CN114843731A - 模块化的Pin针到微带的过渡结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模块化的Pin针到微带的过渡结构，包括金属座，所述金属座内形成有梯形的通孔，所述通孔内设置有Pin针，所述金属座的上侧固定有上层基板，所述上层基板的上表面设置有过渡基板，所述上层基板上与所述通孔相对应的位置设置有上基板通孔，与所述上基板通孔相对应的所述过渡基板上形成有过渡基板通孔，所述过渡基板的长度小于所述上层基板的长度，所述过渡基板一侧的上层基板上形成有上层基板微带线，所述Pin针的上端通过位于所述过渡基板上的金属结构与所述上层基板微带线的一端连接。所述过渡结构具有可靠性高，体积小，装配难度低等优点。

Description

模块化的Pin针到微带的过渡结构

技术领域

本发明涉及电子元器件技术领域，尤其涉及一种模块化的Pin针到微带的过渡结构。

背景技术

随着国内外对于小型化射频微系统的需求不断增长，射频系统也逐渐从平面封装结构化转为三维立体封装，从而提高了射频微系统的纵向集成度。而随着三维封装结构的出现，不可避免的会用到上下基板间的垂直互连器件，通常用于板间垂直互联的器件有Pin针与毛纽扣。Pin针通常用于直流信号的垂直连接，Pin针可以不在基板中设计其他额外结构只通过上板通孔与上板的表面电路连接，射频信号的垂直传输往往采用毛纽扣结构，通过在上板中设计类同轴将信号引至表面。

在三维封装结构中，Pin针从下往上伸入基板，因Pin针本身部分是空气同轴结构，因此，为避免Pin针外圈金属地与微带短路，与基板微带线的连接不能够直接采用焊锡焊接。传统的这种垂直互连往往采用金丝键合的方式实现，工程上可以认为金丝的串联电阻很小，实际使用时由于压接点金丝不同，会有一定的寄生电容。设计时尽量缩短芯片与传输线的距离，合理分配余量，可减小键合金丝的长度。较短、较粗的金丝拥有更低的寄生电感。

由于金丝在人工键合时，金丝落点与目标点存在一定的偏差，而落点的不同会影响寄生电容的大小。因此，在实际应用中会采用在金丝末端的微带处进行补偿，而往往补偿结构会宽于原微带线，从而会影响微带的匹配结构。并且Pin针与微带的金丝键合长度受到Pin针伸出高度与Pin针到微带水平距离的限制。

总的来说，采用金丝键合进行过渡不仅会影响原有的匹配结构，并且其受加工误差影响较大，增加了电路的设计与装配难度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何提供一种可靠性高，体积小，装配难度低的模块化的Pin针到微带的过渡结构。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种模块化的Pin针到微带的过渡结构，其特征在于：包括金属座，所述金属座内形成有梯形通孔，下部的所述梯形通孔内设置有介质环，所述介质环内设置有Pin针，Pin针的上端不与所述梯形通孔的内壁接触，所述金属座的上侧固定有上层基板，所述上层基板的上表面设置有过渡基板，所述上层基板上与所述通孔相对应的位置设置有上基板通孔，与所述上基板通孔相对应的所述过渡基板上形成有过渡基板通孔，所述过渡基板的长度小于所述上层基板的长度，所述过渡基板一侧的上层基板上形成有上层基板微带线，所述Pin针的上端依次穿过所述金属座以及上层基板后固定到所述过渡基板通孔内，所述Pin针的上端通过位于所述过渡基板上的金属结构与所述上层基板微带线的一端连接。

进一步的技术方案在于：所述过渡基板的上表面形成有过渡基板匹配微带线，所述过渡基板匹配微带线的一端通过焊料与所述Pin针的上端焊接连接，所述过渡基板匹配微带线的另一端与半环形微带线连接，所述半环形微带线与位于过渡基板内的过渡基板输出金属化半孔连接，所述过渡基板输出金属化半孔与所述上层基板微带线的内侧端部连接。

进一步的技术方案在于：所述过渡基板输出金属化半孔与上层基板匹配焊盘连接，所述上层基板匹配焊盘与所述上层基板微带线的内侧端部连接。

进一步的技术方案在于：所述过渡基板通孔、过渡基板匹配微带线以及半环形微带线外侧的过渡基板的上表面形成有上U型金属层，所述U型金属层不与所述过渡基板通孔、过渡基板匹配微带线以及半环形微带线接触。

进一步的技术方案在于：与所述上U型金属层对应的所述过渡基板的背面形成有背面金属层，所述背面金属层上形成有Pin针通过孔以及金属化半孔通过孔。

进一步的技术方案在于：所述上层基板的两侧形成有若干个上层基板隔离孔。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本申请所述过渡结构中，Pin针下部为介质环包金属针的结构，上部为裸露的金属针，将Pin针置于金属结构件中，其与金属结构件的金属壁形成类同轴结构，下部为介质同轴结构，上部为空气同轴结构，当Pin针伸入模块后用焊锡填充焊接，Pin针、过孔内壁金属与焊锡组成类同轴结构的同轴内导体，周围金属化侧壁组成类同轴结构外导体，二者组成垂直的类同轴互连部分；过渡模块表面的微带线与基板表面微带线通过侧壁半孔用焊料进行连接，组成水平互连部分。二者都传播TEM波，因此，该过渡结构对场的影响较小，有效避免了金丝键合产生的不连续性。

本申请在实现Pin针与微带过渡的同时，避免了因金丝键合引入的不连续性，解决了毫米波电路中金丝键合可靠性较低的问题；并且引入的模块化过渡结构不影响原微带的传输性能，无需重新设计微带的匹配结构。同时，该过渡模块结构简单易于加工可实现小型化，降低了装配的难度，提高了装配容差，在毫米波三维电路设计中有很好的实用价值。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明实施例所述过渡结构的立体结构示意图；

图2是本发明实施例所述过渡结构的主视结构示意图；

图3是本发明实施例所述过渡结构的俯视结构示意图；

图4是本发明实施例所述过渡结构与现有技术的仿真对比结果图（S11）；

图5是本发明实施例所述过渡结构与现有技术的仿真对比结果图（S21）；

其中：1、介质环；2、Pin针；3、上层基板；4、过渡基板；5、上层基板微带线；6、过渡基板匹配微带线；7、焊料；8、半环形微带线；9、金属化半孔；10、上层基板匹配焊盘；11、U型金属层；12、上层基板隔离孔；13、金属座。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1-图3所示，本发明实施例公开了一种模块化的Pin针到微带的过渡结构，包括金属座13，所述金属座13内形成有梯形通孔，下部的所述梯形通孔内设置有介质环1，所述介质环1内设置有Pin针2，Pin针2的上端不与所述梯形通孔的内壁接触，所述Pin针为金属材质，所述金属座13的上侧固定有上层基板3，所述上层基板3的上表面设置有过渡基板4，所述金属座13、上层基板3以及过渡基板4可以使用现有的材料进行制备；所述上层基板3上与所述通孔相对应的位置设置有上基板通孔，与所述上基板通孔相对应的所述过渡基板4上形成有过渡基板通孔。所述过渡基板4的长度小于所述上层基板3的长度，所述过渡基板4一侧的上层基板3上形成有上层基板微带线5，所述Pin针2的上端依次穿过所述金属座13以及上层基板3后固定到所述过渡基板通孔内，所述Pin针2的上端通过位于所述过渡基板4上的金属结构与所述上层基板微带线5的一端连接。

进一步的，如图2-图3所示，所述过渡基板4的上表面形成有过渡基板匹配微带线6，所述过渡基板匹配微带线6的一端通过焊料7与所述Pin针2的上端焊接连接，所述过渡基板匹配微带线6的另一端与半环形微带线8连接，所述半环形微带线8与位于过渡基板4内的过渡基板输出金属化半孔9连接，所述过渡基板输出金属化半孔9与上层基板匹配焊盘10连接，上层基板匹配焊盘10与 所述上层基板微带线5的内侧端部连接。

进一步的，为了增加所述结构传输信号的稳定性，所述过渡基板通孔、过渡基板匹配微带线6以及半环形微带线8外侧的过渡基板的上表面形成有上U型金属层11，所述U型金属层11不与所述过渡基板通孔、过渡基板匹配微带线6以及半环形微带线8接触。此外，与所述上U型金属层对应的所述过渡基板的背面形成有背面金属层，所述背面金属层上形成有Pin针通过孔以及金属化半孔通过孔。进一步的，所述上层基板的两侧形成有若干个上层基板隔离孔，通过设置以上结构能够有效的提高所述结构信号传输的稳定性。

根据本申请的一个实施例，该模块化Pin针微带过渡结构可以应用于X波段，需要说明的是，所述过渡结构还可以应用于其它波段。在上述设计的基础上，本实施实例中选择软基片Rogers RT6002作为过渡模块衬底，相对于传统的金丝键合过渡，模块化过渡结构增加了过渡基板，其为一块具有金属化通孔，过渡微带线与用于信号传输的金属化半孔以及其他三面均侧壁金属化或有金属化接地半孔的介质基板。侧壁金属化或金属化接地半孔除了在结构上可以构成类同轴结构的外导体，同时可以起到固定该过渡模块的作用。该过渡结构的俯视图如图2所示，图4-图5给出了采用传统金丝键合与模块化过度结构的S参数仿真结果，从图4-图5中可知：采用模块化Pin针到微带过渡结构的板间垂直互联模型的S参数要大幅优于采用键合金丝实现板间垂直互联模型，即说明该模块化Pin针到微带过渡结构具有更好的射频性能。

此外，本发明同时应用于不同阻抗设计，例如30Ω的传输结构当中也可应用该模块化Pin针到微带过渡结构。同时，本发明所用的Pin针规格为示例规格，改变Pin针规格不会影响本发明的适用范围。

Claims (9)

1.一种模块化的Pin针到微带的过渡结构，其特征在于：包括金属座（13），所述金属座（13）内形成有梯形通孔，下部的所述梯形通孔内设置有介质环（1） ，所述介质环（1）内设置有Pin针（2），Pin针（2）的上端不与所述梯形通孔的内壁接触，所述金属座（13）的上侧固定有上层基板（3），所述上层基板（3）的上表面设置有过渡基板（4），所述上层基板（3）上与所述通孔相对应的位置设置有上基板通孔，与所述上基板通孔相对应的所述过渡基板（4）上形成有过渡基板通孔，所述过渡基板（4）的长度小于所述上层基板（3）的长度，所述过渡基板（4）一侧的上层基板（3）上形成有上层基板微带线（5），所述Pin针（2）的上端依次穿过所述金属座（13）以及上层基板（3）后固定到所述过渡基板通孔内，所述Pin针（2）的上端通过位于所述过渡基板（4）上的金属结构与所述上层基板微带线（5）的一端连接。

2.如权利要求1所述的模块化的Pin针到微带的过渡结构，其特征在于：所述过渡基板（4）的上表面形成有过渡基板匹配微带线（6），所述过渡基板匹配微带线（6）的一端通过焊料（7）与所述Pin针（2）的上端焊接连接，所述过渡基板匹配微带线（6）的另一端与半环形微带线（8）连接，所述半环形微带线（8）与位于过渡基板（4）内的过渡基板输出金属化半孔（9）连接，所述过渡基板输出金属化半孔（9）与所述上层基板微带线（5）的内侧端部连接。

3.如权利要求1所述的模块化的Pin针到微带的过渡结构，其特征在于：所述过渡基板输出金属化半孔（9）与上层基板匹配焊盘（10）连接，所述上层基板匹配焊盘（10）与所述上层基板微带线（5）的内侧端部连接。

4.如权利要求2所述的模块化的Pin针到微带的过渡结构，其特征在于：所述过渡基板通孔、过渡基板匹配微带线（6）以及半环形微带线（8）外侧的过渡基板的上表面形成有上U型金属层（11），所述U型金属层（11）不与所述过渡基板通孔、过渡基板匹配微带线（6）以及半环形微带线（8）接触。

5.如权利要求4所述的模块化的Pin针到微带的过渡结构，其特征在于：与所述上U型金属层对应的所述过渡基板的背面形成有背面金属层，所述背面金属层上形成有Pin针通过孔以及金属化半孔通过孔。

6.如权利要求2所述的模块化的Pin针到微带的过渡结构，其特征在于：所述上层基板的两侧形成有若干个上层基板隔离孔（12）。

7.如权利要求1所述的模块化的Pin针到微带的过渡结构，其特征在于：所述过渡结构应用于X波段。

8.如权利要求1所述的模块化的Pin针到微带的过渡结构，其特征在于：使用软基片Rogers RT6002作为过渡模块衬底。

9.如权利要求1所述的模块化的Pin针到微带的过渡结构，其特征在于：所述梯形通孔的内壁进行金属化处理。

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