1 导言
低温共烧陶瓷(LTCC)是用于完成高集成度、高功用电子封装的三维多层封装技能。在微波、毫米波体系中，可广泛应用于多芯片模块(MCM)电路规划中。在三维MCM体系集成技能中，LTCC技能集高密度多层互连、内埋无源元件和气密性封装于一体，使多种电路封装在同一多层结构中，可集成数字、模仿、RF/微波电路，这些长处使其成为完成体系级封装(SIP)的首选技能。
在瞬时测频、丈量仪器及高速数字电路等领域中，宽带微波推迟线是要害部件，其功用指标首要取决于推迟线的长度和相位精度。传统的推迟线一般用同轴电缆完成，不只体积巨大，并且制造进程引进许多人为因素，一致性较差，对后级电路处理带来不良影响。也有选用平面弯折的带线结构来完成推迟线，但这种二维结构的相邻线段间间隔有必要坚持满足大，以减小线间耦合，这无疑添加了推迟线的尺度;而选用LTCC多层基板制造的推迟线经过三维互连技能，将弯折线别离置于不同层，不光体积大大缩小，并且一致性取得了进步。
2 LTCC多层结构中带线之间的转化规划
在LTCC多层基板中，坐落表层的微带线与埋置于中间层的带状线之间，以及中间层间的带状线之间的转化能够经过一种“类同轴笔直转化结构”来完成。其概念来自于同轴传输线结构，它是由一组衔接不同金属化地层的通孔作为外圈屏蔽层组成，被这些屏蔽通孔环绕的中心通孔类似于同轴线的中心导体以衔接不同层间的信号线，如图1所示。
(a)俯视图
(b)微带线与带状线的类同轴笔直转化
图1 LTCC多层基板中的类同轴笔直转化结构
依据同轴传输线理论，图1所示的多层类同轴笔直转化能够选用同轴线的特性阻抗公式(1)，经过调整外层屏蔽通孔圈的直径D0，来取得50W规范阻抗。
(1)
由(2)式能够计算出50W传输线的外径D0。
(2)
关于er=5.9的LTCC基板，由式(2)算得D0=1.5mm，而中心通孔直径Di=0.1mm，外圈屏蔽通孔直径为0.1mm。经仿真在确保取得杰出信号传输功用的条件下，外圈屏蔽通孔的最小数量约为6。在有满足屏蔽通孔数(如8~10个)的情况下，过多地添加通孔个数对S参数传输功用没有太大地改进。正如图1(b)所示的结构所示，信号通孔在穿越微带线地层(带状线上层地)时，在地层上开孔，使地围住笔直通孔，起到较好的屏蔽作用，其传输结构不是50W规范阻抗，所以这种三维通孔结构是重要的规划考虑。经过在频域进行三维全波电磁仿真优化，可得到地层开孔直径dT=0.54mm。
此外，带状线与笔直通孔衔接处的焊盘尺度对传输功用也有必定影响，为了有助于将电磁信号较好地经过笔直通孔传输到基层的带状线上，经优化其焊盘直径为0.21mm。图2给出了图1(b)所示结构(微带-带状线-微带)的仿真和丈量S参数，成果显现：跟着频率添加，插损逐步增大;丈量成果较仿真值插损大，最大值在-1dB。这首要是因为LTCC基板介质的实践损耗会随频率添加而增大引起的。此外，实测插损值中还包含了测验架及输入输出SMA接头的插损。
图2 LTCC基板类同轴笔直转化的测验和仿真成果
3 LTCC多层推迟线规划
使用LTCC基片规划了0.2nS和0.55nS两种推迟线，层数别离为8层和20层，每层厚度：0.1mm。0.2nS多层推迟线的结构与S参数测验、仿真成果如图3所示，LTCC基板厚0.8mm。其间，微带线基片为两层，厚度0.2mm;带状线基片为六层，导带居中，上、下基片对称各为三层，厚度0.6mm。微带线、带状线及类同轴笔直转化结构均按50W特性阻抗来规划。类同轴转化的接地通孔贯穿整个LTCC基板，衔接上下两层地上，为信号线供给杰出的屏蔽。微带线作为输入/输出馈线，带状线选用弯折线结构来取得所需的推迟作用。依据式(3)，能够计算出所需弯折线的长度l:
(3)
其间，t为推迟时间，c为光速。再使用三维全波电磁仿真优化该多层推迟线，取得4~8GHz频率内，推迟时间为0.2nS时，所需的弯折带线长度。
(a)0.2nS LTCC多层推迟线
(b)0.2nS LTCC多层推迟线测验和仿真成果
图3 0.2nSLTCC多层推迟线
因为弯折线段间的串扰影响，弯折带状线间的水平距离一般为在4Ws左右，Ws为带状线的线宽;从而在尽可能小的线距离下，减小互扰。为了取得杰出的屏蔽及传输作用，除了顶层及其外表以外，LTCC基板旁边面及底层均覆金属地(镀银)，且一切金属地均与各层地相衔接。
0.55nS推迟线的LTCC基板总厚度：2mm.其间，微带线基片为两层，厚度0.2mm。带状线分三层笔直放置，而每个带状线的基片有六层，导带居中，上、下基片对称各为三层，厚度0.6mm.类同轴笔直转化通孔为不同层之间的带状线供给衔接。不同层的推迟线仍选用弯折带状线，其规划好像0.2nS推迟线，图4所示为结构与测验、仿真成果。正如图4(a)所示，自基片顶层向下，信号从顶层输入微带线经转化过孔传输至第一层带状线;再以相同方法传至第二、第三层带状线;最终，由第三层带状线经转化过孔直接传至顶层微带线输出。输入输出微带线周围的地过孔自上而下，贯穿整个基板;第一层带状线至第二层带状线转化周围的地过孔由微带线地层穿至第三层带状线的上地层，共六层基片，此接地过孔长度0.6mm。文献[7]报导的两层带状推迟线的输入输出端口在同一侧，且相距较近;而本文所提出的三层带状推迟线输入输出端口别离坐落基板的两边，有利于与体系其它部件电路相衔接;且弯折线为半圆弧线滑润过渡拐弯，其传输线线宽不变，以坚持传输线阻抗连续性弯折线直角拐弯不连续性，能够减小反射，取得较好的微波信号传输功用。
使用我所8 英寸LTCC 产品生产线加工制造的0.2nS、0.55nS推迟线，其什物相片如图5所示，尺度别离为：10×5×0.8mm、5.6×7.1×2mm。
(a)0.55nS LTCC多层推迟线
(b)0.55nS LTCC多层推迟线测验和仿真成果
图4 0.55nS LTCC多层推迟线
(a) 0.2nS推迟线 (b) 0.55nS推迟线
图5 LTCC多层推迟线什物图
4 定论
本文提出的根据多层LTCC基片的三维弯折推迟线在4~8GHz频段内，供给了所需的推迟时间，并取得了较好的传输特性。类同轴笔直转化结构除了供给不同层间传输线的衔接以外，还能够极大地改进多层电路传输功用。关于给定的推迟时间，多层LTCC推迟线以其结构紧凑、体积小和杰出的信号完整性，能够与其它多层功用电路一同集成在同一封装内，构成SIP体系。
