耦合布置的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于传递微波信号的耦合布置（1），所述布置（1）包含：主板（2），所述主板包含基板（3），所述基板具有微带导体（4）；以及模块（5），所述模块包含基板（6），所述基板具有微带导体（7）。另外，所述模块（5）附接到所述主板（2），使得所述主板导体（4）借助于连接结构（17）而与所述模块导体（7）电接触，进而可在所述主板导体（4）与所述模块导体（7）之间传递所述微波信号。本发明的特别之处在于，所述连接结构（17）中包含：所述主板导体（4）连接到在所述主板（2）上的基片集成波导（8），而所述基片集成波导（8）通过槽隙耦合（9）连接到所述模块导体（7）。
【专利说明】耦合布置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于在主板与模块之间传递微波信号的耦合布置。
【背景技术】
[0002]为了生产出完全产业化的高频微波无线电系统，必须使用表面黏着(SurfaceMount，SMT)工艺来制造该等系统。这是由于以下几个原因:
[0003]在最终的生产工艺中尽可能使用低“附加值(built-up-value)”的部件，以减少成本，
[0004]从无线电设备生产厂家的“内部生产工艺(in-house-manufacturing)”中去除芯片贴装(chip-attach)以及引线接合(wire-bonding)技术，因为这些技术相对较难以自动化，因而会增加成本。
[0005]对于微波无线电系统而言，存在需要连接到主板的许多不同类型的模块。一个实例就是可能含有诸如滤波器或微波集成电路等微波电子元件的封装。另一类型的模块可以是载有若干电部件的较小板(分板(sub-board))。但是，所有这些模块都具有共同点，就是这些模块必须连接到主主板以使得能够以有效率的方式在这些模块之间交换微波信号。
[0006]在现有技术的表面黏着(SMT)微波信号系统中，在主板与模块(例如,表面黏着的封装)之间的信号传递大部分基于从微带到共面波导(Coplanar Waveguide)到微带的连接。这些微波信号系统在高达40-50GHZ左右时工作良好，但在高达60GHz时会存在一些限制因素。
[0007]对于75-85GHZ左右及以上的微波无线电车载雷达，大部分则使用另一种方法，板上芯片(COB)解决方案，即将芯片直接黏着在其最终的电路板上并与该最终的电路板互相电连接，而不是先将该芯片并入到封装中然后再黏着到所需的电路板上。但是，板上芯片模型意味着在终端生产工艺中的技术含量较高，并且此类解决方案在修理时也显得更昂贵而且更繁难。此类板上芯片的概念方法能够实现产品的完全的表面黏着(SMT)生产工艺，生产出的产品能够以高达120GHz左右的频率来传递微波信号。
[0008]现在将参考图1及图2来进一步描述上文提及的现有技术中的表面黏着模块系统。这些表面黏着模块系统是基于位于主板上且还位于封装中的微带，以及共面波导系统的互连接。这样，可将较低的微带提升到较高的微带。当信号频率超过40GHz左右的某处时，这种概念方法会出现一些损失及限制因素。
[0009]在图1中示出此类现有技术的耦合布置。该图揭示了主板2，主板2包含基板3及微带4。主板2连接到表面黏着模块5，该模块包含基板6及微带导体7。该图中将在主板2与模块5之间的连接结构17以椭圆圈出。如图所示，穿孔18将模块5的基板6的底侧面与上侧面互相连接。在图1中，X-X表示沿连接结构17截开的截面；此截面在图2中被详解。
[0010]在该主板与该模块之间的连接的截面X-X可在图2中得到进一步解读。主板2通过共面波导20连接到模块5。共面波导20包含两个接地导体21，每一接地导体21包含在该主板与该模块中的每一者上的焊料垫，该焊料垫为在该主板与该模块之间的焊料。因此，可以看成是，从主板接地平面19起，通过穿孔22穿过该主板，接地最终被“转移”到该主板的上侧面。共面波导20在与接地导体21相同的平面中进一步包含信号导体23，该信号导体23将在该主板上的微带用焊料连接到穿孔18，并向上延伸到模块5的上侧面上的微带7。
[0011]这种现有技术的布置简明直接，但是，在频率较高时从微带到共面波导到微带的信号传输难以维持“平稳”的传输，于是带来信号损失。
【发明内容】
[0012]本发明的一个目标在于提出一种解决方案来减少现有技术中的问题。因此，主要目标在于提供一种有关表面黏着器件模块的耦合布置，该耦合布置适宜于以高频率来传递信号。
[0013]此目标通过槽馈(slot-feed)技术来达成，该槽馈技术用于将传输信号从该模块输入/输出到该主板，或者将该等传输信号从该主板输入/输出到该模块。较之于现有系统，此方法的信号损失较少。
[0014]根据本发明的用于传递微波信号的耦合布置I包含:
[0015]主板2，该主板包含基板3，该基板具有微带导体4 ；以及
[0016]模块5，该模块包含基板6，该基板具有微带导体7，
[0017]并且其中，模块5附接到主板2，使得主板导体4借助于连接结构17而与模块导体7电接触，进而可在主板导体4与模块导体7之间传递微波信号。
[0018]该布置的特别之处在于，连接结构17中包含:主板导体4连接到在主板2上的基片集成波导8，而基片集成波导8通过槽隙耦合9连接到模块导体7。
[0019]通过使用本发明，可以自动组装出表面黏着器件(SMD)模块，这些SMD模块可以在40GHz以上或可能高达IOOGHz甚至更高的频率下传递信号，而这些性能在现有技术中是不可能的。
[0020]在所附权利要求书中会揭示进一步有利的实施例。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]现在将结合附图来描述例示性说明本发明的实施例，其中:
[0022]图1揭示根据现有技术的模块连接，
[0023]图2揭示图1的近距截面图，
[0024]图3揭示根据本发明的连接到主板中的一部分的模块中的一部分的侧视图，
[0025]图4揭示根据本发明的主板中的一部分的俯视图，以及
[0026]图5揭示根据本发明的模块中的一部分的底视图。
【具体实施方式】
[0027]现在将要描述例示性说明本发明的一些实施例。与现有技术具有对应关系的特征将会用与在现有技术图1和图2中相同的数字来进行标注。
[0028]在本发明中，会使用基片集成波导(SIW)元件通过槽隙耦合来从微带导体反馈或馈送至微带导体。图3描绘的是根据本发明的用于传递微波信号的耦合布置I。该布置I包含主板2和模块5，主板2包含具有微带导体4的基板3，而模块5包含具有微带导体7的基板6。
[0029]模块5附接到主板2，使得主板导体4借助于连接结构17而与模块导体7电接触，进而可在主板导体4与模块导体7之间传递微波信号。根据本发明，连接结构17中包含:主板导体4连接到在主板2上的基片集成波导8，而基片集成波导8通过槽隙耦合9连接到模块导体7。
[0030]基片集成波导是一种在介电基板中形成的电磁波导，通过形成金属化的沟槽或致密地布置金属化的穿孔来将基板的上金属平面与下金属平面连接来形成。这些沟槽或穿孔对应于一般的中空电磁波导的金属壁。
[0031 ] 槽隙耦合是一种耦合，该耦合借助于在导电层中的开口或槽来将电磁波从一处传输到另一处。该槽使得电磁波可以从该层中逸出并向外辐射。例如，在贴片天线的馈送中已常常用到此类槽。槽孔隙可以具有不同的大小和形状，而这些设计参数会影响带宽，也就是说，这些参数会对通过该槽传输的信号的频率容量造成影响。
[0032]根据本发明的布置的实施例中的各部分可在图4及图5中得到详细解读。
[0033]图4所描绘的是从面向图3中的模块5的那一侧面观察到的主板2。图3中所描述的连接中包含将微带导体4连接到基片集成波导8。基片集成波导8按照与微带导体4相同的方式包含导电材料薄层或导电材料箔24，该导电材料薄层或箔涂布在该主板的基板上。基片集成波导8还包含镀有导电材料的沟槽25。或者，沟槽25可以是经电镀的穿孔，这些穿孔根据要传输的信号的频率而定位成彼此相距恰当距离。在图4中，这些沟槽为几乎完全围绕箔24而形成的伸长矩形，但图的左侧除外，在该图的左侧中微带4进入到该基片集成波导中。沟槽25延伸穿过主板2的基板，并与在该主板的另一侧面上的接地平面电接触(图4中未示)。
[0034]在图5中，展示的是含模块5的侧面，该侧面面向的是图4中的含主板的侧面。该含模块5的侧面包含接地平面12，其中开有开口槽11。位于与接地平面12相反的侧面上的该模块的微带导体7在图中以虚线矩形来展示。
[0035]应注意，在图3、图4及图5中仅相应展示了该主板和该模块中值得关注的某些部分，之所以如此是为了详解本发明的耦合布置。应理解，在该主板及该模块的其他部分中，提供/也可以提供其他部件。
[0036]进一步关注在图4及图5中的根据本发明的耦合布置I的实施例，槽隙耦合9中包含在基片集成波导8中的槽10连接到在模块基板6的一侧面上的接地平面12中的槽
11。该两个槽10、11通过围绕其周边的连接块14 (见图3)来连接。此连接应尽可能薄，否则该槽会具有波导特性，使性能恶化。模块导体7的位置与接地平面槽11相反，模块导体7位于该模块基板6中与含接地平面12的侧面相反的一侧面上。因此，进入微带4中的微波信号可以被引入到基板集成波导8中，通过槽隙耦合9 (包含槽10、11以及连接块14)来传递，并馈送到模块5的微带7中。而相反的次序，即，将信号从微带7引到微带4，也是等效可能的。
[0037]当组装好具有槽10、11的耦合布置I时，优选地，这些槽10及11相互成直线对齐。然而，如果具有槽10、11的耦合布置I被组装为槽10、11错位，那么槽10、11的错位可以通过槽10、11之间的连接块14构成的壁来进行补偿，相对于平行于槽10、11中任一者的平面，这些壁为倾斜。由于该连接块会在顶部及底部“焊料垫”之后形成，所以该波导中的连接块部分中的壁会通过在该两个槽之间倾斜地延展来补偿一些“不匹配”。
[0038]在通过使用槽10、11来形成槽隙耦合9的耦合布置I的实施例中的任一者中，连接槽10、11的连接块14可以是焊料，而这在很大程度上是通常情况。但是，也可以使用其他导电物质，诸如导电粘合剂。
[0039]在图3中，在槽隙耦合9内可以看到小空间16。只要在根据本发明的任何实施例的耦合布置I中存在诸如空间16，那么此类空间16就会设置有介电材料，而不是空气。因此，就可以较好地从主板的基板过渡到模块的基板，反之亦然，这样，就可以减少微波信号在穿过该耦合布置时的反射次数。
[0040]如果槽隙耦合是由彼此连接的两个槽10、11制成，那么涂布此类介电材料的一种便利方法是将该介电材料印刷到基片集成波导8的槽10的内部。或者，可在模块5的接地平面12的槽11或甚至在两个槽10、11中进行该介电材料的印刷。
[0041]例如,此类印刷可以通过丝网印刷(screen printing)来完成。当槽10、11被连接时，连接块的收缩会使该介电材料将在该等槽之间的空气挤出。
[0042]如果该介电材料经印刷而使得在该介电材料与被印刷的槽的壁之间存在空间，那么当该等槽经组装而形成该槽隙耦合时就会存在对于该等槽的错位的容限。如果该等槽经组装后未出现错位，那么可用焊膏或其他的永久性连接块来填充该空间。
[0043]如果在槽隙耦合中包含介电材料的任何实施例中，该介电材料所具有的相对电容率处于该主板或该模块的基板的电容率的+/-20%的范围内，则通过该耦合布置的微波信号的被反射的能量应会很低。如果该介电材料以及该主板和该模块的基板均具有相同的电容率，那么将获得最佳性能。
[0044]通常会提供根据所描述的实施例中的任一者的耦合布置1，其中该模块包含微波单片集成电路。例如，此类电路可以对微波信号执行功能，诸如混频、功率放大、低噪声放大以及高频率切换。
[0045]在根据本发明的上述耦合布置中的任一者中，该模块可以是例如表面黏着封装或分板。
[0046]应注意，本发明同时还提供了用于将该主板的接地平面连接到该模块的接地平面的精细连接。
【权利要求】
1.一种用于传递微波信号的耦合布置(1)，所述布置(I)包含: 主板(2 )，所述主板包含基板(3 )，所述基板具有微带导体(4);以及 模块(5 )，所述模块包含基板(6 )，所述基板具有微带导体(7 )， 其中所述模块(5)附接到所述主板(2)，使得所述主板的微带导体(4)通过连接结构(17)而与所述模块导体(7)电接触，进而可在所述主板导体(4)与所述模块导体(7)之间传递微波信号， 其特征在于，所述连接结构(17)中包括所述主板的微带导体(4)，所述主板的微带导体(4)与在所述主板(2)上的基片集成波导(8)连接，所述基片集成波导(8)再通过槽隙耦合(9)连接到所述模块导体(J)。
2.根据权利要求1所述的耦合布置(1)，其中所述槽隙耦合(9)为在所述基片集成波导(8)上的槽(10)与所述模块基板(6)—侧面上接地平面(12)上的槽(11)连接，其中所述两个槽(10、11)通过沿着所述两个槽的周边的连接块(14)来连接，并且其中所述模块导体(7)的位置与接地平面槽(11)相反，所述模块导体(7)位于所述模块基板(6)中与含所述接地平面(12)的侧面相反的一侧面上。
3.根据权利要求2所述的耦合布置(I)，其中所述槽(10、11)相互成直线对齐。
4.根据权利要求2所述的耦合布置(I)，其中所述槽(10、11)之间的错位通过在所述槽(10、11)之间的所述连接块(14)的多个侧壁来补偿，其中所述多个壁相对倾斜于一平面。所述平面为平行于所述槽(10、11)中任意一个一的平面。
5.根据权利要求2至4中任一权利要求所述的耦合布置(I)，其中连接所述槽(10、11)的所述连接块(14)为焊料或导电粘合剂。
6.根据权利要求1或2所述的耦合布置(1)，其中在所述槽隙耦合(9)内的空间(16)内设置有介电材料。
7.根据从属于权利要求2的权利要求6所述的耦合布置(1)，其中所述介电材料被印刷在以下两者中的任一者内: 所述基片集成波导(8)中的所述槽(10)，以及所述模块(5)的所述接地平面(12)中的所述槽(11)。
8.根据权利要求7所述的耦合布置(I)，其中所述介电材料经印刷而使得在所述介电材料与被印刷的所述槽中的壁之间存在空间。
9.根据权利要求6所述的耦合布置(1)，其中所述介电材料所具有的相对电容率处于所述主板或所述模块的所述基板的电容率的+/-20%范围内。
10.根据权利要求1所述的耦合布置(1)，其中所述模块包含微波单片集成电路。
11.根据权利要求1所述的耦合布置(I)，其中所述模块为表面黏着封装。
【文档编号】H01P3/00GK103650235SQ201180072099
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2011年7月4日 优先权日:2011年7月4日
【发明者】本特·马德伯格, 雷夫·贝里斯泰特 申请人:华为技术有限公司