CN110087391B - 一种ltcc本振源模块及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种LTCC本振源模块及其制备方法，属于频综电路集成领域，整体采用有源电路和无源环路滤波器放置在表层，无源接地大电容埋置在基板内层的实现方式，各埋置电容之间采用带状传输线，基板内部地层和大电容均通过金属化通孔和外部相接。LTCC本振源模块的制备方法，包括配料、流延、打孔、填孔、导体印刷、叠片、等静压、排胶、烧结和元器件连接等步骤。本发明将无源大电容内埋于基板结构中，采用高介电常数陶瓷材料和低介微波陶瓷材料复合的方法，大大缩小了本振源模块的体积，实现了有源器件与无源器件电路的一体化集成，有利于收发组件的进一步集成小型化，具有很强的实用价值，可操作性强。
Description
技术领域
本发明属于频综电路集成技术领域，特别涉及一种利用LTCC多层布线技术的本振源小型化设计装置及其制备方法。
背景技术
本振源是通信、雷达、空间电子设备和电视等电子系统的心脏，其性能好坏将直接影响系统的性能指标，本振源一旦停止跳动，系统将立即崩溃。随着现代雷达、电子对抗技术的发展，本振源正向更高频率、更高指标、更小体积的方向发展。锁相源有相噪低、频率稳定度好、价格便宜等优点，故其在各种电子系统中得到了广泛的应用。但是由于传统的本振源设计是使用PCB板进行集成，外围电路复杂，导致本振源模块体积大，寄生效应复杂且成本较高。
LTCC技术可以把无源器件，如电容，电阻，滤波器等集成在基片内部，这样不但可以提高系统的集成度，还可以节省成本，同时由于减少了器件表面贴装所带来的寄生效应，提高了电路的高频特性。将LTCC技术和频率合成技术结合起来，有利于减小体积，实现小型化的目标，还可以节省成本，减少了器件表面贴装所带来的寄生效应，提高了电路的高频特性。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种LTCC本振源模块及制备方法，利用LTCC技术的多层科学布线结构设计以及复合高介电电容陶瓷与低介微波陶瓷的方法，将LTCC技术与频率合成技术相结合，并对信号进行隔离，实现了本振源设计的小型化，并介绍了其制备方法。
本发明采用如下技术方案：
一种LTCC本振源模块，分为表层、中间布线层、中间叠层、基板地层，表层布置锁相环有源电路和无源环路滤波器、贴片电阻、电容、电感。
中间布线层为电源信号层，用于做电源线与信号线布局以降低表面走线对空间的占用。
中间叠层为内埋片式叠层接地大电容的电容层，分布有多个垂直多层互联结构电容，可减小模块的面积。
表层与中间布线层之间、中间布线层与中间叠层之间、中间叠层下侧均设为基板地层，主要是为了将高频信号与直流偏置隔离，防止信号串扰。
中间布线层的上层和下层均为基板地层，中间叠层的上层和下层也均为基板地层，其周围都用接地孔以实现隔离。
LTCC基板共分为6层，从上到下的每一介质分别命名为Layer1～Layer6，其中表层与基板地层之间(Layer1)，基板地层与中间布线层之间(Layer2)，中间布线层与基板地层之间(Layer3)，基板地层与中间叠层之间(Layer4)，底层的基板地层(Layer6)采用低介微波陶瓷材料作为基板材料，中间叠层与基板地层之间(Layer5)选用高介电容陶瓷材料以便集成大电容。
各层的分布具体如下：
整个基板共为6层，因为需要解决好电磁干扰问题，所以要对本振源中的各个部件合理布局，并采取良好的接地和隔离方式。
在布线过程中，射频信号尽量走直线，做到射频信号信号线的长度最小，而且本振源模块的输入输出口分别在基板的左下角和右上角，基板周围布满接地孔，可有效的防止振荡的产生。
整个模块的体积为17mm×17mm×2.6mm，实现了小型化的要求，整体上做到了输出和输入端口相距较远，避免了振荡的产生，层间多为基板地层，防止了信号的串扰，总体上实现了高性能，小型化的功能。
一种制造LTCC本振源模块的制备方法，包括以下步骤：
步骤1.配料：选择常规陶瓷材料配方，配置出介电常数为30000的陶瓷材料和介电常数为3.66的低介电陶瓷材料。
步骤2.流延：将配制好的陶瓷材料制成流延浆料，流延出陶瓷生瓷膜片。
步骤3.打孔和填孔：将步骤2所得的陶瓷生膜片进行打孔，然后用银浆料进行填孔，用于不同层器件的连接。
步骤4.导体印刷：用填孔后的陶瓷膜片进行导体印刷，用部分未打孔的陶瓷膜片进行片式叠层接地大电容的地电极板和端电极板导体印刷；所述印制导体板的原料为银浆料，印制的导体厚度控制在10±1微米范围内。
步骤5.叠片：将印制好导体的陶瓷生膜片和未印制导体的陶瓷生膜片按照设计结构进行叠片。
步骤6.等静压：将完成叠片的模块放在水中进行等静压，以便将不同层生瓷膜片紧紧地压制成型；所述等静压条件为：压力35MPa，标准大气压。
步骤7.排胶和烧结：将步骤6所得的模块放在排胶、烧结炉中进行排胶和烧结，排胶和烧结时温度控制在50℃。
步骤8.表层元器件的连接：将表层所需的元件与步骤7制成的模块进行连接，最终得到本发明所述的LTCC本振源模块。
本发明的有益效果：
将无源电容内埋在基板结构中，大大缩小了本振源模块的体积，实现了有源器件与无源器件电路的一体化集成，改善了本振源模块的性能。
本发明将本振源模块小型化有利于收发组件的进一步集成，具有很强的实用价值。模块四周采用金属化通孔连接，接地面积大，散热较好。且模块集成无源器件于基板内部，成本也较低。
所述制备方法可操作性较强，与现有的工艺兼容性强。
附图说明
图1为基于LTCC多层布线技术的本振源模块器件布局示意图；
图2为基于LTCC多层布线技术的本振源模块分层结构示意图；
图3为基于LTCC多层布线技术的本振源模块总体结构示意图；
图4是基于LTCC多层布线技术的本振源模块的制备方法流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
本发明使用本振芯片HMC833LP6GE为例，介绍实现LTCC本振源模块小型化集成。
其中表层1布置HMC833LP6GE有源电路和无源环路滤波器、贴片电阻、电容、电感。
中间布线层2为电源信号层，用于做电源线与信号线布局以降低表面走线对空间的占用，中间布线层2内电源线和信号线之间隔开一定的距离，并用隔离孔隔开。
中间叠层3为内埋片式叠层接地大电容的电容层，分布有多个垂直多层互联结构电容，可减小了模块的面积，中间叠层3的内埋片式叠层接地大电容的电容层数为20层，层间距为20um。
表层1与中间布线层2之间、中间布线层2与中间叠层3之间、中间叠层3下侧均为基板地层，主要是为了将高频信号与直流偏置隔离，防止信号串扰。
所述基板上开设有金属化通孔，基板四周还设有接地孔，所述基板地层与中间叠层3内的片式叠层接地大电容均通过所述金属化通孔与外部连接。
中间布线层2的上层和下层均为基板地层，中间叠层3的上层和下层也均为基板地层，该基板地层周围都用接地通孔以实现隔离。
LTCC基板共分为6层，从上到下的每一介质分别命名为Layer1～Layer6，其中表层1与基板地层之间为Layer1，基板地层与中间布线层2之间为Layer2，中间布线层2与基板地层之间为Layer3，基板地层与中间叠层3之间为Layer4，底层的基板底层为Layer6，采用低介微波陶瓷材料作为基板材料，中间叠层3与基板地层之间的Layer5选用高介电容陶瓷材料以便集成大电容。
中间叠层3的介质材料采用低频高介电容材料。
表层1与中间布线层2之间设有基板地层，表层1与中间布线层2及它们之间的基板地层所使用的介质材料均为高频低介电材料。
各层的分布具体如下：
如图1、2所示，整个基板共分为6层，因为需要解决好电磁干扰问题，所以要对该本振源中的各个部件合理布局，并采取良好的接地和隔离。
在布线过程中，射频信号尽量走直线，做到了射频信号线的长度最小，而且该本振源的输入输出口分别在基片的左下角和右上角，并在周围布满接地孔，这样可以有效的防止振荡的产生，具体详见图1。
整个模块的布局如图3所示，由图可知，整个模块的体积为17mm×17mm×2.6mm，实现了小型化的要求，整体上做到了输出和输入端口相距较远，避免了振荡的产生，层间多为地层，防止了信号的串扰，总体上实现了高性能，小型化的功能。
如图4所示，一种LTCC本振源模块的制备方法，包括以下步骤：
步骤1.配料：选择陶瓷材料配方，配置出介电常数为30000的陶瓷材料和介电常数为3.66的低介电陶瓷材料。
步骤2.流延：将配制好的陶瓷材料制成流延浆料，流延出陶瓷生瓷膜片。
步骤3.打孔和填孔：将步骤2所得的陶瓷生瓷膜片进行打孔，然后用银浆料进行填孔，用于不同层器件的连接。
步骤4.导体印刷：用填孔后的陶瓷膜片进行导体印刷，用部分未打孔的陶瓷膜片进行片式叠层接地大电容的地电极板和端电极板导体印刷；所述印制导体板的原料为银浆料，印制的导体厚度控制在10±1微米范围内。
步骤5.叠片：将印制好导体的陶瓷生膜片和未印制导体的陶瓷生膜片按照设计结构进行叠片。
步骤6.等静压：将完成叠片的模块放在水中进行等静压，以便将不同层生瓷膜片紧紧地压制成型，所述等静压条件为：压力35Mpa大气压。
步骤7.排胶和烧结：将步骤6所得的模块放在烧结炉中进行排胶和烧结，排胶和烧结时温度控制在50℃。
步骤8.表层元器件的连接，将表层所需的元件与步骤7制成的模块进行连接，最终得到本发明所述的LTCC本振源模块。
本发明采用HMC833LP6GE为例实现其的LTCC小型化集成，此种方法同样适用于同类的芯片集成，如HMC830LP6GE，HMC704LP4E,HMC701LP6CE，HMC702LP6CE。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种LTCC本振源模块，其特征在于，LTCC本振源模块分为表层，中间布线层，中间叠层，基板地层；所述表层布置为有源电路、无源环路滤波器、贴片电阻、贴片电容和电感，所述中间布线层利用带状传输线进行电源布线，所述表层与中间布线层之间设有基板地层，所述中间叠层布置为片式叠层接地大电容，各片式叠层接地大电容之间采用带状传输线连接，中间叠层的介质材料采用低频高介电容材料，所述中间布线层与所述中间叠层之间设有基板地层，所述中间叠层下部还有基板地层；各层之间均采用基板隔离，所述基板上开设有金属化通孔，基板四周还设有接地孔，所述基板地层与中间叠层内的片式叠层接地大电容均通过所述金属化通孔与外部连接，基板地层四周均开设接地通孔；
所述中间叠层与其下侧的基板地层之间的基板采用高介电容陶瓷材料制成，底层基板均采用低介微波陶瓷材料制成，所述中间布线层内电源线和信号线之间具有一定的距离，并用隔离孔隔开；多个垂直多层互联结构的片式叠层接地大电容内埋在中间叠层内
其制备方法包括以下步骤：
步骤1.配料：选择常规陶瓷材料配方配置出介电常数为30000的陶瓷材料，与介电常数为3.66的陶瓷材料；
步骤2.流延：将配制好的陶瓷材料制成流延浆料，流延出陶瓷生瓷膜片；
步骤3.打孔和填孔：将步骤2所得的陶瓷生瓷膜片进行打孔，再用银浆料进行填孔，该孔用于不同层器件的连接；
步骤4.导体印刷：用填孔后的陶瓷膜片进行导体印刷，用部分未打孔的陶瓷膜片进行片式叠层接地大电容的地电极板和端电极板导体印刷；
步骤5.叠片：将印制好导体的陶瓷生膜片和未印制导体的陶瓷生膜片按照设计结构进行叠片；
步骤6.等静压：将完成叠片的模块放在水中进行等静压，以便将不同层生瓷膜片紧紧地压制成型；
步骤7.排胶和烧结：将步骤6所得的模块放在烧结炉中进行排胶和烧结；
步骤8.表层元器件的连接，将表层所需的元件与步骤7制成的模块进行连接，制得LTCC本振源模块。
2.一种LTCC本振源模块，其特征在于，LTCC本振源模块分为表层，中间布线层，中间叠层，基板地层；所述表层为有源电路、无源环路滤波器、贴片电阻、贴片电容和电感，所述中间布线层对电源进行布线，所述表层与中间布线层之间设有基板地层，表层与中间布线层及表层与中间布线层之间的基板地层所使用的介质材料为高频低介电材料；所述中间叠层内布置片式叠层接地大电容，各片式叠层接地大电容之间的连接均采用带状传输线连接，中间叠层的介质材料采用低频高介电容材料；所述中间布线层与所述中间叠层之间设有基板地层，所述中间叠层下部还有基板地层；各层之间均采用基板隔离，所述基板上开设有金属化通孔，基板四周还有接地孔，基板地层与中间叠层内的片式叠层接地大电容均通过所述金属化通孔与外部连接，基板地层四周均开设接地通孔；
所述中间叠层与其下侧的基板地层之间的基板采用高介电容陶瓷材料制成，底层基板均采用低介微波陶瓷材料制成，所述中间布线层内电源线和信号线之间具有一定的距离，并用隔离孔隔开；多个垂直多层互联结构的片式叠层接地大电容内埋在中间叠层内
其制备方法包括以下步骤：
步骤1.配料：选择常规陶瓷材料配方配置出介电常数为30000的陶瓷材料，与介电常数为3.66的陶瓷材料；
步骤2.流延：将配制好的陶瓷材料制成流延浆料，流延出陶瓷生瓷膜片；
步骤3.打孔和填孔：将步骤2所得的陶瓷生瓷膜片进行打孔，再用银浆料进行填孔，该孔用于不同层器件的连接；
步骤4.导体印刷：用填孔后的陶瓷膜片进行导体印刷，用部分未打孔的陶瓷膜片进行片式叠层接地大电容的地电极板和端电极板导体印刷；
步骤5.叠片：将印制好导体的陶瓷生膜片和未印制导体的陶瓷生膜片按照设计结构进行叠片；
步骤6.等静压：将完成叠片的模块放在水中进行等静压，以便将不同层生瓷膜片紧紧地压制成型；
步骤7.排胶和烧结：将步骤6所得的模块放在烧结炉中进行排胶和烧结；
步骤8.表层元器件的连接，将表层所需的元件与步骤7制成的模块进行连接，制得LTCC本振源模块。
3.根据权利要求1或2所述的一种LTCC本振源模块，其特征在于，所述中间叠层内布有无源器件，即垂直多层互联结构的片式大电容，层间距为20μm，并根据容值大小选择电容的层数。
4.根据权利要求1或2所述的一种LTCC本振源模块，其特征在于，步骤4中，所述印制导体的原料为银浆料，印制的导体厚度控制在10±1微米。
5.根据权利要求1或2所述的一种LTCC本振源模块，其特征在于，步骤6中，所述等静压条件为：标准大气压条件，压力35Mpa。
6.根据权利要求1或2所述的一种LTCC本振源模块，其特征在于，步骤7中，烧结炉中进行排胶和烧结时，温度控制在50℃。
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Denomination of invention: A LTCC local oscillator module and its preparation method Granted publication date: 20220506 Pledgee: Chengdu Wuhou Small and Medium Enterprise Financing Guarantee Co.,Ltd. Pledgor: Chengdu Xingren Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2024980003665 |
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