[發(fā)明專(zhuān)利]半空氣填充基片集成凹槽間隙波導(dǎo)及其微帶過(guò)渡轉(zhuǎn)換裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010540194.X
• 申請(qǐng)日: 2020-06-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111668582B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-04-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 施永榮;馮文杰;吳啟暉
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01P5/10
• 分類(lèi)號(hào): H01P5/10
• 代理公司: 南京鐘山專(zhuān)利代理有限公司 32252
• 代理人: 王磊

本發(fā)明公開(kāi)了一種半空氣填充基片集成凹槽間隙波導(dǎo)及其微帶過(guò)渡轉(zhuǎn)換裝置，所述基片集成凹槽間隙波導(dǎo)利用倒裝芯片技術(shù)將上下兩塊基板通過(guò)BGA焊料球倒裝而成，上下兩塊基板垂直疊加在一起，基板之間的空氣間隙層由焊料球支撐，空氣間隙層和下層基板內(nèi)的部分介質(zhì)構(gòu)成了該基板集成凹槽間隙基片集成凹槽間隙波導(dǎo)電磁波傳輸?shù)穆窂健Ｋ龌砂疾坶g隙波導(dǎo)的微帶過(guò)渡轉(zhuǎn)換裝置。所述過(guò)渡轉(zhuǎn)換裝置由T形枝節(jié)、阻抗匹配段、一對(duì)反射焊料球構(gòu)成。該發(fā)明的過(guò)渡轉(zhuǎn)換裝置能夠?qū)崿F(xiàn)所發(fā)明的新型半空氣填充基片集成凹槽間隙波導(dǎo)至微帶線的徑向過(guò)渡轉(zhuǎn)換。本發(fā)明具有剖面低、重量輕、體積小、易于集成等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電磁場(chǎng)與微波技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及半空氣填充基片集成凹槽間隙波導(dǎo)(BGA-GWG)及其微帶過(guò)渡轉(zhuǎn)換裝置。

背景技術(shù)

隨著無(wú)線通信技術(shù)的迅速發(fā)展與應(yīng)用，各種新型無(wú)線通信系統(tǒng)信息傳輸效率和質(zhì)量越來(lái)越高，結(jié)構(gòu)也越來(lái)越復(fù)雜。尤其在毫米波和太赫茲工作頻段，在各種微波系統(tǒng)中，信號(hào)的傳輸和無(wú)源、有源電路的實(shí)現(xiàn)都離不開(kāi)低損耗傳輸媒介。為了滿(mǎn)足低損耗、高集成系統(tǒng)的需求，2009年瑞典的P.-S.Kildal教授提出間隙基片集成凹槽間隙波導(dǎo)(Gap Waveguide,GWG)傳輸線技術(shù)。與傳統(tǒng)基片集成凹槽間隙波導(dǎo)對(duì)比，GWG具有在毫米波和太赫茲工作頻段應(yīng)用中低傳輸損耗的優(yōu)勢(shì)。此外，GWG具有垂直于傳播方向的非接觸式電磁屏蔽，因此其傳輸質(zhì)量對(duì)加工誤差不敏感，這對(duì)于毫米波和太赫茲工程應(yīng)用也十分重要。

間隙基片集成凹槽間隙波導(dǎo)分為三種類(lèi)型：脊間隙基片集成凹槽間隙波導(dǎo)(RidgeGWG)，凹槽間隙基片集成凹槽間隙波導(dǎo)(Groove GWG)和微帶間隙基片集成凹槽間隙波導(dǎo)。這三種GWG結(jié)構(gòu)可由全金屬構(gòu)成，也可由金屬與印刷電路板(Printed Circuit Borad,PCB)混合構(gòu)成。電磁波分別以準(zhǔn)橫電磁(Transverse Electromagnetic,TEM)模和準(zhǔn)(Transverse Electric,TE)模的形式在脊/微帶GWG和凹槽GWG中傳播。

典型的脊GWG設(shè)計(jì)中使用的是銷(xiāo)釘型周期單元。脊在非傳播方向上被周期性的銷(xiāo)釘包圍，通常是由機(jī)械加工制成。脊GWG也可以通過(guò)PCB或低溫共燒陶瓷(LTCC)基板集成。在這些基板集成的脊GWG中，采用了蘑菇型周期單元。在過(guò)去發(fā)表的一些研究中，LTCC或PCB基板由基于金屬基底的基板框架支撐，以保持氣隙層，實(shí)現(xiàn)低傳輸損耗特性。但是，很難在較大的尺寸上保持恒定的氣隙高度，甚至在任何較小的壓力或碰撞中導(dǎo)致性能下降或不穩(wěn)定。也有一些研究中提出了完整的基板集成脊GWG，它們?cè)诨鍝p耗更大的情況下仍顯示了自封裝的優(yōu)勢(shì)。

典型的凹槽GWG設(shè)計(jì)也主要使用的是銷(xiāo)釘型周期單元，銷(xiāo)釘陣列之間的凹槽是電磁波的傳播路徑。由于設(shè)計(jì)輕巧，通常使用3-D打印技術(shù)而不是機(jī)械加工來(lái)制造槽GWG。已有學(xué)者研究了微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)，以設(shè)計(jì)用于基片集成凹槽間隙波導(dǎo)和封裝的W波段槽GWG帶通濾波器。目前，與3-D打印技術(shù)相比，MEMS技術(shù)具有加工精度高、體積小的優(yōu)點(diǎn)。然而，槽GWG的設(shè)計(jì)尺寸受限于晶片尺寸，并且其研究成本相對(duì)較高。此外，MEMS槽GWG在制造過(guò)程中需要兩塊硅晶片作為邊界，這使得其難以與其他元件或基片集成。為了解決上述問(wèn)題，需要開(kāi)發(fā)新型的基片集成槽GWG解決方案。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種半空氣填充基片集成凹槽間隙波導(dǎo)及其微帶過(guò)渡轉(zhuǎn)換裝置，為傳統(tǒng)槽間隙基片集成凹槽間隙波導(dǎo)的一種基板集成解決方案，具有剖面低、重量輕、體積小、易于集成等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于嵌入式晶圓級(jí)封裝的前端收發(fā)機(jī)等有源芯片構(gòu)建全介質(zhì)集成的前端系統(tǒng)，應(yīng)用于對(duì)尺寸和重量有較高要求的小型無(wú)人機(jī)等平臺(tái)。

為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

半空氣填充基片集成凹槽間隙波導(dǎo)，包括T基板和B基板，所述T基板平行設(shè)于B基板的正上方；

所述T基板下表面設(shè)有第一金屬化層，第一金屬化層上覆蓋阻焊掩膜層，用于球柵陣列(Ball Grid Array，BGA)焊料球的植球；