CN114975291A - 基于htcc的一体化多波束接收系统 - Google Patents

基于htcc的一体化多波束接收系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于HTCC的一体化多波束接收系统，包括HTCC多层陶瓷基板，所述陶瓷基板正面的每个腔体结构内设置有一个多功能芯片，每个所述多能芯片的输入引脚通过位于腔体以及基板内的金属化图形以及输入金属化过孔与输入端接头连接，每个所述多能芯片的电源以及控制引脚通过位于腔体内的金属化图形以及电源以及控制金属化过孔与电源及控制PIN针连接，所述陶瓷基板背面的每个腔体内设置有一个合路器芯片，所述合路器芯片的信号输入端与所述多功能芯片的信号输出端之间通过层间无源结构连接。所述接收系统具有集成度高、体积小、成本低等优点。

Description

基于HTCC的一体化多波束接收系统
技术领域
本发明涉射频封装技术领域，尤其涉及一种基于HTCC的一体化多波束接收系统。
背景技术
目前T/R组件在通信、雷达、电子对抗等军民电子设备中起到至关重要的作用，这些系统中射频前端模块的发射与接收性能决定了整个系统的指标。而在封装方面，系统级封装（SiP）逐渐成为研究的主流热点。系统级封装（SiP）属于电子、材料、机械、通信等多学科交叉的综合应用，由于美国、欧洲、日韩等国家与地区具备先进的半导体制程工艺，机械加工工艺以及完善的产业体系，在SiP的研究上处于领先地位，一些代表性的研究方向包括：异质/异构集成、太赫兹至光波段的高频应用、无源电路的互连与建模、热管理等。
近年来，随着国家加大投入，国内已基本具备SiP的研发基础。虽然目前仍以传统封装为主，但部分技术能够与世界一流水平竞争，并且在国外企业垄断、中美竞争的大背景下，自主可控的国产化进程会给国内SiP的发展带来更多的机会和更大的发展空间。
目前大多数封装采用的依旧是先将多波束系统进行整体划分，将幅相控制与波束合成分离设计的方式，不同基板间的三维互连一般采用毛纽扣进行互连。这种分离式的结构会降低系统可靠性，并提高了生产成本，而分离式的多块基板在实际装配过程中，会产生对位困难的问题。
相较于传统的LTCC技术，近年来国内不断挖掘出HTCC的优势之处：LTCC的气密性与焊接能力不足，因此在开发没有金属外壳的模组时可选用HTCC；HTCC可以实现更低成本的同时散热能力也较LTCC有明显优势；其对于射频微系统最重要的一点是，二者在Ka波段及以下的频段，电性能相仿。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何提供一种集成度高、体积小、成本低的基于HTCC的一体化多波束接收系统。
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的一体化多波束接收系统，其特征在于：包括HTCC多层陶瓷基板，所述陶瓷基板的正面和背面形成有若干个腔体结构，所述陶瓷基板正面的每个腔体结构内设置有一个多功能芯片，每个所述多能芯片的输入引脚通过位于腔体以及基板内的金属化图形以及输入金属化过孔与输入端接头连接，每个所述多能芯片的电源以及控制引脚通过位于腔体内的金属化图形以及电源以及控制金属化过孔与电源及控制PIN针连接，所述陶瓷基板背面的每个腔体内设置有一个合路器芯片，所述合路器芯片的信号输入端与所述多功能芯片的信号输出端之间通过层间无源结构连接，所述合路器芯片的输出端通过位于腔体以及基板内的金属化图形以及输出金属化过孔与输出端接头连接。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：利用HTCC三维系统级集成封装技术开发出一种基于HTCC的一体化多波束接收系统，用于多波束相控阵微波射频系统，特别适用对小型化、轻量化要求较高的大型微波系统；同时，HTCC作为一种相较于LTCC在此应用频段具有较大优势的可实现三维封装的技术，对整个封装设计链都有着重要的影响，同时，T/R组件作为微波射频系统不可或缺的部分，高集成度、小型化、低成本的需求非常迫切，因此基于HTCC的一体化三维封装技术的微型多波束射频接收前端SiP的研制无论对于军用还是民用的发展都至关重要。该一体化设计可实现的小型化的特点可以广泛应用在对体积要求严苛的微波射频平台上。
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系统的原理框图；
图2是本发明实施例所述系统的结构示意图；
图3是本发明实施例所述系统的结构示意图；
图4是本发明实施例所述系统的结构示意图；
其中：1、HTCC多层陶瓷基板；2、腔体结构；3、多功能芯片；4、输入端接头；5、电源及控制PIN针；6、合路器芯片；7、层间无源结构；8、输出端接头。
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的一体化多波束接收系统，包括HTCC多层陶瓷基板1，所述基板可以使用现有技术中的材料和工艺进行制备；所述陶瓷基板的正面和背面形成有若干个腔体结构2，所述陶瓷基板正面的每个腔体结构2内设置有一个多功能芯片3，每个所述多能芯片3的输入引脚通过位于腔体结构以及基板内的金属化图形以及输入金属化过孔与输入端接头4连接，每个所述多功能芯片3的电源以及控制引脚通过位于腔体内的金属化图形以及控制金属化过孔与电源及控制PIN针5连接。所述陶瓷基板背面的每个腔体2内设置有一个合路器芯片6，所述合路器芯片6的信号输入端与所述多功能芯片3的信号输出端之间通过层间无源结构7连接，所述合路器芯片6的输出端通过位于腔体以及基板内的金属化图形以及输出金属化过孔与输出端接头8连接，需要说明的是，所述多功能芯片3以及合路器芯片6可以使用现有技术中的芯片。优选的，所述输入端接头4和输出端接头8可以使用毛纽扣转SMP接头。
进一步的，如图3-图4所示，所述基板的正面和背面分别设置有8个腔体结构2，正面的每个腔体内设置有一个多功能芯片3，背面的每个腔体内设置有一个合路器芯片6，所述多功能芯片3的个数与合路器芯片6以及输入端接头4、输出端接头8的个数相同，信号通过八通道幅相控制芯片接收，并输出给波束合成网络，八合一合路器将多个接收通道的信号合成输出的多波束接收装置。
所述接收系统的工作频率可以为Ka波段，每个通道接受单元都包含一个多功能芯片，在上述设计的基础上，可以设计基于HTCC的一体化多波束接收系统，其叠层结构如图2所示，将无源器件集成在多层陶瓷基板内部，实现高密度的纵向集成，采用双面设计放置芯片。
基于HTCC的一体化多波束接收系统的基板正面放置8个八通道幅相控制多功能芯片，八路射频信号通过毛纽扣转SMP接头，经垂直传输和水平传输进入多功能芯片的输入端，每个多功能芯片能够输出八路不同幅相的输出，因此，8个多功能芯片共输出64路幅相可控的子通道射频信号。通过多波束形成原理，可知需将64路子通道射频信号通过波束合成网络进行合成，形成八个不同波束。
该基于HTCC的一体化多波束接收系统基板背面放置8个八路合成器，上述64路子通道射频信号通过垂直传输与中间层的水平传输与基板背面汇入八路合成器，最终通过八路合成器的输出信号垂直传输到毛纽扣转SMP接头输出。基于HTCC的封装技术和传统pcb技术有很大不同，HTCC可支持双面挖腔。并且气密性要更好，同时，互联结构也不完全相同，因此要对HTCC的互联结构进行联合仿真设计。
本申请利用HTCC三维系统级集成封装技术开发出一种基于HTCC的一体化多波束接收系统，用于多波束相控阵微波射频系统，特别适用于对于小型化、轻量化要求较高的大型微波系统；同时，HTCC作为一种相较于LTCC在此应用频段具有较大优势的可实现三维封装的技术，对整个封装设计链都有着重要的影响，同时，T/R组件作为微波射频系统不可或缺的部分，高集成度、小型化、低成本的需求非常迫切，因此基于HTCC的一体化三维封装技术的微型多波束射频接收前端SiP的研制无论对于军用还是民用的发展都至关重要。该一体化设计可实现的小型化的特点可以广泛应用在对体积要求严苛的微波射频平台上。

Claims (9)

1.一种基于HTCC的一体化多波束接收系统，其特征在于：包括HTCC多层陶瓷基板（1），所述陶瓷基板（1）的正面和背面形成有若干个腔体结构（2），所述陶瓷基板正面的每个腔体结构（2）内设置有一个多功能芯片（3），每个所述多能芯片（3）的输入引脚通过位于腔体结构以及基板内的金属化图形以及输入金属化过孔与输入端接头（4）连接，每个所述多功能芯片（3）的电源以及控制引脚通过位于腔体内的金属化图形以及控制金属化过孔与电源及控制PIN针（5）连接，所述陶瓷基板背面的每个腔体（2）内设置有一个合路器芯片（6），所述合路器芯片（6）的信号输入端与所述多功能芯片的信号输出端之间通过层间无源结构（7）连接，所述合路器芯片（6）的输出端通过位于腔体以及基板内的金属化图形以及输出金属化过孔与输出端接头（8）连接。
2.如权利要求1所述的基于HTCC的一体化多波束接收系统，其特征在于：所述输入端接头（4）和输出端接头（8）使用毛纽扣转SMP接头。
3.如权利要求1所述的基于HTCC的一体化多波束接收系统，其特征在于：所述基板的正面和背面分别设置有8个腔体结构（2），正面的每个腔体内设置有一个多功能芯片（3），背面的每个腔体内设置有一个合路器芯片（6），所述多功能芯片（3）的个数与合路器芯片（6）以及输入端接头（4）、输出端接头（8）的个数相同。
4.如权利要求1所述的基于HTCC的一体化多波束接收系统，其特征在于：所述HTCC多层陶瓷基板结构为金属-陶瓷介质-金属的三维叠层结构，可以允许正反面双面挖腔，支持侧壁金属化与层间金属通孔。
5.如权利要求1所述的基于HTCC的一体化多波束接收系统，其特征在于：所述接收系统的射频链路与幅相调制均在所述基板上实现。
6.如权利要求1所述的基于HTCC的一体化多波束接收系统，其特征在于：所述多波束接收系统的工作频率为Ka波段。
7.如权利要求1所述的基于HTCC的一体化多波束接收系统，其特征在于：多路接收信号通过所在支路的多功能芯片（4）实现放大与幅相控制，后续通过两个接收波束合成网络多合一合路器芯片（6）将各个接收通道的信号合成输出。
8.如权利要求1所述的基于HTCC的一体化多波束接收系统，其特征在于：所述基板正面放置8个八通道幅相控制多功能芯片，八路射频信号通过毛纽扣转SMP接头，经垂直传输和水平传输进入多功能芯片的输入端，每个多功能芯片能够输出八路不同幅相的输出，因此，8个多功能芯片共输出64路幅相可控的子通道射频信号，通过多波束形成原理，可知需将64路子通道射频信号通过波束合成网络进行合成，形成八个不同波束。
9.如权利要求8所述的基于HTCC的一体化多波束接收系统，其特征在于：所述基板的背面放置8个八路合成器，上述64路子通道射频信号通过垂直传输与中间层的水平传输与基板背面汇入八路合成器，最终通过八路合成器的输出信号垂直传输到毛纽扣转SMP接头输出。
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