基于改进型bga的高频垂直互连电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本专利属于微波技术领域，特别是涉及一种基于改进型BGA (球栅阵列)的高频垂直互连电路。
【背景技术】
[0002]随着军用电子设备功能密度的提升，宽带微波组件正逐渐三维方向发展。而在宽带微波组件三维堆叠的过程中，面临的主要难点为高频信号的微小型高性能垂直互连，同时需兼顾电源和控制信号的传输，以最大限度地提高集成密度，缩小整个组件的尺寸与重量。其中高频信号的高性能垂直互连包含单个传输特性和多个隔离特性这两方面。
[0003]目前微波组件常用的垂直互连方式有焊接式连接器、毛纽扣和BGA三种。焊接式连接器互连空间太大，基于毛纽扣的弹性互连装配困难，而BGA的焊接过程存在焊球塌陷高度不易控制的情况，影响高频性能。中国专利CN104103612A公开了一种以BGA球之间的过渡连接，实现了二维微波模块的三维垂直互连，解决了之前存在的插损大，宽带匹配差的缺点，并在Ku波段组件中表现出了良好的三维连接性能。这种互连仅应用在Ku波段，并且未考虑多个信号的隔离性能。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型所要解决的技术问题是:针对现有技术存在的问题，提供一种基于改进型BGA的高频垂直互连电路，此电路在常规BGA焊球周围引入焊环且BGA焊球处于焊环中心的方式，严格控制焊接高度和不同焊球间的屏蔽，解决垂直互连的高频传输和隔离特性。
[0005]本实用新型采用的技术方案如下:
[0006]一种基于改进型BGA的高频垂直互连电路包括第一基板、第二基板、至少一个BGA焊球，以及与BGA焊球对应数量的焊环，所述第一基板的带线与第二基板中的带线分别对应与第一基板的过孔、第二基板的过孔连接；第一焊盘下表面、第二焊盘上表面都设置有与BGA焊球、焊环匹配的焊盘；BGA焊球、焊环同时焊接在第一基板下表面的焊盘与第二基板上表面的焊盘之间，所述焊环与接地焊盘连接，所述BGA焊球与高频传输信号焊盘焊接；所述焊盘与BGA焊球、焊环共同形成同轴结构；焊环内半径大于BGA焊球的半径，焊环与BGA焊球的垂直高度相同。
[0007]所述第一基板与第二基板都是微波印制板，采用LTCC技术，表面制作金属焊盘。
[0008]所述焊环内半径-m=BGA焊球的半径，所述m范围为0.3mm至0.6mm。
[0009]进一步的，所述焊环与BGA焊球的垂直高度指的是第一基板与第二基板的垂直距离，所述垂直距离范围为0.2mm至0.6mm。
[0010]进一步的，所述焊环为可伐合金，表面镀金；焊环内径与基板接地焊盘内径一致；焊环外径-η=焊环内径，所述η的范围为Imm至2mm。
[0011]进一步的，所述焊环外半径比内径大2mm。
[0012]进一步的，所述焊环为铜焊环。
[0013]进一步的，所述BGA焊球为锡铅焊球，所述BGA焊球直径范围为0.4mm至0.76mm。
[0014]进一步的，所述BGA焊球直径直径为0.6mm。
[0015]综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是:
[0016]本实用新型通过在BGA焊球周围引入焊环来控制焊接高度，结合基板内部走线的匹配结构，实现高频信号的高性能垂直传输，具有成本低廉、互连密度高、互连高度小、隔离特性好的特点。焊环同时起到控制焊球塌陷高度，上下基板良好共地和不同焊球间屏蔽这三方面作用。
[0017]本专利所涉及基于改进型BGA的宽带高频垂直互连结构，与现有其他技术相比，成本低廉、互连密度极高、互连高度很小、隔离特性很好，能良好实现微波组件的三维垂直互连。
[0018]BGA焊球3作为板间高频信号垂直传输的媒介，焊环4做为焊球周围的支撑件，起到控制焊接高度和上下电路片接地的作用。由于该焊环为全封闭结构，相较其他类同轴结构，本实用新型可实现最为优异的电磁屏蔽特性。
[0019]本专利在直流到30GHz的范围内具有良好的传输性能，插损小于ldB，驻波小于1.8，两个3mm间距的信号之间的隔离度达到70dBc。
【附图说明】
[0020]本实用新型将通过例子并参照附图的方式说明，其中:
[0021]图1所示为基于改进型BGA的宽带高频垂直互连结构剖面示意图；
[0022]图2所示为基于改进型BGA的宽带高频垂直互连结构俯视图。
【具体实施方式】
[0023]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0024]本专利相关说明:
[0025]1、接地焊盘指的是与公共地连接的焊盘；高频信号传输焊盘指的是传输高频信号的焊盘。
[0026]2、基板内部通过设计阻抗匹配结构实现同轴结构到带线的过渡。
[0027]3、本实用新型在使用时，根据微波组件的具体应用需求，可灵活调整输入输出接口的位置，亦可通过调整匹配结构的尺寸来进一步优化应用频段的传输性能，并可以通过其它非屏蔽的标准焊球解决控制、电源和公共地等信号的传输，最后实现整个组件对外接口的一致性。
[0028]将BGA焊球3和焊环4通过再流焊同时植在基板I的对应焊盘上，同步在基板2的对应焊盘上刷焊膏，最后将两块基板焊接实现互连。高频信号从基板2的微带线过渡到基板内部带状线，通过BGA焊球传输至基板I的带状线，为了便于测试，再将信号传输回基板2形成微带线，最终形成如图1、2所示的典型结构，所述图1/2中以两组BGA焊球与焊环为例。
[0029]所述基板采用LTCC实现，材料为Dupont 9K7，层数为10层，单层厚度为0.112mm，焊接面印刷PdAg，表面设计类同轴形式的焊盘，除信号焊盘外大面积金属地，另一面全为金属地。基板内部为带状线结构，通过调节带状线匹配结构的尺寸、BGA焊接面焊盘直径、焊盘周围金属地内径(即焊环内径)等主要特征尺寸，可实现该板级垂直传输结构在应用频段的性能最优。
[0030]所述BGA焊球3为常规锡铅焊球，成本极其低廉，本例中选取球径为0.6mm，用于传输高频信号。
[0031 ] 所述焊环4材料为可伐合金，表面镀金，厚度0.3mm并且平整度良好，用于接地和电磁屏蔽，焊环内径与基板焊盘周围金属地内径一致，本例优化为0.82_，焊环外径比内径大 2mm。
[0032]本实用新型在使用时，根据微波组件的具体应用需求，可灵活调整输入输出接口的位置，亦可通过调整匹配结构的尺寸来进一步优化应用频段的传输性能，并可以通过其它非屏蔽的标准焊球解决控制、电源和公共地等信号的传输，最后实现整个组件对外接口的一致性
[0033]本说明书中公开的所有特征，除了互相排斥的特征以外，均可以以任何方式组合。
[0034]本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
【主权项】
1.一种基于改进型BGA的高频垂直互连电路，其特征在于包括第一基板、第二基板、至少一个BGA焊球，以及与BGA焊球对应数量的焊环，所述第一基板的带线与第二基板中的带线分别对应与第一基板的过孔、第二基板的过孔连接；第一焊盘下表面、第二焊盘上表面都设置有与BGA焊球、焊环匹配的焊盘；BGA焊球、焊环同时焊接在第一基板下表面的焊盘与第二基板上表面的焊盘之间，所述焊环与接地焊盘连接，所述BGA焊球与高频传输信号焊盘焊接；所述焊盘与BGA焊球、焊环共同形成同轴结构；焊环内半径大于BGA焊球的半径，焊环与BGA焊球的垂直高度相同。2.根据权利要求1所述的基于改进型BGA的高频垂直互连电路，其特征在于所述第一基板与第二基板都是微波印制板，采用LTCC技术，表面制作金属焊盘。3.根据权利要求1所述的基于改进型BGA的高频垂直互连电路，其特征在于所述焊环内半径-m=BGA焊球的半径，所述m范围为0.3mm至0.6mm。4.根据权利要求1所述的基于改进型BGA的高频垂直互连电路，其特征在于所述焊环与BGA焊球的垂直高度指的是第一基板与第二基板的垂直距离，所述垂直距离范围为0.2mm 至 0.6mm05.根据权利要求1所述的基于改进型BGA的高频垂直互连电路，其特征在于所述焊环为可伐合金，表面镀金；焊环内径与基板接地焊盘内径一致；焊环外径-η=焊环内径，所述η的范围为1_至2_。6.根据权利要求5所述的基于改进型BGA的高频垂直互连电路，其特征在于所述焊环外半径比内径大2mm。7.根据权利要求5所述的基于改进型BGA的高频垂直互连电路，其特征在于所述焊环为铜焊环。8.根据权利要求1所述的基于改进型BGA的高频垂直互连电路，其特征在于所述BGA焊球为锡铅焊球，所述BGA焊球直径范围为0.4mm至0.76_。9.根据权利要求8所述的基于改进型BGA的高频垂直互连电路，其特征在于所述BGA焊球直径直径为0.6mm。
【专利摘要】本实用新型属于微波技术领域，特别是涉及一种基于改进型BGA的高频垂直互连电路。本实用新型针对现有技术存在的问题，提供一种高频垂直互连电路，此电路在常规BGA焊球周围引入焊环且BGA焊球处于焊环中心的方式，严格控制焊接高度和不同焊球间的屏蔽，解决垂直互连的高频传输和隔离特性。本实用新型通过第一焊盘下表面、第二焊盘上表面都设置有与BGA焊球、焊环匹配的焊盘；BGA焊球、焊环同时焊接在第一基板下表面的焊盘与第二基板上表面的焊盘之间，焊环与接地焊盘连接，BGA焊球与高频传输信号焊盘焊接；焊盘与BGA焊球、焊环共同形成同轴结构；焊环内半径大于BGA焊球的半径，焊环与BGA焊球的垂直高度相同。
【IPC分类】H01L23/488
【公开号】CN204834609
【申请号】CN201520657208
【发明人】张继帆, 向伟玮, 刘志辉
【申请人】中国电子科技集团公司第二十九研究所
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年8月28日