三维互联和散热一体化的微系统封装结构技术方案

本发明专利技术提供了一种三维互联和散热一体化的微系统封装结构，包括散热壳体、硅基组件、转接电路板、封装盖板和毛纽扣连接器；散热壳体与封装盖板连接形成一封闭腔体，用于容置彼此连接的硅基组件和转接电路板，硅基组件与散热壳体相连，转接电路板与封装盖板相连；毛纽扣连接器包括第一类和第二类；第一类贯穿散热壳体底壁与硅基组件相连，散热壳体内嵌有用于流通冷却液的流道；第二类贯穿封装盖板与转接电路板相连；硅基组件通过金属层、铜通孔、硅通孔和BGA焊球阵列封装实现毛纽扣连接器、转接电路板和硅基组件三者之间电学互联，毛纽扣连接器用于硅基组件与外界进行信号传输。该结构能够同时兼具高集成度、高导热效率、高实用性和高使用寿命。高使用寿命。高使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
三维互联和散热一体化的微系统封装结构


[0001]本专利技术涉及微系统三维互联与散热
，具体为一种三维互联和散热一体化的微系统封装结构。

技术介绍

[0002]目前，武器装备电子系统的一体化、高集成化和微小型化是重要的发展趋势。在射频前端中采用微波多层板集成制造多芯片组件(MCM)，或通过LTCC(Low Temperature Co
‑
fired Ceramic)为代表的，基于传统厚、薄膜工艺的混合集成手段来实现三维互联，以及采用高温共烧陶瓷HTCC(High Temperature Co
‑
fired Ceramic)、多层高精度BT类PCB等技术实现的射频微系统逐渐成为应用主流。
[0003]近年来，得益于微电子工艺的发展，并随着体硅微加工工艺技术的发展，采用圆片级组装(WSA)构成超紧凑、超微型的有源子阵，在圆片工艺下实现无源片上集成(IPD)、片上高密度铜互联多层布线、TSV和圆片的键合，基于硅基MEMS(Micro
‑
Electro
‑
Mechanical System)的新工艺开发射频微系统成为一种新选择。
[0004]对于射频微系统设计，散热问题一直是研究的重点，尤其在弹载相控阵雷达领域，热积聚效应严重制约了射频微系统大功率的发展，从而影响了雷达的探测距离。微系统三维集成的功率密度显著增加，系统中各类芯片、元件、互联、供电系统等紧密排列，热问题严重并与电磁问题相互耦合、相互影响，成为制约高密度集成系统工作性能的关键因素。
[0005]射频微系统设计中，目前散热技术有以下几种，但以下几种都存在着各种各样的问题：
[0006]1)导热管，导热管形式多样，包括折叠式、循环式、振动式，但集成度不高。
[0007]2)喷淋散热，直接向热源喷雾散热，需要低压，实用性不高。
[0008]3)热电冷却，利用热电效应冷却，但导热效率较低。
[0009]4)微流道，采用气体或液体导热，效率高，但需与器件或基板制备工艺同步完成，专用性较高，工程使用性受限。
[0010]因此，有必要提供一种射频微系统的设计，能够兼具高集成度、高导热效率、高实用性和高使用寿命。

技术实现思路

[0011]本专利技术提供了一种三维互联和散热一体化的微系统封装结构，该结构能够同时兼具高集成度、高导热效率、高实用性和高使用寿命。
[0012]为实现上述目的和其他相关目的，本专利技术提供了一种三维互联和散热一体化的微系统封装结构，包括散热壳体、硅基组件、转接电路板、封装盖板和毛纽扣连接器；
[0013]所述散热壳体与所述封装盖板连接形成一封闭腔体，所述封闭腔体用于容置彼此连接的所述硅基组件和所述转接电路板，其中，所述硅基组件与所述散热壳体相连，所述转接电路板与所述封装盖板相连；
[0014]所述毛纽扣连接器包括第一类毛纽扣连接器和第二类毛纽扣连接器；
[0015]所述第一类毛纽扣连接器贯穿所述散热壳体底壁与所述硅基组件相连，所述散热壳体内嵌有流道，所述流道用于流通冷却液；
[0016]所述第二类毛纽扣连接器贯穿所述封装盖板与所述转接电路板相连；
[0017]所述硅基组件通过金属层、铜通孔、硅通孔和BGA焊球阵列封装实现所述毛纽扣连接器、所述转接电路板和所述硅基组件三者之间电学互联，所述毛纽扣连接器用于所述硅基组件与外界进行信号传输。
[0018]优选地，所述第一类毛纽扣连接器包括第一毛纽扣射频同轴电连接器，所述第二类毛纽扣连接器包括第二毛纽扣射频同轴电连接器和毛纽扣多芯低频接插件，所述第一毛纽扣射频同轴电连接器和所述第二毛纽扣射频同轴电连接器用于外部射频微波信号传输，所述毛纽扣多芯低频接插件用于外部低频控制信号和电信号传输。
[0019]优选地，所述硅基组件包括相对的天线面和激励面，所述天线面上设置有射频收发口，用于与所述第一毛纽扣射频同轴电连接器连接，所述激励面通过BGA封装技术与所述转接电路板连接。
[0020]优选地，所述第一毛纽扣射频同轴电连接器包括彼此相连并分别位于两端的第一SMP射频连接器和第一毛纽扣端，以及内部填充介质，所述第一SMP射频连接器为外部射频微波信号接口，所述第一毛纽扣端与所述射频收发口弹性接触。
[0021]优选地，所述第二毛纽扣射频同轴电连接器包括彼此相连并分别位于两端的第二SMP射频连接器和第二毛纽扣端，以及内部填充介质，所述毛纽扣多芯低频接插件两端分别为低频J30J端和第三毛纽扣端，所述第二SMP射频连接器为外部射频微波信号接口，所述低频J30J端为外部低频控制信号和电信号接口，所述第二毛纽扣端和所述第三毛纽扣端与所述转接电路板上的焊盘弹性互连。
[0022]优选地，所述硅基组件内嵌有硅转接板，所述硅连接板包括贯穿其的硅通孔；
[0023]所述硅转接板一个端面上设置有多层介质层，所述介质层的上下表面均布置有多个铜布线金属，并且上下表面的铜布线金属通过层间的铜通孔互联，所述硅通孔一端连接上表面一铜布线金属；
[0024]所述硅转接板另一个端面作为所述硅基组件的所述天线面，所述硅通孔的另一端连接所述射频收发口。
[0025]优选地，所述介质层上表面布置的一个铜布线金属上的对应焊盘处通过纳米银浆粘接有功率放大器芯片，所述功率放大器芯片还通过键合金丝与所述介质层上表面布置的铜布线金属上的其它焊盘相连。
[0026]优选地，所述散热壳体表面设置有呈阵列排布的多个第一射频开孔，所述流道穿过每两列所述第一射频开孔之间；
[0027]所述转接电路板包括相对的顶层金属层和底层金属层，所述顶层金属层设置有对应于所述激励面焊盘的BGA焊球，所述底层金属层上设置有与所述第二毛纽扣射频同轴电连接器和所述毛纽扣多芯低频接插件互连的焊盘；
[0028]所述封装盖板上设置有第二射频开孔和低频开孔，所述第二射频开孔用于固定所述第二毛纽扣射频同轴电连接器，所述低频开孔用于固定所述毛纽扣多芯低频接插件。
[0029]优选地，所述散热壳体采用热膨胀系数为7
×
10
‑
6/℃的70％Si
‑
Al高硅铝合金材
料制成，所述转接电路板采用FR4印制电路板制成，所述封装盖板采用27％Si
‑
Al高硅铝合金材料制成。
[0030]优选地，所述硅基组件的天线面采用纳米银浆烧结在所述散热壳体上；所述硅基组件的激励面通过锡铅焊料焊接在所述转接电路板上；所述散热壳体通过激光封焊工艺与所述封装盖板气密封装。
[0031]综上所述，本专利技术作为射频微系统封装结构，采用模块式集成的方式实现，可通过扩展实现更大规模的阵列；并且，本专利技术可解决当前复杂组件中热膨胀系数不匹配的问题、工艺温度梯度无法满足装配要求的问题；最后，集微波组件信号三维互联传输和散热功能于一体，减小了系统体积。
附图说明
[0032]图1为本专利技术一实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维互联和散热一体化的微系统封装结构，其特征在于，包括散热壳体、硅基组件、转接电路板、封装盖板和毛纽扣连接器；所述散热壳体与所述封装盖板连接形成一封闭腔体，所述封闭腔体用于容置彼此连接的所述硅基组件和所述转接电路板，其中，所述硅基组件与所述散热壳体相连，所述转接电路板与所述封装盖板相连；所述毛纽扣连接器包括第一类毛纽扣连接器和第二类毛纽扣连接器；所述第一类毛纽扣连接器贯穿所述散热壳体底壁与所述硅基组件相连，所述散热壳体内嵌有流道，所述流道用于流通冷却液；所述第二类毛纽扣连接器贯穿所述封装盖板与所述转接电路板相连；所述硅基组件通过金属层、铜通孔、硅通孔和BGA焊球阵列封装实现所述毛纽扣连接器、所述转接电路板和所述硅基组件三者之间电学互联，所述毛纽扣连接器用于所述硅基组件与外界进行信号传输。2.如权利要求1所述的三维互联和散热一体化的微系统封装结构，其特征在于，所述第一类毛纽扣连接器包括第一毛纽扣射频同轴电连接器，所述第二类毛纽扣连接器包括第二毛纽扣射频同轴电连接器和毛纽扣多芯低频接插件，所述第一毛纽扣射频同轴电连接器和所述第二毛纽扣射频同轴电连接器用于外部射频微波信号传输，所述毛纽扣多芯低频接插件用于外部低频控制信号和电信号传输。3.如权利要求2所述的三维互联和散热一体化的微系统封装结构，其特征在于，所述硅基组件包括相对的天线面和激励面，所述天线面上设置有射频收发口，用于与所述第一毛纽扣射频同轴电连接器连接，所述激励面通过BGA封装技术与所述转接电路板连接。4.如权利要求3所述的三维互联和散热一体化的微系统封装结构，其特征在于，所述第一毛纽扣射频同轴电连接器包括彼此相连并分别位于两端的第一SMP射频连接器和第一毛纽扣端，以及内部填充介质，所述第一SMP射频连接器为外部射频微波信号接口，所述第一毛纽扣端与所述射频收发口弹性接触。5.如权利要求2所述的三维互联和散热一体化的微系统封装结构，其特征在于，所述第二毛纽扣射频同轴电连接器包括彼此相连并分别位于两端的第二SMP射频连接器和第二毛纽扣端，以及内部填充介质，所述毛纽扣多芯低频接插件两端分别为低频J30J端和第三毛纽扣端，所述第二SMP射频连接器为外部射频微波信号接口，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张乐琦，马林星，周凯，卢振，丁勇，苏坪，张翔，王继昇，
申请(专利权)人：上海无线电设备研究所，
类型：发明
国别省市：