CN104022321B - 一种基于ltcc的微型瓦片式t/r组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于LTCC的微型瓦片式T/R组件，借助目前已有的介质材料，通过对微波芯片，微波传输线和控制信号线的合理布局，可以实现尺寸为9mm×9mm×4.3mm，具有高集成度、利于共形的微型瓦片式T/R组件。本发明解决了目前T/R组件存在的尺寸多大和不利于实际应用等问题，使得T/R组件得到更高的集成度，使得当前相控阵有源阵面具有小型化、与环境共形等特点，满足当前机载等特殊平台的需求。

Description

一种基于LTCC的微型瓦片式T/R组件

技术领域

本发明属于射频微波电路技术领域，涉及一种基于LTCC的微型瓦片式T/R组件，可以实现尺寸为9mm×9mm×4.3mm，具有高集成度、利于共形的微型瓦片式T/R组件。

背景技术

当前有源相控阵雷达已成为雷达发展的主要方向，实现有源相控阵雷达的关键在于其有源阵面，而有源阵面含有数量众多T/R组件。瓦片式T/R组件是一种三维多芯片模块，三维多芯片模块是将MMIC(单片微波集成电路)芯片及片式元件贴装于多层陶瓷基板上，形成二维多芯片微波模块，再将多个二维多芯片模块进行垂直互连，形成三维多芯片微波电路模块。

目前微波T/R组件由于存在以下局限性，已不能适应目前相控阵雷达的发展趋势。其局限性为：

第一、传统砖块式T/R组件尺寸过大、质量过重，有源阵面包含众多的T/R组件，这样的组件在雷达应用中会受到一定的局限性，在系统的稳定性上也存在很大隐患。

第二、三维T/R组件垂直连接可以采用连接器或BGA球焊接的方式。连接器主要有接插件和毛纽扣等，这种无焊连接的工艺稳定性差，固定结构占用空间大，成本过高，不利于实际应用。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于LTCC的微型瓦片式T/R组件，适应目前相控阵雷达的发展趋势。

技术方案

一种基于LTCC的微型瓦片式T/R组件，其特征在于包括三层LTCC介质基板，三层LTCC介质基板相互之间的电连接采用金属柱阵列组成的类同轴结构；所述类同轴结构设在每层LTCC介质基板的凸台位置，输入端的类同轴结构由上层LTCC介质基板贯穿中间层LTCC介质基板至下层LTCC介质基板，输出端的类同轴结构由下层LTCC介质基板贯穿中间层LTCC介质基板至上层LTCC介质基板，层间设有金属球10连接两段类同轴结构；每块LTCC基板上设有放置微波芯片的槽，本层基板的电连接采用表面设置的微带线，连接类同轴结构的为基板内层的带状线，在凸台位置微带线过度到带状线。

每块LTCC介质基板是由多层印制着微波传输线和芯片控制线路的LTCC生瓷带烧结而成。

所述金属柱阵列组成的类同轴结构布局于LTCC介质基板的拐角处。

所述类同轴结构为50ohm类同轴结构。

所述金属球10采用μBGA球。

所述μBGA球的直径为0.45mm。

有益效果

本发明提出的一种基于LTCC的微型瓦片式T/R组件，借助目前已有的介质材料，通过对微波芯片，微波传输线和控制信号线的合理布局，可以实现尺寸为9mm×9mm×4.3mm，具有高集成度、利于共形的微型瓦片式T/R组件。

本发明解决了目前T/R组件存在的尺寸多大和不利于实际应用等问题，使得T/R组件得到更高的集成度，使得当前相控阵有源阵面具有小型化、与环境共形等特点，满足当前机载等特殊平台的需求。

本发明的有益效果：

1、基于LTCC介质实现瓦片式T/R组件的方式有效地解决了传统T/R组件存在的尺寸过大和质量过重等问题，实现了高集成度、利于共形的微型瓦片式T/R组件。

2、多层LTCC介质基板良好的层压特性，保证了带状传输线的稳定性。LTCC介质中的金属填充孔相比金属化通孔更利于类同轴传输线的垂直连接。

3、三块LTCC介质基板的垂直连接采用的μBGA球焊接的方式。μBGA球体积小，而且焊接工艺成熟可靠，一方面可以减小T/R组件的垂直高度，另一方面可以保证T/R组件的稳定性和成本控制。

附图说明

图1为基于LTCC的微型瓦片式T/R组件方案图

图2为T/R组件中间介质层的传输线示意图

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

本发明实施例采用的设计方案是：瓦片式T/R组件包含三块LTCC介质基板，每块LTCC介质基板是由多层印制着微波传输线和芯片控制线路的LTCC生瓷带烧结而成。在每块LTCC基板上开槽，放置微波芯片。基板表面采用微带线，基板内层采用带状线，这种微带线和带状线结合的方式，保证了空间的最大化利用。

LTCC基板中3×3的金属柱阵列组成50ohm类同轴结构，具有较好的射频传输性能，并且带状线与类同轴的转换插损较小，能够满足实际工程应用。通过带状线类同轴传输线实现每层介质中射频信号的垂直互连，因类同轴结构占有尺寸较大，把类同轴结构放置于方形LTCC电路板的拐角处，节省基板内部空间。

三块LTCC介质基板的垂直连接采用体积较小的μBGA球，其直径为0.45mm，保证瓦片式T/R组件的垂直高度最小化。基于三块LTCC介质基板对微波芯片、微波传输线和控制信号线进行合理布局，适当增加T/R组件的高度，有效地减小T/R组件的水平尺寸，实现高集成度的微型瓦片式T/R组件。

具体实施例见附图：

图中：1为上层LTCC介质基板，2为中层LTCC介质基板，3为下层LTCC介质基板；本实施例的T/R组件的LTCC介质基板，均为多层印制着微波传输线和芯片控制线路的LTCC生瓷带FerroA6M，通过打孔、填孔、网印、层压、烧结等工艺形成电路。在保证传输性能的基础上，使LTCC介质基板的尺寸最优化，1的尺寸为9mm×9mm×1.1mm，2的尺寸为9mm×9mm×1.3mm，3的尺寸9mm×9mm×1.3mm。

4为T/R组件的射频端口，5为T/R组件的天线端口。6为微波芯片的放置位置的槽，将微波芯片，微波传输线和控制信号线合理布局在每层介质基板上。基板表面的芯片处采用50ohm微带线，通过金丝键合线连接芯片的输入输出端口。7为微带线向带状线过渡结构，微带线在介质基板的台阶处转换为基板内层的带状线，微带线内伸0.1mm可以改善微带线转带状线的不连续性。

8为介质中的类同轴传输线，利用LTCC金属填充孔对射频信号垂直传输的稳定性，在介质中采用带状线类同轴传输线进行垂直互连。LTCC基板中3×3的金属柱阵列组成50ohm类同轴结构，金属填充孔直径为0.2mm，金属柱间距为0.8mm。中心的金属柱为类同轴内芯，其余8个为类同轴外导体。台阶处内层的带状线截断金属柱9，带状线的两层地分别与金属柱9的两段相切。

10为实现三块LTCC介质基板垂直互连的μBGA金属球，基板在垂直互连处留有直径为0.5mm的圆形金属焊盘，以便μBGA金属球的焊接。BGA金属球经过层压后高度为0.3mm，并且连接类同轴传输线的μBGA球阵列满足50ohm匹配传输，保证了射频信号传输的连续性。则整个瓦片式T/R组件的尺寸为9mm×9mm×4.3mm，实现了具有高集成度、高可靠性和利于共形等特点的微型瓦片式T/R组件。

本发明在使用时，使用者应首先根据有源相控阵雷达工作的要求，确定合理可行的基板尺寸，在设计中合理布局微波芯片，微波传输线和控制信号线。

Claims (5)

1.一种基于LTCC的微型瓦片式T/R组件，其特征在于包括三层LTCC介质基板，三层LTCC介质基板相互之间的电连接采用金属柱阵列组成的类同轴结构；所述类同轴结构设在每层LTCC介质基板的凸台位置，输入端的类同轴结构由上层LTCC介质基板贯穿中间层LTCC介质基板至下层LTCC介质基板，输出端的类同轴结构由下层LTCC介质基板贯穿中间层LTCC介质基板至上层LTCC介质基板，层间设有金属球连接两段类同轴结构；每块LTCC基板上设有放置微波芯片的槽，本层基板的电连接采用表面设置的微带线，连接类同轴结构的为基板内层的带状线，在凸台位置微带线过渡到带状线；所述金属球采用μBGA球。

2.根据权利要求1所述基于LTCC的微型瓦片式T/R组件，其特征在于：每块LTCC介质基板是由多层印制着微波传输线和芯片控制线路的LTCC生瓷带烧结而成。

3.根据权利要求1所述基于LTCC的微型瓦片式T/R组件，其特征在于：所述金属柱阵列组成的类同轴结构布局于LTCC介质基板的拐角处。

4.根据权利要求1或3所述基于LTCC的微型瓦片式T/R组件，其特征在于：所述类同轴结构为50ohm类同轴结构。

5.根据权利要求1所述基于LTCC的微型瓦片式T/R组件，其特征在于：所述μBGA球的直径为0.45mm。