一种叠层式三维ltcc垂直互连微波模块的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种叠层式三维LTCC垂直互连微波模块，包括金属支撑体和介电体，以及根据微波电路模块工作频段设计的上层LTCC基板和下层LTCC基板；所述介电体内竖直方向嵌入有毛纽扣垂直互连结构，上层LTCC基板和下层LTCC基板分别在介电体的上下表面对位叠层，并通过介电体中的毛纽扣实现上层LTCC基板与下层LTCC基板的微波垂直互连；所述对位叠层后的介电体和LTCC基板设在金属支撑体内，实现叠层式三维LTCC垂直互连微波模块。本发明易定位、易拆卸且成本低的垂直互连技术，通过三线型毛纽扣实现了二维LTCC微波基板间的高可靠电互连，并且在X波段叠层式三维微波电路模块中实现良好的微波垂直传输性能。
【专利说明】一种叠层式三维LTCC垂直互连微波模块
【技术领域】
[0001]本发明属于微电子【技术领域】，尤其涉及一种无焊使三维LTCC模块间的垂直互连技术。
【背景技术】
[0002]随着移动通信等电子设备对小型化、高集成、低成本以及高可靠的需求越来越高，微波电路也从传统的微波单片集成电路(丽1C)、微波多芯片模块(MCM)、发展到微波二维多芯片模块(2D-MCM)，再到现在微波三维多芯片模块(3D-MCM)。三维微波多芯片模块技术是将MMIC芯片及片式元件贴装于LTCC多层陶瓷基板上，形成二维多芯片微波模块，再将多个二维多芯片模块进行垂直互连，形成三维多芯片微波电路模块。一个移动基站等设备包含上千个微波电路模块，因此发展微波电路模块的三维封装技术，减小微波电路模块的体积、重量、成本等将对移动通信等电子设备的发展有着巨大的影响。而且微波模块的三维封装技术还对整个通信系统的灵敏度及可靠性等也起着至关重要的意义。
[0003]LTCC技术，由于其在微波毫米波段表现出优异的微波性能，已成为目前二维微波多芯片模块的一项主流技术。LTCC微波模块广泛应用于移动通信等电子设备中。LTCC技术是将低温共烧陶瓷粉制成厚度精确而且致密的生瓷带，在生瓷带上利用激光打孔、微孔注浆、精密导体浆料印刷、叠片、层压及烧结等工艺制作所需要的电路图形，并将多个无源元件内埋于其中，印刷金属浆料一般为金或银，在850° C下烧结，制成三维空间互不干扰的高密度组件，也可制成内置无源元件的三维电路基板，表面可以贴装MMIC芯片等，制成二维多芯片微波模块。
[0004]三维多芯片微波电路模块封装技术中最关键的难点是如何实现二维多芯片微波电路模块间的垂直互连工艺，即将上下二维微波电路模块的输入输出相互连接，并实现垂直方向的机械连接。微波电路模块中的垂直互连包括层间微波信号、电源及地之间的互连，既要保证微波信号的完整性，又要有结构简单的特点。
[0005]LTCC模块间的垂直互连可以通过球栅阵列或连接器的形式将各层LTCC基板的输入输出互连，进而实现叠层式的三维模块。球栅阵列焊接是在基板的上下面都用焊料球进行垂直互连，但是这种垂直互连工艺的可靠性较低，易造成焊料堆积或空洞等缺陷，进而影响微波模块的性能。毛纽扣这种弹性连接器作为连接器件实现无焊连接，具有良好的微波和直流连接性能，美日及国内一些学者已经在微波低频段取得一些成果，但是在微波高频段的应用还需要进一步完善。
【发明内容】
[0006]发明目的:为了填补现有技术存在的缺陷，本发明提供了 一种叠层式三维LTCC垂直互连微波模块，该垂直互联技术易定位、拆卸简单成本低，实现二维LTCC微波基板件的高可靠电互连，实现了良好的三维微波垂直传输性能。
[0007]技术方案:为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案:一种叠层式三维LTCC垂直互连微波模块，包括金属支撑体和介电体，以及根据微波电路模块工作频段设计的上层LTCC基板和下层LTCC基板；所述介电体内竖直方向嵌入有毛纽扣垂直互连结构，上层LTCC基板和下层LTCC基板分别在介电体的上下表面对位叠层，并通过介电体中的毛纽扣实现上层LTCC基板与下层LTCC基板的微波垂直互连；所述对位叠层后的介电体和LTCC基板设在金属支撑体内，实现叠层式三维LTCC垂直互连微波模块。
[0008]作为优选，所述上层LTCC基板和下层LTCC基板上印刷的传输线为背面接地工面波导传输线，且带有高密度阵列通孔结构。
[0009]作为优选，所述毛纽扣为表面镀金的铜线编织而成的弹性连接器。
[0010]进一步的，所述毛纽扣垂直互连结构为三线型互连结构，三根毛纽扣并排嵌入介电体中；且中间的毛纽扣为微波信号垂直互连线，两侧的毛纽扣为连接地信号互连线。
[0011]作为优选，所述介电体的材料采用聚四氟乙烯。
[0012]作为优选，所述介电体的高度与毛纽扣的长度一致。
[0013]作为优选，所述金属支撑体的材料采用黄铜。
[0014]有益效果:与现有技术相比，本发明提供了一种易定位、易拆卸且成本低的垂直互连技术，通过三线型毛纽扣实现了二维LTCC微波基板间的高可靠电互连，并且在X波段叠层式三维微波电路模块中实现良好的微波垂直传输性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本发明所述叠层式三维LTCC垂直互连微波模块的结构示意图；
图2为本发明所述叠层式三维模块中的LTCC模板的结构示意图；
图3为本发明所述嵌入毛纽扣的介电体的结构示意图；
图4为本发明所述金属支撑体的结构示意图；
图5为本发明实施例所述叠层式三维LTCC垂直互连微波模块的测试曲线图。
[0016]其中，上层LTCC基板1、下层LTCC基板2、介电体3、毛纽扣4、金属支撑体5。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
[0018]根据微波电路模块工作频段，设计并制作叠层用的微波LTCC基板，包括上层LTCC基板和下层LTCC基板，如附图1所示，LTCC基板的生瓷带及金浆料由美国Feiro公司提供。LTCC基板上微波传输线采用背面接地工面波导传输线，且带有高密度阵列通孔结构。LTCC基板总后为0.66mm,单张生瓷带的厚度为0.0lmm,因此由6张生瓷带叠压而成。
[0019]如图2所示，根据毛纽扣的长度和直径大小制作能插入毛纽扣的介电体，采用氟乙烯制成。参见图2所示，毛纽扣的高度与介电体一致为3_，直径为0.5_，为表面镀金的铜线编织而成的弹性连接器。在介电体中，将三根毛纽扣并排嵌入介电体中，形成三线型互连结构的毛纽扣微波垂直互连结构。其中，中间的毛纽扣为微波信号垂直互连线，两侧的毛纽扣为连接地信号互连线。
[0020]根据LTCC基板上印刷的电路图形，将上层LTCC基板和下层LTCC基板分别在介电体的上下表面进行对位叠层，并通过介电体中的毛纽扣实现上层LTCC基板与下层LTCC基板的微波垂直互连，并将叠层好的LTCC基板和介电体用金属支撑体进行固定，实现最终的叠层式三维LTCC垂直互连微波模块，如图4所示。其中金属支撑体根据介电体的尺寸，并利用黄铜制成，如图3所示。
[0021]如图5所示，叠层式三维微波垂直互连模块，微波信号从下层LTCC基板的共面波导传输线进入，通过毛纽扣连接到上层LTCC基板，再通过上层LTCC基板的共面波导传输线后从毛纽扣连接到下层LTCC基板的共面波导传输线后输出。
【权利要求】
1.一种叠层式三维LTCC垂直互连微波模块,其特征在于:包括金属支撑体和介电体，以及根据微波电路模块工作频段设计的上层LTCC基板和下层LTCC基板；所述介电体内竖直方向嵌入有毛纽扣垂直互连结构，上层LTCC基板和下层LTCC基板分别在介电体的上下表面对位叠层，并通过介电体中的毛纽扣实现上层LTCC基板与下层LTCC基板的微波垂直互连；所述对位叠层后的介电体和LTCC基板设在金属支撑体内，实现叠层式三维LTCC垂直互连微波模块。
2.根据权利要求1所述叠层式三维LTCC垂直互连微波模块，其特征在于:所述上层LTCC基板和下层LTCC基板上印刷的传输线为背面接地工面波导传输线，且带有高密度阵列通孔结构。
3.根据权利要求2所述叠层式三维LTCC垂直互连微波模块，其特征在于:所述毛纽扣为表面镀金的铜线编织而成的弹性连接器。
4.根据权利要求3所述叠层式三维LTCC垂直互连微波模块，其特征在于:所述毛纽扣垂直互连结构为三线型互连结构,三根毛纽扣并排嵌入介电体中；且中间的毛纽扣为微波信号垂直互连线，两侧的毛纽扣为连接地信号互连线。
5.根据权利要求4所述叠层式三维LTCC垂直互连微波模块，其特征在于:所述介电体的材料采用聚四氟乙烯。
6.根据权利要求4所述叠层式三维LTCC垂直互连微波模块，其特征在于:所述介电体的高度与毛纽扣的长度一致。
7.根据权利要求4所述叠层式三维LTCC垂直互连微波模块，其特征在于:所述金属支撑体的材料采用黄铜。
【文档编号】H01L23/538GK103515356SQ201310313425
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年7月24日 优先权日:2013年7月24日
【发明者】徐利, 王子良, 胡进, 陈昱晖, 郭玉红 申请人:中国电子科技集团公司第五十五研究所