CN103824816A - 一种耐过载的t/r组件一体化气密性封装结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐过载的T/R组件一体化气密性封装结构，包括一柱形壳体，壳体的一端具有一容纳天线的凹槽，壳体的另一端具有一容纳信号处理单元的腔体，所述腔体由一盖板密封；凹槽与腔体之间夹持的壳体上预留用于安装微波绝缘子的安装孔，微波绝缘子通过共晶焊设置至该安装孔中，微波绝缘子两侧的引线分别与天线和信号处理单元基板连接。本发明实现了射频/微波T/R组件的小型化、一体化。微波绝缘子采用金锡共晶焊方式烧结在金属外壳上，配合平行缝焊（或激光焊）气密性封装，保证了信号处理单元腔体的密封性，提高了组件的可靠性。采用微波绝缘子进行发射/接收天线和信号处理单元之间的传输，缩短了传输距离，改善了电路的微波特性。

Description

一种耐过载的T/R组件一体化气密性封装结构
 
技术领域
本发明涉及一种T/R（发射与接收）组件一体化气密性封装结构，属于电路技术领域。
背景技术
传统的射频/微波T/R组件封装技术，一般是将低端放大、混频器、中频放大等部分组装在信号处理单元壳体中，信号处理单元通过同轴电缆与接收/发射天线进行信号传输。
缺点：常规的射频/微波T/R组件与接收/发射天线为分立安装，集成度相对较低，组件结构较为复杂，耐高过载能力较差，使用同轴电缆实现气密性封装较为困难。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种耐过载的T/R组件一体化气密性封装结构，集成度高，密封、耐过载能力较好。
为解决上述技术问题，本发明提供一种耐过载的T/R组件一体化气密性封装结构，其特征是，
包括一柱形壳体，壳体的一端具有一容纳天线的凹槽，壳体的另一端具有一容纳信号处理单元的腔体，所述腔体由一盖板密封；
凹槽与腔体之间夹持的壳体上预留用于安装微波绝缘子的安装孔，微波绝缘子通过共晶焊设置至该安装孔中，微波绝缘子两侧的引线分别与天线和信号处理单元基板连接。
所述安装孔的一端设置容纳环形共晶焊焊料片的槽；安装孔中的微波绝缘子与槽中预制的环形共晶焊焊料片通过高温烧结，实现微波绝缘子与壳体的密封连接。
容纳信号处理单元的腔体侧壁设置多个贯通壳体的通孔，通孔内布置多个L形引出端，引出端位于腔体内的一端与信号处理单元基板进行键合互联。
信号处理单元、天线均设置在采用低温陶瓷共烧LTCC工艺或印刷电路板PCB制成的信号处理单元基板、天线板上，天线板、基板上分别预留连接孔，微波绝缘子两侧的引线分别套在天线板和信号处理单元基板上的连接孔中并进行焊接，实现天线和信号处理单元的互联。
信号处理单元基板为圆形，在基板边缘处设置与引出端位置相对应的缺口。
外壳材料为柯伐合金，表面镀金或镀镍。
盖板与壳体之间通过平行缝焊或激光焊密封焊接，将信号处理单元封于壳体中。
本发明所达到的有益效果：
本发明基于一种专门设计的耐高过载微波外壳，信号处理与控制单元和收发天线分别组装在金属外壳的两侧，实现了T/R组件与天线的一体化封装，具有以下优点：
1) 本发明实现了射频/微波T/R组件（包括天线）的小型化、一体化。  
2) 微波绝缘子采用金锡共晶焊方式烧结在金属外壳上，配合平行缝焊（或激光焊）气密性封装，保证了信号处理单元腔体的密封性，提高了组件的可靠性。
3）采用多种耐高过载和抗冲击手段，实现耐受10000g以上机械冲击的能力。
4) 由于采用微波绝缘子进行发射/接收天线和信号处理单元之间的传输，缩短了传输距离，改善了电路的微波特性。
附图说明
图1是专用微波金属外壳图；
图2 是图1的A-A剖视图；
图3是封装结构装配图；
图4是封装结构正向装配装配图；
图5是封装结构反向装配装配图；
图6是封装结构装配流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明采用专门设计的圆形金属外壳1，接收/发射天线和信号处理单元分别布置于外壳的两侧，两部分之间采用微波绝缘子进行信号传输，微波绝缘子采用共晶焊方式烧结在外壳上，信号处理单元为气密性结构，可选用平行缝焊或激光焊进行壳体封装，T/R组件的中频信号输出和控制信号输入采用L形引脚，与信号处理单元基板采用引线键合互联，工艺流程如图6所示。下面将详细地介绍本发明的具体方案：
1）如图1－图5所示，专用微波金属外壳设计：专用微波金属外壳1材料为柯伐合金，表面镀金或镀镍，外壳1壳体为一圆柱体，壳体的一端具有一容纳接收/发射天线的凹槽11，壳体的另一端具有一容纳信号处理单元的腔体12，壳体的另一端容纳信号处理单元的腔体12外配有盖板2，盖板2与壳体另一端可进行平行缝焊或激光焊等气密性封装，将信号处理单元封于壳体中。设计成圆柱状壳体的主要考虑是易于车削加工，并且加工好的组件容易安装在圆柱形的腔体中。接收/发射天线放置的凹槽11与容纳信号处理单元的腔体12之间的壳体上预留微波绝缘子安装孔13，微波绝缘子3可共晶焊于该安装孔13中。容纳信号处理单元的腔体12侧壁设置多个通孔111，通孔111内布置多个L形引出端4，为了与信号处理单元基板5进行键合互联，引出端4位于腔体内侧的引线端头做打扁处理。引出端4设计成L形主要的考虑是实现轴向的引出，并且L形的引线结构具有一定的弹性，有助于提高抗过载能力。盖板2材料也可为柯伐合金，表面镀金或镀镍。
2）微波绝缘子连接：微波绝缘子3安装在壳体的安装孔13中，安装孔13的一侧设置环形共晶焊焊料槽131。微波绝缘子采用金锡共晶焊焊料焊接，具体过程为：首先将微波绝缘子插装在安装孔13中，再将预制的环形金锡共晶焊焊料片放置于环形共晶焊焊料槽131中，壳体置于专用工装中进行高温烧结，实现微波绝缘子与壳体的电学和机械连接，并形成密封结构。接收/发射天线板6和信号处理单元基板5上都预留安装通孔，电路组装时微波绝缘子两侧的引线分别套在天线板6和信号处理单元基板5上安装通孔中并进行焊接，实现天线和信号处理单元的互联。
3）信号处理单元基板与天线的设计：信号处理单元基板与天线板采用低温陶瓷共烧（LTCC）工艺或印刷电路板（PCB）制成，基板上分别预留微波绝缘子安装通孔，并在通孔周边设置焊盘。信号处理单元基板5为圆形，为了便于安装，在基板5边缘处设置与引出端4位置相对应的缺口51。
4）气密性封装：天线部分为非气密性封装，信号处理单元由于具有裸芯片故采用气密性封装，壳体上安装微波绝缘子处采用环形金锡共晶焊形成气密性结构，信号处理单元腔体12配有盖板2，可选择采用平行缝焊或激光焊进行封装。
5）组装设计：天线与信号处理单元采用焊接的方式组装在基板上，具有较高机械强度和导热性。信号处理单元基板上组装有单片微波集成电路（MMIC）和其它有源、无源器件，其中MMIC采用金锡共晶焊，具有较高导电率和导热率；其它器件采用导电环氧树脂粘结，操作灵活简便。信号处理单元中各个器件之间的互连以及基板与引出端的互连采用金丝键合工艺，具有较高的导电率和可靠性。装配图如图3、图4。
6）耐高过载的考虑：壳体采用的柯伐合金制成，形状为圆柱形，整体结构牢固；L形引出端4具有弹性，可以吸收一定的冲击；天线与信号处理单元采用焊接的方式组装在基板上，具有较高机械强度；部分器件进行加固处理，提高抗冲击能力。通过采取上述措施，组件可以达到耐受10000g以上机械冲击的能力。
综上所述，本发明的封装结构具有以下技术特点：
1）本发明是采用国内成熟圆形金属外壳，材料为柯伐合金，表面镀金或镀镍，其特点是：外壳加工方便、气密性好，可靠性高，耐腐蚀性能号，易操作。
2）接收/发射天线和信号处理单元集成在一个封装上，分别布置于专用外壳的两侧。
3）接收/发射天线和信号处理单元之间采用微波绝缘子进行信号传输。
4）包含裸芯片的信号处理单元采用气密性封装。
5）封装结构设计考虑到耐高过载的要求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种耐过载的T/R组件一体化气密性封装结构，其特征是，
包括一柱形壳体，壳体的一端具有一容纳天线的凹槽，壳体的另一端具有一容纳信号处理单元的腔体，所述腔体由一盖板密封；
凹槽与腔体之间夹持的壳体上预留用于安装微波绝缘子的安装孔，微波绝缘子通过共晶焊设置至该安装孔中，微波绝缘子两侧的引线分别与天线和信号处理单元基板连接。
2.根据权利要求1所述的耐过载的T/R组件一体化气密性封装结构，其特征是，所述安装孔的一端设置容纳环形共晶焊焊料片的槽；安装孔中的微波绝缘子与槽中预制的环形共晶焊焊料片通过高温烧结，实现微波绝缘子与壳体的密封连接。
3.根据权利要求1所述的耐过载的T/R组件一体化气密性封装结构，其特征是，容纳信号处理单元的腔体侧壁设置多个贯通壳体的通孔，通孔内布置多个L形引出端，引出端位于腔体内的一端与信号处理单元基板进行键合互联。
4.根据权利要求3所述的耐过载的T/R组件一体化气密性封装结构，其特征是，信号处理单元、天线均设置在采用低温陶瓷共烧LTCC工艺或印刷电路板PCB制成的信号处理单元基板、天线板上，天线板、基板上分别预留连接孔，微波绝缘子两侧的引线分别套在天线板和信号处理单元基板上的连接孔中并进行焊接，实现天线和信号处理单元的互联。
5.根据权利要求4所述的耐过载的T/R组件一体化气密性封装结构，其特征是，信号处理单元基板为圆形，在基板边缘处设置与引出端位置相对应的缺口。
6.根据权利要求1所述的耐过载的T/R组件一体化气密性封装结构，其特征是，外壳材料为柯伐合金，表面镀金或镀镍。
7.根据权利要求1所述的耐过载的T/R组件一体化气密性封装结构，其特征是，盖板与壳体之间通过平行缝焊或激光焊密封焊接，将信号处理单元封于壳体中。
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