Съемный высокочастотный интегральный модуль

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 70078 А 1 1)5 Н 05 К 7/02 ОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ИЕ ИЗОБРЕТЕН ОПИСАК АВТОРСК(57) Изобретение отн ной интегральной тех пользовано в при радиопередэющих изобретения - повы технологичности кон менном улучшении э вых характеристик м корпуса 1 выполнена основании 3 размеще пакетдизлектрически размеров; уменьшен ченного формата 6 и О 47Никитин, С.Я,Рожнев 17 76(54) ОБЪЕМНЫЙИНТЕГРАЛЬНЫЙ М СВИДЕТЕЛЬСТВ тельство СССРК 7/02, 1987.ефедов Е.И. Объемные СВЧ, - М,: Наука, 1985,1 СОКОЧАСТОТН Ы ИДУЛ Ь осится к высокочастотнике и может быть исемоусилительных и устройствах, Цель шение надежности и струкции при одноврелектрических и теплоодуля. Одна из стенок в виде радиатора 4, На н плотно упакованный х слоев (ДС) трех типо- ного формата 5, увели- большей ширины 7 с1700789 5 10 20 30 35 40 45 нанесенными на них пленочными полосковыми 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 Изобретение относится к высокочастотной интегральной технике и может быть использовано 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 6 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 ДСувеличенного 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 (Н Э) 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 уров 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. ня, 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 и и и+1, где п=М М (М2, И=1,2,3, - 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; НнзМ К где Ннэ - высота НЭ, Ь- толщина ДС, т,е, чтобы НЭ мог по габаритам размещаться на ДС в зоне выступа,25 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 - полосковые соединители, состоящие иэ корпуса 18, полоскового проводника 19, коаксиального (внешнего по отношению к ОВИМ) разъема 20 и винтов 21 крепления, Полосковые проводники 19 подсоединяются пайкой 22 к ППЭ на коммутационной плате, Аналогично устанавливаются на основании 3 и55 подпаиваются к ППЭ на коммутационной плате низкочастотные СВК - проходные металлостеклянные 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 (%онцевиках) рамок и в основании 3 и закрепленными в глухих реэьбовых 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 (поджатием) 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 полосковыми 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 перво 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 го уровня; 33 - граница зоны 34 нанесения ППЭ 8 - топологическое поле ДС,На фиг.5, 7 и 8 показаны компоновка 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 продолжению топологического поля из основной зоны расположения ППЭ 8 на обратной стороне ДС 7 в зону выступа 38; в последней к ППЭ 8 подсоединены НЭ 14(39 - полосковый элемент высокочастотного объемного перехода согласования с распределенной емкостью).На фиг.5 показаны основное топологическое поле 40 с границей 41 ДС 7 и дополнительное (изолированное от основного) 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 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 изготовлении ОВИМ, Плотная упаковка из ДС 45(46 - топологическое поле с границами 47) помещается в технологическую оправку 48, изготавливаемую для каждого типоразмера и конкретного расположения металлизаций ППЭ 28 торцов ДС иэ 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.Оправка 48 с заложенной в ней пакетом ДС 45 помещается в подколпачное устройство вакуумной установки УВНП-З и на торцы 28 ДС 45 через прорези 49 напыляется проводниковый композиционный слой (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 целесообразно ДС в пакете напыления прокладывать, например, слюдяными пластинками.ОВИМ работает следующим образом.Высокочастотный сигнал через коаксиально-полосковый соединитель (корпус 18- 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 уров 1700789нях - с переходом на соседних уровнях через обьемные распределительные переходы 39, а на несоседних уровнях - через коммутационную плату, образованных ППЗ 8 и НЭ 14, выполняются обработка этих сигналов. Обработанный (усиленный, преобразованный, 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 металлостеклянный соединитель; через последние также подаются на схему модуля напряжение смещения (питания) и сигналы Ч, например модулирующий сигнал. Выделяемое при работе ТВЗ тепло выводится через пакет рамок на основание 3 с радиатором 4.Пример конкретного выг,олнения конструкции ОБИУ показан на фиг,1, 5, 7 и 8, учитывая, что любые конкретные конструкции ОВИМ, реализующие конкретные схемы, отличаются оцна 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 реализуютсч, по преимуществу, многофункциональные схемы с числом функциональных узлов более 10,12, например, диаграммаобразующее устройство с большими индексами М И чисел входньх и выходных каналов по схеме Пейджа, нара- щенное 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 Ще 0.781,000 ТУ (диэлектрическая проницаемость г = 9,6 0,2) толщиной от 0,25 до 2,0 мм - при работе ОВИМ на частотах до 10,15 Ггц, При работе ОВИМ наболее высоких частотах, вплоть до диапазона КВЧ (частоты свыше 30 ГГц), использу отся материалы с более низкими значениями я: фторопластов ФФ(е =2,0+0,1) и ФАФ(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, несущис механическую нагрузку, выполняются из поликора толщиной 1,0,2,0 мм, а ДС 5 и б, не несущие механических нагрузок, изготавливаются, например, из полиимида (я =3), фторопластов, плавленого кварца толщиной не более 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 0,10,12 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 Брокерита (Кт=160.210 Вт/мС) или аналогичных ему материалов с тол щиной не менее 1,5 мм,ППЭ 8, 13, 39(фиг.1, 5, 7 и 8) и экранные слои металлизации выполняются по тонкопленочной технологии СВЧ микросборок в следующей композиции ,ванадий - медь - золото (напыление на вакуумной установке типа УВНПс последующей фотолитографией),ОЗИМ по сравнению с известными решениями позволяет упростить технологию изготовления и сборки модуля при одновременном улучшении электрических и тепловых характеристик, а в итоге - повысить функциональную сложность устройства при уменьшении габаритных размеров и достижении высоких рабочих параметров. Кроме того, в ОВИМ повышается мощность обрабатываемых высокочастотных сигналов,Формула изобретения 1, Обьемный высокочастотный интегоальный модуль, содержащий корпус, диэлектрические слои с пленочными полосковыми металлизированными элементами, собранные в беззазорный пакет прилегающих один к другому диэлектрических слоев, навесные элементы, установленные на диэлектрических слоях, высокочастотные и низкочастотные соединители для внешней коммутации, высокочастотные межслойные переходы согласования с распределенной, например, емкостной связью, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности и технологичности конструкции, он снаожен коммутационными элементами, выполненными в виде коммутационной платы, а пакет диэлектрических слоев - металлическими рамками, закрепленными 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 образованием окон, одни диэлектрические слои с пленочными полосковыми металлизированными элементами размещены внутри окон металлических рамок и ширина их равна ширине окон соответствующих металлических рамок с перемычками, а другие диэлектрические слои размещены внутри П- образных металлических рамок и ширина их равна длине вертикальных полок укаэанных рамок соответственно, причем на торцах ди. электрических слоев выполнены металлизи 1700789рованные элементы, коммутационная плата установлена перпендикулярно плоскости диэлектрических слоев с возможностью электрического соединения между металлизированными 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 ними, ограниченных диэлектрическимислоями групп П-образных рамок с диэлектрическими слоями и концами рамок вертикальных полок и перемычек рамок групп5 П-образных рамок с перемычками с диэлектрическими слоями, а навесные элементыустановлены в указанных полостях,2, Модуль по п.1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что одна из стенок корпуса выполнена10 в виде радиатора, а высокочастотные и низкочастотные соединители для внешней коммутации размещены на укаэанной стенкекорпуса,1700789 Составитель В.СадовРедактор Н,Тупица Техред М,Моргентал Корректор Э,Лончако роизводственн те Заказ 4479 Тираж ВНИИПИ Государственного к 113035, МПодписноеитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССва, Ж, Раушская наб 4/5 й комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 1