一种基于堆叠结构的模块化大功率线性传输线自封装平台制造技术

本发明专利技术公开一种基于堆叠结构的模块化大功率线性传输线自封装平台，包括：通过物理层压连接所形成的至少一个单元传输线：该单元传输线包括通过物理层压连接在一起的功能介质层、位于两个功能介质层之间的金属走线层，用于封装传输线的封装介质层、位于两个封装介质层与对应的功能介质层之间的金属平面。本发明专利技术可有效避免大功率下的无源非线性问题，同时可实现的多层功能电路结构堆叠将有效提高电路的集成度。

A Modular High Power Linear Transmission Line Self-Packaging Platform Based on Stacked Structure

【技术实现步骤摘要】
一种基于堆叠结构的模块化大功率线性传输线自封装平台
本专利技术涉及微波电路器件
，特别是涉及一种基于堆叠结构的模块化大功率线性传输线自封装平台。
技术介绍
功率条件下无源非线性及其导致的无源互调(PassiveIntermodulation,PIM)干扰机理复杂且抑制难度大，是困扰现代大功率微波传输系统设计的关键疑难问题。微观接触非线性与氧化物是PIM研究对象中的核心内容，现有的线性传输线平台的设计加工都是如何克服上述两种非线性源，比如现有的反转铜工艺实现的低PIM介质板。现有的低PIM传输线成为面对商用用途唯一成熟的线性平面传输线平台。但现有的该种传输线仅限于几种特定型号，无法适用于种类繁多的大功率应用场景，同时该种平台仅限双层电路，无法实现面向高集成度微波系统设计的多层电路堆叠，这些因素都使得新一代大功率线性平面传输线的研发需求与日俱增。平面印刷电路的PIM源头是金属层与介质层的粘合工艺，该种工艺带来了界面氧化问题是非线性的主要来源。这些因素限制了印刷电路方法在大功率高线性度场合的应用。如何克服电路加工过程带来的界面氧化问题是实现线性传输线的核心，同时面对高集成微波设计要求，自封装工艺也成为当前微波电路器件设计中的热点。如何面向大功率微波应用，设计和实现线性大功率自封装传输线平台是学术前沿方向，实现的线性大功率传输线也将具备广阔的商业用途。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种基于堆叠结构的模块化大功率线性传输线自封装平台，可以有效解决大功率微波条件下的非线性失真和小型化自封装问题，为实现高性能微波电路器件提供一种小型化传输线平台。为实现本专利技术的目的所采用的技术方案是：一种基于堆叠结构的模块化大功率线性传输线自封装平台，包括：通过物理层压连接所形成的至少一个单元传输线：该单元传输线包括通过物理层压连接在一起的功能介质层、位于两个功能介质层之间的金属走线层，用于封装传输线的封装介质层、位于两个封装介质层与对应的功能介质层之间的金属平面。优选的，所述单元传输线通过介质螺钉、金属螺钉，或是介质螺钉与金属螺钉的结合固定的方法实现物理层压固定。优选的，所述介质螺钉直接用于金属处的直通紧固，金属螺钉在螺钉直通位置四周额外通过介质环方法隔离以避免金属接触。优选的，所述封装介质层借由两端设置的C型槽卡紧固定多层功能介质层和金属平面以实现对单元传输线的封装，所述封装介质层上具有介质凸槽以优化边缘C型槽加力所带来的整体结构翘曲，所述C型槽只与最上层和最下层的封装介质层接触，封装介质层上有凹型槽，C型槽上有对应配合的凸起槽。优选的，所述封装介质层及功能介质层的边缘加工有凸起，以对金属平面进行横向方向的限位。优选的，所述单元传输线边缘的电磁屏蔽使用过孔结构实现，该过孔结构只出现在功能介质上，且相邻功能介质层上的过孔结构互相错开排布以避免金属接触。优选的，所述的金属走线层的金属走线的上下方镂空形成介质空隙，以满足元件焊接需求。进一步，所述单元传输线横向扩展连接时，使用C型槽和工字型槽结合的物理层压方法，从而实现多单元传输线的横向级联。进一步，所述横向级联的多单元传输线电气互连可以通过工字型槽上的电气连接孔实现，通过该电气连接孔的信号频率包括低频电源信号与高频的微波信号。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术通过多层物理堆叠和非电接触式的紧固方法，有效避免金属接触的非线性问题，同时该种金属层和介质层的直接物理压合方式也避免了PCB加工过程中存在金属层与介质粘合接触工艺导致的非线性问题。本专利技术的该种结构实现方法可有效避免大功率下的无源非线性问题，同时该结构可实现的多层功能电路结构堆叠将有效提高电路的集成度。本专利技术可灵活实现金属走线层和功能介质层的分离，同时实现多层功能电路的组合。附图说明图1-2分别是本专利技术的传输线自封装平台的基本框架及局部图。图3-4分别是两种不同的螺钉层压紧固结构示意图。图5-6是边缘紧固条件下的上下介质板的抛物面压合接触结构及局部图。图7是多层电路的垂直金属过孔连接焊接结构示意图。图8是电路功能层示意图。图9是使用工字型槽的紧固结构示意图。图中：1.金属走线层，2.C型槽，3.金属平面，4.功能介质层，5.封装介质层，6.金属螺钉，7.介质螺钉，8.金属层空隙，9.介质凸槽，10.金属过孔，11.焊锡膏，12.金属过孔的外漏明孔，13.金属走线，14.工字型槽，15.工字型槽横向电气连接孔，16.介质空隙。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。面向大功率微波集成前端的高线性和高集成度需求，本专利技术提出基于多层物理机械压合方法实现的传输线自封装平台，该结构通过独立的金属走线层和功能介质层堆叠实现，配合金属过孔焊接实现多层电路之间的电气互连，最后使用螺钉结构或者紧固槽结构实现多层电路的堆叠互连。该种传输线使用物理压合方法克服了传统印刷电路工艺在大功率激励下的非线性问题，与此同时通过实现三维堆叠的多层功能电路的集成，额外的配合边缘压合槽设计，该传输线也可以实现横向扩展。下面结合附图进行详细说明如下。如图1-2中，本专利技术所提出的典型传输线自封装平台，其结构包括金属走线层1、C型槽2、功能介质层4、封装介质层5、金属平面3，其中金属走线层用于实现传输线及电路的基本电气功能，该走线的特性阻抗由金属走线、金属平面、功能介质层构成的三明治结构中功能介质层的介电常数和金属走线宽度决定。准确的阻抗计算可以参考带状线计算，最后考虑实际加工过程中由于空隙介质带来的等效介电常数来计算阻抗值。本专利技术中，金属走线层的金属走线与功能介质层的基板之间通过物理压合方式组合，整个不存在化学粘合方式同时不存在金属接触结构，尤其金属走线层及功能介质层都可单独替换，可实现模块式的传输线组合及损坏更换。本专利技术中，金属平面与功能介质层的紧固可通过一体化金属的C型槽在传输线边缘直接紧固多层功能介质层和金属平面，其中C型槽只与最上层和最下层的功能介质层接触，功能介质层上有对应的凹型槽，而C型槽上存在凸起的对应的金属槽以实现卡紧固定。本专利技术是通过使用线性的功能介质层4，比如PTFE；线性的金属平面3，比如铜箔，多层堆叠之后使用介质螺钉7或者金属螺钉6，将上述功能介质层和金属平面堆叠并紧固，实现基于物理压合的自封装多层电路或电路。其中，金属平面3可通过激光雕刻方法获得电特性传输线所需形状，功能介质层4对应于金属走线13位置加工凹槽，可用于固定金属走线。本专利技术中，金属走线层到功能介质层之间可通过两种螺钉结构或者其组合实现紧固，其中介质螺钉(铆钉)方法可直接用于金属处的直通紧固，而金属螺钉(铆钉)的紧固方法为避免金属接触需要螺钉直通位置四周额外通过介质环方法隔离。如图3-4所示实施例中，本专利技术提出的物理层压是通过介质螺钉7(铆钉)、金属螺钉6(铆钉)、介质螺钉7和金属螺钉6的结合实现，尤其还可在C型槽2对传输线边缘层压基础上进一步使用螺钉结构在局部进行加强压合。使用金属螺钉紧固场合，为避免金属接触带来的非线性问题，金属螺钉6通过的金属平面层部分需要预留环状的填充有空气的金属层空隙8，以实现隔离金属螺钉6与金属平面层3，从而避本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于堆叠结构的模块化大功率线性传输线自封装平台，其特征在于，包括通过物理层压紧固连接所形成的至少一个单元传输线：该单元传输线包括通过物理层压连接在一起的功能介质层、位于两个功能介质层之间的金属走线层，用于封装传输线的封装介质层、位于两个封装介质层与对应的功能介质层之间的金属平面。

【技术特征摘要】
1.基于堆叠结构的模块化大功率线性传输线自封装平台，其特征在于，包括通过物理层压紧固连接所形成的至少一个单元传输线：该单元传输线包括通过物理层压连接在一起的功能介质层、位于两个功能介质层之间的金属走线层，用于封装传输线的封装介质层、位于两个封装介质层与对应的功能介质层之间的金属平面。2.如权利要求1所述基于堆叠结构的模块化大功率线性传输线自封装平台，其特征在于，所述金属走线层到功能介质层通过介质螺钉、金属螺钉或是介质螺钉与金属螺钉的组合固定的方法实现紧固。3.如权利要求2所述基于堆叠结构的模块化大功率线性传输线自封装平台，其特征在于，所述介质螺钉直接用于金属处的直通紧固，金属螺钉在螺钉直通位置四周额外通过介质环方法隔离以避免金属接触。4.如权利要求1所述基于堆叠结构的模块化大功率线性传输线自封装平台，其特征在于，所述封装介质层借由两端设置的C型槽卡紧固定多层功能介质层和金属平面以实现对单元传输线的封装，所述封装介质层上具有介质凸槽以优化边缘C型槽加力所带来的整体结构翘曲，所述C型槽只与最上层和最下层的封装介质层接触，封装介质层上有凹型槽，C型槽上有对应配合的凸起槽。5.如权利要求1所述基于堆叠结构的模块化大功率线性传输线自封装平台，其特征在于，所述封装...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈雄，马凯学，傅海鹏，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12