CN113540733A - 一种垂直转接结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种垂直转接结构。该垂直转接结构包括：第一上层金属层、第一介质层、第一下层金属层以及位于第一介质层中的信号金属通孔和接地金属通孔。信号金属通孔，为一直径不均匀的金属通孔，一端用于在第一上层金属层与共面波导的信号线垂直连接，另一端用于在第一介质层与基片集成同轴线的信号线垂直连接；所述直径不均匀的金属通孔用于实现基片集成同轴线与共面波导之间的阻抗匹配。接地金属通孔的数量为多个，多个接地金属通孔环绕信号金属通孔设置，每一接地金属通孔的一端与第一上层金属层连接，另一端与第一下层金属层连接。本发明提供的垂直转接结构能够实现基片集成同轴线与共面波导之间的阻抗匹配。

Description

一种垂直转接结构

技术领域

本发明涉及微波电路技术领域，特别是涉及一种垂直转接结构。

背景技术

随着集成电路的发展，互连转接技术被广泛关注。基片集成同轴线由于其屏蔽电磁干扰性能好、无色散的特点被用于无源电路中，但由于基片集成同轴线的信号线位于介质中，其不能直接与表面电路相连。共面波导由于低损耗低色散的特点，被广泛应用在表面电路中。因此，为了无源电路与表面电路高性能集成，需要低反射性能的从基片集成同轴线到共面波导的转接结构。

对于基片集成同轴线的信号线与共面波导的信号线不在同一水平位置的情况，传统的垂直转接方法为，将共面波导设计在基片集成同轴线的上层地平面，再通过均匀通孔将基片集成同轴线的信号线与顶层共面波导的信号线相连接。但基于这种转接方法，基片集成同轴线与共面波导之间存在较大的阻抗不连续性，难以实现转接结构的低反射特性。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够实现基片集成同轴线与共面波导之间阻抗匹配的垂直转接结构。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种垂直转接结构，包括：第一上层金属层、第一介质层、第一下层金属层、信号金属通孔以及接地金属通孔；所述第一介质层位于所述第一上层金属层和所述第一下层金属层之间；

所述信号金属通孔，为一直径不均匀的金属通孔，位于所述第一介质层中，一端用于在所述第一上层金属层与共面波导的信号线垂直连接，另一端用于在所述第一介质层与基片集成同轴线的信号线垂直连接；所述直径不均匀的金属通孔用于实现所述基片集成同轴线与所述共面波导之间的阻抗匹配；

所述接地金属通孔，位于所述第一介质层中，数量为多个；多个所述接地金属通孔环绕所述信号金属通孔设置，每一所述接地金属通孔的一端与所述第一上层金属层连接，另一端与所述第一下层金属层连接。

可选的，所述信号金属通孔在长度方向上包括多个金属通孔段，相邻所述金属通孔段的直径不同，以实现所述基片集成同轴线与所述共面波导之间的阻抗匹配。

可选的，多个所述接地金属通孔呈环形分布，形成的环形的中心为所述信号金属通孔所处位置。

可选的，各所述接地金属通孔的直径相等。

可选的，还包括：位于所述第一上层金属层的第一连接线，所述第一连接线的一端与所述信号金属通孔的一端垂直连接，所述第一连接线的另一端用于与所述共面波导的信号线连接。

可选的，还包括：位于所述第一介质层的第二连接线，所述第二连接线的一端与所述信号金属通孔的另一端垂直连接，所述第二连接线的另一端用于与所述基片集成同轴线的信号线连接。

根据本发明提供的具体实施例，公开了以下技术效果：本发明实施例提供的垂直转接结构包括第一上层金属层、第一介质层、第一下层金属层以及位于第一介质层的信号金属通孔和多个接地金属通孔，信号金属通孔为一直径不均匀的金属通孔，该金属通孔的一端用于在第一上层金属层与共面波导的信号线垂直连接，另一端用于在第一介质层与基片集成同轴线的信号线垂直连接。接地金属通孔的一端与第一上层金属层连接，另一端与第一下层金属层连接，多个接地金属通孔环绕信号金属通孔设置。

上述金属通孔不均匀直径的设置用于实现所述基片集成同轴线与所述共面波导之间的阻抗匹配，相较于现有技术中直径均匀的金属通孔，本申请可以通过对信号金属通孔各处直径大小的设计，实现其连接的基片集成同轴线与共面波导之间的阻抗匹配，保障基片集成同轴线与共面波导之间阻抗的连续性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的垂直转接结构的结构示意图；

图2(a)为本发明实施例中垂直转接结构的正视图，图2(b)为本发明实施例提供的垂直转接结构的侧视图，图2(c)为本发明实施例提供的垂直转接结构的俯视图；

图3为本发明实施例中垂直转接结构不同位置处的电场分布图；

图4为本发明实施例中垂直转接结构的回波损耗S₁₁和传输损耗S₂₁的效果图。

1、共面波导处接地金属通孔；2、共面波导的信号线；3、第三上层金属层；4、第一上层金属层；5、上层介质层；6、中间金属层；7、下层介质层；8、第三下层金属层；9、信号金属通孔；10、第一下层金属层；11、内部电路部分；12、第二下层金属层；13、基片集成同轴线的信号线；14、基片集成同轴线处接地金属通孔；15、第二上层金属层；16、接地金属通孔；17、垂直转接结构；18、表面电路部分。

具体实施方式

为了便于清楚描述本申请实施例的技术方案，在本申请的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。例如，第一无线通信模块和第二无线通信模块仅仅是为了区分不同的无线通信模块，并不对其先后顺序进行限定。本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定。

需要说明的是，本申请中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。

下面将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。

本发明的目的是提供一种能够实现集成同轴线与共面波导之间阻抗匹配的垂直转接结构。

参见图1，本实施例提供的垂直转接结构17包括：第一上层金属层4、第一介质层、第一下层金属层10、信号金属通孔9以及接地金属通孔16。第一介质层位于第一上层金属层4和第一下层金属层10之间。

信号金属通孔9为一直径不均匀的金属通孔，位于第一介质层中，其一端用于在第一上层金属层4与共面波导的信号线2垂直连接，另一端用于在第一介质层与基片集成同轴线的信号线13垂直连接。其中，直径不均匀的金属通孔可示例性的为垂直阶梯渐变通孔。

信号金属通孔9不均匀直径的设置用以实现基片集成同轴线与共面波导之间的阻抗匹配。具体的，可以通过试验找到不均匀直径的设置方式以及直径大小。其中，不均匀直径的设置方式可以是：在信号金属通孔长度方向上分段式的直径不同。比如，将信号金属通孔在长度方向上至少分为两段，相邻两段金属通孔段的直径不同，直径的大小的确定以基片集成同轴线与共面波导之间的阻抗匹配为原则。通过设置不均匀直径的信号孔，所述垂直转接结构自身由于尺寸不均匀而产生不连续性，通过设置合适的尺寸，可用来补偿或抵消基片集成同轴线到共面波导传输过程中产生的不连续性，实现阻抗匹配，进而达到电磁波信号的低反射传输。

接地金属通孔16位于第一介质层中，数量为多个。

多个接地金属通孔16环绕信号金属通孔9设置，每一接地金属通孔16的一端与第一上层金属层4连接，另一端与第一下层金属层10连接(即每一接地金属通孔16一端开口于第一上层金属层4，另一端开口于第一下层金属层10)，不与基片集成同轴线的信号线及共面波导的信号线接触。

在一个示例中，接地金属通孔16环形分布在信号金属通孔9的周围，环形的中心为信号金属通孔9所处位置。上述接地金属通孔16的分布方式不限于上述环形分布，还可以以其他形式围绕在上述信号金属通孔9周围。

在一个示例中，上述各接地金属通孔16的直径相等。

参见图1，上述垂直转接结构17还包括：位于第一上层金属层4的第一连接线和位于第一介质层中的第二连接线。第一连接线的一端与信号金属通孔9的一端垂直连接，第一连接线的另一端用于与共面波导的信号线2连接。第二连接线的一端与信号金属通孔9的另一端垂直连接，第二连接线的另一端用于与基片集成同轴线的信号线13连接。

上述垂直转接结构17应用于微波电路中，参见图1，该微波电路包括：内部电路部分11(图1中左侧)和表面电路部分18(图1中右侧)，垂直转接结构17位于内部电路部分11和表面电路部分18之间；

内部电路部分11包括：第二上层金属层15、第二介质层以及第二下层金属层12，第二介质层中设置有基片集成同轴线，第二上层金属层15与第一上层金属层4位于同一平面上，第二下层金属层12与第一下层金属层10位于同一平面上。

表面电路层部分18包括：第三上层金属层3、第三介质层以及第三下层金属层8，第三上层金属层3与第一上层金属层4位于同一平面上，第三下层金属层8与第一下层金属层12位于同一平面上；第三上层金属层3上设置有共面波导。

在一个示例中，上述微波电路还包括：位于第三介质层中的中间金属层6，中间金属层6与基片集成同轴线位于同一平面。

下面对上述垂直转接结构进行具体介绍：

如图1与图2所示，第一上层金属层4、第二上层金属层15和第三上层金属层3为同一金属层，第一下层金属层10、第二下层金属层12和第三下层金属层8为同一金属层，第一介质层、第二介质层、第三介质层为同一介质层。中间金属层6将第一介质层和第三介质层分为上层介质层5和下层介质层7，中间金属层6与基片集成同轴线的信号线13位于同一平面。

信号金属通孔9在长度方向上分为两段，为垂直阶梯渐变通孔。信号金属通孔9高度为h₁+h₂，上段的金属通孔段的直径为d₁，高度为h₁，下段的金属通孔段的直径为d₂,高度为h₂，上段的金属通孔段与共面波导的信号线垂直连接，下段的金属通孔段与基片集成同轴线的信号线垂直连接。通过设计不同直径的信号金属通孔段的组合，可以实现其所连接的基片集成同轴线与共面波导之间的阻抗匹配。

在垂直转接结构17的第一介质层中，信号金属通孔位于第一介质层的上层介质中，接地金属通孔贯穿第一介质层并与第一上层金属层4和第一下层金属层10相连，不与基片集成同轴线的信号线及共面波导的信号线接触，接地金属通孔16的直径为d₃，接地金属通孔16的高度为h₃，以接地金属通孔16环绕信号金属通孔的环绕方式为环形为例，接地金属通孔16中心与信号孔中心9之间的距离相等，为l。

共面波导的信号线的宽度为w₁，其信号线与上层地平面的缝隙宽度为g。基片集成同轴线的信号线宽度为w₂。基片集成同轴线处接地金属通孔14和共面波导处接地金属通孔1的直径相等，均为d₄，基片集成同轴线处接地金属通孔14之间的距离和共面波导处接地金属通孔1之间的距离相等，均为w₃。

以PCB工艺加工的本发明所述的转接结构为例对本申请提供的垂直转接结构的效果进行说明。介质层采用Rogers RT/duroid 5880材料(介电常数2.2，介质损耗角正切0.0009)，厚度为0.254mm。各金属层厚度为0.018mm。h₁＝0.127mm，h₂＝0.127mm，h₃＝0.526mm，d₁＝0.94mm，d₂＝0.3mm，d₃＝d₄＝0.6mm，w₁＝0.6mm，w₂＝0.43mm，w₃＝3mm，l＝2.82mm，g＝0.1mm。

图3为上述垂直转接结构不同位置的截面电场图。由图3可见，基片集成同轴线的电场主要集中在中间，经过直径不均匀的信号金属通孔时电场先逐渐向两边分布然后又集中在中间，最终传输过渡到共面波导中。

图4为上述垂直转接结构的回波损耗S₁₁与传输损耗S₂₁的结果图。从直流到50GHz，S₂₁可以达到大于-0.25dB，S₁₁可以达到小于-20dB。

由图3和图4可知，本申请提供的垂直转接结构具有低反射，结构简单，易于集成等特点，在微波段具有广阔的应用前景。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种垂直转接结构，其特征在于，包括：第一上层金属层、第一介质层、第一下层金属层、信号金属通孔以及接地金属通孔；所述第一介质层位于所述第一上层金属层和所述第一下层金属层之间；

所述信号金属通孔，为一直径不均匀的金属通孔，位于所述第一介质层中，一端用于在所述第一上层金属层与共面波导的信号线垂直连接，另一端用于在所述第一介质层与基片集成同轴线的信号线垂直连接；所述信号金属通孔不均匀直径的设置用于实现所述基片集成同轴线与所述共面波导之间的阻抗匹配；

所述接地金属通孔，位于所述第一介质层中，数量为多个；多个所述接地金属通孔环绕所述信号金属通孔设置，每一所述接地金属通孔的一端与所述第一上层金属层连接，另一端与所述第一下层金属层连接。

2.根据权利要求1所述的垂直转接结构，其特征在于，所述信号金属通孔在长度方向上包括多个金属通孔段，相邻所述金属通孔段的直径不同，以实现所述基片集成同轴线与所述共面波导之间的阻抗匹配。

3.根据权利要求1所述的垂直转接结构，其特征在于，多个所述接地金属通孔呈环形分布，形成的环形的中心为所述信号金属通孔所处位置。

4.根据权利要求1或3所述的垂直转接结构，其特征在于，各所述接地金属通孔的直径相等。

5.根据权利要求1所述的垂直转接结构，其特征在于，还包括：位于所述第一上层金属层的第一连接线，所述第一连接线的一端与所述信号金属通孔的一端垂直连接，所述第一连接线的另一端用于与所述共面波导的信号线连接。

6.根据权利要求1所述的垂直转接结构，其特征在于，还包括：位于所述第一介质层中的第二连接线，所述第二连接线的一端与所述信号金属通孔的另一端垂直连接，所述第二连接线的另一端用于与所述基片集成同轴线的信号线连接。

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