【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微波毫米波，尤其涉及一种三维立体集成的gcpw-siw的垂直过渡结构。
技术介绍
1、随着无线通信系统和雷达探测感知系统应用的快速发展，迫切需要系统设备中的微波毫米波电路子系统集成度不断提高，以满足高性能、小型化、低功耗的系统应用需求。而在微波毫米波频段，基片集成波导(siw)因其低成本、低传输损耗、可实现高性能天线阵列且易于与其他组件集成，而被广泛使用。接地共面波导(gcpw)则可将微波毫米波芯片与电路高效互联，并且具备优良的信号传输特性。因此，gcpw和siw的过渡互联结构，非常适合于微波毫米波电路模块的集成和封装天线形式的射频微系统，具有广泛的应用场景。
2、传统的gcpw-siw过渡结构为单层平面内的过渡结构，电路尺寸大且难以在同层集成更多的芯片和器件，已无法满足更高集成度的三维立体电路集成与封装的发展要求。而本专利技术提出的gcpw-siw垂直过渡结构，正是针对使用微波毫米波芯片和器件实现三维立体集成电路模块和射频微系统的一种技术方案，通过层间垂直过渡结构，实现了各层电路的层叠互联，并具有优良的过渡性能和工作带宽，适合于三维立体集成电路与系统。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种三维立体集成的gcpw-siw的垂直过渡结构。
2、本专利技术是这样实现的，一种三维立体集成的gcpw-siw的垂直过渡结构，所述三维立体集成的gcpw-siw的垂直过渡结构包括：依次叠置的第一层(gcpw层)、第二层(绝缘介质层)
3、gcpw-siw垂直过渡结构中，层与层之间通过电磁耦合结构连接，并通过电磁耦合的方式，实现信号的垂直过渡传输。
4、进一步，第一层(gcpw层)与第四层(siw层)使用标准高频电路板材，确保微波毫米波信号高效传输。第二层(绝缘介质层)可使用标准高频电路板材，也可使用具有绝缘电性能的其他材料板材。
5、进一步，第一层(gcpw层)包括主gcpw传输线、匹配gcpw传输线和过渡探针，主gcpw传输线与匹配gcpw传输线的线宽相匹配、传输线与地之间的间距通过仿真优化以实现良好的阻抗匹配，主gcpw传输线与有源器件或芯片通过封装互联工艺技术连接。
6、进一步，第二层(绝缘介质层)中，在对应第一层中的过渡探针位置的正上方，开设有第一矩形槽和矩形槽外围周期性排列的通孔。
7、进一步，第三层(金属波导层)中，开设有第二矩形槽，第二矩形槽且位于第一层中过渡探针位置的正上方。
8、进一步，第四层(siw层)包括构成siw传输结构的周期性排列的金属孔，和设置在介质基板上顶面和下底面的金属导体层，上顶面和下底面的金属层之间通过所述金属化过孔连接。下底面的金属导体层通过金属腐蚀，开设有第三矩形槽，第三矩形槽且位于第一层中过渡探针位置的正上方。
9、进一步，第一层(gcpw层)的主gcpw传输线通过一段匹配gcpw传输线与过渡探针相连；第一层中的过渡探针、第二层中的第一矩形槽、第三层中的第二矩形槽、第四层下底面金属导体层中的第三矩形槽，四层结构逐层对齐叠放，形成层间过渡结构。
10、进一步，基于电磁耦合的层间过渡结构包括：第一层(gcpw层)中的过渡探针、第二层(绝缘介质层)中的第一矩形槽和矩形槽外围周期性排列的通孔、第三层(金属波导层)中的第二矩形槽、第四层(siw层)中的第三矩形槽。
11、进一步，第四层(siw层)包含过渡siw传输线和主siw传输线；过渡siw传输线与主siw传输线相连。
12、进一步，在第一层(gcpw层)中，利用封装互联工艺技术将有源器件或芯片与gcpw传输线互联集成，有源器件或芯片产生的微波毫米波信号即可传输至gcpw传输线，而gcpw传输线传输的信号，通过过渡探针和由第一层至第四层逐层对齐叠放构成的层间过渡结构，进而过渡传输至第四层(siw层)中的过渡siw传输线，并最终传输至主siw传输线。主siw传输线可为标准的siw传输线结构，也可为基于siw传输线结构的siw缝隙天线阵列。
13、结合上述的技术方案和解决的技术问题，本专利技术所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
14、第一、本专利技术针对在微波毫米波频段，利用各类器件和芯片(包含模拟射频器件和芯片、数字芯片、电源芯片等，并适用于裸芯片和已封装芯片)，构建三维立体集成sip(systemin package)射频微系统以及三维封装集成形式的微波毫米波电路模块，提出一种应用于有源器件或芯片三维立体集成的gcpw-siw垂直过渡结构，实现了底层电路中器件和芯片端口与顶层天线端口的三维立体互联，在较宽工作频段内具备良好的过渡传输特性，适用于三维高密度的系统集成互联应用，尤其是在三维多层sip集成结构中，实现层间器件或芯片层埋的互联集成场景。
15、第二，本专利技术实现了易于与器件和芯片互联集成的gcpw传输线与易于实现天线阵列结构的siw传输线之间的三维层间互联，为三维立体集成封装的微系统和电路模块中，层间内埋各种类型的有源器件和芯片提供了的技术方案。本专利技术采用gcpw-siw的多层垂直过渡结构，使得电磁波信号能够在三维电路层间传播，相比传统的单层平面过渡结构，在保持过渡性能不变的前提下，多层垂直过渡结构的尺寸大幅度减小。同时，考虑到不同封装形式(如倒装芯片、金丝键合等)的器件和芯片所需的空间高度不同，本专利技术中的第三层(金属波导层)的高度可以自由调节，增强了三维立体集成整体设计的灵活度，并能保证很小的传输损耗。仿真结果显示在89.7-99ghz频段内，在第三层(金属波导层)高度为20mm的条件下，驻波比小于1.4，插入损耗平均值为1.1db，若高度降低，插入损耗则会相应降低。
16、本专利技术通过将gcpw传输线、层间垂直过渡结构、siw传输线整体集成设计，实现了底层gcpw至顶层siw的低损耗垂直过渡转换。本专利技术结构简单、加工精度要求低、工作带宽较宽、插入损耗低。本专利技术适用于需要层埋器件和芯片的三维立体集成应用，能够实现更高的系统集成度和更小的系统整体尺寸。同时，该过渡结构具有低过渡损耗、实现结构简单和较宽工作带宽的特点，能够低成本的广泛应用于微波毫米波前端的系统集成中。仿真结果显示该过渡结构在89.7-99ghz频段内，具有低传输损耗和低反射系数的良好工作特性。
17、第三，作为本专利技术的权利要求的创造性辅助证据，还体现在以下几个重要方面：
18、(1)本专利技术的技术方案转化后的预期收益和商业价值为：
19、本专利技术适用于微波毫米波频段微系统和电路模块的三维立体集成，特别适用于需要层埋器件和芯片的三维立体集成应用。有利于提升集成度，大幅度减小体积尺寸和重量。在小型化通信与雷达探测设备，微波毫米波电路模块领域，有着较大的产业应用推广价值。
2本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种三维立体集成的GCPW-SIW的垂直过渡结构，其特征在于，所述三维立体集成的GCPW-SIW的垂直过渡结构包括：依次对齐叠置的分别为；
2.如权利要求1所述三维立体集成的GCPW-SIW的垂直过渡结构，其特征在于，第一层、第二层、第四层使用的板材可为标准板材，可用多种微波毫米波适用的加工制造技术。
3.如权利要求1所述三维立体集成的GCPW-SIW的垂直过渡结构，其特征在于，第一层包括主GCPW传输线、匹配GCPW传输线和过渡探针，主GCPW传输线与匹配GCPW传输线的线宽相匹配、传输线与地之间的间距通过仿真优化调整以实现良好的阻抗匹配，主GCPW传输线与有源器件通过封装工艺技术连接。
4.如权利要求1所述三维立体集成的GCPW-SIW的垂直过渡结构，其特征在于，第二层中，在对应第一层中的过渡探针位置的正上方，开设有第一矩形槽和矩形槽外围周期性排列的通孔。
5.如权利要求1所述三维立体集成的GCPW-SIW的垂直过渡结构，其特征在于，第三层中，开设有第二矩形槽，第二矩形槽且位于第一层中过渡探针位置的正上方。
6.
7.如权利要求1所述三维立体集成的GCPW-SIW的垂直过渡结构，其特征在于，第一层的主GCPW传输线通过一段匹配GCPW传输线与过渡探针相连；第一层中的过渡探针、第二层中的第一矩形槽、第三层中的第二矩形槽、第四层下底面金属导体层中的第三矩形槽，四层结构逐层对齐叠放，形成层间过渡结构。
8.如权利要求1所述三维立体集成的GCPW-SIW的垂直过渡结构，其特征在于，基于电磁耦合的层间过渡结构包括：第一层中的过渡探针、第二层(绝缘介质层)中的第一矩形槽和矩形槽外围周期性排列的通孔、第三层中的第二矩形槽、第四层中的第三矩形槽。
9.如权利要求1所述三维立体集成的GCPW-SIW的垂直过渡结构，其特征在于，第四层包含过渡SIW传输线和主SIW传输线；过渡SIW传输线与主SIW传输线相连。
10.如权利要求1所述三维立体集成的GCPW-SIW的垂直过渡结构，其特征在于，在第一层中，利用封装互联工艺技术将有源器件或芯片与GCPW传输线互联集成，有源器件或芯片产生的微波毫米波信号即可传输至GCPW传输线，而GCPW传输线传输的信号，通过过渡探针和由第一层至第四层逐层对齐叠放构成的层间过渡结构，进而过渡传输至第四层中的过渡SIW传输线，并最终传输至主SIW传输线。主SIW传输线可为标准的SIW传输线结构，也可为基于SIW传输线结构的SIW缝隙天线阵列。
...【技术特征摘要】
1.一种三维立体集成的gcpw-siw的垂直过渡结构，其特征在于，所述三维立体集成的gcpw-siw的垂直过渡结构包括：依次对齐叠置的分别为；
2.如权利要求1所述三维立体集成的gcpw-siw的垂直过渡结构，其特征在于，第一层、第二层、第四层使用的板材可为标准板材，可用多种微波毫米波适用的加工制造技术。
3.如权利要求1所述三维立体集成的gcpw-siw的垂直过渡结构，其特征在于，第一层包括主gcpw传输线、匹配gcpw传输线和过渡探针，主gcpw传输线与匹配gcpw传输线的线宽相匹配、传输线与地之间的间距通过仿真优化调整以实现良好的阻抗匹配，主gcpw传输线与有源器件通过封装工艺技术连接。
4.如权利要求1所述三维立体集成的gcpw-siw的垂直过渡结构，其特征在于，第二层中，在对应第一层中的过渡探针位置的正上方，开设有第一矩形槽和矩形槽外围周期性排列的通孔。
5.如权利要求1所述三维立体集成的gcpw-siw的垂直过渡结构，其特征在于，第三层中，开设有第二矩形槽，第二矩形槽且位于第一层中过渡探针位置的正上方。
6.如权利要求1所述三维立体集成的gcpw-siw的垂直过渡结构，其特征在于，第四层包括构成siw传输结构的周期性排列的金属孔，和设置在介质基板上顶面和下底面的金属导体层，上顶面和下底面的金属层之间通过所述金属化过孔连接。下底面的金属导体层通过金属腐蚀，开设有第三矩...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵明华，冯涛，程钰间，何宗锐，林先其，王洪斌，方逸，王鼎，
申请(专利权)人：电子科技大学长三角研究院湖州，
类型：发明
国别省市：
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