【技术大神】多层微波复合基板中垂直过渡电路的设计实现

时间： 2017-04-20 来源：RT/duroid 6002PTFE

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基于RT/duroid^® 6002PTFE 陶瓷的多层复合基板由于成本低、微波性能好，而被认为是T/R组件基板的一种良好选择。本文即介绍我们研制出的一种基于RT/duroid^® 6002多层复合基板中的垂直过渡电路的设计方法，以及实现情况。

T/R组件中多层微波复合基板中常用的微波信号传输形式仍然是微带线和带状线。微带线便于与微波芯片互连；带状线具有较好的屏蔽效果，且可以节约表面贴装芯片的宝贵空间，在组件设计时一般将二者结合使用。二者之间的微波信号垂直过渡有多种形式：耦合式、直通式、准同轴式及准带线式等。耦合式的带宽窄、损耗大；直通式的工作频率低；准同轴或准带线式的带宽宽、损耗小，应用比较广泛。本文即采用准同轴式垂直互连形式来实现微波信号的垂直过渡。

图1：微带线-带状线垂直过渡结构示意图

准同轴式垂直互连典型结构示意图如图1所示，表面传输线采用微带线，中间层采用带状线，中间地层既是微带线地层也是带状线上层地（根据具体使用情况也可以不共地），带状线下层地即为背面地。微带线和带状线通过金属化过孔互连，该微波信号孔穿过中间地层时，中间地层需开孔避让；微波信号孔周围设置一圈接地孔来等效同轴结构的外圈地导体，可有效抑制辐射损耗。类同轴结构的特征阻抗可以参照同轴线进行计算：

式中，ε_r为基板材料的相对介电常数， r_o为接地孔与微波信号孔的中心距，r_i为微波信号孔的半径。

实际设计时，微带线和带状线与微波信号孔相连处均设置为圆形焊盘，其直径均比传输线宽度尺寸大，以补偿微波信号孔带来的电感效应。甚至，需要在带状线或微带线上加入阻抗变换以实现良好的阻抗匹配。

本文所述的T/R组件工作在Ku波段，基板材料选择了高频损耗小、介电常数低、适宜多次层压的RT/duroid^® 6002PTFE 陶瓷覆铜介质板，单层厚度为0.127mm，层间粘接的材料采用FR28半固化片。

RT/duroid^® 6002PTFE 陶瓷材料具有优异的微波特性：其相对介电常数为2.94，且温度稳定性好（+12ppm/℃），在0.127mm厚时50Ω特征阻抗的线宽适中，易于T/R组件中与芯片等阻抗的匹配；其损耗也非常小，损耗角正切仅为0.0012，且三方向的热膨胀系数较小（X：16ppm/℃，Y：16ppm/℃，Z：24ppm/℃），易与铝合金等壳体材料匹配。

为了适应芯片开腔等方面的高度匹配需要，图2所示的微带线位于盲槽内的上表面上，即图中的MidLayer6，而带状线设置在MidLayer9上，二者之间的垂直过渡通过图中的微波信号孔实现；MidLayer7和BottomLayer为地层。制造加工时，覆铜介质板4和覆铜介质板5先通过半固化片层压，再和覆铜介质板6层压，最后再和覆铜介质板1~3层压。

图2：基于盲槽工艺的垂直过渡电路剖面示意图

根据上述的微带线-带状线垂直过渡形式和层设置方式，在三维全波电磁场仿真软件HFSS中建立相应的模型，如图3。为了便于仿真计算，模型中省去了与微波信号垂直过渡无关的层。

图3：MidLayer6到MidLayer9三维微波传输电路模型图

模型中的参数设置如下：所有金属化孔直径为0.3mm，50Ω微带线的线宽为0.31mm，接地孔与微波信号孔的中心距为0.7mm，带状线的线宽为0.48mm，带状线的特征阻抗是36Ω而不是常用的50Ω，这是出于微带线-带状线三维互连空间尺寸受限的考虑。

在HFSS中进行调谐优化，结果如图4所示，在15~17GHz工作频带内驻波小于1.05，插入损耗小于0.15dB，仿真结果非常理想。

图4：MidLayer6到MidLayer9垂直过渡电路仿真结果

据仿真优化出的各项尺寸参数，对该垂直过渡电路进行了设计实现。由于带状线不便于测试，微带线转带状线后又对称转换成了微带线；为了与在T/R组件中的实际应用相吻合，测试端口都设置在MidLayer6上。

加工出来的多层微波复合基板实物照片如图5所示。

图5：垂直过渡电路实物照片

采用矢网对制作的三维微波传输电路进行了测试，实测曲线如图6所示，下面一条的传输路径的插损小于1.2dB（含测试连接器损耗），驻波小于1.5。测试指标满足工程使用要求。

图6：垂直过渡电路测试结果

作者：若水

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全部评论（49）

JasonYe Lv7. 资深专家 2019-04-24

果然是大神！
用户83734992 Lv6. 高级专家 2019-04-07

学习
kaka520amy Lv8. 研究员 2019-02-27

学习了
流水 Lv7. 资深专家 2019-01-29

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用户85806204 Lv7. 资深专家 2019-01-28

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nemo Lv7. 资深专家 2019-01-25

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liusir Lv4. 资深工程师 2019-01-21

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Le Lv6. 高级专家 2019-01-08

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沉浮 Lv7. 资深专家 2018-12-28

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helen2018 Lv6. 高级专家 2018-12-24

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产品型号	品类	产品系列	介电常数（Dk）	正切角损耗（Df）	介质厚度(mm)(mil)	导热系数W/(m·K)	铜箔类型	铜箔1厚度	铜箔2厚度	尺寸(inch)
5880LZNS 24X18 H1/H1 R4 0100+-001/DI	层压板	RT/duroid® 5880LZ	2	0.0027	0.254mm(10mil)	0.33	电解铜	H1	H1	24X18

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型号- RT/DUROID 6006NS,6002 18X24 H1/H1 0300+-001/DI,6002 18X24 H1/H1 0400+-0015/DI,6006NS 10X20 H1/H1 0050+-0005/DI,6002 18X12 H2/H2 0050+-0005/DI,6002NS 18X24 HH/HH 0050+-0005/DI,6002 18X24 HH/HH 0050+-0005/DI,6002 18X12 5E/5E 0500+-0015/DI,RT/DUROID 6002,RT/DUROID 6000,6002 18X12 H1/H1 1100+-004/DI,6002 18X12 1E/1E 0100+-0007/DI,6002 18X24 5E/100OHM-5E 0200+-001/DI,6002 18X24 HH/HH 0400+-0015/DI,6002NS 18X12 HH/HH 0050+-0005/DI,RT/DUROID 6002NSPTFE,6002 18X12 H1/H1 0050+-0005/DI,6002 18X12 1E/1E 1100+-003/DI,RT/DUROID®6002,6002 18X12 HH/HH 0200+-001/DI,6002 18X24 5E/50OHM-5E 0200+-0015/DI,6002 18X12 HH/HH 0500+-0015/DI,RT/DUROID 6002PTFE

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型号- 3003 24X18 5R/5R R3 0100+-0007/DI,4350B 48X42 1E/1E 0200+-0015/DI,4350B-TX 12X18 1E/1E 0040+-0007/DI-RSZ,4350B 48X36 1E/1E 0166+-0015/DI,RT/DUROID 5880PTFE 玻璃纤维,4350B 12X18 1E/1E 0166+-0015/DI,3003 12X18 H1/H1 0400+-002/DI,5880 18X48 5E/5E 0400+-0015/DI,4350B 24X18 1TC/1TC 0307+-002/DI,4350B 24X18 5TC/5TC 0207+-001/DI,4350B 48X36 1TC/1TC 0207+-0015/DI,4350B 48X42 2E/2E 0300+-0015/DI,4350B 24X18 1TC/1TC 0040+-0007/DI,4350B 24X36 5E/5E 0066+-0007/DI,4350B 24X18 5E/5E 0433+-003/DI,3003 12X18 5ED/5ED 0050+-0005/DI,3003 12X18 H1/H1 0600+-003/DI,3003 24X18 5ED/5ED 0050+-0005/DI,3003 24X18 1ED/1ED 0100+-0007/DI,4350B 24X20 5E/5E 0300+-002/DI,3003 24X18 HH/HH 0200+-001/DI,4350B 48X42 5E/5E 0166+-0015/DI,4350B 12X18 5E/5E 0100+-001/DI,4350B 48X36 5E/1E 0200+-0015/DI,4350B 48X36 2E/2E 0600+-004/DI,4350B 48X40 5E/5E 0300+-002/DI,3003 24X18 1ED/1ED 0200+-001/DI,3003 24X18 HH/H1 0100+-0007/DI,3003 12X18 H1/H1 0200+-001/DI,4003C 24X18 5E/5E 0200+-0015/DI,3003 24X18 HH/HH 0050+-0005/DI,4350B 24X36 2E/2E 0600+-004/DI,4350B 48X72 5E/5E 0200+-0015/DI,3003 24X18 HH/HH 0400+-002/DI,4003C 24X18 1E/1E 0160+-0015/DI,5880 18X12 5R/5R 0310+-001/DI,4350B 12X18 1E/1E AR1 0100+-001/DI,6002 18X12 5E/5E 0500+-0015/DI,4350B 24X18 5TC/5TC 0307+-002/DI,4350B 24X18 1E/1E 0200+-0015/DI,4350B 48X40 1E/1E 0200+-0015/DI,4350B 48X36 1E/1E 0133+-0015/DI,4003C 24X18 1E/1E 0320+-002/DI,4003C 24X18 5E/5E 0120+-001/DI,6002 18X12 1E/1E 1100+-003/DI,4350B 24X18 5E/5E 0466+-0035/DI,4350B 48X40 1E/1E 0100+-001/DI,4350B 24X18 1TC/1TC 0107+-001/DI,4350B 16X21 5E/5E 0100+-001/DI,4350B 24X18 5E/5E 0133+-0015/DI,6202PR 18X12 H1/H1 0050+-0005/DI,3003 24X18 1ED/1ED 0900+-004/DI,6010.2LM 20X20 HH/HH 0250+-001/DI,6010.2LM 20X20 1E/063AL 0250+-001/DI,TMM10I 18X12 1E/1E 0150+-0015/DI,4350B 48X40 5E/5E 0200+-0015/DI,3003 24X18 HH/HH 0600+-003/DI,4350B 48X40 5E/5E 0100+-001/DI,5880 18X12 5E/040AL 0200+-001/,4350B 12X18 1E/1E 0100+-001/DI,4350B 48X36 5E/1E 0133+-0015/DI,4233LN 48.25X36.25 5E/5E 0200+-0015/DI,4003C 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0066+-0007/DI,4350B 48X21 5E/5E 0200+-0015/DI,4350B 12X18 5E/5E 0166+-0015/DI,4350B 12X18 2E/2E 0100+-001/DI,6002 18X24 5E/50OHM-5E 0200+-0015/DI,4350B 24X18 1E/1E AR1 0100+-001/DI,RO3000,RT/DUROID 6035HTC PTFE 陶瓷,4350B 12X18 5E/5E 0133+-0015/DI,4350B 24X18 2E/2E 0066+-0007/DI,3003 12X18 HH/HH 0100+-0007/DI,3003 24X18 5ED/5ED 0600+-003/DI,4350B 24X18 1E/1E 0133+-0015/DI,4350B 48X36 1E/1E 0100+-001/DI,5880 18X12 HH/HH 0200+-001/DI,4350B 12X18 1E/1E 0040+-0007/DI-RSZ,4350B 48X42 1E/1E 0300+-002/DI,4350B 48X36 1E/1E 0200+-0015/DI,4350B 12X18 5E/5E 0040+-0007/DI,4350B 48X36 5E/5E 0166+-0015/DI,3003 12X18 5R/5R R3 0100+-0007/DI,TMM 6碳氢化合物陶瓷,4350B 48X40 5E/1E 0200+-0015/DI,4350B 12X18 1E/1E 0400+-003/DI,4350B 48X42 5E/5E 0200+-0015/DI,4350B 48X40 1E/1E 0600+-004/DI,3003 12X18 5R/5R 0100+-0007/DI,4350B 24X18 1E/1E 0400+-003/DI,3010 18X12 H1/H1 0250+-001/DI,4350B 24X36 1E/1E 0300+-002/DI,4350B 24X18 1E/1E 0600+-004/DI,4003C 48X36 5E/5E 0200+-0015/DI,6002 18X24 H1/H1 0300+-001/DI,5880 18X24 HH/HH 0620+-002/DI,6010.5LM 20X20 1E/100AL 0250+-001/DI,TMM 3碳氢化合物陶瓷,6006 10X20 2E/2E 0100+-001/DI,4350B 12X18 1E/1E 0066+-0007/DI,TMM 13I 碳氢化合物陶瓷,4350B 48X36 1E/1E 0300+-002/DI,4350B 48X40 1E/1E 0133+-0015/DI,4003C 48X36 5E/5E 0080+-001/DI,4350B 21X18 1TC/1TC 0207+-001/DI,4003C 24X18 5E/5E 0600+-004/DI,TMM3 18X12 1E/1E 0150+-0015/DI,435OB 24.25X18.25 5E/5E 0066+-0007/DI,6002 18X24 HH/HH 0050+-0005/DI,5880 18X24 5E/063AL 0200+-001/DI,3006 18X12 HH/HH 0050+-0005/DI,4350B 24X36 1E/1E 0200+-0015/DI,3003 24X18 1ED/1ED 0150+-001/DI,3003 24X18 1ED/1ED 0350+-0015/DI,3003 12X18 1ED/1ED 0350+-0015/DI,6010.2LM 10X20 H1/200AL 0250+-001/DI,TMM10 18X12 5E/040AL 0400+-0015/DI,4350B 48X42 1E/1E 0100+-001/DI,6010.2LM 10X10 HH/HH 0400+-0015/DI,6010.2LM 20X20 HH/200ALTT 0250+-001/DI,4003C 12X18 1E/1E 0160+-0015/DI,4350B 24X18 1E/1E AR1 0200+-0015/D,RT/DUROID 6006 PTFE 陶瓷,6010.5LM 10X10 5E/194AL 0500+-002/DI,RO4350B-TX 碳氢化合物陶瓷,TMM4 18X12 1E/1E 0150+-0015/DI,4350B 24X18 1E/1E 0433+-003/DI,6010.2LM 20X20 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2016-08-23 - 技术探讨代理服务技术支持批量订货

【技术大神】纯PTFE多层板压合工艺

纯PTFE多层板压合，可用芯板直接压合或使用PTFE粘结片，但内层加工时需保护好蚀刻后的基材表面，保持内层铜箔表面干净、无氧化、微蚀处理，且确保内层板在多层板压合前干燥。

2016-08-15 - 技术探讨代理服务技术支持批量订货

RT/duroid 6002（SGS）RoHS测试报告

型号- RT/DUROID 6002PTFE 陶瓷,6002 18X24 H1/H1 0300+-001/DI,6002 18X24 H1/H1 0400+-0015/DI,6002 18X12 H2/H2 0050+-0005/DI,6002 18X24 HH/HH 0050+-0005/DI,6002 18X12 5E/5E 0500+-0015/DI,RT/DUROID 6000,6002 18X12 H1/H1 1100+-004/DI,6002 18X12 1E/1E 0100+-0007/DI,6002 18X24 5E/100OHM-5E 0200+-001/DI,6002 18X24 HH/HH 0400+-0015/DI,6002 18X12 H1/H1 0050+-0005/DI,6002 18X12 1E/1E 1100+-003/DI,RT/DUROID 6002 陶瓷聚四氟乙烯枢结片,6002 18X12 HH/HH 0200+-001/DI,6002 18X24 5E/50OHM-5E 0200+-0015/DI,6002 18X12 HH/HH 0500+-0015/DI

2014年04月11日 - ROGERS - 测试报告代理服务技术支持批量订货

Rogers（罗杰斯） RT/duroid 6002,6006,6010高频层压板的加工指南

描述- 本资料提供了RT/duroid® 6000系列高频电路基板的生产指南，包括包装、接收、储存和处理准备等方面的注意事项。资料详细说明了材料包装、接收时的检查流程、储存条件以及处理前的准备工作。此外，还涵盖了表面处理、钻孔、金属化、阻焊膜应用、电路化等工艺步骤的详细指南，以及多层板制备时的注意事项。

型号- RT/DUROID 6006 PTFE 陶瓷,6010LM 10X10 H1/H1 0100+-001/DI,RT/DUROID 6002PTFE 陶瓷,6002 18X24 H1/H1 0300+-001/DI,6002 18X24 H1/H1 0400+-0015/DI,6006 10X20 2E/2E 0100+-001/DI,6002 18X24 HH/HH 0050+-0005/DI,6002 18X12 5E/5E 0500+-0015/DI,RT/DUROID 6000,6002 18X12 H1/H1 1100+-004/DI,6002 18X12 1E/1E 0100+-0007/DI,6002 18X24 5E/100OHM-5E 0200+-001/DI,6002 18X24 HH/HH 0400+-0015/DI,6002 18X12 H1/H1 0050+-0005/DI,6002 18X12 1E/1E 1100+-003/DI,RT/DUROID 6010LM PTFE 陶瓷,6002 18X12 HH/HH 0200+-001/DI,6002 18X24 5E/50OHM-5E 0200+-0015/DI,6002 18X12 HH/HH 0500+-0015/DI

2016年07月18日 - ROGERS - 用户指南代理服务技术支持批量订货