CN113179606A - 低剖面tr组件 - Google Patents

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郭芸希
涂振斌
陈桂莲
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Abstract

本发明提供了一种低剖面TR组件，包括管壳、接口电路、LTCC基板、芯片电路、隔墙、内盖板以及外盖板；所述接口电路设置在所述管壳的两侧面上，所述LTCC基板设置在所述管壳的内侧面上；所述芯片电路和所述隔墙设置在LTCC基板上；所述内盖板设置在所述隔墙上；外盖板与所述管壳上端面连接，与所述管壳形成封闭腔体；LTCC基板、芯片电路、隔墙以及内盖板设置在封闭腔体内，管壳的内侧面和LTCC基板的接触面制作材料热膨胀系数小于预设置的系数阈值。本发明通过使用梯度铝硅管壳材料解决了管壳和外盖板热膨胀系数匹配问题，同时通过金丝键合、软金包焊等工艺实现信号传输软连接，提高了组件的可靠性，可广泛引用于空间飞行器领域。

Description

低剖面TR组件
技术领域
本发明涉及微波组件，具体地，涉及一种低剖面TR组件。
背景技术
微波组件广泛应用于各类军用通信、民用通信、导航、遥感卫星，是卫星有效载荷的关键设备。
随着电磁环境的日益复杂，有源相控阵雷达系统对微波组件提出了更为严苛的要求，射频收发组件越来越向多元化、轻量化、模块化发展。T/R组件作为有源相控阵雷达的关键部件，主要完成收发信号的放大，并对信号进行相位和幅度控制，其性能的好坏直接影响了相控阵雷达的指向精度，作用距离等指标。由于空间尺寸所限，对组件提出了低剖面的尺寸要求，导致组件壳体底板厚度受限，机械强度减弱。常用的50Si材料热膨胀系数与LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic，低温共烧陶瓷)基板不匹配，经常引发壳体断裂，信号中断等质量问题，使用与LTCC基板热膨胀系数相匹配的70Si则会引发盖板盒体激光焊接质量问题。
同时LTCC基板属于脆性材料，抗变形能力较弱，普通的同轴连接器与基板焊接工艺已不能满足使用要求。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种低剖面TR组件，解决LTCC印制板、低剖面盒体及接插件互联问题，提高组件可靠性。
根据本发明提供的低剖面TR组件，包括管壳、接口电路、LTCC基板、芯片电路、隔墙、内盖板以及外盖板；
所述接口电路设置在所述管壳的两侧面上，所述LTCC基板设置在所述管壳的内侧面上；所述芯片电路和所述隔墙设置在LTCC基板上；所述内盖板设置在所述隔墙上；
所述外盖板与所述管壳上端面连接，与所述管壳形成封闭腔体；所述LTCC基板、所述芯片电路、所述隔墙以及所述内盖板设置在所述封闭腔体内，所述管壳的内侧面和所述LTCC基板的接触面制作材料热膨胀系数小于预设置的系数阈值。
优选地，所述管壳包括依次叠合的底层、中间层以及上层；
所述底层采用70硅制成，所述中间层采用40硅制成；所述上层采用27硅制成。
优选地，所述盖板采用4047铝合金材料或者27硅材料制成。
优选地，所述管壳采用由底部的70硅，至中间层40硅再过渡到上层的27硅的梯度铝硅制成。
优选地，所述接口电路包括低频接口和射电路接口；所述低频接口与所述LTCC基板键合互联；
所述的射频电路接口包括射频输入接口和输出同轴接插件；所述射频输入接口与所述LTCC基板键合互联；所输出同轴接插件通过软金件与LTCC基板相连，所述软金件的底部压焊在LTCC基板上，所述软金件的顶部压焊在同轴接插件的顶部。
优选地，所述芯片电路包括电源调制电路和射频电路；
所述电源调制电路，用于产生T/R通道所需的直流电源，并实现电源的开关控制和通道的收发切换，同时将从低频接口接收到的移相和衰减控制信息进行串并转换后控制T/R通道；
所述射频电路包括发射电路和接收电路，所述发射电路，用于将射频脉冲信号，移相、放大后，通过环隔器输出至天线阵面；所述接收电路，用于接收天线端的回波信号由环隔器输入，经限幅、放大、衰减和移相后输出。
优选地，所述隔墙呈“井”字形，隔墙将射频空间分割成若干个区域；
所述隔墙，用于将多路T/R通道及通道的前后级放大链路进行隔离。
优选地，所述接口电路、所述LTCC基板使用金锡焊料焊接在所述管壳上；所述芯片电路和所述隔墙使用环氧导电胶粘接于LTCC基板上，所述内盖板使用环氧导电胶粘接在隔墙上方，所述外盖板与所述管壳激光焊接连接。
优选地，所述低频接口表面电镀软金与所述LTCC基板采用金丝键合方式互联。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明通过使用梯度铝硅管壳材料解决了管壳和外盖板热膨胀系数匹配问题，同时通过金丝键合、软金包焊等工艺实现信号传输软连接，提高了组件的可靠性，可广泛引用于空间飞行器领域。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例中基于LTCC技术的低剖面TR组件的三维爆炸图；
图2为本发明实施例中T/R组件的电路原理图；
图3为本发明实施例中射频接插件与LTCC基板互联结构图；
图4为本发明实施例中梯度铝硅叠层示意图。
图中：
1为管壳；2为接口电路；3为LTCC基板；4为芯片电路；5为隔墙；6为内盖板；7为外盖板；201为低频接口；202为射输入接口；203为输出同轴接插件
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
图1为本发明实施例中基于LTCC技术的低剖面TR组件的三维爆炸图，如图1所示，本发明提供的低剖面TR组件，包括管壳1、接口电路2、LTCC基板3、芯片电路4、隔墙5、内盖板6以及外盖板7；
所述接口电路2设置在所述管壳1的两侧面上，所述LTCC基板3设置在所述管壳1的内侧面上；所述芯片电路4和所述隔墙5设置在LTCC基板3上；所述内盖板6设置在所述隔墙5上；
所述外盖板7与所述管壳1上端面连接，与所述管壳1形成封闭腔体；所述LTCC基板3、所述芯片电路4、所述隔墙5以及所述内盖板6设置在所述封闭腔体内。所述管壳1的内侧面和所述LTCC基板3的接触面制作材料热膨胀系数小于预设置的系数阈值。
在本发明实施例中，所述预设置的系数阈值可以选择0.2。所述管壳1的厚度为5mm，具有低剖面特征要求。LTCC基板的热膨胀系数与70Si相匹配，管壳底部使用70Si材料，为提高管壳顶部激光焊接可靠性，管壳顶部采用27Si材料。
图4为本发明实施例中梯度铝硅叠层示意图，如图4所示，所述管壳1包括依次叠合的底层、中间层以及上层；
所述底层采用70Si制成，所述中间层采用40硅制成；所述上层采用27硅制成。
所述盖板7采用4047铝合金材料或者27硅材料制成。
在本发明变形例中，所述管壳1采用由底部的70Si，至中间层40硅再过渡到上层的27硅的梯度铝硅制成。
所述接口电路2包括低频接口201和射电路接口；所述低频接口201与所述LTCC基板3键合互联；
图3为本发明实施例中射频接插件与LTCC基板互联结构图，如图3所示，所述的射频电路接口包括射频输入接口202以及输出同轴接插件203；所述低频接口201表面电镀软金与所述LTCC基板3采用金丝键合方式互联；所输出同轴接插件203通过软金件与LTCC基板3相连，所述软金件的底部压焊在LTCC基板上，所述软金件的顶部压焊在同轴接插件203的顶部。
在本发明实施例中，所述低频接口的型号为J30J-25ZK，所述射频电路接口采用SMP(M)型号。使用金丝键合的方式连接J30J-25ZK与LTCC基板，实现电源信号与控制信号输入，使用软金包焊的方式实现射频信号输入，其中SMPM(M)波珠针直径为0.38mm，包焊金带宽度0.5mm。软金底部压焊在LTCC基板上，软金顶部压焊在同轴接插件的顶部。
图2为本发明实施例中T/R组件的电路原理图，如图2所示，所述芯片电路4包括电源调制电路、射频电路及外围电路；
所述电源调制电路，用于产生T/R通道所需的直流电源，并实现电源的开关控制和通道的收发切换，同时将从低频接口接收到的移相和衰减控制信息进行串并转换后控制T/R通道；
更为具体地，所述电源调制电路产生T/R通道所需的直流电源±5V及+8V，同通过TTL信号实现电源的开关控制和通道的收发切换。
所述射频电路包括发射电路和接收电路，所述发射电路，用于将射频脉冲信号，移相、放大后，通过环隔器输出至天线阵面；所述接收电路，用于接收天线端的回波信号由环隔器输入，经限幅、放大、衰减和移相后输出。
在本发明实施例中，所述隔墙5呈“井”字形，隔墙5将射频空间分割成若干个区域；
隔墙5用于将多路T/R通道及通道的前后级放大链路进行隔离。
在本发明实施例中，所述接口电路2、所述LTCC基板3使用金锡焊料焊接在所述管壳1上；所述芯片电路4和所述隔墙5使用环氧导电胶粘接于LTCC基板3上，所述内盖板6使用环氧导电胶粘接在隔墙5上方，所述外盖板7与所述管壳1激光焊接连接。
本发明实施例中，通过使用梯度铝硅管壳材料解决了热膨胀系数匹配问题，同时通过金丝键合、软金包焊等工艺实现信号传输软连接，提高了组件的可靠性，可广泛引用于空间飞行器领域。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (9)

1.一种低剖面TR组件，其特征在于，包括管壳、接口电路、LTCC基板、芯片电路、隔墙、内盖板以及外盖板；
所述接口电路设置在所述管壳的两侧面上，所述LTCC基板设置在所述管壳的内侧面上；所述芯片电路和所述隔墙设置在LTCC基板上；所述内盖板设置在所述隔墙上；
所述外盖板与所述管壳上端面连接，与所述管壳形成封闭腔体；所述LTCC基板、所述芯片电路、所述隔墙以及所述内盖板设置在所述封闭腔体内，所述管壳的内侧面和所述LTCC基板的接触面制作材料热膨胀系数小于预设置的系数阈值。
2.根据权利要求1所述的低剖面TR组件，其特征在于，所述管壳包括依次叠合的底层、中间层以及上层；
所述底层采用70硅制成，所述中间层采用40硅制成；所述上层采用27硅制成。
3.根据权利要求1或2所述的低剖面TR组件制备方法，其特征在于，所述盖板采用4047铝合金材料或者27硅材料制成。
4.根据权利要求1所述的低剖面TR组件，其特征在于，所述管壳采用由底部的70硅，至中间层40硅再过渡到上层的27硅的梯度铝硅制成。
5.根据权利要求1所述的低剖面TR组件，其特征在于，所述接口电路包括低频接口和射电路接口；所述低频接口与所述LTCC基板键合互联；
所述的射频电路接口包括射频输入接口和输出同轴接插件；所述射频输入接口与所述LTCC基板键合互联；所输出同轴接插件通过软金件与LTCC基板相连，所述软金件的底部压焊在LTCC基板上，所述软金件的顶部压焊在同轴接插件的顶部。
6.根据权利要求1所述的低剖面TR组件，其特征在于，所述芯片电路包括电源调制电路和射频电路；
所述电源调制电路，用于产生T/R通道所需的直流电源，并实现电源的开关控制和通道的收发切换，同时将从低频接口接收到的移相和衰减控制信息进行串并转换后控制T/R通道；
所述射频电路包括发射电路和接收电路，所述发射电路，用于将射频脉冲信号，移相、放大后，通过环隔器输出至天线阵面；所述接收电路，用于接收天线端的回波信号由环隔器输入，经限幅、放大、衰减和移相后输出。
7.根据权利要求1所述的低剖面TR组件，其特征在于，所述隔墙呈“井”字形，隔墙将射频空间分割成若干个区域；
所述隔墙，用于将多路T/R通道及通道的前后级放大链路进行隔离。
8.根据权利要求1所述的低剖面TR组，其特征在于，所述接口电路、所述LTCC基板使用金锡焊料焊接在所述管壳上；所述芯片电路和所述隔墙使用环氧导电胶粘接于LTCC基板上，所述内盖板使用环氧导电胶粘接在隔墙上方，所述外盖板与所述管壳激光焊接连接。
9.根据权利要求1所述的低剖面TR组，其特征在于，所述低频接口表面电镀软金与所述LTCC基板采用金丝键合方式互联。
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