CN115441135B - 一种高可靠超宽带三维堆叠微波组件及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高可靠超宽带三维堆叠微波组件及其制作方法，将一体化SMT技术、Sip技术与MCM技术相结合，包括高密度多层PCB板、隔墙分部件、表贴元器件的一体化焊接，多个无引线封装Sip模块的同时焊接，两面BGA焊接的分步工艺实现等工艺方法，实现了宽带至40GHz的以Sip模块功能性为主体的三维堆叠微波组件的工艺装配，大大推进了微波组件三维化设计，节省组件空间，并通过全套环境试验考核，同时为Sip模块与三维系统化微波组件的设计结合搭建应用平台。
Description
技术领域
本发明涉及一种微波组件及其制作方法，特别是一种高可靠超宽带三维堆叠微波组件及其制作方法，属于微波模块组件封装技术领域。
背景技术
随着微波毫米波电子技术的快速发展，电子组件逐渐向微型化和多功能化的方向进行研发，传统以二维电路集成技术为基础的微波毫米波组件的尺寸、重量及性价比已难以适应现代化工业和市场需求，从而推动了高密度立体化电路的研制进程。微波毫米波三维高密度集成（封装）技术已成为下一代电子组件研制开发的必备手段和途径，高密度、多功能集成是微波毫米波组件技术发展趋势，是解决电子组件小型化、轻量化、高性能、多功能、高可靠性和低成本的关键。
因此，以Sip系统级封装模块为基础的三维集成系统化组件技术是微波毫米波组件技术发展的必然趋势，而高可靠工艺技术的建立和完善是三维集成系统化组件得以工程化应用的重要保证。
发明内容
本发明提出的是一种高可靠超宽带三维堆叠微波组件及其制作方法，该组件以Sip封装系统级模块为底层架构进行设计，工艺方法中结合近些年成熟的MCM技术、SMT技术及新兴的Sip工艺技术进行创新，实现了该超宽带三维系统化组件的高可靠装配，为三维系统组件的小型化、轻量化设计的工程化应用提供重要保证。
本发明的技术解决方案：一种高可靠超宽带三维堆叠微波组件，该组件的制作方法具体包括如下步骤：
（1）将多层PCB板、隔墙、驱动面元器件、FPGA可编程门阵列和其他垂直和水平连接器及接插件等使用钎焊焊料辅以配套载具一道进行一体化焊接；其中隔墙安装至多层PCB板表面，多层PCB板正面按照隔墙形状用阻焊开窗的方式形成焊接区域，防止焊料溢出；隔墙被配套夹具固定，同时利用隔墙向下作用力固定多层PCB板，从而一次性完成焊接；
（2）将微波面无引线Sip模块和微波面CBGA封装Sip模块采用钎焊焊料焊接至多层PCB板；其中微波面无引线Sip模块和微波面CBGA封装Sip模块的表贴焊盘采用高精度自动点涂设备点涂焊膏，BGA焊盘的焊膏量需经过标准计算理论确定辅以实验进行优化最终确定；微波面无引线Sip模块和微波面CBGA封装Sip模块贴装完成后，通过多温区式热风回流焊完成第二道回流焊接；
（3）采用COB封装技术，通过粘胶剂将芯片直接粘贴到多层PCB板上与引线键合，实现芯片与多层PCB板间互连互通，完成器件封装。
进一步的，所述FPGA可编程门阵列需提前进行装配，包括正面元器件的焊接和反面焊球的植球，具体步骤如下：
1）正面元器件表贴回流，采用钎焊焊膏印刷后摆放器件回流；
2）将FPGA倒扣，采用与正面元器件间隙位置相配合加工的金属治具进行支撑，防止损伤器件；将钎焊焊球摆放至FPGA电路板背面焊盘位置，二次回流完成植球。
进一步的，所述垂直和水平连接器及接插件同时使用弹性固定顶针进行固定，与隔墙和多层PCB板同步完成第一道回流焊接。
进一步的，所述微波面CBGA封装Sip模块采用高精度贴片机进行图形对位贴装，球形引脚与印制板焊盘的偏差不超过球径的50%。
进一步的，所述COB封装技术将芯片采用高性能导电胶粘接至多层PCB板表面，并通过引线键合工艺完成MCM封装互连。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1）通过以Sip模块为底层架构设计的三维集成系统化组件的制作工艺，实现Sip封装系统级模块与MCM封装工艺的结合，形成一种基于Sip模块为设计底层架构的组件级高可靠装配方法；
2）超宽带范围应用能够大幅提高封装引脚密度，提高组件设计集成度，通过三维电路实现，在保证性能不变的前提下实现小型化，轻量化，适合微波设备的应用；
3）与传统MCM微波组件相比，化零为整，可制造性强，工艺可实现性高，Sip模块装配自动化程度高，不依赖于人工，利于三维组件工艺装配技术的自动化和标准化；
4）可靠性高，通过高等级环境考核条件，保障三维系统性组件高性能、高可靠地应用于高等级环境背景。
附图说明
图1为本发明实施例提供的氮化镓基高线性HEMT的制作方法流程图。
图中1-1为微波面无引线Sip模块；1-2为微波面CBGA封装Sip模块；2-1为多层PCB板；2-2为隔墙；2-3为FPGA可编程门阵列。
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。
如图1所示，为本实施例中提出的一种高可靠超宽带三维堆叠微波组件，将高密度多层PCB板2-1、隔墙2-2、驱动面元器件、FPGA可编程门阵列2-3和其他垂直和水平连接器、接插件等使用钎焊焊料辅以配套载具一道进行一体化焊接。前后依次将垂直、水平接插件，多层PCB板2-1、隔墙2-2、驱动面元器件、FPGA可编程门阵列2-3摆放至相应位置，安装好配套载具工装后经过回流炉完成一道焊接。
在本实施例中，微波面无引线Sip模块1-1和微波面CBGA封装Sip模块1-2采用钎焊焊料焊接至多层板。
在本实施例中，FPGA可编程门阵列2-3需提前进行分部件装配，包括正面元器件的焊接和反面焊球的植球。正面元器件采用钎焊焊膏印刷后摆放器件回流。后将FPGA倒扣，采用与正面器件间隙位置相配合加工的金属治具进行支撑，防止损伤器件。在FPGA电路板相应焊盘印刷焊膏后，将钎焊焊球通过网板式植球工装摆放至FPGA电路板背面焊盘位置，二次回流完成植球。
在本实施例中，隔墙2-2安装至多层PCB板2-1表面，多层PCB板2-1正面按照隔墙形状用阻焊开窗的方式形成焊接区域，防止焊料溢出漫流。
在本实施例中，隔墙2-2被配套夹具固定，同时利用隔墙2-2向下作用力以及其他元器件间隙位置放置凸台式顶针，固定多层PCB板2-1，从而一次性完成隔墙、多层PCB板及表面元器件的焊接。
在本实施例中，其他水平和垂直连接器、接插件同时使用弹性固定顶针进行固定，与隔墙2-2和多层PCB板2-1同步完成第一道回流焊接。
在本实施例中，微波面无引线Sip模块1-1和微波面CBGA封装Sip模块1-2表贴焊盘采用高精度自动点涂设备点涂焊膏，BGA焊盘的焊膏量需经过标准计算理论确定辅以实验进行优化最终确定。
在本实施例中，微波面CBGA封装Sip模块1-2需采用高精度贴片机进行图形对位贴装，球形引脚与印制板焊盘的偏差不超过球径的50%。
在本实施例中，微波面无引线Sip模块1-1和微波面CBGA封装Sip模块1-2贴装完成后，通过多温区式热风回流焊完成第二道回流焊接。
在本实施例中，采用COB封装技术，将其他芯片采用高性能导电胶粘接至多层PCB板2-1表面，并通过引线键合（Wire Bonding）工艺完成MCM封装互连。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (1)
1.一种高可靠超宽带三维堆叠微波组件，其特征在于，该微波组件的制作方法具体包括如下步骤：
（1）将多层PCB板、隔墙、驱动面元器件、FPGA可编程门阵列、垂直和水平连接器及接插件使用钎焊焊料辅以配套载具一道进行一体化焊接；
（2）将微波面无引线Sip模块和微波面CBGA封装Sip模块采用钎焊焊料焊接至多层PCB板；
（3）采用COB封装技术，通过粘胶剂将芯片直接粘贴到多层PCB板上与引线键合，实现芯片与多层PCB板间互连互通，完成器件封装；
所述FPGA可编程门阵列需提前进行装配，包括正面元器件的焊接和反面焊球的植球，具体步骤如下：
1）正面元器件表贴回流，采用钎焊焊膏印刷后摆放器件回流；
2）将FPGA倒扣，采用与正面元器件间隙位置相配合加工的金属治具进行支撑，防止损伤器件；将钎焊焊球摆放至FPGA电路板背面焊盘位置，二次回流完成植球；
所述步骤（1）中隔墙安装至多层PCB板表面，多层PCB板正面按照隔墙形状用阻焊开窗的方式形成焊接区域，防止焊料溢出；
所述步骤（1）中隔墙被配套夹具固定，同时利用隔墙向下作用力固定多层PCB板，从而一次性完成焊接；
所述步骤（1）中垂直和水平连接器及接插件同时使用弹性固定顶针进行固定，与隔墙和多层PCB板同步完成第一道回流焊接；
所述步骤（2）中微波面无引线Sip模块和微波面CBGA封装Sip模块的表贴焊盘采用高精度自动点涂设备点涂焊膏；
所述步骤（2）中微波面CBGA封装Sip模块采用高精度贴片机进行图形对位贴装，球形引脚与印制板焊盘的偏差不超过球径的50%；
所述步骤（2）中微波面无引线Sip模块和微波面CBGA封装Sip模块贴装完成后，通过多温区式热风回流焊完成第二道回流焊接；
所述步骤（3）中采用COB封装技术，将芯片采用高性能导电胶粘接至多层PCB板表面，并通过引线键合工艺完成MCM封装互连。
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