CN116169451A - 三维封装的小型化功分器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三维封装的小型化功分器，包括若干层陶瓷层，所述陶瓷层之间形成有层间金属层，其中的两层陶瓷层之间形成有输入带状线，所述输入带状线的一端为功分器的信号输入端，所述输入带状线的另一端分别向功分器的两侧延伸形成第一过渡带状线和第二过渡带状线，所述第一过渡带状线的另一端与第一类同轴通孔的下端连接，所述第二过渡带状线的另一端与第二类同轴通孔的下端连接，所述类同轴通孔的上端延伸至最上层的陶瓷层处并分别与第一过渡微带线的一端以及第二过渡微带线的一端连接，第一过渡微带线和第二过渡微带线上分别连接有一个输出微带线，第一过渡微带线和第二过渡微带线之间通过贴片电阻连接。所述功分器具有结构简单、体积小、成本低等优点。
Description
技术领域
本发明涉及射频封装技术领域，尤其涉及一种三维封装的小型化功分器。
背景技术
近几十年来随着微波无线技术的发展和商业化应用，微波电路向着小型化，高集成度的方向不断推进，加工工艺的进步也不断促进着集成电路性能的优化。然而，当工艺发展遇到瓶颈时，研究人员开始寻求其他的封装方式来提高***的集成度。三维封装方式由于其高密度、小面积的使用特性，在微波电路设计中逐渐取代了一部分以PCB封装为代表的平面封装工艺。与传统PCB相比，陶瓷具有更好的导热系数，这对于大规模集成电路的散热具有重要意义，稳定的工作温度对电路影响很大。并且陶瓷在高频的电路中电磁性能优于传统PCB，在一些需要传输高速高频信号的电路中有更好的适应性。在三维封装工艺中，HTCC（高温共烧陶瓷）由于其机械应力强、形状稳定、高强度、高导热率、高绝缘性、结合力强，防腐蚀等优势在微波电路中得到了广泛的应用。在微波电路中，为了将功率按一定比例分为两路或多路，就需要功分器，但是现有技术中的功分器一般体积较大，成本较高，使用不方便。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何提供一种结构简单、体积小、成本低的三维封装的小型化功分器。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种三维封装的小型化功分器，包括若干层陶瓷层，所述陶瓷层之间形成有层间金属层，其中的两层陶瓷层之间形成有输入带状线，所述输入带状线的一端为功分器的信号输入端，所述输入带状线的另一端分别向功分器的两侧延伸形成第一过渡带状线和第二过渡带状线，所述第一过渡微带线的另一端与第一类同轴通孔的下端连接，所述第二过渡微带线的另一端与第二类同轴通孔的下端连接，所述类同轴通孔的上端延伸至最上层的陶瓷层处并分别与第一过渡微带线的一端以及第二过渡微带线的一端连接，所述第一过渡微带线的另一端与贴片电阻的一端连接，所述第二过渡微带线的另一端与所述贴片电阻的另一端连接，第一输出微带线的一端与第一过渡微带线连接，所述第一输出微带线的另一端向所述功分器的外侧延伸作为所述功分器的一个信号输出端，第二输出微带线的一端与第二过渡微带线连接，所述第二输出微带线的另一端向所述功分器的外侧延伸作为所述功分器的另一个信号输出端，所述类同轴通孔、输入带状线、第一过渡带状线以及第二过渡带状线不与所述层间金属层接触。
进一步的技术方案在于：所述第一过渡微带线以及第二过渡微带线的内侧端部相对设置，且两者的内侧端部通过所述贴片电阻连接。
进一步的技术方案在于：所述第一过渡微带线的内侧端部以及第二过渡微带线的内侧端部分别形成有贴片电阻焊盘，所述贴片电阻的两端分别焊接在两个贴片电阻焊盘上。
进一步的技术方案在于：所述第一过渡带状线和第二过渡带状线分别与所述输入带状线垂直，所述第一过渡微带线与所述第一输出带状线垂直，所述第二过渡微带线与所述第二输出带状线垂直，所述第一输出带状线的延伸方向与所述第二输出带状线的延伸方向相反。
进一步的技术方案在于：所述第一过渡带状线和第二过渡带状线的外侧端部分别形成有上类同轴焊盘，所述第一过渡微带线和第二过渡微带线的外侧端部分别形成有下类同轴焊盘，两个类同轴通孔的下端分别与两个下类同轴焊盘连接，两个类同轴通孔的上端分别与两个上类同轴焊盘连接。
进一步的技术方案在于：所述层间金属层包括两个具有开口的圆环部，两个圆环部之间通过连接部连接，所述圆环部围绕所述类同轴焊盘设置。
进一步的技术方案在于：所述功分器还包括若干个竖直设置的隔离金属化通孔，所述隔离金属化通孔将所述层间金属层连接到一起，且所述隔离金属化通孔位于所述带状线以及所述类同轴通孔的周围。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本申请所述功分器中的输入带状线伸入模块后分为两路，并在过渡处进行匹配处理，传输至类同轴通孔进行垂直过渡，并在类同轴通孔末端加入匹配支节和贴片电阻。其中，类同轴通孔部分完成一阶威尔金森功分器的四分之一波长匹配功能，贴片电阻平衡两个输出端口，起隔离作用，且能吸收反射回的功率。由于带状线和类同轴均传输TEM模式的电磁波，因此，该结构对场的影响较小，有效避免了信号传输的不连续性。
在实现带状线功分器设计的同时，降低了功分器使用成本，基于HTCC的三维封装方式，降低了功分器的使用面积，便于后期大规模集成电路设计。同时，该结构简单易于加工可实现小型化，降低了装配的难度，提高了装配容差，在微波三维电路设计中有很好的实用价值。摒弃金丝键合的连接方式，设计和装配比较简单；带状线四周通过接地隔离孔（隔离金属化通孔）进行电磁屏蔽，良好接地。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明实施例所述功分器的立体结构示意图；
图2是本发明实施例所述功分器的立体结构
图3是本发明实施例所述功分器的透视结构示意图；
图4是本发明实施例所述功分器的俯视结构示意图；
图5为本实施实例中小型化带状型功分器结构的仿真结果图；
其中：1、陶瓷层；2、层间金属层；3、输入带状线；4、第一过渡带状线；5、第二过渡带状线；6、第一类同轴通孔；7、第二类同轴通孔；8、第一过渡微带线；9、第二过渡微带线；10、贴片电阻；11、第一输出微带线；12、第二输出微带线；13、贴片电阻焊盘；14、上类同轴焊盘；15、下类同轴焊盘；16、隔离金属化通孔。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本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本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
如图1-图5所示，本发明实施例公开了一种三维封装的小型化功分器，一般情况下所述功分器适用于X波段和Ku波段。所述功分器包括若干层陶瓷层1，所述陶瓷层具体使用多少几层可以根据器件的性能、尺寸等进行设置。所述陶瓷层1之间形成有层间金属层2，所述层间金属层2主要起到屏蔽和接地的作用。其中的两层陶瓷层1之间形成有输入带状线3，所述输入带状线3的一端为功分器的信号输入端，射频信号经所述输入带状线3输入到所述功分器，再经后续结构进行处理。
所述输入带状线3的另一端分别向功分器的两侧（图1的左右两侧）延伸形成第一过渡带状线4和第二过渡带状线5，从图3中可以看出，本申请中所述输入带状线3的宽度大于所述第一过渡带状线4以及第二过渡带状线5的宽度，从图3中还可以看出，本申请中所述输入带状线3的内侧端部延伸到所述功分器的中间部件，然后再向功分器的左右两侧延伸。
如图3所示，所述第一过渡带状线4的另一端与第一类同轴通孔6的下端连接，所述第二过渡带状线5的另一端与第二类同轴通孔7的下端连接，第一类同轴通孔6的下端以及第二类同轴通孔7的下端从输入带状线3所在的平面向上延伸到所述功分器的上表面。进一步的，所述类同轴通孔（第一类同轴通孔6和第二类同轴通孔7）的上端延伸至最上层的陶瓷层处并分别与最上层的陶瓷层的上表面的第一过渡微带线8的一端以及第二过渡微带线9的一端连接。
进一步的，如图3所示，所述第一过渡带状线4和第二过渡带状线5的外侧端部分别形成有上类同轴焊盘14，所述第一过渡微带线8和第二过渡微带线9的外侧端部分别形成有下类同轴焊盘15，两个所述类同轴通孔的下端分别与两个下类同轴焊盘15连接，两个所述类同轴通孔的上端分别与两个上类同轴焊盘14连接。
进一步的，所述第一过渡微带线8的另一端与贴片电阻10的一端连接，所述第二过渡微带线9的另一端与所述贴片电阻10的另一端连接，第一输出微带线11的一端与第一过渡微带线8连接。如图1和图3所示，所述第一过渡微带线8的内侧端部以及第二过渡微带线9的内侧端部分别形成有贴片电阻焊盘13，所述贴片电阻10的两端分别焊接在两个贴片电阻焊盘13上，通过在相应的位置设置焊盘，能够有效的提高连接的稳定性。
所述第一输出微带线11的另一端向所述功分器的外侧延伸作为所述功分器的一个信号输出端，第二输出微带线12的一端与第二过渡微带线9连接，所述第二输出微带线12的另一端向所述功分器的外侧延伸作为所述功分器的另一个信号输出端。进一步的，所述第一过渡带状线4和第二过渡带状线5分别与所述输入带状线3垂直，所述第一过渡微带线8与所述第一输出带状线11垂直，所述第二过渡微带线9与所述第二输出带状线12垂直，所述第一输出带状线11的延伸方向与所述第二输出带状线12的延伸方向相反（其中的一个输出端向前侧延伸，另一个输出端向外侧延伸），方便所述功分器与其它部件连接。本申请中所述类同轴通孔、输入带状线3、第一过渡带状线4以及第二过渡带状线5不与所述层间金属层2接触，防止影响信号的有效传输。
如图3所示，本申请中所述层间金属层2包括两个具有开口的圆环部，两个圆环部之间通过连接部连接，所述圆环部围绕所述类同轴通孔设置。本申请中所述功分器还包括若干个竖直设置的隔离金属化通孔16，所述隔离金属化通孔16将所述层间金属层2连接到一起，且所述隔离金属化通孔16位于所述带状线以及所述类同轴通孔的周围。
相对于平面功分器，本申请功分器增加了类同轴垂直过渡，其为一块具有隔离金属化通孔，过渡带状线与用于信号传输的类同轴通孔以及附带有类同轴匹配焊盘的陶瓷层。隔离金属化通孔除了在结构上可以构成类同轴结构的外导体，同时可以起到固定该过渡模块的作用。结构中采用了0201规格的贴片电阻，电阻的作用：平衡两个输出端口，起隔离作用；吸收反射回的功率。该功分器结构的俯视图如图4所示，图5给出了小型化功分器结构的S参数仿真结果，从图5中可知：采用小型化三维封装结构的功分器S参数满足功分器的基本要求，即说明该小型化功分器结构具有良好的的射频性能。
此外，本发明同时应用于不同阻抗设计，例如30Ω的传输结构当中也可应用该小型化带状型功分器结构。
本申请在实现带状线功分器设计的同时，降低了功分器使用成本，并且三维封装工艺降低了功分器的使用面积。同时，该结构简单易于加工可实现小型化，降低了装配的难度，提高了装配容差，在微波三维电路设计中有很好的实用价值。
Claims (9)
1.一种三维封装的小型化功分器，其特征在于：包括若干层陶瓷层（1），所述陶瓷层（1）之间形成有层间金属层（2），其中的两层陶瓷层（1）之间形成有输入带状线（3），所述输入带状线（3）的一端为功分器的信号输入端，所述输入带状线（3）的另一端分别向功分器的两侧延伸形成第一过渡带状线（4）和第二过渡带状线（5），所述第一过渡带状线（4）的另一端与第一类同轴通孔（6）的下端连接，所述第二过渡带状线（5）的另一端与第二类同轴通孔（7）的下端连接，所述类同轴通孔的上端延伸至最上层的陶瓷层处并分别与第一过渡微带线（8）的一端以及第二过渡微带线（9）的一端连接，所述第一过渡微带线（8）的另一端与贴片电阻（10）的一端连接，所述第二过渡微带线（9）的另一端与所述贴片电阻（10）的另一端连接，第一输出微带线（11）的一端与第一过渡微带线（8）连接，所述第一输出微带线（11）的另一端向所述功分器的外侧延伸作为所述功分器的一个信号输出端，第二输出微带线（12）的一端与第二过渡微带线（9）连接，所述第二输出微带线（12）的另一端向所述功分器的外侧延伸作为所述功分器的另一个信号输出端，所述类同轴通孔、输入带状线（3）、第一过渡带状线（4）以及第二过渡带状线（5）不与所述层间金属层（2）接触。
2.如权利要求1所述的三维封装的小型化功分器，其特征在于：所述第一过渡微带线（8）以及第二过渡微带线（9）的内侧端部相对设置，且两者的内侧端部通过所述贴片电阻（10）连接。
3.如权利要求2所述的三维封装的小型化功分器，其特征在于：所述第一过渡微带线（8）的内侧端部以及第二过渡微带线（9）的内侧端部分别形成有贴片电阻焊盘（13），所述贴片电阻（10）的两端分别焊接在两个贴片电阻焊盘（13）上。
4.如权利要求1所述的三维封装的小型化功分器，其特征在于：所述第一过渡带状线（4）和第二过渡带状线（5）分别与所述输入带状线（3）垂直，所述第一过渡微带线（8）与所述第一输出带状线（11）垂直，所述第二过渡微带线（9）与所述第二输出带状线（12）垂直，所述第一输出带状线（11）的延伸方向与所述第二输出带状线（12）的延伸方向相反。
5.如权利要求1所述的三维封装的小型化功分器，其特征在于：所述第一过渡带状线（4）和第二过渡带状线（5）的外侧端部分别形成有上类同轴焊盘（14），所述第一过渡微带线（8）和第二过渡微带线（9）的外侧端部分别形成有下类同轴焊盘（15），两个所述类同轴通孔的下端分别与两个下类同轴焊盘（15）连接，两个所述类同轴通孔的上端分别与两个上类同轴焊盘（14）连接。
6.如权利要求1所述的三维封装的小型化功分器，其特征在于：所述层间金属层（2）包括两个具有开口的圆环部，两个圆环部之间通过连接部连接，所述圆环部围绕所述类同轴通孔设置。
7.如权利要求1所述的三维封装的小型化功分器，其特征在于：所述功分器还包括若干个竖直设置的隔离金属化通孔（16），所述隔离金属化通孔（16）将所述层间金属层（2）连接到一起，且所述隔离金属化通孔（16）位于所述带状线以及所述类同轴通孔的周围。
8.如权利要求1所述的三维封装的小型化功分器，其特征在于：所述功分器适用于X波段和Ku波段。
9.如权利要求1所述的三维封装的小型化功分器，其特征在于：所述陶瓷层使用陶瓷基片KCH 90。
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