CN113594154B - 一种射频收发前端封装结构及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的一个实施例公开了一种射频收发前端封装结构及系统，该封装结构包括：外壳，其中，所述外壳底部设置有金属热沉；设置于所述金属热沉上的散热垫片和基板，其中，所述散热垫片在所述金属热沉上的正投影与所述基板在所述金属热沉上的正投影不重叠；设置于所述散热垫片上的第一芯片，所述散热垫片用于对所述第一芯片进行散热；设置于所述基板上的第二芯片，所述基板用于实现所述外壳、所述第一芯片及所述第二芯片之间的电连接；与所述外壳对盒的盖板，所述外壳与所述盖板形成密闭腔体。

Description

一种射频收发前端封装结构及系统
技术领域
本发明涉及射频封装技术领域。更具体地，涉及一种射频收发前端封装结构及系统。
背景技术
作为微波通信设备的核心部分，射频收发前端负责信号放大和相位调节，其性能直接决定了信号的接收和发射质量。近年来，现代微波通信技术发展迅猛，各种电子设备正向低成本、高集成度及高性能的方向发展。射频收发前端，无论在卫星通信、武器制导还是在各种终端电子产品、汽车领域都得到了广泛的发展与应用，是射频信号向数字信号转换的重要组成部分。
尤其是在军用领域，随着雷达、通讯和电子战设备的进一步发展，作为核心模块的射频收发前端对小型化、高集成及高可靠性的需求日益迫切。然而，现有技术中，小型化射频收发前端在封装时无法同时实现大功率芯片的有效散热以及多芯片的内部互联。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种射频收发前端封装结构及系统。
第一方面，本发明提供一种射频收发前端封装结构，该结构包括：
外壳，其中，所述外壳底部设置有金属热沉；
设置于所述金属热沉上的散热垫片和基板，其中，所述散热垫片在所述金属热沉上的正投影与所述基板在所述金属热沉上的正投影不重叠；
设置于所述散热垫片上的第一芯片，所述散热垫片用于对所述第一芯片进行散热；
设置于所述基板上的第二芯片，所述基板用于实现所述外壳、所述第一芯片及所述第二芯片之间的电连接；
与所述外壳对盒的盖板，所述外壳与所述盖板形成密闭腔体。
在一个具体实施例中，所述外壳的材料为氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷或塑料中的一种。
在一个具体实施例中，所述外壳的封装形式为四侧无引脚封装、方形扁平式封装或球栅阵列封装中的一种。
在一个具体实施例中，所述散热垫片为钼铜、钨铜或金刚石铜中的一种。
在一个具体实施例中，所述基板至少包括印制板、低温共烧陶瓷基板、高温共烧陶瓷基板、有机基板或硅基板中的一种。
在一个具体实施例中，所述第一芯片至少包括驱动放大器、功率放大器、开关芯片、低噪声放大器、双向放大器、限幅器或衰减器芯片中的一种。
在一个具体实施例中，所述第二芯片至少包括幅相多功能芯片、滤波器芯片或混频器芯片中的一种。
在一个具体实施例中，还包括
设置于所述基板上的第三芯片，所述第三芯片用于对所述第一芯片和所述第二芯片进行电压调控，其中，所述外壳、第一芯片、第二芯片及第三芯片通过所述基板实现电连接。
第二方面，本申请提供一种射频收发前端系统，该系统包括：
第一双向放大器、第二双向放大器、第三双向放大器、第四双向放大器、幅相多功能芯片、第五双向放大器及电源调制芯片，其中，
所述第一双向放大器包括第一接收通道和第一发射通道，所述第一接收通道和第一发射通道构成第一通道；
所述第二双向放大器包括第二接收通道和第二发射通道，所述第二接收通道和第二发射通道构成第二通道；
所述第三双向放大器包括第三接收通道和第三发射通道，所述第三接收通道和第三发射通道构成第三通道；
所述第四双向放大器包括第四接收通道和第四发射通道，所述第四接收通道和第四发射通道构成第四通道；
所述第五双向放大器包括第五接收通道和第五发射通道；
所述幅相多功能芯片用于接收来自所述第一接收通道、第二接收通道、第三接收通道及第四接收通道的第一射频信号，并对所述第一射频信号进行移相、衰减和功率合成后发送至第五接收通道；所述幅相多功能芯片用于接收来自所述第五发射通道的第二射频信号，并对所述第二射频信号进行移相、衰减和功率分配后发送至所述第一发射通道、第二发射通道、第三发射通道及第四发射通道；
所述电源调制芯片用于对所述第一双向放大器、第二双向放大器、第三双向放大器、第四双向放大器及第五双向放大器进行电压调控。
在一个具体实施例中，所述第一双向放大器、第二双向放大器、第三双向放大器、第四双向放大器及第五双向放大器构成相同，均包括：功率放大器、低噪声放大器及开关，其中，
所述低噪声放大器用于放大经过接收通道的第一射频信号；
所述功率放大器用于放大经过发射通道的第二射频信号；
所述开关用于接收通道与发射通道的切换。
本发明的有益效果如下：
本申请针对目前现有问题，提出一种射频收发前端封装结构及系统，通过外壳的金属热沉及内置的散热垫片，有效解决了大功率的射频收发芯片的散热需求，并通过内置的多层基板实现了多颗芯片的内部互联，大幅提高了射频收发前端系统的可靠性与集成度，具有广泛的应用前景。
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示出根据本申请的一个实施例的射频收发前端封装结构的示意图。
图2示出根据本申请的一个实施例的射频收发前端封装结构的示意图。
图3示出根据本申请的一个实施例的射频收发前端系统的示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本申请，下面结合优选实施例和附图对本申请做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本申请的保护范围。
本申请提出了一种射频收发前端封装结构，该结构包括：外壳，其中，所述外壳底部设置有金属热沉；设置于所述金属热沉上的散热垫片和基板，其中，所述散热垫片在所述金属热沉上的正投影与所述基板在所述金属热沉上的正投影不重叠；设置于所述散热垫片上的第一芯片，所述散热垫片用于对所述第一芯片进行散热；设置于所述基板上的第二芯片，所述基板用于实现所述外壳、第一芯片及第二芯片之间的电连接；与所述外壳对盒的盖板，所述外壳与所述盖板形成密闭腔体。
本实施例通过外壳的金属热沉及内置的散热垫片，有效解决了大功率的射频收发芯片的散热需求，并通过内置的多层基板实现了多颗芯片的内部互联，大幅提高了射频收发前端系统的可靠性与集成度，具有广泛的应用前景。
在一个具体实施例中，如图1所示，该封装结构包括：外壳1、散热垫片3、基板4、盖板5、第一芯片6、第二芯片7及第三芯片8，其中，
外壳1的底部为金属热沉2，外壳包括但不限于氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷或塑料等封装管壳材料，外壳的封装形式包括但不限于四侧无引脚封装(QFN)、方形扁平式封装(QFP)或球栅阵列封装(BGA)中的一种。
散热垫片3和基板4设置于金属热沉2上，所述散热垫片3在所述金属热沉2上的正投影与所述基板4在所述金属热沉2上的正投影不重叠，其中，散热垫片包括但不限于钼铜、钨铜或金刚石铜等可用于芯片粘贴的材料；基板4为多层，所述基板包括但不限于印制板、低温共烧陶瓷基板(LTCC基板)、高温共烧陶瓷基板(HTCC基板)、有机基板或硅基板。
第一芯片6通常为大功率芯片，其对散热的需求比较高，因此将第一芯片6设置在散热垫片3上，散热垫片3用于对第一芯片进行散热，其中，第一芯片至少包括驱动放大器、功率放大器、开关芯片、低噪声放大器、双向放大器、限幅器或衰减器芯片中的一种。第二芯片7为无散热需求的芯片，设置于基板4上，其中，第二芯片包括但不限于幅相多功能芯片、滤波器芯片或混频器芯片。第一芯片与第二芯片通过基板上的键合金丝实现相互间的电气连接。
需要说明的是，基板不只实现第一芯片与第二芯片之间的电连接，还实现了外壳与第一，第二芯片之间的电连接，其中，芯片之间可以通过金丝直接键合，也可以键合金丝到基板上进行电连接；芯片与外壳、基板与外壳之间的连接方式为金丝键合。
在一个具体示例中，该封装结构还包括第三芯片8，所述第三芯片用于对所述第一芯片和所述第二芯片进行电压调控，其中，所述外壳、第一芯片、第二芯片及第三芯片通过所述基板实现电连接。本示例中，通过设置基板，实现了芯片之间以及芯片与外壳之间的互联。
例如，第三芯片为电源调制芯片，能够对功率放大器的栅压和漏压、驱动放大器的电源电压以及低噪声放大器的电源电压进行调控。
需要说明的是，本申请中第一芯片、第二芯片及第三芯片等中的第一、第二或第三代表某一类芯片，并不构成对芯片数量的不当限定。
例如，如图2所示，第一芯片包括功率放大器9、低噪声放大器10及限幅器11，第三芯片为电源调制芯片，其中，所述功率放大器9构成发射通道，实现发射信号的放大，所述限幅器11与所述低噪声放大器10相连，构成接收通道，实现接收信号的放大，所述电源调制芯片8用于所述功率放大器9的栅压、漏压以及所述低噪声放大器10的电源电压的调制。
盖板5与外壳1进行对盒，通过平行缝焊的方式将盖板5与外壳1形成密闭腔体，进一步，所述散热垫片、基板、第一芯片、第二芯片及第三芯片均位于该密闭腔体中。
本申请针对目前现有问题，提出一种射频收发前端封装结构，通过外壳的金属热沉及内置的散热垫片，有效解决了大功率的射频收发芯片的散热需求，并通过内置的多层基板实现了多颗芯片的内部互联，大幅提高了射频收发前端系统的可靠性与集成度，具有广泛的应用前景。
本申请的又一个实施例提出了一种射频收发前端系统，如图3所示，该系统实现了四通道信号的接收与发射，工作频段为2-18GHz，其包括四个收发端的双向放大器(即第一、第二、第三、第四双向放大器)、幅相多功能芯片、一个公共端的双向放大器(即第五双向放大器)，电源调制芯片，
其中，四个收发端的双向放大器均有各自的接收通道与发射通道，即所述第一双向放大器包括第一接收通道和第一发射通道，所述第一接收通道和第一发射通道构成第一通道；所述第二双向放大器包括第二接收通道和第二发射通道，所述第二接收通道和第二发射通道构成第二通道；所述第三双向放大器包括第三接收通道和第三发射通道，所述第三接收通道和第三发射通道构成第三通道；所述第四双向放大器包括第四接收通道和第四发射通道，所述第四接收通道和第四发射通道构成第四通道。
所述第五双向放大器包括第五接收通道和第五发射通道；
所述幅相多功能芯片用于接收来自所述第一接收通道、第二接收通道、第三接收通道及第四接收通道的第一射频信号，并对所述第一射频信号进行移相、衰减和功率合成后发送至第五接收通道；所述幅相多功能芯片用于接收来自所述第五发射通道的第二射频信号，并对所述第二射频信号进行移相、衰减和功率分配后发送至所述第一发射通道、第二发射通道、第三发射通道及第四发射通道；
所述电源调制芯片用于对所述第一双向放大器、第二双向放大器、第三双向放大器、第四双向放大器及第五双向放大器进行电压调控。
需要说明的是，本实施例中的五个双向放大器内部均包括：功率放大器、低噪声放大器以及开关，其中，所述功率放大器用于放大经过发射通道的第二射频信号；所述低噪声放大器用于放大经过接收通道的第一射频信号；所述开关用于接收通道与发射通道间的切换。
在本申请的描述中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种射频收发前端封装结构，其特征在于，包括：
外壳，其中，所述外壳底部设置有金属热沉；
设置于所述金属热沉上的散热垫片和基板，其中，所述散热垫片在所述金属热沉上的正投影与所述基板在所述金属热沉上的正投影不重叠；
设置于所述散热垫片上的第一芯片，所述散热垫片用于对所述第一芯片进行散热；
设置于所述基板上的第二芯片，所述基板用于实现所述外壳、所述第一芯片及所述第二芯片之间的电连接；
与所述外壳对盒的盖板，所述外壳与所述盖板形成密闭腔体。
2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述外壳的材料为氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷或塑料中的一种。
3.根据权利要求2所述的结构，其特征在于，所述外壳的封装形式为四侧无引脚封装、方形扁平式封装或球栅阵列封装中的一种。
4.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述散热垫片为钼铜、钨铜或金刚石铜中的一种。
5.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述基板至少包括印制板、低温共烧陶瓷基板、高温共烧陶瓷基板、有机基板或硅基板中的一种。
6.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述第一芯片至少包括驱动放大器、功率放大器、开关芯片、低噪声放大器、双向放大器、限幅器或衰减器芯片中的一种。
7.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述第二芯片至少包括幅相多功能芯片、滤波器芯片或混频器芯片中的一种。
8.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，还包括
设置于所述基板上的第三芯片，所述第三芯片用于对所述第一芯片和所述第二芯片进行电压调控，其中，所述外壳、第一芯片、第二芯片及第三芯片通过所述基板实现电连接。
9.一种采用权利要求1～8中任一项所述的封装结构的射频收发前端系统，其特征在于，包括：第一双向放大器、第二双向放大器、第三双向放大器、第四双向放大器、幅相多功能芯片、第五双向放大器及电源调制芯片，其中，
所述第一双向放大器包括第一接收通道和第一发射通道，所述第一接收通道和第一发射通道构成第一通道；
所述第二双向放大器包括第二接收通道和第二发射通道，所述第二接收通道和第二发射通道构成第二通道；
所述第三双向放大器包括第三接收通道和第三发射通道，所述第三接收通道和第三发射通道构成第三通道；
所述第四双向放大器包括第四接收通道和第四发射通道，所述第四接收通道和第四发射通道构成第四通道；
所述第五双向放大器包括第五接收通道和第五发射通道；
所述幅相多功能芯片用于接收来自所述第一接收通道、第二接收通道、第三接收通道及第四接收通道的第一射频信号，并对所述第一射频信号进行移相、衰减和功率合成后发送至第五接收通道；所述幅相多功能芯片用于接收来自所述第五发射通道的第二射频信号，并对所述第二射频信号进行移相、衰减和功率分配后发送至所述第一发射通道、第二发射通道、第三发射通道及第四发射通道；
所述电源调制芯片用于对所述第一双向放大器、第二双向放大器、第三双向放大器、第四双向放大器及第五双向放大器进行电压调控。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述第一双向放大器、第二双向放大器、第三双向放大器、第四双向放大器及第五双向放大器构成相同，均包括：功率放大器、低噪声放大器及开关，其中，
所述低噪声放大器用于放大经过接收通道的第一射频信号；
所述功率放大器用于放大经过发射通道的第二射频信号；
所述开关用于接收通道与发射通道的切换。
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