CN114142266A - 一种板间垂直互连结构 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种板间垂直互连结构，包括金属框架、毛纽扣、介质柱及外导体，所述金属框架具有一安装孔，所述介质柱设置在所述安装孔内，所述介质柱内设有用于安装毛纽扣的通孔，所述毛纽扣设置在所述通孔内，呈管状的所述外导体套设在介质柱外而位于介质柱与金属框架之间，其中，所述外导体的两侧边缘具有向外弯折的折边及沿着外导体轴线方向延伸的多个开口；当板间垂直互连结构与两平行设置的印制板焊盘连接时，外导体的边缘及毛纽扣能够弹性变形而与两印制板的焊盘接触。本申请的板间垂直互连结构相比较在隔离框架上钻一圈接地毛纽扣安装孔的传输结构来说，能减小结构尺寸，且在实现了同轴传输的基础上，使得微波传输性能更好。
Description
技术领域
本申请属于微波电路技术领域，特别涉及一种板间垂直互连结构。
背景技术
三维堆叠封装是一种较为先进的封装技术，它可以使单个封装体内可以堆叠多个芯片，从而实现芯片数量的倍增。在微波模块中已开始大量采用三维堆叠封装，但微波模块内部的印制板之间的微波垂直互连是三维堆叠过程中的难点。
现有技术中通常采用毛纽扣13、介质柱12与金属框架11构成板间同轴传输结构10，如图4所示。该结构是在金属框架11上设置一个介质孔，再在介质孔外围设置多个围成一圈的小孔，介质孔内安装一中心穿有毛纽扣13的介质柱12，外圈小孔内各塞入一根接地的毛纽扣13。理论上，此同轴传输结构10的外导体是介质孔的内壁，内壁的上下两端与上下印制板的地层连接，实现完好的接地。但实际上，由于印制板的不平整而两块印制板中间又有多个这种垂直互连结构，接触点只有个别互连结构处能实现完好接地，部分互连结构需要靠外围的毛纽扣实现接地。
此外，该同轴传输结构10由于外圈设置有毛纽扣13及金属框架11的机加尺寸限制，故其整体尺寸相对较大；另外由于金属框架与印制板接触点的不确定性，无法建立与实际情况一致的模型来进行仿真优化，导致各垂直互连结构的微波传输性能参差不齐、时好时差。
另一种是采用同轴连接器进行垂直连接，该同轴连接器包括SMP或更小的SSMP、CSMP等，性能可靠、价格便宜，但同轴连接器尺寸很大，在小型化三维堆叠模块内基本上无法使用。另外，由于其对插擒纵力的存在，在模块内具有较多数量的垂直互连结构时，拆装十分麻烦。
发明内容
本申请的目的是提供了一种板间垂直互连结构，以解决或减轻背景技术中的至少一个问题。
本申请的技术方案是：一种板间垂直互连结构，包括金属框架、毛纽扣、介质柱及外导体，所述金属框架具有一安装孔，所述介质柱设置在所述安装孔内，所述介质柱内设有用于安装毛纽扣的通孔，所述毛纽扣设置在所述通孔内，呈管状的所述外导体套设在介质柱外而位于介质柱与金属框架之间，其中，所述外导体的两侧边缘具有向外弯折的折边及沿着外导体轴线方向延伸的多个开口；当板间垂直互连结构与两平行设置的印制板焊盘连接时，外导体的边缘及毛纽扣能够弹性变形而与两印制板的焊盘接触。
进一步的，所述金属框架的安装孔包括平直段、位于平直段两侧的外扩段及台阶段。
进一步的，所述金属框架安装孔内的外扩段及台阶段上下对称。
进一步的，所述毛纽扣采用弹性金属材料制成。
进一步的，所述介质柱通孔内的两侧设有倒角。
进一步的，所述外导体每侧边缘的开口的数量为多个，多个所述开口以外导体的轴线周向均布。
进一步的，所述外导体采用弹性耐磨金属材料制成。
进一步的，所述外导体采用铍青铜材料制成。
附图说明
为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。
图1为现有技术中的板间同轴传输结构示意图。
图2为本申请的板间垂直互连结构剖视图。
图3为本申请的板间垂直互连结构分解及组装后示意图。
图4为本申请的板间垂直互连结构与电路板连接示意图。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
针对现有技术中的板间微波信号垂直互连结构的不足，本申请提供了一种新型的板间垂直互连结构，以在低成本、方便装配与使用的基础上，实现三维堆叠封装模块内的小尺寸、高传输性能的板间微波垂直互连，提升微波模块微波性能。
如图2和图3所示，本申请提供的板间垂直互连结构20包括金属框架21、毛纽扣22、介质柱23及外导体24。其中，金属框架21上设置有安装孔，该安装孔用于安装介质柱23、毛纽扣22等结构。介质柱23中间钻孔，其采用微波介质材料常用的聚四氟乙烯或其他微波介质材料。介质柱23中间的通孔内安装一毛纽扣22作为同轴结构的内侧导体。外导体24大体上呈管状，其两端边缘向外弯折形成折边242且具有轴线方向延伸的开口243，安装有毛纽扣22的介质柱23嵌入至外导体24内部，从而使外导体24形成微波垂直互连同轴结构的外侧导体。
在本申请的板间垂直互连结构优选实施例中，金属框架上设置的安装孔由多段面构成，其包括位于金属框架中间位置的平直段211、在高度方向上位于平直段上下两侧的外扩段212及台阶段213。进一步的，金属框架安装孔内上侧的台阶段213及外扩段212与安装孔内下侧的台阶段213及外扩段212在水平方向对称。
在本申请的板间垂直互连结构另一优选实施例中，毛纽扣22采用弹性金属材料制成，而介质柱通孔内的两侧设有倒角231，以便毛纽扣22放置进入介质柱通孔内以及毛纽扣22在弹性变形时提供缓冲空间。
此外，在本申请中，介质柱23的高度与金属框架21的高度相同，而外导体24的长度(高度)微大于金属框架21的高度，且外导体24的开口243深度大于外导体24与金属框架21的高度差。进一步的，外导体24每侧边缘的开口243的数量为多个，多个开口243以外导体的轴线周向均布。
最后，本申请中的外导体24采用弹性耐磨金属材料制成，例如在一优选实施例中，该弹性耐磨金属材料可以为铍青铜材料。
如图4所示，在通过板间垂直互连结构连接上印刷版31和下印刷版32时，利用内侧导体的毛纽扣和外侧导体的外导体的弹性，当上下的印刷版挤压到位时，毛纽扣22和外导体24弹性变形，从而实现同轴结构金属部件与上下两块印制板上微波传输线对应焊盘的良好连接，进而实现良好的微波传输。
在制造及安装板间垂直互连结构时，首先根据所选毛纽扣22的直径计算介质柱23的直径，再根据介质柱23的直径选择合适的管状结构，再将管状结构加工成外导体24所具有的结构形状；在金属框架21上加工出上述结构形状的孔径，该孔径与外导体24外径相同，然后将外导体24压入金属框架的安装孔内，再将介质柱23和毛纽扣22塞入。根据使用中外导体24两头压缩分开的结构模型，对上下印制板传输线与该板间垂直互连结构进行建模与三维电磁仿真，优化焊盘尺寸使其具有良好的传输性能。最后将该板间垂直传输结构固定在上下两块微波基板之间，使用螺钉、激光缝焊等方式将上下两块微波板压紧，从而可以实现上下板之间的微波垂直互连。
本申请的板间垂直互连结构相比较在隔离框架上钻一圈接地毛纽扣安装孔的传输结构来说，能节省约1/4的尺寸。此外，该板间垂直互连结构利用一个具有弹性的金属管状结构，实现了同轴外导体与印制板上地非常优良且稳固的连接，消除了传统的垂直传输结构中接地的不确定性、减小了外导体上的寄生电感，改善了互连结构的端口阻抗匹配，减小了损耗，使得微波传输性能更好。该板间垂直互连结构所采用的金属管状结构可在标准件上切割裂口压弯制成，较传统结构所使用的多根接地毛纽扣，可以大幅降低成本。该板间垂直互连结构消除了在金属孔内放置的毛纽扣容易掉落的缺陷，从而在模块频繁的拆装过程中更可靠易用。
本申请的板间垂直互联结构可以用在三维堆叠封装模块(如瓦片式T/R组件)上，也可用于其他有射频垂直互连需求的微波组件中，非常适用于需要压缩板间垂直互连径向尺寸和对板间垂直互连微波传输性能有极高要求的应用场景。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种板间垂直互连结构，其特征在于，包括金属框架(21)、毛纽扣(22)、介质柱(23)及外导体(24)，所述金属框架(21)具有一安装孔，所述介质柱设置在所述安装孔内，所述介质柱(23)内设有用于安装毛纽扣(22)的通孔，所述毛纽扣(22)设置在所述通孔内，呈管状的所述外导体(24)套设在介质柱(23)外而位于介质柱(23)与金属框架(21)之间，其中，所述外导体(24)的两侧边缘具有向外弯折的折边(242)及沿着外导体轴线方向延伸的多个开口(243)；当板间垂直互连结构与两平行设置的印制板焊盘连接时，外导体(24)的边缘及毛纽扣(22)能够弹性变形而与两印制板的焊盘接触。
2.如权利要求1所述的板间垂直互连结构，其特征在于，所述金属框架的安装孔包括平直段(211)、位于平直段两侧的外扩段(212)及台阶段(213)。
3.如权利要求2所述的板间垂直互连结构，其特征在于，所述金属框架安装孔内的外扩段(212)及台阶段(213)上下对称。
4.如权利要求1所述的板间垂直互连结构，其特征在于，所述毛纽扣(22)采用弹性金属材料制成。
5.如权利要求1所述的板间垂直互连结构，其特征在于，所述介质柱通孔内的两侧设有倒角(231)。
6.如权利要求1所述的板间垂直互连结构，其特征在于，所述外导体(24)每侧边缘的开口(243)的数量为多个，多个所述开口(243)以外导体的轴线周向均布。
7.如权利要求6所述的板间垂直互连结构，其特征在于，所述外导体(24)采用弹性耐磨金属材料制成。
8.如权利要求7所述的板间垂直互连结构，其特征在于，所述外导体(24)采用铍青铜材料制成。
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