CN102201607A

CN102201607A - 基于ltcc技术的微带-带状线转换

Info

Publication number: CN102201607A
Application number: CN2010101320615A
Authority: CN
Inventors: 周建明; 费元春; 张剑; 李殷乔
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-03-25
Filing date: 2010-03-25
Publication date: 2011-09-28

Abstract

本发明涉及微电子领域，涵盖了LTCC技术、微带-带状线转换等技术。在LTCC的多层设计中，常常需要一种结构连接内部元件和表面元件，微带线常常用于LTCC表面信号的传输，而带状线则常用于内部信号的传输。由于微带线到带状线转换的不连续性，对电路中信号传输的性能有较大影响。本发明设计了一种类似于矩形同轴线的结构，能够很好的实现微带线与带状线的阻抗匹配，有效减小微波辐射和能量反射，优化电路的性能。本发明可广泛应用于基于LTCC层叠技术的电路中。

Description

基于LTCC技术的微带-带状线转换

一、技术领域

本发明涉及微电子技术领域，涵盖了LTCC技术、微带-带状线转换等技术，利用一种类似于矩形同轴线的变形结构实现LTCC层叠结构中表面微带传输线与层内带状线的转换。该技术可应用于基于LTCC技术的收发组件等领域。

二、背景技术

随着微波射频电路和微电子技术不断发展，电子系统日趋小型化、轻量化，各种电路工艺如薄膜技术，多层电路板技术，陶瓷技术受到越来越多的关注。日渐成熟的微波多芯片组件技术把芯片的微组装技术、混合集成电路的厚膜技术以及印制板技术中多层基板技术融为一体，大大减小了电路体积，提高了集成度和可靠性，全面提升了系统的整体性能。其中低温共烧陶瓷(LTCC)技术被认为是最适合于微波毫米波多芯片组件(MCM)而且最具前途的一种技术。它采用微波传输线(如微带线、带状线和共面波导)、逻辑控制线和电源线的混合信号设计，将它们组合在一个LTCC三维微波传输结构中，并且可将电阻、电容和电感等无源元件集成在LTCC多层微波电路基板中，进一步提高集成度和可靠性。LTCC技术，是将低温烧结陶瓷粉制成厚度精确而且致密的生瓷带，在生瓷带上利用激光打孔、微孔注浆、精密导体浆料印刷等工艺制出所需要的电路图形，并将多个无源元件埋入其中，然后叠压在一起，在900℃下烧结，制成三维电路网络的无源集成组件，也可制成内置无源元件的三维电路基板，在其表面可以贴装MMIC，制成无源/有源集成的功能模块。

在LTCC的多层设计中，常常需要一种结构连接内部元件和表面元件，微带线和共面波导一般用于表面传输线。在内部，由于带状线埋置于上下两地之间，能很好地屏蔽辐射，所以带状线是内部传输线的良好选择。传输微波信号的微带线和带状线之间通过垂直互联以提高电路密度和减小电路的体积。在LTCC三维互联结构中，由于每层传输线的特性不同，层与层之间如果采用通常的方式，即通过实心通孔连接，而一个通孔相当于一个电感，这势必将影响信号在层间传输的匹配性能。微带线与带状线之间的转换如果设计不当，将对电路中微波信号的传输产生严重的影响，例如微波辐射和能量反射等等，增加电路中的损耗。因此，在LTCC技术中，合理的设计微带线和带状线之间的转换，以实现阻抗的良好匹配，从而减小电路中的损耗，提高电路的匹配性能则显得十分重要。本发明中设计的一种基于LTCC技术的微带线到带状线的转换将有效减少信号传输的损耗，改善电路的匹配性能。

三、发明内容

本发明的目的在于实现一种基于LTCC技术的Ku波段微带-带状线的转换结构，这个结构便于加工，低成本，并且能够有效改善信号在多层之间传输的匹配性能，主要应用于基于LTCC层叠技术的多芯片组件中微带线与带状线之间的垂直转换。

本发明采用如下技术方案：

一种应用于基于LTCC层叠技术的多芯片组件中微带线与带状线之间的垂直转换，包括LTCC基板表层用于传输信号的微带线，层内用于传输信号的带状线和连接微带线与带状线的一种类似于矩形同轴线的变形结构。微波信号由表层通过这种类矩形同轴线的结构传输到内层的带状线，再由另一个这样的类矩形同轴线传输到表层的微带线。

这种类似于矩形同轴线的结构，包含了一个用于连接微带线和带状线的信号通孔和若干用于屏蔽的通孔。连接微带线和带状线的信号通孔相当于矩形同轴线的内导体，而由若干通孔围成的多边形则相当于矩形同轴线的外层屏蔽层，此结构不同于通常所采用的直接通孔连接的方式，其具有以下特点：

1.适用于基于LTCC层叠技术的多芯片组件。这种结构主要用于微波信号在LTCC多层之间的转换，以减小电路的体积，实现系统的小型化和轻量化；

2.实现微带线与带状线之间的阻抗匹配。一般微带线和带状线都设计成50欧姆的阻抗，连接他们之间的结构也必须设计成50欧姆。设计中可先计算出类矩形同轴线的参数，再进行适当的仿真优化就可很好的实现微带线与带状线之间的阻抗匹配；

3.有效改善电路匹配性能，减小微波信号在层间传输的微波辐射和能量反射等因素造成的损耗；

4.便于LTCC工艺的实现，这种转换结构简单易行，便于加工，成本低。

四、附图说明

下面参照附图详细地说明本发明，其中：

图1LTCC层分布示意图

图2类矩形同轴线的示意图

图3微带线-带状线转换的平面图

图4微带线-带状线转换的立体图

图5微带线-带状线转换的仿真与测试结果

五、具体实施方式

参照图1，在LTCC多层结构中，LTCC基板使用的生瓷为FerroA6M，一共有11层，每层厚为0.1mm，总厚1.2mm，介电常数＝5.9，基板的表面导带和通孔用金来实现，内层导带用银实现，背面地用钯银实现。在LTCC技术中，表层一般采用微带线传输微波信号，内层一般采用带状线传输微波信号。图1中，1为表层的微带传输线，2为内层的带状线，它们之间需要通过一种特定的结构3实现信号的转换，以改善微带线到带状线的不连续性。

参照图2，其中4是矩形同轴线的截面图，5是一种类似于矩形同轴线的截面图。5与4的不同之处在于，一，5的外导体不是实心的导体，而是由实心通孔围绕成的；二，5的外围通孔围成的也不是一个正方形，而是将四角的通孔向内移所组成的一个八边形。这正是本发明所采用的微带线到带状线转换的结构。由于LTCC技术中无法直接使用同轴线进行连接，而直接采用通孔的方式进行连接会使得损耗增加，因此可采用这种类似于矩形同轴线的结构实现微带到带状线的转换结构，减小电路的损耗。

参照图3，这是基于LTCC技术的微带到带状线转换模型的顶视图，其中6为微带线，7为带状线，8为微带-带状线转换的结构。首先根据阻抗匹配和工艺的要求，可由LTCC的基板厚度和介电常数等参数计算50欧姆微带线和带状线的宽度，再经过仿真优化确定合适的数值。接下来根据矩形同轴线的特性阻抗的公式计算50欧姆矩形同轴线的内导体直径与外导体边长的关系，通过仿真优化确定具体的数值。微带线和带状线的周围也打上通孔用于屏蔽作用，所用通孔之间的距离尽可能密集，这样能有效的减小电磁辐射。本设计为Ku波段16GHz的微带-带状线的转换结构，参照图三，其中类矩形同轴线的外导体边长D1＝1mm，内导体直径R＝0.15mm，微带线中心与周围通孔之间的距离为D2＝0.9mm，带状线中心与周围通孔的距离及通孔之间的距离为D3＝0.5mm。

参照图4，这是基于LTCC技术的微带到带状线转换模型的三维立体图。

参照图5，这是基于LTCC技术的微带到带状线转换模型得仿真和测试结果。其中S11表示的端口的反射系数，S21表示的端口的传输系数。考虑到测量中射频接头的阻抗匹配不理想以及LTCC加工上的公差等因素，测试结果总体上满足设计及应用的要求。使用这种类矩形同轴线的转换结构实现微带线到带状线的转换，能够减小电路中的损耗，优化电路的匹配性能。

Claims

1.一种基于LTCC技术的微带-带状线的转换，其特征在于，包括：

LTCC基板，表层采用微带线用于微波信号的传输，内层采用带状线用于微波信号的传输，微波信号由微带线的一端输入通过一种类似于矩形同轴线的结构实现微带线与带状线之间的转换，经带状线的传输再由这种类似于矩形同轴线的结构，传输到表层的带状线。周围使用通孔的方式加以屏蔽，并使通孔之间的距离尽可能小。

2.根据权利要求1所述的基于LTCC技术的微带-带状线的转换，其特征在于，LTCC基板使用的生瓷为FerroA6M，一共有11层，每层厚为0.1mm，总厚1.2mm，介电常数为5.9，基板的表面导带和通孔用金来实现，内层导带用银实现，背面地用钯银实现。

3.根据权利要求1所述的基于LTCC技术的微带-带状线的转换，其特征在于，一种类似于矩形同轴线的转换结构，其中心的通孔用于连接LTCC表层的微带线与内层的带状线，周围的通孔围成一个八边形。这种结构相当于一个同轴线，用于实现微带-带状线的垂直转换。

4.根据权利要求2所述的基于LTCC技术的微带-带状线的转换，其特征在于，这种类似于矩形同轴线的转换结构，通过公式计算出特性阻抗为50欧姆的矩形同轴线内导体的直径和外导体的边长值，并通过三维电磁场仿真确定最优值。