一种TR组件封装方法

技术领域

本发明属于电子封装相关技术领域，具体涉及一种TR组件封装方法。

背景技术

TR组件是有源相控阵天线的主要组成和核心部件。每个有源相控阵天线都包含了大量的TR组件这一有源部件，TR组件位于相控阵有源天线子阵射频前端，是与辐射器相配套的发射/接收装置。每个TR组件都能自己产生、接收电磁波，主要完成发射信号到阵元的末级功率放大和接收的前级放大，实现阵面的幅相修正和波束扫描等功能。

TR组件在发展历程上，由早期的分离TR组合向多通道、高集成有源子阵发展。早期的TR组件设计时由下自上，及根据已有的底层元器件性能、规划组件设计的水平，从而完成模块研制；阵面则根据组件的特点平衡系统性能。新型的TR组件设计从天线实际需求出发，从架构设计开始，自上而下进行指标分解和结构规划。因此，新型的TR组件与传统的TR组件设计上有着本质的区别。

在TR组件的技术发展趋势上，主要包括：1)集成度方面，减少芯片数量，提高多通道集成度，实现单通道向具有多收发通道综合一体化有源子阵的方向发展；2)整体尺寸方面，在有源天线整体架构轻薄化发展趋势下，TR组件厚度不断压缩，由砖式向瓦式、片式等发展，体积重量大幅下降；3)功能方面，支持从微波到毫米波的宽频带或多频带发展，发射功率密度提升、噪声系数降低；4)系统框架方面，能够通过组阵实现阵面的不断扩大。综合上述的所有发展趋势，高密度组装是TR组件发展必然趋势。但是，由于TR组件的工作特性，其内部电路均为裸芯片电路，为了确保裸芯片电路不受外部大气环境的污染、腐蚀，必须进行气密密封。因此。高密度组装是实现TR组件功能、性能，以及体积重量的重要基础，气密封装则是保障相控阵天线长期户外工作特别是军用相控阵天线的必要条件。

目前TR组件制造行业内主流的封装工艺主要包含激光封焊、平行封焊、金锡封焊等。激光封焊焊接路径通过编程控制，形状适应性强，适合于铝合金等轻薄化材料以及复杂形状；平行封焊主要适用于可伐合金等低膨胀合金，可伐合金比重大、加工性差、耐蚀性差，主要用于简单盖板与腔体这一简单结构的封装，难以满足轻薄化、结构复杂的场合；金锡封焊焊接温度过高，远超内部元器件承受温度，主要适用于TR组件的围框与壳体(或电路板)等结构件的焊接，且返修性较差。因此，激光封焊在各军事领域如机载、弹载相控阵天线中应用最为广泛。

然而，为避免激光焊接时基材塌陷，焊接缝两侧基材均需具备一定的厚度，这将占用一定的尺寸空间。特别是由于TR组件由砖式发展为瓦式后，内部密度大幅提高，每个TR子阵内部电路布局空间、封焊空间均受阵元间距的限制，因此要同时实现轻薄化高密度组装、高可靠气密封装难度非常大，特别在K、Ka等高频段，高密度轻薄化组装与高可靠气密封装的矛盾愈加明显，严重制约了瓦式相控阵天线的发展。

基于上述原因，针对大规模组阵需求、轻薄化需求、高可靠封装需求的瓦式TR组件封装技术对于相控阵天线的技术发展、工程化应用至关重要。

发明内容

本发明的目的在于：本发明针对K频段瓦式相控阵天线的扩展组阵需求，提供一种尺寸紧凑、不占用扩阵方向空间尺寸的小规模子阵TR组件封装方法，该工艺能解决传统相控阵TR组件由于高密度集成化后，难以分割成子阵带来的大尺寸复杂电路组装困难、返修性差等问题，同时具备较好的通用性，可以实现水平方向上的扩阵，具备可靠性高、可制造性好、成品率高等优势。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种TR组件封装方法，包括上腔和下腔，上腔与下腔在大面贴合时，上腔与下腔之间形成位于边侧的间隙，在间隙处放置焊环，焊接形成焊缝a将上腔与焊环之间连接，焊接形成焊缝b将下腔与焊环之间连接。

进一步的，在焊接前准备时，具体包括如下操作：

预先焊接好上腔和下腔上的电连接器；

下腔上先焊接PCB板，使PCB板与下腔腔体大面积接地；

焊环厚度根据上腔加工误差、下腔加工误差、PCB加工误差、PCB焊接装配误差的公差累计情况，加工成等差系列的厚度。

进一步的，在焊接前准备时，具体还包括如下操作：

上腔的焊缝a焊接处、下腔的焊缝b焊接处以及螺钉盖板焊缝面均做彩色导电氧化处理。

进一步的，在焊接前安装时，具体包括如下操作：

采用螺钉将上腔与下腔试装在一起，使上下腔的大面紧贴，测量上腔与下腔之间的实际间隙，再选用厚度比实际间隙值小并在等差间隔范围以内的焊环，确保焊环在装入后，上腔与下腔大面仍然保持紧贴的状态；

将选定厚度的焊环装入上腔与下腔之间，并用螺钉将上腔与下腔紧固。

进一步的，在焊接前安装时，具体还包括如下操作：

先紧固组件中心区域的螺钉，后紧固远离中心区域的螺钉，螺钉安装时通过在螺纹上涂螺纹锁固胶或利用上腔的锁紧型螺套进行锁紧。

进一步的，在封装焊接时，具体包括如下操作：

酒精擦洗所有的焊缝后，整个TR组件在真空环境下烘烤除潮；

侧面焊缝a激光封焊：先采用激光对四面的焊缝a打点固定，再从任一长边对焊缝a进行焊接，焊接时从端头起焊，并在另一端头收焊，如此逐个翻面并焊接完所有面上的焊缝a；

侧面焊缝b激光封焊：先采用激光对四面的焊缝b打点固定，再从任一长边对焊缝b进行焊接，焊接时从端头起焊，并在另一端头收焊，如此逐个翻面并焊接完所有面上的焊缝b；

进一步的，在封装焊接时，具体还包括如下操作：

螺钉盖板激光封焊：在下腔的螺钉上装入螺钉盖板，并激光打点固定，再逐一封焊完螺钉盖板。

进一步的，适用于瓦式相控阵TR组件。

本发明的有益效果：

1)外形尺寸紧凑、厚度薄：由于焊缝位于组件侧面，不会占用任何厚度尺寸，也几乎不占用平面尺寸，非常适合模块化的组阵结构。传统的TR焊缝均在表面，会占据单边4mm左右的宽度空间，而对于高频天线，阵元间距小、电路密度大，无法在阵元间设计出封焊结构，因此只能设计为全阵结构的TR组件，并在整个TR组件的外周设计出封焊结构。在相控阵天线阵元规模不断扩大的发展需求下，TR外形尺寸会不断扩大，加工、组装工艺可实现性、返修性等会非常困难。因此，本发明所述的TR组件最适合子阵组阵结构，是适合相控阵组阵形式的最佳结构。

2)工艺成熟、可靠性高：该发明的方法采用的激光封焊工艺、结构连接工艺均为行业内常用的工艺技术。本发明所述的气密封焊形式对于以裸芯片为典型器件的TR组件具有非常高的可靠性和工程适用价值，上下腔之间的螺钉紧固即提升了整体结构强度、又保证了上下腔的有效接地、电磁屏蔽等。

前述本发明主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本发明可采用并要求保护的方案；且本发明，(各非冲突选择)选择之间以及和其他选择之间也可以自由组合。本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本发明所要保护的技术方案，在此不做穷举。

附图说明

图1是本发明正面的结构示意图。

图2是本发明背面的结构示意图。

图3是本发明隐藏焊环的结构示意图。

图4是本发明背面的爆炸示意图。

图5是本发明封装工艺流程图。

图中：1-上腔，2-下腔，3-PCB板，4-焊环，5-螺钉，6-螺钉盖板。

具体实施方式

下列非限制性实施例用于说明本发明。

实施例1：

参考图1～图5所示，一种TR组件封装方法，尤其适用于瓦式相控阵TR组件，包括上腔1、下腔2、PCB板3、焊环4、螺钉5和螺钉盖板6。上腔1为焊接了输入/输出电连接器的6063铝合金腔体，下腔2为焊接了输入/输出电连接器、PCB板(印制电路板)3的6063铝合金腔体。上腔1、下腔2、焊环4外形轮廓、尺寸完全相同，组装后在四周形成大面为等高状态。

焊环4为厚度尺寸等于上腔1、下腔2大面贴合后形成的间隙(宽度为δ)的4047铝合金薄环。螺钉5为紧固上腔1与下腔2之间的紧固件，数量不少于5颗。相应的，上腔1上设计有螺纹盲孔、下腔2上设计有螺纹连接过孔。相应的，每个螺钉5上面均有气密密封用的螺钉盖板6，螺钉盖板6为4047铝合金薄板。

上腔1与下腔2在大面贴合时，上腔1与下腔2之间形成位于边侧的间隙，在间隙处放置焊环4，焊接形成焊缝a将上腔1与焊环4之间连接，焊接形成焊缝b将下腔2与焊环4之间连接。

具体的，该封装方法包括焊接前准备、焊接前安装、封装焊接和性能测试四个主要步骤，具体包括如下操作。

上腔1结构件的焊缝a焊接处、下腔2结构件的焊缝b焊接处以及螺钉盖板6焊缝面均做彩色导电氧化处理，预先焊接好上腔1和下腔2上的电连接器。

下腔2铝合金腔体上上先焊接PCB板3，使PCB板3与下腔2腔体大面积接地。

焊环4厚度根据上腔1加工误差、下腔2加工误差、PCB加工误差、PCB焊接装配误差的公差累计情况，加工成0.06mm等差系列的厚度。

采用螺钉5将上腔1与下腔2试装在一起，使上下腔的大面紧贴，测量上腔1与下腔2之间的实际间隙为δ，再选用厚度比实际间隙δ值小，并在等差间隔范围(0～0.06mm)以内的焊环4，确保焊环4在装入后，上腔1与下腔2大面仍然保持紧贴的状态。

将选定厚度的焊环4装入上腔1与下腔2之间，并用螺钉5将上腔1与下腔2紧固。先紧固组件中心区域的螺钉5，后紧固远离中心区域的螺钉5，螺钉5安装时通过在螺纹上涂螺纹锁固胶或利用上腔1的锁紧型螺套进行锁紧。

酒精擦洗所有的激光封焊焊缝后，整个TR组件在100℃真空环境下烘烤12h除潮。

侧面焊缝a激光封焊：先采用激光对四面的焊缝a打点固定，再从任一长边对焊缝a进行焊接，焊接时从端头起焊，并在另一端头收焊，如此逐个翻面并焊接完所有面上的焊缝a。

侧面焊缝b激光封焊：先采用激光对四面的焊缝b打点固定，再从任一长边对焊缝b进行焊接，焊接时从端头起焊，并在另一端头收焊，如此逐个翻面并焊接完所有面上的焊缝b。

螺钉盖板激光封焊：在下腔2的螺钉上装入螺钉盖板6，并激光打点固定，再逐一封焊完螺钉盖板6。

性能测试：先后进行气密性能、电性能测试。

前述本发明基本例及其各进一步选择例可以自由组合以形成多个实施例，均为本发明可采用并要求保护的实施例。本发明方案中，各选择例，与其他任何基本例和选择例都可以进行任意组合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。