Объемный высокочастотный интегральный модуль Советский патент 1992 года по МПК H05K7/00 

Изобретение относится к высокочастотной интегральной технике и может быть использовано в технике связи, промышленном телевидении, системах управления и в радиоизмерительной технике.

Известны интегральные модули, содержащие диэлектрические платы (ДП) с пленочными и навесными элементами (ПЭ и

НЭ), собранные в пакет без воздушных промежутков между ДП с последующим корпу- сированием пакета ДП (заявка Японии № 60-106202, кл. Н 01 Р 11 /00; заявка Великобритании № 2126793, кл. Н 05 К 7/14).

Известен объемный высокочастотный интегральный модуль (ОВИМ), содержащий общий курс, ДП в виде диэлектрических елоев с ПЭ, образующими различные типы линий передачи, активные НЭ. размещенные в выборках материала ДП, причем межплатная коммутация по трактам высокочастотных сигналов выполнена с помощью образованных из ПЭ согласующих объемных переходов (Гвоздев В.И. и Нефедов Е,И. Объемные интегральные схемы СВЧ. М.: Наука, 1985, с. 210-211, рис. 6.16. б).

Наиболее .близким к предлагаемому техническому решению является объемный высокочастотный интегральный модуль, содержащий прямоугольный корпус с основанием-радиатором, несущую втулку, закрепленную в корпусе на основании-радиаторе в его центральной части, полоско- вые платы с центральными отверстиями, выполненными в виде диэлектрических слоев с пленочными полосковыми элементами и навесными компонентами, диэлектрические прокладки с центральными отверстиями, расположенные между полосковыми платами соосио своими отверстиями с отверстиями полосковых плат с образованием пакета чередующихся между собой диэлектрических прокладок и полосковых плат и сквозного общего отверстия, который размещен указанным сквозным общим отверстием на несущей втулке внутри корпуса, размещенные в корпусе в пакете полосковых плат и диэлектрических прокладок элементы межплатной коммутации в виде перемычек, теплоотводящие элементы в виде тепловых труб, размещенных в корпусе, крышку, герметично соединенную по периметру со стенками корпуса, свободные полости которого заполнены пенистым диэлектриком, а также содержащий цилиндрический металлический стакан, расположенный внутри корпуса, тепловые трубы размещены в угловых участках прямоугольного .корпуса между наружной поверхностью стенок металлического стакана и внутренней поверхностью стенок прямоугольного корпуса, диэлектрические слои выполнены из гибкого теплостойкого высокочастотного тонколистового материала в виде витков ленты, расположенных спирально относительно центральной несущей втулки между наружной поверхностью несущей втулки и внутренней поверхностью цилиндрического металлического стакана, диэлектрические прокладки выполнены из гибкого пенома- териала в виде витков спирали, расположенных на несущей втулке, а элементы межплатной коммутации - в виде перемычек, образованных паяными соединениями между пленочными элементами, размещенными на стыковочных торцах

витков диэлектрических слоев (авт.св. № 1679664. кл. Н 05 К 7/02, 1988).

Недостатками известного модуля являются недостаточно высокая плотность компоновки, что объясняется использованием достаточно толстых (0,5 ... 2 мм) диэлектрических прокладок из гибкого пеноматериа- ла); недостаточно высокая надежность конструкции, что обусловлено наличием па0 яных соединений между витками спиральной ленты, а также .недостаточной жесткостью самой спиральной лентой поло- сковой платы и появлением механических напряжений в зонах контакта НЭ с ПЭ при

5 формировании (изгибе) витков спиральной ленты; сложная технология изготовления, включающая в себя операции формирования многослойной, сложно изогнутой спиральной ленты полосковых плат, а также

0 операций присоединения (контактирования) коаксиальных микрокабелей и изготовления конструктивных тепловых труб с герметизацией последних.

Цель изобретения - увеличение плотно5 сти компоновки, повышение надежности и технологичности.

Положительный эффект, ожидаемый от использования изобретения, заключается в повышении плотности компоновки

0 в 5-8 раз, причем реализуются схемы с числом и номенклатурой функциональных узлов, в раз большим (в сравнимых габаритах модулей), причем практически нет ограничения в (реальном) наращива5 нии числа слоев (уровней) ДП; надежность возрастает на порядок со значительным увеличением механической прочности конструкции в процессе эксплуатации модуля в устройствах, подвергающихся значитель0 ным ударным нагрузкам и вибрации. Достигается снижение трудоемкости операций сборки (в экологической оценке) в 2-3 раза. Цель достигается тем, что в модуле, содержащем металлические корпус, основа5 ние и пакет закрепленных о опраоке гибких диэлектрических плат с пленочными и навесными элементами и с прокладками, рас- положенными между слоями гибких диэлектрических плат, выполненными из

0 диэлектрического пенистого материала и с отверстиями для размещения навесных элементов, причем полости между корпусом и оправкой заполнены диэлектрическим пенистым материалом, элементы межплатной

5 высоко- и низкочастотной коммутации, выводы высоко- и низкочастотных сигналов, соединенные с пленочными элементами, корпус выполнены в виде соединенных цилиндрической части и части в виде усеченного конуса, на меньшем основании

которого выполнено цилиндрическое углубление, а пакет выполнен конусообразными составлен из набора узлов, выполненных в виде полых цилиндрических пальцеобразных сопряженных по скользящей посадке оправок, на которых с помощью наружных кольцевых фиксаторов закреплены с натяжением гибкие диэлектрические платы, причем наружный кольцевой фиксатор каждого узла сопряжен по диаметру с внутренней оправкой соседнего узла большего диаметра, и при этом наружный кольцевой фиксатор наибольшего диаметра сопряжен с цилиндрической частью корпуса, а внутренняя оправка узла наименьшего диаметра сопряжена с цилиндрическим углублением корпуса.

На фиг, 1 приведена конструкция объемного высокочастотного интегрального модуля; на фиг. 2 - схема сборки узла с диэлектрическими платами; на фиг. 3 - собранный отдельный узел с диэлектрическими платами с нанесенными пленочными элементами.

Модуль содержит корпус 1 в виде соединенных цилиндрической части и части в виде усеченного конуса с основанием 2; последнее имеет цилиндрический кольцевой выступ 3 и резьбовые отверстия 4 под внешнее крепление модуля. На основании 2 размещен (размещены)проходной коаксиальный соединитель (соединители) 5 для внешней коммутации модуля по высокочастотным трактам передачи сигналов. В верхней части корпус 1 имеет Цилиндрическое углубление 6, на крышке которого размещены проходные металлостеклянные соединители 7 для внешней коммутации по цепям смещения (питания активных НЭ) и низкочастотным трактам. Внутри корпуса 1 размещены узлы с диэлектрическими платами, каждый из которых содержит тонкую гибкую диэлектрическую плату 8 с нанесенными на ее поверхности пленочными элементами 9, с натяжением закрепленную на цилиндрической оправке 10 с помощью наружного кольцевого фиксатора 11 (12 - цилиндрическая оправка сопряженного с предыдущим соседнего (последующего) узла с ДП). На внешней стороне крайней в пакете диэлектрической платы установлены навесные элементы 13; навесные элементы 14 могут быть установлены на внутренних диэлектрических платах пакета, при этом вводится слой 15 диэлектрического пенома- териала. Линией 16 показана зона 17 размещения внутренних узлов с ДП. Пакет с ДП закреплен в корпусе 1 пеноматериалом 18; 19 - фиксирующая взаимное расположение узлов с ДП пайка.

На фиг. 2 показана поясняющая конструкцию схема сборки элементов 8, 10 и 11 в узел с ДП до нанесения пленочных элементов.

На фиг. 3 показан собранный отдельный

узел с ДП, содержащий элементы 8. 10 и 11 с нанесенными на лицевую сторону пленочными элементами 20 и с нанесенными на обратную сторону пленочными элементами

21; показаны элементы объемных распределенных согласующих переходов с емкостной связью: 22 - ступенчатого типа; 23 - с плавно изменяющимися размерами (Гвоздев В,И. и Нефедов Е.И. Объемные интегральные схемы СВЧ. М.: Наука, 1985; табл 3.1, с. 122-123; рис. 2.21, 2.22, 2.23, с. 107; рис. 2.32, 2.33, с. 112).

Пример конкретного выполнения устройства показан на фиг. 1-3, которые иллюстрируют реализацию модуля, независимо от конкретной схемы электрической принципиальной, реализуемой в модуле. Различие в данном случае состоит лишь в числе узлов с ДП, в номенклатуре навесных элементов и топологическом рисунке на фиг. 3,

Диэлектрические платы изготовлены из

полиимидной пленки марки ПМ по ТУ6-19102-78, марки ПМ-414 по ТУ6-05-1141-78,

марки Kapton H, ПМА и др. с толщиной

30-130 мкм. Выбирают материалы с характеристиками tg ,003 ... 0,08 при С и tg (,0004 при С на частоте 1 ГГц; ,1 ... 3,8; рабочая температура до 220° С. Слой 15 диэлектрика изготовлен из пористого фторопласта по ТУ6-05-1741-75 (сортамент-лист) с толщиной, соответствующей высоте используемых навесных элементов. В качестве пеноматериала 18 используется пенополиуретан ППУ-350. Элементы корпуса, фиксаторы и оправка изготовлены из0 алюминиевых сплавов с покрытием под пайку Хим, Н6 ... 9: фиксаторы и оправки - из сплавов типа Д16, В95 по ГОСТ 4784-74, корпус 1 и основание 2 - из сплава АМг-2 по

ГОСТ 21631-76. Выбор конструкционных материалов и выполнение внешней коммутации осуществляются по известным решениям (например, Яшин А.А. Конструирование микроблоков с общей герметизацией. М.: Радио и связь. 1985). Техпроцесс формирования пленочных элементов на по- лиимидных ДП приведен, например, в описании к заявке-прототипу.

Устройство работает следующим образом.

В зависимости от функционального назначения модуля высокочастотный сигнал подается на вход схемы, реализующей многофункциональные устройства типа диаграммообразующих матриц с большими индексами М х N чисел входных и выходных каналов, наращенных фильтрами, усилителями и т.п. до качества автономного блока, либо приемно-передающие модули, или отводится от выхода схемы через коаксиальный соединитель 5. При этом смещение (питание) и низкочастотные сигналы подаются через металлостеклянные соединители 7,

В объемной структуре, образованной пространственно скомпонованными пленочными и навесными элементами, послойно разделенными диэлектрическими слоями, выполняется обработка высокочастотного сигнала: усиление, генерирование, преобразование, фильтрация и т.п. Обработка сигналов и передача их с уровня на уровень по вертикали является совмещенной; при этом функции передачи и согласования выполняют объемные распределенные емкостные переходы. Обработанный высокочастотный сигнал выводится из модуля через коаксиальный соединитель 5.

Формула изобретения Объемный высокочастотный интегральный модуль, содержащий металлические корпус, основание и пакет закрепленных в оправке гибких диэлектрических плат с пленочными и навесными элементами и с прокладками, расположенными между слоями

гибких диэлектрических плат, выполненными из диэлектрического пенистого материала и с отверстиями для размещения навесных элементов, причем полости между

корпусом и оправкой заполнены диэлектрическим пенистым материалом, элементы межплатной высоко- и низкочастотной коммутации, выводы высоко- и низкочастотных сигналов, соединенные с пленочными элементами, отличающийся тем, что, с целью увеличения плотности компоновки, повышения надежности и технологичности, корпус выполнен в виде соединенных цилиндрической части и части в виде усеченного конуса, на меньшем основании которого выполнено цилиндрическое углубление, а пакет выполнен конусообразным и составлен из набора узлов, выполненных в виде полых цилиндрических пальцеобразных сопряженных по скользящей посадке оправок, на которых с помощью наружных кольцевых фиксаторов закреплены с натяжением гибкие диэлектрические платы, причем наружный кольцевой фиксатор каждого узла сопряжен по диаметру с внутренней оправкой соседнего узла большего диаметра, при этом наружный кольцевой фиксатор наибольшего диаметра сопряжен с цилиндрической частью корпуса, а внутренняя оправка узла наименьшего диаметра сопряжена с цилиндрическим углублением корпуса.

Объемный высокочастотный интегральный модуль. Использование: техника связи, промышленное телевидение, система управления и радиоизмерительная техника. Сущность изобретения: объемный высокочастотный интегральный модуль содержит металлический корпус, основание и пакет закрепленных в оправке гибких диэлектрических плат с пленочными и навесными элементами и с прокладками, расположенными между слоями гибких диэлектрических плат, выполненными из диэлектрического пенистого материала с отверстиями для размещения навесных элементов, причем полости между корпусом и оправкой заполнены диэлектрическим пенистым материалом, элементы межплатной высоко- и низкочастотной коммутации, выводы высоко- и низкочастотных сигналов, соединенные с пленочными элементами. Корпус выполнен в виде соединенных цилиндрической части и части в виде усеченного конуса, на меньшем основании которого выполнено цилиндрическое углубление, а пакет выполнен конусообразным и составлен из набора узлов, выполненных в виде полых цилиндрических пальцеобразных сопряженных по скользящей посадке оправок, на которых с помощью наружных кольцевых фиксаторов закреплены с натяжением гибкие диэлектрические платы, причем наружный кольцевой фиксатор каждого узла сопряжен по диаметру с внутренней оправкой соседнего узла большего диаметра, при этом наружный кольцевой фиксатор наибольшего диаметра сопряжен цилиндрической частью корпуса, а внутренняя оправка узла наименьшего диаметра сопряжена с цилиндрическим углублением корпуса. 3 ил. СЛ С 4 СП 00 Ю 00

12

Ц

/5

Ю

Фиг.1

$U2.2

W

Фиг.З