寬帶全密封微波器件封裝所屬技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明專(zhuān)利涉及一種使用陶瓷材料的全密封微波器件表面封裝。

背景技術(shù)：
現(xiàn)有微波器件封裝多采用環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行密封，而不是采用全密封封裝。全密封式封裝要使用金屬密封條，當(dāng)信號(hào)頻率高于20GHz時(shí)，會(huì)引起該金屬條產(chǎn)生諧振，因此全密封式封裝通常不能在很寬的頻帶如直流到20GHz及以上范圍內(nèi)工作。多數(shù)微波器件封裝使用陶瓷本身或者填充的過(guò)孔進(jìn)行導(dǎo)熱，這種散熱裝置熱阻抗很高，導(dǎo)熱性能差，不適用于會(huì)產(chǎn)生高熱量的高功率放大器。高功率放大器的封裝一般用一個(gè)大金屬基底來(lái)降低熱阻抗，但是這種封裝不是表面安裝的，而是用螺釘固定在外殼上，這樣的封裝不僅體積大，安裝工序也很復(fù)雜，在很多器件中都不適用。印制電路板電路需要使用體積小、易于裝配的表面封裝器件。用于寬帶器件的封裝必須具備在很寬頻帶內(nèi)無(wú)諧振的特性，而且還要保證寄生電容小且損耗低，以免使封裝內(nèi)部的器件性能惡化。本發(fā)明專(zhuān)利提出的封裝方案將有效解決上面提到的所有問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
現(xiàn)有微波器件封裝或者不是全密封的，或者是全密封的但只能工作于很窄頻帶，而且多數(shù)封裝熱阻抗過(guò)高，不能用于高功率有源器件。本發(fā)明專(zhuān)利描述了一種用于高功率有源器件的寬帶無(wú)諧振全密封封裝。該封裝將一個(gè)陶瓷框架在金屬基底上。陶瓷框內(nèi)部形成一個(gè)空腔，用于放置微波單品集成電路（MMIC）或者其他微波器件。陶瓷框上方鍍著一圈金屬密封條，封裝上焊一個(gè)蓋子，形成全密封結(jié)構(gòu)。陶瓷框內(nèi)部打過(guò)孔把金屬條與陶瓷框底部的地面相連接，以消除金屬密封條可能在高頻段產(chǎn)生的諧振。金屬基底與陶瓷的熱膨脹系數(shù)（CTE）相同，用低溫焊錫焊在陶瓷上。這個(gè)金屬基底既是電路的地，又具有散熱器作用。通過(guò)選用導(dǎo)熱性能好的金屬材料，該封裝可以將熱量有效散播到外部的散熱片。這個(gè)金屬基底可以采用表面附有金屬鍍層的其它性能較好的非金屬散熱材料代替。金屬基底和陶瓷框的連接處也全密封，基底比陶瓷框略短。這樣金屬引腳就可以連接在陶瓷框的底面，與金屬基底處在同一個(gè)平面。本專(zhuān)利使用一種多層陶瓷工藝。射頻和直流導(dǎo)線鍍?cè)诘谝粚犹沾傻纳媳砻?。和第一層陶瓷相比，第二層陶瓷中心的空腔略大，這樣當(dāng)?shù)诙犹沾莎B加在第一層陶瓷上時(shí)，第一層陶瓷上面的焊盤(pán)可以暴露出來(lái)以便和空腔中的器件相連接。為了保證器件的密閉性，陶瓷側(cè)面使用半切過(guò)孔連接底部引腳和封裝內(nèi)部的射頻和直流導(dǎo)線，也可以通過(guò)第一層陶瓷內(nèi)的實(shí)心或者空心過(guò)孔連接引腳和封裝內(nèi)的導(dǎo)線。封裝可以采用高溫共燒陶瓷（HTCC）工藝燒制，也可以采用其他陶瓷材料如低溫共燒陶瓷（LTCC）。高溫共燒陶瓷通常比低溫共燒陶瓷更結(jié)實(shí)，能夠承受可能由某些惡劣環(huán)境造成的更大的機(jī)械壓力。同時(shí)，HTCC工藝中的金屬導(dǎo)線是在燒制完成后鍍上去的，因而比通過(guò)LTCC工藝中直接燒制的金屬導(dǎo)線更容易與Sn/Pb焊錫緊密結(jié)合，而且LTCC工藝中的金屬導(dǎo)線容易有更多的雜質(zhì)，影響焊接質(zhì)量。本發(fā)明專(zhuān)利中的射頻導(dǎo)線、過(guò)孔和引腳的設(shè)計(jì)保證了封裝的寬帶性能。接地焊盤(pán)和接地過(guò)孔放置在射頻焊盤(pán)、射頻導(dǎo)線和射頻過(guò)孔的兩側(cè)，形成共面波導(dǎo)，有助于限制不連續(xù)性引起的輻射。射頻導(dǎo)線周?chē)倪^(guò)孔需要仔細(xì)設(shè)計(jì)以降低耦合，通過(guò)寬帶匹配技術(shù)設(shè)計(jì)的射頻導(dǎo)線可以保證在很寬的頻帶范圍內(nèi)達(dá)到良好的阻抗匹配。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，射頻通路每個(gè)部分的寄生效應(yīng)都通過(guò)射頻仿真軟件仿真，優(yōu)化了的射頻通路和它周?chē)倪^(guò)孔陣的設(shè)計(jì)保證了整個(gè)封裝在直流到20GHz頻帶內(nèi)無(wú)諧振。附圖說(shuō)明通過(guò)參考下面的具體實(shí)施方式與相應(yīng)附圖，前面所述的專(zhuān)利特色將更容易理解。圖1是所述封裝的透視圖。圖2是封裝的中心截面圖。圖3是封裝的底面圖。圖4是第一層陶瓷的俯視圖。圖5是第一層陶瓷和第二層陶瓷疊在一起后陶瓷框的俯視圖。圖6是蓋子的底面圖。圖7是另一種底面有引腳的封裝的底面圖。圖8是一種底面為焊盤(pán)的封裝的底面圖。圖9是另一種底面為焊盤(pán)的封裝的底面圖。具體實(shí)施方式圖1為封裝透視圖。整個(gè)封裝包括蓋子101和封裝體102。封裝體102包括一個(gè)陶瓷框103，一個(gè)金屬基底110和多個(gè)金屬引腳104。陶瓷框103由多層陶瓷構(gòu)成。它可以由高溫共燒陶瓷（HTCC）或者低溫共燒陶瓷（LTCC）工藝制成，HTCC工藝制成的更結(jié)實(shí)。在制作過(guò)程中，當(dāng)陶瓷還是膠泥狀態(tài)時(shí)就將金屬導(dǎo)線印制在每一層襯底上，并打好過(guò)孔，填充上膠泥態(tài)的金屬材料。然后把第一層（下層）陶瓷119和第二層（上層）陶瓷120并在一起放入爐中燒制。這兩層陶瓷將成為一體的陶瓷框103。金屬基底110和金屬引腳104用具有很高熔點(diǎn)的金屬焊錫片分別焊接到陶瓷框底面的地平面和焊盤(pán)上。第二層陶瓷中心的空腔比第一層大。當(dāng)兩層陶瓷疊加在一起時(shí)第一層陶瓷有一部分暴露出來(lái)。這樣印在第一層陶瓷上的金屬導(dǎo)線也將暴露。這些金屬導(dǎo)線一直延伸到空腔的邊緣，將通過(guò)邦定線與空腔內(nèi)部的器件相連接。中心導(dǎo)線112接射頻信號(hào)。地線111和113包圍著中心導(dǎo)線112，形成共面波導(dǎo)傳輸線。實(shí)心過(guò)孔115將上層地線連接至陶瓷框底面的地平面。這種設(shè)置有助于在信號(hào)存在不連續(xù)性時(shí)將輻射降到最小。導(dǎo)線112、111和113分別通過(guò)側(cè)面的過(guò)孔連接到引腳105、106和107上。引腳105連接印制電路板上的射頻線，引腳106和107連接接地焊盤(pán)以達(dá)到最優(yōu)射頻性能。直流（DC）導(dǎo)線116連接直流引腳104。側(cè)面金屬化的半切過(guò)孔是用來(lái)連接射頻和直流信號(hào)的。半切過(guò)孔109穿過(guò)整個(gè)陶瓷框，但是只有在第一層陶瓷的部分金屬化。金屬化過(guò)孔108將金屬引腳和第一層陶瓷上方的電路線連接起來(lái)。半切過(guò)孔是將金屬化的空心過(guò)孔切去一半制成的。這些半切過(guò)孔使封裝焊接到印制電路板后目測(cè)焊點(diǎn)狀況變得容易，有利于檢查焊接質(zhì)量。金屬基底110和金屬引腳都通過(guò)金屬薄片焊接到陶瓷框103的底面。陶瓷框底面印有邦定焊盤(pán)來(lái)連接這些引腳。金屬基底110比陶瓷框103短，以便為金屬引腳和它們的焊盤(pán)留出空間。為了降低寄生電感電容，射頻引腳105和107應(yīng)越短越好，射頻口的邦定焊盤(pán)也應(yīng)該比較小。一個(gè)金屬密封圈117鍍?cè)谔沾煽?03上部。用低熔點(diǎn)的焊錫片把封裝體102和蓋子101接在一起。此處使用的焊錫薄片的熔點(diǎn)比金屬基底和陶瓷框之間使用的焊錫片的熔點(diǎn)低，這樣當(dāng)蓋子通過(guò)回熔焊接到封裝體時(shí)，金屬基底和引腳與陶瓷體的連接點(diǎn)不會(huì)受影響。在最佳實(shí)施例中，基底用導(dǎo)熱性好的金屬制成。在其他實(shí)施例中，基底110也可以采用表面進(jìn)行過(guò)金屬化處理的具有良好導(dǎo)熱性能的非金屬基板或者具有金屬化過(guò)孔的陶瓷基板。圖2所示為帶著蓋子201的封裝體的截面。蓋子用低熔點(diǎn)焊錫薄片202固定在陶瓷體上，陶瓷體用高熔點(diǎn)焊錫薄片205焊在金屬基底208和引腳206上。陶瓷體由兩層疊在一起，204是第一層陶瓷，203是第二層陶瓷。第二層陶瓷203內(nèi)部的空腔比第一層陶瓷204內(nèi)部空腔大，因此第一層陶瓷上方的金屬導(dǎo)線就能夠暴露出來(lái)，以便進(jìn)行電線邦定。陶瓷體內(nèi)部器件212通過(guò)邦定線211和金屬導(dǎo)線210連接起來(lái)。半切過(guò)孔209用來(lái)將封裝內(nèi)的直流和射頻信號(hào)傳輸?shù)椒庋b外面的引腳上，這些引腳會(huì)被焊接在印制電路板上。如果要實(shí)現(xiàn)全密封，蓋子上的密封材料可以用焊錫。如果不需要全密封，可以用環(huán)氧樹(shù)脂條或者預(yù)先沉積的半固化樹(shù)脂。圖3所示為封裝的底面圖。金屬基底301和金屬引腳303都連在陶瓷框302的底面。焊盤(pán)304包圍著半切過(guò)孔，把引腳連接到半切過(guò)孔上。引腳305接射頻信號(hào)，引腳306和307為引腳305提供接地。引腳305、306和307的設(shè)計(jì)保證了在很寬頻率范圍內(nèi)都能具有最優(yōu)阻抗匹配，焊盤(pán)308的尺寸設(shè)計(jì)對(duì)于達(dá)到良好射頻性能至關(guān)重要。在最佳實(shí)施例中，金屬基底301和金屬引腳厚度相同，這樣金屬基底和金屬引腳處于同一水平面上，從而保證這個(gè)封裝是真正的貼面器件。圖4所示為第一層陶瓷上面的射頻導(dǎo)線。陶瓷401中間有一個(gè)空腔402。金屬導(dǎo)線409一直延伸到空腔邊緣，可以和空腔中的器件相連。金屬導(dǎo)線還連接到邊緣過(guò)孔403周?chē)暮副P(pán)404上。射頻線405夾在兩根地線406和407中間。這種按照同面波導(dǎo)（CPW）設(shè)置的射頻線能夠使封裝內(nèi)到封裝外的過(guò)渡達(dá)到最優(yōu)，并使輻射達(dá)到最小。射頻線由多截不同寬度的導(dǎo)線構(gòu)成，這種階梯化設(shè)計(jì)可以拓寬封裝的工作帶寬，整個(gè)設(shè)計(jì)可以保證封裝在上至20G的寬頻帶內(nèi)有良好的頻率響應(yīng)、很低的損耗和好的阻抗匹配。如果經(jīng)過(guò)適當(dāng)優(yōu)化，頻率上限還可以進(jìn)一步提高。圖5所示為陶瓷框上方的金屬鍍層。陶瓷框由第一層陶瓷502和第二層陶瓷501構(gòu)成?？涨?04在陶瓷框的內(nèi)部。第一層陶瓷上的金屬導(dǎo)線503可以露出來(lái)。金屬密封條505鍍?cè)诘诙犹沾?01的上面。實(shí)心過(guò)孔508穿過(guò)第一層和第二層陶瓷把金屬密封條連接到陶瓷框底部的地平面上。這些過(guò)孔使密封條和地短路，從而抑制了高頻諧振。過(guò)孔的間距由工作頻帶的上限頻率決定，上限頻率越高，過(guò)孔間距越小。圍繞射頻線的過(guò)孔507對(duì)于達(dá)到寬帶性能至關(guān)重要。圖6所示為封裝的蓋子601。它可以由陶瓷或者其它材料做成。在陶瓷602的底部有一個(gè)金屬密封圈603，這個(gè)密封圈的形狀與陶瓷框第二層陶瓷頂部的密封圈相匹配。使用適當(dāng)?shù)拿芊獠牧蠈蓚€(gè)密封圈連在一起，蓋子就和陶瓷框共同保護(hù)它們所形成的空腔中放置的有源器件。如果需要實(shí)現(xiàn)全密封，要用低溫焊錫密封。若不需要全密封，可以用其他樹(shù)脂密封材料密封。封裝內(nèi)的引腳和導(dǎo)線的連接也可以采用其他方式。如圖7所示，陶瓷邊緣的半切過(guò)孔用陶瓷內(nèi)的實(shí)心過(guò)孔702取代。金屬引腳703仍然焊在包圍著實(shí)心過(guò)孔702的焊盤(pán)704上。射頻過(guò)孔708-710分別連接射頻引腳705-707，其中706、707、709和710接地。這些射頻過(guò)孔和引腳的尺寸與位置對(duì)于達(dá)到良好的射頻性能至關(guān)重要。圖8所示為一種不帶引腳的封裝的實(shí)施例。在這種實(shí)施例中，只有金屬基底801焊在陶瓷框802的底部。封裝內(nèi)部的導(dǎo)線仍然用金屬化的半切過(guò)孔連到底部焊盤(pán)804上。但在這種實(shí)施例中封裝上沒(méi)有引腳，將焊盤(pán)804直接連接印制電路板。通過(guò)優(yōu)化射頻焊盤(pán)805、806和807達(dá)到最佳射頻性能。由于沒(méi)有引腳，這種實(shí)施例的射頻性能更優(yōu)。但是焊盤(pán)表面和金屬基底的底部不在同一個(gè)平面上，因此必須在印制電路板上挖孔來(lái)承納金屬基底。圖9所示為另外一種不帶引腳的封裝實(shí)施例。在這種實(shí)施例中，金屬基底901仍焊在陶瓷框902的底部，但以實(shí)心過(guò)孔代替半切過(guò)孔實(shí)現(xiàn)線路連接。焊盤(pán)904包圍實(shí)心過(guò)孔903并直接與印制電路板連接。射頻焊盤(pán)905-907及射頻過(guò)孔908-910的尺寸必須進(jìn)行優(yōu)化才能保證封裝達(dá)到良好性能。在另一種實(shí)施例中，可以用實(shí)心過(guò)孔連接射頻信號(hào)，側(cè)面的半切過(guò)孔分別用來(lái)接地和直流信號(hào)。實(shí)心過(guò)孔的尺寸可以比半切過(guò)孔小很多，從而達(dá)到更優(yōu)的射頻性能。盡管本發(fā)明專(zhuān)利給出多種實(shí)施例，熟悉該技術(shù)領(lǐng)域的人員仍然可以通過(guò)對(duì)實(shí)施例加以各種簡(jiǎn)單變化以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明專(zhuān)利的有益效果。這些顯而易見(jiàn)的變化已涵蓋在本發(fā)明專(zhuān)利之中。