[发明专利]半空气填充基片集成凹槽间隙波导及其微带过渡转换装置

说明书

本发明公开了一种半空气填充基片集成凹槽间隙波导及其微带过渡转换装置，所述基片集成凹槽间隙波导利用倒装芯片技术将上下两块基板通过BGA焊料球倒装而成，上下两块基板垂直叠加在一起，基板之间的空气间隙层由焊料球支撑，空气间隙层和下层基板内的部分介质构成了该基板集成凹槽间隙基片集成凹槽间隙波导电磁波传输的路径。所述基片集成凹槽间隙波导的微带过渡转换装置。所述过渡转换装置由T形枝节、阻抗匹配段、一对反射焊料球构成。该发明的过渡转换装置能够实现所发明的新型半空气填充基片集成凹槽间隙波导至微带线的径向过渡转换。本发明具有剖面低、重量轻、体积小、易于集成等优点。

技术领域

本发明属于电磁场与微波技术领域，具体涉及半空气填充基片集成凹槽间隙波导(BGA-GWG)及其微带过渡转换装置。

背景技术

随着无线通信技术的迅速发展与应用，各种新型无线通信系统信息传输效率和质量越来越高，结构也越来越复杂。尤其在毫米波和太赫兹工作频段，在各种微波系统中，信号的传输和无源、有源电路的实现都离不开低损耗传输媒介。为了满足低损耗、高集成系统的需求，2009年瑞典的P.-S.Kildal教授提出间隙基片集成凹槽间隙波导(Gap Waveguide,GWG)传输线技术。与传统基片集成凹槽间隙波导对比，GWG具有在毫米波和太赫兹工作频段应用中低传输损耗的优势。此外，GWG具有垂直于传播方向的非接触式电磁屏蔽，因此其传输质量对加工误差不敏感，这对于毫米波和太赫兹工程应用也十分重要。

间隙基片集成凹槽间隙波导分为三种类型：脊间隙基片集成凹槽间隙波导(RidgeGWG)，凹槽间隙基片集成凹槽间隙波导(Groove GWG)和微带间隙基片集成凹槽间隙波导。这三种GWG结构可由全金属构成，也可由金属与印刷电路板(Printed Circuit Borad,PCB)混合构成。电磁波分别以准横电磁(Transverse Electromagnetic,TEM)模和准(Transverse Electric,TE)模的形式在脊/微带GWG和凹槽GWG中传播。

典型的脊GWG设计中使用的是销钉型周期单元。脊在非传播方向上被周期性的销钉包围，通常是由机械加工制成。脊GWG也可以通过PCB或低温共烧陶瓷(LTCC)基板集成。在这些基板集成的脊GWG中，采用了蘑菇型周期单元。在过去发表的一些研究中，LTCC或PCB基板由基于金属基底的基板框架支撑，以保持气隙层，实现低传输损耗特性。但是，很难在较大的尺寸上保持恒定的气隙高度，甚至在任何较小的压力或碰撞中导致性能下降或不稳定。也有一些研究中提出了完整的基板集成脊GWG，它们在基板损耗更大的情况下仍显示了自封装的优势。

典型的凹槽GWG设计也主要使用的是销钉型周期单元，销钉阵列之间的凹槽是电磁波的传播路径。由于设计轻巧，通常使用3-D打印技术而不是机械加工来制造槽GWG。已有学者研究了微电子机械系统(MEMS)技术，以设计用于基片集成凹槽间隙波导和封装的W波段槽GWG带通滤波器。目前，与3-D打印技术相比，MEMS技术具有加工精度高、体积小的优点。然而，槽GWG的设计尺寸受限于晶片尺寸，并且其研究成本相对较高。此外，MEMS槽GWG在制造过程中需要两块硅晶片作为边界，这使得其难以与其他元件或基片集成。为了解决上述问题，需要开发新型的基片集成槽GWG解决方案。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种半空气填充基片集成凹槽间隙波导及其微带过渡转换装置，为传统槽间隙基片集成凹槽间隙波导的一种基板集成解决方案，具有剖面低、重量轻、体积小、易于集成等优点，可应用于嵌入式晶圆级封装的前端收发机等有源芯片构建全介质集成的前端系统，应用于对尺寸和重量有较高要求的小型无人机等平台。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

半空气填充基片集成凹槽间隙波导，包括T基板和B基板，所述T基板平行设于B基板的正上方；

所述T基板下表面设有第一金属化层，第一金属化层上覆盖阻焊掩膜层，用于球栅阵列(Ball Grid Array，BGA)焊料球的植球；