CN113594661B - 一种微波组件集成化设计方法及应用该方法生产的微波组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微波组件集成化设计方法及应用该方法生产的微波组件，涉及通信设备领域，包括如下步骤：元器件准备、射频微波部分制作、中低频部分和直流偏置部分制作以及组件的装配，本发明凭借电路板加工、混压、成型、包铜的加工工艺，将不同厚度的环氧介质板加工成异形，并凭借烧结装配工艺，组合成预期设计的形状，用作单元电性能电路板的承载体，代替金属结构件的使用，在一定程度上能够减少金属材料的使用，降低金属件的加工成本。

Description

一种微波组件集成化设计方法及应用该方法生产的微波组件

技术领域

本发明属于通信设备领域，具体涉及一种微波组件集成化设计方法及应用该方法生产的微波组件。

背景技术

随着目前微波技术的进一步发展，微波类产品小型化、高集成化的要求越来越高，在有限的体积之内必须尽可能集成更全面的功能，以确保产品能够尽可能的减小体积重量以及成本的限制的同时，在有限的条件之内，发挥更大的效能。

对于目前的微波产品，大部分由金属结构件、单层介质板或混压介质板、芯片和封装类元器件组成。产品构造思路一般为：

1、金属机加件作为产品的结构主体，起到承载和封装内部电路板、元器件的作用，其加工的方式主要为线切割、车、铣、钻、刨、攻丝等，如果牵扯到高频类芯片烧结与粘接工艺，机加工件则需要另外进行镀金、镀银或镀镍的表面处理工艺。机加类零件在产品中的比重约在20％～40％范围内不等。

2、作为产品中所有或绝大部分元器件的承载体，微波介质板、混压电路板、单层电路板等材料，介于元器件与结构件之间，电路板上的线路层用于传输高频微波信号或低频直流信号，其生产工艺为，将电子封装类元器件、芯片、连接器、接插件等通过不同温度梯度的焊锡进行烧结或粘接后，再通过相同的烧结、粘接工艺与金属结构件粘连，或者通过螺钉等紧固件固定在结构件上。所有的混压电路板和多层电路板的加工特点是，工作频段越高，线路板设计限制就越高，工作频段越低，线路板设计限制就越低，同时，电路板的设计、加工自由度就越高，顺应产品形状与布局的需求，在保证机械强度和工艺装配合理性的前提下，电路板可以加工成任意形状。绝大部分的电路板形状不一，但基本上均为二维平面上的异形薄片形式。该类零件在产品中的比重约在10％～20％范围内不等，受工作频率和加工工艺的限制，电路板的成本占比约在5％～40％范围内浮动。

3、元器件作为产品的核心，通过设计选型、设计布局、结合合理的工艺装配方法，用于实现产品预定的指标性能，从工作频率上，主要划分为微波射频类器件、中低频器件、直流类器件，从器件外形上，主要分为芯片和封装两类，除此之外，还包括低频接插件、射频连接器等用于内部和对外信号传输的器件。元器件在产品中的成本占比较高，一般在40％～70％范围内不等。

由于现有的小型化的微波组件产品体积很小，功能要求较多，传统设计思路要求结构件先行设计，优先考虑各结构件之间的配合，考虑彼此之间通过紧固件对接的合理性和牢固度，然后在此基础上划分各功能区电路，考虑各部分元器件摆放部位的合理性，再围绕着已有的空间进行电路排布。

上述设计思路的特点是，结构件屏蔽效果较好，产品牢固度较高，在弹载、机载使用环境中，具有形变率低、抗冲击性强、性能稳定的优点；但是由于产品结构件比重较高，体积中所占据的空间也比较大，相应的，电路板的尺寸有限，采用单层电路排布无法实现，电路板需要做成多层混压形式，将射频电路、中低频电路集成在一个单元电路板之内，各单元电路之间采用微型接插件进行信号和直流互联，这样必然也会导致产品结构件、电路板加工的成本提高，同时也因大量使用微形接插件，带来成本的进一步提升。对于非弹载、机载，甚至民用车载等，以及其他对使用环境要求并不苛刻的条件，该设计思路不具备成本优势，并且装配的难度较高，不具备可生产性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微波组件集成化设计方法及应用该方法生产的微波组件，以解决现有技术中导致的上述缺陷。

一种微波组件集成化设计方法，所述微波组件的单元电路从工作频段上来看，主要包括射频微波部分、中低频部分以及直流偏置部分；

上述微波组件集成化设计方法包括如下步骤：

S1、准备组成微波组件的各元器件，备用；

S2、射频微波部分采用全芯片化设计，金属机加件用作电路承载，模块的馈电采用微型接插件或者柔性板与外部连接，微波信号采用微型射频连接器或者单独引出的引脚、焊盘与后级模块相连；

S3、中低频部分和直流偏置部分选用多层低密度介质板用作电路承载，电路单元也采用多层低密度介质板，采用金属化孔在板内互联，元器件贴于电路板的正反面，正面为中低频电路和元器件，背面为直流偏置部分，用于就近加电，根据后级链路的电路规模，兼顾考虑电路功能的划分，中低频部分分成若干小块，彼此之间通过柔性板互联，装配时采用叠层的方式，各单元电路之间用厚度为5mm左右的聚四氟乙烯介质材料隔开，该聚四氟乙烯材料由若干层1-2mm厚度的多层低密度介质板压合而成，正反面均为接地铜层并与其上下两侧的中低频部分电路板焊接，加工时采用电路板加工工艺，该材料中间局部镂空，用于避让中低频电路板上的元器件；

S4、用作电路承载的多层低密度介质板与中低频部分通过焊锡焊接的方式合并成一体，然后再通过机械连接的方式，与前端射频微波部分以及外部壳体连接，形成一个完整的小型化的微波组件。

优选的，所述多层低密度介质板采用环氧树脂介质板。

采用上述微波组件集成化设计方法制作的微波组件，包括底座、承载板、电路板、罩体以及端盖，所述承载板有多个且叠装于底座上，承载板的上下两端以及相邻两个承载板之间安装有所述的电路板，所述罩体安装于底座上并能够将承载板及电路板包裹于内，所述端盖安装于罩体的上端以实现整个微波组件的封装，端盖(5)内还安装有射频微波部分。

优选的，所述承载板平行于底座安装。

优选的，相邻两个电路板之间通过柔性板互联，承载板的上下两面设有若干散热槽。

优选的，所述底座、罩体及端盖均由金属材料制成。

本发明的优点在于：

1.本发明凭借环氧树脂介质板的加工工艺，结合异形高厚度芯板的叠层焊接工艺进行装配，可以减少产品的加工难度和工艺装配难度，同时结合合理的元器件选型，对于低成本军用产品，民用量产型高性能微波产品，具有一定的可行性；

2.凭借电路板加工、混压、成型、包铜的加工工艺，将不同厚度的环氧介质板加工成异形，并凭借烧结装配工艺，组合成预期设计的形状，用作单元电性能电路板的承载体，代替金属结构件的使用，在一定程度上能够减少金属材料的使用，降低金属件的加工成本，从实践来看，结构件的成本被控制在整个产品成本的10％以下，电路板部分因为额外增加一些承载件，所以成本略有增加，只不过对于结构的降低来说，增加量很小，在产品内占比平均增加2％-5％，更改后带来的工艺装配的简化和对接接插件规格的简化，产品的整体成本降低约15％-20％；

3.通过电路板金属化孔实现信号互联，减少微型接插件和射频连接器使用，对于网络连线较多较密集的区域，采用柔性板互联，可以减少成本支出；

4.部分电路板依然采用常规设计，集成所需的射频芯片、中低频器件，用于实现单元电路板预期的设计指标，并且单元电路板之间采用金属化通孔互联，结合承载体进行联合设计，在满足产品设计目标的前提下，减少成本支出；

5.产品金属件可以采用冲压、铸模的工艺加工，有利于降低成本；

6.本发明中涉及的微波组件，通过采用上述设计方法，电路板之间的结构尺寸降低，使得其集成度获得提高，且考虑到多层电路板本身的散热需求，将承载板上下两面设计成具有散热通道的散热槽，可以保证良好的散热。

附图说明

图1为本发明的设计方法的流程图。

图2为本发明所述的一般微波组件的电路单元示意图。

图3、图4为本发明中微波组件不同视角的结构示意图。

图5为本发明中微波组件去掉罩体后的主视图。

图6为图5的***图。

其中：1底座，2承载板，21散热槽，3电路板，4罩体，5端盖，6柔性板，7接口单元。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1所示，一种微波组件集成化设计方法，所述微波组件的单元电路从工作频段上来看，主要包括射频微波部分、中低频部分以及直流偏置部分；

上述微波组件集成化设计方法包括如下步骤：

S1、准备组成微波组件的各元器件，备用；

S2、射频微波部分采用全芯片化设计，尽量减小单元模块的体积，该部分模块优先考虑射频部分的电特性、电磁屏蔽隔离、芯片封装可靠性的因素，金属机加件用作电路承载，模块的馈电采用微型接插件或者柔性板与外部连接，微波信号采用微型射频连接器或者单独引出的引脚、焊盘与后级模块相连；

S3、中低频部分和直流偏置部分选用多层低密度介质板用作电路承载，电路单元也采用多层低密度介质板，采用金属化孔在板内互联，元器件贴于电路板的正反面，正面为中低频电路和元器件，背面为直流偏置部分，用于就近加电，根据后级链路的电路规模，兼顾考虑电路功能的划分，中低频部分分成若干小块，彼此之间通过柔性板互联，装配时采用叠层的方式，各单元电路之间用厚度为5mm左右的聚四氟乙烯介质材料隔开，该聚四氟乙烯材料由若干层1-2mm厚度的多层低密度介质板压合而成，正反面均为接地铜层并与其上下两侧的中低频部分电路板焊接，加工时采用电路板加工工艺，该材料中间局部镂空，用于避让中低频电路板上的元器件；

S4、用作电路承载的多层低密度介质板与中低频部分通过焊锡焊接的方式合并成一体，然后再通过机械连接的方式，与前端射频微波部分以及外部壳体连接，形成一个完整的小型化的微波组件。

在本实施例中，所述多层低密度介质板采用环氧树脂介质板。

如图2至图6所示，本实施例中还公开了采用上述微波组件集成化设计方法制作的微波组件，包括底座1、承载板2、电路板3、罩体4以及端盖5，所述承载板2有多个且叠装于底座1上，承载板2的上下两端以及相邻两个承载板2之间安装有所述的电路板3，所述罩体4安装于底座1上并能够将承载板2及电路板3包裹于内，所述端盖5安装于罩体4的上端以实现整个微波组件的封装，所述底座1、罩体4及端盖5均由金属材料制成。其中，上述电路板3中应包含以下电路单元：中低频部分以及直流偏置部分，射频微波部分可安装于端盖5内，端盖5包括位于上部的盖体以及下部的承载部，承载部与罩体4安装固定。

在本实施例中，所述承载板2平行于底座1安装，底座1上可设置用于与外部电路连接的接口单元7，所述承载板2的上下两面设有若干散热槽。

在本实施例中，相邻两个电路板3之间通过柔性板6互联，其中，也可以直接使用导线连接，受限于柔性板的供货渠道和加工成本，导线连接的方式可以进一步降低成本，所述端盖5上设有若干矩形的通孔51。该设计对于工作频率覆盖C波段以下的中低频电路的组件具有一定的通用性，对于工作频率至C波段以上的产品，由于信号传输损耗随着工作频率提高而增加，电路设计的限制条件增多，需要通过ADS、ANSYS ELECTRONICS等仿真建模软件进行预先建模和仿真计算，经模拟仿真手段评估合格后，可以采用该方法进行设计。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (5)

1.一种微波组件集成化设计方法，其特征在于，所述微波组件的单元电路从工作频段上来看，主要包括射频微波部分、中低频部分以及直流偏置部分；

上述微波组件集成化设计方法包括如下步骤：

S1、准备组成微波组件的各元器件，备用；

S2、射频微波部分采用全芯片化设计，金属机加件用作电路承载，模块的馈电采用微型接插件或者柔性板与外部连接，微波信号采用微型射频连接器或者单独引出的引脚、焊盘与后级模块相连；

S3、中低频部分和直流偏置部分选用多层低密度介质板用作电路承载，电路单元也采用多层低密度介质板，采用金属化孔在板内互联，元器件贴于电路板的正反面，正面为中低频电路和元器件，背面为直流偏置部分，用于就近加电，根据后级链路的电路规模，兼顾考虑电路功能的划分，中低频部分分成若干小块，彼此之间通过柔性板互联，装配时采用叠层的方式，各单元电路之间用厚度为5mm左右的聚四氟乙烯介质材料隔开，该聚四氟乙烯介质材料由若干层1-2mm厚度的多层低密度介质板压合而成，正反面均为接地铜层并与其上下两侧的中低频部分电路板焊接，加工时采用电路板加工工艺，该材料中间局部镂空，用于避让中低频电路板上的元器件；

S4、用作电路承载的多层低密度介质板与中低频部分通过焊锡焊接的方式合并成一体，然后再通过机械连接的方式，与前端射频微波部分以及外部壳体连接，形成一个完整的小型化的微波组件；

上述微波组件包括底座(1)、中低频部分和直流偏置部分电路板的承载板(2)、电路板(3)、罩体(4)以及端盖(5)，所述承载板(2)有多个且叠装于底座(1)上，承载板(2)的上下两端以及相邻两个承载板(2)之间安装有所述的电路板(3)，所述罩体(4)安装于底座(1)上并能够将承载板(2)及电路板(3)包裹于内，所述端盖(5)安装于罩体(4)的上端以实现整个微波组件的封装，端盖（5）内还安装有射频微波部分。

2.根据权利要求1所述的一种微波组件集成化设计方法，其特征在于：所述多层低密度介质板采用环氧树脂介质板。

3.根据权利要求1所述的一种微波组件集成化设计方法，其特征在于：所述承载板(2)平行于底座(1)安装。

4.根据权利要求3所述的一种微波组件集成化设计方法，其特征在于：相邻两个电路板(3)之间通过柔性板(6)互联。

5.根据权利要求3所述的一种微波组件集成化设计方法，其特征在于：所述底座(1)、罩体(4)及端盖(5)均由金属材料制成。

Images