[发明专利]毫米波3D同轴传输线设计制造方法

说明书

本发明提供了一种基于LTCC技术的毫米波3D同轴传输线设计制造方法，LTCC技术是一种多层布线、立体互连技术，可实现100层的陶瓷基片烧结。本发明采用在毫米波频段内低损耗的Ferro A6M陶瓷材料作为基片，在单层基片上利用激光工艺加工准直度和形貌均良好的通孔，利用激光对准技术将多个通孔进行高精度对准，利用圆形保护焊盘将多个填充了金属浆料单层的通孔互连，叠加成所需要的高度的长通孔；利用环形保护焊盘将外围的长通孔互连，两者围绕成网状结构充当外导体，从而构建3D结构的毫米波同轴传输线。仿真结果显示，新型高可靠性同轴传输线可工作至300 GHz。

技术领域

本发明涉及一种毫米波3D同轴传输线设计制造方法。

背景技术

毫米波器件小型化技术是毫米波技术发展的趋势之一，将毫米波器件在三维空间高密度集成是实现小型化的有效途径。毫米波系统的集成需要采用传输线结构来实现器件互连。然而，当电磁波的工作频率增加到毫米波频段时，毫米波系统集成需要高精度的加工工艺和安装工艺，这增加了毫米波系统的成本和集成难度。目前的平面传输线的设计和加工技术无法实现毫米波系统的三维集成，因此需要解决三维传输线的设计和加工难题。

传统同轴传输线是经典三维传输线，由内导体、中心介质和封闭的外导体组成，因传输带宽大、可传输横电磁波等优点在微波/毫米波领域广泛使用。可采用金属工艺加工，如镜面电火花工艺和激光工艺来制造；也可采用硅材料的微机电MEMS工艺等微纳米制造技术来制造。在现有的技术方案中，利用金属加工工艺实现毫米波三维传输线，需要制作高分辨率的精细结构，这意味着高昂的加工成本，同时在填充空气的金属腔体内安装内导体难度大，在复杂环境下应用的可靠性低；MEMS工艺可以实现单层硅材料的深刻蚀加工，但是这种去除材料的方式无法一次性加工较厚的复杂结构，此外，将多个单层结构对准后粘接既存在对准精度问题，也存在可靠性问题。

因此，在以上技术领域内存在利用现有技术难以设计高可靠性、便于系统集成的毫米波同轴传输线。

发明内容

本发明的目的在于提供一种毫米波3D同轴传输线设计制造方法，能够实现3D结构的毫米波准同轴传输线。

为解决上述问题，本发明提供一种毫米波3D同轴传输线设计制造方法，包括：

采用Ferro A6M系列陶瓷作为微波/毫米波准同轴传输线的LTCC介质基板，在每层LTCC介质基板上加工通孔，并加入金属浆料，形成金属化实心通孔；

外导体结构的制造方法为：在所述LTCC多层介质基板上，将竖直实心的多个金属通孔绕所述微波/毫米波准同轴传输线的中心组成圆筒状结构，在每层LTCC介质基板的表面利用金属化同心圆环将所述圆筒状的多个竖直实心的金属通孔互连，该同心圆环也称为环形保护焊盘，不同层的同心圆环形状与尺寸相同，在XOY平面坐标相同，形成由围绕成圆筒状的金属通孔与环形保护焊盘组成的网状的外导体结构，并将其作为测试端口接地结构。

进一步的，在上述方法中，形成由圆筒状的金属通孔与环形保护焊盘组成的网状的外导体结构中，采用的环形保护焊盘的宽度超过外导体结构中的金属通孔直径50 μm以保证外围多个金属化通孔的连接性。

进一步的，在上述方法中，形成由圆筒状的金属通孔与环形保护焊盘组成的网状的外导体结构中，所述外导体结构的金属通孔的间距根据工艺要求需不小于金属通孔的直径的两倍。

进一步的，在上述方法中，在所述介质基板上将竖直实心的金属通孔绕准同轴传输线的中心组成圆筒状结构之前，还包括：

利用激光打孔技术在单层Ferro A6M陶瓷打出金属通孔，使用激光对准技术将多层Ferro A6M陶瓷上连续的金属通孔组成垂直的长金属通孔，作为所述微波/毫米波准同轴传输线的中心导体柱；

利用环形保护焊盘，将上下相邻的两层Ferro A6M陶瓷中的金属通孔互连。