CN114867197B - 射频基板互联结构及射频电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种射频基板互联结构及射频电子设备，该射频基板互联结构包括：第一高低频复合基板和第二高低频复合基板，所述第一高低频复合基板与所述第二高低频复合基板通过射频柔性互联基板相连。本申请通过在两块高低频复合机基板之间增加采用射频柔性板材加工而成的射频柔性互联基板，解决了现有技术中不能灵活调整上下两层印制板之间的相对位置的问题，高低频复合机基板和射频柔性互联基板的射频信号层均采用带状线结构、并在带状线两侧设置有密度较高的屏蔽孔，同时两者互联也采用焊球和焊环形成全屏蔽的等效同轴结构，实现全屏蔽式的板间互联结构，解决了现有技术中存在电磁辐射、通道隔离度差的问题。

Description

射频基板互联结构及射频电子设备
技术领域
本发明涉及射频技术领域，尤其涉及到一种射频基板互联结构及射频电子设备。
背景技术
近年来，随着移动通信及车载电子等领域的蓬勃发展，对射频微波产品提出了低成本、高集成度、高频率及高性能传输的应用需求。目前射频微波产品中板间射频信号互连的常用方式主要采用BGA方式、射频电缆或连接器互连方式进行互连，但是BGA连接方式存在连接强度低、板间缝隙小无法贴装元器件的问题；传统的电缆互连方式存在电缆两边需要焊接接头导致互连尺寸大，重量大、不利于射频微波产品小型化的问题。
中国专利CN107135613A公布了一种板间射频互连方法，通过对射频电缆两端剥线处理后将射频电缆同一端的内导体和外导体分别连接一个电路片的射频传输线和地焊盘。该互连方法中射频电缆两端无需焊接接头，互连尺寸小，但由于互连的射频电缆内导体在与电路片连接处存在开口，未完全屏蔽，存在电磁辐射问题，通道隔离度差。
中国专利CN113301726A、CN113305385A公布了采用射频表贴连接器和KK头连接的垂直互联印制板组件的设计方法，但射频表贴连接器尺寸较大，不利于射频微波产品小型化，而且射频表贴连接器位置和高度固定后，上下两层印制板之间左右相对位置以及上下相对位置不能移动，不能灵活调整上下两层印制板之间的相对位置，使用受限。
因此，如何提供一种低成本、全屏蔽式、使用灵活的板间射频柔性互联结构，是一个亟需解决的技术问题。
上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种射频基板互联结构及射频电子设备，旨在解决现有技术存在连接强度低、板间缝隙小无法贴装元器件、不利于射频微波产品小型化、存在电磁辐射、通道隔离度差、不能灵活调整上下两层印制板之间的相对位置等问题的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供一种射频基板互联结构，包括：第一高低频复合基板和第二高低频复合基板，所述第一高低频复合基板与所述第二高低频复合基板通过射频柔性互联基板相连；其中：
所述第一高低频复合基板、第二高低频复合基板和射频柔性互联基板采用处于上下层带状线参考地之间的带状线结构，所述带状线结构上设有信号孔；
所述第一高低频复合基板与射频柔性互联基板、第二高低频复合基板与射频柔性互联基板通过焊球连接对应的信号孔；
所述第一高低频复合基板与射频柔性互联基板、第二高低频复合基板与射频柔性互联基板通过焊环连接对应的带状线参考地。
可选的，所述信号孔为金属化盲孔，用于将带状线结构内层的带状线过渡到表层，以使第一高低频复合基板与射频柔性互联基板的带状线、第二高低频复合基板与射频柔性的带状线通过焊球实现电气连接。
可选的，所述焊球和所述焊环以及与所述焊球、焊环焊接的带状线参考地构成全屏蔽的等效同轴结构。
可选的，所述带状线两侧设置有若干个屏蔽孔。
可选的，所述屏蔽孔为金属化通孔，用于连接带状线两侧的带状线参考地和射频地。
可选的，所述射频柔性互联基板的带状线两侧的射频地采用网格地结构，网格间距≥0.25mm；所述第一高低频复合基板和第二高低频复合基板的带状线两侧的射频地采用实心地结构。
可选的，所述第一高低频复合基板和第二高低频复合基板采用多层微波板材和/或低频板材层压而成。
可选的，所述射频柔性互联基板采用至少两层射频柔性板材层压而成。
可选的，所述射频柔性板材采用LCP板和/或DuPont Pyralux TK板。
此外，为了实现上述目的，本发明还提供了一种射频电子设备，所述射频电子设备采用如上所述的射频基板互联结构。
本申请的有益效果：
1、本申请通过在两块高低频复合机基板1和高低频复合基板2之间增加一种采用射频柔性板材加工而成的射频柔性互联基板，该射频柔性互联基板具有柔韧性好、易于弯折、易于共形、使用灵活等优点，实现了板间射频柔性互联，解决了现有技术中不能灵活调整上下两层印制板之间的相对位置的问题。
2、本申请中高低频复合机基板和射频柔性互联基板的射频信号层均采用带状线结构、并在带状线两侧设置有密度较高的屏蔽孔，同时两者互联也采用焊球和焊环形成全屏蔽的等效同轴结构，实现了一种全屏蔽式的板间互联结构，解决了现有技术中存在电磁辐射、通道隔离度差的问题。
3、本申请提出的整个互联结构是通过高低频复合基板和射频柔性互联基板多个部分直接焊接而成，无需射频连接器，尺寸小，便于射频微波产品小型化。另外，各个基板单独加工难度低，若其中某部分基板故障，可方便更换，无需全部报废，能大幅降低加工成本和维修维护成本。
4、本申请中板间射频柔性互联结构在DC-41.2GHz频段范围内有很好的传输性能，回波损耗S11＜-20dB，能够满足微波毫米波垂直过渡的高性能传输要求，同时具有屏蔽性好、柔性互联易于弯折、易于共形的优点。
附图说明
图1为本发明实施例中射频基板互联结构的结构示意图；
图2为本发明实施例中射频基板互联结构的剖视图；
图3为本发明实施例中高低频复合基板的叠层示意图；
图4为本发明实施例中高低频复合基板的各层俯视图；
图5为本发明实施例中射频柔性互联基板的叠层示意图；
图6为本发明实施例中射频柔性互联基板的各层俯视图；
图7为本发明实施例中射频柔性互联基板与高低频复合基板通过焊球和焊环连接的示意图；
图8为本发明实施例中焊球和焊环的结构示意图；
图9为本发明实施例中射频基板互联结构的性能曲线图；
图10为本发明实施例中射频柔性互联结构实现的前端放大板级微波产品的结构图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释发明，并不用于限定发明。
下面将结合发明实施例中的附图，对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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于发明保护的范围。
需要说明，发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当人认为这种技术方案的结合不存在，也不在发明要求的保护范围之内。
目前射频微波产品中板间射频信号互连的常用方式主要采用BGA方式、射频电缆或连接器互连方式进行互连，但是BGA连接方式存在连接强度低、板间缝隙小无法贴装元器件的问题；传统的电缆互连方式存在电缆两边需要焊接接头导致互连尺寸大，重量大、不利于射频微波产品小型化的问题。
为了解决这一问题，提出本发明的射频基板互联结构的各个实施例。本发明提供的射频基板互联结构，通过在两块高低频复合机基板之间增加采用射频柔性板材加工而成的射频柔性互联基板，解决了现有技术中不能灵活调整上下两层印制板之间的相对位置的问题，高低频复合机基板和射频柔性互联基板的射频信号层均采用带状线结构、并在带状线两侧设置有密度较高的屏蔽孔，同时两者互联也采用焊球和焊环形成全屏蔽的等效同轴结构，实现全屏蔽式的板间互联结构，解决了现有技术中存在电磁辐射、通道隔离度差的问题。
参照图1，图1为本发明实施例方案涉及的射频基板互联结构的示意图。
本实施例提供一种射频基板互联结构，所述射频基板互联结构包括高低频复合基板1、高低频复合基板2、射频柔性互联基板、焊环和焊球组成。
需要说明的是，高低频复合基板1和高低频复合基板2之间设置有一种采用射频柔性板材加工而成的射频柔性互联基板，射频柔性互联基板与高低频复合基板之间通过焊球将对应的垂直过渡信号孔焊接实现电气连接，同时通过焊环将高低频复合基板与射频柔性互联基板带状线的参考地焊接实现电气连接，焊球和焊环形成全屏蔽的等效同轴结构。
基于此，如图2所示，本实施例实现了一种全屏蔽式的板间射频柔性互联结构，由于高低频复合机基板和射频柔性互联基板的射频信号层均采用带状线结构、并在带状线两侧设置有密度较高的屏蔽孔，两者互联也采用焊球和焊环形成全屏蔽的等效同轴结构，同时结合射频柔性互联基板具有柔韧性好、易于弯折、易于共形的优点。
需要说明的是，由于整个互联结构是通过高低频复合基板和射频柔性互联基板多个部分焊接而成，各个基板单独加工难度低，若其中某部分基板故障，可方便更换，无需全部报废，能大幅降低加工成本和维修维护成本。
为了减小产品对外辐射、提高产品通道隔离，高低频复合机基板和射频柔性互联基板的射频信号层均采用将射频信号夹在参考地中间的带状线结构，并在带状线两侧增加屏蔽孔，屏蔽孔密度尽量高。
参照图3，图3为高低频复合基板的叠层示意图，对于高低频复合基板，由多层微波板材和低频板材层压而成，微波板材标称工作频率至少需覆盖到40GHz以上，板材层数较多，通常大于3层，形成至少4层金属层，其中前三层依次为带状线参考地1、带状线(即射频信号层)、带状线参考地2，并包含由盲孔构成的信号孔及屏蔽孔。
其中，信号孔为金属化孔，用于将内层的带状线垂直过渡到表层；屏蔽孔为金属化孔，用于连接带状线参考地1、带状线两侧的射频地以及带状线参考地2，使得不同层地平面连接到一起，起屏蔽和隔离作用。
高低频复合基板的带状线俯视图如图4所示，在带状线两侧设置有屏蔽孔，屏蔽孔密度尽量高，以提高隔离，并在垂直过渡位置设置有匹配节，减小信号反射，提升微波毫米波传输性能。
参照图5，图5为射频柔性互联基板叠层示意图，对于射频柔性互联基板，由射频柔性板材层压而成，射频柔性板材标称工作频率至少覆盖到40GHz以上，如LCP(液晶聚合物)、DuPont Pyralux TK两种最常用柔性电路板材，或其他同类型柔性电路板材。
为便于射频柔性互联基板灵活弯折为各种形状和角度，通常由2层射频柔性板材层压而成，形成由参考地1、带状线(即射频信号层)、参考地2的带状线结构，并包含由盲孔构成的信号孔以及通孔构成的屏蔽孔。
其中，信号孔为金属化孔，用于将内层的带状线垂直过渡到表层；屏蔽孔为金属化孔，用于连接带状线参考地1、带状线两侧的射频地以及带状线参考地2，使得不同层地平面连接到一起，起屏蔽和隔离作用。
射频柔性互联基板的带状线两侧的射频地采用网格地结构，网格间距≥0.25mm，以保证射频柔性互联基板的灵活弯折性能。射频柔性互联基板的带状线俯视图如图6所示，在带状线两侧设置有屏蔽孔，屏蔽孔密度尽量高，以提高隔离，并在垂直过渡位置设置有匹配节，减小信号反射，提升微波毫米波传输性能。
在优选的实施例中，如图7所示，射频柔性互联基板与高低频复合基板之间通过焊球和焊环进行电气互联。其截面剖视图和俯视图如图8所示，其中焊球用于连接高低频复合基板带状线的垂直过渡信号孔和射频柔性互联基板的垂直过渡信号孔，焊环用于连接高低频复合基板与射频柔性互联基板带状线的参考地，焊球和焊环以及与其焊接的参考地平面形成全屏蔽的等效同轴结构。最终整个互联结构实现了完全屏蔽结构，以减小电磁辐射，提高产品通道隔离。
在本实施例中，提供一种射频基板互联结构，通过在两块高低频复合机基板之间增加采用射频柔性板材加工而成的射频柔性互联基板，解决了现有技术中不能灵活调整上下两层印制板之间的相对位置的问题，高低频复合机基板和射频柔性互联基板的射频信号层均采用带状线结构、并在带状线两侧设置有密度较高的屏蔽孔，同时两者互联也采用焊球和焊环形成全屏蔽的等效同轴结构，实现全屏蔽式的板间互联结构，解决了现有技术中存在电磁辐射、通道隔离度差的问题。
为了更清楚的解释本申请，下面提供一种射频基板互联结构的具体实例进行说明。
本实施例提供一种低成本、全屏蔽式板间射频柔性互连结构实施实例：高低频复合基板采用高性能毫米波芯板CLTE-XT和粘接膜Fastrise27层压而成，其厚度依次为0.127mm和0.075mm，基板共4层微波板材，总厚度为1.5mm，带状线特性阻抗为46～54欧姆，垂直过渡信号孔和屏蔽孔孔径为0.15mm；射频柔性互联基板采用两层高性能液晶聚合物(LCP)材料，单层介质厚度0.05mm，铜厚18um，总厚度为0.18mm，带状线特性阻抗为46～54欧姆，垂直过渡信号孔和屏蔽孔孔径为0.1mm，折弯半径≤0.5mm；焊球为锡铅球，直径为0.2mm；焊环为锡铅焊料，厚度0.2mm，内径为0.9mm，外径为1.3mm。
在对本实施例提供的射频基板连接结构进行性能测试时，采用三维电磁仿真软件进行性能仿真，结果如图9所示，该板间射频柔性互联结构在DC-41.2GHz频段范围内有很好的传输性能，回波损耗S11＜-20dB，能够满足微波毫米波垂直过渡的高性能传输要求，具有工作频段宽的优点。同时具有低成本、全屏蔽式、柔性互联易于弯折、易于共形、使用灵活的优点。
本实施例还提供一种射频电子设备，该射频电子设备采用上述实施例提供的射频基板互联结构。
如图10所示，具体的，可在两块高低频复合基板的正面或反面、正反面均可贴装不同功能的数字控制器件、射频微波器件，形成具有射频柔性传输能力的板级微波产品，具有灵活弯折和易于共形等优点，可适用于异形的苛刻装机环境。其中一块高低频复合基板贴装有18-40GHz的多通道前端放大器件、电源及去耦电容，另一块高低频复合基板贴装有18-40GHz的微波多功能器件，中间采用上述实施例提供的射频基板互联结构实现五通道18-40GHz射频柔性互联、电源及低频信号传输，构成一种具有低成本、全屏蔽式、可灵活弯折和易于共形等优点的前端放大板级微波产品。
以上仅为发明的优选实施例，并非因此限制发明的专利范围，凡是利用发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种射频基板互联结构，其特征在于，包括：第一高低频复合基板和第二高低频复合基板，所述第一高低频复合基板与所述第二高低频复合基板通过射频柔性互联基板相连；所述第一高低频复合基板和第二高低频复合基板采用多层微波板材和/或低频板材层压而成；所述射频柔性互联基板采用至少两层射频柔性板材层压而成；所述射频柔性板材采用LCP板和/或DuPont Pyralux TK板；其中：
所述第一高低频复合基板、第二高低频复合基板和射频柔性互联基板采用处于上下层参考地之间的带状线结构，所述带状线结构上设有信号孔；所述带状线两侧设置有若干个屏蔽孔；
所述第一高低频复合基板与射频柔性互联基板、第二高低频复合基板与射频柔性互联基板通过焊球连接对应的信号孔；所述信号孔为金属化盲孔，用于将带状线结构内层的带状线过渡到表层，以使第一高低频复合基板与射频柔性互联基板的带状线、第二高低频复合基板与射频柔性的带状线通过焊球实现电气连接；
所述第一高低频复合基板与射频柔性互联基板、第二高低频复合基板与射频柔性互联基板通过焊环连接对应的带状线参考地；
所述焊球和所述焊环以及与所述焊球、焊环焊接的带状线参考地构成全屏蔽的等效同轴结构。
2.如权利要求1所述的射频基板互联结构，其特征在于，所述屏蔽孔为金属化通孔，用于连接带状线两侧的带状线参考地和射频地。
3.如权利要求2所述的射频基板互联结构，其特征在于，所述射频柔性互联基板的带状线两侧的射频地采用网格地结构，网格间距≥0.25mm；所述第一高低频复合基板和第二高低频复合基板的带状线两侧的射频地采用实心地结构。
4.一种射频电子设备，其特征在于，所述射频电子设备采用如权利要求1-3任意一项所述的射频基板互联结构。
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