[发明专利]一种用于芯片三维封装的金属波导装置及其设计方法

说明书

本发明公开了一种用于芯片三维封装的金属波导装置及其设计方法，解决了利用在波导屏蔽腔体外部直流电路对集成封装于金属波导内部的芯片进行集成、控制的问题，并降低了传输中的电磁波损耗。本发明先确定该芯片工作的频率范围，根据此设计金属波导内部的空气腔的尺寸；接着设计电磁带隙波导结构的参数，包括周期性长方形金属柱的高度h，底面边长w和周期距离p，使得在空腔里传播的电磁波无法从两侧泄露，且h与空气腔的高度一致，同时尺寸满足易于加工的要求；最后根据芯片的尺寸，在电磁带隙波导结构中的预留空槽中镶嵌入芯片，并将芯片控制引线从空气腔内部途经周期性长方形金属柱之间的空隙引出，连接至PCB控制电路板上。

技术领域

本发明属于芯片集成设计的技术领域，具体涉及一种用于芯片三维封装的金属波导装置及其设计方法。

背景技术

随着对电磁波谱的不断探索，人类对电子学和光学获得了充分的认识，并且通过对电子学和光学的研究，研发了各种微波、毫米波和光波器件。由于微波、毫米波器件的成本较高，之前主要应用于军事，然而随着高速宽带无线通信、汽车辅助驾驶、安检、医学检测等应用领域的快速发展，近年来微波、毫米波在民用领域也得到了广泛的研究和应用。微波、毫米波频段具有工作波长短，可以有效减小器件及系统的尺寸；其次，微波、毫米波频段有着丰富的频谱资源，可以胜任未来超高速通信的需求。此外，由于波长短，微波毫米波频段用在雷达、成像等方面有着更高的分辨率。到目前为止，人们已开展了大量的研究，在通信、成像以及雷达等系统已得到广泛的应用。值得一提的是，在这些系统中，芯片在对系统实时控制和完成数据高速处理等方面发挥了重要作用。另一方面，通信和雷达系统的快速发展对电磁波传输损耗提出了更高的要求，人们更多地采用金属波导结构以解决电磁波在传播时的高损耗问题。然而，传统金属波导结构由于存在密闭腔体，使得其与芯片集成时，位于波导腔体内部的芯片难以通过直流引线连接到腔体外控制电路，这就使得实现电磁波低损耗与系统实时控制仍然是一个难以解决的问题。因此，目前亟需一种在金属波导结构下，能够将内部芯片与外部控制电路连接，对芯片进行集成、控制，且降低传输中电磁波损耗的方法。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于芯片三维封装的金属波导装置及其设计方法，解决了在波导屏蔽腔体外部直流电路对集成封装于金属波导内部的芯片进行集成、控制的问题，并降低了传输中的电磁波损耗。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：

本发明提出了一种用于芯片三维封装的金属波导装置，包括：芯片、电磁带隙波导和控制电路。

芯片长为l，宽为w，厚度为t；

电磁带隙波导包括空气腔、空腔下方的下方金属板、空气腔两侧的周期性金属柱体和空气腔上方的上方金属板；周期性金属柱由长方体金属柱组周期排布组成，长方体金属柱的底面边长为w，高度为h，两两之间的周期距离为p。

控制电路打印在PCB板上，经直流控制引线在长方体金属柱的间隙中通过，与芯片连接。

在空气腔上方的上方金属板的金属壁上挖出与芯片等尺寸的空气槽型结构，用于将芯片固定在内部。

进一步的，芯片在不同的应用场景下，替换为对应实现功能的芯片。

进一步的，电磁带隙波导的材料为铝，直流控制引线的材料为铜。

进一步的，PCB板的材料为FR-4，芯片的材料视功能与用途而定。

本发明提出一种用于芯片三维封装的金属波导装置的设计方法，针对任一所述的金属波导装置，采用如下步骤进行设计：

步骤一、确定所需封装芯片的工作频率范围，根据频率范围确定金属波导结构的空气腔的尺寸，同时参考标准波导尺寸表。