一种小型化三维倒置T/R组件的制作方法

本发明属于射频微波电路技术领域，涉及一种三维倒置T/R(发射接收)组件。

背景技术：

二维T/R组件的电路布局和信号接口方向都在一个平面上；三维T/R组件与二维T/R组件不同，既有平面上的电路布局走线，又有垂直于平面方向上的多层层叠式连接。二维T/R组件是传统方案，设计简单，但集成度低；三维T/R组件是在二维T/R组件基础上发展来的，具有较高的集成度，是薄片式有源相控阵天线阵面的关键基础，设计及装配较为复杂。

当前三维T/R组件的设计方案主要分为三种。第一种方案是对三维组件中的每层电路进行独立封装，再利用连接器实现层间连接；第二种方案是基于BGA(球栅阵列结构)的多层层叠方式，把芯片焊接或粘接在多个多层LTCC基板(或印制板)上，利用BGA高温融化特性，实现层间垂直连接；第三种方法是基于毛纽扣的多层层叠方案，该方案与第二种方案类似，主要不同点在于用弹性毛纽扣代替BGA，利用外压力实现毛纽扣对多层板间的连接。

以上三种三维T/R组件在工程实现时，在小型化、维修性、可靠性等方面存在一定的局限性，分析如下：

1)第一种方案设计的T/R组件每层独立封装，含有较多接头或线缆，尺寸大，集成度低，难以满足小型化要求，在频率较高时，无法达到T/R组件平面布阵的较小间距要求。

2)第二种方案可实现T/R组件小型化，但对工艺要求极高，并且维修性低、可靠性差。当组件内芯片损坏时，BGA焊盘重复植球时易出现焊盘脱落。并且BGA多次植球和融球时，多次加热会导致芯片、电路可靠性降低。

3)第三种方案设计的T/R组件能满足小型化，具有可维修性，但装配工艺复杂，成本高，不利于工程化批量使用，毛纽扣多次装配易出现毛刺，可靠性降低。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种小型化三维T/R组件，采用新型倒装方法，基于LTCC多层基板、LTCC微型连接器，可同时解决小型化、高可靠性、易维修、低成本等问题，适用于工程化的薄片式有源相控阵天线。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：H型结构件的上下两端分别开有腔体并由盖板封闭；上腔体内通过LTCC基板安装功分器和控制电路模块，下腔体内通过LTCC基板安装4个T/R射频模块；上下腔体内的LTCC基板通过LTCC连接器联通；上腔体内的LTCC基板联通1个射频接头和1个多芯微矩形接头，射频接头和多芯微矩形接头朝下引出，穿过下盖板的开口，分别作为功分器合口和供电控制接口；下腔体内的LTCC基板联通4个射频接头，射频接头朝上引出，通过上盖板的开口连接辐射天线。

所述的H型结构件和盖板的材料选择钨铜或者钼铜。

所述的射频接头选择SMP、SSMP或者玻璃烧结绝缘子接头。

本发明的有益效果是：

1)多层LTCC基板解决了T/R组件层内信号小型化连接，微型LTCC接头、小型接头解决了层间连接及对外连接接口，小型化程度高，解决了独立封装每层T/R组件电路带来的尺寸过大和集成度低问题。

2)倒置方案避开了高温融化连接、弹性连接，采用LTCC微型接头、小型接头直接焊接腔体连接，工艺复杂度低，并且此两种接头成本低；电路板背腔式放置可开盖维修，避免破坏层间垂直互连结构，更可靠和易于维修，适用于工程化。

3)背腔结构使得层叠电路拥有同一个射频地，采用同轴(射频接头)和微型LTCC连接器(含有射频过渡结构)垂直连接时，射频地信号突变小，射频电性能优越。

附图说明

图1是小型化三维倒装T/R组件方案图；

图2是小型化三维倒置T/R组件结构剖面图；

图3是微型LTCC连接器结构剖面图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

本发明在背腔式结构件内，利用多层LTCC(低温共烧陶瓷)工艺，射频芯片倒置布局，功分器、控制芯片正面布局，设计了一种小型化三维T/R组件。

本发明采用的设计方案是：T/R组件含有4个通道，1个功分器，由两块电路板组成，分别置于H形腔体的上下两个腔内，之间信号连接采用LTCC微型接头实现。上腔体内电路板为功分器和控制电路模块，而射频接头朝下引出；下腔体内电路板为通道射频模块，射频接头朝上引出。T/R组件共含有5个射频接头和1个多芯微矩形接口，其中4个射频接头在T/R组件上端，用于接辐射天线；1个射频接头和1个多芯微矩形接头在组件下端，分别为功分器合口和供电控制接口。接头位置与对应的电路板是倒置模式。

本发明一个优选方案中，制作腔体和盖板的金属材料选择钨铜或者钼铜；

本发明一个优选方案中，接头选择SMP、SSMP或者玻璃烧结绝缘子等小型接头。

图1为小型化三维倒装T/R组件方案图，组件共含有4个相同T/R通道电路、1个功分器和1个收发控制模块。4个T/R通道电路位于H形结构件的下腔体，功分器和收发控制模块位于结构件的上腔体。上下两层电路信号传输(包含射频信号、控制信号、电源)均通过集成的微型LTCC连接器相连。

图2为小型化三维倒装T/R组件结构图。H形结构件1为钨铜或者钼铜材料，其介电常数与LTCC、砷化镓、硅接近。T/R通道电路的LTCC基板2焊接在H形结构件1的下腔体里，射频芯片3位于LTCC基板2的挖槽里，采用焊接或者粘接固定在H形结构件1的下腔体里。功分器和控制走线的LTCC基板4焊接在H形结构件1的上腔体里，控制芯片5焊接或粘接在LTCC基板4的表面，微型LTCC连接器6、SMP接头7、小型多芯微矩形接头8焊接在H形腔体的挖槽9、10、11里。射频芯片3与LTCC基板2采用键合金丝12连接，连接点间采用两根金丝。同样，控制芯片5与LTCC基板4采用键合金丝13连接，连接点间采用两根金丝。微型LTCC连接器6、SMP接头7、小型多芯微矩形接头8表面有键合金丝的焊盘，用于与LTCC基板4的连接。上盖板14与下盖板15分别焊接在H形结构件1的上、下腔体上。

微型LTCC连接器6结构如图3，为矩形结构，由多层LTCC组成，层数与H形结构件1的上下两个腔体间的金属壁16相关。其上含有传输非射频信号的金属填充孔17，在LTCC连接器6内部交错排布；传输射频信号及射频地信号的金属填充孔18，在LTCC连接器6内部为垂直连接。

本发明在使用时，使用者应首先根据T/R组件电气指标、尺寸及连接的要求，选择合适的LTCC基板层数及接插件，再设计合适的微型LTCC接头，最后在具体设计中合理布局芯片及走线。