一种雷达电源与波控的集成模块设计的制作方法

本发明属于雷达电源和波控模块，具体涉及一种集成设计技术。

背景技术：

1、随着合成孔径雷达sar的灵敏度、作用距离、成像精确度等功能的不断提升，天线系统的功能和模式也需不断的发展。电源单元给雷达天线提供供电，波控单元给雷达天线提供波束控制，都在天线系统中起着至关重要的作用。

2、电源单元将太阳帆板或蓄电池组提供的能量，通过功率变换，将供电电压变换为雷达收发组件需要的直流低压，在雷达脉冲变化或切换的工作条件下，提供可靠的脉冲能量。波控单元按使用方式指令，执行波控码计算和布控，按照发射、接收两种状态，完成对应的组件控制，将电源电压、温度等监测信号采集和回传。

3、雷达技术随着通信、计算机、微电子等技术的发展而高速发展，对供电单元和波控单元也提出更高的要求。高效率、高功率、高速度、高可靠是要求的方向之一，轻薄化也是雷达天线的需求方向。电源单元与波控单元不仅要实现自身的轻量化，还要降低单机的高度，以适应雷达天线的薄片化要求。

4、雷达天线阵面上常用的设计方式是将电源和波控分成两个单机设计，二者之间通过连接器及连接电缆进行供电和信号的互连。两个单机的体积、重量以及安装方式占用了雷达天线阵面一定的面积，单机的输出连接器及连接电缆又占用了一定的空间。为了进一步缩小雷达天线的体积和重量，需采用电源和波控融合设计的方法，进一步提升单机的集成度，适应雷达天线阵面技术的发展需求。

技术实现思路

1、本发明为了解决现有技术存在的问题，提出了一种雷达电源与波控的集成模块设计，为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案。

2、模块包括金属壳体、盖板、插针、内部电路板，内部电路板包括陶瓷基板、电源电路、波控电路，电源电路与波控电路共板设计在陶瓷基板上，实现电源电压、功率的变换和波控码计算、布控、信号遥测。

3、步骤一：依据电源电路的电压间距要求、功能性能要求和波控电路的功能性能要求选择元器件，划分电源电路与波控电路的区域布局，避免电源电路与波控电路相互干扰。

4、进一步的，电源电路的功率器件、半导体器件、模拟集成器件采用裸芯片，电阻、电容、磁性器件采用成品器件，根据电源输入电压电流的大小、输出电压电流的大小、信号的种类，选择72根插针作为输入、输出的连接端子，波控电路的数字集成器件、模拟集成器件采用裸芯片，电阻、电容采用成品器件，根据波控的控制规模、信号数量，选择132根插针作为输入、输出的连接端子，采用裸芯片节省封装面积和重量。

5、步骤二：陶瓷基板采用ltcc工艺设计，在基板内部区分电源电路布线的功率层、信号层、接地层和波控电路的供电层、信号层、接地层。

6、进一步的，电源输出+9v/8.5a、+3.3v/6a、-3.3v/0.5a三个电压，分层布置+9v的供电层和功率地层、+3.3v的供电层和功率地层、-3.3v的供电层和功率地层。

7、步骤三：基于元器件的选型和封装尺寸、陶瓷基板的尺寸、ltcc的设计规范，设计印制线路版图，包括正面、反面、中间层的印刷图形线和连接层与层之间的过孔。

8、步骤四，陶瓷基板的的四周边缘与金属壳体的内侧壁保留安装间距，陶瓷基板的器件与盖板保留安装间距，金属壳体长度方向的侧面设计4个安装固定孔，用于模块固定到其他设备。

9、进一步的，陶瓷基板的面积为77mm×57mm，厚度为2mm，陶瓷基板的的四周边缘与金属壳体的内侧壁的安装间距为0.5mm，金属壳体的侧壁厚度为1mm，外形长宽为80mm×60mm，底部安装面的厚度为2mm，盖板的厚度为1.5mm，陶瓷基板的器件最高为8mm，最高器件与盖板的安装间距为0.5mm，金属壳体的高度为14mm，采用铝硅合金材质，具有良好的强度和导热性，方便加工。

10、步骤五：根据陶瓷基板正面和反面的印刷图形制作丝网，根据图形丝网将焊料刷到陶瓷基板的正面和反面，将表贴器件粘接到正面的对应位置，将插针粘接到反面的对应位置，金属壳体对应插针的部位铣掉镂空，便于插针伸出壳体，将陶瓷基板的反面粘接到金属壳体内部底板，采用回流焊工艺同时烧焊后，再检验并清洗。

11、步骤六：键合裸芯片，在波控电路的供电入口前端设置互连键合焊盘，调试时断开电源电路和波控电路，电源电路通电测试正常后，在互连键合焊盘上键合金丝，再通电测试波控电路及其关联电路。

12、进一步的，半导体器件、模拟集成器件、数字集成器件的裸芯片采用直径为25μm的金丝键合，功率类器件的裸芯片采用直径为125μm的铝丝键合，关键部位采用多根铝丝或金丝并联键合，提高互连的可靠性。

13、步骤七：在惰性气体环境焊封盖板与壳体，对集成模块进行电性能测试、气密性检查、多余物检查、相关环境试验。

14、本发明的有益效果：电源电路和波控电路共用同一个陶瓷基板布局元器件，互连简洁方便，信号连接线更短，减小集成模块的面积，缩小集成模块的体积；采用低温共烧陶瓷技术设计，便于电气图形的多层布线和分层布局，生产成本低；采用铝硅合金作为金属壳体的材料，实现集成模块的轻量化；元器件使用裸芯片形式，结合微组装工艺，实现了模块的小型化。

技术特征：

1.一种雷达电源与波控的集成模块设计，其特征在于，包括：金属壳体、盖板、插针、内部电路板，内部电路板包括陶瓷基板、电源电路、波控电路，电源电路与波控电路共板设计在陶瓷基板上，实现电源电压、功率的变换和波控码计算、布控、信号遥测；

2.根据权利要求1所述的雷达电源与波控的集成模块设计，其特征在于，所述步骤一，包括：电源电路的功率器件、半导体器件、模拟集成器件采用裸芯片，电阻、电容、磁性器件采用成品器件，根据电源输入电压电流的大小、输出电压电流的大小、信号的种类，选择72根插针作为输入、输出的连接端子，波控电路的数字集成器件、模拟集成器件采用裸芯片，电阻、电容采用成品器件，根据波控的控制规模、信号数量，选择132根插针作为输入、输出的连接端子，采用裸芯片节省封装面积和重量。

3.根据权利要求1所述的雷达电源与波控的集成模块设计，其特征在于，所述步骤二，包括：电源输出+9v/8.5a、+3.3v/6a、-3.3v/0.5a三个电压，分层布置+9v的供电层和功率地层、+3.3v的供电层和功率地层、-3.3v的供电层和功率地层。

4.根据权利要求1所述的雷达电源与波控的集成模块设计，其特征在于，所述步骤四，包括：陶瓷基板的面积为77mm×57mm，厚度为2mm，陶瓷基板的的四周边缘与金属壳体的内侧壁的安装间距为0.5mm，金属壳体的侧壁厚度为1mm，外形长宽为80mm×60mm，底部安装面的厚度为2mm，盖板的厚度为1.5mm，陶瓷基板的器件最高为8mm，最高器件与盖板的安装间距为0.5mm，金属壳体的高度为14mm，采用铝硅合金材质，具有良好的强度和导热性，方便加工。

5.根据权利要求1所述的雷达电源与波控的集成模块设计，其特征在于，所述步骤六，包括：半导体器件、模拟集成器件、数字集成器件的裸芯片采用直径为25μm的金丝键合，功率类器件的裸芯片采用直径为125μm的铝丝键合，关键部位采用多根铝丝或金丝并联键合，提高互连的可靠性。

技术总结
一种雷达电源与波控的集成模块设计，划分电源电路与波控电路的区域布局，陶瓷基板采用LTCC工艺设计，设计印制线路版图，确定陶瓷基板和金属壳体的尺寸，将表贴器件粘接到正面的对应位置，将插针粘接到反面的对应位置，将陶瓷基板的反面粘接到金属壳体内部地板，采用回流焊工艺同时烧焊后，再检验并清洗，在波控电路的供电入口前端设置互连键合焊盘键合金丝或铝丝，在惰性气体环境焊封盖板与壳体，对集成模块进行电性能测试、气密性检查、多余物检查、相关环境试验。

技术研发人员：朱永亮,邬天恺,许立讲,林幼权
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第十四研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12