CN110690179A - 一种层叠式的低损耗芯片集成波导的封装结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种层叠式的低损耗芯片集成波导的封装结构，包括：芯片载板，设置在芯片载板上的腔体外壳，嵌入腔体外壳的芯片，以及连接在所述芯片的两侧下方的天线；所述芯片载板和腔体外壳在所述芯片的两侧与天线对应的位置设置有向下开口的波导腔体，且所述波导腔体为自下而上大小渐变的腔体结构；所述腔体外壳为层叠的多层金属薄板，并且每层金属薄板具有电磁带隙结构。本发明将天线与芯片集成封装在一起，缩小了封装尺寸，同时，所述腔体外壳由多层金属薄板层叠，并通过层叠的金属薄板形成波导腔体，有利于防止电磁波泄露，进而使芯片集成波导的体积进一步缩小，有利于小型化、轻型化和大规模集成化产品的发展。

Description

一种层叠式的低损耗芯片集成波导的封装结构
技术领域
本发明涉及微波电路封装技术领域，尤其是一种层叠式的低损耗芯片集成波导的封装结构。
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。
传统的波导多为一个整体结构，不利于复杂要求的波导的加工与制造，同时制作成本高，不利于将MMIC芯片和集成天线粘接到一个腔体内。因此合理波导制造方法以及腔体结构是有降低加工难度、降低电磁波信号损耗的有效途径，通过金属薄板叠成结构设计，可以简化组装工序，实现微波信号的高效率传输降低信号损耗。
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，提供一种层叠式的低损耗芯片集成波导的封装结构，通过将腔体外壳设计为层级的金属薄板，实现芯片集成波导时缩小封装尺寸，有利于小型化、轻型化和大规模集成化产品的发展。
本发明采用的技术方案如下：
一种层叠式的低损耗芯片集成波导的封装结构，包括：芯片载板，设置在芯片载板上的腔体外壳，嵌入腔体外壳的芯片，以及连接在所述芯片的两侧下方的天线；所述芯片载板和腔体外壳在所述芯片的两侧与天线对应的位置设置有向下开口的波导腔体，且所述波导腔体为自下而上大小渐变的腔体结构；所述腔体外壳为层叠的多层金属薄板，并且每层金属薄板具有电磁带隙结构。
在一个实施例中，设置在所述芯片的两侧的所述波导腔体对称。
在一个实施例中，所述芯片载板为蚀刻有电路的PCB板。
在一个实施例中，所述PCB板为FR4材质。
在一个实施例中，所述天线为一元或多元天线。
在一个实施例中，所述天线的辐射贴片为矩形、圆形或扇形。
在一个实施例中，所述天线通过粘接的方式设置在芯片的两侧下方。
在一个实施例中，所述芯片通过焊接的方式设置在其下方的金属薄板上。
在一个实施例中，所述芯片载板以及每层金属薄板上具有位置对应的法兰孔，用于固定所述芯片载板以及每层金属薄板的相对位置。
在一个实施例中，所述的层叠式的低损耗芯片集成波导的封装结构，在使用时，信号从芯片一侧的天线及对应的波导腔体的传入，从芯片另一侧的天线及对应的波导腔体传出。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明将天线与芯片集成封装在一起，缩小了封装尺寸，同时，所述腔体外壳由多层金属薄板层叠，并通过层叠的金属薄板形成的波导腔体，有利于防止电磁波泄露，进而使芯片集成波导的体积进一步缩小，有利于小型化、轻型化和大规模集成化产品的发展。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明的层叠式的低损耗芯片集成波导的封装结构正视示意图。
图2a-2b为本发明的层叠式的低损耗芯片集成波导的封装结构立体图。
附图标记，10-芯片载板、20-腔体外壳、30-芯片、40-天线、50-电磁带隙结构、60-法兰孔。
具体实施方式
本发明的一种层叠式的低损耗芯片集成波导的封装结构，包括：芯片载板，设置在芯片载板上的腔体外壳，嵌入腔体外壳的芯片，以及连接在所述芯片的两侧下方的天线；所述芯片载板和腔体外壳在所述芯片的两侧与天线对应的位置设置有向下开口的波导腔体，且所述波导腔体为自下而上大小渐变的腔体结构；所述腔体外壳为层叠的多层金属薄板，并且每层金属薄板具有电磁带隙结构。
本发明将天线与芯片集成封装在一起，缩小了封装尺寸，同时，所述腔体外壳由多层金属薄板层叠，并通过层叠的金属薄板形成的波导腔体，有利于防止电磁波泄露，进而使芯片集成波导的体积进一步缩小，有利于小型化、轻型化和大规模集成化产品的发展。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
本实施例的一种层叠式的低损耗芯片30集成波导的封装结构，如图1、2a和2b所示，包括：芯片载板10，设置在芯片载板10上的腔体外壳20，嵌入腔体外壳20的芯片30，以及连接在所述芯片30的两侧下方的天线40；所述芯片载板10和腔体外壳20在所述芯片30的两侧与天线40对应的位置设置有向下开口的波导腔体，且所述波导腔体为自下而上大小渐变的腔体结构；所述腔体外壳20为层叠的5层金属薄板，即如图1所示的金属薄板1、2、3、4、5，并且每层金属薄板具有电磁带隙结构50(EBG结构)。
在本实施例中，设置在所述芯片30的两侧的所述波导腔体对称。
在本实施例中，所述芯片载板10为蚀刻有电路的PCB板。
在本实施例中，所述PCB板为FR4材质。
在本实施例中，所述天线40为一元或多元阵列天线40。
在本实施例中，所述天线40的辐射贴片为矩形、圆形或扇形。
在本实施例中，所述天线40通过粘接的方式设置在芯片30的两侧下方。
在本实施例中，所述芯片30通过焊接的方式设置在其下方的金属薄板上(即金属薄板1)。
在本实施例中，所述芯片载板10以及每层金属薄板上具有位置对应的法兰孔60，用于固定所述芯片载板10以及每层金属薄板的相对位置。
其封装过程为：
步骤1，制作PCB板和腔体外壳20的5层金属薄板；
(1)根据波导的频段，通过仿真确定波导腔体的结构和电磁带隙结构50；
(2)根据仿真结果，在PCB板以及5层金属薄板上挖取与其每层金属薄板对应的孔。由于波导腔体为自下而上大小渐变的腔体结构，因此在PCB板以及5层金属薄板上与波导腔体对应的孔的大小不一致；另外，所述电磁带隙结构50即EBG结构，在本实施例中，通过在每层金属薄板上挖孔，得到的镂空结构即为所述电磁带隙结构50。
(3)在所述PCB板以及每层金属薄板上制作位置对应的法兰孔60。法兰孔60可以是在所述PCB板以及每层金属薄板上的对角线上的两角，或所有四个角。
步骤2，芯片30集成天线40；
所述天线40通过粘接的方式设置在芯片30的两侧下方，可以采用集成电路封装工艺进行集成，在封装内集成了天线40阵列，有助于提供足够的信号增益，实现尺寸最小化。
步骤3，封装；
(1)在步骤1制作好的金属薄板1上焊接步骤2集成天线40的芯片30；
(2)将金属薄板2、3、4、5在金属薄板1上自下而上层叠；
(3)采用螺钉通过法兰孔60进行固定。
通过上述封装过程得到的层叠式的低损耗芯片30集成波导的封装结构，在使用时，由于对称结构，信号从波导腔体a传入，从波导腔体b传出；或者信号从波导腔体b传入，从波导腔体a传出。
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 (10)

1.一种层叠式的低损耗芯片集成波导的封装结构，其特征在于，包括：芯片载板，设置在芯片载板上的腔体外壳，嵌入腔体外壳的芯片，以及连接在所述芯片的两侧下方的天线；所述芯片载板和腔体外壳在所述芯片的两侧与天线对应的位置设置有向下开口的波导腔体，且所述波导腔体为自下而上大小渐变的腔体结构；所述腔体外壳为层叠的多层金属薄板，并且每层金属薄板具有电磁带隙结构。
2.根据权利要求1所述的层叠式的低损耗芯片集成波导的封装结构，其特征在于，设置在所述芯片的两侧的所述波导腔体对称。
3.根据权利要求1所述的层叠式的低损耗芯片集成波导的封装结构，其特征在于，所述芯片载板为蚀刻有电路的PCB板。
4.根据权利要求3所述的层叠式的低损耗芯片集成波导的封装结构，其特征在于，所述PCB板为FR4材质。
5.根据权利要求1所述的层叠式的低损耗芯片集成波导的封装结构，其特征在于，所述天线为一元或多元阵列天线。
6.根据权利要求1所述的层叠式的低损耗芯片集成波导的封装结构，其特征在于，所述天线的辐射贴片为矩形、圆形或扇形。
7.根据权利要求1、5或6所述的层叠式的低损耗芯片集成波导的封装结构，其特征在于，所述天线通过粘接的方式设置在芯片的两侧下方。
8.根据权利要求1所述的层叠式的低损耗芯片集成波导的封装结构，其特征在于，所述芯片通过焊接的方式设置在其下方的金属薄板上。
9.根据权利要求1所述的层叠式的低损耗芯片集成波导的封装结构，其特征在于，所述芯片载板以及每层金属薄板上具有位置对应的法兰孔，用于固定所述芯片载板以及每层金属薄板的相对位置。
10.根据权利要求1所述的层叠式的低损耗芯片集成波导的封装结构，其特征在于，在使用时，信号从芯片一侧的天线及对应的波导腔体的传入，从芯片另一侧的天线及对应的波导腔体传出。
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