CN117393539A - 一种低剖天线柔性互连结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低剖天线柔性互连结构,包括:天线阵面;若干天线阵面进行排布拼接,形成片式结构;天线阵面包括单元综合板和结构板;单元综合板与结构板之间形成容积腔体,容积腔体内侧设置有柔性互连层和片式功率芯片;柔性互连层与片式功率芯片通过压合接触,集成设置在天线阵面的内侧;单元综合板、柔性互连层、片式功率芯片和结构板之间可拆卸连接;该结构通过单元综合板、柔性互连层、片式功率芯片以及结构板组成。通过柔性互连层解决实现片式功率芯片和单元综合板之间的免焊接互连,达到片式功率芯片的无焊接应力的可靠互连方法以及快速维修目的。
Description
技术领域
本发明涉及半导体封装领域,尤其涉及一种低剖天线柔性互连结构。
背景技术
随着天线阵面从模拟向数字化、共形阵的不断发展,天线阵面结构从传统的分立模块电缆互连向平面片式、共形化形态发展,片式天线阵面需要高密度集成技术(HDI)和小型化、高性能高可靠性射频电路和控制电路作为技术支撑,在层间互连、散热以及阵面维护等方面同样是片式天线阵面急需解决的关键技术。
传统的天线阵面结构采用轴向互连的方式,通过焊接的形式将部件结构固定在电路板上,传统最小的SMP、SSMP以及3SMP三者垂直互连,轴向尺寸不小于11mm,并在在进行焊接的过程中,有多层焊点分布在天线阵面结构中,多次重复焊接应力造成底板大面积变形,和功率芯片之间的互连可靠性下降。
近年来欧洲对该领域关注度提高,就片式阵面的功率芯片的多功能专用芯片、垂直互连技术、多层电路设计、子阵设计等各项关键技术都有研究,天线阵面结构采用低剖面互连技术,在提高系统性能的同时,可在轴向进一步提高集成度,但对于通过焊接产生的内应力对依然存在,使得功率芯片散热对互连可靠性依旧存在一定影响。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点,而提出的一种低剖天线柔性互连结构。
为了实现上述目的,本发明采用了如下技术方案:一种低剖天线柔性互连结构,包括:
天线阵面;
若干所述天线阵面进行排布拼接,形成片式结构;
所述天线阵面包括单元综合板和结构板;
所述单元综合板与所述结构板之间形成容积腔体,所述容积腔体内侧设置有柔性互连层和片式功率芯片;
所述柔性互连层与所述片式功率芯片通过压合接触,集成设置在所述天线阵面的内侧;
所述单元综合板、所述柔性互连层、所述片式功率芯片和所述结构板之间可拆卸连接。
作为上述技术方案的进一步描述:所述单元综合板包括印制板,所述印制板一侧设有若干天线单元,所述天线单元阵列排布设置在所述印制板上。
作为上述技术方案的进一步描述:所述印制板设有若干连接位,通过所述连接位使所述天线单元与所述片式功率芯片相连接。
作为上述技术方案的进一步描述:所述印制板靠近所述柔性互连层的一侧还设置有若干低频接口和若干高频接口。
作为上述技术方案的进一步描述:所述柔性互连层包括柔性连接器和定位支架,所述定位支架上设有若干通孔,所述通孔与所述天线单元的设置位置相同,所述柔性连接器设置在所述通孔上,所述天线单元与所述片式功率芯片通过所述柔性连接器进行连接。
作为上述技术方案的进一步描述:所述柔性连接器设有若干导电连接点,所述导电连接点通过硅胶进行填充制备。
作为上述技术方案的进一步描述:所述导电连接点为若干导电颗粒,混合在所述硅胶中,所述硅胶受力形变后,所述导电颗粒互相接触形成导电通路,没有导电颗粒的硅胶部分保持绝缘状态。
作为上述技术方案的进一步描述:所述片式功率芯片通过两个LTCC板焊接形成,靠近所述柔性互连层的一侧设置有若干射频端口和若干低频端口。
作为上述技术方案的进一步描述:所述结构板的中间预设有导热管,所述结构板一侧开设有腔体,用于放置所述片式功率芯片,所述导热管与贯穿所述结构板,延伸到远离所述片式功率芯片的一侧端面。
作为上述技术方案的进一步描述:所述片式功率芯片通过导热硅脂与所述结构板内侧的所述导热管连接,将所述片式功率芯片的热量传输到所述结构板的另一侧。
上述技术方案具有如下优点或有益效果:
1、本申请通过单元综合板、柔性互连层、片式功率芯片以及结构板组成。通过柔性互连层解决实现片式功率芯片和综合板之间的免焊接互连,达到片式功率芯片的无焊接应力的可靠互连方法以及快速维修目的。
2、避免了功率芯片重复焊接在单元综合板的状态,多次重复焊接应力造成单元综合板大面积变形,导致和功率芯片之间的互连可靠性下降。
3、结构板用于压接片式功率芯片,将片式功率芯片压接在柔性互连层上,保证片式功率芯片不过压,同时结构板中集成了用于高效热传导的导热管,大大提高了片式功率芯片的热传导性能。
附图说明
图1为本发明提出的互连结构的结构示意图;
图2为本发明提出的互连结构的爆炸视图一;
图3为本发明提出的互连结构的爆炸视图二;
图4为本发明中柔性互连层的结构示意图;
图5为本发明中柔性连接器的立体图;
图6为本发明中导电连接点的结构示意图;
图7本发明中定位支架的立体图;
图8为本发明中片式功率芯片的立体图;
图9为本发明中结构板的内部结构示意图;
图10为本发明中结构板的剖视图一;
图11为本发明中结构板的剖视图二;
图12为本发明中互连结构的剖视图。
图例说明:
1、单元综合板;11、印制板;111、连接位;112、低频接口;113、高频接口;12、天线单元;2、柔性互连层;21、柔性连接器;211、导电连接点;22、定位支架;3、片式功率芯片;31、射频端口;32、低频端口;4、结构板;41、导热管。
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。
参照图1-图3、图12,本发明提供的一种实施例:一种低剖天线柔性互连结构,包括:天线阵面;若干天线阵面进行排布拼接,形成片式结构;天线阵面包括单元综合板1和结构板4;单元综合板1与结构板4之间形成容积腔体,容积腔体内侧设置有柔性互连层2和片式功率芯片3;柔性互连层2与片式功率芯片3通过压合接触,集成设置在天线阵面的内侧;单元综合板1、柔性互连层2、片式功率芯片3和结构板4之间可拆卸连接。
在本实施例中,天线阵面设置有四个,为扇形,通过拼接形成天线阵面的结构,来接收外界的信号,在每个天线阵面中,通过单元综合板1和结构板4之间进行贴合,对内侧的柔性互连层2和片式功率芯片3进行挤压,使柔性互连层3与片式功率芯片3实现压合连接进行导通,单元综合板1、柔性互连层2和结构板4上开始设有位置对应的圆孔,可以通过螺栓进行连接固定,片式功率芯片3设置在柔性互连层2和结构板4之间进行定位安装,通过设计柔性互连层2将单元综合板1上的天线单元12与片式功率芯片3进行连接,可以将天线单元2接收的信号发送到片式功率芯片3中,实现片式功率芯片3和单元综合板1之间的免焊接柔性互连,避免因焊接产生的焊接应力,便于维修和天线功能集成,也大大降低了多层印制板的成本和提高阵面可靠性,天线后端为高频信号总口、控制信号和电源供电信号总口,便于进行阵面的信号汇总和集成。
单元综合板1包括印制板11,印制板11一侧设有若干天线单元12,天线单元12阵列排布设置在印制板11上。
在本实施例中,印制板11为多层印刷电路板贴合形成,具体为贴片单元层、地层、反射面层、综合网络馈线层,贴片单元层与天线单元12相连接,天线单元12为低剖面天线单元,综合网络馈线层位于靠近柔性互连层2的一侧,设有与片式功率芯片3连接的接口。
根据天线单元X、Y方向上的间距进行等距排列,采用低剖微带贴片天线单元12,工作带宽便于和单元综合板1集成设计、加工成本低。天线单元12和单元综合板1集成设计,形成平面化的辐射单元,通过层压多层印制板11,实现不同功能层之间的集成制造,其中环形器表贴在多层印制板11贴片单元层的开槽内,通过键合工艺连接,实现信号的输入、输出,所有内部型号互连通过金属化孔和垂直过渡连接。每个单元综合板1后端为片式功率芯片3互连端口,采用金属硅通孔(TSV)微凸点,便于和柔性互连层2压接。
印制板11设有若干连接位111,通过连接位111使天线单元12与片式功率芯片3相连接。
在本实施例中,连接位111的尺寸与天线单元12的尺寸相同,天线单元12上的接线端子通过连接位111延伸到柔性互连层2处,可以与片式功率芯片3相连接。
印制板11靠近柔性互连层2的一侧还设置有若干低频接口112和若干高频接口113。
在本实施例中,低频接口112和高频接口113位于柔性互连层2、片式功率芯片3和结构板4的外侧,可以用于连接外部设备,将接收的信号通过片式功率芯片3处理后,再次发送出。
参照图4-图7,柔性互连层2包括柔性连接器21和定位支架22,定位支架22上设有若干通孔,通孔与天线单元12的设置位置相同,柔性连接器21设置在通孔上,天线单元12与片式功率芯片3通过柔性连接器21进行连接。柔性连接器21设有若干导电连接点211,导电连接点211通过硅胶进行填充制备。
在本实施例中,柔性互连层2有多个柔性连接器21,安装在定位支架22上的通孔处,柔性连接器21设置在定位支架22中,按照天线阵面的区域和设计大小进行划分,形成整体结构,通过定位支架22对多个柔性连接器21之间的位置进度进行限定。
在自由状态中,每个柔性连接器21厚度为1.0mm,每个柔性连接器21之间的相对位置精度为±0.05mm。定位支架22采用铝硅材料,铝硅具有非常好的加工特性和较低的热膨胀系数,用于安装阵列排布的柔性连接器21,并保证其定位精度要求。定位支架22的厚度为0.85mm,在柔性连接器21压缩形变后进行限位,保障柔性连接器21的压缩范围为15%-20%,不会产生过压和欠压现象。
柔性连接器21装入定位支架22中后,点双组分胶,适当点入四周溶胶槽中,静置20-30分钟,待胶完全下浸。点胶时要注意不能使胶料粘到柔性连接器21表面,同时胶料不能超出定位支架22和柔性连接器21表面高度。
具体的,柔性连接器21设置有6个射频端口、13芯信号端口、12芯供电端口以及屏蔽接地点。6个高频端口为片式功率芯片3的输入和输出端,13芯信号端口连接功率芯片3功能和逻辑状态的控制接口,12芯的供电端口连接功率芯片3的两个品种的电源需求,可传输不大于12A的供电。
导电连接点211为若干导电颗粒,混合在硅胶中,硅胶受力形变后,导电颗粒互相接触形成导电通路,没有导电颗粒的硅胶部分保持绝缘状态。
在本实施例中,导电连接点211是在硅胶中掺入导电颗粒,导电颗粒按规律分布,由导电颗粒组成上下导电连接点211,固定在弹性硅胶中,利用硅胶的弹性特性,当受到压力时,导电颗粒互相接触形成导电通路,没有导电颗粒的硅胶部分保持绝缘状态。
柔性连接器21采用导电胶(PCR)结构,在硅胶中渗入导电颗粒,导电颗粒按规律分布,由导电颗粒组成上下导电点。利用硅胶的弹性特性,在受到压力时,导电颗粒相互接触形成导电通路,没有导电颗粒的硅胶部分保持绝缘状态。导电点的相对间距为0.65mm,导电连接点211直径阻抗不大于150mΩ,单个导电连接点211最大电流为2A,工作温度范围为-20℃-85℃。采用导电胶结构的柔性连接器,不容易烧焊盘和IC;过压力保护,导电胶寿命更长;压力自适应,兼容不同厚度的颗粒不大于0.4mm,柔性连接器21厚度为1±0.05mm,每个导电连接点211压紧力为0.02-0.03Kg。
继续参照图6,柔性连接器21在进行高频馈电时,中心导电连接点211一周采用八个导电连接点211和印制板信号地接触,组成射频端口31,采用六个射频端口31组成一个馈电点,中间为中心导体馈电点,实现从多层板表面到板内信号的传输;导电连接点211的分布形状为半矩形、半圆形、半椭圆形或者开口多边形等。
参照图8,片式功率芯片3通过两个LTCC板焊接形成,靠近柔性互连层2的一侧设置有若干射频端口31和若干低频端口32。
在本实施例中,片式功率芯片3的对外接口为BGA植球端面,和单元综合板1之间为6个高频接口和25芯低频接口。6个高频接口包括4个射频前端通道、2个双极化总口,25芯低频接口包括15芯控制信号、10芯电源信号。片式功率芯片3采用了TSV、BGA这样的高密度垂直互连手段,互连结构中材料间热失配应力以及工艺过程累计的残余应力使得热机械可靠性成为影响系统可靠性的主要因素,独立的片式功率芯片3经过热处理后释放了焊接残余应力。和单元综合板1之间采用低剖的柔性互连,避免了片式功率芯片3重复焊接在单元综合板1的状态,多次重复焊接应力造成单元综合板1大面积变形,和片式功率芯片3之间的互连可靠性下降。
参照图9-图11,结构板4的中间预设有导热管41,结构板4一侧开设有腔体,用于放置片式功率芯片3,导热管41与贯穿结构板4,延伸到远离片式功率芯片3的一侧端面。片式功率芯片3通过导热硅脂与结构板4内侧的导热管41连接,将片式功率芯片3的热量传输到结构板4的另一侧。
在本实施例中,片式功率芯片3和结构板4之间采用导热硅脂,形成片式功率芯片3的壳体,与结构板4接触良好,保证导热性能。同时,结构板4中集成了用于高效热传导的导热管41,导热管41为微通道热管结构,将导热管41预埋焊接在结构板4中间层,大大提高了片式功率芯片3的热传导性能,具有极高的导热系数,迅速将片式功率芯片3的热量传导到天线阵面的冷端,并同时将热量迅速扩散开,降低热阻和片式功率芯片3的核心器件温度,提高片式功率芯片3的可靠性,导热系数可到5000W/mK以上。
最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种低剖天线柔性互连结构,其特征在于,包括:
天线阵面;
若干所述天线阵面进行排布拼接,形成片式结构;
所述天线阵面包括单元综合板(1)和结构板(4);
所述单元综合板(1)与所述结构板(4)之间形成容积腔体,所述容积腔体内侧设置有柔性互连层(2)和片式功率芯片(3);
所述柔性互连层(2)与所述片式功率芯片(3)通过压合接触,集成设置在所述天线阵面的内侧;
所述单元综合板(1)、所述柔性互连层(2)、所述片式功率芯片(3)和所述结构板(4)之间可拆卸连接。
2.根据权利要求1所述的互连结构,其特征在于:所述单元综合板(1)包括印制板(11),所述印制板(11)一侧设有若干天线单元(12),所述天线单元(12)阵列排布设置在所述印制板(11)上。
3.根据权利要求2所述的互连结构,其特征在于:所述印制板(11)设有若干连接位(111),通过所述连接位(111)使所述天线单元(12)与所述片式功率芯片(3)相连接。
4.根据权利要求2所述的互连结构,其特征在于:所述印制板(11)靠近所述柔性互连层(2)的一侧还设置有若干低频接口(112)和若干高频接口(113)。
5.根据权利要求2所述的互连结构,其特征在于:所述柔性互连层(2)包括柔性连接器(21)和定位支架(22),所述定位支架(22)上设有若干通孔,所述通孔与所述天线单元(12)的设置位置相同,所述柔性连接器(21)设置在所述通孔上,所述天线单元(12)与所述片式功率芯片(3)通过所述柔性连接器(21)进行连接。
6.根据权利要求5所述的互连结构,其特征在于:所述柔性连接器(21)设有若干导电连接点(211),所述导电连接点(211)通过硅胶进行填充制备。
7.根据权利要求6所述的互连结构,其特征在于:所述导电连接点(211)为若干导电颗粒,混合在所述硅胶中,所述硅胶受力形变后,所述导电颗粒互相接触形成导电通路,没有导电颗粒的硅胶部分保持绝缘状态。
8.根据权利要求1所述的互连结构,其特征在于:所述片式功率芯片(3)通过两个LTCC板焊接形成,靠近所述柔性互连层(2)的一侧设置有若干射频端口(31)和若干低频端口(32)。
9.根据权利要求1所述的互连结构,其特征在于:所述结构板(4)的中间预设有导热管(41),所述结构板(4)一侧开设有腔体,用于放置所述片式功率芯片(3),所述导热管(41)与贯穿所述结构板(4),延伸到远离所述片式功率芯片(3)的一侧端面。
10.根据权利要求9所述的互连结构,其特征在于:所述片式功率芯片(3)通过导热硅脂与所述结构板(4)内侧的所述导热管(41)连接,将所述片式功率芯片(3)的热量传输到所述结构板(4)的另一侧。
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JP2005196528A (ja) * | 2004-01-08 | 2005-07-21 | Hitachi Chem Co Ltd | 電子装置の製造方法及び熱圧着装置 |
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2023
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