波导结构的制作方法

1.本发明涉及一种半导体结构，且尤其是涉及一种波导结构。


背景技术：

2.目前的基板整合波导(substrate integrated waveguide，siw)结构常用于高频电路，其中以剖面观之，基板整合波导是由介质材料、位于介质材料相对两表面的上、下金属面以及贯穿介质材料且连接至上、下金属面的铜柱所组成。然而，上述的结构中，上、下金属面及铜柱所包覆的介质材料会造成信号传递时能量的损耗，尤其是愈高频时损耗愈大。因此，在介质材料的选择上往往受限于损耗系数(dissipation factor,df)，易增加电路实现成本。


技术实现要素：

3.本发明是针对一种波导结构，其具有用以传递信号的空气腔，可降低信号传递时的能量耗损，且具有较高的平均功率容量(average power handling)，以及不受空气腔外的介质材料的影响。
4.根据本发明的实施例，波导结构包括介电层、多层线路层、多层绝缘层以及导体连接层。介电层具有开口。线路层配置于介电层上。绝缘层与线路层交替堆叠。导体连接层以垂直于线路层的方向覆盖开口的外壁且连接位于开口相对两侧的至少二层线路层。至少导体连接层与部分线路层于对应开口处定义出用以传递信号的空气腔。
5.在根据本发明的实施例的波导结构中，上述的介电层具有彼此相对的第一表面与第二表面。线路层包括第一内层线路层、第二内层线路层、第一增层线路层与第二增层线路层。绝缘层包括第一绝缘层与第二绝缘层。导体连接层连接第一内层线路层与第二内层线路层。
6.在根据本发明的实施例的波导结构中，上述的第一内层线路层配置于介电层的第一表面上。第一绝缘层位于第一增层线路层与第一内层线路层之间。第一绝缘层具有连通开口的第一开口。第二内层线路层配置于介电层的第二表面上。第二绝缘层位于第二增层线路层与第二内层线路层之间。第二绝缘层具有连通开口的第二开口。第一开口的内壁与第二开口的内壁切齐导体连接层。第一增层线路层延伸覆盖第一开口，而第二增层线路层延伸覆盖第二开口。部分第一增层线路层、第一开口的内壁、导体连接层、第二开口的内壁以及部分第二增层线路层定义出空气腔。
7.在根据本发明的实施例的波导结构中，上述的波导结构还包括：多个导电通孔，配置于空气腔的相对两侧，且贯穿第一增层线路层、第一绝缘层、第一内层线路层、介电层、第二内层线路层、第二绝缘层以及第二增层线路层。导电通孔电连接第一增层线路层、第一内层线路层、第二内层线路层以及第二增层线路层。
8.在根据本发明的实施例的波导结构中，上述的第一绝缘层与第二绝缘层分别位于介电层的第一表面与第二表面上。第一增层线路层与第二增层线路层分别覆盖第一绝缘层
与第二绝缘层。第一绝缘层延伸覆盖开口的第一部分位于第一内层线路层与第一增层线路层之间。第二绝缘层延伸覆盖开口的第二部分位于第二内层线路层与第二增层线路层之间。部分第一增层线路层、部分第二增层线路层以及导体连接层定义出空气腔。
9.在根据本发明的实施例的波导结构中，上述的第一绝缘层位于第一增层线路层与第一内层线路层之间。第二绝缘层位于第二增层线路层与第二内层线路层之间。第二增层线路层覆盖介电层的第二表面且具有连通开口的耦合开口。导体连接层连接第一内层线路层、第一增层线路层以及第二增层线路层。
10.在根据本发明的实施例的波导结构中，上述的线路层还包括第三增层线路层，而绝缘层还包括第三绝缘层。第三绝缘层覆盖第二增层线路层，而第三增层线路层覆盖部分第三绝缘层。第二增层线路层、第三绝缘层与第三增层线路层定义出微带线部。
11.在根据本发明的实施例的波导结构中，上述的波导结构还包括：多个导电通孔，配置于空气腔的周围，且贯穿第一增层线路层、第一绝缘层、第一内层线路层、第二内层线路层以及第二绝缘层。导电通孔电连接第一增层线路层、第一内层线路层、第二内层线路层以及第二增层线路层。
12.在根据本发明的实施例的波导结构中，上述的波导结构还包括：馈入部以及保护层。馈入部贯穿第三绝缘层且穿过耦合开口而电连接第一内层线路层与第三增层线路层。保护层包覆馈入部的周围表面，其中馈入部通过保护层电性绝缘于第二增层线路结构。
13.在根据本发明的实施例的波导结构中，上述的波导结构还包括：天线组件，包括至少一天线元件。绝缘层还包括第三绝缘层，且第三绝缘层覆盖第二增层线路层且具有连通开口与耦合开口的绝缘开口。天线组件覆盖第三绝缘层，且天线元件对应绝缘开口设置。导体连接层连接第一内层线路层、第一增层线路层、第二内层线路层以及第二增层线路层。
14.基于上述，本发明的波导结构包括介电层、多层线路层、多层绝缘层以及导体连接层，其中介电层、多层线路层及多层绝缘层可视为是多层电路板，且至少导体连接层与部分线路层于对应介电层的开口处可定义出用以传递信号的空气腔。通过空气腔的设计，可降低信号传递时的能量耗损。因此，本发明的波导结构除了具有低耗损之外，亦具有较高的平均功率容量，且不受空气腔之外的介质材料的影响。
附图说明
15.图1a是本发明的一实施例的一种波导结构的俯视示意图；
16.图1b是沿图1a的线a-a的剖面示意图；
17.图1c是沿图1a的线a
’-
a’的剖面示意图；
18.图2是本发明的另一实施例的一种波导结构的剖面示意图；
19.图3a是本发明的另一实施例的一种波导结构的局部俯视示意图；
20.图3b是沿图3a的线b-b的剖面示意图；
21.图3c是沿图3a的线c-c的剖面示意图；
22.图4a是本发明的另一实施例的一种波导结构的局部俯视示意图；
23.图4b是沿图4a的线d-d的剖面示意图；
24.图4c是沿图4a的线e-e的剖面示意图；
25.图5a是本发明的另一实施例的一种波导结构的局部俯视示意图；
26.图5b是沿图5a的线f-f的剖面示意图。
27.附图标记说明
28.100a、100c、100d、100e、100f:波导结构；
29.110a、110c、110d、110e:介电层；
30.111a、110c:第一表面；
31.112a、112d、112e:开口；
32.113a、113c、113d、113e:第二表面；
33.120a、120d、120e:线路层；
34.122a、122c、122d、122e、122f:第一内层线路层；
35.124a、124c、124d、124e、124f:第二内层线路层；
36.126a、126c、126d、126e、126f:第一增层线路层；
37.128a、128c、128d、128e、128f:第二增层线路层；
38.129d、129e:第三增层线路层；
39.130a、130d、130e、130f:绝缘层；
40.132a、132c、132d、132e:第一绝缘层；
41.133a:第一开口；
42.134a、134c、134d、134e:第二绝缘层；
43.135a:第二开口；
44.136d、136e、136f:第三绝缘层；
45.140a、140d、140e、140f:导体连接层；
46.150:馈入部；
47.160:保护层；
48.170:天线组件；
49.172:天线元件；
50.b1:第一部分；
51.b2:第二部分；
52.co、co’、co”:耦合开口；
53.f1、f2:馈入点；
54.io:绝缘开口；
55.m1、m2、m3:微带线部；
56.sa、sc、sd、se、sf:空气腔；
57.siw:基板整合波导部；
58.t、t’、t”:导电通孔。
具体实施方式
59.现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同元件符号在附图和描述中用来表示相同或相似部分。
60.图1a是本发明的一实施例的一种波导结构的俯视示意图。图1b是沿图1a的线a-a的剖面示意图。图1c是沿图1a的线a
’-
a’的剖面示意图。请先同时参考图1a与图1b，在本实
施例中，波导结构100a包括介电层110a、多层线路层120a、多层绝缘层130a以及导体连接层140a。介电层110a具有开口112a。线路层120a配置于介电层110a上，而绝缘层130a与线路层120a交替堆叠。导体连接层140a以垂直于线路层120a的方向覆盖开口112a的外壁且连接位于开口112a相对两侧的至少二层线路层120a。至少导体连接层140a与部分线路层120a于对应开口112a处定义出用以传递信号的空气腔sa。
61.详细来说，本实施例的波导结构100a可适用于高频(如微波、毫米波)无线通讯、车用雷达系统、5g通讯系统或卫星通讯系统等，但不以此为限。介电层110a例如是核心介电层，其具有彼此相对的第一表面111a与第二表面113a，其中介电层110a的厚度例如是50微米，其材质例如是高分子材料，但不以此为限。线路层120a包括第一内层线路层122a、第二内层线路层124a、第一增层线路层126a与第二增层线路层128a。第一内层线路层122a及第二内层线路层124a的厚度(如20微米)可大于第一增层线路层126a及第二增层线路层128a的厚度(如15微米)，但不以此为限。第一内层线路层122a与第二内层线路层124a的材质例如是铜箔，而第一增层线路层126a与第二增层线路层128a的材质例如是铜，但不以此为限。绝缘层130a包括第一绝缘层132a与第二绝缘层134a，其中第一绝缘层132a与第二绝缘层134a的厚度例如是25微米，但不以此为限。
62.如图1b所示，本实施例的导体连接层140a连接第一内层线路层122a与第二内层线路层124a。第一内层线路层122a于介电层110a的第一表面111a上，而第一绝缘层132a位于第一增层线路层126a与第一内层线路层122a之间，其中第一绝缘层132a具有连通开口112a的第一开口133a。第二内层线路层124a配置于介电层110a的第二表面113a上，且第二绝缘层124a位于第二增层线路层128a与第二内层线路层124a之间，其中第二绝缘层134a具有连通开口112a的第二开口135a。第一开口133a的内壁与第二开口135a的内壁切齐导体连接层140a。第一增层线路层126a延伸覆盖第一开口133a，而第二增层线路层128a延伸覆盖第二开口135a。部分第一增层线路层126a、第一开口133a的内壁、导体连接层140a、第二开口135a的内壁以及部分第二增层线路层128a定义出空气腔sa。更具体来说，本实施例所定义的空气腔sa实质上为六面体(如立方体)，其中的两面是导体连接层140a，另两面是空气腔sa与介质层110a的交界面，而剩下的两面则是线路层。
63.本实施例的介电层110a、线路层120a及绝缘层130a的堆叠方式可视为是一种多层电路板。也就是说，本实施例是通过多层电路层的制作工艺技术，来实现具有空气腔sa的基板整合结构。因此，本实施例的波导结构100a可视为是一种空腔基板整合波导(empty substrate integrated waveguide,esiw)结构。再者，部分第一增层线路层126a、部分第二增层线路层128a以及导体连接层140a构成上、下、左、右的导体环状结构，可作为多层电路板元件之间信号传递使用。除此之外，上述的导体环状结构亦可视为是支撑空气腔sa的支撑结构。
64.再者，本实施例的波导结构100a还可包括多个导电通孔t，其中导电通孔t配置于空气腔sa的相对两侧，且贯穿第一增层线路层126a、第一绝缘层132a、第一内层线路层122a、介电层110a、第二内层线路层124a、第二绝缘层134a以及第二增层线路层128a。导电通孔结构性且电连接第一增层线路层126a、第一内层线路层122a、第二内层线路层124a以及第二增层线路层128a。如图1b所示，导电通孔t连接空气腔sa与空气腔sa的支撑结构，使波导结构100a中的导体(即第一增层线路层126a、第二增层线路层128a以及导体连接层
140a)具有同电位的参考平面(即共地平面)，以维持信号传输。
65.此外，波导结构100a也包括馈入点f1、f2，可通过馈入点f1、f2将信号传递至波导结构100a内。举例来说，可通过电磁馈入传输、天线无线传输或整合多种传输方式，利用空气腔sa内的空气作为介质，来达到低损耗的效果。
66.在另一视角来看，请参考图1c，本实施例的第一绝缘层132a与第二绝缘层134a分别位于介电层110a的第一表面111a与第二表面113a上。第一增层线路层126a与第二增层线路层128a分别覆盖第一绝缘层132a与第二绝缘层134a。第一绝缘层132a延伸覆盖开口112a的第一部分b1位于第一内层线路层122a与第一增层线路层126a之间。第二绝缘层134a延伸覆盖开口112a的第二部分b2位于第二内层线路层124a与第二增层线路层128a之间。此处，介电层110a、覆盖在第一表面111a上的第一绝缘层132a及第一增层线路结构126a以及覆盖在第二表面113a上的第二绝缘层134a及第二增层线路结构128a可定义出微带线部m1。通过微带线部m1可将信号水平馈入空气腔sa内，可作为信号传输使用。
67.在制作工艺上，本实施例的波导结构100a可通过通过印刷电路板的制作工艺方式，将单一或数个例如是高分子铜箔基板或高分子材料及金属铜箔进行蚀刻、电镀、压合等方式制作，形成单一或双层以上的空气腔sa。由于空气腔sa是通过压合的方式形成，因此空气腔sa内仅为空气。在其他实施例中，空气腔sa内也可为真空低耗损无实体的介质。
68.简言之，本实施例的波导结构100a是通过多层电路板的制作工艺技术来实现空腔基板整合波导(esiw)结构。通过空气腔sa的设计，可降低信号传递时的能量耗损。此外，本实施例的波导结构100a因具有低耗损特性，能量传递过程中因损耗产生的热能，相比其他基板合成波导(siw)小。因此，在相同的材料之下(相同的玻璃转化温度(glass transition temperature))，结构可承受更高的信号平均功率，仍可维持其完整性，意即本实施例具有较高的平均功率容量。此外因信号电磁场强度较强之处都包覆于金属结构之中，因此信号传递的特性不受空气腔sa之外的介质材料的影响。此外，由于本实施例的波导结构100a不受空气腔sa之外的界质材料的影响，因此介质材料的选择弹性较高。
69.在此必须说明的是，下述实施例沿用前述实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同的标号来表示相同或近似的元件，并且省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参考前述实施例，下述实施例不再重复赘述。
70.图2是本发明的另一实施例的一种波导结构的剖面示意图。请同时参考图1b以及图2，本实施例的波导结构100c与图1b的波导结构100a相似，两者的差异在于：本实施例的介电层110c、覆盖在第一表面111c上的第一内层线路层122c、第一绝缘层132c及第一增层线路结构126c以及覆盖在第二表面113c上的第二内层线路层124c、第二绝缘层134c及第二增层线路结构128c可定义出基板整合波导部siw。通过基板整合波导部siw可将信号水平馈入空气腔sc内，可作为信号传输使用。
71.图3a是本发明的另一实施例的一种波导结构的局部俯视示意图。图3b是沿图3a的线b-b的剖面示意图。图3c是沿图3a的线c-c的剖面示意图。请同时参考图1a、图1b、图1c、图3a、图3b以及图3c，本实施例的波导结构100d与图1b的波导结构100a相似，两者的差异在于：本实施例的第一绝缘层132d位于第一增层线路层126d与第一内层线路层122d之间。第二绝缘层134d位于第二增层线路层128d与第二内层线路层124d之间。第二增层线路层128d覆盖介电层110d的第二表面113d且具有连通开口112e的耦合开口co。导体连接层140d连接
第一内层线路层122d、第一增层线路层126d以及第二增层线路层128d。
72.再者，本实施例的线路层120d还包括第三增层线路层129d，而绝缘层130d还包括第三绝缘层136d。第三绝缘层136d覆盖第二增层线路层128d，而第三增层线路层129d覆盖部分第三绝缘层136d。第二增层线路层128d、第三绝缘层136d与第三增层线路层129d定义出微带线部m2。
73.此外，本实施例的波导结构100d还包括多个导电通孔t’，配置于空气腔sd的周围，且贯穿第一增层线路层126d、第一绝缘层132d、第一内层线路层122d、第二内层线路层124d以及第二绝缘层134d。导电通孔t’电连接第一增层线路层126d、第一内层线路层122d、第二内层线路层124d以及第二增层线路层128d。此处，空气腔sd被第一增层线路层126d以及第二增层线路层128d所包围。
74.简言之，本实施例的波导结构100d是采用多层结构，将信号由下方的微带线部m2，经由耦合开口co与/或导电通孔t”至上方空气腔sd，作为信号传输使用。
75.图4a是本发明的另一实施例的一种波导结构的局部俯视示意图。图4b是沿图4a的线d-d的剖面示意图。图4c是沿图4a的线e-e的剖面示意图。请同时参考图1a、图1b、图1c、图4a、图4b以及图4c，本实施例的波导结构100e与上述实施例的波导结构100a相似，两者的差异在于：本实施例的第一绝缘层132e位于第一增层线路层126e与第一内层线路层122e之间。第二绝缘层134e位于第二增层线路层128e与第二内层线路层124e之间。第二增层线路层128e覆盖介电层110e的第二表面113e且具有连通开口112e的耦合开口co’。导体连接层140e连接第一内层线路层122e、第一增层线路层126e以及第二增层线路层128e。
76.再者，本实施例的线路层120e还包括第三增层线路层129e，而绝缘层130e还包括第三绝缘层136e。第三绝缘层136e覆盖第二增层线路层128e，而第三增层线路层129e覆盖部分第三绝缘层136e。第二增层线路层128e、第三绝缘层136e与第三增层线路层129e定义出微带线部m3。
77.此外，本实施例的波导结构100e还包括多个导电通孔t”，配置于空气腔se的周围，且贯穿第一增层线路层126e、第一绝缘层132e、第一内层线路层122e、第二内层线路层124e以及第二绝缘层134e。导电通孔t”电连接第一增层线路层126e、第一内层线路层122e、第二内层线路层124e以及第二增层线路层128e。此处，空气腔se被第一增层线路层126e以及第二增层线路层128e所包围。
78.另外，本实施例的波导结构100e还可包括馈入部150以及保护层160。馈入部150贯穿第三绝缘层129e且穿过耦合开口co’而电连接第一内层线路层122e与第三增层线路层129e。保护层160包覆馈入部150的周围表面，其中馈入部150通过保护层160电性绝缘于第二增层线路结构128e。此处，保护层160的材质可与介电层110e的材质相同或不同。
79.简言之，本实施例的波导结构100e是采用多层结构，将信号由下方的微带线部m3，经由耦合开口co’与/或馈入部150与/或导电通孔t”至上方空气腔se，作为信号传输使用。
80.图5a是本发明的另一实施例的一种波导结构的局部俯视示意图。图5b是沿图5a的线f-f的剖面示意图。请同时参考图3a、图3c、图5a以及图5b，本实施例的波导结构100e与上述实施例的波导结构100d相似，两者的差异在于：本实施例的波导结构100f还包括天线组件170，且天线组件170包括至少一天线元件172，其中天线元件172例如是贴片天线(patch antenna)，但不以此为限。绝缘层130f还包括第三绝缘层136f，且第三绝缘层136f覆盖第二
增层线路层128f且具有连通开口112f与耦合开口oc”的绝缘开口io。天线组件170覆盖第三绝缘层136f，且天线元件172对应绝缘开口io设置。覆盖在介电层110f的开口112f的内壁的导体连接层140f连接第一内层线路层122f、第一增层线路层126f、第二内层线路层124f以及第二增层线路层128f。
81.简言之，本实施例的波导结构100f是通过相互连通的空气腔sf、耦合开口oc”及绝缘开口io来降低信号传递时的能量耗损。此处，空气腔sf被第一增层线路层126f以及第二增层线路层128f所包围。此外，本实施的波导结构100f整合了空腔基板整合波导(esiw)结构及天线结构，因此利于5g等高频高速的传输应用。
82.值得一提的是，在其他未绘示的实施例中，线路层及导体连接层相对远离于空气腔的表面也可进行表面处理程序。例如是，通过化学(如化金或化钯金)、电镀(如镀金或镀银)或物理(如喷砂)等的方式进行表面处理，使金属导体表面粗糙度(如rz)降低，可提高抗氧化能力。
83.综上所述，本发明的波导结构包括介电层、多层线路层、多层绝缘层以及导体连接层，其中介电层、多层线路层及多层绝缘层可视为是多层电路板，且至少导体连接层与部分线路层于对应介电层的开口处可定义出用以传递信号的空气腔。通过空气腔的设计，可降低信号传递时的能量耗损。因此，本发明的波导结构除了具有低耗损之外，也具有较高的平均功率容量，且不受空气腔之外的介质材料的影响。
84.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。