本发明属于超宽带射频封装技术领域，具体为一种超宽带射频微系统的陶瓷双面三维集成架构及封装方法。
背景技术：
随着军用电子设备小型化的迫切需求，宽带射频封装正在向更高密度、更高频率、更小互连接口的方向发展。现有的基于多层陶瓷基板的射频封装多为单面集成，即使采用有机基板进行双面集成也需要利用金属外壳进行气密，存在集成密度有限、气密封装和互连接口会占用较大体积的问题，难以适应电子设备微系统集成的发展需求。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种通过对陶瓷基板进行双面开腔布置器件并采用bga(球栅阵列)对外互连的集成方式，实现基于陶瓷基板的三维封装，满足多个芯片的一体化集成和气密需求，提升超宽带射频微系统的集成密度。本发明目的通过以下技术方案来实现：
一种超宽带射频微系统的陶瓷双面三维集成架构，包括陶瓷基板，金属微框，正面盖板，背面盖板以及bga焊球：
所述陶瓷基板的双面均开设有用于安装芯片的腔槽，所述金属微框焊接在陶瓷基板的正面，所述正面盖板焊接在金属微框上，所述背面盖板焊接在陶瓷基板的背面腔槽上，所述陶瓷基板的背面除背面盖板以外的区域设置有bga焊盘，bga焊球通过bga焊盘焊接在陶瓷基板的背面。
作为本发明所述一种超宽带射频微系统的陶瓷双面三维集成架构的一个具体实施例，所述陶瓷基板为多层陶瓷基板。
作为本发明所述一种超宽带射频微系统的陶瓷双面三维集成架构的一个具体实施例，所述金属微框与陶瓷基板的外形相同，分布在陶瓷基板的外围周边上。
作为本发明所述一种超宽带射频微系统的陶瓷双面三维集成架构的一个具体实施例，所述陶瓷基板为四方形，所述金属框架为四方形框架结构，分布在陶瓷基板的四个周边上。
作为本发明所述一种超宽带射频微系统的陶瓷双面三维集成架构的一个具体实施例，所述陶瓷基板的材料为ltcc或htcc；所述金属微框及盖板的材料为可伐合金或硅铝合金；所述bga焊球为锡铅焊球、高铅焊球、铜核焊球、高分子内核焊球或焊料柱。
作为本发明所述一种超宽带射频微系统的陶瓷双面三维集成架构的一个具体实施例，所述陶瓷基板表面镀镍金或镍钯金；所述金属微框表面镀镍金；所述正面盖板及背面盖板表面镀镍金。
作为本发明所述一种超宽带射频微系统的陶瓷双面三维集成架构的一个具体实施例，所述金属微框与陶瓷基板采用金锡焊接；所述正面盖板与金属微框采用平行缝焊或激光封焊；所述背面盖板与陶瓷基板采用金锡焊接、锡锑焊接或锡银铜焊接。
本发明还提供一种上述三维集成架构的封装方法，包括以下步骤：
1)先将金属微框焊接在设有双面腔槽的陶瓷基板的正面，并检查焊接部位的气密封特性；
2)将各种待装配的芯片粘接在陶瓷基板的正反两面的腔槽内，并进行金丝键合实现互连；
3)将背面盖板焊接在陶瓷基板背面腔槽上，并将正面盖板焊接在金属微框上，检查盖板焊接的气密性；
4)将bga焊球植在陶瓷基板背面对应的bga焊盘上，即可实现超宽带射频微系统的陶瓷双面三维集成封装。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明基于多层陶瓷的宽带高频、任意层互连及自气密优势，bga垂直互连的高密度及兼容性好的特点，利用多层陶瓷基板双面腔槽这一特殊工艺手段，经过多个温度梯度的工艺装配和封装流程,实现超宽带射频微系统的三维集成封装。
本发明公开的的陶瓷双面三维集成架构及封装方法，与现有其他技术相比，内部集成密度提升近一倍，对外互连接口及气密封装的体积占用率大大降低，同时具备结构简单、装配步骤少的优点，是实现超宽带射频微系统三维堆叠的良好解决方案。
附图说明
图1为实施例1超宽带射频微系统的多层陶瓷双面三维集成架构的剖视图。
图2为实施例1超宽带射频微系统的多层陶瓷双面三维集成架构的俯视图。
图3为实施例1超宽带射频微系统的多层陶瓷双面三维集成架构的仰视图。
附图标记：1-多层陶瓷基板，2-金属框架，3-正面盖板，4-背面盖板，5-bga焊球。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合具体结构及原理对本发明一种超宽带射频微系统的陶瓷双面三维集成架构及封装方法进行详细说明。
本发明一种超宽带射频微系统的陶瓷双面三维集成架构，包括陶瓷基板，金属微框，正面盖板，背面盖板以及bga焊球：
所述陶瓷基板的双面均开设有用于安装芯片的腔槽，所述金属微框焊接在陶瓷基板的正面，所述正面盖板焊接在金属微框上，所述背面盖板焊接在陶瓷基板的背面腔槽上，所述陶瓷基板的背面除背面盖板以外的区域设置有bga焊盘，bga焊球通过bga焊盘焊接在陶瓷基板的背面。
本发明集成架构中，陶瓷基板的双面均开设有用于安装芯片的腔槽，陶瓷基板起到承载芯片、高低频信号互连和内部气密的作用。所述陶瓷基板的材料可以为ltcc(低温共烧陶瓷)或基板材料为htcc(高温共烧陶瓷)。陶瓷基板采用双面开设腔槽结构，双面均布置芯片。目前基于陶瓷基板的射频封装多为单面集成，相比现有技术，本发明集成架构在同样尺寸内能集成更多芯片、缩短信号互连路径，产品的集成密度提升近一倍。
本发明所述陶瓷基板进一步优选为多层陶瓷基板。且陶瓷基板的为四方形结构。
所述金属微框焊接在陶瓷基板的正面，起到电磁屏蔽和气密封装的作用。金属微框及盖板的材料为可伐合金或硅铝合金，且金属微框通过金锡焊接与基板结合。
所述金属微框与陶瓷基板的形状相同，分布在陶瓷基板的外围周边上。当陶瓷基板为四方形时，金属框架为四方形框架结构，分布在陶瓷基板的四个周边上。
所述正面盖板焊接在金属微框上，正面盖板与金属进行平行缝焊实现正面气密。或者，正面盖板与金属微框采用激光封焊。且所述正面盖板的材料为可伐合金或硅铝合金。
所述背面盖板焊接在陶瓷基板的背面腔槽上，背面腔槽较深以保证必要的空气腔高度。背面盖板与陶瓷基板直接通过锡银铜焊接实现背面气密。进一步，所述背面盖板与陶瓷基板采用金锡焊接、锡锑焊接或锡银铜焊接,且所述背面盖板的材料为可伐合金或硅铝合金。
所述陶瓷基板的背面除盖板以外的区域设置有bga焊盘，bga焊球通过bga焊盘焊接在陶瓷基板的背面。bga焊球起到高低频信号垂直对外互连的作用。所述bga焊球为常规锡铅焊球，bga焊球植在基板背面的bga焊盘上，与常规印制板焊接工艺兼容。
可选的，bga焊球为高铅焊球、铜核焊球、高分子内核焊球、焊料柱等。
利用上述三维集成架构进行封装的方法，包括以下步骤：
1)先将金属微框焊接在设有双面腔槽的陶瓷基板的正面，并检查焊接部位的气密封特性；
2)将各种待装配的芯片粘接在陶瓷基板的正反两面的腔槽内，并进行金丝键合实现互连；
3)将背面盖板焊接在陶瓷基板背面腔槽上，并将正面盖板焊接在金属微框上，检查盖板焊接的气密性；
4)将bga焊球植在陶瓷基板背面对应的bga焊盘上，即可实现超宽带射频微系统的陶瓷双面三维集成封装。
本发明封装方法中所提到的焊接温度以及焊接方式的实现，对于本领域技术人员是容易实现的，只要能实现焊接目的即可。当然，按照本发明封装方法的封装焊接顺序是针对本发明三维集成构架所特制的。
本发明封装方法主要难点是采用了双面封装，需利用不同封装工艺的温度梯度以及整体或局部加热手段进行组合实现新型的结构，比如盖板的焊接优选采用局部焊接。为避免后道工序的温度对前道工序产生影响，需严格经过微框焊接-器件装配-气密封盖-bga焊接等多个装配流程以拉开温度梯度。本发明装配焊接流程即是封装的工艺要求，又是基于各步骤焊接温度的要求，遵循微框焊接温度高于背板焊接，背板焊接高于bga焊接，从而使后一工序的焊接温度低于前一焊接温度，拉开温度梯度，防止后续焊接温度过高对已焊接部件造成重熔，影响封装质量。所以，经发明人多次试验验证，本发明三维集成架构的实现必须严格安装本发明配套的微框焊接→器件装配→气密封盖→bga焊接封装方法工艺才能实现，否则不能达到三维集成架构封装的效果。
下面结合具体示例对本发明一种超宽带射频微系统的陶瓷双面三维集成架构及封装方法进行进一步说明。
示例1
本示例超宽带射频微系统的多层陶瓷双面三维集成架构如图1、图2和图3所示。包括多层陶瓷基板1，金属微框2，正面盖板3，背面盖板4以及bga焊球5：
所述多层陶瓷基板1的双面均开设有用于安装芯片的腔槽，所述金属微框2焊接在多层陶瓷基板1的正面，所述正面盖板3焊接在金属微框2上，所述背面盖板4焊接在多层陶瓷基板1的背面腔槽上，所述多层陶瓷基板1的背面除背面盖板4以外的区域设置有bga焊盘，bga焊球5通过bga焊盘焊接在多层陶瓷基板1的背面。
本示例超宽带射频微系统的多层陶瓷双面三维集成架构的封装方法如下：
1、先将具有双面腔槽的多层陶瓷基板1与金属微框2进行金锡焊接，并检查焊接部位的气密封特性。本例中陶瓷基板为选用dupont9k7材料的ltcc，面积尺寸为30mm×30mm，内部进行dc-40ghz超宽带信号的水平、垂直传输，基板表面镀镍钯金，正面金属微框材料为可伐合金，表面镀镍金。
2、将各种待装配的芯片粘接在基板的正反两面的腔内，并进行金丝键合等必要的互连。
3、采用锡银铜焊接将背面盖板4焊在多层陶瓷基板1的背面，再采用平行缝焊将正面盖板3焊在金属微框2上，检查盖板焊接的气密性合格之后即完成整个基板的气密封装。本例中盖板材料均选用可伐合金，表面镀镍金。
4、采用再流焊将bga焊球5植在陶瓷基板背面对应的bga焊盘上。本例中选用0.6mm直径的锡铅焊球，最终实现射频微系统的三维集成封装。
本发明在使用时，可适当改变多层陶瓷基板的尺寸大小，建议为正方形，边长为10mm至32mm，亦可灵活调整背面开腔的尺寸和输入输出接口的数量位置，最终满足射频微系统模块的不同应用需求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。