[發(fā)明專利]基片集成脊波導(dǎo)板間垂直互聯(lián)電路結(jié)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610015049.3
• 申請日: 2016-01-11
• 公開（公告）號: CN105680133B
• 公開（公告）日: 2018-08-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張凱;黃建
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電子科技集團(tuán)公司第十研究所
• 主分類號: H01P5/00
• 分類號: H01P5/00;H01P5/08
• 代理公司: 成飛(集團(tuán))公司專利中心 51121
• 代理人: 郭純武

本發(fā)明提出一種基片集成脊波導(dǎo)板間垂直互聯(lián)電路結(jié)構(gòu)，旨在提供一種小體積，易集成，具有良好互聯(lián)性能和長期可靠性的毫米波板間垂直互聯(lián)電路結(jié)構(gòu)。本發(fā)明通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：LTCC多層電路板(1)上，集成有垂直于基板表面的基片集成脊波導(dǎo)SIRW(3)，并在LTCC多層電路板(1)表面金屬地上對應(yīng)出口處蝕刻有基片集成脊波導(dǎo)開口；Z向金屬化填充孔(2)排列成金屬孔柵陣列，等效構(gòu)成波導(dǎo)壁和波導(dǎo)內(nèi)的單側(cè)脊，50歐姆帶狀線(8)兩側(cè)金屬屏蔽孔與探針約束腔(7)等間距排列；通過銷孔對位實(shí)現(xiàn)兩板間對側(cè)SIRW接口的對位壓接，并以此實(shí)現(xiàn)兩板間毫米波信號由50歐姆帶狀線—SIRW—SIRW—50歐姆帶狀線的垂直互聯(lián)過渡。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于Z向基片集成脊波導(dǎo)(Substrate-Integrated-Ridge-Waveguide,SIRW)的板間垂直互聯(lián)電路結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

隨著毫米波技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，對毫米波毫米波組件的小型化、多功能、高集成度提出了越來越高的要求。針對上述需求，通常有芯片級一次集成和多功能基板的二次集成兩種技術(shù)實(shí)現(xiàn)途徑，相應(yīng)集成架構(gòu)也逐漸由之前的二維平面集成向三維堆疊集成轉(zhuǎn)變。芯片級的一次集成可以借助TSV、Flipchip等半導(dǎo)體工藝技術(shù)在一個封裝內(nèi)完成多芯片的堆疊及高低頻信號互聯(lián)；而多功能基板的二次集成，則涉及到多板間三維堆疊及高低頻信號互聯(lián)，尤其是毫米波頻段的毫米波信號板間互聯(lián)，對實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的體積、集成度、可實(shí)現(xiàn)性、互聯(lián)性能等都有很高要求。

在毫米波組件中，高頻信號主要通過同軸線、波導(dǎo)(包含不同截面形狀、加脊、空氣或介質(zhì)填充等類型)、平面線(如微帶線、帶狀線、共面波導(dǎo))等傳輸線結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳輸。考慮到毫米波組件小型化、高密度集成的要求，組件內(nèi)通常采用易于與裸芯片集成的微帶線、共面波導(dǎo)等平面線形式作為信號傳輸結(jié)構(gòu)。而作為單導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)雖然可集成性不高，但毫米波頻段具有接口單一、傳輸插損小、功率容量大等優(yōu)點(diǎn)，在組件高頻信號傳輸互聯(lián)中仍在廣泛應(yīng)用。基片集成波導(dǎo)SIW的出現(xiàn)，是對傳統(tǒng)波導(dǎo)傳輸線可集成性的一次提升應(yīng)用，它是通過沿電路襯底垂直方向上嵌入兩列平行金屬化孔構(gòu)成波導(dǎo)的窄壁，而原有的上下導(dǎo)體面則視為矩形波導(dǎo)的寬壁，信號傳輸方向沿基板平面，由于利用介質(zhì)基板自身形成波導(dǎo)傳輸結(jié)構(gòu)，提高了與基板上電路元件的可集成性。

傳統(tǒng)的毫米波板間互聯(lián)通常先將便于與芯片集成的平面?zhèn)鬏斀Y(jié)構(gòu)從基板水平組裝面轉(zhuǎn)為垂直于基板水平面(即Z向)的毫米波接口，然后再通過面對面的兩個接口相連，實(shí)現(xiàn)兩板間的垂直互聯(lián)，如常見的微帶探針—空氣波導(dǎo)—空氣波導(dǎo)—微帶探針板間垂直互聯(lián)。但這種結(jié)構(gòu)存在的主要問題有：微帶探針實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)微帶過渡，需要額外的金屬波導(dǎo)短路面結(jié)構(gòu)件，增加了電路體積和重量；空氣波導(dǎo)體積過大，尤其在毫米波頻段不利于高密度集成的實(shí)現(xiàn)；整個過渡結(jié)構(gòu)包含不止一種電路元件，需要二次混合集成工藝實(shí)現(xiàn)。

微型毫米波連接器的快速發(fā)展也為毫米波板間互聯(lián)提供了解決途徑，體積越做越小的高頻連接器如SSMP、WMP可以實(shí)現(xiàn)毫米波電路的板間垂直互聯(lián)，但存在如下問題：利用微型連接器實(shí)現(xiàn)毫米波板間垂直互聯(lián)，實(shí)際需要兩個安裝在基板上的高頻接頭和雙陰(KK)連接器實(shí)現(xiàn)，這種方式雖然可實(shí)現(xiàn)盲插并具有一定的三維偏軸冗余性，但整體互聯(lián)結(jié)構(gòu)的體積相對于毫米波頻段高密度集成的要求來講仍然偏大；互聯(lián)結(jié)構(gòu)共需兩個高頻接頭和一個KK連接器，高頻接頭還需通過SMT工藝安裝于基板表面，集成度較差，安裝工藝復(fù)雜、大批量使用的成本較高。

近年來隨著工藝技術(shù)水平的發(fā)展，提出了在基板上植入BGA等效同軸傳輸結(jié)構(gòu)的方式來實(shí)現(xiàn)板間的高頻垂直互聯(lián)。但由于其開放式的布局導(dǎo)致毫米波頻段的傳輸和相互隔離效果不佳，兩板間的最終連接還需通過BGA球高溫熔融實(shí)現(xiàn)，增加了整個組件組裝的溫度梯度，容易帶來裸芯片的二次污染，并且基板熱應(yīng)力、焊點(diǎn)斷裂等會帶來一系列長期可靠性問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對上述互聯(lián)方式存在的不足之處，提出一種小體積，易集成，無需特殊裝配工藝，并具有良好互聯(lián)性能和長期可靠性的毫米波板間垂直互聯(lián)電路結(jié)構(gòu)。