[发明专利]波导接口和印刷电路板发射换能器组件及其使用方法

说明书

一种印刷电路板组件，包括多个层。多个层中的至少一层由电介质材料形成，并且具有延伸超过多个层中的其他层的延伸部分。第一金属层位于电介质层的延伸部分的至少一部分上。第一金属层和电介质层被构造成形成发射换能器，该发射换能器包括一条或更多条传输线和换能器元件，该换能器元件耦接至该一条或更多条传输线。该换能器元件被构造成传播毫米波频率信号。

本申请要求于2017年12月29日提交的美国专利申请序列No.15/858,839的权益，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本公开总体上涉及用于微波和毫米波射频技术的波导接口和印刷电路板发射换能器组件。更具体地，本公开涉及一种波导接口，其包括具有集成发射换能器的印刷电路板，该集成发射换能器可以与表面贴装的毫米波半导体集成电路一起使用。

背景技术

随着半导体工业通过减少工艺节点几何结构来连续增加电路复杂性和密度，工作信号频率持续增加。现在有可能获得在射频频谱(30GHz至300GHz)的毫米波范围内能良好工作的半导体。传统上，所用半导体的类型属于“III-V”类，这表明半导体化合物是从第三和第五列的元素周期表元素(例如砷化镓(GaAs)和磷化铟(InP))衍生而来的。近年来，在硅CMOS(互补金属氧化物半导体)和硅锗(SiGe)化合物中产生了由元素周期表的第IV列引起的较便宜的半导体工艺，例如硅(Si)和锗(Ge)。结果是将低成本硅半导体的工作频率扩展到60至80GHz的频率范围。低成本半导体技术的可用性给毫米波制成品带来了压力，以降低支持这些半导体器件的机电支撑机构的总成本。

商业波导结构能够实现毫米波频率下的低损耗能量传递，并具有尺寸标准化和机械耦接法兰设计标准化的额外好处。标准化的尺寸和耦接法兰可实现不同器件和不同制成品之间的互操作性，从而为毫米波系统设计提供最大的灵活性。

一种用于在机械波导内接合半导体器件的方法是将来自正交平面印刷电路发射探针的能量与相关的有损能量传递耦接。通过为印刷电路板提供短截线或桨状能量发射(stuborpaddleenergylaunch)，能量被耦接进/出半导体器件，该短截线或桨状能量发射作为附加基板附着在印刷电路板上。短截线或桨状发射与波导腔正交，且需要对开模类型组装方法，从而产生额外的费用。

在现有的波导接口器件中，使用了(未封装的)半导体管芯，(未封装的)半导体管芯需要从管芯焊盘到印刷电路板的引线键合。引线键合是一种昂贵的工艺，并且容易出现错误和良率问题。晶圆级芯片规模封装(WLCSP)作为一种用于毫米波半导体集成电路的高效封装技术正在兴起。WLCSP允许使用标准表面贴装技术将器件直接加工到印刷电路板组件上，从而节省了成本。然而，在本领域中使用的标准发射换能器技术与WLCSP封装技术不兼容或效率低下，该标准发射换能器技术需要在印刷电路板组件上的附加基板或试图正交于波导孔径发射毫米波能量。

发明内容

一种波导组件，包括支撑块和耦接至支撑块的端部并从支撑块延伸的波导接口。波导接口具有槽和一个或更多个孔，该槽和一个或更多个孔被放置成容纳将波导接口固定到波导法兰的附接器件。一种印刷电路板组件，包括多个层，多个层中的至少一层由电介质材料形成并且具有延伸超过多个层中的其他层的延伸部分，其中，当印刷电路板组件被放置在支撑块上时，该延伸部分被构造成插入到波导接口中的槽中。第一金属层位于电介质层的延伸部分的至少一部分上。第一金属层和电介质层被构造成形成发射换能器，该发射换能器包括一条或更多条传输线和至少一个换能器元件，该至少一个换能器元件耦接至该一条或更多条传输线。该换能器元件被构造成传播毫米波频率信号，并且当印刷电路板组件被放置在支撑块上时，该换能器元件被构造成位于接口中的槽中。

一种印刷电路板组件，其包括多个层。多个层中的至少一层由电介质材料形成并且具有延伸超过多个层中的其他层的延伸部分。第一金属层位于电介质层的延伸部分的至少一部分上。第一金属层和电介质层被构造成形成发射换能器，该发射换能器包括一条或更多条传输线和至少一个换能器元件，该至少一个换能器元件耦接至该一条或多条传输线。该换能器元件被构造成传播毫米波频率信号。