[发明专利]一种基于硅通孔的射频垂直互连传输结构

说明书

本发明属于高密封装技术领域，具体为一种基于硅通孔的射频垂直互连传输结构。本发明结构通过信号传输装置、设置在上层转接板的TSV准同轴结构、下层转接板的TSV准同轴结构、以及BGA焊球完成信号传输，实现垂直互连。由于信号在传输过程中，转接板TSV(硅通孔)上的电流在上、下两层转接板之间会激励起径向波，该径向波会与TSV(硅通孔)中传输的TEM波相互耦合，影响其应用范围；因此在信号传输装置两侧各设有的一列等距离排列的TSV铜柱以减小信号在传输过程中出现的电磁干扰，进一步拓宽使用频率范围。与现有技术相比，本发明结构能够在0‑40Ghz的频率范围实现良好的三维连接；其结构简单、成本低。

技术领域

本发明属于高密封装技术领域，具体为一种基于硅通孔(Through Silicon Via，TSV)的射频垂直互连传输结构。

背景技术

在工程设计以及学术研究过程中发现，通过减小特征尺寸，能够有效提高芯片集成度，促使超大规模集成电路不断发展。而随着集成电路工业的发展，影响电路系统延时的主要因数已经由逻辑门延时变为快速增长的互连线之间的延时。

传统的典型2D封装是将不同的芯片或功能器件置于同一块基板上，之间的信号连接通过引线键合。该方案的优点是制作简单，成本低。缺点是互连数目受限，较长的引线将带来更大的功耗。

为克服传统封装中存在的问题，现有技术提出了3D封装。这种封装技术的关键点在于垂直互连结构。垂直互连结构的实现形式大多基于LTCC(低温共烧陶瓷)封装技术，通过微带线、带状线、类同轴结构、以及BGA球之间的过渡连接，实现二维微波模块的三维垂直互连。由于该结构的设计仅针对ku波段进行，因此限制了其应用范围。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的问题，提出一种基于硅通孔的射频垂直互连传输结构，以解决现有的垂直互连结构应用范围有限即只能应用在ku波段的技术问题。

为实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种基于硅通孔的射频垂直互连传输结构，包括：上层转接板、下层转接板、以及设置在上层转接板和下层转接板之间的BGA焊球；

所述上层转接板设有硅通孔(TSV)结构和信号传输装置；TSV结构是由中心TSV铜柱和以中心TSV铜柱为轴等距离环设的n个TSV铜柱构成的TSV准同轴结构；中心TSV铜柱为微波信号垂直互连传输线，等距离环设的n个TSV铜柱为地信号连接线；信号传输装置连接中心TSV铜柱，其中n≥6，信号传输装置沿信号输出方向的两侧各设有一列等距离排列的TSV铜柱；

下层转接板与上层转接板结构相同；两层转接板的中心TSV铜柱位置相互对准，并通过BGA焊球实现垂直互连。

进一步的，所述信号传输装置为共面波导，该共面波导包括导带和位于导带两侧的接地金属板；导带与中心TSV铜柱相连，以实现信号传输；两侧的接地金属板与位于同一侧的的TSV铜柱相连，以实现TSV铜柱产生的耦合电流导出。

进一步的，为使整个结构的噪声耦合最小，除中心TSV铜柱外，所述相邻两个TSV铜柱的圆心距设为0.28cm～0.32cm。

进一步的，由于射频环境中转接板易受磁场入侵，从而影响应用频率范围。为避免该问题，所述上层转接板和下层转接板采用电阻率2000～2500欧姆的硅材料制成。

进一步的，所述TSV准同轴结构与BGA球采用焊接实现连接。