CN219678789U - 一种射频电路板结构 - Google Patents

Abstract

本申请属于微波器件领域，具体公开了一种射频电路板结构。所述射频电路板结构包括射频信号层、中间介质层和接地参考层，所述接地参考层包括接地的导电层，所述射频信号层包括信号线，所述中间介质层位于所述射频信号层与所述接地参考层之间，包括至少2层基材，以实现所述射频信号层的跨层参考。本申请的优点在于通过增加介质层中基材的层数的方式，来比较自由的调整信号线与地平面之间距离，从而解决了现有技术中在信号线与地平面之间只设置一层介质材料所带来的无法灵活调整信号线与地平面之间距离的问题。

Description

一种射频电路板结构

技术领域

本申请涉及微波器件领域，尤其涉及了一种射频电路板结构。

背景技术

在射频电路中，传输线是一种常见的器件，其可以用来传输微波信号和微波能量。微带线和带状线是平面结构传输线，具有体积小、重量轻、使用频带宽、可靠性高和制造成本低等优点。

微带线是位于接地层上由电介质隔开的印制导线，它是一根带状导线(信号线)，与地平面之间用一种电介质隔离开，印制导线的厚度、宽度、印制导线与地层的距离以及电介质的介电常数决定了微带线的特性阻抗。如果线的厚度、宽度以及与地平面之间的距离是可控制的，则它的特性阻抗也是可以控制的。

带状线是介于两个接地层之间的印制导线，它是一条置于两层导电平面之间的电介质中间的铜导线。它的特性阻抗和印制导线的宽度、厚度、电介质的介电常数以及两个接地层的距离有关。如果导线的厚度和宽度、介质的介电常数以及两层地平面间的距离是可控的，那么线的特性阻抗也是可控的。

但是，在现有技术中，基于多方面的原因，导线的厚度、介质的介电常数以及导线到地平面之间的距离这三个参数都相对固定，可调整的余地很小，因此通常依靠调整导线的宽度这一参数来保证微带线/带状线的特性阻抗。但是，基于印制电路板(电路板)的加工能力的限制，若导线宽度过细，将无法加工；若导线宽度偏细，则加工精度偏低，将会影响实际的特性阻抗的值。也就是说，导线的宽度也受限。事实上，目前电路板的加工能力一般需要设计线宽大于0.09mm，过细的设计线宽不能保证特性阻抗的值，甚至可能无法制造。

发明内容

为了解决上述问题，在现有工艺技术水平下实现精确加工，从而保证微带线/带状线的特性阻抗符合设计需求，本申请提出了一种射频电路板的结构。

本申请提出的一种射频电路板的结构，包括射频信号层、中间介质层和参考层，所述接地参考层包括接地的导电层，所述射频信号层包括信号线，所述中间介质层位于所述射频信号层与所述接地参考层之间，包括至少2层基材，以实现所述射频信号层的跨层参考。

上述的结构中，所述信号线为微带线或带状线。

上述的结构中，所述信号线的宽度大于线宽的刻蚀精度。

上述的结构中，所述信号线的宽度大于等于0.09mm。

上述的结构中，用于与射频接头连接的焊盘，所述焊盘包括接触部，所述接触部与所述射频接头连接，并且所述接触部的线宽大于所述射频接头的管脚宽度。

上述的结构中，所述至少两层基材之间整层未设置导电材料或者与信号线相对区域未设置导电材料。

上述的结构中，所述相对区域与所述信号线的线宽比例为2～3。

上述的结构中，在所述参考层远离所述信号层的一侧，还包括第二信号层，所述第二信号层用于布设非射频信号的走线。

与现有技术相比，本申请通过增加介质层中基材的层数的方式，来比较自由的调整信号线与地平面(接地参考层)之间的距离，从而解决了现有技术中在信号线与地平面之间只设置一层介质材料所带来的无法灵活调整信号线与地平面之间距离的问题。本申请所提出的技术方案可以同时调整信号线的线宽和信号线与地平面之间的距离这两个参数，从而，当线宽不能更细时或者线宽已经被确定的情况下，可以通过增加信号线与地平面之间的距离来保证特性阻抗。信号线的线的线宽可以大于0.09mm，解决了现有加工工艺无法加工0.09mm以下线宽的缺陷，可以更加精确地保证微带线器件和带状线器件的特性阻抗。

附图说明

图1是一种现有的带状线器件的电路板的结构示意图(剖面)；

图2是根据本申请一些实施例提出的射频电路板的结构；

图3a是根据本申请一些实施例提出的带状线器件的电路板的结构示意图(剖面)；

图3b-3e是图3a所示的电路板中每一层的图形示意图；

图4a是图3a所示的电路板的立体透视图；

图4b示出了射频接头与电路板上的焊盘的连接细节图；

图5a示出了根据图2所示结构制作的一个电路板的回损曲线图；

图5b示出了根据图3a～3e所示结构制作的一个电路板的回损曲线图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本申请的其他优点及功效。虽然本申请的描述将结合较佳实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本申请的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本申请的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本申请也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本申请的重点，有些具体细节将在描述中被省略。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应注意的是，在本说明书中，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释，默认为同一定义。

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的实施方式作进一步地详细描述。

图1是一种现有的带有带状线的电路板的结构示意图(剖面)。图示示出了电路板的其中三层结构，如图所示，电路板包括第一参考层L1、第一中间介质层H1、射频信号层L2、第二中间介质层H2和第二参考层L3。其中，第一参考层L1、射频信号层L2和第二参考层L3是铜箔层，第一中间介质层H1和第二中间介质层H2为介质层。第一参考层L1和第二参考层L3与地相连，用于作为射频信号的参考电平，并且地-信号-地的结构可以有效地将射频信号所产生的电磁场限制在第一参考层L1和第二参考层L3之间，减少射频信号的泄漏。而射频信号的走线(即射频信号线)距离参考层(例如第一参考层L1和第二参考层L3)的距离为所述中间介质层(例如第一中间介质层H1和第二中间介质层H2)的厚度。第一中间介质层H1和第二中间介质层H2为单层的基材。现有技术中，单层基材的厚度通常只有0.08mm～1mm，例如，在如图1所示的三层电路板中，可以选用厚度为0.5mm的基材，从而整块电路板的厚度为1mm左右。选定基材后，射频信号与地平面之间的距离就被确定下来。

决定微带线、带状线特性阻抗的因素包括：铜箔走线的厚度和宽度(即走线的横截面积)、介质层的介电常数、射频信号线与参考面(即射频信号层和参考层)之间的距离。基于现有的电路板加工工艺，当选定电路板的基材时，介电常数和单层基材的厚度就被确定，因此，影响微带线、带状线的阻抗的因素就只有射频信号层上的铜箔走线的厚度和宽度以及基材的层数。

射频信号层L2中示意性地示出了宽度为W1的射频信号的信号线11。基于现有技术中射频信号的参考面通常只选择与其相邻的铜箔层(即邻层参考)，也就是说，即便在第一参考层L1和第二参考层L3的外侧还有其他介质层和铜箔层，出于一贯的设计习惯，通常也不会选择其他铜箔层作为参考面。因此，在图1所示的结构中，信号线11中所传输的射频信号距离参考面的距离只能是单层基材的厚度，即0.5mm。

业界在设计带状线和微带线时，通常将其特性阻抗规定为50欧姆，在这种情况下就只能通过调整射频信号层上的走线厚度和宽度来实现50欧姆的特性阻抗。而该特性阻抗与射频信号的走线(即铜箔)宽度、厚度成反比，与射频信号距离参考面的距离成正比。射频信号距离参考面的距离只能是单层基材的厚度，而基材的厚度和铜箔的厚度在选材时已确定，且铜箔的厚度通常只有18μm、35μm、55μm和70μm四种，因此，在设计电路时，只能通过改变信号走线的宽度来满足特性阻抗的要求。

但是，在一些情况下，例如采用镭射钻孔工艺时，为了满足厚径比小于0.08的设计需求，电路板的基材通常选取厚度为0.08mm～0.1mm的厚度，这个时候如果要满足带状线、微带线阻抗等于50欧姆的设计需求，则相应的信号线宽度都会非常细，以至于现有的加工技术无法实施。例如，在一个计算实例中，第一中间介质层H1和第二中间介质层H2的厚度均为0.1mm，第一中间介质层H1和第二中间介质层H2选用的基材的介电常数是3.6，为了实现特性电阻50欧姆的需求，通过计算得到信号线11的宽度W1为0.06mm。但是，目前电路板的加工能力一般要求线宽大于0.09mm，因此，0.06mm的走线在现阶段是无法加工的。

此外，在高频毫米波的应用场景下，目前电路板的加工精度也存在缺陷，由于高频信号对线宽比较敏感，当线宽小于0.16mm的情况下，无法达到需要的加工精度，因此要考虑增加线宽，例如增加到大于0.16mm，以期获得更好的高频性能。

因此，本申请提出了一种新的射频电路板的结构，其介质层的厚度(即射频信号层和参考层之间的距离)可调，可以通过分别调整铜箔走线的宽度以及介质层的厚度这两个参数来实现50欧姆的特性阻抗，从而解决由于走线过细而无法加工的缺陷。该结构包括射频信号层、中间介质层和参考层，其中，中间介质层由至少2层基材组成。通过增加介质层中基材的层数的方式，来比较自由的调整信号线与地平面(接地参考层)之间的距离，从而解决了现有技术中在信号线与地平面之间只设置一层介质材料所带来的无法灵活调整信号线与地平面之间距离的问题。

需要说明的是，本发明实施例中，基材包括基材表面的导电层，该导电层可以为铜箔层。电路板未加工时，电路板的结构为包含一层铜箔一层基材本体的重叠，并且铜箔覆盖区域与基材完全相同；加工后，部分铜箔被刻蚀，形成电路走线或空白区域，并且其中至少两层基材之间至少部分区域的铜箔被刻蚀，使得所述射频信号层上的信号线与所述参考层之间没有铜箔。这样，从射频信号层辐射出的信号场可以穿透中间介质层(即基材)，直达参考层，中间没有其他金属材料对射频信号的辐射造成阻挡。

具体的，刻蚀铜箔的范围可以直接是整层铜箔，即不考虑射频信号层上的走线的情况，直接把射频信号和参考面之间的导电层全部取消。例如，图2示出了一种射频电路板的结构。具体的，图中是根据上述的新的电路板结构制造的一种微带线器件的电路板。如图所示，射频信号层L2和第二参考层L3之间包括第二中间介质层H2，而该第二中间介质层H2包括两层基材，并且，两层基材之间的铜箔层被完全刻蚀。在同样选择厚度为0.1mm的基材的情况下，图2中的第二中间介质层H2的厚度达到了0.2mm，相对图1所示的第二中间介质层H2的厚度翻了一番。从而，射频信号层L2上的走线宽度也可以相应地加粗，从而射频信号线24的宽度W2可以达到现有工艺技术所要求的0.09mm的最细宽度以上。以此类推，如果将图2中的第二中间介质层H2所示的基材增加到3层，即介质的厚度达到0.3mm(铜箔也可以全部刻蚀掉)，那么射频信号层L2上的走线宽度可以更进一步地加粗，从而可能可以使线宽达到可以精确加工的0.16mm以上，以获取更加精确的加工效果，即可以获得更精确的特征阻抗。

当然，刻蚀铜箔的范围也可以是部分铜箔，该部分铜箔位于射频信号线24下方，只要射频信号线24中的高频信号可以无阻碍地通过第二中间介质层H2即可。

采用如图2所示的间隔多层基材来设置参考面的方式，可以在不改变电路板原始叠层的情况下提高印刷线路加工的可行性，提高加工精度，也可以给微带线提供一个比较稳定的结构，有利于获得很好的性能指标。图5a示出了采用图2所示结构后，一个电路板的实测回损曲线图，根据图中数据可知，在24-30GHz频段中，回损可达到-20db以下，而通常这一数值是-15db。

刻蚀铜箔的范围是部分铜箔情况下，该范围可以根据射频信号层的走线来确定。也就是说，夹在射频信号层L2和第二参考层L3之间的多层基材上的铜箔层可以不要全部取消，保留下来的铜箔部分还可以用来布局其他信号线、控制线等，从而可以一定程度上节省电路板的整体层数。具体的，可以将射频信号层L2上的射频信号的走线投影到夹在射频信号层L2和第二参考层L3之间的多层基材上的铜箔层上，然后将投影所占据的区域整体刻蚀掉，即夹在射频信号层L2和第二参考层L3之间的多层基材上的铜箔层都有一片联通的区域被刻蚀掉，从而使得射频信号的走线到第二参考层L3之间没有导电层，由射频信号产生的信号场可以直接达到第二参考层L3。

刻蚀铜箔的范围是部分铜箔情况下，也可以将射频信号层L2上的射频信号的走线投影到夹在射频信号层L2和第二参考层L3之间的多层基材上的铜箔层上，然后将投影的线宽按预定比例加粗，并且按照加粗后的投影线条来刻蚀铜箔。例如，假设射频信号的走线宽度为0.1mm，预定比例为2.5倍，则可以将射频信号层的走线投影到多层基材之间的铜箔上，并将线宽扩展到0.25mm，然后在多层基材之间的铜箔上刻蚀与射频信号层L2上的射频信号的走线相同的图形，区别在于被刻蚀掉的铜箔的宽度为0.25mm，而不是0.1mm。

以上实施例中，预定比例优选2～3倍。

图2所示的实施例提出了具有多层基材的中间介质层，通过调整基材的层数可以改变中间介质层的厚度，即改变射频信号与参考面之间的距离。由于调整基材层数的方法在工艺实施层面容易实现，因此可以高效地解决射频信号走线过细的问题。并且，在参考层上，在远离射频信号走线的投影的区域，还可以布设其他信号，例如控制信号的走线，从而可以节约部分走线空间。

此外，虽然大多数的实施例中都选用同一种介质的基材，但是也可以选用不同的基材来组成中间介质层，即每一层基材的介电常数可以不同，从而在设定射频信号走线的宽度时可以更灵活。

图3a是根据相同的发明构思提出的具有带状线的电路板的结构示意图(剖面)。第一参考层L1和第二参考层L3分别为射频信号的两个参考层，射频信号层L2在两个参考层的中间，第一参考层L1上设有用于与接插件相连接的焊盘(图3a中未示出)，该焊盘通过盲孔与射频信号相连接。本实施例中，第一中间介质层H1包括一层基材，第二中间介质层H2包括两层基材(提供了可以向下一层参考的物质条件)。第二中间介质层H2中的两层基材之间的铜箔没有完全被刻蚀掉，而是在远离射频信号线24的区域，例如区域Q1中也包括其他信号的走线或地线。在一个例子中，每层中间介质层厚度为0.146mm，介电常数3.6，现有技术邻层参考中计算出来的射频微带线或者带状线的线宽为0.14mm，会造成加工精度不高，会使得阻抗控制不够理想，造成射频性能不太好，使用隔层参考这种方式处理射频微带线或者带状线的叠层结构，线宽为0.16mm，可以提高加工的精度，进而提高阻抗精度，改善射频性能。

如图3a所示的带状线具有两个参考面，射频信号线的走线在电路板的中间部分，电路板的表面设置用于与接插件相连接的焊盘，即射频信号线在特定位置处需要通过盲孔切换到电路板的表面来。图3b-3e示出了图3a所示的电路板中射频信号从射频信号层L2切换到第一参考层L1部分的分层印制线的图形示意图。图3b示出了第一参考层L1上的焊盘21和盲孔22的走线情况。图3c示出了射频信号层L2的走线情况，射频信号线24走到接近电路板边缘的地方通过盲孔22与第一参考层L1的焊盘21电连接，无铜箔区域23位于焊盘21下方，此处将铜箔刻蚀后，焊盘21上接入的高频信号可以无阻碍地通过第一中间介质层H1、射频信号层L2、具有两层基材的第二中间介质层H2中的第一层基材到达中间层L_H。图3d示出了中间层L_H上将铜箔(部分)刻蚀后的情况，区域25是射频信号层L2上的射频信号线24投影到中间层L_H上后，按预设比例将线宽扩大2.5倍后，再经过刻蚀得到的无铜箔区，也就是说射频信号可以不受干扰地通过区域25。区域28位于焊盘21的下方，该区域保留铜箔并且接地，用来作为焊盘21上的高频信号的参考面，从而实现焊盘21上的高频信号的跨层参考(即“向下一层参考”)。图3e示出了整片的接地铜箔26(即第二参考层L3)，该接地铜箔26是射频信号线24的参考面。

通过以上的实施例可知，通过将多层基材复合为中间介质层，不仅可以灵活地调整介质层厚度、走线宽度，在射频信号线需要切换层面的情况下，位于不同层面的射频信号线还能分别设置参考面，进一步提高了参考面设置的准确度。

图4a示出了图3a～3e所示的带状线器件的电路板的立体透视图。提供带状线与输入/输出的射频信号的连接通道的射频接头可以直接焊接在焊盘21上，输入/输出的射频信号通过焊盘22接入射频信号层L2(即射频信号线24)。其中，焊盘21可以采用较粗宽度的走线，其对应的参考面跨层设置在中间层L_H上(即区域28)，射频信号层L2上的射频信号线24的参考面则跨层设置在第二参考层L3上(即接地铜箔26)。

图4b示出了射频接头27与电路板上的焊盘21的连接细节图。射频接头27包括用于与电路板连接的管脚27a，焊盘21包括接触部21a，通常通过将管脚27a焊接在接触部21a上来实现两者间的连接。其中，为了更好地实现射频性能，接触部21a的线宽大于管脚27a的宽度。

采用如图3a～图4a所示的间隔多层基材来设置参考面的方式，可以在不改变电路板原始叠层的情况下提高印刷线路加工的可行性，提高加工精度，提高射频电路与射频接头的匹配，也可以给带状线提供一个比较稳定的结构，有利于获得很好的性能指标。图5b示出了采用上述结构后，一个电路板的实测回损曲线，根据图中数据可知，在24-30GHz频段中，回损可达到-27db以下，而通常这一数值是-15db。

在另一些实施例中，还可以在参考层远离信号层的一侧再设置用于其他信号走线的第二信号层。该第二信号可以是其他的非射频信号。例如，低频信号、控制信号等不需要参考层的其他类型的信号。换句话说，可以将普通的电路板与以上实施例所示的射频电路板制作在同一块实体的电路板上，其中需要注意的是，将射频电路部分的参考层，而不是信号层，与普通电路板粘结在一起。例如，在图2和图3a所示的第二参考层L3的下方再设置若干层基材，这些基材上可以用来布设其他低速数据、控制信号等其他低频信号。在一些实施例中，这样的电路板可以做成两块，但是这样不仅制造成本有所提高，排布电路板所需的空间和附加的零部件都有所增加，装配复杂度也相应提高。本实施例将两块电路板合并制作为一块，虽然提高了单块电路板的制造成本，但是相比于分别制造两块电路板，其制造成本是有所降低的，并且，由于单块电路板对安装空间的需求减少了一半，有利于产品的小型化和简单化。

需声明的是，本申请所提供的说明书中提供了大量具体细节。然而，能够理解，本申请的实施例可以在没有部分或全部这些具体细节的情况下实施。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，为了精简本申请并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本申请的示例性实施例的描述中，本申请的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本申请要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本申请的单独实施例。

本领域的技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员应当理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本申请的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

Claims (8)

1.一种射频电路板结构，其特征在于，包括射频信号层、中间介质层和接地参考层，所述接地参考层包括接地的导电层，所述射频信号层包括信号线，所述中间介质层位于所述射频信号层与所述接地参考层之间，包括至少2层基材，以实现所述射频信号层的跨层参考。

2.如权利要求1所述的结构，其特征在于，所述信号线为微带线或带状线。

3.如权利要求1所述的结构，其特征在于，所述信号线的宽度大于线宽的刻蚀精度。

4.如权利要求1所述的结构，其特征在于，所述信号线的宽度大于等于0.09mm。

5.如权利要求1所述的结构，其特征在于，还包括：用于与射频接头连接的焊盘，所述焊盘包括接触部，所述接触部与所述射频接头连接，并且所述接触部的线宽大于所述射频接头的管脚宽度。

6.如权利要求1所述的结构，其特征在于，所述至少两层基材之间整层未设置导电材料或者与信号线相对区域未设置导电材料。

7.如权利要求6所述的结构，其特征在于，所述相对区域与所述信号线的线宽比例为2～3。

8.如权利要求1所述的结构，其特征在于，在所述参考层远离所述信号层的一侧，还包括第二信号层，所述第二信号层用于布设非射频信号的走线。