CN110634846A - 一种结构功能一体化的封装结构及其实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及微波电路封装技术领域，公开了一种结构功能一体化的封装结构及其实现方法。结构如下：将芯片和集成天线粘接到芯片载板上，芯片载板和具有开孔外壳焊接成一个整体，并使芯片和集成天线处于外壳的腔体内，集成天线正对外壳上的开孔，集成天线与外壳腔体耦合出向外辐射的信号，外壳的内腔中设置阻隔板形成两个隔开的腔体，芯片和集成天线分别位于两个隔开的腔体，芯片所在腔体用于激励微波信号，天线部分所在腔体用于传输信号，使得信号从外壳开孔处耦合出。该结构封装壳体设置针对天线的开孔，使外壳具有封装和信号传输两种功能，实现结构功能一体化；该结构有利于小型化、轻型化和大规模集成化产品的发展。
Description
技术领域
本发明涉及微波电路封装技术领域，具体是一种结构功能一体化的封装结构及其实现方法。
背景技术
单片集成电路(MMIC)的发展在许多方面都与社会的发展都保持着高度一致。在发展历程上，成本和性能起主导推动作用，使得更小、集成度更高的单片电路逐渐代替行波管和电子管。随着微电子和微波真空电子器件的飞速发展,对各种微波组件与器件的性能要求越来越高,特别是在航天与军用电子技术中,电子设备的使用环境非常恶劣,要求其中的各类元器件,特别是微波器件的性能必须满足非常苛刻的要求,如:真空气密性、优良的散热性能、高的机械强度、高的抗热冲击与温度循环能力等等。这就必须从所使用的材料与结构上着手解决,而结构上的改善主要依赖于器件的封装外壳,因而对于封装外壳的研制便成为微波技术的一个重要组成部分。传统的微波电路封装顺序为：将MMIC芯片和集成天线粘接到一个腔体内，再将MMIC上的微波信号通过耦合的方式引到集成天线端进行信号传输。在通过封焊的方式对腔体进行密封。此种封装实现方法具有组装工序繁多、封装体积较大的缺点，因此合理选择封装结构是消除有害封接应力、提高封接强度的有效途径，通过封装结构一体化设计，可以简化组装工序，实现微波信号的高效率传输和微波产品小型化的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供了一种结构功能一体化的封装结构及其实现方法。
本发明采用的技术方案如下：一种结构功能一体化的封装结构，包括具有开孔的外壳、芯片载板、芯片、集成天线和阻隔板，所述芯片和集成天线粘接在芯片载板上，所述芯片载板和具有开孔外壳焊接成一个整体，并使芯片和集成天线处于外壳的腔体内，集成天线正对外壳上的开孔，集成天线与外壳腔体耦合出向外辐射的信号，所述外壳的内腔中设置阻隔板形成两个隔开的腔体，所述芯片和集成天线分别位于两个隔开的腔体。
进一步的，所述阻隔板采用非吸波材料。
进一步的，所述芯片采用焊接的方式粘接。
进一步的，所述芯片载板上粘接一个或者多个集成天线。
进一步的，所述集成天线的形状包括矩形、圆形，扇形。
进一步的，所述开孔的形状和集成天线的形状一致，所述开孔与集成天线位置垂直对准。
进一步的，芯片载板上与外壳进行焊接的位置处设置一圈比封盖厚度大0.1mm±0.02mm的V型槽。
进一步的，所述V型槽的角度为30°。
本发明还保护了一种结构功能一体化的封装结构实现方法，包括：
首先将芯片和集成天线粘结到芯片载板上，并在封装外壳上设置开孔；
然后调整芯片载板和封装外壳的结合位置使芯片载板上的集成天线正对封装外壳上的开孔；
调整好结合位置后，在芯片载板或者封装外壳内部设置阻隔板，组隔板的设置位置需要满足：将芯片载板和封装外壳形成的腔体分为两个独立的腔体，并且芯片和集成天线分别位于两个独立的腔体；
阻隔板设置好后，在调整好的结合位置下将芯片载板和封装外壳焊接为一个整体。
与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：
(1)将芯片和集成天线封装到一起，缩小了封装尺寸，使得组装过程简单，便于操作。
(2)封装壳体设置针对天线的开孔，天线在封装外壳腔体内向空间辐射的电磁波与腔体孔耦合出TE10模式的波信号进行传输，使外壳具有封装和信号传输两种功能，实现结构功能一体化；进而，使封装的体积进一步缩小，有利于小型化、轻型化和大规模集成化产品的发展。
(3)与传统的通过微带线波导转接的方式相比，该结构利用片集成天线有利于大幅降低微波信号在传输过程中的损耗、提高微波信号传输效率。
附图说明
图1为本发明结构功能一体化的封装结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
片上技术(AiP)是将一元或多元天线(天线单元为矩形、圆形，扇形等)集成到RF封装内的技术，其典型方案是采用集成电路封装工艺。在毫米波收发器中，封装内集成了天线阵列(集成天线)，片上集成天线有利于大幅降低微波信号在传输过程中的损耗、提高微波信号传输效率、提供足够的信号增益；另一方面有利于微波信号传输与封装壳体一体化，实现尺寸最小化。
实施例1：如图1所示，本实施例结构功能一体化的封装结构，包括具有开孔5的外壳4、芯片载板1、芯片2、集成天线3和阻隔板6，所述将芯片2和集成天线3粘接到芯片载板1上，所述芯片载板1和具有开孔外壳4焊接成一个整体(可见封装形式为一个开孔式的封盖外壳和芯片载板两部分：开孔式封盖腔体材料为金属材料，芯片载板材料为陶瓷等)，芯片2和集成天线3处于外壳4的腔体内，这样可以有利于芯片封装的小型化、轻型化，并且集成天线正对外壳上的开孔5，以保证集成天线辐射出的微波信号，在传输过程中受到最小的能量损耗，所述外壳4的内腔中设置阻隔板6形成两个隔开的腔体，所述芯片2和集成天线3分别位于两个隔开的腔体，芯片所在腔体用于激励微波信号，天线部分所在腔体用于传输信号，使得信号从外壳开孔处耦合出。上述结构中包括波导传输和封装两种功能一体化的封装结构：将芯片2和集成天线3焊接到芯片载板1上，再将粘接有芯片的载板1和正对芯片集成天线处开孔的封装外壳4腔体焊接成一个整体。首先芯片载板1和封装外壳4的整体实现了封装功能；其次，在外壳上正对集成天线的位置具有开孔5，当封装结构内部的芯片产生信号时，可以通过天线辐射出信号进而与封装外壳腔体开孔耦合出合适的信号，形成波导传输和封装两种功能一体化的结构设计。该结构大幅降低微波电路信号在传输过程中的损耗以及辐射电磁波传输过程中的能量损耗、提高微波信号传输效率、封装结构小型化和高度集成化。
在实施例1的基础上，封盖外壳4上的波导开孔(矩形或者圆形)5与芯片上的集成天线3位置垂直对准后，将外壳4与芯片载板1进行共晶焊接到一起。对芯片载板1的设置：芯片载板1上与外壳进行焊接的位置处开挖一圈比封盖厚度大0.1mm±0.02mm的V型槽，V型槽的角度为30°，以保证开孔处与天线之间的对准精度。芯片载板和外壳的具体连接方式为：在芯片载板1的V型槽涂上一层浆料，再将开孔的外壳腔体4通过载流焊或者回流焊的方式粘接到V型槽内，完成外壳4与芯片载板的焊接，最终形成了图1所示的结构功能一体化的封装。此种封装结构内，当芯片开始工作后，集成天线正对封装外壳的腔体开孔，集成天线在封装外壳腔体内向空间辐射的电磁波与腔体孔耦合出TE10模式的波信号进行传输。至此，形成了波导传输和封装两种功能一体化的封装结构。该结构设计省去了微带波导转换过程，简化了装配流程，提高了芯片封装的精度以及信号的辐射效率。
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。如果本领域技术人员，在不脱离本发明的精神所做的非实质性改变或改进，都应该属于本发明权利要求保护的范围。
Claims (9)
1.一种结构功能一体化的封装结构，其特征在于，包括具有开孔的外壳、芯片载板、芯片、集成天线和阻隔板，所述芯片和集成天线粘接在芯片载板上，所述芯片载板和具有开孔外壳焊接成一个整体，并使芯片和集成天线处于外壳的腔体内，集成天线正对外壳上的开孔，集成天线与外壳腔体耦合出向外辐射的信号，所述外壳的内腔中设置阻隔板形成两个隔开的腔体，所述芯片和集成天线分别位于两个隔开的腔体。
2.如权利要求1所述的结构功能一体化的封装结构，其特征在于，所述阻隔板采用非吸波材料。
3.如权利要求1所述的结构功能一体化的封装结构，其特征在于，所述芯片采用焊接的方式粘接。
4.如权利要求1所述的结构功能一体化的封装结构，其特征在于，所述芯片载板上粘接一个或者多个集成天线。
5.如权利要求4所述的结构功能一体化的封装结构，其特征在于，所述集成天线的形状包括矩形、圆形，扇形。
6.如权利要求5所述的结构功能一体化的封装结构，其特征在于，所述开孔的形状和集成天线的形状一致，所述开孔与集成天线位置垂直对准。
7.如权利要求1所述的结构功能一体化的封装结构，其特征在于，芯片载板上与外壳进行焊接的位置处设置一圈比封盖厚度大0.1mm±0.02mm的V型槽。
8.如权利要求7所述的结构功能一体化的封装结构，其特征在于，所述V型槽的角度为30°。
9.一种结构功能一体化的封装结构实现方法，其特征在于，包括：
首先将芯片和集成天线粘结到芯片载板上，并在封装外壳上设置开孔；
然后调整芯片载板和封装外壳的结合位置使芯片载板上的集成天线正对封装外壳上的开孔；
调整好结合位置后，在芯片载板或者封装外壳内部设置阻隔板，组隔板的设置位置需要满足：将芯片载板和封装外壳形成的腔体分为两个独立的腔体，并且芯片和集成天线分别位于两个独立的腔体；
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