Çok Katmanlı Karta Dayalı Çok Fonksiyonlu Bileşenin Mikrodalga Ara Bağlantı Teknolojisi Araştırması
Elektronik ekipman minyatürleştirme, hafiflik ve çok işlevli yönde gelişmektedir.Özellikle, havadan, gemiden ve uzaydan gibi elektronik ekipmanlar ile elektronik karşı önlemlerde iletişim, radar ve optoelektronik ekipman, çok sayıda yüksek performanslı ve oldukça güvenilir mikro Mikrodalga milimetre dalga çoklu çip modülünün (MMCM) üç boyutlu ara bağlantı ve paketleme teknolojisinin temel modülü olarak elektronik modüller, mikrodalga milimetre dalga entegrasyon teknolojisinin bir araştırma noktası haline geldi. Birlikte ateşlenen seramik substratlar, silikon bazlı, metal bazlı ve çok katmanlı devre baskılı tahtalar gibi çok katmanlı levhalar, mikrodalga ürünlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte, maliyet, döngü ve mühendislik gelişimi göz önüne alındığında, çok katmanlı baskılı kartların bariz avantajları vardır. MMCM minyatürleştirme, yüksek performans ve düşük maliyetin teknik gereksinimlerini karşılamak ve MMCM'nin gittikçe karmaşıklaşan montaj doğruluğunu karşılamak için paket içindeki sistemdeki sinyal katmanları, güç katmanları ve zemin katmanları arasındaki ara bağlantıyı gerçekleştirmek için çok katmanlı kartlar kullanılır. Daha küçük ve daha küçük alan boyutları ve daha yüksek ve daha yüksek güvenilirlik gereksinimleri. Mevcut çok katmanlı kart teknolojisi temel olarak dijital devrelerin veya düşük frekanslı devrelerin yüksek yoğunluklu entegre paketlenmesinde kullanılır.Radyo frekansında nispeten az uygulama vardır ve çoğunlukla Ku'da ve frekans bantlarının altında çalışır.
Mikrodalgada ve milimetre dalga frekans bandında geçiş sinyalinin düşük kayıplı iletimini çok katmanlı levha uygulandığında gerçekleştirmek için bu yazıda düşük kayıplı bir geçiş yapısı tasarlanmış ve örnek test edilmiştir. Geçiş yapısı, bir minyatürleştirme sorunu olan Ka bandında iyi radyo frekansı iletim özelliklerine sahiptir.
1 Çok katmanlı kart geçiş modeli ve simülasyonu
Bu yazıda tasarlanan çok katmanlı kart geçiş modeli Şekil 1'de gösterilmektedir ve toplam kalınlık 1.0 mm'dir. Çok tabakalı levhanın üst tabakası Alon CLTE / XT mikrodalga levhadır ve alt levha FR-4'tür.Projenin ulaşılması kolay montaj boyutuna bakın, çift taraflı levha ile çok tabakalı levha arasındaki boşluğu f 0.2 mm'ye ayarlayın ve metali çift taraflı levhanın bağlantı ucundan geçirin. Mikrodalga sinyal iletimini gerçekleştirmek için metalize deliklerin geçişi, metalize deliklerin çapı 0.25 mm ve metalize delikler ile mikro şerit arasındaki mesafe d'dir. Metalize yolların rolü, limanlardaki mikrodalgalar için ortak bir zemin oluşturmaktır.
Metalize yolların rolünü göstermek için, metalize delikler olmadan modeli simüle etmek için üç boyutlu simülasyon yazılımı HFSS kullanılmıştır Şekil 2 metalize deliksiz modeli ve Şekil 3 modelin simülasyon parametresi sonuçlarını göstermektedir. Aynı zamanda, mikro şeridin simülasyon parametreleri Şekil 4'te gösterildiği gibi bir karşılaştırma olarak verilmiştir.
Şekil 3 ve Şekil 4'ün karşılaştırmasından, metalize deliklerin yokluğunda, mikrodalga sinyalinin uyumsuz bir durumda olduğu, rezonansın büyük olduğu ve bileşende mikrodalga sinyal iletimi için kullanılamayacağı görülebilir.
Şekil 5, metalize delik mikro şerit boyutundan farklı olduğunda sinyal iletim özelliklerini göstermektedir. Metalize delik mikro şeride ne kadar yakınsa, özellikle daha yüksek frekans noktaları için sinyal iletim özelliklerinin o kadar iyi olduğu şekilden görülebilmektedir. Aralık 0.6 mm'den 1.2 mm'ye değiştiğinde, 20 GHz'deki ekleme kaybı 0.48 dB'den 0.72 dB'ye değişir ve duran dalga oranı 1.4'ten 1.75'e değişir Değişikliğin genliği rezonans olmaksızın açıktır.
D 0.6 mm olduğunda iletim karakteristiklerini mikro şerit ile karşılaştırdığımızda, duran dalga oranı 0.3'tür ve ekleme kaybı sadece 0.1 dB'dir. Parametre değişiklikleri kabul edilebilir bir aralıktadır ve mühendislik uygulamalarının gereksinimlerini karşılar.
2 Ka-bant çok katmanlı kart geçiş modeli optimizasyonu ve simülasyonu
Ka-bant yongaları gittikçe olgunlaştı ve çeşitlendi ve performansları temelde sistem gereksinimlerini karşılayabilirken, geleneksel çok yongalı bileşenler çoğunlukla ön bölmede bir mikrodalga sinyal düzeni ve arkada düşük frekanslı sinyaller kullanır.Düşük frekanslı sinyaller, düşük frekanslı yalıtıcılar şeklinde işlenir veya kaynaklanır. Çipi besle. Bu düzenin avantajı, elektrik performansının ayarlanmasının kolay olması ve yüksek frekanslı sinyaller ile düşük frekanslı sinyaller arasındaki parazitin küçük olmasıdır. Ancak eksiklikleri de açıktır, yani bileşenlerin çift taraflı bir yapıya sahip olması, bileşenlerin kalınlığının azaltılması zordur ve modül kapağının her iki tarafta hava geçirmez olması gerekir, bu da mühendisliği zorlaştırır; ayrıca diş açma işlemi montaj zorluğunu artırır ve iç bileşenler çıplaktır. Özellikle çok çipli bileşenlerde çok sayıda besleme noktası olduğunda talaşlar kontaminasyondan kolayca zarar görür. Bu nedenle, Ka dalga bandında çok katmanlı kart teknolojisinin uygulanmasının incelenmesi özellikle acildir.
Şekil 6, Şekil 1'deki modelin 30 GHz ila 40 GHz frekans aralığında simülasyon sonuçlarını göstermektedir.Simülasyon sonuçlarından, rezonans olmamasına rağmen iletim özelliklerinin zayıf, kaybın büyük ve durağan dalga oranının zayıf olduğu ve mühendislik uygulamasını karşılayamadığı görülmektedir.
Geleneksel devrelerde, frekans düşük olduğunda, yolların parametrelerinin belirlenmesi çoğunlukla ampirik değerlere dayanmaktadır. Ancak frekans mikrodalga frekans bandına yükseldiğinde, yol yapısının neden olduğu empedans süreksizliği enerji yansımasına neden olacak ve devre performansını etkileyecektir.Yollu yapı, Şekil 7'de gösterildiği gibi basit bir topaklanmış LC-devresine eşdeğer olabilir. Göstermek. Yarı-statik analize dayalı olarak, kapasitans ve endüktans değeri aşağıdaki formülle ifade edilebilir:
Bunlar arasında, r, T, Dp, Dap, h ve d, sırasıyla substratın nispi dielektrik sabiti, substratın kalınlığı, yol pedinin çapı, yol izolasyon yastığının çapı, yolun yüksekliği ve yolun çapıdır.
Formül (1) 'deki endüktans etkisini azaltmak için geçiş deliğinin yüksekliğinin azaltılması gerekir. Benzer şekilde, denklem (2) 'deki kapasite etkisini azaltmak için, yol pedinin çapı, bağıl dielektrik sabiti ve çok katmanlı levhanın kalınlığı olabildiğince küçük olmalı ve izolasyon pedinin çapı artırılmalıdır. Metalize deliğin parazitik parametreleri, yolun yüksekliğinden büyük ölçüde etkilenir, yükseklik ne kadar büyükse, endüktans o kadar büyük olur ve bu da zayıf yüksek frekanslı sinyal iletim özelliklerine neden olur.
Simülasyon optimizasyonu sayesinde, metalize yolun yüksekliğinin çok katmanlı levhanın iletim özellikleri üzerinde daha büyük bir etkisi olduğu bulunmuştur.Orijinal yükseklik 0,75 mm'den 0,4 mm'ye düşürülürse, tüm çok katmanlı levhanın kalınlığı 0,65 mm'dir.Simülasyon sonuçları aşağıdaki gibidir: Şekil 8'de gösterilmektedir. Aynı zamanda, düz mikroşerit (Şekil 9'da gösterildiği gibi) ve 1.0 mm'lik yükseklikte metalize edilmiş (Şekil 6'da gösterildiği gibi) parametreleri ile karşılaştırılır. Geçiş yüksekliği azaltıldıktan sonra, bandın maksimum ekleme kaybının 0.65 dB olduğu ve maksimum sabit dalga oranının 1.55 olduğu görülebilir; 0.35 dB'lik maksimum ekleme kaybı ve mikro şerit boyunca maksimum 1.15 durağan dalga oranı ile karşılaştırıldığında hala belirli bir boşluk vardır, ancak Konvansiyonel bileşenlerin performans gereksinimlerini karşılayabildi, 4.5 dB'lik maksimum ekleme kaybı ve optimizasyon öncesi 5.7'lik maksimum sabit dalga oranı ile karşılaştırıldığında, önemli ölçüde iyileştirildi.
3 Sonuç
Kompozit çok katmanlı kart teknolojisi, minyatürleştirilmiş, son derece entegre ve son derece güvenilir mikrodalga ve milimetre dalgalı çok yongalı bileşenlerin geliştirilmesi için anahtar teknolojidir. Bu makale, kompozit çok katmanlı kart teknolojisine dayalı olarak panolar arasında bir mikrodalga ara bağlantı yapısı tasarlar ve farklı ara bağlantı modellerinin mikrodalga iletim performansını analiz etmek için elektromanyetik alan simülasyon yazılımı kullanır. Optimize edilmiş çok katmanlı ara bağlantı yapısı, 10 GHz ila 20 GHz aralığındaki geçiş mikro şeridinin ekleme kaybından yalnızca 0,1 dB daha büyüktür ve duran dalga oranı 0,3'ten fazladır; 30 GHz ila 40 GHz aralığında, yalnızca geçiş mikro şeridinin ekleme kaybından daha büyüktür. 0,3 dB, duran dalga oranı 0,4'ten daha büyüktür ve iyi mikrodalga özellikleri vardır. Ara bağlantı yapısı, basit işlem, yüksek entegrasyon, düşük maliyet vb. Avantajlara sahiptir ve çok yongalı bileşenlerde yüksek yoğunluklu elektrik ara bağlantı sorununu çözebilir.
Referanslar
Yang Hui. Çin (Chengdu) Elektronik Fuarı, yeni mikrodalga ve radyo frekansı teknolojisine odaklanıyor.Elektronik Teknoloji Uygulaması, 2015, 41 (8): 153-154.
Duan Weiqian, Hu Anyong, Miao Jungang.Güvenlik Alanında Radyo Frekansı ve Mikrodalga Teknolojisinin Uygulaması. Elektronik Teknolojinin Uygulanması, 2017, 43 (7): 4-7, 15.
Bi Xiaodong. Milimetre dalga iletişiminin gelişimi: üründen teste Elektronik teknoloji uygulaması, 2017, 43 (2): 11-12.
Bai Rui, Gao Changzheng Mikrodalga çok katmanlı karta dayalı minyatürleştirilmiş çok kanallı alıcı ön uç tasarımı Telekomünikasyon Teknolojisi, 2014 (11): 1544-1548.
Liu Zhihui, Wu Mingyuan. Mikrosistem fonksiyon modülü entegrasyon sürecinin gelişim eğilimi ve zorlukları. Elektronik İşlem Teknolojisi, 2015, 36 (4): 195-198.
Yan Wei, Wu Jincai, Zheng Wei.Üç boyutlu mikrodalga çoklu çip modüllerinin dikey mikrodalga ara bağlantı teknolojisi Mikrodalgalar Dergisi, 2012, 28 (5): 1-6.
Zhang Xianrong. Düşük kayıplı milimetre dalgalı dikey ara bağlantı tasarımı. Telekomünikasyon Teknolojisi, 2017, 57 (7): 825-829.
JOHNSON H W, GRAHAM M.Yüksek hızlı dijital tasarım: kara büyü el kitabı Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, 1993.
yazar bilgileri:
Wang Lei
(8511 Çin Havacılık ve Uzay Bilimleri ve Endüstri Kurumu Araştırma Enstitüsü, Nanjing 210007, Jiangsu)
