CN115166641A

CN115166641A - 一种基于sip的小型化表贴收发组件

Info

Publication number: CN115166641A
Application number: CN202210703786.8A
Authority: CN
Inventors: 陈继鹏; 赵俊顶; 章勇佳
Original assignee: CETC 55 Research Institute
Current assignee: CETC 55 Research Institute
Priority date: 2022-06-21
Filing date: 2022-06-21
Publication date: 2022-10-11

Abstract

本发明涉及有源相控阵雷达中收发组件的设计领域，提出了一种基于SIP的小型化表贴收发组件，包括发射通道和接收通道，各个功能的模块集成在HTCC多层介质基板上共同组成小型化的微波三维立体结构，将多个微波集成电路芯片、馈电网络及外围电路集成在基于HTCC封装的小型壳体内，通过金丝或者焊接实现各元器件互联，控制电路绘制在氧化铝陶瓷基板内，盖板封装采用平行封焊。本发明组件具有高性能、低成本、集成度高、小型化且易于统型安装的优点。

Description

一种基于SIP的小型化表贴收发组件

技术领域

本发明涉及的是一种基于SIP的小型化表贴收发组件，属于雷达检测组件技术领域。

背景技术

自上个世纪以来，雷达技术广泛运用于探测、气象、航空等领域，90年代以后，有源相控阵雷达已成为雷达发展中的主流，每部有源相控阵雷达中，都包含一定数量的收发组件，它既包括接收部分又包括发射部分。作为有源相控阵雷达核心部件之一的收发组件，随着现代科技对有源相控阵雷达的要求越来越高，对收发组件的各个性能也提出了更高的要求，要求具有集成度高、成本低、一致性好、体积小、重量轻等特点，且能适应不同的工作平台和环境。

收发组件的SIP（系统级封装）技术无疑是今后的重点发展方向，共烧陶瓷作为一种有潜力的收发组件三维封装技术，引起了国内外机构对其研究的热潮。目前可行的三维封装技术包括多层薄膜技术、HTCC（高温共烧陶瓷）技术和LTCC（低温共烧陶瓷）技术。薄膜技术的优点是线条精度高，采用Cu、Au等电阻率低的材料作导带，微波损耗小，其缺点是耐功率不足，多层成本高；HTCC的优点是热导率高、成本低，缺点是由于采用的电阻率高的浆料制作导带，微波损耗稍大；而LTCC具有可靠性高、低损耗、低介电常数和低膨胀系数的优点，但是成本较贵。

发明内容

本发明的目的在于解决现有收发组件制作工艺存在的上述问题，提出一种基于SIP的小型化表贴收发组件，将各功能MMIC与封装壳体结合起来系统集成设计，具有高性能、低成本、集成度高、体积小且易于统型安装的优点，为实现现有有源雷达系统的高性能和小型化提供了有力的技术支撑。

本发明的技术解决方案：一种基于SIP的小型化表贴收发组件，其结构包括发射链路模块、接收链路模块、电源管理模块、HTCC陶瓷壳体、金属环框及盖板；其中发射链路模块由衰减器功率放大器构成；接收链路模块由两个正交电桥、大功率负载、两个限幅器、两个低噪声放大器组成功率吸收式结构；电源管理模块由多功能电源调制芯片及PMOS构成；各个功能的模块集成在多层HTCC陶瓷壳体上，并由金属环框及盖板共同组成小型化的三维立体结构。

进一步的，所述发射链路模块的信号从壳体底部的射频引脚进入，连接到衰减器，再经过功率放大器放大到一定的指标后，经壳体底部的射频引脚输出；接收链路模块的信号从壳体底部的射频引脚进入，先经过正交电桥1将信号等分，一路信号经过限幅器1和低噪声放大器1进行信号放大，另一路信号经过限幅器2和低噪声放大器2进行信号放大，之后两路信号通过正交电桥2合成，再由壳体底部射频引脚输出。

进一步的，所述HTCC陶瓷壳体采用多层氧化铝陶瓷基板通过层压的方式结合在一起，层高0.2mm，层数为6层，陶瓷总厚度为1.2mm，整体高度为2.45mm；金属环框焊接在最顶层的陶瓷基板上，盖板采用平行封焊方式安装于金属环框顶部，各模块电路器件通过组装工艺放置于盖板底部的芯腔内部。

进一步的，所述多层氧化铝陶瓷基板之间覆有良导体金属，自下而上分别为L1到L7，其中L1为最底层，四周均匀分布有36个引出端管脚，引出端管脚的各端口外部上方均设有金属化挂孔；中间金属层接地，中央设有中心金属；L2~L5为中间层，分布有射频信号走线以及电源控制线路，线路之外覆有接地导体；L6层为信号线顶层，亦为芯腔的底部，其表面设有MMIC以及信号线焊盘，MMIC之间及其与信号线焊盘之间通过直径25um的金丝在空气中形成跳线而互联。

进一步的，所述多层氧化铝陶瓷基板之间通过若干个金属通孔互联，每个金属通孔直径均为0.13mm，层与层互联方式包括射频通孔互联以及电源和控制信号通孔互联，其中射频通路为50欧姆阻抗的类同轴结构，射频端口与电源和控制信号端口由金属导带印制在L1外围。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1）高性能：一是功能电路模块之间的互连采用垂直金属化通孔，减小了封装互连所带来的寄生效应；二是由于亏电焊盘与MMIC (单片微波集成电路)芯片距离很小，减小了金丝的长度，降低了对MMIC芯片性能的影响；三是多层地平面间金属化短路通孔的使用很好地抑制了多层地平面间的平板波导模式以及谐振的产生，保证收发组件高稳定的工作。

2）低成本：一是采用HTCC低温共烧陶瓷技术，本身材料具有低成本优势，制作工艺成熟，便于工业中的一体化设计，降低研发成本；二是与传统的平面电路相比，减少了收发组件中装配的工序和时间，很好地减少了组装成本。

3）高集成度与小型化：一是在HTCC三维结构中，由于金属通孔的使用，信号走线、焊盘、管脚等的间距和尺寸极大的减小；二是MMIC芯片的尺寸很小，使得收发组件可以高密度的集成各种功能电路模块。以上两个原因最终实现了收发组件装置的高集成度与小型化。

4）易于统型与装配：此发明模块外形为较为规范的立方体，有利于雷达系统统型设计；装配一般使用回流焊，工艺成熟且稳定可靠。

附图说明

附图1是本发明基于SIP的小型化表贴收发组件的原理图。

附图2是本发明基于SIP的小型化表贴收发组件的结构剖面图。

附图3是本发明基于SIP的小型化表贴收发组件底部引脚端口布局仰视图。

图中1是引出端管脚、2是中间金属层、3~11是金属通孔、12是金丝、13是MMIC、14是信号线焊盘、15是盖板、16是芯腔、17是金属环框、18是HTCC陶瓷壳体、19是金属化挂孔、20是中心金属。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”“某些实施方式”“示意性实施方式”“示例”“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征结构材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征结构材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

本发明提出的基于SIP的小型化表贴收发组件收发组件的原理图如图1所示，链路由三部分组成，分别为发射链路模块、接收链路模块以及电源管理模块。发射链路信号从壳体底部的射频引脚进入，连接到衰减器（ATT），再经过功率放大器（PA）放大到一定的指标后，经壳体底部的射频引脚输出；接收链路信号从壳体底部的射频引脚进入，先经过正交电桥1将信号等分，一路信号经过限幅器1和低噪声放大器1（LNA1）进行信号放大，另一路信号经过限幅器2和低噪声放大器2（LNA1）进行信号放大，之后两路信号通过正交电桥2合成，再由壳体底部射频引脚输出；电源管理模块主要由多功能电源调制芯片及PMOS构成，其中多功能电源调制芯片集成多种电源调制功能，可以同时输出几路调制信号，同时也集成了负压稳压功能为功放提供稳定栅压；PMOS大幅度增加了漏压调制信号的戴在能力，使之能够驱动功率放大器正常工作。

图2为收发组件的剖面图。构成SIP封装壳体的材料选用氧化铝陶瓷，考虑到机械强度以及系统指标要求，层高选用0.2mm厚度，层数为6层，陶瓷总厚度为1.2mm，整体高度为2.45mm（公差为±0.2mm）。

图2中标识了不同层金属导带的名字，从下往上数，分别为L1到L7，L1是最底层，四周均匀分布有36个引出端管脚1，中间金属层2接地；L2~L5为中间层，主要分布有射频信号走线以及电源控制线路等，线路之外覆有接地导体，可以有效的屏蔽各信号线之间的相互干扰；L6层为信号线顶层，亦为芯腔16的底部，主要放置各MMIC13以及信号线焊盘14，MMIC之间及其与焊盘之间通过25um金丝12在空气中形成跳线而互联。

多层陶瓷之间通过多个金属通孔3~11互联，每个金属通孔直径均为0.13mm，层与层互联包括射频通孔互联以及电源和控制信号通孔互联，其中射频通路为50欧姆阻抗的类同轴结构，屏蔽信号串扰且传输损耗较小，通过电磁场仿真优化得出，最终带内传输损耗小于0.1dB，输入驻波小于1.15；最上层陶瓷支撑金属环框17，同盖板15、L6共同构成一个封闭的腔体，能够有效防止外部信号干扰。

射频端口和电源及引出端管脚1都是由金属导带印制在陶瓷底部L1外围，HTCC陶瓷壳体18在各引出端管脚1射频端口外部上方均设计金属化挂孔19，方便了收发组件在雷达整机上的统型设计以及安装使用。

图3是收发组件底部引脚端口布局仰视图。组件底部四周均匀分布有36个引出端管脚1作为射频端口，其中有4个射频端口分别为发射输入端、发射输出端、接收输入端、接收输出端；其余端口都为电源及控制端口以及接地端口。每个端口均有金属化挂孔19设计，壳体底面中心金属20接地，左上角做切角以标记方向。以上设计方便了收发组件在雷达整机上的统型设计以及安装使用。

通过以上设计，基于SIP的S波段表贴收发组件整体尺寸为11mm*11mm*2.45mm，发射输出功率大于41.5dBm，效率大于55%，噪声系数小于1.5dB，接收增益大于27dB，实现了高性能、低成本、小型化设计目标。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于SIP的小型化表贴收发组件，其特征在于：其结构包括发射链路模块、接收链路模块、电源管理模块、HTCC陶瓷壳体、金属环框及盖板；其中发射链路模块由衰减器功率放大器构成；接收链路模块由两个正交电桥、大功率负载、两个限幅器、两个低噪声放大器组成功率吸收式结构；电源管理模块由多功能电源调制芯片及PMOS构成；各个功能的模块集成在多层HTCC陶瓷壳体上，并由金属环框及盖板共同组成小型化的三维立体结构。

2.根据权利要求1所述的一种基于SIP的小型化表贴收发组件，其特征在于：所述发射链路模块的信号从壳体底部的射频引脚进入，连接到衰减器，再经过功率放大器放大到一定的指标后，经壳体底部的射频引脚输出；接收链路模块的信号从壳体底部的射频引脚进入，先经过正交电桥1将信号等分，一路信号经过限幅器1和低噪声放大器1进行信号放大，另一路信号经过限幅器2和低噪声放大器2进行信号放大，之后两路信号通过正交电桥2合成，再由壳体底部射频引脚输出。

3.根据权利要求1所述的一种基于SIP的小型化表贴收发组件，其特征在于：所述HTCC陶瓷壳体采用多层氧化铝陶瓷基板通过层压的方式结合在一起，层高0.2mm，层数为6层，陶瓷总厚度为1.2mm，整体高度为2.45mm；金属环框焊接在最顶层的陶瓷基板上，盖板采用平行封焊方式安装于金属环框顶部，各模块电路器件通过组装工艺放置于盖板底部的芯腔内部。

4.根据权利要求3所述的一种基于SIP的小型化表贴收发组件，其特征在于：所述多层氧化铝陶瓷基板之间覆有良导体金属，自下而上分别为L1到L7，其中L1为最底层，四周均匀分布有36个引出端管脚，引出端管脚的各端口外部上方均设有金属化挂孔；中间金属层接地，中央设有中心金属；L2~L5为中间层，分布有射频信号走线以及电源控制线路，线路之外覆有接地导体；L6层为信号线顶层，亦为芯腔的底部，其表面设有MMIC以及信号线焊盘，MMIC之间及其与信号线焊盘之间通过直径25um的金丝在空气中形成跳线而互联。

5.根据权利要求3所述的一种基于SIP的小型化表贴收发组件，其特征在于：所述多层氧化铝陶瓷基板之间通过若干个金属通孔互联，每个金属通孔直径均为0.13mm，层与层互联方式包括射频通孔互联以及电源和控制信号通孔互联，其中射频通路为50欧姆阻抗的类同轴结构，射频端口与电源和控制信号端口由金属导带印制在L1外围。