CN113224033A - 一种基于bga封装的收发模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于BGA封装的收发模块，属于微波的技术领域，该收发模块包括：电路基板，所述电路基板的下侧表面布置有若干个BGA焊球，且电路基板的上侧表面布置有上表面电路；设于电路基板内的多个过孔，所述上表面电路通过各所述过孔与对应的BGA焊球之间垂直互连传输，以达到收发模块的集成密度高、性能可靠且在射频传输方向尺寸小的目的。

Description

一种基于BGA封装的收发模块
技术领域
本发明属于微波的技术领域，具体而言，涉及一种基于BGA封装的收发模块，更涉及，一种集成密度高、性能可靠、射频传输方向尺寸小的收发模块。
背景技术
随着雷达、通信电子设备集成度的不断提高，它们对微波模块的体积要求越来越高，微波模块正逐渐由传统的二维平面集成向三维集成方向发展。三维微波模块设计中关键的难点是基于现有微组装工艺，简单可靠地实现微波信号和电源控制信号在垂直方向上的高性能传输，并实现模块的气密封装。
目前，三维瓦片式微波组件常采用射频绝缘子、毛纽扣和BGA实现微波信号的垂直传输，采用表贴式低频座或焊盘的方式实现电源控制信号的垂直传输。弹性连接器毛纽扣虽为接触式连接，易于装配返修，但毛纽扣结构垂直方向尺寸较大，且毛纽扣受挤压后变形的不确定性，会影响微波信号传输性能。射频绝缘子通常焊接在模块结构件上，通过微波电路片转接实现微波信号的垂直传输，但射频绝缘子尺寸较大，尤其是通道数量较多时，不利于高密度集成。而BGA通过在电路基板表面植球的方式进行射频互连，这种方式集成密度高，垂直方向尺寸小，非常适合对体积要求苛刻的模块，但这种方式装配难度相对较大，不易于返修，可通过设计专门的工装夹具辅助装配。表贴式低频座焊接在电路基板上，调测过程插拔多次后可靠性较差，且连接器互连导致模块纵深增高，而采用焊盘直接对外互连(压接或焊接)时，模块射频传输方向尺寸大大减小，这种方式需要先对组件进行调试，待性能满足要求后再与其他模块互连，需设计专门的测试夹具用于组件的调测。
发明内容
鉴于此，为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种基于BGA封装的收发模块以达到收发模块的集成密度高、性能可靠且在射频传输方向尺寸小的目的。
本发明所采用的技术方案为：一种基于BGA封装的收发模块，该收发模块包括：
电路基板，所述电路基板的下侧表面布置有若干个BGA焊球，且电路基板的上侧表面布置有上表面电路；
设于电路基板内的多个过孔，所述上表面电路通过各所述过孔与对应的BGA焊球之间垂直互连传输。
进一步地，各所述BGA焊球呈等间隔且均匀分布在电路基板的下侧表面，各所述BGA焊球间的具体间隔可通过实际情况而定。
进一步地，各所述BGA焊球分别为射频焊球、电源控制焊球和辅助焊球，射频焊球实现微波信号垂直传输，电源控制焊球实现电源、控制信号垂直传输以及辅助焊球实现良好接地、结构支撑和传导散热，且射频焊球的布局、电源控制焊球的数量和布局可根据模块的实际需求而调整；
各所述过孔分别为射频过孔和第一金属过孔；所述射频焊球和电源控制焊球分别通过射频过孔和第一金属过孔连接至上表面电路，通过射频过孔实现微波信号的垂直传输，通过第一金属过孔实现电源、控制信号的垂直传输。
进一步地，所述上表面电路包括多个微波射频线，各所述微波射频线通过射频过孔分别与各所述射频焊球垂直互连，射频过孔和电路基板的上表面、内部的电路图形形成类同轴结构，保证微波信号的良好传输。
进一步地，所述上表面电路包括功率芯片，所述电路基板的上侧表面设有凹槽，凹槽内粘接连接该功率芯片，实现对功率芯片的稳定安装，保证功率芯片的可靠工作。
进一步地，所述电路基板上设有多个第二金属过孔，各所述第二金属过孔的一端分别与功率芯片的表面相接触，通过各个第二金属过孔实现射频接地和热传导的功能，第二金属过孔的数量和布局可根据功率芯片的热耗和尺寸予以调整。
进一步地，所述收发模块还包括：
设于电路基板上侧表面的金属框架，所述金属框架设有与其匹配的盖板，且通过金属框架和盖板形成密封腔，密封腔包覆于电路基板的上侧表面，在保护收发模块内电路和芯片的同时，还可保证收发模块的良好气密。
进一步地，所述密封腔被分隔成至少两个相互独立的隔离腔，以实现将收发模块内电路间的分腔隔离，改善微波信号间、微波和电源控制信号之间的电磁串扰。
进一步地，所述金属框架与电路基板焊接连接，盖板与金属框架之间气密封焊，确保收发模块具备良好的气密性。
进一步地，所述电路基板采用陶瓷基板制作而成，实现收发模块的主要电路功能，且保证收发模块的良好气密性。
本发明的有益效果为：
1.采用本发明所提供的基于BGA封装的收发模块，以电路基板作为模块电路的载体，通过内部的过孔实现上表面电路与下表面BGA焊球之间的垂直传输，依靠BGA焊球的垂直互连特性，与现有基于毛纽扣和射频绝缘子三维垂直互连技术相比，该收发模块具备集成密度更高、性能可靠、射频传输方向尺寸更小的优势，具有广泛的推广价值。
附图说明
图1是本发明所提供的基于BGA封装的收发模块的整体结构示意图；
图2是本发明所提供的基于BGA封装的收发模块的正面结构示意图；
图3是本发明所提供的基于BGA封装的收发模块的背面结构示意图；
附图中标注如下：
1-电路基板，2-金属框架，3-盖板，4-BGA焊球，5-功率芯片，6-第二金属过孔，7-微波射频线，8-射频过孔，9-射频焊球，10-电源控制焊球，11-辅助焊球。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义；实施例中的附图用以对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
实施例1
在本实施例中具体提供了一种基于BGA封装的收发模块，旨在解决现有基于射频绝缘子、毛纽扣等方式三维瓦片式收发模块的集成密度较低、射频传输方向尺寸较大等问题。如图1所示，该收发模块包括电路基板1、金属框架2、盖板3、BGA焊球4、功率芯片5和过孔等部分，具体设计如下：
以电路基本作为收发模块的载体，电路基板1采用的材料为多层陶瓷基板，实现收发模块的主要电路功能且能够保证收发模块的气密性，电路基板1的具体布局可根据收发模块的功能相应调整。在电路基板1的下侧表面布置有若干个BGA焊球4，且电路基板1的上侧表面布置有上表面电路；同时，在电路基板1内设置有多个过孔，以通过各所述过孔实现电路基板1的上表面电路与对应的BGA焊球4之间垂直互连传输。
在实际应用时，如图3所示，各所述BGA焊球4呈等间隔且均匀分布在电路基板1的下侧表面，电路基板1通过焊接在电路基板1下表面的各个BGA焊球4实现信号的对外互连。各所述BGA焊球4分别为射频焊球9、电源控制焊球10和辅助焊球11，所述射频焊球9用于实现微波信号垂直传输，在本实例中，分别为接收入、发射和公共端共3个射频焊球9；所述电源控制焊球10用于实现电源和控制信号垂直传输；所述辅助焊球11用于实现良好接地、结构支撑和传导散热等功能。其中射频焊球9的布局、电源控制焊球10的数量和布局可根据收发模块的实际需求而调整。在本实例中，各个所述BGA焊球4直径选取为0.4mm，相互之间的间距选取为0.8mm。
在实际应用时，各所述过孔分别为射频过孔8和第一金属过孔，其中射频过孔8与电路基板1的内部电路形成类同轴结构，保证微波信号的高性能垂直传输；所述射频焊球9和电源控制焊球10分别通过射频过孔8和第一金属过孔连接至上表面电路，以实现微波信号的垂直传输。对于第一金属过孔在图示中并未画出，第一金属过孔也为在垂向方向上的导体结构，在本领域属于常规技术，此处不再赘述。
如图2所示，上表面电路包括多个微波射频线7、功率芯片5、其他辅助模块(例如：阻容器件)以及辅助电路，通过辅助电路将各个微波射频线7、功率芯片5以及其他辅助模块进行电路连接，其中，各所述微波射频线7通过射频过孔8分别与各所述射频焊球9垂直互连，优选的，在电路基板1的表面上制作有与各个微波射频线7相匹配的过渡枝节，过渡枝节与射频过孔8连接，以通过射频过孔8实现电路基板1表面上电路到背面射频焊球9的垂直传输，匹配过渡枝节的形状和尺寸可根据具体频段相应调整。射频过孔8和电路基板1的上表面、内部的电路图形形成类同轴结构，保证微波信号的良好传输。
功率芯片5通过设于电路基板1上侧表面的凹槽进行粘接连接，将功率芯片5镶嵌在凹槽的内部。为了进一步提升该功率芯片5在工作时的散热能力，在电路基板1上还设有多个第二金属过孔6，各所述第二金属过孔6的一端分别与功率芯片5的表面相接触，各个所述第二金属过孔6的另一端可能接触辅助焊球11，也可能不接触辅助焊球11。以通过凹槽下大量的第二金属过孔6实现良好的射频接地和热传导，保证功率芯片5的长期可靠工作。在具体应用时，第二金属过孔6的数量和布局可根据功率芯片5的热耗和尺寸予以调整。
为保证收发模块在工作时，还具备良好的气密性，在电路基板1的上侧表面设有金属框架2，所述金属框架2设有与其匹配的盖板3，且通过金属框架2和盖板3形成密封腔，密封腔包覆于电路基板1的上侧表面，金属框架2与电路基板1焊接连接，盖板3与金属框架2之间气密封焊，实现整个模块的气密焊接。
在实际应用时，为进一步避免该收发模块在工作时内部产生电磁串扰，金属框架2焊接在电路基板1的上表面，通过对金属框架2的结构设计，保证金属框架2和电路基板1气密焊接的同时，也可实现收发模块内电路的分腔隔离，以改善微波信号间、微波和电源控制信号间电磁串扰。如图2所示，将密封腔分隔成至少两个相互独立的隔离腔，通过各个独立的隔离腔实现模块内电路的分腔隔离，即将不同的功能器件分类后分别布置在不同的隔离腔内，以改善微波信号间、微波和电源控制信号间电磁串扰。在实际应用时，通过金属框架2将收发模块分成了三个相互独立的隔离腔，将收发模块的三个微波端口作分腔设计，即将三个微波射频线7分布在不同的隔离腔内，可有效地改善不同端口间的电磁串扰。而金属框架2的高度由收发模块内阻容器件的高度和微波芯片所需的射频高度决定，金属框架2的具体结构可根据收发模块的布局相应调整。在本实施例中，收发模块的整体高度(含BGA焊球4)为3.5mm。
基于本实施例所提供的基于BGA封装的收发模块，以电路基板1作为收发模块电路的载体，通过内部的金属过孔实现上表面电路和BGA焊球4的垂直传输；各个所述BGA焊球4焊接于电路基板1的下表面，实现良好接地、结构支撑和传导散热的同时，实现收发模块内微波信号和电源控制信号的良好垂直传输，已在X波段收发模块的测试中表现出良好的微波传输性能和可靠的电气互连；同时，将金属框架2焊接于电路基板1上表面，盖板3与金属框架2焊接，进而实现整个收发模块的良好气密性。
本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于BGA封装的收发模块，其特征在于，该收发模块包括：
电路基板，所述电路基板的下侧表面布置有若干个BGA焊球，且电路基板的上侧表面布置有上表面电路；
设于电路基板内的多个过孔，所述上表面电路通过各所述过孔与对应的BGA焊球之间垂直互连传输。
2.根据权利要求1所述的基于BGA封装的收发模块，其特征在于，各所述BGA焊球呈等间隔且均匀分布在电路基板的下侧表面。
3.根据权利要求1所述的基于BGA封装的收发模块，其特征在于，各所述BGA焊球分别为射频焊球、电源控制焊球和辅助焊球，各所述过孔分别为射频过孔和第一金属过孔；所述射频焊球和电源控制焊球分别通过射频过孔和第一金属过孔连接至上表面电路。
4.根据权利要求3所述的基于BGA封装的收发模块，其特征在于，所述上表面电路包括多个微波射频线，各所述微波射频线通过射频过孔分别与各所述射频焊球垂直互连。
5.根据权利要求1所述的基于BGA封装的收发模块，其特征在于，所述上表面电路包括功率芯片，所述电路基板的上侧表面设有凹槽，凹槽内粘接连接该功率芯片。
6.根据权利要求5所述的基于BGA封装的收发模块，其特征在于，所述电路基板上设有多个第二金属过孔，各所述第二金属过孔的一端分别与功率芯片的表面相接触。
7.根据权利要求1所述的基于BGA封装的收发模块，其特征在于，所述收发模块还包括：
设于电路基板上侧表面的金属框架，所述金属框架设有与其匹配的盖板，且通过金属框架和盖板形成密封腔，密封腔包覆于电路基板的上侧表面。
8.根据权利要求7所述的基于BGA封装的收发模块，其特征在于，所述密封腔被分隔成至少两个相互独立的隔离腔。
9.根据权利要求7所述的基于BGA封装的收发模块，其特征在于，所述金属框架与电路基板焊接连接，盖板与金属框架之间气密封焊。
10.根据权利要求1所述的基于BGA封装的收发模块，其特征在于，所述电路基板采用陶瓷基板制作而成。
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