本發(fā)明涉及一種PIN開關(guān)，具體是指一種具有高穩(wěn)定隔離度的PIN開關(guān)，屬于微波電路設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在微波系統(tǒng)中，經(jīng)常要求對(duì)微波信號(hào)的傳輸進(jìn)行控制，PIN開關(guān)是利用PIN二極管(在P半導(dǎo)體材料和N半導(dǎo)體材料之間加入一薄層低摻雜的本征Intrinsic半導(dǎo)體層，組成的P-I-N結(jié)構(gòu)的二極管為PIN二極管)在不同偏置下的電特性制成的微波半導(dǎo)體控制器件，廣泛用于微波信號(hào)的通斷控制。隔離度是PIN開關(guān)的一個(gè)主要指標(biāo)，用于衡量對(duì)微波信號(hào)關(guān)斷的程度。

通常情況下，為達(dá)到PIN開關(guān)所需的高隔離度要求，在設(shè)計(jì)時(shí)，需要將多個(gè)不帶封裝的PIN二極管芯片并聯(lián)接地，相鄰兩個(gè)PIN二極管之間的管間距為1/4波長(zhǎng)，該波長(zhǎng)是指微波信號(hào)的傳輸波長(zhǎng)。在裝配時(shí)，要將傳輸微波信號(hào)的微帶線割斷，兩段微帶線之間的間距正好等于一個(gè)PIN二極管的寬度，把PIN二極管裝入后與左右兩段微帶線金絲鍵合互連，間隔1/4波長(zhǎng)后再安裝第二個(gè)PIN二極管。

但是在PIN二極管的裝配過程中，會(huì)出現(xiàn)一些引入誤差的情況：1、由于PIN二極管的尺寸很小，在切割微帶線時(shí)，微帶線之間的間距不能做到很精確，該間距往往會(huì)比PIN二極管的寬度尺寸大很多，導(dǎo)致互連的金絲鍵合線過長(zhǎng)，從而降低PIN開關(guān)的隔離度，同時(shí)會(huì)增大PIN開關(guān)的插入損耗指標(biāo)；2、兩個(gè)PIN二極管之間的管間距不能很好的保證為1/4波長(zhǎng)，因此也會(huì)降低PIN開關(guān)的隔離度。

由于上述可能引入的誤差，在多通道微波系統(tǒng)中，每個(gè)通道的微波信號(hào)的關(guān)斷程度是不一樣的，從而無法實(shí)現(xiàn)多個(gè)PIN開關(guān)高隔離度要求的穩(wěn)定一致性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種具有高穩(wěn)定隔離度的PIN開關(guān)，采用模塊化設(shè)計(jì)，易于集成使用，具有高隔離度，且隔離度具有高穩(wěn)定一致性；在多通道微波系統(tǒng)中使用，可實(shí)現(xiàn)微波信號(hào)關(guān)斷的穩(wěn)定一致性。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種具有高穩(wěn)定隔離度的PIN開關(guān)，包含：可伐墊板，其頂部表面上開設(shè)有多個(gè)依次間隔設(shè)置的凹槽和凸槽，且位于該可伐墊板兩端的均為凹槽；多個(gè)介質(zhì)基板，分別對(duì)應(yīng)設(shè)置在各個(gè)凹槽上，且與所述的可伐墊板粘接；每個(gè)所述的介質(zhì)基板上均設(shè)置有微波信號(hào)導(dǎo)帶，用于傳輸微波信號(hào)；多個(gè)PIN二極管芯片，用于控制微波信號(hào)的通斷，分別對(duì)應(yīng)設(shè)置在各個(gè)凸槽上，且與所述的可伐墊板粘接；多根鍵合線，分別鍵合連接兩兩相鄰的介質(zhì)基板的微波信號(hào)導(dǎo)帶與PIN二極管芯片的管芯；其中，每?jī)蓚€(gè)PIN二極管芯片之間的管間距為1/4波長(zhǎng)，該波長(zhǎng)是指微波信號(hào)在介質(zhì)基板上傳輸?shù)牟ㄩL(zhǎng)。

每個(gè)介質(zhì)基板的微波信號(hào)導(dǎo)帶與每個(gè)PIN二極管芯片的管芯均設(shè)置在同一直線上。

每個(gè)介質(zhì)基板的頂面與每個(gè)PIN二極管芯片的頂面均設(shè)置在同一水平面上。

所述的可伐墊板上的凹槽與凸槽的高度差為介質(zhì)基板的厚度與PIN二極管芯片的厚度的差值。

所述的介質(zhì)基板采用陶瓷基板。

所述的介質(zhì)基板包含：兩個(gè)外接介質(zhì)基板，分別設(shè)置在位于可伐墊板兩端的兩個(gè)凹槽內(nèi)，每個(gè)外接介質(zhì)基板的微波信號(hào)導(dǎo)帶的一端連接PIN二極管芯片，另一端連接外部電路；多個(gè)內(nèi)接介質(zhì)基板，分別夾設(shè)在兩個(gè)PIN二極管芯片之間的凹槽內(nèi)，每個(gè)內(nèi)接介質(zhì)基板的微波信號(hào)導(dǎo)帶的兩端均連接PIN二極管芯片。

所述的兩個(gè)PIN二極管芯片之間的管間距為內(nèi)接介質(zhì)基板的長(zhǎng)度與PIN二極管芯片的長(zhǎng)度之和。

所述的鍵合線采用金絲鍵合線。

本發(fā)明所提供的具有高穩(wěn)定隔離度的PIN開關(guān)，采用模塊化設(shè)計(jì)，易于集成使用；通過可伐墊板上的凹、凸槽設(shè)計(jì)，在裝配過程中精確確定了PIN二極管芯片之間管間距的一致性，同時(shí)保證了PIN二極管芯片與傳輸微波信號(hào)的介質(zhì)基板處于同一平面，最大程度的避免了因裝配不確定性而引起的PIN開關(guān)電性能隔離度的不一致，使其具有高隔離度、高穩(wěn)定一致性、插損小、相應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明所提供的具有高穩(wěn)定隔離度的PIN開關(guān)，在多通道微波系統(tǒng)中使用，可實(shí)現(xiàn)微波信號(hào)關(guān)斷的穩(wěn)定一致性，具有很強(qiáng)的實(shí)用性及應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1A為本發(fā)明中的可伐墊板的正視示意圖；

圖1B為本發(fā)明中的可伐墊板的俯視示意圖；

圖2為本發(fā)明中的具有高穩(wěn)定隔離度的PIN開關(guān)在裝配過程中的三維結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明中的具有高穩(wěn)定隔離度的PIN開關(guān)在裝配完成后的三維結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合圖1～圖3，詳細(xì)說明本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。

如圖2和圖3所示，為本發(fā)明提供的具有高穩(wěn)定隔離度的PIN開關(guān)，包含：可伐墊板10，其頂部表面上開設(shè)有多個(gè)依次間隔設(shè)置的凹槽101和凸槽102，且位于該可伐墊板10兩端的均為凹槽101；多個(gè)介質(zhì)基板，分別對(duì)應(yīng)設(shè)置在各個(gè)凹槽101上，且與所述的可伐墊板10粘接；每個(gè)所述的介質(zhì)基板上均設(shè)置有微波信號(hào)導(dǎo)帶15，作為用于傳輸微波信號(hào)的傳輸線；多個(gè)PIN二極管芯片12，用于控制微波信號(hào)的通斷以實(shí)現(xiàn)開關(guān)作用，分別對(duì)應(yīng)設(shè)置在各個(gè)凸槽102上，且與所述的可伐墊板10粘接；多根鍵合線14，分別鍵合連接兩兩相鄰的介質(zhì)基板的微波信號(hào)導(dǎo)帶15與PIN二極管芯片12的管芯；其中，每?jī)蓚€(gè)PIN二極管芯片12之間的管間距為1/4波長(zhǎng)，該波長(zhǎng)是指微波信號(hào)在介質(zhì)基板上傳輸?shù)牟ㄩL(zhǎng)。

每個(gè)介質(zhì)基板的微波信號(hào)導(dǎo)帶15與每個(gè)PIN二極管芯片12的管芯均設(shè)置在同一直線上，并且每個(gè)介質(zhì)基板的頂面與每個(gè)PIN二極管芯片12的頂面均設(shè)置在同一水平面上，以使得連接介質(zhì)基板與PIN二極管芯片12的鍵合線14的連接距離最短，從而達(dá)到提高一致性的目的。

如圖1A所示，由于PIN開關(guān)所需的高隔離度要求，且需要裝入窄腔設(shè)計(jì)的腔體內(nèi)，因此所述的可伐墊板10的寬度l_k有尺寸設(shè)計(jì)要求，需要設(shè)計(jì)在1.8mm～2.5mm之間。

如圖1B所示，所述的可伐墊板10的厚度h₂沒有特別嚴(yán)格的尺寸設(shè)計(jì)要求，只要能夠保證可利用鑷子對(duì)其進(jìn)行夾取和裝配即可。優(yōu)選的，所述的可伐墊板10的厚度h₂為介質(zhì)基板厚度的2～4倍。

如圖1B所示，所述的可伐墊板10上的凹槽101與凸槽102的高度差h₁為介質(zhì)基板的厚度與PIN二極管芯片12的厚度的差值。優(yōu)選的，所述的凹槽101與凸槽102的高度差h₁為0.15mm左右。

在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述的介質(zhì)基板采用相對(duì)介電常數(shù)在8～10之間的陶瓷基板，其損耗角正切值應(yīng)盡量小，一般不大于0.005?？紤]到PIN二極管芯片12的自身厚度一般為0.1mm，以及其設(shè)置在可伐墊板10的凸槽102上，且根據(jù)前述，凹槽101與凸槽102的高度差h₁為0.15mm左右，為了使得裝配后介質(zhì)基板的頂面與PIN二極管芯片12的頂面在同一水平面上，因此，介質(zhì)基板的厚度優(yōu)選為0.254mm。

在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述的介質(zhì)基板也可以采用介電常數(shù)較低的材料制成，例如可采用介電常數(shù)為2.2的復(fù)合基片RT5880。但是，為了保證每?jī)蓚€(gè)PIN二極管芯片12之間的管間距為1/4波長(zhǎng)，如果采用低介電常數(shù)的材料制成介質(zhì)基板，將會(huì)增加整個(gè)PIN開關(guān)的尺寸。

根據(jù)本發(fā)明中PIN開關(guān)的適應(yīng)性，將每個(gè)介質(zhì)基板的微波信號(hào)導(dǎo)帶15的特性阻抗設(shè)計(jì)為50Ω，以作為PIN開關(guān)輸入、輸出端口的匹配阻抗。當(dāng)然，根據(jù)實(shí)際PIN開關(guān)的適應(yīng)性，也可以設(shè)計(jì)為其他阻抗值。

如圖2和圖3所示，所述的介質(zhì)基板包含：兩個(gè)外接介質(zhì)基板13，分別設(shè)置在位于可伐墊板10兩端的兩個(gè)凹槽101內(nèi)，每個(gè)外接介質(zhì)基板13的微波信號(hào)導(dǎo)帶15的一端連接PIN二極管芯片12，另一端連接外部電路；多個(gè)內(nèi)接介質(zhì)基板11，分別夾設(shè)在兩個(gè)PIN二極管芯片12之間的凹槽101內(nèi)，每個(gè)內(nèi)接介質(zhì)基板11的微波信號(hào)導(dǎo)帶15的兩端均連接PIN二極管芯片12。

如圖1A所示，所述的外接介質(zhì)基板13的作用是連接PIN開關(guān)與外部電路，因此其長(zhǎng)度l₃沒有特定的尺寸設(shè)計(jì)要求，主要根據(jù)微波電路所需的PIN開關(guān)的尺寸要求來決定外接介質(zhì)基板13的長(zhǎng)度l₃。

如圖1A所示，所述的內(nèi)接介質(zhì)基板11的長(zhǎng)度l₁需要根據(jù)微波信號(hào)在介質(zhì)基板上傳輸?shù)牟ㄩL(zhǎng)以及PIN二極管芯片12的長(zhǎng)度l₂來決定。為使得PIN開關(guān)的隔離度指標(biāo)達(dá)到最佳，每?jī)蓚€(gè)PIN二極管芯片12之間的間距(即內(nèi)接介質(zhì)基板11的長(zhǎng)度l₁+PIN二極管芯片12的長(zhǎng)度l₂)需為1/4波長(zhǎng)的n倍；又為了滿足PIN開關(guān)設(shè)計(jì)最小化的要求，因此優(yōu)選間距即為1/4波長(zhǎng)。由此能夠得到：

l₁＝λ_g/4-l₂；

其中，λ_g為微波信號(hào)在介質(zhì)基板上傳輸?shù)牟ㄩL(zhǎng)；l₁為內(nèi)接介質(zhì)基板11的長(zhǎng)度；l₂為PIN二極管芯片12的長(zhǎng)度，并且l₂的具體數(shù)值能夠在芯片手冊(cè)上查得。

而微波信號(hào)在介質(zhì)基板上傳輸?shù)牟ㄩL(zhǎng)λ_g，則可通過下式得到：

${\mathrm{\λ}}_g=\frac{{\mathrm{\λ}}_0}{\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_e}};$

λ₀＝c/f；

${\mathrm{\ϵ}}_e=\frac{{\mathrm{\ϵ}}_r+1}{2}+\frac{{\mathrm{\ϵ}}_r-1}{2\sqrt{1+10h/W}};$

其中，λ₀為真空中微波信號(hào)傳輸波長(zhǎng)，c為真空中的光速，f為微波信號(hào)的工作頻率；ε_e為介質(zhì)基板的有效介電常數(shù)，h為介質(zhì)基板的厚度，W為介質(zhì)基板上的微波信號(hào)導(dǎo)帶15的寬度(本實(shí)施例中，可通過其50Ω的特性阻抗計(jì)算得到)，ε_r為介質(zhì)基板的相對(duì)介電常數(shù)。

優(yōu)選的，在考慮鍵合線14的電感效應(yīng)、介質(zhì)基板上的微波信號(hào)導(dǎo)帶15邊緣的電容效應(yīng)后，為使PIN開關(guān)達(dá)到最佳隔離度，每?jī)蓚€(gè)PIN二極管芯片12之間的間距實(shí)際上需要比1/4波長(zhǎng)略短。

所述的鍵合線14采用金絲鍵合線。

綜上所述，本發(fā)明所提供的具有高穩(wěn)定隔離度的PIN開關(guān)，與現(xiàn)有的直接裝配在微波電路中的PIN開關(guān)相比，具有以下有益效果：

1、采用模塊化設(shè)計(jì)，以介質(zhì)基板上的特性阻抗為50Ω的微波信號(hào)導(dǎo)帶作為傳輸線，以不帶封裝的PIN二極管芯片產(chǎn)品作為基本器件，間隔粘接在可伐墊板上后通過金絲鍵合線連接，組成一個(gè)PIN開關(guān)，使其能夠在微波電路中靈活配置和使用。

2、在可伐墊板上間隔設(shè)置凹、凸槽，凹槽內(nèi)正好嵌入設(shè)置介質(zhì)基板，凸槽上正好安裝PIN二極管芯片，采用該設(shè)計(jì)之后，介質(zhì)基板和PIN二極管芯片就能精確擺放在由凹、凸槽限定的固定位置，從而實(shí)現(xiàn)介質(zhì)基板和PIN二極管芯片的精確安裝。

3、每個(gè)介質(zhì)基板上的微波信號(hào)導(dǎo)帶和每個(gè)PIN二極管芯片的管芯均保證設(shè)置在同一直線上，并且凹、凸槽之間的高度差設(shè)計(jì)為介質(zhì)基板與PIN二極管芯片的厚度差，從而保證裝配后介質(zhì)基板的頂面與PIN二極管芯片的頂面在同一水平面上，從而使得連接介質(zhì)基板與PIN二極管芯片的鍵合線距離最短，有效提高PIN開關(guān)的穩(wěn)定一致性。

4、每?jī)蓚€(gè)PIN二極管芯片之間的管間距為PIN二極管芯片的長(zhǎng)度與內(nèi)接介質(zhì)基板的長(zhǎng)度之和，并且設(shè)計(jì)其為1/4波長(zhǎng)，在實(shí)現(xiàn)PIN開關(guān)高隔離度的同時(shí)，使其滿足設(shè)計(jì)最小化的要求。

盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。