信号连接用三维垂直互联结构及方法与流程

本发明属于芯片封装微波信号互联技术领域，更具体地说，是涉及一种信号连接用三维垂直互联结构及方法。

背景技术：

当前，为提高产品集成度和功能多样性，电子装备和器件都在向三维结构发展。对于三维结构的实现，芯片封装级技术手段很多且技术较为成熟，如芯片3d堆叠、芯片异构集成、tsv技术、wlp技术等。对于尺寸稍大的模块和组件级产品，特别是射频/微波领域产品，现有垂直互联的技术手段还多有欠缺，需要通过同轴线缆、绝缘子、毛纽扣、bga植球或挠性印制板将相应基板连接起来，最终产品尺寸大、装配效率低、价格昂贵。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种信号连接用三维垂直互联结构及方法，旨在解决现有信号连接用三维垂直互联结构尺寸大、装配效率低、价格昂贵的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种信号连接用三维垂直互联结构，包括：盒体、上基板、下基板及至少一个用于信号连接的引线，所述盒体的正面设置有开口朝上并用于容纳所述上基板的上腔体，反面设置有开口朝下并用于容纳所述下基板的下腔体，所述上基板固定设置在所述上腔体的底面上，所述下基板固定设置在所述下腔体的顶面上；

所述上腔体的底面与所述下腔体的顶面齐平或低于所述下腔体的顶面，所述上腔体和所述下腔体相互靠近的端部重叠形成交叉连通部，所述上腔体、所述交叉连通部和所述下腔体形成贯穿所述盒体正面和反面的竖向通道；

所述上基板靠近所述下基板的一端或所述下基板靠近所述上基板的一端延伸至所述交叉连通部内，所述上基板或所述下基板位于所述交叉连通部内的部分通过所述引线与相应所述下基板或所述上基板电连接。

进一步地，所述上基板的长度和所述下基板的宽度之和小于所述上腔体的长度和所述下腔体的宽度之和。

进一步地，所述引线为键合丝、镀银线、射频线缆、漆包线、高温线或微同轴线缆。

进一步地，所述上基板或所述下基板分别为ltcc基材、fr4基材、ptfe基材、lcp基材和pcb基材中的任一种基材制成的基板或至少两种基材组合制成的基板。

进一步地，所述盒体为金属盒体或陶瓷管壳。

进一步地，所述引线与所述上基板和所述下基板分别粘接、焊接或键合。

本发明提供的信号连接用三维垂直互联结构的有益效果在于：与现有技术相比，本发明信号连接用三维垂直互联结构盒体内的上腔体的底部和下腔体的顶部重叠垂直连通，使得位于上腔体内的上基板和位于下腔体内的下基板可以处于同一水平面上或高度相当的位置，同时上基板与下基板的连接端可以与下基板处于同一腔体内，或者下基板与上基板的连接端可以与上基板处于同一腔体内，使得信号传输的引线可以完整的在上腔体内或下腔体内呈现，进而使得上基板和下基板可直接通过引线实现连接，无需借助绝缘子、过渡块、毛纽扣、微波电缆等连接部件进行连接。其中，引线的数量取决于需要连接信号的数量。装配时，用户可以可根据需要灵活、便捷地设置引线的数量。

综上所述，本发明实施例提供的信号连接用三维垂直互联结构，无需额外的物料和器件，实现了组件内部的不同腔体之间的高频互联，尤其是上腔体和下腔体之间的高频微波互联。上腔体的底面与下腔体的顶面齐平或低于下腔体的顶面，使得相互连接的上基板和下基板高度一致或相近，便于引线的安装，且解决了微波传输连续性的问题，可使用频率高达60ghz。使用频率为40ghz时，本发明提供的信号连接用三维垂直互联结构传输差损为1db。整个制造过程操作便捷，工艺简单，方便生产，装配效率高，制法和使用简便，不需额外制作或采购物料增加组件成本，适合自动化、大批量、小型化生产应用，对产品工程化也非常具有意义。制成的成品结构简单、互联密度高、占用空间小且微波频率特性好。

本发明还提供了一种信号连接用三维垂直互联方法，包括以下步骤：

制作所述盒体，在所述盒体内开设所述上腔体和所述下腔体；

将所述上基板装配至位于所述盒体内的所述上腔体的底面上；

将所述下基板装配至位于所述盒体内的所述下腔体的顶面上；

通过所述引线将所述上基板或所述下基板位于所述交叉连通部内的部分与所述下基板或所述上基板电连接。

进一步地，所述引线与所述上基板和所述下基板分别粘接、焊接或键合。

进一步地，所述通过所述引线电连接所述上基板和下基板步骤包括以下步骤：

当所述上基板靠近所述下基板的一端位于所述交叉连通部内时，通过所述引线电连接所述上基板的下表面和所述下基板的下表面；

当所述下基板靠近所述上基板的一端位于所述交叉连通部内时，通过所述引线电连接所述上基板的上表面和所述下基板的上表面。

进一步地，所述上基板和所述下基板分别与所述盒体螺栓连接、粘接或焊接。

本发明提供的信号连接用三维垂直互联方法的有益效果在于：与现有技术相比，本发明信号连接用三维垂直互联方法改变了传统信号连接三维垂直互联通过绝缘子、过渡块、毛纽扣或微波电缆等连接上基板和下基板的固有模式，采用了本发明提供的盒体，并在盒体内开设了直接垂直连通的上述上腔体和下腔体，实现了组件内部的不同腔体之间的高频互联，尤其是上腔体和下腔体之间的高频微波互联，使得实现上基板和下基板之间信号连接的三维垂直互联时无需额外的物料和器件。上腔体的底面与下腔体的顶面齐平或低于下腔体的顶面，使得位于上腔体内的上基板和位于下腔体内的下基板可以处于同一水平面上或高度相当的位置，同时上基板与下基板的连接端可以与下基板处于同一腔体内，或者下基板与上基板的连接端可以与上基板处于同一腔体内，进而便于引线的安装。

另外，相互连接的上基板和下基板高度一致或相近，解决了微波传输连续性的问题，可使用频率高达60ghz。使用频率为40ghz时，本发明提供的信号连接用三维垂直互联结构传输差损为1db。整个制造过程操作便捷，工艺简单，方便生产，装配效率高，制法和使用简便，不需额外制作或采购物料增加组件成本，适合自动化、大批量、小型化生产应用，对产品工程化也非常具有意义。制成的成品结构简单、互联密度高、占用空间小且微波频率特性好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的信号连接用三维垂直互联结构的竖向剖面结构示意图；

图2为本发明实施例所采用的盒体的竖向剖面结构示意图；

图3为本发明实施例提供的信号连接用三维垂直互联结构的仰视结构示意图。

图中：10、上基板；20、下基板；30、盒体；40、引线；50、上腔体；60、下腔体；70、焊盘；80、共面波导传输线；90、交叉连通部。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请一并参阅图1至图3，现对本发明实施例提供的信号连接用三维垂直互联结构进行说明。所述信号连接用三维垂直互联结构，包括盒体30、上基板10、下基板20及至少一个用于信号连接的引线40，盒体30的正面设置有开口朝上并用于容纳上基板10的上腔体50，反面设置有开口朝下并用于容纳下基板20的下腔体60，上基板10固定设置在上腔体50的底面上，下基板20固定设置在下腔体60的顶面上；上腔体50的底面与下腔体60的顶面齐平或低于下腔体60的顶面，上腔体50和下腔体60相互靠近的端部重叠形成交叉连通部90，上腔体50、交叉连通部90和下腔体60形成贯穿盒体30正面和反面的竖向通道；上基板10靠近下基板20的一端或下基板20靠近上基板10的一端延伸至交叉连通部90内，上基板10或下基板20位于交叉连通部90内的部分通过引线40与相应下基板20或上基板10电连接。

安装时，将贴装好的上基板10装配至位于盒体30内的上腔体50的底面上；将贴装好的下基板20装配至位于盒体30内的下腔体60的顶面上；之后使用引线40将上基板10和下基板20电连接。上腔体50的长度方向与下腔体60的长度方向垂直。

上腔体50的底面与下腔体60的顶面齐平或低于下腔体60的顶面，上腔体50和下腔体60分别位于盒体30的两端，且两者相互靠近的一端重叠连通形成交叉连通部90，上腔体50、交叉连通部90和下腔体60形成贯穿盒体30正面和反面的竖向通道，实现了上腔体50和下腔体60的直接连通。又由于上腔体50的长度方向一般与下腔体60的长度方向垂直，进而实现了上腔体50和下腔体60的垂直连通。当上腔体50的底面与下腔体60的顶面齐平时，上基板10、下基板20分别装配至上腔体50、下腔体60内后，安装在上腔体50内的上基板10的下表面可以在下腔体60内局部显现，或者安装在下腔体60内的下基板20的上表面可以在上腔体50内局部显现。当上腔体50的底面低于下腔体60的顶面时，上基板10靠近下基板20的一端端部可以在下腔体60内局部显现，或者下基板20靠近上基板10的一端端部可以在上腔体50内局部显现。

装贴上基板10或下基板20时，将用于与引线40连接的焊盘70，装贴在上基板10与下基板20连接的端部，及下基板20靠近上基板10的一侧。装配时，根据上基板10和下基板20的具体尺寸，灵活调整上基板10在上腔体50底面上的位置，及下基板20在下腔体60顶面上的位置。使得上基板10、下基板20分别装配至上腔体50、下腔体60内后，安装在上腔体50内的上基板10的下表面或上基板10靠近下基板20的一端端部可以在下腔体60内局部显现，或者安装在下腔体60内的下基板20的上表面或下基板20靠近上基板10的一端端部可以在上腔体50内局部显现，进而使得连接上基板10和下基板20实现两者之间信号传输的引线40可以完整的在上腔体50内或下腔体60内呈现，便于操作人员的组装。

本发明实施例提供的信号连接用三维垂直互联结构，与现有技术相比，盒体30内的上腔体50的底部和下腔体60的顶部重叠垂直连通，使得位于上腔体50内的上基板10和位于下腔体60内的下基板20可以处于同一水平面上或高度相当的位置，同时上基板10与下基板20的连接端可以与下基板20处于同一腔体内，或者下基板20与上基板10的连接端可以与上基板10处于同一腔体内，使得信号传输的引线40可以完整的在上腔体50内或下腔体60内呈现，进而使得上基板10和下基板20可直接通过引线40实现连接，无需借助绝缘子、过渡块、毛纽扣、微波电缆等连接部件进行连接。其中，引线40的数量取决于需要连接信号的数量。装配时，用户可以可根据需要灵活、便捷地设置引线40的数量。

综上所述，本发明实施例提供的信号连接用三维垂直互联结构，无需额外的物料和器件，实现了组件内部的不同腔体之间的高频互联，尤其是上腔体50和下腔体60之间的高频微波互联。上腔体50的底面与下腔体60的顶面齐平或低于下腔体60的顶面，使得相互连接的上基板10和下基板20高度一致或相近，便于引线40的安装，且解决了微波传输连续性的问题，可使用频率高达60ghz。使用频率为40ghz时，本发明提供的信号连接用三维垂直互联结构传输差损为1db。整个制造过程操作便捷，工艺简单，方便生产，装配效率高，制法和使用简便，不需额外制作或采购物料增加组件成本，适合自动化、大批量、小型化生产应用，对产品工程化也非常具有意义。制成的成品结构简单、互联密度高、占用空间小且微波频率特性好。

具体地，上基板10和下基板20的尺寸可以根据使用需要灵活选取，且上基板10在上腔体50底面上的安装位置及下基板20在下腔体60顶面上的安装位置也可根据使用需要进行设置，因此可以是上基板10靠近下基板20的一端延伸至上腔体50和下腔体60交叉连通区域(即交叉连通部90)内，也可以是下基板20靠近上基板10的一端延伸至上腔体50和下腔体60交叉连通区域内。

本实施例中上腔体50和下腔体60分别位于盒体30的两端且相互垂直连通具体是指，上腔体50的一端端面位于下腔体60的一侧，另一端与下腔体60连通且该端端面位于下腔体60垂直于上腔体50长度方向的两个侧壁之间。

本实施例中上基板10和下基板20上设置有用于传输信号的电路，安装时通过引线40将上基板10和下基板20上的相应电路连通，使得本实施例提供的信号连接用三维垂直互联结构可以用来传输相应信号。其中，信号可以为射频信号、低频信号、高频信号或微波信号，传播信号的类型可根据需要在上基板10和下基板20上安装能够传输相应信号的焊盘70即可。上基板10和下基板20上需要通过引线40实现信号互联的焊盘70可以根据需要设置不同个数，如可以设置1个、2个、4个或5个焊盘70，每个焊盘70分别满足焊接或键合工艺要求。

下面结合附图详细说明本发明实施例的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，同时通过说明，本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。

本发明所示的实施例中，上基板10上需要与下基板20键合互联的焊盘70设有3个，如图3所示，其中一路为射频信号，其它两路为低频信号，射频信号互联时，用于传输射频信号的焊盘70采用共面波导传输线80形式。

本实施例中上基板10和下基板20外分别包覆有镍或金镀层，且位于上基板10或下基板20表面的镀层满足焊接或键合工艺的要求，通过金丝键合工艺或焊接引线40的方式实现上基板10与下基板20之间连接。采用这种装配成本低、装配效率高。

作为本发明提供的信号连接用三维垂直互联结构的一种具体实施方式，请参阅图2，上基板10的长度和下基板20的宽度之和小于上腔体50的长度和下腔体60的宽度之和。

这使得上基板10和下基板20之间有一定的空隙，便于上基板10和下基板20的安装。

作为本发明提供的信号连接用三维垂直互联结构的一种具体实施方式，引线40为键合丝、镀银线、射频线缆、漆包线、高温线或微同轴线缆。使用时可根据需要选取合适的线材作为引线40。

作为本发明提供的信号连接用三维垂直互联结构的一种具体实施方式，上基板10或下基板20分别为ltcc基材、fr4基材、ptfe基材、lcp基材和pcb基材中的任一种基材制成的基板或至少两种基材组合制成的基板。使用时可根据需要选取合适的基材制成上基板10或下基板20。

作为本发明提供的信号连接用三维垂直互联结构的一种具体实施方式，盒体30为金属盒体30或陶瓷管壳。

盒体30可以由铝材、铜材等其它任何金属或金属复合材料制成，也可以是任何材料的陶瓷管壳。

作为本发明提供的信号连接用三维垂直互联结构的一种具体实施方式，引线40与上基板10和下基板20分别粘接、焊接或键合。

引线40通过粘接、焊接或键合的方式与上基板10或下基板20上的焊盘70连接。装配成本低，装配效率高，非常适合大批量、自动化、小型化的电子器件生产应用。

本发明还提供一种信号连接用三维垂直互联方法。请参阅图1至图3，信号连接用三维垂直互联方法包括以下步骤：制作权利要求1-6任一项盒体30，在盒体30内开设上腔体50和下腔体60；将上基板10装配至位于盒体30内的上腔体50的底面上；将下基板20装配至位于盒体30内的下腔体60的顶面上；通过引线40将上基板10或下基板20位于上腔体50和下腔体60连通区域内的部分与下基板20或上基板10电连接。

本发明实施例提供的信号连接用三维垂直互联方法，改变了传统信号连接三维垂直互联通过绝缘子、过渡块、毛纽扣或微波电缆等连接上基板10和下基板20的固有模式，采用了本发明提供的盒体30，并在盒体30内开设了直接垂直连通的上腔体50和下腔体60，实现了组件内部的不同腔体之间的高频互联，尤其是上腔体50和下腔体60之间的高频微波互联，使得实现上基板10和下基板20之间信号连接的三维垂直互联时无需额外的物料和器件。上腔体50的底面与下腔体60的顶面齐平或低于下腔体60的顶面，使得位于上腔体50内的上基板10和位于下腔体60内的下基板20可以处于同一水平面上或高度相当的位置，同时上基板10与下基板20的连接端可以与下基板20处于同一腔体内，或者下基板20与上基板10的连接端可以与上基板10处于同一腔体内，进而便于引线40的安装。

另外，相互连接的上基板10和下基板20高度一致或相近，解决了微波传输连续性的问题，可使用频率高达60ghz。使用频率为40ghz时，本发明提供的信号连接用三维垂直互联结构传输差损为1db。整个制造过程操作便捷，工艺简单，方便生产，装配效率高，制法和使用简便，不需额外制作或采购物料增加组件成本，适合自动化、大批量、小型化生产应用，对产品工程化也非常具有意义。制成的成品结构简单、互联密度高、占用空间小且微波频率特性好。

作为本发明提供的信号连接用三维垂直互联方法的一种具体实施方式，引线40与上基板10和下基板20分别粘接、焊接或键合。

引线40通过粘接、焊接或键合的方式与上基板10或下基板20上的焊盘70连接。装配成本低，装配效率高，非常适合大批量、自动化、小型化的电子器件生产应用。

作为本发明提供的信号连接用三维垂直互联方法的一种具体实施方式，通过引线40电连接上基板10和下基板20步骤包括以下步骤：当上基板10靠近下基板20的一端位于上腔体50和下腔体60连通区域内时，通过引线40电连接上基板10的下表面和下基板20的下表面，如图3所示；当下基板20靠近上基板10的一端位于上腔体50和下腔体60连通区域内时，通过引线40电连接上基板10的上表面和下基板20的上表面。

上基板10和下基板20的尺寸可以根据使用需要灵活选取，且上基板10在上腔体50底面上的安装位置及下基板20在下腔体60顶面上的安装位置也可根据使用需要进行设置，因此可以是上基板10靠近下基板20的一端延伸至上腔体50和下腔体60交叉连通区域内，也可以是下基板20靠近上基板10的一端延伸至上腔体50和下腔体60交叉连通区域内。

当上基板10靠近下基板20的一端位于上腔体50和下腔体60连通区域内时，通过引线40电连接上基板10的下表面和下基板20的下表面；当下基板20靠近上基板10的一端位于上腔体50和下腔体60连通区域内时，通过引线40电连接上基板10的上表面和下基板20的上表面。这便于引线40的安装，降低了引线40发生弯折或使用过程中引线40发生断裂的风险，保证了信号传输的顺畅性和稳定性。

作为本发明提供的信号连接用三维垂直互联方法的一种具体实施方式，上基板10和下基板20分别与盒体30螺栓连接、粘接或焊接。

这确保了上基板10和下基板20分别与盒体30连接关系的稳定性，且操作便捷。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。