CN103489847B - 一种用于元器件组装的pga/bga三维结构及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于元器件组装的PGA/BGA三维结构，包括引出端为BGA结构的T/R模块和引出端为PGA结构的子系统板；所述T/R模块包括T/R模块基板以及连接在T/R模块基板上的元器件，所述子系统板包括子系统基板以及连接在子系统基板上的元器件，所述T/R模块基板与子系统基板上还设有用于安装元器件的空腔，所述T/R模块基板与子系统基板均为LTCC基板。本发明采用空腔和BGA引出结构，实现了元器件三层立体组装，减小了组装面积，提高了组装密度，减轻系统重量。空腔结构使元器件得到更好的保护，引线长度进一步优化，提高了T/R模块的可靠性，子系统板既可用于平面母板也可用于曲面母板的组装。

Description

一种用于元器件组装的PGA/BGA三维结构及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种用于元器件组装的PGA/BGA三维结构及其制作方法。
背景技术
有源相控阵天线通常由几百个甚至成千上万个T/R模块组成。这些T/R模块或者采用平面排列，或者采用曲面排列。由于用于平面组装的T/R模块与曲面不能进行很好的共面接触，故组装时，T/R模块很难与曲面进行共面焊接。因此采用平面排列的T/R模块一般仅适用于平面母板组装，不能进行曲面母板组装。同样，由于用于曲面组装的T/R模块不能与平面母板进行很好的共面接触，子系统很难与平面进行焊接，因此采用曲面排列的子系统一般也仅适用于曲面组装，形成共形天线，而不能用于平面母板组装。
常规的元器件组装是在二维表面进行。要组装的芯片或其他元件越多，所占的组装面积就越大，模块的面积、体积和重量也就越大。如能使组装的元器件垂直分布在两层或更多层上，即用三维组装替代二维单面组装，则可使模块及系统体积缩小，重量减轻，同时由于缩短了互连线，寄生效应减小，信号传输更快，噪声和损耗亦下降，系统的性能得到进一步提高。
发明内容
本发明采用PGA/BGA三维叠层结构制作有源相控阵天线T/R模块子系统，不仅实现了芯片的垂直叠装，提高了组装密度，而且该结构既可用于平面母板组装，也可用于曲面母板组装。
本发明的一种用于元器件组装的PGA/BGA三维结构，包括引出端为BGA结构的T/R模块和引出端为PGA结构的子系统板；所述T/R模块包括T/R模块基板以及连接在T/R模块基板上的元器件，所述子系统板包括子系统基板以及连接在子系统基板上的元器件，所述T/R模块基板与子系统基板上还设有用于安装元器件的空腔，所述T/R模块的BGA引出端与子系统基板相焊接；所述T/R模块基板与子系统基板均为LTCC基板。
本发明所述PGA/BGA三维结构的制作方法，包括下述步骤：
1）、在T/R模块基板和子系统基板上制作空腔，形成带有空腔的T/R模块基板和带有空腔的子系统基板；
2）、采用AuSn焊片或焊膏将PGA引针焊接在子系统基板上，焊接温度为310～350℃；
3）、采用熔点210-230℃的中温焊料通过再流焊将元器件焊接在子系统基板上，焊接温度为240～270℃；
4）、在T/R模块基板上，将熔点210-230℃的中温焊球置放在BGA焊盘位置，采用熔点210-230℃的中温焊膏在空腔内预固定元器件，然后通过再流焊在T/R模块基板上形成BGA结构和焊接元器件，焊接温度为240～270℃；
5）、在与T/R模块相连接的子系统板的对应焊接位置上印上或点涂上低温焊膏Sn62Pn36Ag2或Sn63Pn37，在T/R模块基板的表面需焊接元器件的位置上同样采用低温焊膏Sn62Pn36Ag2或Sn63Pn37预固定元器件，再将T/R模块与子系统板进行对位，通过再流焊实现T/R模块表面元器件的焊接以及T/R模块与子系统板的焊接，焊接温度为210～240℃。
本产品由上下两部分组成。上部是带有空腔、空腔内可组装芯片等元器件、引出端为BGA结构的T/R模块；下部是带有空腔、空腔内可组装芯片等元器件、表面可组装若干个T/R模块、引出端为PGA结构的子系统板。
T/R模块基板和子系统板均采用LTCC（低温共烧陶瓷）制作。
T/R模块基板和子系统板上的空腔是通过在生瓷带上挖孔、将多层生瓷带叠压然后烧结形成。
T/R（模块）基板上的BGA是在T/R基板底面制作金属化焊接区，采用熔点210-230℃的中温焊球通过再流焊方式形成。
子系统板上的PGA是在子系统板底面制作金属化焊接区，采用镀Ni/Au可伐引针通过AuSn焊接方式形成。
T/R模块与子系统板的连接是通过在子系统板上制作金属化焊接区，然后采用低温焊膏将T/R基板上的BGA与子系统板上制作金属化焊接区连接在一起。子系统板若组装在平面母板上，则所有PGA引针长度一致；若组装在曲面母板上，则所有PGA引针长度不一致，引针长度可以根据该点到曲面的距离进行选用或剪裁。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、组装密度高。现有技术一般仅在基板表面进行元器件单层组装。本发明采用空腔和BGA引出结构，实现了元器件三层立体组装，因此，减小了组装面积，提高了组装密度。对于组装单元多的系统，将大大缩小系统体积，减轻系统重量。同时。由于使用了空腔结构，空腔内的元器件得到更好的保护，引线长度进一步优化，因此T/R模块的可靠性和性能将得到提高。
2、实现多步梯度焊接。本发明通过选择高温焊料、中温焊膏和低温焊膏，有效实现了PGA、BGA的制作和元器件的多面组装，并完成了T/R模块与子系统板的焊接，做出了PGA/BGA三维结构。
3、子系统板可用于平面和曲面组装。通过选用或裁剪不同长度的引针制作PGA引出端的子系统板，可使子系统板既可用于平面母板也可用于曲面母板的组装。
附图说明
图1为本发明PGA/BGA三维结构焊接示意图；
1：LTCC基板；2：焊盘；3：BGA焊球；4：PGA引针；5：空腔；6：元器件。
具体实施方式
下述实施例是对于本发明内容的进一步说明以作为对本发明技术内容的阐释，但本发明的实质内容并不仅限于下述实施例所述，本领域的普通技术人员可以且应当知晓任何基于本发明实质精神的简单变化或替换均应属于本发明所要求的保护范围。
如图1所示，本发明的用于元器件组装的PGA/BGA三维结构，包括引出端为BGA结构的T/R模块和引出端为PGA结构的子系统板；所述T/R模块包括T/R模块基板以及连接在T/R模块基板上的元器件，所述子系统板包括子系统基板以及连接在子系统基板上的元器件，所述T/R模块基板与子系统基板上还设有用于安装元器件的空腔，所述T/R模块的BGA引出端与子系统基板相焊接；所述T/R模块基板与子系统基板均为LTCC基板。
实施例1（本发明的PGA/BGA三维结构的制作方法）
1）、通过在生瓷带上挖孔、将多层生瓷带叠压然后烧结形成带有空腔的T/R模块基板和带有空腔的子系统基板；
2）、采用AuSn焊片或焊膏将PGA引针焊接在子系统基板上，焊接温度为310～350℃；
3）、采用熔点210-230℃的中温焊料通过再流焊将元器件焊接在子系统基板上，焊接温度为240～270℃；
4）、在T/R模块基板上，将熔点210-230℃的中温焊球置放在BGA焊盘位置，采用熔点210-230℃的中温焊膏在空腔内预固定元器件，然后通过再流焊在T/R模块基板上形成BGA结构和焊接元器件，焊接温度为240～270℃；
5）、在与T/R模块相连接的子系统板的对应焊接位置上印上或点涂上低温焊膏Sn62Pn36Ag2或Sn63Pn37，在T/R模块基板的表面需焊接元器件的位置上同样采用低温焊膏Sn62Pn36Ag2或Sn63Pn37预固定元器件，再将T/R模块与子系统板进行对位，通过再流焊实现T/R模块表面元器件的焊接以及T/R模块与子系统板的焊接，焊接温度为210～240℃。
本发明采用空腔和BGA引出结构，实现了元器件三层立体组装，减小了组装面积，提高了组装密度。对于组装单元多的系统，将大大缩小系统体积，减轻系统重量。同时，由于使用了空腔结构，空腔内的元器件得到更好的保护，引线长度进一步优化，因此T/R模块的可靠性和性能将得到提高。本发明的子系统板可用于平面和曲面组装。通过选用或裁剪不同长度的引针制作PGA引出端的子系统板，可使子系统板既可用于平面母板也可用于曲面母板的组装。

Claims (1)

1.一种用于元器件组装的PGA/BGA三维结构的制作方法，其特征在于，包括下述步骤：
1）、在T/R模块基板和子系统基板上制作空腔，形成带有空腔的T/R模块基板和带有空腔的子系统基板；
2）、采用AuSn焊片或焊膏将PGA引针焊接在子系统基板上，焊接温度为310～350℃；
3）、采用熔点为210-230℃的中温焊料通过再流焊将元器件焊接在子系统基板上，焊接温度为240～270℃；
4）、在T/R模块基板上，将熔点210-230℃的中温焊球置放在BGA焊盘位置，采用熔点为210-230℃的中温焊膏在空腔内预固定元器件，然后通过再流焊在T/R模块基板上形成BGA结构和焊接元器件，焊接温度为240～270℃；
5）、在与T/R模块相连接的子系统板的对应焊接位置上印上或点涂上低温焊膏Sn62Pn36Ag2或Sn63Pn37，在T/R模块基板的表面需焊接元器件的位置上同样采用低温焊膏Sn62Pn36Ag2或Sn63Pn37预固定元器件，再将T/R模块与子系统板进行对位，通过再流焊实现T/R模块表面元器件的焊接以及T/R模块与子系统板的焊接，焊接温度为210～240℃，即得到用于元器件组装的PGA/BGA三维结构，该PGA/BGA三维结构包括引出端为BGA结构的T/R模块和引出端为PGA结构的子系统板；所述T/R模块包括T/R模块基板以及连接在T/R模块基板上的元器件，所述子系统板包括子系统基板以及连接在子系统基板上的元器件，所述T/R模块基板与子系统基板上还设有用于安装元器件的空腔，所述T/R模块的BGA引出端与子系统基板相焊接；所述T/R模块基板与子系统基板均为LTCC基板。
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