[發明專利]一種毫米波及太赫茲單片電路過渡結構及其實現方法

在審

• 申請號: 202310136447.0
• 申請日: 2023-02-20
• 公開（公告）號: CN116130914A
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 于偉華;高港;武楠;陳綱;孫麗敏;許迪迪
• 申請（專利權）人: 北京理工大學;上海芯問科技有限公司
• 主分類號: H01P5/00
• 分類號: H01P5/00;H01P5/08;H01P1/16
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理有限公司 11360
• 代理人: 王巖

本發明公開了一種毫米波及太赫茲單片電路過渡結構及其實現方法。本發明的電磁帶隙結構包括多個相同的周期性二維排列的單元結構；每一個單元結構包括兩個相同的金屬銷釘和一個空氣銷釘，電磁帶隙結構使得電磁帶隙調節范圍更寬，金屬銷釘與空氣銷釘相結合的形式使金屬銷釘獲得更高的等效高度，降低電磁帶隙結構對銷釘高度的要求；并且二維調節探針具有二維調節的作用，提高電磁能量的轉換效率；本發明具有損耗小、頻帶寬的優點，封裝過渡性能優越；本發明不僅適用于110～170GHz頻段，還適用于其他毫米波波段及太赫茲波段，同時本發明不僅適用于BCB襯底單片電路，還適用于其他單片電路；并且節約加工成本，縮小整體尺寸。

技術領域

本發明涉及毫米波及太赫茲單片電路封裝技術，具體涉及一種毫米波及太赫茲單片電路過渡結構及其實現方法。

背景技術

毫米波頻率為30GHz～300GHz，波長范圍為1mm～10mm，具有豐富的頻譜資源；太赫茲頻率為100GHz～10THz，波長范圍為30μm～3mm，兼有微波與遠紅外波波譜的特點，具有波長短、頻帶寬、信息容量大、信噪比高的特點，在通信、雷達、制導、遙感技術、電子對抗、臨床醫學和射電天文等領域應用廣泛。隨著頻譜資源的日益緊張和通信速率的高速化發展需求，寬帶寬的毫米波及太赫茲應用前景也越發廣泛。

毫米波及太赫茲單片電路的輸入輸出結構一般為地-信號-地引腳結構，方便進行在片測試。地-信號-地引腳結構本質上相當于一段很短的共面波導，中間的主線也可以作為微帶線使用。單片單路封裝技術是實現片上電路與其他模塊化設備對接的關鍵技術?，F有的模塊化封裝過渡方案主要采用金絲鍵合或者倒裝芯片焊接的方式實現微波集成電路與微帶線、共面波導等的連接，然后由微帶探針連接單片電路至波導腔，實現單片電路-過渡結構-波導的信號轉換。

金絲鍵合高頻處損耗大，且寄生電容和寄生電感較大，會引入額外的損耗且會使單片電路與探針處的匹配變差，使單片電路的能量傳輸效率降低。此外，在傳統金絲鍵合互連封裝模塊中，金絲鍵合互連的微波特性是影響微波組件的微波性能的一個重要因素，其焊絲長度、拱高和跨距、焊點位置等參數均對微波傳輸有很大影響，而這些參數受加工影響很大，故加工的一致性低。

受器件與工藝水平等的制約，關于微波芯片倒裝焊互連形式的應用較少，基本還處于起步階段。倒裝芯片焊接有以下難點：1.芯片面朝下安裝互連對工藝操作帶來難度，且芯片接地容易出現問題，性能易受到影響；2.凸點不能直觀檢查，只能使用X光、激光超聲檢測法等，檢測復雜；3.芯片焊區上需要制作凸點，增加了互連芯片的制作工藝流程及成本；4.芯片倒裝后底部填充工藝復雜。

由于毫米波及太赫茲頻段波長短，毫米波及太赫茲單片電路尺寸也小，相較而言，金絲鍵合線或者倒裝焊凸點的尺寸較大，且在加工過程中受裝配影響較大，無法保證較高的一致性。

電磁波在平面傳輸線及波導中有不同的傳輸模式，因而需要設計性能良好的過渡結構，以保證電磁波在不同模式下轉化時的低損耗，同時需要較寬的頻帶及加工過程中較高的一致性。傳統的過渡方案主要有：波導-脊波導-微帶過渡、波導-微帶探針過渡等。這些過渡結構難以與單片電路的地-信號-地引腳互連。

此外，在封裝單片電路的腔體內，不可避免地存在由于加工裝配精度有限導致的功率泄露或者高次模諧振，這會使整個電路的性能在某些頻點嚴重惡化，影響工作頻帶；另外，腔體中存在的雜散輻射會影響單片電路工作的穩定性與可靠性。

發明內容

針對以上現有技術存在的問題，本發明提出了一種毫米波及太赫茲單片電路過渡結構及其實現方法。

單片電路包括基板、介質基片、單片電路功能區、輸入引腳和輸出引腳；其中，在基板上設置介質基片；在介質基片的上表面中心部位形成單片電路功能區；在介質基片上且位于單片電路功能區的兩端分別連接輸入引腳和輸出引腳，輸入引腳和輸出引腳分別作為單片電路的輸入端和輸出端。

本發明的一個目的在于提出一種毫米波及太赫茲單片電路過渡結構。