KR20250034389A - 저항 어셈블리 - Google Patents

Abstract

본 개시는 저항 칩과, 저항 칩을 냉각 요소에 클램핑하기 위한 클램핑 요소를 포함하는, 특히 파워 컴바이너용 저항 어셈블리에 관한 것으로, 클램핑 요소는 저항 칩에 압력을 가하기 위한 클램핑 암을 구비한다.

Description

저항 어셈블리

본 발명은 저항 어셈블리에 관한 것으로, 특히 RF 발생기의 파워 컴바이너(power combiner)를 위한 저항 어셈블리에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 파워 컴바이너 및 RF 발생기에 관한 것이다.

반사 전력의 처리는 집적 회로 제조 시 실리콘 웨이퍼 상에의 박막 에칭 및 증착과 같은 플라즈마 생성을 위한 무선 주파수(RF) 전력 적용에서 특히 어려운 과제이다. RF 플라즈마는 빠르게 변화하는 매우 동적인 부하일 수 있다. RF 전력 발생기와 플라즈마 사이에 임피던스 정합 네트워크를 사용하면 정상 상태 플라즈마 작동에서 임피던스 부정합을 보상할 수 있다. 그러나 이러한 정합 네트워크는 일반적으로 부하 임피던스의 변화에 즉시 적응하기에는 너무 느리다. 예를 들어, 플라즈마의 점화 단계 동안, 전력 레벨 변경 동안 및 펄스 모드 작동 시, RF 발생기는 발생기 내에서 방산되어야 하는 과도 반사 전력에 노출된다.

RF 발생기의 RF 전력 스테이지는 다음 회로:

· 전력 증폭기(Power Amplifier)

· 하이브리드 컴바이너

· 고출력 컴바이너(더 높은 출력 전력을 위해 여러 개의 PA를 결합해야 하는 경우)

를 포함하고, 0.3~300MHz 범위의 주파수와 500W 이상의 전력 레벨에서 작동한다. 약 2kW까지의 전력 레벨의 경우 공랭식으로 충분하며, 2kW 이상의 높은 전력 레벨은 일반적으로 수냉이 필요하다.

컴바이너에서 종단 저항(termination resistor)은 일반적으로 반사된 전력을 흡수하고 방산하는 데 사용된다. 상황에 따라 반사 전력 레벨이 매우 높아질 수 있으므로, 종단 저항을 적절히 냉각하여, 결과적으로 열이 냉각판이나 방열판으로 빠르게 전달되도록 해야 한다.

방열판(heat sink)이라는 용어는 전자 회로로부터 공기나 액체 냉매와 같은 유체 매체로 열을 전달하는 열 교환기를 말한다. 방열판의 한 부분은 일반적으로 예컨대 냉각 핀이나 스파이크에 의해, 표면적을 넓혀 유체 매체와의 접촉을 최대화하여 열 전달을 극대화한다. 냉각판이란 액체 냉매가 순환되는 열교환기를 말하며, 일반적으로 냉매가 관통하여 흐르는 파이프가 내장된 두꺼운 판을 말한다. 방열판과 냉각판은 일반적으로 알루미늄, 구리 또는 금속 합금과 같은 금속 재료로 만들어지지만 열전도율이 높은 세라믹 및 기타 재료도 사용할 수 있다.

히트 스프레더는 열 전도성이 좋은 장치로서, 일반적으로 판으로 되어 있어, 작은 면적에서 발생하는 열을 넓은 면적으로 분산시킨다. 히트 스프레더는 일반적으로 열을 유체 매체로 전달시키는 방열판 또는 냉각판과 연결하여 사용된다. 열전 냉각(예: 펠티에 요소)에 의해 또는 히트 파이프의 사용에 의해 히트 스프레더의 열 분포를 개선할 수 있다.

하기에서 "냉각 요소"라는 용어는 핀 또는 이와 유사하게 표면적이 넓은 모든 유형의 공냉식 열교환기에 대해, 수냉식 냉각판에 대해, 그리고 열전 냉각 또는 히트 파이프와 같은 가능한 개선 사항을 포함하는 공냉식 방열판 또는 수냉식 냉각판과 히트 스프레더의 조합에 대해 사용된다.

나사로 방열판에 클램핑할 수 있는 일반적인 전력 저항은 히트 스프레더와 이 히트 스프레더에 납땜된 저항 칩을 포함한다. 그러나 이러한 저항을 양 단부로부터 클램핑하면, 즉 히트 스프레더만 클램핑하면, 저항 칩에서 열이 발생하는 장치의 중앙에서 압력이 감소하고 열 연결이 약해진다. 또한 클램핑에 필요한 영역을 저항 칩에서 사용하지 않으므로 저항 칩의 최대 가능한 크기를 줄여, 저항의 중앙에서 총 열 부하를 증가시킨다.

일반적인 RF 발생기는 산업 표준 전자 랙에 끼워맞춤되어야 하므로, 발생기의 폭은 19/2 또는 19인치, 높이는 3~5 랙 유닛(랙 유닛 1개는 1.75인치)으로 지정되는 경우가 많다. 결과적으로 모든 회로와 부품을 사용 가능한 치수에 맞게 배치하는 것은 어려우며, 따라서 종단 저항은 다른 회로나 부품과 간섭하지 않고 최소한의 공간을 차지하도록 배치해야 한다.

특히 30MHz 미만의 주파수의 경우, 회로 구성 요소, 커패시턴스 및 인덕턴스는 주파수가 감소함에 따라 값이 커지고 따라서 크기도 커져야 한다. 결과적으로, 예를 들어 13.56 및 27.12MHz의 중요한 ISM 주파수의 경우 RF 발생기의 모든 필요한 구성 요소를 19/2인치 인클로저에 끼워맞추기 어렵다. 따라서 1kW를 초과하는 대부분의 RF 발생기는 19인치 크기의 전체 하우징을 사용해야 한다.

대량 생산을 위한 최신 RF 전력 회로 설계에서는 장치 간 편차를 낮추기 위해 인덕터용 페라이트와 와이어의 3차원 배열을 피하는데, 이는 필요한 기하학적 정밀도로 재현하기 어렵기 때문이다. 대신 산업용 인쇄 회로 기판(PCB) 생산에서 고정밀로 제조할 수 있는 완전 평면 구조가 선호된다. 19/2인치 폭의 인클로저를 사용해야 하는 경우 평면 회로의 크기가 문제가 되지만, 평면 컴바이너를 사용하면 인덕터 구조의 중앙에 종단 저항을 배치할 수 있다는 장점이 있다.

최상의 열 전달을 위해 이러한 인덕터를 갖는 PCB는, 전력 저항을 접지 연결 역할을 하는 냉각 요소에 직접 클램핑할 수 있도록 중앙에 컷아웃을 갖는다. 인덕터의 자기장이 (일반적으로 금속으로 만들어진) 냉각 요소에 결합하는 것을 방지하기 위해, 인덕터를 갖는 PCB를 냉각 요소 상에 직접 배치할 수 없다. 대신 수 밀리미터 두께의 세라믹 히트 스프레더를 사용하여 거리를 넓혀야 한다.

또한 이 저항 어셈블리의 경우 비자성 재료를 사용해야 한다. 그렇지 않으면 인덕터의 자기장에 의해 와전류가 유도되어 저항 어셈블리가 가열될 수 있다.

결과적으로 종단의 접지 연결이 이루어지는 전력 저항의 플랜지가 세라믹 히트 스프레더의 컷아웃 내에 있고 냉각 요소와 직접 접촉하는 반면, 인덕터에 대한 저항의 연결은 세라믹 히트 스프레더 상단에 있는 PCB에 상당한 간극을 두고 연결해야 한다. 또한 관련 재료의 열팽창 계수(C_TE)는 모두 다르다. 따라서 RF가 자주 켜지고 꺼지거나 RF 전력 레벨이 예를 들어 수 초 단위로 자주 변경되는 사이클링 작동에서, 종단 저항의 상단 접점과 인덕터 사이의 연결부는 짧은 반도체 플라즈마 공정에서 흔히 발생하는 사이클링 작동 및 펄싱 작동 중에 상당한 열기계적 응력을 경험한다. 이러한 브레이징 또는 납땜 조인트는 높은 작동 온도에서 빠르게 성능이 저하되어 결국 파손될 수 있다.

플랜지와 냉각 요소의 연결부는 플랜지 재료(예: 저항 재료와 유사한 C_TE를 갖는 구리 몰리브덴 합금)가 일반적으로 구리 또는 알루미늄 또는 합금으로 만들어진 냉각 요소의 C_TE와 일치하지 않기 때문에 열역학적 응력을 경험한다.

따라서, 본 발명의 목적은 냉각 요소에 안정적으로 연결된 저항 어셈블리를 컴팩트한 방식으로 제공하는 것이다.

종래 기술의 문제는 청구항 1에 따른 저항 어셈블리, 청구항 14에 따른 파워 컴바이너 및 청구항 16에 따른 RF 발생기에 의해 해결된다.

제1 양태에서는, 특히 파워 컴바이너를 위한 저항 어셈블리가 제공된다. 저항 어셈블리는 저항 칩을 포함한다. 저항 칩은 50mm² ~ 500mm²의 면적을 포함하는 것이 바람직하다. 저항 칩의 크기는 12mm x 6mm에서 30mm x 14mm 사이가 바람직하다. 저항 칩의 정격 전력이 600W 이상인 것이 바람직하다. 저항 칩은 특히 질화 알루미늄(AlN)을 기반으로 하는 후막 저항(thick film resistor)으로 제작하는 것이 바람직하다. 특히 저항 칩의 작동 온도는 최대 100℃까지 또는 그 이상이다. 저항 칩은 상부 표면 또는 측면 표면에 하나의 단자가 있고, 그 하부 표면에 제2 단자가 있는 것이 바람직하다. 하부 표면은 금속 층으로 완전히 덮여 있어, 제2 단자가 접지 연결 역할을 하는 냉각 요소로 열을 전달하는 전기 전도성 수동 히트 스프레더에 부착될 수 있다.

본 발명에 따르면, 저항 어셈블리는 저항 칩을 냉각 요소에 클램핑하기 위한 클램핑 요소를 포함한다. 여기서 냉각 요소는 저항 칩에서 발생하는 열을 분산시켜 냉각 요소에 전달하도록 만들어진 히트 스프레더일 수 있다. 클램핑 요소로 인해, 저항 칩에서 발생하는 열을 냉각 요소로 방산하기 위해 저항 칩과 냉각 요소 사이에 접촉이 이루어진다. 여기서 클램핑 요소는 저항 칩에 압력을 가하는 클램핑 암을 갖는다. 따라서 저항 칩에 직접 압력을 가함으로써 저항 칩과 냉각 요소 사이의 접촉이 개선된다. 따라서, 종래기술과 달리, 저항 칩 자체가 클램핑되는데, 전술한 바와 같이 종래기술의 저항의 열 확산 요소, 예를 들어 플랜지 대신에, 저항 칩에 직접 클램핑력이 가해진다. 따라서 저항 칩을 냉각 요소에 고정하는 데 필요한 공간이 줄어들고 결과적으로 저항 칩의 면적이 증가하여 저항 칩으로부터의 열 전달이 개선될 수 있다. 또한, (종래 기술에서와 같이 나사로 저항을 고정하는 것과 달리) 클램핑하는 것에 의해 저항 칩의 열팽창이 허용되며, 이에 의해 저항 칩의 열 유도 응력을 줄인다. 따라서 저항 칩으로부터 냉각 요소로의 방열이 개선되고 작동 온도 감소로 인해 저항의 수명은 물론 신뢰성이 향상된다.

저항 칩의 저항 값은 50 Ohm인 것이 바람직하다.

바람직하게는, 클램핑 요소는 L자형으로 클램핑 암에 연결된 베이스 요소를 포함한다. 여기서, 특히 베이스 요소는 클램핑 암에 연결된 제1 단부와, 장착 상태에서 냉각 요소에 직접 연결되거나 접촉하는 반대쪽 제2 단부를 갖는다. 특히 베이스 요소와 클램핑 암은 통합하여 일편(one piece)으로 제작되어 있다. 특히, 베이스 요소와 클램핑 암 사이의 각도는 90° 이하일 수 있다. 따라서 베이스 요소에 의해 접촉점/라인이 생성되고, 클램핑 요소가 이 접촉점/라인을 중심으로 피벗하여 클램핑 암이 저항 칩에 압력을 가할 수 있도록 한다.

바람직하게는, 베이스 요소의 제2 단부는 저항 칩으로부터 떨어진 방향에 있는 가장자리를 중심으로 클램핑 요소의 회전 운동을 허용하도록 경사져 있다. 따라서 베이스 요소의 제2 단부의 저항 칩에서 더 먼 거리에 있는 가장자리가 클램핑 요소의 피벗점/라인이 된다. 따라서 클램핑 요소에 가해지는 압력은 베이스 요소의 평평한 제2 단부에 대응하는, 저항 칩에 더 가까운 가장자리에 피벗 라인이 있는 상황에 비해 최대 60%까지 증가시킬 수 있다. 베이스 요소의 제2 단부가 평평한 경우, 클램핑 요소는 저항 칩에 가까운 베이스 요소의 제2 단부 상의 피벗 라인을 중심으로 회전한다. 경사진 제2 단부에 대한 대안으로서, 제2 단부는 저항 칩으로부터 떨어진 제2 단부의 위치에 피벗 라인을 제공하는 돌출부를 포함할 수 있다.

클램핑 암과 베이스 요소는 알루미늄 합금, 황동 또는 오스테나이트강과 같은 강성 비자성 재료로 만들어지는 것이 바람직하다.

클램핑 암과 저항 칩 사이에는 압력 분배판이 배치되는 것이 바람직하다. 압력 분배판에 의해, 클램핑 암에 가해지는 압력이 저항 칩의 전체 영역 또는 적어도 일부 영역에 걸쳐 분산된다. 바람직하게는 압력 분배판은 금속 또는 플라스틱으로 제작된 강성 요소이다. 압력 분배판은 별도의 요소이거나 클램핑 암과 일체로 제작하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 압력 분배판의 두께는 2 내지 5mm이고, 여기서 압력 분배판의 면적은 50 mm² 내지 400 mm²인 것이 바람직하다.

압력 분배판은 알루미늄 합금, 황동 또는 오스테나이트강과 같은 단단한 비자성 재료로 제작하는 것이 바람직하다. 특히, 압력 분배판은 클램핑 암 및/또는 베이스 요소와 동일한 재료로 만들어질 수 있다. 대안적으로, 압력 분배판은 본질적으로 클램핑 요소와 저항 칩 사이에 절연을 제공할 수 있는 플라스틱으로 만들어진다.

바람직하게는, 압력 분배판에 연결된 클램핑 암의 하측면은 정렬 특징부를 포함하고, 압력 분배판의 상부 표면은 클램핑 암의 정렬 특징부와 맞물리는 대응하는 정렬 특징부를 포함하며, 클램핑 암과 압력 분배판의 위치를 정렬하도록 구성된다. 여기서, 정렬 특징부는 볼, 디텐트, 반구형 돌출부 등일 수 있다. 여기서, 클램핑 암의 정렬 특징부는 클램핑 암과 일체로 제작될 수도 있고 또는 추가 요소일 수도 있다. 반구형 정렬 특징부는 클램핑 암의 압력을 압력 분배판으로 고르게 전달하기 위해 유익한 접촉면을 제공한다. 여기서, 압력 분배판의 대응하는 정렬 특징부는 클램핑 암의 정렬 특징부와 맞물리거나 이를 수용하기 위해 클램핑 암의 정렬 특징부에 대응하는 형상을 갖는다. 여기서, 대응하는 정렬 특징부는 홈(groove), 리세스, 함몰부(dent) 등으로 구축될 수 있다. 물론 클램핑 암의 정렬 특징부와 압력 분배판의 대응하는 정렬 특징부의 형상은 자유롭게 선택할 수 있다. 클램핑 암의 정렬 특징부와 압력 분배판의 대응하는 정렬 특징부에 의해 압력 분배판의 배향이 유지된다.

절연 층은 저항 칩과 클램핑 암 사이에 배치되는 것이 바람직하고, 저항 칩과 압력 분배판의 바로 사이에 배치되는 것이 바람직하다. 여기서, 절연 층은 저항 칩의 상부 표면에 배치될 수 있다. 절연 층은 전기적으로 절연되어 있다. 절연 층은 퍼플루오로엘라스토미어, 폴리이미드 또는 폴리아미드와 같은 고온 탄성 소재로 만드는 것이 바람직하다. 절연 층에 의해, 특히 금속 압력 분배판과 저항 칩 사이의 단락이 방지된다. 여기서, 압력 분배판이 플라스틱 재료로 제작되는 경우 절연 층은 압력 분배판과 일체로 제작될 수 있다. 따라서 압력 분배판 자체에 의해 절연 효과가 본질적으로 제공되므로 압력 분배판의 요소와 절연 층이 결합된다. 대안적으로, 절연 층과 압력 분배판은 별도의 요소이다. 절연 층을 탄성 층으로 구축함으로써 압력 분배판으로부터 저항 칩으로의 압력 분배가 개선되고 저항 칩 및/또는 압력 분배판의 미세한 제조 결함을 단락을 만드는 일 없이 탄성 절연층에 의해 보상할 수 있다.

바람직하게는, 저항 어셈블리는, 클램핑 암에 연결되고 냉각 요소에 연결 가능하며 클램핑 암의 압력을 생성하도록 구성된 압력 수단을 포함한다. 바람직하게는 압력 수단은 나사로 제작된다.

특히, 압력 수단은 클램핑 암을 통해, 그리고 바람직하게는 압력 분배판을 통해 연장된다. 여기서, 특히 클램핑 암의 관통 구멍은 압력 수단의 외경에 부합할 수 있으며, 여기서 압력 분배판의 관통 구멍은 압력 수단에 대한 압력 분배판의 이동성을 허용하기 위해 압력 수단보다 클 수 있다. 또한 압력 수단에 의해, 압력 분배판의 배향이 유지된다. 클램핑 암의 정렬 특징부 및 압력 분배판의 대응하는 정렬 특징부와 조합하여, 압력 분배판의 위치가 결정되고 고정된다.

바람직하게는 압력 수단은 저항 칩을 통해 연장되지 않는다. 특히 압력 수단은 저항 칩으로부터 멀리 떨어져 있고 이격된다. 압력 수단과 저항 칩 사이의 접촉을 피함으로써 단락의 가능성이 방지된다.

바람직하게는 압력 수단은 절연 층을 통해 연장되지 않는다. 따라서 절연 층은 압력 분배판과 저항 칩 사이에만 배치할 수 있다. 이는 특히 압력 분배판이 금속과 같은 전도성 재료로 만들어진 경우 적용될 수 있다. 대안적으로, 압력 수단은 특히 절연 층이 예를 들어 압력 분배판과 일체로 제작되는 경우 절연 층을 통해 연장될 수 있다.

바람직하게는, 클램핑 암의 반대편에 있는 저항 칩의 하부 표면에는 전도 층이 배치되며, 여기서 전도 층은 열 전도성 및/또는 전기 전도성인 것이 바람직하다. 여기서, 바람직하게는 열 전도도는 200W/m/K보다 크고, 더 바람직하게는 300W/m/K보다 크고, 가장 바람직하게는 400W/m/K보다 크며, 따라서 예를 들어 240W/m/K의 열 전도도를 갖는 알루미늄으로 만들어진 방열판의 열 전도도 및/또는 예를 들어 30W/m/K의 열 전도도를 갖는 Al₂O₃ 로 만들어진 히트 스프레더의 열 전도도를 초과한다.

전도 층은 압축 가능한 것이 바람직하다. 전도 층은 10% 이상, 더 바람직하게는 20% 이상의 압축성을 갖는 것이 바람직하다. 전도 층은 벌크 계수가 1000kPa 미만, 바람직하게는 600kPa 미만인 것이 바람직하다. 전도 층의 압축성으로 인해, 저항 칩 및/또는 냉각 요소에 의해 제공된 그 아래 표면의 작은 제조 결함을 보상할 수 있으며, 이를 통해 각 표면 사이에 완전한 접촉을 제공하여 저항 칩으로부터 냉각 요소로의 최적의 방열을 가능하게 한다.

바람직하게는, 전도 층은 열전달 페이스트 또는 열 패드 또는 압축 가능한 흑연 열 인터페이스 재료에 의해 제공되며, 압축률이 10% 이상, 더 바람직하게는 20% 이상인 것이 바람직하다.

전도 층은 접지와 저항 칩 사이에 전기적 접촉을 제공하는 것이 바람직하다.

바람직하게는, 저항 어셈블리는, 바람직하게는 리본으로 구축되고, 저항 칩에 연결되고, 특히 클램핑 요소의 베이스 요소에 반대되는 저항 칩의 측면에 연결되는 연결 요소를 포함한다. 따라서 특히 연결 요소는 저항 칩의 단변(short side)에 연결된다. 여기서, 연결 요소는 저항 칩의 상부 표면에 연결될 수 있다. 따라서 연결 요소에 의해, 저항은 각 회로에 전기적으로 연결된다. 위에서 언급한 바와 같이, 저항 칩의 제2 단자는 금속층을 통해 저항 칩의 하부 표면에 의해 제공될 수 있다.

바람직하게는 연결 요소는 S자형이다. S자형에 의해 열 팽창이 보상될 수 있으므로 연결 요소의 손상이 초래되지 않는다.

또 다른 양태에서는 파워 컴바이너가 제공된다. 파워 컴바이너는 히트 스프레더 또는 히트 싱크, 즉 냉각 요소와, 냉각 요소에 연결된 적어도 하나의 인덕터를 포함하며, 여기서 적어도 하나의 인덕터는 평면형 인덕터일 수 있다. 여기서, 특히 파워 컴바이너는 적어도 두 개의 입력과 하나의 출력을 포함한다. 파워 컴바이너는 적어도 하나의 인덕터를 사용하여 두 개의 입력 RF 신호를 하나의 단일 RF 신호에 결합하도록 구성된다. 여기서, 앞서 설명한 저항 어셈블리는 종단 저항으로서 적어도 하나의 인덕터에 연결된다. 일반적으로 저항 칩의 저항 값은 50 Ohm이다.

바람직하게는, 적어도 하나의 인덕터는 바람직하게는 냉각 요소까지 내려오는 중앙 리세스를 포함하며, 저항 어셈블리는 리세스 내에 완전히 배치되고 냉각 요소에 직접 장착된다. 따라서 컴팩트한 배열을 달성할 수 있다. 리세스는 인덕터의 중앙 영역에 있으며 파워 컴바이너의 PCB와 세라믹 히트 스프레더를 통해 연장될 수 있다. 저항 어셈블리, 특히 저항 칩은 RF 발생기의 냉각 요소, 즉 냉각판과 직접 접촉한다.

본 발명의 다른 양태에서는, 적어도 2개의 전력 증폭기 스테이지와 앞서 설명한 파워 컴바이너를 포함하는 RF 발생기가 제공된다. 여기서, 컴바이너는 적어도 두 개의 전력 증폭기 스테이지에 연결되고 적어도 두 개의 전력 증폭기 스테이지의 출력 전력을 결합한다. 바람직하게는, RF 발생기는 플라즈마 적용을 위해 제공된다. 여기에서 RF 발생기의 구성 요소들은 공통 냉각 요소 상에 조립된다.

바람직하게는 RF 발생기는 5KW 이상의 출력 전력을 제공한다. 특히 적어도 2개의 전력 증폭기 스테이지가 각각 2.5KW 까지 또는 그 이상의 출력 전력을 제공한다.

RF 발생기는 수냉식인 것이 바람직하다. 특히 냉각 요소는 수냉식으로 구축된 능동 냉각을 포함한다.

RF 발생기는 19/2인치 포맷 하우징에 제공되는 것이 바람직하다. 따라서 RF 발생기는 크기가 작다. 본 발명에 따른 저항으로 인해, 저항으로부터 RF 발생기의 냉각 요소로의 방열이 개선되기 때문에 높은 출력 전력 레벨이 가능해진다.

첨부 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도면에 있어서,
도 1은 본 발명에 따른 저항의 분해도이다.
도 2는 도 1의 저항의 측면도이다,
도 3은 도 1에 따른 저항의 단면도이다,
도 4는 본 발명에 따른 파워 컴바이너의 조립된 상태에서 도 1에 따른 저항을 도시한다.
도 5는 RF 발생기의 개략도이다.

하기에서 도 1 - 3을 참조한다. 본 발명에 따른 저항 어셈블리는 상부 표면(16)과 하부 표면(18)을 갖는 저항 칩(12)을 포함한다. 저항 칩(12)은 리본으로 제작된 연결 요소(14)를 포함한다. 연결 요소(14)는 S자형으로 구부러질 수 있다. 저항 칩(12)의 제2 단자는 보통 접지에 연결되는 하부 표면(18)에 의해 제공된다. 이 제2 단자는 하부 표면(18)을 덮는 금속층(13)일 수 있다. 또한, 저항 어셈블리는 클램핑 암(22)과 베이스 요소(24)를 갖는 클램핑 요소(20)를 포함한다. 여기서, 베이스 요소(24)는 클램핑 암(22)에 연결된 제1 단부(26)와 무선 주파수(RF) 발생기의 냉각 요소(50)에 직접 연결되는 제2 단부(28)를 포함한다. 클램핑 요소(20)는 나사(30)로 냉각 요소(50)에 연결된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 베이스 요소(24)의 제2 단부(28)는 각도 α를 갖는 경사면(44)을 포함한다. 경사면(44)에 의해, 베이스 요소(24)의 외측 가장자리에, 즉 저항 칩(12)에서 더 멀리 떨어진 가장자리에, 피벗 라인(46)이 구축된다. 경사면(44)에 의해 제공되는 이 각도 α에 의해, 클램핑 요소(20)에 의해 생성되는 클램핑력이 저항 칩(12)에 더 가까운 가장자리에서 피벗 라인을 중심으로 회전하는 평평한 표면에 비해 60% 만큼 증가될 수 있다. 나사(30)를 돌리면 클램핑 암(22)에 의해 압력 분배판(32)에 압력이 가해진다. 여기서, 나사(30)는 압력 분배판(32)의 관통 구멍(38)을 관통해 연장될 수 있다. 또한, 클램핑 암(22)은 반구형 정렬 특징부(34)를 포함하며, 압력 분배판(32)은 클램핑 암(22)의 정렬 특징부(34)를 수용하기 위해 반구형 리세스(36)를 포함한다. 따라서 압력 분배판(32)의 위치는 정렬 특징부(34) 및 대응하는 리세스(36)와 함께 나사를 수용하는 관통 구멍(38)에 의해 정의된다. 압력 분배판(32)은 클램핑 암(22)에 가해지는 압력을 분산시키며 강성 플라스틱 또는 금속과 같은 강성 재료로 제작된다. 압력 분배판(32)과 저항 칩(12)의 상부 표면(16) 사이에는 저항 칩(12)을 압력 분배판(32)으로부터 전기적으로 절연하기 위해 절연 층(40)이 제공된다. 여기서, 나사(30)는 절연 층(40)의 관통 구멍을 통해 연장될 수 있다. 절연 층(40)은, 압력 분배판(32)에 의해 제공되는 압력을 저항 칩(12)에 고르게 분배하고, 저항 칩(12)에 열 응력을 도입함이 없이 열 팽창을 허용하기 위해, 압축 가능할 수 있다. 절연 층(40)은 퍼플루오로엘라스토머, 폴리이미드 또는 폴리아미드와 같은 고온 탄성 재료로 만들어질 수 있다.

저항 칩(12)의 하부 표면(18)에는 냉각 요소(50)와 저항 칩(12) 사이에 열 및 전기 전도성이 있는 전도 층이 배치된다. 따라서 저항 칩(12)의 하부 표면(18)과 접지의 전도 층 접촉이 이루어진다. 동시에 저항 칩에서 발생하는 열이 냉각 요소(50)로 전달된다.

고출력 RF 발생기의 일부일 수 있는 본 발명에 따른 파워 컴바이너(102)를 도시하는 도 4를 참조한다. 파워 컴바이너는 적어도 하나의 인덕터(52)를 포함하며, 본 발명에 따른 저항 어셈블리는 종단 저항으로서 연결 요소(14)에 의해 인덕터(52)에 연결된다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 저항 어셈블리는 80℃ 이상, 바람직하게는 100°C 이상의 작동 온도를 갖는다.

도 5는 적어도 2개의 전력 증폭기 스테이지(104A, 104B)를 갖는 RF 발생기(100)를 개략적으로 도시하는 것으로, 각각의 전력 증폭기 스테이지의 출력들이 앞서 도 4를 참조하여 설명한 바와 같이 파워 컴바이너 내에서 결합된다.

종래 기술에서는 2개의 나사로 냉각 요소에 연결된 플랜지형 저항을 통해 400W의 최대 흡수 전력을 처리할 수 있었다면, 본 발명은 저항 칩 면적을 증가시킴과 동시에 저항 칩과 냉각 요소 사이의 열 접촉을 개선하여 최대 700W 이상의 흡수 전력을 처리할 수 있다. 동시에 저항의 작동 온도를 15°C 이상 낮출 수 있다.

또한 작동 온도가 낮아지고 전력 사이클링 중 열기계적 응력이 줄어들어 저항의 상단 접점으로부터 컴바이너 PCB까지 납땜 또는 브레이징 연결의 수명이 대폭 늘어난다. 또한 전도성 압축성의 열 인터페이스 재료를 통해 클램핑된 부품의 열 팽창 및 압축이 촉진되어, 결과적으로 저항 칩에 대한 열기계적 응력이 감소한다.

Claims (16)

1. 특히 파워 컴바이너용 저항 어셈블리에 있어서,
   저항 칩과,
   상기 저항 칩을 냉각 요소에 클램핑하는 클램핑 요소를 포함하고,
   상기 클램핑 요소는 상기 저항 칩에 압력을 가하는 클램핑 암을 갖는 것을 특징으로 하는 저항 어셈블리.
2. 제1항에 있어서, 상기 클램핑 요소는 L 자형으로 상기 클램핑 암에 연결된 베이스 요소를 포함하며, 바람직하게는 상기 베이스 요소는 클램핑 암에 연결된 제1 단부, 및 상기 냉각 요소와 접촉하는 반대쪽 제2 단부를 갖는 것을 특징으로 하는 저항 어셈블리.
3. 제2항에 있어서, 상기 베이스 요소의 제2 단부가 저항 칩으로부터 떨어진 방향에 있는 에지를 중심으로 클램핑 요소의 회전 이동을 허용하도록 경사지는 것을 특징으로 하는 저항 어셈블리.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 클램핑 암과 상기 저항 칩 사이에 압력 분배판이 배치되는 것을 특징으로 하는 저항 어셈블리.
5. 제4항에 있어서, 상기 압력 분배판에 연결된 클램핑 암의 하측면이 정렬 특징부를 포함하고, 상기 압력 분배판의 상부 표면이 상기 클램핑 암의 정렬 특징부와 맞물리는 대응하는 정렬 특징부를 포함하며, 상기 클램핑 암과 압력 분배판의 위치를 정렬하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 저항 어셈블리.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저항 칩과 클램핑 암 사이에 배치되고 바람직하게는 저항 칩과 압력 분배판의 바로 사이에 배치되는 절연층을 포함하는 것을 특징으로 하는 저항 어셈블리.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 클램핑 암에 연결되고 클램핑 암의 압력을 생성하기 위해 상기 냉각 요소에 연결 가능한 압력 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 저항 어셈블리.
8. 제7항에 있어서, 상기 압력 수단은 클램핑 암을 통해, 그리고 바람직하게는 압력 분배판을 통해 연장되는 것을 특징으로 하는 저항 어셈블리.
9. 제7항 또는 제8에 있어서, 상기 압력 수단은 저항을 통해 연장되지 않는 것을 특징으로 하는 저항 어셈블리.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 클램핑 암의 반대쪽에 있는 저항 칩의 하부 표면에 전도 층이 배치되고, 바람직하게는 상기 전도 층이 열 전도성 및/또는 전기 전도성인 것을 특징으로 하는 저항 어셈블리.
11. 제10항에 있어서, 상기 전도 층은 압축 가능한 것을 특징으로 하는 저항 어셈블리.
12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 전도 층은 열전달 페이스트 또는 열 패드 또는 압축 가능한 흑연 열 인터페이스 재료에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 저항 어셈블리.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 바람직하게는 리본으로 제작되고, 상기 저항 칩에 연결되며, 특히 클램핑 요소의 베이스 요소에 반대되는 저항 칩의 측면에 연결되는 연결 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 저항 어셈블리.
14. 냉각 요소, 상기 냉각 요소 상에 배치된 적어도 하나의 인덕터, 및 상기 적어도 하나의 인덕터에 연결된 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 저항 어셈블리를 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 컴바이너.
15. 제13항에 있어서, 상기 적어도 하나의 인덕터는 중앙 리세스를 포함하고, 상기 저항 어셈블리가 완전히 상기 리세스 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 파워 컴바이너.
16. 적어도 2개의 전력 증폭기 스테이지 및 상기 적어도 2개의 전력 증폭기 스테이지에 연결되고 상기 적어도 2개의 전력 증폭기 스테이지의 출력 전력을 결합하는 제14항 또는 제15항에 따른 파워 컴바이너를 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 발생기.