CN111082192A - 微同轴传输线路、铜基微同轴结构及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种微同轴传输线路、铜基微同轴结构及制备方法，属于半导体技术领域，铜基微同轴结构包括矩形外导体、两个内导体段，以及阻抗匹配段；其中，矩形外导体设有容腔，且两端分别设有与容腔连通的微同轴接口；两个内导体段分别位于两个微同轴接口内部，且与微同轴接口的内壁隔绝；阻抗匹配段设于容腔内，中部与矩形外导体的内壁连接，两端分别与两个内导体段对接，用于传递微波信号以及将内导体段的热量传递至矩形外导体。本发明提供的一种微同轴传输线路、铜基微同轴结构及制备方法，能够提高微同轴内导体段的散热能力，避免因高温而导致内导体段坍塌失效的现象，提高微同轴结构及微同轴传输线路的耐功率能力。

Description

微同轴传输线路、铜基微同轴结构及制备方法

技术领域

本发明属于半导体技术领域，更具体地说，是涉及一种微同轴传输线路、铜基微同轴结构及制备方法。

背景技术

目前，在微同轴传输系统中，由于微同轴内导体段很细，具有较大的欧姆电阻，所以在通过大功率微波信号时，会因欧姆损耗在内导体上产生一定热量，微同轴内导体只在两端与外部器件键合或焊接连接，介质条材料为有机介质，其热导率较低，因此通过热传递进行散热的能力很差，主要通过效率很低的热辐射方式进行散热，从而导致内导体温度过高，甚至会超过支撑介质玻璃化温度，从而导致介质条融化，使内导体发生坍塌而失效。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微同轴传输线路、铜基微同轴结构及制备方法，旨在解决现有技术的微同轴结构散热能力差的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种铜基微同轴结构，包括矩形外导体、两个内导体段，以及阻抗匹配段；其中，矩形外导体设有容腔，且两端分别设有与容腔连通的微同轴接口；两个内导体段分别位于两个微同轴接口内部，且与微同轴接口的内壁隔绝；阻抗匹配段设于容腔内，中部与矩形外导体的内壁连接，两端分别与两个内导体段对接，用于传递微波信号以及将内导体段的热量传递至矩形外导体。

作为本申请另一实施例，微同轴接口内设有用于支撑内导体段的支撑体。

作为本申请另一实施例，阻抗匹配段包括：

第一阶层，设于矩形外导体的内部底壁，且位于两个微同轴接口的连线上；

第二阶层，连接于第一阶层的顶面，且第二阶层的两端分别与两个内导体段对接。

作为本申请另一实施例，第二阶层的厚度等于第一阶层的厚度，第二阶层的面积大于第一阶层的面积。

作为本申请另一实施例，矩形外导体为沿其自身中心线的轴对称结构；阻抗匹配段为以两个微同轴接口中心的连线的垂直平分线为中心线的轴对称结构。

作为本申请另一实施例，矩形外导体的对称轴上开设有多个槽口，且槽口与容腔连通。

作为本申请另一实施例，槽口位于矩形外导体的各个顶角位置，以及矩形外导体沿其长度方向的各个棱边的中点位置。

本发明提供的铜基微同轴结构的有益效果在于：与现有技术相比，本发明一种铜基微同轴结构，内导体段与矩形外导体通过阻抗匹配段连接，在内导体段与矩形外导体之间能够建立直接的热传递通道，使内导体段上因欧姆损耗产生的热量通过阻抗匹配段快速传递至矩形外导体上，再经矩形外导体传递至外部安装壳体上，从而提高内导体段的散热能力，避免内导体段因温度过高而导致坍塌失效的现象，提高微同轴的耐功率能力；

矩形外导体的两端均设有微同轴接口，能够在微同轴传输线路上插入一个或多个本发明提供的铜基微同轴结构，从而提高传输线路中微同轴内导体段的散热能力，进而提高耐功率能力。

本发明还提供了一种微同轴传输线路，包括微同轴线以及串接于微同轴线上的一个或多个上述铜基微同轴结构。

本发明提供的微同轴传输线路的有益效果与上述铜基微同轴结构的有益效果相同，在此不再赘述。

本发明还提供了一种用于获得上述铜基微同轴结构的制备方法，包括以下步骤：

在基片上通过微机械加工方式制备第一铜层作为矩形外导体的底壁；

在第一铜层的顶面通过微机械加工方式制备第二铜层；其中，第二铜层包括矩形外导体的侧壁图形以及阻抗匹配段下半部分的结构图形，图形区域以外保留光刻胶；

在第二铜层的顶面通过微机械加工方式制备第三铜层；其中，第三铜层包括矩形外导体的侧壁图形、两个内导体段的结构图形以及阻抗匹配段上半部分的结构图形，图形区域以外保留光刻胶；

在第三铜层的顶面通过微机械加工方式制备第四铜层；其中，第四铜层为矩形外导体的侧壁图形，图形区域以外保留光刻胶；

在第四铜层的顶面通过微机械加工方式制备第五铜层作为矩形外导体的顶壁，获得完整的铜基微同轴结构。

作为本申请另一实施例，在第二铜层的顶面通过微机械加工方式制备第三铜层之前，还包括：在第三铜层顶面的两端分别通过涂胶、光刻制作用于支撑内导体段的支撑体；

在获得完整的铜基微同轴结构之后，还包括：将光刻胶进行溶解释放，获得空气腔铜基微同轴结构。

本发明提供的铜基微同轴结构的制备方法的有益效果在于：通过本发明铜基微同轴结构制备方法获得的铜基微同轴结构，与上述铜基微同轴结构具有相同的有益效果，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的铜基微同轴结构的立体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的铜基微同轴结构的侧视及局部剖视结构示意图；

图3为沿图2中A-A线的剖视结构示意图；

图4为本发明实施例提供的铜基微同轴结构的加工工艺示意图；

图5为本发明实施例提供的微同轴传输线路的立体结构示意图；

图6为本发明实施例提供的铜基微同轴结构的制备方法的流程图一；

图7为本发明实施例提供的铜基微同轴结构的制备方法的流程图二。

图中：1、矩形外导体；10、容腔；11、微同轴接口；12、槽口；2、内导体段；3、阻抗匹配段；31、第一阶层；32、第二阶层；4、支撑体；5、微同轴线；101、第一铜层；102、第二铜层；103、第三铜层；104、第四铜层；105、第五铜层。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请一并参阅图1至图4，现对本发明提供的铜基微同轴结构进行说明。所述铜基微同轴结构，包括矩形外导体1、两个内导体段2，以及阻抗匹配段3；其中，矩形外导体1设有容腔10，且两端分别设有与容腔10连通的微同轴接口11；两个内导体段2分别位于两个微同轴接口11内部，且与微同轴接口11的内壁隔绝；阻抗匹配段3设于容腔10内，中部与矩形外导体1的内壁连接，两端分别与两个内导体段2对接，用于传递微波信号以及将内导体段2的热量传递至矩形外导体1。

本发明提供的铜基微同轴结构的加工方式：矩形外导体1以及设于矩形外导体1两端的微同轴接口11均通过MEMS制造工艺(Microfabrication Process，是下至纳米尺度，上至毫米尺度微结构加工工艺的通称，以光刻、外延、薄膜淀积、氧化、扩散、注入、溅射、蒸馏、刻蚀、划片和封装等为基本工艺步骤来制造复杂三维形体的微加工技术)加工成型，微同轴接口11与矩形外导体1的容腔10连通，内导体段2位于微同轴接口11内且两者之间相互隔绝，两个内导体段2通过与其对接的阻抗匹配段3与矩形外导体1进行连接，从而建立内导体段2的散热通道。

本发明提供的铜基微同轴结构的连接原理：应当说明，微同轴内导体段2为TEM模(transverse electromagnetic mode，横电磁波模式)截面场，矩形外导体1为TE10模(transverse electric mode，横电模)截面场，两者差异较大，难以匹配，因此采用阻抗匹配段3进行过渡，能够使微同轴内导体段2与矩形外导体1之间的阻抗实现匹配连接。

本发明提供的铜基微同轴结构，与现有技术相比，内导体段2与矩形外导体1通过阻抗匹配段3连接，在内导体段2与矩形外导体1之间能够建立直接的热传递通道，使内导体段2上因欧姆损耗产生的热量通过阻抗匹配段3快速传递至矩形外导体1上，在经矩形外导体1传递至外部安装壳体上，从而提高内导体段2的散热能力，避免内导体段2因温度过高而导致坍塌失效的现象，提高微同轴的耐功率能力；

两端均设有微同轴接口11，能够在微同轴传输线路上插入一个或多个本发明提供的铜基微同轴结构，从而提高传输线路中微同轴内导体段2的散热能力，进而提高传输线路的耐功率能力。

作为本发明提供的铜基微同轴结构的一种具体实施方式，请参阅图2及图3，微同轴接口11内设有用于支撑内导体段2的支撑体4。需要说明，微同轴接口11为空心结构，内导体段2位于微同轴接口11内部处于悬空状态，为避免内导体段2掉落或者因重力下垂而接触微同轴接口11的内壁，在微同轴接口11内设置支撑体4，使内导体段2搭接在支撑体4上方，从而确保内导体段2的连接位置可靠，提高微同轴结构的稳定性。

本实施例中，支撑体4为绝缘有机材料，确保内导体段2与微同轴接口11的内壁之间绝缘，使微同轴内导体段2的信号波在经过矩形外导体1的过程损耗小，保证信号传输质量。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图2及图3，阻抗匹配段3包括：第一阶层31以及第二阶层32；其中，第一阶层31设于矩形外导体1的内部底壁且位于两个微同轴接口11的连线上；第二阶层32连接于第一阶层31的顶面，且第二阶层32的两端分别与两个内导体段2对接。

阻抗匹配段3为两层渐变结构，内导体段2的阻抗低，矩形外导体1的阻抗高，通过阻抗匹配段3的过渡，使内导体段2与矩形外导体1之间阻抗特性能够平滑过渡，保证微波信号传输质量，应当理解的是，在阻抗匹配段3中，第一阶层31、第二阶层32可以是等宽度的，也可以是不等宽度的，只需保证内导体段2与矩形外导体1之间的连接结构能够与所需的阻抗值匹配，使内导体段2的TEM模截面场与矩形外导体1的TE10模截面场实现渐变匹配，实现微同轴内导体段2与矩形外导体1之间的互联，并通过阻抗匹配段3的热传递作用，提高内导体段2的散热能力。

在本实施例中，阻抗匹配段3所采用的材料为铜，铜的热导率高，既能够确保微波信号传输低损耗，又具有良好的热传导能力，使内导体段2的高温能够快速传递至矩形外导体1上，从而提高微同轴传输线路的耐功率能力。当然，阻抗匹配段3也能够是其他具有低损耗的微波信号传输能力及高效的热传导性能的材料。

在本实施例中，作为一种具体实施方式，第二阶层32的厚度等于第一阶层31的厚度，第二阶层32的面积大于第一阶层31的面积。第一阶层31与第二阶层32的厚度相同，方便通过微机械加工工艺进行逐层加工，加工一致性好。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图3，矩形外导体1为沿其自身中心线的轴对称结构；阻抗匹配段3为以两个微同轴接口11中心的连线的垂直平分线为中心线的轴对称结构。在微同轴传输系统中插入微同轴内导体段2-矩形外导体1-微同轴内导体段2的微同轴结构，对微同轴内导体段2的阻抗发热能够通过热传递进行有效散热，从而提高微同轴线路的功率容量，提高耐功率能力。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1，矩形外导体1的对称轴上开设有多个槽口12且槽口12与容腔10连通。在铜基微同轴结构通过MEMS加工工艺制作完成后，通过槽口12向矩形外导体1的容腔10内灌装溶解液，通过溶解液将MEMS加工过程中填充于容腔10内的光刻胶进行溶解，再由槽口12流出进行清除，从而使容腔10形成为空气腔，空气微同轴结构相比于具有介质(光刻胶)填充的微同轴结构，成品尺寸小，且功率损耗小。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1，槽口12位于矩形外导体1的各个顶角位置，以及矩形外导体1沿其长度方向的各个棱边的中点位置。槽口12的位置既方便对光刻胶进行溶解释放，又可以避免切断电流或破坏传输场模式，确保微波信号传输稳定。

本发明还提供了一种铜基微同轴传输线路。请参阅图5，所述铜基微同轴传输线路，包括微同轴线5以及串接于微同轴线5上的一个或多个上述铜基微同轴结构。

本发明提供的铜基微同轴传输线路，与现有技术相比，采用了一个或多个上述铜基微同轴结构，内导体段2与矩形外导体1通过阻抗匹配段3连接，在内导体段2与矩形外导体1之间能够建立直接的热传递通道，使内导体段2上因欧姆损耗产生的热量通过阻抗匹配段3快速传递至矩形外导体1上，在经矩形外导体1传递至外部安装壳体上，从而提高内导体段2的散热能力，避免内导体段2因温度过高而导致坍塌失效的现象，提高微同轴的耐功率能力；

两端均设有微同轴接口11，能够在微同轴传输线路上插入一个或多个本发明提供的铜基微同轴结构，从而提高传输线路中微同轴内导体段2的散热能力，进而提高微同轴传输线路的耐功率能力。

本发明还提供了一种铜基微同轴结构的制备方法。请参阅图4及图6，所述铜基微同轴结构的制备方法，包括以下步骤：

步骤S201，在基片上面通过微机械加工方式制备第一铜层101作为矩形外导体1的底壁；

步骤S202，在第一铜层101的顶面通过微机械加工方式制备第二铜层102；其中，第二铜层102包括矩形外导体1的侧壁图形以及阻抗匹配段3下半部分的结构图形，图形区域以外保留光刻胶；

步骤S203，在第二铜层102的顶面通过微机械加工方式制备第三铜层103；其中，第三铜层103包括矩形外导体1的侧壁图形、两个内导体段2的结构图形以及阻抗匹配段3上半部分的结构图形，图形区域以外保留光刻胶；

步骤S204，在第三铜层103的顶面通过微机械加工方式制备第四铜层104；其中，第四铜层104为矩形外导体1的侧壁图形，图形区域以外保留光刻胶；

步骤S205，在第四铜层104的顶面通过微机械加工方式制备第五铜层105作为矩形外导体1的顶壁，获得完整的铜基微同轴结构。

本发明提供的铜基微同轴结构的制备方法的说明：应当理解，本实施例采用五层铜层叠加制作而成，铜层的数量是根据所需的微同轴结构的高度而定的，因此，铜层还可以是除五层以外的其他层数。

本发明提供的铜基微同轴结构的制备方法，与现有技术相比，通过本发明铜基微同轴结构制备方法获得的铜基微同轴结构，内导体段2与矩形外导体1通过阻抗匹配段3连接，在内导体段2与矩形外导体1之间能够建立直接的热传递通道，使内导体段2上因欧姆损耗产生的热量通过阻抗匹配段3快速传递至矩形外导体1上，在经矩形外导体1传递至外部安装壳体上，从而提高内导体段2的散热能力，避免内导体段2因温度过高而导致坍塌失效的现象，提高微同轴的耐功率能力；

两端均设有微同轴接口11，能够在微同轴传输线路上插入一个或多个本发明提供的铜基微同轴结构，从而提高传输线路中微同轴内导体段2的散热能力，进而提高微同轴传输线路的耐功率能力。

作为本发明提供的铜基微同轴结构的制备方法的一种具体实施方式，请参阅图7，在第二铜层102的顶面通过微机械加工方式制备第三铜层103之前还包括：步骤S301，在第二铜层102顶面的两端分别通过涂胶、光刻制作用于支撑内导体段2的支撑体4；

在获得完整的铜基微同轴结构之后还包括：步骤S302，将光刻胶进行溶解释放，获得空气腔铜基微同轴结构。

通过加工制作支撑体4对内导体段2进行支撑，从而提高内导体段2的连接刚度，避免内导体段2因长时间悬空而发生下垂；在此应当理解的是，铜层的层数是根据微同轴结构的高度能够改变的，而支撑体4的位置也是能够随着微同轴结构的变化而调整的，支撑体4的位置以支撑体4支撑的内导体段2能够位于微同轴接口11的内部并与微同轴接口11的内壁隔绝为准。

空气腔的铜基微同轴相比于介质(光刻胶)填充的微同轴能够减小制作尺寸，降低传输损耗。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.铜基微同轴结构，其特征在于，包括：

矩形外导体，设有容腔，两端分别设有与所述容腔连通的微同轴接口；

两个内导体段，分别位于两个所述微同轴接口内部，且与所述微同轴接口的内壁隔绝；

阻抗匹配段，设于所述容腔内，中部与所述矩形外导体的内壁连接，两端分别与两个所述内导体段对接，用于传递微波信号以及将所述内导体段的热量传递至所述矩形外导体。

2.如权利要求1所述的铜基微同轴结构，其特征在于：所述微同轴接口内设有用于支撑所述内导体段的支撑体。

3.如权利要求1所述的铜基微同轴结构，其特征在于，所述阻抗匹配段包括：

第一阶层，设于所述矩形外导体的内部底壁，且位于两个所述微同轴接口的连线上；

第二阶层，连接于所述第一阶层的顶面，且所述第二阶层的两端分别与两个所述内导体段对接。

4.如权利要求3所述的铜基微同轴结构，其特征在于：所述第二阶层的厚度等于所述第一阶层的厚度，所述第二阶层的面积大于所述第一阶层的面积。

5.如权利要求1所述的铜基微同轴结构，其特征在于：所述矩形外导体为沿其自身中心线的轴对称结构；所述阻抗匹配段为以两个所述微同轴接口中心的连线的垂直平分线为中心线的轴对称结构。

6.如权利要求5所述的铜基微同轴结构，其特征在于：所述矩形外导体上设有多个槽口，且所述槽口与所述容腔连通。

7.如权利要求6所述的铜基微同轴结构，其特征在于：所述槽口位于所述矩形外导体的各个顶角位置，以及所述矩形外导体沿其长度方向的各个棱边的中点位置。

8.微同轴传输线路，其特征在于：包括微同轴线以及串接于所述微同轴线上的一个或多个如权利要求1-7任一项所述的铜基微同轴结构。

9.铜基微同轴结构的制备方法，用于获得如权利要求1-7任一项所述的铜基微同轴结构，其特征在于，包括以下步骤：

在基片上通过微机械加工方式制备第一铜层作为所述矩形外导体的底壁；

在所述第一铜层的顶面通过微机械加工方式制备第二铜层；其中，所述第二铜层包括所述矩形外导体的侧壁图形以及所述阻抗匹配段下半部分的结构图形，图形区域以外保留光刻胶；

在所述第二铜层的顶面通过微机械加工方式制备第三铜层；其中，所述第三铜层包括所述矩形外导体的侧壁图形、两个所述内导体段的结构图形以及所述阻抗匹配段上半部分的结构图形，图形区域以外保留光刻胶；

在所述第三铜层的顶面通过微机械加工方式制备第四铜层；其中，所述第四铜层为所述矩形外导体的侧壁图形，图形区域以外保留光刻胶；

在所述第四铜层的顶面通过微机械加工方式制备第五铜层作为所述矩形外导体的顶壁，获得完整的铜基微同轴结构。

10.如权利要求9所述的铜基微同轴结构的制备方法，其特征在于，在所述第二铜层的顶面通过微机械加工方式制备第三铜层之前，还包括：在所述第三铜层顶面的两端分别通过涂胶、光刻制作用于支撑所述内导体段的支撑体；

在获得完整的铜基微同轴结构之后，还包括：将所述光刻胶进行溶解释放，获得空气腔铜基微同轴结构。

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