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CN116207050B - 一种相控阵tr芯片封装结构 - Google Patents

一种相控阵tr芯片封装结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种相控阵TR芯片封装结构，涉及TR芯片封装技术领域，包括第一电路板和第二电路板，第一电路板与第二电路板固定连接且叠放，第一电路板和/或第二电路板上设置有TR芯片扇出接口，第一电路板和第二电路板均包括多层基板和用于与TR芯片进行射频、供电和低频控制对接的金属电路层，金属电路层分布在多层基板上且分别与扇出接口和TR芯片连接，TR芯片设置在第二电路板靠近第一电路板的表面，第一电路板在TR芯片正对位置开设有金属化凹槽，凹槽与第二电路板共同形成封闭腔室，TR芯片位于封闭腔室内，第一电路板和第二电路板在沿第一电路板和第二电路板固定连接时的交界面的周向开设金属化环形槽，环形槽内填充有金属焊料。

Description

一种相控阵TR芯片封装结构
技术领域
本发明属于TR芯片封装技术领域，具体涉及一种相控阵TR芯片封装结构。
背景技术
芯片封装，作为芯片生产过程中的一个重要工序，其目的是通过塑封、金属管壳和陶瓷管壳等方式，在完成电气接口扇出的同时实现对裸芯片的保护，使得裸芯片免于受到外界复杂环境条件下物理、化学等方式的破坏。其中，塑料封装是较为常见且成本较低的方式，但是其主要应用在低频芯片的封装工艺中，比如数字和电源芯片等，由于射频插损过大、气密等级低等缺点，使其难以应用于射频芯片的封装过程中，特别是毫米波TR芯片。在射频芯片和毫米波TR芯片的封装中，较普遍的方式为使用金属、陶瓷等材料的管壳进行芯片封装，金属管壳和陶瓷管壳提供了较好的射频传输性能以及较强的气密等级，但是金属管壳和陶瓷管壳的成本较高，封装时的操作工艺也较为复杂，同时在体积和重量方面没有优势，在集成化和小型化要求较高的场景，金属管壳和陶瓷管壳封装显现出了其应用的局限性。
综上，在毫米波相控阵TR芯片封装领域，急需提出一种低成本且具备体积和重量优势的封装方案，并能够兼顾电气性能和气密性能。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于克服背景技术的一项或多项不足，提供一种相控阵TR芯片封装结构。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种相控阵TR芯片封装结构，包括第一电路板和第二电路板，所述第一电路板与所述第二电路板固定连接且叠放设置，第一电路板和/或第二电路板上设置有TR芯片的扇出接口，第一电路板和第二电路板均包括多层基板和用于与TR芯片进行射频、供电和低频控制对接的金属电路层，所述金属电路层分布在所述多层基板上且分别与扇出接口和TR芯片连接，TR芯片设置在第二电路板靠近第一电路板的表面，第一电路板在TR芯片正对位置开设有金属化凹槽，所述凹槽与第二电路板共同形成封闭腔室，TR芯片位于封闭腔室内，第一电路板和第二电路板在沿第一电路板和第二电路板固定连接时的交界面的周向开设金属化环形槽，所述环形槽内填充有金属焊料。
优选地，所述第一电路板和第二电路板的材质为PCB基材材料或LTCC（LowTemperature Co-fired Ceramic，低温共烧陶瓷）。
优选地，所述TR芯片为裸芯片或封装芯片；若TR芯片为裸芯片，所述TR芯片与所述金属电路层金丝键合连接；若TR芯片为封装芯片，所述TR芯片经其底部的焊盘与所述金属电路层焊接。
优选地，所述TR芯片为多个，所述第一电路板在各个TR芯片正对位置均一一对应地开设有所述凹槽，各个凹槽与第二电路板共同形成各个所述封闭腔室，各个TR芯片一一对应地设置在各个封闭腔室内，所有TR芯片共同组成多通道相控阵的射频收发电路。
优选地，所述TR芯片的扇出接口设置在所述第一电路板远离第二电路板的表面或所述第二电路板远离第一电路板的表面。
优选地，所述凹槽通过电路板电镀工艺进行金属化。
优选地，所述金属焊料的填充深度大于所述环形槽的槽深。
本发明的有益效果为：
（1）利用TR电路的载板（第一电路板和第二电路板）作为TR芯片的封装部件，没有额外封装部件及其关联工序的引入，实现了TR芯片的低成本封装，且相比金属管壳和陶瓷管壳封装而言，兼具体积和重量优势，与此同时，基于TR电路载板自身材料具备的较高气密性，确保了TR芯片封装结构的气密性；
（2）各个TR芯片之间通过封闭腔室实现相互屏蔽隔离，减少了诸如自激、功率损失等TR电路常见电性能问题的出现，从而提高了基于本发明实现的TR芯片封装结构的相控阵TR组件的电气性能和可靠性；
（3）第一电路板和第二电路板固连之后，两者之间的安装缝隙为唯一可能出现的漏水和漏气点，通过环形槽的开设，以及环形槽内金属焊料的填充，实现第一电路板和第二电路板之间漏水和漏气点的封焊，由此进一步提高了TR芯片封装结构的气密性，与此同时，金属化环形槽内的金属焊料增加了第一电路板和第二电路板之间的连接强度，进一步提升了TR芯片封装结构的可靠性；
（4）通过将多通道相控阵的各个TR芯片一起进行封装，进一步降低了TR芯片的封装成本；
（5）因为没有额外封装部件及其关联工序的引入，确保了射频电路的低插损，从而提高了基于本发明实现的TR芯片封装结构的相控阵TR组件的电气性能。
附图说明
图1为相控阵TR芯片封装结构的一种组成示意图；
图2为金属化环形槽封焊结构的一种示意图；
图中，1、第一电路板；2、第二电路板；3、TR芯片；4、凹槽；5、环形槽；6、金属焊料。
具体实施方式
下面将结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例提供了一种相控阵TR芯片封装结构，适用于毫米波相控阵内的TR芯片3封装。
具体的，参阅图1-图2，一种相控阵TR芯片封装结构包括第一电路板1和第二电路板2。第一电路板1与第二电路板2固定连接且叠放设置，第一电路板1和/或第二电路板2上设置有TR芯片3的扇出接口，第一电路板1和第二电路板2均包括多层基板和用于与TR芯片3进行射频、供电和低频控制对接的金属电路层，金属电路层分布在多层基板上且分别与扇出接口和TR芯片3连接，TR芯片3设置在第二电路板2的上表面，第一电路板1的下表面在TR芯片3正对位置开设有半开放式的金属化凹槽4，金属化凹槽4与第二电路板2共同形成封闭腔室，TR芯片3位于封闭腔室内，第一电路板1和第二电路板2在沿第一电路板1和第二电路板2固定连接时的交界面的周向开设金属化环形槽5，金属化环形槽5内填充有金属焊料6。
具体的，凹槽4通过电路板电镀工艺进行金属化，电路板电镀工艺为PCB加工或LTCC多层板加工过程中的已知公开加工工艺。当TR芯片3为裸芯片时，TR芯片3与金属电路层金丝键合连接。当TR芯片3为封装芯片时，TR芯片3经其底部的焊盘与金属电路层焊接。
在一些实施例中，第一电路板1和第二电路板2均采用PCB多层板或LTCC多层板制作而成，PCB多层板或LTCC多层板的材料本身具备一定等级的水密和气密特性，能够起到隔绝水分子和有害气体分子的作用。可知的，第一电路板1和第二电路板2也可采用其他具备较高水密和气密特性的电路板基材材料制作而成。
在另一些实施例中，TR芯片3的扇出接口设置在第一电路板1的上表面或第二电路板2的下表面。
在另一些实施例中，TR芯片封装结构完成多个TR芯片3的封装，所有TR芯片3组成多通道相控阵的射频收发电路，第一电路板1的下表面在各个TR芯片3正对位置均一一对应地开设有上述凹槽4，各个凹槽4与第二电路板2共同形成各个封闭腔室，各个TR芯片3一一对应地设置在各个封闭腔室内 。
在另一些实施例中，金属焊料6填充的深度大于金属化环形槽5的槽深。
基于本实施例实现的TR芯片封装结构进行TR芯片3封装的过程如下：
S001、根据各个TR芯片3在第二电路板2上表面的预设布局和金属电路层在多层基板上的预设分布，将各个TR芯片3粘接或焊接在第二电路板2的上表面，当TR芯片3为裸芯片时，将TR芯片3与第一电路板1和第二电路板2内对应的金属电路层金丝键合连接，当TR芯片3为封装芯片时，将TR芯片3的各个管脚焊接在第二电路板2上的各个预设焊盘上；
S002、在第一电路板1的下表面正对各个TR芯片3的位置均开设凹槽4，并基于PCB多层板或LTCC多层板加工过程中的电镀工艺对凹槽4进行金属化；
S003、沿第一电路板1和第二电路板2固连时的交界面周向，在第一电路板1和第二电路板2的侧面上机加工出环形槽5，并对环形槽5进行电镀，得到金属化环形槽5；
S004、将第一电路板1和第二电路板2固连，同时使得各个TR芯片3一一对应地位于各个凹槽4和第二电路板2共同形成的各个封闭腔体内；
S005、用金属焊料6对环形槽5进行填充，金属焊料6填充的深度需大于环形槽5的槽深，从而完成了第一电路板1和第二电路板2的封焊；
S006、在第一电路板1的上表面或第二电路板2的下表面安装TR芯片3的扇出接口，用于与外部的天线单元、供电板、馈电网络和低频控制网络等连接。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种相控阵TR芯片封装结构，其特征在于，包括第一电路板和第二电路板，所述第一电路板与所述第二电路板固定连接且叠放设置，第一电路板和/或第二电路板上设置有TR芯片的扇出接口，第一电路板和第二电路板均包括多层基板和用于与TR芯片进行射频、供电和低频控制对接的金属电路层，所述金属电路层分布在所述多层基板上且分别与扇出接口和TR芯片连接，TR芯片设置在第二电路板靠近第一电路板的表面，第一电路板在TR芯片正对位置开设有金属化凹槽，所述凹槽与第二电路板共同形成封闭腔室，TR芯片位于封闭腔室内，第一电路板和第二电路板在沿第一电路板和第二电路板固定连接时的交界面的周向开设金属化环形槽，所述环形槽内填充有金属焊料。
2.根据权利要求1所述的一种相控阵TR芯片封装结构，其特征在于，所述第一电路板和第二电路板的材质为PCB基材材料或LTCC。
3.根据权利要求1所述的一种相控阵TR芯片封装结构，其特征在于，所述TR芯片为裸芯片或封装芯片；若TR芯片为裸芯片，所述TR芯片与所述金属电路层金丝键合连接；若TR芯片为封装芯片，所述TR芯片经其底部的焊盘与所述金属电路层焊接。
4.根据权利要求1所述的一种相控阵TR芯片封装结构，其特征在于，所述TR芯片为多个，所述第一电路板在各个TR芯片正对位置均一一对应地开设有所述凹槽，各个凹槽与第二电路板共同形成各个所述封闭腔室，各个TR芯片一一对应地设置在各个封闭腔室内，所有TR芯片共同组成多通道相控阵的射频收发电路。
5.根据权利要求1所述的一种相控阵TR芯片封装结构，其特征在于，所述TR芯片的扇出接口设置在所述第一电路板远离第二电路板的表面或所述第二电路板远离第一电路板的表面。
6.根据权利要求1所述的一种相控阵TR芯片封装结构，其特征在于，所述凹槽通过电路板电镀工艺进行金属化。
7.根据权利要求1所述的一种相控阵TR芯片封装结构，其特征在于，所述金属焊料的填充深度大于所述环形槽的槽深。
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Denomination of invention: A phased array TR chip packaging structure

Granted publication date: 20230707

Pledgee: Chengdu Rural Property Transfer Financing Guarantee Co.,Ltd.

Pledgor: CHENGDU KESAI TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Registration number: Y2024510000094

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