CN116885457A - 一种相控阵天线、天线封装结构及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种相控阵天线、天线封装结构及其制作方法，所述天线封装结构包括上层PCB板、金属盖板、下层PCB板及BGA球栅阵列，上层PCB板包括多个天线辐射单元、同轴馈电柱、射频连接链路、金属屏蔽腔、MMIC芯片及第一焊盘；金属盖板覆盖金属屏蔽腔开口，以实现MMIC芯片的金属屏蔽；下层PCB板中的第二焊盘分别与功分网络结构及波控数据分发网络电连接；BGA球栅阵列中的多个焊球分别与第一焊盘及第二焊盘电连接，以实现上层PCB板与下层PCB板相级联。本发明通过上层PCB板与下层PCB板分体设计减少了天线封装结构的各结构间进行加工时的层叠数量及压合次数，在保证所述天线封装结构的良率的同时降低了生产成本。

Description

一种相控阵天线、天线封装结构及其制作方法
技术领域
本发明涉及射频天线领域，特别是涉及一种相控阵天线、天线封装结构及其制作方法。
背景技术
在传统相控阵天线设计中，无源天线结构与发射/接收(Transmitter andReceiver，简称T/R)组件独立封装，两者通过BGA球栅阵列(Ball Grid Array，简称BGA)相级联。T/R组件常使用高温共烧多层陶瓷基板(HTCC)封装技术，该工艺的金属导电率相比印刷电路板(PCB)较差，会引入更高的损耗，并且HTCC工艺不确定性较大，封装的成本也会更高。如图1所示，为天线封装结构的一种结构示意图，包括第一PCB板01(第一PCB板中设置有天线、网络、电源以及波控)、BGA球栅阵列02、***级封装(SIP)收发组件03以及散热结构件04，为了提高***集成度，实现阵面的低剖面以及轻量化要求，往往将天线辐射单元、馈电网络、电源分发网络以及波控数据分发网络一体化设计，大量网络的纵向堆叠使得PCB层叠数量增加，一体化加工难度增大，产品成品率降低，同时不同的网络会引入工艺上的多次压合，增加了成本。
目前，有关降低有源相控阵天线阵面的成本的研究较少，主要采用的天线阵面架构如图2及图3所示，分别为天线封装结构的另一种结构示意图及天线封装结构的第三种结构示意图，图2中的封装结构包括第一PCB板01(第一PCB板01中设置有天线、功分网络、电源以及波控)、散热结构件04、天线辐射单元05以及MMIC芯片06，图3中的封装结构包括第一PCB板01(第一PCB板中设置有功分网络、电源以及波控)、位于第二PCB板09中的天线辐射单元05、MMIC芯片06、金属引线07以及金属屏蔽腔08。图2中的相控阵天线阵面架构将天线辐射单元、多功能网络板和微波集成电路(MMIC)芯片一体化封装，通过金属引线键合实现射频信号的互联，该架构将MMIC芯片焊接在PCB背部，替代了瓦片式T/R组件所使用的HTCC封装，有效降低了成本，但该方案没有对MMIC芯片进行金属屏蔽和保护，同时也无法满足气密性的要求，应用场景十分狭窄。图3所示的架构通过两块PCB板的拼接来实现MMIC芯片的金属屏蔽，上层PCB板为天线辐射单元，该PCB板背部挖腔，腔内壁镀金。射频芯片平铺在下层PCB板上，通过金属引线与PCB板进行信号互联。通过PCB压接工艺将两者拼接为一个整体的多层PCB板，下层PCB板的表面镀金层与腔内镀金层形成一个金属屏蔽腔，同时也对MMIC芯片形成保护，有效弥补了图2的方案的不足之处。但是使用压接工艺制造的PCB板无法反复拆装，一旦某个MMIC芯片发生损坏，需要破坏整个PCB板进行芯片的更换，且该PCB板无法再重建，不具备可维修性。
鉴于此，急需一种能够降低成本的同时工艺简单且具有可维修性的天线封装结构。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种相控阵天线、天线封装结构及其制作方法，用于解决现有技术中相控阵天线工艺复杂、成本高、发生损坏时不可维修的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种天线封装结构，包括：
上层PCB板，包括多个天线辐射单元、同轴馈电柱、射频连接链路、金属屏蔽腔、MMIC芯片及第一焊盘，所述同轴馈电柱的两端分别与所述天线辐射单元及所述MMIC芯片电连接，所述金属屏蔽腔的开口开设于所述上层PCB板的底面，至少一所述MMIC芯片位于所述金属屏蔽腔内，所述射频连接链路与所述MMIC芯片电连接，所述第一焊盘与所述射频连接链路电连接；
金属盖板，覆盖所述金属屏蔽腔开口，以实现所述MMIC芯片的金属屏蔽；
下层PCB板，包括功分网络结构、波控数据分发网络、低频信号入口、射频信号入口及第二焊盘，所述第二焊盘分别与所述功分网络结构及所述波控数据分发网络电连接；
BGA球栅阵列，位于所述上层PCB板与所述下层PCB板之间，所述BGA球栅阵列包括多个分别与所述第一焊盘及所述第二焊盘电连接的焊球，以实现所述上层PCB板与所述下层PCB板相级联。
可选地，所述MMIC芯片与所述同轴馈电柱之间还设置有第一射频互联结构。
可选地，所述第一射频互联结构包括射频信号垂直过渡结构、带状线转微带结构、第一金属引线及第一金属屏蔽孔。
可选地，所述MMIC芯片与所述金属屏蔽腔的内部底面之间还设置有用于固定所述MMIC芯片的金属载片。
可选地，所述金属载片的尺寸不小于所述MMIC芯片的尺寸。
可选地，所述金属屏蔽腔开口的***还设置有焊料环。
可选地，所述金属盖板通过所述焊料环固定于所述上层PCB板底面。
可选地，所述第一焊盘包括地焊盘、控制信号焊盘、射频信号焊盘及电焊盘。
可选地，所述天线辐射单元中包括多个呈阵列分布的天线辐射贴片，且所述天线辐射贴片上设置有U形缝及射频信号金属过孔。
可选地，所述MMIC芯片与所述射频连接链路之间通过第二金属引线电连接。
本发明还提供一种天线封装结构的制作方法，包括以下步骤：
提供一上层PCB板，所述上层PCB板包括多个天线辐射单元、同轴馈电柱、射频连接链路、金属屏蔽腔、MMIC芯片及第一焊盘，所述同轴馈电柱的两端分别与所述天线辐射单元及所述MMIC芯片电连接，所述金属屏蔽腔的开口开设于所述上层PCB板的底面，至少一所述MMIC芯片位于所述金属屏蔽腔内，所述射频连接链路与所述MMIC芯片电连接，所述第一焊盘与所述射频连接链路电连接；
于所述上层PCB板底面形成覆盖所述金属屏蔽腔开口的金属盖板，以实现所述MMIC芯片的金属屏蔽；
提供一下层PCB板，所述下层PCB板包括功分网络结构、波控数据分发网络、低频信号入口、射频信号入口及第二焊盘，所述第二焊盘分别与所述功分网络结构及所述波控数据分发网络电连接；
于所述上层PCB板下方形成多个与所述第一焊盘电连接的焊球，以得到BGA球栅阵列，将所述焊球与所述第二焊盘电连接，以实现所述上层PCB板与所述下层PCB板相级联。
本发明还提供一种相控阵天线，所述相控阵天线包括如上述所述的天线封装结构。
如上所述，本发明的相控阵天线、天线封装结构及其制作方法，具有以下有益效果：通过将所述天线辐射单元、所述同轴馈电柱、所述金属屏蔽腔、位于所述金属屏蔽腔内部的所述MMIC芯片、所述射频连接链路以及第一焊盘设置于所述上层PCB板中，将所述射频信号入口、所述低频信号入口、所述波控数据分发网络、所述功分网络结构及所述第二焊盘设置于所述下层PCB板中，所述上层PCB板与所述下层PCB板之间通过分别与所述第一焊盘及所述第二焊盘电连接的所述BGA球栅阵列相级联，通过将天线的各部分电路与元件分别设置于所述上层PCB板与所述下层PCB板中，实现所述天线封装结构的信号处理及传输的同时，减少了所述天线封装结构的各个结构之间进行加工时的层叠数量以及压合次数，保证了所述天线封装结构的良率，大幅度降低了生产成本；通过所述金属盖板覆盖所述金属屏蔽腔的开口实现了所述MMIC芯片的金属屏蔽的同时也保护了位于所述金属屏蔽腔内的所述MMIC芯片；所述上层PCB板与所述下层PCB板之间通过所述BGA球栅阵列相级联，所述金属盖板通过所述焊料环固定于所述上层PCB板的底面，所述焊球及所述焊料环融化温度低，便于对所述天线封装结构进行拆卸并对所述MMIC芯片进行维修；通过植球及焊接工艺及可实现所述上层PCB板与所述下层PCB板之间的级联，简化了封装工艺；于所述MMIC芯片焊接于所述金属载片上之后，形成所述第一金属引线、所述第二金属引线及所述第三金属引线，避免了焊接时所述上层PCB板长时间处于高温环境下，导致金属引线发生拉伸或断裂的问题；通过采用所述天线封装结构的所述相控阵天线，具有良好的回波损耗及带内扫描范围，实现了良好的阻抗匹配，在保证所述相控阵天线射频性能的前提下，降低了生产成本，具有良好的应用前景。
附图说明
图1显示为天线封装结构的一种结构示意图。
图2显示为天线封装结构的另一种结构示意图。
图3显示为天线封装结构的第三种结构示意图。
图4显示为本发明的天线封装结构的结构示意图。
图5显示为本发明的天线封装结构的天线辐射单元的结构示意图。
图6显示为本发明的天线封装结构的第一射频互联结构的结构示意图。
图7显示为本发明的上层PCB板的布线层的一种结构示意图。
图8显示为本发明的上层PCB板的布线层的另一种结构示意图。
图9显示为本发明的天线封装结构的上层PCB板底层设置第一焊盘的结构示意图。
图10显示为本发明的天线封装结构的上层PCB板的布线层的第三种结构示意图。
图11显示为本发明的相控阵天线的仿真结果示意图。
图12显示为本发明的相控阵天线的扫描角度的方向图。
元件标号说明
01 第一PCB板
02 BGA球栅阵列
03 SIP收发组件
04 散热结构件
05 天线辐射单元
06 MMIC芯片
07 金属引线
08 金属屏蔽腔
09 第二PCB板
1 上层PCB板
11 天线辐射单元
111 天线辐射贴片
111a U形缝
111b 射频信号金属过孔
112 第二金属屏蔽孔
12 同轴馈电柱
13 射频连接链路
131 第二射频互联结构
132 电源平面
133 控制信号走线
134 控制信号的金属过孔
135 控制信号的表层焊盘
136 射频总口连接结构
137 电源信号线
138 控制信号连接线
14 金属屏蔽腔
15 MMIC芯片
16 第一焊盘
161 地焊盘
162 控制信号焊盘
163 射频信号焊盘
17 金属载片
2 金属盖板
3 下层PCB板
31 功分网络结构
32 波控数据分发网络
33 低频信号入口
34 射频信号入口
4 BGA球栅阵列
41 焊球
5 第一射频互联结构
51 射频信号垂直过渡结构
52 带状线转微带结构
53 第一金属屏蔽孔
54 第一金属引线
6 第二金属引线
7 第三金属引线
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图4至图12。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例一
本发明提供一种天线封装结构，如图4所示，为所述天线封装结构的结构示意图，所述天线封装结构包括：上层PCB板1、金属盖板2、下层PCB板3及BGA球栅阵列4，所述上层PCB板中包括多个天线辐射单元11、同轴馈电柱12、射频连接链路13、金属屏蔽腔14、MMIC芯片15及第一焊盘16，所述同轴馈电柱12的两端分别与所述天线辐射单元11及所述MMIC芯片15电连接，所述金属屏蔽腔14的开口开设于所述上层PCB板1的底面，至少一所述MMIC芯片15位于所述金属屏蔽腔14内，且所述射频连接链路13与所述MMIC芯片15电连接，所述第一焊盘16与所述射频连接链路13电连接；所述金属盖板2覆盖所述金属屏蔽腔14开口，以实现所述MMIC芯片15的金属屏蔽；所述下层PCB板3中包括功分网络结构31、波控数据分发网络32、低频信号入口33、射频信号入口34及第二焊盘(未图示)，所述第二焊盘分别与所述功分网络结构31及所述波控数据分发网络32电连接；所述BGA球栅阵列4位于所述上层PCB板1与所述下层PCB板3之间，且包括多个分别与所述第一焊盘16及所述第二焊盘电连接的焊球41，以实现所述上层PCB板1与所述下层PCB板3相级联。
具体的，在满足所述天线封装结构的性能的情况下，所述上层PCB板1的尺寸、形状及厚度可根据实际情况进行选择，在此不做限制。
具体的，所述上层PCB板1包括多层用于实现封装结构中各器件相互配合工作的射频辐射层及布线层。在本实施例中，所述上层PCB板1中包括四层射频辐射层，四层布线层。
作为示例，如图5所示，为所述天线辐射单元11的结构示意图，所述天线辐射单元11中包括多个呈阵列分布的天线辐射贴片111，且所述天线辐射贴片111上设置有U形缝111a及射频信号金属过孔111b。
具体的，所述天线辐射贴片111的材质包括铜、金、银或者其他适合的导电金属材料。
具体的，在满足所述天线封装结构的性能的情况下，所述天线辐射贴片111的厚度、尺寸、数量及相邻所述天线辐射贴片111之间的间距可根据实际情况进行选择，在此不作限制。
具体的，在满足所述天线封装结构的性能的情况下，所述天线辐射单元11中所述天线辐射贴片111的具体排列方式可根据实际情况进行选择，在此不作限制。
具体的，在满足所述天线封装结构的性能的情况下，所述U形缝111a的宽度、长度可根据实际情况进行选择，在此不作限制。
具体的，于所述天线辐射贴片111上设置所述U形缝111a，拓宽了所述天线辐射单元11的带宽和增益，提升了所述天线辐射贴片111的辐射特性。
具体的，在满足所述天线封装结构的性能的情况下，所述射频信号金属过孔111b的尺寸、数量及形状可根据实际情况进行选择，在此不作限制。
具体的，所述天线辐射贴片111周围设置有环绕所述天线辐射贴片111的第二金属屏蔽孔112。
具体的，在满足所述天线封装结构的性能的情况下，所述第二金属屏蔽孔112的尺寸、数量及形状可根据实际情况进行选择，在此不作限制。
具体的，利用所述第二金属屏蔽孔112对相邻的所述天线辐射贴片111之间的辐射能量进行屏蔽，可以提高所述天线辐射贴片111的隔离度。
具体的，在满足所述天线封装结构的性能的情况下，所述同轴馈电柱12的形状、尺寸、材质可根据实际情况进行选择，在此不做限制。
具体的，在满足所述天线封装结构性能的情况下，所述金属屏蔽腔14的开口尺寸及深度可根据实际情况进行选择，在此不作限制。这里的深度指的是所述金属屏蔽腔14的开口处到底面的垂直距离。
具体的，所述金属屏蔽腔14内设置有多个所述MMIC芯片15，相邻所述MMIC芯片15之间通过第三金属引线7相互连接。
具体的，所述金属屏蔽腔14内还设置有覆盖所述金属屏蔽腔内表面的金属屏蔽层(未图示)，用于实现所述MMIC芯片15的金属屏蔽。
具体的，在满足所述天线封装结构的性能的情况下，所述MMIC芯片15的数量、厚度、尺寸及材质可根据实际情况进行选择，在此不作限制。
具体的，所述MMIC芯片15用于信号发射控制和接收信号处理。
具体的，在满足所述天线封装结构性能的情况下，所述第三金属引线7的形状及直径可根据实际情况进行选择，在此不作限制。
作为示例，如图6所示，为所述第一射频互联结构5的结构示意图，所述MMIC芯片15与所述同轴馈电柱12之间还设置有第一射频互联结构5。
作为示例，所述第一射频互联结构5包括射频信号垂直过渡结构51、带状线转微带结构52、第一金属引线54及第一金属屏蔽孔53。
具体的，在满足所述天线封装结构性能的情况下，所述第一金属引线54的形状及直径可根据实际情况进行选择，在此不作限制。
具体的，在满足所述天线封装结构的性能的情况下，所述射频信号垂直过渡结构51的形状、尺寸及材质可根据实际情况进行选择，在此不做限制。
具体的，在满足所述天线封装结构的性能的情况下，所述带状线转微带结构52的形状、尺寸及材质可根据实际情况进行选择，在此不做限制。
具体的，所述带状线转微带结构52位于所述射频信号垂直过渡结构51及所述第一金属引线6之间，用于连接所述射频信号垂直过渡结构51及所述第一金属引线54。
具体的，在满足所述天线封装结构的性能的情况下，所述第一金属屏蔽孔53的尺寸、数量及形状可根据实际情况进行选择，在此不作限制。
具体的，利用所述第一金属屏蔽孔53对馈电信号进行屏蔽，可以于所述MMIC芯片15及所述同轴馈电柱12之间形成良好的信号传输路径，保证传输信号的质量。
具体的，如图7及图8所示，分别为所述上层PCB板1的布线层的一种结构示意图以及所述上层PCB板1的布线层的另一种结构示意图(即所述射频连接链路13的在所述上层PCB板1中的分布示意图)，所述射频连接链路13包括所述BGA球栅阵列4到所述MMIC芯片15之间的部分控制信号链路以及电源信号链路，即所述控制信号链路中包括第二射频互联结构131、电源平面132、控制信号走线133、控制信号的金属过孔134、控制信号的表层焊盘135以及射频总口连接结构136；所述电源信号链路中包括电源信号线137、控制信号连接线138。
作为示例，所述MMIC芯片15与所述射频连接链路13之间通过第二金属引线6电连接。
具体的，在满足所述天线封装结构的性能的情况下，所述第二金属引线6的形状及直径可根据实际情况进行选择，在此不作限制。
作为示例，所述MMIC芯片15与所述金属屏蔽腔14的内部底面之间还设置有用于承载所述MMIC芯片15的金属载片17。
作为示例，所述金属载片17的尺寸不小于所述MMIC芯片15的尺寸。
具体的，在满足所述天线封装结构的性能的情况下，所述金属载片17的厚度及材质可根据实际情况进行选择，在此不作限制。
具体的，所述金属载片17位于所述金属屏蔽腔14底部，用于承载及保护所述MMIC芯片15。
作为示例，如图9所示，为所述上层PCB板1底层设置所述第一焊盘16的结构示意图，所述第一焊盘16包括地焊盘161、控制信号焊盘162、射频信号焊盘163及电焊盘(未图示)。
具体的，在满足所述天线封装结构的性能的情况下，所述地焊盘161的数量、形状及材质可根据实际情况进行选择，在此不作限制。
具体的，位于所述上层PCB板1底层的所述地焊盘161主要用于保证所述上层PCB板1所处平面的平整性。
具体的，在满足所述天线封装结构的性能的情况下，所述控制信号焊盘162的数量、形状及材质可根据实际情况进行选择，在此不作限制。
具体的，在满足所述相控阵天线的性能的情况下，所述射频信号焊盘163的数量、形状及材质可根据实际情况进行选择，在此不作限制。
具体的，所述控制信号焊盘162及所述射频信号焊盘163分别用于实现所述相控阵天线中控制信号的传输。
具体的，在满足所述天线封装结构的性能的情况下，所述电焊盘的数量、形状及材质可根据实际情况进行选择，在此不作限制。
具体的，如图10所示，为所述上层PCB板的布线层的第三种结构示意图(即所述第一焊盘16与所述射频连接链路13电连接的示意图)，所述第一焊盘16与所述射频连接链路13电连接。
具体的，在满足所述相控阵天线性能以及覆盖所述金属屏蔽腔14开口的情况下，所述金属盖板2的厚度及尺寸可根据实际情况进行选择，在此不作限制。
作为示例，所述金属屏蔽腔14开口的***还设置有焊料环(未图示)。
作为示例，所述金属盖板2通过所述焊料环固定于所述上层PCB板3底面。
具体的，所述焊料环的材质包括金、银、锡、铅、铟中的至少一种，也可以是其他适合的焊接材料。
具体的，在满足所述天线封装结构的性能的情况下，所述焊料环的形状、厚度及尺寸可根据实际情况进行选择，在此不作限制。
具体的，所述金属盖板2覆盖所述金属屏蔽腔14开口，将所述MMIC芯片15连同所述金属载片17封装至所述金属屏蔽腔14内部，实现了所述MMIC芯片15的金属屏蔽的同时还保护了所述MMIC芯片15。
具体的，在满足所述天线封装结构的性能的情况下，所述下层PCB板3的尺寸、形状、层数及厚度可根据实际情况进行选择，在此不做限制。
具体的，在满足所述天线封装结构的性能的情况下，所述功分网络结构31在所述下层PCB板3中的分布情况可根据实际情进行选择，在此不做限制。
具体的，在满足所述天线封装结构的性能的情况下，所述波控数据分发网络32在所述下层PCB板3中的分布情况可根据实际情进行选择，在此不做限制。
具体的，在满足所述天线封装结构的性能的情况下，所述低频信号入口33的位置可根据实际情进行选择，在此不做限制。
具体的，在满足所述天线封装结构的性能的情况下，所述射频信号入口34的位置可根据实际情进行选择，在此不做限制。
具体的，在满足所述天线封装结构的性能的情况下，所述第二焊盘的形状、尺寸、数量可根据实际情进行选择，在此不做限制。
具体的，所述焊球41的材质包括金、银、锡、铅、铟中的至少一种，也可以是其他适合的焊接材料。
具体的，在满足所述天线封装结构的性能的情况下，所述焊球41尺寸及数量可根据实际情况进行选择，在此不作限制。
具体的，所述焊球41分别与所述第二焊盘及所述第一焊盘16电连接，以实现所述上层PCB板1与所述下层PCB板3之间的信号传输。
具体的，通过于所述上层PCB板1中设置所述天线辐射单元11、所述同轴馈电柱12、所述射频连接链路13、位于所述金属屏蔽腔14内部的所述MMIC芯片15以及所述第一焊盘16，将所述射频信号入口34、所述低频信号入口33、所述功分网络结构31、所述波束控制网络32以及所述第二焊盘设置于所述下层PCB板3，所述上层PCB板1与所述下层PCB板3之间通过与所述第一焊盘16及所述第二焊盘电连接的所述BGA球栅阵列4相级联，使所述上层PCB板1与所述下层PCB板3之间通过分体式设计实现信号处理及传输，减少了所述天线封装结构之间各个结构之间进行加工时的层叠数量以及压合次数，在保证所述天线封装结构的良率的同时大幅度降低了生产成本。
具体的，所述上层PCB板1与所述下层PCB板3之间通过所述BGA球栅阵列4相级联，所述金属盖板2通过所述焊料环固定于所述上层PCB板1底面，在所述MMIC芯片15发生损坏时，只需在较低温度下，即可融化所述BGA球栅阵列4中的所述焊球41及所述焊料环，在不破坏所述上层PCB板1及所述下层PCB板3的前提下实现所述上层PCB板1及所述下层PCB板3的分离，方便对所述MMIC芯片15进行更换及维修，实现了所述天线封装结构的简单拆卸及可维修性。
本实施例的天线封装结构通过于所述上层PCB板1中设置所述天线辐射单元11、所述同轴馈电柱12、所述射频连接链路13、位于所述金属屏蔽腔14内部的所述MMIC芯片15以及所述第一焊盘16，于所述下层PCB板3中设置所述射频信号入口34、所述低频信号入口33、所述功分网络结构31、所述波控数据分发网络32及所述第二焊盘，所述上层PCB板1与所述下层PCB板3之间通过所述BGA球栅阵列4相级联，通过将天线的各部分电路与元件分别设置于所述上层PCB板1与所述下层PCB板3中，减少了所述天线封装结构之间各个结构之间进行加工时的层叠数量以及压合次数，在保证所述天线封装结构的良率的同时大幅度降低了生产成本；此外，所述上层PCB板1与所述下层PCB板3之间通过所述BGA球栅阵列4相级联，所述金属盖板2通过所述焊料环固定于所述上层PCB板1底面，所述焊球41及所述焊料环的融化温度较低，便于对所述天线封装结构中的所述MMIC芯片15进行更换及维修。
实施例二
本实施例提供一种天线封装结构的制作方法，包括以下步骤：
S1：提供一上层PCB板，所述上层PCB板包括多个天线辐射单元、同轴馈电柱、射频连接链路、金属屏蔽腔、MMIC芯片及第一焊盘，所述同轴馈电柱的两端分别与所述天线辐射单元及所述MMIC芯片电连接，所述金属屏蔽腔的开口开设于所述上层PCB板的底面，至少一所述MMIC芯片位于所述金属屏蔽腔内，所述射频连接链路与所述MMIC芯片电连接，所述第一焊盘与所述射频连接链路电连接；
S2：于所述上层PCB板底面形成覆盖所述金属屏蔽腔开口的金属盖板，以实现所述MMIC芯片的金属屏蔽；
S3：提供一下层PCB板，所述下层PCB板包括功分网络结构、波控数据分发网络、低频信号入口、射频信号入口及第二焊盘，所述第二焊盘分别与所述功分网络结构及所述波控数据分发网络电连接；
S4：于所述上层PCB板下方形成多个与所述第一焊盘电连接的焊球，以得到BGA球栅阵列，将所述焊球与所述第二焊盘电连接，以实现所述上层PCB板与所述下层PCB板相级联。
具体的，形成所述步骤S1-S2，提供一上层PCB板1，所述上层PCB板1包括多个天线辐射单元11、同轴馈电柱12、射频连接链路13、金属屏蔽腔14、MMIC芯片15及第一焊盘16，所述同轴馈电柱12的两端分别与所述天线辐射单元11及所述MMIC芯片15电连接，所述金属屏蔽腔14的开口开设于所述上层PCB板1的底面，所述MMIC芯片15位于所述金属屏蔽腔14内，所述射频连接链路13与所述MMIC芯片15电连接，所述第一焊盘16与所述射频连接链路13电连接；于所述上层PCB板1下方形成覆盖所述金属屏蔽腔14开口的金属盖板2，以实现所述MMIC芯片15的金属屏蔽。
具体的，所述天线辐射单元11包括呈阵列分布的多个天线辐射贴片111及环绕所述天线辐射贴片111的第二金属屏蔽孔112，且所述天线辐射贴片111上设置有U形缝111a及射频信号金属过孔111b。
具体的，形成所述天线辐射贴片111及所述第二金属屏蔽孔112为常规技术手段，在此不再赘述。
具体的，形成所述同轴馈电柱12包括依次于所述上层PCB板中进行层间带状线加工、金属过孔以及钻孔电镀。
具体的，所述MMIC芯片15与所述同轴馈电柱12之间设置有第一射频互联结构5，所述第一射频互联结构5包括射频信号垂直过渡结构51、带状线转微带结构52、第一金属屏蔽孔53及第一金属引线54。
具体的，形成所述射频信号垂直过渡结构51、所述带状线转微带结构52、所述第一金属屏蔽孔53为常规技术手段，在此不再赘述。
具体的，形成所述第一金属引线54的方法包括键合或者其他适合的方法。
具体的，形成所述射频连接链路13包括依次进行加工所述上层PCB板1中的层间带状线、金属过孔以及钻孔电镀。
具体的，形成所述金属屏蔽腔14、所述MMIC芯片15及所述金属盖板2包括以下步骤：自所述上层PCB板1远离所述天线辐射贴片111的表面进行开口形成凹槽，于所述凹槽内电镀形成金属屏蔽层，于所述凹槽内的所述金属屏蔽层上形成金属载片17，并于所述金属载片17上焊接所述MMIC芯片15，于所述凹槽周围预置焊料环，在键合金属引线后，于预设温度下融化所述焊料环，将所述金属盖板2焊接至所述上层PCB板1底面，将所述MMIC芯片15及所述金属载片17封装至所述金属屏蔽腔14的内部，以实现所述MMIC芯片15的封装。
具体的，形成所述第二金属引线6的方法包括键合或者其他适合的方法。
具体的，形成所述第三金属引线7的方法包括键合或者其他适合的方法。
具体的，所述第一金属引线54、所述第二金属引线6及所述第三金属引线7形成将所述MMIC芯片15焊接于所述金属载片17上之后，避免了由于进行焊接时所述上层PCB板1长时间处于高温环境下而发生一定的形变，导致键合的金属引线发生拉伸或断裂的问题。
具体的，执行所述步骤S3，提供一下层PCB板3，所述下层PCB板3包括功分网络结构31、波控数据分发网络32、低频信号入口33、射频信号入口34及第二焊盘，所述第二焊盘分别与所述功分网络结构31及所述波控数据分发网络32电连接。
具体的，形成所述功分网络结构31及所述波控数据分发网络32包括依次于所述下层PCB板3上进行层间带状线加工以及金属过孔得到的。
具体的，在满足所述天线封装结构的性能的情况下，形成所述低频信号入口33及所述射频信号入口34的方法为常规技术手段，在此不再赘述。
具体的，执行所述步骤S4，于所述上层PCB板3下方形成多个与所述第一焊盘16电连接的焊球41，以得到BGA球栅阵列4，将所述焊球41与所述第二焊盘电连接，以实现所述上层PCB板1与所述下层PCB板3相级联。
具体的，实现所述上层PCB板1与所述下层PCB板3相级联包括以下步骤：通过植球工艺于所述上层PCB板3下方形成多个与所述第一焊盘16电连接的焊球41，将所述焊球41焊接于所述第二焊盘上，以实现所述上层PCB板1与所述下层PCB板3之间的级联。
具体的，通过植球工艺于所述上层PCB板3下方形成多个与所述第一焊盘16电连接的焊球41，将所述焊球41焊接于所述第二焊盘上，即可实现所述上层PCB板1与所述下层PCB板3之间的级联，简化了所述天线封装结构的封装工艺。
本实施例的天线封装结构的制作方法通过植球及焊接工艺形成所述BGA球栅阵列4即可实现所述上层PCB板1及所述下层PCB板3之间的级联，简化了所述天线封装结构的封装工艺，且金属引线形成于将所述MMIC芯片15焊接于所述金属载片17上之后，避免了由于进行焊接时所述上层PCB板1长时间处于高温环境下从而发生形变导致键合的金属引线发生拉伸或断裂。
实施例三
本实施例提供一种相控阵天线，所述相控阵天线中的天线封装结构是采用实施例一中所述的天线封装结构。
具体的，如图11所示，为所述相控阵天线的仿真结果示意图(横坐标为频率，纵坐标为带宽)，从仿真结果中可以看出，所述相控阵天线在15GHz-17GHz的频带内，回波损耗(|S11|)均优于18dB，表明该相控阵天线具有一个良好的阻抗匹配。
具体的，如图12所示，为所述相控阵天线的扫描角度的方向图(横坐标为扫描角度，纵坐标为增益)，从图中可以看出，所述相控阵天线实现了带内±60°的扫描范围。
具体的，所述相控阵天线的扫描角度间隔可通过增加或减少天线线阵数量及天线线阵的扫描角度来改变。
具体的，通过采用实施例一中所述的天线封装结构，所述相控阵天线在15GHz-17GHz的频带内，回波损耗(|S11|)均优于18dB，实现了良好的阻抗匹配，且所述相控阵天线实现了带内±60°的扫描范围，在保证所述相控阵天线射频性能的前提下，降低了生产成本，具有良好的应用前景。
本实施例的相控阵天线的天线封装结构是采用实施例一中所述的天线封装结构，在15GHz-17GHz的频带内，回波损耗(|S11|)均优于18dB，实现了良好的阻抗匹配，且所述相控阵天线实现了带内±60°的扫描范围，在保证所述相控阵天线射频性能的前提下，生产成本降低，具有良好的应用前景。
综上所述，本发明的相控阵天线、天线封装结构及其制作方法通过将天线辐射单元、同轴馈电柱、位于金属屏蔽腔内部的MMIC芯片、射频连接链路以及第一焊盘设置于上层PCB板中，通过将射频信号入口、低频信号入口、波控数据分发网络、功分网络结构及第二焊盘设置于下层PCB板中，上层PCB板与下层PCB板之间通过分别与第一焊盘及第二焊盘电连接的BGA球栅阵列相级联，使上层PCB板与下层PCB板之间通过分体式设计以实现天线封装结构的信号处理及传输，减少了天线封装结构的各个结构之间进行加工时的层叠数量以及压合次数，在保证天线封装结构的良率的同时大幅度降低了生产成本；通过金属盖板覆盖金属屏蔽腔的开口实现了MMIC芯片的金属屏蔽的同时也保护了位于金属屏蔽腔内的MMIC芯片；上层PCB板与下层PCB板之间通过BGA球栅阵列相级联，金属盖板通过焊料环固定于上层PCB板的底面，焊球及焊料环融化温度低，方便对天线封装结构进行拆卸并对MMIC芯片进行维修；通过植球及焊接工艺及可实现上层PCB板与下层PCB板之间的级联，简化了封装工艺；第一金属引线、第二金属引线及第三金属引线形成于MMIC芯片焊接于金属载片上之后，避免了焊接时上层PCB板长时间处于高温环境下从而发生形变导致键合的金属引线发生拉伸或断裂；通过采用天线封装结构的相控阵天线，具有良好的回波损耗及带内扫描范围，实现了良好的阻抗匹配，在保证相控阵天线射频性能的前提下，所述相控阵天线的生产成本降低，具有良好的应用前景。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (12)

1.一种天线封装结构，其特征在于，包括：
上层PCB板，包括多个天线辐射单元、同轴馈电柱、射频连接链路、金属屏蔽腔、MMIC芯片及第一焊盘，所述同轴馈电柱的两端分别与所述天线辐射单元及所述MMIC芯片电连接，所述金属屏蔽腔的开口开设于所述上层PCB板的底面，至少一所述MMIC芯片位于所述金属屏蔽腔内，所述射频连接链路与所述MMIC芯片电连接，所述第一焊盘与所述射频连接链路电连接；
金属盖板，覆盖所述金属屏蔽腔开口，以实现所述MMIC芯片的金属屏蔽；
下层PCB板，包括功分网络结构、波控数据分发网络、低频信号入口、射频信号入口及第二焊盘，所述第二焊盘分别与所述功分网络结构及所述波控数据分发网络电连接；BGA球栅阵列，位于所述上层PCB板与所述下层PCB板之间，所述BGA球栅阵列包括多个分别与所述第一焊盘及所述第二焊盘电连接的焊球，以实现所述上层PCB板与所述下层PCB板相级联。
2.根据权利要求1所述的天线封装结构，其特征在于：所述MMIC芯片与所述同轴馈电柱之间还设置有第一射频互联结构。
3.根据权利要求2所述的天线封装结构，其特征在于：所述第一射频互联结构包括射频信号垂直过渡结构、带状线转微带结构、第一金属引线及第一金属屏蔽孔。
4.根据权利要求1所述的天线封装结构，其特征在于：所述MMIC芯片与所述金属屏蔽腔的内部底面之间还设置有用于承载所述MMIC芯片的金属载片。
5.根据权利要求4所述的天线封装结构，其特征在于：所述金属载片的尺寸不小于所述MMIC芯片的尺寸。
6.根据权利要求1所述的天线封装结构，其特征在于：所述金属屏蔽腔开口的***还设置有焊料环。
7.根据权利要求6所述的天线封装结构，其特征在于：所述金属盖板通过所述焊料环固定于所述上层PCB板底面。
8.根据权利要求1所述的天线封装结构，其特征在于：所述第一焊盘包括地焊盘、控制信号焊盘、射频信号焊盘及电焊盘。
9.根据权利要求1所述的天线封装结构，其特征在于：所述天线辐射单元中包括多个呈阵列分布的天线辐射贴片，且所述天线辐射贴片上设置有U形缝及射频信号金属过孔。
10.根据权利要求1所述的天线封装结构，其特征在于：所述MMIC芯片与所述射频连接链路之间通过第二金属引线电连接。
11.一种天线封装结构的制作方法，包括以下步骤：
提供一上层PCB板，所述上层PCB板包括多个天线辐射单元、同轴馈电柱、射频连接链路、金属屏蔽腔、MMIC芯片及第一焊盘，所述同轴馈电柱的两端分别与所述天线辐射单元及所述MMIC芯片电连接，所述金属屏蔽腔的开口开设于所述上层PCB板的底面，至少一所述MMIC芯片位于所述金属屏蔽腔内，所述射频连接链路与所述MMIC芯片电连接，所述第一焊盘与所述射频连接链路电连接；
于所述上层PCB板底面形成覆盖所述金属屏蔽腔开口的金属盖板，以实现所述MMIC芯片的金属屏蔽；
提供一下层PCB板，所述下层PCB板包括功分网络结构、波控数据分发网络、低频信号入口、射频信号入口及第二焊盘，所述第二焊盘分别与所述功分网络结构及所述波控数据分发网络电连接；
于所述上层PCB板下方形成多个与所述第一焊盘电连接的焊球，以得到BGA球栅阵列，将所述焊球与所述第二焊盘电连接，以实现所述上层PCB板与所述下层PCB板相级联。
12.一种相控阵天线，所述相控阵天线包括如权利要求1-10任意一项所述的天线封装结构。
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