CN108684144A - 毫米波频段微带线电路的基体结构及其实现方法 - Google Patents

Abstract

毫米波频段微带线电路的基体结构及其实现方法，涉及印刷电路板制造以及毫米波电路实现技术领域，尤其涉及一种毫米波频段微带线电路的基体结构及其实现方法。包括由PCB板芯与半固化片交替叠加构成的具有多层电路层的PCB板体，PCB板体上设置有容置腔，所述的容置腔至少贯穿PCB板体的两层电路层；容置腔内设置有导电支撑体以及布设有毫米波电路的硬介质基片，所述的导电支撑体接地；其中，容置腔所贯穿的PCB板体的电路层形成开窗层，开窗层与容置腔相对应的接触面形成开窗墙，所述的开窗墙接地。本发明结合了PCB工艺和薄膜工艺各自的优点，使得PCB上可实现高精度和高指标的毫米波电路，拓宽了PCB板所应用器件的选择范围。

Description

毫米波频段微带线电路的基体结构及其实现方法

技术领域

本发明涉及印刷电路板制造以及毫米波电路实现技术领域，尤其涉及一种毫米波频段微带线电路的基体结构及其实现方法。

背景技术

多层印刷电路板(PCB)用作电子元器件电气连接的载体，在电子行业尤其是射频微波方面应用非常广泛，其不仅可以提供高密度的有源元器件的载体支撑，作为信号传输线的基质，还可通过特定导体图形的设计，制作具有一定功能的诸如滤波器、功分器、耦合器等无源元器件。

然而，传统PCB有三个缺点限制了其在毫米波频段的应用，一是其金属导体的加工最小线宽和缝隙有限，一般为3-4mil，加工精度也不满足毫米波电路的技术要求；二是传统的板材介电常数较小，可实现的无源电路尺寸较大，不满足电子设备小型化要求；三是毫米波频段的芯片为了降低分布参数的影响，通常采用裸芯片的方式，芯片与外部互联采用金丝键合的方式，而PCB板不能提供裸芯片粘贴或焊接的要求。

目前基于薄膜工艺的毫米波平面电路已经在通信、航天、仪器仪表中得到了非常广泛的应用。但薄膜工艺很难做介质叠层处理，并且需要依托金属腔体进行粘贴或焊接，还有尺寸限制(易碎不能做太大)和价格的制约，因此，在数字电路和频率较低的模拟电路应用中并不占优势，一般是将有源器件的偏置部分通过穿心电容或绝缘子从封闭腔体引出分离处理，采用腔体壳外加PCB电路控制的方式实现；薄膜工艺实现的电路容易被划伤，需要封闭腔体做保护，整体电路体积和重量较大，结构复杂，且不利于整体做电磁屏蔽。

发明内容

本发明针对现有技术中PCB板在毫米波频段电路应用上的局限性以及薄膜电路外部偏置整体复杂的技术问题，提出一种能够实现毫米波电路的高性能和方便集成的基体结构以及实现方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种毫米波频段微带线电路的基体结构，包括由PCB板芯与半固化片交替叠加构成的具有多层电路层的PCB板体，PCB板体上设置有容置腔，所述的容置腔至少贯穿PCB板体的两层电路层；容置腔内设置有导电支撑体以及设置在导电支撑体上的布设有毫米波电路的硬介质基片，所述的导电支撑体接地；其中，容置腔所贯穿的PCB板体的电路层形成开窗层，开窗层与容置腔相对应的接触面形成开窗墙，所述的开窗墙接地。

优选的是，在硬介质基片上布设的毫米波电路与PCB板体的顶层电路同处于一个平面上。

优选的是，所述导电支撑体为四方体结构的金属垫板，容置腔贯穿PCB板体的顶层PCB板芯以及与顶层PCB板芯相邻的半固化片布置，且PCB板体上用于互联PCB板体各电路层的接地过孔位于容置腔内，PCB板体的未开窗层与容置腔相对应的接触面形成开窗地，开窗墙与开窗地相连接。

优选的是，容置腔贯穿整个PCB板体布置，所述的导电支撑体为凸台结构的金属垫板，包括支撑部以及设置在支撑部上的凸起部，其中，凸起部与容置腔配合安装，支撑部与PCB板体的底部连接固定。

优选的是，在PCB板体外部还设置有金属屏蔽盒。

优选的是，上述硬介质基片采用高介电常数的基片，包括氧化铝陶瓷、石英、蓝宝石、氮化铝、氧化铍。

本发明还提供了一种毫米波频段微带线电路的基体结构的实现方法，包括以下步骤：

a)PCB板芯上电路图形制作；

b)PCB板芯和半固化片做开窗处理，加工出具有容置腔的多层PCB板体；

c)将导电支撑体、布设有毫米波电路的硬介质基片安装在容置腔内，其中硬介质基片安装在导电支撑体上。

优选的是，硬介质基片选用高介电常数的基片，在基片上以薄膜工艺制作毫米波电路。

优选的是，PCB板体的电路部分和硬介质基片上的毫米波电路键合互联，并做屏蔽盖保护。

优选的是，步骤b)中，贯穿顶层PCB板芯以及与顶层PCB板芯相邻的半固化片做部分开窗处理。

优选的是，步骤b)中，贯穿各层PCB板芯以及半固化片做全开窗处理。

优选的是，在容置腔内部安装时，布设有毫米波电路的硬介质基片通过导电胶粘贴至导电支撑体上，导电支撑体底部通过导电胶，粘贴至PCB板体顶部所开设的容置腔内并固化。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：本发明通过PCB板上镶嵌布设有毫米波电路的硬介质基片，结合了PCB工艺和薄膜工艺各自的优点，使得PCB上可实现高精度和高指标的毫米波电路，拓宽了PCB板所应用器件的选择范围，其具体优点如下：

1)使得普通微波板材上可做高性能的毫米波电路，高介电常数的硬介质基片使得高频电路体积更小；

2)相对纯粹的薄膜工艺，利用多层印制板的优点，低频部分电路结构紧凑，成本更低；

3)PCB工艺和薄膜工艺都是比较成熟的工艺，两者结合应用具有较好的可操作性和可制造性。

附图说明

图1为本发明一种实施例的结构示意图；

图2为本发明另一种实施例的结构示意图；

图3为本发明实施例1的实现流程图；

图4为本发明实施例2的实现流程图。

具体实施方式

以下，结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的描述。

本发明提供了一种毫米波频段微带线电路的基体结构，包括PCB板体1，PCB板体1由PCB板芯1-1和半固化片1-2交替叠加构成，形成了具有多层电路层的PCB板体1。本实施例中的PCB板体1至少包括两层PCB板芯1-1，即至少具有四层电路层。在PCB板体1上开设有容置腔2，容置腔2至少贯穿PCB板体1的两层电路层。本发明提供两种容置腔2的具体设置结构，同时由于容置腔2的结构不同，相应的导电支撑体4结构也不同。

在如图1所示的本发明的实施例1中，为一种容置腔2的设置结构，容置腔2贯穿PCB板体1的顶层PCB板芯1-1以及与顶层PCB板芯1-1相邻的半固化片1-2布置。对应地，导电支撑体4设置为四方体结构的金属垫板。具体地，导电支撑体4以及布设有毫米波电路的硬介质基片3设置在容置腔2内，导电支撑体4与导电支撑体4顶部的硬介质基片3之间，通过导电胶连接固定，且导电支撑体4接地。其中，容置腔2所贯穿的PCB板体1的电路层形成开窗层，开窗层与容置腔2相对应的接触面形成开窗墙2-2，且开窗墙2-2分别与PCB板体1顶部以及底部的地连接。在如图1所示的本发明的实施例1中，PCB板体1上用于互联PCB板体各电路层的接地过孔6，位于容置腔2内，PCB板体1的未开窗层与容置腔2相对应的接触面形成开窗地2-1，开窗地2-1外表面设有镀金层。连接后的导电支撑体4以及硬介质基片3，与PCB板体1上的容置腔2配合，并通过导电胶连接至开窗地2-1上。

在如图2所示的本发明的实施例2中，为容置腔2的另一种设置结构，容置腔2贯穿PCB板体1布置。对应地，导电支撑体4设置为凸台结构的金属垫板。包括上部的凸起部4-1以及与底部与凸起部4-1相连接的支撑部4-2，在具体实施过程中，凸起部4-1与支撑部4-2可以为活动连接，也可以为一体式结构。具体地，凸起部4-1与容置腔2配合安装；支撑部4-2通过螺栓7，与PCB板体1的底部连接固定。

此外，为了保证更好的接地效果，导电支撑体4的外表面也包覆有镀金层，且在开窗墙2-2的外表面上，还设有金属层。在本发明的上述的实施例1和实施例2中，开窗墙2-2与PCB板体1的顶部的顶层地5相连接。

薄膜工艺电路一般选择介电常数较高的材料作为硬介质基片3，最常用的信号传输线方式是微带线，微带线中波长计算公式为：

其中，公式中的λ₀代表信号在真空中传输的波长，ε_r代表微带线基片的相对介电常数，h代表基片的厚度，w代表导体的线宽。由公式可知采用相对介电常数高的硬介质基片3可有效减小电磁波的波长，从而缩小电路结构尺寸。而薄膜工艺很容易实现精细尺寸的加工和精度。在高介电常数的硬介质基片3上，通过薄膜工艺制作精细电路，然后将其嵌入PCB板体1上，可实现两者优势的有机结合。因此，本发明选用高介电常数的硬介质基片3，具体可以为氧化铝陶瓷、石英、蓝宝石、氮化铝、氧化铍等。

为了提高本发明整体结构的稳定性以及便于后期封装，在硬介质基片3上布设的毫米波电路与PCB板体1的顶层电路同处于一个平面上，同一平面的电路易于阻抗匹配，从而有效保证毫米波电路的电气性能。另外，在后期封装过程中，PCB板体1外部还设置有金属屏蔽盒。

如图3所示，本发明还提供了一种基于本发明实施例1的毫米波频段微带线电路的基体结构的实现方法，具体步骤包括：

各层PCB板芯1-1制作电路图行；

贯穿顶层PCB板芯1-1以及与顶层PCB板芯1-1相邻的半固化片1-2做部分开窗处理，具体地，对顶层PCB板芯1-1以及与顶层PCB板芯1-1相邻的半固化片1-2对应位置开槽，形成一贯穿顶层PCB板芯1-1以及与顶层PCB板芯1-1相邻的半固化片1-2的凹槽；

制作多层PCB板体1，具体地，部分开窗处理后的顶层PCB板芯1-1相邻的半固化片1-2以及交替放置的未开窗处理的其他层PCB板芯1-1、半固化片1-2，叠加后所形成的多层电路层，做压合、钻孔、塞孔、包边、丝印、阻焊等处理；

PCB贴片；

选用高介电常数的硬介质基片3，在硬介质基片3上以薄膜工艺制作微波毫米波电路；

加工四方体结构的导电支撑体4，并与PCB板体1顶部所开设的容置腔2配合安装，并通过导电胶，将导电支撑体4粘贴到PCB板体1顶部所开设的容置腔2内并固化；

将布设有微波毫米波电路的硬介质基片3，通过导电胶粘贴到导电支撑体4上，具体地，可根据电路设置，在导电支撑体4上粘贴需要加装的裸芯片；

PCB板体1的电路部分和硬介质基片3上的薄膜电路键合互联，并做屏蔽盖保护。

如图4所示，本发明还提供了一种基于本发明实施例2的毫米波频段微带线电路的基体结构的实现方法，具体步骤包括：

各层PCB板芯1-1制作电路图行；

贯穿各层PCB板芯1-1及相邻半固化片1-2做全开窗处理，具体地，各PCB板芯1-1、半固化片1-2对应位置开槽，形成一贯穿各PCB板芯1-1以及半固化片1-2的凹槽；

制作多层PCB板体1，具体地，全开窗处理后的PCB板芯1-1、半固化片1-2，交替叠加后所形成的多层电路层，做压合、钻孔、塞孔、包边、丝印、阻焊等处理；

PCB贴片；

选用高介电常数的硬介质基片3，在硬介质基片3上以薄膜工艺制作微波毫米波电路；

加工凸台式的导电支撑体4，导电支撑体4底部的支撑部4-2，通过螺栓7，固定连接在PCB板体1的底部，导电支撑体4上部的凸起部4-1与贯穿PCB板体1所开设的容置腔2配合安装；

将布设有微波毫米波电路的硬介质基片3，通过导电胶粘贴到导电支撑体4上，具体地，可根据电路设置，在导电支撑体4上粘贴需要加装的裸芯片；

PCB板体1的电路部分和硬介质基片3上的薄膜电路键合互联，并做屏蔽盖保护。

下面，通过本发明的一个具体实施例，对本发明做进一步的细致说明。

在一频谱接收板中，输入信号频率范围9kHz-30GHz，需要将信号分段进行开关滤波后混频处理，PCB板芯1-1采用RO4003C板材，其相对介电常数为3.38；对于20GHz以下的滤波器采用印刷到PCB表层的微带滤波器实现；对于20-30GHz的滤波器，因其尺寸更加精细，线宽和缝隙小于0.03mm，将20-30GHz的四个滤波器(20-22.5GHz、22.5-25GHz、25-27.5GHz、27.5-30GHz)采用薄膜工艺制作，硬介质基片3选用厚度为0.254mm的氧化铝陶瓷基片，相对介电常数为9.5-9.9，氧化铝陶瓷基片上实现的微带滤波器制作完成后，和导电支撑体4通过导电胶，粘贴到PCB板体1上预留的容置腔2中，再通过金带，互联陶瓷片上的滤波器和PCB板体1上的带线，局部做屏蔽盖保护，从而有效保证了频谱接收板在9kHz-30GHz整个频段内所有滤波器均满足差损和带外抑制指标。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种毫米波频段微带线电路的基体结构，包括由PCB板芯与半固化片交替叠加构成的具有多层电路层的PCB板体，其特征在于，PCB板体上设置有容置腔，所述的容置腔至少贯穿PCB板体的两层电路层；容置腔内设置有导电支撑体以及设置在导电支撑体上的布设有毫米波电路的硬介质基片，所述的导电支撑体接地；其中，容置腔所贯穿的PCB板体的电路层形成开窗层，开窗层与容置腔相对应的接触面形成开窗墙，所述的开窗墙接地。

2.根据权利要求1所述的毫米波频段微带线电路的基体结构，其特征还在于，在硬介质基片上布设的毫米波电路与PCB板体的顶层电路同处于一个平面上。

3.根据权利要求2所述的毫米波频段微带线电路的基体结构，其特征还在于，所述导电支撑体为金属垫板，容置腔贯穿PCB板体的顶层PCB板芯以及与顶层PCB板芯相邻的半固化片布置，且PCB板体上用于互联PCB板体各电路层的接地过孔位于容置腔内，PCB板体的未开窗层与容置腔相对应的接触面形成开窗地，开窗墙与开窗地相连接。

4.根据权利要求2所述的毫米波频段微带线电路的基体结构，其特征还在于，容置腔贯穿整个PCB板体布置，所述的导电支撑体为凸台结构的金属垫板，包括支撑部以及设置在支撑部上的凸起部，其中，凸起部与容置腔配合安装，支撑部与PCB板体的底部连接固定。

5.根据权利要求1所述的毫米波频段微带线电路的基体结构，其特征还在于，在PCB板体外部还设置有金属屏蔽盒。

6.根据权利要求1所述的毫米波频段微带线电路的基体结构，其特征还在于，上述硬介质基片采用高介电常数材料制作，包括氧化铝陶瓷、石英、蓝宝石、氮化铝、氧化铍。

7.根据权利要求1至6所述的毫米波频段微带线电路的基体结构的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

a)PCB板芯上电路图形制作；

b)PCB板芯和半固化片做开窗处理，加工出具有容置腔的多层PCB板体；

c)将导电支撑体、布设有毫米波电路的硬介质基片安装在容置腔内，其中硬介质基片安装在导电支撑体上。

8.根据权利要求7所述的毫米波频段微带线电路的基体结构的实现方法，其特征还在于，步骤b)中，只对顶层PCB板芯以及与顶层PCB板芯相邻的半固化片做部分开窗处理。

9.根据权利要求7所述的毫米波频段微带线电路的基体结构的实现方法，其特征还在于，步骤b)中，对各层PCB板芯以及与半固化片做全开窗处理。

10.根据权利要求8所述的毫米波频段微带线电路的基体结构的实现方法，其特征还在于，在容置腔内部安装时，布设有毫米波电路的硬介质基片通过导电胶粘贴至导电支撑体上，导电支撑体底部通过导电胶，粘贴至PCB板体顶部所开设的容置腔内并固化。