CN113219222B - 一种面向微封装应用的射频探针 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种面向微封装应用的射频探针，涉及微封装射频技术领域，其包括探针本体，探针本体包括短路波导、介质基片、波导传输线；包括探针本体，探针本体包括短路波导、介质基片、波导传输线；短路波导呈立方体型且内部开设有第一凹槽，短路波导的侧周厚度均为0.3mm，短路波导可拆卸地贴合介质基片表面且与波导传输线相连，波导传输线内部开设有第二凹槽；介质基片上均布开设有用于射频信号联通的金属通孔，金属通孔电连接短路波导和波导传输线，介质基片与波导传输线焊接。本发明可以实现小型化的波导‑微带过渡结构，易于集成在微封装射频系统中。
Description
技术领域
本发明涉及微封装射频技术领域，尤其涉及一种面向微封装应用的射频探针。
背景技术
射频探针中波导-微带过渡的微封装系统中传输过渡结构，提供电磁波从波导传输转换为微带传输的功能，其主要价值是为微封装固态电路提供与外部波导电路的高性能接口。射频探针一般由波导传输线、短路波导、微带传输线等组成。传统的射频探针结构中，短路波导和波导传输线一般分别在两个厚度接近的金属腔体上，通过螺钉紧锁实现两个金属腔的闭合，以保证信号不泄露。因此传统结构的厚度大、体积大、重量大，且难以实现波导口密封，在长时间使用或复杂环境使用时波导壁易发生氧化锈蚀，通过微带与波导连接的固态电路器件易受外部环境条件影响造成失效（如金属氧化、吸水失效、化学气体腐蚀等）。要使用传统射频探针进行较大规模的系统集成时，为固定上述金属腔、封闭波导口等需付出更高的成本代价。
现有技术中传统射频探针体积大、重量大，难以与微封装系统进行系统集成，基本不具备表面贴装的应用能力。传统射频探针不具备波导密封能力，采用传统探针结构的电路系统需要承受外部环境的污染和腐蚀，为避免外部环境的污染和腐蚀，电路系统需要付出较高的成本代价和复杂的密封设计，造成其难以在以小型化和高集成度为主要特征的现代微封装射频系统中广泛工程化应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种小型化的具有密封能力的射频探针，提高波导-微带过渡结构的小型化和紧凑型能力。
本发明通过以下技术方案实现，包括探针本体，所述探针本体包括短路波导、介质基片、波导传输线；包括探针本体，所述探针本体包括短路波导、介质基片、波导传输线；所述短路波导呈立方体型且内部开设有第一凹槽，所述短路波导的侧周厚度均为0.3mm，所述短路波导可拆卸地贴合所述介质基片表面且与所述波导传输线相连，所述波导传输线内部开设有用于对外传输连接的第二凹槽；所述介质基片上均布开设有用于射频信号联通的金属通孔，所述金属通孔电连接所述短路波导和所述波导传输线，所述介质基片与所述波导传输线焊接。
需要说明的是，在波导传输线上设置介质基片以及短路波导，可以让整体形状较小，结构紧凑，减小重量，现有技术中，通常为体积过大，重量较重且成本较高的射频探针，且波导传输线和介质基片以及短路波导的设置基本采用螺纹紧固以及多重电连接的方式，整体无法用于小型化射频系统设置，本方案中所设计的立方体型短路波导以及可以进行密封连接的介质基片在很大程度上可以使得结构紧凑，体积较小，方便适用集成在小型微封装射频系统中，大大增加适配度。
所述介质基片上集成有微带传输线和微带探针，所述微带传输线上敷设铜材，且所述微带传输线为带状铜线，用于将电磁信号转换引出。
需要说明的是，现有技术中通常将微带传输线与微带探针与介质基片分开连接，不仅占用空间大，而且整体的适配度较低，本方案中将微带传输线与微带探针均集成在介质基片上，且在介质基片上开设有金属孔，不仅解决了占用空间大，而且也解决了适用在小型微封装射频系统中的适配度低的问题。
同时，申请人通过实际作业与工作经验发现，现有技术的射频探针基本没有可以适配微封装系统的，因此将射频探针设置为整体机构紧凑，上下贴合的结构，可以很好解决现有技术无法适配微封装系统的问题。
所述短路波导周面敷设金材，且所述短路波导上开设有用于信号传输线通过的方形槽，且所述方形槽与介质基片相连。
需要说明的是，方形槽的开设，可以最大程度保证信号传输的便捷度，当然开设方形槽也可以为一个连接孔，具体并不影响信号的传输，表面敷设金材的作用是降低传输损耗、优化传输驻波比。
所述方形槽的高度为所述介质基片高度的3至5倍。
需要说明的是，高度的倍数关系是一个可以变化的范围，但是变化范围为3至5倍即可，因为在这个范围内，可以有效提高传输性能。
同时申请人在实际实验中明确，这个倍数内的设置可以最大程度保证相关实验的性能，比现有技术更有效。
所述方形槽的宽度为所述介质基片内集成的微带传输线的宽度3倍至5倍。
需要说明的是，高度与宽度的倍数关系是一个可以变化的范围，但是变化范围为3至5倍即可，因为在这个范围内，可以有效提高传导性能。
同时申请人在实际实验中明确，这个倍数内的设置可以最大程度保证相关实验的性能，比现有技术更有效。
所述第一凹槽与所述第二凹槽同轴开设在所述探针本体内且用于空气流通与散热。
需要说明的是，本方案开设的凹槽，在体积结构均较小的情况下，可以最大程度保证温度的消散与空气流动。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1.本发明可以实现小型化的波导-微带过渡结构，易于集成在微封装射频系统中；
2.本发明可以实现体积小、重量轻、成本低，相较于传统射频探针，体积、重量、批产成本据能够下降50%以上；
3.本发明的可适用于毫米波或更高频率，支持太赫兹频段。
附图说明
图1为本发明的示意图。
附图说明：1-短路波导；2-介质基片；3-波导传输线；4-微带传输线；5-探针本体。
具体实施方式
请参考说明附图1，本实施例提供了一种面向微封装应用的射频探针，该射频探针主要用于微封装射频探针的结构作业，该探针处于实验研发阶段。包括探针本体5，所述探针本体5包括短路波导1、介质基片2、波导传输线3；
短路波导1呈立方体型且内部开设有第一凹槽，短路波导1的侧周厚度均为0.3mm，短路波导1可拆卸地贴合介质基片2表面且与波导传输线3相连，波导传输线3内部开设有第二凹槽；介质基片2上均布开设有用于射频信号联通的金属通孔，所述金属通孔电连接所述短路波导1和波导传输线3，介质基片2与波导传输线3焊接。传统的射频探针结构中，短路波导1和波导传输线3一般分别坐在两个金属腔体上，通过螺钉紧锁实现两个金属腔的闭合，本实施中采用第一模块与第二模块配合套接的方式进行闭合，大大提高了密闭性，以保证信号不泄露。传统结构厚度大、体积大、重量大，难以实现波导口密封，在长时间使用或复杂环境使用时波导壁易发生氧化锈蚀，通过微带与波导连接的固态电路器件易受外部环境条件影响造成失效。
介质基片2上集成有微带传输线4和微带探针（图1中未示出），微带传输线4为带状金属线，且微带传输线4上敷设铜材，需要说明的是，铜材的敷设可以最大程度提高导电率，加快射频探针的射频处理，为本实施例较佳的实施方式。
将介质基片2上集成微带传输线4和微带探针，是便于一次加工成型，两个结构之间没有接缝更加利于实现密封；另外微封装技术为了提高集成度，往往需要一次加工成型，传统探针方式难以支持高集成度的加工，本实施例更利于提高系统的集成度。
同时，在本实施例中，短路波导1是采用高精度冲压、数控机械加工等方式制成。短路波导1通体镀金，壁厚0.3mm，短路波导1朝向微带传输线4一侧有方形槽，以便微带传输线4通过，其高度为介质基片2的4倍，宽度为微带传输线4宽度的4倍。介质基片2采用基材实现，靠近短路波导1的面上与短路波导1接触的区域保留敷铜。微带传输线4是在介质基片2上的一段带状金属线，并与介质基片2 上的其他金属区域做相同厚度的镀金，微带传输线4不同部分宽窄不同，以实现电磁传输的阻抗变换，微带传输线将电磁信号从波导传输线转换引出，完成射频探针功能。短路波导1周面敷设金材，且短路波导1上开设有方形槽（图1中未示出），用于信号传输线的通过，方形槽的高度为介质基片2高度的3至5倍，方形槽的宽度为微带传输线4宽度的3至5倍，需要说明的是，倍数关系可以进行更改，本实施例较佳的实施方式为4倍，可以最大程度配合短路波导1的结构作用，也方便加工。
同时申请人经过实验论证发现微带电路的传输时，在微带传输线的左右两侧均有电场分布，分布规律体现为传输线左侧1倍线宽、右侧1倍线宽的范围内分布密集、超过左右各1倍线宽以外的区域电场分布稀疏，即在以微带传输线中线为中线的3倍线宽范围内能量密集；在高度方向上呈现相似的情况，因此为了保证最好的传输性能，设置微带传输线4高度为介质基片2的4倍，且其宽度为微带传输线4宽度的4倍。
申请人在实际操作中，实验发现本发明解决了微封装波导-微带过渡的气密问题，使微封装器件与外部环境隔离，使裸芯片、焊料和银胶等不受外部环境影响，采用本发明的微封装模块将比非气密模块有诸多优势，如性能更稳定、可靠性更高、寿命更长等。
短路波导1周面敷设金材，且短路波导1上开设有用于信号传输线通过的方形槽，方形槽的开设位置根据实际传输情况决定，本实施例较佳的设置方式为设置在波导传输线3的前端，且方形槽与介质基片2相连，连接方式为焊接。
本发明的技术方案所得到的实验数据为：氦质谱检漏得到的密封指标可达到
1×10-3pa·cm-3/s
上述实验结果即为军工级别的密封指标，因此本发明的密封效果好。
本发明的工作原理是：首先，在探针本体上开孔形成波导传输线，然后，将设计有微带传输线、金属孔、介质基片使用焊锡焊接在波导传输线上，之后将按照设计要求加工好的短路波导使用焊锡焊接在介质基片上，至此本发明结构制作完成，基于上述结构进行相关后续的操作使用。
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 (5)
1.一种面向微封装应用的射频探针，其特征在于，包括探针本体（5），所述探针本体（5）包括短路波导（1）、介质基片（2）、波导传输线（3）；
所述短路波导（1）呈立方体型且内部开设有第一凹槽，所述短路波导（1）的侧周厚度均为0.3mm，所述短路波导（1）可拆卸地贴合所述介质基片（2）表面且与所述波导传输线（3）相连，所述波导传输线（3）内部开设有第二凹槽；
所述介质基片（2）上均布开设有用于射频信号联通的金属通孔，所述金属通孔电连接所述短路波导（1）和所述波导传输线（3），所述介质基片（2）与所述波导传输线（3）焊接，所述介质基片（2）上集成有微带传输线（4）和微带探针，所述微带传输线（4）上敷设铜材，且所述微带传输线（4）为带状铜线，用于将电磁信号转换引出。
2.根据权利要求1所述的面向微封装应用的射频探针，其特征在于，所述短路波导（1）周面敷设金材，且所述短路波导（1）上开设有用于传输线通过的方形槽，且所述方形槽外侧面与所述介质基片（2）贴合。
3.根据权利要求2所述的面向微封装应用的射频探针，其特征在于，所述方形槽的高度为所述介质基片高度的3倍至5倍。
4.根据权利要求2所述的面向微封装应用的射频探针，其特征在于，所述方形槽的宽度为所述介质基片（2）内集成的微带传输线（4）的宽度3倍至5倍。
5.根据权利要求1所述的面向微封装应用的射频探针，其特征在于，所述第一凹槽与所述第二凹槽同轴开设在所述探针本体（5）内且用于导波。
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