专利名称：Pcb上的电介质波导的制作方法
技术领域：
本发明涉及PCB上的芯片到芯片的RF通信和一种PCB上的电介质波导。
背景技术：
铜轨道典型地用于PCB上的芯片到芯片的通信。然而，对于数据传输，铜轨道的带宽受到限制。此外，当数据传输速率增加时，耗费的能量增加。铜轨道也可以按照并行结构应用在芯片之间。这可增加数据传输速率并避免在低频和高频的信道损失差，但功耗可能甚至更高。并行铜轨道还导致大的覆盖区，需要使用大的电路板。因此，使用并行铜轨道可能 难以具有紧凑而光滑的壳体。另一方面，也能够使用一对铜轨道执行并串转换。然而，对于高数据传输速率应用，这种替换方案仍然受高功耗问题的困扰。
发明内容
概括而言，本发明涉及制造用于PCB上的各个集成电路(IC)之间的RF通信的PCB上的电介质波导(WG)。这可具有这样的优点WG能够取代基带铜总线，因此，PCB能够更小和/或更便宜。WG可印刷、压印、切割或预制在PCB上。在本发明的特定表达中，提供了一种用于在PCB上提供芯片到芯片的RF通信的方法，该方法包括提供由电介质材料制成的电介质波导；以及把在电介质波导的每一端的、用于耦合电介质波导的耦合器连接到至少两个芯片。
为了确保充分地理解本发明并容易地实施本发明，作为非限制性例子提供了实施例、由前面的描述参考的下面的说明性附图。图I是用于实施例的芯片到芯片的RF通信的系统的示意图；图2(a)至(e)是本发明的电介质波导的截面形状的例子的示图；图3(a)至(C)是图I中的耦合器的平面像；图4是图3的耦合器的示意性侧视图；图5是形成电介质波导的第一方法的处理流程图；图6是形成电介质波导的第二方法的处理流程图；图7是形成电介质波导的第三方法的处理流程图；图8是具有电介质波导的PCB的示意图；图9是图8的PCB的模拟的传播损失的曲线图；图10是具有手绘的电介质波导的PCB的照片；
图11是图10的PCB的实际传播损失的图表；图12是使用铜轨道的PCB的图像；图13是使用本发明的系统的PCB的图像；图14(a)至(d)是形成电介质波导的例子的示图；图15是显示PCB上的电介质波导和微带线(MSL)的传播损失的曲线图；图16是没有任何电介质波导的PCB的示意图；图17是图16的PCB的模拟的传播损失的曲线图； 图18是与电介质波导耦合的图I中的耦合器的平面像；和图19是与电介质波导耦合的图I中的耦合器的侧视像。
具体实施例方式本发明提供了一种促进芯片到芯片的RF通信的系统，由此该系统可实现在具有已有铜轨道的PCB上。该系统能够替代芯片之间的铜轨道连接在PCB上实现芯片到芯片的RF通信。还提供了在PCB上包括该系统的电介质波导的方法。系统20显不在图I中，具有第一信号源28,利用位于电介质波导22的相应末端32,34的耦合器24、26，第一信号源28经电介质波导22连接到第二信号源30。源20、30可以是集成电路或“芯片”。与经铜轨道的传输相比，PCB上的电介质波导具有更高的数据带宽。电介质波导典型地是具有低信道衰减的高通信道。图15是显示PCB上的电介质波导和微带线(MSL)的传播损失的曲线图。应该注意的是，随着频率增加时，与MSL的损失增加相比，对于宽频率范围，电介质波导的传播损失低。虽然MSL在高频具有高损失，但当MSL的长度很小时，损失在高频处被最小化。因此，可以组合短MSL和电介质波导并且仍然在宽频率范围上具有低传播损失。参照图1，提供了用于芯片到芯片的RF通信的系统20。可以理解，系统20可以被包括在PCB上，由此PCB表面可以是电介质层或金属层。如此，系统20能够布置在PCB上的金属导轨或电介质基底上方。系统20可取代用于芯片到芯片的通信的常规铜总线。系统20包括由电介质材料制成的电介质波导22。例如，可从PTFE或PTFE和陶瓷的复合材料中选择电介质材料。参照图2，显示了电介质波导22的截面形状的一些例子。电介质波导22可具有像是例如四边形(图2(a))、圆形(图2(b))、半圆形(图2(c))、椭圆形(图2(d))和多边形(图2(e))的截面形状。应该理解，截面形状可由用于形成电介质波导22的工艺确定。另外，截面形状应该允许电介质波导22粘附于PCB表面。系统20还包括位于电介质波导22的每一端32、34的稱合器24、26。每个稱合器24、26把电介质波导22稱合到信号源28、30。信号源28、30可以是半导体芯片。电介质材料的固有阻抗与耦合器24、26的输出阻抗匹配。耦合器24、26和电介质材料的阻抗可以是例如50ohm。它们的阻抗应该匹配。耦合器24、26和电介质波导22的电介质材料具有基本上相似的高通频率响应。电介质波导22具有高通特性，并且截止频率取决于电介质波导22的横截面面积。参照图3和图4,每个I禹合器24、26包括两个金属层60、62和位于这两个金属层60,62之间的PCB基底64。应该理解，图3中表示的耦合器24、26的尺寸仅是说明性的并且不应该解释为限制性的。耦合器24、26可以是PCB上的分立模块或者IC芯片的一部分。因此，能够在制造PCB之后增加耦合器24、26。当如图3(b)中所示按照平面图观看时，位于耦合器24、26的PCB基底64的第一面61的第一金属层60可具有多边形形状的形式(示出了不对称的五边形)。第一金属层60包括MSL，其耦合到信号源28、30的触点，并转变到平面喇叭天线68。平面喇叭天线68也是高通的。应该控制平面喇口入天线68的两个金属路径的跨角(spanning angle),以获得与电介质波导22相同的截止频率，当使平面喇叭天线68与电介质波导22匹配时希望实现这一点。第一金属层60的远离MSL 66的远边缘72可表不稱合器24、26的平面喇口入状传输区域。位于PCB基底64的第二面63的第二金属层62(如图3(c)中所不)用作I禹合器24、26的接地板,并且不与第一金属层60重叠。用于第一金属层60和第二金属层62的金属可包括例如铜。电介质波导22以如图18和19中所示的方式耦合到耦合器24、26，由此 电介质波导22包括用于放置在耦合器24、26上的重叠部分19。参照图8，显示了具有电介质波导22并具有耦合器24、26的PCB 64的示意图。应该理解，图8中的端口 I和端口 2分别来自信号源I (28)和信号源2(30)。图9显示PCB 64的模拟的传播损失的图表。与显示来自端口 I的在端口 3的较低水平的RF信号接收(没有电介质波导22)的线“P31”相比，线“P21”显示来自端口 I的在端口 2的较高水平的RF信号接收。因为基于图15中显示的设置的如图16中所示的早前模拟结果已显示在端口 2和端口 3的传播损失与在PCB 64上没有电介质波导22的情况下相似，所以很明显地，电介质波导22使传播损失最小化。参照图10，显示了具有手绘的电介质波导23并具有耦合器25、27的PCB 65的平面图的照片。图11显示PCB 65的实际传播损失的图表。与显示来自端口 4的在端口 6的较低水平的RF信号接收(没有电介质波导23)的线“端口 6”相比，线“端口 5”显示来自端口 4的在端口 5的较高水平的RF信号接收。在电介质波导23中的传播的模式取决于电介质波导23的尺寸和耦合器25、27的类型。例如，平面喇叭耦合器在WG中导致TE模式传播。除了使传播损失最小化之外，还应该理解，与使用铜轨道进行芯片到芯片的通信相比，使用系统20可以使电磁干扰最小化并且降低功耗。参照图5至7，显示了用于在PCB上形成电介质波导22的多种方法。图5显示用于形成电介质波导22的“印刷”方法70。“印刷”方法70包括在PCB上铺设熔化的电介质材料的电介质波导22(72);以及使电介质材料的通道22凝固(74)。例如，可从PTFE、PTFE和陶瓷的复合材料等中选择电介质材料。应该理解，“印刷”方法70成本低并且通用，因为电介质波导22的路径可容易地改变以把各种信号源连接在一起。另外，电介质波导22还能够形成在任何PCB上的已有铜轨道上。“印刷”方法70在图14(a)中以图形方式表示。图6显示用于形成电介质波导22的“注射压印”方法80的处理过程。“注射压印”方法80包括把熔化的电介质材料注射到注模(injection mold)中，注模用于形成电介质波导22(82);随后，利用足够的压力把电介质材料压印到PCB(84)以确保所希望的截面形状和合适的密度。另外，通道22还能够形成在任何PCB上的已有铜轨道上。“注射压印”方法80在图14(b)中以图形方式表示。
图7显示用于形成电介质波导22的“切割”方法90的处理过程。“切割”方法90包括把一层电介质材料粘附于PCB(92);从该电介质材料层切割电介质波导22(94);以及去除该层电介质材料的多余部分(96)。另外，电介质波导22还能够形成在任何PCB上的已有铜轨道上。“切割”方法90在图14(c)中以图形方式表示。也可以通过在PCB上粘附或安装电介质波导22而形成PCB上的电介质波导22，由此预制电介质波导22。可使用例如注射模塑、真空成型和压缩模塑形成预制电介质波导22。粘附或安装电介质波导22的这种方法在图14(d)中以图形方式表示。应该注意的是，当使用系统20时，相应地使用较少的铜。单个电介质波导能够取代多个铜轨道。因此，即使当考虑到对于耦合器使用铜时，使用电介质波导也比使用多个铜轨道经济。 如具有相同测量比例的图11和12中所示，图11显示使用多个铜轨道进行芯片到芯片的通信的PCB板，而图12显示使用系统20的与图11中显示的PCB板具有相同功能的PCB板。与图11中的PCB相比，图12中的PCB的更紧凑的尺寸是很明显的。如此，很明显地，使用系统20导致PCB上的更小的覆盖区。应该理解，IC芯片和波导尺寸也影响PCB的尺寸。还应该注意的是，用于形成电介质波导22的方法能够实现PCB的结构的灵活性，因为能够去除或重新构造电介质波导22，并且电介质波导22可形成在已有铜轨道上方。与在PCB上包括多个铜轨道相比，前述方法也具有较低成本。尽管前面的描述已描述示例性实施例，但相关领域技术人员将会理解，在不脱离本发明的情况下，可以做出设计、构造和/或操作的细节上的许多修改。
权利要求
1.一种用于在PCB上提供芯片到芯片的RF通信的方法，该方法包括 提供由电介质材料制成的电介质波导；以及 把位于电介质波导的每一端的、用于耦合电介质波导的耦合器连接到至少两个芯片。
2.如权利要求I所述的方法，其中所述电介质具有从包括以下各项的组选择的截面形状四边形、圆形、半圆形、椭圆形和多边形。
3.如权利要求I或2所述的方法，其中提供电介质波导的步骤包括从包括以下各项的组选择的处理印刷、注射成型和压印以及蚀刻。
4.如权利要求I至3中任何一项所述的方法，其中所述耦合器包括 MSL，连接到芯片的触点；和 平面喇叭天线，从MSL转变到电介质波导。
5.如上述权利要求中任何一项所述的方法，其中提供电介质波导的步骤包括 在耦合器之间在PCB上印刷液体或半液体电介质材料；以及 使液体或半液体电介质材料固化为电介质波导。
6.如权利要求1-4中任何一项所述的方法，其中提供电介质波导的步骤包括 把电介质材料注射到模具中；以及 在耦合器之间把电介质材料从模具压印到PCB。
7.如权利要求1-4中任何一项所述的方法，其中提供电介质波导的步骤包括 把一层电介质材料粘附于PCB ； 切割电介质材料的多余部分；以及 去除多余部分。
8.如权利要求1-4中任何一项所述的方法，其中提供电介质波导的步骤包括 提供预制的电介质波导；以及 在耦合器之间把预制的电介质波导连接到PCB。
全文摘要
本发明提供了一种PCB上的电介质波导。提供了一种涉及制造用于PCB上的各个IC之间的RF通信的PCB上的电介质波导(WG)的方法。WG能够取代基带铜总线，因此，PCB能够更小和/或更便宜。WG可印刷、压印、切割或预制到PCB上。
文档编号H05K1/02GK102956946SQ20121029473
公开日2013年3月6日 申请日期2012年8月17日 优先权日2011年8月26日
发明者马逾钢, 杨庆炳, 増田久, 张亚琼 申请人:索尼公司