CN112713376A - 一种毫米波基片集成波导结构及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种毫米波基片集成波导结构的制备方法，包括将含有线路图形的薄芯基材通过半固化片粘接压合以形成子层；接着将上层金属介质层、第一半固化片、子层、第二半固化片和下层金属介质层由上向下依次层叠进行压合，制得双层覆铜板；最后在双层覆铜板上与子层线路图形对应的位置进行钻孔，然后对所钻孔进行孔金属化处理以及对双层覆铜板的板面进行波导表面图形制作，制得毫米波基片集成波导结构。本发明通过薄芯子层结构的集成，实现了侧面垂直金属化孔之间的连接以及波导的水平极化，提高了信号传输的效率。而且本发明栅格结构提高了波导信号在结构范围内的封闭性，有效降低了信号的损耗，有利于更高频段信号的低损耗传输。

Description

一种毫米波基片集成波导结构及其制备方法

技术领域

本发明涉及集成电路制造技术领域，具体涉及的是一种毫米波基片集成波导结构及其制备方法。

背景技术

近年来，随着通信技术的飞速发展，微波和毫米波通信器件和系统的开发研究引起了越来越多的关注。波导作为一种低损耗的高频信号传输模式，在高频段，特别是毫米波段正在逐渐被重视。在印制电路板上直接集成波导被称为基片集成波导，是波导实现小型化、高集成化发展的主要方向。通过对波导结构的设计，可以实现对不同频率信号的选择，并且具备高Q值、高集成度、高选择性、低损耗、低成本等特点。

基片集成波导（Substrate integrated waveguide，简称SIW）是一种新的微波传输线形式，其主要是在介质基片上用相邻很近的金属化通孔形成电壁，与上下金属面一起构成类似普通波导的结构。其通过集成不同图形结构，可以在印制电路板上制作成带通滤波器、阵列天线等器件。

基片集成波导是通过侧面金属化孔阵列和表面铜面形成的一个相对封闭结构。但是，由于侧面是通过通孔阵列构成，通孔与通孔之间存在间隙，因而在传输过程中仍有诸多设计的限制。而且垂直的通孔结构阻断了垂直于金属通孔的纵向电流，不能产生水平极化电磁波，因此，在基片集成波导结构中只产生H面（磁场平行）波导，没有E面（电场平行）波导。而在实际应用过程中，E面波导技术因为水平极化的作用，相比于H面波导技术，其电路的损耗更低，信号的选择性更好，更适合应用在在微波毫米波中。

有鉴于此，有必要提供一种毫米波基片集成波导结构及其制备方法以解决现有技术的缺陷。

发明内容

为解决现有基片集成波导中侧面垂直金属化孔分离结构造成了无法实现E面波导传输，结构封闭性不足等造成的高频信号传输损耗等问题，本发明提供了一种毫米波基片集成波导结构，其通过薄芯子层结构的集成，实现了波导的水平极化，提高了信号传输的效率。

本发明毫米波基片集成波导结构，由上向下依次包括：上层金属介质层、第一半固化片、子层、第二半固化片和下层金属介质层，且所述上层金属介质层上开设有贯穿至所述下层金属介质层的金属通孔。

优选地，所述子层由至少两张薄芯基材上下叠合压制而成，且相邻的任意两张薄芯基材之间通过粘接片连接。

优选地，所述薄芯基材的厚度小于100μm。

优选地，所述子层由上向下依次通过上层薄芯基材、第三半固化片和下层薄芯基材压合制成。

优选地，所述上层薄芯基材和下层薄芯基材上均形成有平面线路。

优选地，所述金属通孔穿过所述平面线路，且所述平面线路的线路宽度与所述金属通孔的孔直径相同。

另外，本发明为了解决上述问题，还提供了一种毫米波基片集成波导结构的制备方法，包括步骤：

制作子层：将含有线路图形的薄芯基材通过半固化片粘接压合以形成子层；

制作双层覆铜板：将上层金属介质层、第一半固化片、子层、第二半固化片和下层金属介质层由上向下依次层叠进行压合，制得双层覆铜板；

制作毫米波基片集成波导结构：在双层覆铜板上与子层线路图形对应的位置进行钻孔，然后对所钻孔进行孔金属化处理以及对双层覆铜板的板面进行波导表面图形制作，制得毫米波基片集成波导结构。

优选地，所述步骤制作子层之前包括：

选取薄芯基材，在所述薄芯基材的覆铜面上制作线路图形，且所述线路图形与金属化孔的位置重叠。

优选地，所述子层线路图形的方向与所述孔金属化后通孔的阵列方向一致。

优选地，所述子层线路图形的线路宽度与所述孔金属化后通孔的直径一致。

与现有技术相比，本发明毫米波基片集成波导结构通过薄芯子层结构的集成，实现了侧面垂直金属化孔之间的连接，以及波导的水平极化，提高了信号传输的效率。而且本发明栅格结构提高了波导信号在结构范围内的封闭性，有效降低了信号的损耗，有利于更高频段信号的低损耗传输。

附图说明

图1为本发明毫米波基片集成波导结构的整体示意图；

图2为本发明毫米波基片集成波导结构的组成示意图；

图3为本发明毫米波基片集成波导结构中子层的结构示意图；

图4为本发明毫米波基片集成波导结构的制备流程示意图。

图中标识说明：上层金属介质层10、第一半固化片20、子层30、上层薄芯基材31、下层薄芯基材32、第三半固化片33、平面线路34、第二半固化片40、下层金属介质层50、金属通孔60。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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，并不用来限定本发明。

实施例一

如图1、图2所示，图1为本发明毫米波基片集成波导结构的整体示意图；图2为本发明毫米波基片集成波导结构的组成示意图。本发明所述的毫米波基片集成波导结构通过由上向下依次设置的上层金属介质层10、第一半固化片20、子层30、第二半固化片40和下层金属介质层50压合而成。

其中所述的基片集成波导结构从上向下开设有贯穿整个基片的金属通孔60，本实施例中为金属通孔60为两列，单列制作20个孔，每个孔的直径为250μm，同一列相邻的孔之间的间距为300μm，从而对应形成金属化孔阵列。

如图3所示，图3为本发明毫米波基片集成波导结构中子层的结构示意图。本实施例中的子层是由至少两张薄芯基材上下叠合压制而成，且相邻的任意两张薄芯基材之间通过粘接片连接。

具体地，本实施例中以子层包括两张薄芯基材为例进行说明，其中子层30包括上层薄芯基材31和下层薄芯基材32，二者直接通过第三半固化片33粘接，然后压合而成。

需要说明的是，上层薄芯基材31和下层薄芯基材32结构尺寸均相同，都是厚度小于100μm的环氧树脂基薄芯材。本实施例中选用的环氧树脂基薄芯材，环氧树脂的厚度为50μm，铜箔的厚度为12μm，双面覆铜箔。

上层薄芯基材31和下层薄芯基材32压合形成的双面覆铜箔上，对应进行线路图形制作形成平面线路34，上层薄芯基材31和下层薄芯基材32都对应制作形成有平面线路34，本实施例中为两列，与图1中的金属通孔60位置对应，形成与金属化孔阵列对应的平面线路阵列。其中每一列平面线路的宽度设置与上述金属通孔60直径相同，均为250μm。

本实施例中金属通孔60穿过子层30上的形成的平面线路34，而金属通孔60形成的金属化孔阵列和平面线路34对应形成的平面线路阵列对应组合构建了金属格栅阵列，而金属格栅阵列与上层金属介质层10、下层金属介质层50以及第一半固化片20、第二半固化片40等组成基片集成波导结构。其中，金属格栅阵列是由金属化的通孔阵列（也可以是盲孔阵列）和薄芯板中图形线路（子层30上形成的平面线路34）组成的，垂直方向阵列由金属化孔构成，平行方向阵列由多个薄芯板中导电图形构成。

本实施例中的金属格栅阵列实现了分离金属化孔之间的横向互连，使波导传输可同时实现E面和H面的传输，更适合微波，乃至更高频段信号的低损耗传输。

另外，本实施例通过形成的金属格栅阵列，极大地提升波导空腔区域的封闭性，更为重要地实现了波导E面的传输。而且本实施例中的基片集成波导可在波导两个终端设置信号连接线，与连接部件进行连接。

实施例二

如图4所示，本发明还提供了一种毫米波基片集成波导结构的制备方法，包括步骤：

S1、选取薄芯基材，在所述薄芯基材的覆铜面上制作线路图形，且所述线路图形与金属化孔的位置重叠。

本实施例中薄芯基材为环氧树脂基薄芯材。其中环氧树脂的厚度为50μm，铜箔的厚度为12微米，双面覆铜箔。

其中在所述薄芯基材的覆铜面上制作线路图形包括：在覆铜板上通过贴干膜、曝光、显影、蚀刻、去膜等常规工序，在薄芯材上制作除线路图形。

线路图形制作过程中，为了降低线路的误差造成波导信号传输的偏差，采用LDI（激光直接成像）进行曝光。线路的宽度为250μm，一个单元需要两个通孔阵列，因而需要制作两条线路，两条线路宽度均为250μm。

S2、制作子层：将含有线路图形的薄芯基材通过半固化片粘接压合以形成子层；

选用半固化放置于两张薄芯基材之间，然后进行压合以制作形成子层结构。本实施案例选用2张50μm厚度的薄芯基材（上层薄芯基材31和下层薄芯基材32），薄芯基材中间使用1张1080的半固化（第三半固化片33）进行粘接，设计子层总厚度为200μm，压合形成子层。

S3、制作双层覆铜板：将上层金属介质层、第一半固化片、子层、第二半固化片和下层金属介质层由上向下依次层叠进行压合，制得双层覆铜板；

本实施例中上层金属介质层10和下层金属介质层50采用18μm厚度的铜箔；第一半固化片20和第二半固化片40采用的是1080半固化片；然后按照铜箔、半固化片、子层、半固化片、铜箔的结构进行叠层层压，即可得到含有子层图形的双面覆铜板。

S4、制作毫米波基片集成波导结构：在双层覆铜板上与子层线路图形对应的位置进行钻孔，然后对所钻孔进行孔金属化处理以及对双层覆铜板的板面进行波导表面图形制作，制得毫米波基片集成波导结构。

本实施例中在设计位置进行钻孔，然后孔金属化，而需要保证孔金属化后通孔的阵列方向与子层线路图形的方向一致。而且子层线路图形的线路宽度与孔金属化后通孔的直径一致，即孔径为250μm，与线路的宽度为250μm相同。而孔与孔之间的距离为300μm，单列制作了20个孔，每个单元制作两个阵列。

综上所述，本发明提供的方法，能够制造出具有金属格栅阵列的基片集成波导结构，通过垂直方向的金属化孔阵列和平行方向的薄芯基板平行导电图形阵列实现了侧面垂直金属化孔之间的连接，并实现了波导的水平极化，提高了信号传输的效率。从而解决了现有基片集成波导中侧面垂直金属化孔分离结构而出现的无法实现E面波导传输，结构封闭性不足等造成的高频信号传输损耗等问题，有利于基片集成波导的微型化。

以上对发明的具体实施方式进行了详细说明，但其只作为范例，本发明并不限制与以上描述的具体实施方式。对于本领域的技术人员而言，任何对该发明进行的等同修改或替代也都在本发明的范畴之中，因此，在不脱离本发明的精神和原则范围下所作的均等变换和修改、改进等，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种毫米波基片集成波导结构，其特征在于，由上向下依次包括：上层金属介质层（10）、第一半固化片（20）、子层（30）、第二半固化片（40）和下层金属介质层（50），且所述上层金属介质层（10）上开设有贯穿至所述下层金属介质层（50）的金属通孔（60）。

2.如权利要求1所述的毫米波基片集成波导结构，其特征在于，所述子层（30）由至少两张薄芯基材上下叠合压制而成，且相邻的任意两张薄芯基材之间通过粘接片连接。

3.如权利要求2所述的毫米波基片集成波导结构，其特征在于，所述薄芯基材的厚度小于100μm。

4.如权利要求3所述的毫米波基片集成波导结构，其特征在于，所述子层（30）由上向下依次通过上层薄芯基材（31）、第三半固化片（33）和下层薄芯基材（32）压合制成。

5.如权利要求4所述的毫米波基片集成波导结构，其特征在于，所述上层薄芯基材（31）和下层薄芯基材（32）上均形成有平面线路（34）。

6.如权利要求5所述的毫米波基片集成波导结构，其特征在于，所述金属通孔（60）穿过所述平面线路（34），且所述平面线路（34）的线路宽度与所述金属通孔（60）的孔直径相同。

7.一种毫米波基片集成波导结构的制备方法，其特征在于，包括步骤：

制作子层：将含有线路图形的薄芯基材通过半固化片粘接压合以形成子层；

制作双层覆铜板：将上层金属介质层、第一半固化片、子层、第二半固化片和下层金属介质层由上向下依次层叠进行压合，制得双层覆铜板；

制作毫米波基片集成波导结构：在双层覆铜板上与子层线路图形对应的位置进行钻孔，然后对所钻孔进行孔金属化处理以及对双层覆铜板的板面进行波导表面图形制作，制得毫米波基片集成波导结构。

8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤制作子层之前包括：

选取薄芯基材，在所述薄芯基材的覆铜面上制作线路图形，且所述线路图形与金属化孔的位置重叠。

9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述子层线路图形的方向与所述孔金属化后通孔的阵列方向一致。

10.如权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述子层线路图形的线路宽度与所述孔金属化后通孔的直径一致。

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