ГИБРИДНАЯ ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА СВЧ-ДИАПАЗОНА Российский патент 2022 года по МПК H05K1/02 H01L27/12 

Изобретение относится к области электронной техники, а именно к гибридным интегральным схемам, например, генераторного модуля СВЧ-диапазона.

Известна гибридная интегральная схема генераторного модуля СВЧ-диапазона [А.А. Баронов, В.А. Шадский. Особенности проектирования гетеродина с петлей ФАПЧ Ku-диапазона. «ЭЛЕКТРОННАЯ ТЕХНИКА.» Сер. 3, Микроэлектроника, Вып. 4 (160),2015 г. стр. 18-22.] выполненная в виде многослойной печатной платы с топологическим рисунком проводников металлизации, по крайней мере, на одной из сторон каждого диэлектрического слоя многослойной печатной платы. И экранной заземляющей металлизацией на обратной стороне нижнего диэлектрического слоя. Навесные компоненты, в том числе коаксиальный диэлектрический резонатор, расположены на лицевой стороне верхнего диэлектрического слоя и соединенными своими выводами с проводниками его топологического рисунка металлизации. Обратная сторона верхнего диэлектрического слоя многослойной платы имеет экранную заземляющую металлизацию, на части своей обратной стороны, занятой схемой обработке СВЧ-сигнала, в том числе генератором управляемым напряжением с включенным в его схему коаксиальным диэлектрическим резонатором. Многослойная печатная плата установлена и электрически соединена с дном металлического корпуса с крышкой и отверстия в углах корпуса для крепления корпуса в аппаратуре. Критерием оптимальности конструкции выбрана величина среднеквадратичного отклонения фазового шума.

Недостатками данного технического решения являются: наличие высоких паразитных емкостей в схеме формирования СВЧ сигнала и низкие массогабаритные характеристики.

Известна гибридная интегральная схема генераторного модуля СВЧ-диапазона [С.А. Самохин, И.В. Горюнов, В.А. Иовдальский, Е.В. Терешкин, Н.А. Федоров. Малогабаритный опорный СВЧ - генератор на коаксиальном резонаторе//«Электронная техника», Сер. 1, СВЧ-техника, Вып .2 (541), 2019 г., С. 58-66.], выполненная в виде многослойной печатной платы с топологическим рисунком проводников металлизации, по крайней мере, на одной из сторон каждого диэлектрического слоя многослойной печатной платы. И экранной заземляющей металлизацией на обратной стороне нижнего диэлектрического слоя. Навесные компоненты, в том числе коаксиальный диэлектрический резонатор, расположены на лицевой стороне верхнего диэлектрического слоя и соединенными своими выводами с проводниками его топологического рисунка металлизации. Обратная сторона верхнего диэлектрического слоя многослойной платы имеет экранную заземляющую металлизацию, на части своей обратной стороны, занятой схемой обработки НЧ и СВЧ-сигнала, в том числе генератором управляемым напряжением с включенным в его схему коаксиальным диэлектрическим резонатором. Многослойная печатная плата установлена и закреплена на дне металлического корпуса с крышкой.

Недостатками данного технического решения являются: наличие высоких паразитных емкостей в схеме формирования СВЧ сигнала, что обуславливает низкие электрические характеристики и низкие массогабаритные характеристики.

Техническим результатом изобретения является улучшение электрических и массогабаритных характеристик гибридной интегральной схемы СВЧ-диапазона.

Технический результат достигается тем, что в известной конструкции гибридной интегральной схемы СВЧ-диапазона выполненной в виде многослойной печатной платы, которая установлена на дне металлического корпуса с крышкой и электрически соединена с ним, плата выполнена с топологическим рисунком проводников металлизации, по крайней мере, на одной из сторон каждого диэлектрического слоя многослойной печатной платы и экранной заземляющей металлизацией на обратной стороне нижнего диэлектрического слоя; с навесными компонентами, в том числе активным генераторным компонентом и активным управляющим компонентом, расположенными на лицевой стороне верхнего диэлектрического слоя, а также коаксиальным диэлектрическим резонатором, выводы которых электрически соединены с топологическим рисунком проводников металлизации верхнего диэлектрического слоя многослойной платы, и которые в совокупности образуют генератор управляемый напряжением; коаксиальный диэлектрический резонатор, имеет металлизационное покрытие на боковой поверхности, электрически соединенное с экранной заземляющей металлизацией платы; по меньшей мере, один коаксиальный выход на торцевой поверхности, обращенной к указанным активным компонентам электрически соединен с активными генераторным и управляющим компонентами через проводники топологического рисунка металлизации, имеющими в своем составе емкостные связи, при этом, в многослойной печатной плате выполнено отверстие соразмерное расположенному в нем диэлектрическому коаксиальному резонатору, который установлен на дне металлического корпуса и электрически соединен с дном корпуса металлизацией своей боковой поверхности; часть топологического рисунка проводников генератора управляемого напряжением, соединяющая активные генераторный и управляющий компоненты с коаксиальным выходом коаксиального диэлектрического резонатора, расположена на торцевой поверхности коаксиального диэлектрического резонатора и электрически соединена с пленочными проводниками топологического рисунка, расположенного на лицевой стороне верхнего диэлектрического слоя многослойной платы и имеет в своем составе емкостные связи, причем емкостная связь между пленочным проводником соединения генераторного компонента и коаксиальным выходом диэлектрического резонатора выполнена в виде, по меньшей мере, одного зазора шириной 0,035- 0,055 мм, а емкостная связь между боковой стороной пленочного проводника соединения управляющего компонента и коаксиальным выходом диэлектрического резонатора выполнена в виде зазора шириной 0,16-0,24 мм.

Выполнение в многослойной печатной плате отверстия, соразмерного расположенному в нем диэлектрическому коаксиальному резонатору, который установлен на дне металлического корпуса и электрически соединен с дном корпуса металлизацией своей боковой поверхности, а также электрическое соединение с дном корпуса металлизации боковой поверхности резонатора, позволяет уменьшить массу многослойной платы, высоту и массу корпуса, а значит, улучшить массогабаритные характеристики устройства. Кроме того, сокращение длины соединения генераторного и управляющего компонентов с коаксиальным выходом диэлектрического резонатора, приводит к уменьшению его паразитной индуктивности и емкости и, тем самым, улучшает электрические характеристики схемы.

Расположение части топологического рисунка проводников генератора управляемого напряжением, соединяющей активные генераторный и управляющий компоненты с коаксиальным выходом коаксиального диэлектрического резонатора, на торцевой поверхности коаксиального диэлектрического резонатора и наличие в ее составе емкостных связей, позволяет сократить площадь топологического рисунка многослойной платы, занимаемой ГИС, что также приводит к уменьшению паразитной емкости и индуктивности проводников, и улучшению электрических характеристик. Кроме того, такое решение позволяет улучшить массогабаритные характеристики ГИС за счет уменьшения размеров и массы многослойной платы и корпуса с крышкой.

Электрическое соединение части топологического рисунка проводников генератора управляемого напряжением, соединяющей активные генераторный и управляющий компоненты с коаксиальным выходом коаксиального диэлектрического резонатора, расположенных на торцевой поверхности коаксиального диэлектрического резонатора и наличие в ее составе емкостных связей с пленочными проводниками топологического рисунка, расположенного на лицевой стороне диэлектрического слоя многослойной платы, позволяет сократить длину соединения, что влияет на величину паразитных индуктивности и емкости соединений и улучшает электрические характеристики ГИС.

Выполнение емкостной связи между пленочным проводником соединения генераторного компонента и коаксиальным выходом диэлектрического резонатора в виде зазора шириной от 0,035 до 0,055 мм, и выполнение емкостной связи между боковой стороной пленочного проводника соединения управляющего компонента и коаксиальным выходом диэлектрического резонатора в виде зазора шириной от 0,16 до 0,24 мм, позволяют сократить длину связей, а, значит улучшить электрические характеристики ГИС.

Ограничение ширины зазора емкостной связи между пленочным проводником соединения генераторного компонента и коаксиальным выходом диэлектрического резонатора снизу (0,035 мм) связано с нежелательным уменьшением рабочей частоты генератора, а сверху (0,055 мм) - с отсутствием генерации, а, значит с ухудшением электрических характеристик.

Ограничение ширины зазора емкостной связи между боковой стороной пленочного проводника соединения управляющего компонента и коаксиальным выходом диэлектрического резонатора снизу (0,16 мм) вызывает нежелательное уменьшение рабочей частоты генератора, увеличение фазовых шумов, а сверху (0,24 мм) - снижение диапазона частоты перестройки генератора управляемого напряжением. Выход за указанные пределы приводит к ухудшению электрических характеристик.

Изобретение поясняется чертежом. На фиг. 1 представлена конструкция гибридной интегральной схемы генераторного модуля СВЧ-диапазона, где:

- многослойная печатная плата - 1;

- топологический рисунок проводников металлизации - 4;

- диэлектрический слой - 5;

- активный генераторный компонент - 7;

- активный управляющий компонент - 8;

- коаксиальный диэлектрический резонатор - 9;

- металлизационное покрытие на боковой поверхности коаксиального диэлектрического резонатора - 11:

- коаксиальный выход на торцевой поверхности коаксиального диэлектрического резонатора - 12:

- емкостные связи - 13:

- отверстие в многослойной печатной плате - 14;

- зазор между пленочным проводником соединения генераторного компонента и коаксиальным выходом диэлектрического резонатора - 15;

- зазор между боковой стороной пленочного проводника соединения управляющего компонента и коаксиального вывода диэлектрического резонатора - 16.

На фиг. 2 представлен разрез заявляемой конструкции, где:

- многослойная печатная плата - 1;

- корпус - 2;

- крышка корпуса - 3;

- диэлектрический слой - 5;

- экранная заземляющая металлизация - 6;

- активный генераторный компонент - 7;

- активный управляющий компонент - 8;

- коаксиальный диэлектрический резонатор - 9;

- генератор, управляемый напряжением - 10;

- отверстие в многослойной печатной плате - 14.

Устройство работает следующим образом. При подаче питания на активный генераторный компонент (транзистор)7, за счет схемотехнического решения гибридной интегральной схемы генератора создается область рабочего диапазона с отрицательным сопротивлением в базовой области транзистора. При подключении к этой цепи коаксиального диэлектрического резонатора (КДР) 9 с определенной добротностью происходит возбуждение транзистора на резонансной частоте подключаемого контура. Подачей напряжения на активный управляющий компонент 8 (варакторный диод) осуществляется перестройка частоты резонансного контура в рабочем диапазоне частот. Снижение паразитной индуктивности и емкости топологического рисунка 2 проводников многослойной платы 1, за счет уменьшения длины соединения коаксиального выхода 12 коаксиального диэлектрического резонатора (КДР) 9 и уменьшения площади многослойной платы 1 и уменьшения высоты корпуса за счет размещения коаксиального диэлектрического резонатора (КДР) 9 в отверстии 14 многослойной платы 1, а значит, и уменьшения размеров и массы корпуса 2 и крышки 3, путем переноса части топологического рисунка проводников 4 генератора управляемого напряжением 10, соединения активных генераторного 7 и управляющего 8 компонентов с коаксиальным выходом 12 коаксиального диэлектрического резонатора 9, расположения на торцевой поверхности коаксиального диэлектрического резонатора 9 и наличия в ее составе емкостных связей 13, электрического соединения с пленочными проводниками топологического рисунка 4 расположенного на лицевой стороне диэлектрического слоя 5 многослойной платы 1 улучшены электрические и массогабаритные характеристики гибридной интегральной схемы. Это объясняется также тем, что снижение паразитной индуктивности и емкости позволяет снизить шунтирующий эффект паразитных емкостей и индуктивностей печатной платы 1 и, тем самым, повысить нагруженную добротность КДР 9 и рабочую частоту генератора 10.

В целом, за счет сохранения оптимального размера КДР 9 и, соответственно, обеспечив его (КДР 9) более высокую добротность, тем самым, удается снизить уровень фазовых шумов генератора 10, а значит, улучшить его электрические характеристики.

Пример 1. Гибридная интегральная схема генераторного модуля СВЧ-диапазона имеет размеры 20×18×10,5 мм и массу 7,35 г, выполнена в виде многослойной печатной платы (1), имеющей четыре диэлектрических слоя 5. Материалом диэлектрических слоев является Ro4003 толщиной 0,25 мм. Каждый из диэлектрических слоев 5 многослойной печатной платы 1 имеет топологический рисунок проводников 4 металлизации выполненной из меди толщиной 18 мкм с гальваническим покрытием золотом толщиной 3 мкм. На обратной стороне верхнего и нижнего диэлектрического слоя 3 нанесена экранная заземляющая металлизация 4 со структурой аналогичной структуре топологического рисунка проводников 2 металлизации. На лицевой поверхности верхнего диэлектрического слоя 5 многослойной печатной платы 1 установлены навесные компоненты, в том числе, активный генераторный компонент 7, например, биполярный транзистор BFP420F, активный управляющий компонент 8, например, варакторный диод BBY55, конденсаторы типа К10-17 и другие, в том числе, коаксиальный диэлектрический резонатор 9 типа КРП 5,7×4,5×4,0 мм (производства АО «НИН «Исток» им. Шокина»). Корпус 2 и крышка 3 гибридной интегральной схемы генераторного модуля изготовлены из сплава АМГ с последующим гальваническим покрытием составом палладий -никель толщиной 6 мкм.

Многослойная печатная плата 1 своей обратной стороной, имеющей экранную заземляющую металлизацию 6, припаяна на дно корпуса 2 припоем ПИнСр-3. Коаксиальный диэлектрический резонатор 9 установлен и припаян припоем ПОИН-50 на дно металлического корпус 2 в отверстие 14 в плате 1, а его металлизационное покрытие 11 на боковой поверхности коаксиального диэлектрического резонатора 9 электрически соединено через дно корпуса 2 с экранной заземляющей металлизацией 6 платы 1.

Изобретение относится к области электронной техники. Гибридная интегральная схема СВЧ-диапазона выполнена в виде многослойной печатной платы, которая установлена на дне металлического корпуса с крышкой и электрически соединена с ним, плата выполнена с топологическим рисунком проводников металлизации по крайней мере на одной из сторон каждого диэлектрического слоя многослойной печатной платы и экранной заземляющей металлизацией на обратной стороне нижнего диэлектрического слоя; с навесными компонентами, в том числе активным генераторным компонентом и активным управляющим компонентом, расположенными на лицевой стороне верхнего диэлектрического слоя, а также коаксиальным диэлектрическим резонатором, выводы которых электрически соединены с топологическим рисунком проводников металлизации верхнего диэлектрического слоя многослойной платы и которые в совокупности образуют генератор, управляемый напряжением; коаксиальный диэлектрический резонатор имеет металлизационное покрытие на боковой поверхности, электрически соединенное с экранной заземляющей металлизацией платы; по меньшей мере один коаксиальный выход на торцевой поверхности, обращенной к указанным активным компонентам, электрически соединен с активными генераторным и управляющим компонентами через проводники топологического рисунка металлизации, имеющими в своем составе емкостные связи, при этом в многослойной печатной плате выполнено отверстие, соразмерное расположенному в нем диэлектрическому коаксиальному резонатору, который установлен на дне металлического корпуса и электрически соединен с дном корпуса металлизацией своей боковой поверхности; часть топологического рисунка проводников генератора, управляемого напряжением, соединяющая активные генераторный и управляющий компоненты с коаксиальным выходом коаксиального диэлектрического резонатора, расположена на торцевой поверхности коаксиального диэлектрического резонатора и электрически соединена с пленочными проводниками топологического рисунка, расположенного на лицевой стороне верхнего диэлектрического слоя многослойной платы, и имеет в своем составе емкостные связи, причем емкостная связь между пленочным проводником соединения генераторного компонента и коаксиальным выходом диэлектрического резонатора выполнена в виде по меньшей мере одного зазора шириной 0,035-0,055 мм, а емкостная связь между боковой стороной пленочного проводника соединения управляющего компонента и коаксиальным выходом диэлектрического резонатора выполнена в виде зазора шириной 0,16-0,24 мм. Изобретение обеспечивает улучшение электрических и массогабаритных характеристик гибридной интегральной схемы СВЧ-диапазона. 1 пр., 2 ил.

Гибридная интегральная схема СВЧ-диапазона, выполненная в виде многослойной печатной платы, которая установлена на дне металлического корпуса с крышкой и электрически соединена с ним, плата выполнена с топологическим рисунком проводников металлизации по крайней мере на одной из сторон каждого диэлектрического слоя многослойной печатной платы и экранной заземляющей металлизацией на обратной стороне нижнего диэлектрического слоя; с навесными компонентами, в том числе активным генераторным компонентом и активным управляющим компонентом, расположенными на лицевой стороне верхнего диэлектрического слоя, а также коаксиальным диэлектрическим резонатором, выводы которых электрически соединены с топологическим рисунком проводников металлизации верхнего диэлектрического слоя многослойной платы и которые в совокупности образуют генератор, управляемый напряжением; коаксиальный диэлектрический резонатор имеет металлизационное покрытие на боковой поверхности, электрически соединенное с экранной заземляющей металлизацией платы; по меньшей мере один коаксиальный выход на торцевой поверхности, обращенной к указанным активным компонентам, электрически соединен с активными генераторным и управляющим компонентами через проводники топологического рисунка металлизации, имеющими в своем составе емкостные связи, отличающаяся тем, что в многослойной печатной плате выполнено отверстие, соразмерное расположенному в нем диэлектрическому коаксиальному резонатору, который установлен на дне металлического корпуса и электрически соединен с дном корпуса металлизацией своей боковой поверхности; часть топологического рисунка проводников генератора, управляемого напряжением, соединяющая активные генераторный и управляющий компоненты с коаксиальным выходом коаксиального диэлектрического резонатора, расположена на торцевой поверхности коаксиального диэлектрического резонатора и электрически соединена с пленочными проводниками топологического рисунка, расположенного на лицевой стороне верхнего диэлектрического слоя многослойной платы, и имеет в своем составе емкостные связи, причем емкостная связь между пленочным проводником соединения генераторного компонента и коаксиальным выходом диэлектрического резонатора выполнена в виде по меньшей мере одного зазора шириной 0,035-0,055 мм, а емкостная связь между боковой стороной пленочного проводника соединения управляющего компонента и коаксиальным выходом диэлектрического резонатора выполнена в виде зазора шириной 0,16-0,24 мм.