一种HTCC工艺的V波段小孔耦合型无引线表贴外壳制造技术

本发明专利技术公开了一种HTCC工艺的、应用于V波段的小孔耦合型无引线表贴外壳，外壳由陶瓷底座与盖板组成，其中陶瓷底座的结构又分为陶瓷基板和金属封接框。外壳的RF传输通道位于陶瓷基板上，其中底部焊盘和内部键合指在物理结构上断开，通过公共地平面上矩形缝的耦合作用传输RF信号。其制备方法包括陶瓷基板的制备、钎焊、镀覆和掰片。优点：1）采用表贴型的封装形式，不需要做额外的更改，操作简便，使用成本低。2）金属通孔和侧壁挂孔将三层地平面相互连接，同时将RF信号束缚在信号线的周围，起到电磁屏蔽的作用，减少辐射损耗和介质损耗，优化微波性能。3）底部焊盘和内部键合指没有物理连接，RF通道具有良好的隔直作用。

A V-band pinhole coupling type lead free surface mount shell with HTCC Technology

The invention discloses a small hole coupling type lead free surface mount shell applied to V-band by HTCC process, the shell is composed of a ceramic base plate and a cover plate, wherein the structure of the ceramic base plate is further divided into a ceramic base plate and a metal sealing frame. The RF transmission channel of the shell is located on the ceramic substrate, wherein the bottom pad and the internal bonding point are disconnected on the physical structure, and the RF signal is transmitted through the coupling effect of the rectangular slot on the public ground plane. The preparation method comprises the preparation of a ceramic substrate, brazing, plating and breaking pieces. Advantages: 1) using the form of surface mount packaging, no need to make additional changes, easy to operate, low cost. 2) the metal through-hole and the side wall hanging hole connect the three-layer ground plane with each other, and bind the RF signal around the signal line to play the role of electromagnetic shielding, reduce the radiation loss and dielectric loss, and optimize the microwave performance. 3) there is no physical connection between the bottom pad and the internal bonding finger, and the RF channel has a good isolation function.

【技术实现步骤摘要】
一种HTCC工艺的V波段小孔耦合型无引线表贴外壳
本专利技术是一种HTCC工艺的V波段小孔耦合型无引线表贴外壳，属于封装外壳

技术介绍
随着人类对电磁频谱的不断开发利用，应用电磁场的相关设备越来越多地深入到我们的生产生活，遍布卫星、雷达、通信、电子对抗、遥感、探测、医疗等军、民各个领域，低频段的频谱资源显得越来越紧张，开发和利用毫米波及更高频段成为必然的发展趋势。毫米波芯片应用的增多，伴随着毫米波外壳的需求量增大，然而传统的微波外壳的RF传输结构由于色散、谐振等原因，在毫米波频段插入损耗过大，无法满足封装芯片的要求，因此，对于毫米波芯片，现在多采用裸芯片封装技术，但这种方法无法满足航空、航天等高可靠的要求。
技术实现思路
本专利技术提出的是一种HTCC工艺的V波段小孔耦合型无引线表贴外壳及设计方法，其目的旨在克服现在外壳在毫米波频段因色散、谐振等原因而导致的插入损耗过大的问题，填补国内超高频毫米波外壳的空缺。本专利技术的技术解决方案：一种HTCC工艺的V波段小孔耦合型无引线表贴外壳，其结构包括封接框2、陶瓷基板3和金属盖板1，采用无引线表贴的形式封装；所述陶瓷基板上设有RF传输通道，RF传输通道中的底部焊盘和内部键合指在物理结构上断开，通过公共地平面上的矩形缝的耦合作用传输RF信号。所述RF传输通道安装在陶瓷基板上，一端为底部焊盘，与外部电路的高频信号相连，另一端为内部键合指，与内部芯片通过压丝键合相连，其结构包括介质层、金属地平面、信号线和矩形耦合小孔，信号线和地平面组成两个共面波导结构，分别位于介质层的上下表面，共用介质层中间的公共地平面，所述公共地平面上设有矩形缝，所述矩形耦合小孔位于介质层中间地平面上，其长边与信号线的长边相互垂直，以信号线的纵向为轴两边对称；底部焊盘和内部键合指均采用带地的共面波导结构，利用介质层中间公共地平面上的矩形缝，将RF信号从底部焊盘耦合到内部键合指。所述底部焊盘和内部键合指的两侧均设有两排以上圆柱形金属通孔及挂孔，其中底部焊盘两侧挂孔位于陶瓷外壳边沿，键合指两侧挂孔位于芯腔内部，所有的通孔和挂孔结构均与GND相连。所述RF传输通道中共面波导结构中心导带宽为w、长为l、线间距为g，矩形耦合小孔长为l0、宽为w0、与共面波导的开路端相距s，所述w=0.31mm，g=0.37mm，l=1.31mm，w0=0.35mm，l0=0.83mm，s=0.25mm。其制备方法，包括如下步骤：（1）陶瓷基板的制备：采用HTCC工艺进行加工，生切时利用全切和半切工艺制备数个陶瓷基板相连的级联单元，并将级联单元放入烧结炉进行整版烧结；（2）钎焊：利用石墨定位模具将陶瓷基板、银铜焊料片和金属封接框进行组装，固定后放入链式炉进行焊接；（3）镀覆：通过压金属丝和金属线捆绑的方法将焊接后级联单元表面的所有金属图形互连，采用电镀工艺，利用电解作用使金属材料制作的表面附着一层金属膜的工艺从而起到防止金属氧化如锈蚀，提高耐磨性、导电性、放光性及增进美观作用；（4）掰片：利用掰片夹具将级联单元分成单个的外壳底座。所述步骤（1）陶瓷基板的制备，其加工方法包括以下步骤：1）配料：将陶瓷粉料与有机载体按比例混合，使原料颗粒粉碎，形成具有粘度和触变性的浆料，其中陶瓷粉料的质量分数为50%-80%，中值粒径减小至10微米以内；2）流延：将配制好的浆料注入流延机料槽，浆料通过刮刀流到基带上，基带承载浆料移动通过烘箱，经过烘箱加热后，浆料中的溶剂挥发，形成生瓷带；3）打孔、填孔：利用UHT或者激光切割机在生瓷带上打通孔，制作垂直传输结构的物理图形，采用填孔机在通孔中填实金属浆料，以实现电信号的传输；4）印刷：采用印刷机在每层瓷带上印刷相应的金属化图形作为电气连接电路或者地平面；5）开腔：利用冲腔设备如UHT或激光切割机在生瓷带上切割所需腔体图形，以用于芯片的焊接；6）叠片、层压：将每层瓷带按顺序叠在一起，并用层压机压实，保证同一位置上的通孔相互连接，以实现良好的电性能传输功能；7）生切：将整片的生瓷带分切成预先设计的单个陶瓷件或者数个陶瓷件相连的级联单元；8）烧结：将切好的单个陶瓷件放入烧结炉中，加热烧结。步骤8）烧结是将金属浆料和生瓷同时进行烧结，称为共烧；所述共烧过程分为两个阶段：a）排胶：排胶是排除有机物的过程，升温过程中首先将温度升到200℃以上，粘结剂开始分解；升温速度控制为每小时20～50℃，升到400℃后，保温3～5个小时，令其自然冷却；b）烧结：烧结在氢气的气氛下进行，以防止金属化图形被氧气氧化，烧结温度为1500-1600℃，烧结时控制烧结曲线与炉膛实际温度曲线的一致性。本专利技术的有益效果：1）采用表贴型的封装形式，能够很好地契合目前常用的PCB板的平面传输结构，不需要做额外的更改，操作简便，使用成本低。2）利用金属通孔和侧壁挂孔一方面可以将三层地平面相互连接，另一方面可以将RF信号束缚在信号线的周围，起到电磁屏蔽的作用，防止电磁泄露和信号干扰，减少辐射损耗和介质损耗，优化微波性能。3）底部焊盘和内部键合指没有物理连接，RF通道具有良好的隔直作用。附图说明附图1是本专利技术V波段无引线表贴陶瓷外壳的外形图；附图2是V波段无引线表贴陶瓷外壳的底座图；附图3是小孔耦合型传输结构模型图；附图4是小孔耦合型RF传输通道的仿真结果；附图5是陶瓷基板的加工工艺流程图。图中1是金属盖板、2是封接框、3是陶瓷盖板。具体实施方式一种基于HTCC工艺的小孔耦合型无引线表贴外壳，其特征在于该款外壳由封接框、陶瓷基板和盖板三个部分组成，总外形尺寸为6.24mm*6.24mm*1mm；应用于V波段的RF传输端口位于陶瓷基板上，RF信号的传输利用了小孔耦合的基本原理，底部焊盘和内部键合指之间通过公共地上矩形缝进行电磁耦合；底部焊盘和内部键合指的两侧均增加两排以上金属通孔及挂孔，将RF信号束缚在信号线的周围，以减少辐射损耗和介质损耗，优化微波性能。下面结合附图对本专利技术技术方案进一步说明一种基于HTCC工艺的V波段小孔耦合型无引线表贴外壳，其外形图如图1所示，包含底座和金属盖板1。其中外壳底座结构（如图2所示）又分为金属封接框2和陶瓷基板3，RF传输通道位于陶瓷基板上。图3是本专利技术V波段无引线表贴陶瓷外壳中利用小孔耦合原理设计的传输结构的模型图，由介质层、金属地平面和信号线组成，其中信号线和地平面组成了两个共面波导结构（中心导带宽w、长l，线间距为g），分别位于介质层的上下表面，且共用介质层中间的同一地平面；矩形耦合小孔（长为l0，宽为w0）位于介质层中间的地平面上，其长边与信号线的长边相互垂直，且以信号线的纵向为轴两边对称，与共面波导的开路端相距s，通过调整w0、l0和s使得两段信号线之间的耦合强度最大，通过调整w、g和l来优化阻抗匹配。图4是本专利技术V波段无引线表贴陶瓷外壳小孔耦合型RF传输通道的仿真结果，在50GHz-70GHz的频段内，插入损耗小于0.6dB，回波损耗大于22dB。图5是陶瓷基板的加工工艺流程，采用HTCC工艺加工而成，并对印刷图形的质量和叠片的位置精度做特别管控，保证对齐。其加工方法包括以下步骤：1）配料：将陶瓷粉料与有机载体按比例混合，使原料颗粒粉碎，形成具有粘度和触变性的浆料，其中陶瓷粉料的质量分数为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种HTCC工艺的V波段小孔耦合型无引线表贴外壳，其特征是其结构包括封接框（2）、陶瓷基板（3）和金属盖板（1），采用无引线表贴的形式封装；所述陶瓷基板上设有RF传输通道，RF传输通道中的底部焊盘和内部键合指在物理结构上断开，通过公共地平面上的矩形缝的耦合作用传输RF信号。

【技术特征摘要】
1.一种HTCC工艺的V波段小孔耦合型无引线表贴外壳，其特征是其结构包括封接框（2）、陶瓷基板（3）和金属盖板（1），采用无引线表贴的形式封装；所述陶瓷基板上设有RF传输通道，RF传输通道中的底部焊盘和内部键合指在物理结构上断开，通过公共地平面上的矩形缝的耦合作用传输RF信号。2.根据权利要求1所述的一种HTCC工艺的V波段小孔耦合型无引线表贴外壳，其特征是所述RF传输通道安装在陶瓷基板上，一端为底部焊盘，与外部电路的高频信号相连，另一端为内部键合指，与内部芯片通过压丝键合相连，其结构包括介质层、金属地平面、信号线和矩形耦合小孔，信号线和地平面组成两个共面波导结构，分别位于介质层的上下表面，共用介质层中间的公共地平面，所述公共地平面上设有矩形缝，所述矩形耦合小孔位于介质层中间地平面上，其长边与信号线的长边相互垂直，以信号线的纵向为轴两边对称；底部焊盘和内部键合指均采用带地的共面波导结构，利用介质层中间公共地平面上的矩形缝，将RF信号从底部焊盘耦合到内部键合指。3.根据权利要求1所述的一种HTCC工艺的V波段小孔耦合型无引线表贴外壳，其特征是所述内部键合指的两侧和底部焊盘设有两排以上圆柱形金属通孔及挂孔，其中底部焊盘两侧挂孔位于陶瓷外壳边沿，键合指两侧挂孔位于芯腔内部，所有的通孔和挂孔结构均与GND相连。4.根据权利要求1所述的一种HTCC工艺的V波段小孔耦合型无引线表贴外壳，其特征是所述RF传输通道中共面波导结构中心导带宽为w、长为l、线间距为g，矩形耦合小孔长为l0、宽为w0、与共面波导的开路端相距s，所述w=0.31mm，g=0.37mm，l=1.31mm，w0=0.35mm，l0=0.83mm，s=0.25mm。5.如权利要求1所述的一种HTCC工艺的V波段小孔耦合型无引线表贴外壳的制备方法，其特征是包括如下步骤：（1）陶瓷基板的制备：采用HTCC工艺进行加工，生切时利用全切和半切工艺制备数个陶瓷基板相连的级联单元，并将级联单元放入烧结炉进行整版烧结；（2）钎焊：利用石墨定位模具将陶瓷基板、银铜焊料片和金属封接框进行组装，固定后...

【专利技术属性】
技术研发人员：施梦侨，梁正苗，张鹏飞，
申请(专利权)人：中电国基南方集团有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32