CN112366183A - 一体式金属管壳的微波功率放大芯片封装及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种一体式金属管壳的微波功率放大芯片封装及其制备方法，封装包括环框、底板、盖板、内盖板以及引线；其中，底板设置于所述环框下部，安装有通过金丝电性连接的元器件；盖板设置于所述环框上部，与所述环框、盖板形成封闭空间将所述元器件密封；内盖板设置于所述盖板下方，通过螺钉固定于封闭空间内部；引线穿设于所述环框侧壁，包括载流馈通引线和射频馈通引线；所述元器件包括射频馈通基片、载流馈通基片、陶瓷微带线、GaAs驱动放大芯片、GaAs功率放大芯片、单层片式瓷介电容器以及多层瓷介电容器。本发明具有散热性能好、结构简单、重量轻、一致性好以及装配简单等优点，具有通用性，可广泛应用于微波无线收发系统中。

Description

一体式金属管壳的微波功率放大芯片封装及其制备方法
技术领域
本发明涉及芯片封装技术领域，具体涉及微波功率放大芯片封装。
背景技术
微波功率放大器是微波系统中的重要电路部件，广泛应用于无线、基站以及卫星通信系统中。封装和组装技术的选择在放大器产品的性能、成本及可靠性方面扮演着重要的角色，在封装微波功率放大芯片后，必须保证封装组装技术对封装环境造成的影响最小。随着微波单片集成电路（mircowave monolithic integrated circuit，MMIC）技术的飞速发展，对微波单片高功率、小型化的要求日益显著。现阶段所采用的MMIC封装的频率范围已经覆盖Ka波段，而微波功率MMIC封装的难点就集中在散热设计上，如果不能及时地将微波功率芯片结温的热量散发出去，抑制器件升温，将会产生过热或者热疲劳、热冲击、裂片、烧毁、可靠性降低等及其严重的影响。
在采用传统金属管壳的微波功率放大芯片的封装中，主要采用黄铜管壳，但是黄铜的导热性能一般，因此限制了其在高功率条件下的使用；传统金属管壳的微波功率放大芯片的封装电路中含有玻璃绝缘子、微波功率放大芯片、贴片电容、微波介质板等，涉及了多个温度梯度的元器件焊接，装配过程复杂，成品率和生产效率低；另外，传统金属管壳的微波功率放大芯片的封装通常采用锡封的形式，密封性在严酷的环境试验过程中很难得到保证，封帽的一致性较差。因此，基于传统金属管壳的微波功率放大芯片封装无法兼顾高散热性以及生产成品率两个方面的需求，这大大限制了其在微波功率放大器领域的工程化应用。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一体式金属管壳的微波功率放大芯片封装及其制备方法，解决了微波功率放大器的散热、装配以及生产成品率的多方面需求。本发明所公开的一体式金属管壳封装具有散热性能好、结构简单、重量轻、一致性好以及装配简单等优点，具有通用性，可广泛应用于微波无线收发系统中。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一体式金属管壳的微波功率放大芯片封装，包括：
环框；
底板，设置于所述环框下部，安装有通过金丝电性连接的元器件；
盖板，设置于所述环框上部，与所述环框、盖板形成封闭空间将所述元器件密封；
内盖板，设置于所述盖板下方，通过支撑件固定于封闭空间内部；
引线，穿设于所述环框侧壁，包括载流馈通引线和射频馈通引线；
所述元器件包括射频馈通基片、载流馈通基片、陶瓷微带线、GaAs驱动放大芯片、GaAs功率放大芯片、单层片式瓷介电容器以及多层瓷介电容器。
进一步的，所述环框、底板以及盖板的材质均为可伐金属。
进一步的，还包括设于所述封闭空间的射频馈通陶瓷绝缘子，所述射频馈通陶瓷绝缘子与环框焊接固定。
进一步的，所述支撑件为螺钉。
进一步的，所述底板的材质为铜、钼铜或铜复合材料中的一种。
进一步的，设置于GaAs驱动放大芯片和GaAs功率放大芯片表面的金属PAD与陶瓷微带线通过金丝电性连接；设置于GaAs驱动放大芯片和GaAs功率放大芯片表面的金属PAD与单层片式瓷介电容器通过金丝电性连接；所述单层片式瓷介电容器和载流馈通基片通过金丝电性连接；所述射频馈通基片和陶瓷微带线通过金丝电性连接。
一体式金属管壳的微波功率放大芯片封装的制备方法，包括以下步骤：
1）将GaAs驱动放大芯片、GaAs功率放大芯片以及单层片式瓷介电容器通过金锡焊料共晶到底板上；
2）将多层瓷介电容器通过锡银铜焊料焊接到载流馈通基片上；
3）通过金丝将设置于GaAs驱动放大芯片和GaAs功率放大芯片表面的金属PAD与陶瓷微带线电性连接；通过金丝将设置于GaAs驱动放大芯片和GaAs功率放大芯片表面的金属PAD与单层片式瓷介电容器电性连接；通过金丝将单层片式瓷介电容器和载流馈通基片互联；通过金丝将射频馈通基片和陶瓷微带线电性；
4）将载流馈通引线和射频馈通引线通过玻璃熔封的方式与环框连接；
5）将底板与围框通过银铜钎料焊接；
6）通过支撑件将内盖板固定在环框上；
7）通过平行缝焊的方式将盖板与环框连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
（1）本发明采用的底板材料为铜、钼铜的高散热新型复合材料，利用铜的高导热性以及钼的低热膨胀特性，通过调节钼铜和铜的厚度比例，来达到与陶瓷材料、半导体材料相匹配的热膨胀系数，以及更高的导热系数的目的，目前已经广泛应用于热沉、引线框、多层印刷电路板（PCB）等低膨胀层和导热通道。与其他常用的散热封装材料相比，其热膨胀系数更小，同时热导率更高，可以更好地与微波功率放大芯片进行热匹配。
（2）本发明简化了微组装的装配工艺，同时减少了在同一梯度下焊接的元器件数量，降低了元器件重融带来的装配隐患，提高了装配的成品率和生产的效率。
（3）本发明通过螺钉将内盖板和环框固定，保证模块内部两个射频腔体的独立性，避免腔体效应；通过平行缝焊的方式将盖板与环框连接，保证模块的密封性，与传统的锡封方式相比，气密性和封帽的一致性更好，同时能够避免在严酷的环境试验中漏率的变化，可靠性得到了提高。
（4）本发明通过在环框的底部焊接高散热底板的方式，保证了管壳散热的同时，相比于传统的黄铜管壳重量更轻，更加便于整机的使用。
（5）本发明对于不同频段和不同功率的芯片具有通用性，对于GaAs功率放大器芯片以及GaN功率放大器芯片也具有通用性。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为图1中A-A向剖视图；
图3为图1的局部剖视图；
图4为本发明实施例的输出功率与频率关系图；
图5为本发明实施例的附加效率与频率关系图；
1、环框；2、底板；3、盖板；4、内盖板；5、金丝；6、螺钉；7、载流馈通引线；8、射频馈通引线；9、射频馈通基片；10、载流馈通基片；11、陶瓷微带线；12、GaAs驱动放大芯片；13、GaAs功率放大芯片；14、单层片式瓷介电容器；15、多层瓷介电容器；16、射频馈通陶瓷绝缘子。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等同形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
如图1-3所示，一方面，本发明的实施例提供了一种一体式金属管壳的微波功率放大芯片封装，包括环框1、底板2、盖板3、内盖板4以及引线；其中，底板2设置于所述环框1下部，安装有通过金丝5电性连接的元器件；盖板3设置于所述环框1上部，与所述环框1、盖板3形成封闭空间将所述元器件密封；内盖板4设置于所述盖板3下方，通过螺钉6固定于封闭空间内部；引线穿设于所述环框1侧壁，包括载流馈通引线7和射频馈通引线8；所述元器件包括射频馈通基片9、载流馈通基片10、陶瓷微带线11、GaAs驱动放大芯片12、GaAs功率放大芯片13、单层片式瓷介电容器14以及多层瓷介电容器15。
本实施例所优选的是，所述环框1、底板2以及盖板3的材质均为可伐金属。
本实施例所优选的是，还包括设于所述封闭空间的射频馈通陶瓷绝缘子16，所述射频馈通陶瓷绝缘子16与环框1焊接固定。
本实施例所优选的是，所述底板2的材质为铜、钼铜或铜复合材料中的一种。
本实施例所优选的是，设置于GaAs驱动放大芯片12和GaAs功率放大芯片13表面的金属PAD与陶瓷微带线11通过金丝5电性连接；设置于GaAs驱动放大芯片12和GaAs功率放大芯片13表面的金属PAD与单层片式瓷介电容器14通过金丝5电性连接；所述单层片式瓷介电容器14和载流馈通基片10通过金丝5电性连接；所述射频馈通基片9和陶瓷微带线11通过金丝5电性连接。
另一方面，本发明的实施例提供了一体式金属管壳的微波功率放大芯片封装的制备方法，包括以下步骤：
1）将GaAs驱动放大芯片、GaAs功率放大芯片以及单层片式瓷介电容器通过金锡焊料共晶到底板上；
2）将多层瓷介电容器通过锡银铜焊料焊接到载流馈通基片上；
3）通过金丝将设置于GaAs驱动放大芯片和GaAs功率放大芯片表面的金属PAD与陶瓷微带线电性连接；通过金丝将设置于GaAs驱动放大芯片和GaAs功率放大芯片表面的金属PAD与单层片式瓷介电容器电性连接；通过金丝将单层片式瓷介电容器和载流馈通基片互联；通过金丝将射频馈通基片和陶瓷微带线电性；
4）将载流馈通引线和射频馈通引线通过玻璃熔封的方式与环框连接；
5）将底板与围框通过银铜钎料焊接；
6）通过支撑件将内盖板固定在环框上；
7）通过平行缝焊的方式将盖板与环框连接。
另外，射频馈通陶瓷绝缘子采用HTCC工艺进行制作，射频馈通基片、载流馈通基片以及陶瓷微带线采用氧化铝基板进行加工，基于半导体工艺对GaAs驱动放大芯片和GaAs功率放大芯片进行加工。
本发明实施例的输出功率与频率关系如图4所示，本发明实施例的增益与频率关系如图5所示，本方案的频率范围为8-12GHz，封装后的电性能指标优异，能够实现很好的微波电性能。

Claims (7)

1.一体式金属管壳的微波功率放大芯片封装，其特征在于，包括：
环框；
底板，设置于所述环框下部，安装有通过金丝电性连接的元器件；
盖板，设置于所述环框上部，与所述环框、盖板形成封闭空间将所述元器件密封；
内盖板，设置于所述盖板下方，通过支撑件固定于封闭空间内部；
引线，穿设于所述环框侧壁，包括载流馈通引线和射频馈通引线；
所述元器件包括射频馈通基片、载流馈通基片、陶瓷微带线、GaAs驱动放大芯片、GaAs功率放大芯片、单层片式瓷介电容器以及多层瓷介电容器。
2.根据权利要求1所述的一体式金属管壳的微波功率放大芯片封装，其特征在于：所述环框、底板以及盖板的材质均为可伐金属。
3.根据权利要求1所述的一体式金属管壳的微波功率放大芯片封装，其特征在于：还包括设于所述封闭空间的射频馈通陶瓷绝缘子，所述射频馈通陶瓷绝缘子与环框焊接固定。
4.根据权利要求1所述的一体式金属管壳的微波功率放大芯片封装，其特征在于：所述支撑件为螺钉。
5.根据权利要求1所述的一体式金属管壳的微波功率放大芯片封装，其特征在于：所述底板的材质为铜、钼铜或铜复合材料中的一种。
6.根据权利要求1所述的一体式金属管壳的微波功率放大芯片封装，其特征在于：设置于GaAs驱动放大芯片和GaAs功率放大芯片表面的金属PAD与陶瓷微带线通过金丝电性连接；设置于GaAs驱动放大芯片和GaAs功率放大芯片表面的金属PAD与单层片式瓷介电容器通过金丝电性连接；所述单层片式瓷介电容器和载流馈通基片通过金丝电性连接；所述射频馈通基片和陶瓷微带线通过金丝电性连接。
7.一体式金属管壳的微波功率放大芯片封装的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）将GaAs驱动放大芯片、GaAs功率放大芯片以及单层片式瓷介电容器通过金锡焊料共晶到底板上；
2）将多层瓷介电容器通过锡银铜焊料焊接到载流馈通基片上；
3）通过金丝将设置于GaAs驱动放大芯片和GaAs功率放大芯片表面的金属PAD与陶瓷微带线电性连接；通过金丝将设置于GaAs驱动放大芯片和GaAs功率放大芯片表面的金属PAD与单层片式瓷介电容器电性连接；通过金丝将单层片式瓷介电容器和载流馈通基片互联；通过金丝将射频馈通基片和陶瓷微带线电性；
4）将载流馈通引线和射频馈通引线通过玻璃熔封的方式与环框连接；
5）将底板与围框通过银铜钎料焊接；
6）通过支撑件将内盖板固定在环框上；
7）通过平行缝焊的方式将盖板与环框连接。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114364125A (zh) * 2021-12-31 2022-04-15 中国电子科技集团公司第十四研究所 一种双面布置器件的厚膜混合集成电路及其生产方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103441077A (zh) * 2013-07-15 2013-12-11 中国电子科技集团公司第五十五研究所 一种微波大功率管外壳的制造方法
CN107546131A (zh) * 2017-08-09 2018-01-05 合肥圣达电子科技实业有限公司 一种用于封装电子组件的金属外壳的制作方法
CN209119543U (zh) * 2018-12-29 2019-07-16 合肥中航天成电子科技有限公司 一种激光器外壳

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103441077A (zh) * 2013-07-15 2013-12-11 中国电子科技集团公司第五十五研究所 一种微波大功率管外壳的制造方法
CN107546131A (zh) * 2017-08-09 2018-01-05 合肥圣达电子科技实业有限公司 一种用于封装电子组件的金属外壳的制作方法
CN209119543U (zh) * 2018-12-29 2019-07-16 合肥中航天成电子科技有限公司 一种激光器外壳

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114364125A (zh) * 2021-12-31 2022-04-15 中国电子科技集团公司第十四研究所 一种双面布置器件的厚膜混合集成电路及其生产方法

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