CN1271743C - 微波元件封装的连接构造 - Google Patents

Abstract

本发明涉及使用高温超导薄膜制成微带线结构的滤波器芯片封装结构。本发明的滤波器封装结构设有用来固定连接器的上部螺丝固定孔的固定片，使高频同轴连接器插入金属盒子侧壁的凹处时得以固定。除了可降低芯片与外部电路间的接合位置偏差所造成的阻抗不匹配现象外，利用内凹设计的压板将芯片固定于金属盒子的连接方式，除了增加芯片固定的稳定度外，更可使芯片接地层与金属盒子的内壁呈现接近面与面的接触，确实达到接地效果。本发明的封装结构同时可减少芯片的焊接接点，降低因高频所产生不必要的寄生效应，以减少电磁波传递的不连续性对滤波器元件所要的频率响应特性的影响，提高产业上的利用价值。

Description

微波元件封装的连接构造

技术领域

本发明涉及一种微波通讯的芯片封装结构。特别是适用于高频回路的芯片封装。

背景技术

滤波器是微波通讯系统中的一个重要元件，它具有过滤噪声、使通讯信号清晰的功用。使用高温超导薄膜制成的滤波器，在微波频段(1GHz，77K)时的阻抗(0.003mΩ)比传统的金属铜(3mΩ)小1000倍，因此具有很高的品质因子(低阻抗)、低插入损失及高选择性的特点，使在频率需求日益增加的微波通讯中，得以充分发挥，解决频率资源不足而衍生电波干扰的问题。所以美、日等先进国家分别已投入研发并开始将高温超导薄膜制成的滤波器应用于无线通讯基地台的接收系统上。

基地台使用高温超导滤波器之后，可有效抑制频率外电波讯号之干扰，并充分利用有限频率的资源，增加基地台的覆盖面积及降低噪声的干扰，提高通话品质；并可降低手机的发射功率，大幅减少电磁波辐射对人脑的影响，达到绿色环保的要求。超导滤波器是目前最能有效解决上述频率资源不足而造成通讯品质下降的方法之一。

微波带(Microwave band)与微带线(Microstrip line)是较常被使用的传送线路(Transmission line)。而使用高温超导薄膜制作的滤波器多为微带线的平面结构。所谓微带线结构即是在绝缘体基板A的材料上层镀上超导薄膜，制作出滤波器的图形微带线B；下层同样镀上超导薄膜，作为接地层C(如图1所示)。当微波信号进入时，微带线B结构可视为横向电磁波，电波沿着上层超导薄膜滤波器与下层接地层C之间传递，而磁波则环绕在上层超导薄膜周围(循环型的磁波)，为使电磁波讯号传递减少影响，用全波电磁仿真软件EM进行仿真时，在超导薄膜滤波器上面预先保留一空气层高度，作为电磁波传递范围。由于像在这样的微带线线路上，电磁波讯号传递时，在其周围存在着电磁波泄漏的现象(电磁波分布)，因此芯片中的微带线与IC外部电路间的同轴传输线连接时，必须尽可能减少传送型式不一致的情形发生(电磁波不是一定型态的波)，而造成电磁波能量损失。也因此在进行芯片封装的同时，其空间高度须符合原先计算仿真的空气层高度，以降低传送线路在途中对空间产生不必要的电磁波泄漏。此外像这种微带线线路的上面是空气，电波和磁波通过空气和绝缘体基板A两种不同的媒质进行传递，称为准TEM型式(Quasi-Transverse Electromagnetic Mode)。

通常基板A上的微带线输入输出线路(Input-output line)与外部导体(External lead)的同轴连接器(Coaxial connector)E接合时，根据不同的连接器型式有不同的接合方法；其中一种是为了减少连接器E内的金属细针(Center pin)E2长度，而将含有螺丝固定孔的平板E1直接镶入金属盒子(Metallic housing)D的侧壁上(如图2所示)。然而此种接合方式是先将连接器E的平板E1下端以螺丝固定在金属盒子D的机构侧壁，接着将连接器内的金属细针E2以引线接合方式或焊接方式接合在芯片的微带线上，完成接合后再将连接器E的平板E1上端以螺丝锁在金属盒子机构的上盖板，此时若机构制作精密度不良或焊接作业产生问题，则可能造成连接器的平板E1上的上螺丝固定孔与金属盒子D的上盖板螺丝孔位置无法完全吻合；而为了固定好连接器，连接器的平板上端可能因为将螺丝锁紧于金属盒子机构的上盖板的同时造成连接器移动或旋转，进而使连结器内的金属细针从已完成焊接在芯片的微带线上脱离或接触不良，容易形成电磁波传递的不连续现象。

另一方面，具有微带线结构的微波元件固定在金属盒子机构的接合方式，一般是以焊接方式导通基板下层的超导材料接地层与金属盒子。由于焊接作业多为人工进行，有作业烦琐、冗长的问题(例如加热、清洗、…等)。而且焊接作业因作业员本身技术程度的不同，容易造成焊接的金属量、加热时间的差异，导致超导接地层与金属盒子的内壁接触不良，而无法充份显现接地层的功能，因此亦直接影响了电磁波传递的连续性。此外在接合位置处如果含有残留焊接金属量的渣，则在须更换芯片的情形下，容易造成芯片再连接的困难。请参考1992年3月13日的日本特许公开平成第04-81102号专利案。

除此之外，在高频动作的元件，以焊接接合会产生等效电容的效应，而引线接合法则会产生等效电感的效应，但是这些寄生效应因为过于复杂而无法在设计上预先做精确的估计，因此通常将其归属于整体误差(如加工误差、材料参数误差等)。基于此，对为了减少芯片上的输入输出线路与外部线路的位置接合偏差及降低其等效电容或等效电感的效应，以增加电磁波传递的连续性，进而降低滤波器元件的噪声的简易封装连接机构提供的需要即因应而生。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种连接作业简单、连接可信度高的微波芯片封装的连接结构。其特别适用于高频回路的滤波器封装。本发明的封装结构除了可降低芯片与外部电路间的接合位置偏差外，还可减少焊接接点，降低因高频所产生的不必要的寄生效应，以减少电磁波传递的不连续性对滤波器元件所需的频率响应特性的影响。

本发明的元件封装连接结构，是经过精密的机械加工，在金属盒子的侧壁上制作一固定片，将同轴连接器插入金属盒子侧壁的凹处时，使连接器上部的螺丝固定孔能简易地固定在此固定片上，而不需将上述连接器的上螺丝固定孔强制锁在金属盒子机构的上盖板上。换言之，在进行芯片与外部电路间的接合及电磁波遮蔽的配置时，先将芯片置入于金属盒子内的凹槽，再以4.3mm厚的黄铜构成的两片内凹形态压板，先后置入于芯片的两边微微固定芯片，并利用螺丝将压板固定于金属盒子底座的同时，将芯片也固定在金属盒子的底座，再将连接器固定在金属盒子的侧壁上，以引线接合法或焊接方式将连接器内金属细针(中心导体)接合在芯片的微带线上。由于连接器是完全固定在金属盒子的侧壁后，才进行与芯片的连接，因此芯片的微带线与同轴连接器的金属细针的连接可形成良好的作业接合，减少电磁波传递的不连续所造成的损失。之后，将板状的金属上盖板盖于金属盒子上方的开口部份，再锁上螺丝，并连同内凹状的压板将芯片一同固定于金属盒子的底座，完成最后的固定连接。通过该机械接合加以固定芯片于金属盒子的方式，可使芯片接地层与金属盒子的内壁接近面与面的接触，实际达到接地效果。减少因焊接接合电磁波传递不连续的影响。同时并完成芯片上电磁波的遮蔽。

本发明的芯片封装结构可降低芯片与外部电路间，因阻抗不匹配现象(Impedance unmatching)所造成的回波损耗(Return loss)，而影响所需频率响应(Frequency response)特性。

附图说明

图1为现有微带线结构的滤波器的前视断面图。

图2为现有微带线结构的滤波器的侧视断面图。

图3A为本发明的金属盒子结构的俯视平面图。

图3B为图3A沿A-A切线的平面剖视图。

图3C为图3A沿B-B切线的平面剖视图。

图4A为本发明的压板的前视平面剖视图。

图4B图4A的俯视图。

图5A为本发明的滤波器芯片封装结构的前视平面剖视图。

图5B为图5A的俯视平面图。

图中

1金属盒子                         4螺丝

10底座                            5微波芯片

101内空间                         6固定片

11侧壁                            61螺孔

12凹处                            7连接器

121螺孔                           71平板

13螺孔                            A绝缘基板

14斜面                            B微带线

2压板                             C接地层

21通孔                            D金属盒子

22缺口                            E同轴连接器

23斜面                            E1平板

3盖板                             E2金属细针

具体实施方式

为使本发明的特征能明显易懂，以下，以一实施例并配合附图作详细说明。

本发明所提供的封装结构包括有一金属盒子1(如图3A至图3C所示)、二个压板2(如图4A至图4B所示)、一盖板3、一固定片6与一微波芯片5。所述的金属盒子1的上方具有一内空间101，该内空间101的下面定义为底座10，在底座10上的适当位置设置复数个螺孔13。内空间101的相对两侧面最好形成为斜面14。金属盒子1的相对两个外表面分别设置一凹处12，该凹处12的底面则设置螺孔121。

参阅图4A及图4B所示，所述压板2最好采用厚度为4.3mm的黄铜制成；在该压板2的一侧形成为对应于所述金属盒子1的斜面14的斜面23；相对于该斜面23的另一边下方则设置一缺口21，该缺口21的高度几乎等于所要组装的芯片的厚度；在压板2上、下面之间则设置数个贯穿的通孔22。

参阅图5A所示，所述盖板3以金属材料制成，该盖板3的相对两侧形成为具有对应于金属盒子1的两侧斜面14的斜度；盖板3上也设有对应于所述螺孔13位置的洞孔。

利用前述的元件，在进行芯片与外部电路间的接合及电磁波遮蔽的组装时，首先将芯片5置入金属盒子1内的底座10上的凹槽，再以二片压板2先后置入于芯片5的两边，通过金属盒子1的两斜面14与压板2的斜边的导引作用，促使两压板2在放入金属盒子1内的过程中往彼此方向靠近，致使两压板2的相对应一侧的缺口21分别接触于芯片5两侧的上面与端边而微微固定芯片，再将连接器7的平板71套入金属盒子1侧壁外表面的凹处12内，以及在金属盒子1的内侧面设置一具有螺孔61的固定片6后，再以螺丝穿过连接器7的洞孔与凹处12底面的洞孔121而锁入固定片6的螺孔61，然后以引线接合法或焊接方式将连接器内的金属细针(中心导体)接合于芯片5的微带线上。而在进行最后的组装过程时，将板状的金属盖板3覆盖于金属盒子1上方的开口部份，并利用螺丝4穿过盖板3的洞孔与压板2的通孔22而锁入底座10上的螺孔13，使得压板2牢固地将芯片5固定于金属盒子1的底座10上(如图5A及图5B所示)。通过此机械接合加以固定芯片在金属盒子的方式，可使芯片接地层与金属盒子的内壁能接近面与面的接触，实际达到接地效果，减少额外的磁场泄漏。同时并完成芯片上电磁波的遮蔽。减少因焊接接合电磁波传递不连续的影响。

由以上的例子可知，本发明的滤波器芯片封装结构除了可降低芯片与外部电路间的接合位置偏差的外，更可减少芯片的焊接接点，降低因高频所产生不必要的寄生效应，以减少电磁波传递的不连续性对滤波器元件所需的频率响应的影响，提高产业上的利用价值。

本发明的简单化(降低接合偏差)、高性能(减少焊接接点，增加可信度)滤波器芯片封装结构，特别适合于需高速度数据传输的无线通讯基地台接收系统中的滤波器。

虽然本发明依上述实例说明，但并非据以限制本发明的范围。对于本领域技术人员而言，在不背离本发明的精神及特点的情况下，所作的各种修改均不脱离本发明的范围。例如将微带线线路改为共平面形线路(Coplanar line)等公知的平面结构。

Claims (3)

1.一种微波元件封装的连接构造，包括：

金属盒子，其上面具有内空间，该金属盒子的侧壁外表面具有凹处，该凹处设有贯穿的洞孔，所述金属盒子的底座上面具有螺孔；

固定片，设有对应于所述金属盒子的洞孔的螺孔，并且将该固定片设于所述金属盒子的侧壁内面；

芯片，其设在所述金属盒子内的底座上；

压板，其一侧的下方具有缺口，该缺口的高度等于所述芯片的厚度，该压板设有上下贯穿的通孔，将二压板置于所述金属盒子中，并使所述缺口接触于所述芯片的相对两端上面与侧端；

同轴连接器，其金属细针连接固定于所述芯片；

盖板，具有对应所述压板的通孔的洞孔，该盖板覆盖于所述金属盒子的内空间上方并且接触于所述压板，通过螺丝穿过所述洞孔与压板的通孔而锁入所述金属盒子的底座的螺孔，以将芯片固定于该金属盒子。

2.根据权利要求1所述的微波元件封装的连接构造，其特征在于，所述金属盒子的内空间的相对两侧面形成为斜面，而且所述压板的相对于所述缺口的一侧为对应于所述斜面的斜边。

3.根据权利要求1所述的微波元件封装的连接构造，其特征在于，所述芯片的上层为超导薄膜的滤波器的微带线图形，下层为超导薄膜接地层。

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