一种毫米波TR组件、吸波材料切割装置及方法

技术领域

本发明涉及有源微波技术领域，尤其涉及一种毫米波TR组件、吸波材料切割装置及方法。

背景技术

随着毫米波相控阵前端的小型便携式发展，TR组件也面临着轻薄化挑战，传统砖式和瓦式TR组件架构均采用双面腔设计，正面为单通道射频通道，由裸芯片与软基片共同构成；反面为控制电源板。此种架构不利于毫米波通信相控阵的小型化集成设计，不仅组件剖面厚度高，多通道集成时通道间幅相一致性差，还存在散热难、成本高等问题。

瓦式TR组件集成两百多通道，组件工作体制为半双工体制，每个通道为集成收发切换、信号放大、幅相调节等功能。存在通道之间屏蔽问题、集成度低、裸芯片气密封等问题。传统微波组件气密封常用方式为激光封焊，通过螺钉将内盖板紧固在腔体上完成射频性能调试，在将4047铝合金制作的封焊盖板通过激光封焊的方式进行组件气密封。当面临数百通道的高密度大规模瓦式TR组件时，此类方式将不再满足设计需求，一、采用传统双盖板的方式会将射频连接器密封在组件内部无法进行信号传输，二、采用4047铝合金单盖板的方式组件内部会出现印制板与盖板存在缝隙的现象，导致射频接地效果差不能达到指标性能甚至出现自激和谐振等问题。

瓦式TR组件集成度极高，具有数百路射频通道，组件中包含的射频芯片数量极为庞大，其自激、谐振风险很高，吸波材料是解决此类风险比不可少的材料。组件中使用吸波材料需要将其切割成所需的形状贴入芯片正上方结构台阶槽内，吸波材料切割、粘贴方式有两种，一是使用手术刀等刀具切割所需大小形状再贴入指定台阶槽内，此方法效率低下，且切割大小形状不一，屏蔽不能达到最佳效果；二是使用激光按照所需大小形状进行切割后贴入指定台阶槽内，此方法效率高，形状大小一致，但是激光切割端面存在较多碳化杂质无法清理，贴入组件时会导致碳化杂质进入组件，污染芯片甚至短路。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种毫米波TR组件、吸波材料切割装置及方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明第一方面提供：一种毫米波TR组件，包括腔体结构，所述腔体结构内安装有台阶槽印制板，所述台阶槽印制板内安装有裸芯片屏蔽结构，所述台阶槽印制板上安装有盖板结构，所述盖板结构上安装有环形封焊结构，所述环形封焊结构安装上有圆形封焊结构，所述盖板结构上安装有弹性SSMP连接器，所述毫米波TR组件为气密封TR组件，所述裸芯片屏蔽结构能够避免芯片集成出现自激和谐振，所述腔体结构背面为散热区域。

优选的，所述的台阶槽印制板采用烧结方式安装于腔体结构内，所述盖板结构通过紧固螺钉固定在腔体结构内，所述弹性SSMP连接器采用烧结方式安装于盖板结构上。

优选的，所述的腔体结构及盖板结构采用6063铝合金制作，所述的环形封焊结构及圆形封焊结构采用4046铝合金制作。

优选的，所述的裸芯片屏蔽结构嵌入在台阶槽印制板内，所述裸芯片屏蔽结构包括裸芯片，所述裸芯片上连接有键合金丝，所述键合金丝另一端连接第一带状线，所述第一带状线设置在台阶槽印制板内远离所述裸芯片的一端设置有射频互联孔，所述射频互联孔上方台阶槽印制板表层具有射频扇出盘，所述射频扇出盘与弹性SSMP连接器接触，所述裸芯片上方设置有吸波材料，完成裸芯片上方屏蔽，所述台阶槽印制板底部及四周均金属化处理，完成裸芯片底部屏蔽，所述台阶槽印制板表面与盖板结构接触完成裸芯片四周屏蔽。

优选的，所述的气密封TR组件的设计过程包括以下步骤：

S1：腔体结构设计时在四周台阶与盖板结构衔接处预留间隙；将气密型弹性SSMP连接器通过烧结方式安装在盖板结构上；

S2：将盖板结构通过紧固螺钉固定在腔体结构之上，将环形封焊结构放入腔体结构与盖板结构形成的间隙中；

S3：使用激光沿着环形封焊结构外侧与腔体结构相接边沿封焊，再通过激光沿着环形封焊结构内侧与盖板结构相接边沿封焊，从而完成盖板结构与腔体结构之间的气密封；

S4：将圆形封焊结构放入螺钉孔上方预留圆形台阶内，再通过激光沿着圆形封焊结构与腔体结构相接边沿封焊，完成所述毫米波TR组件的气密封。

优选的，还包括新型功分器，所述新型功分器为三等分功分器，包括三条四分之一波长传输线，所述四分之一波长传输线两两之间呈120度夹角，所述四分之一波长传输线交汇处设置有功分器总馈电端口，所述功分器总馈电端口通过过孔与台阶槽印制板连接，所述四分之一波长传输线之间设置有隔离电阻寄生枝节，所述隔离电阻寄生枝节接入隔离电阻，所述隔离电阻设置在隔离电阻焊盘上，所述隔离电阻焊盘下设置有射频信号过孔，所述四分之一波长传输线连接有第二带状线。

本发明第二方面提供：一种吸波材料切割装置，用于上述任一种毫米波TR组件，包括支撑底座，所述支撑底座通过支撑弹簧与刀模夹具连接，所述刀模夹具远离支撑弹簧的一端设置有脱模装置，所述脱模装置可拆卸的设置有刀模，所述刀模下方，支撑底座上可拆卸的设置有刀模底座。

本发明第三方面提供：一种吸波材料切割方法，用于上述吸波材料切割装置，包括以下步骤：

将吸波材料放入刀模底座之上，按压刀模夹具，刀模落下切割吸波材料，并进入刀模底座将所需形状吸波材料与吸波材料其余部分分离，松开刀模夹具支撑弹簧将刀模夹具升起，再按压脱模装置将刀模内的吸波材料进行脱模，从而完成吸波材料切割。

本发明的有益效果是：

1）通过芯片内埋台阶槽印制板，盖板结构贴入吸波材料的方式进行裸芯片屏蔽，解决了芯片屏蔽问题，提高了通道之间的隔离度，避免了大规模芯片集成出现自激、谐振等现象，提高了产品集成度。

2）通过结构设计预留密封间隙，再配合匹配的环形封焊结构及圆形封焊结构，采用双环激光封焊的方式完成气密封设计，此气密封结构以常规工艺及简易的结构解决了大规模瓦式TR组件无法密封的问题，不仅大大节约了密封成本，还简化了生产工艺，缩短了生产周期。

3）通过将三条四分之一波长传输线呈120度夹角分布，再将隔离电阻移至表面贴装的方式，不仅减少了损耗，还避免了加工时误差相对增大出现指标较大恶化的问题，同时还降低了生产成本。

4）通过一种吸波材料切割装置进行吸波材料切割，不仅提高了生产效率，还避免了杂质等异物对芯片的污染，同时还可以更换刀模后应用于其他项目降低了生产成本。

附图说明

图1为本发明毫米波TR组件爆炸图；

图2为本发明毫米波TR组件背视图；

图3为本发明裸芯片屏蔽结构剖视图；

图4为本发明裸芯片屏蔽结构安装图；

图5为本发明气密封结构图；

图6为图5中A-A面剖视图；

图7为图5中B处局部图；

图8为本发明新型三等分功分器模型图；

图9为本发明吸波材料切割装置模型图；

图10为本发明吸波材料切割装置刀模及刀模底座示意图；

图中，1-腔体结构；2-台阶槽印制板；3-盖板结构；4-环形封焊结构；5-圆形封焊结构；6-弹性SSMP连接器；7-激光封焊位置；8-紧固螺钉；9-射频扇出盘；10-吸波材料；11-键合金丝；12-裸芯片；13-第一带状线；14-射频互联孔；15-滤波电容；16-键合焊盘；17-隔离电阻；18-第二带状线；19-四分之一波长传输线；20-隔离电阻寄生枝节；21-功分器总馈电端口；22-隔离电阻焊盘；23-射频信号过孔；24-刀模底座；25-支撑弹簧；26-支撑底座；27-刀模夹具；28-脱模装置；29-刀模。

具体实施方式

下面将结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提出的毫米波TR组件，适用于毫米波相控阵前端的小型化设计，本组件采用瓦化设计，TR组件正面为印制板、芯片、盖板及连接器等；背面为大面积散热齿区域，局部采用密封盲插连接器作为电源控制接口，侧面为散热装置安装位。针对现有TR组件存在的问题通过相应设计，解决了此类组件设计时出现的难题，解决了组件散热问题，提高了产品的集成度，降低了产品剖面厚度，降低了生产周期与成本。

参阅图1-图10，本发明提供一种技术方案：

本发明第一方面提供：一种毫米波TR组件，包括腔体结构1，所述腔体结构1内安装有台阶槽印制板2，所述台阶槽印制板2内安装有裸芯片12屏蔽结构，所述台阶槽印制板2上安装有盖板结构3，所述盖板结构3上安装有环形封焊结构4，所述环形封焊结构4安装上有圆形封焊结构5，所述盖板结构3上安装有弹性SSMP连接器6，所述毫米波TR组件为气密封TR组件，所述裸芯片12屏蔽结构能够避免芯片集成出现自激和谐振，所述腔体结构1背面为散热区域。此TR组件架构如图1所示，产品为一种毫米波TR组件，采用瓦式架构，正面为台阶槽印制板2、裸芯片屏蔽结构、盖板结构3及弹性SSMP连接器6等，背面为散热区域。产品由腔体结构1、台阶槽印制板2、盖板结构3、封焊结构、弹性SSMP连接器6共同组成，台阶槽印制板2采用烧结方式安装于腔体结构1之上，弹性SSMP连接器6采用烧结方式安装于盖板结构3之上，芯片采用粘接方式安装于台阶槽印制板2内，通过螺钉将盖板结构3锁紧在腔体结构1，再利用环形封焊结构4与圆形封焊结构5进行气密封；TR组件背面为散热齿及散热装置安装位，局部位置作为气密性控制电源盲插连接器安装位。

在一些实施例中，所述的台阶槽印制板2采用烧结方式安装于腔体结构1内，所述盖板结构3通过紧固螺钉8固定在腔体结构1内，所述弹性SSMP连接器6采用烧结方式安装于盖板结构3上。

在一些实施例中，所述的腔体结构1及盖板结构3采用6063铝合金制作，所述的环形封焊结构4及圆形封焊结构5采用4046铝合金制作。

在一些实施例中，所述的裸芯片12屏蔽结构嵌入在台阶槽印制板2内，所述裸芯片12屏蔽结构包括裸芯片12，所述裸芯片12上连接有键合金丝11，所述键合金丝11另一端连接第一带状线13，所述第一带状线13设置在台阶槽印制板2内远离所述裸芯片12的一端设置有射频互联孔14，所述射频互联孔14上方台阶槽印制板2表层具有射频扇出盘9，所述射频扇出盘9与弹性SSMP连接器6接触，所述裸芯片12上方设置有吸波材料10，完成裸芯片12上方屏蔽，所述台阶槽印制板2底部及四周均金属化处理，完成裸芯片12底部屏蔽，所述台阶槽印制板2表面与盖板结构3接触完成裸芯片12四周屏蔽。此瓦式TR组件集成两百多通道，组件工作体制为半双工体制，每个通道为集成收发切换、信号放大、幅相调节等功能。为解决通道之间屏蔽问题、提高集成度、裸芯片12气密封等问题，本结构采用新型的裸芯片屏蔽结构进行设计。此组件由腔体结构1、盖板结构3、台阶槽印制板2、裸芯片12、吸波材料10以及弹性SSMP共同组成，台阶槽印制板2安装在腔体结构1上，弹性SSMP连接器6安装在盖板结构3上，吸波材料10贴在盖板结构3相应台阶槽内，裸芯片12粘接在印制板台阶槽内，再进行对应点金丝键合，最后将盖板结构3安装固定在腔体结构1上完成芯片屏蔽设计；此屏蔽结构将芯片嵌入在台阶槽印制板2内，台阶槽印制板2底部及台阶槽印制板2四周均金属化处理，从而完成裸芯片12底部屏蔽，台阶槽印制板2表层与盖板结构3接触完成裸芯片12四周屏蔽，盖板结构3台阶槽内吸波材料10完成裸芯片12上方屏蔽，此结构很好解决了芯片屏蔽问题，提高了通道之间的隔离度，避免了大规模芯片集成出现自激、谐振等现象，提高了产品集成度。此屏蔽结构中射频信号被第一带状线13两侧接地孔约束在内层第一带状线13传输，通过键合金丝11传输到裸芯片12，经过裸芯片12进行信号放大、幅相调整，再约束回到第一带状线13进行传输，再经过过孔传输至台阶槽印制板2表层射频扇出盘9，射频扇出盘9与弹性SSMP弹针接触并压缩弹针而良好传输信号，将信号输出至SSMP连接器。

在一些实施例中，所述的气密封TR组件的设计过程包括以下步骤：

S1：腔体结构1设计时在四周台阶与盖板结构3衔接处预留间隙；将气密型弹性SSMP连接器6通过烧结方式安装在盖板结构3上；

S2：将盖板结构3通过紧固螺钉8固定在腔体结构1之上，将环形封焊结构4放入腔体结构1与盖板结构3形成的间隙中；

S3：使用激光沿着环形封焊结构4外侧与腔体结构1相接边沿封焊，再通过激光沿着环形封焊结构4内侧与盖板结构3相接边沿封焊，从而完成盖板结构3与腔体结构1之间的气密封；

S4：将圆形封焊结构5放入螺钉孔上方预留圆形台阶内，再通过激光沿着圆形封焊结构5与腔体结构1相接边沿封焊，完成所述毫米波TR组件的气密封。 此瓦式TR组件全部由裸芯片12进行设计，裸芯片12长期裸露在空气中会影响可靠性和使用寿命，需要采用气密封设计。传统微波组件气密封常用方式为激光封焊，通过螺钉将内盖板紧固在腔体上完成射频性能调试，在将4047铝合金制作的封焊盖板通过激光封焊的方式进行组件气密封。当面临数百通道的高密度大规模瓦式TR组件时，此类方式将不再满足设计需求，一、采用传统双盖板的方式会将射频连接器密封在组件内部无法进行信号传输，二、采用4047铝合金单盖板的方式组件内部会出现印制板与盖板存在缝隙的现象，导致射频接地效果差不能达到指标性能甚至出现自激和谐振等问题。本结构提出一种适用于大规模TR组件的气密封结构，此结构采用6063铝合金制作腔体结构1及盖板结构3，采用4047铝合金制作环形封焊结构4及圆形封焊结构5，腔体结构1设计时在四周台阶与盖板结构3衔接处预留一定宽度的间隙；将气密型弹性SSMP连接器6通过烧结方式安装在盖板结构3上，再将盖板结构3通过紧固螺钉8安装在腔体结构1之上，将环形封焊结构4放入腔体结构1与盖板结构3形成的间隙中，再通过激光沿着环形封焊结构4外侧与腔体结构1相接边沿封焊，再通过激光沿着环形封焊结构4内侧与盖板结构3相接边沿封焊，从而完成盖板结构3与腔体结构1之间的气密封；此时还存在盖板结构3紧固螺钉8处未完成密封，再将圆形封焊结构5放入螺钉孔上方预留圆形台阶内，再通过激光沿着圆形封焊结构5与腔体结构1相接边沿封焊，最终完成整件TR组件的气密封。此气密封结构不仅解决了大规模瓦式TR组件无法密封的问题，还具有极低成本；此封焊结构中只需要少量4047铝合金结构，以及最为常见的激光封焊方式，不仅大大节约了密封成本，还简化了生产工艺，缩短了生产周期。

在一些实施例中，还包括新型功分器，所述新型功分器为三等分功分器，包括三条四分之一波长传输线19，所述四分之一波长传输线19两两之间呈120度夹角，所述四分之一波长传输线19交汇处设置有功分器总馈电端口21，所述功分器总馈电端口21通过过孔与台阶槽印制板2连接，所述四分之一波长传输线19之间设置有隔离电阻17寄生枝节，所述隔离电阻17寄生枝节接入隔离电阻17，所述隔离电阻17设置在隔离电阻17焊盘上，所述隔离电阻17焊盘下设置有射频信号过孔23，所述四分之一波长传输线19连接有第二带状线18。功分器在TR组件中是最为常见的不可或缺的一种无源微波器件，其实现方式有多种形式，TR组件设计中为节约成本常采用威尔金森功分器进行设计，一种是采用表层微带线功分器，隔离电阻17采用常用表贴电阻实现，另一种是采用内层微带线功分器，隔离电阻17采用埋阻材料蚀刻电阻实现。两种方式中第一种使用最为广泛，其成本低，但不适用于高密度大规模裸芯片TR组件，第二种使用较少，极为适合高密度大规模裸芯片TR组件，但其成本高，所需埋阻材料价格昂贵。在TR组件中功分器对幅度相位具有极高的一致性要求，当组件通道数不是2^n时，一种采用普通二等分功分器设计，会存在某些支路不被使用的情况，引入插损极大的问题；另一种采用一级功率比1：2不等分二路功分器配合二级二等分功分器形成的三等分功分器设计，则会出现不等分支路四分之一波长传输线19线宽过细，加工时误差相对增大出现指标较大恶化的问题。针对设计中出现的问题，现提出一种新型功分器。功分器为一种三等分功分器，三条四分之一波长传输线19两两之间呈120度夹角，功分器总馈电口从台阶槽印制板2背面通过过孔馈入内层四分之一波长传输线19交汇处，交汇处与四分之一波长传输线19之间具有匹配枝节，三等分功分器具有三条四分之一波长传输线19，每两条四分之一波长传输线19之间通过隔离电阻17寄生枝节接入隔离电阻17，从而形成三个两等分功分器，在每个功分器参数一致的情况下实现功率三等分；采用第二带状线18功分器设计是为了不增加埋阻材料的高昂费用，此处依旧采用表贴电阻的方式，在设计时将隔离电阻17焊盘移至表层，通过射频信号过孔23引入内层与隔离电阻17寄生枝节互联，再与四分之一波长传输线19相接。

本发明第二方面提供：一种吸波材料10切割装置，用于上述任一种毫米波TR组件，包括支撑底座26，所述支撑底座26通过支撑弹簧25与刀模夹具27连接，所述刀模夹具27远离支撑弹簧25的一端设置有脱模装置28，所述脱模装置28可拆卸的设置有刀模29，所述刀模29下方，支撑底座26上可拆卸的设置有刀模底座24。

本发明第三方面提供：一种吸波材料10切割方法，用于上述吸波材料10切割装置，包括以下步骤：

将吸波材料10放入刀模底座24之上，按压刀模夹具27，刀模29落下切割吸波材料10，并进入刀模底座24将所需形状吸波材料10与吸波材料10其余部分分离，松开刀模夹具27支撑弹簧25将刀模夹具27升起，再按压脱模装置28将刀模29内的吸波材料10进行脱模，从而完成吸波材料10切割。

瓦式TR组件集成度极高，具有数百路射频通道，组件中包含的射频芯片数量极为庞大，其自激、谐振风险很高，吸波材料10是解决此类风险比不可少的材料。组件中使用吸波材料10需要将其切割成所需的形状贴入芯片正上方结构台阶槽内，吸波材料10切割、粘贴方式有两种，一是使用手术刀等刀具切割所需大小形状再贴入指定台阶槽内，此方法效率低下，且切割大小形状不一，屏蔽不能达到最佳效果；二是使用激光按照所需大小形状进行切割后贴入指定台阶槽内，此方法效率高，形状大小一致，但是激光切割端面存在较多碳化杂质无法清理，贴入组件时会导致碳化杂质进入组件，污染芯片甚至短路。为提高吸波材料10切割和粘贴效率，提出一种吸波材料10切割装置，其由刀模29、刀模底座24、支撑弹簧25、刀模夹具27、支撑底座26及脱模装置28等组成，其工作原理为：将吸波材料10放入刀模底座24之上，按压刀模夹具27，刀模29落下切割吸波材料10，并进入刀模底座24将所需形状吸波材料10与吸波材料10其余部分分离，松开刀模夹具27支撑弹簧25将刀模夹具27升起，再按压脱模装置28将刀模29内的吸波材料10进行脱模，从而快速完成吸波材料10切割。此装置不仅高效率切割吸波材料10，且不会存在多余杂质，成本低廉，更换刀模29与刀模底座24便可投入其他的组件生产中使用，大幅度提高了生产效率，降低了生产成本。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。