CN112054274A - 一种新型高可靠性同轴微带水平互联结构 - Google Patents

一种新型高可靠性同轴微带水平互联结构 Download PDF

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Abstract

一种新型高可靠性同轴微带水平互联结构，属于电子技术领域。本发明包括绝缘子内芯、同轴绝缘子介质、渐变开口空气同轴、搭接带和平面微带电路；所述绝缘子内芯位于同轴绝缘子介质中心位置且其上表面切向与微带线表面齐平，没有高度落差，绝缘子内芯的端面正对微带线的端面，绝缘子内芯向平面微带电路突出的一端设置为渐变开口的空气同轴；所述渐变开口空气同轴为以绝缘子内芯为轴心、空气做为同轴介质以及进行部分切削形成渐变开口的空心圆柱同轴结构；所述搭接带一端连接设置空气同轴的绝缘子内芯上半圆表面，另一端连接平面微带电路，实现绝缘子内芯与平面微带电路的连接，同时实现了高可靠性连接、优良的电磁传输性能和高效率的生产装配工艺。

Description

一种新型高可靠性同轴微带水平互联结构
技术领域
本发明涉及一种新型高可靠性同轴微带水平互联结构，属于电子技术领域。
背景技术
在星载射频微波模块设计中时常遇到需要将微波信号从腔体外侧通过同轴绝缘子水平传输过渡到腔体内的微带电路的情况，此时同轴绝缘子内芯需要与腔体内微带线在水平方向互相连接，实现微波信号由同轴接头到微波模块内部平面电路的传输；
同轴微带水平连接设计通常采用软硬两种连接方法，硬连接方法即将同轴绝缘子内芯直接焊接到微带线上，这种方法的缺陷是存在机械应力，在微波模块产品冷热变化或振动时容易发生焊接断裂的问题，可靠性低，不能应用于航天产品中；同时由于超宽带的微带匹配过渡难以实现，射频性能欠佳；第二种为软连接方式，可靠性较高，包括：金带(或者铜带)直接搭焊：采用金带或铜带从绝缘子内芯上表面沿着传输方向搭接至微带线上；金带包焊：采用金带绕绝缘子内芯一圈包压焊接到微带线上；芯线绕搭焊：采用很细的芯线绕绝缘子内芯焊接后另一端再焊接到微带上；以上互联方法虽然提供了释放应力的手段，提高了连接处的可靠性，但因为绝缘子内芯和微带线存在落差，也大幅度降低了水平互联的微波射频性能。
此外，上述所有连接方式都带来了一个重要的装配问题，就是在垂直于微带电路的方向上，同轴绝缘子向内部伸出的内芯遮挡了微带电路，使得基板、绝缘子装配及焊接不能同时进行，大大阻碍了微波模块的自动化装配，不利于宇航微波模块产品的批量化生产。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种新型高可靠性同轴微带水平互联结构，采用斜向切削的渐变开口空气同轴结构，绝缘子内芯的端面正对微带线的端面，在开口位置上焊接金带或者铜带连接平面微带电路，利用渐变的思路将同轴线TEM模过渡到微带线的准TEM模，并且没有高度落差，从而在宽带范围内实现同轴结构到微带电路匹配过渡的同时，保证了同轴绝缘子向内部伸出的内芯不遮挡微带电路，并且能够通过金带或铜带进行软搭，同时实现了高可靠性连接、优良的电磁传输性能和高效率的生产装配工艺。
本发明的技术解决方案是：一种新型高可靠性同轴微带水平互联结构，包括绝缘子内芯、同轴绝缘子介质、渐变开口空气同轴、搭接带和平面微带电路；
所述绝缘子内芯位于同轴绝缘子介质中心位置且两端突出；绝缘子内芯向平面微带电路突出的一端设置渐变开口的空气同轴，所述渐变开口空气同轴为以绝缘子内芯为轴心、空气做为同轴介质以及进行部分切削形成渐变开口的空心圆柱同轴结构；
所述搭接带一端连接设置空气同轴的绝缘子内芯上暴露的上半圆表面，另一端连接平面微带电路，实现绝缘子内芯与平面微带电路的可靠连接。
进一步地，所述渐变开口空气同轴为进行斜向切削的空气同轴结构；切削面为空气同轴结构靠近同轴绝缘子介质一端的边缘至靠近平面微带电路一端的最宽处，使空气同轴结构上部形成渐变开口，完整的空气同轴结构渐变为上半部分缺失的半圆腔，缺失的半圆腔上半部分为开口，为压焊提供操作空间；渐变开口具体的位置为从空气同轴结构边缘处切削至同轴结构另一端中心位置。
进一步地，所述绝缘子内芯的上表面切向与微带线表面齐平，没有高度落差，绝缘子内芯的端面正对微带线的端面。
进一步地，所述搭接带为金带或铜带。
进一步地，所述同轴绝缘子介质为直径为D＝1.6mm的玻璃介质，绝缘子内芯的直径为d＝0.3mm，绝缘子内芯突出部分的表面长度为L2＝0.6mm，渐变开口空气同轴的直径为dd＝0.7mm，绝缘子内芯的上表面与微带线表面齐平，绝缘子内芯的端面距离平面微带电路的距离为delta＝0.1mm，所述平面微带电路为厚度为h＝0.38mm的陶瓷介质基板微带线。
进一步地，所述同轴绝缘子介质和平面微带电路特征阻抗为50欧姆。
进一步地，所述空气同轴结构的空气直径dd小于同轴绝缘子介质的直径D。
进一步地，所述绝缘子内芯的直径d小于平面微带电路基板厚度h。
进一步地，所述空气同轴结构的空气直径dd与绝缘子内芯直径d之和大于平面微带电路基板厚度h的两倍。
进一步地，所述绝缘子内芯朝向平面微带电路的一端突出同轴绝缘子介质端面长度L2大于0.4mm。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明通过采用斜向切削的渐变开口空气同轴结构，绝缘子内芯的端面正对微带线的端面，在开口位置上焊接金带或者铜带连接平面微带电路，在提供释放应力空间的同时，保证了绝缘子与平面微带电路没有高度落差，实现了同轴线TEM模到微带线准TEM模的渐变过渡，取得了在实现高可靠性的同时保证宽带范围内优良微波射频互联电性能的技术效果；
(2)本发明通过设置绝缘子内芯的上表面切向与微带线表面齐平，将绝缘子内芯的端面正对微带线的端面，保证了同轴绝缘子向内部伸出的内芯不遮挡微带电路，使得生产加工过程中不带来额外的装配步骤，不存在装配先后顺序、自动化贴装的限制，取得了最大程度上实现多芯片封装自动化生产的技术效果；
附图说明
图1为同轴线TEM模过渡到微带线的准TEM模的示意图；
图2为本发明所述新型高可靠性同轴微带水平互联设计的三维构成视图；
图3为本发明所述新型高可靠性同轴微带水平互联设计的水平构成视图；
其中，1：绝缘子内芯，2：同轴绝缘子介质，3：空气同轴，4：搭接带，5：平面微带电路；
图4为1.6mm介质直径的同轴绝缘子和厚度0.38mm的陶瓷介质(A493)基板微带线同轴微带互联设计图；
图5为新型高可靠性同轴微带水平互联的射频性能。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本申请技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
以下结合说明书附图对本申请实施例所提供的一种新型高可靠性同轴微带水平互联结构做进一步详细的说明，具体实现方式可以包括(如图1～3所示)：
在本申请实施例所提供的方案中，本发明包括同轴绝缘子、渐变开口空气同轴结构、搭接金带(或铜带)、平面微波介质基板；所述同轴绝缘子包括绝缘子内芯和同轴绝缘子介质；
在一种可能的实现方式中，所述绝缘子内芯位于同轴绝缘子介质中心位置且两端突出；绝缘子内芯向平面微带电路突出的一端设置渐变开口的空气同轴，所述渐变开口空气同轴为以绝缘子内芯为轴心、空气做为同轴介质以及进行部分切削形成渐变开口的空心圆柱同轴结构；所述搭接带一端连接设置空气同轴的绝缘子内芯上暴露的上半圆表面，另一端连接平面微带电路，实现绝缘子内芯与平面微带电路的可靠连接。
在一种可能的实现方式中，渐变开口空气同轴结构为：将空气同轴结构进行斜向切削，切削面为圆腔一端的边缘至另一端的最宽处，从而在圆腔上形成渐变的开口，使得完整的圆腔渐变为上半部分缺失的半圆腔，缺失的半圆腔上半部分为开口，从而为压焊提供操作空间；同时同轴的内芯(即为绝缘子内芯)上表面与微带线表面齐平，端面正对微带线端面，最后用金带或铜带将绝缘子内芯上半圆表面与微带线软搭接在一起；该结构加工简单，实现容易，如附图2、3所示。
进一步，在一种可能的实现方式中，同轴绝缘子朝基板一侧的内芯在高度方向上与微带基板不遮挡，这意味着在生产加工过程中不带来额外的装配步骤，不存在装配先后顺序、自动化贴装的限制，因此可以最大程度上实现多芯片封装的自动化生产；
可选的，所述绝缘子内芯的上表面切向与微带线表面齐平，没有高度落差，绝缘子内芯的端面正对微带线的端面。
可选的，所述搭接带为金带或铜带。
在本申请实施例所提供的方案中，以1.6mm介质直径的同轴绝缘子和厚度0.38mm的陶瓷介质(A493)基板微带线的过渡为例进行设计。
其拓扑结构已在上文中详细描述，其具体尺寸如图4所示：同轴绝缘子的玻璃介质直径D＝1.6mm，内芯直径d＝0.3mm，突出绝缘子表面长度L2＝0.6mm，空气同轴直径dd＝0.7mm，渐变开口位置从空气同轴边缘处切削至绝缘子中心位置，绝缘子内芯上表面与微带线表面齐平，即上表面与微带线落差约为0mm，绝缘子内芯端面距离厚度h＝0.38mm的陶瓷介质(A493)基板微带线距离delta＝0.1mm，该缝隙为预留的装配公差。
可选的，所述同轴绝缘子介质和平面微带电路特征阻抗为50欧姆。
进一步，在一种可能的实现方式中，所述空气同轴结构的空气直径dd小于同轴绝缘子介质的直径D。
可选的，所述绝缘子内芯的直径d小于平面微带电路基板厚度h。
进一步，所述空气同轴结构的空气直径dd与绝缘子内芯直径d之和大于平面微带电路基板厚度h的两倍。
在一种可能的实现方式中，所述绝缘子内芯朝向平面微带电路的一端突出同轴绝缘子介质端面长度L2大于0.4mm。
通过三维电磁仿真软件进行计算，利用反射损耗指标来对比传统三种软搭接设计的射频微波性能与本发明的射频微波性能；金带直接搭焊的反射损耗到5GHz时已经恶化至-12dB；芯线绕搭焊的发射损耗到5GHz时已经恶化至-8dB；性能较好的是金带包焊，其反射损耗在低于10GHz时小于-20dB，但是当频率增高到30GHz时，其反射损耗已经恶化到不足-10dB。采用本专利的设计，最终实现了在40GHz频率处端口反射损耗优于-21dB的好结果，其射频性能见图5所示。此外，由于该设计中绝缘子内芯与微带基板在高度方向上互不遮挡，因此不带来额外的装配步骤，解决了无法自动化装配的难题。
综上，本发明提出了一种基于渐变开口空气同轴过渡的新型同轴微带水平软连接设计；该设计采用渐变的思路将同轴线TEM模过渡到微带线的准TEM模，最终实现了在40GHz频率处端口反射损耗优于-20dB的好结果；该结构加工简单，实现容易，由于该设计中绝缘子内芯与微带基板在高度方向上互不遮挡，因此不带来额外的装配步骤，同时可以采用金带或铜带搭焊的软连接方式，在保证高性能的前提下也实现了高可靠性软连接。
本发明结构简单、设计灵活、性能优良，可以应用到各种需要的射频微波模块接口电路中。同时解决了在微波射频模块设计中时常遇到需要将微波信号从同轴接头转换到平面微带电路的高可靠性、高性能要求、高效率装配的要求，大大提升了微波模块类产品的竞争力。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种新型高可靠性同轴微带水平互联结构，其特征在于：包括绝缘子内芯、同轴绝缘子介质、渐变开口空气同轴、搭接带和平面微带电路；
所述绝缘子内芯位于同轴绝缘子介质中心位置且两端突出；绝缘子内芯向平面微带电路突出的一端设置渐变开口的空气同轴，所述渐变开口空气同轴为以绝缘子内芯为轴心、空气做为同轴介质以及进行部分切削形成渐变开口的空心圆柱同轴结构；
所述搭接带一端连接设置空气同轴的绝缘子内芯上暴露的上半圆表面，另一端连接平面微带电路，实现绝缘子内芯与平面微带电路的可靠连接。
2.根据权利要求1所述的一种新型高可靠性同轴微带水平互联结构，其特征在于：所述渐变开口空气同轴为进行斜向切削的空气同轴结构；切削面为空气同轴结构靠近同轴绝缘子介质一端的边缘至靠近平面微带电路一端的最宽处，使空气同轴结构上部形成渐变开口，完整的空气同轴结构渐变为上半部分缺失的半圆腔，缺失的半圆腔上半部分为开口，为压焊提供操作空间；渐变开口具体的位置为从空气同轴结构边缘处切削至同轴结构另一端中心位置。
3.根据权利要求1所述的一种新型高可靠性同轴微带水平互联结构，其特征在于：所述绝缘子内芯的上表面切向与微带线表面齐平，没有高度落差，绝缘子内芯的端面正对微带线的端面。
4.根据权利要求1所述的一种新型高可靠性同轴微带水平互联结构，其特征在于：所述搭接带为金带或铜带。
5.根据权利要求1所述的一种新型高可靠性同轴微带水平互联结构，其特征在于：所述同轴绝缘子介质为直径为D＝1.6mm的玻璃介质，绝缘子内芯的直径为d＝0.3mm，绝缘子内芯突出部分的表面长度为L2＝0.6mm，渐变开口空气同轴的直径为dd＝0.7mm，绝缘子内芯的上表面与微带线表面齐平，绝缘子内芯的端面距离平面微带电路的距离为delta＝0.1mm，所述平面微带电路为厚度为h＝0.38mm的陶瓷介质基板微带线。
6.根据权利要求1所述的一种新型高可靠性同轴微带水平互联结构，其特征在于：所述同轴绝缘子介质和平面微带电路特征阻抗为50欧姆。
7.根据权利要求2所述的一种新型高可靠性同轴微带水平互联结构，其特征在于：所述空气同轴结构的空气直径dd小于同轴绝缘子介质的直径D。
8.根据权利要求1所述的一种新型高可靠性同轴微带水平互联结构，其特征在于：所述绝缘子内芯的直径d小于平面微带电路基板厚度h。
9.根据权利要求2所述的一种新型高可靠性同轴微带水平互联结构，其特征在于：所述空气同轴结构的空气直径dd与绝缘子内芯直径d之和大于平面微带电路基板厚度h的两倍。
10.根据权利要求1所述的一种新型高可靠性同轴微带水平互联结构，其特征在于：所述绝缘子内芯朝向平面微带电路的一端突出同轴绝缘子介质端面长度L2大于0.4mm。
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