集成滤波器的射频前端模块、制备方法及无线通信系统与流程

1.本发明涉及半导体芯片封装领域，尤其涉及一种集成滤波器的射频前端模块、制备方法及无线通信系统。


背景技术：

2.射频前端是无线通信系统的核心组件，起到收发射频信号的作用。射频前端主要器件包括滤波器，滤波器用于对特定频率以外的频率进行滤除。在无线通讯系统中，需采用滤波器滤除干扰，衰减噪声。
3.随着通信技术的不断发展，5g终端对射频前端提出了一系列新的需求，如大带宽、高功率、低功耗和小型化。特别是星载、弹载、机载等所用的射频前端组件，则更是朝着小型化集成、轻量化集成、高频化集成、低成本、高可靠方向发展。低通滤波器作为射频前端的重要无源器件，这些都对滤波器的设计和生产提出了更高的挑战。
4.然而，虽然目前的滤波器可以达到较低的损耗，但是由于后期需要使用一体化封装或金属封装等对电路进行保护，无法满足射频前端小型化和轻量化的需求。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供了一种集成滤波器的射频前端模块、制备方法及无线通信系统，以解决目前射频前端集成化较低的问题。
6.第一方面，本发明实施例提供了一种集成滤波器的射频前端模块，包括：多层基板以及集成在多层基板上的滤波器和射频芯片；其中，
7.多层基板内设置贯穿多层基板、用于信号传输的信号传输线；
8.滤波器位于任两层基板之间、其包括信号输入端口和输出端口，环绕输入端口和输出端口对称设有多个填充有金属的第一接地孔，且多个第一接地孔分别环布在输入端口和输出端口远离滤波器本体的一侧，信号传输线分别连接输入端口和输出端口；
9.射频芯片装配在上层基板上，射频芯片的输入端通过信号传输线与滤波器的输出端口连接、输出端通过信号传输线与射频信号出口连接。
10.在一种可能的实现方式中，滤波器包括：
11.接地金属层，在接地金属层上刻蚀有滤波腔；
12.多个耦合线，呈交指状设置在滤波腔内、且每一耦合线的其中一端与接地金属层连接；和
13.分别用作输入端口和输出端口的抽头；
14.其中，第一接地孔垂直贯穿接地金属层，与信号传输线形成类同轴垂直互联结构。
15.在一种可能的实现方式中，多层基板自下至上依次为第一基板、第二基板，滤波器设置在第一基板上表面的第一预设区域内；
16.射频芯片设置在最上层基板的第二预设区域内；
17.其中，第一预设区域与第二预设区域在垂直于多层基板上的方向上不重叠。
18.在一种可能的实现方式中，多层基板为三层基板，滤波器位于第一基板与第二基板之间，在第二基板的上表面设有第三基板，在第三基板的上表面设有射频芯片；
19.第一基板、第二基板和第三基板上均设有相互连通的信号传输线，用于滤波器和射频芯片的连接。
20.在一种可能的实现方式中，接地金属层上还设有贯穿第一基板的第二接地孔，且第二接地孔环绕在滤波腔外的四周。
21.在一种可能的实现方式中，射频芯片设置多个，多个射频芯片之间，以及射频芯片与信号传输线之间通过键合引线连接。
22.在一种可能的实现方式中，在射频芯片的基板外围还设有密闭的封装外壳，封装外壳包括封装管壳和盖板，用于封装射频芯片。
23.在一种可能的实现方式中，多层基板之间采用粘接层粘接，其中，粘接层为钨、钼、镍或铂中的一种材料或多种材料的组合。
24.第二方面，本发明实施例提供了一种集成滤波器的射频前端模块的制备方法，包括：
25.在多层基板的预设位置制作互连通孔，在待制作滤波器的基板上的预设区域制作多个第一接地孔和第二接地孔；
26.在待制作滤波器的基板上的第一预设区域内制备接地金属层，在接地金属层上采用厚膜光刻工艺制作交指型的腔体滤波器；其中，滤波器的抽头作为信号传输的输入端口和输出端口，且输入端口和输出端口外侧的接地金属层上均环形布设有第一接地孔，在滤波器外侧的接地金属层上设有环绕滤波器的第二接地孔；
27.将所有基板按照预设叠放顺序放置，叠压形成多层基板；
28.将基板组经过切片、共烧、钎焊和镀覆后，形成单个基板组件；
29.在单个基板组件的最上层的基板上粘贴射频芯片，并将射频芯片与互联通孔键合；
30.在单个基板组件上固定封装管壳，并用盖板密封封装管壳。
31.第三方面，本发明实施例提供了一种无线通信系统，包括第一方面任一项的集成滤波器的射频前端模块。
32.本发明提供的集成滤波器的射频前端模块、制备方法及无线通信系统，通过将滤波器和射频芯片集成在多层基板中，且通过多层基板间的信号传输线实现滤波器和射频芯片的连接，最后通过一体化封装，将滤波器和射频芯片封装在一起，在后续电路组装过程中无需再次封装，使得集成滤波器的射频前端模块结构紧凑，重量较轻，满足目前无线通信系统的需求。
附图说明
33.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
34.图1是本发明实施例提供的一种集成滤波器的射频前端模块的结构示意图；
35.图2是本发明实施例提供的图1中的滤波器的结构示意图。
具体实施方式
36.以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
37.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图通过具体实施例来进行说明。
38.正如背景技术中所说的，目前的射频前端正在朝着小型化集成、轻量化集成、高频化集成、低成本、高可靠方向发展。而低通滤波器作为射频电路和系统中的重要无源器件，也需要在性能优越的前提下，减小其尺寸。
39.目前，主要采用微带线、波导以及腔体制作滤波器，制作的滤波器虽然能够达到损耗低的目的，但是滤波器的尺寸往往很大。并且在电路微组装完成后还需要使用一体化封装、金属封装等方式对电路进行保护，这些封装材料大大增加了电路的质量，而且增加了工艺复杂度，提高了制备的工艺周期和生产成本。
40.为了解决现有技术问题，本发明实施例提供了一种集成滤波器的射频前端模块、制备方法及无线通信系统，下面首先对本发明实施例所提供的集成滤波器的射频前端模块进行介绍。
41.一种集成滤波器的射频前端模块，包括：多层基板以及集成在多层基板上的滤波器和射频芯片。
42.其中，多层基板内设置贯穿多层基板、用于信号传输的信号传输线，信号传输线可连接滤波器和射频芯片，并与外部的射频信号端口连接。滤波器位于任两层基板之间、其包括信号传输的输入端口和输出端口，环绕输入端口和输出端口对称设有多个填充有金属的第一接地孔，且多个第一接地孔分别环布在输入端口和输出端口远离滤波器本体的一侧，信号传输线分别连接输入端口和输出端口。
43.射频芯片装配在最上层基板上，射频芯片的输入端通过信号传输线与滤波器的输出端口连接、输出端通过信号传输线与射频信号出口连接。
44.射频芯片可以包括但不限于功率放大器芯片、低噪声放大器芯片，实现对收/发的射频信号的放大或降噪。
45.具体的，常规腔体滤波器需要多层基板才能形成空腔型的滤波器，占用较大的空间，为了减少滤波器的占用空间，可将滤波器制备在两个基板之间。
46.滤波器为交指型滤波器，在接地金属层上刻蚀有滤波腔。滤波腔内设有抽头、耦合线。多个耦合线呈交指状设置在滤波腔内、且每一耦合线的其中一端与接地金属层连接。抽头用作输入端口和输出端口。其中，第一接地孔垂直贯穿接地金属层，与信号传输线形成类同轴垂直互联结构。
47.此外，在接地金属层外，除设置第一接地孔外，还设置有第二接地孔。第一接地孔和第二接地孔均是贯穿基板的上下表面，且内部均填充有金属。其中，第一接地孔和用作信号传输线的传输通孔组成类同轴互联结构。第二接地孔环绕在滤波器腔体的四周。第二接
aln工艺在基板组上制作。
61.射频芯片41装配在第三基板13上，射频芯片41的输入端通过信号传输线31与滤波器20的输出端口28连接、输出端通过信号传输线31与射频信号出口33连接。滤波器20的输入端口27通过信号传输线31与射频信号入口32连接。射频信号入口32和射频信号出口33设于陶瓷基板上。
62.多个射频芯片41之间以及多个射频芯片41和信号传输线31之间通过键合引线36连接。键合采用金丝键合，金丝的长度满足小于100倍金丝直径。多个射频芯片41采用烧结工艺固定在第三基板上。
63.此外，在第三基板13的外围还设有密闭的封装外壳，封装外壳包括封装管壳34和盖板35，用于封装射频芯片。封帽可以采用激光封帽或平行封盖。
64.本发明提供的集成滤波器的射频前端模块，通过将滤波器和射频芯片集成在多层基板中，且通过多层基板间的信号传输线实现滤波器和射频芯片的连接，最后通过一体化封装，将滤波器和射频芯片封装在一起，在后续电路组装过程中无需再次封装，使得集成滤波器的射频前端模块结构紧凑，重量较轻，满足目前无线通信系统的需求。
65.第二方面，本发明实施例提供了一种集成滤波器的射频前端模块的制备方法，包括：
66.首先，在多层基板的预设位置制作互连通孔，在待制作滤波器的基板上的预设区域制作多个第一接地孔和第二接地孔。其中，基板可以为aln材质。并在互连通孔、第一接地孔和第二接地孔内填充金属。第一接地孔、第二接地孔和三维立体垂直的互联通孔均是采用htcc aln工艺在基板组上制作。
67.然后，在待制作滤波器的基板上的第一预设区域内制备接地金属层，在接地金属层上采用厚膜光刻工艺制作交指型的腔体滤波器。其中，滤波器的抽头上设有作为信号传输的输入端口和输出端口，且输入端口和输出端口外侧的接地金属层上均环形布设有第一接地孔，在滤波器外侧的接地金属层上设有环绕滤波器的第二接地孔。
68.接着，将所有基板按照预设叠放顺序放置，在一定的温度和压力下，形成一个致密的基板组结构，并确保垂直方向金属化图形的连通，叠压形成多层基板。将多层基板组经过切片、共烧、钎焊和镀覆后，形成单个基板组件。
69.最后，在单个基板组件的最上层的基板上粘贴射频芯片，并将射频芯片与互联通孔键合。在单个基板组件上固定封装管壳，并用盖板密封封装管壳。
70.其中，射频芯片的固定采用烧结工艺，芯片预留位置边长应至少比芯片边长大0.05mm。固定封装管壳采用的是激光封帽或平行封盖。多个射频芯片之间以及多个射频芯片和信号传输线之间通过键合引线连接。键合采用金丝键合，金丝的长度满足小于100倍金丝直径。
71.应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
72.此外，本发明还提供了一种无线通信系统，包含上述集成滤波器的射频前端模块，不仅实现了滤波器与射频芯片的一体封装，而且滤波器与射频芯片组装完成后，无须再次一体化封装或金属封装，不仅得到的无线通信系统的集成度较高、而且整个系统的重量也
大大减轻。
73.以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。