CN116936549A - 一种集成波导转接结构的芯片 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集成波导转接结构的芯片，属于芯片技术领域，应用于毫米波雷达和毫米波通信，包括芯片、卡合芯片的波导转接结构和位于波导转接结构下方的芯片基板，芯片基板上设置有芯片和波导转接结构，芯片基板电气连接芯片和波导转接结构。波导转接结构上端环向开设若干个波导接口，波导转接结构下端环向开设若干个过渡转接口，波导接口连通过渡转接口，波导接口径向尺寸小于过渡转接口径向尺寸，在波导接口中形成台阶结构，芯片基板上集成有射频信号线。本发明利用波导转接结构和芯片基板代替微带线馈电网络和高频板材，大大降低了系统的成本、设计复杂度和缩短了设计周期。

Description

一种集成波导转接结构的芯片

技术领域

本发明涉及一种集成波导转接结构的芯片，属于芯片技术领域。

背景技术

随着5G和无人驾驶的快速发展，毫米波频段也被广泛使用，如毫米波通讯和毫米波雷达。随着频率的增加，也提升了系统的设计难度和设计复杂度。如射频管脚和天线电气连接时，为了达到天线的匹配及射频链路的低损耗的目的，往往需要设计复杂的微带线馈电网络，还需要昂贵的高频板材作为微带线馈电网络的载体，这也就大大提升了系统的成本、设计复杂度和延长了设计周期，此外引入的微带线馈电网络对射频链路损耗会带来消极影响，影响整个系统的性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种集成波导转接结构的芯片，应用中可完美避免使用大面积的微带线馈电网络和高频板材，利用波导转接结构和芯片基板代替微带线馈电网络和高频板材，大大降低了系统的成本、设计复杂度和缩短了设计周期。

第一方面，本发明提供一种集成波导转接结构的芯片，应用于毫米波雷达和毫米波通信，包括芯片、卡合芯片的波导转接结构和位于波导转接结构下方的芯片基板，芯片基板上设置有芯片和波导转接结构，芯片基板电气连接芯片和波导转接结构。

结合第一方面，波导转接结构上端环向开设若干个波导接口，波导转接结构下端环向开设若干个过渡转接口，波导接口连通过渡转接口，波导接口径向尺寸小于过渡转接口径向尺寸，在波导接口中形成台阶结构。

结合第一方面，芯片基板上集成有射频信号线。

结合第一方面，芯片通过bonding技术连接芯片基板，芯片基板底部设置有BGA植球形成的BGA管脚。

结合第一方面，波导转接结构是金属结构件或金属化的波导转接结构；

制备波导转接结构，包括：

利用芯片模制，获得模塑件；

在模塑件加工，获得波导转接结构；

对波导转接结构进行金属化，获得金属化的波导转接结构。

结合第一方面，波导转接结构通过表面贴装技术和芯片基板相连接。

结合第一方面，芯片基板上开设有与地线连接的接地通孔，芯片基板的射频信号线位于波导转接结构下方，芯片基板的射频信号线与波导转接结构电气连接。

结合第一方面，波导接口为WR12矩形波导口或WR10波导口。

结合第一方面，芯片通孔的边角上开设便于安装或卸下芯片的辅助卸载通孔。

结合第一方面，射频信号线是微带线形式或共面波导形式。

本发明所达到的有益效果：

本发明在应用中可完美避免使用大面积的微带线馈电网络和高频板材，利用波导转接结构和芯片基板代替微带线馈电网络和高频板材，大大降低了系统的成本、设计复杂度和缩短了设计周期；

本发明直接将天线系统或者射频端口系统对接在芯片上波导接口上。本发明的波导接口属于金属化的端口，内部是空气，没有介质，且是全封闭结构，因为空气的损耗是最低，且不存在材料的各向异性，所以其插入损耗肯定微带结构低，且能保证其相位一致性。由于波导接口是全封闭的金属化结构，所以其应用在系统中不存在辐射干扰和辐射损耗。此外还能节省射频屏蔽罩的使用，这也能节省了成本；

本发明的内容是将射频信号线直接集成在芯片中，可将射频信号通过集成在芯片中的射频信号线直接馈入到天线系统中或者其他射频端口中。而无需通过芯片管脚将射频信号先引入到高频基板上的射频馈线上，再通过射频馈线将射频信号馈入到天线系统或射频端口系统中，简化了实现射频馈入的结构，降低了成本；

本发明在一些特定系统中如波导天线系统和波导端口系统中，可以直接由微带线组成微带线馈电系统，这也就不需要承载微带线馈电系统的高频基板，可大大节省成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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的附图。

图1是本申请实施例一的结构图；

图2是本申请一些实施例中波导转接结构的俯视图；

图3是本申请一些实施例中波导转接结构的仰视图；

图4是本申请一些实施例中波导接口连通过渡转接口的示意图；

图5是本申请一些实施例中芯片基板的示意图；

图6是本申请实施例二的结构图；

图7是本申请在实际应用中其中一个端口的信号反射系数和传输系数特性的曲线图。

附图标记含义，1-波导转接结构；2-芯片；3-芯片基板；11-波导接口；12-过渡转接口；13-芯片通孔；14-辅助卸载通孔。

具体实施方式

为便于对申请的技术方案进行，以下首先在对本申请所涉及到的一些概念进行说明。

传统射频链路中，射频芯片产生射频信号，产生的射频信号通过芯片管脚引入到高频基板的射频馈线上，再通过射频馈线将信号馈入到天线系统或者射频端口系统中。复杂的微带线馈电网络需要昂贵的高频板材作为微带线馈电网络的载体，这也就大大提升了系统的成本、设计复杂度和延长了设计周期，此外引入的微带线馈电网络对射频链路损耗会带来消极影响，影响整个系统的性能。

此外，微带线馈电系统属于半开放结构，其在工作中会引入辐射干扰，辐射干扰会降低天线系统性能，如使天线方向图发生畸变，辐射干扰导致的辐射损耗还会降低天线的增益，若要降低辐射干扰需加屏蔽罩，这样又会增加微带线馈电系统复杂度，增加成本，且还无法去掉辐射干扰，只是减弱辐射干扰。此外，微带线馈电网络还会引入介质损耗，从而降低天线增益。由于高频基板无法消除材料的个异性，大面积的微带线馈电网络导致各端口的相位不一致，这也给射频系统的后期调试带来困难。

实施例一

如图1所示，本发明提供一种集成波导转接结构的芯片，用于毫米波芯片，应用于毫米波雷达和毫米波通信，包括芯片2、卡合芯片2的波导转接结构1和位于波导转接结构1下方的芯片基板3，波导转接结构1上开设有卡合芯片2的芯片通孔13，芯片基板3电气连接芯片2和波导转接结构1。本实施例中芯片有4个发射通道和4个接收通道，总共8个通道，具体实施不限定通道的数量。

在本申请实施例中，如图2和图3所示，波导转接结构1上端环向开设8个波导接口11，波导转接结构1下端环向开设共计8个过渡转接口12，每个波导接口11连通一个过渡转接口12，波导接口11径向尺寸小于过渡转接口12径向尺寸，在波导接口11中形成台阶结构，如图4所示。在本申请实施例中，波导接口11为WR12矩形波导口或WR10波导口，本实施例中波导接口11可以为WR12矩形波导口，波导接口11的长和宽为3.0988mmX1.5494mm。本发明在应用中可完美避免使用大面积的微带线馈电网络，直接将天线系统或者射频端口系统对接在芯片上波导接口11上。本发明的波导接口11属于金属化的端口，内部是空气，没有介质，且是全封闭结构，因为空气的损耗是最低，且不存在材料的各向异性，所以其插入损耗肯定微带结构低，且能保证其相位一致性。由于波导接口11是全封闭的金属化结构，所以其应用在系统中不存在辐射干扰和辐射损耗。此外还能节省射频屏蔽罩的使用，这也能节省部分成本。

在本申请实施例中，芯片基板3上集成有射频信号线，本发明的内容是将射频信号线直接集成在芯片中，可将射频信号通过集成在芯片中的射频信号线直接馈入到天线系统中或者其他射频端口中。而无需通过芯片管脚将射频信号先引入到高频基板上的射频馈线上，再通过射频馈线将射频信号馈入到天线系统或射频端口系统中，简化了实现射频馈入的结构，降低了成本。

在本申请实施例中，芯片2通过bonding技术连接芯片基板3，芯片基板3底部设置有BGA植球形成的BGA管脚。在本申请实施例中，射频信号线是微带线形式或共面波导形式。本实施例中芯片基板3正面上的射频信号线的走线为微带线，微带线的宽度0.28mm，不局限于此宽度。本发明在一些特定系统中如波导天线系统和波导端口系统中，可以直接由微带线组成微带线馈电系统，这也就不需要承载微带线馈电系统的高频基板，可大大节省成本。

在本申请实施例中，波导转接结构1是金属结构件或金属化的波导转接结构1；制备波导转接结构1，包括：利用芯片模制，获得模塑件；在模塑件加工，获得波导转接结构1；对波导转接结构1进行金属化，获得金属化的波导转接结构1。

在本申请实施例中，波导转接结构1通过表面贴装技术和芯片基板3相连接。

在本申请实施例中，如图5所示，芯片基板3上开设有与地线连接的接地通孔，芯片基板3的射频信号线位于波导转接结构1下方，芯片基板3的射频信号线与波导转接结构1电气连接。

在本申请实施例中，芯片通孔13的边角上开设便于安装或卸下芯片2的辅助卸载通孔14，可以利用工具插入辅助卸载通孔14，实现安装或卸载下芯片2。

BGA植球也叫置球，就是在对拆解下来的BGA再焊接之前,需要给BGA重新安装上焊球的过程。这个过程需要对BGA植球焊盘进行清理、印刷焊膏、置球、重回流焊接焊球、清洗和检验等基本过程。BGA的全称是Ball Grid Array，中文含义为球栅阵列结构的PCB,它是集成电路采用有机载板的一种封装法。PCB(Printed Circuit Board)，中文名称为印制电路板，又称印刷线路板，是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气相互连接的载体。

bonding就是芯片打线，芯片覆膜，又称邦定。bonding是芯片生产工艺中一种打线的方式，一般用于封装前将芯片内部电路用金线与封装管脚连接，一般bonding后(即电路与管脚连接后)用黑色胶体将芯片封装，同时采用先进的外封装技术COB(ChipOnBoard)，这种工艺的流程是将已经测试好的外延片植入到特制的电路板上，然后用金线将外延片电路连接到电路板上，再将融化后具有特殊保护功能的有机材料覆盖到外延片上来完成芯片的后期封装。

SMT技术是表面贴装技术(Surface Mounted Technology的缩写)，是电子组装行业里最流行的一种技术和工艺。

实施例二

参见图6，与实施例一不同的是，本实施例中波导转接结构1上没有开设卡合芯片2的芯片通孔13，芯片基板3电气连接芯片2和波导转接结构1，并且芯片基板3固定连接连接芯片2和波导转接结构1。

如图7所示，为本发明一具体实施例中一个射频通道在应用中信号的反射系数和传输系数特性图，其中，虚线S11表示反射系数，实现S21表示传输系数，x轴表示输入信号频率(单位：GHz)，y轴表示天线输入端口的信号反射系数和传输系数的值(单位：dB)。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未发明的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

以上的具体实施方式，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本申请的具体实施方式而已，并不用于限定本申请的保护范围，凡在本申请的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种集成波导转接结构的芯片，应用于毫米波雷达和毫米波通信，其特征在于，

包括芯片(2)、卡合芯片(2)的波导转接结构(1)和位于波导转接结构(1)下方的芯片基板(3)，芯片基板(3)上设置有芯片(2)和波导转接结构(1)，芯片基板(3)电气连接芯片(2)和波导转接结构(1)。

2.根据权利要求1所述的一种集成波导转接结构的芯片，其特征在于，

波导转接结构(1)上端环向开设若干个波导接口(11)，波导转接结构(1)下端环向开设若干个过渡转接口(12)，波导接口(11)连通过渡转接口(12)，波导接口(11)径向尺寸小于过渡转接口(12)径向尺寸，在波导接口(11)中形成台阶结构。

3.根据权利要求1所述的一种集成波导转接结构的芯片，其特征在于，

芯片基板(3)上集成有射频信号线。

4.根据权利要求1所述的一种集成波导转接结构的芯片，其特征在于，

芯片(2)通过bonding技术连接芯片基板(3)，芯片基板(3)底部设置有BGA植球形成的BGA管脚。

5.根据权利要求2所述的一种集成波导转接结构的芯片，其特征在于，

波导转接结构(1)是金属结构件或金属化的波导转接结构(1)；

制备波导转接结构(1)，包括：

利用芯片模制，获得模塑件；

在模塑件加工，获得波导转接结构(1)；

对波导转接结构(1)进行金属化，获得金属化的波导转接结构(1)。

6.根据权利要求5所述的一种集成波导转接结构的芯片，其特征在于，

波导转接结构(1)通过表面贴装技术和芯片基板(3)相连接。

7.根据权利要求4所述的一种集成波导转接结构的芯片，其特征在于，

芯片基板(3)上开设有与地线连接的接地通孔，芯片基板(3)的射频信号线位于波导转接结构(1)下方，芯片基板(3)的射频信号线与波导转接结构(1)电气连接。

8.根据权利要求1所述的一种集成波导转接结构的芯片，其特征在于，

波导接口(11)为WR12矩形波导口或WR10波导口。

9.根据权利要求5所述的一种集成波导转接结构的芯片，其特征在于，

芯片通孔(13)的边角上开设便于安装或卸下芯片(2)的辅助卸载通孔(14)。

10.根据权利要求9所述的一种集成波导转接结构的芯片，其特征在于，

射频信号线是微带线形式或共面波导形式。