力而使其值遭到顯著的永久性改變。
此外，此探針組件中的有源器件通常出現(xiàn)在集成半導(dǎo)體放大器組件中，這些組件常常易于受到來(lái)自ESD即靜電放電的損傷和破壞的影響(即它們可能被“瞬間電流損壞(zapped)”)。已有大量現(xiàn)有技術(shù)致力于保護(hù)集成電路(IC)免受ESD損壞，其中有許多技術(shù)所涉及的結(jié)構(gòu)位于IC內(nèi)部，并且有時(shí)是由ESD作用本身供電并布置為將ESD電流從靈敏器件分流出去的有源結(jié)構(gòu)。其他保護(hù)策略包括更多無(wú)源擊穿器件，其構(gòu)造為與要保護(hù)的節(jié)點(diǎn)/地的組合并聯(lián)。這些保護(hù)器件對(duì)ESD保護(hù)并非無(wú)效。它們通常有效，但其常常不適合出現(xiàn)在控制阻抗環(huán)境中。在不要求實(shí)現(xiàn)完整的15GHz帶寬時(shí)，可以用這些保護(hù)器件中更耐用的一些來(lái)完全保護(hù)本應(yīng)從DC到15GHz都可工作的靈敏的50Ω輸入端。(那些充有液體的龐大SCR看上去如同巨大的電容)。
考慮用于現(xiàn)代高帶寬示波器或類(lèi)似物的有源探針。它們使用的前置放大器具有限定的幾種控制阻抗傳輸線(xiàn)輸入和傳輸線(xiàn)輸出。前置放大器經(jīng)常是一對(duì)差動(dòng)的運(yùn)算放大器，電路相當(dāng)復(fù)雜并且用位于襯底上的IC的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)，該前置放大器非?？拷静ㄆ魈结樀墓ぷ鞫?。襯底上經(jīng)常安裝有其他元件，例如輸入端隔離電阻和輸入端耦合RC網(wǎng)絡(luò)、輸入傳輸線(xiàn)和終端電阻，并且整個(gè)組件可稱(chēng)為“混合器”組件。它可以有少數(shù)甚至是若干個(gè)分立的部分、一個(gè)或多個(gè)IC和各種互連件。它通常很小，經(jīng)常封在其自身的封裝中(甚至可能被密封)，并且一般不考慮現(xiàn)場(chǎng)可修理性。混合器通常是好象組合產(chǎn)品一樣進(jìn)行替換的，甚至是在服務(wù)站(depotlevel)，雖然其實(shí)際上可能是在工廠進(jìn)行檢查修理。如果是這種情況，而且有源探針中的高性能混合器是昂貴的產(chǎn)品(某些示波器賣(mài)主甚至在修理冒煙的探針時(shí)向其消費(fèi)者提供探針代用品計(jì)劃)，那么對(duì)于為高頻混合器前置放大器組件提供更好的ESD保護(hù)仍然有相當(dāng)多的興趣并不令人驚訝。前置放大器可以有其自身的板載ESD保護(hù)，但其并不是完全耐用的，可以肯定地說(shuō)，為了保護(hù)輸入端的隔離、耦合和終端元件所做的任何事情對(duì)于減少?gòu)?qiáng)ESD作用超過(guò)IC的板載保護(hù)的可能性都是有益的補(bǔ)充。
對(duì)用于此有源探針的輸入端隔離、耦合和終端元件進(jìn)行保護(hù)的通常方案包括由襯底攜帶的分立保護(hù)器件。顯著缺點(diǎn)依舊是寄生電抗，特別是附加電容，所述附加電容在傳輸線(xiàn)結(jié)構(gòu)(例如帶狀線(xiàn)、共面?zhèn)鬏斁€(xiàn)或?qū)嶋H同軸電纜的長(zhǎng)度)中產(chǎn)生不連續(xù)。
奇怪的是，平凡的火花隙是在其他器件不適合的場(chǎng)合中用于ESD保護(hù)的流行工具。它可以制造得很小并經(jīng)常以可容許(或補(bǔ)償)的方式附加到控制阻抗結(jié)構(gòu)。其較小的尺寸限制了附加電抗數(shù)。它通常制造在襯底上所載的金屬跡線(xiàn)中并依靠跡線(xiàn)與附近的地之間的小間隙來(lái)提供低的電弧放電電壓。
迄今為止，用于這類(lèi)用處的現(xiàn)有技術(shù)的火花隙是用光刻技術(shù)和激光在金屬跡線(xiàn)中刻蝕切口構(gòu)建的。用光刻法形成的通常的現(xiàn)有技術(shù)混合器火花隙有約2mil(密爾)(0.002英寸)的間隙以及1.5KV范圍內(nèi)的擊穿電壓。HP 1152A有源探針在將探針尖端連接到地的跡線(xiàn)中有(YAG)激光切割的間隙?？色@得的最窄切口寬度在2到3mil范圍內(nèi)，擊穿電壓在1.5KV到2KV范圍內(nèi)。
ESD保護(hù)的最外層的優(yōu)選位置就是探針的(多個(gè))尖端處。如果可以，這將保護(hù)使(多個(gè))信號(hào)電耦合進(jìn)入前置放大器的隔離和耦合網(wǎng)絡(luò)。它將降低前置放大器所需的內(nèi)部ESD保護(hù)的負(fù)擔(dān)，減弱高頻工作下此內(nèi)部ESD保護(hù)可能產(chǎn)生的任何干擾。但是，用來(lái)操作高頻(15-20GHz)的探針尖端所載的到地的火花隙不是好東西。牽涉的一段導(dǎo)體在最壞情況下可能產(chǎn)生諧振，并至少增加了一些不希望的電抗數(shù)量，此電抗以電路負(fù)載形式出現(xiàn)或改變了探針的頻率響應(yīng)。幸好有一個(gè)相當(dāng)易于實(shí)現(xiàn)的良好折中方案(更早在HP 1152A中使用)。在每個(gè)末端處用火花隙隔離這段導(dǎo)體在一個(gè)末端是通過(guò)將其“連接”到探針尖端的間隙，在另一個(gè)末端是通過(guò)將其“連接”到地的間隙。這樣，除了發(fā)生ESD作用時(shí)以外，這部分導(dǎo)體從電學(xué)的角度看“不存在”?；鸹ㄏ对贓SD作用期間起閉合開(kāi)關(guān)的作用，在其他時(shí)間起低電容斷開(kāi)開(kāi)關(guān)的作用，所述斷開(kāi)開(kāi)關(guān)的電容是串聯(lián)的，因此顯得減小了。中間導(dǎo)體的電抗好像“浮置”在兩個(gè)斷開(kāi)的開(kāi)關(guān)之間。
有人可能認(rèn)為，像在傳統(tǒng)的串聯(lián)元件行為中一樣，串聯(lián)的兩個(gè)小火花隙會(huì)表現(xiàn)出它們分開(kāi)工作時(shí)各自所顯示出的擊穿電壓之和。由于某些尚未完全清楚的原因，情況不是這樣。兩個(gè)小的300V火花隙可以串聯(lián)布置，產(chǎn)生的合成結(jié)果具有比如325V到350V的擊穿電壓。但是，這個(gè)訣竅將能夠在產(chǎn)品調(diào)整中可靠地制造這樣的小火花隙。
目前用于傳統(tǒng)火花隙的通常1.5KV到2KV的擊穿電壓經(jīng)常不能提供足夠的保護(hù)。此外，用光刻技術(shù)難以維持或不能維持制造更小間隙所需的嚴(yán)格公差，并且各種問(wèn)題迄今為止已在困擾著激光技術(shù)，妨礙了把在金屬跡線(xiàn)中切開(kāi)更小間隙用于經(jīng)濟(jì)的商業(yè)產(chǎn)品。為使下游的元件得到最大的保護(hù)，人們可能在電氣上將此火花隙就置于探針的(多個(gè))最尖端處，該處對(duì)于放置顯著的雜散電抗的確是個(gè)危險(xiǎn)的位置。人們需要更好的火花隙。怎么辦？發(fā)明內(nèi)容用高性能火花隙解決抑止混合器電路上的ESD作用的問(wèn)題的一種方案是用適當(dāng)?shù)募す馕⒓庸ぜ夹g(shù)在金屬跡線(xiàn)中切割間隙。金屬跡線(xiàn)可以是傳統(tǒng)印刷線(xiàn)路板(使用FR4)或例如常用于制造厚膜混合器的陶瓷襯底所帶的0.5mil銅。通過(guò)用合適的氣體流例如CO2沖刷切口能夠減小間隙尺寸，使用氣體流沖刷切口能夠去除汽化的銅并防止其再次沉積在切口表面上使切口表面形成橋接。這種間隙可以窄至0.4mil(0.0004英寸)并可以有輪廓界限很好的特征，包括有助于降低擊穿電壓的尖銳拐角。此外，還可以去除跡線(xiàn)下方和兩旁的介質(zhì)材料，否則這些介質(zhì)材料可能將金屬間隙連通(從而可能使間隙實(shí)際上形成電容性橋接)。這種情況被認(rèn)為還可以降低擊穿電壓(與不去除這些介質(zhì)材料的光刻相比)并降低間隙上的電容。可以獲得低至300V的擊穿電壓。


圖1是通過(guò)在襯底上進(jìn)行光刻而形成的現(xiàn)有技術(shù)的用于ESD保護(hù)的火花隙的簡(jiǎn)化平面圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的原理在襯底上形成的微間隙ESD保護(hù)器件的簡(jiǎn)化側(cè)面圖；圖3是圖2的微間隙ESD保護(hù)器件用于一種優(yōu)選實(shí)施例的簡(jiǎn)化俯視圖，所述實(shí)施例涉及用于示波器的高頻差動(dòng)有源探針；圖3A是圖3中的部分“A”的放大后視圖；圖4是一種用于示波器所用高頻差動(dòng)有源探針的電實(shí)施例的示意圖，所述探針使用了微間隙ESD保護(hù)器件；并且圖5是在襯底上制造微間隙ESD保護(hù)器件可替換方式的簡(jiǎn)化平面圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參考圖1，其中示出了通過(guò)在襯底2上進(jìn)行光刻而制造的現(xiàn)有技術(shù)的火花隙結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化示例1。金屬信號(hào)跡線(xiàn)3從金屬地跡線(xiàn)4附近經(jīng)過(guò)，所述地跡線(xiàn)4還帶有凸出部分5。凸出部分5接近跡線(xiàn)3而造成間隙6，間隙6是約為2mil(0.002英寸)的實(shí)際火花隙。應(yīng)當(dāng)明白，這種情況只是示意性的描述，信號(hào)跡線(xiàn)和地跡線(xiàn)的角色可以調(diào)換，并且各自都可以帶有接近對(duì)方的凸出部分。另一方面，在高頻下，凸出部分可能作為討厭的集總常數(shù)而出現(xiàn)，設(shè)計(jì)者可能更喜歡使其信號(hào)跡線(xiàn)保持“無(wú)凸出部分”而在地跡線(xiàn)中布置單一的凸出部分。
無(wú)論如何，熟悉這類(lèi)技術(shù)的人應(yīng)當(dāng)明白，不可能足夠精密地控制工藝參數(shù)從而可靠地制造成窄得多的火花隙。此外，對(duì)形狀的限定不是“輪廓鮮明”的，不能造成界限分明的銳利拐角和邊緣。這種特征的圓角化通過(guò)使電場(chǎng)梯度分布開(kāi)而增大了擊穿電壓，而不是將其集中以降低擊穿電壓。最后，絕緣襯底沒(méi)有去除，其連續(xù)存在于間隙附近增加了不期望的電容。
圖2是制造微間隙ESD保護(hù)器件的優(yōu)選方法7的構(gòu)想圖。在金屬層9中形成窄間隙8，該金屬層9可能是跡線(xiàn)或者用作接地面的更大區(qū)域。間隙8的寬度可以窄至約0.4mil，金屬層可以是約0.5mil厚的銅。帶有金屬9的襯底10可以是FR4或者陶瓷。激光器12優(yōu)選為銅蒸汽激光器，其產(chǎn)生的光位于遠(yuǎn)紫外區(qū)域，易于被銅吸收。這種激光器12可以按照已知的方法產(chǎn)生光束13。光束13并不是與要制造的切口8恰好寬度相等?？蛇x的氣體噴嘴14可以將合適的氣體流(CO2較好)導(dǎo)向切口位置以將汽化的金屬和其他碎屑從切口沖去。不與所包括的金屬發(fā)生反應(yīng)的任何惰性氣體或其他氣體都可能合適。10psi的供氣壓力和0.020英寸的孔即足以制造此處所述的窄切口。此氣流可以防止金屬蒸汽凝結(jié)，這種凝結(jié)可能散亂地堆在切口中，有時(shí)甚至?xí)斐汕锌诘臉蚪印?br> 使帶有金屬9的襯底10在激光器12和噴嘴14的組合下方平移?？梢詫⒖缮虡I(yè)獲得的工作臺(tái)用在這里，使襯底和金屬或者是激光器和噴嘴這兩個(gè)組合中的任一個(gè)固定而另一個(gè)組合運(yùn)動(dòng)。假定微間隙ESD器件將置于約0.005英寸寬的跡線(xiàn)中，則切口的實(shí)際尺寸優(yōu)選為約為其兩倍，即0.010英寸。在有氣流沖洗的情況下，對(duì)于0.5mil的銅金屬9，可以進(jìn)行兩次切割操作。每次操作用時(shí)約兩秒，并且第二次操作與第一次相同(即在激光關(guān)閉的情況下退回，然后沿初始方向無(wú)平移地重復(fù)以使切口加寬)。切口將延伸入襯底中，這在我們的應(yīng)用情況下是所希望的，因?yàn)樗ㄟ^(guò)去除附近的介質(zhì)而減小了跨越間隙的電容。如果愿意，還可以進(jìn)行附加的操作來(lái)加深切口，這樣實(shí)際上可以穿透襯底10。
注意在圖2中，進(jìn)入襯底10的切口被表示為空洞11。通常上述步驟在襯底10中產(chǎn)生的空洞11略寬于金屬9中間隙8的寬度?？磥?lái)這是由于襯底比銅金屬9更易于汽化而引起的。
此外，盡管圖2中未示出(在圖3的插圖中將示出)，還期望切口延伸到跡線(xiàn)兩側(cè)之外。這不僅確保了沒(méi)有金屬碎片或毛刺邊緣殘留而產(chǎn)生跨間隙的短路，還通過(guò)去除附近的介質(zhì)材料而減小了跨越間隙的電容。
在沒(méi)有氣流噴射來(lái)沖走碎屑的情況下，在用于制造微間隙ESD器件的方法的一種實(shí)施例的實(shí)踐中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)用略微離焦的激光束進(jìn)行第三次操作是有益的。這可以使任何銅屑或金屬碎片再熔化并使表面張力可以將它們沿著切口邊緣集中，但不帶來(lái)任何顯著的進(jìn)一步切割。它還可以預(yù)防低導(dǎo)電性通路，所述通路由細(xì)小的銅粉末層形成并對(duì)間隙構(gòu)成橋接。
現(xiàn)在參考圖3，其為由微間隙ESD保護(hù)器件保護(hù)的高頻探針尖端組件15的圖示，其中ESD保護(hù)器件直接位于探針尖端并根據(jù)上述方法的原理制造。盡管有確切的圖示內(nèi)容，但圖3不是精確的視圖，并且盡管其顯示了實(shí)際電路，但其不是精確的示意圖；確切地說(shuō)，它是傳遞了許多有用信息的混合視圖。
從跡線(xiàn)焊盤(pán)22和23開(kāi)始。它們位于襯底16的所謂正面或元件面上。它們具有完全鉆透的孔，導(dǎo)線(xiàn)20和21分別插入孔中。這些孔是通到襯底背面上的小焊盤(pán)(不可見(jiàn))的鍍過(guò)的通孔過(guò)孔。過(guò)孔與導(dǎo)線(xiàn)的組合構(gòu)成了從襯底正面到背面的優(yōu)良“連通(pop-thru)”。我們首先處理所示的正面剩余部分，之后再討論背面的情況。
導(dǎo)線(xiàn)20和21選擇為剛度和可彎曲性的適當(dāng)組合它們是實(shí)際的探針尖端，并期望它們可以根據(jù)需要而彎曲以在其間獲得不同的間距。它們的工作端也是尖的，如能插入跡線(xiàn)或焊接頭之后保持插入狀態(tài)而不打滑更好。
焊盤(pán)22(23)還用作100Ω隔離/阻尼電阻24(29)一端的安裝焊盤(pán)，該電阻的另一端焊接到焊盤(pán)27(32)。焊盤(pán)27(32)還用于各焊接電阻26(30)和電容25(31)的一端，而該電阻和電容的另一端焊接到焊盤(pán)28(33)。這些電阻和電容可以是小表貼元件。并聯(lián)RC組合26/25(30/31)是基本設(shè)定探針輸入阻抗(比如25KΩ帶200ff旁路電容)的耦合網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)將信號(hào)耦合到50Ω同軸傳輸線(xiàn)18(19)的中心導(dǎo)線(xiàn)上。同軸電纜18(19)的另一端連接到再生放大器(replication amplifiers，未示出)輸入端的50Ω終端電阻(未示出)上。關(guān)于此電路如何工作的一些細(xì)節(jié)將結(jié)合圖4的討論來(lái)給出，圖4在電學(xué)方面與圖3非常相似，但是外表上略有差異。
注意外圍屏蔽17。此處圖中是隨意畫(huà)出的。一方面，外圍屏蔽是存在的，對(duì)于組件背面，它就是由虛線(xiàn)輪廓構(gòu)成的假想視圖中指示的接地而40。外圍屏蔽的另一面(正面)是截面有點(diǎn)像W的波浪形金屬蓋，此金屬蓋具有配裝在襯底16的正面上方的部分，并(向圖紙面內(nèi))延伸以焊接到接地面40的左右邊緣。波浪形狀提供了清潔RC元件24-26和29-31的空間。它們還有頸縮以容納連到同軸電纜18和19各屏蔽層的焊接頭。
現(xiàn)在說(shuō)明襯底背面上的情況。注意跡線(xiàn)36和37，暫時(shí)忽略其中的間隙34、35、38和39。如開(kāi)始所形成的，跡線(xiàn)34以不間斷的方式從下方焊盤(pán)22延伸到接地面40，而跡線(xiàn)37從下方焊盤(pán)23同樣地延伸。跡線(xiàn)36(37)在焊盤(pán)22(23)下的末端容納前面提到的通孔過(guò)孔，并且導(dǎo)線(xiàn)20(21)的非尖端焊接到該處。(讀者可能會(huì)對(duì)為什么這些跡線(xiàn)36和37采用折彎方式而不在電阻24和29下方分別采用直接連線(xiàn)感到奇怪。畢竟這是一個(gè)高頻組件，彎曲將在電抗方面帶來(lái)?yè)p失，如果可能最好是避免。答案是因?yàn)橹苯油沸枰谄渖霞捌涓浇@各種孔，這將使主信號(hào)路徑的阻抗降低。所以跡線(xiàn)36和37不能在那里。此外，嚴(yán)格來(lái)講，跡線(xiàn)36和37不是主信號(hào)路徑的一部分；只需要它們承擔(dān)ESD作用的電流。)如前文所述，如果微間隙ESD保護(hù)器件之間的間隙34、35、38和39不存在，則跡線(xiàn)36(37)將使輸入探針尖端20(21)對(duì)地短路(直流短路！)。這當(dāng)然與探針的基本用途不符。不過(guò)，微間隙ESD器件(34、35、38和39)一形成，這些難題就消失了。
注意，在實(shí)質(zhì)上是跡線(xiàn)36和跡線(xiàn)37的各個(gè)末端處，(用前述方法)形成有一個(gè)微間隙火花隙ESD保護(hù)器件。這樣做的一個(gè)有益效果是，將與這段跡線(xiàn)(36和37)部分相伴的電抗與輸入終端(探針尖端20和21)和地隔離。在最高頻率處這個(gè)巧妙的特征不會(huì)完全消除阻抗干擾，但這種方法足以使對(duì)期望阻抗的殘余擾動(dòng)的任何可觀效果移至“帶外”。
圖3右側(cè)的圖3A中示出了微間隙ESD保護(hù)器件39(代表其余三個(gè))的細(xì)節(jié)特寫(xiě)。它是從后方看的平面圖，所以跡線(xiàn)39和接地面40的邊緣不再是虛線(xiàn)。示出的窄間隙42可窄至4/10mil，其下方是襯底中的空洞41。空洞41通常比間隙42稍寬并優(yōu)選為延伸到超出跡線(xiàn)39的任一側(cè)。如前面提到的，此處去除介質(zhì)材料減小了跨越間隙42的電容。
間隙42(以及微間隙ESD器件中其他的間隙34、35和38)可以有低至300V的擊穿或者飛弧電壓。在整個(gè)介質(zhì)中以及大氣中用這樣的窄火花隙進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)表明更窄的間隙并不會(huì)明顯降低擊穿電壓；其保持在約300V。我們知道用于在介質(zhì)上的銅中造成寬度只有1/4mil的間隙的另外的技術(shù)，甚至它們也顯示出300V的特性?？磥?lái)很可能在小尺度情況下，這樣的火花隙更像是一臺(tái)機(jī)器(即其具有若干共同運(yùn)轉(zhuǎn)的部分或控制機(jī)構(gòu))而不像其看上去那樣，并且對(duì)其行為的簡(jiǎn)單解釋并不充分。這種觀點(diǎn)得到了進(jìn)一步觀察的支持，即串聯(lián)的兩個(gè)這樣的火花隙的擊穿電壓不等于單獨(dú)間隙的電壓之和。相反，它仍為約300V。我們尚未研究這些行為的原因，也不知道是否有其他人研究過(guò)；這里只是簡(jiǎn)單陳述了我們?cè)陂_(kāi)發(fā)此處公開(kāi)的發(fā)明期間所收集到的觀察資料。我們希望對(duì)于相關(guān)設(shè)備(實(shí)驗(yàn)室等級(jí)的示波器)預(yù)期的操作條件范圍，它們基本上是正確的所述操作條件范圍例如從約海平面到15000英尺、-20℃到50℃、非凝結(jié)的濕度。所以，雖然我們不知道如何使電壓低至例如150V，但300V也不錯(cuò)，并且在將兩個(gè)微間隙串聯(lián)使用以使將探針尖端耦合到地的一段跡線(xiàn)隔離時(shí)沒(méi)有電壓增大的不利結(jié)果。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖4，其為與圖3的電結(jié)構(gòu)相同的高頻差動(dòng)探針的簡(jiǎn)化示意圖43，盡管其在探針尖端的外形特性上稍有不同。圖4大體上是取自Mike McTigue和James E.Cannon于2004年9月20日在先提交并轉(zhuǎn)讓給Agilent Technologies，Inc.(安捷倫科技有限公司)的題為“HIGHFREQUENCY OSCILLOSCOPE PROBE WITH UNITIZE PROBE TIPS”的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)S/N 10/945,146。該文獻(xiàn)討論的是探針尖端組件的構(gòu)造方式，相關(guān)材料示出了與其結(jié)合使用的放大器結(jié)構(gòu)。該放大器結(jié)構(gòu)又是在1988年5月10日授予Rush的題為“WIDE BANDWIDTH PROBE USINGPOLE-ZERO CANCELLATION”的美國(guó)專(zhuān)利4,473,839和2002年11月19日授予Eskeldson等人的類(lèi)似題為“WIDE-BANDWIDTH PROBE USINGPOLE-ZERO CANCELLATION”的美國(guó)專(zhuān)利6,483,284 B1的主題。如果希望找到有關(guān)怎樣用此結(jié)構(gòu)獲得寬帶探針性能的細(xì)節(jié)的更多信息，可以參考這些專(zhuān)利。
但是我們只對(duì)圖4中所出現(xiàn)的內(nèi)容進(jìn)行非常簡(jiǎn)短的說(shuō)明。其中相當(dāng)于圖3中相似元件的項(xiàng)目已被給予了相同的標(biāo)號(hào)。首先是電部分。該示意圖示出了用25KΩ和200ff的并聯(lián)RC組合驅(qū)動(dòng)50Ω?jìng)鬏斁€(xiàn)18(19)。當(dāng)傳輸線(xiàn)適當(dāng)?shù)囟私佑诜糯笃?4、45輸入端處的50Ω時(shí)，這確實(shí)是隨著頻率增大而使信號(hào)幅值滾降的一種方法。再生放大器44和45具有基本相反的響應(yīng)，使得它們對(duì)信號(hào)的總響應(yīng)基本是平坦的，并因此使它們來(lái)自放大器46的差基本是平坦的。圖4中所示布置的有趣的外形特性是探針尖端之間的間距可由兩個(gè)探針組件彼此相對(duì)旋轉(zhuǎn)而改變。除了這個(gè)特征外，兩個(gè)屏蔽17在其最接近探針尖端的邊緣處保持接觸以使回路面積最小，否則該回路在高頻時(shí)會(huì)起不期望的天線(xiàn)作用。
圖4所示包括微間隙ESD保護(hù)器件34、35、38和39，以及它們各自的中間導(dǎo)體36和37。
最后，注意形成圖5所示的可替換微間隙ESD保護(hù)器件47的方式。在此實(shí)施例中，用相互成直角并與跡線(xiàn)側(cè)面成45度角的切口50和51將襯底上的跡線(xiàn)48切割兩次。這樣做產(chǎn)生兩個(gè)“殘余”三角形部分52和53，它們可以根據(jù)需要留在原地或刻蝕去。應(yīng)當(dāng)特別注意襯底中的空洞54和55。
可以看出，即使留下三角形殘余部分52和53，從跡線(xiàn)48到49的電容也小于橫跨跡線(xiàn)的相同尺寸的單一90度切口(如圖3的插圖所示)可能得到的電容。同時(shí)，點(diǎn)56和57提供了最集中的電場(chǎng)以便擊穿電壓最小。并且在留下三角形殘余部分52和53的情況下，如果點(diǎn)56和57由于ESD作用中的高電流而受到侵蝕，則如前所述，切口的平衡自動(dòng)作為兩個(gè)串聯(lián)微間隙而開(kāi)始起作用。
權(quán)利要求
1.一種用于在附著到襯底的金屬薄片中形成火花隙的方法，所述方法包括下列步驟a)用激光束去除橫跨所述金屬薄片的金屬薄片條；b)去除步驟a)中去除的所述金屬薄片條下方的襯底材料條，去除的所述襯底材料條比去除的所述金屬薄片條長(zhǎng)；以及c)在步驟a)和b)過(guò)程中，將氣體流導(dǎo)向正去除的所述金屬薄片條和所述襯底材料條處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述激光是銅蒸汽激光，并且其中所述金屬薄片是銅制的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟a)中去除的所述金屬薄片條寬度約為0.0004英寸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟c)中所述氣體流是CO2氣體流。
5.一種用于示波器探針的有源探針尖端組件，具有用權(quán)利要求1的方法形成的、并在電學(xué)上設(shè)置在探針輸入端與地之間的火花隙。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的有源探針尖端組件，其中，所述火花隙包括由兩個(gè)串聯(lián)火花隙構(gòu)成的組合，并且所述組合的擊穿電壓小于400伏特。
7.一種用于在附著到襯底的金屬薄片中形成火花隙的方法，所述方法包括下列步驟a)用激光束去除橫跨所述金屬薄片的金屬薄片條；b)去除步驟a)中去除的所述金屬薄片條下方的襯底材料條，去除的所述襯底材料條比去除的所述金屬薄片條長(zhǎng)；以及c)在步驟a)和b)之后，使所述激光離焦，并照射步驟a)中去除所述金屬薄片條而產(chǎn)生的所述金屬薄片的邊緣。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述激光是銅蒸汽激光，并且其中所述金屬薄片是銅制的。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，步驟a)中去除的所述金屬薄片條寬度約為0.0004英寸。
10.一種用于示波器探針的有源探針尖端組件，具有用權(quán)利要求7的方法形成的、并在電學(xué)上設(shè)置在探針輸入端與地之間的火花隙。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的有源探針尖端組件，其中，所述火花隙包括由兩個(gè)串聯(lián)火花隙構(gòu)成的組合，所述組合的擊穿電壓小于400伏特。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了火花隙形成方法和ESD保護(hù)器件，用適當(dāng)?shù)募す馕⒓庸ぜ夹g(shù)在金屬跡線(xiàn)中切割高性能火花隙來(lái)抑止混合器電路上的ESD作用。跡線(xiàn)可以載于傳統(tǒng)印刷線(xiàn)路板或陶瓷襯底上。通過(guò)用氣體流沖刷切口來(lái)減小間隙尺寸，所述沖刷去除汽化的銅并防止其再次沉積在切口表面上而使切口表面形成橋接。這種間隙可以窄至0.0004英寸并可以有輪廓界限很好的特征，包括有助于降低擊穿電壓的尖銳拐角。此外，還可以去除跡線(xiàn)下方和兩旁的介質(zhì)材料，否則這些介質(zhì)材料可能將金屬間隙連通，去除所述介質(zhì)材料降低了擊穿電壓并減小了跨越間隙的電容?？梢垣@得低至300V的擊穿電壓。這種火花隙用于有源示波器探針的探針尖端以保護(hù)其中的精巧電路。
文檔編號(hào)G01R1/00GK1858597SQ20061005852
公開(kāi)日2006年11月8日 申請(qǐng)日期2006年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月5日
發(fā)明者邁克爾·T·麥克提格, 詹姆斯·E·坎農(nóng) 申請(qǐng)人:安捷倫科技有限公司