Съемный высокочастотный интегральный модуль Советский патент 1991 года по МПК H05K7/02 

нанесенными на них пленочными полоско- выми 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

14. 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.

Изобретение относится к высокочастотной интегральной технике и может быть ис- пользовано 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

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 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 б 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 (НЭ) 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 уровня, 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 п и п+1, где N (М 2, ,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: Ннэ М h, где ННэ высота НЭ, h- толщина ДС, т.е. чтобы НЭ мог по габаритам размещаться на ДС в зоне выступа.

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 - поло- сковые соединители, состоящие из корпуса 18, полоскового проводника 19, коаксиального (внешнего по отношению к ОВИМ)

разъема 20 и винтов 21 крепления. Полоско- вые проводники 19 подсоединяются пайкой 22 к ППЭ на коммутационной плате. Аналогично устанавливаются на основании 3 и

подпаиваются к ППЭ на коммутационной плате низкочастотные СВК - проходные ме- таллостеклянные 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 резьбовых 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 (поджати- ем) 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 поло- сковыми проводниками 19 и выводами низкочастотных СВК, либо в положении коммутационной платы, показанном на фиг.2, учитывая гибкость выводов СВК обоих типов.

На фиг.З 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 первого уровня; 33 - граница зоны 34 нанесения ППЭ8 - топологическое поле ДС.

На фиг.5, 7 и 8 показаны компондвка 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 продолже0 нию топологического поля из основной зоны расположения ППЭ 8 на обратной стороне ДС 7 в зону выступа 38; в последней к ППЭ 8 подсоединены НЭ - полоско- вый элемент высокочастотного объемного

5 перехода согласования с распределенной емкостью).

На фиг.5 показаны основное топологическое поле 40 с границей 41 ДС 7 и дополнительное (изолированное от основного)

0 топологическое поле 42 с границей 43 зоны выступа лицевой стороны ДС 7. ППЭ на последнем скоммутированы с ППЭ в зоне выступа 38 обратной стороны ДС 7 с помощью объемных переходов 39. Штриховой линией

5 44 показан внутренний контур рамки 12.

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

На фиг.9 проиллюстрирован способ металлизации ДС при групповом изготовле0 нии ОВИМ. Плотная упаковка из ДС 45 (46 - топологическое поле с границами 47) помещается в технологическую оправку 48, изготавливаемую для каждого типоразмера и конкретного расположения металлизации

5 ППЭ 28 торцов ДС из 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.

0Оправка 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

5 (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 целесооб0 разно ДС в пакете напыления прокладывать, например, слюдяными пластинками. - ОВИМ работает следующим образом. Высокочастотный сигнал через коэкси- ально-полосковый соединитель (корпус 185 проводник 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 уровиях - с переходом на соседних уровнях через объемные распределительные переходы 39, а на несоседних уровнях - через коммутационную плату, образованных ППЭ 8 и НЭ 14, выполняются обработка этих сигналов. Обработанный (усиленный, преобра- зованный, 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 металлостеклян- ный соединитель; через последние также подаются на схему модуля напряжение смещения (питания) и сигналы НЧ, например модулирующий сигнал. Выделяемое при работе ТВЭ тепло выводится через пакет рамок на основание 3 с радиатором 4.

Пример конкретного выполнения конструкции ОВИМ показан на фиг.1, 5, 7 и 8, учитывал, что любые конкретные конструкции ОВИМ, реализующие конкретные схемы, отличаются одна от другой и от конструкции, показанной на фиг.1, не только числом ДС и топологией пленочных и навесных элементов (ППЭ и НЭ). В данной конструкции реализуются, по преимуществу, многофункциональные схемы с числом функциональных узлов более 10...12, например, диаграммаобразующее устройство с большими индексами M-N чисел входных и выходных каналов по схеме Пейджз, 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 ЩеО.781.000 ТУ (диэлектрическая проницаемость Ј 9,6 ± 0,2) толщиной от 0,25 до 2,0 мм - при работе ОВИМ на частотах до 10..,15 Ггц. При работе ОВИМ на более высоких частотах, вплоть до диапазона КВЧ (частоты свыше 30 ГГц), используются материалы с более низкими значениями е: фторопластов ФФ-4 (,0+0,1) и ФАФ-4 (е 2,6 ± 0,2) с теми же толщинами. Для прецизионных устройств ОВИМ с малыми потерями используются ДС из сапфира или плавленого кварца, высокоомного кремния и арсенида галлия с толщиной от 50 мкм до 0,25 мм. Для уменьшения габаритов ОВИМ при сохранении механической прочности конструкции ДС 7, несущие механическую нагрузку, выполняются из поликора толщиной 1,0...2,0 мм, а ДС 5 и 6, не несущие механических нагрузок, изготавливаются, например, из полиимида (Е 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 (...210 Вт/м°С) или аналогичных

ему материалов с толщиной не менее 1,5 мм.

ППЭ 8, 13, 39,...(фиг.1, 5, 7 и 8) и экран0 ные слои металлизации выполняются по тонкопленочной технологии СВЧ микросборок в следующей композиции: ванадий - медь - золото (напыление на вакуумной установке типа У В Н-71П-3 с последующей фо5 толитографией).

ОВИМ по сравнению с известными решениями позволяет упростить технологию изготовления и сборки модуля при одновременном улучшении электрических и тепло0 вых характеристик, а в итоге - повысить функциональную сложность устройства при уменьшении габаритных размеров и достижении высоких рабочих параметров. Кроме того, в ОВИМ повышается мощность обра5 батываемых высокочастотных сигналов. Формула изобретения 1. Обьемный высокочастотный интегральный модуль, содержащий корпус, диэлектрические слои с пленочными полос0 ковыми металлизированными элементами, собранные в беззазорный пакет прилегающих один к другому диэлектрических слоев, навесные элементы, установленные на диэлектрических слоях, высокочастотные и низ5 кочастотные соединители для внешней коммутации, высокочастотные межслойные переходы согласования с распределенной, например, емкостной связью, отличающийся тем, что, с целью повышения

0 надежности и технологичности конструкции, он снабжен коммутационными элементами, выполненными в виде коммутационной платы, а пакет диэлектрических слоев - металлическими рамками, закреп5 ленными между собой в пакете с диэлектрическими слоями, одни рамки выполнены П-образными, другие рамки выполнены П- образными с перемычками между их вертикальными полками в их средних частях с

0 образованием окон, одни диэлектрические слои с пленочными полосковыми металлизированными элементами размещены внутри окон металлических рамок и ширина их равна ширине окон соответствующих ме5 таллических рамок с перемычками, а другие диэлектрические слои размещены внутри П- образных металлических рамок и ширина их равна длине вертикальных полок указанных рамок соответственно, причем на торцах диэлектрических слоев выполнены металлизированные элементы, коммутационная плата установлена перпендикулярно плоскости диэлектрических слоев с возможностью электрического соединения между металли зированными 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

23

0

ними, ограниченных диэлектрическими слоями групп П-образных рамок с диэлектрическими слоями и концами рамок вертикальных полок и перемычек рамок групп П-образных рамок с перемычками с диэлектрическими слоями, а навесные элементы установлены в указанных полостях.

29

18

Фиг. 2.

I

01 т r- o о

ОЖИРЗ

S: И S

«JO

QO

4i

I

s

s

t

«

Ьб

фиг. В

I

$

I