POP堆叠集成的微型宽带收发变频模组及其装配方法组成比例

本发明专利技术公开了一种POP堆叠集成的微型宽带收发变频模组及其装配方法，所述模组包括陶瓷基座、塑封硅基变频多功能模组、MEMS毫米波开关滤波器模组、倒扣盖板、GaAs开关滤波器芯片、二级中频滤波芯片组和BGA焊球；其中陶瓷基座为主体，顶部用BGA焊球焊接塑封硅基变频多功能模组和MEMS毫米波开关滤波器模组，陶瓷基座底部腔体内部转配GaAs开关滤波器芯片、二级中频滤波芯片组，装配完成后底部腔体使用倒扣盖板封闭；陶瓷基座底部四周设置BGA焊球阵列，作为对外的电连接口。本发明专利技术具有集成度高、体积小、功耗低、性能稳定、装配简单、适用性强的优点。点。点。

【技术实现步骤摘要】
POP堆叠集成的微型宽带收发变频模组及其装配方法


[0001]本专利技术涉及微波封装集成
，特别是一种POP堆叠集成的微型宽带收发变频模组及其装配方法。

技术介绍

[0002]随着电子信息作战形态的不断演进，电磁环境愈加复杂，为保持对战场态势的感知，需要侦察设备具有尽量宽的接收带宽，高灵敏度外差接收机等在军用电子装备中得到越来越广泛的应用。而对各种轻小无人机、无人船、巡飞弹等新型载荷平台的出现，传统宽带变频组件越来越难以满足轻小平台小型化低功耗的需求。
[0003]为实现高性能的宽带接收机，传统变频模块大多采用分立元件拼接的方式，前用大量的滤波器实现频率预选，再结合分立裸芯片在各种基板上组合排布实现变频功能，元器件整体较零碎，面积利用率不高。近年来也有一些研究尝试结合LTCC技术或者多层射频印制板技术实现小型化设计，但往往都无法摆脱金属框架封装的问题，这导致了体积重量的额外增加。
[0004]专利技术一种基于电子对抗的小型化宽带收发变频模块(申请号：202210130460.0申请日：2022
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11)块将设置有上下变频通道的复合板与设置有本振源、控制电路和电源电路的数字板通过金属隔板上下叠放，并设置连接器实现复合板和数字板之间的信号互联，实现了物理信号的良好隔离和宽带收发变频模块的小型化堆叠，但是尺寸相对较大，且功耗较高，对于一些小型化平台并不适用。而随着硅基CMOS单片集成电路技术、先进封装电子材料和射频半导体工艺水平的进步，兼顾宽带接收功能的同时，实现高效集成的微型收发变频模组成为可实现的一个目标。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种集成度高、体积小、功耗低、性能稳定、装配简单、适用性强的微型宽带收发变频模组及其装配方法。
[0006]实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种POP堆叠集成的微型宽带收发变频模组，包括陶瓷基座、塑封硅基变频多功能模组、MEMS毫米波开关滤波器模组、倒扣盖板、GaAs开关滤波器芯片、二级中频滤波芯片组和BGA焊球；
[0007]所述POP堆叠集成的微型宽带收发变频模组以陶瓷基座为主体，顶部用BGA焊球焊接塑封硅基变频多功能模组和MEMS毫米波开关滤波器模组，陶瓷基座底部腔体内部装配GaAs开关滤波器芯片、二级中频滤波芯片组，装配完成后底部腔体使用倒扣盖板封闭；陶瓷基座底部四周设置BGA焊球阵列，作为对外的电连接口。
[0008]进一步地，所述陶瓷基座，采用高温共烧陶瓷基材制作，顶部留有对应堆叠焊接其他模组的BGA焊球焊盘，底部设置有内凹的腔体，腔体内部设置有隔墙，将腔体分隔成两个部分；腔体内部电路按照裸芯片微组装要求设计，腔体内分别粘接GaAs开关滤波器芯片和二级中频滤波芯片组；隔墙中间有接地通孔，隔离电磁信号；陶瓷基座底部围绕腔体周围，
排布BGA焊球阵列，作为对外的电连接口；在瓷体结构中，采用12层电路图形实现高低频信号的扇出、互联和隔离功能，其中顶部1～2层电路用做堆叠模组的电源、控制引脚扇出，3～5层电路用做射频信号互联布线，6层用做内部电路的电源、控制引脚扇出，7～8层作为底层腔体的射频布线、裸芯片装配，9～12层作为大面积接地及信号隔离。
[0009]进一步地，所述塑封硅基变频多功能模组，内部设置变频多功能芯片，基于硅基CMOS工艺设计制造；所述CMOS工艺利用多层金属内埋电感、传输线、构建MOS电容、高频CMOS晶体管技术手段提高芯片集成度，在单芯片上集成双向放大器、两级混频、多级数控衰减、本振倍频驱动和大部分变频组件的有源电路功能；封装采用重布线扇出技术，引出密集排布的高低频引脚到阵列排布的BGA焊球引脚上，顶部做塑封处理，芯片被聚合物整个包裹保护，使用时采用回流焊工艺焊接BGA焊球引脚到对接端。
[0010]进一步地，所述MEMS毫米波开关滤波器模组，采用基于贯穿硅通孔和晶圆级键合的MEMS加工技术制造，在硅基衬底上将MEMS滤波器、开关芯片和驱动控制芯片集成为单个系统级封装模组；毫米波一级中频滤波器起到信号带宽选择和混频交调抑制的作用，采用MEMS硅基内埋的交指滤波结构，满足滤波器的带外抑制和矩形系数要求；所述MEMS毫米波开关滤波器模组通过TSV通孔连接传输信号至硅载板底部，并通过BGA焊球对外连接陶瓷基座；所述MEMS毫米波开关滤波器模组通过晶圆级键合密封为独立配装的模组。
[0011]进一步地，所述倒扣盖板，采用可伐合金制作，厚度为0.8mm；所述可伐合金具有与陶瓷一致的膨胀系数，在模组装配过程与陶瓷基座保持应力匹配。
[0012]进一步地，所述GaAs开关滤波器芯片，基于0.25μm GaAs工艺制造，芯片内集成输入和输出两只单刀7掷开关，每个支路开关对应一路芯片带通滤波器，对应变频方案的7路预选滤波器频段；7路预选滤波器的各频段间有交叠，预选滤波切换时无缝覆盖全都工频段；所述带通滤波器采用分布参数梳状线结构设计，带通滤波器支节开路端加载集总介质电容；所述GaAs开关滤波器芯片采用金丝键合引出信号，装配时集成在陶瓷基座底部腔体内。
[0013]进一步地，所述二级中频滤波芯片组，基于0.25μm GaAs工艺制造，采用两只芯片滤波器和一只中频双向放大器组成；接收状态时二级中频滤波芯片组用于滤除二级混频的本振信号和交调杂散信号，发射状态时二级中频滤波芯片组用于滤除基带的谐波和数字端的合成杂散信号；排布时中频双向放大器放置在两只芯片滤波器中间，中频双向放大器具有反向隔离的功能；所述二级中频滤波芯片组中的芯片并排贴装在陶瓷基座底部腔体内，芯片间用金丝键合互联。
[0014]进一步地，所述POP堆叠集成的微型宽带收发变频模组工作在接收工作状态时：所有放大链路切换到接收状态，经过前端放大，轮动选通预选滤波器的各个频段；根据预选滤波器的选通状态，扫描变换第一级混频器本振1频点，本振信号与输入的射频信号差值为固定的毫米波频段；然后经过MEMS毫米波开关滤波器模组滤除混频产生的其它频率信号，对于MEMS毫米波开关滤波器模组中的混频组合产生的落在带内的交调频率，根据频点选通切换毫米波频段；第二级混频器为两个固定本振点，根据前进毫米波频段切换，二级混频的输出为固定的基带中频，根据系统需求选择工作的基带信号；最后经过中频放大、衰减控制、中频滤波得到纯净的基带中频信号，完成宽带下变频功能。
[0015]进一步地，所述POP堆叠集成的微型宽带收发变频模组工作在发射工作状态时，所
有放大链路切换到发射状态，基带信号从中频输入，依次经过二级中频滤波、二级混频、毫米波一级中频滤波、一级混频、预选放大器，本振根据输出射频频率切换，完成固定基带中频变换到任意射频频段的上变频功能。
[0016]一种如所述POP堆叠集成的微型宽带收发变频模组的装配方法，包括以下步骤：
[0017]步骤1、陶瓷基座底部朝上，在底部腔体内粘接GaAs开关滤波器芯片和二级中频滤波芯片组，粘接材料采用耐高温的导电银浆固化；
[0018]步骤2、将陶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种POP堆叠集成的微型宽带收发变频模组，其特征在于，包括陶瓷基座(1)、塑封硅基变频多功能模组(2)、MEMS毫米波开关滤波器模组(3)、倒扣盖板(4)、GaAs开关滤波器芯片(5)、二级中频滤波芯片组(6)和BGA焊球(7)；所述POP堆叠集成的微型宽带收发变频模组以陶瓷基座(1)为主体，顶部用BGA焊球(7)焊接塑封硅基变频多功能模组(2)和MEMS毫米波开关滤波器模组(3)，陶瓷基座(1)底部腔体内部装配GaAs开关滤波器芯片(5)、二级中频滤波芯片组(6)，装配完成后底部腔体使用倒扣盖板(4)封闭；陶瓷基座(1)底部四周设置BGA焊球阵列(8)，作为对外的电连接口。2.根据权利要求1所述的POP堆叠集成的微型宽带收发变频模组，其特征在于，所述陶瓷基座(1)，采用高温共烧陶瓷基材制作，顶部留有对应堆叠焊接其他模组的BGA焊球(7)焊盘，底部设置有内凹的腔体，腔体内部设置有隔墙，将腔体分隔成两个部分；腔体内部电路按照裸芯片微组装要求设计，腔体内分别粘接GaAs开关滤波器芯片(5)和二级中频滤波芯片组(6)；隔墙中间有接地通孔，隔离电磁信号；陶瓷基座(1)底部围绕腔体周围，排布BGA焊球阵列(8)，作为对外的电连接口；在瓷体结构中，采用12层电路图形实现高低频信号的扇出、互联和隔离功能，其中顶部1～2层电路用做堆叠模组的电源、控制引脚扇出，3～5层电路用做射频信号互联布线，6层用做内部电路的电源、控制引脚扇出，7～8层作为底层腔体的射频布线、裸芯片装配，9～12层作为大面积接地及信号隔离。3.根据权利要求1所述的POP堆叠集成的微型宽带收发变频模组，其特征在于，所述塑封硅基变频多功能模组(2)，内部设置变频多功能芯片，基于硅基CMOS工艺设计制造；所述CMOS工艺利用多层金属内埋电感、传输线、构建MOS电容、高频CMOS晶体管技术手段提高芯片集成度，在单芯片上集成双向放大器、两级混频、多级数控衰减、本振倍频驱动和大部分变频组件的有源电路功能；封装采用重布线扇出技术，引出密集排布的高低频引脚到阵列排布的BGA焊球(7)引脚上，顶部做塑封处理，芯片被聚合物整个包裹保护，使用时采用回流焊工艺焊接BGA焊球(7)引脚到对接端。4.根据权利要求1所述的POP堆叠集成的微型宽带收发变频模组，其特征在于，所述MEMS毫米波开关滤波器模组(3)，采用基于贯穿硅通孔和晶圆级键合的MEMS加工技术制造，在硅基衬底上将MEMS滤波器、开关芯片和驱动控制芯片集成为单个系统级封装模组；毫米波一级中频滤波器起到信号带宽选择和混频交调抑制的作用，采用MEMS硅基内埋的交指滤波结构，满足滤波器的带外抑制和矩形系数要求；所述MEMS毫米波开关滤波器模组(3)通过TSV通孔连接传输信号至硅载板底部，并通过BGA焊球(7)对外连接陶瓷基座(1)；所述MEMS毫米波开关滤波器模组(3)通过晶圆级键合密封为独立配装的模组。5.根据权利要求1所述的POP堆叠集成的微型宽带收发变频模组，其特征在于，所述倒扣盖板(4)，采用可伐合金制作，厚度为0.8mm；所述可伐合金具有与陶瓷一致的膨胀系数，在模组装配过程与陶瓷基座保持应力匹配。6.根据权利要求1所述的POP堆叠集成的微型宽带...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦炜，孙乎浩，费新星，王坚，王海江，王勇，邢君，张兴稳，白明强，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七二三研究所，
类型：发明
国别省市：