一种超宽带高集成低损耗的过渡结构及其设计方法技术

本发明专利技术提供一种超宽带高集成低损耗的过渡结构及其设计方法，包括上层基板、过渡层、下层基板、共面波导、微带线、带状线、信号孔、接地孔；上层基板为材质LTCC的多层结构，过渡层结构为BGA类同轴结构，下层基板为TSM

【技术实现步骤摘要】
一种超宽带高集成低损耗的过渡结构及其设计方法


[0001]本专利技术涉及印刷电路
，具体涉及一种超宽带高集成低损 耗的过渡结构及其设计方法。

技术介绍

[0002]随着电子系统应用场景与领域的多样化，复杂的应用环境对其传 输性能要求愈发严苛。超宽带高集成的低损耗过渡设计方法是微系统 领域解决体积、重量、可靠性问题的重要途径，是突破当前电子系统 发展的关键方案。
[0003]传输线作为微系统重要组成部分，传输线过渡设计对微系统的性 能起着极为重要的作用。目前越来越多微系统凭借不同材料介质间的 组合，实现高性能、高集成的传输性能，因此对于不同材料介质间的 匹配以及过渡设计尤为重要。

技术实现思路

[0004]本专利技术是为了解决目前带宽宽、集成难度大以及传输损耗大的问 题，提供一种超宽带高集成低损耗的过渡结构及其设计方法，采用LTCC 以及TSM
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DS3两种高频介质材料，同时也满足多层印制电路板的加工 需求。不同种材料介质基板间采用BGA表贴器件焊接，射频信号通过 类同轴的方式进行互连，可有效改善信号的传输，同时也增强其可靠 性。设计高密度互连电路以及阻抗匹配电路实现高集成电路和低损耗 射频传输。
[0005]本专利技术提供一种超宽带高集成低损耗的过渡结构，包括从上到下 依次设置的上层基板、过渡层、下层基板，设置在上层基板上表面水 平过渡的共面波导、微带线，设置在下层基板内部的带状线，设置在 共面波导两侧的GND和设置在上层基板、过渡层中的信号孔、接地 孔；/>[0006]上层基板为材质LTCC的多层结构，过渡层结构为BGA，BGA 为类同轴结构，下层基板为PCB板，PCB板的介质材料为TSM
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DS3， 微带线的末端通过过渡层和信号孔与带状线的前端连接，带状线两侧 均设置接地孔，GND所在位置的上层基板和下层基板中设置接地孔， 信号孔和接地孔为通孔；
[0007]射频信号从共面波导水平过渡至微带线再通过过渡层以及信号孔 垂直传输至带状线。
[0008]本专利技术所述的一种超宽带高集成低损耗的过渡结构，作为优选方 式，微带线后端设置阻抗匹配。
[0009]本专利技术所述的一种超宽带高集成低损耗的过渡结构，作为优选方 式，BGA上部和下部均设置焊盘。
[0010]本专利技术所述的一种超宽带高集成低损耗的过渡结构，作为优选方 式，GND内侧设置倒角，GND为4层接地结构。
[0011]本专利技术所述的一种超宽带高集成低损耗的过渡结构，作为优选方 式，上层基板为3层LTCC介质。
[0012]本专利技术所述的一种超宽带高集成低损耗的过渡结构，作为优选方 式，下层基板为3层TSM
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DS3介质。
[0013]本专利技术所述的一种超宽带高集成低损耗的过渡结构，作为优选方 式，还包括焊接在下层基板背面的电阻电容器件；
[0014]上层基板包括LTCC壳体、设置在LTCC壳体内部的LTCC基板和微 系统结构，微系统结构包括若干个芯片。
[0015]本专利技术提供一种超宽带高集成低损耗的过渡结构设计方法，利用 LTCC陶瓷材料的高频、高速传输以及宽带的特性，以高电导金属作为 布线导体，BGA表贴器件焊接，通过类同轴的方式进行互连，设计一 种超宽带高集成低损耗的过渡结构射频信号。
[0016]本专利技术所述的一种超宽带高集成低损耗的过渡结构设计方法，作 为优选方式，上层基板使用LTCC陶瓷材料，下层基板使用TSM
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DS3， 使用BGA作为上层基板、下层基板之间的过渡层，将共面波导和微带 线设置在上层基板上层，带状线设置在下层基板中部，微带线和带状 线之间通过信号孔垂直互联。
[0017]本专利技术所述的一种超宽带高集成低损耗的过渡结构设计方法，作 为优选方式，共面波导两侧设置GND并且GND内侧设置倒角，微带 线前端进行阻抗匹配，微带线两侧和GND下侧设置接地孔。
[0018]本专利技术采用高密度电路设计，包含上下两种基板，上层基板介质 为LTCC(Low Temperature Co
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fired Ceramic，低温共烧陶瓷)，下 层基板介质为TSM
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DS3(泰康利公司的覆铜箔层压板)，上层基板中 实现了共面波导
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微带线的水平过渡，上下两种基板间通过BGA(BallGrid Array，球栅阵列)传输射频信号，通过BGA传输，实现了微带 线与下层基板中带状线的垂直过渡，通过仿真优化设计，解决了带宽 宽的难题，实现了不同材料介质间的低损耗过渡。
[0019]LTCC技术是一种成熟的多层玻璃陶瓷基板技术，介电常数为5.9， 具有出色的高频特性，LTCC的烧结温度低，因此可以使用熔点低、 电导率高的金属导体材料等；其次集成度高，烧结后单层厚度为0.1mm， 可以在LTCC基板内集成无源器件，纵向传输微波射频信号，提高集 成度。TSM
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DS3是泰康利公司的一种低玻璃纤维填充的聚四氯乙烯覆 铜箔层压板材料，介电常数为3，具有高热导率。传输线在不同材料 中的超宽带高集成低损耗的过渡设计是微系统领域的一个关键技术。
[0020]为了实现超宽带高频设计，采用LTCC与TSM
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DS3两种高频材料。 LTCC是电子元器件小型化、高频化、集成化以及低成本化的发展方 向，根据LTCC陶瓷材料的高频、高速传输以及宽带的特性，高电导 金属作为布线导体，有利于提高电路系统的品质因数。LTCC易于实 现多层互连，有利于小型化，同时可以内埋多种无源器件，提高集成 度。TSM
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DS3是一种覆铜箔层压板，具有良好的介质损耗，高热导率， 有约5％左右的玻璃纤维含量，高频特性好。采用LTCC与TSM
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DS3两 种介质可以实现高频超宽带射频传输。
[0021]为了实现高集成度设计，不仅采用LTCC，还具有高密度电路设 计，通过垂直过渡互连能够实现三维空间上的射频传输，充分利用纵 向结构，在保证可靠性的前提下，提高集成度。
[0022]为了实现低损耗的设计，采用阻抗匹配设计以及BGA类同轴传输。 阻抗匹配作用于传输线，目的是达到所有高频的微波信号均能传递至 负载，为了降低传输信号损耗，对
微带线的后端以及带状线的前端阻 抗匹配同时在不同材料之间采用BGA类同轴传输模式，能够高效传输 射频信号。
[0023]本专利技术具有以下优点：
[0024]微波毫米波电路设计中，超宽带、集成度以及传输性能等相互制 约，采用本设计中的低损耗过渡设计方法，是获得微系统性能优良的 有效途径。
[0025]1)本专利技术工作频率为DC～40GHz，通过阻抗匹配及优化电路设计， 最终得到回波损耗优于9dB，插入损耗优于0.85dB，信号在DC～40GHz 射频传输性能良好。
[0026]2)本专利技术使用高密度电路设计，包含共面波导
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微带线
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超宽带高集成低损耗的过渡结构，其特征在于：包括从上到下依次设置的上层基板(1)、过渡层(2)、下层基板(3)，设置在所述上层基板(1)上表面水平过渡的共面波导(4)、微带线(5)，设置在所述下层基板(3)内部的带状线(6)，设置在所述共面波导(4)两侧的GND(7)和设置在所述上层基板(1)、所述过渡层(2)中的信号孔(8)、接地孔(9)；所述上层基板(1)为材质LTCC的多层结构，所述过渡层(2)结构为BGA，所述BGA为类同轴结构，所述下层基板(3)为PCB板，所述PCB板的介质材料为TSM
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DS3，所述微带线(5)的末端通过所述过渡层(2)和所述信号孔(8)与所述带状线(6)的前端连接，所述带状线(6)两侧均设置所述接地孔(9)，所述GND(7)所在位置的上层基板(1)和所述下层基板(3)中设置所述接地孔(9)，所述信号孔(8)和所述接地孔(9)为通孔；射频信号从所述共面波导(4)水平过渡至所述微带线(5)再通过所述过渡层(2)以及所述信号孔(8)垂直传输至所述带状线(6)。2.根据权利要求1所述的一种超宽带高集成低损耗的过渡结构，其特征在于：所述微带线(5)后端设置阻抗匹配(10)。3.根据权利要求1所述的一种超宽带高集成低损耗的过渡结构，其特征在于：所述BGA上部和下部均设置焊盘(11)。4.根据权利要求1所述的一种超宽带高集成低损耗的过渡结构，其特征在于：所述GND(7)内侧设置倒角(12)，所述GND(7)为4层接地结构。5.根据权利要求1所述的一种超宽带高集成低损耗的过渡结构，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅显惠，刘德喜，祝大龙，
申请(专利权)人：航天长征火箭技术有限公司，
类型：发明
国别省市：