Съемный высокочастотный интегральный модуль

 

Изобретение относится к высокочастотной интегральной технике и может быть использовано в приемоусилительных и радиопередающих устройствах. Цель изобретения - повышение надежности и технологичности конструкции при одновременном улучшении электрических и тепловых характеристик модуля. Одна из стенок корпуса 1 выполнена в виде радиатора 4. На основании 3 размещен плотно упакованный пакет диэлектрических слоев (Д С) трех типоразмеров , уменьшенного формата 5, увеличенного формата б и большей ширины 7 с У со с Фиг

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю Н 05 К 7/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ М

О

О

77

22

5

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ6СТВУ (21) 4608672/21 (22) 24.11.88 (46) 23.12.91.Бюл. М 47 (72) А,А.Яшин, В.В,Никитин, C.ß,Ðoæíåâ и

В,В.Лауфер (53) 621.396.67.7(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

f4 1598238, кл. Н 05 К 7/02, 1987.

Гвоздев В,И., Нефедов Е.И. Объемные интегральные схемы СВЧ.— M.: Наука, 1985, с.210-211, рис.6,16. (54) ОБЪЕМНЫЙ ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ

ИНТЕГРАЛЬНЫЙ МОДУЛЬ

„„. Ы„„1700789 А1 (57) Изобретение относится к высокочастотной интегральной технике и может быть использовано в приемоусилительных и радиопередающих устройствах. Цель изобретения — повышение надежности и технологичности конструкции при одновременном улучшении электрических и тепловых характеристик модуля. Одна из стенок корпуса 1 выполнена в виде радиатора 4, На основании 3 размещен плотно упакованный пакет диэлектрических слоев (ДС) трех типоразмеров; уменьшенного формата 5, увеличенного формата 6 и большей ширины 7 с

1700789

30

45 нанесенными на них пленочными полосковыми элементами (ППЭ) 8. ДС заключены в металлические рамки четырех типоразмеров: уменьшенного формата 9, увеличенного формата 10, большей ширины 11 и 12. На лицевых сторонах ДС 7 нанесены ППЭ 13, а на обратных сторонах — навесные элементы

Изобретение относится к высокочастотной интегральной технике и может быть использовано в приемоусилительных, радиопередающих устройствах и устройствах обработки информации, в радиорелейной связи. связи с подвижными объектами, в промышленном телевидении, автоматике и в радиоизмерительной технике.

Цель изобретения — упрощение технологии изготовления и сборки при одновременном улучшении электрических и тепловых характеристик, На фиг.1 приведена конструкция объемного высокочастотного интегрального модуля (ОВИМ); на фиг.2 и 3 — схемы сборки

ОВИМ; на фиг.4 и 5 — конструкции различных вариантов рамок с диэлектрическими слоями (ДС); на фиг.6 — разрез А-А на фиг.4; на фиг.7 — разрез Б-Б на фиг,5; на фиг.8— разрез В-В на фиг.7; на фиг,9 — схема металлизации торцовых поверхностей ДС.

ОВИМ содержит корпус 1, с помощью пайки 2 по периметру закрепленный на основании 3. Одна из стенок корпуса 1 выполнена в виде радиатора 4. В корпусе 1 на основании 3 размещен плотно упакованный пакет ДС трех типоразмеров: уменьшенного формата 5, увеличенного формата 6 и ДС

7 большей ширины с нанесенными на них пленочными полосковыми элементами . (ППЭ) 8. ДС заключены в металлические рамки четырех типоразмеров: с заключенными ДС уменьшенного формата 9, с ДС увеличенного формата 10, с ДС большей ширины 11 и с ДС, расположенной под ДС большей ширины 12, На лицевых сторонах

ДС 7 большей ширины нанесены ППЭ 13, а на обратных сторонах — навесные элементы (Н Э) 14. Каждая сторона ДС со своей рамкой образует уровень, уровни, в свою очередь, образуют секции уровней — идентичные и повторяющиеся в порядке следования уровней, начиная от верхней секции пакета (на фиг.1 показана конструкция ОВИМ с четырехуровневыми секциями). Самый верхний уровень (с ДС 5 и рамкой 10) пакета является изолирующим и в первую(верхнюю) секцию не входит. Первая секция начинается с уров14. Первая секция начинается с уровня, состоящего из ДС 6 и рамки 9, далее следует уровень с ДС и рамкой, идентичными ДС и рамке изолирующего уровня, затем уровень с ДС 7 и рамкой 11. Заключает секцию уровень с ДС, идентичной ДС 5, и рамкой 12. 1 з.п, ф-лы, 9 ил. ня, состоящего из ДС 6 и рамки 9, далее следует уровень с ДС и рамкой, идентичными ДС и рамки изолирующего уровня, затем уровень с ДС 7 и рамкой 11, заключает секцию уровень с ДС, идентичной ДС 5, и с рамкой 12. В следующей секции (секциях) чередование четырех уровней повторяется, Таким образом, ДС двух основных типоразмеров 5 и 6 заключены в рамки П-образной формы с перемычками 15, а ДС типа 7 и ДС, расположенные под ДС типа 7, заключены в рамки без перемычек 11 и 12 соответственно; соответственно эти уровня имеют номера и и n+1, где n=M N (М 2, N=1,2,3„.— натуральный разряд чисел).

Целочисленный коэффициент М (в конструкции на фиг.1 он равен 3) в каждой конкретной конструкции ОВИМ выбирается исходя из соотношения толщины используемых ДС и габаритов (высоты) применяемых

НЭ 14, т.е. должны выполняться условия;

Ня3 (М h, где Hga — высота НЭ, h — толщина

ДС, т.е. чтобы НЭ мог по габаритам размещаться на ДС в зоне выступа.

25 В случае, если используются в одной конструкции ДС с различными толщинами или в различных секциях применяются НЭ с различными высотами, секции уровней в

ОВИМ могут быть неидентичными.

На основании 3 торцом установлена коммутационная полосковая плата, состоящая из ДС 16, экранного слоя 17 металлизации на обратной стороне ДС 16 и ППЭ (на фиг.1 не показаны) на лицевой стороне ДС, Коммутационная плата лицевой стороны примыкает к торцовым поверхностям выступающих из пакета ДС 7 большей ширины, На основании 3 в прямоугольных отверстиях установлены высокочастотные соединители для внешней коммутации (СВК)— миниатюризованные коаксиально — полосковые соединители, состоящие иэ корпуса

18, полоскового проводника 19, коаксиального (внешнего по отношению к ОВИМ) разъема 20 и винтов 21 крепления, Полосковые проводники 19 подсоединяются пайкой

22 к ППЭ на коммутационной плате, Аналогично устанавливаются на основании 3 и

1700789

55 подпаиваются к ППЭ на коммутационной плате низкочастотные СВК вЂ” проходные металлостекля н н ые соединители (на фиг.1 не показаны), Гальваническая связь слоя 17 металлизации с основанием 3 осуществляется пайкой по нижнему торцу слоя 17.

Пакет ДС скрепляется двумя винтами

23, пропущенными через отверстия в концевых частях (концевиках) рамок и в основании 3 и закрепленными в глухих реэьбовых отверстиях крышки корпуса 1, Резьбовые отверстия сформированы в накладных втулках 24, закрепленных на крышке корпуса 1 пайкой 25. Пайка 2 выполняется после закрепления винтов 23.

На фиг,2 приведена схема установки коммутационной платы с ППЭ 26 на лицевой стороне 27 ДС 16 и закрепление пакета ДС винтами 23. При установке коммутационной платы в вертикальное (рабочее) положение — (показано на фиг.2 стрелками) ППЭ 26 примыкают к металлизации ППЭ 28 торцов выступающих ДС 7, являющихся гальваническим продолжением ППЭ 29 на ДС 7. На

ППЭ 28 и 26 предварительно наносятся избыточные слои (низкотемпературного) припоя, после установки коммутационной платы в вертикальное положение с механическим контактом ППЭ 26 и 28. спайка последних осуществляется локальным нагревом зон контакта этих ППЭ со стороны слоя 17 металлизации ДС 16. Пайкой обеспечивается механическое закрепление коммутационной платы в рабочем (вертикальном) положении. Основное механическое закрепление обеспечивается при окончательной сборке прижимом (поджатием) коммутационной платы к торцам ДС 7 стенкой корпуса 1.

Подпайка полосковых проводников 19 (пайка 22) (фиг,1) высокочастотных СВК и проводников низкочастотных СВК к ППЭ 26 на коммутационной плате также выполняется локальным нагревом через толщу ДС 16 при вертикальной установке коммутационной платы с предварительно изогнутыми до положения механического контакта полосковыми проводниками 19 и выводами низкочастотных СВК, либо в положении коммутационной платы, показанном на фиг.2, учитывая гибкость выводов СВК обоих типов.

На фиг.3 показана схема сборки уровней в пакет ДС (30 — промежуточные уровни).

На фиг.4 и 6 показана компоновка первых трех уровней пакета ДС (фиг,1 сверху); здесь 31 и 32 — рамка и ДС третьего сверху уровня, идентичные рамке 10 и ДС 5 перво5

50 го уровня; 33 — граница зоны 34 нанесения

ППЭ8 — топологическое поле ДС, На фиг.5, 7 и 8 показаны компоновка 4, 5, 6-го уровней пакета ДС с фрагментом топологии на ДС 7 (35 — ДС в рамке 12; 36 и

37 — ДС и рамка 6-го уровня), Рамка 12 не имеет перемычки 15 (фиг.1), так как ее ДС расположена по ДС 7 большей ширины и перемычка препятствовала бы продолжению топологического поля из основной зоны расположения ППЭ 8 на обратной стороне ДС 7 в зону выступа 38; в последней к ППЭ 8 подсоединены НЭ 14(39 — полосковый элемент высокочастотного объемного перехода согласования с распределенной емкостью).

На фиг.5 показаны основное топологическое поле 40 с границей 41 ДС 7 и дополнительное (изолированное от основного) топологическое поле 42 с границей 43 зоны выступа лицевой стороны ДС 7, ППЭ на последнем скоммутированы с ППЭ в зоне выступа 38обратной стороны ДС 7 с помощью объемных переходов 39. Штриховой линией

44 показан внутренний контур рамки 12.

Таким образом, Becb набор используемых ДС и рамок представлен на фиг,4-8.

На фиг.9 проиллюстрирован способ металлизации ДС при групповом изготовлении ОВИМ, Плотная упаковка из ДС 45 (46— топологическое поле с границами 47) помещается в технологическую оправку 48, изготавливаемую для каждого типоразмера и конкретного расположения металлизаций

ППЭ 28 торцов ДС иэ нержавеющей стали с прорезями 49, по высоте соответствующими высоте пакета ДС 45, а по ширине и расположению соответствующими ширине и расположению ППЭ 28 на периметре ДС.

Оправка 48 с заложенной в ней пакетом

ДС 45 помещается в подколпачное устройство вакуумной установки УВН-71П-3 и на торцы 28 ДС 45 через прорези 49 напыляется проводниковый композиционный слой (ванадий — медь — золото). С учетом подпыления на поверхность каждой ДС (в зазоры между ними) получается гальванический контакт между ППЭ 28 и 29. Для исключения слипания ППЭ 28 соседних ДС целесообразно ДС в пакете напыления прокладывать, например, слюдяными пластинками.

ОВИМ работает следующим образом.

Высокочастотный сигнал через коаксиально-полосковый соединитель (корпус 18проводник 19-разъем 20-винт 21) подается на ППЭ 26 коммутационной платы и с нее через гальванический контакт ППЭ 26 - 28) (фиг.9) — на входной каскад схемы модуля и в последовательности следования каскадов (функциональных узлов) на различных уров1700789 нях — с переходом на соседних уровнях через обьемные распределительные переходы 39, а на несоседних уровнях — через коммутационную плату, образованных ППЭ

8 и НЭ 14, выполняются обработка этих сигналов. Обработанный (усиленный, преобразованный, отфильтрованный и т,п.) высокочастотный сигнал отводится от модуля также через соединитель типа (корпус

18-прводник 19-разьем 20-винт 21) либо, если в итоге обработки получается ПЧ или НЧ сигнал, — через проходной металлостеклянный соединитель; через последние также подаются на схему модуля напряжение смещения (питания) и сигналы ЯЧ, например модулиру ащий сигнал. Выделяемое при работе ТВЭ тепло выводится через пакет рамок на основание 3 с радиатором 4.

Пример конкретного выполнения конструкции GHNM показан на фиг,1, 5, 7 и 8, учитывая, что любые конкретные конструкции ОВИМ, реализующие конкретные схемы, отличаются оцна от другой и от конструкции, показанной на фиг.1, не толька числом ДС и топологией пленочных и навесных элементов (ППЭ и НЭ), В данной конструкции реализуютсч, по преимуществу, многофункциональные схемы с числам функциональных узлов более 10.„12. например, диаграммаабразующее устройство с большими индексами M И чисел входнь|х и выходных каналов па схеме Пейджа, наращенное фильтрами, усилителями и т.п, до качества автономного СВЧ устройства (блока), либо реализуется приемопередающий

- модуль микроэлектронной активной фазированной антенной решетки (АФАР) и т.п.

ДС всех типоразмеров изготавливаются из поликора Ще0.781,000 ТУ (диэлектрическая проницаемость e = 9,6 0,2) толщиной от

0,25 до 2,0 мм — при работе GBNM на частотах до 10.„15 Ггц, При работе ОВИМ на более высоких частотах, вплоть до диапазона КВЧ (частоты свыше 30 ГГц), испальзу отся материалы с более низкими значениями я: фторопластов ФФ-4 (я =2,0+0,1) и ФАФ-4 (c =2,6:" 0,2) с теми же толщинами. Для прецизионных устройств ОВИМ с малыми потерями используются ДС из сапфира или плавленого кварца, высакоамнога кремния и арсенида галлия с толщиной от 50 мкм да

0,25 мм, Для уменьшения габаритов ОВИМ при сохранении механической прочности конструкции ДС 7, несущис механическую нагрузку, выполня отся из поликора толщиной 1,0„,2,0 мм, а ДС 5 и 6, не несущие механических нагрузок, изготавливаются, например, из полиимида (F. =3), фторопластов, плавленого кварца толщиной не более

0,1...0,12 мм, Коммутационный ДС 16, учитывая механическую нагрузку и требование большой теплопроводности для обеспечения пайки ППЭ 26 на коммутационной плате локальным нагревом через толщу ДС 16, изготавливается, например, из Брокерита9 (Кт=160...210 Вт/м С) или аналогичных ему материалов с тол щиной не менее 1,5 мм, ППЭ 8, 13, 39„„(фиг.1, 5, 7 и 8) и экранные слои металлизации выполняются па тонкопленочной технологии СВЧ микросборак в следующей композиции,ванадий— медь — золото (напыление на вакуумной установке типа УВ Н-71П-3 с последующей фотолитографией).

GHNM по сравнению с известными решениями позволяет упростить технологию изготовления и сборки модуля при одновременном улучшении электрических и тепловых характеристик, а в итоге — повысить функциональную сложность устройства при уменьшении габаритных размеров и достижении высоких рабочих параметров. Кроме того, в ОВИМ повышается мощность обрабатываемых высокочастотных сигналов, Формула изобретения

1, Обьемный высокочастотный интегаальный модуль, содер>кащий корпус, диэлектрические слои с пленочными полосковыми металлизированными элементами, собранные в беззазорный пакет прилега ащих один к другому диэлектрических слоев, навесные элементы, установленные на диэлектрических слоях, высокочастотные и низкочастотные соединители для внешней коммутации, высокочастотные межслойные переходы согласования с распределенной, например, емкостной связью, о т л и ч а lo— шийся тем, чта, с целью повышения надежности и технологичности конструкции, он снабжен коммутациаHíûми элементами, выполненными в виде коммутационной платы, а пакет диэлектрических слоев — металлическими рамками, закрепленными между собой в пакете с диэлектрическими слоями, одни рамки выполнены

П-образными, другие рамки выполнены Побразными с перемычками между их вертикальными палками в их средних частях с образованием окон, одни диэлектрические слои с пленочными полосковыми металлизированными элементами размещены внутри окон металлических рамок и ширина их равна ширине окон соответствующих металлических рамок с перемычками, а другие диэлектрические слои размещены внутри Побразных металлических рамок и ширина их равна длине вертикальных полок укаэанных рамок соответственно, причем на торцах диэлектрических слоев выполнены металлизи1700789 рованные элементы, коммутационная плата установлена перпендикулярно плоскости диэлектрических слоев с возможностью электрического соединения между металлчзированными элементами на торцах диэлектрических слоев и коммутационной платы, а диэлектрические слои с однотипными металлическими, рамками собраны по группам, при этом в пакете диэлектрических слоев с металлическими рамками группы разнотипных рамок с диэлектрическими слоями расположены с чередованием между собой и с образованием полостей между ними, ограниченных диэлектрическими слоями групп П-образных рамок с диэлектрическими слоями и концами рамок вертикальных полок и перемычек рамок групп

5 П-образных рамок с перемычками с диэлектрическими слоями, а навесные элементы установлены в указанных полостях.

2. Модуль по п.1, отличающийся тем, что одна из стенок корпуса выполнена

10 в виде радиатора, а высокочастотные и низкочастотные соединители для внешней коммутации размещены на укаэанной стенке корпуса, 1700789

1700789

@68.с5

А-А

ЯЯ7 32 б 5 888

Фиг.б

1700789

% 4

48

Фиг. 9

Составитель В.Садов

Редактор Н.Тупица Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор 3,Лончакова

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 4479 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5