一种高隔离的三维微系统结构的制作方法

1.本发明涉及一种高隔离的三维微系统结构，属于电子技术领域。


背景技术：

2.随着卫星有效载荷小型化的发展趋势，下一代微波产品逐渐朝着小型化、高集成化的微系统封装发展，微系统封装通常采用多层结构，每层根据通道架构，布置一定数量的芯片，并实现层内互联，形成特定的功能块。这种三维微系统中的多芯片布局及互联通常较为密集，因此互联走线常常互相毗邻交叉，因此造成不同频率在不同线路上串扰，为此需要提高其不同频率路径间的隔离度。传统的解决方法为：一、增大线路间的距离；二、在互相毗邻的线路间增加球栅阵列、基板内部增加过孔；三、在链路里增加滤波器芯片抑制泄露的串扰信号；这几种办法均需要增加尺寸，球栅阵列和过孔还需要捕获焊盘，在高集成的微系统封装中由于电路尺寸限制故均难以实现。


技术实现要素：

3.本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种高隔离的三维微系统结构，采用末端圆形或扇形的平行槽线破坏奇偶模阻抗匹配，同时平行槽线组合多阶矩形垂直槽线形成的慢波结构，实现对一定带宽范围内微波串扰信号的谐振吸收，从而实现密集走线之间的隔离。
4.本发明的技术解决方案是：一种高隔离的三维微系统结构，包括上下两层微波电路功能层，微波电路功能层之间通过植焊球焊接；每层微波电路功能层包含上层微波带线、中间介质层、下层金属地平面；上下两层微波电路功能层所包含的两层下层金属地平面同时设有开槽。
5.进一步地，所述开槽尺寸相同、投影位置相同，包括互相交叉连接的平行槽线、垂直槽线、负载槽。
6.进一步地，上下两层金属地平面的平行槽线为矩形，平行于微波带线的电磁场传输方向。
7.进一步地，上下两层金属地平面的平行槽线投影位置位于传输信号的微波带线两侧，且距离微波带线的距离相等。
8.进一步地，上下两层金属地平面的平行槽线宽度等于微波带线的宽度，各平行槽线长度相等，其末端连接负载槽。
9.进一步地，上下两层金属地平面的垂直槽线为矩形，垂直于微波带线的电磁场传输方向，其两端与平行槽线交叉连通。
10.进一步地，上下两层金属地平面最中心的垂直槽线与平行槽线相交于平行槽线的中点，其余各垂直槽线沿中心垂直槽线对称分布，
11.进一步地，在对称位置上的两根垂直槽线长度相同、宽度相同、相邻槽线间的间距对称相同。
12.进一步地，上下两层金属地平面的负载槽为圆形或者扇形。
13.进一步地，所述下层微波电路功能层的上层微波带线为微波射频信号传输线。
14.本发明与现有技术相比的优点在于：
15.(1)本发明通过在两条微波带线对应的上下地平面投影位置中央设置平行槽线，在平行槽线的末端增加圆形或者扇形的负载槽，割断了准tem模之间的地平面，取得了在不额外增加微系统尺寸的情况下，在较宽的带宽内破坏耦合线奇偶模阻抗匹配，从而取得了隔离串扰信号在两条传输信号的微波带线之间相互耦合的技术效果；
16.(2)本发明通过在垂直于微波带线的电磁场传输方向设置垂直槽线，与平行槽线交叉连通，原来槽线的电长度增加至垂直槽线上，取得了既不需要拉大三维封装内布线间距，又能形成微波信号传输零点，实现对一定带宽范围内微波串扰信号谐振吸收的技术效果。
附图说明
17.图1为本发明结构示意图；
18.图2为本发明带有串扰隔离的硅基三维微系统俯视图；
19.图3为普通三维微系统微波带线传输特性图；
20.图4为普通三维微系统微波带线间隔离特性图；
21.图5为带有串扰隔离的三维微系统微波带线1传输特性图；
22.图6为带有串扰隔离的三维微系统微波带线2传输特性图；
23.图7为带有串扰隔离的三维微系统微波带线隔离特性图。
具体实施方式
24.为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本技术技术方案做详细的说明，应当理解本技术实施例以及实施例中的具体特征是对本技术技术方案的详细的说明，而不是对本技术技术方案的限定，在不冲突的情况下，本技术实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
25.以下结合说明书附图对本技术实施例所提供的一种高隔离的三维微系统结构做进一步详细的说明，具体实现方式可以包括(如图1～7所示)：包括上下两层微波电路功能层，微波电路功能层之间通过植焊球焊接；每层微波电路功能层包含上层微波带线、中间介质层、下层金属地平面；上下两层微波电路功能层所包含的两层下层金属地平面同时设有尺寸相同、投影位置相同的开槽，所述开槽包括互相交叉连接的平行槽线、垂直槽线、负载槽。上下两层金属地平面的平行槽线为矩形，平行于微波带线的电磁场传输方向。上下两层金属地平面的平行槽线投影位置位于传输信号的微波带线两侧，且距离微波带线的距离相等。上下两层金属地平面的平行槽线宽度约等于微波带线的宽度，各平行槽线长度相等，其末端连接负载槽。上下两层金属地平面的垂直槽线为矩形，垂直于微波带线的电磁场传输方向，其两端与平行槽线交叉连通。上下两层金属地平面最中心的垂直槽线与平行槽线相交于平行槽线的中点，其余各垂直槽线沿中心垂直槽线对称分布，在对称位置上的两根垂直槽线长度相同、宽度相同、相邻槽线间的间距对称相同。上下两层金属地平面的负载槽为圆形或者扇形。所述下层微波电路功能层的上层微波带线为微波射频信号传输线。
26.本发明具体包括：
27.首先，设计走线时采用上下地平面带有槽线的微波带线，如图1所示，其特点是：
28.1)在两条毗邻的微波带线对应的上下地平面投影位置中央设置平行槽线，平行槽线平行于微波信号的电磁场传输方向，平行槽线宽度近似于微波传输带线的宽度；通过割断准tem模之间的地平面，在不额外增加微系统尺寸的情况下破坏耦合线奇偶模阻抗匹配，从而隔离了串扰信号在两条传输信号的微波带线之间相互耦合；2)在平行槽线的末端增加圆形或者扇形的负载槽，起到增加带宽的作用；
29.然后再在微波传输带线的上下地平面上增加相互交叉连通的矩形垂直槽线，如图2所示，垂直槽线具有如下特点：
30.1)垂直于微波带线传输方向，与平行槽线相连通，原来平行槽线的电长度增加至垂直槽线上，原平行槽线和矩形的垂直槽线一同形成了微波信号的传输零点，调整原平行槽线和矩形垂直槽线的尺寸，使微波信号的传输零点位于串扰信号频率处；
31.2)可以同时增加多条垂直矩形槽线，形成一定的衰减带宽；
32.3)同时，该垂直矩形槽线不能位于相邻带线的上下投影内，避免对边上的带线传输产生影响。
33.在本技术实施例所提供的方案中，以一种基于硅基封装的三维微系统设计为例，进行实际设计仿真。该实际硅基封装三维微系统产品应用于ka频段，采用两层硅片上下叠层设计，两层硅通过焊球堆叠，如图1所示；上层硅和下层硅的下表面为金属地，下层硅的上表面并排走线，走线间距小于0.9mm；硅层为厚度250um高阻硅，介电常数11.9，焊球直径500um。
34.该封装中，需要有并排两条带线传输，带线2上传输了30.5-31.5ghz的微波信号，因此需要进行带线1的高隔离防串扰设计，增大带线2到带线1的隔离，并且需要增大端口2对30.5-31.5ghz处的抑制值。
35.在三维电磁软件hfss中对原微系统走线性能进行仿真，可以得到此时传输线性能、隔离性能分别如图3、4所示；
36.然后采用本专利的设计方法，在不增加球栅阵列、过孔、焊盘等额外设计的前提下，增大带线1防串扰能力，防止从端口1到端口2传输的信号被带线 2穿梭的30.5-31.5ghz信号串扰：
37.首先，设计走线时在两条带线对应的上下地平面投影位置中央开平行槽线，槽线平行于带线的传输方向，其宽度为0.2mm，长度为3mm；端头开圆形槽，圆形槽的半径为0.3mm；
38.然后在垂直带线方向设计矩形垂直槽线，矩形垂直槽线包含两侧2个较小的矩形和中间较大矩形，其长宽尺寸分别为前者2mm*0.5mm，后者 2.5mm*0.7mm。
39.最终设计如图7所示。
40.为了验证该设计的性能，在三维电磁软件hfss中对带有串扰隔离的硅基叠层三维微系统设计进行建模仿真，可以得到采用本专利串扰隔离设计的传输线性能、隔离性能如图5、6、7所示。
41.由两种设计的传输特性、隔离特性可以看出，原三维微系统中的带线1会从端口1传输30.5ghz-31.5ghz的微波串扰信号到端口2，带线1各端口受到带线2串扰的影响大约
为-9db和-22db；而采用本专利设计的三维微系统中，带线1从端口1到端口2传输的微波串扰信号下降25db以上，带线1各端口受到带线2串扰的影响均下降了20-30db；因此，采用本专利提出的通过在三维堆叠微系统中设计带有上下对应相同槽线和负载槽的方法实现了微系统封装中的高隔离。
42.随着卫星有效载荷小型化的发展趋势，下一代星载微波产品中的高集成造成连线密集、容易造成不同频率在不同线路上串扰的问题。本专利将平行槽线和垂直槽线相结合，既采用了在两条带线对应的上下地平面投影位置中央开平行槽线加负载槽的方法来割断准tem模之间地平面，破坏奇偶模阻抗匹配，从而起到隔离串扰信号的作用；；也形成了该传输线在串扰频率处的传输零点，使得该微波带线在信号传输中可以对串扰频率进行吸收。该方法结构简单、设计灵活、性能优良，为下一代微波产品逐渐朝着小型化、高集成化的三维微系统发展提供了一定的竞争力。
43.显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。
44.本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。