CN114025479B - 电路板之间的垂直互连结构、封装器件、微系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电路板之间的垂直互连结构、半导体封装器件、系统及其方法，包括：从上至下依次设置的至少两层电路板，第一电路板与第二电路板依次压合叠放设置；所述第一电路板下表面与第二电路板上表面对应设有用于垂直互连的金属焊盘，两两垂直互连的每对金属焊盘的结构与大小相同，每对所述金属焊盘之间设有结构与大小相匹配的弹性导电胶；金属隔离屏蔽板，设置在第一电路板与第二电路板之间，两两垂直互连的每对金属焊盘与相匹配的弹性导电胶穿过中部镂空的金属隔离屏蔽板，且由所述金属隔离屏蔽板的厚度确定电路板之间的间距进而控制所述弹性导电胶的形变，使用该垂直互连结构传输电信号具有小型化、轻薄化、高集成度的优点。

Description

电路板之间的垂直互连结构、封装器件、微系统及其方法

技术领域

本发明涉及微波技术领域，特别是涉及一种电路板之间的垂直互连结构、半导体封装器件、微系统及其方法。

背景技术

随着科学技术的不断发展，人们对电子设备的体积和重量要求越来越高，尤其在航空航天、军事、汽车、工业控制与办公设备等领域。当前基于平面封装结构的微波多芯片组件的体积已越来越不能满足微波组件小型化的需求。而使用三维堆叠封装相较于传统二维平面封装，将射频电路分成多层，在垂直方向进行叠层设计，充分利用空间，可以有效的减小模块体积。

然而，在使用三维堆叠封装设计电路时，通常是采用连接器对插方式实现电学信号的电路板间垂直互连，例如，板到板连接器包括射频连接器、高速连接器、低频连接器与毛纽扣等，其中，毛纽扣、压缩型转接板等轻薄型连接器对插高度也不低于1毫米，现有的垂直互连结构必须使用连接器，且存在体积大、集成度不高、板间高度高等缺点，难以实现轻薄小型化垂直互连及三维堆叠封装技术，因此，如何解决电路板之间电学信号更为轻薄化的垂直互连技术成为当前微系统集成亟待解决的技术难题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种电路板之间的垂直互连结构、半导体封装器件、微系统及其方法，用于解决现有技术中垂直互连结构体积大、集成密度低的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明的第一方面提供一种电路板之间的垂直互连结构，包括：

至少两层电路板，从上至下依次设置的第一电路板与第二电路板依次压合叠放设置；

所述第一电路板下表面与第二电路板上表面对应设有垂直互连的金属焊盘，两两垂直互连的每对金属焊盘的结构与大小相同，每对所述金属焊盘之间设有结构与大小相匹配的弹性导电胶；

金属隔离屏蔽板，设置在第一电路板与第二电路板之间，两两垂直互连的每对金属焊盘与相匹配的弹性导电胶穿过中部镂空的金属隔离屏蔽板，由所述金属隔离屏蔽的厚度确定电路板之间的间距进而控制所述弹性导电胶的形变。

在所述第一方面的某些实施方式中，所述弹性导电胶为掺杂导电金属颗粒的橡胶，所述橡胶受到挤压产生弹性形变。

在所述第一方面的某些实施方式中，还包括：固定组件，通过依次贯穿第一电路板、金属隔离屏蔽板与第二电路板进行锁紧固定。

在所述第一方面的某些实施方式中，所述电路板两两之间通过焊接在所述金属隔离屏蔽板两侧进行固定。

在所述第一方面的某些实施方式中，在与所述金属隔离屏蔽板对应位置第一电路板下表面与第二电路板上表面之间设置有接地的金属焊盘，所述接地的金属焊盘与所述金属隔离屏蔽板在两两垂直互连的金属焊盘固定之后连接，从而对垂直互连后的金属焊盘形成电磁屏蔽。

在所述第一方面的某些实施方式中，在两两垂直互连的金属焊盘对应区域的第一电路板与第二电路板内部多层布线层里均设置不少于一层的接地平面，所述第一电路板与第二电路内各自的所述接地平面与金属隔离屏蔽板通过电路板内垂直互连接地孔及所述接地金属焊盘导通而形成电学连接，从而提高两两垂直互连后的金属焊盘的电磁屏蔽效果。

在所述第一方面的某些实施方式中，所述固定组包括螺钉与螺帽，所述螺钉依次贯穿第一电路板、金属隔离屏蔽板与第二电路板的通孔配合螺帽锁紧电路板。

在所述第一方面的某些实施方式中，所述弹性导电胶的结构根据传输信号不同按照金属焊盘的结构划分为同轴结构与点阵结构。

在所述第一方面的某些实施方式中，所述弹性导电胶的最小宽度为0.3毫米，所述弹性导电胶的最小高度为0.2毫米。

在所述第一方面的某些实施方式中，所述弹性导电胶的工作温度范围为-55℃到150℃。

在所述第一方面的某些实施方式中，所述弹性导电胶的压缩形变比值在10％～50％，所述压缩形变比值由弹性导电胶压缩后与压缩前的高度之比。

在所述第一方面的某些实施方式中，若1毫米高度的所述弹性导电胶受到外力且所述弹性导电胶产生30％形变时，对应的电阻值为0.05欧姆。

本发明的第二方面提供一种半导体封装器件，包括采用上述的电路板之间的垂直互连结构。

本发明的第三方面提供一种三维堆叠微系统，包括：

采用垂直互连结构堆叠的多层电路板，其中，两两电路板之间的下表面与上表面对应设有垂直互连的金属焊盘，两两垂直互连的每对金属焊盘的结构与大小相同，每对所述金属焊盘之间设有结构与大小相匹配的弹性导电胶，两两电路板之间的上表面与下表面根据预设安装各类电学器件；

金属隔离屏蔽板，设置在两两电路板之间，两两垂直互连的每对金属焊盘以及电学器件穿过中部镂空的金属隔离屏蔽板；在两两电路板之间与所述金属隔离屏蔽板相邻的下表面与上表面设置有接地的金属焊盘，所述接地的金属焊盘与所述金属隔离屏蔽板在两两垂直互连的金属焊盘固定之后连接，从而对垂直互连后的金属焊盘以及电学器件形成电磁屏蔽；由所述金属隔离屏蔽板的厚度确定电路板之间的间距进而控制所述弹性导电胶的形变。

在所述第二方面的某些实施方式中，每层所述电路板内嵌液冷通道；利用两层电路板之间的金属焊盘与弹性导电胶构成电路板之间的流体接口，通过所述流体接口连接各层电路板内的液冷通道。

在所述第二方面的某些实施方式中，所述弹性导电胶为氟硅橡胶或硅橡胶制成。

在所述第二方面的某些实施方式中，所述多层电路板从第一层至第四层依次为天线阵列、射频收发前端单元、收发信道单元以及信号处理与电源处理单元。

本发明的第四方面提供了一种电路板之间的垂直互连结构的制造方法，包括：

S1，选取从上至下依次设置的至少两层电路板，第一电路板与第二电路板，分别在所述第一电路板与第二电路板上安装相应的器件；

S2，在第二电路板上表面设有与所述第一电路板的下表面相对应的金属焊盘，每对所述金属焊盘的结构与大小相同，每对所述金属焊盘之间设有结构与大小相匹配的弹性导电胶；

S3，，将中部镂空的金属隔离屏蔽板设置在第一电路板与第二电路板之间，且垂直互连的每对所述金属焊盘穿过镂空的金属隔离屏蔽板进行连接；

S4，将所述第一电路板、所述第二电路板与所述金属隔离屏蔽板进行固定，由所述金属隔离屏蔽板的厚度确定电路板之间的间距进而控制所述弹性导电胶的形变；

S5，对所述第一电路板及其表面安装的所述器件进行灌封。

如上所述，本发明的电路板之间的垂直互连结构、半导体封装器件、微系统及其方法，具有以下有益效果：

本发明在不采用连接器的基础上，实现了多层印制电路板之间的垂直互连，在两两垂直互连的每对金属焊盘的结构与大小相同，每对所述金属焊盘之间设有结构与大小相匹配的弹性导电胶，通过弹性导电胶实现电路板之间金属焊盘的垂直导通；该垂直互连结构传输电信号具有小型化、轻薄化、高集成度的优点，也解决了现有的应用于多层印制电路板之间的微波信号互连方式存在的互连密度低等问题。

附图说明

图1显示为本发明实施例提供的一种电路板之间的垂直互连结构的爆炸图；

图2显示为本发明实施例提供的一种电路板之间的垂直互连结构未固定之前的结构示意图；

图3显示为本发明实施例提供的一种电路板之间的垂直互连结构固定之后的结构示意图；

图4显示为本发明实施例提供的一种电路板之间的垂直互连结构固定之后的结构示意图。

图5显示为本发明实施例提供的一种三维堆叠封装系统结构示意图；

图6显示为本发明实施例提供的一种三维堆叠封装系统内电路板内嵌的液冷微通道结构示意图。

元件标号说明：

1 第一电路板

2 第二电路板

3 金属隔离屏蔽板

4 金属焊盘

5 弹性导电胶

6 螺钉

7 螺帽

8 器件

9 通孔

10 液冷微通道

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

请参阅图1，为本发明实施例提供的一种电路板之间的垂直互连结构的爆炸图，包括：

至少两层电路板，从上至下依次设置的第一电路板1与第二电路板2依次压合叠放设置；在图1中显示的为两层电路板之间的垂直互连结构，即，从上至下分别为第一电路板、第二电路板依次压合叠放设置；在本实施例中，电路板的层数根据需求而定，例如，三层电路板、四层电路板、五层电路板等，在此不做限定。

例如，在图1中，第一电路板的上表面设置金属焊盘或/和电子器件，对本实施例的垂直互连结构没有影响，在第一电路板的上表面和第二电路板的下表面必然还具有其它电路元件(如片式元件)，这些电路元件在工作过程中会产生电磁辐射，也对垂直互连结构没有实质影响。

应当理解，第一电路板1与第二电路板2可以是PCB(Printed Circuit Board，印制电路板)多层板或陶瓷电路板，也可以是砷化镓电路板或磷化铟电路板或者硅电路板。

所述第一电路板1下表面与第二电路板2上表面对应设有垂直互连的金属焊盘4，两两垂直互连的每对金属焊盘4的结构与大小相同，每对所述金属焊盘4之间设有结构与大小相匹配的弹性导电胶5；

其中，需要说明的是，两两电路板之间的下表面与上表面之间对应设有垂直互连的金属焊盘，例如，上表面与下表面对应的金属焊盘位置相同，确保能够准确实现垂直互连；其中，每对垂直焊盘的结构与大小都对应相同，确保两层电路板之间垂直焊盘完整对接实现传输不同电信号的需求，由于所述弹性导电胶的结构根据传输信号不同按照金属焊盘的结构划分为同轴结构与点阵结构(以阵列形式显示的结构)，例如，垂直互连的金属焊盘用于实现各类电信号的板到板垂直互连，所述电信号包括有射频信号、高频差分信号以及电源/控制类低频信号；所述射频信号通过同轴结构设计进行传输，所述高频差分信号以及电源/控制类低频信号通过点阵结构设计进行传输，所述射频信号与差分信号均通过仿真设计为影响的阻抗值，以保证垂直互连信号的良好匹配，例如，射频信号传输结构阻抗值设计为50欧姆，差分信号传输结构阻抗值设计为100欧姆。

还需要说明的是，两层电路板之间的垂直互连的金属焊盘结构与数量可根据需求设定，在此不做限定，例如，图1中显示两种不同大小的金属焊盘，而弹性导电胶根据金属焊盘的结构与大小进行适应性变化，确保弹性导电胶能够准确安装到金属焊盘的端面上，其中，弹性导电胶为掺杂导电金属(如，铜、银、镍、铝等)颗粒的橡胶，所述橡胶受到挤压产生弹性形变，该橡胶可以为氟硅橡胶或硅橡胶制成。

另外，所述弹性导电胶的最小宽度为0.3毫米，所述弹性导电胶的最小高度为0.2毫米，相对于其它的垂直互连结构，能够大幅度缩小垂直互连结构的体积；相比现有技术也能够实现更高密度、更加轻薄的垂直互连结构。

金属隔离屏蔽板3，设置在第一电路板与第二电路板之间，两两垂直互连的每对金属焊盘与相匹配的弹性导电胶穿过中部镂空的金属隔离屏蔽板，由所述金属隔离屏蔽板3的厚度确定电路板之间的间距进而控制所述弹性导电胶的形变；

例如，金属隔离屏蔽板为金属薄片，在两块电路板之间设置有金属薄片；该金属薄片的厚度即为两个电路板在垂直互连结构装配完成后的板间间距，例如该间距为0.5mm，可通过设计不同厚度的金属薄片来实现不同压缩量，实现精确弹性导电胶的压缩量，保证上下层电路板(第一电路板与第二电路板)与弹性导电胶形成较好的电性接触，同时，保护弹性导电胶不受损坏。

又例如，在与所述金属隔离屏蔽板对应位置第一电路板下表面与第二电路板上表面之间设置有接地的金属焊盘，所述接地的金属焊盘与所述金属隔离屏蔽板在两两垂直互连的金属焊盘固定之后连接，从而对垂直互连后的金属焊盘形成电磁屏蔽。

具体地，在两两垂直互连的金属焊盘对应区域的第一电路板与第二电路板内部多层布线层里均设置不少于一层的接地平面，所述第一电路板与第二电路内各自的所述接地平面与金属隔离屏蔽板通过电路板内垂直互连接地孔及所述接地金属焊盘导通而形成电学连接，从而提高两两垂直互连后的金属焊盘的电磁屏蔽效果。

需要说明的是，金属薄片中间为镂空部，需要配合垂直互连的金属焊盘穿过实现互连，其中，该金属薄片为一个中间开有窗口的图形，该开窗图形可为矩形或椭圆形，该开窗图形完全覆盖了垂直互连焊盘区域，也可以是根据电磁屏蔽隔离需求将所有垂直互连焊盘进行分区，通过多个开窗图形对不同分区进行覆盖，从而实现垂直互连之间的电磁屏蔽隔离。在薄片的非开窗区域(即金属薄片图形区域)对应的上层电路板的底面金属焊盘与下层电路板的顶面金属焊盘设置有接地金属焊盘，在螺钉与螺帽安装锁紧之后，该金属薄片与地形成良好连接，从而起到对垂直互连信号的电磁屏蔽作用，一方面，削弱外部电磁信号对垂直互连信号的干扰，另一方面，减小垂直互连信号向外辐射串扰。

还需要说明的是，所述金属隔离屏蔽板的厚度就是弹性导电胶压缩后的高度，又例如，所述弹性导电胶的压缩形变比值在10％～50％，所述压缩形变比值由弹性导电胶压缩后与压缩前的高度之比。

在另一些实施例中，所述弹性导电胶的工作温度范围为-55℃到150℃，导致电路板之间的金属焊盘在-55℃到150℃也能垂直导通，进而控制垂直互连结构的工作范围，确保其可以广泛应用到其他场景。

具体地，若1毫米高度的所述弹性导电胶受到外力且所述弹性导电胶产生30％形变时，对应的电阻值为0.05欧姆，通过限定弹性导电胶的弹性形变不仅能够控制垂直互连结构的高度，还能控制弹性导电胶的导电阻值。

在某些实施例中，还包括：固定组件，通过穿过第一电路板1、金属隔离屏蔽板3与第二电路板2进行锁紧固定，具体地，所述固定组件包括螺钉6与螺帽7，所述螺钉依次穿过第一电路板、金属隔离屏蔽板与第二电路板的通孔配合螺帽锁紧电路板进行固定。

另外，也可以通过两层电路板直接焊接在一起，或者，分别将两侧电路板键合焊接在金属隔离屏蔽板上实现固定。

请参阅图2，为本发明实施例提供的一种电路板之间的垂直互连结构未固定之前的结构示意图；请参阅图3和图4，分别为本发明实施例提供的一种电路板之间的垂直互连结构固定之后的结构示意图，在图2与图3中，第一电路板的上表面设置有器件8，第二电路板的下表面也设置有器件8，图2与图3中反映的两层电路板分别在固定之前、固定之后的结构示意图。

例如，通过螺钉穿过上下层电路板(上层电路板为第一电路板、下层电路板为第二电路板)以及中间的金属薄片上设置的通孔9后利用螺帽固定，在螺钉与螺帽拉紧后，上层电路板的底面金属焊盘与下层电路板的顶面金属焊盘通过压缩后的弹性导电胶实现了板间电学信号垂直过渡。

本发明另一目的在于提供一种半导体封装器件，包括采用上述的电路板之间的垂直互连结构。

具体地，多层布线的电路板，例如，多层印制电路板、LTCC电路板、HTCC电路板、高密度树脂电路板等。所述电路板的上表面与下表面均可设计安装各类电学器件，从而实现不同电路功能。电路板在与中间金属薄片接触的一面若安装有电学器件，为防止器件受到挤压，一方面，金属薄片在该器件所在位置设计有开窗图形，另一方面，在对应的另一块电路板上该器件所在位置设计有沉腔，所述沉腔深度加上金属薄片厚度应大于器件高度。又例如，沉腔深度与金属薄片厚度之和比器件高度多0.1至0.2毫米，确保电路板之间垂直互连后，通过该厚度之和能够控制电路板之间的间距，防止器件高度过高，导致金属薄片无法起到屏蔽、隔离与限制距离的作用，同时，也避免器件受到挤压而损坏。

例如，该半导体封装器件为具有芯片载体基板或印刷电路板(PCB)的电子器件，该芯片载体基板或印刷电路板(PCB)具有安装在其表面上的多个半导体封装，取决于应用，电子器件可以具有一种类型的半导体封装或多种类型的半导体封装。

电子器件可以是使用半导体封装以执行一个或更多电功能的独立系统。替换地，电子器件可以是较大系统的子部件。例如，电子器件可以是蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、数码摄像机(DVC)或其他电子通信器件的一部分。替换地，电子器件可以是图形卡、网络接口卡或可以被插入到计算机中的其他信号处理卡。半导体封装可以包括微处理器、存储器、专用集成电路(ASIC)、逻辑电路、模拟电路、RF电路、分立器件或其他半导体管芯或电部件。微型化和重量减小对于这些产品被市场接受是至关重要的。半导体封装器件之间的距离必须减小以实现更高的密度。

请参阅图5，本发明实施例提供的一种三维堆叠微系统结构示意图，包括：

采用垂直互连结构堆叠的多层电路板，其中，两两电路板之间的下表面与上表面对应设有垂直互连的金属焊盘4，两两垂直互连的每对金属焊盘4的结构与大小相同，每对所述金属焊盘4之间设有结构与大小相匹配的弹性导电胶5，两两电路板之间的上表面与下表面根据预设安装各类电学器件；

金属隔离屏蔽板3，设置在两两电路板(多个第一电路板1与第二电路板2)之间，在两两电路板之间与所述金属隔离屏蔽板相邻的下表面与上表面设置有接地的金属焊盘以及电学器件，所述接地的金属焊盘与所述金属隔离屏蔽板在两两垂直互连的金属焊盘固定之后连接，从而对垂直互连后的金属焊盘以及电学器件形成电磁屏蔽；由所述金属隔离屏蔽板的厚度确定电路板之间的间距进而控制所述弹性导电胶的形变。

需要说明的是，随着电路板层数的递增，夹着在两两电路板之间的金属隔离屏蔽板也随电路板的层数随之递增，即，在原有的两层电路板基础上，每增加一层电路板对应增加一层金属隔离屏蔽板，其中，两两电路板之间的上表面与下表面根据预设需求安装各类电学器件，在此不再赘述。

对于三层电路板的垂直互连，在上述结构基础上，在前两层电路板之间设置垂直互连焊盘与弹性导电胶，再与设置有相应的垂直互连焊盘的第三层电路板采用同样方法垂直堆叠起来。以此类推，通过本发明提出垂直互连结构可以实现具有不同功能的电路板的三维堆叠封装系统。

每层所述电路板内嵌液冷通道；利用两层电路板之间的金属焊盘与弹性导电胶构成电路板之间的流体接口，通过所述流体接口连接各层电路板内的液冷通道。

其中，每层电路板内嵌的液冷通道可以为一个整段，例如，通过弯曲旋转的结构形成一整段布设于电路板内，也可以是多段液冷通道布设于电路板内，若采用多段液冷通道布设于同一层电路板，且每段液冷通道对应一个金属焊盘与弹性导电胶构成电路板之间的流体接口，便于液冷通道的冷却液流动，进而散除电子器件的热量。

在此，需要说明的是，液冷通道在电路板内横向、纵向布置，通过流体接口实现液冷通道的冷却液的正常流动。

具体地，针对大功率微系统应用，上述电路板均可内嵌液冷通道，该液冷通道处于在大功率器件正下方，可以实现良好散热效果；该弹性导电胶具有良好的密封性能，在三维堆叠封装结构中，利用该弹性导电胶实现板到板流体接口互连，所述流体接口由弹性导电胶、上层电路板的底面金属焊盘与下层电路板的顶面金属焊盘组成。所述导电胶与金属焊盘具有相同结构与大小的图形，在所有电路板与金属隔离屏蔽板紧固后可形成良好的密封，可以通过螺钉紧固，也可以将电路板与金属隔离屏蔽板键合焊接在一起形成紧固，所述键合焊接方法可为回流焊、共晶焊、瞬时液态键合等工艺，所述第四层电路板底面设计为冷却液的输入/输出端口。该输入/输出端口设计有金属焊盘，用于流体接头焊接安装，或者用于与安装所述微系统的另一块带有液冷通道的载板的输入/输出口进行焊接。

需要说明的是，每层电路板中的液冷微通道，通过印制电路板工艺机械铣来实现，在需要刻蚀流道的位置，直接铣穿(指一层印制电路板基材的厚度)，通过控制机械铣的深度，在连接段处，完全保留基材，或铣去一部分，保留一部分来实现肋条与肋条的连接，进而形成液冷微通道阵列，详见图6所示。

所述弹性导电胶为氟硅橡胶或硅橡胶制成，在本实施例中，用于流体接口互连的弹性导电胶所采用的硅橡胶可为氟硅橡胶，具有优异的密封性能。

所述多层电路板从第一层至第四层依次为天线阵列、射频收发前端单元、收发信道单元以及信号处理与电源处理单元。

具体地，所述三维堆叠封装系统为由四层电路板组成的射频微系统，从上往下分别为，第一层电路板为天线阵列，所述天线阵列可为相控阵天线；第二层电路板为射频收发前端组件单元，包含大功率开关、功率放大、低噪声放大、幅度相位控制等电路功能；第三层电路板为收发信道组件单元，包含射频信号分配与合成、放大、滤波、变频、自动增益控制、本振产生等功能；第四层电路板为信号处理与电源处理单元，包含ADC、DAC、FPGA、DC/DC、光收发等功能，所述第四层电路板底面设计为电学和/或光学信号输入/输出以及内嵌液冷通道的输入/输出。

另外，在某些实施例中，还提供了一种电路板之间的垂直互连结构的制造方法，详述如下：

S1，选取从上至下依次设置的至少两层电路板，第一电路板与第二电路板，分别在所述第一电路板与第二电路板上安装相应的器件；

具体地，第一电路板为柔性印制电路板或刚柔结合性印制电路板；本实施例中，第一印路板选用刚柔结合性印制电路板，且柔性部分设置在刚性部分的正下方，柔性部分的长度等于刚性部分的长度；第一电路板的柔性部分和\或刚性部分制造有电学信号互连的金属焊盘。第二电路板为刚性印制电路板、柔性印制电路板或IC载板；第二电路板的上下表面制造有互连线和焊盘，需要说明的是，刚柔结合性印制电路板的制造工艺属于电子封装领域的公知技术。

通过在第一电路板、第二电路板采用普通的SMT工艺、Wire-Bonding工艺或Flip-Chip工艺安装器件，且当选取多路电路板时，对应增加第三电路板、第四电路板直至第N电路板为止，如果选取多层电路板先在相应电路板上安装好器件。

S2，在第二电路板上表面设有与所述第一电路板的下表面相对应的金属焊盘，每对所述金属焊盘的结构与大小相同，每对所述金属焊盘之间设有结构与大小相匹配的弹性导电胶；

具体地，两两电路板之间的下表面与上表面之间对应设有垂直互连的金属焊盘，例如，上表面与下表面对应的金属焊盘位置相同，确保能够准确实现垂直互连；其中，每对垂直焊盘的结构与大小都对应相同，确保两层电路板之间垂直焊盘完整对接实现传输不同电信号的需求，由于所述弹性导电胶的结构根据传输信号不同按照金属焊盘的结构划分为同轴结构与点阵结构(以阵列形式显示的结构)

S3，将中部镂空的金属隔离屏蔽板设置在第一电路板与第二电路板之间，且垂直互连的每对所述金属焊盘穿过镂空的金属隔离屏蔽板通过弹性导电胶进行连接；

具体地，中部镂空的金金属隔离屏蔽(金属薄片)，即，金属薄片中间为镂空部，需要配合垂直互连的金属焊盘穿过实现互连，其中，该金属薄片为一个中间开有窗口的图形，该开窗图形可为矩形或椭圆形，该开窗图形完全覆盖了垂直互连焊盘区域，也可以是根据电磁屏蔽隔离需求将所有垂直互连焊盘进行分区，通过多个开窗图形对不同分区进行覆盖，从而实现垂直互连。在金属薄片的非开窗区域对应的上层电路板的底面金属焊盘与下层电路板的顶面金属焊盘设置有接地金属焊盘，该金属薄片与地形成良好连接，从而起到对垂直互连信号的电磁屏蔽作用，一方面，削弱外部电磁信号对垂直互连信号的干扰，另一方面，减小垂直互连信号向外辐射串扰。

S4，将所述第一电路板、所述第二电路板与所述金属隔离屏蔽板进行固定，由所述金属隔离屏蔽板的厚度确定电路板之间的间距进而控制所述弹性导电胶的形变；

具体地，确保电路板之间垂直互连后，通过该厚度之和能够控制电路板之间的间距，防止器件高度过高，进而确保金属薄片可以起到屏蔽、隔离与限制距离的作用，同时，也避免了器件受到挤压而损坏。

S5，对所述第一电路板及其表面安装的所述器件进行灌封。

具体地，灌封就是将液态复合物用机械或手工方式灌入装有电子元件、线路的器件内，在常温或加热条件下固化成为性能优异的热固性高分子绝缘材料，在此不赘述。

综上所述，本发明在不采用连接器的基础上，实现了多层印制电路板之间的垂直互连，在两两垂直互连的每对金属焊盘的结构与大小相同，每对所述金属焊盘之间设有结构与大小相匹配的弹性导电胶，通过弹性导电胶实现电路板之间金属焊盘的垂直导通；该垂直互连结构传输电信号具有小型化、轻薄化、高集成度的优点，也解决了现有的应用于多层印制电路板之间的微波信号互连方式存在的互连密度低等问题。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (11)

1.一种电路板之间的垂直互连结构，其特征在于，包括：

从上至下依次设置的至少两层电路板，第一电路板与第二电路板依次压合叠放设置；

所述第一电路板下表面与第二电路板上表面对应设有垂直互连的金属焊盘，两两垂直互连的每对金属焊盘的结构与大小相同，每对所述金属焊盘之间设有结构与大小相匹配的弹性导电胶，将所述弹性导电胶安装于所述金属焊盘的端面上，所述弹性导电胶为掺杂导电金属颗粒的橡胶，所述橡胶受到挤压产生弹性形变；

其中，每层所述电路板内嵌液冷通道；利用两层电路板之间的金属焊盘与弹性导电胶构成电路板之间的流体接口，通过所述流体接口连接各层电路板内的液冷通道；

金属隔离屏蔽板，设置在第一电路板与第二电路板之间，两两垂直互连的每对金属焊盘与相匹配的弹性导电胶穿过中部镂空的金属隔离屏蔽板，且由所述金属隔离屏蔽板的厚度确定电路板之间的间距进而控制所述弹性导电胶的形变。

2.根据权利要求1所述的电路板之间的垂直互连结构，其特征在于，还包括：固定组件，通过依次贯穿第一电路板、金属隔离屏蔽板与第二电路板进行锁紧固定。

3.根据权利要求1或2所述的电路板之间的垂直互连结构，其特征在于，所述电路板两两之间通过键合焊接在所述金属隔离屏蔽板两侧进行固定。

4.根据权利要求1或2所述的电路板之间的垂直互连结构，其特征在于，在与所述金属隔离屏蔽板对应位置第一电路板下表面与第二电路板上表面之间设置有接地的金属焊盘，所述接地的金属焊盘与所述金属隔离屏蔽板在两两垂直互连的金属焊盘固定之后连接，从而对垂直互连后的金属焊盘形成电磁屏蔽。

5.根据权利要求4所述的电路板之间的垂直互连结构，其特征在于，在两两垂直互连的金属焊盘对应区域的第一电路板与第二电路板内部多层布线层里均设置不少于一层的接地平面，所述第一电路板与第二电路内各自的所述接地平面与金属隔离屏蔽板通过电路板内垂直互连接地孔及所述接地金属焊盘导通而形成电学连接，从而提高两两垂直互连后的金属焊盘的电磁屏蔽效果。

6.根据权利要求2所述的电路板之间的垂直互连结构，其特征在于，所述固定组包括螺钉与螺帽，所述螺钉依次贯穿第一电路板、金属隔离屏蔽板与第二电路板的通孔配合螺帽锁紧电路板。

7.一种半导体封装器件，其特征在于，包括采用权利要求1-6中任一项所述的电路板之间的垂直互连结构。

8.一种三维堆叠微系统，其特征在于，包括：

采用垂直互连结构堆叠的多层电路板，其中，两两电路板之间的下表面与上表面对应设有垂直互连的金属焊盘，两两垂直互连的每对金属焊盘的结构与大小相同，每对所述金属焊盘之间设有结构与大小相匹配的弹性导电胶，将所述弹性导电胶安装于所述金属焊盘的端面上，所述弹性导电胶为掺杂导电金属颗粒的橡胶，所述橡胶受到挤压产生弹性形变；所述电路板的上表面与下表面根据预设安装各类电学器件；

其中，每层所述电路板内嵌液冷通道；利用两层电路板之间的金属焊盘与弹性导电胶构成电路板之间的流体接口，通过所述流体接口连接各层电路板内的液冷通道

金属隔离屏蔽板，设置在两两电路板之间，两两垂直互连的每对金属焊盘以及电学器件穿过中部镂空的金属隔离屏蔽板；在两两电路板之间与所述金属隔离屏蔽板相邻的下表面与上表面设置有接地的金属焊盘，所述接地的金属焊盘与所述金属隔离屏蔽板在两两垂直互连的金属焊盘固定之后连接，从而对垂直互连后的金属焊盘以及电学器件形成电磁屏蔽；

由所述金属隔离屏蔽板的厚度确定电路板之间的间距进而控制所述弹性导电胶的形变。

9.根据权利要求8所述的三维堆叠微系统，其特征在于，所述弹性导电胶为氟硅橡胶或硅橡胶制成。

10.根据权利要求9所述的三维堆叠微系统，其特征在于，所述多层电路板从第一层至第四层依次为天线阵列、射频收发前端单元、收发信道单元以及信号处理与电源处理单元。

11.一种电路板之间的垂直互连结构的制造方法，其特征在于，包括：

S1，选取从上至下依次设置的至少两层电路板，第一电路板与第二电路板，分别在所述第一电路板与第二电路板上安装相应的器件；

S2，所述第一电路板的下表设有金属焊盘，在第二电路板上表面设有与所述第一电路板的下表面相对应的金属焊盘，每对所述金属焊盘的结构与大小相同，每对所述金属焊盘之间设有结构与大小相匹配的弹性导电胶；将所述弹性导电胶安装于所述金属焊盘的端面上，所述弹性导电胶为掺杂导电金属颗粒的橡胶，所述橡胶受到挤压产生弹性形变；每层所述电路板内嵌液冷通道；利用两层电路板之间的金属焊盘与弹性导电胶构成电路板之间的流体接口，通过所述流体接口连接各层电路板内的液冷通道；

S3，将中部镂空的金属隔离屏蔽板设置在第一电路板与第二电路板之间，且垂直互连的每对所述金属焊盘穿过镂空的金属隔离屏蔽板通过弹性导电胶进行连接；

S4，将所述第一电路板、所述第二电路板与所述金属隔离屏蔽板进行固定，由所述金属隔离屏蔽板的厚度确定电路板之间的间距进而控制所述弹性导电胶的形变；

S5，对所述第一电路板及其表面安装的所述器件进行灌封。

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