CN114630511A - 一种双向变频一体化组件的实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双向变频一体化组件的实现方法，电路实现方式为金属铜基、有机基板混合层压一体成型，将微波电路和数字电路集成于一块印制板上。装配方式及结构形式为：SMT表面贴装和微组装工艺相结合的装配形式，芯片及载体印制板正面烧结/粘结；盒体分腔局部挖穿，印制板整板设计局部挖空正面安装，压块与印制板正面贴合。电路总设计方案为收发通道共用路全部使用双向器件。通过射频微系统技术，收发通道共用的一体化设计，在电路实现上采用金属基和传统基板分区域设计，微波信号和数字信号分区域布局，不同信号分腔隔离，按预定目标实现三种波段信号的变频及收发功能。本发明实现了单机组件化，收发一体化，低成本、低功耗、高效率。
Description
技术领域
本发明属于射频微系统一体化集成领域，具体涉及一种双向变频一体化组件的实现方法。
背景技术
随着微波技术的发展，电子对抗设备正朝着通用化、模块化和系列化方向不断发展，电子干扰设备由于其特定的使用条件，具有严格的小型/微型化要求。微波分系统一般应同时包括接收设备和发送设备，变频接收/干扰机是其中重要的一种产品形态，包括下变频接收机与上变频干扰机两部分，传统的变频接收/干扰机一般是分开设计，独立存在的，方案设计复杂，设备体积重量都很大；成本高，功耗大，设备庞杂，这种电路实现方式已越来越不能适应现代电子对抗设备的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双向变频一体化组件的实现方法，在一个组件内把传统分开设计的下变频接收与上变频干扰进行一体化设计，将变频接收与上变频干扰大部分通道进行最大限度的共用，只在输入输出处用开关切换，链路实际长度和器件数量减小将近一半，功耗和成本大大降低。本发明较好的解决了扰设备小/微型化与性能指标的矛盾，实现了单机组件化，收发一体化，成本低、功耗低、效率高。
实现本发明的技术解决方案为：一种双向变频一体化组件的实现方法，一体化印制板实现方式为金属铜基基板、有机基板混合层压一体成型，不同功能电路间的互联无任何外部控制和电源的跳线，全部为内层走线互联。纵向交叉跨接的射频信号走内层带状线，不同功能区之间的传输线用共面波导结构。具体实现步骤如下：
步骤1、根据技术指标要求，采用金属铜基板与有机基板混合印制板的电路作为实现方式，确定金属铜基板厚度以及有机基板的厚度。
步骤2、划定印制板不同电路功能区：金属铜基板正面为微波信号功能区，金属铜基板背面为电源滤波区。有机基板正面为数字信号功能区，有机基板背面为参考功分放大区，对不同区域分别进行微波元器件和数字元器件的选型，并进行电路排布。
步骤3、根据电路布局和布线情况确定电路的具体层数。
步骤4、将设计好的印制板源文件导出为Gerber文件，包括电气文件、钻孔文件、阻焊层文件、丝印文件和机械层文件，并提供印制板加工说明文件。
步骤5、根据印制板实际尺寸，结合基板利用率和层叠方式进行开料。
步骤6、将切割好的金属铜基板和有机基板根据加工说明文件进行加工，用专用绝缘胶粘结，形成一张完整的混合基板。
步骤7、将所有的芯板、半固化片按照设计的顺序进行预叠，并进行微调确定叠层方案，完成后进行定位孔开孔。
步骤8、内层菲林，曝光，将内层线路图形文件从光绘转移到内层基板上，蚀刻出内层线路。内层检测，棕化，将合格的内层线路板表面用化学方式粗化，增加不同板材间的粘合力。
步骤9、金属铜基板信号孔单独开孔，然后对金属铜基板的开孔进行树脂填充，利用化学方法对金属基表面粗化，提高金属基与半固化片的结合力。
步骤10、选择对应层进行叠层，层压。根据钻孔文件进行钻孔。
步骤11、外层菲林，图形转移，蚀刻，将外层线路全部腐蚀出来。
步骤12、根据Gerber文件开槽。
步骤13、局部阻焊。
步骤14、铣板、金属包边。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：
(1)在一块电路板的横向上同时集成了金属基印制板和有机基板印制板；在纵向实现了夹芯金属基和有机基板的多层混合线路层压，实现了不同信号之间在印制板内的有效隔离与屏蔽，也提高了设计灵活度。
(2)本发明的印制板虽然是整板设计与加工，却不是完整的一整块印制板，印制板内有多处根据射频信号频率的不同做局部镂空处理，使用时与铝腔盒体、铝压块相配合。在保证在指标优良的前提下，实现了射频、数字控制和模拟电路的一体化集成，为以后进一步的数模一体化设计提供了一种独特的电路实现途径。
(3)将印制板的器件按裸芯片、表贴器件进行分类摆放：金属基板区域正面分开放置裸芯片、PLS，其它区域表贴器件，避免了裸芯片与表贴器件混合装配过程中可能产生的问题，简化了装配流程。
(4)传统多层有机基板一般靠介质层、按地过孔、大面积接地层传热、散热。本发明的印制板在板边缘开L形台阶槽，台阶从印制板底部铣切到金属铜基层下表面；压块顶部与Al盖板贴合；正面裸芯片位置开盲槽到金属铜基上表面，保证了热量都能通过夹芯金属基层和Al结构组成的理想散热通道短时间导热和散热，有效降低了温升。
(5)本发明中关键有源芯片放大器全部使用双向放大器，结合无源芯片，实现了在一个通道上集成接收下变频和上变频干扰，单个组件内成了变频收、发和内参考本振，器件减少近一半，成本和功耗大大降低。
(6)本发明应用射频微系统和一体化设计思想，提供了一种一体化组件的实现方法，为后续射频微系统应用提供一种技术路径，为数模混合设计提供了一种实现方式，为一体化集成提供思路。
附图说明
图1为一体化印制板电路层叠示意图。
图2为一体化印制板铣盲槽示意图。
图3为一体化印制板主要散热路径示意图。
图4为一体化印制板成板正面示意图。
图5为一体化印制板成板背面示意图。
图6为连接器转接板。
图7为一体化组件正面压块及相对位置示意图。
图8为一体化组件盒体正面。
图9为晶振转接板正面。
图10为晶振转接板背面(带压块)。
图11为一体化组件盒体背面。
图12为一体化组件装配示意(底视)。
图13为一体化组件装配(顶视，正面压块未装)。
图14为一体化组件安装压块后正面示意图。
图15为一体化组件所有工序完成后正面开盖图。
图16为一体化印制板成板穿金属基孔中孔。
图17为一体化印制板成板三维底视台阶控深定位孔。
图18为一体化印制板部分电源控制走内层图示。
图19为一体化印制板成板层压后YOZ剖视图。
图20为一体化印制板VIA1底部背钻三维剖视图。
图21为一体化组件晶振安装三维剖视图。
图22为一体化印制板边缘台阶与盒体贴合图。
图23为一体化组件简化方案框图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。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，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果改特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
下面将结合本设计实例对具体实施方式、以及本次发明的技术难点、发明点进行进一步介绍。
本发明为一种双向变频一体化组件(以后简称一体化组件)的实现方法，电路实现方式为金属铜基、有机基板混合层横向压合一体成型。结构布局形式为：盒体分腔局部挖穿，印制板整板设计局部挖空正面安装，压块与印制板正面贴合；不同功能电路间的互联无任何外部控制和电源的跳线，全部为内层走线互联(如图18)；纵向交叉跨接的射频信号走内层带状线，不同功能区之间的传输线用共面波导结构。装配工艺为SMT贴装和微组装工艺相结合的装配形式，芯片及载体印制板正面烧结/粘结。电路总的设计方案为收发通道共用器件全部使用双向器件。
本发明的新颖性、创造性和实用性主要体现在以下几个方面：
(1)在一块电路板横向(X/Y向)上同时集成了金属基印制板和有机基板印制板，相比传统的仅有机基板层叠或仅夹芯金属基层叠更灵活和实用。
(2)在纵向(Z向)实现了夹芯金属基和有机基板的多层线路混合层压，实现了不同信号之间在印制板内的相互隔离、屏蔽与良好接地，既提高了电磁兼容效果，又减少了外部板间控制、电源信号间导线互联，电路实现方式有改进。
(3)将印制板的器件按裸芯片、表贴器件进行分类摆放：金属基板区域正面只放置裸芯片，金属基板区域反面只放置阻、容、感表贴器件；有机基板区域正反面均放置表贴器件，正面射频器件，反面数字器件。通过以上设计，避免了裸芯片与表贴器件混合装配过程中可能产生的问题，简化了装配流程。
(4)本发明的印制板虽然是整板设计与加工，却不是完整的一整块印制板，印制板内有多处根据射频信号频率的不同做局部镂空处理(见图4)，使用时与铝腔盒体、铝压块相配合(见图14)，结构形式的创新，改善了性能指标。
(5)传统多层有机基板一般靠介质层、按地孔、大面积接地层和Al结构传热、散热。本发明的印制板在板边缘开L形台阶槽，台阶从印制板底部铣切到金属铜基层下面；印制板内部定位孔从底部开大孔到金属铜基层下面；正面局部压块底部与印制板上表面贴合，压块顶部与Al盖板贴合；正面裸芯片位置开盲槽到金属铜基上表面，裸芯片和配套钼铜载体一起烧结在金属基上表面盲槽内。通过以上方式，保证了热量都能通过夹芯金属基层和Al结构组成的理想散热通道以较短的途径导热和散热(图3)，大大改善了该大电流组件的散热性能，降低了温升。
(6)传统接收下变频和发射上变频一般分开设计，电路上用两个通道实现。本发明共用路放大器全部使用双向放大器，结合无源芯片，实现了单通道集成下变频和上变频，器件数量减少近一半，节约了成本，设计方案有创新性。
(7)由于会有互相干扰，射频电路与数字电路一般分两个印制板分开设计；本发明使用夹芯金属基与有机基板混合印制板(以后简称一体化印制板)，配合结构腔，通过灵巧的设计，保证在指标优良的前提下，实现了射频、数字控制和模拟电路的一体化集成，为以后进一步的数模一体化设计提供了一种独特新颖的电路实现途径。
所述的双向变频一体化组件的实现方法，步骤如下：
步骤1、根据技术指标要求(包括但不限于射频频段、射频接收功率、射频发射功率、中频频段、中频输出功率、中频输入功率、外形尺寸、产品重量、供电电源、功耗要求)，采用金属铜基板与有机基板混合印制板的电路作为实现方式，确定金属铜基板厚度以及有机基板的厚度。
步骤2、划定印制板不同电路功能区：金属铜基板正面为微波信号功能区，金属铜基板背面为电源滤波区。有机基板正面为数字信号功能区，有机基板背面为参考功分放大区，对不同区域分别进行微波元器件和数字元器件的选型，并进行电路排布。
步骤3、根据电路布局和布线情况确定电路的具体层数。
步骤4、将设计好的印制板源文件导出为Gerber文件，包括电气文件、钻孔文件、阻焊层文件、丝印文件和机械层文件，并提供印制板加工说明文件。
步骤5、根据印制板实际尺寸，结合基板利用率和层叠方式进行开料。
步骤6、将切割好的金属铜基板和有机基板根据加工说明文件进行加工，用专用绝缘胶粘结，形成一张完整的混合基板。
步骤7、将所有的芯板、半固化片按照设计的顺序进行预叠，并进行微调确定叠层方案，完成后进行定位孔开孔。
步骤8、内层菲林，曝光，将内层线路图形文件从光绘转移到内层基板上，蚀刻出内层线路。内层检测，棕化，将合格的内层线路板表面用化学方式粗化，增加不同板材间的粘合力。
步骤9、金属铜基板信号孔单独开孔，然后对金属铜基板的开孔进行树脂填充，利用化学方法对金属基表面粗化，提高金属基与半固化片的结合力。
步骤10、选择对应层进行叠层，层压。根据钻孔文件进行钻孔。
步骤11、外层菲林，图形转移，蚀刻，将外层线路全部腐蚀出来。
步骤12、根据Gerber文件开槽。
步骤13、局部阻焊。
步骤14、铣板、金属包边。
进一步地，印制板纵向实现了夹芯金属基和有机基板混合多层线路层压，实现了不同信号之间在印制板不同层内的相互隔离与屏蔽，改善了接地及电磁兼容效果；同时优化了散热。
进一步地，将印制板的器件按裸芯片、表贴器件进行分类摆放：金属铜基板区域正面分开放置裸芯片、PLS，金属铜基板区域反面只放置阻、容、感表贴器件；有机基板区域正反面均放置表贴器件，正面大型器件，反面小型器件。
本发明装配工艺为SMT贴装工艺和微组装工艺相结合的装配形式，芯片及载体印制板正面烧结/粘结，具体的工艺流程为：
流程1、生产前器件齐套性检查，下达电装和微组装装配工作令，领料。
流程2、SMT贴装前准备，包括钢网制作，并准备好物料和印制板。
流程3、印制板正反面器件重量与密度评估，确定贴装顺序：选择器件平均重量较轻且密度较低的背面先贴装，正面后贴装。对贴片元件定位。
流程4、先在背面钢网辅助下印刷背面铅焊膏、贴片、背面回流焊，炉温215度，清理、AOI检测。
流程5、将正面键合区贴上高温胶带保护，翻转印制板、印刷正面铅焊膏、贴片、正面回流焊，炉温215度，清理、AOI检测。完成一体化印制板正反面SMT贴装，重复流程3～流程5，完成晶振转接板的正反面SMT贴装。转入流程6。
流程6、微组装装配前准备，准备好盒体、器件、印制板和前述贴装好的电路板。配芯片载体、修板。
流程7、连接器转接板烧结，温度250度、清洗。连接器转接板在焊接位置去金。
流程8、绝缘子锡铅焊料烧结、温度217度，绝缘子与转接印制板搭接处焊接、清洗。
流程9、装配SMT贴装好的电路板、安装压块、紧固。
流程10、MEMS滤波器烧结，温度150度左右、清洗。
流程11、一般芯片导电胶粘结，固化温度110度、清洗。
流程12、芯片金丝键合，连接器金带键合，检验。内参考源航空导线焊接。
流程13、待组件调试完成后，局部焊点修复、多余物清理。完成后点胶三防、刲焊、自检。
流程3和流程4所述中的双面同温SMT贴装，需要先进行正反面表贴器件重量与密度评估，第一次贴装要选择重量、体积和密度相对较小的一面进行，并且最好不要出现重量较大的金属和陶瓷封装器件，防止第二次贴装时先贴装的器件出现滑落或虚焊，影响焊接质量，若两面器件都有大号器件，将先焊接的大号器件点胶粘结再第二次回流焊；必要时进行梯度回流焊，第二次贴装使用低温焊料。
一体化组件同时涉及SMT贴装和微组装工艺两种装配工艺，微组装芯片烧结/粘结必须在SMT贴装完成后进行；上述工艺流程，控制好不同工艺流程的温度梯度，各梯度温度焊料的熔点依顺序梯次降低30度以上，特别是SMT工艺和微组装工艺涉及到两条不同的装配线，要做好不同产线装配温度梯度的沟通和统筹，防止后面工序操作不当造成先焊接好的表贴器件重熔或空洞，影响产品质量。
实施例1
一体化组件在SC波段第一级变频IF端口，X波段直通路和第二级变频IF端口各放置一个收发数控衰减器，型号分别为NC1314C-108A(1)、BW152(2)和NC1314C-108A(3)，作用是在组件在分时接收态(放大器压缩)和干扰态(放大器线性)两种工作状态时，分时调节收发数控衰减器，使其在混频前的功率在理想的范围，改善接收灵敏度和收发杂散抑制指标。设计过程中同步进行为整版三维电磁仿真和场路协同非线性谐波平衡仿真，对不同指标进行了详细的仿真分析，进一步优化了指标。使用高隔离度单刀双掷开关NC1602C-118A(4)(5)(6)和单刀单掷开关相结合，分别对SC、X和IF频段收发信号进行分时选通控制，保证了SC、X和IF各频段内收发隔离度；为了降低功耗，收发分时工作时，使用硅工艺高速电源管理芯片BW761对+5V电源选择性关断，保证收发状态转换时间50nS内。电源分时关电与开关分时关断相结合，在满足了接收态和干扰态分时高速切换的前提下，保证了SC、X不同频段间的隔离度，同时降低了不同频段射频信号间的相互干扰，提高了有用信号的质量。如图23为一体化组件简化方案框图。
技术指标要求：
射频频段：S、C/X波段；射频接收功率：-40～0dBm；射频发射功率：9～15dBm；中频频段：L-S波段；中频输出功率：-8～-2dBm；中频输入功率：-22～-18dBm；外形尺寸：不大于Φ160mm×10mm；产品重量：小于250g；供电电源：+6V，-5V；功耗要求：小于15W，散热良好。
结合图1～图23，本发明中的一体化印制板电路实现方式为金属铜基、有机基板混合层压。其中金属基印制板区和有机基板印制板区在第二层基板不同：金属基印制板区第二层基板为厚度为0.8mm的铜基板，有机基板印制板区第二层基板为厚度为0.8mm的FR-4环氧板；其它介质层基板和对应的半固化片在两个区域一致，且为一张介质板，或者一张半固化片粘结然后整板切割。详细的层叠结构如图1所示；芯板、粘结片规格如表1所示。
表1一体化印制板详细叠层参数
所述的双向变频一体化组件的实现方法，步骤如下：
步骤1、根据技术指标要求(包括但不限于射频频段、射频接收功率、射频发射功率、中频频段、中频输出功率、中频输入功率、外形尺寸、产品重量、供电电源、功耗要求)，确定组件采用金属铜基板、有机基板混合印制板的电路实现方式。选择夹芯金属铜基基板厚度为0.8mm，同时选择与夹芯金属基在同一层压合的0.8mm厚度的FR-4环氧树脂光板进行设计。
步骤2、划定印制板不同电路功能区：金属铜基板区正面为微波信号功能区，金属铜基板背面为电源滤波区；有机基板区正面为数字信号功能区，有机基板区背面为参考功分放大区。对不同区域分别进行微波元器件和数字元器件的选型，并进行电路排布。
步骤3、根据电路布局和布线情况确定电路的具体层数为10层，具体层叠、芯板和半固化片选择详见表1。
步骤4、将设计好的印制板源文件导出为Gerber文件，包括电气文件、钻孔文件、阻焊层文件、丝印文件和机械层文件。并附上印制板加工说明文件，对其中局部镀厚金、开盲槽、打盲孔、铣台阶槽和铣异形槽作了详细的说明。
步骤5、根据印制板实际尺寸，结合基板利用率和层叠方式进行开料：包括1张金属铜基板，5张有机基板，4*2张PP片，然后确定单张模板大小并进行切割。注意0.8mm厚度的铜基板和0.8mm厚度的FR-4环氧基板虽为拼接成的介质基板，均需按完整板材处理，再根据Mechanical 7层进行内部切割。
步骤6、将切割好的0.8mm厚度的铜基板和0.8mm厚度的FR-4环氧基板根据加工说明文件各取其一部分，用专用绝缘胶粘结，形成一张完整的混合基板。
步骤7、将所有的芯板、半固化片按表1中所示的顺序进行预叠，经多次微调确定叠层方案；完成后进行定位孔开孔。
步骤8、内层菲林，曝光，将内层线路图形文件从光绘转移到内层基板上，蚀刻出内层线路；内层检测，棕化，将合格的内层线路板表面用化学方式粗化，增加不同板材间的粘合力。
步骤9、金属基板信号孔单独开孔，直径为1.1mm；然后对铜基的开孔进行树脂(Dk4.0,Df0.02)填充。利用化学方法对金属基表面粗化，提高金属基与半固化片的结合力。
步骤10、选择对应层进行叠层，层压。根据钻孔文件进行钻孔，具体如下：
Layer-5到Layer-10叠层，层压；完成后根据VIA1钻孔文件钻通孔，然后做除胶渣、沉铜，孔铜20～25um；从Layer-10一侧做0.3mm背钻去除孔铜，见图20，为整板层压后的背钻埋孔VIA1作准备。
Layer-1到Core2叠层，层压；根据地孔VIA2钻孔文件钻0.3mm控深孔VIA2，公差0～+0.05mm，开孔要保证露出金属铜基Core2-1的上表面；完成后沉铜。
Layer-1到Layer-10整板叠层，定位与真空压合。完成埋孔VIA1。
在金属基印制板区，根据VIA3钻孔文件钻从Layer-1，穿金属铜基层填充的树脂，到Layer-10的通孔，见图16；除胶渣、沉铜；从Layer-10一侧做0.3mm深背钻，将相应孔铜去除，形成金属基背钻盲孔VIA3。在有机基板印制板区，根据VIA4钻孔文件钻通孔；除胶渣、沉铜后完成VIA4。树脂塞孔。
步骤11、外层菲林，图形转移，蚀刻，将外层线路全部腐蚀出来。
步骤12、根据Mechanical 1Gerber文件开顶层盲槽1，槽深
从Layer-1层开槽到Core2-1上表面，露出上表面的铜；根据Mechanical 2 Gerber文件开顶层盲槽2，槽深
从Layer-1层开槽到Core2-1，Core2-1铜基控深0.4mm，见图2。根据Mechanical 4Gerber文件，铣从Layer-10层到Core2异形台阶槽/盲槽，铣槽深度
其中Core2挖深0.3mm。
步骤13、局部阻焊；在金属基区Layer-1层镀厚金，厚度大于2.5μm，其它表层露铜处全部镀化学金，金层厚度0.13～0.45um，镍层厚度大于3μm；印字符。
步骤14、铣板、金属包边，开短路测试、终测，包装出货。
印制板检验、入库，图4、图5、图19为成板正面/背面/剖视图。
所述金属基印制板区和有机基板印制板区在Core2层基板不同：金属基印制板区Core2层基板为厚度为0.8mm的铜基板，有机基板印制板区Core2层基板为厚度为0.8mm的FR-4环氧树脂玻纤板。一块印制板在横向同时集成了夹芯金属基板和有机基板(见图1)，相比传统的仅有机基板层压或仅夹芯金属基层压更灵活和实用。
所述印制板共有5种类型的过孔：VIA1为信号孔，埋孔，底层背钻；VIA2为微波接地孔，盲孔；VIA3为穿金属基信号孔，盲孔，底层背钻，本发明涉及的从顶层Layer-1层开始的所有信号盲孔均打到Layer-8层，减少孔种类；VIA4为信号通孔；VIA5为非金属化定位孔，底层铣台阶槽到金属基(图1-VIA5，图17)。其中VIA1～VIA4为金属化孔，VIA5为非金属化孔。
印制板纵向实现了夹芯金属基和有机基板混合多层线路层压，实现了不同信号之间在印制板不同层内的相互隔离与屏蔽，改善了接地及电磁兼容效果；同时优化了散热。
步骤12中涉及两种类型的顶层盲槽：盲槽1为激光槽，槽深0.25mm，不须倒角，允许边缘碳化；盲槽2为机械槽，槽深0.25mm，倒圆角最小值R0.4mm，控深。
将印制板的器件按裸芯片、表贴器件进行分类摆放：金属基板区域正面分开放置裸芯片、PLS，金属基板区域反面只放置阻、容、感表贴器件；有机基板区域正反面均放置表贴器件，正面大型器件，反面小型器件，见图1分区。通过以上设计，避免了裸芯片与表贴器件混合装配过程中可能产生的工艺质量问题，简化了装配流程。
本发明的结构形式及装配工艺为：盒体分腔局部挖穿(图8、图11)，印制板整板设计局部镂空正面安装(图4，图11)，压块与印制板正面贴合(图14)；晶振由于过厚(5.9mm)，无法一体集成，须留高度差，以晶振转接板(图9、图10)SMT的形式安装于盒体背面，然后安装压块，沉头螺钉紧固(图21)，参考输出由1根短航空导线互联；装配工艺为SMT贴装和微组装工艺相结合的装配形式，芯片及载体印制板正面烧结/粘结；具体的工艺流程为：
流程1、生产前器件齐套性检查，下达电装和微组装装配工作令，领料。
流程2、SMT贴装前准备，包括钢网制作，并准备好物料和印制板。
流程3、印制板正反面器件重量与密度评估，确定贴装顺序：选择器件平均重量较轻且密度较低的背面先贴装，正面后贴装；编程，对贴片元件定位。
流程4、先在背面钢网辅助下印刷背面铅焊膏(熔点183度)、贴片、背面回流焊，炉温215度，清理、AOI检测。
流程5、将正面键合区贴上高温胶带保护，翻转印制板、印刷正面铅焊膏、贴片、正面回流焊，炉温215度，清理、AOI检测。完成一体化印制板正反面SMT贴装。重复流程3～流程5，完成晶振转接板(图9、图10)正反面SMT贴装。
流程6、微组装装配前准备，准备好盒体、器件、印制板和前述贴装好的电路板2块；配芯片载体、修板。
流程7、连接器转接板(图6)烧结，温度250度、清洗。连接器转接板在焊接位置去金。
流程8、绝缘子锡铅焊料烧结、温度217度，绝缘子与转接印制板搭接处焊接、清洗。
流程9、装配SMT贴装好的电路板、安装压块、紧固(图7～图14，图21)。流程10、MEMS滤波器烧结，温度150度左右、清洗。
流程11、一般芯片导电胶粘结，固化温度110度、清洗。
流程12、芯片金丝键合，连接器金带键合，检验；内参考源航空导线焊接。
流程13、待组件调试完成后，局部焊点修复、多余物清理；完成后点胶三防、刲焊、自检。图15为一体化组件所有工序完成后正面开盖顶视图。
一体化印制板虽然是一体化整板设计，却不是完整的一整块印制板，印制板内有多处根据射频信号频率的不同所做的局部镂空处理，使用时与铝腔盒体、铝压块相配合。与正面印制板仅有传输线，腔体隔离，背面印制板为控制板，穿绝缘子互联的结构形式相比，一体化印制板仅使用一整块印制板，控制和电源信号在不同功能区互联走内层或印制板背面(图18)，无外部跳线；与整板非镂空印制板倒扣的结构形式相比，本发明能改善隔离度，并防止不同信号之间的串扰。
所述一体化印制板在板边缘开L形台阶槽，台阶从印制板底部铣切到金属铜基/0.8mm FR-4层下0.3mm深处(图22)；印制板内部定位孔从底部开槽到金属铜基/0.8mm FR-4层下0.3mm深处(图17)；正面局部压块底部与印制板上表面贴合，压块顶部与Al盖板贴合(图3)；正面裸芯片位置开盲槽到金属铜基上表面，裸芯片和配套钼铜载体一起烧结/粘结在金属基上表面盲槽内。通过以上方式，保证了热量都能通过夹芯金属基层和Al结构组成的理想散热通道短时间内导热和散热(图3)，相比传统多层有机基板一般靠介质层、按地孔、大面积接地层传热、散热的设计，本发明改善了组件的散热性能，显著降低了温升，这种设计方式在大功率器件应用中改善效果明显。
本发明的电路设计方案为收发通道共用路器件全部使用双向器件。其中开关、衰减器、滤波器、混频器、功分器本身没有方向性，而放大器有方向性，本发明所使用的放大器芯片均为双向放大器多功能芯片，具体型号如表2所示。在一个通道上集成接收下变频和发射上变频，一个组件内集成了三波段收发和内参考一、二本振，实现了射频、数字控制和模拟电路的一体化集成。器件数量减少近一半，简化了方案，也节约了成本。
Claims (9)
1.一种双向变频一体化组件的实现方法，其特性在于：一体化印制板实现方式为金属铜基基板、有机基板混合层压一体成型，不同功能电路间的互联无任何外部控制和电源的跳线，全部为内层走线互联；纵向交叉跨接的射频信号走内层带状线，不同功能区之间的传输线用共面波导结构。
2.根据权利要求1所述的双向变频一体化组件的实现方法，其特性在于，步骤如下：
步骤1、根据技术指标要求，采用金属铜基板与有机基板混合印制板的电路作为实现方式，确定金属铜基板厚度以及有机基板的厚度；
步骤2、划定印制板不同电路功能区：金属铜基板正面为微波信号功能区，金属铜基板背面为电源滤波区；有机基板正面为数字信号功能区，有机基板背面为参考功分放大区，对不同区域分别进行微波元器件和数字元器件的选型，并进行电路排布；
步骤3、根据电路布局和布线情况确定电路的具体层数；
步骤4、将设计好的印制板源文件导出为Gerber文件，包括电气文件、钻孔文件、阻焊层文件、丝印文件和机械层文件，并提供印制板加工说明文件；
步骤5、根据印制板实际尺寸，结合基板利用率和层叠方式进行开料；
步骤6、将切割好的金属铜基板和有机基板根据加工说明文件进行加工，用专用绝缘胶粘结，形成一张完整的混合基板；
步骤7、将所有的芯板、半固化片按照设计的顺序进行预叠，并进行微调确定叠层方案，完成后进行定位孔开孔；
步骤8、内层菲林，曝光，将内层线路图形文件从光绘转移到内层基板上，蚀刻出内层线路；内层检测，棕化，将合格的内层线路板表面用化学方式粗化，增加不同板材间的粘合力；
步骤9、金属铜基板信号孔单独开孔，然后对金属铜基板的开孔进行树脂填充，利用化学方法对金属基表面粗化，提高金属基与半固化片的结合力；
步骤10、选择对应层进行叠层，层压；根据钻孔文件进行钻孔；
步骤11、外层菲林，图形转移，蚀刻，将外层线路全部腐蚀出来；
步骤12、根据Gerber文件开槽；
步骤13、局部阻焊；
步骤14、铣板、金属包边。
3.根据权利要求2所述的双向变频一体化组件的实现方法，其特性在于，步骤1中的技术指标包括射频频段、射频接收功率、射频发射功率、中频频段、中频输出功率、中频输入功率、外形尺寸、产品重量、供电电源、功耗要求。
4.根据权利要求3所述的双向变频一体化组件的实现方法，其特性在于，金属铜基基板、有机基板在同一层横向压合。
5.根据权利要求4所述的双向变频一体化组件的实现方法，其特性在于，印制板纵向实现了夹芯金属基和有机基板混合多层线路层压，实现了不同信号之间在印制板不同层内的相互隔离与屏蔽，改善了接地及电磁兼容效果；同时优化了散热。
6.根据权利要求5所述的双向变频一体化组件的实现方法，其特性在于，将印制板的器件按裸芯片、表贴器件进行分类摆放：金属铜基板区域正面分开放置裸芯片、PLS，金属铜基板区域反面只放置阻、容、感表贴器件；有机基板区域正反面均放置表贴器件，正面大型器件，反面小型器件。
7.根据权利要求1~6中任意一项所述的双向变频一体化组件的实现方法，其特性在于，装配工艺为SMT贴装工艺和微组装工艺相结合的装配形式，芯片及载体印制板正面烧结/粘结，具体的工艺流程为：
流程1、生产前器件齐套性检查，下达电装和微组装装配工作令，领料；
流程2、SMT贴装前准备，包括钢网制作，并准备好物料和印制板；
流程3、印制板正反面器件重量与密度评估，确定贴装顺序：选择器件平均重量较轻且密度较低的背面先贴装，正面后贴装；对贴片元件定位；
流程4、先在背面钢网辅助下印刷背面铅焊膏、贴片、背面回流焊，炉温215度，清理、AOI检测；
流程5、将正面键合区贴上高温胶带保护，翻转印制板、印刷正面铅焊膏、贴片、正面回流焊，炉温215度，清理、AOI检测；
完成一体化印制板正反面SMT贴装，重复流程3～流程5，完成晶振转接板的正反面SMT贴装；转入流程6；
流程6、微组装装配前准备，准备好盒体、器件、印制板和前述贴装好的电路板；配芯片载体、修板；
流程7、连接器转接板烧结，温度250度、清洗；连接器转接板在焊接位置去金；
流程8、绝缘子锡铅焊料烧结、温度217度，绝缘子与转接印制板搭接处焊接、清洗；
流程9、装配SMT贴装好的电路板、安装压块、紧固；
流程10、MEMS滤波器烧结，温度150度左右、清洗；
流程11、一般芯片导电胶粘结，固化温度110度、清洗；
流程12、芯片金丝键合，连接器金带键合，检验；内参考源航空导线焊接；
流程13、待组件调试完成后，局部焊点修复、多余物清理；完成后点胶三防、刲焊、自检。
8.根据权利要求7所述的双向变频一体化组件的实现方法，其特性在于，流程3和流程4所述中的双面同温SMT贴装，需要先进行正反面表贴器件重量与密度评估，第一次贴装要选择重量、体积和密度相对较小的一面进行，并且最好不要出现重量较大的金属和陶瓷封装器件，防止第二次贴装时先贴装的器件出现滑落或虚焊，影响焊接质量，若两面器件都有大号器件，将先焊接的大号器件点胶粘结再第二次回流焊；必要时进行梯度回流焊，第二次贴装使用低温焊料。
9.根据权利要求7所述的双向变频一体化组件的实现方法，其特性在于，一体化组件同时涉及SMT贴装和微组装工艺两种装配工艺，微组装芯片烧结/粘结必须在SMT贴装完成后进行；上述工艺流程，控制好不同工艺流程的温度梯度，各梯度温度焊料的熔点依顺序梯次降低30度以上，特别是SMT工艺和微组装工艺涉及到两条不同的装配线，要做好不同产线装配温度梯度的沟通和统筹，防止后面工序操作不当造成先焊接好的表贴器件重熔或空洞，影响产品质量。
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2022
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