电路板信号传输装置的制作方法

1.本公开的实施例涉及一种电路板信号传输装置，特别涉及一种适用于传输属于微波、毫米波频段的信号的多层电路板信号传输装置。


背景技术：

2.随着人体安检、移动通信以及军用雷达等技术的发展，各领域所使用的电信号的频率越来越高，由微波扩展到了毫米波甚至太赫兹频段。高频信号对于电路结构和尺寸非常敏感，其在高速电路板上的传输、以及与外部线缆间的互联，是可靠实现模块和系统功能的基础。
3.目前的微带电路与同轴连接器的连接方式主要为在电路板边缘板插或穿墙式平行装配。垂直方式的过渡多为单层或低频板直插焊接，对于多层电路则采用空气同轴或玻璃绝缘子等结构实现。与此同时，射频信号目前主要依赖外层微带线实现传输，与内层信号线的传输主要仅通过单一过孔或类同轴方式。
4.由于电路板边缘空间有限，传统的同轴连接器平行板插方式在信号复杂时，各传输线均需引出至外部延长连接部分，造成电路板上的大量电路面积被浪费。而同轴连接器与微带线的垂直连接被限制在低频，且主要为单层介质板简单结构。对多层不同介电常数的介质板混压的叠层结构，以及高频段的信号传输，现有方案结构复杂难以精确实现，且最高工作频率有限。
5.另外，现有的信号线与介质板的内层信号线之间的过渡仅通过盲孔和类同轴进行传输，损耗较大，无法直接应用于毫米波高频频段信号的传输。而微带线在电路表层传输，在无屏蔽情况下，受外部干扰和邻近通道耦合的影响，通常需用金属屏蔽盒体或罩板附加减小这种影响，使得电路模块体积和重量较大。


技术实现要素：

6.本公开的目的旨在解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面。
7.根据本公开的一个方面的实施例，提供一种电路板信号传输装置，包括：多层介质板，所述多层介质板中的第一介质板上形成一个第一过孔和多个第二过孔；微带线，布置在所述第一介质板的上侧并延伸到所述第一过孔的上端，所述多个第二过孔在除所述微带线的区域环绕所述第一过孔布置，所述多个第二过孔的中心轴线大致位于一个弧线上，每个所述第二过孔内设有第一导电材料；以及第一接地板，设置在所述第一介质板的下侧并与所述第二过孔电连接，所述第一接地板在所述弧线内的区域形成切除部。在俯视图中，所述第一过孔位于所述切除部限定的范围内，并且所述第一过孔的中心与所述切除部的几何中心之间存在距离。
8.根据本公开的另一种实施例，所述第一过孔的中心与所述切除部的几何中心位于所述微带线的中心轴线的延长线上。
9.根据本公开的另一种实施例，所述切除部的几何中心相对于所述第一过孔的中心
远离所述微带线。
10.根据本公开的另一种实施例，所述弧线的几何中心与所述第一过孔的中心重合。
11.根据本公开的另一种实施例，所述第一过孔的中心与所述切除部的几何中心之间的距离为所述切除部的半径的1/3-2/3。
12.根据本公开的另一种实施例，在所述第一介质板上设有电连接每个所述第二过孔的第一导电材料的圆弧带线。
13.根据本公开的另一种实施例，电路板信号传输装置还包括同轴连接器，包括：圆柱形的绝缘壳体；以及插针，从所述绝缘壳体内伸出并穿过所述第一通孔与所述微带线电连接。
14.根据本公开的另一种实施例，所述多层介质板中的位于所述第一介质板下部的最外侧的介质板设有第一通孔，所述绝缘壳体部分地插入到所述第一通孔中。
15.根据本公开的另一种实施例，电路板信号传输装置还包括布置在所述最外侧的介质板下部的第二接地板，所述第二过孔从所述第一接地板延伸至第二接地板，使得所述第二过孔中的第一导电材料与所述第二接地板电连接。
16.根据本公开的另一种实施例，同轴连接器还包括安装机构，所述安装机构包括：安装法兰，安装在所述绝缘壳体上；以及安装部件，从所述安装法兰穿过所述多层介质板到达所述第一介质板的上侧，以将所述同轴连接器保持在所述多层介质板上。
17.根据本公开的另一种实施例，电路板信号传输装置还包括位于所述第一介质板下侧的m个介质板。在所述第一介质板和m个介质板中，相邻的两个介质板之间设有第i接地板，在至少一组两个相邻的介质板之间设有带状线。
18.根据本公开的另一种实施例，所述第一过孔从所述第一介质板至少延伸到所述带状线，使得所述微带线通过设置在所述第一过孔中的第二导电材料与所述带状线电连接，所述第二过孔从所述第一介质板延伸至所述第 i接地板，使得所述第二过孔通过所述第一导电材料与所述第i接地板电连接。
19.根据本公开的另一种实施例，所述第一过孔延伸至位于所述带状线下侧的至少一个介质板以形成盲孔或者贯穿所述至少一个介质板的贯通孔。
20.根据本公开的另一种实施例，所述最下侧的介质板的下部设有第j接地板，所述第二过孔从所述第一接地板延伸至所述第j接地板，使得所述第二过孔中的第一导电材料与所述第j接地板电连接。
附图说明
21.图1示出了本公开的一种示例性实施例的电路板信号传输装置的立体示意图，图中示出了同轴连接器；
22.图2示出了本公开的另一种示例性实施例的电路板信号传输装置的立体示意图；
23.图3示出了图2所示的电路板信号传输装置的轴向剖视图；
24.图4示出了图2所示的电路板信号传输装置的第一介质层和第一接地板的仰视图；
25.图5示出了图2所示的电路板信号传输装置的仰视图；
26.图6示出了本公开的再一种示例性实施例的电路板信号传输装置的轴向剖视图；
27.图7示出了图6所示的电路板信号传输装置的一个带状线以及位于其下部的介质
板的俯视图；
28.图8示出了本公开的再一种示例性实施例的电路板信号传输装置的轴向剖视图；
29.图9示出了本公开的再一种示例性实施例的电路板信号传输装置的轴向剖视图；
30.图10示出了本公开的又一种示例性实施例的电路板信号传输装置的轴向剖视图；以及
31.图11示出了图10所示的电路板信号传输装置的一个接地板以及位于其下部的介质板的俯视图。
具体实施方式
32.下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有开展创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
33.在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
34.在本公开的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
35.在本公开的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本公开保护范围的限制。
36.根据本公开的一种总体上的发明构思，提供一种电路板信号传输装置，包括：多层介质板，所述多层介质板中的第一介质板上形成一个第一过孔和多个第二过孔；微带线，布置在所述第一介质板的上侧并延伸到所述第一过孔的上端，所述多个第二过孔在除所述微带线的区域环绕所述第一过孔布置，所述多个第二过孔的中心轴线大致位于一个弧线上，每个所述第二过孔内设有第一导电材料；以及第一接地板，设置在所述第一介质板的下侧并与所述第二过孔电连接，所述第一接地板在所述弧线内的区域形成大致圆形的切除部。在俯视图中，所述第一过孔位于所述切除部限定的范围内，并且所述第一过孔的中心与所述切除部的中心之间存在距离。
37.图1示出了本公开的一种示例性实施例的电路板信号传输装置的立体示意图，图中示出了同轴连接器；图2示出了本公开的另一种示例性实施例的电路板信号传输装置的立体示意图；图3示出了图2所示的电路板信号传输装置的轴向剖视图；图4示出了图2所示的电路板信号传输装置的第一介质层和第一接地板的仰视图。
38.在一种示例性实施例中，参见图1-4，电路板信号传输装置适用于传输微波、毫米波甚至太赫兹频段的信号，并包括多层介质板1、微带线4 和第一接地板5。多层介质板1中的第一介质板11(图3位于最上部的介质板))上形成一个第一过孔2和多个第二过孔3。例如，多层介质板可以是rogers(罗杰斯)、taconic之类的介质板。各层介质板通过半固化片粘合实现复合混压，同时可采用ltcc(低温共烧陶瓷)、石英或硅基等不同材料形式的介质。作为高频层的第一介质层继续向下直至底层的介质层可以设计为低频和直流信号传输，该部分主要采用环氧层压板材(如fr4介质板等)实现。
39.微带线4例如通过印刷工艺布置在所述第一介质板11的上侧并延伸到所述第一过孔2的上端，所述多个第二过孔3在除所述微带线4的区域环绕所述第一过孔2布置，所述多个第二过孔3的中心轴线大致位于一个弧线上，每个所述第二过孔3内设有第一导电材料31。第一接地板5例如通过印刷工艺设置在所述第一介质板11的下侧并与所述第二过孔3电连接，所述第一接地板5在所述弧线内的区域形成切除部51，由此形成具有缺陷的微带地线。第一接地板5在切除部51处不具有涂覆铜的图形，从而不妨碍第一过孔2的延伸路径。切除部51的形状可以是圆形、椭圆形或不规则多边形等形状，并具有几何中心o2。在俯视图中，所述第一过孔 2位于所述切除部51限定的范围内(或者说，第一过孔2在第一介质层 11上的投影位于切除部51在第一介质层11上的投影的范围内)，并且所述第一过孔2的中心o1与所述切除部51的几何中心o2之间存在距离，即切除部51的结合中心o2相对于第一过孔2的中心o1不重合或者具有偏移。由此，将第一接地板5的这种具有缺陷、并且其结合中心相对于第一过孔的中心偏移的结构称做微带地偏心圆形缺陷。这样，本公开实施例的电路板信号传输装置可以实现微波、毫米波频段的多层电路板之间的信号传输和对应频段的信号垂直互通，其不仅具有低损耗、宽频带的特点，同时具有集成度高和结构简单可靠、易于加工等良好特性。
40.如图2所示，在所述第一介质板11上设有电连接每个所述第二过孔3 的第一导电材料31的圆弧带线32，这样，圆弧带线32、每个第二过孔3 的导电材料31以及接地板5电连接，在对圆弧带线32范围内的第一过孔 2的导电部件进行接地屏蔽。在可替换的实施例中，如为避免短路，微带线和带状线上下方或临近位置的第二过孔可设计为仅联通位于相邻介质层的盲孔或埋孔结构。
41.用于组成过孔环的多个第二公开3类型可以由延伸的介质层的位置决定，例如，包括但不限于形成为延伸至传输位置的盲孔、延伸穿过多层介质层、或直至底层的通孔。每个第二过孔以第一过孔的中心为圆心环绕设置并接地，由此多个垂直延伸的第二过孔形成为近似同轴外壁的结构。这样，可以增加屏蔽和接地性能。
42.图5示出了图2所示的电路板信号传输装置的仰视图。
43.如图1所示，本公开实施例的电路板信号传输装置还包括与微带线4 电连接的同轴连接器6，该同轴连接器6包括圆柱形的绝缘壳体61；以及从所述绝缘壳体61内伸出并穿过所述第一通孔2与所述微带线4电连接的插针62。如图3和5所示，在所述多个介质板1为两层介质板的情况下，两层介质板中的位于所述第一介质板11下部的第二介质板12(即最外侧的介质板)设有第一通孔121，所述绝缘壳体61部分地插入到所述第一通孔121中。这样，可以确保绝缘壳体61稳定地安装在多层介质板1上。
44.在一种实施例中，电路板信号传输装置还包括布置在所述第二介质板 12下部的
第二接地板7，所述第二过孔3从所述第一接地板11延伸至第二接地板7，使得所述第二过孔3中的第一导电材料31与所述第二接地板 7电连接。
45.一般地，在相邻的两层介质板中，位于上层的介质板的下侧设有接地板，而位于下层的接地板上设有例如带状线、电子线路、微带线之类的电路结构。在这两个相邻的介质板结合在一起时，接地板和电路结构位于两个介质板之间并彼此绝缘。图3中，例如半固化片之类的粘合层111适用于将两个介质板通过符合混压的方式结合在一起，以保持不同导电线路之间的电绝缘。
46.在一种实施例中，在多层介质板包括3层、4层、5层、甚至更多层介质层的情况下，所述多个介质板1中的位于所述第一介质板11下部的最外侧的第n介质板设有第二通孔，同轴连接器的绝缘壳体61部分地插入到所述第二通孔中。同轴连接器6的实施例包括但不限于sma、ssma、 2.92mm或2.4mm等不同规格的连接器。
47.在一种实施例中，同轴连接器6还包括安装机构，所述安装机构包括：安装在所述绝缘壳体61上的安装法兰63以及例如螺栓、螺母之类的安装部件64。安装部件64从所述安装法兰63穿过所述多层介质板1到达所述第一介质板11的上侧，以将所述同轴连接器6保持在所述多层介质板上。这样，利用本公开实施例的电路板信号传输装置可以将设置在多层介质板顶层的微带线垂直过渡至设置在底层的同轴连接器。
48.微带线4上的射频信号由tem(transverse electrical and magnetic，横向电磁波)模式传输至末端插针处，转为准tem模式进入过孔组成的准同轴结构。微带线4和插针之间的阻抗匹配由第一接地板上的偏心的圆形切除部(即偏心圆缺陷)实现调节，可以降低损耗，提高带宽。毫米波信号受过孔结构引导，经设置在多层介质板上的电路后垂直进入同轴连接器的插针，实现垂直过渡传输。
49.在图1-4所示的实施例中，第一过孔2可以是采用印制板工艺实现的具有垂直过渡结构的、小型金属化工艺孔，其位于微带线4的末端(图3 和4中的右端)。第一过孔2的一端(上端)电连接微带线4，另一端由所传输的层的位置决定。当微带线4过渡至位于多层介质板的背侧(底层) 的同轴连接器61时，第一过孔2形成为贯穿通孔结构，插入同第一过孔的孔径大小相同的插针62。插针62的一端与设置在微带线4的通孔内的焊环齐平焊接固定，另一端伸出至绝缘壳体61的中心芯座内。同轴连接器6通过安装法兰63和安装部件64固定于多层介质板1的背侧(图1中的下侧)。在第一过孔与同轴连接器的插针配合使用的情况下，第一过孔的内部可以不作金属化处理，即第一过孔的内壁上没有涂覆导电层。在可替换的实施例中，第一过孔的内壁上涂覆有导电层。
50.图6示出了本公开的再一种示例性实施例的电路板信号传输装置的轴向剖视图。
51.参见图1、2、4和6，在一种实施例中，电路板信号传输装置包括多层介质板1、微带线4和第一接地板5。多层介质板1中的第一介质板11 (图6位于最上部的介质板))上形成一个第一过孔2和多个第二过孔3。微带线4例如通过印刷工艺布置在所述第一介质板11的上侧并延伸到所述第一过孔2的上端，所述多个第二过孔3在除所述微带线4的区域环绕所述第一过孔2布置，所述多个第二过孔3的中心轴线大致位于一个弧线上，每个所述第二过孔3内设有第一导电材料31。第一接地板5例如通过印刷工艺设置在所述第一介质板11的下侧并与所述第二过孔3电连接，所述第一接地板5在所述弧线内的区域形成切除部51，由此形成具有缺陷的微带地线。切除部51的形状可以是圆形、椭圆形或不规则多边形等形状，并具
有几何中心o2。在俯视图中，所述第一过孔位2于所述切除部 51限定的范围内，并且所述第一过孔2的中心o1与所述切除部51的几何中心o2之间存在距离，即切除部51的结合中心o2相对于第一过孔2的中心o1不重合或者具有偏移。
52.在一种实施例中，电路板信号传输装置还包括位于所述第一介质板11 下侧的m(其中m为大于1的整数，图6中示出了3个位于第一介质板 11下侧的介质板)个介质板。在所述第一介质板和m个介质板中，相邻的两个介质板之间设有第i接地板，在至少一组两个相邻的介质板之间设有带状线8。例如，在第一介质板11和第二介质板12之间具有第一接地板5，在第二介质板12和第三介质板14之间具有第三接地板52和例如带状线、电子线路、微带线之类的电路结构13；在第三介质板14和第四介质板15之间具有带状线8。第一过孔2从所述第一介质板11至少延伸到所述带状线8，使得所述微带线4通过设置在所述第一过孔2中的第二导电材料21与所述带状线8电连接。所述第二过孔3从所述第一介质板11 延伸至所述第i接地板(例如，位于第二介质板12和第三介质板14之间的第三接地板52)，使得所述第二过孔3通过所述第一导电材料31与所述第i接地板电连接。
53.在一种实施例中，所述第一过孔2延伸至位于所述带状线8下侧的至少一个介质板以形成盲孔或者贯穿所述至少一个介质板的贯通孔。
54.图7示出了图6所示的电路板信号传输装置的一个带状线以及位于其下部的介质板的俯视图。
55.所述第一过孔2延伸至位于所述带状线8下侧的至少一个介质板，并形成盲孔。例如，在图6和7的实施例中，所述第一过孔2形成为延伸至位于所述带状线8下侧的第四介质板15的盲孔。在此实施例中，第二过孔3没有与位于第三介质层和第四介质层之间的接地板电连接。但在可替换的实施例中，第二过孔3也可以与位于第三介质层和第四介质层之间的接地板电连接。
56.图8示出了本公开的再一种示例性实施例的电路板信号传输装置的轴向剖视图。
57.图8所示实施例的电路板信号传输装置与图6所示实施例的电路板信号传输装置的区别在于，所述第一过孔2延伸至所述多个介质板中最下侧的介质板(第四介质板)，并在该最下层的介质板中形成盲孔。
58.图9示出了本公开的再一种示例性实施例的电路板信号传输装置的轴向剖视图。
59.图9所示实施例的电路板信号传输装置与图8所示实施例的电路板信号传输装置的区别在于，在第二介质层12和第三介质层14之间的中心轴线上同时设置彼此电绝缘第三接地板52和电路结构13。所述第一过孔2 延伸至所述多个介质板中最下侧的介质板(第四介质板)，并在该最下层的介质板中形成贯通孔。
60.图10示出了本公开的又一种示例性实施例的电路板信号传输装置的轴向剖视图；图11示出了图10所示的电路板信号传输装置的一个接地板以及位于其下部的介质板的俯视图。
61.图9所示实施例的电路板信号传输装置与图8所示实施例的电路板信号传输装置的区别在于，在第二介质层12和第三介质层14之间的中心轴线上同时设置彼此电绝缘第三接地板52和电路结构13。所述第一过孔2 延伸至所述多个介质板中最下侧的介质板(第四介质板)，并在该最下层的介质板中形成盲孔。
62.图10所示实施例的电路板信号传输装置与图9所示实施例的电路板信号传输装置
的区别在于，在第二介质层12和第三介质层14之间的中心轴线上设置第三接地板52，而且该第三接地板52不与第二过孔3电连接。所述第一过孔2延伸至所述多个介质板中最下侧的介质板(第四介质板)，并在该最下层的介质板中形成盲孔。
63.在一种实施例中，如图6、8-10所示，所述最下侧的介质板(第四介质板)的下部设有第j接地板(或者第四接地板)9，所述第二过孔3从所述第一接地板5延伸至所述第j接地板9，使得所述第二过孔3中的第一导电材料31与所述第j接地板9电连接。
64.在一种示例性中，如图4所示，所述第一过孔2的中心与所述切除部 51的几何中心位于所述微带线4的中心轴线的延长线上。也就是说，切除部51的几何中心与第一过孔2的中心连线与微带线4的中心轴线成180
°
的角。所述切除部51的几何中心o2相对于所述第一过孔2的中心o1远离所述微带线4。也就是说，所述第一过孔2的中心o1位于所述微带线4 和所述切除部51的几何中心o2之间。所述弧线的中心与所述第一过孔的中心重合。进一步地，所述第一过孔2的中心与所述切除部51的中心之间的距离为所述切除部51的半径的1/3-2/3。
65.根据本公开的上述实施例提供的电路板信号传输装置，由微带线和插针、或者微带线和内层带状线组成的电路的带宽和插入损耗受切除部的形状、面积和位置的影响。通过设计具有上述结构的由接地板的切除部形成的微带地偏心圆形缺陷，可以实现预期的带宽。微带线4与插针、或者微带线与位于多层介质层内层的带状线之间的阻抗匹配由第一接地板上的偏心的圆形切除部(即偏心圆缺陷)实现调节，可以降低损耗，提高带宽。毫米波信号受过孔结构引导，经设置在多层介质板上的电路后垂直过渡传输。
66.根据本公开的上述实施例提供的电路板信号传输装置，基于垂直公开的垂直过渡结构的两端与对应介质层上的信号传输线结构电连接，可以利用微带线与位于介质层的内层的带状线或底层的同轴连接器实现对微波、毫米波信号的垂直传输。由接地板的切除部形成的微带地偏心圆形缺陷，使得电路板信号传输装置不仅具有低损耗、工作频率高、宽频带的特点，同时具有集成度高和结构简单可靠、易于加工等良好特性。
67.本领域的技术人员可以理解，上面所描述的实施例都是示例性的，并且本领域的技术人员可以对其进行改进，各种实施例中所描述的结构在不发生结构或者原理方面的冲突的情况下可以进行自由组合。
68.虽然结合附图对本公开进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本公开优选实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本公开的一种限制。虽然本公开发明构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本公开的范围以权利要求和它们的等同物限定。