CN112992887B - 一种双层堆叠微互联高密度集成组件 - Google Patents

一种双层堆叠微互联高密度集成组件 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种双层堆叠微互联高密度集成组件，包括正面金属载板、双体SSMP接头、顶层电路板、顶层收发芯片、金属框架、底层移相衰减波控芯片、底层电路板、毛纽扣弹性连接器、反面金属载板和单体SSMP接头，其中正面金属载板、双体SSMP接头、顶层电路板、顶层收发芯片构成顶层电路，底层移相衰减波控芯片、底层电路板、反面金属载板、单体SSMP接头构成底层电路，顶层电路和底层电路独立装配完成后，嵌入金属框架，毛纽扣弹性连接器设置在金属框架的腔体内，连接顶层电路板和底层电路板，实现金属腔体上下层电路的互联。本发明充分利用纵向空间体积将芯片在上下两层堆叠放置，相对于传统刀片式收发组件，提高了空间利用率和集成度。

Description

一种双层堆叠微互联高密度集成组件
技术领域
本发明涉及雷达技术，具体涉及一种双层堆叠微互联高密度集成组件。
背景技术
前端收发组件是有源相控阵雷达技术(AESA)的核心组件，在AESA系统中每个天线单元后面都有一个收发组件与之对应，用于控制每个通道的收发幅度相位，这样可以使天线阵面在不转动的情况下，在空间产生辐射电磁波束的扫描变换。传统的刀片式结构是把互连电路和芯片等在天线阵面垂直方向上排布，并逐片拼装形成阵面，虽然技术较成熟但是其体积较大，集成度低，组装一致性难于保证，在空间体积有要求的应用场合有较大限制。瓦片式前端收发组件式近几年研究的热点，利用小体积高频互连结构、高密度多层陶瓷基板、芯片设计多功能化等技术将芯片，电路等结构垂直排布，利用垂直方向的空间结构缩小组件的体积，利用正反两面载板提高散热效率，利用高精度陶瓷电路制造工艺和多功能技术提高系统集成度提高系统从而提高组装一致性。因此，本发明基于瓦片式结构设计一种双层堆叠前端收发组件。
发明内容
本发明的目的在于提出一种双层堆叠微互联高密度集成组件。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种双层堆叠微互联高密度集成组件，包括正面金属载板、双体SSMP接头、顶层电路板、顶层收发芯片、金属框架、底层移相衰减波控芯片、底层电路板、毛纽扣弹性连接器、反面金属载板和单体SSMP接头，其中：
正面金属载板、双体SSMP接头、顶层电路板、顶层收发芯片构成顶层电路，双体SSMP接头设置在正面金属载板内，顶层电路板设置在正面金属载板的底面，顶层收发芯片设置在顶层电路板的底面；
底层移相衰减波控芯片、底层电路板、反面金属载板、单体SSMP接头构成底层电路，单体SSMP接头设置在反面金属载板内，底层电路板设置在反面金属载板的顶面，底层移相衰减波控芯片设置在底层电路板的顶面；
顶层电路和底层电路独立装配完成后，嵌入金属框架，毛纽扣弹性连接器设置在金属框架的腔体内，连接顶层电路板和底层电路板，实现金属腔体上下层电路的互联。
进一步的，所述毛纽扣弹性连接器包括连接器本体和毛纽扣连接触点，其中连接器本体为弹性结构，设置在金属载板的绝缘介质体内，毛纽扣连接触点设置在连接器本体两端，与内嵌在电路板的走线连接。
进一步的，所述金属框架内设置倒扣腔体结构，用于对不同的收发通道在空间上进行隔离。
进一步的，所述正面金属载板和反面金属载板在惰性气氛的条件下通过激光密封焊接的方式与金属框架的围框烧结在一起。
进一步的，所述双体SSMP接头和顶层电路板通过锡焊的方式与正面金属载板烧结在一起；所述底层电路板和单体SSMP接头通过锡焊的方式与反面金属载板烧结在一起。
进一步的，所述顶层收发芯片装贴在顶层电路板上，所述底层移相衰减波控芯片装贴在底层电路板上。
进一步的，所述顶层电路板和底层电路板采用高温共烧陶瓷基板、低温烧陶瓷基板或者高频多层印制板。
进一步的，整个瓦片式前端收发组件的尺寸呈正方形，边长不超过阵列天线工作最高工作波长的二分之一。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)充分利用纵向空间体积将芯片在上下两层堆叠放置，相对于传统刀片式收发组件，可以进一步提高空间利用率，提高组件设计集成化；(2)通过内嵌毛纽扣弹性连接器的金属框架结构连接顶层和底层高低频信号并采用激光密封焊的方式烧结上下载板和金属框架，整件装配工艺过程与普通微组装工艺兼容，不需要额外增加工艺温度梯度，相对于采用阵列焊球实现的堆叠更易于实现；(3)顶层和底层电路的收发微波芯片和电路板都贴装在金属载板上，通过载板与外界散热界面通过接触散热，充分利用瓦片式结构的接触面散热，改善堆叠式结构的热堆积问题。
附图说明
图1是本发明双层堆叠微互联高密度集成组件构成示意图。
图2是本发明的内部结构示意图。
图3是本发明中毛纽扣连接器的结构示意图。
图4是本发明中瓦片式前端收发组件的结构爆炸图。
图5是本发明中瓦片式前端收发组件的俯视图。
图6是本发明中瓦片式前端收发组件的仰视图。
图7是本发明中瓦片式前端收发组件的顶层收发电路图。
图8是本发明中瓦片式前端收发组件的底层移相衰减电路图。
图中：1正面金属载板，2双体SSMP接头，3顶层电路板，4顶层收发芯片，5金属框架，6底层移相衰减波控芯片，7底层电路板，8毛纽扣弹性连接器，9反面金属载板，10单体SSMP接头，11毛纽扣弹性连接器，12毛纽扣连接触点，13走线，14绝缘介质体，15激光封焊熔融点，16顶层激光封焊焊缝，17底层激光封焊焊缝。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本发明一种双层堆叠微互联高密度集成组件，构成示意如图1-2所示，包括正面金属载板1、双体SSMP接头2、顶层电路板3、顶层收发芯片4、金属框架5、底层移相衰减波控芯片6、底层电路板7、毛纽扣弹性连接器8、反面金属载板9和单体SSMP接头10，其中：
由正面金属载板1、双体SSMP接头2、顶层电路板3、顶层收发芯片4构成顶层电路，主要负责接收限幅滤波放大和发射功率放大功能。底层移相衰减波控芯片6、底层电路板7、反面金属载板9、单体SSMP接头10构成底层电路，主要负责移相衰减的信号调整和波控解调功能。双体SSMP接头2设置在正面金属载板1内，顶层电路板3设置在正面金属载板1的底面，顶层收发芯片设置在顶层电路板3的底面。单体SSMP接头10设置在反面金属载板9内，底层电路板7设置在反面金属载板9的顶面，底层移相衰减波控芯片6设置在底层电路板7的顶面。顶层电路和底层电路独立装配完成后，嵌入金属框架5，再利用纵向内置的毛纽扣弹性连接器8实现金属腔体上下层电路的互联。
组件工作在接收状态时，信号从顶面双体SSMP接头2输入，经过顶层收发芯片4的限幅滤波放大等操作之后，从电路板层间内埋走线13连接到上层电路对应的毛纽扣连接触点12，通过金属框架5腔体内嵌的毛纽扣弹性连接器8传输到底层电路对应的毛纽扣连接触点16，经过电路板层间内埋走线13传输到底层移相衰减波控芯片6，经过两路信号合成，最后通过底层单体SSMP接头10输出。发射状态与接收状态传输方向相反，经由底部激励信号输入，通过移相衰减等功能调整后输入顶层驱动放大器，顶层电路板3和底层电路板7通过框架间内置的毛纽扣弹性连接器8连接。
作为一种优选实施方式，组件将金属框架5的围框和上下金属底板在惰性气氛的条件下分别采用激光密封焊接的方式烧结在一起，既起到气密封装的作用，又能起到良好的机械强度支撑作用。激光焊接的焊缝示意见图5的顶层激光封焊焊缝16、图6的底层激光封焊焊缝17。同时SSMP接头2,10和电路板3,9都采用锡焊的方式与金属载板烧结在一起，满足气密封装的条件，可保证组件内部裸芯片可以长期可靠工作。
作为一种优选实施方式，顶层的双体SSMP接头2负责连接外部辐射单元，底层的单体SSMP接头10连接系统内部变频系统，整个瓦片式前端收发组件的尺寸呈正方形，边长不超过阵列天线工作最高工作波长的二分之一，这样的设计就可以通过拼接可实现阵面规模的可扩展。顶层和底层电路的收发微波芯片和电路板都贴装在金属载板上，通过载板与外界散热界面通过接触散热，充分利用瓦片式结构的接触面散热，改善堆叠式结构的热堆积问题。
作为一种优选实施方式，毛纽扣弹性连接器结构如图3所示，上下两端有金属连接头，作为毛纽扣连接触点，具有弹性结构的毛纽扣连接器本体11放置在绝缘介质体14内，毛纽扣连接器本体11支撑金属连接头向外伸展，通过调整毛纽扣的规格可以调整压缩连接头需要的力度，不仅可以连通低频信号，而且根据同轴微波阻抗计算介质和毛纽扣的直径比例可以得到良好微波射频传输性能。
作为一种优选实施方式，采用的多层电路板可以采用包括但不限于高温共烧陶瓷基板，低温烧陶瓷基板，高频多层印制板等可以传导高频信号的板材。设计上通过金属键合、垂直过渡、内埋矩形同轴布线等方式与微波芯片和电路结合，通过不同的设计结合方式实现前端收发组件功能，也可以构成其它功能的微波组件。
作为一种优选实施方式，金属框架5内设置倒扣腔体结构，对不同的收发通道在空间上进行隔离。如图7-8所示，采用双极化方式、通道2合1合成，顶层电路可以均匀排布4个收发通道，4个双体的SSMP接头，在底层电路排布2路移相衰减通道合成1路，合成后共两路输出。通过设置倒扣腔体结构，可以避免信号串扰。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种双层堆叠微互联高密度集成组件，其特征在于，包括正面金属载板(1)、双体SSMP接头(2)、顶层电路板(3)、顶层收发芯片(4)、金属框架(5)、底层移相衰减波控芯片(6)、底层电路板(7)、毛纽扣弹性连接器(8)、反面金属载板(9)和单体SSMP接头(10)，其中：
正面金属载板(1)、双体SSMP接头(2)、顶层电路板(3)、顶层收发芯片(4)构成顶层电路，双体SSMP接头(2)设置在正面金属载板(1)内，顶层电路板(3)设置在正面金属载板(1)的底面，顶层收发芯片设置在顶层电路板(3)的底面；
底层移相衰减波控芯片(6)、底层电路板(7)、反面金属载板(9)、单体SSMP接头(10)构成底层电路，单体SSMP接头(10)设置在反面金属载板(9)内，底层电路板(7)设置在反面金属载板(9)的顶面，底层移相衰减波控芯片(6)设置在底层电路板(7)的顶面；
顶层电路和底层电路独立装配完成后，嵌入金属框架(5)，毛纽扣弹性连接器(8)设置在金属框架(5)的腔体内，连接顶层电路板(3)和底层电路板(7)，实现金属腔体上下层电路的互联。
2.根据权利要求1所述的双层堆叠微互联高密度集成组件，其特征在于，所述毛纽扣弹性连接器(8)包括连接器本体(11)和毛纽扣连接触点(12)，其中连接器本体(11)为弹性结构，设置在金属载板(9)的绝缘介质体内，毛纽扣连接触点(12)设置在连接器本体(11)两端，与内嵌在电路板的走线连接。
3.根据权利要求1所述的双层堆叠微互联高密度集成组件，其特征在于，所述金属框架(5)内设置倒扣腔体结构，用于对不同的收发通道在空间上进行隔离。
4.根据权利要求1所述的双层堆叠微互联高密度集成组件，其特征在于，所述正面金属载板(1)和反面金属载板(9)在惰性气氛的条件下通过激光密封焊接的方式与金属框架(5)的围框烧结在一起。
5.根据权利要求1所述的双层堆叠微互联高密度集成组件，其特征在于，所述双体SSMP接头(2)和顶层电路板(3)通过锡焊的方式与正面金属载板(1)烧结在一起；所述底层电路板(7)和单体SSMP接头(10)通过锡焊的方式与反面金属载板(9)烧结在一起。
6.根据权利要求1所述的双层堆叠微互联高密度集成组件，其特征在于，所述顶层收发芯片(4)装贴在顶层电路板(3)上，所述底层移相衰减波控芯片(6)装贴在底层电路板(7)上。
7.根据权利要求1所述的双层堆叠微互联高密度集成组件，其特征在于，所述顶层电路板(3)和底层电路板(7)采用高温共烧陶瓷基板、低温烧陶瓷基板或者高频多层印制板。
8.根据权利要求1所述的双层堆叠微互联高密度集成组件，其特征在于，整个瓦片式前端收发组件的尺寸呈正方形，边长不超过阵列天线工作最高工作波长的二分之一。
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