多层LCP基板中铜浆垂直互连射频特性的研究

液晶高分子聚合物(Liquid Crystal Polymer,LCP)因其良好的射频特性近年来被广泛应用于射频电路系统集成。但是由于LCP作为一种新型的集成材料,盲埋孔技术实现困难,难以制作多层板结构。前期研究表明,利用铜浆互连工艺,可实现多层LCP基板中异面信号之间的电连接。本文进一步证明了铜浆互连结构良好的射频传输特性,LCP多层板内CPWG-SL结构的测试结果表明,在DC～1 GHz内,其插入损耗优于-0.5 dB,回波损耗优于-10 dB,射频传输性能良好。同时,对中垂直通孔产生的寄生参数进行理论计算,建立了其等效电路模型。     

多层LCP基板中宽带槽线耦合结构的设计与实现

槽线耦合结构作为多层电路结构中的核心单元,其特性直接决定整个系统性能的优劣。基于三层LCP基板设计了一款Ka波段宽带微带线-槽线-微带线垂直耦合结构,通过接地层的槽线结构实现了异面微带线间信号传输。仿真结果显示,在23～43.62 GHz的通带内,该结构的插入损耗约为-1 dB,回波损耗优于-16 dB。为进一步改善槽线耦合结构的传输特性,创新性地在四层LCP基板底层加载3 mm×1 mm的开路枝节线,在24.45～41.93 GHz频段内插入损耗约为-0.95 dB,回波损耗优于-21 dB。基于LCP多层板技术,制备了槽线耦合结构,测试结果显示,该结构在23.16～40.35 GHz频率范围之内,插入损耗约为-2 dB,回波损耗优于-14 dB。该研究将为多层LCP基板在微波毫米波射频系统集成方面的应用提供实验依据。     

多层微波集成电路中微带线层间互连仿真

针对多层微波集成电路设计的微带线层间互连问题,介绍了垂直通孔互连、垂直带条互连和层耦合过渡互连三种高性能的互连方法,并且采用三维电磁仿真软件HFSS对这三种互连结构进行了建模和仿真.仿真结果表明,垂直通孔互连和垂直带条互连在0.1~25 GHz的频宽范围内,回波损耗S11<-20 dB,插入损耗S21>-1 dB,互连性能优良,而层耦合过渡互连在20~68 GHz内回波损耗S11<-20 dB,插入损耗S21>-1 dB,具有在毫米波频段实现互连的潜力.     

基于各向异性导电胶的板间垂直互连研究

提出一种基于各向异性导电胶(ACA)的封装方法,即利用ACA实现介质基板之间垂直互连过渡。该方法与传统的锡铅焊料工艺相比,ACA板间互连工艺具有互连距离短、固化温度低、工艺流程简单、绿色环保等特点。测试结果表明,ACA在垂直互连过程中拥有良好的微波传输性能。在0.1~19.0GHz内,回波损耗小于-10dB,插入损耗小于1.5dB;在26~30GHz频段范围内,回波损耗小于-10dB,插入损耗小于3dB。测试结果与电磁仿真结果吻合。     

KU波段LTCC基板微带到带状线垂直互联设计

随着LTCC技术的发展,基板层间信号互联问题成为的LTCC电路系统设计的关键技术,文章介绍了LTCC基板微带-带状线垂直互联过渡垂直互联过渡设计,首先给出了该互联结构的主要传输原理,结合原理,进行仿真设计。并提供了一种容性加载结构,改善其传输性能,最后对加工实物进行实测。     

基于垂直互连技术的上下变频多芯片模块

采用垂直互连技术研制了一种X波段上下变频多芯片模块,实现了微波单片集成电路和介质基板在三维微波互连结构中的平稳转换、保证了微波信号的有效传输.简要分析了垂直互连对微波传输的影响和解决方法,应用微波仿真软件建立了互联结构的三维电磁场模型,对垂直互连结构进行了仿真优化.实测结果和仿真结果吻合良好.最后在较小尺寸盒体内实现了上变频链路、下变频链路、电源管理、TTL检测四个功能.模块测试结果表明,下变频链路的变频增益大于51 dB,噪声系数小于6 dB,杂散抑制小于65 dBc;上变频链路的变频增益大于9 dB,1 dB压缩点输出功率大于11 dBm,杂散抑制小于55 dBc;模块尺寸为80 mm×42 mm×15 mm,达到了小型化设计要求.     

应用于毫米波前端系统的超宽带垂直互连结构

本文针对LTCC 毫米波多层前端系统的垂直互连过渡结构进行研究。微带线到带状线的 垂直过渡结构广泛应用于LTCC 多层前端系统,其性能对于整个射频系统有重要影响。本文利用 HFSS 三维电磁场仿真软件建立了过渡结构的物理模型,并且完成了实物加工和测试工作。测试结 果和仿真结果较为吻合,在0-40GHz 频段范围内,微带线到带状线背靠背过渡结构的回波损耗均 低于-14dB,插入损耗均优于-0.8dB。上述结果表明,该过渡结构具有良好的宽带传输特性,可以 应用于LTCC 多层射频前端系统。     

树脂封装在微波多芯片组件中的应用研究

本文深入分析了环氧树脂在微波频段与陶瓷单层电路进行叠层塑封的可行性,并研究了环氧树脂基叠层工艺对基板微波传输性能的影响,进而研究了层与层之间的垂直互连结构形式。     

应用SIP技术的宽带板间垂直互连结构

提出了一种应用SIP技术的宽带低损耗板间垂直互连结构。采用BGA作为上下两层基板微波互连的通道,利用多层PCB技术设计并研制了一个DC-20 GHz板间三维垂直互连过渡结构,该结构在20 GHz内,回波损耗小于-12 dB,插损小于1 dB,该板间过渡结构尺寸为9.2 mm×4 mm×0.8 mm。同时提出了该种过渡结构等效电路模型,仿真结果与实测结果吻合较好。     

一种基于倒装芯片的超宽带BGA封装差分传输结构

随着高速数字电路和射频微波电路对时钟频率和带宽的要求越来越高，差分传输结构因其优良的噪声抑制和抗干扰性能而受到越来越多的重视。提出了一种基于倒装芯片的超宽带球栅阵列(BGA)封装差分传输结构。整体传输结构包括采用陶瓷材料制作的倒装芯片用基板、BGA封装焊球和印制电路板(PCB)。主要分析了差分垂直传输结构的尺寸参数对阻抗和截止频率的影响，并利用阶梯过孔减小阻抗不连续性。整体结构的传输性能通过矢量网络分析仪测试的散射参数来表征。测试与仿真结果具有较好的一致性，在DC～60 GHz频段，差分传输结构的回波损耗≤-15 dB,插入损耗优于-1 dB,为超宽带倒装芯片的封装设计提供参考。     

基于氮化铝技术的表贴型微波封装

采用氮化铝多层布线技术,运用垂直过渡方式实现微波信号从基板底部到表面的信号传输,完成表贴式微波封装设计。在DC-18GHz内,该表贴互连反射损耗小于-15dB,插入损耗小于1.0dB。采用该技术封装了6～18GHz宽带放大器,封装尺寸为5mm×5mm×1.2mm,频带内反射损耗小于-10dB,增益15dB,平坦度小于1dB;另外还封装C波段5W功率放大器,封装尺寸为8mm×8mm×1.2mm,带内增益大于25dB,反射损耗小于-10dB,饱和输出功率37dBm,效率35%。采用技术的表面贴装放大器性能上能够满足微波通信、雷达应用,可用回流焊安装,适合规模生产。     

微带线到共面波导的LTCC 宽带耦合互连过渡

在LTCC 多层电路结构中,不同形式的信号传输线之间往往采用垂直通孔互连,但由于互连通孔在高频时会 带来电感效应,且加工后会因变形而引入许多寄生参量,因此可选择耦合形式的互连过渡来实现不同传输线之间的互 连。本文针对微带线到共面波导,设计了一种可应用于LTCC 工艺的宽带耦合互连过渡结构,着重研究了耦合金属面 的宽度和耦合金属面侧边对地间隔对过渡结构频率特性的影响,并优化这些尺寸,得到了理想仿真结果：4.3GHz 到 12.7GHz 的频带内,回波损耗大于10dB,插入损耗最小到0.346dB,辐射损耗系数在小于12GHz 时,小于8.56%。     

封装与PCB复杂互连结构的传输特性研究

鉴于晶片电子封装结构的一些精细电磁现象如复杂互连结构的不连续性、寄生效应带来的信号完整性等问题,采用电磁分析软件CST微波工作室,建立了封装与PCB复杂互连结构的物理模型,对信号传输性能进行仿真分析,并对简单等效电路模型进行改进。结果表明:增大焊球半径,采用低介电常数基板材料,可提高互连结构的信号传输效率。采用软件ADS模拟电路模型,其结果与软件CST的结果趋势基本吻合。     

基于硅基堆叠SIP技术的超宽带T/R组件

传统的超宽带T/R组件采用的是两维砖块式结构,体积和重量已不适应目前小型化、低剖面、易共形的相控阵天线要求。文中提出的基于硅基堆叠系统级封装(SIP)技术,将四通道的射频芯片高度集成在硅基介质基板上,将多层介质基板厚金压合,实现多层堆叠的三维封装。通过采用芯片多功能集成技术和超宽带射频信号的垂直互连技术,设计出三维堆叠的四通道超宽带T/R组件。T/R组件带宽为6 GHz～18 GHz,单通道的发射功率优于23 dBm,接收增益优于20 dB,可实现6位数控衰减及6位数控移相,尺寸仅有13.0 mm×13.0 mm×3.4 mm。该技术可以实现多通道超宽带T/R组件的SIP封装,有利于工程应用。     

宽带射频垂直过渡结构的设计

针对多层毫米波的射频传输问题,设计了一种宽带射频垂直过渡结构。通过调节微带线枝节与绝缘子之间的匹配关系,使射频信号在多层介质基板中实现低损耗、宽频带的传输。利用三维电磁仿真软件对该过渡结构进行了建模仿真,实物加工和测试结果表明,在DC至40 GHz的频带范围内回波损耗低于-8 d B,插入损耗大于-2.2 d B。     

一种低损耗毫米波垂直互联设计

设计了一种利用球栅阵列(BGA)的毫米波垂直互联,解决了毫米波系统三维(3D)集成时层间信号互联的低损耗传输问题.根据传输线理论,利用电磁仿真软件对这种采用BGA的垂直互联进行了仿真,并对层间通孔半径、焊球半径、焊盘半径等对传输性能的影响进行了分析.样件测试结果显示,在28.4~30.4 GHz,其层间垂直传输损耗小于0.36 dB,反射小于-15 dB.该垂直互联结构简单、性能良好,可广泛用于毫米波微系统3D集成.     

Ka波段波导-微带探针过渡结构设计

为满足微波电路中低损耗的应用需求,基于多种基板设计了微带平面法向与波导电磁波传播方向平行的Ka波段波导-微带探针过渡结构,给出了过渡结构的设计方法及相关参数的计算公式,完成了基于三种不同基板的探针过渡结构的建模与仿真优化,并进行了制作、测试和对比分析。该过渡结构具有插入损耗小、回波损耗低、加工简单、易于互连等优点,实测结果表明：在36～40 GHz频段内,0.254 mm厚石英介质探针过渡效果最好,回波损耗优于-15 dB,插入损耗小于0.5 dB。测试结果满足实际需求,具有广泛的实际工程应用价值。     

基片集成脊波导毫米波板间垂直互联结构研究

在毫米波系统级封装(System-On-Package,SOP)中,需要一种宽带、小型化、易集成的板间垂直互联电路,以实现不同功能层之间毫米波信号的可靠互联。不同于常规基片集成波导(SIW),提出一种基于Z向基片集成脊波导(Substrate-Integrated-Riged-Waveguide, SIRW)的毫米波板间垂直互联结构。该结构体积小、易集成,可与多层基板加工工艺兼容、一体化同步实现。最后利用低温共烧陶瓷(Low Temperature Cofired Ceramic, LTCC)加工工艺,制作了背靠背互联实物,电路接口尺寸2.2 mm′1.3 mm,经测试在28~36 GHz 频带内实现单个互联插损小于0.45dB,带内平坦度优于±0.5dB,回波损耗优于-12dB。     

复杂互连结构传输性能分析及等效电路

信号完整性在某种程度上已经成为了限制当前高速电子系统设计与发展的瓶颈.建立了由过孔、焊点、印制线构成的高速电路板复杂互连结构单元模型,在1 ～ 10 GHz频率范围内针对模型进行信号传输性能的研究.用高频结构仿真器(HFSS)针对不连续区域内印制线不同长度、焊盘不同半径进行仿真分析,总结这些参数对信号传输性能的影响,提出了复杂互连结构的等效电路模型,并提取参数值进行对比验证.结果表明,随着印制线长度的增加、焊盘半径的增加,信号传输的回波损耗(RL)越来越强.用先进设计系统(ADS)软件对等效电路进行模拟,其回波损耗在1～6 GHz频率范围内与HFSS仿真结果相差不超过1 dB,在6～10 GHz频率范围内相差不超过2 dB.     

一种适用于超宽带通信的微带垂直转换结构

该文提出一种适用于超宽带电路的基于过孔的微带垂直转换结构。通过在过孔附近的电源层上蚀刻平面电磁带隙单元来抑制电源分配网络谐振,降低其在过孔处的自阻抗,以改善垂直互连结构传输性能。将互连结构分解为过孔处耦合的微带线结构和电源平面对结构,并使用网络分析方法快速估算系统传输性能。仿真和实验测试表明,在3.1-10.6 GHz的超宽带频段内过孔的插入损耗小于0.4 dB。与在电源分配网络之间添加短路过孔方法相比,该结构在传输性能相当的前提下减少了一个布线层,从而降低了设备成本。