过渡装置、过渡结构和集成式封装结构制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种过渡装置(10)，该过渡装置包括第一传输线(2)，该第一传输线是包括耦合段(3)并且设置在介质基片层(11)上的平面传输线。该基片层(11)包括或设有周期性或准周期性结构(15)，例如布置在该基片层(11)中的EBG(电子带隙)结构或AMC(人工磁导体)表面，以便沿着该第一传输线(2)的至少一部分设置并部分地包围该耦合段(3)。该过渡装置进一步包括导电层(12)，该基片层(11)被布置在该导电层上并且该导电层适于充当接地平面，并且该周期性或准周期性结构(15)被布置在距该第一传输线和/或该耦合段(3)这样的距离处，使得EM能量、RF功率能够无接触地耦合在该第一传输线(2)与该周期性或准周期性结构(15)之间，该第一传输线(2)与该周期性或准周期性结构(15)之间的过渡是平面的且无接触的，没有任何电流接触。

Transition device, transition structure and integrated packaging structure

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】过渡装置、过渡结构和集成式封装结构
本专利技术涉及一种用于在平面传输线与波导之间提供至少一处过渡的过渡装置，该过渡装置具有权利要求1的第一部分的特征。本专利技术还涉及包括这种过渡的过渡结构，该过渡结构具有权利要求14的前序特征部分的特征。本专利技术还涉及一种包括电路装置和天线装置的集成式封装结构，该集成式封装结构具有权利要求29的第一部分的特征。
技术介绍
对于许多不同的应用，例如高数据速率通信链路和汽车雷达应用，毫米波和亚毫米波频带中高频的使用正受到越来越多的关注。由于更大频率带宽的可用性而能够使用这些频率区是有吸引力的。因此，许多不同的目的和应用需要传输线、电路与波导或天线之间的过渡或互连。然而，这种过渡或接口的提供，例如特别是对于天线以及无源和有源部件集成存在相关联的几个问题。良好的电气性能、机械可靠性和低成本以及紧凑性对于高频应用至关重要。在US8680936中，提出了一种用于微带或带状线与波导之间的垂直过渡的表面贴装过渡块。这种过渡装置的缺点是它不像几个应用所需要的那样紧凑，比如对于具有几个连接天线和Tx/Rx块的可控波束阵列天线来说。另外，该结构相对复杂，并且通过用于与金属平面连接的通孔而需要非常好的电气接触。US7486156披露了一种从侧面被馈电的微带波导过渡装置。而且，这种装置结构复杂，并且不像期望的那样紧凑。在Seo,K的“Planarmicrostrip-to-waveguidetransitioninmillimetre-waveband[毫米波波段中的平面微带-波导过渡]”，http://dx.doi.org/10.5772/54662,“AdvancementinMicrostripAntennaswithRecentApplications[最近引用中的微带天线的进步]”，章节：第11章，出版商：INTECH，编辑：AhmedKishk,第249-277页,2013-03-06中，讨论了波导与微带线之间的不同类型的过渡，比如具有背短路平面近距离耦合过渡的探针过渡、近距离耦合型过渡的宽带技术和窄壁连接微带-波导过渡。然而，所有这些过渡至于在结构简单性和紧凑性等方面还有很多需要满足，并且和提供传输线与波导之间的过渡相关联的几个问题仍有待解决，并且迄今为止，还没有提出完全令人满意的解决方案，并且迄今为止，所有提出的传输线与波导之间的过渡都存在限制其使用的缺点。进一步地，对于高频下波导与电路之间的过渡而言，分离的E面探针过渡用于提供波导与电路之间的接口。E面探针过渡将波导TE10模式转换为微带或共面模式，并且分离的过渡需要结合线或倒装芯片连接。使用分离的E面探针过渡进一步使任何封装过程复杂化，因为它们需要背短路和与过渡电路相对于例如电路(比如RFIC(射频集成电路)或MMIC(单片微波集成电路)的安装和准确对准相关联的另外的步骤。试图将波导过渡集成到用于可控波束阵列天线的电路(例如MMIC)上(其中许多天线元件需要连接到分离的RF链)通常还没有成功。主要原因是整个波导过渡的宽度远大于λ/2，而天线元件间距需要低于λ/2以避免高光栅波瓣。在A.U.Zaman,M.Alexanderson,T.VukusicandP.S.Kildal的“GapWaveguidePMCPackagingforImprovedIsolationofCircuitComponentsinHigh-FrequencyMicrowaveModules[用于高频微波模块中的改善的电路元件隔离的间隙波导PMC封装]”，电气电子工程师学会部件、封装和制造技术会刊(IEEETransactionsonComponents,PackagingandManufacturingTechnology),第4卷，第1期，第16-25页,2014年1月中，披露了间隙波导技术的使用是毫米波系统的有效封装技术，与常规封装技术相比其展现出较低的插入损耗。电路用引脚金属盖或钉床被封装，该引脚金属盖或钉床在宽频率范围内用作高阻抗表面或AMC(人工导磁)表面。所得到的PEC-PMC(理想电导体-理想磁导体)平行板波导以如下方式形成电磁波的截止，即抑制由于基片模式和空腔谐振引起的不利封装问题。
技术实现思路
因此，在本专利技术的最一般的方面，目的是提供一种最初提到的过渡装置，该过渡装置可以用于例如任何平面传输线(例如微带线、带状线或共面传输线)与第二传输线(例如波导)的互连，通过该过渡装置克服了上述问题中的一个或多个。特别地，本专利技术的目的是提供一种紧凑的过渡装置，最特别地是一种高频过渡装置。特别的目的是提供一种过渡装置，甚至更具体地是一种高频过渡装置，其结构简单、便宜且易于制造、特别适合大规模制造，并且易于组装。特别地，另一目的是提供一种具有良好电气性能且具有良好机械可靠性的过渡装置，最特别地是提供一种高频过渡装置。另一个特定目的是提供一种过渡装置，最特别地是提供一种高频过渡装置，该过渡装置是频率可扩展的，特别地可以用于从非常低的频率到非常高的频率的不同频率，或者用于高达亚毫米波的微波。又进一步地，特别的目的是提供一种高频过渡装置，该高频过渡装置可以用于高频(例如高于67GHz或相当高的频率)，而且也是合适于较低频率的过渡装置。因此，提供了最初提到的具有权利要求1的表征特征的过渡装置。还有一个目的是提供一种过渡结构，该过渡结构包括平面传输线与第二传输线之间的过渡，该第二传输线包括最初提到的波导，通过该过渡结构可以解决前述问题中的一个或多个，并且该过渡结构特别地紧凑且易于组装。因此，提供了最初提到的具有权利要求14的表征特征的过渡结构。本专利技术还有一个目的是提供一种集成式被封装结构或封装结构，该集成式被封装结构或封装结构包括具有权利要求29的第一部分的特征的天线，该天线具有如上所提到的一个或多个过渡装置或过渡结构，该集成式被封装结构或封装结构易于制造、紧凑并且允许以快速和容易的方式组装，并且特别是还可以被拆卸。本专利技术还有一个目的是提供一种被封装结构或封装结构，该被封装结构或封装结构包括一个或多个这样的过渡，该过渡插入损耗低、泄漏小或基本上无泄漏，并且在使用中是柔性的。进一步地，特定的目的是提供一种高度集成的结构，该结构包括一个或多个这样的过渡，该结构易于制造、安装或组装，并且可以广泛用于有源或无源部件和天线的互连。又一目的是提供一种被封装结构或封装结构，该被封装结构或封装结构包括天线与有源和/或无源元件之间的一个或多个这种过渡，该被封装结构或封装结构尽管带宽窄但效率高和性能高、增益高。特别地，目的是提供一种被封装结构或封装结构，该被封装结构或封装结构包括天线装置，该被封装结构或封装结构具有良好电气性能并且具有良好机械可靠性。还有一个特别的目的是提供一种高频集成式被封装结构或封装结构，该被封装结构或封装结构可以用于高频(例如67GHz以上或相当高的频率)，但也可以用于较低频率，而没有不期望的波导模式泄漏到布置在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种过渡装置(10；10A；10B；10C；10D；10E；10F)，该过渡装置包括第一传输线(2；2A；2B；2C；2D；2E；2F)，该第一传输线是包括耦合段(3；3A；3B；3C；3D；3E；3F)的平面传输线并设置在介质基片层(11；11A；11B；11C；11D；11E；11F)上，/n其特征在于，/n该基片层(11；11A；11B；11C；11D；11E；11F)包括或设有周期性或准周期性结构(15，...；15A..；15B..；...；15F)，例如EBG(电子带隙)结构或AMC(人工磁导体)表面，所述周期性或准周期性结构被布置在该基片层(11；11A；11B；11C；11D；11E；11F)中，以便沿着该第一传输线(2；2A；2B；2C；2D；2E；2F)的至少一部分设置并且部分地包围该耦合段(3；3A；3B；3C；3D；3E；3F)，该过渡装置进一步包括导电层(12；12A；12B；12C；12D；12E；12F)，该基片层(11；11A；11B；11C；11D；11E；11F)被布置在该导电层上并且该导电层适于充当接地平面，并且该周期性或准周期性结构(15，...；15A..；15B..；...；15F)是或包括元件，这些元件中的至少一些元件如此布置并且具有这样的形状和/或尺寸，并且位于距第一传输线(2；2A；2B；2C；2D；2E；2F)和/或该耦合段(3；3A；3B；3C；3D；3E；3F)这样的距离处，使得EM能量、RF功率能够耦合在该第一传输线(2；2A；2B；2C；2D；2E；2F)与该周期性或准周期性结构(15，...；15A..；15B..；...；15F)之间，该耦合段(3；3A；3B；3C；3D；3E；3F)与该周期性或准周期性结构(15，...；15A..；15B..；...；15F)之间的过渡是平面的且无接触的，没有任何电流接触。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种过渡装置(10；10A；10B；10C；10D；10E；10F)，该过渡装置包括第一传输线(2；2A；2B；2C；2D；2E；2F)，该第一传输线是包括耦合段(3；3A；3B；3C；3D；3E；3F)的平面传输线并设置在介质基片层(11；11A；11B；11C；11D；11E；11F)上，
其特征在于，
该基片层(11；11A；11B；11C；11D；11E；11F)包括或设有周期性或准周期性结构(15，...；15A..；15B..；...；15F)，例如EBG(电子带隙)结构或AMC(人工磁导体)表面，所述周期性或准周期性结构被布置在该基片层(11；11A；11B；11C；11D；11E；11F)中，以便沿着该第一传输线(2；2A；2B；2C；2D；2E；2F)的至少一部分设置并且部分地包围该耦合段(3；3A；3B；3C；3D；3E；3F)，该过渡装置进一步包括导电层(12；12A；12B；12C；12D；12E；12F)，该基片层(11；11A；11B；11C；11D；11E；11F)被布置在该导电层上并且该导电层适于充当接地平面，并且该周期性或准周期性结构(15，...；15A..；15B..；...；15F)是或包括元件，这些元件中的至少一些元件如此布置并且具有这样的形状和/或尺寸，并且位于距第一传输线(2；2A；2B；2C；2D；2E；2F)和/或该耦合段(3；3A；3B；3C；3D；3E；3F)这样的距离处，使得EM能量、RF功率能够耦合在该第一传输线(2；2A；2B；2C；2D；2E；2F)与该周期性或准周期性结构(15，...；15A..；15B..；...；15F)之间，该耦合段(3；3A；3B；3C；3D；3E；3F)与该周期性或准周期性结构(15，...；15A..；15B..；...；15F)之间的过渡是平面的且无接触的，没有任何电流接触。


2.根据权利要求1所述的过渡装置(10；10A；10B；…；10F)，
其特征在于，
该周期性或准周期性结构(15，...；15A..；15B..；...；15F)包括被蚀刻在该基片层(11；11A；11B；11C；11D；11E；11F)中的周期性或准周期性设置的元件。


3.根据权利要求1或2所述的过渡装置(10；10A；10B；……；10F)，
其特征在于，
该周期性或准周期性结构(15，...；15A..；15B..；...；15F)的这些元件包括蘑菇状物或类似物，这些蘑菇状物包括具有方形、矩形、圆形、椭圆形或任何其他合适的截面形状的薄平坦元件，这些薄平坦元件设置在该基片层(11；...；11F)的上部部分中，并且包括穿过该基片层(11；...；11F)到该导电层(12；...；12F)的通孔(16；...；16F)。


4.根据权利要求1、2或3所述的过渡装置(10；10A；10B；...；10F)，
其特征在于，
该EBG结构或该周期性或准周期性结构(15，...；15A..；15B..；...；15F)包括周期性或准周期性设置的元件，并且这些周期性或准周期性设置的元件被如此布置使得最靠近该耦合段(3A；...；3F)的元件在该耦合段靠近该第一传输线的位置的相反侧上在该第一传输线(2；2A；...；2F)的纵向方向上被设置在距该耦合段微小的距离处，所述距离可扩展地取决于工作频率下的波长，并且例如在30GHz下为大约0.05λ，即500μm，λ是工作频率。


5.根据权利要求3所述的过渡装置(10；10A；10B；...；10F)，
其特征在于，
该EBG结构或该周期性或准周期性结构(15，...；15A..；15B..；...；15F)的这些元件彼此距一定距离布置，或者具有周期性，该周期性优选地至少稍微超过该耦合段与该周期性或准周期性结构的最近元件之间的距离，并且这些元件、例如这些蘑菇状物的大小是可扩展的，并且例如在例如30GHz下为0.1-0.2λ、即1mm-2mm左右，并且这些元件、例如这些蘑菇状物或类似物之间的距离是可扩展的，例如在30GHz下为大约0.07λ，即700μm。


6.根据前述权利要求中任一项所述的过渡装置(10；10A；10B；...；10F)，
其特征在于，
形成该EBG结构的这些周期性或准周期性元件(15，...，15A..；...；15F)分别被布置成至少在其靠近该耦合段(3；3A；3B；...；3F)的区域中横向于该第一传输线(2；2A；...；2F)的范围延伸以及沿该第一传输线(2；2A；...；2F)的一部分在任一侧上纵向延伸的横向排和纵向排。


7.根据权利要求6所述的过渡装置(10；10A；10B；...；10F)，
其特征在于，
该过渡装置包括至少一个第一横向排，所述第一排包括最靠近该耦合段(3；3A；3B；...；3F)设置的元件。


8.根据权利要求7所述的过渡装置(10；10A；10C；...；10F)，
其特征在于，
该过渡装置包括基本上平行于所述第一排、进一步远离该耦合段(3；3A；3C；...；3F)布置的两个或更多个横向排，例如用于提高该过渡装置的性能。


9.根据权利要求8所述的过渡装置(10；10B；...；10F)，
其特征在于，
该过渡装置包括两个或更多个纵向排，这两个或更多个纵向排如此设置使得所述纵向排对称地设置在该第一传输线(2；2B；...；2F)的每一侧并平行于该第一传输线，例如用于过渡到具有窄孔的波导。


10.根据权利要求8或9所述的过渡装置(10A)，
其特征在于，
该过渡装置包括设置在该第一传输线(2A)的每一侧的两个或更多个纵向排，例如用于允许过渡到具有大孔的波导，例如矩形波导。


11.根据前述权利要求中任一项所述的过渡装置(10；10A；10B；...；10F)，
其特征在于，
该第一传输线(2；2A；2B；2C；2D；2E；2F)包括微带或共面波导。


12.根据前述权利要求中任一项所述的过渡装置(10；10A；10B；...；10F)，
其特征在于，
该耦合段(3；3A；3B；3C；3D；3E；3F)适于将来自该第一传输线(2；2A；2B；2C；2D；2E；2F)的EM场至少通过该周期性或准周期性结构的最近的元件耦合到第二传输线，并且形成该EBG结构的这些元件相对于彼此设置并且具有适于特定选择的频带的尺寸，从而阻挡所有其他模式。


13.根据前述权利要求中任一项所述的过渡装置(10；10A；10B；...；10F)，
其特征在于，
该过渡装置包括高频过渡装置。


14.一种过渡结构(100；101；102；103)，该过渡结构用于在第一传输线(2；2D；2E；2F)与第二传输线(21；21D；21E；21F)之间提供过渡，该第一传输线是具有设置在介质基片层(11；11D；11E；11F)上的耦合段(3；3D；3E；3F)的平面传输线，该第二传输线包括波导，
其特征在于，
该基片层(11；11D；11E；11F)包括或设有沿该第一传输线(2；2D；2E；2F)的至少一部分设置、并且部分地围绕该耦合段(3；3D；3E；3F)并且设置在适于充当接地平面的导电层(12；12D；12E；12F)上的周期性或准周期性结构，例如EBG(电子带隙)结构或者AMC(人工磁导体)结构，并且该周期性或准周期性结构被如此布置和定位在距该耦合段(3；3D；3E；3F)这样的距离处，使得EM能量、EF功率能够耦合在该第一传输线(2；2D；2E；2F)与该周期性或准周期性结构之间，并形成平面过渡装置(10；10D；10E；10F)，其中，该耦合段(3；3D；3E；3F)与该周期性或准周期性结构之间的过渡是无接触的，没有任何电流接触，该基片层(11；11D；11E；11F)适于相对于该平面过渡装置(10；10D；10E；10F)垂直地并与其相距微小的距离地接收该第二传输线(21；21D；21E；21F)，所述距离包括小于λ/4的间隙，λ是该过渡结构的工作频率，从而允许EM能量、RF功率经由该耦合段(3；3D；3E；3F)和该平面过渡装置(10；10D；10E；10F)的周期性或准周期性结构耦合在该第一传输线(10；10D；10E；10F)与该第二传输线(21；21D；21E；21F)之间。


15.根据权利要求14所述的过渡结构(100；101；102；103)，
其特征在于，
该周期性或准周期性结构(15，...；15A..；15B..；...；15F)包括被蚀刻在该基片层(11；11D；11E；11F)中的周期性或准周期性设置的元件。


16.根据权利要求14-15中任一项所述的过渡结构(100；101；102；103)，
其特征在于，
该周期性或准周期性结构(15，...；15A..；15B..；...；15F)包括蘑菇状物或类似物，这些蘑菇状物包括薄平坦的正方形、矩形、圆形、椭圆形元件或任何其他合适的形状的元件，这些元件设置在该基片层(11；...)的上部部分中，并且该过渡结构包括穿过该基片层到该导电层(12；......

【专利技术属性】
技术研发人员：阿巴斯·沃松，
申请(专利权)人：加普韦夫斯公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE