对基于平面的RF传感器技术的改进制造技术

本申请公开对基于平面的RF传感器技术的改进。射频传感器系统包括印刷电路板（PCB）。PCB包括第一和第二外层、第一和第二内层以及限定贯穿PCB的孔的内边缘。PCB还包括第一回路。第一回路包括通过多个第一迹线联接至多个第一通孔的多个第一传感器衬垫。多个第一传感器衬垫被布置在内边缘上。PCB还包括第二回路。第二回路包括通过多个第二迹线联接至多个第二通孔的多个第二传感器衬垫。多个第二传感器衬垫被布置在内边缘上。芯环被嵌入在接近于多个第一传感器衬垫、第一通孔以及第一迹线的第一内层中。用于传送RF电流的中心导体延伸穿过该孔。第一和第二回路基于多个第一和第二传感器衬垫、多个第一和第二通孔、多个第一和第二迹线以及芯环生成电信号。

【技术实现步骤摘要】
对基于平面的RF传感器技术的改进相关申请的交叉引用本申请要求于2012年8月16日提交的美国临时申请第61/684,013号的权益。上述申请的全部内容通过引用合并于此。
本公开涉及射频传感器，更具体地，涉及正交射频电压/电流传感器。
技术介绍
此文所提供的
技术介绍
说明以对本公开内容的环境作一般性说明为目的。专利技术人的某些工作（即已在此
技术介绍
部分中作出描述的工作）以及公开内容中关于某些尚未成为申请日之前的现有技术的内容，无论是以明确或隐含的方式均不被视为相对于本公开的现有技术。射频（RF）电流传感器（也称为探针）生成表示流过RF导体的电流量的信号。电流探针可以与电压探针结合，以形成RF电压/电流（VI）探针，该电压/电流探针生成表示相对于诸如RF接地或者屏蔽导体的参考电势的RF电压的第二信号。RF电流探针和VI探针在RF控制电路中被用于提供反馈信息。反馈信息可以用来控制用于提供待测量的RF功率的RF放大器。在一些应用中，RF功率被用于生成用于半导体制造、金属层涂覆或者微切削加工处理的等离子体。本公开适用性的更多领域将从以下提供的具体实施方式变得明显。应理解的是，具体实施方式和特定的示例意在仅仅为了说明的目的，而不意在限制本公开的范围。
技术实现思路
一种射频传感器系统包括印刷电路板（PCB）。该PCB包括第一外层、第二外层、第一内层、第二内层以及限定贯穿所述PCB的孔的内边缘。该PCB还包括第一回路。所述第一回路包括通过多个第一迹线联接至多个第一通孔的多个第一传感器衬垫。所述多个第一传感器衬垫被布置在所述内边缘上。该PCB还包括第二回路。所述第二回路包括通过多个第二迹线联接至多个第二通孔的多个第二传感器衬垫。所述多个第二传感器衬垫被布置在所述内边缘上。芯环被嵌入在接近于所述多个第一传感器衬垫、所述多个第一通孔以及所述多个第一迹线的所述第一内层中。用于传送RF电流的中心导体延伸穿过所述孔。所述第一回路和所述第二回路基于所述多个第一传感器衬垫、所述多个第二传感器衬垫、所述多个第一通孔、所述多个第二通孔、所述多个第一迹线、所述多个第二迹线以及所述芯环生成电信号。在其它特征中，一种射频传感方法包括限定贯穿印刷电路板（PCB）的孔。该PCB包括第一外层、第二外层、第一内层、第二内层以及内边缘。通过多个第一迹线将第一回路联接至多个第一通孔。所述第一回路包括多个第一传感器衬垫。将所述多个第一传感器衬垫布置在所述内边缘上。通过多个第二迹线将第二回路联接至多个第二通孔。所述第二回路包括多个第二传感器衬垫。将所述多个第二传感器衬垫布置在所述内边缘上。将芯环嵌入在接近于所述多个第一传感器衬垫、所述多个第一通孔以及所述多个第一迹线的所述第一内层中。用于传送RF电流的中心导体延伸穿过所述孔，并且所述第一回路和所述第二回路基于所述多个第一传感器衬垫、所述多个第二传感器衬垫、所述多个第一通孔、所述多个第二通孔、所述多个第一迹线、所述多个第二迹线以及所述芯环生成电信号。本公开适用性的更多领域将从以下提供的具体实施方式变得明显。应理解的是，具体实施方式和特定的示例意在仅仅为了说明的目的，而不意在限制本公开的范围。附图说明根据具体实施方式和附图，本公开将更完全地被理解，在附图中：图1是根据本公开各个实施例的正交射频（RF）电流和电压传感器的平面图；图2是根据本公开各个实施例的正交射频（RF）电流和电压传感器的电流传感器迹线（trace）的立体图；图3a至图3c是图2的电流传感器迹线的平面图；图4是根据本公开各个实施例的正交射频（RF）电流和电压传感器的电流传感器迹线的平面图；图5a是现有技术的电流传感器的示意图；图5b、图5c以及图6是根据本公开的各个实施例的电流传感器的示意图；图7是表示点A和点B处的电压与图6的电流传感器中的导体的电压之间的电容耦合关系的电路的电路图；图8是根据本公开各个实施例的电压电流传感器的示意图；以及图9a和图9b是根据本公开各个实施例的电压电流传感器的圆形导电环的平面图。具体实施方式射频（RF）电流传感器（也称为探针）生成表示流过RF导体的电流量的信号。电流探针可以与电压探针结合，以形成RF电压/电流（VI）探针，该电压/电流探针生成表示相对于诸如RF接地或者屏蔽导体的参考电势的RF电压的第二信号。RF电流探针和VI探针在RF控制电路中被用于提供反馈信息。反馈信息可以用来控制用于提供待测量的RF功率的RF放大器。在一些应用中，RF功率被用于生成用于半导体制造、金属层涂覆或者微切削加工处理的等离子体。虽然VI探针在某些频率（例如低频或者高频）下操作，但该VI探针可能由于VI探针的部件内部的寄生谐振而受到干扰。另外，传感器与中心导体的低频耦合可能较低。因此，本公开的原理可致力于提高VI探针频率响应。现在参考图1，示出了正交射频（RF）电压/电流（VI）探针10。VI探针10包括具有至少四个导电层的印刷电路板（PCB）12。第一外层14a和第二外层14b相互平行，并且通过PCB12的绝缘基板保持隔开的关系。第一和第二外层14a、14b共同被称为接地面14。若干个通孔16将地平面14彼此电连接。通孔16可以绕孔18的边缘放射状地隔开。通孔16与如下描述的PCB12的内层电绝缘。接地面14和通孔16连接至用于传送待测量的RF电流的同轴电缆（未示出）的外部层。同轴电缆的中心导体连接至轴向地且同心地设置在孔18内的导体20。VI探针10还可以包括多个固定孔13，以帮助将VI探针10联接至待控制的RF功率发生器（未示出）。多个第二通孔22与接地面14电绝缘，并且连接位于PCB12的内层上的电流环回迹线。多个第三通孔24也与接地面14电绝缘，并且实现部分电压传感器H场抵消结构。以下更详细地描述通孔22和24以及它们在PCB12的内层上的关联迹线。PCB12还可以包括嵌入式芯环42。芯环42被嵌入在PCB12的至少一个层中。此外，芯环42布置在通孔22、24与电流传感器衬垫（pad）30之间。芯环42被布置为增加VI探针10的磁通量。芯环42包括增加VI探针10的磁场中介质的磁导率的材料。例如，在该磁场中的介质可以包括空气，并且芯环42包括磁导率高于空气的磁导率的材料。仅仅举例来说，芯环42可以包括铁磁材料或者亚铁磁材料。通过将芯环42嵌入在通孔22、24与电流传感器衬垫30之间的PCB12中，磁场中的介质（即，芯环42材料）的磁导率增加。随着磁场中的介质的磁导率增加，相关的磁通量增加。VI探针10的动态范围可以通过选择性地调整磁通量来被控制。为了减少PCB12上的应力，芯环42可以由具有与PCB12的不导电材料相同或者小于PCB12的不导电材料的热膨胀系数的材料构成。PCB12还可以包括以28大致指代的迹线和衬垫，该迹线和衬垫用于固定可以连接至接地面14和PCB12内层的各个迹线的电子电路部件。部件的示例包括：放大器、变压器、用于向电子电路提供电力和/或从电子电路获取电信号的连接器和/或用于缓冲和/或调节表示导体20的RF电压和/或电流的信号的滤波器等。现在参考图2至图3c，示出了PCB12的各视图。为了清楚起见，省去接地面14、通孔16以及通孔24。第一内层32包括形成在绝缘基板36上的迹线44a和44b。第二内层3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种射频（RF）传感器系统，包括：印刷电路板（PCB），包括第一外层、第二外层、第一内层、第二内层以及限定贯穿所述PCB的孔的内边缘；第一回路，包括通过多个第一迹线联接至多个第一通孔的多个第一传感器衬垫，所述多个第一传感器衬垫被布置在所述内边缘上；第二回路，包括通过多个第二迹线联接至多个第二通孔的多个第二传感器衬垫，所述多个第二传感器衬垫被布置在所述内边缘上；以及芯环，被嵌入在接近于所述多个第一传感器衬垫、所述多个第一通孔以及所述多个第一迹线的所述第一内层中；其中用于传送RF电流的中心导体延伸穿过所述孔，并且所述第一回路和所述第二回路基于所述多个第一传感器衬垫、所述多个第二传感器衬垫、所述多个第一通孔、所述多个第二通孔、所述多个第一迹线、所述多个第二迹线以及所述芯环生成电信号。

【技术特征摘要】
2012.08.16 US 61/684,013;2013.03.14 US 13/828,6281.一种射频传感器系统，包括：印刷电路板，包括第一外层、第二外层、第一内层、第二内层以及限定贯穿所述印刷电路板的孔的内边缘；第一回路，包括通过多个第一迹线联接至多个第一通孔的多个第一传感器衬垫，所述多个第一传感器衬垫被布置在所述内边缘上；第二回路，包括通过多个第二迹线联接至多个第二通孔的多个第二传感器衬垫，所述多个第二传感器衬垫被布置在所述内边缘上；以及芯环，被嵌入在接近于所述多个第一传感器衬垫、所述多个第一通孔以及所述多个第一迹线的所述第一内层中；其中用于传送射频电流的中心导体延伸穿过所述孔，并且所述第一回路和所述第二回路基于所述多个第一传感器衬垫、所述多个第二传感器衬垫、所述多个第一通孔、所述多个第二通孔、所述多个第一迹线、所述多个第二迹线以及所述芯环生成电信号。2.如权利要求1所述的射频传感器系统，其中所述芯环包括磁导率大于空气的磁导率的介质。3.如权利要求1所述的射频传感器系统，其中所述芯环包括铁磁材料。4.如权利要求1所述的射频传感器系统，其中所述芯环具有等于所述第一外层、所述第二外层、所述第一内层和所述第二内层的膨胀系数的热膨胀系数。5.如权利要求1所述的射频传感器系统，其中所述芯环具有小于所述第一外层、所述第二外层、所述第一内层和所述第二内层的膨胀系数的热膨胀系数。6.如权利要求1所述的射频传感器系统，其中所述多个第一通孔或所述多个第二通孔的多个特性中的至少一个特性是基于所述射频传感器的谐振来选择性地调整的。7.如权利要求1所述的射频传感器系统，进一步包括：第二印刷电路板，包括第三外层、第四外层、第三内层、第四内层以及限定贯穿所述第二印刷电路板的第二孔的第二内边缘；第三回路，包括通过多个第三迹线联接至多个第三通孔的多个第三传感器衬垫，所述多个第三传感器衬垫被布置在所述第二内边缘上；以及第四回路，包括通过多个第四迹线联接至多个第四通孔的多个第四传感器衬垫，所述多个第四传感器衬垫被布置在所述第二内边缘上。8.如权利要求7所述的射频传感器系统，其中所述第四外层电连接至所述第一外层。9.如权利要求8所述的射频传感器系统，其中所述多个第一传感器衬垫、所述多个第二传感器衬垫、多个第三传感器衬垫以及所述多个第四传感器衬垫串联地电连接。10.如权利要求8所述的射频传感器系统，其中所述多个第一传感器衬垫、所述多个...

【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼斯·M·布朗，戴维·J·库莫，雷蒙德·布鲁克斯，
申请(专利权)人：MKS仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：