CN114864512B - 基于htcc的k波段射频微系统三维收发组件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于HTCC的K波段射频微系统三维收发组件，涉及射频微系统封装技术领域。所述组件包括金属底座、多层HTCC基板、可伐围框、射频芯片模块和平行封焊盖板；所述射频芯片模块通过导电胶粘接在多层HTCC基板上的腔室内；所述可伐围框焊接在多层HTCC基板上方并在中心位置留有阶梯型底座用于安装焊接SSMP接头；所述可伐围框与平行封焊盖板平行封焊连接；所述多层HTCC基板放置在金属底座上通过共晶焊料焊接在一起；所述pin针焊接在多层HTCC基板上；本发明相比于传统的pcb构成的组件走线密度更高，同时具有良好的热导率，能够很好地散发大功率芯片产生的热量；一体化封装，具有很好的气密性和可靠性。

Description

基于HTCC的K波段射频微系统三维收发组件
技术领域
本发明涉及射频微系统封装技术领域，尤其涉及一种基于HTCC的K波段射频微系统三维收发组件。
背景技术
伴随着半导体工艺的发展，芯片制造从早期单一功能集成电路逐步向系统级多功能高集成集成电路、片上系统(System on Chip)以及系统级封装(System in Package)迈进。然而单一芯片集成全部功能较困难，采用先进封装技术能够解决相控阵前端小体积、高功率密度、多功能集成等技术指标问题，并且能够利用封装特性，提高系统可靠性及可重构性。先进封装技术中陶瓷封装因机械强度高、微波性能优良的特点被广泛应用。其中高温共烧陶瓷(HTCC)还具有高散热能力，成本优势高，气密性能好，工艺相对成熟的优点，在大功率收发组件中受到重视。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何提供一种散热好，体积小，集成度高的基于HTCC的K波段射频微系统三维收发组件。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种基于HTCC的K波段射频微系统三维收发组件，其特征在于包括：金属底座，所述金属底座的上表面固定有多层HTCC基板，所述多层HTCC基板上形成有多个腔室，每个腔室内固定有一个射频芯片模块，所述金属底座的背面形成有若干个与第一SSMP接头相适配的梯形孔，所述第一SSMP接头位于所述梯形孔内，与所述梯形孔相对应的所述多层HTCC基板上形成有过孔，第一SSMP接头插入到所述梯形孔内后经过所述过孔与所述射频芯片模块上的输入射频引脚连接；所述腔室之间的多层HTCC基板上形成有pin针组，所述射频芯片模块的电源及控制引脚与所述pin针组连接；所述多层HTCC基板的中间形成有阶梯型底座，用于安装第二SSMP接头，所述第二SSMP接头与所述射频芯片模块上的输出射频引脚连接；所述多层HTCC基板的外侧固定有可伐围框，所述可伐围框上在与所述腔室相对应的位置、以及与所述pin针组相对应的位置以及与所述阶梯型底座相对应的位置形成有开口。
进一步的技术方案在于：所述组件还包括平行封焊盖板，与所述腔室相对应的所述可伐围框上的开口通过所述平行封焊盖板进行封闭，所述pin针组以及所述第二SSMP接头从所述可伐围框上的相应通孔中伸出。
进一步的技术方案在于：所述金属底座在对角线位置留有两个定位销，用于与上方的多层HTCC基板进行对位，保证SSMP接头插入的位置与多层HTCC基板上留出的射频连接通孔的位置对准。
进一步的技术方案在于：所述多层HTCC基板表面对称开设有个腔室，每个腔室内形成有若干层台阶，每层台阶表面分布共面波导状焊盘，所述焊盘用于将所述SSMP接头以及所述pin针组连接所述射频芯片模块；腔室四角各形成有一个射频连接通孔，用于下方的SSMP接头的信号引脚伸入。
进一步的技术方案在于：所述射频芯片模块所包含的芯片的供电与控制端口通过多层HTCC基板内的金属线连接到基板顶部与pin针组焊接在一起，用于外部的连接与调试。
进一步的技术方案在于：所述金属底座、多层HTCC基板和可伐围框四周的侧面形成有阶梯型半孔，用于多个三维收发组件组阵时用螺丝对位连接进行组阵。
进一步的技术方案在于：所述射频芯片模块包括末级SOC芯片和幅相控制芯片，其中末级SOC芯片集成收发切换开关与接收低噪声放大器、发射末级放大器；幅相控制芯片包括一款基于硅基工艺高度集成的K波段四通道相控阵T/R多功能芯片。
进一步的技术方案在于：射频芯片模块在架构选择上采用一体化设计、整体封装，末级SOC芯片和幅相控制芯片直接粘接在多层HTCC基板上，16个通道单独实现射频信号的传输；各级芯片的控制信号、供电信号通过多层HTCC基板内部网络进行传输和互联；4路馈电网络集成在多层HTCC基板内部，最终整个收发组件对外为一个射频接口。
进一步的技术方案在于：所有射频芯片模块通过导电胶粘贴在多层HTCC基板上的腔室内，并通过金丝键合到腔室内台阶表面的共面波导焊盘上，用于在多层HTCC基板上布线连接。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本申请在HTCC基板上进行芯片连接的走线，相比于传统的pcb走线密度更高，同时具有良好的热导率，能够很好地散发大功率芯片产生的热量；收发组件四周侧面留有阶梯型半孔用于多个收发组件组合用螺丝连接组阵，适合于大规模组阵；整体组件一体化封装，具有很好的气密性和可靠性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明实施例所述组件的结构示意图；
图2是本发明实施例所述组件的背面结构示意图；
图3是本发明实施例所述组件的分解结构示意图；
图4是本发明实施例所述组件的内部整体布局图；
其中：1、第一SSMP接头；2、平行封焊盖板；3、射频芯片模块；4、pin针组；5、多层HTCC基板；6、可伐围框；7、金属底座；8、梯形孔；9、定位销；10、阶梯型半孔；11、阶梯型底座；12、射频连接通孔；13、表面预留的焊盘。
具体实施方式
下面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做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。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
如图1-图4所示，本发明实施例公开了一种基于HTCC的K波段射频微系统三维收发组件，包括：金属底座7，所述金属底座7的上表面通过共晶焊料焊接有多层HTCC基板5，所述多层HTCC基板5上形成有多个腔室，每个腔室内通过导电胶固定有一个射频芯片模块3，所述腔室内形成有若干个连续的台阶，所述金属底座7可以使用金属钨进行制备；所述金属底座7的背面形成有若干个与第一SSMP接头1相适配的梯形孔8，所述第一SSMP接头1位于所述梯形孔8内，与所述梯形孔相对应的所述多层HTCC基板5上形成有射频连接通孔12，第一SSMP接头1插入到所述梯形孔内后经过所述射频连接通孔12与所述射频芯片模块3上的输入射频引脚连接；
所述腔室之间的多层HTCC基板5上形成有pin针组4，所述射频芯片模块3的电源及控制引脚与所述pin针组4连接；所述多层HTCC基板5的中间形成有阶梯型底座11，用于安装第二SSMP接头，所述第二SSMP接头与所述射频芯片模块3上的输出射频引脚连接；所述多层HTCC基板5的外侧固定有可伐围框6，所述可伐围框6上在与所述腔室相对应的位置、以及与所述pin针组4相对应的位置以及与所述阶梯型底座11相对应的位置形成有开口。与所述腔室相对应的所述可伐围框6上的开口通过所述平行封焊盖板2进行封闭，所述pin针组4以及所述第二SSMP接头从所述可伐围框6上的相应通孔中伸出，所述可伐围框6与平行封焊盖板2平行封焊连接。
进一步的，如如2所示，所述金属底座7在对角线位置留有两个定位销9，用于与上方的多层HTCC基板5进行对位，保证第一SSMP接头1插入的位置与多层HTCC基板5上留出的射频连接通孔12的位置对准。
进一步的，如如1、图3所示，所述多层HTCC基板5表面对称开设有4个腔室，每个腔室内形成有若干层台阶，每层台阶表面分布若干个共面波导状焊盘，所述焊盘用于将所述SSMP接头以及所述pin针组4与所述射频芯片模块3连接；腔室四角各形成有一个射频连接通孔12，用于下方的第一SSMP接头1的信号引脚伸入。所述射频芯片模块3所包括的芯片的供电与控制端口通过多层HTCC基板5内的金属线连接到基板顶部与pin针组4焊接在一起，用于外部的连接与调试。
所述射频芯片模块3包括末级SOC芯片、幅相控制芯片。其中末级SOC芯片集成了收发切换开关与接收低噪声放大器、发射末级放大器；幅相控制芯片是一款基于硅基工艺高度集成的K波段四通道相控阵T/R多功能芯片。该芯片通过半双工通信，可以在接收和发射模式之间进行切换。两种模式均支持0～31.5dB范围6bit精度的幅度调节和0～360°范围6bit精度的相位调节。
射频芯片模块在架构选择上采用一体化设计、整体封装方案。末级SOC芯片和幅相控制芯片直接粘接在多层HTCC基板5上，16个通道单独实现射频信号的传输。各级芯片的控制信号、供电信号通过多层HTCC基板5内部网络进行传输和互联；4路馈电网络也集成在多层HTCC基板内部，最终整个收发组件对外为一个射频接口。
射频芯片模块对外的射频接口由可伐围框中心凸出位置中通孔内的第二SSMP接头引出。射频芯片模块所包含的芯片的供电与控制端口通过多层HTCC基板5内的金属线连接到基板顶部与pin针组4焊接在一起，用于外部的连接与调试。金属底座7、多层HTCC基板5和可伐围框6四周侧面留有阶梯型半孔10设计，方便多个SIP模块组阵时用螺丝对位连接进行组阵。
本申请的基于HTCC的K波段射频微系统三维收发组件中，所述可伐围框6与多层HTCC基板5焊接，其中多层HTCC基板5采用高密度布线技术与射频垂直互连技术将幅相控制芯片与末级SOC芯片互相连接，输入的射频信号通过金属底座7上焊接的第一SSMP接头1引入，输出的射频信号通过可伐围框6中心凸出位置上通孔内的第二SSMP接头引出，电源与控制信号通过多层HTCC基板5表面的pin针组4引出；所有射频芯片通过导电胶粘贴在多层HTCC基板5上的腔室内，并通过金丝键合到腔室内台阶表面的共面波导焊盘上，用于在多层HTCC基板5上布线连接。
所述收发组件封装可以使用钨金属为导体材料，以氧化铝为介质材料在1600℃下进行共烧，加工工艺较低温共烧陶瓷更成熟，成本更低，气密性效果更好，热导率更高，经电磁仿真软件仿真和实物测试，该收发组件结构能覆盖K波段，散热性能良好。
本申请在HTCC基板上进行芯片连接的走线，相比于传统的pcb走线密度更高，同时具有良好的热导率，能够很好地散发大功率芯片产生的热量；收发组件四周侧面留有阶梯型半孔用于多个收发组件组合用螺丝连接组阵，适合于大规模组阵；整体组件一体化封装，具有很好的气密性和可靠性。

Claims (9)

1.一种基于HTCC的K波段射频微系统三维收发组件，其特征在于包括：金属底座（7），所述金属底座（7）的上表面固定有多层HTCC基板（5），所述多层HTCC基板（5）上形成有多个腔室，每个腔室内固定有一个射频芯片模块（3），所述金属底座（7）的背面形成有若干个与第一SSMP接头（1）相适配的梯形孔（8），所述第一SSMP接头（1）位于所述梯形孔（8）内，与所述梯形孔相对应的所述多层HTCC基板（5）上形成有射频连接通孔（12），第一SSMP接头（1）插入到所述梯形孔内后经过所述射频连接通孔（12）与所述射频芯片模块（3）上的输入射频引脚连接；所述腔室之间的多层HTCC基板（5）上形成有pin针组（4），所述射频芯片模块（3）的电源及控制引脚与所述pin针组（4）连接；所述多层HTCC基板（5）的中间形成有阶梯型底座（11），用于安装第二SSMP接头，所述第二SSMP接头与所述射频芯片模块（3）上的输出射频引脚连接；所述多层HTCC基板（5）的外侧固定有可伐围框（6），所述可伐围框（6）上在与所述腔室相对应的位置、以及与所述pin针组（4）相对应的位置以及与所述阶梯型底座（11）相对应的位置形成有开口；
所述多层HTCC基板（5）表面对称开设有4个腔室，每个腔室内形成有若干层台阶，每层台阶表面分布若干个共面波导状焊盘，所述焊盘用于将所述SSMP接头以及所述pin针组（4）与所述射频芯片模块（3）连接；腔室四角各形成有一个射频连接通孔（12），用于下方的第一SSMP接头（1）的信号引脚伸入。
2.如权利要求1所述的基于HTCC的K波段射频微系统三维收发组件，其特征在于：所述组件还包括平行封焊盖板（2），与所述腔室相对应的所述可伐围框（6）上的开口通过所述平行封焊盖板（2）进行封闭，所述pin针组（4）以及所述第二SSMP接头从所述可伐围框（6）上的相应通孔中伸出。
3.如权利要求1所述的基于HTCC的K波段射频微系统三维收发组件，其特征在于：所述金属底座（7）在对角线位置留有两个定位销（9），用于与上方的多层HTCC基板（5）进行对位，保证第一SSMP接头（1）插入的位置与多层HTCC基板（5）上留出的射频连接通孔（12）的位置对准。
4.如权利要求1所述的基于HTCC的K波段射频微系统三维收发组件，其特征在于：所述射频芯片模块（3）所包括的芯片的供电与控制端口通过多层HTCC基板（5）内的金属线连接到基板顶部与pin针组（4）焊接在一起，用于外部的连接与调试。
5.如权利要求1所述的基于HTCC的K波段射频微系统三维收发组件，其特征在于：所述pin针组（4）中的pin针与多层HTCC基板（5）表面预留的焊盘（13）对准焊接。
6.如权利要求1所述的基于HTCC的K波段射频微系统三维收发组件，其特征在于：所述金属底座（7）、多层HTCC基板（5）和可伐围框（6）四周的侧面形成有阶梯型半孔（10），用于多个三维收发组件组阵时用螺丝对位连接进行组阵。
7.如权利要求1所述的基于HTCC的K波段射频微系统三维收发组件，其特征在于：所述射频芯片模块（3）包括末级SOC芯片和幅相控制芯片，其中末级SOC芯片集成收发切换开关与接收低噪声放大器、发射末级放大器；幅相控制芯片包括一款基于硅基工艺高度集成的K波段四通道相控阵T/R多功能芯片。
8.如权利要求7所述的基于HTCC的K波段射频微系统三维收发组件，其特征在于：射频芯片模块（3）在架构选择上采用一体化设计、整体封装，末级SOC芯片和幅相控制芯片直接粘接在多层HTCC 基板（5）上，16个通道单独实现射频信号的传输；各级芯片的控制信号、供电信号通过多层HTCC基板（5）内部网络进行传输和互联；4路馈电网络集成在多层HTCC基板内部，最终整个收发组件对外为一个射频接口。
9.如权利要求1所述的基于HTCC的K波段射频微系统三维收发组件，其特征在于：所有射频芯片模块通过导电胶粘贴在多层HTCC基板（5）上的腔室内，并通过金丝键合到腔室内台阶表面的共面波导焊盘上，用于在多层HTCC基板（5）上布线连接。
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Applicant after: Shijiazhuang fengci Electronic Technology Co.,Ltd.

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Inventor after: Shu Shiwei

Inventor after: Li Xiaosa

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