应用于Ku波段的陶瓷四边扁平无引脚型外壳的制作方法

本发明是关于一种应用于Ku波段的陶瓷四边扁平无引脚(CQFN)型外壳及设计方法。

背景技术：

陶瓷四边扁平无引脚（CQFN）作为一种常见的封装形式，由于其没有金属引脚，通过外壳底部焊盘直接焊接在PCB板上使用，从而具有更小的插入损耗，一直以来都有着广泛的应用。然而，由于CQFN外壳引脚数量普遍较多，引脚与引脚之间的距离较小，随着频率的升高，会出现严重的串扰、藕合等问题，另外，由于CQFN类外壳没有金属墙的屏蔽，电磁场在高频时容易向外辐射，在某些频点上会形成谐振峰，这些因素都限制了其在高频领域的应用。

技术实现要素：

本发明提出的是一种应用于Ku波段的陶瓷四边扁平无引脚型外壳及设计方法，其目的旨在克服现有CQFN类外壳由于CQFN类外壳没有金属墙的屏蔽，电磁场在高频时容易向外辐射，在某些频点上会形成谐振峰等问题。

本发明的技术解决方案：一种应用于Ku波段的陶瓷四边扁平无引脚型外壳，其特征是射频引脚采用共面波导—垂直挂孔—共面波导的结构，通过在射频引脚两侧分布密集的接地孔，抑制高阶模式的传输，从而消除高频谐振，腔体中芯片粘贴区设置阵列接地通孔，以增加射频引脚间的隔离度；

设计方法，包括如下步骤：

1）采用机加工法制备可伐封接环1，并对其进行清洗、镀镍后待用；

2）采用低损耗陶瓷材料制作流延生瓷带，制作内部布线满足要求的氧化铝陶瓷件，并对其镀镍后待用；

3）利用Ag-Cu焊料，将可伐封接环1在800度左右的高温下焊接在陶瓷件的正面；

4）将上述钎焊半成品经过常规电镀镍、金工艺制作形成一款应用于Ku波段的陶瓷四边扁平无引脚型外壳。

本发明的优点：可根据用户使用要求，确定射频引脚的数量和位置，射频引脚采用共面波导—垂直挂孔—共面波导的传输结构，射频引脚两侧的密集接地孔，一方面实现相邻射频引脚间的良好隔离，另一方面可以抑制高频时电磁场的向外辐射。芯片粘贴区也采用密集的接地通孔阵列，以实现相对的两个射频引脚之间较高的隔离度。

附图说明

图1是Ku波段CQFN外壳的主视图。

图2是Ku波段CQFN外壳的侧视图。

图3是HTCC（高温共烧陶瓷）工艺典型的流程图。

图4是Ku波段CQFN外壳射频引脚的S参数仿真结果图。

具体实施方式

一种应用于Ku波段的陶瓷四边扁平无引脚型外壳，其结构是射频引脚采用共面波导—垂直挂孔—共面波导的结构，通过在射频引脚两侧分布密集的接地孔，抑制高阶模式的传输，从而消除高频谐振，腔体中芯片粘贴区设置阵列接地通孔，以增加射频引脚间的隔离度；还包含陶瓷件与焊接环。

所述射频引脚包含6个，每个射频引脚的两侧均为接“地”引脚，剩余引脚则为直流馈电引脚。

所述单个射频引脚的插入损耗小于0.3dB，电压驻波比小于1.4，不同射频引脚之间的隔离度大于40dB,指的是在DC-18GHz内。

所述射频引脚有两条，射频引脚两侧是“地”平面，通过电磁场仿真软件HFSS仿真并优化射频信号线的宽度以及信号线与两侧“地”平面的间距，实现输入输出端口50欧姆的特征阻抗，从而获得较小的电压驻波比与插入损耗。

所述的射频引脚的上下相邻层均设计为“地”平面，并通过垂直通孔相互连接，这种在信号线两侧及上下均有“地”平面的结构，能够抑制高频时电磁场向外辐射，使外壳工作到更高的频率，相邻射频引脚之间获得较高的隔离度。

所述阵列接地通孔为7*7，阵列接地通孔连接芯腔与外壳背面“地”平面，阵列接地通孔一方面减小信号回流路径的阻抗，另一方面，增加了相对的两射频引脚之间的隔离度。

设计方法，包括如下步骤：

首先参照图1的产品结构示意图，采用机加工法制备图2中的可伐封接环1，并对其进行常规的清洗、镀镍后待用；

其次，按照如图3所示的HTCC工艺，采用特制低损耗陶瓷材料制作的流延生瓷带，制作内部布线满足要求的氧化铝陶瓷件，并对其镀镍后待用；

然后按照图1、2所示，利用Ag-Cu焊料，将可伐封接环在800度左右的高温下焊接在陶瓷件的正面；

将上述钎焊半成品经过常规的电镀镍、金工艺制作形成一款应用于Ku波段的CQFN型外壳。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细的说明。

如图3所示，具体工艺过程如下：通过流延机将混合好的浆料流延为生瓷带；所述的流延生瓷带被切割成统一尺寸后进行预压，预压压力0.1kpsi、预压时间180S；将预压过的瓷带打孔，打孔分为激光打孔与机械打孔，将激光打孔过的瓷带利用丝网印刷工艺进行填孔与印刷；将印刷过的几张生瓷带进行叠片，并在温度（75℃）与压力（0.5kpsi）的作用下层压为一体；用生切机将层压为一体的几张瓷带切割为若干个单个产品；最后在烧结炉内按升温曲线将切好的单个产品烧为熟瓷，所述的升温曲线是从第一温区至第十二温区温度从380℃升至1600℃，恒温一个温区，从第十三温区至第十六温区温度从1600℃下降至1200℃。

通过电磁场仿真软件HFSS仿真并优化射频信号线的宽度以及信号线与两侧“地”平面的间距，实现输入输出端口50欧姆的特征阻抗，从而获得较小的电压驻波比与插入损耗。另外，射频引脚的上下相邻层均设计为“地”平面，并通过垂直通孔相互连接，这种在信号线两侧及上下均有“地”平面的结构，能够抑制高频时电磁场向外辐射，使外壳可以工作到更高的频率。另外，相邻射频引脚之间还可以获得较高的隔离度。

7*7的接地通孔阵列连接芯腔与外壳背面“地”平面，密集的通孔阵列一方面可以减小信号回流路径的阻抗，另一方面，增加了相对的两射频引脚之间的隔离度。

如图4所示，在DC-18GHz的范围内，单个射频引脚的插入损耗小于0.3dB,电压驻波比小于1.4。相对的两个射频引脚之间的隔离度大于40dB。