Высокочастотный интегральный модуль Советский патент 1990 года по МПК H05K7/02 H05K1/14 

экранные слои металлизации полосковых плат, которые в сочетании с полупроводниковыми кристаллами 5 образуют управляемый резонансный узел 14. Пенистый диэлектрик 15 заполняет зоны несочленения между стенками корпуса 16 и компонентами. Сборка корпуса 16с основанием 1 по ребрам 17 выполняется пайкой или микросваркой. Корпус имеет выступы 18 под крепление модуля в изделии. Для внешней коммутаций модуля служат высокочастотные коаксиальные 19 и волноводные соединители, содержащие фланец 20, волновод 21 и волноводно-полосковый переход 22, а также низкочастотные металлостеклянные соединители. Теплоотвод от основания-радиатора 1 выполняется, например, в общей системе принудительной вентиляции изделия при соответствующей ориентации ребер 24 радиатора. Высокочастотный интегральный модуль может быть использован для реализации различных микроэлектронных устройств до частот 50-70 ГГц. 2 з.п.ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к высокочастотной интегральной технике и может быть использовано в приемоусилительных, радиопередающих устройствах и устройствах обработки информации в радиорелейной связи, связи с первичными объектами и т.д. Цель изобретения - повышение плотности компоновки и технологичности конструкции - достигается тем, что высокочастотный интегральный модуль содержит основание-радиатор 1, тепловую трубу, состоящую из корпуса 2, фитиля 3 и парового канала 4, а также компоненты в виде прямоугольных параллелепипедов: полупроводниковые кристаллы 5, металлические элементы 6 и 7, диэлектрические элементы 8, дисикативные (поглощающие, резистивные) элементы 9, гиромагнитные элементы 10, элементы 11 интегральной оптики, элементы 12 из анизотропного диэлектрика, с использованием которого сформирован направленный ответвитель 13. Металлические элементы 6 и 7 образуют экранные слои металлизации полосковых плат, которые в сочетании с полупроводниковыми кристаллами 5 образуют управляемый резонансный узел 14. Пенистый диэлектрик 15 заполняет зоны несочленения между стенками корпуса 16 и компонентами. Сборка корпуса 16 с основанием 1 по ребрам 17 выполняется пайкой или микросваркой. Корпус имеет выступы 18 под крепление модуля в изделии. Для внешней коммутации модуля служат высокочастотные коаксиальные 19 и волноводные соединители, содержащие фланец 20, волновод 21 и волноводно-полосковый переход 22, а также низкочастотные металлостеклянные соединители. Теплоотвод от основания-радиатора 1 выполняется, например, в общей системе принудительной вентиляции изделия при соответствующей ориентации ребер 24 радиатора. Высокочастотный интегральный модуль может быть использован для реализации различных микроэлектронных устройств до частот 50-70 ТГц. 2 з.п. ф-лы, 10 ил.

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

Цель изобретения -повышение плотности компоновки и технологичности конструкции.

На фиг. 1 приведена конструкция высокочастотного интегрального модуля объемного формообразования (ВИМОФ); на фиг. 2 и 3 - примеры наращивания структуры в одном и в двух направлениях соответственно; на фиг. 4-компоновочная схема ВИМОФ с полосковыми линиями передачи (ЛП) с послойным наращиванием интеграции; на фиг, 5 - компоновочная схема ВИМОФ с полосковыми и волноводными ЛП с объемным наращиванием интеграции; на фиг. 6 - компоновочная схема ВИМОФ с комбинацией диэлектрических, диэлектрико-полу- проводниковых и квазиоптических ЛП с объемным наращиванием интеграции; на фиг. 7 - пример конкретной реализации ВИМОФ; на фиг. 8 - пример электрического соединения различных компонентов; на фиг. 9 - типичный пассивный компонент ВИМОФ; на фиг. 10 - типичный активный компонент ВИМОФ.

ВИМОФ (фиг. 1) содержит основание- радиатор 1, в квадратном глухом отверстии которого жестко (с помощью пайки или по плотной посадке) закреплена миниатюри- зованная низкотемпературная тепловая труба (ТТ), состоящая из прямоугольного (в поперечном сечении) корпуса 2, фитиля 3 и парового канала 4. Данный узел в сборе является основным элементом несущей конструкции, вокруг которого размещена непрерывная трехмерная структура, образованная из компонентов, преимущественно в виде прямоугольнь1х параллелепипедов с кратными размерами ребер. Набор последних определяется конкретным схемным решением ВИМОФ, в частности, может содержать полупроводниковые кристаллу 5, металлические элементы 6 и 7, диэлектрические элементы 8, диссипативные (погло- щающие, резистивные) элементы 9,

гиромагнитные элементы 10, элементы 11 интегральной радиооптики, элементы 12 из анизотропного диэлектрика и . Компоненты 5-12 образуют объемные функциональные узлы (ФУ), в которых компоненты

преимущественно в виде прямоугольных параллелепипедов электрически соединяются по тракту передачи высокочастотного сигнала по контактирующим граням тонкими прослойками из жидких проводящих

композиций.

Металлические элементы 7 и 6 образуют экранные слои металлизации (ЭСМ), а ЭСМ в сочетании с токонесущими полосковыми проводниками (ТПП)- полосковые линии передачи (ЛП), например компланарную ЛП. ФУ сформированы из различных элементов и кристаллов. Например, на основе двух элементов из анизотропного диэлектрика и двух ТПП сформирован- направленный ответвитель 13 с высоким коэффициентом направленности; на основе двух ТПП (или ТПП и ЭСМ) и кристалла полупроводника сформирован электрически управляемый резо- нансный узел 14.

Пенистый диэлектрик 15 заполняет зоны несочленения между стенками корпуса 16 и непрерывной трехмерной структурой при асимметричной компоновке последней,

.как показано на фиг. 1. Одновременно диэлектрик 15 при необходимости электрически изолирует трехмерную структуру от стенок корпуса 16.

Сборка корпуса 16 с основанием 1 по ребрам 17 выполняется пайкой или микросваркой. Корпус имеет выступы 18 под креп- ление модуля в изделии. Для внешней коммутации модуля на стенках корпуса 16 установлены проходные соединители: высо кочастотные коаксиальные 19 и волновод- ные соединители, последние содержат фланец 20, волновод 21 и волноводно-поло- сковыйпереход 22. Также установлены низ- кочастотиыеметаллостеклянные

соединители 23. Теплоотвод от основания- радиатора 1 выполняется, например, в общей системе принудительной вентиляции изделия при соответствующей ориентации ребер 24 радиатора.

Узел обработки сигнала (фиг. 2) содержит диэлектрический изотропный 8 и диэлектрический анизотропный 12 элементы. полупроводниковый кристалл 5. общий ЭСМ 7 и общий ТПП 25; зона 26 заполняется другими компонентами или пенистым диэлектриком до условно выделенного обьема параллелепипеда.

На фиг. 3 приведен более сложный фрагмент с наращиванием интеграции в двух измерениях: прямоугольные отрезки 27, 28. 29, 31 и 32, уголковый элемент 30 поворота ТПП, ЭСМ 33 компланарной ЛП, содержащий ФУ: активной обработки сигт нала (элементы 5, 7 и 25), передачи сигнала (элементы 7, 8 и 25), ответвления сигнала (элементы 7, 8, 12, 25 и 27), направленного ответвления сигнала (элементы 7, 8. 12, 27, 28 и 29), который через уголковый поворот (элементы 7, В, 28, 29, 30 и 31) соединен с невзаимным узлом - компланарной ЛП на ферритовой подложке (элементы 7, 10, 32 и 33). При этом в ВИМОФ элементы ТПП и ЭСМ изготавливаются либо в виде отдель- ных металлических элементов, либо по пле- ночной технологии на поверхности .кристаллов, диэлектрических и тому подобных элементов.

Наращивание интеграции в третьем из- мерении выполняется аналогичным образом.

На фиг. 4-6 обозначены: N ± х; N± у; N ± Z- направления наращивания мозаичной структуры.

Компоновочная схема ВИМОФ (фиг. 4) на основе параллелепипеидальных компонентов 34 с поуровневым расположением ТПП 25 и ЭСМ 7 используется в СВЧ-диапа- зоне..

На фиг. 5 приведена компоновочная схема ВИМОФ на основе параллелепипеидальных компонентов 34 с произвольно-ортогональным ориентированием ТПП 25 и

ЭСМ 7, а также с конструктивными волноводами, образованными замкнутыми в локальном обьеме ЭСМ 35 и диэлектрическим заполнением 36. Данный ВИМОФ сочетает в себе ФУ, реализованные на полосковых, диэлектрических и волноводных направляющих и резонансных структурах, и работает на частотах, переходных от СВЧ к КВЧ диапазону.

В ВИМОФ по фиг. 6 пространственная передача и обработка сигналов КВН-диапазона (частоты свыше 50-70 ГГц) выполняются с помощью ФУ, выполненных на основе диэлектрических и полупроводниковых элементов (кристаллов) 34, контактирующих друг с другом по виртуал ьным границам 37.

Для создания контактов между элементами в ВИМОФ по тракту передачи СВЧ (КВЧ)-сигналов простого механического контакта недостаточно, например, между металлическими элементами и полупроводниковыми кристаллами (в различных их со- четаниях) можно использовать контактирующие прослойки из жидких ме- талличес.чих композиций.

На фиг. 7 -показано сечение одного из четырех идентичных каналов (позиция 38 - зона сечения аналогичного соседнего канала). Каналы имеют выходы на коммутационную многослойную плату (подложку) 39, средний диэлектрический (материал ФАФ- 4) слой 40. который одновременно является верхней крышкой модуля, на лицевой поверхности слоя нанесены слои металлизации: излучатели 41 и экранные слои 42, образующие компланарные микрополоско- выеантенны.

Передача высокочастотного сигнала в канале выполняется по тракту: коаксиальный соединитель 19 - металлический стержень 43 возбуждения волноводно-диэлектрического фильтра с запредельными связями (ВДФЗС), образованного чередующимися слоями (пластинами) диэлектрика с малой диэлектрической проницаемостью (е 1)44 и с относительно большой (е 3-5) 45. стенки и торцевая заглушка образованы металлическими пластинами 46 и 47 соответственно (незаполненная полезными элементами зона заполнена пенистым диэлектриком 15) - .выходной металлический стержень 48 ВДФЗС - четырехканаль- ный объемный делитель мощности, образованный диэлектрическими пластинами 49 с напыленными на них полосковыми элементами 50 - двухслойная структура, реализующая набор фазовращателей 51 - набор усилителей мощности, реализованных на полупроводниковых кристаллах (подложках) 52, проложенных диэлектрическими пластинами 53 - коммутационная плата 39 - компланарные пакеты тепловыделяющих элементов 54 с корпусом тепловой трубы.

Для уменьшения присоединительных габаритов высокочастотный коаксиальный соединитель 19 выполнен с угловым изгибом 90°. Аналогичные соединители имеются и со стороны других стенок корпуса 16 модуля. Стрелками показано направление передачи энергии сигнала (Прием-передача). При разработке ВИМОФ для работы в коротковолновой части СВЧ-диапазона BjyiecTO коаксиальных используются волно- водные соединители (элементы 20-22 на фиг. 1), Низкочастотные соединители (соединитель 19 на фиг. 1) в данном ВИМОФ размещены со стороны основания-радиатора (на фиг. 7 не показаны).

Соединение полупроводникового, изотропного диэлектрического и диссипатив- ного (резистивного) компонентов (фиг. 8) по граням обеспечивает передачу СВЧ-энер- гии прослойками 55 жидкой проводящей композиции (ЖПК). ЖПКобязательна только для создания электромагнитного контакта между металлическими и полупроводниковыми компонентами в различных сочетаниях. Для контактирования, например, диэлектрических, резистивных(в различных их сочетаниях) компонентов можно использовать и ЖПК, и обычные клеевые соединения, например компаунд ВК-9, либо вообще ограничиться механическим контактированием по граням. Возможно использование для контакта металл-полупроводник полиме- ризующих после нанесения электропроводных покрытий типа пленкообразователей-rio- лупроводников, соединений с сопряженными-двойными или тройными связями: полиимидов, полибензимидазолов с графитовым наполнителем, а также пентафта- лееой эмали ПФ-910, полиакрилатной эмали АС-588, АК-562, эмали ХС-775, ХС- 928, ХС-972, кремнийорганической эмали КО-811 и ряда других материалов. Однако наиСЗолее эффективно, конструктивно и технологически просто (а на рабочих частотах свыше 10-15 ГГц единственно преемлемо) использование в качестве ЖПК нематиче- ских жидкокристаллических материалов, например материала ЖК-404 (при толщине контактирующей прослойки порядка 20-30 мкм), либо материалов с различными типа- ми анизотропии; ЖК-440, ЖК-807, ЖК-654. Еще более эффективно, особенно для обеспечения контактирования полупроводниковых компонентов, использование в качестве ЖПК щелочных металлов в жидком состоянии, например литья.

Дискретные компоненты и ФУ ВИМОФ выполнены преимущественно в виде прямоугольных параллелепипедов с кратными размерами ребер, которые контактируют

друг с другом по граням.

Проводящая жидкая композиция используется для контакта полупроводниковых подложек 52 с металлическими элементами фазовращателей и коммутаци0 онной платы 39. Все ФУ сформированы в трехмерной компоновке без привязки к каким-либо вертикальным уровням. В данной конструкции, при модернизации схемного решения, возможно применение компоиен5 тов из других материалов, например ги- ромагнитйых в фазовращателях, анизотропных диэлектрических в делителях мощности и т.п., при сохранении самого принципа компоновки.

0 Типичный пассивный компонент(дисси- пативный или резистивный) содержит (фиг. 9) элемент 9 из резистивного материала и контактные площадки 56 металлизации. Данный компонент может быть выполнен и

5 резистивным полупроводниковым.

Типичный активный компонент ВИМОФ из класса активных устройств с распределительными параметрами (АУРП) представляет собой (фиг. 10) полупроводниковые

0 усилители бегущей волны (УБВ) на основе эффекта с отрицательной дифференциальной проводимостью УБВ представляет собой полупроводниковый кристалл 5 с приповерхностной активной зоной, на по5 верхности которого сформирована управляющая компланарная линия (токонесущий полосковый проводник 57 и экранный слой 58 металлизации) и переход 59 расширения компланарной линии; металлизация торцов

0 60 необходима для контактирования с соседним компонентом. На фиг. 10 УБВ показан в сборе с диэлектрическим компонентом (прослойка 55 ЖПК).

55 стенку ТТ и выводится с помощью ТТ на основание-радиатор 1, Обработанный высокочастотный сигнал подается на выходные соединители. Подача питающих напряжений и низкочастотных сигналов выполняется через соединитель 23.

ВИМОФ может быть использован для реализации различных микроэлектронных устройств как в СВЧ-диапазоне до частот 50-70 ГГц (при формировании ФУ на основе полосковых ЛП), так и в КВЧ-диапазоне на частотах свыше 50-70 ГГц (при формировании ФУ на основе диэлектрических ЛП). Формула изобретения 1. Высокочастотный интегральный модуль, содержащий корпус, выполненный в виде соединенных между собой основания и кожуха, размещенные в корпусе функциональные узлы для трехмерной обработки сигналов с активными и пассивными компонентами, размещенными с образованием трехмерной пространственной структуры, и с электрическими высокочастотными соединителями и распределенные переходы для передачи высокочастотных сигналов, отличающийся тем, что, с целью повышения плотности компоновки и технологичности конструкции, он снабжен тепловой трубой, установленной в центре основания корпуса и жестко закрепленной на нем, каждый компо 2ВВ

.

.

S г /г гб гв гд л з/ s зг зз да fui.J

0

5

0

нент функциональных узлов для трехмерной обработки сигналов выполнен в форме прямоугольного параллелепипеда с кратными размерами ребер, а электрические соединители функциональных узлов для трехмерной обработки сигналов - в виде прослоек из жидких токопроводящих композиций, расположенных между прилежащими одна к другой гранями соответствующих соседних компонентов, причем функциональные узлы для трехмерной обработки сигналов установлены вокруг тепловой с обеспечением теплового контакта с ней.

-.3. Модуль по п. 1,отличающийся тем, что полости между стенками корпуса и функциональными узлами трехмерной обработки сигналов заполнены пенистым диэлектриком.

М

//

7 г ff 25 fSге 3 Т 25 а 3S 36

/К

Фи2. 6.

2€ jy 34

3

50

51

52

SJ

5

8

33

fZ

38 18

9аг.7

59

Фиг. 9

57