通孔过渡及其制作方法
【技术领域】
[0001] 本公开总体上涉及多层集成电路，更具体地，涉及一种通孔过渡（via transition)及其制作方法。
【背景技术】
[0002] 本部分用于提供本公开所述技术的各种实施例的【背景技术】。本部分中的描述可以 包括可能追求的构思，但这些构思未必是先前构想或追求过的构思。因此，除非文中另有说 明，本部分所述的内容不是本公开的说明书和/或权利要求的现有技术，并且不因仅被包括 在本部分中而被认作现有技术。
[0003] 通孔过渡被广泛地应用于多层集成电路，以便将布置在电路基底（substrate)的 不同层上的并行传输线相互连接。
[0004] 按图1所示的方式构造，传统通孔过渡由于辐射和反射而遭受显著的电学不连续， 因此具有非常有限的应用带宽。通常，为了确保S参数S n优于-14.99dB且S21优于-ldB，传统 通孔过渡必须操作在0到2.579GHz的频率范围内，如图2所示。
[0005] 为了克服传统通孔过渡的带宽限制，提出了宽带通孔过渡，其中使用补助元件(诸 如，通孔、腔体、衬垫和准同轴)来消除通孔过渡的电学不连续(例如，参见【1】_【3】）。
[0006] 添加补助元件使得通孔过渡的制造变得相当复杂。此外，使用补助元件的通孔过 渡的带宽不够宽，无法达到毫米波频段。
【发明内容】
[0007] 综上，本公开的目标在于通过提供新结构的通孔过渡来避免上述缺点中的至少一 个。本公开的另一目标在于提供一种制造这种通孔过渡的方法。
[0008] 在本公开的一个方面，提供了一种形成在基底中的通孔过渡。所述通孔过渡包括 高阻抗部分(segment)和低阻抗部分。高阻抗部分和低阻抗部分交替地布置在通孔过渡的 两个端部分。
[0009] 通过被构造为包括交替布置在两个端部分之间的高阻抗部分和低阻抗部分，根据 本公开的第一方面的通孔过渡相较于使用额外补助元件的通孔过渡，具有更简单的结构。 此外，由于通过交替布置的高阻抗部分和低阻抗部分形成的阶梯式阻抗低通滤波结构，可 以有效地减小通孔过渡的辐射损耗和串扰，因此可以明显地增大通孔过渡的带宽。
[0010] 在本公开的第二方面，提供了一种用于在基底中形成根据本公开的第一方面的通 孔过渡的方法。所述方法包括以下步骤:形成端部分、高阻抗部分和低阻抗部分中的每一 个，其中所述端部分、高阻抗部分和低阻抗部分延伸通过多个介电层中的一个或更多个。接 下来，以高阻抗部分和低阻抗部分交替布置在两个端部分之间的方式，堆叠介电层。此后， 对所有堆叠的层进行层压和共烧，以便形成多层化的结构。
[0011]根据本公开的第二方面，可以以高性价比的方式来制作根据本公开的第一方面的 通孔过渡。
【附图说明】
[0012] 根据以下参考附图的对本公开实施例的描述，将清楚本公开的上述和其他目标、 特征和优点，附图中：
[0013] 图1是根据现有技术的通孔过渡的透视图；
[0014] 图2是示出了根据现有技术的通孔过渡的S参数Sn和S21的仿真幅度-频率曲线的 图；
[0015] 图3是根据本公开实施例的通孔过渡的透视图；
[0016] 图4示意性地示出了根据本公开实施例的通孔过渡的顶视图、底视图和侧视图；
[0017] 图5是示出了根据本公开实施例的通孔过渡的等效电路的图；
[0018] 图6是示出了根据本公开实施例的通孔过渡的S参数Sn和S21的仿真幅度-频率曲 线与实测幅度-频率曲线的图；以及
[0019] 图7是示出了根据本公开实施例的制造通孔过渡的方法的流程图。
[0020] 应注意，附图中的各个部分并非是按比例绘制的，而仅是用于进行说明，因此，不 应将其理解为对本发明的范围的限制和约束。
【具体实施方式】
[0021] 根据本公开的总体构思，在基底中形成的通孔过渡可以被构造为包括高阻抗部分 和低阻抗部分。所述高阻抗部分和低阻抗部分交替地布置在通孔过渡的两个端部分。
[0022] 在没有额外补助元件的情况下，相较于【1】-【3】中提出的通孔过渡，可以方便地制 作本文所提出的通孔过渡。此外，由于通过基底中交替布置的高阻抗部分和低阻抗部分形 成的阶梯式阻抗低通滤波结构，可以有效地减小通孔过渡的辐射损耗和串扰，并可以明显 增加通孔过渡的带宽。
[0023] 因此，由于其结构简单，所提出的通孔过渡相较于【1】-【3】中提出的通孔过渡，明 显地改善了成品率。此外，所提出的通过过渡的性能在高频下仍保持合理，即使所提出的通 孔过渡由低成本金属(诸如，铜、铝、铁等)而不是由金制成。因此，明显降低了制造所提出的 通孔过渡的成本。
[0024] CN 202205870 U和CN 101056094 A分别提出了一种具有较高抑制性能的大功率 低通滤波器以及一种大功率低通滤波同轴阻抗转换器。由于所提出的滤波器和转换器使用 的特定目的和通过经由机械部件将传输线相连来构造它们的必要性，当所要解决的问题是 如何消除在基底中形成的通孔过渡的电学不连续时，无法诉诸于CN 202205870 U和CN 101056094 A〇
[0025] 在其中形成通孔过渡的基底可以例如是低温共烧陶瓷（LTCC)、高温共烧陶瓷 (HTCC)、液晶聚合物(LCP)或有机印刷电路板(PCB)基底。优选地，LTCC基底由介电常数为 5·9且损耗因数（loss tangent)为0·002的Ferro A6S制成。每个LTCC介电层的火后(post-fired)厚度可以为100um。
[0026] 为了便于制造，每个部分可以优选地形成为延伸通过所述基底的一层或多层。
[0027] 所提出的通孔过渡可以被包括在分支线、电力分配器、或需要通孔过渡的任何其 他器件中。
[0028] 下文中，将参考附图详细描述根据以上总体构思的示例性通孔过渡。然而，应理 解，示例通孔过渡的详情(诸如，部分的数目、每个部分的几何形状和尺寸等)都仅是为了促 使理解本公开，而不是为了限制本公开。本领域技术人员可以进行各种显而易见的替换和 修改，而不脱离本公开的范围。
[0029] 图3示意性示出了根据本公开的通孔过渡的透视图。图4示出了所述通孔过渡的顶 视图、底视图和侧视图。在图3和4中，附加地将两个传输线示出为分别与两个端部分L1和L5 相耦接。根据应用场景，传输线可以是带状线或微带线。
[0030] 如在图4所示的侧视图中所明确标记，通孔过渡包括两个端部分L1和L5,四个低阻 抗部分Cl、C2、C3和C4及三个高阻抗部分L2、L3和L4。低阻抗部分Cl、C2、C3和C4及高阻抗部 分L2、L3和L4被交替布置在端部分L1和L5之间。文中所提供的低阻抗部分和高阻抗部分的 特定数目在通孔过渡的性能和制造通孔过渡的复杂性之间实现折中。如上所述，本领域技 术人员可以根据具体设计目标来算出其他数目的低阻抗部分和高阻抗部分。
[0031] 在实际制造中，所有部分可以是同一形状的并且是同轴对齐的，可以通过调整所 述部分的横截面面积和/或长度来方便地控制每个部分的阻抗。
[0032] 例如，如图3和4所示，所有的端部分L1和L5、低阻抗部分C1、C2、C3和C4及高阻抗部 分L2、L3和L4都是相同形状的圆柱体且是同轴对齐的。低阻抗部分C1、C2、C3和C4每个相较 于端部分L1和L5中的任一个都具有较小的横截面面积，且高阻抗部分L2、L3和L4每个相较 于端部分L1和L5中的任一个都具有较大的横截面面积。本领域技术人员应认识到，尽管在 图3和4中将低阻抗部分C1、C2、C3和C4的横截面面积示出为是相同的，它们可以是彼此不同 的。高阻抗部分L2、L3和L4的横截面面积也是如此。
[0033]可以从图4的侧视图进一步看出，在其中形成通孔过渡的基底具有20层。低阻抗部 分C1和C4每个都延伸通过所述基底的单层。端部分L1和L5、低阻抗部分C2和C3以及高阻抗 部分L3每个都延伸通过所述基底的两层。高阻抗部分L2和L4每个都延伸通过所述基底的三 层。
[0034]图5示意性示出了图3和4所示的示例性通孔过渡的等效电路。如图5所示，高阻抗 部分L2、L3和L4等效于串联的电感器，低阻抗部分C1、C2、C3和C4等效于并联的电容器，端部 分L1和与其相耦接的上传输线等效于电阻器，端部分L5和与其相耦接的下传输线等效于电 阻器。
[0035] 给定所提出的通孔过渡的尺寸和材料，可以确定通孔过渡的等效电路中的等效元 件的参数。因此，可以确定通孔过渡的S参数。优选地，所提出的通孔过渡以及传输线由导电 性非常高的金或银制成，使得所述通孔过渡的性能在高频下非常好。
[0036] 为了便于描述，图4中给出的一些附图标记表示所述部分的尺寸。如图4具体所述， rl表示上端部分L1的直径;R表示低阻抗部分C1、C2、C3和C4的直径;r2表示高阻抗部分L2、 L3和L4的直径;r3表示下端部分L5的直径;hi表示上端部分L1的高度;h2表示低阻抗部分C1 和C4的高度;h3表示高阻抗部分L2和L4的高度;h4表示低阻抗部分C2和C3的高度;h5表示高 阻抗部分L3的高度的一半;W表示分别耦接到端部分L1和L5的传输线的宽度。