应用于60GHz的气密性金属-陶瓷外壳

摘要

本发明是一种应用于60GHz的气密性金属‑陶瓷外壳，其结构包含金属热沉、金属框架和陶瓷绝缘子；其中，所述金属热沉上设计有四个螺丝固定开孔与两个垂直方向的矩形波导，所述矩形波导的长边上各有一个开糟，陶瓷绝缘子嵌入矩形波导的开糟内，金属框架与金属热沉连接，形成封装60GHz芯片的外壳；高频信号传输通道采用波导—微带过渡结构，将矩形波导的TE波转换为微带线的准TEM波，使信号从外部电路传输到外壳内部芯片。优点：1、外壳采用矩形波导作为输入输出端口，即可以更加方便地与外部电路互连，又可以实现插入损耗低、功率容量大。2、陶瓷绝缘子采用陶瓷—金属—陶瓷的结构，不仅能够起到波导—微带转换的作用，还可以实现气密性封装。

说明书

技术领域

本发明是一种应用60GHz的气密性金属—陶瓷外壳 ，属于芯片封装领域。

背景技术

随着5G通讯、卫星通讯等技术的发展，毫米波芯片越来越多，

随之而来的是毫米波外壳的需求量也越来越大，然而传统的微波外壳的RF传输结构由于色散、谐振等原因，在毫米波频段插入损耗过大，无法满足封装芯片的要求，因此，对于毫米波芯片，现在多采用裸芯片封装技术，但这种方法无法满足航空、航天等高可靠的要求。

发明内容

本发明提出的是一种应用于60GHz的金属—陶瓷外壳及设计方法，其目的旨在克服现在外壳在毫米波频段因色散、谐振等原因而导致的插入损耗过大的问题。

本发明的技术解决方案:

一种应用于60GHz的气密性金属—陶瓷外壳，其结构包括金属热沉、金属框架和陶瓷绝缘子；其中，所述金属热沉上设有四个螺丝固定开孔与两个垂直方向的矩形波导，所述矩形波导的长边上各有一个开糟，陶瓷绝缘子嵌入矩形波导的开糟内，金属框架与金属热沉连接，形成封装60GHz芯片的外壳；高频信号传输通道采用波导—微带过渡结构，将矩形波导的TE波转换为微带线的准TEM波，使信号从外部电路传输到外壳内部芯片。

本发明的优点：

1、外壳采用矩形波导作为输入输出端口，即可以更加方便地与外部电路互连，又可以实现插入损耗低、功率容量大。

2、陶瓷绝缘子采用陶瓷—金属—陶瓷的结构，不仅能够起到波导—微带转换的作用，还可以实现气密性封装。

附图说明

图1是应用于60GHz的气密性金属—陶瓷外壳的结构示意图；

图2是应用于60GHz的气密性金属—陶瓷外壳的波导—微带过渡结构的原理图；

图3是陶瓷绝缘子的加工工艺流程图；

图4是应用于60GHz的气密性金属—陶瓷外壳的金属热沉示意图；

图5是应用于60GHz的气密性金属—陶瓷外壳的金属框架示意图。

图6是应用于60GHz的气密性金属—陶瓷外壳的波导—微带结构仿真结果。

图中，1是金属热沉1，2是陶瓷绝缘子，3是金属框架。

具体实施方式

一种应用于60GHz的气密性金属—陶瓷外壳，其结构包括金属热沉、金属框架和陶瓷绝缘子；其中，所述金属热沉上设有四个螺丝固定开孔与两个垂直方向的矩形波导，所述矩形波导的长边上各有一个开糟，陶瓷绝缘子嵌入矩形波导的开糟内，金属框架框架与金属热沉连接，构成封装60GHz芯片的外壳；高频信号传输通道采用波导—微带过渡结构，将矩形波导的TE波转换为微带线的准TEM波，使信号从外部电路传输到外壳内部芯片。

所述金属框架上设有两个凹糟，利用焊钎工艺将金属框架与金属热沉焊接在一起，热沉上的矩形波导卡在框架的凹糟内，在矩形波导的顶端形成短路面。

所述陶瓷绝缘子通过钎焊工艺焊接在矩形波导的开糟内。

所述陶瓷绝缘子为陶瓷—金属—陶瓷结构，并实现气密性封装。

所述陶瓷绝缘子上的金属结构为由激励片—高阻线—50欧姆微带线构成的金属线条，其中激励片位于金属热沉上的波导腔内，将波导内传输的TE模转换为微带传输的准TEM模，50欧姆微带线与芯片互连，中间的高阻线起阻抗变换的作用；激励片距离波导短路面的距离为1/4工作波长，使得激励片处的电场强度最大，更容易激励起所需要的传输模式。

所述金属框架采用开糟结构，通过焊接与金属热沉连接成一个贴装芯片的密闭腔体，所述矩形波导的顶端距离绝缘子激励片1/4工作波长处形成一个短路面。

所述陶瓷绝缘子采用熟瓷激光切割工艺。

下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。

如图1所示，一种应用于60GHz的气密性金属-陶瓷外壳，包含金属热沉1、陶瓷绝缘子2和金属框架3。

如图2所示，为金属—陶瓷外壳中波导—微带过渡结构的原理图，陶瓷绝缘子插入矩形波导长边的开糟内，陶瓷绝缘子上的金属线条由激励片—高阻线—50欧姆微带线构成，其中激励片位于波导腔内，将波导内传输的TE模转换内微带传输的准TEM模，50欧姆微带线与内部芯片互连，中间的高阻线则起着阻抗变换的作用。激励片距离波导短路面的距离L=1/4工作波长，使得激励片处的电场强度最大，更容易激励起所需要的传输模式。

如图3所示，为陶瓷绝缘子的加工工艺流程，采用HTCC工艺加工而成，与传统HTCC工艺不同的是，由于本发明中外壳对绝缘子的精度要求非常高，因此，陶瓷绝缘子采用熟瓷激光切割工艺。其工艺包括取料、打孔、印刷、叠片、开腔、烧结、熟切和镀镍。

如图4所示，为本发明金属—陶瓷外壳金属热沉的示意图，包含四个螺丝固定开孔与两个竖直的矩形波导，其中矩形波导的长边上开糟，用来嵌入陶瓷绝缘子。

如图5所示，是本发明金属—陶瓷外壳金属框架的示意图，金属框架上存在两个凹糟，利用焊钎工艺将框架与热沉焊接在一起，使得热沉上的矩形波导卡在框架的凹糟内，从而在矩形波导的顶端形成所需要的短路面。

如图6所示，是本发明金属—陶瓷外壳波导—微带过渡结构的仿真结构，在59GHz-61GHz的频段内，插入损耗小于1.5dB，回波损耗大于18dB。

实施例1

一种应用于60GHz的气密性金属-陶瓷外壳，外壳由金属热沉、金属框架以及陶瓷绝缘子组成，外壳的RF传输通道采用矩形波导-微带线过渡结构，具体为：通过在金属热沉上制作矩形孔形成一个垂直方向的矩形波导，并且在矩形波导的长边开糟，将陶瓷绝缘子通过焊料焊接在矩形波导的糟内，然后再将框架与热沉进行焊接，在矩形波导的顶部形成一个短路面。其中，陶瓷绝缘子为微带线—带状线—微带线结构，一侧的微带线起到探针的作用，在矩形波导内激励起所需要的传输模式，另一侧的微带线则是用来与芯片互连，而中间带状线的作用是可以实现气密性封装。