CN111342176A - 非接触式射频层间传输结构 - Google Patents

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张先荣
朱勇
张睿
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Abstract

本发明公开的一种非接触式射频层间传输结构，旨在提供一种结构简单，具有滤波性能的传输结构，本发明通过下述技术方案实现：在上介质板和下介质板的金属层上方向相反的传输线的金属耦合盘，以及围绕所述耦合盘的隔离槽，位于金属传输线两边的下陷槽，线阵排列在上述隔离槽和下陷槽两边的上接地通孔，上、下介质板上表面的下陷槽和金属传输线射频区域构成了平面波导结构，上、下介质板之间的金属耦合盘通过介质填充不相互接触，形成一对耦合结构来实现射频信号在不同介质层间的相互耦合、射频信号滤波和射频信号的垂直传输。本发明解决了TSV射频垂直传输需要设置连接孔金属化的过程，以及对射频滤波还需要单独设置滤波器来完成的缺陷。

Description

非接触式射频层间传输结构
技术领域
本发明属于微波射频领域，涉及一种具有滤波性能的非接触式射频层间传输技术，具体地说，是涉及射频三维集成领域中一种不同层间通过耦合盘的相互电磁耦合，实现对射频信号层间射频传输的同时也起到滤波效果的非接触式射频垂直传输结构。
背景技术
为了减小现代射频电子设备的体积、功耗、重量等指标，各类射频设备正在从传统的二维平面布局向三维集成布局方向发展。在各类三维集成及微系统集成技术当中，射频信号进行不同层间的垂直传输都是一个不可或缺的关键技术。
现有的射频的垂直互联技术主要采用毛纽扣、硅通孔(Through Silicon Via,TSV)、类同轴等接触式物理结构形式。毛纽扣结构体积较大，而且在层间的安装需要通过上下两层对其压紧，以使其物理接触良好和电气性能的联通，这样的安装方式并不方便；硅通孔和类同轴结构都需要在主传输通孔四周再加上一圈金属化的通孔作为隔离和接地孔，使得加工成本较高过程复杂；这几种结构均是将不同层间的传输线通过物理结构的相互连接来实现射频信号在不同层间的垂直传输；并且只能实现射频信号的垂直传输单一功能而不兼具射频滤波的功能，实现滤波还需单独增加相应的滤波器来实现。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的不足之处，旨在提供一种在三维集成中易于集成设计和加工、结构简单，并且同时具有滤波性能的非接触式射频层间传输结构，实现优良的射频信号垂直传输的同时还可以减少整个系统中滤波器的使用，节约体积的同时也节约了成本，更方便系统的三维集成和微系统化。
本发明的上述目的可以通过以下措施来达到，一种非接触式射频层间传输结构，包括：制有非规则CPW结构的上介质板1、制有非规则CPW结构和带状线结构的下介质板10，覆盖在上介质板1和下介质板10上表面上的金属层，其特征在于，在上介质板1和下介质板10的金属层上方向相反的传输线3的金属耦合盘，以及围绕所述耦合盘的隔离槽，位于金属传输线两边的下陷槽，线阵排列在上述隔离槽和下陷槽两边的上接地通孔7，上、下介质板上表面的下陷槽和金属传输线射频区域构成了平面波导结构，上、下介质板之间的金属耦合盘通过介质填充不相互接触，形成一对耦合结构来实现射频信号在不同介质层间的相互耦合、射频信号滤波和射频信号的垂直传输。
本发明相比于现有技术具有如下的有益效果：
结构简单。本发明采用制有非规则CPW结构的上介质板1、制有非规则CPW结构和带状线结构的下介质板10，覆盖在上介质板1和下介质板10上表面上的金属层，利用在不同层间的介质基板上，设置一端带耦合盘的非规则共面波导Coplanar Waveguide，CPW射频传输线和一端带耦合盘的带状线相结合的结构，实现层间射频信号非接触式耦合垂直传输并同时具有滤波性能。结构简单、成本低，易于集成设计和加工，节约了体积和成本。
具有滤波性能。本发明利用在不同层间的介质基板上设置一端带耦合盘的非规则共面波导射频传输线和一端带耦合盘的带状线相结合的结构，提供了一种能够在三维集成或微系统集成中，同时具备滤波和射频垂直传输的射频垂直互联结构。通过不同层间耦合盘的相互电磁耦合，实现对射频信号层间传输的同时也实现射频滤波的非接触式射频垂直传输结构，直接实现层间射频信号非接触式耦合垂直传输，也形成了类似具有滤波性能的谐振器，并同时利用谐振器对射频信号进行滤波。在提高了电气性能的同时，还减少了以往接触式毛纽扣安装复杂，TSV射频垂直传输需要设置连接孔和对孔金属化的过程，以及对射频滤波还需要单独设置滤波器来完成的缺陷。
本发明可用于微波、毫米波等射频领域。
附图说明
图1是本发明一种具有滤波性能的非接触式射频层间传输结构示意图；
图2是图1的上层介质板的构造示意图；
图3是图1的下层介质板的构造示意图；
图4是图1的滤波性能S参数仿真图。
图中：1.上介质板，2.金属层，3.金属传输线，4.金属耦合盘，5.隔离槽，6.金属层，7.接地通孔，8直线槽，9.隔离结构，10.下介质板、11.金属传输线，12.金属传输线，13.金属耦合盘，14.隔离金属槽，15.金属接地通孔，16.金属层，17.金属地层。
具体实施方式
参阅图1-图3。在以下描述的优选实施例中，一种具有滤波性能的非接触式射频层间传输结构，包括：制有非规则CPW结构的上介质板1、制有非规则CPW结构和带状线结构的下介质板10，覆盖在上介质板1和下介质板10上表面上的金属层。在上介质板1和下介质板10的金属层上制有方向相反的带传输线3的金属耦合盘，以及围绕所述耦合盘的隔离槽，位于金属传输线两边的下陷槽，线阵排列在上述隔离槽和下陷槽两边的上接地通孔7，上、下介质板上表面的下陷槽和金属传输线射频区域构成了平面波导结构，上、下介质板之间的金属耦合盘通过介质填充不相互接触，形成一对耦合结构来实现射频信号在不同介质层间的相互耦合、射频信号滤波和射频信号垂直传输的结构。
介质基板可以采用Ferro A6M，介电常数为5.9，损耗正切为0.002，基板厚度0.07mm；也可采用其它基板材料，只是需要对传输线的宽度和耦合圆盘的大小做相应的调整。
参阅图2。上介质板包括覆盖在上介质板1的上表面金属印刷层2和设置在上介质板1底部平面上的底板金属层6，底板金属层6制有隔离结构9，金属印刷层2上一端相连上金属耦合盘4的金属传输线3两边的下陷槽为长方形体的直线槽8，直线槽8和金属传输线3构成了上介质板1的上表面的平面波导结构。不带上金属耦合盘4的一端金属传输线3作为射频信号的输入端，其端口阻抗为50Ω，也可根据对外连接端口的阻抗需要对阻抗值进行调节。
所述金属传输线3可以为长方体也可为其它立体形状的金属传输线；所述直线槽8可以为长方形体形，也可以为其它形状的直线槽。
在其金属传输线3非射频输入端连接的上金属耦合盘4，外设置有相应形状的上传输线隔离5，上传输线隔离5围绕金属耦合盘4连通直线槽8，形成隔离上金属耦合盘4的圆环相切的下陷槽。
上介质板1上设有并穿过金属印刷层2、上介质板1并连接金属层6的上接地通孔7。上接地通孔7内壁可电镀金属形成有金属壁的通孔，也可在上接地通孔7内部填充铜浆或其它具有导体形成实心金属柱。
所述上接地通孔7和可以成对称分布于金属传输线3的两边，也可以任意形式进行布局。
参阅图3。下介质板10包括：上表面的金属层16，金属层16上设置的一端连接下金属耦合盘13的台阶金属传输线12以及隔离台阶金属传输线12的台阶金属槽14和沿下金属耦合盘13中心直径线阵分布在纵向两边的下接地通孔15。
所述长方体台阶金属传输线12与矩形体金属传输线11共同构成一种具有阶梯过渡的传输线。所述矩形体金属传输线11可为长方体也可以为正方体或其它多边体结构。所述矩形体金属传输线11作为射频端口，其阻抗可以为50欧姆，也可以根据需要为其它阻值的阻抗。所述长方体台阶金属传输线12与上介质板1和下介质板10构成一种非标准的带状线结构。
所述下金属耦合盘13外设置有相应形状的下传输线隔离14。金属耦合盘13可以为圆盘也可以为其它多边形金属盘，金属盘的尺寸可大于也可小于长方体台阶金属传输线12的宽度。
所述下传输线隔离金属槽14由多个阶梯状的直线槽和圆弧形直线槽组合共同构成。下传输线隔离14的多个阶梯状直线槽可以是的长方形体直线槽也可以是其它形状直线槽与圆弧形直线槽或其它形状的直线槽组合共同构成。
所述设置的下接地通孔15孔内壁可电镀金属，形成有金属壁的通孔，也可在接地通孔15孔内壁填充铜浆或其它导体形成的实心金属柱。
所述下接地通孔15和可以成对称分布于台阶金属传输线12的两边，也可以任意形式进行布局。
所述上介质板1上的上金属耦合盘4和下介质板10上的下金属耦合盘13形成一对耦合结构来实现射频信号在不同介质层间的相互耦合、射频信号滤波和射频信号垂直传输结构。
所述上金属耦合盘4和下金属耦合盘13不相互接触，耦合盘的中心可以在一条轴线上，也可以不在一条轴线上，耦合盘之间有介质填充，耦合大小可通过单独或联合调节上介质板1的厚度、上金属耦合盘4和下金属耦合盘13的大小来进行调节，从而实现良好的射频传输。
上介质板1和下介质板10可以为相同的一种介质材料，也可以分别为不同的介质材料。
参阅图4。为使用该非接触式射频层间传输结构的S参数仿真曲线，由图4可以看出，该结构除表现出优良的射频垂直传输特性以外还表现出了良好的滤波性能。针对不同的基板材料、不同的频率，可以通过综合调整3、4、5、11、12、13、14的尺寸来获得好的射频效果。
以上所述为本发明较佳实施例，应该注意的是上述实施例对本发明进行说明，然而本发明并不局限于此，并且本领域技术人员在脱离所附权利要求的范围情况下可设计出替换实施例。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种非接触式射频层间传输结构，包括：制有非规则CPW结构的上介质板(1)、制有非规则CPW结构和带状线结构的下介质板(10)，覆盖在上介质板(1)和下介质板(10)上表面上的金属层，其特征在于，在上介质板(1)和下介质板(10)的金属层上方向相反的传输线(3)的金属耦合盘，以及围绕所述耦合盘的隔离槽，位于金属传输线两边的下陷槽，线阵排列在上述隔离槽和下陷槽两边的上接地通孔(7)，上、下介质板上表面的下陷槽和金属传输线射频区域构成了平面波导结构，上、下介质板之间的金属耦合盘通过介质填充不相互接触，形成一对耦合结构来实现射频信号在不同介质层间的相互耦合、射频信号滤波和射频信号的垂直传输。
2.如权利要求1所述的非接触式射频层间传输结构，其特征在于：上介质板包括覆盖在上介质板(1)的上表面金属印刷层(2)和设置在上介质板(1)底部平面上的底板金属层(6)，底板金属层(6)制有隔离结构(9)，金属印刷层(2)上一端相连上金属耦合盘(4)的金属传输线(3)两边的下陷槽，下陷槽为长方形体的直线槽(8)，直线槽(8)和金属传输线(3)构成了上介质板(1)的上表面的平面波导结构。
3.如权利要求1所述的非接触式射频层间传输结构，其特征在于：不带上金属耦合盘(4)的一端金属传输线(3)作为射频信号的输入端，其端口阻抗为50Ω。
4.如权利要求1所述的非接触式射频层间传输结构，其特征在于：在其金属传输线(3)非射频输入端连接的上金属耦合盘(4)，外设置有相应形状的上传输线隔离(5)，上传输线隔离(5)围绕金属耦合盘4连通直线槽(8)，形成隔离上金属耦合盘(4)的圆环相切的下陷槽。
5.如权利要求1所述的非接触式射频层间传输结构，其特征在于：上介质板(1)上设有并穿过金属印刷层(2)、上介质板(1)并连接金属层(6)的上接地通孔(7)。
6.如权利要求1所述的非接触式射频层间传输结构，其特征在于：下介质板(10)包括：上表面的金属层(16)，金属层(16)上设置的一端连接下金属耦合盘(13)的台阶金属传输线(12)以及隔离台阶金属传输线(12)的台阶金属槽(14)和沿下金属耦合盘(13)中心直径线阵分布在纵向两边的下接地通孔(15)。
7.如权利要求6所述的非接触式射频层间传输结构，其特征在于：台阶金属传输线(12)的长方体台阶与矩形体金属传输线(11)共同构成一种具有阶梯过渡的传输线，台阶金属传输线(12)与上介质板(1)和下介质板(10)构成一种非标准的带状线结构。
8.如权利要求6所述的非接触式射频层间传输结构，其特征在于：下金属耦合盘(13)外设置有相应形状的下传输线隔离(14)，并且金属耦合盘(13)为多边形金属盘。
9.如权利要求1所述的非接触式射频层间传输结构，其特征在于：上介质板(1)上的上金属耦合盘(4)和下介质板(10)上的下金属耦合盘(13)形成一对耦合结构来实现射频信号在不同介质层间的相互耦合、射频信号滤波和射频信号垂直传输结构。
10.如权利要求1所述的非接触式射频层间传输结构，其特征在于：上金属耦合盘(4)和下金属耦合盘(13)不相互接触，耦合盘之间有介质填充，耦合大小可通过单独或联合调节上介质板(1)的厚度、上金属耦合盘(4)和下金属耦合盘(13)的大小来进行调节来实现良好的射频传输。
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