CN104953218A - 侧面金属化的共面波导传输线 - Google Patents

Abstract

一种侧面金属化的共面波导传输线，采用侧面金属化的工艺来实现上表面地电极与下表面地电极的电连接，以达到更好的接地效果及电磁场屏蔽的效果，保证信号完整性。相比常规导通孔的结构，本发明提高了传输线的机械强度，同时地电极宽度设计不受导通孔限制，适用于多通道密集集成芯片的封装。

Description

侧面金属化的共面波导传输线

技术领域

本发明属于光电子/微电子器件领域，更具体说是一种高速光电子/微电子器件封装用的共面波导传输线。

背景技术

光电子或微电子芯片在封装进管壳的过程中，通常需要使用传输线或金丝，来实现芯片与管壳电接口的电连接。对于封装中较长距离的电连接，尤其在高频信号线路中，介质传输线相比金丝具有反射小、损耗低和可靠性高的优势。

目前常见的介质传输线采用地-信号-地(GSG)的共面波导结构，在10GHz甚至更高工作频率下，为了提高信号完整性，通常采用在地电极(G)上制备导通孔的方法，实现上表面地电极与下表面地电极的电连接。但是，工作频率越高，导通孔排列数量越多，对介质传输线的机械强度产生影响，降低加工成品率；另外导通孔大小受限于加工工艺，导致地电极的宽度不能小于导通孔的直径，从而限制了传输线整体宽度的小型化设计，不适于多通道密集集成芯片需要密集传输线的封装需求。

发明内容

为了解决以上问题，本发明的目的在于提供一种侧面金属化的共面波导传输线，采用侧面金属化的结构来实现上表面地电极与下表面地电极的电连接，以达到更好的接地效果及电磁场屏蔽的效果，保证信号完整性。相比常规导通孔的结构，本发明提高了传输线的机械强度，同时地电极宽度设计不受导通孔限制，适用于多通道密集集成芯片的封装。

本发明为实现上述目的的技术方案是：

本发明提供一种侧面金属化的共面波导传输线，所述传输线包括：

一介质基板；

一信号电极，该电极制作在介质基板的上表面正中央；

一地电极，该电极制作在介质基板的上表面的边缘、两个侧面和下表面，并连为一体；

其中介质基板所采用的是氮化铝或三氧化二铝或氧化铍或碳化硅材料，信号电极和地电极采用薄膜工艺制作，表面经过镀金工艺处理。

其中信号电极和地电极采用常规薄膜工艺制作，制备工艺过程大致分为介质基板预处理、金属化、电极图形化、电镀和划片等。介质基板预处理，包括对基板进行切割、抛光、清洗；金属化的方法为厚膜工艺金属化，用丝网印刷+高温烧成；或薄膜工艺金属化，采用磁控溅射或真空蒸发的方法；电极图形化，采用常规光刻工艺进行图形化，包括涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、刻蚀、检测等工序，根据电极设计的要求，生成尺寸精确的特征图形；电镀，将样品置于电镀液中，利用电解的原理对已被金属化的表面进行加厚。

实现侧面金属化的关键步骤是在介质基板预处理环节，只有保证需要侧面金属化的部分暴露在外，不需要金属化的部分用胶保护，这样在金属蒸发时暴露的部分就能被蒸发上金属，实现金属化。实际制备尤其批量生产情况下，通常采用2英寸以上介质基板进行多个样品图形的周期排列和同时加工，位于整体介质基板中间部分的单元图形只有上下表面暴露在外，预处理时可以在需要侧面金属化的部分利用砂轮刀或激光束对介质基板进行间断或周期性的划槽切割，使其侧面暴露出来，但要保持整体介质基板的完整性，便于整体介质基板进行后续工艺的实施。

本发明主要应用于光电子或微电子芯片的封装。在芯片封装进管壳的过程中，通常需要使用传输线或金丝，来实现芯片与管壳电接口的电连接。对于封装中较长距离的电连接，尤其在高频信号线路中，介质传输线相比金丝具有反射小、损耗低和可靠性高的优势。目前常见的介质传输线采用地-信号-地(GSG)的共面波导结构，在10GHz甚至更高工作频率下，为了提高信号完整性，通常采用在地电极(G)上制备导通孔的方法，实现上表面地电极与下表面地电极的电连接。但是，工作频率越高，导通孔排列数量越多，对介质传输线的机械强度产生影响，降低加工成品率，也影响使用可靠性；另外导通孔大小受限于加工工艺，导致地电极的宽度不能小于导通孔的直径，从而限制了传输线整体宽度的小型化设计，不适于多通道密集集成芯片需要密集传输线的封装需求。本发明较好地解决了这些问题，在光电子或微电子芯片的封装中具有广泛的应用前景。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明采用侧面金属化的结构来实现上表面地电极与下表面地电极的电连接，相比常规导通孔的结构，电连接的连续性更好，能实现更好的接地及电磁场屏蔽的效果，保证信号完整性，提高传输性能；同时地电极宽度设计不受导通孔限制，适用于多通道密集集成芯片的封装；此外相比导通孔的结构，本发明采用侧面金属化替代导通孔结构，提高了传输线的机械强度，具有更好的实用性。

附图说明

以下结合附图对本发明作进一步说明，其中：

图1是本发明侧面金属化的共面波导传输线的三视图；

图2是本发明侧面金属化的共面波导传输线的立体图；

图3是本发明侧面金属化的共面波导传输线在多通道密集集成芯片封装中的应用示意图；

附图标记说明：

1-介质基板，2-信号电极，3-地电极，4-多通道密集集成芯片，5-连接芯片通道电极与信号电极的金丝

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清晰明白，现结合附图1-3对本发明的侧面金属化的共面波导传输线的结构及其在光电子芯片及多通道密集集成芯片封装中的具体应用做进一步的详细说明。应理解，这些实施例只是为了举例说明本发明，而非以任何方式限制本发明的范围。

图1是本发明侧面金属化的共面波导传输线的三视图；

图2是本发明侧面金属化的共面波导传输线的立体图；

从这两图可以看出，本发明是在常规共面波导传输线基础上，利用特殊工艺将其侧面金属化，实现上表面地电极与下表面地电极的电连接。传输线介质基板材料和厚度的选择，信号电极和地电极的宽度、信号电极与地电极的间距、电极金属层的厚度都是决定传输线特征阻抗及其传输损耗的因素，需要根据实际应用场合适当选取，并可以采用AppCAD、HFSS等专用软件进行仿真设计。比如，在光电子封装领域，通常选择氮化铝介质基板，基板厚度0.25mm，上表面信号电极和地电极宽度均为0.2mm，信号电极和地电极间距0.1mm，电极金属层厚度约3-5μm，这种结构的传输线特征阻抗为50欧姆。

参见附图3，是本发明侧面金属化的共面波导传输线在多通道密集集成芯片封装中的应用示意图。其中多通道密集集成芯片4，每个通道需要独立加载高频调制信号，参照每个通道的间距，将本发明侧面金属化的共面波导传输线的宽度设计成等于或接近通道间距，并进行该传输线的密集排列。由于该传输线与芯片通道间距一致或接近，在连接芯片通道电极与信号电极的金丝5时，可以尽量降低金丝5的长度和由此引入的信号损耗。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种侧面金属化的共面波导传输线，包括

-介质基板；

-信号电极，该电极制作在介质基板的上表面正中央；

-地电极，该电极制作在介质基板的上表面的边缘、两个侧面和下表面，并连为一体；

其中介质基板所采用的是氮化铝或三氧化二铝或氧化铍或碳化硅材料，信号电极和地电极采用薄膜工艺制作，表面经过镀金工艺处理。

2.如权利要求1所述的侧面金属化的共面波导传输线的制备方法，包括以下步骤：

-介质基板预处理，包括对基板进行切割、抛光、清洗；

-金属化，金属化的方法为厚膜工艺金属化，用丝网印刷和高温烧成；或薄膜工艺金属化，采用磁控溅射或真空蒸发的方法；

-电极图形化，采用常规光刻工艺进行图形化，包括涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、刻蚀、检测等工序，根据电极设计的要求，生成尺寸精确的特征图形；

-电镀，将样品置于电镀液中，利用电解的原理对已被金属化的表面进行加厚。

3.如权利要求2所述的侧面金属化的共面波导传输线的制备方法，其特征在于：在介质基板预处理的切割工艺时，将需要金属化的侧面部分暴露在外，切割的方法，采用砂轮刀、线切割或激光束进行划槽切割。