RU2799238C1 - Three-dimensional structure of package body for radio-frequency microsystem and method of its manufacturing - Google Patents

Three-dimensional structure of package body for radio-frequency microsystem and method of its manufacturing Download PDF

Info

Publication number
RU2799238C1
RU2799238C1 RU2022129711A RU2022129711A RU2799238C1 RU 2799238 C1 RU2799238 C1 RU 2799238C1 RU 2022129711 A RU2022129711 A RU 2022129711A RU 2022129711 A RU2022129711 A RU 2022129711A RU 2799238 C1 RU2799238 C1 RU 2799238C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
holes
ceramic
square body
square
soldering
Prior art date
Application number
RU2022129711A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сюэмань ПАН
Хуаньбэй ЧЭНЬ
Цюши ЛЯН
Original Assignee
Китайская Группа Электронных Технологий Корпорация N 55 Научно-Исследовательский Институт
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Китайская Группа Электронных Технологий Корпорация N 55 Научно-Исследовательский Институт filed Critical Китайская Группа Электронных Технологий Корпорация N 55 Научно-Исследовательский Институт
Application granted granted Critical
Publication of RU2799238C1 publication Critical patent/RU2799238C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: radio systems.
SUBSTANCE: group of inventions discloses a three-dimensional design of a package body for a radio frequency microsystem and a method for its manufacture. The three-dimensional structure of the package body of the RF microsystem comprises a body using a package with a ball lead matrix having a square shape, the square body includes a ceramic base, the inner cavity of the square body is formed in the ceramic base, the hole of the inner cavity is not closed; the welded ring is fixedly mounted on a ceramic base. Several layers of protrusions are provided on the four side walls of the inner cavity of the square body; the vertical heat-removing channels are located at the junctions of the protrusions on the two adjacent walls, and the adjacent vertical heat-removing channels are connected by heat-removing connecting materials. A horizontal heat dissipation channel is provided in the centre of the lower surface of the inner cavity; a plurality of central metal holes is formed in each protrusion layer, a plurality of ground holes is formed around each central metal hole, and the ground holes are distributed by taking the centres of the circles of the central metal holes as their centres, the central metal hole and the ground hole are covered with overlays.
EFFECT: high level of integration, good microwave transmission characteristics, possibility of vertical heat removal.
10 cl, 4 dwg

Description

[001] Настоящее изобретение описывает трехмерную конструкцию корпуса упаковки радиочастотной микросистемы и способ ее изготовления, которые относятся к области упаковки для радиочастотной микросистемы.[001] The present invention describes a three-dimensional structure of an RF micro system package body and a manufacturing method thereof, which are related to the field of RF micro system packaging.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ GENERAL INFORMATION

[002] Технология трехмерной упаковки компонентов радиочастотных микросистем в основном применяется в системах радиолокационных станций с активной фазированной антенной решёткой. Технические способы разработки и производства компонентов радиочастотных микросистем в Китае и за рубежом в основном одинаковы. В целом компоненты радиочастотной микросистемы обычно имеют две типовые формы упаковки. Одной из типовых форм упаковки является печатная плата с металлическим корпусом, это относительно традиционная форма упаковки с меньшей сложностью изготовления; этот тип формы упаковки обычно имеет большие размеры, что приводит к возникновению проблем при проектировании и производстве сложных конструкций с ограниченными сферами применения, и которые мало применяются в настоящее время. Другая форма - это наиболее часто используемая в настоящее время низкотемпературная керамика совместного обжига (LTCC) с композитным металлическим корпусом на основе алюминия. Подложка из низкотемпературной керамики совместного обжига имеет низкие диэлектрические потери и высокую твердость, эти характеристики позволяют выполнить сложные требования к проводке и обеспечивают условия для реализации многоканальной передачи, что является наиболее часто используемой формой упаковки компонентов радиочастотных микросистем в Китае и за рубежом; композитный металлический корпус на основе алюминия обеспечивает каналы ввода и вывода сигнала, каналы отвода тепла, механическую поддержку и защищенную рабочую среду для подложки из низкотемпературной керамики совместного обжига; этот вид упаковки обычно больше по размеру, и упаковка компонентов радиочастотной микросистемы реализуется в виде подложки из нитрида алюминия, монолитной СВЧ интегральной схемы (MMIC) и волоконных кнопок, однако, волоконные кнопки требуют более точного выравнивания и сборки, практичность их использования не высока, а надежность низкая.[002] The technology of three-dimensional packaging of components of radio-frequency microsystems is mainly used in radar systems with an active phased array antenna. The technical methods of developing and manufacturing RF micro system components in China and abroad are basically the same. In general, micro RF system components typically come in two typical packaging shapes. One of the typical forms of packaging is the printed circuit board with a metal case, this is a relatively traditional form of packaging with less manufacturing complexity; this type of packaging shape is usually large, which leads to problems in the design and manufacture of complex structures with limited applications, and which are of little use at present. The other form is the currently most commonly used low temperature co-fired ceramic (LTCC) with an aluminum-based composite metal body. The co-firing low temperature ceramic substrate has low dielectric loss and high hardness, these characteristics can meet complex wiring requirements and enable the realization of multi-channel transmission, which is the most commonly used form of packaging of RF microsystem components in China and abroad; an aluminum-based composite metal case provides signal input and output channels, heat dissipation channels, mechanical support, and a protected working environment for the low-temperature co-fired ceramic substrate; this kind of packaging is usually larger, and the packaging of RF micro system components is implemented in the form of aluminum nitride substrate, monolithic microwave integrated circuit (MMIC) and fiber buttons, however, fiber buttons require more precise alignment and assembly, the practicality of their use is not high, and reliability is low.

[003] В последние годы все больше внимания уделяется компонентам трехмерной упаковки. Сообщалось, что вертикальная укладка многоуровневых подложек из низкотемпературной керамики совместного обжига достигается благодаря конструкции с шариковыми выводами самой подложки из низкотемпературной керамики совместного обжига внутри металлического корпуса. Хотя такая конструкция упаковки в определенной степени уменьшает объем упаковки, для передачи СВЧ сигналов внутри металлического корпуса необходимо использовать соединение коаксиального типа SMT, в результате чего общий объем упаковки микросистемы остается большим; в то же время проблема теплоотвода между вертикально уложенными подложками из низкотемпературной керамики совместного обжига является проблемой, которая всегда возникала в этой области; хотя традиционный метод заключается в решении проблемы вертикального теплоотвода путем заливки клея внутрь металлического корпуса, из-за низкой теплопроводности самого заливаемого клея вертикальный теплоотвод не является оптимальным.[003] In recent years, more attention has been paid to 3D packaging components. It has been reported that the vertical stacking of multi-level low temperature co-fired ceramic substrates is achieved by the ball lead design of the low temperature co-fired ceramic substrate itself inside the metal case. Although this package design reduces the package volume to a certain extent, it is necessary to use an SMT coaxial type connection to transmit microwave signals inside the metal case, so that the total package volume of the microsystem remains large; at the same time, the problem of heat dissipation between vertically stacked low-temperature co-fired ceramic substrates is a problem that has always occurred in this field; Although the traditional method is to solve the problem of vertical heat dissipation by pouring adhesive into the metal case, due to the low thermal conductivity of the adhesive itself, vertical heat dissipation is not optimal.

[004] С учетом все более жестких требований к эффективности современных радаров, компоненты радиочастотных микросистем должны развиваться в направлении более высокой интеграции и миниатюризации. По сравнению с технологией низкотемпературной керамики совместного обжига, технология высокотемпературной керамики совместного обжига имеет более высокую надежность, более низкую стоимость и позволяет достичь более высокой интеграции и миниатюризации, и в то же время, использование трехмерного упаковочного корпуса радиочастотной микросистемы с вертикальными каналами теплоотвода и многослойной структурой массива площадок с матрицей шариковых выводовна основе технологии высокотемпературной керамики совместного обжига может обеспечить более разнообразные формы упаковки и более широкие сценарии применения, Например, при разработке многопустотной и многоканальной структуры можно отказаться от металлического корпуса для достижения дальнейшей миниатюризации компонентов радиочастотной микросистемы, поэтому технология трехмерной упаковки радиочастотных микросистем на основе высокотемпературной керамики совместного обжига станет важным направлением развития в области упаковки микросистем.[004] Given the increasingly stringent performance requirements of today's radars, RF microsystem components must evolve towards greater integration and miniaturization. Compared with low-temperature co-firing ceramic technology, high-temperature co-firing ceramic technology has higher reliability, lower cost, and can achieve higher integration and miniaturization, and at the same time, the use of a three-dimensional RF microsystem packaging body with vertical heat dissipation channels and a multilayer structure ball array pad array based on high-temperature co-firing ceramic technology can provide more diverse packaging shapes and wider application scenarios. microsystems based on high-temperature co-firing ceramics will become an important development direction in the field of microsystems packaging.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

[005] Настоящее изобретение предлагает трехмерную конструкцию корпуса упаковки радиочастотной микросистемы и способ ее изготовления, представляющий собой трехмерный корпус упаковки радиочастотной микросистемы, разработанный на основе применения технологии высокотемпературной керамики совместного обжига, который эффективно решает существующие проблемы и представляет собой трехмерную конструкцию корпуса радиочастотной микросистемы с высокой степенью интеграции, отличными характеристиками микроволнового излучения и хорошим рассеиванием тепла.[005] The present invention provides a 3D structure of an RF micro system package body and a method of manufacturing the same, which is a 3D package body of an RF micro system developed by applying high-temperature co-firing ceramic technology, which effectively solves existing problems, and is a 3D structure of an RF micro system package with high degree of integration, excellent microwave performance and good heat dissipation.

[006] Технические решения, используемые в настоящем изобретении и устранении технических проблем, следующие.[006] The technical solutions used in the present invention and the elimination of technical problems are as follows.

Предусмотрена трехмерная конструкция корпуса упаковки радиочастотной микросистемы, корпус выполнен в упаковке с матрицей шариковых выводов, корпус выполнен в квадратной форме, имеет керамическое основание, внутренняя полость квадратного корпуса выполнена в керамическом основании, а отверстие внутренней полости не закрыто.A three-dimensional design of the package body of the radio frequency microsystem is provided, the package is made in a package with a matrix of ball leads, the package is made in a square shape, has a ceramic base, the inner cavity of the square case is made in a ceramic base, and the hole of the inner cavity is not closed.

[007] На керамическом основании неподвижно расположено сварное кольцо. [007] A welded ring is fixed on the ceramic base.

[008] На четырех боковых ступенях внутренней полости квадратного корпуса расположено множество выступов. [008] There are a plurality of protrusions on the four side steps of the inner cavity of the square body.

[009] Вертикальные теплоотводящие каналы расположены в местах соединения выступов с двух соседних сторон, примыкающие вертикальные теплоотводящие каналы соединяются с помощью теплоотводящих соединительных материалов. [009] The vertical heat-removing channels are located at the junctions of the protrusions on two adjacent sides, the adjacent vertical heat-removing channels are connected by heat-removing connecting materials.

[0010] Горизонтальный теплоотводящий канал расположен по центру нижней поверхности внутренней полости. [0010] The horizontal heat dissipation channel is located in the center of the lower surface of the inner cavity.

[0011] В каждом слое выступов формируется множество центральных металлических отверстий, вокруг каждого центрального металлического отверстия формируется множество отверстий для заземления, при этом отверстия для заземления распределяются, принимая центры окружностей центральных металлических отверстий за свои центры. [0011] A plurality of central metal holes are formed in each protrusion layer, a plurality of ground holes are formed around each central metal hole, and the ground holes are distributed taking the centers of the circles of the central metal holes as their centers.

[0012] Центральные металлические отверстия и отверстия для заземления закрыты прокладками.[0012] The center metal holes and ground holes are sealed with gaskets.

[0013] В еще одном предпочтительном варианте настоящего изобретения сварное кольцо неподвижно расположено на керамическом основании и соединено с окружающими боковыми ступенями квадратного корпуса, образуя форму.[0013] In another preferred embodiment of the present invention, the welded ring is fixedly located on the ceramic base and is connected to the surrounding side steps of the square body, forming a mold.

[0014] Согласно еще одному предпочтительному варианту настоящего изобретения, диаметры центральных металлических отверстий находятся в диапазоне от 0,10 мм до 0,15 мм, а диаметры отверстий для заземления находятся в диапазоне от 0,15 мм до 0,20 мм. [0014] According to another preferred embodiment of the present invention, the diameters of the central metal holes are in the range of 0.10 mm to 0.15 mm, and the diameters of the ground holes are in the range of 0.15 mm to 0.20 mm.

[0015] Предусмотрено как минимум четыре отверстия для заземления. [0015] There are at least four holes for grounding.

[0016] Отверстия распределяются, принимая центры центральных металлических отверстий за центры окружностей, а радиусы колец, образованных в результате распределения, находятся в диапазоне от 0,5 мм до 2,0 мм.[0016] The holes are distributed taking the centers of the central metal holes as the centers of the circles, and the radii of the rings formed as a result of the distribution are in the range from 0.5 mm to 2.0 mm.

[0017] Согласно еще одному предпочтительному варианту настоящего изобретения, искривление поверхности выступов составляет менее 1 мкм/мм.[0017] According to another preferred embodiment of the present invention, the curvature of the surface of the protrusions is less than 1 µm/mm.

[0018] Согласно еще одному предпочтительному варианту настоящего изобретения, диаметры прокладок находятся в диапазоне от 0,5 мм до 1,0 мм, а расстояния между центрами соседних прокладок составляют менее 1,5 мм.[0018] According to another preferred embodiment of the present invention, the shim diameters are in the range of 0.5 mm to 1.0 mm, and the distances between the centers of adjacent shims are less than 1.5 mm.

[0019] Описан метод изготовления трехмерной конструкции корпуса упаковки радиочастотной микросистемы, метод включает следующие этапы.[0019] A method for manufacturing a three-dimensional structure of an RF microsystem package body is described, the method includes the following steps.

[0020] На этапе 1 керамическое основание готовится с помощью процесса подготовки керамики с низкими потерями по технологии высокотемпературной керамики совместного обжига.[0020] In step 1, the ceramic base is prepared by a low loss ceramic preparation process of high temperature co-firing ceramic technology.

[0021] На этапе 2 каждый компонент последовательно вставляется в форму с керамическим основанием, где компоненты собираются посредством высокотемпературной пайки для формирования квадратного корпуса.[0021] In step 2, each component is sequentially inserted into a ceramic base mold, where the components are assembled by high temperature soldering to form a square body.

[0022] На этапе 3 никелевый и золотой слои наносятся гальваническим способом на металлическую поверхность квадратного корпуса.[0022] In step 3, the nickel and gold layers are electroplated onto the metal surface of the square body.

[0023] На этапе 4 вертикальные теплоотводящие каналы и лист припоя из золота и олова устанавливается внутрь заготовки гальванизированного квадратного корпуса, чтобы сформировать корпус после пайки.[0023] In step 4, the vertical heat sinks and the gold and tin solder sheet are installed inside the galvanized square package blank to form the package after soldering.

[0024] Согласно еще одному предпочтительному варианту настоящего изобретения, шаги этапа 1 включают следующее.[0024] According to another preferred embodiment of the present invention, the steps of step 1 include the following.

[0025] На этапе 1.1 материалы подготавливаются в соответствии с формулой керамики по технологии с низкими потерями, затем подготовленные материалы проходят через шаровую мельницу, при этом для последующего использования отливается зеленая керамическая лента толщиной от 0,20 мм до 0,35 мм.[0025] In step 1.1, the materials are prepared according to the formula of ceramics by low loss technology, then the prepared materials are passed through a ball mill, while a green ceramic tape with a thickness of 0.20 mm to 0.35 mm is cast for subsequent use.

[0026] На этапе 1.2 сначала на зеленой керамической ленте последовательно пробиваются отверстия, заполняются отверстия, печатаются металлизированные рисунки, пробиваются полости, лента ламинируется или частично ламинируется с помощью технологии высокотемпературной керамики совместного обжига для формирования квадратного корпуса, в квадратном корпусе формируется множество конструкций, принимающих центры центрального металлического отверстия за центры окружностей и имеющих отверстия для заземления, распределенные по окружности вокруг центрального металлического отверстия, затем боковые ступени квадратного корпуса обрабатываются лазером для формирования канавок, канавки металлизируются, ламинируются и промываются, и в итоге формируется керамическая деталь квадратного корпуса.[0026] In step 1.2, first, holes are sequentially punched on the green ceramic tape, holes are filled, metallized patterns are printed, cavities are punched, the tape is laminated or partially laminated with high-temperature co-firing ceramic technology to form a square body, a plurality of structures are formed in the square body, adopting the centers of the central metal hole beyond the centers of the circles and having ground holes distributed around the circumference of the central metal hole, then the side steps of the square body are processed by a laser to form grooves, the grooves are metallized, laminated and washed, and finally the square body ceramic part is formed.

[0027] На этапе 1.3 керамическая деталь предварительно обжигается по технологии обжига керамики с низкими потерями, затем керамическая деталь обжигается повторно после предварительного обжига, при этом температура предварительного обжига находится в диапазоне от 1000°C до 1600°C, а температура второго повторного обжига находится в диапазоне от 1600°C до 1700°C. [0027] In step 1.3, the ceramic part is pre-fired by the low-loss ceramic firing technology, then the ceramic part is re-fired after the pre-fire, the pre-fire temperature is in the range of 1000°C to 1600°C, and the second re-fire temperature is in the range from 1600°C to 1700°C.

[0028] На этапе 1.4 после второго повторного обжига на металлический участок поверхности керамического изделия наносится никель.[0028] In step 1.4, after the second re-firing, nickel is applied to the metal portion of the surface of the ceramic article.

[0029] Согласно еще одному предпочтительному варианту настоящего изобретения, шаги этапа 2 включают следующее.[0029] According to another preferred embodiment of the present invention, the steps of step 2 include the following.

[0030] На этапе 2.1 керамическая деталь после второго повторного обжига помещается в графитовую форму для пайки, лист серебряно-медного припоя толщиной 0,05 мм помещается в центр квадратного корпуса; на лист серебряно-медного припоя наносится материал с высокой теплопроводностью для формирования горизонтального канала теплоотвода, и пайка производится в водородной среде при температуре 790±10°С для формирования промежуточного изделия. [0030] In step 2.1, the ceramic piece after the second re-firing is placed in a graphite solder mold, a 0.05 mm thick silver-copper solder sheet is placed in the center of the square body; a high thermal conductivity material is applied to the silver-copper solder sheet to form a horizontal heat sink channel, and soldering is performed in a hydrogen environment at a temperature of 790±10°C to form an intermediate product.

[0031] На этапе 2.2 промежуточное изделие помещается в графитовую форму для пайки, на поверхности изделия располагается сварное кольцо, соединенное с окружающими боковыми ступени квадратного корпуса для формовки, и производится пайка в водородной среде при температуре 790±10°С для формирования квадратного корпуса, где в качестве среды для пайки используется лист серебряно-медного припоя толщиной 0,10 мм.[0031] In step 2.2, the intermediate product is placed in a graphite soldering mold, a welded ring is placed on the surface of the product, connected to the surrounding side steps of the square mold body, and hydrogen soldering is performed at a temperature of 790 ± 10 ° C to form a square body, where a sheet of silver-copper solder with a thickness of 0.10 mm is used as a soldering medium.

[0032] Согласно еще одному предпочтительному варианту настоящего изобретения, шаги этапа 3 включают следующее.[0032] According to another preferred embodiment of the present invention, the steps of step 3 include the following.

[0033] Никелевый и золотой слои наносятся гальваническим способом на металлическую область на поверхности квадратного корпуса, при этом толщина никелевого слоя находится в диапазоне от 2,5 мкм до 6. 0 мкм; прокладки располагаются в сформированных центральных металлических отверстиях и отверстиях для заземления, при этом толщина золотого слоя на поверхности каждой прокладки находится в диапазоне от 0,1 мкм до 0,3 мкм, а толщина оставшейся части золотого слоя находится в диапазоне от 1,3 мкм до 5,7 мкм, затем держатель соединительного провода для нанесения покрытия удаляется.[0033] Nickel and gold layers are electroplated on a metal area on the surface of a square body, while the thickness of the nickel layer is in the range from 2.5 μm to 6.0 μm; the spacers are located in the formed central metal holes and ground holes, the thickness of the gold layer on the surface of each spacer is in the range of 0.1 µm to 0.3 µm, and the thickness of the remaining part of the gold layer is in the range of 1.3 µm to 5.7 µm, then the holder of the connecting wire for coating is removed.

[0034] Согласно еще одному предпочтительному варианту настоящего изобретения, шаги этапа 4 включают следующее.[0034] According to another preferred embodiment of the present invention, the steps of step 4 include the following.

[0035] Вертикальные теплоотводящие каналы устанавливаются внутрь заготовки квадратного корпуса с гальваническим покрытием, и они спаиваются в азотной среде при температуре 340±10°C для формирования квадратного корпуса, при этом для спайки используется лист золото-оловянного припоя толщиной 0,05 мм.[0035] Vertical heat dissipation channels are installed inside the plated square body blank, and they are soldered in a nitrogen atmosphere at a temperature of 340±10°C to form a square body, while a 0.05 mm thick gold-tin solder sheet is used for soldering.

[0036] Используя вышеизложенные технические решения, по сравнению с предшествующим уровнем техники, настоящее изобретение имеет следующие положительные результаты:[0036] Using the above technical solutions, compared with the prior art, the present invention has the following positive results:

[0037] 1. Настоящее изобретение эффективно поддерживает развитие традиционных радиочастотных модулей с фронтальным выводом контактов от плоскостной до трехмерной конструкции на уровне платы и поднимает интеграцию на новый уровень.[0037] 1. The present invention effectively supports the evolution of conventional front-facing RF modules from planar to three-dimensional design at the board level, and takes integration to a new level.

[0038] 2. Настоящее изобретение создает новый тип вертикальной передающей конструкции в виде матрицы шариковых выводов внутри квадратного корпуса, которая удовлетворяет требованиям к передаче СВЧ сигнала подложки и изоляции.[0038] 2. The present invention provides a new type of vertical bead array transmission structure inside a square package that satisfies the microwave signal transmission requirements of substrate and insulation.

[0039] 3. Благодаря расположению конструкции с выступами во внутренней полости квадратного корпуса, настоящее изобретение не только обеспечивает пространство для монтажа, но и формирует хороший вертикальный теплоотводящий канал, который отвечает требованиям к теплоотводу мощных микросхем.[0039] 3. By locating the projection structure in the inner cavity of the square package, the present invention not only provides mounting space, but also forms a good vertical heat dissipation channel that meets the heat dissipation requirements of high-power microcircuits.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУРBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

[0040] Настоящее изобретение будет более подробно описано ниже с прилагаемыми чертежами и вариантами осуществления.[0040] The present invention will be described in more detail below with the accompanying drawings and embodiments.

[0041] На ФИГ. 1 показана общая схема конструкции согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения.[0041] FIG. 1 shows a general structure diagram according to a preferred embodiment of the present invention.

[0042] На ФИГ. 2 показана схема конструкции промежуточного изделия в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения.[0042] FIG. 2 shows a diagram of the construction of an intermediate product in accordance with a preferred embodiment of the present invention.

[0043] На ФИГ. 3 показана схема конструкции заготовки квадратного корпуса в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения.[0043] FIG. 3 shows a diagram of the construction of a square body blank in accordance with a preferred embodiment of the present invention.

[0044] На ФИГ. 4 показана схема части конструкции после установки проладок в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения.[0044] FIG. 4 shows a diagram of a portion of the structure after installation of spacers in accordance with a preferred embodiment of the present invention.

[0045] На фигурах 1 - керамическое основание; 2 - горизонтальный теплоотводящий канал; 3 - сварное кольцо; 4 - центральные металлические отверстия; 5 - отверстия для заземления; 6 - теплоотводящие соединительные материалы; 7 - вертикальные теплоотводящие каналы; 8 - прокладки.[0045] Figures 1 - ceramic base; 2 - horizontal heat-removing channel; 3 - welded ring; 4 - central metal holes; 5 - holes for grounding; 6 - heat-removing connecting materials; 7 - vertical heat-removing channels; 8 - gaskets.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS

[0046] Настоящее изобретение более подробно описывается ниже со ссылкой на сопроводительные чертежи. Все эти сопроводительные чертежи являются упрощенными схемами и просто иллюстрируют основную конструкцию настоящего изобретения, поэтому на них показаны только компоненты, относящиеся к настоящему изобретению.[0046] The present invention is described in more detail below with reference to the accompanying drawings. All of these accompanying drawings are simplified diagrams and simply illustrate the basic structure of the present invention, so they only show the components relevant to the present invention.

[0047] Целями настоящей заявки являются решение существующих проблем в области трехмерной упаковки радиочастотных микросистем с точки зрения интеграции, микроволновой производительности, рассеивания тепла и тому подобного, и создание трехмерной конструкции корпуса упаковки радиочастотной микросистемы. В конструкции корпуса используется упаковка c матрицей шариковых выводов, корпус имеет квадратную форму, квадратный корпус состоит из керамического основания 1, внутренняя полость квадратного корпуса образована в керамическом основании 1, и отверстие внутренней полости не закрыто; сварное кольцо 3 неподвижно расположено на керамическом основании 1; множество слоев выступов расположены на четырех боковых ступенях внутренней полости квадратного корпуса, искривление поверхности выступов менее 1 мкм/мм; вертикальные теплоотводящие каналы 7 расположены в местах соединения выступов на двух соседних ступенях; горизонтальный теплоотводящий канал 2 расположен в центральном положении нижней поверхности внутренней полости; множество центральных металлических отверстий 4 сформированы в каждом слое выступов, диаметры центральных металлических отверстий 4 находятся в диапазоне от 0. 10 мм до 0,15 мм, множество отверстий для заземления 5 сформировано вокруг каждого центрального металлического отверстия 4, предусматривается как минимум 4 отверстия для заземления, диаметры отверстий для заземления 5 находятся в диапазоне от 0,15 мм до 0,20 мм, при этом отверстия для заземления 5 распределены путем принятия центров центральных металлических отверстий 4 за центры окружностей, радиусы колец, сформированных в результате распределения, находятся в диапазоне от 0. 5 мм до 2,0 мм; центральные металлические отверстия 4 и отверстия для заземления 5 закрыты прокладками 8, диаметры прокладок 8 находятся в диапазоне от 0,5 мм до 1,0 мм, а расстояния между центрами соседних прокладок 8 менее 1,5 мм; сварное кольцо 3 неподвижно расположено на керамическом основании 1, при этом сварное кольцо 3 соединено с окружающими боковыми ступенями квадратного корпуса для образования формы.[0047] The objectives of the present application are to solve existing problems in the field of three-dimensional packaging of RF microsystems in terms of integration, microwave performance, heat dissipation, and the like, and to provide a three-dimensional design of the RF microsystem package body. The structure of the package adopts a BGA package, the package is square, the square package is composed of a ceramic base 1, the inner cavity of the square package is formed in the ceramic base 1, and the opening of the internal cavity is not closed; the welded ring 3 is fixedly located on the ceramic base 1; a plurality of protrusion layers are located on four side steps of the inner cavity of the square body, the curvature of the protrusion surface is less than 1 μm/mm; vertical heat-removing channels 7 are located at the junction of the protrusions on two adjacent steps; the horizontal heat-removing channel 2 is located in the central position of the lower surface of the inner cavity; a plurality of central metal holes 4 are formed in each layer of protrusions, the diameters of the central metal holes 4 range from 0.10 mm to 0.15 mm, a plurality of ground holes 5 are formed around each central metal hole 4, at least 4 ground holes are provided , the diameters of the holes for grounding 5 are in the range from 0.15 mm to 0.20 mm, while the holes for grounding 5 are distributed by taking the centers of the central metal holes 4 as the centers of the circles, the radii of the rings formed as a result of the distribution are in the range from 0.5mm to 2.0mm; the central metal holes 4 and the holes for grounding 5 are closed with gaskets 8, the diameters of the gaskets 8 are in the range from 0.5 mm to 1.0 mm, and the distance between the centers of adjacent gaskets 8 is less than 1.5 mm; the welded ring 3 is fixedly located on the ceramic base 1, while the welded ring 3 is connected to the surrounding side steps of the square body to form a mold.

[0048] С точки зрения конструкции, представленной в настоящей заявке, использование конструкции передачи с матрицей шариковых выводов внутри квадратного корпуса вместо конструкции передачи коаксиального типа SMT, выходящей наружу в традиционном радиочастотном модуле, может значительно уменьшить размер упаковки радиочастотной микросистемы, обеспечивая при этом эффект передачи микроволновых сигналов.[0048] From the point of view of the design presented in the present application, the use of a BGA transmission design inside a square package instead of a coaxial type SMT transmission design extending to the outside in a conventional RF module can greatly reduce the package size of the RF microsystem while achieving the transmission effect microwave signals.

[0049] Затем на четырех боковых ступенях внутренней полости квадратного корпуса располагается множество слоев выступов для создания вертикальной структуры передачи в виде выступов, что позволяет легко реализовать вертикальную укладку многоуровневых подложек внутри квадратной полости, которая не только удовлетворяет требованиям к передаче микроволнового сигнала подложек и изоляции, но и достигает цели уменьшения монтажного пространства в плоскости и общего объема упаковки за счет увеличения пространства для укладки и монтажа по оси Z. Это первый случай в истории разработки корпуса, который выводит интеграцию радиочастотных микросистем на новый уровень.[0049] Then, on the four side steps of the inner cavity of the square body, a plurality of protrusion layers are arranged to create a vertical protrusion-like transmission structure, which makes it easy to realize the vertical stacking of multi-layer substrates inside the square cavity, which not only meets the microwave signal transmission requirements of substrates and insulation, but also achieves the goal of reducing in-plane mounting space and overall package volume by increasing stowage and mounting space along the Z-axis. This is the first case in the history of enclosure development that takes the integration of RF microsystems to a new level.

[0050] Вертикальные теплоотводящие каналы 7 расположены в местах соединения выступов на двух соседних ступенях; горизонтальный теплоотводящий канал 2 расположен в центре нижней поверхности внутренней полости; вертикальный теплоотводящий канал 7 и горизонтальный теплоотводящий канал 2 представляют собой установленные композитные металлические радиаторы, теплопроводность которых значительно улучшена по сравнению с теплопроводностью традиционного клея трехмерной укладки, что может удовлетворить требования по рассеиванию тепла, для которых необходима мощность микросхем, составляющая несколько десятков ватт или даже сотен ватт, и это является несравненным преимуществом по сравнению с традиционной технологией заливки клеем для обеспечения вертикального рассеивания тепла.[0050] Vertical heat dissipation channels 7 are located at the junction of the protrusions on two adjacent steps; the horizontal heat-removing channel 2 is located in the center of the lower surface of the inner cavity; The vertical heat dissipation channel 7 and the horizontal heat dissipation channel 2 are installed composite metal heat sinks, the thermal conductivity of which is greatly improved compared to the thermal conductivity of the traditional 3D laying adhesive, which can meet the heat dissipation requirements that require chip power of several tens of watts or even hundreds of watts. watts, which is an incomparable advantage over the traditional potting technology for vertical heat dissipation.

[0051] Метод изготовления трехмерной конструкции корпуса упаковки радиочастотной микросистемы, описанной в вышеуказанной заявке, включает следующие этапы.[0051] The method for manufacturing the three-dimensional structure of the RF microsystem package body described in the above application includes the following steps.

[0052] На этапе 1 керамическая основа 1 подготавливается с помощью технологии подготовки керамики с низкими потерями и технологии высокотемпературной керамики совместного обжига[0052] In step 1, the ceramic substrate 1 is prepared by the low loss ceramic preparation technology and the high temperature co-firing ceramic technology.

[0053] В частности, на этапе 1.1 материалы подготавливаются в соответствии с формулой керамики с низкими потерями, затем подготовленные материалы проходят через шаровую мельницу, и отливается зеленая керамическая лента толщиной от 0,20 мм до 0,35 мм для последующего использования.[0053] Specifically, in step 1.1, the materials are prepared according to the formula of low loss ceramics, then the prepared materials are passed through a ball mill, and a green ceramic tape with a thickness of 0.20 mm to 0.35 mm is cast for later use.

[0054] Вышеуказанная формула керамики с низкими потерями представляет собой относительно легко достижимое соотношение, включающее глинозем, оксид магния, оксид кальция и глину, соответственно, а массовое соотношение четырех компонентов составляет 92-97:2-5:0,1-3:0,1-3.[0054] The above low-loss ceramic formula is a relatively easily achievable ratio including alumina, magnesium oxide, calcium oxide and clay, respectively, and the mass ratio of the four components is 92-97:2-5:0.1-3:0 ,1-3.

[0055] На этапе 1.2 сначала на зеленой керамической ленте последовательно пробиваются отверстия, заполняются отверстия, печатаются металлизированные рисунки, пробиваются полости, лента ламинируется или частично ламинируется с помощью технологии высокотемпературной керамики совместного обжига для формирования квадратного корпуса, в квадратном корпусе формируется множество конструкций, принимающих центры центральных металлических отверстий 4 за центры окружностей и имеющих отверстия для заземления 5, распределенные по окружности вокруг центрального металлического отверстия, затем боковые ступени квадратного корпуса обрабатываются лазером для формирования канавок, канавки металлизируются, ламинируются и промываются, и в итоге формируется керамическая деталь квадратного корпуса.[0055] In step 1.2, first, holes are sequentially punched on the green ceramic tape, holes are filled, metallized patterns are printed, cavities are punched, the tape is laminated or partially laminated with high-temperature co-firing ceramic technology to form a square body, a plurality of structures are formed in the square body, adopting the centers of the central metal holes 4 beyond the centers of the circles and having holes for grounding 5 distributed in a circle around the central metal hole, then the side steps of the square body are processed by a laser to form grooves, the grooves are metallized, laminated and washed, and as a result, a ceramic piece of a square body is formed.

[0056] На этапе 1.3 керамическая деталь предварительно обжигается по технологии обжига керамики с низкими потерями, затем керамическая деталь обжигается повторно после предварительного обжига, при этом температура предварительного обжига находится в диапазоне от 1000°C до 1600°C, а температура второго повторного обжига находится в диапазоне от 1600°C до 1700°C.[0056] In step 1.3, the ceramic part is pre-fired by the low-loss ceramic firing technology, then the ceramic part is re-fired after the pre-fire, the pre-fire temperature is in the range of 1000°C to 1600°C, and the second re-fire temperature is in the range from 1600°C to 1700°C.

[0057] На этапе 1.4 после второго повторного обжига на металлический участок поверхности керамического изделия наносится никель.[0057] In step 1.4, after the second re-firing, nickel is applied to the metal portion of the surface of the ceramic article.

[0058] На этапе 2 каждый компонент последовательно устанавливается в форму с керамическим основанием 1, и компоненты собираются посредством высокотемпературной пайки для формирования заготовки квадратного корпуса.[0058] In step 2, each component is sequentially installed in the ceramic base mold 1, and the components are assembled by high temperature soldering to form a square body blank.

[0059] В частности, на этапе 2.1 керамическая деталь после второго повторного обжига помещается в графитовую форму для пайки, лист серебряно-медного припоя толщиной 0,05 мм помещается в центр квадратного корпуса; на лист серебряно-медного припоя наносится материал с высокой теплопроводностью для формирования горизонтального канала теплоотвода 2, и пайка производится в водородной среде при температуре 790±10°С для формирования промежуточного изделия.[0059] In particular, in step 2.1, the ceramic piece after the second re-firing is placed in a graphite soldering mold, a 0.05 mm thick silver-copper solder sheet is placed in the center of the square body; a material with high thermal conductivity is applied to the silver-copper solder sheet to form a horizontal heat sink channel 2, and soldering is performed in a hydrogen environment at a temperature of 790±10°C to form an intermediate product.

[0060] На этапе 2.2 промежуточное изделие помещается в графитовую форму для пайки, на поверхности изделия располагается сварное кольцо 3, соединенное с окружающими боковыми ступенями квадратного корпуса для формовки, и производится пайка в водородной среде при температуре 790±10°С для формирования квадратного корпуса, где в качестве среды для пайки используется лист серебряно-медного припоя толщиной 0,10 мм.[0060] In step 2.2, the intermediate product is placed in a graphite soldering mold, a welded ring 3 is placed on the surface of the product, connected to the surrounding side steps of the square mold body, and hydrogen soldering is performed at a temperature of 790 ± 10 ° C to form a square body , where a sheet of silver-copper solder with a thickness of 0.10 mm is used as a soldering medium.

[0061] На этапе 3 никелевый и золотой слои наносятся гальваническим способом на металлическую поверхность квадратного корпуса.[0061] In step 3, the nickel and gold layers are electroplated onto the metal surface of the square body.

[0062] В частности, слой никеля и слой золота наносятся гальваническим способом на металлический участок на поверхности квадратного корпуса, при этом толщина слоя никеля находится в диапазоне от 2,5 мкм до 6,0 мкм. Причина нанесения слоя никеля заключается в том, что он действует как барьерный слой, препятствующий диффузии ионов металла снизу вверх, тем самым повышая эффективность предотвращения диффузии ионов металла.[0062] Specifically, a nickel layer and a gold layer are electroplated on a metal portion on the surface of a square body, with the thickness of the nickel layer ranging from 2.5 µm to 6.0 µm. The reason for applying the nickel layer is that it acts as a barrier layer preventing the diffusion of metal ions from bottom to top, thereby improving the efficiency of preventing diffusion of metal ions.

[0063] Прокладки 8 расположены в сформированных центральных металлических отверстиях 4 и отверстиях для заземления 5, при этом толщина слоя золота на поверхности каждой прокладки 8 находится в диапазоне от 0,1 мкм до 0,3 мкм, а толщина оставшейся части слоя золота находится в диапазоне от 1,3 мкм до 5,7 мкм, затем держатель соединительного провода для нанесения покрытия удаляется.[0063] The spacers 8 are located in the formed central metal holes 4 and the ground holes 5, the thickness of the gold layer on the surface of each spacer 8 is in the range of 0.1 µm to 0.3 µm, and the thickness of the remaining part of the gold layer is in range from 1.3 µm to 5.7 µm, then the holder of the connecting wire for coating is removed.

[0064] На этапе 4 вертикальные теплоотводящие каналы 7 и лист припоя из золота и олова устанавливается внутрь заготовки гальванизированного квадратного корпуса, чтобы сформировать корпус после пайки.[0064] In step 4, the vertical heat sinks 7 and the gold and tin solder sheet are installed inside the galvanized square package blank to form the package after soldering.

[0065] В частности, вертикальные теплоотводящие каналы 7 устанавливаются внутрь заготовки квадратного корпуса с гальваническим покрытием, и они спаиваются в азотной среде при температуре 340±10°C для формирования квадратного корпуса, при этом для спайки используется лист золото-оловянного припоя толщиной 0,05 мм.[0065] In particular, the vertical heat-dissipating channels 7 are installed inside the galvanized square body blank, and they are soldered in a nitrogen environment at a temperature of 340±10°C to form a square body, and a gold-tin solder sheet with a thickness of 0 is used for soldering. 05 mm.

[0066] Варианты осуществления изобретения[0066] Embodiments of the invention

[0067] На ФИГ. 1 показан предпочтительный вариант осуществления трехмерной конструкции корпуса упаковки радиочастотной микросистемы, предусмотренной настоящей заявкой. Корпус имеет квадратную форму, в соответствии с диэлектрическими свойствами керамики с низкими потерями, программное обеспечение для моделирования используется для расчета моделируемой конструкции передачи микроволнового сигнала коаксиального типа в требуемом диапазоне частот (от 25 ГГц до 35 ГГц) и основных размеров конструкции передачи, а затем определяется конструкция всего корпуса. Как видно из ФИГ. 1, квадратный корпус состоит из керамического основания 1, внутренняя полость квадратного корпуса сформирована в керамическом основании 1, и отверстие внутренней полости не закрыто; сварное кольцо 3 неподвижно расположено на керамическом основании 1; смоделированная конструкция передачи микроволнового сигнала коаксиального типа установлена на керамическом носителе, обеспечивающем низкие потери, конструкция предусматривает два слоя выступов, расположенных на четырех боковых ступенях внутренней полости квадратного корпуса, вертикальные теплоотводящие каналы 7, расположенные в местах соединения ступеней на двух соседних сторонах, и горизонтальный теплоотводящий канал 2, расположенный в центре нижней поверхности внутренней полости; конструкция также включает в себя множество центральных металлических отверстий 4, сформированных в каждом слое выступов, множество отверстий для заземления 5, сформированных вокруг каждого центрального металлического отверстия 4 и распределенных по окружности, принимая центры центральных металлических отверстий 4 за свои центры, при этом центральные металлические отверстия 4 и отверстия для заземления 5 покрыты прокладками 8, как показано на ФИГ. 4.[0067] FIG. 1 shows a preferred 3D design of the RF microsystem package housing of the present application. The housing is square in shape, according to the dielectric properties of low loss ceramics, the simulation software is used to calculate the simulated coaxial type microwave signal transmission structure in the required frequency range (25GHz to 35GHz) and the main dimensions of the transmission structure, and then determine the design of the entire hull. As seen from FIG. 1, the square body is composed of a ceramic base 1, the inner cavity of the square body is formed in the ceramic base 1, and the opening of the inner cavity is not closed; the welded ring 3 is fixedly located on the ceramic base 1; the simulated coaxial-type microwave signal transmission structure is mounted on a low-loss ceramic carrier, the design provides for two layers of protrusions located on the four side steps of the inner cavity of the square body, vertical heat-removing channels 7 located at the junctions of the steps on two adjacent sides, and a horizontal heat-removing channel 2 located in the center of the lower surface of the inner cavity; the structure also includes a plurality of central metal holes 4 formed in each layer of protrusions, a plurality of ground holes 5 formed around each central metal hole 4 and distributed around the circumference, taking the centers of the central metal holes 4 as their centers, while the central metal holes 4 and grounding holes 5 are covered with gaskets 8 as shown in FIG. 4.

[0068] В предпочтительном варианте воплощения, представленном в настоящей заявке, диаметры центральных металлических отверстий 4 составляют 0,10 мм, а диаметры отверстий ля заземления 5 вокруг центральных металлических отверстий составляют 0,17 мм, количество отверстий для заземления 5 вокруг центральных металлических отверстий равно восьми; отверстия для заземления 5 равномерно распределены по окружности с центральными металлическими отверстиями 4 в качестве центров, радиус составляет 0,52 мм. В конструкции массива матрицы шариковых выводов прокладок 8, распределенных горизонтально на поверхности каждого слоя ступеней, диаметры прокладок 8 составляют 0,5 мм, а расстояния между центрами окружностей соседних прокладок 8 составляют 1,27 мм. [0068] In the preferred embodiment presented herein, the diameters of the center metal holes 4 are 0.10 mm and the diameters of the ground holes 5 around the center metal holes are 0.17 mm, the number of ground holes 5 around the center metal holes is eight; grounding holes 5 are evenly distributed around the circumference with central metal holes 4 as centers, the radius is 0.52 mm. In the design of an array of ball-bearing pads 8 distributed horizontally on the surface of each layer of steps, the diameters of the pads 8 are 0.5 mm, and the distances between the centers of the circles of adjacent pads 8 are 1.27 mm.

[0069] Следует отметить, что прокладки с матрицей шариковых выводов 8 и прокладки с матрицей шариковых выводов 8 на задней поверхности основания квадратного корпуса электрически соединены друг с другом посредством внутренней проводки керамики; горизонтальный теплоотводящий канал 2 расположен в центре нижней поверхности керамического основания 1, при этом горизонтальный теплоотводящий канал 2 заделан материалом высокой теплопроводности медь-молибден-медь-медь соответствующего размера на нижней поверхности керамического основания 1. а высота материала горизонтального теплоотводящего канала 2, выступающего из задней поверхности квадратного корпуса, не превышает 30 мкм; вертикальные теплоотводящие каналы 7 расположены в соответствующих местах на четырех боковых ступенях керамического основания 1, при этом соответствующие места - это места соединения выступов на двух соседних ступенях, а именно, вертикальные теплоотводящие каналы 7 покрыты материалом молибден-медь с высокой теплопроводностью соответствующего размера в соответствующих местах на боковых ступенях керамики; объединение теплопроводности осуществляется путем сварки теплопроводного соединительного элемента между горизонтальным теплоотводящим каналом 2 и вертикальными теплоотводящими каналами 7.[0069] It should be noted that the ball array gaskets 8 and the ball array gaskets 8 on the rear surface of the base of the square body are electrically connected to each other by the internal wiring of the ceramic; the horizontal heat dissipation channel 2 is located in the center of the bottom surface of the ceramic base 1, while the horizontal heat dissipation channel 2 is sealed with a copper-molybdenum-copper-copper high thermal conductivity material of an appropriate size on the bottom surface of the ceramic base 1. and the height of the material of the horizontal heat dissipation channel 2 protruding from the rear surface of a square body, does not exceed 30 microns; the vertical heat dissipation channels 7 are located at appropriate locations on the four side steps of the ceramic base 1, whereby the respective locations are the junctions of the protrusions on two adjacent steps, namely, the vertical heat dissipation channels 7 are coated with high thermal conductivity molybdenum-copper material of the appropriate size at the appropriate locations on the side steps of ceramics; the combination of thermal conductivity is carried out by welding a heat-conducting connecting element between the horizontal heat-removing channel 2 and the vertical heat-removing channels 7.

[0070] Метод изготовления вышеуказанного предпочтительного варианта осуществления изобретения, в частности, включает следующие этапы.[0070] The manufacturing method of the above preferred embodiment specifically includes the following steps.

[0071] На этапе 1 керамическое основание готовится с помощью процесса подготовки керамики с низкими потерями по технологии высокотемпературной керамики совместного обжига.[0071] In step 1, the ceramic base is prepared by a low loss ceramic preparation process of high temperature co-firing ceramic technology.

[0072] В частности, на этапе 1.1 материалы подготавливаются в соответствии с формулой керамики с низкими потерями, затем подготовленные материалы проходят через шаровую мельницу, и отливается зеленая керамическая лента толщиной 0,20 мм для последующего использования.[0072] Specifically, in step 1.1, the materials are prepared according to the low loss ceramic formula, then the prepared materials are passed through a ball mill, and a 0.20 mm thick green ceramic tape is cast for later use.

[0073] Вышеуказанная формула керамики с низкими потерями представляет собой относительно легко достижимое соотношение, включающее глинозем, оксид магния, оксид кальция и глину, соответственно, а массовое соотношение четырех компонентов составляет 95:2.5:0.5:1.5.[0073] The above low loss ceramic formula is a relatively easy to achieve ratio including alumina, magnesium oxide, calcium oxide and clay, respectively, and the mass ratio of the four components is 95:2.5:0.5:1.5.

[0074] На этапе 1.2 сначала на зеленой керамической ленте последовательно пробиваются отверстия, заполняются отверстия, печатаются металлизированные рисунки, пробиваются полости, лента ламинируется или частично ламинируется с помощью технологии высокотемпературной керамики совместного обжига для формирования квадратного корпуса, в квадратном корпусе формируется множество конструкций, принимающих центры центральных металлических отверстий 4 за центры окружностей и имеющих отверстия для заземления 5, распределенные по окружности вокруг центрального металлического отверстия, затем боковые ступени квадратного корпуса обрабатываются лазером для формирования канавок, канавки металлизируются, ламинируются и промываются, и в итоге формируется керамическая деталь квадратного корпуса.[0074] In step 1.2, first, holes are sequentially punched on the green ceramic tape, holes are filled, metallized patterns are printed, cavities are punched, the tape is laminated or partially laminated with high-temperature ceramic co-firing technology to form a square body, a plurality of structures are formed in the square body, adopting the centers of the central metal holes 4 beyond the centers of the circles and having holes for grounding 5 distributed in a circle around the central metal hole, then the side steps of the square body are processed by a laser to form grooves, the grooves are metallized, laminated and washed, and as a result, a ceramic piece of a square body is formed.

[0075] На этапе 1.3 керамическая деталь предварительно обжигается по технологии обжига керамики с низкими потерями, затем керамическая деталь обжигается повторно после предварительного обжига, при этом температура предварительного обжига находится в диапазоне от 1000°C до 1600°C, а температура второго повторного обжига находится в диапазоне от 1600°C до 1700°C.[0075] In step 1.3, the ceramic part is pre-fired by the low-loss ceramic firing technology, then the ceramic part is re-fired after the pre-fire, the pre-fire temperature is in the range of 1000°C to 1600°C, and the second re-fire temperature is in the range from 1600°C to 1700°C.

[0076] На этапе 1.4 после второго повторного обжига на металлический участок поверхности керамического изделия наносится никель.[0076] In step 1.4, after the second re-firing, nickel is applied to the metal portion of the surface of the ceramic article.

[0077] На этапе 2 каждый компонент последовательно вставляется в форму с керамическим основанием, где компоненты собираются посредством высокотемпературной пайки для формирования квадратного корпуса.[0077] In step 2, each component is sequentially inserted into a ceramic base mold, where the components are assembled by high temperature soldering to form a square body.

[0078] На этапе 2.1 керамическая деталь после второго повторного обжига помещается в графитовую форму для пайки, лист серебряно-медного припоя толщиной 0,05 мм помещается в центр квадратного корпуса; на лист серебряно-медного припоя наносится материал с высокой теплопроводностью медь-молибден медь-медь (1:1.5:1) для формирования горизонтального канала теплоотвода 2, и пайка производится в водородной среде при температуре 790±10°С для формирования промежуточного изделия.[0078] In step 2.1, the ceramic piece after the second re-firing is placed in a graphite solder mold, a 0.05 mm thick silver-copper solder sheet is placed in the center of the square body; a material with high thermal conductivity copper-molybdenum copper-copper (1:1.5:1) is applied to the sheet of silver-copper solder to form a horizontal heat sink channel 2, and soldering is performed in a hydrogen environment at a temperature of 790±10°C to form an intermediate product.

[0079] На этапе 2.2 промежуточное изделие помещается в графитовую форму для пайки, на поверхности изделия располагается сварное кольцо 3, соединенное с окружающими боковыми ступенями квадратного корпуса для формовки, и производится пайка в водородной среде при температуре 790±10°С для формирования квадратного корпуса, где в качестве среды для пайки используется лист серебряно-медного припоя толщиной 0,10 мм.[0079] In step 2.2, the intermediate product is placed in a graphite soldering mold, a welded ring 3 is placed on the surface of the product, connected to the surrounding side steps of the square mold body, and hydrogen soldering is performed at a temperature of 790 ± 10 ° C to form a square body , where a sheet of silver-copper solder with a thickness of 0.10 mm is used as a soldering medium.

[0080] На этапе 3 никелевый и золотой слои наносятся гальваническим способом на металлическую поверхность квадратного корпуса.[0080] In step 3, the nickel and gold layers are electroplated onto the metal surface of the square body.

[0081] В частности, никелевый и золотой слои наносятся гальваническим способом на металлическую область на поверхности квадратного корпуса, при этом толщина никелевого слоя находится в диапазоне от 2,5 мкм до 4. 0 мкм; прокладки 8 располагаются в сформированных центральных металлических отверстиях 4 и отверстиях для заземления 5, при этом толщина золотого слоя на поверхности каждой прокладки находится в диапазоне от 0,1 мкм до 0,3 мкм, а толщина оставшейся части золотого слоя находится в диапазоне от 1,3 мкм до 2,5 мкм, затем держатель соединительного провода для нанесения покрытия удаляется.[0081] Specifically, nickel and gold layers are electroplated on a metal area on the surface of a square body, with the thickness of the nickel layer ranging from 2.5 µm to 4.0 µm; gaskets 8 are located in the formed central metal holes 4 and ground holes 5, while the thickness of the gold layer on the surface of each gasket is in the range from 0.1 µm to 0.3 µm, and the thickness of the remaining part of the gold layer is in the range of 1, 3 µm to 2.5 µm, then the holder of the connecting wire for coating is removed.

[0082] На этапе 4 вертикальные теплоотводящие каналы 7 и лист припоя из золота и олова устанавливается внутрь заготовки гальванизированного квадратного корпуса, чтобы сформировать корпус после пайки.[0082] In step 4, the vertical heat sinks 7 and the gold and tin solder sheet are installed inside the galvanized square package blank to form the package after soldering.

[0083] В частности, вертикальные теплоотводящие каналы 7 устанавливаются внутрь гальванизированного квадратного корпуса, где соседние вертикальные теплоотводящие каналы 7 соединены друг с другом посредством теплоотводящих соединительных материалов 6, а вертикальные теплоотводящие каналы 7 и теплоотводящие соединительные материалы 6 представляют собой алмазные и медные материалы с золотым покрытием, которые спаиваются вместе в азотной среде при 340 ± 10°C для формирования квадратного корпуса, где в качестве среды для пайки используется лист золото-оловянного припоя толщиной 0,05 мм.[0083] In particular, the vertical heat sinks 7 are installed inside the galvanized square body, where the adjacent vertical heat sinks 7 are connected to each other by heat sink connecting materials 6, and the vertical heat sinks 7 and the heat sink connecting materials 6 are diamond and copper materials with gold which are soldered together in a nitrogen atmosphere at 340 ± 10°C to form a square body, where a 0.05 mm thick gold-tin solder sheet is used as the soldering medium.

[0084] В предпочтительном варианте осуществления внутренняя полость имеет два слоя выступов на матрице шариковых выводов, а теплоотводящие каналы расположены по четырем углам, что позволяет реализовать укладку двух слоев схемных подложек матрицы шариковых выводов на два слоя выступов на матрице шариковых выводов, во внутренней полости. Передача сигнала между двумя слоями подложек схемы осуществляется с помощью внутренней проводки керамического квадратного корпуса. Благодаря вертикальным каналам 7 для отвода тепла в четырех углах внутренней полости и радиаторам (горизонтальным каналам 2 для отвода тепла) на нижней пластине керамического основания 1 обеспечивается эффективное рассеивание тепла от уложенных друг на друга подложек , и в то же время квадратный корпус герметизируется с помощью процесса параллельной герметизирующей сварки и воздухонепроницаем, а скорость обнаружения утечки гелия составляет ≤5 ×10-3 Па ⋅ см3/с (Hс).[0084] In a preferred embodiment, the inner cavity has two layers of protrusions on the BGA, and heat dissipation channels are located at four corners, which allows stacking two layers of circuit substrates of the BGA on two layers of protrusions on the BGA, in the inner cavity. The signal transmission between the two layers of circuit substrates is carried out using the internal wiring of the ceramic square package. With vertical heat dissipation channels 7 at the four corners of the inner cavity and heat sinks (horizontal heat dissipation channels 2) on the bottom plate of the ceramic base 1, heat dissipation from the stacked substrates is ensured effectively, and at the same time, the square body is sealed by the process parallel seal welding and airtight, and the helium leak detection rate is ≤5×10-3 Pa ⋅ cm3/s (Hs).

[0085] Специалистам в данной области будет понятно, что, если не определено иное, все термины (включая технические термины и научную терминологию), используемые в настоящем документе, имеют то же значение, которое обычно понимается специалистами в той области, к которой относится настоящая заявка. Следует также понимать, что термины, подобные тем, которые определены в общем глоссарии, следует понимать как имеющие значения, соответствующие их значениям в контексте предшествующего уровня техники, и, если их определение не соответсвует настоящему документу, не толкуются в идеалистических или чрезмерно формальных значениях.[0085] Those skilled in the art will appreciate that, unless otherwise specified, all terms (including technical terms and scientific terminology) used herein have the same meaning as commonly understood by those skilled in the art to which this document relates. application. It should also be understood that terms like those defined in the general glossary are to be understood as having meanings consistent with their meanings in the context of the prior art, and unless their definition is in accordance with this document, are not construed in idealistic or overly formal meanings.

[0086] Термины "и/или", указанные в настоящей заявке, означают, что они используются по отдельности или совместно. [0086] The terms "and/or" referred to in this application mean that they are used individually or together.

[0087] Значение термина "соединение", описанного в настоящей заявке, может быть включать прямое соединение между компонентами или опосредованное соединение между компонентами через другие компоненты.[0087] The meaning of the term "connection" described in this application may include a direct connection between components or an indirect connection between components through other components.

[0088] Используя вышеприведенные идеальные варианты осуществления настоящего изобретения для вдохновения, и благодаря вышеприведенному описанию, специалисты в данной области смогут внести различные изменения и модификации, не отступая от технической идеи настоящего изобретения. Технический объем настоящего изобретения не ограничивается содержанием описания изобретения, данный объем определяется в зависимости от содержания формулы изобретения.[0088] Using the above ideal embodiments of the present invention for inspiration, and due to the above description, various changes and modifications will be made by those skilled in the art without departing from the technical idea of the present invention. The technical scope of the present invention is not limited by the content of the description of the invention, this scope is determined depending on the content of the claims.

Claims (31)

1. Трехмерная конструкция корпуса упаковки радиочастотной микросистемы, включающая корпус с использованием упаковки с матрицей шариковых выводов, имеющий квадратную форму, квадратный корпус включает в себя керамическое основание, внутренняя полость квадратного корпуса сформирована в керамическом основании, и отверстие внутренней полости не закрыто;1. A three-dimensional structure of an RF micro system package body, including a package using a BGA package having a square shape, the square body includes a ceramic base, the inside cavity of the square body is formed in the ceramic base, and the opening of the inside cavity is not closed; на керамическом основании неподвижно закреплено сварное кольцо; a welded ring is fixedly fixed on the ceramic base; на четырех боковых стенках внутренней полости квадратного корпуса расположено множество ступеней; on the four side walls of the inner cavity of the square body there are many steps; вертикальные теплоотводящие каналы расположены в местах соединения выступов на двух соседних ступенях, соседние вертикальные теплоотводящие каналы соединены посредством теплоотводящих соединительных материалов; the vertical heat-removing channels are located at the junctions of the protrusions on two adjacent steps, the adjacent vertical heat-removing channels are connected by means of heat-removing connecting materials; горизонтальный теплоотводящий канал расположен по центру нижней поверхности внутренней полости;the horizontal heat-removing channel is located in the center of the lower surface of the inner cavity; множество центральных металлических отверстий формируется в каждом слое выступов, множество отверстий для заземления формируется вокруг каждого центрального металлического отверстия, при этом отверстия для заземления распределяются, принимая центры окружностей центральных металлических отверстий за свои центры; и a plurality of center metal holes are formed in each layer of protrusions, a plurality of ground holes are formed around each center metal hole, the ground holes are distributed by taking the circumference centers of the center metal holes as their centers; And центральные металлические отверстия и отверстия для заземления закрыты прокладками.the central metal holes and grounding holes are closed with gaskets. 2. Трехмерная конструкция по п. 1, характеризующаяся тем, что сварное кольцо неподвижно расположено на керамическом основании и соединено с окружающими боковыми ступенями квадратного корпуса для образования формы.2. A three-dimensional structure according to claim 1, characterized in that the welded ring is fixedly located on the ceramic base and connected to the surrounding side steps of the square body to form a mold. 3. Трехмерная конструкция по п. 1, характеризующаяся тем, что диаметры центральных металлических отверстий находятся в диапазоне от 0,10 мм до 0,15 мм, а диаметры отверстий для заземления находятся в диапазоне от 0,15 мм до 0,20 мм;3. Three-dimensional structure according to claim 1, characterized in that the diameters of the central metal holes are in the range from 0.10 mm to 0.15 mm, and the diameters of the holes for grounding are in the range from 0.15 mm to 0.20 mm; предусмотрено как минимум четыре отверстия для заземления; и at least four grounding holes are provided; And отверстия распределяются, принимая центры центральных металлических отверстий за центры окружностей, а радиусы колец, образованных в результате распределения, находятся в диапазоне от 0,5 мм до 2,0 мм.the holes are distributed taking the centers of the central metal holes as the centers of the circles, and the radii of the rings formed as a result of the distribution are in the range from 0.5 mm to 2.0 mm. 4. Трехмерная конструкция по п. 1, характеризующаяся тем, что искривления поверхности ступеней составляют менее 1 мкм/мм.4. Three-dimensional design according to claim 1, characterized in that the curvature of the surface of the steps is less than 1 µm/mm. 5. Трехмерная конструкция по п. 1, характеризующаяся тем, что диаметры прокладок находятся в диапазоне от 0,5 мм до 1,0 мм, а расстояния между центрами соседних прокладок - менее 1,5 мм.5. Three-dimensional construction according to claim 1, characterized in that the diameters of the gaskets are in the range from 0.5 mm to 1.0 mm, and the distance between the centers of adjacent gaskets is less than 1.5 mm. 6. Способ изготовления трехмерной конструкции корпуса упаковки радиочастотной микросистемы, включающий следующие этапы:6. A method for manufacturing a three-dimensional structure of the RF microsystem package body, including the following steps: этап 1 - подготавливают керамическое основание с помощью технологии подготовки керамики с низкими потерями и технологии высокотемпературной керамики совместного обжига;step 1 - prepare the ceramic base with low loss ceramic preparation technology and co-firing high temperature ceramic technology; этап 2 - последовательно устанавливают каждый компонент в форму с керамическим основанием и производят сборку компонентов посредством высокотемпературной пайки для формирования сборного квадратного корпуса;step 2 - sequentially install each component in a mold with a ceramic base and assemble the components by high temperature soldering to form a prefabricated square body; этап 3 - наносят никелевый и золотой слои на металлический участок на поверхности квадратного корпуса иstep 3 - apply nickel and gold layers to the metal area on the surface of the square body and этап 4 - устанавливают вертикальные теплоотводящие каналы и листы оловянно-золотого припоя внутрь заготовки гальванизированного квадратного корпуса для формирования корпуса после пайки.step 4 - install vertical heat sinks and tin-gold solder sheets inside the galvanized square body blank to form the body after soldering. 7. Способ по п. 6, характеризующийся тем, что шаги этапа 1 включают:7. The method according to p. 6, characterized in that the steps of step 1 include: этап 1.1 - подготавливают материалы в соответствии с формулой керамики с низким уровнем потерь, затем - измельчение подготовленных материалов в шаровой мельнице и литье зеленой керамической ленты толщиной от 0,20 мм до 0,35 мм для последующего использования;step 1.1 - prepare materials according to the formula of low loss ceramics, then grind the prepared materials in a ball mill and cast a green ceramic tape with a thickness of 0.20 mm to 0.35 mm for subsequent use; этап 1.2 - сначала последовательно пробивают отверстия, заполняют отверстия, печатают металлизированные рисунки, пробивают полости, ленту ламинируют или частично ламинируют с помощью технологии высокотемпературной керамики совместного обжига для формирования квадратного корпуса, в квадратном корпусе формируют множество конструкций, принимающих центры центральных металлических отверстий за центры окружностей и имеющих отверстия для заземления, распределенные по окружности вокруг центрального металлического отверстия, затем боковые ступени квадратного корпуса обрабатывают лазером для формирования канавок, канавки металлизируют, ламинируют и промывают и в итоге формируют керамическую деталь квадратного корпуса;step 1.2 - first, holes are punched in succession, holes are filled, metallized patterns are printed, cavities are punched, the tape is laminated or partially laminated using high-temperature co-firing ceramic technology to form a square body, a plurality of structures are formed in a square body, taking the centers of the central metal holes as the centers of circles and having ground holes distributed circumferentially around the central metal hole, then the side steps of the square body are laser-treated to form grooves, the grooves are plated, laminated and washed, and finally a square body ceramic piece is formed; этап 1.3 - керамическую деталь предварительно обжигают по технологии обжига керамики с низкими потерями, затем керамическую деталь обжигают повторно после предварительного обжига, при этом температура предварительного обжига находится в диапазоне от 1000°C до 1600°C, а температура второго повторного обжига находится в диапазоне от 1600°C до 1700°C; иstep 1.3, the ceramic part is pre-fired by the low-loss ceramic firing technology, then the ceramic part is re-fired after the pre-fire, the pre-fire temperature is in the range of 1000°C to 1600°C, and the second re-fire temperature is in the range of 1600°C to 1700°C; And этап 1.4 - после второго повторного обжига на металлический участок поверхности керамического изделия наносят никель.step 1.4 - after the second re-firing, nickel is applied to the metal surface of the ceramic product. 8. Способ по п. 7, характеризующийся тем, что шаги этапа 2 включают следующее:8. The method of claim. 7, characterized in that the steps of step 2 include the following: этап 2.1 - керамическую деталь после второго повторного обжига помещают в графитовую форму для пайки, лист серебряно-медного припоя толщиной 0,05 мм помещают в центр квадратного корпуса; на лист серебряно-медного припоя наносяит материал с высокой теплопроводностью для формирования горизонтального канала теплоотвода, и пайка производится в водородной среде при температуре 790±10°С для формирования промежуточного изделия; иstep 2.1 - the ceramic part after the second repeated firing is placed in a graphite mold for soldering, a sheet of silver-copper solder 0.05 mm thick is placed in the center of the square body; a material with high thermal conductivity is applied to the silver-copper solder sheet to form a horizontal heat sink channel, and soldering is carried out in a hydrogen environment at a temperature of 790 ± 10 ° C to form an intermediate product; And этап 2.2 - помещают промежуточное изделие в графитовую форму для пайки, на поверхности изделия располагают сварное кольцо, соединенное с окружающими боковыми ступенями квадратного корпуса для формовки, и производят пайку в водородной среде при температуре 790±10°С для формирования квадратного корпуса, где в качестве среды для пайки используют лист серебряно-медного припоя толщиной 0,10 мм.step 2.2 - the intermediate product is placed in a graphite mold for soldering, a welded ring is placed on the surface of the product, connected to the surrounding side steps of the square body for molding, and soldering is carried out in a hydrogen environment at a temperature of 790 ± 10 ° C to form a square body, where as soldering media use a 0.10 mm thick silver-copper solder sheet. 9. Способ по п. 8, характеризующийся тем, что шаги этапа 3 включают:9. The method according to claim 8, characterized in that the steps of step 3 include: нанесение никелевого и золотого слоев гальваническим способом на металлическую область на поверхности квадратного корпуса, при этом толщина никелевого слоя находится в диапазоне от 2,5 мкм до 6,0 мкм; electroplating nickel and gold layers onto a metal region on the surface of the square body, wherein the thickness of the nickel layer is in the range of 2.5 µm to 6.0 µm; прокладки располагают в сформированных центральных металлических отверстиях и отверстиях для заземления, при этом толщина золотого слоя на поверхности каждой прокладки находится в диапазоне от 0,1 мкм до 0,3 мкм, а толщина оставшейся части золотого слоя находится в диапазоне от 1,3 мкм до 5,7 мкм, затем держатель соединительного провода для нанесения покрытия удаляют.the spacers are placed in the formed central metal holes and ground holes, the thickness of the gold layer on the surface of each spacer is in the range of 0.1 µm to 0.3 µm, and the thickness of the remaining part of the gold layer is in the range of 1.3 µm to 5.7 µm, then the holder of the connecting wire for coating is removed. 10. Способ по п. 9, характеризующийся тем, что шаги этапа 4 включают:10. The method according to claim 9, characterized in that the steps of step 4 include: производят установку вертикальных теплоотводящих каналов 7 внутрь заготовки квадратного корпуса с гальваническим покрытием и их спайку в азотной среде при температуре 340±10°C для формирования квадратного корпуса, при этом для спайки используют лист золото-оловянного припоя толщиной 0,05 мм.installation of vertical heat-removing channels 7 inside the billet of a square case with galvanic coating and their soldering in a nitrogen atmosphere at a temperature of 340±10°C to form a square case, while a sheet of gold-tin solder 0.05 mm thick is used for soldering.
RU2022129711A 2020-05-13 2020-07-14 Three-dimensional structure of package body for radio-frequency microsystem and method of its manufacturing RU2799238C1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010401883.2 2020-05-13

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2799238C1 true RU2799238C1 (en) 2023-07-04

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117038646A (en) * 2023-10-08 2023-11-10 之江实验室 Ceramic packaging structure and design method thereof

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030183920A1 (en) * 2002-03-28 2003-10-02 Goodrich Joel Lee Hermetic electric component package
RU2612847C2 (en) * 2011-03-30 2017-03-13 ЭМБАЧЕР Инк. Electrical, mechanical, computing and/or other devices formed from extremely low resistance materials
RU2633675C2 (en) * 2012-05-09 2017-10-16 Зе Боинг Компани Packaging of photonic crystalline sensors intended for extreme conditions
CN107301982A (en) * 2017-05-11 2017-10-27 西安空间无线电技术研究所 CGA integrative packagings structure and its implementation based on LTCC
US10593641B2 (en) * 2016-01-22 2020-03-17 Sj Semiconductor (Jiangyin) Corporation Package method and package structure of fan-out chip

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030183920A1 (en) * 2002-03-28 2003-10-02 Goodrich Joel Lee Hermetic electric component package
EP1353373A2 (en) * 2002-03-28 2003-10-15 M/A-Com, Inc. Hermetically sealed package for an electronic component
RU2612847C2 (en) * 2011-03-30 2017-03-13 ЭМБАЧЕР Инк. Electrical, mechanical, computing and/or other devices formed from extremely low resistance materials
RU2633675C2 (en) * 2012-05-09 2017-10-16 Зе Боинг Компани Packaging of photonic crystalline sensors intended for extreme conditions
US10593641B2 (en) * 2016-01-22 2020-03-17 Sj Semiconductor (Jiangyin) Corporation Package method and package structure of fan-out chip
CN107301982A (en) * 2017-05-11 2017-10-27 西安空间无线电技术研究所 CGA integrative packagings structure and its implementation based on LTCC

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117038646A (en) * 2023-10-08 2023-11-10 之江实验室 Ceramic packaging structure and design method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP4109518A1 (en) Three-dimensional packaging housing structure of radio frequency microsystem and manufacturing method
US9153863B2 (en) Low temperature co-fired ceramic (LTCC) system in a package (SiP) configurations for microwave/millimeter wave packaging applications
CN112635444B (en) Three-dimensional stacked microsystem packaging assembly and manufacturing method thereof
KR100875043B1 (en) How to manufacture a millimeter wave transceiver package and a millimeter wave transceiver assembly
CN112051551B (en) Silicon-based three-dimensional integrated micro radar high-frequency high-power active sub-array
CN215496704U (en) Ku wave band integrated packaging microwave assembly based on HTCC
US6441697B1 (en) Ultra-low-loss feedthrough for microwave circuit package
US10840578B2 (en) Antenna array module and manufacturing method thereof
CN115881663B (en) Novel high-power tile type TR module
KR20080018248A (en) Reduced inductance interconnect for enhanced microwave and millimeter-wave systems
CN112349691B (en) Airtight high-heat-conductivity LCP (liquid crystal display) packaging substrate, manufacturing method and multi-chip system-in-package structure
CN113066771B (en) Multilayer stacked microsystem structure
TW202306234A (en) Circuit board structure having waveguide and method for manufacturing the same
CN107732373B (en) Microwave vertical interconnection ceramic connection structure
CN114256575A (en) Multi-channel miniaturized microwave assembly and metal-based composite substrate structure thereof
CN116895614B (en) Millimeter wave system packaging structure integrated by three-dimensional isomerism
RU2799238C1 (en) Three-dimensional structure of package body for radio-frequency microsystem and method of its manufacturing
CN112349700A (en) Airtight high heat conduction LCP packaging substrate and multi-chip system level packaging structure
CN111029326B (en) Convex point interconnection structure based on LCP process
CN207441925U (en) A kind of microwave perpendicular interconnection ceramic joining structure
WO2023016024A1 (en) Circuit board, antenna structure, and electronic device
CN112687636B (en) Metal ceramic packaging shell, device and preparation method
CN110690179B (en) Laminated low-loss chip integrated waveguide packaging structure
CN112349698B (en) LCP packaging substrate, manufacturing method and multi-chip system-in-package structure
TW202240800A (en) Microelectronics h-frame device