CN112710874A - 一种储能焊封装agc中频放大器及其测试夹具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无线电电子电路领域，具体涉及一种储能焊封装AGC中频放大器及其测试夹具，包括PCB电路板、元器件、金属外壳，PCB电路板顶层设置有焊盘，所述元器件通过焊接方式装载于PCB电路板上；PCB电路板背面为全镀金区域；所述金属外壳包括管座和管帽两部分，通过导电胶将PCB电路板底部镀金区域粘接在管座上，通过引线焊接的方式将PCB电路板焊接在管座上，最后将管帽覆盖在粘贴有PCB电路板的管座一端，在充氮环境中进行储能焊，实现放大器的气密性封装。本发明通过电路板布局优化设计，并采用气密性封装和全屏蔽结构，能有效抵抗复杂电磁干扰。
Description
技术领域
本发明涉及无线电电子电路领域，具体涉及一种储能焊封装AGC中频放大器及其测试夹具。
背景技术
AGC中频放大器是用于通讯设备的具有自动增益控制AGC功能的中波频段小信号放大器，其应用范围非常广泛，常用于通信接收机中，通过天线接收到的信号经前端放大后混频到基带，滤波后使用中频放大器进行放大，为后级处理提供强度足够的信号，其AGC功能使信号增益处于合理范围内，保证用于系统处理的信号能量稳定，如图1所示。
将中频放大器应用于通信系统中通常有两种方式实现：第一种是以单片集成的形式实现，单片集成的为裸芯片，需封装于外壳中，气密性或非气密性封装后，再进行二次装配。第二种是以路板为载体的组件形式实现，以电路板为载体的AGC中频放大器，将电阻、电容等元器件焊接在PCB电路板上，再将电路板以螺钉固定于机壳或机箱中，进行非气密性封装。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种储能焊封装AGC中频放大器。
一种储能焊封装AGC中频放大器，包括PCB电路板、元器件、金属外壳，所述PCB电路板顶层设置有焊盘，所述元器件通过焊接方式装载于PCB电路板上；PCB电路板背面为全镀金区域；所述金属外壳包括管座和管帽两部分，通过导电胶将PCB电路板底部镀金区域粘接在管座上，通过引线焊接的方式将PCB电路板焊接在管座上，最后将管帽覆盖在粘贴有PCB电路板的管座一端，在充氮环境中进行储能焊，实现放大器的气密性封装。
在一种优选实施方式中，所述PCB电路板的六层板结构具体包括：电路板顶层、第一地层、电路板内层、第二地层、第三地层和底层。
在一种优选实施方式中，所述PCB电路板上设置有多个接地过孔，所述接地过孔分布在AGC反馈控制线路以及被放大信号所经过的各级匹配网络周围，且每两个接地过孔之间的间距不超过3mm。
在一种优选实施方式中，PCB电路板内的线路布置包括：将对噪声敏感度低的信号线布局在电路板顶层，受噪声影响大的敏感信号线设置于电路板内层，且被内层两侧的地层包裹保护。
进一步的，金属外壳的管座与PCB电路板电路板的结构、尺寸相适应；所述管座包括两列对称设计的直插孔，直插孔中设置有外引线和内引线，外引线设置在管座的下端，内引线设置在管座的上端。
进一步的，所述引线包括钎焊引线和熔封引线，钎焊引线与管座采用钎焊的烧结方式实现连接；管座底部与熔封引线之间采用绝缘材料实现连接。
进一步的，所述管座采用梯度台阶设计，包括封接环、第一层台阶和第二层台阶，第一层台阶与封接环之间设置有平整沟道(平整沟道能有效吸收储能焊后的溢出焊料，避免多余焊料向管座外沿溢出，影响放大器外观)，第二层台阶与第一层台阶存在高度差，且第二层台阶高于第一层台阶。
进一步的，所述管座采用4J29可伐合金，表层镀金；所述管帽采用4J29可伐合金，表层镀镍；所述引线材料采用4J29可伐合金，并在引线表面镀金。
进一步的，金属外壳的管帽与管座的形状、尺寸相适应，管帽与管座配套使用，实现放大器的储能焊封装。
一种AGC中频放大器的测试夹具，包括插座、铜块、测试电路板，测试电路板的正、背两面均设置有接地敷铜区域，所述铜块通过螺丝紧拧在测试电路板顶层的敷铜区域中央；铜块两侧设置插座，且铜块凸出略高于两侧的插座。
本发明的有益效果：
1.本发明在放大电路的输入、输出端和两级放大器之间均设计了匹配和选频网络，抑制输出频谱上的杂散成分，提升电路性能。
2.本发明通过电路板布局优化设计，使得器件增益超过80dB，AGC范围超过85dB，为高增益、大增益控制范围、低噪声放大器。
3.本发明融合了微组装工艺与组件级电路板各自特点，制作了以电路板为载体的金属气密性封装放大器，具有体积小，装配简单的特点，填补了此类产品的市场空白。
4.本发明采用全屏蔽结构，并进行气密性封装，能有效抵抗复杂电磁干扰，独特的装配方式和结构设计能够有效避免焊点氧化、元器件受潮失效等问题，对提升产品的可靠性具有很重要的意义。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
图1为中频放大器常用系统图；
图2为本实施例中提供的一种AGC中频放大器的电路原理框图；
图3为本实施例中提供的一种输入端匹配电路与输出端匹配电路示意图；
图4为本实施例中提供的一种PCB电路板的板层结构；
图5为本实施例中提供的一种电路板上的过孔示意图；
图6为本实施例中提供的一种金属外壳的管座和管帽示意图；
图7为本实施例中提供的一种金属外壳的管座俯视图；
图8为本实施例中提供的一种金属管座结构示意图；
图9为本实施例中提供的一种装架示意图；
图10为本实施例中提供的一种放大器测试夹具示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。
本实施例提供一种储能焊封装AGC中频放大器，其涉及的电路原理图如图2所示，在一种优选实施例中，AGC中频放大器的电路结构包括两级级联的压控增益放大器，分别是第一级压控增益放大器和第二级压控增益放大器。第二级放大器对第一级输出的信号检波并提取出幅度信号，将提取出的幅度信号分别反馈给第一级压控增益放大器和第二级压控增益放大器的增益控制端，从而实现自动增益控制功能，可以在输入信号幅度变化时保持稳定的输出。
进一步的，在一种优选实施例中，AGC中频放大器的电路结构还包括输入匹配与选频网络、中间级匹配与选频网络、输出匹配与选频网络。由于单级压控增益放大电路可提供约42dB的增益，本发明采用两个单级压控增益放大电路级联，理论上可实现84dB的增益，但整个链路必然有损耗，造成信号输入端、输出端以及级间不匹配的情况。若信号输入端、输出端以及级间阻抗不匹配，会大大降低放大电路的放大增益，或导致放大电路振荡。为提升整个电路的性能，抑制输出频谱上的杂散成分，在放大电路的输入端设计输入匹配与选频网络，在放大电路的输出端设计输出匹配与选频网络，在两级放大器之间设计中间级匹配与选频网络。在产品的输入、输出端和两级放大器之间均有选频和匹配网络，可有效抑制输出频谱上的杂散成分。
具体地，如图3所示，输入匹配与选频网络包括相互串联的电容、电阻、电感和前级电路组成的电路；输出匹配与选频网络包括相互连接的电容、电阻、电感和前级电路组成的电路。在一种优选实施例中，输出匹配与选频网络的电路包括：三个电容、一个电阻、一个电感和一个前级电路，一个电容、电感、电阻和前级电路依次串接，在电容与电感之间并联有两个电容。
优选地，AGC中频放大器的电源信号在输入放大器之前会经过滤波网络进行滤波。在电源滤波方面，AGC中频放大器的电源信号在输入第一级压控增益放大器和第二级压控增益放大器之前，先经π型滤波网络进行滤波，每一个π型滤波网络均包括1个电感和2个电容，可充分避免电源上的污染。
本实施例提供一种储能焊封装AGC中频放大器，其物理结构包括：AGC放大器采用PCB电路板为载体，将所需的各种元器件装配在PCB电路板上，并设计金属外壳，将放大器PCB电路板装载于金属外壳内，在充氮环境中进行储能焊，实现气密性封装。在一种优选实施例中，AGC中频放大器的结构包括但不限于：PCB电路板，焊接于PCB电路板之上的放大器芯片、电阻、电容等元器件，装载PCB电路板的金属外壳。
PCB电路板顶层设置有焊盘用于装配元器件，PCB电路板背面为全镀金区域，通过导电胶粘接底部镀金区域、引针穿过电路板焊盘过孔并以焊接的方式装架于金属外壳中。这种结构设计将装入金属外壳中的PCB电路板大面积接地，使得PCB电路板具有优秀的抗干扰性能。
为了使本发明实施例的技术方案更加清楚、完整，接下来从放大器结构的电路板布局设计、金属外壳结构和装架结构三个方面进行进一步介绍。
电路板布局设计：由于电路板只有正面装配元器件，若走线全位于正面，可能导致输出信号通过反馈控制线泄漏至输入端。为了改进电路性能，抑制噪声和防止信号泄露，本发明将PCB电路板设计为六层板，将对噪声敏感度低的信号线布局在电路板顶层(图4中的“TopLayer”层),将对噪声敏感度高的反馈控制线路(敏感信号线)设置于电路板内层(图4中的“MidLayer”层)，并在电路板内层的两侧各设置了地层(图4中的“GND”层)包裹保护敏感信号线，以便为泄漏的信号提供低阻抗返回路径。
请参见图4，在一种优选实施例中，PCB电路板的六层板结构具体包括：电路板顶层(图4中的“TopLayer”层)、第一地层(图4中的“Ground Layer1(GND)”层)、电路板内层(图4中的“MidLayer”层)、第二地层(图4中的“Ground Layer2(GND)”层)、第三地层(图4中的“Ground Layer3(GND)”层)和底层(图4中的“Botton Layer”)。PCB电路板结构的半固化片(Prepreg)和芯板(core)如图4。应当说明的是，本实施例以及附图中所展示的PCB电路板为六层板仅仅是示例性的，是一个可选择的实施方式，而不是对本发明结构的限制，应当理解的是，本发明的PCB电路板还可以设计为其他多层结构，本说明书对此不做限制。
在本实施例中，所述PCB电路板上设置有多个接地过孔，所述接地过孔分布在AGC反馈控制线路周围、被放大信号所经过的各级匹配网络周围，以及电路板的空白的敷铜区域，AGC反馈控制线路周围和被放大信号所经过的各级匹配网络周围的接地过孔分布比空白的敷铜区域的接地过孔分布更加密集，干扰信号通过接地过孔可以就近返回到低阻抗的地层上，以避免造成显著的辐射干扰。如图5所示。本发明在电路板上设计接地过孔，干扰信号可以就近返回到低阻抗的地层上，不会造成显著的辐射干扰。
进一步的，每两个接地过孔之间的间距不超过3mm，中频段在FR4电路板材料的传输波长远大于过孔间距，可以充分隔离以辐射方式存在的干扰信号。
金属外壳结构设计：金属外壳包括管座和管帽两部分。金属外壳根据电路板的尺寸、功能引脚位置，设计金属外壳的尺寸与引线位置，如图6～7所示。
所述管座包括两列对称设计的直插孔，每列12个，直插孔中设置有外引线和内引线，外引线设置在管座的下端，内引线设置在管座的上端。外引线每列12根(图6中管座下方的引线)，内引线(图6中管座上方的引线)采用防插错设计，两列不对称。
所述引线材料采用4J29可伐合金，并在引线表面镀金。
所述引线分为两种，一种是钎焊引线，即引线与管座采用钎焊的烧结方式熔为一体；另一种是熔封引线，引线与管座需绝缘，管座底部与熔封引线之间采用绝缘材料实现连接，优选采用硅硼硬玻璃绝缘子。钎焊引线和熔封引线这两种材料的膨胀系数接近，通过高温封接形成气密性结构，具有良好的抗热冲击性能，硅硼硬玻璃绝缘子与可伐合金封接属于高可靠性玻璃—金属匹配封接，进一步使得气密性结构更优。
所述管座与PCB电路板电路板的结构、尺寸相适应，若PCB电路板为矩形，则管座的结构为矩形，且尺寸与电路板的尺寸相同。
所述管座采用梯度台阶设计，包括封接环、第一层台阶和第二层台阶，请参见图8。先在金属底板上铣削出封接环和第一层台阶，所述封接环与管帽的封接位置对应，以便于储能焊封装。第一层台阶与封接环之间设置有平整沟道，沟道能有效吸收储能焊后的溢出焊料，避免多余焊料向管座外沿溢出，影响放大器外观；第一层台阶使管帽盖于管座上时能有效对位，不会发生管帽与管座储能焊封装时移位。在铣削好的第一层台阶上设计钎焊第二层台阶，第二层台阶与第一层台阶存在高度差，且第二层台阶高于第一层台阶。当电路板底部以导电胶粘接于第二层台阶上时，未固化的多余导电胶可从第二层台阶边缘漫出，顺着梯度流向第一层台阶，避免了多余导电胶漫至内引线，导致放大器内部短路的情况。因此，第二级台阶的设计保证了工艺可操作，大幅提升了产品成品率。
所述管座采用4J29可伐合金，表层镀金。
所述管帽与管座的形状、尺寸相适应，与所述管座配套使用，实现储能焊封装。
所述管帽采用4J29可伐合金，表层镀镍。
装架设计：将电路板装入金属外壳时，如果管座和电路板未大面积充分短接，则会导致传导到管座上的干扰信号在返回地层时形成较大的环路，从而对电路板产生明显的辐射干扰。此外，由于金属外壳内空间狭小，射频组件中常用的短接电路板与外壳的方式(如用螺钉充分拧紧)均无法采用。
为解决上述传统封装方式所存在的问题，本发明将芯片微组装工艺平台的技术融入组件级产品装架中，在PCB电路板底部镀金区域涂上未固化的导电胶，将电路板边缘焊盘过孔穿过管座内引线，导电胶将管座与焊接好元器件的电路板粘接在一起，如图9所示。导电胶固化后，变为硬质含银的良导体，既增大了电路板散热面积，又实现了电路板最大范围与金属外壳一体接地。同时，导电胶固化后，还具有与焊料烧结不相上下的机械强度，实现了电路板与金属管座的机械加固。
同时，在装架时，通过引线焊接的方式将PCB电路板焊接在管座上，具体地，将管座的内引线穿过电路板焊盘并以铅锡焊接方式相连，实现电路板功能脚与管座功能引线的电气连接，最后将管帽覆盖在粘贴有PCB电路板的管座一端完成放大器的装架，装架完成后，经清洗烘焙后，在充氮环境中进行储能焊封装。本实施例中，封装后的放大器在氦质谱检漏仪中检验，施以207±14kpa的压力4小时，漏率均小于2×10－1Pa·cm3/s。
封装完成后，整个金属外壳与放大器电路中的地相联，对于放大电路，金属外壳形成了一个完整的屏蔽罩，可有效抵抗复杂电子系统环境的干扰，保持放大器在电子系统中的电性能稳定。
封装后的放大器需进行电性能测试，高增益放大器的测试需进行良好接地。传统的测试方式必须将输入及输出同轴线的地层与管座用焊接方式直接短接才能取得良好的测试结果，而将同轴线的地与模块的“地”引脚连接测试时，输出端频谱上噪底增高且易出现谐振点，经分析，这是由于封装后的放大器的“地”引脚较为细长，其寄生感抗远大于扁平的管座，容易将干扰信号耦合进输入端。
因此，为了对发明的储能焊封装AGC中频放大器进行电性能测试，本实施例提供一种适用于本发明放大器的测试夹具，如图10所示，该测试夹具包括：插座、铜块、测试电路板。测试电路板的正、背两面均设置有大面积的接地敷铜区域，所述铜块为表面光滑的矩形铜块，所述铜块通过螺丝紧拧在测试电路板顶层的敷铜区域中央；铜块两侧设置插座，且铜块凸出略高于两侧的插座。
进一步的，在一种优选实施方式中，所述插座包括1列插孔，在单个插座上，插孔的数量和间距与放大器管座上单列外引线的数量和间距相适应。两个插座之间的插孔间距与放大器管座上的两列外引脚间距保持一致。
在使用该测试夹具进行放大器性能测试时，将被测放大器的外引线插入插座并用力向下压紧，使得放大器的管座底部与铜块完全接触实现短接。当被测放大器的外引线插入插座并向下压紧后，管座底部自然与铜块充分短接，从而将被测放大器内部电路板的地——管座——铜块——测试电路板地连成充分短接的整体，而测试同轴线的地与测试电路板的敷铜充分短接，因此具有很低的接地感抗。
经过测试表明，采用上述夹具测出的参数，与直接将同轴线地与管壳焊接后测出的结果一致，解决了模块的测试问题。
本发明实施例的中频放大器具有以下特点：
1、以工作频点70MHz的中频放大器为例，通过电路板布局优化设计，器件增益超过80dB，AGC范围超过85dB，为高增益、大增益控制范围、低噪声放大器。
2、融合了微组装工艺与组件级电路板各自特点，制作了以电路板为载体的金属气密性封装放大器，具有体积小，装配简单的特点，填补了此类产品的市场空白。
3、独特的装配方式和结构设计，使产品具有气密性封装，全屏蔽结构，能有效抵抗复杂电磁干扰。内部电路板及电路板上的元器件不受外部氧化、潮气等影响，有效避免焊点氧化、元器件受潮失效等问题，对提升产品的可靠性具有很重要的意义；金属化外壳抗盐雾、抗腐蚀等优点，可以应用于更多特别是恶劣环境。本发明所设计的结构方案还可应用于同类其它组件中，具有广泛适应性。
当介绍本申请的各种实施例的元件时，冠词“一”、“一个”、“这个”和“所述”都意图表示有一个或多个元件。词语“包括”、“包含”和“具有”都是包括性的并意味着除了列出的元件之外，还可以有其它元件。
在本实施例的描述中，需要理解的是，术语“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“中央”、“两端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实施例的限制。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
在本实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实施例中的具体含义。
尽管已经示出和描述了本实施例的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实施例的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实施例的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种储能焊封装AGC中频放大器，包括PCB电路板、元器件、金属外壳，其特征在于，所述PCB电路板顶层设置有焊盘，所述元器件通过焊接方式装载于PCB电路板上；PCB电路板背面为全镀金区域；所述金属外壳包括管座和管帽两部分，通过导电胶将PCB电路板底部镀金区域粘接在管座上，通过引线焊接的方式将PCB电路板焊接在管座上，最后将管帽覆盖在粘贴有PCB电路板的管座一端，在充氮环境中进行储能焊，实现放大器的气密性封装。
2.根据权利要求1所述的一种储能焊封装AGC中频放大器，其特征在于，所述PCB电路板的六层板结构具体包括：电路板顶层、第一地层、电路板内层、第二地层、第三地层和底层。
3.根据权利要求2所述的一种储能焊封装AGC中频放大器，其特征在于，所述PCB电路板上设置有多个接地过孔，所述接地过孔分布在AGC反馈控制线路以及被放大信号所经过的各级匹配网络周围，且每两个接地过孔之间的间距不超过3mm。
4.根据权利要求2任一所述的一种储能焊封装AGC中频放大器，其特征在于，PCB电路板内的线路布置包括：将对噪声敏感度低的信号线布局在电路板顶层，受噪声影响大的敏感信号线设置于电路板内层，且被内层两侧的地层包裹保护。
5.根据权利要求1所述的一种储能焊封装AGC中频放大器，其特征在于，金属外壳的管座与PCB电路板电路板的结构、尺寸相适应；所述管座包括两列对称设计的直插孔，直插孔中设置有外引线和内引线，外引线设置在管座的下端，内引线设置在管座的上端。
6.根据权利要求5所述的一种储能焊封装AGC中频放大器，其特征在于，所述引线包括钎焊引线和熔封引线，钎焊引线与管座采用钎焊的烧结方式实现连接；熔封引线与管座底部之间采用绝缘材料实现连接。
7.根据权利要求5所述的一种储能焊封装AGC中频放大器，其特征在于，管座采用梯度台阶设计，包括封接环、第一层台阶和第二层台阶，第一层台阶与封接环之间设置有平整沟道，第二层台阶与第一层台阶存在高度差，且第二层台阶高于第一层台阶。
8.根据权利要求5所述的一种储能焊封装AGC中频放大器，其特征在于，所述管座采用4J29可伐合金，表层镀金；所述引线材料采用4J29可伐合金，并在引线表面镀金。
9.根据权利要求1所述的一种储能焊封装AGC中频放大器，其特征在于，金属外壳的管帽与管座的形状、尺寸相适应，管帽与管座配套使用，实现放大器的储能焊封装。
10.一种如权利要求1～9任一所述AGC中频放大器的测试夹具，其特征在于，包括插座、铜块、测试电路板，测试电路板的正、背两面均设置有接地敷铜区域，所述铜块通过螺丝紧拧在测试电路板顶层的敷铜区域中央；铜块两侧设置插座，且铜块凸出略高于两侧的插座。
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|---|---|---|---|
| CN202011537793.2A CN112710874A (zh) | 2020-12-23 | 2020-12-23 | 一种储能焊封装agc中频放大器及其测试夹具 |
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Citations (4)
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| CN105307390A (zh) * | 2015-11-13 | 2016-02-03 | 唐水 | 一种pcb板结构 |
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-
2020
- 2020-12-23 CN CN202011537793.2A patent/CN112710874A/zh active Pending
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