CN106959438A - 一种tr组件封装结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及相控阵雷达TR组件相关技术，尤其涉及的是一种TR组件封装结构，包括多功能模块、射频前端、馈电端口和天线端口；所述多功能模块和射频前端安装在一个密封腔体内，所述馈电端口和天线端口凸伸在密闭腔体的外部；所述密封腔体内还设有隔板，所述隔板可拆卸式的安装在密闭腔体内，使密封腔体能够被分割成至少两个彼此独立或相互连通的隔腔。本发明的可动式隔腔可以根据工作频率灵活选择安装，在内部基板芯片等安装完成后再安装，方便前期的装配工作，同时可拆卸，便于组件调试工作。可动式隔腔能够满足设计需求和加工实用性，提高组件的工作稳定性。

Description

一种TR组件封装结构
技术领域
本发明涉及相控阵雷达TR组件相关技术，尤其涉及的是一种TR组件封装结构。
背景技术
T/R组件是相控阵雷达的核心，T/R组件的封装方式目前有砖块式，瓦片式和晶圆级封装。目前主流的砖块式应用最为广泛，技术成熟可靠。常规砖块式T/R组件的结构是在微波多层板上集成射频电路和裸芯片，为实现通用型模块化以及提供良好的可靠性保障，采用合金壳体封装，上方加盖板，通过低频/射频连接器与外部实现电连接。
随着雷达技术的发展，对T/R组件的集成化、小型化、轻量化提出了更高的要求。组件设计的尺寸越来越小而功能上越来越强，带来一个突出的问题是单位面积的功耗成倍增大，需要设计良好的散热。目前在雷达中，组件外部的散热有风冷和液冷等方式，提高了雷达工作的可靠性。而在组件内部，一般采用合金载体作为散热片。组件外部散热方式较多效果也比较好，而内部的散热随着尺寸减小变得更加困难，同时金属材质热膨胀系数很大，与半导体功率芯片之间存在不同程度的热应力失配，有造成芯片裂纹损坏的风险。
腔体结构的封装形式存在谐振效应，当谐振频率处于T/R组件工作频带内时，有产生自激的风险。一般采用内部隔墙分割的方式，改变腔体谐振频率，使其远离工作点。但是隔墙的存在会对组件的装配等工艺产生影响，因此需要综合考虑放置的位置和形状，往往难以达到较为理想的效果。属于组件壳体的固定形状部分。
而盖板加装吸波材料可以吸收电磁辐射，减弱腔体内的电磁干扰。常规的吸波材料需要进行外形加工后贴到盖板上，再安装到组件壳体。吸波材料的外形需要根据组件的布局设计，保证能覆盖到射频区域，又避开内部的隔墙等。增加了加工复杂度，同时不能完全覆盖需要的区域。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种TR组件封装结构，提高有源相控阵T/R组件的性能和可靠性。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：一种TR组件封装结构，包括多功能模块、射频前端、馈电端口和天线端口；
所述的多功能模块是实现TR组件馈电、信号控制、小功率射频传输的单芯片或多芯片组件；
所述的射频前端是包含TR组件大功率输出、接收低噪放以及发射接收端口的集成模块；
所述馈电端口与多功能模块的输入端连接，多功能模块的输出端与射频前端的输入端连接，射频前端的输出端与天线端口连接；
所述多功能模块和射频前端安装在一个密封腔体内，所述馈电端口和天线端口凸伸在密闭腔体的外部；
所述密封腔体内还设有隔板，所述隔板可拆卸式的安装在密闭腔体内，使密封腔体能够被分割成至少两个彼此独立或相互连通的隔腔。采用可动式隔腔可以根据工作频率灵活选择安装，在内部基板芯片等安装完成后再安装，方便前期的装配工作，同时可拆卸，便于组件调试工作。可动式隔腔能够满足设计需求和加工实用性，提高组件的工作稳定性
所述密封腔体内壁上安装射频前端的区域加装了生长有碳纳米管阵列材料的导热导电载片。采用碳纳米管阵列材料作为射频前端区域的散热载片，能够大幅提高散热性能，导热较好的金属合金热导率大约在100～200，而碳纳米管的轴向热导率在1000以上，提高了一个数量级。而在径向上，碳纳米管热膨胀系数很小，同时具有一定的柔性，能够很好地适应半导体芯片的热膨胀，提高工作可靠性。
所述密封腔体的至少其中一侧内壁上设有吸波结构，所述吸波结构为阵列设置的凹部或凸部，该凸部或凹部一体式设置在密封腔体内壁上。采用一体化吸收盖板，在盖板上制备周期性微阵列结构，形成结构型吸波材料，根据组件工作频率范围不同，可以选择不同孔径尺寸的微结构。同时吸波结构完全覆盖盖板表面，增强了吸波效果，提高组件工作性能。
所述密封腔体由壳体和盖板围合而成，所述壳体的一端敞口，所述盖板盖在该敞口端，所述多功能模块和射频前端均安装在壳体底壁上；所述馈电端口和天线端口分别安装在壳体的两侧。
所述壳体的底壁上开设有用于安装所述隔板的条槽或条孔。
所述盖板面向密封腔体内部的一侧开设有呈矩形阵列布置的孔状结构，该孔的直径以及各孔之间的间隔在0.01～1毫米之间，铺满整个盖板的内表面。
本发明的技术效果在于：本发明的组件壳体采用碳纳米管阵列材料作为射频前端区域的散热载片，能够大幅提高散热性能，同时在径向上，碳纳米管热膨胀系数很小，同时具有一定的柔性，能够很好地适应半导体芯片的热膨胀。能够解决高集成带来的组件散热问题，提高组件的输出功率和集成度，增强组件工作的可靠性。
本发明的可动式隔腔可以根据工作频率灵活选择安装，在内部基板芯片等安装完成后再安装，方便前期的装配工作，同时可拆卸，便于组件调试工作。可动式隔腔能够满足设计需求和加工实用性，提高组件的工作稳定性。
本发明的一体化吸收盖板，在盖板上制备周期性微阵列结构，形成结构型吸波材料，根据组件工作频率范围不同，可以选择不同孔径尺寸的微结构。同时吸波结构完全覆盖盖板表面，增强了吸波效果，提高组件工作性能。
附图说明
图1是本发明的实施例所提供的TR组件封装结构的三维示意图；
图2是本发明的实施例所提供的TR组件封装结构的壳体的三维示意图；
图3是本发明的实施例所提供的散热片材料的三维示意图；
图4是本发明的实施例所提供的盖板的三维示意图；
图中：1多功能模块，2射频前端，3壳体，31散热片，32馈线端口，33天线端口，34条槽，4隔板，5盖板。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行详细的描述。
如图1～4所示，本实施例以一种高性能T/R组件封装技术应用在X波段为例，适用于该波段的有源相控阵T/R组件。本实施例由五个部件组成，包括多功能模块1，射频前端2，壳体3，隔板4，盖板5。
如图2所示，壳体3采用铝硅合金材质制备，为矩形腔体，其底部预留了长条形安装槽34，散热片31安装在壳体靠近天线端口33的区域，馈线端口32和天线端口33分别安装在壳体3的两侧。
如图3所示，壳体3底部的散热片31为碳纳米管阵列材料制备，上方安装射频前端2，具有优越的导热和导电性能。
如图1、2所示，多功能模块1是采用SiGe BiCMOS工艺制备的微波单片电路(MMIC)，包含了电源芯片，控制芯片，收发切换开关；接收放大器，发射放大器，公共通路，移相器和衰减器。输入端与馈线端口32连接，输出端与射频前端2的输入端连接。
如图1、2所示，射频前端2是采用GaN半导体工艺制备的大功率微波单片电路，包括发射功率放大器，接收低噪声放大器，大功率SPDT开关。输入端接多功能模块1，输出端与天线端口33连接，底部安装在散热片31上。
如图1、2所示，隔板4采用铝合金材质制备，为长条形结构，可以安装在预留了安装槽34的壳体3底部，能够选择安装一个或多个隔腔，在壳体内形成不同形状的隔断。
如图4所示，盖板5采用铝合金材质制备，厚度2mm，在下表面加工出微孔阵列，孔径/周期为0.2mm/0.5mm，深度为1mm。本实施例中的为空为二维阵列，除该实施例外，本发明的吸波结构还可以采用一维阵列的条槽或凸棱，但一维阵列的吸波效果不如二维阵列。
如图1所示，盖板5安装在壳体3上方，形成完整的T/R组件封装。
外部电源和控制信号通过馈线端口32接入多功能模块1的电源芯片，再通过电源芯片转换后通过电源分配网络输出到各个芯片和射频前端2，实现对组件的供电。射频激励信号由馈线端口32输入到多功能模块1的射频通路，经过收发开关，移相/衰减器，发射放大器输出到射频前端2，经过射频前端2的功率放大器，大功率开关到天线端口33输出。而接收信号通过天线端口33输入，经过射频前端2大功率开关到低噪声放大器，输入到多功能模块，经过移相/衰减器，收发开关输出到馈线端口32，完成接收工作。
总之，本发明提出的一种高性能T/R组件封装技术实现了组件高集成度下良好的散热，灵活的腔体分隔和一体化高性能的吸收盖板。与现有技术比较，大幅提高了组件在大功率工作下的可靠性，提高了组件结构设计灵活性和电磁兼容性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种TR组件封装结构，包括多功能模块(1)、射频前端(2)、馈电端口(32)和天线端口(33)；
所述的多功能模块(1)是实现TR组件馈电、信号控制、小功率射频传输的单芯片或多芯片组件；
所述的射频前端(2)是包含TR组件大功率输出、接收低噪放以及发射接收端口的集成模块；
所述馈电端口(32)与多功能模块(1)的输入端连接，多功能模块(1)的输出端与射频前端(2)的输入端连接，射频前端(2)的输出端与天线端口(33)连接；
所述多功能模块(1)和射频前端(2)安装在一个密封腔体内，所述馈电端口(32)和天线端口(33)凸伸在密闭腔体的外部；
其特征在于：所述密封腔体内还设有隔板(4)，所述隔板(4)可拆卸式的安装在密闭腔体内，使密封腔体能够被分割成至少两个彼此独立或相互连通的隔腔。
2.根据权利要求1所述的TR组件封装结构，其特征在于：所述密封腔体内壁上安装射频前端(2)的区域加装了散热片(31)，所述散热片(31)是生长有碳纳米管阵列材料的导热导电载片。
3.根据权利要求1所述的TR组件封装结构，其特征在于：所述密封腔体的至少其中一侧内壁上设有吸波结构，所述吸波结构为阵列设置的凹部或凸部，该凸部或凹部一体式设置在密封腔体内壁上。
4.根据权利要求1所述的TR组件封装结构，其特征在于：所述密封腔体由壳体(3)和盖板(5)围合而成，所述壳体(3)的一端敞口，所述盖板(5)盖在该敞口端，所述多功能模块(1)和射频前端(2)均安装在壳体(3)底壁上；所述馈电端口(32)和天线端口(33)分别安装在壳体(3)的两侧。
5.根据权利要求4所述的TR组件封装结构，其特征在于：所述壳体(3)的底壁上开设有用于安装所述隔板(4)的条槽(34)或条孔。
6.根据权利要求4所述的TR组件封装结构，其特征在于：所述盖板(5)面向密封腔体内部的一侧开设有呈矩形阵列布置的孔状结构，该孔的直径以及各孔之间的间隔在0.01～1毫米之间，铺满整个盖板(5)的内表面。
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