一种射频前端三维集成结构制造技术

本发明专利技术公开了一种射频前端三维集成结构，属于射频组件封装技术领域，该射频前端集成结构包括含有三级空腔结构的陶瓷四边形扁平封装CQFP管壳，陶瓷管壳底部第一级空腔安装第一级射频电路，陶瓷管壳的第二级空腔中嵌入安装含有金属屏蔽外壳的第二级射频功能电路子封装模块，在第三级空腔的底部对应焊盘位置进行键合金丝以实现第二级射频功能电路子封装模块与陶瓷管壳的电气连接，使用平行封焊工艺焊接可伐盖板完成对管壳结构内部空间的气密封装，在管壳上方叠放焊接第三级射频电路模块。本发明专利技术简化了射频前端电路的集成装配工艺，电路中各个功能区域进行了良好的屏蔽，改善了射频模块的电磁兼容性能，降低了射频前端电路的尺寸。尺寸。尺寸。

【技术实现步骤摘要】
一种射频前端三维集成结构


[0001]本专利技术涉及到射频组件封装
，特别涉及一种射频前端三维集成结构。

技术介绍

[0002]面对无线通信系统小型化、多功能化的要求，基于微系统技术设计小型化射频前端，已经成为国内外电子领域的研究热点，并被认为是未来射频电子技术发展的主流趋势。现有三维高密度集成射频微系统有两大类实现形式，一种使用晶圆级键合方式，将多颗裸芯片倒装键合在一块或多块含有硅通孔TSV及再布线层的硅基板上，形成三维堆叠射频微系统；另一种实现方式是将射频元件分别安装于多个BGA封装管壳内部，之后将多个封装管壳堆叠焊接在一起，构成三维堆叠射频微系统。
[0003]晶圆级键合方式构造射频微系统，工艺要求高，适合进行大规模量产，当进行小批量定制化设计时工艺开发成本高昂，并且封装内部的芯片都必须是裸芯片，芯片选择范围较窄，很难兼顾射频性能。
[0004]使用多封装管壳堆叠方式构造射频微系统，工艺流程复杂，装配过程中需要经历多次微组装流程，同时受限于BGA焊球高度及焊接强度，堆叠后的封装结构不宜过高，这就使得每层封装结构内部的元器件高度受到很大限制，一般只能封装裸芯片。由于需要进行多次堆叠焊接，为了保证焊接可靠性，每次堆叠焊接都必须控制焊接温度，每经历一次焊接过程，焊接温度都必须降低以防止上一次焊接位置出现故障，使得整个焊接过程需要多个温度梯度。此外，由于每次焊接都会降低产品的良品率，因此装配流程越多，堆叠层数越多，最终产品的成品率越低，生产成本也越高。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种射频前端三维集成结构。该结构将射频前端电路分解为三个独立部分，分别进行一次装配，装配完成后的三个功能组件叠放在一起形成一个完整功能的射频前端电路。与传统方法相比，本专利技术提出的方法在叠层装配时无需进行高温焊接，只需要以一个较低的温度烘烤固化导电胶。整个三维封装射频微系统装配过程仅需要一个温度梯度，装配工艺流程简单。此外，由于三个功能电路是独立装配的，每一部分出现故障都具有返修机会，使得整个封装模组的成品率大幅提升，生产成本大幅降低。同时，其内部元件集成能力更强，可以容纳含体积更大的射频元件。此外，每一层封装结构都具有独立的金属屏蔽腔，可以获得更好的电磁兼容性能。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案为：
[0007]一种射频前端三维集成结构，包括一个含有三层台阶腔的HTCC高温共烧陶瓷管壳(1)，陶瓷管壳采用陶瓷四边形扁平封装CQFP形式(10)，所述陶瓷管壳顶部预留有用于焊接第三级功能电路模块(9)的外露焊盘(11)；
[0008]第一级射频功能电路(5)和第二级射频功能电路子封装模块(6)，按照自下而上的顺序安装于陶瓷管壳的第一层台阶腔和第二层台阶腔；所述第二级射频功能电路子封装模
块(6)倒置于第二层台阶腔，第二级射频功能电路子封装模块(6)的正面金属屏蔽罩(4)与陶瓷管壳的第二层台阶腔(3)的台阶面(14)贴合，第二级射频功能电路子封装模块(6)的底部基板与陶瓷管壳的第三层台阶腔(7)的台阶面齐平；
[0009]所述第二级射频功能电路子封装模块(6)底部基板上设有用于电气连接的第一金属盘(15)，同时在陶瓷管壳(1)第三层台阶腔(7)第三台阶面的对应位置的设有用于电气连接的第二金属盘(12)，键合金丝将所述第二级射频功能电路子封装模块(6)底部的第一金属盘(15)与陶瓷管壳第三层台阶面的第二金属盘(12)连接在一起；
[0010]所述第二级射频功能子封装模块(6)上方使用平行缝焊方式将可伐盖板(8)焊接在所述陶瓷管壳顶部预留的环形焊接环(13)上实现对陶瓷管壳(1)台阶腔的密封，所述第三级功能电路模块(9)钎焊在陶瓷管壳上表面预留的外露焊盘上(11)。
[0011]进一步的，第二级射频功能子封装模块(6)外侧罩有可伐材料加工成的金属屏蔽罩(4)，可伐材料的金属屏蔽罩(4)作为第二级射频功能子封装模块(6)安装于陶瓷管壳第二层台阶腔(3)的支撑结构，并且其采用的可伐材料用于保证两装配组件间热膨胀系数匹配。
[0012]进一步的，第二级射频功能子封装模块(6)的金属屏蔽罩(4)厚度大于3mm，金属屏蔽罩内部空腔高度大于2mm。
[0013]进一步的，第二级射频功能子封装模块(6)倒放安装于所述陶瓷管壳内部以后，金属屏蔽罩(4)同时作为第一级射频功能电路(5)的电磁屏蔽结构；
[0014]进一步的，所述第三级功能电路模块底部预留方形盲槽(16)，焊接到所述陶瓷管壳上表面时，与陶瓷管壳封盖不发生干涉，同时方形盲槽内部铺设铜箔(17)和金属化通孔(18)，将所述第三级功能电路模块内部热量传导至所述陶瓷管壳可伐盖板(8)上，以改善所述第三级功能电路模块(9)的散热性能。
[0015]进一步的，第二级射频功能子封装模块(6)与所述陶瓷管壳(1)的固定方式为高温固化的导电胶粘贴，导电胶用于前述第二级射频功能子封装模块与前述陶瓷管壳的结构固定和接地屏蔽。
[0016]本专利技术采取上述技术方案所产生的有益效果在于：
[0017]1.传统堆叠封装方式多采用BGA球栅阵列封装，受焊球高度和焊接强度限制，每层模组的厚度受到很大限制。射频电路中包含的很多关键性无源器件，如高性能陶瓷滤波器、宽带射频巴伦等，其厚度较大，传统三维集成技术无法将此类大体积无源器件集成于三维封装微系统内部。本专利技术中设计采用了超厚HTCC陶瓷管壳，使得体积更大的射频元件可以集成于该三维堆叠微系统中。考虑到管壳厚度和内部复杂的三层腔体结构，为了保证生瓷管壳在加工过程中不发生腔体变形，设计使用了特殊填充及水压压力控制技术，保证该HTCC陶瓷管壳在生瓷阶段腔体不变形。
[0018]2.为了尽可能地降低最终HTCC陶瓷管壳的成品厚度，本专利技术创造性地将第三级功能电路模块直接叠放在陶瓷管壳上方而不是嵌入到陶瓷管壳内部，通过此设计方法将HTCC陶瓷管壳厚度降低了30％以上。由于HTCC陶瓷管壳厚度降低了，相应的加工成本也大幅降低了。
[0019]3.本专利技术中第二级射频功能电路子封装模块可以使用低成本基板材料，使用低成本印制板加工工艺进行制作。这是由于第二层子封装模块的基板与HTCC陶瓷管壳不直接接
触，其基板的热膨胀系数无须与HTCC高温陶瓷管壳匹配，低成本基板材料即可满足工艺装配要求。第二层子封装模块与HTCC陶瓷管壳实际接触的部分是其上方覆盖的可伐屏蔽罩，可伐材料的热膨胀系数与HTCC陶瓷管壳匹配，巧妙的实现了内嵌子封装模块热膨胀系数与HTCC陶瓷管壳热膨胀系数的匹配，保证了模块在高低温工作条件下的可靠性。使用该专利技术提出的方法加工的射频前端微系统，已顺利通过低温工作/存储(
‑
40℃)、高温工作/存储试验(+85℃)。
[0020]4.本专利技术在HTCC陶瓷管壳的第二层腔体底面设置有连续的接地金属层，当第二层子封装模块的可伐屏蔽罩与HTCC陶瓷管壳第二层腔体底面使用导电胶粘结在一起以后，使得HTCC陶瓷管壳的第一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种射频前端三维集成结构，其特征在于，包括一个含有三层台阶腔的HTCC高温共烧陶瓷管壳(1)，陶瓷管壳采用陶瓷四边形扁平封装CQFP形式(10)，所述陶瓷管壳顶部预留有用于焊接第三级功能电路模块(9)的外露焊盘(11)；所述陶瓷管壳内部构造层间互联传输线；第一级射频功能电路(5)和第二级射频功能电路子封装模块(6)，按照自下而上的顺序安装于陶瓷管壳的第一层台阶腔和第二层台阶腔；所述第二级射频功能电路子封装模块(6)倒置于第二层台阶腔，第二级射频功能电路子封装模块(6)的正面金属屏蔽罩(4)与陶瓷管壳的第二层台阶腔(3)的台阶面(14)贴合，第二级射频功能电路子封装模块(6)的底部基板与陶瓷管壳的第三层台阶腔(7)的台阶面齐平；所述第二级射频功能电路子封装模块(6)底部基板上设有用于电气连接的第一金属盘(15)，同时在陶瓷管壳(1)第三层台阶腔(7)第三台阶面的对应位置的设有用于电气连接的第二金属盘(12)，键合金丝将所述第二级射频功能电路子封装模块(6)底部的第一金属盘(15)与陶瓷管壳第三层台阶面的第二金属盘(12)连接在一起；所述第二级射频功能子封装模块(6)上方使用平行缝焊方式将可伐盖板(8)焊接在所述陶瓷管壳顶部预留的环形焊接环(13)上实现对陶瓷管壳(1)台阶腔的密封，所述第三级功能电路模块(9)钎焊在陶瓷管壳...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐小龙，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：