[发明专利]一种集成VCO和波导天线的封装结构

说明书

技术领域

本发明属于E波段芯片封装技术领域，涉及一种集成VCO和波导天线的封装结构。

背景技术

由于频率低、频谱拥挤以及对更卓越性能的追求，E波段(60GHz-90GHz)正受到越来越多的重视。目前欧洲许多国家都在逐渐加大对E波段微波电子元器件的开发投入，但其设计安装的技术难度大，性能和成本之间的矛盾一直是制约其更多商业应用的主要因素。然而由于市场上面的一系列的需求促使需要一个更加可靠稳定的方式来降低产品的成本、简化应用方式以及扩大应用的范围来实现其在各个领域中的广泛应用，随着表面贴装技术(SMT)的成熟应用，提供了一种低成本解决方案，对于该波段的应用更加充满信心和期望。因此，新一代E波段设备要获得商业上的大批量生产和应用，就必须在芯片封装技术及实现方式方面取得革命性的突破。

在E波段时，器件层次采用简单、标准封装技术难度大，使得毫米波射频前端成本高，严重制约了77GHz车载雷达和E波段高速雷达的市场应用；在现有工艺条件下，芯片到芯片以及芯片到焊盘之间的连接线长度很难做到0.3mm以下，由于寄生效应而等效一个0.2-0.5nH的电感，同焊盘的电容效应一起形成一个低通滤波器会对芯片的性能产生影响。如果间距等于或小于0.3mm时，要精确地搭载在电路图形上并与其占电路组件一起采用再流焊一次完成实装，难度极大，需要采用专用自动搭载以及高超的技能，致使价格剧增，而且还存在可靠性及成品率方面的问题。此时采用四边J形引脚扁平封装时，可以解决上述问题，但是该种形式芯片封装的管脚会表现出低通滤波器效应，在设计电路时必须考虑对毫米波信号的影响，增加了设计的难度及电路模块的成本。

目前市场上主要的高频封装技术有以下两种：(1)四边扁平无引脚封装已经成功应用于40GHz以下频段，芯片通过金丝键合和外部电路实现互联；然而其缺陷在于：由于金丝键合线寄生效应的影响，难以实现阻抗匹配并且插入损耗大。微波器件工作在E波段时需要考虑电路系统及外界环境各方面的影响，因此导致对于PCB板的设计难度增大，而且在PCB设计时不能采用普通的微波板材，由于工作频率高，因此对工艺的加工精度要求也会进一步的提高，降低产品的成品率，这就进一步导致成本的提高，限制了其应用的广泛性。(2)可应用于E波段的芯片金属封装技术，采用辐射单元同外部电路之间进行耦合，不需要同外部电路进行机械连接，封装外壳为金属陶瓷材料。采用该方式的其缺陷在于：虽然可以工作到E波段，但由于采用了金属陶瓷封装，其成本大幅度提高，在大批量生产中，这个缺点将更加凸显；而且其不能采用标准的生产线，产品再设计时还需要克服焊盘和管脚之间寄生参数对芯片整体性能的影响，增加设计的投入，而且也会制约后期的PCB电路设计和应用。

发明内容

本发明解决的问题在于提供一种集成VCO和波导天线的封装结构，其采用基于LTCC工艺的封装结构，其集成度更高，可靠性和稳定性更加优良，对于小型化设计应用优势更加明显。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种集成VCO和波导天线的封装结构，包括由底层介质基板层、若干中间介质基板层和顶层介质基板层构成的LTCC封装体，LTCC封装体的一端封装VCO芯片，另一端封装波导反射腔及微带耦合探针；

所述的VCO芯片设置在底层介质基板层的一端，其余的介质基板层的该端开设有与VCO芯片相匹配的通孔，顶层介质基板层还设有密封该通孔的金属盖，底层介质基板层上设有为VCO芯片提供“地”平面的GND金属 网格反射面；

所述的微带耦合探针设置在与VCO芯片的高度相持平的中间介质基板层上，该中间介质基板层上还设有将微带耦合探针与VCO芯片输出管脚相连接的微带过渡，微带过渡周围设有地孔；

所述的波导反射腔包括设置在微带耦合探针的周围并贯穿LTCC封装体的金属柱和设置在顶层介质基板层下表面的金属反射板，用于连接WR12矩形波导的波导反射腔的开口开设在底层介质基板层上；

所述的LTCC封装体外侧还设有封装引脚，封装引脚通过连接线与VCO芯片管脚相连接。

所述的VCO芯片的输出管脚通过金丝键合线与微带过渡相连接；

所述的波导反射腔中，除放置微带耦合探针所需的介质基板外，去除其余的介质基板。