[发明专利]一种毫米波及太赫兹单片电路过渡结构及其实现方法

说明书

本发明公开了一种毫米波及太赫兹单片电路过渡结构及其实现方法。本发明的电磁带隙结构包括多个相同的周期性二维排列的单元结构；每一个单元结构包括两个相同的金属销钉和一个空气销钉，电磁带隙结构使得电磁带隙调节范围更宽，金属销钉与空气销钉相结合的形式使金属销钉获得更高的等效高度，降低电磁带隙结构对销钉高度的要求；并且二维调节探针具有二维调节的作用，提高电磁能量的转换效率；本发明具有损耗小、频带宽的优点，封装过渡性能优越；本发明不仅适用于110～170GHz频段，还适用于其他毫米波波段及太赫兹波段，同时本发明不仅适用于BCB衬底单片电路，还适用于其他单片电路；并且节约加工成本，缩小整体尺寸。

技术领域

本发明涉及毫米波及太赫兹单片电路封装技术，具体涉及一种毫米波及太赫兹单片电路过渡结构及其实现方法。

背景技术

毫米波频率为30GHz～300GHz，波长范围为1mm～10mm，具有丰富的频谱资源；太赫兹频率为100GHz～10THz，波长范围为30μm～3mm，兼有微波与远红外波波谱的特点，具有波长短、频带宽、信息容量大、信噪比高的特点，在通信、雷达、制导、遥感技术、电子对抗、临床医学和射电天文等领域应用广泛。随着频谱资源的日益紧张和通信速率的高速化发展需求，宽带宽的毫米波及太赫兹应用前景也越发广泛。

毫米波及太赫兹单片电路的输入输出结构一般为地-信号-地引脚结构，方便进行在片测试。地-信号-地引脚结构本质上相当于一段很短的共面波导，中间的主线也可以作为微带线使用。单片单路封装技术是实现片上电路与其他模块化设备对接的关键技术。现有的模块化封装过渡方案主要采用金丝键合或者倒装芯片焊接的方式实现微波集成电路与微带线、共面波导等的连接，然后由微带探针连接单片电路至波导腔，实现单片电路-过渡结构-波导的信号转换。

金丝键合高频处损耗大，且寄生电容和寄生电感较大，会引入额外的损耗且会使单片电路与探针处的匹配变差，使单片电路的能量传输效率降低。此外，在传统金丝键合互连封装模块中，金丝键合互连的微波特性是影响微波组件的微波性能的一个重要因素，其焊丝长度、拱高和跨距、焊点位置等参数均对微波传输有很大影响，而这些参数受加工影响很大，故加工的一致性低。

受器件与工艺水平等的制约，关于微波芯片倒装焊互连形式的应用较少，基本还处于起步阶段。倒装芯片焊接有以下难点：1.芯片面朝下安装互连对工艺操作带来难度，且芯片接地容易出现问题，性能易受到影响；2.凸点不能直观检查，只能使用X光、激光超声检测法等，检测复杂；3.芯片焊区上需要制作凸点，增加了互连芯片的制作工艺流程及成本；4.芯片倒装后底部填充工艺复杂。

由于毫米波及太赫兹频段波长短，毫米波及太赫兹单片电路尺寸也小，相较而言，金丝键合线或者倒装焊凸点的尺寸较大，且在加工过程中受装配影响较大，无法保证较高的一致性。

电磁波在平面传输线及波导中有不同的传输模式，因而需要设计性能良好的过渡结构，以保证电磁波在不同模式下转化时的低损耗，同时需要较宽的频带及加工过程中较高的一致性。传统的过渡方案主要有：波导-脊波导-微带过渡、波导-微带探针过渡等。这些过渡结构难以与单片电路的地-信号-地引脚互连。

此外，在封装单片电路的腔体内，不可避免地存在由于加工装配精度有限导致的功率泄露或者高次模谐振，这会使整个电路的性能在某些频点严重恶化，影响工作频带；另外，腔体中存在的杂散辐射会影响单片电路工作的稳定性与可靠性。

发明内容

针对以上现有技术存在的问题，本发明提出了一种毫米波及太赫兹单片电路过渡结构及其实现方法。

单片电路包括基板、介质基片、单片电路功能区、输入引脚和输出引脚；其中，在基板上设置介质基片；在介质基片的上表面中心部位形成单片电路功能区；在介质基片上且位于单片电路功能区的两端分别连接输入引脚和输出引脚，输入引脚和输出引脚分别作为单片电路的输入端和输出端。

本发明的一个目的在于提出一种毫米波及太赫兹单片电路过渡结构。