CN116315552B - 一种共面波导与微带线的过渡结构 - Google Patents
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Abstract
本发明属于半导体技术领域，具体公开了一种共面波导与微带线的过渡结构，包括：共面波导结构以及微带线结构；共面波导结构包括上金属层、第一介质层和下金属层，上金属层包括带有第一缺口的第一金属板以及位于第一缺口内的传输线；微带线结构包括第二介质层、设置在第二介质层靠近上金属层一侧面上的微带层、设置在第二介质层远离共面波导结构一侧面上的顶金属层，微带层包括微带线和位于微带线两侧与微带线绝缘的地线，微带线与传输线电接触。本发明增加了信号回流路径，避免了高频段谐振问题，保证了接地的完整性，同时具有改善过渡段阻抗匹配的作用，降低了高频段的损耗金属化，获得了良好的传输特性，避免了高频段的谐振问题。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种共面波导与微带线的过渡结构。
背景技术
近年来，随着5G通信技术和消费电子技术的发展和普及，半导体器件不断朝着小型化、集成化发展，工作频率也不断提高，面向高频的晶圆级测试逐渐成为射频芯片生产中不可或缺的一个环节。微带线结构件与PCB射频板的级联是目前的一种重要的测试解决方案，广泛用于面向高频的晶圆级测试分析。
微带线结构件与PCB射频板中的微带线、共面波导、基片集成波导等平面传输结构具有小型化、易于集成等优点，被广泛应用于微波集成电路和微波系统中。由于各种传输结构有各自的特点，常需要实现不同平面、不同传输线之间的传输过渡。
现有技术中的PCB板一般由波导传输结构和微带线结构组成，微带线结构也就是微带传输结构，其中射频系统过渡结构主要集中于一块介质板上来实现，通过不同传输结构间的电磁耦合来实现传输过渡，这种形式对于晶圆级测试是不适用的，为了实现晶圆级测试的目的，设计的薄膜结构件必须具有非常紧凑的结构，然后通过一类固定装置与PCB射频板连接，测试机才可以检测到信号。目前采用的薄膜方案中，普遍采用了微带线和共面波导这类结构，但是该结构不仅射频性能不佳，过渡结构也很难覆盖高频结构且有可能会产生高频谐振，同时增加插入损耗。
发明内容
本发明提供了一种共面波导与微带线的过渡结构，用以解决目前PCB板中的射频性能不佳以及过渡结构也很难覆盖高频结构的问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种共面波导与微带线的过渡结构，其中，包括：共面波导结构以及设置在所述共面波导结构上的微带线结构；
所述共面波导结构包括从上到下设置的上金属层、第一介质层和下金属层，所述上金属层包括带有第一缺口的第一金属板以及位于所述第一缺口内的传输线，所述传输线与所述第一金属板彼此绝缘；
所述微带线结构包括第二介质层、设置在所述第二介质层靠近上金属层一侧面上的微带层、设置在所述第二介质层远离所述共面波导结构一侧面上的顶金属层，所述微带层包括微带线和位于微带线两侧与所述微带线绝缘的地线，所述微带线与所述传输线电接触。
本发明一个较佳实施例中，所述微带线包括渐变线、接触线和延伸线，所述渐变线连接所述接触线和延伸线，所述接触线的线宽大于延伸线。
本发明一个较佳实施例中，所述渐变线与所述接触线连接一端的线宽等于所述接触线的线宽，所述渐变线与所述延伸线接触一端线宽等于所述延伸线的线宽。
本发明一个较佳实施例中，所述接触线通过焊盘与所述传输线连接。
本发明一个较佳实施例中，所述上金属层、下金属层和第一介质层上设有多个相连通的第一通孔。
本发明一个较佳实施例中，所述顶金属层、第二介质层和微带层设有多个相连通的第二通孔。
本发明一个较佳实施例中，所述顶金属层包括带有第二缺口的第二金属板，所述第二缺口与所述第一缺口的位置对应且形状相同。
本发明一个较佳实施例中，所述第二金属板上设有横跨所述第二缺口的连接桥。
本发明一个较佳实施例中，所述连接桥至少为两个且相邻两个连接桥的间距相等。
本发明一个较佳实施例中，所述共面波导结构为PCB板，所述微带线结构为柔性薄膜。
本发明提供的技术方案与现有技术相比具有如下优势：
本发明增加了信号回流路径，避免了高频段谐振问题，保证了接地的完整性，同时具有改善过渡段阻抗匹配的作用，降低了高频段的损耗金属化，获得了良好的传输特性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。
图1是本发明一实施例中所述的一种共面波导与微带线的过渡结构的爆炸示意图；
图2是本发明一实施例中所述的一种共面波导与微带线的过渡结构中的微带线结构的爆炸示意图；
图3是现有技术中的PCB板的匹配响应仿真图；
图4是本发明一实施例中所述的一种共面波导与微带线的过渡结构中的匹配响应仿真图。
图中所示：
1-下金属层；2-第一介质层；21-第一通孔；3-上金属层；31-传输线；4-微带层；41-地线；42-微带线；43-渐变线；5-第二介质层；51-第二通孔；6-顶金属层；61-第二缺口；62-连接桥。
具体实施方式
为了便于理解，下面结合实施例阐述所述的一种共面波导与微带线的过渡结构，应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位和位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
如图1-2所示，本发明公开了一种共面波导与微带线的过渡结构，包括：共面波导结构以及设置在共面波导结构上的微带线结构，其中，微带线结构为柔性薄膜。
其中，如图1所示，共面波导结构包括下金属层1、上金属层3以及设置在下金属层1和上金属层3之间的第一介质层2。
下金属层1为矩形金属板。上金属层3包括第一金属板和传输线31，第一金属板上设有一个第一缺口，传输线31嵌于该第一缺口内，通过使传输线31与第一金属板不接触以实现传输线31于第一金属板相互绝缘。
上金属层3和下金属层1上设有多个相连通的第一通孔，第一介质层2上刻蚀有金属化第一通孔21，第二介质层2上设置第一通孔21以连接下金属层1和第一金属板，所以，本实施例中，第一通孔21位于第一金属板与下金属层1之间。第一通孔21的内部镀有金属层，不仅可以增强地线41与顶金属层6之间的信号传输，同时还可以抗氧化，便于焊接。
第一通孔21分为两列，一列位于传输线31的一侧，另一列位于传输线31的另一侧，每列第一通孔21的数量至少为两个。在本实施例中，每列第一通孔21的数量为4个，第一通孔21的总计数量为8个，完全能够满足信号传输的要求。
并且，由于第一通孔21是为了传输下金属层1与第一金属板之间的信号，因此第一通孔21是完全位于下金属层1与第一金属板之间，也就是说，该第一通孔21的内径不大于单个第一金属板宽度。
参照图2所示，微带线结构包括第二介质层5、设置在第二介质层5靠近共面波导结构一侧面上的微带层4、设置在第二介质层5远离共面波导结构一侧面上的顶金属层6，以及设置在第二介质层5上的若干第二通孔。其中，微带线结构层中的微带层与PCB板中的上金属层3重叠。
微带线42包括渐变线43、接触线和延伸线(图中未标记)，渐变线43连接接触线和延伸线，接触线的线宽大于延伸线。渐变线43与接触线连接一端的线宽等于接触线的线宽，渐变线43与延伸线接触一端线宽等于延伸线的线宽。接触线通过焊盘与传输线连接，这里，微带线42不直接与传输线接触，在没有焊盘的地方实现绝缘。
微带层包括平行设置两个地线41以及位于两个地线41之间的微带线42，地线41和微带线42靠近上金属层3的一面设有接触层，接触层为绝缘件，以使微带层与上金属层3之间形成彼此绝缘，防止发生信号短路，或者是造成其他的一些安全隐患等。
接触层可以是覆盖整个地线41与上金属层3之间的接触面或整个微带线42与上金属层3之间的接触面，也可以是设置在地线41和微带线42上的一小段接触层面，只要是可以使接触层与共面波导结构充分接触，避免微带线42接触到共面波导结构中的地线上，造成信号短路即可。
微带线42上设置的是一小段接触层面时，微带线42还包括中间的一小节渐变线43，微带线43两端宽度不一样导致阻抗不一样，通过渐变的方式，改善阻抗突变，增强信号传输。
参照图2所示，第二介质层5上设有若干第二通孔51，第二通孔51均为通孔，第二通孔51位于地线41与顶金属层6之间。第二通孔51的内部镀有金属层，以增强地线41与顶金属层6之间的信号传输，同时还可以抗氧化，便于焊接。
第二通孔51分为两列，分别位于两个地线41上，每列第二通孔51的数量至少为两个。在本实施例中，每列第二通孔51的数量为4个，第二通孔51的总计数量为8个，与第一通孔21的数量相同，完全能够满足信号传输的要求。
由于第二介质层5上的通孔是为了增强地线41与顶金属层6之间的信号传输，因此该第二通孔51是完全位于地线41与顶金属层6之间，也就是说，该第二通孔51的内径小于地线41的宽度。
继续参照图2所示，所述顶金属层6包括带有第二缺口61的第二金属板，所述第二缺口61与所述第一缺口的位置对应且形状相同上金属层。第二金属板上设有横跨所述第二缺口61的连接桥62。连接桥62至少为两个且相邻两个连接桥62的间距相等。
也就是说，本体上的第二缺口61与第一金属板上的第二缺口61位置对应且形状相同，第二缺口61沿本体的中心线呈轴对称，连接桥62的两端连接于第二缺口61上互相对称的两点。在本实施例中，设置第二缺口61和连接桥62，以改善信号传输的阻抗匹配。
微带线结构和PCB板通过外部压力进行贴合组装，组装后，地线41和上金属层3中的第一金属板连通，这样就形成了信号传输的完整途径。地线41、通孔、上金属层3作为微带线结构的部分保证过渡段地相信号的完整性，与没有第二缺口61和连接桥62的地相结构比较，本实施例中的结构可以改善信号传输的阻抗匹配。
参照图3-4所示，其匹配响应的仿真结果如图4所示，在本实施例中，-20dB回波损耗频带为41.7GHz，带宽内的插损在-2.3dB以内，其中PCB板采用的基板介电常数为3.49，微带线结构为一种聚酰亚胺材料。因此，设计的微带线结构微带线42与PCB共面波导的过渡结构获得了很好的传输特性，-20dB回波损耗带宽可覆盖到41.7GHz，对应插入损耗为-2.3dB，大大提高了系统性能。
综上，现有技术中-20dB回波损耗达到了41.7GHz，采用本发明中的方案改善后的插入损耗为-2.3dB，获得了良好的传输特性。并且地线41的设置保证了接地的完整性，避免了高频段的谐振问题。
本发明工作时，射频信号通过PCB的共面波导端口进入，信号在传输线31中进行传输，经过微带线42传输到薄膜的微带结构中，信号在经过微带线42不连续点时，阻抗会发生突变和引入寄生电容电感，顶金属层6的第二缺口61用来调控过渡段的阻抗变化和改善寄生效应，微带线42中的一小节渐变线43同样改善过渡结构阻抗突变。宽带传输特性得益于上金属层3和微带线42的匹配，为了进一步降低高频插入损耗，引入了连接桥62，可以明显改善因第二缺口61的存在导致的电磁泄漏问题，降低了高频段的损耗。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (8)
1.一种共面波导与微带线的过渡结构，其特征在于，包括：共面波导结构以及设置在所述共面波导结构上的微带线结构；
所述共面波导结构包括从上到下设置的上金属层、第一介质层和下金属层，所述上金属层包括带有第一缺口的第一金属板以及位于所述第一缺口内的传输线，所述传输线与所述第一金属板彼此绝缘；
所述微带线结构包括第二介质层、设置在所述第二介质层靠近上金属层一侧面上的微带层、设置在所述第二介质层远离所述共面波导结构一侧面上的顶金属层，所述微带层包括微带线和位于微带线两侧与所述微带线绝缘的地线，所述微带线与所述传输线电接触；
所述顶金属层包括带有第二缺口的第二金属板，所述第二缺口与所述第一缺口的位置对应且形状相同；
所述第二金属板上设有横跨所述第二缺口的连接桥。
2.根据权利要求1所述的一种共面波导与微带线的过渡结构，其特征在于：所述微带线包括渐变线、接触线和延伸线，所述渐变线连接所述接触线和延伸线，所述接触线的线宽大于延伸线。
3.根据权利要求2所述的一种共面波导与微带线的过渡结构，其特征在于：所述渐变线与所述接触线连接一端的线宽等于所述接触线的线宽，所述渐变线与所述延伸线接触一端线宽等于所述延伸线的线宽。
4.根据权利要求2所述的一种共面波导与微带线的过渡结构，其特征在于：所述接触线通过焊盘与所述传输线连接。
5.根据权利要求1所述的一种共面波导与微带线的过渡结构，其特征在于所述上金属层、下金属层和第一介质层上设有多个相连通的第一通孔。
6.根据权利要求1所述的一种共面波导与微带线的过渡结构，其特征在于：所述顶金属层、第二介质层和微带层设有多个相连通的第二通孔。
7.根据权利要求1所述的一种共面波导与微带线的过渡结构，其特征在于：所述连接桥至少为两个且相邻两个连接桥的间距相等。
8.根据权利要求1所述的一种共面波导与微带线的过渡结构，其特征在于：所述共面波导结构为PCB板，所述微带线结构为柔性薄膜。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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