CN115986433B - 一种tr模块架构及其工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种TR模块架构及其工艺方法，该TR模块架构包括安装在模块腔体中的多层混压板，多层混压板上集成有功能器件以及多颗芯片，所述模块腔体内还嵌设有多个功能连接器件，多层混压板上设置有与所述功能连接器件键合的传输金丝，且每个所述传输金丝两侧还设置有接地金丝，以供所述模块腔体与多层混压板键合。本发明将芯片以及功能器件集成在多层混压板上，通过传输金丝以及接地金丝使多层混压板与模块腔体形成地‑信号‑地的结构，保证多层混压板的接地性，功能连接器件嵌设在模块腔体内并通过传输金丝与多层混压板键合，保证TR模块的气密性。

Description

一种TR模块架构及其工艺方法

技术领域

本发明属于相控阵天线技术领域，尤其涉及一种TR模块架构及其工艺方法。

背景技术

在相控阵天线（雷达）领域，T/R模块作为整个相控阵的核心部件，模块的性能几乎决定整个相控阵的性能，而模块一般分为射频和低频两部分，射频用于保证模块的性能，低频给射频芯片等控制信号供电，常规架构是使用射频和低频供电分离的结构，相当于两条通路，如申请公开号为CN113271118A的中国发明专利公开了一种双频双极化TR模块，其低频部分采取射频供电板处理低频控制和供电信号，然后键合低频焊盘和射频芯片焊盘来实现供电互连，射频部分通常是通过射频芯片前后微带进行过渡，输出端和输入端通过点焊绝缘子的形式来实现射频通路，具体如图1所示；但这种模块架构存在一些缺陷，具体如下：

1、射频芯片前后必须有微带过渡，芯片越多过渡的微带越多，工艺生产复杂；

2、为了使整个射频信号都在同一水平面上，射频过渡性能相对较好，在设计过程中即希望馈电和天线端连接器不存在高度差，然而如图1所示，实际中由于通道间距的原因，馈电和天线端通常会存在高度差，为了消除这个高度差，在如图1所示的架构基础上，常采用微带过渡到芯片位置的方式，即将微带分成若干小段，通过调整各个芯片位置以及相邻两个芯片之间微带位置的方式，使整个射频信号在同一水平面上，但上述方式不仅工艺复杂，还由于芯片之间存在高度差，易恶化射频过渡性能，尤其在高频段或高度差较大的情况下；

3、模块整体结构复杂，需要在结构腔体上开孔，用于安装定位芯片和微带，结构件加工复杂，成本较高；

4、每颗芯片之间通过微带过渡，对每颗芯片的位置以及微带的位置都需要进行设计，需要设计微带，射频供电板，使得整个工艺设计十分复杂；

5、加工工艺复杂，对安装顺序也有要求，射频连接器的针搭接在微带上，有部分微带是在连接器针的正下面，因此，焊接完射频连接器后需要考虑微带的长度和焊接顺序，加大了设计难度、安装及返修难度。

发明内容

本发明的目的在于，为克服现有技术缺陷，提供了一种TR模块架构，将芯片集成在多层混压板上，通过传输金丝以及接地金丝使多层混压板与模块腔体形成地-信号-地的结构，保证多层混压板的接地性，功能连接器件嵌设在模块腔体内并通过传输金丝与多层混压板键合，保证TR模块的气密性，同时通过连接器过渡到芯片位置，使具有一定弧长的金丝键合存在高度差的方式来使芯片与其附近的焊盘位于同一水平面上，对射频过渡性能影响较小，且连接器与多层混压板之间不存在相互搭接的情况，可根据实际情况调整工序。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种TR模块架构，包括安装在模块腔体中的多层混压板，多层混压板上集成有功能器件以及多颗芯片，所述模块腔体内还嵌设有多个功能连接器件，多层混压板上设置有与所述功能连接器件键合的传输金丝，且每个所述传输金丝两侧还设置有接地金丝，以供所述模块腔体与多层混压板键合。

在一个实施方式中，所述功能连接器件包括供电连接器、馈电射频连接器、天线射频连接器以及控制连接器，所述功能连接器件均烧结在所述模块腔体内，通过本实施方式，在模块腔体内开设多个安装槽，通过烧结的方式将多个连接器件嵌设在模块腔体内，使得整个天线模块的集成度更高。

在一个实施方式中，所述功能连接器件分别嵌设在所述模块腔体的四周，且所述供电连接器以及所述控制连接器分别设置在模块腔体的两侧，通过本实施方式，将供电连接器以及控制连接器设计在模块的两侧，不影响整个天线模块的布局，进一步提高天线模块的集成度。

在一个实施方式中，还包括盖板，所述盖板焊接在所述模块腔体上，以封闭所述多层混压板，通过本实施方式，在多层混压板、芯片以及功能连接器件设置完毕后，通过焊接的方式将盖板封焊在模块腔体上即可完成该天线模块的组装。

在一个实施方式中，所述射频连接器具有与所述传输金丝连接的内芯，所述内芯设置在所述射频连接器的壳体内，所述壳体的部分侧壁呈方形结构，通过本实施方式，在组装时，将射频连接器烧结在模块腔体内，射频连接器的内芯通过传输金丝与多层混压板键合，即射频连接器与多层混压板之间不存在搭接情况，使得在组装的过程中，可以先烧结射频连接器，也可以先安装多层混压板，便于根据实际情况调整工序，同时射频连接器壳体的部分侧壁呈方形结构，使得键合金丝的平面在焊接的过程中不发生转动。

本发明还提供了一种基于上述TR模块架构的工艺方法，包括如下步骤：

步骤A，将多个功能连接器件烧结在模块腔体内；

步骤B，将芯片以及功能器件焊接在多层混压板上，再将所述多层混压板安装在模块腔体内；

步骤C，将所述多层混压板与所述功能连接器件软连接；

其中，所述步骤A与所述步骤B之间的加工顺序能够相互交换；

由于多层混压板上设置有与所述功能连接器件键合的传输金丝，传输金丝预埋在模块腔体内，即加工步骤A与加工步骤B之间没有必要的先后关系，可以先将多层混压板安装在模块腔体后再将多个功能连接器烧结在模块腔体内，可根据实际情况调整工序，整个加工过程中，焊接次数少，焊接温度梯度更容易调整，便于根据实际工艺情况，调整工序焊接温度以降低成本。

在一个实施方式中，在步骤C中，所述功能连接器件与所述多层混压板之间通过金丝键合完成软连接；

通过本实施方式，采用金丝键合射频和低频供电通路，对振动的响应小，提高整机的可靠性。

在一个实施方式中，所述步骤C还包括，在所述多层混压板上设置用于与所述功能连接器件键合的传输金丝，同时在所述传输金丝的两侧设置接地金丝，供所述多层混压板与所述模块腔体键合；

通过本实施方式，即控制连接器、供电连接器、馈电射频连接器以及天线射频连接器均与多层混压板金丝键合，具体则是在多层混压板上设置与各个功能连接器件位置对应的传输金丝，如在与馈电射频连接器位置对应的区域设置多个射频传输金丝，馈电射频连接器的内芯通过射频传输金丝与多层混压板连接，而每个射频传输金丝的两侧还设置有接地金丝，多层混压板上的接地金丝与结构腔体键合，多层混压板与模块腔体形成地-信号-地的结构，保证地回路连续，功能连接器件均嵌设在模块腔体内并通过传输金丝与多层混压板键合，保证整个天线模块的气密性，同时由于多颗芯片集成在多层混压板上，通过连接器过渡到芯片位置，使具有一定弧长的金丝键合存在高度差的方式来使芯片与其附近的焊盘位于同一水平面上，连接器过渡到芯片位置相对于微带过渡到芯片位置的方式而言，性能恶化的程度大幅减少，即通过该种方式对射频过渡性能的影响较小，且工艺更为简单。

在一个实施方式中，在步骤B中，所述多层混压板与所述模块腔体螺纹连接，或所述多层混压板焊接在所述模块腔体中，或所述多层混压板粘接在所述模块腔体中；

通过本实施方式，方便操作人员根据实际情况将混压板安装在模块腔体中。

在一个实施方式中，在步骤C之后，还包括：

步骤D，将盖板焊接在所述模块腔体上，以封闭所述多层混压板；

通过本实施方式，在多层混压板以及功能连接器件安装完毕后，进行最后的封盖操作，即完成TR模块的组装。

本发明的有益效果在于：

TR模块整体集成度高，将芯片集成在多层混压板上，多层混压板通过与功能连接器件金丝键合的方式，将射频以及低频集成一条通路，简化结构以及工艺；同时多层混压板与模块腔体形成地-信号-地的结构，保证地回路连续；通过连接器过渡到芯片位置，使具有一定弧长的金丝键合存在高度差的方式，使芯片与其附近的焊盘位于同一水平面上，相较于微带过渡的方式，大幅减小对射频过渡性能的影响，且连接器与多层混压板之间不存在相互搭接的情况，可根据实际情况调整工序；工艺更为简单，焊接次数少，焊接温度梯度更容易调整，可根据实际工艺情况，调整工序焊接温度以降低成本，同时避免如微带和芯片一起焊接的情况，便于返修。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1显示了现有技术中的天线模块的结构示意图；

图2显示了本发明的结构示意图；

图3显示了本发明的展开结构示意图；

图4显示了图3中I处的局部放大示意图；

图5显示了本发明的馈电射频连接器的结构示意图；

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。

附图标记：

1-模块腔体，2-多层混压板，3-芯片，4-射频传输金丝，5-接地金丝，6-供电连接器，7-馈电射频连接器，8-天线射频连接器，9-控制连接器，10-内芯。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，目前的TR模块架构大多分为射频和低频两部分，低频部分形成第一通路（连接器+射频供电板），即采取射频供电板处理低频控制和供电信号，然后键合低频焊盘和射频芯片焊盘来实现供电互连，射频部分形成第二通路（芯片+微带+连接器），即通过射频芯片前后微带进行过渡，输出端和输入端通过点焊绝缘子的形式来实现射频通路，结构以及工艺方法均较为复杂；同时虽然在设计中希望馈电和天线端连接器不存在高度差，但由于实际中通道间距的原因，如图1所示，馈电和天线端之间通常都会存在高度差，基于该架构，使微带过渡到芯片位置的方式，即每次过渡芯片和微带的位置留着高度差，一点点逐渐消除高度差，但由于芯片之间存在高度差，对射频过渡性能影响较大，尤其在高频段或高度差较大的情况下，且芯片越多，过渡的微带就越多，使得工艺十分复杂。

本发明提供了一种TR模块架构，包括安装在模块腔体1中的多层混压板2，多层混压板2上集成有功能器件以及多颗芯片3，模块腔体1内还嵌设有多个功能连接器件，多层混压板2上设置有与功能连接器件键合的传输金丝，且每个传输金丝两侧还设置有接地金丝5，以供模块腔体1与多层混压板2键合；

需要说明的是，功能器件包括电阻以及电容等器件，多层混压板上设计有焊盘，供芯片以及功能器件安装，如图2、图3以及图4所示，本实施例将多颗芯片3集成在多层混压板2上，再通过传输金丝将多层混压板2分别与多个功能连接器件键合，将低频与射频集成为一条通路，通过接地金丝5将多层混压板2与模块腔体1键合，使多层混压板2与模块腔体形成地-信号-地结构，保证多层混压板的接地性；

具体地，如图3和图4所示，馈电射频连接器7通过射频传输金丝4与多层混压板2键合，同时射频传输金丝4两侧具有接地金丝5，接地金丝5键合多层混压板2与模块腔体1，即在键合时将接地金丝5的一端与多层混压板2连接，另一端与模块腔体1连接，保证多层混压板的接地性，基于本实施例的模块架构，由于射频传输金丝4具有一定的弧长，将其与馈电射频连接器7存在高度差的方式进行键合，以消除馈电端与天线端连接器之间的高度差，使芯片与其附近的焊盘位于同一水平面上，连接器过渡到芯片3位置，相较于微带过渡的方式，显著减小了对射频过渡性能的影响；

进一步地，功能连接器件包括供电连接器6、馈电射频连接器7、天线射频连接器8以及控制连接器9，功能连接器件均烧结在模块腔体1内；

具体地，功能连接器件分别嵌设在模块腔体1的四周，且供电连接器6以及控制连接器9分别设置在模块腔体1的两侧；即在模块腔体1内开设多个安装槽，通过烧结的方式将多个连接器件嵌设在模块腔体1内，使得整个天线模块的集成度更高，同时将供电连接器6以及控制连接器9设计在模块的两侧，不影响整个天线模块的布局，进一步提高天线模块的集成度，功能连接器件嵌设在模块腔体内并通过传输金丝与多层混压板键合，保证TR模块的气密性；

进一步地，天线模块还包括盖板，盖板焊接在模块腔体1上，以封闭多层混压板2，通过焊接的方式将盖板封焊在模块腔体1上即可完成该天线模块的组装；

在一个实施例中，如图5所示，射频连接器具有与传输金丝连接的内芯10，内芯10设置在射频连接器的壳体内，壳体的部分侧壁呈方形结构；

需要说明的是，在组装时，将射频连接器烧结在模块腔体1内，射频连接器的内芯10通过传输金丝与多层混压板2键合，即射频连接器与多层混压板2之间不存在搭接情况，使得在组装的过程中，可以先烧结射频连接器，也可以先安装多层混压板2，便于根据实际情况调整工序，同时射频连接器壳体的部分侧壁呈方形结构，使得键合金丝的平面在焊接的过程中不发生转动。

本发明还提供了一种TR模块架构的工艺方法，包括如下步骤：

步骤A，将多个功能连接器件烧结在模块腔体内；

步骤B，将芯片以及功能器件焊接在多层混压板上，再将多层混压板安装在模块腔体内；

步骤C，将多层混压板与功能连接器件软连接；

步骤D，将盖板焊接在模块腔体上，以封闭多层混压板；

其中，步骤A与步骤B之间的加工顺序能够相互交换；

需要说明的是，如图3和图4所示，由于多层混压板2与功能连接器件之间通过传输金丝键合，即步骤A与步骤B之间没有必要的先后关系，还可以先将多层混压板2安装在模块腔体1后，再将多个功能连接器烧结在模块腔体1内，再将多层混压板2与功能连接器件进行连接，即操作人员可根据实际的情况调整工序；

而如图1所示，常规架构的工艺方法大致如下：

S1，射频连接器以及低频连接器烧结在结构腔体上；

S2，把芯片焊接在芯片载板（为匹配芯片和结构腔体热容不匹配问题，防止热应力拉裂）上；

S3，微带焊接在结构腔体上；

S4，射频供电板安装在结构腔体上；

S5，点焊天线连接器、馈电连接器、微带（两端）以及低频供电连接器；

S6，微带-芯片、射偏供电板-芯片、射频供电板-低频连接器金丝键合；

S7，封盖，保证模块腔体气密。

与现有的工艺方法相比，显然，基于本发明提供的TR模块架构，其工艺步骤更少，整个工艺更为简单，焊接次数少，现有技术中的工艺方法需要人工进行点焊，而本发明提供的TR模块架构过渡基本使用金丝键合，结构形式简单，便于自动化生产，效率高，适合批量化生产，焊接温度梯度更容易调整，便于实际工艺情况，调整工序焊接温度以降低成本，同时在设计阶段，也无需设计微带以及射频供电板；

同时，在现有技术中的工艺方法中，由于其焊接次数较多，焊接温度梯度不够，易出现如射频供电板需要与芯片一起焊接的情况，在返修时，即需要将一起焊接的器件同时拆取下来，而本实施例中的工艺方法焊接次数较少，各个器件能够使用不同的焊接温度梯度，便于后续返修；

具体地，在步骤C中，功能连接器件与多层混压板2之间通过金丝键合完成软连接，即采用金丝键合射频和低频供电通路，对振动的响应小，提高整机的可靠性；

需要说明的是，在步骤C中，在多层混压板2上设置与功能连接器件键合的传输金丝，同时在多层混压板2上设置位于传输金丝两侧的接地金丝5，并将接地金丝5与模块腔体1键合；即控制连接器9、供电连接器6、馈电射频连接器7以及天线射频连接器8均与多层混压板2金丝键合；

如图3和图4所示，具体则是在多层混压板2上设置与各个功能连接器件位置对应的传输金丝，如在与馈电射频连接器7位置对应的区域设置多个射频传输金丝4，馈电射频连接器7的内芯10通过射频传输金丝4与多层混压板2连接，而每个射频传输金丝4的两侧还设置有接地金丝5，多层混压板2上的接地金丝5与模块腔体1键合，多层混压板2与模块腔体1之间形成地-信号-地的结构，保证地回路连续；

同时，在面对实际中通道间距的问题，在上述工艺方法的基础上，通过连接器过渡到芯片位置，使具有一定弧长的金丝键合存在高度差的方式来使芯片与其附近的焊盘位于同一水平面上，连接器过渡到芯片位置相对于微带过渡到芯片位置的方式而言，性能恶化的程度大幅减少，即通过该种方式对射频过渡性能的影响较小，且工艺更为简单；

即本发明提供的TR模块架构，其集成度更高，能够在对射频过渡性能影响较小的情况下，使整个射频信号在同一水平上，同时其对应的工艺方法相较于常规的架构而言，减少了工艺步骤，显著减少焊接次数，使得焊接温度梯度更容易调整，可根据实际工艺情况，调整工序焊接温度以降低成本，同时整个加工工序也能够根据实际进行调整，方便操作，且拆装、返修工艺简单，在后续使用的过程中，直接返修PCB板或连接器进行返修即可。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“底”、“顶”、“前”、“后”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (9)

1. 一种TR模块架构，其特征在于，包括安装在模块腔体中的多层混压板，多层混压板上集成有功能器件以及多颗芯片，所述功能器件包括电阻以及电容,所述模块腔体内还嵌设有多个功能连接器件, 所述功能连接器件包括供电连接器、馈电射频连接器、天线射频连接器以及控制连接器，所述功能连接器件均烧结在所述模块腔体内，多层混压板上设置有与所述功能连接器件键合的传输金丝，且每个所述传输金丝两侧还设置有接地金丝，以供所述模块腔体与多层混压板键合。

2.根据权利要求1所述的一种TR模块架构，其特征在于，所述功能连接器件分别嵌设在所述模块腔体的四周，且所述供电连接器以及所述控制连接器分别设置在模块腔体的两侧。

3.根据权利要求1所述的一种TR模块架构，其特征在于，还包括盖板，所述盖板焊接在所述模块腔体上，以封闭所述多层混压板。

4.根据权利要求1所述的一种TR模块架构，其特征在于，所述射频连接器具有与所述传输金丝连接的内芯，所述内芯设置在所述射频连接器的壳体内，所述壳体的部分侧壁呈方形结构。

5.一种如权利要求1至4任一项所述的TR模块架构的工艺方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤A，将多个功能连接器件烧结在模块腔体内；

步骤B，将芯片以及功能器件焊接在多层混压板上，再将所述多层混压板安装在模块腔体内；

步骤C，将所述多层混压板与所述功能连接器件软连接；

其中，所述步骤A与所述步骤B之间的加工顺序能够相互交换。

6.根据权利要求5所述的一种TR模块架构的工艺方法，其特征在于，在所述步骤C中，所述功能连接器件与所述多层混压板之间通过金丝键合完成软连接。

7.根据权利要求6所述的一种TR模块架构的工艺方法，其特征在于，所述步骤C还包括，在所述多层混压板上设置用于与所述功能连接器件键合的传输金丝，同时在所述传输金丝的两侧设置接地金丝，供所述多层混压板与所述模块腔体键合。

8.根据权利要求5所述的一种TR模块架构的工艺方法，其特征在于，所述多层混压板与所述模块腔体螺纹连接，或所述多层混压板焊接在所述模块腔体中，或所述多层混压板粘接在所述模块腔体中。

9.根据权利要求5所述的一种TR模块架构的工艺方法，其特征在于，在步骤C之后，还包括：

步骤D，将盖板焊接在所述模块腔体上，以封闭所述多层混压板。