CN110429076B - 垂直互联框架 - Google Patents

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Abstract

本发明的垂直互联框架包括框架本体、通孔和在所述框架本体的外表面上的金属层，其中，所述框架本体由绝缘柔性介质材料制成；所述通孔用于容纳毛纽扣，在将所述垂直互联框架置于垂直叠置的微波板之间时，通过贯穿所述垂直互联框架的毛纽扣实现所述微波板之间的信号垂直传输。本发明的垂直互联框架提高了集成度，实现小型化，减少组装工序，提高生产效率，且轻量化、成本低、屏蔽隔离效果好。

Description

垂直互联框架
技术领域
本发明涉及微波电子产品技术领域，具体涉及用于瓦片式组件的柔性垂直互联的垂直互联框架。
背景技术
收发(Transmitter-Receiver，TR)组件是轻型低剖面有源相控阵天线的核心部件，为实现TR组件小型、轻型、低剖面和高效率的要求，瓦片式组件能有效减小有源相控阵天线的体积和重量。瓦片式组件高密度封装技术主要包括微波多芯片组件技术以及三维堆叠封装技术，其中三维堆叠封装技术相较于传统二维平面封装技术，在垂直方向进行叠层设计，可以有效利用空间，减小模块体积。但在三维堆叠封装结构的设计过程中，射频信号垂直传输和腔体隔离问题一直是研究的焦点。
应用于瓦片式组件的垂直互联结构包括球栅阵列焊接、机械连接、毛纽扣垂直互联结构以及弹性连接器等。球栅阵列焊接方式对焊接面积要求较大，且不易返修；机械连接可靠性差；弹性连接器微波重复性不好，金属嵌入弹性体内最终会造成弯曲或者缩进材料里，产生微波反射。毛纽扣垂直互联结构是目前垂直方向微波板间信号传输最可靠的互联形式。应用于瓦片组件中的毛纽扣垂直互联结构通常与金属框架相结合来实现微波板间的信号垂直传输和腔体隔离，金属框架作为两层微波板间的支撑构件以及毛纽扣垂直互联结构的参考地，通过置于金属框架内的绝缘介质以及毛纽扣所形成同轴结构来达到信号传输的目的，通过使金属框架与微波板紧密连接并在其间形成被隔断开的腔体来实现隔离屏蔽效果。
用于瓦片组件的毛纽扣垂直互联结构包括金属框架以及在金属框架内安装的毛纽扣和绝缘介质，其中在绝缘介质内形成通孔并在通孔中安装毛纽扣，形成信号传输系统。
瓦片组件内部腔体隔离通过金属框架与微波板紧密连接来实现，由于微波板表面存在一定的不平整度，在装配过程中难以实现金属框架与微波板紧密连接，导致不能实现良好的屏蔽效果。
毛纽扣垂直互联结构的射频性能的保证同样需要绝缘介质外围金属与微波板接触良好，在使用过程中为了保证良好接触，对于微波板施加力过大可能导致瓦片组件的外壳产生一定形变。
由于金属框架上安装的毛纽扣数量众多，且毛纽扣体积小，金属框架上的通孔与绝缘介质之间往往存在尺寸误差而导致装配困难，使得垂直互联框架装配复杂，可操作性差，集成度低。
发明内容
发明目的
通过提供一种框架本体由绝缘柔性介质材料制成且框架本体的外表面上具有金属层的垂直互联框架，来解决现有垂直互联框架装配复杂、集成度低、屏蔽性能不良等缺点，并进一步促进瓦片式组件的小型化。
技术方案
本发明的垂直互联框架包括框架本体、通孔和在所述框架本体的外表面上的金属层，其中，所述框架本体由绝缘柔性介质材料制成；所述通孔用于容纳毛纽扣，在将所述垂直互联框架置于垂直叠置的微波板之间时，通过贯穿所述垂直互联框架的毛纽扣实现所述微波板之间的信号垂直传输。
在上述垂直互联框架中，优选的，在将所述垂直互联框架置于垂直叠置的微波板之间时，在所述垂直互联框架和微波板之间形成被隔断开的腔体，从而实现所述微波板的腔体隔离。
在上述垂直互联框架中，优选的，所述腔体用于容纳装配在所述微波板上的芯片。
在上述垂直互联框架中，优选的，所述框架本体由聚四氟乙烯制成。
在上述垂直互联框架中，优选的，通过物理气相沉积技术在所述框架本体的外表面上形成所述金属层。
在上述垂直互联框架中，优选的，所述框架本体的外表面的至少一部分不包括金属层。
在上述垂直互联框架中，优选的，通过在形成金属层前对所述框架本体的所述外表面的至少一部分进行保护，使得所述外表面的至少一部分不包括金属层。
在上述垂直互联框架中，优选的，通过在形成金属层后对所述框架本体的所述外表面的至少一部分进行机械加工、激光加工或蚀刻，使得所述外表面的至少一部分不包括金属层。
本发明还提供一种三维堆叠封装结构，其包括上述垂直互联框架、在垂直方向上叠置在所述垂直互联框架的两侧的微波板、毛纽扣和用于封装的覆盖件。
有益效果
相比较现有方案，本发明的垂直互联框架至少具有如下优点：
1)进一步提高集成度，实现小型化。在本发明的垂直互联框架中，采用绝缘介质材料沉积金属层作为替代金属框架的手段，能够有效减小框架尺寸，扩大布局空间，进一步实现小型化。
2)减少组装工序，降低装配难度，提高生产效率。通过将垂直互联框架与毛纽扣垂直互联结构所含绝缘介质一体化，省去绝缘介质安装工序，极大的降低了装配难度，提高生产效率。
3)轻量化。通过将金属框架材料由金属替换为绝缘柔性介质材料，在一定程度上减小了垂直互联结构的重量。
4)成本低。由于采用集成设计替代分体式安装方案，有效减少了零件数量，能够有效降低成本。
5)屏蔽隔离效果好。与金属相比，绝缘介质材质偏软，由绝缘介质制成的垂直互联框架与微波板间接触更紧实，地连接性能更好，通道间屏蔽好。
附图说明
下面将参考附图详细描述本发明的实施例，其中：
图1示出根据本发明的实施例的垂直互联框架；
图2示出根据本发明的实施例的垂直互联框架的横截面；
图3示意性示出根据本发明的实施例的垂直互联框架与微波板的垂直互联结构；
图4示出图3所示结构的高频信号传输仿真结果。
具体实施方式
参考图1-图3，其中图1示出根据本发明的实施例的垂直互联框架1；图2示出根据本发明的实施例的垂直互联框架1的横截面；图3示意性示出根据本发明的实施例的垂直互联框架1与微波板2、3的垂直互联结构。
垂直互联框架1包括框架本体11、通孔12和在所述框架本体的外表面上的金属层13，其中，所述框架本体1由绝缘柔性介质材料制成；所述通孔用于容纳毛纽扣4，在将所述垂直互联框架1置于垂直叠置的微波板2、3之间时，通过贯穿所述垂直互联框架1的毛纽扣4实现所述微波板2、3之间的信号垂直传输。
在一个实施例中，在将所述垂直互联框架1置于垂直叠置的微波板2、3之间时，在所述垂直互联框架1和微波板2、3之间形成被隔断开的第一腔体5和第二腔体6，从而实现所述微波板的腔体隔离。在本实施例中，垂直互联框架1在垂直方向上的两侧分别具有单个凹部，从而在将所述垂直互联框架1置于垂直叠置的微波板2、3之间时，第一腔体5和第二腔体6在垂直方向上间隔开，如图2所示，但不限于此。例如，垂直互联框架可以在垂直方向上的两侧分别具有多个凹部，从而在将垂直互联框架置于垂直叠置的微波板之间时，可以在垂直互联框架和微波板之间形成多个被间隔开的腔体，从而实现所述微波板的腔体隔离。
在一个实施例中，第一腔体5和第二腔体6分别用于容纳装配在微波板2、3上的芯片(未示出)。
在一个实施例中，框架本体11由聚四氟乙烯制成，其介电常数为2.02。
在一个实施例中，通过物理气相沉积技术在框架本体11的外表面上形成所述金属层。但不限于此，也可通过其他方式在框架本体的外表面上形成金属层，只要能够使金属层与框架本体有效连接即可。如图2所示，金属层厚度δ大于所使用频段的趋肤深度(δ＝(2/ωμv)1/2，其中ω为角频率，μ为磁导率，v为电导率；理论上在X波段镀铜层厚度大于0.75um就能起到较好的屏蔽效果)。
在一个实施例中，所述框架本体11的外表面的至少一部分，如图2中的区域A和B，不包括金属层。区域A的范围需保证垂直射频信号传输效果且不短路，区域B的范围需保证不短路。
在一个实施例中，通过在形成金属层前对区域A和B进行保护，使得区域A和B不包括金属层。在另一个实施例中，通过在形成金属层后对区域A和B进行机械加工、激光加工或蚀刻，使得区域A和B不包括金属层。
在本发明的垂直互联框架中，垂直互联框架通过选用合适介电常数的柔性介质，将金属框架与毛纽扣的绝缘介质实现一体化设计，即将起支撑与墙体隔离作用的框架材料由金属更改为与毛纽扣相同的柔性绝缘介质材料，运用物理气相沉积技术在介质上沉积一定厚度的金属膜层，从而将传统垂直互联结构中的介质柱与金属框架合二为一。所述垂直互联框架通过金属膜层与上下微波板金属地连接，实现射频性能的良好传输以及微波板上各通道间信号隔离；所述垂直互联框架，通过在介质柱上设计信号传输孔、接地孔尺寸及位置，配合毛纽扣形成低频信号传输结构或高频信号传输的类同轴结构。对图3所示的垂直互联框架与微波板的垂直互联结构进行X波段射频信号仿真，仿真结果如图4所示，可以看出，该垂直互联传输形式在X波段其回波损耗S11、S22小于-25dB，说明能够实现射频信号的良好传输。
在本发明的垂直互联框架中，通过在聚四氟乙烯上设计信号传输孔、接地孔尺寸及位置、毛纽扣尺寸，形成高频信号传输的类同轴结构，达到阻抗匹配，实现射频信号的良好传输；通过在聚四氟乙烯上设计信号传输孔(信号传输孔一定距离范围内无金属膜层)，安装金属导体，实现低频信号的良好传输。
本发明还提供一种三维堆叠封装结构，其包括上述垂直互联框架、在垂直方向上叠置在所述垂直互联框架的两侧的微波板、毛纽扣和用于封装的覆盖件。

Claims (8)

1.一种垂直互联框架，其特征在于，所述垂直互联框架包括框架本体、通孔和在所述框架本体的外表面上的金属层，其中，所述金属层的厚度δ大于所使用频段的趋肤深度(δ=（2/ωμv）1/2，其中ω为角频率，μ为磁导率，v为电导率，
所述框架本体由绝缘柔性介质材料制成；
所述通孔用于容纳毛纽扣，在将所述垂直互联框架置于垂直叠置的微波板之间时，通过贯穿所述垂直互联框架的毛纽扣实现所述微波板之间的信号垂直传输，垂直互联框架在垂直方向上的两侧分别具有单个或多个凹部，从而在将所述垂直互联框架置于垂直叠置的微波板之间时，在垂直互联框架和微波板之间形成多个被间隔开的腔体，从而实现所述微波板的腔体隔离。
2.根据权利要求1所述的垂直互联框架，其中，所述腔体用于容纳装配在所述微波板上的芯片。
3.根据权利要求1所述的垂直互联框架，其中，所述框架本体由聚四氟乙烯制成。
4.根据权利要求1所述的垂直互联框架，其中，通过物理气相沉积技术在所述框架本体的外表面上形成所述金属层。
5.根据权利要求1所述的垂直互联框架，其中，所述框架本体的外表面的至少一部分不包括金属层。
6.根据权利要求5所述的垂直互联框架，其中，通过在形成金属层前对所述框架本体的所述外表面的至少一部分进行保护，使得所述外表面的至少一部分不包括金属层。
7.根据权利要求5所述的垂直互联框架，其中，通过在形成金属层后对所述框架本体的所述外表面的至少一部分进行机械加工、激光加工或蚀刻，使得所述外表面的至少一部分不包括金属层。
8.一种三维堆叠封装结构，其特征在于，包括根据权利要求1-7中的一项所述的垂直互联框架、在垂直方向上叠置在所述垂直互联框架的两侧的微波板、毛纽扣和用于封装的覆盖件。
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