CN112713377B - W波段表贴气密微波封装集成结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种W波段表贴气密微波封装集成结构，属于微波封装技术领域，包括底座、PCB基板、W波段表贴封装单元以及壳体，底座设有波导输入接口和波导输出接口；PCB基板固定于底座上，PCB基板上设有分别与波导输入接口和波导输出接口连通的金属化波导孔；W波段表贴封装单元固定于PCB基板上；壳体设有封装腔，壳体固定于底座上，将PCB基板和W波段表贴封装单元封装于封装腔内。本发明能够实现W波段表贴气密微波封装对外接口由介质波导至标准金属波导接口的转换，W波段表贴气密微波封装可以直接与用户的标准金属波导法兰口对接，对接简单方便，使得W波段表贴气密微波封装能够广泛应用。

Description

W波段表贴气密微波封装集成结构

技术领域

本发明属于微波封装技术领域，更具体地说，是涉及一种W波段表贴气密微波封装集成结构。

背景技术

随着太赫兹技术应用的逐步推广，越来越多的高频芯片被广泛的使用，W波段的就是其中应用非常广范的一个频段，应用于太赫兹安检、物质检测、遥感、医疗诊断等方面，该频段的低噪放芯片、功放芯片、检波器芯片、倍频器芯片、混频芯片等已进入批量实用化阶段。

目前已经有技术手段是将上述芯片实现表贴气密封装，实现表贴器件与金属波导盒体的集成。芯片表贴封装后，对外接口为介质波导口，无法直接与用户的标准金属波导口对接。

发明内容

本发明的目的在于提供一种W波段表贴气密微波封装集成结构，旨在解决W波段表贴封装后，介质波导口无法与标准金属波导法兰口对接的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种W波段表贴气密微波封装集成结构，包括：底座、PCB基板、W波段表贴封装单元以及壳体，底座设有波导输入接口和波导输出接口；PCB基板固定于所述底座上，所述PCB基板上设有分别与所述波导输入接口和所述波导输出接口连通的金属化波导孔；W波段表贴封装单元固定于所述PCB基板上；壳体设有封装腔，所述壳体固定于所述底座上，将所述PCB基板和所述W波段表贴封装单元封装于所述封装腔内。

作为本申请另一实施例，所述波导输入接口与所述金属化波导孔连通的拐角处设有波导转向结构，所述波导输出接口与所述金属化波导孔连通的拐角处设有波导转向结构，所述波导转向结构用于改变波导传输的方向。

作为本申请另一实施例，所述波导转向结构为阶梯块，所述阶梯块至少包括一个台阶面。

作为本申请另一实施例，所述金属化波导孔为阶梯孔，自所述底座向所述W波段表贴封装单元方向，所述阶梯孔的截面尺寸从大到小排列，并定义靠近所述底座一端的阶梯孔为第一台阶孔。

作为本申请另一实施例，还包括金属载板，所述金属载板直接固定在所述底座上，所述PCB基板固定在所述金属载板上，所述金属载板上对应所述波导输入接口连通和所述波导输出接口设有波导传输孔，所述波导传输孔的截面尺寸不小于所述金属化波导孔的截面尺寸。

作为本申请另一实施例，所述金属载板封装于所述封装腔内。

作为本申请另一实施例，所述金属载板上设有定位销，所述PCB基板上设有适配所述定位销的定位孔。

作为本申请另一实施例，所述金属载板通过贯穿所述底座的螺栓，与所述底座固定连接。

作为本申请另一实施例，所述金属载板与所述底座相连的一面设有螺纹盲孔，所述螺栓贯穿所述底座与所述螺纹盲孔螺纹连接。

作为本申请另一实施例，所述波导传输孔的截面尺寸、所述金属化波导孔的截面尺寸与所述波导输入接口和所述波导输出接口的截面尺寸一致。

本发明提供的W波段表贴气密微波封装集成结构的有益效果在于：与现有技术相比，本发明W波段表贴气密微波封装集成结构，通过底座上设置波导输入输出接口，能够实现W波段表贴气密微波封装对外接口由介质波导至标准金属波导接口的转换，以使W波段表贴气密微波封装可以直接与用户的标准金属波导法兰口对接，对接简单方便，使得W波段表贴气密微波封装的能够得到广泛应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1为本发明实施例提供的W波段表贴气密微波封装集成结构的剖面结构示意图；

图2为本发明实施例提供的W波段表贴气密微波封装集成结构的外观立体结构示意图；

图3为本发明实施例提供的W波段表贴气密微波封装集成结构的内部结构示意图一；

图4为本发明实施例所示的W波段表贴气密微波封装集成结构的内部结构示意图二；

图5为本发明实施例所采用的底座的立体结构示意图。

图中：1、封装腔；2、壳体；3、PCB基板；4、定位销；5、金属载板；6、波导输入接口；7、底座；8、销钉；9、螺栓；10、转向结构；11、波导输出接口；12、阶梯孔；13、BGA植球焊盘；14、W波段表贴封装单元。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请一并参阅图1至图5，现对本发明提供的W波段表贴气密微波封装集成结构进行说明。所述W波段表贴气密微波封装集成结构，包括底座7、PCB基板3、W波段表贴封装单元14以及壳体2，底座7设有波导输入接口6和波导输出接口11；PCB基板3固定于底座7上，PCB基板3上设有分别与波导输入接口6和波导输出接口11连通的金属化波导孔；W波段表贴封装单元14固定于PCB基板3上；壳体2设有封装腔1，壳体2固定于底座7上，将PCB基板3和W波段表贴封装单元14封装于封装腔1内。

本发明提供的W波段表贴气密微波封装集成结构，与现有技术相比，通过底座7上设置波导输入输出接口，能够实现W波段表贴气密微波封装对外接口由介质波导至标准金属波导接口的转换，以使W波段表贴气密微波封装可以直接与用户的标准金属波导法兰口对接，对接简单方便，使得W波段表贴气密微波封装的广泛应用成为可能。

本实施例中波导输入接口6和波导输出接口11，采用WR-10标准波导接口，即可直接与用户的标准金属波导法兰口对接，应用于太赫兹安检、物质检测、遥感、医疗诊断等领域，连接转换简单方便。

本实施例中，W波段表贴封装单元14与PCB基板3的固定方式如下：通过BGA植球直接锡焊、或者通过导电胶粘接、或者通过物理压合等方式。

PCB基板3采用FR4板、RO4350B等板材制作；底座7为金属件，采用铝、铜等材质制作；壳体2为金属件，采用铝、铜等材质制作。底座7与壳体2通过螺栓连接。FR4板材也即环氧玻璃布层压板，简称环氧板。环氧玻璃布层压板是由经化学处理的电工用无碱玻璃纤维布为基材，以环氧树脂作为粘合剂经热压而成的层压制品，高温下机械强度高，高湿下电气性能稳定性好。适用于机械、电气及电子等领域。

作为本发明提供的W波段表贴气密微波封装集成结构的一种具体实施方式，请参阅图1及图5，波导输入接口6与金属化波导孔连通的拐角处设有波导转向结构10，波导输出接口11与金属化波导孔连通的拐角处设有波导转向结构10，波导转向结构10用于改变波导传输的方向。通过波导转向结构10实现信号由平行传输转为垂直传输。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1及图5，波导转向结构10为阶梯块，阶梯块至少包括一个台阶面，对波导信号实现转向。本实施例采用的是两阶台阶，也即两个台阶面。台阶面越多，指标会越好，频带越宽。

本实施例中，参见图5，波导转向结构10还可以是设置在拐角处的呈阶梯状设置的挡板，挡板垂直于波导输入接口6和波导输出接口11的内壁，靠近W波段表贴封装单元14的一端的挡板的宽度小于远离的挡板的宽度，即可形成阶梯状。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，参阅图1，金属化波导孔为阶梯孔12，自底座7向W波段表贴封装单元14方向，阶梯孔12的截面尺寸从大到小排列，并定义靠近底座7一端的阶梯孔12为第一台阶孔。本实施例的阶梯孔12为两阶台阶，也即具有两个尺寸的孔径。

本实施例中，第一台阶孔的截面尺寸与波导输入接口6和波导输出接口11的截面尺寸一致，例如，与WR10标准波导接口尺寸一致，为2.54mm×1.27mm，金属化波导孔内壁金属化，微波在其中传输与在金属波导中传输状态一致；第二台阶孔为一段更窄的内壁金属化的台阶，使用λ/4变化线原理实现标准波导到介质波导的阻抗匹配。λ/4变化线原理，也即λ/4阻抗匹配线，或1/4波长传输线阻抗，在现有技术中已是射频微波电路中的重要组成部分，阻抗匹配主要是由于匹配使得电路中的反射电压波变少，从而损耗减小。同时，匹配网络对器件的增益、噪声、输出功率还有着重要的影响。在微波传输系统，关系到系统的传输效率、功率容量与工作稳定性，关系到微波测量系统误差和测量精度，以及微波元器件的质量等问题。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1及图4，还包括金属载板5，金属载板5直接固定在底座7上，PCB基板3固定在金属载板5上，金属载板5上对应波导输入接口6连通和波导输出接口11设有波导传输孔，波导传输孔的截面尺寸不小于金属化波导孔的截面尺寸。设置金属载板5，将PCB基板3焊接到金属载板5上，通过螺栓9从底座7的背面将金属载板5与底座7固定在一起，即可实现对PCB基板3的固定。这种固定方式，无需在PCB基板3上设置与底座7固定的安装孔，且是在PCB基板的背面，通过金属载板5与底座7的固定实现PCB基板3的固定，相比常规的通过在PCB基板上设置安装孔固定的方式，具有的优点如下：(1)避免PCB基板3直接固定在底座7上造成的形变，波导传输腔密封不严，造成泄漏的问题，提高波导传输通道的密封性及屏蔽性，提高传输信号的真实性；(2)PCB基板3通过金属载体固定在底座7上，螺栓9连接时，从底座7的背面传入螺栓9，相比从正面固定PCB基板3组装方式，不会破坏PCB基板3的完整性，且不占用PCB基板3的有效利用面积，提高了PCB基板3的有效利用率，且组装方便。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1，金属载板5封装于封装腔1内。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1，金属载板5上设有定位销4，PCB基板3上设有适配定位销4的定位孔。使用定位销4对位保证金属载板5上的波导口与PCB基板3上的波导口的同心度。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1，金属载板5通过贯穿底座7的螺栓9，与底座7固定连接。其中金属载板5与底座7之间通过销钉8定位。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1，金属载板5与底座7相连的一面设有螺纹盲孔，螺栓9贯穿底座7与螺纹盲孔螺纹连接。

本实施例装配工艺步骤如下：

步骤一，W波段表贴封装单元14通过BGA植球焊盘13焊接到PCB基板3的正面；

步骤二，将PCB基板3的背面焊接到下层金属载板5的正面；

步骤三，利用螺栓9从底座7背面穿过，将金属载板5固定在底座7的正面；形成W波段表贴气密微波封装集成结构。

参见图1，本发明的微波传输路径如下：

在底座7两侧形成标准波导WR-10对接口；

微波信号由波导输入接口6馈入，通过波导转向结构10实现信号由平行传输转为垂直传输；

然后先传输经过金属载板5的标准波导传输孔，再经过两阶PCB基板3的阶梯孔12；PCB基板3采用FR4板材制作；

然后再经BGA植球(即球栅阵列封装技术)焊盘，实现上层ALN气密管壳与下层PC基B板的互连；

最后经介质波导馈入W波段表贴气密封装单元，进而完成微波信号的处理，处理完毕的微波信号再通过上述镜像的结构从波导输出接口11传出。

在微波传输路径上通过合理的布球(BGA植球焊盘13)形成一层空气波导，可以使微波信号良好传输，同时该层可以实现通过锡球(BGA植球)将PCB基板3上的Pad与W波段表贴气密微波封装单元内部的Pad局部互连起来，从而实现低频电气连接，可以用来传输电源信号以及20GHz以下的低频信号。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1，波导传输孔的截面尺寸、金属化波导孔的截面尺寸与波导输入接口6和波导输出接口11的截面尺寸一致。具体地，第一台阶孔的截面尺寸与波导输入接口6的截面尺寸一致。波导信号传输时，先传输经过金属载板5的标准波导传输孔，再经过两阶PCB基板3的阶梯孔12，其中，第一阶台孔尺寸与WR10标准波导尺寸一致，微波在其中传输与在金属波导中传输状态一致；第二阶台阶孔为一段更窄的内壁金属化的台阶孔，使用λ/4变化线原理实现标准波导到介质波导的阻抗匹配。

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 (9)

1.W波段表贴气密微波封装集成结构，其特征在于，包括：

底座，设有波导输入接口和波导输出接口；

PCB基板，所述PCB基板上设有分别与所述波导输入接口和所述波导输出接口连通的金属化波导孔；

W波段表贴封装单元，固定于所述PCB基板上；以及

壳体，设有封装腔，所述壳体固定于所述底座上，将所述PCB基板和所述W波段表贴封装单元封装于所述封装腔内；所述PCB基板采用FR4板或RO4350B板材，底座采用铝或铜金属；

还包括金属载板，所述金属载板直接固定在所述底座上，所述PCB基板固定在所述金属载板上，所述金属载板上对应所述波导输入接口连通和所述波导输出接口设有波导传输孔，所述波导传输孔的截面尺寸不小于所述金属化波导孔的截面尺寸；将PCB基板焊接到金属载板上。

2.如权利要求1所述的W波段表贴气密微波封装集成结构，其特征在于，所述波导输入接口与所述金属化波导孔连通的拐角处设有波导转向结构，所述波导输出接口与所述金属化波导孔连通的拐角处设有波导转向结构，所述波导转向结构用于改变波导传输的方向。

3.如权利要求2所述的W波段表贴气密微波封装集成结构，其特征在于，所述波导转向结构为阶梯块，所述阶梯块至少包括一个台阶面。

4.如权利要求1所述的W波段表贴气密微波封装集成结构，其特征在于，所述金属化波导孔为阶梯孔，自所述底座向所述W波段表贴封装单元方向，所述阶梯孔的截面尺寸从大到小排列，并定义靠近所述底座一端的阶梯孔为第一台阶孔。

5.如权利要求1所述的W波段表贴气密微波封装集成结构，其特征在于，所述金属载板封装于所述封装腔内。

6.如权利要求1所述的W波段表贴气密微波封装集成结构，其特征在于，所述金属载板上设有定位销，所述PCB基板上设有适配所述定位销的定位孔。

7.如权利要求1所述的W波段表贴气密微波封装集成结构，其特征在于，所述金属载板通过贯穿所述底座的螺栓，与所述底座固定连接。

8.如权利要求7所述的W波段表贴气密微波封装集成结构，其特征在于，所述金属载板与所述底座相连的一面设有螺纹盲孔，所述螺栓贯穿所述底座与所述螺纹盲孔螺纹连接。

9.如权利要求1所述的W波段表贴气密微波封装集成结构，其特征在于，所述波导传输孔的截面尺寸、所述金属化波导孔的截面尺寸与所述波导输入接口和所述波导输出接口的截面尺寸一致。

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