基于陶瓷微带探针-金属波导可气密的封装外壳的制作方法

1.本发明属于微波毫米波技术领域，具体涉及一种基于陶瓷微带探针-金属波导可气密的封装外壳。


背景技术：

2.随着现代无线通讯技术的发展，针对于微波毫米波电路系统提出了更高的要求，需向高频高速、高可靠、宽频带等方向发展。同时作为毫米波电路系统的封装结构也迎来了新的挑战，不仅要求在具有牢固、可气密的机械结构，使电路受到保护而不暴露于外部环境中，而且要保证微波信号及电信号的完整性、接地的充分性等。
3.在w波段无线收发系统中，由于信号传输损耗较大，一般采用波导结构与外部电路进行连接与测试。而微波毫米波组件内部信号大多采用微带形式的平面传输线，因此需要金属波导-微带探针过渡结构。金属波导-微带过渡结构需在金属波导壁上开槽插入微带探针实现信号耦合传输，因此基于金属波导-微带探针过渡结构的封装外壳存在不可气密的问题，从而影响电路系统的可靠性、传输信号完整性、以及使用寿命。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供一种基于陶瓷微带探针-金属波导可气密的封装外壳，陶瓷微带探针采用微带-带状线-微带过渡结构代替原来的微带结构，通过带状线部分与金属波导壁之间的焊接实现气密性，解决金属波导-微带探针过渡结构的封装外壳存在不可气密的问题。
5.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种基于陶瓷微带探针-金属波导可气密的封装外壳，包括：金属底板、设于金属底板上的金属墙体、对应两所述金属波导腔的陶瓷微带探针以及金属盖板，金属底板设有两个第一凹槽；金属墙体设于金属底板上，且所述金属墙体上设有一一对应所述第一凹槽的第二凹槽，所述金属墙体与所述金属底板连接后，所述第一凹槽与所述第二凹槽对接构成两个侧壁开口的金属波导腔，两个所述金属波导腔之间设有芯片安装腔；两个所述金属波导腔一个为信号输入端，一个为信号输出端。
6.对应两所述金属波导腔的陶瓷微带探针连接于各所述金属波导腔与所述芯片安装腔的芯片之间；所述陶瓷微带探针包括顺次相连的陶瓷探针段、陶瓷高阻抗段和陶瓷微带段；所述陶瓷高阻抗段为带状线传输形式，所述陶瓷探针段和所述陶瓷微带段采用微带线传输形式；所述陶瓷微带段与所述金属底板上的芯片键合相连，所述陶瓷探针段伸入对应的所述金属波导腔内，并在所述金属波导腔内呈悬臂态，所述陶瓷高阻抗段与所述金属波导腔壁焊接相连；金属盖板封装于所述金属墙体上。
7.在一种可能的实现方式中，所述金属墙体上设有所述陶瓷高阻抗段穿过的通孔以及所述陶瓷微带段穿过的空气腔，所述陶瓷高阻抗段在所述通孔处与所述金属墙体和所述金属底板焊接，实现芯片安装腔的气密性。
8.在一种可能的实现方式中，两个所述金属波导腔以所述芯片安装腔为中心180
°
旋转后呈重合态。
9.在一种可能的实现方式中，所述陶瓷探针段全部伸入所述金属波导腔内。
10.在一种可能的实现方式中，所述陶瓷微带探针的陶瓷部分设有便于焊接的镀镍层。
11.在一种可能的实现方式中，所述金属波导腔的对应其开口端的封闭端为金属波导短路面，所述陶瓷探针段伸入所述金属波导腔的位置在距所述金属波导短路面1/4波长处；信号从所述金属波导腔的输入端口输入，一部分直接输入至所述陶瓷微带探针，一部分经所述金属波导短路面反射后，再导引至输入侧的所述陶瓷微带探针，经所述芯片后引至输出侧的所述陶瓷微带探针的信号，一部分直接导引至所述金属波导腔的输出端口，一部分经所述金属波导短路面反射后，再导引至所述金属波导腔的输出端口。
12.在一种可能的实现方式中，还包括金属封口环，焊接于所述金属墙体与所述金属盖板之间。
13.在一种可能的实现方式中，所述陶瓷微带探针与所述金属墙体和所述金属底板采用金属焊料焊接，所述金属封口环与所述金属墙体采用金属焊料焊接，所述金属盖板与所述金属封口环为平行缝焊。
14.本发明提供的基于陶瓷微带探针-金属波导可气密的封装外壳，与现有技术相比，有益效果在于：陶瓷微带探针采用微带-带状线-微带过渡结构代替原来的微带结构，通过带状线部分与金属波导壁之间的焊接实现气密性，提高电路系统的可靠性、传输信号完整性、以及使用寿命，可广泛应用在无线通信系统中，为微波毫米波组件提供电、热通路、机械支撑和气密环境保护。
附图说明
15.图1为本发明实施例提供的基于陶瓷微带探针-金属波导可气密的封装外壳的立体结构示意图；
16.图2为本发明实施例提供的基于陶瓷微带探针-金属波导可气密的封装外壳的爆炸结构示意图；
17.图3为本发明实施例提供的基于陶瓷微带探针-金属波导可气密的封装外壳的俯视结构示意图；
18.图4为沿图3中a-a线的剖视结构图；
19.图5为本发明实施例所采用的金属底盘的立体结构示意图；
20.图6为本发明实施例所采用的金属底盘的透视结构示意图(虚线为金属波导腔及陶瓷微带探针)；
21.图7为本发明实施例提供的金属底盘的主视结构图；
22.图8为沿图7中b-b线的剖视结构图；
23.图9为本发明实施例提供的陶瓷微带探针的装配的结构示意图(虚线为金属波导腔)；
24.图10为本发明实施例提供的陶瓷微带探针的立体结构示意图；
25.图11为本发明实施例提供的陶瓷微带探针-金属波导过渡结构插入损耗仿真结
果；
26.图12为本发明实施例提供的陶瓷微带探针-金属波导过渡结构回波损耗仿真结果；
27.图13为本发明实施例提供的基于陶瓷微带探针-金属波导可气密的封装外壳工艺流程图；
28.附图标记说明：
29.1、金属盖板；2、金属墙体；21、金属波导腔；22、芯片安装腔；23、空气腔；3、金属封口环；4、陶瓷微带探针；41、陶瓷微带段；42、陶瓷高阻抗段；43、陶瓷探针段；5、金属底板。
具体实施方式
30.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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。
31.请一并参阅图1至图10，现对本发明提供的基于陶瓷微带探针-金属波导可气密的封装外壳进行说明。所述基于陶瓷微带探针-金属波导可气密的封装外壳，包括：金属底板5、设于金属底板5上的金属墙体、对应两金属波导腔21的陶瓷微带探针4以及金属盖板1，金属底板设有两个第一凹槽；金属墙体上设有一一对应第一凹槽的第二凹槽，金属墙体与金属底板连接后，第一凹槽与第二凹槽对接构成两个侧壁开口的金属波导腔，两个金属波导腔21之间设有芯片安装腔22；两个金属波导腔21一个为信号输入端，一个为信号输出端；对应两金属波导腔21的陶瓷微带探针4连接于各金属波导腔21与芯片安装腔22的芯片之间。
32.陶瓷微带探针4包括顺次相连的陶瓷探针段43、陶瓷高阻抗段42和陶瓷微带段41；陶瓷高阻抗段42为带状线传输形式，陶瓷探针段43和陶瓷微带段41采用微带线传输形式；陶瓷微带段41与金属底板5上的芯片键合相连，陶瓷探针段43伸入对应的金属波导腔21内，并在金属波导腔21内呈悬臂态，陶瓷高阻抗段42与金属波导腔21壁焊接相连；金属盖板1封装于金属墙体2上，对芯片实现气密性封装。
33.本实施例提供的基于陶瓷微带探针-金属波导可气密的封装外壳，与现有技术相比，陶瓷微带探针4采用微带-带状线-微带过渡结构代替原来的微带结构，通过带状线部分与金属波导壁之间的焊接实现气密性，提高电路系统的可靠性、传输信号完整性、以及使用寿命，可广泛应用在无线通信系统中，为微波毫米波组件提供电、热通路、机械支撑和气密环境保护。
34.图13为本发明实施例提供的基于陶瓷微带探针-金属波导可气密的封装外壳的工艺流程图。
35.本实施例中，陶瓷高阻抗段42为带状线传输形式，陶瓷探针段43和陶瓷微带段41采用微带线传输形式。
36.在一些实施例中，参见图2、图4至图9，金属墙体2上设有陶瓷高阻抗段42穿过的通孔以及陶瓷微带段41穿过的空气腔23，陶瓷高阻抗段42在通孔处与金属墙体2和金属底板5焊接，实现芯片安装腔22的气密性。
37.在一些实施例中，参见图6、图8及图9，两个金属波导腔21以芯片安装腔22为中心180
°
旋转后呈重合态。其中一个为输入端一个为输出端，开口分别设置在两个平行的侧壁
上。
38.一些可能的实现方式中，参见图8及图9，陶瓷探针段43全部伸入金属波导腔21内，呈悬臂态。
39.在一些实施例中，陶瓷微带探针4的陶瓷部分设有便于焊接的镀镍层(图中未示出)。具体地，如图4所示，陶瓷微带段41和陶瓷探针段43的底部设有镀镍层，以便于与金属底板焊接，陶瓷高阻抗段42的上表面、下地面及左右侧面均设有镀镍层，以便于陶瓷高阻抗段42与金属底板及金属墙体的焊接。
40.陶瓷微带探针4的陶瓷件为氧化铝陶瓷，但不限于氧化铝陶瓷，也可是氮化铝陶瓷、ltcc等陶瓷。陶瓷微带探针4的制作方法如下：采用htcc(高温共烧陶瓷)技术制备。具体是，采用流延工艺制作生瓷片，用机械冲孔或激光打孔或模具在生瓷片上加工出所需的腔体，在生瓷片表面用钨浆料或钼浆料，也可采用金、银、铜等导体浆料制作金属化图形，多层生瓷片压在一起制作成生瓷阵列，再用切割设备切成单个生瓷件后侧面金属化，经过高温烧成得到陶瓷微带探针4。陶瓷微带探针4经镀镍后，与带波导端口的金属墙体2、金属底板5、金属封口环3焊接，再进行表面镀金，即可制成封装外壳。
41.如图6、图8及图9所示，作为本发明实施例提供的基于陶瓷微带探针-金属波导可气密的封装外壳的另一种实施方式，金属波导腔21的对应其开口端的封闭端为金属波导短路面，陶瓷探针段43伸入金属波导腔21的位置在距金属波导短路面1/4波长处。金属微带探针距金属波导短路面1/4波长处，起到金属微带探针在金属波导腔内处于最大电压及电场最强的作用。
42.信号传输过程如下：信号从所述金属波导腔21的输入端口输入，一部分直接输入至陶瓷微带探针4，一部分经金属波导短路面反射后，再导引至输入侧的陶瓷微带探针4，经芯片后引至输出侧的陶瓷微带探针4的信号，一部分直接导引至金属波导腔21的输出端口，一部分经金属波导短路面反射后，再导引至金属波导腔21的输出端口。
43.本发明实施例提供的基于陶瓷微带探针-金属波导可气密的封装外壳的另一种具体实施方式，参见图1至图4，还包括金属封口环3，焊接于金属墙体2与金属盖板1之间。带波导端口的金属墙体2、金属底板5、陶瓷微带探针4、金属封口环3和金属盖板1构成密封腔体，为内部的毫米波电路提供气密环境保护。
44.在一些可能的实施例中，陶瓷微带探针4与金属墙体2和金属底板5采用金属焊料焊接，金属封口环3与金属墙体2采用金属焊料焊接，金属盖板1与金属封口环3为平行缝焊。
45.本发明实施例中的中陶瓷微带探针-金属波导过渡结构的测试结果如下图11至图12所示，在w波段(75～110ghz)内，回波损耗优于20db，插入损耗优于0.45db，通带内无谐振、性能好。
46.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
47.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。