一种基于LTCC工艺的小型化双耦合层结构电桥

技术领域

本发明涉及电桥技术领域，具体涉及一种基于LTCC工艺的小型化双耦合层结构电桥。

背景技术

随着无线通信系统的快速发展，高性能小型化的无源器件成为研究的热点，其中，3dB电桥广泛应用于微波通信系统中。电桥的功能为沿传输线路某一方向上对传输功率连续取样，能将一个输入信号分为两个互为等幅且具有90°相位差的信号。

传统的3dB电桥采用平面结构，占用面积较大，不能满足通信系统小型化需求。为满足器件的小型化需求，通常有两种做法：1、采用高介电常数的材料，降低器件的工作频率。但是，高介电常数通常带来器件微波性能的恶化，尤其是回波损耗和插入损耗指标；2、采用多层结构，如PCB和LTCC工艺均可以采用宽边耦合结构，来缩小器件体积。但目前常规的多层结构仅有一层耦合结构，仍无法满足低频应用场合。

因此，需要设计实现一款满足器件小型化、低剖面、高性能要求的电桥。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于LTCC工艺的小型化双耦合层结构电桥，该电桥能够解决现有技术中的不足，满足器件小型化、低剖面、高性能要求。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种基于LTCC工艺的小型化双耦合层结构电桥，该电桥包括依次设置的表面层、第一接地层、第一耦合层、第二接地层、第二耦合层和第三接地层；

所述第一耦合层包括依次设置的第一射频线和第二射频线，所述第一射频线与所述第二射频线形成第一耦合结构；

所述第二耦合层包括依次设置的第三射频线和第四射频线，所述第三射频线与所述第四射频线形成第二耦合结构；

所述第一射频线通过第一通孔与所述第四射频线相连；

所述第二射频线通过第二通孔与所述第三射频线相连。

进一步的，所述表面层包括表面射频地和四个射频端口，分别为第一射频端口、第二射频端口、第三射频端口和第四射频端口；

所述第一射频线通过第三通孔与第一射频端口相连；

所述第二射频线通过第四通孔与第二射频端口相连；

所述第三射频线通过第五通孔与第三射频端口相连；

所述第四射频线通过第六通孔与第四射频端口相连。

进一步的，所述第一接地层、第二接地层和第三接地层均为射频地，三个接地层通过第七通孔、第八通孔相连。

进一步的，该电桥还包括多层介质层；

所述介质层为生瓷带。

进一步的，所述多层介质层中有两层，用于固定第一耦合结构和第二耦合结构，设该两层介质层分别为第一介质层和第二介质层；

所述第一射频线和所述第二射频线分别设置在第一介质层的上表面和下表面；

所述第三射频线和所述第四射频线分别设置在第二介质层的上表面和下表面。

进一步的，所述第一介质层和所述第二介质层的厚度为60um；

其余介质层的厚度为90um。

进一步的，所述第一通孔、第二通孔、第三通孔、第四通孔、第五通孔、第六通孔、第七通孔和第八通孔为设置在多层介质层中的通孔结构；

所述通孔结构包括通孔主体和设置在通孔主体中的通孔金属层。

进一步的，所述介质层表面印刷有介质金属层。

进一步的，所述四个射频端口中，一个为输入端口，一个为隔离端口，另外两个为输出端口。

进一步的，所述多层介质层和所述通孔结构通过低温共烧工艺相结合。

和现有技术相比，本发明的优点为：

本发明采用多层及双耦合结构，在不增加材料的介电常数及体积的情况下，实现了电桥的低频设计。双耦合结构通过通孔连接在一起，并通过通孔将射频端口引入到表面，满足键合贴装以及器件低频、小型化的应用需求。本发明所述的双层耦合结构电桥，尺寸为5.0X3.0X2.0mm，满足微波通信系统中小型化的需求。整个频带内回波损耗小于-20dB，隔离度优于18dB，插入损耗小于0.5dB。本发明所述的3dB电桥，体积小、重量轻、性能优越、适合批量生产。

附图说明

图1是本发明中基于LTCC工艺的小型化双耦合层结构电桥的结构示意图；

图2是本发明中第三接地层的结构示意图；

图3是本发明中第四耦合线的结构示意图；

图4是本发明中第三耦合线的结构示意图；

图5是本发明中第二接地层的结构示意图；

图6是本发明中第二耦合线的结构示意图；

图7是本发明中第一耦合线的结构示意图；

图8是本发明中第一接地层的结构示意图；

图9是本发明中表面层的结构示意图；

图10是本发明中电桥的微波性能指标图。

其中：

1、第三射频端口，2、表面射频地，3、第一射频端口，4、第二射频端口，5、第四射频端口，6、第一接地层，7、第一射频线，8、第二射频线，9、第二接地层，10、第三射频线，11、第四射频线，12、第三接地层，13、第三通孔，14、第四通孔，15、第六通孔，16、第五通孔，17、第一通孔，18、第二通孔，19、第七通孔，20、第八通孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

如图1～图9所示的一种基于LTCC工艺的小型化双耦合层结构电桥，该电桥包括依次设置的表面层、第一接地层6、第一耦合层、第二接地层9、第二耦合层和第三接地层12。本发明所述的电桥采用LTCC工艺制备而成，由于射频线的线宽非常细，采用4寸线加工，保证良好的对位特性。本发明所述的电桥，采用双耦合层结构，能够在同样体积内增加射频线长度，满足低频的应用要求。

本发明采用LTCC多层陶瓷工艺制作而成，通过采用通过通孔连接的双层耦合结构，实现了不增加器件体积的情况下应用频率降低；通过通孔结构将焊盘引入到表层满足表面键合贴装要求；通过设置第三接地层，实现了底部大面积地良好散热；通过增加冗余接地孔，能够保证器件的良率。本发明所述的电桥，在不增加材料介电常数及体积的前提下，满足器件低频、小型化的应用需求。

所述第一耦合层包括依次设置的第一射频线7和第二射频线8，所述第一射频线7与所述第二射频线8形成第一耦合结构；所述第二耦合层包括依次设置的第三射频线10和第四射频线11，所述第三射频线10与所述第四射频线11形成第二耦合结构；所述第一射频线7通过第一通孔17与所述第四射频线11相连；所述第二射频线8通过第二通孔18与所述第三射频线10相连。射频线上下摆放，形成耦合结构，耦合层上下均有接地层。耦合结构共两层，通过通孔连接。耦合结构通过通孔引出到表面。

进一步的，所述表面层包括表面射频地2和四个射频端口，分别为第一射频端口3、第二射频端口4、第三射频端口1和第四射频端口5；所述第一射频线7通过第三通孔13与第一射频端口3相连；所述第二射频线8通过第四通孔14与第二射频端口4相连；所述第三射频线10通过第五通孔16与第三射频端口1相连；所述第四射频线11通过第六通孔15与第四射频端口5相连。本发明通过通孔将射频线引出到表面，能够满足贴装要求。

进一步的，所述第一接地层6、第二接地层9和第三接地层12均为射频地，三个接地层通过第七通孔19、第八通孔20相连。第七通孔19和第八通孔20为冗余设计，保证射频地之间的良好接触，提高生成成品率。

进一步的，该电桥还包括多层介质层；所述介质层为生瓷带。介质层表面印刷金、银、铜等金属，通孔结构中填充金、银、铜等金属，介质层和瞳孔结构通过低温共烧工艺结合到一起。在本实施例中，介质层的数量为23层。生瓷带经过切片、烘干、打孔、填孔(孔径150um，填充金、银、铜等金属浆料)、印制、叠片、等静压等工序，加工成电桥。印制时注意保证印制精度在10％以内，叠片精度控制在10％以内。生切成单只，经过低温共烧成单只产品。电镀。元件的生产对对位精度要求非常高，且每个孔都是是必不可少的，第七通孔19和第八通孔20均为冗余孔，二者的设计能保证只要一个孔正常填完整即可保证产品的正常工作。生产中采用4寸线生产。生瓷带的变形量比6寸或者8寸的变形量更小，保证射频线的对位有效面积，从而保证产品的微波性能。

进一步的，所述多层介质层中有两层，用于固定第一耦合结构和第二耦合结构，设该两层介质层分别为第一介质层和第二介质层；所述第一射频线7和所述第二射频线8分别设置在第一介质层的上表面和下表面；所述第三射频线10和所述第四射频线11分别设置在第二介质层的上表面和下表面。

进一步的，所述第一介质层和所述第二介质层烧结后的厚度为60um；其余介质层的烧结后的厚度为90um。

进一步的，所述第一通孔17、第二通孔18、第三通孔13、第四通孔14、第五通孔15、第六通孔16、第七通孔19和第八通孔20为设置在多层介质层中的通孔结构；

所述通孔结构包括通孔主体和设置在通孔主体中的通孔金属层。

进一步的，所述介质层表面印刷有介质金属层。

进一步的，所述四个射频端口中，一个为输入端口，一个为隔离端口，另外两个为输出端口。当其中一个端口确定时另外3个端口随之确定。

从图10所示的本发明中电桥的微波性能指标图可以看出，该电桥的微波性能指标非常好，能够满足低频应用。

低频应用的电桥通常意味着更大的体积，在产品小型化应用的趋势下，产品体积不可能做很大。通常采用高的介电常数来缩短射频走线的长度，但高介电常数的材料要独立开发，且会导致产品性能恶化。如何在不增加产品体积和使用高的介电常数的情况下做出产品，是本发明考虑的重点。

本发明利用多层结构，增加射频走线的复杂度，通过精心设计可满足产品低频小型化的需求。介于小型化通信系统中应用场景的特点，要求产品尺寸小、散热好、表面贴装等要求。对于尺寸不变的情况下低频应用的场景通过双耦合结构降低应用频率；对于表面贴装采用通孔将射频线引入到表面，同时将地层设置在最下面一层来保证良好的散热。

本发明所述的电桥通过设计双耦合结构，能够在体积不变情况下降低使用频率；而且其地孔非常关键，由于LTCC工艺采用填孔工艺，会有填不实的风险，因此，本发明通过增加冗余孔(第七通孔和第八通孔)，能够提高加工良率；此外，本发明根据应用场景将射频端口引入到射频表面，将底层设置为大面积金属，能够保证良好散热。

以上所述实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。