平板相控阵天线收发组件一体化封装管壳制造技术

本发明专利技术公开的一种平板相控阵天线收发组件一体化封装管壳，旨在解决收发组件工作时在狭小空间内的高效散热问题。本发明专利技术通过下述技术方案予以实现：管壳腔体被中间介质层分隔为管壳上腔和管壳下腔，射频芯片两边分布芯片电容，同时通过贯穿中间介质层的阵列散热通孔与相变材料层连通；射频芯片通过分布在沿管壳内壁介质层延伸至内埋腔底的印刷金属导线、金属导线上的印刷电阻、互连管壳上盖两边排列的线阵焊球，实现与天线网络的信号传输；射频芯片通过中间介质内阵列排布的散热通孔、与散热通孔连通填充在管壳下腔内的相变材料层，固联在管壳底端的管壳热沉实现与外界环境的热交换，完成一体化气密封装结构中的射频芯片在工作时的高效散热功能。

【技术实现步骤摘要】
平板相控阵天线收发组件一体化封装管壳
本专利技术涉及一种主要用于航空航天领域通信导航功能的平板相控阵天线，具体涉及一种既能作为收发组件射频芯片等器件载体的结构件、又能作为器件与天线网络互连的功能件的天线收发组件封装管壳。
技术介绍
相控阵天线可以对N个天线阵元进行波束赋形配置，并以电子的方式，智能地控制相控阵天线中每个单独天线阵元的幅度和相位激励，产生指向所需方向的波束，在物理结构固定不变的情况下，能够快速无惯性的进行波束成形和波束扫描。在相控阵天线前端的beam-forming设计中有着非常卓越的性能，使得这一类型的集成化套片在大型相控阵雷达以及卫星通信应用中成为主流方案。传统的卫星通信天线多为机械式抛物面天线，这种天线的剖面高、重量重、需要伺服系统提供天线指向变化。而电扫相控阵天线采用移相器控制相位，无需机械结构，具有低剖面、易共形、重量轻等优点，因此越来越多地被应用于高轨宽带、低轨移动卫星等天基系统的建设中，在现今高速发展的民航/高铁高速移动通信、边远地区海事终端宽带互连网接入、企业/政府大数据平台建设等领域具有广阔的应用前景。电扫相控阵天线的核心有源功能由收发组件来实现，同时收发组件也是电扫相控阵天线中成本占比最高(60％-80％)，组装工艺最精细、流程最复杂的环节，因此收发组件的性能对于电扫相控阵天线有源功能的指标优劣具有决定性影响。数字移相器、数字衰减器是相控阵天线接收组件的重要组成部分。移相精度和衰减精度直接影响着整部相控阵天线的性能，所以高位数的数字移相器和数字衰减器成为了必然选择。假设接收组件使用一个6位数字移相器和一个6为数字衰减器，则该接收组件具有4096(26×26)个移相衰减状态。如此多的移相衰减状态给接收组件的测试带来了巨大挑战。现有由有源芯片、电路板、连接器、金属壳体及盖板组成的收发组件发生故障时，由于组装过程复杂、所用器件种类多，需逐步排查各个元器件、结构件本身的性能问题和相互之间组装时的连接问题，问题定位困难，修复时间长。而现有收发组件多采用将有源芯片、电路板、连接器等零部件封装于一个金属壳体内的集成方案，这种方案必须用射频连接器来实现收发组件与天线之间的信号互连。由于大量使用射频连接器，不仅推高了收发组件的制造成本，还对射频连接器的焊接质量提出了极为苛刻的要求，增加了收发组件的组装和返修难度。因此为了降低收发组件的制造成本，提升收发组件的集成度，形成了将收发组件有源功能芯片化，并对芯片级器件进行一体化封装的平板相控阵天线收发组件制造方案。在这种方案中，芯片级器件需进行独立封装，封装后再贴装于集成天线网络等多种功能的天线载板上。这就要求封装管壳不仅要有承载芯片级器件并实现其封装的结构性作用，还要具有实现芯片化器件与天线载板信号互连的功能性作用。同时收发组件有源功能芯片在工作时会生产大量的热量，在这种方案中有源功能芯片被封装在一个狭小的封装管壳内，对有源功能芯片的散热带来了极大的困难，故封装管壳还必须具有良好的散热特性，建立有源功能芯片与外界环境的散热通道。低温共烧陶瓷(LTCC)技术是通过在生瓷带上进行孔腔冲制、布线及通孔金属化、叠片、层压、共烧等工艺过程形成多层互联基板的制造技术。由于LTCC基板具有低热膨胀性、低传输损耗和低介电损耗的优良特性，因此可适应大电流、耐高温、高频通信等特性要求，而被广泛应用于航空航天通信和微系统集成等前沿领域。为实现在LTCC基板中形成腔体结构，国外研究学者已作了诸多研究，如TickT运用压力辅助烧结技术在LTCC基板上制作了160GHz波导天线的微波导腔，制作腔体时先分别层压形成腔体的上盖、内腔和底部，再将这三部分粘合、烧结，形成了1.3mm×0.615mm的微波导腔。这些研究成果为本专利技术提出利用低温共烧陶瓷(LTCC)技术制作平板相控阵天线收发组件一体化封装管壳提供了技术依据。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的问题，根据平板相控阵天线针对收发组件封装体既能作为收发组件射频芯片等器件载体的结构件、又能作为器件与天线网络互连功能件的制造需求，提出一种结构功能一体化并具有良好散热特性的封装管壳。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种平板相控阵天线收发组件一体化封装管壳，具有一个通过管壳上盖4封装的矩形管壳腔体1及其固联在底端的管壳热沉8，其特征在于：管壳腔体1被中间介质层分隔为管壳上腔2和管壳下腔6，中间介质层台阶面的中部设有作为收发组件的射频芯片10和通过键合金丝与射频芯片10相连、并在射频芯片10两边对称分布的芯片电容，射频芯片10和芯片电容通过键合金丝与连接焊盘11相连，连接至内埋于中间介质内的射频传输孔12，射频芯片10通过贯穿中间介质层的阵列散热通孔9连通相变材料层7；中间介质层内还埋置有沿两边侧壁延伸与线阵焊球5相连的印刷金属导线3，印刷金属导线3沿管壳内壁介质层延伸至内埋腔底，印刷金属导线3上有对称于散热通孔9排布的印刷电阻13，射频芯片通过分布在沿管壳内壁介质层并延伸至内埋腔底的印刷金属导线、金属导线上的印刷电阻、互连管壳上盖两边排列的线阵焊球，实现与天线网络的信号传输；射频芯片同时通过中间介质层内阵列排布的散热通孔9与填充在管壳下腔6内的相变材料层7相连通，管壳底端有固联的管壳热沉8，射频芯片通过中间介质内阵列排布的散热通孔、与散热通孔连通并填充在管壳下腔内的相变材料层、固联在管壳底端的管壳热沉实现与外界环境的热交换，完成处于一体化气密封装结构中的射频芯片在工作时的高效散热功能。本专利技术相比于现有技术具有如下有益效果：本专利技术采用具有一个通过管壳上盖4封装的矩形管壳腔体1及其固联在底端的管壳热沉8，管壳腔体1被中间介质层分隔为管壳上腔2和管壳下腔6，通过连接焊盘11、射频传输孔12、内埋印刷金属导线3及与其互联的印刷电阻13、线阵焊球5实现了收发组件射频芯片与天线网络互连的信号传输，解决了现有收发组件由于大量使用射频连接器带来的射频连接器焊接难、返修难的制造问题，在降低收发组件制造成本的同时，提高了收发组件的返修性。小型化、轻量化。本专利技术通过在管壳腔体1和管壳上腔2安装收发组件射频芯片、芯片电容和键合金丝，在管壳内部埋置印刷金属导线和印刷电阻，在管壳上盖4植入线阵焊球5，并使用管壳上盖4与管壳热沉8对管壳上腔2和管壳下腔6进行密封，实现整个收发组件的结构功能一体化封装。与现有收发组件相比省去了金属壳体及用于密封金属壳体的金属盖板和紧固件，使收发组件的体积和重量下降50％以上。本专利技术管壳腔体1通过铅锡焊接方式互连管壳上盖4，对管壳上腔2形成密封；管壳热沉8通过锡银焊接方式与1管壳腔体互连，对管壳下腔6形成密封；通过对管壳上腔2和管壳下腔6进行密封，可以实现整个管壳的气密封装，增强了管壳在湿热、盐雾等恶劣条件下的环境适应性。散热能力提升。本专利技术管壳腔体1的管壳下腔6填充了用于快速散热的相变材料层7，收发组件射频芯片工作时产生的大量热量可通过散热通孔9传导至相变材料层7，利用相变材料达到相变温度时发生相变吸收大量热量，使收发组件射频芯片工作时产生的热量通过散热通孔9传导至相变材料层7，利本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种平板相控阵天线收发组件一体化封装管壳，具有一个通过管壳上盖(4)封装的矩形管壳腔体(1)及其固联在底端的管壳热沉(8)，其特征在于：管壳腔体(1)被中间介质层分隔为管壳上腔(2)和管壳下腔(6)，中间介质层台阶面的中部设有作为收发组件的射频芯片(10)和通过键合金丝与射频芯片(10)相连、并在射频芯片(10)两边对称分布的芯片电容，射频芯片(10)和芯片电容通过键合金丝与连接焊盘(11)相连，连接至内埋于中间介质内的射频传输孔(12)，射频芯片(10)通过贯穿中间介质层的阵列散热通孔(9)连通相变材料层(7)；中间介质层内还埋置有沿两边侧壁延伸与线阵焊球(5)相连的印刷金属导线(3)，印刷金属导线(3)沿管壳内壁介质层延伸至内埋腔底，印刷金属导线(3)上有对称于散热通孔(9)排布的印刷电阻(13)，射频芯片通过分布在沿管壳内壁介质层并延伸至内埋腔底的印刷金属导线、金属导线上的印刷电阻、互连管壳上盖两边排列的线阵焊球，实现与天线网络的信号传输；射频芯片同时通过中间介质层内阵列排布的散热通孔(9)与填充在管壳下腔(6)内的相变材料层(7)相连通，管壳底端有固联的管壳热沉(8)，射频芯片通过中间介质内阵列排布的散热通孔、与散热通孔连通并填充在管壳下腔内的相变材料层、固联在管壳底端的管壳热沉实现与外界环境的热交换，完成处于一体化气密封装结构中的射频芯片在工作时的高效散热功能。/n...

【技术特征摘要】
1.一种平板相控阵天线收发组件一体化封装管壳，具有一个通过管壳上盖(4)封装的矩形管壳腔体(1)及其固联在底端的管壳热沉(8)，其特征在于：管壳腔体(1)被中间介质层分隔为管壳上腔(2)和管壳下腔(6)，中间介质层台阶面的中部设有作为收发组件的射频芯片(10)和通过键合金丝与射频芯片(10)相连、并在射频芯片(10)两边对称分布的芯片电容，射频芯片(10)和芯片电容通过键合金丝与连接焊盘(11)相连，连接至内埋于中间介质内的射频传输孔(12)，射频芯片(10)通过贯穿中间介质层的阵列散热通孔(9)连通相变材料层(7)；中间介质层内还埋置有沿两边侧壁延伸与线阵焊球(5)相连的印刷金属导线(3)，印刷金属导线(3)沿管壳内壁介质层延伸至内埋腔底，印刷金属导线(3)上有对称于散热通孔(9)排布的印刷电阻(13)，射频芯片通过分布在沿管壳内壁介质层并延伸至内埋腔底的印刷金属导线、金属导线上的印刷电阻、互连管壳上盖两边排列的线阵焊球，实现与天线网络的信号传输；射频芯片同时通过中间介质层内阵列排布的散热通孔(9)与填充在管壳下腔(6)内的相变材料层(7)相连通，管壳底端有固联的管壳热沉(8)，射频芯片通过中间介质内阵列排布的散热通孔、与散热通孔连通并填充在管壳下腔内的相变材料层、固联在管壳底端的管壳热沉实现与外界环境的热交换，完成处于一体化气密封装结构中的射频芯片在工作时的高效散热功能。


2.如权利要求1所述的平板相控阵天线收发组件一体化封装管壳，其特征在于：管壳腔体(1)包含管壳上腔(2)和管壳下腔(6)，管壳上腔(2)用于粘接收发组件射频芯片、芯片电容和键合金丝，管壳下腔(6)填充相变材料层(7)；管壳腔体(1)内埋印刷金属导线(3)及印刷电阻(13)，管壳上盖(4)植有线阵焊球(5)，收发组件射频芯片通过连接焊盘(11)、射频传输孔(12)、内埋印刷金属导线(3)及与其互联的印刷电阻(13)、线阵焊球(5)与天线载板上的天线网络形成信号互连。


3.如权利要求1所述的平板相控阵天线收发组件一体化封装管壳，其特征在于：管壳上盖(4)通过铅锡焊接工艺焊接于管壳腔体(1)，对管壳上腔(2)进行密封，管壳热沉(8)通过锡银焊接工艺焊接于管壳腔体(1)，完成对管壳下腔(6)的密封，并使相变材料层(7)与管壳热沉紧密接触，建立相变材料层与外界环境的热交换通道。


4.如权利要求1所述的平板相控阵天线收发组件一体化封装管壳，其特征在于：利用低温共烧陶瓷技术在管壳内部制作了内埋印刷金属导线(3)和无源印刷电阻(13)，内埋印刷金属导线和无源印刷电阻通过高精度对位印刷在低温共烧陶瓷瓷片上，随瓷片一起叠层、层压、烧结而成，通过内埋印刷金属导线、无源印刷电阻和线阵焊球(5)实现封装管壳内的收发组件射频芯片与...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘俊超，杜明，
申请(专利权)人：西南电子技术研究所中国电子科技集团公司第十研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51