硅铝合金在微波模块电路封装中的应用

硅铝合金以其重量轻、高热导率以及可调节热膨胀系数(CTE)的优越综合性能,在电子产品特别是微波组件中得到越来越广泛的应用.利用ANSYS软件系统地对Si50Al合金和硬铝合金进行热和结构静力分析,结果表明Si50Al合金具有更好的力学性能.通过对Si50Al合金进行热膨胀系数测试和焊接应力分析显示,Si50Al合金与Al203基陶瓷基板有较好的热匹配.机械加工、表面镀覆、元器件装联和密封实验表明,Si50Al合金完全可以替代硬铝合金、铜等作为微波组件的封装壳体和芯片载体材料,其与陶瓷基板和GaAs等半导体芯片衬底材料热膨胀匹配性好,并可成功地应用于高可靠微波模块电路的封装.     

大尺寸LTCC器件在铝合金封装模块中的可靠性设计

在军用铝合金微波模块中焊接尺寸较大的LTCC器件时,由于热失配的存在,易出现应力过大甚至开裂。当采用陶瓷基板时问题更为突出。在此采用有限元分析方法研究了这类结构在温度循环过程中应力变化和分布的特点。研究结果表明,当采用陶瓷基板时,封装盒底厚度与其上各层结构(包括过渡层垫板,陶瓷基板和陶瓷元件)厚度的不合理匹配会导致陶瓷器件产生过高应力,可靠性降低。合理的设计应是减小过渡层垫板和陶瓷基板厚度,同时增加封装盒底厚度。     

微波数字控制移相器热特性的模拟研究

热设计是大功率移相器设计中必须考虑的环节,使用有限元仿真技术对对某型号移相器产品的热特性进行了模拟研究,建立了移相器热仿真模型.模拟所得最高结温与实验结果能较好吻合,验证了所用模型及方法的正确性.研究分析了不同芯片和基板粘结焊料空洞率、基板厚度以及不同基板材料和相对温升的关系,这些参数和温升定量关系,可以为移相器产品的热设计、优化参数、提高其可靠性提供理论依据.     

电子封装热应力失效分析新方法

电子设备的封装结构多采用层状排布,封装方式多采用焊接工艺,因此封装体中的电子元件失效形式大多是由于各层封装材料热膨胀性能不匹配,导致开、断开关时焊接点脱落或开裂,进而导致硅芯片工作热量不能通过散热基板扩散至电子设备之外,芯片因工作温度过高而失效。运用ANSYS热分析软件对电子封装结构进行热应力分析发现,温度变化对焊料的脱落、开裂造成显著影响。根据热分析结果,提出有关焊料厚度及封装材料性能的改进意见,这样既节约实验成本,又能有效缩短研究电子封装可靠性及电子设备使用寿命的时间。     

世界覆铜板新品种新技术赏析（1）——日立化成薄封装基板用环境友好低热膨胀材料MCL—E-679GT（上）

文章介绍了日立化成PCB用基板材料的发展路线,分析了日立化成最新推出的薄封装基板用环境友好低热膨胀材料MCL—E-679GT的材料设计和日立化成的填料界面控制系统,综述了MCL-E-679GT的性能特点。     

基于LTCC基板的K频段多通道发射组件

介绍了一种基于LTCC基板的K频段多通道发射组件。为了更好地满足散热要求,盒体采用了高导热率的无氧铜材料。针对无氧铜盒体与LTCC基板间热膨胀系数的差异,提出了一种将LTCC基板过渡到钼铜载体,再将钼铜载体烧焊到无氧铜盒体的工艺流程。组件有8个通道,各路通道输出功率为25dBm,具有6位移相、5位衰减。研制结果表明组件性能优越、尺寸小、散热好,在高温85℃条件下工作时可以保证壳温≤90℃,长期工作可靠性高。     

一种3层无芯基板制造过程及翘曲变形模拟和机理分析

制造与装配过程的翘曲问题是应用无芯基板最大的挑战之一,其主要原因是不同材料间热机械性能不匹配所造成的。介绍了一种3层无芯基板的制造过程,并利用有限元软件ABAQUS6.10对该过程进行了模拟。通过对模拟结果与实验测试结果的对比,再对翘曲变形的机理进行分析,对比了不同因素对翘曲变形大小的影响,对减少翘曲变形给出了有效的工艺设计建议。     

微电路封装中的铝钎焊技术

为满足电子系统小型化、轻量化、高性能、高可靠等要求,采用铝合金材料做封装外壳和布线基板已提到议事日程.但铝合金外壳的密封和钎焊存在一系列有待解决的问题,影响了铝合金材料的高导热率和质量轻等性能的充分发挥.文章介绍了一种采用低温铝钎焊料和钎焊技术的铝合金外壳基板钎焊和密封方法.     

一种通用低成本大功率高亮度LED封装技术

提出了一种热传导高、热膨胀匹配良好、低成本、大功率、高亮度LED封装技术。该技术采用光电子与微电子技术相结合，利用背面出光的LED芯片，倒装焊接在有双向浪涌和静电保护电路的硅基板上。由于在封装中引入了热膨胀过渡层，在保证良好热膨胀匹配的同时，热阻增加少。采用该封装技术封装的白光LED，发光稳定，光衰小，长期寿命高。     

一种双通带FBAR滤波器设计方法

该文基于宽频枝节匹配方法提出了一种双通带薄膜体声波谐振器(FBAR)滤波器设计方法。基于S参数网络阻抗变换理论分析了滤波网络输入和输出端宽频匹配原理,设计对应于两个不同频带FBAR滤波器的阻抗匹配枝节,进而通过公共端的连接实现双通带FBAR滤波器的设计。匹配网络采用电容和电感可在基板上进行准确设计,并通过在此基板上完成FBAR滤波器的装配实现双通带滤波器的整体集成。最终设计了一种中心频率分别为2 492 MHz和6 000 MHz的双通带滤波器。结果表明,两个通带的插入损耗分别为3.29 dB和4.91 dB,阻带抑制均小于-25 dB,与理论设计结果匹配较好。     

大尺寸LTCC焊接组件热变形特性的仿真研究

为了研究不同封装条件对低温共烧陶瓷(LTCC)基板封装焊接后残余热应力的影响,该文针对不同温变载荷下LTCC基板的热应力变形进行了仿真计算和实验测试,结果显示仿真计算与实验测试结果具有较好的一致性,验证了数值仿真用于LTCC基板封装焊接后残余热应力仿真的可行性。在此基础上对零膨胀合金底板和硅铝合金封装条件下3种典型工作温度对应的LTCC基板的热应力进行了仿真计算。结果表明,封装焊接后LTCC基板两侧边缘应力集中,中间残余应力小,呈翘曲状态,采用硅铝合金封装焊接的热应力小于零膨胀合金封装。     

X 波段四通道MMCM 基板设计

低温共烧陶瓷（LTCC）是制作微波多芯片组件（MMCM）基板的理想材料。本文介绍了基于LTCC 工艺的微 波传输线、集成腔体、功分器和散热过孔的设计。对于多通道微波组件,采用带状传输线和腔体结构有利于实现通道 间的高隔离度,集成功分器和浆料电阻有利于实现组件的小型化并可获得较好的微波性能,而矩阵散热过孔可以显著 改善基板导热性能,满足小功耗器件的散热要求。     

X波段双通道T/R组件的LTCC基板电路的设计

介绍了X波段双通道T/R组件用LTCC多层基板的电路布局,阐述了基板电路布局中重点考虑的电磁兼容性问题及其解决办法,同时给出了微波电路的输入输出匹配和接地层参数的优化设计.经优化设计的双通道T/R组件体积小、重量轻,实测得到的单通道输出功率大于5W.     

Electrical characterization and reliability study of integrated GaN power amplifier in multi-layer thin-film technology

In this work, the degradation of a GaN power amplifier (PA) integrated in a thin film multi-chip module (MCM-D) interconnect technology is investigated by means of DC and RF measurements. Failure analysis has demonstrated that improper thermal contact may cause the PA module performance degradation. Moreover, we have experimentally studied the thermal effects on the RF performance of MCM-D and low-temperature co-fired ceramic (LTCC) PAs. It shows that the device exhibits a higher output power density on a thinned MCM-D substrate than on an LTCC substrate with thermal vias, and also that the output power density can be further improved by reducing the heat spread distance between active devices and heat sink.     

我国LTCC多层基板制造技术标准现状及需求研究

介绍了我国LTCC（低温共烧陶瓷）技术的应用情况,以及国内外LTCC多层基板制造的设计、工艺、材料、设备、组装、检测等技术标准的现状,论述了LTCC制造业与技术标准的关系,分析了我国LTCC制造业对相关技术标准的需求。     

Patch-antenna miniaturization using recently available ceramic substrates

The recent availability of high-contrast, low-loss ceramic materials provides us with possibilities for significant antenna miniaturization. This paper explores the use of low-temperature co-fired-ceramic (LTCC) substrates in producing a miniaturized patch-antenna design. Of particular interest in the design are parameters such as substrate thickness, input impedance, radiation efficiency, and bandwidth due to the high-contrast ceramic. We propose a thick substrate to increase bandwidth. However, the substrate is truncated to mitigate surface-wave loss, with possible texture to provide dielectric-constant control for improved impedance matching. Utilizing these proposed design modifications, a miniaturization factor of more than eight was achieved, with a return-loss half-power bandwidth greater than 9%. Moreover, respectable gain was maintained, given the achieved miniaturization     

Integrated design of LTCC embedded matching circuit for differential CMOS LNA

An integrated balanced matching circuit embedded in an LTCC package is presented. An analytic design equation is derived and used to implement the proposed structure using the LTCC process. Measured characteristics show good agreement with theoretical calculation     

LTCC基板共烧平整度工艺研究

LTCC共烧工艺是基板加工的重要环节,有很多因素会影响产品加工进程。一般来说,从设计上要预先充分考虑,以避免负面因素影响基板共烧效果。介绍了LTCC基板/低温共烧陶瓷基板技术及共烧致密化技术的机理,阐述了LTCC平整度重要性及改善基板表面平整度工艺的优化过程。通过综合比较版图优化前后的内层金属含量、不同尺寸样品加工、结构设计等因素,经过多重试验验证,结果表明,版图优化措施切实可行,可有效提高LTCC基板共烧平整度。     

Thermo-mechanical reliability analysis of a RF SiP module based on LTCC substrate

The RF SiP module based on LTCC substrate has attracted considerable attention in wireless communications for the last two decades. However, the thermo-mechanical reliability of this 3D LTCC architecture has not been well-studied as common as its traditional ceramic package structure. A practical RF SiP module based on LTCC substrate was presented and its thermo-mechanical reliability was analyzed in this paper, with emphasis on the reliability of heat reflow process, the operating state and fatigue of second-level solder joints. The configuration and assembly process of the SiP module were briefly introduced at first, and qualitative analysis was made according to the reliability problem that may occur in the manufacturing process and the operating state. Through FEM simulation, this paper studied the warpage and stress variation of the RF SiP module, as well as parametric studies of some key package dimensions. Solder joint reliability under temperature cycling condition was also analyzed in particular in this paper. The results show that for the heat reflow process and operating state, the maximum warpage is both on the top LTCC substrate, but the maximum stresses are on the outermost solder ball and the kovar column at the corner, respectively. There is a large residual stress on the critical solder ball at the end of the reflow process and the key package dimensions has little effect on it. The thickness of top LTCC substrate has a significant impact on the thermal deformation and thermal stress, followed by the height of kovar columns. The reason for the considerable thermal stress on the kovar column is the non-uniform of temperature distribution. The key to reducing thermal deformation and stress in the operating state is the employment of effective cooling measures. It is found by comparison that the reliability of critical solder joints can be greatly improved by adding suitable underfill.     

用于制造微波多芯片组件的LTCC技术

低温共烧陶瓷(LTCC)是实现微波多芯片组件(MMCM)的一种理想的组装技术,具有高集成密度、多种电路功能和高可靠性等技术优势.介绍了国内外应用于微波组件的LTCC技术发展现状,概述了LTCC的制造工艺流程,分析了其关键工艺难点,对LTCC基板电路的设计进行了详细阐述,并讨论了埋层电阻的设计和微带线和带状线间的垂直微波互联的方式.利用LTCC技术研制的微波多芯片组件,在现代雷达和通讯领域具有广泛的应用前景.