针对介质集成悬置线和金属-介质集成悬置线有源器件的封装结构

1.本发明涉及射频微波电路技术领域，特别是涉及一种针对介质集成悬置线和金属-介质集成悬置线有源器件的封装结构。


背景技术：

2.介质集成悬置线(substrate integrated suspended line,sisl)及由其衍生出的金属-介质集成悬置线(metal-integrated and substrate-integrated suspended line,mi-sisl)这两种多层板结构，因为其自封装、低损耗、高功率容量和高集成度等优势而得到广泛关注，基于这两种多层板结构的微波电路也如雨后春笋般应运而生。
3.但是诸如压控振荡器、功率放大器和低噪声放大器等有源器件需要直流供电，国际期刊“ieee transactions on microwave theory and techniques”发表的doi号为10.1109/tmtt.2019.2935712的文章“design and fabrication of low phase noise oscillator using q enhancement of the sisl cavity resonator”设计了一款基于介质集成悬置线的压控振荡器以及doi号为10.1109/tmtt.2021.3124254的文章“bandpass-filtering power amplifier with compact size and wideband harmonic suppression”设计了一款基于金属-介质集成悬置线的功率放大器，国际期刊“ieee microwave and wireless components letters”发表的doi号为10.1109/lmwc.2021.3124632的文章“an fr4-based k-band 1.0-db noise figure lna using sisl technology”设计了一款基于介质集成悬置线的低噪放。这三种基于介质集成悬置线或金属-介质集成悬置线的有源器件都是通过在多层板的顶层和第二层介质开槽焊接导线来实现直流供电的，多层板通过铆钉或螺钉装配固定，射频接头通过由背面为金属的共面波导(coplanar waveguide,cbcpw)到带状线到介质集成悬置线的过渡连接到主电路上。这样的装配封装方式存在以下不足：(1)直流供电导线焊接点暴露在外，仅靠小面积的导线焊接来实现固定，这样容易受外力拉扯脱落，造成开路甚至损毁电路板；(2)射频接口处过渡中cbcpw部分的信号线暴露在外，容易出现剐蹭而损毁；(3)铆钉和螺钉都凸出到器件的顶层和底层介质板或金属板之外，造成器件表面不平整美观。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种针对介质集成悬置线和金属-介质集成悬置线有源器件的封装结构。
5.为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
6.一种针对介质集成悬置线和金属-介质集成悬置线有源器件的封装结构，包括自上而下布置的顶层介质\金属板、第二层介质板、第三层介质板、第四层介质板及底层介质\金属板，第三层介质板为有源器件电路所在的介质板：其特征在于，第二层介质板的长度方向一侧开两个方槽，用于直流供电接触端子的两个金属方棒嵌置安装于两个方槽中；第二
层介质板及底层介质\金属板的宽度方向上两侧开有接头卡接方槽，相对布置的两个射频接头通过接头卡接方槽卡套焊接在第三层介质和第四层介质板上；顶层介质\金属板和底层介质\金属板上的通孔为沉头孔，使连接器件用的紧固件的帽檐或螺钉内嵌于顶层介质\金属板和底层\金属板中保持器件表面的平整。
7.优选的，第二层介质板长度方向上的两个方槽的厚度与第二层介质板的厚度相同，宽度与金属方棒的宽度相同。
8.优选的，金属方棒采用黄铜或铁制成，由绝缘塑料包裹形成对地绝缘，金属方棒一端焊接在电路内部直流引线上，另一端延伸出器件之外作为接触端子。
9.优选的，金属方棒由顶层介质\金属板与第三层介质板之间的挤压作用力实现固定。
10.优选的，第二层介质板及底层介质\金属板宽度方向上的两个接头卡接方槽的厚度分别与第二层介质板和最底层\金属板的厚度相同，宽度比射频接头的横向宽度略大，射频接头卡套焊接在第三层介质和第四层介质板上。
11.优选的，射频接头采用带有三个引脚的卡套焊接式射频接头。
12.本发明具有以下有益效果：
13.(1)通过对基于介质集成悬置线或金属-介质集成悬置线的有源器件中直流端口处的第二层介质板开槽，用裹有绝缘层的金属方棒嵌入的方式代替用传统导线进行直流连接；
14.(2)通过对基于介质集成悬置线或金属-介质集成悬置线的有源器件中射频端口处第二层介质板和最底层介质板或金属板开槽，选用三引脚射频接头卡套焊接在第三层和第四层介质板，并内嵌于所开槽内的方式，避免了传统接头连接方式中信号线暴露的问题；这两种装配方式使基于介质集成悬置线或金属-介质集成悬置线的有源器件的物理结构更加稳固，不易受外界影响。
15.(3)通过对基于介质集成悬置线的有源器件中顶层和底层介质板上的通孔向介质板内部方向以略大于铆钉帽檐直径的尺寸和等同于铆钉帽檐厚度的尺寸挖凿，使铆钉内嵌于顶层和底层介质板中，这样能够保持器件表面的平整美观。
16.(4)通过对基于金属-介质集成悬置线的有源器件中顶层和底层金属板打孔攻丝，选用长度略小于多层板整体板厚的螺钉装配，并将顶层金属板上的螺钉孔以直径略大于螺钉孔直径的尺寸向着金属板内部方向挖凿与螺钉帽厚度相等的深度，使螺钉内嵌于顶层金属板中，这样能够保持器件表面的平整和美。
附图说明
17.图1为金属-介质集成悬置线功率放大器封装结构的三维视图；
18.图2为金属-介质集成悬置线功率放大器封装结构的立体爆炸视图；
19.图3为金属-介质集成悬置线功率放大器封装结构的前视图；
20.图4为金属-介质集成悬置线功率放大器封装结构的后视图；
21.图5为金属-介质集成悬置线功率放大器封装结构的左视图；
22.图6为金属-介质集成悬置线功率放大器封装结构的俯视图；
23.图7为金属-介质集成悬置线功率放大器封装结构的仰视图；
24.图中：1为顶层金属板，2为第二层介质板，3为有源器件电路(功放电路)所在的介质板，即第三层介质板，4为第四层介质板，5为底层金属板，6为射频接头，7为装配螺钉，8为作为直流供电接触端子的金属方棒，vg为功放栅极直流供电端口，vd为功放漏极直流供电端口，rf_in为射频信号输入端，rf_out为射频信号输出端。
具体实施方式
25.以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。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。
26.本发明实施例以文章(doi号为10.1109/tmtt.2021.3124254)中的金属-介质集集成悬置线功率放大器为例对本发明的集成悬置线的有源器件封装结构进行完整、清楚地描述。
27.如图1至图7所示，本发明实施例的针对金属-介质集成悬置线有源器件的封装结构，将金属-介质集成悬置线从上到下数的第二层介质板上开两个方槽，将两个金属方棒嵌置于此方槽中来形成直流连接，将金属-介质集成悬置线从上到下数的第二层介质板和底层金属板开接头卡接方槽，将射频接头内嵌于此接头卡接槽内且卡套焊接在第三层介质和第四层介质板上，将顶层金属板和底层金属板上的通孔向板子内部方向挖凿，使铆钉的帽檐和螺钉内嵌于顶层金属板和底层金属板中保持器件表面的平整。
28.作为一个优选的实施例，金属-介质集成悬置线从上到下数的第二层介质板上所开的方槽厚度与第二层介质板的厚度相同，宽度与金属方棒的宽度相同。
29.作为一个优选的实施例，用作直流连接的金属方棒采用导电性良好，硬度高，不易变形的黄铜或铁制成，金属方棒由绝缘塑料包裹，形成对地绝缘，金属方棒的一端焊接在电路内部直流引线上，另一端延伸出器件之外作为接触端子，金属方棒由顶层金属板与第三层介质板之间的挤压作用力实现固定。
30.作为一个优选的实施例，金属-介质集成悬置线从上到下数的第二层介质板和底层金属板上的接头卡接方槽的厚度分别与第二层介质板和底层金属板的厚度相同，方槽的宽度比射频接头的横向宽度略大，射频接头卡套焊接在第三层介质板和第四层介质板上，嵌于此接头卡接方槽内。
31.作为一个优选的实施例，射频接头为带有三个引脚的卡套焊接式射频接头。
32.其中，对于介质集成悬置线电路来讲，其底层板以及顶层板各自采用相应的介质板，而不再是采用金属板，如从上而下依次布置的顶层介质板，第二层介质板、第三层介质板、第四层介质板、底层介质板，也以可以直接应用本发明的封装结构来安装上述的射频接头以及金属方棒，不受顶层板及底层板的材质的限制。
33.作为一个优选的实施例，对于介质集成悬置线电路，顶层介质和底层介质板上的铆钉孔以直径略大于铆钉孔直径的尺寸，向着介质板内部方向挖凿与铆钉帽檐厚度相等的深度，使连接的铆钉帽檐内嵌于顶层和底层介质板中，保持器件表面的平整和美观。
34.对于金属-介质集成悬置线电路，将顶层金属板和底层的金属板打孔攻丝，选择长度略小于多层板整体厚度的螺钉连接，并将顶层金属板上的螺钉孔以直径略大于螺钉孔直径的尺寸向着金属板内部方向挖凿与螺钉帽厚度相等的深度，使螺钉内嵌于顶层金属板中，保持器件表面的平整和美观。
35.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明；
36.因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
37.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。