CN114496996B - 一种tr组件的电磁屏蔽结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及TR组件电磁屏蔽技术领域，公开了一种TR组件的电磁屏蔽结构，包括从下至上依次设置的母板、射频接地层、介质固定帽，所述介质固定帽上开有一个或多个固定腔，所述固定腔内设有多通道数模混合幅相芯片和/或多通道收发芯片，所述固定腔用以固定多通道数模混合幅相芯片和/或多通道收发芯片，所述射频接地层上方电连接有射频信号连接端子。本发明解决了现有技术存在的不能同时兼顾通道间电磁屏蔽、可实现、结构紧凑、低成本等应用需求的问题。

Description

一种TR组件的电磁屏蔽结构

技术领域

本发明涉及TR组件电磁屏蔽技术领域，具体是一种TR组件的电磁屏蔽结构。

背景技术

近年来，Sub-6G频段的可用频谱资源已经日益匮乏，而毫米波频段以其带宽资源丰富的显著优势,将成为宽带卫星通信、5G乃至未来6G移动通信发展的黄金频段。有源相控阵天线具有体积小、重量轻、高速无惯性电扫描、良好的通道冗余性等特点,在切换波束时无需像传统机械扫描天线一样进行连续机械控制和重新定位。

TR组件作为有源相控阵的核心部件，随着相控阵往毫米波方向发展需要TR组件做到小型化、轻量化、低成本、高可靠。然而，传统的微波相控阵TR组件大多是通过选用单通道单功能芯片，再分别将多个单功能芯片组成的TR组件通道通过实体金属墙进行通道分腔隔离，以达到良好的电磁屏蔽效果。在毫米波频段相控阵天线阵元间距急剧减小，原先的多个单通道单功能芯片组成的TR组件已无法实现。因此，多通道集成芯片和三维封装方案应用而生，随之而来的通道间电磁屏蔽问题便日趋严重。现用通道的电磁屏蔽方法大多采用以下方法：一是通过增加射频通道的间距来减小通道间的空间耦合，如此将极大增加单个多通道芯片的面积且屏蔽效果有限；二是采用三维芯片封装将多个裸芯片堆叠集成，通过公共载板进行射频通道的电磁屏蔽，此方案成品率较低且成本较高。三是采用三维堆叠封装，将TR组件按功能大致分成多通道幅相多功能层、收发放大层和功分网络层进行单独封装屏蔽再进行三维堆叠集成，此方案能够解决链路隔离问题但是仍不能解决同一层内多通道芯片的隔离问题。因此，亟需提出一种应用于毫米波频段多通道TR组件封装方法，能够同时兼顾通道间电磁屏蔽、可实现、结构紧凑、低成本等应用需求。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供了一种TR组件的电磁屏蔽结构，解决现有技术存在的不能同时兼顾通道间电磁屏蔽、可实现、结构紧凑、低成本等应用需求的问题。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

一种TR组件的电磁屏蔽结构，包括从下至上依次设置的母板、射频接地层、介质固定帽，所述介质固定帽上开有一个或多个固定腔，所述固定腔内设有多通道数模混合幅相芯片和/或多通道收发芯片，所述固定腔用以固定多通道数模混合幅相芯片和/或多通道收发芯片，所述射频接地层上方电连接有射频信号连接端子。

作为一种优选的技术方案，所述射频接地层上方还电连接有射频接地端子。

作为一种优选的技术方案，还包括设于所述射频接地层上表面的射频信号焊盘，所述射频信号连接端子与所述射频信号焊盘连接。

作为一种优选的技术方案，还包括设于多通道数模混合幅相芯片和/或多通道收发芯片内的射频接地焊盘，所述射频接地端子与所述射频接地焊盘连接。

作为一种优选的技术方案，设于所述射频接地层与所述介质固定帽之间的再布线层，多通道数模混合幅相芯片和/或多通道收发芯片通过所述再布线层与所述射频接地端子电相连，和/或，多通道数模混合幅相芯片和/或多通道收发芯片通过所述再布线层与所述射频信号连接端子电相连。

作为一种优选的技术方案，所述射频接地端子为BGA球状结构或柱状结构，和/或，所述射频信号连接端子为BGA球状结构或柱状结构。

作为一种优选的技术方案，所述射频信号连接端子与所述射频信号焊盘采用类同轴屏蔽结构或开口GSG屏蔽结构屏蔽。

作为一种优选的技术方案，所述母板为多层混压埋阻PCB板或低温共烧陶瓷埋阻电路板。

作为一种优选的技术方案，所述多通道数模混合幅相芯片为毫米波多通道数模混合幅相多功能芯片，和/或，所述多通道收发芯片为毫米波多通道收发芯片。

作为一种优选的技术方案，所有的毫米波通道分支口的毫米波传输线扇出均等幅同相。

本发明相比于现有技术，具有以下有益效果：

(1)本发明结构紧凑，单通道级电磁屏蔽效果好；

(2)本发明在封装组阵使用时有良好的多封装间的电磁屏蔽，批量生产成品率高，封装成本低；

(3)本发明可以采用单层晶圆级封装工艺，工艺成熟度高，封装后的产品一致性好，相对于传统单通道微组装工艺、三维芯片堆叠工艺和封装三维堆叠工艺基提高了组装效率又大福提高了成品率，最终能够实现批量生产的低成本；

(4)本发明在链路增益较大时保留外围接地屏蔽BGA球能够增加通道隔离度，进一步增加链路全温范围的稳定性。以此毫米波多通道封装TR组件为基本单元模组进行天线母板上周期布阵，可以实现相控阵天线的快速迭代。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的侧视图；

图3为本发明的局部结构示意图。

附图中标记及相应的零部件名称：1、介质固定帽，2、固定腔，3、多通道数模混合幅相芯片，4、多通道收发芯片，5、射频接地端子，6、射频信号连接端子，7、射频信号焊盘，8、射频接地层，9、母板，10、再布线层，11、接地焊盘，12、完整BGA类同轴屏蔽结构，13、开口GSG屏蔽结构，14、毫米波通道，15、外围接地屏蔽结构。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

如图1至图3所示，一种TR组件的电磁屏蔽结构，包括从下至上依次设置的母板9、射频接地层8、介质固定帽1，所述介质固定帽1上开有一个或多个固定腔2，所述固定腔2内设有多通道数模混合幅相芯片3和/或多通道收发芯片4，所述固定腔2用以固定多通道数模混合幅相芯片3和/或多通道收发芯片4，所述射频接地层8上方电连接有射频信号连接端子6。图3为图1中结构去除母板后组装在一起的俯视方向的视图(为了更方便清晰地展现结构，本图包含了电路连接元件)。

作为一种优选的技术方案，所述射频接地层8上方还电连接有射频接地端子5。

作为一种优选的技术方案，还包括设于所述射频接地层8上表面的射频信号焊盘7，所述射频信号连接端子6与所述射频信号焊盘7连接。

作为一种优选的技术方案，还包括设于多通道数模混合幅相芯片3和/或多通道收发芯片4内的射频接地焊盘11，所述射频接地端子5与所述射频接地焊盘11连接。

作为一种优选的技术方案，设于所述射频接地层8与所述介质固定帽1之间的再布线层10，多通道数模混合幅相芯片3和/或多通道收发芯片4通过所述再布线层10与所述射频接地端子5电相连，和/或，多通道数模混合幅相芯片3和/或多通道收发芯片4通过所述再布线层10与所述射频信号连接端子6电相连。

作为一种优选的技术方案，所述射频接地端子5为BGA球状结构或柱状结构，和/或，所述射频信号连接端子6为BGA球状结构或柱状结构。

作为一种优选的技术方案，所述射频信号连接端子6与所述射频信号焊盘7采用类同轴屏蔽结构或开口GSG屏蔽结构屏蔽。

作为一种优选的技术方案，所述母板9为多层混压埋阻PCB板或低温共烧陶瓷埋阻电路板。

作为一种优选的技术方案，所述多通道数模混合幅相芯片3为毫米波多通道数模混合幅相多功能芯片，和/或，所述多通道收发芯片4为毫米波多通道收发芯片。

作为一种优选的技术方案，所有的毫米波通道分支口的毫米波传输线扇出均等幅同相。

实施例2

如图1至图3所示，作为实施例1的进一步优化，本实施例包含了实施例1的全部技术特征，除此之外，本实施例还包括以下技术特征：

本发明针对目前上述现有技术存在的问题，提出了一种结构紧凑、成本低的多通道毫米波封装TR组件的电磁屏蔽结构。

为实现上述目的，本发明通过以下措施来达到。一种TR组件的电磁屏蔽结构，包括：用于固定裸芯片的介质固定帽1，射频接地BGA球(射频接地端子5)和与射频接地BGA球(射频信号连接端子6)一起构成单通道屏蔽腔的多层高低频多功能母板9，介质固定帽1内制有单个或多个裸芯片的固定矩形腔(固定腔2)，毫米波多通道数模混合幅相多功能芯片(多通道数模混合幅相芯片3)和毫米波多通道收发芯片(多通道收发芯片4)被装配到介质固定帽1的裸芯片固定矩形腔(固定腔2)内；多通道毫米波裸芯片上射频接地焊盘11和射频信号焊盘7通过晶圆级封装的再布线层10与射频接地BGA球和射频信号BGA球6相连，通过上述BGA球再与多层高低频多功能母板9上方的射频接地层8和射频信号焊盘7焊接在一起，以达到良好的单通道分腔电磁屏蔽效果。其中，所述再布线层10用于将芯片内部焊盘引到合适的对外接口上，再布线层10对应的本领域英文名称为Redistribution Layer(RDL)。

优选的，多通道数模混合幅相多功能芯片和多通道收发芯片的射频通道间可根据芯片设计布局大约1/15～1/20工作波长处设置射频接地焊盘11位置。

优选的，通道间的射频接地焊盘11和射频信号焊盘7通过晶圆级封装的再布线和植球工艺将其引出到矩形栅格排布的输出接口对应位置上，所有射频通道可以通过射频接地BGA球构成一个较为完整的矩形屏蔽腔。其中，在射频输入输出端口处可以根据通道间隔离度要求和封装TR组件尺寸大小的需求，灵活选择射频端口采用隔离度优先的完整BGA类同轴屏蔽结构12或尺寸优先的开口GSG屏蔽结构13。

优选的，所有的毫米波通道14分支口的毫米波传输线扇出均采用等幅同相设计，且毫米波通道14左右对称布局，方便后续封装后TR组件相控阵天线组阵使用。

优选的，介质固定帽1可以使用Si基板、玻璃基板或树脂填充材料；高低频多功能母板9可以使用多层混压埋阻PCB板或低温共烧陶瓷埋阻电路板。

具体实施时，根据具体使用对毫米波封装TR组件电性能需求，可以合理配置毫米波多通道数模混合幅相多功能芯片和毫米波多通道收发芯片，既可以选用多通道Si基CMOS或者SiGe一片式SOC芯片来实现多通道封装TR组件，毫米波多通道数模混合幅相多功能芯片也可以选用Si基CMOS多通道数模混合幅相多功能芯片+三五族化合物半导体多通道收发芯片的多片方案来实现多通道封装TR组件。在毫米波链路增益较小时，可以选择将外围接地屏蔽结构15(包括若干BGA球)省去以达到封装TR组件的极致小型化。在链路增益较大时保留外围接地屏蔽BGA球能够增加通道隔离度，进一步增加链路全温范围的稳定性。以此毫米波多通道封装TR组件为基本单元模组进行天线母板上周期布阵，可以实现相控阵天线的快速迭代。

本发明结构紧凑，单通道级电磁屏蔽效果好。相比于传统的单通道芯片加金属腔体屏蔽方法，本发明通过在多通道裸芯片通道间合理分散设置接地焊盘，在射频端口处合理利用端口处的接地焊盘将射频端口以类同轴形式进行包裹屏蔽，另外在Z方向上通过晶圆级封装的再布线和植球工艺实现接地和信号焊盘的引出。因此，本发明多通道封装TR组件封装结构较为紧凑，具有极好的单通道电磁屏蔽效果，并且在封装组阵使用时有良好的多封装间的电磁屏蔽。

批量生产成品率高，封装成本低。本发明可以采用单层晶圆级封装工艺，工艺成熟度高，封装后的产品一致性好，相对于传统单通道微组装工艺、三维芯片堆叠工艺和封装三维堆叠工艺基提高了组装效率又大福提高了成品率，最终能够实现批量生产的低成本。

如上所述，可较好地实现本发明。

本说明书中所有实施例公开的所有特征，或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合和/或扩展、替换。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种TR组件的电磁屏蔽结构，其特征在于，包括从下至上依次设置的母板(9)、射频接地层(8)、介质固定帽(1)，所述介质固定帽(1)上开有一个或多个固定腔(2)，所述固定腔(2)内设有多通道数模混合幅相芯片(3)和/或多通道收发芯片(4)，所述固定腔(2)用以固定多通道数模混合幅相芯片(3)和/或多通道收发芯片(4)，所述射频接地层(8)上方电连接有射频信号连接端子(6)；

所述射频接地层(8)上方还电连接有射频接地端子(5)；

还包括设于所述射频接地层(8)上表面的射频信号焊盘(7)，所述射频信号连接端子(6)与所述射频信号焊盘(7)连接；

还包括设于多通道数模混合幅相芯片(3)和/或多通道收发芯片(4)内的射频接地焊盘(11)，所述射频接地端子(5)与所述射频接地焊盘(11)连接；

还包括设于所述射频接地层(8)与所述介质固定帽(1)之间的再布线层(10)，多通道数模混合幅相芯片(3)和/或多通道收发芯片(4)通过所述再布线层(10)与所述射频接地端子(5)电相连，和/或，多通道数模混合幅相芯片(3)和/或多通道收发芯片(4)通过所述再布线层(10)与所述射频信号连接端子(6)电相连。

2.根据权利要求1所述的一种TR组件的电磁屏蔽结构，其特征在于，所述射频接地端子(5)为BGA球状结构或柱状结构，和/或，所述射频信号连接端子(6)为BGA球状结构或柱状结构。

3.根据权利要求2所述的一种TR组件的电磁屏蔽结构，其特征在于，所述射频信号连接端子(6)与所述射频信号焊盘(7)采用类同轴屏蔽结构或开口GSG屏蔽结构屏蔽。

4.根据权利要求1至3任一项所述的一种TR组件的电磁屏蔽结构，其特征在于，所述母板(9)为多层混压埋阻PCB板或低温共烧陶瓷埋阻电路板。

5.根据权利要求4所述的一种TR组件的电磁屏蔽结构，其特征在于，所述多通道数模混合幅相芯片(3)为毫米波多通道数模混合幅相多功能芯片，和/或，所述多通道收发芯片(4)为毫米波多通道收发芯片。

6.根据权利要求5所述的一种TR组件的电磁屏蔽结构，其特征在于，所有的毫米波通道分支口的毫米波传输线扇出均等幅同相。