CN109921156A - 一种三维瓦片式微波组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三维瓦片式微波组件，包括金属结构件、射频绝缘子、馈电绝缘子、电路片和微矩形电连接器，所述金属结构件起固定支撑微波组件、射频绝缘子、馈电绝缘子、电路片和微矩形电连接器的作用；所述射频绝缘子和电路片实现微波信号在垂直方向上的高性能、高可靠传输；所述微矩形电连接器、馈电绝缘子和电路片实现电源和控制信号垂直方向到水平方向的传输。本发明依靠传统的微组装工艺，基于射频绝缘子和微矩形电连接器实现微波和电源控制信号的垂直传输，与现有技术相比，除上下端面射频绝缘子和微矩形电连接器垂直过渡结构外，微波组件内其余部分电路均可以在单面水平传输实现，是一种装配简单、性能可靠的三维瓦片式微波组件。

Description

一种三维瓦片式微波组件

技术领域

本发明涉及微波技术领域，尤其涉及一种三维瓦片式微波组件。

背景技术

随着雷达、通信和电子战领域电子设备集成密度的不断提高，它们对微波组件尤其是体积和重量要求越来越高，微波组件正逐渐由传统的二维平面集成向三维立体集成方向发展。在三维高密度集成技术基础上发展起来的瓦片式微波组件在减小体积和减轻重量方面具有不可比拟的优势。三维瓦片式微波组件集成设计中关键的难点是基于现有微组装工艺，可靠地实现微波信号和电源控制信号在垂直方向上的高性能传输。

目前三维瓦片式微波组件常采用弹性连接器毛纽扣和BGA实现微波信号的垂直传输，采用表贴式低频座或焊盘的方式实现电源控制信号的垂直传输。BGA通过在电路片表面植球的方式进行互连，但这种方式可靠性较低，不易于返修。弹性连接器毛纽扣虽为接触式连接，易于返修，但装配较为复杂，需要额外固定结构，且毛纽扣受挤压后变形的不确定性，会影响微波信号传输性能。表贴式低频座焊接在电路片上，调测过程插拔多次后可靠性较差，而采用焊盘直接对外互连时，往往需要先对组件进行调试，待性能满足要求后再与其他模块互连，为此需设计专门的测试夹具用于组件的调测。

中国专利CN201410319888公开了一种应用于三维组件的垂直互连过渡结构，它采用BGA球将上下电路板的类同轴结构进行焊接，实现整体结构的三维垂直互连，在Ku波段组件中表形出良好的三维连接性能。由于采用焊接式植球，装配难度大，且不易于返修。

中国专利CN201310313425公开了一种层叠式三维LTCC垂直互连模块，它采用嵌入有毛纽扣垂直互连结构的介电体和金属支撑体，实现上层LTCC基板和下层基板的微波垂直互连，该结构易定位、易拆卸，但毛纽扣装配较为复杂，且需要额外的固定结构。

中国专利CN107017208A公开了一种三维瓦片式封装组件，它采用弹性连接器实现两层高密度电路基板间的垂直互连，弹性连接器装配较为复杂，且需金属支撑架来固定安装。低频连接器表贴焊接于设置在盖板上的高密度电路基板，不便于调测过程中反复插拔。

发明内容

为了解决现有三维瓦片式微波组件装配难度大、可靠性较差的问题，本发明提供一种基于射频绝缘子和微矩形电连接器垂直过渡的三维瓦片式微波组件。

本发明提供的一种三维瓦片式微波组件，包括：第一射频绝缘子、第一电路片、第二射频绝缘子、水平过渡用射频绝缘子、第二电路片、第三电路片、微矩形电连接器、第四电路片、第五电路片、馈电绝缘子和金属结构件；金属结构件用于固定支撑微波组件、射频绝缘子、馈电绝缘子、电路片和微矩形电连接器；第一射频绝缘子设置在组件下端面，第二射频绝缘子和微矩形电连接器设置在组件上端面；

第一射频绝缘子和第一电路片连接，第二射频绝缘子通过第二电路片与水平过渡用射频绝缘子连接，水平过渡用射频绝缘子与第三电路片连接，实现微波信号在垂直方向上的传输；

微矩形电连接器通过第四电路片与馈电绝缘子连接，馈电绝缘子与第五电路片连接，实现电源控制信号在垂直方向上的传输。

进一步，第一射频绝缘子、第二射频绝缘子、水平过渡用射频绝缘子、微矩形电连接器和馈电绝缘子均焊接在金属结构件上，所有电路片粘接在金属结构件上。

进一步，第一电路片设有通孔，通过该通孔与第一射频绝缘子套焊形成类同轴结构；第二电路片设有通孔，通过该通孔与水平过渡用射频绝缘子套焊形成类同轴结构；第二射频绝缘子与第二电路片、水平过渡用射频绝缘子与第三电路片分别采用搭焊的方式连接。

进一步，微矩形电连接器与第四电路片、第四电路片与馈电绝缘子、馈电绝缘子与第五电路片均通过级联用金带连接。

进一步，第一射频绝缘子、水平过渡用射频绝缘子分别伸出第一电路片、第二电路片的长度小于0.3mm，第二射频绝缘子、水平过渡用射频绝缘子分别在第二电路片、第三电路片上搭接的长度小于0.5mm。

进一步，第一射频绝缘子、第二射频绝缘子、微矩形电连接器和馈电绝缘子焊接后，均可进行多次插拔。

进一步，金属结构件的材料为铝。

本发明依靠传统的微组装工艺，基于射频绝缘子和微矩形电连接器实现微波和电源控制信号的垂直传输，与现有技术相比，除上下端面射频绝缘子和微矩形电连接器垂直过渡结构外，微波组件内其余部分电路均可以在单面水平传输实现，是一种装配简单、性能可靠的三维瓦片式微波组件。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1(a)-图1(b)为本发明实施例的三维瓦片式微波组件结构示意图；

图2为本发明实施例的组件上、下端面射频绝缘子垂直过渡结构示意图；

图3为本发明实施例的微矩形电连接器垂直过渡结构局部示意图；

图4(a)-图4(c)为本发明实施例的第一电路片和第二电路片结构示意图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指标指示也相应地随之改变。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种基于射频绝缘子和微矩形电连接器垂直过渡的三维瓦片式微波组件，包括金属结构件、射频绝缘子、馈电绝缘子、电路片和微矩形电连接器。所述金属结构件起固定支撑微波组件、射频绝缘子、馈电绝缘子、电路片和微矩形电连接器的作用；所述射频绝缘子和电路片实现微波信号在垂直方向上的高性能、高可靠传输，已在2～18GHz宽带三维微波组件测试中表现出良好的微波传输性能，带内插损小于1dB；所述微矩形电连接器、馈电绝缘子和电路片实现电源和控制信号垂直方向到水平方向的传输，其中射频绝缘子和微矩形电连接器在金属结构件上的具体位置由微波组件实际需求而定，电路片和馈电绝缘子的位置就近射频绝缘子和微矩形电连接器装配；微矩形电连接器的芯数、馈电绝缘子的长度和个数可以根据微波组件的实际需求进行调整。

所述三维瓦片式微波组件内电路片采用普通微波印制电路片制作，采用普通微组装工艺粘接装配。

所述射频绝缘子垂直过渡结构分为两类：一类是下端面的射频绝缘子，它直接穿过电路片套焊，形成类同轴结构，实现微波信号从垂直方向到水平方向的传输；一类是上端面的射频绝缘子，它通过水平过渡用射频绝缘子和过渡用电路片，实现微波信号从水平方向到垂直方向的传输。所述电路片表面的电路图形可以根据工作频段匹配要求进行调整，设计时需要将射频绝缘子和其连接的电路片进行整体仿真优化，使工作频段内传输性能最佳。射频绝缘子焊接在金属结构件上，在实现良好气密的同时，保证组件调测过程中多次插拔的可靠性。

所述微矩形电连接器焊接在金属结构件上，实现电源控制信号的垂直馈入，便于多次插拔，可靠性较高。采用普通微组装工艺金带焊接，实现微矩形电连接器、电路片、馈电绝缘子的级联，从而实现电源控制信号垂直方向到水平方向的传输。低频座的芯数、馈电绝缘子的长度和个数可以根据具体需求进行调整。

所述金属结构件材料可选取为铝。

如图1-3所示，本实施例的三维瓦片式微波组件包括组件下端面的射频绝缘子1、电路片2、组件上端面的射频绝缘子3、水平过渡用射频绝缘子4、电路片5和6、组件上端面的微矩形电连接器7、电路片8和9、馈电绝缘子10、级联用金带11和金属结构件12。射频绝缘子1和3、水平过渡用射频绝缘子4、微矩形电连接器7和馈电绝缘子10焊接在金属结构件12上，电路片2、5、6、8、9粘接在金属结构件12上。组件下端面的射频绝缘子1、电路片2实现微波信号的垂直输入和输出；组件上端面的射频绝缘子3、水平过渡用射频绝缘子4、电路片5和6实现微波信号的垂直输出和输入；组件上端面的微矩形电连接器7、过渡电路片8和9、馈电绝缘子10、级联用金带11实现电源控制信号从垂直方向到水平方向的传输。

所述射频绝缘子1和3、微矩形电连接器7在金属结构件12上的具体位置由微波组件实际需求而定。电路片2、5、6、8、9，水平过渡用射频绝缘子4和馈电绝缘子10的位置按图2～图3所示就近射频绝缘子1和3、微矩形电连接器7装配，图2和图3中的空白区域为组件内密闭的腔体。

如图2所示，电路片2制作有通孔，与组件下端面的射频绝缘子1套焊形成类同轴结构，保证微波信号从垂直方向到水平方向传输的性能；电路片6制作有通孔，与水平过渡用射频绝缘子4套焊形成类同轴结构，组件上端面的射频绝缘子3和电路片6、水平过渡用射频绝缘子4和电路片5分别采用搭焊的方式连接，保证微波信号从水平方向到垂直方向传输的性能。电路片2、6的结构如图4(a)-4(c)所示。

如图3所示，所述微矩形电连接器7焊接在金属结构件12上后，通过级联用金带11与电路片8连接，再通过焊接在结构件12上的馈电绝缘子10，经由级联用金带11，与电路片9连接，实现电源控制信号从垂直方向到水平方向的传输。电路片8、9的具体电路图形可根据微波组件电源和控制信号的实际需求而定。

优选地，所述射频绝缘子1、水平过渡用射频绝缘子4分别伸出电路片2、电路片6的长度＜0.3mm。所述射频绝缘子3、水平过渡用射频绝缘子4分别在电路片6、电路片5上搭接的长度＜0.5mm。

所述射频绝缘子1和3、微矩形电连接器7和馈电绝缘子10焊接后，可在微波组件调测过程中多次插拔，同时实现良好气密，保证组件的可靠性。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (7)

1.一种三维瓦片式微波组件，其特征在于，包括：第一射频绝缘子、第一电路片、第二射频绝缘子、水平过渡用射频绝缘子、第二电路片、第三电路片、微矩形电连接器、第四电路片、第五电路片、馈电绝缘子和金属结构件；金属结构件用于固定支撑微波组件、射频绝缘子、馈电绝缘子、电路片和微矩形电连接器；第一射频绝缘子设置在组件下端面，第二射频绝缘子和微矩形电连接器设置在组件上端面；

第一射频绝缘子和第一电路片连接，第二射频绝缘子通过第二电路片与水平过渡用射频绝缘子连接，水平过渡用射频绝缘子与第三电路片连接，实现微波信号在垂直方向上的传输；

微矩形电连接器通过第四电路片与馈电绝缘子连接，馈电绝缘子与第五电路片连接，实现电源控制信号在垂直方向上的传输。

2.根据权利要求1所述的一种三维瓦片式微波组件，其特征在于，第一射频绝缘子、第二射频绝缘子、水平过渡用射频绝缘子、微矩形电连接器和馈电绝缘子均焊接在金属结构件上，所有电路片粘接在金属结构件上。

3.根据权利要求1所述的一种三维瓦片式微波组件，其特征在于，第一电路片设有通孔，通过该通孔与第一射频绝缘子套焊形成类同轴结构；第二电路片设有通孔，通过该通孔与水平过渡用射频绝缘子套焊形成类同轴结构；第二射频绝缘子与第二电路片、水平过渡用射频绝缘子与第三电路片分别采用搭焊的方式连接。

4.根据权利要求1所述的一种三维瓦片式微波组件，其特征在于，微矩形电连接器与第四电路片、第四电路片与馈电绝缘子、馈电绝缘子与第五电路片均通过级联用金带连接。

5.根据权利要求3所述的一种三维瓦片式微波组件，其特征在于，第一射频绝缘子、水平过渡用射频绝缘子分别伸出第一电路片、第二电路片的长度小于0.3mm，第二射频绝缘子、水平过渡用射频绝缘子分别在第二电路片、第三电路片上搭接的长度小于0.5mm。

6.根据权利要求2所述的一种三维瓦片式微波组件，其特征在于，第一射频绝缘子、第二射频绝缘子、微矩形电连接器和馈电绝缘子焊接后，保证组件气密性的同时，均可进行多次插拔。

7.根据权利要求1或6任一项所述的一种三维瓦片式微波组件，其特征在于，金属结构件的材料为铝。